JP2022164340A - 保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パーティクルの発生を抑制するとともに、保持面の凸部近傍において局所的な温度ムラが発生することを抑制できる保持装置を提供すること。【解決手段】角部ＣがＲ面取り形状の複数の凸部１６，１７，３０ａが形成された保持面１１と、保持面１１とは反対側に設けられる下面１２とを備えるセラミックス部材１０を有し、セラミックス部材１０の保持面１１上に半導体ウエハＷを保持する静電チャック１において、保持面１１にて凸部１６，１７，３０ａ以外の凹部１８の底面１８ａに、第１領域１８１と、凸部１６，１７，３０ａの周辺にて第１領域１８１より表面粗さが大きい第２領域１８２とを設ける。【選択図】図４

Description

本開示は、対象物を保持する保持装置に関する。

対象物を保持する保持面を凹凸面として、この凹凸面の凸部の頂面や凹凸面の全面が鏡面加工された保持装置が知られている。このように凸部の頂面や凹凸面の全面を鏡面加工することにより、パーティクル（微粒子）の発生を抑制している。そして、特許文献１には、対象物を保持する板状セラミック体（セラミックス部材）の吸着面（保持面）に多数の凸部を有し、凸部の頂面と周面との間がＲ面とされている（面取りされている）保持装置が開示されている。これにより、この保持装置では、対象物と凸部とが摺動して対象物の表面および凸部の表面が細かく削れて発生するパーティクル（微粒子）の発生を効果的に抑制している。

特開２０１０－１２３８４３号公報

しかしながら、上記の保持装置では、凸部の頂面と周面との間がＲ面とされているため、対象物と凸部との接触面積が小さくなる。そのため、凸部近傍に局所的な温度ムラが発生して、保持面における温度制御性に悪影響を与え、保持面の均熱性を低下させてしまうおそれがある。

そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、パーティクルの発生を抑制するとともに、保持面の凸部近傍において局所的な温度ムラが発生することを抑制できる保持装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、
角部がＲ面取り形状の複数の凸部が形成された第１の面と、前記第１の面とは反対側に設けられる第２の面とを備えるセラミックス部材を有し、
前記セラミックス部材の前記第１の面上に対象物を保持する保持装置において、
前記第１の面にて前記凸部以外の凹部の底面に、第１領域と、前記凸部の周辺にて前記第１領域より表面粗さが大きい第２領域とを設けることを特徴とする。

この保持装置では、凹部の底面に、第１領域と、凸部の周辺にて第１領域より表面粗さが大きい第２領域とを設けることにより、凸部周辺において表面粗さが大きい第２領域では第１領域と比べて、凹部に充填されるガスとの接触面積が大きくなるため、対象物と凹部に充填されるガスとの熱交換が促進される。そのため、Ｒ面取り形状の凸部周辺において、凹部に充填されるガスを介してセラミックス部材と対象物との熱伝達を促進させることができる。これにより、凸部の角部をＲ面取りしたことにより発生する凸部近傍での局所的な温度ムラをなくすことができ、保持されている対象物の温度分布を均一化することができる。

また、凸部の角部はＲ面取り加工され、凹部の底面の大部分は表面粗さが比較的小さいため、凹部の底面からパーティクルが発生することも防止することができる。従って、この保持装置によれば、パーティクルの発生防止と保持されている対象物における温度分布の均一化との両立を図ることができる。

上記した保持装置において、
前記第１領域における表面粗さは、Ｒａ（Ｓａ）０．５μｍ以下であり、
前記第２領域における表面粗さは、Ｒａ（Ｓａ）１．０μｍ未満であることが好ましい。

このように、凹部の底面の大部分を占める第１領域における表面粗さをＲａ（Ｓａ）０．５μｍ以下に設定することにより、凹部の底面からパーティクルが発生することを防止し、パーティクル発生の可能性を低減することができる。また、凹部の底面で凸部周辺に位置する第２領域における表面粗さをＲａ（Ｓａ）１．０μｍ未満に設定することにより、凹部に充填されるガスを介してセラミックス部材と対象物との熱伝達をより効果的に促進させることができる。従って、第１領域と第２領域とのそれぞれの表面粗さをこのように設定することにより、パーティクルの発生防止と、保持されている対象物の温度分布の均一化との両立をより効果的に図ることができる。

上記した保持装置において、
前記第２領域の前記凸部の側面からの大きさは、前記凸部の角部におけるＲ面取り加工の面取り寸法より大きく、隣接する前記凸部間の距離の１／３より小さいことが好ましい。

ここで、第２領域の大きさを、凸部の角部におけるＲ面取り加工の面取り寸法以下にすると、角部のＲ面取りに起因する対象物の凸部周辺における温度分布の不均一の解消効果が小さくなる。また、第２領域の大きさを、隣接する凸部間の距離の１／３以上にすると、凹部の底面の大半が第２領域となって第１領域が非常に小さくなり、保持されている対象物において第１領域の直上部分における熱伝達の効率が他の部分と大きく異なって温度特異点になるおそれがある。さらに、第２領域の大きさを、隣接する凸部間の距離の１／３以上にすると、パーティクルが発生するおそれもある。

そこで、第２領域の大きさを、凸部の角部におけるＲ面取り加工の面取り寸法より大きく、隣接する凸部間の距離の１／３より小さくなるように設定することにより、凸部近傍での局所的な温度ムラの発生をより効果的に防止して、対象物の温度分布の均一化を図ることができる。

本開示によれば、パーティクルの発生を抑制するとともに、保持面の凸部近傍において局所的な温度ムラが発生することを抑制できる保持装置を提供することができる。

実施形態の静電チャックの概略斜視図である。 実施形態の静電チャックのＸＺ側面（一部、断面）の概略構成図である。 実施形態の静電チャックのＸＹ平面の概略構成図である。 セラミックス部材の凸部付近の一部を拡大して示すＸＺ断面の拡大図である。 半導体ウエハに温度ムラが発生した状態を示す図である。 実施形態の静電チャックにおける凸部近傍での熱伝達の様子を模式的に示す図である。

本開示に係る実施形態である保持装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、対象物である半導体ウエハＷを保持する静電チャック１を例示して説明する。そこで、本実施形態の静電チャック１について、図１～図４を参照しながら説明する。

本実施形態の静電チャック１は、半導体ウエハＷ（対象物）を静電引力により吸着して保持する装置であり、例えば、半導体製造装置の真空チャンバー内で半導体ウエハＷを固定するために使用される。図１に示すように、静電チャック１は、セラミックス部材１０と、ベース部材２０と、セラミックス部材１０とベース部材２０とを接合する接合層４０とを有する。

なお、以下の説明においては、説明の便宜上、図１に示すようにＸＹＺ軸を定義する。ここで、Ｚ軸は、静電チャック１の軸線方向（図１において上下方向）の軸であり、Ｘ軸とＹ軸は、静電チャック１の径方向の軸である。

セラミックス部材１０は、図１に示すように、円盤状の部材であり、セラミックスにより形成されている。セラミックスとしては、様々なセラミックスが用いられるが、強度や耐摩耗性、耐プラズマ性等の観点から、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするセラミックスが用いられることが好ましい。なお、ここでいう主成分とは、含有割合の最も多い成分（例えば、体積含有率が９０ｖｏｌ％以上の成分）を意味する。

また、セラミックス部材１０の直径は、例えば１５０～３００ｍｍ程度である。セラミックス部材１０の厚さは、例えば２～６ｍｍ程度である。なお、セラミックス部材１０の熱伝導率は、１０～５０Ｗ／ｍＫ（より好ましくは、１８～３０Ｗ／ｍＫ）の範囲内が望ましい。

図１、図２に示すように、セラミックス部材１０は、半導体ウエハＷを保持する保持面１１と、セラミックス部材１０の厚み方向（Ｚ軸方向に一致する方向）について保持面１１とは反対側に設けられる下面１２とを備えている。なお、保持面１１は本開示の「第１の面」の一例であり、下面１２は本開示の「第２の面」の一例である。

セラミックス部材１０の内部には、図２に示すように、導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン、白金等）により形成されたチャック電極５０が設けられている。Ｚ軸方向視でのチャック電極５０の形状は、例えば略円形である。このチャック電極５０に対して図示しない電源から電力が供給されることによって、静電引力（吸着力）が発生し、この静電引力により半導体ウエハＷがセラミックス部材１０の保持面１１に吸着固定される。

セラミックス部材１０の保持面１１は、凹凸形状をなしている。具体的には、保持面１１には、図２、図３に示すように、その外縁付近に環状の環状凸部１６が形成され、環状凸部１６の内側に複数の独立した柱状の凸部１７が形成されている。なお、環状凸部１６は、シールバンドとも呼ばれる。環状凸部１６の断面（ＸＺ断面）の形状は、図２に示すように、略矩形である。環状凸部１６の高さ（Ｚ軸方向の寸法）は、例えば、１０μｍ～２０μｍ程度である。また、環状凸部１６の幅（Ｘ軸方向の寸法）は、例えば、０．５ｍｍ～５．０ｍｍ程度である。

各凸部１７は、図３に示すように、Ｚ軸方向視（平面視）で略円形をなしており、略均等間隔で配置されている。また、各凸部１７の断面（ＸＺ断面）の形状は、図２に示すように、略矩形である。凸部１７の高さは、環状凸部１６の高さと略同一であり、例えば、１０～２０μｍ程度である。また、凸部１７の幅（Ｚ軸方向視での凸部１７の最大径）は、例えば、０．５～１．５ｍｍ程度である。そして、隣接する凸部１７間の距離Ｂ（図４参照）は、１０ｍｍ程度である。なお、セラミックス部材１０の保持面１１における環状凸部１６より内側において、凸部１７が形成されていない部分は、凹部１８となっている。

セラミックス部材１０には、図３に示すように、静電チャック１をＺ軸方向に貫通するリフトピン挿入孔３０が形成されている。このリフトピン挿入孔３０の周囲には、保持面１１においてリフトピン挿入孔３０を囲むように環状の凸部３０ａが形成されている。リフトピン挿入孔３０には、半導体ウエハＷを保持面１１上から押し上げるリフトピン（不図示）が、ベース部材２０の下面２２側から挿入されている。このリフトピンの先端部（上端部）がセラミックス部材１０の保持面１１から外部に突出することで、保持面１１上に載置されている半導体ウエハＷを保持面１１から離間させる（リフトピンによって半導体ウエハＷを持ち上げる）ようになっている。

本実施形態の静電チャック１では、リフトピン挿入孔３０が３個形成されており、各々のリフトピン挿入孔３０内にリフトピンが挿入されている。なお、３個のリフトピン挿入孔３０は、静電チャック１の周方向に等間隔で形成されている（図３参照）。

また、セラミックス部材１０には、図３に示すように、静電チャック１をＺ軸方向に貫通するガス孔３１が形成されている。このガス孔３１は、不活性ガス（例えば、ヘリウムガス）が流通するガス流路である。これにより、ベース部材２０の下面２２側からガス孔３１内に不活性ガス（例えば、ヘリウムガス）を供給することで、半導体ウエハＷの下面とセラミックス部材１０の保持面１１（凹部１８）との間の空間Ｓ内に、この不活性ガスを充填することができるようになっている。

そして、半導体ウエハＷは、セラミックス部材１０の保持面１１における環状凸部１６と、複数の凸部１７及び凸部３０ａとに支持されて、静電チャック１に保持される。半導体ウエハＷが静電チャック１に保持された状態では、半導体ウエハＷの表面（下面）と、セラミックス部材１０の保持面１１（詳細には、保持面１１の凹部１８）との間に、空間Ｓが存在することとなる（図２参照）。この空間Ｓには、ガス孔３１を介して不活性ガス（例えば、ヘリウムガス）が供給される。

ここで、環状凸部１６および凸部１７の角部Ｃは、図４に示すように、角部ＣがＲ面取り加工されている。なお、リフトピン挿入孔３０を囲む環状の凸部３０ａの角部もＲ面取り加工されている。また、凸部１６，１７，３０ａの頂面は、鏡面加工されている。これにより、半導体ウエハＷと凸部１６，１７，３０ａとが摺動して半導体ウエハＷの表面および凸部１６，１７，３０ａの表面が細かく削れてパーティクル（微粒子）が発生することを防止している。

そして、凹部１８の底面１８ａには、表面粗さが異なる、第１領域１８１と第２領域１８２が設けられている。具体的には、凸部１６，１７，３０ａの周辺に第２領域１８２が凸部１６，１７，３０ａを囲むように環状に形成され、第２領域１８２以外の部分に第１領域１８１が形成されている。なお、第１領域１８１と第２領域１８２は、鏡面加工された凹部１８の底面１８ａに対して、第２領域１８２を形成する範囲を研磨加工またはサンドブラスト加工を行うことにより設けることができる。

第２領域１８２の凸部１６，１７，３０ａの側面からの大きさ（幅寸法）Ａは、凸部１６，１７，３０ａの角部ＣにおけるＲ面取り形状の面取り寸法（０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であり、本実施形態では、例えば０．２ｍｍ程度）より大きく、隣接する凸部間の距離Ｂ（５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であり、本実施形態では、例えば１０ｍｍ程度）の１／３より小さく設定されている。本実施形態では、第２領域１８２の大きさ（幅寸法）Ａは、例えば１～２ｍｍ程度である。そして、第２領域１８２の表面粗さが、第１領域１８１の表面粗さよりも大きい。例えば、第１領域１８１の表面粗さはＲａ（Ｓａ）０．５μｍ以下であり、第２領域１８２における表面粗さはＲａ（Ｓａ）１．０μｍ未満となっている。本実施形態では、例えば、第１領域１８１の表面粗さがＲａ（Ｓａ）０．５μｍであり、第２領域１８２における表面粗さがＲａ（Ｓａ）０．８μｍとなっている。また、第１領域１８１と第２領域１８２との表面粗さの差は、０．１μｍ以上あればよく０．３μｍ以上あればさらによい。なお、表面粗さの測定方法としては、「接触式測定」や「非接触式」があり、詳細な測定方法は以下に基づき測定、計測を行うことができる。
接触式：ＪＩＳ Ｂ ０６３３：２００１
非接触式：ＩＳＯ２５１７８

ベース部材２０は、図１、図２に示すように、上面２１と、ベース部材２０の厚さ方向（すなわち、Ｚ軸方向）について上面２１とは反対側に設けられる下面２２とを備え、円柱状に形成されている。このベース部材２０は、金属（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等）により形成されていることが好ましいが、金属以外であってもよい。

ベース部材２０の直径は、例えば１８０ｍｍ～３５０ｍｍ程度である。また、ベース部材２０の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）は、例えば２０ｍｍ～５０ｍｍ程度である。なお、ベース部材２０（アルミニウムを想定）の熱伝導率は、セラミックス部材１０よりも大きく、１８０～２５０Ｗ／ｍＫ（好ましくは、２３０Ｗ／ｍＫ程度）の範囲内が望ましい。

なお、ベース部材２０には、冷媒（例えば、フッ素系不活性液体や水等）を流すための冷媒流路（不図示）が形成されており、この冷媒流路内に冷媒を流すことにより、ベース部材２０が冷却され、これにより、接合層４０を介してセラミックス部材１０が冷却されるようになっている。

接合層４０は、セラミックス部材１０の下面１２とベース部材２０の上面２１との間に配置され、セラミックス部材１０とベース部材２０とを接合している。この接合層４０を介して、セラミックス部材１０の下面１２とベース部材２０の上面２１とが熱的に接続されている。接合層４０は、例えばシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の接着材により構成されている。なお、接合層４０の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）は、例えば０．１～１．０ｍｍ程度である。また、接合層４０の熱伝導率は、例えば１．０Ｗ／ｍＫである。なお、接合層４０（シリコーン系樹脂を想定）の熱伝導率は、０．１～２．０Ｗ／ｍＫ（好ましくは、０．５～１．５Ｗ／ｍＫ）の範囲内が望ましい。

ここで、本実施形態の静電チャック１では、凸部１６，１７，３０ａの角部ＣがＲ面取り加工されているため、半導体ウエハＷと凸部１６，１７，３０ａとの接触面積が小さくなる。そのため、図５に示すように、静電チャック１に保持された半導体ウエハＷにおいて、凸部１６，１７，３０ａの近傍で局所的な温度ムラ（図５の網掛け部分：温度特異点）が発生してしまう。このような、局所的な温度ムラが発生してしまうと、保持面１１における温度制御性に悪影響を与え、保持面１１の均熱性を低下させてしまって、静電チャック１に保持されている半導体ウエハＷの温度分布を均一にすることができなくなる。

そこで、本実施形態の静電チャック１では、凹部１８の底面１８ａにおいて、第１領域１８１より表面粗さが大きい第２領域１８２を、凸部１６，１７，３０ａの周辺に凸部１６，１７，３０ａを囲むように環状に形成している。これにより、表面粗さが大きい第２領域１８２では、第１領域１８１と比べて、凹部１８に充填されるガスとの接触面積が大きくなるため、半導体ウエハＷと凹部１８に充填されるガスとの熱交換が促進される。

そして、第２領域１８２は、凸部１６，１７，３０ａの周辺に環状に形成されているため、角部ＣがＲ面取り形状の凸部１６，１７，３０ａの周辺において、図６に矢印で示すように、凹部１８（空間Ｓ）に充填されるガスを介してセラミックス部材１０と半導体ウエハＷとの熱伝達を促進させることができる。これにより、凸部１６，１７，３０ａの角部ＣをＲ面取り加工したことにより発生する凸部１６，１７，３０ａの近傍での局所的な温度ムラをなくすことができ、静電チャック１に保持されている半導体ウエハＷの温度分布を均一化することができる。

また、本実施形態の静電チャック１では、凹部１８の底面１８ａにおいて、第２領域１８２の表面粗さが、第１領域１８１の表面粗さよりも大きくなっている。例えば、第１領域１８１の表面粗さはＲａ（Ｓａ）０．５μｍ以下であり、前記第２領域における表面粗さはＲａ（Ｓａ）１．０μｍ未満であればよい。これにより、凹部１８においてパーティクルが発生することを防止しつつ、凸部１６，１７，３０ａの近傍での局所的な温度ムラをなくすことができるため、パーティクルの発生防止と半導体ウエハＷにおける温度分布の均一化の両立をより効果的に図ることができる。

ここで、第２領域１８２の大きさを、凸部１６，１７，３０ａの角部ＣにおけるＲ面取り加工の面取り寸法以下にすると、角部ＣのＲ面取りに起因する半導体ウエハＷの凸部１６，１７，３０ａの周辺における温度分布の不均一を解消することが難しくなる。また、第２領域１８２の大きさを、隣接する凸部間の距離Ｂの１／３以上にすると、凹部１８の底面１８ａの大半が第２領域１８２となってしまって第１領域１８１が非常に小さくなり、保持されている半導体ウエハＷにおいて第１領域１８１の直上部分における熱伝達の効率が他の部分と大きく異なって温度特異点になるおそれがある。さらに、第２領域１８２の大きさを、隣接する凸部間の距離Ｂの１／３以上にすると、パーティクルが発生するおそれもある。

そこで、本実施形態の静電チャック１では、第２領域１８２の凸部１６，１７，３０ａの側面からの大きさ（幅寸法）Ａが、凸部１６，１７，３０ａの角部ＣにおけるＲ面取り加工の面取り寸法より大きく、隣接する凸部間の距離Ｂの１／３より小さくなっている。従って、本実施形態の静電チャック１によれば、凸部１６，１７，３０ａの近傍において局所的な温度ムラの発生をより効果的に防止して、半導体ウエハＷにおける温度分布の均一化を図ることができる。

以上のように、本実施形態の静電チャック１によれば、保持面１１にて凸部１６，１７，３０ａ以外の凹部１８の底面１８ａに、第１領域１８１と、凸部１６，１７，３０ａの周辺にて第１領域１８１より表面粗さが大きい第２領域１８２とを設けている。そのため、凹部１８において、第２領域１８２では第１領域１８１と比べて、凹部１８に充填されるガスとの接触面積が大きくなるので、半導体ウエハＷと凹部１８に充填されるガスとの熱交換が促進される。従って、角部ＣがＲ面取り形状の凸部１６，１７，３０ａの周辺において、凹部１８に充填されるガスを介してセラミックス部材１０と半導体ウエハＷとの熱伝達を促進させることができる。これにより、凸部１６，１７，３０ａの角部ＣをＲ面取りしたことにより発生する凸部１６，１７，３０ａの近傍で局所的な温度ムラの発生をなくすことができ、保持されている半導体ウエハＷの温度分布を均一化することができる。

そして、凸部１６，１７，３０ａの角部ＣはＲ面取り加工され、凹部１８の底面１８ａの大部分を占める第１領域１８１は表面粗さが比較的小さいため、凹部１８の底面１８ａからパーティクルが発生することも防止することができる。従って、本実施形態の静電チャック１によれば、パーティクルの発生防止と保持されている半導体ウエハＷにおける温度分布の均一化の両立を図ることができる。

なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記の実施形態では、本開示を静電チャックに適用した場合を例示したが、本開示は、静電チャックに限られることなく、表面に対象物を保持する保持装置全般について適用することができる。

また、上記の実施形態では、セラミックス部材１０の内部にチャック電極５０を備える静電チャック１を例示したが、セラミックス部材１０はチャック電極５０の他に、ヒータ電極などを備える静電チャックにも本開示を適用することができる。

１ 静電チャック
１０ セラミックス部材
１１ 保持面
１２ 下面
１６ 環状凸部
１７ 凸部
１８ 凹部
２０ ベース部材
３０ａ 凸部
４０ 接合層
１８１ 第１領域
１８２ 第２領域
Ａ 第２領域の大きさ（幅寸法）
Ｂ 隣接する凸部間距離
Ｃ 角部
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (3)

1. 角部がＲ面取り形状の複数の凸部が形成された第１の面と、前記第１の面とは反対側に設けられる第２の面とを備えるセラミックス部材を有し、
   前記セラミックス部材の前記第１の面上に対象物を保持する保持装置において、
   前記第１の面にて前記凸部以外の凹部の底面に、第１領域と、前記凸部の周辺にて前記第１領域より表面粗さが大きい第２領域とを設ける
   ことを特徴とする保持装置。
2. 請求項１に記載する保持装置において、
   前記第１領域における表面粗さは、Ｒａ（Ｓａ）０．５μｍ以下であり、
   前記第２領域における表面粗さは、Ｒａ（Ｓａ）１．０μｍ未満である
   ことを特徴とする保持装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する保持装置において、
   前記第２領域の前記凸部の側面からの大きさは、前記凸部の角部におけるＲ面取り加工の面取り寸法より大きく、隣接する前記凸部間の距離の１／３より小さい
   ことを特徴とする保持装置。

Images