JP2023177720A - 保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鍔部における耐電圧の低下を防止することができる保持装置を提供すること。【解決手段】保持面１１と、保持面１１とは反対側に設けられる下面１２とを備える載置部１１０と、載置部１１０の外周側において保持面１１と同じ側に配置される上面１２１と、上面１２１とは反対側に設けられる下面１２とを備える鍔部１２０と、を備える板状部材１０を有し、板状部材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と下面１２との間の厚みｔ１は、上面１２１と下面１２との間の厚みより厚く（ｔ１＞ｔ２）、鍔部１２０の内部には、板状部材１０の厚さ（Ｚ軸）方向に延びるビア１６が接続されたチャック電極１４が設けられており、ビア１６は、厚さ（Ｚ軸）方向視で載置部１１０内に配置されている【選択図】図２

Description

本開示は、対象物を保持する保持装置に関する。

対象物を保持する装置として、例えば、対象物を保持するセラミック絶縁板（板状部材）に、中心部（載置部）と、中心部の外周側に配置された外周部（鍔部）とを備える保持装置が知られている（特許文献１参照）。この種の保持装置では、外周部に配置する外周リングを吸着固定するために、外周部の内部に電極を備えている。

特開２０１４－７２３５５号公報

しかしながら、上記の保持装置では、外周部（鍔部）の内部に備わる電極へ外部から電力を供給するために、電極にはビア（導通部材）が接続されており、電極とビアとの接続部が局所的に保持面（第１の面）側へ盛り上がる箇所が形成される。そして、外周部（鍔部）の外周リング側の載置面と内部に備わる電極との間の絶縁距離が短くなってしまい、外周部（鍔部）において耐電圧が低下してしまうという問題が生じやすい。

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、鍔部における耐電圧の低下を防止することが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、
第１の面と、前記第１の面とは反対側に設けられる第２の面とを備える載置部と、前記載置部の外周側において前記第１の面と同じ側に配置される第３の面と、前記第３の面とは反対側に設けられる第４の面とを備える鍔部と、を備える板状部材を有し、前記板状部材の前記第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の面と前記第２の面との間の厚み（ｔ１）は、前記第３の面と前記第４の面との間の厚み（ｔ２）より厚く（ｔ１＞ｔ２）、
前記鍔部の内部には、前記板状部材の厚さ方向に延びる導通部材が接続された鍔部電極が設けられており、
前記導通部材は、前記厚さ方向視で前記載置部内に配置されていることを特徴とする。

このように鍔部電極に接続する導通部材を、厚さ方向視（上面視）で、厚みが鍔部より厚い載置部内に配置する、すなわち、鍔部電極に接続する導通部材を鍔部内に配置しないことにより、鍔部電極と導通部材との接続部が局所的に第３の面側へ盛り上がっても、十分な絶縁距離を確保することができる。従って、耐電圧の低下を防ぐことができる。

なお、鍔部電極のうち導電部材との接続部分は、円環状の鍔部電極から載置部へ向かって局所的に突出する形状であってもよいし、円環状の鍔部電極の内側が全周にわたって載置部に配置される形状であってもよい。

上記した保持装置において、
外部電源と前記鍔部電極とを電気的に接続するために前記第４の面に設けられる金属端子を有し、
前記金属端子は、前記鍔部に配置されていることが好ましい。

ここで、板状部材において、金属端子が配置される部分では、他の部分と比べて熱移動が悪化する。そのため、金属端子を載置部に配置すると、第１の面における均熱性が低下してしまうおそれがある。

そこで、このように金属端子を鍔部に配置することにより、第１の面における均熱性の低下を防ぎ、第１の面における温度分布を均一に保つことができる。

上記したいずれかの保持装置において、
前記鍔部電極は、前記鍔部の内部に設けられる電極のうち最も前記第３の面側に位置する電極であることが好ましい。

このような最も第３の面側に位置する鍔部電極において、導通部材との接続箇所にて、絶縁距離が短くなって耐電圧の低下が生じやすい。そのため、本開示をこのような鍔部電極に対して適用することにより、耐電圧の低下を効果的に防止することができる。

本開示によれば、鍔部における耐電圧の低下を防止することが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における鍔部のＸＺ断面の概略構成図である。 鍔部のチャック電極の形状を示す図である。 鍔部のチャック電極の別形状を示す図である。 鍔部のチャック電極の別形状を示す図である。 鍔部のチャック電極の別形状を示す図である。 鍔部のチャック電極の別形状を示す図である。 図２に示すＡ部の拡大図である。

本開示に係る実施形態である保持装置及び静電チャックについて、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、例えば、成膜装置（ＣＶＤ成膜装置やスパッタリング成膜装置など）やエッチング装置（プラズマエッチング装置など）といった半導体製造装置に使用される静電チャック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及び図２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、板状部材１０と、ベース部材２０と、板状部材１０とベース部材２０とを接合する接合層３０とを有する。

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、Ｚ軸方向が本開示の「厚さ方向」の一例である。また、Ｘ軸とＹ軸は、静電チャック１の径方向の軸である。

板状部材１０は、図１に示すように、円板状の部材であり、上面であって半導体ウエハＷを保持する保持面１１と、板状部材１０の厚み方向（Ｚ軸方向）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。この板状部材１０は、中心部分に形成された厚さｔ１の載置部１１０と、その載置部１１０から径方向外側へ張り出した厚さｔ２の鍔部１２０とを有している。載置部１１０の厚さｔ１は、鍔部１２０の厚さｔ２よりも厚くなっている（ｔ１＞ｔ２）。

そして、載置部１１０の上面が保持面１１になっており、載置部１１０に半導体ウエハＷが固定されるようになっている。また、鍔部１２０の上面１２１には、環状リング（フォーカスリング）が配置されるようになっている。このような板状部材１０の直径は、例えば５０～５００ｍｍ程度（通常は２００ｍｍ～３５０ｍｍ程度）であり、板状部材１０の厚さは、例えば１～１０ｍｍ程度である。なお、保持面１１は本開示の「第１の面」の一例であり、上面１２１は本開示の「第３の面」の一例である。また、下面１２は本開示の「第２の面」及び「第４の面」の一例であり、本実施形態のように「第２の面」が「第４の面」を兼ねていてもよい。

板状部材１０は、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。

このような板状部材１０は、図２に示すように、内部にチャック電極１３，１４を備えている。チャック電極１３は、載置部１１０において保持面１１側に配置されており、図示しない外部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）を発生させるものである。チャック電極１３には、Ｚ軸方向に延びるビア１５の一端が接続されている。ビア１５の他端は、外部電源から給電される給電端子１９に接続している。この給電端子１９は、板状部材１０の下面１２側に配置されて外部電源に接続される。これにより、外部電源から給電端子１９及びビア１５を介して、チャック電極１３に電力が供給されるようになっている。そして、チャック電極１３が発生する静電引力によって、半導体ウエハＷが板状部材１０の保持面１１に吸着固定される。このチャック電極１３は、Ｚ軸方向視で、例えば略円板形をなしており、導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン等）により形成されている。

チャック電極１４は、鍔部１２０の内部に設けられる電極のうち最も上面１２１側に配置されており、図示しない外部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）を発生させるものである。チャック電極１４には、Ｚ軸方向に延びるビア１６の一端が接続されている。ビア１６の他端は、給電端子１７に接続するドライバ電極１８に接続されている。これにより、外部電源から給電端子１７、ドライバ電極１８及びビア１６を介してチャック電極１４に電力が供給されるようになっている。そして、チャック電極１４が発生する静電引力によって、鍔部１２０の上面１２１に配置される環状リング（フォーカスリング）が吸着固定されるようになっている。なお、ビア１６は、本開示の「導通部材」の一例であり、給電端子１７は、本開示の「金属端子」の一例である。

ここで、チャック電極１４の形状について、図３～図７を参照しながら説明する。チャック電極１４は、Ｚ軸方向視で、例えば図３に示すように、略円環形をなし、ビア１６に接続する部分が載置部１１０（内側）へ向かって突出しており、導電性材料（例えば、タングステンやモリブデン等）により形成されている。チャック電極１４の形状は、これに限られることなく、Ｚ軸方向視で、例えば図４に示すように、円環形の電極の内側が全周にわたって載置部１１０に配置される形状であってもよい。また、チャック電極１４として、上記のようなモノポーラ電極に限られず、バイポーラ電極を使用することもできる。例えば図５に示すように、チャック電極１４を、Ｚ軸方向視で、正極電極１４ａと負極電極１４ｂのそれぞれが正極ビア１６ａと負極ビア１６ｂに接続する部分を載置部１１０（内側）へ向かって突出した形状にすればよい。あるいは、図６や図７に示すように、Ｚ軸方向視で、正極電極１４ａと負極電極１４ｂのそれぞれを半円環形状にして、正極ビア１６ａと負極ビア１６ｂに接続する部分を載置部１１０（内側）へ向かって突出させた形状（図６）や、半円環形の電極１４ａ，１４ｂの内側が全周にわたって載置部１１０に配置される形状（図７）にすることもできる。

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（例えば、セラミックス等）であってもよい。なお、本実施形態のベース部材２０は金属製である。ベース部材２０の直径は、例えば２２０ｍｍ～５５０ｍｍ程度（通常は２２０ｍｍ～３５０ｍｍ程度）であり、ベース部材２０の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）は、例えば２０ｍｍ～４０ｍｍ程度である。

そして、ベース部材２０には、図２に示すように、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２３が形成されており、この冷媒流路２３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３０を介して板状部材１０が冷却されるようになっている。

また、ベース部材２０には、Ｚ軸方向に延びてベース部材２０を貫通し、上面２１及び下面２２に開口する貫通穴２６，２８が形成されている。この貫通穴２６，２８には、給電端子１７，１９に接続する接続端子２７，２９が配置されている。なお、接続端子２７，２９は外部電源に接続される。

接合層３０は、図１、図２に示すように、板状部材１０の下面１２とベース部材２０の上面２１との間に配置され、板状部材１０とベース部材２０とを接合している。この接合層３０を介して、板状部材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３０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３０の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）は、例えば０．１～１．０ｍｍ程度である。

ここで、チャック電極１４において、図８に示すように、ビア１６と接続する接合する部分が保持面１１側へ盛り上がって凸部４０が形成される。これは、ビア１６を形成する際、ビア形成のためのスルーホール内へのメタライズインク充填時に使用するマスクの厚み分だけ保持面１１側にビア１６が盛り上がって形成されるためである。そして、チャック電極１４に凸部４０が形成され、その凸部４０がＺ軸方向視で鍔部１２０内に配置されていると、絶縁距離が短くなってしまい、鍔部１２０において耐電圧が低下してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態の静電チャック１では、図２に示すように、チャック電極１４に接合するビア１６を、Ｚ軸方向視で載置部１１０内に配置している。これにより、チャック電極１４に形成される凸部４０は、鍔部１２０よりも厚い載置部１１０内に位置することになる。従って、チャック電極１４の凸部４０付近において、十分な絶縁距離を確保することができるため、鍔部１２０における耐電圧の低下を防ぐことができる。

そして、チャック電極１４は、鍔部１２０の内部に配置される電極のうち最も上面１２１側に配置されている。そのため、鍔部１２０では、チャック電極１４において、ビア１６との接続部分にて、絶縁距離が短くなって耐電圧の低下が生じやすい。そのため、チャック電極１４に接合するビア１６を、Ｚ軸方向視で載置部１１０内に配置することにより、鍔部１２０における耐電圧の低下を効果的に防止することができる。

ここで、板状部材１０の下面１２に設けられる給電端子１７が配置される部分では、ベース部材２０において、接続端子２７を配置するための貫通穴２６が形成される。従って、板状部材１０において、給電端子１７が配置される部分は、他の部分と比べてベース部材２０との間における熱移動が悪化してしまうので、給電端子１７をＺ軸方向視で載置部１１０内に配置すると、保持面１１における均熱性が低下してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態の静電チャック１では、給電端子１７を、Ｚ軸方向視で鍔部１２０内に配置している。これにより、保持面１１における均熱性の低下を防止することができるため、保持面１１の温度分布を均一に保つことができる。

以上のように、本実施形態の静電チャック１によれば、鍔部１２０に配置されるチャック電極１４に接続するビア１６を、Ｚ軸方向視で載置部１１０内に配置している。そのため、チャック電極１４とビア１６との接続部分に保持面１１側へ盛り上がった凸部４０が形成されても、十分な絶縁距離を確保することができる。従って、鍔部１２０における耐電圧の低下を防ぐことができる。

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、ベース部材を備える静電チャックを例示したが、ベース部材を備えない保持装置（例えば、セラミックヒータなど）にも本開示を適用することができる。

また、上記の実施形態では、チャック電極１４にバイポーラ電極を使用する場合として、図５に示すように、正極電極１４ａを外側、負極電極１４ｂを内側に配置したものを例示したが、正極電極１４ａを内側、負極電極１４ｂを外側に配置してもよい。

また、上記の実施形態では、導通部材として、ビアを例示したが、ビアの他に、例えば金属棒（成型体）を埋め込んで内部接続を行う金属系部材等を用いることもできる。

１ 静電チャック
１０ 板状部材
１１ 保持面
１２ 下面
１４ チャック電極
１６ ビア
１７ 給電端子
４０ 凸部
１１０ 載置部
１２０ 鍔部
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (3)

1. 第１の面と、前記第１の面とは反対側に設けられる第２の面とを備える載置部と、前記載置部の外周側において前記第１の面と同じ側に配置される第３の面と、前記第３の面とは反対側に設けられる第４の面とを備える鍔部と、を備える板状部材を有し、前記板状部材の前記第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の面と前記第２の面との間の厚み（ｔ１）は、前記第３の面と前記第４の面との間の厚み（ｔ２）より厚く（ｔ１＞ｔ２）、
   前記鍔部の内部には、前記板状部材の厚さ方向に延びる導通部材が接続された鍔部電極が設けられており、
   前記導通部材は、前記厚さ方向視で前記載置部内に配置されている
   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、
   外部電源と前記鍔部電極とを電気的に接続するために前記第４の面に設けられる金属端子を有し、
   前記金属端子は、前記鍔部に配置されている
   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、
   前記鍔部電極は、前記鍔部の内部に設けられる電極のうち最も前記第３の面側に位置する電極である
   ことを特徴とする保持装置。

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