JP4768333B2

JP4768333B2 - 静電チャック

Info

Publication number: JP4768333B2
Application number: JP2005190139A
Authority: JP
Inventors: 直年森田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-06-29
Also published as: JP2007012795A

Description

本発明は、例えば半導体上ウェハを製造する際に使用される、エッチング装置、イオン注入装置、電子ビーム露光装置などにおいて、半導体ウェハの固定、平面度矯正、搬送用などに用いられる静電チャックに関する。

従来より、例えば半導体製造装置においては、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）を固定してドライエッチング等の加工を行ったり、半導体ウェハを吸着固定して反りを矯正したり、半導体ウェハを吸着して搬送したり、半導体ウェハを効率良く冷却するなどの目的で、静電チャックが使用されている。

このうち、半導体ウェハを効率良く冷却するために、半導体ウェハと静電チャックとの間に、熱伝導の良い例えばＨｅガス等の冷却ガスを充填させる技術が知られている。
そして、この冷却ガスを静電チャックの表面に供給するために、静電チャックを構成するセラミック絶縁体の内部に、横穴や縦穴からなるガス流路（トンネル）が形成されている（特許文献１参照）。
特開平５−２１５８５号公報（第３頁、図５）

しかしながら、上述した技術では、静電チャックに固定した半導体ウェハにエッチングを施すために、ＲＦ（Radio Frequency）により、放電させた場合には、問題が生じることがあった。

例えば半導体ウェハの酸化膜のエッチングの様に、ＲＦパワーを上げた場合には、Ｈｅガスを流すガス流路内に異状放電（アーキング）が発生し、そのアーキングのためにセラミック絶縁体の表面が破損してダストが発生するという問題があった。

そして、このダストが発生すると、ダストが半導体ウェハに付着したりして、不良品が発生する恐れがあった。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、セラミック絶縁体のガス流路にてアーキングが発生することを防止して、アーキングによるダストの発生を抑えることができる静電チャックを提供することを目的とする。

（１）請求項１の発明は、板状のセラミック絶縁体の内部にガスの流路を備えた静電チャックに関するものである。本発明では、静電チャックは、被加工物に対してＲＦ加工装置によってＲＦ加工を行う際に、前記静電チャックの単位面積当たりの前記ＲＦ加工装置のパワーが、３Ｗ／ｃｍ²以上である場合に用いられるものであり、ガスの流路は、セラミック絶縁体の平面方向に伸びる横穴を備えており、この横穴において、そのセラミック絶縁体の厚み方向の縦寸法を、０．２〜０．５ｍｍに設定するとともに、横穴の伸びる方向に対して垂直の断面における前記縦寸法と垂直の横寸法を、０．２〜０．８ｍｍに設定している。

本発明では、ガス流路の横穴の縦寸法は０．２〜０．５ｍｍ、横寸法は０．２〜０．８ｍｍと非常に小さいので、ＲＦ加工装置のパワーが３Ｗ／ｃｍ²以上である場合のＲＦ加工時におけるアーキングを発生を防止することができる。よって、アーキングによるダストの発生を防止できるので、ダストが半導体ウェハに付着したりして、不良品が発生することを防ぐことができる。

尚、セラミック絶縁体の平面方向とは、板状のセラミック絶縁体が広がる方向であり、例えばセラミック絶縁体のチャック面に平行な方向ということができる。

（２）請求項２の発明は、板状のセラミック絶縁体の内部にガスの流路を備えた静電チャックに関するものであり、本発明では、静電チャックは、被加工物に対してＲＦ加工装置によってＲＦ加工を行う際に、前記静電チャックの単位面積当たりの前記ＲＦ加工装置のパワーが、３Ｗ／ｃｍ²以上である場合に用いられるものであり、ガスの流路は、セラミック絶縁体の平面方向に伸びる横穴を備えるとともに、その横穴と連通してセラミック絶縁体の表面に開口する縦穴を備え、更に、縦穴のセラミック絶縁体の平面方向の断面における内径寸法を、０．１〜０．２５ｍｍに設定している。

本発明では、縦穴（例えばチャック側縦穴）の内径寸法は０．１〜０．２５ｍｍと非常に小さいので、ＲＦ加工装置のパワーが３Ｗ／ｃｍ²以上である場合のＲＦ加工時におけるアーキングを発生を防止することができる。よって、アーキングによるダストの発生を防止できるので、ダストが半導体ウェハに付着したりして、不良品が発生することを防ぐことができる。

（３）請求項３の発明では、縦穴が円柱形状の空孔の場合に、該縦穴の直径を、０．１〜０．２５ｍｍに設定することができる。

次に、本発明の最良の形態の例（実施例）について説明する。

ａ）まず、本実施例の静電チャックの構造について説明する。尚、図１は静電チャックの一部を破断して示す斜視図であり、図２は静電チャックの図１におけるＡ−Ａ断面を示す説明図である。

図１に示す様に、本実施例の静電チャック１は、図１の上方の吸着面（チャック面）３側にて、加工対象（ワーク）である半導体ウェハ５を吸着できるものであり、（例えば直径３００ｍｍ×厚み３ｍｍの）円盤状のセラミック絶縁体（誘電体）７と、（例えば直径３４０ｍｍ×厚み２０ｍｍの）円盤状のアルミベース９とが接合されたものである。

前記セラミック絶縁体７は、その表面に前記チャック面３を有し、例えばアルミナ質のセラミック焼結体である。また、前記アルミベース９は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製であり、セラミック絶縁体７の全体を載置するように、セラミック絶縁体７より大径とされている。

図２に示す様に、静電チャック１には、セラミック絶縁体７のチャック面３から金属ベース９の裏面（ベース面）１１に到るトンネルである冷却用ガス流路１３が設けられている。この冷却用ガス流路１３は、チャック面３にて保持された半導体ウェハ５を冷却するために、Ｈｅ等の熱伝導性に優れた冷却用ガスを、ベース面１１側からチャック面３側に供給するためのものである。尚、チャック面３には、冷却用ガスがチェック面３と半導体ウェハ５との間に滞留し易いように、表面に微少な凹凸を形成するエンボス加工が施してある。

前記冷却用ガス流路１３は、セラミック絶縁体７内にてチェック面３に平行に形成された四角柱状の横穴１５と、横穴１５からチャック面３側に向かって垂直に伸びてチェック面３に開口する円柱状の縦穴（チャック側縦穴）１７と、横穴１５からベース面１１側に向かって垂直に伸びてベース面１１に開口する円柱状の縦穴（ベース側縦穴）１９とから構成されている。

図３に模式的に示す様に、前記横穴１５は、静電チャック１の軸中心を中心として、中心角が６０度の間隔で放射状に伸びており、それに対応して、チャック側縦穴１７が６箇所に形成されるとともに、ベース側縦穴１９が６箇所に形成されている。

また、前記図２に示す様に、セラミック絶縁体７において、チェック面３と冷却用ガス流路１３の横穴１５との間には、一対の内部電極２１、２３が配置されており、各内部電極２１、２３は電源２５に接続されている。尚、冷却用ガス流路１３の横穴１５と一対の内部電極２１、２３との間に、ヒータ（図示せず）を配置してもよい。

そして、上述した構成の静電チャック１を使用する場合には、電源２５を用いて、両内部電極２１、２３の間に、例えば３ｋＶの直流電圧を印加し、これにより、半導体ウェハ５を吸着する静電引力（吸着力）を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ５を吸着して固定する。

また、静電チャック１を用いたＲＦ加工（高周波による放電加工）を行う場合には、下記の様にする。
例えば静電チャック１に半導体ウェハ５を固定し、半導体ウェハ５の酸化膜のエッチングを施すために、ＲＦ加工装置を用いた場合には、冷却用ガス流路１３にＨｅガスを流し、ＲＦ加工装置のパワーを例えば３０００Ｗとして加工を行う。

尚、ここでは、静電チャック１のセラミック絶縁体７の直径は、例えば３００ｍｍであるので、単位面積当たりのＲＦパワーは３Ｗ／ｃｍ²以上の範囲の例えば４．２５Ｗ／ｃｍ²である。

ｂ）次に、本実施例の静電チャック１の要部について説明する。尚、図４は図２のＢ−Ｂ断面を拡大して示す説明図である。
図４に示す様に、横穴１５の伸びる方向と垂直の断面は長方形であり、その縦寸法Ｌ２は１ｍｍ未満（例えば０．５ｍｍ）、横寸法Ｌ３も１ｍｍ未満（例えば０．８ｍｍ）に設定されている。

また、横穴１５から垂直に伸びるチャック側縦穴１７は、円柱形状の空孔であり、その直径Ｌ１はφ０．５ｍｍ未満（例えば０．２５ｍｍ）に設定されている。
特に、横穴１５の上面には、ＲＦ加工時におけるアーキングの発生の防止のために、タングステンを主成分とする導電層（メタライズ層）２７が形成されている。尚、この導電層２７は、横穴１５の内周面のうち、できるだけ広い面積（例えば全体）に形成されていることが好ましい。

ｃ）次に、本実施例の静電チャック１の製造方法について、図５に基づいて説明する。
(1)原料としては、主成分であるアルミナ粉末：９２重量％に、ＭｇＯ：１重量％、ＣａＯ：１重量％、ＳｉＯ₂：６重量％を混合して、ボールミルで、５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。

(2)次に、この粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル：３重量％、ブチルエステル：３重量％、ニトロセルロース：１重量％、ジオクチルフタレート：０．５重量％を加え、更に溶剤として、トリクロール−エチレン、ｎ−ブタノールを加え、ボールミルで混合して、流動性のあるスラリーとする。

(3)次に、このスラリーを、減圧脱泡後平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、厚さ０．８ｍｍの第１〜第６アルミナグリーンシート３１〜４１を形成する。このうち、第１、第２アルミナグリーンシート３１、３３には、チャック側縦穴１７を形成するための貫通孔４３、４５を６箇所に開け、第５、第６アルミナグリーンシート３９、４１には、ベース側縦穴１９を形成するための貫通孔４７、４９を６箇所に開け、第３、第４アルミナグリーンシート３５、３７には、横穴１５を形成するための長尺の貫通孔５１、５３を６箇所に開ける。

尚、（横穴１５用の）貫通孔５１、５３は、第１〜第６アルミナグリーンシート３１〜４１の積層前に、型抜き又は機械加工により形成し、（縦穴１７、１９用の）貫通孔４３〜４９は、第１〜第６アルミナグリーンシート３１〜４１を積層した後に、ドリル加工により形成する。

(4)また、前記アルミナグリーンシート用の原料粉末中にタングステン粉末を混ぜて、前記と同様な方法によりスラリー状にして、メタライズインクとする。
(5)そして、前記第２アルミナグリーンシート３３上に、前記メタライズインクを用いて、通常のスクリーン印刷法により、両内部電極２１、２３となる（図の斜線で示す）電極パターン５５、５７を印刷する。

(6)次に、前記第１〜第６アルミナグリーンシート３１〜４１を、各貫通孔４３〜５３により冷却用ガス流路１３が形成されるように位置合わせして、順次積層する。
この積層の際には、静電チャック１の完成後に横穴１５の内周面の上面（チェック面３側の表面）となる位置に対して、（導電層２７）となる導電ペーストと塗布する。

例えば第１〜第４アルミナグリーンシート３１〜３７を積層した後に、貫通孔５１、５３によって形成された短冊状の凹部の底、即ち貫通孔５１、５３の第２セラミックグリーンシート３３の裏面側（図５の上方）への投影部分に、導電ペーストを塗布し、その後、前記凹部を覆うようにして、第５、６アルミナグリーンシート３９、４１を積層する。尚、導電ペーストとしては、前記メタライズインクを用いることができる。

(7)次に、第１〜第６アルミナグリーンシート３１〜４１の積層体を熱圧着し、全体の厚みを約５ｍｍとした積層シートを形成する。
尚、内部電極２１、２３に関しては、図示しないが、スルーホールにより最下層の第６アルミナグリーンシート４１の裏面に引き出して端子を設ける。

(8)次に、熱圧着した積層シートを、所定の円板形状（例えば８インチサイズの円板形状）にカットする。
(9)次に、カットしたシートを、還元雰囲気にて、１４００〜１６００℃にて焼成する。この焼成より、寸法が約２０％小さくなるため、焼成後のセラミック体の厚みは、約４ｍｍとなる。

(10)そして、焼成後に、研磨によって、セラミック体の全厚みを３ｍｍとするとともに、チャック面３の平面度が３０μｍ以下となる加工する。
(11)次に、端子にニッケルメッキを施し、更にこのニッケル端子をロー付け又は半田付けして、セラミック絶縁体７を完成する。

(12)そして、セラミック絶縁体７とアルミベース９とを、シリコン樹脂を用いて接合して一体化する。これにより、静電チャック１が完成する。
ｄ）次に、本実施例の効果について説明する。

本実施例の静電チャック１では、横穴１５の縦寸法Ｌ２は１ｍｍ未満、横寸法Ｌ３は１ｍｍ未満に設定されているので、ＲＦ加工によりＲＦパワーを例えば３Ｗ／ｃｍ²以上に増加させた場合でも、横穴１５内にアーキングが発生することを防止できる。これによって、アーキングによるダストの発生を防止できるので、ダストが半導体ウェハ５に付着することによる不良品の発生を防ぐことができる。

しかも、本実施例では、横穴１５の内周面に導電層２７が形成されているので、アーキング防止効果が一層高いという利点がある。
また、本実施例では、チャック側縦穴１５の内径はφ０．５ｍｍ未満と細いので、チャック側縦穴１５にアーキングが発生し難いという効果もある。

尚、他の応用例としては、図６に示す様に、冷却用ガス流路６１として、横穴６３同士を同一平面上にて、リング状に接続する横穴接続流路６５を設けてもよい。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
図７に示す様に、本実施例の静電チャック１０１は、基本的に前記実施例１と同様な構成であるが、主として、冷却用ガス流路１０３の形状が異なる。

本実施例では、冷却用ガス流路１０３は、（前記実施例１と同様に）セラミック絶縁体１０５のチャック面１０７と平行に、セラミック絶縁体１０５の軸中心から６方向に伸びる横穴１０９を備えている。

この横穴１０９には、同心円状に、各横穴１０９同士を接続するように、内側及び外側に、横穴接続流路１１１、１１３が形成されている（図８参照）。また、横穴１０９、横穴接続流路１１１、１１３には、チャック面１０７に開口するチャック側縦穴１１５、１１７が形成されるとともに、横穴１０９には、ベース面１０９に開口するベース側縦穴１２１が形成されている。

更に、チャック面１０７には、横穴接続流路１１１、１１３の投影部分に重なる様に、同様なリング状の内側、外側の環状溝１２３、１２５が形成されており、前記チャック側縦穴１１５、１１７は、この環状溝１２３、１２５にて開口している。

また、本実施例の静電チャック１０１には、内部電極１２７、１２９と横穴１０９との間に、ヒータ１３１が配置されている。
尚、セラミック絶縁体１０５に接続されるアルミベース１３３には、冷媒（冷却水等）の流路１３５が形成されている。

本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏する。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

例えば本発明は、前記実施例１の様なバイポーラ型の静電チャックに限らず、モノポーラ型の静電チャックにも適用できる。

実施例１の静電チャックを一部破断して示す斜視図である。実施例１の静電チャックのＡ−Ａ断面（縦方向の断面）を示す説明図である。実施例１の静電チャックの横穴の平面形状を模式的に示す説明図である。実施例１の静電チャックの横穴の断面を拡大して示す説明図である。実施例１におけるセラミック絶縁体の製造工程を分解して示す説明図である。セラミック絶縁体の他の応用例において横穴の平面形状を模式的に示す説明図である。実施例２の静電チャックを一部破断して示す斜視図である。実施例２の静電チャックの横穴の平面形状を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１、１０１…静電チャック
３、１０７…チャック面
５…半導体ウェハ
７、１０５…セラミック絶縁体
９、１３３…アルミベース
２１、２３、１２７、１２９…内部電極
１３、６１、１０３…冷却用ガス流路
１５、６３…横穴
１７、１１５、１１７…チャック側縦穴
１９、１２１…ベース側縦穴

Claims

板状のセラミック絶縁体の内部にガスの流路を備えた静電チャックにおいて、
前記静電チャックは、被加工物に対してＲＦ加工装置によってＲＦ加工を行う際に、前記静電チャックの単位面積当たりの前記ＲＦ加工装置のパワーが、３Ｗ／ｃｍ²以上である場合に用いられるものであって、
前記ガスの流路は、前記セラミック絶縁体の平面方向に伸びる横穴を備え、
前記横穴において、前記セラミック絶縁体の厚み方向の縦寸法を、０．２〜０．５ｍｍ、に設定するとともに、前記横穴の伸びる方向に対して垂直の断面における前記縦寸法と垂直の横寸法を、０．２〜０．８ｍｍに設定したことを特徴とする静電チャック。
板状のセラミック絶縁体の内部にガスの流路を備えた静電チャックにおいて、
前記静電チャックは、被加工物に対してＲＦ加工装置によってＲＦ加工を行う際に、前記静電チャックの単位面積当たりの前記ＲＦ加工装置のパワーが、３Ｗ／ｃｍ²以上である場合に用いられるものであって、
前記ガスの流路は、前記セラミック絶縁体の平面方向に伸びる横穴を備えるとともに、該横穴と連通して前記セラミック絶縁体の表面に開口する縦穴を備え、
前記縦穴の前記セラミック絶縁体の平面方向の断面における内径寸法を、０．１〜０．２５ｍｍに設定したことを特徴とする静電チャック。
前記縦穴は円柱形状の空孔であり、該縦穴の直径を、０．１〜０．２５ｍｍに設定したことを特徴とする請求項２に記載の静電チャック。