JPH09172054A

JPH09172054A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH09172054A
Application number: JP32912295A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Aida; 比呂史会田; Yumiko Itou; 裕見子伊東; Masaki Terasono; 正喜寺園; Satoru Kamiya; 哲神谷; Osamu Himeno; 修姫野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 1997-06-30
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: JP3297571B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来、静電チャックとして表面に形成される窒
化アルミニウム絶縁層では、膜と基材との界面で残留応
力が発生したり、膜自体の強度や靱性が低下し、基体の
反りや膜のクラックあるいは剥離が生じやすいという問
題があった。【解決手段】基体１の表面に窒化アルミニウムを主成分
とする絶縁層３を具備した静電チャックにおいて、窒化
アルミニウムのＸ線回折曲線における（００２）面のピ
ーク強度をＩ（００２）、（１００）面のピーク強度を
Ｉ（１００）とした時、Ｉ（００２）／Ｉ（１００）で
表されるピーク強度比が０．３〜４．０であることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
においてウエハを静電的に吸着保持して処理したり、搬
送するための静電チャックに関し、特に耐久性に優れた
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
リコンウエハ等の半導体を成膜やエッチングするために
はシリコンウエハの平坦度を保ちながら保持する必要が
あり、このような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。

【０００３】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
や平向度を容易に実現することができ、さらにシリコン
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適している。

【０００４】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
静電チャックが要求されるようになってきた。特に表面
の状態が重要である静電チャックは、基板の表面に所望
の材料を被覆することにより、表面特性特性を向上する
ことができる。そこで、電極板の上にアルミナ、サファ
イヤ等からなる絶縁層を形成したもの（特開昭６０ー２
６１３７７号）、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（特開平４ー３４９５３
号）、絶縁性基体内部に導電層を組み込んだもの（特開
昭６２ー９４９５３号）などが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
静電チャックにおいては、プラズマ中での耐久性に劣る
という問題があった。そこで、最近では、耐プラズマ性
に優れたセラミック材料として窒化アルミニウムを選択
し、これをＣＶＤ法などにより被覆した静電チャックが
特公平５−６６９１９号、特開昭６２−１２４７３５
号、特開平３−１８３１５１号、特開平３−１２３６４
号等により提案されている。

【０００６】しかし、窒化アルミニウムは、ａ軸とｃ軸
とで熱膨脹係数が大きく異なる異方性の強い材料である
ため、基体と膜との間に熱膨張率差が生じ、残留応力が
発生する。従って、窒化アルミニウム膜に特開平３−１
２３６４号に示されるような配向性が存在すると膜と基
材との界面で残留応力が発生し、あるいは膜自体の強度
や靱性が低下し、その結果として基材の反りや膜のクラ
ック、あるいは剥離が生じやすくなるという問題があっ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
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、基体表面に形成される窒化アルミニウ
ム絶縁層において、Ｘ線回折曲線における（００２）面
のピーク強度と、（１００）面のピーク強度が所定の関
係を満たす時、発生応力が小さくなってクラックや剥離
のない信頼性の高いものが得られることを見いだしたの
である。

【０００８】即ち、本発明の静電チャックは、基体の表
面に窒化アルミニウムを主成分とする絶縁層を具備し、
窒化アルミニウムのＸ線回折曲線における（００２）面
のピーク強度をＩ（００２）、（１００）面のピーク強
度をＩ（１００）とした時、Ｉ（００２）／Ｉ（１０
０）で表されるピーク強度比が０．３〜４．０であるこ
とを特徴とするものであり、特に窒化アルミニウム絶縁
層が化学気相合成法により被覆され、さらには、この絶
縁層が０．０１〜１．０ｍｍの厚みで形成してなること
を特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明において絶縁層として用いられる窒化ア
ルミニウムは、結晶学的に、ａ軸とｃ軸とで熱膨脹係数
が大きく異なる異方性を有する。そのため、基体との間
に熱膨張率差が生じ、残留応力が発生しやすい。特に、
窒化アルミニウム絶縁層に配向性が存在すると膜と基体
との界面で残留応力が発生し、あるいは膜自体の強度や
靱性が低下し、その結果として基材の反りや膜のクラッ
ク、あるいは剥離の原因となる。しかも、配向した膜で
は柱状に結晶が発達し、基板に垂直にその結晶が成長す
る。しかし、柱状組織は靱性が低いために、特に膜の研
磨時等において、クラックが伝搬しやすくクラックや剥
離の原因になりやすい。

【００１０】本発明によれば、窒化アルミニウム絶縁層
の配向をＸ線回折曲線において、ｃ軸に起因する（００
２）面と、ａ軸に起因する（１００）面とのピーク強度
により、それらのピーク強度をＩ（００２）、Ｉ（１０
０）とした時に、（００２）／（１００）で表されるピ
ーク強度比を０．３〜４．０となるように制御すること
により、絶縁層の膜の配向を制御し、非柱状組織にする
ことによって絶縁層の靱性を高め、クラックの伝搬が生
じにくくするため、絶縁層の強度が高まってクラックや
剥離を防止することができる。このように、本発明によ
れば、格別に複雑な構造をとる必要がなく、剥離しにく
い絶縁層を形成することができるために、静電チャック
として信頼性、長期安定性が保証される。

【００１１】

【発明の実施の形態】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、静電チャックは、
絶縁体からなる基体１と、その基体１表面に形成された
電極２および絶縁層３により構成される。絶縁層３は、
窒化アルミニウムを主相とし、少なくともウエハ４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。また、図２は他の構造を示すもので
あり、電極２は、基体１中の配置され、この基体１上に
絶縁層３が形成されている。絶縁層３は、窒化アルミニ
ウムを主相とし、少なくともウエハ４の載置面に形成さ
れている。図１および図２のいずれの場合においても、
基体１内にヒータを内蔵したり、冷却剤の循環路等を形
成してもよい。

【００１２】本発明において、窒化アルミニウム絶縁層
３はＸ線回折曲線において、（００２）面のピーク強度
をＩ（００２）、（１００）面のピーク強度をＩ（１０
０）とした時、Ｉ（００２）／Ｉ（１００）で表される
ピーク強度比が０．３〜４．０、特に、０．４５〜２．
０であることが大きな特徴である。

【００１３】このピーク強度比Ｉ（００２）／Ｉ（１０
０）が０．３より小さいと、窒化アルミニウム絶縁層
は、ａ軸に配向した柱状膜からなり、また４．０を越え
ると、ｃ軸に配向した柱状膜となり、いずれも膜強度が
低下する。したがって、ピーク強度比が上記の範囲にお
いて、窒化アルミニウム絶縁層は、非柱状組織、具体的
には粒状の組織からなり、膜強度が向上して耐剥離性が
高くなる。また、ピーク強度比が０．４５〜２．０であ
れば非柱状組織がより強まり、さらに剥離に対して強い
膜を形成することができる。

【００１４】窒化アルミニウムを主体とする絶縁層は、
いかなる方法で形成されても構わないが、例えば、スパ
ッタリング、イオンプレーティングなどの物理気相合成
法（ＰＶＤ法）や、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ、ＭＯ
（Ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ）ＣＶＤなどの化学気相
合成法（ＣＶＤ法）により形成されるが、特に、高速成
長の点でＣＶＤ法が望ましい。

【００１５】また、本発明において、窒化アルミニウム
絶縁層の（００２）面と（１００）面のピーク強度を制
御する方法としては、例えば、ＣＶＤ法において、成膜
温度を通常の温度よりも１００℃ほど高く、具体的に
は、８００〜１０００℃の温度に設定するとともに、反
応室の圧力を１５〜２００ｔｏｒｒの比較的高めに設定
するか、または反応ガスを連続的ではなく、間欠的に導
入して核発生を随時起こして結晶成長を抑制しながら成
膜すればよい。

【００１６】一方、絶縁層３を形成する基体１として
は、最表面が上記窒化アルミニウムからなる絶縁層であ
ることを除き、あらゆるものが使用できるが、具体的に
はＡｌ₂Ｏ₃、ＡｌＯＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ダイヤモンド、
ムライト、ＺｒＯ₂などが挙げられるが、これらの中で
も半導体製造時の耐プラズマ性に優れる点で窒化アルミ
ニウムを主体とする焼結体が最も望ましい。

【００１７】さらに、電圧を印加する電極２は、周知の
金属材料が適用でき、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｍｎを
少なくとも１種類を含むものが使用可能である。また、
導電性のセラミック材料、例えばＴｉＮ、ＳｉＣ、Ｗ
Ｃ、カーボンやＳｉ半導体材料（ｎ型あるいはｐ型）も
電極材料として使用が可能である。その他、基体とし
て、電極層３を形成せず、それ自体が導電性を有するＳ
ｉＣ、ＴｉＮ、ＷＣを主とする導電性セラミックス、
Ｗ、Ｍｏなどの金属単体およびこれらの合金などにより
形成することも可能であり、その場合には導電性基体そ
のものに直接電圧を印加する。

【００１８】

【実施例】窒化アルミニウム質焼結体からなる基体内に
Ｗを主成分とする電極層を形成した後、その表面に化学
気相合成法によって窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からな
る絶縁層を形成した。ＡｌＮ絶縁層の成膜は、基体を外
熱式によって表１の温度に加熱した炉に入れ、窒素を８
（ｌ／ｍｉｎ）、アンモニアを１（ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ₂
Ｏガスを０〜２００（ｃｃ／ｍｉｎ）の比率で流して炉
内圧力を表１の圧力に設定した。そして、塩化アルミニ
ウムを０．３（ｌ／ｍｉｎ）流して反応を開始し、表１
の膜厚の絶縁層を形成し静電チャックを得た。なお、試
料Ｎo.１０については、塩化アルミニウムを間欠的に導
入しながら成膜を行った。

【００１９】得られた絶縁層に対して、Ｘ線回折測定を
行い、（００２）面のピーク強度をＩ（００２）、（１
００）面のピーク強度をＩ（１００）とした時、Ｉ（０
０２）／Ｉ（１００）で表されるピーク強度比を表１に
示した。また、絶縁層に対して、電子顕微鏡写真により
組織の観察を行なった。

【００２０】また、得られた静電チャックにおいて、窒
化アルミニウム絶縁層の形成後の基板の反りを測定し、
膜のクラックまたは剥離の発生を観察した。結果は、表
１に示した。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１の結果から明らかなように、ピーク強
度比が０．３より小さい試料Ｎo.９では、ａ軸配向の柱
状組織からなり、基板の反りが１７μｍと大きいもので
あった。また、ピーク強度比が４．０を越える試料Ｎo.
１、３、４ではｃ軸配向の柱状組織からなり、基板の反
りが非常に大きく、絶縁層の一部に剥離、およびクラッ
クの発生が認められた。

【００２３】これに対して、本発明の試料は、いずれも
非柱状の組織からなり、成膜後の基板の反りはいずれも
５μｍ以下と小さく、膜のクラックや剥離は全く見られ
なかった。特に、ピーク強度比が０．４５〜２．０で
は、反りは３μｍ以下に抑制できた。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の静電チャッ
クは、窒化アルミニウム絶縁層の配向性を制御すること
により、絶縁層の耐剥離性を向上し、密着強度が高く優
れた信頼性と長期安定性が得られ、静電チャックの製造
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。

【図２】本発明の静電チャックの他の構造を示す断面図
である。

【符号の説明】

１基体２電極３絶縁層４シリコンウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神谷哲鹿児島県国分市山下町１番１号京セラ株式会社鹿児島国分工場内 (72)発明者姫野修鹿児島県国分市山下町１番１号京セラ株式会社鹿児島国分工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体の表面に窒化アルミニウムを主成分と
する絶縁層を具備した静電チャックにおいて、窒化アル
ミニウムのＸ線回折曲線における（００２）面のピーク
強度をＩ（００２）、（１００）面のピーク強度をＩ
（１００）とした時、Ｉ（００２）／Ｉ（１００）で表
されるピーク強度比が０．３〜４．０であることを特徴
とする静電チャック。
【請求項２】前記絶縁層が非柱状組織からなることを特
徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】前記絶縁層が化学気相合成法により０．０
１〜１．０ｍｍの厚みで被覆されたものであることを特
徴とする請求項１記載の静電チャック。