JP2018142589A - 基板固定具及び基板固定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板固定具と基板固定装置の製造コストを抑えること。【解決手段】絶縁板１０と、絶縁板１０に埋め込まれた電極膜３２とを備えた単極式のチャック本体３３と、チャック本体３３の上に載置され、複数の基板Sの各々を収容する複数の凹部７ｃが上面７ｅに形成され、かつ、体積抵抗率が絶縁板１０の体積抵抗率以下の絶縁体からなるトレイ７と、トレイ７の上面７ｅに形成されたイットリウム酸化物層３６とを備えた基板固定具２１による。【選択図】図１１

Description

本発明は、基板固定具及び基板固定装置に関する。
LED(Light Emitting Diode)等の半導体装置は、絶縁基板や半導体基板に対してドライエッチングやCVD(Chemical Vapor Deposition)等の様々なプロセスを行うことにより製造される。それらのプロセスにおいては、チャンバ内で複数の基板を固定するための基板固定装置を用いながら複数の基板に対して同時に処理が行われる。
そのような基板固定装置の一例として、静電チャックを利用した基板固定装置がある。静電チャックは、静電力により基板を固定する機能の他に、基板を冷却する機能も備える。このように冷却することで、基板面内でエッチングレートや成膜レートが均一になり、一枚の基板から切り出される個々の半導体装置の電気的特性がばらつくのを抑制することができる。
特開２０１３−４５９８９号公報 特開２０１６−９７１５号公報 特開２０１３−２０１４３２号公報 特開２０１３−１８７４７７号公報 特開２０１３−１６１８３９号公報
しかしながら、静電チャックを利用した基板固定具には、製造コストを抑えるという点で改善の余地がある。
一側面によれば、本発明は、基板固定具と基板固定装置の製造コストを抑えることを目的とする。
一側面によれば、絶縁板と、前記絶縁板に埋め込まれた電極とを備えた単極式のチャック本体と、前記チャック本体の上に載置され、複数の基板の各々を収容する複数の凹部が上面に形成され、かつ、体積抵抗率が前記絶縁板の体積抵抗率以下の絶縁体からなるトレイと、前記トレイの前記上面に形成されたイットリウム酸化物層とを備えた基板固定具が提供される。
一側面によれば、トレイ７の凹部に基板を収容するため、基板の形状や大きさが変わった場合に絶縁板を再作製する必要がなく、基板固定具の製造コストを抑えることができる。
更に、トレイの体積抵抗率が絶縁板の体積抵抗率以下であるため、トレイに対する基板の吸着力を高めることが可能となる。
しかも、トレイの上面にイットリウム酸化物層を形成することにより、プラズマ雰囲気からトレイを保護することができ、トレイの寿命を延ばすことができる。
図１は、検討に使用した半導体製造装置の断面図である。 図２は、検討に使用した基板固定装置の断面図（その１）である。 図３は、リフトピンを上昇させたときの基板固定装置の断面図である。 図４（ａ）は図２の例に係る絶縁板の上面図であり、図４（ｂ）は図２の例に係るトレイの上面図である。 図５は、検討に使用した基板固定装置の断面図（その２）である。 図６（ａ）は図５の例に係る絶縁板の上面図であり、図６（ｂ）は図５の例に係るトレイの上面図である。 図７は、チャック本体に対するトレイの吸着力の調査方法について説明するための断面図である。 図８は、チャック本体に対するトレイの吸着力の調査結果を示す図である。 図９は、トレイに対する基板の吸着力の調査方法について説明するための断面図である。 図１０は、トレイに対する基板の吸着力の調査結果を示す図である。 図１１は、第１実施形態に係る基板固定装置の断面図である。 図１２は、リフトピンを上昇させたときの第１実施形態に係る基板固定装置の断面図である。 図１３は、第１実施形態に係るチャック本体の上面図である。 図１４は、第１実施形態に係るトレイの上面図である。 図１５は、第１実施形態に係るトレイの下面図である。 図１６は、第１実施形態において、チャック本体に対するトレイの吸着力の調査方法について説明するための断面図である。 図１７は、第１実施形態において、トレイに対する基板の吸着力の調査方法について説明するための断面図である。 図１８は、第１実施形態において、チャック本体に対するトレイの吸着力の調査結果と、トレイに対する基板の吸着力の調査結果とを示す図である。 図１９は、第１実施形態において吸着力が強くなる理由について説明するための模式断面図である。 図２０は、第２実施形態に係るトレイの断面図である。 図２１は、第３実施形態に係るトレイの断面図である。 図２２は、第３実施形態において、下板から上板を外したときの断面図である。 図２３は、第３実施形態に係る下板の上面図である。 図２４は、第３実施形態に係る上板の上面図である。 図２５は、第３実施形態において、下板に上板を装着したときの上面図である。 図２６は、第４実施形態に係るトレイの上面図である。
本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が検討した事項について説明する。
図１は、その調査に使用した半導体製造装置の断面図である。
この半導体製造装置１は、例えばプラズマエッチング装置であって、チャンバ２とその中に収容された基板固定装置３とを備える。
基板固定装置３は、チャンバ２内において複数の基板Sを固定するのに使用され、この例ではベースプレート４とその上に固定された基板固定具５とを備える。
ベースプレート４は、下部電極を兼ねた導電性のプレートである。この例では、ベースプレート４としてアルミニウム板を使用すると共に、ベースプレート４に高周波電源９を接続する。
基板固定具５は、静電力により複数の基板Sを固定するチャック本体６とトレイ７とを有し、そのトレイ７に形成された複数の開口７ａの各々に基板Sが収容される。
基板Sの材料は特に限定されない。サファイア基板等の絶縁基板や、シリコンウエハ等の半導体基板を基板Sとして使用し得る。また、SAW(Surface Acoustic Wave)デバイス用のLN（ニオブ酸リチウム）基板を基板Sとして使用してもよい。
また、チャンバ２の上部には、基板固定装置３と対向するように上部電極８が設けられる。上部電極８は、チャンバ２の内部にエッチングガスGを供給するためのシャワーヘッドを兼ねる。
また、チャンバ２の下部には排出口２ａが設けられており、その排出口２ａからエッチングガスGが排出される。
実使用下においては、上部電極８を接地電位に維持しながら、チャンバ２内を減圧した状態でベースプレート４に高周波電力を印加することによりエッチングガスGがプラズマ化し、それにより基板Sがドライエッチングされることになる。
図２は、前述の基板固定装置３の断面図である。
図２に示すように、ベースプレート４には、冷却水が流通する流路４ａと、冷却用のヘリウムガスCが下から供給される第１のガス孔４ｂとが設けられる。
その流路４ａに冷却水を流通させることにより、チャック本体６とその上のトレイ７とが冷却される。
また、チャック本体６は、アルミナ等のセラミックスの絶縁板１０と、その絶縁板１０に埋め込まれた膜状の第１及び第２の電極１１、１２とを有する。
このうち、絶縁板１０は、シリコーン樹脂接着剤によってベースプレート４に固定される。
そして、第１の電極１１に正電圧を印加し、第２の電極１２に負電圧を印加することにより、各電極１１、１２から基板Sに静電力が作用し、それによりチャック本体６に基板Sが吸着する。このように各電極１１、１２に極性の異なる電圧を印加するタイプの静電チャックは双極式の静電チャックとも呼ばれる。
更に、絶縁板１０には、前述の第１のガス孔４ｂに繋がる第２のガス孔１０ａが設けられる。第１のガス孔４ｂから供給されたヘリウムガスCは、第２のガス孔１０ａを通って基板Sの裏面に吹き付けられ、それにより基板Sが冷却されることになる。
また、点線円内に示すように、絶縁板１０の表面にはブラスト加工により微小な凹凸１０ｙが設けられる。第２のガス孔１０ａから出たヘリウムガスCは、その凹凸１０ｙの隙間を通って基板Sの裏面全体に行きわたり、基板Sを均一に冷却する。
これによりエッチング時に基板Sの面内で温度がばらつくのを抑制することができ、温度ばらつきに起因してエッチングレートが基板面内で不均一になるのを防止することができる。
また、絶縁板１０の上面１０ｃには、各基板Sに対応した凸部１０ｂが設けられ、その凸部１０ｂに前述のトレイ７の開口７ａが嵌る。
そして、絶縁板１０の外周側面には、プラズマ雰囲気から導電性のベースプレート４に向けてアークが発生するのを防止するためのアルミナ製のフォーカスリング９が装着される。
更に、ベースプレート４と絶縁板１０の各々にはホール１３が設けられており、そのホール１３にリフトピン１５が昇降自在に挿通される。
図３は、リフトピン１５を上昇させたときの基板固定装置３の断面図である。
図３に示すように、リフトピン１５を上昇させると、リフトピン１５によってトレイ７が下から持ち上げられる。
このとき、各基板Sは、開口７ａに設けられた段差面７ｂに支持され、トレイ７と共に上昇する。これにより、絶縁板１０とトレイ７との間に搬送ロボット１８が入るスペースRが確保され、搬送ロボット１８が複数の基板Sをトレイ７と共に一括して搬送することが可能となる。
図４（ａ）は絶縁板１０の上面図であり、図４（ｂ）はトレイ７の上面図である。
図４（ａ）に示すように、絶縁板１０の各凸部１０ｂには、基板SのオリエンテーションフラットOFに対応した平坦部１０ｘが設けられる。
また、図４（ｂ）に示すように、トレイ７の開口７ａにも、基板SのオリエンテーションフラットOFに対応した平坦部７ｘが設けられる。
実使用下においては、基板SのオリエンテーションフラットOFを各平坦部７ｘ、１０ｘに合わせることで、オリエンテーションフラットOFが所定の方向を向いた状態で基板Sをドライエッチングできる。
以上説明した基板固定装置３によれば、図３に示したように、トレイ７によって複数の基板Sを一括して搬送できるため、半導体装置の製造工程におけるスループットを向上させることができる。
しかし、図４（ａ）のように基板SのオリエンテーションフラットOFに対応した平坦部１０ｘを凸部１０ｂに設けると、オリエンテーションフラットOFの形状や基板Sの直径が変わったときに絶縁板１０を再作製しなければならない。オリエンテーションフラットOFの形状や基板Sの直径は、目的とする半導体装置の品種に応じて変わることがあるため、これにより基板固定装置３の製造コストが上昇し、ひいては半導体装置の高コスト化を招いてしまう。
特に、絶縁板１０に凸部１０ｂを形成するには、凸部１０ｂ以外の絶縁板１０の表面を機械加工により長時間をかけて掘り込まなければならず、凸部１０ｂを形成するコストは高額となる。そのため、このように半導体装置の品種毎に絶縁板１０を作製するのはコスト的に避けるのが好ましい。
このような問題を避けるため、本願発明者は、次のような基板固定装置を検討した。
図５は、その検討に使用した基板固定装置２０の断面図である。
なお、図５において、図１〜図４で説明したのと同じ要素にはこれらの図におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
図５に示すように、この例では絶縁板１０の上面１０ｃを平坦面とし、図２のような凸部１０ｂを絶縁板１０に設けない。
また、トレイ７に有底の複数の凹部７ｃを設け、複数の基板Sの各々を各凹部７ｃに収容する。
この構造によれば、各電極１１、１２からトレイ７と基板Sの各々に静電力が作用し、その静電力によって絶縁板１０にトレイ７が吸着すると共に、トレイ７に基板Sが吸着する。
また、第２のガス孔１０ａから供給されるヘリウムガスCによってトレイ７が下から冷却されるため、トレイ７を介して基板Sも冷却することができる。
図６（ａ）は図５の例に係る絶縁板１０の上面図であり、図６（ｂ）はこの例に係るトレイ７の上面図である。
図６（ａ）に示すように、絶縁板１０の上面１０ｃは平坦面であって、その平坦面に第２のガス孔１０ａやホール１３が表出する。
また、図６（ｂ）に示すように、トレイ７の凹部７ｃには、基板SのオリエンテーションフラットOFに対応した平坦部７ｘが設けられる。そして、そのオリエンテーションフラットOFを平坦部７ｘに合わせることで、オリエンテーションフラットOFが所定の方向を向いた状態で基板Sをドライエッチングできる。
以上説明した基板固定装置２０によれば、図２の例とは異なり、基板Sの形状に合わせた凸部１０ｂを絶縁板１０に設けず、絶縁板１０の上面１０ｃを平坦面とする。
よって、基板Sの直径やオリエンテーションフラットOFが変わった場合であっても、それに合わせてトレイ７のみを再作製すればよく、絶縁板１０を再作製する必要がないため、絶縁板１０の製造コストを低減することが可能となる。
しかしながら、以下の調査結果に示すように、トレイ７と絶縁板１０の材料の組み合わせによっては、基板Sがトレイ７に吸着する吸着力が極めて弱くなり、実用に耐えないことが明らかとなった。
図７は、吸着力の調査方法について説明するための断面図である。
図７に示すように、この調査では、トレイ７をその両面が平坦な板状とした。
また、各電極１１、１２に電圧を印加してから１０秒後にテンションゲージでトレイ７を横方向Dに引っ張り、トレイ７が横方向Dに動き出したときの力をチャック本体６に対するトレイ７の吸着力とした。
なお、チャック本体６とトレイ７の直径はいずれも８インチとした。
また、絶縁板１０の材料として体積抵抗率が１×１０１２Ωcmのアルミナを採用した。なお、アルミナの体積抵抗率は、アルミナにチタンやクロムを添加し、それらの濃度を調節することにより制御できる。
その吸着力の調査結果を図８に示す。
この調査では、各電極１１、１２に印加する印加電圧を変えながら上記の吸着力を測定した。
図８の横軸はその印加電圧を示し、縦軸は吸着力を示す。なお、横軸の印加電圧において＋符号が付された電圧は第１の電極１１に印加した正の電圧を示し、−符号が付された電圧は第２の電極１２に印加した負の電圧を示す。また、符号が付されていない電圧は、各電極１１、１２間の電圧を示す。
更に、この調査では、トレイ７の材料であるアルミナに不純物としてチタンを添加し、そのチタンの濃度を調節することにより、体積抵抗率が１×１０１１Ωcm、１×１０１２Ωcm、及び１×１０１７Ωcmの三種類のトレイ７を作製した。
図８に示すように、同一の印加電圧で比較すると、トレイ７の体積抵抗率を最も低い１×１０１１Ωcmとした場合の吸着力が最も強く、トレイ７の体積抵抗率が高くなるほど吸着力が弱くなることが明らかとなった。
経験的には２kgf以上の吸着力があれば実用に耐えられるが、図８の結果によれば体積抵抗率が１×１０１７Ωcmのセラミックトレイ７でも印加電圧を４０００Vとすれば２kgf程度の吸着力が得られることが明らかとなった。
この結果より、チャック本体６へのトレイ７の吸着力については、実用に耐え得る値が得られることが分った。
次に、本願発明者は、トレイ７への基板Sの吸着力について調査した。
図９は、基板Sの吸着力の調査方法について説明するための断面図である。
なお、図９において、図７で説明したのと同じ要素には図７におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
図９に示すように、この調査では、図７の調査で使用したトレイ７の上に基板Sとして直径が４インチのシリコンウエハを載置した。
そして、各電極１１、１２に電圧を印加してから１０秒後にテンションゲージで基板Sを横方向Dに引っ張り、基板Sが横方向Dに動き出したときの力をトレイ７に対する基板Sの吸着力とした。
なお、図７の調査と同様に、チャック本体６とトレイ７の直径をいずれも８インチとし、絶縁板１０の材料として体積抵抗率が１×１０１２Ωcmのアルミナを採用した。
更に、トレイ７の材料として、チタンによって体積抵抗率が調節されたアルミナを採用した。図８と同様に、そのチタンの濃度を調節することにより体積抵抗率が１×１０１１Ωcm、１×１０１２Ωcm、及び１×１０１７Ωcmの三種類のトレイ７を作製し、各々のトレイ７ごとに基板Sの吸着力を調査した。
その吸着力の調査結果を図１０に示す。
なお、図１０の横軸は、図８と同様に、各電極１１、１２に印加する印加電圧を示す。
また、図１０においては、比較のために図８の各グラフも併記してある。
図１０に示すように、トレイ７の体積抵抗率が１×１０１２Ωcmと１×１０１７Ωcmの各場合においては、印加電圧を増加させても基板Sの吸着力は極めて弱い。また、トレイ７の体積抵抗率が１×１０１１Ωcmの場合であっても、印加電圧を６０００Vに高めてもトレイ７の吸着力は０．５４kgf程度と低く、これでは実用に耐えられない。
この結果から、図５の例のように双極式のチャック本体６の上にトレイ７を載せ、そのトレイ７に基板Sを吸着させる構造では、基板Sの吸着力が極めて低くなることが明らかとなった。
このように吸着力が弱いと、トレイ７と基板Sとの密着性が悪くなってしまい、トレイ７で基板Sを均一に冷却するのが難しくなる。その結果、基板Sの面内において温度差が発生してしまい、基板面内でエッチングレートがばらつくという不都合も生じる。
なお、トレイ７に対する基板Sの吸着力を強めるために、トレイ７を薄くすることにより各電極１１、１２と基板Sとの距離を短くすることも考えられる。しかし、トレイ７はプラズマ雰囲気に直接曝されるためその摩耗が激しく、このようにトレイ７を薄くしたのではトレイ７の寿命が短くなるという問題もある。
以下に、吸着力の低下や短寿命化を招くことなく、基板固定装置の低コスト化を実現し得る各実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１１は、本実施形態に係る基板固定装置の断面図である。
なお、図１１において、図１〜図６で説明したのと同じ要素にはこれらの図におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
この基板固定装置３０は、例えば図１のチャンバ２内において基板Sを固定するのに使用されるものであり、ベースプレート４とその上に固定された基板固定具２１とを備える。基板固定装置３０が使用されるプロセスは特に限定されず、ドライエッチングやCVD等のプロセスにおいて基板固定装置３０を使用し得る。
ベースプレート４は、前述のように下部電極を兼ねた導電性のプレートであり、本実施形態では厚さが２０mm〜４０mm程度のアルミニウムプレートをベースプレートとして使用する。
一方、基板固定具２１は、チャック本体３３とその上に載置されたトレイ７とを有する。
このうち、チャック本体３３は、静電力によってトレイ７と基板Sとを吸着するJR(Johnsen-Rahbek)型の静電チャックであり、絶縁板１０とその内部に埋め込まれた膜状の電極３２とを備える。
絶縁板１０の材料は特に限定されないが、本実施形態では体積抵抗率が１×１０１２Ωcmのアルミナを採用する。前述のように、アルミナの体積抵抗率は、アルミナに添加するチタンやクロム等の不純物の濃度を調節することにより制御できる。
なお、これらの不純物の濃度が高すぎるとフッ素や塩素等のハロゲンを含むエッチングガスにアルミナが浸食され易くなるため、浸食を抑制するためにこれらの不純物の濃度をなるべく低くしてアルミナの体積抵抗率を高めるのが好ましい。
また、その絶縁板１０は、例えばシリコーン樹脂接着剤によりベースプレート４に固定される。
また、電極３２は、例えばタングステン膜等の高融点金属膜であって、直流電源３５の正電圧のみが印加されることにより静電力を発生する。このように直流電源３５の各電極の一方の電圧のみを電極３２に印加して静電力を発生させる静電チャックは単極式の静電チャックとも呼ばれる。
絶縁板１０の製造方法も特に限定されない。例えば、アルミナのグリーンシートを複数積層し、その積層体を加熱して焼結させることで厚さが３mm〜５mmの絶縁板１０を作製し得る。その際、複数のグリーンシートのうちの一枚にタングステン膜のパターンを予め形成しておくことで、上記のようにタングステンの電極３２が埋め込まれた絶縁板１０を得ることができる。
更に、絶縁板１０には、冷却用のヘリウムガスCが流れる第２のガス孔１０ａが設けられる。そのガス孔１０ａは、例えばレーザ加工により絶縁板１０を貫通するように形成される。
なお、ガス孔１０ａには、絶縁板１０の途中の深さにおいて横方向に分岐した分岐流路１０ｄが設けられる。その分岐流路１０ｄは、上記のアルミナのグリーンシートの一部に分岐流路１０ｄの形状に対応した溝を作製することで形成し得る。
一方、トレイ７は、複数の基板Sを一括して搬送するための厚さが０．５mm〜３．０mm程度の絶縁板であり、各基板Sに対応した凹部７ｃが上面７ｅに形成される。
その凹部７ｃは、例えば機械加工やサンドブラストによって０．１mm〜１．５ｍｍ程度の深さに形成し得る。
更に、凹部７ｃには、その下の絶縁板１０の第２のガス孔１０ａに繋がる第３のガス孔７ｈがレーザ加工により設けられる。第３のガス孔７ｈは、第２のガス孔１０ａから供給された冷却用のヘリウムガスCを基板Sの裏面に直接噴射するように機能し、それにより基板Sを冷却することができる。
なお、トレイ７の下面は、絶縁板１０の上面に接するように載置されている。
また、トレイ７の下面には、複数の第３のガス孔７ｈの各々に繋がる溝７ｆが設けられる。これにより、ヘリウムガスCがその溝７ｆを通って複数の第３のガス孔７ｈの各々から均一に基板Sの裏面に当たるようになり、基板Sの面内で温度のばらつきが発生するのを抑制することができる。
特に、この例では、点線円内に示すように絶縁板１０の表面にブラスト加工により微小な凹凸１０ｙが設けられる。凹凸１０ｙは、ヘリウムガスCの流れを均一化するように作用するため、複数の第３のガス孔７ｈの各々にヘリウムガスCが均一に分配され、基板Sの裏面に当たるヘリウムガスCの量を更に均一にすることができる。
また、トレイ７の材料としては絶縁性のセラミックを採用し得る。そのようなセラミックとしては、例えばアルミナがある。本実施形態では、不純物としてチタンが添加されたアルミナのみからトレイ７を形成すると共に、チタンの濃度を高めることによりトレイ７の体積抵抗率を絶縁板１０の体積抵抗率以下にする。
なお、チタンに代えてクロムを不純物としてトレイ７に添加してもよい。
このようにトレイ７の体積抵抗率を絶縁板１０の体積抵抗率以下にすることにより、後述のようにトレイ７に対する基板Sの吸着力を強くすることができる。
但し、このように高い濃度で不純物が添加されたアルミナは、純度が高いアルミナと比較してプラズマ雰囲気で浸食され易くなってしまう。
そこで、この例では、プラズマ雰囲気からトレイ７を保護するために、トレイ７の上面７ｅにイットリア（Y2O3）等のイットリウム酸化物層３６を溶射により５０μm〜５００μm程度の厚さに形成する。
チタンやクロムが添加されたアルミナを材料とするトレイ７と比較して、イットリアはフッ素や塩素等のハロゲンを含むプラズマ雰囲気で浸食され難い。そのため、プラズマ雰囲気中でトレイ７が浸食されるのをイットリウム酸化物層３６により防止でき、トレイ７の寿命を延ばすことが可能となる。
特に、この例では、イットリウム酸化物層３６を形成する部位を上面７ｅのみとすることで、凹部７ｃ内やトレイ７の外周側面７ｄにイットリウム酸化物層３６を形成する手間が省かれ、トレイ７の製造工程を簡略化することができる。
なお、このように上面７ｅのみにイットリウム酸化物層３６を形成するには、凹部７ｃ内とトレイ７の外周側面７ｄとをポリイミド樹脂等のマスク材で覆いながらトレイ７にイットリアを溶射すればよい。
また、イットリウム酸化物層３６に代えて、塩素やフッ素等のハロゲンを含むプラズマ雰囲気により浸食され難い高純度のアルミナ膜を形成してもよい。
図１２は、リフトピン１５を上昇させたときの基板固定装置３０の断面図である。
図１２に示すように、リフトピン１５を上昇させることによりトレイ７が下から持ち上げられる。これにより、チャック本体３３とトレイ７との間に搬送ロボット１８が入るスペースRが確保され、搬送ロボイット１８が複数の基板Sをトレイ７と共に一括して搬送することができる。
図１３は、本実施形態に係るチャック本体３３の上面図である。
図１３に示すように、絶縁板１０は平面視で概略円形であり、その直径は例えば１２インチである。
そして、その絶縁板１０の上面１０ｃは平坦面であって、その上面１０ｃに第２のガス孔１０ａやホール１３が表出する。
また、電極３２は、平面視で複数の部位に分離されない単一の膜である。
図１４は、本実施形態に係るトレイ７の上面図である。
図１４に示すように、イットリウム酸化物層３６は、凹部７ｃを除いたトレイ７の上面の全面に形成される。
また、各々の凹部７ｃには、基板SのオリエンテーションフラットOFに対応した平坦部７ｘが設けられており、オリエンテーションフラットOFが平坦部７ｘに合うように各凹部７ｃに基板Sが収容される。
トレイ７の形状と寸法は特に限定されない。この例では、絶縁板１０と同様にトレイ７を直径が１２インチの概略円形とする。そして、各基板Sの直径は４インチとし、これに合わせて凹部７ｃの直径も４インチ程度とする。これによれば、一つのトレイ７で７枚の基板Sを一括して搬送することができる。
図１５は、トレイ７の下面図である。
図１５に示すように、トレイ７の下面７ｋには前述の溝７ｆが設けられる。溝７ｆは、各基板Sに対応した概略リング状であって、各基板Sに対応した複数の第３のガス孔７ｈ同士を相互に繋ぐ。
本願発明者は、本実施形態に係るチャック本体３３に対するトレイ７の吸着力と、トレイ７に対する基板Sの吸着力とを調査した。
図１６は、チャック本体３３に対するトレイ７の吸着力の調査方法について説明するための断面図である。
この調査ではトレイ７をその両面が平坦な板状とした。
また、直流電源３５から電極３２に正の電圧を印加してから１０秒後にテンションゲージでトレイ７を横方向Dに引っ張り、トレイ７が横方向Dに動き出したときの力をチャック本体３３に対するトレイ７の吸着力とした。
なお、チャック本体３３とトレイ７の直径はいずれも８インチとした。
また、チャック本体３３の絶縁板１０の材料としてチタンが添加されたアルミナを使用し、そのチタンの濃度を調節することにより絶縁板１０の体積抵抗率を１×１０１２Ωcmとした。
図１７は、トレイ７に対する基板Sの吸着力の調査方法について説明するための断面図である。
図１７に示すように、この調査では、図１６のトレイ７の上に基板Sとして直径が４インチのシリコンウエハを載せた。
そして、図１６と同様に、直流電源３５から電極３２に正の電圧を印加してから１０秒後にテンションゲージで基板Sを横方向Dに引っ張り、基板Sが横方向Dに動き出したときの力をトレイ７に対する基板Sの吸着力とした。
これらの吸着力の調査結果を図１８に示す。
図１８の横軸は、直流電源３５から電極３２に印加した正の電圧を示し、その縦軸は吸着力を示す。
この調査では、トレイ７の材料であるアルミナに不純物としてチタンを添加し、そのチタンの濃度を調節することにより、体積抵抗率が１×１０１１Ωcm、１×１０１２Ωcm、及び１×１０１７Ωcmの三種類のトレイ７を作製した。
図１８に示すように、チャック本体３３に対するトレイ７の吸着力は、トレイ７の体積抵抗率が１×１０１１Ωcm、１×１０１２Ωcm、及び１×１０１７Ωcmのいずれの場合においても、印加電圧を高めることで実使用に耐える２kgf以上の値が得られることが分かった。
一方、トレイ７に対する基板Sの吸着力は、トレイ７の体積抵抗率が絶縁板１０の体積抵抗率よりも高い１×１０１７Ωcmの場合には、印加電圧を高めても実使用に耐える２kgf以上の吸着力は得られなかった。
但し、体積抵抗率が絶縁板１０の体積抵抗率以下の１×１０１１Ωcmと１×１０１２Ωcmのトレイ７においては、１０００V程度の印加電圧でも２kgf以上の吸着力が得られることが分かった。
この結果より、単極式の静電チャックにおいてトレイ７の体積抵抗率を絶縁板１０の体積抵抗率以下にすることが、トレイ７に対する基板Sの吸着力を実用に耐えうる程度にまで強くするのに有効であることが明らかとなった。
図１９は、このように吸着力が強くなる理由について説明するための模式断面図である。
図１９に示すように、直流電源３５から電極３２に正の電圧を印加すると、絶縁板１０において誘電分極が発生し、絶縁板１０の上面１０ｃに正の電荷が誘起される。
これに対応するようにトレイ７においても誘電分極が発生し、トレイ７の下面７ｋと上面７ｅにそれぞれ負の電荷と正の電荷が誘起される。そして、上面７ｅに誘起された正の電荷によって基板Sにおいても誘電分極が発生し、基板Sの裏面に負の電荷が発生する。
その結果、絶縁板１０とトレイ７との間に発生した静電力f1により絶縁板１０にトレイ７が吸着すると共に、トレイ７と基板Sとの間に発生した静電力f2によりトレイ７に基板Sが吸着することになる。
本願発明者は、トレイ７の体積抵抗率を適度に下げることによりトレイ７が分極し易くなり、その上面７ｅに誘起される正の電荷量が多くなると考察した。これにより静電力f2が大きくなり、上記のようにトレイ７に対する基板Sの吸着力が高められたと考えられる。
以上説明した本実施形態によれば、単極式の静電チャックにおいてトレイ７の体積抵抗率を絶縁板１０の体積抵抗率以下にすることにより、トレイ７に基板Sを十分な吸着力で吸着させることができる。
これにより、絶縁板１０に基板Sを直接吸着させる必要がなくなるため、図２の例のように基板Sを吸着させるための凸部１０ｂを絶縁板１０に設ける必要がない。よって、基板SのオリエンテーションフラットOFの形状や基板Sの直径が変わった場合には、新たな基板Sに合わせてトレイ７のみを再作製すればよく、絶縁板１０を再作製する必要がない。その結果、絶縁板１０に対するトレイ７の吸着力が低下するのを招くことなく、基板固定具２１（図１１参照）や基板固定装置３０の低コスト化を実現することが可能となる。
しかも、このようにトレイ７に対する基板Sの吸着力が強くなることで、第３のガス孔７ｈ（図１１参照）から供給されるヘリウムガスCの圧力で基板Sがトレイ７から脱離し難くなる。その結果、トレイ７に基板Sを確実に吸着させながらヘリウムガスCで基板Sを均一に冷却することができるようになり、基板Sの面内の温度ばらつきに起因してエッチングレートが基板面内でばらつくのを抑制することもできる。
更に、基板Sの吸着力を高めるためにトレイ７に特別な構造を設ける必要がないため、トレイ７をアルミナ等の絶縁体のみから形成することができ、トレイ７の製造コストを抑えることもできる。
そして、トレイ７の上面７ｅに形成したイットリウム酸化物層３６によってプラズマ雰囲気からトレイ７を保護することができるため、トレイ７の寿命を延ばすこともできる。
また、長期にわたる使用によりイットリウム酸化物層３６がエッチングされて薄くなった場合には、イットリウム酸化物層３６のみを再形成すればよく、トレイ７を交換する必要がないため、トレイ７の運用コストを低廉化することもできる。
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と比較してイットリウム酸化物層３６を形成する範囲を拡大する。
図２０は、本実施形態に係るトレイ７の断面図である。
なお、図２０において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
図２０に示すように、本実施形態においては、トレイ７の上面７ｅだけでなく、トレイ７の外周側面７ｄと凹部７ｃの側面７ｍにもイットリウム酸化物層３６を形成する。また、凹部７ｃの底面７ｇのうち、基板Sの周囲の底面７ｇにもイットリウム酸化物層３６を形成する。
これにより、第１実施形態と比較してイットリウム酸化物層３６で覆われる部分のトレイ７の表面が広くなり、第１実施形態よりも広範にわたってトレイ７をプラズマ雰囲気から保護することができる。
（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態よりも作製するのが容易なトレイについて説明する。
図２１は、本実施形態に係るトレイ７の断面図である。
なお、図２１において、第１実施形態や第２実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
図２１に示すように、本実施形態に係るトレイ７は、下板４１と上板４２とを有する。
下板４１と上板４２は、いずれも不純物としてチタンが添加されたアルミナの板であり、第１実施形態と同様にそのチタンの濃度を高めることによりそれらの体積抵抗率が絶縁板１０（図１１参照）の体積抵抗率以下にされる。
また、上板４２は、下板４１の上面４１ａに着脱自在であると共に、複数の開口４２ａを備える。そして、それらの開口４２ａと上面４１ａとにより凹部７ｃが画定される。
しかも、基板Sの直径が変わった場合等には、新たな基板Sに合わせて上板４２のみを再作製すればよく、下板４１を再作製する必要がない。そのため、トレイ７の全体を再作製する場合よりも再作製に要するコストを低廉化することができる。
図２２は、下板４１から上板４２を外したときの断面図である。
プラズマ雰囲気に曝されるのは主に上板４２であるため、この例ではプラズマ雰囲気からトレイ７を保護するためのイットリウム酸化物層３６を上板４２のみに形成し、下板４１にはイットリウム酸化物層３６を形成しない。
図２３は、下板４１の上面図である。
図２３に示すように、下板４１は概略円形であって、その縁部には上板４２との位置合わせに使用するピン４５が立設される。
また、下板４１の上面４１ａには、基板Sの裏面に冷却用のヘリウムガスCを供給するための複数の第３のガス孔７ｈが表出する。
図２４は、上板４２の上面図である。
図２４に示すように、下板４１と同様に上板４２も概略円形であって、その縁部には切欠部４６が設けられる。
図２５は、下板４１に上板４２を装着したときの上面図である。
図２５に示すように、この例では切欠部４６にピン４５を嵌めることにより、下板４１と上板４２との位置合わせを行う。これにより、下板４１の第３のガス孔７ｈが上板４２により覆われず、開口４２ａに第３のガス孔７ｈを表出させることができる。
（第４実施形態）
第１〜第３実施形態においては、トレイ７で搬送し得る基板Sの枚数を７枚としたが、基板Sの枚数はこれに限定されない。
図２６は、本実施形態に係るトレイ７の上面図である。
なお、図２６において、第１〜第３実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
本実施形態に係るトレイ７は、平面視で直径が１２インチ程度の概略円形であって、直径が６インチの三枚の基板Sを収容する。
また、第１〜第３実施形態と同様にトレイ７の表面にイットリウム酸化物層３６を形成することにより、エッチング雰囲気からトレイ７を保護する。
１…半導体製造装置、２…チャンバ、２ａ…排出口、３…基板固定装置、４…ベースプレート、４ａ…流路、４ｂ…第１のガス孔、５…基板固定具、６…チャック本体、７…トレイ、７ａ…開口、７ｂ…段差面、７ｃ…凹部、７ｄ…外周側面、７ｅ…上面、７ｆ…溝、７ｇ…底面、７ｈ…第３のガス孔、７ｋ…下面、７ｍ…側面、７ｘ…平坦部、８…上部電極、９…フォーカスリング、１０…絶縁板、１０ａ…第２のガス孔、１０ｂ…凸部、１０ｃ…上面、１０ｄ…分岐流路、１０ｘ…平坦部、１１、１２…第１及び第２の電極、１３…ホール、１５…リフトピン、１８…搬送ロボイット、２０、３０…基板固定装置、２１…基板固定具、３２…電極、３３…チャック本体、３５…直流電源、３６…イットリウム酸化物層、４１…下板、４１ａ…上面、４２…上板、４２ａ…開口、４５…ピン、４６…切欠部、S…基板。

Claims (6)

  1. 絶縁板と、前記絶縁板に埋め込まれた電極とを備えた単極式のチャック本体と、
    前記チャック本体の上に載置され、複数の基板の各々を収容する複数の凹部が上面に形成され、かつ、体積抵抗率が前記絶縁板の体積抵抗率以下の絶縁体からなるトレイと、
    前記トレイの前記上面に形成されたイットリウム酸化物層と、
    を備えた基板固定具。
  2. 前記トレイの前記凹部に、前記基板の裏面に供給される冷却ガスが通る貫通孔が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の基板固定具。
  3. 前記貫通孔が複数設けられ、かつ、前記トレイの下面に、複数の前記貫通孔同士を繋ぐ溝が形成されたことを特徴とする請求項２に記載の基板固定具。
  4. 前記トレイは、
    下板と、
    前記下板の上面に着脱自在であって、かつ、複数の前記凹部の各々に対応した開口が形成された上板とを備え、
    複数の前記凹部の各々が、複数の前記開口と前記上面とにより画定されたことを特徴とする請求項１に記載の基板固定具。
  5. 前記トレイは、前記絶縁体のみからなることを特徴とする請求項１に記載の基板固定具。
  6. 導電性のベースプレートと、
    前記ベースプレートの上に固定された絶縁板と、前記絶縁板に埋め込まれた電極とを備えた単極式のチャック本体と、
    前記チャック本体の上に載置され、複数の基板の各々を収容する複数の凹部が上面に形成され、かつ、体積抵抗率が前記絶縁板の体積抵抗率以下の絶縁体からなるトレイと、
    前記トレイの前記上面に形成されたイットリウム酸化物層と、
    を備えた基板固定装置。
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