JP2009135527A - 静電チャックユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 広い温度範囲においても体積抵抗率が安定化しており、これにより吸脱着特定性が安定化した静電チャックを提供するものである。
【解決手段】 少なくとも２個以上の静電チャック１ａ，１ｂとベース板からなる静電チャックユニットであって、静電チャックを１ａ，１ｂを２水準の体積抵抗率とし温度領域により吸着電圧を切り替えて吸着発生面１ａ，１ｂを切り替えることにより広い範囲の温度領域に対応できるようにした。
【選択図】 図６

Description

本発明は主としてシリコンウエハやガラス基板等の試料を加工する半導体製造装置もしくはフラットパネルディスプレイ製造装置に使用される静電チャックユニットに関するものである。

静電チャックは半導体製造装置もしくはフラットパネルディスプレイ製造装置の真空チャンバー内に設置され、加工する基板を真空中で保持した状態でエッチング、ＣＶＤ等の加工プロセスが行われる。近年のデバイスの高密度化に伴い、静電チャックを含む製造装置の反応プロセスにおいて、様々な反応温度でのプロセスが提案されており、真空チャンバー内で基板に直接接触している静電チャックに対する作動温度に対する要求も０℃以下から５００℃以上までの広い範囲にわたっている。通常の、吸着用電極を内部に埋設させたセラミック一体焼成型の静電チャックでは、静電チャックが使用される装置のプロセス温度に応じてセラミックの体積抵抗率を適宜変更して提供する事により、基板の吸脱着特性ともれ電流のバランスをとる事ができる。具体的には、静電チャックが使用されるプロセス温度での体積抵抗率を１０¹⁰〜１０¹¹Ωｃｍという値になるように素材を選択する事によって、吸脱着が数秒以内かつ漏れ電流が８インチで１０ｍＡ以下のジョンセンラーベック力タイプ静電チャックを提供できる。

しかしながら、従来の静電チャックでは次のような問題があった。静電チャック素材の体積抵抗率は温度依存性があり、使用プロセス温度付近では１０¹⁰〜１０¹¹Ωｃｍという領域が確保されていても、それ以外の温度の場合体積抵抗率が変化する。例えば低温側では体積抵抗率が上がり、吸脱着特性が悪く、すなわち応答性が悪くなり、また、高温側では体積抵抗率が下がり、吸着電圧印加時のもれ電流値が増大し、電源の負荷が増大する。このような状況を回避する為には、静電チャックの吸着面と内部電極の間の誘電層及び双極電極の場合はその電極間の体積抵抗率を、使用プロセス温度が変化しても一定値に保つ必要があるが、一体焼成の静電チャックでこれを実現する事は不可能である。また、静電チャックの誘電層と双極電極間の体積抵抗率に分布を持たせるような方法が考えられるが、素材調合条件と焼成条件に分布を持たせる事は極めて困難であり、実現性に乏しい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、広い温度範囲においても体積抵抗率が一定である静電チャックを提供するものである。

上記目的を達成するために本発明は、少なくとも２個以上の静電チャックとベース板からなる静電チャックユニットであって、前記静電チャックを複数の温度領域に対応できるようにしたことを特徴とする。静電チャックを２個以上の複数から構成することにより、同一素材を一体焼成し、その為体積抵抗率も単一しか設定できないという従来の静電チャックの制限を無くす事ができる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックの体積抵抗率が2水準以上である事を特徴とする。複数から構成された各々の静電チャック全てに、２水準以上の体積抵抗率を割り付ける事により、複数の温度域で体積抵抗率が適当になる静電チャックが提供できる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックが扇形状である事を特徴とする。静電吸着する基板が円形の場合、扇形状の静電チャックを用いる事で吸着部が同一形状のまま等分された静電チャックユニットが提供できる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックが円形形状である事を特徴とする。小型の円形静電チャックを複数個用いて静電チャックユニットを構成する為、通常のシリコンウエハ用静電チャックと同様の工程、設備で該静電チャックが製作可能となり、コスト低減効果も期待できる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックのうち1個が円形形状で、他がドーナツ状形状で、同心状に配置してある事を特徴とする。同心円状に各々の静電チャックを配置した静電チャックユニットの為、円形の基板の熱膨張収縮の値の等しい部分と、体積抵抗率の等しい部分とが周方向で一致する事になり、基板の周方向における熱膨張収縮の異方性がなくなる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックが方形形状である事を特徴とする。静電吸着する基板が方形の場合、方形形状の静電チャックを複数個用いる事で吸着面を基板全面にまで拡大する事ができる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックのうち1個が方形形状で、他が内側が方形に抜けている方形形状で、入れ子状に配置されている事を特徴とする。円形基板向け同心円状配置の静電チャックユニットと同様、疑似同心円状に各々の静電チャックを配置した静電チャックユニットの為、円形の基板の熱膨張収縮の値の等しい部分と、体積抵抗率の等しい部分とが辺方向でほぼ一致する事になり、基板の辺方向における熱膨張収縮の異方性が低下する。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックのうち異なる体積抵抗率のものが隣り合うように配置されている事を特徴とする。異なる体積抵抗率の静電チャックが隣り合うように配置されている為、各々の静電チャックの形状が同一の場合、任意の吸着面部分での体積抵抗率分布が等しく配置される事となる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックの配置が同心状もしくは入れ子状になっていて、中心側から外側に向けて体積抵抗率を高いものから順に配置させてある事を特徴とする。吸着させる基板の温度を時間の経過と共に加熱するプロセスの場合、静電チャックの最中心部をプロセス初期温度に合わせた体積抵抗率に設定し、順次外側に行くに従ってより高温時に合わせたより高い体積抵抗率に設定する。基板のプロセス初期は最中心部の静電チャックで吸着し、プロセス温度上昇に連れてより外周側の静電チャックで吸着させるようにする。こうする事により、加熱プロセス中での静電チャック素材と基板との線膨張係数の違いにより発生する伸びを徐々に逃がす事になり、加熱時に基板に発生する熱応力発生を低減化する事ができる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックの配置が同心状もしくは入れ子状になっていて、中心側から外側に向けて体積抵抗率を低いものから順に配置させてある事を特徴とする。吸着させる基板の温度を時間の経過と共に冷却するプロセスの場合、静電チャックの最中心部をプロセス初期温度に合わせた体積抵抗率に設定し、順次外側に行くに従ってより低温時に合わせたより低い体積抵抗率に設定する。基板のプロセス初期は最中心部の静電チャックで吸着し、プロセス温度下降に連れてより外周側の静電チャックで吸着させるようにする。こうする事により、冷却プロセス中での静電チャック素材と基板との線膨張係数の違いにより発生する縮みを徐々に逃がす事になり、冷却時に基板に発生する熱応力発生を低減化する事ができる。吸着させる基板のプロセス温度を時系列に冷却する場合、静電チャックの最中心部を初期のプロセス温度に合わせた体積抵抗率に設定し、順次外側に行くに従ってより低温時に体積抵抗率が合うように設定する。基板吸着初期は、最中心部の静電チャックで吸着し、プロセス温度下降に連れて外周側の静電チャックで吸着させるようにする。こうする事により、冷却初期からの静電チャック素材と基板との線膨張係数の違いによる伸びを逃がす事になり、冷却時に基板に発生する熱応力発生を低減化する事ができる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックのうち同じ体積抵抗率のものの内部電極どうしを電気的に導通させてある事を特徴とする。同じ体積抵抗率の静電チャックが複数個配置されている場合、内部電極同志を電気的に導通させてある為、同じ体積抵抗率の静電チャックへの吸着電圧の印加、開放を同時に行う事ができる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャックのうち異なる体積抵抗率１水準毎に独立して吸着電圧が印加できる事を特徴とする。各々の静電チャックの、異なる体積抵抗率１水準毎に独立して吸着電圧が印加、開放する事ができる為、静電チャックユニットの搭載される装置のプロセス中の温度変化に合わせて最も適切な体積抵抗率の静電チャックに選択的に印加電圧を与える事ができる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャック各々の静電吸着面に溝またはエンボスもしくはその両方を配置してある事を特徴とする。吸着面に溝またはエンボスを配置してある事で、静電チャックの実吸着面積を減少させる事が可能で、静電チャックユニットトータルでの吸着面積に発生する総吸着力が過大な場合においても、前記配置により適切な総吸着力に調整する事ができる。また、静電チャックユニットが使用される装置のプロセス中の温度変化に対する、静電チャックと基板との線膨張係数の差に起因する基板こすれ現象に対してもこれを減少させる方法が可能となる。

本発明の好ましい様態として、前記静電チャック各々の静電吸着面とベース板裏面と連通する貫通穴を配置してある事を特徴とする。貫通穴を通じて熱伝達性ガスを基板裏面に流す事ができ、より均一な基板温度を得る事ができる。また、基板と静電チャックとの間の熱伝達率が向上するため、静電チャックユニットが使用される装置のプロセス中の温度が変化する場合でも、基板の温度追従性を向上させる事が期待できる。

本発明は上記構成により次の効果を発揮する。本発明は、主としてシリコンウエハやガラス基板等の試料を加工する半導体製造装置もしくはフラットパネルディスプレイ製造装置に使用される静電チャックユニットに関するもので、広い温度範囲においても使用できるようにする為、少なくとも２個以上の静電チャックとベース板からなる静電チャックユニットであって、前記静電チャックの体積抵抗率が２水準以上にする事で、１つのユニットで複数の体積抵抗率を持ち、複数の温度範囲において適切な体積抵抗率を選択できる静電チャックユニットが提供できる。また、前記静電チャックが扇形状、円形形状、または方形形状をしており、同心円状に並べ、更に体積抵抗率を中心から外側に向かって変化させ、プロセス温度が変化していくに連れて、中心から外側へ吸着させる静電チャックを切り替えていく事により、線膨張係数の違いによる相対的な熱収縮が押さえられ、基板の熱応力が低減化される。

本発明の静電チャックユニットの一形態を示す概略図である。 本発明の静電チャックユニットの一形態を示す概略図である。 本発明の静電チャックユニットの一形態を示す概略図である。 本発明の静電チャックユニットの一部分の形態を示す概略図である。 本発明の静電チャックユニットの一形態を示す概略図である。 本発明の静電チャックユニットの一形態を示す概略図である。

以下に、本発明の好適な一実施例について、具体的に説明する。図１は、本発明の静電チャックの一形態を示す概略図である。各々の静電チャック１ａ及び１ｂは扇形状であり、その体積抵抗率は２水準で、静電チャック１ａのグループと静電チャック１ｂのグループで異なる値となる。また、静電チャック１ａ及び静電チャック１ｂの配置は互い違いになるようにしている。静電チャック１ａはプロセスの初期温度に合わせた体積抵抗率となっており、プロセスの進行に伴い吸脱着特性が悪化、もしくは漏れ電流の増大により静電チャック１ａの使用が難しくなった温度において、静電チャック１ｂに吸着電圧を印加し、吸着発生面を切り替える。このように使用する事で、１水準の体積抵抗率でカバーできなかった広い温度領域を本発明の静電チャックユニットで対応する事が可能となる。

図２は、複数の静電チャックのうち1個が円形形状で、他がドーナツ状形状で、同心状に配置してある静電チャックユニットの一例である。同心円状に各々の静電チャック２ａ、２ｂ、２ｃを配置してある為、円形基板の熱膨張収縮の値の等しい部分と、体積抵抗率の等しい部分とが周方向で一致する事になり、基板の周方向における熱膨張収縮の異方性がなくなる。また、静電チャック２ａの体積抵抗率をプロセス初期温度に合わせ、静電チャック２ｃの体積抵抗率はプロセス終了近くの温度に合わせ、静電チャック２ｂの体積抵抗率はプロセスの中間温度に合わせる。プロセス初期は静電チャック２ａで吸着し、プロセス進行に伴う温度変化に合わせ、静電チャック２ｂ、２ｃと吸着する部分を変化させる。これによりプロセス中での温度変化に伴う基板の相対的な伸縮を徐々に逃がす事になり、熱応力発生を低減化する事ができる。

図３は、中心の静電チャック３ａが方形形状で、他が内側が方形に抜けている方形形状で、入れ子状に配置されている静電チャックユニットの一例である。同心円形状の静電チャックユニットと同様に、体積抵抗率の配置を行う事で、基板の熱膨張収縮による応力の緩和が図れる。

図４は、内側が方形に抜けている方形形状の静電チャックの構成の一例である。１枚物の一体焼成品でこの形状を作るのは難しい為、図のように長方形の静電チャック４ａ，４ｂを組み合せる事で比較的容易に必要な形状を得る事が出来る。

図５は、静電チャックに貫通穴を開け、更にエンボス加工を施した静電チャックユニットの一例である。静電チャック５ａ，５ｂの吸着面には貫通穴５ｃが施されており、またエンボス加工５ｄも施されている。プロセス中に貫通穴５ｃを通じて熱伝達ガスを基板と静電チャック吸着面に入れる。この時エンボス加工５ｄがあるため基板裏面の大部分に熱伝達ガスを分配する事ができ、基板の温度分布がより一定にする事ができる。

図６は、方形形状の静電チャックを配置した静電チャックユニットの一例である。中心に近い位置に、プロセス温度初期に合わせた体積抵抗率の静電チャック６ａを配置し、その外側にプロセス温度末期に合わせた体積抵抗率の静電チャック６ｂを放射状に配置している。また、静電チャックの吸着面と面一になるように、熱板６ｃを配置している。基板への熱供給、基板からの熱排除はこの熱板６ｃを介して行い、基板の吸着は静電チャック６ａ、６ｂが行う。静電チャック６ａ、６ｂより熱伝導率の良い素材を熱板にする事で、プロセスの温度勾配を急にする事が可能となる。

１ａ、１ｂ…静電チャック
２ａ、２ｂ、２ｃ…静電チャック
３ａ、３ｂ、３ｃ…静電チャック
４ａ、４ｂ…静電チャック
５ａ、５ｂ…静電チャック
５ｃ…貫通穴
５ｄ…エンボス加工
６ａ、６ｂ…静電チャック
６ｃ…熱板

Claims (2)

1. 基板を静電吸着する少なくとも２個以上の静電チャックとベース板を備える静電チャックユニットであって、前記静電チャックは異なる体積抵抗率を有し、前記基板への熱供給、前記基板からの熱排除を行う熱板を、前記静電チャックの吸着面と面一になるように配置したことを特徴とする静電チャックユニット。
2. 前記熱板は、前記静電チャックより熱伝導率が良いことを特徴とする請求項１に記載の静電チャックユニット。

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