JPH04211146A - 静電チャック - Google Patents

静電チャック

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JPH04211146A
JPH04211146A JP3004811A JP481191A JPH04211146A JP H04211146 A JPH04211146 A JP H04211146A JP 3004811 A JP3004811 A JP 3004811A JP 481191 A JP481191 A JP 481191A JP H04211146 A JPH04211146 A JP H04211146A
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wafer
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Yasushi Sakakibara
榊原　康史
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
［０００１１
【産業上の利用分野］本発明は、半導体製造工程等でプ
ラズマＣＶＤやプラズマエツチング等を利用して薄膜の
形成あるいは食刻加工を行う場合にウェハ保持を行う静
電チャックに関するものであって、特にウェハ温度の均
一化に関する。 ［０００２］ 【従来の技術】従来、プラズマＣＶＤ装置やプラズマエ
ツチング装置においては、被加工ウェハは基板台に重力
を利用して載置するか、または機械的にクランプする構
造となっていた。 ［０００３］　このようなウェハの装着方法、例えば重
力を利用した載置方式では、真空中の熱伝達率が小さい
ため、加工エネルギーの増大に伴うウェハの温度上昇が
大きく、前工程でウェハに形成されていたパターンの損
傷を生ずるので、加工速度を大きく出来ない問題がある
。 また、機械的なりランプ法では、クランプ治具近傍の加
工精度が悪くなることから、ウェハ周辺部の部分的な押
さえしか許されず、ウェハと冷却台座との接触圧力が小
さく、冷却効果は重力利用と殆ど変わらないこと、ウェ
ハと冷却台座との間に伝熱媒体としてガスを導入しても
、ウェハの機械的歪みを発生するため、温度分布の均一
性に欠ける問題がある。 ［０００４］そこで、このような問題を解決するために
、およびウェハ加工の微細化、均一化の要求により、低
温加工が必要となったことから、静電吸着力を利用した
静電チャックが実用化されつつある。 ［０００５］
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実用化
されつつある静電チャックについても、ウェハ温度分布
の均一化が問題とされており、例えば特開平１−２５１
７３５号公報においては、この問題を解決するために、
ウェハと静電チャックとの間に、圧力調整可能にガスを
導入するといった複雑な構造を採用している。 ［０００６１本発明の目的は、簡素な構造でかつウェハ
の温度分布の均一化を実現可能な、静電チャックを提供
することにある。 ［０００７］
【課題を解決するための手段】本発明は、ウェハと静電
チャックとの熱伝達機構が、真空中では、ウェハと静電
チャックとの接触熱伝達であること、ウェハの無いとき
の加工エネルギー流入に伴う静電チャック表面の温度分
布が、本質的に中心から半径方向に同心的に低下するこ
とに着目したもので、ウェハと静電チャックとの有効接
触面積を中心から半径方向に漸次低減して、ウェハ温度
の均一性を得ようとするものである。即ち、上記目的を
達成するために、本発明によれば、静電吸着力を利用し
て、ウェハを保持する静電チャックであって、保持すべ
き前記ウェハと部分的に接触するように、前記静電チャ
ック表面に凹凸形状の加工を施したものにおいて、該凹
凸形状として、前記静電チャックの表面のうち相対的に
内側の領域である中央部における凸部面積比率に対し、
前記静電チャックの表面のうち相対的に外側の領域であ
る外周部における凸部面積比率を小さくして、ウェハと
静電チャックとの間の熱伝達率を変化させるように形成
するものとする。 ［０００８］　ここで、静電チャック表面の中央部の中
心部から外周部の最外周部まで連続的に凸部面積比率を
低減するように形成してもよい。
【０００９】また、凹凸形状の段差を１０μｍないし７
０μｍとし、かつ中央部における凸部面積比率に対する
外周部における凸部面積比率を５０％以下となるように
形成すること；静電チャックの直径の１０％ないし５０
％内の領域を、凸部面積比率の大きい中央部とするよう
に形成すること；中央部における凸部面積比率が２５％
ないし１００％であるようにすること；も、それぞれ好
ましい態様として挙げることができる。 ［００１０１
【作用］円板状の静電チャックの裏面に、均熱された冷
却ジャケットを周辺部綿めつけで取付け、ウェハが無い
状態で静電チャック表面に均一なエネルギーを流入させ
た場合、このエネルギーは熱流として水冷ジャケットへ
向かう一方、静電チャックが通常厚みのある絶縁体ベー
ス上に平板状電極と絶縁層とを順に積層して一体化した
構造を有することから、静電チャックの側面も放熱面を
形成し、水冷ジャケットへ向かった残りのエネルギーが
熱流として半径方向外方へ向かう。この熱流の断面積は
半径方向位置の半径に比例して大きくなるが、一方、こ
の半径の内側のエネルギーは半径の自乗して大きくなる
ため、半径方向外方へ向かう熱流密度が半径方向に大き
くなり、静電チャックを構成する絶縁材の熱伝導率が小
さいことから、半径方向の温度分布として、温度勾配が
中央部で小さく、外周へ近づくにつれて大きくなる温度
分布が生じる。ウェハが有る場合、まず、ウェハと静電
チャックとの間に微小な隙間を仮定すれば、ウェハに流
入した均一なエネルギーは輻射により静電チャックに伝
達され、静電チャック内でウェハが無い場合と同様な温
度分布が形成される。一方、この輻射による熱伝達は、
ウェハが無い静電チャックにおける水冷ジャケットへの
熱伝達に相当するから、ウェハ内でも、ウェハが無い静
電チャックの場合と同様な温度分布が生じる。この温度
分布は、ウェハ全体の温度が静電チャックより高いこと
はもちろんであるが、温度勾配も、ウェハの熱伝導率自
体は大きいが厚さが薄いことから熱抵抗が大きく、半径
方向の温度勾配が静電チャック表面の半径方向温度勾配
よりも大きくなる温度勾配を示す。従って、ウェハと静
電チャックとの温度差は中央部で大きく外周部へ進むに
つれて小さくなる。従って、ウェハと、熱容量の大きい
静電チャックとの接触面積を中央部で大きくとり、周辺
部で小さくとると、中央部での接触熱抵抗が周辺部より
小さくなり、ウェハ中央部の温度の下がり方が周辺部よ
り大きくなるため、ウェハ内での温度勾配が小さくなり
、ウェハ温度をより均一化することが可能になる。 ［００１１１なお、静電チャックの中央部および外周部
に形成する凸部の高さを１０μｍないし７０μｍとする
理由は、静電チャックが通常磁器からなる絶縁材中に平
板状電極を埋め込んだ構造であり、ウェハが吸着される
磁器表面は、表面粗さがμｍオーダに研磨されることか
ら、１０μｍ以下では加工の精度を出しにくいこと、ま
た、７０μｍ以上では、ウェハの吸着、保持が必ずしも
確実に行われ得ないことによるものである。 ［００１２］ 【実施例】図１に、本発明になる静電チャックを用いた
ウェハ保持装置全体の断面図を示す。静電チャック１と
冷却用の水冷ジャケット２とは、周辺部をポルト３にて
取付けられている。水冷ジャケット２の中央部には、静
電チャック１に吸着用の電圧を供給するための給電端子
４が真空シールにて取付けられた絶縁板５が真空シール
にて配置されている。ピン６は吸着されたウェハを離脱
するためのものである。 ［００１３］本実施例において、静電チャック１は、全
体が凸部７Ａとしてなる中央部ＩＡと、部分的に凸部７
Ｂが形成された外周部ＩＢとから成る。 ［００１４１図１において、ｈは凹凸形状の段差を示す
もので、本実施例においては１０μｍないし７０μｍと
なっている（図ではｈの厚さを誇張して描いである）。 ［００１５］図２ないし図７に、本発明による静電チャ
ックの第１ないし第６の実施例を示す。図８および図９
は本発明の実施例と比較するために示す比較例である。 図２ないし図９において、静電チャックの直径は１８０
　ｍｍである。 ［００１６１図２の静電チャック１は、同図（ａ）に示
すように、その中央部ＩＡは直径が４０ｍｍの円形であ
り、中央部ＩＡ全全体凸部７Ａとなっている。一方、外
周部ＩＢには、同図（ａ）には図示を省略しているが、
同図（ｂ）に示すような等間隔ピッチ１．５ｍｍのドツ
トパターンで、直径０．５７ｍｍの凸部７Ｂが設けられ
ている。本実施例では、静電チャック１の直径に対する
中央部ＩＡの直径の比率は約２２％である。 ［００１７１図３の静電チャック１は、同図（ａ）に示
すように、その中央部ＩＡは直径が６０ｍｍの円形であ
り、中央部ＩＡ全全体凸部７Ａとなっている。一方、外
周部ＩＢには、同図（ａ）には図示を省略しているが、
同図（ｂ）に示すような等間隔ピッチ２．０ｍｍのドツ
トパターンで、直径１．１３ｍｍの凸部７Ｂが設けられ
ている。本実施例では、静電チャック１の直径に対する
中央部ＩＡの直径の比率は約３３％である。 ［００１８］図４の静電チャック１は、同図（ａ）に示
すように、その中央部ＩＡは直径が４０ｍｍの円形であ
り、この領域に、同図（ｂ）に示すように、等間隔ピッ
チ２．０ｍｍのドツトパターンで、直径１．０ｍｍの四
部７Ａが設けられ、残りの平坦な面が凸部を構成する。 一方、外周部ＩＢには、同図（ａ）には図示を省略して
いるが、同図（Ｃ）に示すように、等間隔ピッチ１．５
ｍｍのドツトパターンで、直径０゜５７ｍｍの凸部７Ｂ
が設けられている。本実施例では、静電チャック１の直
径に対する中央部ＩＡの直径の比率は約２２％である。 ［００１９１図５の静電チャック１は、同図（ａ）に示
すように、その中央部ＩＡは直径が４０ｍｍの円形であ
り、この領域に、同図（ｂ）に示すように、等間隔ピッ
チ５．０ｍｍのドツトパターンで、直径３．５ｍｍの四
部７Ａが設けられ、残りの平坦な面が凸部を構成する。 一方、外周部ＩＢには、同図（ａ）には図示を省略して
いるが、同図（Ｃ）に示すように、等間隔ピッチ１．５
ｍｍのドツトパターンで、直径０゜５７ｍｍの凸部７Ｂ
が設けられている。本実施例では、静電チャック１の直
径に対する中央部ＩＡの直径の比率は約２２％である。 ［００２０１図６の静電チャック１は、同図（ａ）に示
すように、その中央部ＩＡは直径が６０ｍｍの円形であ
り、この領域に、同図（ｂ）に示すように、等間隔ピッ
チ２．０ｍｍのドツトパターンで、直径１．０ｍｍの四
部７Ａが設けられ、残りの平坦な面が凸部を構成する。 一方、外周部ＩＢには、同図（ａ）には図示を省略して
いるが、同図（Ｃ）に示すように、等間隔ピッチ２．０
ｍｍのドツトパターンで、直径１゜１３ｍｍの凸部７Ｂ
が設けられている。本実施例では、静電チャック１の直
径に対する中央部ＩＡの直径の比率は約３３％である。 ［００２１１図７の静電チャック１は、同図（ａ）に示
すように、その中央部ＩＡは直径が６０ｍｍの円形であ
り、この領域に、同図（ｂ）に示すように、等間隔ピッ
チ５．０ｍｍのドツトパターンで、直径３．５ｍｍの四
部７Ａが設けられ、残りの平坦な面が凸部を構成する。 一方、外周部ＩＢには、同図（ａ）には図示を省略して
いるが、同図（Ｃ）に示すように、等間隔ピッチ２．０
ｍｍのドツトパターンで、直径１゜１３ｍｍの凸部７Ｂ
が設けられている。本実施例では、静電チャック１の直
径に対する中央部ＩＡの直径の比率は約３３％である。 ［００２２］一方、比較例である図８の静電チャック１
は、同図（ａ）には図示していないが、同図（ｂ）に示
すような等間隔ピッチ１．５ｍｍのドツトパターンで、
中央部ＩＡと外周部ＩＢとの全域にわたって均等に、直
径０．５７ｍｍの凸部７Ａおよび７Ｂが設けられている
。 ［００２３］別の比較例である図９の静電チャック１に
は、中央部ＩＡ、外周部ＩＢともに凸部は設けられてお
らず、全面が平面になっている。 ［００２４］図２ないし図７の実施例および図８２図９
の比較例に示す静電チャック１を用いて、本発明者らが
実験したところ、プラズマエネルギーが均一に流入した
ときのウェハおよび静電チャックの温度分布につき、下
記の表に示す結果が得られた。 ［００２５］
【表１】 ［００２６］　このように、比較例である図８２図９の
静電チャックによっては、ウェハの温度が、中央部と外
周部とで１００℃以上も異なるのに対し、本発明の実施
例である図２ないし図７の静電チャックによれば、この
温度差が低減され、温度分布が均一化されていることが
明らかである。特に図２の実施例においてはその効果が
顕著である。 ［００２７］なお、発明者らの吸脱着試験によると、図
９の静電チャックの場合には、ウェハ温度は最も低くな
る（冷却性がよい）のであるが、ウェハ裏面の状態変化
による吸着力の変動が大きく、また離脱時の残留吸着力
が極めて大きく安定性に欠けるという別の問題もあり、
実用的でない。 ［００２８］そこで、冷却性能を重視した静電チャック
の、上記実施例と異なる実施例を図１０に示す。図１０
の静電チャックは、同図（ａ）に示すように、静電チャ
ック表面は４種類のパターンからなり、そのパターンは
同心状に形成されている。中央部ＩＡは直径Ｄ１が７６
ｍｍの円形であり、中央部ＩＡ全全体凸部となっている
。一方、外周部ＩＢは３つのリング状領域ＩＢＩ　、　
ＩＢ２　、　ＩＢｓからなり、直径Ｄ１〜Ｄ２（７６ｍ
ｍ〜１０６ｍｍ）の第１領域ＩＢ＋　は、同図（ａ）に
は図示を省略しているが、同図（ｂ）に示すような等間
隔ピッチ５ｍｍのドツトパターンで、直径４．８８ｍｍ
の凸部が設けられている。直径Ｄ２〜Ｄ３（１０６ｍｍ
〜１３０Ｉ［Ｉｍ）の第２領域ＩＢ２は同図（Ｃ）に示
すような等間隔ピッチ２ｍｍのドツトパターンで、直径
１．６ｍｍの凸部が設けられている。さらに、直径Ｄ３
〜Ｄ（１３０ｍｍ〜１８０ｍｍ）の第３領域ＩＢ３は同
図（ｄ）に示すような等間隔ピッチ２ｍｍのドツトパタ
ーンで、直径１．１３ｍｍの凸部が設けられている。 ［００２９１図１０の静電チャックと前述の図９の静電
チャックとを用いて行った別の実験結果を下記の表に示
す。 ［００３０１
【表２］ 【００３１】このように、ウェハ温度については、図１
０の静電チャックを用いたときと図９の静電チャックを
用いたときとでほとんど差がなく、温度分布については
図１０の静電チャックが若干ではあるが優っている。 ［００３２］以上の湿炭特性と吸脱着特性の結果から、
凹凸の段差は１０μｍないし７０μｍ、中央部の最大接
触面積率（凸部面積比率）は２５％〜１００％、中央部
に対する外周部の接触面積率の比率は５０％以下、接触
面積率の半径方向の分布は少なくとも静電チャック直径
の１０％〜５０％の部分を境にした２分割、またはそれ
以上の分割がよく、好ましくは連続的に変化させる方が
よい。 ［００３３］
【発明の効果】本発明では、ウェハホルダーとして静電
チャックを利用し、ウェハの処理表面に接触することな
くウェハを保持し、かつ静電チャックを強制的に冷却す
ると同時に、ウェハと静電チャックとの接触面積を径方
向に変化させて、熱伝達率を制御しているので、温度制
御のための複雑な構造・補助手段を使用する必要がない
。それ故、低置な装置コストで安定性の高いウェハホル
ダーが実現できた。 ［００３４］更に、ウェハの処理表面に接触することな
くウェハを保持しているので、半導体マイクロデバイス
の特性変動要因となるコンタミネーションを大幅に低減
できた。 ［００３５］なお、特に例示はしていないが、静電チャ
ックの強制冷却の冷媒温度を制御すれば、容易にウェハ
加工の最適温度を得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる静電チャックを用いたウェハ保持
装置の全体構成を示す断面図
【図２】本発明になる静電チャックの第１の実施例の表
面形状を示す図
【図３】本発明になる静電チャックの第２の実施例の表
面形状を示す図
【図４】本発明になる静電チャックの第３の実施例の表
面形状を示す図
【図５】本発明になる静電チャックの第４の実施例の表
面形状を示す図
【図６】本発明になる静電チャックの第５の実施例の表
面形状を示す図
【図７】本発明になる静電チャックの第６の実施例の表
面形状を示す図
【図８】本発明になる静電チャックの表面形状と比較す
るために示す第１の比較例の静電チャックの表面形状を
示す図
【図９】本発明になる静電チャックの表面形状と比較す
るために示す第２の比較例の静電チャックの表面形状を
示す図
【図１０】本発明による表面形状を冷却性に重点を置い
て形成した静電チャックの一実施例の表面形状を示す図
【符号の説明】
１　　静電チャック ＩＡ　中央部 １Ｂ　外周部 ７Ａ　中央部の凸部 ７Ｂ　外周部の凸部
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】静電吸着力を利用して、ウェハを保持する
    静電チャックであって、保持すべき前記ウェハと部分的
    に接触するように、前記静電チャック表面に凹凸形状の
    加工を施したものにおいて、該凹凸形状として、前記静
    電チャックの表面のうち相対的に内側の領域である中央
    部における凸部面積比率に対し、前記静電チャックの表
    面のうち相対的に外側の領域である外周部における凸部
    面積比率を小さくして、ウェハと静電チャックとの間の
    熱伝達率を変化させるように形成したことを特徴とする
    静電チャック。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の静電チャックにおいて、
    静電チャック表面の中央部の中心部から外周部の最外周
    部まで連続的に凸部面積比率を低減するように形成した
    ことを特徴とする静電チャック。
  3. 【請求項３】請求項１もしくは請求項２に記載の静電チ
    ャックにおいて、凹凸形状の段差を１０μｍないし７０
    μｍとし、かつ中央部における凸部面積比率に対する外
    周部における凸部面積比率を５０％以下となるように形
    成したことを特徴とする静電チャック。
  4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３に記載の静電チャ
    ックにおいて、静電チャックの直径の１０％ないし５０
    ％内の領域を、凸部面積比率の大きい中央部とするよう
    に形成したことを特徴とする静電チャック。
  5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４に記載の静電チャ
    ックにおいて、中央部における凸部面積比率が２５％な
    いし１００％であるように形成したことを特徴とする静
    電チャック。
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