JPH09199574A - セラミックス製ウエハ保持台及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 帯電のため付着した塵埃により載置したウエ
ハの厳密な平面性が阻害されるのを防止するため、導電
性を有し、かつ緻密なセラミックス製ウエハ保持台が求
められている。しかし、ＳｉＣ等の導電性セラミックス
を用いた場合には、突起部を形成するための加工処理容
易でないため、加工費用が高く付き、導電性セラミック
スをアルミナ等のセラミックス基材にコーティングした
場合には、形成されたセラミックス薄膜が剥離し易いと
いう課題があった。 【解決手段】 粒径が１０〜１００μｍのアルミナ造粒
粉末１００重量部に対し、窒化チタン１０〜２０重量部
の割合でコーティングした複合粉末を形成し、焼結させ
ることにより、導電性を有し、かつ緻密なセラミックス
製ウエハ保持台を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス製ウエ
ハ保持台及びその製造方法に関し、より詳細には半導体
の製造工程または検査工程において使用されるセラミッ
クス製ウエハ保持台及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の高集積化に伴い、半導体素子
表面に超微細パターンを形成する技術が要求されるよう
になってきており、露光装置も高解像投影レンズを搭載
した投影露光装置が主流になりつつある。この投影レン
ズの高解像化に伴い、投影レンズの焦点深度は浅くなる
傾向にあり、そのため露光の際にはその対象となるウエ
ハの平面性を厳密に維持することが要求されている。ウ
エハの平面性を阻害する原因の一つとして、ウエハとウ
エハ保持面との間に介在する塵埃が挙げられる。この塵
埃は１μｍ程度の大きさであってもウエハに凹凸が形成
され、露光不良が生じるため無視することができない。
塵埃の存在による露光不良の問題を解決するために、ウ
エハとウエハ保持台の接触面積を減少させることが考え
られており、例えばウエハと接触する面の一部に溝部が
形成されたウエハ保持台や、ピンコンタクト方式のウエ
ハ保持台（特開昭６２−２４６３９号公報）が考案され
ている。

【０００３】図４（ａ）はピンコンタクト方式のウエハ
保持台を模式的に示した平面図であり、（ｂ）はその断
面図である。なお、前記断面図においては、ウエハ１３
がウエハ保持台１１に載置された状態を示している。

【０００４】ウエハ保持台１１上部の周縁部分にはリム
１５が形成され、その内側には多数の突起部１２が形成
されている。リム１５の上面と突起部１２の先端部分は
同一平面に仕上げられており、その上にウエハ１３が載
置されるようになっている。また、ウエハ保持台１１に
は減圧排気用貫通孔１４が上面から側面を貫通するよう
に形成されており、側面に形成された減圧排気用貫通孔
１４の出口にはニップル１７が接続されている。そし
て、このニップル１７は図示しない排気管を介して真空
ポンプに接続されている。

【０００５】従って、ウエハ１３をウエハ保持台１１に
載置した後、真空ポンプを作動させて減圧排気用貫通孔
１４から排気を行うと、ウエハ１３とウエハ保持台１１
との間に減圧室１６が形成され、この減圧室１６が減圧
され、ウエハ１３は平面状態で保持される。

【０００６】このウエハ保持台１１の形成材料として、
従来よりアルミナセラミックスが用いられているが、該
アルミナセラミックスは絶縁物であるためにウエハ保持
台１１に静電気による帯電が発生し易く、前記帯電によ
り塵埃が付着し易い。このためアルミナセラミックス製
のウエハ保持台１１に載置されたウエハ１３の平面性が
悪化するという問題があった。また、帯電したウエハ保
持台１１にセットされたウエハ１３は、静電気の作用に
より正規の位置からずれ易いという問題もあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記問題を解決するた
めに、導電性を有するアルミニウム系金属からなるウエ
ハ保持台１１が提案されている。

【０００８】しかしながら、アルミニウム系金属は半導
体素子の材料として使用されているＳｉよりも柔らかい
ため、長期間使用すると突起部１２に傷が付いたり、突
起部１２が摩耗し、ウエハ吸着面の平面性が維持されな
いという課題があった。

【０００９】前記課題を解決するために特開平４−３２
３８５０号公報には、ＴｉＢ₂ 、ＳｉＣ等、高硬度の導
電性セラミックスからなるウエハ保持台が開示されてい
る。前記公報によれば、前記ウエハ保持台は高硬度の導
電性セラミックスから構成されているので、耐摩耗性に
優れ、その形状に経時変化が少なく、吸着面の平面性を
長期間に亘って高精度で維持することができるという効
果を有する。また、静電気による帯電が生じないので、
塵埃の付着を防止することができ、ウエハの平面性を維
持することができる。しかしながら、前記高硬度の導電
性セラミックス材料はアルミナよりも硬度が大きいた
め、突起部の形成等、精度の高い加工を施すのが難し
く、このために加工費用が高くつくという課題があっ
た。

【００１０】また、特開平３−２０２２４６号公報に
は、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＳｉＣ等の導電性セラミックスを
セラミックス母材にコーティングしたウエハ保持台が開
示されている。前記公報によれば、前記ウエハ保持台は
その表面が導電性セラミックスより形成されているの
で、静電気による帯電が発生しないという効果を有す
る。しかしながら、セラミックス母材の上に形成された
セラミックス薄膜は、長時間の使用により剥離し易く、
耐久性が十分でないという課題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段及びその効果】そこで、本
発明者は比較的加工が容易なアルミナを主成分とするセ
ラミックスに導電性を付与することにより上記課題を解
決することを思い付き、導電性を付与するセラミックス
として窒化チタン（ＴｉＮ）を選定して、アルミナと窒
化チタンとからなる複合材料を製造する検討を行った。
しかしながら、単にアルミナ粉末と窒化チタン粉末とを
湿式混合して成形体を作製し、焼結させるだけでは導電
性を有する材料を得るために、アルミナ粉末１００重量
部に対して窒化チタン粉末約５０重量部を添加しなけれ
ばならなかった。窒化チタンはアルミナに対して焼結助
剤としての効果を有さないため、前記割合からなる混合
粉末を焼結させても多孔質の焼結体しか得ることができ
ず、前記焼結体はウエハ保持台として不適当であった。
アルミナ粉末に対して多量の窒化チタン粉末を添加しな
ければならない原因についての検討を行った結果、単な
る湿式混合では混合粉末中の窒化チタンの分散状態が均
一でなく、そのため少量の窒化チタンの添加では焼結体
中に導電経路が形成されにくく、導電性が得られないこ
とがわかった。

【００１２】そこで、成形体を作製する前の造粒アルミ
ナ粉末にＣＶＤ法により窒化チタンをコーティングした
粉末を用いて、成形、焼結を行ってみた。その結果、焼
結体中の窒化チタンの分散状態が改善され、少量の窒化
チタンの添加でも、緻密かつ導電性を有するアルミナと
窒化チタンの複合材を得ることができ、前記複合材はウ
エハ保持台用の部材として好適であることを見出し、本
発明を完成するに至った。

【００１３】本発明に係るセラミックス製ウエハ保持台
は、アルミナ１００重量部に対して窒化チタンを１０〜
２０重量部の割合で含有することを特徴としている。

【００１４】上記セラミックス製ウエハ保持台によれ
ば、導電性を有しているため、静電気による帯電が発生
せず、塵埃が付着しにくい。また、焼結体が緻密である
ため、載置したウエハを減圧効果により保持する場合に
も、圧力漏れ等が発生せず、ウエハを良好に保持するこ
とができる。また、アルミナを主成分としているので、
比較的容易にウエハ吸着面に突起部や溝部等を形成する
ことができる。さらに、コーティング膜の剥離等の問題
も生じず、長期間にわたって、ウエハ吸着面の平面性を
高精度に維持することができる。

【００１５】アルミナ１００重量部に対する窒化チタン
の割合が１０〜２０重量部であるのは、窒化チタンの割
合が１０重量部未満であると導電性が不十分で、セラミ
ックス製ウエハ保持台が帯電し易くなり、他方窒化チタ
ンの割合が２０重量部を超えると焼結性が不十分とな
り、製造された焼結体は開気孔を有するためセラミック
ス製ウエハ保持台として機能しにくくなる。

【００１６】また、本発明に係るセラミックス製ウエハ
保持台の製造方法は、粒径が１０〜１００μｍのアルミ
ナ造粒粉末１００重量部に対し、窒化チタンを１０〜２
０重量部の割合でコーティングした複合粉末を成形し、
焼結させることを特徴としている。

【００１７】上記セラミックス製ウエハ保持台の製造方
法によれば、前記複合粉末を使用して成形体を作製する
ので、焼結体中の窒化チタンの分散状態を良好にするこ
とができ、そのため導電性を有し、かつ緻密な焼結体を
製造することができる。

【００１８】粒径が１０〜１００μｍの範囲の造粒粉末
を使用するのは、造粒粉末の粒径が１０μｍ未満である
と多数の導電経路を形成して電気抵抗を下げるために多
くの窒化チタンが必要となり、焼結性が低下し、他方、
造粒粉末の粒径が１００μｍを超えると、吸着面に突起
部を形成した場合、導電粒子が突起部表面に現われない
部分が出現し、ウエハ吸着面が帯電し易くなるためであ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るセラミックス
製ウエハ保持台及びその製造方法の実施の形態を説明す
る。

【００２０】まず、本発明に係るセラミックス製ウエハ
保持台の製造方法の実施の形態を説明する。製造の対象
となるセラミックス製ウエハ保持台の形状は特に限定さ
れるものではないが、具体的には、例えば図４に示した
ようなウエハを吸着する上部面に多数の突起部１２が形
成されたもの、あるいはウエハを吸着する上部面に溝部
が形成されたもの等が挙げられる。セラミックス製ウエ
ハ保持台を製造するには、まず平均粒径が０．１〜２μ
ｍのアルミナ粉末（アルミナ純度９９．９％程度）に有
機バインダと水とを混合してスラリ状にし、前記スラリ
をスプレードライヤー等により乾燥させ、造粒する。造
粒の方法は前記方法に限定されず、種々の方法を採用す
ることができる。前記工程により得られるアルミナ造粒
粉末の粒径は１０〜１００μｍ程度が好ましい。次に、
このアルミナ造粒粉末を、窒化チタン粉末合成装置、例
えばプラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法によりチタン又はチ
タン化合物と窒素とから窒化チタンを合成する装置内に
導入し、合成直後の窒化チタンをアルミナ造粒粉末表面
に付着させてアルミナ造粒粉末にコーティングを施し、
複合粉末を形成する。アルミナ造粒粉末１００重量部に
対する窒化チタンの割合は、製造された焼結体の緻密性
及び導電性を良好に保つために１０〜２０重量部が好ま
しい。次に、この複合粉末をアイソスタチックプレス等
を用いて成形することにより成形体を形成し、窒素雰囲
気中、１５００〜１７００℃で０．５〜１０時間焼成を
行い、セラミックス製ウエハ保持台の基材を製造する。

【００２１】次に、前記基材の加工を行い、セラミック
ス製ウエハ保持台を作製する。加工方法は作製するセラ
ミックス部材の形状により異なるが、ここでは図４に示
した形状のセラミックス製ウエハ保持台を例にとって説
明する。この場合には、前記焼結により略円板形状をし
た基材を作製し、まず、一主面に研削及びラッピング加
工を施し、高精度の平坦面を形成する。高精度の平坦面
を形成するのは、後工程で突起を形成した際、前記平坦
面がウエハ１３の吸着面となるからである。

【００２２】次に、突起部１２形成箇所にマスク材を貼
り付け、サンドブラスト加工処理を施す。前記マスク材
の貼り付け方法は特に限定されるものではないが、凸版
印刷用の写真製版の技術を応用する方法を採用し、所定
パターンを有する感光性樹脂硬化体をセラミックス基材
表面に接着する。

【００２３】マスク形成用の紫外線感光性樹脂は、サン
ドブラスト加工により削られにくい弾性の大きなもので
ある必要があり、具体例としては、例えばウレタン系樹
脂、アクリル系樹脂等が挙げられる。マスクの形状は特
に限定されるものではないが、円形が好ましく、その直
径は０．３〜０．５ｍｍ程度が好ましい。

【００２４】次に、マスク材が貼り付けられたセラミッ
クス基材表面にサンドブラスト加工処理を施す。この場
合、研磨剤として、例えばアルミナ、炭化珪素等の平均
粒径が７μｍ〜２５０μｍ程度の粒子をセラミックス基
材表面に吹きつけ、前記セラミックス基材の表面の研磨
を行うのが好ましい。前記サンドブラスト加工処理によ
り、マスク材が貼り付けられた部分は研磨されず、マス
ク材が貼り付けられた部分を残してセラミックス基材の
表面が一定の深さに研磨され、突起部１２が形成され
る。突起部１２の高さは ０．１〜０．６ｍｍ程度が好
ましい。

【００２５】前記サンドブラスト加工処理を施した後、
前記セラミックス基材の突起部１２が形成された部分に
１〜５０μｍ程度のダイヤモンド砥粒を付着させたブラ
シを接触、移動させることによりブラシ研磨処理を施
し、突起部１２を先鋭化させる。前記方法によりウエハ
吸着面となる突起部１２の先端部分の面積が小さく、か
つ高精度の平坦面を有するセラミックス製ウエハ保持台
が作製される。なお、減圧排気用貫通孔１４は、ウエハ
吸着面の加工を行う前に形成しておく。

【００２６】作製されたセラミックス製ウエハ保持台
は、気孔率が１ｖｏｌ％以下、電気抵抗率が０．１Ω・
ｃｍ以下と緻密で導電性を有するものとなる。

【００２７】

【実施例及び比較例】以下、実施例に係るセラミックス
製ウエハ保持台（図１に示したもの）及びその製造方法
を説明する。

【００２８】（１）窒化チタン粉末によるアルミナ造粒
粉末のコーティング割合の検討 アルミナ粉末の造粒及び窒化チタン粉末によるコーティング アルミナ粉末 純度：９９．９％、平均粒径：０．４μｍ スラリの組成 アルミナ粉末：１００重量部 有機バインダ：３．５重量部 水：７０重量部 アルミナ造粒粉末の粒径：７０μｍ アルミナ１００重量部に対する窒化チタンの添加量：０〜３０重量部 （実施例１〜３：１０、１５、２０重量部） （比較例１〜４：０、２、５、３０重量部） 複合粉末の成形と焼結 アイソスタチックプレスによる成形圧力：１．２ｔｏｎ
／ｃｍ² 成形体の形状 直径：２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍ 焼成条件 温度：１６５０℃、時間：２時間、雰囲
気：窒素雰囲気 焼結体特性の測定 電気抵抗率は、四端子法により測定し、気孔率はアルキ
メデス法により測定した。

【００２９】 結果 図１は、実施例１〜３及び比較例１〜４の場合に得られ
た焼結体の窒化チタンの添加量（重量部）と、焼結体の
気孔率及び電気抵抗率との関係を示したグラフである。

【００３０】気孔率に関し、窒化チタンの添加量が２０
重量部までは、焼結体の気孔率はほぼ０％であるが、窒
化チタンの添加量が３０重量部では、気孔率が約３％と
大きくなっている。また、電気抵抗率に関し、窒化チタ
ンの添加量が５重量部までは、電気抵抗率が約１０⁴ Ω
・ｃｍと大きく導電性を示すとは言えないが、窒化チタ
ンの添加量が１０重量部以上では、約１０^-1Ω・ｃｍ以
下と導電性を有する材料となっている。

【００３１】以上の結果から、窒化チタンの添加量が１
０〜２０重量部の範囲において、導電性を有し、かつ緻
密な焼結体が得られることがわかる。

【００３２】（２） 比較例５〜１１として、アルミナ
粉末と窒化チタン粉末を湿式法により混合した後、実施
例と同様の条件で造粒、成形、焼結を行い、実施例と同
様に得られた焼結体の特性を測定した。

【００３３】 湿式混合の条件 アルミナ粉末の特性及びスラリの組成は上記実施例と同
様 アルミナ１００重量部に対する窒化チタンの添加量：０
〜３０重量部 （比較例５〜１１：１０、２０、３０、３５、４０、４
５、５０重量部） 使用したボール：アルミナ製（直径：１０ｍｍ） 湿式混合の時間：２０時間 結果 図２は、比較例５〜１１の場合に得られた焼結体の窒化
チタンの添加量（重量部）に対する気孔率及び電気抵抗
率の関係を示したグラフである。

【００３４】窒化チタンの添加量が１０〜３０重量部の
範囲では、気孔率は約１％以下と小さいが、電気抵抗率
が約１０¹⁰Ω・ｃｍ以上と大きく、逆に窒化チタンの添
加量が４０〜５０重量部の範囲では、電気抵抗率は約１
０^-2Ω・ｃｍ以下と小さいが、気孔率が約１０％以上と
大きい。また、窒化チタンの添加量が３５重量部では、
電気抵抗率が約１０⁴ Ω・ｃｍと大きい。

【００３５】従って、アルミナ粉末と窒化チタン粉末と
の湿式混合により得られた混合粉末を使用して焼結体を
製造した場合は、いずれの範囲においてもウエハ保持台
用セラミックス部材として使用できるものは得られな
い。

【００３６】（３）ウエハ保持台の作製 使用した材料 実施例の場合：窒化チタンの添加量が１５重量部のもの
（実施例２） 比較例１２：アルミナセラミックス （気孔率：０％、曲げ強度：３０００ｋｇ／ｃｍ² ） 比較例１３：ＳｉＣ （気孔率：０％、曲げ強度：４０００ｋｇ／ｃｍ² ） ウエハ保持台用基材の寸法 直径：１５０ｍｍ、厚さ：２０ｍｍ サンドブラスト加工 研磨剤：炭化珪素（平均粒径：８０μｍ） 吹き付け速度：５０ｍ／秒 マスクの直径：０．４ｍｍ 突起部１２の高さ：０．５ｍｍ ブラシ研磨加工 使用ブラシ：ダイヤモンド砥粒を付着させたもの 処理時間 上記実施例及び比較例に係るウエハ保持台用基材サンド
ブラスト加工及びブラシ加工に要した時間を図３に示し
た。図３より明らかなように、実施例の場合の加工処理
時間は、アルミナセラミックス（比較例１２）とほぼ同
様で比較的容易に加工処理できるが、ＳｉＣの場合に
は、サンドブラスト加工とブラシ加工の時間の合計で、
実施例の場合の１．５倍の時間を要しており、加工処理
が困難である。

【００３７】（４）ウエハ保持台の耐久性試験 （３）の条件により作製した実施例２に係るウエハ保持
台、比較例１２に係るアルミナ製のウエハ保持台、及び
該アルミナ製のウエハ保持台にＣＶＤ法によりＴｉＮ膜
をコーティングしたもの（比較例１４）を実際に露光装
置の内部に設置し、ウエハ保持台として使用した。

【００３８】その結果、実施例２に係るウエハ保持台は
比較例１２に係るアルミナ製のウエハ保持台と比較して
耐摩耗性が高く、長期間の使用によっても突起部が変形
しにくいため、Ｓｉウエハの平坦性を長時間維持するこ
とができ、比較例１２の場合と比べてウエハ保持台の寿
命を約５０％延ばすことができた。

【００３９】また、実施例２に係るウエハ保持台は、比
較例１２に係るアルミナ製のウエハ保持台のようにウエ
ハ保持台が静電気を帯びないので、Ｓｉウエハを載置す
る際に位置ずれが生じたり、埃の付着によるＳｉウエハ
吸着面の平坦性の精度が劣化したりすることはなかっ
た。

【００４０】さらに、実施例２に係るウエハ保持台は比
較例１４に係るウエハ保持台と比べて、コーティング膜
の剥離による寿命の低下という問題が発生しなかったた
め、比較例１４の場合と比べてウエハ保持台の寿命を約
３０％延ばすことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミナ造粒粉末に窒化チタン粉末を混合し、
焼結させて得られた焼結体のアルミナ粒子１００重量部
に対する窒化チタンの割合と、電気抵抗率及び気孔率と
の関係を示したグラフである。

【図２】湿式法によりアルミナ粉末と窒化チタン粒子を
混合し、焼結させて得られた焼結体のアルミナ粒子１０
０重量部に対する窒化チタンの割合と、電気抵抗率及び
気孔率との関係を示したグラフである。

【図３】実施例に係るウエハ保持台用基材の加工処理に
要する時間と、比較例に係るウエハ保持台用基材（アル
ミナセラミックス、ＳｉＣ）の加工処理に要する時間と
を比較して示したグラフである。

【図４】（ａ）はピンコンタクト方式のウエハ保持台を
模式的に示した平面図であり、（ｂ）はその断面図であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミナ１００重量部に対して窒化チタ
   ンを１０〜２０重量部の割合で含有することを特徴とす
   るセラミックス製ウエハ保持台。
2. 【請求項２】 粒径が１０〜１００μｍのアルミナ造粒
   粉末１００重量部に対し、窒化チタンを１０〜２０重量
   部の割合でコーティングした複合粉末を成形し、焼結さ
   せることを特徴とするセラミックス製ウエハ保持台の製
   造方法。