JP3618032B2

JP3618032B2 - 静電チャック

Info

Publication number: JP3618032B2
Application number: JP3215597A
Authority: JP
Inventors: 一彦三上; 比呂史会田; 裕見子伊東
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2017-02-17
Also published as: JPH10229117A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被吸着物の固定や搬送等に使用する静電チャックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置において、半導体ウエハに微細加工を施すためのエッチング工程や薄膜を形成するための成膜工程、あるいはフォトレジストに対する露光処理工程や各種処理工程間への搬送等においては、上記半導体ウエハを高精度に保持するために静電チャックが使用されている。
【０００３】
図１（ａ），（ｂ）に上記各種工程で使用される静電チャック１の一例を示すように、セラミック基体２の表面に吸着用電極４を備え、該吸着用電極４を覆うようにセラミック基体２の表面にセラミック誘電体層３を被覆し、その上面を吸着面５としてなり、該吸着面５に被吸着物である半導体ウエハ１０を載置して吸着用電極４とウエハ１０との間に直流電圧を印加することで誘電分極によるクーロン力を発生させてウエハ１０を吸着保持するようになっていた。
【０００４】
また、この他に、セラミック基体とセラミック誘電体層との間に複数の吸着用電極を備え、これらの電極間に正負の電圧を印加することで吸着面に載置したウエハを吸着保持するようにした双極型のものもあった。
【０００５】
そして、これらの静電チャック１を構成するセラミック誘電体層３には、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により形成したものが使用されていた（特開昭６２−２８６２４７号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、セラミック誘電体層３を上記セラミック焼結体により形成した静電チャック１では、次のような課題があった。
【０００７】
静電チャック１の吸着力はセラミック誘電体層３の体積固有抵抗値に依存し、１０^１３Ω・ｃｍより高い値でのクーロン力と、１０^１３Ω・ｃｍ以下での微小な漏れ電流によるジョンソン・ラーベック力があり、ジョンソン・ラーベック力はクーロン力に比べて高い吸着力が得られることが知られている。
【０００８】
一方、セラミック誘電体層３を形成するアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等のセラミック焼結体の体積固有抵抗値は温度が高くなるにつれて低くなり、２００℃以上の温度域においては抵抗値が１０^１３Ω・ｃｍ以下となるために、ジョンソン・ラーベック力による高い吸着力が得られるものの、これより低い温度では抵抗値が１０^１３Ω・ｃｍより高いことから、２００℃未満の温度域においてはジョンソン・ラーベック力による高い吸着力が得られないといった課題があった。
【０００９】
その為、歪みをもったウエハ１０を吸着した時には、ウエハ１０の全面を吸着面５と接触させることができないためにウエハ１０の平坦性及び均熱性等が損なわれるといった問題があり、１００〜２００℃程度の温度域で使用される成膜工程や室温域で使用される露光処理工程、さらには−１７０℃から室温域で使用されるエッチング工程では使用し難いものであった。
【００１０】
また、セラミック焼結体は樹脂に比べて耐摩耗性が非常に高いものの、ミクロ的には吸着面５に微細な気孔や結晶の脱落部が無数に存在することから、ウエハ１０との当接時や位置合わせ時の摺動に伴って吸着面５が摩耗する恐れがあった。しかも、成膜装置やエッチング装置等では雰囲気ガスとして塩素系ガスやフッ素系ガスなどのハロゲンガスが使用されているのであるが、これらのガスによっても吸着面５に存在する微細な気孔や結晶の脱落部が腐食を受け易く、さらにプラズマを発生させた状態では、このプラズマエネルギーによっても気孔や結晶の脱落部が削られて摩耗するなど、これらの摩耗や腐食によるパーティクルの発生を十分に抑えることは難しいものであった。
【００１１】
そして、パーティクルがウエハ１０に付着するとウエハ１０上の微細回路を断線させたり、ウエハ１０と吸着面５との間にパーティクルが介在し、高精度に保持することができなくなるために、成膜処理や露光処理、あるいはエッチング加工等において悪影響を与えるといった課題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、静電チャックの吸着面を、１〜８重量％のチタンを含有してなる窒化アルミニウム膜を気相合成法によって形成したことを特徴とするものである。特に、前記窒化アルミニウム膜の２０〜１２０℃の温度域における体積固有抵抗が、１０^７〜１０^１１Ωｃｍであることが好ましい。
【００１３】
本発明は、静電チャックの吸着面を、気相合成法による緻密な窒化アルミニウム膜で形成したことにより、吸着面には微小な気孔や結晶の脱落部などが殆どなく、被吸着物との当接、摺動に伴う摩耗や、成膜装置やエッチング装置で使用される塩素系ガスやフッ素系ガスなどのハロゲンガスによる腐食、さらにはプラズマエネルギーによる摩耗をセラミック焼結体からなるものに比べて大幅に低減することができ、パーティクルの発生を極力抑えることができる。
【００１４】
また、従来の静電チャックでは、室温（２５℃）時の体積固有抵抗値が１０^１３Ω・ｃｍより高いことから、２００℃以上の温度域でしか使用できなかったが、本発明では、吸着面を形成する窒化アルミニウム膜に１〜８重量％のチタンを含有してあることから、室温（２５℃）時の体積固有抵抗値を１０^７〜１０^１３Ω・ｃｍと、ジョンソン・ラーベック力を発現させることが可能な抵抗値とすることができるため、室温域において高い吸着力を得ることができる。しかも、温度変化に対する抵抗値の変化幅が小さいことから、−１００〜３００℃の範囲において体積固有抵抗値を１０^７〜１０^１３Ω・ｃｍとすることができ、使用温度範囲の広い静電チャックとすることができる。
【００１５】
ところで、チタンの含有量を１〜８重量％とするのは、１重量％未満では体積固有抵抗値を低下させる効果が小さく、８重量％より多くなると体積固有抵抗値が小さくなり過ぎるために、室温（２５℃）時の体積固有抵抗値を１０^７〜１０^１２Ω・ｃｍとすることが難しいからであり、静電チャックにおいて、吸着面を形成する窒化アルミニウム膜の抵抗値が１０^１２Ω・ｃｍより高いとジョンソン・ラーベック力による高い吸着力が得られず、１０^７Ω・ｃｍ未満になると抵抗値が低すぎるために吸着力が低下するからである。なお、吸着用電極への印加電圧をＯＦＦにした時に発生する残留吸着力は時間に依存することから、ウエハの離脱応答性を高めるには、窒化アルミニウム膜の抵抗値は１０^８〜１０^１２Ω・ｃｍのものが良く、さらに好ましくは１０^９〜１０^１１Ω・ｃｍのものが良い。
【００１６】
一方、本発明の静電チャックを製造するには、吸着用電極を形成したセラミック基体を製作し、このセラミック基体の表面に気相合成法によってチタンを含有した窒化アルミニウム膜からなる誘電体層を被覆し、その表面を平坦、平滑に研摩して吸着面を形成することにより得ることができる。
【００１７】
具体的な成膜方法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理気相合成法や、熱ＣＶＤ法、プラスマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ＭＯ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ）ＣＶＤ法などの化学気相合成法により製作することができ、好ましくは化学気相合成法により形成したものが良い。
【００１８】
例えば、熱ＣＶＤ法により窒化アルミニウム膜からなる吸着面を形成するには、ＣＶＤ装置の処理室内に吸着用電極を形成したセラミック基体を配置し、原料ガスとして、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガス、ＡｌＣｌ_３ガス、及びＴｉＣｌ_４ガスを処理室に供給し、これらのガスの流量比を、Ｎ_２／ＡｌＣｌ_３＝０．１〜７０、ＴｉＣｌ_４／ＮＨ_３＝０．００１〜３、ＮＨ_３／ＡｌＣｌ_３＝１〜１０とし、成膜温度を８５０℃以上の比較的高めに設定することにより、１〜８重量％のチタンを含有してなる窒化アルミニウム膜からなる誘電体層を被覆し、その表面に研摩加工を施すことで吸着面を形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１（ａ）は本発明の実施形態の一例である静電チャック１を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であり、セラミック基体２の表面に吸着用電極４を備え、該吸着用電極４を覆うようにセラミック基体２の表面に誘電体層３を被覆し、その上面を吸着面５としてあり、上記吸着面５を構成する誘電体層３を１〜８重量％のチタンを含有してなる窒化アルミニウム膜により構成してある。
【００２１】
この静電チャック１は、室温（２５℃）時における窒化アルミニウム膜の体積固有抵抗値が１０^７〜１０^１３Ω・ｃｍであるため、室温域において従来では成し得なかったジョンソン・ラーベック力による高い吸着力によりウエハ１０等の被吸着物を保持することができる。また、上記窒化アルミニウム膜は、温度変化に対する体積固有抵抗値の変化幅が小さいことから、−１００℃〜３００℃の温度域においても体積固有抵抗値を１０^７〜１０^１３Ω・ｃｍとすることができ、３００℃以下の広い温度域において使用することが可能である。
【００２２】
しかも、吸着面５には気孔や結晶の脱落部が殆どないことから、ウエハ１０との当接、摺動に伴う摩耗、あるいはハロゲンガスやプラズマエネルギーによる腐食を抑え、パーティクルの発生を著しく低減することができる。
【００２３】
ところで、上記静電チャック１を構成するセラミック基体２としては、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ムライト、ジルコニアなどを主体とするセラミック焼結体やダイヤモンド焼結体などにより形成することができる。特に、２００℃以上の温度域で使用する場合などにおいては変形を抑えるためにも誘電体層３の熱膨張係数と近似したものが良く、窒化アルミニウムを主体とするセラミック焼結体で形成することが望ましい。
【００２４】
また、吸着用電極４を構成する材質においても、誘電体層３やセラミック基体２の熱膨張係数と近似したものが良く、例えば、タングステン、モリブデン、モリブンデン−マンガン、銀、白金等の金属や、ＴｉＮ、ＳｉＣ、ＷＣ、カーボン、Ｓｉ半導体材料等を使用することができる。また、図１では吸着用電極４を誘電体層３とセラミック基体２との間に内蔵した静電チャック１を示したが、吸着用電極４を、ＴｉＮ、ＳｉＣ、ＷＣなどを主体とする導電性をもったセラミック焼結体や、タングステン、モリブデン、モリブンデン−マンガン、銀、白金等の金属体、あるいはこれらの合金により形成し、吸着用電極兼基体としての機能を持たせることもできる。
【００２５】
なお、図１では、吸着用電極４とウエハ１０との間に電圧を印加する単極型の静電チャック１を示したが、本発明は、窒化アルミニウム膜からなる誘電体層３とセラミック基体２との間に複数の吸着用電極４を設け、これらの電極４間に電圧を印加してウエハ１０等の被吸着物を吸着保持する双極型の静電チャックにも適用できることは言うまでもない。
【００２６】
また、セラミック基体２の内部にヒータ電極を埋設し、静電チャック１を直接加熱したり、プラズマ発生用電極を埋設し、吸着面５の上方に配置したもう一方のプラズマ発生用電極との間でプラズマを発生させるようにすることも可能である。
【００２７】
【実施例】
吸着面５をチタンを含有した窒化アルミニウム膜で形成した本発明の静電チャック１と、比較例として吸着面５をチタンを含有していない窒化アルミニウム膜で形成した静電チャック１をそれぞれ用意し、２０℃〜１２０℃の温度範囲における吸着特性を調べるための比較実験を行った。
【００２８】
本実験で使用する静電チャック１は、いずれも純度９９％の窒化アルミニウム質焼結体からなるセラミック基体２の表面に、モリフデン−マンガン合金からなるメタライズ層を形成して吸着用電極４を形成し、この表面に熱ＣＶＤ法により誘電体層３として膜厚みが４００μｍの窒化アルミニウム膜を被覆し、その表面に研摩加工を施して吸着面５を形成したものを使用した。
【００２９】
ただし、本発明の静電チャック１を構成する吸着面５は、Ｎ_２ガスを８ＳＬＭ、ＮＨ_３を０．７５ＳＬＭ、ＴｉＣｌ_４を６ｓｃｃｍ導入し、処理室を４０ｔｏｒｒとしたあと、ＡｌＣｌ_４を１６ＳＬＭの流量で導入して反応させることにより形成した、３重量％のチタンを含有してなる窒化アルミニウム膜とし、比較例の静電チャック１を構成する吸着面５は、ＴｉＣｌ_４を導入せずに反応させて形成した、チタンが含有されていない純度９９．９％の窒化アルミニウム膜とした。
【００３０】
そして、各静電チャック１の吸着面５に被吸着物としてシリコンウエハ１０を載置し、吸着用電極４とウエハとの間に５００Ｖの電圧を印加した状態で静電チャック１を２０℃〜１２０℃まで加熱した時の窒化アルミニウム膜の抵抗値及び静電チャック１の吸着力をそれぞれ測定した。
【００３１】
なお、窒化アルミニウム膜の抵抗値は図２に、静電チャック１の吸着力は図３にそれぞれ示す通りである。
【００３２】
この結果、図２より判るように、比較例の静電チャック１は吸着面５が純度９９．９％の窒化アルミニウム膜からなるために、２０℃〜１２０℃の温度域における抵抗値が１０^１２Ω・ｃｍ以上と高く、その結果、図３より判るように、２０℃〜１２０℃の温度域においてクーロン力による吸着力しか得られず、その吸着力は高くても５０ｇ／ｃｍ^２程度であった。
【００３３】
これに対し、本発明に係る静電チャック１は、図２から判るように、吸着面５を構成する窒化アルミニウム膜の抵抗値が２０℃〜１２０℃において１０^７〜１０^１０Ω・ｃｍの範囲にあった。その為、図３より判るように、２０℃〜１２０℃の温度域において、吸着力がほぼ一定の１８０ｇ／ｃｍ^２程度と、ジョンソン・ラーベック力による高い吸着力が得られた。
【００３４】
しかも、図２から明らかなように、本発明に係る静電チャック１の吸着面５を構成する窒化アルミニウム膜は、抵抗値の変化幅が小さく、−２３℃から３００℃の広い温度域においてその抵抗値が１０^７〜１０^１１Ω・ｃｍの範囲にあることから、３００℃以下の温度域においてもほぼ一定の高い吸着力が得られることが判る。
【００３５】
次に、チタン量を変化させた窒化アルミニウム膜により吸着面５を形成した静電チャク１を試作し、上記実験と同様に吸着特性を調べる実験を行った。
【００３６】
なお、チタン量は熱ＣＶＤ法においてＴｉＣｌ_４の流量を１〜１２ｓｃｃｍの範囲で変化させることで調整し、２０℃〜１２０℃の温度域における吸着力が１５０ｇ／ｃｍ^２以上のものを○、以下のものを×として評価した。
【００３７】
窒化アルミニウム膜の成膜条件及び実験結果は表１に、窒化アルミニウム膜の体積固有抵抗値は図４にそれぞれ示す通りである。
【００３８】
【表１】

【００３９】
この結果、まず、表１より窒化アルミニウム膜の体積固有抵抗値はチタンの含有量によって変化し、含有量が増加するにつれて体積固有抵抗値が低下することが判る。
【００４０】
ただし、試料Ｎｏ４，５では、チタンの含有量が８重量％より多いため、図４のように２０℃〜１２０℃の温度域における抵抗値がほぼ一定の１０^７Ω・ｃｍ未満と低く、１５０ｇ／ｃｍ^２以上の吸着力を得ることができなかった。
【００４１】
これに対し、試料Ｎｏ１〜３の本発明のものでは、チタンの含有量が１〜８重量％の範囲にあるため、図４のように２０℃〜１２０℃の温度域において抵抗値が１０^７〜１０^１１Ω・ｃｍの範囲にあり、その結果、１５０ｇ／ｃｍ^２以上の吸着力を２０℃〜１２０℃の温度域において得ることができた。
【００４２】
これらのことから、静電チャック１の吸着面５を、チタンの含有量を１〜８重量％とした窒化アルミニウム膜により形成すれば、３００℃以下の温度域において、ジョンソン・ラーベック力による高い吸着力を得られることが判る。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、静電チャックの吸着面を、１〜８重量％のチタンを含有してなる窒化アルミニウム膜で形成したことから、室温（２５℃）域における窒化アルミニウム膜の抵抗値を１０^７〜１０^１３Ω・ｃｍと、ジョンソン・ラーベック力を発現させることが可能な抵抗値とすることができるため、室温域において高い吸着力を得ることができる。しかも、温度変化に対する抵抗値の変化幅が小さいことから、３００℃以下の広い温度域で使用可能な静電チャックとすることができる。
【００４４】
また、本発明では、吸着面に微小な気孔や結晶の脱落部などが殆どなく、ウエハとの当接、摺動時におけるパーティクルの発生や、成膜装置やエッチング装置で使用される塩素系ガスやフッ素系ガスなどのハロゲンガス及びプラズマによる腐食をセラミック焼結体からなるものに比べてさらに低減することができ、パーティクル汚染を大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態の一例である静電チャックを示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】本発明の吸着面をなす窒化アルミニウム膜と、従来の吸着面をなす窒化アルミニウム膜の体積固有抵抗値と温度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の静電チャックと、従来の静電チャックの吸着特性を示すグラフである。
【図４】チタンの含有量を変化させた時の窒化アルミニウム膜の体積固有抵抗値と温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・静電チャック２・・・セラミック基体３・・・誘電体層
４・・・吸着用電極５・・・吸着面１０・・・ウエハ

Claims

被吸着物に対する吸着面を、１〜８重量％のチタンを含有してなる窒化アルミニウム膜を気相合成法によって形成したことを特徴とする静電チャック。
前記窒化アルミニウム膜の２０〜１２０℃の温度域における体積固有抵抗が、１０^７〜１０^１１Ωｃｍであることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。