JP4218899B2 - 静電チャックを備える基板ホルダ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、基板ホルダに係り、特に半導体基板を静電気力を利用して定着できる静電チャックを有する基板ホルダに関する。また、本発明は、互いに平坦に接着されている静電チャックとサセプタとを備える基板ホルダ及びその製造方法に関する。
図６を参照して、半導体製造用のプラズマ装置は、一般的にプロセスチャンバ１００を備える。チャンバ１００は、真空ポンプ１８０により、工程進行時に圧力を調節できる。チャンバ１００内には、基板、例えばウェーハ１１０を定着できる基板ホルダ１３０が備わりうる。搬送システムにより、ウェーハ１１０が基板ホルダ１３０上に置かれれば、必要な高周波電源１７０がサセプタ１５０または上部電極（図示せず）に電気的に連結され、ウェーハ１１０上にプラズマを発生させられる。
ウェーハ１１０の均一なエッチングや蒸着が必要なエッチング工程及び蒸着工程では、ウェーハ１１０の温度制御のために、ウェーハ背面に冷却ガスを流す。例えば、静電チャック１２０の上部表面に、グルーブ（図示せず）を形成し、冷却ガス源１６０を利用してこのグルーブに冷却ガスを提供できる。
静電気力でウェーハを吸着する静電チャック１２０には、例えば次の二種の形態がありえる。第一に、ポリイミドのような高分子重合体をサセプタ１５０の上部表面に接着して形成するポリイミド型静電チャックと、第二に、アルミニウムから形成されているサセプタ１５０の表面を正極酸化させ、その正極酸化被膜を誘電体として使用する形態もある。
ポリイミド型静電チャックは、積層方式であるが、耐電圧側面では優秀な性能を発揮しているが、酸素プラズマに脆弱であって熱伝導度がよくなく、ウェーハ温度の均一性側面で決定的な脆弱点がある。また、正極酸化された被膜は、誘電層の誘電率が変動されることにより、吸着力が容易に変わるという問題がある。正極酸化された被膜自体が稠密ではないために、工程進行中に発生する反応生成物がそこに固着してしまうためである。
かかる問題点を解決するために、最近アルミナまたはアルミニウム窒化物のようなセラミック静電チャックが製造されて使われている。
再び図６を参照して、セラミック静電チャック１２０には、一般的にその内部に、電極１４０が挿入されている。セラミック静電チャック１２０は、サセプタ１５０の上部表面に、シリコーン系接着剤１９０によって接着される。サセプタ１５０は、プラズマ発生用の下部電極と呼ばれうる。セラミック静電チャック１２０には、ウェーハ１１０の温度を制御するための複数の冷却ガス供給ホール１６１，１６２が形成されている。このホール１６１，１６２は、サセプタ１５０を貫通して冷却ガス源１６０に通じている。
シリコーン接着剤１９０がサセプタ１５０の上部表面に接着されるとき、シリコーン接着剤１９０のフロー性により、静電チャックがサセプタに平坦に接着されえない場合が多い。これにより、さまざまな問題点が発生するが、これについては、図７ないし図８を参照して説明する。
セラミック静電チャック２２０とサセプタ２５０は、両者の間にシリコーン系統のゲル接着剤２９０を硬化剤と一定割合で混合して塗り、それらを所定の圧力及び温度で硬化させて付けることができる。前記接着剤２９０は、セラミック静電チャック２２０の熱膨張係数及びサセプタ２５０の熱膨脹係数の差を緩和できる粘性及び熱伝導率を有するように製造される。
サセプタ２５０に形成されている冷却ガス供給ホール２６１，２６２と、静電チャックに形成されている冷却ガス供給ホール２６３，２６４は、正確に整列されて接着される必要がある。もし微細な整列誤差でも発生すれば、冷却ガスの通路がずれて、冷却ガスのフローに変化が生じてしまう。かかる変化は、ウェーハに不均一な温度分布を発生させ、半導体チップの製造収率を低下させるという問題点を誘発する。
シリコーン系接着剤を使用して静電チャック２２０をサセプタ２５０に付着させるとき、温度と圧力とを同時に加えねばならない。従って、圧力が均一に伝えられない場合には、図８及び図９に図示されているように、接着剤２９０がウェーハのエッジ部位または中心部位に集中しうる。これにより、静電チャックの平坦度が低下し、または接着剤が凝固しつつ気泡が発生するようになり、この気泡を介して冷却ガスが漏出しうる。
要約すれば、前述の従来技術は、次のような問題を有する。
第一に、セラミック静電チャックとサセプタとの接合時、液状の接着剤を使用するので、その流動性により、図７と図８においては鉛直方向の圧力の僅かな方向ずれによって、静電チャックとサセプタ間で水平方向の移動によるずれが生じ、冷却ガス供給ホールに整列誤差が発生し、冷却ガスのフローを低下させてしまう。また接着剤の硬化時の収縮によっても、この現象を助長する。
第二に、液状の接着剤では、温度及び圧力によって平坦度を正確に調節し難い。また、シリコーン接着剤が圧力により押さえつけられ、セラミック静電チャックとサセプタとに形成されている冷却ガス供給ホールに流入し、ホール詰まり現象を誘発しうる。
第三に平坦度の不均一と接着剤の粘性とのために、内部に気孔が生じうる。これにより、冷却ガスの一部が静電チャックとサセプタとの間から流出し、工程進行中であるチャンバに漏れ出し、それはチャンバのアークを誘発しうる。
従って、静電チャックとサセプタとを付けるとき、平坦に付けることができる方法または接着剤が必要となっている。また、気泡による冷却ガスの漏れを防止する方法が必要になっている。
本発明は、前述の従来技術の問題点を解決しようとするものであり、第一の目的はセラミック静電チャックとサセプタとの接合時、冷却ガス供給ホールを正確に整列させ、冷却ガスのフローを適切に行なわせることができる基板ホルダを提供することである。
本発明の第二の目的は、平坦度を正確に維持させることができ、冷却ガス供給ホールの詰まり現象を防止できる基板ホルダを提供することである。
また、本発明の他の目的は、平坦度の不均一と接着剤の粘性とにより形成されている気孔を介し、冷却ガスがチャンバ内に漏れ出してアークを発生させることを防止できる基板ホルダを提供することである。
前述の本発明の目的を達成するために、縁にエッジ突出部が形成されているサセプタと、前記エッジ突出部の内側に位置し、前記サセプタ上に位置した静電チャックとを備える基板ホルダが提供される。前記静電チャックと前記サセプタは、複数の絶縁性ワイヤが挿入されているゲル状接着剤シートにより接着され、前記エッジ突出部と前記静電チャックとの間には、シリコーンまたは耐蝕性エポキシ系物質が充填される。前記サセプタ、前記静電チャック及び前記ゲル状接着剤シートにはそれぞれ対応する位置に複数の冷却ガス供給ホールが形成される。
前記複数の絶縁性ワイヤは、光ファイバで形成可能である。
本発明の他の態様によれば、前記エッジ突出部は、前記サセプタと一体型で形成され、前記エッジ突出部の終端は、前記サセプタに接着されている前記静電チャックより低いか、または同位置にあることが可能である。
本発明の目的を達成するためのさらに他の様態によれば、縁にエッジ突出部が形成されており、複数の第１冷却ガス供給ホールが形成されているサセプタを準備するステップと、前記エッジ突出部内及び前記サセプタ上に複数の絶縁性ワイヤが挿入されており、前記複数の第１冷却ガス供給ホールに対応する位置に複数の第２冷却ガス供給ホールが形成されている接着剤シートを積層するステップと、前記接着剤シート上に前記複数の第２冷却ガス供給ホールに対応する位置に複数の第３冷却ガス供給ホールが形成されている静電チャックを積層するステップと、前記静電チャックの上面に圧力と温度とを加え、前記静電チャックを前記サセプタに接着させるステップと、前記静電チャックと前記エッジ突出部との間に、シリコーンまたはエポキシ系物質を充填させるステップとを含む基板ホルダの製造方法が提供される。
本発明の構成及び製造方法によれば、基板ホルダの静電チャックとサセプタは、メッシュ状の複数のワイヤが接着剤シートを利用して接着される。従って、所定の圧力でセラミック静電チャックをサセプタに付着するとき、冷却ガス供給ホールの整列誤差を縮小させることができ、さらに冷却ガスホールまたはリフトホールに接着剤が流れ入ることを防止できる。また、接着剤シートの厚さ変化がほとんどなく、静電チャックの平坦度を維持できる。
また、サセプタの側面に形成されている環状のエッジ突出部とセラミック静電チャックとの間に充填されているエポキシにより、冷却ガスが静電チャックとサセプタとの間から漏れ出ることを根本的に防止できる。
以下、添付された図面を参照し、本発明の望ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、さまざまな他の形態に変形でき、本発明の実施形態は、本発明の技術分野で当業者らに本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。従って、本発明の図面は、実際より誇張して図示され、本発明の範囲が後述する実施形態のみに限定されるものであると解釈されてはならない。
図１を参照して、エッジ突出部３５１が形成されているサセプタ３５０を準備する。エッジ突出部３５１は、環状に形成可能である。エッジ突出部３５１は、サセプタ３５０と一体型に形成可能である。
図２を参照して、エッジ突出部３５１の内部及びサセプタ３５０上に複数のワイヤ３９５が挿入されている接着剤シート３９０を積層する。接着剤シート３９０には、複数のワイヤ３９５が挿入されている。
図３を参照して、接着剤シート３９０上に、あらかじめ準備されたセラミック静電チャック３２０を載せた後、所定の温度と圧力とを加えて接着させる。静電チャック３２０の内部には、電極３４０が形成されていることが可能である。静電チャック３２０は、セラミックで形成可能である。
加えられる温度及び圧力は、シリコーンまたはゲル状接着剤シート３９０が接着されて凝固されうるほどに加えられる。さらに具体的には、適用可能な温度は、８０〜２２０℃、望ましくは１００〜１８０℃の範囲でありうる。適用可能な圧力は、２〜２０ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲でありうる。
接着剤シート３９０の冷却ガス通路またはリフトピンの通路部分は、油圧または打ち抜きを利用してパターニング（ホール形成）をあらかじめしておく。また、静電チャック３２０とサセプタ３５０とにも、冷却ガス通路及びリフトピン通路部分をあらかじめ形成しておく。冷却ガス通路及びリフトピン通路の形成方法は、本技術分野に公知されているために、詳細な説明は省略する。
図４を参照して、エッジ突出部３５１と静電チャック３２０との間の間隙３５５にフレオンプラズマに耐蝕性のあるエポキシ系の物質またはシリコーンを挿入して硬化させ、基板ホルダを製造できる。
このとき、前記環状のエッジ突出部３５１の高さは、セラミック静電チャック３２０がサセプタ３５０に装着された後、セラミック静電チャック３２０の高さより低いか、または同じである。その理由は、静電チャック３２０の上部表面に配置されるウェーハがセラミック静電チャックの直径より大きい場合、高いエッジ突出部３５１によって静電チャック３２０に吸着されえないためである。
図５を参照して、完成された基板ホルダのセラミック静電チャック４２０は、電極４４０上部の上板と、電極４４０下部の下板とに区分してそれぞれ製造可能である。静電チャック４２０の上板と下板の材質は、アルミナ、窒化アルミニウム、単結晶サファイアのようなセラミックでありうる。
セラミック静電チャック４２０の内部にある電極４４０は、スクリーンプリンティングを利用して静電チャック４２０の下板上に形成可能である。電極４４０は、窒化アルミニウムが５〜２０％含まれているモリブデンまたはタングステンなどから形成可能である。
複数のワイヤ４９５は、メッシュ状の網または円形になり、一層または多層に構成可能である。ワイヤ４９５は、絶縁物質が望ましく、例えば光ファイバで形成可能である。光ファイバは、断面が円形であるか、または楕円形またはそれ以外の任意の形に製造でき、本発明の実施形態では、楕円形の光ファイバを利用して製造した。
楕円形の光ファイバの直径は、短径と長径との比率は１：３ないし１：７とすることができ、収縮率は５％未満であることが望ましい。
接着剤シート４９０は、メッシュ状のワイヤ間にゲル状接着物質、例えばシリコーンまたはエポキシ系物質を挿入して間隙を充填して製造でき、接着剤シート４９０の厚さは、光ファイバの直径により異なるが、一般的に１５０〜３５０μｍに製造可能である。
また、接着剤シート４９０を選択するときには、大きな制約はないが、セラミック静電チャック４２０とサセプタ４５０の熱膨張係数を勘案し、粘性及び誘電定数及び体積比抵抗、熱伝導度などを考慮して選択しなければならない。
サセプタ４５０は、一般的にアルミニウムのような金属から製造され、絶縁性のために、正極酸化被膜がその表面に形成可能である。エッジ突出部４５１は、機械加工で形成可能である。
本発明の静電チャックを備える基板ホルダ及びその製造方法、例えば半導体の製造分野に効果的に適用可能である。
３２０，４２０ セラミック静電チャック
３４０，４４０ 電極
３５０，４５０ サセプタ
３５１，４５１ エッジ突出部
３５５，４５５ 間隙
３９０，４９０ 接着剤シート
３９５，４９５ ワイヤ
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Claims (4)
- 縁にエッジ突出部が形成されているサセプタと、
前記エッジ突出部の内側に位置し、前記サセプタ上に位置した静電チャックとを備え、
前記静電チャックと前記サセプタは、複数の絶縁性ワイヤが挿入されたゲル状接着材シートにより接着され、前記エッジ突出部と前記静電チャックとの間には、シリコーンまたは耐蝕性エポキシ系物質が充填されており、
前記サセプタ、前記静電チャック及び前記ゲル状接着剤シートにはそれぞれ対応する位置に複数の冷却ガス供給ホールが形成されていることを特徴とする基板ホルダ。 - 前記複数の絶縁性ワイヤは光ファイバより形成されることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ。
- 前記エッジ突出部は、前記サセプタと一体型で形成され、前記エッジ突出部の終端は、前記サセプタに接着されている前記静電チャックより低いか、または同位置にあることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ。
- 縁にエッジ突出部が形成されており、複数の第１冷却ガス供給ホールが形成されているサセプタを準備するステップと、
前記エッジ突出部内及び前記サセプタ上に複数の絶縁性ワイヤが挿入されており、前記複数の第１冷却ガス供給ホールに対応する位置に複数の第２冷却ガス供給ホールが形成されている接着剤シートを積層するステップと、
前記接着剤シート上に前記複数の第２冷却ガス供給ホールに対応する位置に複数の第３冷却ガス供給ホールが形成されている静電チャックを積層するステップと、
前記静電チャックの上面に圧力と温度とを加え、前記静電チャックを前記サセプタに接着させるステップと、
前記静電チャックと前記エッジ突出部との間に、シリコーンまたはエポキシ系物質を充填させるステップとを含む基板ホルダの製造方法。
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