JP5289307B2

JP5289307B2 - 基板ホルダーによる金属汚染を防止する方法

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Publication number: JP5289307B2
Application number: JP2009512605A
Authority: JP
Inventors: デケンペネール，エーリク; カーク，マシュー・ピー; グローネン，ローランド; アッカーマン，シンディ・エル; ヴェンカトラマン，チャンドラ
Original assignee: スルザーメタプラスゲーエムベーハー
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: CN101467243A; EP2024994A1; CN101467243B; JP2009539240A; US20200017952A1; WO2007141191A1; EP2763162A1; EP2763162B1; EP2024994B1; US20090142599A1

Description

本発明は、伝導性であり、金属非含有であり、かつ、親水性の炭素系被覆を基板に設ける方法、およびそのような被覆が設けられた基板に関する。

ダイヤモンド様炭素被覆またはダイヤモンド様ナノコンポジット被覆などの炭素系被覆は当分野において公知である。多くの用途では、炭素系被覆が伝導性である必要がある。被覆の導電性に影響を与えるために、炭素系被覆に遷移金属などの金属をドープすることが一般に公知である。

炭素系被覆で被覆される部品の例は、例えば、半導体基板を輸送および／または支持する部品、例えば静電チャック、ウエハキャリア、リフトピン、およびヒーターである。

あるマイクロチップ製造プロセスにおいては、これらの部品は、導電性被覆が必要であり、そのため炭素系被覆は一般に遷移金属などの金属でドープされる。炭素系被覆の技術分野において公知である好ましいドーピング元素は、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｎａ、Ｃａ、およびＫである。

しかし、特に半導体用途では、半導体基板上の金属汚染は半導体基板の電気的性質を低下させ得るので、金属汚染が起こり得ることは大きな問題である。マイクロプロセッサ上の特徴および線幅が小さくなるほど、金属汚染の危険性が高くなる。

ウエハと接触し得るシステム中に金属部品または金属ドーパントが存在すると、金属汚染が十分起こり得る。金属表面上および／または金属含有表面上をウエハがスライドする簡単な現象でさえも、ウエハが汚染されるのに十分である。

Ｎａ、Ｋ、およびＣｕなどの元素は、現在では全く許容されない。ＡｌおよびＴｉなどの他の元素は、現世代の半導体プロセスにおいては許容されている。しかし、４５ｎｍのノードまたはそれ未満のノードに使用されるプロセスでは、あらゆる種類の金属汚染には耐えられない。

従って、可能性のあるあらゆる汚染が防止されることが望ましい。

表面のマイクロコンタミネーションを回避するために、表面を定期的に洗浄する必要がある。一般に洗浄は有機溶媒を使用して行われる。しかし、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の使用に関する問題が増加しているので、別の洗浄プロセスが探索されている。従って、不揮発性成分を使用した洗浄プロセスに高い関心が持たれている。ダイヤモンド様炭素被覆は一般に疎水性であるので、これらの用途において湿潤性が問題となる。

本発明の目的の一つは従来技術の問題を回避することである。

別の目的は、金属を含有しない伝導性被覆を基材に設けることで金属汚染を回避する方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、部品の湿潤性を向上させて、その部品が脱イオン水で洗浄できるようにする方法を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、耐摩耗性で、硬質で、低摩擦性で、熱安定性で、伝導性で、金属非含有の伝導性炭素系被覆を有する基板を提供することである。

本発明の第一の態様によると、基板の湿潤性を向上させる方法が提供される。

本方法は、伝導性であり、金属非含有であり、かつ親水性の炭素系からなる被覆を少なくとも部分的に基板に設けるステップを含む。この炭素系被覆は窒素がドープされ、この炭素系被覆の電気抵抗率は１０^８ｏｈｍ−ｃｍ未満である。

窒素を含み、伝導性で、金属非含有の被覆を適用することで、基板の湿潤性が向上し、表面がより親水性となる。その結果、被覆された基板の表面は、より容易に洗浄可能となる。表面がより親水性となると、脱イオン化水を使用して表面を洗浄することができ、ＶＯＣの使用を回避できる。

さらに、本発明による被覆は金属を含有しない。このことは、金属汚染が問題となる用途では重要である。

本発明の大きな利点の１つは、本発明の被覆層が、同時に伝導性であり、金属非含有であり、親水性であることである。

本発明による被覆は、金属汚染が問題となる基板に特に適している。

このような基板としては、例えば半導体基板を輸送および／または支持するための部品が含まれる。このような部品の例としては、静電チャック、ウエハキャリア、ヒーター、およびリフトピンが含まれる。

半導体基板の例としては、半導体ウエハが挙げられる。

半導体基板を輸送および／または支持する部品では、半導体基板の可能性のあるあらゆる汚染を回避するわずかに伝導性の被覆が必要となる。

本発明による被覆はこれらの要求に適合するため、本発明の被覆は、半導体基板を輸送および／または支持する部品の被覆として特に関心が持たれる。

金属非含有伝導性炭素系被覆は、半導体基板に接触する部品の少なくとも１つまたは複数の表面上に適用される。

場合により、本発明の金属非含有伝導性炭素系被覆は、部品の他の表面上にも適用することができる。

ある実施形態においては、部品の外面全体が金属非含有伝導性炭素系被覆で覆われる。

被覆は、半導体のパターニングおよびリソグラフィに使用される高純度液体を輸送および／または支持する部品を被覆するためにも好適である。

さらに、本発明による被覆は、電荷散逸のためにわずかに伝導性の被覆を必要とする基板に適している。このような基板の例としては、ドナーロールなどの複写機の部品、または放電加工（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＤｉｓｃｈａｒｇｅＭａｃｈｉｎｉｎｇ）（ＥＤＭ）用途に使用される部品が含まれる。

炭素系被覆の電気抵抗率は、好ましくは１０^８ｏｈｍ−ｃｍ未満、例えば１０^３ｏｈｍ−ｃｍ〜１０^８ｏｈｍ−ｃｍの間、より好ましくは１０^４ｏｈｍ−ｃｍ〜１０^６ｏｈｍ−ｃｍの間である。

窒素濃度は、好ましくは０．１〜２０ａｔ％の間、より好ましくは３〜７ａｔ％の間である。

ほとんどの用途では、被覆が低摩擦係数を有することが好ましい。半導体用途では、摩擦や摩耗によって生じる粒子の形成および半導体基板上への堆積を軽減するために、低摩擦係数を有する被覆が好ましい。

好ましくは、被覆の摩擦係数は、０．１５未満、例えば０．０５〜０．１０の間である。

さらに、ほとんどの用途では、例えば擦り傷および摩耗の回避のため被覆が高硬度を有することが好ましい。

好ましくは、被覆の硬度は１０ＧＰａを超え、例えば１２ＧＰａ、１５ＧＰａ、１８ＧＰａ、２０ＧＰａ、または２５ＧＰａを超える。

炭素系被覆は、好ましくは０．５μｍ〜１０μｍの間の範囲、より好ましくは２．５μｍ〜８μｍの範囲の厚さを有する。

あらゆる種類の炭素系層を考慮することができる。好ましい炭素系層としては、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）被覆、およびダイヤモンド様ナノコンポジット（ＤＬＮ）被覆が含まれる。

ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）被覆は、非晶質水素化炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）を含む。ＤＬＣ被覆は、ｓｐ^２結合およびｓｐ^３結合した炭素の混合物を含み、水素濃度は０〜８０％の間、好ましくは２０〜３０％の間である。

ＤＬＣ層の硬度は、好ましくは１５ＧＰａ〜２５ＧＰａの間である。より好ましくは、ＤＬＣ層の硬度は１８ＧＰａ〜２５ＧＰａの間である。

ダイヤモンド様ナノコンポジット（ＤＬＮ）被覆は、Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＯの非晶質構造を含む。ダイヤモンド様ナノコンポジット被覆は、ダイリン（ＤＹＬＹＮ）（登録商標）被覆として市販されていることが公知である。

ダイヤモンド層ナノコンポジット層の硬度は、好ましくは１０ＧＰａ〜２０ＧＰａの間である。

好ましくは、ＤＬＮ被覆は、Ｃ、Ｓｉ、およびＯの合計に対する比率で、４０〜９０ａｔ％のＣ、５〜４０ａｔ％のＳｉ、および５〜２５ａｔ％のＯを含む。

好ましくは、ダイヤモンド様ナノコンポジット組成物は、ａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの２つの相互貫入網を含む。

本発明の炭素系被覆は、当分野において公知のあらゆる技術によって堆積することができる。

好ましい堆積技術としては、イオンビーム堆積、パルスレーザー堆積、フィルタードアーク堆積やノンフィルタードアーク堆積などのアーク堆積、高度プラズマ支援（ｅｎｈａｎｃｅｄｐｌａｓｍａａｓｓｉｓｔｅｄ）化学蒸着などの化学蒸着、およびレーザーアーク堆積が含まれる。

本発明の一実施形態によると、伝導性で金属非含有で親水性の炭素系被覆を適用する前に、基板上に接着促進層を適用することができる。

原理上、炭素系被覆の基板への接着を改善するあらゆる被覆を考慮することができる。

好ましい接着促進層は、ケイ素、ならびに周期表のＩＶＢ族の元素、ＶＢ族の元素、ＶＩＢ族の元素からなる群の少なくとも１つの元素を含む。好ましい中間層はＴｉおよび／またはＣｒを含む。

場合により、接着促進層は２つ以上の層、例えば２つ以上の金属層を含み、各層が、ケイ素、周期表のＩＶＢ族の元素、ＶＢ族の元素、ＶＩＢ族の元素からなる群より選択される金属、例えばＴｉまたはＣｒの層を含む。

あるいは、接着促進層は、ケイ素、周期表のＩＶＢ族の元素、ＶＢ族の元素、ＶＩＢ族の元素からなる群より選択される金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸炭化物、酸窒化物、酸炭窒化物の１つまたは複数の層を含むことができる。

一部の例は、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣ、Ｃｒ_２Ｃ_３、ＴｉＣＮ、およびＣｒＣＮである。

さらに、接着促進層は、ケイ素、周期表のＩＶＢ族の元素、ＶＢ族の元素、ＶＩＢ族の元素からなる群より選択される金属の１つまたは複数の金属層と、ケイ素、周期表のＩＶＢ族の元素、ＶＢ族の元素、ＶＩＢ族の元素からなる群より選択される金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸炭化物、酸窒化物、酸炭窒化物の１つまたは複数の層とのあらゆる組み合わせを含むことができる。

中間層の一部の例は、金属層と金属炭化物層との組み合わせ、金属層と金属窒化物層との組み合わせ、金属層と金属炭窒化物層との組み合わせ、第１の金属層と金属炭化物層と第２の金属層との組み合わせ、および第１の金属層と金属窒化物層と第２の金属層との組み合わせを含む。

接着促進層の厚さは、好ましくは１ｎｍ〜１０００ｎｍの間、例えば１０〜５００ｎｍの間である。

接着促進層は、スパッタリングまたは蒸着などの、例えば物理蒸着の当分野において公知のあらゆる技術によって堆積することができる。

本発明の第２の態様によると、伝導性であり、金属非含有であり、かつ、親水性の炭素系被覆によって少なくとも部分的に被覆された基板が提供される。この炭素系被覆は、窒素がドープされ、１０^８ｏｈｍ−ｃｍ未満の電気抵抗率を有する。

好ましくは、この電気抵抗率は１０^３ｏｈｍ−ｃｍ〜１０^８ｏｈｍ−ｃｍの間、より好ましくは１０^４ｏｈｍ−ｃｍ〜１０^６ｏｈｍ−ｃｍの間である。

好ましい基板としては、半導体基板を輸送および／または支持する部品、例えば静電チャック、ウエハキャリア、ヒーター、およびリフトピン、高純度液体を輸送および／または支持する部品、複写機の部品、ならびに放電加工（ＥＤＭ）用途に使用される部品が含まれる。

本発明の第３の態様によると、半導体基板を輸送および／または支持する部品などの基板を脱イオン水で洗浄可能にする方法が提供される。

本方法は、
基板を提供するステップであって、前記基板を伝導性であり、金属非含有であり、かつ、親水性の炭素系被覆で少なくとも部分的に被覆し、前記炭素系被覆が、窒素でドープされ、１０^８ｏｈｍ−ｃｍ未満の電気抵抗率を有するステップと、
前記基板を脱イオン水で洗浄するステップと
を含む。

この洗浄は、リンスおよび／またはワイプおよび／または他のあらゆる洗浄方法を含むことができる。

本発明による被覆を適用することによって、基板の湿潤性が向上して、その表面がより親水性となる。その結果、脱イオン水を使用することによって表面を洗浄可能となる。

添付の図面の参照しながら、これより本発明をより詳細に説明する。

本発明による静電チャックの断面図である。本発明によるリフトピンを含む組立体の断面図である。

図１を参照しながら、発明による好ましい一実施形態の静電チャック１０を説明する。静電チャックは、半導体ウエハまたはその他の工作物などの基板を加工中に静止位置に支持するために広く使用されている。

典型的に、静電チャックは、誘電材料上に重ね合わされたり誘電材料中に埋め込まれたりする１つまたは複数の電極を含有する。電極に電力が供給されると、静電チャックとその上に配置された基板との間に引力が発生する。

ある程度伝導性を有する被覆層で静電チャックを被覆することで、静電チャック表面とウエハとの間の粒子の発生を最小限にすることが要求される場合がある。

被覆の伝導性は、プロセス偏差を最小限にしながら望ましいプロセス条件で基板を維持するのにも役立つ。しかし、可能性のあるあらゆる金属汚染は回避すべきである。

図１を参照しながら、本発明による好ましい一実施形態の静電チャック１０を説明する。静電チャック１０は、
少なくとも１つの電極１１と、
電極１１を少なくとも部分的に覆う誘電体１２と、
誘電体１２を少なくとも部分的に覆う金属非含有伝導性炭素系被覆１３とを含む。

電極に電力が供給されると、静電チャックとその上に配置された基板１４との間に引力が発生する。

本発明による金属非含有伝導性炭素系被覆１３は、１〜１０μｍの範囲、好ましくは３〜７μｍの間の範囲の厚さを有する。この被覆の電気抵抗率は、１０^３ｏｈｍ−ｃｍ〜１０^８ｏｈｍ−ｃｍの間の範囲、より好ましくは１０^４ｏｈｍ−ｃｍ〜１０^６ｏｈｍ−ｃｍの間の範囲である。

被覆は、５０〜７０ａｔ％の間のＣ、２０〜３０ａｔ％の間のＨ、および３〜７ａｔ％の間のＮを含む。被覆１３は１５〜１９ＧＰａの範囲内の硬度を有する。

金属非含有伝導性炭素系被覆は、基板に接触する誘電体１２の表面全体に適用することもでき、またはあるパターンで誘電体１２上に適用することもできる。

このパターンは、好ましくは最適な静電チャッキング力が得られ、粒子の発生が最小限となるウエハ支持領域が得られるように最適化される。

図２は、本発明によるリフトピン２０を示している。

リフトピン２０は、基板２４を上げたり下げたりするために適合した先端部２２を有する部材２１を含む。

リフトピン２０は、少なくとも先端部２２において金属非含有伝導性炭素系被覆２３で被覆される。

本発明による金属非含有伝導性炭素系被覆２４の厚さは、１〜１０μｍの間の範囲、好ましくは２〜４の間の範囲である。この被覆の電気抵抗率は、１０^３ｏｈｍ−ｃｍ〜１０^８ｏｈｍ−ｃｍの範囲、より好ましくは１０^４ｏｈｍ−ｃｍ〜１０^６ｏｈｍ−ｃｍの間の範囲である。

この被覆は、５０〜７０ａｔ％の間のＣ、２０〜３０ａｔ％の間のＨ、および３〜７ａｔ％の間のＮを含む。被覆２３は１５〜１９ＧＰａの範囲内の硬度を有する。

Claims

伝導性であり、金属非含有であり、かつ親水性の炭素系被覆（１３）を少なくとも部分的に基板（１４、２４）に設けることにより基板（１４、２４）の湿潤性を向上させる方法であって、前記炭素系被覆（１３）が、窒素でドープされており、かつ、１０^８ｏｈｍ−ｃｍ未満の電気抵抗率を有し、前記基板が、半導体基板を輸送および／または支持する部品、半導体のパターニングおよびリソグラフィに使用される液体を輸送および／または支持する部品、複写機の部品、ならびに放電加工（ＥＤＭ）用途に使用される部品からなる群より選択され、
前記炭素系被覆（１３）を適用する前に、前記基板（１４、２４）上に接着促進層を適用し、前記接着促進層が１つ又は複数の層を含み、この１つ又は複数の層が、周期表のＩＶＢ族の元素、ＶＢ族の元素、ＶＩＢ族の元素からなる群から選ばれる金属の炭化物、窒化物または炭窒化物の層である方法。
前記炭素系被覆（１３）が０．１〜２０ａｔ％の間の窒素を含む請求項１に記載の方法。
前記炭素系被覆（１３）は、窒素がドープされたダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）被覆を含み、前記ダイヤモンド様炭素被覆は、非晶質水素化炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）を含む請求項１又は２に記載の方法。
前記炭素系被覆（１３）が、窒素がドープされたダイヤモンド様ナノコンポジット（ＤＬＮ）被覆を含み、前記ダイヤモンド様ナノコンポジット被覆が、Ｃ、Ｈ、Ｏ、およびＳｉを含む請求項１又は２に記載の方法。
前記ダイヤモンド様ナノコンポジット被覆が、水素によって安定化されたダイヤモンド様炭素ネットワークにおける主なｓｐ^３結合した炭素の第１の網目と、ケイ素で安定化された酸素の第２の網目との２つの相互貫入網を含む請求項４に記載の方法。
伝導性であり、金属非含有であり、かつ、親水性の炭素系被覆（１３）を少なくとも部分的に被覆した基板（１４、２４）であって、前記金属非含有の伝導性炭素系被覆（１３）が窒素でドープされており、かつ、１０^８ｏｈｍ−ｃｍ未満の電気抵抗率を有し、前記基板（１４、２４）が、半導体基板を輸送および／または支持する部品、半導体のパターニングおよびリソグラフィに使用される液体を輸送および／または支持する部品、複写機の部品、ならびに放電加工（ＥＤＭ）用途に使用される部品からなる群より選択され、
前記炭素系被覆（１３）を適用する前に、前記基板（１４、２４）上に接着促進層を適用し、前記接着促進層が１つ又は複数の層を含み、この１つ又は複数の層が、周期表のＩＶＢ族の元素、ＶＢ族の元素、ＶＩＢ族の元素からなる群から選ばれる金属の炭化物、窒化物または炭窒化物の層である基板。
前記炭素系被覆（１３）が０．１〜２０ａｔ％の間の窒素を含む請求項６に記載の基板（１４、２４）。
前記炭素系被覆（１３）が、窒素をドープしたダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）被覆を含み、前記ダイヤモンド様炭素被覆が、非晶質水素化炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）を含む請求項６又は７に記載の基板（１４、２４）。
前記炭素系被覆（１３）が、窒素をドープしたダイヤモンド様ナノコンポジット（ＤＬＮ）被覆を含み、前記ダイヤモンド様ナノコンポジット被覆が、Ｃ、Ｈ、Ｏ、およびＳｉを含む請求項６又は７に記載の基板（１４、２４）。
前記ダイヤモンド様ナノコンポジット被覆が、水素によって安定化されたダイヤモンド様炭素ネットワークにおける主なｓｐ^３結合した炭素の第１の網目と、ケイ素で安定化された酸素の第２の網目との２つの相互貫入網を含む請求項９に記載の基板（１４、２４）。
脱イオン水による基板（１４、２４）の洗浄を可能にする方法であって、
基板（１４、２４）を用意する工程であって、前記基板（１４、２４）は伝導性であり、金属非含有であり、かつ、親水性の炭素系被覆（１３）で少なくとも部分的に被覆されており、前記炭素系被覆（１３）は、窒素でドープされており、かつ、１０^８ｏｈｍ−ｃｍ未満の電気抵抗率を有する工程と、
前記基板（１４、２４）を脱イオン水で洗浄する工程と
を含み、前記基板（１４、２４）が、半導体基板を輸送および／または支持する部品、半導体のパターニングおよびリソグラフィに使用される液体を輸送および／または支持する部品、複写機の部品、ならびに放電加工（ＥＤＭ）用途に使用される部品からなる群より選択され、
前記基板（１４、２４）が、前記炭素系被覆（１３）を被覆する前に、前記基板上に接着促進層を被覆したものであり、この接着促進層が１つ又は複数の層を含み、この１つ又は複数の層が、周期表のＩＶＢ族の元素、ＶＢ族の元素、ＶＩＢ族の元素からなる群から選ばれる金属の炭化物、窒化物または炭窒化物の層である方法。