JPH07135246A - 静電チャック - Google Patents

静電チャック

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JPH07135246A
JPH07135246A JP28233193A JP28233193A JPH07135246A JP H07135246 A JPH07135246 A JP H07135246A JP 28233193 A JP28233193 A JP 28233193A JP 28233193 A JP28233193 A JP 28233193A JP H07135246 A JPH07135246 A JP H07135246A
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JP
Japan
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base
thin film
electrostatic chuck
aluminum nitride
thermal expansion
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Pending
Application number
JP28233193A
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English (en)
Inventor
Kenji Kitazawa
謙治 北澤
Hiroshi Aida
比呂史 会田
Kazuhiko Mikami
一彦 三上
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】シリコンウエハ等を保持する静電チャックとし
て、室温〜800℃における熱膨張率が4.0×10-6
/℃〜6.0×10-6/℃の例えば、Wや炭化珪素、窒
化珪素を主体とする焼結体などの金属あるいは導電性セ
ラミックスからなる基体2の表面に窒化アルミニウムか
らなる薄膜3を0.001〜1.0mmの厚みで形成し
たものを用いる。 【効果】半導体製造過程において不純物などの混入がな
く、半導体製造過程においても膜の剥離等がなく、高温
で優れた信頼性と長期安定性を達成することができ、し
かも格別な高純度の原料を用いる必要等がないために製
造コストの低減を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置におい
てシリコンウエハを静電的に吸着保持し、搬送するため
の静電チャックで、特に高温での耐久性に優れた静電チ
ャックに関する。
【0002】
【従来技術】従来より、半導体製造用装置において、シ
リコンウエハを加工するためにはシリコンウエハを保持
する必要があり、このような保持手段としては機械式、
真空吸着式、静電吸着式が提案されている。これらの保
持手段の中で静電的にシリコンウエハを保持することの
できる静電チャックはシリコンウエハの加工を行うに際
して要求される加工面の平坦度や平向度を実現すること
ができ、シリコンウエハを真空中で加工処理することが
できるため、半導体の製造に際して最も多用されてい
る。
【0003】従来の静電チャックは、電極板の上にアル
ミナ等からなる絶縁層を形成したもの、絶縁性基体の上
に導電層を形成しその上に絶縁層を形成したもの、絶縁
性基体内部に導電層を組み込んだものなどが提案されて
いる。近年、半導体素子の集積回路の集積度が向上する
に従い、静電チャックの精度が高度化し、さらに耐食
性、耐摩耗性、耐熱衝撃性に優れたセラミックス製静電
チャックが使用されるようになってきた。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】半導体製造用装置内
の部品は、シリコンウエハに不純物が混入しないように
高純度の物質で作製する必要がある。通常、炭化珪素、
窒化珪素、窒化アルミニウム等を焼結するには、焼結助
剤を加える必要がある。このようなセラミック部品には
焼結助剤が必然的に存在するため、これを静電チャック
として用いた場合、焼結助剤によりシリコンウエハが汚
染される可能性がある。そこで、焼結助剤を含まない高
純度の焼結体を作製することも行われているが、高純度
の焼結体を得るためにはより高純度の原料を用いたり、
製造プロセスが煩雑であったり、さらにはエッチングな
どの高純度化処理等を行うなど、製品コストが高くなっ
てしまう。
【0005】また、導電層を内蔵した静電チャックで
は、導電層を形成する工程が必要となるほか、300℃
以上の高温で使用した場合、導電層と絶縁層の剥離が生
じ寿命の点で不十分であるなどの問題があった。
【0006】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記問
題点に対して特に静電チャックを構成する材料の観点か
ら検討を重ねた結果、窒化アルミニウムが絶縁性を有す
るとともに熱衝撃に対しても優れた耐久性を有するとと
もに、気相法などの手法により容易に作製され、しかも
高純度薄膜であるという性質に着目し、これを熱膨張率
が窒化アルミニウムと近似するとともに電気伝導性を有
する基体に被着形成することにより上記問題点を解決で
きることを見いだした。
【0007】即ち、本発明の静電チャックは、室温〜8
00℃における熱膨張率が4.0×10-6/℃〜6.0
×10-6/℃の金属あるいは導電性セラミックスからな
る基体の表面に窒化アルミニウムからなる薄膜を0.0
01〜1.0mmの厚みで形成したことを特徴とするも
のである。
【0008】本発明の静電チャックの代表的な構造を図
1に示した。図1によれば、静電チャック1は、金属あ
るいは導電性セラミックスからなる基体2と、その基体
2表面に形成された窒化アルミニウム薄膜3により構成
される。窒化アルミニウム薄膜3は、シリコンウエハの
載置面、あるいは半導体製造装置内に露出している基体
面全体に形成される。
【0009】また、基体2は、それ自体の室温〜800
℃における熱膨張率が4.0×10-6/℃〜6.0×1
-6/℃であることが重要であり、熱膨張率が4.0×
10-6/℃より小さかったり、6.0×10-6/℃より
大きいと、窒化アルミニウム薄膜との熱膨張差により半
導体の製造過程で高温中に保持された場合、薄膜の剥離
が生じやすくなり、静電チャックとしての信頼性、長期
安定性が損なわれるなどの問題が生じる。
【0010】熱膨張率が上記範囲を満足する基体として
は、W金属単体、Wを主体とする合金等の金属材料、W
C−Co等の超硬合金、炭化珪素あるいは窒化珪素を主
体とするセラミック焼結体などが好適に使用される。こ
れらの中でも炭化珪素や窒化珪素焼結体は、助剤などの
添加により熱膨張率を任意の値に調整することができる
とともに、高温での強度に優れることから望ましく、特
に炭化珪素焼結体は高純度品を製造することができるこ
とから最も望ましい。
【0011】用いられる炭化珪素質焼結体は、焼結助剤
成分として、炭素、ホウ素、Al、Al2 3 の他に
Y,Er,Ybなどの周期律表第3a族元素の化合物を
含む場合もあるが、望ましくはこれらの助剤成分は半導
体製造装置内で半導体に対して不純物的挙動を示すこと
があるために、助剤成分は極力少ないことがよく、例え
ば特開平4−130061に提案されるような高純度炭
化珪素焼結体であることが望ましい。また、これら基体
は、それ自体が導電性を有することが必要であり、具体
的には体積固有抵抗が106 Ω・cm以下、特に104
Ω・cm以下であることがよい。このような炭化珪素質
焼結体は、炭化珪素原料粉末に、前記助剤成分を適宜添
加混合したものを所望の形状に成形した後、真空あるい
はアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で1900〜230
0℃の温度で焼成することにより得られる。
【0012】また、窒化珪素質焼結体としては、焼結助
剤としてY2 3 などの周期律表第3a族元素酸化物や
Al2 3 、MgO等の化合物を添加すると同時に、T
iN、TiC等を導電性付与材として添加したものが好
適に使用できる。
【0013】一方、基体2の表面に形成される窒化アル
ミニウム薄膜3は、0.001〜1.0mm、特に0.
001〜0.3mmの厚みで形成されるのが望ましい。
これは、薄膜の厚みが0.001mmよりも薄いと薄膜
の寿命が短くなり、1.0mmを越えると静電チャック
としてシリコンウエハの吸着力が弱くなったり、薄膜の
析出時間が長くなって生産性が劣るためである。この窒
化アルミニウム薄膜は、周知の気相法、例えば、スパッ
タリング、イオンプレーティングなどのPVD法や、プ
ラズマCVD、光CVD、MO(Metal−orga
nic)CVDなどのCVD法により容易に形成される
ものである。このような気相法により形成される薄膜
は、純度99%以上の高純度であるが、膜中には成膜過
程で酸素が含まれるAlONが含まれる場合もあるが、
酸素量が多すぎると、基体との密着性が低下する場合が
あるため、酸素含有量は20原子%以下に制御すること
が望ましい。また、窒化アルミニウム薄膜は、高純度で
100W/m・k以上の熱伝導率を有することが望まし
い。
【0014】上記のような構成からなる静電チャックに
より実際にシリコンウエハを静電吸着するには、導電性
基体におよそ0.2〜1.5kVの電圧を印加すること
により静電吸着を行うことができる。
【0015】
【作用】本発明において、基体の表面に形成される窒化
アルミニウム薄膜は、体積固有抵抗が1013Ω−cm以
上の良好な絶縁体であるとともに、耐熱衝撃性に優れて
いるため、急激な温度変化を受けても割れにくい。また
気相法によって合成されることから、組織が均質でかつ
非常に純度が高く、気孔もないことから、基体中にわず
かな不純物が混入していたとしても系外に放出されるこ
とがなく、半導体製造過程において静電チャックの基体
中の不純物によりシリコンウエハが汚染されることはな
い。さらに、窒化アルミニウムは耐プラズマ性にも優れ
ることから半導体製造時の条件下でも劣化することがな
いことから、基体自体が耐プラズマ性が低い材料でも何
ら問題がない。
【0016】また、基体自体が導電性を有するために内
部に別途配線を設ける必要がないことから基体に直接電
圧を印加することにより吸着作用が発揮される。しかも
窒化アルミニウム薄膜との熱膨張差が小さいことから、
窒化アルミニウム薄膜が剥離することがなく、静電チャ
ックとして優れた耐久性と長期信頼性を有する。特に炭
化珪素焼結体は良導体であるとともに機械的性質、摺動
特性が優れると共にシリコンウエハとの熱膨張差が小さ
いことから静電チャックの高精度化が可能となる。
【0017】
【実施例】以下、本発明を次の例で説明する。 実施例1 β型炭化珪素粉末に黒鉛粉末を15重量%添加し、成形
後、1200℃で仮焼した。この炭化珪素仮焼体を純度
99.999%の金属珪素に含浸した後、真空雰囲気中
で1500℃で反応焼結させて炭化珪素−珪素焼結体を
得た。得られた炭化珪素−珪素焼結体の体積固有抵抗は
3.6Ω−cm、室温〜800℃の熱膨張率は4.6×
10-6/℃であった。
【0018】この炭化珪素焼結体をCVD装置内に配置
し、表1に示すような原料ガスおよび温度条件下で熱C
VD法により各種の薄膜を形成し、静電チャックを製造
した。なお、得られた薄膜については別途、基体を研磨
除去した後燃焼分析法で膜中の酸素量を測定した。
【0019】また、薄膜の基体との密着性について、基
体とともに切断した後切断面を実体顕微鏡と走査型電子
顕微鏡(SEM)で観察することにより調べ、膜剥離や
亀裂の発生がないものは○、部分的に膜剥離や亀裂が観
察されたものには×を付した。さらに、炭化珪素基体に
銀電極を付け、基体に1.0Vの電圧を印加し、シリコ
ンウエハの吸着状態を調べた。吸着状態について、シリ
コンウエハが完全に吸着されるものは○、吸着されるも
のの吸着力が弱いものは△、全く吸着しないものに×を
を付した。結果は表1に示した。
【0020】実施例2 β型炭化珪素粉末にB4 Cを0.4重量%、TiCを2
0重量%の割合で混合し、成形後、アルゴン雰囲気中で
2050℃の温度で焼成し炭化珪素質焼結体を得た。得
られた焼結体の体積固有抵抗は0.4Ω−cm、室温〜
800℃の熱膨張率は4.8×10-6/℃であった。こ
れを基体としてプラズマCVD法およびスパッタ法によ
りアルゴン、窒素ガス雰囲気中で窒化アルミニウム薄膜
を形成し静電チャックを得た。 得られた静電チャック
に対して実施例1と同様な方法により評価を行い、結果
は表1に示した。
【0021】実施例3 W金属(体積固有抵抗は6×10-6Ω−cm、室温〜8
00℃の熱膨張率4.6×10-6/℃)からなる基体の
表面に、熱CVD法、プラズマCVD法およびスパッタ
法により表1に示すような原料ガスおよび温度条件下で
窒化アルミニウム薄膜を形成し静電チャックを得た。こ
れに対して実施例1、実施例2と同様な方法で評価を行
い結果は表1に示した。
【0022】実施例4 窒化珪素粉末にTiNを40重量%の割合で添加し焼成
したもの(体積固有抵抗2×10-2Ω−cm、熱膨張率
4.3×10-6/℃)を基板として、プラズマCVD法
により窒化アルミニウム膜を形成し、密着性、吸着特性
の評価を行い、結果を表1に示した。
【0023】
【表1】
【0024】表1の結果によれば、膜厚が1mmを越え
ると基体との密着性、シリコンウエハの吸着性が低下し
たが、それ以外の本発明品は、いずれも基体との密着性
に優れるとともに、シリコンウエハの吸着性にも優れて
いた。また、本発明品について800℃で2時間保持し
たところ、膜の剥離もなく良好なものであった。
【0025】また比較のために、室温〜800℃の熱膨
張率が3.5×10-6/℃の窒化珪素焼結体からなる基
体、および7.0×10-6/℃のアルミナからなる基体
表面にそれぞれプラズマCVD法により100μmの厚
みで窒化アルミニウム膜を形成した。この膜を800℃
の高温に2時間曝したところ、窒化アルミニウム膜が剥
離したため、基体の熱膨張率が高温使用時の信頼性の点
で重要であることがわかった。
【0026】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の静電チャッ
クは、半導体製造過程において不純物などの混入がな
く、半導体製造過程においても膜の剥離等がなく、高温
で優れた信頼性と長期安定性を達成することができる。
また格別な高純度の原料を用いたり、また導電層の形成
を行う必要がないために製造コストの低減を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の静電チャックの構造を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 静電チャック 2 基体 3 窒化アルミニウム薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3065

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】室温〜800℃における熱膨張率が4.0
    ×10-6/℃〜6.0×10-6/℃の金属あるいは導電
    性セラミックスからなる基体の表面に窒化アルミニウム
    からなる薄膜を0.001〜1.0mmの厚みで形成し
    たことを特徴とする静電チャック。
  2. 【請求項2】前記基体がW金属、Wを主体とする合金、
    WCを主体とする超硬合金、炭化珪素あるいは窒化珪素
    を主体とするセラミック焼結体のうちの1種である請求
    項1記載の静電チャック。
JP28233193A 1993-11-11 1993-11-11 静電チャック Pending JPH07135246A (ja)

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JP28233193A JPH07135246A (ja) 1993-11-11 1993-11-11 静電チャック

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JP28233193A JPH07135246A (ja) 1993-11-11 1993-11-11 静電チャック

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JPH07135246A true JPH07135246A (ja) 1995-05-23

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ID=17651031

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JP28233193A Pending JPH07135246A (ja) 1993-11-11 1993-11-11 静電チャック

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7247879B2 (en) 1999-01-22 2007-07-24 Renesas Technology Corp. Semiconductor integrated circuit device having particular testing pad arrangement

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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