特許 7577558 保持部材

(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】2024-10-25

(45)【発行日】2024-11-05

(54)【発明の名称】保持部材

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20241028BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20241028BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H02N13/00 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021021940

(22)【出願日】2021-02-15

(65)【公開番号】P2022124270

(43)【公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-08-29

(73)【特許権者】

【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】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 隆太郎

【審査官】湯川 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２８９２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２２２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３４９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４９１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１０２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４２５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４５２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２６３５２６（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】

外周が円形状または略円形状の対象物を保持する保持面を備える保持部と、
前記保持部に対し前記保持面側とは反対側に配置され、前記対象物を冷却する冷媒を流す流路を備える冷却部と、
を有する保持部材において、
前記保持面側から前記保持部材を見たときに、
前記保持部は、
当該保持部の外周が略円形状に形成されており、
前記保持部の外周の一部に、前記保持部の外周により形成される仮想円よりも径方向の内側に形成される部分であって、前記対象物の周方向の位置合わせを行うための位置合わせ部を備え、
前記位置合わせ部と前記流路とが重なるように配置されていること、
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、
前記保持面側から前記保持部材を見たときに、
前記位置合わせ部と、前記流路における当該流路の外部との連通口と、が重なるように配置されていること、
を特徴とする保持部材。

【請求項3】

請求項２の保持部材において、
前記連通口は、前記流路への前記冷媒の投入口であること、
を特徴とする保持部材。

【請求項4】

請求項２または３の保持部材において、
前記流路は、前記連通口から前記保持面の面方向に延びるように形成される面方向流路部位を備えており、
前記保持面側から前記保持部材を見たときに、
前記位置合わせ部と前記面方向流路部位とが重なるように配置されていること、
を特徴とする保持部材。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１つの保持部材において、
前記保持面側から前記保持部材を見たときに、
前記位置合わせ部は、直線状に形成されていること、
を特徴とする保持部材。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１つの保持部材において、
前記保持面側から前記保持部材を見たときに、
前記位置合わせ部の全てが前記流路と重なるように配置されていること、
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、半導体ウエハなどの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、外周の一部にオリフラ（オリエンテーションフラット）部が設けられるセラミック誘電体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】

【文献】特開２０１５－８８７４３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に開示される静電チャックにおいて、セラミック誘電体基板のオリフラ部では、オリフラ部以外の部分と比べて、処理対象物との非接触面積が大きい。そのため、処理対象物が加熱されたときに、処理対象物においてオリフラ部に対応する部分が、セラミック誘電体基板側からの抜熱による冷却が不十分となり、温度が高くなる部分（すなわち、ホットスポット）となるおそれがある。したがって、処理対象物が加熱されたときに、処理対象物の全体の均熱性を確保できないおそれがある。

【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、対象物が加熱されたときでも、対象物の全体の均熱性を確保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、外周が円形状または略円形状の対象物を保持する保持面を備える保持部と、前記保持部に対し前記保持面側とは反対側に配置され、前記対象物を冷却する冷媒を流す流路を備える冷却部と、を有する保持部材において、前記保持面側から前記保持部材を見たときに、前記保持部は、当該保持部の外周が略円形状に形成されており、前記保持部の外周の一部に、前記保持部の外周により形成される仮想円よりも径方向の内側に形成される部分であって、前記対象物の周方向の位置合わせを行うための位置合わせ部を備え、前記位置合わせ部と前記流路とが重なるように配置されていること、を特徴とする。

【0007】

この態様によれば、位置合わせ部の直下に冷却部の流路を配置している。そのため、保持部の位置合わせ部において、冷却部の流路を流れる冷媒により対象物の抜熱が促進されるので、対象物の冷却性能を上げることができる。したがって、対象物が加熱されたときに、対象物において位置合わせ部に対応する部分が、他の部分と比べて温度が高い部分（すなわち、ホットスポット）となることを抑制できる。ゆえに、対象物が加熱されたときでも、対象物の全体の均熱性を確保できる。

【0008】

上記の態様においては、前記保持面側から前記保持部材を見たときに、前記位置合わせ部と、前記流路における当該流路の外部との連通口と、が重なるように配置されていること、が好ましい。

【0009】

この態様によれば、流路における当該流路の外部との連通口を出入りする冷媒の流れにより、保持部の位置合わせ部における対象物の冷却性能を上げることができる。

【0010】

上記の態様においては、前記連通口は、前記流路への前記冷媒の投入口であること、が好ましい。

【0011】

この態様によれば、保持部の保持面側から保持部材を見たときに、保持部の位置合わせ部と、流路への冷媒の投入口とが重なるようにして、位置合わせ部の直下に流路への冷媒の投入口を配置している。そのため、投入口にて投入される冷媒であって対象物よりも低温状態である冷媒により、効果的に保持部の位置合わせ部における対象物の冷却性能を上げることができる。したがって、より効果的に、対象物の全体の均熱性を確保できる。

【0012】

上記の態様においては、前記流路は、前記連通口から前記保持面の面方向に延びるように形成される面方向流路部位を備えており、前記保持面側から前記保持部材を見たときに、前記位置合わせ部と前記面方向流路部位とが重なるように配置されていること、が好ましい。

【0013】

この態様によれば、流路の面方向流路部位を流れる冷媒の乱流により、保持部の位置合わせ部における対象物の冷却性能を上げることができる。

【0014】

上記の態様においては、前記保持面側から前記保持部材を見たときに、前記位置合わせ部は、直線状に形成されていること、が好ましい。

【0015】

この態様によれば、位置合わせ部が直線状に形成されているので、例えばノッチ形状のように部分的にクラックが生じる可能性が低く、耐久性がよい。

【0016】

また、対象物が位置合わせ部と接触しても、位置合わせ部から対象物に対して部分的に力が集中して作用し難いので、対象物を傷つけ難い。

【0017】

上記の態様においては、前記保持面側から前記保持部材を見たときに、前記位置合わせ部の全てが前記流路と重なるように配置されていること、が好ましい。

【0018】

この態様によれば、位置合わせ部の全てに亘って、冷却部の流路を流れる冷媒により対象物の抜熱が促進されるので、より効果的に対象物の冷却性能を上げることができる。

【発明の効果】

【0019】

本開示の保持部材によれば、対象物が加熱されたときでも、対象物の全体の均熱性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施形態の静電チャックの斜視図である。

【図2】本実施形態の静電チャックの上面図である。

【図3】本実施形態の静電チャックの断面図（図２のＡ－Ａ断面図）である。

【図4】図２の領域αの拡大図である。

【図5】図３の領域βの拡大図である。

【図6】図３の領域γの拡大図である。

【図7】第１の変形例における図２の領域αの拡大図である。

【図8】第２の変形例における静電チャックの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本開示の保持部材に係る実施形態について説明する。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。

【0022】

＜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。なお、半導体ウエハＷは、例えば、その外周が円形状または略円形状に形成されている。また、半導体ウエハＷは、本開示の「対象物」の一例である。

【0023】

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。なお、セラミックス部材１０は本開示の「保持部」の一例であり、ベース部材２０は本開示の「冷却部」の一例である。

【0024】

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の中心軸Ｃａ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。

【0025】

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。具体的には、セラミックス部材１０は、直径の異なる２つの円盤が中心軸Ｃａ（図３参照）を共通にして重なる（詳細には、大きな直径を有する円盤状の下段部１０ｂの上に、小さな直径を有する円盤状の上段部１０ａが重なる形態の）段付きの円盤状をなしている。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。

【0026】

図１～図３に示すように、セラミックス部材１０は、半導体ウエハＷを保持する保持面である上面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、上下方向）について上面１１とは反対側に設けられる下面１２とを備えている。

【0027】

また、セラミックス部材１０の直径は、上段部１０ａが例えば１５０～３００ｍｍ程度であり、下段部１０ｂが例えば１８０～４００ｍｍ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。

【0028】

そして、図３に示すように、半導体ウエハＷは、セラミックス部材１０の上面１１に支持されて、静電チャック１に保持される。

【0029】

また、セラミックス部材１０は、その内部に不図示のチャック電極（吸着電極）を備えている。このチャック電極に図示しない電源から電圧が印加されることによって、チャック電極に静電引力が発生し、この静電引力によって半導体ウエハＷが上面１１に吸着されて保持される。

【0030】

ベース部材２０は、セラミックス部材１０に対し上面１１側とは反対側に配置されている。このベース部材２０は、例えば円柱状に形成されている。また、ベース部材２０は、例えば金属（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が、金属以外であってもよい。

【0031】

そして、ベース部材２０は、図１と図３に示すように、上面２１と、ベース部材２０の厚み方向（Ｚ軸方向に一致する方向、上下方向）にて上面２１とは反対側に設けられる下面２２と、を備えている。そして、ベース部材２０の上面２１は、セラミックス部材１０の下面１２と、接合層３０を介して、熱的に接続されている。

【0032】

ベース部材２０の直径は、例えば１８０～４００ｍｍ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２０～５０ｍｍ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、１６０～２５０Ｗ／ｍＫ（好ましくは、２３０Ｗ／ｍＫ程度）の範囲内が望ましい。

【0033】

また、図３に示すように、ベース部材２０は、半導体ウエハＷを冷却する冷媒（例えば、フッ素系不活性液体や水等）を流す冷媒流路２３を備えている。冷媒流路２３は、図２に示すように、ベース部材２０の下面２２に設けられた供給口２４と排出口２５とに接続しており、供給口２４からベース部材２０に供給された冷媒が、冷媒流路２３内を流れて排出口２５からベース部材２０の外へ排出される。このようにして、ベース部材２０の冷媒流路２３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３０を介してセラミックス部材１０が冷却される。これにより、セラミックス部材１０により半導体ウエハＷが冷却されて、すなわち、セラミックス部材１０と接合層３０を介して半導体ウエハＷとベース部材２０との間で熱伝達が行われて、半導体ウエハＷの抜熱が行なわれる。

【0034】

本実施形態では、冷媒流路２３は、図２と図３に示すように、主流路部４１と、主流路部４１の外部に設けられた外部連通部４２を備えている。主流路部４１は、静電チャック１の中心軸Ｃａを中心にして渦巻き形状（あるいは、螺旋形状）に形成されている。この主流路部４１は、投入口５１と面方向流路部位５２を備えている。投入口５１は、外部連通部４２との連通口である。面方向流路部位５２は、投入口５１から上面１１の面方向に延びるように形成されている。外部連通部４２は、供給口２４に接続しており、供給口２４を介してベース部材２０の外部に連通している。なお、主流路部４１は、本開示の「流路」の一例である。

【0035】

冷媒流路２３の断面（詳しくは、冷媒流路２３の中心軸方向から見たときの断面）の外形の形状としては、円形や四角形や角部にＲ部を有する四角形や凹形などが考えられる。一例として、冷媒流路２３の断面の外形の形状を、直径５．０～２５．０ｍｍ程度の円形とすることが考えられる。

【0036】

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とを熱伝達可能に接合する。

【0037】

この接合層３０は、熱伝導性を有するフィラーを含む樹脂（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０．１～１．５ｍｍ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。

【0038】

＜オリフラ部について＞
図２に示すように、静電チャック１を上面視したときに（すなわち、セラミックス部材１０の上面１１側から静電チャック１を見たときに）、セラミックス部材１０は、当該セラミックス部材１０の外周１３が略円形状に形成されている。なお、ここでいう外周１３とは、セラミックス部材１０の上段部１０ａの外周である。

【0039】

そして、図４に示すように、セラミックス部材１０は、その外周１３の一部に、半導体ウエハＷの周方向の位置合わせを行うためのオリフラ部６１（オリエンテーションフラット部、切り欠け部）を備える。このオリフラ部６１は、静電チャック１を上面視したときに、外周１３により形成される仮想円ＶＣ（図４にて一部が一点鎖線で示される円）よりも径方向の内側にて、直線状に形成されている。なお、ここでいう直線状の長さは、例えば２５．０～４５．０ｍｍ程度である。

【0040】

このようにして、セラミックス部材１０にオリフラ部６１が形成されているので、半導体ウエハＷの目印となる位置（例えば、切り欠き部の位置）とオリフラ部６１の位置とを合わせることにより、半導体ウエハＷの周方向の位置合わせを行うことができる。

【0041】

＜半導体ウエハの全体の均熱性を確保する対策について＞
次に、半導体ウエハＷの全体の均熱性を確保する対策について説明する。

【0042】

図５に示すように、オリフラ部６１における半導体ウエハＷとセラミックス部材１０の非接触部分ＮＣ１の面積は、図６に示すオリフラ部６１以外の外周１３の部分における半導体ウエハＷとセラミックス部材１０の非接触部分ＮＣ２の面積よりも大きい。そのため、オリフラ部６１において、冷媒流路２３を流れる冷媒による半導体ウエハＷの抜熱が促進され難くなるおそれがある。したがって、半導体ウエハＷが加熱されたとき（例えば、半導体ウエハＷをプラズマ処理する際に半導体ウエハＷに対して熱が加えられるプラズマ入熱時）に、半導体ウエハＷにおいて、オリフラ部６１に対応する部分が、他の部分と比べて温度が高い部分（すなわち、ホットスポット）となるおそれがある。ゆえに、半導体ウエハＷの全体の均熱性を確保できないおそれがある。

【0043】

そこで、本実施形態では、オリフラ部６１と冷媒流路２３との位置関係を工夫して、半導体ウエハＷが加熱されたときであっても、半導体ウエハＷにおいてオリフラ部６１に対応する部分がホットスポットとなることを抑制して、半導体ウエハＷの全体の均熱性を確保する。

【0044】

具体的には、図４に示すように、静電チャック１を上面視したときに、オリフラ部６１と冷媒流路２３とが重なるように配置されている。詳しくは、静電チャック１を上面視したときに、オリフラ部６１が、冷媒流路２３の主流路部４１における外部連通部４２との連通口である投入口５１と、面方向流路部位５２に重なるように配置されている。

【0045】

そして、このようにして、図３に示すように、オリフラ部６１の直下に、冷媒流路２３の主流路部４１の投入口５１と面方向流路部位５２が配置されている。そのため、オリフラ部６１において、投入口５１を出入りする冷媒の流れにより、オリフラ部６１における半導体ウエハＷの冷却性能を上げることができる。特に、投入口５１にて投入される低温状態の冷媒により、効果的にオリフラ部６１における半導体ウエハＷの冷却性能を上げることができる。また、面方向流路部位５２を流れる冷媒の乱流により、オリフラ部６１における半導体ウエハＷの冷却性能を上げることができる。したがって、半導体ウエハＷが加熱されたときに、半導体ウエハＷにおいてオリフラ部６１に対応する部分が、ホットスポットとなることを抑制できる。ゆえに、半導体ウエハＷの全体の均熱性を確保できる。

【0046】

また、本実施形態では、図２と図３に示すように、冷媒流路２３の外部連通部４２を、ベース部材２０の径方向に沿って形成するようにして、ベース部材２０の内部で取り回している。これにより、外部連通部４２において冷媒の乱流を発生させた上で、主流路部４１の投入口５１に冷媒を流すことができる。そのため、より効果的にオリフラ部６１における半導体ウエハＷの冷却性能を上げることができる。

【0047】

なお、第１の変形例として、図７に示すように、静電チャック１を上面視したときに、オリフラ部６１の端部（図７の右側の端部）に投入口５１を配置して、オリフラ部６１の全てについて、冷媒流路２３（すなわち、主流路部４１の投入口５１と面方向流路部位５２）に重なるように配置されていてもよい。

【0048】

また、第２の変形例として、図８に示すように、供給口２４をオリフラ部６１の直下に配置してもよい。すなわち、静電チャック１を上面視したときに、オリフラ部６１と供給口２４とが重なるように配置されていてもよい。これにより、供給口２４にて投入される低温状態の冷媒により、効果的にオリフラ部６１における半導体ウエハＷの冷却性能を上げることができる。

【0049】

＜本実施形態の作用効果＞
本実施形態の静電チャック１によれば、当該静電チャック１を上面視したときに、オリフラ部６１と冷媒流路２３とが重なるようにして配置されている。

【0050】

このようにして、オリフラ部６１の直下に冷媒流路２３を配置している。そのため、オリフラ部６１において、冷媒流路２３を流れる冷媒による半導体ウエハＷの抜熱が促進されるので、半導体ウエハＷの冷却性能を上げることができる。したがって、半導体ウエハＷが加熱されたときに、半導体ウエハＷにおいてオリフラ部６１に対応する部分が、ホットスポットとなることを抑制できる。ゆえに、半導体ウエハＷが加熱されたときでも、半導体ウエハＷの全体の均熱性を確保できる。

【0051】

また、静電チャック１を上面視したときに、オリフラ部６１と、冷媒流路２３の主流路部４１における外部連通部４２との連通口である投入口５１と、が重なるようにして配置されている。

【0052】

このようにして、オリフラ部６１の直下に投入口５１を配置している。そのため、投入口５１を出入りする冷媒の流れにより、オリフラ部６１における半導体ウエハＷの冷却性能を上げることができる。特に、投入口５１にて投入される冷媒であって半導体ウエハＷよりも低温状態である冷媒により、効果的にオリフラ部６１における半導体ウエハＷの冷却性能を上げることができる。したがって、半導体ウエハＷが加熱されたときでも、より効果的に、半導体ウエハＷの全体の均熱性を確保できる。

【0053】

また、静電チャック１を上面視したときに、オリフラ部６１と冷媒流路２３の主流路部４１の面方向流路部位５２とが重なるように配置されている。

【0054】

これにより、面方向流路部位５２を流れる冷媒の乱流により、オリフラ部６１における半導体ウエハＷの冷却性能を上げることができる。

【0055】

また、静電チャック１を上面視したときに、オリフラ部６１は、直線状に形成されている。

【0056】

これにより、例えばノッチ形状のように部分的にクラックが生じる可能性が低く、耐久性がよい。また、半導体ウエハＷがオリフラ部６１と接触しても、オリフラ部６１から半導体ウエハＷに対して部分的に力が集中して作用し難いので、半導体ウエハＷを傷つけ難い。

【0057】

また、静電チャック１を上面視したときに、オリフラ部６１の全てが冷媒流路２３と重なるように配置されていてもよい。

【0058】

これにより、オリフラ部６１の全てに亘って、冷媒流路２３を流れる冷媒による半導体ウエハＷの抜熱が促進されるので、より効果的に半導体ウエハＷの冷却性能を上げることができる。

【0059】

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。

【0060】

例えば、セラミックス部材１０は、上下で２つの部材に分かれる２部材構造になっていてもよく、この場合、上方の部材が本開示の「保持部」の一例となる。また、例えば、セラミックス部材１０とベース部材２０とが一体物に形成されていてもよい。

【0061】

また、例えば、本開示の「位置合わせ部」の一例として、直線状のオリフラ部６１の代わりに、Ｖ字形状のノッチ形状部であってもよい。

【0062】

また、例えば、主流路部４１から外部連通部４２に冷媒が排出される場合において、静電チャック１を上面視したときに、オリフラ部６１と、主流路部４１の排出口（すなわち、主流路部４１から外部連通部４２に冷媒が排出される排出口）とが重なるようにして配置されていてもよい。

【符号の説明】

【0063】

１ 静電チャック
１０ セラミックス部材
１０ａ 上段部
１１ 上面
１３ 外周
２０ ベース部材
２３ 冷媒流路
２４ 供給口
２５ 排出口
３０ 接合層
４１ 主流路部
４２ 外部連通部
５１ 投入口
５２ 面方向流路部位
６１ オリフラ部
Ｗ 半導体ウエハ
ＶＣ 仮想円
ＮＣ１，ＮＣ２ 非接触部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】