(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハＷの面内温度差が小さく、飽和時間が小さい静電チャックを提供する。【解決手段】静電吸着用電極１８を備えた円板状セラミック体２の一方の主面に、周辺に同心円状の環状凸部１２とその内側に複数の孤立した凸部１１を備え、これらの凸部の上面をウェハ載置面３とするとともに、上記凸部以外の部分をガス凹部８として、ガス凹部８に連通するガス導入口４を備え、ガス導入口４周辺のガス凹部８ａの幅を他の部分のガス凹部８の幅よりも大きくする。また、ガス導入部４の周辺の凹部８ａの幅が他のガス凹部８の幅の１．４〜２０倍とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電吸着用電極を備えた円板状セラミック体の一方の主面の少なくとも周辺に同心円状の環状凸部とその内側に複数の孤立した凸部を備え、これらの凸部の上面をウェハ載置面とするとともに、上記凸部以外の部分をガス凹部として、該ガス凹部に連通するガス導入口を備え、該ガス導入口周辺のガス凹部の幅が他の部分のガス凹部の幅よりも大きいことを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
上記ガス導入口の周辺のガス凹部の幅が他のガス凹部の幅の１．４〜２０倍であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
上記複数の孤立した凸部はその中心に対し点対称であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
【請求項４】
上記複数の孤立した凸部の上面が円形または四角形であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の静電チャック。
【請求項５】
上記ガス導入口を複数備え、ガス導入口の内径が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の静電チャック。
【請求項６】
上記円形ガス凹部の直径が上記設置面の外径の９０〜９９％であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の静電チャック。
【請求項７】
上記環状凸部の巾が０．５〜５ｍｍであり、上記円形のガス凹部に２０個以上の孤立した凸部が均一に配設されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の静電チャック。
【請求項８】
上記円形ガス凹部の面積Ｓ１と上記孤立した凸部の頂面の総面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が０．２〜５０であることを特徴とする請求項６または７に記載の静電チャック。
【請求項９】
前記載置面の周辺に同心円状の環状ガス凹部と該環状ガス凹部に連通するガス導入口を備え、その内側に円形ガス凹部と該円形ガス凹部に連通するガス導入口を備え、前記環状ガス凹部と円形ガス凹部が互いに独立し、且つ前記環状ガス凹部及び前記円形ガス凹部の内部に複数の凸部を備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の静電チャック。
【請求項１０】
上記円形ガス凹部の面積Ｓ１と上記円形ガス凹部の内部にある複数の凸部の頂面の総面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２と、上記環状ガス凹部の面積Ｓ３と上記環状ガス凹部の内部にある複数の凸部の頂面の総面積Ｓ４との比Ｓ３／Ｓ４とが、それぞれ０．２〜５０の範囲内であることを特徴とする請求項９に記載の静電チャック。
【請求項１１】
上記板状セラミックス体の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに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、半導体や液晶の製造装置において、半導体ウェハＷや液晶用ガラス等のウェハＷを固定するのに使用する静電チャックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体の製造工程において、シリコンウェハＷ等のウェハＷに精度良く成膜やエッチング等の処理を施すには、ウェハＷの平坦度を保ちながら保持する必要があり、このような保持手段として、機械式、真空チャック、静電チャックが提案されている。
【０００３】
これらの保持手段の中で、静電気力によってウェハＷを保持する静電チャックは、成膜やエッチング等の各種処理に求められるウェハＷの平坦度を容易に実現することができ、特に真空中で使用できるため、成膜装置やエッチング装置で多用されている。
【０００４】
ところで、半導体素子の集積度の向上に伴って、半導体素子の特性安定化、歩留まり向上、単位時間当たりの処理枚数の増加などが強く求められている。その為、エッチングや成膜処理の際にウェハＷをできるだけ早く目的の温度にまで加熱し、ウェハＷ全体の均熱性を高めることが求められている。
【０００５】
そこで、ウェハＷを載せる載置面に、ＨｅやＡｒ等の不活性ガスを導入するガス導入口と、このガス導入口に連通する溝又は凹部を形成し、載置面上にウェハＷを吸着した時、上記ガス導入口よりウェハＷと溝や凹部とで形成される空間に不活性ガスを充填することにより、ウェハＷと静電チャックとの間の熱伝達特性を向上させ、ウェハＷの均熱化を図るようになっていた。
【０００６】
そして、載置面に形成する溝形状や凹部形状として、例えば、特許文献１には、図６に示すように、円板状をした静電チャック３１の上面に、ガス導入口３４と、このガス導入口３４と連通する複数の放射状溝３５と、各放射状溝３５と連通し、且つ上記ガス導入口３４を中心に略等間隔で同心円状に配置された還状溝３６を備えてなり、上記放射状溝３５や上記環状溝３６やガス導入口３４を除く静電チャック３１の上面をウェハＷの載置面３３としたものが開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、図７に示すように、円板状をした静電チャック４１の上面に、ガス導入口４４と、このガス導入口４４と連通する複数の放射状溝４５と、各放射状溝４５の端部と連通する一つの環状溝４６を備えてなり、上記放射状溝４５や上記環状溝４６やガス導入口４４を除く静電チャック４１の上面をウェハＷの載置面４３とするとともに、該載置面４３にはブラスト加工を施して図４（ｂ）に示すような凹凸面としたものが開示されている。
【０００８】
特許文献３、４，５には、図８に示すように、円板状をした静電チャック５１の上面に、複数の微小凸部５２を点在させるとともに、上面周縁に環状凸部５７を設け、上記微小凸部５２及び環状凸部５７の頂面をウェハＷの載置面５３となし、上面には複数のガス導入口５４を設けたものが開示されている。
【特許文献１】特許第２６２６６１８号公報
【特許文献２】特開平１０−５６０５４号公報
【特許文献３】特開平７−１５３８２５号公報
【特許文献４】特開平９−２１３７７７号公報
【特許文献５】特開平７−１８４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、図６に示す載置面を有する静電チャック３１では、隣り合う２つの放射状溝３５と還状溝３６とで囲まれる載置面３３の面積が、中心部より周縁部の方が大きいため、載置面３３からウェハＷへ伝わる熱伝導量が中心部より周縁部の方が多くなってウェハＷの周縁部の温度が中心部より高くなることから、ウェハＷの面内温度差が大きく均熱が損なわれるといった課題があった。
【００１０】
図７に示す静電チャック４１においても図６の静電チャックと同様にウェハＷの均熱が損なわれるとの課題があった。
【００１１】
また、図８に示す載置面を有する静電チャック５１では、ガス導入口５４周辺の温度が低下したり、ガス凹部や載置面とウェハＷで形成する空間にガスを一様に供給できないことからウェハＷの面内温度差を小さくできないとの課題があった。
【００１２】
更に、大きな吸着電圧を加えると絶縁破壊したり、超微細な回路パターンを形成したウェハＷが変形し平坦に精度良く保持できないとの課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、静電吸着用電極を備えた円板状セラミック体の一方の主面の少なくとも周辺に同心円状の環状凸部とその内側に複数の孤立した凸部を備え、これらの凸部の上面をウェハ載置面とするとともに、上記凸部以外の部分をガス凹部として、該ガス凹部に連通するガス導入口を備え、該ガス導入口周辺のガス凹部の幅が他の部分のガス凹部の幅よりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
また、上記ガス導入口の周辺のガス凹部の幅が他のガス凹部の幅の１．４〜２０倍であることを特徴とする。
【００１５】
また、上記複数の孤立した凸部はその中心に対し点対称であることを特徴とする。
【００１６】
また、上記複数の孤立した凸部の上面が円形または四角形であることを特徴とする。
【００１７】
また、上記ガス導入口を複数備え、ガス導入口の内径が１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、上記円形ガス凹部の直径が上記設置面の外径の９０〜９９％であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の静電チャック。
【００１９】
また、上記環状凸部の巾が０．５〜５ｍｍであり、上記円形のガス凹部に２０個以上の孤立した凸部が均一に配設されていることを特徴とする。
【００２０】
また、上記円形ガス凹部の面積Ｓ１と上記孤立した凸部の頂面の総面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２が０．２〜５０であることを特徴とする。
【００２１】
また、前記載置面の周辺に同心円状の環状ガス凹部と該環状ガス凹部に連通するガス導入口を備え、その内側に円形ガス凹部と該円形ガス凹部に連通するガス導入口を備え、前記環状ガス凹部と円形ガス凹部が互いに独立し、且つ前記環状ガス凹部及び前記円形ガス凹部の内部に複数の凸部を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、上記円形ガス凹部の面積Ｓ１と上記円形ガス凹部の内部にある複数の凸部の頂面の総面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２と、上記環状ガス凹部の面積Ｓ３と上記環状ガス凹部の内部にある複数の凸部の頂面の総面積Ｓ４との比Ｓ３／Ｓ４とが０．２〜５０であることを特徴とする。
【００２３】
また、上記板状セラミックス体の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、静電吸着用電極を備えた円板状セラミック体の一方の主面に、周辺に同心円状の環状凸部とその内側に複数の孤立した凸部を備え、これらの凸部の上面をウェハ載置面とするとともに、上記凸部以外の部分をガス凹部として、該ガス凹部に連通するガス導入口を備え、該ガス導入口周辺のガス凹部の幅が他の部分のガス凹部の幅よりも大きくすることでウェハＷの面内温度差が小さく飽和時間の小さな静電チャックを提供できる。
【００２５】
また、大きな吸着電圧を加えても絶縁破壊することがなく、ウェハＷを変形させることなく保持する事ができるとともに、ウェハＷを平坦に保持することができることから線幅４５ｎｍ以下の超微細加工パターンを製造する静電チャックとして好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
図１は本発明の静電チャック１の一例を示す断面図であり、図２は上面図である。
【００２８】
この静電チャック１は、円板状セラミック体２の一方の主面の少なくとも周辺に同心円状の環状凸部１２とその内側に複数の孤立した凸部１１を備え、これらの凸部１１の上面をウェハ載置面３とするとともに、上記凸部１１以外の部分をガス凹部８として、該ガス凹部８に連通するガス導入口４を備えている。
【００２９】
環状凸部１２はウェハＷと接触することで、ガス凹部８とウェハＷにより形成される空間からガスが漏れる事を制限している。そして、環状凸部１２に囲まれたガス凹部８とウェハＷが形成する空間にガスを充填することができる。ガスはガス導入口４から供給されガス凹部８に一様に広がり、環状凸部１２から微量のガスが外部に流れ出ることができる。そして、供給されたガスはガス凹部８や凸部１１から熱を受け取りこの熱をウェハＷの裏面に伝えることで、ウェハＷ面内の温度をより均一にすることができる。
【００３０】
また、円板状セラミック体２中の一方の主面近傍には、一対の静電吸着用電極１８を、他方の主面近傍には、ヒータ電極１９をそれぞれ埋設してなり、上記円板状セラミック体２の他方の主面には、上記一対の静電吸着用電極１８及びヒータ電極１９と電気的に接続される給電端子２０，２１をそれぞれ接合してある。
【００３１】
なお、３乃至４箇所ほどにあるリフトピンの通過する穴１７やウェハＷの温度を直接測定する熱電対を通すための測温用穴２４が形成され、該測温用穴２４には測温素子１６が挿入され静電チャック１の温度を測定することができる。
【００３２】
また、上記の穴１７や測温用穴２４の周囲は載置面３と同じ高さの円環２７や円環２５で囲まれ、ガス凹部８ａのガスが穴１７や測温用穴２４から漏れないよう防いでいる。
【００３３】
そして、ウェハＷを載置面３に載せ、一対の静電吸着用電極１８間に通電してウェハＷと載置面３との間に静電吸着力を発現させることにより、ウェハＷを載置面３に吸着固定するとともに、ガス導入口４にヘリウムガスやアルゴンガス等の不活性ガスを供給し、ウェハＷとガス凹部８とで形成される空間に上記不活性ガスを充填することにより、ウェハＷの加工表面における温度分布を均一化し、この状態で、例えば成膜ガスを供給すれば、ウェハＷの加工表面に均一な膜を被着することができ、また、エッチングガスを供給すれば、ウェハＷの加工表面に均一な微細加工を施すことができる。
【００３４】
図２に示すガス凹部８は、円板状セラミック体２の一方の主面に複数のガス導入口４を備えるとともに、このガス導入口４と連通する円形のガス凹部８を備え、円形のガス凹部８の内部には複数の孤立した凸部１１が備えられている。そして、環状凸部１２とウェハＷの間で供給されたガスは漏洩を制限されている。
【００３５】
その為、静電チャック１の載置面３にウェハＷを吸着固定した状態で、ガス導入口４から不活性ガスを供給すると、不活性ガスは放射状に広がりガス凹部８とウェハＷとで形成された空間にそれぞれ供給される。
【００３６】
また、ガス凹部８に囲まれた凸部１１を形成することで、円形のガス凹部８の上のウェハＷの変形を防止することができる。
【００３７】
本発明の静電チャック１は環状凸部１２とその内側に複数の孤立した凸部１１を備え、前記ガス導入口４の周辺のガス凹部８ａの幅が他の部分のガス凹部の幅よりも大きいことを特徴とする。尚、上記他の部分のガス凹部の幅とは、環状凸部１２や円環２５や円環２７の一部を含み囲まれた、例えば幅８ｃを除く。
【００３８】
前記ガス導入口４の周辺のガス凹部８の幅とは、図２に示すように、ガス凹部８がガス導入口４と接続している周辺のガス凹部８ａであり、環状凸部１２または凸部１１同士で挟まれたガス凹部８ａの幅Ｄｈである。より詳細には、ガス凹部８ａの底面に沿って凸部１１の外辺と接する円を仮定すると、前記円の内部にガス導入口４を含み凸部１１を含まない最も大きな内接円の直径Ｄｈでガス凹部８ａの幅Ｄｈを示すことができる。
【００３９】
一方、同様にガス凹部８の底面に沿って凸部１１の外辺と接する最大の内接円を仮定し、前記円の内部にガス導入口４と凸部１１とを含まない最も大きな内接円の直径Ｄｎを他のガス凹部の幅Ｄｎとする。
【００４０】
尚、直径Ｄｈの円と直径Ｄｎの円は重なることがなく、しかも直径Ｄｎの円は直径Ｄｈの円に最も近接した円とする。また、直径Ｄｎの円は少なくとも３個の凸部１１と接するものである。
【００４１】
前記の幅Ｄｈが幅Ｄｎ以上であれば、ガス導入口４から供給されたガスはガス凹部８ａに広がりその後ガス凹部８全体に広がることができる。これは、ガス導入口４を含まない最も大きな円の直径Ｄｎで示す前記他のガス凹部８の幅Ｄｎより幅Ｄｈが大きいと、ガス導入口４から出てきた供給ガスがガス凹部８ａに沿って広がることで、ガス導入口４の近辺でウェハＷに衝突した供給ガスが凸部１１に衝突し再びウェハＷに衝突を繰り返す虞が小さく、またガス凹部８への供給ガスの発散を防ぐことがなく、均一にガス凹部８へ供給することができることからウェハＷのガス導入口４近くの温度を低下させることがなく、ウェハＷの表面温度差を小さくすることができる。つまり、幅Ｄｈを上記の範囲とすることで、幅Ｄｈと幅Ｄｎとの領域でガス衝突の違いから生じるウェハＷ面の温度差を小さくすることができる。
【００４２】
更に、上記ガス導入口４の周辺のガス凹部８ａの幅Ｄｈが他のガス凹部の幅Ｄｎの１．４〜２０倍であることが好ましい。上記ガス導入口４の周辺のガス凹部８ａの幅とは前記の最大直径Ｄｈであり、他のガス凹部８の幅とは前記の直径Ｄｎである。Ｄｈ／Ｄｎが１．４倍を下回るとガス導入口４から出たガスがウェハＷに衝突しガス凹部８の広がる方向に曲げられ、ガス凹部８に広がろうとするが、ガス導入口４から凸部１１の壁までの距離が小さいことから凸部１１の壁にガスが強く衝突したガスがウェハＷに再度衝突しガス導入口４ａに対応したウェハＷ面の温度が低下する虞が生じる。また、Ｄｈ／Ｄｎが２０倍を越えるとガス導入口４から凸部１１が遠くなることから凸部１１からウェハＷへの熱伝導が不均一で少なくなりガス導入口４周辺に対応したウェハＷ面の温度が低下する虞が生じる。好ましくはＤｈ／Ｄｎは４〜１５倍であり、更に好ましくは８〜１２倍である。
【００４３】
また、図２に示すように凸部１１の形状はその中心に対し点対称であることが好ましい。点対称とすることで載置面３や凹部８の熱をウェハＷに均一に伝えることができることから好ましい。ガス導入口４から離れて上記複数の孤立した凸部１１が配設されしかも凸部１１が例えば円形であるとガス導入口４から出てきたガスが凸部１１の円柱面からなる側壁に衝突し、ガスが左右に分散されガス凹部８に均一に供給することができる。前記凸部１１の円形の直径は１〜５ｍｍが好ましい。前記凸部１１の直径が１ｍｍ以下ではウェハＷとの接触面積が小さくウェハＷの面内温度差を小さくできない。前記凸部１１の直径が５ｍｍ以上では接触面積が大き過ぎることから供給ガスがウェハＷに熱を伝える領域との温度差が生じウェハＷを均一に加熱できない虞がある。
【００４４】
また、凸部１１は図３に示すように四角形であることが好ましい。より好ましくは正四角形であることが良い。四角形とすることでガス凹部８に凸部１１を均一に配置することができると伴に、均一に配置した凸部１１の間のガス凹部８ａにガス凹部８ａの間隔を大きくしてガス導入口４を配設できる。例えば、四角形の凸部１１を配設し、ある一つの凸部１１ａを取り除き、その代わりにガス導入口４を配設することで、ガス導入口４から供給したガスをウェハＷとガス凹部８から形成される空間にムラ無く一様に供給することができることから、ウェハＷ面内の温度差を小さくできる。
【００４５】
また、ガス導入口４の周辺のガス凹部８ａの最大直径ＤｈがＤｎ以上であり、ガス導入口４の内径が１ｍｍ以下であるとウェハＷ表面の温度差が１．５℃以下となり極めて小さくすることができる。その理由は、環状の凸部１１とウェハＷの微小な隙間から常に微量のガスが漏れていることからガス導入口４にはガスが常に流れているが、ガス導入口４が１ｍｍを超えて大きいとガス導入口４から供給されたガスがウェハＷの広範囲に直接衝突することから、衝突した部分のウェハＷ温度が低下しウェハＷ全体の表面温度差が大きくなるからである。より好ましくは内径が０．８ｍｍ以下であり更に好ましくは０．５ｍｍ以下である。また、供給ガスの流速を小さくするにはガス導入口４を複数設けて各ガス導入口４のガスの流速を小さくすることが必要である。そして、個々のガス導入口４から流れる出るガスの流量は圧力差２０Ｔｏｒｒで０．５〜５ＳＣＣＭであると上記の効果は顕著である。更に上記のガス流量が０．５〜２ＳＣＣＭであると上記の効果は極めて顕著となる。
【００４６】
ガス凹部８の直径Ｄｇは載置面３の直径Ｄｓの９０〜９９％であるとウェハＷの面内温度差が小さく好ましい。Ｄｇの値がＤｓの９０％を下回るとガス凹部８の圧力を高め熱伝導を大きくしてもウェハＷの周辺の温度が低下し好ましくない。また、Ｄｇの値がＤｓの９９％を越えると環状凸部１２の幅が小さくなりすぎて凸部の頂面の面粗さＲａを０．０１未満としてもガス漏れが多くなり好ましくない。より好ましくはガス凹部８の直径Ｄｇは載置面３の直径Ｄｓの９５〜９８％である。
【００４７】
また、ガス凹部８の外周と載置面３の外周で囲まれた環状の凸部１２の幅が０．５〜５ｍｍであり、円形のガス凹部８に２０個以上の孤立した凸部１２が均一に配設されていることがウェハＷ表面の温度差を小さくする上で好ましい。
【００４８】
上記の環状凸部１２の幅が０．５ｍｍを下回ると凸部１２とウェハＷとの間から充填したガスの漏れ量が大きくなり、静電チャック１を収納している容器の圧力が低下し所望の加工処理ができなくなる虞があった。更に上記の環状の凸部１２の幅が５ｍｍを越えると、この凸部１２に対向するウェハＷの周辺部の温度が低下して、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞があった。好ましくは環状の凸部１２の幅は２〜３ｍｍである。また、直径２００ｍｍ以上の大型のウェハＷを載置面３に平坦に固定保持するには、ガス凹部８に設けた凸部１１がガス凹部８に均一に一様に配設されていると、ウェハＷが変形することなく平坦に固定吸着できる。ガス凹部８の中の凸部１２が無かったり少ないと、ウェハＷを載置面３に吸着した際に円形のガス凹部８の内側でウェハＷが載置面３側に凸に変形したりウェハＷの面内温度差が大きくなる虞があるが、円形のガス凹部８の内側に凸部１１が複数個あり、好ましくは２０個以上あると、ウェハＷがこの凸部１１に支えられウェハＷが変形することを防止することができる。凸部１１の数は好ましくは５０個以上であり、更に好ましくは１００個以上である。
【００４９】
また、円形のガス凹部８の面積Ｓ１と前記円形のガス凹部８の内側にある複数の凸部１１の頂面の総面積Ｓ２との比の値Ｓ１／Ｓ２は０．２〜５０であることが好ましい。凸部１１の頂面の総面積Ｓ２との比率Ｓ1／Ｓ２が０．２〜５０であるとウェハＷの面内温度差が小さく好ましいことが判明した。比率Ｓ１／Ｓ２が０．２を下回ると頂面の総面積Ｓ２が大きくなり過ぎてこの頂面に対応したウェハＷ表面の温度と凹部８に対応したウェハＷ表面の温度差が大きくなり好ましくない。比率Ｓ１／Ｓ２が５０を超えると前記頂面の面積が小さくなり過ぎてウェハＷを変形なく平坦に保持する事が難しくなるからである。より好ましくはＳ１／Ｓ２は０．３〜１０である。更に好ましくは０．４〜５である。
【００５０】
また、円形のガス凹部８の内側に凸部１１を複数配設し比の値Ｓ１／Ｓ２を０．２〜５０として、凸部１１が円形のガス凹部８に一様に分布するように２０個以上配設すると、載置面３内における静電気力を均一化することができるため、ウェハＷ全面を均一な吸着力でもって固定することができるとともに、載置面３からウェハＷへ伝わる熱伝達量を中心部と周縁部とで略同じにすることができるため、ウェハＷの加工表面における温度差を極めて小さくすることができる。
【００５１】
更に凸部１１はガス凹部８を囲む面Ｓｃに対し均等に配設されることが好ましいが具体的にはＳｃの４ｃｍ２あたり０．３〜５０個であると良い。更に好ましくは１．５〜４０個である。
【００５２】
凸部１１と凸部１１との間隔である凹部の幅の理想としては１〜５ｍｍ程度が好ましい。凹部８の深さの理想としては５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上であるが、３００μｍ以上では凹部８の吸着力が低下し好ましくない。また、凹部８の深さが５００μｍ以上と深くし過ぎると凹部８の底面と静電チャック１の静電吸着用電極１８との間で絶縁破壊が問題となる。従って、その静電チャック１の絶縁層の膜厚及び材質の耐電圧、電圧等から絶縁破壊が起こらないような凹部深さ１０〜３００μｍに設定する必要がある。更に、凹部８を静電吸着電極の存在しない領域に配置することで、静電吸着電圧を切った時に、ウェハＷを保持する力は短時間で小さくなる、つまり残留吸着力が小さくなるとの有効な効果がある。
【００５３】
図４は本発明の他の静電チャックの一例を示す断面図である。
【００５４】
この静電チャック１は、円板状セラミック体２の一方の主面にガス導入口４、５を備え、このガス導入口４と連通する円形のガス凹部８と、ガス導入口５と連通する環状のガス凹部９を備え、円形のガス凹部８の内部には複数の凸状部１１と、環状のガス凹部９の内部には複数の凸部１５を備え、環状のガス凹部９の外側の環状凸部１３と環状のガス凹部９の内側の環状凸部１４と前記の複数の凸部１１、１５をウェハＷを載せる設置面３としてある。そして、上記の環状のガス凹部９と円形のガス凹部８は互いに独立しておりそれぞれのガス凹部に異なる圧力のガスを導入することができる。
【００５５】
また、円板状セラミック体２中の一方の主面近傍には、一対の静電吸着用電極１８を、他方の主面近傍には、ヒータ電極１９をそれぞれ埋設してなり、上記円板状セラミック体２の他方の主面には、上記一対の静電吸着用電極１８及びヒータ電極１９と電気的に接続される給電端子２０，２１をそれぞれ接合してある。
【００５６】
なお、１６は静電チャック１の温度を測定するための測温素子である。
【００５７】
そして、ウェハＷを設置面３に載せ、一対の静電吸着用電極１８間に通電してウェハＷと設置面３との間に静電吸着力を発現させることにより、ウェハＷを設置面３に吸着固定するとともに、ガスパイプを介してガス導入口４、５にヘリウムガスやアルゴンガス等の不活性ガスを供給し、ウェハＷとガス凹部８、９とで形成される空間に上記不活性ガスを充填することにより、ウェハＷの加工表面における温度分布を均一化し、この状態で、例えば成膜ガスを供給すれば、ウェハＷの加工表面に膜を被着することができ、また、エッチングガスを供給すれば、ウェハＷの加工表面に微細加工を施すことができるようになっている。
【００５８】
また、ガス凹部形状の詳細について、図５に示すように、このガス凹部８は、円板状セラミック体２の一方の主面にガス導入口４を備えるとともに、このガス導入口４を中心に円形のガス凹部８を備え、円形のガス凹部８の内部には複数の凸部１１があり、載置面３の周辺部には円環状のガス凹部９を備え、円環状のガス凹部９の内部には複数の凸部１５が備えられている。そして、円環状のガス凹部９の周辺と載置面３の外周とから囲まれた円環状凸部１３とウェハＷの間で供給されたガスはシールされている。また、円環状のガス凹部９と円形のガス凹部８に充填されたガスは円環状凸部１４により互いにガスシールされている。
【００５９】
その為、静電チャック１の載置面３にウェハＷを吸着固定した状態で、ガス導入口４、５に不活性ガスを供給すると、不活性ガスはガス導入口４から放射状に広がる円形のガス凹部８とウェハＷとで形成された空間にそれぞれ供給される。また、円環状のガス凹部９とウェハＷとで形成される空間にそれぞれ供給される。さらに円形のガス凹部８と円環状のガス凹部９にはそれぞれ異なる圧力の不活性ガスをガス導入口４，５から供給することができる。
【００６０】
載置面３に載せられたウェハＷの周辺部は熱の放散が大きく温度が低下しウェハＷ面内の温度差が大きくなりやすいが、本発明の静電チャックは載置面３の周辺に環状のガス凹部９があることから、周辺の環状のガス凹部９のガス圧力を大きくすることで熱伝導が大きくなり、静電チャックの上面からウェハＷに伝わる熱が大きくなりウェハＷの周辺の温度を高めることができる。そして、環状のガス凹部９の内側に凸部１５があることでウェハＷの変形を効率良く防止することができる。
【００６１】
また、円形のガス凹部８の内側にも凸状部１１を形成することで、円形のガス凹部８の上のウェハＷの変形を防止することができるとともにウェハＷと設置面３の間の熱伝導率を大きくできることからウェハＷを均一に加熱することができる。
【００６２】
円形のガス凹部８の直径は載置面３の直径の７０〜９５％であることがウェハＷの周辺部の温度低下を防止する上で好ましい。円形のガス凹部８の直径は載置面３の直径の７０％を下回るとウェハＷの周辺より内側の環状部分の温度が大きくなり好ましくない。また、円形のガス凹部８の直径は載置面３の直径の９５％を越えると環状のガス凹部９の圧力を高め熱伝導を大きくしてもウェハＷの周辺の温度が低下し好ましくない。より好ましくは円形のガス凹部８の直径は載置面３の直径の８０〜９０％である。
【００６３】
また、上記円形のガス凹部８の外周と上記環状のガス凹部９内周とから囲まれた環状凸部１４の幅が０．５〜５ｍｍで、載置面３の外周と上記環状のガス凹部９の外周とから囲まれた環状の凸部１３の幅が１〜５ｍｍであることが好ましい。
【００６４】
上記の環状凸部１４の幅が０．５ｍｍ未満では円形のガス凹部８と環状のガス凹部９との間のガス圧を個別に調整することが難しくなり、環状のガス凹部９の効果が小さくなる虞がある。また、環状凸部１４の幅が５ｍｍを越えると凸部１４に対向したウェハＷ面の温度が低下しウェハＷ面内の温度差が大きくなる虞があった。
【００６５】
また、上記の環状の凸部１３の幅が１ｍｍを下回ると凸部１３とウェハＷとの間から充填したガスの漏れ量が大きくなり、静電チャック１を収納している容器の圧力が低下し所望の加工処理ができなくなる虞があった。更に上記の環状の凸部１３の幅が５ｍｍを越えると、この凸部１３に対向するウェハＷの周辺部の温度が低下して、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞があった。好ましくは環状の凸部１３の幅は２〜３ｍｍである。
【００６６】
円形のガス凹部８の外形が載置面３の外形の７０〜９５％で、且つ環状凸部１３、１４のそれぞれの幅Ｗ１、Ｗ２が１〜５ｍｍ、０．５〜５ｍｍであると、ウェハＷを載置面３に吸着した際に円形のガス凹部８の内側でウェハＷが載置面３側に凸に変形したりウェハＷの面内温度差が大きくなる虞があるが、円形のガス凹部８の内側に凸部１１があるとウェハＷがこの凸部１１に支えられウェハＷが変形することを防止することができる。
【００６７】
また、円形のガス凹部８の面積Ｓ１と前記円形のガス凹部８の内側にある複数の凸部１１の頂面の総面積Ｓ２との比の値Ｓ１／Ｓ２と、環状のガス凹部９の面積Ｓ３と前記環状のガス凹部９の内部にある複数の凸部１５の頂面の総面積Ｓ４の比の値Ｓ３／Ｓ４とは、それぞれ０．２〜５０であることが好ましい。Ｓ１／Ｓ２の値或いはＳ３／Ｓ４の値が０．２を下回ると、凸部の占める面積が大きくなり過ぎて、ガス凹部とウェハＷで形成される空間に充填されたガスによる伝熱効果が小さくなり、ウェハＷを効果的に加熱／冷却することができなくなる虞があり好ましくない。また、Ｓ１／Ｓ２或いはＳ３／Ｓ４が５０を越えると凸部の頂面の面積比率が小さくなり過ぎてウェハＷを平坦に保持することができなくなる虞があった。より好ましくはＳ１／Ｓ２やＳ３／Ｓ４は０．３〜１０、更に好ましくは０．４〜５である。
【００６８】
また、環状のガス凹部９の間では等間隔で環状のガス凹部９が円周方向に延びていることから外側の環状凸部１３と内側の環状凸部１４の影響を受け、環状のガス凹部９の径方向に対応してウェハＷの面内温度差が大きくなることを抑えるにはこのガス凹部８の内側に２０個以上の凸部１１を設ける事が好ましく、ガス凹部９には２０個以上の凸部１５を備えることが好ましい。
【００６９】
また、円形のガス凹部８の内側に凸部１１を２０個以上配設しＳ１／Ｓ２の値を０．２〜５０として、凸部１１が円形のガス凹部８に一様に分布するように配設すると更に好ましく、円形の内部における静電気力を均一化することができるため、ウェハＷ全面を均一な吸着力でもって固定することができるとともに、設置面３からウェハＷへ伝わる熱伝導量を中心部と周縁部とで略同じにすることができるため、ウェハＷの加工表面における温度差を極めて小さくすることができる。
【００７０】
また、同様の環状のガス凹部９についても凸部１５がガス凹部９に一様に配設されていることが好ましい。
【００７１】
更に凸部１１はガス凹部８を囲む面に対し均等に配設されることが好ましいが具体的には面積Ｓ１の４ｃｍ２あたり０．３〜５０個であると良い。同様に、環状のガス凹部９中の凸部１２についても面積Ｓ３の４ｃｍ２あたり０．３〜５０個であると好ましい。
【００７２】
また、３乃至４箇所ほどにあるリフトピンの通過する穴１７やウェハＷの温度を直接測定する熱電対を通すための測温用穴２４が形成された領域は他の領域と凸部１１の配設が不均一となっても良い。このような穴は凹部部に形成するとガス漏れの虞があることから穴の開口部の周囲に凸部を設けガス漏れを防止している。この様な穴が形成された領域の面積を他の領域の配置と略同等とすることは凹部の配置に制限があり略同様に配設することは難しい。しかし、この領域Ｒが載置面３の全体に占める割合が小さくウェハＷの温度分布に与える影響は小さい。しかし、よりウェハＷ面内の温度を均一にするにはこの領域Ｒと各々の領域Ｒの凸部１１の上面の面積の大きさを近くすることが必要である。
【００７３】
更に、静電チャック１の材質が熱伝導の良い材質であれば、上記の手段の効果が増すことはいうまでもない。好ましくは使用する温度で５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率をもった窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化硼素などを用いることが望ましい。
【００７４】
また、円板状セラミックス体１に静電吸着用電極１８を埋設した静電チャック１に付いて説明したが、静電吸着用電極１８を円板状セラミックス体の載置面とは異なる主面に形成した静電チャックでも同様の効果があることは言うまでもない。
【実施例１】
【００７５】
本発明の静電チャックについて以下に詳細を説明する。
【００７６】
本発明の静電チャックの概略の断面図を図１に示す。また、図２に概略の平面図を示す。
【００７７】
表面には円形のガス凹部８及び凸部１１が配設されている。また、中央と周辺には円形のガス凹部８に連通するガス導入口４が５箇所開いている。さらにそのガス導入口４には金属製のガスパイプがロウ付けされている。そのガスパイプからガス導入口４を通じて円形のガス凹部８へガスが流れる。
【００７８】
載置面３の最外周のガスシール領域である環状凸部１２から微量のガスがチャンバー内に流れていく。
【００７９】
円形のガス凹部８や凸部１１、環状凸部１２の形成方法はサンドブラスト加工、マシニング加工及び超音波加工などどの方法を用いても構わないが、加工精度、形状自由度、加工コストからサンドブラスト加工を用いることが多い。
【００８０】
また、ガス導入口４は焼結体にマシニング加工を施し形成している。
【００８１】
実施例の静電チャックはガス導入口４に付いている金属製のパイプはロウ付けされているが、使用温度・雰囲気によっては接着剤で固定しても構わないし、アルミベース等と静電チャック裏面を全面接合した構造のものにおいてはアルミベースにも予め静電チャックのガス導入口４とほぼ同径のガス導入口４を設けておき、それを全面接合した後、アルミニウムベースのガス導入口４部にガスパイプ１３をネジ止め、溶接等で取り付けることも可能である。
【００８２】
実験例に使用する静電チャックは本発明の効果が顕著なジョンソンラーベック力で吸着させる静電チャックで体積固有抵抗が１０９〜１０１１Ω・ｃｍで熱伝導率５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の窒化アルミニウム製のものとした。
【００８３】
また、ウェハＷの均熱性を確認するために静電チャックの中にヒーター電極を内蔵したものを用いた。
【００８４】
円形のガス凹部８の凹部深さは５０μｍとなるようにサンドブラストを用いて加工した。加工後の実際の深さは４５〜５５μｍであった。
【００８５】
比較用の試料として図６、７、８のガス凹部形状で作製した静電チャックを試料Ｎｏ.１１〜１３とした。尚、ガス凹部の深さは９０〜１１０μｍとし板状セラミックス体は全て同じ材料を使用した。
【００８６】
これらの静電チャックを真空チャンバー内にセットしてサーモビュアで温度を観察できるように表面に黒体塗料を塗布したシリコンウェハＷをセットした。その状態で１０−１Ｐａまで減圧し、静電チャックに内蔵のヒーターで２００℃まで加熱した。温度制御は静電チャックの裏面中心付近に熱電対を取り付けて行った。そしてその状態で静電チャックに電圧を５００Ｖ印加しガス導入口４から１３００Ｐａのガス圧のヘリウムガスを供給した。
【００８７】
ウェハＷの均熱性はサーモビュアを用い設定温度を２００℃とし３０分後のウェハＷ表面の温度分布を測定し、ウェハＷ全体の温度から、最大値と最小値の差でウェハの面内温度差を評価した。
【００８８】
また、ウェハＷを如何に早く目的の温度に加熱できるかを評価するには静電チャックでウェハＷを吸着させヘリウムガスをウェハＷ裏面に導入してからウェハＷの平均温度が０．５℃／秒の温度変化率になるまでの飽和温度に達するまでの時間を測定した。これからウェハＷの温度制御をするのにウェハＷと静電チャックの熱伝達量が如何に重要であることが分る。
【００８９】
ウェハＷの平均温度はウェハＷの中心点とウェハＷ外周から１０ｍｍの位置で等配で４箇所、中心とウェハＷ外周の中間点の４箇所の合計９箇所の測定温度の平均値とした。飽和温度に達するまでの時間が大きいと処理開始時間が遅くなり、ウェハＷ１枚当たりの処理時間が長くなる。そうなると時間当たりのウェハＷ処理数が減少してしまい好ましくない。
【００９０】
本発明の実施例では静電チャックに内蔵されたヒーターでウェハＷを加熱した場合のことを示しているが、プラズマの熱でウェハＷを加熱し、静電チャックでウェハＷを冷却する場合も熱の伝わる方向が逆になるだけで同じ効果がある。
【００９１】
下記に実験の結果を示す。
【００９２】
先ず、載置面の外形が３００ｍｍの静電チャックに直径２９６ｍｍの円形のガス凹部とその中に円形の凸部を格子点状に配設し、直径１ｍｍのガス導入口を中心とその周囲に４等配した位置に設け、ガス導入口の周囲のガス凹部の幅Ｄｈとその他のガス凹部の幅Ｄｎを変えた静電チャックを作製した。尚、ガス凹部の深さは５０μｍとした。そして、前記の方法でウェハＷ表面の温度差と飽和温度に達するまでの時間を測定した。
【００９３】
その結果を表１に示す。
【表１】
2004282047.tif 000003
【００９４】
ガス導入口周辺のガス凹部の幅が他のガス凹部の幅より大きな試料Ｎｏ.３〜１０の本発明の静電チャックはウェハＷの面内温度差が５℃以下と小さく好ましいことが分った。
【００９５】
しかし、試料Ｎｏ.１に示すようにガス導入口周辺のガス凹部の直径が他のガス凹部の直径より小さいとウェハＷの面内温度差が６℃と大きく好ましくなかった。また、試料Ｎｏ.２のようにガス導入口の周辺のガス凹部の直径Ｄｈが他のガス凹部の直径Ｄｎと同等であると同様にウェハＷの面内温度差が５．５℃と大きく好ましくなかった。
【００９６】
従って、ガス導入口周辺のガス凹部の幅Ｄｈが他のガス凹部の幅Ｄｎより大きな静電チャックはウェハＷ面内の温度差が５℃以下と小さく好ましいことが分った。
【００９７】
更に好ましくは、試料Ｎｏ.３〜９のようにＤｈ／Ｄｎの値が１．４〜２０倍であるとウェハＷ面内の温度差は３℃以下と小さく優れている事が分る。また、試料Ｎｏ.５〜８から、より好ましくはＤｈ／Ｄｎの値は４〜１５倍とするとウェハＷの面内温度差は２．５℃以下と小さくなり更に優れることが分った。最も好ましくは、試料Ｎｏ.６，７からＤｈ／Ｄｎの値は８〜１２であり、ウェハＷの面内温度差を２℃以下と小さくできた。
【実施例２】
【００９８】
次に実施例１と同様に静電チャックを作製し、ガス導入口４周辺のガス凹部の直径Ｄｈと他のガス凹部の直径Ｄｎをそれぞれ１４、３．４８ｍｍとしてガス導入口４の内径を０．３〜１．９ｍｍまで変化させた静電チャックを作製し実施例１と同様に評価した。
【００９９】
その結果を表２に示す。
【表２】
2004282047.tif 000004
【０１００】
ガス導入口の径が０．３〜１ｍｍの試料Ｎｏ．２１〜２４の静電チャックはウェハＷ面内の温度差が１．５℃以下と小さくより優れた特性を示すことが分った。
【実施例３】
【０１０１】
実施例１と同様に図２に示す載置面の形状として、載置面の直径Ｄｓに対する円形のガス凹部の直径Ｄｇを変えて静電チャックを作製した。そして実施例１と同様に評価した。その結果を表３に示す。
【表３】
2004282047.tif 000005
【０１０２】
載置面の直径Ｄｓに対する円形のガス凹部Ｄｇの比率が９０〜９９％である試料Ｎｏ．３２〜３６はウェハの面内温度差が０．９℃以下と小さく、且つ保和温度に達するまでの時間も７秒以下と小さく好ましかった。
【０１０３】
これに対し、試料Ｎｏ．３１は載置面の直径Ｄｓに対する円形のガス凹部Ｄｇの比率が８０％と小さいことから、ウェハの面内温度差が１．５℃とやや大きかった。また、試料Ｎｏ．３７は上記比率が９９．６％と大きすぎることからウェハの面内温度差が２．７℃と大きかった。これは環状凸部の幅が小さすぎてガス漏れ量が大きくなり周辺部の温度が低下したためと考えられる。
【０１０４】
従って、載置面の直径Ｄｓに対する円形のガス凹部Ｄｇの比率が９０〜９９％でが好ましいことが分かった。
【実施例４】
【０１０５】
実施例１と同様の工程で図３に示す載置面形状で環状凸部の幅を０．２〜１０ｍｍに変えて静電チャックを作製した。そして、実施例１と同様に評価した。
【０１０６】
その結果を表４に示す。
【表４】
2004282047.tif 000006
【０１０７】
環状凸部の幅が０．５〜５ｍｍの試料Ｎｏ．４３〜４６はウェハの面内温度差が０．７℃以下と小さくより好ましいことが分かった。
【０１０８】
これに対し、試料Ｎｏ．４２は環状凸部の幅が０．２ｍｍと小さいことからガス漏れが多くウェハ面内温度差が１．５℃とやや大きかった。
【０１０９】
また、試料Ｎｏ．４７は環状凸部の幅が１０ｍｍと大き過ぎることから周辺部でのウェハ面との接触面積が大きくウェハ面内温度差が１．４℃とやや大きくなった。
【０１１０】
従って、環状凸部の幅が０．５〜５ｍｍであるとウェハの面内温度差が小さく好ましいことが分かった。
【実施例５】
【０１１１】
実施例１と同様の工程で静電チャックを作製した。作製した静電チャックは円形のガス凹部の面積Ｓ１と凸部の頂面の総面積Ｓ２を変えたものを準備して実施例１と同様に評価した。
【０１１２】
また、静電チャックにウェハを載せ吸着した状態でウェハの変形量を光学式変位計を用いてウェハの直系方向でトレースして直線からのずれ量の最大値から最小値を引いた値を変形量として求めた。その結果を表５に示す。
【表５】
2004282047.tif 000007
【０１１３】
円形のガス凹部の面積Ｓ１と凸部の頂面の総面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２の値が０．２〜５０である試料Ｎｏ．５２〜５９はウェハ面内の温度差が０．６７℃以下でウェハの反り量が３．３μｍ以下と小さく好ましいことが分かった。
【０１１４】
しかし、凸部の総面積が大きな試料Ｎｏ．５１はウェハの変形量が８．３μｍとやや大きかった。
【０１１５】
また、試料Ｎｏ．６０は凸部の総面積が小さく、夫々の凸部の頂面が小さいことから変形量が５．３μｍとやや大きかった。
【０１１６】
従って、  円形のガス凹部の面積Ｓ１と凸部の頂面の総面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２の値が０．２〜５０であることが好ましいことが分かった。
【実施例６】
【０１１７】
実施例１と同様の工程で図４に示す載置面形状の静電チャックを作製した。そして円形のガス凹部の面積Ｓ１と凸部の頂面の総面積Ｓ２、環状のガス凹部の面積Ｓ３と環状のガス凹部にある凸部の頂面の総面積Ｓ４の大きさを変えた静電チャックを準備した。
【０１１８】
そして実施例５と同様に評価した。その結果を表６に示す。
【表６】
2004282047.tif 000008
【０１１９】
試料Ｎｏ．６２〜６９に示すようにＳ１／Ｓ２とＳ３／Ｓ４の値が０．２〜５０である静電チャックはウェハの面内温度差が０．４９℃以下と小さく好ましい特性であることが判明した。また、ウェハの変形量は２．５μｍ以下と小さく優れた特性を示した。
【０１２０】
一方、試料Ｎｏ．６１はＳ１／Ｓ２の値が０．０２でＳ３／Ｓ４の値が０．０１と小さくウェハの面内温度差は１．５℃とやや大きかった。またウェハの変形量も４．６μｍとやや大きかった。また、試料Ｎｏ．７０はＳ１／Ｓ２の値が１００と大きく、Ｓ３／Ｓ４の値は９８．３と大きくウェハ面内の温度差は０．５６℃とやや大きかった。またウェハの変形量も４．５μｍとやや大きかった。
【０１２１】
従って、Ｓ１／Ｓ２とＳ３／Ｓ４の値が０．２〜５０である静電チャックはウェハの面内温度差が小さく、ウェハの変形量も小さいことから優れた特性を示すことが分かった。
【０１２２】
更に、試料Ｎｏ．６３〜６７の様にＳ１／Ｓ２とＳ３／Ｓ４の値が０．３〜１０であると、ウェハの面内温度差は０．４３℃以下と小さく変形量も２．３μｍ以下と小さく好ましいことが分かった。
【０１２３】
また、試料Ｎｏ．６４〜６６の様にＳ１／Ｓ２とＳ３／Ｓ４の値が０．４〜５であると、ウェハの面内温度差は０．３９℃以下と小さく変形量も１．２μｍ以下と小さく更に好ましいことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の静電チャックの断面図である。
【図２】本発明の静電チャックの平面図である。
【図３】本発明の他の静電チャックの平面図である。
【図４】本発明の他の静電チャックの平面図である。
【図５】本発明の静電チャックの断面図である。
【図６】従来の静電チャックにおける凹部形状を示す平面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は従来の静電チャックにおける他の凹部形状を示す平面図である。
【図８】従来の静電チャックにおけるさらに他の凹部形状を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１２５】
Ｗ：ウェハＷ
１、３１、４１、５１、６１：静電チャック
２：円板状セラミックス
３、３３、４３、５３：載置面
４、３４、４４、５４：ガス導入口
８：ガス凹部
１１：凸部
１２、５７：環状の凸部
１６：測温素子
１７：穴
１８：静電吸着用電極
１９：ヒータ電極
２０：給電端子
２１：給電端子
２４：穴
３５、４５：放射状溝
３６、４６：環状溝
【図１】
2004282047.tif 000009
【図２】
2004282047.tif 000010
【図３】
2004282047.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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