(57)【要約】      （修正有）【課題】導体からなるベース上に誘電体薄膜を施した構造の静電チャックにおいて、静電チャックに設けられた貫通穴の開口部で絶縁破壊することの無い静電チャックを提供する。【解決手段】平滑な表面を有する金属ベース上面に誘電体薄膜６を形成し、誘電体薄膜６表面が基板の吸着面１２として機能する静電チャックであり、吸着面１２を貫く貫通穴３を１箇所以上設けてある静電チャックにおいて、貫通穴３の吸着面１２側開口部には、上端７ｂと下端７ａとの高低差が１ｍｍ以上ある斜面部７が形成され、かつ斜面部７が誘電体薄膜６で覆われている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑な表面を有する金属ベース上面に誘電体薄膜を形成し、前記誘電体薄膜表面が基板の吸着面として機能する静電チャックであり、前記吸着面を貫く貫通穴を１箇所以上設けてある静電チャックにおいて、
前記貫通穴の吸着面側開口部には、上端と下端との高低差が１ｍｍ以上ある斜面部が形成され、かつ該斜面部が前記誘電体薄膜で覆われていることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記斜面部の傾斜角が、前記吸着面に対して１５度から４５度の範囲内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】
前記貫通穴の内壁には絶縁物からなる円筒形部材を挿入し、接着固定してあること特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電チャック。
【請求項４】
前記円筒形部材の先端部が、前記斜面部の下端より高く、且つ上端より低い位置に突出しており、前記円筒形部材と前記斜面部の下端との境界部において、電気的絶縁性を有する接着剤を塗布し硬化させてあることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。
【請求項５】
前記円筒形部材の先端部が、前記斜面部の下端より高く、且つ上端より低い位置に突出しており、前記円筒形部材と前記斜面部の下端との境界部において、電気的絶縁性を有する材料にて被覆してあることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。
【請求項６】
前記誘電体薄膜が、エアロゾルデポジション法によって形成された薄膜であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項７】
平滑な表面を有する金属ベース上面に誘電体薄膜を形成し、前記誘電体薄膜表面が基板の吸着面として機能する静電チャックであり、前記吸着面を貫く貫通穴を１箇所以上設けてある静電チャックにおいて、
前記誘電体薄膜がエアロゾルデポジション法によって形成された薄膜であり、前記貫通穴の吸着面側開口部には上端と下端との高低差がある斜面部が形成され、前記貫通穴の内壁には絶縁物からなる円筒形部材を有し、前記円筒形部材の先端部が前記斜面部の下端より高く且つ上端より低い位置に突出しており、前記円筒形部材と前記斜面部の下端との境界部において電気的絶縁性を有する材料にて被覆してかつ該斜面部が前記誘電体薄膜で覆われていることを特徴とする静電チャック。
【請求項８】
平滑な表面を有する金属ベースに上下に貫通する穴が形成され、該貫通穴の上面側開口部に斜面部を有する静電チャックにおいて、
前記金属ベース上面および斜面部が誘電体薄膜で被覆され、該誘電体薄膜の被覆がノズルからエアロゾルを噴射するエアロゾルデポジション法によって形成された薄膜であり、前記エアロゾル噴射ノズルの角度を、前記金属ベースおよび斜面部に対して、４５度〜７５度の角度にて製膜することを特徴とする静電チャックの誘電体薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置内にて被処理物を搭載、固定するために用いられる静電チャックに関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ成膜装置などの半導体製造装置においては、主にシリコンウェハである非処理物を吸着保持するための装置として、静電チャックが利用されている。静電チャックの構造、製法としてはセラミックス内部に電極層を設けたもの（例えば特許文献５参照）など、これまでに様々なものが提案されてきている。
このような構造の静電チャックにおいては、静電チャックの誘電体薄膜の厚さの２乗に反比例するため、膜の耐電圧の範囲内であれば出来るだけ誘電体薄膜を薄くすることが求められる。
【０００３】
従来の静電チャックのうち誘電体薄膜をセラミックスにて形成したものは、焼成後のセラミックス薄板を導体からなるベースに接着するという工程を経るために、誘電体薄膜の厚さを１ｍｍ以下とすることは困難であった。
誘電体薄膜を薄くした例として、導体からなるベース上にセラミックスではなくポリイミドの誘電体薄膜を施した構造の静電チャック（例えば特許文献４参照）も数多く見られるが、高い吸着力が得られる反面、その耐久性はセラミックスに劣るという欠点がある。
【０００４】
また、本出願人は先の出願において、導電性のベース上にエアロゾルデポジション法により誘電体薄膜を成膜し、前記誘電体薄膜上を吸着面とした静電チャックに関する発明を開示した。（特許文献３参照）
同文献で紹介されている静電チャックの実施例によれば、導電性のベース上の平滑面に対してエアロゾルデポジション法にてアルミナセラミックスからなる誘電体薄膜を成膜し、静電チャックを製作している。
エアロゾルデポジション法によって得られる誘電体薄膜の厚さは１〜５０μｍの間で所定の厚さに形成することが出来ため、エアロゾルデポジション法により製作された静電チャックは従来のセラミックスにて誘電体薄膜を形成した静電チャックよりも強い吸着力を得ることが出来、樹脂にて誘電体薄膜を形成した静電チャックよりも高い耐久性を有し、更には吸着力の応答時間が短く、誘電体薄膜が緻密で耐電圧も高く、製作に必要な期間も短いなど、様々な利点を得ることができる。
【０００５】
ところで、静電チャックの吸着面には、基板などの被吸着物を静電チャックから離脱させる際にリフトピンを突出させるための穴や、被吸着物を冷却するためにガスを導入するための穴など、ベースを貫く複数の貫通穴を形成しておく必要がある。（例えば特許文献２参照）
しかしながら上述のような、導体からなるベース上に誘電体薄膜を施した構造の静電チャックは、静電チャックに貫通穴を設けると、ベースが導体であるために貫通穴の内壁において導体が露出してしまうため、そのままでは電圧印可時にリフトピンもしくは被吸着物とベースとの間で放電が起きてしまう。
このような放電を防止するための対策として、図３、図４に示すように誘電体薄膜の厚さが１ｍｍ前後である従来の静電チャックにおいては、貫通穴の内壁に絶縁性の円筒形部材を挿入し接着することで放電を防止することが一般に行われている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２３３６０５号公報（第１７図）
【特許文献２】
特開平１０−２３３４３５号公報（第１図）
【特許文献３】
特開２００２−１９０５１２号公報
【特許文献４】
特開２００２−１３４５９８号公報
【特許文献５】
特開平５−２１１２２８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、誘電体薄膜の厚さを５０μｍ以下と非常に薄く形成した場合、例えば前述のエアロゾルデポジション法により製作された静電チャックにおいては、特許文献１に開示されているような円筒形部材を接着しても前記円筒形部材が前記誘電体薄膜にかかる接着面積は非常に小さくなり、且つ前記貫通穴の吸着面側開口部においてはベースと被吸着物との距離が非常に小さいため、この部分の電気的絶縁の信頼性は低くなる。また、半導体製造のプロセスにおいて静電チャックの温度が上昇した場合、ベースと円筒形部材及び誘電体との熱膨張率の違いにより接着部分に応力負荷がかかり、誘電体薄膜と円筒形部材との（小さな）接着部分にて亀裂が入り、電気的絶縁が得られなくなる可能性もある。
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、導体からなるベース上に誘電体薄膜を施した構造の静電チャックにおいて、静電チャックに設けられた貫通穴の開口部で絶縁破壊することの無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、平滑な表面を有する金属ベース上面に誘電体薄膜を形成し、前記誘電体薄膜表面が基板の吸着面として機能する静電チャックであり、前記吸着面を貫く貫通穴を１箇所以上設けてある静電チャックにおいて、前記貫通穴の吸着面側開口部には、上端と下端との高低差が１ｍｍ以上ある斜面部が形成され、かつ該斜面部が前記誘電体薄膜で覆われていることとした。
上記構成とすることにより、貫通穴の開口部においては斜面部の下端部で誘電体薄膜で覆われていない部位と被吸着物との距離が長くなるため、放電の確率を低減することが出来る。
【０００９】
上記目的を達成するために請求項２は、前記斜面部の傾斜角が、前記吸着面に対して１５度から４５度の範囲内であることとした。
上記構成とすることにより、前期面取り加工による斜面部に対して誘電体薄膜を形成することが容易となる。特に、エアロゾルデポジション法による誘電体薄膜を形成することが容易となる。
【００１０】
上記目的を達成するために請求項３は、前記貫通穴の内壁には絶縁物からなる円筒形部材を挿入し、接着固定してあることとした。
上記構成とすることにより、誘電体薄膜を形成することが困難な貫通穴内壁を絶縁部材で覆い、放電を防止することが可能となる。
【００１１】
上記目的を達成するために請求項４は、前記円筒形部材の先端部が、前記斜面部の下端より高く、且つ上端より低い位置に突出しており、前記円筒形部材と前記斜面部の下端との境界部において、電気的絶縁性を有する接着剤を塗布し硬化させてあることとした。
上記構成とすることにより、円筒形部材と誘電体薄膜との接着面積を広く取ることが出来るため、前記貫通穴の開口部における電気的絶縁の信頼性が向上し、放電を防止することが可能となる。
【００１２】
上記目的を達成するために請求項５は、前記円筒形部材の先端部が、前記斜面部の下端より高く、且つ上端より低い位置に突出しており、前記円筒形部材と前記斜面部の下端との境界部において、電気的絶縁性を有する材料にて被覆してあることとした。
上記構成とすることにより、円筒形部材と誘電体薄膜との境界部より生じる放電経路を完全に被覆し、放電を防止することが可能となる。
【００１３】
上記目的を達成するために請求項６は、前記誘電体薄膜が、エアロゾルデポジション法によって形成された薄膜であることとした。
上記構成とすることにより、膜厚１〜５０μｍの均質で緻密な誘電体薄膜を形成することが出来る。
【００１４】
上記目的を達成するために請求項７は、平滑な表面を有する金属ベース上面に誘電体薄膜を形成し、前記誘電体薄膜表面が基板の吸着面として機能する静電チャックであり、前記吸着面を貫く貫通穴を１箇所以上設けてある静電チャックにおいて、前記誘電体薄膜がエアロゾルデポジション法によって形成された薄膜であり、前記貫通穴の吸着面側開口部には上端と下端との高低差がある斜面部が形成され、前記貫通穴の内壁には絶縁物からなる円筒形部材を有し、前記円筒形部材の先端部が前記斜面部の下端より高く且つ上端より低い位置に突出しており、前記円筒形部材と前記斜面部の下端との境界部において電気的絶縁性を有する材料にて被覆してかつ該斜面部が前記誘電体薄膜で覆われていることを特徴とする。
上記構成とすることにより、誘電体薄膜を厚さ１〜５０μｍと薄く形成することができるため、低い印可電圧で高い吸着力を得ることができる。
また、エアロゾルデポジション法により形成された誘電体薄膜は緻密で電気絶縁性が高いため、絶縁破壊を防止することができる。
【００１５】
上記目的を達成するために請求項８は、平滑な表面を有する金属ベースに上下に貫通する穴が形成され、該貫通穴の上面側開口部に斜面部を有する静電チャックにおいて、前記金属ベース上面および斜面部が誘電体薄膜で被覆され、該誘電体薄膜の被覆がノズルからエアロゾルを噴射するエアロゾルデポジション法によって形成された薄膜であり、前記エアロゾル噴射ノズルの角度を、前記金属ベースおよび斜面部に対して、４５度〜７５度の角度にて製膜することを特徴とする。
上記構成とすることにより、エアロゾル噴出ノズルの角度を変えることなく、吸着面となる金属ベース上面と斜面部とを同時に成膜することが出来る。
【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及び図２は本発明にかかる静電チャック１０の実施例である。
平滑な表面を有するアルミニウムからなるベース２にあらかじめ基板を離脱させる手段即ちリフトピン４を突出させるため、または冷却用ガスを供給するための貫通穴３を形成し、該貫通穴３の少なくとも吸着面１２側の開口部において、１ｍｍと比較的大きめな面取り加工を施し、その後エアロゾルデポジション法により誘電体薄膜６を形成した。こうすることによって、ベース２の吸着面１２だけでなく前記貫通穴３の面取り加工によって形成された斜面部７にもエアロゾルデポジション法による誘電体薄膜６が形成される。
【００１７】
本実施例では更に図２に示すように、成膜後にアルミナセラミックスからなる円筒形部材５を挿入し接着する際、円筒形部材５の吸着面１２側先端部が、面取り加工により形成された斜面部７の下端７ａよりも高い位置、例えば０．５ｍｍ程度突出させた位置で固定してある。この結果、円筒形部材５の突出部側面と、面取り加工による斜面部７とによってＶ字型断面の溝が形成されるので、この溝を埋めるように、即ち円筒形部材５と斜面部７との境界部に沿って絶縁性の接着剤８を充填する。
接着剤８は硬化後にその高さが吸着面１２を超えないように塗布する。接着剤８はシリコーン系のものを使用したため、硬化後もある程度の弾力性を有し、例えば被吸着物を処理する際に静電チャック１０の温度が上昇し、ベース２と円筒形部材５及び誘電体薄膜６との熱膨張率の違いにより接着部分に応力負荷がかかっても応力負荷を緩和して良好な耐久性が得られた。
尚、本実施例では円筒形部材５と斜面部７との境界部に沿って接着剤８を塗布する例を紹介したが、接着剤に限定するものではなく、電気絶縁性の塗布材料（例えばポリイミドでもよい）を塗布しベース２と被吸着物との間の放電を防止することが肝要である。
【００１８】
尚、本実施例では斜面部７の傾斜角９は４５度としたが、この場合は吸着面１２の成膜が完了した後、エアロゾル噴出ノズル１１の角度を調整した後、斜面部７への成膜を行う必要がある。この理由を以下に説明する。
エアロゾルデポジション法にてベース２上に成膜を行う場合、エアロゾル噴出ノズル１１の角度は被成膜面に対して垂直（９０度）ではなく、通常はある程度傾斜させた状態で成膜が行われている。エアロゾルが被成膜面に対して垂直に入射してしまうと、成膜に寄与しなかった一部の微粒子が被成膜面から速やかに除去されず、引き続き行われる成膜に悪影響を及ぼすためである。
図５に示したのは、様々なエアロゾル噴出ノズル１１の角度により成膜された誘電体薄膜６において、それぞれ厚さ１μｍあたりの破壊電圧を測定した結果である。
同図によれば、エアロゾル噴出ノズル１１の角度を７５度以上に設定すると１μｍあたりの破壊電圧は１００Ｖを下回ってしまう。また、別の実験によりエアロゾル噴出ノズル１１の角度が４５度以下になると、誘電体薄６が形成される速度が遅くなりすぎることがわかっている。このため、被成膜面に対するエアロゾル噴出ノズル１１の角度は４５度〜７５度にするのが望ましい。
【００１９】
上記の理由から、通常はエアロゾル噴出ノズル１１は吸着面１２に対して６０度の傾斜となるようセッティングされるが、本実施例のように斜面部７の傾斜角９を４５度とした場合、図６に示したように斜面部７に対してエアロゾルは１５度から７５度の角度で入射することになる。図６右側に示した斜面部７にはエアロゾルが１５度で入射するために成膜速度が遅くなり、他の部分よりも誘電体薄膜６の厚さが非常に薄く形成されることとなる。
このため、本実施例においては図６のエアロゾル噴出ノズル１１の角度で一度成膜を行った後、図６右側に示した斜面部７に対してエアロゾル噴出ノズル１１の角度が７５度となるよう変更してから斜面部７のみ局所的に再度成膜を行い、誘電体薄膜６の厚さを均一とする必要があるのである。
【００２０】
斜面部７に誘電体薄膜６を形成することを更に容易とするため傾斜角９を緩やかにしてもよい。例えば、斜面部７の傾斜角９を１５度にすると、エアロゾル噴出ノズル１１の角度を変えることなく吸着面１２と同時に斜面部７の成膜を行うことが出来る。即ち、この場合は図７に示したようにエアロゾル噴出ノズル１１が吸着面１２に対してなす角度を６０度に保てば被成膜面のどの部分に対しても上記の４５度〜７５度の角度を保ち、良好な条件にて成膜を行うことができる。
斜面部７の傾斜角９を１５度より緩やかにすることも可能であるが、１５度であれば、エアロゾル噴出ノズルの角度を変えることなく成膜できる上、貫通穴３周辺の部位の斜面部７の面積が広くならないので好ましい。
【００２１】
以上の構成で製作された静電チャック１０は、被吸着物とベース２との間に２ｋＶ以上の電圧を印可しても両者の間に絶縁破壊及び放電を生じることが無く、良好な電気的絶縁性能を得ることが出来た。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、導体からなるベース上に誘電体薄膜を施した構造の静電チャックにおいて、静電チャックに設けられた貫通穴の開口部で絶縁破壊することの無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】本発明の一実施例である静電チャックを示す断面図である。
【図２】図１の静電チャックの貫通穴開口部を示す拡大図である。
【図３】従来の静電チャックを示す断面図である。
【図４】図３の静電チャックの貫通穴開口部を示す拡大図である。
【図５】エアロゾルデポジション法により形成された誘電体薄膜において、成膜時のノズルの角度と、厚さ１μｍあたりの破壊電圧との関係を測定した結果を示すグラフである。
【図６】本実施例による静電チャックのベースに対し、エアロゾルデポジション法にて誘電体薄膜を形成する際の、ノズルと被成膜面とのなす角を示す概念図である。
【図７】別の実施例による静電チャックのベースに対し、エアロゾルデポジション法にて誘電体薄膜を形成する際の、ノズルと被成膜面とのなす角を示す概念図である。
【符号の説明】
２…ベース、３…貫通穴、４…リフトピン、５…円筒形部材、
６…誘電体薄膜、７…斜面部、７ａ…斜面部下端、７ｂ…斜面部上端、
８…接着剤、９…傾斜角、１０…静電チャック
１１…エアロゾル噴出ノズル、１２…吸着面
【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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