JP2004006505A

JP2004006505A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2004006505A
Application number: JP2002159746A
Authority: JP
Inventors: Naotoshi Morita; 森田　直年
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】アーキングを抑制して、例えばアルミ等の飛散を防止することができる静電チャックを提供すること。
【解決手段】静電チャック（１）には、絶縁体（７）のチャック面（３）から金属ベース（９）のベース面（１１）に到る冷却用ガス穴（１３）が設けられている。冷却用ガス穴（１３）として、絶縁体（７）内にてチェック面（３）に平行に横穴（１５）が形成され、横穴（１５）の一端側には、横穴（１５）からチャック面３側に向かって垂直に、チャック側経路（１７）が設けられ、横穴（１５）の他端側にも、横穴（１５）からベース面（１１）側に向かって垂直に、ベース側経路（１９）が設けられている。従って、冷却用ガス穴（１３）は、内部で直角に曲がっているので、チェック面（３）側からチャック側経路（１７）の内部を見た場合には、ベース側経路（１９）は見えず、絶縁体（７）の一部が見えるだけである。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウェハを製造する際に使用されるドライエッチング装置やイオン注入装置や電子ビーム露光装置などにおいて、半導体ウェハの固定、平面度矯正、搬送用などに用いることができる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、静電チャックは、例えば半導体製造装置において、被吸着部材である半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）を固定してドライエッチング等の加工を行ったり、半導体ウェハを吸着固定して反りを矯正したり、半導体ウェハを吸着して搬送するなどの目的で使用されている。
【０００３】
また、静電チャックの使用目的の一つには、半導体ウェハを効率よく冷却することがあり、このため、半導体ウェハと静電チャックとの間、詳しくは半導体ウェハと静電チャックの絶縁体（例えばセラミック体）のチャック面との間に、熱伝導の良い冷却用ガス（例えばＨｅガス）を充填させる方法が提案されている。
【０００４】
そして、前記冷却用ガスをチャック面側に供給するために、静電チャックには、通常、冷却用ガスを噴出するためのガス穴が開けられている。
例えば特許第３０２１２１７号公報には、セラミック体の裏側のアルミベースにＨｅガスを流すガス溝を形成し、セラミック体に形成したガス穴をこのガス溝の位置に合わせることによって、Ｈｅガスを噴出させる構成が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報の技術では、チャック面側から見た場合、ガス穴からアルミベースの素地が露出した状態となるので、下記の様な不具合が生じることがあった。
【０００６】
つまり、上述した状態で、半導体ウェハのエッチングのためにＲＦ（高周波）を印加した場合には、酸化膜のエッチングのように、ＲＦのパワーを上げると、アルミベースが露出した部分にてアーキングが発生することがある。
このアーキングが発生すると、アルミ等が飛散し、そのパーティクルにより半導体ウェハに損傷を与えるので、半導体ウェハの歩留まりが低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アーキングを抑制して、例えばアルミ等の飛散を防止することができる静電チャックを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明（静電チャック）は、内部に吸着用電極（内部電極）を有する絶縁体（例えばセラミック体）と前記絶縁体に接合した金属ベース（例えばアルミベース）とを備え、前記絶縁体のチャック面側にて被吸着部材（例えば半導体ウェハ）を吸着する静電チャックにおいて、前記被吸着部材を冷却する冷却用ガスを前記絶縁体のチャック面側に供給するために、前記金属ベース及び前記絶縁層を貫いて冷却用ガス穴を設けるとともに、前記冷却用ガス穴の構造を、前記チャック面側から見た場合に前記金属ベースが見えないようにしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、冷却用ガス穴をチャック面側から見た場合に、金属ベース（従って金属素地）が直接に見えないように構成している。例えば絶縁体にその厚み方向に開けられた穴と金属ベースに開けられた穴とをずらすように構成している。
これにより、例えば半導体ウェハのエッチングのためにＲＦのパワーを上げた場合でも、冷却用ガス穴（詳しくは金属ベースの冷却用ガス穴）におけるアーキングが発生し難いので、金属ベースの材料等の飛散を防止することができる。その結果、飛散したパーティクル等が被吸着部材に付着することがないので、被吸着部材の歩留まりが向上するという効果がある。
【００１０】
（２）請求項２の発明では、前記冷却用ガス穴の前記金属ベース側の開口部を、前記チャック面と反対側の裏面に設けたことを特徴とする。
本発明は、冷却用ガス穴の金属ベース側の開口部の位置を例示したものである。尚、これ以外に、前記開口部を金属ベース側の側面等に設けることも可能である。
【００１１】
（３）請求項３の発明では、前記冷却用ガス穴として、前記絶縁体の内部にトンネルを設けるとともに、前記トンネルから前記絶縁体のチャック面に到る経路と、前記トンネルから前記金属ベースの裏面に到る経路とを設け、更に、前記両経路を、その経路方向においてずらして配置したことを特徴とする。
【００１２】
本発明は、冷却用ガス穴の構成を例示したものである。本発明では、トンネルから絶縁体のチャック面に到る経路（チャック側経路）と、トンネルから金属ベースの裏面に到る経路（ベース側経路）とが、同軸上になくずれており、しかも、両経路の間に（絶縁体の内部に設けられた）トンネルがあるので、所望の位置に各経路を設けることができる。
【００１３】
従って、アーキングを確実に防止できるだけでなく、設計の自由度が高いという利点がある。
（４）請求項４の発明では、前記金属ベースは、アルミニウムを主成分とする材料（例えばアルミ合金）からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、金属ベースの材料を例示したものである。この種の金属ベースは、アルミベースと呼ばれる。
（５）請求項５の発明では、前記絶縁体は、セラミック材料からなることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、絶縁体の材料を例示したものである。
（６）請求項６の発明では、前記絶縁体は、アルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする。
本発明は、セラミック材料を例示したものである。
【００１６】
（７）請求項７の発明では、更に、前記被吸着部材を加熱するヒータを備えたことを特徴とする。
本発明では、上述した構成に加えて、更に（例えば絶縁体内部に）ヒータを備えているので、静電チャックの加熱（従って半導体ウェハ等の加熱）を行うことができる。
【００１７】
（８）請求項８の発明では、更に、前記吸着用電極に電力を供給する電源を備えたことを特徴とする。
本発明では、上述した構成に加えて、更に吸着用電極に電力を供給する電源を備えているものである。尚、更に、前記ヒータに電力を供給する電源を備えていてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の静電チャックの実施の形態の例（実施例）について説明する。
（実施例１）
ここでは、例えば半導体ウェハを吸着保持できる静電チャックを例に挙げる。
【００１９】
ａ）まず、本実施例の静電チャックの構造について説明する。尚、図１は静電チャックの一部を破断して示す斜視図である、図２は静電チャックの図１におけるＡ−Ａ断面を示す説明図である。
図１に示す様に、本実施例の静電チャック１は、図１の上方の吸着面（チャック面）３側にて半導体ウェハ５を吸着するものであり、（例えば直径３００ｍｍ×厚み３ｍｍの）円盤状の絶縁体（誘電体）７と、（例えば直径３４０ｍｍ×厚み２０ｍｍの）円盤状の金属ベース９とを、例えばインジウムからなる接合層（図示せず）を介して接合したものである。
【００２０】
前記絶縁体７は、その表面に前記チャック面３を有し、例えばアルミナ質の焼結体からなるセラミック体である。また、前記金属ベース５は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製であり、絶縁体７の全体を載置するように、絶縁体７より大径とされている。
【００２１】
図２に示す様に、前記静電チャック１には、絶縁体７のチャック面３から金属ベース９の裏面（ベース面）１１に到るトンネルである冷却用ガス穴１３が設けられている。この冷却用ガス穴１３は、チャック面３にて保持された半導体ウェハ５を冷却するために、窒素等の冷却用ガスを、ベース面１１側からチャック面３側に供給するためのものである。
【００２２】
前記冷却用ガス穴１３は、絶縁体内７にてチェック面３に平行に形成されており、それにより直径１ｍｍの横穴１５が構成されている。また、横穴１５の一端側（外周側）には、横穴１５からチャック面３側に向かって垂直に、直径０．５ｍｍの縦穴（チャック側経路）１７が設けられて、チャック面３に開口している。一方、横穴１５の他端側（中心側）にも、横穴１５からベース面１１側に向かって垂直に、直径１ｍｍの縦穴（ベース側経路）１９が設けられて、ベース面１１側に開口している。
【００２３】
従って、本実施例では、この冷却用ガス穴１３は、絶縁体７の内部の２箇所にて直角に曲がっているので、チェック面３側からチャック側経路１７の内部を見た場合には、ベース側経路１９（従って金属ベース９の金属素地）は見えず、絶縁体７の内部の一部（横穴１５）が見えるだけである。
【００２４】
尚、前記静電チャック１には、前記冷却用ガス穴１３が中心から６０度の間隔で６箇所に設けられており、そのため、チャック面３には、図１に示す様に、チャック側経路１９の開口部２１が６箇所に露出している。
また、図２に示す様に、前記絶縁体７において、チェック面３と冷却用ガス穴１３の横穴１５との間には、一対の内部電極２３、２５が配置されており、各内部電極２３、２５は電源２７に接続されている。
【００２５】
上述した構成の静電チャック１を使用する場合には、電源２７を用いて、両内部電極２３、２５の間に、３ｋＶの直流電圧を印加し、これにより、半導体ウェハ５を吸着する静電引力（吸着力）を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ５を吸着して固定する。
【００２６】
ｂ）次に、本実施例の静電チャック１の製造方法について、図３に基づいて説明する。
（１）原料としては、主成分であるアルミナ粉末：９２重量％に、ＭｇＯ：１重量％、ＣａＯ：１重量％、ＳｉＯ_２：６重量％を混合して、ボールミルで、５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。
【００２７】
（２）次に、この粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル：３重量％、ブチルエステル：３重量％、ニトロセルロース：１重量％、ジオクチルフタレート：０．５重量％を加え、更に溶剤として、トリクロール−エチレン、ｎ−ブタノールを加え、ボールミルで混合して、流動性のあるスラリーとする。
【００２８】
（３）次に、このスラリーを、減圧脱泡後平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、厚さ０．８ｍｍの第１〜第６アルミナグリーンシート２７〜３４を形成する。このうち、第１、第２アルミナグリーンシート２７、２９には、チャック側経路１７を形成するための貫通孔３５、３７を６箇所に開け、第５、第６アルミナグリーンシート３３、３４には、ベース側経路１９を形成するための貫通孔３９、４０を６箇所に開け、第３、第４アルミナグリーンシート３１、３２には、横穴１５を形成するための長尺の貫通孔４１、４２を６箇所に開ける。尚、各貫通孔３５〜４２は、トンネルを型抜き又は機械加工により形成する。
【００２９】
（４）また、前記アルミナグリーンシート用の原料粉末中にタングステン粉末を混ぜて、前記と同様な方法によりスラリー状にして、メタライズインクとする。
（５）そして、前記第２アルミナグリーンシート２９上に、前記メタライズインクを用いて、通常のスクリーン印刷法により、両内部電極２３、２５の（図の斜線で示す）パターン４３、４５を印刷する。
【００３０】
（６）次に、前記第１〜第６アルミナグリーンシート２７〜３４を、各貫通孔３５〜４２により冷却用ガス穴１３が形成されるように位置合わせして、熱圧着し、全体の厚みを約５ｍｍとした積層シートを形成する。
尚、内部電極２３、２５に関しては、図示しないが、スルーホールにより最下層の第６アルミナグリーンシート３４の裏面に引き出して端子を設ける。
【００３１】
（７）次に、熱圧着した積層シートを、所定の円板形状（例えば８インチサイズの円板形状）にカットする。
（８）次に、カットしたシートを、還元雰囲気にて、１４００〜１６００℃にて焼成する。この焼成より、寸法が約２０％小さくなるため、焼成後のセラミック体の厚みは、約４ｍｍとなる。
【００３２】
（９）そして、焼成後に、研磨によって、セラミック体の全厚みを３ｍｍとするとともに、チャック面３の平面度が３０μｍ以下となる加工する。
（１０）次に、端子にニッケルメッキを施し、更にこのニッケル端子をロー付け又は半田付けして、絶縁体７を完成する。
【００３３】
尚、この絶縁体７は、その後、金属ベース９上に例えばインジウムを用いて接合され、静電チャック１が完成する。
ｃ）次に、本実施例の効果について説明する。
本実施例では、冷却用ガス穴１３をチャック面３側から見た場合に、金属ベース９が直接に見えないように構成している。具体的には、絶縁体７に開けられたチャック側経路１７とベース側経路１９とを、その軸方向においてずらすように構成している。
【００３４】
これにより、チェック面３側からチャック側経路１７の内部を見た場合には、ベース側経路１９（従って金属ベース９の金属素地）は見えず、絶縁体７の一部が見えるだけである。
そのため、半導体ウェハ５のエッチングのために電源２７のパワーを上げた場合でも、冷却用ガス穴１３（詳しくは金属ベース９側のベース側経路１９の金属素地）におけるアーキングが発生し難いので、金属ベース９の材料等の飛散を防止することができる。その結果、飛散したパーティクル等が半導体ウェハ５に付着することがないので、半導体ウェハ５の歩留まりが向上するという効果がある。
【００３５】
また、本実施例では、各アルミナグリーンシート２７〜３４に、冷却用ガス穴１３に対応する貫通孔３５〜４２を形成し、それらのアルミナグリーンシート２７〜３４を積層するので、冷却用ガス穴１３が途中で大きく曲がっている場合でも、その形成が容易であるという利点がある。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００３６】
本実施例の静電チャックは、前記実施例１とは、ヒータの有無が異なる。
図４に本実施例の静電チャック５１の断面を示す様に、本実施例の静電チャック５１は、前記実施例１と同様に、絶縁体５３と金属ベース５５とを接合したものであり、その内部には冷却用ガス穴５７と内部電極５９、６１とを備えている。
【００３７】
特に本実施例では、絶縁体５３の内部の金属ベース５５側に、ヒータ６３を備えている。
従って、このヒータ６３によって絶縁体５３を加熱することにより、静電チャック５１に吸着された半導体ウェハを加熱することができる。
【００３８】
これにより、本実施例の静電チャック５１は、半導体ウェハの冷却だけでなくその加熱も可能であり、汎用性が高いという特長を有する。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００３９】
例えば本発明は、前記実施例１、２の様なバイポーラ型の静電チャックに限らず、モノポーラ型の静電チャックにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の静電チャックを一部破断して示す斜視図である。
【図２】実施例１の静電チャックのＡ−Ａ断面を示す説明図である。
【図３】実施例１の静電チャックを分解して示す説明図である。
【図４】実施例２の静電チャックを示す断面図である。
【符号の説明】
１、５１…静電チャック
３…チャック面
５…半導体ウェハ
７、５３…絶縁体
９、５５…金属ベース
１３、５７…冷却用ガス穴
２３、２５、５９、６１…内部電極

Claims

内部に吸着用電極を有する絶縁体と前記絶縁体に接合した金属ベースとを備え、前記絶縁体のチャック面側にて被吸着部材を吸着する静電チャックにおいて、
前記被吸着部材を冷却する冷却用ガスを前記絶縁体のチャック面側に供給するために、前記金属ベース及び前記絶縁層を貫いて冷却用ガス穴を設けるとともに、
前記冷却用ガス穴の構造を、前記チャック面側から見た場合に前記金属ベースが見えないようにしたことを特徴とする静電チャック。
前記冷却用ガス穴の前記金属ベース側の開口部を、前記チャック面と反対側の裏面に設けたことを特徴とする前記請求項１に記載の静電チャック。
前記冷却用ガス穴として、前記絶縁体の内部にトンネルを設けるとともに、前記トンネルから前記絶縁体のチャック面に到る経路と、前記トンネルから前記金属ベースの裏面に到る経路とを設け、
更に、前記両経路を、その経路方向においてずらして配置したことを特徴とする前記請求項２に記載の静電チャック。
前記金属ベースは、アルミニウムを主成分とする材料からなることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の静電チャック。
前記絶縁体は、セラミック材料からなることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の静電チャック。
前記絶縁体は、アルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする前記請求項５に記載の静電チャック。
更に、前記被吸着部材を加熱するヒータを備えたことを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の静電チャック。
更に、前記吸着用電極に電力を供給する電源を備えたことを特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記載の静電チャック。