JP2004349664A

JP2004349664A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2004349664A
Application number: JP2003183534A
Authority: JP
Inventors: Toru Ushigome; 亨牛込; Ichiro Sano; 一朗佐野; Kinya Miyashita; 欣也宮下
Original assignee: CREATIVE TECHNOLOGY KK; Creative Technology Corp
Current assignee: CREATIVE TECHNOLOGY KK; Creative Technology Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】安価でしかも、十分な冷却性能とパーティクル発生低減を保証できる静電チャックとその製造方法を提供し、また同時に、静電チャックを再生使用可能のとすることにより運用コスト低減と資源リサイクルを実現する。
【解決手段】静電チャックは二径路の媒体を流すことができる金属性基盤を母体とし、この上部表面層に溶射による吸着電極形成と、吸着電極形成後に、溶射により絶縁誘電体をその上面、金属基盤側面に一体形成する。金属性基盤は吸着効果の均一性を計るため、平坦度を保証した、二つの基本部材から構成する。冷却媒体を金属性基盤から絶縁誘電体面上部に貫通させる多数の孔の加工は、媒体が流れる径路の一部に絶縁物でできた板を充填し、前述の溶射による絶縁誘電体形成の後に行うことで、加工時の塵などの異物が冷媒の径路に残らないようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造プロセスで用いられているエッチング処理、化学気相蒸着（ＣＶＤ）による薄膜形成などのプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン注入装置、また液晶パネルに使用されるイオンドーピング装置などに具備されている半導体ウエハの静電吸着機構、いわゆる静電チャックの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置では被処理物である半導体ウエハをその装置内で位置決め、そして支持面への確固な保持を確保する必要がある。また、同時にこの行為は被処理半導体ウエハになんら損傷を与えるものであってはならない。一世代前には半導体ウエハの表面をなんらかの機構により、爪などで支持面へ抑えるクランプ方式が一般的であった。現在は処理基準が厳しく制限され、被処理半導体ウエハへの汚染量を管理する必要がある。これは、クランプ自身の材質、多くの場合はアルミニウム材、が処理プラズマ中にさらされることにより遊離、あるいはイオン注入ではそのイオン照射によりクランプ母材からスパッタされ浮遊し、被処理半導体ウエハに降りかかることにより、半導体素子の特性、歩留まりに著しく影響を与えるからである。
【０００３】
そこで考案されたのが前述のような機械的でない、電気的な静電吸着力を利用した被処理ウエハの支持面への保持方法である。この方法では支持面下に組み込まれた電極に高電位を与え、支持面を構成する絶縁誘電体に分布した静電気と、被処理ウエハに分極帯電した電荷による静電気のクーロン力あるいはジャンセン−ラーベック力によって、被処理ウエハを支持面に吸着させる方法である。従い、被処理ウエハの表面上には前述のクランプは存在しない。特許出願の傾向から判断すると、日本国ではこの関連の技術進歩はおよそ１９８０年代の後半から始まっていると考えられ、現在半導体製造装置では不可欠なものに成長している。
【０００４】
近年の半導体素子製造では、プラズマ雰囲気中での静電チャックの耐性を増すことに加え、その再生方法、価格について問題があると考えられている。一般に量産現場での静電チャックの寿命は、使用環境にもよるが７００〜３０００時間といわれ、メンテナンスを含めた費用は安くない、と考えられるようになってきた。これは産業界で「ゼロエミッション」などとうたわれるよう、国際的環境基準について意識が高まる中、各企業で自主規制を設け、なるべく工場からの廃棄物を出さない工夫、技術が必要であるという社会的事情とも絡んでいる。静電チャックという一つの半導体製造装置の部位についても例外でなく、資源保護の技術開発が必要である。半導体素子を製造する上でその製造装置内でのパーティクルなどが歩留まりを低下することが問題となる。近年ではその制限は素子微細化にともない、より厳しくなってきている。これは、たとえば、パーティクルが金属質の場合、洗浄層などの中でウエハから離脱し次ぎに処理されるウエハに付着する。これが半導体接合領域などを汚染すると、その接合ポテンシャル設定が変動し、正しい設計の素子が形成できない。これらの事象について国際的な指針が国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）という機関でまとめられ、同インターネットホームページで公開されている、ｈｔｔｐ：／／ｐｕｂｌｉｃ．ｉｔｒｓ．ｎｅｔ／。たとえば西暦２００１年版フロントエンド処理の中で、許容パーティクルの指針は３００ｍｍ径ウエハの場合、ウエハ表面ではクリティカルパーテクルサイズは０．０５８μｍでウエハ当たり９４個；同ウエハ裏面では０．２μｍ、４６８個、となっている。静電チャックの製造過程で発生したパーティクルも問題であり、製造装置に搭載したときその内部でパーティクルが発生しないよう、その低減方法が要求されている。以下上記項目についての従来技術の説明を行う。
【０００５】
特開平６−２７９９７４号では、静電チャックを接着により積層形成する場合に、その側壁面の接着層が露出していることにより、プラズマに侵食されやすい欠点を、溶射形成による保護膜で覆うことが開示されている。特開２００１−２８４３２８号では、溶射によるセラミックの静電チャックにおいて、複雑な電極パターンである場合に有効な製作方法が開示されている。特開２００３−４５９５２号では、大口径化にともない、溶射セラミック型の静電チャックにおいて、セラミックのポーラスからのガス流出を抑え、冷却効率を一定化させる内容が開示されている。特開平１１−２６５６８１では通常のセラミック溶射型でない静電チャックに装着するウエハの温度上昇を、静電チャックにほどこした径路を流れる、ガス流による冷却によって抑える技術の開示がなされている。
【０００６】
しかし、上記従来技術では主に絶縁誘電体を溶射技術により形成することが示されているが、ウエハ裏面のガス冷却機能を具備した構造のものは存在せず、またパーティクル発生を低減できる静電チャック製造方法、あるいは静電チャック再生手段についての技術教示はなされていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明では安価でしかも、十分な冷却性能とパーティクル発生低減を保証できる静電チャックとその製造方法を提供し、また同時に現社会事情に適合した、廃棄物とならない再生可能な静電チャックとすることを課題とする
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、静電チャックは二径路の媒体を流すことができる金属性基盤を母体とし、この上部表面層に溶射による吸着電極形成と、吸着電極形成後に、溶射により絶縁誘電体をその上面、金属基盤側面に一体形成する。金属性基盤は吸着効果の均一性を計るため、平坦度を保証した、二つの基本部材から構成する。冷却媒体を金属性基盤から絶縁誘電体面上部に貫通させる多数の孔の加工は、媒体が流れる径路の一部に絶縁物でできた板を充填し、前述の溶射による絶縁誘電体形成の後に行うことで、加工時の塵などの異物が冷媒の径路に残らないようにする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１の構造模式図を参照し説明する。金属製基盤はアルミニウム製とし二つの部分からなる、すなわちアルミニウム基盤１とアルミニウム板３。これら二つの部分はエポキシ系、シリコーン系、あるいはニトリルゴム系接着剤によって互いに接着される。接着層２が図１に図示されている。接着材を使う理由は、ロー付けでは、高温により、アルミニウム板３がゆがみ、その表面の平坦性が得られないためである。本発明実施例によるとそのアルミニウム板３の平坦度はおよそ１０μｍである。このアルミニウム基盤１は二つの冷媒が通る経路を設ける。一つは冷却水で、この入り口は図１下部に示す。冷却水入力部８と冷却水出力部９はアルミニウムふた１０に設けられ、本静電チャック外部との配管などの接続部となる。この冷却水径路６の加工は本径路を切削した後、アルミニウムふた１０を溶接することにより形成する。溶接部１１はアルミニウムふた１０全周にわたって施される。アルミニウム基盤１底部には、もう一つの冷媒、本実施例では気体であるヘリウムを入力する部分を有す。このヘリウム径路１２は、前述同様に外部との接続部となる部分を有す。ヘリウム径路１２はアルミニウム基盤１の内部を通り、その上部に位置するヘリウム供給溝１３に接続される。このヘリウム供給溝１３は、図示していないが、同心円状、あるいは櫛状などのパターンを有し、全域面に満遍なく行き渡るように配備される。また図１に示すよう、ウエハ温度上昇をウエハ面内で均一化させるため、複数のヘリウム供給入口を設け、ヘリウムガス圧力、量を最適化させるための工夫もする。ウエハの温度上昇はたとえば、その外周辺部と中心部で異なるという事象に対応するためである。ヘリウム分配溝１３には静電チャック上部面から多数の小さい孔がアルミナ層５、アルミニウム板３を貫通して加工されている。このヘリウム出力孔１４から出てくるヘリウムが静電チャックに装着されたウエハ裏面に吹きかかる。アルミナ層５は一般に溶射とよばれる、溶融したアルミナ材質、純度９９．９９％を大気中で被処理表面に吹きつけ、その被処理表面に定着、固化させる技術により形成する。後述するが、このアルミナ層５は二回の吹きつけ処理により形成される、すなわちアルミニウム板３の上面と、吸着電極４形成後に行う第一回目、本静電チャックの底部を除く側面部と上面部に行う第二回目の処理である。アルミニウム基盤１底面は水などからの防食のためアルマイト加工を施し、アルマイト処理面７が外気に面するようにする。水の出入り口では、その接続時に水滴が付着し、錆の原因となりやすいためである。又、アルミニウム基盤１には本静電チャックを製造装置に装着させるための取付部１６を有す。
【００１０】
次に図２から図６を用い、本実施例静電チャックの製造方法手順を説明する。この一連の手順は新規静電チャックを製造する場合のみならず、静電チャックの再生を行う場合にも適用するものである。図２は加工済みのアルミニウム基盤１の構造模式図である。再生の場合、一度完成させた静電チャックは、図１で示す構造から、図２の状態まで旋盤などの工作機械を使用、あるいは手作業により、再生する部分を削り落とし、その表面が平坦となるよう加工するものである。アルミニウム基盤１のアルマイト処理面７は先ずその全体に施し、切削により不必要な部分を削り落とすことにより形成される。図３は前述したアルミニウム基盤１にアルミニウム板３を接着剤により接着したようすを示す。アルミニウム板３接着後にその表面平坦度を次の工程の直前に１０μｍ以下に加工する。そして、絶縁版１５を当該上部溝孔にはめ込む。この目的は静電チャック製造あるいは再生工程最後にヘリウムガスが通るヘリウム出力孔１４の加工時に、その切屑がヘリウム分配溝１３などに残らないようにするためである。次は図４に示すよう、第一アルミナ層１７を溶射により形成する。形成膜厚は５０〜５００μｍである。アルミナの純度は高いものが望ましく、９９．９９％程度のものを使う。図５はこの第一アルミナ層１７上面に吸着電極４を形成したところを示す。この形成にも溶射技術を用いる。吸着電極４の材料はタングステン、アルミニウム、タンタル、モリブデンなどの金属導電材質とする。吸着電極４の厚さは５〜１００μｍである。図６は第二アルミナ層１８を、前述の構造物の上面、側面に形成する。この場合も溶射により前述同様の純度の高いアルミナを用いる。溶射面の厚さは、条件によって変わるが５０〜５００μｍである。第二アルミナ溶射後、二つの冷媒径路にワックスによる含浸封孔を行い、その後、溶射形成面の研磨加工をおこなう。そして最後に図１に示すよう、ヘリウム出力孔１４を加工し、その後加工屑を洗浄除去し、冷媒径路、溝に充填したワックスを薬品で溶かして除去し、静電チャックの製造、あるいは再生が完了する。
【発明の効果】
本実施例の静電チャックは二種の冷却媒体を流すことができ、十分な冷却効果が発揮され、しかも反応性プラズマなどに対して強い耐性をもつアルミナで静電チャック表面全域が保護されているため、製造装置内での使用寿命が格段に延びることが期待できる。従来静電チャック吸着面はアルミナセラミック板を接着剤で貼り付けていたため、その製造効率は、価格的にも、寿命的にも問題があった。とくにプラズマにさらされやすい接着面周辺部分で、侵食がおこり、放電により静電チャックの寿命が決まっていた場合があった。本発明はこれらの点についても効果が認められる構造、製造方法である。すなわち、アルミナ溶射による誘電体形成にて、作業の機械化、効率化を高め、同時に全面一体溶射とすることで、前述のプラズマにさらされる境界面をなくすことができ、同時に製造コストも低減できる。本発明の構造、製造方法は同時に、前述の従来型静電チャックでは困難であった、静電チャックの再生についても効果を発揮する。再生は本発明を実施すれば当然新規製作品から可能であるが、従来型静電チャックのアルミニウム基盤、ジャケットとも呼ばれる、を流用し、本発明で開示した方法により再生することもできる。この後述の再生手段は、半導体素子工場の製造装置メンテナンスを容易、また低価格化できるため、顧客から歓迎されるものである。ヘリウム出力孔１４の加工に当たっては、同分配溝１３の上部に位置する座ぐり加工した溝に絶縁板をあらかじめはめ込んだ後、最終段階で加工することにより、加工時の屑がヘリウム径路１２に残留しないようにできるため、パーティクル発生を防止できる。この径路に屑が溜まっていると、ヘリウムを流したときに、大小の屑、またパーティクルなどが静電チャックから噴出し、装置内を汚染し、半導体素子の歩留まりに多大な悪影響を与えるためである。本発明では安価でしかも、十分な冷却性能、防塵性能を保証できる静電チャックとその製造方法を提供し、また同時に現社会事情に適合した、再生可能な静電チャックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す静電チャック構造模式図。
【図２】本発明静電チャック製造方法においてのアルミニウム基盤の構造模式図。
【図３】本発明静電チャック製造方法においてのアルミニウム基盤にアルミニウム板を接着した後の構造模式図。
【図４】本発明静電チャック製造方法においての第一アルミナ溶射後の構造模式図。
【図５】本発明静電チャック製造方法においての吸着電極溶射後の構造模式図。
【図６】本発明静電チャック製造方法においての第二アルミナ層溶射後の構造模式図。
【符号の説明】
１アルミニウム基盤
２接着層
３アルミニウム板
４吸着電極
５アルミナ層
６冷却水径路
７アルマイト処理面
８冷却水入力部
９冷却水出力部
１０アルミニウムふた
１１溶接部
１２ヘリウム径路
１３ヘリウム分配溝
１４ヘリウム出力孔
１５絶縁板
１６取付部
１７第一アルミナ層
１８第二アルミナ層

Claims

金属性基盤の上部に絶縁誘電体を有し、前記絶縁誘電体層の内部に設置された吸着電極により、処理ウエハを吸着する静電チャックにおいて、前記金属基板に少なくとも二種類の媒体を流すための二以上の複数の径路を具備し、係る径路のうち一つは前記金属基板内を循環し、前記媒体を前記金属基板同一面から入力、そして出力し、係る径路の他の一つは前記金属基板を通過し、前記媒体の入力する面から対抗する面に出力せしめ、さらに前記金属基板の上部に位置する前記絶縁誘電体を貫通して、前記処理ウエハとの吸着面から出力させることを特徴とする、静電チャック。
前記金属性基盤をアルミニウム製とし、少なくともその一つの面をアルマイト処理などの防食処理を施すことを特徴とする、請求項１の静電チャック。
前記金属性基盤を二つ以上の複数のアルミニウム部材から構成することを特徴とする、請求項１の静電チャック。
前記絶縁誘電体の材質をアルミナ製のセラミックとし、前記金属性基盤の請求項２の一つの面以外の面について形成とすることを特徴とする、請求項１の静電チャック。
前記吸着電極の材質をタングステンにより形成することを特徴とする、請求項１の静電チャック。
前記二種類の媒体のうち、前記金属基板の同一面から入力、出力させる一つの媒体を水などの液体とし、他の一つの冷媒をヘリウムなどの気体とし、前記金属基盤と前記処理ウエハを恒温状態にさせることを特徴とする、請求項１の静電チャック運転方法。
金属性基盤の上部に絶縁誘電体を有し、前記絶縁誘電体層の内部に設置された吸着電極により、処理ウエハを吸着し、二種類の媒体を流すことができる、静電チャックの製造方法において、前記金属基盤の上部に溶射により第一の絶縁誘電体層を形成し固着させ、さらに第一の絶縁誘電体層の上部に前記吸着電極を溶射により形成し固着させ、さらに前記吸着電極の上部と前期金属性基盤側面に溶射により一括して第二の絶縁誘電体層を形成し固着させ、さらに一つの種類の前記媒体を流す径路の加工を行うことを特徴とする、静電チャックの製造方法。
前記金属性基盤は先ず、前記二種類の媒体の流れる径路について、一つは切削と溶接により形成し、他の一つは切削と貫通の穴あけ加工により形成することを特徴とする、請求項７の静電チャック製造方法。
前記金属性基盤を二つ以上の複数のアルミニウム部材から構成し、接着剤によって一体成型することを特徴とする、請求項７の静電チャック製造方法。
前記第一の絶縁誘電体層の形成に先立って、前記金属性基盤上面の前記冷媒の貫通孔を含む領域に座ぐりを施し、この領域を絶縁性板によって埋めることを特徴とする、請求項７の静電チャック製造方法。
前記絶縁誘電体の材質をアルミナ製のセラミックとすることを特徴とする、請求項７の静電チャック製造方法。
前記吸着電極の材質をタングステンにより形成することを特徴とする、請求項７の静電チャック製造方法。
前記一つの種類の前記媒体を流す径路の加工に先立って、径路内全域にワックスを充填し、加工後前記ワックスを除去することを特徴とする、請求項７の静電チャック製造方法。