JP2007201068A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

【課題】１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の圧力下、１００℃以上の温度で、シリコンウエハを静電力によって吸着する静電チャックにおいて、被吸着物であるＳｉウエハの均一加熱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】１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の圧力下、１００℃以上の温度で、シリコンウエハを静電力によって吸着する静電チャックであって、前記静電チャックが、セラミックスからなる盤状の基板と、この基板上に設けられた前記基板と同種のセラミックスからなる絶縁性誘電層１と、前記基板と前記絶縁性誘電層１との間に埋設されている電極とを備えており、かつ、前記絶縁性誘電層１の表面には複数の凹凸部が形成されており、前記凹部３の底部平面の表面粗さＲａが０．５μｍ以上であることを特徴とする静電チャック。
【選択図】図１

Description

本発明は、１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の圧力下、１００℃以上の温度で、シリコンウエハを静電力によって吸着する静電チャックに関するものである。

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」とも記す。）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１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の減圧下において、Ｓｉウエハを１００℃以上の温度加熱しながら行う必要があるために、Ｓｉウエハの固定保持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。
ここで、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広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凹凸部を形成しこの複数の凸部（ピンとも呼ばれる。）の上面により形成される面にＳｉウエハを吸着することで、Ｓｉウエハ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）。
特開2001−60617号公報

しかし、このような複数の凸部（ピンとも呼ばれる。）の上面により形成される面にＳｉウエハを吸着する静電チャックは、Ｓｉウエハに付着するパーティクルを減らすことはできるが、Ｓｉウエハとの接触面積が減ることで、静電チャックからの加熱が不均一になりやすいという問題点があった。特に、１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の減圧下で使用する静電チャックにおいては、Ｓｉウエハと静電チャックの接触部となる凸部からの熱の伝達が主となるため深刻な問題となっていた。
そこで、Ｓｉウエハと吸着面の間にガスを流しながら吸着加熱し、静電チャックからの熱の伝達量を増やすことで、Ｓｉウエハの均一な加熱を達成しようとすることが試みられている。

しかし、この様な加熱方法においては、凸部底面の状態（すなわち、凹部の底部平面の表面粗さ）がＳｉウエハの均一な加熱に影響を与えることがわかってきた。

すなわち、本発明の目的は、１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の圧力下、１００℃以上の温度で、シリコンウエハを静電力によって吸着する静電チャックにおいて、被吸着物であるＳｉウエハの均一加熱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。

上記した本発明の目的は、１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の圧力下、１００℃以上の温度で、シリコンウエハを静電力によって吸着する静電チャックであって、前記静電チャックが、セラミックスからなる盤状の基板と、この基板上に設けられた前記基板と同種のセラミックスからなる絶縁性誘電層と、前記基板と前記絶縁性誘電層との間に埋設されている電極とを備えており、かつ、前記絶縁性誘電層の表面には複数の凹凸部が形成されており、前記凹部の底部平面の表面粗さＲａが０．５μｍ以上であることを特徴とする静電チャックによって達成される。

また本発明の目的は、前記基板が窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素、アルミナから選ばれるいずれか１種の材料からなることを特徴とする静電チャックによっても達成される。

本発明によれば、１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の圧力下、１００℃以上の温度で、シリコンウエハを静電力によって吸着する静電チャックにおいて、シリコンウエハの裏面にガスを流しながら加熱する際に、被吸着物であるシリコンウエハの均一加熱性を高めることができる静電チャックを提供することができる。

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。
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。このため、熱伝導率の高いセラミックスが用いられる。
これらのことから、セラミックスの材料として、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素、アルミナが好ましい。

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凸部（ピンとも言う。）を設ける。ここで、「凸部」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。

Ｓｉウエハを静電チャックに吸着保持した際に、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、静電チャック表面にピンが形成されていると、Ｓｉウエハと静電チャックは部分的にしか接触しないことになり、静電チャック単体の温度分布と比較して、Ｓｉウエハの温度分布は悪くなってしまう。特に、１０^-3 Ｔｏｒｒ以下の減圧下で使用される静電チャックにおいては、Ｓｉウエハと静電チャックがピンの部分でしか接触しないため、温度分布が悪くなりやすい。そのため、静電チャック表面にピンを形成した場合、Ｓｉウエハ裏面にガスを流しながら吸着加熱するという方法が試みられている。

しかしながら、この様にＳｉウエハ裏面にガスを流しながら吸着させた場合であっても、Ｓｉウエハの温度分布の均一性が向上しないことがある。この理由を調べたところ、凸部底面（すなわち、凹部の底部平面）の表面粗さＲａに影響を受けることがわかった。

具体的には、凹部の底部平面の表面粗さＲａが０．５μｍ未満であると、温度分布の悪化がみられることがわかった。さらに、温度分布の悪化だけでなく、静電チャックの加熱の追従性も遅いことがわかった。これは、静電チャックから供給される熱がガスに伝達される際に、より静電チャックの表面積が大きい方が大きな熱量が伝達され、ガスの対流によりガス流路全域が均一に加熱されるからと推察される。

凹部の底部平面はフラットでも良いが、ガスをより面内に行き渡らせやすくするために、ガス導入孔から外周に延びる放射状、およびそれに接続される同心円上のガス溝を形成してもよい。そのときの溝の底面についても、本発明と同様の表面粗さで形成することが望ましい。

静電チャックの吸着面に形成するは、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、吸着面に気相法で凸部を形成する方法や、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、凸部とその下地部分とを個別に形成する方法では、凸部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、凸部を形成することが好ましい。

凸部高さおよび凸部面積（接触面積率）ついては規定されない。静電チャックが必要とする吸着力に応じて各々決まるからである。例えば、パーティクルを低減が主目的となるならば、凸部面積は減らした方が望ましい。しかし、凸部面積が小さいと、吸着力が低下するため、Ｓｉウエハと静電チャックの隙間に働く吸着力を高くするよう、凸部高さを低くすれば良い。

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、特に減圧中で、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。

以下に、本発明を実施例と比較例によりさらに詳細に説明する。
（１）静電チャックの製造
窒化アルミニウム粉末；９７重量％と、イットリア粉末；３重量％とからなる混合粉末を、１００ｋｇ／ｃｍ²（＝９．８ＭＰａ）で一軸加圧し、φ２００ｍｍ×１０ｍｍの盤状の成形体を作製した。（焼結後に、本発明のセラミックスからなる基板に相当する。）
次に、φ１９０ｍｍの単極型電極を配置し、その上に前記した窒化アルミニウム粉末；９７重量％と、イットリア粉末；３重量％とからなる混合粉末を充填し、さらにヒータを配置し、その上にさらに前記混合粉末を充填した後、焼成温度；１９００℃、焼成時間；２時間、プレス圧；１００ｋｇ／ｃｍ²の条件でホットプレス焼結を行うことで、φ２００ｍｍ×１５ｍｍの盤状のセラミックスを得た。このセラミックスの絶縁性誘電層（ヒータ電極上に充填した粉末により形成された層）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。さらに、中心にφ１ｍｍの穴をあけガス導入孔とした。

次に、吸着面（前記絶縁性誘電層の表面）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、複数の凹凸部を形成して本発明に係る静電チャックを製造した。
本発明に係る静電チャックの凹凸部の概略構成断面図を図１に示した。ここで、図１の
１は絶縁性誘電層であり、２は複数の凸部、３は複数の凹部の底部平面、４はシリコンウエハである。
また、凸部の形状と配置は、凸部の直径をφ１．０ｍｍ、凸部どうしの間隔を５ｍｍとし、６０度の千鳥パターンとした。また、凸部の高さはデジタルダイヤルゲージを用いて測定した結果、１５μｍであった。
次に、バフ研磨を行い、ブラスト面の表面粗さ（すなわち、凹部の底部平面の表面粗さ）を表１に示すように調節した。

（２）均一加熱性の評価
このようにして作製した各静電チャックを真空チャンバー内に設置し、１×１０^-2Ｔｏｒｒの真空度に保ち、φ２００ｍｍサイズの熱電対付きウエハを吸着させ、静電チャック中心のガス孔から１ｋＰａになるようにＨｅを導入した。
次に、静電チャックのヒータを加熱し、１００℃，５００℃に加熱したときのそれぞれの吸着面の温度分布を熱電対付きウエハで測定した。ここで、ウエハの測温箇所（熱電対の接合箇所）は９点で、ウエハの中心およびＰＣＤ９０、ＰＣＤ１８０の各々の４等配である。この９点の測定温度の最大と最小の差をΔＴと定義して、均一加熱性の評価を行い、その評価結果を表１にまとめて示した。

表１の結果から明らかなように、本発明の実施例１〜３においては、ΔＴは３℃以下と小さく、被吸着物となるＳｉウエハの均一加熱性を高めることができることが分かった。
それに対し、比較例１および２は、凹部の底部平面の表面粗さＲａが０．５μｍ未満であるため、ΔＴが４℃以上と大きくなった。したがって、このような静電チャックを用いて、Ｓｉウエハに成膜やエッチング等の処理が行われると、Ｓｉウエハから切り出される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。

本発明に係る静電チャックの凹凸部の概略構成断面図である。

符号の説明

１；絶縁性誘電層
２；凸部
３；凹部の底部平面
４；シリコンウエハ

Claims (2)

1. １×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の圧力下、１００℃以上の温度で、シリコンウエハを静電力によって吸着する静電チャックであって、前記静電チャックが、セラミックスからなる盤状の基板と、この基板上に設けられた前記基板と同種のセラミックスからなる絶縁性誘電層と、前記基板と前記絶縁性誘電層との間に埋設されている電極とを備えており、かつ、前記絶縁性誘電層の表面には複数の凹凸部が形成されており、前記凹部の底部平面の表面粗さＲａが０．５μｍ以上であることを特徴とする静電チャック。
2. 前記基板が窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素、アルミナから選ばれるいずれか１種の材料からなることを特徴とする請求項１に記載した静電チャック。

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