(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】2024-09-05
(45)【発行日】2024-09-13
(54)【発明の名称】静電チャック
(51)【国際特許分類】
H01L 21/683 20060101AFI20240906BHJP
H02N 13/00 20060101ALI20240906BHJP
【ＦＩ】
H01L21/68 R
H02N13/00 D
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020113459
(22)【出願日】2020-06-30
(65)【公開番号】P2022011991
(43)【公開日】2022-01-17
【審査請求日】2023-06-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宗石 猛
【審査官】宮久保 博幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０８５０８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０３５７８９００（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０３５４４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５３３７１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２０３２５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１９８９４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－２２２９７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０５００３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００９／０１３９４１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－０７２４７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１３０８３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／２３０４４６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２０－０７７７８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６８３
Ｈ０２Ｎ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１面側にチャック部を有するチャック部材と、前記チャック部の反対側に位置し、内部に空間を有する中空部材と、
前記中空部材を挟んで前記チャック部材の反対側に位置するベース部材と、
前記チャック部材と前記中空部材との間に位置する第１接合部材と、
前記中空部材と前記ベース部材との間に位置する第２接合部材と
を備え、
前記中空部材は、絶縁材料で構成されており、
前記空間の周囲を被覆する金属層をさらに有する静電チャック。
【請求項2】
前記第１接合部材は、フッ素樹脂またはポリイミドアミド樹脂である請求項１に記載の静電チャック。
【請求項3】
前記第２接合部材は、シリコーン樹脂またはアクリル樹脂である請求項１または２に記載の静電チャック。
【請求項4】
前記中空部材は、前記空間を支持する複数の支柱を有する請求項１～３のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項5】
前記第１接合部材は、前記第２接合部材よりも厚みが大きい請求項１～４のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項6】
前記中空部材の外周を被覆する金属層をさらに有する請求項１～５のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項7】
前記中空部材は、前記ベース部材側の外面と前記空間とを連通する開口を有する請求項１～６のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項8】
前記開口を封止する封止部材を有する請求項７に記載の静電チャック。
【請求項9】
前記空間は、厚み方向に並ぶ複数の流路を有する請求項１～８のいずれか１つに記載の静電チャック。
【請求項10】
前記複数の流路のうち、前記チャック部材側に位置する流路内に充填材を有する請求項９に記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
開示の実施形態は、静電チャックに関する。
【背景技術】
【0002】
プラズマ処理をされる半導体ウェハなどを保持するための静電チャックとして、内部に電極が形成された構造体が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－７２４７７号公報
【文献】特開２０１７－５９７７１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、従来の構造では、ユーザの利便性向上の観点で改善の余地があった。
【0005】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ユーザの利便性を向上させることができる静電チャック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】
実施形態の一態様に係る静電チャックは、チャック部材と、中空部材と、ベース部材と、第１接合部材と、第２接合部材とを備える。チャック部材は、第１面側にチャック部を有する。中空部材は、前記チャック部の反対側に位置し、内部に空間を有する。ベース部材は、前記中空部材を挟んで前記チャック部材の反対側に位置する。第１接合部材は、前記チャック部材と前記中空部材との間に位置する。第２接合部材は、前記中空部材と前記ベース部材との間に位置する。
【発明の効果】
【0007】
実施形態の一態様によれば、ユーザの利便性を向上させることができる静電チャックが提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する静電チャックの実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0010】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る静電チャックの概略を示す斜視図である。図２は、図１に示す静電チャックが有するチャック部材の概略を示す平面図である。図３は、図１に示す静電チャックが有する中空部材の概略を示す平面図である。図４は、図３に示すＡ－Ａ線の矢視断面図である。
図１は、第１の実施形態に係る静電チャックの概略を示す斜視図である。図２は、図１に示す静電チャックが有するチャック部材の概略を示す平面図である。図３は、図１に示す静電チャックが有する中空部材の概略を示す平面図である。図４は、図３に示すＡ－Ａ線の矢視断面図である。
【0011】
図１に示すように、静電チャック１００は、本体部１０と、ベース部材２０とを備えている。本体部１０は、チャック部材１０ｃと、中空部材１０ｄとを有している。ベース部材２０は、中空部材１０ｄを挟んでチャック部材１０ｃとは反対側に位置している。
【0012】
チャック部材１０ｃおよび中空部材１０ｄは、セラミックを含有する原料を略円板状に成形したものである。チャック部材１０ｃおよび中空部材１０ｄは、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、コージェライト、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などを主成分として含んでいる。
【0013】
チャック部材１０ｃは、外部に露出する静電チャック１００の一端面１００ａを有する。半導体ウェハなどの被処理物は、チャック部としての一端面１００ａ側に保持される。また、図２に示すように、チャック部材１０ｃの内部には、電極１１が設けられる。
【0014】
電極１１は、たとえば、静電吸着用電極である。電極１１は、白金やタングステン、モリブデンなどの金属を含有する導電部材である。図２に示すように、実施形態に係る電極１１は、第１電極１２と第２電極１３とに分離されている。第１電極１２は、図示しない外部電源の第１極、たとえば、正極に接続される正電極である。第２電極１３は、外部電源の第２極、たとえば、負極に接続される負電極である。
【0015】
第１電極１２および第２電極１３は、それぞれ半円板状に形成され、半円の弦同士が対向するようにチャック部材１０ｃの内部に配置される。そして、第１電極１２および第２電極１３の２つが合わさって、円形状の電極１１が構成される。
【0016】
なお、第１電極１２および第２電極１３は、たとえば、通電部材１２１，１３１を用いて通電する。通電部材１２１，１３１は、たとえば、電極ロッドまたは貫通導体（ビア）である。通電部材１２１，１３１が電極ロッドである場合、チャック部材１０ｃ、中空部材１０ｄ、ベース部材２０、接合材１５，１６に、通電部材１２１，１３１を通過する貫通孔（不図示）を形成すればよい。また、通電部材１２１，１３１が貫通導体である場合、チャック部材１０ｃの裏面に複数のパッド（不図示）を配置し、それら複数のパッドと、第１電極１２および第２電極１３とをそれぞれ通電部材１２１，１３１でつなげる。そして、中空部材１０ｄ、ベース部材２０、接合材１５，１６に、配線を通過する貫通孔（不図示）を形成し、配線とパッドとをつなげればよい。
【0017】
この電極１１全体の外形における円形状の中心は、チャック部材１０ｃの外形における円の中心と同一に設定される。電極１１の厚みは、たとえば、１～１００μｍ程度である。
【0018】
なお、実施形態に係る電極１１の構成は、図１～図４の例に限られない。たとえば、電極１１は、平面視で渦巻き状や同心円状などであってもよいし、２層以上の電極１１が積層して配置されてもよい。また、チャック部材１０ｃは、電極１１とは用途の異なる電極、たとえば、チャック部材１０ｃを加熱するヒータ用電極をさらに内蔵してもよい。
【0019】
中空部材１０ｄは、チャック部としての一端面１００ａの反対側、すなわちチャック部材１０ｃとベース部材２０との間に位置している。中空部材１０ｄは、チャック部材１０ｃとベース部材２０との間の熱伝導を低減する断熱材として機能する。
【0020】
また、中空部材１０ｄの内部には、空間としての流路１４が設けられる。図３に示すように、流路１４は、平面視で、中空部材１０ｄの全体に行き渡るような蛇行形状を有する。なお、流路１４は入出口を有してもよい。たとえば、入口１４ａを中空部材１０ｄのベース部材２０側に、出口１４ｂを中空部材１０ｄのチャック部材１０ｃ側に配置してもよい。そして、ベース部材２０、接合材１５，１６、チャック部材１０ｃに流路１４の入口１４ａと出口１４ｂにそれぞれ対応する貫通孔４１，４２を設けたならば、ベース部材２０の下面（静電チャック１００の他端面１００ｂ）から流入した気体をチャック部材１０ｃの上面（静電チャック１００の一端面１００ａ）から流出することができる。
【0021】
また、図４に示すように、流路１４は、中空部材１０ｄの内部において、一端面１００ａと略平行に配置される。
【0022】
流路１４には、たとえば、水素やヘリウムなどの流体を流してもよい。流路１４に流体を流すことにより、その流体がチャック部材１０ｃ上に存在する半導体ウェハの裏面へと送り込まれ、半導体ウェハとチャック部材１０ｃの熱伝達率が向上する。このように、半導体ウェハの裏面に流体を供給する際に、中空部材１０ｄの流路１４を用いることによって、チャック部材１０ｃに複雑な流路を形成する必要が無いので、静電チャック１００を簡略化することができる。
【0023】
流路１４の厚み方向の寸法Ｌ２は、たとえば、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることができる。寸法Ｌ２を０．５ｍｍ以下とすることにより、たとえば電極１１通電時の流路１４の内部における放電の発生を低減することができる。
【0024】
また、流路１４の幅方向の寸法Ｌ１は、たとえば、厚み方向の寸法Ｌ２以上とすることができる。寸法Ｌ１が寸法Ｌ２よりも小さい場合には、中空部材１０ｄによる断熱効果が低減する場合がある。
【0025】
【0026】
図５に示すように、変形例に係る中空部材１０ｄは、空間１４ｄを支持するように中空部材１０ｄの厚み方向に延びる複数の支柱１４ｅと、支柱１４ｅの両端を挟むように位置する板状部材とを有する。空間１４ｄは、図１～図４に示す流路１４に相当する。複数の支柱１４ｅで空間１４ｄを適切に支持することにより、たとえば中空部材１０ｄが厚み方向に押圧された場合であっても、中空部材１０ｄの変形による不具合を低減することができる。
【0027】
図５に示す中空部材１０ｄにおいて、中空部材１０ｄの全体積に対する空間１４ｄの容積の割合を示す空隙率は、７０％以上、例えば７０％以上９０％以下とすることができる。中空部材１０ｄの空隙率をこのように規定することにより、空間１４ｄの内部に流体を流さなくても所定の断熱効果を確保することができる。
【0028】
なお、支柱１４ｅの数および配列は、図示したものに限らず、たとえば中空部材１０ｄの材料や寸法等に応じて適宜設定することができる。
【0029】
図４に戻り、さらに説明する。ベース部材２０は、中空部材１０ｄを挟んでチャック部材１０ｃの反対側に位置している。ベース部材２０は、本体部１０を支持する支持部材である。図１～図４に示す例では、ベース部材２０の第１面２０ａは、一端面１００ａと比較して表面積が大きいとして図示されているが、これに限らず、例えば、一端面１００ａおよび他端面１００ｂの寸法が同じ略円柱形状を有する静電チャック１００としてもよい。
【0030】
ベース部材２０は、略円柱状の部材である。ベース部材２０は、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、などのセラミックであってよい。
【0031】
ベース部材２０は、内部に空間２１を有してもよい。空間２１は流路として利用でき、熱交換媒体を流してもよい。また、ベース部材２０は、高周波電極（不図示）を有してもよい。
【0032】
なお、ベース部材２０は、たとえば、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料で構成されてもよい。かかる場合、ベース部材２０は、たとえば、高周波電極を兼ねてもよい。
【0033】
図４に示すように、静電チャック１００は、接合材１５，１６をさらに備える。接合材１５は、第１接合部材の一例である。接合材１６は、第２接合部材の一例である。
【0034】
接合材１５は、チャック部材１０ｃと中空部材１０ｄとの間に位置しており、チャック部材１０ｃと中空部材１０ｄとを接合する。
【0035】
接合材１５は、接合材１６と比較して耐熱性および耐プラズマ性の高い樹脂材料で構成することができる。接合材１５は、たとえば、フッ素樹脂またはポリイミドアミド樹脂などであってよい。
【0036】
また、接合材１６は、中空部材１０ｄとベース部材２０との間に位置しており、中空部材１０ｄとベース部材２０とを接合する。
【0037】
接合材１６は、接合材１５と比較して接着性の高い樹脂材料で構成することができる。接合材１６は、接合材１５と比較してヤング率が小さい樹脂材料で構成することができる。これによって、温度差によって生じる中空部材１０ｄおよびベース部材２０の膨張・収縮差を緩和することができ、信頼性を高めることができる。接合材１６は、たとえば、シリコーン樹脂またはアクリル樹脂などであってよい。また、接合材１６は、たとえば、シリコーンゴムまたはアクリルゴムなどのゴム材料で構成されてもよい。
【0038】
また、図４に示すように、接合材１５の厚みｔ１は、接合材１６の厚みｔ２よりも大きくてもよい。これにより、たとえば、チャック部材１０ｃで生じた熱を中空部材１０ｄに伝えにくくすることができる上に、中空部材１０ｄとベース部材２０の熱交換を効率よく行うことができる。
【0039】
このように、本実施形態に係る静電チャック１００は、中空部材１０ｄの両端に特性の異なる接合材１５，１６を位置させて、チャック部材１０ｃと中空部材１０ｄ、中空部材１０ｄとベース部材２０をそれぞれ接合している。このため、たとえばチャック部材１０ｃなど、一部の部材が劣化した場合には、劣化した部材のみを交換することができる。したがって、本実施形態に係る静電チャック１００によれば、ユーザの利便性を向上させることができる。
【0040】
【0041】
図６Ａに示す静電チャック１００は、中空部材１０ｄの外周を被覆する金属層１７をさらに有している。このように、絶縁材料で構成された中空部材１０ｄの外周を金属層１７で被覆することにより、中空部材１０ｄの外周が同電位となる。このため、中空部材１０ｄの内部に位置する流路１４内で放電が生じる不具合を低減することができる。
【0042】
また、図６Ｂに示す静電チャック１００は、空間としての流路１４の周囲を被覆する金属層１８をさらに有している。このように、絶縁材料で構成された中空部材１０ｄの内部に位置する流路１４の周囲を金属層１８で被覆することにより、流路１４の周囲が同電位となる。このため、中空部材１０ｄの内部に位置する流路１４内で放電が生じる不具合を低減することができる。
【0043】
金属層１７，１８の材料は、たとえば、ニッケル、金、白金、パラジウムであってよい。金属層１７，１８は、たとえば無電解メッキにより形成することができる。
【0044】
また、図６Ｃに示す静電チャック１００は、図６Ｂに示す例と比較して、ベース部材２０側（図４参照）の外面と流路１４とを連通する開口１４ｃをさらに有している。このように、空間としての流路１４と外部とを連通させる開口１４ｃを有することにより、流路１４の周囲を金属層１８で被覆しやすくなる。また、開口１４ｃをベース部材２０側に位置させることにより、たとえば、半導体ウェハなどの被処理物を処理するプロセスガスが流路１４内に侵入しにくくなる。
【0045】
また、図６Ｄに示す静電チャック１００は、図６Ｃに示す例と比較して、開口１４ｃを封止する封止部材３０をさらに有している。このように、開口１４ｃを封止部材３０で封止することにより、たとえば、半導体ウェハなどの被処理物を処理するプロセスガスが流路１４内にさらに侵入しにくくなる。封止部材３０は、たとえばシリコーンゴムである。また、接合材１６を封止部材３０としてもよい。
【0046】
また、図６Ｅに示す静電チャック１００は、図６Ｃに示す例と比較して、中空部材１０ｄの外周を被覆する金属層１７をさらに有している。金属層１７は、開口１４ｃを塞ぐように位置しているため、たとえば、半導体ウェハなどの被処理物を処理するプロセスガスが流路１４内にさらに侵入しにくくなる。
【0047】
＜第２の実施形態＞
図７は、第２の実施形態に係る静電チャックの概略を示す斜視図である。なお、図７では、たとえば第１電極１２および第２電極１３に接続する通電部材１２１，１３１（図４参照）など、一部の部材について図示を省略している。
図７は、第２の実施形態に係る静電チャックの概略を示す斜視図である。なお、図７では、たとえば第１電極１２および第２電極１３に接続する通電部材１２１，１３１（図４参照）など、一部の部材について図示を省略している。
【0048】
図７に示すように、本実施形態に係る静電チャック１００Ａにおいて、本体部１０は、内部を厚み方向に貫通し、流体３２が流れる流体流路３１を有してもよい。
【0049】
流体流路３１から排出された流体３２は、チャック部材１０ｃの一端面１００ａ側に突出する突出部１０ｂ上に保持された被処理物Ｗの表面に到達し、被処理物Ｗの処理に適した状態を維持することができる。
【0050】
なお、流体流路３１の数および配置は、図示したものに限らず、適宜設計することができる。
【0051】
また、中空部材１０ｄは、厚み方向に並ぶ複数の流路１４を有してもよい。流路１４は、中空部材１０ｄの内部において、チャック部材１０ｃ側に位置する第１流路１４１、ベース部材２０側に位置する第２流路１４２、および第１流路１４１と第２流路１４２とを接続する接続流路１４３とをそれぞれ有している。中空部材１０ｄの内部を流れる流体３２は、第１流路１４１、第２流路１４２および接続流路１４３の内部を流れ、チャック部材１０ｃ側に排出される。
【0052】
また、複数の流路１４のうち、チャック部材１０ｃ側に位置する第１流路１４１内に充填材１９を有してもよい。
【0053】
第１流路１４１内に充填材１９を位置させることにより、第１流路１４１に位置する流体３２が流動しにくくなり、第１流路１４１の内部でプラズマが生じる不具合を低減することができる。
【0054】
充填材１９は、たとえば、アルミナなど、粉末状、球状に加工されたセラミックである。また、たとえば、アルミナ多孔体その他のセラミック多孔体を充填材１９としてもよい。また、粉末状、球状に加工された金属を充填材１９としてもよい。ただし、プラズマに対する強度の観点からは、アルミナ製の充填材１９が好適である。また、充填材１９は流体３２の流動が可能となる程度に空隙を有していればよく、充填材１９の空隙率は、たとえば、１０％以上７０％以下である。
【0055】
充填材１９は、第１流路１４１の他、チャック部材１０ｃ側に位置する中空部材１０ｄの表面１０ｄ１まで流体流路３１の内部に位置させてもよい。
【0056】
また、充填材１９は、第２流路１４２に位置してもよい。ただし、第２流路１４２では、第１流路１４１と比較してプラズマが生じにくく、また、仮にプラズマが生じたとしても不具合の程度は小さい。このため、第２流路１４２には充填材１９を位置させなくてもよい。
【0057】
以上、本開示の実施形態および各変形例について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、図１～図４に示す流路１４および図５に示す空間１４ｄに、図７に示す充填材１９を位置させてもよい。
【0058】
また、上記した各実施形態では、中空部材１０ｄはセラミック製であるとして説明したが、これに限らない。たとえば、チャック部材１０ｃの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するチタンやコバールその他の金属材料を、アルミナその他のセラミックス膜で被覆したものを中空部材１０ｄとしてもよい。かかるセラミックス膜は、たとえば溶射により金属材料の表面に付着させることができる。また、静電チャック１００は半導体ウェハを押し上げるためのリフトピンが通る貫通孔を有してもよい。
【0059】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本開示のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【0060】
１０ｃ チャック部材
１０ｄ 中空部材
１５，１６ 接合材
１７，１８ 金属層
１９ 充填材
２０ ベース部材
１００，１００Ａ 静電チャック
１０ｄ 中空部材
１５，１６ 接合材
１７，１８ 金属層
１９ 充填材
２０ ベース部材
１００，１００Ａ 静電チャック
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図7】