JP6404296B2 - 静電チャックの窒化アルミ誘電体の修復方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、一般的には、修復された静電チャック、及び静電チャックの修復方法に関する。

静電チャックは、半導体デバイスの製造において有用である。静電チャックは、基板をチャックに静電気的にクランプすることにより、処理中に基板を静電チャック上の固定位置に留めることを可能にする。

静電チャックは、通常、誘電材料の内部に埋め込まれた電極を有する。静電チャックの最上面は、処理中に基板が置かれる複数のメサを有する。時間の経過に伴って、メサが摩滅する可能性があり、静電チャックがそれ程有効では無くなることになる。加えて、静電チャックの電気特性は、誘電材料の亀裂により損なわれる恐れがあり、或いは、誘電材料は、誘電材料が絶縁破壊を引き起こす化学的又はプラズマ作用により損傷を受ける可能性がある。

メサが摩滅するか、又は誘電材料内に亀裂が形成されるか、或いは誘電材料が絶縁破壊すると、静電チャックはもはや役に立たず、通常は廃棄される。新品の静電チャックを購入する費用を避けるために、静電チャックを修復することが有益となる。

本発明は、一般に、修復された静電チャック、及び使用済の静電チャックを修復する方法に関する。最初に、所定の量の誘電材料が使用済静電チャックから除去され、ベース表面が残される。次いで、新しい誘電材料の密着性を高めるためにベース表面が粗面化される。次に、新しい誘電材料が粗面上に溶射される。次いで、処理中に基板が載置されるメサの形成を助けるために、新しい誘電材料を覆ってマスクが配置される。次に、新しい誘電体層の一部分が除去されて新しいメサが形成される。マスクを除去した後、メサのエッジを円滑にすることができ、洗浄後、修復された静電チャックは再使用の準備が整う。

一実施形態では、静電チャックを修復する方法は、静電チャックの上側表面から下方の電極の深さを測定する段階と、測定された深さに応じて静電チャックの除去すべき一部分の厚さを決定する段階と、静電チャックの一部分を除去してベース表面を露出させる段階と、を含む。本方法はまた、ベース表面を粗面化する段階と、粗面化されたベース表面に誘電材料をプラズマ溶射して、ベース表面上に溶射された材料の誘電体層を形成する段階と、溶射された材料の誘電体層を圧縮する段階と、を含む。本方法は更に、溶射された材料の圧縮された誘電体層から材料を選択的に除去して、新しい上側表面を形成する段階と、新しい上側表面をポリッシングする段階とを含む。

別の実施形態では、静電チャックを修復する方法が開示される。本方法は、静電チャック本体の上面から下方の電極の深さを測定する段階と、測定された深さに応じて、静電チャック本体の除去すべき一部分の厚さを決定する段階と、静電チャック本体の一部分を除去してベース表面を露出させる段階と、ベース表面を粗面化する段階と、粗面化されたベース表面上に誘電材料を配置して、ベース表面上に誘電体層を形成する段階と、を含む。

別の実施形態において、修復された静電チャックは、１つ又はそれ以上の電極とそれを覆って配置される１つ又はそれ以上の第１誘電体層とを有するチャック本体と、１つ又はそれ以上の第１誘電体層を覆って配置される第２誘電体層と、を含む。第２誘電体層は、１つ又はそれ以上の第１誘電体層から離れる方向に延びる複数のメサを含む上面を有する。第２誘電体層と１つ又はそれ以上の第１誘電体層とは別個の層である。

別の実施形態では、修復された静電チャックは、多層の静電チャック本体を含み、多層の静電チャック本体の第１層が、内部に埋め込まれた１つ又はそれ以上の電極を有し、多層の静電チャック本体の第２層が、焼結された誘電体層と、接着剤で第１層に接合された誘電体層とから成るグループから選択され、当該第２層は、第１層から離れる方向に延びる複数のメサを含む上面を有し、第２誘電体層と第１誘電体層とは別個の層である。

本発明の上記の特徴が詳細に理解され得るように、上で概略的に要約した本発明の実施形態に関するより詳細な説明は、実施形態によって参照することができ、その一部が添付図面に例示されている。しかしながら、これらの添付図面は本発明の代表的な実施形態を例示しているに過ぎず、従って、本発明は、他の同様に効果的な実施形態を認めることができるので、本発明の範囲を限定するものではないことに留意されたい。

修復前の使用済静電チャックの概略上面図である。 図１Ａの使用済静電チャックの断面図である。 一実施形態による、修復の種々の段階における図１Ａ及び図１Ｂの静電チャックの断面図である。 一実施形態による、修復の種々の段階における図１Ａ及び図１Ｂの静電チャックの断面図である。 一実施形態による、修復の種々の段階における図１Ａ及び図１Ｂの静電チャックの断面図である。 一実施形態による、修復の種々の段階における図１Ａ及び図１Ｂの静電チャックの断面図である。 一実施形態による、修復の種々の段階における図１Ａ及び図１Ｂの静電チャックの断面図である。 一実施形態による、修復の種々の段階における図１Ａ及び図１Ｂの静電チャックの断面図である。 別の実施形態による、修復の種々の段階における図１Ａ及び図１Ｂの静電チャックの断面図である。

理解を容易にするために、各図に共通した同一の要素を示すために可能な場合には同一の参照数字が使用されている。一実施形態において開示された要素は、具体的な記載なしで他の実施形態で便宜的に利用できることは企図される。

本発明は、一般に、修復された静電チャック、及び静電チャックの修復方法に関する。本明細書で議論される実施形態に従って修復することができる好適な静電チャックは、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｉｎｃ．，から入手可能なジョンソン−ラーベック型静電チャックを含む。本明細書で議論される実施形態は、他の製造メーカから入手可能なものを含む、他のタイプの静電チャックにも同様に適用可能である点を理解されたい。

図１Ａは、修復の前の使用済ジョンソン−ラーベック型静電チャック１００の概略上面図である。図１Ｂは、図１Ａの使用済静電チャック１００の断面図である。静電チャック１００は、上面１１２と底面１１４とを含むチャック本体１０８を有する。上面１１２は、静電チャック１００のチャック本体１０８から延びる複数のメサを含む。チャック本体１０８は、１つ又はそれ以上の誘電体層を有することができる。図１Ａ及び図１Ｂに示される実施形態では、チャック本体１０８は単一の誘電体層を備える。チャック本体１０８は、窒化アルミのようなセラミック材料を含むが、本明細書で議論される修復方法は、他の誘電材料を含む静電チャックに適用可能である点を理解されたい。ガス保持リング１０４が上面１１２から延びて、メサ１０２が配置される領域を取り囲む。メサ１０２及びガス保持リング１０４は両方とも、チャック本体１０８と同じ誘電材料を含む。静電チャック１００の底面１１４に結合された心棒１１０を通して電源に結合される電極１１６が、チャック本体１０８内に埋め込まれている。

図１Ｂに示されるように、メサ１０２は各々、チャック本体の上方へ異なる高さで延びる。従って、メサ１０２の不均等な高さに起因して、静電チャック１００上に配置されるどのような基板も実質的に平坦に保持することができない。更に、不均等なメサ１０２は、静電チャック１００上に配置された基板が均等にチャッキング（固定）されるのを妨げ、基板上の処理の均一性に悪影響を及ぼす可能性がある。

静電チャック１００を修復するために、除去すべき材料の分量を決定する必要がある。電極１０６とメサ１０２の最高点又はガス保持リング１０４との間の距離（矢印「Ｂ」で示される）は、静電チャックの１００の静電容量を測定することにより決定される。電極の偶発的な露出を防ぐために、材料が除去された後に矢印「Ｄ」で示される材料の既定の分量が電極１０６上に残ることが望ましい。このように、距離「Ｃ」で示される除去されるべき材料の分量は、距離「Ｂ」から距離「Ｄ」を差し引くことによって決定することができる。

除去される材料の分量が決定されると、メサ１０２、ガス保持リング１０４、及びチャック本体１０８の余分な材料を除去するために、静電チャックがラッピング（粗研磨）されてポリッシングされ、図２に示されるように電極１０６上の距離「Ｄ」にあるベース表面２０２が残される。距離「Ｄ」は、電極１０６から約２０μｍ〜約２５μｍの範囲とすることができる。ラッピングは、材料の大部分を除去し、一方、ポリッシングは表面２０２を滑らかにする。一実施形態では、ラッピングは、スラリー内のダイヤモンドのサイズに応じて毎分約１μｍ〜毎分約１５０μｍの範囲の速度で材料を除去する。一実施形態では、スラリーのダイヤモンドサイズは、約０．０５μｍ〜約１００μｍの範囲である。スラリーのダイヤモンドサイズは、所望の除去速度に適合するよう調整できることを理解されたい。ラッピングは、１μｍ以内に制御され、可能な限り一様で滑らかなベース表面２０２を生成できるので、材料を除去するのに有利である。ビードブラスト処理又はエッチングのような他の除去技術は、ラッピングほど上手く制御することができないので適切ではないであろう。

新しい誘電材料を滑らかなベース表面２０２に接着するのを強化するために、ベース表面を粗面化することができる。例えば、ベース表面２０２は、約５０マイクロインチ〜約３００マイクロインチの範囲の表面粗さに粗面化することができ、その結果、図３に示されるような粗面３０２となる。一実施形態では、ベース表面２０２は、ビードブラスト処理により粗面化される。

粗面３０２が形成された後、新しい誘電材料４０２が、図４に示されるように成膜することができる。一実施形態では、新しい誘電材料４０２は、粗面３０２上へ熱プラズマ溶射コーティングされる。ほとんどの成膜処理は、成膜を行う表面を複製する共形成膜処理である。熱プラズマ溶射処理は、非共形的なコーティングを達成する処理である（すなわち、新しい皮膜の上側表面は粗面３０２を複製しない）。熱プラズマ溶射処理のおかげで、後で形成されるメサ及びガス保持リングは、基板又はシリコンへの損傷及び裏面パーティクルを低減した所望のエンボス断面形状を有することができる。溶射コーティング用に適切な材料を決定するために、最初の誘電材料の抵抗率が測定され、次いで、溶射可能で且つ最初の誘電材料の抵抗率に可能な限り近いように、好適な材料が選択される。使用できる適切な材料は、窒化アルミの粉体を含む。誘電材料は、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化サマリウム、及びこれらの化合物のようなドーパントと混合することができる。適切な材料がジョンソン−ラーベック型静電チャック用に選択されると、新しい誘電材料４０２が粗面３０２へ溶射コーティングされる。

新しい誘電材料４０２は溶射コーティングされるので、グレイン（粒状粒子）が緩く充填されている。従って、静電チャック１００は、グレイン間の隙間がより少なくなるようにグレインを圧縮するため、高圧の不活性ガス環境に置かれる。圧縮に好適な圧力は、約１Ｔｏｒｒより高い圧力環境である。

次に、メサ及びガス保持リングが形成される。メサ及びガス保持リングを形成するために、新しい誘電材料４０２の一部分が選択的に除去される。新しい誘電材料４０２の一部分を選択的に除去するために、図５に示されるようにマスク５０２が新しい誘電材料４０２を覆って配置される。メサ６０４及びガス保持リング６０４を形成する工程の間に、ガス溝、エンボス、及び他の幾何形状を所望通りに形成することができる。マスク５０２は、メサ及びガス保持リングが形成される位置に隣接した領域に対応する開口部５０４を有する。次いで、露出した新しい誘電材料４０２は、マスク５０２を貫通して形成された開口部５０４を通してビードブラスト処理される。マスク５０２が除去されて、図６に示されるように新しく形成されたメサ６０４及びガス保持リング６０２が残される。

メサ６０４及びガス保持リング６０２は、処理中に基板の裏面を傷つけ、望ましくないパーティクルを生成する可能性がある鋭利なエッジ又はバリを有する場合がある。従って、メサ６０４及びガス保持リング６０２は、最小の力で柔らかいポリッシングパッドを用いてポリッシングして鋭利な角部を丸め、バリを除去し、図７に示されるような仕上げ処理されたメサ７０４及びガス保持リング７０２を残すことができる。このようにして、修復された静電チャック７００は、再び運用する準備が整う。

図８は、別の実施形態による修復の種々の段階における図１Ａ及び１Ｂの静電チャックの断面図である。粗面３０２上に誘電体層を溶射コーティングするのではなく、誘電材料のパック（平円盤）を接着層８０４により粗面３０２に接合されてもよい。上述のように、使用できる好適な誘電材料は、窒化アルミの粉体を含む。誘電材料は、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化サマリウム、及びこれらの化合物のようなドーパントと混合されてもよい。接着層用に好適な材料は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化サマリウム、及びこれらの化合物のような、抵抗率及び減衰又は放電を制御するための添加物を加えた真空エポキシ樹脂から成る。パック８０２が粗面３０２に接着されると、図５−７に関して上述されたようにメサが形成される。パックのグレインは既に稠密に充填されているので、パック８０２は焼結する必要はない。

修復された静電チャック７００は、内部に埋め込まれた電極１０６を有する最初のチャック本体１０８と、その上に配置されて最初のチャック本体１０８から離れる方向に延びる複数のメサ７０４を有する上部表面を備えた新しい誘電材料４０２とを含む。このように、修復された静電チャック７００は、複数の誘電体層を含む。従って、修復された静電チャック７００は、異なる部分、すなわち、最初のチャック本体１０８と新しい誘電材料４０２とを有する。最初のチャック本体１０８及び新しい誘電材料４０２の両方が、窒化アルミのような同じ材料を含むことができる。更に、新しい誘電材料４０２は、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化サマリウム、及びこれらの化合物のようなドーパントを含んでもよい。

静電チャックを修復することにより、全く新品の静電チャックを購入する必要がなくなる。修復された静電チャックは、新品の静電チャックよりも費用が掛からず、その上、新品の静電チャックと本質的に同じ抵抗率及び実質的に同等の機能を有することになる。

以上では、本発明の実施形態に関連していたが、本発明の別の実施形態及び追加の実施形態が本発明の基本的範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。

１０６ 静電チャックの内部に埋め込まれた電極
１０８ チャック本体
１１０ 心棒
３０２ 粗面
４０２ 新しい誘電材料
７００ 修復された静電チャック
７０２ ガス保持リング
７０４ メサ

Claims (14)

1. 静電チャックを修復する方法であって、
   静電チャック本体の上面から下方の電極の深さを測定する段階と、
   測定された深さに応じて、前記静電チャック本体の除去すべき一部分の厚さを決定する段階と、
   前記静電チャック本体の一部分を除去してベース表面を露出させる段階であって、前記ベース表面と前記電極との間に約２０μｍ〜約２５μｍの静電チャック本体を残す段階を含む、前記段階と、
   前記ベース表面を粗面化する段階と、
   前記粗面化されたベース表面に誘電材料をプラズマ溶射して、前記ベース表面上に溶射された材料の誘電体層を形成する段階と、
   前記溶射された材料の誘電体層を高圧の、不活性ガス環境において圧縮する段階と、
   前記溶射された材料の圧縮された誘電体層から材料を選択的に除去して、新しい上側表面を形成する段階と、
   を含む方法。
2. 前記静電チャック本体の一部分を除去して前記ベース表面を露出させる段階が、前記上面にラッピング処理を実施する段階を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ラッピング処理は、毎分１マイクロメートル〜毎分１２０マイクロメートルの範囲の速度で材料を除去する、請求項２に記載の方法。
4. 前記ベース表面を粗面化する段階が、前記ベース表面をビードブラスト処理する段階を含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記粗面化されたベース表面が、約５０マイクロインチ〜約３００マイクロインチの範囲の表面粗さを有する、請求項３に記載の方法。
6. 前記溶射された材料の誘電体層を圧縮する段階が、前記溶射された材料の誘電体層を約１Ｔｏｒｒよりも高い圧力に曝す段階を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記溶射された材料の圧縮された誘電体層から材料を選択的に除去して前記新しい上側表面を形成する段階が、
   前記溶射された材料の圧縮された誘電体層を覆ってマスクを形成する段階と、
   マスクを通って曝される前記溶射された材料の圧縮された誘電体層をビードブラスト処理してメサを形成する段階と、
   を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記新しい上側表面をポリッシングする段階を更に含み、前記新しい上側表面をポリッシングする段階が前記メサからバリを除去する段階を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記新しい上側表面をポリッシングする段階は、最小の力で柔らかいポリッシングパッドを用いる、請求項８に記載の方法。
10. ベース層が第１の材料を含み、前記溶射された材料の誘電体層が前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記溶射された材料の誘電体層が、更に、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化サマリウム、又はこれらの組合せを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記静電チャックの上側表面から下方の前記電極の深さを測定する段階が、前記電極と前記上面との間の前記静電チャック本体の静電容量を測定する段階を含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記溶射された材料の誘電体層が、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化サマリウム、又はこれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記溶射された材料の誘電体層が、前記ベース表面と非共形的である、請求項１に記載の方法。

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