JP7296869B2 - 静電チャック、基板固定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、静電チャック、基板固定装置に関する。
従来、半導体装置を製造する際に使用される成膜装置やプラズマエッチング装置は、ウェハを真空の処理室内に精度良く保持するためのステージを有する。このようなステージとして、例えば、ベースプレートに搭載された静電チャックによりウェハを吸着保持する基板固定装置が提案されている。
基板固定装置の一例として、ウェハを冷却するためのガス供給部を設けた構造のものが挙げられる。ガス供給部は、例えば、ベースプレート内部のガス流路と、静電チャックに設けられたガス孔を介して、静電チャックの表面にガスを供給する（例えば、特許文献１参照）。
特開平７－４５６９３号公報
ところで、静電チャックのガス孔周辺で放電が発生する場合があり、このような放電が発生すると、吸着対象物の裏面を焦がしたり、溶融させたりする危険がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ガス孔周辺での放電の発生を抑制可能な静電チャックを提供することを課題とする。
本静電チャックは、静電電極が内蔵された基体に吸着対象物を載置し、前記吸着対象物を吸着保持する静電チャックであって、前記吸着対象物の裏面にガスを供給するガス孔を有し、前記静電電極は、正極及び負極を含み、平面視で、前記ガス孔の周辺において、前記正極と前記負極は第１の隙間を空けて対向配置され、前記第１の隙間は前記ガス孔で前記正極側の第１の経路と前記負極側の第２の経路に分かれ、前記第１の経路と前記第２の経路は前記ガス孔を挟んで前記ガス孔の外周に沿って延伸し、合流して１つの第２の隙間となり、平面視で、前記第１の隙間が前記第１の経路と前記第２の経路に分かれる箇所、及び前記第１の経路と前記第２の経路が合流する箇所において、前記正極及び前記負極が形成する角部は丸みを帯びており、平面視で、前記丸みを帯びた部分を除く前記第１の経路において前記ガス孔と前記正極との第１の距離は一定であり、前記丸みを帯びた部分を除く前記第２の経路において前記ガス孔と前記負極との第２の距離は一定であり、前記第１の距離と前記第２の距離が等しい。
開示の技術によれば、ガス孔周辺での放電の発生を抑制可能な静電チャックを提供できる。
第１実施形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。 図１のＡ部の部分拡大平面図である。 比較例に係る静電チャックの正極及び負極とガス孔との距離について説明する図である。 正極又は負極からの距離と電圧との関係について説明する図である。 第２実施形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。 図５のＢ部の部分拡大断面図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〈第１実施形態〉
図１は、第１実施形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図１を参照すると、基板固定装置１は、主要な構成要素として、ベースプレート１０と、接着層２０と、静電チャック３０とを有している。基板固定装置１は、ベースプレート１０の一方の面に搭載された静電チャック３０により吸着対象物である基板（ウェハ等）を吸着保持する装置である。
ベースプレート１０は、静電チャック３０を搭載するための部材である。ベースプレート１０の厚さは、例えば、２０～４０ｍｍ程度である。ベースプレート１０は、例えば、アルミニウムから形成され、プラズマを制御するための電極等として利用できる。ベースプレート１０に所定の高周波電力を給電することで、発生したプラズマ状態にあるイオン等を静電チャック３０上に吸着された基板に衝突させるためのエネルギーを制御し、エッチング処理を効果的に行うことができる。
ベースプレート１０の内部には、ガス供給部１１が設けられている。ガス供給部１１は、ガス流路１１１と、ガス注入部１１２と、ガス排出部１１３とを備えている。
ガス流路１１１は、例えば、ベースプレート１０の内部に環状に形成された孔である。ガス注入部１１２は、一端がガス流路１１１に連通し、他端がベースプレート１０の下面１０ｂから外部に露出する孔であり、基板固定装置１の外部から、静電チャック３０上に吸着された基板を冷却する不活性ガス（例えば、ＨｅやＡｒ等）を導入する。ガス排出部１１３は、一端がガス流路１１１に連通し、他端がベースプレート１０の上面１０ａから外部に露出して接着層２０を貫通する孔であり、ガス流路１１１に導入された不活性ガスを排出する。ガス排出部１１３は、平面視において、ベースプレート１０の上面１０ａに点在している。ガス排出部１１３の個数は、必要に応じて適宜決定できるが、例えば、数１０個～数１００個程度である。
なお、平面視とは対象物をベースプレート１０の上面１０ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物をベースプレート１０の上面１０ａの法線方向から視た形状を指すものとする。
ベースプレート１０の内部には、冷却機構１５が設けられていてもよい。冷却機構１５は冷媒流路１５１と、冷媒導入部１５２と、冷媒排出部１５３とを備えている。冷媒流路１５１は、例えば、ベースプレート１０の内部に環状に形成された孔である。冷媒導入部１５２は、一端が冷媒流路１５１に連通し、他端がベースプレート１０の下面１０ｂから外部に露出する孔であり、基板固定装置１の外部から冷媒流路１５１に冷媒（例えば、冷却水やガルデン等）を導入する。冷媒排出部１５３は、一端が冷媒流路１５１に連通し、他端がベースプレート１０の下面１０ｂから外部に露出する孔であり、冷媒流路１５１に導入された冷媒を排出する。
冷却機構１５は、基板固定装置１の外部に設けられた冷媒制御装置（図示せず）に接続される。冷媒制御装置（図示せず）は、冷媒導入部１５２から冷媒流路１５１に冷媒を導入し、冷媒排出部１５３から冷媒を排出する。冷却機構１５に冷媒を循環させベースプレート１０を冷却することで、静電チャック３０上に吸着されたウェハを冷却できる。
静電チャック３０は、吸着対象物であるウェハを吸着保持する部分である。静電チャック３０の平面形状は、例えば、円形である。静電チャック３０の吸着対象物であるウェハの直径は、例えば、８、１２、又は１８インチである。
静電チャック３０は、接着層２０を介して、ベースプレート１０の上面１０ａに設けられている。接着層２０は、例えば、シリコーン系接着剤である。接着層２０の厚さは、例えば、０．１～１．０ｍｍ程度である。接着層２０は、ベースプレート１０と静電チャック３０を接着すると共に、セラミックス製の静電チャック３０とアルミニウム製のベースプレート１０との熱膨張率の差から生じるストレスを低減させる効果を有する。
静電チャック３０は、基体３１と、正極３２Ｐ及び負極３２Ｎとを有している。基体３１の上面は、吸着対象物の載置面３１ａである。静電チャック３０は、例えば、ジョンセン・ラーベック型静電チャックである。但し、静電チャック３０は、クーロン力型静電チャックであってもよい。
基体３１は誘電体であり、基体３１としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスを用いる。基体３１の厚さは、例えば、１～５ｍｍ程度、基体３１の比誘電率（１ｋＨｚ）は、例えば、９～１０程度である。
正極３２Ｐ及び負極３２Ｎは、薄膜により形成された双極形状の静電電極であり、基体３１に内蔵されている。正極３２Ｐと負極３２Ｎは、例えば、櫛歯状の電極パターンに形成されており、各極の歯を所定間隔で互い違いに並べて配置されている。正極３２Ｐと負極３２Ｎは、基板固定装置１の外部に設けられた電源に接続され、電源から所定の電圧が印加されると、ウェハとの間に静電気による吸着力を発生させる。これにより、静電チャック３０の基体３１の載置面３１ａ上にウェハを吸着保持できる。吸着保持力は、正極３２Ｐと負極３２Ｎとの間に印加される電圧が高いほど強くなる。正極３２Ｐ及び負極３２Ｎの材料としては、例えば、タングステン、モリブデン等を用いる。
基体３１の内部に、基板固定装置１の外部から電圧を印加することで発熱し、基体３１の載置面３１ａが所定の温度となるように加熱する発熱体（ヒータ）を設けてもよい。
基体３１の各ガス排出部１１３に対応する位置には、基体３１を貫通してガス排出部１１３の他端を露出するガス孔３１１が設けられている。ガス孔３１１の平面形状は、例えば、内径が０．１ｍｍ～１ｍｍ程度の円形である。ガス孔３１１は、例えば、ドリル加工やレーザ加工により形成できる。ガス孔３１１を通って静電チャック３０上に吸着された吸着対象物の裏面に不活性ガスが供給され、吸着対象物が冷却される。
図２は、図１のＡ部の部分拡大平面図であり、ガス孔３１１の周辺における正極３２Ｐ及び負極３２Ｎとガス孔３１１との距離を示している。図２において、基体３１の図示は省略されている。図２では、静電チャック３０の厚さ方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直な平面内で正極３２Ｐと負極３２Ｎとを分離する隙間が延伸する方向をＹ方向、Ｚ方向に垂直な平面内でＹ方向に直交する方向をＸ方向としている。
図２に示すように、ガス孔３１１の周辺では、正極３２Ｐと負極３２Ｎは、ガス孔３１１と接しないように、ガス孔３１１との間に所定の距離を空けてパターニングされている。
詳細には、平面視で、ガス孔３１１の周辺のガス孔３１１のＹ－側において、正極３２Ｐと負極３２Ｎは第１の隙間３２１を空けて対向配置されている。第１の隙間３２１はガス孔３１１で正極３２Ｐ側の第１の経路３２２と負極３２Ｎ側の第２の経路３２３に分かれている。そして、第１の経路３２２と第２の経路３２３はガス孔３１１を挟んでガス孔３１１の外周に沿って延伸し、ガス孔３１１のＹ＋側で合流して１つの第２の隙間３２４となる。
なお、ここでいう隙間は対象物同士が離間して配置されていることを意味しており、隙間に空間が存在することを意味するものではない。第１の隙間３２１、第１の経路３２２、第２の経路３２３、及び第２の隙間３２４には、基体３１が配置される。
平面視で、第１の隙間３２１が第１の経路３２２と第２の経路３２３に分かれる箇所、及び第１の経路３２２と第２の経路３２３が合流する箇所において、正極３２Ｐ及び負極３２Ｎが形成する角部は尖ってはいなく、丸みを帯びている（破線の円内の４個所）。角部が丸みを帯びた部分は、Ｒ＝０．１μｍ以上であることが好ましい。
平面視で、角部が丸みを帯びた部分を除く第１の経路３２２において、ガス孔３１１と正極３２Ｐとの第１の距離ａは一定である。又、角部が丸みを帯びた部分を除く第２の経路３２３において、ガス孔３１１と負極３２Ｎとの第２の距離ｂは一定である。そして、第１の距離ａと第２の距離ｂが等しい。ここで、ガス孔３１１と正極３２Ｐ又は負極３２Ｎとの距離は、平面視で、ガス孔３１１の内壁３１１Ｗの各点の接線の法線方向の距離とする。
又、ガス孔３１１の周辺において、平面視で、正極３２Ｐと負極３２ＮのＸ方向の最大距離はｃである。
第１の隙間３２１における正極３２Ｐと負極３２Ｎとの短手方向（Ｘ方向）の第３の距離ｄと、第２の隙間３２４における正極３２Ｐと負極３２Ｎとの短手方向（Ｘ方向）の第４の距離ｅとが等しいことが好ましい。第１の距離ａと、第２の距離ｂと、第３の距離ｄと、第４の距離ｅとが全て等しいことがより好ましい。第１の距離ａ、第２の距離ｂ、第３の距離ｄ、及び第４の距離ｅは、例えば、０．１ｍｍ～１０ｍｍ程度の範囲内で任意に設定される。
ここで、比較例を交えながら、静電チャック３０の奏する効果について説明する。
図３は、比較例に係る静電チャックの正極及び負極とガス孔との距離について説明する図であり、図２に対応する部分拡大平面図である。図３において、基体３１の図示は省略されている。
図３に示す比較例に係る静電チャック３０Ｘは、平面視で、ガス孔３１１を挟んで正極３２Ｐと対向する部分の負極３２Ｎの端部がＹ方向に沿った直線状である点が、図２に示す静電チャック３０と相違する。又、平面視で、正極３２Ｐが形成する角部は尖っており、丸みを帯びていない点が、図２に示す静電チャック３０と相違する（破線の円内の２個所）。
静電チャック３０Ｘは、ガス孔３１１の中心よりもＸ－側では、ガス孔３１１と正極３２Ｐとの第１の距離ａは一定である。しかし、負極３２Ｎが上記のような形状であるため、ガス孔３１１の中心よりもＸ＋側では、ガス孔３１１と負極３２Ｎとの第２の距離ｂは一定ではない。よって、第１の距離ａ＝第２の距離ｂとはならない。
例えば、図３に示す位置の第１の距離ａと第２の距離ｂが等しくない場合に（ａ＜ｂとする）、正極３２Ｐに＋１０ｋＶ、負極３２Ｎに－１０ｋＶの直流電圧を印加したとする。この場合、図４に示すように、正極３２Ｐから距離ａの位置にあるガス孔３１１における電圧Ｖａは、負極３２Ｎから距離ｂの位置にあるガス孔３１１における電圧Ｖｂよりも大きくなる。この場合、電圧がプラス側に偏ったことで、プラスの電荷が溜まりやすくなり、ある程度以上にプラスの電荷が溜まると放電が発生する。このような放電を、誘電体バリア放電と称する場合がある。なお、電圧がマイナス側に偏った場合も、電荷が偏在して放電が発生する。
仮に、図３に示す位置の第１の距離ａと第２の距離ｂを等しくても、放電対策にはならない。前述のように、ガス孔３１１の中心よりもＸ＋側では、ガス孔３１１と負極３２Ｎとの第２の距離ｂが一定ではないからである。つまり、図３の形状では、ガス孔３１１の周辺において、必ず第１の距離ａ≠第２の距離ｂとなる部分が存在するため、上記のような放電が発生することになる。上記のような放電が発生すると、吸着対象物である基板の裏面を焦がしたり、溶融させたりする危険がある。そのため、上記のような放電を抑制しなければならない。
そこで、静電チャック３０では、正極３２Ｐ及び負極３２Ｎが形成する角部を丸みを帯びた形状とすると共に、平面視で、角部が丸みを帯びた部分を除いて第１の距離ａと第２の距離ｂを等しくしている。つまり、静電チャック３０では、ガス孔３１１の外周側の略全域で第１の距離ａ＝第２の距離ｂとなるため、図４において説明した電圧Ｖａ＝電圧Ｖｂとなり、電荷が偏在しない。その結果、放電の発生を抑制できる。
又、放電は鋭角部分ほど発生しやすいが、静電チャック３０では、正極３２Ｐ及び負極３２Ｎが形成する角部を丸みを帯びた形状としているため、この点でも放電の発生を抑制できる。角部が丸みを帯びた部分がＲ＝０．１μｍ以上であると、放電の発生の抑制に寄与できる。
又、第３の距離ｄ＝第４の距離ｅであることが好ましい。これにより、ガス孔３１１から少し離れた領域においても電荷が偏在しなくなり、放電の発生を更に抑制できる。
更に、第１の距離ａ＝第２の距離ｂ＝第３の距離ｄ＝第４の距離ｅであることがより好ましい。第３の距離ｄ及び第４の距離ｅを第１の距離ａ及び第２の距離ｂと等しくすることにより、正極３２Ｐ、負極３２Ｎの各々からの距離が等しくなり、各位置での電荷量が等しくなる。このため、例えば正極３２Ｐ、負極３２Ｎへの電圧印加を止め、ウェハを静電チャックから取り外す際に、電荷の消失が等しくなり、ウェハの位置ずれを抑制することができる。
〈第２実施形態〉
第２実施形態では、ガス孔に多孔質体を配置する例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図５は、第２実施形態に係る基板固定装置を簡略化して例示する断面図である。図６は、図５のＢ部の部分拡大断面図である。図５及び図６を参照すると、基板固定装置２は、ガス孔３１１に多孔質体６０が配置された点が、静電チャック３０（図１等参照）と相違する。
多孔質体６０は、複数の球状酸化物セラミックス粒子６０１と、複数の球状酸化物セラミックス粒子６０１を結着して一体化する混合酸化物６０２を含んでいる。
球状酸化物セラミックス粒子６０１の直径は、例えば、３０μｍ～１０００μｍの範囲である。球状酸化物セラミックス粒子６０１の好適な一例としては、球状酸化アルミニウム粒子が挙げられる。又、球状酸化物セラミックス粒子６０１は、８０重量％以上（９７重量％以下）の重量比で多孔質体６０内に含有されていることが好ましい。
混合酸化物６０２は、複数の球状酸化物セラミックス粒子６０１の外面（球面）の一部に固着してそれらを支持している。混合酸化物６０２は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）、及びイットリウム（Ｙ）から選択される２種以上の元素の酸化物から形成される。
多孔質体６０の内部には気孔Ｐが形成されている。気孔Ｐは、多孔質体６０の下側から上側に向けてガスが通過できるように外部と連通している。多孔質体６０の中に形成される気孔Ｐの気孔率は、多孔質体６０の全体の体積の２０％～５０％の範囲であることが好ましい。気孔Ｐの内面には、球状酸化物セラミックス粒子６０１の外面の一部と混合酸化物６０２とが露出している。
なお、基体３１が酸化アルミニウムから形成される場合、基体３１は他の成分として、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムから選択される２種以上の元素の酸化物を含有していることが好ましい。そして、基体３１内のケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムから選択される２種以上の元素の酸化物の組成比は、多孔質体６０の混合酸化物６０２内のケイ素、マグネシウム、カルシウム、及びイットリウムから選択される２種以上の元素の酸化物の組成比と同じに設定されることが好ましい。
このように、基体３１と多孔質体６０の混合酸化物６０２との間で酸化物の組成比を同じにすることにより、多孔質体６０を焼結する際に相互間で物質移動が発生しないため、基体３１と多孔質体６０との界面の平坦性を確保できる。
多孔質体６０は、多孔質体６０の前駆体となるペーストをスキージ等を用いてガス孔３１１に充填し、焼結することで形成できる。多孔質体６０の一部が基体３１の下面側から突出した場合には、研削等により、多孔質体６０の端面が基体３１の下面と略面一となるようにすることが好ましい。
多孔質体６０の前駆体となるペーストは、例えば、球状酸化アルミニウム粒子を所定の重量比で含有する。ペーストの残部は、例えば、ケイ素、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム及びイットリウムから選択される２種以上の元素の酸化物を含み、更に有機バインダや溶剤を含む。有機バインダとしては、例えば、ポリビニルブチラールを使用できる。溶剤としては、例えば、アルコールを使用できる。
このように、ガス孔３１１に多孔質体６０が配置される場合がある。多孔質体６０も誘電体であるため電荷が溜まる。多孔質体６０は、気孔Ｐを有するため、近い距離で放電する場合がある。
そこで、第１実施形態と同様に、正極３２Ｐ及び負極３２Ｎが形成する角部を丸みを帯びた形状とすると共に、平面視で、角部が丸みを帯びた部分を除いて第１の距離ａと第２の距離ｂを等しくすることで、電荷が偏在しなくなり、放電の発生を抑制できる。
又、正極３２Ｐ及び負極３２Ｎが形成する角部を丸みを帯びた形状とすると好ましい点、第３の距離ｄ＝第４の距離ｅであることがより好ましい点、第１の距離ａ＝第２の距離ｂ＝第３の距離ｄ＝第４の距離ｅであることが更に好ましい点についても同様である。
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、本発明に係る基板固定装置の吸着対象物としては、半導体ウェハ（シリコンウエハ等）以外に、液晶パネル等の製造工程で使用されるガラス基板等を例示できる。
１、２ 基板固定装置
１０ ベースプレート
１０ａ 上面
１０ｂ 下面
１１ ガス供給部
１５ 冷却機構
２０ 接着層
３０ 静電チャック
３１ 基体
３１ａ 載置面
３２Ｐ 正極
３２Ｎ 負極
６０ 多孔質体
１１１ ガス流路
１１２ ガス注入部
１１３ ガス排出部
１５１ 冷媒流路
１５２ 冷媒導入部
１５３ 冷媒排出部
３１１ ガス孔
３１１Ｗ 内壁
３２１ 第１の隙間
３２２ 第１の経路
３２３ 第２の経路
３２４ 第２の隙間
６０１ 球状酸化物セラミックス粒子
６０２ 混合酸化物

Claims (6)

  1. 静電電極が内蔵された基体に吸着対象物を載置し、前記吸着対象物を吸着保持する静電チャックであって、
    前記吸着対象物の裏面にガスを供給するガス孔を有し、
    前記静電電極は、正極及び負極を含み、
    平面視で、前記ガス孔の周辺において、前記正極と前記負極は第１の隙間を空けて対向配置され、前記第１の隙間は前記ガス孔で前記正極側の第１の経路と前記負極側の第２の経路に分かれ、前記第１の経路と前記第２の経路は前記ガス孔を挟んで前記ガス孔の外周に沿って延伸し、合流して１つの第２の隙間となり、
    平面視で、前記第１の隙間が前記第１の経路と前記第２の経路に分かれる箇所、及び前記第１の経路と前記第２の経路が合流する箇所において、前記正極及び前記負極が形成する角部は丸みを帯びており、
    平面視で、前記丸みを帯びた部分を除く前記第１の経路において前記ガス孔と前記正極との第１の距離は一定であり、前記丸みを帯びた部分を除く前記第２の経路において前記ガス孔と前記負極との第２の距離は一定であり、前記第１の距離と前記第２の距離が等しい静電チャック。
  2. 前記第１の隙間における前記正極と前記負極との短手方向の第３の距離と、前記第２の隙間における前記正極と前記負極との短手方向の第４の距離とが等しい請求項１に記載の静電チャック。
  3. 前記第１の距離と、前記第２の距離と、前記第３の距離と、前記第４の距離とが全て等しい請求項２に記載の静電チャック。
  4. 前記ガス孔には、連通する複数の気孔を備えた多孔質体が配置されている請求項１乃至３の何れか一項に記載の静電チャック。
  5. 前記多孔質体は、球状酸化物セラミックス粒子と、前記球状酸化物セラミックス粒子を結着する混合酸化物と、を含む請求項４に記載の静電チャック。
  6. ベースプレートと、
    前記ベースプレートの一方の面に搭載された請求項１乃至５の何れか一項に記載の静電チャックと、を有する基板固定装置。
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