静電チャック及びそれを用いたワークの冷却方法
【課題】ウエハの温度分布の均一化を図ることができる静電チャックを提供する。
【解決手段】ワークをワーク載置面に固定する静電チャックであって、ワーク載置面を有する円板状の本体が、本体の周縁に設けられた外壁と、外壁の内側に外壁と同心円状に配置され、それぞれ一部に切り欠きを備える複数の内壁と、本体の外壁と最外郭の内壁との間に定義される外周部と最内郭の内壁に囲まれる中心部にそれぞれガス供給孔と、を有し、ワークを外壁及び内壁のワーク載置部に配置した際に、外壁及び内壁に形成されるワークとの接触面が略同一平面にあり、ワークと本体との間に形成される中心部の空間と外周部の空間とが、内壁に設けられた切り欠きを介して形成されるガスの流路によって互いに連通する静電チャックを要旨とする。
【解決手段】ワークをワーク載置面に固定する静電チャックであって、ワーク載置面を有する円板状の本体が、本体の周縁に設けられた外壁と、外壁の内側に外壁と同心円状に配置され、それぞれ一部に切り欠きを備える複数の内壁と、本体の外壁と最外郭の内壁との間に定義される外周部と最内郭の内壁に囲まれる中心部にそれぞれガス供給孔と、を有し、ワークを外壁及び内壁のワーク載置部に配置した際に、外壁及び内壁に形成されるワークとの接触面が略同一平面にあり、ワークと本体との間に形成される中心部の空間と外周部の空間とが、内壁に設けられた切り欠きを介して形成されるガスの流路によって互いに連通する静電チャックを要旨とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電チャック及びそれを用いたワークの冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電チャックは、半導体デバイス製造の種々のプロセスにおいて、ワークを固定する載置台として主に用いられている。ここで「ワーク」としては主にウエハやレチクルが該当する。静電チャックは、ウエハの固定の他にも、プロセスに伴い発生する熱をウエハから効率的に除去し、ウエハの温度を一定に維持するという目的で使用されることがある。例えば、ウエハを静電チャックに吸着した際に、ウエハから熱を奪う目的で、ウエハの裏面にヘリウム（Ｈｅ）等のバックサイドガスが流されている。
【０００３】
一方、静電チャックにウエハを載置してプラズマエッチングプロセス等で処理する場合、プラズマの不均一性や、ガス濃度、幾何学的位置により、ウエハの中心と外周で温度分布が発生し、エッチングレートがウエハ面上で異なったものとなる傾向がある。かかる問題を解決する手段として、静電チャックのウエハ載置面の周縁に外壁、中心に凸状の内壁を設け、ウエハとの接触により形成される空間を同心円状に複数に分け、それぞれの空間に異なる圧力のガスを供給し、ガスの熱伝導率の圧力による相違を利用して、ウエハからの熱伝達を制御し、それにより、ウエハの温度分布の均一化を図るという静電チャックが提案されている。この静電チャックによれば、適当な圧力差をつけることでウエハ全体の温度分布の均一化が図られる。
【０００４】
ところが、それぞれの空間の間で、隔壁を隔ててガスの圧力が急激に変化することに起因して、隔壁の位置に対応するように、ウエハにステップ状の温度分布が生じる。そのため、ウエハ全体の温度分布は均一化できても、特に隔壁部分でウエハの温度分布の局部的な均一化を図ることが困難であった。局部的な温度分布は、ウエハ上に形成される隣り合う部分のエッチングレートを変え、特に最先端デバイス製造において、歩留まり低下の大きな原因となる恐れがある。
【０００５】
しかしながら、前述の課題を解決する手段は見当たらなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はウエハの温度分布の均一に保つことができる静電チャックを提供することを目的とする。本発明はウエハの温度分布を均一に保つことができるワークの冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の特徴は、ワークをワーク載置面に固定する静電チャックであって、ワーク載置面を有する円板状の本体が、本体の周縁に設けられた外壁と、外壁の内側に外壁と同心円状に配置され、それぞれ一部に切り欠きを備える複数の内壁と、本体の外壁と最外郭の内壁との間に定義される外周部と最内郭の内壁に囲まれる中心部にそれぞれガス供給孔と、を有し、ワークを外壁及び内壁のワーク載置部に配置した際に、外壁及び内壁に形成されるワークとの接触面が略同一平面にあり、ワークと本体との間に形成される中心部の空間と外周部の空間とが、内壁に設けられた切り欠きを介して形成されるガスの流路によって互いに連通する静電チャックを要旨とする。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、ワークをワーク載置面に固定する静電チャックであって、ワーク載置面を有する円板状の本体が、本体の周縁に設けられた外壁、外壁の内側に外壁と同心円状に配置されそれぞれ一部に切り欠きを備える複数の内壁、本体の外壁と最外郭の内壁との間に定義される外周部と最内郭の内壁に囲まれる中心部にそれぞれガス供給孔を有する静電チャックを用意する工程と、ワークをワーク載置部に配置して、ワークと本体との間に、複数の内壁にそれぞれ設けられた切り欠きを介して互いに結ばれたガスの流路を形成する工程と、外周部と内周部のガス供給孔から中心部及び外周部のいずれか一方の圧力が高くなるようにガスを供給し、複数の内壁の間に定義される緩衝部でガス圧力を緩衝しながらガスを充填する工程と、を有するワークの冷却方法を要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によればウエハの温度分布を局部的にも均一に保つことができる静電チャックが提供される。本発明によればウエハの温度分布を局部的にも均一に保つことができるワークの冷却方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。ワークとしてウエハを用いて説明する。
【００１１】
（静電チャック）
図１（ａ）に示す、ワークをワーク載置面に固定する実施形態にかかる静電チャック１０は、ワーク載置面を有する円板状の本体１が、本体１の周縁に設けられた外壁３と、外壁３の内側に外壁３と同心円状に配置されそれぞれ一部に切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを備える複数の内壁５、６、７、８と、本体１の外壁３と最外郭の内壁５との間に定義される外周部９ａと最内郭の内壁に囲まれる中心部９ｃにそれぞれガス供給孔１a、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋ、１ｌ、１ｍとを有する。
【００１２】
図１（ｂ）に示すように、静電チャック１０は、仮想線で示されるようにウエハ２を外壁３及び内壁５、６、７、８の上面からなる略同一平面のワーク載置部に配置した際に、外壁３と最外郭の内壁５とで定義される外周部９ａ、最外郭の内壁５と最内郭の内壁８とで定義される緩衝部９ｂ、最内郭の内壁８に囲まれる中心部９ｃが形成されるように構成されている。ウエハ２と本体１の間に形成される中心部９ｃの空間と外周部９ａの空間とは、緩衝部９ｂの内壁５、６、７に設けられた切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを介して形成されるガスの流路を通じて互いに結ばれる。即ち緩衝部の内壁間には切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを介して連続するコンダクタンスの小さい溝４が形成されている。
【００１３】
図１（ｂ）に示すように、本体１の下方からワーク載置側表面につながるガス供給孔１ａ、１ｉがそれぞれ外周部と中心部に設けられている。ガス供給孔１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｊ、１ｋ、１ｌ、１ｍについても、ガス供給孔１ａ、１ｉと同様に本体１に設けられている。ガス供給孔の個数や位置は、外周部と中心部にそれぞれ１つ設けられていれば特に制限されるものではなく、適宜、設計変更可能である。尚、図示は省略するが静電チャック１０の本体１内部には内部電極が埋設されている。
【００１４】
このように、切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを備える複数の内壁５、６、７、８を設け、ガスの流路となるコンダクタンスの小さい溝４を形成したことにより、内壁（隔壁）５、６、７、８間の急激な圧力低下を効果的に緩和できる。尚、実施形態における「内壁」及び「外壁」は、「隔壁」に包含される概念であるが、配置位置や切り欠きの有無等が規定されたものを、特に「内壁」及び「外壁」という。
【００１５】
静電チャック１０には４つの内壁５、６、７、８が最内側から最外側に向けて各内壁の切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａが隣の内壁の切り欠きと重ならないように配置されている。この場合、内壁の数が複数であれば特に制限されることはないが、内壁の数は３以上が好ましい。内壁の数が多いほど、中心部と外周部との間のガスの圧力差をゆるやかに変化させることができるため、径方向の急激な温度変化を効果的に緩和することができるからである。内壁の上限は８程度が好ましい。内壁が8を超えると、コンダクタンスが小さくなりすぎて、ガスが高圧側から低圧側へ流れにくくなり、実施形態にかかる作用効果が得られづらくなるからである。また内壁との接触面積が大きくなることによって、パーティクル発生量の増大が懸念されるからである。各内壁の切り欠きが隣り合う内壁の切り欠きと重ならないように配置することが好ましい。内壁間の急激な圧力低下を効果的に緩和できなくなるからである。
【００１６】
内壁幅や溝幅Ｗは、内壁５、６、７、８上面のウエハ２との接触面積に対する溝４の占める面積が同等以上とすることが好ましい。この場合、ガスによる熱伝達を固体による直接熱伝達よりも大きくできるので、ガスの圧力変化を利用した温度制御効果が得やすくなるからである。３００ｍｍウエハ用の静電チャックにおいては、溝幅が1ｍｍ以下、深さが３００μｍ以下、長さが６００ｍｍ以上あれば、効果的にコンダクタンスを小さくすることができ、本発明の作用効果を発揮することができる。内壁のウエハ接触面は幅１ｍｍ以下で溝幅よりも小さくする必要がある。
【００１７】
具体的には、内壁幅は０．８ｍｍ〜１．２ｍｍが好ましく、０．９ｍｍ〜１．１ｍｍがより好ましい。溝幅Ｗは０．６ｍｍ〜１．０ｍｍが好ましく、０．７ｍｍ〜０．８ｍｍがより好ましい。本体の載置面からワーク載置部までの距離で定義される「内壁の高さｈ」は、１６μｍ以下が好ましく、７μｍ以下がより好ましい。なお、内壁の高さｈを７μｍ程度以下とすると、ガス分子の平均自由工程に近くなるため、ガス圧力の変化によるガスの熱伝導が大きく変化するので、圧力差によるウエハ面上の温度分布を効果的に制御できる。
【００１８】
静電チャック１０の材質は特に制限されないが、パーティクルの発生を低減させるという観点からは、窒化アルミニウム系セラミックス、窒化アルミニウムを含む複合材料、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料、アルミナと窒化アルミニウムとの複合セラミックスが好ましい。また内部電極の材質も特に限定されないため、導電性セラミックスや金属であってよいが、高融点金属が好ましく、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンとの合金が特に好ましい。
【００１９】
（ウエハ（ワーク）の冷却方法）
次に、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）を用いて、ウエハ２の冷却方法を説明することで、実施形態にかかる静電チャック１０の作用効果を説明する。
【００２０】
まず図２（ａ）に示すように、図１（ａ）（ｂ）に示す静電チャック１０を用意する。一般的には、静電チャックは真空チャンバー中に設置する。次に図２（ｂ）に示すように、ワークとしてのウエハ２を外壁３及び内壁５、６、７、８のワーク載置部に配置する。その際、静電チャック１０に埋設された静電電極に電圧を印加し、ウエハ２を固定することが好ましい。ウエハ２を載置することで、図２（ｃ）に示すように、ウエハ２と本体１との間に、複数の内壁５、６、７、８にそれぞれ設けられた切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを介して互いに結ばれたガスの流路が形成される。即ち、外壁３と最外郭の内壁５とで定義される外周部９ａ、最外郭の内壁５と最内郭の内壁８とで定義される緩衝部９ｂ、最内郭の内壁８に囲まれる中心部９ｃが形成され、内壁５、６、７、８の切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを介して連続するコンダクタンスの小さい溝４が形成される。
【００２１】
図２（ｄ）に示すように、外周部９aと中心部９ｃのガス供給孔１ａ、１iから中心部９ｃよりも外周部９ａの圧力が高くなるようにバックサイドガスを供給する。さらにガス供給孔１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｊ、１ｋ、１ｌ、１ｍのいずれかから適宜バックサイドガスを供給しても構わない。バックサイドガスとしては、特に制限なく種々のガスを用いることができる。例えばヘリウム、アルゴン、ヘリウムとアルゴンとの混合ガスを使用できる。バックサイドガスのガス供給孔１ａ〜１mへの供給圧力は、ウエハ２から静電チャック１０への熱伝導を良好にするためには６６５Ｐａ以上とすることが好ましく、２ｋＰａ以上とすることが一層好ましい。ただし、この圧力が増大し過ぎるとウエハ２への吸着力が低下し、ウエハ２が外れやすくなるので、４ｋＰａ以下とすることが好ましい。
【００２２】
そして、図２（ｅ）に示すように、緩衝部９ｂでガス圧力を緩衝しながら外周部９ａ、緩衝部９ｂ、中心部９ｃにガスを充填する。実施形態にかかる静電チャック１０は、内壁５、６、７、８を設けてガスの流路となる溝４の全長を長くし、ガス圧力の高い側から低い側へガスが緩衝部の長く細い溝を流れるようにしたことで、緩衝部９ｃで溝４内のガス圧力が緩やかに変化する。従い、隔壁を横切る径方向で、隔壁部分の急激な圧力変化をもたらすことなく、ウエハ２上の温度分布ステップが有効に緩和されることで、ウエハ２の均熱性が極めて有効に改善される。よって、実施形態にかかる静電チャック１０によれば、ウエハ２の温度分布を均一に保つことができる。また、溝４が小さいコンダクタンスを有するため、溝を通って高圧側から低圧側へ流れるガス流量は小さく、短いプロセス時間内では圧力差が比較的一定に保たれる。しかしながら、有限の時間内には圧力差が小さくなっていくため、ガス供給装置には圧力制御機能を付加することがより好ましい。
【００２３】
（静電チャックの製造方法）
静電チャック１０の製造方法として静電チャック１０の本体１が窒化アルミニウムである場合の製造方法を説明する。まず窒化アルミニウム粉末を所定形状に成形して成形体を形成する。その後、この成形体上に、モリブデンからなる内部電極を配置する。さらにこの上に窒化アルミニウム粉末を充填し再度成形して内部電極を埋設した円盤状の成形体を得る。次いで、この成形体を窒素雰囲気中で焼結することにより、内部電極を埋設した静電チャックを作製する。
【００２４】
静電チャック１０の本体１のワーク載置面の表面側に、マスクを置き、ブラスト加工によって、図１（ａ）に示すような所望のパターンの内壁５、６、７、８及び外壁３を形成する。この際内壁５、６、７、８に切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを設けるが、外壁３には切り欠きは設けない。ウエハ２と静電チャック本体１の表面とで形成される空間と、静電チャック１０が配置されるチャンバー内雰囲気を分けるものであるからである。外壁３および内壁５、６、７、８のウエハ２との接触面となるワーク載置部はガスシール性が必要となるので、表面粗さＲａ０．２μｍ未満にポリッシュすることが好ましい。
【００２５】
外周部９ａないしは中心部９ｃにワークとの接触面を備える凸部を複数点在させても構わない。凸部の上面のウエハーと接触する部分は隔壁の上面と略同一平面上となるようにする。凸部を設けることで、ウエハ２が支持され、ウエハ２が静電チャック１０に吸着されたときにウエハ面の反りを抑えることができるからである。凸部はブラスト加工により隔壁の形成時と同時に形成することができる。また、凸部の材質は特に限定されず、化学的気相成長法などによってダイヤモンドライクカーボン等によっても形成できる。
【００２６】
内壁５、６、７、８のウエハ２との接触面積の合計値及び凸部の高さは以下のように制御する。静電チャック１０の本体１の設置面をラップ加工し（研磨加工）、平面を出したあとで、ブラスト加工（凸部、ガス溝形成）することによって内壁５、６、７、８ないしは凸部を形成する。ブラスト加工時に、図1 に示すような内壁５、６、７、８の配置に対応する凸部原画を静電チャック１０の本体１のラップ面に貼付け、凸部以外の部分をブラスト加工によって研削除去する。凸部の高さは、ブラスト加工時間によって制御する。即ち、凸部の高さは、ブラスト加工時間に依存する。凸部の高さは表面粗さ計を用いて確認することができる。
【００２７】
（実施形態の変形例）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。具体的には、図１（ａ）（ｂ）の静電チャックの内壁５、６、７、８を、それぞれ図３（ａ）（ｂ）に示す内壁２５、２６に置き換えた静電チャック２０、図４（ａ）（ｂ）に示す内壁３５、３６、３７、３８に置き換えた静電チャック３０、図５（ａ）（ｂ）に示す内壁４３、４４、４５、４６、４７、４８、５０に置き換えた静電チャック４０が提供される。尚、符号の末尾の数字が一致するものは同様の位置に配置されることを意味する。
【００２８】
例えば、図１（ａ）（ｂ）の静電チャック１０では内壁の数を４としたが、図３（ａ）（ｂ）に示すように内壁の数を２としても構わない。但し、内壁を設けることによるガス圧力の緩衝効果を効果的に得るためには内壁の数を３以上とすることが好ましい。また図４（ａ）（ｂ）に示すように、各内壁３５、３６、３７、３８に、それぞれ切り欠き３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設け、各内壁の切り欠きの数を複数としてもよい。この場合、上述の緩衝効果を得るためには、内壁の数を増やすことが好ましく、特に内壁の数を４以上とすることがより好ましい。ガスの流路を静電チャック３０の径方向に長くすることで、より効果的に急激な温度変化を抑制することが可能となるからである。また、中心部を低圧空間側とした場合の低圧空間側におけるガスの導入部である切り欠き３８ａおよび３８ｂの位置を線対称に設けることが可能となるため、中心部のガス圧力分布が対称良くなり、ウエハ２の温度分布をより均一にできる。同様に外周部を低圧空間側とした場合は、３５ａおよび３５ｂが線対称となる。もっとも、同心円状に配置された複数の内壁で構成される緩衝部３９ｂの幅は、種々のプロセスのウエハ２の温度分布に合わせて適当に制御すればよい。図５（ａ）（ｂ）に示すように、ガス供給孔１ａ、１ｉからガスを供給して外周部４９ａ、緩衝部４９ｂ、中心部４９ｃにガスを流す際に、ガスの流路を蛇行させて、緩衝効果をより得やすくするために、内壁の数を６とし、切り欠きの中央に円板の径方向に延在する反転板６１、６２、６３を設けても構わない。
【００２９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００３０】
（静電チャックの製造例１、２、３、４）
上記静電チャックの製造例に準じて製造されたアルミナセラミックスからなる静電チャック本体を用意する。そしてマスクサンドブラスト法により、静電チャックの本体の表面を研磨して、図３（ａ）、（ｂ）に示すパターンの内壁２５、２６を形成した。各内壁間の溝幅は１．０mmとし、内壁幅は０．８mmとし、内壁高さは１５μmとした。以上により図３（ａ）、（ｂ）に示す製造例１にかかる静電チャック２０を製造した。
【００３１】
図４（ａ）、（ｂ）に示す製造例２、図５（ａ）、（ｂ）に示す製造例３、図６（ａ）、（ｂ）に示す製造例４にかかる静電チャックを、内壁パターンを変更したことを除き、上記製造例１と同様にして製造した。
【００３２】
（実施例１）
製造例１の静電チャック２０と、静電チャック２０の配置部上方に同心円状に配置されたプラズマによる熱発生を模擬するための複数の加熱ランプと、を備える真空チャンバーを用意した。次に真空チャンバーの静電チャック２０の表面にウエハ２を載置して、３５０Vの電圧を静電電極に印加してウエハ２を吸着した。そして、加熱ランプを点灯し、中心部２９ｃと外周部２９ａで１０℃の温度差がつくように、加熱ランプの出力を調整した。温度分布測定はウエハ表面に複数の熱電対が取り付けたＴＣ（Thermo Couple）ウエハを用いて行なった。次に、ウエハ２裏面に静電チャック２０のガス供給孔１ａ〜１ｍからヘリウム（Ｈｅ）ガスを導入し、中心部２９ｃと外周部２９ａで差圧をつけた。差圧は中心部２９ｃを１ｋPaとしたときに外周部２９ａを２ｋPaとした。３０秒経過後、安定したところで、ウエハ２上の各点の温度測定を行なった。図３（ｃ）に内壁２５、２６の位置を横軸、内壁２５、２６周辺の温度を縦軸に取った温度分布グラフを示す。また表１に、ウエハ全体の均熱性（絶対温度分布）[℃]、内壁２５、２６部分の温度差（温度ギャップΔT）[℃]、内壁２５、２６部分の距離あたりの温度変化[℃/mm]を示す。
【表１】
【００３３】
（実施例２、３）（比較例１）
表１の条件の欄に示すように、静電チャックを製造例１から製造例２、３、４に置き換えたことを除き、実施例１と同様にして実施例２、３、比較例１を行なった。実施例２、３及び比較例１のそれぞれの隔壁部分における局所的な温度測定の結果を図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）、図６（ｃ）、及び表１に示す。
【００３４】
表１に示すように、差圧がないときのウエハ上の絶対温度分布（ウエハ全体での最高温度と最低温度の差）は１０℃であったのに対して、比較例１では、中心部と外周部のガス圧力に差をつけ１ｋＰａ／２ｋＰａにすることにより、４℃改善し、6℃となった。しかし、比較例においては、隔壁部分で中心部と外周部のガス圧が大きく変化するために図６（ｃ）に示すように、内壁近傍で温度ギャップ（ΔT）が発生し、比較例１ではΔTが３．６℃、径方向温度変化率は３．０℃/ｍｍと、最先端デバイス向けのプロセスとしては許容できる範囲になかった。特に径方向温度変化率が大きいと隣り合う近傍の回路でエッチングレートに差が発生し、高性能デバイスにおいては作動しなくなる恐れがある。一方、実施例１、２、３では、隔壁近傍での温度ギャップ（ΔT）、径方向温度変化率は比較例に対して著しく小さかった。
【００３５】
（実施例４、５、６）（比較例２）
絶対温度分布自体は、単純に中心部と外周部のガス圧力の差異に左右されるため、ガス圧力差を大きくすれば改善できる。そこで、ウエハ２裏面ガス圧力を中心部１ｋPa、外周部３ｋPaとして実験を行なった。即ち表１の条件の欄に示す条件にしたことを除き、実施例１と同様にして、実施例４、５、６、比較例２を行なった。得られた温度測定の結果を表１に示す。
【００３６】
表１に示すように、比較例２では、隔壁部分の温度ギャップ（ΔT）が４．８℃と比較例１に対してさらに増加し、これが絶対温度分布となってしまって、ウエハ全体の絶対温度分布自体は５．２℃しか改善しなかった。一方、実施例４、５、６では、ウエハの最外周の温度を下げるとともに、内壁部分の温度ギャップがガス圧力差の小さいときに比べてほとんど変わらないため、絶対温度分布が大幅に改善でき、ウエハ全体として、３℃以下の極めて良好な均熱性を得ることができた。
【００３７】
（実施例７、８、９）（比較例３）
さらに中心部と外周部のガス圧力に差をつけ、中心部１ｋPa、外周部４ｋPaとした。
【００３８】
即ち表１の条件の欄に示す通りにしたことを除き、実施例１と同様にして、実施例７、８、９、比較例３を行なった。得られた温度測定の結果を表１に示す。
【００３９】
表１に示すように、比較例３では内壁部分の温度ギャップが、中心部と外周部の温度差よりも大きくなってしまい、ウエハの絶対温度分布は比較例２にくらべ逆に悪化した。しかし、実施例７、８、９では内壁部分の温度ギャップがガス圧力差の小さいときに比べてほとんど変わらないため、絶対温度分布がさらに小さく良好な結果となった。
【００４０】
以上のように比較例では、ガス圧力差がつくに従い、ΔＴが大きくなり、１ｋＰａ／４ｋＰａの時には、内壁部分における温度ギャップがウエハ全体で最も大きくなってしまった。一方、本発明例では、ΔＴがさほど大きくならないため、中心部と外周部の圧力差によるウエハ温度分布の改善効果がそのまま享受できる。
【００４１】
さらに実施例１〜３、４〜６、７〜９の結果より、各圧力条件において、各内壁の数を増すことにより、隔壁近傍での温度ギャップ（ΔT）、径方向温度変化率を、小さくすることができる。この様子は図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）、図６（ｃ）を比較することでより良く理解できよう。
【００４２】
以上から、実施例にかかる静電チャックは、比較例にかかる静電チャックに比べて、極めて広範囲の温度分布を補正する機能を有している。すなわち、本発明によれば、同じ静電チャックを用いて、ガス圧力を変化させることにより、さまざまなプロセスにおいても、ウエハ上の温度分布を均一にすることが可能になる。
【００４３】
なお、上記の説明では外周部の温度が高くなるプロセスを模擬したが、中心部の温度が高くなるプロセスにおいても、本発明は同様の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１（ａ）は実施形態にかかる静電チャックの上面図を示し、図１（ｂ）は実施形態にかかる静電チャックの断面図を示す。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）のそれぞれは実施形態にかかる静電チャックを用いたワークの冷却方法の工程断面図を示す。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ実施形態の変形例１（実施例１）にかかる静電チャックの上面図、断面図、隔壁部分の局所的なウエハの径方向温度分布を示す。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ実施形態の変形例２（実施例２）にかかる静電チャックの上面図、断面図、隔壁部分の局所的なウエハの径方向温度分布を示す。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ実施形態の変形例３（実施例３）にかかる静電チャックの上面図、断面図、隔壁部分の局所的なウエハの径方向温度分布を示す。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ比較例にかかる静電チャックの上面図、断面図、隔壁部分の局所的なウエハの径方向温度分布を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１：本体
２：ウエハ（ワーク）
３：外壁
５、６、７、２５、２６、３５、３６、３７、３８、４３、４５、４６、４７、４８、５０、１０５：内壁
４、２４、３４、４４：溝
９ａ、２９ａ、３９ａ、４９ａ、１０９ａ：外周部
９ｂ、２９ｂ、３９ｂ、４９ｂ、１０９ｂ：緩衝部
９ｃ、２９ｃ、３９ｃ、４９ｃ、１０９ｃ：中心部
１ａ〜１ｍ：ガス供給孔
１０、２０、３０、４０、１００：静電チャック
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電チャック及びそれを用いたワークの冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電チャックは、半導体デバイス製造の種々のプロセスにおいて、ワークを固定する載置台として主に用いられている。ここで「ワーク」としては主にウエハやレチクルが該当する。静電チャックは、ウエハの固定の他にも、プロセスに伴い発生する熱をウエハから効率的に除去し、ウエハの温度を一定に維持するという目的で使用されることがある。例えば、ウエハを静電チャックに吸着した際に、ウエハから熱を奪う目的で、ウエハの裏面にヘリウム（Ｈｅ）等のバックサイドガスが流されている。
【０００３】
一方、静電チャックにウエハを載置してプラズマエッチングプロセス等で処理する場合、プラズマの不均一性や、ガス濃度、幾何学的位置により、ウエハの中心と外周で温度分布が発生し、エッチングレートがウエハ面上で異なったものとなる傾向がある。かかる問題を解決する手段として、静電チャックのウエハ載置面の周縁に外壁、中心に凸状の内壁を設け、ウエハとの接触により形成される空間を同心円状に複数に分け、それぞれの空間に異なる圧力のガスを供給し、ガスの熱伝導率の圧力による相違を利用して、ウエハからの熱伝達を制御し、それにより、ウエハの温度分布の均一化を図るという静電チャックが提案されている。この静電チャックによれば、適当な圧力差をつけることでウエハ全体の温度分布の均一化が図られる。
【０００４】
ところが、それぞれの空間の間で、隔壁を隔ててガスの圧力が急激に変化することに起因して、隔壁の位置に対応するように、ウエハにステップ状の温度分布が生じる。そのため、ウエハ全体の温度分布は均一化できても、特に隔壁部分でウエハの温度分布の局部的な均一化を図ることが困難であった。局部的な温度分布は、ウエハ上に形成される隣り合う部分のエッチングレートを変え、特に最先端デバイス製造において、歩留まり低下の大きな原因となる恐れがある。
【０００５】
しかしながら、前述の課題を解決する手段は見当たらなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はウエハの温度分布の均一に保つことができる静電チャックを提供することを目的とする。本発明はウエハの温度分布を均一に保つことができるワークの冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の特徴は、ワークをワーク載置面に固定する静電チャックであって、ワーク載置面を有する円板状の本体が、本体の周縁に設けられた外壁と、外壁の内側に外壁と同心円状に配置され、それぞれ一部に切り欠きを備える複数の内壁と、本体の外壁と最外郭の内壁との間に定義される外周部と最内郭の内壁に囲まれる中心部にそれぞれガス供給孔と、を有し、ワークを外壁及び内壁のワーク載置部に配置した際に、外壁及び内壁に形成されるワークとの接触面が略同一平面にあり、ワークと本体との間に形成される中心部の空間と外周部の空間とが、内壁に設けられた切り欠きを介して形成されるガスの流路によって互いに連通する静電チャックを要旨とする。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、ワークをワーク載置面に固定する静電チャックであって、ワーク載置面を有する円板状の本体が、本体の周縁に設けられた外壁、外壁の内側に外壁と同心円状に配置されそれぞれ一部に切り欠きを備える複数の内壁、本体の外壁と最外郭の内壁との間に定義される外周部と最内郭の内壁に囲まれる中心部にそれぞれガス供給孔を有する静電チャックを用意する工程と、ワークをワーク載置部に配置して、ワークと本体との間に、複数の内壁にそれぞれ設けられた切り欠きを介して互いに結ばれたガスの流路を形成する工程と、外周部と内周部のガス供給孔から中心部及び外周部のいずれか一方の圧力が高くなるようにガスを供給し、複数の内壁の間に定義される緩衝部でガス圧力を緩衝しながらガスを充填する工程と、を有するワークの冷却方法を要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によればウエハの温度分布を局部的にも均一に保つことができる静電チャックが提供される。本発明によればウエハの温度分布を局部的にも均一に保つことができるワークの冷却方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。ワークとしてウエハを用いて説明する。
【００１１】
（静電チャック）
図１（ａ）に示す、ワークをワーク載置面に固定する実施形態にかかる静電チャック１０は、ワーク載置面を有する円板状の本体１が、本体１の周縁に設けられた外壁３と、外壁３の内側に外壁３と同心円状に配置されそれぞれ一部に切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを備える複数の内壁５、６、７、８と、本体１の外壁３と最外郭の内壁５との間に定義される外周部９ａと最内郭の内壁に囲まれる中心部９ｃにそれぞれガス供給孔１a、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋ、１ｌ、１ｍとを有する。
【００１２】
図１（ｂ）に示すように、静電チャック１０は、仮想線で示されるようにウエハ２を外壁３及び内壁５、６、７、８の上面からなる略同一平面のワーク載置部に配置した際に、外壁３と最外郭の内壁５とで定義される外周部９ａ、最外郭の内壁５と最内郭の内壁８とで定義される緩衝部９ｂ、最内郭の内壁８に囲まれる中心部９ｃが形成されるように構成されている。ウエハ２と本体１の間に形成される中心部９ｃの空間と外周部９ａの空間とは、緩衝部９ｂの内壁５、６、７に設けられた切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを介して形成されるガスの流路を通じて互いに結ばれる。即ち緩衝部の内壁間には切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを介して連続するコンダクタンスの小さい溝４が形成されている。
【００１３】
図１（ｂ）に示すように、本体１の下方からワーク載置側表面につながるガス供給孔１ａ、１ｉがそれぞれ外周部と中心部に設けられている。ガス供給孔１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｊ、１ｋ、１ｌ、１ｍについても、ガス供給孔１ａ、１ｉと同様に本体１に設けられている。ガス供給孔の個数や位置は、外周部と中心部にそれぞれ１つ設けられていれば特に制限されるものではなく、適宜、設計変更可能である。尚、図示は省略するが静電チャック１０の本体１内部には内部電極が埋設されている。
【００１４】
このように、切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを備える複数の内壁５、６、７、８を設け、ガスの流路となるコンダクタンスの小さい溝４を形成したことにより、内壁（隔壁）５、６、７、８間の急激な圧力低下を効果的に緩和できる。尚、実施形態における「内壁」及び「外壁」は、「隔壁」に包含される概念であるが、配置位置や切り欠きの有無等が規定されたものを、特に「内壁」及び「外壁」という。
【００１５】
静電チャック１０には４つの内壁５、６、７、８が最内側から最外側に向けて各内壁の切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａが隣の内壁の切り欠きと重ならないように配置されている。この場合、内壁の数が複数であれば特に制限されることはないが、内壁の数は３以上が好ましい。内壁の数が多いほど、中心部と外周部との間のガスの圧力差をゆるやかに変化させることができるため、径方向の急激な温度変化を効果的に緩和することができるからである。内壁の上限は８程度が好ましい。内壁が8を超えると、コンダクタンスが小さくなりすぎて、ガスが高圧側から低圧側へ流れにくくなり、実施形態にかかる作用効果が得られづらくなるからである。また内壁との接触面積が大きくなることによって、パーティクル発生量の増大が懸念されるからである。各内壁の切り欠きが隣り合う内壁の切り欠きと重ならないように配置することが好ましい。内壁間の急激な圧力低下を効果的に緩和できなくなるからである。
【００１６】
内壁幅や溝幅Ｗは、内壁５、６、７、８上面のウエハ２との接触面積に対する溝４の占める面積が同等以上とすることが好ましい。この場合、ガスによる熱伝達を固体による直接熱伝達よりも大きくできるので、ガスの圧力変化を利用した温度制御効果が得やすくなるからである。３００ｍｍウエハ用の静電チャックにおいては、溝幅が1ｍｍ以下、深さが３００μｍ以下、長さが６００ｍｍ以上あれば、効果的にコンダクタンスを小さくすることができ、本発明の作用効果を発揮することができる。内壁のウエハ接触面は幅１ｍｍ以下で溝幅よりも小さくする必要がある。
【００１７】
具体的には、内壁幅は０．８ｍｍ〜１．２ｍｍが好ましく、０．９ｍｍ〜１．１ｍｍがより好ましい。溝幅Ｗは０．６ｍｍ〜１．０ｍｍが好ましく、０．７ｍｍ〜０．８ｍｍがより好ましい。本体の載置面からワーク載置部までの距離で定義される「内壁の高さｈ」は、１６μｍ以下が好ましく、７μｍ以下がより好ましい。なお、内壁の高さｈを７μｍ程度以下とすると、ガス分子の平均自由工程に近くなるため、ガス圧力の変化によるガスの熱伝導が大きく変化するので、圧力差によるウエハ面上の温度分布を効果的に制御できる。
【００１８】
静電チャック１０の材質は特に制限されないが、パーティクルの発生を低減させるという観点からは、窒化アルミニウム系セラミックス、窒化アルミニウムを含む複合材料、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料、アルミナと窒化アルミニウムとの複合セラミックスが好ましい。また内部電極の材質も特に限定されないため、導電性セラミックスや金属であってよいが、高融点金属が好ましく、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンとの合金が特に好ましい。
【００１９】
（ウエハ（ワーク）の冷却方法）
次に、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）を用いて、ウエハ２の冷却方法を説明することで、実施形態にかかる静電チャック１０の作用効果を説明する。
【００２０】
まず図２（ａ）に示すように、図１（ａ）（ｂ）に示す静電チャック１０を用意する。一般的には、静電チャックは真空チャンバー中に設置する。次に図２（ｂ）に示すように、ワークとしてのウエハ２を外壁３及び内壁５、６、７、８のワーク載置部に配置する。その際、静電チャック１０に埋設された静電電極に電圧を印加し、ウエハ２を固定することが好ましい。ウエハ２を載置することで、図２（ｃ）に示すように、ウエハ２と本体１との間に、複数の内壁５、６、７、８にそれぞれ設けられた切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを介して互いに結ばれたガスの流路が形成される。即ち、外壁３と最外郭の内壁５とで定義される外周部９ａ、最外郭の内壁５と最内郭の内壁８とで定義される緩衝部９ｂ、最内郭の内壁８に囲まれる中心部９ｃが形成され、内壁５、６、７、８の切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを介して連続するコンダクタンスの小さい溝４が形成される。
【００２１】
図２（ｄ）に示すように、外周部９aと中心部９ｃのガス供給孔１ａ、１iから中心部９ｃよりも外周部９ａの圧力が高くなるようにバックサイドガスを供給する。さらにガス供給孔１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｊ、１ｋ、１ｌ、１ｍのいずれかから適宜バックサイドガスを供給しても構わない。バックサイドガスとしては、特に制限なく種々のガスを用いることができる。例えばヘリウム、アルゴン、ヘリウムとアルゴンとの混合ガスを使用できる。バックサイドガスのガス供給孔１ａ〜１mへの供給圧力は、ウエハ２から静電チャック１０への熱伝導を良好にするためには６６５Ｐａ以上とすることが好ましく、２ｋＰａ以上とすることが一層好ましい。ただし、この圧力が増大し過ぎるとウエハ２への吸着力が低下し、ウエハ２が外れやすくなるので、４ｋＰａ以下とすることが好ましい。
【００２２】
そして、図２（ｅ）に示すように、緩衝部９ｂでガス圧力を緩衝しながら外周部９ａ、緩衝部９ｂ、中心部９ｃにガスを充填する。実施形態にかかる静電チャック１０は、内壁５、６、７、８を設けてガスの流路となる溝４の全長を長くし、ガス圧力の高い側から低い側へガスが緩衝部の長く細い溝を流れるようにしたことで、緩衝部９ｃで溝４内のガス圧力が緩やかに変化する。従い、隔壁を横切る径方向で、隔壁部分の急激な圧力変化をもたらすことなく、ウエハ２上の温度分布ステップが有効に緩和されることで、ウエハ２の均熱性が極めて有効に改善される。よって、実施形態にかかる静電チャック１０によれば、ウエハ２の温度分布を均一に保つことができる。また、溝４が小さいコンダクタンスを有するため、溝を通って高圧側から低圧側へ流れるガス流量は小さく、短いプロセス時間内では圧力差が比較的一定に保たれる。しかしながら、有限の時間内には圧力差が小さくなっていくため、ガス供給装置には圧力制御機能を付加することがより好ましい。
【００２３】
（静電チャックの製造方法）
静電チャック１０の製造方法として静電チャック１０の本体１が窒化アルミニウムである場合の製造方法を説明する。まず窒化アルミニウム粉末を所定形状に成形して成形体を形成する。その後、この成形体上に、モリブデンからなる内部電極を配置する。さらにこの上に窒化アルミニウム粉末を充填し再度成形して内部電極を埋設した円盤状の成形体を得る。次いで、この成形体を窒素雰囲気中で焼結することにより、内部電極を埋設した静電チャックを作製する。
【００２４】
静電チャック１０の本体１のワーク載置面の表面側に、マスクを置き、ブラスト加工によって、図１（ａ）に示すような所望のパターンの内壁５、６、７、８及び外壁３を形成する。この際内壁５、６、７、８に切り欠き５ａ、６ａ、７ａ、８ａを設けるが、外壁３には切り欠きは設けない。ウエハ２と静電チャック本体１の表面とで形成される空間と、静電チャック１０が配置されるチャンバー内雰囲気を分けるものであるからである。外壁３および内壁５、６、７、８のウエハ２との接触面となるワーク載置部はガスシール性が必要となるので、表面粗さＲａ０．２μｍ未満にポリッシュすることが好ましい。
【００２５】
外周部９ａないしは中心部９ｃにワークとの接触面を備える凸部を複数点在させても構わない。凸部の上面のウエハーと接触する部分は隔壁の上面と略同一平面上となるようにする。凸部を設けることで、ウエハ２が支持され、ウエハ２が静電チャック１０に吸着されたときにウエハ面の反りを抑えることができるからである。凸部はブラスト加工により隔壁の形成時と同時に形成することができる。また、凸部の材質は特に限定されず、化学的気相成長法などによってダイヤモンドライクカーボン等によっても形成できる。
【００２６】
内壁５、６、７、８のウエハ２との接触面積の合計値及び凸部の高さは以下のように制御する。静電チャック１０の本体１の設置面をラップ加工し（研磨加工）、平面を出したあとで、ブラスト加工（凸部、ガス溝形成）することによって内壁５、６、７、８ないしは凸部を形成する。ブラスト加工時に、図1 に示すような内壁５、６、７、８の配置に対応する凸部原画を静電チャック１０の本体１のラップ面に貼付け、凸部以外の部分をブラスト加工によって研削除去する。凸部の高さは、ブラスト加工時間によって制御する。即ち、凸部の高さは、ブラスト加工時間に依存する。凸部の高さは表面粗さ計を用いて確認することができる。
【００２７】
（実施形態の変形例）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。具体的には、図１（ａ）（ｂ）の静電チャックの内壁５、６、７、８を、それぞれ図３（ａ）（ｂ）に示す内壁２５、２６に置き換えた静電チャック２０、図４（ａ）（ｂ）に示す内壁３５、３６、３７、３８に置き換えた静電チャック３０、図５（ａ）（ｂ）に示す内壁４３、４４、４５、４６、４７、４８、５０に置き換えた静電チャック４０が提供される。尚、符号の末尾の数字が一致するものは同様の位置に配置されることを意味する。
【００２８】
例えば、図１（ａ）（ｂ）の静電チャック１０では内壁の数を４としたが、図３（ａ）（ｂ）に示すように内壁の数を２としても構わない。但し、内壁を設けることによるガス圧力の緩衝効果を効果的に得るためには内壁の数を３以上とすることが好ましい。また図４（ａ）（ｂ）に示すように、各内壁３５、３６、３７、３８に、それぞれ切り欠き３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設け、各内壁の切り欠きの数を複数としてもよい。この場合、上述の緩衝効果を得るためには、内壁の数を増やすことが好ましく、特に内壁の数を４以上とすることがより好ましい。ガスの流路を静電チャック３０の径方向に長くすることで、より効果的に急激な温度変化を抑制することが可能となるからである。また、中心部を低圧空間側とした場合の低圧空間側におけるガスの導入部である切り欠き３８ａおよび３８ｂの位置を線対称に設けることが可能となるため、中心部のガス圧力分布が対称良くなり、ウエハ２の温度分布をより均一にできる。同様に外周部を低圧空間側とした場合は、３５ａおよび３５ｂが線対称となる。もっとも、同心円状に配置された複数の内壁で構成される緩衝部３９ｂの幅は、種々のプロセスのウエハ２の温度分布に合わせて適当に制御すればよい。図５（ａ）（ｂ）に示すように、ガス供給孔１ａ、１ｉからガスを供給して外周部４９ａ、緩衝部４９ｂ、中心部４９ｃにガスを流す際に、ガスの流路を蛇行させて、緩衝効果をより得やすくするために、内壁の数を６とし、切り欠きの中央に円板の径方向に延在する反転板６１、６２、６３を設けても構わない。
【００２９】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００３０】
（静電チャックの製造例１、２、３、４）
上記静電チャックの製造例に準じて製造されたアルミナセラミックスからなる静電チャック本体を用意する。そしてマスクサンドブラスト法により、静電チャックの本体の表面を研磨して、図３（ａ）、（ｂ）に示すパターンの内壁２５、２６を形成した。各内壁間の溝幅は１．０mmとし、内壁幅は０．８mmとし、内壁高さは１５μmとした。以上により図３（ａ）、（ｂ）に示す製造例１にかかる静電チャック２０を製造した。
【００３１】
図４（ａ）、（ｂ）に示す製造例２、図５（ａ）、（ｂ）に示す製造例３、図６（ａ）、（ｂ）に示す製造例４にかかる静電チャックを、内壁パターンを変更したことを除き、上記製造例１と同様にして製造した。
【００３２】
（実施例１）
製造例１の静電チャック２０と、静電チャック２０の配置部上方に同心円状に配置されたプラズマによる熱発生を模擬するための複数の加熱ランプと、を備える真空チャンバーを用意した。次に真空チャンバーの静電チャック２０の表面にウエハ２を載置して、３５０Vの電圧を静電電極に印加してウエハ２を吸着した。そして、加熱ランプを点灯し、中心部２９ｃと外周部２９ａで１０℃の温度差がつくように、加熱ランプの出力を調整した。温度分布測定はウエハ表面に複数の熱電対が取り付けたＴＣ（Thermo Couple）ウエハを用いて行なった。次に、ウエハ２裏面に静電チャック２０のガス供給孔１ａ〜１ｍからヘリウム（Ｈｅ）ガスを導入し、中心部２９ｃと外周部２９ａで差圧をつけた。差圧は中心部２９ｃを１ｋPaとしたときに外周部２９ａを２ｋPaとした。３０秒経過後、安定したところで、ウエハ２上の各点の温度測定を行なった。図３（ｃ）に内壁２５、２６の位置を横軸、内壁２５、２６周辺の温度を縦軸に取った温度分布グラフを示す。また表１に、ウエハ全体の均熱性（絶対温度分布）[℃]、内壁２５、２６部分の温度差（温度ギャップΔT）[℃]、内壁２５、２６部分の距離あたりの温度変化[℃/mm]を示す。
【表１】
【００３３】
（実施例２、３）（比較例１）
表１の条件の欄に示すように、静電チャックを製造例１から製造例２、３、４に置き換えたことを除き、実施例１と同様にして実施例２、３、比較例１を行なった。実施例２、３及び比較例１のそれぞれの隔壁部分における局所的な温度測定の結果を図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）、図６（ｃ）、及び表１に示す。
【００３４】
表１に示すように、差圧がないときのウエハ上の絶対温度分布（ウエハ全体での最高温度と最低温度の差）は１０℃であったのに対して、比較例１では、中心部と外周部のガス圧力に差をつけ１ｋＰａ／２ｋＰａにすることにより、４℃改善し、6℃となった。しかし、比較例においては、隔壁部分で中心部と外周部のガス圧が大きく変化するために図６（ｃ）に示すように、内壁近傍で温度ギャップ（ΔT）が発生し、比較例１ではΔTが３．６℃、径方向温度変化率は３．０℃/ｍｍと、最先端デバイス向けのプロセスとしては許容できる範囲になかった。特に径方向温度変化率が大きいと隣り合う近傍の回路でエッチングレートに差が発生し、高性能デバイスにおいては作動しなくなる恐れがある。一方、実施例１、２、３では、隔壁近傍での温度ギャップ（ΔT）、径方向温度変化率は比較例に対して著しく小さかった。
【００３５】
（実施例４、５、６）（比較例２）
絶対温度分布自体は、単純に中心部と外周部のガス圧力の差異に左右されるため、ガス圧力差を大きくすれば改善できる。そこで、ウエハ２裏面ガス圧力を中心部１ｋPa、外周部３ｋPaとして実験を行なった。即ち表１の条件の欄に示す条件にしたことを除き、実施例１と同様にして、実施例４、５、６、比較例２を行なった。得られた温度測定の結果を表１に示す。
【００３６】
表１に示すように、比較例２では、隔壁部分の温度ギャップ（ΔT）が４．８℃と比較例１に対してさらに増加し、これが絶対温度分布となってしまって、ウエハ全体の絶対温度分布自体は５．２℃しか改善しなかった。一方、実施例４、５、６では、ウエハの最外周の温度を下げるとともに、内壁部分の温度ギャップがガス圧力差の小さいときに比べてほとんど変わらないため、絶対温度分布が大幅に改善でき、ウエハ全体として、３℃以下の極めて良好な均熱性を得ることができた。
【００３７】
（実施例７、８、９）（比較例３）
さらに中心部と外周部のガス圧力に差をつけ、中心部１ｋPa、外周部４ｋPaとした。
【００３８】
即ち表１の条件の欄に示す通りにしたことを除き、実施例１と同様にして、実施例７、８、９、比較例３を行なった。得られた温度測定の結果を表１に示す。
【００３９】
表１に示すように、比較例３では内壁部分の温度ギャップが、中心部と外周部の温度差よりも大きくなってしまい、ウエハの絶対温度分布は比較例２にくらべ逆に悪化した。しかし、実施例７、８、９では内壁部分の温度ギャップがガス圧力差の小さいときに比べてほとんど変わらないため、絶対温度分布がさらに小さく良好な結果となった。
【００４０】
以上のように比較例では、ガス圧力差がつくに従い、ΔＴが大きくなり、１ｋＰａ／４ｋＰａの時には、内壁部分における温度ギャップがウエハ全体で最も大きくなってしまった。一方、本発明例では、ΔＴがさほど大きくならないため、中心部と外周部の圧力差によるウエハ温度分布の改善効果がそのまま享受できる。
【００４１】
さらに実施例１〜３、４〜６、７〜９の結果より、各圧力条件において、各内壁の数を増すことにより、隔壁近傍での温度ギャップ（ΔT）、径方向温度変化率を、小さくすることができる。この様子は図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）、図６（ｃ）を比較することでより良く理解できよう。
【００４２】
以上から、実施例にかかる静電チャックは、比較例にかかる静電チャックに比べて、極めて広範囲の温度分布を補正する機能を有している。すなわち、本発明によれば、同じ静電チャックを用いて、ガス圧力を変化させることにより、さまざまなプロセスにおいても、ウエハ上の温度分布を均一にすることが可能になる。
【００４３】
なお、上記の説明では外周部の温度が高くなるプロセスを模擬したが、中心部の温度が高くなるプロセスにおいても、本発明は同様の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１（ａ）は実施形態にかかる静電チャックの上面図を示し、図１（ｂ）は実施形態にかかる静電チャックの断面図を示す。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）のそれぞれは実施形態にかかる静電チャックを用いたワークの冷却方法の工程断面図を示す。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ実施形態の変形例１（実施例１）にかかる静電チャックの上面図、断面図、隔壁部分の局所的なウエハの径方向温度分布を示す。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ実施形態の変形例２（実施例２）にかかる静電チャックの上面図、断面図、隔壁部分の局所的なウエハの径方向温度分布を示す。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ実施形態の変形例３（実施例３）にかかる静電チャックの上面図、断面図、隔壁部分の局所的なウエハの径方向温度分布を示す。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ比較例にかかる静電チャックの上面図、断面図、隔壁部分の局所的なウエハの径方向温度分布を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１：本体
２：ウエハ（ワーク）
３：外壁
５、６、７、２５、２６、３５、３６、３７、３８、４３、４５、４６、４７、４８、５０、１０５：内壁
４、２４、３４、４４：溝
９ａ、２９ａ、３９ａ、４９ａ、１０９ａ：外周部
９ｂ、２９ｂ、３９ｂ、４９ｂ、１０９ｂ：緩衝部
９ｃ、２９ｃ、３９ｃ、４９ｃ、１０９ｃ：中心部
１ａ〜１ｍ：ガス供給孔
１０、２０、３０、４０、１００：静電チャック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークをワーク載置面に固定する静電チャックであって、
前記ワーク載置面を有する円板状の本体が、
前記本体の周縁に設けられた外壁と、
前記外壁の内側に前記外壁と同心円状に配置され、それぞれ一部に切り欠きを備える複数の内壁と、
前記本体の前記外壁と最外郭の前記内壁との間に定義される外周部と最内郭の前記内壁に囲まれる中心部にそれぞれガス供給孔と、を有し、
前記ワークを前記外壁及び前記内壁のワーク載置部に配置した際に、前記外壁及び前記内壁に形成される前記ワークとの接触面が略同一平面にあり、前記ワークと前記本体との間に形成される中心部の空間と外周部の空間とが、前記内壁に設けられた切り欠きを介して形成されるガスの流路によって互いに連通することを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記複数の内壁の数は３以上で、それぞれ内壁の切り欠きは隣り合う内壁の切り欠きと重ならないように配置されていることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
前記複数の内壁が、それぞれ複数の切り欠きを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の静電チャック。
【請求項４】
前記ガスの流路方向が反転するように、前記切り欠きの中央に前記円板の径方向に延在する反転壁を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項５】
ワークをワーク載置面に固定する静電チャックであって、前記ワーク載置面を有する円板状の本体が、前記本体の周縁に設けられた外壁、前記外壁の内側に前記外壁と同心円状に配置されそれぞれ一部に切り欠きを備える複数の内壁、前記本体の前記外壁と最外郭の前記内壁との間に定義される外周部と最内郭の前記内壁に囲まれる中心部にそれぞれガス供給孔を有する静電チャックを用意する工程と、
前記ワークを前記ワーク載置部に配置して、前記ワークと前記本体との間に、前記複数の内壁にそれぞれ設けられた切り欠きを介して互いに結ばれたガスの流路を形成する工程と、
前記外周部と前記内周部のガス供給孔から前記中心部及び前記外周部のいずれか一方の圧力が高くなるようにガスを供給し、前記複数の内壁の間に定義される緩衝部でガス圧力を緩衝しながら前記ガスを充填する工程と、
を有することを特徴とするワークの冷却方法。
【請求項１】
ワークをワーク載置面に固定する静電チャックであって、
前記ワーク載置面を有する円板状の本体が、
前記本体の周縁に設けられた外壁と、
前記外壁の内側に前記外壁と同心円状に配置され、それぞれ一部に切り欠きを備える複数の内壁と、
前記本体の前記外壁と最外郭の前記内壁との間に定義される外周部と最内郭の前記内壁に囲まれる中心部にそれぞれガス供給孔と、を有し、
前記ワークを前記外壁及び前記内壁のワーク載置部に配置した際に、前記外壁及び前記内壁に形成される前記ワークとの接触面が略同一平面にあり、前記ワークと前記本体との間に形成される中心部の空間と外周部の空間とが、前記内壁に設けられた切り欠きを介して形成されるガスの流路によって互いに連通することを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記複数の内壁の数は３以上で、それぞれ内壁の切り欠きは隣り合う内壁の切り欠きと重ならないように配置されていることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
前記複数の内壁が、それぞれ複数の切り欠きを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の静電チャック。
【請求項４】
前記ガスの流路方向が反転するように、前記切り欠きの中央に前記円板の径方向に延在する反転壁を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項５】
ワークをワーク載置面に固定する静電チャックであって、前記ワーク載置面を有する円板状の本体が、前記本体の周縁に設けられた外壁、前記外壁の内側に前記外壁と同心円状に配置されそれぞれ一部に切り欠きを備える複数の内壁、前記本体の前記外壁と最外郭の前記内壁との間に定義される外周部と最内郭の前記内壁に囲まれる中心部にそれぞれガス供給孔を有する静電チャックを用意する工程と、
前記ワークを前記ワーク載置部に配置して、前記ワークと前記本体との間に、前記複数の内壁にそれぞれ設けられた切り欠きを介して互いに結ばれたガスの流路を形成する工程と、
前記外周部と前記内周部のガス供給孔から前記中心部及び前記外周部のいずれか一方の圧力が高くなるようにガスを供給し、前記複数の内壁の間に定義される緩衝部でガス圧力を緩衝しながら前記ガスを充填する工程と、
を有することを特徴とするワークの冷却方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１６５７３（Ｐ２００９−１６５７３Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７６６５１（Ｐ２００７−１７６６５１）
【出願日】平成１９年７月４日（２００７．７．４）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月４日（２００７．７．４）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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