JP2005268654A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

【目的】 金属製ベース部材内を通り、静電チャック板の表面に開口されるガス流路のある静電チャックで、吸着したウエハの下面にそのガス流路から冷却ガスを供給して、プラズマ発生用の電極をなす金属製ベース部材に交流電流を印加する際に、ウエハと静電チャックとの間で発生することのある異常放電を防ぐ。
【構成】 金属製ベース部材２１内におけるガス流路の壁面に、セラミック製の管状体３１を内挿して固定した。ガス流路は、その内面に、絶縁材層（セラミック層）が設けられたことになり、金属製ベース部材２１をなす金属が露出しない。このため、ここを通過するガスは、プラズマ発生のための交流電圧が同ベース部材２１に印加されても励起されないため高電位とならず、異常放電を防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等を製造するのに使用されるドライエッチング装置やイオン注入装置、或いは電子ビーム装置などの半導体製造装置において、半導体ウエハ等の固定、平面度の矯正、搬送などに使用される静電チャックに関する。

半導体の製造工程において、半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハ）に精度良く成膜やドライエッチング等の加工（処理）を施すには、半導体ウエハの平面度（平坦度）を保ちながら、それを保持（固定）する必要がある。このような保持手段には、静電気力によってウエハをチャックする静電チャックが、真空中でも使用できることから広く使用されている。図５は、このような静電チャック２０１の一例の中央縦断面図であり、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属からなる金属製ベース部材２１の上面２３に、絶縁材からなる静電チャック板２が接合して形成されている。その静電チャック板（絶縁板）２の内部に例えば一対の電極５が形成されている。このような静電チャック２０１においては、静電チャック板２１内に設けられた電極５間に電圧を引加することで発生する静電気力で半導体ウエハ等の被吸着部材（以下、単にウエハともいう）１０１を吸着する。そして、静電チャック板２上に吸着したウエハ１０１の上方において、プラズマを発生させて、エッチング、成膜、クリーニング等の各処理を行う場合においては、金属製ベース部材２１をプラズマ発生用の電極とし、その各端子Ｔ１、Ｔ２を高周波の交流電源４０に接続することで、処理装置のチャンバ内のガスにプラズマを発生させることが行われている。

ところで、このようなウエハの製造においても、その製造歩留まりの向上、単位時間当たりの処理枚数の増加（生産性の向上）などが強く求められている。このため、ドライエッチング等の比較的低温でウエハを処理する方法では、その加工中、できるだけ早く、ウエハを目的とする温度に均一に冷却したいといった要請がある。このような要請に応えるため、ウエハの下面に、ＨｅやＡｒ等の不活性ガス（以下、単にガスともいう）を供給することが行われており、そのために、静電チャックの吸着面（静電チャック板の表面）にガス吹出し口を設けたものがある（特許文献１）。このような静電チャックでは、その吹出し口から吸着したウエハの下面（被吸着面）と静電チャック板の上面との微小空間内にガスを充填させることで、ウエハの裏面全体の温度制御をしている。

一方、このような冷却ガス（温度制御用のガス）は、図５に示した静電チャック２０１においては、外部のガス源から、図示しない配管を通して金属製ベース部材（電極）２１内に形成されたガス流路２５の流入口に送られる。送られたガスは、図５中の破線の矢印で示したようにそのガス流路２５を通過して金属製ベース部材２１の表面２３側の流出口から出て、静電チャック板２内に形成されたガス流路１４，１３，１２を通り、その表面３の流出口から、ウエハ１０１の下面に吐き出される形で供給される。すなわち、このような静電チャック２０１においては、ウエハ１０１を静電チャック板２の上に吸着し、その状態の下で、ガスを金属製ベース部材２１内のガス流路２５及び静電チャック板２内部のガス流路１４、１３，１２を通してウエハ１０１の裏面に行き渡らせて温度制御を行っている。そして、金属製ベース部材２１に高周波電圧を印加して、ウエハ１０１の上にプラズマを発生させ、エッチング、成膜、クリーニング等の各処理を行っている。
特開２００１−２７４２２８号公報

ところが、上記した従来の静電チャック２０１において、ウエハ１０１を吸着してガスを供給しつつプラズマを発生させると、ウエハ１０１と静電チャック２０１との間で、原因不明の異常放電を起こすことがあった。すなわち、このようにプラズマを発生させると、静電チャック板２の表面３におけるガス流出口（ガス流路１２の流出口）の部位において異常放電が発生し、そのガス流出口の周縁、さらにはこのガス流出口に対応するウエハ１０１の裏面部位が欠けたり、破損したりするなどの損傷を受けることがあった。

本発明は、こうした異常放電の発生に鑑みてなされたもので、そのような異常放電の発生を防止して、静電チャック及びウエハが損傷するのを防止することにある。

前記の目的達成のために請求項１に記載の本発明は、絶縁材製の静電チャック板と、プラズマ発生用の電極をなす金属製ベース部材とを接合してなる静電チャックであって、
前記金属製ベース部材内を貫通して前記静電チャック板の表面に開口するガス流路を有するものにおいて、
前記金属製ベース部材内におけるガス流路の壁面に絶縁材層を形成したことを特徴とする静電チャックである。

この種の静電チャックにおいては、金属製ベース部材がプラズマの発生のための高電圧を印加されることから高電位となる。一方、ガスはこのような高電位となっている金属製ベース部材内のガス流路を通ってウエハの裏面に供給される。すなわち、ガスは、高電位下にある金属製ベース部材内の金属がむき出しとなったガス流路内を通過することから、その通過の過程で励起されて次第に高電位状態となってウエハの裏面に供給される。本願発明者による各種の試験、検討の結果、原因不明の異常放電は、このようにして供給されるガスが高電位状態となること起因していることが判明したことに基づきなされたものであり、上記手段のように、前記金属製ベース部材内におけるガス流路の壁面に絶縁材層を形成することで、ガスが励起されることを防止するようにしたものである。

請求項２に記載の本発明は、前記ガス流路が、前記金属製ベース部材の厚み方向に貫通状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静電チャックである。

請求項３に記載の本発明は、前記金属製ベース部材内におけるガス流路に、セラミック製の管状体が嵌め込まれて固定され、該管状体が前記絶縁材層を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャックである。

請求項４に記載の本発明は、絶縁材製の静電チャック板と、プラズマ発生用の電極をなす金属製ベース部材とを接合してなる静電チャックであって、
前記金属製ベース部材内を貫通して前記静電チャック板の表面に開口されるガス流路を有するものにおいて、
前記金属製ベース部材内におけるガス流路内に、絶縁性がありかつ連続気孔を有する多孔質セラミック体を装填したことを特徴とする静電チャックである。さらに、請求項５に記載の本発明は、前記ガス流路が、前記金属製ベース部材の厚み方向に貫通状に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の静電チャックである。

請求項１〜３に記載の本発明によれば、金属製ベース部材（以下、単にベース部材ともいう）内に形成されたガス流路の内面に、ベース部材をなす金属がむき出しとなっておらず、電気的な絶縁材層が形成されている。このため、プラズマ発生のため、電極をなす金属製ベース部材に電圧が印加されて高電位となっても、その内部のガス流路を通過するガスは励起されることが防止される。これにより、ウエハと静電チャックとの間で、異常放電が発生することを防止できるため、静電チャック及びウエハが破損する等の問題を生じさせない。このうち、請求項２に記載の本発明によれば、前記ガス流路が、前記金属製ベース部材の厚み方向に貫通状に設けられていることから、そのガス流路を短くできるため、異常放電の発生防止効果をさらに高めることができる。

また、請求項４に記載の本発明によれば、金属製ベース部材内におけるガス流路内に、絶縁性がありかつ連続気孔を有する多孔質セラミック体を装填したものであるため、前記の効果と同様の効果が得られる。すなわち、ガスは多孔質セラミック体内の連続気孔を通過するが、その通過において、ガスが励起されることが防止されるためである。なお、このような多孔質セラミック体は緻密質セラミックに比べると低コストで製造できるため、コストの低減が期待される。そして、請求項５に記載の本発明によれば、請求項２に記載の本発明と同様に、そのガス流路を短くできるため、異常放電の発生防止効果をさらに高めることができる。

本発明を実施するための最良の形態について、図１及び図２に基いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る静電チャックの中央縦断面図である。図中、１は、静電チャックであり、絶縁体製の静電チャック板２をアルミニウム合金製のベース部材２１に図示しない接着剤層によって接着して構成されている。

本例では、静電チャック板２は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックス製（焼結体）で一定厚さ（５ｍｍ）の積層（図示しないが例えば１０層）構造をなす、直径が、３００ｍｍ、２００ｍｍ又は１５０ｍｍで、円形の平板形状を呈している。そして、その表側平面（上面）３が半導体ウエハ等の被吸着部材（ウエハともいう）１０１を吸着、保持する吸着面とされ、裏側平面（下面）４がベース部材２１への接着面とされ、両平面３，４は平行かつ高度の平面度に仕上げられている。この静電チャック板２は、その内部に静電力によって被吸着部材１０１を吸着するための電極５，５が埋設状に設けられており、外部にこの電極に連なる図示しない中継配線が引き出されている。

一方、金属製ベース部材２１は、静電チャック板２より大径で、一定厚さの円板形状を呈しており、表側平面（上面）２３に、静電チャック板２を同心状に配置し、その裏側平面４を図示しない接着剤層（例えば、シリコーン樹脂からなる接着剤）を介して接着して固定している。また、このような金属製ベース部材２１には、プラズマを発生させるために、高圧交流電源４０に接続される端子Ｔ１、Ｔ２を備えている。

また、このような静電チャック１をなすベース部材２１の内部には、本形態では、その厚み方向に（上下に）貫通するように、Ｈｅ、或いはＡｌ等のガスを静電チャツク板２の表面に供給するため円断面をなすガス流路２５が２箇所設けられている。ただし、そのガス流路２５は、本例ではその内壁面に、セラミックからなる絶縁材層が形成されるように、アルミナセラミック製で円筒状に形成されたブッシュ状の管状体３１が、ベース部材２１の厚み方向に貫通状にあけられた円断面の貫通孔に、それぞれ嵌め込まれて固定されている。この管状体３１は、両端面がベース部材２１の上下両面２３，２４と面一となるようにその長さが設定されており、圧入でもよいが、本例では隙間嵌め状態（例えば、直径で０．１ｍｍ程度の隙間）で嵌合され、管状体３１の外周面３２と金属製ベース部材２１におけるガス流路用の貫通孔の内周面２７との間に接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂（図示せず））を介して接着されている。なお、図示はしないが、ベース部材２１の内部には冷却液（水）を通す冷却液流路が別途に設けられており、また、突き出しピン用の貫通孔が適所に設けられている。さらに、金属製ベース部材２１の外側表面には陽極酸化処理などにより酸化皮膜が形成され、絶縁層を備えている。

他方、静電チャック板２の内部には、金属製ベース部材２１におけるガス流路２５に送り込まれたガスが、図１中において破線の矢印で示したように、静電チャック板２の表面３に供給されるように、ガス流路１１が設けられている。すなわち、静電チャック板２の表面３には、多数の箇所でガス供給口をなすように開口する表面側縦穴１２が設けられており、この表面側縦穴１２に連なるようにその表面３に平行に延びるように、ベース部材２１の中間に横穴１３が設けられており、この横穴１３の下方には、この横穴１３に連なるように静電チャック板２の裏面４側に開口する裏面側縦穴１４が設けられている。この裏面側縦穴１４は、金属製ベース部材２１に設けられたセラミック製の管状体３１の中空部であるガス流路２５に対応する位置に設けられている。このようにして、金属製ベース部材２１内のガス流路２５と静電チャック板２内のガス流路１１が連通されている。なお、横穴１３を有しない静電チャックにも本願発明は適用できる。

このような本形態の静電チャック１は、ウエハ１０１のエッチング処理装置の取付け座に金属製ベース部材２１の下面２４を介して取付けられて使用される。このとき、金属製ベース部材２１の管状体３１の中空部であるガス流路２５は、図示しない処理装置の取付け座に設けられたガス供給口に気密状に接続される。しかして、ウエハ１０１は、それの吸着面である静電チャック板２の表面３に載置され、埋設された電極５間に所定の電圧を印加することで発生する静電力によって吸着、保持される。一方、冷却用のガスを外部のガス供給源から、金属製ベース部材２１のガス流路である管状体３１の中空部内を通し、図１中の破線矢印で示したように、静電チャック板２のガス流路１１を通して、ウエハ１０１の下面に供給する。そして、その状態の下で、金属製ベース部材２１の各端子Ｔ１、Ｔ２を高圧交流電源４０に接続し、高圧交流電流を印加することによって、半導体ウエハ１０１の上にプラズマを発生させ、所望とする各処理を行う。このとき、本形態の静電チャック１においては次のような特有の効果が得られる。

すなわち、このような本形態の静電チャック１は、金属製ベース部材２１内に形成されたガス流路２５の壁面（内面）が、ベース部材２１を形成する金属がむき出しとなっておらず、管状体３１のなす電気的な絶縁材層で形成されている。このため、プラズマ発生のために、電極をなす金属製ベース部材２１が、電圧が印加されて高電位となっても、管状体３１の内側であるガス流路２５を通過するガスは励起されることが防止される。これにより、ウエハ１０１と静電チャック１との間で、従来におけるような異常放電が発生することを防止できる。

本形態では、金属製ベース部材２１内におけるガス流路２５の壁面を絶縁材層で形成するのに、金属製ベース部材２１に設けた貫通孔にアルミナセラミック製の管状体３１を嵌め込んで固定した場合を例示したが、本発明はこのようなものに限定されるものではない。すなわち、絶縁材層は、電気的な絶縁性がある素材であり、かつプラズマの発熱に対する耐熱性があるものであれば、その他のセラミック、或いはセラミック以外でも、絶縁性のある素材であるガラスや樹脂からなるもので形成してもよい。なお、絶縁層の厚みは、供給されるガスが、高電位となる金属製ベース部材から励起されるのを防止できるように、素材の絶縁性などに応じて適宜に設定すればよい。ただし、アルミナセラミックではその層（肉）の厚みは、４〜１２ｍｍとするのが適切である。

また、上記においては、金属製ベース部材内のガス流路の壁面に絶縁材層を形成するのに、セラミック等から形成された管状体を嵌め込むことで形成したが、これに限定されるものではない。例えば、樹脂で絶縁材層を形成する場合には、管状体を嵌め込むのでなく、上記の形態において、金属製ベース部材に貫通状に形成された貫通孔内に、コアを配置し、その貫通孔の内周面とコアの外周面とで形成される筒状空間に、液状或いはペースト状の樹脂を流し込んで、乾燥、固化させ、その後、コアーを引き抜くことで形成する、いわば鋳込み様の形成手法によっても形成できる。さらに、樹脂で形成する場合にはコーティング（塗布）することでも形成することができる。なお、樹脂により絶縁材層を形成する場合には、エポキシ樹脂、或いはシリコーン樹脂などの耐熱性の高い樹脂を用いるとよい。

さて、次に、本発明の別の実施の形態について、図３及び図４に基づいて説明する。ただし、上記の実施の形態のものが金属製ベース部材２１内のガス流路に、絶縁材からなる管状体３１を設けることで絶縁材層を形成したものである。これに対し、この静電チャック６１は、図３及び図４に示したように、金属製ベース部材２１内のガス流路に、軸方向に連通可能の連続気孔を有する多孔質セラミック体（円柱体）５１を嵌め込んだ点が異なるだけで、本質的相違はないことから、その相違点のみ説明し、同一部位には同一の符号を付すに止める。

すなわち、本形態においては、金属製ベース部材２１内のガス流路に、軸方向に連通可能の連続気孔を有する、管状体でない多孔質セラミック体（中実体）５１を嵌め込んで、上記の管状体３１と同様に接着剤で接着したものである。この多孔質セラミック体５１は、管状体ではないが連続気孔を有する多孔質であることから、ガス流路となすことができるとともに、連続気孔を通過するガスが、金属製ベース部材２１をなす金属との実質的な接触を防止できる。そのため、供給されるガスが励起されることを防止できる。連続気孔の径は、ガスの供給に支障がない程度に例えば孔径２５〜９０μｍのものとするのが好ましい。とくに好ましいのは、孔径２５〜３５μｍである。なお、このような連続気孔の多孔質セラミック体５１では、厳密に言えば金属製ベース部材２１を形成する金属とガスの接触はゼロとはならないが、ガスが励起されることを防止できる。そして、このような孔径の連続気孔では、実質的に空間の存在をなくすことができるため、放電防止効果も高い。さらに、このような多孔質セラミック体５１は緻密質セラミック体に比べると、製造コストの低減が図られる。

また、上記の各実施の形態においては、ベース部材２１内のガス流路が、同部材の厚み方向に貫通するシンプルな構造のものとして具体化したが、本発明におけるこのガス流路はこれ以外の形態のものとしてももちろん具体化できる。すなわち、本発明は、ガス流路が金属製ベース部材内でどのような複雑形態で形成されていても、そのガス流路の壁面に絶縁材層を形成することで、その目的が達成される。なお、複雑形状の流路の場合において、絶縁材層を管状体で形成する場合には、ベース部材を２つ割り等、複数部材の組立体とすることで、その絶縁材層を容易に形成することができる。また、絶縁材層を樹脂で形成する場合には、ベース部材におけるガス流路の内部に液状或いはペースト状の樹脂を流し込み、その後で排除することを、適数回行うなどして形成することができる。

その他、本発明は、上記した内容のものに限定されるものではなく、適宜に変更して具体化できる。例えば、金属製ベース部材は、通常は、アルミニウム又はアルミニウム合金とされるが、これら以外の素材のものである場合にも、その効果が得られる。また、上記した静電チャックにおいては、内部に一対の電極を備えてその電極間に電圧を印加することで靜電力を発生させる双極型のもので具体化したが、当然のことながら、単極型のもの、すなわち、内部の電極とウエハとの間に電圧を印加することで、静電チャック板上にウエハを吸着させるものにおいても具体化できる。

本発明の静電チャックの中央縦断面図。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図。 本発明の静電チャックの別の実施の形態に係る中央縦断面図。 図３のＢ−Ｂ線拡大断面図。 従来の静電チャックの中央縦断面図。

符号の説明

１ 静電チャック
２ 静電チャック板
３ 静電チャック板の表面
２１ 金属製ベース部材
２５ 金属製ベース部材内におけるガス流路
３１ セラミック製の管状体（絶縁材層）
５１ 多孔質セラミック体

Claims (5)

1. 絶縁材製の静電チャック板と、プラズマ発生用の電極をなす金属製ベース部材とを接合してなる静電チャックであって、
   前記金属製ベース部材内を貫通して前記静電チャック板の表面に開口するガス流路を有するものにおいて、
   前記金属製ベース部材内におけるガス流路の壁面に絶縁材層を形成したことを特徴とする静電チャック。
2. 前記ガス流路が、前記金属製ベース部材の厚み方向に貫通状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記金属製ベース部材内におけるガス流路に、セラミック製の管状体が嵌め込まれて固定され、該管状体が前記絶縁材層を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャック。
4. 絶縁材製の静電チャック板と、プラズマ発生用の電極をなす金属製ベース部材とを接合してなる静電チャックであって、
   前記金属製ベース部材内を貫通して前記静電チャック板の表面に開口されるガス流路を有するものにおいて、
   前記金属製ベース部材内におけるガス流路内に、絶縁性がありかつ連続気孔を有する多孔質セラミック体を装填したことを特徴とする静電チャック。
5. 前記ガス流路が、前記金属製ベース部材の厚み方向に貫通状に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の静電チャック。

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