JP2004349665A

JP2004349665A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2004349665A
Application number: JP2003183535A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Tatsumi; 良昭辰巳; Kinya Miyashita; 欣也宮下
Original assignee: Creative Technology Corp
Current assignee: Creative Technology Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】静電チャックを低い電圧で吸着力を高めることにより、プラズマ中のイオンあるいは、従来のイオン注入で使用するイオン、さらにイオンよりも質量の小さい電子を使う、たとえば電子ビーム露光装置、などの一次粒子の飛跡が、静電チャックの印加電圧による影響うけにくくし、ウエハあるいはガラスなどの基盤全表面での均一処理を実現する。
【解決手段】本課題を解決するために、静電チャック表面はプラズマ耐性を保つためにポリイミドなどの高分子樹脂材質とし、この直下に比誘電率の非常に高い強誘電セラミック層を設けることで、実質の吸着力を向上させる。同時に静電チャックには双極性の電極を形成することで、静電チャック部外の周辺への電界もれを少なくする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子製造プロセスで用いられているエッチング処理、化学気相蒸着（ＣＶＤ）による薄膜形成などのプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン注入装置、また液晶パネルに使用されるイオンドーピング装置などに具備されている半導体ウエハの静電吸着機構、いわゆる静電チャックの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置では被処理物である半導体ウエハをその装置内で位置決め、そして支持面への確固な保持を確保する必要がある。また、同時にこの行為は被処理半導体ウエハになんら損傷を与えるものであってはならない。一世代前には半導体ウエハの表面をなんらかの機構により、爪などで支持面へ抑えるクランプ方式が一般的であった。現在は処理基準が厳しく制限され、被処理半導体ウエハへの汚染量を管理する必要がある。これは、クランプ自身の材質、多くの場合はアルミニューム材、が処理プラズマ中にさらされることにより遊離、あるいはイオン注入ではそのイオン照射によりクランプ母材からスパッタされ浮遊し、被処理半導体ウエハに降りかかることにより、半導体素子の特性、歩留まりに著しく影響を与えるからである。
【０００３】
そこで考案されたのが前述のような機械的でない、電気的な静電吸着力を利用した被処理ウエハの支持面への保持方法である。この方法では支持面下に組み込まれた電極に高電位を与え、支持面を構成する絶縁誘電体に分布した静電気と、被処理ウエハに分極帯電した電荷による静電気のクーロン力あるいはジャンセン−ラーベック力によって、被処理ウエハを支持面に吸着させる方法である。従い、被処理ウエハの表面上には前述のクランプは存在しない。特許出願の傾向から判断すると、日本国ではこの関連の技術進歩はおよそ１９８０年代の後半から始まっていると考えられ、現在半導体製造装置では不可欠な技術に成長している。
【０００４】
近年の半導体素子製造では、プラズマ雰囲気中での静電チャックの耐性を増すことに加え、静電チャックの印加電圧から発生する電界によるイオンの飛跡の乱れによる、同装置内での処理の不均一性を無くすことが望まれている。後者に関して、一次処理粒子がイオンである場合も影響が見られるが、電子露光装置などで使われる質量の小さい電子では、問題はより顕著に現れることになる。以下これら項目についての従来技術の説明を行う。
【０００５】
特開平０７−３３５７３２号では、ＣＶＤ処理装置で反応性プラズマに対して静電チャック表面の耐性を高めるため、柔軟性とプラズマ耐性をもつポリイミド表面にセラミックをコーティングすることで、両材料の長所を引き出す考案が提示されている。特開平９−３２３２３４では、静電チャック表面にポリイミド層を設け、そのプラズマ雰囲気での熱的耐性を向上させるために、直接冷却の溝を施したものが開示されている。また、特開平１０−２０９２５７号では、接着手法によりポリイミド絶縁層を基盤に固着させるが、その厚みを薄くすることにより被処理ウエハの冷却効果を向上させる技術が開示されている。
特開２００２−１００６６９号では、ポリイミド層を泳動電着法により形成することが開示されている。
【０００６】
上記従来技術では以下二つの項目についての技術開示であることが伺える。第一に、材質ポリイミドのプラズマ雰囲気中での耐性を認めたうえで、さらにその耐性を熱的な問題も含めて、解決するための提案であること。第二にポリイミド層の形成方法についての技術開示であること。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術では静電チャックに印加する電圧を極力低くする手法についての技術開示はされてない。プラズマ中のイオンあるいは、従来のイオン注入で使用するイオン、さらにイオンよりも質量の小さい電子を使う、たとえば電子ビーム露光装置、などの一次粒子の飛跡が静電チャックの印加電圧による影響うけることにより、ウエハあるいはガラスなどの基盤全表面での均一処理が困難になっているが、これを解決することが本発明の課題である。近年の基盤の大面積化において、本課題はさらに重要度が高まっている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、静電チャック表面はプラズマ耐性を保つためにポリイミドなどの高分子樹脂材質とし、この直下に比誘電率の非常に高い絶縁層を設けることで、実質の吸着力を向上させる。同時に静電チャックには双極性の電極を形成することで、静電チャック部外の周辺への電界もれを少なくする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、高分子樹脂表面層、強誘電体セラミック層を含有する双極型電極静電チャック１の一実施例を図１に基づいて説明する。下部は基盤９である。この部分は通常熱伝導度の高い銅、あるいはアルミニューム金属で製作し、被処理基盤を冷却、あるいは一定の恒温状態に保つよう制御する。また、図示していないが基盤９に高温の媒体を流すことで、数百℃極温状態への設定も可能となる。この基盤９の上層にエポキシ系、ポリイミド系、ポリビニールブチラール系などの第一の接着層８により第一の高分子樹脂層６を接着する。この高分子樹脂層にたとえば、ポリイミドを使用する。ポリイミド材質は−２７０℃〜４００℃までの耐熱性を有し、高弾性、機械的強度も合わせ持つ。また放射線、薬品などに対する耐性もある。従い、物理的、電気的、化学的に強い高分子材料で、半導体製造装置にも良く使われる材質である。ポリイミド材質の比誘電率はおよそ５である。この第一の高分子樹脂層６の上部に、前記と同様にエポキシ系、ポリイミド系、ポリビニールブチラール系などの第二の接着層５を介して、誘電体層４を接着する。この誘電体層４の厚さはおよそ５００μｍである。この誘電体層４は強誘電体のセラミックであるチタン酸ジルコン酸鉛、あるいはチタン酸バリウムなどを使用する。これらの強誘電体は単品のコンデンサー部品、圧電素子などに使われ、近年では半導体集積素子に形成するコンデンサーにも使用される高い比誘電率を有する物質である。チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウムの比誘電率は、それぞれおよそ２０００、１００〜５０００程度を有す。この誘電体層４に、あらかじめ吸着電極７を、印刷手法あるいはペースト状の金属、例えばニッケル、クロム、銀、白金を塗布するなどして形成する。形成後の吸着電極７の厚さは１〜５μｍである。磁場の影響を回避するため、吸着電極７の材質は非磁性体の導電金属で形成することが望ましい。本実施例では双極型の吸着電極７を形成する。誘電体層４の上部に表面層である、第二の高分子樹脂層２を、前記同様にエポキシ系、ポリイミド系、ポリビニールブチラール系などの第三の接着層３により接着する。第二の高分子樹脂層２の材質としてポリイミドを使用する。第二の高分子樹脂層２と第三の接着層３の合計の厚さはおよそ５０μｍである。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の実施例による、ポリイミド表面層、強誘電体セラミック層を含有する双極型電極静電チャックでは、強誘電体セラミック層がない従来の同型ポリイミド表面層、双極型電極静電チャックに比較し３．８倍の吸着力を発揮することが理論的、実験的に検証されている。誘電体層４がチタン酸ジルコン酸鉛性で誘電率２０００、厚さ５００μｍ、表面である第二の高分子樹脂層２をポリイミドとして、その直下部の第三の接着層３との合計の厚さを５０μｍ、本二層の合成非誘電率を４とすると、誘電体層を含む上部の合成比誘電率εは１８１９となる。吸着力の指針である合成誘電率をその合計厚さの２乗で割った値、すなわちε／ｄ＝１８１９／（５００＋５０）^２＝６．０×１０^−３、と算出される。一方強誘電体セラミック層がない従来の場合には、同様にε／ｄ＝４／（５０）^２＝１．６×１０^−３、と算出される。本実施例での吸着力は従来の場合に比較し６．０／１．６＝３．８倍高いことを示す。この効果は実験的にも確認されている。結果静電チャックに印加するに必要な電圧は１／３．８に比例して少なくできる。実際の電圧としては１２インチのシリコン半導体ウエハでコンディションにもよるが±０．２から十分な吸着が確認されている。この効果は、従来より低い電圧で静電チャックの吸着力を確保できるため、その電位による処理装置の一次粒子などへの影響を少なくできるｒとともに、従来の電圧でより吸着力を増加することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高分子樹脂表面層、強誘電体セラミック層を含有する双極性電極静電チャックの一実施形態の模式図
【符号の説明】
１高分子樹脂表面層、高誘電体セラミック層を含有する双極型電極静電チャック
２第二の高分子樹脂層
３第三の接着層
４誘電体層
５第二の接着層
６第一の高分子樹脂層
７吸着電極
８第一の接着層
９基盤
１０吸着電位供給部

Claims

金属性基盤の上部に第一の高分子樹脂による絶縁層を介して吸着電極を有し、第二の高分子樹脂による絶縁層を表面に有する静電チャックにて、前記第二高分子樹脂絶縁層下部に、高い比誘電率を有する誘電体材質で形成される一以上の絶縁層を含有することを特徴とする、静電チャック。
前記高分子樹脂膜の材質をポリイミド、あるいは導電性ポリイミドとし、接着材を含む前記高分子樹脂膜の厚さを２０〜７０μｍとし、前記高分子樹脂膜の体積抵抗値を１０^１０〜１０^１６Ω・ｃｍとすることを特徴とする、請求項１の静電チャック。
前記誘電体材質をチタン酸ジルコン酸鉛のセラミックとし、前記高誘電体層の厚さを３００〜７００μｍ、前記高誘電体層の比誘電率を１０００〜３０００とすることを特徴とする、請求項１の静電チャック。
前記誘電体材質をチタン酸バリウムのセラミックとし、前記高誘電体層の厚さを３００〜７００μｍ、前記高誘電体層の比誘電率を１００〜５０００とすることを特徴とする、請求項１の静電チャック。
前記吸着電極を双極型とし、当該極間印加電位を±０．２〜±３ｋＶとすることを特徴とする、請求項１の静電チャック。