(57)【要約】【課題】チャキング力の面内ばらつきを抑え、冷却性能及び均熱性能の良好なセラミック製静電チャックを提供する。【解決手段】誘電層２兼支持部１となるセラミックスプレート１０の支持部１側に所定の均一なパターンで溝３が形成されている。溝３の底部には、吸着力発生用電極となる導電膜４が形成されている。導電コートの形成は、例えば無電解メッキ、導電ペースト(メタライズ)などを用いることにより容易に行うことが出来る。溝３のパターンは均熱の面から一様であることが好ましい。溝３の中は冷却ユニット等との電気的な絶縁を図るため、絶縁材料５で充填する。【選択図】  図１
2006210696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも厚みの半分以上の深さの溝が片面に形成されたセラミックプレートと、
該溝の底部に形成された吸着力発生用電極となる導電体と、
該導電体を覆い、前記溝の中に充填された高絶縁性の充填剤と
を備えたことを特徴とするセラミック製静電チャック。
【請求項２】
前記溝のパターンは、格子状の等間隔の直線の組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載のセラミック製静電チャック。
【請求項３】
前記導電体は、導電膜、導電箔、導電ワイヤ、導電メッシュのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のセラミック製静電チャック。
【請求項４】
前記充填剤は、ポリイミド樹脂又はガラス系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック製静電チャック。
【請求項５】
前記セラミックプレートの面積と、前記溝の面積との比が10:6〜10：3であることを特徴とする請求項1乃至４のいずれか１つに記載のセラミック製静電チャック。
【請求項６】
前記溝のピッチは、前記誘電体の厚さの2倍以上であることを特徴とする請求項1乃至４のいずれか１つに記載のセラミック製静電チャック。
【請求項７】
前記溝のピッチは、前記溝の幅の2倍以上であることを特徴とする請求項1乃至４のいずれか１つに記載のセラミック製静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電チャックに関し、特に半導体製造装置の基板保持に使用されるセラミック製静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の基板保持に使用されている静電チャックは、半導体基板を均一に吸着出来る点や高真空中でも使用可能なことから、従来のメカニカルクランプ、バキュームチャックに代わり広く用いられている。図２に示すように、静電チャックは、被吸着物２４が吸着される誘電層２１とこの誘電層２１を支える支持部２２から成り、誘電層２１と支持部２２間には、吸着力発生のための吸着力発生用電極２３が埋設されている。吸着力発生用電極２３には、給電端子２５を介して給電されている。静電チャックは基板の保持だけでなく基板の冷却・均熱の役割も果たすことから、エッチング装置などに用いる場合、支持部には冷却ユニット２６が接続されることが多い。誘電層には面精度、耐蝕性、発塵性などの観点からセラミックスが多く用いられている。
【０００３】
静電チャックの具体的な構造や製造方法としては、
（１）粉末成形体２７中に金属電極２３を埋設して一体焼結した後、外形加工を施し、アセンブリするもの(図３Ａ参照)、（２）誘電層２１と支持部２２と成る2枚のセラミックプレートを準備し、片方へ導電ペーストの印刷などによって電極２３を形成後に接着剤等の樹脂２７で張り合わせてアセンブリするもの(図３Ｂ参照)、さらに上記2つの中間的な方法として、（３）誘電層２１と支持部２２と成るグリーンシートなどの成型体に導電ペーストの印刷によって電極２３を形成し、他の成型体と貼り合わせて焼結した後、外形加工を施し、アセンブリするもの（例えば、図３Ｃ及び特許文献１参照。）など、各種の提案がなされている。
【０００４】
また、静電チャックの静電吸着力を高めかつ残留吸着力を速やかに逃がし、静電チャックを成膜処理やエッチング処理に使用できるように、被吸着物を保持する吸着面を有する板状セラミック体中に、金網状電極を埋設してなる静電チャックであって、金網状電極が占める面積に対する開口部の割合を５０〜８０％とし、かつ各開口部の最短幅を０．２３ｍｍ以上としたものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平５−３０４２０１号公報
【特許文献２】特開２０００−１５８２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エッチング装置用の静電チャックに求められる性能としては、迅速で均一なチャック、デチャック性能と、ウェーハの温度を一定に保つ高い冷却・均熱性能などが挙げられる。
【０００６】
チャック、デチャック性能については、誘電層の厚みが大きな影響を与える。
【０００７】
セラミック静電チャックは、誘電層の抵抗率によって、高抵抗タイプと低抵抗タイプの2種類が存在するが、前者の吸着はF［Pa］＝(1/2)×ε(V/d)2で与えられるため、特にその影響が著しい。ここで、εは誘電層の誘電率、Vは印加電圧、dは誘電層厚さである。
【０００８】
冷却・均熱性能については、冷却ユニットの性能を生かすためにも静電チャック本体に高い熱伝導率が求められる。
【０００９】
上述した（１）の構造・製造方法においては、例えば窒化アルミニウムなど熱伝導率の高いセラミックを基材に用いることで冷却・均熱性能を向上させることが可能であるが、焼結時の発生する基材の反りに等により誘電層厚みを一定に制御するのが難しい。
【００１０】
（２）の構造・製造方法においては、焼結体の張り合わせのために誘電層の厚みの制御は容易であるが、接着層に熱伝導率の低い樹脂系の素材が入ると、冷却ユニットヘの熱の伝達を妨げ好ましくない。
【００１１】
また、(３)の構造・製造方法においては、通常の積層コンデンサの製造で用いられるように、張り合わせたグリーンシートを加熱加圧焼結することで平行な誘電層が得られるが、非常に薄い形状の静電チャックしか得ることが出来ない。実際の静電チャックでは、ガスの導入ラインや、発熱体などを本体に同時に作り込むことも多く、支持部分にはある程度の厚さが必要とされる。
【００１２】
以上のようにセラミック静電チャックにおいて、誘電層厚み(電極埋設深さ)のコントロールと、冷却・均熱性能の向上を同時に達成するためには工夫が必要であった。
【００１３】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、チャキング力の面内ばらつきを抑え、冷却性能及び均熱性能の良好なセラミック製静電チャックを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様によれば、少なくとも厚みの半分以上の深さの溝が片面に形成されたセラミックプレートと、該溝の底部に形成された吸着力発生用電極となる導電体と、該導電体を覆い、前記溝の中に充填された高絶縁性の充填材とを備えたことを特徴とするセラミック製静電チャックが提供される。
【００１５】
前記セラミックプレートの面積と、前記溝の面積との比が10:6〜10：3であることが好ましい。
【００１６】
また、前記溝のピッチは、前記誘電体の厚さの2倍以上であることが好ましい。
【００１７】
さらに、前記溝のピッチは、前記溝の幅の2倍以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかるセラミック製静電チャックによれば、チャキング力の面内ばらつきが抑えられ、冷却性能及び均熱性能が良好となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施形態に係るセラミック製静電チャックの概略構成を示す略断面である。このセラミック静電チャックは誘電層２と支持部１から成る高熱伝導セラミックスプレート１０で、誘電層２兼支持部１となるセラミックスプレート１０の支持部１側に所定の均一なパターンで溝３が形成されている。溝３の底部には、吸着力発生用電極となる導電体４が形成されている。この導電体４は、例えば導電膜としてコーティングにて形成する。導電コートの形成は、例えば無電解メッキ、導電ペースト(メタライズ)などを用いることにより容易に行うことが出来る。導電体４は、導電膜に限られず、導電性の箔やワイヤ、あるいはメッシュでもよいことは勿論である。
【００２１】
溝３のパターンは均熱の面から一様であることが好ましい。また、セラミックスヘの複雑なパターンの加工は非常に時間とコストを要するため、例えば格子状など直線溝の組み合わせからなるパターンが好適である。溝３の中は冷却ユニット等との電気的な絶縁を図るため、絶縁材料５で充填する。充填剤５は、冷却ユニットとの接着も考慮すると、例えばポリイミド樹脂やガラス系などの使用温度の高い材料が実用上好ましい。
【００２２】
溝３の深さについては、誘電層表面を基準面としてグライディングセンターなどによる機械加工を行うことで、数μmオーダーの誤差で所望の深さに制御することが可能である。
【００２３】
本実施形態に係る静電チャックの冷却・均熱性については、図１の断面図に示すように、熱伝導率の低い充填材５の部分を取り囲むように熱伝導率の高いセラミックス部分が配置されているため、張り合わせ品のように接着層が熱の流れを大きく妨げることなく、熱伝導率の低い充填材による冷却・均熱性能の低下を抑えることが可能となる。ただし、溝部分を増やすほど冷却性能も低ドするため、セラミックプレートの面積と、溝部分の面積の比が10：6〜10:3程度であることが好ましい。また、均熱の面から溝ピッチが誘電層厚さの2倍以上であること、溝ピッチが溝幅の2倍以上であることが好ましい。
【００２４】
実施例
a)熱伝導率140Ｗｍ／Ｋ、室温での体積抵抗率1015Ωcmの窒化アルミニウム焼結体を準備し、φ210×6tの円盤状に研削加工を行った。
【００２５】
ｂ)次に上記円盤片面の中心部φ190mmのエリア内に、幅5.Omm、深さ5.50mm、ピッチ20.Ommの格子状の角溝をグライディングセンターにて加工し、その底面にNiメッキを行い、吸着力発生用電極とした。このときのφ190mm円の面積と、溝部分の面積の比は約10：5である。
【００２６】
c)次に溝空隙部の充填剤としてポリイミドワニスを溝に流し込み、450℃で焼き付け処理を行った。このとき、中心部の電極から給電用の配線を引き出し、焼き付け後にも電極への給電が出来るようにした。
【００２７】
d)焼き付け完了後、溝加工面のポリイミド部分と窒化アルミニウム部分が同じ面になるように研削加工を行い、その面にアルミニウム製の冷却ユニットを高熱伝導タイプの接着剤にて接着し、窒化アルミニウム製静電チャックを得た。
【００２８】
e)完成した静電チャックの誘電層表面からNi電極までの距離を超音波膜厚計にて30点測定したところ、測定値は495〜516μmとなり、約20μm程度の平坦度があることが確かめられた。
【００２９】
ｆ）次に静電チャックを真空チャンバー内にセットし、真空雰囲気で1.5kVの直流電圧を電極に印加したときの吸着力を測定した。測定は接地したφ50のシリコン吸着子をロードセルに接続したものを準備し、その吸着子を静電チャックに吸着させた後引き上げ、剥離した際のロードセルの指示値を吸着力とした。電極埋設位置の測定と同様に、30点の吸着力を測定したところ、測定値は39〜43gf／cm2となった。
【００３０】
g)最後に均熱性能を確かめるため、実際のエッチング装置内に静電チャックをセットし、そこへ上記30点と同じ位置に熱電対を貼り付けた8インチウェーハを乗せ、プラズマ雰囲気中でのウェーハの表面温度を測定した。このとき冷却ユニットの設定温度は15℃とした。rfパワー800WのArプラズマに5分間暴露した直後の測定温度は、15.1〜15.5℃でほとんど上昇は見られなかった。
【００３１】
比較例1
a)実施例と同様の構造で、溝のサイズを、幅10.Omm、深さ5.50mm、ピッチ19.Ommとし、格子を密にした静電チャックを作製した。このときのφ190mm円の面積と、溝部分の面積の比は約10：8.5である。
【００３２】
b)得られた静電チャックの誘電層表面からNi電極までの距離を超音波膜厚計にて30点測定したところ、測定値は493〜514μmとなり、約20μm程度の平坦度があることが確かめられた。
【００３３】
c)実施例と同様の条件で、吸着力の評価を行った。測定値は42〜47gｆ／ｃｍ2となった。
【００３４】
d)均熱性能も実施例と同様の条件で評価したところ、プラズマ暴露後のウェーハ温度は16.2〜17.9℃となり温度の上昇と、温度ムラが見られた。全体的な温度の上昇は、面内を占める溝(樹脂部分)の割合が高いために生じている。温度ムラは誘電層厚に対して、溝幅が広くかつ溝ピッチが狭いため、熱伝導率が低い溝直上部分の熱が、熱伝導率が高い部分へ効率的に逃げなくなってしまったことにより生じている。
【００３５】
比較例2
a)焼結後、熱伝導率140Ｗｍ／Ｋ、室温での体積抵抗率1015Ωcmの窒化アルミニウム焼結体が得られるφ230×15t成型体を準備し、金型成形の際、φ190のＭｏメッシュを電極として成型体の中心に埋設した。
【００３６】
b)この成型体を1800℃、0.1ton/ｃｍ２、３時間キープの条件でホットプレス焼結した。
【００３７】
c)得られた焼結体の外周をφ200×8tに研削加工したのち、誘電層となる面に対して超音波膜厚計でメッシュの埋設深さを確認しながら、平均深さが500μmになるまで表面を研削した。埋設深さの測定より、中心部が約550μm、外周部は450μmとなっていることが確かめられ、Ｍｏメッシュは中心部が100μmほど窪んだお椀型になっていることが確かめられた。
【００３８】
d)次に、支持部側中心にＭｏメッシュが表面に露出するまでφ20のザグリ加工を行い、露出したメッシュに給電コネクタをロウ付けし、その面にアルミニウム製の冷却ユニットを高熱伝導タイプの接着剤にて接着し、窒化アルミニウム製静電チャックを得た。
【００３９】
e)実施例と同様の条件で、吸着力の評価を行った。測定値は中心寄りと外周寄りとで異なり、中心部は37〜48gｆ／ｃｍ２、外周部は47〜57 gｆ／ｃｍ２となった。この差は膜厚の分布が影響していると思われる。
【００４０】
ｆ）均熱性能についても実施例と同様の条件で評価した。プラズマ暴露後のウェーハ温度は15.0〜15.4℃となり、ほとんど上昇は見られなかった。
【００４１】
比較例3
a)熱伝導率140Ｗｍ／Ｋ、室温での体積抵抗率1015Ωcm、φ200×5tの窒化アルミニウム焼結体を２枚準備し、一方の焼結体の片面に、スクリーン印刷にてＷペーストをφ190の円形に印刷した。さらに熱処理による焼付けを行い、吸着力発生用の電極とした。
【００４２】
b)さらに、電極の面を挟み込むように、２枚の焼結体をポリイミド系接着剤にて加圧加熱接着した。
【００４３】
c)接合体の電極を印刷した側の焼結体を誘電層とし、超音波膜厚計にて埋設深さを確認しながら、平均埋設深さが500μmになるように、誘電層厚みを調整した。また、支持部側より電極が表面に露出するまでφ20のザグリ加工を行った。露出した電極に導電性接着剤で給電コネクタを接続し、その面にアルミニウム製の冷却ユニットを高熱伝導タイプの接着剤にて接着し、窒化アルミニウム製静電チャックを得た。
【００４４】
ｄ)完成した静電チャックの誘電層表面からＷ電極までの距離を、超音波膜厚計にて30点再測定したところ、測定値は491〜499μmとなり、約10μm程度の平坦度があることが確かめられた。
【００４５】
ｅ)実施例と同様の条件で、吸着力の評価を行った。測定値は39〜44gｆ／ｃｍ２となった。
【００４６】
ｆ)均熱性能についても実施例と同様の条件で評価した。プラズマ暴露後のウェーハ温度は17.0〜17.9℃となり他の比較例と比べると大きな温度上昇が見られ、均熱性も悪くなった。
【００４７】
比較例4
ａ)熱伝導率140Ｗｍ／Ｋ、室温での体積抵抗率1015Ωcm、φ200×1tの窒化アルミニウム製のグリーンシートを２枚準備し、一方の基材の片面に、スクリーン印刷にてＷペーストをφ190の円形に印刷した。さらに熱処理による焼付けを行い、吸着力発生用の電極とした。
【００４８】
ｂ)次に、印刷した電極の面を挟み込むように上記２枚のグリーンシートを張り合わせ、加圧加熱焼結を行い、電極層が埋設された焼結接合体を得た。
【００４９】
ｃ)接合体の電極を印刷した側の基材を誘電層とし、超音波膜厚計にて埋設深さを確認しながら、平均埋設深さが500μmになるように、誘電層厚みを調整した。また、支持部側より電極が表面に露出するまでφ20のザグリ加工を行った。露出した電極に導電性接着剤で給電コネクタを接続し、窒化アルミニウム製静電チャックを得た。
【００５０】
ｄ)完成した静電チャックの誘電層表面からＷ電極までの距離を超音波膜厚計にて30点再測定したところ、測定値は495〜505μmとなり、約10μm程度の平坦度があることが確かめられた。
【００５１】
ｅ)実施例と同様の条件で、吸着力の評価を行った。測定値は44〜48gｆ／cm2となった。
【００５２】
ｆ)均熱性能についても実施例と同様の条件で評価した。プラズマ暴露後のウェーハ温度は14.9〜15.1℃となりほとんど上昇は見られなかった。
【００５３】
本発明によれば、吸着力発生用電極の埋設深さをグライディングセンターなどによる機械加工で高精度かつ任意の深さに決められるため、埋設深さのばらつきによるチャッキングカの面内ばらつきを最小限に抑えることが出来る。また、電極の絶縁に熱伝導率の低い絶縁材料を使用しても、その周辺には誘電層表面から冷却ユニットまで連続する高熱伝導セラミックスの部分が存在するため、被吸着物の熱を効率的に冷却ユニットに伝えることが出来る。これにより、冷却性能及び均熱性能を向上することが出来る。
【００５４】
本発明の構造では、吸着力発生用電極の埋設深さを任意に決められるため、例えば静電チャックの中心部と外周部でチャッキング特性を変えたいといった場合には、中心部と外周部で異なる埋設深さを設定するといったことが可能となり、設計の自由度が高くなる。
【００５５】
樹脂系の充填剤を用いているが、充填部分が全てセラミックス内部に隠れる構造となるため、張り合わせタイプなどに比ベプラズマ等への耐久性が向上する。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係るセラミック製静電チャックの概略構成を示す略断面である。
【図２】従来の静電チャックの概略構成を示す略断面である。
【図３Ａ】各種の静電チャックの構造・製造方法の概略を示す図である。
【図３Ｂ】各種の静電チャックの構造・製造方法の概略を示す図である。
【図３Ｃ】各種の静電チャックの構造・製造方法の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０・・・セラミックスプレート、１・・・支持部、2・・・誘電層、3・・・溝、4・・・導電体（吸着力発生用電極）、5・・・充填剤。
【図１】
2006210696.tif 000003
【図２】
2006210696.tif 000004
【図３Ａ】
2006210696.tif 000005
【図３Ｂ】
2006210696.tif 000006
【図３Ｃ】
2006210696.tif 000007