JP5496630B2 - 静電チャック装置 - Google Patents
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Description
例えば、シリコンウエハを用いた半導体デバイスのエッチング工程では、高周波放電方式のプラズマエッチング装置が用いられている。
ところで、このプラズマエッチング装置では、シリコンウエハの中央部でのエッチング特性と、このシリコンウエハの外周部でのエッチング特性とが異なる現象が生じる。
そこで、このシリコンウエハのエッチング特性を面内で均一化するために、このシリコンウエハを取り囲むように、このシリコンウエハの外側に環状のフォーカスリングを配置することが行われている。
このような場合、シリコンウエハの面内におけるエッチング結果が不均一な状態となり、したがって、このエッチングによる面内加工形状の不均一により、得られた半導体デバイスの特性の歩留まりが低下するという問題点があった。
このプラズマエッチング処理装置では、温度検知器によりフォーカスリングの温度を常時検出して、フォーカスリングの温度制御を行うことにより、フォーカスリングの温度をシリコンウエハと同一の温度に保つように制御し、よって、シリコンウエハ上とフォーカスリング上でのラジカルの表面反応の差を抑制し、シリコンウエハの面内のエッチングレートの変動を抑制し、エッチングの均一性を改善している。
このように、フォーカスリングに温度検知器を設けた場合においても、シリコンウエハの面内におけるエッチング結果が不均一な状態となるので、このエッチングによる面内加工形状の不均一により、得られた半導体デバイスの特性の歩留まりが低下するという問題点があった。
さらに、フォーカスリングの表面温度の調整が難しいことから、このフォーカスリングの表面温度がシリコンウエハの表面温度より低い場合には、このフォーカスリング上に堆積物が堆積し易くなるという問題点があった。
請求項9記載の静電チャック装置は、請求項1ないし8のいずれか1項記載の静電チャック装置において、前記第2の絶縁性接着剤層は、フィラーを含有してなることを特徴とする。
請求項11記載の静電チャック装置は、一主面に板状試料を静電吸着により載置する載置面を有し、静電吸着用内部電極を内蔵した静電チャック部と、前記静電チャック部を囲むように設けられた環状のフォーカスリング部と、前記静電チャック部の他の一主面側に設けられ、前記静電チャック部及び前記フォーカスリング部を冷却する冷却ベース部とを備え、前記フォーカスリング部は、フォーカスリングと、このフォーカスリングと前記冷却ベース部との間に設けられたセラミック板と、このセラミック板と前記冷却ベース部との間に設けられた非磁性体からなるヒータ部と、このヒータ部へ給電する電極部とを備え、前記セラミック板は、半径方向に分割してなる複数個の環状セラミック片からなることを特徴とする。
また、フォーカスリング部の表面温度を精度良く調整することができるので、このフォーカスリング部の表面温度と板状試料の表面温度との間の温度差をなくすことができ、このフォーカスリング上に堆積物が堆積するのを防止することができる。
なお、以下の各実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
この静電吸着用内部電極13を構成する導電性セラミックスとしては、炭化ケイ素(SiC)−酸化アルミニウム(Al2O3)複合焼結体、窒化タンタル(TaN)−酸化アルミニウム(Al2O3)複合焼結体、炭化タンタル(TaC)−酸化アルミニウム(Al2O3)複合焼結体、炭化モリブデン(Mo2C)−酸化アルミニウム(Al2O3)複合焼結体等が挙げられる。
このフォーカスリング部3は、(第2の)絶縁性接着剤層28を介して冷却ベース部4に接着・固定されている。
熱伝導シート22は、温度制御されているセラミックリング23からの熱をフォーカスリング21に伝達するためのもので、熱伝導率の高いシート状のもの等が好適に用いられる。
ここで、熱伝達率が500W/(m2K)未満の場合、高周波印加時のフォーカスリング21の温度上昇の影響が大きくなり、ヒータ25及び冷却ベース部4によるフォーカスリング21の温度制御ができなくなるので、好ましくない。
この熱伝導率が1W/mK未満であると、ヒータ25からの熱を熱伝導シート22を介してフォーカスリング21に速やかに伝達することができず、フォーカスリング21の表面温度と静電チャック部2の表面温度との間に温度差が生じ、したがって、静電チャック部2に載置された板状試料Wの表面温度が安定しなくなり、その結果、各種処理が施された板状試料Wの面内特性を均一化することができなくなるので好ましくない。
この絶縁性接着剤層24、28は、同一の材料であってもよく、互いに異なる材料であってもよい。また、形状も、シート状の接着材であってもよく、熱や紫外線照射により硬化する液状の接着剤等であってもよい。要は、接着の対象となる部材の材料組成や形状に合わせて適宜選択使用すればよい。
具体的には、例えば、絶縁性接着剤層24はシート状のエポキシ樹脂が好ましく、絶縁性接着剤層28はシリコン樹脂が好ましい。
このヒータ25の厚みを200μm以下としたことにより、このヒータ25を絶縁性接着剤層28を介して冷却ベース部4に接着・固定した際に、セラミックリング23から冷却ベース部4までの絶縁性接着剤層28の厚みを薄くすることができ、したがって、この絶縁性接着剤層28の露出した端面においてプラズマに曝される面積を小さくすることができ、その結果、プラズマを照射した際のプラズマによる絶縁性接着剤層28の損傷を軽減することができる。
この光温度計35は、ヒータ25の温度を直接測定する構成であってもよく、フォーカスリング21の温度を直接測定する構成であってもよい。
この光温度計35には、温度コントローラ36及びヒータ電源37が直列に接続され、このヒータ電源37はヒータ電極26に接続されている。
よって、ヒータ25により、フォーカスリング21をセラミックリング23を介して任意の昇温速度にて所定の温度まで加熱することができ、この温度を保持することができる。また、フォーカスリング21の温度がプラズマにより上昇した場合においては、ヒータ25の出力を調整することにより、フォーカスリング部3の温度上昇を抑制し、よって、このフォーカスリング部3の温度を一定に保つことができる。
このように、絶縁性接着剤層24と、ヒータ25と、絶縁性接着剤層28とを層状に重ね合わせることで、冷却ベース部4とセラミックリング23との間隔を極めて狭くすることができ、したがって、セラミックリング23を介してフォーカスリング21の温度を所定の温度に精度よく制御することができる。
冷却ベース部4とヒータ25との間の熱伝達率を上記の範囲とすることにより、ヒータ25に所定の電流を流した場合のセラミックリング23の昇温速度及び冷却速度と、静電チャック部2の昇温速度及び冷却速度とを、略一致させることができ、したがって、フォーカスリング21の昇温速度及び冷却速度を、静電チャック部2の昇温速度及び冷却速度に略一致させることができる。
また、フォーカスリング21の表面温度を精度良く調整することができるので、このフォーカスリング21の表面温度と静電チャック部2に載置される板状試料Wの表面温度との間の温度差をなくすことができ、したがって、このフォーカスリング21上に堆積物が堆積するのを防止することができる。
ヒータ25を絶縁性接着剤層24、28を介してセラミックリング23及び冷却ベース部4に固定したので、セラミックリング23と冷却ベース部4との間に絶縁性接着剤層24、28を介在させることで、ヒータ25の熱膨張による熱応力を緩和するとともに、セラミックリング23及び冷却ベース部4の熱膨張による熱応力をも緩和することができる。
また、光温度計35によりセラミックリング23の温度を直接測定するので、ヒータ25からの発熱の影響を受ける虞が無くなり、セラミックリング23自体の温度を正確に測定することができる。
また、フォーカスリング21とセラミックリング23との間に、熱伝導シート22を設けたが、熱伝導シート22の替わりにヘリウムガス等を流す構成としてもよい。
また、光温度計35により温度を直接測定する対象としては、セラミックリング23に限定されず、フォーカスリング21または熱伝導シート22の温度を直接測定することとしてもよい。
2 静電チャック部
3 フォーカスリング部
4 冷却ベース部
11 誘電層
11a 上面
12 絶縁層
13 静電吸着用内部電極
14 絶縁材層
15 HV電極
16 HV碍子
21 フォーカスリング
22 熱伝導シート
23 セラミックリング(セラミック板)
24 (第1の)絶縁性接着剤層
25 ヒータ
26 給電用端子
27 絶縁碍子
28 (第2の)絶縁性接着剤層
31 流路
32〜34 貫通孔
35 光温度計(温度測定手段)
36 温度コントローラ
37 ヒータ電源
41 静電チャック装置
42、43 冷却ベース部
Claims (11)
- 一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵した静電チャック部と、
前記静電チャック部を囲むように設けられた環状のフォーカスリング部と、
前記静電チャック部の他の一主面側に設けられ、前記静電チャック部及び前記フォーカスリング部を冷却する冷却ベース部とを備え、
前記フォーカスリング部は、環状のフォーカスリングと、このフォーカスリングの下面に設けられた環状の熱伝導シートと、この熱伝導シートの下面に設けられた環状のセラミック板と、このセラミック板と前記冷却ベース部との間に設けられた非磁性体の金属からなるシート状のヒータ部と、このヒータ部へ給電する電極部とを備え、
前記ヒータ部は、前記セラミック板に第1の絶縁性接着剤層により固定され、前記冷却ベース部に第2の絶縁性接着剤層により固定され、かつ、これら第1の絶縁性接着剤層及び第2の絶縁性接着剤層により絶縁されていることを特徴とする静電チャック装置。 - 前記セラミック板は、環状のセラミック板を半径方向に分割してなる複数個の環状セラミック片からなることを特徴とする請求項1記載の静電チャック装置。
- 前記熱伝導シートの熱伝達率は500W/m 2 K以上であることを特徴とする請求項1または2記載の静電チャック装置。
- 前記冷却ベース部と前記ヒータ部との間に、絶縁性のセラミック膜または絶縁性の有機フィルムを設けてなることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記フォーカスリング部に温度測定手段を設けてなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記ヒータ部は、電気伝導率が0.5×106S/m以上かつ20×106S/m以下、熱膨張率が0.1×10−6/K以上かつ100×10−6/K以下であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記ヒータ部は、チタンまたはチタン合金からなることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記セラミック板は、絶縁性を有し、かつ熱伝導率が1W/mK以上であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記第2の絶縁性接着剤層は、フィラーを含有してなることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記ヒータ部と前記冷却ベース部との間の熱伝達率は、400W/m2K以上かつ10000W/m2K以下であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 一主面に板状試料を静電吸着により載置する載置面を有し、静電吸着用内部電極を内蔵した静電チャック部と、
前記静電チャック部を囲むように設けられた環状のフォーカスリング部と、
前記静電チャック部の他の一主面側に設けられ、前記静電チャック部及び前記フォーカスリング部を冷却する冷却ベース部とを備え、
前記フォーカスリング部は、フォーカスリングと、このフォーカスリングと前記冷却ベース部との間に設けられたセラミック板と、このセラミック板と前記冷却ベース部との間に設けられた非磁性体からなるヒータ部と、このヒータ部へ給電する電極部とを備え、
前記セラミック板は、半径方向に分割してなる複数個の環状セラミック片からなることを特徴とする静電チャック装置。
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