JP7441404B2 - 静電チャック、および処理装置 - Google Patents
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Description
このような静電チャックにおいて、アーク放電のさらなる低減が望まれている。
なお、各図中において、ベースプレート50からセラミック誘電体基板11へ向かう方向をZ方向(第1方向の一例に相当する)、Z方向と略直交する方向の1つをY方向(第2方向の一例に相当する)、Z方向及びY方向に略直交する方向をX方向(第2方向の一例に相当する)としている。
図1は、本実施形態に係る静電チャックを例示する模式断面図である。
図1に示すように、本実施形態に係る静電チャック110は、セラミック誘電体基板11と、ベースプレート50と、多孔質部90と、を備える。この例では、静電チャック110は、多孔質部70をさらに備えている。
多孔質部90は、複数の孔96を有する多孔領域91(第1多孔領域、第2多孔領域の一例)と、多孔領域91よりも緻密な緻密領域93(第1緻密領域、第2緻密領域の一例)と、を有する。多孔領域91はガスが流通可能に構成される。複数の孔96のそれぞれは、内部をガスが流通する。緻密領域93は、多孔領域91に比べて孔96が少ない領域、または、実質的に孔96を有さない領域である。緻密領域93の気孔率(パーセント:%)は、多孔領域91の気孔率(%)よりも低い。緻密領域93の密度(グラム/立方センチメートル:g/cm3)は、多孔領域91の密度(g/cm3)よりも高い。緻密領域93が多孔領域91に比べて緻密であることにより、例えば、緻密領域93の剛性(機械的な強度)は、多孔領域91の剛性よりも高い。
この場合、セラミック誘電体基板11の酸化アルミニウムの純度は、多孔質部90の酸化アルミニウムの純度よりも高くすることができる。この様にすれば、静電チャック110の耐プラズマ性等の性能を確保し、かつ、多孔質部90の機械的強度を確保することができる。一例としては、多孔質部90に微量の添加物を含有させることにより、多孔質部90の焼結が促進され、気孔の制御や機械的強度の確保が可能となる。
図3(a)は、Z方向に沿って見た多孔質部90の平面図であり、図3(b)は、多孔質部90のZY平面における断面図である。
例えば、多孔領域91の気孔率が大きくなると、ガスの流量が大きくなる一方、アーク放電に対する耐性及び剛性が低下する。これに対して、多孔領域91に、X方向またはY方向の寸法が、緻密領域93のX方向またはY方向の寸法よりも小さい密部分95を設けることにより、気孔率を大きくした場合でも、アーク放電に対する耐性及び剛性の低下を抑制することができる。
図4は、Z方向に沿って見た多孔質部90の一部を示し、図3(a)の拡大図に相当する。
Z方向に対して垂直な平面(XY平面)に投影したときに、複数の疎部分94のそれぞれは、略六角形(略正六角形)である。Z方向に対して垂直な平面(XY平面)に投影したときに、複数の疎部分94は、多孔領域91の中心部に位置する疎部分94aと、疎部分94aを囲む6つの疎部分94(疎部分94b~94g)を有する。
図5は、Z方向に沿って見た多孔質部90の一部を示す。図5は、1つの疎部分94の周辺の拡大図である。
図5に示すように、この例では、疎部分94は、複数の孔96と、複数の孔96同士の間に設けられた壁部97と、を有する。
近年、半導体装置の高集積化を目的とした回路線幅の細線化、回路ピッチの微細化がさらに進行している。静電チャックには更なるハイパワーが印加され、より高いレベルでの対象物Wの温度コントロールが求められている。こうした背景より、ハイパワー環境下においてもアーク放電を確実に抑制しつつ、ガス流量を十分に確保するとともに、その流量を高精度に制御することが求められている。本実施の形態に係る静電チャック110では、ヘリウム供給孔(ガス導入路53)でのアーク放電防止のために従来から設けられているセラミックプラグ(多孔質部90)において、その孔径(孔96の径)を例えば数~十数μmのレベルにまで小さくしている(孔96の径の詳細については後述する)。径がこのレベルにまで小さくなると、ガスの流量制御が困難となる恐れがある。そこで、本発明においては、例えば、孔96を、Z方向に沿うようにその形状をさらに工夫している。具体的には、従来は比較的大きな孔で流量を確保し、かつ、その形状を3次元的に複雑にすることでアーク放電防止を達成していた。一方、本発明では、孔96を例えばその径が数~十数μmのレベルにまで微細にすることでアーク放電防止を達成し、逆にその形状を単純化することにより流量を確保している。つまり、従来とは全く異なる思想に基づき本発明に想到したものである。
図6(a)及び図6(b)は、Z方向に沿って見た多孔質部90の一部を示し、1つの疎部分94内の孔96を示す拡大図である。
図3(a)の平面図のような画像を取得し、画像解析により、多孔領域91に占める複数の疎部分94の割合R1を算出する。画像の取得には、走査型電子顕微鏡(例えば、日立ハイテクノロジーズ、S-3000)を用いる。加速電圧を15kV、倍率を30倍としてBSE像を取得する。例えば、画像サイズは、1280×960画素であり、画像階調は256階調である。
Win-ROOFVer6.5を用いた割合R1の算出は以下のようにすることができる。
評価範囲ROI1(図3(a)を参照)を、全ての疎部分94を含む最小の円(又は楕円)とする。
単一閾値(例えば0)による二値化処理を行い、評価範囲ROI1の面積S1を算出する。
2つの閾値(例えば0及び136)による二値化処理を行い、評価範囲ROI1内の複数の疎部分94の合計の面積S2を算出する。この際、疎部分94内の穴埋め処理、及び、ノイズと考えられる小さい面積の領域の削除(閾値:0.002以下)を行う。また、2つの閾値は、画像の明るさやコントラストによって適宜調整する。
面積S1に対する、面積S2の割合として、割合R1を算出する。すなわち、割合R1(%)=(面積S2)/(面積S1)×100である。
Win-ROOFVer6.5を用いた割合R1の算出は以下のようにすることができる。
評価範囲ROI2(図5を参照)を、疎部分94の形状を近似する六角形とする。評価範囲ROI2内に1つの疎部分94に設けられたすべての孔96が含まれる。
単一閾値(例えば0)による二値化処理を行い、評価範囲ROI2の面積S3を算出する。
2つの閾値(例えば0及び96)による二値化処理を行い、評価範囲ROI2内の複数の孔96の合計の面積S4を算出する。この際、孔96内の穴埋め処理、及び、ノイズと考えられる小さい面積の領域の削除(閾値:1以下)を行う。また、2つの閾値は、画像の明るさやコントラストによって適宜調整する。
面積S3に対する面積S4の割合として、割合R2を算出する。すなわち、割合R2(%)=(面積S4)/(面積S3)×100である。
図7(a)は、Z方向に沿って見た多孔質部90の平面図であり、図7(b)は、図7(a)の一部の拡大図に相当する。
図7(a)及び図7(b)に示すように、この例では、疎部分94の平面形状は、円形である。このように、疎部分94の平面形状は、六角形でなくてもよい。
図8は、図2に示す領域Bの拡大図に相当する。すなわち、図8は、多孔質部90(緻密領域93)とセラミック誘電体基板11との界面F1の近傍を示す。なお、この例では、多孔質部90及びセラミック誘電体基板11の材料には、酸化アルミニウムが用いられている。
図9(a)は、図8に示した第1領域90pの一部の拡大図である。図9(b)は、図8に示した第1基板領域11pの一部の拡大図である。
図9(a)に示すように、第1領域90pは、複数の粒子g1(結晶粒)を含む。また、図9(b)に示すように、第1基板領域11pは、複数の粒子g2(結晶粒)を含む。
また、多孔質部70がベースプレート50に設けられ、多孔質部90がセラミック誘電体基板11に設けられる例においては、多孔質部70に設けられた複数の孔71pの径の平均値は、多孔質部90に設けられた複数の孔96の径の平均値よりも大きくすることができる。この様にすれば、孔の径が大きい多孔質部70が設けられているので、ガスの流れの円滑化を図ることができる。また、孔の径が小さい多孔質部90が吸着の対象物側に設けられているので、アーク放電の発生をより効果的に抑制することができる。
また、複数の孔の径のばらつきを小さくすることができるので、アーク放電のより効果的な抑制を図ることができる。
多孔領域71に設けられた複数の孔71pは、多孔領域71の内部において、X方向、Y方向及びZ方向に3次元的に分散されている。言い換えれば、多孔領域71は、X方向、Y方向及びZ方向に孔71pが広がる3次元的な網状構造である。多孔質部70において、複数の孔71pは、多孔領域71に、例えばランダム又は均一に分散されている。
図11は、図2(a)と同様に、多孔質部90の周辺を例示する。
この例では、多孔質部90は、セラミック誘電体基板11に設けられている。多孔質部70は、ベースプレート50に設けられている。すなわち、第1多孔質部に、多孔質部90が用いられている。第2多孔質部に、多孔質部70が用いられている。なお、多孔質部90は、セラミック誘電体基板11およびベースプレート50の双方に設けられていてもよい。
前述した実施形態(図2参照)においては、多孔質部90がセラミック誘電体基板11に設けられ、多孔質部70がベースプレート50に設けられていた。
しかしながら、多孔質部90を用いる場合においては、ベースプレート50に設けられる多孔質部、セラミック誘電体基板11に設けられる多孔質部のいずれか一方を省くこともできる。
例えば、図12(a)に示した例においては、多孔質部90をセラミック誘電体基板11に設け、ベースプレート50にはガス導入路53を設けるようにしている。この様にすれば、多孔質部90に供給されるHe等のガスの流路抵抗を低減させることができる。
前述したように、ベースプレート50は、アルミニウムなどの金属から形成されている。そのため、ガス導入路53の開口の縁が尖っていると電界集中が発生しやすくなり、アーク放電が生じ易くなるおそれがある。
図14(a)~(c)は、他の実施形態に係る多孔質部90a、90bを例示する模式断面図である。
図13(a)は、セラミック誘電体基板11に多孔質部90の緻密領域93が変更された多孔質部90aを設け、ベースプレート50に多孔質部70の緻密領域72が変更された多孔質部70aを設けた場合の例である。図14(a)は、セラミック誘電体基板11およびベースプレート50に多孔質部90の緻密領域93が変更された多孔質部90a、および多孔質部70の緻密領域72が変更された多孔質部70bをそれぞれ設けた場合の例である。
図13(a)、図13(b)、および図14(a)に示すように、セラミック誘電体基板11に設けられた多孔質部90aにおいて、多孔領域91は、緻密部92aをさらに有する。すなわち、多孔質部90aは、前述した多孔質部90に緻密部92aをさらに加えたものである。
また、図14(a)に示すように、多孔質部90aをセラミック誘電体基板11に設け、多孔質部70bをベースプレート50に設けることもできる。多孔質部70bは、多孔領域71が、緻密部92bをさらに有する。すなわち、多孔質部70bは、前述した多孔質部70に緻密部92bをさらに加えたものである。
すなわち、ベースプレート50に設けられる多孔質部70または多孔質部90に、緻密部92bをさらに加えることもできる。
図15(a)、(b)に示すように、Z方向に対して垂直な平面(XY平面)に投影したときに、緻密部92aと緻密部92bが重なるようにすることができる。また、Z方向に対して垂直な平面(XY平面)に投影したときに、緻密部92aと緻密部92bが接するようにしてもよい。なお、Z方向に対して垂直な平面(XY平面)に投影したときに、緻密部92aと緻密部92bとの間の隙間が僅かであれば、緻密部92aと緻密部92bとの間を電流が流れるのを抑制することができる。そのため、緻密部92aと緻密部92bとの間を電流が流れるのを抑制することができる程度であれば、緻密部92aと緻密部92bとの間に隙間を設けることもできる。
この様にすれば、多孔質部90aを流れた電流が、緻密部92bを介さずに、多孔質部70aを流れるのを抑制することができる。そのため、電流が流れる距離(導電パス)を効果的に長くすることができる。
図17(a)、(b)は、図16に示す領域Cの拡大図に相当する。
図16および図17(a)、(b)に示すように、静電チャック110aは、セラミック誘電体基板11cと、ベースプレート50と、を備える。すなわち、セラミック誘電体基板11cには、多孔質部(多孔質部70または多孔質部90)が設けられていない。
セラミック誘電体基板11cには、複数の孔16が直接設けられている。複数の孔16は、セラミック誘電体基板11cに例えば、レーザを照射、あるいは、超音波加工などによって形成することができる。この例では、複数の孔16の一端は、溝14の面14aに位置する。複数の孔16の他端はセラミック誘電体基板11cの第2主面11bに位置する。すなわち、複数の孔16は、セラミック誘電体基板11cをZ方向に貫通している。
図17(a)に示すように、複数の緻密部92bを有する多孔質部70aがベースプレート50に設けられていてもよい。図17(b)に示すように、複数の緻密部92bを有する多孔質部90bがベースプレート50に設けられていてもよい。
複数の孔16hは、セラミック誘電体基板11にレーザを照射あるいは、超音波加工などによって形成することができる。
図18に示すように、セラミック誘電体基板11に設けられた複数の孔16hの少なくとも1つは、溝部14に開口する第1部分16h1と、第2主面11bに開口する第2部分16h2と、を有することができる。X方向またはY方向において、第1部分16h1の寸法は第2部分16h2の寸法よりも小さくすることができる。X方向またはY方向において、複数の孔16hの少なくとも1つは、溝14の面14a側の開口寸法D4が、ベースプレート50側の開口寸法D3よりも小さくなるようにすることができる。なお、図18においては、段付き構造を有する孔16hを例示したが、テーパ構造を有する孔16hとすることもできる。例えば、開口寸法D4は、直径が0.01ミリメートル(mm)~0.1ミリメートル(mm)とすることができる。例えば、開口寸法D3は、直径が0.15ミリメートル(mm)~0.2ミリメートル(mm)程度とすることができる。開口寸法D4が開口寸法D3よりも小さくなっていれば、アーク放電の発生を効果的に抑制することができる。
また、孔16hの縦横比(アスペクト比)は、例えば、3~60とすることができる。アスペクト比の算出において、「縦」は例えば図18における孔16hのZ方向の長さとし、「横」は孔16hの上面(面14a)における孔16hのX方向の長さと、孔16hの下面(第2主面11b)における孔16hのX方向の長さと、の平均長さとする。なお、孔16hのX方向の長さの測定には、レーザ顕微鏡、工場顕微鏡などの光学顕微鏡、デジタルマイクロスコープなどを用いることができる。
また、開口寸法D4は、図4に例示をした疎部分94aの長さL1(疎部分94bのL4、疎部分94cの長さL5)よりも小さくすることができる。
図19(b)は、図19(a)に示す領域Dの拡大図に相当する。図19(a)では、孔16において図18の開口寸法D3の部分がない。すなわち、孔16の開口寸法は図18における開口寸法D4に対応している。
図19(a)、(b)に示すように、孔16の第1主面11a側(溝14の面14a側)の開口の縁16iは、孔16の第2主面11b側の開口の縁16jよりもなだらかに傾斜させることができる。この例では、複数の孔16の少なくとも1つは、孔16の溝14側の開口の縁16iと、溝14の第2主面11b側の面14aとがなす角度をα、孔16の第2主面11b側の開口の縁16jと第2主面11bとがなす角度をβとした場合に、「α<β」となっている。この様にすれば、電界集中を抑制することができ、ひいてはアーク放電の低減を図ることができる。なお、この例では、縁16iは、直線で構成されている。ただし、縁16iは、曲線で構成されていてもよいし、直線と曲線とで構成されていてもよい。縁16iと縁16jが曲線で構成されている場合には、縁16iの曲率半径が、縁16jの曲率半径よりも大きくすることができる。縁16iと縁16jが直線と曲線とで構成されている場合には、直線部分同士の関係、および、曲線部分同士の関係の少なくともいずれかが前述した関係を満たすようにすればよい。
なお、一例として、孔16の開口部分の形状を例示したが、段付き構造やテーパ構造を有する孔16hの場合も同様である。
図20は、図16に示す領域Cの拡大図に相当する。
図17(a)に例示をした複数の孔16のそれぞれは、略Z方向に延びている。これに対して、図20に例示をした複数の孔16の少なくとも1つは、Z方向に対して傾斜しているものとすることができる。複数の孔16の少なくとも1つが、Z方向に対して傾いた方向に延びていれば、孔16の内部を電流が流れる際に、電子が加速されにくくなると考えられる。そのため、アーク放電の発生を効果的に抑制することができる。本発明者らの得た知見によれば、Z方向に対して傾斜する角度θが5°以上、30°以下、好ましくは5°以上、15°以下となるようにすれば、孔16の径を小さくすることなく、アーク放電の発生を抑制することができる。
図21は、図16に示す領域Cの拡大図に相当する。
図21に示すように、多孔質部90bは、多孔領域91が、緻密部92bをさらに有する。すなわち、多孔質部90bは、前述した多孔質部90に緻密部92bをさらに加えたものである。すなわち、ベースプレート50に設けられる多孔質部70または多孔質部90に、緻密部92bをさらに加えることもできる。
Z方向に対して垂直な平面(XY平面)に投影したときに、複数の孔16の、緻密部92b側の開口の少なくとも1つは、緻密部92bと重なるようにすることができる。複数の緻密部92bの材料、密度、気孔率などは、例えば、前述したとおりである。
図23は、図22に示す領域Eの拡大図に相当する。
図24は、図22に示す領域Eの、他の実施形態を表す拡大図である。
図22、図23、および図24に示すように、静電チャック110bは、セラミック誘電体基板11dと、ベースプレート50と、を備える。セラミック誘電体基板11dには多孔質部90bまたは多孔質部90aが設けられている。
セラミック誘電体基板11dには、複数の孔16が設けられている。複数の孔16は、セラミック誘電体基板11dに例えば、レーザを照射、あるいは、超音波加工などによって形成することができる。この例では、複数の孔16の一端は、溝14の面14aに位置する。複数の孔16の他端は、孔部15cの底面に位置する。すなわち、複数の孔16は、セラミック誘電体基板11dをZ方向に貫通している。
図24に示すように、Z方向に対して垂直な平面(XY平面)に投影したときに、複数の孔16の少なくとも1つは、緻密部92aと重なるようにすることができる。緻密部92aの材料、密度、気孔率などは、例えば、前述したとおりである。
図25は、本実施の形態に係る処理装置200を例示する模式図である。
図25に示すように、処理装置200には、静電チャック110、電源210、媒体供給部220、および供給部230を設けることができる。
電源210は、静電チャック110に設けられた電極12と電気的に接続されている。電源210は、例えば、直流電源とすることができる。電源210は、電極12に所定の電圧を印加する。また、電源210には、電圧の印加と、電圧の印加の停止とを切り替えるスイッチを設けることもできる。
媒体供給部220は、例えば、収納部221、制御弁222、および排出部223を有する。
ガス供給部231は、ヘリウムなどのガスを収納した高圧ボンベや工場配管などとすることができる。なお、1つのガス供給部231が設けられる場合を例示したが、複数のガス供給部231が設けられるようにしてもよい。
また、処理装置200は、複数のリフトピンと、複数のリフトピンを昇降させる駆動装置を備えることができる。対象物Wを搬送装置から受け取ったり、対象物Wを搬送装置に受け渡したりする際には、リフトピンが駆動装置により上昇し第1主面11aから突出する。搬送装置から受け取った対象物Wを第1主面11aに載置する際には、リフトピンが駆動装置により下降しセラミック誘電体基板11の内部に収納される。
Claims (17)
- 吸着の対象物を載置する第1主面と、前記第1主面とは反対側の第2主面と、前記第1主面に開口する少なくとも1つの溝と、を有するセラミック誘電体基板と、
前記セラミック誘電体基板を支持し、ガス導入路を有するベースプレートと、
前記溝と、前記ガス導入路との間に設けられた第1多孔質部と、
を備え、
前記セラミック誘電体基板は、前記溝と前記ガス導入路とを連通し、前記ベースプレートから前記セラミック誘電体基板に向かう第1方向に、前記セラミック誘電体基板を貫通する複数の孔を有し、
前記第1多孔質部は、複数の孔を有する少なくとも1つの多孔領域と、前記多孔領域よりも緻密な少なくとも1つの緻密領域と、を有し、前記緻密領域は、筒状を呈し、前記多孔領域の側面を囲み、前記多孔領域は、少なくともひとつの緻密部をさらに有し、
前記第1方向に対して垂直な平面に投影したときに、前記セラミック誘電体基板を貫通する前記複数の孔は、1つの前記第1多孔質部と重なり、且つ、前記セラミック誘電体基板を貫通する前記複数の孔の少なくとも1つは、前記緻密部の少なくともひとつと重なるように構成されたことを特徴とする静電チャック。 - 前記第1多孔質部は、前記セラミック誘電体基板に設けられていることを特徴とする請求項1記載の静電チャック。
- 前記溝と、前記ガス導入路との間に設けられた第2多孔質部をさらに備え、
前記第2多孔質部は、前記ベースプレートに設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の静電チャック。 - 前記第1多孔質部は、前記ベースプレートに設けられていることを特徴とする請求項1記載の静電チャック。
- 前記多孔領域は、複数の孔を有する複数の疎部分と、前記疎部分の密度よりも高い密度を有し、前記第1方向と略直交する第2方向における寸法が、前記第2方向における前記緻密領域の寸法よりも小さい密部分と、を有し、
前記複数の疎部分のそれぞれは、前記第1方向に延び、
前記密部分は、前記複数の疎部分同士の間に位置し、
前記疎部分は、前記複数の孔同士の間に設けられた壁部を有し、
前記第1方向に略直交する第2方向において、前記壁部の寸法の最小値は、前記密部分の寸法の最小値よりも小さいことを特徴とする請求項1~4のいずれか1つに記載の静電チャック。 - 前記第2方向において、前記複数の疎部分のそれぞれに設けられた前記複数の孔の寸法は、前記密部分の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項5記載の静電チャック。
- 前記複数の疎部分のそれぞれに設けられた前記複数の孔の縦横比は、30以上であることを特徴とする請求項5または6に記載の静電チャック。
- 前記第2方向において、前記複数の疎部分のそれぞれに設けられた前記複数の孔の寸法は、1マイクロメートル以上20マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項5~7のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 前記第1方向に沿って見たときに、前記複数の孔は、前記疎部分の中心部に位置する第1孔を含み、
前記複数の孔のうち前記第1孔と隣接し前記第1孔を囲む孔の数は、6であることを特
徴とする請求項5~8のいずれか1つに記載の静電チャック。 - 前記緻密部の前記第1方向に沿う長さは、前記第1多孔質部の前記第1方向に沿う長さよりも小さいことを特徴とする請求項1~9のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 前記緻密部の前記第1方向に沿う長さは、前記第1多孔質部の前記第1方向に沿う長さと略同じであることを特徴とする請求項1~9のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 前記ガス導入路の、前記セラミック誘電体基板側の開口の縁の少なくとも一部は曲線で構成されていることを特徴とする請求項1~11のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 前記セラミック誘電体基板に設けられた前記複数の孔の少なくとも1つは、前記溝に開口する第1部分と、第1部分と連通し、前記第2主面に開口する第2部分と、を有し、
前記第1方向に略直交する第2方向において、前記第1部分の寸法は前記第2部分の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項1~12のいずれか1つに記載の静電チャック。 - 前記セラミック誘電体基板に設けられた前記複数の孔の少なくとも1つは、前記孔の前記溝側の開口の縁と、前記溝の底面とがなす角度をα、前記孔の前記第2主面側の開口の縁と前記第2主面とがなす角度をβとした場合に、α<βを満足することを特徴とする請求項1~13のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 前記セラミック誘電体基板に設けられた前記複数の孔の少なくとも1つは、前記第1方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項1~14のいずれか1つに記載の静電チャック。
- 前記第1方向に対して傾斜する角度は、5°以上、30°以下であることを特徴とする請求項15記載の静電チャック。
- 請求項1~16のいずれか1つに記載の静電チャックと、
前記静電チャックに設けられたガス導入路にガスを供給可能な供給部と、
を備えたことを特徴とする処理装置。
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