(57)【要約】【課題】本発明の目的は、被吸着物保持面への突起物を容易に形成することが出来、低電圧で強い吸着力を設計値どおりに安定して得、吸着力の応答時間が短く、かつ放電の危険がない静電チャックを提供することにある。【解決手段】本発明では、平滑な表面を持つ導電性基板上に誘電体薄膜をエアロゾルデポジション法により形成し、前記誘電体薄膜上に誘電体からなる複数個の突起を設けてあり、前記突起上に被吸着物を設置したあと、前記被吸着物と前記導電性基板との間に電圧を印可することで被吸着物に対して静電チャックとの非接触部分を含む全体に吸着力が働き、被吸着物を吸着保持することとした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑な表面を持つ導電性基板上に誘電体薄膜をエアロゾルデポジション法により形成し、前記誘電体薄膜上に誘電体からなる複数個の突起を設けた静電チャックであって、前記突起上に被吸着物を設置したあと、前記被吸着物と前記導電性基板との間に電圧を印可することで被吸着物に対して該静電チャックとの非接触部分を含む全体に吸着力が働き、被吸着物を吸着保持することを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
平滑な表面を持つ誘電体上に複数個の金属薄膜からなる電極を形成し、さらに前記電極上に誘電体薄膜をエアロゾルデポジション法により形成し、前記誘電体薄膜上に誘電体からなる複数個の突起を設けた静電チャックであって、前記突起上に被吸着物を設置したあと、複数個の前記電極間に電圧を印可することで被吸着物に対して該静電チャックとの非接触部分を含む全体に吸着力が働き、被吸着物を吸着保持することを特徴とする静電チャック。
【請求項３】
前記誘電体薄膜上にマスキングを行い、再度エアロゾルデポジション法による成膜を選択的に行うことで前記突起を形成したことを特徴とする請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項４】
前記突起の高さが、３μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１、請求項２、及び請求項３のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項５】
前記突起の前記被吸着物と接触する面積の合計が、被吸着物の面積の５％以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の静電チャック。
【請求項６】
平滑な表面を持つ導電性基板上にマスキングを行い、エアロゾルデポジション法による成膜を選択的に行うことで複数個の突起を形成した静電チャックであって、前記突起上に被吸着物を設置したあと、前記被吸着物と前記導電性基板との間に電圧を印可することで被吸着物に対して該静電チャックとの非接触部分を含む全体に吸着力が働き、被吸着物を吸着保持することを特徴とする静電チャック。
【請求項７】
前記突起の高さが、３μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の静電チャック。
【請求項８】
前記突起の前記被吸着物と接触する面積の合計が、被吸着物の面積の５％以下であることを特徴とする請求項６及び請求項７いずれかに記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置部品またはＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）製造装置部品に係り、特にシリコンからなる被吸着物、例えばシリコンウェハやレチクルを吸着保持するのに好適な静電チャックに関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置等に使用されている静電チャックは、誘電体内部に形成された電極と被吸着物との間に電圧を印可し、両者の間に静電気力を発生させて被吸着物を吸着保持する機能を有する。前記静電気力は、誘電体内部の電極と被吸着物との距離が近いほど強い力が発生するため、電極上の誘電体を可能な限り薄く形成することで、印可する電圧を低くしても強い吸着力を得ることが可能となる。しかしながら、内部に電極を内包する誘電体を例えばセラミックスにて形成する場合には、焼成後に電極上部の誘電体を研削するため、電極の反りの影響もあり誘電体の厚さを０．１ｍｍ以下にすることは非常に困難であり、一般に０．５ｍｍ前後の厚さに設計して２０００Ｖ程度の高い印可電圧のもとで使用されていた。
この問題を解決し、誘電体の厚さを薄くして低い印可電圧でも強い吸着力を得る静電チャックの例として、特許文献２〜４では電極上の誘電体をエアロゾルデポジション法によって形成した静電チャックが紹介されている。エアロゾルデポジション法によれば厚さ５０μｍ以下の誘電体薄膜が形成されるので、僅か２００Ｖの印可電圧でも強い吸着力を得ることが出来る。
【０００３】
また、静電チャックを構成する誘電体は一般に完全な絶縁体ではなく、１０１０Ωｍ前後の体積抵抗率を持つために電圧印可時は静電チャック内部に微量な電流が流れている。この電流は静電チャックの吸着面電位を上昇させるために吸着力を増大させる効果があるが、電圧印可を止め被吸着物を取り外す際には残留吸着力を発生させ、半導体製造装置のスループット低下の原因となってしまう。
これらの問題を解決するために、低い印可電圧でも強い吸着力を得、かつ吸着力の応答時間を短くすることが出来る静電チャックの構造が特許文献１で提案されている。
特許文献１に提案された静電チャックは、平滑な面を有する導電性基板上に、体積抵抗率が大きい材料で構成された絶縁性突起を設けた構造であり、前記導電性基板と被吸着物との間に電圧を印可することで被吸着物を吸着保持する。導電性基板上に形成する絶縁性突起の高さを１０μｍ程度に加工することが出来れば、１０００Ｖの印可電圧で１ｃｍ２あたり約４５０ｇｆの吸着力を得ることが出来る。また、絶縁性突起と被吸着物とが接触する部分の面積を小さくしても吸着力が低下することがなく、被吸着物に付着するパーティクルを低減できるという効果が得られる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４０６４０号公報（図４）
【特許文献２】
特開２００１−６０６１９号公報
【特許文献３】
特開２００２−１９０５１２号公報
【特許文献４】
特開２００２−２０３８９３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献３によれば、特許文献３に記載された静電チャックにおいては、被吸着物と静電チャックとが物理的に接触している突起上にのみ吸着力が働く。この場合、吸着力の大きさは物理的に接触している部分の物理的な接触率及びその部分の微小な隙間の大きさによって大きく変化する。これらの要素は、実際に測定することはもちろんのこと制御することが非常に難しいため、同じ電圧を印可した場合に得られる吸着力は製品によって大きくばらついてしまう。また、物理接触部分の電気的な接触抵抗が印可電圧に対する吸着力の時間応答性にも影響することが知られている。即ち、特許文献３に記載の従来の静電チャックにおいては、静電チャックの吸着性能がこれら不確定要素によってばらつきが発生し、これを管理することは困難であった。
【０００６】
また、特許文献１に提案された静電チャックにおいては、吸着力の応答時間を短くする目的と、電極と被吸着物との距離を小さくして強い吸着力を得る目的のために電圧を印可する導電性基板の表面が剥き出しの構造になっているため、半導体製造装置内部にて印可電圧１０００Ｖで吸着させたまま周囲の気圧を減圧した場合、導電性基板と被吸着物、もしくは周辺装置との間で放電してしまう恐れがある。
また、導電性基板上へ形成する突起物は絶縁体であることが求められるため、特許文献１では導電性基板上に複数個の孔を形成し、前記孔へ絶縁体からなる突起物をその高さを管理しながら埋め込む例が紹介されている。ところが被吸着物の変形を抑えるために、突起物の数を数十〜数百個設ける必要があるため、前記のような突起物埋め込みの工程はかなり手間のかかるものとなり、現実的ではない。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、被吸着物保持面への突起物を容易に形成することができ、低電圧で強い吸着力を設計値どおりに安定して得、吸着力の応答時間が短く、かつ放電の危険がない静電チャックを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、平滑な表面を持つ導電性基板上に誘電体薄膜をエアロゾルデポジション法により形成し、前記誘電体薄膜上に誘電体からなる複数個の突起を設けてあり、前記突起上に被吸着物を設置したあと、前記被吸着物と前記導電性基板との間に電圧を印可することで被吸着物に対して静電チャックとの非接触部分を含む全体に吸着力が働き、被吸着物を吸着保持することとした。
上記構成とすることで、エアロゾルデポジション法により導電性基板の表面は厚さ約１０μ前後の厚さの誘電体膜で覆われるため、放電の危険がなくなる。また、誘電層の厚さを非常に薄く形成できるために、導電性基板上に直接突起を設けた特許文献１の静電チャックと同様に被吸着物全体に吸着力が働き、強い吸着力を得ることが出来る。
ここで、誘電体膜を薄く形成することで静電吸着力の時間変化量が小さくなるため、結果的に吸着力応答性も向上するという効果も得ることが出来る。
【０００９】
請求項２では、平滑な表面を持つ誘電体上に複数個の金属薄膜からなる電極を形成し、さらに前記電極上に誘電体薄膜をエアロゾルデポジション法により形成し、前記誘電体薄膜上に誘電体からなる複数個の突起を設けてあり、前記突起上に被吸着物を設置したあと、複数個の前記電極間に電圧を印可することで被吸着物に対して静電チャックとの非接触部分を含む全体に吸着力が働き、被吸着物を吸着保持することとした。
請求項１による静電チャックの場合、被吸着物を電気的に接地する必要があるが、上記構成とすることで、複数個の電極間に電圧を印可すれば被吸着物を接地することなく吸着することが可能となる。
【００１０】
請求項３では、前記誘電体薄膜上にマスキングを行い、再度エアロゾルデポジション法による成膜を選択的に行うことで前記突起を形成することとした。
上記構成とすることで、高さ数μｍの複数個の突起を容易にかつ自由な形状に精度良く設けることが可能となる。
【００１１】
請求項４では、前記突起の高さが、３μｍ以上１０μｍ以下であることとした。
上記構成とすることで、１０００Ｖ以下の低い印可電圧でも十分な吸着力を発生させることが出来る。
【００１２】
請求項５では、前記突起の前記被吸着物と接触する面積の合計が、被吸着物の面積の５％以下であることとした。
上記構成とすることで、被吸着物に付着するパーティクルを低減することが出来る。また、静電チャックと被吸着物との間の電気的な接触抵抗が十分に大きくなるために接触部分の電流がほとんど０となる。その結果、吸着力の強さや応答時間に影響を及ぼす因子のうち、不確定な接触抵抗の影響を無視することが出来るようになるため、管理が比較的容易な誘電体の比誘電率や体積抵抗率及び厚さ、突起の高さの管理のみで吸着性能を設計値どおりに得るすることが可能となる。
【００１３】
請求項６では、平滑な表面を持つ導電性基板上にマスキングを行い、エアロゾルデポジション法による成膜を選択的に行うことで複数個の突起を形成し、前記突起上に被吸着物を設置したあと、前記被吸着物と前記導電性基板との間に電圧を印可することで被吸着物に対して静電チャックとの非接触部分を含む全体に吸着力が働き、被吸着物を吸着保持することとした。
放電の危険がない程度に印可電圧を低く設定できる場合は、上記構成とすることで、特許文献１に記載の静電チャックを用意に製作することが出来るようになる。このとき、特許文献１に記載されているとおり、印可電圧に対する吸着力の応答時間はほぼ０になり、瞬時に吸着、離脱することが出来る。
【００１４】
請求項７では、前記突起の高さが、３μｍ以上１０μｍ以下であることとした。
上記構成とすることで、１０００Ｖ以下の低い印可電圧でも十分な吸着力を発生させることが出来る。
【００１５】
請求項８では、前記突起の前記被吸着物と接触する面積の合計が、被吸着物の面積の５％以下であることとした。
上記構成とすることで、被吸着物に付着するパーティクルを低減することが出来る。また、静電チャックと被吸着物との間の電気的な接触抵抗が十分に大きくなるために接触部分の電流がほとんど０となる。その結果、吸着力の強さや応答時間に影響を及ぼす因子のうち、不確定な接触抵抗の影響を無視することが出来るようになるため、管理が比較的容易な突起の高さの管理のみで吸着性能を設計値どおりに得ることが可能となる
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例を、図面に基づいて以下に説明する。
図１に、本発明にかかる静電チャックの断面図を示した。
まず、吸着面を鏡面状にあらかじめ加工されたアルミニウム基材１上に、アルミナセラミックスからなる誘電体薄膜２をエアロゾルデポジション法にて成膜する。吸着面の外周部にも成膜できるよう外周部には傾斜が設けられ、成膜範囲は図２の上面図に示された部分の全体に渡り一様に成膜されている。成膜範囲以外の部分については、電気的絶縁のために成膜前にあらかじめアルマイト処理を施されており、アルミニウム基材１表面が露出している部分は存在しない。尚、アルマイト処理面は真空環境内での放出ガス量が大きいため、アルマイト処理面は真空環境に露出せず、誘電体薄膜２のみが露出するように静電チャック取り付け部及び周辺装置の設計を行うことが望ましい。
アルミニウム基材１上の誘電体薄膜２はその厚さが１０μｍ以上になるまで成膜された後、平面度１μｍ以下、膜の厚さ８μｍとなるようラップ加工される。加工中の膜の厚さは、β線膜厚測定器にて計測を行った。
８μｍの均等な膜を成膜した後、吸着面への突起３を更にエアロゾルデポジション法による成膜にて形成する。エアロゾルデポジション法では、粉体吐出ノズルと被成膜面との間にステンレス等の薄い板に穴をあけたマスクを挿入することで選択的な成膜が可能であるため、突起３の形状・配置に対応したステンレス製マスクを作成し突起３を形成した。突起３の閉める面積は、吸着面の面積の５％以下となるよう設計されている。
突起３形成後、突起３の高さが５μｍとなるよう研削を行い高さ調整を行った。
【００１７】
ここで本発明の利点を明確にするために、静電チャックの吸着力を算出するための等価回路を図３に、前記等価回路から求めた吸着力算出の理論式を数１に示した。同数式にて明らかなのは、誘電体薄膜２の厚さを薄くする程（即ちｄを小さくする程）Ｃ２が大きくなり吸着力が強くなること、及び、突起３の高さを小さくする程（即ちδを小さくする程）吸着力が強くなることである。
通常、静電チャックをセラミックスで製作する場合は、グリーンシート積層法にて製作されるため、誘電体薄膜２の厚さｄは０．５ｍｍ前後であり、本実施例のように１０μｍ以下とすることは内部電極の反りの存在により非常に困難である。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
このため、誘電体薄膜の形成方法としてはエアロゾルデポジション法により形成するのが望ましい。
また、誘電体薄膜上に突起３を形成する方法については、特許文献３に記載されたようにサンドブラスト加工による削り出しでにて行うのが一般的であるが、仮に誘電体薄膜２が厚さ１０μｍ程度で成膜できた場合、そこからサンドブラストにて精度良く数μｍの削り出しを行うことは困難である。
また、特許文献３ではサンドブラストによる加工以外に、成膜速度を変化させることで部分的に膜の厚さを制御する製法も紹介されている。しかしこの場合、膜の形状はノズルの幅及び軌跡に影響されるため、任意形状の突起を精度良く形成することが難しい。
結局、強い吸着力を得るためには誘電体薄膜２を薄く、突起３の高さを小さくする必要が在るのだが、それを実現するためには本実施例のように誘電体薄膜２をエアロゾルデポジション法により形成し、更にその薄膜上にマスキングを施した後、エアロゾルデポジション法により突起３を形成する方法が非常に好適と言える。
【００２０】
また、先述のように理論的には突起の高さを小さくする程強い吸着力を得ることが出来るのだが、本発明による静電チャックにおいては、被吸着物の非接触部分に対しても吸着力が働くために、突起の高さを３μｍよりも小さくすると被吸着物が僅かながら変形するため、被吸着物と導電性基板上の薄膜とが接触し絶縁破壊を引き起こす可能性が在る。また、突起の高さ調整の精度も±０．５μｍ以下の厳しいものとなる。よって、製品の信頼性、及び製造の両面において、突起の高さを３μｍ以下にすることは現実的ではない。逆に突起の高さを１０μｍよりも大きくすると、２００Ｖ印可において吸着力が１０ｇｆ／ｃｍ２以下まで小さくなるため、印可電圧は結局１０００Ｖ以上必要となり、本発明の利点を得ることが出来ない。よって以上のように、突起の高さは３μｍ以上、１０μｍ以下とすることが望ましい。
【００２１】
次に、吸着力の応答時間について述べる。静電チャックに求められる性能は、その吸着力の強さだけでなく、電圧を印可してから所定以上の吸着力が短時間で得られること、及び電圧を切ってから吸着力が所定の大きさ以下となるまでの時間が短いこと、即ち被吸着物を短時間で離脱可能となることが求められる。
数１を見ると、これら時間応答性は（Ｇ１＋Ｇ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）で決まることがわかるが、本発明のように誘電体膜厚２を薄くした場合、Ｃ２及びＧ２が同じ次数で大きくなるため、応答時間については従来とほとんど変わらない。ここで、時間経過に応じてどの程度吸着力が変化するか、即ち電圧印可直後（ｔ＝０）の吸着力が、無限に時間が経ったとき（ｔ＝∞）にどの程度変化しているのかを数２で計算している。数２を見ると、本発明のように誘電体薄膜２と被吸着物との接触比率を小さくし、誘電体薄膜２を薄くした場合、１／（Ｃ１／Ｃ２＋１）の値は大きくなる一方、１／（Ｇ１／Ｇ２＋１）の値は、Ｇ１がほとんど０のために変わらない。その結果、数２に示した吸着力の時間変化量は小さくなることがわかる。
【００２２】
【数２】
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【００２３】
以上に示した本発明による静電チャックの吸着性能を確認するために、本実施例により得られた吸着性能を以下にて説明する。
図４に、本発明によらない従来の静電チャックの吸着力時間特性を表すグラフを示した。静電チャックの誘電体薄膜２の厚さは３００μｍであり、その表面には高さ５μｍの突起３を配置している。測定開始から１０秒後に直流電圧１０００Ｖを印可し、３０秒間印可してから電圧を切ったときの吸着力の変化を示している。電圧を印可した直後に３８ｇｆ／ｃｍ２の吸着力が発生し、その後約２０秒かけて５４ｇｆ／ｃｍ２まで上昇した。電圧を切ると、瞬時に１．６ｇｆ／ｃｍ２まで減少し、数秒で離脱可能となった。
【００２４】
一方、本発明の一実施例である静電チャックの吸着力時間特性を表すグラフを図５に示した。本実施例では、静電チャックの誘電体薄膜２の厚さは８μｍであり、その表面には高さ５μｍの突起３を配置している。測定開始から１０秒後に直流電圧２００Ｖを印可し、３０秒間印可してから電圧を切ったときの吸着力の変化を示している。電圧を印可した直後に５５ｇｆ／ｃｍ２の吸着力が発生し、その後約１８秒かけて７１ｇｆ／ｃｍ２まで上昇した。電圧を切ると、瞬時に１．３ｇｆ／ｃｍ２まで減少し、数秒で離脱可能となった。
【００２５】
図４と図５とを比較すると明確なように、本発明の実施例では１／５の小さい印可電圧でも従来の静電チャック以上の吸着力を得ることが出来た。時間応答性については、本実施例ではその差は僅かではあるが、従来のものより短い応答時間で吸着、離脱が可能である。
また、本発明による静電チャックは、誘電体薄膜２の厚さ及び突起３の高さがともに小さいため、吸着力は物理的に接触している突起３上のみではなく、被吸着物全体に対して働く。よって、図５のグラフに示した単位面積辺りの吸着力は被吸着物全体の面積にかかるため、強い吸着力が得られるという効果もある。
【００２６】
図６に示したのは、本発明の別の実施例である静電チャックである。上記のように、本発明による静電チャックは誘電体薄膜の厚さ及び誘電体からなる突起の高さを低く形成することが可能であるため、低い印可電圧でも強い吸着力を得ることが出来る。導電性基板表面が露出している場合でも、周辺装置及び被吸着物への放電が起きない程度に印可電圧を低く出来る場合は、請求項６に示したように、導電性基板上に誘電体薄膜を形成することなく、誘電体からなる複数の突起を直接設けた構造とすることで、印可電圧に対する吸着力の応答時間はほぼ０になり、瞬時に吸着、離脱することが可能な静電チャックを得ることが出来る。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、被吸着物保持面への突起物を容易に形成することが出来、低電圧で強い吸着力を得ることが出来、吸着力の応答時間が短く、かつ放電の危険がない静電チャックを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャックの断面図である。
【図２】図１に示した静電チャックの上面図である。
【図３】静電チャックの吸着力算出に用いる等価回路図である。
【図４】従来の静電チャックの吸着力時間特性を表すグラフである。
【図５】本発明の静電チャックの吸着力時間特性を表すグラフである。
【図６】本発明の静電チャックの別の実施例の断面図である。
【図７】図６に示した静電チャックの上面図である。
【図８】図６に示した静電チャックの吸着力時間特性を表すグラフである。
【符号の説明】
１…アルミニウム基材
２…誘電体薄膜
３…突起
４…固定用ボルト穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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