特開 2022-158499 保持部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022158499

(43)【公開日】2022-10-17

(54)【発明の名称】保持部材

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20221006BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20221006BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H02N13/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021063449

(22)【出願日】2021-04-02

(71)【出願人】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 考史

(72)【発明者】

【氏名】杉山 慶吾

(72)【発明者】

【氏名】石井 竜馬

(72)【発明者】

【氏名】牧野 礼佳

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131CA03

5F131DA33

5F131DA42

5F131EA03

5F131EB11

5F131EB14

5F131EB15

5F131EB17

5F131EB18

5F131EB54

5F131EB72

5F131EB78

5F131EB79

5F131EB81

5F131EB84

(57)【要約】

【課題】対象物の均熱性を向上させることができる保持部材を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、セラミックス部材１０と、ヒータ層１７と、内部電極４１と、を有し、セラミックス部材１０の保持面１１上に半導体ウエハＷを保持する静電チャック１において、Ｚ軸方向から見たときに、セラミックス部材１０は、内部電極４１を有する第１の領域１０ａと、内部電極４１を有さない第２の領域１０ｂと、を備え、Ｚ軸方向から見たときに、凸部１４の少なくとも一部が、第２の領域１０ｂと重なっている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の凸部が形成された第１の面と、第１の方向にて前記第１の面とは反対側に設けられる第２の面とを備えるセラミックス部材と、
前記セラミックス部材を加熱する発熱抵抗体と、
前記セラミックス部材の内部に、前記発熱抵抗体より前記第１の面側に配置された内部電極と、を有し、
前記セラミックス部材の前記第１の面上に対象物を保持する保持部材において、
前記第１の方向から見たときに、前記セラミックス部材は、前記内部電極を有する第１の領域と、前記内部電極を有さない第２の領域と、を備え、
前記第１の方向から見たときに、前記凸部の少なくとも一部が、前記第２の領域と重なっていること、
を特徴とする保持部材。

【請求項2】

請求項１の保持部材において、
前記第１の方向から見たときに、前記複数の凸部のすべてが、前記第２の領域の少なくとも一部と重なっていること、
を特徴とする保持部材。

【請求項3】

請求項１または２の保持部材において、
前記第１の方向から見たときに、前記凸部の全領域が、前記第２の領域と重なっていること、
を特徴とする保持部材。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１つの保持部材において、
前記第１の面には、前記複数の凸部のすべてを囲むように配置された環状凸部が形成されており、
前記第１の方向から見たときに、前記環状凸部は、前記第１の領域と重なっていないこと、
を特徴とする保持部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、対象物を保持する保持部材に関する。

【背景技術】

【0002】

保持部材に関する従来技術として、特許文献１には、静電電極と発熱部を備えるセラミック基板を有する静電チャックが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２０１６６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されている静電チャックは、保持する対象物である半導体ウエハを、セラミック基板の第１の主面に形成された凸部に接触させて保持している。そのため、半導体ウエハとセラミック基板との間の熱移動について、凸部の領域では起こり易いが、凸部以外の領域では起こり難くなるおそれがある。したがって、半導体ウエハの均熱性が低下するおそれがある。

【0005】

そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、対象物の均熱性を向上させることができる保持部材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】

【0006】

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、複数の凸部が形成された第１の面と、第１の方向にて前記第１の面とは反対側に設けられる第２の面とを備えるセラミックス部材と、前記セラミックス部材を加熱する発熱抵抗体と、前記セラミックス部材の内部に、前記発熱抵抗体より前記第１の面側に配置された内部電極と、を有し、前記セラミックス部材の前記第１の面上に対象物を保持する保持部材において、前記第１の方向から見たときに、前記セラミックス部材は、前記内部電極を有する第１の領域と、前記内部電極を有さない第２の領域と、を備え、前記第１の方向から見たときに、前記凸部の少なくとも一部が、前記第２の領域と重なっていること、を特徴とする。

【0007】

この態様によれば、凸部の下方に内部電極を有さない第２の領域が配置されるため、凸部の下方に内部電極が存在しなくなる部分ができ、凸部への熱伝達が抑制される。そのため、凸部と対象物との熱移動が抑制される。従って、保持している対象物において、凸部と接触する部分と、それ以外の部分との温度差を小さくすることができ、対象物の均熱性を向上させることができる。

【0008】

上記の態様においては、前記第１の方向から見たときに、前記複数の凸部のすべてが、前記第２の領域の少なくとも一部と重なっていること、が好ましい。

【0009】

この態様によれば、複数の凸部のすべてに対して第２の領域が配置されることにより、すべての凸部と対象物との熱移動が抑制されるため、保持している対象物において、凸部と接触する部分と、それ以外の部分との温度差をより小さくすることができる。これにより、対象物の均熱性をより向上させることができる。

【0010】

上記の態様においては、前記第１の方向から見たときに、前記凸部の全領域が、前記第２の領域と重なっていること、が好ましい。

【0011】

この態様によれば、第１の方向から見たときに、凸部の全領域と重なるように第２の領域を形成することにより、凸部全域において熱移動が抑制されるため、保持している対象物において、凸部と接触する部分と、それ以外の部分との温度差をより一層小さくすることができる。これにより、対象物の均熱性をより一層向上させることができる。

【0012】

上記の態様においては、前記第１の面には、前記複数の凸部のすべてを囲むように配置された環状凸部が形成されており、前記第１の方向から見たときに、前記環状凸部は、前記第１の領域と重なっていないこと、が好ましい。

【0013】

この態様によれば、第１の方向から見たときに、内部電極が環状凸部に重なり合わないように配置することにより、対象物と接触する環状凸部においても熱移動が抑制されるため、保持している対象物において、凸部及び環状凸部と接触する部分と、それ以外の部分との温度差を小さくすることができる。これにより、対象物の外周部分においても、均熱性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0014】

本開示の保持部材によれば、対象物の均熱性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態の静電チャックの概略斜視図である。

【図2】本実施形態の静電チャックのＸＺ側面（一部、断面）の概略構成図である。

【図3】本実施形態の静電チャックのＸＹ平面の概略構成図である。

【図4】本実施形態のセラミックス部材のＸＺ断面の一部の拡大図である。

【図5】従来のセラミックス部材のＸＺ断面の一部の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本開示に係る実施形態である保持部材について説明する。本実施形態では、保持部材として、対象物である半導体ウエハＷを保持する静電チャック１を例示して説明する。

【0017】

＜静電チャックの全体説明＞
本実施形態の静電チャック１は、半導体ウエハＷ（対象物）を静電引力により吸着して保持する装置であり、例えば、半導体製造装置の真空チャンバー内で半導体ウエハＷを固定するために使用される。図１に示すように、静電チャック１は、セラミックス部材１０と、ベース部材２０と、セラミックス部材１０とベース部材２０とを接合する接合層３０とを有する。

【0018】

なお、以下の説明においては、説明の便宜上、図１に示すようにＸＹＺ軸を定義する。ここで、Ｚ軸は、静電チャック１の軸線方向（図１において上下方向）の軸であり、Ｘ軸とＹ軸は、静電チャック１の径方向の軸である。

【0019】

セラミックス部材１０は、図１に示すように、円盤状の部材であり、セラミックスにより形成されている。セラミックスとしては、様々なセラミックスが用いられるが、強度や耐摩耗性、耐プラズマ性等の観点から、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするセラミックスが用いられることが好ましい。なお、ここでいう主成分とは、含有割合の最も多い成分（例えば、体積含有率が９０ｖｏｌ％以上の成分）を意味する。

【0020】

また、セラミックス部材１０の直径は、例えば１５０～３００ｍｍ程度である。セラミックス部材１０の厚さは、例えば２～６ｍｍ程度である。なお、セラミックス部材１０の熱伝導率は、１０～５０Ｗ／ｍＫ（より好ましくは、１８～３０Ｗ／ｍＫ）の範囲内が望ましい。

【0021】

図１と図２に示すように、セラミックス部材１０は、半導体ウエハＷを保持する保持面１１と、セラミックス部材１０の厚み方向（Ｚ軸方向、上下方向）について保持面１１とは反対側に設けられる下面１２とを備えている。なお、Ｚ軸方向は本開示の「第１の方向」の一例であり、保持面１１は本開示の「第１の面」の一例であり、下面１２は本開示の「第２の面」の一例である。

【0022】

セラミックス部材１０の保持面１１は、凹凸形状をなしている。具体的には、保持面１１には、図２と図３に示すように、その外縁付近に環状の環状凸部１３が形成され、環状凸部１３の内側に複数の独立した柱状の凸部１４が形成されている。このようにして、保持面１１には、複数の凸部１４のすべてを囲むように配置された環状凸部１３が形成されている。なお、環状凸部１３は、シールバンドとも呼ばれる。環状凸部１３の断面（ＸＺ断面）の形状は、図２に示すように、略矩形である。環状凸部１３の高さ（Ｚ軸方向の寸法）は、例えば、１０μｍ～２０μｍ程度である。また、環状凸部１３の幅（Ｘ軸方向の寸法）は、例えば、０．５ｍｍ～５．０ｍｍ程度である。

【0023】

なお、不図示ではあるがセラミックス部材１０にはリフトピン用の貫通孔等が形成されており、保持面１１において各々の貫通孔を囲むように環状の凸部が形成されている。

【0024】

各凸部１４は、図３に示すように、Ｚ軸方向視（平面視）で略円形をなしており、略均等間隔で配置されている。また、各凸部１４の断面（ＸＺ断面）の形状は、図２に示すように、略矩形である。凸部１４の高さは、環状凸部１３の高さと略同一であり、例えば、１０～２０μｍ程度である。また、凸部１４の幅（Ｚ軸方向視での凸部１４の最大径）は、例えば、０．５～１．５ｍｍ程度である。なお、セラミックス部材１０の保持面１１における環状凸部１３より内側において、凸部１４が形成されていない部分は、凹部１５となっている。

【0025】

そして、半導体ウエハＷは、セラミックス部材１０の保持面１１における環状凸部１３と、複数の凸部１４と、リフトピン用の貫通孔等を囲むように形成された環状の凸部（不図示）に支持されて、静電チャック１に保持される。半導体ウエハＷが静電チャック１に保持された状態では、半導体ウエハＷの表面（下面）と、セラミックス部材１０の保持面１１（詳細には、保持面１１の凹部１５）との間に、空間Ｓが存在することとなる（図２参照）。この空間Ｓには、図３に示すガス孔１６を介して不活性ガス（例えば、ヘリウムガス）が供給されるようになっている。

【0026】

また、セラミックス部材１０は、図２に示すように、その内部に、ヒータ層１７と内部電極部１８を備えている。ヒータ層１７は、セラミックス部材１０を加熱して、セラミックス部材１０の保持面１１に保持される半導体ウエハＷの温度を調整する。なお、ヒータ層１７は、セラミックス部材１０の下面１２に形成されていてもよい。また、ヒータ層１７は、本開示の「発熱抵抗体」の一例である。

【0027】

内部電極部１８は、セラミックス部材１０の内部において、ヒータ層１７よりも保持面１１側の位置に配置されている。

【0028】

本実施形態では、内部電極部１８は、板状に形成されており、電極が形成される内部電極４１と、内部電極部１８をその厚み方向に貫通するように形成される貫通孔４２と、を備えている。この内部電極４１と貫通孔４２は、セラミックス部材１０の内部において、ヒータ層１７よりも保持面１１側の位置に配置されている。

【0029】

内部電極４１は、例えば、チャック電極や、ＲＦ電極や、ランド電極などである。内部電極４１は、金属により構成されており、内部電極４１の金属材料は、例えばタングステンまたはモリブデン、またはそれらの合金である。

【0030】

貫通孔４２は、セラミックス部材１０をＺ軸方向から見たときに、例えば、外形が円形である丸孔に形成されている。また、貫通孔４２は、例えば、シート部材を積層してセラミックス部材１０を形成するときに、マスクをして形成される。

【0031】

また、本実施形態では、内部電極部１８の外周部１８ａは、セラミックス部材１０の径方向について、最も外側の凸部１４よりも外側にある環状凸部１３の内周面１３ａの位置、または、その位置からわずかに内側の位置に形成されている。これにより、セラミックス部材１０をＺ軸方向から見たときに、内部電極部１８の外周部１８ａよりも内側に、すべての凸部１４と凹部１５が形成されている。

【0032】

ベース部材２０は、図１に示すように円柱状に形成されている。このベース部材２０は、金属（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等）により形成されていることが好ましいが、金属以外であってもよい。

【0033】

ベース部材２０の直径は、例えば１８０ｍｍ～３５０ｍｍ程度である。また、ベース部材２０の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）は、例えば２０ｍｍ～５０ｍｍ程度である。なお、ベース部材２０（アルミニウムを想定）の熱伝導率は、セラミックス部材１０よりも大きく、１８０～２５０Ｗ／ｍＫ（好ましくは、２３０Ｗ／ｍＫ程度）の範囲内が望ましい。

【0034】

接合層３０は、セラミックス部材１０の下面１２とベース部材２０との間に配置され、セラミックス部材１０とベース部材２０とを接合している。この接合層３０を介して、セラミックス部材１０の下面１２とベース部材２０とが熱的に接続されている。接合層３０は、例えばシリコーン系樹脂やアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の接着材により構成されている。なお、接合層３０の厚さ（Ｚ軸方向の寸法）は、例えば０．１～１．０ｍｍ程度である。また、接合層３０の熱伝導率は、例えば１．０Ｗ／ｍＫである。なお、接合層３０（シリコーン系樹脂を想定）の熱伝導率は、０．１～２．０Ｗ／ｍＫ（好ましくは、０．５～１．５Ｗ／ｍＫ）の範囲内が望ましい。

【0035】

＜半導体ウエハの均熱性を向上させる手段について＞
次に、半導体ウエハＷの均熱性を向上させる手段について説明する。

【0036】

図５に示すように、セラミックス部材１０の保持面１１において、凸部１４と環状凸部１３の領域では、半導体ウエハＷが直接接しているので、半導体ウエハＷとセラミックス部材１０との間で熱移動が起こり易い。一方、凸部１４と環状凸部１３以外の領域、すなわち、凹部１５の領域では、不活性ガスが充填されているが、半導体ウエハＷが直接接していないので、半導体ウエハＷとセラミックス部材１０との間で熱移動が起こり難い。そのため、従来では、凸部１４と環状凸部１３の領域から半導体ウエハＷへヒータ層１７の熱が伝わり易い一方で、凹部１５の領域からヘリウムガスを介して半導体ウエハＷへヒータ層１７の熱が伝わり難かった。したがって、半導体ウエハＷの温度分布が悪化して、半導体ウエハＷの均熱性が低下するおそれがあった。

【0037】

そこで、本実施形態では、セラミックス部材１０の内部の構造を工夫して、半導体ウエハＷの均熱性を向上させている。

【0038】

具体的には、図４に示すように、セラミックス部材１０は、その内部の凸部１４と凹部１５の下方にて、ＸＹ面方向に配列されるようにして、内部電極部１８の内部電極４１を有する第１の領域１０ａと、内部電極４１を有さない第２の領域１０ｂと、を備えている。すなわち、セラミックス部材１０は、内部電極４１が形成される第１の領域１０ａと、貫通孔４２が形成される第２の領域１０ｂと、を備えている。このようにして、Ｚ軸方向から見たときに、セラミックス部材１０は、第１の領域１０ａと第２の領域１０ｂとを備えている。

【0039】

そして、図４に示すように、凸部１４の下方（下面１２方向）の位置に、第２の領域１０ｂ、すなわち、貫通孔４２が配置されている。このようにして、セラミックス部材１０をＺ軸方向（図４の上方）から見たときに、凸部１４が、貫通孔４２と重なっている。

【0040】

本実施形態では、このように凸部１４の下方に貫通孔４２が配置されるため、凸部１４の下方に、内部電極４１が存在しない部分、すなわち、内部電極４１を形成する金属よりも熱伝導率の低いセラミックで形成される部分が形成され、ヒータ層１７から凸部１４への熱伝達が抑制される。そのため、凸部１４と半導体ウエハＷとの間の熱移動が抑制される。したがって、保持している半導体ウエハＷにおいて、凸部１４と接触する部分と、それ以外の部分との温度差を小さくすることができ、半導体ウエハＷの均熱性を向上させることができる。

【0041】

ここで、図４に示す例では、セラミックス部材１０の径方向（すなわち、図４ではＸ軸方向）について、各凸部１４の全領域の下方に、貫通孔４２が配置されている。このようにして、Ｚ軸方向から見たときに、各凸部１４の全領域を孔内に含むように貫通孔４２が形成されており、各凸部１４の全領域が貫通孔４２と重なっている。これにより、各凸部１４の全領域において熱移動が抑制されるため、保持している半導体ウエハＷにおいて、凸部１４と接触する部分と、それ以外の部分との温度差をより一層小さくすることができる。これにより、半導体ウエハＷの均熱性をより一層向上させることができる。

【0042】

また、貫通孔４２は凸部１４のすべてに対して１対１で形成されており、Ｚ軸方向から見たときに、複数の凸部１４のすべてが、貫通孔４２と重なっている。すなわち、すべての凸部１４の総面積の１００％に対して、貫通孔４２が形成されている。これにより、複数の凸部１４のすべてに対して貫通孔４２が形成されることにより、すべての凸部１４と半導体ウエハＷとの熱移動が抑制されるため、保持している半導体ウエハＷにおいて、凸部１４と接触する部分と、それ以外の部分との温度差をより小さくすることができる。これにより、半導体ウエハＷの均熱性をより向上させることができる。

【0043】

また、１つの凸部１４の面積よりも大きい貫通孔４２としてもよい。これにより、セラミックス部材１０の製作時における凸部１４と貫通孔４２の位置ずれにも対応できる。但し、貫通孔４２の面積が大きすぎると、凹部１５の下方まで貫通孔４２が設けられてしまうことになり、本願の半導体ウエハＷの均熱性を向上させる効果が低減してしまうので、貫通孔４２の面積の大きさには上限がある。例えば、１つの凸部１４の径が１ｍｍならば、貫通孔４２の外周が凸部１４の外周よりも１ｍｍ以下の範囲内で外側に形成されるような貫通孔４２の面積の大きさを上限とする。

【0044】

さらに、図４に示すように、セラミックス部材１０の径方向について環状凸部１３の内周面１３ａの位置、または、その位置よりもわずかに内側の位置に、内部電極部１８の外周部１８ａが形成されている。これにより、凸部１４と同様に、環状凸部１３の下方の位置に、内部電極４１が存在していない。このようにして、Ｚ軸方向から見たときに、環状凸部１３は、第１の領域１０ａ、すなわち、内部電極４１と重なっていない。なお、ヒータ層１７は、環状凸部１３の下方にも配置されている。

【0045】

このようにして、環状凸部１３の下方に内部電極４１が存在していないため、環状凸部１３の下方に、内部電極４１を形成する金属よりも熱伝導率の低いセラミックで形成される部分が形成され、ヒータ層１７から環状凸部１３への熱伝達が抑制される。そのため、環状凸部１３と半導体ウエハＷとの間の熱移動も抑制される。したがって、保持している半導体ウエハＷにおいて、凸部１４及び環状凸部１３と接触する部分と、それ以外の部分との温度差を小さくすることができる。これにより、半導体ウエハＷの外周部分においても、均熱性を向上させることができる。

【0046】

また、Ｚ軸方向から見たときに、凸部１４の少なくとも一部が貫通孔４２と重なっていればよく、凸部１４の全領域ではなくその一部が貫通孔４２と重なっていてもよい。

【0047】

また、Ｚ軸方向から見たときに、複数の凸部１４のすべてが貫通孔４２の少なくとも一部と重なっていればよく、複数の凸部１４のすべてが貫通孔４２の一部と重なっていてもよい。例えば、貫通孔４２は、すべての凸部１４の総面積の３０％以上に対して形成されていることが好ましく、より好ましくはすべての凸部１４の総面積の５０％以上に対して形成されているとよい。具体的な一例として、すべての凸部１４の総面積の５０％の範囲に貫通孔４２が形成されている場合には、２個の凸部１４のうちの１個の凸部１４の全体に、または、２個の凸部１４の個々の凸部１４の半分ずつに、貫通孔４２が形成されていてもよい。

【0048】

また、貫通孔４２は、その中心軸がＺ軸方向に対して斜めになるようにして、斜めに形成されていてもよい。この場合、Ｚ軸方向から見たときに、凸部１４の少なくとも一部が、貫通孔４２のＺ軸方向で貫通している部分と重なっているようにする。

【0049】

また、貫通孔４２は、Ｚ軸方向から見たときに、線状の孔に形成されていてもよいが、丸孔に形成されている方が半導体ウエハＷの均熱性の向上を図る点でより好ましい。

【0050】

また、Ｚ軸方向から見たときに、リフトピン用の貫通孔等を囲むように形成された環状の凸部（不図示、本開示の「凸部」の一例）の少なくとも一部が、内部電極部１８の第２の領域１０ｂ、すなわち、貫通孔４２と重なっていてもよい。

【0051】

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

【符号の説明】

【0052】

１ 静電チャック
１０ セラミックス部材
１０ａ 第１の領域
１０ｂ 第２の領域
１１ 保持面
１２ 下面
１３ 環状凸部
１３ａ 内周面
１４ 凸部
１５ 凹部
１６ ガス孔
１７ ヒータ層
１８ 内部電極部
１８ａ 外周部
２０ ベース部材
３０ 接合層
４１ 内部電極
４２ 貫通孔
Ｗ 半導体ウエハ
Ｓ 空間
Ｃａ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】