JP4421251B2

JP4421251B2 - Ｄｌｃ膜およびこれを備えた真空チャック

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Publication number: JP4421251B2
Application number: JP2003332740A
Authority: JP
Inventors: 知之小倉; 亜希子梅木; 達也塩貝
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP2005101247A

Description

本発明は、半導体製造装置等においてシリコンウエハを保持する真空チャック、例えば、露光装置用の真空チャックやシリコンウエハ研磨用の真空チャック、およびこのような真空チャックに形成されるＤＬＣ膜に関する。

ＬＳＩ等の半導体装置では配線パターンの微細化と高集積化が進められている。このため、半導体装置の製造工程、例えば、露光装置によりマスクを介してシリコンウエハ上に転写される工程では、マスクパターンの微細化にともなって、露光装置に使用される部材としては、高い形状精度を有するものが要求されることはいうまでもなく、露光処理中の温度変化による処理精度の低下を防止する観点から、低熱膨張性を有するものが要求されている。

例えば、特許文献１には、シリコンウエハを保持する真空チャックに使用する材料として、１０℃〜４０℃における熱膨張係数１×１０^−６／℃以下である緻密質低熱膨張性セラミックスが開示されている。このような低熱膨張性セラミックスを使用した真空チャックでは、処理中の真空チャックの熱膨張を極力排除することができるため、従来の熱膨張係数が大きな金属製やアルミナ製の真空チャックに比べて、処理精度を高く保つことができる。

しかしながら、このような低熱膨張性セラミックスは、例えば、コージェライト等の絶縁性セラミックスを主成分とするために体積抵抗率が高い。このため、低熱膨張性セラミックスを用いた真空チャックには、シリコンウエハとの摩擦によって静電気が発生しやすい。この場合、シリコンウエハにパーティクルが付着してシリコンウエハが汚染され、歩留まりが低下するという問題が生じる。

また、シリコンウエハの処理には、例えば、フッ化水素（ＨＦ）系の薬液等が使用されるが、このようや薬液処理後に水洗処理を施しても、シリコンウエハにこのような薬液が微量に残存している場合があり、従来の低熱膨張性セラミックスを用いた真空チャックにこのような成分が付着すると腐食が起こるという問題がある。このため、従来の低熱膨張性セラミックスを用いた真空チャックは耐食性の点から使用が制限されるという問題がある。
特開平１１−３４３１６８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、低熱膨張性で耐食性にも優れた真空チャックを提供することを目的とする。また、本発明は、低熱膨張性で静電気除去が容易な真空チャックを提供することを目的とする。さらに本発明は、このような真空チャックに適用されるＤＬＣ膜を提供する。

本発明によれば、低熱膨張性セラミックスからなり、表面に複数のピンが所定間隔で略一様に形成された基材部と、その表面にピンパターンにしたがって凹凸状に形成されたＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜とを有し、
前記ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜は、表面にラッピング処理が施され、かつ前記ピンのエッジ部分を丸めるラウンド加工が行われ、
前記基材部の２３℃±３℃の範囲における線熱膨張係数が２．０×１０^−６／℃以下であることを特徴とする真空チャック、が提供される。

このような真空チャックにおいて、ＤＬＣ膜の厚さは３μｍ以上４０μｍ以下とすることが好ましい。これにより十分な耐食性を得ることができる。また、静電気除去を容易に行うことができるように、このＤＬＣ膜の体積抵抗率は１×１０^６Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

また、本発明によれば、被吸着物を吸着保持する表面に複数のピンが所定間隔で略一様に形成された真空チャックの表面に形成されるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜であって、
表面にラッピング処理が施され、かつ前記ピンのエッジ部分を丸めるラウンド加工が行われ、厚さが３μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とするＤＬＣ膜、が提供される。

本発明に係る真空チャックは、その表面に、表面がラッピング処理されたＤＬＣ膜が形成されているので、耐食性に優れ、高い耐久性が得られる。また、真空チャックのベース部分は低熱膨張性セラミックスから構成されているため、温度変化による変形量が少ない。さらにＤＬＣ膜はベース部分の低熱膨張性セラミックスよりも低抵抗であるため、静電気の除去も容易である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は真空チャック１０の概略平面図であり、図２はその概略断面図であり、図３は図２の部分拡大図である。真空チャック１０は、低熱膨張性セラミックスからなる基材部１１の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜１２が形成された構造を有する。ここで、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）は、周知の通り、天然ダイヤモンドと同じ炭素のｓｐ^３結合とグラファイトと同じ炭素のｓｐ^２結合それに水素との結合を含むアモルファス構造を有する材料である。

基材部１１の表面にはピン１５が所定間隔で略一様に形成され、かつ、表面周縁にリング状のガイド１６が形成されている。ＤＬＣ膜１２はこのようなピンパターンにしたがって凹凸状に形成されている。真空チャック１０には、被吸着物（図示せず）を吸引するための吸引孔１７がその厚み方向に貫通して設けられている。この被吸着物は、ピン１５の上面およびガイド１６の上面に当接するように載置され、ピン１５周りの空間を吸引孔１７を通して減圧することによって、真空チャック１０の表面に吸着保持される。

基材部１１には、２３℃±３℃の範囲における線熱膨張係数が２．０×１０^−６／℃以下の低熱膨張性セラミックス、例えば、β−ユークリプタイト、窒化珪素等が用いられる。基材部１１にこのような低熱膨張性セラミックスを用いることにより、真空チャック１０の温度変化による形状変化を抑制することができ、この条件は特に真空チャック１０が半導体製造装置に用いられる場合には必要不可欠な条件である。また基材部１１に用いられる低熱膨張性セラミックスは、好ましくは、２００ＧＰａ以上のヤング率を有していることが好ましい。これは基材部１１のヤング率が低い場合には、外部応力に対する精度維持が困難となるためである。

基材部１１にピン１５およびガイド１６を形成する方法としては、焼成体にサンドブラスト加工を施す方法や、焼結体に比べて低強度な成形体や仮焼体に機械加工を施す方法が挙げられる。なお、ピン１５の直径や高さ、数は、適宜、使用目的に応じて設定される。

ＤＬＣ膜１２は高い耐食性を有しており、強酸、強アルカリに浸漬した場合でも、ほとんど侵食されることがないため、ＤＬＣ膜１２を基材部１１の表面に形成することにより、耐久性が向上する。基材部１１の表面へのＤＬＣ膜１２の形成は、例えば、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、プラズマイオン注入法等の方法により行うことができる。

ＤＬＣ膜１２の厚さは３μｍ以上４０μｍ以下とすることが好ましい。真空チャック１０の製造時には、基材部１１の表面にＤＬＣ膜１２を形成した後に、その表面を平滑にするためのラッピング処理と、ピン１５のエッジ部分を丸めるラウンド加工を行う必要があるために、基材部１１の表面にＤＬＣ膜１２を形成する際の膜厚は、最終的な膜厚よりも、例えば、５μｍ程度厚くすることが好ましい。ＤＬＣ膜１２は、その厚さは３μｍ以上で十分な耐食性を発揮する。また、ＤＬＣ膜１２の膜厚は４０μｍ以下とすることが好ましい。これは、ＤＬＣ膜１２の膜厚が４０μｍを超えると、ＤＬＣ膜１２に応力が発生して密着力が低下するおそれがあるからである。

被吸着物へのパーティクル付着を防止するための、真空チャック１０からの静電気除去を容易ならしめる観点から、ＤＬＣ膜１２の体積抵抗率は、１×１０^６Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。真空チャック１０の静電気除去を容易に行うためには、ＤＬＣ膜１２の抵抗が小さくなるように、体積抵抗率の小さい膜を厚く形成することが好ましい。なお、ＤＬＣ膜１２の導電率は、その成膜条件を変えることによって所望の値に調整することができる。また、ＤＬＣ膜１２は、十分な耐食性を得る観点からは、その体積抵抗率は、１×１０^６Ω・ｃｍよりも大きい値、例えば、１×１０^１０Ω・ｃｍ程度あっても構わない。

（実施例１）
β−ユークリプタイト粉末に２０ｖｏｌ％のα型炭化珪素粉末を添加し、これをポットミル混合して乾燥し、原料粉末を作製した。この原料粉末を１５０ＭＰａで冷間静水圧（ＣＩＰ）処理し、φ２２０×厚み２０ｍｍの複数の成形体を作製した。これらの成形体を、窒素雰囲気、１３５０℃で焼成し、焼結体を得た。得られた焼結体から試験片を切り出し、レーザー干渉式熱膨張測定装置（アルバック理工社製ＬＩＸ−１）を用いて熱膨張係数を求め、一方、４探針法を用いて体積抵抗率を求めた。また別の焼結体を直径２００ｍｍφ×厚さ１５ｍｍの形状に加工し、次いでこの加工体の表面をブラスト加工して、直径１ｍｍφ、深さ５０μｍのピンを１．５ｍｍピッチで形成し、さらにこのピン形成面に厚さが約１５μｍのＤＬＣ膜をプラズマイオン注入法により形成した。ＤＬＣ膜が形成されたピン形成面のラップ加工およびラウンド加工を行い、実施例１に係る真空チャックを得た。なお、ピンのトップ部でのＤＬＣ膜厚はラップ加工によって約１０μｍとなった。真空チャックの耐食性については、ｐＨ１のＨＦ−ＨＮＯ_３系酸性薬液に浸漬させ、その後、この薬液を純水で軽く洗い流したシリコンウエハを真空チャック表面に吸着保持させるサイクルを１０００回実施し、その後の真空チャックの表面のダメージを観察することによって行った。さらに別の直径２００ｍｍφ×厚さ１５ｍｍに加工された焼結体の表面に厚さ１５μｍのＤＬＣ膜を形成して、そこからＤＬＣ膜の抵抗率測定用試料を採取し、その体積抵抗率を４探針法により測定した。

（実施例２）
窒化珪素粉末に酸化イットリウムを６ｗｔ％、酸化マグネシウムを２ｗｔ％、酸化アルミニウムを２ｗｔ％添加し、これをポットミル混合して乾燥し、原料粉末を作製した。この原料粉末を１５０ＭＰａでＣＩＰ処理し、φ２２０×厚み２０ｍｍの複数の成形体を作製した。これらの成形体を、窒素雰囲気、１７００℃で焼成し、焼結体を得た。得られた焼結体から試験片を切り出し、実施例１の場合と同様にして、熱膨張係数および体積抵抗率を求めた。また、別の焼結体を直径２００ｍｍφ×厚さ１５ｍｍの形状に加工し、次いでこの加工体の表面をブラスト加工して、直径１ｍｍφ、深さ６０μｍのピンを１．５ｍｍピッチで形成し、さらにこのピン形成面に厚さが約２０μｍのＤＬＣ膜をプラズマイオン注入法で形成した。ここで、実施例１の場合と異なる体積抵抗率を有するＤＬＣ膜が得られるように、成膜時のガス組成を調整した。こうしてＤＬＣ膜が形成されたピン形成面のラップ加工およびラウンド加工を行い、実施例１に係る真空チャックを得た。なお、ピンのトップ部でのＤＬＣ膜厚はラップ加工によって約１５μｍとなった。得られた真空チャックの耐食性は、実施例１の場合と同様にして評価した。また、さらに別の直径２００ｍｍφ×厚さ１５ｍｍに加工された焼結体の表面に厚さ２０μｍのＤＬＣ膜を形成し、実施例１と同様にして、形成されたＤＬＣ膜の体積抵抗率を４探針法により測定した。

（実施例３）
β−ユークリプタイト粉末に８０ｖｏｌ％のα型炭化珪素粉末を添加し、これをポットミル混合して乾燥し、原料粉末を作製した。この原料粉末を１５０ＭＰａでＣＩＰ処理し、φ２２０×厚み２０ｍｍの複数の成形体を作製した。これらの成形体を、窒素雰囲気、１３５０℃で焼成し、焼結体を得た。得られた焼結体から試験片を切り出し、実施例１の場合と同様にして、熱膨張係数および体積抵抗率を求めた。別の焼結体を直径２００ｍｍφ×厚さ１５ｍｍの形状に加工し、次いでこの加工体の表面をブラスト加工して、直径１ｍｍφ、深さ７０μｍのピンを１．５ｍｍピッチで形成し、さらにこのピン形成面に厚さが約４０μｍのＤＬＣ膜をプラズマイオン注入法で形成した。ここで、実施例１・２の場合とは異なる体積抵抗率を有するＤＬＣ膜が得られるように、成膜時のガス組成を調整した。こうしてＤＬＣ膜が形成されたピン形成面のラップ加工およびラウンド加工を行い、実施例１に係る真空チャックを得た。なお、ピンのトップ部でのＤＬＣ膜厚はラップ加工によって約３５μｍとなった。得られた真空チャックの耐食性は、実施例１の場合と同様にして評価した。また、さらに別の直径２００ｍｍφ×厚さ１５ｍｍに加工された焼結体の表面に厚さ４０μｍのＤＬＣ膜を形成し、実施例１と同様にして、形成されたＤＬＣ膜の体積抵抗率を４探針法により測定した。

（実施例４）
β−ユークリプタイト粉末に２０ｖｏｌ％のβ型炭化珪素粉末を添加し、これをポットミル混合して乾燥し、原料粉末を作製した。この原料粉末を１５０ＭＰａでＣＩＰ処理し、φ２２０×厚み２０ｍｍの複数の成形体を作製した。これらの成形体を、窒素雰囲気、１３５０℃で焼成し、焼結体を得た。得られた焼結体から試験片を切り出し、実施例１の場合と同様にして、熱膨張係数および体積抵抗率を求めた。別の焼結体を直径２００ｍｍφ×厚さ１５ｍｍの形状に加工し、次いでこの加工体の表面をブラスト加工して、直径１ｍｍφ、深さ７０μｍのピンを１．５ｍｍピッチで形成し、さらにこのピン形成面に厚さが約１０μｍのＤＬＣ膜をプラズマイオン注入法で形成した。ここで、実施例１〜３の場合とは異なる体積抵抗率を有するＤＬＣ膜が得られるように、成膜時のガス組成を調整した。こうしてＤＬＣ膜が形成されたピン形成面のラップ加工およびラウンド加工を行い、実施例１に係る真空チャックを得た。なお、ピンのトップ部でのＤＬＣ膜厚はラップ加工によって約５μｍとなった。得られた真空チャックの耐食性は、実施例１の場合と同様にして評価した。また、さらに別の直径２００ｍｍφ×厚さ１５ｍｍに加工された焼結体の表面に厚さ１０μｍのＤＬＣ膜を形成し、実施例１と同様にして、形成されたＤＬＣ膜の体積抵抗率を４探針法により測定した。

（比較例）
比較例１として、表面にＤＬＣ膜が形成されていないことを除いて、実施例１の場合と同様にして真空チャックを作製し、実施例１の場合と同様の評価を行った。また、比較例２として、表面にＤＬＣ膜が形成されていない炭化珪素セラミックス製の真空チャックを作製し、実施例１の場合と同様の評価を行った。

試験結果を表１に示す。表面にＤＬＣ膜が形成された実施例１〜４に係る真空チャックでは、シリコンウエハの脱着試験後にもＤＬＣ膜の表面性状には変化は観察されず、良好な耐食性（表１において‘○’で示す）が得られた。これに対して、ＤＬＣ膜が形成されていない比較例１・２に係る真空チャックでは、シリコンウエハの脱着試験後に表面に腐食が観察され（表１において‘×’で示す）、シリコンウエハにも多くのパーティクルの付着が確認された。

本発明の真空チャックは、露光装置やレジスト塗布／現像処理装置、プラズマＣＶＤ装置等の半導体製造装置に好適である。

真空チャックの概略平面図。真空チャックの概略断面図。真空チャックの部分拡大断面図。

符号の説明

１０；真空チャック
１１；基材部
１２；ＤＬＣ膜
１５；ピン
１６；ガイド
１７；吸引孔

Claims

低熱膨張性セラミックスからなり、表面に複数のピンが所定間隔で略一様に形成された基材部と、その表面にピンパターンにしたがって凹凸状に形成されたＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜とを有し、
前記ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜は、表面にラッピング処理が施され、かつ前記ピンのエッジ部分を丸めるラウンド加工が行われ、
前記基材部の２３℃±３℃の範囲における線熱膨張係数が２．０×１０^−６／℃以下であることを特徴とする真空チャック。
前記ＤＬＣ膜の厚さが３μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の真空チャック。
前記ＤＬＣ膜の体積抵抗率が１×１０^６Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空チャック。
被吸着物を吸着保持する表面に複数のピンが所定間隔で略一様に形成された真空チャックの表面に形成されるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜であって、
表面にラッピング処理が施され、かつ前記ピンのエッジ部分を丸めるラウンド加工が行われ、厚さが３μｍ以上４０μｍ以下であることを特徴とするＤＬＣ膜。