JP6158634B2

JP6158634B2 - Electrostatic chuck

Info

Publication number: JP6158634B2
Application number: JP2013164284A
Authority: JP
Inventors: 要三輪
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-08-07
Also published as: JP2015035446A

Description

本発明は、例えば、半導体ウェハの固定、半導体ウェハの平面度の矯正等に用いられる静電チャックに関する。 The present invention relates to an electrostatic chuck used for fixing a semiconductor wafer, correcting the flatness of a semiconductor wafer, and the like.

従来、半導体製造装置では、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）に対してドライエッチング（例えばプラズマエッチング）等の処理が行われている。このドライエッチング等の加工精度を高めるためには、半導体ウェハを確実に固定しておく必要がある。そのため、半導体ウェハを固定する固定手段として、静電引力によって半導体ウェハを固定する静電チャックが提案されている。 Conventionally, in a semiconductor manufacturing apparatus, a process such as dry etching (for example, plasma etching) is performed on a semiconductor wafer (for example, a silicon wafer). In order to improve processing accuracy such as dry etching, it is necessary to securely fix the semiconductor wafer. For this reason, an electrostatic chuck for fixing a semiconductor wafer by electrostatic attraction has been proposed as a fixing means for fixing the semiconductor wafer.

例えば、特許文献１に記載の静電チャックでは、セラミック絶縁板（セラミック吸着部）内に吸着用電極を有しており、その吸着用電極に電圧を印加させた際に生じる静電引力を用いて、半導体ウェハをセラミック絶縁板の上面（吸着面）に吸着させるようになっている。この静電チャックは、セラミック絶縁板の下面に金属ベース部を接合することによって構成されている。 For example, the electrostatic chuck described in Patent Document 1 has an adsorption electrode in a ceramic insulating plate (ceramic adsorption portion), and uses an electrostatic attractive force generated when a voltage is applied to the adsorption electrode. Thus, the semiconductor wafer is adsorbed on the upper surface (adsorption surface) of the ceramic insulating plate. This electrostatic chuck is configured by joining a metal base portion to the lower surface of a ceramic insulating plate.

近年、半導体ウェハの加工を好適に行うために、静電チャックに半導体ウェハの温度を調整する機能を持たせた技術が知られている。例えば、特許文献２には、熱伝導率が高い金属ベース部内に電熱ヒータを設けた静電チャックが開示されている。これによれば、熱伝導率の高い金属ベース部を通じて静電チャック全体に熱が均一に伝わりやすくなるため、セラミック絶縁板の吸着面に吸着された半導体ウェハの均熱化を図ることができ、加工精度を向上させることができる。 2. Description of the Related Art In recent years, a technique in which an electrostatic chuck has a function of adjusting the temperature of a semiconductor wafer is known in order to suitably process a semiconductor wafer. For example, Patent Document 2 discloses an electrostatic chuck in which an electric heater is provided in a metal base portion having high thermal conductivity. According to this, since it becomes easy to transmit heat to the entire electrostatic chuck through the metal base portion having high thermal conductivity, it is possible to equalize the semiconductor wafer adsorbed on the adsorption surface of the ceramic insulating plate, Processing accuracy can be improved.

特開２００８−２０５５１０号公報JP 2008-205510 A 特開平９−２０５１３４号公報JP-A-9-205134

ところで、半導体ウェハに対するドライエッチング等の処理では、半導体ウェハを異なる温度に制御し、それぞれの温度で処理を行う場合がある。しかしながら、前記特許文献２のように、金属ベース部内に電熱ヒータを設けた場合には、制御する温度の差が大きければ大きいほど、半導体ウェハの温度制御を精度良く行うことができないという問題がある。 By the way, in processing such as dry etching on a semiconductor wafer, the semiconductor wafer may be controlled at different temperatures and processing may be performed at each temperature. However, as in Patent Document 2, when an electric heater is provided in the metal base portion, there is a problem that the temperature control of the semiconductor wafer cannot be performed more accurately as the temperature difference to be controlled is larger. .

すなわち、金属ベース部内に電熱ヒータを設ける構成とした場合、電熱ヒータ発熱時の静電チャック全体の温度を安定化させる目的で、例えば、金属ベース部内に冷媒流路を設けることがある。そして、例えば、半導体ウェハを異なる温度に制御する際、高い方の温度に制御する場合には、低い方の温度に制御する場合に比べて電熱ヒータの発熱時に投入する電力量を大きくする。 That is, when the electric heater is provided in the metal base portion, for example, a coolant channel may be provided in the metal base portion for the purpose of stabilizing the temperature of the entire electrostatic chuck when the electric heater generates heat. For example, when the semiconductor wafer is controlled to a different temperature, when the temperature is controlled to a higher temperature, the amount of electric power input when the electric heater is heated is larger than when the temperature is controlled to a lower temperature.

このとき、金属ベース部内に設けられた冷媒流路を流通する冷媒によってヒータ部が冷やされてしまい（ヒータ部の熱が逃げてしまい）、投入した電力量に対してヒータ部を効率よく発熱させることができない場合がある。そのため、半導体ウェハの温度制御に必要となる電熱ヒータへの投入電力量が大きくなったり、温度制御に要する時間が長くなったりする。この問題は、制御する温度の差が大きければ大きいほど顕著となる。言い換えれば、制御する温度差を大きくすることができず、制御する温度に制限が生じてしまう。 At this time, the heater part is cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant flow path provided in the metal base part (the heat of the heater part escapes), and the heater part efficiently generates heat with respect to the input electric power. It may not be possible. For this reason, the amount of electric power supplied to the electric heater required for temperature control of the semiconductor wafer increases, and the time required for temperature control increases. This problem becomes more prominent as the difference in temperature to be controlled increases. In other words, the temperature difference to be controlled cannot be increased, and the temperature to be controlled is limited.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、被吸着物の均熱化を図りながら、被吸着物の温度制御を容易かつ効率的に行うことができる静電チャックを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and intends to provide an electrostatic chuck capable of easily and efficiently performing temperature control of an object to be adsorbed while achieving uniform temperature of the object to be adsorbed. Is.

本発明の静電チャックは、金属ベース部と、該金属ベース部上に配置され、静電引力によって被吸着物を吸着する吸着用電極を有し、かつ、前記金属ベース部よりも熱伝導率が低いセラミック吸着部とを備え、前記金属ベース部には、冷媒を流通させる冷媒流路を有する冷却部と、前記金属ベース部と前記セラミック吸着部との積層方向において前記冷却部よりも前記セラミック吸着部側に配置されたヒータ部とが設けられており、前記積層方向において、前記冷却部と前記ヒータ部との間には、前記金属ベース部よりも熱伝導率が低い断熱部が配置されており、該断熱部は、前記金属ベース部に対してろう付けにより接合されていることを特徴とする。 The electrostatic chuck of the present invention has a metal base portion and an electrode for adsorption that is disposed on the metal base portion and adsorbs an object to be adsorbed by electrostatic attraction, and has a thermal conductivity higher than that of the metal base portion. A low-temperature ceramic adsorbing part, and the metal base part includes a cooling part having a refrigerant flow path for circulating a refrigerant, and the ceramic is more than the cooling part in the stacking direction of the metal base part and the ceramic adsorbing part. A heater unit disposed on the suction unit side, and a heat insulating unit having a lower thermal conductivity than the metal base unit is disposed between the cooling unit and the heater unit in the stacking direction. The heat insulating part is joined to the metal base part by brazing.

前記静電チャックにおいて、金属ベース部には、冷却部とヒータ部とが設けられている。そのため、ヒータ部を発熱させることにより、熱伝導率の高い金属ベース部を通じて、セラミック吸着部を含む静電チャック全体を均一に加熱することができる。また、冷却部の冷媒流路に冷媒を流通させることにより、静電チャック全体の温度を安定化させることができる。これにより、セラミック吸着部に吸着された半導体ウェハ等の被吸着物の均熱化を図り、ドライエッチング等の処理における加工精度を向上させることができる。 In the electrostatic chuck, the metal base portion is provided with a cooling portion and a heater portion. Therefore, by heating the heater part, the entire electrostatic chuck including the ceramic suction part can be uniformly heated through the metal base part having high thermal conductivity. Moreover, the temperature of the whole electrostatic chuck can be stabilized by circulating the refrigerant through the refrigerant flow path of the cooling unit. Thereby, it is possible to equalize the object to be adsorbed such as a semiconductor wafer adsorbed on the ceramic adsorbing portion, and to improve the processing accuracy in processing such as dry etching.

また、金属ベース部において、冷却部とヒータ部との間には、金属ベース部よりも熱伝導率が低い断熱部が配置されている。これにより、半導体ウェハ等の被吸着物に対するドライエッチング等の処理において、静電チャック（セラミック吸着部）を介して被吸着物を異なる温度に制御する際、温度差が大きい場合であっても、その温度制御を容易かつ効率的に行うことができる。 In the metal base part, a heat insulating part having a lower thermal conductivity than the metal base part is disposed between the cooling part and the heater part. Thereby, in the process such as dry etching for the object to be adsorbed such as a semiconductor wafer, when the object to be adsorbed is controlled to a different temperature via the electrostatic chuck (ceramic adsorption unit), even if the temperature difference is large, The temperature control can be easily and efficiently performed.

すなわち、半導体ウェハ等の被吸着物を異なる温度に制御する際、高い方の温度に制御する場合には、低い方の温度に制御する場合に比べて電熱ヒータの発熱時に投入する電力量を大きくする。そして、冷却部の冷媒流路に冷媒を流通させることによって静電チャック全体の温度の安定化を図る。このとき、冷却部とヒータ部との間に配置された断熱部により、ヒータ部から冷却部への熱の伝達（ヒータ部の熱の逃げ）を抑制することができる。 That is, when controlling the object to be adsorbed, such as a semiconductor wafer, to a different temperature, when controlling to a higher temperature, the amount of power input when the electric heater is heated is larger than when controlling to a lower temperature. To do. Then, the temperature of the entire electrostatic chuck is stabilized by circulating the refrigerant through the refrigerant flow path of the cooling unit. At this time, heat transmission from the heater unit to the cooling unit (heat escape from the heater unit) can be suppressed by the heat insulating unit disposed between the cooling unit and the heater unit.

そのため、投入された電力量に応じてヒータ部を効率よく発熱させることができ、静電チャック（セラミック吸着部）を介して被吸着物の温度制御を容易に行うことができる。そして、従来のように温度制御の際（特に高い方の温度に制御する場合）に必要となるヒータ部への投入電力量が大きくなったり、温度制御に要する時間が長くなったりすることを抑制することができる。これにより、被吸着物を異なる温度に制御する際、温度差が大きい場合であっても、その温度制御を容易かつ効率的に行うことができる。 Therefore, the heater unit can efficiently generate heat according to the amount of electric power input, and the temperature of the object to be adsorbed can be easily controlled via the electrostatic chuck (ceramic adsorption unit). In addition, as in the conventional case, it is possible to prevent an increase in the amount of power input to the heater unit required for temperature control (especially when controlling to a higher temperature) and an increase in time required for temperature control. can do. Thereby, when controlling a to-be-adsorbed object to different temperature, even if a temperature difference is large, the temperature control can be performed easily and efficiently.

また、断熱部は、金属ベース部に対してろう付けにより接合されている。そのため、樹脂接着剤等を用いた場合に比べて、断熱部を金属ベース部に対して強固に接合することができる。例えば、断熱部を金属ベース部と同様に金属材料により構成すれば、金属同士の接合となるため、ろう付けによる接合が容易となり、その効果を高めることができる。また、セラミックと金属との接合等のように両者の熱膨張を考慮しなければならないと、熱膨張を緩和する樹脂接着剤等を用いる必要があるが、金属同士であればそのような考慮はしなくてよいため、ろう付けによる接合が非常に有効である。 The heat insulating part is joined to the metal base part by brazing. Therefore, compared with the case where a resin adhesive etc. are used, a heat insulation part can be firmly joined with respect to a metal base part. For example, if the heat insulating part is made of a metal material in the same manner as the metal base part, the metal parts are joined to each other, so that joining by brazing becomes easy and the effect can be enhanced. Also, if the thermal expansion of both must be taken into account, such as bonding between ceramic and metal, it is necessary to use a resin adhesive etc. that relieves thermal expansion, Therefore, joining by brazing is very effective.

このように、本発明によれば、被吸着物の均熱化を図りながら、被吸着物の温度制御を容易かつ効率的に行うことができる静電チャックを提供することができる。
なお、前記静電チャックにおいて、金属ベース部、セラミック吸着部の熱伝導率とは、金属ベース部、セラミック吸着部を主に構成する材料の熱伝導率を示す。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electrostatic chuck capable of easily and efficiently controlling the temperature of an object to be adsorbed while achieving uniform temperature of the object to be adsorbed.
In the electrostatic chuck, the thermal conductivity of the metal base portion and the ceramic suction portion refers to the thermal conductivity of the material mainly constituting the metal base portion and the ceramic suction portion.

また、前記断熱部は、前記積層方向に直交する方向において、前記ヒータ部よりも外径が大きい部分が存在してもよい。この場合には、断熱部によって、ヒータ部から冷却部への熱の伝達（ヒータ部の熱の逃げ）をより一層抑制することができる。 Further, the heat insulating part may have a portion having an outer diameter larger than that of the heater part in a direction orthogonal to the stacking direction. In this case, the heat transfer from the heater unit to the cooling unit (heat escape from the heater unit) can be further suppressed by the heat insulating unit.

また、前記断熱部は、前記金属ベース部内に埋設されていてもよい。この場合には、断熱部が例えばポーラス体であってもバルク体であっても使用することができる。これにより、断熱部に用いる材料、断熱部の形態（ポーラス体、バルク体）等の選択自由度を高めることができる。また、断熱部をポーラス体とした場合には、例えば、半導体ウェハ等に対するドライエッチング等の処理に用いられる反応性ガスによる断熱部の腐食を防止することができる。 Moreover, the said heat insulation part may be embed | buried in the said metal base part. In this case, the heat insulating portion can be used, for example, a porous body or a bulk body. Thereby, the freedom degree of selection, such as the material used for a heat insulation part and the form (porous body, bulk body) of a heat insulation part, can be raised. Further, when the heat insulating portion is made of a porous body, for example, corrosion of the heat insulating portion due to a reactive gas used for processing such as dry etching on a semiconductor wafer or the like can be prevented.

なお、断熱部が金属ベース部内に埋設されているとは、例えば、半導体ウェハ等の被吸着物に対するドライエッチング等の処理において、チャンバー内を真空雰囲気にした場合に、その真空雰囲気に接する箇所において断熱部が金属ベース部から露出していないことをいう。例えば、断熱部の一部が大気側に露出していてもよい。もちろん、断熱部全体が露出していない状態としてもよい。 Note that the heat insulating part is embedded in the metal base part, for example, in a process such as dry etching for an object to be adsorbed, such as a semiconductor wafer, in a place where the chamber is in a vacuum atmosphere and in contact with the vacuum atmosphere. It means that the heat insulating part is not exposed from the metal base part. For example, a part of the heat insulating part may be exposed to the atmosphere side. Of course, it is good also as a state where the whole heat insulation part is not exposed.

また、前記断熱部は、前記金属ベース部と同じ材料からなり、かつ、該金属ベース部よりも気孔率が高くてもよい。この場合には、断熱部を金属ベース部に対してろう付けにより接合しやすくなる。また、断熱部の気孔率を金属ベース部よりも小さくするだけで、断熱部の熱伝導率を金属ベース部よりも低くすることができる。 Moreover, the said heat insulation part may consist of the same material as the said metal base part, and porosity may be higher than this metal base part. In this case, it becomes easy to join the heat insulating portion to the metal base portion by brazing. Moreover, the thermal conductivity of a heat insulation part can be made lower than a metal base part only by making the porosity of a heat insulation part smaller than a metal base part.

また、前記セラミック吸着部を構成する主要な材料（導電部分以外の絶縁材料）としては、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素等の高温焼成セラミックを主成分とする焼結体等が挙げられる。また、用途に応じて、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよいし、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウム等の誘電体セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。 The main material (insulating material other than the conductive portion) constituting the ceramic adsorbing portion is mainly composed of a high-temperature fired ceramic such as alumina, yttria (yttrium oxide), aluminum nitride, boron nitride, silicon carbide, or silicon nitride. And the like. Depending on the application, a sintered body mainly composed of a low-temperature fired ceramic such as a glass ceramic obtained by adding an inorganic ceramic filler such as alumina to a borosilicate glass or a lead borosilicate glass may be selected. Alternatively, a sintered body mainly composed of a dielectric ceramic such as barium titanate, lead titanate, or strontium titanate may be selected.

なお、半導体製造におけるドライエッチング等の各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用される。プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガス等の腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒される静電チャックには、高い耐食性が要求される。したがって、セラミック吸着部は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、アルミナやイットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。 In each process such as dry etching in semiconductor manufacturing, various techniques using plasma are employed. In the treatment using plasma, corrosive gas such as halogen gas is frequently used. For this reason, high corrosion resistance is required for the electrostatic chuck exposed to corrosive gas or plasma. Therefore, the ceramic adsorbing portion is preferably made of a material having corrosion resistance against corrosive gas or plasma, for example, a material mainly composed of alumina or yttria.

また、前記セラミック吸着部は、複数のセラミック層を積層して構成することができる。この場合には、セラミック吸着部内に各種の構造（例えば吸着用電極等）を容易に形成することができる。 Further, the ceramic adsorbing portion can be configured by laminating a plurality of ceramic layers. In this case, various structures (for example, an adsorption electrode) can be easily formed in the ceramic adsorption portion.

また、前記吸着用電極は、金属粉末を含む導体ペーストを用い、従来周知の手法、例えば印刷法等により塗布した後、焼成することで形成することができる。
また、前記金属ベース部を構成する主要な材料としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）等を用いることができる。 The adsorption electrode can be formed by using a conductive paste containing a metal powder, applying the paste by a conventionally known method, for example, a printing method, and then baking.
Moreover, copper (Cu), aluminum (Al), iron (Fe), titanium (Ti) etc. can be used as main materials which comprise the said metal base part.

また、前記断熱部を構成する材料としては、例えば、ステンレス、チタン、コンスタンタン、モネルメタル、ニクロム等を用いることができる。
また、前記断熱部を前記金属ベース部に対してろう付けする際に用いるろう材としては、例えば、銀ろう等を用いることができる。 Moreover, as a material which comprises the said heat insulation part, stainless steel, titanium, constantan, monel metal, nichrome etc. can be used, for example.
Moreover, as a brazing material used when brazing the said heat insulation part with respect to the said metal base part, a silver solder etc. can be used, for example.

また、前記金属ベース部と前記セラミック吸着部とは、例えば、接着層等によって接合することができる。接着層を構成する材料としては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂材料や、インジウム等の金属材料を選択することができる。特に、例えば１００℃以上の耐熱性を有する各種の樹脂製の接着剤が好ましい。 Moreover, the said metal base part and the said ceramic adsorption | suction part can be joined by the contact bonding layer etc., for example. As a material constituting the adhesive layer, for example, a resin material such as a silicone resin, an acrylic resin, an epoxy resin, a polyimide resin, a polyamideimide resin, a polyamide resin, or a metal material such as indium can be selected. In particular, various resin adhesives having heat resistance of, for example, 100 ° C. or higher are preferable.

また、セラミック材料からなるセラミック吸着部と金属材料からなる金属ベース部とは、熱膨張率の差が大きい。そのため、両者の間に配置される接着層は、緩衝材としての機能を有する弾性変形可能（柔軟）な樹脂材料からなることが特に好ましい。 Moreover, the difference in coefficient of thermal expansion is large between the ceramic adsorption portion made of a ceramic material and the metal base portion made of a metal material. Therefore, the adhesive layer disposed between the two is particularly preferably made of an elastically deformable (flexible) resin material having a function as a buffer material.

また、セラミック吸着部に吸着される被吸着物としては、例えば、半導体ウェハ、ガラス基板等が挙げられる。 Moreover, as a to-be-adsorbed object adsorb | sucked by a ceramic adsorption | suction part, a semiconductor wafer, a glass substrate, etc. are mentioned, for example.

実施形態１における、静電チャックの一部断面を示す斜視図である。3 is a perspective view showing a partial cross section of the electrostatic chuck in Embodiment 1. FIG. 実施形態１における、静電チャックの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the electrostatic chuck in the first embodiment. 実施形態１における、ヒータ部（シースヒータ）の配置状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement | positioning state of the heater part (sheath heater) in Embodiment 1. FIG.

（実施形態１）
本発明の実施形態について、図面と共に説明する。
図１、図２に示すように、本実施形態の静電チャック１は、金属ベース部３と、金属ベース部３上に配置され、静電引力によって被吸着物（半導体ウェハ）８を吸着する吸着用電極２１を有し、かつ、金属ベース部３よりも熱伝導率が低いセラミック吸着部２とを備えている。 (Embodiment 1)
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the electrostatic chuck 1 of the present embodiment is disposed on the metal base portion 3 and the metal base portion 3, and sucks an object (semiconductor wafer) 8 by electrostatic attraction. The ceramic adsorbing part 2 having the adsorbing electrode 21 and having a lower thermal conductivity than the metal base part 3 is provided.

同図に示すように、金属ベース部３には、冷媒を流通させる冷媒流路３１１を有する冷却部３１と、金属ベース部３とセラミック吸着部２との積層方向Ｘにおいて冷却部３１よりもセラミック吸着部２側に配置されたヒータ部３３とが設けられている。積層方向Ｘにおいて、冷却部３１とヒータ部３３との間には、金属ベース部３よりも熱伝導率が低い断熱部３４が配置されている。断熱部３４は、金属ベース部３に対してろう付けにより接合されている。以下、これを詳説する。 As shown in the figure, the metal base portion 3 has a cooling portion 31 having a refrigerant flow path 311 for circulating a refrigerant, and a ceramic than the cooling portion 31 in the stacking direction X of the metal base portion 3 and the ceramic adsorption portion 2. A heater unit 33 disposed on the suction unit 2 side is provided. In the stacking direction X, a heat insulating part 34 having a thermal conductivity lower than that of the metal base part 3 is disposed between the cooling part 31 and the heater part 33. The heat insulating part 34 is joined to the metal base part 3 by brazing. This will be described in detail below.

図１に示すように、静電チャック１は、被吸着物である半導体ウェハ８を吸着保持するためのものであり、金属ベース部３と、金属ベース部３上に配置されたセラミック吸着部２とを備えている。金属ベース部３とセラミック吸着部２とは、両者の間に配置されたシリコーン樹脂からなる接着層４１によって接合されている。以下、本実施形態では、金属ベース部３とセラミック吸着部２との積層方向Ｘの一方側（セラミック吸着部２側）を上側、他方側（金属ベース部３側）を下側として説明する。 As shown in FIG. 1, the electrostatic chuck 1 is for attracting and holding a semiconductor wafer 8 that is an object to be attracted, and includes a metal base portion 3 and a ceramic attracting portion 2 disposed on the metal base portion 3. And. The metal base part 3 and the ceramic adsorption | suction part 2 are joined by the contact bonding layer 41 which consists of a silicone resin arrange | positioned between both. Hereinafter, in the present embodiment, one side (the ceramic suction part 2 side) in the stacking direction X of the metal base part 3 and the ceramic suction part 2 will be described as the upper side, and the other side (the metal base part 3 side) will be described as the lower side.

図２に示すように、円形板状のセラミック吸着部２の上面は、半導体ウェハ８を吸着する吸着面２０１である。また、セラミック吸着部２は、絶縁性を有する複数のセラミック層（図示略）を積層して構成されている。各セラミック層は、アルミナを主成分とするアルミナ質焼結体からなる。また、セラミック吸着部２（後述の吸着用電極２１等を除く絶縁部分）は、金属ベース部３（後述の第１ベース層３ａ、第２ベース層３ｂ、第３ベース層３ｃ）よりも熱伝導率が低い。なお、セラミック吸着部２の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、金属ベース部３の熱伝導率は、１５５Ｗ／ｍ・Ｋである。 As shown in FIG. 2, the upper surface of the circular plate-shaped ceramic adsorption portion 2 is an adsorption surface 201 that adsorbs the semiconductor wafer 8. Moreover, the ceramic adsorption | suction part 2 is comprised by laminating | stacking the several ceramic layer (not shown) which has insulation. Each ceramic layer is made of an alumina sintered body containing alumina as a main component. Further, the ceramic adsorbing portion 2 (insulating portion excluding the adsorbing electrode 21 described later) is more thermally conductive than the metal base portion 3 (first base layer 3a, second base layer 3b, third base layer 3c described later). The rate is low. In addition, the thermal conductivity of the ceramic adsorption | suction part 2 is 30 W / m * K, and the thermal conductivity of the metal base part 3 is 155 W / m * K.

また、セラミック吸着部２の内部には、平面形状が半円状の一対の吸着用電極２１が配設されている。吸着用電極２１は、両者の間に直流高電圧を印加して静電引力を発生させ、この静電引力によって半導体ウェハ８をセラミック吸着部２の吸着面２０１に吸着して固定する。また、吸着用電極２１は、電極用電源（図示略）に接続されている。また、吸着用電極２１は、タングステンからなる。 In addition, a pair of suction electrodes 21 having a semicircular planar shape is disposed inside the ceramic suction portion 2. The attracting electrode 21 applies a DC high voltage between them to generate an electrostatic attractive force, and the electrostatic attractive force attracts and fixes the semiconductor wafer 8 to the attracting surface 201 of the ceramic attracting portion 2. The adsorption electrode 21 is connected to an electrode power source (not shown). The adsorption electrode 21 is made of tungsten.

同図に示すように、金属ベース部３は、円形板状の第１ベース層３ａ、第２ベース層３ｂ、第３ベース層３ｃをセラミック吸着部２側から順に積層して構成されている。また、第１ベース層３ａ、第２ベース層３ｂ及び第３ベース層３ｃは、アルミニウムを主成分とする材料からなる。 As shown in the figure, the metal base portion 3 is configured by laminating a circular plate-like first base layer 3a, second base layer 3b, and third base layer 3c in this order from the ceramic adsorption portion 2 side. The first base layer 3a, the second base layer 3b, and the third base layer 3c are made of a material mainly composed of aluminum.

第１ベース層３ａの下面には、ヒータ部３３を構成するシースヒータ３３１を収容する収容溝部３０１が形成されている。収容溝部３０１内には、シースヒータ３３１が配置されている。具体的には、収容溝部３０１は、第１ベース層３ａの下面全体にわたって渦巻き状に形成されている。発熱体である長尺のシースヒータ３３１は、収容溝部３０１に沿って渦巻き状に配置されている（図３参照）。また、シースヒータ３３１は、第１ベース層３ａに対してろう付けにより接合されている。また、シースヒータ３３１は、ヒータ用電源（図示略）に接続されている。 On the lower surface of the first base layer 3a, an accommodation groove 301 for accommodating the sheath heater 331 constituting the heater portion 33 is formed. A sheath heater 331 is disposed in the housing groove 301. Specifically, the accommodation groove 301 is formed in a spiral shape over the entire lower surface of the first base layer 3a. A long sheath heater 331 that is a heating element is arranged in a spiral shape along the housing groove 301 (see FIG. 3). The sheath heater 331 is joined to the first base layer 3a by brazing. The sheath heater 331 is connected to a heater power supply (not shown).

第３ベース層３ｃの内部には、冷却部３１を構成する冷媒流路３１１が設けられている。冷媒流路３１１内には、例えば、フッ素化液、純水等の冷媒を流通させることができるよう構成されている。冷媒流路３１１には、冷媒を導入する導入部３１２と冷媒を排出する排出部３１３とが設けられている。 Inside the third base layer 3c, a coolant channel 311 constituting the cooling unit 31 is provided. For example, a refrigerant such as a fluorinated liquid or pure water can be circulated in the refrigerant flow path 311. The refrigerant flow path 311 is provided with an introduction part 312 for introducing the refrigerant and a discharge part 313 for discharging the refrigerant.

第２ベース層３ｂの下面には、断熱部３４を収容する収容凹部３０２が形成されている。収容凹部３０２内には、円形板状の断熱部３４が配置されている。断熱部３４は、第２ベース層３ｂに対してろう付けにより接合されている。また、断熱部３４は、金属ベース部３内に埋設されている。具体的には、半導体ウェハ８に対するドライエッチング等の処理において、チャンバー内を真空雰囲気にした場合に、その真空雰囲気に接する箇所において断熱部３４が金属ベース部３から露出していない状態である。 An accommodation recess 302 for accommodating the heat insulating portion 34 is formed on the lower surface of the second base layer 3b. A circular plate-shaped heat insulating portion 34 is disposed in the housing recess 302. The heat insulating part 34 is joined to the second base layer 3b by brazing. The heat insulating part 34 is embedded in the metal base part 3. Specifically, in a process such as dry etching on the semiconductor wafer 8, when the inside of the chamber is set to a vacuum atmosphere, the heat insulating portion 34 is not exposed from the metal base portion 3 at a location in contact with the vacuum atmosphere.

同図に示すように、断熱部３４は、積層方向Ｘにおいて、冷却部３１（冷媒流路３１１）とヒータ部３３（シースヒータ３３１）との間に配置されている。また、断熱部３４は、積層方向Ｘに直交する方向（径方向）において、ヒータ部３３（シースヒータ３３１が配設されている領域）よりも外径が大きい部分が存在する（図２、図３参照）。また、断熱部３４は、金属ベース部３と同様に、アルミニウムを主成分とする材料からなる。また、断熱部３４は、ポーラス体であり、金属ベース部３（第１ベース層３ａ、第２ベース層３ｂ、第３ベース層３ｃ）よりも気孔率が高く、熱伝導率が低い。なお、断熱部３４の気孔率は９０％であり、熱伝導率は１６Ｗ／ｍ・Ｋである。また、金属ベース部３の気孔率はほぼ０％であり、熱伝導率は１５５Ｗ／ｍ・Ｋである。 As shown in the figure, in the stacking direction X, the heat insulating part 34 is disposed between the cooling part 31 (refrigerant flow path 311) and the heater part 33 (sheath heater 331). Further, the heat insulating portion 34 has a portion whose outer diameter is larger than the heater portion 33 (region where the sheath heater 331 is disposed) in a direction (radial direction) orthogonal to the stacking direction X (FIGS. 2 and 3). reference). The heat insulating portion 34 is made of a material mainly composed of aluminum, like the metal base portion 3. The heat insulating part 34 is a porous body, and has a higher porosity and lower thermal conductivity than the metal base part 3 (first base layer 3a, second base layer 3b, third base layer 3c). The heat insulating portion 34 has a porosity of 90% and a thermal conductivity of 16 W / m · K. The metal base portion 3 has a porosity of approximately 0% and a thermal conductivity of 155 W / m · K.

図１に示すように、セラミック吸着部２及び金属ベース部３の内部には、半導体ウェハ８を冷却するヘリウム等の冷却用ガスを供給する通路である冷却用ガス供給路５１が設けられている。セラミック吸着部２の吸着面２０１には、冷却用ガス供給路５１が開口してなる複数の冷却用開口部５２や、その冷却用開口部５２から供給された冷却用ガスが吸着面２０１全体に広がるように形成された環状の冷却用溝５３が設けられている。 As shown in FIG. 1, a cooling gas supply path 51, which is a passage for supplying a cooling gas such as helium for cooling the semiconductor wafer 8, is provided inside the ceramic adsorption unit 2 and the metal base unit 3. . On the adsorption surface 201 of the ceramic adsorption unit 2, a plurality of cooling openings 52 formed by opening the cooling gas supply passages 51, and the cooling gas supplied from the cooling openings 52 are formed on the entire adsorption surface 201. An annular cooling groove 53 formed so as to expand is provided.

次に、静電チャック１の製造方法について、簡単に説明する。
セラミック吸着部２を作製するに当たっては、セラミック吸着部２を構成するセラミック層となる複数のアルミナグリーンシートを成形した。そして、複数のアルミナグリーンシートに対して、冷却用ガス供給路５１等の冷却ガスの流路となる空間等を必要な箇所に形成した。また、アルミナグリーンシート上の必要な箇所に、吸着用電極２１を形成するためのスラリー状の電極材料を例えばスクリーン印刷法等により印刷した。 Next, a method for manufacturing the electrostatic chuck 1 will be briefly described.
In producing the ceramic adsorbing part 2, a plurality of alumina green sheets to be a ceramic layer constituting the ceramic adsorbing part 2 were formed. And the space etc. used as the flow path of cooling gas, such as the cooling gas supply path 51, were formed in the required location with respect to the several alumina green sheet. Moreover, the slurry-like electrode material for forming the electrode 21 for adsorption | suction was printed by the screen printing method etc. in the required location on an alumina green sheet.

次いで、複数のアルミナグリーンシートを熱圧着し、所定の形状（円形板状）にカットすることにより、中間積層体を作製した。そして、この中間積層体を、還元雰囲気中において、１４００〜１６００℃の温度で所定時間焼成した。これにより、複数のセラミック層により構成されたセラミック吸着部２を作製した。 Next, a plurality of alumina green sheets were thermocompression bonded and cut into a predetermined shape (circular plate shape) to produce an intermediate laminate. And this intermediate laminated body was baked for the predetermined time at the temperature of 1400-1600 degreeC in reducing atmosphere. Thereby, the ceramic adsorption | suction part 2 comprised by the several ceramic layer was produced.

また、金属ベース部３を作製するに当たっては、金属ベース部３を構成する第１ベース層３ａ、第２ベース層３ｂ及び第３ベース層３ｃを作製した。このとき、第１ベース層３ａには、収容溝部３０１を切削加工しておいた。また、第２ベース層３ｂには、収容凹部３０２を切削加工しておいた。また、第３ベース層３ｃには、冷媒流路３１１を形成しておいた。 In producing the metal base portion 3, the first base layer 3a, the second base layer 3b, and the third base layer 3c constituting the metal base portion 3 were produced. At this time, the receiving groove 301 was cut in the first base layer 3a. Moreover, the accommodation recessed part 302 was cut into the 2nd base layer 3b. In addition, the coolant channel 311 is formed in the third base layer 3c.

次いで、第１ベース層３ａの収容溝部３０１内に、シースヒータ３３１を嵌め込んで配置し、ろう付けにより接合した。また、第２ベース層３ｂの収容凹部３０２内に、断熱部３４を配置し、ろう付けにより接合した。そして、第１ベース層３ａ、第２ベース層３ｂ及び第３ベース層３ｃをろう付けにより接合した。これにより、金属ベース部３を作製した。 Next, the sheath heater 331 was fitted in the housing groove 301 of the first base layer 3a, and joined by brazing. Moreover, the heat insulation part 34 was arrange | positioned in the accommodation recessed part 302 of the 2nd base layer 3b, and it joined by brazing. And the 1st base layer 3a, the 2nd base layer 3b, and the 3rd base layer 3c were joined by brazing. Thereby, the metal base part 3 was produced.

次いで、セラミック吸着部２と金属ベース部３との間にシリコーン樹脂からなる接着剤を介在させ、セラミック吸着部２と金属ベース部３とを積層した。これにより、セラミック吸着部２と金属ベース部３とを接着層４１によって接合した。以上により、静電チャック１を作製した。 Next, an adhesive made of a silicone resin was interposed between the ceramic suction part 2 and the metal base part 3 to laminate the ceramic suction part 2 and the metal base part 3. Thereby, the ceramic adsorption | suction part 2 and the metal base part 3 were joined by the contact bonding layer 41. FIG. Thus, the electrostatic chuck 1 was produced.

次に、本実施形態の静電チャック１の作用効果について説明する。
本実施形態の静電チャック１において、金属ベース部３には、冷却部３１とヒータ部３３とが設けられている。そのため、ヒータ部３３を発熱させることにより、熱伝導率の高い金属ベース部３を通じて、セラミック吸着部２を含む静電チャック１全体を均一に加熱することができる。また、冷却部３１の冷媒流路３１１に冷媒を流通させることにより、静電チャック１全体の温度を安定化させることができる。これにより、セラミック吸着部２に吸着された半導体ウェハ８の均熱化を図り、ドライエッチング等の処理における加工精度を向上させることができる。 Next, the effect of the electrostatic chuck 1 of this embodiment will be described.
In the electrostatic chuck 1 of the present embodiment, the metal base portion 3 is provided with a cooling portion 31 and a heater portion 33. Therefore, the entire electrostatic chuck 1 including the ceramic suction portion 2 can be uniformly heated through the metal base portion 3 having a high thermal conductivity by causing the heater portion 33 to generate heat. Further, the temperature of the entire electrostatic chuck 1 can be stabilized by circulating the refrigerant through the refrigerant flow path 311 of the cooling unit 31. As a result, the semiconductor wafer 8 adsorbed on the ceramic adsorbing portion 2 can be soaked, and the processing accuracy in processing such as dry etching can be improved.

また、金属ベース部３において、冷却部３１とヒータ部３３との間には、金属ベース部３よりも熱伝導率が低い断熱部３４が配置されている。これにより、半導体ウェハ８に対するドライエッチング等の処理において、静電チャック１（セラミック吸着部２）を介して半導体ウェハ８を異なる温度に制御する際、温度差が大きい場合であっても、その温度制御を容易かつ効率的に行うことができる。 Further, in the metal base part 3, a heat insulating part 34 having a lower thermal conductivity than the metal base part 3 is disposed between the cooling part 31 and the heater part 33. Accordingly, when the semiconductor wafer 8 is controlled to a different temperature via the electrostatic chuck 1 (ceramic suction part 2) in processing such as dry etching on the semiconductor wafer 8, even if the temperature difference is large, the temperature Control can be performed easily and efficiently.

すなわち、半導体ウェハ８を異なる温度（例えば、１０℃と６０℃）に制御する際、高い方の温度（６０℃）に制御する場合には、低い方の温度（１０℃）に制御する場合に比べてヒータ部３３の発熱時に投入する電力量を大きくする。そして、冷却部３１の冷媒流路３１１に冷媒を流通させることによって静電チャック１全体の温度の安定化を図る。このとき、冷却部３１とヒータ部３３との間に配置された断熱部３４により、ヒータ部３３から冷却部３１への熱の伝達（ヒータ部３３の熱の逃げ）を抑制することができる。 That is, when controlling the semiconductor wafer 8 to different temperatures (for example, 10 ° C. and 60 ° C.), when controlling to the higher temperature (60 ° C.), when controlling to the lower temperature (10 ° C.). In comparison, the amount of electric power input when the heater unit 33 generates heat is increased. Then, the temperature of the entire electrostatic chuck 1 is stabilized by circulating the refrigerant through the refrigerant flow path 311 of the cooling unit 31. At this time, heat transfer from the heater unit 33 to the cooling unit 31 (heat escape of the heater unit 33) can be suppressed by the heat insulating unit 34 disposed between the cooling unit 31 and the heater unit 33.

そのため、投入された電力量に応じてヒータ部３３を効率よく発熱させることができ、静電チャック１（セラミック吸着部２）を介して半導体ウェハ８の温度制御を容易に行うことができる。そして、従来のように温度制御の際（特に高い方の温度に制御する場合）に必要となるヒータ部３３への投入電力量が大きくなったり、温度制御に要する時間が長くなったりすることを抑制することができる。これにより、半導体ウェハ８を異なる温度に制御する際、温度差が大きい場合であっても、その温度制御を容易かつ効率的に行うことができる。 Therefore, the heater unit 33 can efficiently generate heat according to the amount of electric power input, and the temperature control of the semiconductor wafer 8 can be easily performed via the electrostatic chuck 1 (ceramic adsorption unit 2). Then, as in the prior art, the amount of electric power supplied to the heater unit 33 required for temperature control (especially when controlling to a higher temperature) increases, or the time required for temperature control increases. Can be suppressed. Thereby, when controlling the semiconductor wafer 8 to different temperatures, even if the temperature difference is large, the temperature control can be performed easily and efficiently.

また、断熱部３４は、金属ベース部３に対してろう付けにより接合されている。そのため、樹脂接着剤等を用いた場合に比べて、断熱部３４を金属ベース部３に対して強固に接合することができる。特に、断熱部３４を金属ベース部３と同様に金属材料により構成しており、金属同士の接合であるため、ろう付けによる接合が容易であり、その効果を高めることができる。 The heat insulating part 34 is joined to the metal base part 3 by brazing. Therefore, the heat insulating part 34 can be firmly bonded to the metal base part 3 as compared with the case where a resin adhesive or the like is used. In particular, since the heat insulating portion 34 is made of a metal material in the same manner as the metal base portion 3 and is a metal-to-metal bonding, it is easy to bond by brazing, and the effect can be enhanced.

また、本実施形態において、断熱部３４は、積層方向Ｘに直交する方向において、ヒータ部３３よりも外径が大きい部分が存在している。そのため、断熱部３４によって、ヒータ部３３から冷却部３１への熱の伝達（ヒータ部３３の熱の逃げ）をより一層抑制することができる。 In the present embodiment, the heat insulating portion 34 has a portion having an outer diameter larger than that of the heater portion 33 in the direction orthogonal to the stacking direction X. Therefore, the heat transfer from the heater 33 to the cooling unit 31 (heat escape from the heater 33) can be further suppressed by the heat insulating unit 34.

また、断熱部３４は、金属ベース部３内に埋設されている。そのため、本実施形態のように、断熱部３４がポーラス体であっても使用することができる。これにより、断熱部３４に用いる材料、断熱部３４の形態（ポーラス体、バルク体）等の選択自由度を高めることができる。また、本実施形態のように、断熱部３４をポーラス体とした場合には、半導体ウェハ８に対するドライエッチング等の処理に用いられる反応性ガスによる断熱部３４の腐食を防止することができる。 The heat insulating part 34 is embedded in the metal base part 3. Therefore, it can be used even if the heat insulation part 34 is a porous body like this embodiment. Thereby, the freedom degree of selection, such as the material used for the heat insulation part 34, the form (porous body, bulk body) of the heat insulation part 34, can be raised. In addition, when the heat insulating portion 34 is a porous body as in the present embodiment, corrosion of the heat insulating portion 34 due to a reactive gas used for processing such as dry etching on the semiconductor wafer 8 can be prevented.

また、断熱部３４は、金属ベース部３と同じ材料からなり、かつ、金属ベース部３よりも気孔率が高い。そのため、断熱部３４を金属ベース部３（第２ベース層３ｂ）に対してろう付けにより接合しやすくなる。また、断熱部３４の気孔率を金属ベース部３よりも小さくするだけで、断熱部３４の熱伝導率を金属ベース部３よりも低くすることができる。 The heat insulating portion 34 is made of the same material as the metal base portion 3 and has a higher porosity than the metal base portion 3. Therefore, it becomes easy to join the heat insulating part 34 to the metal base part 3 (second base layer 3b) by brazing. Further, the thermal conductivity of the heat insulating portion 34 can be made lower than that of the metal base portion 3 only by making the porosity of the heat insulating portion 34 smaller than that of the metal base portion 3.

このように、本実施形態によれば、被吸着物である半導体ウェハ８の均熱化を図りながら、半導体ウェハ８の温度制御を容易かつ効率的に行うことができる静電チャック１を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the electrostatic chuck 1 is provided that can easily and efficiently control the temperature of the semiconductor wafer 8 while achieving uniform temperature control of the semiconductor wafer 8 that is the object to be adsorbed. be able to.

なお、本発明は、前述の実施形態１に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前述の実施形態１では、図１、図２に示すように、金属ベース部３にヒータ部３３を設ける構成としたが、さらにセラミック吸着部２にヒータ部を設け、そのヒータ部によってセラミック吸着部２の温度調整やセラミック吸着部２に吸着される半導体ウェハ８の温度調整を行う構成としてもよい。 Note that the present invention is not limited to the first embodiment described above, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various modes without departing from the present invention.
For example, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the metal base portion 3 is provided with the heater portion 33. However, the ceramic suction portion 2 is further provided with a heater portion, and the heater portion is used for ceramic. It is good also as a structure which adjusts the temperature of the semiconductor wafer 8 adsorbed by the temperature adjustment of the adsorption | suction part 2, and the ceramic adsorption | suction part 2. FIG.

１…静電チャック
２…セラミック吸着部
２１…吸着用電極
３…金属ベース部
３１…冷却部
３１１…冷媒流路
３３…ヒータ部
３４…断熱部
８…吸着物（半導体ウェハ）
Ｘ…積層方向 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic chuck 2 ... Ceramic adsorption part 21 ... Electrode for adsorption 3 ... Metal base part 31 ... Cooling part 311 ... Refrigerant flow path 33 ... Heater part 34 ... Heat insulation part 8 ... Adsorbed matter (semiconductor wafer)
X: Stacking direction

Claims

A metal base,
A ceramic adsorbing portion disposed on the metal base portion, having an adsorbing electrode for adsorbing an object to be adsorbed by electrostatic attraction, and having a lower thermal conductivity than the metal base portion;
The metal base part includes a cooling part having a refrigerant flow path for circulating a refrigerant, and a heater part disposed on the ceramic adsorption part side of the cooling part in the stacking direction of the metal base part and the ceramic adsorption part. And is provided,
In the stacking direction, a heat insulating part having a lower thermal conductivity than the metal base part is disposed between the cooling part and the heater part,
The electrostatic chuck, wherein the heat insulating part is joined to the metal base part via a brazing material .

The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the heat insulating portion includes a portion having an outer diameter larger than that of the heater portion in a direction orthogonal to the stacking direction.

The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the heat insulating portion is embedded in the metal base portion.

The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the heat insulating portion is made of the same material as the metal base portion and has a higher porosity than the metal base portion.