(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材中に埋設された金属からなる同心円状の内側電極及び外側電極と、前記基材の主面上に形成された複数のエンボスと、前記基材の前記複数のエンボスが形成された側の主面における外周縁上の略全体に亘って、前記複数のエンボスと同じ材料から形成された凸状部とを具え、前記内側電極及び前記外側電極はそれぞれ正又は負の互いに異なる電位を有するとともに、前記エンボスと前記凸状部とで被処理物を支持し、前記基材の主面上の前記内側電極が位置する領域に形成された前記複数のエンボスの上面の面積の合計と、前記基材の主面上の前記外側電極が位置する領域に形成された前記複数のエンボスの上面の面積及び前記基材の主面における外周縁上の前記外側電極が位置する領域に形成された前記凸状部の上面の面積の合計を等しくし、
前記エンボスと前記凸状部とで形成された前記被処理物と前記基材の主面との空間に、バックサイドガスを前記基材の中心部分に形成した配管から流すように構成し、
さらに、前記外側電極の面積を前記内側電極の面積よりも小さくし、前記基材の主面上の前記外側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの前記複数のエンボスの上面の面積の合計を、前記基材の主面上の前記内側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの前記複数のエンボスの上面の面積の合計よりも大きくした、ことを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記内側電極は負の電位を有し、前記外側電極は正の電位を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックに関し、特に、半導体製造装置におけるウエハを保持するためのサセプタとして好適に用いることのできる静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体ウエハの搬送、露光、ＣＶＤなどの成膜プロセス、及び洗浄、エッチング、ダイシングなどの微細加工に代表される各工程において、半導体ウエハを吸着し、保持するために静電チャックが使用されている。
この静電チャックは、例えば、特開平８−５５９００号公報にも記載されているように、図１及び２に示すようなＤ型の正の電極２及び負の電極３がセラミックスなどからなる基材１中に埋設され、両者に直流電源６から一定の電圧を印加することによって発生した電場によって、半導体ウエハなどの被処理物７を基材１の主面１Ａに吸着させていた。ここで、図２は、図１に示す静電チャックを上側から見た場合の平面図ある。なお、図２においては、説明を明瞭にすべく被処理物７については省略して描いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の静電チャックでは、正の電極２及び負の電極３の電極間のすき間８が比較的大きなものであるため、かかる部分で発生する電場の大きさが十分なものではなく、電極間のすき間８の近傍における被処理物７に対する吸着力が不十分なものとなってしまっていた。
このため、被処理物７は前記電極間のすき間８において基材１の主面１Ａとの接触が不十分となって、基材１からの熱伝導が不十分なものとなり、被処理物７の全体を均一に加熱することができないという問題があった。
さらに、正の電極２及び負の電極３の埋設深さが異なること、及び正負の極性の違いに起因する吸着力差などの原因によって、被処理物７の基材１の主面１Ａに対する接触度合いが、正の電極２の位置する部分と負の電極３の位置する部分とで異なり、熱伝導がばらつくという問題があった。
【０００４】
本発明は、被処理物を基材に均一に吸着させ、前記基材の加熱を均一に行うことのできる静電チャックを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基材中に埋設された金属からなる同心円状の内側電極及び外側電極と、前記基材の主面上に形成された複数のエンボスと、前記基材の前記複数のエンボスが形成された側の主面における外周縁上の略全体に亘って、前記複数のエンボスと同じ材料から形成された凸状部とを具え、前記内側電極及び前記外側電極はそれぞれ正又は負の互いに異なる電位を有するとともに、前記エンボスと前記凸状部とで被処理物を支持し、前記基材の主面上の前記内側電極が位置する領域に形成された前記複数のエンボスの上面の面積の合計と、前記基材の主面上の前記外側電極が位置する領域に形成された前記複数のエンボスの上面の面積及び前記基材の主面における外周縁上の前記外側電極が位置する領域に形成された前記凸状部の上面の面積の合計を等しくし、前記エンボスと前記凸状部とで形成された前記被処理物と前記基材の主面との空間に、バックサイドガスを前記基材の中心部分に形成した配管から流すように構成し、さらに、前記外側電極の面積を前記内側電極の面積よりも小さくし、前記基材の主面上の前記外側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの前記複数のエンボスの上面の面積の合計を、前記基材の主面上の前記内側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの前記複数のエンボスの上面の面積の合計よりも大きくした、ことを特徴とする静電チャックである。
【０００６】
図３は、本発明の静電チャックの一例を示す平面図ある。図３は、図２と同様に、静電チャックを上側から見た場合の外観を表したものである。図３の場合も上記同様に、被処理物については省略して描いている。
【０００７】
図３に示すように、本発明の静電チャックは、内側電極１２と外側電極１３とを同心円状に配置し、それぞれ正又は負の互いに異なる電位を有するようにしているので、円周方向に均一な電場、すなわち吸着力を発生させることができる。
【０００８】
また、基材１１の主面１１Ａ上に、エンボス１４を複数形成するとともに、主面１１の外周縁上にはエンボス１４と同じ材料から凸状部１５を形成し、さらに、内側電極１２の位置する領域１７（破線で示された図の内側の領域）におけるエンボス１４の上面１４Ａの面積の合計と、外側電極１３の位置する領域１８（破線で示された図の外側の領域）におけるエンボス１４の上面１４Ｂの面積の合計及び外側電極１３の位置する領域１８における凸状部１５の上面１５Ａの面積の合計とを等しくし、これらエンボス１４及び凸状部１５で前記被処理物を支持するようにしているので、前記電極による吸着力が前記被処理物の円周方向に均一に作用する。したがって、前記被処理物を静電チャックに均一に吸着することができ、これによって、前記被処理物を均一に加熱することができる。
【０００９】
また、これによって被処理物に帯電する正の電荷量及び負の電荷量が等しくなり、互いにキャンセルするので、被処理物が帯電しなくなる。したがって、被処理物の近傍に位置する部材との放電による絶縁破壊などを防止することができる。
また、印加電圧に対し、中間電位となっているため、各電極間と被処理物との間に働く吸着力も等しくなる。
【００１０】
なお、本発明における「内側電極が位置する領域に形成された複数のエンボスの上面の面積の合計」とは、図３に示すように、内側電極１２が位置する領域１７と重なって存在する、複数のエンボス１４の上面１４Ａの面積の合計をいい、エンボス１４の上面１４Ａの面積の合計から、内側電極１２が位置する領域１７外のエンボス１４の上面１４Ｃ（図の黒色部分）の面積の合計を差し引いたものをいう。
同様に、「外側電極が位置する領域に形成された複数のエンボスの上面の面積の合計」とは、外側電極１３が位置する領域１８と重なって存在する複数のエンボス１４の上面１４Ｂの面積の合計をいう。
【００１１】
さらに、「外側電極が位置する領域に形成された凸状部の上面の面積」とは、図３に示すように、外側電極１３が位置する領域１８に重なって存在する凸状部１５の上面１５Ａの面積であって、凸状部１５の上面１５Ａから、外側電極１３が位置する領域１８外の凸状部１５の上面１５Ｂ（図の網目模様）の部分を差し引いた部分の上面の面積をいう。
【００１２】
また、本発明において、上述したような面積の合計が等しいとは、内側電極及び外側電極に電圧を印加して被処理物を吸着した場合に、この被処理物の帯電の度合いが印加電圧の３０％以下であるような場合をいい、例えば、前記内側電極が位置する領域に形成された複数のエンボスの上面の面積の合計を１とした場合に、前記外側電極が位置する領域に形成された複数のエンボスの上面の面積の合計、及び前記外側電極が位置する領域に形成された凸状部の上面の面積との合計が０．７〜１．３の範囲にあるようなものを言う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しながら、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図３は、上述したように本発明の静電チャックの一例を示す平面図である。
図３においては、内側電極１２が位置する領域１７と外側電極１３が位置する領域１８、すなわち、内側電極１２と外側電極１３との面積を等しくし、基材１の主面１Ａ上の内側電極１２が位置する領域１７におけるエンボス１４の密度を、基材１の主面１Ａ上の外側電極１３が位置する領域におけるエンボス１４の密度よりも大きくしている。
【００１４】
このような構成にすることにより、被処理物と静電チャックとの接触が内側で密となるため、内側の熱伝達を大きくすることができる。このため、内側電極１２と外側電極１３との間に高周波を印加した際において、前記被処理物の外側がプラズマ入熱によって高温になるのを防ぐことができる。
但し、本発明の目的を達成するためには、必ずしも上述のような構成を採る必要はなく、本発明の要件を満足する限り如何なる構成をも採用することができる。
【００１５】
また、内側電極１２に負の電位を負荷し、外側電極１３に正の電極を負荷している。但し、本発明の目的を達成するためには、内側電極１２及び外側電極１３が同心円状に形成されていればよく、したがって、内側電極１２に正の電位を負荷し、外側電極１３に負の電位を負荷してもよい。
但し、上述のように内側電極１２に負の電位を負荷し、外側電極１３に正の電極を負荷することにより、電気力線の密度を増加させ、被処理物をより強く吸着することができる。
【００１６】
電極間のすき間１６は、内側電極１２と外側電極１３とを電気的に絶縁できればその大きさについては特に限定されないが、一般にはその幅Ｄが２〜１０ｍｍとなるように上記電極を配置する。
エンボス１４についても、それら複数の上面１４Ａ及び１４Ｂの面積の合計について上述した要件を満足すればその形態などは特に限定されるものではなく、被処理物を支持できるように上面が平坦なのものであれば、図３に示す円柱状のものの外、四角柱状などの矩形状のものなど、いかなる形状のものを使用してもよい。
【００１７】
また、基材１１の主面１１Ａ上の外周縁上に形成した凸状部１５についても、その上面１５Ａの面積が上記条件を満足すればいかなる形状のものを使用してもよい。
また、エンボス１４及び凸状部１５の大きさについても特に限定されるものではなく、静電チャックの用途に応じて任意の大きさに形成することができるが、図３に示すような円柱状のエンボス及び環状の凸状部の場合は、その直径ｒは１〜８ｍｍであり、厚さｄは１〜８ｍｍとすることが好ましい。また、それらの高さは５〜５０μｍであることが好ましい。
【００１８】
さらに、エンボス１４の個数についても特に限定されるものではないが、被処理物を支持する際の圧力を分散させて均一に保持し、本発明の目的をより効果的に達成するためには、同心円状の内側電極が位置する領域１７においては、単位面積当たり２〜４個／ｃｍ2 の割合で形成することが好ましく、同心円状の外側電極が位置する領域１８においては、単位面積当たり１〜２個／ｃｍ2 の割合で形成することが好ましい。
【００１９】
また、図３のような構成の静電チャックにおいては、内側電極が位置する領域１７におけるエンボス１４の上面１４Ａの面積の合計、並びに外側電極が位置する領域におけるエンボスの上面１４Ｂの面積の合計及び外側電極が位置する領域における凸状の部材１５の上面１５Ａの面積の合計を、直径２００ｍｍの面内において２０〜２００ｃｍ2 にすることにより、被処理物の支持を強固に行うことができる。
【００２０】
エンボス１４及び凸状部１５は同一の材料から形成することが必要であるが、被処理物を均一に支持できればものであればその種類については特に限定されるものではなく、ＡｌＮ及びＡｌ2 Ｏ3 などの材料を用いることができる。
エンボス１４及び凸状部１５は、ブラスト加工、又はＣＶＤなどによって基材１１の主面１１Ａ上に形成する。
【００２１】
基材１１としても、ＡｌＮ及びＡｌ2 Ｏ3 などの静電チャックに使用することのできる公知のセラミックス材料を使用することができ、内側電極１２及び外側電極１３についても、Ｍｏ及びＷなどの公知の金属電極材料を使用することができる。
【００２２】
基材１１は、材料となるセラミックス粒子を所定形状に成形した成形体上に、前記金属からなる内側電極１２及び外側電極１３を載置した後、この上に再度前記セラミックス粒子を充填して成形し、焼結させることによって、前記内側電極１２及び外側電極１３が埋設した状態に形成する方法など、公知の方法によって形成することができる。
【００２３】
図４は、本発明の静電チャックの他の例を示す平面図である。
図４においては、内側電極２２が位置する領域２７と外側電極２３が位置する領域２８、すなわち、内側電極２２の面積を外側電極２３の面積よりも大きくし、基材１１の主面１１Ａ上の内側電極２２が位置する領域２７におけるエンボス２４の密度と、基材１１の主面１１Ａ上の外側電極２３が位置する領域２８におけるエンボス２４の密度とを等しくしたものである。
【００２４】
このような構成にすることによって、被処理物と静電チャックとの接触密度が内側と外側とで均一になるため、静電チャックから被処理物への熱伝達が均一に行なわれるため、被処理物を均一に加熱することができる。
このような場合においても、内側電極の位置する領域２７におけるエンボス２４の上面２４Ａの面積の合計などについて、本発明の要件を満足する限り、本発明の目的を達成することができる。
【００２５】
図４においても、内側電極２２に負の電位を負荷し、外側電極２３に正の電位を負荷しているが、これら電極が同心円状に配置されていればその電位については特に限定されるものでなく、内側電極２２に正の電位を負荷し、外側電極２３に負の電位を負荷することもできる。しかしながら、図３の場合と同様の理由から、内側電極に負の電位を負荷し、外側電極に正の電位を負荷することが好ましい。
【００２６】
また、エンボス２４及び凸状部２５についても、図３の場合と同様の大きさ及び形状を採用することができ、その材料についても図３の場合と同様の材料から同様の方法により、基材２１の主面２１Ａ上に形成することができる。
その他、各電極の基材中への埋設方法などについても上記図３の場合と同様にして実施することができる。
【００２７】
図５は、図３に示す静電チャックにおいて、外側電極３３の部分に内側電極用の内側電極端子３９を形成した場合を示したものである。このように、基材３１の電極部分に内側電極端子３９を形成することにより、配線類の電圧印加部品を中央付近に配置する必要がなくなり、装置取り付けの際の位置制約を回避することができる。又、例えば、ランプ加熱により静電チャックを加熱する場合は、光をさえ切る部品が減るため有効となる。
このように、内側電極端子３９を形成することにより、外側電極３３がその円周方向において中断し連続していない場合においても、上記した本発明の要件を満足する限りにおいて、本発明の目的を達成することができる。
エンボス３４などに使用可能な材料及びその形成方法などを含め、他の事項については図３に示す場合と同様にして行うことができる。
【００２８】
図３〜５に示す静電チャックにおいては、静電チャックの裏面に形成した配管（図示せず）を通して、エンボス１４及び凸状部１５などと被処理物とによって形成される空間にバックサイドガスを導入することもできる。
これによって、基材の主面から被処理物への熱伝導性が向上し、被処理物をさらに均一に加熱することができる。
バックサイドガスとしては公知のＨｅガス及びＡｒガスなどを使用することができる。
【００２９】
一般に、上記配管は基材の中心部分に形成されるため、バックサイドガスは前記空間の中心部分に導入される。
バックサイドガスは、静電チャックに被処理物が吸着された後に導入され、バックサイドガスの導入と同時に被処理物の加熱操作が開始されて、成膜プロセスが開始される。
したがって、静電チャックを構成する基材の面積が比較的大きくなると、バックサイドガスが、エンボス及び凸状部と被処理物で形成される空間の端部に行き渡るのに比較的長い時間を必要とする。このため、このバックサイドガスの不均一性に依存して、成膜プロセス開始直後においては被処理物の温度が均一になっていない場合が生じ、各種の膜特性において変動が生じる場合がある。
【００３０】
このような場合、図４に示すように、内側電極の面積を外側電極の面積よりも大きく、すなわち、外側電極の面積を内側電極の面積よりも小さくし、さらに、外側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの複数のエンボスの上面の面積の合計を、内側電極が位置する領域における、電極単位面積当たりの複数のエンボスの上面の面積の合計よりも大きくすると、前記空間の端部に位置する被処理物をエンボスによって直接加熱する割合が増す。
したがって、バックサイドガスの不均一性を補って、被処理物を成膜プロセス当初から均一に行うことができる。また、本発明のエンボス面積に対する要件を満足するため、本発明の目的をも有効に達成することができる。
各電極が位置する領域における複数のエンボスの上面の面積の合計は、内側電極及び外側電極が位置する領域のエンボス密度を変化させる、あるいは、エンボスの径を増減させて各エンボス自体の上面の面積を変化させることなどによって増減させることができる。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
実施例
本実施例おいては、図３に示すような内側電極に正の電位を負荷し、外側電極に負の電位を負荷するとともに、両電極の面積が等しいＰＶＤ用の静電チャックを作製した。
【００３２】
発明の実施の形態で示したように、基材１１に使用するＡｌＮセラミックス粉末を所定形状に成形して成形体を形成した後、この成形体上にＭｏからなる金属電極を配置し、さらに前記セラミックス粉末を充填して再度成形して金属電極を埋設した成形体を形成し、次いで、この成形体を窒素雰囲気中で焼結することにより、内側電極１２及び外側電極１３を埋設した直径２００ｍｍの基材１１を形成した。
【００３３】
この基材１１上に発明の実施の形態で示したような方法で、ＡｌＮからなる直径ｒが３ｍｍ、高さが２０μｍのエンボス１４を、基材１１の主面１１Ａ上の内側電極１２の位置する領域１７に３個／ｃｍ2 の割合で形成し、同様に、外側電極１３の位置する領域１８に１個／ｃｍ2 の割合で形成した。
また、ＡｌＮからなる凸状部１５を、基材１１の主面１１Ａの外周縁上に幅ｄが２ｍｍとなるように形成した。
【００３４】
このときの内側電極が位置する領域１７におけるエンボス１４の上面１４Ａの面積の合計、及び外側電極が位置する領域１８にけるエンボス１４の上面１４Ｂの面積の合計と凸状部１５の上面１５Ａの面積との合計は、６３ｃｍ2 であった。また、内側電極１２及び外側電極１３との間の電極間のすき間１６の幅Ｄは４ｍｍであった。
【００３５】
このようにして形成した静電チャックに被処理物として直径２００ｍｍのＳｉウエハを、上記エンボス１４及び凸状部１５上に載置し、内側電極１２及び外側電極１３のそれぞれに直流電圧を印加して電場を発生させ、上記Ｓｉウエハを本実施例における静電チャックに吸着させた。
次いで、Ｓｉウエハと基材１１の間に形成された空間に、Ａｒガスから構成されるバックサイドガスを配管（図示せず）から導入し、前記空間に均一に充填した後、基材１１を加熱することにより前記Ｓｉウエハを３５０℃まで加熱した。
【００３６】
このときのＳｉウエハの面上の温度分布をＴＣによって調べたところ、全面においる温度のバラツキが前記３５０℃に対して±３℃であることが判明した。
【００３７】
比較例
本比較例では、図１及び２に示すようなＤ型の電極が埋設された従来の静電チャックを作製した。
実施例と同じセラミックス材料及び金属電極材料を用い、実施例と同様にして、直径が２００ｍｍの正の電極２及び負の電極３が埋設された基材１を形成し、静電チャックを完成させた。
【００３８】
この静電チャックに実施例と同じＳｉウエハを被処理物として載置し、正の電極２及び負の電極３のそれぞれに、端子４及び５を介して直流電源６から直流電圧を印加することにより電場を発生させ、前記Ｓｉウエハを本比較例における静電チャックに吸着させた。
【００３９】
次いで、配管（図示せず）から実施例と同じバックサイドガスを、前記Ｓｉウエハと基材とのすき間に充填し、基材１を加熱することにより、Ｓｉウエハを実施例と同じ３５０℃まで加熱した。
実施例と同様にしてＳｉウエハの面上の温度分布を調べたところ、前記３５０℃に対して±１０℃のバラツキの存在することが判明した。
【００４０】
以上、実施例及び比較例からも明らかように、本発明の静電チャックは、電極間のすき間を比較的大きくとった場合においても被処理物を均一に吸着することができ、被処理物を加熱した際に被処理物の面内における温度分布のバラツキが極めて小さく、均一な加熱が可能であることが分かる。
以上、本発明を発明の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲で種々の変更及び変形が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の静電チャックによれば、極めて均一に被処理物を吸着することができ、したがって、被処理物の面内温度分布の少ない均一な加熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の静電チャックを示す断面図である。
【図２】従来の静電チャックを示す平面図である。
【図３】本発明の静電チャックの一例を示す平面図である。
【図４】本発明の静電チャックの他の例を示す平面図である。
【図５】本発明の静電チャックのさらに他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１  基材、１Ａ，１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ  基材の主面、２正の電極、３  負の電極、４，５  端子、６  直流電源、７  被処理物、８，１６，２６，３６  電極間のすき間、１２，２２，３２  内側電極、１３，２３，３３  外側電極、１４，２４，３４  エンボス、１４Ａ，２４Ａ，３４Ａ，１４Ｂ，２４Ｂ，３４Ｂ  エンボスの上面、１４Ｃ  内側電極が位置する領域外のエンボスの上面、１５，２５，３５  凸状部、１５Ａ，２５Ａ，３５Ａ  凸状部の上面、１５Ｂ  外側電極が位置する領域外の凸状部の上面、１７，２７，３７内側電極が位置する領域、１８，２８，３８  外側電極が位置する領域、３９内側電極端子、Ｌ，Ｄ  電極間のすき間の大きさ、ｄ  凸状の部材の幅、ｒ  エンボスの直径
【図１】
0003983387.tif 000002
【図２】
0003983387.tif 000003
【図３】
0003983387.tif 000004
【図４】
0003983387.tif 000005
【図５】
0003983387.tif 000006