JP2002503397A - 基板支持チャックのための被覆層及びそれを製造する方法 - Google Patents

基板支持チャックのための被覆層及びそれを製造する方法

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Abstract

(57)【要約】 被覆層、及び製品の支持の支持表面を被覆するため被覆層を製造する方法である。より詳細には、被覆層は複数の電導性パッド及び絶縁材料のコーティングを含んでいる。絶縁材料のコーティングは実質上、チャックの全表面を覆うが、各電導性パッドの最上面はコーティングを通って露出される。被覆層はチャックの支持表面と空間をおいた関係で、ウェーハ、または他の製品を保持する。ウェーハの下面とチャックの間の距離は被覆層の電導性パッドの厚さにより規定される。複数の電導性パッドはウェーハからチャックの表面まで複数の電導性経路を創り出し、絶縁材料層がチャック上のウェーハを静電気的に保持するジョンソン−ラーベック効果を妨げないようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】 基板支持チャックのための被覆層及びそれを製造する方法開示の背景 1.本発明の分野 本発明は半導体ウェーハ処理システム内の基板支持チャックに関する。より詳 細には、本発明は基板支持チャックのための被覆層に関する。 2.背景技術の説明 基板支持チャックは半導体処理システム内で基板を支持するために広く使用さ れている。高温物理蒸着法(PVD)等の高温半導体処理システムで使用される チャックの特定のタイプはセラミック静電気チャックである。これらのチャック は、処理中の静止位置で半導体ウェーハまたは他の製品を保持するために使用さ れる。そのような静電気チャックはセラミックチャック本体内に埋め込まれた1 以上の電極を含んでいる。セラミック材料は通常、アルミニウム窒化物、ホウ素 窒化物、またはチタニウム酸化物(TiO2)またはクロミウム酸化物または同 様の抵抗特性を有する幾つかの他のセラミック材料等の金属酸化物でドープした アルミナである。セラミックのこのタイプは高温で一部電導性である。 使用において、チャッキング電圧としてチャック本体の表面に対するウェーハ レストフラッシュが電極に加えられる。高温でのセラミック材料の電導性のため 、ウェーハは主としてジョンソン−ラーベック効果によりセラミック支持に対し て保持される。そのようなチャックは1992年5月26日に発行された米国特 許5,117,121に開示されている。 セラミックから製作されたチャック本体を使用する1つの利点は、支持の製造 中にセラミック材料が磨かれ、比較的円滑な表面を創り出すことである。そのよ うに磨くことは支持の表面に付着する粒子を発生させる。これらの粒子は表面か ら完全に除去するのが非常に困難である。さらに、磨く処理はチャック本体の表 面を破砕することがある。したがって、チャックが使用される時、粒子がこれら の破砕により連続的に発生する。また、ウェーハ処理中、セラミック材料はウェ ーハの下面からウェーハ酸化物をすり減らし、処理環境に粒子状の汚染物質をさ らに導入することになる。チャックの使用中、粒子はそれら自体をウェーハの下 面に付着し、他の処理室に運ばれ、またはウェーハにより製作された回路に欠陥 を生じさせる。セラミック静電気チャックによる保持の後、何万もの汚染粒子が 所定のウェーハの裏面に見出されることが分かっている。 1985年12月24日に発行された日本国特許出願No.60-261377はエンボス 支持表面を有するセラミック静電気チャックを開示している。エンボスはウェー ハと接するセラミック支持の表面領域を減少させる。したがって、ウェーハに運 ばれる汚染粒子の数は減少する。しかし、エンボス表面はセラミック材料とウェ ーハの下面との間の接触をある程度保持する。したがって、汚染物質は減少する が、依然としてかなりある。 同様に、低温度処理(例えば、摂氏300度以下)で使用される基板支持チャ ックはまたウェーハ処理を妨げる汚染粒子をも減少させる。そのような低温度チ ャックは静電気チャック及び機械的締付けチャックを含み、それらは通常アルミ ナ等の誘電性材料から製作されるウェーハ支持表面を含んでいる。これらのチャ ックのタイプはまた処理中にウェーハの下面に付着する粒子状汚染物質を発生さ せることが分かっている。 そのため、本技術において、チャックにより支持されている間にウェーハの下 面に付着する汚染粒子の量を減少させる装置の必要性がある。本発明の概要 従来技術の欠点は、チャックまたは他の製品支持と間隔をおいた関係で、ウェ ーハ、または他の製品を支持するための被覆層の本発明により克服される。より 詳細には、本発明はチャックの支持表面に配置された被覆層である。被覆層は複 数の電導性パッドと材料を絶縁するコーティングを含んでいる。絶縁材料は実質 上チャックの全面を覆うが、各電導性パッドの最上面はコーティングを通り露出 されている。それ自体、ウェーハは、被覆層に置かれると、接触すると共に電導 性パッドにより支持される。 被覆層はチャックの支持表面と空間をおいた関係でウェーハまたは他の製品を 保持する。ウェーハの下面とチャックとの間の距離は電導性パッドの厚みにより 規定される。ウェーハの下面と絶縁材料のコーティング表面との間の距離は被覆 層の表面にある汚染粒子の予想直径より大きくすべきである。この方法では、汚 染粒子は処理中にウェーハの下面に付着しない。 被覆層はチャック表面に電導性パッドを堆積し、絶縁材料でチャック表面及び パッドをコーティングし、パッドの最上面から絶縁コーティングを除去し、電導 性パッドを露出することにより製造される。より詳細には、電導性パッドは基板 支持チャックの表面にマスクまたはステンシルを置き、マスク及びチャックに電 導性材料を堆積することにより製造される。マスクは電導性材料が複数の間隔を おいたパッド、放射ストリップ、同心リング、またはそれらの組合せ等の所定の パターンで堆積されることを保証する。パッドの堆積後、マスクは除去され、絶 縁コーティングはパッド及びチャック表面上に堆積される。その後、絶縁材料の 層はエッチバック技術または研磨処理により一部除去され、各電導性パッドの最 上面、すなわち基板支持チャックの表面に関連する電導性パッドの最上面を露出 させる。したがって、ウェーハが本発明の被覆層を有する基板支持チャックに置 かれる時、パッドはウェーハからセラミックチャック本体への電導経路を供給す るのと同様にチャック表面上のウェーハを支持する。 半導体ウェーハの処理中に本発明を使用した結果、処理後のウェーハの下面に 付着する粒子状汚染物質の数は何万の粒子から何百の粒子まで減少する。粒子数 のこのかなりの向上は処理中に欠陥と分かるウェーハの数を著しく減少させる。 さらに、高温では、基板支持チャックとウェーハとの間のジョンソン−ラーベッ ク効果が保持される。また、絶縁層は雰囲気からセラミックを絶縁し、したがっ て、炭化水素及び他の汚染物質がチャック表面に電導層を形成するのを防止する 。図面の簡単な説明 本発明の教示は添付した図面と関連させて以下の詳細な説明を考慮することに より容易に理解できるだろう。 図1は、基板支持チャックの表面でウェーハを支持する本発明の被覆層の断面 図を示している。 図2は、基板支持チャックの表面の被覆層のための例示のパターンの平面図を 示している。 図3A〜3Fは、創意に富む被覆層を製造する処理の各段階における基板支持 チャックを示している。 理解を容易にするため、図面に共通の同一要素を表わすために同一の参照数字 が使用されている。詳細な説明 図1は基板の支持チャックの表面に配置された本発明の被覆層100の断面図 を示している。該層は基板支持チャック110表面112の上でウェーハ120 を支持している。図2は(ウェーハ120のない)図1の被覆層100の電導性 パッド102のための例示パターンの平面図を示している。本発明の最良の理解 のため、読者は以下の開示を読む間、図1及び2の両方を同時に参照すべきであ る。 本発明の好適な実施例はセラミック静電気チャックと関連させて使用されるも のとして説明されているが、本発明は非セラミック静電気チャック、機械的締め 付けチャック等を含むチャックのいずれかの形式の上の基板を支持するのにも有 用である。 好適な実施例では、静電気チャック110はセラミックチャック本体内に埋め 込まれた1以上の電極を含んでいる。例えば、セラミックチャック本体はアルミ ニウム窒化物またはホウ素窒化物から製造される。これらの材料は高温で一部電 導性である(比較的低い抵抗率)。それ自体、高温処理中、ウェーハはジョンソ ン−ラーベック効果により保持される。他の一部電導性のセラミックはチタニウ ム酸化物またはクロニウム酸化物でドープされたアルミナ等の有益な高温チャッ ク材料をも形成している。チャックが低温でのみ使用される場合には、その後ア ルミナ等の他のセラミック及び又は誘電性材料がチャック本体を形成するために 使用される。例示のセラミック静電気チャックは1996年4月30日に発行さ れ、通常に譲渡された米国特許5,511,799に開示されており、それはここにイン コーポレイテッドバイリファレンスされている。非セラミック静電気チャックの 例は1980年1月15日に発行された米国特許4,184,188及び1983年5月 24日に発行された米国特許4,384,918に開示され、その両方はここにインコー ポレイテッドバイリファレンスされている。 被覆層100はチャック110の支持表面112に配置された複数の電導性パ ッド102を有している。通常、各電導性パッドはほぼ2mmの直径で2〜5μ mの厚さを有しており、お互いから等距離空間をあけ、ウェーハの表面の5%か ら40%の範囲を覆っている。金属材料はチャック110の表面領域の10%か ら25%の範囲を覆うのが好ましい。通常、パッドの数、間隔及び寸法は静電気 チャックにより加えられる締め付け力の大きさにより決定される。例えば、力の 大きさが大きく、パッドがお互いから比較的離れている場合には、ウェーハはパ ッド間で曲がることがある。 電導性パッドに加えて、被覆層100は絶縁材料104のコーティングをも含 んでいる。絶縁材料のコーティングは実質上チャックの全表面を覆っているが、 各電導性パッド102の最上面は絶縁材料のコーティングを通って露出される。 コーティングのための例示した厚さは約0.8〜1.0μmである。絶縁材料の コーティングは基板支持チャックの表面及び各電導性パッドの側面を一面に覆っ ている。 したがって、ウェーハ120が被覆層100に置かれる時、被覆層は基板支持 112の表面に空間を置いた関係でウェーハ120を保持する。ウェーハの下面 122は各電導性パッドの最上面106及び各電導性パッド102に最も近い絶 縁材料108の一部と接触する。ウェーハの下面122及びチャック110の表 面112からの距離は電導性パッド102の厚さにより決定される。ウェーハの 下面122と絶縁材料のコーティング104の表面116との間の間隙126は 被覆層の表面にある汚染粒子118の予想直径より大きくすべきである。汚染粒 子は間隙126で取り出される傾向があるが、被覆層100は簡単に洗浄され、 ウェーハ120と接触する表面は実質上汚染物質がないことが保証される。 ウェーハからチャック本体への伝熱を容易にするため、伝熱媒体、例えば、ヘ リウム等の気体はウェーハの裏面122と絶縁材料のコーティング104の表面 の間の空間126に注入される。この冷却技術は裏面冷却として公知である。伝 熱媒体はチャック110及び被覆層100を通って形成されるポート210を介 して供給される。媒体は通常2〜30sccmの割合でウェーハの下面122に 供給される。媒体は通常、ポート210からウェーハの縁の方に外側に流れ、反 応室環境に漏れ出る。そのような裏面冷却は当技術において周知であり、例えば 、1993年7月20日にTepmanらに発行され、通常に譲渡された米国特許5,22 8,501に開示されている。重要なのは、裏面冷却が使用される時、被覆層は2つ の目的を有することであり、それは(1)ウェーハを支持し、裏面粒子の付着を 減少させること、及び(2)伝熱媒体流通経路をチャックの支持表面に創ること である。しかし、さらなる伝熱媒体流通経路(図示せず)はチャック本体の表面 に形成されてもよく、ウェーハの下面122を横切る伝熱媒体の流通をさらに促 進する。 本発明の重要な特徴はウェーハがチャックの表面と空間をおいた関係で被覆層 内の電導性パッドにより支持されることである。特定のパッドパターンはパッド パターンを形成するのに使用される堆積(スパッタ)マスクにより規定される。 締め付け電圧、締め付け力、ウェーハの厚さ、チャックの電極パターン、ウェー ハが受ける特定の処理等に考慮して、チャックの特定の適用のためパターンが選 択される。 図3A〜3Fは創意に富む被覆層100を製造する処理の各段階での基板支持 チャック110を示している。被覆層を製造する創意に富んだ方法の最良の理解 のため、読者は以下の開示を呼んでいる間に図3Aから3Fを同時に参照すべき である。 図3Aは被覆層の製造前の基板支持チャック110を示している。図3Bは図 3Aの基板支持チャック110を示しており、スパッタマスク312(またはス テンシル)は電導性パッド102の堆積のため基板支持チャック112の表面に 配置されている。通常、タンタル、チタニウム、タングステン、チタニウム窒化 物等のような金属は、堆積工程中に支持表面112にスパッタマスク312を配 置することによりチャック本体110の支持表面112に堆積される。さらに、 そのような金属の組合せは2重層として堆積されることができる。そのような組 合せのため、第1の金属、例えば、チタニウムは支持表面及びステンシルに堆積 され、その後第2の金属、例えば、チタニウム窒化物が第1の金属に堆積される 。 例示のスパッタマスクは1996年10月25日に出願され、通常に譲渡され た米国特許出願番号08/736,887に開示されており、それはインコーポレイテッド バイリファレンスされている。スパッタマスクはチャック表面112に堆積位置 を規定する複数の孔314を含んでいる。電導性材料は例えば、物理蒸着法(P VD)処理を使用して、または化学蒸着法(CVD)処理、プラズマ溶射堆積、 蝋付け、溶射堆積等を使用することにより堆積される。 図3Cは電導性材料(層350)の堆積後の基板支持チャック110の表面上 のスパッタマスク312を示している。スパッタマスクは基板支持チャック11 0の表面112から除去され、図3Dに示されているように、基板支持チャック 110の表面112に電導性パッド102を露出する。電導性材料はスパッタマ スクの孔314により決定される所定パターンに堆積される。マスクの除去によ り、電導性パッドは基板支持チャック110の基板112の所定パターンに残さ れる。 スパッタマスク312の除去後、絶縁材料104は基板支持表面112及び電 導性パッド102上に堆積され、絶縁材料のコーティング104を形成し、それ は図3Eに示されている。堆積された絶縁材料はシリコン窒化物(Si34)、 シリコン酸化物(SiO2)等のような材料である。さらに、そのような絶縁材 料の組合せは二重層で堆積されることができる。そのような組合せのため、第1 の絶縁材料層、例えばSi34は支持表面及び電導性パッドに堆積され、その後 第2の絶縁材料層、例えばSiO2は第1の絶縁材料層に堆積される。絶縁材料 は通常、化学蒸着法(CVD)処理または他のそのような方法を使用して一面に 堆積される。絶縁材料のコーティング104は通常、1.0μm厚である。 電導性材料の上(すなわち位置342)の絶縁材料のコーティング104はエ ッチバック技術または研磨技術(例えば、化学的機械的研磨(CMP)処理)を 使用して薄くされ、絶縁材料104を除去し、各電導性パッド102の最上面1 06を露出する。 選択的に、絶縁材料104を一面に堆積する代わりに、絶縁材料はマスキング 技術を使用して電導性パッド間に選択的に堆積されることができ、各電導性パッ ド102の最上面106がエッチバックまたは研磨段階を使用することなく露出 されるようになっている。 図3Fは創意に富んだ被覆層100を有する基板支持チャック110を示して いる。したがって、ウェーハが本発明を有する基板支持チャックに配置される時 、ウェーハは基板支持の表面と空間をおいて実質的に平行な関係で被覆層と接触 し、それにより支持される。 セラミックチャックの表面に本発明の被覆層を使用することは実質上、ウェー ハの粒子状汚染物質を減少させる結果となる。経験的データは、その支持表面で 直接ウェーハを支持する従来のセラミックチャックは何万もの粒子をウェーハの 下面に移動することができることを示している。しかし、本発明の被覆層を使用 することはウェーハの下面にある粒子の数を何百の粒子に減少させる。重要なの は、被覆層は締め付け処理を著しく妨げず、またはジョンソン−ラーベック効果 のように、ウェーハをチャックで保持する締め付け力に悪影響を与えないことで ある。 さらに、被覆層はセラミックチャックを雰囲気から絶縁する。経験的データは 、被覆層がチャックの表面により経験された雰囲気の有機物汚染物質を減少させ ることを示している。チャック表面のそのような絶縁なしで、電導性膜はセラミ ックチャックの表面で成長することが知られていた。時間により、この膜はチャ ッキング力を妨げると共に低下させる。本発明の使用は雰囲気がセラミックのチ ャック表面に接触しないことを確実にし、したがってチャックの寿命を延ばす。 さらに、チャック表面とウェーハの下面の間の空間内の誘電性材料の追加はチ ャッキング力を増加させる。例えば、ジョンソン−ラーベック効果のためチャッ キング力(F)が で与えられることが公知であり、Kは定数であり、ε’はウェーハとチャック表 面の間の空間の誘電定数であり、tはウェーハとチャック表面との間の空間の長 さであり、Vは空間を横切る電圧降下であり、Sはチャックの表面領域である。 厚みtの空間において真空であると仮定すると、誘電定数はε0である。被覆層 が使用される時、空間の誘電定数は となり、εは被覆層の絶縁材料の誘電定数であり、αは絶縁材料により充填され る空間の厚みの割合である。 SiO2またはSi34の誘電定数は約4ε0であるので、その後ε’>ε0と なり、絶縁を使用して生じたチャッキング力は絶縁層を使用しないチャックのチ ャッキング力以上に増加する。 本発明の教示を組込んだ各種実施例がここに詳細に示されると共に説明されい ているが、当業者であればこれらの教示をさらに組込んだ多数の他の変更した実 施例を容易に考えることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チェン フーゼン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95014 クーパーティノ スターン アベ ニュー 10390 (72)発明者 フー ジアミング アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95124 サン ホセ サリナ ドライヴ 4631

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.支持表面に置かれ、それぞれが最上面を有する複数の電導性パッドと、 前記支持表面を被覆すると共に前記各電導性パッドの前記最上面を露出する絶 縁材料のコーティングとを含み、 前記絶縁材料のコーティング及び前記電導性パッドが製品の支持チャックの支 持表面と間隔をおいた関係で前記製品を支持するためにパターン化されたことを 特徴とする製品の支持チャックの支持表面を被覆するための被覆層。 2.前記複数の電導性パッドが金属である請求項1に記載の被覆層。 3.前記電導性パッドを製造する材料がタンタル、チタニウム、タングステン、 及びチタニウム窒化物から成るグループから選択される請求項1に記載の被覆層 。 4.前記電導性パッドがそれぞれ複数の層を含み、各層のための材料がタンタル 、チタニウム、タングステン、及びチタニウム窒化物から成るグループから選択 される請求項1に記載の被覆層。 5.前記絶縁材料のコーティングを製造する材料がシリコン窒化物である請求項 1に記載の被覆層。 6.前記絶縁材料のコーティングを製造するための材料がシリコン酸化物である 請求項1に記載の被覆層。 7.前記絶縁材料のコーティングが第1のシリコン窒化物層と第2のシリコン酸 化物層を含む複数の層を含む請求項1に記載の被覆層。 8.支持表面を有する製品の支持チャックと、 前記製品の支持チャックの支持表面を被覆する被覆層とを含み、 前記被覆層が それぞれが最上面を有する前記支持表面上の複数の電導性パッドと、 前記支持表面を被覆すると共に前記複数の電導性パッドの前記最上面 を被覆しない絶縁材料のコーティングとを含み、前記絶縁材料のコーテ ィング及び前記電導性パッドが前記製品の支持チャックの支持表面と空 間をおいた関係で製品を支持するためにパターン化されている、 ことを特徴とする装置。 9.前記複数の電導性パッドが金属である請求項8に記載の被覆層。 10.前記電導性パッドを製造する材料がタンタル、チタニウム、タングステン 、及びチタニウム窒化物から成るグループから選択される請求項8に記載の被覆 層。 11.前記電導性パッドのそれぞれがタンタル、チタニウム、タングステン、及 びチタニウム窒化物をから成るグループから選択された材料の複数の層を含む請 求項8に記載の被覆層。 12.前記絶縁材料のコーティングを製造する材料がシリコン窒化物である請求 項8に記載の被覆層。 13.前記絶縁材料のコーティングを製造する材料がシリコン酸化物である請求 項8に記載の被覆層。 14.前記絶縁材料のコーティングが第1のシリコン窒化物層と第2のシリコン 酸化物層を有する結合層を含む請求項8に記載の被覆層。 15.前記製品の支持チャックがセラミックチャック本体を有する静電気チャッ クを含む請求項8に記載の装置。 16.製品の支持チャックの支持表面を被覆するための被覆層を製造する方法で あって、 電導性材料を堆積し、前記製品の支持チャックの支持表面にそれぞれが最上面 を有する複数の電導性パッドを形成する段階と、 前記支持表面を覆うと共に前記複数の電導性パッドの最上面を覆わない絶縁材 料のコーティングを堆積する段階と、 を含むことを特徴とする方法。 17.前記絶縁材料が前記支持表面及び前記電導性パッド上に堆積され、 前記各電導性パッドの最上面から前記絶縁材料のコーティングを除去する段階 をさらに含む請求項16に記載の方法。 18.前記絶縁材料が堆積マスクを使用して堆積され、前記複数の電導性パッド の最上面への堆積を防ぐ請求項16に記載の方法。 19.前記除去する段階が前記各電導性パッドの最上面から前記絶縁材料を選択 的にエッチングする段階をさらに含む請求項17に記載の方法。 20.前記除去する段階が前記各電導性パッドの最上面から前記絶縁材料を研磨 する段階をさらに含む請求項17に記載の方法。
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