WO2021240945A1 - 静電チャック - Google Patents

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WO2021240945A1
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ceramic plate
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達也 久野
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日本碍子株式会社
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    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/283Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material the insulating material being an inorganic material, e.g. ceramic

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic chuck.
  • an electrostatic chuck including a disk-shaped ceramic plate having a wafer mounting surface on the surface and an electrostatic electrode embedded in the ceramic plate is known.
  • an electrostatic chuck of this type for example, as shown in Patent Documents 1 and 2, a chuck having a gas groove on a wafer mounting surface is known.
  • Patent Document 1 describes one gas inlet penetrating the center of the ceramic plate in the thickness direction, and four gas distribution grooves provided on the wafer mounting surface so as to extend radially from the gas inlet.
  • An electrostatic chuck with an exhaust port provided near the outer periphery of the ceramic plate so as to communicate with each of the gas distribution grooves is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses an electrostatic chuck that is divided into two semicircular zones when the ceramic plate is viewed from above, and a gas groove is provided for each semicircular zone. Specifically, in one semicircular zone, the gas provided in the center of the ceramic plate after passing through the notches of a plurality of concentric partition walls from the gas inlet provided near the outer periphery of the ceramic plate. Gas flows to the outlet. Further, in the other semicircular zone, a common gas inlet provided near the outer periphery of the ceramic plate is provided in the center of the ceramic plate after passing through notches of a plurality of concentric partition walls. Gas flows to the gas outlet. The gas flowing in one semi-circular zone and the gas flowing in the other semi-circular zone are not completely separated and mix in the middle.
  • Patent Document 1 since the gas flowing through the four gas distribution grooves is supplied to the same gas inlet, it is not possible to control the gas individually for each gas distribution groove.
  • Patent Document 2 since the gas flowing in one semicircular zone and the gas flowing in the other semicircular zone are mixed in the middle, it is not possible to control the gas individually for each zone.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to enable the backside gas of the electrostatic chuck to be individually controlled for each zone.
  • the electrostatic chuck of the present invention is A disk-shaped ceramic plate with a wafer mounting surface on the surface, The electrostatic electrode embedded in the ceramic plate and When the ceramic plate is viewed from above, it is divided into a plurality of zones, and each zone has a gas groove independently provided on the wafer mounting surface so as to reach from one of the pair of gas supply / discharge ports to the other. , It is equipped with.
  • gas grooves are independently provided on the wafer mounting surface so as to reach from one of the pair of gas supply / discharge ports to the other in each zone.
  • the gas groove is used to supply gas (backside gas) to the backside of the wafer mounted on the wafer mounting surface. Since such gas grooves are provided independently for each zone, the backside gas of the electrostatic chuck can be individually controlled for each zone.
  • the plurality of zones are a circular zone having the same center as the ceramic plate and one or more annular zones having the same center as the ceramic plate and provided outside the circular zone. And may be included. This allows individual control of the gas flowing through the circular or annular zone.
  • the pair of gas supply / discharge ports provided for each gas groove are arranged along a predetermined radial direction of the ceramic plate, and one of the two gas grooves provided in the zones adjacent to each other.
  • the direction of the gas flowing through the is set clockwise, and the direction of the gas flowing through the other may be set counterclockwise.
  • the plurality of zones may be a plurality of fan-shaped zones separated by the radius of the ceramic plate. In this way, the gas flowing through the plurality of fan-shaped zones can be individually controlled.
  • the plurality of zones may be a plurality of curved zones separated by a curve extending from the center of the ceramic plate toward the outer edge. In this way, the gas flowing through the plurality of curved zones can be individually controlled.
  • gas having different characteristics may be supplied to the gas grooves provided for each zone.
  • characteristics include, for example, temperature, flow rate, pressure, gas type, and the like.
  • the patterns for supplying gas to the gas grooves provided for each zone are the first pattern in which gas flows from one of the pair of gas supply / discharge ports to the other, and the pair of gas. It may be possible to select either pattern of the second pattern in which gas flows from the other side of the supply / discharge port to one side. In this way, it is possible to determine whether to flow the gas in the first pattern or the gas in the second pattern for each gas groove.
  • the electrostatic chuck of the present invention may include a resistance heating element embedded in the ceramic plate so as to extend from one of the pair of terminals to the other in each zone. In this way, it becomes possible to individually control how much heating is performed for each zone.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • Explanatory drawing which shows the electrical connection of the electrostatic chuck 20.
  • Explanatory drawing of the gas path 78a connected to the gas groove 25a Explanatory drawing of the gas path 78a connected to the gas groove 25a.
  • Explanatory drawing of the gas path 78a connected to the gas groove 25a Explanatory drawing of the gas path 78a connected to the gas groove 25a.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. Sectional drawing of the electrostatic chuck 220.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of the configuration of the plasma processing apparatus 10
  • FIG. 2 is a perspective view of the electrostatic chuck 20
  • FIG. 3 is a plan view of the electrostatic chuck 20
  • FIG. 4 is FIG.
  • a cross-sectional view is shown in FIG. 5, which is an explanatory view showing an electrical connection of the electrostatic chuck.
  • the resistance heating elements 31 to 37 are shaded for convenience.
  • up / down, left / right, and front / back are merely relative positional relationships.
  • the plasma processing apparatus 10 includes an electrostatic chuck 20 and an upper electrode 60 used for generating plasma inside a vacuum chamber 12 made of metal (for example, made of aluminum alloy) whose internal pressure can be adjusted. Is installed.
  • the electrostatic chuck 20 is installed inside the vacuum chamber 12.
  • the surface of the upper electrode 60 facing the electrostatic chuck 20 is provided with a large number of small holes for supplying the reaction gas to the wafer surface.
  • the reaction gas can be introduced into the upper electrode 60 from the reaction gas introduction path 14, and the internal pressure of the vacuum chamber 12 can be reduced to a predetermined degree of vacuum by the vacuum pump connected to the exhaust passage 16.
  • the electrostatic chuck 20 includes a ceramic plate 22 having a wafer mounting surface 22a capable of sucking and holding a wafer W on the upper surface, an electrostatic electrode 30 embedded in the ceramic plate 22 (see FIG. 4), and a ceramic plate 22. It is provided with resistance heating elements 31 to 37 (see FIGS. 3 and 4) embedded in the above.
  • the ceramic plate 22 is a disc-shaped plate made of ceramic (for example, made of alumina or aluminum nitride) whose outer diameter is smaller than the outer diameter of the wafer W.
  • the wafer mounting surface 22a has a circular protrusion 29 having the same center as the ceramic plate 22, and an annular protrusion 23a to be provided concentrically with the ceramic plate 22 so as to surround the circular protrusion 29. It has 23g. Further, the wafer mounting surface 22a is provided with a partition wall 28. The partition wall 28 extends linearly in the radial direction from the center side of the ceramic plate 22, connects the circular protrusion 29 and the annular protrusion 23a, and connects adjacent ones of the annular protrusions 23a to 23g. The wafer W mounted on the wafer mounting surface 22a is supported by the circular protrusion 29, the annular protrusions 23a to 23g, and the upper surface of the partition wall 28.
  • Zone Z1 is a region inside the annular projection 23a. That is, the zone Z1 is a circular zone having the same center as the ceramic plate 22.
  • Zone Z1 is provided with a C-shaped gas groove 25a in the outer region of the circular protrusion 29.
  • the gas groove 25a is provided with a pair of supply / discharge ports 26a and 27a for supplying or discharging gas to the zone Z1.
  • Zone Z2 is a region between the annular projection 23a and the annular projection 23b
  • zone Z3 is a region between the annular projection 23b and the annular projection 23c
  • zone Z4 is a region between the annular projection 23c and the annular projection 23d
  • Zone Z5 is a region between the annular projection 23d and the annular projection 23e
  • zone Z6 is a region between the annular projection 23e and the annular projection 23f
  • zone Z7 is an annular projection 23e.
  • zones Z2 to Z7 are annular zones provided concentrically with the ceramic plate 22 on the outside of the zone Z1.
  • Zones Z2 to Z7 have corresponding C-shaped gas grooves 25b to 25g.
  • the gas grooves 25b to 25g are provided in substantially the entire area of the zones Z2 to Z7 corresponding to each.
  • Each of the C-shaped gas grooves 25b to 25g is provided with a supply / discharge port 26b to 26g at one end and a supply / discharge port 27a to 27g at the other end.
  • a partition wall 28 is located between the supply / discharge ports 26a to 26g and the supply / discharge ports 27a to 27g.
  • Both the supply / discharge ports 26a to 26g and the other supply / discharge ports 27a to 27g are provided along the partition wall 28. Therefore, the pair of supply / discharge ports 26a to 26g and 27a to 27g are arranged along a predetermined radial direction of the ceramic plate 22.
  • the electrostatic electrode 30 is a planar electrode to which a DC voltage can be applied by the ESC power supply 71 shown in FIG. 5, and is provided in parallel with the wafer mounting surface 22a.
  • a voltage is applied to the electrostatic electrode 30, the wafer W is attracted and held on the wafer mounting surface 22a by Coulomb force or Johnson Rahbek force, and when the application of DC voltage is released, the wafer W is attached to the wafer mounting surface 22a. Adsorption retention is released.
  • the resistance heating elements 31 to 37 are resistance heating elements formed on the same plane parallel to the wafer mounting surface 22a in a one-stroke manner corresponding to each of the zones Z1 to Z7.
  • the terminals provided at both ends of the resistance heating element 31 are connected to the heater power supply 81 shown in FIG. 5 via a feeding member (not shown) inserted from the back surface of the ceramic plate 22.
  • the resistance heating element 31 When the voltage of the heater power supply 81 is applied to the resistance heating element 31, the resistance heating element 31 generates heat and heats the zone Z1.
  • the other resistance heating elements 32 to 37 are also individually connected to the heater power supplies 82 to 87, and when a voltage is applied, the zones Z2 to Z7 are individually heated.
  • the resistance heating elements 31 to 37 are formed of a conductive material containing, for example, W, WC, Mo and the like.
  • the shape of the resistance heating elements 31 to 37 is not particularly limited, and may be, for example, a coil shape or a ribbon shape. Further, it may be printed with a paste of a conductive material.
  • the control device 70 has a built-in well-known microcomputer equipped with a CPU, ROM, RAM, and the like. As shown in FIG. 5, the control device 70 inputs signals output from the temperature measuring sensors 62a to 62g and commands input by the operator from the input device 80 (keyboard, mouse, etc.). The temperature measuring sensors 62a to 62g are provided so as to measure the temperature at the position corresponding to each of the gas grooves 25a to 25g. Further, the control device 70 outputs electric power to the electrostatic electrode 30 via the ESC power supply 71, and outputs electric power to the resistance heating elements 31 to 37 via the heater power supplies 81 to 87.
  • control device 70 controls the gas supply sources 74a to 74g to change the type, temperature, pressure and flow rate of the gas supplied to the gas grooves 25a to 25g, and controls the three-way valves 76a to 76g and 77a to 77g. By controlling, the direction of the gas flowing through the gas grooves 25a to 25g is controlled.
  • AC power can also be supplied to the electrostatic electrode 30, and a high frequency voltage can be applied to the electrostatic electrode 30 via the high frequency power supply 72 when generating plasma.
  • the ceramic plate 22 is provided with through holes 46a and 47a that penetrate the ceramic plate 22 in the thickness direction.
  • the through holes 46a and 47a communicate with the supply / discharge ports 26a and 27a provided in the gas groove 25a, respectively.
  • the through hole 46a is connected to the first three-way valve 76a.
  • the through hole 47a is connected to the second three-way valve 77a.
  • the first port is connected to the through hole 46a
  • the second port is connected to the gas supply port
  • the third port is the gas discharge port and the second three-way valve 77a. It is connected in the middle of the gas pipe to connect.
  • the first port is connected to the through hole 47a
  • the second port is connected to the gas outlet
  • the third port is the gas supply port and the first three-way valve 76a. It is connected in the middle of the gas pipe that connects with.
  • the numbers 1 to 3 circled in FIGS. 6 to 8 indicate the first to third ports of the three-way valve.
  • the pattern of supplying gas to the gas groove 25a is the first pattern of flowing gas from the supply / discharge port 26a to the supply / discharge port 27a by adjusting the positions of the first and second three-way valves 76a and 77a by the control device 70. It is possible to switch between the second pattern of flowing gas from the supply / discharge port 27a to the supply / discharge port 26a.
  • the first and second three-way valves 76a Adjust 77a as follows. That is, as shown in FIG. 6, the first three-way valve 76a is adjusted so that the first port and the second port of the first three-way valve 76a communicate with each other and the third port is blocked, and the first three-way valve 76a is adjusted. 2 Adjust the second three-way valve 77a so that the first port and the second port of the three-way valve 77a communicate with each other and the third port is shut off.
  • the first and second three-way valves 76a and 77a are as follows. Adjust. That is, as shown in FIG. 7, the first three-way valve 76a is adjusted so that the first port and the third port of the first three-way valve 76a communicate with each other and the second port is blocked, and the first three-way valve 76a is adjusted. 2 Adjust the second three-way valve 77a so that the first port and the third port of the three-way valve 77a communicate with each other and the second port is shut off.
  • the first and second three-way valves 76a and 77a are adjusted as follows. That is, as shown in FIG. 8, the first three-way valve 76a is adjusted so that the first port of the first three-way valve 76a is blocked and the second port and the third port communicate with each other, and the first three-way valve 76a is adjusted. 2 Adjust the second three-way valve 77a so that the second port of the three-way valve 77a is shut off and the second port and the third port communicate with each other. In this case, the gas supply source 74a may be stopped.
  • the first three-way valves 76b to 76g and the second three-way valves 77b to 77g may be adjusted in the same manner as the gas grooves 25a.
  • the wafer W is placed on the wafer mounting surface 22a of the ceramic plate 22 with the electrostatic chuck 20 installed in the vacuum chamber 12. Then, the inside of the vacuum chamber 12 is depressurized by a vacuum pump to adjust the degree of vacuum to a predetermined degree, and a DC voltage is applied to the electrostatic electrode 30 of the ceramic plate 22 to generate a Coulomb force or a Johnson Rahbek force to generate a wafer. W is attracted and held on the wafer mounting surface 22a of the ceramic plate 22. As a result, the gas grooves 25a to 25g form a gas space together with the wafer W.
  • the inside of the vacuum chamber 12 is set to a reaction gas atmosphere of a predetermined pressure (for example, several tens to several hundreds of Pa), and in this state, a high frequency is generated between the upper electrode 60 in the vacuum chamber 12 and the electrostatic electrode 30 of the ceramic plate 22.
  • a voltage is applied to generate a plasma.
  • the surface of the wafer W is etched by the generated plasma.
  • the target temperature T of the wafer W is set in advance for etching.
  • the control device 70 adjusts the voltage applied to the resistance heating elements 31 to 37 of each zone Z1 to Z7 so that the output value of the temperature measuring sensors 62a to 62g matches the target temperature T, or adjusts the voltage applied to the resistance heating elements 31 to 37 of each zone Z1 to Z7.
  • the direction of the gas flowing through the gas grooves 25a to 25g and the characteristics of the gas are adjusted.
  • the first and second three-way valves 76a to 76g and 77a to 77g may be adjusted as described above.
  • the gas supply sources 74a to 74g may be controlled.
  • a low temperature gas is introduced into the gas groove of the zone corresponding to the hot spot, or a gas having a high thermal conductivity (for example, He gas) is supplied to the ceramic. Efficiently dissipate the heat of the hot spot to the plate 22. Alternatively, the filling pressure of the gas supplied to the gas groove may be increased. Alternatively, the amount of heat generated is suppressed by lowering the power supplied to the resistance heating element in the zone corresponding to the hot spot.
  • a gas having a high thermal conductivity for example, He gas
  • a gas having a high temperature is introduced into the gas groove corresponding to the cool spot, the flow velocity of the gas is increased, or a gas having a low thermal conductivity (for example, Ar gas) is introduced. It makes it difficult for the heat of the cool spot to escape to the ceramic plate 22 by supplying it. Alternatively, the filling pressure of the gas supplied to the gas groove may be lowered. Alternatively, the amount of heat generated is increased by increasing the power supplied to the resistance heating element in the zone corresponding to the cool spot.
  • the three-way valves 76a, 77a, 76c, 77c, 76e, 77e, so that the direction in which the gas flows in the gas grooves 25a, 25c, 25e, 25g is the first pattern.
  • the gas flow path is switched between 76 g and 77 g.
  • the gas flow path is switched by the three-way valves 76a, 77a, 76c, 77c, 76e, 77e, 76g, 77g so that the direction in which the gas flows in the gas grooves 25b, 25d, 25f becomes the second pattern.
  • heat exchange is performed between the gases flowing in the adjacent zones, and the gas having a uniform temperature flows through the gas grooves 25a to 25g.
  • the gas grooves 25a to 25g are independently provided on the wafer mounting surface 22a so as to reach from one of the pair of supply / discharge ports to the other in each zone.
  • the gas grooves 25a to 25g are used to supply gas (backside gas) to the backside of the wafer W mounted on the wafer mounting surface 22a. Since the gas grooves 25a to 25g are independently provided for each of the zones Z1 to Z7, the backside gas of the electrostatic chuck 20 can be individually controlled for each of the zones Z1 to Z7.
  • the electrostatic chuck 20 includes a circular zone Z1 having the same center as the ceramic plate 22 and an annular zones Z2 to Z7 provided outside the zone Z1. Therefore, the gas flowing through the circular zone Z1 or the annular zones Z2 to Z7 can be individually controlled. Further, the direction of the gas flowing through one of the two gas grooves provided in the adjacent zones can be set clockwise, and the direction of the gas flowing through the other can be set counterclockwise. Therefore, for example, when a gas having the same temperature is supplied to two gas grooves provided in adjacent zones, it is possible to suppress the generation of a temperature distribution due to the gas.
  • gas having different temperature, flow rate, pressure and gas type can be supplied to each of the gas grooves 25a to 25f provided corresponding to the zones Z1 to Z7. Therefore, it is possible to supply a gas having characteristics suitable for each zone.
  • the patterns for supplying gas for each of the gas grooves 25a to 25g are the first pattern in which gas flows from the supply / discharge port 26 to the supply / discharge port 27 and the pattern from the supply / discharge port 27 to the supply / discharge port 26. Any of the second patterns in which gas flows can be selected. Therefore, it is possible to determine whether to flow the gas in the first pattern or the gas in the second pattern for each gas groove.
  • resistance heating elements 31 to 37 corresponding to zones Z1 to Z7 are embedded in the ceramic plate 22. Therefore, it is possible to individually control how much each zone Z1 to Z7 is heated.
  • the wafer mounting surface 22a is divided into a circular zone Z1 and an annular zone Z2 to Z7 when viewed from above, but the present invention is not limited to this.
  • the wafer mounting surface 122a of the ceramic plate 122 has a plurality of fan-shaped zones Z12 separated by the radius of the ceramic plate 122 when viewed from above. It may be divided into.
  • Each zone Z12 is provided with a fan-shaped gas groove 125 in substantially the entire area.
  • a supply / discharge port 126 is provided on the center side of each gas groove 125, and a supply / discharge port 127 is provided on the outer peripheral side.
  • a partition wall 128 extending from the center side of the wafer mounting surface 122a toward the outer peripheral side is provided between adjacent zones Z12. Gas can be independently supplied to each gas groove 125. In this way, the gas flowing through the plurality of zones Z12 can be individually controlled.
  • the wafer mounting surface 222a of the ceramic plate 222 has a plurality of curves separated by a curve extending from the center of the ceramic plate 222 toward the outer edge when viewed from above. It may be divided into zones Z22.
  • Each zone Z22 is provided with a curved gas groove 225 in substantially the entire area.
  • a supply / discharge port 226 is provided on the center side of each gas groove 225, and a supply / discharge port 227 is provided on the outer peripheral side.
  • a partition wall 228 extending from the center side of the wafer mounting surface 222a toward the outer peripheral side and curving from the center side toward the outer peripheral side is provided between adjacent zones Z22. Gas can be independently supplied to each gas groove 225. In this way, the gas flowing through the plurality of zones Z22 can be individually controlled.
  • the resistance heating elements 31 to 37 are embedded in the ceramic plate 22, but the resistance heating elements 31 to 37 may not be embedded.
  • the temperature of the wafer W is mainly controlled by the gas flowing through the gas grooves 25a to 25g.
  • a metal (for example, aluminum or aluminum alloy) cooling plate may be adhered or joined to the back surface of the electrostatic chuck 20.
  • a refrigerant flow path through which a refrigerant (for example, cooling water) circulates may be provided inside the cooling plate.
  • the temperature of the wafer W can also be controlled by the refrigerant.
  • the present invention can be used for semiconductor manufacturing equipment.
  • Plasma processing device 12 Vacuum chamber, 14 Reaction gas introduction path, 16 Exhaust passage, 20, 120, 220 Electrostatic chuck, 22, 122, 222 Ceramic plate, 22a, 122a, 222a Wafer mounting surface, 23a to 23g ring Projections, 25a to 25g, 125,225 gas grooves, 26a to 26g, 27a to 27g, 126,127,226,227 air supply / discharge ports, 28,128 partition walls, 29 circular protrusions, 30 electrostatic electrodes, 31 to 37 resistors Heat generator, 46a, 47a through hole, 60 upper electrode, 62a to 62g temperature measuring sensor, 70 control device, 71 ESC power supply, 72 high frequency power supply, 74a to 74g gas supply source, 76a to 76g first three-way valve, 77a to 77g 2nd three-way valve, 78a gas path, 80 input device, 81-87 heater power supply, W wafer, Z1-Z7, Z12, Z22 zone.

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Abstract

静電チャック20は、表面にウエハ載置面22aを有する円盤状のセラミックプレート22と、セラミックプレート22に埋設された静電電極30と、セラミックプレート22を上からみたときに複数のゾーンZ1~Z7に分かれており、ゾーンごとに一対のガス給排口26,27の一方から他方に至るようにウエハ載置面22aに独立して設けられたガス溝25a~25gとを備える。

Description

静電チャック
 本発明は、静電チャックに関する。
 従来、表面にウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートと、そのセラミックプレートに埋設された静電電極と、を備えた静電チャックが知られている。この種の静電チャックとしては、例えば特許文献1,2に示すように、ウエハ載置面にガス溝を設けたものが知られている。特許文献1には、セラミックプレートの中心を厚さ方向に貫通する1つのガス導入口と、そのガス導入口から放射状に延びるようにウエハ載置面に設けられた4本のガス分配溝と、ガス分配溝のそれぞれに連通するようにセラミックプレートの外周近傍に設けられた排気口とを備えた静電チャックが開示されている。特許文献2には、セラミックプレートを上からみたときに2つの半円ゾーンに分けられ、半円ゾーンごとにガス溝が設けられた静電チャックが開示されている。具体的には、一方の半円ゾーンには、セラミックプレートの外周近傍に設けられたガス導入口から同心円状の複数の仕切り壁の切り欠き部を通過したあとセラミックプレートの中心に設けられたガス排出口にガスが流れる。また、他方の半円ゾーンには、セラミックプレートの外周近傍に設けられた別のガス導入口から同心円状の複数の仕切り壁の切り欠き部を通過したあとセラミックプレートの中心に設けられた共通のガス排出口にガスが流れる。一方の半円ゾーンを流れるガスと他方の半円ゾーンを流れるガスは、完全にはセパレートされておらず、途中で混ざり合う。
特開平10-275854号公報 特開2012-129547号公報
 しかしながら、特許文献1では、4本のガス分配溝を流れるガスは、同じガス導入口に供給されたものであるため、ガス分配溝ごとにガスを個別に制御することはできなかった。特許文献2では、一方の半円ゾーンを流れるガスと他方の半円ゾーンを流れるガスは途中で混ざり合うため、ゾーンごとにガスを個別に制御することはできなかった。
 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、静電チャックのバックサイドガスをゾーンごとに個別に制御できるようにすることを主目的とする。
 本発明の静電チャックは、
 表面にウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートと、
 前記セラミックプレートに埋設された静電電極と、
 前記セラミックプレートを上からみたときに複数のゾーンに分かれており、前記ゾーンごとに一対のガス給排口の一方から他方に至るように前記ウエハ載置面に独立して設けられたガス溝と、
 を備えたものである。
 この静電チャックでは、ガス溝は、ゾーンごとに一対のガス給排口の一方から他方に至るようにウエハ載置面に独立して設けられている。ガス溝は、ウエハ載置面に載置されるウエハのバックサイドにガス(バックサイドガス)を供給するのに用いられる。こうしたガス溝がゾーンごとに独立して設けられているため、静電チャックのバックサイドガスをゾーンごとに個別に制御できるようになる。
 本発明の静電チャックにおいて、前記複数のゾーンは、前記セラミックプレートと中心が同じである円形ゾーンと、前記セラミックプレートと中心が同じであり前記円形ゾーンの外側に設けられた1以上の環状ゾーンとを含んでいてもよい。こうすれば、円形又は環状のゾーンを流れるガスをそれぞれ個別に制御できるようになる。この場合、前記ガス溝ごとに設けられた前記一対のガス給排口は、前記セラミックプレートの所定の半径方向に沿って並んでおり、互いに隣接するゾーンに設けられた2つのガス溝のうち一方を流れるガスの方向は時計回りに設定され、他方を流れるガスの方向は反時計回りに設定されていてもよい。こうすれば、例えば隣接するゾーンに設けられた2つのガス溝に同じ温度のガスを供給したときにガスに起因する温度分布が発生するのを抑制することができる。
 本発明の静電チャックにおいて、前記複数のゾーンは、前記セラミックプレートの半径によって区切られた複数の扇形ゾーンであってもよい。こうすれば、複数の扇形ゾーンを流れるガスをそれぞれ個別に制御できるようになる。
 本発明の静電チャックにおいて、前記複数のゾーンは、前記セラミックプレートの中心から外縁に向かって延びる曲線によって区切られた複数の湾曲ゾーンであってもよい。こうすれば、複数の湾曲ゾーンを流れるガスをそれぞれ個別に制御できるようになる。
 本発明の静電チャックにおいて、前記ゾーンごとに設けられた前記ガス溝には、それぞれに特性の異なるガスを供給可能としてもよい。こうすれば、ゾーンごとに適した特性のガスを供給することができる。なお、「特性」としては、例えば温度、流量、圧力、ガス種などが挙げられる。
 本発明の静電チャックにおいて、前記ゾーンごとに設けられた前記ガス溝にガスを供給するパターンは、前記一対のガス給排口の一方から他方にガスが流れる第1パターンと、前記一対のガス給排口の他方から一方にガスが流れる第2パターンの、いずれかのパターンを選択可能としてもよい。こうすれば、ガス溝ごとに第1パターンでガスを流すか第2パターンでガスを流すかを決めることができる。
 本発明の静電チャックは、前記ゾーンごとに一対の端子の一方から他方に至るように前記セラミックプレートに埋設された抵抗発熱体を備えていてもよい。こうすれば、ゾーンごとにどの程度加熱するかを個別に制御できるようになる。
プラズマ処理装置10の構成の概略を示す説明図。 静電チャック20の斜視図。 静電チャック20の平面図。 図3のA-A断面図。 静電チャック20の電気的接続を示す説明図。 ガス溝25aに接続されたガス経路78aの説明図。 ガス溝25aに接続されたガス経路78aの説明図。 ガス溝25aに接続されたガス経路78aの説明図。 静電チャック120の平面図。 図9の部分拡大図。 図9のB-Bの断面図。 静電チャック220の断面図。
 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はプラズマ処理装置10の構成の概略を示す説明図であり、図2は静電チャック20の斜視図であり、図3は静電チャック20の平面図であり、図4は図3のA-A断面図であり、図5は静電チャックの電気的接続を示す説明図である。なお、図4では、便宜上、抵抗発熱体31~37を網掛けで示した。なお、以下の説明において、上下、左右、前後は、相対的な位置関係に過ぎない。
 プラズマ処理装置10は、図1に示すように、内圧を調整可能な金属製(例えばアルミニウム合金製)の真空チャンバ12の内部に、静電チャック20とプラズマを発生させるときに用いる上部電極60とが設置されている。静電チャック20は、真空チャンバ12の内部に設置されている。上部電極60のうち静電チャック20と対向する面には、反応ガスをウエハ面に供給するための多数の小穴が開いている。真空チャンバ12は、反応ガス導入路14から反応ガスを上部電極60に導入可能であると共に、排気通路16に接続された真空ポンプによって真空チャンバ12の内圧を所定の真空度まで減圧可能である。
 静電チャック20は、ウエハWを吸着保持可能なウエハ載置面22aが上面に設けられたセラミックプレート22と、セラミックプレート22に埋設された静電電極30(図4参照)と、セラミックプレート22に埋設された抵抗発熱体31~37(図3及び図4参照)とを備えている。セラミックプレート22は、外径がウエハWの外径よりも小さいセラミック製(例えばアルミナ製とか窒化アルミ製)の円盤状プレートである。
 ウエハ載置面22aは、図2~4に示すようにセラミックプレート22と中心が同じである円形突起29と、円形突起29を取り囲むようにセラミックプレート22と同心円状に設けられた環状突起23a~23gとを備えている。また、ウエハ載置面22aは、仕切り壁28を備えている。仕切り壁28は、セラミックプレート22の中心側から半径方向に直線的に延び、円形突起29と環状突起23aとを繋ぎ、環状突起23a~23gのうち隣あうもの同士を繋ぐ。ウエハ載置面22aに載置されたウエハWは、円形突起29、環状突起23a~23g及び仕切り壁28の上面に支持される。
 セラミックプレート22のウエハ載置面22aは、上からみたときにゾーンZ1~Z7に分かれている(図3及び図4参照)。ゾーンZ1は、環状突起23aの内側の領域である。つまり、ゾーンZ1は、セラミックプレート22と中心が同じである円形のゾーンである。ゾーンZ1は、円形突起29の外側の領域にC字状のガス溝25aを備えている。ガス溝25aには、ガスをゾーンZ1に供給し又は排出する一対の給排口26a,27aが設けられている。一方の給排口26aはC字状のガス溝25aの一端(仕切り壁28の近傍)に設けられ、他方の給排口27aはC字状のガス溝25aの他端(仕切り壁28の近傍)に設けられている。ゾーンZ2は、環状突起23aと環状突起23bとの間の領域であり、ゾーンZ3は、環状突起23bと環状突起23cとの間の領域であり、ゾーンZ4は、環状突起23cと環状突起23dとの間の領域であり、ゾーンZ5は、環状突起23dと環状突起23eとの間の領域であり、ゾーンZ6は、環状突起23eと環状突起23fとの間の領域であり、ゾーンZ7は、環状突起23fと環状突起23gとの間の領域である。つまり、ゾーンZ2~Z7は、ゾーンZ1の外側にセラミックプレート22と同心円状に設けられた環状のゾーンである。ゾーンZ2~Z7は、それぞれに対応するC字状のガス溝25b~25gを有する。ガス溝25b~25gは、それぞれに対応するゾーンZ2~Z7の略全領域に設けられている。C字状のガス溝25b~25gには、それぞれ一端に給排口26b~26gが設けられ、他端に給排口27a~27gが設けられている。給排口26a~26gと給排口27a~27gとの間には、仕切り壁28が位置している。一方の給排口26a~26gも他方の給排口27a~27gも仕切り壁28に沿って設けられている。そのため、一対の給排口26a~26g,27a~27gは、セラミックプレート22の所定の半径方向に沿って並んでいる。
 静電電極30は、図5に示すESC電源71により直流電圧を印加可能な平面状の電極であり、ウエハ載置面22aと平行に設けられている。この静電電極30に電圧が印加されるとウエハWはクーロン力又はジョンソン・ラーベック力によりウエハ載置面22aに吸着保持され、直流電圧の印加を解除するとウエハWのウエハ載置面22aへの吸着保持が解除される。
 抵抗発熱体31~37は、ウエハ載置面22aと平行な同一平面に、ゾーンZ1~Z7のそれぞれに対応して一筆書きの要領で形成された抵抗発熱体である。抵抗発熱体31の両端に設けられた端子は、図5に示すヒータ電源81に、セラミックプレート22の裏面から差し込まれた図示しない給電部材を介して接続されている。抵抗発熱体31にヒータ電源81の電圧が印加されると抵抗発熱体31は発熱してゾーンZ1を加熱する。他の抵抗発熱体32~37も、それぞれ個別にヒータ電源82~87に接続されており、電圧が印加されるとゾーンZ2~Z7を個別に加熱する。抵抗発熱体31~37は、例えばW、WC、Moなどを含む導電性材料によって形成されている。抵抗発熱体31~37の形状は、特に限定されるものではなく、例えばコイル状であってもよいし、リボン状であってもよい。また、導電性材料のペーストを印刷したものであってもよい。
 制御装置70は、CPUやROM、RAMなどを備えた周知のマイクロコンピュータを内蔵している。制御装置70には、図5に示すように、測温センサ62a~62gから出力された信号や入力装置80(キーボードやマウスなど)からオペレータが入力した指令を入力する。測温センサ62a~62gは、ガス溝25a~25gのそれぞれに対応する位置の温度を測定するように設けられている。また、制御装置70は、静電電極30にESC電源71を介して電力を出力したり、抵抗発熱体31~37にヒータ電源81~87を介して電力を出力したりする。更に、制御装置70は、ガス供給源74a~74gを制御して、ガス溝25a~25gに供給するガスの種類や温度や圧力や流量を変更したり、三方弁76a~76g、77a~77gを制御して、ガス溝25a~25gを流れるガスの方向を制御したりする。なお、静電電極30には交流の電力も供給可能であり、プラズマを発生させる際には高周波電源72を介して静電電極30に高周波電圧を印加可能である。
 ここで、ガス溝25a~25gを流れるガスの方向を制御する場合について説明する。以下には、ガス溝25aを例に挙げて説明する。図6~図8は、ガス溝25aに接続されたガス経路78aの説明図である。セラミックプレート22には、セラミックプレート22を厚さ方向に貫通する貫通穴46a,47aが設けられている。貫通穴46a、47aは、それぞれ、ガス溝25aに設けられた給排口26a,27aに連通している。貫通穴46aは、第1三方弁76aに接続されている。貫通穴47aは、第2三方弁77aに接続されている。第1三方弁76aの3つのポートのうち1番目のポートは貫通穴46aに連結され、2番目のポートはガス供給口に連結され、3番目のポートはガス排出口と第2三方弁77aとを接続するガス管の途中に連結されている。第2三方弁77aの3つのポートのうちの1番目のポートは貫通穴47aに連結され、2番目のポートはガス排出口に連結され、3番目のポートはガス供給口と第1三方弁76aとを接続するガス管の途中に連結されている。なお、図6~図8の○で囲んだ数字1~3は、三方弁の1~3番目めのポートを示す。
 ガス溝25aにガスを供給するパターンは、第1及び第2三方弁76a,77aの位置を制御装置70によって調節することにより、給排口26aから給排口27aにガスを流す第1パターンと、給排口27aから給排口26aにガスを流す第2パターンとを切替え可能となっている。
 具体的には、ガスを給排口26aから供給しガス溝25aを図3で反時計回りに流して給排口27aから排出されるようにするには、第1及び第2三方弁76a,77aを次のように調節する。すなわち、図6に示すように、第1三方弁76aの1番目のポートと2番目のポートとが連通され、3番目のポートが遮断されるように第1三方弁76aを調節すると共に、第2三方弁77aの1番目のポートと2番目のポートとが連通され、3番目のポートが遮断されるように第2三方弁77aを調節する。
 ガスを給排口27aから供給しガス溝25aを図3で時計回りに流して給排口26aから排出されるようにするには、第1及び第2三方弁76a,77aを次のように調節する。すなわち、図7に示すように、第1三方弁76aの1番目のポートと3番目のポートとが連通され、2番目のポートが遮断されるように第1三方弁76aを調節すると共に、第2三方弁77aの1番目のポートと3番目のポートとが連通され、2番目のポートが遮断されるように第2三方弁77aを調節する。
 ガスをガス溝25a内に充填する(閉じ込める)には、第1及び第2三方弁76a,77aを次のように調節する。すなわち、図8に示すように、第1三方弁76aの1番目のポートが遮断され、2番目のポートと3番目のポートとが連通されるように第1三方弁76aを調節すると共に、第2三方弁77aの2番目のポートが遮断され、2番目のポートと3番目のポートとが連通されるように第2三方弁77aを調節する。この場合、ガス供給源74aを停止させてもよい。
 ガス溝25b~25gを流れるガスの方向を制御する場合も、ガス溝25aと同様にして第1三方弁76b~76g及び第2三方弁77b~77gを調節すればよい。
 次に、こうして構成されたプラズマ処理装置10の使用例について説明する。まず、真空チャンバ12内に静電チャック20を設置した状態で、ウエハWをセラミックプレート22のウエハ載置面22aに載置する。そして、真空チャンバ12内を真空ポンプにより減圧して所定の真空度になるように調整し、セラミックプレート22の静電電極30に直流電圧をかけてクーロン力又はジョンソン・ラーベック力を発生させ、ウエハWをセラミックプレート22のウエハ載置面22aに吸着保持する。これにより、ガス溝25a~25gはウエハWと共にガス空間を形成する。次に、真空チャンバ12内を所定圧力(例えば数10~数100Pa)の反応ガス雰囲気とし、この状態で、真空チャンバ12内の上部電極60とセラミックプレート22の静電電極30との間に高周波電圧を印加し、プラズマを発生させる。そして、発生したプラズマによってウエハWの表面がエッチングされる。エッチングを行うにあたって、予めウエハWの目標温度Tが設定されている。制御装置70は、測温センサ62a~62gの出力値が目標温度Tと一致するように、各ゾーンZ1~Z7の抵抗発熱体31~37に印加する電圧を調節したり、各ゾーンZ1~Z7のガス溝25a~25gを流れるガスの向きやガスの特性(温度、流量、圧力、ガス種など)を調節したりする。ガス溝25a~25gを流れるガスの向きを変更するには、上述したように第1及び第2三方弁76a~76g,77a~77gを調節すればよい。ガスの温度や流量、圧力、ガス種を変更するには、ガス供給源74a~74gを制御すればよい。
 ウエハWにホットスポットが発生した場合には、そのホットスポットに対応するゾーンのガス溝に温度の低いガスを導入したり、熱伝導率の高いガス(例えばHeガス)を供給したりしてセラミックプレート22へ効率よくホットスポットの熱を逃がすようにする。あるいは、ガス溝に供給するガスの封入圧力を高くしてもよい。あるいは、そのホットスポットに対応するゾーンの抵抗発熱体に供給する電力を低くして発熱量を抑える。
 一方、ウエハWにクールスポットが発生した場合、そのクールスポットに対応するガス溝に温度の高いガスを導入したり、ガスの流速を早くしたり、熱伝導率の低いガス(例えばArガス)を供給したりしてクールスポットの熱がセラミックプレート22へ逃げにくくする。あるいは、ガス溝に供給するガスの封入圧力を低くしてもよい。あるいは、そのクールスポットに対応するゾーンの抵抗発熱体に供給する電力を高くして発熱量を上げる。
 ガスに起因する温度分布の発生を抑制したい場合、ガス溝25a,25c,25e,25gでガスが流れる方向が第1パターンとなるように、三方弁76a,77a,76c,77c,76e,77e,76g,77gでガスの流路を切替える。それと共に、ガス溝25b,25d,25fでガスが流れる方向が第2パターンとなるように、三方弁76a,77a,76c,77c,76e,77e,76g,77gでガスの流路を切替える。こうすることで、隣あうゾーンを流れるガス同士の間で熱交換が行われ、温度の均一なガスがガス溝25a~25gを流れるようにする。
 以上詳述した静電チャック20では、ガス溝25a~25gは、ゾーンごとに一対の給排口の一方から他方に至るようにウエハ載置面22aに独立して設けられている。ガス溝25a~25gは、ウエハ載置面22aに載置されるウエハWのバックサイドにガス(バックサイドガス)を供給するのに用いられる。こうしたガス溝25a~25gがゾーンZ1~Z7ごとに独立して設けられているため、静電チャック20のバックサイドガスをゾーンZ1~Z7ごとに個別に制御できるようになる。
 また、静電チャック20では、セラミックプレート22と中心が同じである円形のゾーンZ1と、ゾーンZ1の外側に設けられた環状のゾーンZ2~Z7とを含んでいる。そのため、円形のゾーンZ1又は環状のゾーンZ2~Z7を流れるガスをそれぞれ個別に制御できるようになる。更に、隣接するゾーンに設けられた2つのガス溝のうち一方を流れるガスの方向は時計回りに設定し、他方を流れるガスの方向は反時計回りに設定しうる。そのため、例えば隣接するゾーンに設けられた2つのガス溝に同じ温度のガスを供給したときにガスに起因する温度分布が発生するのを抑制することができる。
 更に、静電チャック20ではゾーンZ1~Z7に対応して設けられたガス溝25a~25fには、それぞれに、温度や流量や圧力やガス種類の異なるガスを供給可能である。そのため、ゾーンごとに適した特性のガスを供給することができる。
 そして、静電チャック20では、ガス溝25a~25gごとにガスを供給するパターンは、給排口26から給排口27にガスが流れる第1パターンと、給排口27から給排口26にガスが流れる第2パターンの、いずれかのパターンを選択可である。そのため、ガス溝ごとに第1パターンでガスを流すか第2パターンでガスを流すかを決めることができる。
 そしてまた、静電チャック20では、ゾーンZ1~Z7に対応した抵抗発熱体31~37がセラミックプレート22に埋設されている。そのため、ゾーンZ1~Z7ごとにどの程度加熱するかを個別に制御できる。
 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、上述した実施形態では、ウエハ載置面22aは、上からみたときに円形のゾーンZ1と環状のゾーンZ2~Z7とに分かれていたが、これに限られない。例えば、各ゾーンは図9~11に示す静電チャック120のように、セラミックプレート122のウエハ載置面122aは、上からみたときにセラミックプレート122の半径によって区切られた複数の扇形のゾーンZ12に分かれていてもよい。各ゾーンZ12は、略全領域に扇形のガス溝125を備えている。各ガス溝125の中心側には給排口126が設けられ、外周側には給排口127が設けられている。各ゾーンZ12のうち隣あうもの同士の間には、ウエハ載置面122aの中心側から外周側に向かって延びる仕切り壁128が設けられている。各ガス溝125には、それぞれ独立して、ガス供給可能になっている。こうすれば、複数のゾーンZ12を流れるガスをそれぞれ個別に制御できるようになる。
 あるいは、図12に示す静電チャック220のように、セラミックプレート222のウエハ載置面222aは、上からみたときにセラミックプレート222の中心から外縁に向かって延びる曲線によって区切られた複数の湾曲したゾーンZ22に分かれていてもよい。各ゾーンZ22は、略全領域に湾曲したガス溝225を備えている。各ガス溝225の中心側には給排口226が設けられ、外周側には給排口227が設けられている。各ゾーンZ22のうち隣あうもの同士の間には、ウエハ載置面222aの中心側から外周側に向かって延び、中心側から外周側に進むにつれて湾曲する仕切り壁228が設けられている。各ガス溝225には、それぞれ独立して、ガス供給可能になっている。こうすれば、複数のゾーンZ22を流れるガスをそれぞれ個別に制御できるようになる。
 上述した実施形態では、セラミックプレート22に抵抗発熱体31~37を埋設したが、抵抗発熱体31~37を埋設しなくてもよい。この場合、主にガス溝25a~25gに流すガスによってウエハWの温度を制御することになる。
 上述した実施形態において、静電チャック20の裏面に金属製(例えばアルミニウム製とかアルミニウム合金製)の冷却プレートを接着又は接合してもよい。冷却プレートの内部には、冷媒(例えば冷却水)が循環する冷媒流路を設けてもよい。冷媒によってもウエハWの温度を制御することが可能になる。
 本出願は、2020年5月25日に出願された日本国特許出願第2020-090932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、半導体製造装置に利用可能である。
10 プラズマ処理装置、12 真空チャンバ、14 反応ガス導入路、16 排気通路、20,120,220 静電チャック、22,122,222 セラミックプレート、22a,122a,222aウエハ載置面、23a~23g 環状突起、25a~25g,125,225 ガス溝、26a~26g,27a~27g,126,127,226,227 給排口、28,128 仕切り壁、29 円形突起、30 静電電極、31~37 抵抗発熱体、46a,47a 貫通穴、60 上部電極、62a~62g 測温センサ、70 制御装置、71 ESC電源、72 高周波電源、74a~74g ガス供給源、76a~76g 第1三方弁、77a~77g 第2三方弁、78a ガス経路、80 入力装置、81~87 ヒータ電源、W ウエハ、Z1~Z7,Z12,Z22 ゾーン。

Claims (8)

  1.  表面にウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートと、
     前記セラミックプレートに埋設された静電電極と、
     前記セラミックプレートを上からみたときに複数のゾーンに分かれており、前記ゾーンごとに一対のガス給排口の一方から他方に至るように前記ウエハ載置面に独立して設けられたガス溝と、
     を備えた静電チャック。
  2.  前記複数のゾーンは、前記セラミックプレートと中心が同じである円形ゾーンと、前記セラミックプレートと中心が同じであり前記円形ゾーンの外側に設けられた1以上の環状ゾーンとを含む、
     請求項1に記載の静電チャック。
  3.  前記ガス溝ごとに設けられた前記一対のガス給排口は、前記セラミックプレートの所定の半径方向に沿って並んでおり、互いに隣接するゾーンに設けられた2つのガス溝のうち一方を流れるガスの方向は時計回りに設定され、他方を流れるガスの方向は反時計回りに設定されている、
     請求項2に記載の静電チャック。
  4.  前記複数のゾーンは、前記セラミックプレートの半径によって区切られた複数の扇形ゾーンである、
     請求項1に記載の静電チャック。
  5.  前記複数のゾーンは、前記セラミックプレートの中心から外縁に向かって延びる曲線によって区切られた複数の湾曲ゾーンである、
     請求項1に記載の静電チャック。
  6.  前記ゾーンごとに設けられた前記ガス溝には、それぞれに特性の異なるガスを供給可能である、
     請求項1~5のいずれか1項に記載の静電チャック。
  7.  前記ゾーンごとに設けられた前記ガス溝にガスを供給するパターンは、前記一対のガス給排口の一方から他方にガスが流れる第1パターンと、前記一対のガス給排口の他方から一方にガスが流れる第2パターンの、いずれかのパターンを選択可能である、
     請求項1~6のいずれか1項に記載の静電チャック。
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の静電チャックであって、
     前記ゾーンごとに一対の端子の一方から他方に至るように前記セラミックプレートに埋設された抵抗発熱体
     を備えた静電チャック。
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