JPH0536819A

JPH0536819A - 静電チヤツク

Info

Publication number: JPH0536819A
Application number: JP3190023A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nagasaki; 浩一長崎; Masaki Ushio; 雅樹牛尾; Takeshi Matsumoto; 武志松元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1991-07-30
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1993-02-12
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: JP3447305B2

Abstract

(57)【要約】【構成】窒化珪素、窒化アルミニウムなどの窒化物を主
成分とするセラミック板状体１に内部電極２を備え、該
セラミック板状体１の表面に物体を吸着するための吸着
面１ａを形成して静電チャックを構成した。【効果】漏れ電流が極めて小さく、機械的強度に優れ、
還元雰囲気における吸着力が安定しており、シリコンウ
ェハなどの被吸着物６を汚染しにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造装置等に
おいて、シリコンウェハ等の固定、搬送を行うために用
いられるセラミック製静電チャックに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置においてシリコン等のウ
ェハを加工する場合、ウェハを固定する必要性がある。
この固定方法としては、メカニカルクランプ、真空チャ
ック、樹脂製静電チャックなどの多種多様な方法が用い
られているが、それぞれ次のような長所、欠点があっ
た。

【０００３】まず、メカニカルクランプは、電気的な吸
着方法を取っていないため漏れ電流の心配がなく、高純
度アルミナで作ればクランプ部材より起因する汚染の問
題がないという長所を有している。しかし、ウェハ加工
表面外周のみを押さえるため、全面を均一に押さえるこ
とができず、また加工面を押さえるため、その加工歩留
まりも低下してしまうなどの欠点があった。

【０００４】次に、真空チャックは、面全体の吸引では
ないため吸着むらが発生するという欠点があった。ま
た、半導体製造工程は高真空（１０^-3Torr以下）中で行
われる工程が多く、真空吸引力を利用する真空チャック
は使用困難となる場合が多かった。

【０００５】また樹脂製の静電チャックは、耐磨耗性、
耐熱性等が低いことから寿命が短いだけでなく、ウェハ
加工を行うに際して要求される加工面の平坦度や平行度
を実現することが困難であるなどの問題点があった。さ
らに、実用的な吸着力を得るためには高電圧を印加しな
ければならず、加工を終了したチップに対して悪影響を
及ぼす恐れがあった。

【０００６】そこで、近年、耐食性、耐摩耗性、精度等
に優れたセラミック製静電チャックが使用されるように
なってきた。このセラミックスとしては、Ａｌ₂Ｏ₃を
主成分としてＴｉＯ₂を含有させたもの（特開昭６２−
２６４６３８号公報参照）や、本出願人が既に提案した
ように（特願平２−３３９３２５号参照）、ＣａＴｉＯ
₃、ＢａＴｉＯ₃などの強誘電体セラミックスが用いら
れていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ＴｉＯ
₂を含有させたアルミナセラミックスからなる静電チャ
ックは、体積固有抵抗が１０¹¹Ω・ｃｍ程度のもので、
微小な漏れ電流によって吸着力を得るものであり、数ｍ
Ａ程度の漏れ電流が流れるため、シリコンウェハ上に形
成した回路を破壊してしまう恐れがあった。

【０００８】また、強誘電体セラミックスを用いた静電
チャックは、機械的強度が低く、加工精度を出すことが
難しく、また還元雰囲気では吸着特性が一定しないため
使用できないという不都合があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、窒化珪
素、窒化アルミニウムなどの窒化物を主成分とするセラ
ミック板状体に内部電極を備え、該セラミック板状体の
表面に物体を吸着するための吸着面を形成して静電チャ
ックを構成したものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、静電チャックを構成する母材
および絶縁膜が窒化アルミニウム、窒化珪素などの窒化
物セラミックスから成るため、漏れ電流が極めて小さ
く、かつ機械的強度に優れているため、上記したセラミ
ック製静電チャックの課題を解決することが可能であ
る。

【００１１】さらに、放熱性に関しては窒化アルミニウ
ムが優れており、エッチャー装置等に使用される静電チ
ャックに好適に用いられる。また、窒化珪素を使用する
ことにより、特に機械的性質、摺動特性が優れるととも
に、シリコンウェハとの熱膨張差が小さいため、パター
ンの高精度化、静電チャック自体の高精度化が可能とな
る。

【００１２】また、本発明の静電チャックを構成する元
素が、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、窒素
（Ｎ）からなり、これらの元素はすべて半導体装置内で
使用してもシリコン等のウェハに悪影響を及ぼさないた
め、汚染の問題もない。

【００１３】

【実施例】以下本発明実施例を説明する。

【００１４】図１、図２に示すように、本発明の静電チ
ャックは、窒化物セラミックスから成るセラミック板状
体１に内部電極２を備え、接合剤３によってベース板４
に固定したものである。そして、上記内部電極２に通電
するための電極取出部４ａをベース板４に形成してあ
り、この電極取出部４ａを通じて内部電極２と被吸着物
６間に電源７より電圧を印加することによって、セラミ
ック板状体１中を微小な電流が流れ、ジョンソン−ラー
ベック力によって被吸着物６を吸着面１ａ上に吸着する
ことができる。なお、この実施例では単極型の静電チャ
ックを示したが、内部電極２を複数形成し、これらの内
部電極２間に電圧を印加して双極型の静電チャックとす
ることもできる。

【００１５】また、上記セラミック板状体１を形成する
窒化物セラミックスとしては、Ｓｉ₃Ｎ₄を主成分と
し、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃などの焼結助剤を含有する窒
化珪素質セラミックスや、ＡｌＮを主成分とし、Ｙ₂Ｏ
₃、Ｅｒ₂Ｏ₃などの焼結助剤を含有する窒化アルミニ
ウム質セラミックスなどを用いる。さらに、シリコンウ
ェハ等の被吸着物６に悪影響を及ぼさないためには、窒
化物セラミックス中の主成分であるＳｉ₃Ｎ₄あるいは
ＡｌＮの含有量を９９重量％以上とし、焼結助剤などの
他の成分は１重量％以下としたものが望ましい。

【００１６】さらに、上記セラミック板状体１の吸着面
１ａは、表面粗さ（Rmax）０．８ｓ以下の滑らかな面と
してあり、そのため、優れた吸着力を得ることができ
る。

【００１７】また、本発明の静電チャックは、セラミッ
ク板状体１中の微小な漏れ電流によるジョンソン・ラー
ベック力によって吸着力を得るものであり、適正な吸着
力を得るためには、セラミック板状体１の体積固有抵抗
値が重要となる。そこで、この点に関し種々実験の結
果、セラミック板状体１の体積固有抵抗が１０¹¹Ω・ｃ
ｍより小さいと、漏れ電流が大きすぎてシリコンウェハ
に形成した回路を破壊する恐れがあり、逆に体積固有抵
抗が１０¹⁵Ω・ｃｍより大きいと必要な吸着力を得るこ
とができなかった。したがって、セラミック板状体１の
体積固有抵抗値は１０¹¹〜１０¹⁵Ω・ｃｍ、好ましくは
１０¹²〜１０¹⁴Ω・ｃｍとしたものが良く、この範囲内
のものは漏れ電流が小さく、かつ実用上充分な吸着力を
有していた。例えば図３に３種類の体積固有抵抗値を持
った材質からなる静電チャックの、印加電圧と吸着力の
関係を示すように、体積固有抵抗値１０¹²〜１０¹⁴Ω・
ｃｍのものは実用上充分な吸着力を得ることができた。

【００１８】さらに、本発明のセラミック板状体１を上
記体積固有抵抗値とするためには、窒化珪素質セラミッ
クスあるいは窒化アルミニウム質セラミックス単体でも
よいが、さらに炭素（Ｃ）などの導電性物質を添加し
て、体積固有抵抗値を好適な範囲に調整することができ
る。

【００１９】そして、これらのセラミック原料をテープ
成形法、乾式プレス成形法、静水圧プレス成形法等によ
り板状に成形し、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白
金（Ｐｔ）などからなる内部電極２を形成した後、板状
成形体を積層して一体焼成することにより、内部電極２
を有するセラミック板状体１を得ることができる。ま
た、上記シート状セラミック成形体を焼成した後、Ｔｉ
基合金からなる活性金属を用いて接合し、この活性金属
層を内部電極２とすることも可能である。さらに、この
内部電極２は必ずしもセラミック板状体１中に埋設する
必要はなく、図示していないが、セラミック板状体１の
吸着面１ａと反対側の面に内部電極２を形成し、この上
に接合剤３を介してベース板４を固定することも可能で
ある。

【００２０】また、上記接合剤３としては、接着剤、ガ
ラス、シリコーン樹脂等を用いる。また、ベース板４は
アルミニウムなどの金属材、またはアルミナ、フォルス
テライトなどのセラミック材を用いる。

【００２１】実験例１本発明実施例として、図１、図２に示す静電チャックを
試作した。セラミック板状体１として、９９重量％のＳ
ｉ₃Ｎ₄と、合計１重量％のＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃から
なるセラミック原料を乾式プレスで板状に成形し、この
板状成形体を窒素雰囲気焼成したもの（実施例１）と熱
間静水圧プレス（ＨＩＰ）を行ったもの（実施例２）を
用意した。得られた焼成体をＴｉ基合金からなる活性金
属で接着して、この活性金属層を内部電極２とした。ま
た、セラミック板状体１として、９９．５重量％のＡｌ
Ｎと、０．５重量％のＣからなるセラミック原料を乾式
プレスで板状に成形し、この板状成形体上にＡｇ−Ｐｄ
によって内部電極２を形成し、他の板状成形体を積層し
て焼成一体化した（実施例３）。

【００２２】さらに、比較例としてチタン酸カルシウム
（ＣａＴｉＯ₃）を主成分とする強誘電体セラミックス
によりセラミック板状体１を形成したものを用意した。

【００２３】いずれも、大きさは直径１５０ｍｍで、内
部電極２と吸着面１ａの距離は３００μｍとし、吸着面
１ａはラップ加工して、表面粗さ（Ｒａ）０．２μｍと
した。

【００２４】上記各種セラミック材料の特性を表１に示
すように、本発明の窒化物セラミックスは強度、硬度な
どの特性が優れていることがわかる。特に、窒化珪素質
セラミックスを用いた実施例１、２は、強度が大きいこ
とからチッピング等を生じにくく、長期間使用できるこ
とがわかる。

【００２５】

【表１】

【００２６】上記実施例１〜３の静電チャックを用いて
吸着力試験を行った。その条件としては、印加電圧０〜
２ｋＶで真空度は１０^-3Torr、温度は２４℃とした。結
果は図４に示すように、いずれも１００ｇ／ｃｍ²以上
の吸着力を得ることができ、実用上問題のないものであ
った。また、同じ窒化珪素質セラミックスを用いたもの
でも、窒素雰囲気焼成されたもの（実施例１）よりも、
ＨＩＰにより作成されたもの（実施例２）の方が吸着力
が高かった。これはＨＩＰにより、セラミック板状体１
の表面及び内部に介在するポアが消滅し、静電チャック
と被吸着物６との接触面積が増えているためであると考
えられる。

【００２７】実験例２次に、上記実施例２、３および比較例の静電チャックに
ついて、窒素雰囲気中での吸着力を調べる試験を行っ
た。条件は、印加電圧１ｋＶ、真空度１０^-2torr、温度
１５０℃とした。それぞれ、窒素濃度と吸着力の関係を
図５に示す。

【００２８】この結果より、比較例では窒素濃度が高く
なるにつれて、吸着力が激減することがわかる。これ
は、活性な窒素雰囲気中に於いては、強誘電体セラミッ
クスの表面抵抗が低下するため、表面に電流が流れて静
電チャック自体の機能が失われるためである。これに対
し、窒化物セラミックスを用いた実施例２、３ではその
ようなことがなく、安定した吸着力を示していた。

【００２９】さらに、上記実施例２、３の静電チャック
を単極で動作させて、被測定物６と内部電極２間を流れ
る電流を測定してみたところ、この漏れ電流は数十〜数
μＡの電流値であり問題とされるレベルではないことが
確認された。

【００３０】実験例３次に、窒化アルミニウムを用いた実施例３の静電チャッ
ク、および比較例の静電チャックについて放熱性の実験
を行った。光熱源で被吸着物６上面を約２００℃まで熱
し、静電チャックによりこの被吸着物６を吸着させ、静
電チャックの裏面の温度上昇を測定した。なお、条件は
印加電圧１ＫＶ、真空度１０^-2Torrとした。

【００３１】その結果、比較例では裏面の定常温度状態
は１００℃程度であるのに対し、実施例３では裏面温度
は１６０℃程度にまで上がった。したがって、窒化アル
ミニウムを用いた静電チャックは放熱性がよく、特にエ
ッチャー用静電チャックに最適である。

【００３２】

【発明の効果】このように、本発明によれば、窒化珪
素、窒化アルミニウムなどの窒化物を主成分とするセラ
ミックス板状体に内部電極を備え、該セラミック板状体
の表面に物体を吸着するための吸着面を形成して静電チ
ャックを構成したことによって、漏れ電流が極めて小さ
く、機械的強度に優れ、還元雰囲気における吸着力が安
定しており、シリコンウェハなどの被吸着物を汚染しに
くいなどの特長をもったセラミック製静電チャックを得
ることができる。

【００３３】また、窒化物セラミックスとして窒化アル
ミニウムを用いれば、放熱性に優れることから、エッチ
ャー装置等に使用される静電チャックとして好適に用い
られる。さらに、窒化珪素を使用することにより、特に
機械的性質、摺動特性が優れるとともに、静電チャック
の熱膨張率を小さくできるため、高精度に加工した静電
チャックを広い温度域で初期の精度を保つことができ、
加工パターンの高精度化が可能となるなど、さまざまな
特長をもった静電チャックを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャックを示す斜視図である。

【図２】本発明の静電チャックを示す縦断面図である。

【図３】本発明の静電チャックにおける、印加電圧と吸
着力の関係を示すグラフである。

【図４】本発明の静電チャックにおける、印加電圧と吸
着力の関係を示すグラフである。

【図５】本発明および比較例の静電チャックにおける、
窒素濃度と吸着力の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・セラミック板状体１ａ・・吸着面２・・・内部電極３・・・接合剤４・・・ベース板６・・・被吸着物７・・・電源

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】窒化珪素、窒化アルミニウムなどの窒化物
を主成分とするセラミック板状体に内部電極を備えると
ともに、該セラミック板状体の表面に物体を吸着するた
めの吸着面を形成してなる静電チャック。