(57)【要約】【目的】  静電チャックにおいて、ウエハ等の被吸着部材の温度制御のためのガスを、その被吸着部材の全体に瞬時に行き渡らせ、その全体の温度にバラツキを発生させることなく、ウエハ全体を早く同一温度に保持できるようにする。【構成】  ウエハを吸着させる吸着面３のうち、吸着するウエハの裏面に対応する全域にわたって、ガスを供給するためのガス溝として環状ガス溝１３、連結ガス溝１４を設ける。ガス溝１３，１４にガスを送り込むためのガス流出口２１を、ウエハの裏面の全域に対応して存在するように、ガス溝１３，１４の多数の箇所で開口するように設けた。【選択図】     図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体の内部に被吸着部材を静電力で吸着するための電極を備えてなる静電チャックであって、被吸着部材を吸着させる吸着面のうち、吸着する被吸着部材の裏面に対応する全域にわたって、被吸着部材の温度制御用のガスを供給するためのガス溝を備えるとともに、そのガス溝にガスを送り込むためのガス流路を静電チャック自身の内部に備えてなり、
そのガス溝にガスを送り込むための前記ガス流路におけるガス流出口が、前記被吸着部材の裏面の全域に対応して存在するように、前記ガス溝の多数の箇所で開口されていることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記ガス溝は、同心状に配置された複数の環状ガス溝と、内外に隣り合うこの環状ガス溝相互間を連結する複数の連結ガス溝とを有してな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】
前記環状ガス溝は円環状とされ、前記連結ガス溝は放射状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の静電チャック。
【請求項４】
前記ガス流出口が、前記環状ガス溝と前記連結ガス溝との連結点に設けられていることを特徴とする請求項２又は３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、半導体ウエハ等を製造するのに使用されるドライエッチング装置やイオン注入装置、或いは電子ビーム装置などの半導体製造装置において、半導体ウェハ等の固定、平面度の矯正、搬送などに使用される静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程において、半導体ウェハ（例えば、シリコンウェハ）に精度良く成膜やドライエッチング等の加工（処理）を施すには、半導体ウェハの平坦度を保ちながらそれを保持（固定）する必要がある。このような保持手段には、静電気力によってウエハをチャックする静電チャックが、真空中でも使用できることから広く使用されている。このような、静電チャックは、例えば絶縁体（絶縁板）の内部に一対の電極が形成されたものであり、その電極間に電圧を引加することで発生する静電気力で半導体ウェハ等の被吸着部材（以下、単にウエハともいう）を吸着する構成とされている。
【０００３】
ところで、このようなウエハの製造においても、その製造歩留まりの向上、単位時間当たりの処理枚数の増加（生産性の向上）などが強く求められている。このため、ドライエッチング等の比較的低温でウエハを処理する方法では、その加工中、できるだけ早く、ウエハを目的とする温度に均一に冷却したいといった要請がある。このような要請に応えるため、静電チャックの吸着面の全域に、ＨｅやＡｒ等の不活性ガス（以下、単にガスともいう）を供給するためのガス溝（凹条）を設けたものがある。すなわち、このものは、ガス溝と吸着したウエハの被吸着面で形成される空間内にガスを充填させることで、ウエハの全面の温度制御をするようにしたものである（特許文献１、２）。
【０００４】
ここに、特許文献１には、吸着面の全域にわたってガス溝が形成されたものが開示されている。このガス溝は、同心円状に配置された複数の環状溝と、放射状に配置、形成された複数の放射状溝とが連通するように設けられている。このものでは、その吸着面の中央にガス溝に連なるガス流出口（ガス導入口）が設けられており、そのガス流出口からガス溝に向けてガスを流入させることで、ガスをウエハの全域に行き渡らせるようにされている。
【０００５】
また、特許文献２では、特許文献１のものに対し、その環状溝のうち、中心より少なくとも２つ目の環状溝より外側の環状溝相互間において、放射状方向に仕切り溝（ガス溝）を設けたものが開示されている。この静電チャックは、隣り合う２つの環状溝と隣り合う２つの放射状溝とで囲まれるウエハの設置面（載置面）と、隣り合う２つの環状溝と放射状溝及び仕切り溝とで囲まれる設置面等の各設置面を、各々略同等の面積としたというものである。すなわち、特許文献２のものは、特許文献１のものに対し、ガス溝で囲まれる各設置面を、各々略同等の面積とすることで、ウエハの表面の温度分布を均一にできるようにしたというものである。
【０００６】
このような各静電チャックでは、ガス流出口からガス溝に向けて吹出されたガスの流れは次のようである。すなわち、静電チャックの中央から吹出されたガスは、分岐状に配置された各放射状溝に略同時に分配されて半径方向外向きに、同溝に沿って真っ直ぐに突進するように流れる。そして、各放射状溝において、一番外側の環状溝との交差点における溝外側の壁面に突き当たり、その環状溝の左右に方向転換して流れる。続いて外側の環状溝から順次、内側の環状溝において同様に流れ、ガス溝の全体に流れる。特許文献２に記載の静電チャックでも、基本的にはそれと同様にガスが流れる。ただし、このものでは、その環状溝を介して各仕切り溝にガスが流れ込むことになるが、その流れも、外側に位置する環状溝に連なるものから順次流れるものと考えられる。
【特許文献１】特許２６２６６１８号公報
【特許文献２】特開２００２−１７０８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に記載の静電チャックによって、ウエハを吸着してガス溝にガスを流すとき、中央のガス流出口から流されたガスは、放射状溝を外方に突進し、その後、同心円状に配置された複数の環状溝中を、外側から順に内側に、タイムラグを伴って流れ、最終的にガス溝全体にガスが充填される。このため、ウエハは、ガスの流れに従うにつれて温度制御されることになり、したがって、ガスの充填初期においては、ウエハ全体の均温化が得られない。また、ウエハ全体の温度を均一にするまでには長時間がかかるといった問題があった。
【０００８】
このように、上記特許文献に記載のものでは、吸着したウエハの全面を同一の冷却速度で冷却できず、全体の温度にバラツキが発生しがちであった。そして、ウエハ全体が一様な温度分布となるまでに時間がかかるといった問題があり、これが、ウエハの処理効率を低減させている原因ともなっていた。
【０００９】
本発明は、静電チャックにおいて、ウエハ等の被吸着部材の温度制御のためのガスを、その被吸着部材の全体に瞬時に行き渡らせ、その全体の温度にバラツキを発生させることなく、ウエハ全体を早く同一温度に保持できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的達成のために請求項１にかかる本発明は、絶縁体の内部に被吸着部材を静電力で吸着するための電極を備えてなる静電チャックであって、被吸着部材を吸着させる吸着面のうち、吸着する被吸着部材の裏面に対応する全域にわたって、被吸着部材の温度制御用のガスを供給するためのガス溝を備えるとともに、そのガス溝にガスを送り込むためのガス流路を静電チャック自身の内部に備えてなり、
そのガス溝にガスを送り込むための前記ガス流路におけるガス流出口が、前記被吸着部材の裏面の全域に対応して存在するように、前記ガス溝の多数の箇所で開口されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記ガス溝は、同心状に配置された複数の環状ガス溝と、内外に隣り合うこの環状ガス溝相互間を連結する複数の連結ガス溝とを有してなることを特徴とする請求項１に記載の静電チャックである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記環状ガス溝は円環状とされ、前記連結ガス溝は放射状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の静電チャックである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記ガス流出口が、前記環状ガス溝と前記連結ガス溝との連結点に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の静電チャックである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の静電チャックによれば、ガス溝にガスを送り込むための前記ガス流路におけるガス流出口が、前記被吸着部材の裏面の全域に対応して存在するように、前記ガス溝の多数の箇所で開口されているため、そのガス流出口からガス溝全体へのガスの流入が早く、しかも、ガス溝の全体においてタイムラグがなく、瞬時にガスを行き渡らせることができる。すなわち、本発明における静電チャックによれば、その吸着面に吸着されたウエハ等の被吸着部材と、ガス溝との間で形成される空間の全域に、温度制御のためのガスが同時かつ瞬時に行き渡るため、ウエハ全体の温度にバラツキを発生させることなく、その全体の温度を早く目的とする最適温度に保持できる。
【００１５】
そして、請求項２に記載の静電チャックによれば、上記した効果に加え、複数の連結ガス溝により、内外に隣り合う環状ガス溝相互間をガスが循環或いは行き来できるため、温度を均一にさせやすいといった特有の効果がある。さらに、請求項３に記載の静電チャックによれば、その吸着面の中心に円形の被吸着部材（例えば、半導体ウェハ）を同心状にして吸着することで、ガスを被吸着部材に均一に触れさせやすい。したがって、熱ムラを抑えやすいといった効果がある。なお、請求項４に記載の静電チャックの効果については、次記する本発明を実施するための最良の形態において説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の第１の実施の形態を図１〜図３に基いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る静電チャックの平面図であり、図２はそのＡ部拡大図及びその部分のさらなる拡大図であり、図３は図１の静電チャックのＢ−Ｂ線断面図及びその部分拡大図であり、図４は図３のＣ−Ｃ線断面図である。図中１は、静電チャックであって、本例では、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするセラミック製で一定厚さ（５ｍｍ）の積層（例えば１０層）構造をなし、直径３００ｍｍの円形の平板状を呈している。ただし、吸着面３側のうち、外周面４に連なる所定幅部位５は吸着面３より一段低くされている。なお、このような静電チャック１は、通常、図３中、２点鎖線で示したように、円板（又は円錐台）形状のベース部材（例えば、アルミニウム合金製）５０の上部の平面５１に、シリコン樹脂等で接着されて固定される。
【００１７】
このような、静電チャック１は、その上面が被吸着部材（被吸着体）である半導体ウエハ１０１を吸着、保持する吸着面３とされている。そして、この吸着面３は、高度の平坦度、面粗度にて平面に仕上げられ、その平面に対し、微小幅（例えば、１〜３ｍｍの範囲で設定される）で、微小深さ（例えば、５〜２０μｍの範囲で設定される）の断面略矩形をなすガス溝１１が形成されている。このガス溝１１は、本形態では、静電チャック１に関して同心円状に配置された複数の環状ガス溝１３と、内外に隣接する環状ガス溝１３相互間を連結する多数の連結ガス溝１４からなっている。本例では環状ガス溝１３は円環状とされ、環状ガス溝１３相互の半径方向における間隔（ピッチ）は略一定とされている。ただし、最外周の環状ガス溝１３は厳密には一部が直線状に形成されている。
【００１８】
また、連結ガス溝１４は静電チャック１の中心から放射状に配置されている。そして、この連結ガス溝１４（放射状ガス溝ともいう）は、静電チャック１の中心寄り部位にあるものより、外周寄り部位にあるものの方が、小さい放射状角度間隔で配置されており、１つの環状ガス溝１３を挟んで基本的に互い違いとなる配置とされている。なお、最外周と、その隣（内周側）に配置された連結ガス溝１４は同じ放射状角度間隔とされている。こうして、本形態におけるガス溝１１は、静電チャック１の吸着面３の全域にわたって、配置、形成されており、それぞれ、環状ガス溝１３と連結ガス溝１４との連結点（交差点）において連なるように形成されている。
【００１９】
このような静電チャック１は、吸着面３のうち、ガス溝１１を除く部位が、同一の高さの平面とされてウエハ１０１を載置させる載置面１６とされている。この載置面１６は、環状ガス溝１３と連結ガス溝１４とで仕切られた多数の載置面１６からなっており、台形に近い扇形を呈している。ただし、一番内周寄りの環状ガス溝１３よりも内側には、この環状ガス溝１３と連通するように、９０度間隔で放射状にガス溝（放射状ガス溝）１５が設けられて仕切られており、ここでの各載置面１８は、１／４円弧の扇形を呈している。
【００２０】
このような平面配置をなすガス溝１１は、放射状ガス溝１４の内外周寄り端の略全部が、それぞれ連なっている環状ガス溝１３に突き当たる形態で連結され、その連結点（交点）がＴ字状の交差点（三叉路）となっている。本形態では、このような連結点のうち、放射状ガス溝１４の外周寄り端をなす全ての連結点において、ガス流出口２１が開口されている。また、中心における放射状ガス溝１５の連結点（交差点）においてもガス流出口２１が開口されている。なお、これらのガス流出口２１は、図３に示したように、静電チャック１自身の内部に設けられたガス流路２２に連なるように次のように形成されている。
【００２１】
すなわち、図３に示したように、内部のガス流路２２は、ガス供給源から、裏面側縦穴２３、トンネル状の中間横穴２４、及び上面（吸着面３）側縦穴２５の順で連通するように形成されている。ただし、中間横穴２４は、図４に示したように、平面配置において、環状ガス溝１３と同位置に同心円状に設けられた複数の環状横穴２４ａと、中心から１つの半径方向に延びて各環状横穴２４ａと連通するように設けられた直線横穴２４ｂとからなっている。そして、上面側縦穴２５は、その上端部が各半径をもつ環状ガス溝１３に開口してガス流出口２１をなし、下端部が各半径をもつ環状横穴２４ａに連通しており、裏面側縦穴２３は、静電チャック１自身の平面視における中央にて直線横穴２４ｂに連通され、裏面７に開口されている。そして、この裏面７における開口が、このようなガス流路２２へガスを流入させるガス流入口とされている。
【００２２】
このような静電チャック１自身の内部の各ガス流路２２の流路断面は、例えば、次のように設定されている。上面側縦穴２５は、φ０．３ｍｍとされ、裏面側縦穴２３は、φ５ｍｍとされている。そして、中間横穴２４は、高さが２ｍｍで、幅が２ｍｍの矩形断面とされている。このような静電チャック１は、ベース部材５０の上部の平面５１に固定されて使用されるため、静電チャック１の裏面側縦穴２３は、ベース部材５１に形成された、ガス供給流路５４を介して図示しないガス源に配管、接続される。
【００２３】
なお、吸着面３と中間横穴２４との間には、一対の静電吸着用の電極２８、２９が埋設状に設けられている。この電極２８，２９は、図示しない中継線を介して電源に接続されており、これに直流電圧を印加することで、静電引力を発生させ、吸着面３に半導体ウエハ（被吸着部材）１０１を吸着するように構成されている。また、本形態では、平面視、同心の１円周上に等角度間隔で、３つのリフト穴３０が厚み方向に貫通してあけられており、図示しない、リフトピン（突き出しピン）にて、吸着解除後のウエハ１０１を吸着面３から分離（離脱）するリフト手段を構成するように形成されている。なお、リフト穴３０を挟んで隣接する内外の環状ガス溝１３相互間の連結ガス溝１４のうち、リフト穴３０の部位ではリフト穴３０を包囲する円形に形成されている。
【００２４】
さて、このような本形態の静電チャック１においては、ウエハ１０１を吸着面３に載置し、上記電極２８、２９間に所定の電圧を印加してそれを吸着、保持した下で、冷却ガスをガス源から内部のガス流路２２に送り込む。こうすることで、ガスは、裏面側縦穴２３、中間横穴２４、及び上面側縦穴２５を経て、多数のガス流出口２１からガス溝１１に送り込まれる。送り込まれたガスは、ウエハ１０１の裏面１０２とガス溝１１とで形成される空間に充填される。これにより、ウエハ１０１の全体が所定温度に冷却制御されることになる。このとき、ガス溝１１に送り込まれるガスは、ガス溝１１の全域に存在する多数のＴ字状の交差点（連結点）に設けられた多数のガス流出口２１から、環状ガス溝１３、連結ガス溝１４などからなるガス溝１１内に入り込むため、ウエハ１０１の裏面１０２の全体に瞬時に行き渡る。したがって、その全体の温度にバラツキを発生させることなく、ウエハ１０１全体を早く目的とする温度に保持できる。すなわち、本形態の静電チャック１によれば、多数の各ガス流出口２１からガス溝１１に流れたガスは、多数の各ガス流出口２１を起点として、放射状ガス溝１４を静電チャック１の中心に向かって流れるのと同時に、環状ガス溝１３の両側に向かって流れる。そして、このような３方向に向かう流れが、多数のＴ字状の交差点において同時に行われ、その流下距離も短いため、ガスはガス溝１１の全体に瞬時に行き渡る。
【００２５】
すなわち、上記した従来の特許文献に記載の静電チャックにおけるもののように、ガス溝へのガスの流入が中央だけにあるガス流出口から行われるものに比べると、本形態では、ガス流出口２１がガス溝１１の全体に多数設けられているため、ガスのガス溝１１内への流入開始から充填までに要する時間を著しく短くできる。このため、ウエハ１０１の全域にわたってタイムラグなく瞬時にガスを行き渡らせることができ、ウエハ１０１全体の温度のばらつきもなく、短時間で所望とする温度に保持できる。
【００２６】
とくに、本形態では、ガス流出口２１を、ガス溝１１のＴ字状交差点に設けたため、多数のガス流出口２１において、ガスを３方向に同時に分岐させて流すことができるため、ガス溝１１の全体に、より迅速にガスを充填させることができるという効果がある。
【００２７】
なお、上記した静電チャック１は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする所定のセラミックグリーンシートを積層、圧着するなどし、その後、焼結することで製造できる。その製法の概要（１例）は次のようである。裏面（最下層）をなすセラミック層は、０．５ｍｍ厚のグリーンシートを３枚積層し、その上に、中間横穴２４が形成されるセラミック層となる０．５ｍｍ厚のグリーンシートを４枚積層する。そして、その状態の下で、裏面側縦穴２３をあけ、中間横穴２４用の加工を施す。
【００２８】
次いで、０．５ｍｍ厚のグリーンシートを２枚積層し、その上面に、電極用のメタライズペースト（タングステン等の導体ペースト）を印刷し、メタライズペーストの印刷面に吸着面形成用のグリーンシートを積層、圧着し、上面側縦穴２５をあける。その後、この積層体を、中間横穴２４用の加工をしたグリーンシートの上に、吸着面形成用のグリーンシートを上にして積層して圧着し、焼成する。そして、その焼成後において、表裏両面を所望とする平行度、面粗度に研磨して仕上げ、その後、吸着面側にガス溝を、研磨（機械加工）、サンドブラスト或いは超音波加工等により形成する。このようにすることで上記した静電チャック１は製造できる。
【００２９】
上記した実施の形態においては、ガス流出口２１を、放射状ガス溝１４の外側端部と環状ガス溝１３との連結点のみに設けたが、これに加えて、放射状ガス溝１４の内側端部と環状ガス溝１３との連結点にも設けてもよい。このようにすれば、ガス流出口２１が増えるし、一箇所のガス流出口２１から流出するガスは、さらに短い距離を移動するだけでガス溝の全域に行き渡る。このため、より早くガス溝全体にガスを行き渡らせることができる。すなわち、ガス流出口は、ガス溝全体にできるだけ多く設けるのが好ましい。
【００３０】
また、前記形態では、ガス溝１１のうち、中心寄り部位のものを除く連結ガス溝１４を、隣り合う環状ガス溝１３間でのみガスが直線状に移動できるように配置したが、本発明においてはこれを中心から静電チャック１の外周寄りの環状溝１３までストレートで延びる放射状ガス溝としてもよい。そして、この場合においては、その放射状ガス溝と、環状ガス溝との連結点（交差点）にガス流出口を設けるとよい。このようにすれば、１つのガス流出口から、４方向にガスを分岐させて流すことができるため、より早くガス溝全体にガスを行き渡らせることができるためである。
【００３１】
また、上記した実施の形態では、連結ガス溝１４を放射状方向に延びる放射状ガス溝１４としたが、これは、放射状方向でなく、傾斜させてもよい。そして、上記の実施の形態では、環状ガス溝１３を円環状のものとしたが、角環状（四角枠状）のものとしてもよい。すなわち、ガス溝は、被吸着部材の裏面に対応する全域にわたって、ガスが供給される配置で設けられていればよいのであって、いずれの配置としてもよい。例えば、網の目状、又はクモの巣状、碁盤目状などのガス溝をもつ静電チャックにおいても、そのガス溝にガスを送り込むためのガス流出口を、被吸着部材の裏面の全域に対応して存在するように、ガス溝の多数の箇所で開口させればよい。
【００３２】
さらに、上記した実施の形態では、ガス流路２２として、静電チャック１の内部にトンネル状の中間横穴２４を設け、裏面７に、この中間横穴２４に連通する１つの裏面側縦穴２３を設けたものを例示したが、ガス流路２２はこのようなものに限定されるものではない。図５は、その１例を示したものである。すなわち、本発明における静電チャックのガス流路は、同図に示したように、ガス溝１１に開口するように設けられた各ガス流出口２１ごと、静電チャック７１の厚み方向に貫通する縦穴のガス流路７２を設けたものとしてもよい。なお、この場合には、ベース部材５０を介して、その各縦穴のガス流路７２にガスを供給できるように、例えば、上記した実施の形態における静電チャックの内部のガス流路のようなガス流路をベース部材５０内に設けておけばよい。なお、図５中、上記した実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してある。
【００３３】
本発明は、上記した説明の範囲のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更して具体化できる。当然のことながら、静電チャックは、アルミナ以外のセラミックで形成してもよい。また、セラミック以外の絶縁体で形成することもできる。また、上記においては、被吸着部材が半導体ウエハで、冷却ガスをガス溝に流入させる場合で説明したが、もちろん、これに限定されるものではない。所望とする温度に制御するガスをガス溝に流入させるようにした静電チャックに広く適用できる。さらに、静電チャック内に埋設した一対の内部電極間に所定の電圧を印加することで被吸着部材を吸着する構成のもの（双極型）において具体化したが、内部電極と吸着部材間に所定の電圧を印加する構成のもの（単極型）においても具体化できることは言うまでもない。また、上記実施の形態の静電チャックにおける裏面とガス流路における中間横穴との間に、ヒーター電極（抵抗発熱体）が埋設されている構成の静電チャックにおいても具体化できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る静電チャックの平面図。
【図２】図１のＡ部拡大図及びその部分のさらなる拡大図。
【図３】図１の静電チャックのＢ−Ｂ線断面図及びその部分拡大図。
【図４】図３のＣ−Ｃ線断面図。
【図５】本発明に係る静電チャックの別例の断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１、７１  静電チャック
３  吸着面
１１  ガス溝
１３  環状ガス溝
１４  連結ガス溝
２２  ガス流路
２１  ガス流出口
１０１  ウエハ（被吸着部材）
１０２  ウエハの裏面
【図１】
2005136104.tif 000003
【図２】
2005136104.tif 000004
【図３】
2005136104.tif 000005
【図４】
2005136104.tif 000006
【図５】
2005136104.tif 000007