JP7343069B1 - 静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】熱応力による誘電体基板の破損を防止することのできる静電チャック、を提供する。【解決手段】静電チャック１０は、誘電体基板１００を備える。誘電体基板１００の面１１０には、溝１１３と、溝１１３の底面ＢＳを貫く開口１５１と、が形成されている。面１１０に対し垂直な方向から見た場合において、底面ＢＳのうち、開口１５１を包含する部分を第１部分ＢＳ１とし、底面ＢＳのうち、第１部分ＢＳ１に対し外側から隣り合う部分を第２部分ＢＳ２としたときに、第１部分ＢＳ１の表面粗さが、第２部分ＢＳ２の表面粗さよりも小さい。【選択図】図４

Description

本発明は静電チャックに関する。

例えばＣＶＤ装置やエッチング装置のような半導体製造装置には、処理の対象となるシリコンウェハ等の基板を吸着し保持するための装置として、静電チャックが設けられる。静電チャックは、吸着電極が設けられた誘電体基板を備える。吸着電極に電圧が印加されると静電力が生じ、誘電体基板上に載置された基板が吸着され保持される。

処理中における基板の温度調整等を目的として、誘電体基板と基板との間の空間には、ヘリウム等の不活性ガスが供給されることが多い。例えば下記特許文献１に記載されているように、誘電体基板のうち基板が載置される方の面には、ガスの供給口である開口が形成される。

特開２００９－２１８５９２号公報

基板と誘電体基板との間で空間を確保するために、誘電体基板のうち基板が載置される方の面には凹部が形成される。また、ガスの供給口である開口は、当該凹部の底面を貫くように形成される。

凹部は、誘電体基板に対し例えばサンドブラスト等の加工を施すことで形成される。このため、凹部の底面の表面粗さは比較的大きくなっている。開口は粗い底面を貫くように形成されているので、開口の縁の稜線に沿った凹凸は大きくなる。

基板の処理中においては、開口部分を含む誘電体基板の各部には熱応力が加えられる。このため、開口の縁の凹凸が大きいと、その一部に対し局所的に大きな熱応力が加わってしまい、開口の縁を起点として誘電体基板が破損してしまう可能性がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱応力による誘電体基板の破損を防止することのできる静電チャック、を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る静電チャックは、誘電体基板を備える静電チャックであって、誘電体基板のうち、被吸着物が載置される載置面には、凹部と、凹部の底面を貫く開口と、が形成されている。載置面に対し垂直な方向から見た場合において、底面のうち、開口を包含する部分を第１部分とし、底面のうち、第１部分に対し外側から隣り合う部分を第２部分としたときに、第１部分の表面粗さが、第２部分の表面粗さよりも小さい。

このような構成の静電チャックでは、凹部の底面の表面粗さが全体で均一とはなっておらず、表面粗さの小さい第１部分と、表面粗さの大きい第２部分と、が互いに隣り合うに構成されている。開口は、表面粗さの小さな方である第１部分を貫くように形成されているので、開口の縁の凹凸は小さくなり、開口の縁に局所的に加えられる応力も小さくなる。その結果、開口の縁を起点とした誘電体基板の破損を防止することができる。

また、本発明に係る静電チャックでは、第１部分が複数の開口を包含していることも好ましい。ガスの流量を確保するために、小径の開口を複数形成したような場合でも、それぞれの開口に対応して第１部分を個別に設ける必要が無い。このため、第１部分等を容易に形成することが可能となる。

本発明によれば、熱応力による誘電体基板の破損を防止することのできる静電チャック、を提供することができる。

本実施形態に係る静電チャックの構成を模式的に示す断面図である。 図１の静電チャックが備える誘電体基板の構成を示す図である。 図１に示される構造の一部を拡大して詳細に示す断面図である。 図１の静電チャックが備える誘電体基板の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る静電チャック１０は、例えばＣＶＤ成膜装置のような不図示の半導体製造装置の内部において、処理対象となる基板Ｗを静電力によって吸着し保持するものである。基板Ｗは、例えばシリコンウェハである。静電チャック１０は、半導体製造装置以外の装置に用いられてもよい。

図１には、基板Ｗを吸着保持した状態の静電チャック１０の構成が、模式的な断面図として示されている。静電チャック１０は、誘電体基板１００と、ベースプレート２００と、接合層３００と、を備える。

誘電体基板１００は、セラミック焼結体からなる略円盤状の部材である。誘電体基板１００は、例えば高純度の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含むが、他の材料を含んでもよい。誘電体基板１００におけるセラミックスの純度や種類、添加物等は、半導体製造装置において誘電体基板１００に求められる耐プラズマ性等を考慮して、適宜設定することができる。

誘電体基板１００のうち図１における上方側の面１１０は、被吸着物である基板Ｗが載置される「載置面」となっている。また、誘電体基板１００のうち図１における下方側の面１２０は、後述の接合層３００を介してベースプレート２００に接合される「被接合面」となっている。面１１０に対し垂直な方向に沿って、面１１０側から静電チャック１０を見た場合の視点のことを、以下では「上面視」のようにも表記する。

誘電体基板１００の内部には、吸着電極１３０が埋め込まれている。吸着電極１３０は、例えばタングステン等の金属材料により形成された薄い平板状の導体層である。吸着電極１３０の材料としては、タングステンの他、モリブデン、白金、パラジウム等を用いてもよい。給電路１３を介して外部から吸着電極１３０に電圧が印加されると、面１１０と基板Ｗとの間に静電力が生じ、これにより基板Ｗが吸着保持される。吸着電極１３０は、所謂「双極」の電極として２つ設けられていてもよいが、所謂「単極」の電極として１つだけ設けられていてもよい。

図１においては、給電路１３の全体が簡略化して描かれている。給電路１３のうち誘電体基板１００の内部の部分は、例えば、導電体の充填された細長いビア（穴）として構成されており、その下端には不図示の電極端子が設けられている。給電路１３のうちベースプレート２００を貫いている部分は、上記の電極端子に一端が接続された導電性の金属部材（例えばバスバー）である。ベースプレート２００には、給電路１３を挿通するための不図示の貫通穴が形成されている。当該貫通穴の内面と給電路１３との間には、例えば円筒状の絶縁部材が設けられていてもよい。

誘電体基板１００と基板Ｗとの間には空間ＳＰが形成されている。また、誘電体基板１００には、面１２０から面１１０側に向かって伸びるガス穴１４０が形成されており、当該ガス穴１４０が、後述の貫通穴１５０（図３を参照）を介して空間ＳＰに繋がっている。半導体製造装置において成膜等の処理が行われる際には、空間ＳＰには、ガス穴１４０を介して外部から温度調整用のヘリウムガスが供給される。誘電体基板１００と基板Ｗとの間にヘリウムガスを介在させることで、両者間の熱抵抗が調整され、これにより基板Ｗの温度が適温に保たれる。尚、空間ＳＰに供給される温度調整用のガスは、ヘリウムとは異なる種類のガスであってもよい。尚、図１においては、ガス穴１４０の構成が簡略化して描かれている。ガス穴１４０の具体的な構成については後に説明する。

図２は、誘電体基板１００を上面視で描いた図である。図２に示されるように、載置面である面１１０上にはシールリング１１１やドット１１２が設けられており、上記の空間ＳＰはこれらの周囲に形成されている。

シールリング１１１は、空間ＳＰを区画する壁であり、上面視において同心円状に並ぶように複数設けられている。それぞれのシールリング１１１の上端は、面１１０の一部となっており、基板Ｗに当接する。本実施形態では、計４つのシールリング１１１が設けられており、これにより空間ＳＰは４つに分けられている。このような構成とすることで、それぞれの空間ＳＰにおけるヘリウムガスの圧力を個別に調整し、処理中における基板Ｗの表面温度分布を均一に近づけることが可能となる。

図１等において符号「１１６」が付されている部分は、空間ＳＰの底面である。以下では、当該部分のことを「底面１１６」とも称する。シールリング１１１は、次に述べるドット１１２と共に、面１１０の一部を底面１１６の位置まで掘り下げた結果として形成されている。空間ＳＰは、誘電体基板１００の面１１０に形成された「凹部」に該当する。

ドット１１２は、底面１１６から突出する円形の突起である。ドット１１２は複数設けられており、誘電体基板１００の吸着面において略均等に分散配置されている。それぞれのドット１１２の上端は、面１１０の一部となっており、基板Ｗに当接する。このようなドット１１２を複数設けておくことで、基板Ｗの撓みが抑制される。

それぞれの空間ＳＰの底面１１６には、溝１１３が形成されている。溝１１３は、底面１１６から更に面１２０側へと後退させるように形成された溝である。溝１１３は、ガス穴１４０から供給されるヘリウムガスを、空間ＳＰ内に素早く拡散させ、空間ＳＰ内の圧力分布を短時間のうちに略均一とすることを目的として形成されている。溝１１３の底面ＢＳ（図１を参照）は、底面１１６と同様に、面１１０に形成された凹部（つまり空間ＳＰ）の「底面」に該当する。底面ＢＳには、ガス穴１４０を通ったヘリウムガスの出口となる開口１５１が形成されている。開口１５１やその近傍の構成については後に説明する。

図１に戻って説明を続ける。ベースプレート２００は、誘電体基板１００を支持するために、誘電体基板１００の面１２０に接合される略円盤状の部材である。ベースプレート２００は、例えばアルミニウムのような金属により形成されている。ベースプレート２００のうち、図１における上方側の面２１０は、接合層３００を介して誘電体基板１００に接合される「被接合面」となっている。面２１０を含むベースプレート２００の表面は、例えばアルミナ溶射膜のような絶縁膜で覆われていてもよい。

接合層３００は、誘電体基板１００とベースプレート２００との間に設けられた層であって、両者を接合している。接合層３００は、絶縁性の材料からなる接着材を硬化させたものである。このような接着剤としては、例えばシリコーン系の接着剤を用いることができる。

ベースプレート２００の内部には、冷媒を流すための冷媒流路２５０が形成されている。半導体製造装置において成膜等の処理が行われる際には、外部から冷媒が冷媒流路２５０に供給され、これによりベースプレート２００が冷却される。処理中において基板Ｗで生じた熱は、空間ＳＰのヘリウムガス、誘電体基板１００、及びベースプレート２００を介して冷媒へと伝えられ、冷媒と共に外部へと排出される。

ベースプレート２００には、面２１０から、図１における下方側の面２２０側に向かって、垂直に伸びるガス穴２４０が形成されている。ガス穴２４０は、上面視においてガス穴１４０と重なる位置に設けられている。ガス穴２４０は、接合層３００に形成された貫通穴を介して、ガス穴１４０に連通されている。ガス穴２４０は、ガス穴１４０と共に、空間ＳＰに向けてヘリウムガスを供給するための経路の一部となっている。尚、ガス穴２４０は、本実施形態のように全体が直線状に伸びるように形成されていてもよいが、面２２０に向かう途中で屈曲するように形成されていてもよい。また、面２１０側の複数のガス穴２４０を、ベースプレート２００の内部において少数の流路に集約した上で、当該流路を面２２０側まで伸ばすような構成としてもよい。

ガス穴１４０の上端部やその近傍部分の具体的な構成について説明する。図３には、当該部分の構成が模式的な断面図として示されている。同図に示されるように、ガス穴１４０は、溝１１３の直下となる位置において、面１２０から溝１１３に向かって伸びるように形成されているのであるが、溝１１３の底面ＢＳまでは到達していない。ガス穴１４０と空間ＳＰとの間は貫通穴１５０によって連通されている。貫通穴１５０は、ガス穴１４０の上端から溝１１３の底面ＢＳまで、直線状に伸びるように形成された円形の貫通穴である。本実施形態では、１つのガス穴１４０に対して複数の貫通穴１５０が形成されている。貫通穴１５０の上端は、溝１１３の底面ＢＳを貫く開口１５１となっている。ガス穴１４０を通ったヘリウムガスは、それぞれの開口１５１から空間ＳＰへと供給される。

ガス穴１４０の内側には、放電を防止するための多孔質プラグが配置されていてもよい。同様に、ガス穴２４０のうち接合層３００の近傍となる部分にも、放電を防止するための多孔質プラグが配置されていてもよい。

図４には、溝１１３のうち開口１５１が形成されている部分の構成が上面視で示されている。底面ＢＳのうち点線ＤＬで囲まれた円形の部分のことを、以下では「第１部分ＢＳ１」とも称する。底面ＢＳのうち点線ＤＬの外側の部分、すなわち、第１部分ＢＳ１に対し外側から隣り合う部分のことを、以下では「第２部分ＢＳ２」とも称する。第１部分ＢＳ１には、１つのガス穴１４０に繋がる複数の開口１５１の全てが包含されている。第２部分ＢＳ２には開口１５１が設けられていない。

本実施形態の誘電体基板１００は、第１部分ＢＳ１の表面粗さが、第２部分ＢＳ２の表面粗さよりも小さくなっている。ここで言う「表面粗さ」とは、例えば算術平均粗さ（Ｒａ）であるが、最大高さ（Ｒｍａｘ）であってもよく、十点平均高さ（Ｒｚ）や二乗平均平方根高さ（Ｒｍｓ）等の他の表面粗さであってもよい。

このような構成としたことの理由について説明する。一般に、溝１１３等の凹部は、誘電体基板１００の面１１０に対し例えばサンドブラスト等の加工を施すことで形成される。このため、底面ＢＳの表面粗さは比較的大きくなっていることが多い。開口１５１は、このような粗い底面ＢＳを貫くように形成されているので、開口１５１の縁の稜線に沿った凹凸は大きくなりやすい。

基板Ｗの処理中においては、誘電体基板１００各部には熱応力が加えられる。このため、開口１５１の縁の凹凸が大きいと、その一部に対し局所的に大きな熱応力が加わってしまい、開口１５１の縁を起点として誘電体基板１００が破損してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態に係る静電チャック１０では上記のように、底面ＢＳのうち、開口１５１が形成されている第１部分ＢＳ１の表面粗さを、その周囲の第２部分ＢＳ２の表面粗さよりも小さくしている。それぞれの開口１５１はいずれも、表面粗さの小さな第１部分ＢＳ１を貫くように形成されているので、開口１５１の縁の凹凸は小さくなっており、開口の縁に局所的に加えられる応力は小さくなる。その結果、開口１５１の縁を起点とした誘電体基板１００の破損を防止することができる。

第１部分ＢＳ１の表面粗さを小さくする方法としては、例えば、サンドブラストによる溝１１３の形成が完了した後に、図４の点線ＤＬの内側部分に対し、局所的な研磨を施せばよい。

また、きめの細かな研磨剤を用いたサンドブラストにより、溝１１３の全体を一定の深さまで形成した後、図４の点線ＤＬの内側部分をマスクで覆ってから、粗い研磨剤を用いたサンドブラストにより溝１１３の全体を更に掘り下げることとしてもよい。第１部分ＢＳ１は、きめの細かな研磨剤によるサンドブラストのみが施されるので、その表面粗さは小さいままとなる。一方、第２部分ＢＳ２は、粗い研磨剤によるサンドブラストが施されるので、その表面粗さは大きくなる。尚、この場合においては、第２部分ＢＳ２が、第１部分ＢＳ１よりも僅かに深く形成されることとなる。

本実施形態では、基板Ｗとベースプレート２００との間で、貫通穴１５０を通じた放電が生じることの無いように、貫通穴１５０を小径の穴としている。また、貫通穴１５０を小径の穴としながらもヘリウムガスの流量を確保するために、１つのガス穴１４０について複数の貫通穴１５０を形成している。このような構成においては、それぞれの開口１５１を包含する第１部分ＢＳ１を、開口１５１と同じ数だけ形成することも考えられる。しかしながら、互いに近接した開口１５１のそれぞれに対応して、第１部分ＢＳ１を個別に形成するのは難しい。このため、本実施形態では、１つの第１部分ＢＳ１に複数の開口１５１を包含させることにより、第１部分ＢＳ１の形成を容易なものとしている。

以上のような構成は、溝１１３が設けられていない誘電体基板１００にも適用することができる。このような構成においては、底面１１６のうち、開口１５１が形成されている部分の表面粗さを小さくし、その外側の表面粗さを粗くすればよい。この場合、前者の部分が第１部分ＢＳ１に該当し、後者の部分が第２部分ＢＳ２に該当することとなる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Ｗ：基板
１０：静電チャック
１００：誘電体基板
１１０：面
１１３：溝
１５１：開口
ＳＰ：空間
ＢＳ：底面
ＢＳ１：第１部分
ＢＳ２：第２部分

Claims (2)

1. 誘電体基板を備える静電チャックであって、
   前記誘電体基板のうち、被吸着物が載置される載置面には、
   凹部と、
   前記凹部の底面を貫く開口と、が形成されており、
   前記載置面に対し垂直な方向から見た場合において、
   前記底面のうち、前記開口を包含する部分を第１部分とし、
   前記底面のうち、前記第１部分に対し外側から隣り合う部分を第２部分としたときに、
   前記第１部分の表面粗さが、前記第２部分の表面粗さよりも小さいことを特徴とする静電チャック。
2. 前記第１部分が複数の前記開口を包含し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。

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