JP4495687B2 - Electrostatic chuck - Google Patents

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Description

本発明は、静電チャックに関する。   The present invention relates to an electrostatic chuck.

半導体装置の製造過程においては、基板としての半導体ウェハの表面に成膜、加熱、エッチング及び洗浄などの処理が施される。これらの処理時における半導体ウェハを保持するために、静電チャックが用いられている。この静電チャックは、静電チャックの保持面にセットされた半導体ウェハとの間に静電力を生じさせ、この静電力により半導体ウェハを保持するものである。静電チャックは、真空吸引により半導体ウェハを保持する装置や機械的に半導体ウェハを把持する装置に比べて、使用可能な雰囲気の制限が少なく、また、パーティクルやウェハ汚染のおそれが少ない。   In the manufacturing process of a semiconductor device, processes such as film formation, heating, etching, and cleaning are performed on the surface of a semiconductor wafer as a substrate. An electrostatic chuck is used to hold the semiconductor wafer during these processes. This electrostatic chuck generates an electrostatic force with a semiconductor wafer set on the holding surface of the electrostatic chuck, and holds the semiconductor wafer by this electrostatic force. The electrostatic chuck is less restricted in usable atmosphere and less likely to be contaminated with particles and wafers as compared with a device that holds a semiconductor wafer by vacuum suction or a device that mechanically grips a semiconductor wafer.

静電チャックは、一般に、基板を保持する保持面近傍に静電力を発生させるための電極が埋設された基板保持部と、この基板保持部に固着されて当該基板保持部を冷却する冷却部とを有している。基板保持部は、例えばセラミックス材料などの高電気抵抗材料からなり、また冷却部は冷媒の流路を有しているアルミニウム等の金属材料からなる。冷却部は、接着剤により基板保持部に固着され、基板保持部に保持された基板の温度を所定の温度に保持する。   In general, an electrostatic chuck includes a substrate holding unit in which an electrode for generating an electrostatic force is embedded in the vicinity of a holding surface that holds a substrate, and a cooling unit that is fixed to the substrate holding unit and cools the substrate holding unit. have. The substrate holding part is made of a high electrical resistance material such as a ceramic material, and the cooling part is made of a metal material such as aluminum having a coolant channel. The cooling unit is fixed to the substrate holding unit with an adhesive, and holds the temperature of the substrate held by the substrate holding unit at a predetermined temperature.

近年、半導体装置を生産性高く製造することの要請が強くなっている。そのため、半導体ウェハとして300mm径といった大面積ウェハを用い、その大面積ウェハの外周部に形成される半導体装置を、ウェハの中央部に形成される半導体装置と同様の特性で製造することが求められる。そのため、プロセス処理時において、半導体ウェハの中央部と外周部とで温度差が生じないように温度調整が行われる。   In recent years, there has been a strong demand for manufacturing semiconductor devices with high productivity. Therefore, it is required to use a large-area wafer having a diameter of 300 mm as the semiconductor wafer and to manufacture a semiconductor device formed on the outer peripheral portion of the large-area wafer with the same characteristics as the semiconductor device formed in the central portion of the wafer. . For this reason, during the process processing, temperature adjustment is performed so as not to cause a temperature difference between the central portion and the outer periphery of the semiconductor wafer.

最近の半導体装置の製造プロセスは多様化していて、例えば、半導体ウェハの外周部の温度を、中央部の温度よりも低くしないとエッチングが良好に行えないプロセスがある。また、半導体ウェハの外周部の温度を、中央部の温度よりも高くすることが求められる場合もある。例えば、エッチングプロセスでは半導体ウェハ外周近傍でのプラズマの状態が変化しているため、半導体ウェハ外周部での温度制御により半導体ウェハ全体のエッチング均一性を改善することが求められている。そのため、静電チャックには、保持する基板の中央部から外周部に向かう半径方向の温度分布が、外周部分のみ相違する、急峻な温度分布になるものが要求されている。   Recent semiconductor device manufacturing processes are diversified. For example, there is a process in which etching cannot be performed satisfactorily unless the temperature of the outer peripheral portion of the semiconductor wafer is lower than the temperature of the central portion. In some cases, the temperature of the outer peripheral portion of the semiconductor wafer is required to be higher than the temperature of the central portion. For example, since the plasma state in the vicinity of the outer periphery of the semiconductor wafer changes in the etching process, it is required to improve the etching uniformity of the entire semiconductor wafer by controlling the temperature at the outer peripheral portion of the semiconductor wafer. Therefore, the electrostatic chuck is required to have a steep temperature distribution in which the temperature distribution in the radial direction from the central portion to the outer peripheral portion of the substrate to be held is different only in the outer peripheral portion.

しかしながら、従来の静電チャックは、セラミックス材料からなる基板保持部と、金属材料からなる冷却部とが、それぞれ別個の部材として作製され、両者が接着剤により固着されていた。そのため、基板支持部の面方向に温度変化を持たせることは困難であり、ウエハの中央部と外周部との温度差を十分に生じさせるのは困難であった。   However, in the conventional electrostatic chuck, the substrate holding part made of a ceramic material and the cooling part made of a metal material are produced as separate members, and both are fixed by an adhesive. For this reason, it is difficult to cause a temperature change in the surface direction of the substrate support portion, and it is difficult to cause a sufficient temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion of the wafer.

静電チャックに関し、基板を保持する基板支持体の上面に、シール領域により分離された第1のゾーン及び第2のゾーンを有し、この第1のゾーン及び第2のゾーンのそれぞれの基板との間に圧力の異なるガスを供給可能とした静電チャックがある(特許文献1)。この特許文献1の静電チャックは、第1のゾーンと第2のゾーンの各々に、所望の熱伝達量が得られるようにて、基板の理想の熱伝達プロフィルが得られるとされている。
特開平10−41378号公報
The electrostatic chuck has a first zone and a second zone separated by a seal region on an upper surface of a substrate support that holds the substrate, and each of the substrates in the first zone and the second zone There is an electrostatic chuck that can supply gas having different pressures (Patent Document 1). The electrostatic chuck disclosed in Patent Document 1 is supposed to obtain an ideal heat transfer profile of the substrate so that a desired heat transfer amount can be obtained in each of the first zone and the second zone.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-41378

特許文献1に記載された、基板間を複数ゾーンに分け、各ゾーンに供給するガス圧力を異ならせた静電チャックでは、第1のゾーンと第2のゾーンとで十分な温度差が得られなかった。   In the electrostatic chuck described in Patent Document 1 in which the substrates are divided into a plurality of zones and the gas pressure supplied to each zone is different, a sufficient temperature difference is obtained between the first zone and the second zone. There wasn't.

本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、保持する基板の中央部と外周部とで、急峻で大きな温度差を生じさせる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。   The present invention advantageously solves the above-described problem, and an object thereof is to provide an electrostatic chuck capable of generating a steep and large temperature difference between a central portion and an outer peripheral portion of a substrate to be held. .

前記目的を達成するために、本発明の静電チャックは、基板を保持する保持面近傍に電極が埋設され、この電極よりも保持面から離れて発熱体が埋設された基板保持部と、この基板保持部に固着された冷却部とを備え、前記基板保持部は、前記保持面の中央部を含む中央部部材と、この中央部部材の外周側に設けられて前記保持面の中央部よりも外周側の保持面を含む外周部部材とを有し、この中央部部材及び外周部部材のうち一方の部材は、セラミックス部材からなる低熱伝導率部材であり、他方の部材は、前記冷却部と一体的に成形された金属部材の表面に誘電体薄膜が形成された部材からなる、高熱伝導率部材であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an electrostatic chuck of the present invention includes a substrate holding portion in which an electrode is embedded in the vicinity of a holding surface for holding a substrate, and a heating element is embedded farther away from the holding surface than the electrode. A cooling part fixed to the substrate holding part, and the substrate holding part is provided on the outer peripheral side of the central part member including the central part of the holding surface and from the central part of the holding surface. And the outer peripheral member including the holding surface on the outer peripheral side, and one member of the central member and the outer peripheral member is a low thermal conductivity member made of a ceramic member, and the other member is the cooling unit. It is a high heat conductivity member which consists of a member by which the dielectric thin film was formed in the surface of the metal member shape | molded integrally.

本発明の静電チャックによれば、基板保持部で保持した基板の中央部と外周部とで急峻で大きな温度差を生じさせることができる。   According to the electrostatic chuck of the present invention, a steep and large temperature difference can be generated between the central portion and the outer peripheral portion of the substrate held by the substrate holding portion.

以下、本発明の静電チャックの実施形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the electrostatic chuck of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る静電チャックの一実施形態を示す断面図である。なお、以下に述べる図面では、静電チャックの各構成要素の理解を容易にするために、各構成要素については、現実の静電チャックとは寸法比率を異ならせている。したがって、本発明に係る静電チャックは、図面に図示された静電チャックの寸法比率に限定されるものではない。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an electrostatic chuck according to the present invention. In the drawings described below, in order to facilitate understanding of each component of the electrostatic chuck, each component has a dimensional ratio different from that of an actual electrostatic chuck. Therefore, the electrostatic chuck according to the present invention is not limited to the dimensional ratio of the electrostatic chuck illustrated in the drawings.

図1に示された本実施例の静電チャック1は、この静電チャック1に保持される基体としてのウェハWを保持する基板保持部2と、この基板保持部2の下方で、この基板保持部2に固着された冷却部3とを備えている。   An electrostatic chuck 1 according to this embodiment shown in FIG. 1 includes a substrate holder 2 that holds a wafer W as a base held by the electrostatic chuck 1, and the substrate below the substrate holder 2. And a cooling unit 3 fixed to the holding unit 2.

基板保持部2は、保持するウェハWと対向する表面を含む領域において、中央部と外周部とで異なる部材からなる。中央部は、例えばセラミックス部材11よりなり、このセラミックス部材11の表面近傍には静電力を生じさせるための電極12が、この表面とほぼ平行に埋設されている。また、セラミックス部材11中で、電極12よりも下方にはウェハWを加熱するための発熱体13が埋設されている。この電極12及び発熱体13には、図示しない電源から電力が供給される。   The substrate holding part 2 is made of different members at the central part and the outer peripheral part in a region including the surface facing the wafer W to be held. The central portion is made of, for example, a ceramic member 11, and an electrode 12 for generating an electrostatic force is embedded in the vicinity of the surface of the ceramic member 11 substantially in parallel with the surface. Further, in the ceramic member 11, a heating element 13 for heating the wafer W is embedded below the electrode 12. Electric power is supplied to the electrode 12 and the heating element 13 from a power source (not shown).

基板保持部2の外周部は、セラミックス部材11よりも熱伝導率の高い部材である。図示した例では、セラミックス部材11の周囲に形成された金属部材14と、この金属部材14の表面に形成された誘電体薄膜15からなる。この誘電体薄膜15の表面15aは、セラミックス部材11の表面11aと同一の平面を有している。したがって、基板保持部2の保持面は、この誘電体薄膜15の表面15aとセラミックス部材11の表面11aとで構成されている。   The outer peripheral part of the substrate holding part 2 is a member having a higher thermal conductivity than the ceramic member 11. In the illustrated example, the metal member 14 is formed around the ceramic member 11 and the dielectric thin film 15 is formed on the surface of the metal member 14. The surface 15 a of the dielectric thin film 15 has the same plane as the surface 11 a of the ceramic member 11. Therefore, the holding surface of the substrate holding part 2 is constituted by the surface 15 a of the dielectric thin film 15 and the surface 11 a of the ceramic member 11.

金属部材14の材料は、例えばアルミニウムであり、また、誘電体薄膜15は、例えばアルミナの溶射膜である。   The material of the metal member 14 is, for example, aluminum, and the dielectric thin film 15 is, for example, an alumina sprayed film.

冷却部3は、通常、アルミニウムの部材よりなる。図1に示した本実施形態の静電チャックは、基板保持部2の外周部に配設された金属部材14の材料がアルミニウムであり、冷却部3の材料と同じであり、この冷却部3と基板保持部2の外周部の金属部材14とを一体に形成している。つまり、本実施形態の静電チャックは、金属部材14の基板保持部2側の中央部に形成された凹部に、セラミックス部材11が接着剤16を介して固着された構成を有している。なお、金属部材14における冷却部3に相当する領域には、基板保持部2を冷却する冷媒の流路14aが形成されている。   The cooling unit 3 is usually made of an aluminum member. In the electrostatic chuck of the present embodiment shown in FIG. 1, the material of the metal member 14 disposed on the outer peripheral portion of the substrate holding unit 2 is aluminum and is the same as the material of the cooling unit 3. And the metal member 14 on the outer peripheral portion of the substrate holding portion 2 are integrally formed. That is, the electrostatic chuck of the present embodiment has a configuration in which the ceramic member 11 is fixed to the concave portion formed in the central portion of the metal member 14 on the substrate holding portion 2 side via the adhesive 16. In the region corresponding to the cooling unit 3 in the metal member 14, a refrigerant flow path 14 a for cooling the substrate holding unit 2 is formed.

図1に示した本実施形態の静電チャックは、基板保持部2における保持面を含む中央部が外周部よりも熱伝導率が低いセラミックス部材11で構成され、外周部がこのセラミックス部材11よりも熱伝導率が高い金属部材14と誘電体薄膜15とで構成されていることから、基板保持部2の保持面で保持されるウェハWは、この熱伝導率の相違により、中央部と外周部とで急峻な温度分布を得ることが可能となる。特に、セラミックス部材11の内部に埋設された発熱体13により加熱する場合には、発熱体13により加熱されるセラミックス部材11に対向する領域のウェハWの温度と、冷媒の流路が形成されている冷却部3と一体に形成された金属部材14上の誘電体薄膜15に対向する領域のウェハWの温度との温度差は大きく、また、両者の境界での温度変化は急峻となる。   The electrostatic chuck of the present embodiment shown in FIG. 1 is configured with a ceramic member 11 having a lower thermal conductivity than the outer peripheral portion at the center portion including the holding surface of the substrate holding portion 2, and the outer peripheral portion from the ceramic member 11. Since the wafer W held by the holding surface of the substrate holding part 2 is composed of the metal member 14 having a high thermal conductivity and the dielectric thin film 15, the central part and the outer periphery are It becomes possible to obtain a steep temperature distribution at the part. In particular, when heating is performed by the heating element 13 embedded in the ceramic member 11, the temperature of the wafer W in the region facing the ceramic member 11 heated by the heating element 13 and the coolant flow path are formed. The temperature difference with the temperature of the wafer W in the region facing the dielectric thin film 15 on the metal member 14 formed integrally with the cooling unit 3 is large, and the temperature change at the boundary between both is steep.

また、本実施形態の静電チャックは、基板保持部2の外周部の金属部材14に冷却部2を有し一体となっており、誘電体薄膜15の誘電体を介してウェハWと接触させているので、効果的な温度差を急峻な温度勾配で生じさせることができる。   In addition, the electrostatic chuck of the present embodiment has the cooling unit 2 integrated with the metal member 14 on the outer periphery of the substrate holding unit 2, and is brought into contact with the wafer W via the dielectric of the dielectric thin film 15. Therefore, an effective temperature difference can be generated with a steep temperature gradient.

また、図1に示した静電チャックは、セラミックス部材11と金属部材14とを固着する接着剤16は、金属部材14の凹部の底面とセラミックス部材11の下面との間に形成されるので、ウェハ表面に発生するプラズマから飛来する反応性ラジカルに触れることがない。したがって、従来の静電チャックでは、接着剤が使用環境におけるプラズマや反応性ガスにより損傷を受け、接着強度が低下して寿命の低下を招いていたのに対して、本実施形態の静電チャックでは、使用環境下の腐食性雰囲気に接着剤16が触れないので、静電チャックの寿命が長いという効果も有している。   In the electrostatic chuck shown in FIG. 1, the adhesive 16 that fixes the ceramic member 11 and the metal member 14 is formed between the bottom surface of the recess of the metal member 14 and the lower surface of the ceramic member 11. There is no contact with reactive radicals flying from the plasma generated on the wafer surface. Therefore, in the conventional electrostatic chuck, the adhesive is damaged by the plasma or reactive gas in the use environment, and the adhesive strength is reduced and the life is shortened. Then, since the adhesive 16 does not touch the corrosive atmosphere under the use environment, there is an effect that the life of the electrostatic chuck is long.

本実施形態の静電チャックにおいて、セラミックス部材11は、アルミナ及び窒化アルミニウムから選ばれる少なくとも一種のセラミックスであることが好ましい。アルミナは、捏伝導率が低く、ウェハWの内周部と外周部で大きな温度勾配を形成するのに有利である。また、窒化アルミニウムは、アルミナに比べて熱伝導率が高いが、熱伝導率が高いが故にウェハW加熱時の中心部における面内均熱性に優れる。したがって、セラミックス部材11の材料は、使用目的等に応じて選択すればよい。   In the electrostatic chuck of the present embodiment, the ceramic member 11 is preferably at least one ceramic selected from alumina and aluminum nitride. Alumina has a low soot conductivity and is advantageous for forming a large temperature gradient at the inner and outer peripheral portions of the wafer W. Aluminum nitride has a higher thermal conductivity than alumina, but is excellent in in-plane thermal uniformity at the center when the wafer W is heated because of its high thermal conductivity. Therefore, the material of the ceramic member 11 may be selected according to the purpose of use.

セラミックス部材11としては、クーロンタイプでもジョンソンラーベックタイプでも、どちらのタイプの静電吸着力を発生するセラミックス材料でも適宜選択することができる。   The ceramic member 11 can be appropriately selected from either a Coulomb type, a Johnson Rabeck type, or any type of ceramic material that generates an electrostatic attraction force.

セラミックス部材11の内部に、発熱体13を埋設することは、必ずしも要しないが、ウェハWの中央部と外周部とで急峻な温度勾配を生じさせるためには、発熱体13を埋設することが好ましい。この発熱体13は更に、内周側と外周側との複数のゾーンで個別に温度調整可能な配線になることが、より好ましい。   Although it is not always necessary to embed the heating element 13 in the ceramic member 11, in order to generate a steep temperature gradient between the central portion and the outer peripheral portion of the wafer W, the heating element 13 may be embedded. preferable. It is more preferable that the heating element 13 further has a wiring whose temperature can be individually adjusted in a plurality of zones on the inner peripheral side and the outer peripheral side.

また、セラミックス部材11の表面11aに、数十μm程度の高さの微細な凹凸を形成することは、セラミックス部材11とウェハWとの間の熱抵抗を高め、ウェハWの外周部での温度分布を一層急峻にするのに役立つ。   Further, forming fine irregularities with a height of about several tens of μm on the surface 11a of the ceramic member 11 increases the thermal resistance between the ceramic member 11 and the wafer W, and the temperature at the outer peripheral portion of the wafer W is increased. It helps to make the distribution more steep.

金属部材14は、導電性で熱伝導率の高いアルミニウムを材料とすることができる。金属部材14の表面に誘電体薄膜15が形成されることにより、金属部材14が電極に、また、誘電体薄膜15が分極して表面にクーロン力を生じさせる誘電体層になって、誘電体薄膜15上のウェハWを保持する静電力を生じさせる。図1に示した実施形態では、金属部材14が冷却部3と一体的に成形されている例を示しているが、金属部材14と冷却部3とを同一又は異なる金属材料により個別に作製し、両者を接合することで図1に図示した形状とすることもできる。金属部材14が冷却部3と一体的に成形されることにより、ウェハWの外周部を効果的に温度低下させることができる。   The metal member 14 can be made of aluminum that is conductive and has high thermal conductivity. By forming the dielectric thin film 15 on the surface of the metal member 14, the metal member 14 becomes an electrode, and the dielectric thin film 15 becomes a dielectric layer that polarizes and generates a Coulomb force on the surface. An electrostatic force is generated to hold the wafer W on the thin film 15. In the embodiment shown in FIG. 1, an example in which the metal member 14 is formed integrally with the cooling unit 3 is shown. However, the metal member 14 and the cooling unit 3 are individually made of the same or different metal materials. The shape shown in FIG. 1 can also be obtained by joining the two. By forming the metal member 14 integrally with the cooling unit 3, the temperature of the outer peripheral part of the wafer W can be effectively lowered.

金属部材14上に形成される誘電体薄膜15の膜厚は、特に限定されるものではないが、例えば100〜500μm程度とすることができる。誘電体薄膜15の膜厚が、あまりに薄いと使用中の腐食に伴って十分な耐電圧を確保できずアーキングが発生することがあり、また、厚すぎる場合には、クーロン静電力が小さくなると共に誘電体層が熱障壁となって、本発明の効果を薄れさせる。また、誘電体薄膜15の材料は、例えばポリイミドやフッ素樹脂等の耐食性の高い樹脂を用いることができる。さらには、アルミナの薄膜とすることが熱伝導率の点からより好ましい。アルミナは、溶射により容易に薄膜とすることができる。もっとも、誘電体薄膜15は、溶射により形成された薄膜に限られず、例えば、スパッタリングやCVDにより形成された薄膜でもよい。誘電体薄膜15を形成させる金属部材14としてのアルミニウム部材の表面をアノダイジング処理し、アルミナ薄膜を形成することもできる。この方法では、誘電体薄膜15の密着性等を向上させるとともに、絶縁破壊特性を向上させることができるので、より好ましい。また、これらのアルミナ薄膜の形成方法の組み合わせでも良い。また、例えば窒化アルミニウム等の薄膜とすることもできる。いずれにしても1×109Ωcm以上の抵抗率を有し、プラズマに対する耐性の高い材料で誘電体薄膜15を形成するのが好ましい。 Although the film thickness of the dielectric thin film 15 formed on the metal member 14 is not specifically limited, For example, it can be about 100-500 micrometers. If the thickness of the dielectric thin film 15 is too thin, a sufficient withstand voltage may not be ensured due to corrosion during use, and arcing may occur. The dielectric layer becomes a thermal barrier and diminishes the effect of the present invention. The dielectric thin film 15 can be made of a highly corrosion resistant resin such as polyimide or fluororesin. Furthermore, an alumina thin film is more preferable from the viewpoint of thermal conductivity. Alumina can be easily formed into a thin film by thermal spraying. However, the dielectric thin film 15 is not limited to a thin film formed by thermal spraying, and may be a thin film formed by sputtering or CVD, for example. An alumina thin film can also be formed by anodizing the surface of an aluminum member as the metal member 14 on which the dielectric thin film 15 is formed. This method is more preferable because it can improve the adhesion and the like of the dielectric thin film 15 and improve the dielectric breakdown characteristics. A combination of these alumina thin film forming methods may also be used. Moreover, it can also be set as thin films, such as aluminum nitride, for example. In any case, the dielectric thin film 15 is preferably formed of a material having a resistivity of 1 × 10 9 Ωcm or more and high resistance to plasma.

また、図1に示した実施形態では、金属部材14とセラミックス部材11とを固着する接着剤16は、金属部材14の凹部の底面とセラミックス部材11の下面との間に設けられている。この金属部材14の凹部の側面とセラミックス部材11の側面との間には、熱障壁となり得る接着剤16を充填してもよいが、特に接着剤16を充填しなくてもよい。むしろ、この金属部材14の凹部の側面とセラミックス部材11の側面との間に空隙が形成されていることは、この空隙そのものが熱障壁となり得るので、ウェハWの中央部と外周部との温度勾配を生じさせるのに役立つ。   In the embodiment shown in FIG. 1, the adhesive 16 for fixing the metal member 14 and the ceramic member 11 is provided between the bottom surface of the recess of the metal member 14 and the lower surface of the ceramic member 11. Between the side surface of the concave portion of the metal member 14 and the side surface of the ceramic member 11, an adhesive 16 that can be a thermal barrier may be filled, but the adhesive 16 may not be filled. Rather, the fact that a gap is formed between the side surface of the concave portion of the metal member 14 and the side surface of the ceramic member 11 can cause the gap itself to become a thermal barrier. Helps to create a gradient.

次に本発明に係る静電チャックの別の実施形態を、図2を用いて説明する。図2は、本発明の別の実施形態を示す断面図である。同図に示された静電チャックは、図1に示された静電チャックとは逆に、基板保持部の中央部部材が高熱伝導率部材からなり、周辺部部材が低熱伝導率部材からなる例である。より具体的には、基板保持部の外周側に、リング状のセラミックス部材21が設けられている。このセラミックス部材21の表面近傍には静電力を生じさせるための電極22が、この表面とほぼ平行に埋設されている。また、セラミックス部材21中で、電極22よりも下方にはウェハWを加熱するための発熱体23が埋設されている。この電極12及び発熱体13には、図示しない電源から電力が供給される。   Next, another embodiment of the electrostatic chuck according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention. In the electrostatic chuck shown in the figure, contrary to the electrostatic chuck shown in FIG. 1, the central member of the substrate holding portion is made of a high thermal conductivity member, and the peripheral member is made of a low thermal conductivity member. It is an example. More specifically, a ring-shaped ceramic member 21 is provided on the outer peripheral side of the substrate holding portion. In the vicinity of the surface of the ceramic member 21, an electrode 22 for generating an electrostatic force is embedded substantially parallel to the surface. Further, in the ceramic member 21, a heating element 23 for heating the wafer W is embedded below the electrode 22. Electric power is supplied to the electrode 12 and the heating element 13 from a power source (not shown).

基板保持部の中央部は、冷却部と一体に成形され、リング状のセラミックス部材21の内側と嵌まり合う凸部を有する金属部材24と、この金属部材の表面に形成された誘電体薄膜25からなる。金属部材24は、冷却部側において、冷媒の流路24aを有している。   The central part of the substrate holding part is formed integrally with the cooling part, and has a metal member 24 having a convex part that fits inside the ring-shaped ceramic member 21, and a dielectric thin film 25 formed on the surface of the metal member. Consists of. The metal member 24 has a refrigerant flow path 24a on the cooling unit side.

セラミックス部材21、電極22、発熱体23及び金属部材24の材料は、それぞれ図1に示したセラミックス部材11、電極12、発熱体13及び金属部材14と同じ材料を用いることができる。   As the materials of the ceramic member 21, the electrode 22, the heating element 23, and the metal member 24, the same materials as the ceramic member 11, the electrode 12, the heating element 13, and the metal member 14 shown in FIG. 1 can be used, respectively.

図2に示した本実施形態の静電チャックは、基板保持部2における保持面を含む外周部が中央部よりも熱伝導率が低いセラミックス部材21で構成され、中央部がこのセラミックス部材21よりも熱伝導率が高い金属部材24と誘電体薄膜25と構成されていることから、基板保持部2の保持面で保持されるウェハWは、この熱伝導率の相違により、中央部と外周部とで急峻な温度分布を得ることが可能となる。特に、セラミックス部材21の内部に埋設された発熱体23により加熱する場合には、発熱体23により加熱されるセラミックス部材21に対向する領域のウェハWの温度と、冷媒の流路が形成されている冷却部と一体に形成された金属部材24上の誘電体薄膜25に対向する領域のウェハWの温度との温度差は大きく、また、両者の境界での温度変化は急峻となる。   In the electrostatic chuck of the present embodiment shown in FIG. 2, the outer peripheral portion including the holding surface in the substrate holding portion 2 is configured by the ceramic member 21 having a lower thermal conductivity than the central portion, and the central portion is formed from the ceramic member 21. Since the wafer W held by the holding surface of the substrate holding unit 2 is composed of the metal member 24 and the dielectric thin film 25 having a high thermal conductivity, the central portion and the outer peripheral portion are caused by the difference in the thermal conductivity. It becomes possible to obtain a steep temperature distribution. In particular, when heating is performed by the heating element 23 embedded in the ceramic member 21, the temperature of the wafer W in the region facing the ceramic member 21 heated by the heating element 23 and the coolant flow path are formed. The temperature difference with the temperature of the wafer W in the region facing the dielectric thin film 25 on the metal member 24 formed integrally with the cooling unit is large, and the temperature change at the boundary between both becomes steep.

次に、本発明に係る静電チャックの製造方法の例を、図1に示した実施形態の例で説明する。   Next, an example of the manufacturing method of the electrostatic chuck according to the present invention will be described with reference to the embodiment shown in FIG.

まず、金属部材14の作成においては、まず、セラミックス部材11がはまり込む凹部と冷媒の流路の上面とを有する部品と、冷媒の流路の下面を有する部品とをそれぞれ作成した後、両部品を接合して、流路14aを有する金属部材14を作成する。次いで、この金属部材14の全面にアノダイジング処理を行う。次いで、金属部材の凹部にマスキングを行ってから、少なくとも保持面に相当する領域にアルミナの溶射を行って、誘電体薄膜15を形成する。   First, in the production of the metal member 14, first, a part having a recess into which the ceramic member 11 fits and an upper surface of the refrigerant flow path and a part having a lower surface of the refrigerant flow path are created, and then both parts are formed. Are joined together to form a metal member 14 having a flow path 14a. Next, anodizing treatment is performed on the entire surface of the metal member 14. Next, after masking the concave portion of the metal member, the dielectric thin film 15 is formed by spraying alumina at least in a region corresponding to the holding surface.

また、セラミックス部材11の作成においては、まずアルミナ又は窒化アルミニウム粉から誘電体層となる部分の焼結体又は仮焼体を作成し、次いでこの焼結体又は仮焼体上に電極を、電極ペーストの印刷やメッシュ状の電極の接着等により配設した後、金型内で、この電極上にアルミナ又は窒化アルミニウム粉を載せ、発熱体を配設したのち、更にこの発熱体上にアルミナ又は窒化アルミニウム粉を載せてから、金型成形し、その後に焼成する。   Further, in the production of the ceramic member 11, first, a sintered body or calcined body of a portion that becomes a dielectric layer is created from alumina or aluminum nitride powder, and then an electrode is placed on the sintered body or calcined body. After arranging by printing of paste or adhesion of mesh electrode, etc., after placing alumina or aluminum nitride powder on this electrode in a mold and arranging a heating element, further, alumina or aluminum is placed on this heating element. After placing the aluminum nitride powder, it is molded and then fired.

上記により得られたセラミックス部材11を、金属部材の凹部に嵌め合わせ、接着剤16により固着する。次いで、セラミックス部材11の表面11aと金属部材14上の誘電体薄膜15の表面15aを必要に応じ研削加工して基板の保持面を平面にしてから、誘電体薄膜15の表面15aにマスクをしてセラミックス部材11の表面11aをブラスト処理により凹凸を形成する。以上の工程により、図1に示した静電チャック1を製造することができる。   The ceramic member 11 obtained as described above is fitted into the concave portion of the metal member and fixed by the adhesive 16. Next, the surface 11a of the ceramic member 11 and the surface 15a of the dielectric thin film 15 on the metal member 14 are ground as necessary to flatten the holding surface of the substrate, and then the surface 15a of the dielectric thin film 15 is masked. Then, the surface 11a of the ceramic member 11 is made uneven by blasting. Through the above steps, the electrostatic chuck 1 shown in FIG. 1 can be manufactured.

本発明に係る静電チャックの効果を明らかにするため、本発明に係る静電チャックに保持されたウェハの温度分布の例と、従来例に係る静電チャックに保持された温度分布の例を説明する。   In order to clarify the effect of the electrostatic chuck according to the present invention, an example of the temperature distribution of the wafer held by the electrostatic chuck according to the present invention and an example of the temperature distribution held by the electrostatic chuck according to the conventional example. explain.

まず、このウェハの加熱保持を行った実施例及び従来例の静電チャックを、それぞれ図3及び図4に示す。図3に示す実施例の静電チャックは、図1に示した静電チャックと同様の構成を有し、ウェハWを保持する保持面の中央部がセラミックス部材31、外周部が金属部材34と誘電体薄膜35とからなる誘電体薄膜35は、アルミナ溶射膜であり、厚みは220μmである。セラミックス部材31の表面近傍には電極32が埋設され、この電極32より下方に発熱体33が埋設されている。セラミックス部材31は金属部材34と接着剤36により固着されている。金属部材34には、冷媒の流路42aが形成されている。この実施例の静電チャックは、発熱体については1ゾーン加熱のものとし、ウェハWと保持面との間に供給されるガスも1ゾーン制御のものとした。   First, FIGS. 3 and 4 show the electrostatic chucks of the example and the conventional example in which the wafer is heated and held, respectively. The electrostatic chuck of the embodiment shown in FIG. 3 has the same configuration as the electrostatic chuck shown in FIG. 1, the central portion of the holding surface holding the wafer W is the ceramic member 31, and the outer peripheral portion is the metal member 34. The dielectric thin film 35 composed of the dielectric thin film 35 is an alumina sprayed film and has a thickness of 220 μm. An electrode 32 is embedded near the surface of the ceramic member 31, and a heating element 33 is embedded below the electrode 32. The ceramic member 31 is fixed by a metal member 34 and an adhesive 36. A coolant channel 42 a is formed in the metal member 34. In the electrostatic chuck of this embodiment, the heating element is one-zone heated, and the gas supplied between the wafer W and the holding surface is also one-zone controlled.

図4に示す従来例の静電チャックは、図3の静電チャックと比較して、ウェハWの保持面がセラミックス部材41のみからなる点で相違している。このセラミックス部材41の表面近傍には電極42が埋設され、この電極42より下方に発熱体43が埋設されている。セラミックス部材41は、冷却部としての金属部材44と接着剤46により固着されている。この従来例の静電チャックは、発熱体については1ゾーン加熱のものとし、ウェハWと保持面との間に供給されるガスは、直径220mmで2分割された、2ゾーン制御のものとした。   The electrostatic chuck of the conventional example shown in FIG. 4 is different from the electrostatic chuck of FIG. 3 in that the holding surface of the wafer W is composed only of the ceramic member 41. An electrode 42 is embedded near the surface of the ceramic member 41, and a heating element 43 is embedded below the electrode 42. The ceramic member 41 is fixed by a metal member 44 as a cooling part and an adhesive 46. In this conventional electrostatic chuck, the heating element is one-zone heating, and the gas supplied between the wafer W and the holding surface is two-zone control with a diameter of 220 mm divided into two zones. .

使用したウェハWは直径300mm、厚さ0.8mmのシリコンウェハであり、熱伝導率は84W/m・Kである。また、実施例のセラミックス部材31には、アルミナと窒化アルミニウムの2種類をそれぞれ用いた。また、従来例のセラミックス部材41には、アルミナを用いた。アルミナのセラミックス部材31、41はいずれも厚みが6mm、熱伝導率が30W/m・Kである。窒化アルミニウムのセラミックス部材31は厚みが6mm、熱伝導率が170W/m・Kである。   The used wafer W is a silicon wafer having a diameter of 300 mm and a thickness of 0.8 mm, and its thermal conductivity is 84 W / m · K. Further, two types of alumina and aluminum nitride were used for the ceramic member 31 of the example. Further, alumina was used for the ceramic member 41 of the conventional example. The alumina ceramic members 31 and 41 both have a thickness of 6 mm and a thermal conductivity of 30 W / m · K. The aluminum nitride ceramic member 31 has a thickness of 6 mm and a thermal conductivity of 170 W / m · K.

また、セラミックス部材31又は41と金属部材34、44とを固着する接着剤には、ポリイミド系接着剤(厚み0.13mm、熱伝導率0.25W/m・K)を用いた。また、冷却部に相当する金属部材34、44は、アルミニウム製であり、厚みは26.3mm、熱伝導率が180W/m・Kである。   A polyimide adhesive (thickness 0.13 mm, thermal conductivity 0.25 W / m · K) was used as an adhesive for fixing the ceramic member 31 or 41 and the metal members 34 and 44. The metal members 34 and 44 corresponding to the cooling part are made of aluminum, have a thickness of 26.3 mm, and a thermal conductivity of 180 W / m · K.

以上に記述した静電チャックを真空チャンバー内に設置し、実使用条件を模擬した加熱条件の下で、ウェハWの温度分布を調査した。真空チャンバーには静電チャックへの電力供給ライン、冷却水供給ライン、ならびにプラズマによるウェハの加熱を模擬するためのランプヒーターが備えられている。   The electrostatic chuck described above was installed in a vacuum chamber, and the temperature distribution of the wafer W was investigated under heating conditions simulating actual usage conditions. The vacuum chamber is provided with a power supply line to the electrostatic chuck, a cooling water supply line, and a lamp heater for simulating the heating of the wafer by plasma.

ウェハWを保持時の加熱条件は、ランプヒーターからの入熱量がウェハ全体で300Wであり、面内均一入熱条件とし、金属部材34、44の流路34a、44a内の冷却水の温度は30℃とした。セラミックス部材に埋設した発熱体には2kWの電力を供給し、加熱した。実施例1においては、セラミックス部材31内の電極32および金属部材34の金属部に1200Vの電圧を印加し、ウェハWを吸着した。実施例2においては、電極32に400V、金属部材34の金属部に1200Vの電圧を印加し、ウェハWを吸着した。従来例では、セラミックス
部材41内の電極42に1200Vの電圧を印加し、ウェハWを吸着した。
The heating condition when holding the wafer W is that the heat input from the lamp heater is 300 W for the entire wafer, the in-plane uniform heat input condition, and the temperature of the cooling water in the flow paths 34a and 44a of the metal members 34 and 44 is It was 30 degreeC. The heating element embedded in the ceramic member was heated by supplying 2 kW of electric power. In Example 1, a voltage of 1200 V was applied to the electrode 32 in the ceramic member 31 and the metal part of the metal member 34 to attract the wafer W. In Example 2, a voltage of 400 V was applied to the electrode 32 and a voltage of 1200 V was applied to the metal part of the metal member 34 to attract the wafer W. In the conventional example, a voltage of 1200 V is applied to the electrode 42 in the ceramic member 41 to attract the wafer W.

この加熱条件で吸着したときのウェハWの半径方向の温度分布を図5に示す。同図において、実施例1の曲線は、図3の静電チャックでセラミックス部材31がアルミナの例である。この実施例1は半径方向中央部と外周部との温度差ΔTが19.4℃あり、かつ曲線が急峻な勾配を有していて、本発明で所期した優れた特性が得られている。   FIG. 5 shows the temperature distribution in the radial direction of the wafer W when adsorbed under these heating conditions. In the figure, the curve of Example 1 is an example in which the ceramic member 31 is alumina in the electrostatic chuck of FIG. In Example 1, the temperature difference ΔT between the central portion in the radial direction and the outer peripheral portion is 19.4 ° C., and the curve has a steep slope, and the excellent characteristics expected in the present invention are obtained. .

また、図中の実施例2の曲線は、図3の静電チャックでセラミックス部材31が窒化アルミニウムの例である。この実施例2は、実施例1よりは温度差ΔTが小さいが、次に述べる従来例よりも大きな温度差、急峻な勾配を示した。また、中央部側の温度分布をみると、温度変化のばらつきが実施例1よりも小さく、中央部の面内温度分布の均一性に優れつつ、外周部のみ急峻な温度勾配を与えることができ、本発明で所期した優れた特性が得られている。   Moreover, the curve of Example 2 in the figure is an example in which the ceramic member 31 is aluminum nitride in the electrostatic chuck of FIG. In Example 2, the temperature difference ΔT was smaller than that in Example 1, but the temperature difference and the steep gradient were larger than those of the conventional example described below. Further, looking at the temperature distribution on the center side, the variation in temperature change is smaller than that in Example 1, and it is possible to give a steep temperature gradient only at the outer periphery while being excellent in the uniformity of the in-plane temperature distribution in the center. The excellent characteristics expected in the present invention are obtained.

これに対して、従来例の曲線は、図4の静電チャックの例であり、中央部と外周部とで温度差が小さくまた、勾配もなだらかであって、本発明で所期した効果が得られなかった。   On the other hand, the curve of the conventional example is an example of the electrostatic chuck shown in FIG. 4, and the temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion is small and the gradient is gentle. It was not obtained.

本発明に係る静電チャックの一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the electrostatic chuck which concerns on this invention. 本発明の別の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another embodiment of this invention. 実施例の静電チャックの断面図である。It is sectional drawing of the electrostatic chuck of an Example. 従来例の静電チャックの断面図である。It is sectional drawing of the electrostatic chuck of a prior art example. ウェハの半径方向の温度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature distribution of the radial direction of a wafer.

符号の説明Explanation of symbols

1 静電チャック
2 基板保持部
3 冷却部
11 セラミックス部材
11a 表面
12 電極
13 発熱体
14 金属部材
15 誘電体薄膜
16 接着剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrostatic chuck 2 Substrate holding part 3 Cooling part 11 Ceramic member 11a Surface 12 Electrode 13 Heating element 14 Metal member 15 Dielectric thin film 16 Adhesive

Claims (7)

基板を保持する保持面に電極が埋設され、この電極よりも保持面から離れて発熱体が埋設された基板保持部と、
この基板保持部に固着された冷却部とを備え、
前記基板保持部は、前記保持面の中央部を含む中央部部材と、この中央部部材の外周側に設けられて前記保持面の中央部よりも外周側の保持面を含む外周部部材とを有し、この中央部部材及び外周部部材のうち一方の部材は、セラミックス部材からなる低熱伝導率部材であり、他方の部材は、前記冷却部と一体的に成形された金属部材の表面に誘電体薄膜が形成された部材からなる、高熱伝導率部材であることを特徴とする静電チャック。
An electrode is embedded on the holding surface side that holds the substrate, a substrate holding portion in which a heating element is embedded away from the holding surface than this electrode, and
A cooling unit fixed to the substrate holding unit,
The substrate holding portion includes a central member including a central portion of the holding surface, and an outer peripheral member provided on the outer peripheral side of the central member and including a holding surface on the outer peripheral side of the central portion of the holding surface. One of the central member and the outer peripheral member is a low thermal conductivity member made of a ceramic member, and the other member is dielectric on the surface of the metal member formed integrally with the cooling unit. An electrostatic chuck comprising a member having a thin body film and a high thermal conductivity member.
前記セラミックス部材は、アルミナ及び窒化アルミニウムから選ばれる少なくとも一種のセラミックスを含み、前記金属部材は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項1に記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the ceramic member includes at least one ceramic selected from alumina and aluminum nitride, and the metal member includes aluminum. 前記発熱体が内周側と外周側とで個別に温度を調整可能であることを特徴とする請求項1に記載の静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the temperature of the heating element can be individually adjusted on an inner peripheral side and an outer peripheral side. 前記低熱伝導率部材の表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein unevenness is formed on a surface of the low thermal conductivity member. 前記誘電体薄膜が、アルミナ、ポリイミド、フッ素樹脂のいずれか一つであることを特徴とする請求項1に記載の静電チャック。   The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the dielectric thin film is one of alumina, polyimide, and fluororesin. 前記基板保持部は、前記高熱伝導率部材と前記低熱伝導率部材との間に空隙が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 1, wherein a gap is formed between the high thermal conductivity member and the low thermal conductivity member in the substrate holding part . 前記低熱伝導率部材が中央部に、前記高熱伝導率部材が外周部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the low thermal conductivity member is provided in a central portion, and the high thermal conductivity member is provided in an outer peripheral portion.
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