JP2006237023A

JP2006237023A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2006237023A
Application number: JP2005044910A
Authority: JP
Inventors: Hironori Ishida; 弘徳石田; Kazunori Saito; 和則斉藤
Original assignee: Nihon Ceratec Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; NTK Ceratec Co Ltd
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】被吸着基板の温度分布均一性を高めることができる静電チャックを提供する。
【解決手段】主に１００℃以上で使用される静電チャックである。被吸着基板を吸着固定するための吸着面にピンを形成する。このピンと被吸着基板との接触面積を被吸着基板の面積の１０％以下とし、ピンの平均高さを５μｍ以上３０μｍ以下とし、かつ、ピンの高さの標準偏差を１．８以下とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、１００℃以上で使用される静電チャックに関する。

半導体デバイスの製造においては、被処理物であるシリコンウエハ（以下、「Ｓｉウエハ」と記す）に対して成膜処理やエッチング処理が行われている。このような工程は減圧下においてＳｉウエハを加熱しながら行う必要があるために、Ｓｉウエハの固定にはセラミックス製の静電チャックが広く用いられている。なお、静電チャックに保持されたＳｉウエハの加熱方法としては、静電チャックにヒータを内蔵させて、静電チャックの吸着面近傍を加熱することによりＳｉウエハを加熱する方法や、静電チャックの裏面からランプで静電チャックを加熱することによりＳｉウエハを加熱する方法が用いられている。

従来の静電チャックの吸着面は平面状のものが多く、Ｓｉウエハを全面吸着するとＳｉウエハの裏面全体にわたってパーティクルが付着するため、Ｓｉウエハを次工程に流したときにこのパーティクルが他のＳｉウエハに落下し、その部分で欠陥が生じる。このようなパーティクルの問題は、半導体デバイスに形成される回路の細線化と高密度化が進むにつれて、無視できない問題となってきている。

Ｓｉウエハの裏面のパーティクルは、Ｓｉウエハと静電チャックとの接触部の接触面積が大きいほど多くなるので、Ｓｉウエハと静電チャックの接触面積を小さくするために、静電チャックの吸着面に多数のピンを形成し、これによりＳｉウエハの裏面に付着するパーティクルを減らす方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、静電チャックの吸着面にこのようなピンを形成すると、ピンの高さのばらつきに起因して、保持したＳｉウエハの温度分布が不均一となり、製造歩留まりが低下するという問題が生ずる。つまり、ピンの高さがばらついていると、Ｓｉウエハに接触しないピンが発生し、たとえ静電チャック自体が均一な温度分布を実現する加熱性能を有していても静電チャックからＳｉウエハへの熱伝達が不均一となって、Ｓｉウエハの温度分布の均一性が低下するという問題が生じる。
特開平０５−２６７４３６号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、Ｓｉウエハ等の被吸着基板の温度分布均一性を高めることができる静電チャックを提供することを目的とする。

本発明によれば、１００℃以上で使用される、所定の基板を吸着固定する静電チャックであって、
被吸着基板を吸着固定するための吸着面にピンが形成されており、
当該ピンと被吸着基板との接触面積が被吸着基板の面積の１０％以下であり、ピンの平均高さが５μｍ以上３０μｍ以下、かつ、当該ピンの高さの標準偏差が１．８以下であることを特徴とする静電チャック、が提供される。

本発明によれば、被吸着基板を吸着固定する際に被吸着基板に接触しないピンの数を減らすことができるので、被吸着基板を均一に加熱することができる。

半導体デバイスの製造に使用される静電チャックは、その処理環境に耐えることができる材質でなければならない。例えば、ＣＶＤ処理やエッチング処理は、高温、腐食性ガス雰囲気で行われるために、このような用途に用いる静電チャックには、耐熱性や耐食性に優れる材料であるセラミックスが用いられる。より具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、サイアロン、窒化珪素、炭化珪素、イットリア、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）等が好適であり、特に窒化アルミニウムは熱伝導率が高く、耐食性も高いために好ましい。

なお、静電チャックは、必ずしもそれ全体がこのようなセラミックスで構成されている必要はなく、腐食性ガス雰囲気にさらされる部分以外は、例えば、金属で構成されていてもよい。

静電チャックには、Ｓｉウエハを加熱するために、ヒータ等の加熱する機構が設けることができる。または静電チャックの裏面からランプ等で静電チャックを加熱することにより、Ｓｉウエハを加熱してもよい。さらに静電チャックには、サセプタの機能を付与してもよい。

静電チャックの作製方法としては、一般的に、（１）セラミックス原料粉末中に電極を埋設し、一体焼成により作製する方法、（２）金属等からなる基材の表面にセラミックスを溶射して作製する方法、のいずれかが用いられる。そして静電チャックにヒータを内蔵させるには、前記（１）の方法では静電吸着力を生じさせるための電極と一緒にヒータ用電極を埋設すればよく、前記（２）の方法では金属等の基材中にヒータ（必要に応じて絶縁処理が必要なことは言うまでもない）を埋め込んでおけばよい。なお、前記（２）の方法では、金属等の基材に冷却ラインを設けることで、Ｓｉウエハの温度上昇を抑え、またＳｉウエハを一定温度に保持することが容易となる。

Ｓｉウエハを静電チャックに吸着させると、その吸着面でパーティクルが発生するため、吸着面のＳｉウエハに対する接触面積は小さくすることが好ましい。そのために静電チャックの吸着面にピンを設ける。ここで、「ピン」とは、Ｓｉウエハの裏面にガスを流して吸着する静電チャックでは外周や突き上げピン穴の周囲にリブが形成されるが、このリブも含む。

静電チャックの吸着面に形成するピンは、その下地であるセラミックスと一体であることが望ましい。例えば、吸着面に気相法でピンを形成する方法や、ピンパターンが形成されたスクリーンを用いてセラミックペースト等をスクリーン印刷し、焼成して形成する方法等を用いて、ピンとその下地部分とを個別に形成する方法では、ピンと下地部との間に界面が存在するために、熱伝導率の低下を引き起こすという問題が生じるので、好ましくない。このため、下地のセラミックスの表面をブラスト処理またはマシニングにより、ピンを形成することが好ましい。

このようなピンを形成した場合、さらにＳｉウエハに対するピンの接触面積を小さくすることが好ましく、このようなピンとＳｉウエハとの接触面積をＳｉウエハの面積の１０％以下とする。ピンを形成した静電チャックでは、ピンのＳｉウエハに対する接触面に吸着力が発生するだけでなく、非接触面部分においても吸着力が発生するが、ピンの総面積が小さくなると、Ｓｉウエハに働く全体の吸着力が小さくなる。そこで、ピンのＳｉウエハに対する接触面積を変えずに吸着力を高くするためには、ピンの高さを低くすればよい。

上述の通り、ピンとＳｉウエハとの接触面積をＳｉウエハの面積の１０％以下とした場合において、市場の要求を満足するに十分な吸着力を得るためには、ピンの平均高さを３０μｍ以下とする。しかし、ピンの高さが低すぎるとＳｉウエハのたわみや反りによって、ピントップ以外の場所と接触するおそれがあるため、ピンの平均高さは５μｍ以上とする。

Ｓｉウエハを静電チャックに吸着保持した際に、Ｓｉウエハは静電チャックの吸着面に追従するよう変形する。よって、静電チャックが均一な温度分布の加熱性能を有していても、ピンの高さがばらついていると、Ｓｉウエハに吸着されない部分が生じ、Ｓｉウエハの温度分布が悪化する。このため、ピン高さを一定にすればＳｉウエハの温度分布は均一になるが、ピンの高さを完全に一定にすることは困難である。

しかし、発明者が鋭意検討した結果、１００℃以上で使用する静電チャックにおいて、ピンの高さを一定のばらつきの範囲内に収めることができれば、Ｓｉウエハを均一に加熱することができることが明らかとなった。すなわち、ピンの平均の高さが５μｍ以上３０μｍ以下の場合、ピンの高さのばらつきを示す指標である標準偏差が１．８以下であれば、非常に優れた温度分布が得られる。これにより、半導体デバイスの製造における歩留の向上、製品の高品質化および品質安定という顕著な効果が得られる。なお、ピンの高さの標準偏差を求めるにあたっては、ピン高さの測定を測定箇所が偏らないように３０点以上測定することが望ましい。

静電チャックの使用環境は処理内容によって異なるが、本発明に係る静電チャックは、特に１００℃〜６００℃の使用温度範囲での温度分布均一性が、従来の静電チャックよりも極めて優れている。勿論、本発明に係る静電チャックは、室温〜１００℃の温度で用いてもよい。

次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。窒化アルミニウム粉末；９７重量％、イットリア粉末；３重量％からなる混合粉末を、１００ｋｇ／ｃｍ^２（＝９．８ＭＰａ）で一軸加圧し、φ２００ｍｍ×１０ｍｍの成形体を作製した。次に、φ１９０ｍｍの単極型電極を配置し、その上に前記粉末を充填し、さらにヒータ電極を配置し、その上にさらに前記粉末を充填した後、焼成温度；１９００℃、焼成時間；２時間、プレス圧；１００ｋｇ／ｃｍ^２でホットプレス焼結を行うことで、φ２００ｍｍ×１５ｍｍの焼結体を得た。この焼結体の絶縁層（ヒータ電極上に充填した粉末により形成された層部）の厚さが１ｍｍになる様に研削し、反対側の面に孔をあけ、静電チャックへの電圧印加用端子およびヒータ用給電端子を取り付けた。

吸着面（前記絶縁層の表面）に所定のパターンでマスキングした後、ブラスト加工を行い、ピンを形成した。その配置は図１の平面図に示すように、ピン１０の直径Ｄをφ１．０ｍｍ、ピン１０どうしの間隔Ｐを５ｍｍとし、６０度の千鳥パターンとした。表１および表２に作製した複数の静電チャック（表１，表２に示す静電チャックは同じもの）におけるピンの平均高さと、その標準偏差を示す。なお、ピン平均高さの測定はデジタルダイヤルゲージを用いて、測定箇所が偏らないように４０点で行った。

このようにして作製した各静電チャックを１００℃，５００℃に加熱したときの吸着面の温度分布をサーモグラフによって測定し、面内温度差；ΔＴ１を求めた。また、各静電チャックに８インチのＳｉウエハを吸着させた状態で各静電チャックを１００℃，５００℃に加熱したときのＳｉウエハの表面温度分布）をサーモグラフによって測定し、面内温度差；ΔＴ２を求めた。こうして求めたΔＴ１とΔＴ２とを比較して、ピン高さのばらつきがＳｉウエハの面内温度均一性に与える影響を評価した。

表１に１００℃での試験の結果を示し、表２に５００℃での試験の結果を示す。１００℃では、全ての試料でΔＴ１とΔＴ２の差は小さく、実使用上問題がないことが確認された。これに対して、５００℃では、実施例１〜４では、ΔＴ１とΔＴ２の差が５℃以下に抑えられており、実使用上問題がないことが確認されたが、比較例１，２に示すように、ピンの高さの標準偏差が１．８を超えると、ΔＴ１とΔＴ２の差が１０℃以上になることがわかり、このような状態でＳｉウエハに成膜やエッチング等の所定の処理が行われると、Ｓｉウエハから切り出される複数の半導体デバイスの品質のばらつきが大きくなるおそれがある。

本発明は、半導体デバイスの製造装置に好適であり、特に加熱環境下においてＳｉウエハを処理するＣＶＤ成膜装置やプラズマエッチング装置、アッシング装置等に好適である。

静電チャックの吸着面に形成されるピンのパターンの一例を示す平面図。

Claims

１００℃以上で使用される、所定の基板を吸着固定する静電チャックであって、
被吸着基板を吸着固定するための吸着面にピンが形成されており、
当該ピンと被吸着基板との接触面積が被吸着基板の面積の１０％以下であり、ピンの平均高さが５μｍ以上３０μｍ以下、かつ、当該ピンの高さの標準偏差が１．８以下であることを特徴とする静電チャック。