JP4540407B2 - 静電チャック - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造工程で半導体ウェハを静電吸着したり、液晶基板を吸着するフラットディスプレイ製造工程に使用する静電チャックに関するものである。

従来、半導体製造工程において、半導体ウェハ（以下、ウェハと称す。）に微細加工を施すためのエッチング工程や、薄膜を形成するための成膜工程において、ウェハを静電吸着力で固定する静電チャックが使用されている。

静電チャックは、誘電体層の上面を、被吸着物であるウェハを載せる載置面とするとともに、前記誘電体層の下面に静電吸着用電極を備えたもので、上記ウェハと静電吸着用電極との間に電圧を印加して静電吸着力を発現させることによりウェハを載置面に固定するようになっている。なお、上記静電吸着用電極を複数に分割し、各電極間に電圧を印加することにより静電気力を発現させる双極型も提案されている。

ところで、静電吸着力には、クーロン力とジョンソン・ラーベック力があり、クーロン力の大きさは誘電体層を形成する材料の誘電率に依存し、ジョンソン・ラーベック力は誘電体層を形成する材料の体積固有抵抗値に依存する。具体的には、誘電体層の体積固有抵抗値が１０１４Ω・ｃｍより大きい時の吸着力はクーロン力により支配され、誘電体層の体積固有抵抗値が低下するにしたがってジョンソン・ラーベック力が発現し、誘電体層の体積固有抵抗値が１０１２Ω・ｃｍ未満となるとクーロン力に比べて大きな吸着力が得られるジョンソン・ラーベック力によりウェハが吸着されることが知られている。

また、ウェハに対して、エッチング加工や成膜加工を行う際、ウェハ全面のエッチングレートを均一にしたり、均一に成膜する必要がある。その為にウェハの温度を一定に保持し、かつウェハの面内温度差を小さくする必要がある。

また、近年では半導体産業の急激な拡大の為、単位時間当たりに処理することができるウェハ処理枚数を向上させる必要があり、ウェハが飽和温度に達するまでの時間を短くする必要がある。

特許文献１には、表面に複数の微少な凸部を設け、その微小な凸部は先端部が根元よりも小さな形状に形成され、ウェハを上記凸部先端部で点接触して保持しウェハの下面にガスを流すことにより、凸部の影響を受けることが少なく、ウェハ温度を均一とする静電チャックが提案されている。

また、特許文献２には、ウェハと静電チャック表面との接触面積小さくし、かつ凸部の高さを小さくすることにより、接触部以外からの吸着力を得ることができ、接触面積が小さくてもウェハを大きな力で保持でき、ウェハの温度を均一にできることが提案されている。

さらに特許文献３には、静電チャックのガス溝を等間隔に配置した複数の放射状溝と、該放射状溝と連通し、同心円上に配置した複数の環状溝と、中心より１つ目の環状溝以降の領域で、隣り合う２つの環状溝と隣り合う２つの放射状溝で囲まれる各設置面を２つ以上に分断する少なくとも一つの放射方向に延びる仕切り溝とから構成し、隣り合う２つの環状溝と隣り合う２つの放射状溝で囲まれる設置面と隣り合う２つの環状溝と放射状溝及び仕切り溝で囲まれる設置面と、隣り合う２つの環状溝と隣り合う２つの仕切り溝で囲まれる設置面が各々略同等の面積とすることにより、ウェハが飽和温度に達するまでの時間が短く、かつ飽和温度での均熱性に優れた静電チャックを提供できることが提案されている。

また、特許文献４に記載のすように、凸部の形状が円形である静電チャックが開示されている。上記凸部の直径は１０ｍｍと大きなものであった。
特開平９−１７２０５５号公報 特開２００２−２２２８５１号公報 特開２００２−１７０８６８号公報 特開平７−１５３８２５号公報

ところが特許文献１、２に記載された静電チャックでは、ウェハと静電チャックの接触面積が小さいため、吸着力が大きなジョンソンラーベック力を発現する静電チャックは良いが、吸着力が小さいクーロン力を発揮する静電チャックにおいては、ウェハの温度が一定となる飽和温度に達する時間を短くし、なおかつウェハの均熱を良くするために静電チャックの溝部にガスを流すと静電チャックのガス圧でウェハが静電チャックから外れてしまう問題があった。また、ガス圧を下げるとウェハが飽和温度に達する時間が長く、単位時間当たりに処理するウェハの処理枚数が少なくなるという課題があった。

さらに大きな吸着力を得るために高電圧を印加すると、静電チャックの誘電体層が絶縁破壊するとの問題があった。

また、特許文献３に記載された静電チャックは、ウェハとの接触面積が大きく溝部にガスを流してもウェハが静電チャックから外れてしまうことはないが、ガスが溝の分岐点においてスムーズに流れず、近年の要求である均熱性やウェハが飽和温度に達するまでの時間を得ることができなかった。

また、特許文献４には、図４に示すように、凸部の直径が１０ｍｍ以上と大きく、図４のｂ，ｃ方向のガスの流れは良くなるが、外周の温度が飽和するまでの時間が大きくなるとの問題があった。即ち、貫通孔５の近傍より温度が所定の温度に達し、外周の温度が所定の温度に達するまでに時間がかかるとの問題があった。
また、近年半導体記憶素子の記憶容量が増大するに従い素子そのものが大型化し１ｃｍ角以上のチップの量産がなされているが、記憶密度の増大と大型化によりチップ内の各種膜厚が均一であることが求められている。

そこで、本件発明者は上記課題に鑑み、板状体の一方の主面をウェハを載せる載置面とし、前記板状体の他方の主面または内部に吸着用の電極を備えた静電チャックにおいて、前記板状体の一方の主面に、貫通孔、複数の凸部、外周に備えた環状の凸部、及びこれらの凸部の間に備えた溝部とを有するとともに、上記凸部の平面形状が４つの辺と４つの辺を繋ぐ屈曲線からなり、上記凸部が上記載置面に一様に配設されていることを特徴とする。

また、上記屈曲線がＲ形状であり、その曲率半径が０．１〜２ｍｍであることを特徴とする。

また、上記溝の底面と凸部が繋がる部位がＲ形状であり、その曲率半径が０．０１〜０．１ｍｍであることを特徴とする。

また、上記溝の底面の中心線平均粗さＲａが２μｍ以下であることを特徴とする。

また、上記凸部及び上記環状の凸部の頂面の総面積は、上記載置面の面積の５０〜８０％であり、かつ上記溝の底面から上記凸部の頂面までの距離が１０〜１００μｍであることを特徴とする。

また、上記貫通孔が、上記載置面の中心に１個と、該中心から同心円上に複数個備えられていることを特徴とする。

また、上記環状の凸部を載置面の最外周と内側に備え、最外周の環状の凸部と内側の環状の凸部の間に複数の貫通孔を備え、内側の環状凸部の内側に貫通孔を備えていることを特徴とする。

また、上記貫通孔は、直径０．１〜５ｍｍで、４〜１００個備えていることを特徴とする。

また、上記板状体の他方の主面に熱交換部材を取り付けたことを特徴とする。また、上記熱交換部材が金属板からなることを特徴とする。

以上のように、本発明の静電チャックは、板状体の一方の主面をウェハを載せる載置面とし、前記板状体の他方の主面または内部に吸着用電極を備えた静電チャックにおいて、前記板状体の一方の主面に、貫通孔、複数の凸部、外周に備えた環状の凸部、及びこれら凸部の間に備えた溝部とを有するとともに、上記凸部の平面形状が４つの辺と４つの辺を繋ぐＲ形状を備え、上記凸部が上記載置面に一様に配設されていることにより、クーロン力を発揮する静電チャックにおいてガスを前記溝部に流しても、ウェハが静電吸着保持することができ、飽和温度に達する時間が短く、また均熱性に優れた静電チャックを提供することができる。

以下、本発明の静電チャックについて説明する。

図１は本発明に係る静電チャック１の一例を示す概略図である。この静電チャック１は、板状体８の内部に吸着用の電極６を備え、前記板状体８の一方の主面をウェハＷを載せる載置面８ａとし、前記電極６に接続した給電端子７を板状体８の他面の主面側に備えている。また、必要に応じ板状体８の他方の主面に熱交換部材９が接合されている。

そして、板状体８の一方の主面に貫通孔５が備えられており、貫通孔５からＨｅ等のガスを供給し、溝８ｄに流しウェハＷと載置面８ａで形成される空間にガスを充填させることができる。

静電チャック１は不図示の減圧容器に設置され、ウェハＷを載置面８ａに載せ静電吸着用の電極６に電圧を印加してウェハＷを吸着することができる。そして、上記減圧容器の中にアルゴンガス等を導入しウェハＷの上方にプラズマを発生させ、ウェハＷにエッチング処理、または成膜処理することができる。

この時プラズマによりウェハＷが加熱され、載置面８ａの温度が上昇する。そこで、静電チャック１の溝８ｄに貫通孔５よりガスを流し、載置面８ａとウェハＷ間の熱伝導率を高めて熱を逃がしウェハＷの表面温度をより均一にすることができる。

また、板状体８の周辺に位置する環状の凸部８ｃと溝８ｄとウェハＷで形成される空間に貫通孔５からガスを供給するが、環状の凸部８ｃとウェハＷの間から微量のガスが容器内に漏れ出している。しかし、ウェハＷへの成膜処理に影響のない真空度の範囲で前記ガスが静電チャック１の外に漏れるような構造となっている。このガスの圧力は、静電チャック１の吸着力よりも小さい一定の圧力に設定されており、このガスの圧力によりウェハＷが静電チャック１から外れることはない。

本発明の静電チャック１は載置面８ａへの投影面からみて凸部８ｂの平面形状は４つの辺とそれを繋ぐ屈曲線からなり、凸部８ｂが載置面８ａに一様に配設されていることを特徴とする。凸部８ｂの形が略正四角形であると更に好ましい。

尚、一様に配設されているとは、貫通孔や環状凸部の周辺を除き略等間隔に配置していることを示す。

そして、例えば図１において、貫通孔５より供給されるガスがａ方向に直線上の溝をスムーズに外周まで流れる。また、凸部８ｂの形は４つの辺とそれを繋ぐ屈曲線とすることにより、ｂ，ｃ方向にもガスがスムーズに流れ好ましい。従って、貫通孔５より供給されるガスを短時間で溝８ｄを通しウェハ裏面の全面に供給できる。その結果、短時間でウェハＷの面内温度差が小さく且つ温度変化が小さくなるまでの飽和時間が短くなり好ましい。

また、本発明の凸部のように４つの辺とこれを繋ぐ屈曲線からなると、近年採用されている大型チップのチップ内の膜厚や特性が均一となり優れていることが判明した。この理由はウェハＷに対し中心対称の温度分布や吸着が求められているが、大型チップではこれらの特性に加え４角形のチップの夫々の中で均一性が重要になるためと考えられる。このようにチップ内の膜厚や膜特性を均一とすることにより１枚のウェハＷから電気特性の優れた多くの素子が得られ歩留まりを高める事ができる。

また、上記屈曲線はＲ形状であることが好ましい。そしてこのＲ形状の大きさは０．１ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。この範囲とすることにより、ａ，ｂ，ｃ方向により均一にガスの流れができ、ウェハＷの温度が飽和する時間が短くなり、かつウェハＷ面内の温度差が小さく均熱性が向上するからである。屈曲線のＲ形状の大きさが０．１ｍｍ未満では図１のａ方向へのガスの流れは良いが、ｂ，ｃ方向への流れが悪くなり、ウェハ温度が飽和する時間が長くなる。即ち、貫通孔５よりａ方向の溝４が外周に向かって直線になっている部分にかかるウェハの温度差は小さく優れているが、ｂ，ｃ方向にかかるウェハの温度差は大きく悪くなる。また、飽和温度に達する時間も、ａ方向に比べてｂ、ｃ方向では飽和温度に達する時間が大きくなり好ましくない。これは、屈曲線のＲ形状の大きさが小さいため、貫通孔より供給されたガスが直線部分であるａ方向に多く流れ、ａ方向の温度から飽和したと考えられる。逆に、上記Ｒ形状の大きさが２ｍｍを越えると、ｂ，ｃ方向のガスの流れは良くなるが、外周の温度が飽和する時間が大きくなる虞がある。即ち、貫通孔５の近傍より温度が所定の温度に達し、外周の温度が所定の温度に達するまでに時間がかかることが分かる。これは、屈曲線のＲ形状が大きいため、図１のｂ，ｃ方向へ流れるガスの量が大きく、ガスが供給される貫通孔５の周りより所定の温度に達したと考えられる。このことより、Ｒの大きさは０．１ｍｍ〜２ｍｍが良いことが分かる。

また、溝８ｄの底面と凸部８ｂが繋がる曲面のＲ形状の大きさが０．０１〜０．１ｍｍであると好ましい。Ｒ形状を０．０１〜０．１ｍｍとすることにより、ウェハ温度が所定の温度に達するまでの時間が短くかつ均熱性が向上する。０．０１ｍｍ未満では、ガスが溝８ｄの底面と凸部８ｂに繋がる曲面の部分で滞留してしまい、ガスの流れが悪くなるため、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞がある。Ｒ形状が０．１ｍｍを越えると、溝深さを０．１ｍｍを越える大きさにしなければならず、電極と溝の底面までの距離が小さくなるため、ウェハＷと電極間に必要な電圧を印加すると溝４の底から電極までの間で絶縁破壊する可能性がある。これらのことより、溝８ｄの底面と凸部８ｂが繋がる曲面のＲ形状の大きさが０．０１〜０．１ｍｍとすればよいことが分かる。

尚、上記の曲面のＲ形状の大きさは凸部８ｂの辺と凸部８ｂの頂面に垂直な面内で測定した半径の大きさで表すことができる。

また、溝８ｄの底面の中心線平均粗さは２μｍ以下であると良く、１μｍ以下であるとさらに好ましい。２μｍ以下とすることにより、溝８ｄの底面が滑らかとなり低圧のガスがスムーズに溝を流れるからである。しかし、２μｍを越えると、ガスと溝の底面との衝突抵抗が大きくなり、ガスがスムーズに溝８ｄを流れなくなる虞があるからである。そして、ウェハＷの表面温度が所定の温度に均一になるまでの飽和時間が長くなり、また面内温度差も大きくなる虞がある。

さらに、凸部８ｂ及び外周の環状凸部８ｃの頂面の総面積は、ウェハ載置面８ａの面積の５０〜８０％であり、かつ溝８ｄの底面から凸部８ｂの頂面までの距離が１０〜１００μmであると好ましい。クーロン力を発揮する静電チャック１は吸着力が小さいので、できるだけウェハＷとの接触面積を大きくし、吸着力を大きくする必要がある。接触面積が５０％以上とすると溝８ｄにガスを供給してもウェハＷが静電チャック１を外れる虞がなく好ましい。また、凸部８ｂ及び外周の環状凸部８ｃの頂面の総面積は、ウェハ載置面の面積の８０％を越えると、溝８ｄの面積が小さくなり過ぎてガスの流れる領域が小さくなり、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞がある。このことよりウェハとの接触面積、つまり凸部及び外周環状凸部の頂面の総面積は、載置面の５０〜８０％であることが好ましいことが分かる。

また、溝８ｄの底面から凸部８ｂの頂面までの距離は、１０〜１００μｍが好ましい。特許文献１にはこの距離は５〜１０μｍが良いとされるが、この場合は静電チャックとウェハとの接触面積が５〜１０％と小さいため、溝深さが小さくてもガスが全面にスムーズに行き渡ることができるが、本発明の静電チャックは静電チャックとウェハの接触面積が５０〜８０％と大きく、ガスがスムーズに全面に行き渡るには少なくとも１０μm以上の溝深さが必要となる。

一方、溝８ｄの底面から凸部８ｂの頂面までの距離は１００μm以下とすることが好ましい。クーロン力を発揮する静電チャックの電極から載置面までの距離は小さいほど吸着力が大きく、２００〜４００μm程度にする必要がある。溝４の深さが１００μmを越えると溝の底から電極までの距離が１００〜３００μｍを下回り、ウェハと電極間に所定の電圧を印加すると溝４の底から電極までの間で絶縁破壊する可能性がある。このことより溝部から凸部８ｂ先端までの距離は１０〜１００μmが良いことが分かる。尚、溝８ｄの底面から凸部８ｂの頂面までの距離は溝８ｄのＲ形状を除く底面から凸部８ｂまでの５箇所の平均値として求める事ができる。

また、凸部８ｂ、環状凸部８ｃ、溝８ｄを形成するには、サンドブラスト加工、マシニング加工、超音波加工等の加工方法を用いれば良いが、加工精度、形状自由度、加工コストからサンドブラスト加工を用いることが望ましい。

ここで、凸部８ｂの大きさは小さい方が好ましい。これはウェハＷとの接触面積を減少させた方がガスによる熱伝達効果が大きくなり、ウェハＷの面内温度差が小さくなるからである。しかし、上述したようにウェハＷとの接触面積は５０〜８０％は必要であり凸部８ｂの大きさは適切な範囲があることが分かる。また、溝の幅が０．５ｍｍを下回るとガスの流れる流路が小さくなり過ぎて、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞がある。従って、接触面積が５０％を下回らない凸部の最小の大きさは、凸部の対辺の間隔が約１．５ｍｍ以上であればよいことが分かる。また、凸部の対辺の間隔が１０ｍｍを越えると凸部の中心部に対応するウェハの温度が低下して好ましくない。より好ましくは対辺の間隔は２〜８ｍｍである。更に好ましくは３〜７ｍｍである。

さらに図２に示すように、上記貫通孔５は載置面の中心に１個と、中心から同心円上に複数の貫通孔５を備えると良い。貫通孔５を中心に設け、中心の貫通孔５からガスを流すことにより、中心から外周にかけて均一にガスが流れる。また、同心円上に複数の貫通孔５を設け、そこからもガスを流すことにより、短時間で載置面８ａの全体にガスを供給でき、ウェハＷの面内の温度が一定となるまでの飽和する時間が短くなり好ましい。

また、図３に示すように、環状の凸部８ｃを載置面の最外周とその内側に備え、最外周の環状の凸部８ｃと内側の環状の凸部８ｃの間に複数の貫通孔１５を備え、内側の環状凸部８ｃの内側に貫通孔１６を備えるとウェハＷの直径が３００ｍｍ以上の大型のウェハＷの面内温度差を小さくする上で好ましい。その理由は、最外周の環状の凸部８ｃと内側の環状の凸部８ｃの間の貫通孔１５と内側の環状凸部８ｃの内側の貫通孔１６に、別系統でガスを供給することにより、それぞれガス流量を変えることができるため、載置面８ａの内側と外側で載置面８ａとウェハＷの間の熱伝導率を調整できることからウェハＷの内側と外側の差をコントロールできることからウェハＷ面内の温度差が小さくなり均熱性が向上する。

また、上記貫通孔５、１５、１６の直径は、０．１〜５ｍｍで、貫通孔５、１５、１６は４〜１００個備えていることが好ましい。貫通孔５、１５、１６の直径を０．１〜５ｍｍで、貫通孔の数を４〜１００個とすることにより、ガスが溝８ｄを均一に流れ、ウェハが飽和温度に達する時間が短く、ウェハＷ面内の温度差が小さく均熱性が向上する。貫通孔５、１５、１６の直径が０．１ｍｍ未満では、貫通孔の直径が小さいため、ガスの供給が十分にできず、ウェハＷの温度が飽和するまでの時間が大きくなる虞があるからである。また、貫通孔５、１５、１６の直径が５ｍｍを越えると、貫通孔付近にガスが集中し、貫通孔付近の温度が高く、その他の載置面の温度が低くなる虞があり、ウェハＷの均熱性が悪くなる虞があるからである。また、貫通孔５、１５、１６の数は、０個では溝部にガスが供給できないためウェハの均熱性が悪くなる。１００個を越えると１つの貫通孔から流れるガスが他の貫通孔から流れるガスと干渉し、ガスの流れが悪くなるため、ウェハＷの均熱性が悪くなる。このことより、上記貫通孔の直径は、０．１〜５ｍｍで、４〜１００個備えていると良い。

また、上記板状体８の他方の主面に熱交換部材９を取り付けると良い。プラズマによりウェハＷが加熱され、載置面８ａに熱が多量に流れてくるが、板状体８の他方の主面に熱交換部材９をとりつけることにより、載置面２ａの熱を効率よく板状体８から熱交換部材９に流すことができ、載置面２ａの温度上昇を抑えウェハＷの温度上昇を抑制できる。熱交換部材９は熱伝導率の大きい金属が良く、特にアルミニウムが好ましい。また、熱交換部材９と板状体８とはインジウム接合、シリコン接着剤等の方法で接合することが好ましい。さらに熱交換部材９は、その内部に水冷や空冷するための通路９ａを設け熱を外部に排出することが好ましい。通路９ａに冷却用の水やガスを流すことにより熱交換が容易となり、より効率的に載置面２ａを冷却できるからである。

ここで静電チャック１を構成する板状体８の材質としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素を主成分とする焼結体を用いることができ、これらの中でも耐プラズマ性に優れるアルミナ、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体を用いることが望ましい。

また、上記板状体８に埋設する吸着用電極６の材質としては、板状体８を形成する焼結体との熱膨張差が小さい物が良く、モリブデン、タングステン、タングステンカーバイト等を用いれば良い。

以上、本実施形態では図１に示す構造の静電チャック１を例にとって説明したが本発明の静電チャック１は図１に示した構造だけに限定されるものではなく、例えば、誘電体２中にヒータ用の電極を埋設しても良く、この場合、ヒータ用の電極により静電チャック１を直接発熱させることができるため、間接加熱方式のものに比べて熱損失が少ない。

さらに、静電吸着用電極４以外にプラズマ発生用電極を備えても良く、この場合、成膜装置やエッチング装置の構造を簡略化することができるというように、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更できることは言う迄もない。

以下、本発明の具体例を静電チャックを例にとって説明する。

まず、アルミナＡｌ_２Ｏ_３からなる板状体を例に説明する。平均粒径１．０μｍの純度９９．９質量％であるＡｌ_２Ｏ_３粉末に焼結助剤としてＣａＯとＳｉＯ_２を０．２質量％加え、バインダーと溶媒を加えて泥漿を作製し、ドクターブレード法にてアルミナグリーンシートを複数枚成形した。

このうち１枚のアルミナグリーンシート上に、吸着用の電極となるモリブデンの金属ペーストをスクリーン印刷法にて所定の電極パターン形状に印刷した。そして、上記金属ペースト塗布面と反対面に残りのアルミナグリーンシートを積層した。一方、上記金属ペーストを印刷しないアルミナグリーンシートを複数枚積層し、所定の位置に直径５ｍｍの給電穴を開けた。尚、給電穴は上記電極に給電端子を接続する穴とした。

そして、それぞれの積層体を５０℃、１．５×１０^７Ｐａの圧力で熱圧着した。そして、前記印刷面と前記給電穴を開けた積層体を、電極となる印刷面を覆うように重ね、５０℃、１．７×１０^７Ｐａの圧力で熱圧着した。このようにセラミック積層体を作製した後、このセラミック積層体に切削加工を施して円板状とした。

次いで、上記のセラミック積層体を窒素と水素の混合雰囲気炉で加熱脱脂し、窒素と水素の混合雰囲気炉を用い、常圧の１６００℃の温度で約３時間焼成した。これより吸着用の電極が埋設された板状体を得た。

しかる後、板状体を加工し、板状体中央に直径１ｍｍの貫通孔を設けた。そして厚みを３ｍｍとなるまで研磨し、一方の主面（最も広い面）を、最大粗さ（Ｒｍａｘ）で１μｍ以下、載置面を形成するとともに、静電吸着用電極と導通する給電端子を接合した。

そして、ブラスト加工により凸部と環状凸部、溝を設け直径２００ｍｍ、厚み３ｍｍの静電チャックを作製した。そして、アルミニウムの熱交換部材をシリコン接着剤で前記板状体に接合した。

凸部の形状は対辺距離が６ｍｍの略正四角形とし、辺と辺を繋ぐＲ形状の大きさを０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍとした静電チャックと、Ｒ形状のない静電チャックを作製した。また、凸部の間隔は何れも１ｍｍとした。ガス供給の貫通孔は直径３ｍｍとして載置面の中心に設けた。

なお、溝から凸部表面までの距離は５０μｍ、溝の表面粗さをＲａ０．５μｍとした。

そして、作製したこれら６種類の静電チャックを真空チャンバー内に設置し、１７カ所の熱電対付き測温用シリコンウェハを静電チャックの載置面に載せ、この状態で真空チャンバー内を１０^−１Ｐａまで減圧した。そして、静電チャックの吸着用の電極とウェハＷの間に１０００Ｖの電圧を印加してクーロン力を発生させ、ウェハＷを載置面に吸着固定するとともに、真空チャンバー内に設置されたハロゲンヒータを発熱させてウェハを１００℃まで加熱させた。そして、貫通孔より１３００Ｐａのヘリウムガスを流し、ウェハ温度が飽和温度に達するまでの時間と、飽和温度でのウェハの温度分布について調べる実験を行った。

なお、飽和温度とは、ウェハの平均温度が０．１℃／秒以下の温度変化率になった時の平均温度のことであり、飽和温度に達する時間とは、ヘリウムガスを供給してから飽和温度に達するまでの時間のことである。

また、ウェハの平均温度は、ウェハの１７カ所に付いている熱電対で温度測定し、その平均値とした。さらに、飽和温度でのウェハ温度分布は、ウェハの１７カ所に付いている熱電対で温度測定し、その最大値と最小値の差を温度分布とした。

それぞれの結果は表１に示す通りである。

凸部の辺をＲ形状で繋ぐ試料Ｎｏ．１〜５はウェハの温度分布が０．８〜１．２℃と小さく、飽和温度に達する時間も２．５〜３．２秒と小さく優れていることが分かる。

一方、試料Ｎｏ．６はＲ形状が形成されていないことからウェハの温度分布が３．０℃と大きく、飽和温度に達する時間も５．０秒と大きく特性が悪かった。この原因は、貫通孔より直線方向に伸びる溝の周辺の温度は高く、この溝と直交する方向の周辺の温度が低くウェハＷ面内の温度差が大きいことが分かった。また、貫通孔より直線方向に伸びる溝の周辺の温度は早く高くなり、この溝と直交する方向の周辺の温度は遅く上昇することから飽和温度に達する時間も大きくなった。

また、試料Ｎｏ．２〜４はＲ形状の大きさが０．１〜２ｍｍでありウェハの温度分布は０．８〜１．０℃と小さく飽和温度に達する時間も３．０秒以下と小さく更に好ましいことが分かった。

実施例１と同様にして静電チャックを作製した。溝はマシニングセンターで加工し、溝と凸部が繋がる曲面のＲ形状の大きさを、０．００５、０．０１、０．０５、０．１ｍｍとして、凸部の辺を繋ぐＲ形状の大きさを０．５ｍｍとした。そして、実施例１のＮｏ．３と同様の静電チャックを作製した。但し、溝と凸部が繋がるＲ形状の大きさを０．１ｍｍとしたものは溝深さを０．１ｍｍとした。これを実施例１と同様に評価した。その結果を表２に示す。

溝の底面と凸部が繋がる曲面のＲ形状が０．０１〜０．１ｍｍである試料Ｎｏ．８〜１０はウェハの温度分布が０．５〜０．７℃と小さく、飽和温度に達する時間も２．１〜２．２秒と小さく優れていた。

一方、試料Ｎｏ．７はウェハの温度分布が０．８℃とやや大きく、飽和温度に達する時間も２．４秒とやや大きかった。これはＲ形状が小さいため、ガスがその部分に滞留しやすくなりガスの流れが悪くなったためと考えられる。

実施例１と同様にして静電チャックを作製した。凸部２の角部のＲを０．５ｍｍとし、サンドブラストの砥粒を変え、溝４の中心線平均粗さＲａを０．３、０．５、１．０、２．０、２．５として、あとは実施例１と同様の静電チャックを作製した。そして、実施例１と同様に評価した。その結果は表２に示す。

溝の底面の中心線平均粗さＲａが２以下である試料Ｎｏ．１２〜１５はウェハの温度分布が０．４〜０．７℃と小さく、飽和温度に達する時間は２．０〜２．４秒と小さく更に優れていた。尚、中心線平均表面粗さはＪＩＳ規格のＢ０６５１に準じて測定した。

一方、溝の底面の中心線平均粗さＲａが２．５と大きな試料Ｎｏ．１６はウェハの温度分布が１．２℃とやや大きく、飽和温度に達する時間も３．２秒とやや大きかった。その理由は、ガスを供給している貫通孔の周りから温度が上昇しており、温度分布は外周部分が温度が高くなっていることが分かった。溝の表面粗さが粗くなると、ガスと溝での抵抗が大きくなり、ガスがスムーズに流れないことが原因と考えられる。

凸部の辺を繋ぐ屈曲線のＲ形状の大きさを０．５ｍｍとし、凸部の対辺の距離を変え、凸部の頂面と外周の環状の凸部の総面積を、ウェハ載置面の面積の４０〜９０％とし、かつ溝の底面から凸部の頂面までの距離を５〜１００μｍとした。他の部分は実施例１の試料Ｎｏ．３と同様に静電チャックを作製した。

そして、実施例１と同様に評価した。その結果は表４に示す。

凸部と環状の凸部の頂面の総面積が載置面の面積の５０〜８０％で、溝の底面から凸部の頂面までの距離が１０〜１００μｍである試料Ｎｏ．２２〜２４、２７、２８はウェハの温度分布が０．４〜０．７℃と小さく、飽和温度に達する時間も２．０〜２．４秒と小さく優れていることが分った。

また、試料Ｎｏ．２５はウェハの温度分布が１．０℃とやや大きく、飽和温度に達する時間も３．０秒とやや大きかった。溝部分の面積が小さいため、十分なガスの供給ができず、温度分布が大きく、また飽和温度に達する時間も大きくなったと考えられる。

また、試料Ｎｏ．２６は飽和温度に達する時間が３．２秒とやや大きかった。溝の深さが小さいため、ガスが全面に供給できる時間がかかったためと考えられる。

ガスを供給する貫通孔を載置面の中心と、中心から等距離の円上に、その直径を０．０８、０．１、２、５、６ｍｍとし、貫通孔の数を１、１０、５０、１００、２００個として、実施例１の試料Ｎｏ．３と同様の静電チャックを作製した。

また、貫通孔を載置面の中心に１個設けた静電チャックや貫通孔のない静電チャックを作製した。

これを実施例１と同様に評価した。その結果を表５に示す。

載置面の中心に１つの貫通孔のある試料Ｎｏ．３１〜３６は温度分布が０．８〜１．２℃で、飽和温度に達する時間も２．５〜３．２秒とやや大きかった。

また、載置面の中心に１つの貫通孔とその周りに複数の貫通孔を備えた試料Ｎｏ．３９〜４６は、温度分布が０．４〜１．２℃と小さく、飽和温度に達する時間が２．０〜３．２と小さく好ましいことが分った。

更に貫通孔の直径が０．１〜５ｍｍで貫通孔を４〜１００個備えた試料Ｎｏ．３９〜４１、４３〜４５は温度分布が０．４〜０．７℃と更に小さく、飽和温度に達する時間が２．０〜２．４秒と小さく好ましいことが分った。

試料Ｎｏ.３７は飽和時間に達する時間が１０秒、ウェハの温度分布が５℃と大きかった。これは溝にガスを供給することができないため、飽和時間に達する時間も、ウェハの温度分布も大きくなったと考えられる。

（ａ）は本発明に係る静電チャックを示す概略の平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 （ａ）は本発明に係る静電チャックを示す概略の平面図、（ｂ）は（ａ）のY−Y線断面図である。 本発明に係る静電チャックを示す概略図である。 従来の静電チャックを示す概略図である。

符号の説明

１ ：静電チャック
５ ：貫通孔
６ ：内部電極
７ ：給電端子
８ ：板状体
８ａ：載置面
８ｂ：凸部
８ｃ：環状の凸部
８ｄ：溝
９ ：熱交換部材
１５：貫通孔
１６：貫通孔
Ｗ ：ウェハ

Claims (10)

1. 板状体の一方の主面をウェハを載せる載置面とし、前記板状体の他方の主面または内部に吸着用の電極を備えた静電チャックにおいて、前記板状体の一方の主面に、貫通孔、複数の凸部、外周に備えた環状の凸部、及びこれらの凸部間に備えた溝部を有するとともに、上記凸部の平面形状が４つの辺と４つの辺を繋ぐ屈曲線からなり、上記凸部が上記載置面に一様に配設されていることを特徴とする静電チャック。
2. 上記屈曲線がＲ形状であり、その曲率半径が０．１〜２ｍｍ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。
3. 上記溝の底面と凸部が繋がる部位をＲ形状とし、その曲率半径が０．０１〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
4. 上記溝の底面の中心線平均粗さＲａが２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電チャック。
5. 上記凸部及び上記環状の凸部の頂面の総面積は、上記載置面の面積の５０〜８０％であり、かつ上記溝の底面から上記凸部の頂面までの距離が１０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静電チャック。
6. 上記貫通孔は、上記載置面の中心に１個と、該中心から同心円上に複数個備えられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静電チャック。
7. 上記環状の凸部を載置面の最外周と内側に備え、最外周の環状の凸部と内側の環状の凸部の間に複数の貫通孔を備え、さらに内側の環状凸部の内側に貫通孔を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静電チャック。
8. 上記貫通孔は、直径が０．１〜５ｍｍであり、４〜１００個備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の静電チャック。
9. 上記板状体の他方の主面に熱交換部材を取り付けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の静電チャック。
10. 上記熱交換部材が金属板からなることを特徴とする請求項９に記載の静電チャック。

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