(57)【要約】【課題】線熱膨張率が小さく、しかも吸着面の平滑度を高くすることができる材料を用いた静電チャックおよびその製造方法を提供する。【解決手段】静電チャック１０は、低熱膨張材料１２に金属１４が埋設された構造を有する。低熱膨張材料１２は１８℃〜３０℃での平均線熱膨張率の絶対値が５×１０−８／Ｋ以下であり、かつ、低熱膨張材料１２の吸着面側である薄板状部１２ａは非晶質材料からなる。この静電チャック１０は、ともに鏡面研磨された主面を有し、少なくとも一方は非晶質である２枚の低熱膨張材料の間に電極となる金属を挟み込み、所定の温度に加熱すると同時にこの低熱膨張材料の主面に垂直な方向に所定の圧力を加えることにより、これら２枚の低熱膨張材料を熱融着接合させて、製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低熱膨張材料に金属が埋設されてなる静電チャックであって、
前記低熱膨張材料は１８℃〜３０℃での平均線熱膨張率の絶対値が５×１０−８／Ｋ以下であり、かつ、前記低熱膨張材料の吸着面側は非晶質であり、
前記金属は、その厚みが０．５μｍ以上２５０μｍ以下の金属薄膜或いは金属箔、または直径φ０．５μｍ以上φ２５０μｍ以下のワイヤーで構成される金属メッシュであることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記低熱膨張材料の吸着面側は、１重量％以上１５重量％以下のＴｉＯ２を含み、残部がＳｉＯ２の非晶質材料であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
前記低熱膨張材料の吸着面側は、１重量％以上１５重量％以下のＴｉＯ２と、１重量％以上６重量％以下のＦ２を含み、残部がＳｉＯ２の非晶質材料であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項４】
前記金属の平面度が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の静電チャック。
【請求項５】
低熱膨張材料に金属が埋設されてなる静電チャックの製造方法であって、
ともに鏡面研磨された主面を有し、少なくとも一方は非晶質である２枚の低熱膨張材料の間に電極となる金属を挟み込み、所定の温度に加熱すると同時に前記低熱膨張材料の主面に垂直な方向に所定の圧力を加えることにより、前記２枚の低熱膨張材料を熱融着接合させることを特徴とする静電チャックの製造方法。
【請求項６】
前記２枚の低熱膨張材料のうち非晶質のものは、１重量％以上１５重量％以下のＴｉＯ２を含み、残部がＳｉＯ２であることを特徴とする請求項５に記載の静電チャックの製造方法。
【請求項７】
前記２枚の低熱膨張材料のうち非晶質のものは、１重量％以上１５重量％以下のＴｉＯ２と、１重量％以上６重量％以下のＦ２を含み、残部がＳｉＯ２であることを特徴とする請求項５に記載の静電チャックの製造方法。
【請求項８】
前記２枚の低熱膨張材料は、１８℃〜３０℃での平均線熱膨張率の絶対値が５×１０−８／Ｋ以下であることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の静電チャックの製造方法。
【請求項９】
前記金属は、厚みが０．５μｍ以上２５０μｍ以下の金属薄膜或いは金属箔、または、直径がφ０．５μｍ以上φ２５０μｍ以下のワイヤーで構成される金属メッシュであることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の静電チャックの製造方法。
【請求項１０】
前記２枚の低熱膨張材料として熱融着温度に差のあるものを用い、このうち低い方の熱融着温度において前記２枚の低熱膨張材料を熱融着接合させることを特徴とする請求項５から請求項９のいずれか１項に記載の静電チャックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエハやフォトマスクを吸着保持するための静電チャックに関し、特に、高精度のパターン形成が求められている極端紫外線を用いた縮小露光（ＥＵＶＬ：Extreme Ultraviolet Lithography）工程において、フォトマスクを保持することに適した静電チャックおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、集積回路の集積度を向上させるために、パターンの微細化が急速に進んでいる。そのため、ウエハやフォトマスクを固定するための静電チャックには、それを構成する部材として、温度変化に対して寸法変動が小さく、しかも表面が平滑な材料を用いる必要がある。
【０００３】
従来の静電チャックに用いられている低熱膨張材料としては、コーディエライトやＬＡＳ（Ｌｉ２０−Ａ１２０３−Ｓｉ０２）系セラミックス等が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、これらの材料の線熱膨張率は１×１０−６／Ｋのオーダーであり、45nmテクノロジーノード以細の露光工程である、例えばＥＵＶＬ工程に用いるには、線熱膨張率が大き過ぎる。
【０００５】
また、これらは結晶性材料であるため、その表面を研磨した場合に結晶粒界に起因する凹凸が生じる。そのため、吸着面に平滑な面が求められる用途には向いていない。また、このような材料を製造するためには、原料の配合比と合成条件を厳密に制御する必要がある。これは、原料の配合比がずれたり、焼成温度や雰囲気が適切でない場合には、焼結体の内部に気泡が残留したり、組成ずれが生じたりして、物性の均一な焼結体を得ることができなくなるからである。
【０００６】
このような低熱膨張性セラミックスを用いた静電チャックにおける電極形成方法としては、セラミックス粉末に金属箔や金属メッシュを埋設して成形、焼成する方法がある。しかし、このような製造方法では、金属の面に歪みやうねりが生じやすく、これによって吸着面と電極面との距離を薄くすることが困難となり、また、吸着力に面内ばらつきが生じるといった問題が生じる。
【０００７】
また、低熱膨張性セラミックスを用いた静電チャックにおける別の電極形成方法としては、表面に導電性ペーストが塗布された円板状の低熱膨張セラミックスをその塗布領域が重なるように貼り合わせて焼結させることにより、電極を形成すると同時にこれらの低熱膨張セラミックスを接合する方法がある。この方法では、ペースト塗布、乾燥、脱脂、焼成という工程が必要であるが、特にペーストの塗布面積が広い場合には中央部分の脱脂が難しく、均一な性状の電極膜を形成することが難しくなる。
【特許文献１】特開２００４−３３５７４２号公報（段落［００１０］等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、線熱膨張率が小さく、しかも吸着面の平滑度を高くすることができる材料を用いた静電チャックおよびその製造方法を提供すること、さらに内包される金属の平面度が良好である静電チャックおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る静電チャックは、低熱膨張材料に金属が埋設されてなる静電チャックであって、前記低熱膨張材料は１８℃〜３０℃での平均線熱膨張率の絶対値が５×１０−８／Ｋ以下であり、かつ、前記低熱膨張材料の吸着面側は非晶質であり、前記金属は、その厚みが０．５μｍ以上２５０μｍ以下の金属薄膜或いは金属箔、または直径φ０．５μｍ以上φ２５０μｍ以下のワイヤーで構成される金属メッシュであることを特徴とする。
【００１０】
このような静電チャックの製造には、ともに鏡面研磨された主面を有し、少なくとも一方は非晶質である２枚の低熱膨張材料の間に電極となる所定の厚みの金属を挟み込み、所定の温度に加熱すると同時に前記低熱膨張材料の主面に垂直な方向に所定の圧力を加えることにより、前記２枚の低熱膨張材料を熱融着接合させる方法が用いられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の静電チャックは、線熱膨張率の絶対値が従来のセラミックスよりも低い材料で構成されているので温度変化による変形が極めて小さく、そのため短波長光による露光処理におけるパフォーマンスを高めることができる。また、吸着面に非晶質の素材を用いることで、平滑度の極めて高い静電チャックを実現することができる。さらに金属（電極）の平面度が高いので、金属面から吸着面までの厚さを薄く均一なものとすることができ、これにより均一かつ大きな吸着力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１に静電チャックの概略断面図を示す。この静電チャック１０は、低熱膨張材料１２に金属１４が埋設された構造を有し、この低熱膨張材料１２は、吸着面側の薄板状部（吸着面部）１２ａと、金属１４を挟んだ反対側の基台部１２ｂからなる。この薄板状部１２ａの表面が、ウエハやフォトマスクを吸着保持するための吸着面となる。
【００１３】
低熱膨張材料１２の１８℃〜３０℃での平均線熱膨張率の絶対値は５×１０−８／Ｋ以下である。このような特性が満たされていることで、例えば、静電チャック１０をフォトリソグラフィー工程においてフォトマスクを保持するために用いると、露光処理のパフォーマンスが向上する。この効果は、特にＥＵＶＬ工程のような短波長光によるフォトリソグラフィー処理で顕著である。
【００１４】
薄板状部１２ａと基台部１２ｂの材料が異なる場合の平均線熱膨張率は、［薄板状部１２ａの体積割合］×［薄板状部１２ａの線熱膨張率］＋［基台部１２ｂの体積割合］×［基台部１２ｂの線熱膨張率］の値で示される。
【００１５】
吸着面側の薄板状部１２ａは非晶質材料からなる。これにより薄板状部１２ａの表面を研磨加工すると、表面に結晶粒界がないために粒界による凹凸が発生せず、極めて良好な平滑面を得ることできる。
【００１６】
薄板状部１２ａには、具体的には、１重量％以上１５重量％以下のＴｉＯ２を含み、残部がＳｉＯ２である非晶質材料が好適に用いられる。ＴｉＯ２が１重量％未満の場合には、線熱膨張係数の絶対値が５×１０−８／Ｋを超えるために、吸着物へ熱膨張の影響が出やすくなる。一方、ＴｉＯ２が１５重量％超の場合には、結晶化してしまい、平滑な吸着面を得ることができなくなる。
【００１７】
このＴｉＯ２−ＳｉＯ２系材料にＦ２を含有させることも好ましい。すなわち、薄板状部１２ａには、１重量％以上１５重量％以下のＴｉＯ２と、１重量％以上６重量％以下のＦ２を含み、残部がＳｉＯ２である非晶質材料も好適に用いられる。Ｆ２を含有させることにより、静電チャック１０を製造する際の熱融着温度（後述するように、２枚の板材の少なくとも一方が熱融着により他方と接合できるようになる温度）を低下させることができる。なお、Ｆ２含有量が１重量％未満の場合には熱融着温度を下げる効果が小さい。一方、Ｆ２の含有量が多い素材を作製すると気泡が入りやすくなり、Ｆ２の含有量が６重量％超の場合にはこの問題が生じやすくなる。
【００１８】
なお、低熱膨張材料１２の１８℃〜３０℃での平均線熱膨張率の絶対値が５×１０−８／Ｋ以下である限りにおいて、ＳｉＯ２を主成分とする材料の場合にはＴｉＯ２とは異なる成分が添加されているものであってもよい。
【００１９】
基台部１２ｂは、薄板状部１２ａと同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。また、基台部１２ｂは非晶質であってもよいし、結晶質であってもよい。例えば、薄板状部１２ａと基台部１２ｂに上記ＴｉＯ２−ＳｉＯ２系材料を用いる場合に、薄板状部１２ａにはＦ２が含まれているが、基台部１２ｂにはＦ２が含まれていないという構成でもよく、また、薄板状部１２ａと基台部１２ｂとでＴｉＯ２含有量が異なっている構成でもよい。さらに、薄板状部１２ａは非晶質であり、基台部１２ｂは結晶質となっている構成でもよい。
【００２０】
静電チャック１０では、通常、低熱膨張材料１２の殆どは基台部１２ｂが占めるために、低熱膨張材料１２の１８℃〜３０℃での平均線熱膨張率の絶対値が５×１０−８／Ｋ以下であるという条件を満たすためには、実質的に、基台部１２ｂがこの条件を満足している必要がある。
【００２１】
金属１４は、全体的には、吸着面と平行な平面状の形状を有し、金属箔やパンチングメタル，メッシュ，ワイヤー等が用いられる。また、金属１４は、静電チャック１０の製造時に使用される低熱膨張材料からなる板材（接合後にそれぞれ薄板状部１２ａ，基台部１２ｂとなる板材）に蒸着やメッキ等の方法により所定のパターンに形成されたものであってもよい。
【００２２】
なお、低熱膨張材料からなる板材に蒸着膜を形成する場合には、それぞれ薄板状部１２ａ，基台部１２ｂとなる板材が同一素材である場合にはどちらの板材に蒸着膜を形成してもよいが、これらの板材の熱融着温度が異なる場合には、熱融着温度の高い方の板材に蒸着膜を形成すると、蒸着膜の平面度を高めることができる。
【００２３】
金属１４の材質は静電チャック１０を作製する温度を考慮して、適宜、好ましいものを選択することができるが、汎用性や反応性の観点から、Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔが好適に用いられる。
【００２４】
金属１４の厚さ（吸着面に垂直な方向の厚さ）は、０．５μｍ以上２５０μｍ以下とすることが好ましい。金属１４にメッシュおよびワイヤーを用いる場合には、金属線の直径が０．５μｍ以上２５０μｍ以下のものを用いる。金属１４の厚さが０．５μｍ未満の場合には、静電チャック１０を作製したときに、金属１４に割れ（ヒビ）等が発生しやすくなり、２５０μｍ超の場合には、低熱膨張材料１２に割れ（ヒビ）が発生する確率が高くなる。
【００２５】
静電チャック１０の製造方法については後に詳細に説明するが、その製造方法により、金属１４の平面度を５０μｍ以下とすることができる。この平面度とは、仮想的な平面からの歪みを指し、例えば、吸着面から金属１４の表面までの最も長い距離と最も短い距離との差で表される。これにより、薄板状部１２ａの厚さを薄く均一なものとすることができるので、均一かつ大きな吸着力を得ることができる。
【００２６】
次に、静電チャック１０の製造方法について説明する。薄板状部１２ａとなる板材と、基台部１２ｂとなる板材と、金属１４となる金属部材を準備する。各板材の少なくとも一方の主面には鏡面研磨処理が施されており、薄板状部１２ａとなる板材は非晶質材料からなる。なお、金属１４として蒸着膜を用いる場合には、一方の板材の鏡面に金属蒸着膜が形成されていればよい。
【００２７】
これらの２枚の板材の鏡面どうしを向かい合わせ、これらの間に金属部材を挟み込んで、炉内に設置する。２枚の板材の鏡面を接合面として用いることにより、金属部材の平面度を高めることができる。
【００２８】
炉内雰囲気を真空雰囲気として、所定温度に加熱すると同時に、これらの板材にその主面に垂直な方向で所定の圧力を加える。加熱温度（＝接合温度）は２枚の板材の少なくとも一方が熱融着により他方と接合できる温度（＝熱融着温度）以上とする。圧力は、接合温度を考慮して、２枚の板材の変形量が大きくならない値に設定する。処理雰囲気を真空雰囲気とすることで、接合面への気泡の巻き込みを防止することができる。
【００２９】
その後、接合体を炉から取り出して、接合体の主面を研削処理し、また、吸着面側を研磨処理する。これにより、静電チャック１０が得られる。
【００３０】
このような静電チャック１０の製造方法において、２枚の板材の熱融着温度に差がある場合には、金属の平面度を良好に保つという観点からは、薄板状部１２ａとなる板材の熱融着温度の方が、基台部１２ｂとなる板材の熱融着温度よりも高くなるように、これら２枚の板材の材料を選定する。一方、製造を容易に行うことができることを重視すれば、基台部１２ｂとなる板材の熱融着温度の方が、薄板状部１２ａとなる板材の熱融着温度よりも高くなるように、これら２枚の板材の材料を選定する。
【００３１】
２枚の板材の熱融着温度に差がある場合の接合温度は、熱融着温度の低い方に合わせることが好ましく、これにより２枚の板材の接合界面での変形を抑制し、埋設される金属の平面度を高く維持することができる。これに対して、接合界面の変形が許容される限度において、つまり、埋設される金属の平面度が一定値に維持される限りにおいて、接合温度をより高くしてもよく、その上限は高い方の熱融着温度とすることができる。こうして接合温度を上げることにより、接合強度を高めることができる。
【実施例】
【００３２】
実施例および比較例について説明する。表１に示す重量％のＴｉＯ２，Ｆ２を含み、残部がＳｉＯ２である板状の非晶質硝材または粉末と、表１に示す金属部材を用いて、上述した製造方法にしたがって静電チャックを作製した。非晶質硝材の接合は、真空雰囲気中、接合温度を１１５０℃〜１３００℃として１時間保持し、その際のプレス圧力を１０ＭＰａ〜２０ＭＰａとして行った。この接合処理によって得られた構造材の表裏面をそれぞれ平面研削機で研削した後に、吸着面側の主面を研磨機により鏡面に仕上げた。
【００３３】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により鏡面における粒界の存在の有無を観察した。また、気泡の有無や金属へのヒビの発生の有無の観察を光学顕微鏡により行い、接合界面の状態を評価した。さらに、埋設された金属の平面度を、吸着面側から超音波変位計により９点以上で寸法測定し、最小二乗法により金属の平面度（平面の歪みの差）を求めた。その結果を表１に併記する。
【００３４】
この表１に示されるように、製造に低熱膨張材料がＳｉＯ２のみからなる硝材を用いた比較例１では、平均線熱膨張率の絶対値は５×１０−８／Ｋを超えた。また、ＴｉＯ２−ＳｉＯ２系材料を用いた場合、ＴｉＯ２含有量が１７重量％の比較例２では鏡面に粒界が観察され、平滑性が低下した。金属の厚さが２８０μｍの比較例３では、低熱膨張材料にクラックや割れが生じた。金属の厚さが０．３μｍの比較例４では、金属部分が断線しており電圧をかけることができないために静電チャックとしては使用できなかった。その他の実施例は良好な静電チャックであることが確認された。比較例５のように、基台部を形成するために粉体を用いた場合には、金属の平面度が低下した。
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る静電チャックは、短波長露光プロセスにおいてウエハやフォトマスクを保持する用途に好適である。また、本発明の静電チャックの構成を有する部材は、温度による寸法変形の少ないＸＹステージへも応用することができる。さらに、金属が埋没された低熱膨張材料という構成に着目すれば、電磁波等を遮蔽するシールド材としても用いることができ、さらに、金属に抵抗材を用いることでヒータを実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】静電チャックの概略構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０…静電チャック、１２…低熱膨張材料、１２ａ…薄板状部（吸着面部）、１２ｂ…基台部、１４…金属。
【図１】
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