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JP2002231799A - 静電チャック、静電チャックの吸着表面に形成された凹部への放電防止方法、およびその静電チャックを用いた基板固定加熱冷却装置 - Google Patents

静電チャック、静電チャックの吸着表面に形成された凹部への放電防止方法、およびその静電チャックを用いた基板固定加熱冷却装置

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Publication number
JP2002231799A
JP2002231799A JP2001029817A JP2001029817A JP2002231799A JP 2002231799 A JP2002231799 A JP 2002231799A JP 2001029817 A JP2001029817 A JP 2001029817A JP 2001029817 A JP2001029817 A JP 2001029817A JP 2002231799 A JP2002231799 A JP 2002231799A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrostatic chuck
substrate
concave portion
conductive film
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001029817A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroaki Hori
裕明 堀
Noriaki Tateno
範昭 建野
Tetsuo Kitabayashi
徹夫 北林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toto Ltd filed Critical Toto Ltd
Priority to JP2001029817A priority Critical patent/JP2002231799A/ja
Publication of JP2002231799A publication Critical patent/JP2002231799A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】基板を吸着する吸着面に形成された凹部に熱伝
達ガスを流入しても放電現象の起こらない静電チャック
を提供する事である。 【解決手段】基板を吸着する吸着面に凹部を形成してな
る静電チャックにおいて、前記凹部内部に導電性膜を設
けたこと。さらに、前記静電チャックにおいて、前記凹
部と、前記静電チャックを貫通し前記凹部とを連通する
穴の内部に導電性膜を設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はSiウエハ、GaA
sウエハやSiGeウエハ等の半導体製造装置や、FP
D(フラットパネルディスプレー)製造装置、DVD
(デジタルビデオディスク)製造装置、HDD(ハード
ディスクドライブ)製造プロセスに使用される、CV
D、エッチング装置やスパッタリング装置等の基板処理
装置に搭載される静電チャック、静電チャックの吸着表
面に形成された凹部への放電防止方法、及び基板固定加
熱冷却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体製造装置やFPD製造装置は、基
板上に形成される素子等の製造プロセスの高度化、高集
積化に伴い、プロセスの温度管理が非常に重要になって
きた。上記製造プロセスでは真空中で行われるものが多
い為、真空中で基板の保持が可能な静電チャックが用い
られている。また、基板の温度管理、すなわちプロセス
での基板面内温度分布を均一化するために、静電チャッ
クの吸着面に凹部を設け、基板を静電チャックで保持し
た状態で、基板と静電チャック吸着面凹部との間に熱伝
達ガスを流入させ、ガス圧を制御する事により基板と静
電チャックとの間の熱伝達率を均一化し、面内温度分布
の向上を図る手段が使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の静電チャ
ックでは、ガス圧制御範囲において静電チャック吸着面
凹部内部で放電現象が発生する事が多かった。静電チャ
ックに基板を静電吸着させると静電チャックの絶縁体基
板上に電極の電位が溜まり、この電位がある条件下で放
電により導通するためである。すなわち、静電チャック
に吸着電圧が印加された状態で基板と静電チャック吸着
面凹部との間に熱伝達ガスを満たすと、パッシェンの法
則により規定される、電極を用いた直流定常電流におけ
る火花電圧以下に、熱伝達ガスの圧力と放電距離との積
が低下してしまうためである。例えば空気の場合、最低
火花電圧は約300Vで、その時の圧力×電極間距離は
約0.8Pa・mである。
【0004】この放電は、基板上に形成された素子等へ
の悪影響が懸念されている。特にジョンセンラーベック
力型静電チャックを用いる場合、同じ印加電圧を与えて
もシリコンウエハ等の半導体基板に比べ絶縁体基板の方
が吸着力が小さくなる。よって、プロセスに必要な吸着
力を得る為に絶縁体基板の吸着電圧は数kVと高くな
り、放電現象もより生じやすくなり、基板上の素子に与
える影響もより深刻となってくる。そこで、熱伝達ガス
を流入させても、基板と静電チャック吸着面凹部との間
に放電現象の起こらない静電チャックが要望されてい
る。
【0005】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、本発明の目的は、熱伝達ガスを流入させて
も放電現象の起こらない静電チャックを提供する事であ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、基板を吸着する吸着面に凹部を形成してな
る静電チャックにおいて、前記凹部内部に導電性膜を設
けてある事を特徴とする。
【0007】吸着面に形成した凹部内部に導電性膜を設
ける事で、今まで放電に供されてきた、静電チャックの
内部に発生した電荷は、基板と静電チャック吸着面凹部
との間に満たされた熱伝達ガス内部を導通せず導電性膜
内部を導通するようになる。その為、放電が生じない静
電チャックが提供できる。
【0008】本発明の好ましい様態として、前記静電チ
ャックにおいて、前記凹部と、前記静電チャックを貫通
し前記凹部と連通する穴の内部に導電性膜を設けてある
事を特徴とする。
【0009】静電チャック吸着面凹部へ熱伝達ガスを流
入する場合、ガス導入装置と連通する穴を通じて行われ
るが、この穴の内部に導電性膜を設ける事で、穴内部で
の放電を押さえる事ができる。特に、ガス流入途中での
凹部内圧力上昇過程において、凹部、例えば溝部形状及
びドット部形状のコンダクタンスによる、穴部から離れ
た凹部への圧力伝播に時間がかかる場合、穴部周辺の凹
部の方が他の凹部の場所に比べて圧力が高い状態が生じ
やすく、放電も穴部周辺から発生する場合が多い為、こ
の構成は特に効果的である。
【0010】また、穴内部への導電膜施工範囲は、穴内
部全てに導電膜を付け、静電チャック下部のプレート等
の金属部品と導通を取れるようにしたり、穴内部全てに
導電膜を設けずに、プレート等の金属部品との間に一部
間隔を開け、静電チャック下部金属部品と電気的に絶縁
を取るような構造としたり、同じく穴内部全てに導電膜
を設けずに、静電チャック内部を貫通するビアホールを
介して内部電極に導通を取った導電性端子とは独立した
導電性端子に導通を取り、外部から導電膜へ任意の交流
電圧または直流電圧の印加もしくは接地ができるような
構造とすることが好ましい。
【0011】本発明の好ましい様態として、請求項1ま
たは2のいずれか1つの静電チャックを用い、該静電チ
ャックに吸着電圧を印加して基板を吸着し、かつ、前記
凹部に熱伝達ガスを流入させて基板の温度を制御すると
ともに、前記導電膜にて吸着に不要な電荷を流す事を特
徴とする静電チャックの吸着表面に形成された凹部への
放電防止方法である。
【0012】吸着面に形成した凹部内部に導電性膜を設
ける事で、今まで放電に供されてきた、静電チャックの
内部に発生した電荷は、基板と静電チャック吸着面凹部
との間に満たされた熱伝達ガス内部を導通せず導電性膜
内部を導通するようになる。その為、放電が生じない静
電チャックが提供できる。
【0013】本発明の好ましい様態として、請求項1ま
たは2の静電チャックと、該静電チャックを支持し該静
電チャックを冷却または加熱する媒体流路を持つプレー
トと、該静電チャックと該プレートとを接着する手段
と、からなる事を特徴とする基板固定加熱冷却装置であ
る。この構成により、基板固定加熱冷却装置として各種
基板処理装置への搭載が可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施例につい
て具体的に説明する。図1は、静電チャック100の断
面図である。静電チャック100は、基板を吸着する事
が可能で凹部表面加工が設けられた吸着面110と、も
う一方の面に1対の電極103a及び103bが設けられ
た誘電体基板101と、該誘電体基板を固定する絶縁性
支持基板102と、該絶縁性基板に設けられた1対の導
電性端子104a及び104bと、前記誘電体基板に設
けられた電極103a及び103bと、前記導電性端子
を電気的に接続する手段(たとえばビアホール105a
及び105b)と、から構成されている。また、この静
電チャックには、前記凹部と、静電チャック裏面120
から吸着面110へ静電チャック100を貫通し前記凹
部と連通する穴106が設けられている。
【0015】なお、図1では、静電チャックの吸着面に
設けられた凹部はその高さが例えば0.01mm単位と小さ
い為、図面上表記されていない。また、この凹部は、例
えば溝状加工またはドット状加工もしくはその両者等を
設けることで、吸着面に形成することができる。この吸
着面に形成された凹部の内部には、導電性膜を設けてい
る。そして、静電チャックの絶縁体基板上に発生した電
荷は、基板と静電チャック吸着面凹部との間に満たされ
た熱伝達ガス内部を導通せず導電性膜内部を導通するよ
うになる。
【0016】ここで、静電チャックに基板を静電吸着
し、静電チャックと基板凹部との間に熱伝達ガスを流入
させ、熱伝達率を制御するためには、基板上に設けられ
た凹部、ここでは溝深さ及びドット高さを適切に設定
し、ガス圧の制御範囲内で熱伝達ガスが分子流領域にな
るようにする。分子流領域では、ガス圧と熱伝達率とが
比例関係となり、ガス圧の制御により基板と静電チャッ
クの間の熱伝達率を制御する事が可能となる。例えばH
eガスの場合、0〜10torrの範囲内で分子流にな
るように溝深さ及びドット高さを決定している。
【0017】ここで、静電チャックの材質の一例を挙げ
ると、誘電体基板にはAlやSiC、ALN等の
体積抵抗率を制御したセラミック、電極及びビアホール
にはW等の金属、絶縁性支持基盤には誘電体基板と同じ
材質、または絶縁性を高めたセラミック、ガラス等、導
電性端子にはコバール等の金属を用いる。誘電体基板及
び絶縁性基板に有機物、例えば耐熱性樹脂、電極をアル
ミニウム等の金属等を用いても良い。
【0018】図2は、静電チャックを吸着面上側から見
た図である。吸着面110には凹部、すなわち溝111
と、ドット112が複数配置されている。なお、このド
ット112は、図では一部のみ表記しているが、実際に
は表面全体に設けられている。
【0019】図3は、図2の矢印方向に見た静電チャッ
ク吸着面の貫通穴付近断面の拡大図である。静電チャッ
クの凹部、すなわち溝111及びドット112と、静電
チャックを貫通し凹部と連通する穴106の内部に導電
性膜を設けてある。吸着面110は、ドット112上面
が基板130と接触するように構成されている。また、
溝111は、ドット112より更に一段深い位置まで配
置されている。
【0020】このような状態で、吸着面110上に基板
130が吸着され、貫通穴106を通じて熱伝達ガスが
基板裏面と静電チャック吸着面との間に形成された隙間
140に満たされる事で、熱伝達の制御が行なわれる。
【0021】放電現象は、隙間140に熱伝達ガスが流
入した際に発生する。そこで、静電チャックにおいて、
電極に吸着電圧を印加し基板を吸着する吸着面(接触す
る面)以外である凹部の内部、すなわち基板と溝部11
1内部とドット部112の外周及び底面部に導電性膜1
13を設ける。さらに、穴106の内部に導電性膜11
3を設ける。これより、導電性膜113中を電極103
a及び103bから漏れた電流の一部が流れる為に、隙
間140に電流が流れる事はなくなり、放電が防止でき
る。
【0022】ここで、導電性膜の材質は、TiCやTi
AlN等の薄膜等を用いる。誘電体基板と密着性が高い
ものが良い。また、熱伝達ガス種として、He、Ar、
等があげられる。
【0023】また、図では電極が1対の双極タイプの電
極を示したが、電極が1個、すなわち単極電極の場合
は、表面電位も単極となり、放電は回路を形成する吸着
した基板に向かって発生する。そこで、電極と独立し導
電性膜と導通した導電性端子を設けここを接地する事に
より、放電は発生しなくなる。
【0024】なお、吸着面に吸着される基板は、シリコ
ンウエハーなどの半導体基板、及びガラス、フィルムな
どの絶縁性基板等である。また、前述のように絶縁体基
板を静電チャックに吸着する際は数kVの高電圧で駆動
する必要 があり、放電する可能性が高くなるが、本件
発明のように導電性膜を形成し、この導電性膜により電
荷を逃がすことができるため、従来のように放電するこ
とによる吸着基板への悪影響を心配する必要もない。
【0025】なお、上述した静電チャックは、該静電チ
ャックを支持し、必要に応じ静電チャックを冷却または
加熱する媒体流路を持つプレートと、該静電チャックと
該プレートとを接着する手段とからなる基板固定加熱冷
却装置として、基板処理装置に搭載される。これによ
り、従来の静電チャックでは放電が開始するような熱伝
導ガス圧力領域においても放電を発生させずに安定した
静電吸着が可能な静電チャックを用い、必要に応じ加熱
冷却機構を加えた基板固定加熱冷却装置を持つ基盤処理
装置が提供できる。
【0026】
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。基板を吸着する吸着面に凹部を形成した静電チャ
ックにおいて、前記凹部の内部に導電性膜を設けてある
ため、基板吸着時に基板と静電チャックの間の隙間に熱
伝達ガスを流入させた場合においても隙間で放電を起こ
さない、静電チャックを提供できる。また、前記静電チ
ャックにおいて、前記凹部と連通し、前記静電チャック
を貫通する穴の内部に導電性膜を設けてあるため、基板
吸着時に基板と静電チャックの隙間に熱伝達ガスを流入
させた場合においても穴内部で放電を起こさない静電チ
ャックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の静電チャックの一形態を示す概略図で
ある。
【図2】図1の静電チャックの吸着面を現す図である。
【図3】図1の静電チャックの拡大断面を現す概略図で
ある。
【符号の説明】
100 静電チャック 101 誘電体基板 102 絶縁体基板 103a,103b 電極 104a、104b 導電性端子 105a、105b ビアホール 106 穴 110 吸着面 111 溝 112 ドット 113 導電性膜 120 静電チャック裏面 130 基板 140 隙間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C016 GA10 5F031 CA02 CA05 HA08 HA16 HA37 HA38 HA39 HA40 MA28 MA29 MA32 PA21

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板を吸着する吸着面に凹部を形成して
    なる静電チャックにおいて、前記凹部内部に導電性膜を
    設けてある事を特徴とする静電チャック。
  2. 【請求項2】 前記静電チャックにおいて、前記凹部
    と、前記静電チャックを貫通し前記凹部とを連通する穴
    の内部に導電性膜を設けてある事を特徴とする請求項1
    に記載の静電チャック。
  3. 【請求項3】 請求項1または2のいずれか1つの静電
    チャックを用い、該静電チャックに吸着電圧を印加して
    基板を吸着し、かつ、前記凹部に熱伝達ガスを流入させ
    て基板の温度を制御するとともに、前記導電膜にて吸着
    に不要な電荷を流す事を特徴とする静電チャックの吸着
    表面に形成された凹部への放電防止方法。
  4. 【請求項4】 請求項1または2の静電チャックと、該
    静電チャックを支持し該静電チャックを冷却または加熱
    する媒体流路を持つプレートと、該静電チャックと該プ
    レートとを接着する手段と、からなる事を特徴とする基
    板固定加熱冷却装置。
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