JP2000106392A - 静電チャック - Google Patents
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Abstract
加熱を均一に行うことのできる静電チャックを提供す
る。 【解決手段】内側電極12と外側電極13とを同心円状
に配置する。また、基材11の主面11A上に、エンボ
ス14を複数形成するとともに、主面11の外周縁上に
はエンボス14と同じ材料から凸状の部材15を形成
し、さらに、内側電極12の位置する領域17における
エンボス14の上面14Aの面積の合計と、外側電極1
3の位置する領域18におけるエンボス14の上面14
Bの面積の合計及び凸状部15の上面15Aの面積の合
計とを等しくし、これらエンボス14及び凸状部15で
前記被処理物を支持する。
Description
し、特に、半導体製造装置におけるウエハを保持するた
めのサセプタとして好適に用いることのできる静電チャ
ックに関する。
Dなどの成膜プロセス、及び洗浄、エッチング、ダイシ
ングなどの微細加工に代表される各工程において、半導
体ウエハを吸着し、保持するために静電チャックが使用
されている。この静電チャックは、例えば、特開平8−
55900号公報にも記載されているように、図1及び
2に示すようなD型の正の電極2及び負の電極3がセラ
ミックスなどからなる基材1中に埋設され、両者に直流
電源6から一定の電圧を印加することによって発生した
電場によって、半導体ウエハなどの被処理物7を基材1
の主面1Aに吸着させていた。ここで、図2は、図1に
示す静電チャックを上側から見た場合の平面図ある。な
お、図2においては、説明を明瞭にすべく被処理物7に
ついては省略して描いている。
うな構成の静電チャックでは、正の電極2及び負の電極
3の電極間のすき間8が比較的大きなものであるため、
かかる部分で発生する電場の大きさが十分なものではな
く、電極間のすき間8の近傍における被処理物7に対す
る吸着力が不十分なものとなってしまっていた。このた
め、被処理物7は前記電極間のすき間8において基材1
の主面1Aとの接触が不十分となって、基材1からの熱
伝導が不十分なものとなり、被処理物7の全体を均一に
加熱することができないという問題があった。さらに、
正の電極2及び負の電極3の埋設深さが異なること、及
び正負の極性の違いに起因する吸着力差などの原因によ
って、被処理物7の基材1の主面1Aに対する接触度合
いが、正の電極2の位置する部分と負の電極3の位置す
る部分とで異なり、熱伝導がばらつくという問題があっ
た。
せ、前記基材の加熱を均一に行うことのできる静電チャ
ックを提供することを目的とする。
された金属からなる同心円状の内側電極及び外側電極
と、前記基材の主面上に形成された複数のエンボスと、
前記基材の前記複数のエンボスが形成された側の主面に
おける外周縁上の略全体に亘って、前記複数のエンボス
と同じ材料から形成された凸状部とを具え、前記内側電
極及び前記外側電極はそれぞれ正又は負の互いに異なる
電位を有するとともに、前記エンボスと前記凸状部とで
被処理物を支持し、前記基材の主面上の前記内側電極が
位置する領域に形成された前記複数のエンボスの上面の
面積の合計と、前記基材の主面上の前記外側電極が位置
する領域に形成された前記複数のエンボスの上面の面積
の合計、及び前記基材の主面における外周縁上の前記外
側電極が位置する領域に形成された前記凸状部の上面の
面積の合計とを等しくしたことを特徴とする、静電チャ
ックである。
す平面図ある。図3は、図2と同様に、静電チャックを
上側から見た場合の外観を表したものである。図3の場
合も上記同様に、被処理物については省略して描いてい
る。
は、内側電極12と外側電極13とを同心円状に配置
し、それぞれ正又は負の互いに異なる電位を有するよう
にしているので、円周方向に均一な電場、すなわち吸着
力を発生させることができる。
ス14を複数形成するとともに、主面11の外周縁上に
はエンボス14と同じ材料から凸状部15を形成し、さ
らに、内側電極12の位置する領域17(破線で示され
た図の内側の領域)におけるエンボス14の上面14A
の面積の合計と、外側電極13の位置する領域18(破
線で示された図の外側の領域)におけるエンボス14の
上面14Bの面積の合計及び外側電極13の位置する領
域18における凸状部15の上面15Aの面積の合計と
を等しくし、これらエンボス14及び凸状部15で前記
被処理物を支持するようにしているので、前記電極によ
る吸着力が前記被処理物の円周方向に均一に作用する。
したがって、前記被処理物を静電チャックに均一に吸着
することができ、これによって、前記被処理物を均一に
加熱することができる。
の電荷量及び負の電荷量が等しくなり、互いにキャンセ
ルするので、被処理物が帯電しなくなる。したがって、
被処理物の近傍に位置する部材との放電による絶縁破壊
などを防止することができる。また、印加電圧に対し、
中間電位となっているため、各電極間と被処理物との間
に働く吸着力も等しくなる。
る領域に形成された複数のエンボスの上面の面積の合
計」とは、図3に示すように、内側電極12が位置する
領域17と重なって存在する、複数のエンボス14の上
面14Aの面積の合計をいい、エンボス14の上面14
Aの面積の合計から、内側電極12が位置する領域17
外のエンボス14の上面14C(図の黒色部分)の面積
の合計を差し引いたものをいう。同様に、「外側電極が
位置する領域に形成された複数のエンボスの上面の面積
の合計」とは、外側電極13が位置する領域18と重な
って存在する複数のエンボス14の上面14Bの面積の
合計をいう。
された凸状部の上面の面積」とは、図3に示すように、
外側電極13が位置する領域18に重なって存在する凸
状部15の上面15Aの面積であって、凸状部15の上
面15Aから、外側電極13が位置する領域18外の凸
状部15の上面15B(図の網目模様)の部分を差し引
いた部分の上面の面積をいう。
積の合計が等しいとは、内側電極及び外側電極に電圧を
印加して被処理物を吸着した場合に、この被処理物の帯
電の度合いが印加電圧の30%以下であるような場合を
いい、例えば、前記内側電極が位置する領域に形成され
た複数のエンボスの上面の面積の合計を1とした場合
に、前記外側電極が位置する領域に形成された複数のエ
ンボスの上面の面積の合計、及び前記外側電極が位置す
る領域に形成された凸状部の上面の面積との合計が0.
7〜1.3の範囲にあるようなものを言う。
ら、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。図3
は、上述したように本発明の静電チャックの一例を示す
平面図である。図3においては、内側電極12が位置す
る領域17と外側電極13が位置する領域18、すなわ
ち、内側電極12と外側電極13との面積を等しくし、
基材1の主面1A上の内側電極12が位置する領域17
におけるエンボス14の密度を、基材1の主面1A上の
外側電極13が位置する領域におけるエンボス14の密
度よりも大きくしている。
物と静電チャックとの接触が内側で密となるため、内側
の熱伝達を大きくすることができる。このため、内側電
極12と外側電極13との間に高周波を印加した際にお
いて、前記被処理物の外側がプラズマ入熱によって高温
になるのを防ぐことができる。但し、本発明の目的を達
成するためには、必ずしも上述のような構成を採る必要
はなく、本発明の要件を満足する限り如何なる構成をも
採用することができる。
外側電極13に正の電極を負荷している。但し、本発明
の目的を達成するためには、内側電極12及び外側電極
13が同心円状に形成されていればよく、したがって、
内側電極12に正の電位を負荷し、外側電極13に負の
電位を負荷してもよい。但し、上述のように内側電極1
2に負の電位を負荷し、外側電極13に正の電極を負荷
することにより、電気力線の密度を増加させ、被処理物
をより強く吸着することができる。
側電極13とを電気的に絶縁できればその大きさについ
ては特に限定されないが、一般にはその幅Dが2〜10
mmとなるように上記電極を配置する。エンボス14に
ついても、それら複数の上面14A及び14Bの面積の
合計について上述した要件を満足すればその形態などは
特に限定されるものではなく、被処理物を支持できるよ
うに上面が平坦なのものであれば、図3に示す円柱状の
ものの外、四角柱状などの矩形状のものなど、いかなる
形状のものを使用してもよい。
に形成した凸状部15についても、その上面15Aの面
積が上記条件を満足すればいかなる形状のものを使用し
てもよい。また、エンボス14及び凸状部15の大きさ
についても特に限定されるものではなく、静電チャック
の用途に応じて任意の大きさに形成することができる
が、図3に示すような円柱状のエンボス及び環状の凸状
部の場合は、その直径rは1〜8mmであり、厚さdは
1〜8mmとすることが好ましい。また、それらの高さ
は5〜50μmであることが好ましい。
に限定されるものではないが、被処理物を支持する際の
圧力を分散させて均一に保持し、本発明の目的をより効
果的に達成するためには、同心円状の内側電極が位置す
る領域17においては、単位面積当たり2〜4個/cm
2 の割合で形成することが好ましく、同心円状の外側電
極が位置する領域18においては、単位面積当たり1〜
2個/cm 2 の割合で形成することが好ましい。
おいては、内側電極が位置する領域17におけるエンボ
ス14の上面14Aの面積の合計、並びに外側電極が位
置する領域におけるエンボスの上面14Bの面積の合計
及び外側電極が位置する領域における凸状の部材15の
上面15Aの面積の合計を、直径200mmの面内にお
いて20〜200cm2 にすることにより、被処理物の
支持を強固に行うことができる。
から形成することが必要であるが、被処理物を均一に支
持できればものであればその種類については特に限定さ
れるものではなく、AlN及びAl2 O3 などの材料を
用いることができる。エンボス14及び凸状部15は、
ブラスト加工、又はCVDなどによって基材11の主面
11A上に形成する。
などの静電チャックに使用することのできる公知のセラ
ミックス材料を使用することができ、内側電極12及び
外側電極13についても、Mo及びWなどの公知の金属
電極材料を使用することができる。
を所定形状に成形した成形体上に、前記金属からなる内
側電極12及び外側電極13を載置した後、この上に再
度前記セラミックス粒子を充填して成形し、焼結させる
ことによって、前記内側電極12及び外側電極13が埋
設した状態に形成する方法など、公知の方法によって形
成することができる。
示す平面図である。図4においては、内側電極22が位
置する領域27と外側電極23が位置する領域28、す
なわち、内側電極22の面積を外側電極23の面積より
も大きくし、基材11の主面11A上の内側電極22が
位置する領域27におけるエンボス24の密度と、基材
11の主面11A上の外側電極23が位置する領域28
におけるエンボス24の密度とを等しくしたものであ
る。
理物と静電チャックとの接触密度が内側と外側とで均一
になるため、静電チャックから被処理物への熱伝達が均
一に行なわれるため、被処理物を均一に加熱することが
できる。このような場合においても、内側電極の位置す
る領域27におけるエンボス24の上面24Aの面積の
合計などについて、本発明の要件を満足する限り、本発
明の目的を達成することができる。
を負荷し、外側電極23に正の電位を負荷しているが、
これら電極が同心円状に配置されていればその電位につ
いては特に限定されるものでなく、内側電極22に正の
電位を負荷し、外側電極23に負の電位を負荷すること
もできる。しかしながら、図3の場合と同様の理由か
ら、内側電極に負の電位を負荷し、外側電極に正の電位
を負荷することが好ましい。
ても、図3の場合と同様の大きさ及び形状を採用するこ
とができ、その材料についても図3の場合と同様の材料
から同様の方法により、基材21の主面21A上に形成
することができる。その他、各電極の基材中への埋設方
法などについても上記図3の場合と同様にして実施する
ことができる。
て、外側電極33の部分に内側電極用の内側電極端子3
9を形成した場合を示したものである。このように、基
材31の電極部分に内側電極端子39を形成することに
より、配線類の電圧印加部品を中央付近に配置する必要
がなくなり、装置取り付けの際の位置制約を回避するこ
とができる。又、例えば、ランプ加熱により静電チャッ
クを加熱する場合は、光をさえ切る部品が減るため有効
となる。このように、内側電極端子39を形成すること
により、外側電極33がその円周方向において中断し連
続していない場合においても、上記した本発明の要件を
満足する限りにおいて、本発明の目的を達成することが
できる。エンボス34などに使用可能な材料及びその形
成方法などを含め、他の事項については図3に示す場合
と同様にして行うことができる。
静電チャックの裏面に形成した配管(図示せず)を通し
て、エンボス14及び凸状部15などと被処理物とによ
って形成される空間にバックサイドガスを導入すること
もできる。これによって、基材の主面から被処理物への
熱伝導性が向上し、被処理物をさらに均一に加熱するこ
とができる。バックサイドガスとしては公知のHeガス
及びArガスなどを使用することができる。
されるため、バックサイドガスは前記空間の中心部分に
導入される。バックサイドガスは、静電チャックに被処
理物が吸着された後に導入され、バックサイドガスの導
入と同時に被処理物の加熱操作が開始されて、成膜プロ
セスが開始される。したがって、静電チャックを構成す
る基材の面積が比較的大きくなると、バックサイドガス
が、エンボス及び凸状部と被処理物で形成される空間の
端部に行き渡るのに比較的長い時間を必要とする。この
ため、このバックサイドガスの不均一性に依存して、成
膜プロセス開始直後においては被処理物の温度が均一に
なっていない場合が生じ、各種の膜特性において変動が
生じる場合がある。
電極の面積を外側電極の面積よりも大きく、すなわち、
外側電極の面積を内側電極の面積よりも小さくし、さら
に、外側電極が位置する領域における、電極単位面積当
たりの複数のエンボスの上面の面積の合計を、内側電極
が位置する領域における、電極単位面積当たりの複数の
エンボスの上面の面積の合計よりも大きくすると、前記
空間の端部に位置する被処理物をエンボスによって直接
加熱する割合が増す。したがって、バックサイドガスの
不均一性を補って、被処理物を成膜プロセス当初から均
一に行うことができる。また、本発明のエンボス面積に
対する要件を満足するため、本発明の目的をも有効に達
成することができる。各電極が位置する領域における複
数のエンボスの上面の面積の合計は、内側電極及び外側
電極が位置する領域のエンボス密度を変化させる、ある
いは、エンボスの径を増減させて各エンボス自体の上面
の面積を変化させることなどによって増減させることが
できる。
明する。 実施例 本実施例おいては、図3に示すような内側電極に正の電
位を負荷し、外側電極に負の電位を負荷するとともに、
両電極の面積が等しいPVD用の静電チャックを作製し
た。
1に使用するAlNセラミックス粉末を所定形状に成形
して成形体を形成した後、この成形体上にMoからなる
金属電極を配置し、さらに前記セラミックス粉末を充填
して再度成形して金属電極を埋設した成形体を形成し、
次いで、この成形体を窒素雰囲気中で焼結することによ
り、内側電極12及び外側電極13を埋設した直径20
0mmの基材11を形成した。
たような方法で、AlNからなる直径rが3mm、高さ
が20μmのエンボス14を、基材11の主面11A上
の内側電極12の位置する領域17に3個/cm2 の割
合で形成し、同様に、外側電極13の位置する領域18
に1個/cm2 の割合で形成した。また、AlNからな
る凸状部15を、基材11の主面11Aの外周縁上に幅
dが2mmとなるように形成した。
おけるエンボス14の上面14Aの面積の合計、及び外
側電極が位置する領域18にけるエンボス14の上面1
4Bの面積の合計と凸状部15の上面15Aの面積との
合計は、63cm 2 であった。また、内側電極12及び
外側電極13との間の電極間のすき間16の幅Dは4m
mであった。
処理物として直径200mmのSiウエハを、上記エン
ボス14及び凸状部15上に載置し、内側電極12及び
外側電極13のそれぞれに直流電圧を印加して電場を発
生させ、上記Siウエハを本実施例における静電チャッ
クに吸着させた。次いで、Siウエハと基材11の間に
形成された空間に、Arガスから構成されるバックサイ
ドガスを配管(図示せず)から導入し、前記空間に均一
に充填した後、基材11を加熱することにより前記Si
ウエハを350℃まで加熱した。
TCによって調べたところ、全面においる温度のバラツ
キが前記350℃に対して±3℃であることが判明し
た。
設された従来の静電チャックを作製した。実施例と同じ
セラミックス材料及び金属電極材料を用い、実施例と同
様にして、直径が200mmの正の電極2及び負の電極
3が埋設された基材1を形成し、静電チャックを完成さ
せた。
ハを被処理物として載置し、正の電極2及び負の電極3
のそれぞれに、端子4及び5を介して直流電源6から直
流電圧を印加することにより電場を発生させ、前記Si
ウエハを本比較例における静電チャックに吸着させた。
じバックサイドガスを、前記Siウエハと基材とのすき
間に充填し、基材1を加熱することにより、Siウエハ
を実施例と同じ350℃まで加熱した。実施例と同様に
してSiウエハの面上の温度分布を調べたところ、前記
350℃に対して±10℃のバラツキの存在することが
判明した。
に、本発明の静電チャックは、電極間のすき間を比較的
大きくとった場合においても被処理物を均一に吸着する
ことができ、被処理物を加熱した際に被処理物の面内に
おける温度分布のバラツキが極めて小さく、均一な加熱
が可能であることが分かる。以上、本発明を発明の実施
の形態に基づいて説明したが、本発明はかかる実施の形
態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しな
い範囲で種々の変更及び変形が可能である。
均一に被処理物を吸着することができ、したがって、被
処理物の面内温度分布の少ない均一な加熱処理を行うこ
とができる。
る。
ある。
面図である。
31A 基材の主面、2正の電極、3 負の電極、4,
5 端子、6 直流電源、7 被処理物、8,16,2
6,36 電極間のすき間、12,22,32 内側電
極、13,23,33 外側電極、14,24,34
エンボス、14A,24A,34A,14B,24B,
34B エンボスの上面、14C 内側電極が位置する
領域外のエンボスの上面、15,25,35 凸状部、
15A,25A,35A 凸状部の上面、15B 外側
電極が位置する領域外の凸状部の上面、17,27,3
7内側電極が位置する領域、18,28,38 外側電
極が位置する領域、39内側電極端子、L,D 電極間
のすき間の大きさ、d 凸状の部材の幅、rエンボスの
直径
Claims (6)
- 【請求項1】基材中に埋設された金属からなる同心円状
の内側電極及び外側電極と、前記基材の主面上に形成さ
れた複数のエンボスと、前記基材の前記複数のエンボス
が形成された側の主面における外周縁上の略全体に亘っ
て、前記複数のエンボスと同じ材料から形成された凸状
部とを具え、前記内側電極及び前記外側電極はそれぞれ
正又は負の互いに異なる電位を有するとともに、前記エ
ンボスと前記凸状部とで被処理物を支持し、前記基材の
主面上の前記内側電極が位置する領域に形成された前記
複数のエンボスの上面の面積の合計と、前記基材の主面
上の前記外側電極が位置する領域に形成された前記複数
のエンボスの上面の面積の合計、及び前記基材の主面に
おける外周縁上の前記外側電極が位置する領域に形成さ
れた前記凸状部の上面の面積の合計とを等しくしたこと
を特徴とする、静電チャック。 - 【請求項2】前記エンボスと前記凸状部とで形成された
前記被処理物と前記基材の主面との空間に、バックサイ
ドガスを流すようにしたことを特徴とする、請求項1に
記載の静電チャック。 - 【請求項3】前記内側電極と前記外側電極との面積を等
しくし、前記基材の主面上の前記内側電極が位置する領
域におけるエンボス密度を、前記基材の主面上の前記外
側電極が位置する領域におけるエンボス密度よりも大き
くしたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の静電
チャック。 - 【請求項4】前記内側電極の面積を前記外側電極の面積
よりも大きくし、前記基材の主面上の前記内側電極が位
置する領域におけるエンボス密度を、前記基材の主面上
の前記外側電極が位置する領域におけるエンボス密度と
等しくしたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の
静電チャック。 - 【請求項5】前記外側電極の面積を前記内側電極の面積
よりも小さくし、前記基材の主面上の前記外側電極が位
置する領域における、電極単位面積当たりの前記複数の
エンボスの上面の面積の合計を、前記基材の主面上の前
記内側電極が位置する領域における、電極単位面積当た
りの前記複数のエンボスの上面の面積の合計よりも大き
くしたことを特徴とする、請求項2に記載の静電チャッ
ク。 - 【請求項6】前記内側電極は負の電位を有し、前記外側
電極は正の電位を有することを特徴とする、請求項1〜
5のいずれか一に記載の静電チャック。
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