(57)【要約】【課題】  被吸着体が静電チャック誘電体と接触する面積を極限にまで小さくし、かつ十分な吸着力を発揮する新しい類型の静電チャックを提供する。【解決手段】  電極と該電極に対する電気的接続手段と、複数の凸部が形成され被吸着体を該凸部上面に載置する平滑な表面を有する誘電体と、から構成され前記誘電体の体積抵抗率が１０５〜１０１１Ωｍの静電チャックであって、前記複数の凸部の合計の面積と前記誘電体表面の面積との比率が０．００１％以上〜１％未満であることとした。【選択図】  図１
2005033125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と該電極に対する電気的接続手段と、複数の凸部が形成され被吸着体を該凸部上面に載置する平滑な表面を有する誘電体と、から構成され前記誘電体の体積抵抗率が１０５〜１０１１Ωｍの静電チャックであって、
前記複数の凸部上面の合計の面積と前記誘電体表面の面積との比率が０．００１％以上〜１％未満であることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記複数の凸部の高さが２〜４５μｍ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】
前記静電チャック表面の外周には前記複数の凸部と同じ高さのリング状凸部及び、ガス供給孔を設けた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】
前記誘電体表面に前記ガス供給孔を通過する溝形状の凹部形成し、該凹部の深さが５００μｍ以下で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】
前記誘電体層の厚みｄ（ｍ）、体積抵抗率ρ（Ωｍ）および凸部の高さδ（ｍ）とした場合、これらは以下の数式１を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の静電チャック。
【数１】
2005033125.tif 000005
【請求項６】
前記電極と静電チャック表面の凸部が電界方向に重ね合わせたとき重なりが生じない電極を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項７】
前記静電チャック表面で凸部以外の領域は導電性膜で覆われていることを特徴とする請求項１，２，３，４，６のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項８】
前記電極は、誘電層に直接ボンディングされた導電性基盤であることを特徴とする請求項１から７に記載の静電チャック。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載された静電チャックを搭載する半導体またはフラットパネルディスプレー用製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造装置部品およびフラットパネルディスプレー（ＦＰＤ）製造装置に搭載される静電チャックおよび該静電チャックを搭載した装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電チャックはその吸着原理により以下の類型があった。
１つは電極上に体積抵抗率の非常に大きい誘電層を設け、誘電層の厚みを薄くしかつ吸着電圧を非常に大きくして電極と被吸着体で構成される平行平板コンデンサモデルによって説明されるいわゆるクーロン力タイプと、誘電体の体積抵抗率、誘電層厚み、表面粗さを一定の範囲に調整することによってジョンセンラーベック効果を生じさせ強い吸着力を発現するジョンセンラーベック型静電チャックである（特許文献１参照）。
【０００３】
また、誘電体の体積抵抗率が大きい場合の静電チャックが開示されている（特許文献２参照、特許文献３参照）。この場合、吸着力は静電チャックの電極とウェハ間の静電容量と、印加される電圧によって決まるが、一般に吸着力は弱く、非常に高い電圧が必要とされている。そのため、表面に凹凸の加工を設けるには、被吸着体を十分吸着できる力を確保するための制限があり被吸着体と静電チャック表面の接触面積は大きくせざるを得なかった。
特許文献３に見られるものを詳述すると、以下の通りである。
静電チャックは、電極と誘電体と、電極と外部電源との電気的接続手段から構成され、誘電体と被吸着体であるシリコンウェハは物理的に接触させ、外部の電源から高電圧を付加する。このとき誘電体とウェハ間には、接触抵抗が形成され電流が流れる。その電流が接触界面間に電圧降下を発生させ、その電位差により接触界面に電荷が誘起され、その結果クーロン引力を生じさせている。すなわち静電チャックと被吸着体が物理的に接触している領域は微小なギャップが存在しその静電容量は大きな値になり蓄積される電荷も多いため強い吸着力が発現する。
この場合は、静電チャック表面に凸部状の突起加工等を施すことが可能であった（特許文献４参照）。
【特許文献１】特許第３２７５９０１号公報
【特許文献２】特開平５−８１４０号公報
【特許文献３】特開平６−２９１１７５号公報
【特許文献４】特開平７−１５３８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の特許文献４に記載の静電チャックでも、静電チャック吸着面に凸部状の突起を設けることはできたが、凸部状の突起と被吸着体の接触する面積比率（接触面積比率）は１〜１０％に限られていた。半導体やＦＰＤのプロセスはシリコンウェハやガラス基板に対するパーティクル発塵やコンタミネーションを嫌うためなるべく被吸着体と静電チャックの物理的な接触面積を低減することが求められている。
クーロン力型静電チャックは吸着力の電圧印加に対する応答性はよいものの高電圧を使用し、かつ吸着力も弱く上記の課題を克服することはできなかった。
ジョンセンラーベック型静電チャックは吸着力の大きさは主に静電チャックと被吸着体が物理的に接触する領域の双方の表面粗さで決まる。よって静電チャックの表面を平滑にしても被吸着体側の表面粗さはコントロールできないため吸着力でも接触面積比率を１％以下にするには困難であった。また吸着力の応答性は主に誘電層の体積抵抗率によって決まるため、使用温度や素材の選択によっては電源を切ってもシリコンウェハが外れにくいなど残留吸着が生じやすかった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題を解決すべく、静電チャックと被吸着体の物理的な接触面積を極限にまで小さくすることができ、かつ十分大きな吸着力が発現し、応答特性にも優れた新しい類型の静電チャック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】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、電極と該電極に対する電気的接続手段と、複数の凸部が形成され被吸着体を該凸部上面に載置する平滑な表面を有する誘電体と、から構成され前記誘電体の体積抵抗率が１０５〜１０１１Ωｍの静電チャックであって、
前記複数の凸部上面の合計の面積と前記誘電体表面の面積との比率（接触面積比率）が０．００１％以上〜１％未満であることを特徴とする。
上記構成とすることにより、静電チャックと被吸着体の物理的な接触が非常に小さくても実用的な吸着力が発現する静電チャックが得らる。そのため、コンタミネーションやパーティクルの付着を防ぐことができる。
【０００７】
本発明の好ましい態様として、前記複数の凸部の高さが２〜４５μｍであることを特徴とする。
上記構成とすることにより、より実用的な吸着力が発現する静電チャックが得らる。
【０００８】
本発明の好ましい態様として、前記静電チャック表面の外周には前記複数の凸部と同じ高さのリング状凸部及び、ガス供給孔を設けたことを特徴とする。
上記構成とすることにより、被吸着体をガス冷却するために静電チャック表面にリング状凸部（シールリング）を設けた。その結果、１００ｔｏｒｒ程度までガス冷却が行え被吸着体と静電チャックのガス封入面積が従来の静電チャックよりかなり広くなり被吸着体の面内温度分布が均一となる。
【０００９】
本発明の好ましい態様として、前記誘電体表面に前記ガス供給孔を通過する溝形状の凹部形成し、該凹部の深さが５００μｍ以下であることを特徴とする。
上記構成とすることにより、ガスの充満時間を短縮するために静電チャック表面に溝を形成した。その結果、被吸着体の温度制御性に大きく影響するガスの圧力制御性が改善される。
【００１０】
本発明の好ましい態様として、前記誘電体層の厚みｄ（ｍ）、体積抵抗率ρ（Ωｍ）および凸部の高さδ（ｍ）とした場合、これらは以下の数式１を満足することを特徴とする。
【００１１】
【数１】
2005033125.tif 000003
上記構成とすることにより、本発明にかかる静電チャックのうち更に吸着力の応答性のよい静電チャックを得る条件を記載した。その結果、残留吸着力の減衰が速く、被吸着体の着脱が良好に行える静電チャックが得られる。
【００１２】
本発明の好ましい態様として、前記電極と静電チャック表面の凸部が電界方向に重ね合わせたとき重なりが生じない電極を有することを特徴とする。
上記構成とすることにより、本発明にかかる静電チャックのうち被吸着体に対するパーティクル汚染を更に減らすために電極パターンと静電チャック表面パターンの形状に間連を持たせた。その結果、パーティクルが更に減らすことができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様として、前記静電チャック表面で凸部以外の領域は導電性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、本発明のうち凸部の底面に導電性膜で覆われている静電チャックついて記載した。その結果、さらに新しい類型の静電チャックが提供できた。
【００１４】
本発明の好ましい態様として、前記電極は、誘電層に直接ボンディングされた導電性基盤であることを特徴とする。
上記構成とすることにより、さらに新しい類型の静電チャックが提供できる。
【００１５】
また、上記静電チャックを半導体またはフラットパネルディスプレー用製造装置に搭載すると、パーティクル汚染に優れた装置が提供できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によって、静電チャックと被吸着体の物理的な接触が非常に小さくても実用的な吸着力が発現する静電チャックが得らる。また、コンタミネーションやパーティクルの付着を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好適な実施の例を以下に示す。
図１は、請求項２の代表的な実施例で、図２のように凸部の直径をφ０．２５ｍｍとし、これを一辺８ｍｍの正三角形の各頂点にあたる位置に連続的に配置した。凸部の高さは２、５、１０、１５、２０、２５、３０、４５μｍとした。このとき静電チャック表面の面積に対する凸部の合計の面積の比率（接触面積比率）は約０．１％である。静電チャックにはガス供給孔があり、さらに静電チャック表面にはガスを封止する目的で設け、散点状の凸部と同じ高さのリング状凸部（シールリング）を設けた。シールリングの巾は０．５ｍｍとした。
静電チャックに吸着された被吸着体は静電チャックと被吸着体とのすきまにガスを封入することにより被吸着体と静電チャック間に均一な熱伝達を生じさせることができる。接触面積比率を極限にまで小さくできるので冷却ガスの接触面積が今までになく広い領域となる。
【００１８】
誘電層は酸化アルミに遷移金属酸化物を添加して、セラミックス製誘電体を作製し、その中に平面上の電極を形成した。この材料の比誘電率は１ＫＨｚで８．７、体積抵抗率は１０１０Ωｃｍ、誘電体表面と内包される電極までの厚さは１０００μｍである。
複数の散点状凸部の面積の合計は約０．００１％程度まで小さくすることは可能である。その場合は凸部の直径を０．０５ｍｍ、凸部間の距離を１５ｍｍ程度にする必要がある。
０．００１％より小さくすることは原理的には可能であるが製作上の問題及び吸着力による被吸着体のたわみにより凸部の底面に底付きする場合が生じる。接触面積比率は１％より大きくすると凸部の頂点で発生するジョンセンラーベック力が無視できなくなるほか、被吸着体に対するパーティクル汚染の懸念が増大してくる。
体積抵抗率は１０１３Ωｃｍ以上ではすきまに電荷が蓄積される時間が非常に長く実質的に非常に使いにくくなる。また１０５Ωｃｍ以下では双極構造の場合は、電極間に流れる電流が非常に大きくなり、また物理的に接触している面積が非常に小さいとは言え、接触部からの電流も無視できなくなってくる。そのため外部電源の容量を相当大きくしなければならないなど不具合が生じ易い。ここで。体積抵抗率は静電チャックが使用される温度における体積抵抗率であり、使用される温度としては、一般的に使用される温度で−５０から５００度程度の範囲である。
【００１９】
上記静電チャックの上に被吸着体としてシリコンウェハを載せ、静電チャック誘電体の電極に導通している電気的接続手段に外部電源を接続する。本実施例の静電チャックは、電極が２ケのいわゆる双極構造をとっているので被吸着体は接地する必要がない。電極が１ケの単極構造にする場合は、被吸着体は接地する必要がある。
【００２０】
上記の構成を真空チャンバー内（約１Ｐａ）に設置し、真空下で被吸着体を静電吸着後垂直方向に引っ張り上げその時の荷重を被吸着体と静電チャックの重なりあう面積で割って吸着力とした。単位は後に述べるガスの圧力と比較するためｔｏｒｒとした。その結果、図３に示す吸着力が発生していることがわかった。この時の発生する力の大きさは、すきま（凸部高さ）が広くなるほど高電圧が必要になることがわかる。凸部高さ４５μｍのときは印加電圧が３ＫＶと比較的高くなるものの７０ｔｏｒｒ程度の吸着力があった。この値は実際の半導体製造プロセスで被吸着体をガス冷却する場合に封入するガス圧力に比較して十分であり、十分実用に耐えうる。
すきまの下限値は原理的には限りなくゼロに近くてもよいが、２μｍ以下になると、誘電層の素材や誘電層製造プロセスによっては凸部の高さと表面粗さ、表面うねりとの区別が困難になってくる。この領域では、凸部の形成には半導体製造プロセス等に用いられる露光、エッチング、製膜技術によって製作することができる。
【００２１】
尚、本実施例は、被吸着体としてシリコンウェハを用いたが導電性を有するものであれば何にでも適用できる。例えばガラス基板に薄膜電極が形成されているような基板であっても同様に吸着できる。
凸部の直径を０．２５ｍｍから０．１ｍｍへ、凸部間距離を８ｍｍから１５ｍｍと変更したが図３に示した関係は概ね維持された。このときの接触面積比率は約０．００１％となる。また凸部の直径を０．６ｍｍ、凸部間を６ｍｍとした場合も概ね図３の関係が維持された。このときの接触面積比率は約０．９％となる。
【００２２】
本発明の好適な第２の実施の例を以下に示す。
図４は、表面に散点状の凸部のみを設けた例である。紫外線露光機、ＵＶ露光機や検査機では冷却ガスを使用しない場合が多く、平面度が要求される。本実施例では静電チャックに散点状の凸部のみ形成しているため平面度の加工も容易である。
【００２３】
本発明の好適な第３の実施の例を以下に示す。
図５は、第１の実施例にガスを拡散させる溝を設けたことを特徴とする。溝は供給孔を通過するように配置される。
溝を配置することによりすきま空間内が均一な圧力になるまでの時間（充満時間）が、凸部高さが１０μｍのときで約５秒であったものが図５に示す形状で深さ１００μｍの溝を設けた場合は１秒以内にすることができた。図６は概略断面図である。
【００２４】
溝の深さは５００μｍ以上であると、溝と被吸着体の間で放電が生じやすく吸着力が弱くなる場合がある。放電する条件は放電する２物体が金属の場合はパッシェンの法則として知られているが、誘電体と導体の場合はその条件は知られていない。
本発明者らは３ＫＶ印加時、Ｈｅガス１００ｔｏｒｒ、溝深さ５００μｍであっても放電があまり発生せずその結果として吸着力が１００ｔｏｒｒ以上確保できていたことを確認した。
【００２５】
本発明の好適な第４の実施の例を以下に示す。
図７は、本発明に係る静電チャックの等価回路である。平面状の電極と、電気的接続手段と、被吸着体を載置する平滑な表面を有する誘電体から構成される静電チャックにおいて、被吸着体との間に電圧を印可すると外部電源から印加された電圧は、図７に示す等価回路にしたがって、誘電体の表面（凸部の底面）と静電チャックの表面のすきま（凸部高さに相当する)によって構成される静電容量成分Ｃ１の両端に吸着電圧Ｖのほとんどが分圧されると考えられる。これは静電チャックと被吸着体との接触面積が非常に小さく両者間の接触抵抗が無視してもさほど影響がないと考えられるからである。その電圧によって電荷が瞬時に蓄積され、クーロン引力が発生する。このとき蓄積される電荷Ｑ１は誘電層の抵抗Ｒ２のため過渡特性を示す。
この過渡特性より電荷Ｑ１が飽和時より９８％減衰する時間をｔｓ（秒)とすると、
ｔｓ＝１．７３１×１０−１１×ρ（１＋ｄ／δ）
と計算される。ここでρは誘電層の体積抵抗率（Ωｍ）、ｄは誘電層の厚み（ｍ）、δは突起の高さ（ｍ）である。これは特許３２７５９０１号で開示した計算式に静電チャックと被吸着体との接触抵抗を無限大近似することにより得られる。
半導体プロセス等ではプロセスガスの排気、シリコンウェハの冷却等に時間がかかるためプロセス終了後約６０秒程度であれば充分に静電チャックとしての被吸着体の着脱性は確保できる。従って本発明にかかる静電チャックであって
１．７３１×１０−１１×ρ（１＋ｄ／δ）＜６０
であるようなパラメータをもつ静電チャックは被吸着体の着脱性に優れていて更に好ましい実施例となる。図８に本実施例を示す。特に誘電層の体積抵抗率及びすきま（凸部高さ)が着脱性に大きく影響を与えていることが確認された。
【００２６】
本発明の好適な第５の実施の例を以下に示す。
図９は、本発明に係る静電チャックの電極パターンの概要を示したものである。その断面図は図１０のようになる。
半導体やＦＰＤ製造プロセスはパーティクル汚染、コンタミネーションを非常に嫌うが、静電チャックは被吸着体と直接物理的な接触があるため汚染が生じやすい。本発明にかかる静電チャックは従来にない非常に低接触面積を実現できるのでパーティクル汚染及びコンタミネーションを非常に小さく抑えることができた。表１は本発明における静電チャックに被吸着体としてシリコンウェハを吸着した後のシリコンウェハ上のパーティクルをカウントしたものであり、従来の比較的低接触面積比率の静電チャックと比較したが顕著な差が得られている。またパーティクルの低減はそのままケミカルコンタミネーションの抑制につながっている。
また、接触している凸部領域は本来ジョンセンラーベック効果による吸着力が働くため、凸部はパーティクル汚染が生じ易い。そこで、実施例６は静電チャックの電極パターンのなかに凸部領域を避けるように電極のニゲを設けた。その結果、凸部の接触部分に集中する力は比較的軽減され、パーティクル汚染、コンタミネーションを更に抑制することができた。電極ニゲは外周部に設けられるシールリング直下にも設けることが望ましい。
【００２７】
実施例１の静電チャックの吸着によるシリコンウェハのパーティクルカウントを表１に示す。
【００２８】
【表１】
2005033125.tif 000004
【００２９】
本発明の好適な第７の実施の例を以下に示す。
図１１は、本発明に係る静電チャックの表面（凸部の底面）に導電性膜で覆ったものである。このとき、電荷自体は導電性膜と被吸着体に相対し存在するため吸着することができる。
【００３０】
本発明の好適な第８の実施の例を以下に示す。
図１２は、本発明に係る静電チャック自体を導電体とし凸部を絶縁性物質とした。このときも、電荷自体は導電性膜と被吸着体に相対し存在するため吸着することができる。
【００３１】
本発明の好適な第９の実施の例を以下に示す。
本発明の実施例１〜７の静電チャックは基盤にボンディングされて使用される。その基盤には冷媒流路、ガス流路等設けられるのが一般である。また基盤自体が電極となる場合がありその場合は図１３に示したように誘電体層のみが基盤にボンディングされる。  
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の代表の平面図
【図２】本発明の代表の平面拡大図
【図３】すきま（凸部高さ）と吸着電圧と吸着力のグラフ
【図４】本発明１の代表の平面図
【図５】本発明の代表の概略断面図
【図６】本発明の代表の概略断面図
【図７】本発明の静電チャックの等価回路と模式図
【図８】本発明の静電チャックの残留吸着力と減衰時間のグラフ
【図９】実施例５の静電チャックの電極の概略平面図（凸部位置も記載)
【図１０】実施例５の静電チャックの概略断面図
【図１１】実施例６の静電チャックの概略断面図
【図１２】実施例７の静電チャックの概略断面図
【図１３】実施例９の静電チャックの概略断面図
【符号の説明】
【００３３】
１…凸部
２…凸部底面
３…ガス供給孔
４…リング状凸部：シールリング
５…凹部：ガス拡散用溝
６…電極
７…誘電層
８…被吸着体
９…外部電源
１０…電極ニゲ
１１…凸部位置
１２…電気的接続手段
１３…導電性膜
１４…絶縁性凸部
１５…導電性基盤
１６…基盤
１７…冷媒流路
１８…冷媒出入り口
１９…ガス流路
【図１】
2005033125.tif 000006
【図２】
2005033125.tif 000007
【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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【図９】
2005033125.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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