JP7494973B1 - Electrostatic Chuck - Google Patents

Abstract

Translated fromJapanese

【課題】貫通穴を通じた絶縁破壊の発生を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、貫通穴１５１が形成された誘電体基板１００と、誘電体基板１００の内部に埋め込まれたＲＦ電極１４０と、を備える。ＲＦ電極１４０には、貫通穴１５１と同心であり且つ貫通穴１５１を包含する円形の開口１４１が形成されている。開口１４１の半径Ｒ２は１．７５ｍｍ以上である。
【選択図】図２

An electrostatic chuck capable of suppressing the occurrence of dielectric breakdown through a through hole is provided.
The electrostatic chuck 10 includes a dielectric substrate 100 having a through hole 151 formed therein, and an RF electrode 140 embedded inside the dielectric substrate 100. The RF electrode 140 has a circular opening 141 formed therein that is concentric with and encompasses the through hole 151. The radius R2 of the opening 141 is 1.75 mm or more.
[Selected figure] Figure 2

Description

Translated fromJapanese

本発明は静電チャックに関する。The present invention relates to an electrostatic chuck.

例えばＣＶＤ装置等の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を備える。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。For example, in semiconductor manufacturing equipment such as CVD equipment, an electrostatic chuck is provided as a device for attracting and holding a substrate such as a silicon wafer to be processed. The electrostatic chuck has a dielectric substrate on which an attraction electrode is provided. When a voltage is applied to the attraction electrode, an electrostatic force is generated, and the substrate placed on the dielectric substrate is attracted and held.

下記特許文献１に記載されているように、誘電体基板には、半導体製造装置においてプラズマを発生させるための一対の対向電極のうちの１つ、であるＲＦ電極が内蔵されることもある。この場合、誘電体基板には、吸着電極とＲＦ電極の両方が内蔵される。As described in the following Patent Document 1, the dielectric substrate may have an RF electrode built in, which is one of a pair of opposing electrodes for generating plasma in a semiconductor manufacturing device. In this case, the dielectric substrate has both an adsorption electrode and an RF electrode built in.

また、誘電体基板には、載置面を垂直に貫く貫通穴が形成されることが多い。このような貫通穴は、例えば、誘電体基板と基板との間にヘリウム等の不活性ガスを供給すること、等を目的として形成されるものである。貫通穴の内面においてＲＦ電極が露出することの無いように、ＲＦ電極には、上面視で貫通穴と重なる部分に円形の開口が形成される。当該開口は、貫通穴と同心であり且つ貫通穴を包含するように形成される。In addition, dielectric substrates often have through holes formed vertically through the mounting surface. Such through holes are formed, for example, for the purpose of supplying an inert gas such as helium between the dielectric substrate and the substrate. To prevent the RF electrode from being exposed on the inner surface of the through hole, a circular opening is formed in the RF electrode at a portion that overlaps with the through hole in a top view. The opening is formed to be concentric with the through hole and to encompass the through hole.

特開２０１１－１１９６５４号公報JP 2011-119654 A

基板の処理中においては、吸着電極は高電位となる一方で、ＲＦ電極は所定の低い電位（例えば、誘電体基板を支持するベースプレートと同じ接地電位）に保たれる。このとき、貫通穴においては、吸着電極からＲＦ電極の開口の縁に向かって、強い電界が生じる。このような電界の方向は貫通穴の伸びる方向と概ね同じであるから、貫通穴を通じた経路で絶縁破壊が起こってしまう可能性がある。During substrate processing, the chucking electrode is at a high potential, while the RF electrode is kept at a predetermined low potential (for example, the same ground potential as the base plate that supports the dielectric substrate). At this time, a strong electric field is generated in the through-hole from the chucking electrode toward the edge of the opening of the RF electrode. Since the direction of this electric field is roughly the same as the extension direction of the through-hole, there is a possibility that insulation breakdown will occur along the path through the through-hole.

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、貫通穴を通じた絶縁破壊の発生を抑制することのできる静電チャック、を提供することにある。The present invention was made in consideration of these problems, and its purpose is to provide an electrostatic chuck that can suppress the occurrence of dielectric breakdown through the through holes.

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し、当該載置面に対し垂直に貫通穴が形成された誘電体基板と、誘電体基板の内部に埋め込まれたＲＦ電極と、を備える。ＲＦ電極には、貫通穴と同心であり且つ貫通穴を包含する円形の開口が形成されており、開口の半径が１．７５ｍｍ以上である。In order to solve the above problems, the electrostatic chuck according to the present invention comprises a dielectric substrate having a mounting surface on which an object to be attracted is placed and in which a through hole is formed perpendicular to the mounting surface, and an RF electrode embedded inside the dielectric substrate. The RF electrode has a circular opening that is concentric with and encompasses the through hole, and the radius of the opening is 1.75 mm or more.

このような構成の静電チャックでは、ＲＦ電極に形成された開口の半径が１．７５ｍｍ以上となっているため、開口の縁は貫通穴の内面から十分に遠い位置にある。貫通穴においては、高電位の部分から開口の縁に向かう電界のうち、貫通穴の伸びる方向に沿った成分が小さくなる。これにより、貫通穴を通じて絶縁破壊が生じる可能性を従来よりも低く抑えることができる。尚、上記の「高電位の部分」とは、例えば、誘電体基板に埋め込まれた吸着電極である。In an electrostatic chuck having such a configuration, the radius of the opening formed in the RF electrode is 1.75 mm or more, so that the edge of the opening is located sufficiently far from the inner surface of the through hole. In the through hole, the component of the electric field that flows from the high potential portion toward the edge of the opening along the direction in which the through hole extends is small. This makes it possible to reduce the possibility of dielectric breakdown through the through hole to a lower level than in the past. The "high potential portion" mentioned above is, for example, an adhesion electrode embedded in a dielectric substrate.

また、本発明に係る静電チャックでは、開口の半径は５．３５ｍｍ以下であることも好ましい。開口の半径を大きくするほど、開口の縁は貫通穴の内面から遠ざかるので、貫通穴を通じた絶縁破壊の生じる可能性は低くなる。ただし、開口の半径を大きくし過ぎると、ＲＦ電極よりも載置面側で高電位となっている部分（例えば吸着電極）の周りの電界が、開口を通じて他の部分にも影響を与えてしまい、当該部分で絶縁破壊を生じさせてしまう可能性がある。本発明者らが実験等により確認したところによれば、開口の半径を５．３５ｍｍ以下とすれば、このような絶縁破壊の発生を防止できるという知見が得られている。In addition, in the electrostatic chuck according to the present invention, it is also preferable that the radius of the opening is 5.35 mm or less. The larger the radius of the opening, the farther the edge of the opening is from the inner surface of the through hole, so the lower the possibility of dielectric breakdown through the through hole. However, if the radius of the opening is made too large, the electric field around the part (e.g., the chucking electrode) that is at a higher potential on the mounting surface side than the RF electrode may affect other parts through the opening, causing dielectric breakdown in those parts. According to the inventors' confirmation through experiments, etc., it has been found that if the radius of the opening is 5.35 mm or less, the occurrence of such dielectric breakdown can be prevented.

また、本発明に係る静電チャックでは、貫通穴がガス供給用の穴であることも好ましい。貫通穴がガス供給用の穴である場合には、貫通穴の内側の圧力は、絶縁破壊が比較的生じやすい圧力域となる。このような場合には、上記のような本発明を適用することの効果が特に大きい。In the electrostatic chuck according to the present invention, it is also preferable that the through-hole is a gas supply hole. When the through-hole is a gas supply hole, the pressure inside the through-hole is a pressure range in which dielectric breakdown is relatively likely to occur. In such a case, the effect of applying the present invention as described above is particularly large.

本発明によれば、貫通穴を通じた絶縁破壊の発生を抑制することのできる静電チャック、を提供することができる。The present invention provides an electrostatic chuck that can suppress the occurrence of dielectric breakdown through a through hole.

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。1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an electrostatic chuck according to an embodiment of the present invention.図１に示される構造の一部を拡大して詳細に示す断面図である。FIG. 2 is an enlarged, detailed cross-sectional view of a portion of the structure shown in FIG. 1;ＲＦ電極等の形状と絶縁破壊の生じやすさとの関係について説明するための図である。1A to 1C are diagrams for explaining the relationship between the shape of an RF electrode or the like and the likelihood of dielectric breakdown.ＲＦ電極等の形状と絶縁破壊の生じやすさとの関係について説明するための図である。1A to 1C are diagrams for explaining the relationship between the shape of an RF electrode or the like and the likelihood of dielectric breakdown.

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。Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the attached drawings. To facilitate understanding of the description, the same components in each drawing are denoted by the same reference numerals as much as possible, and duplicate descriptions will be omitted.

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。Theelectrostatic chuck 10 according to this embodiment is configured to electrostatically attract and hold a substrate W to be processed inside a semiconductor manufacturing apparatus (not shown), such as a CVD film forming apparatus. The substrate W is, for example, a silicon wafer. Theelectrostatic chuck 10 may also be used in apparatus other than semiconductor manufacturing apparatus.

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。Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of the configuration of anelectrostatic chuck 10 when it attracts and holds a substrate W. Theelectrostatic chuck 10 includes adielectric substrate 100, abase plate 200, and abonding layer 300.

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。 Thedielectric substrate 100 is a substantially disk-shaped member made of a sintered ceramic body. Thedielectric substrate 100 contains, for example, high-purity aluminum oxide (Al₂ O₃ ), but may contain other materials. The purity, type, and additives of the ceramics in thedielectric substrate 100 can be appropriately set in consideration of the plasma resistance and other properties required of thedielectric substrate 100 in semiconductor manufacturing equipment.

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。Theupper surface 110 of thedielectric substrate 100 in FIG. 1 is a "mounting surface" on which the substrate W, which is the object to be attracted, is placed. Thelower surface 120 of thedielectric substrate 100 in FIG. 1 is a "bonding surface" that is bonded to thebase plate 200 via abonding layer 300 described below. The viewpoint when theelectrostatic chuck 10 is viewed from thesurface 110 side along a direction perpendicular to thesurface 110 is hereinafter also referred to as "top view."

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。給電路１３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「単極」の電極として本実施形態のように１つだけ設けられていてもよいが、所謂「双極」の電極として２つ設けられていてもよい。Anadsorption electrode 130 is embedded inside thedielectric substrate 100. Theadsorption electrode 130 is a thin, flat layer made of a metal material such as tungsten, and is arranged parallel to thesurface 110. In addition to tungsten, the material of theadsorption electrode 130 may be molybdenum, platinum, palladium, or the like. When a voltage is applied to theadsorption electrode 130 from the outside via thepower supply line 13, an electrostatic force is generated between thesurface 110 and the substrate W, thereby adsorbing and holding the substrate W. Theadsorption electrode 130 may be a so-called "monopolar" electrode, as in this embodiment, and only oneelectrode 130 may be provided, but may also be two electrodes, as so-called "bipolar" electrodes.

図１においては、給電路１３の全体が簡略化して描かれている。給電路１３のうち誘電体基板１００の内部の部分は、例えば、導電体の充填された細長いビア（穴）として構成されており、その下端には不図示の電極端子が設けられている。給電路１３のうちベースプレート２００を貫いている部分は、上記の電極端子に一端が接続された導電性の金属部材（例えばバスバー）である。ベースプレート２００には、当該金属を挿通するための不図示の貫通穴が形成されている。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。1, the entirepower supply path 13 is depicted in a simplified form. The portion of thepower supply path 13 inside thedielectric substrate 100 is configured, for example, as a long and narrow via (hole) filled with a conductor, and an electrode terminal (not shown) is provided at the lower end. The portion of thepower supply path 13 that penetrates thebase plate 200 is a conductive metal member (e.g., a bus bar) with one end connected to the electrode terminal. Thebase plate 200 has a through hole (not shown) formed therein for inserting the metal therethrough. For example, a cylindrical insulating member may be provided between the inner surface of the through hole and thepower supply path 13.

誘電体基板１００の内部には、上記の吸着電極１３０に加えて、ＲＦ電極１４０も埋め込まれている。ＲＦ電極１４０は、半導体製造装置においてプラズマを発生させるための一対の対向電極のうちの１つ、として設けられている。対向電極のうちのもう一つは、半導体製造装置において静電チャック１０よりも上方側となる位置に設けられる。これらの対向電極の間に高周波の交流電圧が印加されると、基板Ｗの上方側においてプラズマが発生し、基板Ｗに対する成膜やエッチング等の処理に供される。In addition to the above-mentionedchucking electrode 130, anRF electrode 140 is also embedded inside thedielectric substrate 100. TheRF electrode 140 is provided as one of a pair of opposing electrodes for generating plasma in the semiconductor manufacturing apparatus. The other of the opposing electrodes is provided at a position above theelectrostatic chuck 10 in the semiconductor manufacturing apparatus. When a high-frequency AC voltage is applied between these opposing electrodes, plasma is generated above the substrate W, and is used for processing such as film formation and etching on the substrate W.

ＲＦ電極１４０は、吸着電極１３０と同様に、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層である。ＲＦ電極１４０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。ＲＦ電極１４０は、吸着電極１３０よりも面１２０側となる位置に埋め込まれている。換言すれば、吸着電極１３０は、ＲＦ電極１４０よりも面１１０側となる位置に埋め込まれている。ＲＦ電極１４０は、吸着電極１３０と同様に、面１１０や吸着電極１３０に対して平行となるように配置されている。ＲＦ電極１４０は、上面視において略円形の単一の電極である。TheRF electrode 140, like theadsorption electrode 130, is a thin, flat layer made of a metal material such as tungsten. In addition to tungsten, molybdenum, platinum, palladium, etc. may be used as the material of theRF electrode 140. TheRF electrode 140 is embedded at a position closer to thesurface 120 than theadsorption electrode 130. In other words, theadsorption electrode 130 is embedded at a position closer to thesurface 110 than theRF electrode 140. Like theadsorption electrode 130, theRF electrode 140 is arranged so as to be parallel to thesurface 110 and theadsorption electrode 130. TheRF electrode 140 is a single electrode that is approximately circular when viewed from above.

ＲＦ電極１４０のうち、上面視で給電路１３と重なる分には、開口１４３が形成されている。開口１４３を形成しておくことにより、給電路１３とＲＦ電極１４０との間の絶縁が確保されている。Anopening 143 is formed in theRF electrode 140 in a portion that overlaps with thepower supply line 13 in a top view. By forming theopening 143, insulation between thepower supply line 13 and theRF electrode 140 is ensured.

図１に示されるように、ＲＦ電極１４０には給電路１４が接続されている。給電路１４は、ＲＦ電極１４０ともう一方の対向電極との間に高周波の交流電圧を印加する際に、ＲＦ電極１４０の電位をベースプレート２００の電位と一致させるために設けられた電路である。図１においては、給電路１４の全体が簡略化して描かれている。給電路１４は、例えば、一端がＲＦ電極１４０に繋がっており、他端が面１２０から下方に向けて突出するように形成された電極端子として構成される。給電路１４のうち上記のように突出している部分は、ベースプレート２００の面１２０に形成された不図示の凹部に埋め込まれており、ベースプレート２００の金属部分に対して繋がっている。As shown in FIG. 1, theRF electrode 140 is connected to thepower supply line 14. Thepower supply line 14 is an electric path provided to match the potential of theRF electrode 140 with the potential of thebase plate 200 when a high-frequency AC voltage is applied between theRF electrode 140 and the other opposing electrode. In FIG. 1, the entirepower supply line 14 is illustrated in a simplified form. Thepower supply line 14 is configured, for example, as an electrode terminal having one end connected to theRF electrode 140 and the other end formed to protrude downward from thesurface 120. The protruding portion of thepower supply line 14 as described above is embedded in a recess (not shown) formed in thesurface 120 of thebase plate 200 and is connected to a metal portion of thebase plate 200.

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、後述のガス穴１５０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。A space SP is formed between thedielectric substrate 100 and the substrate W. When processing such as film formation is performed in the semiconductor manufacturing device, helium gas for temperature adjustment is supplied to the space SP from the outside through agas hole 150 described below. By providing helium gas between thedielectric substrate 100 and the substrate W, the thermal resistance between them is adjusted, thereby maintaining the temperature of the substrate W at an appropriate temperature. The temperature adjustment gas supplied to the space SP may be a type of gas other than helium.

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。Aseal ring 111 anddots 112 are provided on thesurface 110, which is the adsorption surface, and a space SP is formed around these.

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。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。Theseal ring 111 is a wall that divides the space SP at the outermost position. The upper end of theseal ring 111 forms part of thesurface 110 and abuts against the substrate W. Note that multiple seal rings 111 may be provided to divide the space SP. With this configuration, it is possible to individually adjust the helium gas pressure in each space SP and make the surface temperature distribution of the substrate W during processing more uniform.

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。The portion marked with the reference symbol "116" in FIG. 1 and other figures is the bottom surface of the space SP. Hereinafter, this portion will also be referred to as the "bottom surface 116." Theseal ring 111, together with thedots 112 described below, is formed as a result of digging down a portion of thesurface 110 to the position of thebottom surface 116.

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。Thedots 112 are circular protrusions that protrude from thebottom surface 116. A plurality ofdots 112 are provided, and are distributed approximately evenly on the adsorption surface of thedielectric substrate 100. The upper end of each dot 112 forms part of thesurface 110 and abuts against the substrate W. By providing a plurality ofsuch dots 112, deflection of the substrate W is suppressed.

空間ＳＰの底面１１６には、溝１１３が形成されている。溝１１３は、底面１１６から更に面１２０側へと後退させるように形成された溝である。溝１１３は、ガス穴１５０から供給されるヘリウムガスを、空間ＳＰ内に素早く拡散させ、空間ＳＰ内の圧力分布を短時間のうちに略均一とすることを目的として形成されている。Agroove 113 is formed in thebottom surface 116 of the space SP. Thegroove 113 is formed so as to retreat further from thebottom surface 116 toward thesurface 120. Thegroove 113 is formed for the purpose of quickly diffusing the helium gas supplied from thegas hole 150 into the space SP and making the pressure distribution in the space SP approximately uniform within a short period of time.

誘電体基板１００には、面１２０から面１１０側に向かって垂直に伸びるガス穴１５０が形成されており、当該ガス穴１５０が、図２に示される貫通穴１５１を介して空間ＳＰに繋がっている。ガス穴１５０は複数個形成されているが、図１においてはそのうちの１つのみが図示されている。Thedielectric substrate 100 hasgas holes 150 extending vertically from thesurface 120 toward thesurface 110, and the gas holes 150 are connected to the space SP via the throughholes 151 shown in FIG. 2. Multiple gas holes 150 are formed, but only one of them is shown in FIG. 1.

ベースプレート２００は、誘電体基板１００を支持す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。Thebase plate 200 is a substantially disk-shaped member that supports thedielectric substrate 100. Thebase plate 200 is formed of a metal such as aluminum. Theupper surface 210 of thebase plate 200 in FIG. 1 is a "bonded surface" that is bonded to thedielectric substrate 100 via abonding layer 300.

ベースプレート２００のうち、図１における下方側の面２２０を除く表面の略全体には、絶縁膜２３０が形成されている。絶縁膜２３０は、例えばアルミナのような絶縁性の材料からなる膜であり、例えば溶射によって形成されている。先に述べた面２１０は、その全体が絶縁膜２３０上の面となっている。尚、ベースプレート２００のうち絶縁膜２３０が形成されている範囲は、図１の例とは異なる範囲であってもよい。例えば、被接合面である面２１０の範囲のみに絶縁膜２３０が形成されていてもよい。An insulatingfilm 230 is formed on almost the entire surface of thebase plate 200, except for thesurface 220 on the lower side in FIG. 1. The insulatingfilm 230 is a film made of an insulating material such as alumina, and is formed, for example, by thermal spraying. Thesurface 210 mentioned above is entirely on the surface of the insulatingfilm 230. The range of thebase plate 200 on which the insulatingfilm 230 is formed may be a range different from that shown in FIG. 1. For example, the insulatingfilm 230 may be formed only on thesurface 210, which is the surface to be joined.

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２７０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２７０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。Acoolant flow path 270 for flowing a coolant is formed inside thebase plate 200. When a process such as film formation is performed in the semiconductor manufacturing device, a coolant is supplied to thecoolant flow path 270 from the outside, thereby cooling thebase plate 200. Heat generated in the substrate W during processing is transferred to the coolant via the helium gas in the space SP, thedielectric substrate 100, and thebase plate 200, and is discharged to the outside together with the coolant.

ベースプレート２００には、面２１０から面２２０側に向かって垂直に伸びるガス穴２５０が形成されている。ガス穴２５０は、上面視において誘電体基板１００のガス穴１５０と重なる位置、のそれぞれに形成されており、接合層３００に設けられた貫通穴を介してガス穴１５０に連通されている。ガス穴２５０は、誘電体基板１００のガス穴１５０と共に、空間ＳＰに向けてヘリウムガスを供給するための経路の一部となっている。Gas holes 250 are formed in thebase plate 200, extending vertically from thesurface 210 toward thesurface 220. The gas holes 250 are formed at positions that overlap the gas holes 150 of thedielectric substrate 100 in a top view, and are connected to the gas holes 150 via through holes provided in thebonding layer 300. The gas holes 250, together with the gas holes 150 of thedielectric substrate 100, form part of a path for supplying helium gas toward the space SP.

尚、ガス穴２５０は、本実施形態のように全体が直線状に伸びるように形成されていてもよいが、面２２０に向かう途中で屈曲するように形成されていてもよい。また、面２１０側の複数のガス穴２５０を、ベースプレート２００の内部において少数の流路に集約した上で、当該流路を面２２０側まで伸ばすような構成としてもよい。The gas holes 250 may be formed so as to extend linearly as in this embodiment, but may also be formed so as to bend on the way to thesurface 220. In addition, themultiple gas holes 250 on thesurface 210 side may be aggregated into a small number of flow paths inside thebase plate 200, and the flow paths may be configured to extend to thesurface 220 side.

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。Thebonding layer 300 is a layer provided between thedielectric substrate 100 and thebase plate 200, and bonds the two together. Thebonding layer 300 is made by hardening an adhesive made of an insulating material. For example, a silicone-based adhesive can be used as such an adhesive.

ガス穴１５０の上端部や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、当該部分の構成が模式的な断面図として示されている。同図に示されるように、ガス穴１５０は、溝１１３の直下となる位置において、面１２０から溝１１３に向かって伸びるように形成されているのであるが、溝１１３の底面までは到達していない。ガス穴１５０と空間ＳＰとの間は貫通穴１５１によって連通されている。The specific configuration of the upper end of thegas hole 150 and its vicinity will be described. FIG. 2 shows the configuration of this portion as a schematic cross-sectional view. As shown in the figure, thegas hole 150 is formed so as to extend from thesurface 120 toward thegroove 113 at a position directly below thegroove 113, but does not reach the bottom surface of thegroove 113. Thegas hole 150 and the space SP are connected by a throughhole 151.

貫通穴１５１は、ガス穴１５０の上端から溝１１３の底面まで、直線状に伸びるように形成された円形の貫通穴である。貫通穴１５１の半径は、ガス穴１５０の半径よりも小さい。また、貫通穴１５１の中心軸ＡＸは、ガス穴１５０の中心軸と一致している。つまり、貫通穴１５１は、面１１０に対し垂直な方向に伸びている。ガス穴１５０を通ったヘリウムガスは、貫通穴１５１から空間ＳＰへと供給される。貫通穴１５１は、貫通穴であるガス穴１５０のうち最も面１１０側の部分、すなわち、ガスの出口部分ということもできる。The throughhole 151 is a circular through hole formed to extend linearly from the upper end of thegas hole 150 to the bottom surface of thegroove 113. The radius of the throughhole 151 is smaller than the radius of thegas hole 150. The central axis AX of the throughhole 151 coincides with the central axis of thegas hole 150. In other words, the throughhole 151 extends in a direction perpendicular to thesurface 110. The helium gas that passes through thegas hole 150 is supplied from the throughhole 151 to the space SP. The throughhole 151 can be said to be the part of thegas hole 150 that is the through hole closest to thesurface 110, that is, the gas outlet part.

上記のように、ガス穴１５０のうちガスの出口部分の半径を小さくしておくことで、ガス穴１５０を通じた絶縁破壊の発生を生じにくくすることができる。このような態様に換えて、ガス穴１５０が、そのまま溝１１３の底面まで伸びているような態様であってもよい。As described above, by making the radius of the gas outlet portion of thegas hole 150 small, it is possible to make it difficult for insulation breakdown to occur through thegas hole 150. Alternatively, thegas hole 150 may extend directly to the bottom surface of thegroove 113.

図２に示されるように、ガス穴１５０の内部には、多孔質プラグ１５５が配置されている。多孔質プラグ１５５は、通気性を有する多孔質部材により形成された略円柱形状の部材である。多孔質プラグ１５５の上端と、ガス穴１５０の上端との間には、空間ＰＮが形成されている。多孔質プラグ１５５の配置によって、基板Ｗとベースプレート２００との間における絶縁破壊の発生を、更に生じにくくすることができる。これと同様に、ガス穴２５０のうち接合層３００の近傍となる部分にも、絶縁破壊を防止するための多孔質プラグが配置されていてもよい。2, aporous plug 155 is disposed inside thegas hole 150. Theporous plug 155 is a substantially cylindrical member formed of a porous material having gas permeability. A space PN is formed between the upper end of theporous plug 155 and the upper end of thegas hole 150. The arrangement of theporous plug 155 can further reduce the occurrence of dielectric breakdown between the substrate W and thebase plate 200. Similarly, a porous plug for preventing dielectric breakdown may also be disposed in the portion of thegas hole 250 that is adjacent to thebonding layer 300.

吸着電極１３０のうち、上面視で貫通穴１５１やガス穴１５０と重なる部分には、開口１３１が形成されている。上面視において、開口１３１は円形の開口であり、その中心は中心軸ＡＸの上にある。また、開口１３１の半径Ｒ１は貫通穴１５１の半径Ｒ０よりも大きい。つまり、開口１３１は、上面視において貫通穴１５１と同心であり、且つ貫通穴１５１を包含する円形の開口となっている。尚、貫通穴１５１の半径Ｒ０は、例えば０．１５ｍｍもしくはそれ以下である。Anopening 131 is formed in the chuckingelectrode 130 in a portion that overlaps with the throughhole 151 and thegas hole 150 in a top view. In a top view, theopening 131 is a circular opening, and its center is on the central axis AX. Furthermore, the radius R1 of theopening 131 is larger than the radius R0 of the throughhole 151. In other words, theopening 131 is a circular opening that is concentric with the throughhole 151 in a top view and includes the throughhole 151. The radius R0 of the throughhole 151 is, for example, 0.15 mm or less.

ＲＦ電極１４０のうち、上面視で貫通穴１５１やガス穴１５０と重なる部分には、開口１４１が形成されている。上面視において、開口１４１は円形の開口であり、その中心は中心軸ＡＸの上にある。また、開口１４１の半径Ｒ２は貫通穴１５１の半径Ｒ０よりも大きい。つまり、開口１４１は、上面視において貫通穴１５１と同心であり、且つ貫通穴１５１を包含する円形の開口となっている。本実施形態では、開口１４１の半径Ｒ２が開口１３１の半径Ｒ１よりも大きい。Anopening 141 is formed in theRF electrode 140 at a portion that overlaps with the throughhole 151 and thegas hole 150 in a top view. In a top view, theopening 141 is a circular opening, and its center is on the central axis AX. Furthermore, the radius R2 of theopening 141 is larger than the radius R0 of the throughhole 151. In other words, theopening 141 is a circular opening that is concentric with the throughhole 151 in a top view and encompasses the throughhole 151. In this embodiment, the radius R2 of theopening 141 is larger than the radius R1 of theopening 131.

開口１３１や開口１４１が形成されていることで、貫通穴１５１の内面において、吸着電極１３０やＲＦ電極１４０が露出してしまうことが防止されている。The formation of theopenings 131 and 141 prevents thesuction electrode 130 and theRF electrode 140 from being exposed on the inner surface of the throughhole 151.

本実施形態では、開口１４１の半径Ｒ２が十分に大きくなっており、具体的には１．７５ｍｍ以上となっている。In this embodiment, the radius R2 of theopening 141 is sufficiently large, specifically, 1.75 mm or more.

このような構成としたことの理由について説明する。図３（Ｂ）には、比較例に係る静電チャックのうち、図２と対応する部分の構成が示されている。この比較例では、開口１４１の半径Ｒ２が、開口１３１の半径Ｒ１と同程度に小さくなっている。。The reason for this configuration will be explained below. FIG. 3B shows the configuration of a portion of an electrostatic chuck according to a comparative example that corresponds to FIG. 2. In this comparative example, the radius R2 of theopening 141 is as small as the radius R1 of theopening 131.

基板Ｗの処理中においては、吸着電極１３０は高電位となる一方で、ＲＦ電極１４０は所定の低い電位（ベースプレート２００と同じ電位であって、例えば接地電位）に保たれる。図３（Ｂ）に示される各矢印は、開口１４１や開口１３１の縁近傍における電気力線を模式的に表している。図３（Ｂ）では、それぞれの電気力線は、開口１３１の縁から開口１４１の縁に向かって伸びている。尚、開口１３１の大きさによっては、開口１４１の縁に向かう電気力線は、処理中の基板Ｗから伸びている場合もある。During processing of the substrate W, the chuckingelectrode 130 is at a high potential, while theRF electrode 140 is maintained at a predetermined low potential (the same potential as thebase plate 200, e.g., ground potential). Each arrow shown in FIG. 3(B) shows a schematic representation of the electric field lines in the vicinity of theopening 141 and the edge of theopening 131. In FIG. 3(B), each electric field line extends from the edge of theopening 131 toward the edge of theopening 141. Depending on the size of theopening 131, the electric field lines toward the edge of theopening 141 may extend from the substrate W being processed.

この比較例のように、開口１４１の半径Ｒ２が比較的小さくなっている場合には、貫通穴１５１における電界の方向（つまり、上記電気力線の方向）は、貫通穴１５１の伸びる方向と概ね同じになる。このため、この比較例の構成においては、貫通穴１５１を通じた経路で絶縁破壊が起こってしまう可能性がある。When the radius R2 of theopening 141 is relatively small, as in this comparative example, the direction of the electric field in the through hole 151 (i.e., the direction of the electric field lines) is roughly the same as the direction in which the throughhole 151 extends. Therefore, in the configuration of this comparative example, there is a possibility that insulation breakdown may occur in the path through the throughhole 151.

そこで、本実施形態に係る静電チャック１０では、半径Ｒ２を十分に大きくすることで上記のような絶縁破壊を防止している。Therefore, in theelectrostatic chuck 10 according to this embodiment, the radius R2 is made sufficiently large to prevent the above-mentioned dielectric breakdown.

図３（Ａ）では、図２と同じ本実施形態の断面に、図３（Ｂ）と同様に電気力線を示す矢印を表してある。本実施形態では、開口１４１の半径Ｒ２を大きくしたことで、開口１４１の縁が貫通穴１５１から遠ざかっている。その結果、貫通穴１５１においては、高電位の部分から開口１４１の縁に向かう電界のうち、貫通穴１５１の伸びる方向に沿った成分が小さくなる。「高電位の部分」とは、例えば吸着電極１３０であるが、処理中の基板Ｗである場合もある。In FIG. 3(A), the cross section of this embodiment is the same as in FIG. 2, but arrows indicating electric field lines are shown in the same manner as in FIG. 3(B). In this embodiment, the radius R2 of theopening 141 is increased, so that the edge of theopening 141 is moved away from the throughhole 151. As a result, in the throughhole 151, the component of the electric field that flows from the high potential portion toward the edge of theopening 141 along the extension direction of the throughhole 151 is reduced. The "high potential portion" is, for example, the chuckingelectrode 130, but it may also be the substrate W being processed.

図３（Ａ）の本実施形態においては、開口１４１に向かう電界のうち、貫通穴１５１の伸びる方向に沿った成分が小さくなるので、貫通穴１５１を通じて絶縁破壊が生じる可能性を従来よりも低く抑えることが可能となっている。In the present embodiment shown in FIG. 3(A), the component of the electric field directed toward theopening 141 along the direction in which the throughhole 151 extends is reduced, making it possible to reduce the possibility of dielectric breakdown occurring through the throughhole 151 compared to the conventional case.

本発明者らが実験等により確認したところによれば、半径Ｒ２を１．７５ｍｍ以上としておけば、貫通穴１５１を通じた絶縁破壊の発生を十分に防止できるという知見が得られている。The inventors have confirmed through experiments and other means that if the radius R2 is set to 1.75 mm or greater, it is possible to sufficiently prevent dielectric breakdown through the throughhole 151.

尚、半径Ｒ２を１．７５ｍｍ以上としたことによる上記の効果は、半径Ｒ２と半径Ｒ１とが互いに同一の場合でも、ある程度奏することが確認されている。つまり、半径Ｒ２だけでなく半径Ｒ１をも大きくした場合であっても、貫通穴１５１を通じた絶縁破壊の発生を防止することができる。ただし、吸着電極１３０の開口１３１を大きくし過ぎると、吸着力が不足して、基板Ｗの保持が十分には行われなくなってしまう恐れがある。このため、本実施形態のように、ＲＦ電極１４０の開口１４１のみを大きくすることが好ましい。It has been confirmed that the above-mentioned effect of setting the radius R2 to 1.75 mm or more is achieved to some extent even when the radius R2 and the radius R1 are the same. In other words, even when not only the radius R2 but also the radius R1 are increased, it is possible to prevent the occurrence of dielectric breakdown through the through-hole 151. However, if theopening 131 of the chuckingelectrode 130 is made too large, there is a risk that the chucking force will be insufficient and the substrate W will not be held adequately. For this reason, it is preferable to make only theopening 141 of theRF electrode 140 large, as in this embodiment.

開口１４１の半径Ｒ２を大きくするほど、貫通穴１５１において絶縁破壊が生じる可能性は低くなる。図４（Ｂ）には、半径Ｒ２を極端に大きくした場合の比較例が示されている。図４（Ａ）は、図３（Ａ）と同じ本実施形態を表している。The larger the radius R2 of theopening 141, the lower the possibility of dielectric breakdown occurring in the throughhole 151. Figure 4(B) shows a comparative example in which the radius R2 is extremely large. Figure 4(A) shows the same embodiment as Figure 3(A).

図４（Ｂ）の比較例のように、半径Ｒ２を大きくし過ぎた場合には、高電位となっている部分（この例では吸着電極１３０）から伸びる電気力線の一部が、開口１４１を通じて下方側の部分にまで影響を与えてしまうことがある。例えば、図４（Ｂ）において矢印ＡＲ１で示される電気力線は、ＲＦ電極１４０によって遮蔽されることなく、接合層３００の近傍部分にも電位差を生じさせる。その結果、接合層３００に形成された貫通穴の内面（図４（Ｂ）において符号「３０１」が付されている部分）に沿った絶縁破壊を生じさせてしまう可能性がある。As in the comparative example of FIG. 4B, if the radius R2 is made too large, some of the electric field lines extending from the part with high potential (the chuckingelectrode 130 in this example) may affect the lower part through theopening 141. For example, the electric field lines indicated by the arrow AR1 in FIG. 4B are not blocked by theRF electrode 140 and cause a potential difference in the vicinity of thebonding layer 300. As a result, there is a possibility that dielectric breakdown will occur along the inner surface of the through hole formed in the bonding layer 300 (the part marked with the reference symbol "301" in FIG. 4B).

本発明者らが実験等により確認したところによれば、半径Ｒ２を５．３５ｍｍ以下とすれば、このような絶縁破壊の発生を十分に防止できるという知見が得られている。このため、半径Ｒ２を大きくし過ぎることなく、５．３５ｍｍ以下としておくことが好ましい。The inventors have confirmed through experiments that if the radius R2 is 5.35 mm or less, the occurrence of such dielectric breakdown can be sufficiently prevented. For this reason, it is preferable to keep the radius R2 at 5.35 mm or less, without making it too large.

半径Ｒ２と半径Ｒ０との差は、１．６ｍｍ以上であり且つ５．４ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。また、本実施形態のように、半径Ｒ２を半径Ｒ１よりも大きくする場合には、半径Ｒ２と半径Ｒ１との差を２．７ｍｍ以下とすることが好ましい。It is preferable that the difference between radius R2 and radius R0 is in the range of 1.6 mm or more and 5.4 mm or less. Furthermore, when radius R2 is made larger than radius R1 as in this embodiment, it is preferable that the difference between radius R2 and radius R1 is 2.7 mm or less.

以上のような開口１４１や開口１３１は、誘電体基板１００のうち、貫通穴１５１とは別の目的で設けられた貫通穴と上面視で重なる位置に形成してもよい。例えば、誘電体基板１００には、半導体製造装置に設けられた不図示のリフトピンを挿通するためのリフトピン穴、が形成されることもある。上面視でリフトピン穴と重なる位置のそれぞれに、本実施形態と同様の開口１４１や開口１３１を形成しても、以上で説明したものと同様の効果を奏することができる。Theopenings 141 and 131 as described above may be formed in thedielectric substrate 100 at positions that overlap with through holes provided for a purpose other than the throughholes 151 in a top view. For example, thedielectric substrate 100 may be formed with lift pin holes for inserting lift pins (not shown) provided in a semiconductor manufacturing device. Even ifopenings 141 and 131 similar to those in this embodiment are formed at positions that overlap with the lift pin holes in a top view, the same effects as those described above can be achieved.

ただし、ガス供給用の穴である貫通穴１５１においては、その内側の圧力は、絶縁破壊が比較的生じやすい圧力域となる傾向がある。このため、貫通穴１５１の位置においては、上記のような開口１４１や開口１３１の形状を適用することの効果が特に大きい。However, the pressure inside the throughhole 151, which is a gas supply hole, tends to be in a pressure range where insulation breakdown is relatively likely to occur. For this reason, the effect of applying the shapes of theopening 141 andopening 131 described above is particularly large at the position of the throughhole 151.

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。The present embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the present disclosure is not limited to these specific examples. Design modifications to these specific examples made by a person skilled in the art are also included within the scope of the present disclosure as long as they have the features of the present disclosure. The elements of each of the above-mentioned specific examples, as well as their arrangement, conditions, shape, etc., are not limited to those exemplified and can be modified as appropriate. The elements of each of the above-mentioned specific examples can be combined in different ways as appropriate, as long as no technical contradictions arise.

Ｗ：基板
１０：静電チャック
１００：誘電体基板
１１０：面
１４０：ＲＦ電極
１４１：開口
１５１：貫通穴 W: Substrate 10: Electrostatic chuck 100: Dielectric substrate 110: Surface 140: RF electrode 141: Opening 151: Through hole

Claims (3)

Translated fromJapanese

被吸着物が載置される載置面を有し、当該載置面に対し垂直に貫通穴が形成された誘電体基板と、
前記誘電体基板の内部に埋め込まれた吸着電極と、
前記吸着電極とは異なる位置において、前記誘電体基板の内部に埋め込まれたＲＦ電極と、を備え、
前記ＲＦ電極には、前記貫通穴と同心であり且つ前記貫通穴を包含する円形の開口が形成されており、
前記開口の半径が１．７５ｍｍ以上であることを特徴とする静電チャック。 a dielectric substrate having a mounting surface on which an object to be attached is placed and having a through hole formed perpendicular to the mounting surface;
an adsorption electrode embedded inside the dielectric substrate;
an RF electrode embedded in the dielectric substrateat a position different from the chucking electrode ;
The RF electrode has a circular opening formed therein that is concentric with and encompasses the through hole;
The opening has a radius of 1.75 mm or more. 前記開口の半径は５．３５ｍｍ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。The electrostatic chuck of claim 1, characterized in that the radius of the opening is 5.35 mm or less. 前記貫通穴がガス供給用の穴であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の静電チャック。The electrostatic chuck according to claim 1 or 2, characterized in that the through holes are gas supply holes.

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