(57)【要約】【課題】  基板の冷却効率を上げることができると共に、基板を取り外す際の残留吸着力を残りにくくすることができる静電チャックを提供する。【解決手段】  表面に被保持基板２を保持するための載置面を有するセラミック誘電体層３と、セラミック誘電体層３の載置面と対向するように設けられた保持電極４と、を備える。そして、セラミック誘電体層３の載置面は、表面粗さに応じた凹凸を有し、凹凸の平均間隔は、被保持基板２の厚さ以下であることを特徴としている。【選択図】  図１
2008117800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に被保持基板を保持するための載置面を有するセラミック誘電体層と、
前記セラミック誘電体層の前記載置面と対向するように設けられた保持電極と、
を備え、前記載置面は、表面粗さに応じた凹凸を有し、前記凹凸の平均間隔は、前記被保
持基板の厚さ以下であることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記凹凸の平均間隔は、前記載置面の中心領域から外周領域に向けて段階的に小さくなる
ことを特徴とする請求項1記載の静電チャック。
【請求項３】
前記載置面の凹凸の平均間隔は、７７５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請
求項２記載の静電チャック。
【請求項４】
前記載置面の表面粗さは、前記載置面の中心領域から外周領域に向けて段階的に小さくな
ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の静電チャック。
【請求項５】
前記載置面の表面粗さは、前記載置面の中央領域から外周領域に向けて、６００μｍから
2μｍまでの間の値で段階的に小さくなることを特徴とする請求項４記載の静電チャック
。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電チャックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エッチング、ＣＶＤ、スパッタリング等の半導体製造方法において、ウェハを保
持するための治具として静電チャックが使用されている。
【０００３】
一般に、静電チャックは、ウェハ等の被保持基板の載置面を有する、セラミックからな
る誘電体層と、載置面と対向する位置に設けられた静電電極とから構成され、被保持基板
を載置面に載せることにより、被保持基板と静電電極との静電力によって、被保持基板を
吸着保持することができる。
【０００４】
従来の静電チャックは、静電チャックの載置面に所望の表面粗さをもたせることにより
、被保持基板の面内温度の均一性や静電チャックから被保持基板を離脱させるときの離脱
応答性をよくすることが報告されている。例えば、静電チャックの載置面の中央部の表面
粗さを０．７〜１．２μｍ、周辺部の表面粗さを０．７μｍ以下にすることにより、被保
持基板の面内温度の均一性がよくなることが報告されている（例えば、特許文献１参照。
）。
【０００５】
しかしながら、静電チャックの載置面の表面粗さを小さくしすぎると、面内で均一な吸
着力が得られるものの、被保持基板の着脱時に残留吸着力が残り、静電チャックから被保
持基板を外す際に剥がれにくいという問題点がある。
【０００６】
また、静電チャックの載置面の最外周の表面粗さを０．３μｍ以下、載置面に形成され
た溝の凸部の幅を１〜２０ｍｍとすることにより、載置面上にある被保持基板の異物の付
着を低減することができることが報告されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
しかしながら、このように溝の凸部の幅を大きくとってしまうと、被保持基板の接触部
と非接触部との熱伝導率の違いが顕著になるため、基板の冷却効率が下がり、被保持基板
の面内温度の不均一性が発生するという問題点が生じる。
【特許文献１】特開２００２−２６１１５７号公報
【特許文献２】特開平９−２１３７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、基板の冷却効率を上げることができると共に、基板を取り外す際の残留吸着
力を残りにくくすることができる静電チャックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の半導体装置は、表面に被保持基板を保持するための載置面を有するセ
ラミック誘電体層と、前記セラミック誘電体層の前記載置面と対向するように設けられた
保持電極と、を備え、前記載置面は、表面粗さに応じた凹凸を有し、前記凹凸の平均間隔
は、前記被保持基板の厚さ以下であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板の冷却効率を上げることができると共に、基板を取り外す際の残
留吸着力を残りにくくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１に係る静電チャックの構造を示す断面図である。
【００１３】
図１に示すように、静電チャック１は、表面に被保持基板である半導体基板２を保持す
るための載置面を有するセラミック誘電体層３と、セラミック誘電体層３の載置面と対向
するように設けられた保持電極４と、セラミック誘電体層３と接着剤５を介して接続され
るＲＦ電極６とを備えている。
【００１４】
セラミック誘電体層３は、円盤状をしたセラミック基板からなり、例えば、高絶縁性を
有するアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素などのセラミックスにより構成されている
。
【００１５】
保持電極4は、例えば、タングステンなどの導電体材料からなり、本実施例では、セラ
ミック誘電体層３の内部に埋設されている。また、保持電極4は、直流電源回路７に接続
される。保持電極４に直流電圧を印加させることにより、半導体基板２と保持電極４の間
に静電力が生じ、セラミック誘電体層３の載置面で半導体基板２が吸着される。
【００１６】
ＲＦ電極６は、高周波電源回路８に接続され、ＲＦ電極６に高周波電圧を印加すること
により、半導体基板２と図外の対向電極との間に活性なラジカルが発生し、半導体基板２
表面のシリコン酸化膜等がエッチングされる。
【００１７】
さらに、静電チャック１の円盤状の中央部には、例えば、Ｈｅなどのガスを供給するた
めの貫通孔９が設けられている。この貫通孔９は、ＲＦ電極６、保持電極４、セラミック
誘電体層３を貫通し、セラミック誘電体層３の載置面にガスを供給することができる。こ
のように、セラミック誘電体層３の載置面にガスを供給することにより、半導体基板２と
セラミック誘電体層３との隙間の熱伝導効率を向上させている。但し、セラミック誘電体
と半導体基板が直接接触している場合と比較すると、ガスを介した場合の方が熱伝導率が
低下するために冷却効率は劣る。また、セラミック誘電体層と半導体基板との隙間が大き
いほど冷却効率は低下する。これらは、セラミック誘電体層の熱伝導率と比較してガスの
熱伝導率が遙かに低いことに依るものである。なお、場合によっては、セラミック誘電体
層３の載置面から半導体基板２を着脱することを容易にする役割も担っている。
【００１８】
次に、図２に本発明の実施例１に係る静電チャックのセラミック誘電体層の載置面の（
ａ）表面粗さＲａと半導体基板２の中央部からの距離との関係、及び（ｂ）凹凸の間隔Ｓ
ｍと半導体基板２の中央部からの距離との関係を示す。
【００１９】
以上より構成される静電チャック1のセラミック誘電体層３の載置面は、所定の表面粗
さに応じた凹凸を有し、セラミック誘電体層３の載置面内で表面粗さを変化させている。
具体的には、図２（ａ）に示すように、セラミック誘電体層３の載置面の内、中央部で表
面粗さが大きく、例えば、中央部の平均粗さＲａ＝６００μｍとし、外周部にいくにした
がって段階的に表面粗さを小さくしていき、外周部が表面粗さ最小となる。例えば、本実
施例では、外周部の平均粗さＲａ＝１５０μｍとしている。
【００２０】
ここで、平均粗さＲａとは、凹凸の粗さ曲線の平均線からの絶対値偏差の平均値を表し
ている。また、平均粗さＲａは、０．２μｍ程度まで小さくすることも可能である。
【００２１】
このように、セラミック誘電体層３の載置面の表面粗さを面内で変化させることにより
、半導体基板２中央部と半導体基板２外周部との基板温度のバラつきを抑えることができ
る。具体的に説明すると、半導体基板２中央部では、半導体基板２とセラミック誘電体層
３との接触面積が小さくなるため、冷却効率が低下して、基板温度を比較的高めに保つこ
とが可能である。また、半導体基板２外周部では、半導体基板２とセラミック誘電体層３
との接触面積を大きく保てるため、中央部と比べて高い冷却効率が得られる。その結果、
半導体基板２表面と側面側の両方からプラズマの入熱があり、入熱量の大きい半導体基板
２外周部での温度上昇を抑えることができるので、半導体基板２中央部と半導体基板２外
周部との基板温度のバラつきを抑えることができる。
【００２２】
次に、静電チャック1のセラミック誘電体層３の載置面は、面内で凹凸の平均間隔を変
化させている。具体的には、凹凸の平均間隔は、被保持基板の厚さ以下である。例えば、
半導体基板２の厚さが７７５μｍである場合、セラミック誘電体層３の載置面の凹凸の間
隔は７７５μｍ以下である。そして、図２（ｂ）に示すように、セラミック誘電体層３の
載置面の内、中央部の凹凸の間隔Ｓｍが大きく、例えば、凹凸の間隔Ｓｍ＝７７５μｍと
し、外周部にいくにしたがって段階的に表面粗さを小さくしていき、例えば、外周部では
、凹凸の間隔Ｓｍ＝１５０μｍとしている。
【００２３】
ここで、凹凸の平均間隔Ｓｍとは、凹凸の粗さ曲線が平均線と交差する交点から求めた
山谷（周期）の間隔の平均値を表している。
【００２４】
このように、セラミック誘電体層３の載置面の凹凸の間隔を面内で変化させることによ
り、半導体基板２中央部との基板温度のバラつきを抑えることができる。具体的に説明す
ると、半導体基板２中央部では、半導体基板２とセラミック誘電体層３との接触面積が小
さくなるため、冷却効率が低下して、基板温度を比較的高めに保つことが可能である。ま
た、半導体基板２外周部では、半導体基板２との接触面積を大きく保てるため、中央部と
比べて高い冷却効率が得られる。その結果、半導体基板２表面と側面側の両方からプラズ
マの入熱があり、入熱量の大きい半導体基板２外周部での温度上昇を抑えることができ、
半導体基板２中央部との基板温度のバラつきを抑えることができる。
【００２５】
ここで、凹凸の平均間隔Ｓｍは、基板の厚さ以下であることが望ましい。その理由は、
例えば、非処理基板の表面に対して、ＲＩＥ、成膜等を施すが、そのとき重要であるのが
、基板表面での温度である。そのため、基板表面の温度が凹凸の有無によって、影響を受
けないためには、表面からの距離に応じて、凹凸の密度が均一に見えることが必要であり
、基板の厚さと同等以下の凹凸の平均間隔を作ることが望ましい。例えば、直径３００ｍ
ｍの半導体基板２の場合、その半導体基板２の厚さは、７７５μｍであるので、静電チャ
ック１の凹凸の平均間隔Ｓｍは７７５μｍ以下であることが望ましい。
【００２６】
この場合、例えば、静電チャック１の吸着方式として、クーロン力による吸着とジョン
ソン・ラーベック力による吸着の2種類に大別されるが、本発明の実施例1に係る静電チャ
ック１では、凹凸の平均間隔Ｓｍを大きくとっているため、クーロン力を用いた吸着だけ
でなく、ジョンソン・ラーベック力による吸着も可能となり、両方が混在した状態で吸着
が可能となる。
【００２７】
以上より構成される本発明の実施例1に係る静電チャックは、セラミック誘電体層の載
置面の表面粗さ及び凹凸の平均間隔を面内で変化させることにより、入熱量の大きい半導
体基板外周部での冷却効率を高めて温度上昇を抑えることができ、半導体基板中央部との
基板温度のバラつきを抑えることができる。
【００２８】
また、静電チャックのセラミック誘電体層の載置面の表面粗さを従来に比べて、大きく
とっているので、従来、被保持基板の着脱時に残留吸着力が残り、静電チャックから被保
持基板を外す際に剥がれにくかった問題点を解消でき、着脱時でも被保持基板を剥がしや
すくすることができる。
【００２９】
ここで、実施例1では、セラミック誘電体層の載置面の表面粗さと凹凸の平均間隔の両
方が混在した実施例を示したが、それに限定されるわけではなく、表面粗さ若しくは凹凸
の平均間隔どちらか一方をセラミック誘電体層の載置面の面内で変化させてもかまわない
。
【実施例２】
【００３０】
図３に本発明の実施例２に係る静電チャックのセラミック誘電体層の載置面の（ａ）反
応生成物の滞在時間と半導体基板の中央部からの距離との関係、及び（ｂ）凹凸の間隔Ｓ
ｍと半導体基板の中央部からの距離との関係を示す。尚、本発明の実施例２に係る静電チ
ャックの構成は、実施例1に示した図1の構成と同一であるので、図面及び説明は省略する
。
【００３１】
本発明の実施例２と実施例１との違いは、図３に示すように、セラミック誘電体層３の
載置面の近傍における反応生成物の密度に応じて、セラミック誘電体層３の載置面の凹凸
の間隔Ｓｍを面内で変化させていることである。ここで、反応生成物の密度とは、半導体
基板表面での反応によって気体となった反応生成物が生じるが、この反応生成物が反応容
器内から排気されるまでの間には反応容器内の気体の流れの影響を受けるため、半導体基
板表面近傍での反応生成物の密度が場所によって差を生じるものである。
【００３２】
具体的に説明すると、例えば、図３（ａ）に示すように、セラミック誘電体層３の載置
面での反応生成物の密度は、外周部と中心部との間の箇所で反応生成物の密度が高くなる
場合がある。この場合、反応生成物の密度の高い、外周部と中心部との間の箇所では、外
周部と中央部に比べて、反応生成物の再堆積が生じやすい。また、外周部及び中央部では
、密度が低いため、反応生成物の再堆積が生じにくくなり、セラミック誘電体層３の載置
面の面内で均一な再堆積が得られない。
【００３３】
そこで、図３（ｂ）に示すように、反応生成物の再堆積が生じやすい外周部と中心部と
の間の箇所では、反応生成物の再堆積を抑制する、つまり、半導体基板温度を上げるため
に、載置面の凹凸の平均間隔を大きくする。そして、反応生成物の再堆積が生じにくい外
周部及び中央部では、反応生成物の再堆積を生じやすくする、つまり、半導体基板温度を
下げるために、凹凸の平均間隔を小さくする。これにより、セラミック誘電体層３の載置
面での反応生成物の密度の差を再堆積の確立を変化させて再堆積の量を均一にすることが
できる。
【００３４】
以上より構成される本発明の実施例２に係る静電チャックは、セラミック誘電体層の載
置面の凹凸の平均間隔を反応生成物の密度に応じて、面内で変化させることにより、反応
生成物の密度を均一にすることができ、半導体基板への反応生成物の再堆積を面内で均一
にすることができる。つまり、歩留まりを向上させることが可能となる。
【００３５】
ここで、本実施例では、セラミック誘電体層の載置面の凹凸の平均間隔を面内で変化さ
せることで説明を行ったが、実施例１と同様、平均粗さを面内で変化させてもかまわない
。
【実施例３】
【００３６】
図４は、本発明の実施例３に係る静電チャックの凹凸の間隔Ｓｍと図１の静電チャック
の外周部ａから外周部ａ′までの距離との関係を示す。尚、本発明の実施例３に係る静電
チャックの断面図は、実施例1に示した図1の構成と同一であるので、図面及び説明は省略
する。
【００３７】
図１に示すように、本発明の上記各実施例の静電チャック１は、実施例１でも説明した
ように、セラミック誘電体層３の載置面に半導体基板２を吸着させる保持電極４を有し、
直流電源回路７から直流電圧が供給される。また、半導体基板２表面にシリコン酸化膜等
をエッチングするための高周波電圧が印加されるＲＦ電極６を有する。ＲＦ電極６は、高
周波電源回路８に接続され、ＲＦ電極６に高周波電圧が印加される。
【００３８】
このように、セラミック誘電体層３の載置面の直流電圧や高周波電圧が印加される箇所
では、冷却効率が低下するため、載置面内で基板温度がばらついてしまう。
【００３９】
そこで、本発明の実施例３に係る静電チャックでは、図４に示すように、冷却効率の低
い直流電圧の供給部７及び高周波電圧供給部８で凹凸の間隔Ｓｍをそれ以外の箇所に比べ
て小さくしている。例えば、本実施例では、冷却効率の低い直流電圧の供給部７及び高周
波電圧供給部８で凹凸の平均間隔を５μｍとし、それ以外の箇所では、２５μｍとしてい
る。このように、冷却効率の低い箇所の凹凸の平均間隔を冷却効率の高い箇所に比べて小
さくすることにより、半導体基板２との接触面積を大きく保てるため、高い冷却効率が得
られる。つまり、セラミック誘電体層３の載置面内で基板温度のバラつきを均一にするこ
とができる。
【００４０】
以上より構成される本発明の実施例３に係る静電チャックは、セラミック誘電体層の載
置面の表面粗さ及び凹凸の平均間隔を冷却効率の低い箇所だけ面内で変化させることによ
り、冷却効率の低い直流電圧の供給部及び高周波電圧供給部での温度上昇を抑えることが
でき、半導体基板面内の基板温度のバラつきを抑えることができる。
【００４１】
ここで、本実施例では、セラミック誘電体層の載置面の凹凸の平均間隔を面内で変化さ
せることで説明を行ったが、実施例１と同様、平均粗さを面内で変化させてもかまわない
。また、冷却効率の低い箇所として、直流電圧の供給部及び高周波電圧供給部を例に説明
したが、他に冷却効率の低い箇所、もしくは入熱の大きい箇所があれば、その部分で凹凸
の平均間隔を面内で変化させてもかまわない。
【００４２】
なお、本発明は、上述したような実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨
を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、上記各実施例では、
具体的な平均粗さ及び凹凸の平均間隔の値を設定して説明したが、それぞれの静電チャッ
クの実施に応じた平均粗さ及び凹凸の平均間隔の値を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例１に係る静電チャックの構造を示す断面図。
【図２】本発明の実施例１に係る静電チャックのセラミック誘電体層の載置面の（ａ）表面粗さＲａと半導体基板の中央部からの距離との関係、及び（ｂ）凹凸の間隔Ｓｍと半導体基板の中央部からの距離との関係。
【図３】本発明の実施例２に係る静電チャックのセラミック誘電体層の載置面の（ａ）反応生成物の密度と半導体基板の中央部からの距離との関係、及び（ｂ）凹凸の間隔Ｓｍと半導体基板の中央部からの距離との関係。
【図４】本発明の実施例３に係る静電チャックの凹凸の間隔Ｓｍと図１の静電チャックの外周部ａから外周部ａ′までの距離との関係。
【符号の説明】
【００４４】
１  静電チャック
２  半導体基板
３  セラミック誘電体層
４  保持電極
５  接着剤
６  ＲＦ電極
７  直流電源回路
８  高周波電源回路
９  貫通孔
【図１】
2008117800.tif 000003
【図２】
2008117800.tif 000004
【図３】
2008117800.tif 000005
【図４】
2008117800.tif 000006