特許 7011788 静電チャック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-19

(45)【発行日】2022-01-27

(54)【発明の名称】静電チャック

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20220120BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2017241628

(22)【出願日】2017-12-18

(65)【公開番号】P2018182289

(43)【公開日】2018-11-15

【審査請求日】2020-11-26

(31)【優先権主張番号】P 2017082417

(32)【優先日】2017-04-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】302054866

【氏名又は名称】日新イオン機器株式会社

(72)【発明者】

【氏名】糸井 駿

(72)【発明者】

【氏名】塩尻 史郎

【審査官】中田 剛史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０７１７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１５８０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２４６１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３４８６５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周部にリング状のリブを備えたリブ付きウエハを支持する静電チャックであって、
前記静電チャックが、前記ウエハと接触する接地ピンを備えており、
前記接地ピンが、前記リブと接触している静電チャック。

【請求項2】

前記ウエハを支持する支持面に、外周縁間にかけて溝が形成されている請求項１記載の静電チャック。

【請求項3】

前記溝は複数あり、溝同士が連通している請求項２記載の静電チャック。

【請求項4】

前記支持面には、円形あるいは多角形からなる閉じた溝が形成されている請求項３記載の静電チャック。

【請求項5】

前記溝同士が互いに連通した場所には、三叉路が形成される請求項３または４記載の静電チャック。

【請求項6】

表面に前記支持面を有する支持体と、
前記支持体が取り付けられる支持台とを備え、
前記支持体には、前記支持体を前記支持台に取り付けるための固定具の挿入孔があり、
前記溝が前記挿入孔に連通している請求項２乃至５のいずれか一項に記載の静電チャック。

【請求項7】

前記溝の幅が、１乃至２ｍｍの範囲で形成されている請求項２乃至６のいずれか一項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、ウエハを支持する静電チャックに関するもので、特に、外周部にリング状のリブを備えたウエハを支持する静電チャックに関する。

【背景技術】

【0002】

薄型ウエハの強度を高める為、ウエハ外周部にリング状のリブを設けたリブ付きウエハが使用されている。

【0003】

この種のウエハの支持には、特許文献１に記載の静電チャックが使用されている。

【0004】

半導体製造工程の一つであるイオン注入工程は、一般に正の電荷を有するイオンビームをウエハに照射して、ウエハ表面から所定深さにイオンを注入する工程である。

【0005】

イオン注入工程で使用される静電チャックには、イオンビームの照射に伴ってウエハに帯電した電荷をウエハから逃がすための接地ピンが設けられているが、特許文献１には、リブ付きウエハに対してどの場所に接地ピンを配置するのが最適であるのかについては、何ら開示や示唆がなされていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００６－１７９６９３

【文献】特開２０１２－２１６６２５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明では、リブ付きウエハを取り扱う上で最適な接地ピン配置がなされた静電チャックを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の静電チャックは、
外周部にリング状のリブを備えたリブ付きウエハを支持する静電チャックであって、
前記静電チャックが、前記ウエハと接触する接地ピンを備えており、
前記接地ピンが、前記リブと接触している。

【0009】

ウエハ電位を接地電位に確実に固定するために、接地ピンをウエハ中央部に強く押し付ければ、ウエハ中央部は厚み寸法が小さいので、ウエハには局所的に大きな歪みが発生する。
特に、イオン注入工程のようなウエハ面に対して所定角度でイオンビームを照射することが要求されている工程では、ウエハに局所的に大きな歪みが発生していると歪みが発生した場所では許容される照射角度の範囲内でイオンを注入することができず、ウエハに対する注入処理が不良となる。

【0010】

一方、ウエハ面への接地ピンの押し付けを弱くすれば、ウエハ電位が不安定となり十分に接地電位に固定することができない。
これらの点を加味して、接地ピンが接触する場所をリブ付きウエハのリブ部分にしたので、ウエハに局所的に大きな歪みが発生することなく、安定してウエハ電位を接地電位に固定することが可能となる。

【0011】

ウエハとこれを支持する静電チャックとの間にガスが滞留して、静電チャックからウエハを離脱するときにウエハが跳ね上がる問題については、
前記ウエハを支持する支持面に、外周縁間にかけて溝が形成されていることが望ましい。

【0012】

支持面に形成された溝で区切られた支持面の領域を小さくするには、
前記溝は複数あり、溝同士が連通していることが望ましい。

【0013】

支持面に形成された溝で区切られた支持面の領域をさらに小さくするには、
前記支持面には、円形あるいは多角形からなる閉じた溝が形成されていることが望ましい。

【0014】

溝と溝とが交差する交点では、溝加工上、交点の端部が丸みをおびて、溝の幅が広がってしまうことから、ウエハの撓みが大きくなりやすい。
ウエハの撓みを低減するという点では、
前記溝同士が互いに連通した場所には、三叉路が形成されていることが望まれる。

【0015】

ウエハ支持面を有する支持体を支持台に固定するための固定具を挿入するための孔が、支持面に形成されている場合には、同孔にウエハ保護膜に起因するアウトガスが溜まることが考えられる。この点を鑑み、同孔に滞留するアウトガスを排出するための静電チャックの構成としては、
表面に前記ウエハの支持面を有する支持体と、
前記支持体が取り付けられる支持台とを備え、
前記支持体には、前記支持体を前記支持台に取り付けるための固定具の挿入孔があり、
前記溝が前記挿入孔に連通している構成とすることが望まれる。

【0016】

イオン注入工程で許容されるウエハ撓み量を考慮すれば、
前記溝の幅が、１乃至２ｍｍの範囲で形成されていることが望ましい。

【発明の効果】

【0017】

接地ピンが接触する場所をリブ付きウエハのリブ部分にしたので、ウエハに局所的に大きな歪みが発生することなく、安定してウエハ電位を接地電位に固定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】静電チャックの一構成例を示す模式図。（Ａ）はＸＹ平面での静電チャックの平面図であり、（Ｂ）は静電チャックの切断面である。

【図2】静電チャックの別の構成例を示す模式図。（Ａ）はＸＹ平面での静電チャックの平面図であり、（Ｂ）は静電チャックの切断面である。

【図3】支持面に溝が形成された静電チャックの一構成例を示す模式図。（Ａ）はＸＹ平面での静電チャックの平面図であり、（Ｂ）は静電チャックの切断面である。

【図4】支持面に複数の溝が形成された静電チャックの構成例を示す模式図。

【図5】支持面に複数の溝が形成された静電チャックの別の構成例を示す模式図。

【図6】挿入孔に形成された横孔の構成例を示す模式図。（Ａ）は各挿入孔に横孔が形成されている例である。（Ｂ）は複数の挿入孔を１つの横孔が連通している例である。

【図7】支持面に複数の溝が形成された静電チャックの他の構成例を示す模式図。

【図8】支持面に複数の溝が形成された静電チャックのさらに他の構成例を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１に基づいて、本発明に係る静電チャックＥの構成を説明する。

【0020】

図１（Ａ）は上方から静電チャックＥをみたときの平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に記載のＡ－Ａ線で静電チャックＥを図示されるＺ方向と反対方向に向けて切断した時の切断面である。
破線で外形が図示されるウエハＷは、静電チャックＥ上に支持されたときのウエハＷの位置がわかるように便宜上描かれている。

【0021】

ウエハＷは、円形をしており、外周部にリング状のリブＲを有している。
このリブＲが形成されているので、図１（Ｂ）にみられるようにウエハ外周部の厚み寸法が中央部に比べて大きく、ウエハＷの強度が高くなる。

【0022】

静電チャックＥは、ウエハＷを支持する支持体１１と支持体１１が取り付けられる支持台３から構成されている。

【0023】

支持体１１は、ウエハＷと支持面Ｓとの擦れで発生するパーティクルを低減するための弾性層１（例えば、シリコンラバー層）と図示されない給電線を通して吸着電圧が印加される電極Ｄを有する誘電体層２から構成されている。
支持体１１にはその表面から支持台３側に向けて、支持体１１を支持台３に取り付けるボルト等の固定具が挿入される挿入孔Ｈが形成されている。

【0024】

支持台３には、イオン注入工程時にウエハ温度を所定温度に保つための冷媒が流れる冷媒流路５が形成されている。この冷媒流路５は、図１（Ａ）の平面でみれば、支持面Ｓの周方向で概略螺旋状に形成されている。

【0025】

図１（Ａ）に描かれているように、支持台３には支持体１１の外周よりも外側に突き出た突出部４が形成されている。この突出部４には、インサートナットが圧入されており、同ナットに接地ピンＰが取り付けられている。

【0026】

接地ピンＰは、長い棒状のピンであり、その先端がウエハＷのリブＲに接触している。リブＲと接触していない側の接地ピンＰの端部は、図示されない電気配線に接続させており、この電気配線を通して接地ピンＰが電気的に接地されている。

【0027】

本発明の静電チャックＥでは、上述したように接地ピンＰがウエハＷのリブＲに接触しているので、ウエハＷの中央部に接地ピンＰを接触させる構成に比べて、ウエハＷに局所的な歪みが発生することなく、安定してウエハ電位を接地電位に固定することが可能となる。そのうえ、ウエハＷの局所的な歪みに起因するイオン注入工程における注入不良も発生しない。

【0028】

上述した実施形態では、支持台３から延びた接地ピンＰの突出し長さを固定とする構成であったが、接地ピンＰの構成はここで示した構成に限られない。例えば、従来から知られているように、接地ピンＰの下方にコイルバネを設け、バネにより接地ピンＰを弾性支持させておいてもよい。
接地ピンＰが弾性支持された構成であれば、ウエハの種類によって支持台３からリブＲまでの距離が変更されたとしても、接地ピンＰの突出し長さを適宜変更することが可能となる。

【0029】

図２に示されるように、静電チャックＥにウエハＷが支持される際、図１の構成とは１８０°反転した状態で支持される場合もある。
本発明では、静電チャックＥに支持されるウエハＷの向きがかわろうとも、接地ピンＰがウエハ外周部のリブＲに接触していればよい。

【0030】

ところで、静電チャックＥに支持される側のウエハの面は、特許文献２で述べられているように、同面を保護するための保護膜で覆われている場合がある。

【0031】

特許文献２の段落００５４で述べられているように、ウエハに保護膜をつけた場合には、これに起因してアウトガスが発生することが懸念される。

【0032】

このアウトガスが、イオン注入工程でウエハＷが処理されている間に、ウエハＷと静電チャックＥの支持面Ｓとの間に滞留した場合には、ウエハ跳ねの問題が生じる。
部材間に滞留するガスの圧力はそれほど大きなものではないが、リブ付きウエハの厚みは数μｍ～数十μｍと薄く、重量は数gと軽いために、イオン注入処理後に静電チャックＥによるウエハＷの静電吸着支持を止めてしまうと、ウエハＷが静電チャックＥから飛び跳ねてしまう。

【0033】

ウエハが飛び跳ねる問題については、静電チャックＥの支持面Ｓに溝Ｇを形成することで対応が可能となる。支持面Ｓに溝Ｇが形成されていれば、同溝を通して部材間に滞留しているガスが排出されて、部材間に滞留するガスの圧力が低下する。
以下、図３乃至図６に基づいて、支持面Ｓに形成される溝Ｇの形状について説明する。

【0034】

図３（Ａ）に示すように、溝Ｇは、支持面Ｓのある外周縁から別の外周縁にかけて形成されている。ウエハＷが静電チャックＥに支持されているとき、溝ＧとウエハＷで形成される空間は支持面Ｓの外側の空間とつながっているので、２つの外周縁からガスを排出することが可能となる。
なお、この実施形態では、図３（Ｂ）に図示されるように、溝Ｇは支持面Ｓを構成する弾性層１に形成されている。

【0035】

部材間でのガスの滞留は、支持面Ｓの全域にわたって発生する。このことから、支持面Ｓの全域に溝Ｇを形成するために、溝の数を増やすことが考えられる。
しかしながら、部材間に滞留するガスの排出効率を考えれば、溝の本数を単純に増加させるだけでは不十分である。
溝で区切られた支持面の領域を細分化するほど、支持面全域にわたって溝が形成されることになり、ガスの排出効率は向上する。この点を考慮した上で、支持面Ｓに溝Ｇを形成することが必要となる。

【0036】

図４は、静電チャックＥの支持面Ｓを上からみたときの平面図である。この図では、図示の簡略化のため、先の実施形態で説明した支持台３やウエハＷの記載を省略している。 なお、後述する図５、図７、図８においても、同様に支持台３等の図示を省略している。

【0037】

図４に示す支持面Ｓには２つの溝Ｇが形成されている。各溝Ｇは静電チャックＥの外周縁間にかけて形成されている。また、２つの溝Ｇは、支持面Ｓの中央近傍で交差して互いに連通している。

【0038】

この実施形態のように、支持面Ｓに形成される溝同士が連通していれば、複数の溝Ｇが互いに連通せずに個別独立して形成されている場合に比べて、溝Ｇで区切られた支持面Ｓの領域を細分化することが可能となり、ガスの排出効率が向上する。

【0039】

図３、図４の実施形態では溝の形状は直線状であったが、支持面Ｓに形成される溝形状は曲線状であってもよい。また、溝で区切られた支持面Ｓの領域のさらなる細分化にあたっては、図５の実施形態の構成が考えられる。

【0040】

図５は、図４と同じく、静電チャックＥの支持面Ｓを上からみたときの平面図である。
図５の実施形態では、同心円状の２つの溝Ｃ１、Ｃ２が支持面Ｓに形成されている。これまでの実施形態で説明した溝は支持面Ｓの径方向に形成されたものであったが、図５に描かれているように、径方向に形成された溝と周方向に形成された同心円状の溝Ｃ１、Ｃ２とを組み合わせれば、支持面Ｓの溝で区切られた領域のさらなる細分化が可能となる。

【0041】

図５には、同心円状の２つの溝が描かれているが、形成される溝の数は１つでも３つ以上であってもよい。
また、図５では、円形の支持面Ｓの中心位置と、同心円状の溝Ｃ１、Ｃ２の中心位置とが一致した構成例が描かれているが、両者の位置関係は完全に同一である必要はなく、数ｍｍ～数ｃｍ程度ずれていてもよい。
さらに、形状は真円に限らず、楕円であってもよく、５角や６角といった多角形であってもよい。
これらの周方向に形成された溝は、部分的には径方向に形成された他の溝とつながっているが、周方向に形成された溝だけに着目すれば、支持面Ｓの中心を囲むように形成された閉じた溝であると言える。

【0042】

図５の実施形態において、先の実施形態で説明した外周縁間に形成された溝は、例えば、太線で示される外周縁Ｂ１と外周縁Ｂ２との間に形成される溝や外周縁Ｂ３と外周縁Ｂ４との間に形成される溝のことを指す。もちろん、例示した以外の外周縁の組み合わせを選択してもよい。
また、溝同士の連通については、溝同士が直接連通していてもいいし、他の溝を介して間接的に連通している構成であってもよい。

【0043】

これまでの実施形態の構成では、支持面Ｓに形成された挿入孔Ｈにガスが滞留することが懸念される。この点については、図５の実施形態のように、挿入孔Ｈと支持面Ｓに形成された溝Ｇとを連通させておけば、溝Ｇを通して挿入孔Ｈに滞留したガスの排出が可能となる。

【0044】

また、図６（Ａ）のように、挿入孔Ｈに対して静電チャックＥの面に水平方向に延びて、静電チャックＥの外側に連通した横孔Ｔを形成しておいてもよい。この横孔Ｔを形成する場合は、誘電体層２や支持台３に形成しておく。
１つの挿入孔Ｈに形成される横孔の数は１つに限らず、複数であってもよい。また、挿入孔Ｈが複数ある場合には、静電チャックＥの外側に連通した横孔Ｔを設けつつ、図６（Ｂ）のように各挿入孔Ｈをつなぐように横孔Ｔを設けておけば、横孔Ｔの数を減らすことができる。

【0045】

図５の実施形態では、溝同士が交差する場所（図示される破線円で囲まれる溝同士が交差する交点）が多数存在している。
この交点では、溝加工上、交点に形成される４つの角部分が丸みをおびてしまうので、他の場所に比べて溝幅が広くなる。溝幅が広がれば、溝上方でウエハを支持できない場所が広がるので、幅広の溝に対向したウエハの場所には大きな撓みが生じる。
このことから、溝同士の交点の数を少なくすることが望まれる。
なお、ここで述べた交点とは、溝同士が単に連通している三叉路の交差点のことではない。また、図５に例示した交点は、溝同士が交差して四叉路が形成されたときの交差点のことであるが、五叉路以上の場合にも同じことが言えることから、本発明で言う交点とは四叉路以上の交差点のことである。

【0046】

図７は、図４と同じく、静電チャックＥの支持面Ｓを上からみたときの平面図である。
図７の実施形態では、四叉路以上の交点がないので、交点での溝の広がりが抑制される。 また、図７に示す溝形状に代えて図８に示す概略格子状の溝形状としてもよい。

【0047】

イオン注入工程では、ウエハ面にイオンビームを所定角度で照射することが要求されており、注入角度の許容範囲は±０．５°程度と非常にシビアなものである。
ウエハの厚みが数十μｍであること、溝幅の大きさに応じてウエハの撓み量が大きくなること、および上記した注入角度の許容範囲を考慮した発明者の鋭意研究により、実用的な溝幅としては１～２ｍｍの範囲にすることが望ましいということが判明している。

【0048】

これまでの実施形態では、静電チャックＥの構成としては互いに極性の異なる電圧が印加される双曲型のものが想定されていたが、単一の電極からなる単極型の構成を採用してもよい。また、電極Ｄに印加される電圧としては、直流電圧、交流電圧のいずれを用いてもよい。

【0049】

また、これまでの実施形態では、静電チャックＥの支持体１１は、弾性層1と誘電体層２で構成されていたが、本発明の静電チャックＥの支持体１１は必ずしも両方の層を備えている必要はなく、上面でウエハを支持し、吸着電圧を印加してウエハの静電吸着が可能なものであれば他の構成にも適用できる。

【0050】

さらに、これまでの実施形態では、支持面を削って溝Ｇを形成することが想定されているが、支持面を部分的に被覆し、被覆されていない場所を溝とする構成であってもよい。

【0051】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0052】

Ｅ 静電チャック
Ｗ ウエハ
Ｈ 挿入孔
Ｔ 横孔
Ｇ 溝
Ｐ 接地ピン
Ｓ 支持面
Ｒ リブ
３ 支持台
１１ 支持体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】