JP2004140132A

JP2004140132A - 試料載置ステージ

Info

Publication number: JP2004140132A
Application number: JP2002302490A
Authority: JP
Inventors: Hironori Ishida; 石田　弘徳; Mamoru Ishii; 石井　守; Tatsuya Shiogai; 塩貝　達也
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】半導体などを製造する際にシリコンウェハ等の試料を室温付近で処理する工程で使用される試料載置ステージに関し、熱膨張係数が十分に低く、しかも、工程処理中にパーティクルの発生が少ない試料載置ステージを提供する。
【解決手段】リチウムアルミノシリケート、コーディエライトから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなる熱膨張係数が２３±３℃の範囲で−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃のセラミックスを用いて試料載置ステージを作製し、、かつ、セラミックスと試料の接触部の表面粗さがＲａで０．５μｍ以下にすることで、パーティクルの発生を抑制する。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等に用いられる試料載置ステージに関するもので、さらに詳しくは、半導体などを製造する際にシリコンウェハ等の試料を室温付近で処理する工程で使用される試料載置ステージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置や計測機器装置等に用いられる部材の材料としては、金属と比較してパーティクルの発生が少なく、樹脂と比較して強度が高いセラミックが広く使用されるようになってきている。例えば、半導体製造におけるシリコンウェハを載置するステージや、絶縁リング等には、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックスが用いられていた。（たとえば、特許文献１参照。）
【０００３】
近年、半導体集積回路の集積度が向上するにつれて、形成されるパターンの寸法も小さくなり、ますます高精度なパターン形成が求められるようになってきている。特に、露光、成膜やエッチングといった工程では、高精度なパターン形成が必須であり、試料を載置するステージが温度変化で熱膨張または収縮すると、高精度なパターンの形成が難しくなり歩留まりの低下を引き起こすという問題点が指摘されている。
また、成膜やエッチング工程においては、従来は２００℃以上の高温で行われるのが一般的であったが、最近では、集積回路の集積度の向上に伴い、成膜材料やエッチング方法の変化から露光工程と同様に室温付近でこれらの工程が実施される場合がでてきた。
これら製造工程では、さらなる集積回路の微細化にともない、処理室内に存在するゴミであるパーティクルの問題がますますクローズアップされており、パーティクルの低減は必須である。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５３−９６７６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体装置の微細化に伴い、その微細化を達成するために高い精度が求められ、例えば、露光装置においては、ステージの位置決めに１０ｎｍ未満の精度が要求されている。したがって、位置合わせ誤差の低減が、今後の製品の品質向上や歩留まり向上に重要な要素技術として捉えられるようになってきている。しかしながら、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウムでは、熱膨張係数が高いために温度の影響を受けやすく、このような極めて微小な位置決めはできないという問題点があった。
さらには、これらの工程は、温度コントロールされているとはいえ、処理中に試料温度が上昇しその熱が試料載置ステージに伝わり、試料載置ステージが熱膨張もしくは熱収縮するため試料と摩擦を起こし、パーティクル発生の一因となっていた。このパーティクルの発生をおさえるには、熱膨張係数の低い材料を用いて摩擦を低減させればよいが、それだけでは不十分なものであった。
【０００６】
本発明らは、これら前記した課題を解決するために鋭意検討して完成されたものであり、その目的は、熱膨張係数が十分に低く、しかも、処理工程中にパーティクルの発生が少ない試料載置ステージを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的は、下記した手段により達成される。
（１）２３±３℃の範囲における平均の熱膨張係数が、−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃であるセラミックスを用いた試料載置ステージであって、該セラミックスの試料との接触部の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする試料載置ステージ。
（２）前記セラミックスの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする試料載置ステージ。
（３）前記セラミックスが、リチウムアルミノシリケート、コーディエライトから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする試料載置ステージ。
（４）前記試料載置ステージが半導体製造装置用の真空チャックまたは静電チャックとして用いられることを特徴とする試料載置ステージ。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、２３±３℃の範囲における平均の熱膨張係数が、−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃であるセラミックスを用いた試料載置ステージであって、該セラミックスの試料との接触部の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする試料載置ステージを提案している。
その理由は、２３±３℃の範囲における該セラミックスの平均の熱膨張係数が、−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃の範囲を外れると、わずかな温度変化によっても試料載置ステージが変形を生じてしまい、試料との摩擦が生じるため、パーティクルを発生してしまい好ましくないからである。特に、試料載置ステージが真空チャックや静電チャックの場合は、載置ステージが試料を十分に固定しているため、そのような状態で載置ステージが変形すると、顕著にパーティクルが発生することになり好ましくない。
【０００９】
また、該セラミックスの試料との接触部の表面粗さ（Ｒａ）が大きいとその凸部が試料面を引っ掻くこととなり、パーティクルが発生しやすくなる。このため、半導体製造装置に搭載するステージにおいては、その表面粗さはＲａで０．５μｍ以下であることが望ましい。特に、真空チャックや静電チャックは、試料を吸着させるために、単に試料を載置するステージと比較して、発生するパーティクル量が格段に多くなり、該セラミックスの試料との接触部の表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００１０】
また、本発明では、セラミックスの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする試料載置ステージを提案している。その理由は、セラミックスの平均粒径が大きいと粒子脱落がし易くなるため、その脱落にともなう粒界から微小なパーティクルが発生し易くなるからである。したがって、セラミックスを試料載置ステージに使用する場合には、パーティクルを低減する必要があるため平均粒径が１０μｍ以下であることが望ましい。さらに好ましくは６μｍ以下である。
またさらに、パーティクルを確実に低減するためにはセラミックスの剛性も十分に大きいことが好ましく、具体的には１２０Ｇｐａ以上であることが特に望ましい。
【００１１】
また、本発明では、セラミックスが、リチウムアルミノシリケート、コーディエライトから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする試料載置ステージを提案している。
【００１２】
ここで、リチウムアルミノシリケートとしては、ユークリプタイト、スポジューメン等を使用することができる。さらに使用目的に応じて、例えば高剛性化や、帯電防止や静電チャックとして使用するための体積抵抗率制御のために、他材料を添加している。ここで、これらリチウムアルミノシリケート、コーディエライト等の低熱膨張セラミックの特性を改善するために、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料を添加することは許されるが、半導体製造装置の試料載置ステージに使用する場合には、その熱膨張係数が−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃であることが好ましく、さらには、−０．５×１０^−６〜０．５×１０^−６／℃であることが望ましい。
【００１３】
例えば、本出願人は特願２００１−２３４６６９において、具体的に開示しているように、ユークリプタイトにα−ＳｉＣ、β−ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＢ２、ＷＣ、ＴｉＣ、ＺｒＮから選ばれる化合物を添加することで、熱膨張係数が２３±３℃の範囲で−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃とし、室温でのヤング率が１２０ＧＰａ以上の剛性のある低熱膨張セラミックを得ている。
同様に、他のコージェライト等についても、他材料を添加することで、剛性を向上させ、低熱膨張係数に制御することができることはいうまでもない。
【００１４】
また、本発明では、前記試料載置ステージが半導体製造装置用の真空チャックまたは静電チャックとして用いられることを特徴とする試料載置ステージを提案している。その理由は、上記したように、真空チャックや静電チャックは、試料を吸着させるために、単に試料を載置するステージと比較して、発生するパーティクル量が格段に多くなりやすいため、本発明で提案した前記試料載置ステージ用のセラミックスを用いることが好ましい。
【００１５】
以下、実施例と比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
（１）セラミックス焼結体の作製
リチウムアルミノシリケートとしては平均粒径４μｍ以下の市販の高純度ユークリプタイト粉末を用いた。そしてユークリプタイト粉末に対して、炭化珪素としてα−ＳｉＣを　　表１に示した割合で添加配合し、配合原料とした。
この配合原料粉末１００重量部に有機系結合剤２重量部を加えて、２４時間混合粉砕した。得られた粉末を１０ＭＰａで予備成形した後、１００ＭＰａで冷間静水プレスにより成形を行った。この成形体を、窒素雰囲気において５００℃で脱脂した後、アルゴン雰囲気中で表１に示したように、焼成温度１３５０〜１３９０℃、焼成時間３〜６時間焼成を行い、セラミックス焼結体を作製した。
ここで、焼成温度と焼成時間を表１のように変化させたのは、セラミックスの平均粒径を制御するためである。
【００１６】
【表１】

【００１７】
（２）セラミックスの熱膨張係数の評価
得られたセラミックスから４ｍｍ×４ｍｍ×１２ｍｍの試験片を切り出し、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製　ＬＩＸ−１）を用いて２３±３℃の範囲において試験片の変位量を測定し、セラミックスの平均の熱膨張係数を求めた。
【００１８】
（３）セラミックスの平均粒径の測定
セラミックスの平均粒径の測定は、セラミックスの表面を鏡面研磨したのち焼成温度より１００〜２００℃低い温度で１時間程度サーマルエッチングを行い、この面を電子顕微鏡にて３０００倍で観察し、任意のセラミック粒子２０個の直径を計測しその値を平均して行った。その際、試料載置ステージが、例えばコージェライトやユークリプタイトからなるセラミックであれば、その平均粒径を測定すればよく、炭化珪素等の添加物を加えている場合であっても、主成分であるコージェライトやユークリプタイトの平均粒径を測定すればよい。
したがって、本発明の試験例においては、ユークリプタイトの平均粒径を測定した。
【００１９】
（４）静電チャックの作製
得られたセラミックスをφ１８０×２ｍｍの大きさに加工した。このセラミックス焼結体の片面にＡｇペーストで双極型電極を形成し、電極取り出しのリード線をつけた後、この面全体をシリコン系樹脂でコートした。次に、もう一方の面は所定の表面粗さになるように研磨加工して、その面を試料載置ステージとして用いた静電チャックを作製した。
【００２０】
（５）パーテティクル数の測定
得られた静電チャックに載置する試料としては、φ２００ｍｍのシリコンウェハを用いた。シリコンウェハを試料載置ステージに載せ、２３℃の減圧環境下で静電チャックに電圧３ｋＶ印加し、シリコンウェハ１枚につき６０秒間吸着させた。
１０枚ウェハを吸着させた後、１０枚目のシリコンウェハの吸着面をパーティクルカウンターにより測定し、０．２〜１．０μｍのパーティクルサイズのパーティクル数を測定した。
半導体製造工程では試料はシリコンウェハであり、このシリコンウェハのステージ載置面についたパーティクルをカウントすることで、パーティクルの発生状況が把握できる。そして、パーテティクル数の測定は前記したように、ウェハステージに一定時間試料を載置したあと離脱させ、別の試料で同様の作業を行う。ある程度の数量を行った後、その試料のパーティクルをカウントすればよい。ここで、初期の試料のパーティクル数を測定しないのは、ステージ表面に付着している素材に起因しない外部からのパーティクルの影響を受けてしまい、試料に多くのパーティクルがついてしまうからである。
以上のようにして得られた結果を表２にまとめて示す。
【００２１】
【表２】

【００２２】
（６）評価結果の説明
表２の結果から、試験Ｎｏ．１〜６の試料載置ステージに用いたセラミックスはいずれも、２３±３℃の範囲における平均の熱膨張係数は、−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃であり、熱膨張係数は、十分小さかった。
次に、本発明の実施例である試験Ｎｏ．１〜４は他と比べてパーティクル数が少ないことが分かった。
それに比較して、Ｎｏ．５は、表面粗さはＲａ０．５μｍ以下であるものの、平均粒径が１０μｍを越えているため、試験Ｎｏ．１〜４と比較して若干パーティクル数が多かった。
また、本発明の比較例である試験Ｎｏ．６は他の試験例と比較してパーティクル数が極端に増加していることが分かった。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、平均の熱膨張係数が２３±３℃の範囲で−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃であるセラミックスを用い、セラミックスと試料の接触部の表面粗さがＲａで０．５μｍ以下にすることで、パーティクルが発生しにくい試料載置ステージを提供できることが分かった。

Claims

２３±３℃の範囲における平均の熱膨張係数が、−１×１０^−６〜１×１０^−６／℃であるセラミックスを用いた試料載置ステージであって、該セラミックスの試料との接触部の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする試料載置ステージ。
前記セラミックスの平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の試料載置ステージ。
前記セラミックスが、リチウムアルミノシリケート、コーディエライトから選ばれる１種以上の材料と、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、アルミナ、ジルコニア、ムライト、ジルコン、窒化アルミニウム、ケイ酸カルシウムから選ばれる１種以上の材料とからなることを特徴とする請求項２に記載の試料載置ステージ。
前記試料載置ステージが半導体製造装置用の真空チャックまたは静電チャックとして用いられることを特徴とする請求項２または３に記載の試料載置ステージ。