(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基材内に所定形状の内部電極を配設してなる静電チャックであって、前記内部電極は同心形状で所定間隔離間して配された第１のスリット群と、中心部から外縁部に向けて延びる第２のスリット群とを有し、前記第１のスリット群の一端が前記第２のスリット群に連結しており、前記内部電極は、前記第１のスリット群と前記第２のスリット群とで形成された互いにくし型状に入り込む複数のスリットを挟んで向かい合うとともに同心方向に所定間隔離間して配置された一枚電極で構成されることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記第１のスリット群および第２のスリット群のスリット幅は２０μｍ乃至１０００μｍであり、前記内部電極の電極幅は１ｍｍ乃至５ｍｍ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】
前記第１のスリット群および第２のスリット群は、前記内部電極の中心領域を除く所定の外周領域に配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
【請求項４】
前記内部電極は平面形状がほぼ円形であり、前記第１のスリット群は互いに逆向きにくし状に入り込みながら同心円状に配されており、前記第１のスリット群のスリットを挟んで向かい合う電極は同電位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】
前記内部電極は平面形状が多角形であり、前記第１のスリット群は互いに逆向きにくし状に入り込みながら前記多角形の辺とほぼ平行に同軸状に配されており、前記第１のスリット群のスリットを挟んで向かい合う電極は同電位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。
【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し、例えば半導体製造装置においてウエハを吸着・保持するために使用する静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハ等の半導体基板や他の各種基板等の製造、検査工程において、各種の処理、測定、搬送時にその基板を保持する必要が生じる。例えば、半導体製造工程において半導体ウエハへ微細加工を施すエッチング工程、薄膜を形成する成膜工程、フォトレジスト膜を用いた露光処理工程等は、真空下で処理が行われるため、ウエハを保持するために静電チャックを使用している。静電チャックは、例えば、低熱膨張セラミックからなる誘電体層の上面をウエハの吸着面とし、誘電体層に埋設した静電吸着用電極（内部電極）とウエハとの間に電圧を印加して得られる静電吸着力によりウエハを吸着面に保持していた。（例えば、特許文献１等を参照）。
【特許文献１】特開２００６−４０９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来の静電チャックでは、基材と内部電極の密着性を向上させるため、例えば金網が重なり合ってできた開口部を備えるメッシュ電極や、板状の電極材料をくり貫いて形成した開口部を備えるパンチングメタル電極を内部電極として使用している。このような電極を埋設したセラミック等の基材を焼結させると、メッシュ電極の場合、その伸縮性のため電極そのものの変形は発生しづらいが、金網同士の接触不良による局所発熱が発生して製品温度が上がり、体積抵抗率が低下する。その結果、リーク電流が増加してウエハ上に形成されるデバイスを破壊する危険性があった。
【０００４】
そこで、局所発熱を改善するためにパンチングメタル電極を使用して基材の焼結を行う方法もあるが、パンチングメタル電極は平板形状であるため伸縮性に乏しく、反り等の電極の変形が発生しやすいという問題があった。このような電極の変形が生じる結果、剥離の発生や絶縁層の膜厚にムラができてしまい、吸着力等の特性にバラツキが発生する。そのため、このような静電チャックを半導体の製造工程で使用した場合、エッチングレートや成膜レートにもバラツキが生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、焼結時における電極の変形等による剥離の防止や絶縁層の膜厚のバラツキをなくし、平坦な吸着面を有する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、本発明に係る静電チャックは、絶縁基材内に所定形状の内部電極を配設してなる静電チャックであって、上記内部電極は同心形状で所定間隔離間して配された第１のスリット群と、中心部から外縁部に向けて延びる第２のスリット群とを有し、上記第１のスリット群の一端が上記第２のスリット群に連結しており、前記内部電極は、前記第１のスリット群と前記第２のスリット群とで形成された互いにくし型状に入り込む複数のスリットを挟んで向かい合うとともに同心方向に所定間隔離間して配置された一枚電極で構成されることを特徴とする。
例えば、上記第１のスリット群および第２のスリット群のスリット幅は２０μｍ乃至１０００μｍであり、上記内部電極の電極幅は１ｍｍ乃至５ｍｍであることを特徴とする。また、例えば、上記第１のスリット群および第２のスリット群は、上記内部電極の中心領域を除く所定の外周領域に配されていることを特徴とする。
さらには、例えば、上記内部電極は平面形状がほぼ円形であり、上記第１のスリット群は互いに逆向きにくし状に入り込みながら同心円状に配されており、上記第１のスリット群のスリットを挟んで向かい合う電極は同電位であることを特徴とする。また、例えば、上記内部電極は平面形状が多角形であり、上記第１のスリット群は互いに逆向きにくし状に入り込みながら上記多角形の辺とほぼ平行に同軸状に配されており、上記第１のスリット群のスリットを挟んで向かい合う電極は同電位であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、内部電極の変形を抑え、剥離の防止や被吸着物に対する吸着力を向上させた静電チャックを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態例に係る静電チャック（基板保持具）の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態例に係る静電チャック１０は、後述する誘電体により構成される板状体（セラミックス焼結体）１と、その板状体１に埋設され、所定距離離間して配された２つの電極２ａ，２ｂからなる双極式の内部電極２と、板状体１の上面において、これらの電極２ａ，２ｂを覆うように形成された誘電体層（絶縁層）４とを備え、誘電体層４の表面は、被吸着物を吸着し保持するための吸着面５となっている。
【０００９】
なお、図１に示す静電チャック１０において、不図示の電源により電極２ａ，２ｂに対して直流電圧が印加されており、それにより発生した静電気力によって吸着面５の上に被吸着物としてのウエハWが吸着される。また、便宜上、内部電極２から吸着面５までの間を誘電体層４と呼ぶ。ここでは、静電チャック１０からウエハＷを脱着するためのリフトピンや、そのリフトピンを上下方向に移動可能な貫通孔等の図示は省略する。
【００１０】
本発明の実施の形態例に係る静電チャック１０の板状体１および誘電体層４は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、マグネシアスピネル等からなるセラミックス焼結体である。本発明の実施の形態例では、上記の材料を所定形状の型に入れて成形し、緻密化させるため、例えばホットプレス焼成等によって板状体を作製する。また、内部電極２は、例えば、モリブデンやタングステン等の金属材料からなる電極であって、上述したように板状体１の内部に埋設された状態で形成されている。内部電極２と板状体１は同時に焼成され、得られた焼結体の上下の面を研削加工して板状体１と誘電体層４とが所定の厚さとなるようにすることで、静電チャック１０を作製する。
【００１１】
次に、本発明の実施の形態例に係る静電チャックに特徴的な内部電極について詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態例に係る静電チャックの電極パターンの一例を示す平面図である。図２に示す内部電極２は、双極式の静電チャックにおける丸型形状の電極の一例であり、内部電極２を半円状に二分する電極２ａ，２ｂからなっている。個々の電極２ａ，２ｂには、同心円方向に所定間隔を保ちながら、互いにくし型状（くし歯状）となって入り込んだ複数のスリット２１ａ，２１ｂ等が配設され、それらの一端部が、半径方向に直線状に延びるスリット２３ａ，２３ｂ等と繋がる構造を有する。その結果、電極２ａ，２ｂの個々の電極部２５ａ，２５ｂ等も、これらのスリット２１ａ，２１ｂ等が介在することで、くし型状に入り込んだ構造になっている。
【００１２】
双極式の内部電極２を構成する電極２ａ，２ｂは、図２に示すように互いに所定間隔ｓだけ離して配設されている。このような配置構造とすることで、電極２ａ，２ｂ間において所定の電気的な絶縁耐力を得ている。また、図２に示す例において、電極部２５ａ，２５ｂ等およびスリット２１ａ，２１ｂ等は、半径方向へ延びる複数のスリット２３ａ，２３ｂ等によって囲まれているため、便宜上、電極２ａ，２ｂ各々が４つのブロックに区分けされていると見ることができる。そこで、図示はしないが、内部電極２への給電端子を、電極２ａ，２ｂ単位に設けてもよいし、あるいは、これらのブロックごとに配設してもよい。なお、ブロックの数は、４つに限定されない。
【００１３】
内部電極２のスリット２１ａ，２１ｂ等の幅は、例えば２０μｍ〜１０００μｍであり、電極部２５ａ，２５ｂ等の幅は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍで、その厚さは、例えば５０μｍ〜１００μｍに構成されている。これらのスリット２１ａ，２１ｂ等は、例えば放電加工、レーザ加工等を使用して形成する。ここで、スリットの幅を、例えば２０μｍ未満にすると、電極の加工上の問題が生じ、スリットとならない部分が発生する可能性がある。また、スリット幅が１０００μｍを超えると、電極の総面積が減る分、吸着力が低下する問題も生じる。
【００１４】
なお、本発明の実施の形態例に係る静電チャックは、製造工程において、スリット部分に母材原料が充填されることで、焼結後において母材と電極との密着が図られる。そのため、スリット幅が２０μｍ未満では、その密着度が低下する可能性がある。
【００１５】
一方、電極については、その幅が例えば５ｍｍを越えると、焼成工程における熱膨張時に板状体の母材との剥離が生じやすくなり、また、電極幅が１ｍｍ未満では、電極単体の取り扱い時に電極が変形する可能性が生じる。なお、内部電極２の径は、それが例えば１００ｍｍ未満の場合、絶縁層の膜厚の均一化の効果が見込めないという問題が生じる。
【００１６】
本発明の実施の形態例に係る静電チャックでは、スリット２１ａ，２１ｂ等を、図２に示すように電極２の外周部の例えば、半径方向におけるｄ＝５０ｍｍ以上の領域にのみ配設し、電極２の中心部には設けない構造としている。これは、後述するように絶縁層の中心部領域では、焼結時における電極の変形の影響がほとんどなく、中心部にもスリットを形成する効果が確認できないからである。また、このようにスリットを電極２の外周部の所定領域（半径方向５０ｍｍ以上）に配設した場合、電極へ給電を行うための給電端子の取出しが容易になるという利点がある。他方、電極外周の例えば半径方向５０ｍｍ以下の領域にのみスリット２１ａ，２１ｂ等を配した場合には、焼結時における電極の膨張を吸収し切れず、スリットの効果が見込めないことが判明した。
【００１７】
上述したように、本実施の形態例に係る静電チャックでは、同心円方向に、くし型状に入り込んだ複数のスリットと、半径方向に直線状に延びるスリットとを配し、これら同心円方向のスリットの一端が半径方向のスリットに繋がる電極構造とすることで、電極全体として伸縮性に富む構造が実現でき、焼結時において、図２で矢印Ａにて示す円周方向の膨張と、矢印Ｂで示す半径方向の膨張の双方を吸収し緩和できる。その結果、焼結時において内部電極２の変形が少なくなり、基材からの電極の剥離を防止できるとともに、電極上部の絶縁層のバラツキをなくして膜厚の均一化ができるため静電チャックの吸着面が平坦になり、静電吸着力が向上するという優れた効果がある。
【００１８】
さらには、図２に例示したように、双極式の各々の電極２ａ，２ｂが一枚電極であり、スリットを挟んで向かい合う電極は同電位であるため、スリットの幅が狭くても、従来のメッシュ電極で問題となっていた内部放電（電極同士の放電）が起こることもない。
【００１９】
また、静電チャックにおける吸着力が電極の面積に比例することから、電極に幅の細いスリットをくし型状に配設することで、電極の面積を広く取ることができ、これにより静電チャックの吸着力をパンチングメタル電極やメッシュ電極に比べ向上できる。なお、静電チャックの吸着力として、クーロン力、あるいはジョンセン・ラーベック力を利用したものがあるが、本実施の形態例に係る静電チャックは、いずれにも適用できる。クーロン力で吸着する静電チャックは、一般的に誘電体層が高抵抗であり、必要な吸着力を得るには、ジョンセン・ラーベック力を利用した静電チャックに比べて高い電圧を印加する必要がある。
【００２０】
次に実施例と比較例を挙げて、本発明に係る静電チャックをさらに詳細に説明する。ここでは、以下の製法で静電チャックを製造した。すなわち、所定の型に原料（窒化アルミニウム）を充填した後、１００ｋｇ／ｃｍ2で一軸加圧を実施し、得られた成形品の所定箇所に、あらかじめ作製（予備成形）しておいたスリット型の電極を設置した。ここでは、電極材料としてモリブデンを採用した。
【００２１】
その後、設置した電極を覆うように再度、原料を充填して電極を埋設させ、１００ｋｇ／ｃｍ2で一軸加圧を行いながら、１９００℃で２時間、ホットプレス焼成を実施した。そして、得られた焼結体が所定の厚さとなるまで上下の面を研削加工し、試験用の静電チャックを形成した。この実施例では、得られた焼結体の絶縁層（誘電層）の厚さが約１ｍｍとなるまで研削した。
【００２２】
以下の表１〜表３は、従来品と本発明の実施品における絶縁層の膜厚比較結果を示している。具体的には、本発明に係る静電チャックのスリット型電極の電極幅を変えた実施品Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の６点と、パンチングメタル電極を使用した従来品とにおいて、絶縁層の外周、中間、および内周それぞれについて６箇所の絶縁層膜厚を渦電流式膜厚計で測定した。表１は外周膜厚の、表２は中間膜厚の、そして、表３は内周膜厚の測定結果である。なお、各実施品で使用した電極のスリット幅は、１ｍｍである。
【００２３】
【表１】
0005227568.tif 000002
【００２４】
【表２】
0005227568.tif 000003
【００２５】
【表３】
0005227568.tif 000004
【００２６】
上記の表１および表２に示す実施品のうち、＊印を付した、電極幅が１０ｍｍ，８ｍｍのもの（Ｎｏ．１とＮｏ．２）は、外周と中間の測定箇所において膜厚の最大値と最小値の差が２００μｍを越えるため、好適な例ではないとして本発明の対象外とした。また、表３に示す、測定箇所が内周の膜厚において、電極幅が１０ｍｍ，８ｍｍのもの（＊印を付したＮｏ．１とＮｏ．２）は、最大値と最小値の差が他よりも大きいとして、本発明の対象外とした。なお、表３に示すように、電極幅が１０ｍｍ，８ｍｍの実施品においても、内周の膜厚の最大値と最小値の差が他の実施品に比べて顕著な差がないことから、本発明の実施品において、絶縁層の内周では、いずれの電極幅の場合でも歪みが小さいことが分かる。このことから、本発明の実施の形態例に係る静電チャックでは、上述したように電極の外周部の所定領域にのみスリットを配し、歪みの小さい電極の中心部にはスリットを設けない構造とした。
【００２７】
表４は、従来品と実施品の特性（温度分布と吸着力）の比較結果を示している。ここでは、温度分布について、真空中で静電チャックを４００℃まで昇温し、定常状態となったところで、所定の電極端子間に１０００Ｖの電圧を印加してウエハを吸着させ、ウエハ面内の温度分布を赤外線カメラ（サーモグラフ）によって測定した。同様に吸着力についても、真空中で静電チャックを４００℃まで昇温し、定常状態となったところで、所定の電極端子間に１０００Ｖの電圧を印加してウエハを吸着させ、ウエハの裏面からヘリウム（Ｈｅ）ガスを加圧し、ウエハが外れたときの圧力を測定した。
【００２８】
【表４】
0005227568.tif 000005
【００２９】
表４に示すように、従来品（パンチングメタル電極の静電チャック）と実施品（スリット型電極の静電チャック）の吸着力を比較すると、従来品を凌ぐ吸着力を発揮した静電チャックは、電極幅が１ｍｍ〜５ｍｍのものであり、電極幅が８ｍｍ，１０ｍｍのもの（＊印を付したもの）には絶縁層と電極の間に剥離が一部見られ、吸着力は従来品と同等あるいはそれ以下であった。
【００３０】
なお、本発明は上記の実施の形態例に限定されることなく、種々変形が可能である。スリット型電極の平面形状は上述した円形に限定されず、例えば、図３に示すように双極の電極３ａ，３ｂからなる四角形の内部電極３であっても、あるいは、図示はしないが、その他の多角形であってもよい。電極の平面形状を四角形、あるいは多角形とした場合、スリットそのものの形状も、四角形、あるいは多角形の辺とほぼ平行に同軸状に配された角状（直線状）とする。また、図３に示す例においても、電極形状が円形の場合と同様、スリットを電極３の外周部の例えばｄ＝５０ｍｍ以上の領域にのみ配設し、電極３の中心部には設けない構造とする。
【００３１】
上述した例では、電極構成として内部電極を半円状に二分する双極電極を例に挙げたが、電極の分割数はこれに限定されない。さらには、電極構成は双極電極に限られず、本実施の形態例に係る静電チャックは単極にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態例に係る静電チャックの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態例に係る静電チャックの電極パターンの一例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態例に係る静電チャックの電極パターンの他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    板状体
２，３    内部電極
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ    電極
４    誘電体層（絶縁層）
５    吸着面
１０    静電チャック
２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂ，…    スリット
２５ａ，２５ｂ，…    電極部
【図１】
0005227568.tif 000006
【図２】
0005227568.tif 000007
【図３】
0005227568.tif 000008