JP4458995B2

JP4458995B2 - ウェハ支持部材

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Publication number: JP4458995B2
Application number: JP2004264508A
Authority: JP
Inventors: 靖右田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP2006080389A

Description

本発明は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング等の成膜装置やエッチング装置などの加工装置において、半導体ウェハ等のウェハを吸着保持するウェハ支持部材に関するものである。

従来、半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェハ（以下、単にウェハという）に薄膜を形成する成膜装置やエッチング加工を施すエッチング装置等の半導体製造装置が用いられており、このような半導体製造装置には半導体ウェハを保持するためにウェハ支持部材が用いられている。

例えば、図４に示すウェハ支持部材４０１は、板状セラミック体４０２の上面を、ウェハＷを載せる載置面４０３とし、板状セラミック体４０２の下面に一対の静電吸着用電極４０４ａ，４０４ｂを備えた静電チャック部４０５と、上記板状セラミック体４０２の下面側に接合したベース部材４０７とからなり、上記載置面４０３の周縁部には上記静電チャック部４０５とベース部材４０７とを貫通するガス供給孔４０８を備えたもので、ウェハＷを載置面４０３に載せた後、一対の静電吸着用電極４０４ａ，４０４ｂ間に電圧を印加することにより静電気力を発生させ、ウェハＷを載置面４０３に吸着させるとともに、ガス供給孔４０８よりウェハＷと載置面４０３との微小隙間にＨｅ等の熱伝導性ガスを供給することによりウェハＷの表面温度を均一にするようになっていた。

しかし、このようなウェハ支持部材４０１においては、半導体製造工程におけるプラズマによる成膜やエッチング等に使用される各種の反応ガスに繰り返し曝されると、図４に示したウェハ支持部材４０１では、接合層４１１の側面がプラズマ等により浸食され、パーティクルを発生させたり、さらに、浸食が進むと電極とプラズマ間で絶縁破壊を生じさせたりする虞があった。また、ガス供給孔４０８まで浸食が進むと、Ｈｅ等の熱伝導性ガスが接合層４１１の側面より漏れだし、ウェハＷの表面温度を均一にすることができなくなる虞があった。

そこで、上記問題を解決するために、特許文献１には、金属基盤上に少なくとも電気絶縁層と電極と吸着層とが積層された静電チャックが開示されており、その側面にプラズマ等による接合層の浸食防止のための浸食防止絶縁物が設けられたウェハ支持部材が提案されている。

また、特許文献２では、誘電体セラミックス板と電気絶縁性の台座に挟まれた電極金属層の露出部を絶縁材料で被覆してなることを特徴とするウェハ支持部材が提案されている。

特許文献１で示すようなプラズマによる浸食防止のための浸食防止絶縁物は、フッ素系樹脂やシリコーン系樹脂を含有したフィルム状のものをフッ素系またはシリコーン系樹脂を含有する接着剤にて接着固定することが提案されているが、上方より照射されるプラズマやエッチングによる各種反応を繰り返し受けることにより、接着剤が浸食を受け、結果的に接着剤が飛散してパーティクルの原因となったり、プラズマが電極層まで浸透したりして絶縁破壊を引き起こす虞がある。

また、特許文献２では、プラズマが誘電体セラミックと台座の間に挟まれたロー付け部にプラズマの回り込み防止のために、ロー材の露出部に無機接着剤、あるいはシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂を充填することが提案されているが、いずれも長時間にわたるプラズマやエッチングにより各種反応を繰り返し受けることにより浸食を受け、結果的に接着剤が飛散してパーティクルの原因となったり、プラズマが電極層まで浸透して絶縁破壊を引き起こしたりする虞があり、半導体を歩留まり良く生産することができないとの課題があった。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、板状セラミックス体の一方の主面をウェハを載せる載置面とし、他方の主面あるいは内部に電極を備えた静電チャック部と、該静電チャック部と接着層を介して接合したベース部とからなるウェハ支持部材において、上記接着層の周辺部に断面が台形状の凹部を形成し、該凹部内にその壁面を押圧するように断面が上記凹部と同一形状で、環状の保護部材を配置したことを特徴とするものである。

また、上記載置面と平行な投影面からみて上記環状の保護部材の外形辺が上記静電チャック部の外形辺と同一であるか或いは内側にあることを特徴とする。

また、上記環状の保護部材の開放厚みは、凹部の幅の１．０２〜２．０倍であることを特徴とする。

また、上記環状の保護部材がフッ素系樹脂またはテフロン（登録商標）系樹脂の少なくとも一種を主成分とすることを特徴とする。

また、上記静電チャック部と上記ベース部との間に、抵抗発熱体を内蔵した発熱部を２つの接着層を介して接続したことを特徴とする。

また、上記抵抗発熱体と上記２つの接着層との周辺の端面が上記凹部の底面の一部であることを特徴とする。

本発明のウェハ支持部材をプラズマ雰囲気で使用してもパーティクルの発生数が少なく、半導体を歩留まり良く生産できるウェハ支持部材を提供できる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明のウェハ支持部材１０１の一例を示す断面図である。このウェハ支持部材１０１は、板状セラミック体１０２の一方の主面を、半導体ウェハ等のウェハＷを載せる載置面１０３とし、上記板状セラミック体１０２の他方の主面に一対の静電吸着用電極１０４ａ，１０４ｂを備えた静電チャック部１０５とベース部材１０７とを絶縁性の接着層１１１で接着したもので、上記載置面１０３の周縁部には、上記静電チャック部１０５及びベース部材１０７を貫通する複数のガス供給孔１０８を備えている。

静電チャック部１０５を形成する板状セラミック体１０２としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、ＡｌＮ及びＳｉ₃Ｎ₄のうち少なくとも１種を主成分とするセラミック焼結体を用いることができ、これらの中でもハロゲン系腐食性ガスやプラズマに対する耐食性の点で、Ａｌ₂Ｏ₃又はＡｌＮを主成分とするセラミック焼結体を用いることが好ましい。さらに安価に製造する場合には、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とするセラミック焼結体を、ウェハの均熱性が要求される場合には、ＡｌＮを主成分とするセラミック焼結体を用いることが良い。

また、板状セラミック体１０２の他方の主面に形成する静電吸着用電極１０４ａ，１０４ｂは、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｍｎ等の金属又はこれらの合金あるいはＴｉＮ、ＴｉＣ、ＷＣよりなり、その厚みが０．１μｍ以上の導体層からなり、スパッタリング法、イオンプレーティング法、蒸着法、メッキ法、ＣＶＤ法等の膜形成手段により被着することができる。

一方、ベース部材１０７は、アルミニウムや超鋼、あるいはこれらの金属とセラミック材料との複合材からなり、静電吸着用電極１０４ａ，１０４ｂに接続されるリード線１１０を取り出すための貫通孔を有している。

そして、このウェハ支持部材１０１は、ウェハＷを載置面１０３に載せ、静電吸着用電極１０４ａ、１０４ｂに直流電圧を印加してウェハＷを載置面１０３に静電吸着することができる。そして、ウェハＷの上方にプラズマを発生させウェハＷに各種の成膜や、エッチングを施す事ができる。

本発明のウェハ支持部材１０１は、接着層の周辺部に凹部１１４を形成し、該凹部１１４内にその壁面を押圧するように環状の保護部材１１３を配置したことを特徴とする。これは、耐プラズマ性の良好な板状セラミック体１０２の下方に凹部１１４を設け、該凹部１１４に環状の保護部材１１３を形成することでプラズマが直接接着層１１１に曝されないように保護することができる。そして、環状の保護部材１１３が凹部１１４の壁面を凹部の全周で押していると凹部１１４と環状の保護部材１１３の間に微小な隙間が発生する虞がなく、接着層１１１にプラズマが侵入することがなく、接着層１１１を腐食することがないことから、パーティクルを発生することなく耐久性の優れたウェハ支持部材１を提供することができる。

また、環状の保護部材１１３は載置面１０３と平行な投影面からみて静電チャック部１０５の外形辺が該静電チャック部１０５の外形辺と同一であるか或いは内側にあることが好ましい。環状の保護部材１１３が静電チャック部１０５の外形辺より外側にあると、載置面１０３の上方から照射されるプラズマに直接曝されるため、環状の保護部材１１３が耐プラズマ性に優れた材料であっても少なからず浸食され、パーティクル発生の原因となる虞があるからである。

また、凹部１１４の壁面を押圧するには環状の保護部材１１３の開放厚みが、凹部の幅Ｗｄの１．０１〜２．０倍であることが好ましい。より好ましくは１．０２〜１．５倍である。環状の保護部材１１３の開放厚みが凹部の幅Ｗｄより２．０倍を超えると、凹部１１４を押し広げる力が大きくなり過ぎて載置面１０３の周辺部が押し上げられ、載置面１０３を均一な平面として維持することができなくなる虞があった。その結果、ウェハＷの周辺と載置面との間に隙間が生じ冷却用ガスが漏れ、半導体製造装置内の真空度を低下させる虞があった。

また、環状の保護部材１１３の開放厚みが凹部の幅Ｗｄの１．０２倍より小さいと、環状の保護部材１１３と凹部１１４の間に隙間が生じ、容易にプラズマが接着層１１１に回り込む虞があるからである。

尚、上記の開放厚みは、環状の保護部材１１３を凹部１１４に圧入する前の厚みで示すことができる。

具体的には、直径３００ｍｍのシリコンウェハを保持する静電チャック１０５の保護部材１１３の断面が四角形である場合、保護部材１１３の外形が２９８ｍｍに対し、溝の最小直径が２８５〜２９６ｍｍであり、取り付け前の保護部材の直径は内径２６０〜２９５ｍｍで外形２６２〜２９７ｍｍの環状の保護部材１１３を延ばして環状の溝に嵌め込むことで本発明の静電チャック１の保護部材１１３を取り付けることができる。

環状の保護部材１１３の材料としては、フッ素系樹脂またはテフロン（登録商標）系樹脂の少なくとも１種を主成分とすることが好ましい。特にフッ素系樹脂の中でパーフロロエラストマーに代表される高分子材料が良い。これは、炭素−炭素結合を繰り返しの長い高分子の鎖状を呈しており、その高分子同士が化学結合で結ばれ弾性を呈することができる。もちろん耐プラズマ性にも優れているため保護部材として好適である。このようなフッ素系樹脂やテフロン（登録商標）系樹脂に弾力性を備えた材料で環状の保護部材１１３を作製することが好ましい。

また、図２に示すように、静電チャック部２０５とベース部２０７の間に、抵抗発熱体２１４を内蔵した発熱部２１５を２つの接着層２１１、２１６を介して接続したことが好ましい。このように構成することでウェハＷを任意の温度に加熱することができることから、様々な半導体製造プロセスにおいてウェハ支持部材１を使用することが可能となり、一つのウェハ支持部材１で様々なプロセスを兼用して利用することができる。

また、上記発熱部２１５と上記２つの接着層２１１、２１６との周辺の端面が上記凹部１１４の底面の一部であることが好ましい。環状の保護部材１１３が発熱体部２１５と上記２つの接着層２１１、２１６との周辺の端面を覆うように形成されることから接着層２１１、２１６をプラズマに曝されることを防ぐことができて好ましい。特に、凹部１１４にフッ素系樹脂またはテフロン（登録商標）系樹脂から少なくとも１種を主成分とする環状の保護部材２１３を押し込み挿入することが好ましい。

この場合、抵抗発熱体２１４を加熱することで、上記接着層２１１、２１６も加熱されるため熱膨張により板状セラミック体２０２が押し上げられ、該凹部の幅Ｗｄが大きくなっても、環状の保護部材２１３が押し込まれて挿入されていることから、凹部１１４の幅Ｗｄが大きくなった分だけ環状の保護部材１１３の厚みが大きくなる。そのため、環状の保護部材１１３が発熱部２１５と上記２つの接着層２１１、２１６をプラズマから保護することができる。

環状の保護部材１１３は凹部１１４に圧入して固定するが、そのとき、上記凹部は図３（ａ）に示すように断面が四角形状であることが好ましいが、図３（ｂ）、（ｃ）に示すような上記凹部１１４の断面形状が台形状であっても良い。断面形状が台形であるとシール面積が大きくなり接着層１１１へのプラズマの侵入を防止する効果が大きいからである。また、環状の保護部材１１３も図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように上記凹部の形状に合わせて形成することが望ましい。また、図３（ｄ）に示すようなＯリングタイプでも同様な効果が得られるが台形状や四角形である方がより好ましい。

また、本実施形態では、静電チャック部に双極型の例を示したが、単極型の静電チャック部としても良い。また、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で改良や変更したものにも適用することができることは言うまでもない。

以下、本発明の実施例を説明する。

窒化アルミニウム質焼結体からなる直径３００ｍｍ、厚み３ｍｍの円板状をした板状セラミックス体を用意し、載置面と反対側の主面にメッキ法にてＮｉ膜を被着した後、ブラスト加工により不要箇所を除去することにより、一対の電極を形成した。次に、板状セラミック体の反対側面にアルミニウム製の冷却機構を備えたベース部材をシリコーン接着剤からなる接合層を介して接合した。

次いで、板状セラミック体の載置面側を研削加工により厚みを１ｍｍとし静電チャック部を形成した。

凹部はベース部材の外辺部に切り欠きを形成し、板状セラミック体とベース部材との間に設けた。このとき、凹部の断面の寸法は一辺が１ｍｍの四角形とした、そして、フッ素系樹脂とテフロン（登録商標）系樹脂からなる環状の保護部材を押し込みにて挿入し固定した。

ここで、環状の保護部材の有無による耐プラズマ性を確認するために、凹部を有するウェハ支持部材と凹部を有しないウェハ支持部材を作成した。さらに、円環状の保護部材が静電チャック部の外形辺と同一面に固定したものと内側に固定したもの、静電チャック部の外形辺より外側に固定したものを作製した。

また、円環状の保護部材の取り付け前の開放厚みを凹部の幅の０．８〜２．５倍の間で作製し、それぞれ凹部に押し込み挿入し固定しウェハ支持部材を作製した。そして、このウェハ支持部材を成膜装置に据え付けて、酸素プラズマ下に１００時間照射したあとウェハに付着した０．２μｍ以上のパーティクル数をパーティクルカウンターを用いて測定し評価した。その結果を表１に示す。

その結果、接着層の周辺部に凹部を形成し、環状の保護部材が上記凹部を押圧する試料Ｎｏ．１〜７はパーティクル数が９８個以下と少なく優れた特性を示すことが分かった。

一方、凹部の幅と環状の保護部材の開放時の幅が同じ試料Ｎｏ．８は凹部の内壁を押圧していないので、凹部と環状の保護部材の間に隙間を生じパーティクルの発生数が１４３個と多く好ましくなかった。

また、凹部を形成していない試料Ｎｏ．１０はパーティクル数が１６３個と多く半導体用のウェハ支持部材として使用できるものでなかった。

更に、本発明の試料Ｎｏ．1〜７の中でも環状の保護部材１０３の外形辺が静電チャック部の外形辺と同一である試料Ｎｏ．３〜７はパーティクル数が５３個以下と更に優れていることが分かった。

また、環状の保護部材の開放厚みがＷｏと凹部の幅Ｗｄとの比（Ｗｏ／Ｗｄ）が１．０２〜２．０である試料Ｎｏ．４〜７はパーティクル数が１８個以下と更に少なく好ましいことが分かった。

次に、図２に示すような静電チャック部２０５とベース部材２０７との間に抵抗発熱体２１４をポリイミドで保護した発熱部２１５と、２層のシリコーン接着層２１１、２１６にて接着固定したウェハ支持体２０５を作製し、抵抗発熱体２１４と２層のシリコーン接着層２１１、２１６との周辺の端面を覆うように凹部を形成し、円環状の保護部材２１３の開放厚みを凹部の幅の１．０２〜２．０倍の間で作製し、それぞれ凹部に押し込み挿入固定した。

そして、抵抗発熱体２１４に通電させ載置面２０３の表面温度を８０℃と２００℃に加熱した状態で酸素プラズマ下に１００時間照射したあとのウェハに付着したパーティクル数をパーティクルカウンターを用いて測定を行った。その結果を表２に示す。

その結果、ウェハ支持部材に抵抗発熱体を内蔵した発熱部を設け、ウェハＷを８０℃や２００℃に加熱しても、パーティクル数は１９個以下と少なく耐熱性に優れたウェハ支持部材を提供できることが分かった。

本発明に係わるウェハ支持部材の一例を示す断面図である。本発明に係わるウェハ支持部材の他の例を示す断面図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明に係わるウェハ支持部材の各種の凹部の形状を示す断面図である。従来のウェハ支持部材の一例を示す断面図である。従来のウェハ支持部材の他の例を示す断面図である

符号の説明

１０１、２０１、４０１、５０１：ウェハ支持部材
１０２、２０２、４０２、５０２：板状セラミック体
１０３、２０３、４０３、：載置面
１０４、２０４、４０４、５０４：静電吸着用電極
１０７、２０７、４０７、５０７：ベース部材

Claims

板状セラミックス体の一方の主面をウェハを載せる載置面とし、他方の主面あるいは内部に電極を備えた静電チャック部と、該静電チャック部と接着層を介して接合したベース部とからなるウェハ支持部材において、上記接着層の周辺部に断面が台形状の凹部を形成し、該凹部内にその壁面を押圧するように断面が上記凹部と同一形状で、環状の保護部材を配置したことを特徴とするウェハ支持部材。
上記載置面と平行な投影面からみて上記環状の保護部材の外形辺が上記静電チャック部の外形辺と同一であるかあるいは内側にあることを特徴とする請求項１に記載のウェハ支持部材。
上記環状の保護部材の開放厚みは、上記凹部の幅の１．０２〜２．０倍であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ支持部材。
上記環状の保護部材がフッ素系樹脂またはテフロン（登録商標）系樹脂の少なくとも一種を主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のウェハ支持部材。
上記静電チャック部と上記ベース部との間に、抵抗発熱体を内蔵した発熱部を２つの接着層を介して接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のウェハ支持部材。
上記抵抗発熱体と上記２つの接着層との周辺の端面が上記凹部の底面の一部であることを特徴とする請求項５に記載のウェハ支持部材。