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(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】P2022164340
(43)【公開日】2022-10-27
(54)【発明の名称】保持装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/683 20060101AFI20221020BHJP
【FI】
H01L21/68 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021069769
(22)【出願日】2021-04-16
(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
【テーマコード(参考)】
5F131
【Fターム(参考)】
5F131AA02
5F131CA03
5F131CA15
5F131EA03
5F131EB11
5F131EB22
5F131EB51
5F131EB54
5F131EB84
(57)【要約】
【課題】パーティクルの発生を抑制するとともに、保持面の凸部近傍において局所的な温度ムラが発生することを抑制できる保持装置を提供すること。
【解決手段】角部CがR面取り形状の複数の凸部16,17,30aが形成された保持面11と、保持面11とは反対側に設けられる下面12とを備えるセラミックス部材10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、保持面11にて凸部16,17,30a以外の凹部18の底面18aに、第1領域181と、凸部16,17,30aの周辺にて第1領域181より表面粗さが大きい第2領域182とを設ける。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
角部がR面取り形状の複数の凸部が形成された第1の面と、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装置において、
前記第1の面にて前記凸部以外の凹部の底面に、第1領域と、前記凸部の周辺にて前記第1領域より表面粗さが大きい第2領域とを設ける
ことを特徴とする保持装置。
【請求項2】
請求項1に記載する保持装置において、
前記第1領域における表面粗さは、Ra(Sa)0.5μm以下であり、
前記第2領域における表面粗さは、Ra(Sa)1.0μm未満である
ことを特徴とする保持装置。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載する保持装置において、
前記第2領域の前記凸部の側面からの大きさは、前記凸部の角部におけるR面取り加工の面取り寸法より大きく、隣接する前記凸部間の距離の1/3より小さい
ことを特徴とする保持装置。
【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装置に関する。
【背景技術】
【0002】
対象物を保持する保持面を凹凸面として、この凹凸面の凸部の頂面や凹凸面の全面が鏡面加工された保持装置が知られている。このように凸部の頂面や凹凸面の全面を鏡面加工することにより、パーティクル(微粒子)の発生を抑制している。そして、特許文献1には、対象物を保持する板状セラミック体(セラミックス部材)の吸着面(保持面)に多数の凸部を有し、凸部の頂面と周面との間がR面とされている(面取りされている)保持装置が開示されている。これにより、この保持装置では、対象物と凸部とが摺動して対象物の表面および凸部の表面が細かく削れて発生するパーティクル(微粒子)の発生を効果的に抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2010-123843号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記の保持装置では、凸部の頂面と周面との間がR面とされているため、対象物と凸部との接触面積が小さくなる。そのため、凸部近傍に局所的な温度ムラが発生して、保持面における温度制御性に悪影響を与え、保持面の均熱性を低下させてしまうおそれがある。
【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、パーティクルの発生を抑制するとともに、保持面の凸部近傍において局所的な温度ムラが発生することを抑制できる保持装置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、
角部がR面取り形状の複数の凸部が形成された第1の面と、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装置において、
前記第1の面にて前記凸部以外の凹部の底面に、第1領域と、前記凸部の周辺にて前記第1領域より表面粗さが大きい第2領域とを設けることを特徴とする。
【0007】
この保持装置では、凹部の底面に、第1領域と、凸部の周辺にて第1領域より表面粗さが大きい第2領域とを設けることにより、凸部周辺において表面粗さが大きい第2領域では第1領域と比べて、凹部に充填されるガスとの接触面積が大きくなるため、対象物と凹部に充填されるガスとの熱交換が促進される。そのため、R面取り形状の凸部周辺において、凹部に充填されるガスを介してセラミックス部材と対象物との熱伝達を促進させることができる。これにより、凸部の角部をR面取りしたことにより発生する凸部近傍での局所的な温度ムラをなくすことができ、保持されている対象物の温度分布を均一化することができる。
【0008】
また、凸部の角部はR面取り加工され、凹部の底面の大部分は表面粗さが比較的小さいため、凹部の底面からパーティクルが発生することも防止することができる。従って、この保持装置によれば、パーティクルの発生防止と保持されている対象物における温度分布の均一化との両立を図ることができる。
【0009】
上記した保持装置において、
前記第1領域における表面粗さは、Ra(Sa)0.5μm以下であり、
前記第2領域における表面粗さは、Ra(Sa)1.0μm未満であることが好ましい。
【0010】
このように、凹部の底面の大部分を占める第1領域における表面粗さをRa(Sa)0.5μm以下に設定することにより、凹部の底面からパーティクルが発生することを防止し、パーティクル発生の可能性を低減することができる。また、凹部の底面で凸部周辺に位置する第2領域における表面粗さをRa(Sa)1.0μm未満に設定することにより、凹部に充填されるガスを介してセラミックス部材と対象物との熱伝達をより効果的に促進させることができる。従って、第1領域と第2領域とのそれぞれの表面粗さをこのように設定することにより、パーティクルの発生防止と、保持されている対象物の温度分布の均一化との両立をより効果的に図ることができる。
【0011】
上記した保持装置において、
前記第2領域の前記凸部の側面からの大きさは、前記凸部の角部におけるR面取り加工の面取り寸法より大きく、隣接する前記凸部間の距離の1/3より小さいことが好ましい。
【0012】
ここで、第2領域の大きさを、凸部の角部におけるR面取り加工の面取り寸法以下にすると、角部のR面取りに起因する対象物の凸部周辺における温度分布の不均一の解消効果が小さくなる。また、第2領域の大きさを、隣接する凸部間の距離の1/3以上にすると、凹部の底面の大半が第2領域となって第1領域が非常に小さくなり、保持されている対象物において第1領域の直上部分における熱伝達の効率が他の部分と大きく異なって温度特異点になるおそれがある。さらに、第2領域の大きさを、隣接する凸部間の距離の1/3以上にすると、パーティクルが発生するおそれもある。
【0013】
そこで、第2領域の大きさを、凸部の角部におけるR面取り加工の面取り寸法より大きく、隣接する凸部間の距離の1/3より小さくなるように設定することにより、凸部近傍での局所的な温度ムラの発生をより効果的に防止して、対象物の温度分布の均一化を図ることができる。
【発明の効果】
【0014】
本開示によれば、パーティクルの発生を抑制するとともに、保持面の凸部近傍において局所的な温度ムラが発生することを抑制できる保持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】実施形態の静電チャックの概略斜視図である。
図2】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】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】セラミックス部材の凸部付近の一部を拡大して示すXZ断面の拡大図である。
図5】半導体ウエハに温度ムラが発生した状態を示す図である。
図6】実施形態の静電チャックにおける凸部近傍での熱伝達の様子を模式的に示す図である。
【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装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、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。そこで、本実施形態の静電チャック1について、図1図4を参照しながら説明する。
【0017】
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40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)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軸方向に一致する方向)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、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の内部には、図2に示すように、導電性材料(例えば、タングステンやモリブデン、白金等)により形成されたチャック電極50が設けられている。Z軸方向視でのチャック電極50の形状は、例えば略円形である。このチャック電極50に対して図示しない電源から電力が供給されることによって、静電引力(吸着力)が発生し、この静電引力により半導体ウエハWがセラミックス部材10の保持面11に吸着固定される。
【0023】
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図3に示すように、その外縁付近に環状の環状凸部16が形成され、環状凸部16の内側に複数の独立した柱状の凸部17が形成されている。なお、環状凸部16は、シールバンドとも呼ばれる。環状凸部16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16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16の幅(X軸方向の寸法)は、例えば、0.5mm~5.0mm程度である。
【0024】
各凸部17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17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17の高さは、環状凸部16の高さと略同一であり、例えば、10~20μm程度である。また、凸部17の幅(Z軸方向視での凸部17の最大径)は、例えば、0.5~1.5mm程度である。そして、隣接する凸部17間の距離B(図4参照)は、10mm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16より内側において、凸部17が形成されていない部分は、凹部18となっている。
【0025】
セラミックス部材10には、図3に示すように、静電チャック1をZ軸方向に貫通するリフトピン挿入孔30が形成されている。このリフトピン挿入孔30の周囲には、保持面11においてリフトピン挿入孔30を囲むように環状の凸部30aが形成されている。リフトピン挿入孔30には、半導体ウエハWを保持面11上から押し上げるリフトピン(不図示)が、ベース部材20の下面22側から挿入されている。このリフトピンの先端部(上端部)がセラミックス部材10の保持面11から外部に突出することで、保持面11上に載置されている半導体ウエハWを保持面11から離間させる(リフトピンによって半導体ウエハWを持ち上げる)ようになっている。
【0026】
本実施形態の静電チャック1では、リフトピン挿入孔30が3個形成されており、各々のリフトピン挿入孔30内にリフトピンが挿入されている。なお、3個のリフトピン挿入孔30は、静電チャック1の周方向に等間隔で形成されている(図3参照)。
【0027】
また、セラミックス部材10には、図3に示すように、静電チャック1をZ軸方向に貫通するガス孔31が形成されている。このガス孔31は、不活性ガス(例えば、ヘリウムガス)が流通するガス流路である。これにより、ベース部材20の下面22側からガス孔31内に不活性ガス(例えば、ヘリウムガス)を供給することで、半導体ウエハWの下面とセラミックス部材10の保持面11(凹部18)との間の空間S内に、この不活性ガスを充填することができるようになっている。
【0028】
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16と、複数の凸部17及び凸部30aとに支持されて、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18)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、ガス孔31を介して不活性ガス(例えば、ヘリウムガス)が供給される。
【0029】
ここで、環状凸部16および凸部17の角部Cは、図4に示すように、角部CがR面取り加工されている。なお、リフトピン挿入孔30を囲む環状の凸部30aの角部もR面取り加工されている。また、凸部16,17,30aの頂面は、鏡面加工されている。これにより、半導体ウエハWと凸部16,17,30aとが摺動して半導体ウエハWの表面および凸部16,17,30aの表面が細かく削れてパーティクル(微粒子)が発生することを防止している。
【0030】
そして、凹部18の底面18aには、表面粗さが異なる、第1領域181と第2領域182が設けられている。具体的には、凸部16,17,30aの周辺に第2領域182が凸部16,17,30aを囲むように環状に形成され、第2領域182以外の部分に第1領域181が形成されている。なお、第1領域181と第2領域182は、鏡面加工された凹部18の底面18aに対して、第2領域182を形成する範囲を研磨加工またはサンドブラスト加工を行うことにより設けることができる。
【0031】
第2領域182の凸部16,17,30aの側面からの大きさ(幅寸法)Aは、凸部16,17,30aの角部CにおけるR面取り形状の面取り寸法(0.1mm以上0.5mm以下の範囲であり、本実施形態では、例えば0.2mm程度)より大きく、隣接する凸部間の距離B(5mm以上10mm以下の範囲であり、本実施形態では、例えば10mm程度)の1/3より小さく設定されている。本実施形態では、第2領域182の大きさ(幅寸法)Aは、例えば1~2mm程度である。そして、第2領域182の表面粗さが、第1領域181の表面粗さよりも大きい。例えば、第1領域181の表面粗さはRa(Sa)0.5μm以下であり、第2領域182における表面粗さはRa(Sa)1.0μm未満となっている。本実施形態では、例えば、第1領域181の表面粗さがRa(Sa)0.5μmであり、第2領域182における表面粗さがRa(Sa)0.8μmとなっている。また、第1領域181と第2領域182との表面粗さの差は、0.1μm以上あればよく0.3μm以上あればさらによい。なお、表面粗さの測定方法としては、「接触式測定」や「非接触式」があり、詳細な測定方法は以下に基づき測定、計測を行うことができる。
接触式:JIS B 0633:2001
非接触式:ISO25178
【0032】
ベース部材20は、図1図2に示すように、上面21と、ベース部材20の厚さ方向(すなわち、Z軸方向)について上面21とは反対側に設けられる下面22とを備え、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】
なお、ベース部材20には、冷媒(例えば、フッ素系不活性液体や水等)を流すための冷媒流路(不図示)が形成されており、この冷媒流路内に冷媒を流すことにより、ベース部材20が冷却され、これにより、接合層40を介してセラミックス部材10が冷却されるようになっている。
【0035】
接合層40は、セラミックス部材10の下面12とベース部材20の上面21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40を介して、セラミックス部材10の下面12とベース部材20の上面21とが熱的に接続されている。接合層40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40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40の熱伝導率は、例えば1.0W/mKである。なお、接合層40(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。
【0036】
ここで、本実施形態の静電チャック1では、凸部16,17,30aの角部CがR面取り加工されているため、半導体ウエハWと凸部16,17,30aとの接触面積が小さくなる。そのため、図5に示すように、静電チャック1に保持された半導体ウエハWにおいて、凸部16,17,30aの近傍で局所的な温度ムラ(図5の網掛け部分:温度特異点)が発生してしまう。このような、局所的な温度ムラが発生してしまうと、保持面11における温度制御性に悪影響を与え、保持面11の均熱性を低下させてしまって、静電チャック1に保持されている半導体ウエハWの温度分布を均一にすることができなくなる。
【0037】
そこで、本実施形態の静電チャック1では、凹部18の底面18aにおいて、第1領域181より表面粗さが大きい第2領域182を、凸部16,17,30aの周辺に凸部16,17,30aを囲むように環状に形成している。これにより、表面粗さが大きい第2領域182では、第1領域181と比べて、凹部18に充填されるガスとの接触面積が大きくなるため、半導体ウエハWと凹部18に充填されるガスとの熱交換が促進される。
【0038】
そして、第2領域182は、凸部16,17,30aの周辺に環状に形成されているため、角部CがR面取り形状の凸部16,17,30aの周辺において、図6に矢印で示すように、凹部18(空間S)に充填されるガスを介してセラミックス部材10と半導体ウエハWとの熱伝達を促進させることができる。これにより、凸部16,17,30aの角部CをR面取り加工したことにより発生する凸部16,17,30aの近傍での局所的な温度ムラをなくすことができ、静電チャック1に保持されている半導体ウエハWの温度分布を均一化することができる。
【0039】
また、本実施形態の静電チャック1では、凹部18の底面18aにおいて、第2領域182の表面粗さが、第1領域181の表面粗さよりも大きくなっている。例えば、第1領域181の表面粗さはRa(Sa)0.5μm以下であり、前記第2領域における表面粗さはRa(Sa)1.0μm未満であればよい。これにより、凹部18においてパーティクルが発生することを防止しつつ、凸部16,17,30aの近傍での局所的な温度ムラをなくすことができるため、パーティクルの発生防止と半導体ウエハWにおける温度分布の均一化の両立をより効果的に図ることができる。
【0040】
ここで、第2領域182の大きさを、凸部16,17,30aの角部CにおけるR面取り加工の面取り寸法以下にすると、角部CのR面取りに起因する半導体ウエハWの凸部16,17,30aの周辺における温度分布の不均一を解消することが難しくなる。また、第2領域182の大きさを、隣接する凸部間の距離Bの1/3以上にすると、凹部18の底面18aの大半が第2領域182となってしまって第1領域181が非常に小さくなり、保持されている半導体ウエハWにおいて第1領域181の直上部分における熱伝達の効率が他の部分と大きく異なって温度特異点になるおそれがある。さらに、第2領域182の大きさを、隣接する凸部間の距離Bの1/3以上にすると、パーティクルが発生するおそれもある。
【0041】
そこで、本実施形態の静電チャック1では、第2領域182の凸部16,17,30aの側面からの大きさ(幅寸法)Aが、凸部16,17,30aの角部CにおけるR面取り加工の面取り寸法より大きく、隣接する凸部間の距離Bの1/3より小さくなっている。従って、本実施形態の静電チャック1によれば、凸部16,17,30aの近傍において局所的な温度ムラの発生をより効果的に防止して、半導体ウエハWにおける温度分布の均一化を図ることができる。
【0042】
以上のように、本実施形態の静電チャック1によれば、保持面11にて凸部16,17,30a以外の凹部18の底面18aに、第1領域181と、凸部16,17,30aの周辺にて第1領域181より表面粗さが大きい第2領域182とを設けている。そのため、凹部18において、第2領域182では第1領域181と比べて、凹部18に充填されるガスとの接触面積が大きくなるので、半導体ウエハWと凹部18に充填されるガスとの熱交換が促進される。従って、角部CがR面取り形状の凸部16,17,30aの周辺において、凹部18に充填されるガスを介してセラミックス部材10と半導体ウエハWとの熱伝達を促進させることができる。これにより、凸部16,17,30aの角部CをR面取りしたことにより発生する凸部16,17,30aの近傍で局所的な温度ムラの発生をなくすことができ、保持されている半導体ウエハWの温度分布を均一化することができる。
【0043】
そして、凸部16,17,30aの角部CはR面取り加工され、凹部18の底面18aの大部分を占める第1領域181は表面粗さが比較的小さいため、凹部18の底面18aからパーティクルが発生することも防止することができる。従って、本実施形態の静電チャック1によれば、パーティクルの発生防止と保持されている半導体ウエハWにおける温度分布の均一化の両立を図ることができる。
【0044】
なお、上記の実施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。例えば、上記の実施形態では、本開示を静電チャックに適用した場合を例示したが、本開示は、静電チャックに限られることなく、表面に対象物を保持する保持装置全般について適用することができる。
【0045】
また、上記の実施形態では、セラミックス部材10の内部にチャック電極50を備える静電チャック1を例示したが、セラミックス部材10はチャック電極50の他に、ヒータ電極などを備える静電チャックにも本開示を適用することができる。
【符号の説明】
【0046】
1 静電チャック
10 セラミックス部材
11 保持面
12 下面
16 環状凸部
17 凸部
18 凹部
20 ベース部材
30a 凸部
40 接合層
181 第1領域
182 第2領域
A 第2領域の大きさ(幅寸法)
B 隣接する凸部間距離
C 角部
W 半導体ウエハ
図1
図2
図3
図4
図5
図6