JP2014072355A - 静電チャック - Google Patents
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Abstract
【課題】静電チャックの吸着側の面（第１主面）に吸着された被吸着物の温度調節を好適に行うことができる静電チャックを提供すること。
【解決手段】セラミック絶縁板７の吸着面３側には、中心部１３と外周部１７との間に断熱用溝１５が形成されており、外周部１７には、外周ヒータ５１と外周冷却用ガス供給路５３とを備えている。つまり、中心部１３と外周部１７とは断熱用溝１５によって、熱的にほぼ分離されており、しかも、外周ヒータ５１によって外周部１７を独自に加熱できるとともに、外周冷却用ガス供給路５３によって供給される冷却用ガスによって、外周部１７や外周リング１９を独自に冷却することができる。
【選択図】図２
【解決手段】セラミック絶縁板７の吸着面３側には、中心部１３と外周部１７との間に断熱用溝１５が形成されており、外周部１７には、外周ヒータ５１と外周冷却用ガス供給路５３とを備えている。つまり、中心部１３と外周部１７とは断熱用溝１５によって、熱的にほぼ分離されており、しかも、外周ヒータ５１によって外周部１７を独自に加熱できるとともに、外周冷却用ガス供給路５３によって供給される冷却用ガスによって、外周部１７や外周リング１９を独自に冷却することができる。
【選択図】図２
Description
本発明は、例えば、半導体ウェハの固定、半導体ウェハの平面度の矯正、半導体ウェハの搬送などに用いられる静電チャックに関するものである。
従来より、半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対して、ドライエッチング（例えばプラズマエッチング）等の処理が行われている。このドライエッチングの精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要があるので、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが提案されている（例えば特許文献１参照）。
具体的には、特許文献１に記載の静電チャックでは、セラミック絶縁板の内部に吸着用電極層を有しており、その吸着用電極層に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハをセラミック絶縁板の上面（吸着面）に吸着させるようになっている。この静電チャックは、セラミック絶縁板の下面（接合面）に金属ベースを接合することによって構成されている。
また、近年では、静電チャックに対して、吸着面に吸着された半導体ウェハの温度を調節（加熱または冷却）する機能を持たせることも考えられている。例えば、セラミック絶縁板内にヒータ電極層を設け、ヒータ電極層でセラミック絶縁板を加熱することにより、吸着面上の半導体ウェハを加熱する技術が知られている。
また、特許文献１には、セラミック絶縁板内に吸着面にて開口する冷却用ガス流路を設け、冷却用ガス流路を流れる冷却用ガス（例えばヘリウムガス）を吸着面上の半導体ウェハに接触させることにより、半導体ウェハを冷却する技術が開示されている。
また、これとは別に、例えばプラズマエッチングによって半導体ウェハの加工を行う場合に、プラズマエッチング装置に高電圧を印加すると（即ちＲＦ（高周波）のパワーを上げると）、アーキング（アーク放電）が発生することがあった。
このアーキングは尖った場所等に発生し易く、そのため、静電チャックのセラミック絶縁板、詳しくはセラミック絶縁板の吸着面の外周部や側壁（外周壁）が、アーキングによって破損することがあった。
この対策として、例えば、セラミック絶縁板の吸着面を半導体ウェハの平面形状よりも小さくする方法、即ち、半導体ウェハをセラミック絶縁板の吸着面に載置した場合に、セラミック絶縁板の吸着面が上面側に露出しないように、セラミック絶縁板の外周壁を半導体ウェハの外周よりも中心側に引き下げるなどの工夫なされていた（例えば特許文献２参照）。
しかしながら、セラミック絶縁板の外周壁を中心側に引き下げた場合には、半導体ウェハの外周部分がセラミック絶縁板の吸着面より外側（外周側）にはみ出しているので、上述したヒータ電極層や冷却ガスなどによって、半導体ウェハの温度調節を十分に行えないという問題があった。
つまり、セラミック絶縁板の吸着面に接している半導体ウェハの中心部分（接触部分）は、ヒータ電極層や冷却用ガスなどによって、所望の温度に制御できるが、セラミック絶縁板の吸着面に接していない半導体ウェハの外周部分（非接触部分）は、所望の温度に制御することが難しいので、中心部分と温度が異なってしまうという問題があった。
そして、このように半導体ウェハに温度のばらつき（ムラ）があると、例えばプラズマエッチングによって半導体ウェハにパターンを形成する場合に、処理の度合いがばらつくなどの問題が生じ易いため、歩留まりが低下してしまう。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、静電チャックの吸着側の面（第１主面）に吸着された被吸着物の温度調節を好適に行うことができる静電チャックを提供することにある。
（１）本発明は、第１態様として、第１主面及び第２主面を有するとともに、主吸着用電極を有するセラミック絶縁板を備え、前記主吸着用電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、前記セラミック絶縁板は、前記第１主面側における自身の構成として、中心側の中心部と該中心部の外周側に配置された外周部とを備えており、更に、前記中心部と前記外周部との間に、前記セラミック絶縁板より熱の伝導性が低い断熱部を備えるとともに、前記外周部に、該外周部の温度を調節可能な外周温度調節部を備えたことを特徴とする。
本第１態様では、セラミック絶縁板の第１主面側、即ち、第１主面をセラミック絶縁板の厚み方向から見た場合に第１主面が広がる平面側には、中心部とその外周側の外周部とを備えるとともに、中心部と外周部との間にセラミック絶縁板より熱の伝導性が低い断熱部を有しており、更に、外周部には外周温度調節部を備えている。
従って、セラミック絶縁板の第１主面上に、第１主面の中心部よりも大きな平面形状を有する（半導体ウェハのような）被吸着物を載置した場合には、被吸着物がセラミック絶縁板の中心部の側壁（外周壁）よりも径方向における外側（即ち外周側）に張り出すので、例えばプラズマエッチングの際にアーキングが発生したときでも、セラミック絶縁板の（吸着等の動作を行う重要部分である）中心部の外周壁の破損を防止することができる。
特に、従来の様に、被吸着物がセラミック絶縁板の外周壁よりも外側に張り出している場合には、ヒータや冷却用ガスによって被吸着物の温度調節を行っても、被吸着物の（外周壁よりも外側に張り出した）外周部分の温度調節を好適に行うことができないが、本第１態様では、中心部より外周側には、断熱部を介して外周部が設けられているとともに、外周部には外周温度調節部を備えているので、被吸着部の外周部分の温度調節を好適に行うことができる。
つまり、本第１態様では、中心部に対して断熱部によって熱伝導性が抑制された外周部に、外周部自身の温度調節が可能な外周温度調節部を備えているので、この外周温度調節部によって外周部の温度調節を行うことによって、外周部に接触又は近接した被吸着物（詳しくは被吸着物の外周部分）を所望の温度に調節できる。
これによって、例えば被吸着物全体の平面方向における温度のばらつき（ムラ）がないように（即ち被吸着物全体の温度を均一化するように）、好適に温度調節を行うことができる。
（２）本発明は、第２態様として、 前記断熱部は、前記セラミック絶縁板の前記第１主面側に形成された溝であることを特徴とする。
本第２態様では、中心部と外周部との間に溝が形成されているので、この溝が断熱部として機能する。なお、この溝の中に、（セラミック絶縁板よりも）断熱性の高い材料を充填してもよい。
本第２態様では、中心部と外周部との間に溝が形成されているので、この溝が断熱部として機能する。なお、この溝の中に、（セラミック絶縁板よりも）断熱性の高い材料を充填してもよい。
（３）本発明は、第３態様として、前記外周部の前記第１主面側に、該外周部上に直接又は中間部材を介して載置される外周リングを備えたことを特徴とする。
本第３態様では、外周部の第１主面（吸着面）側に外周リングが載置されているので、この外周リング上に被吸着物の外周部分を載置することができる。
本第３態様では、外周部の第１主面（吸着面）側に外周リングが載置されているので、この外周リング上に被吸着物の外周部分を載置することができる。
また、被吸着物のドライエッチング等の加工中に、外周リングが破損した場合には、静電チャック全体ではなく、この外周リングのみを交換すればよいという利点がある。
更に、外周リングの吸着面（上面）側に、被吸着物の位置決めができる凹凸を設けることができる。これにより、被吸着物を好適に位置決めして保持することができる。
更に、外周リングの吸着面（上面）側に、被吸着物の位置決めができる凹凸を設けることができる。これにより、被吸着物を好適に位置決めして保持することができる。
（４）本発明は、第４態様として、前記中間部材として、柔軟性を有する部材を用いることを特徴とする。
本第４態様では、中間部材として、例えばシリコーン樹脂などの柔軟性を有する部材を用いるので、外周リングに被吸着物の外周部分を載置した場合に、外周リングと被吸着物の外周部分とが接触し易い。よって、外周リングからの熱を外周部分に均等に伝え易いという利点がある。
本第４態様では、中間部材として、例えばシリコーン樹脂などの柔軟性を有する部材を用いるので、外周リングに被吸着物の外周部分を載置した場合に、外周リングと被吸着物の外周部分とが接触し易い。よって、外周リングからの熱を外周部分に均等に伝え易いという利点がある。
また、本第４態様では、中間部材は柔軟性があるので、外周部と外周リングとが密着し易く、よって、外周リングがずれにくいという利点がある。
（５）本発明は、第５態様として、前記外周部に、前記外周リングを吸着する外周吸着用電極を備えたことを特徴とする。
（５）本発明は、第５態様として、前記外周部に、前記外周リングを吸着する外周吸着用電極を備えたことを特徴とする。
本第５態様では、外周部に設けられた外周吸着用電極により、外周部に対して外周リングを吸着して固定することができる。これにより、外周リングを着脱可能に且つ強固に固定することができる。
（６）本発明は、第６態様として、前記外周温度調節部として、外周ヒータを備えたことを特徴とする。
本第６態様では、外周ヒータによって、外周部（従って外周部の近傍の被吸着物の外周部分）を加熱することができる。
本第６態様では、外周ヒータによって、外周部（従って外周部の近傍の被吸着物の外周部分）を加熱することができる。
（７）本発明は、第７態様として、前記外周温度調節部として、前記セラミック絶縁板に吸着された被吸着物を冷却する冷却用ガスを供給する外周冷却用ガス供給路を備えたことを特徴とする。
本第７態様では、外周冷却用ガス供給路に供給された冷却用ガスによって、外周部（従って外周部の近傍の被吸着物の外周部分）を冷却することができる。
（８）本発明は、第８態様として、前記外周温度調節部として、前記外周部を冷却する冷却用液体を供給する外周冷却用液体供給路を備えたことを特徴とする。
（８）本発明は、第８態様として、前記外周温度調節部として、前記外周部を冷却する冷却用液体を供給する外周冷却用液体供給路を備えたことを特徴とする。
本第８態様では、外周冷却用液体供給路に供給された冷却用液体によって、外周部（従って外周部の近傍の被吸着物の外周部分）を冷却することができる。
なお、以下に、上述した本発明の各構成について説明する。
なお、以下に、上述した本発明の各構成について説明する。
・静電チャックとしては、セラミック絶縁板の第２主面側に、板状の金属ベースを接着剤層によって接合した構成を採用できる。また、セラミック絶縁板としては、複数のセラミック層を積層して形成すると、内部に各種の構造を容易に形成できるので好適である。
また、セラミック絶縁板の中心部の構成としては、従来の静電チャックのセラミック絶縁板と同様な構成を採用できる。例えば、セラミック絶縁板の中心部には、該中心部を加熱するヒータ（主ヒータ）を設けることが好ましい。また、セラミック絶縁板の中心部の内部には、冷却用ガスが流れる冷却用ガス流路（主冷却用ガス流路）を設けることが好ましい。
・セラミック絶縁板（複数のセラミック層からなる場合には、各セラミック層）を構成する材料としては、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックを主成分とする焼結体などが挙げられる。また、用途に応じて、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよいし、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。
なお、半導体製造におけるドライエッチングなどの各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用され、プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガスなどの腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒される静電チャックには、高い耐食性が要求される。従って、前記セラミック絶縁板は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、アルミナやイットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。
・主吸着用電極、外周吸着用電極、主ヒータ、外周ヒータを構成する導体の材料としては特に限定されないが、同時焼成法によってこれらの導体及びセラミック絶縁板を形成する場合、導体中の金属粉末は、セラミック絶縁板の焼成温度よりも高融点である必要がある。例えば、セラミック絶縁板がいわゆる高温焼成セラミック（例えばアルミナ等）からなる場合には、導体中の金属粉末として、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等やそれらの合金が選択可能である。セラミック絶縁板がいわゆる低温焼成セラミック（例えばガラスセラミック等）からなる場合には、導体中の金属粉末として、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等やそれらの合金が選択可能である。また、セラミック絶縁板が高誘電率セラミック（例えばチタン酸バリウム等）からなる場合には、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等やそれらの合金が選択可能である。
なお、主吸着用電極、外周吸着用電極、主ヒータ、外周ヒータは、金属粉末を含む導体ペーストを用い、従来周知の手法、例えば印刷法等により塗布された後、焼成することで形成される。
・冷却用ガスとしては、ヘリウムガスや窒素ガスなどの不活性ガスを挙げることができる。
・金属ベースを使用する場合には、その材料として、銅、アルミニウム、鉄、チタンなどを挙げることができる。また、接着剤層を形成する材料は、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合させる力が大きい材料であることが好ましく、例えばインジウムなどの金属材料や、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂材料を選択することができる。しかし、セラミック絶縁板の熱膨張係数と金属ベースの熱膨張係数との差が大きいため、接着剤層は、緩衝材としての機能を有する弾性変形可能な樹脂材料からなることが特に好ましい。
・金属ベースを使用する場合には、その材料として、銅、アルミニウム、鉄、チタンなどを挙げることができる。また、接着剤層を形成する材料は、セラミック絶縁板と金属ベースとを接合させる力が大きい材料であることが好ましく、例えばインジウムなどの金属材料や、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂材料を選択することができる。しかし、セラミック絶縁板の熱膨張係数と金属ベースの熱膨張係数との差が大きいため、接着剤層は、緩衝材としての機能を有する弾性変形可能な樹脂材料からなることが特に好ましい。
・中間部材の形状としては、平面形状が環状とされたシート状部材、１個のＯリング、２個の同心円状に配置されたＯリングなどが挙げられる。また、中間部材の材料としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、フッ素ゴムなどが挙げられる。なお、中間部材の柔軟性としては、中間部材上に外周リングを載置した場合に、外周リングの重さによって変形可能な粘弾性を有する程度が望ましい。例えば、ゲル状衝撃吸収材や低反発弾性素材などが挙げられる。
以下に、本発明を実施するための形態（実施例）について説明する。
ここでは、例えば半導体ウェハを吸着保持できる静電チャックを例に挙げる。
ａ）まず、本実施例の静電チャックの構造について説明する。
図１に示す様に、本実施例の静電チャック１は、図１の上側にて半導体ウェハ５を吸着する装置であり、第１主面（吸着面）３及び第２主面４を有する（例えば直径３００ｍｍ×厚み３ｍｍの）円盤状のセラミック絶縁板７と、（例えば直径３４０ｍｍ×厚み２０ｍｍの）円盤状の金属ベース（クーリングプレート）９とを、例えばインジウムからなる接合層１１を介して接合したものである。
ａ）まず、本実施例の静電チャックの構造について説明する。
図１に示す様に、本実施例の静電チャック１は、図１の上側にて半導体ウェハ５を吸着する装置であり、第１主面（吸着面）３及び第２主面４を有する（例えば直径３００ｍｍ×厚み３ｍｍの）円盤状のセラミック絶縁板７と、（例えば直径３４０ｍｍ×厚み２０ｍｍの）円盤状の金属ベース（クーリングプレート）９とを、例えばインジウムからなる接合層１１を介して接合したものである。
特に、本実施例では、絶縁体（誘電体）であるセラミック絶縁板７の吸着面３側の構成として、セラミック絶縁板７の厚み方向から見た場合に、軸中心側の円盤状の中心部１３と、中心部１３の径方向外側である外周側にて中心部１３の周囲（全周）を囲むように配置された環状の外周部１７と、中心部１３と外周部１７との間に配置されて中心部１３と外周部１７とを分離する環状の断熱用溝１５を備えるとともに、外周部１７の吸着面３側には、環状の外周リング１９が載置されている。
以下、各構成について説明する。
前記セラミック絶縁板７は、後述する複数のセラミック層が積層されたものであり、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体である。このセラミック絶縁板７の内部には、半導体ウェハ５を冷却するヘリウム等の冷却用ガスを供給するトンネルである主冷却用ガス供給路２１が設けられ、その吸着面３には、主冷却用ガス供給路２１が開口する複数の主冷却用開口部２３や、主冷却用開口部２３から供給された冷却用ガスが吸着面３全体に広がるように設けられた環状の冷却用溝２５が設けられている。
前記セラミック絶縁板７は、後述する複数のセラミック層が積層されたものであり、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体である。このセラミック絶縁板７の内部には、半導体ウェハ５を冷却するヘリウム等の冷却用ガスを供給するトンネルである主冷却用ガス供給路２１が設けられ、その吸着面３には、主冷却用ガス供給路２１が開口する複数の主冷却用開口部２３や、主冷却用開口部２３から供給された冷却用ガスが吸着面３全体に広がるように設けられた環状の冷却用溝２５が設けられている。
一方、前記金属ベース９は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製であり、その内部には、セラミック絶縁板７を冷却する冷却用液体（例えばフッ素化液又は純水）が充填される冷却用空間２７が設けられている。
更に、図２に詳細に示すように、前記セラミック絶縁板７においては、その中心部１３に対応する箇所は、８層の第１〜第８セラミック層３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８が積層され、外周部１７に対応する箇所は、６層の第３〜第８セラミック層３３、３４、３５、３６、３７、３８が積層されている。
なお、第６〜第８セラミック層３６〜３８は、中心部１３側と外周部１７側とで共通であり、この第６〜第８セラミック層３６〜３８を、共通底部３９と称する。
前記セラミック絶縁板７の中心部１３側の構成は、基本的に従来とほぼ同様であり、その内部において、吸着面３の（同図）下方には、例えば平面形状が半円状の一対の主吸着用電極４１、４３（図１参照）が形成されている。ここでは、第２、第３セラミック層３２、３３の間に主吸着用電極４１、４３が形成されている。
前記セラミック絶縁板７の中心部１３側の構成は、基本的に従来とほぼ同様であり、その内部において、吸着面３の（同図）下方には、例えば平面形状が半円状の一対の主吸着用電極４１、４３（図１参照）が形成されている。ここでは、第２、第３セラミック層３２、３３の間に主吸着用電極４１、４３が形成されている。
この主吸着用電極４１、４３とは、静電チャック１を使用する場合には、両主吸着用電極４１、４３の間に、直流高電圧を印加し、これにより、半導体ウェハ５を吸着する静電引力（吸着力）を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ５を吸着して固定するものである。
また、主吸着用電極４１、４３の（同図）下方には、従来と同様に、例えば同一平面にて軸中心を回るように螺旋状に巻き回されたヒータ（発熱体）４５が形成されている。ここでは、第５、第６セラミック層３５、３６の間にヒータ４５が形成されている。
なお、セラミック絶縁板の第１セラミック層３１の吸着面３側の外周部分は、その全周にわたり軸中心側に傾斜するように、テーパ状に斜めにカットされている。
特に、本実施例では、セラミック絶縁板７の吸着面３側の構成として、外周部１７は、（断熱部として機能する）環状の断熱用溝１５を介して中心部１３と分離されており、外周部１７の上面には、外周リング１９が載置されている。
特に、本実施例では、セラミック絶縁板７の吸着面３側の構成として、外周部１７は、（断熱部として機能する）環状の断熱用溝１５を介して中心部１３と分離されており、外周部１７の上面には、外周リング１９が載置されている。
この断熱用溝１５の幅は、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の例えば２ｍｍであり、深さは例えばセラミック絶縁板７の厚みの５〜９０％の範囲の例えば４ｍｍである。
前記外周部１７の最上層のセラミック層（第３セラミック層３３）とその下方の層（第４セラミック層３４）との間には、前記主吸着用電極４１、４５と同様な機能を発揮する一対の外周吸着用電極４７、４９が形成されている。
前記外周部１７の最上層のセラミック層（第３セラミック層３３）とその下方の層（第４セラミック層３４）との間には、前記主吸着用電極４１、４５と同様な機能を発揮する一対の外周吸着用電極４７、４９が形成されている。
この一対の外周吸着用電極４７、４９は、図３に示すように、同心円状に配置された一対の環状の電極であり、主吸着用電極４１、４５と同様に、両外周吸着用電極４７、４９の間に、直流高電圧を印加し、これにより、外周リング１９を吸着する静電引力（吸着力）を発生させ、この吸着力を用いて外周リング１９を吸着して固定するものである。
図２に戻り、外周部１７において、外周吸着用電極４７、４９の下方、即ち、第５セラミック層３５と第６セラミック層３６との間には、外周温度調節部として機能する外周ヒータ（発熱体）５１が形成されている。この外周ヒータ５１は、図４に示すように、１本の発熱体が往復して２重となるように配置されたものである。
図２に戻り、外周部１７には、外周部１７を厚み方向に貫くように、外周温度調節部として機能する外周冷却用ガス供給路５３が設けられている。詳しくは、外周冷却用ガス供給路５３は、第３〜第７セラミック層３３〜３７を厚み方向に貫いて、その上部が外周部１７の上面に開口するとともに、第７セラミック層３７を軸中心側に通って、金属ベース９を厚み方向に貫く貫通孔５５に連通するように形成されている。
なお、外周冷却用ガス供給路５３は、外周部１７の上面にて複数箇所にて開口するように設けられているが（図３参照）、これは、外周部１７の共通底部３９にて、外周部１７に沿って一周するように設けられた環状の流路から、外周部１７の上面側に伸びる流路の一部が開口したものである。
また、前記外周部１７の上面に載置された外周リング１９は、その幅が外周部１７の幅より大きな環状の部材であり、外周吸着用電極４７、４９によって吸着可能な材料（例えばシリコン）から構成されている。
この外周リング１９の上面は、その軸中心側の表面（内側上面６１）が、中心部１３の吸着面３と同じ高さになるように設定されており、更に、その外周側には、半導体ウェハ５の外形形状と同様な環状に湾曲する凸部６３（即ち半導体ウェハ５の外径とほぼ同様な内径を有する凸部６３）が形成されている。
従って、半導体ウェハ５をセラミック絶縁板７上に載置すると、半導体ウェハ５の外周部分が外周リング１９の内側上面６１に載置されるとともに、凸部６３によって半導体ウェハ５が位置決めされる。
ｂ）次に、本実施例の静電チャック１の電気的な構成について説明する。
図５に示すように、静電チャック１の主吸着用電極４１、４３、主ヒータ４５、外周吸着用電極４７、４９、外周ヒータ５１には、それぞれを作動させるために電源回路が接続されている。
図５に示すように、静電チャック１の主吸着用電極４１、４３、主ヒータ４５、外周吸着用電極４７、４９、外周ヒータ５１には、それぞれを作動させるために電源回路が接続されている。
具体的には、主吸着用電極４１、４３には第１電源回路７１が接続され、主ヒータ４５には第２電源回路７３が接続され、外周吸着用電極４７、４９には第３電源回路７５が接続され、外周ヒータ５１には第４電源回路７７が接続されており、それらの動作は、マイコンを含む電子制御装置７９によって制御される。
つまり、主吸着用電極４１、４３や主ヒータ４５の動作の制御（オン、オフや印加電圧などの制御）とは独立に、外周吸着用電極４７、４９や外周ヒータ５１の動作の制御（オン、オフや印加電圧などの制御）を行うことができる。
なお、図６に一部を示すように、主吸着用電極４１、４３、主ヒータ４５、外周吸着用電極４７、４９、外周ヒータ５１と、各電源回路７１〜７７との接続は、内部接続端子８１、８３、８５を利用して行うことができる。なお、図５では、内部接続端子の一部のみを例示している。
つまり、主吸着用電極４１、４３、主ヒータ４５、外周吸着用電極４７、４９、外周ヒータ５１は、ビア９１や内部導電層９３などを介して、同図下方に開口する内部孔９５のメタライズ層９７に導通しており、このメタライズ層９７にそれぞれ内部接続端子８１〜８５が形成されている。
従って、内部接続端子８１〜８５に端子ピン（図示せず）を接続することにより、主吸着用電極４１、４３、主ヒータ４５、外周吸着用電極４７、４９、外周ヒータ５１に電力を供給することができる。
ｃ）次に、本実施例の静電チャック１の製造方法について、簡単に説明する。
(1)図示しないが、原料としては、主成分であるＡｌ2Ｏ3：９２重量％、ＭｇＯ：１重量％、ＣａＯ：１重量％、ＳｉＯ2：６重量％の各粉末を混合して、ボールミルで、５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。
(1)図示しないが、原料としては、主成分であるＡｌ2Ｏ3：９２重量％、ＭｇＯ：１重量％、ＣａＯ：１重量％、ＳｉＯ2：６重量％の各粉末を混合して、ボールミルで、５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。
(2)次に、この粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル：３重量％、ブチルエステル：３重量％、ニトロセルロース：１重量％、ジオクチルフタレート：０．５重量％を加え、更に溶剤として、トリクロール−エチレン、ｎ−ブタノールを加え、ボールミルで混合して、流動性のあるスラリーとする。
(3)次に、このスラリーを、減圧脱泡後平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、（第１〜第８セラミック層３１〜３８に対応する）第１〜第８アルミナグリーンシートを形成する。
そして、この第１〜第８アルミナグリーンシートに対して、主冷却用ガス供給路２１や外周冷却用ガス供給路５３など冷却ガスの流路となる空間や貫通孔、内部孔９５となる空間、更にはビア９１となるスリーホールを、必要箇所に開ける。
(4)また、前記アルミナグリーンシート用の原料粉末中にタングステン粉末を混ぜて、前記と同様な方法によりスラリー状にして、メタライズインクとする。
(5)そして、主吸着用電極４１、４３、主ヒータ４、外周吸着用電極４７、４９、外周ヒータ５１、内部導電層９３を形成するために、前記メタライズインクを用いて、それぞれの電極やヒータの形成箇所に対応したアルミナグリーンシート上に、通常のスクリーン印刷法により、各パターンを印刷する。なお、ビア９１を形成するために、スルーホールに対して、メタライズインクを充填する。
(5)そして、主吸着用電極４１、４３、主ヒータ４、外周吸着用電極４７、４９、外周ヒータ５１、内部導電層９３を形成するために、前記メタライズインクを用いて、それぞれの電極やヒータの形成箇所に対応したアルミナグリーンシート上に、通常のスクリーン印刷法により、各パターンを印刷する。なお、ビア９１を形成するために、スルーホールに対して、メタライズインクを充填する。
(6)次に、前記第１〜第８アルミナグリーンシートを、冷却ガスの流路などが形成されるように位置合わせして、熱圧着し、積層シートを形成する。
(7)次に、熱圧着した積層シートを、所定の円板形状（例えば８インチサイズの円板形状）にカットする。このとき、切削加工機によって、断熱用溝１５となる溝を形成する。
(7)次に、熱圧着した積層シートを、所定の円板形状（例えば８インチサイズの円板形状）にカットする。このとき、切削加工機によって、断熱用溝１５となる溝を形成する。
(8)次に、カットしたシートを、還元雰囲気にて、１４００〜１６００℃の範囲（例えば１９５０℃）にて５時間焼成（本焼成）し、アルミナ質焼結体を作製する。
(9)そして、焼成後に、（セラミック絶縁板７の吸着面３に対応する）アルミナ焼結体の一方の主面のうち、外周部１７に対応する表面を、切削加工機よって削って、外周部１７の高さを調節する。これによって、セラミック絶縁板７を作成する。
(9)そして、焼成後に、（セラミック絶縁板７の吸着面３に対応する）アルミナ焼結体の一方の主面のうち、外周部１７に対応する表面を、切削加工機よって削って、外周部１７の高さを調節する。これによって、セラミック絶縁板７を作成する。
(10)次に、セラミック絶縁板７に、メタライズ層９７や内部接続端子８１〜８５を設ける。
(11)次に、例えばインジウムを用いて、セラミック絶縁板７と金属ベース９とを接合して一体化する。これにより、静電チャック１が完成する。
(11)次に、例えばインジウムを用いて、セラミック絶縁板７と金属ベース９とを接合して一体化する。これにより、静電チャック１が完成する。
ｄ）次に、本実施例の効果について説明する。
・本実施例では、セラミック絶縁板７の吸着面３側には、中心部１３と外周部１７との間に断熱用溝１５が形成されており、外周部１７には、外周ヒータ５１と外周冷却用ガス供給路５３とを備えている。
・本実施例では、セラミック絶縁板７の吸着面３側には、中心部１３と外周部１７との間に断熱用溝１５が形成されており、外周部１７には、外周ヒータ５１と外周冷却用ガス供給路５３とを備えている。
従って、セラミック絶縁板７の吸着面３側に、中心部１３の表面よりも大きな半導体ウェハ５を載置した場合には、プラズマエッチングの際にアーキングが発生したときでも、中心部１３の外周壁の破損を防止することができる。
特に、本実施例では、中心部１３と外周部１７とは断熱用溝１５によって、熱的にほぼ分離されており、しかも、外周ヒータ５１によって外周部１７を独自に加熱できるとともに、外周冷却用ガス供給路５３によって供給される冷却用ガスによって、外周部１７や外周リング１９を独自に冷却することができる。
ここで、断熱部である断熱用溝１５を設けることの利点について、更に詳しく説明する。断熱用溝１５を設けることで、断熱用溝１５を挟んだ両側のエリア（中心部１３と外周部１７）間における温度の影響を小さくすることができる。つまり、外周部１７と中心部１３とで独立して温度制御したい場合、具体的には、外周部１７を温めたり冷やしたりする場合に、外周部１７の温度が中心部１３の温度に影響を与えると、独立して外周部１７の温度調整ができないが、断熱用溝１５を設けることによって、外周部１７の温度調整を独立して行うことができる。
つまり、本実施例では、外周ヒータ５１や外周冷却用ガス供給路５３や断熱用溝１５によって、中心部１３の温度制御とは別に、外周部１７の温度制御を独立して自由に行うことができるので、セラミック絶縁板７に載置された半導体ウェハ５の平面方向における温度のばらつき（ムラ）がないように（即ち半導体ウェハ５全体の温度を均一化するように）、好適に温度調節を行うことができる。
従って、例えばプラズマエッチングによって半導体ウェハ５に加工を行う場合、例えば半導体ウェハ５にパターンを形成する場合には、処理の度合いがばらつきにくく、歩留まりが向上するという顕著な効果を奏する。
また、静電チャック１の機能として、上述のように、半導体ウェハ５の面内温度分布を均一にすることが望まれているが、より高度な機能として、面内温度をあえて異ならせるという技術もある。具体的には、（加工に用いる）プロセスガス濃度やプラズマのムラにより、半導体ウェハ５の面内の加工レートが異なる場合、あえて面内の温度を変化させることで、加工レートを同じにする技術がある。特に最外周部は、ムラになりやすく、その部分だけの温度制御ができると、面内の加工レートが揃い易いので好適である。
従って、本実施例のように、外周ヒータ５等の外周温度調節部を独立して制御することによって、上述した面内温度を異ならせる技術に好適に対応できる。
従って、本実施例のように、外周ヒータ５等の外周温度調節部を独立して制御することによって、上述した面内温度を異ならせる技術に好適に対応できる。
なお、外周温度調整部によって温度制御を行う場合には、例えば熱電対等によって外周部１７の温度を測って、外周部１７の温度制御を行うことができる。
・また、本実施例では、外周部１７の吸着面３側に外周リング１９が載置されているので、この外周リング１９上に半導体ウェハ５の外周部分を載置することができる。
・また、本実施例では、外周部１７の吸着面３側に外周リング１９が載置されているので、この外周リング１９上に半導体ウェハ５の外周部分を載置することができる。
この外周リング１９は着脱可能であるので、半導体ウェハ５のドライエッチング等の加工の際に、外周リング１９が破損した場合には、静電チャック１全体ではなく、この外周リング１９のみを交換すればよいという利点がある。
更に、外周リング１９の上面には位置決め用の凸部６３が形成されているので、半導体ウェハ５をずれることなく位置決めして好適に保持することができる。なお、凸部６３の位置が異なる各種の外周リング１９を用意して、適宜交換することにより、各種のサイズの半導体ウェハ５の位置決めを好適に行うことができる。
・しかも、本実施例では、外周部１７に、外周リング１９を吸着する外周吸着用電極４７、４９を備えているので、外周リング４７、４９を着脱可能に且つ確実に固定することができる。
・また、本実施例では、外周部１７と中心部１３とが同じ素材から一体に形成されているので、セラミック絶縁板７を容易に製造できるという利点がある。
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
図７及び図８に示すように、本実施例の静電チャック１０１は、前記実施例１と同様に、図７の上方の吸着面１０３側にて半導体ウェハ５を吸着するものであり、円盤状のセラミック絶縁板１０５と、円盤状の金属ベース１０７とを、接合層１０９を介して接合したものである。
図７及び図８に示すように、本実施例の静電チャック１０１は、前記実施例１と同様に、図７の上方の吸着面１０３側にて半導体ウェハ５を吸着するものであり、円盤状のセラミック絶縁板１０５と、円盤状の金属ベース１０７とを、接合層１０９を介して接合したものである。
また、セラミック絶縁板１０５の吸着面（第１主面）１０３側の構成として、セラミック絶縁板１０５の厚み方向から見た場合に、軸中心側に円盤状の中心部１１１を備えるとともに、その中心部１１１の径方向の外側である外周側に、環状の断熱用溝１１３を介して中心部１１１の周囲を囲むように配置された環状の外周部１１５を備えている。
なお、図７及び図８に示すように、主吸着用電極１２１、１２３、主ヒータ１２５、主冷却用ガス供給路１２７、外周吸着用電極１２９、１３１、外周ヒータ１３３、外周冷却用ガス供給路１３５の構成は、基本的に前記実施例１とほぼ同様である。
特に本実施例では、実施例１の外周リングを使用しておらず、外周部１１５の上面は、中心部１１１の吸着面１０３と同じ高さに設定されている。従って、外周冷却用ガス供給路１３５は、中心部１１１の吸着面１０３と同じ高さにて開口している。
なお、本実施例では、外周吸着用電極１２９、１３１によって、半導体ウェハ５の外周部分を直接に吸着することができる。これにより、外周温度調整部として機能する外周ヒータ１３３や外周冷却用ガス供給路１３５からの熱伝導を良くすることができる。
本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、外周リングを使用しないので、構成を簡易化できるという利点がある。
なお、外周リングを用いない場合には、外周吸着用電極１２９、１３１を省略することも可能である。
なお、外周リングを用いない場合には、外周吸着用電極１２９、１３１を省略することも可能である。
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
図９に、本実施例の静電チャック１５１の外周部１５３の周囲を示す様に、外周部１５３には、前記実施例１と同様に、外周吸着用電極１５５、１５７、外周ヒータ１５９、外周冷却用ガス供給路１６１を備えている。
図９に、本実施例の静電チャック１５１の外周部１５３の周囲を示す様に、外周部１５３には、前記実施例１と同様に、外周吸着用電極１５５、１５７、外周ヒータ１５９、外周冷却用ガス供給路１６１を備えている。
特に本実施例では、外周部１５３に、外部から冷却用液体（例えばフッ素化液又は純水）を導入するための外周冷却用液体供給路１６３を備えており、この外周冷却用液体供給路１６３は、金属ベース１６５を貫通する貫通孔１６７に接続されている。
本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、外周冷却用液体供給路１６３を備えているので、冷却能力が高いという利点がある。
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
図１０（ａ）に、本実施例の静電チャック１７１の要部を示す様に、前記実施例１と同様に、外周部１７３には、外周吸着用電極１７５、１７７、外周ヒータ１７９、外周冷却用ガス供給路１８１を備えている。
図１０（ａ）に、本実施例の静電チャック１７１の要部を示す様に、前記実施例１と同様に、外周部１７３には、外周吸着用電極１７５、１７７、外周ヒータ１７９、外周冷却用ガス供給路１８１を備えている。
特に本実施例では、外周部１７３には、シリコーン樹脂からなる（外周部１７３の上面の形状と同様な）平面形状が環状のシート状の中間部材１８３が載置され、その中間部材１８３上に外周リング１８５が載置されている。
本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、外周部１７３の上面と外周リング１８５の下面との間に、柔軟性（クッション性）を有する中間部材１８３が挟まれているので、外周リング１８５に半導体ウェハ５の外周部分を載置した場合に、外周リング１８５と半導体ウェハ５の外周部分とが接触し易い。よって、外周リング１８５からの熱を外周部分に均等に伝えることができる。
また、本実施例では、中間部材１８３は柔軟性があるので、外周部１７３と外周リング１８５とが密着し易く、よって、外周リング１８５がずれにくいという利点がある。
なお、中間部材として、図１０（ｂ）に示すような１個のＯリングである中間部材２０１、或いは、図１０（ｃ）に示すような２個の同心円状に配置されたＯリングである中間部材２０３、２０５を用いることができる。ここで、図１０（ｃ）のような２個のＯリングであると、外周部２０７がより安定するので好適である。
なお、中間部材として、図１０（ｂ）に示すような１個のＯリングである中間部材２０１、或いは、図１０（ｃ）に示すような２個の同心円状に配置されたＯリングである中間部材２０３、２０５を用いることができる。ここで、図１０（ｃ）のような２個のＯリングであると、外周部２０７がより安定するので好適である。
尚、本発明は前記実施形態や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば、外周部における外周温度調節部の各構成を適宜組み合わせてもよい。例えば、外周ヒータ、外周冷却用ガス供給路、外周冷却用液体供給路のうち、１又は複数個を適宜組み合わせて用いてもよい。
（１）例えば、外周部における外周温度調節部の各構成を適宜組み合わせてもよい。例えば、外周ヒータ、外周冷却用ガス供給路、外周冷却用液体供給路のうち、１又は複数個を適宜組み合わせて用いてもよい。
（２）外周リングを使用する場合には、外周吸着用電極を備えることが好ましいが、使用しなくてもよい。
外周リングを外周吸着用電極によって吸着しない場合には、外周リングの材料として、外周吸着用電極によって吸着しない材料（例えばクオーツ）を使用できる。
外周リングを外周吸着用電極によって吸着しない場合には、外周リングの材料として、外周吸着用電極によって吸着しない材料（例えばクオーツ）を使用できる。
１、１０１、１５１、１７１…静電チャック
３、１０３…吸着面
５…半導体ウェハ
７、１０５…セラミック絶縁板
９、１０７…金属ベース
１３、１１１…中心部
１５、１１３…断熱用溝
１７、１１５、１５３、１７３…外周部
１９、１８５、２０７…外周リング
２１…主冷却用ガス供給路
４１、４３、１２１、１２３…主吸着用電極
４５、１２５…主ヒータ
４７、４９、１５５、１５７、１７５、１７７…外周吸着用電極
５１、１３３、１５９、１７５…外周ヒータ
５３、１３５、１６１、１８１…外周冷却用ガス供給路
１６３…外周冷却用液体供給路
１８３、２０１、２０３、２０５…中間部材
３、１０３…吸着面
５…半導体ウェハ
７、１０５…セラミック絶縁板
９、１０７…金属ベース
１３、１１１…中心部
１５、１１３…断熱用溝
１７、１１５、１５３、１７３…外周部
１９、１８５、２０７…外周リング
２１…主冷却用ガス供給路
４１、４３、１２１、１２３…主吸着用電極
４５、１２５…主ヒータ
４７、４９、１５５、１５７、１７５、１７７…外周吸着用電極
５１、１３３、１５９、１７５…外周ヒータ
５３、１３５、１６１、１８１…外周冷却用ガス供給路
１６３…外周冷却用液体供給路
１８３、２０１、２０３、２０５…中間部材
Claims (8)
- 第１主面及び第２主面を有するとともに、主吸着用電極を有するセラミック絶縁板を備え、前記主吸着用電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて被吸着物を前記第１主面に吸着させる静電チャックにおいて、
前記セラミック絶縁板は、前記第１主面側における自身の構成として、中心側の中心部と該中心部の外周側に配置された外周部とを備えており、
更に、前記中心部と前記外周部との間に、前記セラミック絶縁板より熱の伝導性が低い断熱部を備えるとともに、
前記外周部に、該外周部の温度を調節可能な外周温度調節部を備えたことを特徴とする静電チャック。 - 前記断熱部は、前記セラミック絶縁板の前記第１主面側に形成された溝であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
- 前記外周部の前記第１主面側に、該外周部上に直接又は中間部材を介して載置される外周リングを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電チャック。
- 前記中間部材として、柔軟性を有する部材を用いることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。
- 前記外周部に、前記外周リングを吸着する外周吸着用電極を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の静電チャック。
- 前記外周温度調節部として、外周ヒータを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電チャック。
- 前記外周温度調節部として、前記セラミック絶縁板に吸着された被吸着物を冷却する冷却用ガスを供給する外周冷却用ガス供給路を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の静電チャック。
- 前記外周温度調節部として、前記外周部を冷却する冷却用液体を供給する外周冷却用液体供給路を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の静電チャック。
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