(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱伝導性シリコーンゴム硬化物内部に電極として機能する導電性シリコーンゴムが埋設されてなる、ウエハの裏面を支える支持突起と組み合わされて使用されウエハ裏面垂直方向に弾性変形することが可能な静電チャックであって、前記高熱伝導性シリコーンゴム硬化物の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上であると共に、前記電極として機能する導電性シリコーンゴム硬化物が、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上であって体積固有抵抗率が１，０００Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする弾性変形可能な静電チャック。
【請求項２】
硬化後の熱伝導率が、０．５Ｗ／ｍ・℃以上となる高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドの未硬化シート状プレフォーム上に、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上であると共に体積固有抵抗率が１，０００Ω・ｃｍ以下である、電極として機能する導電性シリコーンゴムパウンドの未硬化シート状プレフォーム又はシート状硬化物を設置した後、熱加圧して一体同時成型し、次いで、硬化した、又は、予め硬化していた前記電極上に高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドの未硬化シート状プレフォームを設置した後、熱加圧して一体同時成型することを特徴とする、請求項１に記載された弾性変形可能な静電チャックの製造方法。
【請求項３】
前記した高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンド及び導電性シリコーンゴムパウンドの未硬化シート状プレフォームが、工程紙に裏打ちされた状態で使用される、請求項２に記載された弾性変形可能な静電チャックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ウエハを変形させることなく保持することができる静電チャック及びその製造方法に関し、特に、移動ステージに適用できると共に、ウエハを効率よく冷却することのできるウエハ保持機構に使用される、弾性変形可能な静電チャック及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の半導体製造プロセスの大部分においては、真空チャックを用いることができないのでメカニカルクランプや静電チャックが使用されている。静電チャックの場合には吸着力によりウエハが静電チャック表面に鉛直方向に拘束される。また、ウエハが静電チャック表面に押しつけられることによって発生する摩擦力によって、ウエハがその平面内で拘束される。
【０００３】
一般の半導体プロセスにおいては、静電チャックのように、自由状態で反りがあるウエハが矯正されるように変形保持すること（以下、平坦化保持という）が望ましい。これに対し、Ｘ線露光用マスク製作などのプロセスにおいては、ウエハを変形保持するのではなく、自由状態のままで保持すること（以下、無変形保持という）が、重ね合わせ誤差や膜内応力を低減するために必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような無変形保持機構として、特開平6−132388には、ウエハ裏面を支える支持突起と、該支持突起を設置しかつ前記ウエハ面の垂直方向に弾性変形する薄型静電チャックとを備えたウエハ保持機構が提案されている。そして、具体例として、薄膜状の金属箔と有機絶縁体とを接着した構造の静電チャック、前記金属箔に絶縁物質を溶着した構造の静電チャック、薄膜状の絶縁体に金属を蒸着またはメッキした構造の静電チャック等が例示されている。
【０００５】
しかしながら、これらの何れの場合にも、静電チャックの電極における弾性変形時の変形の追従性が十分でないという問題があった。さらにＸ線露光用のマスクを製作するプロセスにおいて使用される電子ビーム描画装置おいても、プロセス時にマスク基盤となるシリコンウエハに発生する熱によるマスク基盤の変形が問題となってきており、放熱性能に優れた静電チャックを使用する必要のあることが明らかとなった。
【０００６】
そこで本発明者らは上記問題を解決するために鋭意検討した結果、電極として導電性シリコーンゴムを使用した場合には、弾性変形時の追従性と放熱性能に優れる静電チャックとなることを見出し、本発明に到達した。
従って本発明の第１の目的は、効率良くウエハを冷却できるウエハ保持機構に使用される、弾性変形時の追従性と放熱性能に優れた静電チャックを提供することにある。
本発明の第２の目的は、変形時の追従性と放熱性能に優れた静電チャックの製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の第１の目的は、高熱伝導性シリコーンゴム硬化物内部に電極として機能する導電性シリコーンゴムが埋設されてなる、ウエハの裏面を支える支持突起と組み合わされて使用されウエハ裏面垂直方向に弾性変形することが可能な静電チャックであって、前記高熱伝導性シリコーンゴム硬化物の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上であると共に、前記電極として機能する導電性シリコーンゴム硬化物が、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上であって体積固有抵抗率が１，０００Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする弾性変形可能な静電チャックにより、また第２の目的は、硬化後の熱伝導率が、０．５Ｗ／ｍ・℃以上となる高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドの未硬化シート状プレフォーム上に、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・℃以上であると共に体積固有抵抗率が１，０００Ω・ｃｍ以下である、電極として機能する導電性シリコーンゴムパウンドの未硬化シート状プレフォーム又はシート状硬化物を設置した後、熱加圧して一体同時成型し、次いで、硬化した、又は、予め硬化していた前記電極上に高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドの未硬化シート状プレフォームを設置した後、熱加圧して一体同時成型することを特徴とする、請求項１に記載された弾性変形可能な静電チャックの製造方法によって達成された。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に従って詳述する。
図1は、本発明の静電チャック３とウエハ４の裏面を支える支持突起２とを組み合わせたウエハ支持機構の概念図であり、（１−１）図はその平面図、（１−２）図はそのＡ−Ａ断面図である。
【０００９】
本発明においては、高熱伝導性シリコーンゴムの熱伝導率は0．５W／ｍ・℃以上であることが、熱によるウエハの温度上昇をおさえてウエハの温度を均一かつ一定にし高精度の描画を可能とするために必要である。またウエハとの密着性を良くして接触熱抵抗を低下させることが重要であるので、ウエハに働く吸着力により、静電チャックである弾性体の表面形状が、容易にウエハ裏面形状に追従して変形することが必要である。
【００１０】
従って静電チャック表面の弾性体（即ち、高熱伝導性シリコーンゴム硬化物である）の硬度は20〜90（JIS−A）であることが好ましい。20未満では、高熱伝導性シリコーンゴムの硬化物表面とウエハ裏面との密着性が高くなり、ウエハを静電チャックから剥離する場合に、ウエハが密着力により強く静電チャックに密着するので剥離が困難となるという問題がある。また、90を越えると吸着力によるシリコーンゴム組成物の硬化物の変形が少なくなり、ウエハ裏面への追従性が低下し、接触熱抵抗が大きくなるので好ましくない。
【００１１】
シリコーンゴムコンパウンドの硬化前の性状は、ミラブルタイプ、液状タイプの何れであってもよく、硬化形態としては過酸化物硬化型、付加反応硬化型、縮合硬化型、紫外線硬化型などの各種硬化型のものを使用することができる。本発明においては、特に、ミラブルタイプの過酸化物硬化型、又は、付加反応硬化型のコンパウンドが好適である。
【００１２】
また、上記シリコーンゴムコンパウンドに高熱伝導性を付与するためのフィラーとしては、アルミナ粉、窒化アルミ粉、窒化ホウ素粉、窒化珪素粉、酸化マグネシウム粉、シリカ粉などの高熱伝導性セラミックス粉が好適である。上記フイラーの配合量は0．5W／ｍ・℃以上の熱伝導性を付与するのに必要な量である。厚みは、放熱性の観点からは極力薄い方が有利であるが、静電チャックとしての性能の観点から50〜500μｍの範囲のものが好適である。50μｍ未満では絶縁耐圧性が低下し、静電チャックが絶縁破壊を起こす確率が高くなるので不利である。また、500μｍを越えると放熱性が低下し、ウエハの冷却効率が悪くなるので不利である。
【００１３】
さらに、熱伝導性シリコーンゴム表面の表面粗さはウエハとの密着性に影響し、ウエハと熱伝導性シリコーンゴム表面の接触熱抵抗に影響を与えるが、最大表面粗さ（Ry）を20μｍ未満とすることが、静電チャックとウエハとの密着性を良くする上で好適である。20μｍを越えると放熱性が低下し、ウエハの冷却効率が悪くなるので不利である。また、高熱伝導性シリコーンゴム硬化物の強度及び硬度を調整する目的で、着色剤、難燃性付与剤等の各種充填材を配合しても良い。
【００１４】
静電チャックの電極となる導電性シリコーンゴムコンパウンドの硬化前の性状は、ミラブルタイプ、液状タイプの何れであっても良い。硬化形態としては、過酸化物硬化型、付加反応硬化型、縮合硬化型、紫外線硬化型などの各種硬化型のものが使用できる。本発明においては、特に、ミラブルタイプの過酸化物硬化型及び付加反応硬化型のコンパウンドが好適である。
【００１５】
導電性フィラーとしてはカーボンブラック、アセチレンブラック、コンダクティブファーネスブラック、スーパーコンダクティブファーネスブラック、エクストラコンダクティブファーネスブラック、コンダクテイブチャンネルブラック及び1500℃程度の高温で熱処理されたファーネスブラックまたはチャンネルブラック等の導電性カーボン粉末や、金、銀、鋼、ニッケルなどの金属粉末またはそれらの金属をカラスビーズに被覆したものなどを挙げることができる。
【００１６】
導電性フィラーの添加量は、硬化後の熱伝導率が0．５W／ｍ・℃以上でありかつ体積固有抵抗率が1,000Ω・ｃｍ以下となる量を配合すればよい。また、放熱性の点から厚みは極力薄い方が有利であり、1〜500μｍの範囲のものが好適である。１μｍ未満では膜強度が低下するので不利である。また、500μｍを越えると放熱性及び柔軟性が低下しウエハの冷却効率が悪くなるので不利である。
【００１７】
次に、本発明の弾性変形可能な静電チャックの製造方法について説明する。
工程（１）：図２に示すように、硬化後の熱伝導率が0．５W／ｍ・℃以上に調整された付加硬化型あるいは過酸化物硬化型の高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドを、カレンダー成型あるいはコーティングにより、工程紙であるプラスチックス樹脂フィルム上に0．0５〜0．５mmの範囲で均一な厚みにシート状プレフォームとして形成する。
【００１８】
本発明に使用される工程紙はプラスチック製のものであるが、その材質としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、PTFE、FEP、PFA、ETFE、ポリイミド等が挙げられる。厚みは25〜150μｍであることが好ましい。25μｍ未満では強度が不足するので工程中で破損する場合がある。また150μｍを越えると柔軟性が損なわれるのでカレンダー成型で不具合が発生する場合がある。
【００１９】
工程（２）：図3に示すように、電極となる硬化後の熱伝導率が0．5W／ｍ・℃以上でありかつ体積固有抵抗率が1000Ω・ｃｍ以下に調整された付加硬化型あるいは過酸化物硬化型の導電性シリコーンゴムコンパウンドを、カレンダー成型あるいはコーティングにより、工程紙であるプラスチック樹脂フィルム上に0．05〜0．５mmの範囲で均一な厚みにシート状プレフォームとして形成する。本発明では、上記導電性シリコーンゴムを予め硬化させた硬化シートを使用してもよい。硬化シートとするには金型を使用し、100℃〜200℃、１〜80kgf/ｍ２の条件で1〜30分間熱プレスするか、150℃の熱風下で1〜30分間加熱すればよい。
【００２０】
工程（３）：図4に示すように、工程（1）、工程（2）で得られた工程紙で裏打ちされたシート状プレフォームを貼り合わせて金型に入れ（４−２）、100℃〜200℃、圧力1〜80kgf/ｍ２の条件で1〜30分間熱プレスし（４−３）、高熱伝導性シリコーンゴムと導電性シリコーンゴムの積層シート（４−４）を作製する。
この時、それぞれのシート状プレフォームは、図5に示す様に所定の平面輪郭形状で、工程紙であるプラスチック樹脂フィルム上に型抜き加工しておくことが好ましい。また、導電性シリコーンのシート状プレフォームの輪郭寸法は、高熱伝導性シリコーンのシート状プレフォームの輪郭寸法未満とすることが好ましい。
【００２１】
工程（４）：図６に示すように、工程（４）で得られた積層シートの工程紙を剥がし（４−５）、導電性シリコーンゴム面と工程（１）と同様にして得られた高熱伝導性シリコーンのシート状プレフォーム（５−４）を貼りあわせた状態で金型に入れ（６−２）、100℃〜200℃、圧力1〜80kgf/ｍ２の条件で1〜30分間熱プレスし（６−３）、高熱伝導性シリコーンゴム層間に導電性シリコーンゴムが挟まれた構造の積層シートを作製する（６−４）。最後に工程紙を剥がすことにより静電チャック２２が得られる。このとき、高熱伝導性シリコーンのシート状プレフォームの輪郭寸法は工程3の高熱伝導性シリコーンのシート状プレフォームの輪郭寸法と同一とすることが好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の静電チャックは、電極及び絶縁層の全てがシリコーンゴム弾性体となっているので、支持突起を配した無変形保持機構に好適な、弾性変形時の追従性放熱特性に優れた静電チャックである。また、本発明の静電チャックの製造方法は、工程で、工程紙であるプラスチックフィルムを使用することにより、シリコーンコンパウンドのシート状プレフォームの取り扱い作業性を改善することができる上、工程紙を裏打ちした状態で金型にプレフォームを仕込むことにより、金型のシリコーンによる汚れを防止することがでさる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００２４】
組成例１〜４．
A：ジメチルシロキサン単位99．85モル％及びメチルビニルシロキサン単位0．15モル％から成る、平均重合度8,000のメチルビニルポリシロキサン
B：ジ−t−ブチルパーオキサイド
C：アルミナ粉（AS23：昭和電工（株）製商品名）
D：窒化アルミ粉（ＸUS−35548：ダウケミカル（株）製商品名）
E：窒化ホウ素粉（KBN−（h）10：信越化学工業（株）製商品名）
F：シリカ粉（クリスタライト：（株）龍森製商品名）
上記のA〜Fから選ばれる原材料を使用して、表1に示す組成例1〜4の高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドを調製した。次にカレンダーロールを用い、工程紙である、厚さが１００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム上にシート成型した。
【００２５】
【表１】
0004121216.tif 000002
【００２６】
組成例５及び６．
G：ジメチルシロキサン単位99．85モル％及びメチルビニルシロキサン単位0．15モル％から成る、平均重合度8,000のメチルビニルポリシロキサン
H：ジ−t−ブチルパーオキサイド
I：オルトメチルベンゾイルパーオキサイド
J：アセチレンブラック（電気化学工業（株）製）
K：銀粉AgC−BO（福田金属箔粉工業（株）製）
L：ヘキサメチルジシラザンで表面処理されたフュームドシリカ
（比表面積200ｍ２/g）
【００２７】
G〜Lから選ばれる原材料を使用して表２に示す導電性シリコーンゴムコンパウンドを調製した。
【表２】
0004121216.tif 000003
【００２８】
組成例５の導電性シリコーンゴムコンパウンドはカレンダーロールで工程紙であるポリエチレンテレフタレートフィルム（膜厚１００μｍ）上にシート状プレフォームを作製した。また、組成例６の導電性シリコーンゴムコンパウンドを固形物成分重量比率で50重量％となるようキシレンで希釈し、ポリエチレンテレフタレートフィルム（膜厚１００μｍ）上にコーティングし、乾燥させてシート状プレフォームを作製し、さらに170℃、20kgf／ｃｍ２の条件で10分間熱プレス成形した。
【００２９】
実施例１．
組成例１の高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドのシート状プレフォームと組成例５の導電性シリコーンゴムコンパウンドのシート状プレフォームを使用し、工程１〜工程４に示す製造方法により積層した後、工程５及び６に従って導電性シリコーンゴム面に組成例１の高熱伝導性シリコーンゴム層を更に積層して静電チャックを製造した。得られた静電チャックを使用し、図1に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用マスクの製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止できる上、ウエハに発生する熱も効率よく冷却できることが確認された。得られたマスクは良好なＸ線露光用マスクであった。
【００３０】
実施例２〜４．
組成例１の高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドの代わりに組成例2〜4の高熱伝導性シリコーンゴムコンパウンドを用いた他は、実施例１と全く同様にして静電チャックを製造した。得られた静電チャックを使用し、図１に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用のマスク製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止できる上、ウエハに発生する熱も効率よく冷却できることが確認された。得られたマスクは良好なＸ線露光用マスクであった。
【００３１】
実施例５．
組成例５の導電性シリコーンゴムコンパウンドのシート状プレフォームの代りに組成例６の導電性シリコーンゴム硬化物シートを使用した他は、実施例１と全く同様にして静電チャックを製造した。得られた静電チャックを使用し、図１に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用のマスク製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止できる上、ウエハに発生する熱も効率よく冷却できることが確認された。得られたマスクは良好なＸ線露光用マスクであった。
【００３２】
実施例６〜８．
組成例５の導電性シリコーンゴムコンパウンドのシート状プレフォームの代りに組成例６の導電性シリコーンゴム硬化物シートを使用した他は、実施例２−４と全く同様にして静電チャックを製造した。
得られた静電チャックを使用し、図1に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用マスクの製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止できる上ウエハに発生する熟も効率よく冷却できることが確認された。得られたマスクは良好なＸ線露光用マスクであった。
【００３３】
比較例１．
膜厚２５μｍのポリイミドフィルム間に電極として１２μｍの鋼箔を挟み込んで積層し、実施例と同一輪郭寸法の静電チャックを製造した。得られた静電チャックを使用し、図１に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用のマスク製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止することができないだけでなく、ウエハに発生する熱を冷却することができず、Ｘ線露光用マスクを製作することができなかった。
【００３４】
比較例２．
組成例１で使用した熱伝導性シリコーンゴム層間に銅箔12μｍを挟み込んで積層し、実施例と同一輪郭寸法の静電チャックを製造した。得られた静電チャックを使用し、図１に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用のマスク製作を行った結果、ウエハの位置ズレを防止できないだけでなくウエハに発生する熱を冷却することができず、Ｘ線露光用マスクを製作することができなかった。
【００３５】
実施例６．
実施例1の工程において使用した工程紙を使用せずに静電チャックの製造を行った結果、工程紙を使用した場合に比較して製造時間が約３倍となった。また金型に汚れが発生した。得られた静電チャックの寸法にはバラツキが大きかった。得られた静電チャックを用い、図１に示すウエハ保持機構を有する電子ビーム描画装置でＸ線露光用マスクの製作を行った結果、ウエハの位置ズレ防止及びウエハに発生する熱の冷却が不十分であり、Ｘ線露光用マスクの製作歩留りが良くなかった。
【００３６】
実施例１〜５のように工程紙であるプラスチックフィルムを使用することにより、シリコーンゴムコンパウンドのシート状プレフォームの取り扱い作業性が良くなる上、工程紙を付けた状態で金型にプレフォームを仕込むことにより金型のシリコーンによる汚れを防止することのできることが確認された。また、各シリコーンゴム層の積層工程において各ゴム層が架橋反応により一体化されるため、プライマー、接着剤等を使用することがないので製造工程が簡略化され、これによってコスト低減化をはかることことができる。更に、本発明の静電チャックは優れた柔軟性を有し、ウエハの無変形保持が可能であるのみならず、優れた放熱性を有しているのでウエハの冷却を効率よく行うことができることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【図１】支持突起を有するウエハ支持機構の概念図である。（１−１）図は平面図、１−２）図はそのＡ−Ａ断面図である。
【図２】工程紙と高熱伝導性シリコーンゴムプレフォームとの関係を示す図である。（２−１）図は平面図（２−２）図はその断面図である。
【図３】工程紙と導電性シリコーンゴムプレフォームとの関係を示す図である。（３−１）図は平面図、（３−２）図はその断面図である。
【図４】工程紙で裏打ちされたシート状プレフォームを貼り合せて金型に入れ、熱加圧によって高熱伝導性シリコーンゴムと導電性シリコーンゴムの積層シートを作製する工程の説明図である。
【図５】シート状プレフォームと工程紙の大きさの関係を説明する図である。（５−１）及び（５−２）図は、シート状プレフォームと工程紙が同寸の場合、（５−３）及び（５−４）図は、シート状プレフォームが工程紙より小さい場合を示す。
【図６】高熱伝導性シリコーンゴムと導電性シリコーンゴムの積層シートの前記導電性シリコーンゴム層表面に、工程紙に形成された高熱伝導性シリコーンゴムのプレフォームを貼り合せ、熱加圧して本発明の静電チャックを製造する工程の説明図である。
【符号の説明】
1．ステージ
2．支持突起
3．静電チャック
4．ウエハ
5．絶縁性スペーサ
E＋．プラス電源
E−．マイナス電源
G．グランド
6．金型
6A．上型
6B．下型
7．導電性シリコーンゴムシート状プレフオーム
または導電性シリコーンゴム硬化物シート
8．工程紙
り．高熱伝導性シリコーンコやシート状プレフオーム
10．導電性シリコーンゴム硬化物
11A．高熱伝導性シリコーンゴム硬化物
11B．高熱伝導性シリコーンゴム硬化物
12．導電性シリコーンゴム硬化物＋高熱伝導性シリコーンゴム硬化物積層シート
21．金型
21A．上型
21B．下型
22．静電チャック
整理番号            Ｐ９９−８１８
【図１】
0004121216.tif 000004
【図２】
0004121216.tif 000005
【図３】
0004121216.tif 000006
【図４】
0004121216.tif 000007
【図５】
0004121216.tif 000008
【図６】
0004121216.tif 000009