JP2017212332A - 電極内蔵型載置台構造 - Google Patents

Abstract

【課題】突部を備える載置台に内蔵される電極の絶縁部の損傷を抑制することができる静電チャックを提供する。【解決手段】静電チャック１は、載置面２ａにウエハＷが載置される載置台２と、載置台２の載置面２ａに設けられ、ウエハＷを上端で支える突部６と、載置台２に埋設される電極４，５と、電極４，５と載置面２ａとの間に配置された絶縁層７と、を備える。全ての突部６の上端又は下端の面積の合計を突部面積として、突部面積のうち下方に電極４，５が存在する領域の面積である第１面積よりも、突部面積のうち下方に電極４，５が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように突部６が載置面２ａに設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、静電チャックやプラズマ発生装置などのように、半導体製造用のウエハ等の基板が載置される載置台にＥＳＣ電極やＲＦ電極などの電極が内蔵された電極内蔵型載置台構造に関する。

従来、静電チャックやプラズマ発生装置などのように、半導体製造用のウエハ等の基板が載置される載置台にＥＳＣ電極が内蔵された静電チャックが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３３１２５号公報

静電チャックなどに用いられる載置台には、載置される基板との接触面積を減らすなどの目的のため、載置面から突出する突部が設けられたものもある。また、基板の冷却などの目的のため、載置面に溝が設けられた載置台もある。

しかしながら、突部又は溝を設ける際に、静電チャック電極などの電極と載置面との間に配置される絶縁層などの絶縁部が突部加工時や焼成時の残留応力などの影響によって損傷し、電極に対する絶縁性能が低下する虞がある。

本発明は、以上の点に鑑み、突部又は溝を備える載置台に内蔵される電極に対する絶縁性能の低下を抑制することができる電極内蔵型載置台構造を提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明の電極内蔵型載置台構造は、
載置面に基板が載置される載置台と、
前記載置台の前記載置面に設けられ、前記基板を上端で支える複数の突部と、
前記載置台に埋設された電極と、
前記電極と前記載置面との間に配置された絶縁部と、
を備える電極内蔵型載置台の構造であって、
全ての前記突部の上端又は下端の面積の合計を突部面積として、
前記突部面積のうち下方に前記電極が存在する領域の面積である第１面積よりも、該突部面積のうち下方に前記電極が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように前記突部が前記載置面に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、第２面積が第１面積よりも大きくなるように、突部が設けられているため、第２面積が第１面積と同一以下となるように突部が配置されている場合と比較して、電極が下方に位置している絶縁部の部分への突部加工時や焼成時の残留応力の影響や基板からの荷重などによる負荷が加わり難く、絶縁部の電極に対する絶縁性能の低下を抑制することができる。

［２］また本発明においては、前記第１面積は、前記第２面積の０％〜２０％に設定されていることが好ましい。かかる構成によれば、更に絶縁部の電極に対する絶縁性能の低下を抑制することができる。

［３］また本発明においては、前記突部面積は、全て前記第２面積であることが好ましい。かかる構成によれば、更に絶縁部の電極に対する絶縁性能の低下を抑制することができる。

［４］また、本発明においては、隣接する前記突部の間隔は前記載置台の平坦度に基づいて定められた所定範囲内に設定されていることが好ましい。かかる構成によれば、突部が離れすぎることによる載置台の平坦度の低下を抑制又は防止することができる。

［５］また、本発明の電極内蔵型載置台構造は、
載置面に基板が載置される載置台と、
前記載置台の前記載置面に上方に突出して設けられ、前記基板を上端で支える複数の突部と、
前記載置台に埋設された電極と、
前記電極と前記載置面との間に配置された絶縁部と、
を備える電極内蔵型載置台の構造であって、
前記突部は、前記電極の上方に位置する第１突部の上端又は下端の密度が、前記電極が下方に存在していない前記載置面上に位置する第２突部の上端又は下端の密度よりも小さくなるように、配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、電極の上方に位置する第１突部の密度が、電極が下方に存在していない載置面上に位置する第２突部の密度よりも小さくなるように、突部が配置されているため、電極の上方に位置する第１突部の密度が、電極が下方に存在していない載置面上に位置する第２突部の密度よりも大きくなるように、突部が配置されている場合と比較して、電極の上方に位置する絶縁部の部分への負荷が加わり難く、電極に対する絶縁部の絶縁性能の低下を抑制することができる。

［６］また、本発明においては、前記第１突部は、第１の所定の間隔範囲内で分布しており、前記第２突部は、第２の所定の間隔範囲内で分布していることが好ましい。かかる構成によれば、第１突部又は第２突部が局所的に疎密となり過ぎることを防止することができ、第１突部及び第２突部を夫々適度な密度で分布させることができ、載置台の平坦度の低下を抑制し、又は載置台の平坦度を適度に維持することができる。

［７］また、本発明においては、
載置面に基板が載置される載置台と、
前記載置台の前記載置面に設けられ溝と、
前記載置台に埋設された電極と、
前記電極と前記載置面との間に配置された絶縁部と、
を備える電極内蔵型載置台構造であって、
前記溝の底面積又は上端開口面積を溝面積として、
前記溝面積のうち下方に前記電極が存在する領域の面積である第３面積よりも、前記溝面積のうち下方に前記電極が存在しない領域の面積である第４面積の方が大きくなるように前記溝が前記載置面に設けられていることを特徴とする。

本発明の電極内蔵型載置台構造によれば、第４面積が第３面積よりも大きくなるように、溝が設けられているため、第４面積が第３面積と同一以下となるように溝が形成されている場合と比較して、電極が下方に位置している絶縁部の部分への溝加工時や焼成時の残留応力の影響による負荷が加わり難く、絶縁部の電極に対する絶縁性能の低下を抑制することができる。

［８］また、本発明においては、前記溝面積は、全て前記第４面積であることが好ましい。かかる構成によれば、更に絶縁部の電極に対する絶縁性能の低下を抑制することができる。

本発明の電極内蔵型載置台構造を適用した静電チャックの実施形態を模式的に示す断面図。 本実施形態の静電チャックの加熱要素としての発熱抵抗体を示す説明図。 本実施形態の静電チャックの電極を示す説明図。 本発明の電極内蔵型載置台構造を適用した他の実施形態を模式的に示す説明図。 本発明の電極内蔵型載置台構造を適用した他の実施形態を模式的に示す説明図。

図１から図３を参照して、本発明の電極内蔵型載置台構造を適用した静電チャックの実施形態を説明する。図１に示すように、本実施形態の静電チャック１は、ヒータ機能を備えるものであり、円盤状の載置台２と、載置台２に埋設された加熱要素（発熱要素）としての発熱抵抗体３と、同じく載置台２に埋設された１組の双極のＥＳＣ電極４，５と、載置台２の表面である載置面２ａから上方へ突出するように設けられた複数の突部６と、を備えている。ＥＳＣ電極４，５は、載置台２に載置されるウエハＷとの間に電位差を与えるものである。載置台２は、例えば焼結助剤として酸化イットリウムが添加されている窒化アルミニウムの焼結体によって構成されている。

載置台２には、発熱抵抗体３のほか、半導体製造用ウエハをジョンセン−ラーベック力又はクーロン力により載置面２ａに引き付けるための静電チャック電極としての双極のＥＳＣ電極４，５が埋設されているが、ＥＳＣ電極４，５に代わり載置台２の上方にプラズマを発生させるためのプラズマ電極が載置台２に埋設されていてもよい。

載置台２の一方の端面（平面）が、半導体製造用のウエハなどの基板が載置される載置面２ａを構成している。発熱抵抗体３と載置面２ａとの間の間隔（深さ）は、双極のＥＳＣ電極４，５が埋設された位置よりも広く（深く）なるように設定されている。

発熱抵抗体３は、モリブデン若しくはタングステン等の高融点金属またはこの金属を主成分とする導電体により構成されている。

載置台２の載置面２ａには、複数の突部６が上方へ突出して設けられている。図２を参照して、複数の突部６は全て下方に発熱抵抗体３が埋設されていない箇所に位置させて設けられている。また、図３を参照して、複数の突部６は全て下方に双極のＥＳＣ電極４，５が埋設されていない箇所に位置させて設けられている。

本実施形態の静電チャック１によれば、突部６が、発熱抵抗体３の上方に設けられていないため、発熱抵抗体３の上方に突部６が配置されている場合と比較して、発熱抵抗体３の熱が突部６を介して加熱対象物としての載置台２に載置されるウエハＷに過度に伝達されることを抑制することができる。従って、本実施形態の静電チャック１によれば、突部６を介した局所的な過度の加熱が抑制され、熱分布の均一化が従来よりも向上され、熱の均一性を向上させることができる。

また、本実施形態の静電チャック１によれば、突部６が双極のＥＳＣ電極４，５が埋設されていない箇所に位置させて設けられている。このため、突部６をサンドブラストなどで加工して成形する場合、下部に絶縁層と物性（特に膨張係数）の異なる電極が埋設している場合と比較して、焼成後の残留応力の少ない領域を加工することになる。そのため、双極のＥＳＣ電極４，５と載置面２ａとの間に配置される絶縁層７（絶縁部）のうち下方にＥＳＣ電極４，５が位置する部分の損傷を抑制又は防止することができる。これによって、ＥＳＣ電極４，５に対する絶縁層７の絶縁性能の低下を抑制することができる。

また、突部６と接触しているウエハＷの部分とＥＳＣ電極４，５とは平行に（重なり合うように）対面していない。このため、ＥＳＣ電極４，５に静電吸着電圧を印加してもＥＳＣ電極４，５が突部６の下方にあり突部６と接触しているウエハＷの部分とＥＳＣ電極４，５が平行に（重なり合うように）対面しているものと比較して、局所的な過度の静電吸着力、及び残留吸着力を抑制することができる。これは平行平板コンデンサの電極間に電位差を与えたときに電極が平行して対面している場合と比較して、片方の電極がずれて両電極が重なり合う面積が減少している場合には、電極間に働く力が減少する事象からも説明できる。

また、載置台２に載置したウエハＷの加工時に突部６で支える荷重によって、下方にＥＳＣ電極４，５が位置する部分の絶縁層７が損傷することを抑制又は防止することができる。これによって、ＥＳＣ電極４，５に対する絶縁層７の絶縁性能の低下を抑制することができる。本実施形態の絶縁部としての絶縁層７は、ＥＳＣ電極４，５の基板と同一材料で、例えば０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の厚さの平板状に形成されている。

ウエハＷを加熱するに際して隣接する突部６同士の間の好ましい間隔は、実験や計算などによって好ましい平坦度を予め求めておき、予め求められた平坦度に基づいて設定される所定範囲内となるように設定することができる。従って、この所定範囲内になるように突部６をバランスよく配置すれば、発熱抵抗体３が埋設された載置台２によって更に適切にウエハＷを加熱することができる。

また、従来品のように、突部が電極の上方に存在すると、ウエハと突部の接触面にジョンセン−ラーベック力又はクーロン力が大きく働き過ぎ、突部に損傷やパーティクル発塵を引き起こす虞があるほか、静電吸着電圧を解除してもウエハの残留吸着力が比較的長く残留しウエハの搬送に支障が生じる場合があった。更に電極と突部のウエハが平行の位置で（重なり合う位置で）対面していることにより静電吸着電圧印加時にウエハに流れ込む電流が大きくなり過ぎ、ウエハ上に設けられたデバイスの破損や誤作動の原因となる虞があった。

本実施形態においては、突部６の下方にＥＳＣ電極４，５が存在しないため、ウエハＷと突部６の接触面（上端面）に働くジョンセン‐ラーベック力又はクーロン力はＥＳＣ電極４，５とウエハＷが厚さ方向で重なり合う場合に働く力が最大になるため、ＥＳＣ電極４，５と突部６の接触面（上端面）が重なり合わないようにすることによって静電吸着力を適度な大きさに調節でき、かつ静電吸着電圧解除後の残留吸着力を抑制することができる。また更にＥＳＣ電極４，５と突部６の接触面（上端面）とが重なり合わないようにすることによって静電吸着電圧を印加したときにウエハＷに流れる電流も抑制することができる。

なお、本実施形態においては、突部６が発熱抵抗体３の上方に設けられていないものを説明したが、本発明の電極内蔵型載置台構造はこれに限らない。図４に示すように、例えば、全ての突部６の上端又は下端の面積の合計面積を突部面積として、突部面積のうち下方に発熱抵抗体３が存在する領域の面積である第１面積よりも、突部面積のうち下方に発熱抵抗体３が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように、突部６を載置面２ａに設けてもよい。かかる構成によっても、第２面積が第１面積よりも小さくなる場合と比較して、ウエハＷをより均一に加熱することができるという作用効果を奏することができる。

また、第１面積は、第２面積の０％〜２０％に設定されていてもよい。かかる構成によっても、第１面積が、第２面積の０％〜２０％の範囲外に設定されている場合と比較して、ウエハＷをより均一に加熱することができるという作用効果を奏することができる。

また、突部６は、発熱抵抗体３の上方に位置する突部６の単位面積当たりの密度が、発熱抵抗体３が下方に存在していない載置面２ａ上に位置する突部６の単位面積当たりの密度よりも小さくなるように配置されていてもよい。

かかる構成によっても、発熱抵抗体３の上方に位置する突部６の単位面積当たりの密度が、発熱抵抗体３が下方に存在していない載置面２ａ上に位置する突部６の単位面積当たりの密度よりも大きくなるように突部６が配置されている場合と比較して、ウエハＷをより均一に加熱することができるという作用効果を奏することができる。

また、本実施形態においては、ＥＳＣ電極４，５のみならず、発熱抵抗体３も避けるように突部６を配置したものを説明したが、本発明の突部は、電極としてのＥＳＣ電極４，５のみを避けるように配置して、発熱抵抗体３に対応する載置面２ａの部分には突部を設けていてもよい。これによっても、突部６のサンドブラストなどによる加工時の応力変化や、載置台２に載置されるウエハＷの荷重による、ＥＳＣ電極４，５に対する絶縁層７の絶縁性能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態の発熱抵抗体３は、載置台２を加熱できるものであれば他のものであってもよい。また、電極（双極電極）の形状は図３に示した形状に限らず、他の形状（パターン）であってもよい。

また、突部６は上方に向かって次第に径が小さくなるような円錐台形状であってもよく、または上方に向かって径が変化しない同一径の円柱形上であってもよい。

また、ＥＳＣ電極４，５の上方に位置する突部６である第１突部は、第１の所定の間隔範囲内で分布しており、ＥＳＣ電極４，５が下方に存在していない載置面２ａ上に位置する突部６である第２突部は、第２の所定の間隔範囲内で分布していることが好ましい。かかる構成によれば、第１突部又は第２突部が局所的に疎密となり過ぎることを防止することができ、第１突部及び第２突部を夫々適度な密度で分布させることができ、載置台２の平坦度の低下を抑制し、又は載置台２の平坦度を適度に維持することができる。第１及び第２の所定の間隔範囲は、突部６がウエハＷを支えるに当たり、載置台２の好ましい平坦度に基づいて設定される。

また、図５に示す本発明の他の実施形態のように、静電チャック表面（載置面２ａ）に突部６の他にウエハＷの裏面にガスを供給するための溝８を形成してもよい。複数のＥＳＣ電極４は載置台２の内部で電気的に接続されている。ガスは中心の孔９から供給され溝８を通り周辺へ拡散される。この溝８は、ガスの流路のコンダクタンス確保のため、幅０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度、深さ０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度のサイズが必要とされる。このため、ＥＳＣ電極４の載置面２ａからの埋設深さよりも溝８の底面が深くなる場合がある。なお、溝８の深さが電極埋設位置よりも浅い場合であっても、溝８を形成するときに絶縁部としての絶縁層７を損傷し易いため、載置面２ａに設ける突部６と共に溝８についてもＥＳＣ電極４を避けて配置することが望ましい。他の構成は全て、図１から図３を参照して説明した実施形態のものと同一に構成されている。

図５に示す他の実施形態によっても、溝８がＥＳＣ電極４を避けて載置面２ａに形成されているため、絶縁層７のＥＳＣ電極４に対する絶縁性能の低下を抑制することができる。

なお、図５に示す他の実施形態においては、溝８の下方にＥＳＣ電極４が存在しないものを説明した。しかしながら、本願発明の電極内蔵型載置台構造は、これに限らない。例えば、溝８の底面積又は上端開口面積を溝面積として、溝面積のうち下方に電極が存在する領域の面積である第３面積よりも、溝面積のうち下方に電極が存在しない領域の面積である第４面積の方が大きくなるように、溝８を載置面２ａに形成してもよい。

これによっても、第４面積が第３面積と同一以下となるように溝が形成されている場合と比較して、電極が下方に位置している絶縁部（絶縁層）の部分への溝加工時や焼成時の残留応力の影響による負荷が加わり難く、絶縁部（絶縁層）の電極に対する絶縁性能の低下を抑制することができる。

１ 静電チャック
２ 載置台
２ａ 載置面
３ 発熱抵抗体
４ ＥＳＣ電極（正の電極）
５ ＥＳＣ電極（負の電極）
６ 突部
７ 絶縁層（絶縁部）
８ 溝
９ 孔
Ｗ ウエハ（基板）

Claims (8)

1. 載置面に基板が載置される載置台と、
   前記載置台の前記載置面に設けられ、前記基板を上端で支える複数の突部と、
   前記載置台に埋設された電極と、
   前記電極と前記載置面との間に配置された絶縁部と、
   を備える電極内蔵型載置台の構造であって、
   全ての前記突部の上端又は下端の面積の合計を突部面積として、
   前記突部面積のうち下方に前記電極が存在する領域の面積である第１面積よりも、該突部面積のうち下方に前記電極が存在しない領域の面積である第２面積の方が大きくなるように前記突部が前記載置面に設けられていることを特徴とする電極内蔵型載置台構造。
2. 請求項１記載の電極内蔵型載置台構造であって、
   前記第１面積は、前記第２面積の０％〜２０％に設定されていることを特徴とする電極内蔵型載置台構造。
3. 請求項１記載の電極内蔵型載置台構造であって、
   前記突部面積は、全て前記第２面積であることを特徴とする電極内蔵型載置台構造。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電極内蔵型載置台構造であって、
   隣接する前記突部の間隔は前記載置台の平坦度に基づいて定められた所定範囲内に設定されていることを特徴とする電極内蔵型載置台構造。
5. 載置面に基板が載置される載置台と、
   前記載置台の前記載置面に上方に突出して設けられ、前記基板を上端で支える複数の突部と、
   前記載置台に埋設された電極と、
   前記電極と前記載置面との間に配置された絶縁部と、
   を備える電極内蔵型載置台の構造であって、
   前記突部は、前記電極の上方に位置する第１突部の上端又は下端の密度が、前記電極が下方に存在していない前記載置面上に位置する第２突部の上端又は下端の密度よりも小さくなるように、配置されていることを特徴とする電極内蔵型載置台構造。
6. 請求項５記載の電極内蔵型載置台構造であって、
   前記第１突部は、第１の所定の間隔範囲内で分布しており、
   前記第２突部は、第２の所定の間隔範囲内で分布していることを特徴とする電極内蔵型載置台構造。
7. 載置面に基板が載置される載置台と、
   前記載置台の前記載置面に設けられ溝と、
   前記載置台に埋設された電極と、
   前記電極と前記載置面との間に配置された絶縁部と、
   を備える電極内蔵型載置台構造であって、
   前記溝の底面積又は上端開口面積を溝面積として、
   前記溝面積のうち下方に前記電極が存在する領域の面積である第３面積よりも、前記溝面積のうち下方に前記電極が存在しない領域の面積である第４面積の方が大きくなるように前記溝が前記載置面に設けられていることを特徴とする電極内蔵型載置台構造。
8. 請求項７に記載の電極内蔵型載置台構造であって、
   前記溝面積は、全て前記第４面積であることを特徴とする電極内蔵型載置台構造。