JP5396353B2 - 静電チャック及びその製法 - Google Patents
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Description
ウエハー載置面が形成されたMgOセラミックス基体に静電電極が前記ウエハー載置面と平行となるように埋設された静電チャックであって、
前記静電電極は、
(1)Ni、Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属を焼成した導電物質、
(2)Ni,Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とTiC、TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末との混合物を焼成した導電物質、
(3)Ni、Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とMgO粉末との混合物を焼成した導電物質、
(4)Ni,Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とTiC、TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末とMgO粉末との混合物を焼成した導電物質、
(5)Cr3C2粉末とMgO粉末との混合物を焼成した導電物質、
又は、
(6)WC,TiC,TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末とMgO粉末との混合物を焼成した導電物質、
で形成されているものである。
ウエハー載置面が形成されたMgOセラミックス基体に静電電極が前記ウエハー載置面と平行となるように埋設された静電チャックの製法であって、
MgOセラミックス焼結体の表面に静電電極用の電極ペーストで円盤状の薄膜を形成し、該薄膜の上にMgO粉末成形体を積層して積層体とし、該積層体をホットプレス焼成して焼結させる工程を含むもの、
又は、
ウエハー載置面が形成されたMgOセラミックス基体に静電電極及びヒーター電極が前記ウエハー載置面と平行となるように埋設された静電チャックの製法であって、
MgOセラミックス焼結体の表面に静電電極用の電極ペーストで円盤状の薄膜を形成し、該薄膜の上にMgO粉末成形体を積層して第1中間体とする一方、別途、MgOセラミックス焼結体の表面にヒーター電極用の電極ペーストでヒーター電極パターンを形成して第2中間体とし、前記第1中間体のMgO粉末成形体の上に前記第2中間体を前記ヒーター電極パターンが前記MgO粉末成形体と接するように積層して積層体とし、該積層体をホットプレス焼成して焼結させる工程を含むもの
であり、
各電極ペーストは、
(a)Ni、Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属、
(b)Ni,Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とTiC、TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末との混合物、
(c)Ni、Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とMgO粉末との混合物、
(d)Ni,Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とTiC、TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末とMgO粉末との混合物、
(e)Cr3C2粉末とMgO粉末との混合物、
又は、
(f)WC,TiC,TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末とMgO粉末との混合物
を含むペーストである。但し、両電極ペーストは、同じものであってもよいし異なるものであってもよい。
次に、第1実施形態の静電チャック60について説明する。図1は第1実施形態の静電チャック60を中心軸に沿って平行に切断したときの断面図、図2はこの静電チャック60の製造工程図である。
次に、第2実施形態の静電チャック10について説明する。図3は第2実施形態の静電チャック10を中心軸に沿って平行に切断したときの断面図、図4はこの静電チャック10の製造工程図である。第2実施形態の静電チャック10は、ウエハーWを載置可能なウエハー載置面12aが形成されたセラミックス基体12に、静電電極14がウエハー載置面12aと平行となるように埋設されたものである。
実施例1〜45は第1実施形態の静電チャック60の具体例である。純度99.5%のMgO粉末(平均粒径1.2μm)50重量部にポリビニルアルコール0.5重量部、水100重量部を混合してスラリーとし、スプレードライ法にてMgO造粒粉(平均粒径30〜40μm)を作成した。金型内にMgO造粒粉を充填し、ならしてから10MPaの押圧力で一軸加圧成形を行い、直径320mmで厚み7mmの円盤状成形体を得た。この成形体を黒鉛型に移動し、ホットプレス炉に入れ、窒素1.01気圧中で、一軸加圧圧力20MPa、温度1800℃にて2時間の焼成を行い、MgO焼結体を得た。このMgO焼結体をダイヤモンドで研削加工し、厚さ3mmで直径350mmの円盤とした。その表面粗さはRaで2μmであり、焼結密度は99.5%以上であった。直径350mmの主面の平坦度は10μm以下であった。
Ni粉末 純度99.9% 平均粒径1μm
Co粉末 純度99.9% 平均粒径1μm
Fe粉末 純度99.99% 粒径44μm(325mesh)以下
TiC粉末 純度99% 平均粒径1.5μm
TaC粉末 純度99% 平均粒径5μm
NbC粉末 純度97% 平均粒径5μm
Cr3C2粉末 純度97% 平均粒径5μm
WC粉末 純度99% 平均粒径1μm
W粉末 純度99.9% 平均粒径1μm
実施例1〜45と同様にして、電極材料と焼成条件のみ表3のように変えて作製した。このうち、比較例1〜3,5,6,8,9,11,12,14については焼結体を研削加工している際にウエハー載置面にクラックが発生したため、その後の評価を行っていない。なお、比較例1、2,5,8,11,14は、先の出願(特願2009−215997)の明細書に記載されていたものである。
・平坦度変位:
焼結体の研削加工を行うと、焼成による残留応力や、電極材料とMgOとの熱膨張係数の相違によると思われる反りが発生する。すなわち、焼成後の約8mmの厚みの焼結体を一旦粗加工で平面を出しておき、このときの面の平坦度を3次元測定装置で測定し記録しておく。粗加工で平面を出したあとの厚みは7mmである。この平坦な面を研削用の円定盤(平坦度1μm以下)にワックスで接着し、ダイヤモンド砥石で研削し、厚みを削っていく。所定の厚み(ここでは4mm)になってから、円定盤からワックスを溶かし、焼結体を取り外したあと、再度、平坦度を測定し、初期の平坦度からの変位(平坦度変位)を算出した。その結果を表2、3に示す。ここで、平坦度とは、直径299mmの面(見た目は平面だが、完全な平面ではない)の49測定点の高さの最大値と最小値の差のことである。因みに、各実施例では、電極材料の熱膨張係数がMgOよりも小さいので、ウエハーを吸着する面側を凸にして変形していた。この変形は、研削加工後の仕上げ加工によって十分除去でき、最終的な製品の面は平坦度1μm以下にすることができる。従って、平坦度変位を小さく抑えることができれば、製作加工時に割れなどが生じにくくなるため歩留まりが向上する。
測定方法は後述する実施例46と同じである。ただし、印加電圧はいずれも500Vとした。
測定方法は後述する実施例46と同じである。ただし、印加電圧はいずれも500Vとした。
ヒーター電極の二つの給電端子間の抵抗をテスターで測定した。測定温度は25℃であった。
後述する実施例46の吸着力用の真空チャンバーに実施例46と同様にして設置し、真空チャンバー外部からヒーター電源(最大208V50A、サイリスター制御交流電源)により、ヒーター電極の給電端子に電力を供給した。真空チャンバーの外上方には赤外線放射温度計(IRカメラ)が設置してあり真空チャンバー上部に設けられている窓を通じて、静電チャック表面を観察できるようにした。冷却盤には60℃の冷却水を流しながら、一方、ヒーター電極の給電端子に電力を供給して静電チャック表面中央の温度が100℃になるようにして、温度が安定した状態でIRカメラにより、静電チャック表面に吸着させたSiウエハーの温度分布を測定した。
実施例46は第2実施形態の静電チャック10の具体例である。純度99.5%(不純物として微量のAl,Si,Ca、P,N、数ppmレベル以下のその他の金属元素を含む)のMgO粉末(平均粒径1.2μm)50重量部にポリビニルアルコール0.5重量部、水100重量部を混合してスラリーとし、スプレードライ法にてMgO造粒粉(平均粒径30〜40μm)を作成した。金型内にMgO造粒粉を充填し、ならしてから10MPaの押圧力で一軸加圧成形を行い、直径320mmで厚み7mmの円盤状成形体を得た。この成形体を黒鉛型に移動し、ホットプレス炉に入れ、窒素1.01気圧中で、一軸加圧圧力20MPa、温度1800℃にて2時間の焼成を行い、MgO焼結体を得た。このMgO焼結体をダイヤモンドで研削加工し、厚さ3mmで直径330mmの円盤とした。その表面粗さはRaで2μmであり、焼結密度は99.5%以上であった。直径330mmの主面の平坦度は10μm以下であった。
純度99.5%のMgO粉末(平均粒径1.2μm)にTiC粉末およびCo3O4粉末を混合して、TiCを0.6vol%、Co3O4を1.7vol%含む混合原料粉末を調製した。混合原料粉末50重量部にポリビニルアルコール0.5重量部、水100重量部を混合してスラリーとし、スプレードライ法にて造粒粉(平均粒径30〜40μm)を作成した。
・吸着力と脱着応答性:
実施例46及び比較例15の静電チャックをそれぞれAl製の冷却盤にシリコーン接合シートで接着し、真空チャンバーに設置した。Al製の冷却盤には、静電チャックの静電電極へ電圧を印加するための電気接続コネクターと、各ガス供給孔へ接続するガス孔と、ウエハーを昇降させるためのリフトピンを含む昇降装置とを取り付けた。この冷却盤は、温度調節のための冷媒を通す冷却水路が内蔵されているものとした。次に、100Paの真空下でAl冷却盤を60℃の温度に維持し、Siウエハーを静電チャックのウエハー載置面上に置いて、静電電極に所定の電圧を印加してSiウエハーを吸着保持した。次に、Siウエハーの裏面に静電チャックのガス供給孔を介してArガスを供給して、ガスの流量を測定しながら、ガス圧を100Paから徐々に上げていき、ガスの流量が急に増えるときのガス圧力を測定した。このガスの流量が急に増えるときのガス圧力を、静電チャックの吸着力とした。ここで、静電チャックのウエハー載置面の外周には円環状の凸部が存在し、吸着されたSiウエハーとウエハー載置面の間で閉空間を形成するようになっている。従い、この閉空間のガス圧力は供給されるガスのガス圧と同等である。さらに、電圧を静電電極に印加してウエハーをウエハー載置面に吸着させた状態で、供給するガスの圧力を500Paとし、印加電圧を0Vにしてから、供給するガスの流量が急に増えるまでの時間を測定した。すなわち、ガスの流量が急に増えるとはウエハーが静電チャックから剥離したことを示している。この時間を脱着応答時間といい、0秒に近いほど、ウエハーがすぐ静電チャックから離れるので、プロセススループットが良いことになる。
表裏両面のメタルコンタミがSiを除く元素で0.1×1010atoms/cm2以下のSiウエハーを用いて、クラス100のクリーンルームに設置された真空チャンバー内に取り付けた静電チャックを60℃に維持した状態で、Siウエハーを1kPaの吸着力で吸着し、2分経過後、吸着力を0としてSiウエハーをはがし、Siウエハーの裏面、すなわち、静電チャックと接触していた側の面のメタルコンタミを溶液抽出ICP−MS(誘導結合プラズマ質量分析)法で測定した。具体的には、測定面に1mol%フッ酸溶液を1cc垂らし、1分後にフッ酸溶液をスポイトで吸い取り、フッ酸溶液をICP−MS装置にて分析し、溶液中の金属元素の濃度を測定した。金属元素の濃度と溶液の液量、垂らしたフッ酸溶液のウエハー上での面積から、単位面積当たりに付着していた金属元素量を各金属原子毎に算出した。なお、ウエハーの吸着からフッ酸溶液抽出までの作業はクラス100のクリーンルーム内で行い、系からのコンタミがない状況で行った。メタルコンタミは各元素で10×1010atoms/cm2以下でないとデバイスの歩留まりが悪化すると判断した。
Claims (7)
- ウエハー載置面が形成されたMgOセラミックス基体に静電電極が前記ウエハー載置面と平行となるように埋設された静電チャックであって、
前記静電電極は、
(1)Ni、Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属(ただし、該金属にMgO粉末を混合したものを除く)を焼成した導電物質、
(2)Ni,Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とTiC、TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末との混合物(ただし、MgO粉末を含む混合物を除く)を焼成した導電物質、
(3)Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とMgO粉末との混合物を焼成した導電物質、
(4)Ni,Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とTiC、TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末とMgO粉末との混合物(ただし、Co粉末,Fe粉末,TaC粉末及びNbC粉末を含まないNi粉末とTiC粉末とMgO粉末との混合物を除く)を焼成した導電物質、
(5)Cr3C2粉末とMgO粉末との混合物を焼成した導電物質、
又は、
(6)TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末とMgO粉末との混合物を焼成した導電物質、
で形成されている、静電チャック。 - 請求項1に記載の静電チャックであって、
前記ウエハー載置面と平行となるように埋設され、前記(1)〜(6)のいずれかで形成されたヒーター電極
を備えた静電チャック。 - 前記ヒータ電極は、前記静電電極と同じ材料で形成されている、
請求項2に記載の静電チャック。 - 前記MgOセラミックス基体は、重金属元素を含まない、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電チャック。 - ウエハー載置面が形成されたMgOセラミックス基体に静電電極が前記ウエハー載置面と平行となるように埋設された静電チャックの製法であって、
MgOセラミックス焼結体の表面に静電電極用の電極ペーストで円盤状の薄膜を形成し、該薄膜の上にMgO粉末成形体を積層して積層体とし、該積層体をホットプレス焼成して焼結させる工程を含み、
前記電極ペーストは、
(a)Ni、Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属(ただし、該金属にMgO粉末を混合したものを除く)、
(b)Ni,Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とTiC、TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末との混合物(ただし、MgO粉末を含む混合物を除く)、
(c)Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とMgO粉末との混合物、
(d)Ni,Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とTiC、TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末とMgO粉末との混合物(ただし、Co粉末,Fe粉末,TaC粉末及びNbC粉末を含まないNi粉末とTiC粉末とMgO粉末との混合物を除く)、
(e)Cr3C2粉末とMgO粉末との混合物、
又は、
(f)TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末とMgO粉末との混合物
を含むものである、静電チャックの製法。 - ウエハー載置面が形成されたMgOセラミックス基体に静電電極及びヒーター電極が前記ウエハー載置面と平行となるように埋設された静電チャックの製法であって、
MgOセラミックス焼結体の表面に静電電極用の電極ペーストで円盤状の薄膜を形成し、該薄膜の上にMgO粉末成形体を積層して第1中間体とする一方、別途、MgOセラミックス焼結体の表面にヒーター電極用の電極ペーストでヒーター電極パターンを形成して第2中間体とし、前記第1中間体のMgO粉末成形体の上に前記第2中間体を前記ヒーター電極パターンが前記MgO粉末成形体と接するように積層して積層体とし、該積層体をホットプレス焼成して焼結させる工程を含み、
各電極ペーストは、それぞれ独立して、
(a)Ni、Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属、
(b)Ni,Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とTiC、TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末との混合物、
(c)Ni、Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とMgO粉末との混合物、
(d)Ni,Co及びFeからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属粉末とTiC、TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末とMgO粉末との混合物、
(e)Cr3C2粉末とMgO粉末との混合物、
又は、
(f)WC,TiC,TaC及びNbCからなる群より選ばれる少なくとも1種の炭化物粉末とMgO粉末との混合物
を含むものである、静電チャックの製法。 - 前記MgOセラミックス基体は、重金属元素を含まない、
請求項5又は6に記載の静電チャックの製法。
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