JP7828225B2 - Electrostatic chuck and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、基台表面に設けられて被吸着物を吸着保持する静電チャック及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electrostatic chuck that is attached to the surface of a base and attracts and holds an object to be attracted, and a method for manufacturing the same.
例えば、フラットパネルディプレイの製造工程においては、ガラス、石英や樹脂製で比較的大面積の基板に対してプラズマ雰囲気を利用した成膜処理、イオン注入処理やエッチング処理といった各種の真空処理が施される。このような真空処理を行う真空処理装置では、真空雰囲気中の真空チャンバ内で基板を位置決め保持する静電チャックを備えるステージが一般に設けられている。真空処理中には、ステージとの熱交換で静電チャックに吸着された被吸着物としての基板を所定温度以下に冷却保持する場合があり、これには、真空処理の終了までの間、静電チャックに基板をその全面に亘って密着した状態で吸着保持できることが求められる。 For example, in the manufacturing process of flat panel displays, relatively large substrates made of glass, quartz, or resin are subjected to various vacuum processes, such as film formation using a plasma atmosphere, ion implantation, and etching. Vacuum processing equipment for performing such vacuum processes generally includes a stage equipped with an electrostatic chuck that positions and holds the substrate within a vacuum chamber in a vacuum atmosphere. During vacuum processing, the substrate, which serves as an object attracted to the electrostatic chuck, may be cooled and maintained at a predetermined temperature or below through heat exchange with the stage. This requires that the electrostatic chuck be able to attract and hold the substrate in close contact with the entire surface until the vacuum processing is completed.
この種の静電チャックは、例えば特許文献1で知られている。このものは、Al2O3(アルミナ)を主成分とし、体積抵抗率が108Ωcm~1014Ωcmの範囲のセラミックス材で構成される誘電層(保持台)を有し、その内部には正負一対の電極層が組み込まれている。そして、誘電層の基板の吸着面側を上とし、電極層より上方に位置する誘電層の部分の厚さを薄くすることで、ジョンソン・ラーベック力が支配的な吸着力を発現させて基板を吸着できるようにしている。このとき、各電極をジョンソン・ラーベック力に加えてグラディエント力も発現するように電極層を構成することができる。 This type of electrostatic chuck is known, for example, from Patent Document 1. This chuck has a dielectric layer (holding base) made of a ceramic material whose main component is Al 2 O 3 (alumina) and whose volume resistivity is in the range of 10 8 Ωcm to 10 14 Ωcm, and a pair of positive and negative electrode layers are incorporated therein. The dielectric layer has its substrate attracting surface facing up, and the portion of the dielectric layer located above the electrode layer is made thinner, so that an attracting force dominated by the Johnsen-Rahbek force is exerted to attract the substrate. In this case, the electrode layer can be configured so that each electrode exerts a gradient force in addition to the Johnsen-Rahbek force.
上記構成を採用すれば、例えば、絶縁性の基板に対する成膜処理によりその表面に導電膜を成膜するような場合、分極が起こり難い真空処理開始前の基板は、グラディエント力が支配的な吸着力により吸着でき、基板表面に導電膜が成膜されてくると、ジョンソン・ラーベック力が支配的な吸着力により基板の保持状態を維持することができる。然し、ジョンソン・ラーベック力及びグラディエント力による吸着力を発現可能にした場合、電極層より上方に位置する誘電層の部分が同質のセラミック材で構成されていると、ジョンソン・ラーベック力とグラディエント力とのいずれか一方が支配的な吸着力を発現させときの当該吸着力を効果的に強めることができないという問題がある。 With the above configuration, for example, when forming a conductive film on the surface of an insulating substrate through a film-forming process, the substrate, which is less likely to polarize before the start of vacuum processing, can be attracted by an attraction force dominated by gradient forces. Once the conductive film is formed on the substrate surface, the substrate can be maintained in a held state by an attraction force dominated by Johnsen-Rahbek forces. However, if attraction forces based on both Johnsen-Rahbek forces and gradient forces can be generated, and the portion of the dielectric layer located above the electrode layer is made of the same ceramic material, there is a problem in that when an attraction force dominated by either Johnsen-Rahbek forces or gradient forces is generated, the attraction force cannot be effectively strengthened.
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、ジョンソン・ラーベック力またはグラディエント力が支配的な吸着力を発現させて被吸着物を吸着する際に、常時、同等の吸着力が得られるようにした静電チャック及びその製法を提供することをその課題とするものである。 The present invention has been developed in consideration of the above points, and its objective is to provide an electrostatic chuck and a method for manufacturing the same that always produces a uniform attracting force when attracting an object by generating an attracting force dominated by the Johnsen-Rahbek force or gradient force.
上記課題を解決するために、基台表面に設けられて被吸着物を吸着する本発明の静電チャックは、体積抵抗率が1012Ωcm以上の誘電層とこの誘電層内に組み込まれる電極層とを備え、前記電極層が、平板状の第1電極部とこの第1電極部より狭い線幅を有すると共に互いに近接配置される正負一対の第2電極部とを有し、前記誘電層の被吸着物の吸着面側を上として、前記第1電極部の上方に位置する前記誘電層の部分が体積抵抗率を局所的に低下させた低体積抵抗率層で構成されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the electrostatic chuck of the present invention is provided on a surface of a base and attracts an object to be attracted. The electrostatic chuck includes a dielectric layer having a volume resistivity of 10 Ωcm or more and an electrode layer incorporated in the dielectric layer, the electrode layer having a flat first electrode portion and a pair of positive and negative second electrode portions having a line width narrower than that of the first electrode portion and arranged in close proximity to each other, and is characterized in that, with the attracting surface side of the dielectric layer facing up toward the object to be attracted, a portion of the dielectric layer located above the first electrode portions is composed of a low volume resistivity layer having a locally reduced volume resistivity.
以上によれば、例えば、被吸着物としてのガラス等の絶縁性の基板に対して導電膜を成膜するような場合、静電チャックに基板を載置した後、第2電極部の正極と負極との間に直流電圧(例えば、1kV~5kV)を印加すると、グラディエント力が支配的な吸着力を発現させて基板が誘電層上面に吸着される。そして、基板表面に導電膜が成膜されてくると、第1電極部に直流電圧(例えば、10V~10000V)を印加し、ジョンソン・ラーベック力が支配的な吸着力を発現させて基板の誘電層上面への吸着状態が維持される。このように本発明では、第1電極部及び第2電極部より上方に位置する誘電層の部分を体積抵抗率の異なる層とする構成を採用することで、ジョンソン・ラーベック力またはグラディエント力が支配的な吸着力を発現させて被吸着物を吸着する場合でも、常時、同等の吸着力が得られる。このため、基板に対して導電膜を成膜する間、略一定の吸着力で基板Swを吸着保持することができる。この場合、第2電極部の上方に位置する誘電層の体積抵抗率が1012Ωcmより小さいと、正極と負極との間に印加する直流電圧を高くしても、グラディエント力が支配的な強い吸着力が発現しない。一方、第1電極部の上方に位置する誘電層の体積抵抗率もまた106Ωcm~1012Ωcmの範囲から外れると、ジョンソン・ラーベック力が支配的な強い吸着力が発現しない。なお、第1電極部としては、通常、同等の面積を持つ一対の電極で構成されるが(双極型)、プラズマ雰囲気を利用して成膜処理を施すような場合には、単極型としてもよい。 Based on the above, for example, when a conductive film is formed on an insulating substrate such as glass as an object to be attracted, after placing the substrate on the electrostatic chuck, applying a DC voltage (e.g., 1 kV to 5 kV) between the positive and negative electrodes of the second electrode unit causes an attracting force dominated by gradient force to be exerted, and the substrate is attracted to the upper surface of the dielectric layer. Then, once a conductive film is formed on the surface of the substrate, applying a DC voltage (e.g., 10 V to 10,000 V) to the first electrode unit causes an attracting force dominated by Johnsen-Rahbek force to be exerted, maintaining the substrate attracted to the upper surface of the dielectric layer. Thus, by adopting a configuration in which the portions of the dielectric layer located above the first and second electrode units have different volume resistivities, the present invention can consistently obtain a uniform attracting force, even when an attracting force dominated by Johnsen-Rahbek force or gradient force is exerted to attract an object to be attracted. Therefore, the substrate Sw can be attracted and held with a substantially constant attracting force during the formation of a conductive film on the substrate. In this case, if the volume resistivity of the dielectric layer located above the second electrode unit is less than 10 Ωcm, a strong adsorptive force dominated by gradient forces will not be exhibited even if the DC voltage applied between the positive and negative electrodes is increased. On the other hand, if the volume resistivity of the dielectric layer located above the first electrode unit is also outside the range of 10 Ωcm to 10 Ωcm, a strong adsorptive force dominated by Johnsen-Rahbek forces will not be exhibited. Note that the first electrode unit is typically composed of a pair of electrodes having equal areas (bipolar type), but may be a monopolar type when a film formation process is performed using a plasma atmosphere.
本発明において、低体積抵抗率層が前記誘電層にドープ材をドープすることで形成され、このとき、前記誘電層及び前記低体積抵抗率層が溶射膜で構成されることが好ましい。ここで、例えば、Al2O3を主成分とするもので誘電層を形成する場合、その製作には焼結法を用いることが考えられる。然し、このような焼結法では、焼結時の熱膨張や熱収縮によって一様な界面を持って体積抵抗率の異なる層を形成することが困難であり、例えば、絶縁破壊を招来するといった問題が招来する。それに対して、誘電層及び低体積抵抗率層を溶射膜とすれば、一様な界面を持って体積抵抗率の異なる層を容易に形成することができ、有利である。なお、誘電層がAl2O3を主成分とする場合、前記ドープ材がTiO2、Cr、Ca、Mg、SiO2及びCの中から選択される少なくとも1種であれば、体積抵抗率が106Ωcm~1012Ωcmの範囲内の誘電層を簡単に実現することができる。 In the present invention, the low volume resistivity layer is preferably formed by doping the dielectric layer with a dopant, and the dielectric layer and the low volume resistivity layer are preferably formed as thermally sprayed films. Here, for example, when forming the dielectric layer from a material primarily composed of Al 2 O 3 , a sintering method may be used for its manufacture. However, such a sintering method makes it difficult to form layers with different volume resistivities and uniform interfaces due to thermal expansion and contraction during sintering, resulting in problems such as dielectric breakdown. In contrast, forming the dielectric layer and the low volume resistivity layer as thermally sprayed films is advantageous because it makes it easy to form layers with different volume resistivities and uniform interfaces. Furthermore, when the dielectric layer is primarily composed of Al 2 O 3 , a dielectric layer with a volume resistivity in the range of 10 Ωcm to 10 Ωcm can be easily achieved by using at least one dopant selected from the group consisting of TiO 2 , Cr, Ca, Mg, SiO 2 , and C.
また、上記課題を解決するために、基台表面に設けられて被吸着物を吸着保持する静電チャックの本発明の製造方法は、基台表面に体積抵抗率が1012Ωcm以上の第1誘電層部を溶射によって形成する第1工程と、第1誘電層部の表面に、平板状の第1電極部と、この第1電極部より狭い線幅を有すると共に互いに近接配置される正負一対の第2電極部とを形成する第2工程と、前記第2電極部を覆うように第1誘電層部と同等の体積抵抗率が持つ第2誘電層部を、且つ、前記第1電極部を覆うように第1誘電層部より低い体積抵抗率が持つ第3誘電層部を、溶射によって第1誘電層部の表面に形成する第3工程とを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a manufacturing method of an electrostatic chuck of the present invention, which is provided on the surface of a base and attracts and holds an object to be attracted, includes the following steps: a first step of forming a first dielectric layer portion having a volume resistivity of 10 Ωcm or more on the surface of the base by thermal spraying; a second step of forming, on the surface of the first dielectric layer portion, a flat first electrode portion and a pair of positive and negative second electrode portions having a line width narrower than that of the first electrode portion and arranged closely to each other; and a third step of forming, on the surface of the first dielectric layer portion by thermal spraying, a second dielectric layer portion having a volume resistivity equivalent to that of the first dielectric layer portion so as to cover the second electrode portion, and a third dielectric layer portion having a volume resistivity lower than that of the first dielectric layer portion so as to cover the first electrode portion.
本発明においては、前記第1誘電層部及び前記第2誘電層部の溶射材料として同一の誘電性材料を用い、前記第3誘電層部の溶射材料として前記誘電性材料に所定の重量比でドープ材をドープしたものを用いることが好ましく、前記誘電層がAl2O3を主成分とするような場合には、前記ドープ材がTiO2、Cr、Ca、Mg、SiO2及びCの中から選択される少なくとも1種とすることができる。 In the present invention, it is preferable to use the same dielectric material as the spray material for the first dielectric layer portion and the second dielectric layer portion, and to use the dielectric material doped with a dopant at a predetermined weight ratio as the spray material for the third dielectric layer portion. When the dielectric layer is mainly composed of Al2O3 , the dopant can be at least one selected from TiO2 , Cr, Ca, Mg, SiO2 and C.
以下、図面を参照して、被吸着物をガラス製基板(以下「基板Sw」という)とし、図外の真空チャンバ内で基板Swを吸着するための本発明の静電チャック及びその製造方法の実施形態を説明する。以下においては、上、下、左、右といった方向を示す用語は図1を基準とする。 Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment of an electrostatic chuck and a manufacturing method thereof of the present invention for adsorbing a glass substrate (hereinafter referred to as "substrate Sw") to a substrate Sw in a vacuum chamber not shown will be described. In the following, terms indicating directions such as up, down, left, and right refer to Figure 1.
図1及び図2を参照して、本実施形態の静電チャックECは、基板Swに対応する矩形の輪郭を有し且つ上面が平坦面に形成されるチタンやアルミニウムといった金属製の基台Bp上面に設けられる誘電層1とこの誘電層1内に組み込まれる電極層2とを備える。誘電層1は、1012Ωcm以上の体積抵抗率を有するように、Al2O3(アルミナ)、AlN(窒化アルミ)やSiC(炭化ケイ素)といった誘電性材料を溶射材料とし、この溶射材料を溶射することで形成された50μm以上の膜厚の溶射膜で構成される。なお、溶射膜の形成に利用できる溶射装置としては、公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。 1 and 2 , the electrostatic chuck EC of this embodiment includes a dielectric layer 1 provided on the upper surface of a base Bp made of a metal such as titanium or aluminum, which has a rectangular outline corresponding to the substrate Sw and a flat upper surface, and an electrode layer 2 incorporated in the dielectric layer 1. The dielectric layer 1 is formed of a sprayed film having a thickness of 50 μm or more, which is formed by spraying a dielectric material such as Al 2 O 3 (alumina), AlN (aluminum nitride), or SiC (silicon carbide) as a spray material so as to have a volume resistivity of 10 Ω cm or more. Note that a known spraying device can be used to form the sprayed film, and therefore a detailed description thereof will be omitted here.
電極層2は、誘電層1の長手方向(図1中、左右方向)両側に夫々設けられる正負一対の第1電極部21a,21bと、第1電極部21a,21bの間に位置する中央領域に設けられる正負一対の第2電極部22a,22bとを有する。同一面積を持つ第1電極部21a,21bは、タングステンやモリブデン等の比較的電気伝導率に優れた高融点材料を真空蒸着法やスパッタリング法によって平板状に成膜した1μm以上の膜厚の金属膜で夫々構成される。第1電極部21a,21bの面積(線幅:図1中、左右方向の幅)は、基板Swの面積、基板Swを吸着するのに必要な吸着力、後述の低体積抵抗率層の厚さ及び体積抵抗率などを考慮して適宜設定される。第2電極部22a,22bもまた、タングステンやモリブデン等の比較的電気伝導率に優れた高融点材料を真空蒸着法、スパッタリング法やCVD法によって所定のパターンで成膜した1μm以上の膜厚の金属膜で構成される。本実施形態では、電圧を印加したときに効率よく電界が発生するように、正の第2電極部22aと負の第2電極部22bとが、第1電極部21a,21bより狭い(細い)線幅で互いに対向して直線状にのびるように狭い間隔で交互に配置されるパターンで形成されている。この場合、線路長が、好ましくは5cm/cm2以下となるように設定される。なお、正の第2電極部22aと負の第2電極部22aとのパターンは、対向面の長さを長くできるものであれば、これに限定されるものではなく、曲線状、櫛歯状や円周状にしてもよい。 The electrode layer 2 has a pair of positive and negative first electrode portions 21a, 21b provided on both sides of the dielectric layer 1 in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 1 ), and a pair of positive and negative second electrode portions 22a, 22b provided in a central region located between the first electrode portions 21a, 21b. The first electrode portions 21a, 21b, each having the same area, are each composed of a metal film having a thickness of 1 μm or more, which is formed into a flat plate shape by vacuum deposition or sputtering using a high-melting-point material with relatively high electrical conductivity, such as tungsten or molybdenum. The area of the first electrode portions 21a, 21b (line width: width in the left-right direction in FIG. 1 ) is set appropriately taking into consideration the area of the substrate Sw, the chucking force required to chucking the substrate Sw, the thickness and volume resistivity of the low volume resistivity layer described below, and the like. The second electrodes 22a, 22b are also composed of a metal film with a thickness of 1 μm or more, formed in a predetermined pattern by vacuum deposition, sputtering, or CVD using a high-melting-point material with relatively high electrical conductivity, such as tungsten or molybdenum. In this embodiment, the positive second electrode 22a and the negative second electrode 22b are formed in a pattern in which they are alternately arranged at close intervals so as to extend linearly and face each other with a line width narrower (thinner) than that of the first electrodes 21a, 21b, so that an electric field is efficiently generated when a voltage is applied. In this case, the line length is preferably set to 5 cm/ cm² or less. Note that the pattern of the positive second electrode 22a and the negative second electrode 22b is not limited to this, and may be curved, comb-like, or circumferential, as long as it can increase the length of the facing surfaces.
第1電極部21a,21b及び第2電極部22a,22bの上方に位置する誘電層1の厚さは、例えば、ジョンソン・ラーベック力が支配的な吸着力が基板Swと第1電極部21a,21bとの間の距離の二乗で変化することを考慮して50μm以上に設定される。これに加えて、第1電極部21a,21bの上方に位置する誘電層1の部分が体積抵抗率を局所的に低下させた低体積抵抗率層(後述の第3誘電層部1c)で構成される。低体積抵抗率層1cの体積抵抗率は、ジョンソン・ラーベック力が支配的な吸着力を発現させたときの吸着力を効果的に強めるために、106Ωcm~1012Ωcmの範囲に設定される。そして、直流電源E1によって、正負一対の第1電極部21a,21b間に所定電圧(例えば、10V~10000V)を印加すると、ジョンソン・ラーベック力が支配的な吸着力が発現する。他方、直流電源E2によって、正負一対の第2電極部22a,22b間に所定電圧(例えば、1kV~5kV)を印加すると、グラディエント力が支配的な吸着力が発現する。 The thickness of the dielectric layer 1 located above the first electrode portions 21a, 21b and the second electrode portions 22a, 22b is set to, for example, 50 μm or more, taking into consideration that the chucking force dominated by the Johnsen-Rahbek force varies with the square of the distance between the substrate Sw and the first electrode portions 21a, 21b. In addition, the portion of the dielectric layer 1 located above the first electrode portions 21a, 21b is formed as a low-volume resistivity layer (the third dielectric layer portion 1c described below) with locally reduced volume resistivity. The volume resistivity of the low-volume resistivity layer 1c is set to a range of 10 Ωcm to 10 Ωcm to effectively strengthen the chucking force when the chucking force dominated by the Johnsen-Rahbek force is exerted. When a predetermined voltage (e.g., 10 V to 10,000 V) is applied between the pair of positive and negative first electrode portions 21a, 21b by a DC power supply E1, a chucking force dominated by the Johnsen-Rahbek force is exerted. On the other hand, when a predetermined voltage (for example, 1 kV to 5 kV) is applied between the pair of positive and negative second electrodes 22a, 22b by the DC power supply E2, an attraction force dominated by gradient force is generated.
ここで、誘電層1(具体的には、第2電極部22a,22bが形成された領域の上方に位置する部分)の体積抵抗率が1012Ωcmより小さいと、第2電極部22a,22bに印加する直流電圧を高くしても、効果的にグラディエント力が支配的な吸着力を発現させることができない。同様に、低体積抵抗率層の体積抵抗率が106Ωcm~1012Ωcmの範囲から外れると、ジョンソン・ラーベック力が支配的な吸着力を発現させることができない。また、低体積抵抗率層1cは、例えば、上記誘電性材料に所定のドープ材を予めドープ(添加)したもの溶射材料とし、これを溶射することで形成することができる。誘電性材料がAl2O3を主成分とするような場合、ドープ材としては、TiO2、Cr、Ca、Mg、SiO2及びCの中から選択される少なくとも1種を用いることができる。なお、低体積抵抗率層1cの形成方法は、これに限定されるものではなく、例えば、イオン注入装置を用いてドープ材をドーブ(注入)することもできる。以下に、図3を参照して、本実施形態の静電チャックECの製造方法の一例を説明する。
Here, if the volume resistivity of the dielectric layer 1 (specifically, the portion located above the region where the second electrode portions 22a and 22b are formed) is less than 10 Ωcm, an attractive force dominated by the gradient force cannot be effectively exerted even if the DC voltage applied to the second electrode portions 22a and 22b is increased. Similarly, if the volume resistivity of the low volume resistivity layer is outside the range of 10 Ωcm to 10 Ωcm , an attractive force dominated by the Johnsen-Rahbek force cannot be exerted. Furthermore, the low volume resistivity layer 1c can be formed, for example, by thermally spraying a thermal spray material obtained by doping (adding) a predetermined dopant to the above-mentioned dielectric material. When the dielectric material is primarily composed of Al 2 O 3 , the dopant can be at least one selected from TiO 2 , Cr, Ca, Mg, SiO 2 , and C. The method for forming the low volume resistivity layer 1 c is not limited to this, and for example, a dopant material may be doped (injected) using an ion implantation device. An example of a method for manufacturing the electrostatic chuck EC of this embodiment will be described below with reference to FIG.
Al2O3(アルミナ)を主成分とする誘電性材料を溶射材料とし、図3(a)に示すように、公知の溶射装置を用い、基台Bpの上面にその全面に亘って溶射することで体積抵抗率が1012Ωcm以上の誘電層(これを第1誘電層1aとする)を所定膜厚で形成する(第1工程)。次に、モリブデンを主成分とする金属材料をスパッタリングターゲットとし、図3(b)に示すように、公知のスパッタリング装置を用い、第1誘電層1aの上面に正負一対の第1電極部21a,21bと、正負一対の第2電極部22a,22bとを同時にパターニング形成する(第2工程)。パターニング形成には、第1電極部21a,21b及び第2電極部22a,22bに対応する開口を開設したマスクプレートを利用すればよい。 A dielectric material primarily composed of Al2O3 ( alumina ) is used as the spray material, and a known thermal spraying device is used to spray the entire upper surface of the base Bp as shown in Figure 3(a) to form a dielectric layer (referred to as the first dielectric layer 1a) with a predetermined thickness and a volume resistivity of 1012 Ωcm or more (Step 1). Next, a metal material primarily composed of molybdenum is used as the sputtering target, and a known sputtering device is used to simultaneously pattern a pair of positive and negative first electrodes 21a, 21b and a pair of positive and negative second electrodes 22a, 22b on the upper surface of the first dielectric layer 1a as shown in Figure 3(b) (Step 2). For the patterning, a mask plate having openings corresponding to the first electrodes 21a, 21b and the second electrodes 22a, 22b may be used.
次に、図3(c)に示すように、第1誘電層部1aの上面と同等の面積を有し、第2電極部22a,22bが形成された領域に上下方向で合致する開口Moを設けたマスクプレートMp1を第1電極部21a,21b及び第2電極部22a,22bが形成された第1誘電層部1a上に設置する。この状態で、第1工程で使用されたものと同質の誘電性材料を溶射材料とし、公知の溶射装置を用い、第1誘電層部1aの上面に、第2電極部22a,22bが形成された領域を覆うように溶射することで体積抵抗率が1012Ωcm以上の誘電層(これを第2誘電層1bとする)を所定膜厚で形成する。このとき、(図1中、左右方向で)互いに隣接する第1電極部21a,21bと第2電極部22a,22bとの間にも溶射材料が充填されるようになる。 Next, as shown in FIG. 3( c), a mask plate Mp1 having an area equivalent to the top surface of the first dielectric layer portion 1a and an opening Mo vertically aligned with the area where the second electrode portions 22a, 22b are formed is placed on the first dielectric layer portion 1a on which the first electrode portions 21a, 21b and the second electrode portions 22a, 22b are formed. In this state, the same dielectric material as used in the first step is used as the thermal spray material, and a known thermal spraying device is used to thermally spray the top surface of the first dielectric layer portion 1a so as to cover the area where the second electrode portions 22a, 22b are formed, thereby forming a dielectric layer (referred to as the second dielectric layer 1b) with a predetermined thickness and a volume resistivity of 10 Ωcm or more. At this time, the thermal spray material is also filled between the adjacent first electrode portions 21a, 21b and second electrode portions 22a, 22b (in the horizontal direction in FIG. 1 ).
次に、図3(d)に示すように、第2誘電層部1bの上面に合致する面積を有するプレートMp2を第2誘電層部1b上に設置する。この状態で、第1工程で使用される導電性材料に所定の重量比でドープ材を添加したものを溶射材料とし、公知の溶射装置を用い、第1誘電層部1aの上面に、第1電極部21a,21bが形成された領域を覆うように溶射することで体積抵抗率が106Ωcm~1012Ωcmの範囲の低体抵抗率層としての誘電層(第3誘電層部1cとする)を所定膜厚で形成する(第3工程)。ドープ材としては、TiO2,Cr,Ca,Mg,SiO2及びCの中から選択される少なくとも1種が用いられ、所定の重量比で添加される。最後に、第2誘電層部1b及び第3誘電層部1cの上面が平坦になるように機械加工が施される。 Next, as shown in FIG. 3(d), a plate Mp2 having an area matching the upper surface of the second dielectric layer portion 1b is placed on the second dielectric layer portion 1b. In this state, a thermal spray material, which is a conductive material used in the first step plus a dopant at a predetermined weight ratio, is used as the thermal spray material. Using a known thermal spraying device, the thermal spray material is sprayed onto the upper surface of the first dielectric layer portion 1a so as to cover the area where the first electrodes 21a and 21b are formed. This forms a dielectric layer (referred to as the third dielectric layer portion 1c) with a predetermined thickness as a low-resistivity layer with a volume resistivity ranging from 10 Ωcm to 10 Ωcm (step 3). The dopant is at least one selected from TiO 2 , Cr, Ca, Mg, SiO 2 , and C, and is added at a predetermined weight ratio. Finally, the upper surfaces of the second dielectric layer portion 1b and the third dielectric layer portion 1c are machined to flatten them.
以上の実施形態によれば、基板Swに対して導電膜を成膜するような場合、静電チャックEcに基板を載置した後、第1電源E1によって正負一対の第2電極部22a,22bの間に直流電圧が印加されると、グラディエント力が支配的な吸着力を発現させて基板Swが誘電層1の上面に吸着される。そして、基板Sw表面に導電膜が成膜されてくると、第1電極部21a,21bの間に直流電圧を印加し、ジョンソン・ラーベック力が支配的な吸着力を発現させて基板Swの誘電層1の上面への吸着状態が維持される。このように本実施形態の静電チャックECでは、第1電極部21a,21b及び第2電極部22a,22bより上方に位置する誘電層の部分を体積抵抗率の異なる(第2誘電層部1b及び第3誘電層部1cで構成することで、ジョンソン・ラーベック力またはグラディエント力が支配的な吸着力を発現させて基板Swを吸着する場合でも、常時、同等の吸着力が得られる。このため、基板Swに対して導電膜を成膜する間、略一定の吸着力で基板Swを吸着保持することができる。また、溶射により第2誘電層1bと第3誘電層1cとを形成したことで、上下方向に一様な界面を持って体積抵抗率の異なる第2誘電層1bと第3誘電層1cとが形成されるため、絶縁破壊が生じるといった不具合は生じない。なお、第2誘電層1cと第3誘電層1bの界面は、互いに隣接する第1電極部21a,21bと第2電極部22a,22bとの略中間点を通る上下線に沿って位置することが好ましい。 According to the above embodiment, when a conductive film is formed on a substrate Sw, after the substrate is placed on the electrostatic chuck Ec, a DC voltage is applied between the pair of positive and negative second electrodes 22a, 22b by the first power supply E1, causing an attraction force dominated by gradient force to occur, and the substrate Sw is attracted to the upper surface of the dielectric layer 1. Then, once a conductive film has been formed on the surface of the substrate Sw, a DC voltage is applied between the first electrodes 21a, 21b, causing an attraction force dominated by Johnsen-Rahbek force to occur, maintaining the substrate Sw attracted to the upper surface of the dielectric layer 1. In this manner, in the electrostatic chuck EC of this embodiment, the portions of the dielectric layer located above the first electrode portions 21a, 21b and the second electrode portions 22a, 22b are composed of the second dielectric layer portion 1b and the third dielectric layer portion 1c having different volume resistivities. This allows for a constant, uniform attracting force to be obtained even when the substrate Sw is attracted by an attracting force dominated by the Johnsen-Rahbek force or the gradient force. This allows the substrate Sw to be attracted and held with a substantially constant attracting force while a conductive film is being formed on the substrate Sw. Furthermore, by forming the second dielectric layer 1b and the third dielectric layer 1c by thermal spraying, the second dielectric layer 1b and the third dielectric layer 1c are formed with a uniform interface in the vertical direction and different volume resistivities, preventing problems such as dielectric breakdown. The interface between the second dielectric layer 1c and the third dielectric layer 1b is preferably located along a vertical line passing through substantially the midpoint between the adjacent first electrode portions 21a, 21b and second electrode portions 22a, 22b.
次に、本発明の効果を確認するため、誘電性材料がAl2O3を主成分とするもの、低体積抵抗率層を構成する誘電性材料が上記誘電性材料にTiO2を所定の重量比で添加したものとし、上記製造方法により作製した静電チャック(発明品)を用いて、基板Swを吸着したときの吸着力を測定した。なお、比較品として、上記第3工程で、第1工程で使用された同質の誘電性材料を溶射材料とし、公知の溶射装置を用い、第1誘電層1c上にその全面に亘って誘電層を一体に形成したものを作製した。これによれば、図4に示すように、比較品では、直流電源E1により第1電極部21a,21bに3Vの電圧を印加したときの吸着力は500Pa程度であった。それに対して、発明品では、直流電源E1により第1電極部21a,21bに印加する電圧が高くなるのに従い、吸着力が増加し、電圧が3Vのときには、2000Pa程度の強い吸着力が得られることが確認された。 Next, to confirm the effects of the present invention, an electrostatic chuck ( invention product) manufactured by the above-described manufacturing method was used. The dielectric material was primarily composed of Al2O3 , and the dielectric material constituting the low volume resistivity layer was the same as that used in the first step, with TiO2 added at a predetermined weight ratio. The clamping force was measured when clamping a substrate Sw. As a comparison product, a dielectric layer was formed integrally over the entire surface of the first dielectric layer 1c using a known thermal spraying device, using the same dielectric material as used in the first step as the spray material in the third step. As shown in FIG. 4, the clamping force of the comparison product was approximately 500 Pa when a voltage of 3 V was applied to the first electrodes 21a and 21b by the DC power supply E1. In contrast, the clamping force of the invention product increased as the voltage applied to the first electrodes 21a and 21b by the DC power supply E1 increased, and a strong clamping force of approximately 2000 Pa was obtained at a voltage of 3 V.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、第1電極部21a,21bとしては、所謂双極型のものを例に説明したが、プラズマ雰囲気を利用して成膜処理を施す装置に適用されるような場合には、所謂単極型として構成することもできる。また、上記実施形態では、中央に第2電極部22a,22bを、その両側に第1電極部21a,21bを配置したものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、ジョンソン・ラーベック力またはグラディエント力が支配的な吸着力を発現させて吸着しようとする基板Swのサイズや形状に応じて電極配置を適宜変更することができる。また、第1及び第2の各電極部21a,21b,22a,22bの形成方法は上記に例示したものに限定されるものではなく、溶射やメッキ法により形成することもできる。 The above describes an embodiment of the present invention, but various modifications are possible without departing from the scope of the technical concept of the present invention. In the above embodiment, the first electrodes 21a, 21b are described as being of a so-called bipolar type. However, when applied to a device that performs film formation processing using a plasma atmosphere, they can also be configured as a so-called monopolar type. Furthermore, in the above embodiment, the second electrodes 22a, 22b are described as being arranged in the center, with the first electrodes 21a, 21b on either side. However, this is not limited to this, and the electrode arrangement can be changed as appropriate depending on the size and shape of the substrate Sw to be attracted by exerting an attraction force dominated by Johnsen-Rahbek force or gradient force. Furthermore, the method of forming the first and second electrodes 21a, 21b, 22a, 22b is not limited to the above examples, and they can also be formed by thermal spraying or plating.
EC…静電チャック、1…誘電層、1a…第1誘電層部(誘電層の構成要素)、1b…第2誘電層部(誘電層の構成要素)、1c…第3誘電層部(低体積抵抗値層:誘電層の構成要素)、2…電極層、21a,21b…第1電極部、22a,22b…第2電極部、Bp…基台、Sw…基板。 EC...electrostatic chuck, 1...dielectric layer, 1a...first dielectric layer portion (constituent element of dielectric layer), 1b...second dielectric layer portion (constituent element of dielectric layer), 1c...third dielectric layer portion (low volume resistivity layer: constituent element of dielectric layer), 2...electrode layer, 21a, 21b...first electrode portion, 22a, 22b...second electrode portion, Bp...base, Sw...substrate.
Claims (8)
体積抵抗率が1012Ωcm以上の誘電層とこの誘電層内に組み込まれる電極層とを備え、前記電極層が、平板状の第1電極部とこの第1電極部より狭い線幅を有すると共に互いに近接配置される正負一対の第2電極部とを有するものにおいて、
前記誘電層の被吸着物の吸着面側を上として、前記第1電極部の上方に位置する前記誘電層の部分が体積抵抗率を局所的に低下させた低体積抵抗率層で構成され、
第2電極部の正極と負極との間への直流電圧の印加によりグラディエント力が支配的な吸着力を発現させて前記被吸着物を前記誘電層上面に吸着し、第1電極部への直流電圧の印加により前記被吸着物表面に導電膜が成膜されてくると、ジョンソン・ラーベック力が支配的な吸着力を発現させて前記被吸着物が前記誘電層上面に吸着されるように構成したことを特徴とする静電チャック。 1. An electrostatic chuck provided on a surface of a base placed in a vacuum chamber in which a conductive film is formed on a surface of an insulating object to be attracted, the electrostatic chuck attracting the object to be attracted,
A capacitor comprising a dielectric layer having a volume resistivity of 10 12 Ωcm or more and an electrode layer incorporated in the dielectric layer, the electrode layer having a flat first electrode portion and a pair of positive and negative second electrode portions having a line width narrower than that of the first electrode portion and arranged close to each other,
a portion of the dielectric layer located above the first electrode portion, with the attracting surface of the dielectric layer facing upward, comprising a low volume resistivity layer having locally reduced volume resistivity ;
an electrostatic chuck configured such that application of a DC voltage between the positive and negative electrodes of a second electrode unit generates an attractive force dominated by a gradient force, thereby attracting the object to the upper surface of the dielectric layer; and when application of a DC voltage to the first electrode unit causes a conductive film to be formed on the surface of the object, application of a Johnsen-Rahbek force dominantly generates an attractive force, thereby attracting the object to the upper surface of the dielectric layer .
前記誘電層が第1誘電層部、第2誘電層部及び第3誘電層部から構成されるものとし、前記基台表面に体積抵抗率が1012Ωcm以上の前記第1誘電層部を溶射によって形成する第1工程と、
前記第1誘電層部の表面に、平板状の前記第1電極部と、この第1電極部より狭い線幅を有すると共に互いに近接配置される正負一対の前記第2電極部とを形成する第2工程と、
前記第2電極部を覆うように前記第1誘電層部と同等の体積抵抗率が持つ前記第2誘電層部を、且つ、前記第1電極部を覆うように第1誘電層部より低い体積抵抗率が持つ前記低体積抵抗率層としての第3誘電層部を、溶射によって前記第1誘電層部の表面に形成する第3工程とを含むことを特徴とする静電チャックの製造方法。 The method for manufacturing an electrostatic chuck according to any one of claims 1 to 5,
the dielectric layer is composed of a first dielectric layer portion, a second dielectric layer portion, and a third dielectric layer portion, and a first step of forming the first dielectric layer portion having a volume resistivity of 10 12 Ωcm or more on the surface of the base by thermal spraying;
a second step of forming the first electrode portion in a flat plate shape and a pair of positive and negative second electrode portions having a line width narrower than that of the first electrode portion and arranged close to each other on the surface of the first dielectric layer portion;
and a third step of forming, by thermal spraying, on a surface of the first dielectric layer portion, the second dielectric layer portion having a volume resistivity equivalent to that of the first dielectric layer portion so as to cover the second electrode portion, and a third dielectric layer portion as the low volume resistivity layer having a volume resistivity lower than that of the first dielectric layer portion so as to cover the first electrode portion.
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