JP2016529735A - 静電チャック用障壁層 - Google Patents

Abstract

イオンを高温で注入する静電チャックを開示する。静電チャックは絶縁ベースを含み、その上に導電性電極が配置される。誘電体最上層が電極上に配置される。障壁層は、誘電体最上層とワークとの間にくるように、誘電体最上層上に配置される。この障壁層は誘電体最上層からチャック上にクランプされたワークへの粒子の移動を阻止する働きをする。いくつかの実施形態では、摩耗を防止するために、保護層が障壁層の最上部に付加される。

Description

本開示の好適例は、静電チャック、より詳細には基板処理システムで使用する障壁層を有する静電チャックに関する。

イオン注入装置は、一般に、半導体ワークの製造で使用される。イオン源を用いてイオンビームが生成され、イオンビームはワークに向けられる。イオンはワークにぶつかると、ワークの特定の領域をドープする。ドープされた領域の構成によってその機能性が定められ、導電性相互接続を使用することによってこれらのワークを複合回路に変換することができる。

ワークが注入される際、典型的にはチャックにクランプされる。このクランピングは、本質的に、機械的又は静電的なものである。このチャックは従来複数の層から成る。誘電体層とも称される最上層、すなわち誘電体最上層は、ワークと接触し、金属電極の埋め込まれたアルミナなどの電気絶縁材料又は半導体材料製である、というのもこの最上層は短絡を生じさせずに静電界を生成するからである。この静電界を生成する方法は当業者に周知であるため、本明細書では説明しない。

ベースとも称される第２層を絶縁材料から作製することができる。必要な静電力を生成するために、誘電体最上層と絶縁層との間に複数の電極を配置することができる。別の具体例では、複数の電極を絶縁層に埋め込んでもよい。複数の電極は金属などの導電性材料で構成される。

図１はチャック１０の上面図であり、具体的には、チャック１０の複数の電極１００ａ〜ｆを示している。図に示す様に、電極１００ａ〜ｆの各々は他の電極から電気的に絶縁されている。これらの電極１００ａ〜ｆは対向する電極が反対の電圧を持つように構成することができる。例えば、電極１００ａは正の電圧を持ち、一方で電極１００ｄは負の電圧を持つことができる。これらの電圧はＤＣであってもよいし、静電力を維持するように時間と共に変化させてもよい。例えば、図１に示す様に、各電極１００ａ〜ｆに印加する電圧はバイポーラ方形波であってもよい。図１に示す具体例では、３対の電極が用いられている。電極の各対は、一方の電極が正出力を受け、他方の電極が負出力を受けるよう、電源１１０ａ〜ｃとそれぞれ通電する。各電源１１０ａ〜ｃは周期と振幅に関して同じ方形波出力を生成する。しかしながら、各方形波はそれに隣接する方形波から位相シフトされる。従って図１に示す様に、電極１００ａは方形波Ａによって給電され、一方で電極１００ｂは方形波Ｂによって給電され、これは方形波Ａに対して１２０°位相シフトしている。同様に、方形波Ｃは方形波Ｂから１２０°位相シフトしている。これらの方形波を図１の電源１１０ａ〜ｃにグラフで示す。もちろん別の数や形状の電極を使用してもよい。

電極１００ａ〜ｆに印加される電圧は、ワークをチャックにクランプする静電力を生成する働きをする。

いくつかの具体例では、３００℃以上の高い温度でワークに注入することが望ましい。このようなアプリケーションでは、静電チャック内の誘電体最上層からワークに不純物が移動又は拡散する可能性がある。これらの不純物のワークへの導入は、ワークの歩留まり、性能又はその他の特徴に悪影響を及ぼし得る。従って、静電チャックに含まれる材料が高温注入プロセス中、ワークに拡散又は移動しないシステムを有することが有利である。

イオンを高温で注入する静電チャックを開示する。静電チャックは絶縁ベースを有し、その上に導電性電極が配置される。誘電体最上層はこれらの電極上に配置される。障壁層は、誘電体最上層とワークとの間になるように、誘電体最上層上に配置される。この障壁層は、誘電体最上層からチャックにクランプされたワークへの粒子の移動を阻止する働きをする。いくつかの好適例では保護層を障壁層上に付加して摩耗を防止する。

１つの好適例では、静電チャックを開示する。静電チャックは、絶縁ベースと、絶縁ベース上に配置された１つ以上の導電性電極と、これらの電極が絶縁ベースと誘電体最上層との間に配置されるように、最上面と、その反対側の底面とを有する誘電体最上層と、最上面に配置され、誘電体最上層内から静電チャックにクランプされたワークへの粒子の移動を阻止する障壁層とを含む。

第２の好適例では、高温イオン注入に使用する静電チャックを開示する。この静電チャックは、セラミック材料を含む絶縁ベースと、絶縁ベース上に配置される１つ以上の導電性電極と、これらの電極が絶縁ベースと誘電体最上層との間に配置されるように、最上面と、その反対側の底面とを有し、金属不純物が導入された酸化物材料を含む誘電体最上層と、最上面に配置される窒化ケイ素を含み、誘電体最上層から静電チャックにクランプされたワークへの金属粒子の移動を阻止する障壁層とを含む。

本開示を更に良く理解するために、本明細書に参照として援用される以下の添付図面を参照する。

従来技術の静電チャックを示す図である。 第１の実施形態による静電チャックを示す図である。 第２の実施形態による静電チャックを示す図である。

図２は一実施形態に係る静電チャック２００を示す。上述の様に、静電チャック２００は絶縁ベース２１０と、誘電体最上層２２０とを含み、これら２つの層２１０、２２０の間には複数の電極２３０が配置されている。ワーク（図示せず）はチャック２００によって生成される静電力によって適所にクランプすることができる。

更に、例えば３００℃を超える、又はいくつかの実施形態においては５００℃を超える高温で、静電チャック２００を加熱するのは有利である。いくつかの実施形態では、ヒートランプなどの加熱素子を使用して、静電チャック２００上に配置されたワークを加熱する。放射熱の働きによって静電チャック２００が加熱される。その他の実施形態では、静電チャック２００は、絶縁ベース２１０に埋め込まれた抵抗素子を用いることにより、又は絶縁ベース２１０内の流路に加熱流体を流すことにより、直接加熱される。これらの各実施形態において、１つ以上の加熱素子を用いてイオン注入プロセス中にワークの温度を上昇させる。

静電チャック２００内に生成される熱量のため、耐熱材料を用いて絶縁ベース２１０を作製することは有利である。例えば、セラミック材料は変形又は亀裂を生じさせることなく、静電チャック内に発生する熱に耐えることができる。絶縁ベース２１０は、例えば、アルミナまたは他のいくつかのセラミック材料で構成することができる。いくつかの実施形態では、絶縁ベース２１０に加熱機構を埋め込んでもよい。例えば、静電素子及び加熱素子を絶縁ベース２１０内に形成してもよい。あるいは、表面の電気的特性を修正して、ジョンセン‐ラーベック（Johnsen-Rahbek）力型（ＪＲ型）のＥＳＣ（electrostatic chuck：静電チャック）を生成してもよいし、いくつかの方法で１つ１つ取り付けられたプレートの間に素子を挟んでもよいし、又は酸化物材料若しくは同様の材料の層で電気素子を被覆又は密封してもよい。

特にこれらの高温において、機能的に同等の熱膨張係数（ＣＴＥ：coefficients of thermal expansion）を有する材料を、絶縁ベース２１０及び誘電体最上層２２０に使用するのは有利である。本開示において「機能的に同等」という言い回しは、これら２つの層のＣＴＥが、これら２つの層で熱膨張によって発生した応力が、何れかの層を破砕することなく許容されるようなものであることを意味する。更に、この言い回しは、ＣＴＥが、これらの層の間の付着がうまくいかずに層を分離させることのないようなものであることを意味する。いくつかの実施形態において、これらのＣＴＥは、例えば、意図される温度範囲において相互に１５％以内の違いにすることができる。しかしながら、上述の条件を確実に満たすには、より大きい、またはより小さいパーセンテージ差が必要となり得る。別の実施形態では、これらのＣＴＥは意図される温度範囲において相互に２０％以内の違いにすることができる。

これらの高温度において、酸化ケイ素などの一種の酸化物材料、又はセラミック材料などのその他の耐高温材料から誘電体最上層２２０を生成するのは有益である。誘電体最上層２２０に使用される材料のＣＴＥを修正するために、不純物をその材料に添加することができる。例えば、マグネシウム、鉛又は亜鉛などの粒子を酸化物材料又はセラミック材料に添加して、絶縁ベース２１０と機能的に同等のＣＴＥを生成することができる。よって、誘電体最上層２２０は、その熱的特性又は誘電特性を変化させるために、意図的に不純物の導入された酸化物材料であってもよい。あるいは、誘電体最上層２２０はその熱的特性又は誘電特性を変化させるために、意図的に不純物の導入されたセラミック材料であってもよい。

上述の様に、導電性電極２３０は、誘電体最上層２２０を導入する前に絶縁ベース２１０に配置される。これらの電極２３０は絶縁ベース２１０に金属を堆積させることにより、又は当技術分野で周知のその他の技術を使って生成することができる。いくつかの実施形態では、これらの電極２３０は導電性金属で構成される。電極２３０又は電極２３０を被覆する材料は、最上面２２１に移動することができる、例えば銅などの痕跡物質を含んでもよい。図１に示す様に、各電極２３０は上述の様に、電源（図示せず）と電気的に導通する。

電極２３０の堆積後、誘電体最上層２２０を付加する。例えば、誘電体最上層２２０はシルクスクリーニング、スピンコーティング又は蒸着プロセスを使って付加することができる。誘電体最上層２２０は電極２３０と接触する底面２２２及びその反対側の最上面２２１を有する。誘電体最上層２２０内に含まれる金属粒子などの材料が高温で誘電体最上層２２０の最上面２２１に向かって拡散又は移動することを、思いがけなく発見した。これらの高温において、最上面２２１に到着後、妨げられない限り、これらの材料は最上面２２１に近接するワークの表面に拡散又は移動することがある。よって、ワークが静電チャック２００によって除去されると、これらの材料はワークに付着するか、又はワーク内に埋め込まれ、これによりワークの性能又は有用性に影響を与える。これらの影響は室温などの低温では発生しないように思われるため、これまで対処されたことはなかった。

特に、実験から、亜鉛、マグネシウム、鉛及び銅の粒子は誘電体最上層２２０からワーク内へ拡散または移動する可能性が最も高いものであることが示されている。これらの粒子は、所望の熱的特性及び誘電特性を生成するために導入された、誘電体最上層２２０を生成するために使用される酸化物材料又はセラミック材料に添加される不純物であることがある。従って、誘電体最上層２２０からこれらの粒子を除去することは得策ではなく、可能でないかもしれない。その他の実施形態では、これらの粒子は製造プロセス中に静電チャック２００と接触する可能性がある。これらの粒子との接触をなくすように製造プロセスを変えることは実現困難である。更に、これらの粒子は電極２３０の作製に使用されてきたかもしれない。例えば、電極２３０の作製に使用される銅はこれらの粒子の内の１つを含んでいるかもしれない。よって、これらの粒子は誘電体最上層２２０から簡単に除去することはできないだろう。従って、表面２２１に向かって移動することが知られているこれらの粒子をワークに近づけないシステム及び方法を考案する必要がある。

第１の実施形態では、障壁層２４０を誘電体最上層２２０の最上面２２１に付加する。この障壁層２４０は、誘電体最上層２２０からチャック２００にクランプされたワークへの粒子の移動を止める働きをする。よって、障壁層２４０は、これらの粒子の移動を阻止する材料で組成することができる。その他の実施形態では、障壁層２４０は、これらの金属粒子の移動を妨げるように組成することができる。いくつかの実施形態では、窒化ケイ素などの窒化物を使用してもよい。

この障壁層２４０は、例えば、１０ミクロン未満の厚さに付加することができる。この厚さは、障壁層２４０の付加に必要な時間及びその静電力の影響に基づいて選択してもよい。この厚さはチャック２００によって生成される静電力に最小限の影響を及ぼす。同様に、この厚さでは、障壁層２４０のＣＴＥはほとんど重要ではない。この障壁層２４０は、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）によって誘電体最上層２２０の最上面２２１に付加することができるが、その他の堆積プロセスを用いることもできる。任意選択で、障壁層２４０を誘電体最上層２２０の両側面にも付加することができる。

更に窒化ケイ素などの窒化物は大変硬い材料であり、従って、チャック２００とチャック２００上で注入されるワークとの間の機械的な摩耗に耐性がある。

よって、誘電体最上層２２０内からの粒子は、まだ、誘電体最上層２２０の最上面２２１へは移動する。しかしながら、これらの粒子の更なる移動は障壁層２４０の存在によって阻止される。よって、障壁層２４０にクランプされたワークは、害を及ぼす可能性のあるこれらの粒子から保護される。

図３は第２の実施形態による静電チャック３００を示す。この実施形態は図２の実施形態と類似しており、同様のコンポーネントには同じ参照番号を付し、再度説明しない。先に述べた様に、障壁層２４０は窒化ケイ素などの窒化物であってもよい。障壁層２４０の厚さは、例えば、厚さ１ミクロン未満とすることができる。いくつかの実施形態では、厚さを数百ナノメートルとしてもよい。本実施形態では、障壁層２４０の最上部に追加的な保護層２５０が付加される。この保護層２５０の厚さは、例えば、数百ミクロンとすることができる、その他の実施形態では、保護層２５０の厚さを１ｍｍとすることができる。保護層２５０は静電チャック３００、及び特に障壁層２４０を、ワークとの接触によって生じ得る摩耗から保護することを意図している。一実施形態において、保護層２５０はホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ：borosilicate glass）から成る。絶縁性であり、そして生成される静電界に悪影響を与えないその他の適切な材料も使用することができる。

よって、本明細書に記載する障壁層２４０を有する静電チャック２００上にワークをクランプすることによって、高温イオン注入を行うことができる。障壁層２４０は誘電体最上層２２０からワークへの金属粒子の移動を阻止する働きをし、これによりワークの完全性を維持する。上述の様に、これらの粒子は、その熱的特性又は誘電特性を変化させるために誘電体最上層２２０に添加される不純物であってもよい。これらの粒子は電極２３０の作製に使用される材料であってもよい。高温イオン注入を行うために、イオン注入プロセス中、加熱素子を使ってワークの温度を約３００℃に上昇させてもよい。

本開示は本明細書に記載される特定の実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際に、本明細書に記載されるものに加え、本開示の他の種々の実施形態及び本開示に対する変更は、上述の記載及び添付の図面から通常の当業者には明らかであろう。よって、このようなその他の実施形態及び変更は、本開示の範囲内に含まれることを意図している。更に、本明細書では本開示を特定の目的のための特定の環境における特定の実現に関連して説明してきたが、通常の当業者であれば、その有用性はそれらに限定されず、本開示は様々な目的のために様々な環境において有益に実行されると認識するだろう。従って、下記の請求項は、本明細書に記載する本開示の全ての範囲及び趣旨に照らして解釈されたい。

Claims (15)

1. 静電チャックであって、
   絶縁ベースと、
   前記絶縁ベース上に配置された１つ以上の導電性電極と、
   誘電体最上層であって、前記電極が前記絶縁ベースと前記誘電体最上層との間に配置されるように、最上面と、その反対側の底面とを有する誘電体最上層と、
   前記最上面に配置される障壁層であって、該障壁層は前記誘電体最上層内から前記静電チャック上にクランプされたワークへの粒子の移動を阻止する障壁層と
   を備える静電チャック。
2. 請求項１に記載の静電チャックにおいて、前記障壁層が窒化ケイ素を含む静電チャック。
3. 請求項１に記載の静電チャックにおいて、前記誘電体最上層が酸化物材料又はセラミック材料を含み、前記酸化物材料又はセラミック材料に金属不純物が導入されて当該酸化物材料又はセラミック材料の熱的特性又は誘電特性を変え、前記移動する粒子が前記金属不純物を含む静電チャック。
4. 請求項３に記載の静電チャックにおいて、前記移動する粒子がマグネシウム、鉛及び亜鉛から成る群より選択される静電チャック。
5. 請求項１に記載の静電チャックにおいて、前記移動する粒子が前記電極の作製に使用される静電チャック。
6. 請求項５に記載の静電チャックにおいて、前記移動する粒子が銅粒子を含む静電チャック。
7. 請求項１に記載の静電チャックにおいて、前記障壁層上に配置された保護層を更に含む静電チャック。
8. 請求項７に記載の静電チャックにおいて、前記保護層が１ｍｍ未満の厚さのホウケイ酸ガラスを含む静電チャック。
9. 高温イオン注入に使用される静電チャックであって、
   セラミック材料を含む絶縁ベースと、
   前記絶縁ベース上に配置される１つ以上の導電性電極と、
   誘電体最上層であって、前記電極が前記絶縁ベースと前記誘電体最上層との間に配置されるように、最上面と、その反対側の底面とを有し、金属不純物が導入された酸化物材料を含む誘電体最上層と、
   前記最上面に配置された、窒化ケイ素を含む障壁層であって、前記誘電体最上層から前記静電チャックにクランプされたワークへの金属粒子の移動を阻止する障壁層と
   を含む静電チャック。
10. 請求項９に記載の静電チャックにおいて、前記金属粒子が前記酸化物材料に導入された前記金属不純物を含む静電チャック。
11. 請求項１０に記載の静電チャックにおいて、前記酸化物材料の熱的特性又は誘電特性を変えるために、前記金属不純物が導入された静電チャック。
12. 請求項９に記載の静電チャックにおいて、前記金属粒子が前記電極の作製に使用される静電チャック。
13. 請求項９に記載の静電チャックにおいて、前記金属粒子が、マグネシウム、鉛、銅及び亜鉛から成る群より選択される静電チャック。
14. 請求項９に記載の静電チャックにおいて、前記障壁層上に配置された保護層を更に含む静電チャック。
15. 請求項１４に記載の静電チャックにおいて、前記保護層が１ｍｍ未満の厚さのホウケイ酸ガラスを含む静電チャック。

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