(57)【要約】  【課題】  半導体製造装置等においてシリコンウェハ等を固定及び加熱するために用いる静電チャックであって、加熱機構の構造がシンプルで、熱的応答性の改善された静電チャックを提供する。  【解決手段】  静電チャック１は、基盤６と、基盤６の上面にパターンをなして広がる電極５ａ、５ｂと、電極を覆う誘電層４と、を備える。電極５は静電吸着用とヒーター用とを兼ねる。誘電層４の体積抵抗率は、加熱する温度において１０14Ωcm以下であり、かつ、誘電層４の上表面であるワーク吸着面の表面粗さがＲａ２μm以下である。誘電層４の体積抵抗率を加熱する温度で１０14Ωcm以下としたので、ジョンセンラーベック効果により高吸着力を得ることができ、その結果電極が従来の面状でなくとも充分大きな吸着力を得ることができる。さらに、吸着面の表面粗さはＲａ２μm以下であるので、電極面積が例えば吸着面の約３０％であってもワークを充分吸着することができる。【選択図】  図１
2007150351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基盤と、基盤上面にパターンをなして広がる電極と、電極を覆う誘電層と、を備える静電チャックであって、
上記電極が静電吸着用とヒーター用とを兼ね、
上記誘電層の体積抵抗率が、加熱する温度において１０14Ωcm以下であり、かつ、
上記誘電層の上表面であるワーク吸着面の表面粗さがＲａ２μm 以下であることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
基盤と、基盤上面にパターンをなして広がる電極と、電極を覆う誘電層と、を備える静電チャックであって、
さらに、上記電極に吸着電位を与える静電吸着用電源と、ヒーター用電源とを有し、
上記電極のパターンが上記ヒーター用電源と閉じた回路を構成するとともに、この回路に対して上記電気吸着用電源が接続されており、
上記誘電層の体積抵抗率が、加熱する温度において１０14Ωcm以下であり、かつ、
上記誘電層の上表面であるワーク吸着面の表面粗さがＲａ２μm 以下であることを特徴とする静電チャック。
【請求項３】
上記電極のパターンが線状の電極から形成されており、該線状の電極の両端に各々外部の電源との電気的接続用端子が取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の静電チャック。
【請求項４】
上記静電吸着用電源が直流電源であり、上記ヒーター用電源が交流電源であることを特徴とする請求項２又は３記載の静電チャック。
【請求項５】
上記電極のパターンと上記ヒーター用電源とが構成する閉じた回路に対して、上記静電吸着用電源が、交流ヒーター用電源の電流をカットするローパスフィルタを介して接続されていることを特徴とする請求項４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、半導体製造装置等においてシリコンウェハ等を固定及び加熱するために用いる静電チャックに関する。特には、加熱機構の構造がシンプルで、ウェハ等を加熱する際の熱的応答性が改善された静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来においては、静電チャックを加熱する場合、静電チャックの下にヒーターを設置する、静電チャックの内部に吸着用電極とは別途にヒーター回路を埋設する、といった手段がとられていた。
【０００３】
図６は、従来の上記の方式の静電チャックの構造を示す断面図である。
【０００４】
静電チャックＡは円板状の基盤１０１上に電極膜１０２及び誘電体層１０３を積層してなり、基盤１０１を貫通する棒状端子１０２ａにスイッチ（図示されず）を介して電源（図示されず）の正極端子を接続して半導体ウェハ１０６を吸着保持せしめる。
ここで基盤１０１はセラミックス層１０１ａ、１０１ｂからなり、これらセラミックス層の間にパターン形状を有する発熱抵抗膜１０７が形成されている。この発熱抵抗膜１０７の両端部１０７ａ、１０７ａには、セラミックス層１０１ａを貫通する２本の端子１０７ｂ、１０７ｂが設けられ、該端子１０７ｂ、１０７ｂにスイッチ（図示されず）を介して電源（図示されず）が接続される。
【０００５】
かかる静電チャックはセラミックス層１０１ａ、１０１ｂからなるセラミックスグリーンシートのいずれか一方の表面に、ペースト状にした発熱抵抗材料を印刷し、これらセラミックスグリーンシートの上に、電極材料を印刷した誘電体膜１０３となるセラミックスグリーンシートを熱圧着して順次積層した後焼成することによって製作する。
こうして基盤１０１内に加熱源となるべき発熱抵抗膜１０７を形成することにより、静電チャック本体をウェハ１０６の加熱装置としても使用できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の従来の静電チャックには次のような問題点があった。
ア）静電チャックの下にヒーターを設置する場合、静電チャックとヒーターが分離しているため、加熱特性の遅れが大きいことや、静電チャックとの固定方法等で問題があった。
イ）静電チャックの内部に吸着用電極とは別途のヒーター回路を埋設する場合、静電チャックの内部に、シリコンウェハ吸着用のＤＣ電源を接続するための電極と、ヒーター回路のための電気回路が、各々絶縁されて独立して埋設されていた。このため複数の電極又は電気回路を静電チャックに配置することとなり、構造上問題も多かった。
【０００７】
本発明は、半導体製造装置等においてシリコンウェハ等を固定及び加熱するために用いる静電チャックであって、加熱機構の構造がシンプルで、熱的応答性の改善され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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の静電チャックは、基盤と、基盤上面にパターンをなして広がる電極と、電極を覆う誘電層と、を備える静電チャックであって、上記電極が静電吸着用とヒーター用とを兼ね、上記誘電層の体積抵抗率が、加熱する温度において１０14Ωcm以下であり、かつ、上記誘電層の上表面であるワーク吸着面の表面粗さがＲａ２μm 以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の静電チャックは、基盤と、基盤上面にパターンをなして広がる電極と、電極を覆う誘電層と、を備える静電チャックであって、さらに、上記電極に吸着電位を与える静電吸着用電源と、ヒーター用電源とを有し、上記電極のパターンが上記ヒーター用電源と閉じた回路を構成するとともに、この回路に対して上記電気吸着用電源が接続されており、上記誘電層の体積抵抗率が、加熱する温度において１０14Ωcm以下であり、かつ、上記誘電層の上表面であるワーク吸着面の表面粗さがＲａ２μm 以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、上記電極パターンを線状の電極（電極線）から形成し、該電極線の両端に各々外部の電源との電気的接続用端子を取り付けることとができる。
【００１１】
また、上記静電吸着用電源を直流電源とし、上記ヒーター用電源を交流電源とすることができる。この場合、上記電極パターンとヒーター用電源とが構成する閉じた回路に対して、上記静電吸着用電源が、交流ヒーター用電源の電流をカットするローパスフィルタを介して接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上の説明から明らかなように、本発明の手段を用いることによって、静電チャックの加熱機構が非常に簡素化した。また静電チャックの吸着力も良く働いて、吸着物であるシリコンウェハの熱的応答性が格段に改善された。また、体積抵抗率を加熱する温度で１０14Ωcm以下としたので、ジョンセンラーベック効果により高吸着力を得ることができる静電チャックを構成することができ、その結果電極が従来の面状でなくとも充分大きな吸着力を得ることができる。さらに、吸着面の表面粗さはＲａ２μm 以下であるので、電極面積が例えば吸着面の約３０％であってもワークを充分吸着することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下図面を参照しつつ具体的に説明する。
図１は、本発明の１実施例に係る静電チャックの構造を模式的に示す図である。（Ａ）は静電チャック本体を平面図的に示し、（Ｂ）は静電チャック本体を断面図的に示している。
静電チャック１は、基盤６と、この基盤６上にパターン化されて形成されている一対の電極５ａ、５ｂと、この電極５ａ、５ｂを覆う誘電層４を備える。誘電層４の上表面は平滑な吸着面となっており、ここにワーク（ウェハ等）を吸着して保持する。
【００１４】
静電チャック本体３の電極５ａ、５ｂは線状にあるパターンをなしており、左右一対に分かれている。各電極パターン５ａ、５ｂには、外部の電源接続用の端子７ａ１、７ａ２、７ｂ１、７ｂ２が取り付けられている。これらの端子には、交流電源（ヒーター用電源）９ａ、９ｂが接続されており、それぞれ閉回路１１ａ、１１ｂを構成している。ここで各電極パターン５ａ、５ｂの抵抗は数Ω程度であり、交流電源９ａ、９ｂの電圧は１０Ｖ程度、周波数は５０〜６０Hz程度とし適宜出力を調節できるようにした。なお、交流電源９は、絶縁トランス等を使用して、グランドに対し電気的に浮かせて使用する。
【００１５】
閉回路１１ａ、１１ｂには、それぞれ接続線１３ａ、１３ｂ及びローパスフィルタ１５ａ、１５ｂを介して、直流高圧電源１７ａ、１７ｂが、互いに逆の極性で接続されている。これらの電源１７ａ、１７ｂの電圧は数百ボルト程度が一般的である。ローパスフィルタ１５ａ、１５ｂは、ヒーター用電源の交流電源の周波数をカットするものである。このローパスフィルタ１５ａ、１５ｂがなくとも通常は支障はないが、直流電源側の回路に悪影響のないようにローパスフィルタを取り付けることが好ましい。
【００１６】
このようにすることにより、静電チャック１の内部の電極５は、その閉じた回路１１に接続された交流電源９によってジュール発熱する。さらに各々の静電チャックの内部電極５は、極性の異なるＤＣ高圧電源１７ａ、１７ｂを接続しているため、シリコンウェハと静電チャックの内部電極の間にＤＣ電位差が保たれその結果シリコンウェハは吸着される。
すなわち静電チャックの内部には１層の電極パターンのみで十分であり、従来のような吸着用の内部電極及びヒーター用の電気回路と２層の電気回路は不必要となり、構造が簡単になる。
なお、本発明に用いるべき静電チャックの内部電極は一般に線状が望ましく抵抗を１００Ω以下とすることが望ましい。その理由は内部電極の抵抗が大きいとヒーター用電源の電圧がＤＣ高圧電源の電位差に対して相対的に大きくなり、シリコンウェハの吸着に影響を与えるようになるからである。
【００１７】
図２、３、４は、本発明の１実施例に係る静電チャックの電極パターン例を示す平面図である。
図２の電極パターン５ａ、５ｂは、左右に２分割されており、端子７ａ１−７ａ２、７ｂ１−７ｂ２間のヒーター回路が並列になっている。
図３の電極パターンも、左右に２分割されているが、端子７ａ１−７ａ２、７ｂ１−７ｂ２間のヒーター回路は直列となっている。
図４の電極パターンは、２組の線状電極がくし歯状に入り組んで配列されている。
【００１８】
実施例
静電チャック本体３は、構造上の信頼性を確保するために基盤６と誘電層４の材質を同じにすることが望ましい。本実施例では、誘電層及び基盤に、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタンを添加し体積抵抗率を１０8 乃至１０14Ωcmとした材料を用いた。誘電層の厚さは５００μm 、静電チャックの吸着面の表面粗さはＲａ＝２μm であった。
【００１９】
体積抵抗率を１０14Ωcm以下としたのは、ジョンセンラーベック効果により高吸着力を得ることができる静電チャックを構成することができ、その結果電極が従来の面状でなくとも充分大きな吸着力を得ることができるようにするためである。なお、本実施例で示した材料は温度の上昇とともに体積抵抗率が小さくなるため、シリコンウェハを加熱する温度で体積抵抗率が１０14Ωcm以下であれば充分であって必ずしも室温での体積抵抗率が１０14Ωcm以下である必要はない。表面粗さはＲａ２μm 以下であれば、本実施例の電極面積（吸着面の約３０％）であってもウェハを充分吸着することができた。
【００２０】
外部の電源と電極との接続は、静電チャック裏面に端子をロウ付け等で設けその端子と内部電極の間はスルーホール加工がなされ、その中に充填されたタングステン、モリブデン等の電気伝導物質を介して電気的接続を行なっている。
【００２１】
図２の内部電極パターンを持つ外径２００mmの静電チャックに、実際に図１のように電気的接続を行った。電極の線幅１mm、厚さ５０μm とした。その静電チャックの吸着面上にはシリコンウェハを載置した。
内部電極はタングステンを用いた。各々の内部電極の端子間（端子７ａ１−７ａ２間、端子１０７ｂ１−７ｂ２間）の抵抗は約２Ωであった。タングステンパターンの体積抵抗率は約１×１０-4Ωmmであった。
このときに交流電源１及び２を各々２０Ｖに設定し、さらに直流電源１、２を各々＋５００Ｖ、−５００Ｖに設定した。
【００２２】
その結果、シリコンウェハは静電チャックに吸着され、かつジュール熱による発熱で静電チャック表面上に載置されたシリコンウェハの温度は上昇した。
本実施例の静電チャックと、比較のため図６の従来の構造の静電チャックとを用いてウェハを加熱した。
図５は、本実施例の静電チャックと比較例の静電チャックとにおけるウェハの昇温状態を示すグラフである。本実施例の静電チャックの方が温度上昇が早く、熱的応答性が高いことが分る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の１実施例に係る静電チャックの構造を模式的に示す図である。（Ａ）は静電チャック本体を平面図的に示し、（Ｂ）は静電チャック本体を断面図的に示している。
【図２】本発明の１実施例に係る静電チャックの電極パターン例を示す平面図である。
【図３】本発明の１実施例に係る静電チャックの電極パターン例を示す平面図である。
【図４】本発明の１実施例に係る静電チャックの電極パターン例を示す平面図である。
【図５】本実施例の静電チャックと比較例の静電チャックとにおけるウェハの昇温状態を示すグラフである。
【図６】従来の静電チャックの内部に吸着用電極とは別途にヒーター回路を埋設する方式の静電チャックの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ 静電チャック                       ３ 静電チャック本体
４ 誘電層                             ５ 電極パターン
６ 基盤                               ７ 端子
９ 交流電源（ヒーター用電源）         １１ 閉回路
１３ 接続線                           １５ ローパスフィルタ
１７ 直流高圧電源（静電吸着用電源）
【図１】
2007150351.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007150351.tif 000006
【図５】
2007150351.tif 000007
【図６】
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