(57)【要約】【課題】  突起上面等の板状試料と接触する面の化学的、機械的特性を低下させることなく、また過度のガスを導入することなく、板状試料の面内温度の微少領域における均一性を向上させることができ、しかも充分な吸着力と電圧印加中止後の脱離性とを備えた静電チャックを提供する。【解決手段】  平面基台と、平面基台の吸着領域に突設された多数の突起５とを備え、突起５に板状試料を吸着させる。突起５の上面は、平滑領域である外周面２０と、粗面領域である内周面２１とからなる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に静電吸着用の内部電極を備え、誘電体からなる平面基台と、前記平面基台の吸着領域に突設された多数の突起とを備え、前記多数の突起上に板状試料を吸着させる静電チャックであって、前記突起の上面は、中心線平均あらさが０．５μｍ以下の平滑領域と、中心線平均あらさが０．５μｍ以上の粗面領域とからなり、前記平滑領域の中心線平均あらさと前記粗面領域の中心線平均あらさとの差が０．２μｍ以上であることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記粗面領域が平滑領域に囲まれた位置に形成されている請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
前記平滑面の合計面積の、前記突起の上面の合計面積に対する面積比が、１０〜９０％の範囲である請求項１または請求項２に記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電チャックに関する。さらに詳しくは、シリコンウエハ、プリント基板、ガラス基板等の板状試料を、静電チャック方式により吸着して固定する静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の板状試料の固定技術としては、真空チャック、静電チャック等の各吸着固定方式が知られており、例えば、板状試料を搬送したり、板状試料に、露光、成膜、微細加工、洗浄、ダイシング等を施したりする際に使用されている。
【０００３】
こうした、吸着固定装置においては、吸着固定装置の試料に対向する面に、碁盤目状のスリットを設けたり、突起を立設したり、穴を設けたりすることにより、試料に接触する面と接触しない面とを形成することが行われている。このように、非接触面とを設けることにより、静電チャック方式の場合には、電圧印加中止後の脱離性の向上を図ることができる。また、非接触面の存在により、接触面と試料との間にゴミが入り込むことを防止することができる。
【０００４】
また、板状試料にプラズマ雰囲気下でエッチング等の処理を施す場合には、減圧下、すなわちプラズマが発生しやすい雰囲気中でおこなう必要がある。プラズマ雰囲気において板状試料にエッチング処理等を施す場合、プラズマ熱により半導体ウェハの表面は高温になる。そして、表面温度が大きくなると、表面のレジスト膜がバーストする等の問題が生じる。また、板状試料の面内に温度の不均一が生じると化学処理が不均一になる。そこで、静電チャック方式の吸着装置では、ヘリウム等の冷却ガスを板状試料下面と非接触面との空間に流し、板状試料の化学処理を均一に行わせるために板状試料の表面温度を均一に冷却するようにしている。
【０００５】
この場合、非接触面の面積をできるだけ大きくした方が、より高い冷却効果を得られる。しかし、非接触面の面積を大きくして接触面の面積を小さくしすぎると吸着力が不足してしまう。そこで、小さい接触面積でも充分な吸着力が得られるように、接触面の平滑度を高める等の試みがなされている。たとえば、特許文献１に記載の静電チャックでは、誘電体層の固有抵抗を１０9Ωｍ以下とし、誘電体層の上面に設けた多数の突起の吸着面となる上面のＲmax（最大高さ）を２．０μｍ以下またはＲａ（中心線平均粗さ）を０．２５μｍ以下とし、かつ突起の上面の合計面積の誘電体層の上面に対する面積比率を１％以上１０％未満としている。
【０００６】
一方、吸着固定装置に内蔵したヒーターに通電加熱して板状試料を加熱するよう構成され、板状試料を吸着固定装置の吸着面へと吸着力によって吸着しつつ、同時に吸着面を加熱して板状試料を加熱することができる吸着固定装置も知られている。このような吸着固定装置においても、板状試料の化学処理を均一に行わせるために板状試料の表面温度を均一にすることが求められる。そのため、ヘリウム等のガスを板状試料下面と非接触面との空間に流し、ヒータによる加熱効果が板状試料の全面に行き渡るようにすることが行われている。
【０００７】
このように吸着固定装置の試料に対向する面に非接触面を形成することは、脱離性の向上（静電チャックの場合）、ゴミの付着防止だけでなく、板状試料の温度を均一化して、板状試料に均一な化学処理を施す上で重要な役割を果たしている。
【０００８】
しかしながら、上記非接触面を有する従来の静電チャックでは、板状試料の微少領域まで考慮すると温度の均一化は必ずしも充分ではなかった。なぜなら、接触面では非接触面と比較して熱が伝達しやすい。そのため、ヒータで板状試料を加熱する場合には、接触面に当接する板状試料の接触部分が、接触していない部分よりも高温となりやすかった。また、プラズマ等で板状試料が加熱されている場合は、熱の逃げ場のない非接触部分の方が高温になりやすかった。
【０００９】
特に、ヘリウムガス等を導入できない場合では、上記のような原因による温度の不均一の影響が大きかった。また、ヘリウムガス等を導入できる場合でも、微視的に見ると、ヘリウムガス等による温度の均一化効果は、接触面に当接する板状試料の接触部分には及びにくく、充分な温度の均一化は困難であった。なお、ヘリウム等のガス圧を高めることにより温度の均質化効果が高まることも期待できるが、過度なガス圧は、板状試料の割れ等をもたらすので適当でない。
【００１０】
上記の微視的な板状試料の面内温度の不均一を解消するには、各接触面の面積をできるだけ小さくすること、たとえば、多数の突起を立接した場合には、各突起の上面の面積をできるだけ小さくすることが有効である。しかし、接触面の面積を小さくすると、化学的耐食性が低下し突起が損傷を受けやすくなる。また、接触面の周縁部が板状試料との接触により摩耗しやすいという問題点があった。
【特許文献１】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】
【００１１】
本発明は、上記従来技術の事情に鑑みて、突起上面等の板状試料と接触する面の化学的、機械的特性を低下させることなく、また過度のガスを導入することなく、板状試料の面内温度の微少領域における均一性を向上させることができ、しかも充分な吸着力と電圧印加中止後の脱離性とを備えた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】
【００１２】
本発明者等は、鋭意検討した結果、従来単なる平面であった突起の頂面形状を工夫することによって、上記従来技術の問題点を効率的に解決し得ることを知見し、本発明を完成した。
【００１３】
すなわち、本発明は、内部に静電吸着用の内部電極を備え、誘電体からなる平面基台と、前記平面基台の吸着領域に突設された多数の突起とを備え、前記多数の突起上に板状試料を吸着させる静電チャックであって、前記突起の上面は、中心線平均あらさが０．５μｍ以下の平滑領域と、中心線平均あらさが０．５μｍ以上の粗面領域とからなり、前記平滑領域の中心線平均あらさと前記粗面領域の中心線平均あらさとの差が０．２μｍ以上であることを特徴とする静電チャックを提供する。
【００１４】
本発明において、前記粗面領域は平滑領域に囲まれた位置に形成されていることが好ましい。また、前記平滑面の合計面積の、前記突起の上面の合計面積に対する面積比が、１０〜９０％の範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の静電チャックは、吸着領域内に形成された突起の化学的、機械的特性を低下させることなく、また過度のガスを導入することなく、板状試料の面内温度の微少領域における均一性を向上させることができ、しかも充分な吸着力と電圧印加中止後の脱離性とを備えた静電チャックを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、ヒータが一体化されていない静電チャックを例にとり、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
「参考形態」
図１は参考形態に係る静電チャックで、図２は図１のIIにおける要部拡大図であり、各々（ａ）に平面図、（ｂ）に断面図を示している。図に示すように、静電チャック１は金属板２の上に平面基台としての誘電体層３を接合してなり、この誘電体層３内に内部電極４を埋設或いは挟持している。
【００１８】
誘電体層３の上面には、Ｈｅ等の冷却ガスが漏れないように１〜５ｍｍの幅で、後述する突起５、５…と同じ高さの周縁壁３ａを形成し、更にこの内側を吸着領域３ｂとし、この吸着領域３ｂ内に多数の突起５、５…を立設してある。なお、周縁壁３ａ及び突起５、５…は、誘電体層３と一体的に形成しても、別個の部材として形成しても良い。
【００１９】
突起５、５…は、図２に示すように、各々その上面１３を凸部の頂面からなる試料保持面１４と、試料保持面１４に囲まれた凹部１５とからなる凹凸状とし、該試料保持面１４、１４…を半導体ウエハＷと直接接触する吸着面としている。また、吸着領域３ｂにおいて、突起５、５…が立設されていない部分は溝部１６として残されている。
【００２０】
ここで図１に戻り、前記金属板２及び誘電体層３を貫通して冷却ガス導入孔６が形成され、この冷却ガス導入孔６、６を介して誘電体層３上面と半導体ウエハＷ下面との間の隙間にＨe等の冷却ガスが供給される。更に、金属板の内部には静電チャック冷却のための冷媒が流れる流路１２、１２が設けられている。 
【００２１】
また、前記内部電極４には直流電源回路７が接続され、誘電体層３下面の導体部８には高周波電源回路９が接続されている。また、高周波電源回路９は内部電極４に接続してもよい。尚、プラズマ処理装置内において、静電チャック１上方にはアースされた対向電極１０が位置している。而して、静電チャック１にウエハＷを載置し、内部電極４に直流電圧を印加することで静電力が生じ、ウエハＷは誘電体層３、具体的には突起５、５…の上面の試料保持面１４、１４…及び周縁壁３ｂの上面に吸着される。また、高周波電源回路９によって高周波を印加することで、対向電極１０との間に活性なラジカル１１が発生し、ウエハＷ表面のＳi酸化膜等がエッチングされる。 
【００２２】
再び図２に戻り、前記試料保持面１４、１４…の合計面積の吸着領域３ｂの全面積（誘電体層３の面積から周縁壁３ａの面積を除いた面積）に対する面積比は０．５〜３０％、好ましくは１〜１０％の範囲とされている。面積比を０．５％以上とするのは必要な吸着力を確保するためであり、３０％以下とするのは吸着面に存在するゴミを付着させにくく、しかも電圧印加中止後の板状試料の脱離性を確保するためである。
【００２３】
また、前記試料保持面１４、１４…の合計面積の前記突起５、５…の上面１３、１３…の合計面積（試料保持面１４、１４…と凹部１５、１５…との合計面積）に対する面積比は１０〜９０％の範囲であることが好ましい。
すなわち、前記面積比を前記範囲内とすることにより、充分な吸着力と、板状試料の温度均一性を同時に確保することができる。すなわち、前記の面積比が１０％未満であると、必要な吸着力を確保することができず、一方、前記の面積比が９０％を越えると、突起の上面に実質的に凹部を形成したことにならず、板状試料の温度を均一化することが困難となる。
【００２４】
更に、前記保持部１４、１４…の幅ｄ１は板状試料の厚みの２倍以下であることが好ましい。すなわち、前記保持部１４、１４…の幅ｄ１が２倍以上の場合、溝部１６、１６……における熱伝達係数と、上面（試料保持面１４、１４……＋凹部１５、１５……）１３、１３……における熱伝達係数との差を小さくすることが困難となり、溝部１６、１６……と上面（試料保持面１４、１４……＋凹部１５、１５……）１３、１３……とで温度差が生じ、板状試料の面内温度の微少領域における均一性を向上させることが困難となる。
【００２５】
突起５上面に形成される凹部１５、１５…の加工深さＤ１は０．１μｍ〜２．０μｍであることが好ましい。加工深さＤ１が０．１μｍ以下であると実質的に凹部１５、１５……を形成したことにならず、板状試料の面内温度の微少領域における均一性を向上させることが困難となる。加工深さＤ１が２．０μｍ以上となると、吸着力が低下する傾向がある。
【００２６】
吸着領域３ｂ内に形成される溝部１６、１６…の加工深さＤ２は１μｍ〜２０μｍであることが好ましい。加工深さＤ２が１μｍ以下であると、Ｈｅ等のガスを板状試料の下面に流すことが困難となり、また、ゴミの付着防止に対して有効でなく、板状試料Ｗの浮きが生じて吸着力が低下し、板状試料の面内温度の微少領域における均一性を向上させることが困難となる。また、加工深さＤ２が２０μｍ以上であると溝部１６、１６……における吸着力が低下し全体としての吸着力が低下するので好ましくない。
【００２７】
突起の作製及び突起の上面の微細加工は、例えば、砥石加工、レーザ彫刻等の機械的加工やショットブラスト加工を用いて行うことができる。以下、図３を参照しつつ、吸着領域３ｂ内に上記突起及び上面の凹凸を形成する方法を、ショットブラスト加工を用いて行う場合について説明する。
【００２８】
まず、このウエハ設置面（吸着領域３ｂ）を研摩加工（中心線平均あらさＲａ１が０．５μｍ以下）して平坦面とし、平滑となったウエハ設置面（吸着領域３ｂ）を洗浄する。この洗浄は、例えばトリクレン等の有機溶剤で行い、脱脂する。この脱脂後には、例えば、温水で洗浄する。
【００２９】
次いで、このウエハ設置面（吸着領域３ｂ）に、図３（ａ）に示すようにマスク１７を設ける。このマスク１７のパターン形状は、図１に示す突起５のパターン形状と同一とする。このマスク１７としては、感光性樹脂や板状マスクを使用する。この方法は常法に従う。
【００３０】
次いで、ショットブラストを行い、図３（ｂ）に示されるように、マスク１７によって覆われていない部分に溝部１６、１６…を形成し、その結果として突起５、５…を形成する。このショットブラストに使用する粒子としては、アルミナ、炭化珪素、ガラスビーズ等が好ましく、粒子の粒径は、３００メッシュアンダー〜１５００メッシュオーバー程度とすることが好ましい。そして、マスク１７を除去する。この際、マスク１７が感光性樹脂からなる場合には、塩化メチレン等の剥離液を用いる。
【００３１】
次いで、この突起５、５…上に、図３（ｃ）に示すようにマスク１８を設ける。このマスク１８のパターン形状は、図２ａ、図２ｂに示す突起５、５…上の凹凸のパターン形状と同一とする。そして、上記のショットブラスト加工に準じて再度ショットブラストを行い、図３（ｄ）に示されるようにマスク１８によって覆われていない部分に凹部１５、１５…を形成する。そして、マスク１８を除去し、図１、図２に示す静電チャックを得る。
【００３２】
このようにして作製された静電チャック（試料保持面１４、１４…の合計面積の吸着領域３ｂの全面積に対する面積比は５％、試料保持面１４、１４…の合計面積の前記突起５、５…の上面１３、１３…の合計面積に対する面積比は８％、幅ｄ１は板状試料の厚みの０．５倍、Ｄ１＝２．４μｍ、Ｄ２＝３．０μｍ）を用い、上記溝部１６、１６……に１．３３×１０３Ｐａ（１０torr）のＨｅガスを流しながら８インチＳｉウエハを吸着させ、該静電チャックの静電吸着力、吸着時間、脱離時間を、室温および１５０℃の各温度下で判定した。なお、吸着時間とは、直流500Vの電圧を印加したときに静電吸着力が100gf／cm2、すなわち、約９８００Ｐａになるまでの時間であり、脱離時間とは、直流500Vの電圧を１分間印加した後に印加を中止し、その時から静電吸着力が10gf／cm2、すなわち、約９８０Ｐａなるまでの時間である。この測定結果を表１に示す。
【００３３】
一方、この静電チャックをプラズマエッチング装置に装着し、１．３３×１０２Ｐａ（１．０torr）の、ＣＦ４：２０vol％、Ｏ２：８０vol％からなる混合ガス雰囲気下に８インチＳｉウエハを１分間曝す化学処理を５００００枚のウエハに対して実施したところ、突起５、５…に化学的腐食や摩耗は認められなかった。また、Ｓｉウエハ上のＳｉＯ２膜のエッチング量（エッチング深さ）を測定し、その結果を表１に示した。
【００３４】
「実施形態」
本実施形態にあっては、図１の静電チャックにおいて、突起５の形状を図２の形態ではなく、図４に示す形態とした。図４において、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図４に示されるように、突起５、５の上面１９、１９…は、平滑領域として中心線平均あらさＲａ１が０．５μｍ以下の外周面２０、２０…と、粗面領域として中心線平均あらさＲａ２が外周面２０よりも０．２μｍ以上大きい内周面２１、２１…から構成され、該外周面２０、２０…を半導体ウエハＷと直接接触する吸着面としている。また、吸着領域３ｂにおいて、突起５、５…が立設されていない部分は溝部２２として残されている。
【００３５】
ここで、外周面２０、２０…の中心線平均あらさを、０．５μｍ以下としたのは、充分な吸着力を確保するためである。
また、内周面２１、２１…の中心線平均あらさは、０．５μｍ以上である。中心線平均あらさが０．５μｍを境界として熱伝達性に顕著な差違があるためである。
【００３６】
前記外周面２０、２０…の合計面積の吸着領域面積３ｂの全面積に対する面積比は０．５〜３０％、好ましく１〜１０％の範囲とされている。
前記面積比を１％以上とするのは必要な吸着力を確保するためであり、３０％以下とするのは吸着面に存在するゴミを付着させにくく、しかも電圧印加中止後の板状試料の脱離性を確保するためである。
【００３７】
また、前記外周面２０、２０…の合計面積の前記上面１９、１９…の合計面積に対する面積比は１０〜９０％の範囲であることが好ましい。すなわち、前記面積比を前記範囲内とすることにより、充分な吸着力と、板状試料の温度均一性を同時に確保することができる。すなわち、前記の面積比が１０％未満であると、必要な吸着力を確保することができず、一方、前記の面積比が９０％を越えると、突起の上面に実質的に粗面領域を形成したことにならず、板状試料の温度を均一化することが困難となる。
【００３８】
更に、前記外周面２０、２０…の幅ｄ２は板状試料の厚みの２倍以下であることが好ましい。すなわち、前記外周面２０、２０…の幅ｄが２倍以上の場合、溝部２２、２２……における熱伝達係数と、上面（外周面２０、２０……＋内周面２１、２１……）１９、１９……における熱伝達係数との差を小さくすることが困難となり、溝部２２、２２……と上面１９、１９……とで温度差が生じ、板状試料の面内温度の微少領域における均一性を向上させることが困難となる。
【００３９】
吸着領域３ｂ内に形成される溝部２２、２２…の加工深さＤ３は１μｍ〜２０μｍであることが好ましい。すなわち、加工深さＤ３が１μｍ以下であると、Ｈｅ等のガスを板状試料の下面に流すことが困難となり、また、ゴミの付着防止に対して有効でなく、板状試料Ｗの浮きが生じて吸着力が低下し、板状試料の面内温度の微少領域における均一性を向上させることが困難となる。また、加工深さＤ３が２０μｍ以上であると溝部２２、２２……における吸着力が低下し全体としての吸着力が低下するので好ましくない。
【００４０】
突起の作製及び上面の微細加工は、例えば、砥石加工、レーザ彫刻等の機械的加工や、ショットブラスト加工を用いて行うことができる。以下、図５を参照しつつ、吸着領域３ｂ内に上記突起及び上面の外周面２０、内周面２１を形成する方法を、ショットブラスト加工を用いて行う場合について説明する。
【００４１】
まず、参考形態に準じて、ウエハ設置面（吸着領域３ｂ）を研摩加工（中心線平均あらさＲａ１が０．５μｍ以下）して平坦面とし、平滑となったウエハ設置面（吸着領域３ｂ）を参考形態と同様に洗浄する。
【００４２】
次いで、このウエハ設置面（吸着領域３ｂ）に、図５（ａ）に示すように、マスク２３によって覆う。次いで図５（ｂ）に示すように、ショットブラストにより、マスク２３で覆われていない部分に溝部２２、２２…、すなわち突起５、５…を形成する。マスク１７やショットブラストの条件等は、参考形態と同様である。
【００４３】
次いで、この突起５、５…上に、図５（ｃ）に示すように常法に従いマスク２４を設ける。このマスク２４のパターン形状は、図４に示す突起５、５…上に形成される外周面２０、２０…と内周面２１、２１…のパターン形状と同一とする。そして、上記のショットブラスト加工に準じて再度ショットブラストを行い、図５（ｄ）に示されるようにマスク２４によって覆われていない部分に中心線平均あらさＲａ２が０．５μｍ以上の内周面２１、２１…を形成する。この際、前記Ｒａ２と前記Ｒａ１との差が０．２μｍ以上となるようにする。そして、マスク２４を除去し、図１及び図４に示す静電チャックを得る。
【００４４】
実施形態の静電チャック（前記外周面２０、２０…の合計面積の吸着領域面積３ｂの全面積に対する面積比は５％、前記外周面２０、２０の合計面積の前記突起頂面１９、１９…の合計面積に対する面積比は５０％、幅ｄ２は板状試料の厚みの０．５倍、Ｄ３＝３μｍ）の静電吸着力、吸着時間、脱離時間、均熱性を参考形態の試験に準じて試験した。その結果を表１に示す。
【００４５】
一方、この静電チャックをプラズマエッチング装置に装着し、１．３３×１０２Ｐａ（１．０torr）の、ＣＦ４：２０vol％、Ｏ２：８０vol％からなる混合ガス雰囲気下に８インチＳｉウエハを１分間曝す化学処理を５００００枚のウエハに対して実施したところ、突起５、５…に化学的腐食や摩耗は認められなかった。また、Ｓｉウエハ上のＳｉＯ２膜のエッチング量（エッチング深さ）を測定し、その結果を表１に示した。
【００４６】
「比較例」
誘電体層３の吸着領域３ｂ内に位置する前記突起５、５…の上面１３、１３…を凹凸状としていない他は参考形態と同一（前記突起の頂点の合計面積が吸着領域３ｂに占める割合は実施形態１と同一）の静電チャックを作製した。この静電チャックの静電吸着力、吸着時間、脱離時間、エッチング特性を参考形態の試験に準じて試験した。その結果を表１に示す。
【００４７】
表１に示すように、参考形態及び実施形態のエッチング量のバラツキは、いずれも比較例よりも小さい。このことは、参考形態及び実施形態の静電チャックでは、ウエハの微少領域内での均熱性が優れていることを示すものである。
【００４８】
【表１】
2005142591.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の参考形態に係る静電チャックを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の参考形態に係る静電チャックの要部を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の参考形態に係る静電チャックの製造方法を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る静電チャックの要部を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る静電チャックの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  静電チャック
２  金属板
３  誘電体層
３ａ  周縁壁
３ｂ  吸着領域
４  内部電極
５  突起
６  冷却ガス導入孔
７  直流電源回路
８  導体部
９  高周波電源回路
１０  対向電極
１３  上面
１４  試料保持面
１５  凹部
１６  溝部
１９  上面
２０  外周面
２１  内周面
【図１】
2005142591.tif 000004
【図２】
2005142591.tif 000005
【図３】
2005142591.tif 000006
【図４】
2005142591.tif 000007
【図５】
2005142591.tif 000008