JP2003077996A

JP2003077996A - 静電チャック、及び半導体製造装置

Info

Publication number: JP2003077996A
Application number: JP2001271081A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Shimazu; 正嶋津; Naoki Hachiman; 直樹八幡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハと冷媒との間の熱抵抗が小さい静電チ
ャックを提供する。【解決手段】本発明による静電チャックは、セラミッ
クで形成され、且つ、ウエハを保持する載置台（１、１
１）と、載置台（１１）に埋め込まれ、ウエハをクーロ
ン力により載置台（１、１１）に向けて吸引する電極
（３、１３）とを備えている。載置台（１、１１）は、
載置台（１、１１）を冷却する冷媒に直接に接する。載
置台（１、１１）と冷媒との直接的な接触は、ウエハと
冷媒との間の熱抵抗を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電チャックに関
する。本発明は、特に、冷媒により冷却される静電チャ
ックに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスを製造する装置には、ク
ーロン力によりウエハを固定する静電チャックが広く採
用されている。静電チャックは、ウエハを所望の温度に
維持するため、又は静電チャックそれ自体の保護のため
に、冷媒により冷却される。

【０００３】冷媒により冷却される静電チャックが、公
開特許公報（特開２０００−２９９２８８）に開示され
ている。公知のその静電チャックには、図４に示されて
いるように、その上面にウエハを載置する載置台１０１
が、冷却ジャケット１０２とともに設けられている。

【０００４】載置台１０１は、半導体プロセスが行われ
る過酷な環境に対する耐性を有するように、セラミック
体からなる。セラミック体としては、窒化アルミニウム
が例示される。

【０００５】載置台１０１の内部には、シート状の電極
１０３とヒータ１０４とが埋設されている。電極１０３
には、静電吸着用の直流電圧が供給される。ヒータ１０
４には、電熱用の電力が供給される。載置台１０１は、
冷却ジャケット１０２に熱伝導性シート部材１０７を介
してぴったり押し付けた状態で接続される。

【０００６】冷却ジャケット１０２は、アルミニウムの
ような熱伝導性の部材で形成される。冷却ジャケット１
０２の内部には、冷媒通路１０５が設けられている。冷
媒通路１０５には、冷媒１０６が供給される。載置台１
０１に載せられたウエハが有する熱は、載置台１０１、
熱伝導性シート部材１０７、及び冷却ジャケット１０２
を介して冷媒１０６に伝導され、ウエハは冷却される。

【０００７】プラズマプロセスのようにウエハに多くの
熱が加えられるプロセスを行う場合、ウエハを低温に保
つためには、冷却効率が高いことが要求される。冷却効
率を高くするためには、ウエハと冷媒との間の熱抵抗が
小さいことが望まれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ウエ
ハと冷媒との間の熱抵抗が小さい静電チャックと、その
静電チャックを搭載した半導体製造装置とを提供するこ
とにある。

【０００９】本発明の他の目的は、ウエハの冷却効率が
高い静電チャックと、その静電チャックを搭載した半導
体製造装置とを提供することにある。

【００１０】本発明の更に他の目的は、ウエハと冷媒と
の間の熱抵抗が小さく、且つ、製造が容易な静電チャッ
クと、その静電チャックを搭載した半導体製造装置とを
提供することにある。

【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段が説明される。これらの番号・符号は、
[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載と
の対応関係を明らかにするために付加されている。但
し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。

【００１１】本発明による静電チャックは、セラミック
で形成され、且つ、ウエハを保持する載置台（１、１
１）と、載置台（１１）に埋め込まれ、ウエハをクーロ
ン力により載置台（１、１１）に向けて吸引する電極
（３、１３）とを備えている。載置台（１、１１）は、
載置台（１、１１）を冷却する冷媒に直接に接する。載
置台（１、１１）と冷媒との直接接触は、ウエハと冷媒
との間の熱抵抗を小さくする。

【００１２】当該静電チャックは、更に、載置台（１、
１１）に接合される通路形成部材（２、７、１２）を備
え、載置台（１、１１）と通路形成部材（２、７、１
２）との間には、前記冷媒が通過する冷媒通路（５、１
５）が形成されることが好ましい。互いに接合される載
置台（１、１１）と通路形成部材（２、７、１２）との
間に冷媒通路（５、１５）が設けられる構造の形成は容
易であり、この構造は、当該静電チャックの製造を容易
化する。

【００１３】このとき、通路形成部材（７、１２）は、
金属で形成され、載置台（１、１１）と通路形成部材
（７、１２）とは、載置台（１、１１）をクランプして
通路形成部材（７、１２）にねじ止めされるクランプ
（９）により接合されることが好ましい。載置台（１、
１１）と通路形成部材（７、１２）とがクランプ（９）
によって接合されることにより、当該静電チャックの製
造が容易化される。

【００１４】また、通路形成部材（２、７）は、載置台
（１）に面し、且つ、実質的に平坦な接合面（２ａ、７
ａ）を有し、載置台（１）は、通路形成部材（２、７）
に面する溝（６）を有し、接合面（２ａ、７ａ）と溝
（６）とは、冷媒を通過する冷媒通路（５）を構成する
ことが好ましい。載置台（１）に溝（６）が設けられて
いることにより、冷媒と載置台（１）との接触面積が増
大し、冷却効率が向上する。

【００１５】また、通路形成部材（１２）は、載置台
（１１）に面する溝（１６）を有し、載置台（１１）
は、通路形成部材（１２）にし、且つ、実質的に平坦な
接合面（１１ｂ）を有し、溝（１６）と接合面（１１
ｂ）とは、冷媒を通過する冷媒通路（１５）を構成する
ことが好ましい。この場合、通路形成部材（１２）は、
金属で形成されることが特に好ましい。溝（１６）が形
成される通路形成部材（１２）が金属で形成されること
は、通路形成部材（１２）の形成を容易にする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明による静電チャックの実施の一形態を説明する。

【００１７】（実施の第１形態）図１は、本発明による
静電チャックの実施の第１形態を示す。本発明による静
電チャックの実施の第１形態は、載置台１がセラミック
板２とともに設けられている。載置台１とセラミック板
２とは、半導体プロセスが行われる過酷な環境に対する
耐性を有するように、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）のようなセラミックで形成されて
いる。載置台１とセラミック板２とは、固溶接合により
強固に接合される。

【００１８】載置台１は、ウエハが載せられる載置面１
ａを有する。載置台１の内部には、載置面１ａに近接し
て電極３が埋設されている。電極３には、直流電圧が印
加され、電極３は、載置面１ａに載せられたウエハをク
ーロン力により載置台１１に向けて吸引する。載置台１
には、更に、電極３よりも載置面１ａから離れた位置に
ヒータ４が埋設されている。ヒータ４には、外部から電
力が供給され、ウエハを加熱する。

【００１９】載置台１とセラミック板２との間には、冷
媒通路５が形成されている。載置台１は、セラミック板
２に面して溝６を有する。セラミック板２は、載置台１
に面し、且つ、実質的に平坦である接合面２ａを有す
る。載置台１の溝６とセラミック板２の接合面２ａと
は、冷媒通路５を構成する。冷媒通路５には、冷媒が供
給され、載置台１と、載置台１に載せられたウエハと
は、その冷媒により冷却される。このとき、冷媒通路５
に供給される冷媒は、載置台１に直接に接し、これによ
り冷媒と載置台１に載せられたウエハとの間の熱抵抗が
小さくされている。更に、載置台１に溝６が形成されて
いることにより、冷媒と載置台１との接触面積が増大さ
れ、これにより、冷却効率の向上が図られている。

【００２０】載置台１とセラミック板２とは、一体に形
成され得る。この場合、載置台１とセラミック板２とが
一体に形成された一体形成構造体の内部に冷媒通路５が
設けられることになる。載置台１とセラミック板２と
が、一体に形成されることは、載置台１とセラミック板
２との接合を確実にする上で好ましい。しかし、セラミ
ックを、一体形成構造体の内部に冷媒通路が設けられて
いるような複雑な構造に焼結することは、実質的に困難
である。本実施の形態のように、載置台１とセラミック
板２とが別体に形成され、更に載置台１とセラミック板
２とが接合されることは、製造の容易化の観点から好ま
しい。

【００２１】載置台１とセラミック板２とは、２００℃
以下の低温プロセス向けには、アルミナで形成されるこ
とが好ましく、２００℃から５００℃程度の高温プロセ
ス向けには、窒化アルミニウムで形成されることが好ま
しい。アルミナで形成されたセラミックは、温度分布が
大きいと割れやすく、高温プロセス向けには、載置台１
とセラミック板２とは、高温に耐え得る窒化アルミニウ
ムで形成されることが好ましい。一方、窒化アルミニウ
ムは、低温における誘電率が大きく、概ね２００℃以上
でしか使用することが難しい。従って、２００℃以下の
低温プロセス向けには、載置台１とセラミック板２と
は、誘電率が比較的低いアルミナで形成されることが好
ましい。

【００２２】（実施の第２形態）図２は、本発明による
静電チャックの実施の第２形態を示す。実施の第２形態
では、載置台１は、セラミック板２の代わりに金属製の
金属ブロック７に接合される。金属ブロック７は、載置
台１に面し、且つ、実質的に平坦な接合面７ａを有す
る。載置台１の溝６と金属ブロック７の接合面７ａと
は、冷媒通路５を形成している。金属ブロック７には、
冷媒通路５に接続する冷媒導入口８_１と冷媒排出口８_２
が設けられる。冷媒は、冷媒導入口８_１を介して冷媒通
路５に供給され、冷媒排出口８_２を介して冷媒通路５か
ら排出される。

【００２３】載置台１と金属ブロック７との接合は、ク
ランプ９とねじ１０とにより行われている。クランプ９
は、載置台１をクランプし、ねじ１０により金属ブロッ
ク７にねじ止めされている。金属ブロック７が金属製で
あることは、クランプ９を金属ブロック７にねじ止めす
ることを容易にする。金属ブロック７がセラミックでな
く、金属で形成されていることにより、金属ブロック７
に雌ねじを容易に形成することができる。実施の第２形
態では、載置台１と金属ブロック７との接合は、載置台
１をクランプするクランプ９を金属ブロック７にねじ止
めすることにより行われ、当該静電チャックの製造の容
易化が図られている。セラミック同士を接合する技術が
必要とされる実施の第１形態と比較して、実施の第２形
態は、当該静電チャックの製造の容易化の点で好まし
い。

【００２４】実施の第２形態においても実施の第１形態
と同様に、載置台１は、２００℃以下の低温プロセス向
けには、アルミナで形成されることが好ましく、２００
℃から５００℃程度の高温プロセス向けには、窒化アル
ミニウムで形成されることが好ましい。

【００２５】（実施の第３形態）図３は、本発明による
静電チャックの実施の第３形態を示す。本発明による静
電チャックの実施の第３形態は、載置台１１が金属ブロ
ック１２とともに設けられている。載置台１１は、半導
体プロセスが行われる過酷な環境に対する耐性を有する
ように、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）のようなセラミックで形成されている。金属
ブロック１２は、金属で形成されている。

【００２６】載置台１１と金属ブロック１２とは、載置
台１１をクランプするクランプ１９と、クランプ１９を
金属ブロック１２にねじ止めするねじ２０とにより接合
されている。実施の第２形態で説明されているように、
このような構造は、当該静電チャックの製造を容易化す
る。

【００２７】載置台１１は、ウエハが載せられる載置面
１１ａを有する。載置台１１の内部には、載置面１１ａ
に近接して電極１３が埋設されている。電極１３には、
直流電圧が印加され、電極１３は、載置面１１ａに載せ
られたウエハをクーロン力により載置台１１に向けて吸
引する。載置台１１には、更に、電極１３よりも載置面
１１ａから離れた位置にヒータ１４が埋設されている。
ヒータ１４には、外部から電力が供給され、ウエハを加
熱する。

【００２８】載置台１１と金属ブロック１２との間に
は、冷媒通路１５が形成されている。実施の第１形態及
び実施の第２形態と異なり、実施の第３形態では、載置
台１１ではなく金属ブロック１２に溝１６が形成されて
いる。載置台１１は、金属ブロック１２に面し、且つ、
実質的に平坦な接合面１１ｂを有する。溝１６と接合面
１１ｂとは、冷媒通路１５を形成する。金属ブロック１
２には、冷媒通路１５に接続する冷媒導入口１８_１と冷
媒排出口１８_２とが設けられる。冷媒は、冷媒導入口１
８_１を介して冷媒通路１５に供給され、冷媒排出口１８
_２を介して冷媒通路１５から排出される。

【００２９】実施の第３形態では、セラミックで形成さ
れた載置台１１ではなく、金属で形成された金属ブロッ
ク１２に溝１６が形成されることにより、当該静電チャ
ックの製造の容易化が図られている。実施の第１形態及
び実施の第２形態のように、セラミックで形成された載
置台１に溝６を形成するよりも、金属で形成された金属
ブロック１２に溝１６を形成することの方が容易であ
る。実施の第３の形態は、当該静電チャックの製造の容
易化の点では、実施の第１形態及び実施の第２形態より
も好ましい。

【００３０】以上に説明された実施の第１形態から実施
の第３形態の静電チャックは、半導体プロセスを行う半
導体製造装置のチャンバに設置されて使用される。これ
により、半導体プロセスが行われる間のウエハの冷却効
率が増大される。

【００３１】

【発明の効果】本発明により、ウエハと冷媒との間の熱
抵抗が小さい静電チャックと、その静電チャックを搭載
した半導体製造装置とが提供される。

【００３２】また、本発明により、ウエハの冷却効率が
高い静電チャックと、その静電チャックを搭載した半導
体製造装置とが提供される。

【００３３】また、本発明により、ウエハと冷媒との間
の熱抵抗が小さく、且つ、製造が容易な静電チャック
と、その静電チャックを搭載した半導体製造装置とが提
供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による静電チャックの実施の第
１形態を示す。

【図２】図２は、本発明による静電チャックの実施の第
２形態を示す。

【図３】図３は、本発明による静電チャックの実施の第
３形態を示す。

【図４】図４は、公知の静電チャックを示す。

【符号の説明】

１、１１：載置台２：セラミック板３、１３：電極４、１４：ヒータ５、１５：冷媒通路６、１６：溝７、１２：金属ブロック８_１、１８_１：冷媒導入口８_２、１８_２：冷媒排出口９、１９：クランプ１０、２０：ねじ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F004 BA04 BB22 BB25 5F031 CA02 HA03 HA16 HA37 HA38 HA50 PA07 PA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックで形成され、且つ、ウエハを
保持する載置台と、前記載置台に埋め込まれ、前記ウエハをクーロン力によ
り前記載置台に向けて吸引する電極とを備え、前記載置台は、前記載置台を冷却する冷媒に直接に接す
る静電チャック。
【請求項２】請求項１に記載の静電チャックにおい
て、更に、前記載置台に接合される通路形成部材を備え、前記載置台と前記通路形成部材との間には、前記冷媒が
通過する冷媒通路が形成された静電チャック。
【請求項３】請求項２に記載の静電チャックにおい
て、前記通路形成部材は、金属で形成され、前記載置台と前記通路形成部材とは、前記載置台をクラ
ンプして前記通路形成部材にねじ止めされるクランプに
より接合された静電チャック。
【請求項４】請求項２に記載の静電チャックにおい
て、前記通路形成部材は、前記載置台に面し、且つ、実質的
に平坦な接合面を有し、前記載置台は、前記通路形成部材に面する溝を有し、前記接合面と前記溝とは、前記冷媒通路を構成する静電
チャック。
【請求項５】請求項２に記載の静電チャックにおい
て、前記通路形成部材は、前記載置台に面する溝を有し、前記載置台は、前記通路形成部材に面し、且つ、実質的
に平坦な接合面を有し、前記溝と前記接合面とは、前記冷媒通路を構成する静電
チャック。
【請求項６】請求項５に記載の静電チャックにおい
て、前記通路形成部材は、金属で形成された静電チャック。
【請求項７】請求項１から請求項６のいずれか一の請
求項に記載の静電チャックを備えた半導体製造装置。