JPH1012712A - 静電チャック装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い静電気発生量を有するとともに、静電チ
ャックの寿命を著しく延ばし、高性能加工品を量産する
ことができる経済的で信頼性の高い静電チャック装置を
提供する。 【解決手段】 静電チャック装置は、厚さ方向にスリッ
ト状の貫通孔１１を設け、裏面の該貫通孔に隣接した部
分に凹部１２が形成された金属基盤１と、該金属基盤上
に接着剤層を介して接着された静電チャック用シート２
とよりなり、その静電チャック用シートには、貫通孔の
形状に沿って、一端がつながっているスリット状の切り
込み部分２ａが形成され、その切り込み部分２ａが金属
基盤の貫通孔１１を貫通して裏面の凹部に接着剤を介し
て接着しており、凹部に接着された切り込み部分の電極
層の一部が露出している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
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に関する。

【０００２】

【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、エッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、イ
オン注入装置、アッシング装置、電子ビームリソグラフ
ィー、Ｘ線リソグラフィー等では、半導体ウエハ等の試
料を１５００Ｐａ以下の真空中で処理することがしばし
ば行われている。

【０００３】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、これらには、例えば、試料表面の温度
分布を均一にするということができなかったり、真空チ
ャンバー内での使用が不可能であったり、或いは試料の
温度が高くなる等、種々の問題があるため、最近では、
静電チャック用シートを利用する静電チャック装置が使
用されるようになっている。静電チャック装置は、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
高く保持することができるので、非常に有利である。こ
の様な静電チャック装置は、例えば英国特許第１４４３
２１５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、そし
て被吸着物であるウエハを電気的に接触させる手段を有
しており、それによりウエハと支持部材の間に電位差を
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、これによりウエハは導電層に
対しほぼ平坦に支持される。そして真空チャンバー内部
でウエハを上記のように吸着させておき、その支持部材
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。

【０００４】ところで、これらの静電チャック装置に
は、誘電体として有機高分子材料やセラミックスなどの
無機材料が使用されており、分極電荷を発生させるため
の内部電極としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎその他の金属材
料が使用されている。そして、その内部電極に給電する
方法として、特に有機高分子材料を使用した静電チャッ
クでは、従来は給着面内部の電極と、それに給電するリ
ード線部分とが、一体に作製され、リード線部分は、吸
着面の一部分の端部で折り曲げて外部に取り出す構造と
なっている。

【０００５】ところが、この構造の静電チャック装置に
おいては、静電チャック用シートの表面にウエハを吸着
させてプラズマエッチング処理をする場合、リード線部
分を保護部材で保護して処理を行う必要があるが、その
際、ウエハと保護部材との間で、リード線部分の一部が
非常に僅かではあるが露出してしまう。そのため、プラ
ズマエッチング等の処理を繰り返すと、リード線部分の
露出部分にプラズマが当り、その露出部分の絶縁層がエ
ッチングされて薄くなり、ついには絶縁破壊を起こして
しまうという欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ために、本発明者等は、静電チャック装置の電気的接合
方法として、吸着面を有する静電チャック用シートとそ
れに電気を供給するためのリード線部分とを、分離して
形成し、それらを高速イオンが当らないように金属基盤
に設けた凹部で静電チャック用シートをリード線部分
と、導電性接着剤、低融点はんだ、または金属バネと導
電性接着剤等を用いて電気的に接合する技術を提案した
（特開平５−１０２２８９号公報）。

【０００７】図５は、その場合の一例を示すものであっ
て、静電チャック用シートと給電シートとの電気的接合
部分の一例の拡大断面図である。金属基盤１の適宜の位
置に、スリット状の貫通孔１１を有する凹部１２、１３
が設けられている。静電チャック用シート２は、絶縁層
２１、接着層２２、電極層２３、接着層２４、及び絶縁
層２５を順次積層した構造を有し、そして金属基盤と接
着させる面の、金属基盤の凹部に対応する位置に、電極
層２３が露出するように半抜き孔が設けられている。ま
た、帯状の給電シート４は、絶縁層４１、接着層４２、
導電層４３、接着層４４、及び絶縁層４５を順次積層し
た構造を有し、そして、両端近傍に、導電層４３が露出
するように半抜き孔が設けられている。

【０００８】静電チャック用シート２は、接着剤層３１
を介して金属基盤１の上に接着されており、また、給電
シート４は、接着剤層３２を介して、金属基盤に設けら
れた凹部及びそのスリット状孔の一方の側に接着されて
いる。そして、静電チャック用シートの接着層２４及び
絶縁層２５にあけられ半抜き孔と、給電シートの絶縁層
４１及び接着層４２にあけられ半抜き孔との間に形成さ
れる空間には、導電性接着剤５が充填され、静電チャッ
ク用シート電極層と給電シートの導電層とが電気的に接
合されている。

【０００９】しかしながら、この静電チャック装置は、
静電チャック用シートとリード線部分とが、導電性接着
剤、低融点はんだ、或いは金属バネ等を用いて接合する
ために、電気的接合が不十分になる場合が生じ、電極層
の導電性が不安定となり、また、静電チャックシートの
静電気発生量が低くなって、半導体ウエハの吸着力が低
いという問題点があった。さらにリード線部分を金属基
盤の凹部において静電チャックシートの裏面に接着する
ことが必要であるため、静電チャック装置の製造工程が
複雑になるという問題もあった。

【００１０】したがって、本発明の目的は、上記の静電
チャック装置の問題点を改善することを目的としてなさ
れたものであって、静電チャック用シート内部の電極層
への給電手段を改善して、高い静電気発生量を有すると
ともに、静電チャックの寿命を著しく延ばし、高性能加
工品を量産することができる経済的で信頼性の高い静電
チャック装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記従来
の静電チャック装置における電気的接合手段を改良すこ
とを意図して鋭意検討した結果、静電チャック用シート
の吸着面の一部をリード線部分として利用することによ
り、上記の問題を解決することができることを見出だ
し、本発明を完成するに至った。

【００１２】すなわち、本発明の静電チャック装置は、
厚さ方向にスリット状の貫通孔を設け、裏面の該貫通孔
に隣接した部分に凹部が形成された金属基盤と、該金属
基盤上に接着剤層を介して接着された静電チャック用シ
ートとよりなり、静電チャック用シートには、貫通孔の
形状に沿って、一端がつながっているスリット状の切れ
込み部分が形成され、該切れ込み部分が金属基盤の貫通
孔を貫通して裏面の凹部に接着剤を介して接着されてお
り、凹部に接着された切れ込み部分の電極層の一部が露
出していることを特徴とする。

【００１３】図１は、本発明の電気的接合法が適用され
た静電チャック装置の模式的断面図、図２は本発明にお
いて使用する静電チャックシートの平面図であり、図３
は、図１における要点部の拡大断面図である。図中、１
は金属基盤であって、適宜の位置にスリット状の貫通孔
１１が設けられ、裏面の貫通孔に隣接した部分に凹部１
２が形成されている。２は静電チャック用シートであっ
て、第１の絶縁層２１、第１の接着層２２、電極層２
３、第２の接着層２４、及び第２の絶縁層２５を順次積
層した構造を有しており、そして金属基盤のスリット状
の貫通孔の形状に沿って、一端がつながっているスリッ
ト状の切れ込み部分２ａが形成されている。このスリッ
ト状の切れ込み部分の端部近傍には、電極層の露出部２
３ａが形成されている。この静電チャック用シート２は
金属基盤１に接着剤層３によって接合されており、そし
てスリット状の切れ込み部分２ａは貫通孔１１を貫通し
て裏面の凹部１２に接着剤によって接合される。それに
より、スリット状の切れ込み部分の端部近傍の電極層の
露出部２３ａが，凹部において露出された状態になる。
なお、６は載置された状態のウエハである。

【００１４】次に、本発明に用いる静電チャック用シー
トを構成する材料について説明する。静電チャック用シ
ートの第１および第２の絶縁層は、耐熱性、耐電圧性等
の信頼性に優れた材料よりなる。静電吸着力には、絶縁
層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、静電吸着力と熱伝導性を向上
させることが可能になるように、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、２５〜７５μ
ｍの厚さの薄いポリイミドフィルムまたは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が好ま
しい。

【００１５】ポリイミドフィルムとしては、例えば、カ
プトン（Ｋａｐｔｏｎ：デュポン社製）、アピカル（鐘
淵化学工業社製）、ユーピレックス（宇部興産社製）、
ニトミッド（日東電気工業社製）、スペリオフィルム
（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、延伸ナイロン、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。

【００１６】また、必要に応じて、アルミナ、ほう化ジ
ルコニウム、窒化ホウ素等の熱伝導性の高い粒径５μｍ
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、耐電圧特性が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。

【００１７】静電チャック用シートの第１および第２接
着層としては、絶縁層と電極層の両者に対する接着力お
よび耐熱性に優れた接着剤が必要であり、熱硬化性また
は２液硬化型接着剤が使用される。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、ゴム系等の接着剤が有効であり、これ
等の接着剤は単独でまたは混合物として用いることがで
きる。

【００１８】本発明においては、これ等第１および第２
の接着層には、アルミナ、ほう化ジルコニウム、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５μ
ｍ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。

【００１９】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、５〜１０μｍの範囲内と
するのが製造および加工性の点から最も好ましい。これ
等第１および第２の接着層は、第１および第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。

【００２０】電極層としては、膜厚５０μｍ以下の銅箔
が通常使用されるが、その他Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、
ステンレス鋼、Ｓｎなどの金属箔でもよく、場合によっ
ては、金属蒸着加工またはメッキ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。銅箔では２
０μｍ前後の厚さのものが最も加工性に優れている。

【００２１】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およ
び第２の接着層によって封入された状態になっているこ
とが必要である。そのための方法としては、蒸着、エッ
チング或いは塗布などにより予め所定の部分に電極層を
形成すればよい。この場合、切り込み部分の切断部から
電極層が露出しないように、切断する部分には予め電極
層が存在しないようにすることが必要である。

【００２２】本発明における静電チャック用シートは、
第１の絶縁層となる耐熱性フィルムに隣接して絶縁性接
着剤を塗布して第１の接着層を形成し、その上に、所定
の形状の電極層を形成して積層シートを得る。一方第２
の絶縁層となる耐熱性フィルムの上に絶縁性接着剤を塗
布して第２の接着層を形成し、これを上記積層シートの
電極層が形成された側に重ね貼り合わせた後に、加熱に
より接着剤を硬化させる。その後、予め設定された部分
に半抜き加工を施して電極層が露出した部分を形成し、
次いで、予め設定された部分を切断して、切り込み部を
形成し、本発明に使用する静電チャック用シートが作製
される。なお、切り込み部の形状は、特に限定されるも
のではなく、先端部が円弧状になっていてもよく、或い
は先端がスプーン状に拡大した形状であってもよい。

【００２３】上記の層構成を有する静電チャック用シー
トを金属基盤上に貼り付けるために使用できる接着剤と
しては、上記第１および第２の接着層におけると同様の
ものが使用できる。また、この接着剤には、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、３〜３０μｍの範囲にあるのが好ましい。

【００２４】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３０〜４
００μｍの範囲内にあることが必要であり、８０〜１５
０μｍの範囲が好ましい。膜厚が３０μｍよりも薄くな
ると、加工性の点で問題が生じ、また４００μｍよりも
厚くなると、熱伝導性が悪くなるために温度上昇が激し
くなり、ウエハ表面温度が高くなる。

【００２５】次に、本発明の上記静電チャック装置を作
製する場合について説明する。まず、所定の形状のスリ
ット状孔を設けた金属基盤を用意し、その上に、裏面に
接着剤を塗布した静電チャック用シートを、金属基盤の
スリット状貫通孔にスリット状の切り込み部が位置する
ように載置する。次いで、スリット状の切り込み部分を
スリット状孔に挿入して、金属基盤裏面の凹部において
その先端部分を接着剤によって接着し、固定する。それ
により金属基盤の裏面に露出電極層を有する本発明の静
電チャック装置を作製することができる。

【００２６】本発明の静電チャック装置は、金属基盤の
裏面に静電チャック用シートの電極層が露出しているた
め、それに直接電気的接合を行うことができるので、電
気的接合を安定して行うことができる。

【００２７】

【実施例】次に、本発明の静電チャック装置および比較
のための静電チャック装置の作製例を示す。なお、部数
は全て重量基準である。 作製例 〔静電チャック用シートの作製〕膜厚５０μｍのポリイ
ミドフィルム（カプトン２００Ｈ、東レデュポン社製）
からなる第１の絶縁層に、下記組成よりなる第１の接着
層用接着剤を厚さ１０μｍになるように塗布し、１７０
℃で乾燥した。 ポリアミド樹脂 ４４５．２部 （プラタボンダＭ−９９５、日本リルサン社製） 高純度エポキシ樹脂 ２２２．６部 （エピコートＹＬ９７９、油化シェル社製） ノボラックフェノール樹脂 １１１．３部 （タマノル７５２、荒川化学社製）（架橋剤） ジシアンジアミド（和光純薬社製）（架橋促進剤） ０．５７部

【００２８】乾燥後、電解銅箔（１／２０Ｚ、日本鉱業
社製）を貼り合わせ、４０〜１６０℃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（Ｏ
ＺＡＴＥＣ−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−エッチング−洗浄−
乾燥の手順により、静電チャック用シートの為の電極層
を所定の形状に形成した。すなわち、形成された静電チ
ャック用シートにおいて銅箔が露出しないようにするた
めに、静電チャック用シートの周囲部分と、切り込み部
分を形成するために切断する部分の銅箔をエッチングに
よって除去して、その部分に電極層が存在しない状態に
した。

【００２９】一方、第２の絶縁層として別のポリイミド
フィルム（ユーピレックス２５Ｓ）を用い、これに、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状銅箔よりなる電極
層上に貼り合わせ、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１３０μｍであった。この
積層シートについて、金属基盤の寸法に合わせて成形加
工を行った。さらに、金属基盤のスリット状貫通孔に対
応する部分に切り込みを入れて、スリット状の切込み部
（長さ７０ｍｍ、幅１０ｍｍ、電極層の幅７ｍｍ）を形
成した。さらに切り込み部の先端部分に半抜き加工を施
して直径２ｍｍの半抜き孔を設け、直径２００ｍｍの静
電チャック用シートを作製した。

【００３０】〔静電チャック装置の作製〕まず、スリッ
ト状貫通孔を有する厚さ３０ｍｍの金属基盤上に、上記
接着層用接着剤と同様の組成の接着剤を用いて、上記静
電チャック用シートを位置合わせを行いながら貼り付け
た。その際、スリット状切り込み部をスリット状貫通孔
に挿入し、スリット状切り込み部の先端部分を金属基盤
裏面の凹部に接着剤で接着した。これらの接着剤の硬化
処理を行って、図１に示す構造を有する静電チャック装
置を作製した。

【００３１】比較作製例 図５に示す構造の静電チャック装置を次のようにして作
製した。 〔静電チャック用シートの作製〕実施例と同様の材料を
用い、同様にして、第１の絶縁層、第１の接着層、電極
層、第２の接着層および第２の絶縁層よりなる積層シー
トを作製した。この積層シートについて、金属基盤の寸
法に合わせて成形加工を行い、さらに所定の位置に半抜
き加工を施して直径２．０ｍｍの半抜き孔を設け、静電
チャック用シートを作製した。

【００３２】〔給電シートの作製〕膜厚５０μｍのポリ
イミドフィルム（カプトン２００Ｈ、東レデュポン社
製）からなる絶縁層に、上記第１の接着層用接着剤と同
一組成の接着剤を厚さ１０μｍになるように塗布し、１
７０℃で乾燥した。その後、上記静電チャックシートの
電極層形成と同じ手順で、給電シートのための導電層を
所定の形状に形成した。一方、別のポリイミドフィルム
（ユーピレックス２５Ｓ）を用い、これに、上記第１の
接着層用接着剤と同一組成の接着剤を塗布して接着層を
形成した。これを上記のように形成された銅箔よりなる
導電層上に貼り合わせ、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１３０μｍであった。
この積層シートについて、金属基盤の凹部およびスリッ
ト状貫通孔の寸法に合わせて成形加工を行い、さらに所
定の位置に半抜き加工を施して直径２．０ｍｍの半抜き
孔を設け、給電シートを作製した。

【００３３】〔静電チャック装置の作製〕まず、上記接
着層用接着剤と同様の組成の接着剤を用いて、給電シー
トを、金属基盤の凹部及びスリット状貫通孔にコの字状
に貼り付けた。次に、静電チャック用シート及び給電シ
ートのそれぞれの半抜き孔の露出した銅箔上に、下記組
成の導電性接着剤を１ｍｇずつ塗布し、脱ガス処理をし
た。その後、静電チャック用シートを、上記接着層用接
着剤と同様の組成の接着剤を用いて、金属基盤上に、位
置合わせを行いながら貼り付け、接着剤の硬化処理を行
って、図５に示す構造を有する静電チャック装置を作製
した。

【００３４】 〔導電性接着剤〕 エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ社製；エピコート＃８２８、 エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ） ７部 トリメリット酸トリグリセライド（新日本理化社製； リカレジンＴＭＴＡ、５０％メチルエチルケトン溶液） ７部 ２−エチル−４−メチルイミダゾール ０．１４部 （四国ファインケミカル社製；キュアゾール２Ｅ４ＭＺ） 銀粉末（徳力化学研究所製；シルベットＴＣＧ−７） ７５部 ブチルセロソルブ １２部 上記配合物を、セラミック製の３本ロールにて混練し、
導電性接着剤を得た。

【００３５】上記作製例および比較作製例の静電チャッ
ク装置について、直流電圧を印加して静電気発生電圧を
測定した。測定条件は次の通りである。雰囲気：大気圧
中（２２℃、５４％ＲＨ）、電源：ＤＣ正極性（１０Ｋ
ＶＤＣ発生装置 東京変圧器社製）、静電気測定器：シ
ムコエレクトロスタティックロケーターＳＳ−２型（シ
ムコジャパン社製）、測定距離：５０ｍｍ。０Ｖから３
ＫＶの直流電圧を印加した場合の静電気の発生状態を図
４に示す。図４から明らかなように、本発明の静電チャ
ック装置によれば、比較作製例のものに比して、高い電
圧の静電気を発生していることが分かる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、静電チャック装置にお
いて、金属基盤の裏面で、静電チャック用シートの電極
層と直接に電気的接合が行われるので、上記比較からも
明らかなように、高い静電気発生電圧を得ることがで
き、したがって半導体ウエハの吸着力が向上する。ま
た、構造が簡単であるため、その作製が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の静電チャック装置の断面図。

【図２】 本発明における静電チャックシートの平面
図。

【図３】 図１における静電チャック装置の要部の模式
的断面図。

【図４】 印加電圧と静電気発生量の関係を示すグラ
フ。

【図５】 従来の静電チャック装置の電気的接合を説明
するための要部の模式的断面図。 １…金属基盤、１１…貫通孔、１２，１３…凹部、２…
静電チャック用シート、２ａ…切れ込み部分、２１…第
１の絶縁層、２２…第１の接着層、２３…電極層、２３
ａ…露出部、２４…第２の接着層、２５…第２の絶縁
層、３，３１，３２…接着剤層、４…給電シート、４１
…絶縁層、４２…接着層、４３…導電層、４４…接着
層、４５…絶縁層、５…導電性接着剤、６…ウエハ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さ方向にスリット状の貫通孔を設け、
   裏面の該貫通孔に隣接した部分に凹部が形成された金属
   基盤と、該金属基盤上に接着剤層を介して接着された静
   電チャック用シートとよりなり、該静電チャック用シー
   トには、貫通孔の形状に沿って、一端がつながっている
   スリット状の切り込み部分が形成され、該切り込み部分
   が金属基盤の貫通孔を貫通して裏面の凹部に接着剤を介
   して接着しており、凹部に接着された切り込み部分の電
   極層の一部が露出していることを特徴とする静電チャッ
   ク装置。