JP2017212375A

JP2017212375A - 静電チャック又は電極内蔵サセプタ

Info

Publication number: JP2017212375A
Application number: JP2016105588A
Authority: JP
Inventors: 淳土田; Atsushi Tsuchida
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2017-11-30

Abstract

【課題】内部電極がメッシュ電極である場合に、十分な静電容量の確保を図り得る静電チャック等を提供する。【解決手段】静電チャック１００は、ＡｌＮからなる基材１０に、複数の所定の異なる方向に線状の導電性材料体２１が延びるメッシュ電極からなる内部電極２０を埋設してなる。線状の導電性材料体２１は、線径が０．０４ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、１インチ当たりのメッシュサイズが５０以上１４５０以下の綾織り、又は綾畳織りで織られている。【選択図】図２

Description

本発明は、静電チャック又は電極内蔵サセプタに関し、例えば半導体製造装置においてウエハを吸着、保持するために使用する静電チャック又は高周波印加用電極内蔵サセプタに関する。

シリコンウエハ等の半導体基板や他の各種基板等の製造、検査工程において、各種の処理、測定、搬送時にその基板を保持する必要が生じる。例えば、半導体製造工程において半導体ウエハへ微細加工を施すエッチング工程、薄膜を形成する成膜工程、フォトレジスト膜を用いた露光処理工程等は、真空下で処理が行われるため、ウエハを保持するために静電チャックを使用している。

静電チャックは、例えば、低熱膨張セラミックからなる誘電体層の上面をウエハの吸着面とし、誘電体層に埋設した静電吸着用電極（内部電極）とウエハとの間に電圧を印加して得られる静電吸着力によりウエハを吸着面に保持していた。

特許文献１には、内部電極の電極パターンを同心円状として、ウエハ支持面の温度分布を同心円状に分布させ、均熱性を高める技術が記載されている。

また、内部に電極を内蔵しこれに高周波電力を印加してプラズマを誘引するサセプタも静電チャックと同様な構造を有している。

特許第３４７７０６２号公報

従来、内部電極の素材として板状のパンチングメタルを用いて基材の焼結を行い、静電チャック等を製造することがあった。しかし、パンチングメタル電極は平板形状であるため伸縮性に乏しく、反り等の電極の変形が発生しやすいという問題があった。

そこで、基材と内部電極の密着性を向上させるために、内部電極を金網からなるメッシュ電極とすることがある。メッシュ電極を埋設したセラミック等の基材を焼結させると、メッシュ電極の伸縮性により電極に変形が発生し難い。

しかしながら、メッシュ電極は、線状の導電性材料体を網目状に織り込んだものであるので、箔電極と比較して、静電容量が小さく、静電チャックの吸着力が低下するという問題が生じる。また、高周波電力印加用サセプタにおいては静電容量がインピーダンスに直接関連しプラズマを安定的に発生させるための重要なパラメータとなっており、これを一定値以上に適切に調節する必要がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、内部電極がメッシュ電極である場合に、十分な静電容量の確保を図り得る静電チャック等を提供することを目的とする。

第１の本発明は、ＡｌＮからなる基材に、複数の所定の異なる方向に線状の導電性材料体が延びるメッシュ電極からなる内部電極を埋設してなる静電チャック又は電極内蔵サセプタであって、前記線状の導電性材料体は、線径が０．０４ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、１インチ（２５．４ｍｍ）当たりのメッシュサイズが５０以上１４５０以下の綾織り、又は綾畳織りで織られていることを特徴とする。

また、第２の本発明は、ＡｌＮからなる基材に、複数の所定の異なる方向に線状の導電性材料体が延びるメッシュ電極からなる内部電極を埋設してなる静電チャック又は電極内蔵サセプタであって、前記線状の導電性材料体は、線径が０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であり、１インチ当たりのメッシュサイズが５０以上１７５以下の綾織りで、又は綾畳織りで織られ、かつ空間率が４０％以下であることを特徴とする。

また、第３の本発明は、ＡｌＮからなる基材に、複数の所定の異なる方向に線状の導電性材料体が延びるメッシュ電極からなる内部電極を埋設してなる静電チャック又は電極内蔵サセプタであって、前記線状の導電性材料体は、線径が０．０４ｍｍより大きく０．２５ｍｍ以下であり、１インチ当たりのメッシュサイズが３０以上２００以下の平織り、又は平畳織りで織られ、かつ空間率が４０％以下であることを特徴とする。

これら第１から第３の本発明は、後述の実施例に示すように、メッシュ電極が上記の条件を満たしたものであれば、静電チャックの吸着力を確保すること、又は、高周波印加用電極内蔵サセプタとして好適に使用することが可能となる。

そして、第１から第３の本発明において、前記線状の導電性材料体の素材は、Ｍｏ又はＷからなることが好ましい。

さらに、第１から第３の本発明において、前記基材の上面と前記内部電極との、前記基材の厚さ方向の距離は、０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明の実施形態に係る静電チャックの模式上面図。メッシュ電極を示す図面。メッシュ電極の他の態様を示す図面。

まず、本発明の実施形態に係る静電チャック１００について図面を参照して、説明する。

図１に示すように、静電チャック１００は、ウエハ（基板）を吸着保持するための略円板状の絶縁体からなる基材１０を備えている。基材１０は、セラミックス焼結体により形成された誘電体である。

基材１０は、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる絶縁性のセラミックス焼結体である。基材１０は、窒化アルミニウムの紛体を所定形状の型に入れて成形し、緻密化させるため、例えばホットプレス焼成等によって円板状に作製すればよい。

基材１０には内部電極２０が埋設されている。内部電極２０は、複数の所定の方向に延びる線状の導電性材料体２１からなるメッシュ電極からなっている。

基材１０の上面と内部電極２０との、基材１０の厚さ方向の距離は、０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。

メッシュ電極は、例えば、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）等の高融点金属線を細目の網目状に編んだものである。メッシュ電極の網目は、図２に示すように、正方形となっており、線状の導電性材料体は互いに直交する方向に延びている。

線状の導電性材料体２１の線径は０．０４ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であるが、０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であることがより好ましい。

そして、線状の導電性材料体２１は、図２に示すように、縦糸と横糸が相互に２本以上ずつ乗り越し、縦糸同士及び横糸同士が隙間を開けて織られた綾織りで織られている。線状の導電性材料体２１は、１インチ当たりのメッシュサイズが５０以上１４５０５以下であるが、５０以上１７５以下であることがより好ましい。

メッシュサイズが大きいと静電容量を大きくできるので好ましい。しかし、線状の導電性材料体２１の線径が０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下である場合、メッシュサイズを１４５０を超えて大きくすることは、線状の導電性材料体２１を屈曲させることができないために、構成できず、実現することが物理的に困難である。

なお、線状の導電性材料体２１は、縦糸と横糸が相互に１本以上ずつ乗り越し、縦糸同士及び横糸同士が隙間無く又は隙間が非常に小さく織られた綾畳織りで織られていてもよい。綾畳織りで織られている場合、線状の導電性材料体２１の線径及びメッシュサイズは任意であってよい。

また、線状の導電性材料体２１は、縦糸と横糸が相互に２本以上ずつ乗り越し、縦糸同士及び横糸同士が隙間を開けて織られた平織りで織られていてもよい。平織りで織られている場合、線状の導電性材料体２１の線径は０．０４ｍｍより大きく０．２５ｍｍ以下であり、１インチ当たりのメッシュサイズは３０以上２００以下である。

さらに、線状の導電性材料体２１は、図３に示すように、縦糸と横糸が相互に２本以上ずつ乗り越し、縦糸同士及び横糸同士が隙間無く又は隙間が非常に小さく織られた平畳織りで織られていてもよい。平畳織りで織られている場合、線状の導電性材料体２１の線径及びメッシュサイズは任意であってよい。

平畳織りは、縦糸同士及び横糸同士の隙間が小さいので、平織りと比較して、内部電極２０Ａの静電容量を大きくすることができる。ただし、平畳織りは、平織りと比較して、内部電極２０Ａの上下に存在する基材１０の密着度は低下する。

平織りは、縦糸同士及び横糸同士の隙間があるので、内部電極２０の上下に存在する基材１０の密着度は良好である。

なお、線状の導電性材料体２１の線径を０．０５ｍｍより大きくすることにより、内部電極２０の静電容量を大きくすることができる。ただし、基材１０の厚さ方向の距離は、０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下が望ましく、０．２ｍｍ未満になると、内部電極２０の直上のセラミックス焼結体にクラックが入り、静電チャック１００として機能しなくなる。

また、基材１０の下面には、シャフト３０が接続されている。シャフト３０は、大略円筒形状であり、基材１０との接合部分の外径が他の円筒部３１より拡径した拡径部３２を有し、拡径部３２の上面が基材１０との接合面となっている。シャフト３０の材質は、基材１０の材質と同等でよいが、断熱性を高めるために、基材１０の素材より熱伝導率の低い素材から形成されていてもよい。

基材１０の下面とシャフト３０の上端面とが、拡散接合又はセラミックス若しくはガラス等の接合材による固層接合によって接合されている。なお、基材１０とシャフト３０とは、ねじ止めやろう付けなどによって接続されてもよい。

（実施例１）
窒化アルミニウム粉末９７質量％、酸化イットリウム粉末３質量％からなる粉末混合物を得て、これを型に充填して一軸加圧処理を施した。これによって、直径３２０ｍｍ、厚さ３ｍｍの第一層を形成した。

次に、この第一層の上に、電極２０となる直径３００ｍｍのメッシュ（目開き５０メッシュ）を載置した。このメッシュは、線径０．１８ｍｍのモリブデン線を１インチ当たりのメッシュサイズを８０として、綾織りで織ったものであり、空間率は１８．８３％である。メッシュの配置される総面積(電極２０の最外径を直径とする円の面積)は６７８ｃｍ^２である。なお、空間率は、空隙率ともいい、ピッチに対する開き目の比を二乗したものの百分率である。

続いて、先に形成した粉末混合物を電極２０の上に所定の厚さに充填し、第二層を形成した。そして、１０ＭＰａの圧力で、焼成温度１８００℃、焼成時間２時間でホットプレス焼成を行い、直径３００ｍｍ、厚さ２５ｍｍのセラミックス焼結体を得た。この焼結体の表裏面を機械加工により研削し、これにより、電極２０上の基材１０の厚さを３００μｍとした。

［シャフトの作製］
原料となる窒化アルミニウムの粉末にＩＰＡ及び有機バインダと可塑剤を添加し、混合、スプレードライ乾燥をすることで、窒化アルミニウム顆粒を得た。この顆粒をＣＩＰ成形し、焼成温度１９００℃で焼成時間６時間、常圧焼成した後、円筒加工を行い、拡径部３２の外径６０ｍｍ、拡径部３２の厚み８ｍｍ、円筒部３１の外径４２ｍｍ、内径３２ｍｍ、長さ１６０ｍｍのシャフト３０を得た。

［接合、加工］
基材１０の接合面とシャフト３０の接合面とを重ね合わせ、ホットプレス焼成により接合した。温度は１６００℃、圧力は６ＭＰａ、時間は４時間とした。

[評価]
静電チャック１００の静電容量を求めたところ、１．４６×１０^−８／Ｆであり、静電吸着をするのに必要十分な値であり良好であった。

（実施例２〜５）
メッシュのメッシュサイズ、モリブデン線の線径を表１に示したものとした以外の作製条件を除き、実施例１と同様に静電チャック１００を作製した。

[評価]
静電チャック１００の静電容量を求めたところ、１．３０×１０^−８／Ｆ〜１．３２×１０^−８／Ｆであり、何れも静電吸着をするのに必要十分な値であり良好であった。

ウエハとしてシリコンウエハを安定的に静電吸着するには、静電容量をＣとして、マックスウェル応力Ｆは式（１）で算出される。
Ｆ＝（ＣＶ／Ｓ）^２／２ε_０・・・（１）
ここで、Ｖは電圧、Ｓはシリコンウエハの面積、ε_０は真空の誘電率を表す。

シリコンウエハの静電吸着はその吸着領域のうち、最も弱い箇所から吸着力が失われシリコンウエハが離脱することが知られている。そのため、シリコンウエハを安定的に吸着するためには、その自重に約２０倍の安全率を掛けた静電吸着力が必要である。よって、直径３００ｍｍ、厚み０．７ｍｍの標準的なシリコンウエハは約１１５ｇｆであるので、安定的に吸着するためには約２３００ｇｆ以上の静電吸着力が必要である。

この静電吸着力を得るためには、電圧を５００Ｖとして静電容量Ｃは約１．０４×１０^−８／Ｆ必要である。

また、この静電容量Ｃの下限値は、高周波１３．５６ＭＨｚ印加時のインピーダンスが約４．５Ωとなり整合器の一般的な調節可能範囲に入るためプラズマを安定的に発生させることができた。

なお、静電チャック１００をサセプタと使用する場合も、整合器の一般的な調節可能範囲に入るためプラズマを安定的に発生させることができることが必要である。よって、実施例１〜５の静電チャック１００は、サセプタとしても好適に使用することができる。

（実施例６〜１０）
メッシュのメッシュサイズ、モリブデン線の線径を表２に示したものとした以外の作製条件は、実施例１と同様に静電チャック１００を作製した。

[評価]
静電チャック１００の静電容量を求めたところ、１．１３×１０^−８／Ｆ〜１．４３×１０^−８／Ｆであり、何れも静電吸着をするのに十分な値であった。

(比較例１、２)
メッシュのメッシュサイズ、モリブデン線の線径を表２に示したものとした以外の作製条件は、実施例１と同様に静電チャック１００を作製した。

[評価]
静電チャック１００の静電容量を求めたところ、１．０４×１０^−８／Ｆ以下であり、何れも静電吸着をするのに不十分な値であった。

（実施例１１〜２０）
電極２０としてモリブデン線を平畳織り又は綾畳織りで織ったものを使用した。メッシュのメッシュサイズ、モリブデン線の線径は表３に示したものを使用した。表３のメッシュサイズ及び線径の欄において、最初の数字は縦糸に係る数値であり、後の数字は横糸に係る数値である。このようなメッシュ以外の作製条件は、実施例１と同様に静電チャック１００を作製した。

なお、メッシュの厚さ方向から見たとき、モリブデン線間には隙間は存在しないので、空間率は、定義からは０である。しかし、メッシュを横方向から見たとき、モリブデン線間に隙間が存在するので、空間率は１０％とした。

[評価]
静電チャック１００の静電容量を求めたところ、１．６２×１０^−８／Ｆであり、何れも静電吸着をするのに必要十分な値であり良好であった。

（実施例２１〜２７）
電極２０としてモリブデン線を平織りで織ったものを使用した。メッシュのメッシュサイズ、モリブデン線の線径は表４に示したものを使用した。メッシュ以外の作製条件は、実施例１と同様に静電チャック１００を作製した。

[評価]
静電チャック１００の静電容量を求めたところ、１．０５×１０^−８／Ｆ〜１．２６×１０^−８／Ｆであり、何れも静電吸着をするのに必要十分な値であり良好であった。

（比較例３〜５）
電極２０としてモリブデン線を平織りで織ったものを使用した。メッシュのメッシュサイズ、モリブデン線の線径は表５に示したものを使用した。メッシュ以外の作製条件は、実施例１と同様に静電チャック１００を作製した。

[評価]
静電チャック１００の静電容量を求めたところ、０．６２３×１０^−８／Ｆ〜０．９９４×１０^−８／Ｆであり、静電吸着をするのに不十分な値であった。

１０…基材、２０，２０Ａ…内部電極、２１…線状の導電性材料体、３０…シャフト、１００…静電チャック。

Claims

ＡｌＮからなる基材に、複数の所定の異なる方向に線状の導電性材料体が延びるメッシュ電極からなる内部電極を埋設してなる静電チャック又は電極内蔵サセプタであって、
前記線状の導電性材料体は、線径が０．０４ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であり、１インチ当たりのメッシュサイズが５０以上１４５０以下の綾織り、又は綾畳織りで織られていることを特徴とする静電チャック又は電極内蔵サセプタ。
ＡｌＮからなる基材に、複数の所定の異なる方向に線状の導電性材料体が延びるメッシュ電極からなる内部電極を埋設してなる静電チャック又は電極内蔵サセプタであって、
前記線状の導電性材料体は、線径が０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であり、１インチ当たりのメッシュサイズが５０以上１７５以下の綾織りで、又は綾畳織りで織られ、かつ空間率が４０％以下であることを特徴とする静電チャック又は電極内蔵サセプタ。
ＡｌＮからなる基材に、複数の所定の異なる方向に線状の導電性材料体が延びるメッシュ電極からなる内部電極を埋設してなる静電チャック又は電極内蔵サセプタであって、
前記線状の導電性材料体は、線径が０．０４ｍｍより大きく０．２５ｍｍ以下であり、１インチ当たりのメッシュサイズが３０以上２００以下の平織り、又は平畳織りで織られ、かつ空間率が４０％以下であることを特徴とする静電チャック又は電極内蔵サセプタ。
前記線状の導電性材料体の素材は、Ｍｏ又はＷからなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の静電チャック又は電極内蔵サセプタ。
前記基材の上面と前記内部電極との、前記基材の厚さ方向の距離は、０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の静電チャック又は電極内蔵サセプタ。