JP7083923B2 - 静電チャック - Google Patents

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Description

本開示は、半導体集積回路の製造工程または液晶表示装置の製造工程等において用いられる、半導体ウエハ等の試料を保持する静電チャックに関する。
半導体製造装置等に用いられる試料保持具として、例えば、特許文献１に記載の静電チャックが知られている。
特開２０１４－２０９６１５号公報
本開示の静電チャックは、一方の主面が試料保持面である板状の基体と、
該基体の内部に位置する静電吸着用の電極と、
前記基体の他方の主面に位置する接合材と、
該接合材により前記基体の他方の主面に接合された支持体と、
前記試料保持面から前記他方の主面まで前記基体を貫通する第１貫通孔と、
該第１貫通孔に連続し、前記他方の主面側から前記支持体を貫通する第２貫通孔と、
該第２貫通孔の内部に位置し、前記他方の主面に固定された多孔質部材と、を備えており、
前記第２貫通孔のうち前記基体に臨む開口の開口径は、前記第１貫通孔の径よりも大きく、
前記第２貫通孔の前記開口と前記電極とは、前記試料保持面に平行な方向にずれて位置している構成である。
第１実施形態の静電チャックの断面図である。 図１の領域Ａで示す多孔質部材周辺を拡大した部分拡大断面図である。 第２実施形態の静電チャックの断面図である。 図３の領域Ａで示す多孔質部材周辺を拡大した部分拡大断面図である。 第３実施形態の多孔質部材周辺を拡大した部分拡大断面図である。 第４実施形態の多孔質部材周辺を拡大した部分拡大断面図である。 第５実施形態の多孔質部材周辺を拡大した部分拡大断面図である。
本開示の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
まず、本開示の静電チャックが基礎とする静電チャックついて説明する。本開示の静電チャックが基礎とする静電チャックは、内部電極を有する誘電体基板と金属製のベースプレートとを備え、誘電体基板とベースプレートとを貫く貫通孔が設けられており、ベースプレートの貫通孔には、セラミック多孔体が配置されている。
以下、静電チャック１００について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態の静電チャックを示す断面図である。図２は、図１の領域Ａで示す多孔質部材周辺を拡大した部分拡大断面図である。静電チャック１００は、絶縁基体１と、支持体２と、接合材３と、多孔質部材５と、吸着電極６とを備える。
絶縁基体１は、第１面（一方の主面）１ａおよび該第１面１ａと反対側の第２面（他方の主面）１ｂを有するセラミック体であり、第１面１ａが、試料を保持する試料保持面である。絶縁基体１は、板状の部材であって、外形状は限定されず、例えば円板状または角板状であってもよい。
絶縁基体１は、例えばセラミック材料で構成される。セラミック材料としては、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素またはイットリア等とすることができる。絶縁基体１の外形寸法は、例えば直径（または辺長）を２００～５００ｍｍ、厚みを２～１５ｍｍにすることができる。
絶縁基体１を用いて試料を保持する方法としては様々な方法を用いることができる。本例の静電チャック１００は、静電気力によって試料を保持する静電チャックである。そのため、静電チャック１００は絶縁基体１の内部に吸着電極６を備えている。吸着電極６は、２種の電極を有している。２つの電極は、一方が電源の正極に接続され、他方が負極に接続される。２つの電極は、たとえば、それぞれ略半円板状であって、半円の弦同士が対向するように、絶縁基体１の内部に位置している。これら２つの電極が合わさって、吸着電極６全体の外形が円形状となっている。この吸着電極６の全体による円形状の外形の中心は、同じく円形状のセラミック体の外形の中心と同一に設定できる。吸着電極６の形状は、たとえば、帯状、ミアンダ状、格子状（グリッド状）などであってもよい。吸着電極６は、例えば、金属材料を有する。金属材料としては、例えば、白金、タングステンまたはモリブデン等の金属材料を有する。
静電チャック１００は、例えば、試料保持面である絶縁基体１の第１面１ａよりも上方においてプラズマを発生させて用いられる。プラズマは、例えば、外部に設けられた複数の電極間に高周波を印加することによって、電極間に位置するガスを励起させ、発生させることができる。
支持体２は、金属製であり、絶縁基体１を支持するための部材である。金属材料としては、例えば、アルミニウムを用いることができる。支持体２の外形状は特に限定されず、円形状または四角形状であってもよい。支持体２の外形寸法は、例えば直径（または辺長）を２００～５００ｍｍに、厚さを１０～１００ｍｍにすることができる。支持体２は、絶縁基体１と同じ外形状であってもよく、異なる外形状であってもよく、同じ外形寸法であってもよく、異なる外形寸法であってもよい。
支持体２と絶縁基体１とは、接合材３を介して接合されている。具体的には、支持体２の第１面２ａと絶縁基体１の第２面１ｂとが、接合材３によって接合されている。接合材３としては、例えば、樹脂材料の接着剤を用いることができる。樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂などを用いることができる。
図２に示すように、絶縁基体１には、第１面１ａから第２面１ｂまで貫通する第１貫通孔９が設けられている。また、支持体２には、第１面（一方の主面）２ａから該第１面２ａと反対側の第２面（他方の主面）２ｂまで貫通する第２貫通孔７が設けられている。第２貫通孔７と第１貫通孔９とは連通しており、絶縁基体１の第１面１ａから、接合材３を通って、支持体２の第２面２ｂまで連続した孔となっている。第２貫通孔７および第１貫通孔９は、例えば、ヘリウム等のガスを、支持体２の第２面２ｂ側から試料保持面である絶縁基体１の第１面１ａ側に流入させるためのガス流入孔として設けられている。
第１貫通孔９は、絶縁基体１の少なくとも一部において支持体２の第２貫通孔７の孔径よりも孔径が小さくなっている。本例の静電チャック１００においては、第２貫通孔７は、詳細は後述するが、支持体２の第２面２ｂから第１面２ａにかけて孔径が異なる円柱状である。また、第１貫通孔９は、絶縁基体１中においては、絶縁基体１の第２面１ｂから第１面１ａにかけて孔径が一定の円柱状である。
多孔質部材５は、試料保持面である第１面１ａより上方においてプラズマを発生させたときに、プラズマが第１貫通孔９を通って支持体２側にまで入り込まないようにするために設けられている。多孔質部材５としては、例えば、アルミナ等のセラミック多孔質材料を用いることができる。多孔質部材５は、第２貫通孔７の内部に位置している。多孔質部材５は、上面から下面に気体を流すことが可能な程度の気孔率を有している。そのため、第２貫通孔７の内部に多孔質部材５を位置させることによって、第１貫通孔９に気体を流しつつも、プラズマが支持体２側に到達してしまうおそれを低減する。多孔質部材５の気孔率としては、例えば、４０～６０％に設定できる。
吸着電極６は、第１貫通孔９の周辺部分において、たとえば円形状の抜け（クリアランス）が設けられている。本実施形態では、第２貫通孔７のうち絶縁基体１に臨む側の開口（基体側開口）の開口径は、第１貫通孔９の径よりも大きく、第２貫通孔７の開口と吸着電極６とは、試料保持面に平行な方向にずれて位置している。すなわち、平面視において（試料保持面に垂直な方向に見て）、吸着電極６と第２貫通孔７とが重複していなければよい。たとえば、第２貫通孔７の前記開口径よりも吸着電極６のクリアランスの径の方が大きくなっていてもよく、吸着電極６が帯状などの場合は、隣接する電極との間隔が前記開口径よりも大きくなっていてもよい。この第２貫通孔７の開口には、多孔質部材５が位置している。第２貫通孔７の開口と吸着電極６とをずらすことによって、多孔質部材５と吸着電極６との距離を、本開示の静電チャックが基礎とする構成に比べて遠くすることができる。多孔質部材５と吸着電極６との距離が遠くなると、本開示の静電チャックが基礎とする構成に比べて絶縁破壊が生じ難くなる。距離が遠くなるほど（クリアランスの径が大きくなるほど）絶縁破壊も生じ難くなるが、その分だけ吸着電極６の面積が小さくなってしまう。たとえば、平面視において、吸着電極６と第２貫通孔７との距離を、０．５ｍｍ～４ｍｍとしている。
第２貫通孔７の、基体側開口と反対側の開口については、特に大きさなどは限定されないが、本実施形態では、反対側の開口は、基体側開口よりも開口径が小さい。多孔質部材５は柱状（円柱状）であり、第２貫通孔７は、絶縁基体１側が、この多孔質部材５が位置するように柱状の孔であり、これに連なって小径の柱状の孔が反対側まで連続している。すなわち、第２貫通孔７は、径の異なる２つの柱状の孔が同軸に連なった形状となっている。
図３は、第２実施形態の静電チャックの断面図である。図４は、図３の領域Ａで示す多孔質部材周辺を拡大した部分拡大断面図である。本実施形態の静電チャック１００は、第２貫通孔７に位置するスリーブ１０をさらに備える点で第１実施形態と異なっており、第１実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略している。
スリーブ１０は、第２貫通孔７の中心軸線に沿って延びる円筒状を有しており、絶縁性材料からなる筒状部材である。スリーブ１０は、第２貫通孔７の内部空間において、金属材料が露出する内周面を覆っている。スリーブ１０を第２貫通孔７内に設けることで、スリーブ１０の内部空間と第１貫通孔９とが連通することになり、上記のガス流入孔を構成している。スリーブ１０の絶縁基体１に臨む側の開口部分に、多孔質部材５が位置しており、多孔質部材５は、スリーブ１０によって囲まれている。これにより、プラズマが多孔質部材５まで到達しても、スリーブ１０によって支持体２との短絡、支持体２への放電などを防ぐことができる。
本実施形態の第２貫通孔７は、第１実施形態とは異なり、孔径が一定の円柱状である。スリーブ１０の外径は、第２貫通孔７の孔径と同じであり、内部空間形状が、第１実施形態の第２貫通孔７と同様に、径の異なる２つの柱状の孔が同軸に連なった形状である。径の大きい孔が絶縁基体１側であり、多孔質部材５が位置している。
スリーブ１０を構成する絶縁性材料としては、例えば、セラミック材料を用いることができる。セラミック材料としては、例えば、アルミナまたは窒化アルミニウムが挙げられる。
本実施形態も第１実施形態と同様に、第２貫通孔７の開口と吸着電極６とが、試料保持面に平行な方向にずれて位置しているので、絶縁破壊が生じ難くなっている。第２貫通孔７の開口は、多孔質部材５の周囲のスリーブ１０の厚み分だけ第１実施形態よりも大きく、吸着電極６と多孔質部材５との距離がさらに遠くなっている。
図５は、第３実施形態の多孔質部材周辺を拡大した部分拡大断面図である。本実施形態では、絶縁基体１の第２面１ｂにおいて、スリーブ１０の外径と同径の円柱状であって、第１面１ａ側に凹んだ凹部８を設けている点で第２実施形態と異なっている。
凹部８は、凹部８の中心軸と第１貫通孔９の中心軸とが同軸となるように設けられている。スリーブ１０の上部を、支持体２の第１面２ａよりもさらに絶縁基体１側に突出させて、凹部８に嵌入させる。これにより、ガス流入孔の一部を構成するスリーブ１０の内部空間の中心軸が、第１貫通孔９の中心軸と同軸となるように容易に位置合わせできる。また、多孔質部材５の上面およびスリーブ１０の上面が、支持体２の第１面２ａから離れて位置するので、支持体２との短絡、支持体２への放電などを防ぐことができる。また、凹部８を設けることで、第１貫通孔９の長さが短くなり、第１貫通孔９内でのプラズマの発生を抑制できる。
図６は、第４実施形態の多孔質部材周辺を拡大した部分拡大断面図である。本実施形態では、多孔質部材５が、接着材１１によって、凹部８に固定されている点で第３実施形態と異なっている。
凹部８において、多孔質部材５を絶縁基体１に固定する接着材１１は、絶縁基体１よりも熱伝導率が高い材質からなり、たとえば、シリコーン樹脂などを用いることができる。ウエハの処理に用いるプラズマによって生じた熱は、絶縁基体１から支持体２へと伝導する。凹部８近傍は、吸着電極６が部分的に存在しないので、静電吸着力が弱く、ウエハと絶縁基体１の試料保持面との間に微小な隙間などが生じて、熱伝導性が部分的に低下する。そのような部分に、熱伝導率が高い材質からなる接着材１１を用いることで、熱伝導性を部分的に高くして、静電吸着力が弱いことによる熱伝導性の低下を補って均熱性を向上させることができる。また接着材１１は第１貫通孔９の直下には設けないようにするのが好ましい。第２貫通孔７から多孔質部材５を通じて流したガスを効率的に第１貫通孔９に供給することができる。
図７は、第５実施形態の多孔質部材周辺を拡大した部分拡大断面図である。本実施形態では、凹部８が、周方向に延びる壁面８ａを有しており、この壁面８ａに耐プラズマ性部材１２が位置している点で第３実施形態と異なっている。
本実施形態では、凹部８の径がスリーブ１０の外径よりわずかに大きく、スリーブ１０の、凹部８に嵌入された一部の外周面と凹部８の壁面８ａとの間に耐プラズマ性部材１２を設けている。耐プラズマ性部材１２は、応力集中が生じやすい、凹部の底面と壁面８ａとによる入隅に位置している。これにより、さらに絶縁破壊を抑制することができる。
耐プラズマ性部材１２は、たとえば、フッ素性樹脂などプラズマと接触しても劣化し難い樹脂材料などの材質を用いることができ、スリーブ１０と凹部８、すなわちスリーブ１０と絶縁基体１とを接着固定する。
第５実施形態の試料保持具について、製造方法を簡単に述べる。まず、スリーブ１０の開口に、多孔質部材５を取り付け、支持体２の第２貫通孔７内にスリーブ１０を嵌入させる。次に、絶縁基体１と支持体２とを接合材３によって接合する。多孔質部材５を絶縁基体１に接着材１１で固定するとともに、スリーブ１０を絶縁基体１に耐プラズマ性部材１２で固定する。
本開示は次の実施の形態が可能である。
本開示の静電チャックは、一方の主面が試料保持面である板状の基体と、該基体の内部に位置する静電吸着用の電極と、前記基体の他方の主面に位置する接合材と、該接合材により前記基体の他方の主面に接合された支持体と、前記試料保持面から前記他方の主面まで前記基体を貫通する第１貫通孔と、該第１貫通孔に連続し、前記他方の主面側から前記支持体を貫通する第２貫通孔と、該第２貫通孔の内部に位置し、前記他方の主面に固定された多孔質部材と、を備えており、前記第２貫通孔のうち前記基体に臨む開口の開口径は、前記第１貫通孔の径よりも大きく、前記第２貫通孔の前記開口と前記電極とは、前記試料保持面に平行な方向にずれて位置している構成である。
本開示の静電チャックによれば、支持体に設けられた第２貫通孔の開口と、基体内の電極との絶縁距離を比較的長くすることができるので、絶縁破壊を抑制することができる。
１ 絶縁基体
１ａ 第１面
１ｂ 第２面
２ 支持体
２ａ 第１面
２ｂ 第２面
３ 接合材
５ 多孔質部材
６ 吸着電極
７ 第２貫通孔
８ 凹部
９ 第１貫通孔
１０ スリーブ
１１ 接着材
１２ 耐プラズマ性部材
１００ 試料保持具

Claims (6)

  1. 一方の主面が試料保持面である板状の基体と、
    該基体の内部に位置する静電吸着用の電極と、
    前記基体の他方の主面に位置する接合材と、
    該接合材により前記基体の他方の主面に接合された支持体と、
    前記試料保持面から前記他方の主面まで前記基体を貫通する第１貫通孔と、
    該第１貫通孔に連続し、前記他方の主面側から前記支持体を貫通する第２貫通孔と、
    該第２貫通孔の内部に位置し、前記他方の主面に固定された多孔質部材と、を備えており、
    前記第２貫通孔のうち前記基体に臨む開口の開口径は、前記第１貫通孔の径よりも大きく、
    前記第２貫通孔の前記開口と前記電極とは、前記試料保持面に平行な方向にずれて位置していることを特徴とする静電チャック。
  2. 前記第２貫通孔の内部に位置し、前記多孔質部材を囲む筒状部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
  3. 前記基体は、前記他方の主面に凹部を有し、
    前記多孔質部材は、前記凹部に固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電チャック。
  4. 前記多孔質部材は、前記基体よりも熱伝導率が高い接着材によって、前記凹部に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の静電チャック。
  5. 前記凹部と前記電極とは、前記試料保持面に平行な方向にずれて位置していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の静電チャック。
  6. 前記凹部は壁面を有し、
    該壁面に耐プラズマ性部材が位置していることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の静電チャック。
JP2020568208A 2019-01-24 2020-01-23 静電チャック Active JP7083923B2 (ja)

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