JP2006270084A - Electrostatic chuck, wafer holding element and method of processing wafer - Google Patents

Electrostatic chuck, wafer holding element and method of processing wafer Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic chuck adapted to cause a small temperature difference in a wafer surface and to have a small removal response characteristic and gas leakage while retaining a temperature uniformity in the substrate and a high attraction power, and also to provide a wafer holding element using the chuck. <P>SOLUTION: The electrostatic chuck 1 is provided with: a plate-like ceramic body 2 with one of the major surfaces adapted to mount a matter to be held W as a mounting surface 3 and the other major surface or the interior portion provided with an electrode 6 for electrostatic attraction, wherein a circular protrusion 3a is provided in the peripheral portion of the mounting surface 3; a circular depression is provided inside the circular protrusion; a gas-filling surface 3b is provided inside the circular depression; a gas supply hole 5 for communicating with the circular depression is provided; and the ratio of the difference between the maximum value Ra (max) and the minimum value Ra (min) of the arithmetic average roughness Ra of the circular protrusion 3a to the maximum value Ra (max), that is (Ra(max)-Ra(min))/Ra(max), is set to 0.2 or less. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子や液晶表示パネルの製造装置における、静電チャック等のウェハ保持部材に関する。当該ウェハ保持部材は、半導体ウェハや液晶用ガラス基板等のウェハWを固定するために使用される。   The present invention relates to a wafer holding member such as an electrostatic chuck in an apparatus for manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display panel. The wafer holding member is used for fixing a wafer W such as a semiconductor wafer or a glass substrate for liquid crystal.

半導体の製造工程において、シリコンウェハW等のウェハWに精度良く成膜やエッチング等の処理を施すためには、ウェハWの平坦度を保ちながら、これを保持する必要がある。従来、このような保持手段として、機械式、真空チャック式、静電チャック式のウェハ保持部材が提案されている。   In the semiconductor manufacturing process, in order to accurately perform processing such as film formation and etching on the wafer W such as the silicon wafer W, it is necessary to maintain the wafer W while maintaining the flatness. Conventionally, mechanical, vacuum chuck, and electrostatic chuck type wafer holding members have been proposed as such holding means.

これらの保持手段の中で、静電気力によってウェハWを保持する静電チャック式のウェハ保持部材は、成膜やエッチング等の各種処理に求められるウェハWの平坦度を容易に実現することができる。特にこの静電チャックに関しては、真空中や腐食性ガス雰囲気で使用できる。そのため、静電チャック式のウェハ保持部材は、成膜装置やエッチング装置において多用されている。   Among these holding means, the electrostatic chuck type wafer holding member that holds the wafer W by electrostatic force can easily realize the flatness of the wafer W required for various processes such as film formation and etching. . In particular, this electrostatic chuck can be used in a vacuum or in a corrosive gas atmosphere. Therefore, electrostatic chuck type wafer holding members are frequently used in film forming apparatuses and etching apparatuses.

ところで、半導体素子の集積度の向上に伴って、半導体素子の特性安定化、歩留まり向上、単位時間当たりの処理枚数の増加などが強く求められている。その為、エッチングや成膜処理の際にウェハWをできるだけ早く、目的の温度にまで加熱し、ウェハW表面の全面の均熱性を高めることが求められている。   By the way, with the improvement of the degree of integration of semiconductor elements, there is a strong demand for stabilization of characteristics of semiconductor elements, improvement of yield, increase in the number of processed sheets per unit time, and the like. For this reason, it is required to heat the wafer W to the target temperature as quickly as possible during etching or film formation processing to improve the thermal uniformity of the entire surface of the wafer W.

そこで、ウェハWと静電チャックとの間の熱伝達特性を向上させ、ウェハWの表面温度の均一化を図ることが試みられている。ウェハWと静電チャックとの間の熱伝達特性を向上させるために、ウェハWを載せる載置面に、HeやAr等の不活性ガスを導入するガス供給孔と、このガス供給孔に連通する溝又は凹部とを形成する。そして、上記ガス供給孔より、載置面上にウェハWを吸着した場合にウェハWと溝や凹部とで形成される空間に不活性ガスを充填する。   Accordingly, attempts have been made to improve the heat transfer characteristics between the wafer W and the electrostatic chuck and to make the surface temperature of the wafer W uniform. In order to improve the heat transfer characteristics between the wafer W and the electrostatic chuck, a gas supply hole for introducing an inert gas such as He or Ar to the mounting surface on which the wafer W is placed, and the gas supply hole communicate with the gas supply hole. Forming grooves or recesses. Then, when the wafer W is adsorbed on the mounting surface from the gas supply hole, an inert gas is filled into the space formed by the wafer W and the groove or recess.

載置面に形成する溝形状や凹部形状については、例えば、特許文献1、2,3に記載されている。これらの文献には、図6に示すように、円板状をした静電チャック31の上面に、ガス供給孔34と、このガス供給孔34と連通する複数の放射状溝35と、各放射状溝35と連通し、且つ上記ガス供給孔34を中心に略等間隔で同心円状に配置された還状溝36と、を備えてなり、上記ガス供給孔34に13〜133Paのヘリウムガスが導入され、上記放射状溝35や上記環状溝36やガス供給孔34を除く上面をウェハWの載置面33とした静電チャック31が開示されている。   For example, Patent Documents 1, 2, and 3 describe the groove shape and the concave shape formed on the mounting surface. In these documents, as shown in FIG. 6, a gas supply hole 34, a plurality of radial grooves 35 communicating with the gas supply hole 34, and each radial groove are formed on the upper surface of a disk-shaped electrostatic chuck 31. 35 and a return groove 36 disposed concentrically at substantially equal intervals around the gas supply hole 34, and 13 to 133 Pa of helium gas is introduced into the gas supply hole 34. An electrostatic chuck 31 is disclosed in which the upper surface excluding the radial grooves 35, the annular grooves 36 and the gas supply holes 34 is used as the mounting surface 33 of the wafer W.

また、特許文献4には、図7(a)に示すように、円板状をした静電チャック41の上面に、ガス供給孔44と、このガス供給孔44と連通する複数の放射状溝45と、各放射状溝45の端部と連通する一つの環状溝46を備えてなり、上記放射状溝45や上記環状溝46やガス供給孔44を除く静電チャック41の上面をウェハWの載置面43とするとともに、該載置面43にはブラスト加工が施され、該載置面43に、図7(b)に示すような凹凸面とした静電チャックが開示されている。   Further, in Patent Document 4, as shown in FIG. 7A, a gas supply hole 44 and a plurality of radial grooves 45 communicating with the gas supply hole 44 are formed on the upper surface of a disc-shaped electrostatic chuck 41. And an annular groove 46 communicating with the end of each radial groove 45, and the upper surface of the electrostatic chuck 41 excluding the radial groove 45, the annular groove 46, and the gas supply hole 44 is placed on the wafer W. In addition to the surface 43, the mounting surface 43 is blasted, and an electrostatic chuck having an uneven surface as shown in FIG. 7B is disclosed on the mounting surface 43.

特許文献5、6、7、8には、図8に示すように、円板状をした静電チャック51の上面に、複数の微小凸部52を点在させるとともに、上面周縁に環状凸部57が設けられ、上記微小凸部52及び環状凸部57の頂面がウェハWの載置面53となされ、静電チャック51の上面には複数のガス供給孔54を設けられ、13〜1333Paのヘリウムガスが導入される静電チャックが開示されている。   In Patent Documents 5, 6, 7, and 8, as shown in FIG. 8, a plurality of minute convex portions 52 are scattered on the upper surface of a disc-shaped electrostatic chuck 51, and an annular convex portion is formed on the periphery of the upper surface. 57, and the top surfaces of the minute convex portion 52 and the annular convex portion 57 serve as a mounting surface 53 for the wafer W, and a plurality of gas supply holes 54 are provided on the upper surface of the electrostatic chuck 51. An electrostatic chuck into which a helium gas is introduced is disclosed.

更に、特許文献9には、ウェハWを載せる載置面の周縁部に環状の凸状が形成され、中央部に凹面が形成された静電チャックが開示されている。
特許第2626618号公報 特開平6−112302号公報 特開平2−119131号公報 特開平10−56054号公報 特開平7−153825号公報 特開平9−213777号公報 特開平7−18438号公報 特開平8−55905号公報 特開2002−261157号公報
Further, Patent Document 9 discloses an electrostatic chuck in which an annular convex shape is formed at the peripheral portion of the mounting surface on which the wafer W is placed, and a concave surface is formed at the central portion.
Japanese Patent No. 2626618 JP-A-6-112302 JP-A-2-119131 Japanese Patent Laid-Open No. 10-56054 Japanese Patent Laid-Open No. 7-153825 JP-A-9-213777 Japanese Patent Laid-Open No. 7-18438 JP-A-8-55905 JP 2002-261157 A

ところが、特許文献1〜9に開示された静電チャックを使い、上記ガス導入口よりウェハWと載置面とで形成される空間にヘリウムガス等を充填すると、載置面の外周部とウェハWの周縁との間から漏れるガス流量が部分的に相違することとなり、載置面とウェハWとの間で充填されたガスによる熱伝達量が異なることとなる結果、ウェハW表面の温度差が大きくなる虞があった。   However, when the electrostatic chuck disclosed in Patent Documents 1 to 9 is used and the space formed by the wafer W and the mounting surface is filled with helium gas or the like from the gas inlet, the outer peripheral portion of the mounting surface and the wafer As a result, the flow rate of gas leaking from the periphery of W is partially different, and the amount of heat transfer by the gas filled between the mounting surface and the wafer W is different, resulting in a temperature difference on the surface of the wafer W. There was a risk of increasing.

また、図6に示す載置面を有する静電チャック31では、隣り合う2つの放射状溝35と還状溝36とで囲まれる載置面33の面積が、中心部より周縁部の方が大きい。そのため、載置面33からウェハWへ伝わる熱伝達量が中心部より周縁部の方が多くなってウェハWの周縁部の温度が中心部より高くなる。それにより、図6に示す載置面を有する静電チャック31では、ウェハWの面内温度差が大きなり、均熱性が損なわれるといった課題があった。   Further, in the electrostatic chuck 31 having the mounting surface shown in FIG. 6, the area of the mounting surface 33 surrounded by the two adjacent radial grooves 35 and the return groove 36 is larger at the peripheral portion than at the center portion. . Therefore, the amount of heat transferred from the mounting surface 33 to the wafer W is higher at the peripheral portion than at the central portion, and the temperature of the peripheral portion of the wafer W is higher than that at the central portion. Accordingly, the electrostatic chuck 31 having the mounting surface shown in FIG. 6 has a problem that the in-plane temperature difference of the wafer W is large and the thermal uniformity is impaired.

また、特許文献3に記載の静電チャックにおいては、導入ガスの圧力が数百Pa以上と大きくなると載置面の形状が温度分布に現れ、ウェハ表面の温度差が大きくなるとの問題があった。また、吸着力が高すぎるために、印加電圧を切った時に残留吸着が発生し、被保持物の離脱応答性が悪くなる。それにより、スループットが小さくなって、生産性が低くなるという問題があった。   Further, the electrostatic chuck described in Patent Document 3 has a problem that when the pressure of the introduced gas is increased to several hundred Pa or more, the shape of the mounting surface appears in the temperature distribution and the temperature difference on the wafer surface increases. . Further, since the adsorption force is too high, residual adsorption occurs when the applied voltage is turned off, and the detachment response of the object to be held is deteriorated. As a result, there is a problem that throughput is reduced and productivity is lowered.

さらに、特許文献8に記載した静電チャックは、印加電圧を切った時に残留吸着が発生し、被保持物の離脱応答性が悪くなり、スループットが小さくなって、生産性が低くなるという離脱応答性の問題に加えて、さらに不良率が高くなるという問題があった。これは、この静電チャックの表面粗さが均一で、かつ小さいため、温度均一性は高くなるものの、温度上昇によってウェハが反るため、基板の外周エッジに近い微小な隙間からガスのリークが発生し、プラズマ処理の均一性及び再現性に悪影響を及ぼすからである。   Further, the electrostatic chuck described in Patent Document 8 causes residual adsorption when the applied voltage is turned off, the separation response of the object to be held deteriorates, the throughput decreases, and the productivity decreases. In addition to the problem of property, there is a problem that the defect rate is further increased. This is because the surface roughness of the electrostatic chuck is uniform and small, so the temperature uniformity is high, but the wafer is warped due to the temperature rise, so gas leaks from a minute gap near the outer edge of the substrate. This is because it generates and adversely affects the uniformity and reproducibility of the plasma processing.

また、図7に示す静電チャック41においても、図6の静電チャックと同様にウェハWの面内温度差が大きいとの課題があった。   Further, the electrostatic chuck 41 shown in FIG. 7 has a problem that the in-plane temperature difference of the wafer W is large as in the electrostatic chuck of FIG.

このように、従来の静電チャックにおいては、均熱性、吸着力及び離脱応答性の全ての特性に優れるものが得られていない。その結果、従来の静電チャックでは、半導体製造工程においてスループットが低下したり、不良率を高くなるという問題があった。   Thus, in the conventional electrostatic chuck, what is excellent in all the characteristics of thermal uniformity, adsorption power, and detachment response has not been obtained. As a result, the conventional electrostatic chuck has a problem that throughput is lowered and a defect rate is increased in a semiconductor manufacturing process.

従って、本発明は、基板の均熱性と高い吸着力を維持しながら、離脱応答性とガスリークの少ない静電チャック及びそれを用いた処理装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrostatic chuck with little separation response and gas leak while maintaining the thermal uniformity and high adsorption force of the substrate, and a processing apparatus using the electrostatic chuck.

本研究者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を行った結果、以下のような知見を得た。   As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have obtained the following findings.

板状セラミックス対の載置面の周縁に形成された環状凸部と、被保持物を吸着するための静電吸着用電極と、上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔とを備えてなる静電チャックにおいて、上記環状凸部の上面と、上記環状凸部の上面に接触するように配置された被保持物との間から多くのガスがリークし、それとともに多くの熱が放出される。一方、算術平均粗さが小さい部分においては、算術平均粗さが大きい部分よりもガスのリークが少なく、それに伴う熱の放出量が少ない。そのため環状凸部と載置面と被保持物との間に充填されたガスによる熱伝達量が、各部分で相違するようになり、加熱されるべき被保持物、例えば半導体ウェハや液晶用ガラス基板等の面内の温度差が大きくなる。それにしたがって、成膜処理、エッチング処理された被保持物において多くの不良品が発生する。そこで、上記環状凸部の算術平均粗さRaの各部分の差を無くして、環状凸部の上面の粗さを均一にすれば、上記環状凸部の上面と、上記環状凸部の上面と接触するように配置された被保持物との間からリークするガス量を、当該環状凸部の全面に亘って均一にすることができ、それにより均熱性を向上させることができる。そして、それにより半導体ウェハ等を均質に成膜処理、又はエッチング処理することができる。また、上記環状凸部の上面の算術平均粗さRaの差をできるだけ小さくすれば、ガスのリーク量も減少させることができ、被保持物の保持力を高く維持することができる。そこで、本発明者らは、上記知見に基づき、本発明を完成するに至った。   A static protrusion comprising an annular convex portion formed on the periphery of the mounting surface of the plate-shaped ceramic pair, an electrostatic adsorption electrode for adsorbing an object to be held, and a through-hole penetrating the plate-shaped ceramic body. In the electric chuck, a large amount of gas leaks from between the upper surface of the annular convex portion and the object to be held that is in contact with the upper surface of the annular convex portion, and much heat is released. On the other hand, in the portion where the arithmetic average roughness is small, there is less gas leakage than in the portion where the arithmetic average roughness is large, and the amount of heat released therewith is small. Therefore, the amount of heat transfer by the gas filled between the annular convex part, the mounting surface and the object to be held is different in each part, and the object to be heated, for example, a semiconductor wafer or a glass for liquid crystal The temperature difference in the surface of the substrate or the like becomes large. Accordingly, many defective products are generated in the object to be held subjected to the film formation process and the etching process. Therefore, if the roughness of the upper surface of the annular convex portion is made uniform by eliminating the difference in the arithmetic average roughness Ra of the annular convex portion, the upper surface of the annular convex portion and the upper surface of the annular convex portion The amount of gas leaking from between the objects to be held arranged so as to be in contact with each other can be made uniform over the entire surface of the annular convex portion, thereby improving the heat uniformity. Thereby, the semiconductor wafer or the like can be uniformly formed or etched. Further, if the difference in arithmetic mean roughness Ra of the upper surface of the annular convex portion is made as small as possible, the amount of gas leakage can be reduced, and the holding force of the object to be held can be kept high. Therefore, the present inventors have completed the present invention based on the above findings.

したがって、本発明は、一方の主面が被保持物を載せる載置面であり、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極を備え、上記載置面の外周端部に設けられた、上記被保持物と接触する環状凸部と、該環状凸部の内側に設けられた貫通孔と、を有する板状セラミックス体を備える静電チャックであって、上記環状凸部の、上記被保持物と接触する面の算術平均粗さRaの最大値をRa(max)、最小値をRa(min)としたときに、
{Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)が0.2以下であることを特徴とする静電チャックにある。
Therefore, in the present invention, one main surface is a mounting surface on which the object is to be held, and the other main surface or the inside is provided with an electrode for electrostatic attraction, and is provided at the outer peripheral end of the mounting surface. An electrostatic chuck comprising a plate-like ceramic body having an annular convex portion that comes into contact with the object to be held and a through hole provided inside the annular convex portion, wherein the annular convex portion is held. When the maximum value of the arithmetic average roughness Ra of the surface in contact with the object is Ra (max) and the minimum value is Ra (min),
{Ra (max) −Ra (min)} / Ra (max) is 0.2 or less.

また、本発明は、上記静電チャックにおいて、上記環状凸部の内側に環状凹部を設けても良い。   Further, according to the present invention, in the electrostatic chuck, an annular concave portion may be provided inside the annular convex portion.

ここで、算術平均粗さRaとは、粗さ曲線からその平均線の方向に測定長さの部分を抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にx軸をとり、縦倍率の方向にy軸をとり、粗さ曲線をy=f(x)で表したとき、
Ra=1/L×∫ |f(x)|dx
により与えられる値をμm(マイクロメートル)で表したものをいう。また、より具体的には、Raの測定方法は、JIS B0601−1994に準ずる。Raの値が0.02μm以下では、カットオフ値(λc)は0.08mmで評価長さ(Ln)は0.4mmである。Raが0.02μmを超え0.1μm以下では、λcは0.25mmでLnは1.25mmである。Raが0.1μmを超え2μm以下では、λcは0.8mmでLnは4mmである。Raが2μmを超え10μm以下では、λcは2.5mmでLnは12.5mmである。さらに、Raが10μmを超えて80μm以下では、λcは8mmでLnは40mmである。
Here, the arithmetic average roughness Ra means that a portion of the measurement length is extracted from the roughness curve in the direction of the average line, the x-axis is taken in the direction of the average line of the extracted portion, and the y-axis is taken in the direction of the vertical magnification. And the roughness curve is expressed as y = f (x),
Ra = 1 / L × ∫ 0 L | f (x) | dx
Is a value expressed by μm (micrometer). More specifically, the Ra measurement method conforms to JIS B0601-1994. When the value of Ra is 0.02 μm or less, the cutoff value (λc) is 0.08 mm and the evaluation length (Ln) is 0.4 mm. When Ra exceeds 0.02 μm and is 0.1 μm or less, λc is 0.25 mm and Ln is 1.25 mm. When Ra exceeds 0.1 μm and is 2 μm or less, λc is 0.8 mm and Ln is 4 mm. When Ra exceeds 2 μm and is 10 μm or less, λc is 2.5 mm and Ln is 12.5 mm. Further, when Ra exceeds 10 μm and is 80 μm or less, λc is 8 mm and Ln is 40 mm.

さらに、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記載置面の中央には、上記環状凹部の内側に、滑らかな凹面を有し、上記環状凸部の、上記被保持物と接触する面が、上記凹面より高く突出していることを特徴とする。   Furthermore, the electrostatic chuck according to the present invention has a smooth concave surface inside the annular concave portion at the center of the mounting surface in the above configuration, and contacts the object to be held of the annular convex portion. The surface to be protruded is higher than the concave surface.

さらに、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記凹面の中央に向けて算術平均粗さRaが小さくなることを特徴とする。   Furthermore, the electrostatic chuck according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, the arithmetic average roughness Ra decreases toward the center of the concave surface.

さらに、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記静電吸着用電極が、上記滑らかな凹面と上記環状凹部とに対向して設けられていることを特徴とする。   Furthermore, the electrostatic chuck according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, the electrostatic chucking electrode is provided to face the smooth concave surface and the annular concave portion.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記環状凸部の算術平均粗さRaが0.5〜1.2μmであることを特徴とする。   Moreover, the electrostatic chuck according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, the arithmetic average roughness Ra of the annular convex portion is 0.5 to 1.2 μm.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記静電チャックの他方の主面側に発熱体シートを備えたことを特徴とする。   The electrostatic chuck according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, a heating element sheet is provided on the other main surface side of the electrostatic chuck.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記発熱体シートの下面側に冷却部材を備えたことを特徴とする。   The electrostatic chuck according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, a cooling member is provided on the lower surface side of the heating element sheet.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記静電チャックと発熱体シートと冷却部材とをこの順に有機接着剤で貼り合わせたことを特徴とする。   Moreover, the electrostatic chuck according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, the electrostatic chuck, the heating element sheet, and the cooling member are bonded together in this order with an organic adhesive.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記板状セラミックス体の40℃での体積固有抵抗値が、10〜1012Ω・cmであることを特徴とする。 The electrostatic chuck according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, the plate-like ceramic body has a volume resistivity value of 10 8 to 10 12 Ω · cm at 40 ° C.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記板状セラミックス体がアルミナ或いは窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする。   The electrostatic chuck according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, the plate-like ceramic body is mainly composed of alumina or aluminum nitride.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記板状セラミックス体がアルミナを主成分とし、微量成分として4族元素化合物を含むことを特徴とする。   The electrostatic chuck according to the present invention is characterized in that, in the above configuration, the plate-like ceramic body contains alumina as a main component and a group 4 element compound as a trace component.

また、本発明に係るウェハの処理方法は、一方の主面がウェハを載せる載置面であり、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極を備え、上記載置面の外周端部に設けられた、上記ウェハと接触する環状凸部と、該環状凸部より内側に設けられた貫通孔と、を有する板状セラミックス体を備える静電チャックであって、上記環状凸部の、上記ウェハと接触する面の算術平均粗さRaの最大値をRa(max)、最小値をRa(min)としたときに、
{Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)が0.2以下である静電チャックの載置面にウェハを載せ、上記静電チャックに設けられた上記静電吸着用電極により上記ウェハを吸着する工程と、上記貫通孔にガスを供給する工程と、上記環状凸部とウェハとの間から上記ガスを一定流量放出しながら、上記ウェハに半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理およびレジスト膜形成処理の少なくとも1つを行なう工程と、を備えることを特徴とする。
Further, in the wafer processing method according to the present invention, one main surface is a mounting surface on which a wafer is placed, and the other main surface or an electrode for electrostatic adsorption is provided on the outer peripheral end of the mounting surface. An electrostatic chuck comprising a plate-shaped ceramic body provided with an annular convex portion that comes into contact with the wafer and a through hole provided inside the annular convex portion, wherein the annular convex portion When the maximum value of the arithmetic average roughness Ra of the surface in contact with the wafer is Ra (max) and the minimum value is Ra (min),
A wafer is placed on the mounting surface of the electrostatic chuck whose {Ra (max) -Ra (min)} / Ra (max) is 0.2 or less, and the electrostatic chucking electrode provided on the electrostatic chuck is used. A process of adsorbing the wafer, a process of supplying a gas to the through-hole, a process of forming a semiconductor thin film on the wafer, and an etching process while releasing the gas at a constant flow rate from between the annular projection and the wafer. And a step of performing at least one of a resist film forming process.

また、本発明に係るウェハの処理方法は、一方の主面がウェハを載せる載置面であり、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極を備え、上記載置面の外周端部に設けられた、上記ウェハと接触する環状凸部と、該環状凸部より内側に設けられた貫通孔と、を有する板状セラミックス体を備える静電チャックであって、上記環状凸部の、上記ウェハと接触する面の算術平均粗さRaの最大値をRa(max)、最小値をRa(min)としたときに、
{Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)が0.2以下である静電チャックと、該静電チャックの他方の主面側に発熱体シートを備え、さらに該発熱体シートの下面側に冷却部材を備えるとともに、上記静電チャックと、上記発熱体シートと、上記冷却部材とがこの順に有機接着剤で貼り合わされたウェハ保持部材の載置面にウェハを載せ、上記静電チャックに設けられた上記静電吸着用電極により上記ウェハを吸着する工程と、上記貫通孔にガスを供給する工程と、上記環状凸部とウェハとの間から上記ガスを一定流量放出しながら、上記ウェハに半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理およびレジスト膜形成処理の少なくとも1つを行なう工程と、を備えることを特徴とする。
Further, in the wafer processing method according to the present invention, one main surface is a mounting surface on which a wafer is placed, and the other main surface or an electrode for electrostatic adsorption is provided on the outer peripheral end of the mounting surface. An electrostatic chuck comprising a plate-shaped ceramic body provided with an annular convex portion that comes into contact with the wafer and a through hole provided inside the annular convex portion, wherein the annular convex portion When the maximum value of the arithmetic average roughness Ra of the surface in contact with the wafer is Ra (max) and the minimum value is Ra (min),
An electrostatic chuck having {Ra (max) −Ra (min)} / Ra (max) of 0.2 or less, a heating element sheet on the other main surface side of the electrostatic chuck, and further the heating element sheet A cooling member is provided on the lower surface side of the wafer, and a wafer is placed on a mounting surface of a wafer holding member in which the electrostatic chuck, the heating element sheet, and the cooling member are bonded together in this order with an organic adhesive. A step of adsorbing the wafer by the electrostatic adsorption electrode provided on the electric chuck, a step of supplying a gas to the through-hole, and discharging the gas from between the annular convex portion and the wafer at a constant flow rate. And a step of performing at least one of a semiconductor thin film forming process, an etching process, and a resist film forming process on the wafer.

以上のように、本発明によれば、一方の主面が被保持物を載せる載置面であり、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極を備え、上記載置面の外周端部に設けられた、上記被保持物と接触する環状凸部と、該環状凸部の内側に設けられた貫通孔と、を有する板状セラミックス体を備える静電チャックであって、上記環状凸部の、上記被保持物と接触する面の算術平均粗さRaの最大値をRa(max)、最小値をRa(min)としたときに、{Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)が0.2以下とすることで、上記被保持物であるウェハW面内の温度差を小さくするとともに、ウェハW離脱時間を小さくしガスリーク量が小さく、吸着力の大きな静電チャックやウェハ保持部材を提供できる。また、載置面とウェハWの間に供給したガスのガスリーク量が少ないことから各種の成膜工程やエッチング工程等に使用できるウェハ保持部材を提供できる。   As described above, according to the present invention, one main surface is a mounting surface on which an object is placed, and the other main surface or the inside is provided with an electrode for electrostatic attraction, and the outer peripheral end of the mounting surface described above An electrostatic chuck comprising a plate-like ceramic body having an annular convex portion that is in contact with the object to be held and a through-hole provided inside the annular convex portion, the annular convex portion {Ra (max) -Ra (min)} / Ra where the maximum value of the arithmetic average roughness Ra of the surface in contact with the object to be held is Ra (max) and the minimum value is Ra (min). By setting (max) to 0.2 or less, the temperature difference in the surface of the wafer W, which is the object to be held, is reduced, the wafer W separation time is reduced, the amount of gas leak is small, and the electrostatic chuck has a large attractive force. And a wafer holding member. In addition, since the amount of gas leaked between the mounting surface and the wafer W is small, a wafer holding member that can be used in various film forming processes, etching processes, and the like can be provided.

また、本発明は、上記静電チャックにおいて、上記環状凸部の内側に環状凹部を設けることで、ウェハWの裏面にガスを供給することが容易となる。   Further, according to the present invention, in the electrostatic chuck, it is easy to supply a gas to the back surface of the wafer W by providing an annular concave portion inside the annular convex portion.

さらに上記載置面の中央には上記環状凹部から滑らかな凹面となるガス充填面を有し、上記環状凸部の頂面が上記ガス充填面より突出していると、ウェハWが載置面から離脱する際に、ウェハWの反りによる応力が作用してウェハWが容易に載置面から離脱することができる。   Furthermore, the center of the mounting surface has a gas filling surface that becomes a smooth concave surface from the annular recess, and when the top surface of the annular projection protrudes from the gas filling surface, the wafer W is removed from the mounting surface. At the time of detachment, the stress due to the warp of the wafer W acts and the wafer W can be easily detached from the mounting surface.

さらに、上記構成において、上記載置面の中央には、上記環状凹部の内側に、滑らかな凹面を有し、上記環状凸部の、上記被保持物と接触する面が、上記凹面より高く突出していると、上記凹面にガスを充填することができるとともに、ウェハWが上記環状凸部と接触しガスリーク量を抑制できる。   Further, in the above configuration, the center of the placement surface has a smooth concave surface inside the annular recess, and a surface of the annular projection that contacts the object to be held projects higher than the concave surface. As a result, the concave surface can be filled with gas, and the wafer W can come into contact with the annular convex portion to suppress the amount of gas leakage.

さらに、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記凹面の中央に向けて算術平均粗さRaが小さくなると、上記環状凹部から凹面の中央に向けてガスをスムースに流すことができる。   Further, in the electrostatic chuck according to the present invention, in the above configuration, when the arithmetic average roughness Ra decreases toward the center of the concave surface, the gas can smoothly flow from the annular concave portion toward the center of the concave surface.

さらに、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記静電吸着用電極が、上記滑らかな凹面と上記環状凹部とに対向して設けられていると、上記環状凸部とウェハWとが適度の力で吸着し、上記環状凸部とウェハWとの隙間からガスを所望の量流すことができる。   Furthermore, in the electrostatic chuck according to the present invention, in the above configuration, when the electrode for electrostatic attraction is provided to face the smooth concave surface and the annular concave portion, the annular convex portion and the wafer W Can be adsorbed with an appropriate force, and a desired amount of gas can flow from the gap between the annular convex portion and the wafer W.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記環状凸部の算術平均粗さRaが0.5〜1.2μmであると、上記環状凸部とウェハWとの隙間から流れ出るガス量を小さくすることができる。   In the electrostatic chuck according to the present invention, in the above configuration, when the arithmetic average roughness Ra of the annular convex portion is 0.5 to 1.2 μm, the gas flowing out from the gap between the annular convex portion and the wafer W The amount can be reduced.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記の静電チャックの他方の主面側に発熱体シートを備えると、ウェハWを所望の温度に加熱することができるとともに、ウェハW面内の温度差を極めて小さくすることができる。   The electrostatic chuck according to the present invention can heat the wafer W to a desired temperature and include the heating element sheet on the other main surface side of the electrostatic chuck. The in-plane temperature difference can be made extremely small.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記発熱体シートの下面側に冷却部材を備えると、ウェハWを加熱することができるとともに、ウェハWを冷却することもできるし、ウェハWの面内温度を急激に変更することができる。   Further, in the electrostatic chuck according to the present invention, in the above configuration, when the cooling member is provided on the lower surface side of the heating element sheet, the wafer W can be heated and the wafer W can be cooled. The in-plane temperature of W can be changed rapidly.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記静電チャックと発熱体シートと冷却部材をこの順に有機接着剤で貼り合わることで、ウェハWを急速に加熱したり冷却することができるとともに、急激な温度変化が生じても上記張り合わせ面が剥離する虞が少ない。   In the electrostatic chuck according to the present invention, in the above-described configuration, the electrostatic chuck, the heating element sheet, and the cooling member are bonded together in this order with an organic adhesive to rapidly heat or cool the wafer W. In addition, the bonded surface is less likely to peel off even when a sudden temperature change occurs.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記板状セラミックス体の40℃での体積固有抵抗値が、10〜1012Ω・cmであると、ウェハWを載置面に強固に吸着することができる。 In the electrostatic chuck according to the present invention, in the above configuration, when the volume specific resistance value at 40 ° C. of the plate-like ceramic body is 10 8 to 10 12 Ω · cm, the wafer W is placed on the mounting surface. It can be adsorbed firmly.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記板状セラミックス体がアルミナ或いは窒化アルミニウムを主成分とすると、載置面が仮にプラズマ雰囲気に晒されても上記載置面が腐食することがなく、上記載置面の表面粗さが変化する虞が少なく、耐久性の優れたウェハ保持部材を提供できる。   In the electrostatic chuck according to the present invention, in the above configuration, when the plate-shaped ceramic body is mainly composed of alumina or aluminum nitride, the mounting surface is corroded even if the mounting surface is exposed to a plasma atmosphere. There is no possibility that the surface roughness of the mounting surface is changed, and a wafer holding member having excellent durability can be provided.

また、本発明に係る静電チャックは、上記構成において、上記板状セラミックス体がアルミナを主成分とし、微量成分として4族元素化合物を含むことで、アルミナの体積固有抵抗を低下させることができるとともに、載置面にウェハWを強固に吸着することができる。   Further, in the electrostatic chuck according to the present invention, in the above configuration, the plate-like ceramic body contains alumina as a main component, and a group 4 element compound as a trace component can reduce the volume resistivity of alumina. At the same time, the wafer W can be firmly adsorbed to the mounting surface.

また、本発明に係るウェハの処理方法は、一方の主面がウェハを載せる載置面であり、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極を備え、上記載置面の外周端部に設けられた、上記ウェハと接触する環状凸部と、該環状凸部より内側に設けられた貫通孔と、を有する板状セラミックス体を備える静電チャックであって、上記環状凸部の、上記ウェハと接触する面の算術平均粗さRaの最大値をRa(max)、最小値をRa(min)としたときに、{Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)が0.2以下である静電チャックの載置面にウェハを載せ、上記静電チャックに設けられた静電吸着用電極により上記ウェハを吸着する工程と、上記貫通孔にガスを供給する工程と、上記環状凸部とウェハとの間から上記ガスを一定流量放出しながら、上記ウェハに半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理およびレジスト膜形成処理の少なくとも1つを行なう工程と、を備えることにより、ウェハWの表面温度を均一にすることができることから、ウェハに成膜処理やエッチング処理およびレジスト膜形成処理を行っても、ウェハWの全面に亘って均一な加工処理を施すことができる。   Further, in the wafer processing method according to the present invention, one main surface is a mounting surface on which a wafer is placed, and the other main surface or an electrode for electrostatic adsorption is provided on the outer peripheral end of the mounting surface. An electrostatic chuck comprising a plate-shaped ceramic body provided with an annular convex portion that comes into contact with the wafer and a through hole provided inside the annular convex portion, wherein the annular convex portion {Ra (max) −Ra (min)} / Ra (max) is 0 when the maximum value of the arithmetic average roughness Ra of the surface in contact with the wafer is Ra (max) and the minimum value is Ra (min). A step of placing a wafer on a mounting surface of the electrostatic chuck that is less than or equal to 2 and sucking the wafer by an electrostatic chucking electrode provided on the electrostatic chuck; and a step of supplying a gas to the through hole; The gas is released at a constant flow rate between the annular projection and the wafer. However, since the surface temperature of the wafer W can be made uniform by providing the wafer with a process of performing at least one of a semiconductor thin film deposition process, an etching process, and a resist film formation process on the wafer, Even if the film forming process, the etching process, and the resist film forming process are performed, uniform processing can be performed over the entire surface of the wafer W.

また、本発明に係るウェハの処理方法は、一方の主面がウェハを載せる載置面であり、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極を備え、上記載置面の外周端部に設けられた、上記ウェハと接触する環状凸部と、該環状凸部より内側に設けられた貫通孔と、を有する板状セラミックス体を備える静電チャックであって、上記環状凸部の、上記ウェハと接触する面の算術平均粗さRaの最大値をRa(max)、最小値をRa(min)としたときに、{Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)が0.2以下である静電チャックと、該静電チャックの他方の主面側に発熱体シートを備え、さらに上記発熱体シートの下面側に冷却部材を備えるとともに、上記静電チャックと、上記発熱体シートと、上記冷却部材とがこの順に有機接着剤で貼り合わされたウェハ保持部材の載置面にウェハを載せ、上記静電チャックに設けられた静電吸着用電極により上記ウェハを吸着する工程と、上記貫通孔にガスを供給する工程と、上記環状凸部とウェハとの間から上記ガスを一定流量放出しながら、上記ウェハに半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理およびレジスト膜形成処理の少なくとも1つを行なう工程と、を備えることにより、ウェハWを所望の温度に加熱したり、冷却することができるとともに、ウェハW面内の温度差を小さくすることができることから、ウェハWの全面に亘って均一な加工処理を施すことができる。   Further, in the wafer processing method according to the present invention, one main surface is a mounting surface on which a wafer is placed, and the other main surface or an electrode for electrostatic adsorption is provided on the outer peripheral end of the mounting surface. An electrostatic chuck comprising a plate-shaped ceramic body provided with an annular convex portion that comes into contact with the wafer and a through hole provided inside the annular convex portion, wherein the annular convex portion {Ra (max) −Ra (min)} / Ra (max) is 0 when the maximum value of the arithmetic average roughness Ra of the surface in contact with the wafer is Ra (max) and the minimum value is Ra (min). 2 or less, a heating element sheet on the other main surface side of the electrostatic chuck, a cooling member on the lower surface side of the heating element sheet, the electrostatic chuck, and the heating element The body sheet and the cooling member are organically bonded in this order. Placing the wafer on the mounting surface of the wafer holding member bonded in step, sucking the wafer by the electrostatic chucking electrode provided on the electrostatic chuck, supplying gas to the through hole, and A step of performing at least one of a semiconductor thin film forming process, an etching process, and a resist film forming process on the wafer while discharging the gas from the annular convex portion and the wafer at a constant flow rate. Since W can be heated to a desired temperature or cooled, and the temperature difference in the wafer W surface can be reduced, uniform processing can be performed over the entire surface of the wafer W.

本実施の形態に係る静電チャック1は、一方の主面が被保持物を載せる載置面3であり、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極6を備える板状セラミックス体2を有する。さらに、上記板状セラミックス体2は、外周端部から離れて環状凹部4が設けられており、それにより上記環状凹部4の外側が環状凸部3aとなっている。また、上記環状凹部4の内側に、滑らかな凹面3b(滑らかな凹面はガス充填面として用いられる)が形成され、上記環状凸部3aが上記凹面3bより高く突出しており、上記環状凸部3aより内側に貫通孔5(貫通孔5はガス供給孔として用いられる)が設けられている。上記静電チャック1において、上記環状凸部3aの、上記被保持物と接触する面の算術平均粗さRaの最大値をRa(max)、最小値をRa(min)としたときに、{Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)が0.2以下であることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る静電チャックを、図面を用いて詳細に説明する。   In the electrostatic chuck 1 according to the present embodiment, a plate-like ceramic body 2 having one main surface on which the object to be held is placed and the other main surface or the electrode 6 for electrostatic attraction inside. Have. Further, the plate-like ceramic body 2 is provided with an annular recess 4 away from the outer peripheral end, whereby the outer side of the annular recess 4 is an annular projection 3a. Further, a smooth concave surface 3b (smooth concave surface is used as a gas filling surface) is formed inside the annular concave portion 4, the annular convex portion 3a protrudes higher than the concave surface 3b, and the annular convex portion 3a. A through hole 5 (the through hole 5 is used as a gas supply hole) is provided further inside. In the electrostatic chuck 1, when the maximum value of the arithmetic average roughness Ra of the surface of the annular convex portion 3a in contact with the object to be held is Ra (max) and the minimum value is Ra (min), { Ra (max) -Ra (min)} / Ra (max) is 0.2 or less. An electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1(a)は本発明の静電チャック1の一例を示す断面図であり、図1(b)は図1(a)のA部の断面拡大図である。図2は図1(a)の上面図である。   FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of the electrostatic chuck 1 of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of a portion A in FIG. FIG. 2 is a top view of FIG.

この静電チャック1は、板状セラミックス体2の一方の主面を被保持物であるウェハWを載せる載置面3とし、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極6を備え、上記載置面3の周縁に環状凸部3aと、該環状凹部4の内側にガス充填面3bと、該ガス充填面3bと連通する貫通孔5とを備えている。そして、必要に応じガス充填面3bには円柱状あるいは角柱状の凸部3cを備えウェハWを保持することができる。   This electrostatic chuck 1 has one main surface of a plate-like ceramic body 2 as a mounting surface 3 on which a wafer W to be held is placed, and an electrostatic chucking electrode 6 on the other main surface or inside. An annular convex portion 3a is provided on the periphery of the mounting surface 3, a gas filling surface 3b is provided inside the annular concave portion 4, and a through hole 5 communicating with the gas filling surface 3b is provided. If necessary, the gas filling surface 3b can be provided with a cylindrical or prismatic convex portion 3c to hold the wafer W.

そして、板状セラミックス体2の他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極6を備え、該静電吸着用電極6に給電端子8が接続されている。該静電吸着用電極6は単極であっても双曲であっても良い。また、3個以上の複数に分割されていても良い。   Then, the electrostatic chucking electrode 6 is provided on the other main surface or inside of the plate-shaped ceramic body 2, and the power feeding terminal 8 is connected to the electrostatic chucking electrode 6. The electrostatic attraction electrode 6 may be monopolar or hyperbolic. Moreover, you may divide | segment into 3 or more.

なお、10は静電チャック1の温度を測定するための測温素子である。   Reference numeral 10 denotes a temperature measuring element for measuring the temperature of the electrostatic chuck 1.

また、板状セラミックス体2には、複数のリフトピン孔7を備え、リフトピン(不図示)がリフトピン孔7内を上下に移動することができる。   The plate-like ceramic body 2 includes a plurality of lift pin holes 7, and lift pins (not shown) can move up and down in the lift pin holes 7.

そして、リフトピン孔7から突出したリフトピンに載せられたウェハWは、リフトピンが降下することによって、ウェハWを載置面3に載せることができる。被保持物であるウェハWは環状凸部3aとガス充填面3bとからなる載置面3により保持される。そして、静電吸着用電極6に直流電圧が印加され、ウェハを載置面3に強固に吸着することができる。   The wafer W placed on the lift pins protruding from the lift pin holes 7 can be placed on the placement surface 3 as the lift pins descend. The wafer W, which is an object to be held, is held by the mounting surface 3 including the annular convex portion 3a and the gas filling surface 3b. Then, a DC voltage is applied to the electrostatic attraction electrode 6, and the wafer can be firmly adsorbed to the mounting surface 3.

また、ウェハWを強固に吸着すると同時に板状セラミックス体を貫通する貫通孔5からヘリウムガスやアルゴンガス等のガスを供給し、ウェハWと環状凸部3aと環状凹部4とガス充填面3bとで形成される空間にガスが充填される。環状凸部3aは、ウェハWの周縁と、その下面において面接触して、それによりガスが漏れる事を制限している。そして、環状凸部3aに囲まれた環状凹部4とガス充填面3bにガスを供給することができる。ガスは貫通孔5から供給され、環状凹部4に一様に広がり、更にウェハWと微小な隙間を形成したガス充填面3bに充填される。また、環状凸部3aとウェハWの接触界面から微量のガスが外部に流れ出る。環状凹部4やガス充填面3bからガスを媒体にして熱を受け取り、この熱がウェハWの裏面に伝えられて、ウェハW面内の温度がより均一にされ、この状態で、例えば成膜ガスを供給すれば、ウェハWの加工表面に均一な膜を被着することができ、また、エッチングガスを供給すれば、ウェハWの加工表面に均一な微細加工を施すことができるようになっている。   Further, a gas such as helium gas or argon gas is supplied from the through-hole 5 penetrating the plate-shaped ceramic body at the same time as the wafer W is firmly adsorbed, and the wafer W, the annular protrusion 3a, the annular recess 4 and the gas filling surface 3b The space formed by is filled with gas. The annular protrusion 3a is in surface contact with the peripheral edge of the wafer W on the lower surface thereof, thereby restricting gas leakage. Then, gas can be supplied to the annular recess 4 and the gas filling surface 3b surrounded by the annular projection 3a. The gas is supplied from the through-hole 5, spreads uniformly in the annular recess 4, and is further filled in the gas filling surface 3b that forms a minute gap with the wafer W. In addition, a small amount of gas flows out from the contact interface between the annular protrusion 3a and the wafer W. Heat is received from the annular recess 4 and the gas filling surface 3b by using a gas as a medium, and this heat is transmitted to the back surface of the wafer W, so that the temperature in the wafer W surface is made more uniform. Can supply a uniform film on the processed surface of the wafer W, and supplying an etching gas can perform uniform fine processing on the processed surface of the wafer W. Yes.

図3(a)は本発明の静電チャック1の他の例を示す断面図であり、図3(b)は図3(a)のA部の断面拡大図である。図4は図3(a)の上面図である。   FIG. 3A is a cross-sectional view showing another example of the electrostatic chuck 1 of the present invention, and FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view of a portion A in FIG. FIG. 4 is a top view of FIG.

この静電チャック1は、板状セラミックス体2の一方の主面を被保持物であるウェハWを載せる載置面3とし、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極6を備え、上記載置面3の周縁に環状凸部3aと、その内側に環状凹部4と、該環状凹部4の内側にガス充填面3bと、前記環状凹部4と連通する貫通孔5とを備えている。   This electrostatic chuck 1 has one main surface of a plate-like ceramic body 2 as a mounting surface 3 on which a wafer W to be held is placed, and an electrostatic chucking electrode 6 on the other main surface or inside. An annular convex portion 3 a is provided on the periphery of the mounting surface 3, an annular concave portion 4 is provided on the inner side thereof, a gas filling surface 3 b is provided on the inner side of the annular concave portion 4, and a through hole 5 communicating with the annular concave portion 4 is provided.

そして、板状セラミックス体2の他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極6を備え、該静電吸着用電極6に給電端子8が接続されている。該静電吸着用電極6は単極であっても双曲であっても良い。また、3個以上の複数に分割されていても良い。   Then, the electrostatic chucking electrode 6 is provided on the other main surface or inside of the plate-shaped ceramic body 2, and the power feeding terminal 8 is connected to the electrostatic chucking electrode 6. The electrostatic attraction electrode 6 may be monopolar or hyperbolic. Moreover, you may divide | segment into 3 or more.

本発明の静電チャック1は、環状凹部4と貫通孔5が連通し、環状凸部3aの頂面の算術平均粗さRaの最大値Ra(max)と最小値Ra(min)との差の比率[= {Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)]が0.2以下であることを特徴とする。上記比率が0.2を越えると、環状凸部3aの算術平均粗さのバラツキが大きくなり環状凸部3aとウェハWとの接触面から漏れるガス量が環状凸部3aの各部で異なり、環状凸部3aのうち、漏れるガス量が多い部分では、ウェハW表面の温度が低下する。一方、環状凸部3aのうち、漏れるガス量の少ない付近では、ウェハW表面の温度が相対的に上昇して、ウェハW面内の温度差が大きくなり、温度均一性が低下するからである。環状凸部3aとウェハWとが接触する接触界面から流れ出るガス量が常に均一であることが必要である。特に、環状凸部3aに囲まれた環状凹部4とガス充填面3bとウェハWとが形成する微小な隙間にガス供給孔5から供給するガスのガス圧が3kPaを越えて大きくなると環状凸部3aと、環状凸部3aとウェハWとの隙間から漏れ出るガス量が相対的に大きくなり、環状凸部3aの算術平均粗さRaの違いにより、当該隙間から漏れるガス量が大きく変化するからである。また、環状凸部3aの幅は1〜10mmであるとガス漏れを制御することが容易となり好ましい。更に好ましくは、この幅は1〜3mmである。   In the electrostatic chuck 1 of the present invention, the annular recess 4 and the through hole 5 communicate with each other, and the difference between the maximum value Ra (max) and the minimum value Ra (min) of the arithmetic average roughness Ra of the top surface of the annular protrusion 3a. The ratio [= {Ra (max) −Ra (min)} / Ra (max)] is 0.2 or less. When the ratio exceeds 0.2, the variation in the arithmetic average roughness of the annular convex portion 3a increases, and the amount of gas leaking from the contact surface between the annular convex portion 3a and the wafer W differs in each part of the annular convex portion 3a. In the portion of the convex portion 3a where the amount of leaking gas is large, the temperature of the surface of the wafer W is lowered. On the other hand, in the vicinity of the small amount of gas leaking out of the annular convex portion 3a, the temperature of the wafer W surface relatively increases, the temperature difference in the wafer W surface increases, and the temperature uniformity decreases. . It is necessary that the amount of gas flowing out from the contact interface where the annular projection 3a and the wafer W come into contact is always uniform. In particular, when the gas pressure of the gas supplied from the gas supply hole 5 to a minute gap formed by the annular recess 4 surrounded by the annular projection 3a, the gas filling surface 3b, and the wafer W exceeds 3 kPa, the annular projection 3a, the amount of gas leaking from the gap between the annular protrusion 3a and the wafer W is relatively large, and the amount of gas leaking from the gap varies greatly due to the difference in the arithmetic average roughness Ra of the annular protrusion 3a. It is. Moreover, it is easy to control the gas leakage when the width of the annular convex portion 3a is 1 to 10 mm. More preferably, this width is 1 to 3 mm.

尚、算術平均粗さRaに関しては、環状凸部3aを略等間隔に少なくとも6ポイント測定し、その最大値と最小値から上記比率を算出できる。   Regarding the arithmetic average roughness Ra, at least 6 points of the annular convex portion 3a are measured at substantially equal intervals, and the ratio can be calculated from the maximum value and the minimum value.

また、環状凸部3aの頂面3aは、環状凹部4の内側に形成されたガス充填面3bより高く、上記環状凸3aから上記ガス充填面3bの中央に至り滑らかな凹面が形成されていることが好ましい。載置面3に置かれたウェハWは環状凸部3aに接触しながらガス充填面3bに載せられ、静電吸着力によりウェハWを強固に吸着することができる。環状凸部3aの頂面3aはガス充填面3bより高いと、環状凸部3aとウェハWの周縁の下面とが確実に接触し、ガス漏れを効果的に抑制することができる。また、環状凸部3aからガス充填面3bの中央に至り滑らかな凹面が形成されていると、環状凹部4から供給されたガスはガス充填面3bに流れ易く、そのためウェハWの表面内温度差を小さくすることができる。また、ウェハWを吸着した状態において、ウェハW面が凹面状に僅かに変形されており、静電吸着用電極6の電圧を遮断しウェハWを載置面3から離脱させる際に、ウェハWに残留吸着力が残っても、ウェハWの微妙な反り力で載置面3から離脱する力が作用し、ウェハWを載置面3から容易に離脱することができるからである。   The top surface 3a of the annular convex portion 3a is higher than the gas filling surface 3b formed inside the annular concave portion 4, and a smooth concave surface is formed from the annular convex 3a to the center of the gas filling surface 3b. It is preferable. The wafer W placed on the placement surface 3 is placed on the gas filling surface 3b while being in contact with the annular projection 3a, and the wafer W can be firmly adsorbed by the electrostatic adsorption force. If the top surface 3a of the annular convex portion 3a is higher than the gas filling surface 3b, the annular convex portion 3a and the lower surface of the peripheral edge of the wafer W can reliably contact each other, and gas leakage can be effectively suppressed. Further, when a smooth concave surface is formed from the annular convex portion 3a to the center of the gas filling surface 3b, the gas supplied from the annular concave portion 4 easily flows to the gas filling surface 3b. Can be reduced. Further, in the state where the wafer W is attracted, the surface of the wafer W is slightly deformed into a concave shape, and when the voltage of the electrostatic attraction electrode 6 is cut off and the wafer W is separated from the mounting surface 3, the wafer W This is because even if the residual adsorption force remains, a force that separates the wafer W from the mounting surface 3 acts due to a slight warping force of the wafer W, and the wafer W can be easily detached from the mounting surface 3.

また、ガス充填面3bの算術平均粗さRaは、その周縁で大きく、中央部で小さいことが好ましい。ガス充填面3bの周辺の算術平均粗さRaを大きくすることで、ガスを環状凹部4からガス充填面3bへスムースに流すことができるためである。具体的にはガス充填面3bの周縁の算術平均粗さRaは0.5〜1.2μmが好ましい。より好ましくは0.7〜0.9μmである。また、ガス充填面3bの中央部の算術平均粗さは、上記のガス充填面3bの周縁の算術平均粗さRaより小さいことが好ましい。このような算術平均粗さRaとすることでウェハWと載置面3の隙間にガスを適度に充填させることが可能となり、しかもウェハWが凹面に変形していることから、静電吸着用電極の印加電圧を遮断するとウェハWが反り返り、離脱特性が向上することから好ましい。   The arithmetic average roughness Ra of the gas filling surface 3b is preferably large at the periphery and small at the center. This is because the gas can flow smoothly from the annular recess 4 to the gas filling surface 3b by increasing the arithmetic average roughness Ra around the gas filling surface 3b. Specifically, the arithmetic average roughness Ra of the periphery of the gas filling surface 3b is preferably 0.5 to 1.2 μm. More preferably, it is 0.7-0.9 micrometer. Moreover, it is preferable that the arithmetic mean roughness of the center part of the gas filling surface 3b is smaller than the arithmetic mean roughness Ra of the periphery of the gas filling surface 3b. By setting the arithmetic average roughness Ra as described above, it is possible to appropriately fill the gap between the wafer W and the mounting surface 3, and the wafer W is deformed into a concave surface. When the voltage applied to the electrode is cut off, the wafer W is warped and the separation characteristics are improved.

また、静電吸着用電極6は、上記板状セラミックス体2の中心付近から環状凹部4の下方(板状セラミックス体2の周縁の内側付近)にまで至り、上記環状凸部の算術平均粗さRaが0.5〜1.2μmであるとともに、上記環状凸部3aの平均高さ(h)は、上記ガス充填面3bの平均高さより高いことが好ましい。そして、ウェハWの外径が300mm以上である場合においては、上記環状凸部3aの平均高さ(h)が、上記ガス充填面3bの中心部の高さより高く、その差が8〜100μmであることが好ましい。より好ましくは、この差は10〜20μmである。静電吸着用電極6が、環状凹部4の下方まで伸びていると、環状凸部3aにおける静電吸着力が大きくなるからである。また、環状凸部3aの算術平均粗さRaが0.5〜1.2μmであれば、充填ガスのリークを適度に抑制することができるからである。なお、静電吸着用電極6が、環状凸部3aの下方まで伸びていると、上記板状セラミックス体の端面から露出してウェハ上方に形成されたプラズマ雰囲気と静電吸着用電極6との間で絶縁が取れなくなる虞がある。また、上記板状セラミックス体の端面から静電吸着用電極6が、露出しなくても上記端面との距離が近くなり上記プラズマ雰囲気と吸着用電極6との間の絶縁耐圧が低下する虞があるので、静電吸着用電極6が、環状凹部4の周縁の下方まで伸びていることが好ましい。特に、静電吸着用電極6を板状セラミックス体の下面に形成する場合に顕著である。静電吸着用電極6を環状凹部4や環状凸部3aの下方まで形成して埋設するには、セラミックス焼結体の収縮精度を詳細に管理することが必要である。また、静電吸着用電極6を板状セラミックス体2の下面に形成することが好ましい。これは、静電吸着用電極を位置精度よく設置することが可能となるからである。なお、静電吸着用電極6が、環状凸部の下方まで伸びていると、上記板状セラミックス体の端面から露出してウェハ上方に形成されたプラズマ雰囲気と静電吸着用電極6との間で絶縁が取れなくなる虞がある。また、上記板状セラミックス体の端面から静電吸着用電極6が、露出しなくても上記端面との距離が近くなり上記プラズマ雰囲気と吸着用電極6との間の絶縁耐圧が低下する虞があるので、静電吸着用電極6が、環状凹部4の周縁の下方まで伸びていることが好ましい。特に、静電吸着用電極6を板状セラミックス体の下面に形成する場合に顕著である。また、ガス充填面3bの平均高さに関しては、ガス充填面3bの最大径方向に5等分した点4箇所の高さの平均値で求める事ができる。   The electrostatic chucking electrode 6 extends from near the center of the plate-like ceramic body 2 to below the annular recess 4 (near the periphery of the periphery of the plate-like ceramic body 2), and the arithmetic average roughness of the annular projection. Ra is preferably 0.5 to 1.2 μm, and the average height (h) of the annular protrusion 3a is preferably higher than the average height of the gas filling surface 3b. When the outer diameter of the wafer W is 300 mm or more, the average height (h) of the annular convex portion 3a is higher than the height of the central portion of the gas filling surface 3b, and the difference is 8 to 100 μm. Preferably there is. More preferably, this difference is 10-20 μm. This is because if the electrostatic attraction electrode 6 extends to the lower side of the annular recess 4, the electrostatic attraction force at the annular projection 3a increases. Further, if the arithmetic average roughness Ra of the annular convex portion 3a is 0.5 to 1.2 μm, the leakage of the filling gas can be appropriately suppressed. When the electrostatic attraction electrode 6 extends below the annular convex portion 3a, the plasma atmosphere formed above the wafer exposed from the end face of the plate-like ceramic body and the electrostatic attraction electrode 6 There is a risk that insulation may not be removed. Further, even if the electrostatic chucking electrode 6 is not exposed from the end face of the plate-like ceramic body, the distance from the end face is reduced, and the withstand voltage between the plasma atmosphere and the suction electrode 6 may be reduced. Therefore, it is preferable that the electrostatic attraction electrode 6 extends to the lower part of the peripheral edge of the annular recess 4. This is particularly noticeable when the electrostatic chucking electrode 6 is formed on the lower surface of the plate-like ceramic body. In order to form and bury the electrostatic attraction electrode 6 below the annular recess 4 and the annular projection 3a, it is necessary to manage the shrinkage accuracy of the ceramic sintered body in detail. Further, it is preferable to form the electrostatic attraction electrode 6 on the lower surface of the plate-like ceramic body 2. This is because the electrostatic chucking electrode can be installed with high positional accuracy. When the electrostatic attraction electrode 6 extends below the annular convex portion, it is exposed from the end surface of the plate-like ceramic body and between the plasma atmosphere formed above the wafer and the electrostatic attraction electrode 6. There is a risk that insulation cannot be removed. Further, even if the electrostatic chucking electrode 6 is not exposed from the end face of the plate-like ceramic body, the distance from the end face is reduced, and the withstand voltage between the plasma atmosphere and the suction electrode 6 may be reduced. Therefore, it is preferable that the electrostatic attraction electrode 6 extends to the lower part of the peripheral edge of the annular recess 4. This is particularly noticeable when the electrostatic chucking electrode 6 is formed on the lower surface of the plate-like ceramic body. Further, the average height of the gas filling surface 3b can be obtained by an average value of the heights of four points divided into five equal parts in the maximum radial direction of the gas filling surface 3b.

また、上記静電チャック1の他方の主面側に発熱体シート21を備えていることが好ましい。図5に示すように発熱体シート21は、抵抗発熱体22を絶縁性シートで覆うことにより作製されている。また、抵抗発熱体22には給電端子23が接続されている。そして、給電端子23から電力を供給することにより、抵抗発熱体22を発熱することができる。そして静電チャック1を介して抵抗発熱体により、ウェハWを所望の温度に加熱することができる。特に、前記ガスとしてヘリウムを使いガス圧を300Pa以上とすると、発熱体シート21からの熱が載置面3に伝わり、載置面3から効率よくウェハWに熱を伝える事ができる。これによりウェハW面内の温度差を小さくすることができる。   Further, it is preferable that a heating element sheet 21 is provided on the other main surface side of the electrostatic chuck 1. As shown in FIG. 5, the heating element sheet 21 is manufactured by covering the resistance heating element 22 with an insulating sheet. The resistance heating element 22 is connected to a power supply terminal 23. The resistance heating element 22 can generate heat by supplying power from the power supply terminal 23. The wafer W can be heated to a desired temperature by the resistance heating element via the electrostatic chuck 1. In particular, when helium is used as the gas and the gas pressure is set to 300 Pa or more, heat from the heating element sheet 21 is transmitted to the mounting surface 3, and heat can be efficiently transmitted from the mounting surface 3 to the wafer W. Thereby, the temperature difference in the wafer W surface can be reduced.

また、上記発熱体シート21の下面側に冷却部材24を備えることが好ましい。冷却部材24には冷却媒体を流す流路29が形成され、発熱体シート21や載置面3からの熱を奪い、これを系外に排出することができる。このように冷却部材24を備えていると、載置面3を所望の温度に設定することができることから好ましい。冷却媒体の温度と発熱体シート21の温度を調整することにより、所望の温度に、特に室温より低い温度にも設定することができる。そして、環状凸部3aによりガスが載置面3に充填されていることから、ウェハW面内の温度差を小さくできて好ましい。冷却部材24の材質は熱伝導率の大きな金属が好ましく、Al、Al合金や、Al−Cu複合材料、やSiCやAlNと金属との複合部材を使用することが好ましい。   Moreover, it is preferable to provide the cooling member 24 on the lower surface side of the heating element sheet 21. The cooling member 24 is formed with a flow path 29 through which a cooling medium flows, so that heat from the heating element sheet 21 and the mounting surface 3 can be taken and discharged out of the system. When the cooling member 24 is provided in this way, it is preferable because the placement surface 3 can be set to a desired temperature. By adjusting the temperature of the cooling medium and the temperature of the heating element sheet 21, it can be set to a desired temperature, particularly a temperature lower than room temperature. And since the mounting surface 3 is filled with the gas by the annular convex part 3a, the temperature difference in the wafer W surface can be reduced, which is preferable. The material of the cooling member 24 is preferably a metal having a large thermal conductivity, and it is preferable to use Al, an Al alloy, an Al—Cu composite material, or a composite member of SiC, AlN, and a metal.

また、上記静電チャック1と発熱体シート21と冷却部材24をこの順に有機接着剤層26、28で貼り合わせたことが好ましい。有機接着剤層26、28は、静電チャック1と発熱体シートとの間の熱膨張差や発熱体シート21と冷却部材24との間の熱膨張差、そして板状セラミックス体と冷却部材24との間の熱膨張差を緩和する作用があり、加熱冷却の熱サイクルが加わっても接着面でクラックが発生したり剥離する虞が少なく好ましい。接着剤としてはイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂といった柔らかい樹脂が好ましく、特にシリコン樹脂が好ましい。   The electrostatic chuck 1, the heating element sheet 21, and the cooling member 24 are preferably bonded together with organic adhesive layers 26 and 28 in this order. The organic adhesive layers 26 and 28 are formed by the difference in thermal expansion between the electrostatic chuck 1 and the heating element sheet, the difference in thermal expansion between the heating element sheet 21 and the cooling member 24, and the plate-like ceramic body and the cooling member 24. It is preferable to reduce the difference between the thermal expansion and the thermal expansion, and it is less likely to cause cracking or peeling on the adhesive surface even when a heat cycle of heating and cooling is applied. As the adhesive, a soft resin such as an imide resin, an epoxy resin, a silicone resin, or a phenol resin is preferable, and a silicon resin is particularly preferable.

また、図には記載していないが、上記有機接着剤層26、28の周りは耐食性の優れたテフロン(登録商標)樹脂等で外周を覆い、プラズマ等に対する耐食性を高める事ができる。   Although not shown in the figure, the periphery of the organic adhesive layers 26 and 28 can be covered with a Teflon (registered trademark) resin having excellent corrosion resistance to enhance the corrosion resistance against plasma or the like.

また、板状セラミックス体2の40℃での体積固有抵抗値が10〜1012Ω・cmであることが好ましく、特に、10〜1011Ω・cmであることが好ましい。体積固有抵抗が10Ω・cmより小さいと、板状セラミックス体2から被保持物へのもれ電流が大きくなり、ウェハ等の保持物にダメージを与える虞がある。また、体積固有抵抗が1012Ω・cmより大きいと、ジョンソン−ラーベック吸着力が低下し、十分な吸着力を得られない虞がある。 Moreover, it is preferable that the volume specific resistance value in 40 degreeC of the plate-shaped ceramic body 2 is 10 < 8 > -10 < 12 > (omega | ohm) * cm, It is especially preferable that it is 10 < 9 > -10 < 11 > (omega | ohm) * cm. If the volume resistivity is less than 10 8 Ω · cm, the leakage current from the plate-like ceramic body 2 to the object to be held increases, which may cause damage to the object to be held such as a wafer. On the other hand, if the volume resistivity is larger than 10 12 Ω · cm, the Johnson-Rahbek adsorption force decreases, and there is a possibility that sufficient adsorption force cannot be obtained.

また、板状セラミックス体2が、アルミナ或いは窒化アルミニウム(AlN)を主成分とすることが好ましい。アルミナやAlNは、フッ素や塩素等を含む腐食性ガスやプラズマによる腐食に強く、パーテイクルの発生を抑制し、製品寿命を延ばすことができる。   The plate-like ceramic body 2 preferably contains alumina or aluminum nitride (AlN) as a main component. Alumina and AlN are resistant to corrosion by corrosive gas or plasma containing fluorine, chlorine, etc., and can suppress the generation of particles and extend the product life.

特に、AlNの含有する金属不純物は2質量%以下、特に1質量%以下、更には0.5質量%以下であることが好ましい。   In particular, the metal impurities contained in AlN are preferably 2% by mass or less, particularly 1% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or less.

また、上記板状セラミックス体2が、アルミナを主成分として、4族元素化合物を微量成分として含むことが好ましい。アルミナに4族元素化合物を含ませることで、板状セラミックス体2の体積固有抵抗が10〜1012Ω・cmとすることができるからである。4族元素としてはTi、Zr、Hfが好ましく、これらの元素の酸化物や炭化物、窒化物が好ましい。上記微量成分である4族元素の酸化物の量は0.5質量%から15質量%であることが好ましい。より好ましくは3〜8質量%である。0.5質量%を下回ると体積固有抵抗が1012Ω・cmを越える虞があり、14質量%を越えると10Ω・cmを下回る虞がある。 Moreover, it is preferable that the said plate-shaped ceramic body 2 contains an alumina as a main component and a group 4 element compound as a trace component. This is because the volume specific resistance of the plate-like ceramic body 2 can be set to 10 8 to 10 12 Ω · cm by including a group 4 element compound in alumina. As the group 4 element, Ti, Zr, and Hf are preferable, and oxides, carbides, and nitrides of these elements are preferable. The amount of Group 4 element oxide as the trace component is preferably 0.5% by mass to 15% by mass. More preferably, it is 3-8 mass%. If it is less than 0.5% by mass, the volume resistivity may exceed 10 12 Ω · cm, and if it exceeds 14% by mass, it may be less than 10 8 Ω · cm.

このようなアルミナ質セラミックス体は、平均粒径が1μm以下のアルミナ粉末を使い、4族元素酸化物粉末を添加し、混合粉砕後に非酸化雰囲気で焼成することにより得ることができる。焼成温度は1300℃以下であることが好ましい。1300℃を越えると4族元素酸化物がアルミナと反応することにより、これらが複合酸化物を形成する。これにより、複合酸化物の熱膨張係数の異方性からセラミックス体にクラックが入り易くなる。より好ましくは1200〜1250℃である。そして、上記焼成が常圧雰囲気で焼成した場合は、焼結体の密度を高めるために熱間加圧処理して、相対密度が99%以上となるように緻密化することがより好ましい。   Such an alumina ceramic body can be obtained by using an alumina powder having an average particle size of 1 μm or less, adding a Group 4 element oxide powder, firing in a non-oxidizing atmosphere after mixing and grinding. The firing temperature is preferably 1300 ° C. or lower. When the temperature exceeds 1300 ° C., the group 4 element oxide reacts with alumina to form a composite oxide. Thereby, the ceramic body is easily cracked due to the anisotropy of the thermal expansion coefficient of the composite oxide. More preferably, it is 1200-1250 degreeC. And when the said baking is baked in a normal pressure atmosphere, in order to raise the density of a sintered compact, it is more preferable to densify so that a relative density may become 99% or more by hot-pressing.

或いは、非酸化雰囲気で加圧焼結することが好ましい。   Alternatively, pressure sintering is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere.

次に本発明のその他の構成について説明する。   Next, another configuration of the present invention will be described.

アルミナや窒化アルミニウムからなる上記静電チャック1の静電吸着用電極6を構成する金属としては、W、Mo、Pt、Au、Ag、Ni、TiN、WC、WC、TiC、TiB、Ti等を用いる事ができるが、載置面3を有する基板の内部に静電吸着用電極6を形成する場合は(以下電極内蔵と略する。)、導電率とセラミックスの焼成温度が高いことを考慮すると、上記金属としてはW、WC、Moであることが好ましい。また、載置面3の裏面に静電吸着用電極6を形成する場合には、W、Mo、Pt、Au、Ag、Ni、TiN、WC、WC、TiC、TiB、Tiの金属のいずれでもよい。 As the metal constituting the electrostatic chucking electrode 6 of the electrostatic chuck 1 made of alumina or aluminum nitride, W, Mo, Pt, Au, Ag, Ni, TiN, WC, W 2 C, TiC, TiB 2 , Ti or the like can be used, but when the electrostatic adsorption electrode 6 is formed inside the substrate having the mounting surface 3 (hereinafter abbreviated as electrode built-in), the conductivity and the firing temperature of the ceramic are high. In view of the above, the metal is preferably W, WC, or Mo. Further, when the electrostatic attraction electrode 6 is formed on the back surface of the mounting surface 3, a metal of W, Mo, Pt, Au, Ag, Ni, TiN, WC, W 2 C, TiC, TiB 2 , Ti Either of these may be used.

また、静電吸着用電極4の相対密度は90%以上特に95%以上、さらには97%以上であることが好ましい。このことにより、静電吸着用電極4に大きな気孔の発生することを抑制でき、その結果、吸着力の面内分布を均一化しやすくなる。   The relative density of the electrostatic adsorption electrode 4 is preferably 90% or more, particularly 95% or more, and more preferably 97% or more. As a result, generation of large pores in the electrostatic adsorption electrode 4 can be suppressed, and as a result, the in-plane distribution of the adsorption force can be easily made uniform.

さらに、前記板状セラミックス体2の相対密度が98%以上、特に99%以上であることが好ましく、最大気孔径が2μm以下、特に1μm以下であることが好ましい。表面に存在する気孔の大きさが2μm未満と小さく、表面に存在する気孔の数も少ないため、算術平均粗さRaを1.2μm以下に制御することが容易となる。   Furthermore, the relative density of the plate-like ceramic body 2 is preferably 98% or more, particularly 99% or more, and the maximum pore diameter is preferably 2 μm or less, particularly 1 μm or less. Since the size of the pores existing on the surface is as small as less than 2 μm and the number of pores existing on the surface is small, it is easy to control the arithmetic average roughness Ra to 1.2 μm or less.

次に、本発明の静電チャックの製造方法を、板状セラミックス体としてアルミナとAlN焼結体を用いて、図5のウェハ保持部材100を作製する場合を例にとって説明する。   Next, the manufacturing method of the electrostatic chuck according to the present invention will be described by taking as an example the case of manufacturing the wafer holding member 100 of FIG. 5 using alumina and an AlN sintered body as the plate-like ceramic body.

先ず、出発原料としてアルミナ(Al)粉末を準備する。アルミナ粉末は平均粒径が1.2μm以下であって、1300℃以下の焼結温度で焼結できる易焼結アルミナが好ましい。上記アルミナ粉末に平均粒径が1μm以下の微粒の酸化チタンを微量成分として添加する。酸化チタンは体積固有抵抗を容易に制御する点からルチル構造が好ましい。そして、アルミナ粉末と酸化チタン粉末とを振動ミルやボールミルを用いて粉砕混合しスラリーを作製する。作製したスラリーに有機バインダーを添加し混合した後、スプレードライ法等で造粒乾燥し複合材料となる原料を得る。 First, alumina (Al 2 O 3 ) powder is prepared as a starting material. The alumina powder has an average particle size of 1.2 μm or less and is preferably easily sintered alumina that can be sintered at a sintering temperature of 1300 ° C. or less. A fine titanium oxide having an average particle diameter of 1 μm or less is added to the alumina powder as a trace component. Titanium oxide preferably has a rutile structure from the viewpoint of easily controlling the volume resistivity. Then, the alumina powder and the titanium oxide powder are pulverized and mixed using a vibration mill or a ball mill to produce a slurry. An organic binder is added to the prepared slurry and mixed, and then granulated and dried by a spray drying method or the like to obtain a raw material to be a composite material.

上記原料を金型に充填し、基板を成形する。静電吸着用電極を埋設したい場合には、印刷法により静電吸着用電極を生形体に形成し、該静電吸着用電極を囲むように成形基板を重ねて再度加圧成形し、それにより静電吸着用電極を埋設した成形体を得ることができる。   The raw material is filled in a mold, and a substrate is formed. When it is desired to embed the electrostatic adsorption electrode, the electrostatic adsorption electrode is formed into a green body by a printing method, and the molding substrate is stacked so as to surround the electrostatic adsorption electrode, and then press-molded again. It is possible to obtain a molded body in which the electrode for electrostatic adsorption is embedded.

そして、窒素ガス雰囲気炉で1200〜1300℃で焼結することができる。アルミナ原料の焼結性が低いものは、上記方法で得られた焼結体を熱間加圧装置により2000気圧1200℃で1時間加圧加熱処理して、相対密度が99%以上である焼結体からなる板状セラミックス体を得ることができる。   And it can sinter at 1200-1300 degreeC with a nitrogen gas atmosphere furnace. An alumina raw material having low sinterability is obtained by subjecting the sintered body obtained by the above method to a pressure and heat treatment at 2000 atm. A plate-like ceramic body made of a bonded body can be obtained.

次に、窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体を例に説明する。出発原料としてAlN粉末を用意する。このAlN粉末に関しては、還元窒化法による製造方法で作製した粉末が、焼結性が高く好ましい。また、AlN焼結体の体積固有抵抗を所望の範囲とするには、酸化セリウムを1〜15質量%含むことが好ましい。また、吸着力に影響のない範囲で、これらの原料中に含まれる金属不純物を含んでいても差し支えないが、耐腐食性に優れた焼結体を得るために、Al以外の金属が2質量%以下、特に1質量%以下、さらには0.5質量%以下にすることが好ましい。   Next, a plate-like ceramic body made of aluminum nitride will be described as an example. An AlN powder is prepared as a starting material. With respect to this AlN powder, a powder produced by a production method using a reduction nitriding method is preferable because of its high sinterability. Moreover, in order to make the volume specific resistance of an AlN sintered compact into a desired range, it is preferable to contain 1-15 mass% of cerium oxides. In addition, the metal impurities contained in these raw materials may be contained within a range that does not affect the adsorptive power. However, in order to obtain a sintered body having excellent corrosion resistance, 2 mass of metal other than Al is used. % Or less, in particular 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less.

なお、炭素は焼結性に影響するため、1質量%以下、特に0.5質量%以下、更には0.3質量%以下であることが好ましい。また、焼結体の酸素量は、3質量%以下、特に2質量%以下、更には1質量%以下であることが好ましい。これにより、耐腐食性に優れた板状セラミックス体となる焼結体を得ることができる。   In addition, since carbon affects sinterability, it is preferably 1% by mass or less, particularly 0.5% by mass or less, and more preferably 0.3% by mass or less. The oxygen content of the sintered body is preferably 3% by mass or less, particularly 2% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less. Thereby, the sintered compact used as the plate-shaped ceramic body excellent in corrosion resistance can be obtained.

上記の窒化アルミニウム粉末を、必要に応じ内部に静電吸着用電極を設けた所望の形状にする。成形は、金型プレス、CIP、テープ成形、鋳込み等の成型方法を用いてもよい。成形体は、成形の時に必要なバインダー成分を除去した後、仮焼を行うことができる。   The above-described aluminum nitride powder is formed into a desired shape provided with an electrostatic chucking electrode inside as required. The molding may be performed using a molding method such as die press, CIP, tape molding, or casting. The molded body can be calcined after removing a binder component necessary for molding.

静電吸着用電極が埋設された静電チャックを作製する場合は、例えば、相対密度差が5%以下の一対の成形体及び/又は仮焼体を用意し、その一方に印刷法により、WやMo等の金属及び/又はTiN等の金属化合物と、主成分をなすセラミック焼結体と、有機バインダと、溶剤とを混合してなるペーストを塗布して電極を形成した後、当該電極を上記成形体及び/又は仮焼体で挟むように、これらを重ねることにより、静電吸着用電極を形成することができる。また、他の方法として、テープ成形体上に電極を印刷し、仮焼後に一対のプレス仮焼体間に挿入してもよい。   When producing an electrostatic chuck in which an electrostatic chucking electrode is embedded, for example, a pair of molded bodies and / or calcined bodies having a relative density difference of 5% or less is prepared, and one of them is printed by a printing method. After forming an electrode by applying a paste formed by mixing a metal compound such as Mo and Mo and / or a metal compound such as TiN, a ceramic sintered body as a main component, an organic binder, and a solvent, The electrodes for electrostatic attraction can be formed by stacking them so as to be sandwiched between the molded body and / or the calcined body. As another method, an electrode may be printed on a tape molded body and inserted between a pair of press calcined bodies after calcining.

この時、金型プレスで成形し、仮焼したプレス仮焼体とテープ仮焼体との相対密度差を10%以下、特に5%以下にしておくことが好ましい。これにより、剥離やクラックの発生を効果的に抑制することができる。   At this time, it is preferable that the relative density difference between the calcined press calcined body and the tape calcined body which has been molded and die-molded by a mold press is 10% or less, particularly 5% or less. Thereby, generation | occurrence | production of peeling and a crack can be suppressed effectively.

また、静電吸着用電極の形成の際には、あらかじめ焼成後の収縮を確認し、焼結後に静電吸着用電極厚みが7μm以上に形成されるように、形成時の静電吸着用電極厚みを決めることが望ましい。例えば、電極形成用ペーストの組成、濃度、粘度やプレス圧等にもよるが、静電吸着用電極厚みが10μm以上、特に20μm以上、さらには30μm以上に形成しておくことが好ましい。   Also, when forming the electrode for electrostatic attraction, confirm the shrinkage after firing in advance, and the electrode for electrostatic adsorption at the time of formation so that the thickness of the electrode for electrostatic attraction is 7 μm or more after sintering. It is desirable to determine the thickness. For example, although depending on the composition, concentration, viscosity, pressing pressure, etc. of the electrode forming paste, it is preferable that the thickness of the electrode for electrostatic adsorption is 10 μm or more, particularly 20 μm or more, and further 30 μm or more.

なお、静電吸着用電極ペーストを塗布する成形体又は仮焼体の平面度を200μm以下、特に100μm以下、更には50μm以下にすることが好ましい。これにより、前記載置面から前記静電吸着用電極までの平均距離のばらつきを制御することが容易となる。   The flatness of the molded body or calcined body to which the electrode paste for electrostatic attraction is applied is preferably 200 μm or less, particularly 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less. Thereby, it becomes easy to control the variation of the average distance from the mounting surface to the electrode for electrostatic attraction.

次に、内部に静電吸着用電極を設けた成形体からなる構造体を焼成するが、焼成の前に所望によりバインダー成分を除去してもよい。また、焼成はホットプレス法、常圧焼成法、ガス圧焼成を用いることができる。場合によってはHIPや熱処理を施しても良い。   Next, although the structure which consists of a molded object which provided the electrode for electrostatic attraction inside is baked, you may remove a binder component if desired before baking. Moreover, the hot press method, a normal-pressure baking method, and gas pressure baking can be used for baking. In some cases, HIP or heat treatment may be performed.

焼成は、ホットプレス法を例として説明する。まず、上記の構造体をホットプレス装置のカーボン型に装填し、構造体の強度未満の圧力を加えてから昇温することが重要である。圧力を加えないと昇温により収縮や変形が生じ、また、圧力が構造体強度以上では、加圧で試料が割れ、電極形成部の断線や大きな変形が起こるためであり、上述のようにすれば、当該断線や変形を防ぐことができる。   Firing will be described using a hot press method as an example. First, it is important to load the above structure into a carbon mold of a hot press apparatus and apply a pressure less than the strength of the structure before raising the temperature. If pressure is not applied, shrinkage and deformation will occur due to temperature rise, and if the pressure is higher than the strength of the structure, the sample will be cracked by pressurization, causing disconnection or large deformation of the electrode forming part. Thus, the disconnection and deformation can be prevented.

次に、焼成温度未満の温度で保持することが好ましい。この温度保持工程は、構造体の温度を均一にする効果を有し、保持温度は1300〜1700℃と収縮開始温度に近いことが好ましい。また、保持時の圧力は、構造体の強度未満の圧力、特に0.1〜3MPaに設定することが好ましい。また、上記温度保持は、構造体の温度を均一にするため、20分以上、特に1時間以上が好ましい。   Next, it is preferable to hold at a temperature lower than the firing temperature. This temperature holding step has an effect of making the temperature of the structure uniform, and the holding temperature is preferably 1300 to 1700 ° C., which is close to the shrinkage start temperature. The holding pressure is preferably set to a pressure less than the strength of the structure, particularly 0.1 to 3 MPa. Further, the temperature holding is preferably 20 minutes or longer, particularly 1 hour or longer in order to make the temperature of the structure uniform.

上記温度保持工程を終了した後、再度昇温を開始し、収縮開始温度から±100℃の温度範囲において加圧圧力を構造体の強度以上の圧力に設定する。この圧力は、電極の変形を矯正しながら一次元の収縮を行わせ、電極を平坦に保つことができる。上記の加圧開始温度は、特に、収縮開始温度から±50℃の温度範囲であることが好ましい。なお、上記温度保持が終了した時点で昇温を再開すると同時に、加圧を行ってもよい。   After finishing the temperature holding step, the temperature rise is started again, and the pressure is set to a pressure higher than the strength of the structure in a temperature range of ± 100 ° C. from the shrinkage start temperature. This pressure allows one-dimensional contraction while correcting the deformation of the electrode, and keeps the electrode flat. In particular, the pressurization start temperature is preferably within a temperature range of ± 50 ° C. from the shrinkage start temperature. In addition, you may pressurize simultaneously with restarting temperature rising when the said temperature holding | maintenance is complete | finished.

ここで、収縮開始温度とは、一定の昇温速度における寸法収縮曲線において、未収縮時の直線の外挿線と、収縮時の曲線の接線の外挿線との交点を示す。   Here, the shrinkage start temperature indicates an intersection of a linear extrapolation line at the time of non-shrinkage and a tangential extrapolation line at the time of shrinkage in a dimensional shrinkage curve at a constant rate of temperature increase.

そして、1750〜1900℃の温度で焼成し、電極を内蔵したセラミック焼結体を得ることができる。この焼成は、上記の温度で20分以上、特に1時間以上保持することが好ましく、これにより、緻密体を安定して得ることができる。   And it can bake at the temperature of 1750-1900 degreeC, and can obtain the ceramic sintered compact which incorporated the electrode. This calcination is preferably maintained at the above temperature for 20 minutes or more, particularly for 1 hour or more, whereby a dense body can be stably obtained.

さらに、構造体の収縮量の90%が収縮した時点以降において、焼成圧力より高い圧力を加えて、さらに電極の変形を矯正することが好ましい。これにより、焼結体表面から電極までの距離のばらつきを更に小さくすることができる。   Furthermore, after 90% of the contraction amount of the structure contracts, it is preferable to apply a pressure higher than the firing pressure to further correct the deformation of the electrode. Thereby, the dispersion | variation in the distance from a sintered compact surface to an electrode can be made still smaller.

また、焼成圧力は0.1MPa以上であることが、相対密度99%以上を達成するために好ましい。なお、圧力をかけるスピードは、特に限定されない。   The firing pressure is preferably 0.1 MPa or more in order to achieve a relative density of 99% or more. The speed at which the pressure is applied is not particularly limited.

従って、例えば、初期圧力として0.1〜0.2MPaを印加し、1600℃で1時間保持後、昇温を再開し、1700℃で30MPaの圧力を加え、1850℃で2時間の焼成を行う。   Therefore, for example, 0.1 to 0.2 MPa is applied as an initial pressure, and after holding at 1600 ° C. for 1 hour, the temperature rise is resumed, a pressure of 30 MPa is applied at 1700 ° C., and firing is performed at 1850 ° C. for 2 hours. .

なお、セラミック焼結体が窒化アルミニウム結晶相を主体とする場合、局部的な変形や部位による収縮量の相異、あるいは焼結助剤の不均一分散による応力変形を防ぐため、Al以外の金属の含有量が1質量%以下であることが好ましい。   When the ceramic sintered body is mainly composed of an aluminum nitride crystal phase, a metal other than Al is used in order to prevent local deformation, difference in shrinkage due to the site, or stress deformation due to non-uniform dispersion of the sintering aid. The content of is preferably 1% by mass or less.

次に、上記アルミナや窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体を用いた本発明の載置面の形成法について説明する。まず、載置面を有するセラミック基板を平面研削加工装置で平面形状に加工する。そして、研削加工、ドリル加工によってガス孔、載置面及びガス溝を形成する。   Next, the method for forming the mounting surface of the present invention using the plate-like ceramic body made of alumina or aluminum nitride will be described. First, a ceramic substrate having a mounting surface is processed into a planar shape by a surface grinding apparatus. And a gas hole, a mounting surface, and a gas groove are formed by grinding and drilling.

その後、板状セラミックス体2に静電吸着用電極を埋設しない場合においては、板状セラミックス体2の他方の主面にメッキ法やスパッタ法、蒸着法等により金属薄膜層を静電吸着用電極として成膜し、エッチング加工等で所望の形状の静電吸着用電極を形成して、静電チャック1を作製できる。静電吸着用電極の露出面にはポリイミドフィルム等の絶縁性フィルムで覆い絶縁を保つ事ができる。   Thereafter, when the electrostatic chucking electrode is not embedded in the plate-like ceramic body 2, the metal thin film layer is placed on the other main surface of the plate-like ceramic body 2 by plating, sputtering, vapor deposition, or the like. The electrostatic chuck 1 can be manufactured by forming an electrode for electrostatic attraction having a desired shape by etching or the like. The exposed surface of the electrostatic adsorption electrode can be covered with an insulating film such as a polyimide film to maintain insulation.

そして、上記静電吸着用電極6を形成した面に発熱体シートを接着層26を介して接着する。接着層26は、イミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂といった柔らかい樹脂が用いられる。また、この中に、適宜に金属やセラミックを粉末やバルクとして混入して熱伝導率を高めることができる。なお、接着後に載置面の加工を行っても良い。発熱体シート21は抵抗発熱体22を絶縁体で覆ったもので絶縁体としては上記接着層26と同様にイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂を用いることができる。   Then, a heating element sheet is bonded to the surface on which the electrostatic adsorption electrode 6 is formed via an adhesive layer 26. The adhesive layer 26 is made of a soft resin such as an imide resin, an epoxy resin, a silicone resin, or a phenol resin. Moreover, in this, a metal and a ceramic can be mixed suitably as a powder and a bulk, and a heat conductivity can be improved. In addition, you may process a mounting surface after adhesion | attachment. The heating element sheet 21 is obtained by covering the resistance heating element 22 with an insulator, and an imide resin, an epoxy resin, a silicone resin, or a phenol resin can be used as the insulator as in the case of the adhesive layer 26.

また、静電吸着用電極6を埋設した板状セラミックス体2においても同様に発熱体シート21を取り付けることができる。   Similarly, the heating element sheet 21 can be attached to the plate-like ceramic body 2 in which the electrostatic adsorption electrode 6 is embedded.

次に、上記静電チャック1に発熱体シート21を接着した後、該発熱体シート21に接着層28を介して冷却部材24を接着固定する。接着層はイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂を用いることができる。   Next, after the heating element sheet 21 is bonded to the electrostatic chuck 1, the cooling member 24 is bonded and fixed to the heating element sheet 21 through the adhesive layer 28. For the adhesive layer, an imide resin, an epoxy resin, a silicone resin, or a phenol resin can be used.

次に、載置面3の形状を精密に研削加工する。ロータリー研削加工によって、板状セラミックス体2の中心を軸に回転しながら環状凸部3aを研削加工することで環状凸部3aの算術平均粗さを所望のばらつきの小さな範囲内に加工することができる。環状凸部3aの算術平均粗さRaを1.2μm以下、好ましくは0.5〜1.2μm、最大粗さRyを2以下に仕上げる。そして、ガス充填面3bを環状凹部4に隣接する外周から板状セラミックス体2の中心に向けて板状セラミックス体2を回転させながら加工することが好ましい。この際に、環状凸部の高さは、ガス充填面3bの中心の高さより10〜100μm程度高いことが好ましい。そしてガス充填面3bの中心の高さが低くなるように、板状セラミックス体の直径方向への砥石移動速度を一定とし、相対的に板状セラミックス体の中心部でワークの移動速度を小さくして板状セラミックス体の中心部の加工面の表面粗さを小さくするとともに、砥石移動速度を低下させてガス充填面3bの中心部で表面粗さが小さく、周辺で表面粗さを大きくする事ができる。また、ガス充填面3bの中心部の実質的な研削代が大きくなり凹面を形成することができる。   Next, the shape of the mounting surface 3 is precisely ground. It is possible to process the arithmetic average roughness of the annular protrusion 3a within a desired small range by grinding the annular protrusion 3a while rotating around the center of the plate-like ceramic body 2 by rotary grinding. it can. The arithmetic average roughness Ra of the annular convex portion 3a is 1.2 μm or less, preferably 0.5 to 1.2 μm, and the maximum roughness Ry is 2 or less. The gas-filled surface 3b is preferably processed while rotating the plate-like ceramic body 2 from the outer periphery adjacent to the annular recess 4 toward the center of the plate-like ceramic body 2. At this time, the height of the annular convex portion is preferably about 10 to 100 μm higher than the height of the center of the gas filling surface 3b. Then, the grindstone moving speed in the diameter direction of the plate-like ceramic body is made constant so that the height of the center of the gas filling surface 3b is low, and the workpiece moving speed is relatively reduced at the center of the plate-like ceramic body. Reduce the surface roughness of the processing surface at the center of the plate-shaped ceramic body, reduce the grinding wheel moving speed, reduce the surface roughness at the center of the gas filling surface 3b, and increase the surface roughness at the periphery. Can do. Moreover, the substantial grinding allowance of the center part of the gas filling surface 3b becomes large, and a concave surface can be formed.

尚、上記冷却部材24を接着固定したウェハ保持部材100を作製した後、載置面3の形状を精密に加工することが好ましが、上記接着工程で板状セラミックス体2の変形が小さければ、板状セラミックス体2の単品あるいは、静電吸着用電極6を形成した後に載置面3の形状を精密に加工することもできる。   It is preferable to precisely process the shape of the mounting surface 3 after producing the wafer holding member 100 to which the cooling member 24 is bonded and fixed. However, if the deformation of the plate-shaped ceramic body 2 is small in the bonding step, The shape of the mounting surface 3 can also be precisely processed after the plate-like ceramic body 2 is formed individually or after the electrostatic attraction electrode 6 is formed.

以上抵抗発熱体6を備えたウェハ保持部材100の作製方法について説明したが、発熱体シート21を除いて冷却部材21のみを接着固定したウェハ保持部材もその用途に応じ同様に使える。   Although the manufacturing method of the wafer holding member 100 provided with the resistance heating element 6 has been described above, a wafer holding member in which only the cooling member 21 is bonded and fixed except for the heating element sheet 21 can be similarly used according to the application.

また、本発明のウェハ保持部材100は、特に液晶用基板を含む半導体の製造用装置として好適に用いられる。即ち、そのような製造工程において、本発明の静電チャック1の載置面3にウェハW等の被保持物を固定し、搬送、エッチング、成膜等の処理を効率よく行うことができ、生産性が高く、低コストで信頼性の高い半導体を実現できる。   Further, the wafer holding member 100 of the present invention is suitably used as a semiconductor manufacturing apparatus including a liquid crystal substrate. That is, in such a manufacturing process, an object to be held such as a wafer W can be fixed to the mounting surface 3 of the electrostatic chuck 1 of the present invention, and processing such as conveyance, etching, and film formation can be performed efficiently. A highly productive, low cost and highly reliable semiconductor can be realized.

原料として平均粒子径1μmの窒化アルミニウム粉末であって、還元窒化法により生成された窒化アルミニウム粉末を用いた。また、平均粒子径1μmの炭素粉末及び平均粒子径1μmのCeO粉末を10質量%添加し、Al以外の金属が1質量%以下になるように混合した。 As a raw material, an aluminum nitride powder having an average particle diameter of 1 μm and produced by a reduction nitriding method was used. Further, 10% by mass of carbon powder having an average particle diameter of 1 μm and CeO 2 powder having an average particle diameter of 1 μm were added and mixed so that metals other than Al were 1% by mass or less.

この混合粉末にエタノールとバインダーを加えて混合し、成形用粉末を作製した。この成形用粉末をプレス成形により直径400mm、厚み6mmの円板に成形した。また、測定用試料として直径80mm、厚み4mmの形状に成形した。WCとAlNと有機バインダーとからなるペーストを用いて電極を形成した。電極を挟むように一対の円板を重ね、さらに、このように重ねられた一対の円板に対してプレス加工を行い、この成形体を脱脂して構造体とした。この構造体をAlN鉢内に入れ、焼成炉内で焼成した。焼成は、予め収縮開始温度付近の1650℃で1時間保持した後、1850℃で2時間焼成した。   To this mixed powder, ethanol and a binder were added and mixed to produce a molding powder. This molding powder was formed into a disk having a diameter of 400 mm and a thickness of 6 mm by press molding. Moreover, it shape | molded in the shape of diameter 80mm and thickness 4mm as a sample for a measurement. An electrode was formed using a paste composed of WC, AlN, and an organic binder. A pair of disks were stacked so as to sandwich the electrode, and the pair of disks stacked in this way were pressed, and the molded body was degreased to obtain a structure. This structure was placed in an AlN pot and fired in a firing furnace. The firing was previously held at 1650 ° C. near the shrinkage start temperature for 1 hour, and then fired at 1850 ° C. for 2 hours.

次に、上記円板の焼結体の外径加工を行い、直径300mmとした。また、ドリル加工によりガス孔、載置面及びガス溝を形成した。   Next, the outer diameter of the sintered body of the disk was processed to a diameter of 300 mm. Moreover, the gas hole, the mounting surface, and the gas groove were formed by drilling.

そして、上記円板に発熱体シートをシリコン接着剤で接着し、さらに円板に接着された発熱体シート上に、アルミニウム合金からなる冷却部材をシリコン接着剤により接着した。   The heating element sheet was bonded to the disk with a silicon adhesive, and a cooling member made of an aluminum alloy was bonded to the heating element sheet bonded to the disk with a silicon adhesive.

本発明の試料の載置面は、厚み研削を平面研削盤で加工した後、ロータリー研削盤を使い、環状凸部の表面粗さが表1に示すRaになるように載置面全面を仕上げた。この際に、環状凸部の高さは、溝から中心にいたる載置面の中心部の高さより10μm程高くした。その後、ガス充填面の加工をロータリ研削盤を使い同様に研削加工し、図5に示した構造を有する静電チャックを作製した。その試料はNo.1〜6とした。   For the sample mounting surface of the present invention, after the thickness grinding is processed with a surface grinder, the rotary grinder is used to finish the entire mounting surface so that the surface roughness of the annular convex portion is Ra shown in Table 1. It was. At this time, the height of the annular convex portion was set to be about 10 μm higher than the height of the central portion of the mounting surface from the groove to the center. Thereafter, the gas-filled surface was similarly ground using a rotary grinder to produce an electrostatic chuck having the structure shown in FIG. The sample is no. 1-6.

また、比較例の試料については、静電チャックの載置面を平面研削盤を用いて研削加工することにより得た。また、ダイヤモンド砥石の砥粒を#80、#120、#320と変えて表面粗さを調整した。   Moreover, about the sample of the comparative example, it obtained by grinding the mounting surface of an electrostatic chuck using a surface grinder. Further, the surface roughness was adjusted by changing the abrasive grains of the diamond grindstone to # 80, # 120, and # 320.

そして、これらの試料を真空容器にセットし、成膜容器内の圧力を0.1Paに減圧した後、20℃の冷却水を冷却部材に流しながら、載置面にウェハWを載せて、静電吸着用電極に500Vの電圧を加え、ガス供給孔に2.6kPaのヘリウムガスを供給し、ウェハW表面の平均温度が100℃となるように抵抗発熱体に電力を供給した。   These samples are set in a vacuum container, the pressure in the film formation container is reduced to 0.1 Pa, and then the wafer W is placed on the mounting surface while cooling water at 20 ° C. is passed through the cooling member. A voltage of 500 V was applied to the electrode for electrodeposition, 2.6 kPa of helium gas was supplied to the gas supply hole, and power was supplied to the resistance heating element so that the average temperature on the surface of the wafer W was 100 ° C.

そして、ウェハWの表面温度を、ウェハWの表面に取り付けた32個の熱電対で温度を測定した。32個の熱電対の平均温度が100℃となってから10分後の温度を測定し最大温度と最小温度の差をウェハ面内の温度差とした。その結果を表1に示す。

Figure 2006270084
The surface temperature of the wafer W was measured by 32 thermocouples attached to the surface of the wafer W. The temperature 10 minutes after the average temperature of 32 thermocouples reached 100 ° C. was measured, and the difference between the maximum temperature and the minimum temperature was defined as the temperature difference within the wafer surface. The results are shown in Table 1.
Figure 2006270084

環状凸部の算術平均粗さの最大値と最小値の差をその最大値で割った比率が0.2以下である本発明の実施例(試料No.1〜6)においては、ウェハ面内の温度差が1.8℃以下と小さく、これらの試料は優れた特性を示すことが分かった。   In the example (sample Nos. 1 to 6) of the present invention in which the ratio obtained by dividing the difference between the maximum value and the minimum value of the arithmetic average roughness of the annular convex portion by the maximum value is 0.2 or less, The temperature difference was as small as 1.8 ° C. or less, and it was found that these samples exhibited excellent characteristics.

一方、比較例の試料No.7〜9は、上記比率が0.25、0.30、0.32と大きく、ウェハ面内の温度差が2.5℃以上と大きいため、これらの試料の特性が劣ることが分かった。 On the other hand, Sample No. Nos. 7 to 9 have large ratios of 0.25, 0.30, and 0.32, and the temperature difference in the wafer surface is as large as 2.5 ° C. or more. Therefore, it was found that the characteristics of these samples were inferior.

実施例1と同様に静電チャックと発熱体シートと冷却部材とを接着した。そして、環状凸部をロータリ研削盤を使い同様に研削加工した試料をNo.21〜23とした。   In the same manner as in Example 1, the electrostatic chuck, the heating element sheet, and the cooling member were bonded. A sample in which the annular convex portion was similarly ground using a rotary grinder was No. 21 to 23.

試料No.21、22については、ガス充填面が凹面となるように加工した。そしてガス充填面の中心部の高さが低く、環状凸部の5点平均高さ(h)の差を10μmとした。   Sample No. About 21 and 22, it processed so that a gas filling surface might become a concave surface. And the height of the center part of a gas filling surface was low, and the difference of 5-point average height (h) of a cyclic | annular convex part was 10 micrometers.

尚、試料No.23については、ガス充填面をフラットとした。そしてガス充填面の中心部の高さを低くし、環状凸部の5点平均高さ(h)の差を10μmとした。   Sample No. For 23, the gas filling surface was flat. And the height of the center part of a gas filling surface was made low, and the difference of 5-point average height (h) of a cyclic | annular convex part was 10 micrometers.

また、載置面をロータリー研削盤を使い、載置面の環状凸部とガス充填面が同じ高さになるように加工したものを試料No.24とした。   Sample No. 1 was prepared by processing the mounting surface using a rotary grinder so that the annular convex portion of the mounting surface and the gas filling surface were at the same height. 24.

残留吸着力に関しては、載置面に300mmのウェハWを載せ、実施例1と同様に500V(双極電圧250V)を印加し、これを100℃に加熱し10分後に印加電圧を0Vとしてから、ガス供給孔の圧力が急低下するまでの時間をウェハWの離脱時間として測定した。その結果を表2に示す。

Figure 2006270084
Regarding the residual adsorption force, a 300 mm wafer W was placed on the mounting surface, 500 V (bipolar voltage 250 V) was applied in the same manner as in Example 1, this was heated to 100 ° C., and after 10 minutes, the applied voltage was reduced to 0 V. The time until the pressure of the gas supply hole suddenly decreased was measured as the separation time of the wafer W. The results are shown in Table 2.
Figure 2006270084

環状凸部の頂面がガス充填面の高さより高く、ガス充填面が滑らかな凹面状に形成された試料No.21、22は、離脱時間が7.4秒以下と小さいため好ましいことが分かった。   Sample No. No. 2 was formed in which the top surface of the annular convex portion was higher than the height of the gas filling surface and the gas filling surface was formed into a smooth concave surface. Nos. 21 and 22 were found to be preferable because the separation time was as short as 7.4 seconds or less.

また、試料No.23は、離脱時間が9.5秒であるため、試料No.21、22よりやや大きかった。   Sample No. No. 23 has a separation time of 9.5 seconds. It was slightly larger than 21 and 22.

一方、載置面がフラットな試料No.24に関しては、離脱時間が15.3秒と大きかった。   On the other hand, Sample No. with a flat mounting surface. For 24, the departure time was as long as 15.3 seconds.

実施例1と同様に板状セラミックス体を作製し、板状セラミックス体の下面に金属Ti膜を形成し、これを静電吸着用電極とした。環状凸部の幅を1.5mmとし、その内側に1mm幅の環状凹部を形成した。そして、静電吸着用電極は櫛歯形状の双曲型として外形は円形とした。そして静電吸着用電極の外径円の大きさを環状凹部の外径円と同じものを試料No.31〜33、35〜37とした。また、静電吸着用電極の外径を環状凹部の内径とおなじものとしたものを試料No.34とした。   A plate-like ceramic body was produced in the same manner as in Example 1, a metal Ti film was formed on the lower surface of the plate-like ceramic body, and this was used as an electrode for electrostatic adsorption. The width of the annular convex portion was 1.5 mm, and an annular concave portion having a width of 1 mm was formed inside thereof. The electrostatic chucking electrode has a comb-shaped hyperbolic shape and the outer shape is circular. Then, the outer diameter circle of the electrostatic adsorption electrode is the same as the outer diameter circle of the annular recess. 31-33, 35-37. In addition, the sample having the outer diameter of the electrode for electrostatic attraction equal to the inner diameter of the annular recess is designated as Sample No. 34.

そして、真空容器に実施例1と同様にセットし、同様に100℃に加熱した。10分後のウェハ面内の温度差を測定した。また、供給ガス量からガスリーク量を算出した。その結果を表3に示す。

Figure 2006270084
And it set to the vacuum container similarly to Example 1, and similarly heated to 100 degreeC. The temperature difference in the wafer surface after 10 minutes was measured. Further, the gas leak amount was calculated from the supply gas amount. The results are shown in Table 3.
Figure 2006270084

静電吸着用電極が、環状凹部の下方にまで伸び、環状凸部の算術平均粗さRaが0.5〜1.2である試料No.32,33、35、36は、ウェハの面内温度差が1℃未満と小さく、ガスリーク量も1.4sccm以下と小さいため、好ましいことが分かった。   Electrode for electrostatic attraction extends to the lower part of the annular concave portion, and the sample No. 1 in which the arithmetic average roughness Ra of the annular convex portion is 0.5 to 1.2. 32, 33, 35, and 36 were found to be preferable because the in-plane temperature difference of the wafer was as small as less than 1 ° C. and the amount of gas leak was as small as 1.4 sccm or less.

一方、試料No.31は算術平均粗さが0.32と小さ過ぎることからウェハW面内の温度差が1.92℃と大きくなり好ましくなかった。   On the other hand, Sample No. No. 31 was not preferable because the arithmetic average roughness was too small at 0.32, and the temperature difference in the wafer W plane was as large as 1.92 ° C.

また、試料No.37は環状凸部の算術平均粗さの平均値が1.5と大きく、ガスリーク量が4.5sccmと大きいため好ましくなかった。   Sample No. No. 37 was not preferable because the average value of the arithmetic average roughness of the annular convex portion was as large as 1.5 and the gas leak amount was as large as 4.5 sccm.

また、試料No.34に関しては、静電吸着用電極が環状凹部の下方にまでないことから、ガスリーク量が3.6sccmと大きかった。   Sample No. Regarding No. 34, the amount of gas leakage was as large as 3.6 sccm because the electrode for electrostatic attraction did not reach below the annular recess.

板状セラミックス体の材質をアルミナと窒化アルミニウムとして、夫々に表4の組成となる添加物を加えた板状セラミックス体を作製した。   A plate-like ceramic body was prepared by using alumina and aluminum nitride as the material of the plate-like ceramic body and adding additives having the compositions shown in Table 4 respectively.

体積固有抵抗に関しては、JIS C2141に準拠した3端子法により、40℃で測定した。   The volume resistivity was measured at 40 ° C. by a three-terminal method based on JIS C2141.

そして各板状セラミックス体の体積固有抵抗を測定し、これを実施例1と同様に真空容器にセットし、100℃に加熱した。ウェハ面内の温度差とガスリーク量を測定した。   And the volume specific resistance of each plate-shaped ceramic body was measured, this was set to the vacuum vessel like Example 1, and it heated at 100 degreeC. The temperature difference and gas leak amount in the wafer surface were measured.

また、1インチ角のシリコンウェハを載置面に載せ、静電吸着用電極に500Vの電圧を加え100℃に加熱した状態でシリコンウェハを引っ張り上げ、ウェハが離脱した時の最大力を静電吸着力として測定した。その結果を表4に示す。

Figure 2006270084
In addition, a 1-inch square silicon wafer is placed on the mounting surface, the silicon wafer is pulled up with a voltage of 500 V applied to the electrostatic chucking electrode and heated to 100 ° C., and the maximum force when the wafer is detached is electrostatically Measured as adsorption power. The results are shown in Table 4.
Figure 2006270084

体積固有抵抗が10〜1012Ω・cmである試料No.42〜52については、ウェハ面内の温度差も1℃未満と小さく、ガスリーク量も3sccm未満と小さく好ましいことが分かった。 Sample No. with a volume resistivity of 10 8 to 10 12 Ω · cm. As for 42 to 52, it was found that the temperature difference in the wafer surface was as small as less than 1 ° C. and the amount of gas leak was as small as less than 3 sccm.

一方、体積固有抵抗が2.2×1013Ω・cmである試料No.41については、ウェハ面内の温度差も1.92℃とやや大きく、ガスリーク量も5sccmとやや大きかった。 On the other hand, Sample No. having a volume resistivity of 2.2 × 10 13 Ω · cm. For No. 41, the temperature difference in the wafer surface was also as large as 1.92 ° C., and the gas leak amount was also as large as 5 sccm.

また、板状セラミックス体がアルミナまたは窒化アルミニウムを主成分とする試料No.42〜52については、ウェハ面内の温度差を1℃未満と小さくしガスリーク量2.3sccm以下と小さくすることができることが分かった。   In addition, the plate-like ceramic body has a sample No. whose main component is alumina or aluminum nitride. As for 42 to 52, it was found that the temperature difference in the wafer surface can be reduced to less than 1 ° C. and the gas leak amount can be reduced to 2.3 sccm or less.

特に、試料No.42〜49のように、アルミナを主成分にTiO、ZrO、HfO、TiC、ZrC等の4族元素化合物を含む板状セラミックス体からなるウェハ保持部材は、静電吸着力が28kPa以上と大きいため、優れた特性を示すことが分かった。 In particular, sample no. As in 42 to 49, a wafer holding member made of a plate-like ceramic body containing alumina as a main component and a Group 4 element compound such as TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , TiC, or ZrC has an electrostatic adsorption force of 28 kPa or more. Therefore, it was found that excellent characteristics were exhibited.

更に、酸化チタンを3〜8質量%含む板状セラミックス体或いは窒化アルミニウムに酸化セリウムを含む板状セラミックス体からなるウェハ保持部材は、静電吸着力が36kPa以上と大きく、ガスリーク量も1.1sccm以下と小さいため、好ましいことが分かった。   Furthermore, a wafer holding member made of a plate-like ceramic body containing 3 to 8% by mass of titanium oxide or a plate-like ceramic body containing cerium oxide in aluminum nitride has a large electrostatic adsorption force of 36 kPa or more and a gas leak amount of 1.1 sccm. Since it is small as below, it turned out that it is preferable.

(a)は、本発明の静電チャックの概略断面図であり、(b)はそのA部の概略の断面拡大図である。(A) is a schematic sectional drawing of the electrostatic chuck of this invention, (b) is a rough sectional enlarged view of the A section. 図1に示す本発明の静電チャックの載置面の概略の上面図である。FIG. 2 is a schematic top view of a mounting surface of the electrostatic chuck of the present invention shown in FIG. 1. (a)は、本発明の静電チャックの概略断面図であり、(b)はそのA部の概略の断面拡大図である。(A) is a schematic sectional drawing of the electrostatic chuck of this invention, (b) is a rough sectional enlarged view of the A section. 図3に示す本発明の静電チャックの載置面の概略の上面図である。FIG. 4 is a schematic top view of a mounting surface of the electrostatic chuck of the present invention shown in FIG. 3. 本発明の静電チャックを使ったウェハ保持部材に断面図である。It is sectional drawing to the wafer holding member using the electrostatic chuck of this invention. 従来の静電チャックの載置面の上面図である。It is a top view of the mounting surface of the conventional electrostatic chuck. 従来の静電チャックの載置面の上面図である。It is a top view of the mounting surface of the conventional electrostatic chuck. 従来の静電チャックの載置面の上面図である。It is a top view of the mounting surface of the conventional electrostatic chuck.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・静電チャック
2・・・板状セラミックス体
3・・・載置面
3a・・・環状凸部
3b・・・ガス充填面
4・・・環状凹部
5・・・ガス供給孔
6・・・静電吸着用電極
8・・・給電端子
9・・・測温素子用凹部
10・・・測温素子(熱電対)
21・・・発熱体シート
22・・・抵抗発熱体
23・・・給電端子
24・・・冷却部材
26・・・接着層
28・・・接着層
29・・・冷却媒体流路
100・・・ウェハ保持部材
W・・・ウェハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic chuck 2 ... Plate-shaped ceramic body 3 ... Mounting surface 3a ... Ring-shaped convex part 3b ... Gas filling surface 4 ... Ring-shaped recessed part 5 ... Gas supply hole 6 ... Electrostatic adsorption electrode 8 ... Power supply terminal 9 ... Temperature sensor recess 10 ... Temperature sensor (thermocouple)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Heat generating body sheet 22 ... Resistance heating element 23 ... Feeding terminal 24 ... Cooling member 26 ... Adhesive layer 28 ... Adhesive layer 29 ... Cooling medium channel 100 ... Wafer holding member W ... wafer

Claims (14)

一方の主面が被保持物を載せる載置面であり、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極を備え、上記載置面の外周端部に設けられた、上記被保持物と接触する環状凸部と、該環状凸部の内側に設けられた貫通孔と、を有する板状セラミックス体を備える静電チャックであって、
上記環状凸部の、上記被保持物と接触する面の算術平均粗さRaの最大値をRa(max)、最小値をRa(min)としたときに、
{Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)が0.2以下であることを特徴とする静電チャック。
One main surface is a mounting surface on which the object to be held is placed, and the other main surface or the inside is provided with an electrode for electrostatic attraction, and is in contact with the object to be held provided at the outer peripheral end of the mounting surface. An electrostatic chuck comprising a plate-like ceramic body having an annular convex portion and a through hole provided inside the annular convex portion,
When the maximum value of the arithmetic average roughness Ra of the surface of the annular convex portion in contact with the object to be held is Ra (max) and the minimum value is Ra (min),
{Ra (max) -Ra (min)} / Ra (max) is 0.2 or less, The electrostatic chuck characterized by the above-mentioned.
上記環状凸部の内側に環状凹部が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。 The electrostatic chuck according to claim 1, wherein an annular recess is provided inside the annular protrusion. 上記載置面の中央には、上記環状凹部の内側に、滑らかな凹面を有し、上記環状凸部の、上記被保持物と接触する面が、上記凹面より高く突出していることを特徴とする請求項2に記載の静電チャック。 The center of the mounting surface has a smooth concave surface inside the annular concave portion, and the surface of the annular convex portion that contacts the object to be held protrudes higher than the concave surface. The electrostatic chuck according to claim 2. 上記凹面の中央に向けて算術平均粗さRaが小さくなることを特徴とする請求項3に記載の静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 3, wherein the arithmetic average roughness Ra decreases toward the center of the concave surface. 上記静電吸着用電極が、上記滑らかな凹面と上記環状凹部とに対向して設けられていることを特徴とする請求項3に記載の静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 3, wherein the electrostatic chucking electrode is provided to face the smooth concave surface and the annular concave portion. 上記環状凸部の算術平均粗さRaが0.5〜1.2μmであることを特徴とする請求項3に記載の静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 3, wherein the arithmetic average roughness Ra of the annular convex portion is 0.5 to 1.2 μm. 上記請求項3に記載の静電チャックの他方の主面側に発熱体シートを備えたことを特徴とするウェハ保持部材。 A wafer holding member comprising a heating element sheet on the other main surface side of the electrostatic chuck according to claim 3. 上記発熱体シートの下面側に冷却部材を備えたことを特徴とする請求項7記載のウェハ保持部材。 The wafer holding member according to claim 7, further comprising a cooling member on a lower surface side of the heating element sheet. 上記静電チャックと発熱体シートと冷却部材とをこの順に有機接着剤で貼り合わせたことを特徴とする請求項8に記載のウェハ保持部材。 The wafer holding member according to claim 8, wherein the electrostatic chuck, the heating element sheet, and the cooling member are bonded together in this order with an organic adhesive. 上記板状セラミックス体の40℃での体積固有抵抗値が、10〜1012Ω・cmであることを特徴とする請求項9に記載のウェハ保持部材。 The wafer holding member according to claim 9, wherein the plate-like ceramic body has a volume resistivity value at 40 ° C. of 10 8 to 10 12 Ω · cm. 上記板状セラミックス体がアルミナ或いは窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項10に記載のウェハ保持部材。 The wafer holding member according to claim 10, wherein the plate-like ceramic body contains alumina or aluminum nitride as a main component. 上記板状セラミックス体がアルミナを主成分とし、微量成分として4族元素化合物を含むことを特徴とする請求項11に記載のウェハ保持部材。 The wafer holding member according to claim 11, wherein the plate-like ceramic body contains alumina as a main component and a group 4 element compound as a minor component. 一方の主面がウェハを載せる載置面であり、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極を備え、上記載置面の外周端部に設けられた、上記ウェハと接触する環状凸部と、該環状凸部より内側に設けられた貫通孔と、を有する板状セラミックス体を備える静電チャックであって、
上記環状凸部の、上記ウェハと接触する面の算術平均粗さRaの最大値をRa(max)、最小値をRa(min)としたときに、
{Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)が0.2以下である静電チャックの載置面にウェハを載せ、
上記静電チャックに設けられた上記静電吸着用電極により上記ウェハを吸着する工程と、
上記貫通孔にガスを供給する工程と、
上記環状凸部とウェハとの間から上記ガスを一定流量放出しながら、上記ウェハに半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理およびレジスト膜形成処理の少なくとも1つを行なう工程と、を備えるウェハ処理方法。
One main surface is a mounting surface on which the wafer is placed, the other main surface or an electrostatic chucking electrode is provided inside, and an annular convex portion that is provided at the outer peripheral end of the mounting surface and contacts the wafer And an electrostatic chuck comprising a plate-like ceramic body having a through hole provided inside the annular convex portion,
When the maximum value of the arithmetic average roughness Ra of the surface of the annular protrusion contacting the wafer is Ra (max) and the minimum value is Ra (min),
{Ra (max) -Ra (min)} / Ra (max) is placed on the mounting surface of the electrostatic chuck having 0.2 or less,
Adsorbing the wafer by the electrostatic chucking electrode provided on the electrostatic chuck;
Supplying gas to the through hole;
And a step of performing at least one of a semiconductor thin film forming process, an etching process, and a resist film forming process on the wafer while discharging the gas at a constant flow rate from between the annular protrusion and the wafer. .
一方の主面がウェハを載せる載置面であり、他方の主面あるいは内部に静電吸着用電極を備え、上記載置面の外周端部に設けられた、上記ウェハと接触する環状凸部と、該環状凸部より内側に設けられた貫通孔と、を有する板状セラミックス体を備える静電チャックであって、
上記環状凸部の、上記ウェハと接触する面の算術平均粗さRaの最大値をRa(max)、最小値をRa(min)としたときに、
{Ra(max)−Ra(min)}/Ra(max)が0.2以下である静電チャックと、該静電チャックの他方の主面側に発熱体シートを備え、さらに該発熱体シートの下面側に冷却部材を備えるとともに、上記静電チャックと、上記発熱体シートと、上記冷却部材とがこの順に有機接着剤で貼り合わされたウェハ保持部材の載置面にウェハを載せ、
上記静電チャックに設けられた上記静電吸着用電極により上記ウェハを吸着する工程と、
上記貫通孔にガスを供給する工程と、
上記環状凸部とウェハとの間から上記ガスを一定流量放出しながら、上記ウェハに半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理およびレジスト膜形成処理の少なくとも1つを行なう工程と、を備えるウェハ処理方法。
One main surface is a mounting surface on which the wafer is placed, the other main surface or an electrostatic chucking electrode is provided inside, and an annular convex portion that is provided at the outer peripheral end of the mounting surface and contacts the wafer And an electrostatic chuck comprising a plate-like ceramic body having a through hole provided inside the annular convex portion,
When the maximum value of the arithmetic average roughness Ra of the surface of the annular protrusion contacting the wafer is Ra (max) and the minimum value is Ra (min),
An electrostatic chuck having {Ra (max) −Ra (min)} / Ra (max) of 0.2 or less, a heating element sheet on the other main surface side of the electrostatic chuck, and further the heating element sheet A cooling member is provided on the lower surface side of the wafer, and the electrostatic chuck, the heating element sheet, and the cooling member are placed on the mounting surface of the wafer holding member in which the cooling member is bonded in this order with an organic adhesive,
Adsorbing the wafer by the electrostatic chucking electrode provided on the electrostatic chuck;
Supplying gas to the through hole;
And a step of performing at least one of a semiconductor thin film forming process, an etching process, and a resist film forming process on the wafer while discharging the gas at a constant flow rate from between the annular protrusion and the wafer. .
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