JP6176771B2 - 静電チャック装置 - Google Patents
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Description
このイオン注入法は、シリコンウエハ中における不純物濃度及び不純物分布を制御することができるために、特にVLSI等の半導体製造プロセスにおいては、イオン注入法が主として用いられている。
このイオン注入法においては、イオン注入時にシリコンウエハを冷却することのできる冷却機構を備えたイオン注入装置が用いられている(例えば、特許文献1等参照)。
しかしながら、この方法は、確かに、イオン注入時のシリコンウエハにおけるダメージを抑制することができ、かつ、シリコンウエハの非晶質化をダメージ無く均一に進行させることにより、注入されたイオンの活性化と共にシリコンウエハの再結晶化を行うアニールの低温化が可能になるものの、イオン注入時にシリコンウエハを固定する静電チャック装置も液体窒素により冷却されることとなり、その結果、静電チャック装置の裏面を大気中に曝露した場合に、この裏面に結露が生じ、この結露を防止するために裏面側に大掛かりな結露対策を施す必要があるという問題点があった。
これにより、静電チャック部が温度調整用基材により冷却媒体の温度まで冷却された場合においても、この静電チャック装置の裏面の温度は、温度調整用ベース部により室温(25℃〜20℃)程度の温度に保持される。よって、大気中に曝露した場合においても、この裏面に結露が生じる虞は無い。
この静電チャック装置では、冷却媒体を流動させる流路を、温度調整用基材の静電チャック部側の主面に形成された溝としたことにより、静電チャック部は、温度調整用基材の主面に形成された溝を流動する冷却媒体により効率よく冷却されることとなる。
この静電チャック装置では、静電チャック部と温度調整用基材とを、低温対応有機系接着剤を介して接着、固定したことにより、静電チャック部を温度調整用基材により冷却媒体の温度まで冷却した場合においても、静電チャック部と温度調整用基材との間の接着強度が保持され、剥離等の虞が無い。
この静電チャック装置では、低温対応有機系接着剤をエポキシ系接着剤としたことにより、静電チャック部を温度調整用基材により冷却媒体の温度まで冷却した場合においても、静電チャック部と温度調整用基材との間の接着強度が充分に保持され、剥離等が無い。
したがって、静電チャック部が温度調整用基材により冷却媒体の温度まで冷却された場合においても、この静電チャック装置の裏面の温度を、温度調整用ベース部により室温(25℃〜20℃)程度の温度に保持することができ、大気中に曝露した場合においても、この裏面に結露が生じる虞は無い。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明の第1の実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この静電チャック装置1は、円板状の静電チャック部2と、この静電チャック部2の他の主面側に設けられた厚みのある円板状の温度調整用ベース部3と、静電チャック部2と温度調整用ベース部3との間に設けられた温度調整用基材4と、静電チャック部2と温度調整用基材4とを接着固定する低温対応有機系接着剤層5と、温度調整用ベース部3と温度調整用基材4とを接着固定する接着剤層6とにより主として構成されている。
この載置板11の載置面には多数の突起部16が形成され、これらの突起部16が板状試料Wを支える構成になっている。
載置板11および支持板12の材料としては、各々の機能が充分に発揮できるものであればよく、特には制限しないが、例えば、載置板11を酸化アルミニウム−炭化ケイ素(Al2O3−SiC)複合焼結体、支持板12を酸化アルミニウム(Al2O3)焼結体とした組み合わせ等が好適である。
その理由は、静電チャック部2の厚みが1.0mmを下回ると、静電チャック部2の機械的強度を確保することができず、一方、静電チャック部2の厚みが10mmを上回ると、静電チャック部2の熱容量が大きくなり過ぎて、載置される板状試料Wの熱応答性が劣化し、さらには、静電チャック部の横方向の熱伝達の増加により、板状試料Wの面内温度を所望の温度パターンに維持することが困難になるからである。
この静電吸着用内部電極13は、酸化アルミニウム−炭化タンタル(Al2O3−Ta4C5)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−タングステン(Al2O3−W)導電性複合焼結体、酸化アルミニウム−炭化ケイ素(Al2O3−SiC)導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タングステン(AlN−W)導電性複合焼結体、窒化アルミニウム−タンタル(AlN−Ta)導電性複合焼結体、酸化イットリウム−モリブデン(Y2O3−Mo)導電性複合焼結体等の導電性セラミックス、あるいは、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)等の高融点金属により形成されている。
このような厚みの静電吸着用内部電極13は、スパッタ法や蒸着法等の成膜法、あるいはスクリーン印刷法等の塗工法により容易に形成することができる。
そして、この給電用端子15は支持板12に接合一体化され、さらに、載置板11と支持板12とは、静電吸着用内部電極13及び絶縁材層14により接合一体化されて静電チャック部2を構成している。
この温度調整用ベース部3としては、例えば、その内部に水を循環させる流路21が形成された水冷ベース等が好適である。
この温度調整用ベース部3の上面には、温度調整用基材4を嵌め込むための凹部22が形成されている。
この溝32のパターン形状は、静電チャック部2を液体窒素等の冷却媒体を用いて所望の温度に冷却することができればよく、特に制限はないが、静電チャック部2の下面を均一に冷却することができる点で、渦巻き状または蛇行状が好ましい。
その理由は、温度調整用基材4の厚みが5mmを下回ると、温度調整用基材4の機械的強度が低下するとともに、静電チャック部2と温度調整用ベース部3との間の断熱が不十分なものとなり、その結果、静電チャック部2における温度の制御性が低下し、板状試料Wの面内温度を所望の温度パターンに維持することが困難になる。
この低温対応有機系接着剤層5の面内の厚みのバラツキは10μm以内が好ましい。
ここで、低温対応有機系接着剤層5の面内の厚みのバラツキが10μmを超えると、静電チャック部2と温度調整用基材4との面内間隔に10μmを超えるバラツキが生じ、その結果、温度調整用基材4から静電チャック部2に伝達される冷熱の面内均一性が低下し、静電チャック部2の載置面における面内温度が不均一となるので、好ましくない。
この接着剤層6の材質としては、上記の温度範囲で耐熱性を有するシリコーン系接着剤、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤等が好適であり、中でもシロキサン結合(Si−O−Si)を有する耐熱温度が−50℃以上かつ100℃以下のシリコーン系接着剤が好ましい。
まず、酸化アルミニウム−炭化ケイ素(Al2O3−SiC)複合焼結体、酸化アルミニウム(Al2O3)焼結体、窒化アルミニウム(AlN)焼結体、または酸化イットリウム(Y2O3)焼結体を用いて、所望の形状の載置板11及び支持板12を作製する。この場合、炭化ケイ素粉体及び酸化アルミニウム粉体を含む混合粉体、酸化アルミニウム粉体、窒化アルミニウム粉体、または酸化イットリウム粉体を所望の形状に成形し、その後、粉体に好ましい雰囲気下、例えば1400℃〜2000℃の温度にて所定時間、焼成することにより、載置板11及び支持板12を得ることができる。
次いで、支持板12に、給電用端子15及び碍子17を嵌め込み保持するための固定孔を複数個形成する。この固定孔は、粉体を成形する際に形成することとしてもよい。
この塗布法としては、均一な厚さに塗布する必要があることから、スクリーン印刷法等を用いることが望ましい。また、上記の塗布法以外の方法としては、上記の導電性セラミックスからなる薄板を配設して静電吸着用内部電極形成層とする方法等がある。
そして、これら接合体の上下面、外周およびガス穴(図示せず)等を機械加工し、静電チャック部2とする。このガス穴は、後述するヘリウム等の冷却ガスを載置板11と板状試料Wとの間に流すために静電チャック部2に形成する穴である。
このとき、給電用端子15に用いられる導電性セラミックス粉体としては、静電吸着用内部電極13と同様の材質からなる導電性セラミックス粉体が好ましい。
また、給電用端子15を金属とした場合、高融点金属を用い、研削法、粉末治金等の金属加工法等により形成する方法等が挙げられる。
この温度調整用ベース部3の少なくともイオン注入時の雰囲気に曝される面には、アルマイト処理を施すか、あるいはアルミナ等の絶縁膜を成膜することが好ましい。
次いで、温度調整用ベース部3に、給電用端子15及び碍子17を嵌め込み保持するための固定孔を複数個形成する。
次いで、この温度調整用基材4に、給電用端子15及び碍子17を嵌め込み保持するための固定孔を複数個形成する。この固定孔は、粉体を成形する際に形成することとしてもよい。
したがって、静電チャック部2が温度調整用基材4により冷却媒体の温度まで冷却された場合においても、この静電チャック装置1の裏面の温度を、温度調整用ベース部3により室温(25℃〜20℃)程度の温度に保持することができ、大気中に曝露した場合においても、この裏面に結露が生じる虞は無い。
図2は、本発明の第2の実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、この静電チャック装置41が、第1の実施形態の静電チャック装置1と異なる点は、第1の実施形態の静電チャック装置1では、温度調整用基材4の上面に静電チャック部2を嵌め込むための凹部31を形成し、この凹部31の底面に液体窒素等の冷却媒体を流動させる溝32を形成したのに対し、本実施形態の静電チャック装置41では、上面に静電チャック部2を嵌め込むための凹部31が形成された温度調整用基材42の内部に、液体窒素等の冷却媒体を流動させる流路43を形成した点であり、その他の点については第1の実施形態の静電チャック装置1と同様である。
しかも、上面に静電チャック部2を嵌め込むための凹部31が形成された温度調整用基材42の内部に、液体窒素等の冷却媒体を流動させる流路43を形成したので、この流路43に冷却媒体を流動させることにより、静電チャック部2を冷却媒体により効率よく冷却することができる。
(静電チャック装置の作製)
公知の方法により、内部に厚み30μmの静電吸着用内部電極13が埋設された静電チャック部2を作製した。
この静電チャック部2の載置板11は、炭化ケイ素を8質量%含有する酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体であり、直径は200mm、厚みは2mmの円板状であった。また、この載置板11の静電吸着面を、高さが30μmの多数の突起部16を形成することで凹凸面とし、これらの突起部16の頂面を板状試料Wの保持面とし、凹部と静電吸着された板状試料Wとの間に形成される溝に冷却ガスを流すことができるようにした。
これら載置板11及び支持板12を接合一体化することにより、静電チャック部2の全体の厚みは4mmとなっていた。
次いで、温度調整用基材4の下面をアセトンを用いて脱脂、洗浄し、この下面の所定領域に、スクリーン印刷法により、シリコーン系接着剤 TSE3221(モメンティブ社製)を300μmの厚みとなるように塗布した。
次いで、これら静電チャック部2、温度調整用基材4、温度調整用ベース部3、給電用端子15及び碍子17を、大気中、25℃にて加圧保持し、これらを接着し、一体化して、実施例1の静電チャック装置を作製した。
これにより、支持板12の下面に塗布されたエポキシ系接着剤は硬化して低温対応有機系接着剤層5となり、温度調整用基材4の下面に塗布されたシリコーン系接着剤は硬化して接着剤層6となった。
この静電チャック装置の熱サイクル試験を行い、接着剤の剥離の有無について評価した。
熱サイクル試験の方法は次のとおりである。
温度調整用ベース部3の流路21に20℃の水を流しながら、温度調整用基材4の溝32に−100℃の液体窒素を流し、静電チャック部2を−100℃にまで冷却し、静電チャック部2が−100℃になった時点で液体窒素の導入を停止した。その後、静電チャック部2が20℃になるまで放置し、静電チャック部2が20℃になった時点で、再度、温度調整用ベース部3の流路21に20℃の水を流しながら、温度調整用基材4の溝32に−100℃の液体窒素を流し、静電チャック部2を−100℃にまで冷却した。
この「−100℃にまで冷却」及び「20℃にまで放置」という熱サイクルを合計10回繰り返し行った。
また、同時に、この熱サイクル中における静電チャック装置の裏面の結露の有無も確認した。
静電チャック部2を温度調整用基材4により液体窒素の温度まで冷却したが、静電チャック部2と温度調整用基材4との間の接着強度が高く、剥離も認められなかった。
また、この熱サイクル中、静電チャック装置の裏面には結露が認められなかった。
(静電チャック装置の作製)
静電チャック部2の載置板11及び支持板12を酸化イットリウム焼結体とし、温度調整用基材4も酸化イットリウム焼結体とした他は、実施例1に準じて、実施例2の静電チャック装置を作製した。
実施例2の静電チャック装置を、実施例1に準じて評価した。その結果、次のことが分かった。
静電チャック部2を温度調整用基材4により液体窒素の温度まで冷却したが、静電チャック部2と温度調整用基材4との間の接着強度が高く、剥離も認められなかった。
また、この熱サイクル中、静電チャック装置の裏面には結露が認められなかった。
(静電チャック装置の作製)
静電チャック部2と温度調整用基材4とを、低温対応有機系接着剤の替わりに耐熱温度が−50℃のエポキシ系接着剤を用いて接着固定した他は、実施例1に準じて、比較例1の静電チャック装置を作製した。
比較例1の静電チャック装置を、実施例1に準じて評価した。その結果、次のことが分かった。
静電チャック部2を温度調整用基材4により液体窒素の温度まで冷却したところ、静電チャック部2と温度調整用基材4とが剥離してしまった。
また、大気中に暴露したところ、静電チャック装置の裏面に結露が生じていた。
(静電チャック装置の作製)
静電チャック部2と温度調整用ベース部3とを、直接、低温対応有機系接着剤であるエポキシ系接着剤 SK−229(日東電工社製)を用いて接着固定した他は、実施例1に準じて、比較例2の静電チャック装置を作製した。
比較例2の静電チャック装置の温度調整用ベース部3の流路21に−100℃の液体窒素を流して、静電チャック装置全体を−100℃にまで冷却したところ、静電チャック部2と温度調整用ベース部3との間に剥離は認められなかった。
しかしながら、この静電チャック装置を用いてイオン注入プロセスを実施したところ、静電チャック装置の裏面に結露が生じていた。
2 静電チャック部
3 温度調整用ベース部
4 温度調整用基材
5 低温対応有機系接着剤層
6 接着剤層
11 載置板
11a 載置面
12 支持板
13 静電吸着用内部電極
14 絶縁材層
15 給電用端子
16 突起部
17 碍子
21 流路
22 凹部
31 凹部
32 溝
41 静電チャック装置
42 温度調整用基材
43 流路
W 板状試料
Claims (5)
- 一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵した静電チャック部と、
前記静電チャック部の他の主面側に設けられた温度調整用ベース部と、
前記静電チャック部と前記温度調整用ベース部との間に設けられた温度調整用基材と、を備え、
前記温度調整用基材は、液状の冷却媒体を流動させる流路を有し、前記静電チャック部を前記冷却媒体の温度にまで冷却し、
前記温度調整用ベース部は、内部に前記冷却媒体よりも高い温度の液体を流動させる流路を有し、前記温度調整用ベース部の前記静電チャック部とは反対側の面を前記液体の温度に調整し、
前記温度調整用ベース部の前記温度調整用基材の側の面には凹部が設けられ、
前記温度調整用基材は、前記凹部に嵌め込まれており、
前記温度調整用基材の前記流路に前記冷却媒体を流動させながら、前記温度調整用ベース部の前記流路に前記液体を流動させることを特徴とする静電チャック装置。 - 前記流路は、前記温度調整用基材の前記静電チャック部側の主面に形成された溝であることを特徴とする請求項1記載の静電チャック装置。
- 前記静電チャック部と前記温度調整用基材とを、低温対応有機系接着剤を介して接着、固定してなることを特徴とする請求項1または2記載の静電チャック装置。
- 前記低温対応有機系接着剤は、エポキシ系接着剤であることを特徴とする請求項3記載の静電チャック装置。
- 前記静電チャック部は、酸化アルミニウム−炭化ケイ素複合焼結体、酸化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウム焼結体、酸化イットリウム焼結体のいずれか1つ以上からなり、前記温度調整用基材は、酸化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウム焼結体、酸化イットリウム焼結体のいずれか1つからなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の静電チャック装置。
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