JP7632812B2 - 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、ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置を製造する際に使用される成膜装置（例えば、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置等）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、吸着対象物であるウェハを吸着保持する基板固定装置が提案されている。例えば、静電チャックの基体には静電電極が内蔵され、基体のウェハを吸着保持する載置面には凹凸構造が形成されている。
国際公開第２０１６／１５８１１０号
しかしながら、ウェハを吸着保持する載置面に凹凸構造を有する場合、凹部の底面と基体に内蔵された静電電極との距離が近づくため、放電が生じやすくなるおそれがある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、静電チャックにおいて、放電の発生を抑制することを課題とする。
本静電チャックは、吸着対象物が載置される載置面を有する基体と、前記基体に内蔵された電極と、を有し、前記基体には、前記載置面側に開口し、前記電極までは達しない溝が設けられ、前記基体の厚さ方向において、前記溝の底面と前記電極との間に、前記溝に近い側から、セラミックスからなる低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも体積抵抗率が高いセラミックスからなる高抵抗領域と、が順次配置され、前記溝は、平面視で環状に設けられ、前記高抵抗領域は、平面視で、前記溝と重複する領域に環状に設けられ、前記溝の底面に開口するガス排出部が設けられ、前記ガス排出部は、前記高抵抗領域を貫通する。
開示の技術によれば、静電チャックにおいて、放電の発生を抑制できる。
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図である。 第１実施形態に係る基板固定装置の製造工程を例示する図である。 第１実施形態の変形例１に係る基板固定装置を簡略化して例示する図である。
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〉
［基板固定装置の構造］
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図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図である。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、静電チャック３０により吸着対象物である基板（例えば、半導体ウェハ等）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、アルミニウムや超硬合金等の金属材料や、その金属材料とセラミックスとの複合材料等から形成され、プラズマを制御するための電極等として利用できる。例えば、入手のし易さ、加工のし易さ、熱伝導性が良好である等の点から、アルミニウム又はその合金を使用し、その表面にアルマイト処理（絶縁層形成）を施したものが好適に使用できる。
例えば、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、冷媒流路が設けられてもよい。冷媒流路は、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。基板固定装置１の外部から冷媒流路に、例えば、冷却水やガルデン等の冷媒が導入される。冷媒流路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上に吸着された基板を冷却できる。
静電チャック３０は、接着層２０を介して、ベースプレート１０の一方の面に搭載されている。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、０．０１～１．０ｍｍ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。なお、ベースプレート１０に対して静電チャック３０をネジにより固定してもよい。
静電チャック３０は、主要な構成要素として、基体３１と、静電電極３２と、高抵抗領域３３とを有している。基体３１の上面は、吸着対象物が載置される載置面３１ａである。静電チャック３０の平面形状は、基板の形状に応じて形成されるが、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、ジョンセン・ラーベック型静電チャックである。
なお、平面視とは対象物を基体３１の載置面３１ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基体３１の載置面３１ａの法線方向から視た形状を指すものとする。
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には、例えば、酸化チタンが添加されている。基体３１は、助剤として、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を含んでもよい。基体３１の厚さは、例えば、０．５～１０ｍｍ程度、基体３１の比誘電率（１ｋＨｚ）は、例えば、９～１０程度である。
静電電極３２は、薄膜電極であり、基体３１に内蔵されている。静電電極３２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、基板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上に基板を吸着保持できる。吸着保持力は、静電電極３２に印加される電圧が高いほど強くなる。静電電極３２は、単極形状でも、双極形状でも構わない。静電電極３２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を設けてもよい。
静電チャック３０及びベースプレート１０の内部には、静電チャック３０に吸着保持される基板を冷却するガスを供給するガス供給部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、ベースプレート１０の内部を通って、他端がベースプレート１０の下面から外部に露出する孔であり、基板固定装置１の外部からガス流路１１１に不活性ガス（例えば、ＨｅやＡｒ等）を導入する。
基体３１には、載置面３１ａ側に開口し、静電電極３２までは達しない溝３１ｘが設けられている。溝３１ｘは、例えば、平面視で基体３１に環状に設けられている。溝３１ｘの短手方向の断面形状は、例えば、矩形である。溝３１ｘの幅は、例えば、０．５ｍｍ～２ｍｍ程度である。基体３１の載置面３１ａを基準とした溝３１ｘの深さは、例えば、０．１ｍｍ～０．５ｍｍ程度である。
ガス排出部１１３は、一端がガス流路１１１に連通し、他端が基体３１の載置面３１ａに設けられた溝３１ｘの底面から外部に露出し、ガス流路１１１に導入された不活性ガスを基板の下面側に排出する。言い換えれば、ガス排出部１１３は、溝３１ｘの底面に開口し、溝３１ｘの底面から基体３１の厚さ方向に、高抵抗領域３３を貫通し、さらに接着層２０を貫通してベースプレート１０の内部に形成されたガス流路１１１と連通する。
ガス排出部１１３は、平面視において、溝３１ｘの底面に点在している。つまり、ガス排出部１１３は、平面視において、溝３１ｘの底面に所定間隔で環状に設けられている。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、１０個～１００個程度である。溝３１ｘ内にガスを供給することで、載置面３１ａに吸着した基板の取り外しを容易化できる。
ところで、溝３１ｘの底面と静電電極３２の上面との距離は、載置面３１ａと静電電極３２の上面との距離よりも短いため、溝３１ｘの近傍では放電が生じやすい。特に、低抵抗特性を得るために基体３１に酸化チタン等が添加されている場合、基体３１を構成するセラミックスの粒子が大きくなり、密度の低下やセラミックスの脆弱化が生じる。このため、基体３１内に空隙等の欠陥が生じやすく、放電の原因となる。溝３１ｘの近傍のように静電電極３２の上面との距離が短いと、小さな空隙でも放電が発生しやすい。
静電チャック３０では、基体３１の厚さ方向において、溝３１ｘの底面と静電電極３２の上面（溝３１ｘ側の面）との間に、高抵抗領域３３が設けられている。高抵抗領域３３は、例えば、静電電極３２の上面に接して配置される。高抵抗領域３３は、基体３１の他の領域よりも体積抵抗率の高い領域である。なお、図１等では、便宜上、高抵抗領域３３を基体３１と別符号としているが、高抵抗領域３３は基体３１を構成するセラミックスの一部である。
すなわち、基体３１には、基体３１の厚さ方向において、溝３１ｘと静電電極３２との間に、溝３１ｘに近い側から、セラミックスからなる低抵抗領域と、低抵抗領域よりも体積抵抗率が高いセラミックスからなる高抵抗領域３３とが順次配置されている。基体３１において、高抵抗領域３３以外の全領域が低抵抗領域である。
高抵抗領域３３の体積抵抗率は、例えば、１０１５Ωｍ以上である。基体３１における高抵抗領域３３以外の領域（すなわち、低抵抗領域）の体積抵抗率は、例えば、１０１０～１０１２Ωｍ程度である。溝３１ｘと静電電極３２との間に高抵抗領域３３を設けることで、溝３１ｘの近傍における放電の発生を抑制可能となる。
高抵抗領域３３は、基体３１の主要な部分を構成する低抵抗領域よりも体積抵抗率の高い材料であれば何を用いて形成してもよいが、例えば、稠密で高抵抗かつ高耐電圧特性を有した酸化アルミニウム（アルミナ）から形成することが好ましい。例えば、酸化チタン等が添加されていない酸化アルミニウムを用いることで、低抵抗領域よりも体積抵抗率の高い領域を形成できる。ただし、高抵抗領域３３を形成する材料は酸化アルミニウム単体には限定されず、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ等の酸化物を添加したものであってもよい。
放電に対する抑制効果を高める観点から、高抵抗領域３３は、平面視で、溝３１ｘと重複する領域に設けることが好ましい。例えば、溝３１ｘが平面視で環状に設けられる場合は、高抵抗領域３３は溝３１ｘと重複する領域に環状に設けられることが好ましい。また、高抵抗領域３３の幅は溝３１ｘと同じであっても良いが、放電に対する抑制効果を高める観点から、高抵抗領域３３の幅は溝３１ｘよりも広いことが好ましい。高抵抗領域３３の厚さは、１０μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。高抵抗領域３３の厚さが１０μｍ以上であれば、放電を抑制する効果が十分に得られる。また、高抵抗領域３３の厚さが３０μｍ以下であれば、高抵抗領域３３の周辺に位置する低抵抗領域や静電電極３２との間に良好な密着性が得られる。
［基板固定装置の製造方法］
図２は、第１実施形態に係る基板固定装置の製造工程を例示する図であり、図１（ａ）に対応する断面を示している。ここでは、図２を参照しながら、静電チャック３０を作製する工程を中心に説明する。
まず、図２（ａ）に示す工程では、グリーンシート３１１を準備し、グリーンシート３１１にペースト３３１を印刷する。ペースト３３１は、焼成により高抵抗領域３３となる材料である。ペースト３３１は、例えば、酸化チタン等が添加されていない稠密で高抵抗かつ高耐電圧特性を有したペースト状の酸化アルミニウム（アルミナペースト）である。ペースト３３１は、例えば、平面視で、後の工程で溝３１ｘを形成する領域と重複するように設けることができる。ペースト３３１が必要な厚さになるように、複数回の印刷を繰り返してもよい。
次に、図２（ｂ）に示す工程では、グリーンシート３１１に、ペースト３３１を覆うように金属ペースト３２１を所定パターンで印刷する。金属ペースト３２１は、焼成により静電電極３２となる材料である。金属ペースト３２１は、例えば、タングステンペーストやモリブデンペーストである。そして、金属ペースト３２１を印刷後、ペースト３３１及び金属ペースト３２１が形成されたグリーンシート３１１を、金属ペースト３２１をグリーンシート３１２側に向けてグリーンシート３１２上に積層する。
次に、図２（ｃ）に示す工程では、図２（ｂ）に示す構造体を焼成し、必要に応じて表面研磨等を行う。焼成により、グリーンシート３１１とグリーンシート３１２とが一体化し、基体３１が形成される。また、焼成により、金属ペースト３２１から静電電極３２が形成され、ペースト３３１から高抵抗領域３３が形成される。
次に、図２（ｄ）に示す工程では、溝３１ｘや溝３１ｘの底面に開口するガス排出部１１３を形成する。ガス排出部１１３は、溝３１ｘの底面から基体３１の厚さ方向に、高抵抗領域３３を貫通して基体３１の下面側から露出するように形成する。溝３１ｘやガス排出部１１３は、例えば、ブラスト処理やドリル加工等により形成できる。
図２（ｄ）に示す工程の後、予めガス流路１１１、ガス注入部１１２、冷却機構等を形成したベースプレート１０を準備し、ベースプレート１０上に接着層２０（未硬化）を形成する。そして、図２（ｄ）に示す構造体を、接着層２０を介してベースプレート１０の一方の面に搭載し、接着層２０を硬化させる。以上の工程により、図１に示す基板固定装置１が完成する。
このように、静電チャック３０の基体３１の厚さ方向において、溝３１ｘと静電電極３２との間に高抵抗領域３３を設けることで、静電電極３２に通じる脆弱箇所があっても、高抵抗領域３３により載置面３１ａ側から静電電極３２に放電する経路が遮断される。その結果、溝３１ｘの近傍における放電の発生を抑制できる。
高抵抗領域３３は、特に基体３１の主要部分の体積抵抗率が比較的低く放電が発生しやすいジョンセン・ラーベック型静電チャックに適用すると有効である。ただし、高抵抗領域３３は、クーロン力型静電チャックに適用してもよい。
なお、高抵抗領域３３は、溝３１ｘが環状に設けられていない場合や、溝３１ｘにガス排出部１１３が開口していない場合にも放電抑制効果を奏する。
〈第１実施形態の変形例１〉
第１実施形態の変形例１では、複数の溝を有する静電チャックを備えた基板固定装置の例を示す。なお、第１実施形態の変形例１において、既に説明した実施の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３は、第１実施形態の変形例１に係る基板固定装置を簡略化して例示する図であり、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図である。図３を参照すると、基板固定装置１Ａには、２つの溝３１ｘが、平面視で互いに接しないように同心円状に設けられている。各々の溝３１ｘの底面にガス排出部１１３が開口している。基体３１の厚さ方向において、各々の溝３１ｘと静電電極３２との間に、高抵抗領域３３が設けられている。高抵抗領域３３は、例えば、平面視で、各々の溝３１ｘと重複する領域に環状に設けられる。
このように、静電チャック３０の基体３１に、載置面３１ａに開口する２つの溝３１ｘを設けてもよい。この場合も、各々の溝３１ｘと静電電極３２との間に高抵抗領域３３を設けることで、各々の溝３１ｘの近傍における放電の発生を抑制可能となる。
また、載置面３１ａに開口する各々の溝３１ｘの底面にガス排出部１１３が開口することで、吸着対象物である基板を効果的に冷却できる。また、各々の溝３１ｘ内にガスを供給することで、載置面３１ａに吸着した基板の取り外しを一層容易化できる。なお、載置面３１ａに開口する３つ以上の溝３１ｘを設けてもよい。
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（シリコンウェハ等）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、１Ａ 基板固定装置
１０ ベースプレート
１１ ガス供給部
２０ 接着層
３０ 静電チャック
３１ 基体
３１ａ 載置面
３１ｘ 溝
３２ 静電電極
３３ 高抵抗領域
１１１ ガス流路
１１２ ガス注入部
１１３ ガス排出部

Claims (7)

  1. 吸着対象物が載置される載置面を有する基体と、前記基体に内蔵された電極と、を有し、
    前記基体には、前記載置面側に開口し、前記電極までは達しない溝が設けられ、
    前記基体の厚さ方向において、前記溝の底面と前記電極との間に、
    前記溝に近い側から、セラミックスからなる低抵抗領域と、前記低抵抗領域よりも体積抵抗率が高いセラミックスからなる高抵抗領域と、が順次配置され、
    前記溝は、平面視で環状に設けられ、
    前記高抵抗領域は、平面視で、前記溝と重複する領域に環状に設けられ、
    前記溝の底面に開口するガス排出部が設けられ、
    前記ガス排出部は、前記高抵抗領域を貫通する、静電チャック。
  2. 複数の前記溝が、平面視で互いに接しないように同心円状に設けられ、
    前記高抵抗領域は、平面視で、各々の前記溝と重複する領域に環状に設けられる、請求項１に記載の静電チャック。
  3. 前記高抵抗領域は、前記溝よりも幅が広い、請求項１又は２に記載の静電チャック。
  4. 前記高抵抗領域は、前記電極の前記溝側の面に接している、請求項１乃至３の何れか一項に記載の静電チャック。
  5. 前記高抵抗領域は酸化アルミニウムから形成され、体積抵抗率が１０１５Ωｍ以上である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の静電チャック。
  6. ジョンセン・ラーベック型である、請求項１乃至５の何れか一項に記載の静電チャック。
  7. 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６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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