JP2014013800A

JP2014013800A - 静電チャックおよび静電チャックモジュール

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Publication number: JP2014013800A
Application number: JP2012149845A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Hikawa; 和紀飛川; Nobuhiro Uji; 伸広宇治
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: JP5971556B2

Abstract

【課題】
基材に蓄積された残留電荷を確実に除去することのできる静電チャックを提供する。
【解決手段】
本発明の静電チャックＣは、基材１の一面側に発熱部材４が配置され、基材１の他面側に電極２が配置されている。さらに、基材１の表面の一箇所または複数の箇所を除いて、発熱部材４と電極２と基材１を覆うように絶縁層５が設けられていて、電気的に接地されている導電性部材７が絶縁層５で覆われていない基材１の表面に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板処理を高温で行う際に使用される静電チャックと当該静電チャックを備えた静電チャックモジュールに関する。

イオン注入やＣＶＤ、スパッタリング等の半導体製造工程では、処理対象となる半導体ウェハの温度を高温に保ちながら、当該ウェハへの処理が行われている。

このような工程では、処理中のウェハの姿勢を固定して、ウェハ温度を高温にする為の加熱機能を備えた静電チャックが用いられている。

例えば、加熱機能を備えた静電チャックの例としては、特許文献１に挙げられる構成のものが使用されている。

特許文献１に記載されている静電チャックは、支持基材の一方の面に導電性発熱層が形成されているとともに、他方の面に静電吸着用電極が形成されていて、さらに、これらの発熱層、静電吸着用電極および支持基材の周りを覆うように絶縁層が形成された構成の静電チャックである。

特許第４８１１６０８号公報

この種の静電チャックには、静電チャックの温度コントロールを行う為に、基材に対して熱電対の先端が押し圧された状態で当接されている。静電チャックを用いたウェハ吸着時に静電吸着用電極に印加された電圧によって、基材表面に電荷が蓄積するが、この蓄積電荷は基材に当接している熱電対を通じて大地側に流れ出るように構成されている。

しかしながら、基材と熱電対との接触は基材に対して熱電対の先端部が押し圧されることによりなされている為に、接触が不安定になり易い。この場合、基材に蓄積された電荷が熱電対を通じて大地側に流れ出にくくなる。静電チャックによるウェハの吸着が正常に行われているかを確認する際、双極性の静電チャックの場合には各電極間の静電容量を測定して、この値に基づいてウェハの支持状態を検出することが行われている。一方で、単極性の静電チャックの場合にはウェハを吸着している電極とウェハとの間の静電容量を測定して、ウェハの支持状態の検出を行っている。

このような検出を行う際、基材に蓄積された電荷が大地側に流れずに、基材に残留電荷として留まっていると、この電荷の影響を受けて正確に静電容量の値を測定できなくなるといった不具合があった。また、残留電荷の影響を受けて、基材がチャージアップして、静電チャックの吸着力が不安定になるといった不具合もあった。

そこで、本発明では、基材に蓄積された残留電荷を確実に除去することのできる構成を備えた静電チャックと当該静電チャックを備えた静電チャックモジュールを提供することを主たる目的とする。

本発明の静電チャックは、導電性の基材の一面側に発熱部材が配置され、前記基材の他面側に静電吸着用の電極が配置された静電チャックであって、前記基材の表面の一箇所または複数の箇所を除いて、前記発熱部材、前記電極および前記基材を覆う絶縁層と、前記絶縁層で覆われていない前記基材の表面に少なくとも一部が固定されているとともに、他の部分が電気的に接地されている導電性部材と、を備えている。

このような構成を用いることで、基材の電気的な接地を確実に行うことができる。

本発明の静電チャックモジュールは、先述の静電チャックを備えた静電チャックモジュールであって、電気的に接地され、前記絶縁層の下面を支持する支持台と、前記静電チャックを前記電極が配置された側の面から視た時に、少なくとも前記絶縁層で覆われていない前記基材の表面と前記基材の前記発熱部材側の面を覆う前記絶縁層とを貫通する貫通孔と、前記貫通孔に挿入されて、一端が前記基材の表面に固定されていて、他端が前記支持台に電気的に接続された導電性部材と、を備えている。

このような構成であれば、導電性部材を利用して、静電チャックを支持台に取り付けることと基材を電気的に接地することの両方を行うことができる。

また、前記導電性部材は、一端に前記貫通孔よりも大きい頭部を備えたボルトであって、前記頭部が前記基材と電気的に接続されている構成を採用してもよい。

このような構成であれば、静電チャックの支持台への取り付けと基材の電気的な接地をより確実に行うことができる。

さらに、前記頭部と前記基材の間には、ワッシャが配置されていてもよい。

このような構成であれば、ボルトの締め付けに伴う基材の損傷を防止することができる。

その上、前記ワッシャはカーボン製であればよい。

カーボン製のワッシャは、比較的柔らかい性質を持つ。その為、このようなワッシャを用いることで、基材とボルトが熱変形しても、この変形をワッシャ部分で吸収させて、両部材間の電気的な接続を維持させることができる。また、カーボン製のワッシャは他の部材に比べて安価であることからコスト面でもメリットがある。

基材の電気的な接地を確実に行うことができ、ひいては静電容量の計測を正確に行うことができる。また、基材を接地電位に固定する事により基材のチャージアップに起因する静電チャックの吸着力の不安定性を解消することができる。

本発明に係る静電チャックの断面図である。（Ａ）基材側面に導電性部材が固定されている様子を表す。（Ｂ）基材下面に導電性部材が固定されている様子を表す。（Ｃ）基材上面に導電性部材が固定されている様子を表す。本発明に係る静電チャックモジュールの断面図である。図２の構成から導電性のボルトを取り除いた時の様子を表す断面図である。本発明に係る静電チャックモジュールの他の例を表す断面図である。

以下、本発明に係る静電チャックと静電チャックモジュールの構成について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、ウェハが載置される側の各部の面を上面と呼び、それと反対側の面を下面と呼んでいる。

図１（Ａ）〜（Ｃ）には上面に処理対象物であるウェハ３が載置された本発明の静電チャックＣの断面図が描かれている。

静電チャックＣには、基材１（例えば、グラファイト含有物質からなる導電性の部材）とウェハ３（例えば、半導体ウェハで、シリコンカーバイド）が載置される面側にウェハ３の下面を静電気により吸着する為の電極２が設けられていて、この電極２には電気回線を通じて電圧が印加されるように図示されない電源が接続されている。

一方、電極２が配置された面と反対側の基材１の面側にはウェハ２を加熱する為の発熱部材４が配置されている。この発熱部材４は、静電チャックＣの外部からの給電を受けて発熱する部材で、静電チャックＣの上面に載置されたウェハ３の温度コントロールに使用されている。温度コントロールについては、図示されない熱電対での測定結果、または、ウェハ３の上方に設けられた放射温度計による測定結果に応じて、ウェハ３の温度が所望の温度になるように発熱部材４の出力をコントロールすることで行われている。

本発明の静電チャックＣでは基材１の一箇所または複数の箇所を除いて、基材１、電極２および発熱部材４の周りを覆うように絶縁層５（例えば、窒化ホウ素含有物質からなる層）が設けられている。図１（Ａ）〜（Ｃ）の例では、図示される露出部６で、基材１の一部が絶縁層５に覆われていない。なお、この図１および後述する図２〜４では基材１の表面の一箇所を除いて、絶縁層４が各部の周囲を覆っている構成が描かれているが、絶縁層４に覆われていない箇所が複数個所設けられる構成であってもよい。

図１（Ａ）〜（Ｃ）に描かれる構成では、露出部６を通して基材１に導電性部材７の一端が固定されている。例えば、この固定は導電性部材７として導電性のボルトを用いて、これを基材１に螺子止めするようにしておくことが考えられる。もちろん、両部材間で電気的な接続が十分に確保できるような構成であれば、上述の手法に限らずに、他の手法を用いても構わない。例えば、導電性部材７を基材１に埋め込んでおいてもよい。なお、ここで述べた固定構造は、部材間の相対的な位置関係が全く変化しないというものではない。部材間での電気的な接続が十分に確保できる構成であって、静電チャックＣの加熱時に各部材が熱変形して、各部材の相対的な位置関係が微小に変化するようなものも含まれる。

導電性部材７は、基材１に固定されている部分とは別の部分で電気的に接地されている。このような構成を用いることで、基材１に蓄積された残留電荷を確実に除去することが可能となる。導電性部材７の材質としては、静電チャックＣが高温になることを考慮して、タングステンやタンタル、モリブデンといった高融点材料を用いることが考えられる。

図１（Ａ）の構成では静電チャックＣの側面に露出部６が形成されているが、基材１を接地する為に導電性部材７の導入がし易い位置にこれを形成してもいい。具体的には、図１（Ｂ）の構成のように静電チャックＣの下面側に露出部６を設けてもいいし、図１（Ｃ）の構成のように静電チャックＣの上面側に露出部６を設けてもよい。

また、上述したように、露出部６は１箇所に設けておく必要はなく、複数個所に設けておき、個々の露出部６を通じて、導電性部材７を導入し、これを基材１に固定するようにしてもよい。このような構成にしておけば、基材１の電気的な接地をより確実に行うことができる。

また、従来から用いられている熱電対を本発明の導電性部材７として用いても良い。この場合、熱電対の一部を加工するか、別の部材と組み合わせる等して、基材１の表面に固定しておくことが考えられる。もちろん、熱電対とは別に導電性部材７を設けておき、これを基材１の表面に固定しておくようにしてもよい。この場合、熱電対と導電性部材７を導入する為の露出部６を共通化させてもいいし、部材毎に個別に設けるようにしておいてもいい。

図２、図３には本発明の静電チャックＣを備えた静電チャックモジュールの構成が描かれている。例えば、このモジュールは、所定の場所に静電チャックＣを固定して使用する際に用いられる。この例では導電性部材７として、導電性のボルト１０が用いられている。図２は静電チャックが支持台１３に対して導電性のボルト１０で固定された状態を表す断面図で、図３は図２に描かれる構成から導電性のボルト１０を取り除いた時の様子を表す断面図である。

静電チャックを支持する支持台１３は導電性の部材で、電気的に接地されている。また、この例では、図１の例で説明した露出部６に貫通孔１５が形成されていて、この貫通孔１５は少なくとも基材１と絶縁層４を一方向に貫通するように形成されている。

導電性のボルト１０は頭部１４を備えていて、少なくともこの頭部１４が基材１に対して電気的に接続されている。頭部１４の直径は貫通孔１５の直径よりも大きく、この頭部１４を除く他の棒状部分が貫通孔１５に挿入されて、その先端部が支持台１３に螺合されている。このような構成を用いることで、基材１を電気的に接地するだけでなく、静電チャックを支持台１３に対して固定させることが可能となる。

導電性のボルト１０の頭部１４と基材１との間には、図２に描かれているような第一のワッシャ１１と第二のワッシャ１２が設けられている。これらのワッシャは導電性材料により構成されており、より具体的には第一のワッシャ１１はカーボンで、第二のワッシャ１２はタンタルで構成されている。

これらのワッシャを設けることで、導電性のボルト１０の締め付けによる基材１の破損を防止することができる。

また、導電性のボルト１０が高融点材料で構成されていて、基材１がこれとは熱膨張率が大きく異なる炭素含有材料で構成されている場合、静電チャックの加熱により両部材が熱変形して、部材間の接触が十分になされないことが考えられる。このような接触不良を防ぐ為に、カーボン材料からなる第一のワッシャを設けておき、このワッシャで両部材の熱変形による歪みを吸収させることが考えられる。これにより、両部材間の電気的な接続を維持させることが可能となる。

さらに、高融点材料からなる第二のワッシャ１２を第一のワッシャ１１と導電性のボルト１０の頭部１４との間に設けておくことで、カーボン材料からなる第一のワッシャ１１にかかる負荷を軽減させることができる。これによって、比較的強度の弱い第一のワッシャ１１の破損を防ぐことができる。

＜その他の変形例＞
静電チャックモジュールには、発熱部材４で発生された熱の利用効率を向上させる為の熱遮蔽シールド８が取り付けられているが、この熱遮蔽シールド８は必要に応じて支持台１３に取り付けられるように構成しておけばいい。

図２、図３の例では、導電性のボルト１０の先端部を支持台１３に螺合させる構成であったが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されない。例えば、図４に描かれている例のように、上述の貫通孔１５を支持台１３をも貫通するように形成しておき、支持台１３の下面側でナット１６を使って導電性のボルト１０の先端部を固定するように構成しておいてもよい。一方で、導電性のボルト１０の両端を固定しておくと、熱変形が生じた際、各部材間でのストレスを逃がし難くなる。この為、例えば、支持台１３から幅広の板バネを延設させておいて、導電性のボルト１０の支持台１３側の端部の形状に沿わせて面接触させるようにしておいてもいい。このような構成にしておければ、部材間のストレスを逃がしつつ、支持台１３との電気的な接続を十分に維持させておくことができる。

なお、図２〜４に記載の貫通孔１５の直径は、導電性のボルト１０と基材１の熱変形を考慮に入れて、貫通孔１５に挿入される導電性のボルトの直径よりも幾分大きめにしておくことが考えられる。

上述の例で述べた絶縁層４は１つの層で構成されていてもいいし、複数の層を多層に重ねた構成であってもよい。具体的には、導電性を有するグラファイトの基材に熱分解窒化ホウ素（PBN）層（第一の絶縁層）をＣＶＤコーティングし、その上に熱分解グラファイト（PG）層からなる導電性の層を被覆する。そして、この導電性のPG層を機械加工して電極及び発熱部材のパターンを形成した後、熱分解グラファイト（PG）層の周りを被覆するように抵抗調整の為にカーボンを混在させた熱分解窒化ホウ素（PBN）層（第二の絶縁層）をコーティングする。このようにして、絶縁層４を２層構造にしておいても良い。

また、導電性のボルト１０の頭部１４の形状は円形でも六角形でもどのような形状であってもよい。頭部１４が貫通孔１５の直径よりも大きなものであればどのようなものであってもよい。また、貫通孔１５の形状も円形でも四角形でもどのような形状であってもよい。

前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

１・・・基材
２・・・電極
３・・・ウェハ
４・・・発熱部材
５・・・絶縁層
６・・・露出部
７・・・導電性部材
Ｃ・・・静電チャック

Claims

導電性の基材の一面側に発熱部材が配置され、前記基材の他面側に静電吸着用の電極が配置された静電チャックであって、
前記基材の表面の一箇所または複数の箇所を除いて、前記発熱部材、前記電極および前記基材を覆う絶縁層と、
前記絶縁層で覆われていない前記基材の表面に少なくとも一部が固定されているとともに、他の部分が電気的に接地されている導電性部材と、を備えた静電チャック。
請求項１記載の静電チャックを備えた静電チャックモジュールであって、
電気的に接地され、前記絶縁層の下面を支持する支持台と、
前記静電チャックを前記電極が配置された側の面から視た時に、少なくとも前記絶縁層で覆われていない前記基材の表面と前記基材の前記発熱部材側の面を覆う前記絶縁層とを貫通する貫通孔と、
前記貫通孔に挿入されて、一端が前記基材の表面に固定されていて、他端が前記支持台に電気的に接続された導電性部材と、を備えた静電チャックモジュール。
前記導電性部材は、一端に前記貫通孔よりも大きい頭部を備えたボルトであって、
前記頭部が前記基材と電気的に接続されている請求項２記載の静電チャックモジュール。
前記頭部と前記基材の間には、ワッシャが配置されている請求項３記載の静電チャックモジュール。
前記ワッシャはカーボン製である請求項４記載の静電チャックモジュール。