JP4095842B2 - 静電チャック - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体を製造する際に使用されるドライエッチング装置やイオン注入装置や電子ビーム露光装置などにおいて、半導体ウェハの固定、平面度矯正、搬送用などに用いることができる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、静電チャックは、例えば半導体製造装置において、被吸着部材である半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）を固定してドライエッチング等の加工を行ったり、半導体ウェハを吸着固定して反りを矯正したり、半導体ウェハを吸着して搬送するなどの目的で使用されている。
【０００３】
また、静電チャックの使用目的の一つには、半導体ウェハを効率よく冷却することがあり、このため、半導体ウェハと静電チャックとの間、詳しくは半導体ウェハと静電チャックの絶縁体（例えばセラミック体）のチャック面との間に、熱伝導の良い冷却用ガス（例えばＨｅガス）を充填させる方法が提案されている。
【０００４】
そして、前記冷却用ガスをチャック面側に供給するために、静電チャックには、通常、冷却用ガスを噴出するためのガス孔が開けられている。
例えば特許第３０２１２１７号公報には、セラミック体の裏側のアルミベースにＨｅガスを流すガス溝を形成し、セラミック体に形成したガス孔をこのガス溝の位置に合わせることによって、Ｈｅガスを噴出させる構成が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報の技術では、チャック面側から見た場合、ガス孔からアルミベースの素地が露出した状態となるので、下記の様な不具合が生じることがあった。
【０００６】
つまり、上述した状態で、半導体ウェハのエッチングのためにＲＦ（高周波）を印加した場合には、酸化膜のエッチングのように、ＲＦのパワーを上げると、アルミベースが露出した部分にてアーキングが発生することがある。
このアーキングが発生すると、アルミ等が飛散し、そのパーティクルにより半導体ウェハに損傷を与えるので、半導体ウェハの歩留まりが低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アーキングを抑制して、例えばアルミ等の飛散を防止することができる静電チャックを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明（静電チャック）は、内部に電極を有する絶縁体（例えばセラミック体）と前記絶縁体に（例えば接合により）一体化した金属ベース（例えばアルミべース）とを備えた静電チャックにおいて、前記絶縁体及び前記金属ベースを貫いて、前記絶縁体のチャック面側から前記金属ベースの前記チャック面側とは反対の裏側に到る貫通孔を設けるとともに、前記絶縁体側の貫通孔（例えば絶縁体側ガス孔）の径より、前記金属ベース側の貫通孔の径を大にし、前記金属ベース側の貫通孔（例えば金属ベース側ガス孔）の内部には、少なくとも前記金属ベースと絶縁体との境目部分（例えば接合部分）を覆う絶縁スリーブを配置し、前記絶縁スリーブの先端は、前記絶縁体の前記境目部分における前記金属ベース側表面に当接していることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、静電チャックを貫く貫通孔の内部（詳しくは金属ベース側の貫通孔の内部）において、少なくとも金属ベースと絶縁体との境目部分を覆う絶縁スリーブを配置している。
これにより、例えば半導体ウェハの酸化膜のエッチングのために、ＲＦのパワーを上げた場合でも、貫通孔（詳しくはチャック面に最も近い端部である、絶縁体と金属ベースとの境目部分）におけるアーキングが発生し難いので、金属ベースの材料等の飛散を防止することができる。その結果、飛散したパーティクル等が被吸着部材に付着することがないので、被吸着部材の歩留まりが向上するという効果がある。
特に本発明では、絶縁体側の貫通孔の径より金属ベース側の貫通孔の径が大きく、絶縁スリーブの先端は、絶縁体の境目部分における金属ベース側表面に当接している。よって、金属ベース側の貫通孔から（金属ベース側の貫通孔の径に合わせた）絶縁ベースを挿入した場合には、絶縁スリーブは絶縁体側の貫通孔の端部（即ち絶縁体の前記境目部分における前記金属ベース側表面）に当たって止まる。従って、この位置にて絶縁スリーブを固定することにより、容易に且つ確実に金属ベース側の貫通孔の内側表面を覆う様に絶縁スリーブを配置することができる。
尚、絶縁体側の貫通孔と金属ベース側の貫通孔とが、その軸方向に連通して貫通孔を形成しており、絶縁体側の貫通孔とは、静電チャックを貫く貫通孔のうち、絶縁体に開けられた部分の貫通孔を示し、金属ベース側の貫通孔とは、静電チャックを貫く貫通孔のうち、金属ベースに開けられた部分の貫通孔を示している。
【００１１】
（２）請求項２の発明では、前記絶縁スリーブの前記チャック面側の先端を、前記チャック面より２００μｍ以内の範囲で下げたことを特徴とする。
本発明は、絶縁スリーブをどの程度の位置まで貫通孔に挿入するかを例示したものである。つまり、チャック面より２００μｍ以内の範囲で絶縁スリーブを配置することにより、絶縁スリーブはチャック面より突出することが無いので、半導体ウェハ等を吸着した場合でも、半導体ウェハ等を傷つけることがない。また、絶縁スリーブは、過度に貫通孔内部に入らないので、上述したアーキング防止の効果を損なうことがない。
【００１２】
（３）請求項３の発明では、前記絶縁スリーブにより、前記金属ベース側の貫通孔（例えば金属ベース側ガス孔）の内側表面を覆ったことを特徴とする。
本発明では、絶縁スリーブが金属ベースの内側表面の全体を覆っているので、貫通孔内にて金属素地が露出することがない。これにより、確実にアーキングを防止できるという顕著な効果を奏する。
【００１６】
（４）請求項４の発明では、前記絶縁スリーブと前記貫通孔との間に、絶縁性を有する樹脂（例えばシリコン）を充填したことを特徴とする。
本発明では、絶縁スリーブと貫通孔との間に、絶縁性を有する樹脂を充填することにより、金属ベースの金属素地が露出することを確実に防止することができる。尚、この樹脂として接着剤を用いる場合には、絶縁スリーブの接合・固定を同時に行うことができる。
【００１７】
（５）請求項５の発明では、前記貫通孔は、前記チャック面側に冷却用ガスを供給するための貫通孔であることを特徴とする。
本発明は、貫通孔の用途を例示したものである。
（６）請求項６の発明では、前記貫通孔は、前記チャック面に吸着された被吸着部材を離脱させる突き上げ部材（例えば突き上げピン）を配置するための貫通孔であることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、貫通孔の用途を例示したものである。
尚、冷却用ガスの供給のための貫通孔と、突き上げ部材を配置するための貫通孔とを共用することができる。
（７）請求項７の発明では、前記金属ベースは、アルミニウムを主成分とする材料（例えばアルミ合金）からなることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、金属ベースの材料を例示したものである。この種の金属ベースは、アルミベースと呼ばれる。
（８）請求項８の発明では、前記絶縁体は、セラミック材料からなることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、絶縁体の材料を例示したものである。
（９）請求項９の発明では、前記絶縁体は、アルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする。
本発明は、セラミック材料を例示したものである。
【００２１】
（１０）請求項１０の発明では、前記絶縁スリーブは、セラミック材料からなることを特徴とする。
本発明は、絶縁スリーブの材料を例示したものである。
（１１）請求項１１の発明では、前記絶縁スリーブは、アルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、セラミック材料を例示したものである。
（１２）請求項１２の発明では、ヒータを備えたことを特徴とする。
本発明では、上述した構成に加えて、（例えば絶縁体内部に）ヒータを備えているので、静電チャックの加熱（従って半導体ウェハ等の加熱）を行うことができる。
【００２３】
（１３）請求項１３の発明では、前記電極に電力を供給する電源を備えたことを特徴とする。
本発明では、上述した構成に加えて、吸着用電極に電力を供給する電源を備えているものである。尚、更に、前記ヒータに電力を供給する電源を備えていてもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の静電チャックの実施の形態の例について説明する。
なお、以下の説明では、実施例１が、本発明のベースとなる技術（参考例）であり、実施例２〜実施例４が、本発明の実施の形態の例である。
（実施例１）
ここでは、例えば半導体ウェハを吸着保持できる静電チャックを例に挙げる。
【００２５】
ａ）まず、本実施例の静電チャックの構造について説明する。尚、図１は静電チャックの一部を破断して示す斜視図である、図２は静電チャックの図１におけるＡ−Ａ断面を示す説明図である。
図１に示す様に、本実施例の静電チャック１は、図１の上方の吸着面（チャック面）３側にて半導体ウェハ５を吸着するものであり、（例えば直径３００ｍｍ×厚み３ｍｍの）円盤状の絶縁体（誘電体）７と、（例えば直径３４０ｍｍ×厚み２０ｍｍの）円盤状の金属ベース９とを、例えばインジウムからなる接合層（図示せず）を介して接合したものである。
【００２６】
前記絶縁体７は、その表面に前記チャック面３を有し、例えばアルミナ質の焼結体からなるセラミック体である。また、前記金属ベース５は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属製であり、絶縁体７の全体を載置するように、絶縁体７より大径とされている。
【００２７】
前記静電チャック１には、絶縁体７のチャック面３から金属ベース９の裏面（ベース面）１１に到るトンネルである冷却用ガス孔１３が設けられている。この冷却用ガス孔１３は、内径３ｍｍの円柱形状の貫通孔であり、チャック面３にて保持された半導体ウェハ５を冷却するために、Ｈｅ等の冷却用ガスを、ベース面１１側からチャック面３側に供給するためのものである。
【００２８】
図２に示す様に、この冷却用ガス孔１３は、静電チャック１の厚さ方向において、チャック面３及び裏面１１に垂直に設けられているので、チェック面３に吸着された半導体ウェハ５を、チャック面３から離脱させるための突き上げピン１５を嵌挿するためのピン用貫通孔としても用いられる。
【００２９】
この突き上げピン１５は、アルミニウムからなる棒状部材であり、静電チャック１の裏面１１の開口部１７から冷却用ガス孔１３中に嵌挿されて、同図の上下方向に移動可能である。従って、半導体ウェハ５を離脱させる場合には、突き上げピン１５を、同図の上方に移動させて半導体ウェハ５を突き上げることができる。
【００３０】
特に本実施例では、冷却用ガス孔１３の内部には、その内側表面のほぼ全体を覆う様に、アルミナからなる肉厚１ｍｍの円筒形の部材である絶縁スリーブ１９を配置し、これにより、冷却用ガス孔１３の金属ベース部分（金属ベース側ガス孔）２１のアルミ素地が露出しないようにしている。
【００３１】
また、この絶縁スリーブ１９は、そのチャック面３側の先端が、チェック面３より突出しない様に、チャック面３より２００μｍ以内の範囲で下げられている。
前記絶縁スリーブ１９と冷却用ガス孔１３との間には、絶縁性の樹脂（例えばシリコン）が充填されており、これにより、一層の絶縁性を確保するとともに、絶縁スリーブ１９と冷却用ガス孔１３との接合を行っている。
【００３２】
尚、前記図１に示す様に、前記静電チャック１には、前記冷却用ガス孔１３が中心から６０度の間隔で６箇所に設けられており、そのため、チャック面３には、冷却用ガス孔１３の絶縁体部分（絶縁体側ガス孔）２３の開口部２５が６箇所に露出している。
【００３３】
また、図３に示す様に、前記絶縁体７の内部には、一対の内部電極２７、２９が配置されており、各内部電極２７、２９は電源３１に接続されている。
上述した構成の静電チャック１を使用する場合には、電源３０を用いて、両内部電極２７、２９の間に、直流高電圧を印加し、これにより、半導体ウェハ５を吸着する静電引力（吸着力）を発生させ、この吸着力を用いて半導体ウェハ５を吸着して固定する。
【００３４】
ｂ）次に、本実施例の静電チャック１の製造方法について、図４に基づいて説明する。
(1)原料としては、主成分であるアルミナ粉末：９２重量％に、ＭｇＯ：１重量％、ＣａＯ：１重量％、ＳｉＯ₂：６重量％を混合して、ボールミルで、５０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。
【００３５】
(2)次に、この粉末に、メタクリル酸イソブチルエステル：３重量％、ブチルエステル：３重量％、ニトロセルロース：１重量％、ジオクチルフタレート：０．５重量％を加え、更に溶剤として、トリクロール−エチレン、ｎ−ブタノールを加え、ボールミルで混合して、流動性のあるスラリーとする。
【００３６】
(3)次に、このスラリーを、減圧脱泡後平板状に流し出して徐冷し、溶剤を発散させて、厚さ０．８ｍｍの第１〜第６アルミナグリーンシート３３〜４３を形成する。この第１〜第６アルミナグリーンシート３３〜４３には、絶縁体側ガス孔２３を形成するための貫通孔４５〜５５を６箇所に開ける。
【００３７】
(4)また、前記アルミナグリーンシート用の原料粉末中にタングステン粉末を混ぜて、前記と同様な方法によりスラリー状にして、メタライズインクとする。
(5)そして、前記第２アルミナグリーンシート３５上に、前記メタライズインクを用いて、通常のスクリーン印刷法により、両内部電極２７、２９の（図の斜線で示す）パターン５７、５９を印刷する。
【００３８】
(6)次に、前記第１〜第６アルミナグリーンシート３３〜４３を、各貫通孔４５〜５５により冷却用ガス孔１３が形成されるように位置合わせして、熱圧着し、全体の厚みを約５ｍｍとした積層シートを形成する。
尚、内部電極２７、２９に関しては、図示しないが、スルーホールにより最下層の第６アルミナグリーンシート４３の裏面に引き出して端子を設ける。
【００３９】
(7)次に、熱圧着した積層シートを、所定の円板形状（例えば８インチサイズの円板形状）にカットする。
(8)次に、カットしたシートを、還元雰囲気にて、１４００〜１６００℃にて焼成する。この焼成より、寸法が約２０％小さくなるため、焼成後のセラミック体の厚みは、約４ｍｍとなる。
【００４０】
(9)そして、焼成後に、研磨によって、セラミック体の全厚みを３ｍｍとするとともに、チャック面３の平面度が３０μｍ以下となる加工する。
(10)次に、端子にニッケルメッキを施し、更にこのニッケル端子をロー付け又は半田付けして、絶縁体７を完成する。
【００４１】
(11)次に、絶縁体７と金属ベース９とを、例えばインジウムを用いて接合して一体化する。尚、金属ベース９にも、６箇所に金属ベース側ガス孔２１が設けられているので、絶縁体側ガス孔２３と金属ベース側ガス孔２１との位置を合わせて接合する。
【００４２】
(12)次に、静電チャック１の冷却用ガス孔１３に、絶縁体スリーブ１９を嵌挿して固定する。つまり、例えば絶縁体スリーブ１９の外周面にシリコンを塗布し、この状態で絶縁体スリーブ１９を冷却用ガス孔１３に嵌挿し、その後シリコンを凝固させることにより、絶縁スリーブ１９を接合して固定する。
【００４３】
これにより、静電チャック１が完成する。
ｃ）次に、本実施例の効果について説明する。
・本実施例では、冷却用ガス孔１３の内側のほぼ全面を覆う様に、絶縁スリーブ１９を嵌挿して配置しているので、冷却用ガス孔１３にて金属ベース９のアルミ素地が覆われて露出していない構成となっている。
【００４４】
これにより、例えば半導体ウェハ５の酸化膜のエッチングのために、ＲＦのパワーを上げた場合でも、冷却用ガス孔１３（特に絶縁体７と金属ベース９との接合部分）におけるアーキングが発生し難いので、金属ベース９の材料の飛散を防止することができる。その結果、飛散したパーティクル等が半導体ウェハ５に付着することがないので、半導体ウェハ５の歩留まりが向上するという効果がある。
【００４５】
・また、本実施例では、絶縁スリーブ１９のチャック面３側の先端を、チャック面３より２００μｍ以内の範囲で下げているので、半導体ウェハ５を吸着した場合でも、半導体ウェハ５を傷つけることがない。
・更に、本実施例では、絶縁スリーブ１９と冷却用ガス孔１３との間に、絶縁性を有するシリコンを充填したので、一層確実にアーキングを防止できる。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００４６】
本実施例は、前記実施例１とは異なり、冷却用ガス孔とピン用貫通孔とを別体設けている。
図５に示す様に、本実施例の静電チャック７１には、その軸中心の回りに６０°毎に６箇所に、前記実施例１と同様な冷却用ガス孔７３が設けられている。
【００４７】
また、冷却用ガス孔７３より内側には、静電チャック７１の軸中心の回りに１２０°毎に３箇所に 冷却用ガス孔７３と同様な構造のピン用貫通孔７５が設けられている。
そして、冷却用ガス孔７３とピン用貫通孔７５には、前記実施例１と同様な絶縁スリーブ（図示せず）が、それぞれ嵌挿されている。
【００４８】
つまり、本実施例では、冷却用ガス孔７３とピン用貫通孔７５とが別体であるが、それらの孔内に、絶縁スリーブが配置されているので、前記実施例１と同様にアーキングを防止する等の効果を奏する。
特に、本実施例では、冷却用ガス孔７３とピン用貫通孔７５とを、それらの機能が最大に発揮できる場所に設けることができるので、機能性に優れているという利点がある。
（実施例３）
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００４９】
本実施例の静電チャックには、前記実施例１と同様に、冷却用ガス孔が設けられているが、その内部構造が多少異なる。
図６に示す様に、本実施例の静電チャック８１の冷却用ガス孔８３においては、絶縁体８５に設けられた絶縁体側ガス孔８７の内径が１ｍｍ、金属ベース８９に設けられた金属ベース側ガス孔９１の内径が３ｍｍであり、絶縁体側ガス孔８７の内径より金属ベース側ガス孔９３の内径の方が大きくされている。
【００５０】
そして、径の大きな金属ベース側ガス孔９１には、金属ベース側ガス孔９１の内周面全体を覆う用に、肉厚１ｍｍの絶縁スリーブ９３が嵌挿されている。これにより、冷却用ガス孔８３の内径が全体として同じになるようにされている。
本実施例でも、前記実施例１と同様に、絶縁スリーブ９３により金属ベース８９のアルミ素地が露出しない様に覆っているので、効果的にアーキングを防止できるという利点がある。
【００５１】
また、本実施例では、絶縁スリーブ９３を金属ベース８９側の開口部９５から嵌挿した場合には、絶縁体の径の小さくなった端部にて当接して止まるので、位置決めが容易であるという利点がある。
更に、絶縁スリーブ９３やシリコン等の材料が少なくて済むという効果もある。
（実施例４）
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００５２】
本実施例の静電チャックは、前記実施例１とは、ヒータの有無が異なる。
図７に本実施例の静電チャック１０１の断面を示す様に、本実施例の静電チャック１０１は、前記実施例１と同様に、絶縁体１０３と金属ベース１０５とを接合したものであり、その内部には冷却用ガス孔１０７と内部電極１０９、１１１とを備えている。
【００５３】
特に本実施例では、絶縁体１０３の内部の金属ベース１０５側に、ヒータ１１３を備えている。
従って、このヒータ１１３によって絶縁体１０３を加熱することにより、静電チャック１０１に吸着された半導体ウェハを加熱することができる。
【００５４】
これにより、本実施例の静電チャック１０１は、半導体ウェハの冷却だけでなくその加熱も可能であり、汎用性が高いという特長を有する。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００５５】
例えば本発明は、前記実施例１〜４の様なバイポーラ型の静電チャックに限らず、モノポーラ型の静電チャックにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の静電チャックを一部破断して示す斜視図である。
【図２】 実施例１の静電チャックの冷却用ガス孔の近傍を拡大し破断して示す説明図である。
【図３】 実施例１の静電チャックのＡ−Ａ断面を示す説明図である。
【図４】 実施例１の静電チャックを分解して示す説明図である。
【図５】 実施例２の静電チャックを一部破断して示す斜視図である。
【図６】 実施例３の静電チャックの冷却用ガス孔の近傍を拡大し破断して示す説明図である。
【図７】 実施例４の静電チャックを示す断面図である。
【符号の説明】
１、７１、８１、１０１…静電チャック
３…チャック面
５…半導体ウェハ
７、８５、１０３…絶縁体
９、８９、１０５…金属ベース
１３、７３、８３、１０７…冷却用ガス孔
１９、９３…絶縁スリーブ
２７、２９、１０９、１１１…内部電極

Claims (13)

1. 内部に電極を有する絶縁体と前記絶縁体に一体化した金属ベースとを備えた静電チャックにおいて、
   前記絶縁体及び前記金属ベースを貫いて、前記絶縁体のチャック面側から前記金属ベースの前記チャック面側とは反対の裏側に到る貫通孔を設けるとともに、前記絶縁体側の貫通孔の径より、前記金属ベース側の貫通孔の径を大にし、
   前記金属ベース側の貫通孔の内部には、少なくとも前記金属ベースと絶縁体との境目部分を覆う絶縁スリーブを配置し、
   前記絶縁スリーブの先端は、前記絶縁体の前記境目部分における前記金属ベース側表面に当接していることを特徴とする静電チャック。
2. 前記絶縁スリーブの前記チャック面側の先端を、前記チャック面より２００μｍ以内の範囲で下げたことを特徴とする前記請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記絶縁スリーブにより、前記金属ベース側の貫通孔の内側表面を覆ったことを特徴とする前記請求項１又は２に記載の静電チャック。
4. 前記絶縁スリーブと前記貫通孔との間に、絶縁性を有する樹脂を充填したことを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の静電チャック。
5. 前記貫通孔は、前記チャック面側に冷却用ガスを供給するための貫通孔であることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の静電チャック。
6. 前記貫通孔は、前記チャック面に吸着された被吸着部材を離脱させる突き上げ部材を配置するための貫通孔であることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の静電チャック。
7. 前記金属ベースは、アルミニウムを主成分とする材料からなることを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の静電チャック。
8. 前記絶縁体は、セラミック材料からなることを特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記載の静電チャック。
9. 前記絶縁体は、アルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする前記請求項８に記載の静電チャック。
10. 前記絶縁スリーブは、セラミック材料からなることを特徴とする前記請求項１〜９いずれかに記載の静電チャック。
11. 前記絶縁スリーブは、アルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする前記請求項１０に記載の静電チャック。
12. ヒータを備えたことを特徴とする前記請求項１〜１１のいずれかに記載の静電チャック。
13. 前記電極に電力を供給する電源を備えたことを特徴とする前記請求項１〜１２のいずれかに記載の静電チャック。

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