JP2024138913A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】基板の面内温度分布のばらつきを十分に抑制す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、誘電体基板１００に内蔵された吸着電極１３０と、誘電体基板１００の面１２０に設けられた電極端子５０と、吸着電極１３０と電極端子５０との間を電気的に接続する接続部４００と、を備える。接続部４００は、誘電体基板１００の面１１０に対して平行な平板状のパッド部４１０と、面１１０に対して垂直な柱状のビア部４２０と、を含み、面１１０に対して垂直な方向に沿ってパッド部４１０とビア部４２０とが交互に並び、且つ互いに接続されたものである。パッド部４１０に対し一方側から接続されているビア部４２０の接続位置と、他方側から接続されているビア部４２０の接続位置とが、上面視において互いに異なっている。
【選択図】図２

Description

本発明は静電チャックに関する。

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。

誘電体基板の内部には、載置面と略平行な導体層が埋め込まれる。導体層は、例えば上記の吸着電極であるが、誘電体基板を加熱するためのヒーターやＲＦ電極等が導体層として埋め込まれる場合もある。

誘電体基板のうち載置面とは反対側となる位置には、導体層への給電を行うための電極部（例えば電極端子）が設けられる。導体層と電極部との間は、誘電体基板の内部に設けられた接続部によって電気的に接続される。

下記特許文献１に記載されているように、接続部の構成としては、平板状のパッド部と、柱状のビア部と、を交互に並べた構成が知られている。このような構成の接続部は、例えば、グリーンシートを積層することで誘電体基板を製造する場合等において好適である。

中国特許出願公開第１１３７０７５９４号明細書

積層されたグリーンシートが焼成される際には、グリーンシートやビア部等のそれぞれが収縮する。一般に、ビア部の収縮量は、その周囲にあるグリーンシートの収縮量に比べると僅かに大きい。

上記特許文献１に記載された静電チャックでは、載置面に対し垂直な方向に並ぶ複数のビア部のそれぞれが、一直線状に並んでいる。このため、誘電体基板の焼成時においてそれぞれのビア部が収縮すると、一直線状に並んでいるそれぞれのビア部の収縮量が積算される結果、全体においては比較的大きな収縮が生じてしまうこととなる。導体層と電極部との間を繋ぐ接続部が、周囲のグリーンシートに比べて大きく収縮するので、接続部の一部において断線等の不具合が生じ、導体層への給電が適切に行われなくなってしまう可能性がある。

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、誘電体基板に内蔵された導体層への給電を安定して行うことのできる静電チャック、を提供することにある。

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、被吸着物が載置される載置面を有する誘電体基板と、誘電体基板に内蔵された導体層と、誘電体基板のうち載置面とは反対側となる位置に設けられた電極部と、導体層と電極部との間を電気的に接続する部分であって、載置面に対し垂直な方向から見た場合において、電極部と重なる範囲内に設けられた接続部と、を備える。接続部は、載置面に対して平行な平板状のパッド部と、載置面に対して垂直な柱状のビア部と、を含み、載置面に対して垂直な方向に沿ってパッド部とビア部とが交互に並び、且つ互いに接続されたものであり、パッド部に対し一方側から接続されているビア部の接続位置と、当該パッド部に対し他方側から接続されているビア部の接続位置とが、載置面に対し垂直な方向から見た場合において互いに異なっている。

このような構成の静電チャックでは、載置面に対し垂直な方向に並ぶ複数のビア部のそれぞれが、従来のような一直線状に並ぶのではなく、載置面に対し垂直な方向から見た場合において互いに異なる位置で、パッド部を介して繋がるように並ぶ。焼成時においてそれぞれのビア部が収縮しても、それぞれの収縮量が積算されてしまうことが無いため、接続部の一部における断線等が発生する可能性は極めて小さくなる。これにより、誘電体基板に内蔵された導体層への給電を安定して行うことが可能となる。

また、本発明に係る静電チャックでは、パッド部には、載置面に対し垂直な方向に沿った同じ側から２つのビア部が接続されており、載置面に対し垂直な方向から見た場合においては、これら２つのビア部が、パッド部の中心を間に挟んで並ぶように配置されていることも好ましい。同じ段位置にある２つのビア部を、パッド部の中心を間に挟んで並ぶように配置することで、異なる段位置にあるビア部同士を、一直線状に並ばないように配置するための余地を広く確保することが可能となる。

また、本発明に係る静電チャックでは、パッド部に対し一方側から接続されている２つのビア部が並ぶ方向、を第１方向とし、当該パッド部に対し他方側から接続されている２つのビア部が並ぶ方向、を第２方向としたときに、第１方向と第２方向とが互いに異なっていることも好ましい。第１方向と第２方向とを互いに異ならせることで、パッド部を挟む一対のビア部のそれぞれの接続位置を、容易に異ならせることが可能となる。

また、本発明に係る静電チャックでは、第１方向と第２方向との間のなす角度が９０度であることも好ましい。パッド部を挟む一対のビア部のそれぞれの接続位置を、互いに最も遠ざけることが可能となる。

本発明によれば、誘電体基板に内蔵された導体層への給電を安定して行うことのできる静電チャック、を提供することができる。

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。 接続部及びその近傍の具体的な構成を示す断面図である。 接続部の具体的な構成を示す斜視図である。 １つのパッド部に繋がる４つのビア部の配置について説明するための図である。

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。

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。

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。

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、例えば高純度の酸化アルミニウム（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。

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。

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。尚、吸着電極１３０は、概ね全体が面１１０に対し平行となっていればよく、一部において、面１１０に対し平行ではない部分を含んでいてもよい。後述の接続部４００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。

それぞれの吸着電極１３０に対応して、面１２０には電極端子５０が埋め込まれている。電極端子５０と吸着電極１３０との間は、誘電体基板１００の内部に設けられた接続部４００によって電気的に接続されている。それぞれの電極端子５０には給電路１３の一端が接続されている。給電路１３は導電性の金属部材（例えばバスバー）であって、ベースプレート２００に設けられた不図示の貫通穴を通じて外部へと引き出されている。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。電極端子５０は、誘電体基板１００のうち面１１０とは反対側となる位置において、外部からの給電を受ける部分となっている。電極端子５０は、本実施形態における「電極部」に該当する。

接続部４００、電極端子５０、及び給電路１３は、吸着電極１３０に電圧を印加するための電路を構成している。図１においては、接続部４００等の構成が簡略化して描かれている。接続部４００の具体的な構成については後に説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。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２１０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。面２１０を含むベースプレート２００の表面は、例えばアルミナ溶射膜のような絶縁膜で覆われていてもよい。

接合層３００は、誘電体基板１００とベースプレート２００との間に設けられた層であって、両者を接合している。接合層３００は、絶縁性の材料からなる接着材を硬化させたものである。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。

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。

誘電体基板１００のうち、接続部４００及びその近傍部分の具体的な構成について説明する。図２には、当該部分の構成が断面図として示されている。図３には、接続部４００の構成が斜視図として示されている。

図２に示されるように、誘電体基板１００の面１２０には凹部１２１が形成されており、電極端子５０は、凹部１２１の中に埋め込まれた状態で保持されている。電極端子５０は略円柱形状の金属端子である。電極端子５０の中心軸は、面１１０や面１２０に対して垂直である。図２において符号「５１」が付されているのは、凹部１２１の底面（図２では上側の面）を覆うように設けられたろう材であって、例えば銀ろうである。電極端子５０は、このろう材５１を介して凹部１２１に固定されている。

先に述べた「電極部」は、接続部４００に対し面１２０側から繋がっており、外部から電圧が印加される部分、と定義することができる。このため、電極端子５０にろう材５１を加えたものの全体を、「電極部」と捉えてもよい。

図２の範囲Ｄは、上面視において電極端子５０と重なる範囲を表している。同図に示されるように、電極端子５０と吸着電極１３０との間を繋ぐ接続部４００は、その全体が範囲Ｄの内側に収まるように設けられている。このような態様に換えて、接続部４００のうちの一部（例えば後述のパッド部４１０）が、範囲Ｄの外まで伸びているような態様であってもよい。

接続部４００は、複数のパッド部４１０及び複数のビア部４２０を有しており、これらが互いに接続された構成を有している。複数のパッド部４１０及び複数のビア部４２０は、面１１０に垂直な方向に沿って交互に並んでいる。

図３に示されるように、パッド部４１０は、上面視における形状が円形となるように形成された平板状の層である。それぞれのパッド部４１０は面１１０に対し平行である。尚、パッド部４１０は、概ね全体が面１１０に対し平行となっていればよく、一部において、面１１０に対し平行ではない部分を含んでいてもよい。

本実施形態の誘電体基板１００は、所謂グリーンシートを複数枚積層し、これを焼成することにより形成されている。それぞれのパッド部４１０が設けられている位置は、積層されたグリーンシートの境界部分に該当する。パッド部４１０は、例えば、グリーンシートの一方側の面の円形領域に、導電性のペーストを塗布することにより形成されたものである。「導電性のペースト」とは、例えばタングステンペーストである。

ビア部４２０は、面１１０に垂直な方向に沿って伸びるように形成された略円柱形状の部分である。ビア部４２０は、グリーンシートのうち上記の円形領域を貫くように貫通穴（ビア）を形成し、当該貫通穴に導電性のペーストを充填することによって形成されたものである。充填される導電性のペーストは、パッド部４１０と同じタングステンペーストであってもよいが、これとは異なる材料であってもよい。

面１１０に垂直な方向における各グリーンシートの位置、のことを、以下では「段位置」のようにも表記する。図２や図３に示されるように、本実施形態のビア部４２０は、６つの段位置のそれぞれに配置されており、それぞれの段位置にはビア部４２０が２つずつ配置されている。

図４には、接続部４００に含まれる１つのパッド部４１０と、これに繋がる計４つのビア部４２０と、が上面視で模式的に示されている。図４において符号「４２０Ａ」が付されているのは、同図のパッド部４１０に対して紙面手前側の段位置から接続されているビア部４２０である。図４において符号「４２０Ｂ」が付されているのは、同図のパッド部４１０に対して紙面奥側側の段位置から接続されているビア部４２０である。

図４等に示されるように、本実施形態の接続部４００では、パッド部４１０に対し一方側から接続されているビア部４２０Ａの接続位置と、当該パッド部４１０に対し他方側から接続されているビア部４２０Ｂの接続位置とが、上面視において互いに異なるよう、それぞれのビア部４２０が配置されている。換言すれば、パッド部４１０を間に挟んで一直線状に並ぶような一対のビア部４２０は存在しない。

尚、上記において接続位置が「互いに異なる」とは、パッド部４１０に対し一方側から接続されているビア部４２０Ａの接続位置と、当該パッド部４１０に対し他方側から接続されているビア部４２０Ｂの接続位置とが、上面視において互いに一切重なっていないことを意味する。このような態様に換えて、それぞれの接続位置の一部同士が互いに重なっている状態となっていてもよい。

このような構成としたことの利点について説明する。本実施形態のように、グリーンシートを積層し焼成することで誘電体基板１００を製造する場合には、焼成時において、グリーンシートやビア部４２０等のそれぞれが収縮する。一般に、ビア部４２０の収縮量は、その周囲にあるグリーンシートの収縮量に比べると僅かに大きくなることが多い。

仮に、異なる段位置にあるビア部４２０のそれぞれを一直線状に並ぶように配置した場合には、焼成時においてそれぞれのビア部４２０が収縮すると、一直線状に並んでいるそれぞれのビア部４２０の収縮量が積算される結果、全体においては比較的大きな収縮が生じてしまうこととなる。吸着電極１３０と電極端子５０との間を繋ぐ接続部４００が、周囲のグリーンシートに比べて大きく収縮するので、接続部４００の一部において断線等の不具合が生じ、吸着電極１３０への給電が適切に行われなくなってしまう可能性がある。

そこで、本実施形態に係る静電チャック１０では上記のように、パッド部４１０を間に挟むビア部４２０が一直線状に並ばないよう、接続部４００におけるビア部４２０の配置を工夫している。

このような構成においては、焼成時においてそれぞれのビア部４２０が収縮しても、それぞれの収縮量が積算されてしまうことが無いため、接続部４００の一部における断線等が発生する可能性は極めて小さくなっている。これにより、誘電体基板１００に内蔵された吸着電極１３０への給電を安定して行うことが可能となっている。

図３や図４に示されるように、１つのパッド部４１０には、面１１０に対し垂直な方向に沿った同じ側から２つのビア部４２０が接続されている。このうち、図４において紙面手前側にある一対のビア部４２０Ａの、それぞれの中心をＣ１とすると、上面視におけるパッド部４１０の中心Ｃ０は、Ｃ１同士を結ぶ直線上に存在している。同様に、図４において紙面奥側にある一対のビア部４２０Ｂの、それぞれの中心をＣ２とすると、上面視におけるパッド部４１０の中心Ｃ０は、Ｃ２同士を結ぶ直線上に存在している。

このように、本実施形態では、同じ段位置にある２つのビア部４２０が、上面視において、パッド部４１０の中心Ｃ０を間に挟んで並ぶように配置されている。それぞれの段位置にあるビア部４２０をこのように配置することで、異なる段位置にあるビア部４２０同士を、一直線状に並ばないように配置するための余地が広く確保されている。

図４において、一方のＣ１から他方のＣ１に向かう方向、すなわち、図４のパッド部４１０に対し一方側から接続されている２つのビア部４２０Ａが並ぶ方向のことを、以下では「第１方向ＡＲ１」とも称する。また、一方のＣ２から他方のＣ２に向かう方向、すなわち、図４のパッド部４１０に対し他方側から接続されている２つのビア部４２０Ｂが並ぶ方向のことを、以下では「第２方向ＡＲ２」とも称する。

本実施形態では、このように定義される第１方向ＡＲ１及び第２方向ＡＲ２を互いに異ならせることで、パッド部４１０を挟む一対のビア部４２０Ａ、４２０Ｂのそれぞれの接続位置を、容易に異ならせることが可能となっている。

第１方向ＡＲ１と第２方向ＡＲ２との間のなす角度θは、本実施形態では９０度となっている。このような構成とすることで、パッド部４１０を挟む一対のビア部４２０Ａ、４２０Ｂのそれぞれの接続位置を、互いに最も遠ざけることが可能となっている。

以上に説明した接続部４００等の構成については、種々の変更を加えることができる。本実施形態では、誘電体基板１００の面１２０に設けられた電極端子５０やろう材５１が、外部からの給電を受ける「電極部」に該当している。このような態様に換えて、例えば、ろう材５１の位置に板状の金属を配置した上で、外部から挿入された棒状のピンを当該金属に当接させる構成としてもよい。この場合は、上記の板状の金属が「電極部」に該当することとなる。

本実施形態では、誘電体基板１００の内部に設けられた吸着電極１３０が「導体層」に該当しており、吸着電極１３０に繋がるように接続部４００が設けられている。このような態様に換えて、誘電体基板１００の内部の「導体層」としてＲＦ電極又は電気ヒーターが設けられ、これらに繋がるように接続部４００が設けられた構成としてもよい。

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。

Ｗ：基板
１０：静電チャック
１００：誘電体基板
１１０，１２０：面
１３０：吸着電極
４００：接続部
４１０：パッド部
４２０：ビア部

Claims (4)

1. 被吸着物が載置される載置面を有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板に内蔵された導体層と、
   前記誘電体基板のうち前記載置面とは反対側となる位置に設けられた電極部と、
   前記導体層と前記電極部との間を電気的に接続する部分であって、前記載置面に対し垂直な方向から見た場合において、前記電極部と重なる範囲内に設けられた接続部と、を備え、
   前記接続部は、
   前記載置面に対して平行な平板状のパッド部と、
   前記載置面に対して垂直な柱状のビア部と、を含み、
   前記載置面に対して垂直な方向に沿って前記パッド部と前記ビア部とが交互に並び、且つ互いに接続されたものであり、
   前記パッド部に対し一方側から接続されている前記ビア部の接続位置と、当該パッド部に対し他方側から接続されている前記ビア部の接続位置とが、前記載置面に対し垂直な方向から見た場合において互いに異なっていることを特徴とする静電チャック。
2. 前記パッド部には、
   前記載置面に対し垂直な方向に沿った同じ側から２つの前記ビア部が接続されており、
   前記載置面に対し垂直な方向から見た場合においては、これら２つの前記ビア部が、前記パッド部の中心を間に挟んで並ぶように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記パッド部に対し一方側から接続されている２つの前記ビア部が並ぶ方向、を第１方向とし、
   当該パッド部に対し他方側から接続されている２つの前記ビア部が並ぶ方向、を第２方向としたときに、
   前記第１方向と前記第２方向とが互いに異なっていることを特徴とする、請求項２に記載の静電チャック。
4. 前記第１方向と前記第２方向との間のなす角度が９０度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。

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