JPH10209256A - 静電チャック装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】従来の装置は被吸着面に電極による凹凸があ
り、接着剤層によりそれを改良したものではその厚さに
より熱伝導性が悪くなっていた。 【解決手段】金属基盤１上に第１の接着剤層２ａ、セラ
ミックからなる絶縁板７、第２の接着剤層２ｂ、金属の
蒸着膜またはメッキ膜からなる電極層３および絶縁性フ
ィルム４を順次積層する構造とする。従来の各接着剤層
を薄層にできるため、熱伝導性を改善できると同時に、
絶縁性フィルムが疲労した場合の交換作業性が大幅に改
善できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路製造装
置等、ウエハ等の導電性物質を真空中で保持できる静電
チャック装置に関し、特に吸着力、熱伝導性に優れ、吸
着面（ウエハ接着面）を有する絶縁性フィルムの交換が
容易な静電チャック装置およびその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハを加工する工程において
は、半導体ウエハを加工機の所定部位に固定保持するこ
とが必要となる。特に半導体ウエハ上に微細なパターン
を描画し、多数の半導体素子を形成する集積回路の作成
においては、半導体ウエハを平坦な面に確実に保持させ
る必要がある。従来、半導体ウエハを保持させる手段と
しては、機械式、真空式（流体の圧力差を利用したも
の）および電気式のチャック装置が用いられている。こ
れらの中で電気式のチャック装置、すなわち静電チャッ
ク装置は平坦でない半導体ウエハであっても、密着性よ
く固定できるとともに、取扱が簡単で真空中でも使用が
容易であるなどの利点を有している。ところで、半導体
ウエハの加工中にビーム粒子等が射出衝打された場合、
半導体ウエハ上には熱エネルギーが発生するが、この発
生熱エネルギーを容易に放出し得ない場合には、半導体
ウエハの局部的膨張および変形を引き起こす。したがっ
て、加工中に発生した熱を金属基盤側に逃がし、半導体
ウエハ上の温度分布を均一にする必要がある。そのた
め、これらの用途に使用される静電チャック装置には、
所定部位に確実に保持すると同時に熱伝導性の高いこと
が機能として望まれる。

【０００３】従来の静電チャック装置の一例、例えば、
特公平５−８７１７７号に開示されている図２は従来の
静電チャック装置の一例の模式的断面図であって、金属
基盤１には恒温水等を通して温度調節するための温度調
節用空間６が設けられている。金属基盤１の上には静電
チャック機能を生じさせるための電極層３ｂと絶縁性フ
ィルム４ａが接着剤層２を介して設けられ、絶縁性フィ
ルム４ａには半導体ウエハ５が吸着される。該電極層３
ｂと金属基盤１との電気的短絡が生じないようにするた
め、電極層と金属基盤との間に絶縁性フィルム４ｂが接
着剤層２を介して設けられている。また、図３は従来の
静電チャック装置の一例、例えば、特開平８−１４８５
４９に開示されているものの模式的断面図である。金属
基盤１には上記のような温度調節用空間６が設けられて
いる。金属基盤１の上には絶縁性の接着剤層２が形成さ
れ、その上に金属の蒸着膜またはメッキ膜からなる電極
層３ａが設けられ、その上に絶縁性フィルム４が設けら
れてなり、これに半導体ウエハ５が吸着される。上記の
静電チャック装置において、電極層３ａの電極材料とし
て、銅、アルミニウム、錫等を膜厚５００オングストロ
ーム〜１０μｍに蒸着またはメッキしたものが、電極層
３ｂには、厚さ１／２ｏｚ（約１８μｍ）、或いは１ｏ
ｚ（約３５μｍ）の銅箔が使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の図２の静電チャ
ック装置においては、半導体ウエハ５、電極層３ｂ、金
属基盤１の相互間の絶縁を確保するため絶縁性フィルム
４ａおよび４ｂを介在させ、半導体ウエハ５に対する温
度調整機能が悪かった。要するに半導体ウエハに対する
基盤の冷却機能が十分に働かないという問題があった。
また、図２の静電チャック装置については、その吸着面
において電極が存在する部分と存在しない部分との間
に、電極層の厚さに相当する程度の凹凸が生じ、凹部で
は半導体ウエハとの間に空間が生じ熱の伝導が局部的に
悪くなる現象が生じた。この現象は冷却用ガスが用いら
れない外周部で顕著となり、いわゆる絶縁幅の部分が浮
いた状態となって、真空中での熱伝導性が悪くなるとい
う問題があった。また、図３のものは図２のものに比較
して、絶縁性フィルム、電極層および接着剤層の総厚が
薄くなり、熱伝導性は改善されている。しかしながら、
十分な絶縁性を確保するためには、接着剤層が少なくと
も４０〜５０μｍ以上必要であり、熱伝導性はまだ十分
なものではなかった。また、図２および図３の静電チャ
ック装置を多数回使用すると、吸着面を有する絶縁性フ
ィルムが疲労するため交換の必要性を生じるが、該金属
基盤より上部全体を貼り替えるために作業工程が多いこ
とおよび熱硬化性接着剤を使用した場合は不溶化した接
着剤層洗浄工程の簡略化が望まれていた。

【０００５】したがって、本発明の目的は、静電チャッ
ク装置の熱伝導性を改善させると同時に、吸着面を有す
る絶縁性フィルムの交換性に優れた静電チャック装置お
よびその作製方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は金属基盤上に第
１の接着剤層、セラミックからなる絶縁板、第２の接着
剤層、金属の蒸着膜またはメッキ膜からなる電極層およ
び絶縁性フィルムを順次積層してなることを特徴とする
静電チャック装置および絶縁性フィルムの一面に、金属
の蒸着膜またはメッキ膜からなる電極層を構成し、該電
極層の表面にフォトレジスト層を設け、パターン露光を
行い、現像し、エッチング処理を行う工程と、エッチン
グ処理された電極層面に第２の接着剤層を設けて積層体
シートを作成する工程と、セラミックからなる絶縁板を
第１の接着剤層を介して金属基盤に接着する工程と、セ
ラミックからなる絶縁板と該接着体シートとを第２の接
着剤層を介して接着する工程からなることを特徴とする
静電チャック装置の製造方法である。

【０００７】以下、本発明について詳細に説明する。図
１は本発明の静電チャック装置の一例の模式的断面図で
ある。本発明の静電チャック装置は、金属基盤１の上に
絶縁性が優れた第１の接着剤層２ａを形成し、その上に
セラミックからなる絶縁板７が設けられ、その上に第２
の接着剤層２ｂを形成し、その上に金属の蒸着膜または
メッキ膜からなる電極層３が、さらにその上に絶縁性フ
ィルム４が設けられた構造を有している。電極層は絶縁
性フィルムの吸着面に分極電荷を発生するためのもので
ある。なお、５は半導体ウエハ、６は温度調整用空間、
８は絶縁性フィルム＋電極層＋接着剤層からなる積層体
シートである。

【０００８】電極層の蒸着やメッキに用いる金属として
は、銅、アルミニウム、錫、ニッケル、クロム銀等の蒸
着やメッキ等が容易にでき、かつウエットエッチング等
によるパターン形成がしやすい材料であれば如何なる金
属でもよく、安定した導電性と加工性が得られれば特に
限定するものではない。この蒸着膜やメッキ膜の厚さ
は、３００オングストローム〜１０μｍの範囲であれば
よい。アルミニウム等の反応性の高い材料の場合は、３
００オングストローム未満の膜厚であると、作業性が悪
いと同時に安定した導電性を保持するのが難しいため、
３００オングストローム以上が好ましい。作業性等を考
慮すると、蒸着膜やメッキ膜の厚さは５００オングスト
ローム〜５μｍの範囲がさらに好ましい。

【０００９】絶縁性フィルムに使用されるフィルムは
ε、ｔａｎδ、耐電圧等の電気特性および耐熱性等を考
慮して、１５０℃以上の耐熱性を有する絶縁性フィルム
が好ましく、特にポリイミドフィルムが好ましい。１５
０℃以上の耐熱性を有する絶縁性フィルムとしては、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）、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケト
ン、セルローストリアセテート、シリコーンゴム、ポリ
イミド等があげられる。ポリイミドフィルムとしては、
例えば、カプトン（東レ・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）等の商品名で上市されているものがあげられる。絶
縁性フィルムの厚さは２０〜７５μｍの範囲が好まし
い。熱伝導性、吸着力を考慮すると薄い方が好ましい
が、機械的強度、耐電圧および耐久性（耐疲労性）を考
慮すると４０〜６０μｍの範囲が特に好ましい。

【００１０】本発明には、金属基盤上に第１の接着剤層
を介してセラミックからなる絶縁板が積層される。該セ
ラミックは、絶縁性および熱伝導性に優れ、耐溶剤性が
あることが必要で、具体的にはアルミナ、窒化アルミ、
窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、ガラス等が好まし
く、表面が平滑なものが使用される。また、該セラミッ
クは被吸着面の熱を逃がすことおよび耐久性を考慮する
と、厚さは０．５〜８ｍｍの範囲が好ましく、更に好ま
しくは０．５〜４ｍｍである。静電チャック装置は、半
導体ウエハにＨｅガスを流して冷却することが一般的で
ある。したがって、該セラミックからなる絶縁板にはＨ
ｅガス孔を設けることが好ましい。

【００１１】次に、これらの材料を金属基盤に接着する
ための接着層としては、絶縁性フィルム、電極層、セラ
ミックからなる絶縁板および金属基盤の４者に対する接
着力と電気特性および耐熱性に優れていることが必要で
あり、熱硬化性接着剤および熱可塑性接着剤が使用され
る。本発明に使用する接着剤を構成する樹脂の例として
は、例えば、エポキシ系、ポリイミド系、変性ポリアミ
ド系、ゴム系、ポリアミドイミド系、変性ポリエステル
系等の接着剤が有効であり、それぞれ単独または混合物
として用いることができる。

【００１２】本発明の静電チャック装置に使用される絶
縁性フィルムおよび接着剤層の熱伝導率は従来と同様な
材料を使用するため変わらないが、絶縁性および熱伝導
性に優れたセラミックからなる絶縁板を使用することで
図３に開示された技術に比較して絶縁性フィルムとセラ
ミックからなる絶縁板とを接着する第２の接着剤層およ
び第１の接着剤層を薄くすることが可能になったことに
より、吸着面に受ける熱を素早くセラミックからなる絶
縁板に、また絶縁板から金属基盤に逃がすことができ
る。また、接着剤層が薄くなったため絶縁性フィルム交
換作業時の接着剤層面洗浄工程が容易になり、交換作業
性が改善された。

【００１３】次に、本発明の静電チャック装置の作製方
法について説明する。先ず、絶縁性フィルムの一面に蒸
着法またはメッキ法により金属膜を形成し、その金属膜
面にフォトレジスト層を形成する。フォトレジスト層は
液状レジストを塗布し、乾燥して形成してもよく、フォ
トレジストフィルム（ドライフィルム）を熱圧着により
貼り合わせて形成してもよい。続いて、パターン露光、
現像、エッチング、洗浄、レジスト剥離、乾燥を行い、
所定の形状の電極層を形成する。これらの操作は、フォ
トレジストパターンを形成する公知の方法を使用して行
えばよい。エッチング処理された電極層の金属面に、第
２の接着剤用塗液を塗布し、乾燥して第２の接着剤層を
形成し、積層体シートを作製する。該接着剤層は絶縁性
フィルムの被吸着面が受けた熱をセラミックからなる絶
縁板に逃がしやすくするため薄くすることが好ましい。
形成された積層体シートを必要に応じてセラミックから
なる絶縁板の形状に合わせて打ち抜き加工を施して、静
電チャック装置用の積層体シートを作製する。

【００１４】次に、前記セラミックからなる絶縁板を第
１の接着剤層を介して金属基盤に接着する。該接着剤層
は、前記したものが好ましく使用され、セラミックから
なる絶縁板の熱を金属基盤に逃がしやすくするため薄く
することが好ましい。次にセラミックからなる絶縁板と
該積層体シートとを第２の接着剤層を介して接着する。
熱硬化性接着剤を使用した場合は、必要に応じて適切な
加熱、半硬化させる処理および硬化処理を行う。上記の
ようにして本発明の静電チャック装置を作製することが
できる。吸着面の絶縁性フィルムが疲労した場合、疲労
した絶縁性フィルム、電極層および第２の接着剤層を剥
がし、新しい積層体シートを接着する。上記工程で、疲
労した絶縁性フィルムは簡便に交換できる。

【００１５】以下、本発明を実施例に基づいてより詳細
に説明する。

【実施例】

実施例１ 膜厚５０μｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン社
製商品名：カプトン）からなる絶縁性フィルムにアルミ
ニウムを８００オングストロームの厚さに蒸着し、ネガ
型感光フィルム（ヘキスト社製商品名：ＯＺＡＴＥＣ−
Ｔ５３８）を貼り合わせて、露光−現像−エッチング−
洗浄−乾燥の工程を経て、所定の形状の電極層を形成し
た。なお、現像は炭酸ナトリウム１％水溶液をスプレー
噴霧して行い、エッチングは塩化第１鉄と塩化第２鉄と
塩酸水溶液をスプレー噴霧して行い、洗浄にはイオン交
換水を用いた。次いで、該ポリイミドフィルムの電極層
表面に下記組成からなる接着剤を用いて、乾燥後の厚さ
が３０μｍになるよう塗布を行い、１５０℃で５分間乾
燥して第２の接着剤層を形成し積層体シートを作成し
た。なお、部は重量部を示す。 次に、アルミニウム金属基盤上に上記第１の接着剤層用
塗料を乾燥後の厚さが３０μｍになるよう塗布を行い、
１５０℃で５分間乾燥して第１の接着剤層を形成し、厚
さ３ｍｍのアルミナセラミック絶縁板（東芝セラミック
ス社製商品名：ＡＬ−１３）と貼り合わせた。この時、
該金属基盤および該絶縁板は厚さ方向に貫通孔を開け、
該金属基盤はその貫通孔内に導電性部材を通して、電極
層と該金属基盤間に電圧を印加できるようにした。次い
で、該絶縁板と該積層体シートの第２の接着剤層面を貼
り合わせた後、８０℃〜１５０℃のステップキュアー処
理を５時間行って接着し、本発明による直径８インチの
静電チャック面を有する静電チャック装置を作製した。

【００１６】実施例２ 実施例１で使用したアルミナセラミック絶縁板の代わり
に厚さ２ｍｍの窒化珪素セラミック絶縁板（東芝セラミ
ックス社製商品名：ＴＳＮ−０３）を使用し、電極層に
厚さ５００オングストロームの銅メッキ膜を使用した以
外は、実施例１と同様にして本発明による直径８インチ
の静電チャック面を有する静電チャック装置を作製し
た。

【００１７】比較例１ 実施例１で使用した厚さ５０μｍの絶縁性ポリイミドフ
ィルムに実施例１で使用した接着剤を用いて、接着剤層
の乾燥後の厚さが１０μｍになるよう塗布を行い、１５
０℃で５分間乾燥を行った後、厚さ２３μｍの銅箔を貼
り合わせて８０℃〜１５０℃のステップキュアー処理を
行った。該ポリイミドフィルムの銅箔面に実施例１で使
用したネガ型感光フィルムを使用して実施例１と同様に
して所定形状の電極を形成した。一方、他の前記ポリイ
ミドフィルムの一面に、該接着剤用塗料を接着剤層の乾
燥後の厚さが１０μｍになるよう塗布を行い、１５０℃
で５分間乾燥を行い接着剤層を形成した。該接着剤層と
前記電極を形成したポリイミドフィルムの電極面とを貼
り合わせた。次いで、この積層したポリイミドフィルム
の一面に乾燥後の厚さが２０μｍになるよう接着剤用塗
料を塗布し、１５０℃で５分間乾燥を行った後、実施例
１で使用した金属基盤に貼り合わせ、８０℃〜１５０℃
のステップキュアー処理を行って直径８インチの静電チ
ャック面を有し、図２に示す構造の静電チャック装置を
作製した。

【００１８】比較例２ 実施例１と同様にして一面にアルミニウム蒸着電極層を
形成したポリイミドフィルムの電極層面に、乾燥後の厚
さが２０μｍになるよう実施例１で使用した接着剤用塗
料を塗布し、１５０℃で５分間乾燥を行った。更に、該
接着剤層面に第２回目の塗布を行い膜厚４０μｍの接着
剤層を形成した。次に、実施例１で使用した金属基盤と
該電極層を形成したポリイミドフィルムの接着剤層面を
貼り合わせた後、８０℃〜１５０℃のステップキュアー
処理を行って直径８インチの静電チャック面を有し、図
３に示す構造の静電チャック装置を作製した。

【００１９】前記実施例および比較例によって得られた
静電チャック装置を用い、半導体ウエハの表面温度を測
定し、その結果を表１に示した。 （測定方法）半導体ウエハ上に温度測定プレートを貼り
付け、下記エッチング条件にて１分間放電し、ウエハ中
心部、エッジ部、中間部の温度を測定した。なお、静電
吸着の印加電圧は２．０ＫＶであった。 （エッチング条件）高周波出力＝１４００（Ｗ）、チャ
ンバー真空度＝４０（ｍＴ）、チャンバー内充填ガス：
ＣＨＦ₃／ＣＯ＝４５／１５５（ｓｃｃｍ）、ウエハと
静電チャック面を接触させた際の隙間に流すＨｅガス＝
１０（Ｔｏｒｒ）、チャンバー内温度（上部／側面／底
部）＝６０／６０／２０（℃）

【００２０】

【表１】

【００２１】表１の結果から明らかなように、本発明の
静電チャック装置は半導体ウエハのエッジ部において面
内温度が低く、放熱効果が大きいことが判る。本発明の
静電チャック装置は、絶縁性が確保されるため比較例２
よりも接着剤層を薄層化でき、放熱効果が大きいと同時
に、絶縁性フィルム交換の際セラミック絶縁板上部の接
着剤層洗浄が容易になるため、交換時の作業性が大幅に
改善される。

【００２２】

【発明の効果】本発明の静電チャック装置は、上記のよ
うセラミック絶縁板に接着剤層を介して電極層および絶
縁性フィルムが積層されてなるため、従来の静電チャッ
ク装置より薄層の接着剤層になる。したがって、熱伝導
性を改善できると同時に、絶縁性フィルムが疲労した場
合の交換作業性が大幅に改善される優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャック装置の一例の断面図であ
る。

【図２】従来の静電チャック装置の一例の断面図であ
る。

【図３】従来の静電チャック装置の一例の断面図であ
る。

【符号の簡単な説明】

１・・金属基盤、 ２・・接着剤層、 ２ａ・・第１の
接着剤層、２ｂ・・第２の接着剤層、 ３，３ａ，３ｂ
・・電極層、４，４ａ，４ｂ・・絶縁性フィルム、 ５
・・半導体ウエハ、６・・温度調整用空間、 ７・・絶
縁板、 ８・・積層体シート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基盤上に第１の接着剤層、セラミッ
   クからなる絶縁板、第２の接着剤層、金属の蒸着膜また
   はメッキ膜からなる電極層および絶縁性フィルムを順次
   積層してなることを特徴とする静電チャック装置。
2. 【請求項２】 前記金属の蒸着膜またはメッキ膜からな
   る電極層が絶縁性フィルムの一面に形成されてなること
   を特徴とする請求項１記載の静電チャック装置。
3. 【請求項３】 絶縁性フィルムの一面に、金属の蒸着膜
   またはメッキ膜からなる電極層を構成し、該電極層の表
   面にフォトレジスト層を設け、パターン露光を行い、現
   像し、エッチング処理を行う工程と、エッチング処理さ
   れた電極層面に第２の接着剤層を設けて積層体シートを
   作成する工程と、セラミックからなる絶縁板を第１の接
   着剤層を介して金属基盤に接着する工程と、セラミック
   からなる絶縁板と該接着体シートとを第２の接着剤層を
   介して接着する工程からなることを特徴とする静電チャ
   ック装置の製造方法。