JPH06177231A - Electrostatic chuck - Google Patents

Electrostatic chuck

Info

Publication number
JPH06177231A
JPH06177231A JP32207892A JP32207892A JPH06177231A JP H06177231 A JPH06177231 A JP H06177231A JP 32207892 A JP32207892 A JP 32207892A JP 32207892 A JP32207892 A JP 32207892A JP H06177231 A JPH06177231 A JP H06177231A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrostatic chuck
wafer
temperature
ceramics
electrostatic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP32207892A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2798570B2 (en
Inventor
Kazuichi Kuchimachi
和一 口町
Hitoshi Atari
仁 阿多利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=18139675&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JPH06177231(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP32207892A priority Critical patent/JP2798570B2/en
Priority to US08/160,685 priority patent/US5413360A/en
Publication of JPH06177231A publication Critical patent/JPH06177231A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2798570B2 publication Critical patent/JP2798570B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Jigs For Machine Tools (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】250℃以上の温度域における体積固有抵抗が
108 〜1013Ωcmのセラミックス体1に静電電極2
を備えて静電チャックを構成する。 【効果】CVD装置、PVD装置あるいは高温エッチン
グ装置等の250℃以上の温度で使用しても良好にウェ
ハを吸着することができ、固定、搬送、矯正を行うこと
ができる。
(57) [Summary] [Structure] The electrostatic electrode 2 is attached to the ceramic body 1 having a volume resistivity of 10 8 to 10 13 Ωcm in the temperature range of 250 ° C. or higher.
To constitute an electrostatic chuck. [Effect] Even when used in a CVD apparatus, a PVD apparatus, a high-temperature etching apparatus, or the like at a temperature of 250 ° C. or higher, the wafer can be adsorbed well, and fixing, transfer, and straightening can be performed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置などに
おいてシリコンなどのウェハを固定、搬送するために用
いられる静電チャックに関するものであり、特にCVD
やPVD装置などの高温下で使用するための静電チャッ
クに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic chuck used to fix and convey a wafer such as silicon in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, and more particularly to a CVD.
The present invention relates to an electrostatic chuck for use under high temperature in a PVD device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より半導体製造装置においてシリコ
ンウェハの固定、搬送にはクランプリング、真空チャッ
ク、静電チャックが用いられてきたが、真空チャックは
真空中で使用できず、クランプリングは反り修正能力は
なくウェハサイズが大きくなるほど均熱がとりにくくな
るなどの不都合があった。そこで、電子ビーム描画装
置、ドライエッチング装置、CVD装置、PVD装置等
でシリコンウェハの固定、搬送に静電チャックが有効と
されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a clamp ring, a vacuum chuck, and an electrostatic chuck have been used for fixing and transporting a silicon wafer in a semiconductor manufacturing apparatus, but the vacuum chuck cannot be used in a vacuum, and the clamp ring is warped. There was a problem that it was difficult to obtain uniform heat as the wafer size was large and the wafer size was large. Therefore, an electrostatic chuck is effective for fixing and transporting a silicon wafer in an electron beam drawing device, a dry etching device, a CVD device, a PVD device and the like.

【0003】このような静電チャックは絶縁体中に静電
電極を埋設した構造となっており、その吸着力Fは、 F=S/2×ε0 ×εr ×(V/d)2 F:吸着力 S:静電電極面積 ε0 :真空の誘電率 εr :絶縁体の比誘電率 V:印加電圧 d:絶縁層の厚み で表される。
Such an electrostatic chuck has a structure in which an electrostatic electrode is embedded in an insulator, and its attracting force F is F = S / 2 × ε 0 × ε r × (V / d) 2 F: Adsorption force S: Area of electrostatic electrode ε 0 : Dielectric constant of vacuum ε r : Relative permittivity of insulator V: Applied voltage d: Thickness of insulating layer

【0004】したがって、吸着力を高めるためには、こ
の式より 高誘電体で絶縁層を形成する 高電圧を印加する 絶縁層を薄くする という方法が考えられる。の方法を用いたものとし
て、高誘電体であるチタン酸カルシウムなどを主成分と
するセラミックスを絶縁体とする静電チャックを本出願
人は既に提案した(特開平4−206948号公報参
照)。また、の方法については絶縁層の絶縁破壊に
つながり、危険を伴うので実用的でない。
Therefore, in order to increase the adsorption force, a method of forming an insulating layer with a high dielectric and thinning the insulating layer to which a high voltage is applied can be considered from this formula. The applicant of the present invention has already proposed an electrostatic chuck in which ceramics containing calcium titanate, which is a high dielectric material, as a main component is used as the insulator (see Japanese Patent Laid-Open No. 4-206948). The method (1) is not practical because it leads to dielectric breakdown of the insulating layer and is dangerous.

【0005】さらに、上記〜以外にアルミナ原料に
チタンなどの遷移金属を添加したのち還元雰囲気で焼成
し、体積固有抵抗を低下させたセラミックスを用いる静
電チャックもあった(特開平2−22166号公報参
照)。これは、体積固有抵抗の低いセラミックスを絶縁
層とすることによって、電圧印加時に微小な漏れ電流が
発生し、この漏れ電流によって吸着力を増強するという
ものであった。
In addition to the above items, there is also an electrostatic chuck which uses a ceramic material in which a transition metal such as titanium is added to an alumina raw material and then fired in a reducing atmosphere to reduce the volume resistivity (Japanese Patent Laid-Open No. 22166/1990). See the bulletin). This is because when a ceramic having a low volume resistivity is used as an insulating layer, a minute leakage current is generated when a voltage is applied, and the leakage current enhances the adsorption force.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開平
2−22166号公報にみられるような漏れ電流を利用
した静電チャックは、以下に示すようにさまざまな問題
点があった。
However, the electrostatic chuck utilizing the leakage current as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 22166/1990 has various problems as described below.

【0007】まず、この静電チャックは、電子ビーム描
画装置、ドライエッチング装置などの−100〜150
℃付近での使用を前提としたものであって、より高温で
の使用には適さないものであった。即ち、この静電チャ
ックにおいて、絶縁体の体積固有抵抗は温度上昇に伴っ
て低下していくため、CVDやPVDなどの蒸着装置あ
るいは高温ドライエッチング装置で使用する250℃以
上という温度域では漏れ電流が大きくなりすぎてウェハ
上に形成した回路の破壊につながってしまうという欠点
があった。
First, this electrostatic chuck is used in an electron beam drawing apparatus, a dry etching apparatus, etc., from -100 to 150.
It was intended to be used near ℃, and was not suitable for use at higher temperatures. That is, in this electrostatic chuck, the volume resistivity of the insulator decreases as the temperature rises, so that the leakage current in the temperature range of 250 ° C. or higher used in a vapor deposition apparatus such as CVD or PVD or a high temperature dry etching apparatus. However, there is a disadvantage that the circuit becomes too large and the circuit formed on the wafer is destroyed.

【0008】次に、この静電チャックを構成するセラミ
ックスは、焼成条件によって体積固有抵抗を制御してい
るため、炉内全体を完全に同じ雰囲気にする必要があ
り、少しの雰囲気のずれによって体積固有抵抗が異なっ
てくるため、この方法で体積固有抵抗を制御することは
困難であり、均一な製品が得られないことから量産性に
劣るという欠点があった。
Next, since the volume resistivity of the ceramics constituting this electrostatic chuck is controlled by the firing conditions, it is necessary to make the entire furnace have the same atmosphere. Since the specific resistance is different, it is difficult to control the volume specific resistance by this method, and it is not possible to obtain a uniform product.

【0009】更に、上記セラミックスは、アルミナとチ
タンの混合物であるため、吸着力に時間依存性があり、
電圧を印加してもすぐに吸着力が得られないという致命
的欠点があった。これはチタンがアルミナ内に均一に分
散されていないことや、チタンが酸化されてチタニアが
生成され、比誘電率が非常に異なる材質(アルミナ=1
0、チタニア=46)のものが分散しているためと考え
られる。そして吸着力に時間依存性があると半導体製造
装置におけるウェハの処理能力の低下につながるという
問題点があった。
Furthermore, since the above ceramics are a mixture of alumina and titanium, the adsorption force has a time dependency,
There is a fatal defect that the adsorption force cannot be obtained immediately even when a voltage is applied. This is because titanium is not uniformly dispersed in alumina, and titanium is oxidized to form titania, which makes the material having a very different relative dielectric constant (alumina = 1).
0, titania = 46) are considered to be dispersed. Further, there is a problem in that the suction force has a time dependency, which leads to a reduction in the wafer processing capability in the semiconductor manufacturing apparatus.

【0010】一方、特開平4−206948号公報にみ
られるような、高誘電体セラミックスを用いた静電チャ
ックは、高誘電体セラミックス自体の機械的強度が低い
うえに熱衝撃にも弱いため、250℃以上で使用するこ
とは実用性に乏しかった。
On the other hand, an electrostatic chuck using high-dielectric ceramics as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-206948 has low mechanical strength of the high-dielectric ceramic itself and is also weak against thermal shock. It was not practical to use at 250 ° C or higher.

【0011】一般に、静電チャックをCVD装置、PV
D装置あるいは高温エッチング装置などの250℃以上
という温度下で使用する際には、以下のようないくつか
の特性が求められる。
Generally, an electrostatic chuck is used as a CVD device, a PV
When used at a temperature of 250 ° C. or higher in a D device or a high temperature etching device, the following several characteristics are required.

【0012】高吸着力を発揮すること 吸着・離脱の応答性がよいこと 漏れ電流が小さいこと アセンブリに耐え得る機械的強度を有し、高剛性を有
していること ヒ−トショックに強いこと 高熱伝導を有すること ウェハに悪影響を及ぼさない材料であること 上記については、吸着力が高いことによって静電チャ
ックとウェハの接触性を高め、静電チャックの温度にウ
ェハの温度を近づけられるためにウェハの温度分布が小
さくなり、CVDやPVDではウェハ上への均一な成膜
が、高温エッチングではパターンの高精度化が可能とな
るためである。また、についてはウェハのスループッ
ト能力を向上させるためには不可欠な要素である。
Demonstration of high adsorption force Responsiveness of adsorption / desorption Low leakage current Mechanical strength that can withstand assembly and high rigidity Strong against heat shock It has high thermal conductivity. It is a material that does not adversely affect the wafer. With respect to the above, in order to improve the contact between the electrostatic chuck and the wafer due to the high adsorption force, it is possible to bring the temperature of the wafer close to the temperature of the electrostatic chuck. This is because the temperature distribution of the wafer becomes small, uniform film formation on the wafer can be achieved by CVD or PVD, and pattern accuracy can be improved by high temperature etching. Further, is an essential element for improving the throughput capacity of the wafer.

【0013】については絶縁体の性質の1つとして温
度上昇に伴う体積固有抵抗の低下があり、それに伴い漏
れ電流も大きくなって、漏れ電流が大きすぎるとウェハ
上に形成されたパターンの破壊につながる恐れがあるた
めである。また、については、高温における装置への
静電チャックの組み込みでは接着剤の使用が困難であ
り、ネジ等の機械的固定をしなければならないため、ネ
ジ止め時や装置使用時の熱膨張差に耐え得る機械的強度
を有していなければならない。また、ウェハ上に高精度
のパターンを形成するには静電チャックの表面形状を高
精度に仕上げなければならないため、高剛性も必要とな
ってくる。
With regard to the above, as one of the properties of the insulator, there is a decrease in the volume specific resistance due to the temperature rise, and the leakage current also increases accordingly, and if the leakage current is too large, the pattern formed on the wafer may be destroyed. This is because there is a risk of being connected. With regard to, since it is difficult to use the adhesive when assembling the electrostatic chuck into the device at high temperature, it is necessary to mechanically fix the screw etc., so there is a difference in thermal expansion when screwing or using the device. It must have a mechanical strength that it can withstand. Further, in order to form a highly accurate pattern on the wafer, the surface shape of the electrostatic chuck must be finished with high accuracy, so that high rigidity is also required.

【0014】については、ウェハ温度のコントロール
のために静電チャック下面から冷却する場合や、高温使
用時の静電チャック内の温度分布による熱歪みに耐え得
ることが必要なため、耐熱衝撃性に優れていなければな
らない。また、については、ウェハ加工時に、ウェハ
表面に温度分布ができてしまうと均一な成膜、パターン
の高精度化ができにくくなってしまうため、ウェハに接
触する静電チャックの材質は熱伝導に優れている方が好
ましい。さらに、については、静電チャックはウェハ
と直接接触するため、構成する元素がシリコンウェハの
特性劣下につながらないように、シリコンウェハに悪影
響を及ぼさない元素で構成されていなければならない。
With respect to the above, as for the case of cooling from the lower surface of the electrostatic chuck for controlling the wafer temperature and it is necessary to withstand the thermal strain due to the temperature distribution in the electrostatic chuck at the time of high temperature use, the thermal shock resistance is improved. Must be excellent. As for the material, if a temperature distribution is formed on the surface of the wafer during wafer processing, it will be difficult to achieve uniform film formation and high precision of the pattern. The better the better. Further, as for the electrostatic chuck, since the electrostatic chuck is in direct contact with the wafer, it must be composed of an element that does not adversely affect the silicon wafer so that the constituent elements do not deteriorate the characteristics of the silicon wafer.

【0015】ところが、上記したように、従来のアルミ
ナにチタンを添加したセラミックスを用いた静電チャッ
クでは、漏れ電流が大きく、応答性も悪いものであり、
一方高誘電体セラミックスを用いた静電チャックは機械
的特性が劣るものであるため、いずれも上記〜の特
性を満たさなかった。
However, as described above, the conventional electrostatic chuck using the ceramics in which titanium is added to alumina has large leakage current and poor responsiveness.
On the other hand, since the electrostatic chuck using the high dielectric ceramics has poor mechanical properties, none of them satisfies the above properties (1) to (3).

【0016】そこで、本発明は、上記特性を満たし、2
50℃以上の高温領域で好適に用いられる静電チャック
を得ることを目的とする。
Therefore, the present invention satisfies the above characteristics and
The object is to obtain an electrostatic chuck that is preferably used in a high temperature region of 50 ° C. or higher.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の静電チャック
は、250℃の温度域における体積固有抵抗が108
1013Ωcmのセラミックスに静電電極を備えて形成し
たことを特徴とするものである。ここで、体積固有抵抗
を108 〜1013Ωcmとしたのは、1013Ωcmより
大きいと、電圧印加時の漏れ電流が小さすぎて充分な吸
着力が得られないためであり、一方体積固有抵抗が10
8 Ωcmより小さいと漏れ電流が大きすぎて吸着したウ
ェハの回路を破壊するなどの悪影響を及ぼすためであ
る。
The electrostatic chuck of the present invention has a volume resistivity of 10 8 to 250 ° C. in the temperature range.
It is characterized in that it is formed by providing an electrostatic electrode on a ceramic of 10 13 Ωcm. Here, the reason why the volume specific resistance is set to 10 8 to 10 13 Ωcm is that if the volume specific resistance is larger than 10 13 Ωcm, the leakage current when a voltage is applied is too small to obtain a sufficient adsorption force. Resistance is 10
This is because if it is less than 8 Ωcm, the leakage current is too large and the circuit of the adsorbed wafer is destroyed, which may have an adverse effect.

【0018】また、上記セラミックスとしては、珪素
(Si)、アルミニウム(Al)の酸化物または窒化物
から構成され、抗折強度が20kg/mm2 以上、熱伝
導率が10W/m・K以上、耐熱衝撃性ΔTが150℃
以上の特性を有するものを用いる。
The ceramics are composed of oxides or nitrides of silicon (Si), aluminum (Al), and have a bending strength of 20 kg / mm 2 or more and a thermal conductivity of 10 W / m · K or more, Thermal shock resistance ΔT is 150 ° C
A material having the above characteristics is used.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0020】図1に示すように、本発明の静電チャック
はセラミックス体1中に静電電極2を埋設したものであ
り、この静電電極2と被吸着物3に電圧4を印加するこ
とによって吸着力が発生し、吸着面1a上に被吸着物3
を固定することができる。上記セラミックス体1は、常
温では体積固有抵抗が1014Ωcm以上と大きく、漏れ
電流が非常に小さいため吸着力はほとんど発生しない
が、250℃以上の温度域では体積固有抵抗が108
1013Ωcmに低下するため、漏れ電流が大きくなって
吸着力が発生する。
As shown in FIG. 1, the electrostatic chuck of the present invention is one in which an electrostatic electrode 2 is embedded in a ceramic body 1, and a voltage 4 is applied to this electrostatic electrode 2 and an object 3 to be attracted. The adsorption force is generated by the
Can be fixed. The ceramic body 1, as large as the volume resistivity of 10 14 [Omega] cm or more at normal temperature, but the leakage current is not so small because the suction force is most occur in the temperature range of not lower than 250 ° C. volume resistivity of 10 8 ~
Since it is lowered to 10 13 Ωcm, the leakage current becomes large and the adsorption force is generated.

【0021】これらのセラミックスは、アルミナ(Al
2 3 )、アルミナの単結晶体であるサファイア、シリ
カ(SiO2 )、窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪
素(Si3 4 )を主成分とするものであって、上記体
積固有抵抗を示すためには、これらの主成分を85重量
%以上含むものを用いる。また、後述するようにウェハ
への汚染をなくすためには、アルミニウム(Al)、珪
素(Si)、酸素(O)、窒素(N)以外の元素からな
る成分(不純物)を合計0.2重量%以下とすることが
好ましい。
These ceramics are made of alumina (Al
2 O 3 ), sapphire which is a single crystal of alumina, silica (SiO 2 ), aluminum nitride (AlN), and silicon nitride (Si 3 N 4 ) are the main components, and exhibit the above volume resistivity. For this purpose, a material containing 85% by weight or more of these main components is used. Further, as will be described later, in order to eliminate contamination on the wafer, a total of 0.2 weight parts (impurities) of elements other than aluminum (Al), silicon (Si), oxygen (O) and nitrogen (N) are contained. % Or less is preferable.

【0022】例えば、アルミナセラミックスの場合、主
成分であるAl2 3 を85重量%以上含み、残部がS
iO2 で、その他のCaやNaなどの成分を合計0.2
重量%以下としたもの、または主成分であるAl2 3
を99.8重量%以上としたものが良い。また、窒化ア
ルミニウムセラミックスの場合は、焼結助剤であるY2
3 等を焼成時に蒸発させることによって、主成分であ
るAlNを99.8重量%以上としたものが良い。さら
に、窒化珪素質セラミックスの場合は、主成分であるS
3 4 を85重量%以上含み、残部がAl2 3 で、
不純物を0.2重量%以下としたものが良い。
For example, in the case of alumina ceramics, the main component Al 2 O 3 is contained in an amount of 85% by weight or more, and the balance is S.
With iO 2 , the total amount of other components such as Ca and Na is 0.2
Al 2 O 3 which is the main component or less
Is preferably 99.8% by weight or more. Further, in the case of aluminum nitride ceramics, Y 2 which is a sintering aid is used.
It is preferable that AlN, which is the main component, be made 99.8% by weight or more by evaporating O 3 or the like during firing. Further, in the case of silicon nitride ceramics, S which is the main component
i 3 N 4 is contained by 85% by weight or more, and the balance is Al 2 O 3 ,
It is preferable that the amount of impurities is 0.2% by weight or less.

【0023】そして、これらの組成からなる原料をプレ
ス成形、またはグリーンシートを積層することによって
板状に成形し、所定条件で焼成すれば、上記セラミック
ス体1を得ることができる。また、サファイアで形成す
る場合は、EFG法などの製法で板状に引き上げた後、
所定形状に加工することでセラミックス体1を得ること
ができる。
The ceramic body 1 can be obtained by press-forming the raw materials having these compositions or laminating green sheets to form a plate and firing the plate under predetermined conditions. In the case of forming with sapphire, after pulling up into a plate shape by a manufacturing method such as the EFG method,
The ceramic body 1 can be obtained by processing into a predetermined shape.

【0024】さらに、上記セラミックスは、抗折強度が
20kg/mm2 以上と機械的強度が高く、耐熱衝撃性
ΔTが150℃以上とヒートショックに強く、熱伝導率
10W/m・K以上と熱伝導性の良いものを用いる。ま
た、上記のように、これらのセラミックスは、アルミニ
ウム(Al)、珪素(Si)、酸素(O)、窒素(N)
の元素からなるため、ウェハに悪影響を及ぼすことはな
い。さらに、上記セラミックスは単一主成分からなる材
料であるため吸着時の応答性がよく、均質な材料を容易
に製造することができる。
Further, the above-mentioned ceramics have a high mechanical strength of 20 kg / mm 2 or more in bending strength, a thermal shock resistance ΔT of 150 ° C. or more, and a heat shock resistance, and a thermal conductivity of 10 W / m · K or more. Use one with good conductivity. Further, as described above, these ceramics are aluminum (Al), silicon (Si), oxygen (O), nitrogen (N).
Since it is composed of the above element, it does not adversely affect the wafer. Furthermore, since the above ceramics are materials composed of a single main component, they have a good response when adsorbed, and a homogeneous material can be easily manufactured.

【0025】また、上記実施例では単極型の静電チャッ
クを示したが、静電電極2を複数形成し、これらの静電
電極2間に電圧を印加することにより双極型の静電チャ
ックとすることもできる。
In the above embodiment, the monopolar type electrostatic chuck is shown, but by forming a plurality of electrostatic electrodes 2 and applying a voltage between these electrostatic electrodes 2, a bipolar type electrostatic chuck is formed. Can also be

【0026】さらに、本発明の他の実施例を図2に示す
ように、セラミックス体1中に静電電極2とともにヒー
タ5を埋設して静電チャックを構成することもできる。
この場合は、ヒータ5に電圧6を印加することによっ
て、セラミックス体1を250℃以上に加熱し、このと
き静電電極2と被吸着物3との間に電圧4を印加するこ
とで、セラミックス体1中に微小な漏れ電流を生じ、吸
着力を発生させることができる。このように、ヒータ5
を埋設した静電チャックは、所定の吸着力を得られるよ
うにセラミックス体1の温度を制御することが容易であ
り、より好適に使用することができる。
Further, as shown in FIG. 2 in another embodiment of the present invention, the electrostatic chuck can be constructed by embedding the heater 5 together with the electrostatic electrode 2 in the ceramic body 1.
In this case, the ceramic body 1 is heated to 250 ° C. or higher by applying the voltage 6 to the heater 5, and the voltage 4 is applied between the electrostatic electrode 2 and the attracted object 3 at this time, thereby A minute leakage current can be generated in the body 1 to generate an attractive force. In this way, the heater 5
The electrostatic chuck having embedded therein can easily control the temperature of the ceramic body 1 so as to obtain a predetermined attracting force, and can be used more preferably.

【0027】実験例1 本発明の静電チャックは微少な漏れ電流によって吸着力
を得るものであり、適正な吸着力を得るためには体積固
有抵抗が重要になってくる。そこで常温における体積固
有抵抗が1014Ωcm以上のアルミナをセラミック体1
として用い、図2に示すヒータ5を内蔵した単極型の静
電チャックを作製して、10-1Torrの真空中におい
て静電チャックの静電電極2と被吸着物3間に300V
の電圧4を印加し、昇温しながら被吸着物3を垂直に剥
すことにより吸着力の測定を行った。
Experimental Example 1 The electrostatic chuck of the present invention obtains an attractive force by a minute leak current, and the volume resistivity becomes important in order to obtain an appropriate attractive force. Therefore, alumina with a volume resistivity of 10 14 Ωcm or more at room temperature is used as the ceramic body 1.
A single-pole type electrostatic chuck having a built-in heater 5 shown in FIG. 2 was manufactured, and 300 V was applied between the electrostatic electrode 2 of the electrostatic chuck and the attracted object 3 in a vacuum of 10 −1 Torr.
The adsorption force was measured by applying the voltage 4 and peeling the adsorbent 3 vertically while increasing the temperature.

【0028】その結果、図3に吸着力と温度の関係を示
すように、250℃付近で吸着力が急激に大きくなり、
400℃でほぼ一定になって、100g/cm2 以上の
充分な吸着力を生じることがわかる。この結果を、上記
アルミナセラミックスの体積固有抵抗と温度の関係を示
すグラフ(図4)と比較すると、温度が250℃以上で
体積固有抵抗が1013Ωcm以下の時に充分な吸着力を
発生できることが確認できた。しかし、漏れ電流が大き
くなりすぎるとウェハ上の回路を破壊することを考える
と体積固有抵抗は108 〜1013Ωcmが好ましく、上
記アルミナセラミックス製静電チャックは250〜50
0℃の温度域で好適に使用できることがわかる。
As a result, as shown in FIG. 3 which shows the relationship between the adsorption force and the temperature, the adsorption force rapidly increases near 250 ° C.,
It can be seen that it becomes almost constant at 400 ° C. and a sufficient adsorption force of 100 g / cm 2 or more is generated. Comparing this result with the graph (FIG. 4) showing the relationship between the volume resistivity of the alumina ceramics and the temperature (FIG. 4), sufficient adsorption force can be generated when the temperature is 250 ° C. or higher and the volume resistivity is 10 13 Ωcm or less. It could be confirmed. However, considering that the circuit on the wafer is destroyed if the leakage current becomes too large, the volume resistivity is preferably 10 8 to 10 13 Ωcm, and the electrostatic chuck made of alumina ceramics is 250 to 50
It can be seen that it can be preferably used in the temperature range of 0 ° C.

【0029】さらに、図4中に窒化珪素、窒化アルミニ
ウムからなるセラミックスの体積固有抵抗と温度との関
係を示すように、これらのセラミックスも250〜50
0℃の温度域において、体積固有抵抗が108 〜1013
Ωcmとなる。そして、これらのセラミックスで静電チ
ャックを構成したところ、上記アルミナセラミックスと
同様に250℃以上の温度で吸着力100g/cm2
上の充分な吸着力を生じることが確認された。
Further, as shown in FIG. 4 which shows the relationship between the volume resistivity and the temperature of ceramics made of silicon nitride and aluminum nitride, these ceramics are also 250 to 50.
In the temperature range of 0 ° C, the volume resistivity is 10 8 to 10 13
It becomes Ωcm. When an electrostatic chuck was constructed from these ceramics, it was confirmed that a sufficient adsorption force of 100 g / cm 2 or more was generated at a temperature of 250 ° C. or more, similar to the above alumina ceramics.

【0030】また、アルミナの単結晶体であるサファイ
アは、体積固有抵抗が大きいことから、500℃以上の
温度域でも充分使用可能である。
Since sapphire, which is a single crystal of alumina, has a large volume resistivity, it can be sufficiently used even in a temperature range of 500 ° C. or higher.

【0031】実験例2 次に、静電チャックの吸着力の時間依存性をみるため
に、 常温における体積固有抵抗が1014Ωcm以上で、4
00℃になると1011Ωcmに低下するアルミナ静電チ
ャック(本発明実施例) アルミナ原料にチタンなどの遷移金属を添加したのち
還元雰囲気で焼成し、常温における体積固有抵抗を10
11Ωcmにした静電チャック(比較例) の2つの静電チャックを用意した。
Experimental Example 2 Next, in order to examine the time dependence of the attraction force of the electrostatic chuck, the volume resistivity at room temperature was 10 14 Ωcm or more, and 4
Alumina electrostatic chuck whose temperature drops to 10 11 Ωcm at 00 ° C. (Example of the present invention) A transition metal such as titanium was added to an alumina raw material, followed by firing in a reducing atmosphere to obtain a volume resistivity of 10 at room temperature.
Two electrostatic chucks of 11 Ωcm electrostatic chuck (comparative example) were prepared.

【0032】体積固有抵抗の値をあわせるため、は常
温で、は400℃において、それぞれ吸着力の時間依
存性の測定を行った(いずれも真空度は10-1Tor
r、印加電圧は300V)。結果を図5に示すように、
(比較例)においては所定の吸着力が得られるまで2
00秒ほど要するが、(本発明実施例)においてはわ
ずか1秒ほどで所定の吸着力が得られるという結果とな
り、本発明の静電チャックは時間依存性がなく、吸着、
離脱の応答性が良いことがわかった。
In order to match the values of the volume resistivity, the time dependence of the adsorption force was measured at room temperature and at 400 ° C. (in both cases, the vacuum degree was 10 -1 Torr).
r, applied voltage is 300V). The results are shown in FIG.
In (Comparative Example), 2 until the predetermined suction force is obtained.
It takes about 00 seconds, but in the (Example of the present invention), the result is that a predetermined adsorption force can be obtained in only about 1 second, and the electrostatic chuck of the present invention has no time dependence, and adsorption,
It was found that the responsiveness of withdrawal was good.

【0033】これは、前記したように、比較例が複合材
料からなるのに対し、本発明実施例は単一材料からなる
ためである。
This is because, as described above, the comparative example is made of a composite material, whereas the inventive examples are made of a single material.

【0034】実験例3 次に、静電チャックの熱応力の面から高温での使用可能
性を確認するための実験を行った。表1に示すまざまな
特性のセラミックスを用いて、それぞれヒータを内蔵し
たφ6インチの静電チャックを用意し、 500℃まで50℃/分で急昇温を行う ネジ止めで金具とアセンブリ行い、500℃までゆっ
くり昇温を行う 実験を行った。なお、表1中、強度とは常温での抗折強
度のことであり、耐熱衝撃性とは水中投下時にクラック
を生じる温度差ΔTのことである。
Experimental Example 3 Next, an experiment was conducted to confirm the possibility of using the electrostatic chuck at high temperature in terms of thermal stress. Using ceramics with various characteristics shown in Table 1, prepare a φ6 inch electrostatic chuck with a built-in heater, and rapidly raise the temperature to 500 ° C at 50 ° C / min. An experiment was conducted in which the temperature was slowly raised to 500 ° C. In Table 1, the strength means the bending strength at room temperature, and the thermal shock resistance means the temperature difference ΔT at which cracks are generated when dropped in water.

【0035】結果を表1に示すように、耐熱衝撃性ΔT
が150℃よりも小さいもの(試料C、D)は、実験
でクラックが生じ、また強度が20kg/mm2 よりも
小さいもの(試料B、D)は実験でクラックが生じ
た。したがって、高温域で用いるためには、強度20k
g/mm2 以上、耐熱衝撃温度150℃以上のセラミッ
クスを用いる必要がある。
As shown in the results in Table 1, thermal shock resistance ΔT
Those having a temperature of less than 150 ° C. (Samples C and D) were cracked in the experiment, and those having a strength of less than 20 kg / mm 2 (Samples B and D) were cracked in the experiment. Therefore, in order to use it in the high temperature range, the strength is 20k.
It is necessary to use ceramics having a g / mm 2 or more and a thermal shock resistance of 150 ° C. or more.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】実験例4 静電チャックを使用することによる均熱性の向上と均熱
に必要な熱伝導率を確認する実験を行った。表2に示す
ように、種々の熱伝導率をもったセラミックスで、図2
に示すヒータ内蔵のφ6インチ静電チャックを用意し、 静電チャック中心を300℃まで加熱した後ウェハを
静電チャックに載せ、サーモビュア(表面温度計)で表
面の温度分布を確認する 静電チャック中心を300℃まで加熱した後ウェハを
静電チャックに載せ、静電チャックでウェハを吸着して
サーモビュア(表面温度計)で表面の温度分布を確認す
る 実験を行った。結果は表2に示す通りである。
Experimental Example 4 An experiment was carried out to improve the soaking property by using an electrostatic chuck and confirm the thermal conductivity required for soaking. As shown in Table 2, ceramics having various thermal conductivities
Prepare a φ6 inch electrostatic chuck with a built-in heater as shown in, heat the center of the electrostatic chuck to 300 ° C, place the wafer on the electrostatic chuck, and check the temperature distribution on the surface with a thermoviewer (surface thermometer). After heating the center to 300 ° C., the wafer was placed on the electrostatic chuck, the wafer was adsorbed by the electrostatic chuck, and the temperature distribution of the surface was confirmed by a thermoviewer (surface thermometer). The results are shown in Table 2.

【0038】ウェハの均一成膜が可能であるのは温度差
20℃以内と考えられるが、この表2より、その範囲に
入っているのは熱伝導率が10W/m・K以上の静電チ
ャック(試料C、D)を用いて吸着させていた場合のみ
である。したがって、熱伝導率が10W/m・K以上の
セラミックスを用いれば良い。
It is considered that a temperature difference of 20 ° C. or less is possible for forming a uniform film on the wafer. From Table 2, the range is that the electrostatic conductivity is 10 W / m · K or more. Only when the chuck (Samples C and D) is used for adsorption. Therefore, ceramics having a thermal conductivity of 10 W / m · K or more may be used.

【0039】さらに、好ましくは窒化アルミニウムセラ
ミックスを用いれば、熱伝導率が170W/m・K以上
と極めて大きいことから、より好適である。
Furthermore, it is more preferable to use aluminum nitride ceramics, since the thermal conductivity is extremely high at 170 W / m · K or more.

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】実験例5 静電チャックを構成するセラミックス中の不純物量と、
ウェハに対する汚染度の関係を調べる実験を行った。表
3に示すように、アルミナを主成分とし、不純物である
NaとCaの量が異なるセラミックスで静電チャックを
作製し、NaとCaの量が1ppm以下のシリコンウェ
ハを被吸着物として各静電チャックで吸着させた後、ウ
ェハをチェックして汚染度(NaとCaの含有量)を測
定した。
Experimental Example 5 The amount of impurities in the ceramic constituting the electrostatic chuck,
An experiment was conducted to examine the relationship between the degree of contamination on the wafer. As shown in Table 3, an electrostatic chuck was made of ceramics containing alumina as a main component and different amounts of impurities Na and Ca, and a silicon wafer with an amount of Na and Ca of 1 ppm or less was used as an object to be adsorbed. After adsorption with an electric chuck, the wafer was checked and the contamination degree (content of Na and Ca) was measured.

【0042】結果を表3に示す。この結果より、試料
C、Dに示すように、静電チャックを構成するアルミナ
セラミック中の不純物量が合計2000ppm(0.2
重量%)以下であれば、吸着されたウェハに対する汚染
度が小さいことがわかる。また、この実験例では、アル
ミナセラミックスについてのみ示したが、他のセラミッ
クスであっても、同様に不純物量を極めて少なくするこ
とで、ウェハに対する悪影響を防止でき、特にサファイ
アは好適である。なお、ここで不純物とは、珪素(S
i)、アルミニウム(Al)、酸素(O)、窒素(N)
以外の元素を含む成分のことである。
The results are shown in Table 3. From these results, as shown in Samples C and D, the total amount of impurities in the alumina ceramic forming the electrostatic chuck was 2000 ppm (0.2 ppm).
It can be seen that the degree of contamination with respect to the adsorbed wafer is small when the content is less than (wt%). Further, although only the alumina ceramics are shown in this experimental example, adverse effects on the wafer can be prevented by similarly reducing the amount of impurities in other ceramics, and sapphire is particularly preferable. It should be noted that the impurities are silicon (S
i), aluminum (Al), oxygen (O), nitrogen (N)
It is a component containing elements other than.

【0043】[0043]

【表3】 [Table 3]

【0044】[0044]

【発明の効果】このように本発明によれば、250℃以
上の温度域における体積固有抵抗が108 〜1013Ωc
mのセラミックスに静電電極を備えて静電チャックを構
成したことによって、CVD装置、PVD装置あるいは
高温エッチング装置等の250℃以上の温度で使用して
も良好にウェハを吸着することができ、固定、搬送、矯
正を行うことができる。
As described above, according to the present invention, the volume resistivity in the temperature range of 250 ° C. or higher is 10 8 to 10 13 Ωc.
Since the electrostatic chuck is configured by providing the electrostatic electrode on the ceramic of m, the wafer can be favorably adsorbed even when used at a temperature of 250 ° C. or higher in a CVD device, a PVD device, a high temperature etching device, or the like. It can be fixed, transported and straightened.

【0045】また、上記セラミックスとして珪素(S
i)、アルミニウム(Al)の酸化物または窒化物から
構成され、抗折強度20kg/mm2 以上、熱伝導率1
0W/m・K以上、耐熱衝撃性ΔT150℃以上の特性
を有するものを用いることによって、250℃以上の温
度で使用しても熱応力に耐えられ、また熱伝導率が高い
ことによりウェハの全面均熱をはかられ、ウェハの均一
成膜、加工パターンの高精度化などが可能となり、また
ウェハの処理能力を向上することができ、ウェハに対す
る汚染の問題もなくなるなどの効果をもった高性能の静
電チャックを提供できる。
Silicon (S
i), made of aluminum (Al) oxide or nitride, having a bending strength of 20 kg / mm 2 or more and a thermal conductivity of 1
By using a material having 0 W / m · K or more and thermal shock resistance ΔT of 150 ° C. or more, it can withstand thermal stress even when used at a temperature of 250 ° C. or more, and has a high thermal conductivity, so the entire surface of the wafer It is possible to achieve uniform heating, uniform film formation on the wafer, high precision processing pattern, etc. Also, the processing capacity of the wafer can be improved, and the problem of contamination of the wafer is eliminated. A high-performance electrostatic chuck can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の静電チャックを示す縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view showing an electrostatic chuck of the present invention.

【図2】本発明の静電チャックの他の実施例を示す縦断
面図である。
FIG. 2 is a vertical sectional view showing another embodiment of the electrostatic chuck of the present invention.

【図3】本発明の静電チャックの吸着力と温度との関係
を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the attraction force and the temperature of the electrostatic chuck of the present invention.

【図4】本発明の静電チャックを構成するセラミックス
の温度と体積固有抵抗との関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between temperature and volume resistivity of ceramics that form the electrostatic chuck of the present invention.

【図5】本発明および比較例の静電チャックの吸着力と
時間との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between attraction force and time of electrostatic chucks of the present invention and a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・セラミックス体 2・・・静電電極 3・・・被吸着物 4・・・電圧 5・・・ヒータ 6・・・電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic body 2 ... Electrostatic electrode 3 ... Object to be adsorbed 4 ... Voltage 5 ... Heater 6 ... Voltage

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】250℃以上の温度域における体積固有抵
抗が108 〜1013Ωcmの範囲にあるセラミックスに
静電電極を備えてなる静電チャック。
1. An electrostatic chuck comprising a ceramic having a volume resistivity of 10 8 to 10 13 Ωcm in a temperature range of 250 ° C. or higher and an electrostatic electrode.
JP32207892A 1992-12-01 1992-12-01 Electrostatic chuck Expired - Fee Related JP2798570B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32207892A JP2798570B2 (en) 1992-12-01 1992-12-01 Electrostatic chuck
US08/160,685 US5413360A (en) 1992-12-01 1993-12-01 Electrostatic chuck

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32207892A JP2798570B2 (en) 1992-12-01 1992-12-01 Electrostatic chuck

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06177231A true JPH06177231A (en) 1994-06-24
JP2798570B2 JP2798570B2 (en) 1998-09-17

Family

ID=18139675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32207892A Expired - Fee Related JP2798570B2 (en) 1992-12-01 1992-12-01 Electrostatic chuck

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2798570B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5530616A (en) * 1993-11-29 1996-06-25 Toto Ltd. Electrostastic chuck
US5560780A (en) * 1993-04-22 1996-10-01 Applied Materials, Inc. Protective coating for dielectric material on wafer support used in integrated circuit processing apparatus and method of forming same
US5958140A (en) * 1995-07-27 1999-09-28 Tokyo Electron Limited One-by-one type heat-processing apparatus
US6632512B1 (en) 1999-11-10 2003-10-14 Ibiden Co., Ltd. Ceramic substrate
US6730276B2 (en) 2000-07-24 2004-05-04 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. Plastic film electrostatic adsorption apparatus and electrostatic adsorption method
US7078655B1 (en) 1999-08-12 2006-07-18 Ibiden Co., Ltd. Ceramic substrate, ceramic heater, electrostatic chuck and wafer prober for use in semiconductor producing and inspecting devices

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001059833A1 (en) 2000-02-08 2001-08-16 Ibiden Co., Ltd. Ceramic board for semiconductor production and inspection devices
JP2001244320A (en) 2000-02-25 2001-09-07 Ibiden Co Ltd Ceramic substrate and method of manufacturing the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH043956A (en) * 1990-04-20 1992-01-08 Fujitsu Ltd Electrostatic chuck equipment

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH043956A (en) * 1990-04-20 1992-01-08 Fujitsu Ltd Electrostatic chuck equipment

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5560780A (en) * 1993-04-22 1996-10-01 Applied Materials, Inc. Protective coating for dielectric material on wafer support used in integrated circuit processing apparatus and method of forming same
US5530616A (en) * 1993-11-29 1996-06-25 Toto Ltd. Electrostastic chuck
US5958140A (en) * 1995-07-27 1999-09-28 Tokyo Electron Limited One-by-one type heat-processing apparatus
US7078655B1 (en) 1999-08-12 2006-07-18 Ibiden Co., Ltd. Ceramic substrate, ceramic heater, electrostatic chuck and wafer prober for use in semiconductor producing and inspecting devices
US6632512B1 (en) 1999-11-10 2003-10-14 Ibiden Co., Ltd. Ceramic substrate
US6919124B2 (en) 1999-11-10 2005-07-19 Ibiden Co., Ltd. Ceramic substrate
US6730276B2 (en) 2000-07-24 2004-05-04 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. Plastic film electrostatic adsorption apparatus and electrostatic adsorption method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2798570B2 (en) 1998-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100281953B1 (en) Heating device and its manufacturing method
US6133557A (en) Wafer holding member
EP1199741B1 (en) Ceramic heater to heat wafers
JP4744855B2 (en) Electrostatic chuck
JPH05235152A (en) Electrostatic chuck
JP2798570B2 (en) Electrostatic chuck
JPH0434953A (en) Electrostatic chucking plate
JP4043219B2 (en) Electrostatic chuck
JP2975205B2 (en) Electrostatic chuck and method of manufacturing the same
US6982125B2 (en) ALN material and electrostatic chuck incorporating same
US20220289631A1 (en) Beryllium oxide pedestals
EP1249858A2 (en) Heater member for mounting heating object and substrate processing apparatus using the same
JPH10154745A (en) Electrostatic suction device
JP2001007189A (en) Electrostatic chuck and its manufacture
JPH0945756A (en) Semiconductor manufacturing apparatus and manufacturing method
KR102552189B1 (en) Aluminium nitride ceramics composition and manufacturing method of the same
JPS6219060B2 (en)
JP2007265998A (en) Heating device and its manufacturing method
JP3275901B2 (en) Design method of electrostatic chuck
JP5345583B2 (en) Electrostatic chuck
TWI915706B (en) Method for manufacturing the base, plasma etching apparatus, and base
JP3623102B2 (en) Electrostatic chuck
JPH05206254A (en) Electrostatic chuck
JP3152857B2 (en) Electrostatic chuck
JP4069875B2 (en) Wafer holding member

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080703

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080703

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090703

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090703

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100703

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110703

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703

Year of fee payment: 14

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees