JP7633866B2

JP7633866B2 - 保持部材

Info

Publication number: JP7633866B2
Application number: JP2021065896A
Authority: JP
Inventors: 絢子平中
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2021-04-08
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2025-02-20
Anticipated expiration: 2041-04-08
Also published as: JP2022161241A

Description

本開示は、対象物を保持する保持部材に関する。

半導体製造工程において、半導体ウエハを保持するために、静電チャック（保持部材）が使用されている。そして、静電チャックとして、例えば、特許文献１に、加工プロセス時に半導体ウエハを吸着保持するとともに、保持面に吸着保持した半導体ウエハと一体的にプロセス間で搬送が可能な薄型の静電チャックが開示されている。このような静電チャックは、加工プロセス時には基台（半導体製造装置に設けられる設置面）に設置され、搬送時には搬送アーム等に把持される。

特開２０１５－２２８４０６号公報

ここで、半導体製造装置に設けられる設置面は平面度が高く製作されている一方、保持部材はセラミックス自身が持つ応力（残留応力）によって反り（撓み）が生じやすい。そして、保持部材に反り（撓み）が生じてしまうと、セラミックスの曲げ剛性が高いため、保持部材を設置面に沿わせて（なじませて）設置することが難しくなり、半導体ウエハを保持する保持部材の保持面の平面度を担保することができないおそれがある。

そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、設置面に沿うように設置することができ、対象物を保持する保持面の平面度を担保することができる保持部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、
第１の面と、前記第１の面とは反対側に設けられる第２の面とを備えるセラミックス部材と、
前記セラミックス部材の内部に備わるチャック電極とを有し、
前記セラミックス部材の前記第１の面上に対象物を保持する保持部材において、
前記セラミックス部材は、前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔を複数有し、
前記第１の面から前記第２の面に向かって見たときに、前記セラミックス部材における前記複数の貫通孔の総面積は、前記セラミックス部材の面積を１００％として、１０％以上５０％以下であることを特徴とする。

この保持部材では、セラミックス部材に複数の貫通孔を設けて、複数の貫通孔の総面積が、セラミックス部材の面積を１００％とした場合、１０％以上５０％以下になるようにしている。つまり、セラミックス部材の貫通孔の面積がセラミックス部材の貫通孔以外の部分の面積の１／９以上１／２以下である。そのため、セラミックス部材の曲げ剛性を下げることができる。従って、セラミックス部材が持つ応力（残留応力）が小さくなって反り（撓み）を抑制することができ、要求されるセラミックス部材の平面度を確保することができる。これにより、保持部材を、対象物を加工する装置の設置面に沿うように（なじませて）精度良く取り付けることができる。その結果、保持部材の第１の面（保持面）の平面度を担保することができるため、設置面に設置された保持部材に保持される対象物の平面度が担保される。

なお、複数の貫通孔の総面積を、セラミックス部材の面積を１００％として、１０％以上５０％以下に設定しているのは、面積割合を１０％より小さくすると、セラミックス部材の曲げ剛性を下げることができない一方、面積割合を５０％より大きくすると、セラミックス部材に必要とされる強度を確保することができなくなるからである。つまり、複数の貫通孔の総面積の割合を１０％以上５０％以下、好ましくは面積割合を２０％以上３０％以下に設定することにより、セラミックス部材に要求される強度を確保しつつ曲げ剛性を小さくすることができる。

上記した保持部材において、
前記複数の貫通孔は、それぞれの開口面積が２０ｍｍ^２以上の大きさであることが好ましい。

このように、セラミックス部材に開口面積が２０ｍｍ^２（直径が約５ｍｍ）以上の貫通孔を設けることにより、セラミックス部材の曲げ剛性を確実に下げることができる。なお、セラミックス部材に設けられるリフトピン孔や真空引き用の孔は、開口面積が２０ｍｍ^２未満（直径が２～３ｍｍ程度）であるため、本開示の貫通孔には含まれない。

上記した保持部材において、
前記複数の貫通孔は、同心円上に形成されていることが好ましい。

このように、セラミックス部材に設ける貫通孔を同心円上に形成することにより、セラミックス部材の曲げ剛性を面内で均等に下げることができるため、セラミックス部材の反り（撓み）を効果的に抑制することができる。

上記した保持部材において、
前記セラミックス部材は、前記チャック電極より前記第２の面側に平板状の金属部材を備えていることが好ましい。

このように、チャック電極より第２の面側に平板状の金属部材を設けることにより、第１の面側にチャック電極が配置され、第２の面側に平板状の金属部材が配置される。つまり、両表面側に板状の部材が配置されるため、セラミックス部材の反り（撓み）をより抑制することができ、要求されるセラミックス部材の平面度を確実に担保することができる。これにより、保持部材を、対象物を加工する装置の設置面に沿わせて（なじませて）より精度良く取り付けることができる。

上記した保持部材において、
前記チャック電極は、バイポーラ電極であることが好ましい。

バイポーラ電極は、正負の一対の電極を備えているため、電源に接続されていなくても対象物を静電力で吸着保持することができるので、このような保持部材であれば、対象物を搬送するための搬送用保持部材として使用することができる。そして、このような搬送用保持部材は、対象物を搬送した後、対象物を加工する装置の設置面に対して取り付けられる。

そこで、この保持部材であれば、セラミックス部材の平面度を確保することができるため、装置の設置面に沿うように（なじませて）精度良く取り付けることができる。また、セラミックス部材に複数の貫通孔が設けられているため、保持部材が軽量化されており、対象物の搬送速度を向上させることができ、効率良く対象物を搬送することができる。

本開示によれば、設置面に沿うように設置することができ、対象物を保持する保持面の平面度を担保することができる保持部材を提供することができる。

実施形態の静電チャックの平面図である。実施形態の静電チャックの断面図である。静電チャックに設ける貫通孔の配置に関する変形例を示す図である。静電チャックに設ける貫通孔の配置に関する変形例を示す図である。静電チャックに設ける貫通孔の配置に関する変形例を示す図である。静電チャックに設ける貫通孔の配置に関する変形例を示す図である。

本開示に係る実施形態である保持部材について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、対象物である半導体ウエハＷを保持する静電チャック１を例示して説明する。そこで、本実施形態の静電チャック１について、図１および図２を参照しながら説明する。

本実施形態の静電チャック１は、半導体ウエハＷ（対象物）を静電引力により吸着して保持するための部材であり、例えば、半導体製造装置の真空チャンバー内で半導体ウエハＷを固定したり、半導体ウエハＷをプロセス間で搬送するために使用される。図１および図２に示すように、静電チャック１は、セラミックスにより形成された円盤状のセラミックス部材１０を有する。

セラミックスとしては、様々なセラミックスが用いられるが、強度や耐摩耗性、耐プラズマ性等の観点から、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするセラミックスが用いられることが好ましい。なお、ここでいう主成分とは、含有割合の最も多い成分（例えば、体積含有率が９０ｖｏｌ％以上の成分）を意味する。

このセラミックス部材１０の直径は、例えば１５０～３５０ｍｍ程度であり、セラミックス部材１０の厚さは、例えば２ｍｍ程度である。セラミックス部材１０は、半導体ウエハＷを保持する保持面１１と、セラミックス部材１０の厚み方向（図２では上下方向）について保持面１１とは反対側に設けられる下面１２とを備えている。なお、保持面１１は本開示の「第１の面」の一例であり、下面１２は本開示の「第２の面」の一例である。

このようなセラミックス部材１０には、保持面１１と下面１２との間を厚み方向（図２では上下方向）に貫通する円筒形状の貫通孔１５が複数形成されている。本実施形態では、図２に示すように、複数の貫通孔１５として、同心円上に形成された複数の貫通孔１５ａと、中心に形成された貫通孔１５ｂとを含む。同心円上の複数の貫通孔１５ａは同一径であり、等間隔に８個形成されている。なお、貫通孔１５ａの径と貫通孔１５ｂの径は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。本実施形態では、貫通孔１５ａの径が例えば直径１３ｍｍ程度、貫通孔１５ｂの径が例えば１８ｍｍ程度であり、貫通孔１５ａの径が貫通孔１５ｂの径より小さくなっている。

複数の貫通孔１５（１５ａ，１５ｂ）は、それぞれの開口面積が２０ｍｍ^２以上の大きさとなっている。つまり、セラミックス部材１０に設けられる貫通孔であっても、開口面積が２０ｍｍ^２未満（直径が２～３ｍｍ程度）であるリフトピン孔や真空引き用の孔等は、貫通孔１５には含まれない。

そして、保持面１１から下面１２に向かって（厚み方向から）見たときに、複数の貫通孔１５の総面積（開口面積の合計）が、セラミックス部材１０（保持面１１）の面積を１００％とした場合に、１０％以上５０％以下、好ましくは２０％以上３０％以下になっている。つまり、保持面１１において貫通孔１５の占める面積割合が、保持面１１の面積の１０％以上５０％以下、好ましくは２０％以上３０％以下となるように、セラミックス部材１０に設ける貫通孔１５の総数が決定されている。

また、セラミックス部材１０の内部の保持面１１側には、図２に示すように、導電性材料（例えば、タングステン、モリブデン、白金等）により形成されたチャック電極３０が配置されている。チャック電極３０はバイポーラ電極であり、正負の一対のチャック電極３０ａとチャック電極３０ｂとを備えている。これらチャック電極３０ａとチャック電極３０ｂは、同一平面上に配置されている。保持面１１から下面１２に向かって見たときに、チャック電極３０ｂは円環形状であり、チャック電極３０ａはチャック電極３０ｂを取り囲むような円環形状である。このようなチャック電極３０では、外部からの給電がなくても半導体ウエハＷを静電引力によって、半導体ウエハＷが静電チャック１の保持面１１に吸着保持することができる。これにより、静電チャック１は、搬送アームなどを介してプロセス間における半導体ウエハＷの搬送を可能としている。そして、チャック電極３０ａ，３０ｂへの給電とデチャック時のアースを行うために、チャック電極３０ａ，３０ｂの一部を外部に露出させる有底孔１６，１６が、セラミックス部材１０の下面１２に形成されている。

さらに、セラミックス部材１０の内部の下面１２側には、図２に示すように、平板状の金属部材３１（ダミー電極）が配置されている。金属部材３１は、導電体で形成されているが、基本的に電極としては機能しないものであり、他の電極と電気的及び物理的に接続されていない。金属部材３１は、例えば銅、タングステン、モリブデン、白金等からなり、サブトラクティブ法、セミアディティブ法、フルアディティブ法などといった公知の手法によって形成すればよい。具体的には、例えば、銅箔のエッチング、無電解銅めっきあるいは電解銅めっきなどの手法を適用できる。なお、スパッタやＣＶＤ等の手法により薄膜を形成した後にエッチングを行うことで金属部材３１を形成したり、導電性ペースト等の印刷により金属部材３１を形成することができる。そして、デチャック時に金属部材３１をアースに接続するために、金属部材３１の一部を外部に露出させる有底孔１７が、セラミックス部材１０の下面１２に形成されている。デチャック時に金属部材３１をアースに接続するのは、金属部材３１には給電されないものの、チャック電極３０の影響を受けて少し電荷を持ってしまうからである。

ここで、上記のような構成を有する静電チャック１では、セラミックス部材１０を構成するセラミックスが持つ応力（残留応力）によって反り（撓み）が生じやすい。そして、セラミックス部材１０に反り（撓み）が生じてしまうと、セラミックスの曲げ剛性が高いために、静電チャック１を半導体製造装置の設置面に沿わせて（なじませて）設置することが難しくなる。その結果として、半導体製造装置の設置面に設置した静電チャック１の保持面１１の平面度を担保、つまり要求されている平面度を確保することができないおそれがある。

そこで、本実施形態の静電チャック１では、保持面１１の面積を１００％として保持面１１の面積の１０％以上５０％以下、好ましくは２０％以上３０％以下を占めるように、セラミックス部材１０に対して開口面積が２０ｍｍ^２以上の貫通孔１５（１５ａ，１５ｂ）を複数設けている。複数の貫通孔１５の総面積を、セラミックス部材１０（保持面１１）の面積を１００％とした場合、１０％以上５０％以下に設定しているのは、面積割合を１０％より小さくすると、セラミックス部材１０の曲げ剛性を下げることができない一方、面積割合を５０％より大きくすると、セラミックス部材１０に必要とされる強度を確保することができなくなるからである。つまり、保持面１１の面積に対する複数の貫通孔１５の総面積の割合を１０％以上５０％以下、好ましくは面積割合を２０％以上３０％以下に設定することにより、セラミックス部材１０に要求される強度を確保しつつ曲げ剛性を小さくすることができる。

そのため、セラミックス部材１０の残留応力が小さくなって反り（撓み）を抑制することができ、要求されるセラミックス部材１０の平面度を確保することができる。従って、静電チャック１を半導体製造装置の設置面に沿うように（なじませて）精度良く取り付けることができる。これにより、保持面１１の平面度を担保することができるため、半導体製造装置に取り付けられた静電チャック１に保持される半導体ウエハＷの平面度が担保される。なお、保持面１１の平面度は、例えば次のようにして測定することができる。すなわち、まず、測定装置のワーク設置面に平坦な定盤（上面平面度３μｍ以下が好ましい）を設置し、定盤の上に静電チャック１を設置する。そして、定盤に設置した静電チャック１の表面の２０点程度の高さを、接触式または非接触式の測定器で測定する。

また、セラミックス部材１０に複数の貫通孔１５が設けられているため、セラミックス部材１０が軽量化されている。そのため、プロセス間で半導体ウエハＷを静電チャック１により搬送する際の搬送速度を速めることができ、プロセス間において効率良く半導体ウエハＷを搬送することができる。

そして、同一径の複数の貫通孔１５ａを同心円上に形成しているため、セラミックス部材１０の曲げ剛性を面内で均等に下げることができる。これにより、セラミックス部材１０の反り（撓み）が効果的に抑制されている。

また、本実施形態の静電チャック１では、セラミックス部材１０の内部において、保持面１１側にチャック電極３０が配置され、下面１２側に平板状の金属部材３１が配置されいる。すなわち、セラミックス部材１０内において、厚さ方向の両側に板状の部材が配置されている。そのため、セラミックス部材１０の反り（撓み）をより抑制することができ、要求されるセラミックス部材１０の平面度を確実に担保することができる。これにより、静電チャック１を、半導体製造装置の設置面に沿わせて（なじませて）より精度良く取り付けることができる。

ここで、静電チャックのセラミック部材に設ける貫通孔の配置に関する変形例について、図３～図６を参照しながら説明する。上記の実施形態では、１つの同心円上に複数の貫通孔を設けているが、図３に示すように、２つ以上（図３では２つ）の同心円上に、それぞれ複数の貫通孔１５ａ，１５ｃを設けてもよい。すなわち、外側の同心円上に複数（図３では８つ）の貫通孔１５ａを設け、内側の同心円上に複数（図３では４つ）の貫通孔１５ｃを設ける。これにより、セラミックス部材１０の曲げ剛性を面内でより均等に下げることができるため、セラミックス部材１０の反り（撓み）が一層効果的に抑制される。

また、図４に示すように、セラミックス部材１０に反り（撓み）が生じやすい外周部分のみに同心円上に複数の貫通孔１５ａを設けることもできる。すなわち、上記の実施形態においてセラミックス部材１０の中央に貫通孔１５ｂを設けない形態にしてもよい。あるいは、図５に示すように、複数の貫通孔１５を同心円上に配置せず、格子状に配置してもよい。このような貫通孔１５の配置パターンであっても、セラミックス部材１０の曲げ剛性を下げることができるため、セラミックス部材１０の反り（撓み）を抑制することができる。

さらに、上記の実施形態では、貫通孔１５として開口が円形のものを例示したが、貫通孔１５は円形に限られることはなく、図６に示すように多角形（図６では四角形）や楕円形などであってもよい。このような形状の貫通孔をセラミックス部材１０に複数設けることによっても、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上のように、本実施形態の静電チャック１によれば、セラミックス部材１０に複数の貫通孔１５（１５ａ，１５ｂ）を設けて、複数の貫通孔１５の総面積が、セラミックス部材１０の面積を１００％とした場合、１０％以上５０％以下となっている。そのため、セラミックス部材１０の曲げ剛性を下げることができるので、セラミックス部材１０が持つ残留応力が小さくなって反り（撓み）を抑制することができ、要求されるセラミックス部材１０の平面度を確保することができる。従って、静電チャック１を、半導体ウエハＷを半導体製造装置の設置面に沿うように（なじませて）精度良く取り付けることができる。これにより、静電チャック１の保持面１１における平面度を担保することができるため、設置面に設置された静電チャック１に保持される半導体ウエハＷの平面度が担保される。

なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記の実施形態では保持部材として、チャック電極３０がバイポーラ電極である静電チャック１を例示したが、モノポーラ電極のチャック電極を備える保持部材に対しても本開示を適用することができる。

また、上記の実施形態では保持部材として、セラミックス部材１０内にチャック電極３０の他に金属部材３１を備える静電チャック１を例示したが、金属部材３１（ダミー電極）を備えていない保持部材に対しても本開示を適用することができる。

１静電チャック
１０セラミックス部材
１１保持面
１２下面
１５貫通孔
３０チャック電極
３１金属部材
Ｗ半導体ウエハ

Claims

第１の面と、前記第１の面とは反対側に設けられる第２の面とを備えるセラミックス部材と、
前記セラミックス部材の内部に備わるチャック電極とを有し、
前記セラミックス部材の前記第１の面上に対象物を保持する保持部材において、
前記セラミックス部材は、前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔を複数有し、
前記セラミックス部材は、直径１５０～３５０ｍｍであり、
前記第１の面から前記第２の面に向かって見たときに、前記セラミックス部材における前記複数の貫通孔の総面積は、前記セラミックス部材の面積を１００％として、２０％以上５０％以下である
ことを特徴とする保持部材。
請求項１に記載する保持部材において、
前記複数の貫通孔は、それぞれの開口面積が２０ｍｍ²以上の大きさである
ことを特徴とする保持部材。
請求項１又は請求項２に記載する保持部材において、
前記複数の貫通孔は、同心円上に形成されている
ことを特徴とする保持部材。
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの保持部材において、
前記セラミックス部材は、前記チャック電極より前記第２の面側に平板状の金属部材を備えている
ことを特徴とする保持部材。
請求項１から請求項４に記載するいずれか１つの保持部材において、
前記チャック電極は、バイポーラ電極である
ことを特徴とする保持部材。