JPH0227748A - 静電チャック装置及びその作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体ウェハ等の導電性物質を真空中で保持
できる静電チャック用シートを貼着した静電チャック装
置及びその作成方法に関する。

従来技術 近年、半導体製造プロセスは、ドライ化が急速に進み、
エツチング装置、プラズマＣＶＤ装置、イオン注入装置
、エツチング装置、電子ビームリソグラフィー、Ｘ線リ
ソグラフィー等では、半導体ウェハ等の試料を１５００
Ｐａ以下の真空中で処理することがしばしば行われてい
る。従来、これ等の試料の保持には、機械的方法による
メカニカルチャックや真空チャック等が多く使用されて
きたが、メカニカルチャックは、試料全体をホルダー全
体に均一に保持することが出来ず、試料に損傷を与える
恐れや、試料表面の温度分布を均一にするということか
できない欠点があった。また、真空チャックは、大気圧
との圧力差を利用するために、真空チャンバー内での使
用は不可能である。また、イオンビームエツチング装置
やマグネトロン反応性イオンエツチング装置、イオン注
入装置、プラズマエツチング装置等では、試料が高速イ
オンにさらされるために、表面温度が上昇し、レジスト
等に熱損傷を与えると言う問題があった。更にプラズマ
ＣＶＤ装置では、試料が温度によって生成膜の生成速度
や性質に強い影響を与える等、表面温度分布によっては
悪影響がみちれ、高精度の安定した加工が行えないため
、試料温度を低く、かつ均一に翻整する必要が不可欠と
なる場合か多くなっている。

したがって、真空中で試料とホルダーとを熱的に均一に
、しかも信頼性が高く保持するには、静電吸着力を利用
した静電チャック用シートを利用する静電チャック装！
が非常に有利である。この様な静電チャック装置につい
ては、例えば英国特許第１４４３２１５号に述べられて
いるように、誘電材料の層で被覆したほぼ平坦な導電性
の支持部材を主要部分として有しているものである。こ
の静電チャックは被吸着物であるウェハを電気的に接触
させる手段を有しており、これによりウェハと支持体の
間に電位差を加えることができる。この様な電位差は誘
電層の間に静電気的吸着力を生じさせ、これによりウェ
ハは導電層に対しほぼ平坦に支持される。真空チャンバ
ー内部でウェハを上記のように吸着させておき、その支
持体より遠い側の表面に対し高速イオンを照射して加工
処理がなされる。

静電チャック装置における静電吸着力発生の原理を第３
図によって説明する１図中、５は電極層、３は絶縁層、
１は被吸着物（導電性物質からなる試料）、９は直流電
源、８はスイッチである。

上記構成において、電極層５の上に絶縁層３を介して被
吸着物１を接地し、スイッチ８をいれることにより、電
極層５と被吸着物１の間に電源９により電圧が印加され
、電極層５と被吸着物１との間には、下記式（１） Ｆ（Ｎ）　＝１／２　・ｅｇｏ　ｃｌ　（Ｖ／ｄ）　”
　Ｓ　・・・（１）（ここで、ε。＝真空中の誘電率、
εａ＝絶縁層３の比誘電率、■＝電源９の電圧、ｄ；絶
縁層の厚さ、Ｓ＝電極層５の面積） の吸着力が発生する。

発明が解決しようとする課題 ところが、高速イオンのビームを使用して加工処理を行
うと、ウェハ内に熱エネルギーが発生するが、発生した
熱エネルギーが容易に発散しない場合には、ウェハの局
部的膨張及び変形を招くことになる。上記英国特許に記
載された如き静電チャックは、極めて堅固にウェハをク
ランプしているが、ウェハと支持体の間には誘電層が存
在しているのが普通である。一般に誘電層を構成する誘
電材料の熱伝導度は特に高くないのが背進であって、静
電吸引力を生じさせるために必要な誘電層は、ウェハよ
り支持体に対する有効な熱の流れに対し支障となる。従
来の静電チャック装置においては、被吸着物を冷却する
ための手段としては、金属基盤等の支持体を水冷等によ
り強制冷却することが一般的に行われている。しかしな
がら、それでは十分に冷却を行うことか出来ない。

したがって、従来の静電チャック装置では、表面温度を
低く安定化させることができず、最先端技術として要求
される高精度の安定した加工を十分に行うことができな
かった。

本発明は、この櫟な問題点に鑑みてなされたものである
。

したがって、本発明の目的は、静電チャック用シートと
被吸着物との熱的コンタクト性及び静電チャック用シー
ト自体の熱価４性（放熱性）の改善を行い、高速イオン
にさらされる被吸着物の温度上昇をできるかぎり低く制
御すると共に、吸着力を向上させて、より高精度の安定
した加工処理が行えるようにした静電チャック装置を提
供することにある。

課題を解決するための手段及び作用 本発明者等は、高速イオンにさらされ、非吸着物の温度
上昇をできるかぎり低く抑える為には、■静電チャック
用シート全体の熱伝導性を向上させる、■被吸着物と静
電チャック用シートとの接触熱抵抗を低くし、熱伝導性
を向上させる、の２つの点を解決すればよいことに着目
し、鋭意努力した結果、本発明を完成するに至った。

本発明の静電チャック装置の一つは、金属基盤上に静電
チャック用シートを接着剤層を介して接着してなり、該
静電チャックシートが、被吸着物を載置する面を有する
第１の絶縁層、第１の接着層、第１の絶縁層の被吸着物
を載置する面に分極電荷を発生させるための電極層、第
２の接着層、及び第２の絶縁層よりなる膜厚３０〜４０
０引の積層体であることを特徴とする。

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の静電チャック装
置の模式図である０図中、２は被吸着物の裏面との密着
性向上層、３１は第１の絶縁層、３２は第２の絶縁層、
４１は第１の接着層、４２は第２の接着層、４３は静電
チャック用シートを金属基盤に接着するための接着剤層
（以下、第３の接着層という）、５は電極層、６は金Ｉ
ａ基盤、７は空隙、１０は真空チャンバー内部である。

第２図においては、第１絶縁層の上に密着性向上層が設
けられている。被吸着物裏面には凹凸があるため（ウェ
ハの種類によって異なるが、１−前後〜７−位の凹凸が
認められる）に、静電吸着させた場合、通常の場合では
、第１の絶縁層と被吸着物裏面との間に第１図に示すよ
うな空隙７が生じ、真空中では、その空隙に空気が存在
しないために、事実上、断熱部となり、著しく熱抵抗が
高まる。そこで、この空隙かできないようにする為に密
着性向上層を設けるのか好ましい、この密着性向上層は
、被吸着物の裏面状態に合わせて３〜１００虜の厚さの
範囲内でできるかぎり薄く塗布、又は貼り合わせて硬化
させて形成される。詳しくは、弾性率が１〜１０，００
０ｈｇ／−の範囲内にあるゴム系又はシリコーン系材料
を使用するのが効果的でゐる。この密着性向上層には、
高熱伝導性フィラーが配合されていてもよい。

第１及び第２の絶縁！ｆ１３１．３２は、耐熱性、耐電
圧性等の信頼性に優れた材料よりなる。前記式（１）か
ら明らかなように、静電吸着力には、絶縁層３１．３２
の厚さが大きく影響している。したがって、電極間への
印加電圧Ｖに十分に耐える範囲内で、できるかぎり薄い
厚さとすることによって、静電吸着力を向上させること
を可能になるように、耐電圧特性の優れた高耐熱性プラ
スチックフィルムを使用することが必要である。この様
な点から、本発明においては、５〜７５虜の厚さの薄い
ポリイミドフィルム又は１５０℃以上の耐熱性があるプ
ラスチックフィルムを用いるのか好ましい。

ポリイミドフィルムとしては、例えば、カプトン（Ｋａ
ｌｌｔＱｎ　　デュポン社製）、アビカル（鐘淵化学工
業社製）、ユービレックス（宇部興産社ｆｊり、ニドミ
ツド（日東電気工業社製）、スベリオフィルム（三菱樹
脂社製ポリエーテルイミド樹脂）等があげられる。また
、１５０℃以上の耐熱性があるプラスチックフィルムと
しては、例えば、フッ素樹脂（フロロエチレン−プロピ
レン共重合体等）、ポリエーテルサルホン、ポリエーテ
ルエーテルケトン、延伸ポリエチレンテレフタレート、
延伸ポリスチレン、ポリカーボネート、延伸ナイロン、
硬化ポリビニルクロライド、延伸ポリプロピレン、セル
ローストリアセテート、シリコーンゴム等があげられる
。

また、必要に応じて、アルミナ、はう化ジルコニウム、
窒化ホウ素等の熱伝導性の高い粒径５ａ＋以下のフィラ
ーを、固形分比で２０〜７０％分散させたものを使用す
ると効果的であるが、熱伝導性の効果に反して、耐電圧
特性か低下する傾向があるため、使用に際してはこの点
について十分な配慮が必要である。

第１及び第２接＠層としては、絶縁層とｆ４極層の両者
に対する接着力及び耐熱性に優れた接着剤が必要であり
、熱硬化性又は２液硬化型接着剤が使用される０例えば
、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリイミド系、エ
ポキシ系、変性ポリアミド系等の接着剤が有効であり、
これ等の接着剤は単独で又は混合物として用いることが
できる。

本発明においては、これ等第１及び第２の接着層には、
アルミナ、はう化ジルコニウム、窒化硼素、シリカ等の
熱伝導性を高めることができる粒径５ａ以下のフィラー
を、固形分比で５〜８０％分散させて用いると、より効
果的である。

接着剤の塗膜は、接着力を維持できる３〜３０μｍの厚
さが適当であり、５〜１０ａｌの範囲内とするのが加工
性の点から轟も好ましい。これ等第１及び第２の接着層
は、第１及び第２の絶縁層で耐電圧性が確保されている
ため、接着力不足さえなければ厚さをどの様に薄くして
も差し支えない。

＠極層としては、膜厚５０鎖以下の銅箔か通常使用され
るが、その他ＮＬ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａ１などの金属箔でも
よく、場合によっては、金属蒸着加工したものでもよい
し、導電性塗料を塗布したものでも使用できる。、Ｉｐ
ｌ箔では２０１前後の厚さのものが最も加工性に優れて
いる。

また、電極層は、放電が起こるのを防止するために、そ
の端縁が外部に露出しないように第１及び第２接着層に
よって封入された状態になっているのが好ましい。

上記の層構成を有する静電チャック用シートは、金属基
盤上に第３の接着層によって接着するが、使用できる接
着剤としては、上記第１及び第２接着層におけると同様
のものが使用できる。また、この接着層には、熱伝導性
を高める目的で、フィラーを添加するのが好ましい、静
電チャック用シートと金属基盤との間に形成される接着
剤層の膜厚は、３〜３０虜の範囲にあるのが好ましい。

本発明において、金属基盤の上に貼着される静電チャッ
ク用シートは、その全体の膜厚が３０〜４００引の範囲
内にすることが必要であり、８０〜１５０　ｍの範囲が
好ましい０Ｍ厚が３０ａよりも薄くなると、加工性の点
で問題が生じ、また４００引よりも厚くなると、温度上
昇が激しくなり、ウェハ表面温度が高くなる。

本発明の静電チャック装置において、第１の接着層、第
２の接４層及び第３の接着層の１つ又はそれ以上には、
熱伝導性フィラーか分散されているのが好ましく、また
、密着性向上層にも熱伝導性フィラーを分散させること
かできる。これらの熱伝導性フィラーは粒径２−以下の
ものが理想的であり、塗膜が２０１以上の厚さの場合に
は、粒径１０ｍまでのものも使用できる。密着性向上層
に使用できるものとしては、ＺｒＢｚ　、ＴｉＢ２、Ｂ
Ｎ、ＶＢ２　、Ｔｉ　Ｎ、Ｗ２　ＢＳ　、ＬａＢａ、Ｍ
ｏ５ｉｚ　、Ａｌ２Ｏ５、ＢｅＯ、クリスタルポロンナ
イトライド（Ｃ−ＢＮ）ＳｉＯ□、ダイヤモンド等が、
耐プラズマ性の点から有効である。

第１接着層、第２接着層及び第３の接着層に使用できる
フィラーとしては、上記したものの外に、Ｃｕ、Ａ１．
Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎその他の金属微粉末をあげるこ
とができる。

本発明において、熱伝導性向上の目的から、静電チャッ
ク用シートの面に一定パターンの冷却用ガス通路を設け
て、金属基盤裏側から、低圧力のＮ、、Ｈｅ、Ｎｅ等の
不活性ガスを充満又は通過させることら好ましい。

次に、本発明の静電チャック装置の作成法について説明
する。まず、ｌｌ１１熱性を有するプラスチツクフィル
ムに、硬化性接着剤を塗布し、金属箔を貼り合わせた後
、硬化処理を行う。次に、貼り合わされた金属箔面に、
レジストフィルムを貼り合わせて、パターン露光−現像
−エツチング−洗浄−乾燥を行い、所定の形状の＠ｆ！
層を形成する。

エツチング処理された金属箔面に、硬化性接着剤を塗布
した耐熱性を有するプラスチックフィルムを貼り合わせ
、硬化処理を行って、積層シートを作成する。作成され
た積層シートご金属基盤の形状に合わせて打ち抜き加工
し、静電チャック用シートを作成する０次いで、金属基
型上に硬化性接着剤を塗布し、上記作成された静電チャ
ック用シートを貼り合わせ、硬化させることによって静
電チャック装置を作成することができる。

実施例 次に、本発明を実施例及び比軸例によって説明する。尚
、部数は全て重量基準である。

実施例１ ！厚２５ａ＋のポリイミドフィルム（ユービレックス２
５Ｓ、宇部興産■製）に、下記組成よりなる第１の接着
層用接着剤を厚さ１０ｔＩＭになるように塗布し、１７
０℃で乾燥した。

ポリアミド樹脂（プラタボンタ Ｍ−９９５、日本リルサン社製）　　　４４５．２部高
純度エポキシ樹脂（エピコート ＹＬ９７９　、油化シェル社製）　　　　２２２．６部
ノボラックフェノール樹脂 （タマノル７５２、荒用化学 社製）　（架橋剤）　　　　　　　　１１１．３部ジシ
アンジアミド（和光純薬社製） （架橋促進剤）　　　　　　　　　　０．５７部乾燥後
、電解銅箔（１／２０２　、日本鉱業社製）を貼り合わ
せ、４０〜１６（１″Ｃまでのステップキュアー処理を
２４時間行い、ネガ型感光性フィルム（０２＾■ＥＣ−
Ｔ５３８　、ヘキストジャパン社製）を、銅箔側に貼り
合わせた。露光−現像−エツチング−洗浄−乾燥の手順
により、所定の形状の電極を形成した。

一方、別のポリイミドフィルム（ユービレックス２５Ｓ
）に、上記と同様にして同組成の第２の接着層用接着剤
を塗布し、これを上記形成されたパターン電極面に貼り
合わせ、同様にキュアー処理を行った。得られた積層シ
ート全体の厚さは１００μｍであった。この積層シート
を、金属基盤の寸法に合わせて成形加工を行い、上記と
同様の接着剤を使用して、Ａｔ基盤に貼り合わせ、上記
と同様にキュアー処理を施して、静電チャック装置を作
成した。

比較例１ 実施例１において使用したポリイミドフィルム（ユービ
レックス２５Ｓ）の代わりに、厚さ５０引のポリイミド
フィルム（ユーピレックス５０Ｓ）を使用し、接着剤層
の厚さを２０ｍにした以外は、同様にして静電チャック
装置を作成した。尚この場合、積層シート全体の厚さは
１８０輔であった。

実施例１及び比較例１の静電チャック装置を用い、ウェ
ハのプラズマエツチング処理をＩ　Ｐａの真空中におい
て行い、ウェハの表面温度を比較した。

この場合、Ａｔ基盤は通水により５°Ｃに強制冷却し、
静電チャック装置のシート表面を２０℃にした。

テストの結果、ウェハ１０枚を処理したとき、実施例１
の場合にはウェハ表面温度は７５℃にとどまっていたが
、比較例１の場合には８０〜９０℃に上昇した。

実施例２ 実施例１におけると同様にして厚さ１００−の静電チャ
ック用シートを作成し、その上面に、常温で弾性があり
、タック性の少ない下記組成のゴム系接着剤を６ａの厚
さに塗布し、１２０℃で１５分間乾燥した後、１５０°
Ｃで３時間キュアー処理を施し、被吸着物との密着性を
向上させる為の密着性向上層を形成した。得られた静電
チャック用シート全体の厚さは、１０９ａ″Ｃ″あった
。

アクリロニトリル−ブタジェンゴム にツボール１００１、日本セ°オン 社製）１００部 ジメチルジチオカルバミン酸 ナトリウム（アクセルＳＯＤ、 川口化学工業社製）（加硫剤）　　　５部得られた静電
チャック用シートを実施例１におけると同様にしてＡｔ
基盤に貼り合わせ、静電チャック装置を作成し、同様に
テストを行った。その結果、ウェハ表面温度は５０〜６
０℃の低温に抑えられることが確認された。

実施例３ 実施例２における密着性向上層の代わりに、接着性の液
状シリコーンゴムに高熱伝導性フィラーを混合分散させ
た下記組成の塗料を、６引の厚さに塗布し、１５０℃で
乾燥した後、１５０℃で３時間キュアーさせ、同様にし
て静電チャック用シートを作成した。

液状シリコーンゴム（丁５Ｅ３２２１、東芝シリコーン
社製）１００部 はう化ジルコニウム（Ｆタイプ、 日本新金属社製、 粒径２〜３ｓ）　　　　　　　　　５０部トルエン　　
　　　　　　　　　　　　　１２０部得られた静電チャ
ック用シートを実施例１におけると同様にしてＡ１基盤
に貼り合わせ、静電チャック装置を作成し、同様にテス
トを行った。その結果、実施例２の場合よりも、ウェハ
表面温度を２〜３℃低下させる効果が認められた。また
、はう化ジルコニウムを添加したために、液状シリコー
ンゴムの密着性が良すぎるのを制御することができ、適
度の密着性を得ることができた。

実施例４ 実施例２における層構成において、電極の上下の接着層
、即ち第１及び第２接着層として、熱伝導性フィラーを
添加分散させた下記組成の塗料を用い、それぞれ６１の
厚さに塗布し、１７０℃で乾燥してから貼り合わせ、そ
れぞれ４０〜１６０℃のステップキュアーを２４時間行
い、実施例１におけると同様にして静電チャック用シー
トを作成した。

ポリアミド樹脂（１ラタボンダ Ｍ−９９５、日本リルサン社製）　　　４４５．２部高
純度エポキシＶＩ４詣（エピコート ＹＬ９７９　、油化シェル社製）　　　　２２２．６部
ノボラヅクフェノール樹脂 （タマノル７５２、荒用化学 社製）　（架橋剤＞　　　　　　　　１１１．３部ジシ
アンジアミド（相光純薬社製） （架橋促進剤＞　　　　　　　　　　０．５７部はう化
ジルコニウム（Ｅタイプ、 日本新金属社製、 粒径２〜３虜）７８０部 トルエン　　　　　　　　　　　　　　４００部ＩＰＡ
　　　　　　　　　　　　４００部得られた静電チャッ
ク用シートを実施例１におけると同様にしてＡＩ基盤に
貼り合わせ、静電チャック装置を作成し、同様にテスト
を行った。その結果、実、！１例２の場合よりも、ウェ
ハ表面温度を４〜５℃低下させる効果が認められた。

発明の効果 本発明によれば、静電チャック用シート全体の厚さを使
用上の特性を害しない程度まで可能なかぎり薄くするこ
とができ、被吸着物と静電チャック用シート表面との密
着性を溜めることかできる。

したがって、本発明によれば、被板を物の温度上昇を６
０〜８０℃以下の低温に制御することができ、イオンビ
ームエツチング、マグネトロン反応性イオンエツチング
、或いはプラズマエツチング、イオン注入等で、被吸着
物が高速イオンにさらされて、表面温度が上昇し、レジ
スト等に熱的損傷を与えるのを防止することができる。

更に熱伝導性の高いフィラーを分散混入させた場合には
、全体的に静電チャック装置の熱伝導性が大巾に向上し
、その結果、高速イオンにさらされる被吸着物の表面温
度を６０℃以下の従来に無い低温度に保つことがでさる
。したがって被吸着物の微細加工処理を、高精度で１顆
性が高く、安定して行うことができる。更に、被吸着物
を載置する絶縁層の厚さが、破壊電圧の限界近くまで薄
くなるため、必然的にその分たけ静電吸着力を増大させ
ることができる。したがってまた、本発明の静電チャッ
ク装置は、被吸着物が熱的問題点の生じない一般的な用
途に対しても適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の静電チャック装置の一例の模式的断面
図、第２図は本発明の静電チャック装置の他の一例の模
式的断面図、第３図は静電チャック装置における静電吸
着力発生の原理を説明する説明図である。 １・・・被吸着物、２・・・密着性向上層、３・・・絶
縁層、３１・・・第１の絶縁層、３２・・・第２の絶縁
層、４１・・・第１の接着層、４２・・・第２の接着層
、４３・・・第３の接着層、５・・・電極層、６・・・
金属基盤、７・・・空隙、８・・・スイッチ、９・・・
直流電源、１０・・・真空チャンバー内部。 特許出願人　　株式会社巴川製紙所 代理人　　　　弁理士　　淵部　剛 第１図 一シど１０ 第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基盤上に静電チャック用シートを接着剤層を
   介して接着してなり、該静電チャック用シートが、被吸
   着物を載置する面を有する第１の絶縁層、第１の接着層
   、第１の絶縁層の被吸着物を載１する面に分極電荷を発
   生させるための電極層、第２の接着層、及び第２の絶縁
   層を順次積層してなる膜厚３０〜４００μｍの積層体で
   あることを特徴とする静電チャック装置。
2. （２）静電チャック用シートを金属基盤に接着するため
   の接着層、第１の接着層及び第２の接着層の１つ又はそ
   れ以上に、熱伝導性フィラーが分散されてなることを特
   徴とする請求項１記載の静電チャック装置。
3. （３）金属基盤上に静電チャック用シートを接着層を介
   して接着してなり、該静電チャック用シートが、被吸着
   物を載置するための密着性向上層、第１の絶縁層、第１
   の接着層、第１の絶縁層の被吸着物を載置する面に分極
   電荷を発生させるための電極層、第２の接着層、及び第
   ２の絶縁層よりなる膜厚３０〜４００μｍの積層体であ
   ることを特徴とする静電チャック装置。
4. （４）静電チャック用シートを金属基盤に接着するため
   の接着剤層、第１の接着層及び第２の接着層の１つ又は
   それ以上に、熱伝導性フィラーが分散されてなることを
   特徴とする請求項３記載の静電チャック装置。
5. （５）耐熱性を有するプラスチックフィルムに、硬化性
   接着剤を塗布し、金属箔を貼り合わせた後、硬化処理を
   行う工程と、金属箔面に、レジストフィルムを貼り合わ
   せ、パターン露光を行い、現像し、エッチング処理を行
   なう工程と、エッチング処理された金属箔面に硬化性接
   着剤を塗布した耐熱性を有するプラスチックフィルムを
   貼り合わせ、硬化処理を行う工程と、形成された積層体
   シートを金属基盤の形状に合わせて打ち抜き加工して静
   電チャック用シートを形成する工程と、該金属基盤に硬
   化性接着剤を塗布し、該静電チャック用シートを貼り合
   わせ、硬化させる工程とよりなることを特徴とする静電
   チャック装置の作成方法。