JPH10209257A - 静電チャック装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、電極層を埋没せしめたセラミックか
らなる絶縁板に第２の接着剤層を介して絶縁性フィルム
が積層されてなるため、従来の静電チャック装置より被
吸着面の凹凸が少なく、該接着剤層および絶縁性フィル
ムからなる絶縁層を薄くできるため、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優れた効果を奏する静電チャッ
ク装置およびその製造方法を提供する。 【構成】金属基盤上に第１の接着剤層、電極層を埋没せ
しめたセラミックからなる絶縁板、第２の接着剤層、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電極層を埋没せしめたセラミックか
らなる絶縁板を作製する工程、セラミックからなる絶縁
板の非電極層面を第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の電極層面と
絶縁性フィルムとを第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。

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、電極層を埋没せしめたセラミックから
なる絶縁板、第２の接着剤層、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電
極層を埋没せしめたセラミックからなる絶縁板を作製す
る工程、セラミックからなる絶縁板の非電極層面を第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の電極層面と絶縁性フィルムとを第
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
電極層３を埋没せしめた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
ためのものであって、導電材をセラミックからなる絶縁
板表面の配線パターン溝に埋没せしめたものである。な
お、５は半導体ウエハ、６は温度調整用空間である。

【０００８】電極層に用いる金属としては、銀、白金、
パラジウム、銅、アルミニウム、錫、ニッケル、モリブ
デン、マグネシウム、タングステン等でセラミックから
なる絶縁板に厚さ０．０５〜２ｍｍの導電材層を形成し
やすい材料であり、安定した導電性と加工性が得られれ
ば如何なる金属でもよく、特に限定するものではない。
特に銀、白金、パラジウム、モリブデン、マグネシウ
ム、タングステンおよびこれらの合金は、ペースト状ま
たは粉末状で扱えるため加工性、印刷容易性に優れ好ま
しい。電極層の厚さは、絶縁板の厚さすなわち熱伝導性
にも影響を与えるため、好ましい厚さは０．０５〜２ｍ
ｍ、さらに好ましくは０．０５〜１ｍｍの範囲である。
導電材を埋没せしめた絶縁板は電極層を有する面の平
滑性が求められるため電極層を有する面を研磨等によ
り、平滑にすることが好ましい。なお、埋没した電極層
は非常に薄層であるため、絶縁板表面に付着した状態も
ありえる。

【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
を介して電極層を埋没せしめた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および加工性に優れるこ
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、少な
くとも電極層を構成しない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。ま
た、本発明においては、セラミックの一面に前記電極層
を埋没させることが必要で、電極層厚さによる段差があ
ると半導体ウエハとの密着性が悪化するため、電極層を
埋没させた面の凹凸を研磨等により平滑にすることが好
ましい。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Ｈｅ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、電極層を埋没
せしめたセラミックからなる絶縁板および金属基盤の３
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、厚さ０．５〜８ｍｍのセラ
ミックからなる絶縁板の一面を所定のパターンに基づい
て研削加工する。次いで白金パラジウム、銀ペースト等
の導電材を研削部にスクリーン印刷等で塗布した後、加
熱硬化、必要に応じて数１００℃での焼成を行い電極層
を形成する。この後、電極層を形成した面を研磨等によ
り平滑にすることが好ましい。また、セラミック絶縁板
を製造する際、焼成前のセラミック絶縁板に所定のパタ
ーン形状に凹部を形成し上記導電材を印刷あるいは塗布
した後、焼成して製造してもよい。

【００１４】次に、前記セラミックからなる絶縁板の非
電極層面を第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。この時、絶縁板お
よび金属基盤は厚さ方向に貫通孔を有し、導電性部材が
該セラミックからなる絶縁板に埋没した電極と該金属基
盤間に該貫通孔を介して電圧を印加できるよう加工する
ことが好ましい。次にセラミックからなる絶縁板の電極
層面と絶縁性フィルムとを第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 厚さ２ｍｍ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−１６）の一面を所定のパターン
に基づいて深さ０．１ｍｍに研削加工した。次に下記組
成の銀ペーストを作成し、絶縁板の研削部に塗布、加熱
して電極層を硬化させた後、電極層面を研磨して平滑に
した。なお、下記配合における部は重量部である。 次いで、該絶縁板の非電極面に下記組成の接着剤を乾燥
後の厚さが２０μｍになるよう塗布を行い、１５０℃で
５分間乾燥し、金属基盤と貼り合わせた。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、厚さ５０μｍの絶縁性ポリイミドフィルム（東
レ・デュポン社製商品名：カプトン）の一面に該接着剤
を乾燥後の厚さが２０μｍになるよう塗布を行い、１５
０℃で５分間乾燥して第２の接着剤層を形成した後、金
属基盤と貼り合わせ、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３ｍｍの窒化珪素セラミック（東芝セラミック
ス社製商品名：ＴＳＮ−０３）を使用し、研削加工深さ
を０．３ｍｍにし、電極層に銀−パラジウム合金を使用
して電極層を焼成した以外は、実施例１と同様にして本
発明による静電チャック装置を作製した。

【００１７】実施例３ 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４ｍｍの窒化アルミニウムセラミック（東芝セ
ラミックス社製商品名：ＴＡＮ−０１）を使用し、研削
加工深さを０．４ｍｍにし、電極層に白金−パラジウム
合金を使用して電極層を焼成した以外は、実施例１と同
様にして本発明による静電チャック装置を作製した。

【００１８】実施例４ 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、製造時に所定の電極パターン状に深さ０．０８ｍｍ
の凹部を設け銀−パラジウム合金の電極層を形成して焼
成・製造した厚さ２ｍｍの炭化珪素セラミック（東芝セ
ラミックス社製商品名：ＴＳＣ−０１）を使用した以外
は、実施例１と同様にして本発明による静電チャック装
置を作製した。

【００１９】実施例５ 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、製造時に所定の電極パターン状に深さ０．０６ｍｍ
の凹部を設け銀−パラジウム合金の電極層を形成して焼
成・製造した厚さ１．５ｍｍのアルミナセラミック（東
芝セラミックス社製商品名：ＡＬ−１３）を使用した以
外は、実施例１と同様にして本発明による静電チャック
装置を作製した。

【００２０】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ネガ型感光フ
ィルム（ヘキスト社製商品名：ＯＺＡＴＥＣ−Ｔ５３
８）を使用して露光−現像−エッチング−洗浄−乾燥し
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。

【００２１】比較例２ 比較例１の銅箔の代わりに、比較例１で使用した絶縁性
ポリイミドフィルムにの一面に８００オングストローム
の厚さにアルミニウム蒸着層を形成した以外は比較例１
と同様にして電極層を形成した。該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℃〜１
５０℃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。

【００２２】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（℃）

【００２３】

【表１】

【００２４】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。また、比
較例１および比較例２の静電チャック装置は電極作製時
にネガ型感光フィルムを貼り合わせて、露光−現像−エ
ッチング−洗浄−乾燥工程で所定形状の電極層を形成す
る。非吸着面の絶縁層が疲労した場合、該工程を行い金
属基盤上部の各層を交換することになる。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
も第１および第２の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
縁板上部の第２の接着剤層の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。

【００２５】

【発明の効果】本発明の静電チャック装置は、上記のよ
う電極層を埋没せしめたセラミックからなる絶縁板に第
２の接着剤層を介して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

Claims (5)

【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、電極層を
   埋没せしめたセラミックからなる絶縁板、第２の接着剤
   層、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】 前記金属基盤およびセラミックからなる
   絶縁板は厚さ方向に貫通孔を有し、導電性部材が該セラ
   ミックからなる絶縁板に埋没した電極と該金属基盤間に
   該貫通孔を介して電圧を印加す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】 前記絶縁板に埋没せしめた電極がパラジ
   ウム合金から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。
4. 【請求項４】 前記絶縁性フィルムがポリイミドからな
   ることを特徴とする請求項１記載の静電チャック装置。
5. 【請求項５】 電極層を埋没せしめたセラミックからな
   る絶縁板を作製する工程、セラミックからなる絶縁板の
   非電極層面を第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の電極層面と絶縁
   性フィルムとを第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。