特開 2024-175417 静電チャック

(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】P2024175417

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】静電チャック

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20241211BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20241211BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20241211BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20241211BHJP

   C23C 14/50 20060101ALI20241211BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20241211BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/205

H01L21/31 B

H01L21/302 101G

C23C14/50 A

C23C16/458

H02N13/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093196

(22)【出願日】2023-06-06

(71)【出願人】

【識別番号】000010087

【氏名又は名称】ＴＯＴＯ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100140486

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100121843

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 賢郎

(74)【代理人】

【識別番号】100170058

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 拓真

(72)【発明者】

【氏名】上藤 淳平

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 雄基

(72)【発明者】

【氏名】板倉 郁夫

(72)【発明者】

【氏名】山口 康介

(72)【発明者】

【氏名】白石 純

【テーマコード（参考）】

4K029

4K030

5F004

5F045

5F131

【Ｆターム（参考）】

4K029AA06

4K029AA24

4K029BD01

4K029DA08

4K029JA01

4K029JA06

4K030CA04

4K030CA12

4K030GA02

4K030KA26

4K030KA46

4K030KA47

4K030LA15

5F004AA01

5F004AA16

5F004BB18

5F004BB22

5F004BB25

5F004BB29

5F004BD04

5F045AA03

5F045AF03

5F045EJ03

5F045EM02

5F045EM05

5F045EM07

5F045EM09

5F131AA02

5F131BB04

5F131CA09

5F131DA33

5F131DA42

5F131EA03

5F131EB11

5F131EB14

5F131EB15

5F131EB17

5F131EB18

5F131EB54

5F131EB78

5F131EB79

5F131EB82

5F131EB84

(57)【要約】

【課題】ベースプレートにおける絶縁破壊の防止と、誘電体基板の冷却性能の確保と、を両立させることのできる静電チャックを提供する。
【解決手段】静電チャック１０は、誘電体基板１００と、金属により形成されたベースプレート２００と、誘電体基板１００とベースプレート２００との間を繋ぐ接合層３００と、ベースプレート２００の表面に形成された絶縁膜２３０と、を備える。絶縁膜２３０は、ベースプレート２００の表面のうち接合層３００と対向する部分を覆っている第１部分２３１と、第１部分２３１に対し外側から繋がっている第２部分２３２と、を含む。第１部分２３１の厚さＴ１は、第２部分２３２の厚さＴ２よりも薄い。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体基板と、
金属により形成されたベースプレートと、
前記誘電体基板と前記ベースプレートとの間を繋ぐ接合層と、
前記ベースプレートの表面に形成された絶縁膜と、を備え、
前記絶縁膜は、
前記ベースプレートの表面のうち前記接合層と対向する部分を覆っている第１部分と、
前記第１部分に対し外側から繋がっている第２部分と、を含み、
前記第１部分の厚さは、前記第２部分の厚さよりも薄いことを特徴とする静電チャック。

【請求項2】

前記絶縁膜が溶射により形成された膜であ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】

前記絶縁膜がアルミナを含む膜であ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】

前記第１部分の厚さが、０．０５ｍｍ以上であり且つ１．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の静電チャック。

【請求項5】

前記第１部分の厚さが、前記第２部分の厚さの１０％以上であり且つ７０％以下であることを特徴とする、請求項３に記載の静電チャック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は静電チャックに関する。

【背景技術】

【0002】

例えばＣＶＤ装置やエッチング装置のような半導体製造装置には、処理の対象となるシリコンウェハ等の基板を吸着し保持するための装置として、静電チャックが設けられる。静電チャックは、吸着電極が設けられた誘電体基板と、誘電体基板を支持するベースプレートと、を備え、これらが互いに接合された構成を有する。吸着電極は、誘電体基板に内蔵されるのが一般的であるが、金属であるベースプレートが吸着電極として用いられる場合もある。吸着電極に電圧が印加されると静電力が生じ、誘電体基板上に載置された基板が吸着され保持される。

【0003】

基板の処理中における絶縁破壊を防止するために、ベースプレートの表面には、その少なくとも一部を覆うように絶縁膜が形成されることが多い。下記特許文献１に記載されているように、このような絶縁膜としては、例えばアルミナを含む溶射膜等が用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－２４３１３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ベースプレートの表面を覆う絶縁膜には、ベースプレートのうち誘電体基板に接合される被接合面を覆っている部分と、その他の部分とが含まれる。説明の便宜上、絶縁膜のうち被接合面を覆っている部分のことを、以下では「第１部分」とも称する。また、絶縁膜のうち第１部分に対し外側から繋がっている部分のことを、以下では「第２部分」とも称する。第１部分は、ベースプレートの表面のうち接合層と対向する部分を覆っている絶縁膜、ということもできる。

【0006】

絶縁破壊を防止し得るよう十分な耐圧を確保するためには、第１部分及び第２部分のいずれにおいても、絶縁膜の厚さは可能な限り厚い方が好ましい。しかしながら、絶縁膜のうち第１部分を厚くし過ぎると、誘電体基板とベースプレートとの間における熱抵抗が大きくなり、誘電体基板の冷却を十分に行うことができなくなってしまう。誘電体基板の冷却に鑑みれば、第１部分は可能な限り薄い方が好ましい。従来の絶縁膜は、ベースプレートの全体において均一な厚さとなるように形成するのが一般的であった。

【0007】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベースプレートにおける絶縁破壊の防止と、誘電体基板の冷却性能の確保と、を両立させることのできる静電チャックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明に係る静電チャックは、誘電体基板と、金属により形成されたベースプレートと、誘電体基板とベースプレートとの間を繋ぐ接合層と、ベースプレートの表面に形成された絶縁膜と、を備える。絶縁膜は、ベースプレートの表面のうち接合層と対向する部分を覆っている第１部分と、第１部分に対し外側から繋がっている第２部分と、を含む。第１部分の厚さは、第２部分の厚さよりも薄い。

【0009】

このような構成においては、絶縁膜の厚さが均等とはなっておらず、絶縁膜の第１部分と第２部分とで厚さが異なっている。具体的には、接合層と対向する第１部分の厚さが、その周囲の第２部分の厚さよりも薄くなっている。絶縁膜の第１部分が薄くなっているので、誘電体基板とベースプレートとの間における熱抵抗が大きくなり過ぎることは無い。

【0010】

第１部分に繋がる第２部分は、多くの場合、接合層の外側において外部に露出している部分である。このような第２部分を第１部分に比べて厚くすることで、十分な耐圧を確保し絶縁破壊を防止することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ベースプレートにおける絶縁破壊の防止と、誘電体基板の冷却性能の確保と、を両立させることのできる静電チャックを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態に係る静電チャックの構成を模式的に示す断面図である。

【図2】図１の一部の構成を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0014】

本実施形態に係る静電チャック１０は、例えばＣＶＤ成膜装置のような不図示の半導体製造装置の内部において、処理対象となる基板Ｗを静電力によって吸着し保持するものである。基板Ｗは、例えばシリコンウェハである。静電チャック１０は、半導体製造装置以外の装置に用いられてもよい。

【0015】

図１には、基板Ｗを吸着保持した状態の静電チャック１０の構成が、模式的な断面図として示されている。静電チャック１０は、誘電体基板１００と、ベースプレート２００と、接合層３００と、を備える。

【0016】

誘電体基板１００は、セラミック焼結体からなる略円盤状の部材である。誘電体基板１００は、例えば高純度のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含むが、他の材料を含んでもよい。誘電体基板１００におけるセラミックスの純度や種類、添加物等は、半導体製造装置において誘電体基板１００に求められる耐プラズマ性等を考慮して、適宜設定することができる。

【0017】

誘電体基板１００のうち図１における上方側の面１１０は、被吸着物である基板Ｗが載置される「載置面」となっている。また、誘電体基板１００のうち図１における下方側の面１２０（つまり、面１１０とは反対側の面１２０）は、後述の接合層３００を介してベースプレート２００に接合される「被接合面」となっている。面１１０に対し垂直な方向に沿って、面１１０側から静電チャック１０を見た場合の視点のことを、以下では「上面視」のようにも表記する。

【0018】

誘電体基板１００の内部には、吸着電極１３０が埋め込まれている。吸着電極１３０は、例えばタングステン等の金属材料により形成された薄い平板状の導体層であり、面１１０に対し平行となるように配置されている。吸着電極１３０の材料としては、タングステンの他、モリブデン、白金、パラジウム等を用いてもよい。給電路１３を介して外部から吸着電極１３０に電圧が印加されると、面１１０と基板Ｗとの間に静電力が生じ、これにより基板Ｗが吸着保持される。吸着電極１３０は、所謂「双極」の電極として本実施形態のように２つ設けられていてもよいが、所謂「単極」の電極として１つだけ設けられていてもよい。

【0019】

図１においては、給電路１３の全体が簡略化して描かれている。給電路１３のうち誘電体基板１００の内部の部分は、例えば、導電体の充填された細長いビア（穴）として構成されており、その下端には不図示の電極端子が設けられている。給電路１３のうちベースプレート２００を貫いている部分は、上記の電極端子に一端が接続された導電性の金属部材（例えばバスバー）である。ベースプレート２００には、給電路１３を挿通するための不図示の貫通穴が形成されている。当該貫通穴の内面と給電路１３との間には、例えば円筒状の絶縁部材が設けられていてもよい。

【0020】

誘電体基板１００と基板Ｗとの間には空間ＳＰが形成されている。半導体製造装置において成膜等の処理が行われる際には、空間ＳＰには、誘電体基板１００に形成された不図示のガス穴を介して外部から温度調整用のヘリウムガスが供給される。誘電体基板１００と基板Ｗとの間にヘリウムガスを介在させることで、両者間の熱抵抗が調整され、これにより基板Ｗの温度が適温に保たれる。尚、空間ＳＰに供給される温度調整用のガスは、ヘリウムとは異なる種類のガスであってもよい。

【0021】

吸着面である面１１０上にはシールリング１１１やドット１１２が設けられており、空間ＳＰはこれらの周囲に形成されている。

【0022】

シールリング１１１は、最外周となる位置において空間ＳＰを区画する壁である。それぞれのシールリング１１１の上端は面１１０の一部となっており、基板Ｗに当接する。尚、空間ＳＰを分割するように複数のシールリング１１１が設けられていてもよい。このような構成とすることで、それぞれの空間ＳＰにおけるヘリウムガスの圧力を個別に調整し、処理中における基板Ｗの表面温度分布を均一に近づけることが可能となる。

【0023】

図１等において符号「１１６」が付されている部分は、空間ＳＰの底面である。以下では、当該部分のことを「底面１１６」とも称する。シールリング１１１は、次に述べるドット１１２と共に、面１１０の一部を底面１１６の位置まで掘り下げた結果として形成されている。底面１１６には、ヘリウムガスを空間ＳＰ内で素早く拡散させるための溝が形成されていてもよい。

【0024】

ドット１１２は、底面１１６から突出する円形の突起である。ドット１１２は複数設けられており、誘電体基板１００の吸着面において略均等に分散配置されている。それぞれのドット１１２の上端は、面１１０の一部となっており、基板Ｗに当接する。このようなドット１１２を複数設けておくことで、基板Ｗの撓みが抑制される。

【0025】

ベースプレート２００は、誘電体基板１００を支持するために、誘電体基板１００の面１２０に接合される略円盤状の部材である。誘電体基板１００とベースプレート２００との間には接合層３００が設けられており、接合層３００によって両者が接合されている。接合層３００は、絶縁性の材料からなる接着材を硬化させることにより形成された層である。このような接着剤としては、例えばシリコーン系の接着剤を用いることができる。

【0026】

ベースプレート２００は、例えばアルミニウムのような金属により形成されている。ベースプレート２００のうち、図１における上方側の面２０１は、接合層３００を介して誘電体基板１００に接合される「被接合面」となっている。

【0027】

ベースプレート２００の内部には、冷媒を流すための冷媒流路２５０が形成されている。半導体製造装置において成膜等の処理が行われる際には、外部から冷媒が冷媒流路２５０に供給され、これによりベースプレート２００が冷却される。処理中において基板Ｗで生じた熱は、空間ＳＰのヘリウムガス、誘電体基板１００、及びベースプレート２００を介して冷媒へと伝えられ、冷媒と共に外部へと排出される。

【0028】

ベースプレート２００は、支持部２１０と拡径部２２０とを有している。支持部２１０は、ベースプレート２００のうち図１における上方側の部分であって、誘電体基板１００に接合される部分である。支持部２１０の形状は略円柱形状である。上面視における支持部２１０の外形は、上面視における誘電体基板１００の外形と概ね等しい。拡径部２２０は、ベースプレート２００のうち図１における下方側の部分であって、不図示の半導体製造装置に対し取り付けられる部分である。拡径部２２０の形状は、支持部２１０と同様の略円柱形状である。ただし、拡径部２２０の外径は、支持部２１０の外径よりも一回り大きい。

【0029】

ベースプレート２００は、先に述べた面２０１のほか、面２０２、２０３、２０４、２０５を有している。

【0030】

面２０１は、支持部２１０のうち図１における上端にある面である。面２０１は、ベースプレート２００の表面のうち接合層３００と対向する部分、ということができる。面２０２は、支持部２１０の側面にあたる部分であり、面２０１の外周端から図１の下方側に向かって伸びている面である。面２０３は、拡径部２２０のうち図１における上端にある面である。面２０３は、面２０２のうち図１の下端から、外周側に向かって伸びている面である。面２０３は、面２０１に対して平行である。面２０４は、拡径部２２０の側面にあたる部分であり、面２０３の外周端から図１の下方側に向かって伸びている面である。面２０５は、拡径部２２０のうち図１における下端にある面である。面２０５は、面２０１や面２０３に対して平行である。

【0031】

ベースプレート２００のうち、面２０５を除く表面の略全体には、絶縁膜２３０が形成されている。絶縁膜２３０は、例えばアルミナのような絶縁性の材料からなる膜であり、例えば溶射によって形成されている。尚、ベースプレート２００のうち絶縁膜２３０が形成されている範囲は、図１の例とは異なる範囲であってもよい。例えば、面２０１及び面２０２のみを覆うように絶縁膜２３０が形成されており、面２０３や面２０４には絶縁膜が形成されていない態様であってもよい。

【0032】

絶縁膜２３０のうち面２０１を覆っている部分のことを、以下では「第１部分２３１」とも称する。また、絶縁膜２３０のうち面２０２を覆っている部分のことを、以下では「第２部分２３２」とも称する。第１部分２３１は、ベースプレート２００の表面のうち接合層３００と対向する部分（つまり面２０１）を覆っている部分ということができる。絶縁膜２３０の全体は連続した１つの膜となっているので、第２部分２３２は、第１部分２３１に対し外側から繋がっている。

【0033】

本実施形態では、ベースプレート２００の表面を絶縁膜２３０で覆うことにより、基板Ｗの処理中等における絶縁破壊の発生を防止している。絶縁破壊を防止し得るよう十分な耐圧を確保するためには、絶縁膜２３０の厚さは可能な限り厚い方が好ましい。しかしながら、絶縁膜２３０のうち第１部分２３１を厚くし過ぎると、誘電体基板１００とベースプレート２００との間における熱抵抗が大きくなり、誘電体基板１００の冷却を十分に行うことができなくなってしまう。誘電体基板１００の冷却に鑑みれば、第１部分２３１は可能な限り薄い方が好ましい。

【0034】

そこで、本実施形態に係る静電チャック１０では、絶縁膜２３０の厚さを全体で均等とするのではなく、場所により異ならせている。図２に示されるように、第１部分２３１の厚さＴ１は、第２部分２３２の厚さＴ２に比べて薄くなっている。尚、絶縁膜２３０のうち、面２０３を覆っている部分の厚さＴ３、及び、面２０４を覆っている部分の厚さＴ４は、いずれも厚さＴ２と同じとなっている。

【0035】

このような構成においては、絶縁膜の第１部分が薄くなっているので、誘電体基板１００とベースプレート２００との間における熱抵抗が大きくなり過ぎることは無い。また、第２部分２３２は、多くの場合、接合層３００の外側において外部に露出している部分である。本実施形態では、このような第２部分２３２を第１部分２３１に比べて厚くすることで、十分な耐圧を確保し絶縁破壊を防止している。このように本実施形態では、絶縁膜２３０の厚さを場所により異ならせることで、ベースプレート２００における絶縁破壊の防止と、誘電体基板１００の冷却性能の確保と、を両立させている。

【0036】

尚、面２０３を覆っている部分の厚さＴ３、及び、面２０４を覆っている部分の厚さＴ４は、第２部分２３２の厚さＴ２と異なっていてもよい。

【0037】

絶縁膜２３０は、本実施形態のように溶射により形成された膜であってもよいが、他の成膜方法で形成された膜であってもよい。また、絶縁膜２３０の材料は、本実施形態のようにアルミナであってもよいが、アルミナに他の材料を加えたものであってもよく、アルミナを含まない材料であってもよい。

【0038】

ただし、絶縁膜２３０の材料としてアルミナを含む材料を用いれば、溶射のような公知の方法を用いて容易に絶縁膜２３０を形成することができる。この場合、第１部分２３１の厚さＴ１は、０．０５ｍｍ以上であり且つ１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。厚さＴ１をこのような範囲に収めれば、第１部分２３１を起点とした絶縁破壊を防止しながら、誘電体基板１００の冷却性能を十分に確保し得ることが、本発明者らの行った実験等により確認されている。

【0039】

また、第１部分２３１の厚さＴ１は、第２部分２３２の厚さＴ２の１０％以上であり且つ７０％以下とすることも好ましい。厚さＴ１をこのような範囲に収めれば、ベースプレート２００における絶縁破壊の防止と、誘電体基板１００の冷却性能の確保と、を好適に両立させ得ることが、本発明者らの行った実験等により確認されている。

【0040】

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

【符号の説明】

【0041】

１０：静電チャック
１００：誘電体基板
２００：ベースプレート
２３０：絶縁膜
２３１：第１部分
２３２：第２部分
３００：接合層

【図1】

【図2】