JP4609669B2 - 静電チャックモジュール - Google Patents

Description

本発明は静電チャックモジュールに関する。

静電チャックは、たとえば、半導体、ガラス、サファイア、セラミックなどのウェハ上に薄膜を生成する工程においてウェハの固定および温度コントロールを行うために使用されている。静電チャックの素材としては、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、ＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）などが用いられている。このような静電チャックには各種の構成が提案されており、その一例を特許文献１に挙げておく。
特開２００６−０１３２５７

静電チャックにより固定したウェハ上に薄膜を生成するときの薄膜材料としては、主としてガス、スパッタ源、その他の蒸着材料などが使用されるが、これらの薄膜材料がウェハプロセスにおいて静電チャックの側面に回り込んでしまうと、静電チャックの該側面や裏面あるいはウェハの裏面などの意図しない部分に薄膜が生成されてしまう。この意図しない薄膜は、静電チャックによるウェハ吸着に支障を来し、またパーティクルの発生源となる。

したがって、本発明の課題は、このような意図しない部分に薄膜が生成されることを防止するためのマスク手段を静電チャックに付加して、静電チャックの所期のウェハ吸着性能を維持し、パーティクル発生を抑制することにある。

本発明のもう一つの課題は、上記マスク手段を静電チャックに付加するに際して、さらに該マスク手段の高さ調節を可能にして、静電チャックに支持されるウェハとの間の上下隙間を極小化させることにある。

上記課題を解決するため、請求項１にかかる本発明は、少なくともベースと該ベース上に積層される静電チャックとを備えた静電チャックモジュールであって、ウェハプロセス中に薄膜材料が静電チャックの側面に回り込んで静電チャック側面または裏面あるいはウェハ裏面などの意図しない部分に薄膜が生成されることを防止するためのマスク手段としてのプラテンリングが用いられ、該プラテンリングは側面部と上面部とを有し、該側面部がベースの外周端上に支持されることによって静電チャックを包囲するように設けられ、さらに、ベースの外周端部分を上下に貫通する貫通穴に下から通した高さ調節ネジの先端に該プラテンリングの側面部の下端を支持することによって該プラテンリングの上面部を静電チャックに対して高さ調節可能としたことを特徴とする。

請求項２にかかる本発明は、請求項１記載の静電チャックモジュールにおいて、プラテンリングが側面部と上面部とを有する一体成形品であることを特徴とする。

請求項３にかかる本発明は、請求項１記載の静電チャックモジュールにおいて、側面部と上面部とが各々別部材として成形され、これらを組み合わせてプラテンリングが形成されることを特徴とする。

請求項４にかかる本発明は、請求項１ないし３のいずれか記載の静電チャックモジュールにおいて、静電チャックの外周端上面側が切除されて突出縁部が形成され、この突出縁部において静電チャックがベースにネジ固着されることを特徴とする。

請求項５にかかる本発明は、請求項１ないし４のいずれか記載の静電チャックモジュールにおいて、ベース外周端の貫通穴の下方開口部に隣接して、高さ調節ネジを螺通するロックナットが固着されたことを特徴とする。

請求項６にかかる本発明は、請求項１ないし５のいずれか記載の静電チャックモジュールにおいて、高さ調節ネジの先端が、プラテンリング側面部の下端に形成された凹部に嵌入されることを特徴とする。

請求項７にかかる本発明は、請求項１ないし６のいずれか記載の静電チャックモジュールにおいて、１２０度間隔で３ヶ所に高さ調節ネジが用いられることを特徴とする。

請求項８にかかる本発明は、請求項１ないし７のいずれか記載の静電チャックモジュールにおいて、高さ調節ネジにより、静電チャック上に支持されるウェハとプラテンリングとの間の上下隙間を０．２〜０．４ｍｍまたはそれ以下に調節可能であることを特徴とする。

本発明によれば、ウェハプロセス中に薄膜材料が静電チャックの側面に回り込んで静電チャック側面または裏面あるいはウェハ裏面などの意図しない部分に薄膜が生成されることを防止するためのマスク手段としてのプラテンリングが用いられているので、静電チャックの所期のウェハ吸着性能を維持し、パーティクル発生を抑制することができる。

また、高さ調節ネジによってプラテンリングの上下調節を可能にしており、好ましくは静電チャック上に支持されるウェハとプラテンリングとの間の上下隙間を０．２ｍｍ以下に調節可能であるので、十分な寸法精度を得ることが困難であるＰＢＮなどを素材とした静電チャックを使用する場合であっても薄膜材料の回り込みを防止して上記効果を有効に発揮させることができ、また、静電チャックモジュールの部品の機械加工をそれほど高精度に行わなくても高さ調節ネジによる調節を介して上記効果を十分に発揮させることができるので、これらの製造コストを低く抑えることができる。

図１は本発明の一実施形態によるヒータ機能を併せ持つ静電チャックモジュール１０を示し、図２はそのＡ部拡大断面図である。この静電チャックモジュール１０は、所定径寸法を有するディスク状のトッププレート１１と、このトッププレート１１を中心で支持する中空のセンターシャフト３０とから構成されている。

トッププレート１１は、内部に冷却水路を内蔵する金属製（ＳＵＳまたはアルミなど）のベース１２と、石英プレート１３と、ヒータエレメント１４ａと静電吸着用エレメント１４ｂを裏面及び表面に有するチャックプレート１５とから成る。

ベース１２はＳＵＳを素材としているが、その他アルミニウムなども使用可能である。石英プレート１３はヒータエレメントからの発熱を断熱するために用いているが、ヒータを有しない静電チャックや２００℃以下の用途など場合によっては割愛しても良い。

ヒータエレメント１４ａはタングステン、モリブデン、グラファイトなどの導電性材料による発熱抵抗体であり、任意数のヒータエレメント１４ａが所定のパターンで配置されている。

静電吸着用エレメント１４ｂはタングステン、モリブデン、グラファイトなどの導電性材料による電極であり、任意数のエレメント１４ｂが所定のパターンで配置されている。

チャックプレート１５はＰＢＮを素材としているが、前述したようにアルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化珪素などの絶縁性材料から適宜選択して使用しても良い。

符号１６は静電チャック用電極、符号１７はヒータ用電極であり、これら電極への給電線１８，１９がセンターシャフト３０の内部を通って外部電源（図示せず）に接続される。

以上に述べた構成は従来の静電チャックモジュールにおいて公知であり、あるいは本発明の主題に直接関連しないものであるので、これ以上の詳細な説明を省略する。また、静電チャックモジュールにヒータ機能を持たせる必要がない場合は、ヒータエレメント１４ａなどのヒータに関連する部材は割愛することができる。

この実施形態の静電チャックモジュール１０は、外径３００ｍｍのウェハＷを吸着固定するために設計されており、トッププレート１１の外径は３５０ｍｍとされている。ベース１２の外径も３５０ｍｍである。

チャックプレート１５は、その外周端の上部を切り欠いて段設された突出縁部１５ａを備えており、この突出縁部１５の数ヶ所（たとえば１２０度間隔で３ヶ所）に形成される貫通穴１５ｂに固定ネジ２０を通して、ベース１２に固定される。石英プレート１３には貫通穴１５ｂと整列する穴１３ａが形成されており、固定ネジ２０の挿通を許容している。符号１２ａはベース１２の外周端に貫通穴１５ｂおよび穴１３ａと整列する位置に設けられたネジ穴であり、固定ネジ２０を螺着する。符号２１はワッシャーリングである。

突出縁部１５ａを含めたチャックプレート１５の外径は３３４ｍｍであるが、ウェハＷに対するチャック面を与える表面の外径は２９６ｍｍである。石英プレート１３の外径も３３４ｍｍである。

符号２２はプラテンリングであって、ベース１２外周端の上部を切り欠いて形成された凹部１２ｂ上に支持される側面部２３と、チャックプレート１５を包囲する上面部２４とを有する一体部品として構成されている。

プラテンリング２２の寸法は、これを図示のように配置したときにその外周面がベース１２と略同径となり且つその上面部２３の表面がチャックプレート１５と略面一となって、トッププレート１１の前記外形寸法に収まるように設定される。プラテンリング２２の上面部２４とチャックプレート１５との間の隙間はゼロであることが好ましいが、実際的には０．２〜０．４ｍｍ程度に抑えることができれば十分である。また、ベース１２の凹部１２ｂはチャックプレート１５および石英プレート１３の外周端より若干外側に形成されており、したがってこれらの外周端とプラテンリング２２の側面部２３の内周面との間には若干の隙間が与えられている。

プラテンリング２２を設けることにより、この静電チャックモジュール１０上にウェハWを吸着固定してＰＶＤ（物理的気相蒸着法）、ＣＶＤ（化学的気相蒸着法）などの薄膜形成工程でウェハプロセス処理したときに、薄膜材料がチャックプレート１５の側面に回り込むことが防止されるので、チャックプレート１５の側面や裏面、あるいはウェハＷの裏面などの意図しない部分に薄膜が生成することを回避することができる。

さらに、この静電チャックモジュール１０は、プラテンリング２２の高さ調節機構を備えている。すなわち、高さ調節ネジ２５を用い、これをベース外周凹部１２ｂの下面に固着したロックナット２６に螺通させると共に、該ロックナット２６と同軸にベース外周凹部１２ｂを上下に貫通する貫通穴１２ｃに挿通させ、且つ、その先端（上端）をプラテンリング側面部２３の下端に形成した凹部２３ａに挿入して、高さ調節機構を構成している。この構成において、下方より高さ調節ネジ２５を回転させると、ロックナット２６との螺合を介して貫通穴１２ｃ内を上下移動するので、プラテンリング２２を高さ調節することができる。符号２７はワッシャーリングである。

既述のように静電チャック（チャックプレート１５）の素材には様々な絶縁材料を使用可能であり、たとえばアルミナ、窒化アルミ、炭化珪素などのセラミックス素材を使用した場合には機械加工精度が高く、寸法公差を±０．０２ｍｍ程度に小さくすることができるが、静電チャックモジュールとして複数の部品と組み合わせて製造する場合には寸法公差が大きくなる。このため、プラテンリング２２を採用しただけでは、前述の意図しない部分への薄膜生成を完全に回避し切れないおそれがある。

また、ＰＢＮを素材とした静電チャックは、その材質特性や構造から良好な寸法精度を得ることが難しく、これを静電チャックモジュールとした場合にはさらに上記問題が顕在化することが懸念される。

上記のようにプラテンリング２２を用いても、チャック材質の寸法精度などの影響でウェハＷとの隙間が大きすぎると、結局は意図しない部分への薄膜生成を有効に防止することができない。そこで、前記のような構成の高さ調節機構によりプラテンリング２２を高さ調節可能とし、ウェハＷとの上下隙間を０．２〜０．４ｍｍ程度に抑えることによって、この問題を実質的に完全に解決し、ウェハプロセスを安定的に継続して稼働させることを可能にしたのである。また、プラテンリング２２を高さ調節可能とすることにより、静電チャックモジュール１０の部品である静電チャックや他の部品の機械加工をそれほど高精度に行う必要がなくなるため、これらの製造コストを低く抑えることができる。

なお、プラテンリング２２および高さ調節ネジ２５は、熱膨張による寸法変化が小さい材料、すなわち石英、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス、カーボン、モリブデンなどの低熱膨張特性を有する材料で形成することが好ましい。

プラテンリング２２のための高さ調節ネジ２５は任意数用いることができるが、好ましくは１２０度間隔で３カ所に、ベース貫通穴１２ｃ，石英プレート穴１３ａおよびプラテンリング側面下端凹部を整列状態で形成し、これらに高さ調節ネジ２５を用いて、３ヶ所でプラテンリング２２を高さ調節可能とする。このような３点支持構成により、優れた平行度を実現することができる。

上記実施形態による静電チャックモジュール１０のプラテンリング２２は、側面部２３と上面部２４とから成る一体成形部品として構成されているが、図３に示すように、別部品として成形された側面部材２３’と上面部材２４’とを組み合わせてプラテンリング２２’としても良い。

側面部材２３’と上面部材２４’の形状や組合せ形態などは任意であるが、図３に示す実施形態では、ベース１２外周端の上部を切り欠いて形成された凹部１２ｂ上に支持される側面部材２３’と、この側面部材２３’の上端に支持されると共にチャックプレート１５の上方外周端と略密接し且つそのチャック面と略面一となる表面を与える上面部材２４’とを有し、側面部材２３’の上端外側部分を切り欠いて形成された凹部２３ｂに、上面部材２４’の外周端下面側を切り欠いて形成された凸部２４ａを嵌合してプラテンリング２２’を構成している。この嵌合状態でさらに接着剤を用いて側面部材２３’と上面部材２４’とを接合固定して一体化しても良い。

本発明の一実施形態による静電チャックモジュールを示す一部破断正面図である。 図１中Ａ部の拡大断面図である。 プラテンリングの変形例を示す拡大断面図である。

符号の説明

１０ 静電チャックモジュール
１１ トッププレート
１２ ベース
１２ａ ネジ穴
１２ｂ 凹部
１２ｃ 貫通穴
１３ 石英プレート
１３ａ 穴
１４ａ ヒータエレメント
１４ｂ 静電吸着用エレメント
１５ チャックプレート（静電チャック）
１５ａ 突出縁部
１５ｂ 貫通穴
１６ 静電チャック用電極
１７ ヒータ用電極
１８，１９ 給電線
２０ 固定ネジ
２１ ワッシャーリング
２２，２２’ プラテンリング
２３ 側面部
２３’ 側面部材
２３ａ 下端凹部
２３ｂ 上端凹部
２４ 上面部
２４’ 上面部材
２４ａ 凸部
２５ 高さ調節ネジ
２６ ロックナット
２７ ワッシャーリング
３０ センターシャフト

Claims (8)

1. 少なくともベースと該ベース上に積層される静電チャックとを備えた静電チャックモジュールであって、ウェハプロセス中に薄膜材料が静電チャックの側面に回り込んで静電チャック側面または裏面あるいはウェハ裏面などの意図しない部分に薄膜が生成されることを防止するためのマスク手段としてのプラテンリングが用いられ、該プラテンリングは側面部と上面部とを有し、該側面部がベースの外周端上に支持されることによって静電チャックを包囲するように設けられ、さらに、ベースの外周端部分を上下に貫通する貫通穴に下から通した高さ調節ネジの先端に該プラテンリングの側面部の下端を支持することによって該プラテンリングの上面部を静電チャックに対して高さ調節可能としたことを特徴とする静電チャックモジュール。
2. プラテンリングが側面部と上面部とを有する一体成形品であることを特徴とする、請求項１記載の静電チャックモジュール。
3. 側面部と上面部とが各々別部材として成形され、これらを組み合わせてプラテンリングが形成されることを特徴とする、請求項１記載の静電チャックモジュール。
4. 静電チャックの外周端上面側が切除されて突出縁部が形成され、この突出縁部において静電チャックがベースにネジ固着されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか記載の静電チャックモジュール。
5. ベース外周端の貫通穴の下方開口部に隣接して、高さ調節ネジを螺通するロックナットが固着されたことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか記載の静電チャックモジュール。
6. 高さ調節ネジの先端が、プラテンリング側面部の下端に形成された凹部に嵌入されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか記載の静電チャックモジュール。
7. １２０度間隔で３ヶ所に高さ調節ネジが用いられることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか記載の静電チャックモジュール。
8. 高さ調節ネジにより、静電チャック上に支持されるウェハとプラテンリングとの間の上下隙間を０．２〜０．４ｍｍまたはそれ以下に調節可能であることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか記載の静電チャックモジュール。

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