(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハーを設置するための設置面を有する絶縁層と、この絶縁層内に設置されている内部電極と、前記設置面から突出する、前記ウエハーと接触するべき接触面を有する突起を備えており、前記ウエハーを吸着した状態で、前記設置面と前記突起と前記ウエハーとによって形成された空間内にバックサイドガスを流すことで前記ウエハーの温度分布を均一化させる静電チャックであって、
前記突起の前記接触面の面積の合計値が、前記内部電極の面積の５％以上、１０％以下であり、前記突起の高さが５μｍ以上、１０μｍ以下であり、単位面積当たりの突起の個数を、０．０１０−０．１４０個／ｍｍ２とすることを特徴とする、静電チャック。
【請求項２】
吸着面に平行な方向に見たときに、前記突起と、隣接する突起の間の溝とが、交互に並んでい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】
前記絶縁層にはガス供給孔が設けられ、ガス供給孔の上端部に設けたガス分配溝は、ガス供給孔の端部に連続している凹部と、凹部から側面に向かって延びている細長い溝と、前記溝の先端に連続している円環形状の溝からなってい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】
基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置であって、内側で前記所定の処理が行われる処理チャンバと、この処理チャンバ内の所定の位置に前記基板を静電吸着して保持するための請求項１−３のいずれか一つの請求項に記載の静電チャックと、前記静電チャックに前記基板を静電吸着するための吸着用電源とを備えていることを特徴とする、基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハーの温度分布を均一化でき、かつパーティクルの発生を抑制できるような静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体ウエハーの搬送、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。通常、絶縁層の設置面から突出する多数の突起ないしエンボス部分を設け、この突起の頂面（接触面）を半導体ウエハーに対して接触させる。また、絶縁層内の内部電極に直流電圧を印加し、半導体ウエハーと突起の接触面との接触界面でジョンソン−ラーベック力を発生させ、接触面上の半導体ウエハーを吸着する。このため、突起の接触面（頂面）の面積を大きくすることによって、半導体ウエハーの吸着力を向上させることができる。
【０００３】
また、半導体ウエハーに対して成膜等の所定の処理を施すためには、半導体ウエハーの温度を一定温度に保持し、かつ半導体ウエハーの各部分の温度を均一にする必要がある。この際、静電チャックの絶縁層の温度を、内蔵ヒーター等によって上昇させ、突起の接触面と半導体ウエハーの裏面との間の接触領域で、絶縁層から半導体ウエハーへと熱を伝導させる方法がある。しかし、この方法では、突起の接触面の微妙な硬さの変化、表面凹凸の変化等によって、突起と半導体ウエハーとの接触状態が変化し、各突起の各接触面における熱接触抵抗がばらつく。このため、絶縁層からの熱を安定して半導体ウエハーの全体に伝えることができないため、半導体ウエハーの温度均一性が低下しやすい。このため、半導体ウエハーの裏面と絶縁層との隙間に一定圧力のバックサイドガスを流し、このバックサイドガスにおける熱輻射、熱対流によって絶縁層の熱を半導体ウエハーへと伝達する方法がある。この場合には、バックサイドガスの圧力を大きくすると、絶縁層から半導体ウエハーへの熱伝導量が大きくなり、また半導体ウエハーにおける温度の均一性が高まる傾向がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、突起の接触面の面積を大きくし、吸着力を向上させると、半導体ウエハーの裏面と突起の接触面との間の擦れによって、パーティクルが発生しやすくなる。このパーティクルは、突起の接触面に堆積し、半導体ウエハーに付着する可能性がある。
【０００５】
一方、突起の接触面の面積を減らすと、パーティクルの発生量が減少し、パーティクルの突起への付着も減少する。しかし、この場合には、接触面と半導体ウエハーとの間で作用するジョンソン−ラーベック力が減少するので、結果として半導体ウエハーの吸着力が低下する。
【０００６】
この一方、半導体ウエハーの裏面と絶縁層との間に規定圧力のバックサイドガスを流すと、半導体ウエハーにはバックサイドガスによる浮力が作用する。このため、半導体ウエハーへと実際に作用する吸着力は、静電チャックから半導体ウエハーに作用する静電的な吸着力から、半導体ウエハーにバックサイドガスから作用する浮力を引いた値になる。ここで、前述のように突起の接触面の面積を減らすと、浮力の作用が相対的に大きくなり、半導体ウエハーの吸着力が不十分になる。この問題を回避するためにバックサイドガスの圧力を減らすと、バックサイドガスによる熱伝導が不十分になり、半導体ウエハーの温度の均一性が劣化する。
【０００７】
本発明の課題は、ウエハー設置面から突出する突起を備えており、ウエハーを吸着した状態で、設置面と突起とウエハーとによって形成された空間内にバックサイドガスを流すことでウエハーの温度分布を均一化させる静電チャックにおいて、突起と半導体ウエハーとの擦れによって発生するパーティクルを低減させると同時に、半導体ウエハーの温度の均一性を向上させ得るような、静電チャックを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ウエハーを設置するための設置面を有する絶縁層と、この絶縁層内に設置されている内部電極と、前記設置面から突出する、前記ウエハーと接触するべき接触面を有する突起を備えており、前記ウエハーを吸着した状態で、前記設置面と前記突起と前記ウエハーとによって形成された空間内にバックサイドガスを流すことで前記ウエハーの温度分布を均一化させる静電チャックであって、前記突起の前記接触面の面積の合計値が、前記内部電極の面積の５％以上、１０％以下であり、前記突起の高さが５μｍ以上、１０μｍ以下であり、単位面積当たりの突起の個数を、０．０１０−０．１４０個／ｍｍ２とすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置であって、内側で所定の処理が行われる処理チャンバと、この処理チャンバ内の所定の位置に基板を静電吸着して保持するための前記静電吸着チャックと、静電チャックに前記基板を静電吸着するための吸着用電源とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明者は、ウエハーと接触するべき突起の接触面の面積の合計値を、内部電極の面積の１０％以下と小さくしてパーティクルの発生を低減した場合であっても、突起の高さを５μｍ以上、１０μｍ以下に制御すれば、半導体ウエハーへの静電チャックからのバックサイドガスを通じた熱伝導が効率的に行われ、半導体ウエハーの温度の均一性が高く保持されることを発見し、本発明に到達した。
【００１１】
これについて更に説明する。従来、静電チャックの突起の高さは、２０μｍ程度であり、絶縁層と半導体ウエハーとの間で熱対流によって伝熱していた。従って、突起の高さを小さくすることは、熱伝導の点では不利であると考えられていた。
【００１２】
しかし、実際に突起の高さを５−１０μｍに制御すると、別の観点から熱伝導に有利であることが判明した。即ち、突起と半導体ウエハーとの接触領域におけるジョンソン−ラーベック力による吸着力の他、絶縁層の表面付近に滞留する電荷と、半導体ウエハーの帯電電荷との間でクーロン力が作用するらしく、半導体ウエハーの静電的な吸着力が、全体として、予想されていたよりも低下しないことが判明した。この結果、半導体ウエハーの裏面と設置面との間のバックサイドガスの圧力を大きくし、バックサイドガスを通じた熱伝導を効率的に行わせ、半導体ウエハーの温度分布を均一化させることに成功した。この作用効果を得るためには、突起の高さを１０μｍ以下にすることが必要であった。この観点からは、突起の高さを８μｍ以下とすることが一層好ましい。
【００１３】
一方、突起の高さを小さくすればするほど、前述したクーロン力の寄与が大きくなり、静電的な吸着力が一層向上することが分かった。しかし、突起の高さが５μｍ未満になると、今度はバックサイドガスの圧力を高くしても、熱伝導の効率が低下し、半導体ウエハーの温度の均一性が低下した。おそらく、突起の高さが５μｍ未満になると、熱対流の寄与がなくなり、熱輻射が支配的になるためと思われる。また、設置面２ａにあるパーティクルが半導体ウエハーとは直接接触していないものの、静電吸着力によって半導体ウエハーに引きつけられるため、半導体ウエハーへのパーティクルを十分に低減しにくいものと考えられる。これらの観点からは、突起の高さを６μｍ以上とすることが更に好ましい。
【００１４】
また、突起のウエハーと接触するべき接触面の面積の合計値が、内部電極の面積の５％未満になると、前述したクーロン力等による寄与を考慮しても、吸着力が低くなり過ぎ、充分に高い圧力のバックサイドガスを流すことができず、半導体ウエハーの温度の均一性が低下する。
【００１５】
前述した観点から、突起のウエハーと接触するべき接触面の面積の合計値を、内部電極の面積の８％以下とすることが更に好ましく、あるいは６％以上とすることが一層好ましい。
【００１６】
突起のウエハーと接触するべき接触面の面積は、通常の吸着時にウエハーの裏面と接触する面積を言う。これは、通常、突起の頂面の面積と等しい。ただし、例えば突起の一部が低く、その突起が通常の設置条件ではウエハーの裏面と接触しないような場合には、その突起の頂面の面積は含まれない。
【００１７】
また、内部電極の面積、突起の接触面の面積は、いずれも、設置面に対して垂直な方向から測定したときの面積を言う。
【００１８】
突起の高さは、ダイヤルゲージもしくは三次元形状測定装置によって測定する。
【００１９】
基板に対する処理は限定されないが、露光、ＣＶＤなどの成膜プロセス、洗浄、エッチング、ダイシングなどの微細加工を例示できる。
【００２０】
基板の種類は限定されないが、半導体ウエハーが好ましい。
【００２１】
処理チャンバおよび静電吸着用電源自体は、本分野において知られているものを利用できる。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る静電チャック１を概略的に示す平面図であり、図２は、図１の静電チャックの一部拡大断面図である。
【００２３】
図１によると、静電チャック１は、円盤形状の絶縁層２と、絶縁層２内に埋設されている内部電極１２とを備えている。２ｂは絶縁層２の側面（外周面）であり、２ａは絶縁層２の平坦な設置面である。設置面２ａから、多数の突起３Ａが突出している。各突起３Ａは、それぞれ盤状、特に好ましくは円盤状をしている。各突起３Ａは互いに離れており、設置面上に分散して存在している。
【００２４】
また、絶縁層２の例えば３箇所にガス供給孔６が形成されており、ガス供給孔６の上端部にはガス分配溝５が通じている。ガス分配溝５は、ガス供給孔６の端部に連続している凹部５ａと、各凹部５ａからそれぞれ側面２ａの方へと向かって延びている細長い溝５ｂと、各溝５ｂの先端に連続している円環形状の溝５ｃとからなっている。ガス分配溝５は、設置面２ａに対して低い位置に形成されている。このため、図２に示すように、バックサイドガスが、矢印Ａのようにガス供給孔６に供給されると、ガスは矢印Ｂのように凹部５ａに入り、溝５ｂ、５ｃを伝わって流れる。この際、溝５ｂ、５ｃの全域から、設置面２ａ、突起３Ａ、半導体ウエハー１０によって包囲された空間１１へとバックサイドガスが流れる。
【００２５】
絶縁層２の中央部には、円形の貫通孔７と、その周囲の３方向へと向かって放射状に延びる溝８とが形成されている。貫通孔７および溝８の周囲には突起は形成されていない。
【００２６】
本発明に従って、各突起３Ａの頂面（半導体ウエハーへの接触面）１４の面積の合計値の、内部電極１２の面積に対する割合を、５％以上、１０％以下とする。また、突起の高さＨを５μｍ以上、１０μｍ以下とする。
【００２７】
本発明においては、個々の各突起の直径φは種々変更できるが、ウエハーの温度の均一性の観点からは、φを１．０−２．０ｍｍとすることが好ましい。
【００２８】
また、個々の各突起の平面的形状や平面的寸法は種々変更できる。例えば突起の接触面の形状は、円形の他に、三角形、四角形、六角形、八角形等の多角形であってよい。また、突起の個数についても特に限定されない。しかし、半導体ウエハーに対する吸着力を、半導体ウエハーの全面にわたって均一化するという観点からは、単位面積当たりの突起の個数を、０．０１０−０．１４０個／ｍｍ２  とすることが特に好ましい。
【００２９】
突起を連続的に並んで配列させることが好ましい。これによって、ウエハーの吸着力のムラが生じにくくなり、温度の均一性が一層向上する。突起を連続的に並んで配列させるとは、例えば図３に示すように、吸着面に平行な方向に見たときに、突起３Ａと、隣接する突起３Ａの間の溝とが、交互に並んでいることを意味している。突起３Ａは、好ましくは一定間隔で規則的に配列されている。
【００３０】
絶縁層の材質は限定しないが、パーティクルの発生を一層低減させるという観点からは、窒化アルミニウム系セラミックス、窒化アルミニウムを含む複合材料、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料、アルミナと窒化アルミニウムとの複合セラミックスが好ましい。
【００３１】
内部電極の材質も限定されず、導電性セラミックスや金属であってよいが、高融点金属が特に好ましく、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンとの合金が特に好ましい。
【００３２】
突起の材質は特に限定されないが、パーティクルの発生を一層低減させるという観点からは、窒化アルミニウム系セラミックス、窒化アルミニウムを含む複合材料、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料、アルミナと窒化アルミニウムとの複合セラミックスが好ましい。突起は、ブラスト加工、化学的気相成長法などによって形成できる。
【００３３】
バックサイドガスとしては、公知のガス、例えばヘリウム、アルゴン、ヘリウムとアルゴンとの混合ガスを使用できる。
【００３４】
バックサイドガスのガス供給孔への供給圧力は、半導体ウエハーへの熱伝導を良好にするためには５Ｔｏｒｒ以上とすることが好ましく、１５Ｔｏｒｒ以上とすることが一層好ましい。ただし、この圧力が増大し過ぎるとウエハーへの吸着力が低下し、ウエハーが外れやすくなるので、３０Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。
【００３５】
【実施例】
基本的に図１、図２に示したような形状の静電チャックを製造した。具体的には、窒化アルミニウム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、モリブデンからなる内部電極を配置し、さらにこの上に窒化アルミニウム粉末を充填し、再度成形し、内部電極を埋設した円盤状の成形体を得た。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、内部電極を埋設した直径２００ｍｍの絶縁層２を作製した。
【００３６】
絶縁層２の表面側に、ブラスト加工によって、図１に示すような平面円形の多数の突起３Ａを形成した。また、貫通孔７、ガス分配溝５を形成した。
【００３７】
内部電極１２の面積は３１０００ｍｍ２  とした。突起３Ａの接触面１４の面積と、突起３Ａの個数とを種々変更することによって、内部電極１２の面積に対する突起３Ａの接触面１４の面積の合計値の割合を、表１、表２のように種々変更した。また、突起３Ａの高さＨは、表１、表２に示すように変更した。
【００３８】
この静電チャック１の設置面２ａ上に、直径２００ｍｍのシリコンウエハー１０を設置した。シリコンウエハー１０の裏面が、突起３Ａの接触面１４に対して接触する。内部電極１２に±５００ボルトの直流電圧を印加し、シリコンウエハー１０を静電チャック１に吸着させた。そして、バックサイドガスを流さない状態で、シリコンウエハーの静電的な吸着力を、圧力（Ｔｏｒｒ）単位として測定した。
【００３９】
次いで、シリコンウエハー１０、絶縁層２および突起３Ａによって形成された空間１１に、前述のようにしてアルゴンガスを供給した。絶縁層２を加熱することによって、シリコンウエハーの平均温度を３５０℃まで上昇させた。バックサイドガスの供給圧力は、バックサイドガスを供給した後のシリコンウエハーの吸着力が３０Ｔｏｒｒ程度に保持されるように調節した。この状態で、シリコンウエハーの５箇所の温度を熱電対付きウエハーによって測定し、温度の最大値と最小値との差を得た。
【００４０】
また、シリコンウエハーを３５０℃で上記のようにして１分間吸着した後、シリコンウエハーの吸着を解除した。次いで、シリコンウエハーの裏面に付着していたパーティクルの個数を、半導体製造工場において一般的なパーティクルカウンターを使用して計測した。これらの結果を表１、表２に示す。
【００４１】
【表１】
0004312394.tif 000002
【００４２】
【表２】
0004312394.tif 000003
【００４３】
【発明の効果】
本発明の静電チャックによれば、突起と半導体ウエハーとの擦れによって発生するパーティクルを低減させると同時に、半導体ウエハーの温度の均一性を向上させ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電チャック１を概略的に示す平面図である。
【図２】図１の静電チャック１の一部拡大断面図である。
【図３】静電チャックの表面において突起が並んで配列されている状態を示す図である。
【符号の説明】
１  静電チャック、２  絶縁層、２ａ  絶縁層の設置面、３Ａ  ウエハーに接触する突起、７  貫通孔、５  ガス分配溝、６  ガス供給孔、１０ウエハー、１１  設置面、２ａと突起３Ａ、３Ｂとウエハー１０とによって形成された空間、１２  内部電極、１４  突起の接触面
【図１】
0004312394.tif 000004
【図２】
0004312394.tif 000005
【図３】
0004312394.tif 000006