JP4317329B2

JP4317329B2 - Electrostatic chuck

Info

Publication number: JP4317329B2
Application number: JP2001011081A
Authority: JP
Inventors: 英芳鶴田; 和明山口
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: JP2001274228A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ等からウエハーへと入熱させてウエハーの温度を制御する型の静電チャックにおいて、ウエハーの温度分布を均一化することである。
【０００２】
【従来の技術】
静電チャックにおいては、通常、絶縁層の設置面から突出する多数の突起ないしエンボス部分を設け、この突起の頂面（接触面）を半導体ウエハーに対して接触させる。また、絶縁層内の内部電極に直流電圧を印加し、半導体ウエハーと突起の接触面との接触界面でジョンソン−ラーベック力を発生させ、接触面上の半導体ウエハーを吸着する。このため、突起の接触面（頂面）の面積を大きくすることによって、半導体ウエハーの吸着力を向上させることができる。
【０００３】
現在、半導体ウエハーの熱ＣＶＤやエッチングの際には、半導体ウエハー上に高密度プラズマを生成させている。そして、エッチングの場合には、半導体ウエハーを静電チャックによって吸着し、静電チャックの下側に冷却フランジを設ける。そして、高密度プラズマから半導体ウエハーへと入熱した熱量を静電チャック側へと逃がすことで、半導体ウエハーの温度上昇を防止している。また、熱ＣＶＤの際には、高密度プラズマから半導体ウエハーへと入熱する熱量を、半導体ウエハーから一定速度で静電チャックに逃がすことで、半導体ウエハーの温度を所望温度に制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような半導体ウエハーの温度制御方式には、以下の問題点がある。即ち、上記のような静電チャックにおいては、高密度プラズマから半導体ウエハーへと入熱したときに、半導体ウエハーから静電チャックへの熱の伝導の度合いを制御することが、一般的に困難である。
【０００５】
なぜなら、半導体ウエハーに対する吸着力を向上させるためには、一般に突起の接触面の面積を大きくする必要がある。しかし、突起の占める割合が大きくなると、次の問題がある。
【０００６】
まず、突起の接触面の微妙な硬さの変化、表面凹凸の変化等によって、突起と半導体ウエハーとの接触状態が変化し、各突起の各接触面における熱接触抵抗がばらつく。このため、半導体ウエハーからの熱を安定して静電チャック側へと逃がすことができないため、半導体ウエハーの温度均一性が低下しやすい。
【０００７】
その上、半導体ウエハーと突起の接触面との間は接触熱伝導であるので、熱が伝わりやすい。このため、突起の接触面の面積を大きくすると、特に１００℃以上、更には３００℃−４００℃といった温度範囲に半導体ウエハーの温度を制御しようと試みた場合、半導体ウエハーから突起を通じた接触熱伝導によって半導体ウエハーの温度が大きく下がり、半導体ウエハーの温度を高くすることができない。
【０００８】
この問題を解決するためには、個々の突起の接触面の面積を小さくし、あるいは突起の個数を少なくすることによって、半導体ウエハーから突起を通じた接触熱伝導によって静電チャックへと伝わる熱を、減少させることが考えられる。しかし、この場合には、半導体ウエハーのうち突起に接触する部分の面積が小さくなるし、半導体ウエハーから設置面への熱輻射による熱伝導量は非常に少ないので、半導体ウエハーの温度分布が大きくなる。
【０００９】
更に、この問題を解決するためには、半導体ウエハーの裏面と絶縁層との隙間に一定圧力のバックサイドガスを流し、このバックサイドガスにおける熱伝達によって半導体ウエハーの熱を絶縁層へと伝達する方法がある。この場合には、半導体ウエハーへと入った熱は、突起の接触面との接触を通じた接触熱伝導と、バックサイドガスを通じた熱伝達との双方の経路によって、静電チャックに伝わる。これによって、半導体ウエハーの温度分布を小さくできるはずである。
【００１０】
ところが、突起の接触面の面積が小さくなると、接触面と半導体ウエハーとの間で作用するジョンソン−ラーベック力が減少するので、結果として半導体ウエハーの静電的な吸着力が低下する。
【００１１】
この一方、半導体ウエハーの裏面と絶縁層との間に規定圧力のバックサイドガスを流すと、半導体ウエハーにはバックサイドガスによる浮力が作用する。このため、半導体ウエハーへと実際に作用する吸着力は、静電チャックから半導体ウエハーに作用する静電的な吸着力から、半導体ウエハーにバックサイドガスから作用する浮力を引いた値になる。ここで、前述のように突起の接触面の面積を減らすと、浮力の作用が相対的に大きくなり、半導体ウエハーの吸着力が不十分になる。この問題を回避するためにバックサイドガスの圧力を減らすと、バックサイドガスによる熱伝達が不十分になり、半導体ウエハーの温度の均一性が劣化する。
【００１２】
本発明の課題は、ウエハーを吸着した状態でバックサイドガスを流し、ウエハーへと熱量を供給し、ウエハーの熱を突起およびバックサイドガスを通じて静電チャック側へと伝導させる静電チャックであって、ウエハーの温度制御、特に高温領域での温度制御を容易とし、かつウエハーの温度の均一性を向上させることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チャック本体と、チャック本体の表面に形成され、かつウエハーを設置するための設置面を有する絶縁層と、絶縁層内に設置されている内部電極と、設置面から突出する、ウエハーと接触するべき接触面を有する突起を備えており、ウエハーを吸着した状態で設置面と突起とウエハーとによって形成された空間内にバックサイドガスを流し、ウエハーへと熱量を供給し、ウエハーの熱を突起およびバックサイドガスを通じて静電チャック側へと伝導させる静電チャックであって、突起の接触面の面積の合計値が、内部電極の面積の１％以下であり、突起の高さが１μｍ以上、１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明者は、ウエハーと接触するべき突起の接触面の面積の合計値を、内部電極の面積の１％以下と非常に小さくすることによって、接触熱伝導による熱伝達の割合を大きく減らし、これによって半導体ウエハーの温度制御、特に高温領域における温度制御を容易にした。
【００１５】
これと共に、突起の接触面の割合をこのように著しく小さくした場合であっても、突起の高さを１μｍ以上、１０μｍ以下に制御すれば、半導体ウエハーへの静電チャックからのバックサイドガスを通じた熱伝達が効率的に行われ、半導体ウエハーの温度の均一性が高く保持されることを発見し、本発明に到達した。特に、突起の高さは５−１０μｍが好ましい。
【００１６】
これについて更に説明する。従来、静電チャックの突起の高さは、１５−５０μｍ程度であり、絶縁層と半導体ウエハーとの間でガスの熱対流によって伝熱していた。従って、突起の高さを小さくすることは、熱伝導の点では不利であると考えられていた。
【００１７】
しかし、実際に突起の高さを１−１０μｍに制御すると、別の観点から熱伝導に有利であることが判明した。特に、突起の高さは５−１０μｍが好ましい。即ち、突起と半導体ウエハーとの接触領域におけるジョンソン−ラーベック力による吸着力の他、絶縁層の表面付近に滞留する電荷と、半導体ウエハーの帯電電荷との間でクーロン力が作用するらしく、半導体ウエハーの静電的な吸着力が、全体として、予想されていたよりも低下しないことが判明した。この結果、半導体ウエハーの裏面と絶縁層の設置面との間のバックサイドガスの圧力を大きくし、バックサイドガスを通じた熱伝達を効率的に行わせ、半導体ウエハーの温度分布を均一化させることに成功した。この作用効果を得るためには、突起の高さを１０μｍ以下にすることが必要であった。この観点からは、突起の高さを８μｍ以下とすることが一層好ましい。
【００１８】
一方、突起の高さを小さくすればするほど、前述したクーロン力の寄与が大きくなり、静電的な吸着力が一層向上することが分かった。しかし、突起の高さが１μｍ未満になると、突起以外の部分でも吸着することになるので、１μｍ以上の高さが必要となる。また、突起の高さが５μｍ未満になると、今度はバックサイドガスの圧力を高くしても、ガスが全面に行き渡らず、熱伝達の効率が低下し、半導体ウエハーの温度の均一性が低下する可能性がある。おそらく、突起の高さが５μｍ未満になると、熱対流の寄与がなくなり、熱輻射が支配的になるためと思われる。この観点からは、突起の高さを５μｍ以上とすることが更に好ましい。
【００１９】
突起を通じた接触熱伝導を更に抑制するという観点からは、突起の接触面の面積の合計値が、内部電極の面積の０．９％以下であることが更に好ましく、０．６％以下であることが一層好ましい。
【００２０】
また、ウエハーを安定して支持、吸着するという観点からは、突起の接触面の面積の合計値が、内部電極の面積の０．２％以上であることが更に好ましく、０．４％以上であることが一層好ましい。
【００２１】
突起のウエハーと接触するべき接触面の面積は、通常の吸着時にウエハーの裏面と接触する面積を言う。これは、通常、突起の頂面の面積と等しい。ただし、例えば突起の一部が低く、その突起が通常の設置条件ではウエハーの裏面と接触しないような場合には、その突起の頂面の面積は含まれない。
【００２２】
また、内部電極の面積、突起の接触面の面積は、いずれも、設置面に対して垂直な方向から測定したときの面積を言う。
【００２３】
突起の高さは、ダイヤルゲージもしくは三次元形状測定装置によって測定する。
【００２４】
半導体ウエハーへの入熱は、プラズマ、特に好ましくは高密度プラズマによって行われるが、熱輻射によって行っても良い。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る静電チャック１を概略的に示す平面図であり、図２は、図１の静電チャックの一部拡大断面図である。
【００２６】
静電チャック１は、円盤形状の絶縁層２と、絶縁層２内に埋設されている内部電極１２とを備えている。２ｂは絶縁層２の側面（外周面）であり、２ａは絶縁層２の平坦な設置面である。設置面２ａから、多数の突起３Ａが突出している。各突起３Ａは、それぞれ盤状、特に好ましくは円盤状をしている。各突起３Ａは互いに離れており、設置面上に分散して存在している。また、本例では、設置面２ａのエッジ（外周面）２ｂ近くに、円環形状の突起３Ｂが形成されている。
【００２７】
絶縁層２の例えば中央部にガス供給孔６が形成されており、ガス供給孔６の上端部にはガス分配溝５が通じている。本例では、各ガス分配溝５は、ガス供給孔６から三方向へと向かって放射状に延びている。また、円環形状の突起３Ｂのすぐに内側には、円環形状のガス分配溝９が形成されている。各ガス分配溝５の先端は、それぞれガス分配溝９に連通している。溝５、９は、設置面２ａに対して低い位置に形成されている。このため、バックサイドガスが、矢印Ａのようにガス供給孔６に供給されると、ガスは矢印Ｂのようにガス供給孔６から排出されて溝５に入り、更に溝９へと流れる。この際、溝５、９の全域から、設置面２ａ、突起３Ａ、３Ｂ、半導体ウエハー１０によって包囲された空間１１へと、バックサイドガスが流れる。
【００２８】
本発明に従って、各突起３Ａ、３Ｂの頂面（半導体ウエハーへの接触面）１４の面積の合計値の、内部電極１２の面積に対する割合を、１％以下とする。また、突起の高さＨを５μｍ以上、１０μｍ以下とする。
【００２９】
本発明においては、個々の各突起の直径φは種々変更できるが、ウエハーの温度の均一性の観点からは φを０．２−１．０ｍｍとすることが好ましい。
【００３０】
また、個々の各突起の平面的形状や平面的寸法は種々変更できる。例えば突起の接触面の形状は三角形、四角形、六角形、八角形等の多角形であってよい。また、突起の個数についても特に限定されない。しかし、半導体ウエハーに対する吸着力を、半導体ウエハーの全面にわたって均一化するという観点からは、単位面積当たりの突起の個数を、０．００２５−０．３２個／ｍｍ² とすることが特に好ましい。
【００３１】
絶縁層の材質は限定しないが、パーティクルの発生を一層低減させるという観点からは、窒化アルミニウム系セラミックス、窒化アルミニウムを含む複合材料、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料、アルミナと窒化アルミニウムとの複合セラミックスが好ましい。
【００３２】
内部電極の材質も限定されず、導電性セラミックスや金属であってよいが、高融点金属が特に好ましく、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンとの合金が特に好ましい。
【００３３】
突起の材質は特に限定されないが、パーティクルの発生を一層低減させるという観点からは、窒化アルミニウム系セラミックス、窒化アルミニウムを含む複合材料、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料、アルミナと窒化アルミニウムとの複合セラミックスが好ましい。突起は、ブラスト加工、化学的気相成長法などによって形成できる。
【００３４】
突起の接触面の面積の合計値及び突起の高さは以下のように制御する。
絶縁層の設置面をラップ加工し（粗加工）、ラップ面を研磨し（超鏡面加工）、ラップ面をブラスト加工（突起、ガス溝形成）することによって突起を形成する。ブラスト加工時に、図1 に示す突起の配置に対応する突起原画を静電チャックの絶縁層のラップ面に貼付け、突起部以外の部分をブラスト加工する。突起の高さは、ブラスト加工時間によって制御する。即ち、突起の高さは、ブラスト加工時間に依存する。突起の高さは表面粗さ計を用いて計測により確認する。
【００３５】
バックサイドガスとしては、公知のガス、例えばヘリウム、アルゴン、ヘリウムとアルゴンとの混合ガスを使用できる。
【００３６】
バックサイドガスのガス供給孔への供給圧力は、半導体ウエハーから静電チャックへの熱伝導を良好にするためには５Ｔｏｒｒ以上とすることが好ましく、１５Ｔｏｒｒ以上とすることが一層好ましい。ただし、この圧力が増大し過ぎるとウエハーへの吸着力が低下し、ウエハーが外れやすくなるので、３０Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。
【００３７】
【実施例】
基本的に図１、図２に示したような形状の静電チャックを製造した。具体的には、窒化アルミニウム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、モリブデンからなる内部電極を配置し、さらにこの上に窒化アルミニウム粉末を充填し、再度成形し、内部電極を埋設した円盤状の成形体を得た。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、内部電極を埋設した直径２００ｍｍの絶縁層２を作製した。
【００３８】
絶縁層２の表面側に、ブラスト加工によって、図１に示すような平面円形の多数の突起３Ａと、円環形状の突起３Ｂとを形成した。また、ガス分配溝５、９を形成した。
【００３９】
内部電極１２の面積は２８０００ｍｍ² とした。突起３Ａの接触面１４の面積、突起３Ａの個数、および突起３Ｂの幅（接触面の面積）を種々変更することによって、内部電極１２の面積に対する突起３Ａ、３Ｂの接触面１４の面積の合計値の割合を、表１、表２のように種々変更した。また、突起３Ａの高さＨは、表１、表２に示すように変更した。
【００４０】
この静電チャック１の設置面２ａ上に、直径２００ｍｍのシリコンウエハー１０を設置した。双極式の内部電極１２に±５００ボルトの直流電圧を印加し、シリコンウエハー１０を静電チャック１に吸着させた。そして、シリコンウエハーの静電的な吸着力を、圧力（Ｔｏｒｒ単位）として測定した。この測定結果を表１、表２に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【表２】

【００４３】
静電チャックの下に冷却フランジを設置した。静電チャックの上に、熱電対付きのシリコンウエハーを設置した。シリコンウエハーの上側の空間に、ウエハーと直接接触しないようにヒーターを設置した。冷却フランジ、静電チャック、熱電対付きシリコンウエハー、ヒーターの全体を、反射板で包囲した。内部電極１２に±４００ボルトの直流電圧を印加し、シリコンウエハー１０を静電チャック１に吸着させた。シリコンウエハー１０、絶縁層２および突起３Ａ、３Ｂによって形成された空間１１に、前述のようにしてアルゴンガスを供給した。ヒーターから、２５００Ｗの熱量をシリコンウエハーに入熱させた。バックサイドガスの供給圧力は表３に示す。この状態で、シリコンウエハーの５箇所の温度を熱電対付きウエハーによって測定し、温度の平均値、および最大値と最小値との差を得た。
【００４４】
【表３】

【００４５】
【発明の効果】
本発明の静電チャックによれば、ウエハーの温度制御、特に高温領域での温度制御が容易になり、ウエハーの温度の均一性を向上させ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電チャック１を概略的に示す平面図である。
【図２】図１の静電チャック１の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１静電チャック２絶縁層２ａ絶縁層の設置面３Ａ、３Ｂウエハーに接触する突起５、９ガス分配溝６ガス供給孔１０ウエハー１１設置面２ａと突起３Ａ、３Ｂとウエハー１０とによって形成された空間１２内部電極１４突起の接触面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
An object of the present invention is to make the temperature distribution of a wafer uniform in an electrostatic chuck of a type in which the temperature of the wafer is controlled by heat input from plasma or the like to the wafer.
[0002]
[Prior art]
In an electrostatic chuck, usually, a large number of protrusions or embossed portions protruding from the installation surface of the insulating layer are provided, and the top surface (contact surface) of the protrusion is brought into contact with the semiconductor wafer. In addition, a DC voltage is applied to the internal electrode in the insulating layer to generate a Johnson-Rahbek force at the contact interface between the semiconductor wafer and the contact surface of the protrusion, thereby adsorbing the semiconductor wafer on the contact surface. For this reason, the adsorption | suction power of a semiconductor wafer can be improved by enlarging the area of the contact surface (top surface) of a processus | protrusion.
[0003]
Currently, high-density plasma is generated on a semiconductor wafer during thermal CVD or etching of the semiconductor wafer. In the case of etching, the semiconductor wafer is attracted by an electrostatic chuck, and a cooling flange is provided below the electrostatic chuck. Then, the temperature rise of the semiconductor wafer is prevented by releasing the amount of heat input from the high-density plasma to the semiconductor wafer to the electrostatic chuck side. In the case of thermal CVD, the amount of heat input from the high-density plasma to the semiconductor wafer is released from the semiconductor wafer to the electrostatic chuck at a constant speed, thereby controlling the temperature of the semiconductor wafer to a desired temperature.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a semiconductor wafer temperature control system has the following problems. That is, in the electrostatic chuck as described above, it is generally difficult to control the degree of heat conduction from the semiconductor wafer to the electrostatic chuck when heat is input from the high-density plasma to the semiconductor wafer. is there.
[0005]
This is because it is generally necessary to increase the area of the contact surface of the protrusion in order to improve the attractive force to the semiconductor wafer. However, when the proportion of protrusions increases, there are the following problems.
[0006]
First, the contact state between the protrusion and the semiconductor wafer changes due to a subtle change in the hardness of the contact surface of the protrusion, a change in surface irregularities, and the like, and the thermal contact resistance at each contact surface of each protrusion varies. For this reason, since the heat from the semiconductor wafer cannot be stably released to the electrostatic chuck side, the temperature uniformity of the semiconductor wafer tends to decrease.
[0007]
In addition, since heat is transferred between the semiconductor wafer and the contact surface of the protrusion, heat is easily transmitted. For this reason, when the area of the contact surface of the protrusion is increased, contact heat conduction from the semiconductor wafer through the protrusion particularly when the temperature of the semiconductor wafer is controlled to a temperature range of 100 ° C. or higher, and further 300 ° C. to 400 ° C. As a result, the temperature of the semiconductor wafer is greatly reduced, and the temperature of the semiconductor wafer cannot be increased.
[0008]
In order to solve this problem, by reducing the area of the contact surface of each protrusion or reducing the number of protrusions, the heat transferred from the semiconductor wafer to the electrostatic chuck through the contact heat conduction through the protrusions, It can be reduced. However, in this case, the area of the portion of the semiconductor wafer that contacts the protrusion is reduced, and the amount of heat conduction by the heat radiation from the semiconductor wafer to the installation surface is very small, so the temperature distribution of the semiconductor wafer increases. .
[0009]
Further, in order to solve this problem, a backside gas having a constant pressure is passed through the gap between the back surface of the semiconductor wafer and the insulating layer, and the heat of the semiconductor wafer is transferred to the insulating layer by heat transfer in the backside gas. There is a way. In this case, the heat that has entered the semiconductor wafer is transmitted to the electrostatic chuck through both the contact heat conduction through the contact with the contact surface of the protrusion and the heat transfer through the backside gas. This should reduce the temperature distribution of the semiconductor wafer.
[0010]
However, when the area of the contact surface of the protrusion is reduced, the Johnson-Rahbek force acting between the contact surface and the semiconductor wafer decreases, and as a result, the electrostatic adsorption force of the semiconductor wafer decreases.
[0011]
On the other hand, when a backside gas of a specified pressure is passed between the back surface of the semiconductor wafer and the insulating layer, buoyancy due to the backside gas acts on the semiconductor wafer. For this reason, the attractive force actually acting on the semiconductor wafer is a value obtained by subtracting the buoyancy acting on the semiconductor wafer from the backside gas from the electrostatic attractive force acting on the semiconductor wafer from the electrostatic chuck. Here, if the area of the contact surface of the protrusion is reduced as described above, the effect of buoyancy becomes relatively large and the adsorption force of the semiconductor wafer becomes insufficient. If the pressure of the backside gas is reduced in order to avoid this problem, heat transfer by the backside gas becomes insufficient, and the uniformity of the temperature of the semiconductor wafer deteriorates.
[0012]
An object of the present invention is an electrostatic chuck that flows a backside gas while adsorbing a wafer, supplies heat to the wafer, and conducts the heat of the wafer to the electrostatic chuck side through protrusions and the backside gas. It is to facilitate the temperature control of the wafer, particularly in the high temperature region, and to improve the uniformity of the wafer temperature.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a chuck body, an insulating layer formed on the surface of the chuck body and having an installation surface for installing a wafer, an internal electrode installed in the insulating layer, and a wafer protruding from the installation surface A protrusion having a contact surface to be in contact with the wafer, and a backside gas is allowed to flow in a space formed by the installation surface, the protrusion, and the wafer in a state where the wafer is adsorbed, and heat is supplied to the wafer. An electrostatic chuck that conducts heat to the electrostatic chuck side through the protrusion and the backside gas, wherein the total area of the contact surface of the protrusion is 1% or less of the area of the internal electrode, and the height of the protrusion is It is 1 μm or more and 10 μm or less.
[0014]
The present inventor greatly reduced the rate of heat transfer by contact heat conduction by making the total area of the contact surfaces of the protrusions to be in contact with the wafer as very small as 1% or less of the area of the internal electrodes. As a result, temperature control of the semiconductor wafer, particularly temperature control in a high temperature region, is facilitated.
[0015]
At the same time, even when the ratio of the contact surface of the protrusion is remarkably reduced as described above, if the height of the protrusion is controlled to 1 μm or more and 10 μm or less, the backside gas from the electrostatic chuck to the semiconductor wafer is passed. As a result, the present inventors have found that the heat transfer is performed efficiently and the temperature uniformity of the semiconductor wafer is kept high, and the present invention has been achieved. In particular, the height of the protrusion is preferably 5 to 10 μm.
[0016]
This will be further described. Conventionally, the height of the protrusion of the electrostatic chuck is about 15-50 μm, and heat is transferred between the insulating layer and the semiconductor wafer by thermal convection of the gas. Accordingly, it has been considered that reducing the height of the protrusion is disadvantageous in terms of heat conduction.
[0017]
However, it has been found that when the height of the protrusion is actually controlled to 1-10 μm, it is advantageous for heat conduction from another viewpoint. In particular, the height of the protrusion is preferably 5 to 10 μm. That is, in addition to the adsorption force due to the Johnson-Rahbek force in the contact area between the protrusion and the semiconductor wafer, the Coulomb force seems to act between the charge staying near the surface of the insulating layer and the charged charge of the semiconductor wafer. As a whole, it was found that the electrostatic attraction force was not reduced more than expected. As a result, the pressure of the backside gas between the back surface of the semiconductor wafer and the installation surface of the insulating layer is increased, heat transfer through the backside gas is efficiently performed, and the temperature distribution of the semiconductor wafer is made uniform. succeeded in. In order to obtain this function and effect, the height of the protrusions must be 10 μm or less. From this viewpoint, it is more preferable that the height of the protrusion is 8 μm or less.
[0018]
On the other hand, it was found that the smaller the height of the protrusion, the greater the contribution of the above-mentioned Coulomb force, and the electrostatic attraction force is further improved. However, if the height of the protrusion is less than 1 μm, the portion other than the protrusion will be adsorbed, so that a height of 1 μm or more is required. Further, when the height of the protrusion is less than 5 μm, even if the pressure of the backside gas is increased, the gas does not spread over the entire surface, the heat transfer efficiency is lowered, and the temperature uniformity of the semiconductor wafer is lowered. there is a possibility. Probably, when the height of the protrusion is less than 5 μm, the contribution of thermal convection is lost and thermal radiation becomes dominant. From this viewpoint, it is more preferable that the height of the protrusion is 5 μm or more.
[0019]
From the viewpoint of further suppressing contact heat conduction through the protrusions, the total area of the contact surfaces of the protrusions is more preferably 0.9% or less of the area of the internal electrode, and 0.6% or less. More preferably.
[0020]
Further, from the viewpoint of stably supporting and adsorbing the wafer, the total area of the contact surfaces of the protrusions is more preferably 0.2% or more of the area of the internal electrode, and 0.4% or more. More preferably it is.
[0021]
The area of the contact surface that should contact the wafer on the protrusion refers to the area that contacts the back surface of the wafer during normal suction. This is usually equal to the area of the top surface of the protrusion. However, for example, when a part of the protrusion is low and the protrusion does not contact the back surface of the wafer under normal installation conditions, the area of the top surface of the protrusion is not included.
[0022]
Further, the area of the internal electrode and the area of the contact surface of the protrusion are both measured when measured from a direction perpendicular to the installation surface.
[0023]
The height of the protrusion is measured by a dial gauge or a three-dimensional shape measuring device.
[0024]
The heat input to the semiconductor wafer is performed by plasma, particularly preferably high-density plasma, but may be performed by thermal radiation.
[0025]
FIG. 1 is a plan view schematically showing an electrostatic chuck 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the electrostatic chuck of FIG.
[0026]
The electrostatic chuck 1 includes a disk-shaped insulating layer 2 and an internal electrode 12 embedded in the insulating layer 2. 2b is a side surface (outer peripheral surface) of the insulating

layer

2, and 2a is a flat installation surface of the insulating layer 2. A large number of protrusions 3A protrude from the installation surface 2a. Each protrusion 3A has a disk shape, particularly preferably a disk shape. The protrusions 3A are separated from each other and are distributed on the installation surface. In this example, an annular projection 3B is formed near the edge (outer peripheral surface) 2b of the installation surface 2a.
[0027]
A gas supply hole 6 is formed, for example, at the center of the insulating layer 2, and a gas distribution groove 5 communicates with the upper end of the gas supply hole 6. In this example, each gas distribution groove 5 extends radially from the gas supply hole 6 in three directions. An annular gas distribution groove 9 is formed immediately inside the annular projection 3B. The tip of each gas distribution groove 5 communicates with the gas distribution groove 9. The grooves 5 and 9 are formed at a low position with respect to the installation surface 2a. Therefore, when the backside gas is supplied to the gas supply hole 6 as indicated by the arrow A, the gas is discharged from the gas supply hole 6 as indicated by the arrow B, enters the groove 5, and further flows into the groove 9. At this time, the backside gas flows from the entire region of the grooves 5 and 9 to the space 11 surrounded by the installation surface 2a, the

protrusions

3A and 3B, and the semiconductor wafer 10.
[0028]
According to the present invention, the ratio of the total area of the top surfaces (contact surfaces to the semiconductor wafer) 14 of the

protrusions

3A and 3B to the area of the internal electrode 12 is 1% or less. Further, the height H of the protrusion is set to 5 μm or more and 10 μm or less.
[0029]
In the present invention, the diameter φ of each individual protrusion can be variously changed, but it is preferable that φ is 0.2-1.0 mm from the viewpoint of the uniformity of the wafer temperature.
[0030]
Moreover, the planar shape and planar dimension of each individual protrusion can be variously changed. For example, the shape of the contact surface of the protrusion may be a polygon such as a triangle, a quadrangle, a hexagon, or an octagon. Further, the number of protrusions is not particularly limited. However, it is particularly preferable that the number of protrusions per unit area is 0.0025−0.32 / mm ² from the viewpoint of making the adsorption force to the semiconductor wafer uniform over the entire surface of the semiconductor wafer.
[0031]
The material of the insulating layer is not limited, but from the viewpoint of further reducing the generation of particles, aluminum nitride ceramics, composite materials containing aluminum nitride, alumina ceramics, composite materials containing alumina, composites of alumina and aluminum nitride Ceramics are preferred.
[0032]
The material of the internal electrode is not limited and may be a conductive ceramic or metal, but a refractory metal is particularly preferable, and molybdenum, tungsten, or an alloy of molybdenum and tungsten is particularly preferable.
[0033]
The material of the protrusion is not particularly limited, but from the viewpoint of further reducing the generation of particles, aluminum nitride ceramics, composite materials containing aluminum nitride, alumina ceramics, composite materials containing alumina, composites of alumina and aluminum nitride Ceramics are preferred. The protrusions can be formed by blasting, chemical vapor deposition, or the like.
[0034]
The total value of the contact surface areas of the protrusions and the height of the protrusions are controlled as follows.
The installation surface of the insulating layer is lapped (rough machining), the lapped surface is polished (ultra-mirror surface machining), and the lapping surface is blasted (projection and gas groove formation) to form projections. At the time of blasting, the projection original image corresponding to the arrangement of the projections shown in FIG. The height of the protrusion is controlled by the blasting time. That is, the height of the protrusion depends on the blasting time. The height of the protrusion is confirmed by measurement using a surface roughness meter.
[0035]
A known gas such as helium, argon, or a mixed gas of helium and argon can be used as the backside gas.
[0036]
The supply pressure of the backside gas to the gas supply hole is preferably 5 Torr or more, and more preferably 15 Torr or more in order to improve heat conduction from the semiconductor wafer to the electrostatic chuck. However, if this pressure increases too much, the adsorption force to the wafer is reduced and the wafer is easily detached. Therefore, the pressure is preferably 30 Torr or less.
[0037]
【Example】
Basically, an electrostatic chuck having a shape as shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured. Specifically, after forming an aluminum nitride powder into a predetermined shape to form a molded body, an internal electrode made of molybdenum is placed on the molded body, and further, aluminum nitride powder is filled thereon, and then molded again. As a result, a disk-shaped molded body in which internal electrodes were embedded was obtained. Next, this molded body was sintered in a nitrogen atmosphere to produce an insulating layer 2 having a diameter of 200 mm in which internal electrodes were embedded.
[0038]
A large number of planar circular protrusions 3A and annular protrusions 3B as shown in FIG. 1 were formed on the surface side of the insulating layer 2 by blasting. In addition, gas distribution grooves 5 and 9 were formed.
[0039]
The area of the internal electrode 12 was 28000 mm ² . By variously changing the area of the contact surface 14 of the protrusion 3A, the number of protrusions 3A, and the width of the protrusion 3B (area of the contact surface), the total area of the contact surfaces 14 of the

protrusions

3A and 3B with respect to the area of the internal electrode 12 The ratio of values was variously changed as shown in Tables 1 and 2. Further, the height H of the protrusion 3A was changed as shown in Tables 1 and 2.
[0040]
A silicon wafer 10 having a diameter of 200 mm was installed on the installation surface 2 a of the electrostatic chuck 1. A DC voltage of ± 500 volts was applied to the bipolar internal electrode 12, and the silicon wafer 10 was attracted to the electrostatic chuck 1. Then, the electrostatic adsorption force of the silicon wafer was measured as a pressure (Torr unit). The measurement results are shown in Tables 1 and 2.
[0041]
[Table 1]

[0042]
[Table 2]

[0043]
A cooling flange was installed under the electrostatic chuck. A silicon wafer with a thermocouple was placed on the electrostatic chuck. A heater was installed in the space above the silicon wafer so as not to directly contact the wafer. The cooling flange, electrostatic chuck, silicon wafer with thermocouple, and the entire heater were surrounded by a reflector. A DC voltage of ± 400 volts was applied to the internal electrode 12 to attract the silicon wafer 10 to the electrostatic chuck 1. Argon gas was supplied to the space 11 formed by the silicon wafer 10, the insulating layer 2, and the

protrusions

3A and 3B as described above. A heat amount of 2500 W was applied to the silicon wafer from the heater. The supply pressure of the backside gas is shown in Table 3. In this state, the temperature of five locations on the silicon wafer was measured with a wafer with a thermocouple, and an average temperature value and a difference between the maximum value and the minimum value were obtained.
[0044]
[Table 3]

[0045]
【The invention's effect】
According to the electrostatic chuck of the present invention, temperature control of the wafer, particularly temperature control in a high temperature region can be facilitated, and the uniformity of the wafer temperature can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view schematically showing an electrostatic chuck 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the electrostatic chuck 1 of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrostatic chuck 2 Insulating layer 2a Insulating

layer installation surface

3A, 3B Protrusion 5, 9 Gas distribution groove 6 Gas supply hole 10 Wafer 11 Formed by installation surface 2a,

projections

3A, 3B and wafer 10 Space 12 Internal electrode 14 Projection contact surface

Claims

A chuck body, an insulating layer formed on a surface of the chuck body and having an installation surface for installing a wafer; an internal electrode installed in the insulating layer; and the wafer protruding from the installation surface; A projection having a contact surface to be contacted is provided, and a backside gas is supplied into the space formed by the installation surface, the projection, and the wafer in a state where the wafer is adsorbed to supply heat to the wafer. An electrostatic chuck that conducts heat of the wafer to the electrostatic chuck side through the protrusions and the backside gas,
The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the total area of the contact surfaces of the protrusions is 1% or less of the area of the internal electrode, and the height of the protrusions is 1 μm or more and 10 μm or less.