JP6948458B2 - 静電チャックヒータ - Google Patents

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Description

本発明は、静電チャックヒータに関する。
従来、ウエハを支持するウエハ支持台が知られている。例えば、特許文献１のウエハ支持台１１０は、図９に示すように、ウエハＷを載置するセラミック基体１２０と、セラミック基体１２０のうちウエハＷを載置する面とは反対側の面に取り付けられた中空シャフト１４０と、中空シャフト１４０の周壁の下端からセラミック基体１２０の外周面まで貫通するように設けられた貫通穴１４２とを備える。貫通穴１４２に供給されるパージガスは、セラミック基体１２０の外周面に噴き出したあとウエハＷとリング１３０との間を通って上方へ抜けていく（図９の１点鎖線矢印）。このパージガスは、ＣＶＤによりウエハＷの上面に薄膜を形成する際、ウエハＷの縁に薄膜が形成するのを防止する。
特許第５３２４６２７号公報
しかしながら、ウエハＷの外周縁の裏面ではパージガスは外から内へ向かうため、図１０に示すように、ＣＶＤによりウエハＷの上面に導電膜Ｆを形成した場合、セラミック基体１２０のウエハ接触面１２２とウエハＷとの間に導電膜Ｆが入り込むことがあった。ウエハ支持台１１０がウエハＷをジョンソン・ラーベック力によりセラミック基体１２０に吸着保持する機能を有する場合、ウエハ接触面１２２とウエハＷとの間に導電膜Ｆが入り込むと吸着力が低下することがあった。すなわち、ＣＶＤ処理後のウエハＷを取り外して新たなウエハＷに交換すると、新たなウエハＷとセラミック基体１２０のウエハ接触面１２２とが導電膜Ｆを介して同電位になるため十分なジョンソン・ラーベック力が発現しなくなり吸着力が低下することがあった。また、ウエハＷの裏面でバージガスの流れが不均一になることがあり、ウエハの均熱性に影響を及ぼすことがあった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、安定的にウエハをチャッキングすると共にウエハの均熱性を向上することを主目的とする。
本発明の静電チャックヒータは、
ウエハに導電膜を形成するのに用いられるジョンソン・ラーベック型の静電チャックヒータであって、
一方の面が前記ウエハを載置するウエハ載置面であり、静電電極と抵抗発熱体とを備えた円板状のセラミック基体と、
前記セラミック基体のうち前記ウエハ載置面とは反対側の面に取り付けられた中空シャフトと、
前記ウエハ載置面のうち前記ウエハの直径よりも外径が小さい環状領域において前記セラミック基体の同心円に沿って並べられた複数の突起からなる最外周突起群と、
前記最外周突起群の内側に設けられた円周溝と、
前記中空シャフトの周壁の下端から前記ウエハ載置面のうち前記円周溝の内側の領域まで貫通するように設けられ、前記ウエハ載置面と前記最外周突起群と前記ウエハ載置面に載置される前記ウエハとによって囲まれるウエハ下方空間に前記中空シャフトの下端からガスを供給可能な貫通穴と、
を備えたものである。
この静電チャックヒータの使用時には、最外周突起群をなす複数の突起に載置されたウエハの表面に導電膜が形成されるが、それと同時にウエハ載置面のうち最外周突起群の外側の領域にも導電膜が付着する。ここで、最外周突起群をなす複数の突起が並べられた環状領域の外径はウエハの直径よりも小さいため、平面視したときにこれらの突起はウエハによって覆い隠された状態になる。そのため、ウエハの裏面と当接する突起の上面には導電膜が付着しにくい。また、ウエハ下方空間にはガスが供給されるため、突起の上面とウエハとの隙間に導電膜になる成分が入り込みにくく、この点でも突起の上面に導電膜が付着しにくい。そのため、ウエハに導電膜を形成した後の最外周突起群をなす複数の突起の上面に新たなウエハを載置したとしても、ウエハは導電膜の付着していない突起の上面と密着する。そのため、ウエハチャッキング力すなわちジョンソン・ラーベック力は当初のまま維持される。したがって、プロセス回数が増加しても安定的にウエハをチャッキングすることができる。また、最外周突起群の内側に設けられた円周溝は、貫通穴から供給されるガスの流れを均一化するため、ウエハの均熱性が向上する。
本発明の静電チャックヒータにおいて、前記ウエハ載置面のうち前記円周溝の内側の領域に、前記ウエハと当接可能な複数の凸部が設けられていてもよい。こうすれば、ウエハとセラミック基体との接触面積が凸部の面積分だけ大きくなるため、ウエハチャッキング力も大きくなり、より安定的にウエハをチャッキングすることができる。
本発明の静電チャックヒータにおいて、前記貫通穴のうち前記ウエハ載置面における開口部は、前記貫通穴よりも径の小さい複数の小穴で構成されていてもよい。こうすれば、貫通穴を通過してきたガスはウエハの裏面に分散して当たるため、ガスがウエハの裏面の一点に当たる場合に比べて、より安定的にウエハをチャッキングすることができるし、ガスによるウエハの温度低下を抑制することもできる。
本発明の静電チャックヒータにおいて、前記ウエハ下方空間に供給されるガスが前記ウエハを押し上げる力は、前記静電電極に通電することによって発生するウエハチャッキング力と前記ウエハの上方の雰囲気が前記ウエハを押し下げる力との和より小さくなるように設定されていてもよい。こうすれば、ウエハ下方空間に供給されるガスによってウエハが浮き上がるのを防止することができる。
本発明の静電チャックヒータにおいて、前記静電電極はプラズマ電極としても利用されるものとしてもよい。静電電極に高周波を印加することにより、静電電極をプラズマ電極としても使用することができ、プラズマＣＶＤプロセスによる成膜を行うこともできる。
本発明の静電チャックヒータにおいて、前記円周溝の内側に前記円周溝に繋がる放射状溝を有していてもよい。円周溝の内側にこのような放射状溝を設けることにより、ウエハ下方空間内のガス流がより均一化するため、最外周突起群をなす突起の上面とウエハとの隙間に導電膜になる成分がより一層入り込みにくくなる。
本発明の静電チャックヒータにおいて、前記突起の上面の表面粗さＲａは、１μｍ以上としてもよい。こうすれば、ウエハ下方空間内のガスがウエハ中央から最外周突起群をなす突起の粗い上面を通って外周に流れ出るため、その流れによって突起の上面とウエハとの隙間には導電膜になる成分が一層入り込みにくくなる。
本発明の静電チャックヒータにおいて、前記貫通穴は、前記ウエハ載置面のうち前記円周溝の内側の領域における中央部と外周部の両方に開口していてもよい。こうすれば、ウエハ載置面の外周部の開口からウエハ下方空間に入り込んだガスは、最外周突起群までの距離が近いため、突起の上面とウエハとの隙間に導電膜になる成分が入り込むのをより防止しやすい。
静電チャックヒータ１０の斜視図。 静電チャックヒータ１０の平面図。 図２のＡ−Ａ断面図。 導電膜Ｆを形成したあとの静電チャックヒータ１０の部分断面図。 プラグ５０の付いた貫通穴４２を備えた静電チャックヒータの部分断面図。 円周溝内側領域２０ｃに放射状の溝２４ａを設けた静電チャックヒータの平面図。 開口４２ａ，４２ｂを有する貫通穴４２を備えた静電チャックヒータの平面図。 図７のＢ−Ｂ断面図。 従来のウエハ支持台１１０の断面図。 導電膜Ｆを形成したあとのウエハ支持台１１０の部分断面図。
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１は静電チャックヒータ１０の斜視図、図２は静電チャックヒータ１０の平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
静電チャックヒータ１０は、ＣＶＤなどにより導電膜をウエハＷに形成するのに用いられるものであり、セラミック基体２０と、中空シャフト４０とを備えている。
セラミック基体２０は、窒化アルミニウム製の円板である。セラミック基体２０の直径は特に限定されるものではないが、例えば３００ｍｍ程度である。セラミック基体２０は、ウエハＷを載置するウエハ載置面２０ａと、ウエハ載置面２０ａとは反対側の裏面２０ｂとを有する。セラミック基体２０は、ウエハ載置面２０ａに最外周突起群２２を有している。最外周突起群２２は、ウエハ載置面２０ａのうちウエハＷの直径よりも外径が小さい環状領域２１（図２の２点鎖線で囲まれた領域）においてセラミック基体２０の同心円に沿って並べられた複数の突起２３からなっている。複数の突起２３は、扁平な円柱形状であり、セラミック基体２０と一体に形成されている。突起２３の直径は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。突起２３の高さは１０μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。突起２３のピッチ（隣合う突起２３の中心間距離）は５ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。ウエハ載置面２０ａのうち最外周突起群２２のすぐ内側には、円周溝２４が設けられている。円周溝２４の幅は２ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。円周溝２４の深さは５０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。ウエハ載置面２０ａのうち円周溝２４の内側の領域（円周溝内側領域）２０ｃには、扁平な円柱形状の凸部２５が間隔を空けて多数設けられている。凸部２５は、最外周突起群２２の突起２３と共に、ウエハＷの裏面と接触してウエハＷを支持するものである。凸部２５は突起２３と同形状、同サイズとしてもよい。突起２３や凸部２５は例えばエンボス加工により形成することができる。
セラミック基体２０には、静電電極２６と抵抗発熱体２８とが埋設されている。静電電極２６は、セラミック基体２０よりもやや小径の円形の薄層電極であり、例えば細い金属線を網状に編み込んでシート状にしたメッシュで形成されている。静電電極２６には、図示しない給電棒が接続されており、給電棒は中空シャフト４０の内部空間を経て図示しない外部電源に接続されている。静電電極２６は、外部電源によって電圧が印加されるとウエハ載置面２０ａに載置されたウエハＷをチャッキングする。このときのチャッキング力は、セラミック基体２０を形成する窒化アルミニウムの体積抵抗率が１×１０8〜１×１０13Ωｃｍであるためジョンソン・ラーベック力である。抵抗発熱体２８は、導電性のコイルをセラミック基体２０の全面にわたって一筆書きの要領で配線したものである。抵抗発熱体２８の両端には、それぞれ図示しない給電棒が接続されており、給電棒は中空シャフト４０の内部空間を経て図示しないヒータ電源に接続されている。抵抗発熱体２８は、ヒータ電源から電力が供給されると発熱してウエハ載置面２０ａに載置されたウエハＷを加熱する。抵抗発熱体２８は、コイルに限定されるものではなく、例えばリボン（細長い薄板）であってもよいし、メッシュであってもよい。
中空シャフト４０は、セラミック基体２０と同じく窒化アルミニウムで形成され、上端面がセラミック基体２０の裏面２０ｂに固相接合又は拡散接合により取り付けられている。中空シャフト４０の周壁には、周方向に沿って等間隔に４つの貫通穴４２が設けられている。貫通穴４２は、中空シャフト４０の下端から上下方向に沿ってセラミック基体２０の円周溝内側領域２０ｃまで貫通している。貫通穴４２は、円周溝内側領域２０ｃのうち、中空シャフト４０の周壁の直上に開口している。貫通穴４２の開口４２ａは、円周溝内側領域２０ｃのうち凸部２５と干渉しない位置に設けられている。貫通穴４２には、図示しないガス供給源が接続されている。
次に、静電チャックヒータ１０の使用例について説明する。図示しないＣＶＤ用のチャンバ内に静電チャックヒータ１０を配置し、最外周突起群２２をなす複数の突起２３及び円周溝内側領域２０ｃに設けられた多数の凸部２５にウエハＷを載置する。このとき、ウエハ載置面２０ａと最外周突起群２２とウエハＷとによって囲まれる空間を、ウエハ下方空間Ｓと称する。そして、静電電極２６に電圧を印加することにより、ウエハＷをジョンソン・ラーベック力によりチャッキングする。また、図示しない熱電対の検出信号に基づいてウエハＷの温度を求め、その温度が目標温度になるように抵抗発熱体２８へ印加する電圧を制御する。更に、ガス供給源から貫通穴４２にガスを供給する。ガスとしては、例えば、Ｎ2，Ａｒ，Ｈｅなどが挙げられる。これにより、貫通穴４２に供給されたガスは、円周溝内側領域２０ｃの開口４２ａからウエハ下方空間Ｓに入り込み、凸部２５と凸部２５との間を通って外周に向かって流れる（図３の１点鎖線矢印）。円周溝２４は、このガスの流れを均一化する役割を果たす。この状態で、ＣＶＤによりウエハＷの上面に導電膜Ｆ（図４参照）を形成する。
このとき、ウエハ下方空間Ｓに供給されるガスがウエハＷを押し上げる力は、静電電極２６に通電することによって発生するウエハチャッキング力とウエハＷの上方の雰囲気がウエハＷを押し下げる力との和より小さくなるように設定されている。そのため、ウエハ下方空間Ｓに供給されるガスによってウエハＷが浮き上がるのを防止することができる。
ウエハＷの表面に導電膜Ｆが形成される際、それと同時にセラミック基体２０の表面のうち最外周突起群２２の外側にも導電膜Ｆが付着する（図４参照）。ここで、最外周突起群２２の環状領域２１の外径はウエハＷの直径よりも小さいため、平面視したときに最外周突起群２２をなす複数の突起２３はウエハＷによって覆い隠された状態になる。そのため、ウエハＷの裏面と当接する突起２３の上面には導電膜Ｆが付着しにくい。また、ウエハ下方空間Ｓにはガスが供給されるため、突起２３とウエハＷとの隙間に導電膜Ｆになる成分が入り込みにくく、この点でも突起２３の上面に導電膜Ｆが付着しにくい。
以上説明した静電チャックヒータ１０によれば、ウエハＷの表面に導電膜Ｆを形成する際、最外周突起群２２をなす複数の突起２３の上面への導電膜Ｆの付着が防止される。そのため、ウエハＷに導電膜Ｆを形成した後の突起２３の上面に新たなウエハＷを載置したとしても、新たなウエハＷは導電膜Ｆの付着していない突起２３の上面と密着し、ジョンソン・ラーベック力は当初のまま維持される。したがって、プロセス回数が増加しても安定的にウエハＷをチャッキングすることができる。また、最外周突起群２２の内側に設けられた円周溝２４は、貫通穴４２から供給されるガスの流れを均一化するため、ウエハＷの均熱性が向上する。
また、突起２３の上面に導電膜Ｆが付着してしまうと、突起２３の上面に付着した導電膜Ｆを取り除くためのクリーニングが必要になる。こうしたクリーニングは生産効率を低下させる。本実施形態では、突起２３の上面に導電膜Ｆが付着しないため、そのようなクリーニングが不要になり、生産効率が向上する。
更に、円周溝内側領域２０ｃにウエハＷと当接可能な凸部２５を多数設けたため、ウエハＷとセラミック基体２０との接触面積が凸部２５の面積分だけ大きくなる。そのため、ウエハチャッキング力も大きくなり、より安定的にウエハをチャッキングすることができる。
更にまた、ウエハ下方空間Ｓに供給されるガスがウエハＷを押し上げる力は、静電電極２６に通電することによって発生するウエハチャッキング力とウエハＷの上方の雰囲気がウエハＷを押し下げる力との和より小さくなるように設定されているため、ウエハ下方空間Ｓに供給されるガスによってウエハＷが浮き上がるのを防止することができる。
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。
例えば、上述した実施形態において、最外周突起群２２をなす複数の突起２３の上面の表面粗さＲａを１μｍ以上に粗くしてもよい。こうすれば、ウエハ下方空間Ｓ内のガスがウエハＷの中央から突起２３の粗い上面を通って外周に流れ出るため、その流れによって突起２３の上面とウエハＷとの隙間には導電膜Ｆになる成分が一層入り込みにくくなる。
上述した実施形態において、図５に示すように、貫通穴４２のうちウエハ載置面の円周溝内側領域２０ｃに開口している開口部には、貫通穴４２よりも径の小さい複数の小穴５２を備えたプラグ５０が嵌め込まれていてもよい。その場合、貫通穴４２の開口部は、複数の小穴５２で構成されることになる。こうすれば、貫通穴４２を通過してきたガスは小穴５２によってウエハＷの裏面に分散して当たるため、ガスがウエハＷの裏面に集中して当たる場合に比べて、より安定的にウエハＷをチャッキングすることができるし、ガスによるウエハＷの温度低下を抑制することもできる。
上述した実施形態において、図６に示すように、セラミック基体２０の円周溝内側領域２０ｃに、貫通穴４２の開口４２ａに繋がる放射状の４本の溝２４ａを、各溝２４ａの外周端が円周溝２４に繋がるように設けてもよい。図６では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付したが、凸部２５を省略した。こうすれば、溝２４ａによりウエハ下方空間内のガス流がより均一化しやすくなるため、最外周突起群２２をなす複数の突起２３とウエハとの隙間に導電膜になる成分がより一層入り込みにくくなる。
上述した実施形態において、図７及び図８に示すように、貫通穴４２は、セラミック基体２０の内部で半径外方向に延びる複数（ここでは４つ）の分岐路４６を有していてもよい。図７及び図８では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付したが、凸部２５は省略した。分岐路４６の外周側の端部は、セラミック基体２０と同心円となるように設けられた円周穴４７に連通している。円周穴４７の外径は、円周溝２４の内径よりもやや小さい。円周穴４７は、周方向に沿って等間隔に設けられた複数（ここでは８つ）の鉛直穴４８と連通している。鉛直穴４８は、円周溝内側領域２０ｃの円周溝２４の脇に開口している。これにより、貫通穴４２は、円周溝内側領域２０ｃのうちウエハ載置面２０ａの中央部に開口する開口４２ａと外周部に開口する開口４２ｂ（鉛直穴４８の開口）の両方を有している。こうすれば、開口４２ｂからウエハ下方空間Ｓに入り込んだガスは、最外周突起群２２までの距離が近いため、最外周突起群２２とウエハＷとの隙間に導電膜Ｆになる成分が入り込むのをより防止しやすい。
上述した実施形態において、静電電極２６はプラズマ電極として利用してもよい。静電電極２６に高周波を印加することにより、静電電極２６をプラズマ電極としても使用することができ、プラズマＣＶＤプロセスによる成膜を行うこともできる。
上述した実施形態において、中空シャフト４０の周壁に周方向に沿って等間隔に４つの貫通穴４２を設けたが、貫通穴４２の数は４つに限定されるものではなく、２つでもよいし、３つでもよいし、５つ以上でもよい。
上述した実施形態では、円周溝内側領域２０ｃに多数の凸部２５を設けたが、凸部２５を設けなくてもよい。図５〜図８においても、凸部２５を設けてもよいし、設けなくてもよい。
実施例１として上述した実施形態の静電チャックヒータ１０を作製し、実施例２として円周溝内側領域２０ｃの凸部２５を有さないこと以外は静電チャックヒータ１０と同じものを作製した。実施例１，２の具体的な寸法を表１に示す。
Figure 0006948458
実施例１，２の静電チャックヒータを用いて、ウエハＷの上面にＣＶＤにより導電膜Ｆを形成する処理を、連続して３００枚行った。ウエハチャッキング時のウエハ裏面側圧力（ガス圧）は１０Ｔｏｒｒ、チャンバ圧力は４Ｔｏｒｒとした。その結果、実施例１，２とも、最外周突起群２２をなす複数の突起２３の上面には導電膜が付着せず、終始、ウエハＷを良好にチャッキングすることができた。また、円周溝２４を有さない以外は静電チャックヒータ１０と同じものを比較例として作製し、同様の処理を行ったところ、評価温度を５５０℃としたときのウエハ均熱性は、表２に示すように比較例よりも実施例１，２の方が優れていた。ウエハ均熱性は、ウエハを評価温度になるように制御したときのウエハ全体の温度の最大値と最小値との差とした。
Figure 0006948458
本出願は、２０１８年３月２６日に出願された米国仮出願第６２／６４７，９６５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。
本発明は、ウエハに導電膜を形成する静電チャックヒータに利用可能である。
１０ 静電チャックヒータ、２０ セラミック基体、２０ａ ウエハ載置面、２０ｂ 裏面、２０ｃ 円周溝内側領域、２１ 環状領域、２２ 最外周突起群、２３ 突起、２４ 円周溝、２４ａ 溝、２５ 凸部、２６ 静電電極、２８ 抵抗発熱体、４０ 中空シャフト、４２ 貫通穴、４２ａ，４２ｂ 開口、４６ 分岐路、４７ 円周穴、４８ 鉛直穴、５０ プラグ、５２ 小穴、１１０ ウエハ支持台、１２０ セラミック基体、１２２ ウエハ接触面、１３０ リング、１４０ 中空シャフト、１４２ 貫通穴、Ｆ 導電膜、Ｓ ウエハ下方空間、Ｗ ウエハ。

Claims (7)

  1. ウエハに導電膜を形成するのに用いられるジョンソン・ラーベック型の静電チャックヒータであって、
    一方の面が前記ウエハを載置するウエハ載置面であり、静電電極と抵抗発熱体とを備えた円板状のセラミック基体と、
    前記セラミック基体のうち前記ウエハ載置面とは反対側の面に取り付けられた中空シャフトと、
    前記ウエハ載置面のうち前記ウエハの直径よりも外径が小さい環状領域において前記セラミック基体の同心円に沿って並べられた複数の突起からなる最外周突起群と、
    前記最外周突起群の内側に設けられた円周溝と、
    前記中空シャフトの周壁の下端から前記ウエハ載置面のうち前記円周溝の内側の領域まで貫通するように前記中空シャフトの周壁に複数設けられ、前記ウエハ載置面と前記最外周突起群と前記ウエハ載置面に載置される前記ウエハとによって囲まれるウエハ下方空間に前記中空シャフトの下端からガスを供給可能で、前記ウエハ載置面の前記円周溝の内側の領域のうち中央部に開口する貫通穴と、
    前記セラミック基体の内部に設けられ、それぞれの前記貫通穴から半径外方向に延びる分岐路と、
    前記セラミック基体の内部に設けられ、前記分岐路の外周側の端部に連通し、前記セラミック基体と同心になる円周穴と、
    前記セラミック基体の内部にて前記セラミック基体と同心になる周方向に沿って複数設けられ、前記円周穴に連通し、前記円周溝の内側の領域のうち外周部に開口する鉛直穴と、
    を備えた静電チャックヒータ。
  2. 前記ウエハ載置面のうち前記円周溝の内側の領域に、前記ウエハと当接可能な複数の凸部が設けられている、
    請求項１に記載の静電チャックヒータ。
  3. 前記貫通穴のうち前記ウエハ載置面における開口部は、前記貫通穴よりも径の小さい複数の小穴で構成されている、
    請求項１又は２に記載の静電チャックヒータ。
  4. 前記ウエハ下方空間に供給されるガスが前記ウエハを押し上げる力は、前記静電電極に通電することによって発生するウエハチャッキング力と前記ウエハの上方の雰囲気が前記ウエハを押し下げる力との和より小さい、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電チャックヒータ。
  5. 前記静電電極は、プラズマ電極としても利用される、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電チャックヒータ。
  6. 前記円周溝の内側に前記円周溝に繋がる放射状溝を有している、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電チャックヒータ。
  7. 前記突起の上面の表面粗さＲａは、１μｍ以上である、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の静電チャックヒータ。
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