JPWO2020189287A1 - 静電チャック - Google Patents

Abstract

静電チャック２は、ウエハ載置面４ａを有するセラミックス製のプレート４と、プレート４を厚さ方向に貫通するリフトピン穴１０，２０，３０と、静電力を発生させるための正負一対の電極（正極６及び負極８）とを備える。プレート４は、リフトピン穴の数に仮想的に分割された分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を有する。正極６及び負極８は、分割領域ごとに、リフトピン穴に近接する正極起点及び負極起点のそれぞれから分割領域の全体に行き渡るように並行に設けられた正負一対の渦巻き状電極部１６，１８，２６，２８，３６，３８を有する。正極６は、各分割領域の正の渦巻き状電極部１６，２６，３６をプレート４の外周部で連結したものであり、負極８は、各分割領域の負の渦巻き状電極部１８，２８，３８をプレート４の中央部で連結したものである。

Description

本発明は、静電チャックに関する。

静電チャックは、半導体製造プロセス中に静電力を利用してウエハを吸着保持するのに用いられる。例えば特許文献１には、こうした静電チャックとして、セラミック製の円形プレートに正、負一対の薄膜電極をパターン形成したものが開示されている。ここでは、各電極のパターン形状を外周縁が円弧状である櫛形とし、双方の電極の帯状櫛歯を互い違いに入り組ませて形成している。

特開平４−２３７１４８号公報

しかしながら、特許文献１のように双方の電極の帯状櫛歯を互いに入り組ませて形成した静電チャックでは、ウエハを昇降させるリフトピンを挿通するためのリフトピン穴を複数設けようとすると、リフトピン穴を回避するように櫛歯の形状を変更する必要があった。具体的には、図３に示すように、リフトピン穴１１０の周りの正極の櫛歯１０６と負極の櫛歯１０８を円弧状に形成してリフトピン穴１１０を回避する必要があった。こうすると、リフトピン穴１１０を回避した影響が外側の櫛歯１０６，１０８にも及ぶことになり、電極パターンの規則性に乱れが生じ、ウエハ載置面内での吸着力のバラツキが生じる原因になることがあった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ウエハ載置面内での吸着力のバラツキを低減することを主目的とする。

本発明の静電チャックは、
ウエハ載置面を有するセラミックス製のプレートと、
前記プレートを厚さ方向に貫通する複数の貫通穴と、
前記プレートに設けられ、静電力を発生させるための正負一対の電極と、
を備えた静電チャックであって、
前記プレートは、前記貫通穴の数に仮想的に分割された分割領域を有し、
前記正負一対の電極は、前記分割領域ごとに、前記貫通穴に近接する正極起点及び負極起点のそれぞれから前記分割領域の全体に行き渡るように並行に設けられた正負一対の渦巻き状電極部を有し、
前記正負一対の電極のうちの正極は、各分割領域の正の渦巻き状電極部を前記プレートの中央部及び外周部のいずれか一方で連結したものであり、
前記正負一対の電極のうちの前記負極は、各分割領域の負の渦巻き状電極部を前記プレートの中央部及び外周部のいずれか他方で連結したものである。

この静電チャックでは、セラミックス製のプレートは貫通穴の数と同数の分割領域に仮想的に分割されている。正負一対の電極は、分割領域ごとに、貫通穴に近接する正極起点及び負極起点のそれぞれから分割領域の全体に行き渡るように並行に設けられた正負一対の渦巻き状電極部を有する。正極の渦巻き状電極部と負極の渦巻き状電極部は互い違いに入り組んだ形態となる。また、正極は、各分割領域の正の渦巻き状電極部をプレートの中央部及び外周部のいずれか一方で連結したものであり、負極は、各分割領域の負の渦巻き状電極部をプレートの中央部及び外周部のいずれか他方で連結したものである。そのため、正極及び負極は貫通穴の周りを円弧状に回避する必要がなく、電極パターンの規則性を良好に維持することができる。したがって、ウエハ載置面内での吸着力のバラツキを低減することができる。

本発明の静電チャックにおいて、前記貫通穴の直径は、隣合う前記正極と前記負極との電極間距離と同じかそれより大きくてもよい。この場合、隣合う正極と負極との間に貫通穴を設けようとすると、正負一対の電極の少なくとも一方は貫通穴と干渉するため、貫通穴を迂回する必要がある。そのため、本発明を適用する意義が高い。

このとき、前記正極の線幅は、前記負極の線幅と同じであり、前記貫通穴の直径は、前記電極間距離と前記線幅との和と同じかそれより大きくしてもよい。この場合、正負一対の電極の少なくとも一方は貫通穴をより大きく迂回する必要があるため、本発明を適用する意義が高い。

本発明の静電チャックにおいて、前記プレートは、円形であり、前記複数の貫通穴は、前記プレートの同心円上に等間隔に設けられ、前記分割領域は、前記プレートの半径方向の線分によって前記プレートを前記貫通穴の数に等分した領域としてもよい。こうした貫通穴としては、例えばウエハを昇降させるリフトピンを挿通する孔が挙げられる。なお、「等間隔」とは、必ずしも正確に等しい間隔である必要はなく、誤差（例えば±２〜３％）を含んでいてもよい。「等分」についても同様である。

静電チャック２の斜視図。 正極６及び負極８を含む面でプレート４を切断したときの断面図。 リフトピン穴１１０の周りの櫛歯１０６，１０８の様子を示す説明図。

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２の斜視図、図２は正極６及び負極８を含む面でプレート４を切断したときの断面図である。なお、図２では、便宜上、プレート４の断面のハッチングを省略した。

静電チャック２は、プレート４と、リフトピン穴１０，２０，３０と、分割領域Ａ１〜Ａ３と、静電吸着用の正負一対の電極（正極６及び負極８）とを備える。

プレート４は、セラミックス製（例えばアルミナ製や窒化アルミニウム製）の円形プレートである。プレート４の表面には、ウエハＷを載置するウエハ載置面４ａが設けられている。

リフトピン穴１０，２０，３０は、プレート４を厚さ方向に貫通する穴であり、プレート４と同心円上に等間隔となるように設けられている。

分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３は、プレート４をリフトピン穴１０，２０，３０の数に仮想的に分割した領域（図２で点線で囲った領域）である。本実施形態では、分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３は、円形のプレート４をプレート４の半径方向の線分によって３つに等分した中心角が約１２０°の扇形領域である。

正極６は、各分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の正の渦巻き状電極部１６，２６，３６を連結部４１，４２，４３で連結したものであり、負極８は、各分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の負の渦巻き状電極部１８，２８，３８を連結部４５で連結したものである。

扇形の分割領域Ａ１には、リフトピン穴１０に近接する正極起点１６ａ及び負極起点１８ａのそれぞれから分割領域Ａ１の全体に行き渡るように正極終点１６ｂ及び負極終点１８ｂのそれぞれまで、正負一対の渦巻き状電極部１６，１８が並行に設けられている。そのため、分割領域Ａ１における正の渦巻き状電極部１６と負の渦巻き状電極部１８とは、互い違いに入り組んでいる。渦巻き状電極部１６，１８の渦の形は、分割領域Ａ１の扇形とほぼ相似になっている。

扇形の分割領域Ａ２には、リフトピン穴２０に近接する正極起点２６ａ及び負極起点２８ａのそれぞれから分割領域Ａ２の全体に行き渡るように正極終点２６ｂ及び負極終点２８ｂのそれぞれまで、正負一対の渦巻き状電極部２６，２８が並行に設けられている。そのため、分割領域Ａ２における正の渦巻き状電極部２６と負の渦巻き状電極部２８とは、互い違いに入り組んでいる。渦巻き状電極部２６，２８の渦の形は、分割領域Ａ２の扇形とほぼ相似になっている。

扇形の分割領域Ａ３には、リフトピン穴３０に近接する正極起点３６ａ及び負極起点３８ａのそれぞれから分割領域Ａ３の全体に行き渡るように正極終点３６ｂ及び負極終点３８ｂのそれぞれまで、正負一対の渦巻き状電極部３６，３８が並行に設けられている。そのため、分割領域Ａ３における正の渦巻き状電極部３６と負の渦巻き状電極部３８とは、互い違いに入り組んでいる。渦巻き状電極部３６，３８の渦の形は、分割領域Ａ３の扇形とほぼ相似になっている。

分割領域Ａ１の正の渦巻き状電極部１６と分割領域Ａ２の正の渦巻き状電極部２６とはプレート４の外周部に設けられた連結部４１で連結され、分割領域Ａ２の正の渦巻き状電極部２６と分割領域Ａ３の正の渦巻き状電極部３６とはプレート４の外周部に設けられた連結部４２で連結され、分割領域Ａ３の正の渦巻き状電極部３６と分割領域Ａ１の正の渦巻き状電極部１６とはプレート４の外周部に設けられた連結部４３で連結されている。正極６は、このように各分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の正の渦巻き状電極１６，２６，３６がプレート４の外周部の連結部４１，４２，４３で連結されたものである。

分割領域Ａ１の負の渦巻き状電極部１８と分割領域Ａ２の負の渦巻き状電極部２８と分割領域Ａ３の負の渦巻き状電極部３８とはプレート４の中央部に設けられた三角形状の連結部４５で連結されている。負極８は、このように各分割領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の負の渦巻き状電極１８，２８，３８がプレート４の中央部の連結部４５で連結されたものである。

リフトピン穴１０，２０，３０の直径φは、隣合う正極６と負極８との電極間距離ｄと同じかそれより大きい（φ≧ｄ）。また、正極６の線幅ｗは、負極８の線幅ｗと同じである。線幅ｗと電極間距離ｄとの和（ｗ＋ｄ）は、１ｍｍ以上４ｍｍ以下が好ましい。電極間距離ｄは、２ｍｍ以下が好ましい。各リフトピン穴１０，２０，３０の直径φは、１ｍｍ以上が好ましい。

次に、静電チャック２の使用例について説明する。静電チャック２は、図示しないチャンバに配置されて使用される。静電チャック２のウエハ載置面４ａには、円盤状のウエハＷが載置される。ウエハＷは正極６と負極８との間に電圧が印加されることにより静電力によってウエハ載置面４ａに吸着される。静電力としては、クーロン力、グラディエント力、ジョンソン・ラーベック力が挙げられるが、本実施形態では、ウエハＷが絶縁物である場合は主としてグラディエント力によりウエハＷはウエハ載置面４ａへ吸着される。グラディエント力を得るには、線幅ｗや電極間距離ｄをできるだけ小さくすることが好ましい。ウエハ載置面４ａにウエハＷを吸着した状態で、チャンバの内部を所定の真空雰囲気（又は減圧雰囲気）になるように設定し、チャンバの天井面に設けられた図示しないシャワーヘッドからプロセスガスを供給しながら、プレート４に埋設された図示しないＲＦ電極とシャワーヘッドとの間に高周波電力を供給してプラズマを発生させる。そして、そのプラズマを利用してウエハにＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。

以上説明した本実施形態の静電チャック２によれば、正極６及び負極８はリフトピン穴１０，２０，３０の周りを円弧状に回避する必要がなく、電極パターンの規則性を良好に維持することができ、電極配置の密度差も小さくすることができる。したがって、ウエハ載置面４ａ内での吸着力のバラツキを低減することができる。

また、リフトピン穴１０，２０，３０の直径φは、電極間距離ｄと同じかそれより大きい。この場合、隣合う正極６と負極８との間にリフトピン穴を設けようとすると、正極６及び負極８の少なくとも一方はリフトピン穴と干渉するため、リフトピン穴を迂回する必要がある。そのため、本発明を適用する意義が高い。

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。

例えば、上述した実施形態において、プレート４を厚さ方向に貫通するガス供給穴を複数設けてもよい。ガス供給穴は、熱伝導用のガス（例えばＨｅガス）をウエハＷの裏面に供給するためのものであり、その直径は電極間距離ｄより小さいものとする。これにより、ガス供給穴は、隣合う正極６と負極８との間に設けることができる。

上述した実施形態において、プレート４にヒータ電極（抵抗発熱体）を埋設し、ヒータ電極へ供給する電力を制御することによりウエハＷの温度を制御してもよい。また、プレート４を複数のゾーンに分け、ゾーンごとに独立したヒータ電極を設けてもよい。こうすれば、ゾーンごとに温度を制御することができる。

上述した実施形態では、リフトピン穴１０，２０，３０の直径φは、電極間距離ｄと同じかそれより大きいとしたが、電極間距離ｄより小さくてもよい。直径φが電極間距離ｄより小さくても、隣合う正極６と負極８との間にリフトピン穴を設けることが難しい場合には、本発明を適用する意義がある。

上述した実施形態では、本発明の貫通穴としてリフトピン穴１０，２０，３０を例示したが、特にリフトピン穴に限定されるものではない。例えば、前出のガス供給穴を本発明の貫通穴としてもよい。特に、隣合う正極６と負極８との電極間距離ｄが小さい場合には、ガス供給穴を隣合う正極６と負極８との間に設けることができないことがあるため、ガス供給穴を本発明の貫通穴として採用する意義がある。

上述した実施形態において、正極６を負極、負極８を正極としてもよい。その場合、負の渦巻き状電極部はプレート４の外周部で連結され、正の渦巻き状電極部はプレート４の中央部で連結される。

上述した実施形態において、静電チャック２のプレート４の裏面（ウエハ載置面４ａとは反対側の面）に金属製の冷却板を取り付けてもよい。冷却板の内部には、冷媒流路を設けてもよい。

上述した実施形態では、プレート４の形状を円形としたが、特に円形に限定されるものではなく、例えば長方形や正方形などとしてもよい。

上述した実施形態では、プレート４に３つのリフトピン穴１０，２０，３０を設けた場合を例示したが、リフトピン穴を４つ以上設けてもよい。例えばリフトピン穴を４つ設ける場合、分割領域は４つになり、その形状は中心角が約９０°の扇形になる。

上述した実施形態では、３つのリフトピン穴１０，２０，３０をプレート４の同心円上に等間隔に設けたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、３つのリフトピン穴をプレート４の同心円から外れた位置に設けたりプレート４の同心円上に異なる間隔で設けたりしてもよい。

本出願は、２０１９年３月１８日に出願された日本国特許出願第２０１９−０５０２４６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、例えば半導体製造プロセス中に静電力を利用してウエハを吸着保持するのに利用可能である。

２ 静電チャック、４ プレート、４ａ ウエハ載置面、６ 正極、８ 負極、１０，２０，３０ リフトピン穴、１６，２６，３６ 正の渦巻き状電極部、１６ａ，２６ａ，３６ａ 正極起点、１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ 正極終点、１８，２８，３８ 負の渦巻き状電極部、１８ａ，２８ａ，３８ａ 負極起点、１８ｂ，２８ｂ，３８ｂ 負極終点、４１，４２，４３，４５ 連結部、１０６ 正極の櫛歯、１０８ 負極の櫛歯、１１０ リフトピン穴、Ａ１，Ａ２，Ａ３ 分割領域、Ｗ ウエハ。

Claims (4)

1. ウエハ載置面を有するセラミックス製のプレートと、
   前記プレートを厚さ方向に貫通する複数の貫通穴と、
   前記プレートに設けられ、静電力を発生させるための正負一対の電極と、
   を備えた静電チャックであって、
   前記プレートは、前記貫通穴の数に仮想的に分割された分割領域を有し、
   前記正負一対の電極は、前記分割領域ごとに、前記貫通穴に近接する正極起点及び負極起点のそれぞれから前記分割領域の全体に行き渡るように並行に設けられた正負一対の渦巻き状電極部を有し、
   前記正負一対の電極のうちの正極は、各分割領域の正の渦巻き状電極部を前記プレートの中央部及び外周部のいずれか一方で連結したものであり、
   前記正負一対の電極のうちの前記負極は、各分割領域の負の渦巻き状電極部を前記プレートの中央部及び外周部のいずれか他方で連結したものである、
   静電チャック。
2. 前記貫通穴の直径は、隣合う前記正極と前記負極との電極間距離よりも大きい、
   請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記正極の線幅は、前記負極の線幅と同じである、
   請求項２に記載の静電チャック。
4. 前記プレートは、円形であり、
   前記複数の貫通穴は、前記プレートの同心円上に等間隔に設けられ、
   前記分割領域は、前記プレートの半径方向の線分によって前記プレートを前記貫通穴の数に等分した領域である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電チャック。

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