JP2024004894A - 保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性を向上させ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、下面１２に開口する有底孔１５と、を備える板状部材１０と、有底孔１５に連通する貫通孔２５を備え、板状部材１０の下面１２側に接合されるベース部材２０と、貫通孔２５に配置される環状の絶縁スリーブ３０と、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、有底孔１５の内周面１５ａには、雌ネジ部１６が形成され、絶縁スリーブ３０の外周面３０ａには、雌ネジ部１６に螺合する雄ネジ部３６が形成されている。
【選択図】図３

Description

本開示は、対象物を保持する保持装置に関する。

保持装置として、例えば、特許文献１に記載された静電チャックが知られている。この静電チャックは、表面（保持面）に対象物を保持するセラミックス板（板状部材）と、セラミックス板に接合された金属製のベース部材（金属部）とを備えており、セラミックス板の内部に、チャック電極やヒータ電極などの内部電極が配置されている。そして、この静電チャックは、内部電極への給電のための構成を備えている。

すなわち、ベース部材の内部に、ベース部材におけるセラミックス板に対向する表面（以下、「上面」という）に開口する端子用貫通孔が形成されており、端子用貫通孔内に、柱状の電極端子が配置されている。また、セラミックス板におけるベース部材に対向する表面（以下、「下面」という）の内の所定の領域には、内部電極に導通する電極パッドが配置されている。そして、電極端子と金属製のベース部材との間の絶縁性を確保するため、ベース部材の端子用貫通孔内に、電極端子と端子用貫通孔の表面との間に介在するように電極端子を連続的に取り囲む絶縁部材が配置され、絶縁部材がセラミックス板に接着剤によって固定されている。

特開２００７－２５８６１５号公報

しかしながら、上記の静電チャックでは、近年、高電圧で使用されることが増えており、絶縁距離が不十分となって絶縁性が低下し、絶縁破壊が生じるおそれがある。また、保持面において、絶縁部材が配置されるベース部材の端子用貫通孔の直上部分が温度特異点になるので、保持面における均熱性を向上させるために、端子用貫通孔が小径化される傾向にあり、より高い絶縁性が要求されている。

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、絶縁性を向上させ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、前記第２の面に開口する孔と、を備える板状部材と、
前記孔に連通する貫通孔を備え、前記板状部材の前記第２の面側に接合される金属部と、
前記貫通孔に配置される環状の絶縁部材と、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、
前記孔の内周面には、第１ネジ部が形成され、
前記絶縁部材の外周面には、前記第１ネジ部に螺合する第２ネジ部が形成されていることを特徴とする。

この保持装置では、孔の内周面に第１ネジ部が形成され、絶縁部材の外周面に第１ネジ部に螺合する第２ネジ部が形成されている。そのため、第２ネジ部を第１ネジ部に螺合することにより、絶縁部材を板状部材に対して固定することができる。これにより、板状部材（孔）と絶縁部材の組付け部（ネジ部）における絶縁破壊経路が、直線ではなくジグザクに形成されるため、絶縁距離を長くすることができる。そして、有底孔には第１ネジ部が形成されるだけなので、有底孔に連通する貫通孔の径はほとんど変わらない。従って、貫通孔の径を変えることなく、保持装置における絶縁性を向上させることができる。

上記した保持装置において、
前記第１ネジ部と前記第２ネジ部との間に接着剤が充填されていることが好ましい。

このように第１ネジ部と第２ネジ部とが螺合するネジ部分に接着剤を充填することにより、ネジ部分の絶縁性をさらに向上させるとともに、ネジ部分における接合強度を向上させることができる。

上記したいずれかの保持装置において、
前記板状部材を形成する材料の熱膨張係数と、前記金属部を形成する材料の熱膨張係数との間に差があり、
前記絶縁部材と前記貫通孔との間に隙間が形成されていることが好ましい。

板状部材と金属部との間に熱膨張差があると、保持装置の温度が上昇／下降する際に、熱膨張差によって板状部材と金属部との変形量に差が生じる。そのため、絶縁部材が金属部に接触することで、絶縁部材が損傷して絶縁性が低下するおそれがある。

そこで、絶縁部材と貫通孔との間に隙間を設けることにより、熱膨張差に起因する絶縁部材の損傷を確実に防止することができる。これにより、熱膨張差に起因する絶縁部材の損傷による絶縁性の低下を回避することができる。

本開示によれば、絶縁性を向上させることができる保持装置を提供することができる。

第１実施形態の静電チャックの概略斜視図である。 第１実施形態の静電チャックのＸＺ断面の概略構成図である。 図２に示すＡ部を拡大して示す図である。 第２実施例の静電チャックにおける接合部分（ネジ部分）付近のＸＺ断面の概略構成図である。

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、保持装置として、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～図３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４０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）の軸であり、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、円形の部材であり、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。板状部材１０の直径は、例えば１５０ｍｍ～３５０ｍｍ程度であり、板状部材１０の厚さは、例えば２ｍｍ～６ｍｍ程度である。

図１、図２に示すように、板状部材１０は、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軸方向に一致する方向、上下方向）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。この保持面１１上に半導体ウエハＷが保持される。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。

また、図２に示すように、板状部材１０は、その内部にチャック電極５０を備えている。チャック電極５０は、Ｚ軸方向視で、例えば略円形をなしており、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。このチャック電極５０には、ビア６１が接続されている。このビア６１は、チャック電極５０から下面１２側にＺ軸方向へ延びるように配置されている。

そして、板状部材１０の下面１２には、有底孔１５が形成されている。この有底孔１５は、下面１２側に開口する円形凹部であり、Ｚ軸方向視で、後述するベース部材２０の貫通孔２５に重なる領域が、保持面１１側へ凹んだ形状をなしている。また、有底孔１５の直径は、例えば７ｍｍ～８ｍｍである。そして、有底孔１５の内周面１５ａには、雌ネジ部１６が形成されている（図３参照）。また、有底孔１５の底面１５ｂには、端子パッド６０が配置されている。Ｚ軸方向視における端子パッド６０の形状は、例えば、略円形である。なお、有底孔１５は本開示の「孔」の一例であり、雌ネジ部１６は本開示の「第１ネジ部」の一例である。

この端子パッド６０の上面には、チャック電極５０に接続されたビア６１の他端が接続されている。これにより、端子パッド６０は、ビア６１を介して、チャック電極５０に電気的に接続されている。端子パッド６０及びビア６１は、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。なお、本実施形態では、端子パッド６０は、図２に示すように、厚さ方向（Ｚ軸方向）の全体が板状部材１０から露出しているが、端子パッド６０の下面が板状部材１０から露出している限りにおいて、端子パッド６０における厚さ方向の一部分又は全体が、板状部材１０に埋設されていてもよい。そして、端子パッド６０の下面（露出面）に、外部電源に接続するための給電端子６２が接合（ロウ付け）されており、外部電源から給電端子６２、端子パッド６０、ビア６１を介して、チャック電極５０に電力が供給される。

ベース部材２０は、図１に示すように円柱状、詳しくは、直径の異なる２つの円柱が、大きな直径の円柱状の上面部の上に小さな直径の円柱状の下面部が載せられるようにして、中心軸を共通にして重ねられて形成された段付きの円柱状である。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。なお、ベース部材２０は、本開示の「金属部」の一例である。

そして、図１、図２に示すように、ベース部材２０は、上面２１と、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、を備えている。なお、上面２１は本開示の「第３の面」の一例であり、下面２２は本開示の「第４の面」の一例である。

ベース部材２０の直径は、上段部が例えば１５０ｍｍ～３００ｍｍ程度であり、下段部が例えば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が形成されており、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を介して板状部材１０が冷却されるようになっている。

そして、ベース部材２０には、上面２１と下面２２との間を厚み方向（Ｚ軸方向、図２において上下方向）に貫通する円筒形状の貫通孔２５が形成されている。この貫通孔２５内には、給電端子６２と絶縁スリーブ３０が配置されている。絶縁スリーブ３０は、環状の部材であり、給電端子６２を覆うように配置され、有底孔１５側の端部が板状部材１０に固定されている。なお、絶縁スリーブ３０及びその固定構造の詳細については後述する。

接合層４０は、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４０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。なお、接合層４０の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）は、例えば０．１ｍｍ～１．０ｍｍ程度である。

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樹脂接着剤により構成されている。この接合層４０には、図２に示すように、絶縁スリーブ３０が配置される貫通孔４５が形成されている。つまり、有底孔１５と貫通孔２５との間に、円筒形状の貫通孔４５が形成されている。貫通孔４５は、有底孔１５及び貫通孔２５と同軸であり、有底孔１５と貫通孔４５と貫通孔２５とが、Ｚ軸方向（静電チャック１の軸線方向）に連なって配置されて、端子パッド６０及び給電端子６２が配置される端子孔６５が形成されている。

ここで、端子孔６５内の構成について、図２、図３を参照しながら説明する。図２に示すように、端子孔６５内には、端子パッド６０と給電端子６２が配置されており、これらの周囲に絶縁スリーブ３０が配置されている。そして、絶縁スリーブ３０は、有底孔１５側で板状部材１０に対して固定されており、その先端（固定端とは反対側）がベース部材２０の下面２２に位置している。つまり、絶縁スリーブ３０は、ベース部材２０の下面２２まで延びて貫通孔２５の全域に配置されている。なお、絶縁スリーブ３０と貫通孔２５との間に一定の隙間Ｓが形成されている。

絶縁スリーブ３０は、板状部材１０と同様にセラミックスにより形成されており、図３に示すように、有底孔１５の内周面１５ａに形成された雌ネジ部１６に螺合する雄ネジ部３６を備えている。雄ネジ部３６は、絶縁スリーブ３０の外周面３０ａのうち有底孔１５に配置される端部に形成されている。これにより、絶縁スリーブ３０を回転させながら有底孔１５に挿入すると、絶縁スリーブ３０の雄ネジ部３６が有底孔１５の雌ネジ部１６に螺合して、絶縁スリーブ３０が板状部材１０にネジ固定される。なお、雄ネジ部３６は本開示の「第２ネジ部」の一例である。

そして、雄ネジ部３６と雌ネジ部１６との間には，接着剤７０が充填されている。つまり、絶縁スリーブ３０を有底孔１５に挿入する前に、雄ネジ部３６又は雌ネジ部１６の少なくとも一方に硬化前の接着剤７０を塗布しておき、絶縁スリーブ３０を板状部材１０にネジ固定した後、接着剤７０を硬化させている。これにより、絶縁スリーブ３０と板状部材１０との接合部分、すなわち、雌ネジ部１６と雄ネジ部３６とが螺合するネジ部分に接着剤７０を充填することができる。

このように本実施形態の静電チャック１では、板状部材１０の有底孔１５に雌ネジ部１６が形成され、絶縁スリーブ３０に雌ネジ部１６に螺合する雄ネジ部３６が形成されている。そのため、雄ネジ部３６を雌ネジ部１６に螺合することにより、絶縁スリーブ３０を板状部材１０に対して固定することができる。これにより、板状部材１０（有底孔１５）と絶縁スリーブ３０の接合部分（ネジ部分）における絶縁破壊経路が、直線ではなくジグザクに形成されるため、絶縁距離を長くすることができる。そして、有底孔１５には雌ネジ部１６が形成されるだけなので、有底孔１５の径はほとんど変わらないため、有底孔１５に連通するベース部材２０の貫通孔２５の径が大きくなることはない。従って、貫通孔２５の径を変える（大きくする）ことなく、静電チャック１における絶縁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では、雌ネジ部１６と雄ネジ部３６とが螺合する接合部分（ネジ部分）に接着剤７０が充填されている。そのため、板状部材１０（有底孔１５）と絶縁スリーブ３０の接合部分（ネジ部分）における絶縁性をさらに向上させるとともに、接合部分（ネジ部分）における接合強度を向上させることができる。

ここで、本実施形態の静電チャック１では、板状部材１０とベース部材２０との間に熱膨張差があるため、温度が上昇／下降する際に、熱膨張差によって板状部材１０とベース部材２０との変形量に差が生じる。そのため、板状部材１０に固定されている絶縁スリーブ３０がベース部材２０に接触することで、絶縁スリーブ３０が損傷して絶縁性が低下するおそれがある。

そのため、本実施形態の静電チャック１では、絶縁スリーブ３０と貫通孔２５との間に隙間Ｓを設けている。これにより、静電チャック１の温度が上昇／下降する際に、板状部材１０とベース部材２０との熱膨張差に起因する絶縁スリーブ３０の損傷を確実に防止することができる。従って、熱膨張差に起因する絶縁スリーブ３０の損傷による絶縁性の低下を回避することができる。なお、隙間Ｓとしては、ベース部材２０が熱変形した際に絶縁スリーブ３０がベース部材２０に接触しない程度（例えば、０．５ｍｍ程度）を設定すればよい。

そして、絶縁スリーブ３０は、ベース部材２０の下面２２まで延びて貫通孔２５の全域に配置されている。これにより、ベース部材２０の貫通孔２５の内周面全域が絶縁スリーブ３０で覆われるため、静電チャック１における絶縁性を一層向上させることができる。

以上のように、本実施形態の静電チャック１によれば、板状部材１０の有底孔１５に雌ネジ部１６を設け、絶縁スリーブ３０に雄ネジ部３６を設けて、雄ネジ部３６を雌ネジ部１６に螺合することにより、絶縁スリーブ３０を板状部材１０に対して固定している。従って、板状部材１０（有底孔１５）と絶縁スリーブ３０の接合部分（ネジ部分）における絶縁距離を長くすることができるため、絶縁性を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態と基本的な構成は同じであるが、接合層が金属材料を主成分とする金属接合材により構成されている点が異なる。そこで、第１実施形態と同様の構成については同符号を付して説明を適宜省略し、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

第２実施形態の静電チャック１ａでは、図４に示すように、板状部材１０とベース部材２０とが、金属接合材で構成される接合層４０ａによって接合されている。なお、接合層４０ａは本開示の「金属部」の一例である。このように金属接合材で構成される接合層４０ａで板状部材１０とベース部材２０とを接合しているため、樹脂接着剤では耐熱性が不足する高温下（例えば２５０℃以上）で使用する場合に好適である。金属接合材としては、例えば、金属粉末や金属箔を用いて接合する金属接着剤や、金属繊維、ポーラス材、網目構造体などの金属メッシュとロウ材で構成されるもの、あるいは、複数の柱状金属片とロウ材で構成されるもの等を使用することができる。金属接着剤、金属メッシュや金属片を形成する金属としては、チタン、ニッケル、アルミニウム、銅、真鍮、これらの合金、又はステンレス鋼などを使用することができる。なお、図４では、第１実施形態の静電チャック１における絶縁スリーブ３０の接合部周辺（図２に示すＡ部に相当する部分）を示している。

この第２実施形態の静電チャック１ａでも、第１実施形態と同様に、板状部材１０の有底孔１５に雌ネジ部１６を形成し、絶縁スリーブ３０に雄ネジ部３６を形成して、雄ネジ部３６を雌ネジ部１６に螺合することにより、絶縁スリーブ３０を板状部材１０に対して固定している。これにより、板状部材１０（有底孔１５）と絶縁スリーブ３０の接合部分（ネジ部分）における絶縁距離を伸ばしている。従って、貫通孔２５の径を変える（大きくする）ことなく、静電チャック１ａにおける絶縁性を向上させることができる。

そして、雌ネジ部１６と雄ネジ部３６とが螺合する接合部分（ネジ部分）に接着剤７０を充填して、接合強度を向上させるとともに、絶縁性を一層向上させている。

また、絶縁スリーブ３０と接合層４０ａの貫通孔４５との間、及び絶縁スリーブ３０とベース部材２０の貫通孔２５との間に隙間Ｓを設けている。これにより、板状部材１０と接合層４０ａ及びベース部材２０との熱膨張差に起因する絶縁スリーブ３０の損傷を防止することができるため、熱膨張差に起因する絶縁スリーブ３０の損傷による絶縁性の低下を回避することができる。

このように第２実施形態の静電チャック１ａによれば、金属接合材で構成される接合層４０ａで板状部材１０とベース部材２０とを接合する場合でも、貫通孔２５の径を変える（大きくする）ことなく絶縁性を向上させることができる。

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、端子孔６５としてチャック電極５０の端子孔を例示しているが、チャック電極５０に限らず、高周波電極やヒータ電極などの端子孔において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、端子孔６５に絶縁スリーブ３０を配置する場合に本開示を適用したものを例示したが、端子孔に限らず、保持面１１に不活性ガスを供給するガス孔や、リフトピンが配置されるリフトピン孔など静電チャックに形成される貫通孔に絶縁スリーブを配置する場合にも本開示を適用することができる。つまり、本開示の「第２の面に開口する孔」は、上記の実施形態で例示した有底孔に限られることはなく、板状部材を貫通する貫通孔であってもよい。

１ 静電チャック
１０ 板状部材
１１ 保持面
１２ 下面
１５ 有底孔
１６ 雌ネジ部
２０ ベース部材
２１ 上面
２２ 下面
２５ 貫通孔
３０ 絶縁スリーブ
３６ 雄ネジ部
４０ 接合層
７０ 接着剤
Ｓ 隙間
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、前記第２の面に開口する孔と、を備える板状部材と、
   前記孔に連通する貫通孔を備え、前記板状部材の前記第２の面側に接合される金属部と、
   前記貫通孔に配置される環状の絶縁部材と、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、
   前記孔の内周面には、第１ネジ部が形成され、
   前記絶縁部材の外周面には、前記第１ネジ部に螺合する第２ネジ部が形成されている
   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、
   前記第１ネジ部と前記第２ネジ部との間に接着剤が充填されている
   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、
   前記板状部材を形成する材料の熱膨張係数と、前記金属部を形成する材料の熱膨張係数との間に差があり、
   前記絶縁部材と前記貫通孔との間に隙間が形成されている
   ことを特徴とする保持装置。

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