JP2000208595A - 基板支持体表面の保護装置及びその製造方法 - Google Patents

基板支持体表面の保護装置及びその製造方法

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JP2000208595A JP11322251A JP32225199A JP2000208595A JP 2000208595 A JP2000208595 A JP 2000208595A JP 11322251 A JP11322251 A JP 11322251A JP 32225199 A JP32225199 A JP 32225199A JP 2000208595 A JP2000208595 A JP 2000208595A
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パルケ ヴィージェイ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックチャック、ウェハ及び加工チャン
バー環境の汚染物質を実質的に減少し、静電チャック上
にウェハを保持する固定プロセスを妨害せず、及び固定
力に悪影響を与えない保護コーティングを有するセラミ
ック基板支持体チャックを提供すること。 【解決手段】 支持体表面上に堆積された保護コーティ
ング及びスペーシングマスクを有するセラミック基板チ
ャック及びこれを製造する方法。保護コーティングはリ
ークしやすい誘電体材料から製造されており、その様な
材料としてSi3N4、SiO2、Si−O−N、BN、ダイアモン
ド、Al2O3及びアルミノ珪酸塩等の酸化物及び窒化物が
挙げられる。化学的気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ増
速ＣＶＤ、スパッタリング、フレームスプレー等を含む
様々な材料堆積技術の一種を用いて保護コーティング及
びスペーシングマスクは支持体表面上に形成される。さ
らに保護コーティングを堆積する前にセラミック基板支
持体表面の層を除去することにより支持体表面及び保護
コーティングの間に封じられた汚染物質を減少または阻
止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体加工システム
中の半導体ウェハを支持するセラミック基板支持体チャ
ックに関する。より詳細には、本発明は汚染物質とチャ
ック表面との反応を阻止し、かつチャック表面の化学的
性質を維持するための、セラミック基板支持体チャック
の表面に配置された、保護コーティング及びスペーシン
グマスクならびにそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板支持体チャックは半導体加工システ
ム中において基板を支持するために広く使用されてい
る。高温の物理的気相成長法（ＰＶＤ）のような高温半
導体加工システムにおいて使用される特定の型のチャッ
クはセラミック静電チャックである。これらのチャック
は半導体ウェハ又は他の加工物を加工の間加工チャンバ
中の静止位置に保持するために使用される。その様な静
電チャックはセラミックチャックボディ中に埋め込まれ
た一つ以上の電極を有している。セラミックチャックボ
ディは例えば、窒化アルミニウム若しくは窒化ホウ素、
又は酸化チタン若しくは酸化クロムのようなアルミナを
ドープした酸化金属、又は同様の抵抗特性を有する他の
セラミック材料から製造される。この形式のセラミック
はまた、高温において部分的に導電性となるためリーク
しやすい誘電体として分類されるようなものである。
【０００３】使用中、固定電圧(chucking voltage)を電
極にかけると、ウェハはチャックボディの支持体表面に
対して静止する。ウェハを通して固定電圧のための復路
を創ることによりセラミック支持体に対してウェハは保
持される。すなわち、電極及びウェハは反対にバイアス
され、かつチャックボディを介して互いに絶縁されてい
る。この結果、等しい静電気力と反対の静電気力が支持
体表面へウェハを引く。セラミックから製造されたチャ
ックボディを使用する一つの欠点は、支持体表面の特性
が経時により変化することである。加工中、支持体表面
は有機物質にさらされる。特に付随的(表面)炭素、水、
及び水酸化物は支持体表面に集まる。その様な汚染物質
は、ウェハの加工中に、ウェハがロードロック(loadloc
k)からチャンバへ渡されるとき又はチャンバが保全サイ
クル中に大気に接触したときにチャンバ中に入る。更
に、チャンバ構成材料の排気が炭化水素汚染物質を産生
する。すなわち、チャンバ内のＯ−リングが分解し、除
気される。これらの汚染物質は反応し、及び導電性炭素
フィルムが支持体表面上で成長する。反復加工及び／又
は保全サイクルの後、導電性炭素フィルムは支持体表面
上でチャックの性能を阻害する時点まで成長する。同様
に、低温加工(例えば、３００℃より低温)において使用
されるセラミック基板支持体チャックもまたそのような
支持体表面汚染を受け易く及び長期間(例えば、約６ヶ
月の使用)においてチャックの性能が低下し易い。
【０００４】セラミック材料から製造されたチャックボ
ディ使用における他の欠点はチャックの製造中に明らか
になる。特に、セラミックチャックの製造に使用される
焼結プロセスはセラミック材料の“粒子”を与え、これ
は支持体表面から容易に“引き抜かれて”しまう。焼結
後、セラミック材料は、“ラップ処理”されて比較的滑
らかな支持体表面を与える。そのようなラップ処理は支
持体表面を破壊し、支持体表面に接着してかつ支持体表
面上の孔中にトラップされる粒子を産生しえる。これら
の粒子を支持体表面から完全に取り除くことは非常に困
難である。その結果、チャックを使用すると、粒子がこ
れらの破壊により連続的に産生される。経験的データは
幾万もの汚染粒子が、セラミック静電チャック上での保
持後得られたチャックの裏面に見出されるであろうこと
を示している。用語“固着係数(sticking coefficien
t)”はウェハへ“固着”するセラミック静電チャックか
らの汚染粒子の特性を述べるために使用されている。固
着係数がより小さいければ、粒子移動の可能性もより小
さい。
【０００５】また、ウェハ加工中、セラミック材料はウ
ェハの下側からウェハ酸化物を侵食しえ、加工環境へ汚
染物質をさらに導入する結果となる。チャックの使用
中、粒子及び／又はセラミック粒子はウェハの下側にそ
れら自身で付着し、他の加工チャンバに運ばれ、又はウ
ェハ上で製造される回路構成に欠陥を与える。更に、ウ
ェハ加工からの廃棄物のような他の汚染物質(例えば水
及び炭素)は支持体表面上と反応または支持体表面上に
核形成サイトを形成し、さらなる汚染を引き起こす。こ
れらの加工廃棄産生物は主要な汚染物質であるとは考え
られないが、反復加工及び保全サイクルの結果、導電性
炭素フィルムを伴うこれらの及び全ての他の汚染物質の
累積的蓄積は、チャックの性能を劇的に低下させる。そ
の結果、チャックは無効となる。すなわち、固定力（ch
ucking force）が著しく損なわれ、及び／又は不均一と
なり、その結果チャックの時期的に早い交換が必要とな
り、ユニットコストの増加及びチャンバの中断時間とい
う結果を引き起こす。そのため、本分野において、チャ
ンバ中の空気からセラミックチャックの支持体表面を分
離して汚染物質と表面との反応を防ぐ一方、セラミック
チャックの表面の化学的性質を維持しかつセラミックチ
ャックの固着係数を低下させる装置及び方法に対する希
求がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するため
の手段】本発明の、セラミックチャックの表面上に堆積
された保護コーティング及びスペーシングマスクによ
り、従来の技術における欠点を克服することが見出され
た。より詳細には、本発明は、セラミックチャックの支
持体表面をチャンバ中の大気から遮断することにより表
面の化学的性質を保持するための、セラミックチャック
の支持体表面上に堆積された保護コーティング及びスペ
ーシングマスク、並びにこれらの製造方法に関する。保
護コーティングはセラミックチャック支持体表面材料と
比較して、より優れた非反応性の材料から製造されてい
る。保護コーティング材料の例としては、テトラエチル
オキシシラン（ＴＥＯＳ）、窒化珪素（Si3N4）、二酸
化珪素（SiO2）、酸化窒化珪素（シリコン オキシナイ
トライド、Si−O−N）、窒化ホウ素（BN）、ダイアモン
ド、酸化アルミニウム（Al2O3）、酸化窒化アルミニウ
ム（Al-O-N）及びアルミノ珪酸塩（すなわち、ムライ
ト、3Al2O32SiO2）が挙げられる。このコーティングは
大気中の汚染物質の更なる吸着又は汚染物質との反応を
防止する。この保護コーティングはまた、セラミックチ
ャックの支持体表面をプラズマエッチングし、次に保護
コーティング材料の層を堆積することにより形成するこ
とができる。ウェハを支持体表面から一定の距離で維持
するには、複数の支持体部材を含むスペーシングマスク
を保護コーティングの頂上に配置させる。
【０００７】本発明のセラミックチャックの支持体表面
上の保護コーティング及びスペーシングマスクはセラミ
ックチャック、ウェハ及び加工チャンバ環境の汚染を実
質的に減少させる。特に、セラミックチャックの先に暴
露された部分を加工チャンバ環境から遮断する。その結
果、反応することができなくなるか、または導電性フィ
ルムが成長し得なくなる。更に、スペーシングマスクを
介してコートされた支持体表面に対し間隔を空けた関係
を有するウェハは、汚染物質からの粒子数及び支持体表
面からの粒状物を確実に大きく減少させる。重要なこと
は、保護コーティングは締付(クランプ）プロセスを顕
著に阻害せず、または静電チャック上のウェハを保持す
る締付力に対して悪影響を与えない。このように、セラ
ミックチャックの支持体表面、ウェハ及び加工チャンバ
の汚染は実質的に減少し、一方チャックの性能は維持さ
れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明のセラミック静電
チャック１０４の縦方向の断面図を示す。特にチャック
１０４は支持体表面１０２の頂上に配置された保護コー
ティング１００及び保護コーティング１００の頂上に配
置されたスペーシングマスク１１０を有する。本発明の
使用を示すために、図１はチャック１０４により支持さ
れる半導体ウェハ１１２を示す。図２は図１のセラミッ
ク静電チャック１０４の上面図を示す。図１の断面は図
２の１−１の線に沿って得られたものである。
【０００９】本発明の重要な特性の一つは、保護コーテ
ィング１００が、支持体表面材料とは異なる性質を有す
る材料から製造されている点である。特に、保護コーテ
ィング１００の材料は、大気中の汚染物質と反応しない
ような材料であり、従ってセラミックチャック上に導電
性フィルムの形成を阻止するものである。その結果、チ
ャック１０４の支持体表面１０２は、必ず加工チャンバ
環境から遮断される。さらにチャック１０４の支持体表
面１０２はウェハ１１２の裏面１１４と接触しない。
【００１０】本発明の好ましい態様において、セラミッ
ク静電チャック１０４はウェハスペーシングマスク１１
０を伴う。特にスペーシングマスク１１０は、静電チャ
ック１０４のウェハ１１２及び保護コーティング１００
を支持体表面１０２に対して一定の離れた関係で維持す
るための複数の各支持体部材１１６を有する。典型的に
は、支持体部材１１６は保護コーティング１００の頂上
に位置する。このようなウェハスペーシングマスクを含
むセラミック静電チャックの例示は、1997年8月12日に
特許された米国特許第5,656,093号に記載されており、
本明細書に参照文献として引用する。この記載におい
て、支持体部材の金属材料は、静電チャックの支持体表
面上に物理的気相成長法（ＰＶＤ）プロセスを用いて直
接堆積される。又はこの材料は化学的気相成長法（ＣＶ
Ｄ）、プラズマスプレー堆積ブレージング(plasma spra
y deposition brazing)、フレームスプレー堆積等によ
り堆積しても良い。同様に、これらの同じ堆積技術は、
本発明の保護コーティング１００上に支持体部材１１６
を堆積する場合にも適用できる。図１において、支持体
部材１１６は実際には断面１−１上のこれらの位置に存
在していないので、模式的に表されていることに注意が
必要である。さらに図１における比率は誇張されて示さ
れており、以下にその詳細を示す。
【００１１】静電チャックはまたセラミックチャックボ
ディ１０８中に埋め込まれた一つ以上の電極１０６を有
する。二極電極の構成は図１及び２に示されている。一
対の電極は、等しい又は反対の極性の電圧によりバイア
スされており、静電的にウェハ１１２をチャック１０４
に押し付ける。一対のＤ−型の二極電極が示されている
が、電極の構成は支持体表面にウェハを押し付けるため
のいずれの構成であってもよく、これらに限定されない
が、単極、帯状二極（二極電極が一セットより多い）等
が挙げられる。更に、電極は環状、集積型等様々な型が
挙げられる。
【００１２】セラミックチャックボディ１０８は、例え
ば窒化アルミニウム又は窒化ホウ素から製造される。そ
のようなリークしやすい誘電体材料は半導体ウェハの高
温加工中において、優れた固定力を提供する。他のリー
クしやすい誘電体材料（低抵抗性）もまた、アルミナを
ドープした酸化チタン又は酸化クロムのような有用な高
温チャック材料を形成する。もしチャックが低温のみで
使用される場合には、他のセラミック及び／又はアルミ
ナのような誘電体材料がチャックボディを形成するため
に使用される。ウェハ１１２からチャックボディ１０８
への熱移動を容易にするために、熱移動媒体（例えばア
ルゴンのようなガス）をウェハ１１２の裏面１１４と保
護コーティング１００との間の間隙空間１２４にポンプ
で注入する。この冷却技術は“裏面ガス冷却”として知
られている。熱移動媒体はウェハ１１２の裏面１１４
へ、チャックボディ１０８及び保護コーティング１００
を通じて形成されたポート１１８を介して供給される。
この媒体は通常ウェハ１１２の裏面１１４へ、約２〜３
０ｓｃｃｍの速度で供給される。そのような裏面冷却は
当業分やにおいて周知であり、例えば、米国特許5,228,
501号（Tepmanら、1993年7月20日特許）に記載されてい
る。
【００１３】熱移動媒体をウェハ１１２の裏面１１４を
通じて配向する目的で、複数の熱移動媒体配向チャンネ
ル１２０がチャック１０４内に形成されても良い。チャ
ンネルは通常チャックボディ１０８の支持体表面１０２
中にカットされており、保護コーティング１００は支持
体表面１０２をコートして保護コーティング１００中に
複数の等角の(conformal)チャンネル１２２を製造す
る。
【００１４】保護コーティング１００はチャックボディ
１０８の支持体表面１０２上に、通常、テトラエチルオ
キシシラン（ＴＥＯＳ）のプラズマ増速化学的気相成長
法（ＣＶＤ）により堆積される。保護コーティング１０
０はチャックボディ１０８の支持体表面１０２全体にわ
たって均一かつ等角であるように堆積される。他の堆積
技術としては、スパッタリング、フレームスプレー等が
挙げられる。保護コーティング材料はチャックの支持体
表面材料と比較して優れた非反応性の性質を有する。例
えば、コーティング材料は一般に、支持体表面材料より
も、より摩耗性が低く、及びよりコンプライアント(com
pliant)である(例えば、粒子の産生がより少ない)。他
の保護コーティング材料としては、酸化物及び窒化物か
らなる群から選択されても良く、具体的には窒化珪素
（Si3N4）、二酸化珪素（SiO2）、酸化窒化珪素（シリ
コン オキシナイトライド、Si−O−N）、窒化ホウ素（B
N）、ダイアモンド、酸化アルミニウム（Al2O3）、酸化
窒化アルミニウム（Al-O-N）及びアルミノ珪酸塩（すな
わち、ムライト、3Al2O32SiO2）が挙げられる。このコ
ーティングは、支持体表面１０２の大気中の汚染物質の
吸着又は汚染物質との反応を阻止する。保護コーティン
グ１００を支持体表面１０２上に堆積した後、支持体部
材材料をコーティング１００の頂上に堆積する。
【００１５】保護コーティング１００は、例えば約５０
Å〜１μｍの範囲の厚さを有する薄層として堆積され
る。そのような薄く堆積された材料、特にセラミックは
ラップ仕上げ又は焼結をする必要が無く、その結果破砕
されず、又は多孔性でもない。チャックボディ１０８と
同じ材料の堆積コーティングはチャックボディのラップ
した支持体表面と同様に汚染物質粒子を産生又は保持し
ないが、そのような表面は炭化水素及び他の汚染物質と
反応する。その結果、チャックボディ１０８の材料以外
の他の材料が通常保護コーティング１００として選択さ
れる。保護コーティング１００の周辺の厚さは固定力を
妨害せず、又は固定力を大きく低下させず、及び支持体
表面１０２中のチャンネル１２０上に等角のコーティン
グを促進する。例えば、Johnsen-Rahbek効果を用いたチ
ャック中では、電極１０６の間の電位差により影響され
た電荷はリークしやすいチャックボディ１０８の誘電体
材料を通じて移動する。もし保護コーティングがまたリ
ークしやすい誘電体材料である場合には、電荷は保護コ
ーティング１００を通じて移動する。その結果、漏出電
流が形成され、支持体部材１１６に伝導する。保護コー
ティング１００は支持体部材１１６のレベルよりも下に
あるので、ウェハ１１２の裏面１１４は支持体部材１１
６に接触するのみである。もしチャンネル１２２が保護
コーティング１００中にカットされると、コーティング
の厚さは通常、上述したへりの厚さよりも厚くなり、約
５０Å〜１μｍの範囲である。しかし、この余分の厚さ
は固定性能に影響しない。保護コーティング１００及び
チャンネル１２０の寸法は、本発明を見やすくし、かつ
容易に理解させるために非常に誇張して記載されてい
る。通常、チャックボディ１０８に形成されたチャンネ
ル１２０は約５０μｍの深さである。既に述べたよう
に、保護コーティング１００は約５０Å〜１μｍの厚さ
である。その結果、保護コーティングが最も薄い場合に
は（〜５０Å）、チャンネル１２０は約５×１０5、保
護コーティング１００よりも厚い。
【００１６】本発明の他の態様において、チャック１０
４の支持体表面１０２の薄層(例えば、０.０２〜０.０
４μｍ)は、保護コーティング１００又は支持体部材１
１６を堆積する前に除去する。セラミックチャック１０
４の支持体表面１０２の薄層の除去は、支持体表面１０
２及び保護コーティング１００の間に封じられているか
もしれない、チャックの性能を低下させる汚染物質を除
去する。除去プロセスはプラズマエッチング(例えば、
化学的酸化又はAr+のような作用ガスイオンを介した物
理的ボンバード)、オゾンクリーニング等により行うこ
とができる。セラミックチャックの薄層をエッチングし
た後、保護コーティングを堆積し、次に支持体部材材料
を堆積する。
【００１７】
【発明の効果】本発明のセラミックチャックの支持体表
面上の保護コーティングを使用する結果、セラミックチ
ャック、ウェハ及び加工チャンバ環境の汚染が実質的に
減少する。重要な点は、保護コーティングが締付プロセ
スを顕著に妨害せず、又はウェハを静電チャック上に保
持する締付力に悪影響を与えないことである。本発明を
含む様々な態様が示されかつ詳細に記載されたが、当業
者は本発明を含む他の多数の変更を容易に工夫すること
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウェハを支持する、本発明の保護コーテ
ィング及びウェハスペーシングマスクを含むセラミック
静電チャックの縦方向の断面図を示す。
【図２】図１の(半導体ウェハを除く)セラミック静電チ
ャックの上面図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツェン シュー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94404 フォスター シティー ハドソン ベイ ストリート 279 (72)発明者 ヴィージェイ パルケ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95135 サン ホセ ブーケット パーク レーン 4054 (72)発明者 ユージーン ツォウ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェール シャーリー ア ベニュー 860

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミック基板支持体チャックの基板
    及び支持体表面を保護する装置であって、該基板を該支
    持体表面から分離し、かつ該支持体表面を該支持体表面
    周囲大気から分離するための、該支持体表面上に堆積さ
    れた保護コーティング、及び該保護コーティング上に堆
    積されたウェハスペーシングマスクを有する上記装置。
  2. 【請求項２】 該保護コーティングがセラミックであ
    る、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 該セラミックが酸化物、窒化物、窒化
    珪素（Si3N4）、二酸化珪素（SiO2）、酸化窒化珪素（S
    i−O−N）、窒化ホウ素（BN）、ダイアモンド、酸化ア
    ルミニウム（Al2O3）、酸化窒化アルミニウム（Al-O-
    N）及びアルミノ珪酸塩（ムライト、3Al2O32SiO2）から
    なる群から選択される、請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 該セラミックがリークしやすい誘電体
    である、請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】 該保護コーティングがＴＥＯＳ（テト
    ラエチルオキシシラン）のプラズマ増速ＣＶＤで堆積さ
    れる、請求項２に記載の装置。
  6. 【請求項６】 該保護コーティングが約５０Å〜１μ
    ｍの範囲の厚さである、請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 該ウェハスペーシングマスクが複数の
    支持体部材をさらに有する、請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 加工物を支持するための装置であっ
    て、支持体表面より下に埋め込まれた複数の電極を有す
    るセラミック静電チャック、該セラミック静電チャック
    の該支持体表面上に堆積された保護コーティング、及び
    該保護コーティング上に堆積されたウェハスペーシング
    マスクを有する、上記装置。
  9. 【請求項９】 該保護コーティングがセラミックであ
    る、請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 該セラミックが酸化物、窒化物、窒
    化珪素（Si3N4）、二酸化珪素（SiO2）、酸化窒化珪素
    （Si−O−N）、窒化ホウ素（BN）、ダイアモンド、酸化
    アルミニウム（Al2O3）、酸化窒化アルミニウム（Al-O-
    N）及びアルミノ珪酸塩（ムライト、3Al2O32SiO2）から
    なる群から選択される、請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 該セラミックが約３００℃より高い
    温度においてリークしやすい誘電体である、請求項９に
    記載の装置。
  12. 【請求項１２】 該保護コーティングがＴＥＯＳ（テ
    トラエチルオキシシラン）のプラズマ増速ＣＶＤで堆積
    される、請求項９に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 該保護コーティングが約５０Å〜１
    μｍの範囲の厚さである、請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 該ウェハスペーシングマスクが複数
    の支持体部材をさらに有する、請求項８に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 セラミック基板支持体チャックを製
    造する方法であって、支持体表面を有するセラミックチ
    ャックボディを提供する工程、該セラミックチャックボ
    ディの支持体表面上にリークしやすい誘電体材料を堆積
    して保護コーティングを形成する工程、及びウェハスペ
    ーシングマスクを該保護コーティング上に堆積する工程
    を含む、上記方法。
  16. 【請求項１６】 該リークしやすい誘電体は約３００
    ℃より高い温度において部分的に導電性である、請求項
    １５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 該リークしやすい誘電体が酸化物、
    窒化物、窒化珪素（Si3N4）、二酸化珪素（SiO2）、酸
    化窒化珪素（Si−O−N）、窒化ホウ素（BN）、ダイアモ
    ンド、酸化アルミニウム（Al2O3）、酸化窒化アルミニ
    ウム（Al-O-N）及びアルミノ珪酸塩（ムライト、3Al2O3
    2SiO2）からなる群から選択される、請求項１５に記載
    の方法。
  18. 【請求項１８】 リークしやすい誘電体の該堆積工程
    がＴＥＯＳ（テトラエチルオキシシラン）のプラズマ増
    速ＣＶＤにより行われる、請求項１５に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 該保護コーティングが約５０Å〜１
    μｍの範囲の厚さである、請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 ウェハスペーシングマスクの該堆積
    工程がさらに各支持体部材の堆積を含む、請求項１５に
    記載の方法。
  21. 【請求項２１】 リークしやすい誘電体の該堆積工程
    の前に、さらに該支持体表面の層を除去する工程を含
    む、請求項１５に記載の方法。
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