JP3983387B2 - 静電チャック - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックに関し、特に、半導体製造装置におけるウエハを保持するためのサセプタとして好適に用いることのできる静電チャックに関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、半導体ウエハの搬送、露光、CVDなどの成膜プロセス、及び洗浄、エッチング、ダイシングなどの微細加工に代表される各工程において、半導体ウエハを吸着し、保持するために静電チャックが使用されている。
この静電チャックは、例えば、特開平8−55900号公報にも記載されているように、図1及び2に示すようなD型の正の電極2及び負の電極3がセラミックスなどからなる基材1中に埋設され、両者に直流電源6から一定の電圧を印加することによって発生した電場によって、半導体ウエハなどの被処理物7を基材1の主面1Aに吸着させていた。ここで、図2は、図1に示す静電チャックを上側から見た場合の平面図ある。なお、図2においては、説明を明瞭にすべく被処理物7については省略して描いている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の静電チャックでは、正の電極2及び負の電極3の電極間のすき間8が比較的大きなものであるため、かかる部分で発生する電場の大きさが十分なものではなく、電極間のすき間8の近傍における被処理物7に対する吸着力が不十分なものとなってしまっていた。
このため、被処理物7は前記電極間のすき間8において基材1の主面1Aとの接触が不十分となって、基材1からの熱伝導が不十分なものとなり、被処理物7の全体を均一に加熱することができないという問題があった。
さらに、正の電極2及び負の電極3の埋設深さが異なること、及び正負の極性の違いに起因する吸着力差などの原因によって、被処理物7の基材1の主面1Aに対する接触度合いが、正の電極2の位置する部分と負の電極3の位置する部分とで異なり、熱伝導がばらつくという問題があった。
【0004】
本発明は、被処理物を基材に均一に吸着させ、前記基材の加熱を均一に行うことのできる静電チャックを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基材中に埋設された金属からなる同心円状の内側電極及び外側電極と、前記基材の主面上に形成された複数のエンボスと、前記基材の前記複数のエンボスが形成された側の主面における外周縁上の略全体に亘って、前記複数のエンボスと同じ材料から形成された凸状部とを具え、前記内側電極及び前記外側電極はそれぞれ正又は負の互いに異なる電位を有するとともに、前記エンボスと前記凸状部とで被処理物を支持し、前記基材の主面上の前記内側電極が位置する領域に形成された前記複数のエンボスの上面の面積の合計と、前記基材の主面上の前記外側電極が位置する領域に形成された前記複数のエンボスの上面の面積及び前記基材の主面における外周縁上の前記外側電極が位置する領域に形成された前記凸状部の上面の面積の合計を等しくし、前記エンボスと前記凸状部とで形成された前記被処理物と前記基材の主面との空間に、バックサイドガスを前記基材の中心部分に形成した配管から流すように構成し、さらに、前記外側電極の面積を前記内側電極の面積よりも小さくし、前記基材の主面上の前記外側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの前記複数のエンボスの上面の面積の合計を、前記基材の主面上の前記内側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの前記複数のエンボスの上面の面積の合計よりも大きくした、ことを特徴とする静電チャックである。
【0006】
図3は、本発明の静電チャックの一例を示す平面図ある。図3は、図2と同様に、静電チャックを上側から見た場合の外観を表したものである。図3の場合も上記同様に、被処理物については省略して描いている。
【0007】
図3に示すように、本発明の静電チャックは、内側電極12と外側電極13とを同心円状に配置し、それぞれ正又は負の互いに異なる電位を有するようにしているので、円周方向に均一な電場、すなわち吸着力を発生させることができる。
【0008】
また、基材11の主面11A上に、エンボス14を複数形成するとともに、主面11の外周縁上にはエンボス14と同じ材料から凸状部15を形成し、さらに、内側電極12の位置する領域17(破線で示された図の内側の領域)におけるエンボス14の上面14Aの面積の合計と、外側電極13の位置する領域18(破線で示された図の外側の領域)におけるエンボス14の上面14Bの面積の合計及び外側電極13の位置する領域18における凸状部15の上面15Aの面積の合計とを等しくし、これらエンボス14及び凸状部15で前記被処理物を支持するようにしているので、前記電極による吸着力が前記被処理物の円周方向に均一に作用する。したがって、前記被処理物を静電チャックに均一に吸着することができ、これによって、前記被処理物を均一に加熱することができる。
【0009】
また、これによって被処理物に帯電する正の電荷量及び負の電荷量が等しくなり、互いにキャンセルするので、被処理物が帯電しなくなる。したがって、被処理物の近傍に位置する部材との放電による絶縁破壊などを防止することができる。
また、印加電圧に対し、中間電位となっているため、各電極間と被処理物との間に働く吸着力も等しくなる。
【0010】
なお、本発明における「内側電極が位置する領域に形成された複数のエンボスの上面の面積の合計」とは、図3に示すように、内側電極12が位置する領域17と重なって存在する、複数のエンボス14の上面14Aの面積の合計をいい、エンボス14の上面14Aの面積の合計から、内側電極12が位置する領域17外のエンボス14の上面14C(図の黒色部分)の面積の合計を差し引いたものをいう。
同様に、「外側電極が位置する領域に形成された複数のエンボスの上面の面積の合計」とは、外側電極13が位置する領域18と重なって存在する複数のエンボス14の上面14Bの面積の合計をいう。
【0011】
さらに、「外側電極が位置する領域に形成された凸状部の上面の面積」とは、図3に示すように、外側電極13が位置する領域18に重なって存在する凸状部15の上面15Aの面積であって、凸状部15の上面15Aから、外側電極13が位置する領域18外の凸状部15の上面15B(図の網目模様)の部分を差し引いた部分の上面の面積をいう。
【0012】
また、本発明において、上述したような面積の合計が等しいとは、内側電極及び外側電極に電圧を印加して被処理物を吸着した場合に、この被処理物の帯電の度合いが印加電圧の30%以下であるような場合をいい、例えば、前記内側電極が位置する領域に形成された複数のエンボスの上面の面積の合計を1とした場合に、前記外側電極が位置する領域に形成された複数のエンボスの上面の面積の合計、及び前記外側電極が位置する領域に形成された凸状部の上面の面積との合計が0.7〜1.3の範囲にあるようなものを言う。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しながら、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図3は、上述したように本発明の静電チャックの一例を示す平面図である。
図3においては、内側電極12が位置する領域17と外側電極13が位置する領域18、すなわち、内側電極12と外側電極13との面積を等しくし、基材1の主面1A上の内側電極12が位置する領域17におけるエンボス14の密度を、基材1の主面1A上の外側電極13が位置する領域におけるエンボス14の密度よりも大きくしている。
【0014】
このような構成にすることにより、被処理物と静電チャックとの接触が内側で密となるため、内側の熱伝達を大きくすることができる。このため、内側電極12と外側電極13との間に高周波を印加した際において、前記被処理物の外側がプラズマ入熱によって高温になるのを防ぐことができる。
但し、本発明の目的を達成するためには、必ずしも上述のような構成を採る必要はなく、本発明の要件を満足する限り如何なる構成をも採用することができる。
【0015】
また、内側電極12に負の電位を負荷し、外側電極13に正の電極を負荷している。但し、本発明の目的を達成するためには、内側電極12及び外側電極13が同心円状に形成されていればよく、したがって、内側電極12に正の電位を負荷し、外側電極13に負の電位を負荷してもよい。
但し、上述のように内側電極12に負の電位を負荷し、外側電極13に正の電極を負荷することにより、電気力線の密度を増加させ、被処理物をより強く吸着することができる。
【0016】
電極間のすき間16は、内側電極12と外側電極13とを電気的に絶縁できればその大きさについては特に限定されないが、一般にはその幅Dが2〜10mmとなるように上記電極を配置する。
エンボス14についても、それら複数の上面14A及び14Bの面積の合計について上述した要件を満足すればその形態などは特に限定されるものではなく、被処理物を支持できるように上面が平坦なのものであれば、図3に示す円柱状のものの外、四角柱状などの矩形状のものなど、いかなる形状のものを使用してもよい。
【0017】
また、基材11の主面11A上の外周縁上に形成した凸状部15についても、その上面15Aの面積が上記条件を満足すればいかなる形状のものを使用してもよい。
また、エンボス14及び凸状部15の大きさについても特に限定されるものではなく、静電チャックの用途に応じて任意の大きさに形成することができるが、図3に示すような円柱状のエンボス及び環状の凸状部の場合は、その直径rは1〜8mmであり、厚さdは1〜8mmとすることが好ましい。また、それらの高さは5〜50μmであることが好ましい。
【0018】
さらに、エンボス14の個数についても特に限定されるものではないが、被処理物を支持する際の圧力を分散させて均一に保持し、本発明の目的をより効果的に達成するためには、同心円状の内側電極が位置する領域17においては、単位面積当たり2〜4個/cm2 の割合で形成することが好ましく、同心円状の外側電極が位置する領域18においては、単位面積当たり1〜2個/cm2 の割合で形成することが好ましい。
【0019】
また、図3のような構成の静電チャックにおいては、内側電極が位置する領域17におけるエンボス14の上面14Aの面積の合計、並びに外側電極が位置する領域におけるエンボスの上面14Bの面積の合計及び外側電極が位置する領域における凸状の部材15の上面15Aの面積の合計を、直径200mmの面内において20〜200cm2 にすることにより、被処理物の支持を強固に行うことができる。
【0020】
エンボス14及び凸状部15は同一の材料から形成することが必要であるが、被処理物を均一に支持できればものであればその種類については特に限定されるものではなく、AlN及びAl2 O3 などの材料を用いることができる。
エンボス14及び凸状部15は、ブラスト加工、又はCVDなどによって基材11の主面11A上に形成する。
【0021】
基材11としても、AlN及びAl2 O3 などの静電チャックに使用することのできる公知のセラミックス材料を使用することができ、内側電極12及び外側電極13についても、Mo及びWなどの公知の金属電極材料を使用することができる。
【0022】
基材11は、材料となるセラミックス粒子を所定形状に成形した成形体上に、前記金属からなる内側電極12及び外側電極13を載置した後、この上に再度前記セラミックス粒子を充填して成形し、焼結させることによって、前記内側電極12及び外側電極13が埋設した状態に形成する方法など、公知の方法によって形成することができる。
【0023】
図4は、本発明の静電チャックの他の例を示す平面図である。
図4においては、内側電極22が位置する領域27と外側電極23が位置する領域28、すなわち、内側電極22の面積を外側電極23の面積よりも大きくし、基材11の主面11A上の内側電極22が位置する領域27におけるエンボス24の密度と、基材11の主面11A上の外側電極23が位置する領域28におけるエンボス24の密度とを等しくしたものである。
【0024】
このような構成にすることによって、被処理物と静電チャックとの接触密度が内側と外側とで均一になるため、静電チャックから被処理物への熱伝達が均一に行なわれるため、被処理物を均一に加熱することができる。
このような場合においても、内側電極の位置する領域27におけるエンボス24の上面24Aの面積の合計などについて、本発明の要件を満足する限り、本発明の目的を達成することができる。
【0025】
図4においても、内側電極22に負の電位を負荷し、外側電極23に正の電位を負荷しているが、これら電極が同心円状に配置されていればその電位については特に限定されるものでなく、内側電極22に正の電位を負荷し、外側電極23に負の電位を負荷することもできる。しかしながら、図3の場合と同様の理由から、内側電極に負の電位を負荷し、外側電極に正の電位を負荷することが好ましい。
【0026】
また、エンボス24及び凸状部25についても、図3の場合と同様の大きさ及び形状を採用することができ、その材料についても図3の場合と同様の材料から同様の方法により、基材21の主面21A上に形成することができる。
その他、各電極の基材中への埋設方法などについても上記図3の場合と同様にして実施することができる。
【0027】
図5は、図3に示す静電チャックにおいて、外側電極33の部分に内側電極用の内側電極端子39を形成した場合を示したものである。このように、基材31の電極部分に内側電極端子39を形成することにより、配線類の電圧印加部品を中央付近に配置する必要がなくなり、装置取り付けの際の位置制約を回避することができる。又、例えば、ランプ加熱により静電チャックを加熱する場合は、光をさえ切る部品が減るため有効となる。
このように、内側電極端子39を形成することにより、外側電極33がその円周方向において中断し連続していない場合においても、上記した本発明の要件を満足する限りにおいて、本発明の目的を達成することができる。
エンボス34などに使用可能な材料及びその形成方法などを含め、他の事項については図3に示す場合と同様にして行うことができる。
【0028】
図3〜5に示す静電チャックにおいては、静電チャックの裏面に形成した配管(図示せず)を通して、エンボス14及び凸状部15などと被処理物とによって形成される空間にバックサイドガスを導入することもできる。
これによって、基材の主面から被処理物への熱伝導性が向上し、被処理物をさらに均一に加熱することができる。
バックサイドガスとしては公知のHeガス及びArガスなどを使用することができる。
【0029】
一般に、上記配管は基材の中心部分に形成されるため、バックサイドガスは前記空間の中心部分に導入される。
バックサイドガスは、静電チャックに被処理物が吸着された後に導入され、バックサイドガスの導入と同時に被処理物の加熱操作が開始されて、成膜プロセスが開始される。
したがって、静電チャックを構成する基材の面積が比較的大きくなると、バックサイドガスが、エンボス及び凸状部と被処理物で形成される空間の端部に行き渡るのに比較的長い時間を必要とする。このため、このバックサイドガスの不均一性に依存して、成膜プロセス開始直後においては被処理物の温度が均一になっていない場合が生じ、各種の膜特性において変動が生じる場合がある。
【0030】
このような場合、図4に示すように、内側電極の面積を外側電極の面積よりも大きく、すなわち、外側電極の面積を内側電極の面積よりも小さくし、さらに、外側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの複数のエンボスの上面の面積の合計を、内側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの複数のエンボスの上面の面積の合計よりも大きくすると、前記空間の端部に位置する被処理物をエンボスによって直接加熱する割合が増す。
したがって、バックサイドガスの不均一性を補って、被処理物を成膜プロセス当初から均一に行うことができる。また、本発明のエンボス面積に対する要件を満足するため、本発明の目的をも有効に達成することができる。
各電極が位置する領域における複数のエンボスの上面の面積の合計は、内側電極及び外側電極が位置する領域のエンボス密度を変化させる、あるいは、エンボスの径を増減させて各エンボス自体の上面の面積を変化させることなどによって増減させることができる。
【0031】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
実施例
本実施例おいては、図3に示すような内側電極に正の電位を負荷し、外側電極に負の電位を負荷するとともに、両電極の面積が等しいPVD用の静電チャックを作製した。
【0032】
発明の実施の形態で示したように、基材11に使用するAlNセラミックス粉末を所定形状に成形して成形体を形成した後、この成形体上にMoからなる金属電極を配置し、さらに前記セラミックス粉末を充填して再度成形して金属電極を埋設した成形体を形成し、次いで、この成形体を窒素雰囲気中で焼結することにより、内側電極12及び外側電極13を埋設した直径200mmの基材11を形成した。
【0033】
この基材11上に発明の実施の形態で示したような方法で、AlNからなる直径rが3mm、高さが20μmのエンボス14を、基材11の主面11A上の内側電極12の位置する領域17に3個/cm2 の割合で形成し、同様に、外側電極13の位置する領域18に1個/cm2 の割合で形成した。
また、AlNからなる凸状部15を、基材11の主面11Aの外周縁上に幅dが2mmとなるように形成した。
【0034】
このときの内側電極が位置する領域17におけるエンボス14の上面14Aの面積の合計、及び外側電極が位置する領域18にけるエンボス14の上面14Bの面積の合計と凸状部15の上面15Aの面積との合計は、63cm2 であった。また、内側電極12及び外側電極13との間の電極間のすき間16の幅Dは4mmであった。
【0035】
このようにして形成した静電チャックに被処理物として直径200mmのSiウエハを、上記エンボス14及び凸状部15上に載置し、内側電極12及び外側電極13のそれぞれに直流電圧を印加して電場を発生させ、上記Siウエハを本実施例における静電チャックに吸着させた。
次いで、Siウエハと基材11の間に形成された空間に、Arガスから構成されるバックサイドガスを配管(図示せず)から導入し、前記空間に均一に充填した後、基材11を加熱することにより前記Siウエハを350℃まで加熱した。
【0036】
このときのSiウエハの面上の温度分布をTCによって調べたところ、全面においる温度のバラツキが前記350℃に対して±3℃であることが判明した。
【0037】
比較例
本比較例では、図1及び2に示すようなD型の電極が埋設された従来の静電チャックを作製した。
実施例と同じセラミックス材料及び金属電極材料を用い、実施例と同様にして、直径が200mmの正の電極2及び負の電極3が埋設された基材1を形成し、静電チャックを完成させた。
【0038】
この静電チャックに実施例と同じSiウエハを被処理物として載置し、正の電極2及び負の電極3のそれぞれに、端子4及び5を介して直流電源6から直流電圧を印加することにより電場を発生させ、前記Siウエハを本比較例における静電チャックに吸着させた。
【0039】
次いで、配管(図示せず)から実施例と同じバックサイドガスを、前記Siウエハと基材とのすき間に充填し、基材1を加熱することにより、Siウエハを実施例と同じ350℃まで加熱した。
実施例と同様にしてSiウエハの面上の温度分布を調べたところ、前記350℃に対して±10℃のバラツキの存在することが判明した。
【0040】
以上、実施例及び比較例からも明らかように、本発明の静電チャックは、電極間のすき間を比較的大きくとった場合においても被処理物を均一に吸着することができ、被処理物を加熱した際に被処理物の面内における温度分布のバラツキが極めて小さく、均一な加熱が可能であることが分かる。
以上、本発明を発明の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲で種々の変更及び変形が可能である。
【0041】
【発明の効果】
本発明の静電チャックによれば、極めて均一に被処理物を吸着することができ、したがって、被処理物の面内温度分布の少ない均一な加熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の静電チャックを示す断面図である。
【図2】従来の静電チャックを示す平面図である。
【図3】本発明の静電チャックの一例を示す平面図である。
【図4】本発明の静電チャックの他の例を示す平面図である。
【図5】本発明の静電チャックのさらに他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
1,11,21,31 基材、1A,11A,21A,31A 基材の主面、2正の電極、3 負の電極、4,5 端子、6 直流電源、7 被処理物、8,16,26,36 電極間のすき間、12,22,32 内側電極、13,23,33 外側電極、14,24,34 エンボス、14A,24A,34A,14B,24B,34B エンボスの上面、14C 内側電極が位置する領域外のエンボスの上面、15,25,35 凸状部、15A,25A,35A 凸状部の上面、15B 外側電極が位置する領域外の凸状部の上面、17,27,37内側電極が位置する領域、18,28,38 外側電極が位置する領域、39内側電極端子、L,D 電極間のすき間の大きさ、d 凸状の部材の幅、r エンボスの直径
Claims (2)
- 基材中に埋設された金属からなる同心円状の内側電極及び外側電極と、前記基材の主面上に形成された複数のエンボスと、前記基材の前記複数のエンボスが形成された側の主面における外周縁上の略全体に亘って、前記複数のエンボスと同じ材料から形成された凸状部とを具え、前記内側電極及び前記外側電極はそれぞれ正又は負の互いに異なる電位を有するとともに、前記エンボスと前記凸状部とで被処理物を支持し、前記基材の主面上の前記内側電極が位置する領域に形成された前記複数のエンボスの上面の面積の合計と、前記基材の主面上の前記外側電極が位置する領域に形成された前記複数のエンボスの上面の面積及び前記基材の主面における外周縁上の前記外側電極が位置する領域に形成された前記凸状部の上面の面積の合計を等しくし、
前記エンボスと前記凸状部とで形成された前記被処理物と前記基材の主面との空間に、バックサイドガスを前記基材の中心部分に形成した配管から流すように構成し、
さらに、前記外側電極の面積を前記内側電極の面積よりも小さくし、前記基材の主面上の前記外側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの前記複数のエンボスの上面の面積の合計を、前記基材の主面上の前記内側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの前記複数のエンボスの上面の面積の合計よりも大きくした、ことを特徴とする静電チャック。 - 前記内側電極は負の電位を有し、前記外側電極は正の電位を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の静電チャック。
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