特表 2024-532592 静電チャック及び半導体加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-05

(54)【発明の名称】静電チャック及び半導体加工装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20240829BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240829BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240829BHJP

   C23C 14/50 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/205

H01L21/302 101R

C23C14/50 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024517094

(86)(22)【出願日】2022-09-13

(85)【翻訳文提出日】2024-03-18

(86)【国際出願番号】 CN2022118310

(87)【国際公開番号】W WO2023045788

(87)【国際公開日】2023-03-30

(31)【優先権主張番号】202111105860.8

(32)【優先日】2021-09-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】510182294

【氏名又は名称】北京北方華創微電子装備有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＢＥＩＪＩＮＧ ＮＡＵＲＡ ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】ＮＯ．８ Ｗｅｎｃｈａｎｇ Ａｖｅｎｕｅ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ－Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｒｅａ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】シー チュェンイー

(72)【発明者】

【氏名】イェ ファ

(72)【発明者】

【氏名】イー ビン

【テーマコード（参考）】

4K029

5F004

5F045

5F131

【Ｆターム（参考）】

4K029AA06

4K029AA24

4K029BD01

4K029JA01

4K029JA06

5F004BB22

5F004BB25

5F004BD04

5F004BD05

5F004CA04

5F045AA19

5F045EM05

5F131AA02

5F131AA03

5F131BA03

5F131BA04

5F131BA19

5F131BA23

5F131CA32

5F131CA68

5F131EA03

5F131EB12

5F131EB16

5F131EB82

5F131EB85

(57)【要約】

本発明は、静電チャック及び半導体加工装置を提供する。該静電チャックにおいて、ガス通路構造は、環状ガス通路、主ガス通路群及び副ガス通路群を含み、環状ガス通路は、チャック本体の上面のエッジの近くに位置し、その内側に熱交換領域を画定することに用いられ、主ガス通路群は中央吸気孔の周囲を周回しており、副ガス通路群は主ガス通路群の周囲を周回しており、主ガス通路群は、中央吸気孔と副ガス通路群にそれぞれ連通し、中央吸気孔から流出したバックブローガスを副ガス通路群に送る速度を向上させることができるように設けられ、副ガス通路群は、主ガス通路群と環状ガス通路にそれぞれ連通し、バックブローガスを熱交換領域の様々な位置に均一に分布させることができるように設けられる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体加工装置に適用され、チャック本体を含む静電チャックであって、
前記チャック本体の上面には、バンプ構造、中央吸気孔及びガス通路構造が設けられ、前記バンプ構造は、前記チャック本体の上面の非ガス通路領域内に位置し、ウエハを載置するための載置面を有し、前記載置面と前記チャック本体の上面との間に所定の間隔があり、
前記ガス通路構造は、環状ガス通路、主ガス通路群及び副ガス通路群を含み、前記環状ガス通路は、前記チャック本体の上面のエッジに位置し、その内側に熱交換領域を画定することに用いられ、前記主ガス通路群と副ガス通路群はいずれも前記熱交換領域内に分布し、前記主ガス通路群は前記中央吸気孔の周囲を周回しており、前記副ガス通路群は前記主ガス通路群の周囲を周回しており、
前記主ガス通路群は、前記中央吸気孔と前記副ガス通路群にそれぞれ連通し、前記中央吸気孔から流出したバックブローガスを前記副ガス通路群に送る速度を向上させることができるように設けられ、
前記副ガス通路群は、前記主ガス通路群と前記環状ガス通路にそれぞれ連通し、前記バックブローガスを前記熱交換領域の様々な位置に均一に分布させることができるように設けられることを特徴とする静電チャック。

【請求項2】

前記チャック本体の上面の指定された領域の面積に対して、前記主ガス通路群の前記チャック本体の上面での正投影の面積の割合は５０％以下であり、前記指定された領域の面積は、前記上面の中心を円心とし、直径が指定された直径である円の面積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】

前記指定された直径は５０ｍｍ以下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】

前記主ガス通路群は前記中央吸気孔の周方向に均等に分布する複数の主ガス通路を含み、各前記主ガス通路は、いずれも前記中央吸気孔の径方向に設けられ、且つ、各前記主ガス通路の吸気端はいずれも前記中央吸気孔に連通し、各前記主ガス通路の排気端はいずれも前記副ガス通路群に連通することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の静電チャック。

【請求項5】

前記主ガス通路の幅は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、前記主ガス通路の深さは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、前記主ガス通路の数は９本以上２０本以下であることを特徴とする請求項４に記載の静電チャック。

【請求項6】

前記副ガス通路群は１段のサブガス通路群を含み、前記サブガス通路群は複数の副ガス通路を含み、各前記主ガス通路の排気端はいずれも少なくとも１つの前記副ガス通路の吸気端に連通し、同一の前記主ガス通路に連通する複数の前記副ガス通路は、該主ガス通路の排気端から前記中央吸気孔から離れる異なる方向に延在するか、又は、
前記副ガス通路群は前記中央吸気孔から離れる方向に沿って順に周回している複数段のサブガス通路群を含み、各段の前記サブガス通路群はいずれも複数の副ガス通路を含み、各前記主ガス通路の排気端はいずれもそれに隣接する１段の前記サブガス通路群の少なくとも１つの前記副ガス通路の吸気端に連通し、同一の前記主ガス通路に連通する複数の前記副ガス通路は、該主ガス通路の排気端から前記中央吸気孔から離れる異なる方向に延在し、上流側段の各副ガス通路の排気端はいずれもそれに隣接する下流側段の少なくとも１つの副ガス通路の吸気端に連通し、且つ上流側段の同一の副ガス通路に連通する下流側段の複数の副ガス通路は、該上流側段の副ガス通路の排気端から前記中央吸気孔から離れる異なる方向に延在することを特徴とする請求項４に記載の静電チャック。

【請求項7】

前記副ガス通路の幅は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、前記副ガス通路の深さは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、前記副ガス通路の数は９本以上１００本以下であることを特徴とする請求項６に記載の静電チャック。

【請求項8】

前記副ガス通路群は２段の前記サブガス通路群を含み、それぞれ第１段のガス通路群と第２段のガス通路群であり、前記第１段のガス通路群は複数の第１副ガス通路を含み、各前記主ガス通路の排気端はいずれも３本の前記第１副ガス通路の吸気端に連通し、同一の前記主ガス通路に連通する３本の前記第１副ガス通路のうち、中間の前記第１副ガス通路は、該主ガス通路と同軸であり、両側の２つの前記第１副ガス通路は、中間の前記第１副ガス通路に対して対称的に分布し、異なる前記主ガス通路に連通し、隣接する任意の２本の前記第１副ガス通路の排気端は合流して第１共通排気端を形成し、
前記第２段のガス通路群は複数の第２副ガス通路を含み、同一の前記主ガス通路に連通する３本の前記第１副ガス通路のうち、中間の前記第１副ガス通路の排気端は２本の前記第２副ガス通路の吸気端に連通し、各前記第１共通排気端はいずれも２本の前記第２副ガス通路の吸気端に連通し、且つ、前記第１副ガス通路の排気端に連通する任意の２本の隣接する前記第２副ガス通路と前記第１共通排気端に連通する前記第２副ガス通路の排気端は合流して第２共通排気端を形成し、前記第２共通排気端はいずれも前記環状ガス通路に連通することを特徴とする請求項６に記載の静電チャック。

【請求項9】

前記副ガス通路群は複数の移行ガス通路をさらに含み、各前記移行ガス通路の吸気端は各前記第２共通排気端に１対１で対応して連通し、各前記移行ガス通路の排気端はいずれも前記環状ガス通路に連通することを特徴とする請求項８に記載の静電チャック。

【請求項10】

前記環状ガス通路の環状中心線の直径は２７０ｍｍ以上２９０ｍｍ以下であり、前記環状ガス通路の径方向幅は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、前記環状ガス通路の深さは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の静電チャック。

【請求項11】

前記バンプ構造は、前記非ガス通路領域内に均等に分布する複数のバンプを含み、前記チャック本体の上面の面積に対して複数の前記バンプの前記チャック本体の上面での正投影の合計面積の割合は２％以上１０％以下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12】

前記所定の間隔は２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は１１に記載の静電チャック。

【請求項13】

プロセスチャンバと、前記プロセスチャンバ内に設けられる静電チャックと、を含む半導体加工装置であって、前記静電チャックとして、請求項１～１２のいずれか１項に記載の静電チャックを使用することを特徴とする半導体加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造の分野に関し、具体的には、静電チャック及び半導体加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

静電チャック（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈｕｃｋ、略称：ＥＳＣ）は、プロセス中のウエハの移動やずれを回避するために、静電吸着によってウエハを載置する。プロセスでは、ウエハへの静電チャックの熱伝達能力を向上させ、真空断熱を回避するために、静電チャックとウエハとの間の隙間に一定圧力のバックブローガスを注入する必要もあり、それによって静電チャックがウエハ温度を制御する能力を向上させることができ、また、静電チャックはウエハにＲＦバイアスを供給することもできる。

【0003】

静電チャックは通常、真空チャンバに配置され、物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、略称：ＰＶＤ）装置を例として、ウエハがＰＶＤ装置の真空チャンバ内に搬送されて静電チャック上に配置されると、真空チャンバはバックグラウンド真空状態（バックグラウンド真空度は、通常、１０^－８Ｔｏｒｒ又は１０^－９Ｔｏｒｒオーダーである）になる。このとき、ウエハと静電チャックは真空断熱状態にあり、静電チャックはウエハの温度制御を実現できず、両者間の隙間にバックブローガスを注入して一定のガス圧力（例えば、１～２０Ｔｏｒｒ）に維持する必要があり、バックブローガスが静電チャックとウエハの間で熱伝達を行うことで、静電チャックの温度制御能力を実現することができる。

【0004】

静電チャックは、クーロン型及びジョンセン・ラーベック型（Ｊｏｈｎｓｅｎ－Ｒａｈｂｅｋ ｅｆｆｅｃｔ、略称：Ｊ－Ｒ型）の２種類に分けられ、クーロン型静電チャックの動作原理は、電極とウエハの間に発生する静電引力を利用してウエハを吸着することであり、一方、Ｊ－Ｒ型静電チャックの動作原理は、静電チャックの上面とウエハの間に発生する静電引力を利用してウエハを吸着することである。熱伝達効率を向上させるために、通常、静電チャックの上面にガス通路が設けられ、バックブローガスがガス通路を介してウエハの様々な位置に拡散することに寄与し、しかしながら、上記クーロン型静電チャックは、電極がウエハに近いため、電極の上方の誘電体層の厚さが薄く、上記ガス通路を設けることができず、これに対して、Ｊ－Ｒ型静電チャックは電極がウエハから遠く、電極の上方の誘電体層が厚く、ガス通路を製造することができる。

【0005】

しかしながら、Ｊ－Ｒ型静電チャックの場合、従来のガス通路構造は、バックブローガス圧力の安定性及び均一性がプロセス要件に満たしてＰＶＤプロセスを開始できるにはバックブローガスを長時間（１００ｓ以上）注入する必要があるが、ＰＶＤプロセスの時間は一般に２０～１００ｓの範囲にしかなく、その結果、装置の生産性が低く、工業生産に適用できない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、従来技術の技術的問題の少なくとも１つを解決するために、バックブローガス圧力が安定性及び均一性の要件を満たすことを確保したうえで、バックブローガスのガス注入時間を効果的に短縮させることができ、それによって装置の生産性を向上させることができる静電チャック及び半導体加工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】

【0007】

本発明の目的を実現するために、半導体加工装置に適用され、チャック本体を含み、前記チャック本体の上面には、バンプ構造、中央吸気孔及びガス通路構造が設けられ、前記バンプ構造は、前記チャック本体の上面の非ガス通路領域内に位置し、ウエハを載置することに用いられ、前記バンプ構造は、ウエハを載置するための載置面を有し、前記載置面と前記チャック本体の上面との間に所定の間隔があり、
前記ガス通路構造は、環状ガス通路、主ガス通路群及び副ガス通路群を含み、前記環状ガス通路は、前記チャック本体の上面のエッジに位置し、その内側に熱交換領域を画定することに用いられ、前記主ガス通路群と副ガス通路群はいずれも前記熱交換領域内に分布し、前記主ガス通路群は前記中央吸気孔の周囲を周回しており、前記副ガス通路群は前記主ガス通路群の周囲を周回しており、
前記主ガス通路群は、前記中央吸気孔と前記副ガス通路群にそれぞれ連通し、前記中央吸気孔から流出したバックブローガスを前記副ガス通路群に送る速度を向上させることができるように設けられ、
前記副ガス通路群は、前記主ガス通路群と前記環状ガス通路にそれぞれ連通し、前記バックブローガスを前記熱交換領域の様々な位置に均一に分布させることができるように設けられる静電チャックを提供する。

【0008】

選択可能に、前記チャック本体の上面の指定された領域の面積に対して、前記主ガス通路群の前記チャック本体の上面での正投影の面積の割合は５０％以下であり、前記指定された領域の面積は、前記上面の中心を円心とし、直径が指定された直径である円の面積である。

【0009】

選択可能に、前記指定された直径は５０ｍｍ以下である。

【0010】

選択可能に、前記主ガス通路群は前記中央吸気孔の周方向に均等に分布する複数の主ガス通路を含み、各前記主ガス通路は、いずれも前記中央吸気孔の径方向に設けられ、且つ、各前記主ガス通路の吸気端はいずれも前記中央吸気孔に連通し、各前記主ガス通路の排気端はいずれも前記副ガス通路群に連通する。

【0011】

選択可能に、前記主ガス通路の幅は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、前記主ガス通路の深さは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、前記主ガス通路の数は９本以上２０本以下である。

【0012】

選択可能に、前記副ガス通路群は１段のサブガス通路群を含み、前記サブガス通路群は複数の副ガス通路を含み、各前記主ガス通路の排気端はいずれも少なくとも１つの前記副ガス通路の吸気端に連通し、同一の前記主ガス通路に連通する複数の前記副ガス通路は、該主ガス通路の排気端から前記中央吸気孔から離れる異なる方向に延在するか、又は、
前記副ガス通路群は前記中央吸気孔から離れる方向に沿って順に周回している複数段のサブガス通路群を含み、各段の前記サブガス通路群はいずれも複数の副ガス通路を含み、各前記主ガス通路の排気端はいずれもそれに隣接する１段の前記サブガス通路群の少なくとも１つの前記副ガス通路の吸気端に連通し、同一の前記主ガス通路に連通する複数の前記副ガス通路は、該主ガス通路の排気端から前記中央吸気孔から離れる異なる方向に延在し、上流側段の各副ガス通路の排気端はいずれもそれに隣接する下流側段の少なくとも１つの副ガス通路の吸気端に連通し、且つ上流側段の同一の副ガス通路に連通する下流側段の複数の副ガス通路は、該上流側段の副ガス通路の排気端から前記中央吸気孔から離れる異なる方向に延在する。

【0013】

選択可能に、前記副ガス通路の幅は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、前記副ガス通路の深さは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、前記副ガス通路の数は９本以上１００本以下である。

【0014】

選択可能に、前記副ガス通路群は２段の前記サブガス通路群を含み、それぞれ第１段のガス通路群と第２段のガス通路群であり、前記第１段のガス通路群は複数の第１副ガス通路を含み、各前記主ガス通路の排気端はいずれも３本の前記第１副ガス通路の吸気端に連通し、同一の前記主ガス通路に連通する３本の前記第１副ガス通路のうち、中間の前記第１副ガス通路は、該主ガス通路と同軸であり、両側の２つの前記第１副ガス通路は、中間の前記第１副ガス通路に対して対称的に分布し、異なる前記主ガス通路に連通し、隣接する任意の２本の前記第１副ガス通路の排気端は合流して第１共通排気端を形成し、
前記第２段のガス通路群は複数の第２副ガス通路を含み、同一の前記主ガス通路に連通する３本の前記第１副ガス通路のうち、中間の前記第１副ガス通路の排気端は２本の前記第２副ガス通路の吸気端に連通し、各前記第１共通排気端はいずれも２本の前記第２副ガス通路の吸気端に連通し、且つ、前記第１副ガス通路の排気端に連通する任意の２本の隣接する前記第２副ガス通路と前記第１共通排気端に連通する前記第２副ガス通路の排気端は合流して第２共通排気端を形成し、前記第２共通排気端はいずれも前記環状ガス通路に連通する。

【0015】

選択可能に、前記副ガス通路群は複数の移行ガス通路をさらに含み、各前記移行ガス通路の吸気端は各前記第２共通排気端に１対１で対応して連通し、各前記移行ガス通路の排気端はいずれも前記環状ガス通路に連通する。

【0016】

選択可能に、前記環状ガス通路の環状中心線の直径は２７０ｍｍ以上２９０ｍｍ以下であり、前記環状ガス通路の径方向幅は０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、前記環状ガス通路の深さは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。

【0017】

選択可能に、前記バンプ構造は、前記非ガス通路領域内に均等に分布する複数のバンプを含み、前記チャック本体の上面の面積に対して複数の前記バンプの前記チャック本体の上面での正投影の合計面積の割合は２％以上１０％以下である。

【0018】

選択可能に、前記所定の間隔は２μｍ以上１０μｍ以下である。

【0019】

別の技術案として、本発明は、プロセスチャンバと、前記プロセスチャンバ内に設けられる静電チャックと、を含み、前記静電チャックとして、本発明に係る上記静電チャックを使用する半導体加工装置をさらに提供する。

【0020】

本発明は、以下の有益な効果を有する。

【0021】

本発明に係る静電チャックによれば、ガス通路構造は、環状ガス通路、主ガス通路群及び副ガス通路群を含み、環状ガス通路は、チャック本体の上面のエッジの近くに位置し、その内側に熱交換領域を画定することに用いられ、それによって該領域内のガス圧力がチャンバ圧力の影響を受けないことを確保し、ガス圧力の安定性を確保し、バックブローガスの正常な熱交換を可能にする。主ガス通路群と副ガス通路群はいずれも該熱交換領域内に分布し、主ガス通路群は中央吸気孔の周囲を周回しており、中央吸気孔と副ガス通路群にそれぞれ連通し、中央吸気孔から流出したバックブローガスを副ガス通路群に送る速度を向上させることができるように設けられ、それによってバックブローガスが中央吸気孔から周囲に迅速に拡散できることを確保することができる。副ガス通路群は上記主ガス通路群の周囲を周回しており、主ガス通路群と環状ガス通路にそれぞれ連通し、バックブローガスを熱交換領域の様々な位置に均一に分布させることができるように設けられる。上記主ガス通路群は、バックブローガス圧力が安定性の要件を迅速に満たすようにすることに主要な作用を発揮し、副ガス通路群はバックブローガスが均一性の要件を迅速に満たすようにすることに主要な作用を発揮し、従って、上記主ガス通路群と副ガス通路群を組み合わせて使用することで、バックブローガス圧力が安定性及び均一性の要件を満たすことを確保したうえで、バックブローガスのガス注入時間を効果的に短縮させることができ、それによって装置の生産性を向上させることができる。

【0022】

本発明に係る半導体加工装置によれば、本発明に係る上記静電チャックを使用することで、バックブローガス圧力が安定性及び均一性の要件を満たすことを確保したうえで、バックブローガスのガス注入時間を効果的に短縮させることができ、それによって装置の生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１実施例に係る静電チャックの側面断面模式図である。

【図2】本発明の第１実施例に係る静電チャックのガス通路構造の上面図である。

【図3】本発明の第１実施例に係る静電チャックのガス通路構造の別の上面図である。

【図4】本発明の第２実施例に係る静電チャックのガス通路構造の上面図である。

【図5】本発明の第３実施例に係る静電チャックの全体上面図である。

【図6】図５における静電チャックの部分上面図である。

【図7】本発明の第３実施例で使用された静電チャックと従来技術の静電チャックとの平均ガス圧力－時間曲線の比較図である。

【図8】本発明の第３実施例で使用された静電チャックと従来技術の静電チャックとのガス圧力－ウエハ位置曲線の比較図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

当業者が本発明の技術案をよりよく理解するために、以下、図面を参照しながら、本発明に係る静電チャック及び半導体加工装置について詳しく説明する。

【0025】

第１実施例
図１に示すように、本実施例は、静電チャック１を提供し、それはチャック本体１１を含み、該チャック本体１１内に電極１２が設けられ、該電極１２は通常、直流電源に電気的に接続され、ウエハ吸着用の電力を供給することに用いられる。通常、上記チャック本体１１の電極１２の上方に位置する部分は誘電体層であり、電極１２の下方に位置する部分はベースである。誘電体層とベースはいずれもセラミック材料からなり、上記電極１２は焼結によってセラミック材料の内部に埋め込まれ得る。

【0026】

本実施例に係る静電チャック１は、ジョンセン・ラーベック型（Ｊｏｈｎｓｅｎ－Ｒａｈｂｅｋ ｅｆｆｅｃｔ、略称：Ｊ－Ｒ型）静電チャックであり、その動作原理は、チャック本体１１の上面１１１とウエハ２の間に発生する静電引力を利用してウエハ２を吸着することである。これに基づいて、本実施例では、チャック本体１１の上面１１１にバンプ構造、中央吸気孔及びガス通路構造が設けられ、該バンプ構造は該非ガス通路領域（中央吸気孔及びガス通路構造を除く領域）内に均等に分布する複数のバンプ１３を含み、複数のバンプ１３で構成される載置面はウエハ２を載置することに用いられ、該載置面とチャック本体１１の上面１１１との間に所定の間隔（即ち、バンプ１３の高さ）があり、該所定の間隔は、チャック本体１１の上面１１１とウエハ２の間に十分な静電引力を発生させることができるように設定され、それによってプロセス中のウエハ２の移動やずれを回避することを確保する。

【0027】

下記式は、クーロンの法則の式である。

【0028】

【数1】

【0029】

式中、Ｆは静電引力、Ｋはクーロン定数、Ｑは上面１１１の電荷量、ｑはウエハ２の下面の電荷量、ｒはウエハ２の下面とチャック本体１１の上面１１１との間隔（Ｊ－Ｒ型静電チャックの場合）である。
クーロンの法則の式から分かるように、静電引力Ｆは間隔ｒの二乗に反比例するため、静電引力Ｆの大きさは主に間隔ｒの大きさに依存し、該間隔ｒが小さいほど、静電引力Ｆは大きくなる。また、静電引力Ｆは上面１１１の電荷量Ｑに正比例するため、上面１１１のバンプ構造とガス通路構造を除く領域の面積が大きいほど、静電引力Ｆは大きくなる。

【0030】

上記原理に基づいて、選択可能に、複数のバンプ１３で構成される載置面とチャック本体１１の上面１１１との間の所定の間隔は２μｍ以上１０μｍ以下である。上記所定の間隔を該数値の範囲内に設定することで、所定の間隔が大きすぎるため、静電引力Ｆが不足し、さらにプロセス中のウエハ２の移動やずれを引き起こす可能性を回避することができるだけでなく、所定の間隔がプロセス中にウエハ２と上面１１１の間に注入されるバックブローガスの分子平均自由行程よりも小さいため、バックブローガスの熱伝導性が悪化し、さらに静電チャックの温度制御能力を損なうことを回避することもできる。

【0031】

また、選択可能に、該上面１１１の面積に対して、複数のバンプ１３のチャック本体１１の上面１１１での正投影の合計面積の割合は２％以上１０％以下である。上記割合を該数値範囲内に設定することで、割合が大きすぎるため、上面１１１の面積が不足し、さらに上面１１１の電荷量Ｑの不足を引き起こし、最終的に静電引力Ｆの不足を引き起こすことを回避することができるだけでなく、割合が小さすぎるため、ウエハ２を均一で安定して支持できないことを回避することもできる。

【0032】

いくつかの選択可能な実施例では、複数のバンプ１３は、例えば、図５に示す複数のバンプ１３の配置形態のように、非ガス通路領域において上面１１１の中心を円心とし、半径が異なる複数の円に均等に配置されてもよい。又は、非ガス通路領域においてアレイ状に配置されてもよく、該アレイは、例えば、矩形アレイ又はほかの任意の形状のアレイである。本発明では、複数のバンプ１３の数や配置形態について、特に限定しない。

【0033】

いくつかの選択可能な実施例では、バンプ１３は、ＴＡＣ（水素フリーダイヤモンドライクカーボン膜）材料からフィルター型カソーディック真空アーク（ＦＣＶＡ）方法によって製造される。該方法によって製造されたバンプは、耐摩耗性に優れ、高温に耐えることができ、それによって静電チャックの寿命を延ばすことができる。

【0034】

いくつかの選択可能な実施例では、電極１１とチャック本体１１の上面１１１との間隔は０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、該間隔を該範囲内に設定することで、良好な静電引力Ｆを得ることができる。

【0035】

図２に示すように、中央吸気孔１１２はチャック本体１１の上面１１１の中央位置に位置し、上面１１１とウエハ２の間にバックブローガスを注入することで、両者の熱交換を実現し、それによって静電チャックの温度制御を実現する。

【0036】

図２に示すように、ガス通路構造は、環状ガス通路３１、主ガス通路群及び副ガス通路群を含み、環状ガス通路３１はチャック本体１１の上面１１１のエッジの近くに位置し、その内側に上記熱交換領域（内輪領域１１１ａと外輪領域１１１ｂを含む）を画定することに用いられ、チャック本体１１の上面１１１のエッジ領域１１１ｃがチャンバ内部に連通するため、該領域におけるガス圧力が急に低下し、その結果、該エッジ領域１１１ｃにおけるバックブローガスの熱交換が不能になり、この場合、上記環状ガス通路３１によって、環状ガス通路３１の内側の熱交換領域（内輪領域１１１ａと外輪領域１１１ｂを含む）内のガス圧力がチャンバ圧力の影響を受けないことを確保し、ガス圧力の安定性を確保することができ、バックブローガスの正常な熱交換を可能にする。

【0037】

いくつかの選択可能な実施例では、環状ガス通路３１の環状中心線の直径は、２７０ｍｍ以上２９０ｍｍ以下であり、好ましくは、２８０ｍｍであり、環状ガス通路３１の径方向幅は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、２ｍｍであり、環状ガス通路３１の深さは、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、好ましくは、０．２ｍｍである。上記環状ガス通路３１の環状中心線の直径、径方向幅及び深さの設定範囲によって、上記熱交換領域の面積をできるだけ拡大するのを確保することができるだけでなく、環状ガス通路３１の内側の熱交換領域内のガス圧力がチャンバ圧力の影響を受けないことを確保し、ガス圧力の安定性を確保することもでき、バックブローガスの正常な熱交換を可能にする。

【0038】

主ガス通路群と副ガス通路群はいずれも上記熱交換領域内に分布し、主ガス通路群は、中央吸気孔１１２の周囲を周回しており、例えば、図２における内輪領域１１１ａに位置し、副ガス通路群は該主ガス通路群の周囲を周回しており、例えば、図２における外輪領域１１１ｂに位置し、主ガス通路群は、中央吸気孔１１２と副ガス通路群にそれぞれ連通し、中央吸気孔１１２から流出したバックブローガスを副ガス通路群に送る速度を向上させることができるように設けられ、それによってバックブローガスが中央吸気孔１１２から周囲に迅速に拡散可能であることを確保でき、即ち、バックブローガスの拡散速度を向上させ、該主ガス通路群はバックブローガス圧力が安定性の要件を迅速に満たすようにすることに主要な作用を発揮する。

【0039】

上記主ガス通路群は中央吸気孔１１２に近い内輪領域１１１ａに位置するが、中央吸気孔１１２におけるガス圧力はほかの領域よりも高いため、主ガス通路群のチャック本体１１の上面１１１での正投影の面積が大きすぎると、内輪領域１１１ａのガス圧力が高くなり易く、さらに該領域でウエハの「膨らみ」現象が発生してしまう。該問題を解決するために、指定された領域の面積Ｒに対して、主ガス通路群のチャック本体１１の上面１１１での正投影の面積の割合は５０％以下であり、該指定された領域の面積Ｒは、上面１１１の中心を円心とし、直径が指定された直径である円の面積であり、即ち、上記内輪領域１１１ａの外周縁内の領域である。選択可能に、該指定された直径は、例えば５０ｍｍ以下であり、例えば５０ｍｍである。勿論、バックブローガスが中央吸気孔１１２から周囲に迅速に拡散できることを確保し、バックブローガス圧力が安定性の要件を迅速に満たすようにすることができるために、主ガス通路群のチャック本体１１の上面１１１での正投影の面積は小さすぎることが好ましくない。

【0040】

いくつかの選択可能な実施例では、上記主ガス通路群は中央吸気孔１１２の周方向に均等に分布する複数の主ガス通路３２を含み、各主ガス通路３２はいずれも中央吸気孔１１２の径方向に設けられることで、バックブローガスが外輪領域１１１ｂへ流れる経路を最も短くし、それによってバックブローガスが中央吸気孔１１２から周囲に迅速に拡散できることを確保する。且つ、各主ガス通路３２の吸気端はいずれも中央吸気孔１１２に連通し、各主ガス通路３２の排気端はいずれも副ガス通路群に連通する。中央吸気孔１１２から流出したバックブローガスは同時に各主ガス通路３２を経由して周囲に拡散して副ガス通路群に流入する。

【0041】

いくつかの選択可能な実施例では、上記主ガス通路３２の数、幅、及び深さ等のパラメータを設定することによって、主ガス通路群のチャック本体１１の上面１１１での正投影の面積を調整することができ、例えば、主ガス通路３２の幅は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、２ｍｍであり、主ガス通路３２の深さは、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、好ましくは、０．２ｍｍであり、主ガス通路３２の数は、９本以上２０本以下であり、好ましくは、１０本である。例えば、図２には１５本の主ガス通路３２が示されている。主ガス通路３２の数、幅、及び深さを上記数値範囲内に設定することで、主ガス通路群のチャック本体１１の上面１１１での正投影の面積が大きすぎるため、内輪領域１１１ａのガス圧力が高くなり、さらに該領域でウエハの「膨らみ」現象が発生することを回避することができるだけでなく、バックブローガスが中央吸気孔１１２から周囲に迅速に拡散できるようにチャック本体１１の上面１１１での正投影の面積が十分に大きいのを確保することもでき、それによってバックブローガス圧力が安定性の要件を迅速に満たすことを実現する。

【0042】

なお、主ガス通路群は、上記実施例で使用された構造に限定されず、実際の使用において、ほかの任意の構造を使用してもよく、バックブローガス圧力が安定性の要件を迅速に満たせばよい。

【0043】

副ガス通路群は、上記主ガス通路群と環状ガス通路３１にそれぞれ連通し、バックブローガスを熱交換領域（内輪領域１１１ａと外輪領域１１１ｂを含む）の様々な位置に均一に分布させることができるように設けられ、つまり、副ガス通路群はバックブローガスを迅速に均一に拡散させることができる。副ガス通路群はバックブローガスが均一性の要件を迅速に満たすようにすることに主要な作用を発揮し、従って、上記主ガス通路群と副ガス通路群を組み合わせて使用することで、バックブローガス圧力が安定性及び均一性の要件を満たすことを確保したうえで、バックブローガスのガス注入時間を効果的に短縮させることができ、それによって装置の生産性を向上させることができる。

【0044】

なお、上記主ガス通路群と副ガス通路群が位置するガス通路領域とウエハ表面との間の距離が大きく、上面１１１の非ガス通路領域とウエハ表面との間の距離が小さいため、上記主ガス通路群と副ガス通路群はバックブローガスの拡散をガイドする作用を発揮できるとともに、両者がいずれも非ガス通路領域に連通するため、バックブローガスは順に上記主ガス通路群と副ガス通路群に沿って流れた後、非ガス通路領域にさらに拡散し、最終的に熱交換領域全体にバックブローガスを満たすことを実現し、それによって熱交換領域とウエハ表面と間のガス圧力の均一性及び安定性を実現する。

【0045】

いくつかの選択可能な実施例では、副ガス通路群は１段のサブガス通路群を含み、図２に示すように、該サブガス通路群は、外輪領域１１１ｂ内に位置し、複数の副ガス通路３３を含み、各主ガス通路３２の排気端はいずれも２本の副ガス通路３３の吸気端に連通し、同一の主ガス通路３２に連通する２本の副ガス通路３３は該主ガス通路３２の排気端から中央吸気孔１１２から離れる異なる方向に延在し、例えば、図２において、同一の主ガス通路３２に連通する２本の副ガス通路３３は中央吸気孔１１２から離れるとともに互いに離れる方向に延在し、最終的に、環状ガス通路３１に連通する。２本の副ガス通路３３毎に上記主ガス通路３２の２本の分岐通路として使用されることで、主ガス通路３２から流出したバックブローガスをさらに該主ガス通路３２の排気端から中央吸気孔１１２から離れる異なる方向に拡散させることができ、それによってバックブローガスが均一性の要件を迅速に満たすようにする作用を発揮できる。

【0046】

なお、実際の使用において、同一の主ガス通路３２に連通する副ガス通路３３の数は１本であってもよく、この場合、異なる副ガス通路３３同士を互いに連通させることができ、同様にバックブローガスが均一性の要件を迅速に満たすようにする作用を発揮できる。又は、同一の主ガス通路３２に連通する副ガス通路３３の数は３本以上であってもよく、例えば、図３に示すように、同一の主ガス通路３２に連通する副ガス通路３３の数は３本であってもよく、該数は具体的なニーズに応じて自由に設定することができる。

【0047】

いくつかの選択可能な実施例では、副ガス通路３３の幅は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、好ましくは、２ｍｍであり、副ガス通路３３の深さは、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、好ましくは、０．２ｍｍであり、副ガス通路３３の数は、９本以上１００本以下であり、好ましくは、２０本である。副ガス通路３３の幅、深さ及び数を上記数値範囲内に設定することで、バックブローガスが均一性の要件を迅速に満たすようにする作用を効果的に発揮できる。

【0048】

さらになお、上記副ガス通路３３は、ストレート通路に限定されず、湾曲通路、折線通路等のほかの任意の形状の通路を使用してもよく、本発明では、これについて特に限定しない。

【0049】

第２実施例
図４に示すように、本実施例に係る静電チャックは、副ガス通路群の構造が異なり、複数の移行ガス通路３４が増設されるという点以外、上記第１実施例と同様である。以下、本実施例と上記第１実施例との相違点についてのみ詳しく説明する。

【0050】

具体的には、図４に示すように、チャック本体１１の上面１１１において、外輪領域１１１ｂと環状ガス通路３１との間に環状移行領域１１１ｄがさらに分割され、これに基づいて、副ガス通路群は１段のサブガス通路群を含み、該サブガス通路群は外輪領域１１１ｂ内に位置し、複数の副ガス通路３３を含み、各主ガス通路３２の排気端はいずれも２本の副ガス通路３３の吸気端に連通し、同一の主ガス通路３２に連通する２本の副ガス通路３３は該主ガス通路３２の排気端から中央吸気孔１１２から離れる異なる方向に延在し、例えば、図２において、同一の主ガス通路３２に連通する２本の副ガス通路３３は中央吸気孔１１２から離れるとともに互いに離れる方向に延在し、且つ、異なる主ガス通路３２に連通する隣接する任意の２本の副ガス通路３３の排気端は合流して共通排気端Ａを形成することで、これら２本の副ガス通路３３の相互連通を実現し、それによってバックブローガスが均一性の要件を迅速に満たす効率をさらに向上させることができる。

【0051】

そして、上記副ガス通路群は複数の移行ガス通路３４をさらに含み、複数の移行ガス通路３４は上記環状移行領域１１１ｄに位置し、各移行ガス通路３４の吸気端は各共通排気端Ａに１対１で対応して連通し、各移行ガス通路３４の排気端はいずれも環状ガス通路３１に連通する。移行ガス通路３４によって、互いに連通する複数の副ガス通路３３をさらに環状ガス通路３１に連通させることができる。

【0052】

なお、実際の使用において、上記移行ガス通路３４を省略してもよく、即ち、上記環状移行領域１１１ｄを設けず、上記共通排気端Ａを環状ガス通路３１の位置まで直接延在させて環状ガス通路３１に連通させるようにしてもよい。

【0053】

本実施例に係る静電チャックのほかの構造及び機能は上記第１実施例と同様であり、ここで重複説明を省略する。

【0054】

第３実施例
１つの好ましい実施形態として、図５及び図６に示すように、本実施例に係る静電チャックは、副ガス通路群の構造が異なるという点以外、上記第１、第２実施例と同様である。以下、本実施例と上記第１、第２実施例との相違点についてのみ詳しく説明する。

【0055】

図５及び図６に示すように、副ガス通路群は中央吸気孔１１２から離れる方向に順に周回している２段のサブガス通路群を含み、いずれも上記外輪領域に位置する。２段のサブガス通路群はそれぞれ第１段のガス通路群と第２段のガス通路群であり、第１段のガス通路群は複数の第１副ガス通路３３ａを含み、第２段のガス通路群は複数の第２副ガス通路３３ｂを含む。

【0056】

各主ガス通路３２の排気端はいずれも３本の第１副ガス通路３３ａの吸気端に連通し、同一の主ガス通路３２に連通する３本の第１副ガス通路のうち、中間の第１副ガス通路３３１は該主ガス通路３２と同軸であり、両側の２つの第１副ガス通路３３２は中間の第１副ガス通路３３１に対して対称的に分布し、且つ、異なる主ガス通路３２に連通し、隣接する任意の２本の第１副ガス通路３３１の排気端は合流して第１共通排気端Ａ１を形成し、同一の主ガス通路３２に連通する３本の第１副ガス通路のうち、中間の第１副ガス通路３３１の排気端はいずれも２本の第２副ガス通路３３ｂの吸気端に連通し、各第１共通排気端Ａ１はいずれも２本の第２副ガス通路３３ｂの吸気端に連通し、且つ、第１副ガス通路３３１の排気端に連通する任意の２本の隣接する第２副ガス通路３３ｂと第１共通排気端Ａ１に連通する第２副ガス通路３３ｂの排気端は合流して第２共通排気端Ａ２を形成するか、又は、異なる排気端（中間の第１副ガス通路３３１の排気端及び第１共通排気端Ａ１を含む）に連通し且つ隣接する任意の２本の第２副ガス通路３３ｂの排気端は合流して第２共通排気端Ａ２を形成し、該第２共通排気端３３ｂはいずれも環状ガス通路３１に連通する。

【0057】

選択可能に、上記副ガス通路群は複数の移行ガス通路３４をさらに含み、各移行ガス通路３４の吸気端は各第２共通排気端Ａ２に１対１で対応して連通し、各移行ガス通路３４の排気端はいずれも環状ガス通路３１に連通する。

【0058】

以下、図５に示す静電チャックで使用されたガス通路構造を例として実験を行い、具体的なパラメータとして、主ガス通路３２、副ガス通路３３、環状ガス通路３１及び移行ガス通路３４の幅はいずれも２ｍｍであり、主ガス通路３２の数は１５本であり、副ガス通路の総数は６０本であり、環状ガス通路３１の環状中心線の直径は２８０ｍｍである。

【0059】

図７は、本発明の第３実施例で使用された静電チャックと従来技術の静電チャックとの平均ガス圧力－時間曲線の比較図である。図７に示すように、平均ガス圧力がＢ１線に達すると、このときの平均ガス圧力の大きさがプロセス要件を満たすと判定し、平均ガス圧力がＢ２線に達すると、このときの平均ガス圧力の安定性がプロセス要件を満たすと判定し、このとき、ＰＶＤプロセスを開始することができ、通常、Ｂ１の数値はＢ２の数値の９０％である。曲線Ｓ１は、従来技術の静電チャックの平均ガス圧力－時間曲線であり、曲線Ｓ２は、本発明の第３実施例で使用された静電チャックの平均ガス圧力－時間曲線であり、比較したところ、曲線Ｓ１上のＢ１線に対応する時点ｔ２（１００ｓ以上）が曲線Ｓ２上のＢ１線に対応する時点ｔ１（１２ｓ程度）よりも大きいことが分かり、即ち、本発明の第３実施例で使用された静電チャックは従来技術よりも速くＢ１線とＢ２線に満たすことができ、このことから明らかなように、本実施例に係る静電チャックは、バックブローガス圧力が安定性の要件を満たすことを確保したうえで、バックブローガスのガス注入時間を効果的に短縮させることができる。

【0060】

図８は、本発明の第３実施例で使用された静電チャックと従来技術の静電チャックとのガス圧力－ウエハ位置曲線の比較図である。図８に示すように、曲線Ｓ１は、従来技術の静電チャックのガス圧力－ウエハ位置曲線であり、曲線Ｓ２は、本発明の第３実施例で使用された静電チャックのガス圧力－ウエハ位置曲線であり、比較したところ、曲線Ｓ１のガス圧力の大きさがウエハの中央位置（１５０ｍｍ）からエッジ位置に徐々に小さくなり、且つ中央位置における最高ガス圧力が６８０Ｐａであり、エッジ位置における最低ガス圧力が３４０Ｐａであり、ガス圧力の均一性が悪いことが分かった。曲線Ｓ２について、ウエハの中央位置（１５０ｍｍ）におけるガス圧力とエッジ位置におけるガス圧力との差は非常に小さく、いずれも６８０Ｐａ程度であり、このことから明らかなように、本実施例に係る静電チャックは、バックブローガス圧力の安定性を効果的に向上させることができる。

【0061】

なお、上記第３実施例は好ましい実施例を示すものに過ぎず、本発明はこれに限定されず、実際の使用において、副ガス通路群は、中央吸気孔１１２から離れる方向に沿って順に周回している３段以上のサブガス通路群を含んでもよく、この場合、各主ガス通路３２の排気端はいずれもそれに隣接する１段のサブガス通路群の少なくとも１つの副ガス通路の吸気端に連通し、同一の主ガス通路３２に連通する複数の副ガス通路は、該主ガス通路３２の排気端から中央吸気孔１１２から離れる異なる方向に延在し、上流側段の各副ガス通路の排気端はいずれもそれに隣接する下流側段の少なくとも１つの副ガス通路の吸気端に連通し、且つ上流側段の同一の副ガス通路に連通する下流側段の複数の副ガス通路は、該上流側段の副ガス通路の排気端から中央吸気孔１１２から離れる異なる方向に延在する。

【0062】

本実施例に係る静電チャックのほかの構造及び機能は上記第１、第２実施例と同様であり、ここで重複説明を省略する。

【0063】

以上のように、本発明の上記各実施例に係る静電チャックは、上記主ガス通路群と副ガス通路群を組み合わせて使用することで、バックブローガス圧力が安定性及び均一性の要件を満たすことを確保したうえで、バックブローガスのガス注入時間を効果的に短縮させることができ、それによって装置の生産性を向上させることができる。

【0064】

別の技術案として、本発明の実施例は半導体加工装置をさらに提供し、プロセスチャンバと、該プロセスチャンバ内に設けられる静電チャックと、を含み、該静電チャックとして、本発明の上記各実施例に係る静電チャックを使用する。

【0065】

本発明の実施例に係る半導体加工装置は、本発明の実施例に係る上記静電チャックを使用することで、バックブローガス圧力が安定性及び均一性の要件を満たすことを確保したうえで、バックブローガスのガス注入時間を効果的に短縮させることができ、それによって装置の生産性を向上させることができる。

【0066】

なお、以上の実施形態は、本発明の原理を説明するために採用した例示的な実施形態に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の趣旨及び本質を逸脱することなく、種々の変形や改良を行うことができ、これらの変形や改良も本発明の保護範囲とみなされる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】