JP2007515805A - ウエハを冷却するための冷却流路を備えた静電チャック及びチャックベース - Google Patents
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Abstract
表面に冷却流路を備えた静電チャックを提供する。本発明の一実施形態によると、ウエハを支持するチャックベースと、前記ウエハの固定に必要な静電気力を提供する直流電圧を供給するための電極を内部に備えており、前記チャックベース上に装着される誘電膜と、冷却流路と、を備えた静電チャックを提供する。このとき、冷却流路は、前記ウエハの温度制御のために、前記誘電膜に冷媒を供給するもので、前記ウエハの縁部に対応する前記誘電膜の表面に同心円状に形成された少なくとも二つ以上の第１冷却流路と、前記第１冷却流路の相互間を連結するために、前記誘電膜の表面に形成された第２冷却流路と、前記第１及び第２冷却流路に前記冷媒を提供するために、前記誘電膜を貫通する第１貫通流路と、前記ウエハの中心部に前記冷媒を提供するために、前記誘電膜の中心部を貫通する第２貫通流路と、を含んで構成される。
Description
本発明は、半導体素子の製造装備に関するもので、特に、ウエハを冷却するための冷却流路を備えた静電チャック及びチャックベースに関する。
現在、半導体素子の製造装備、例えば、乾式エッチング装置などの反応チャンバー内には、工程中に半導体ウエハを支持するためのチャックが設けられる。このチャックは、静電チャックである。このチャックは、その後面に位置したチャックベース上に装着される。チャックベースは、チャックを支持する役割をする。また、チャックに所定温度を均一に伝達し、チャック上に位置した半導体ウエハを均一に冷却するために、チャックベースには冷却流路が設けられる。
静電チャックは、静電気力を用いてウエハを固定する機能をするが、このために、この静電チャックは、静電気力または静電吸着力を発生するための構造、例えば、電極及びこの電極を取り囲む誘電膜などを備える構造を有する。一方、ウエハの工程収率を増加するためには、工程、例えば、エッチング工程中にプラズマなどと反応しているウエハの均一な温度制御が必須的に要求される。ウエハ全体の温度が均一に維持されない場合、エッチング工程では、ウエハ上の臨界線幅（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：以下、ＣＤという）の分布が劣悪になるという不良が発生する。
ウエハの均一な温度制御のために、静電チャックの表面には、ウエハを冷却するための冷媒、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）の流路が設けられる。このヘリウム流路の形態によって、ウエハ全体の温度分布が直接的に影響を受けるようになる。したがって、現在、ヘリウム流路の形態を改善し、ウエハの均一な温度制御を実現するための多様な試みが行われている。
現在、静電気力の発生に必要な電力を提供するための電極が位置する誘電膜は、誘電物質のコーティングによって形成される。この誘電物質のコーティングによって形成された誘電膜は、その厚さが相対的に厚いので、充分な静電気力を発生するために高い直流電圧を電極に印加すべきである。このような高い直流電圧の印加は、ウエハ上に形成された半導体素子に損傷を与えてしまい、ウエハの工程収率を低下する原因として作用する。
また、上記のように高い直流電圧が印加された場合、アーク放電により静電チャックの縁部で陽極酸化被膜が容易に剥がれることになり、静電チャック自体の寿命が短縮するしかなく、反応室内に不純物が発生する。
一方、ウエハの均一な温度制御のためには、優先的にチャックの温度を均一に維持する必要があり、このための多様な試みが行われている。例えば、ウエハを均一に冷却するために、チャックベースに冷却流路を設置することで、優先的にチャックの温度を均一に維持する方案が考慮されうる。
一方、ウエハの均一な温度制御のためには、優先的にチャックの温度を均一に維持する必要があり、このための多様な試みが行われている。例えば、ウエハを均一に冷却するために、チャックベースに冷却流路を設置することで、優先的にチャックの温度を均一に維持する方案が考慮されうる。
チャックベースに形成される冷却流路の平面形状及びチャックベースでの位置などは、チャックを均一に冷却するための重要な変数として考慮される。特に、冷却流路の平面形状を改善することで、チャックまたはウエハでの温度偏差を効果的に減少する方案が考案されている。
本発明が解決しようとする技術的課題は、静電チャックに装着されるウエハの温度偏差を最小化し、ウエハ内のＣＤの均一度を改善することで、ウエハの工程収率を増加できる冷却流路を備えた静電チャックを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の技術的課題は、チャックに所定温度を均一に伝達することで、チャックまたはウエハで発生する温度偏差を効果的に減少し、ウエハを冷却できる新しい形状の冷却流路を備えたチャックベースを提供することにある。
上記の技術的課題を達成するための本発明の一実施形態では、ウエハを支持するチャックベースと、前記ウエハの固定に必要な静電気力を提供する直流電圧を供給するための電極を内部に備えて前記チャックベース上に装着される誘電膜と、前記ウエハの温度制御のために、前記誘電膜に冷媒を供給する冷却流路とを備える静電チャックを提供する。前記冷却流路は、前記ウエハの縁部に対応する前記誘電膜の表面に同心円状に形成された少なくとも二つ以上の第１冷却流路と、前記第１冷却流路の相互間を連結するために、前記誘電膜の表面に形成された第２冷却流路と、前記第１及び第２冷却流路に前記冷媒を提供するために、前記誘電膜を貫通する第１貫通流路と、前記ウエハの中心部に前記冷媒を提供するために、前記誘電膜の中心部を貫通する第２貫通流路とを有する。
前記誘電膜は、積層された各誘電体シートの間に前記電極が配置された誘電体シートとして、前記チャックベースに付着及び圧縮される。
前記第１冷却流路のうち前記誘電膜の中心部に近い内側の第１冷却流路は、前記誘電膜の外周から前記ウエハの直径の１／４以下に該当する距離内に配置される。
前記第１冷却流路のうち前記誘電膜の中心部に近い内側の第１冷却流路は、前記誘電膜の外周から前記ウエハの直径の１／４以下に該当する距離内に配置される。
前記第２冷却流路は、少なくとも８個であり、第２冷却流路と前記外側の第１冷却流路との連結部に隣接した前記第２冷却流路には、前記第２冷却流路と同数の前記第１貫通流路がそれぞれ連結される。
上記の他の技術的課題を達成するための本発明の一実施形態によると、ウエハが載置されるチャックを支持する本体部と、前記チャックを冷却するための冷却流路と、を含んでおり、前記冷却流路は、前記チャックに対向する表面の下部にチャックベースの中心部から十字状をなして外側に向かって延伸する十字部と、前記十字部に連結され、前記十字部の周辺で円状をなして形成された円状部と、を含んで構成される。
このとき、前記十字部の一端と前記円状部の一端との間に配置され、前記十字部と前記円状部とを連結するための連結部をさらに含んでおり、前記冷却流路は、前記十字部の他端から前記円状部の他端まで伸びている。
前記本体部は、前記チャックに前記ウエハを載置するためのリフトピンを通して挿入される４個の第１貫通孔を備えており、前記冷却流路は、前記十字部と前記円状部との間に４個の第１貫通孔が配置され、前記十字部が前記第１貫通孔の周囲で延長されるように屈曲される。
また、前記本体部は、前記チャックに静電気力を発生するための電力を供給する第２貫通孔をさらに備えており、前記冷却流路は、前記十字部が前記第２貫通孔の内側周囲で延長されるように屈曲される。
図１乃至図１４は、本発明の実施形態に係る静電チャックを概略的に示した図である。
図１は、本発明の実施形態に係る静電チャックの構成を概略的に示した図である。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る静電チャックは、エッチング工程などが行われるウエハ１００を支持するチャックベース２００を含んで構成される。チャックベース２００の下側には、チャックベース２００を支持する他のチャック本体（図示せず）などが構成されうる。
図１は、本発明の実施形態に係る静電チャックの構成を概略的に示した図である。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る静電チャックは、エッチング工程などが行われるウエハ１００を支持するチャックベース２００を含んで構成される。チャックベース２００の下側には、チャックベース２００を支持する他のチャック本体（図示せず）などが構成されうる。
チャックベース２００上には、誘電膜４００が形成される。一般に、誘電膜４００は、陽極酸化などによって形成されるが、本発明の実施形態では、別途にシート状に製作された誘電体シートがチャックベース２００上に付着・圧縮されて形成される。このとき、誘電体シートは、第１誘電体シート４０１と第２誘電体シート４０２との積層形態で形成される。さらに、誘電体シートは、複数の誘電体シートの積層形態で形成されることもある。
このとき、第１誘電体シート４０１と第２誘電体シート４０２との間には、薄膜電極３００が形成される。これによって、誘電膜４００の内部に電極３００が備わることになる。この電極３００は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）またはモリブデン（Ｍｏ）などの導電金属物質からなり、これら導電金属物質が第１誘電体シート４０１上にコーティングされる。
上記のように、誘電膜４００が誘電体シートの付着・圧縮によって形成される場合、誘電体シートは、優れた誘電特性を有する誘電物質によって形成可能になり、一層優れた誘電特性を実現できる。また、誘電膜４００が誘電体シートの付着・圧縮によって形成される場合、誘電膜４００の全体厚さ、特に、電極３００とウエハ１００との間の第２誘電体シート４０２の厚さを均一に減少できる。よって、電極３００に一層低い直流電圧Ｖを印加する場合も、充分な静電吸着力が発生するようになる。
誘電膜４００の厚さが略１．３ｍｍである場合、第１誘電体シート４０１は、相対的に厚い略０．７ｍｍの厚さで形成されるが、第２誘電体シート４０２は、非常に薄い略０．３ｍｍの厚さで形成される。よって、実質的な電極３００の厚さは、略０．３ｍｍとなる。
一方、一層低い直流電圧Ｖの印加は、アーク放電の発生可能性を減少するという効果を奏する。その結果、このアーク放電による誘電膜４００の絶縁破壊または陽極酸化被膜などの剥離により、静電チャックの寿命が減少したり、不純物が反応室内に発生するなどの不良を効果的に防止できる。
また、低い直流電圧Ｖの印加は、第２誘電体シート４０２内の電荷量を減少するという効果を奏するので、ウエハ１００をチャックベース２００から一層円滑に離脱することができる。すなわち、ウエハ１００の分離時、総電荷が迅速に０になり、ウエハ１００は、スライディングや損傷なしに分離される。
低い直流電圧Ｖの印加は、ウエハ１００の分離時に、反応室内の低い圧力、例えば、数ｍＴｏｒｒの低い圧力下で発生しうるスパーク放電を防止するのに非常に有効である。
一方、静電チャックの誘電膜４００の表面には、ウエハ１００を冷却するための冷却流路５００が形成される。この冷却流路５００については後で詳しく説明するが、冷却流路５００は、ウエハ１００を冷却するためにウエハ１００の後面に冷媒としてのヘリウム（Ｈｅ）を提供し、ウエハ１００の温度を制御する。現在まで用いられてきた冷却流路の形態では、ウエハの中央部と縁部との間で温度差が発生するため、この温度差による素子のＣＤを制御することが困難であった。そのため、ウエハ１００全体にかけて均一な温度分布を実現し、温度偏差を最小化するために、本発明では、新しい形態の冷却流路５００の構
成が提示された。
一方、静電チャックの誘電膜４００の表面には、ウエハ１００を冷却するための冷却流路５００が形成される。この冷却流路５００については後で詳しく説明するが、冷却流路５００は、ウエハ１００を冷却するためにウエハ１００の後面に冷媒としてのヘリウム（Ｈｅ）を提供し、ウエハ１００の温度を制御する。現在まで用いられてきた冷却流路の形態では、ウエハの中央部と縁部との間で温度差が発生するため、この温度差による素子のＣＤを制御することが困難であった。そのため、ウエハ１００全体にかけて均一な温度分布を実現し、温度偏差を最小化するために、本発明では、新しい形態の冷却流路５００の構
成が提示された。
一方、図１には詳しく示してないが、誘電膜４００の表面に形成される冷却流路５００に冷媒としてのヘリウムを提供する通路は、チャックベース２００から冷却流路５００に延長される貫通孔（図示せず）などによって構成される。しかし、実際のウエハ１００の温度制御は、誘電膜４００の表面に形成された冷却流路５００の形態に大きく依存するので、冷却流路５００に対して図面に基づいて詳しく説明する。
図２乃至図６は、本発明の実施形態に係る静電チャックを構成するチャックベースを概略的に示した図で、図８乃至図１１は、本発明の実施形態に係る静電チャックを構成するシート状に付着・圧縮された誘電膜を概略的に示した図である。
具体的に、図２は、本発明の実施形態に係る静電チャックを構成するチャックベースの前面を概略的に示した平面図で、図３は、本発明の実施形態に係る静電チャックを構成するチャックベースの後面を概略的に示した平面図で、図４は、本発明の実施形態に係る静電チャックを構成するチャックベースを概略的に示した断面図で、図５は、図３のＡ部の拡大平面図で、図６は、図３のＢでの連結関係を概略的に示した断面図で、図７は、図２のリフトホールを概略的に示した断面図である。
また、図８及び図９は、本発明の実施形態に係る静電チャックを構成するシート状に付着・圧縮された誘電膜を概略的に示した平面図及び断面図で、図１０は、図８のＣ部の拡大平面図で、図１１は、図８のＣ部での連結関係を概略的に示した断面図である。
まず、図２乃至図７に示すように、チャックベース２００は、アルミニウムからなり、図２及び図４に示すように、ウエハ１００に対向する前面２１０と縁部２３０との間に段差が形成される。チャックベース２００の前面２１０には、ウエハ１００の形態にしたがって形成される縁部が備わる。このとき、チャックベース２００の前面２１０の幅は、ウエハ１００の幅より多少狭く形成される。例えば、２００ｍｍの直径を有するウエハ１００の場合、前面２１０の直径は略１９６．１ｍｍになる。
縁部２３０は、チャックベース２００の固定手段、例えば、ボルトが挿入される複数個の貫通孔２３１を備えている。このとき、全体の縁部２３０は、陽極酸化処理を経て絶縁被膜によって覆われる。しかし、チャックベース２００の前面２１０は、むき出し（ｂａｒｅ）状態に維持される。この前面２１０に、図８乃至図１１に示すように、誘電膜４００が付着及び圧縮される。
一方、図２、図３及び図４に示すように、チャックベース２００には、複数個の貫通孔が備わる。すなわち、チャックベース２００は、誘電膜４００の内部に位置した電極３００に直流電圧を提供する引込み線（図示せず）が挿入される電源連結用貫通孔２１１と、ウエハ１００を分離するためのリフトピン（図示せず）が挿入されるリフトホール２１３と、を備えている。このとき、リフトホール２１３は、４ピンリフタ（４ｐｉｎ ｌｉｆｔｅｒ）のために４個備わる。
図７に示すように、リフトホール２１３には、エアホール２０３が連結される。このエアホール２０３は、チャックベース２００を貫通してリフトホール２１３に連結される貫通孔であり、ウエハ１００が上下に動くとき、エアの充満によってリフトピンが円滑に作動できなくなる問題を解決する。すなわち、エアホール２０３を通してエアが円滑に流れることで、リフトピンの作動が円滑になり、その結果、ウエハ１００が上下に円滑に動くようになる。
図２、図３及び図４に示すように、チャックベース２００には、誘電膜４００の表面に形成される冷却流路５００に冷媒としてのヘリウムを供給するための第１供給用貫通孔２１５が複数個、例えば、８個形成される。後で詳しく説明するが、この第１供給用貫通孔２１５は、誘電膜５００に形成される第１貫通流路に整列される。このとき、第１供給用貫通孔２１５は、ウエハ１００の縁部に対応するチャックベース２００の複数個の位置に同心円をなして形成される。一方、第２供給用貫通孔２１７は、ウエハ１００の中心部に対応するチャックベース２００の位置に形成される。後で詳しく説明するが、第２供給用貫通孔２１７は、誘電膜５００に形成される第２貫通流路に整列される。
図３及び図４に示すように、チャックベース２００の後面２５０には、前記第１供給用貫通孔２１５及び第２供給用貫通孔２１７に冷媒としてのヘリウムを同時に分配するための分配流路２５１が溝状に形成される。この分配流路２５１は、図３に示すように、中央部で互いに交差する放射線状の溝である。
図３及び図４に示すように、チャックベース２００の後面２５０には、前記第１供給用貫通孔２１５及び第２供給用貫通孔２１７に冷媒としてのヘリウムを同時に分配するための分配流路２５１が溝状に形成される。この分配流路２５１は、図３に示すように、中央部で互いに交差する放射線状の溝である。
分配流路２５１の交差部には、図３のＡ部の拡大平面図である図５に示すように、第２供給貫通孔２１７が連結される。また、分配流路２５１の端部には、第１供給貫通孔２１５が連結される。
結局、ヘリウムは、分配流路２５１を通して第１供給貫通孔２１５及び第２供給貫通孔２１７に同時に提供される。
図８乃至図１１に示すように、誘電膜４００は、その内部に電極３００を備えてシートの積層形態で形成される。誘電膜４００の形状は、図８に示すように、チャックベース２００の形状に対応する。また、誘電膜４００には、チャックベース２００に形成されたリフトホール２１３に整列されるとともに、リフトピンが挿入されるリフトホール４１３が備わる。４ピンリフタである場合、４個のリフトホール４１３が貫通孔として備わる。
図８乃至図１１に示すように、誘電膜４００は、その内部に電極３００を備えてシートの積層形態で形成される。誘電膜４００の形状は、図８に示すように、チャックベース２００の形状に対応する。また、誘電膜４００には、チャックベース２００に形成されたリフトホール２１３に整列されるとともに、リフトピンが挿入されるリフトホール４１３が備わる。４ピンリフタである場合、４個のリフトホール４１３が貫通孔として備わる。
ウエハ１００の温度制御、すなわち、冷却のために誘電膜４００の上面には、冷却流路５００が形成される。この冷却流路５００には、前記ウエハ１００の縁部に対応する誘電膜４００上に位置した少なくとも二つ以上の溝状の第１冷却流路５０１，５０３が同心円をなして備わる。また、第１冷却流路５０１，５０３の間には、第１冷却流路５０１，５０３の相互間を連結するために放射線状に配列された複数個の第２冷却流路５０５が形成される。このとき、誘電膜４００の全体厚さが略１．３ｍｍに過ぎないので、第１冷却流路５０１，５０３または／及び第２冷却流路５０５は、それぞれ略０．１ｍｍの厚さ及び略１ｍｍの幅を有する溝状に形成される。
第１及び第２冷却流路５０１，５０３，５０５に冷媒としてのヘリウムを提供するために、誘電膜４００を貫通する第１貫通流路５１５が備わる。第１貫通流路５１５は、チャックベース２００に形成された第１供給貫通孔２１５に整列される。一方、ウエハ１００の中心部に対応する誘電膜４００の位置には、冷媒としてのヘリウムをウエハ１００の後面に噴射するための第２貫通流路５１７が形成される。このとき、第１及び第２貫通流路５１５，５１７は、略０．５ｍｍの直径を有している。
上記のように構成された冷却流路５００において、第１及び第２冷却流路５０１，５０５は、ウエハ１００の縁部側に隣接して配置される。すなわち、冷却流路５００においては、ウエハ１００の中心部よりもウエハ１００の縁部に相対的に多くの冷媒が供給される。特に、冷却流路５００は、第１貫通流路５１７から噴射される冷媒としてのヘリウムのみがウエハ１００の中心部に供給されるように構成される。したがって、実質的に、同心円状に配列された第１冷却流路５０１，５０３や連結流路としての第２冷却流路５０５は、ウエハ１００の中心部に延長されない。
第１冷却流路５０１，５０３のうち内側の第１冷却流路５０１は、ウエハ１００の外周
からウエハ１００の直径の１／４以下の距離内に位置するように冷却流路５００を構成する。例えば、ウエハ１００が２００ｍｍの直径を有する場合、内側の第１冷却流路５０１は、ウエハ１００の外周または誘電膜４００の外周から略３８ｍｍの位置に形成される。実質的に、第１冷却流路５０１は、リフトホール４１３に隣接して配置されるか、誘電膜４００またはウエハ１００の外周に隣接して配置される。
からウエハ１００の直径の１／４以下の距離内に位置するように冷却流路５００を構成する。例えば、ウエハ１００が２００ｍｍの直径を有する場合、内側の第１冷却流路５０１は、ウエハ１００の外周または誘電膜４００の外周から略３８ｍｍの位置に形成される。実質的に、第１冷却流路５０１は、リフトホール４１３に隣接して配置されるか、誘電膜４００またはウエハ１００の外周に隣接して配置される。
上記のように冷却流路５００がウエハ１００の縁部に隣接して配置される場合、ウエハ１００の縁部に対する温度制御を一層効果的に行える。一般に、乾式エッチング工程などを行うとき、ウエハ１００の中心部より縁部での温度偏差がもっと大きい。しかし、本発明において、ヘリウムが流れる冷却流路５０１，５０３，５０５は、ウエハ１００の縁部に対応する誘電膜４００の部分に集中的に配置されるため、温度偏差を効果的に防止できる。
一方、ヘリウムの噴射は、第２貫通流路５１７及び第１貫通流路５１５を通して同時に行われる。これは、図３に基づいて説明したように、チャックベース２００の後面２５０に形成された分配流路２５１を備えることで可能になる。
本発明の実施形態に係る冷却流路５００の形態は、多様に変形可能であるが、同心円状に配列された冷却流路及び連結流路がウエハの縁部に隣接して形成されることは、全ての形態において同一である。
図１２は、本発明の実施形態に係る冷却流路の第１変形例を概略的に示した平面図である。
図１２に示すように、変形された冷却流路は、図８に示した本発明の実施形態に係る第１冷却流路５０１，５０３と相異なる。すなわち、図１２に示すように、内側の第１冷却流路５０１' は、リフトホール４１３よりも外側、すなわち、誘電膜４００の外周やウエハ１００の外周に隣接して配置される。例えば、内側の第１冷却流路５０１' は、誘電膜４００の外周から略２２ｍｍの位置に形成される。
図１２に示すように、変形された冷却流路は、図８に示した本発明の実施形態に係る第１冷却流路５０１，５０３と相異なる。すなわち、図１２に示すように、内側の第１冷却流路５０１' は、リフトホール４１３よりも外側、すなわち、誘電膜４００の外周やウエハ１００の外周に隣接して配置される。例えば、内側の第１冷却流路５０１' は、誘電膜４００の外周から略２２ｍｍの位置に形成される。
図１３は、本発明の実施形態に係る冷却流路の第２変形例を概略的に示した平面図で、図１４は、図１３のＥ部を概略的に示した断面図である。
図１３及び図１４に示すように、変形された冷却流路は、外側の第１冷却流路が誘電膜４００の外周に最大限に隣接して配置される点で、図８に示した本発明の実施形態に係る第１冷却流路５０１，５０３のうち外側の第１冷却流路５０３と相異なる。すなわち、図１２に示すように、外側の第１冷却流路５０３' は、誘電膜４００の外周から略１ｍｍまたはそれ以下の位置に配置される。この外側の第１冷却流路５０３' の位置は、実質的にウエハ１００上に素子が形成されない部分、ウエハの外周から略３ｍｍの幅に該当する部分である。これらの部分、すなわち、エッジ排除部に外側の冷却流路５０３' を備えることで、温度制御を一層効果的に実現できる。
図１３及び図１４に示すように、変形された冷却流路は、外側の第１冷却流路が誘電膜４００の外周に最大限に隣接して配置される点で、図８に示した本発明の実施形態に係る第１冷却流路５０１，５０３のうち外側の第１冷却流路５０３と相異なる。すなわち、図１２に示すように、外側の第１冷却流路５０３' は、誘電膜４００の外周から略１ｍｍまたはそれ以下の位置に配置される。この外側の第１冷却流路５０３' の位置は、実質的にウエハ１００上に素子が形成されない部分、ウエハの外周から略３ｍｍの幅に該当する部分である。これらの部分、すなわち、エッジ排除部に外側の冷却流路５０３' を備えることで、温度制御を一層効果的に実現できる。
図１５は、本発明の実施形態に係るチャックベースを概略的に示した断面図で、図１６は、本発明の実施形態に係るチャックベースに設置された冷却流路の平面形状を概略的に示した平面図で、図１７は、本発明の実施形態に係るチャックベースに設置された冷却流路の平面形状を概略的に示した図１６のＡ−Ａ' 線断面図である。
図１５に示すように、本発明の実施形態に係るチャックベース６００は、半導体素子の製造工程に用いられるチャンバー装備、例えば、プラズマ乾式エッチング装備の工程チャンバー内に装着されるチャック７００の後面に配置される。主に、チャック７００は、静電チャックである。すなわち、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）薄膜及び静電力発生のために薄膜の下部に形成された電極からなるチャック７００は、チャックベース６００上に
配置される。また、このチャック７００は、チャックベース６００上に載せられた後、ボルトとナットなどによってチャックベース６００に締結される。
配置される。また、このチャック７００は、チャックベース６００上に載せられた後、ボルトとナットなどによってチャックベース６００に締結される。
工程中に、チャック７００に載置される半導体ウエハ８００の温度が上昇すると、チャック７００の温度も上昇する。このような温度上昇は、工程に大きな影響を及ぼして、ＣＤの不均一発生などの不良を誘発しうる。したがって、この温度上昇を抑制または補償し、ウエハ８００またはチャック７００の温度を均一に維持するための冷却手段が要求されている。
本発明の実施形態では、この冷却手段として、チャックベース６００の本体に形成される冷却流路を設けている。
図１６及び図１７に示すように、本発明の実施形態に係るチャックベース６００には、チャック７００（図１５を参照）を支持するための本体部が備わる。また、チャック７００の後面に対向するチャックベース６００の本体部の上面６０１の下部に位置した本体部内には、冷却流路６１０が設けられる。冷却流路６１０がチャックベース６００の後面６０３でなく上面６０１に相対的に隣接して設けられる理由は、チャック７００への温度伝達を一層効果的にするためである。これによって、チャック７００の冷却が一層効果的に行われることで、チャック７００及びその上部に載置された半導体ウエハ６００を一層効果的に冷却できる。
図１６及び図１７に示すように、本発明の実施形態に係るチャックベース６００には、チャック７００（図１５を参照）を支持するための本体部が備わる。また、チャック７００の後面に対向するチャックベース６００の本体部の上面６０１の下部に位置した本体部内には、冷却流路６１０が設けられる。冷却流路６１０がチャックベース６００の後面６０３でなく上面６０１に相対的に隣接して設けられる理由は、チャック７００への温度伝達を一層効果的にするためである。これによって、チャック７００の冷却が一層効果的に行われることで、チャック７００及びその上部に載置された半導体ウエハ６００を一層効果的に冷却できる。
一方、冷却流路６１０は、チャックベース６００の本体部の上面６０１に溝を形成し、その溝を覆うカバー部６１９を位置させることで構成される。このカバー部６１９は、溝上に位置した後、熔接などを通してチャックベース６００の本体部の上面に固定される。その結果、溝が密封されることで、冷媒、例えば、純水が冷却流路６１０の外部またはチャックベース６００上に流出することを防止できる。
冷却流路６１０は、チャック７００または半導体ウエハ８００の全領域を一層効果的かつ均一に冷却するために、チャックベースの広い領域にわたって形成される。すなわち、冷却流路６１０は、チャックベース６００の上面６０１の下部に広い領域にわたって延伸するように屈曲される。
例えば、図１６に示すように、冷却流路６１０には、チャックベース６００の上面６０１の中心部から外側に十字状に延伸する屈曲部、すなわち、十字部６１１が設けられる。この十字部６１１は、十字状に屈曲された冷却流路６１０の部分を意味する。また、冷却流路６１０には、十字部６１１の周囲で円状をなして形成される円状部６１５が備わり、この円状部６１５は、十字部６１１と連通されている。
このとき、冷却流路６１０に冷媒を流入するための入出口部６１７は、互いに対向する位置にそれぞれ形成される。よって、前記十字部６１１の一端に一つの入出口部６１７が備わり、冷却流路６１０は、この入出口部６１７から開始される。また、他の一つの入出口部６１７が前記円状部６１５の一端に備わり、冷却流路６１０は、この他の一つの入出口部６１７で終了する。また、冷却流路６１０は、前記十字部６１１の一端に位置した入出口部６１７から前記円状部６１５の一端に位置した入出口部６１７に延長される。また、冷却流路６１０には、前記円状部６１５の他端と前記十字部６１１の他端とを連結するための連結部６１３が備わる。このとき、二つの入出口部６１７は、これら連結部６１３を間に置いて対向する位置に設置される。
一方、冷却流路６１０の円状部６１５は、チャックベースの外周に沿って円状に配置される反面、十字部６１１は、円状部６１５の内側に配置される。ところが、チャックベース６００には、複数の貫通孔６２１，６２５が配置される。例えば、チャック７００に半
導体ウエハ８００を載置したり、チャック７００から半導体ウエハ８００を取り除くときに用いられるリフトピン（図示せず）は、チャックベース６００及びチャック７００を貫通して半導体ウエハ８００を支持する。したがって、チャックベース６００には、このリフトピンが挿入される第１貫通孔６２１が形成される。
導体ウエハ８００を載置したり、チャック７００から半導体ウエハ８００を取り除くときに用いられるリフトピン（図示せず）は、チャックベース６００及びチャック７００を貫通して半導体ウエハ８００を支持する。したがって、チャックベース６００には、このリフトピンが挿入される第１貫通孔６２１が形成される。
この第１貫通孔６２１の数は、リフトピンの数に対応するが、本発明の実施形態では、半導体ウエハ８００をチャックベース６００上に安定的に載置するために、４個のリフトピンが用いられるので、図２に示すように、４個の第１貫通孔１２１が配置される。
冷却流路１１０は、第１貫通孔１２１にわたって延長されず、チャックベースの広い領域にわたって延長される。また、冷却流路１１０の十字部１１１と円状部１１５との間には、第１貫通孔１２１が配置される。よって、冷却流路１１０の十字部１１１は、第１貫通孔１２１の周囲で延長されるように屈曲される。
一方、図１５に示すように、チャック７００が静電チャックである場合、この静電チャックの静電気力を提供する電極に電力を供給するために、チャックベース６００の本体部には、第２貫通孔６２５が備わる。この第２貫通孔６２５は、電極への電力供給のために備わるので、冷却流路６１０が第２貫通孔６２５にわたって延長されない。したがって、冷却流路６１０は、第２貫通孔６２５の周囲で延長されるように屈曲される。すなわち、図１６に示すように、冷却流路６１０の十字部６１１の内側に第２貫通孔６２５が配置されるように、冷却流路６１０は十字状に屈曲される。
一方、チャックベース６００の上面６０１には、冷却流路６１０だけでなく、チャックベース６００とチャック７００との間の締結、例えば、ボルトナット締結のために、ナット状の溝などの多様な構造物が備わる。また、チャックベース６００の後面６０３には、チャックベース６００とチャンバーとの間の締結のために、ナット状の溝などの多様な構造物が備わる。さらに、チャックベース６００の上面６０１の中心部には、ウエハ８００の後面にヘリウム（Ｈｅ）を供給するためのヘリウム供給ホールが備わる。
以上説明したように、本発明に係る静電チャックによると、冷媒としてのヘリウムを流す冷却流路をウエハの縁部に対応する静電チャックに配置することで、ウエハの縁部に対する温度制御を一層効果的に行える。乾式エッチング工程などを行うとき、一般的にウエハの中心部より縁部での温度偏差が激しいため、本発明では、この温度偏差を補償することで、温度偏差の発生を効果的に防止できる。
また、本発明の実施形態では、誘電体シートの付着及び圧縮により誘電膜を形成することで、誘電体シートを優れた誘電特性を有する誘電物質で形成することができ、一層優れた誘電特性を実現できる。また、電極とウエハとの間の第２誘電体シートの厚さを非常に均一にかつ薄く実現できる。よって、電極に一層低い直流電圧Ｖを印加した場合も、充分な静電吸着力を発生することができる。その結果、アーク放電などによる静電チャックまたはウエハの損傷を防止でき、静電チャックの寿命を大いに増加でき、ウエハの工程収率を大いに増加できる。
一方、本発明のチャックベースによると、冷却流路が、チャックベースの上面の下部に配置され、チャックベースの広い領域にわたって延長されるように屈曲されることで、チャックベース上に載置されるチャック及びその上部のウエハを全体領域にかけて効果的にかつ均一に冷却できる。よって、ウエハまたはチャックに発生する温度偏差を効果的に防止し、ウエハまたはチャックの温度を均一に維持できる。特に、冷却流路は、十字状に形成される十字部と、この十字部の周囲に配置される円状部と、を含んで構成されるため、チャックまたはウエハの全体領域にかけて一層均一な温度制御が可能になる。
本発明は、ウエハを支持する静電チャック及びこの静電チャックの下部に配置されるチャックベースを備えた反応チャンバーを用いる産業分野に適用されうる。
Claims (8)
- ウエハを支持するチャックベースと、
前記ウエハの固定に必要な静電気力を提供する直流電圧を供給するための電極を内部に備えるとともに、前記チャックベース上に装着される誘電膜と、
前記ウエハの温度制御のために、前記誘電膜に冷媒を供給する冷却流路と、を備え、
前記冷却流路は、
前記ウエハの縁部に対応する前記誘電膜の表面に同心円状に形成された２つ以上の第１冷却流路と、
前記第１冷却流路を互いに連結するために、前記誘電膜の表面に形成された第２冷却流路と、
前記第１及び第２冷却流路に前記冷媒を提供するために、前記誘電膜を貫通する第１貫通流路と、
前記ウエハの中心部に前記冷媒を提供するために、前記誘電膜の中心部を貫通する第２貫通流路とを備える、静電チャック。 - 前記誘電膜は、積層された各誘電体シートの間に前記電極が配置された誘電体シートとして、前記チャックベースに付着及び圧縮される請求項１に記載の静電チャック。
- 前記第１冷却流路のうち前記誘電膜の中心部に近い内側の第１冷却流路は、前記誘電膜の外周から前記ウエハの直径の１／４以下に該当する距離内に配置される請求項１に記載の静電チャック。
- 前記第２冷却流路は、少なくとも８個であり、第２冷却流路と前記外側の第１冷却流路との連結部に隣接した前記第２冷却流路には、前記第２冷却流路と同数の前記第１貫通流路がそれぞれ連結される請求項１に記載の静電チャック。
- ウエハが載置されるチャックを支持する本体部と、
前記チャックを冷却するための冷却流路とを備え、
前記冷却流路は、前記チャックに対向する表面の下部に十字状をなしてチャックベースの中心部から外側に向かって延伸する十字部と、前記十字部に連結され、前記十字部の周辺で円状をなして形成された円状部とからなるチャックベース。 - 前記十字部の一端と前記円状部の一端との間に配置され、前記十字部と前記円状部とを連結するための連結部をさらに備え、
前記冷却流路は、前記十字部の他端から前記円状部の他端に及ぶ、請求項５に記載のチャックベース。 - 前記本体部は、前記チャックに前記ウエハを載置するためのリフトピンを通して挿入される４個の第１貫通孔を備えており、
前記十字部と前記円状部との間に４個の第１貫通孔が配置され、かつ前記十字部が前記第１貫通孔の周囲に延伸すべく、前記冷却流路が屈曲される、請求項５に記載のチャックベース。 - 前記本体部は、前記チャックに静電気力を発生するための電力を供給する第２貫通孔をさらに備え、
前記冷却流路は、前記十字部が前記第２貫通孔の内側周囲に延伸するように屈曲される請求項５に記載のチャックベース。
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