JP6010720B1 - ウエハ支持構造体 - Google Patents

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Abstract

ウエハ支持構造体１０は、ウエハＷを載置するウエハ載置部１４を複数備えたセラミック製のトレイプレート１２がセラミック製のベースプレート２０の上面に配置されたものである。ベースプレート２０は、ベース側電極２２を内蔵し、トレイプレート１２は、トレイ側電極１８を内蔵している。このウエハ支持構造体１０では、ウエハ載置部１４にウエハＷを載置した状態でベース側電極２２及びトレイ側電極１８に印加する電圧を調整する。こうすることにより、ベースプレート２０とトレイプレート１２とを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させると共にトレイプレート１２とウエハＷとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させる。

Description

本発明は、ウエハ支持構造体に関する。
従来より、ウエハを載置するウエハ載置部を複数備えたウエハ支持構造体が知られている（例えば特許文献１）。
特開２０１０−５９４９４号公報
ところで、こうしたウエハ支持構造体として、図８に示すものが知られている。このウエハ支持構造体１００は、ウエハＷを載置するウエハ載置部１０４を複数備えた搬送用Ａｌ2Ｏ3プレート１０２がＡｌＮ静電チャック１１０の上面に配置されている。搬送用Ａｌ2Ｏ3プレート１０２の裏面には、導電材（例えばＮｉ）のめっき層１０６が形成されている。また、ＡｌＮ静電チャック１１０には、正負一対の電極１１２，１１４が内蔵されている。各ウエハ載置部１０４にウエハＷを載置した状態で電極１１２，１１４に直流電源ＤＣ１，ＤＣ２の直流電圧を印加すると、搬送用Ａｌ2Ｏ3プレート１０２のめっき層１０６とＡｌＮ静電チャック１１０との間にジョンソン−ラーベック力（ＪＲ力）が発生し、搬送用Ａｌ2Ｏ3プレート１０２はＡｌＮ静電チャック１１０に吸着される。なお、ウエハ載置部１０４の表面（ウエハＷと接触する面）は研削面である。また、ＡｌＮ静電チャック１１０のうちめっき層１０６と対向する面にはエンボス（図示略）が形成されており、エンボスの表面（めっき層１０６と接触する面）は鏡面である。
しかしながら、図８のウエハ支持構造体では、ウエハＷは搬送用Ａｌ2Ｏ3プレート１０２のウエハ載置部１０４に載置されているのみのため、ウエハＷとウエハ載置部１０４の表面との接触熱抵抗が大きい。そのため、上部からプラズマ入熱がある場合、ウエハＷの温度が高くなりすぎたり、ウエハＷの温度分布（最高温度と最低温度の差）が大きくなりすぎたりすることがあった。
本発明は上述した課題に鑑みなされたものであり、ウエハが高温になりすぎたりウエハの温度分布が大きくなりすぎたりするのを防止することを主目的とする。
本発明のウエハ支持構造体は、
ウエハを載置するウエハ載置部を複数備えたセラミック製のトレイプレートがセラミック製のベースプレートの上面に配置されたウエハ支持構造体であって、
前記ベースプレートは、ベース側電極を内蔵し、
前記トレイプレートは、トレイ側電極を内蔵し、
前記ウエハ載置部に前記ウエハを載置した状態で前記ベース側電極及び前記トレイ側電極に印加する電圧を調整することにより、前記ベースプレートと前記トレイプレートとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させると共に前記トレイプレートと前記ウエハとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させる、
ものである。
このウエハ支持構造体では、ウエハ載置部に前記ウエハを載置した状態で前記ベース側電極及び前記トレイ側電極に印加する電圧を調整することにより、ベースプレートとトレイプレートとの間およびトレイプレートとウエハとの間に静電気的な力（吸着力）を発生させる。これにより、ウエハとウエハ載置部との間の接触熱抵抗は、ウエハとウエハ載置部との間に吸着力が発生していない場合に比べて小さくなる。そのため、ウエハが上方から加熱された場合、ウエハが高温になりすぎたりウエハの温度分布が大きくなりすぎたりするのを防止することができる。
本発明のウエハ支持構造体において、前記トレイプレートは、前記ベースプレートと対向する面に金属層を有し、前記ウエハ載置部に前記ウエハを載置した状態で前記ベース側電極及び前記トレイ側電極の両方に電圧を印加することにより、前記ベースプレートと前記トレイプレートの前記金属層とを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させると共に、前記トレイプレートと前記ウエハとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させるようにしてもよい。あるいは、前記トレイプレートは、前記ベースプレートと対向する面に金属層を有さず、前記ウエハ載置部に前記ウエハを載置した状態で前記トレイ側電極に電圧を印加することにより、前記ベースプレートと前記トレイプレートとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させると共に、前記トレイプレートと前記ウエハとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させるようにしてもよい。
本発明のウエハ支持構造体において、前記ウエハ載置部のうち前記ウエハと接触する面はフラットな鏡面としてもよい。こうすれば、ウエハと接触する面が研削面の場合と比べて、ウエハとウエハ載置部との接触面積が大きくなるため、本発明の効果が顕著になる。
本発明のウエハ支持構造体において、前記トレイプレートはＡｌ2Ｏ3製、前記ベースプレートはＡｌＮ製としてもよい。
本発明のウエハ支持構造体において、前記トレイ側電極は、負極と正極とを有する双極構造であり、各ウエハ載置部における前記負極と前記正極との面積比は０．７〜１：０．７〜１（好ましくは０．９〜１：０．９〜１）としてもよい。こうすれば、ウエハに吸着力の強いところと弱いところが生じにくくなり、ウエハの温度分布をより小さくすることができる。
第１実施形態のウエハ支持構造体１０の縦断面図。 第１実施形態のウエハ支持構造体１０の平面図。 第２実施形態のウエハ支持構造体３０の縦断面図。 第２実施形態のトレイ側電極を構成する負極１８ａ，正極１８ｂを上方から見たときの一例を示す透視図。 第２実施形態のトレイ側電極を構成する負極１８ａ，正極１８ｂを上方から見たときの一例を示す透視図。 第２実施形態のトレイ側電極を構成する負極１８ａ，正極１８ｂを上方から見たときの一例を示す透視図。 第３実施形態のウエハ支持構造体４０の縦断面図。 従来のウエハ支持構造体１００の縦断面図。
［第１実施形態］
本発明のウエハ支持構造体の一例を図１及び図２を用いて以下に説明する。図１は、第１実施形態のウエハ支持構造体１０の縦断面図、図２は、ウエハ支持構造体１０の平面図である。
ウエハ支持構造体１０は、プラズマを利用してＣＶＤやエッチングなどを行うウエハＷを支持するために用いられるものであり、半導体プロセス用のチャンバ（図示略）の内部に取り付けられている。
ウエハ支持構造体１０は、ウエハＷを載置するウエハ載置部１４を複数備えたセラミック製（ここではＡｌ2Ｏ3製）のトレイプレート１２がセラミック製（ここではＡｌＮ製）のベースプレート２０の上面に配置されたものである。
トレイプレート１２は、ウエハＷを搬送するための円盤状のプレートであり、上面に複数のウエハ載置部１４を有している。ウエハ載置部１４は、上方から見た形状が円形の窪みであり、円盤状のウエハＷより若干大きなサイズに形成されている。ここでは、ウエハ載置部１４は、トレイプレート１２を上方から見たときに中央に１つ、トレイプレート１２の同心円上に６０°おきに６つ、合計７つ形成されている（図２参照）。ウエハ載置部１４の表面つまりウエハＷと接触する面はフラットな鏡面に仕上げられている。トレイプレート１２の裏面つまりベースプレート２０に対向する面には、導電材（例えばＮｉ）のめっき層１６が形成されている。トレイプレート１２は、円盤状のトレイ側電極１８を内蔵している。トレイ側電極１８は、ウエハ載置部１４の表面から０．３５±０．０５ｍｍの位置に埋設されている。このトレイ側電極１８の給電ピン１７は、ベースプレート２０の下面からベースプレート２０を貫通してトレイ側電極１８に到達している。給電ピン１７の先端は、平坦面であってもよいし曲面（球面）であってもよい。
ベースプレート２０は、円盤状のプレートであり、ベース側電極２２を内蔵している。ベース側電極２２は、櫛歯負極２２ａと櫛歯正極２２ｂとで構成され、互いの櫛歯が非接触状態を保ちつつ交互に入り込むように配置されている。櫛歯負極２２ａと櫛歯正極２２ｂの面積比は、０．７〜１：０．７〜１である。このベース側電極２２は、上面から１±０．５ｍｍの位置に埋設されている。ベースプレート２０の上面つまりトレイプレート１２と対向する面には、複数のエンボス（図示略）が形成されている。これらのエンボスの表面（めっき層１６と接触する面）は鏡面に仕上げられている。ベースプレート２０は、下面から櫛歯負極２２ａに到達する給電ピン２４ａと、下面から櫛歯正極２２ｂに到達する給電ピン２４ｂとを備えている。また、ベースプレート２０には、絶縁スリーブ２６が上下方向に貫通するように設けられている。トレイ側電極１８の給電ピン１７は、この絶縁スリーブ２６を挿通している。給電ピン１７は、絶縁スリーブ２６内に設けた弾性体（図示略）によりトレイ側電極１８へのコンタクト加重が２００ｇとなるように調節されている。トレイ側電極１８及びベース側電極２２は、印刷により形成してもよいしメッシュを埋設して形成してもよい。
次に、本実施形態のウエハ支持構造体１０の使用例について説明する。まず、各ウエハ載置部１４にウエハＷを載置する。そして、給電ピン２４ａ，２４ｂにそれぞれ直流電源ＤＣ１，ＤＣ２の電圧を印加し、給電ピン１７に直流電源ＤＣ３の電圧を印加する。また、図示しない平行平板に高周波電圧を印加してウエハＷの上方にプラズマを発生させる。プラズマは、ウエハＷのグランド電極の役割を果たす。これにより、ベース側電極２２とトレイプレート１２のめっき層１６との間でＪＲ力が発生し、トレイ側電極１８と各ウエハＷとの間でクーロン力が発生する。この状態で、プラズマを利用してウエハＷにＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。
以上詳述したウエハ支持構造体１０によれば、ウエハＷとウエハ載置部１４との間の接触熱抵抗は、ウエハＷとウエハ載置部１４との間に吸着力が発生していない場合に比べて小さくなる。そのため、ウエハＷが上方から加熱される場合、ウエハＷが高温になりすぎたりウエハＷの温度分布が大きくなりすぎたりするのを防止することができる。また、ウエハ載置部１４のうちウエハＷと接触する面はフラットな鏡面であるため、この面が研削面の場合と比べて、ウエハＷとウエハ載置部１４との接触面積が大きくなり、本発明の効果が顕著に得られる。
［第２実施形態］
第２実施形態のウエハ支持構造体３０は、図３に示すように、トレイプレート１２のトレイ側電極の構成を変更したこと以外は、ウエハ支持構造体１０と同様である。具体的には、ウエハ支持構造体３０は、トレイプレート１２に内蔵したトレイ側電極をジグザグ形状の負極１８ａと正極１８ｂとで構成し、これらを互いに非接触状態を保ちつつ交互に入り込むように配置した。また、負極１８ａに給電ピン１７を接続し、正極１８ｂに給電ピン１９を接続した。給電ピン１９はベースプレート２０を貫通する絶縁スリーブ２７を挿通するようにした。更に、給電ピン１７，１９には、それぞれ直流電源ＤＣ３，ＤＣ４の電圧を印加するようにした。ここで、トレイプレート１２を上方から見たときの透視図を図４〜図６に示す。図４は２インチのウエハＷをトレイプレート１２に２１個載置した例、図５及び図６は４インチのウエハＷをトレイプレート１２に７個載置した例である。各図において、負極１８ａを細かいメッシュ、正極１８ｂを粗いメッシュで示した。負極１８ａと正極１８ｂとの間隔は、特に限定するものではないが、例えば２〜６ｍｍにすればよい。また、トレイ側電極１８の電極端（外周端）とトレイプレート１２との距離も、特に限定するものではないが、例えば１〜４ｍｍとするのが好ましい。図４〜図６のいずれも、１つのウエハＷをみたときに負極１８ａと正極１８ｂの面積比が０．７〜１：０．７〜１（図４〜図６では１：１）となるように設定した。このウエハ支持構造体３０を使用するにあたっては、まず、各ウエハ載置部１４にウエハＷを載置する。そして、給電ピン２４ａ，２４ｂにそれぞれ直流電源ＤＣ１，ＤＣ２の電圧を印加し、給電ピン１７，１９に直流電源ＤＣ３，ＤＣ４の電圧を印加する。また、図示しない平行平板に高周波電圧を印加してウエハＷの上方にプラズマを発生させる。これにより、ベース側電極２２とトレイプレート１２のめっき層１６との間でＪＲ力が発生し、トレイ側電極（負極１８ａと正極１８ｂ）と各ウエハＷとの間でクーロン力が発生する。したがって、ウエハ支持構造体１０と同様の効果が得られる。また、１つのウエハＷをみたときに負極１８ａと正極１８ｂの面積比が０．７〜１：０．７〜１となるようにしたため、各ウエハＷは吸着力の強いところと弱いところが生じにくくなり、ウエハＷの温度分布を小さくすることができる。
［第３実施形態］
第３実施形態のウエハ支持構造体４０は、図７に示すように、トレイプレート１２のめっき層１６を形成しなかったこと、ベースプレート２０のベース側電極の構成を変更したこと以外は、ウエハ支持構造体１０と同様である。具体的には、ウエハ支持構造体４０は、トレイプレート１２の下面にめっき層１６を形成せず直接ベースプレート２０に載置した。また、ベースプレート２０のベース側電極４２は１枚の円盤状の電極とし、これをアースピン４２ａで接地した。ベース側電極４２は、上面から０．５±３ｍｍに配置した。また、トレイ側電極１８は、ウエハ載置面１４の表面及びトレイプレート１２の下面から０．３５±０．０５ｍｍに配置した。このウエハ支持構造体４０を使用するにあたっては、まず、各ウエハ載置部１４にウエハＷを載置する。そして、給電ピン１７にそれぞれ直流電源ＤＣ１の電圧を印加する。また、図示しない平行平板に高周波電圧を印加してウエハＷの上方にプラズマを発生させる。プラズマは、ウエハＷのグランド電極の役割を果たす。これにより、ベース側電極４２とトレイ側電極１８との間でクーロン力が発生し、トレイ側電極１８と各ウエハＷとの間でクーロン力が発生する。したがって、ウエハ支持構造体１０と同様の効果が得られる。なお、トレイプレート１２の使用温度における体積抵抗率は、１×１０15Ωｃｍ以上とするのが好ましい。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
第１〜第３実施形態のウエハ支持構造体１０，３０，４０及び従来のウエハ支持構造体１００について、プラズマ入熱を発生させたときのウエハＷの温度及び温度分布を測定した。
ウエハ支持構造体１０は、直流電源ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３にそれぞれ−５００Ｖ，＋５００Ｖ，−２．５ｋＶを印加した。ウエハ支持構造体３０は、直流電源ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３，ＤＣ４にそれぞれ−５００Ｖ，＋５００Ｖ，−２．５ｋＶ，＋２．５ｋＶを印加した。ウエハ支持構造体４０は、直流電源ＤＣ１に−２．５ｋＶを印加した。ウエハ支持構造体１００は、直流電源ＤＣ１，ＤＣ２にそれぞれ−５００Ｖ，＋５００Ｖを印加した。このように電圧を印加した状態で、各ウエハ支持構造体１０，３０，４０，１００につき、プラズマ入熱を１ｋＷに設定し、ベースプレート２０の温度を４０℃になるように制御した。なお、ベースプレート２０の下面にはアルミ冷却板を取り付け、アルミ冷却板の内部には冷却液を循環させた。そして、トレイプレート１２のウエハ載置部１４に設置した７つのウエハＷの温度の平均値と、各ウエハＷの温度分布（最高温度と最低温度との差）のうち最大値を測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、第１〜第３実施形態のウエハ支持構造体１０，３０，４０は、従来のウエハ支持構造体１００に比べて、ウエハＷの温度を低減でき、かつ、ウエハＷの温度分布を小さく抑えることができた。
この出願は、２０１５年１月２０日に出願された米国仮出願第６２／１０５３７１号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
なお、上述した実施例は本発明を何ら限定するものでないことは言うまでもない。
本発明は、ウエハに成膜やエッチング等を行うウエハ処理装置に利用可能である。
１０ ウエハ支持構造体、１２ トレイプレート、１４ ウエハ載置部、１６ めっき層、１７ 給電ピン、１８ トレイ側電極、１８ａ 負極、１８ｂ 正極、１９ 給電ピン、２０ ベースプレート、２２ ベース側電極、２２ａ 櫛歯負極、２２ｂ 櫛歯正極、２４ａ 給電ピン、２４ｂ 給電ピン、２６ 絶縁スリーブ、２７ 絶縁スリーブ、３０ ウエハ支持構造体、４０ ウエハ支持構造体、４２ ベース側電極、４２ａ アースピン、１００ ウエハ支持構造体、１０２ 搬送用Ａｌ2Ｏ3プレート、１０４ ウエハ載置部、１０６ めっき層、１１０ ＡｌＮ静電チャック、１１２，１１４ 電極。

Claims (5)

  1. ウエハを載置するウエハ載置部を複数備えたセラミック製のトレイプレートがセラミック製のベースプレートの上面に配置されたウエハ支持構造体であって、
    前記ベースプレートは、ベース側電極を内蔵し、
    前記トレイプレートは、トレイ側電極を内蔵し、
    前記ウエハ載置部に前記ウエハを載置した状態で前記ベース側電極及び前記トレイ側電極に印加する電圧を調整することにより、前記ベースプレートと前記トレイプレートとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させると共に前記トレイプレートと前記ウエハとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させる、
    ウエハ支持構造体。
  2. 前記トレイプレートは、前記ベースプレートと対向する面に金属層を有し、
    前記ウエハ載置部に前記ウエハを載置した状態で前記ベース側電極及び前記トレイ側電極の両方に電圧を印加することにより、前記ベースプレートと前記トレイプレートの前記金属層とを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させると共に、前記トレイプレートと前記ウエハとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させる、
    請求項１に記載のウエハ支持構造体。
  3. 前記トレイプレートは、前記ベースプレートと対向する面に金属層を有さず、
    前記ウエハ載置部に前記ウエハを載置した状態で前記トレイ側電極に電圧を印加することにより、前記ベースプレートと前記トレイプレートとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させると共に、前記トレイプレートと前記ウエハとを互いに引き寄せる静電気的な力を発生させる、
    請求項１に記載のウエハ支持構造体。
  4. 前記トレイプレートは、Ａｌ2Ｏ3製であり、
    前記ベースプレートは、ＡｌＮ製である、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のウエハ支持構造体。
  5. 前記トレイ側電極は、負極と正極とを有する双極構造であり、各ウエハ載置部における前記負極と前記正極との面積比は０．７〜１：０．７〜１である、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載のウエハ支持構造体。
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