JPH1070892A

JPH1070892A - 静電チャック板とその製造方法

Info

Publication number: JPH1070892A
Application number: JP22348796A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Nonogaki; 良三野々垣; Masahiro Ibukiyama; 正浩伊吹山; Tetsuya Wada; 徹也和田
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1998-03-10
Anticipated expiration: 2016-08-26
Also published as: JP3683044B2

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電率、硬度が高く、長期に渡って電気的信
頼性に優れる静電チャック板を、安定して生産性良く提
供する。【解決手段】珪素を含有するＢＮ_xからなる誘電層を
有することを特徴とする静電チャックであり、好ましく
は、前記誘電層の８００℃における体積抵抗率が３×１
０⁹Ω・ｃｍ以上、珪素の含有量が１〜１２原子％、或
いはビッカース硬度が５００ｋｇ／ｍｍ²以上である前
記静電チャックである。また、基板に対向するシート状
プラズマを形成しつつ、個別のプラズマを用いて励起し
た原料ガスを前記シート状プラズマを介して基板に供給
することを特徴とする静電チャックの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電材料あるいは
半導体材料からなるウェハー等の試料を電気的に吸着し
固定する静電チャック板に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＬＳＩ等の大規模集積回路の製造
において、シリコンウェハーにパターン形成等の微細加
工が行なわれるが、これらの過程ではウェハーを平坦な
面上に確実に固定することが必要である。このために従
来より機械的チャック板、真空式チャック板あるいは電
気式チャック板が用いられているが、最近では静電気力
を利用する静電チャック板がウェハーの平面度を良くし
て固定することができ、且つ粒子の発生を抑えることが
できるという利点があるので、半導体製造技術の分野に
おいて特に有用となっている。

【０００３】従来知られている、静電チャック板の構造
は、セラミックスなどの絶縁基板上に導電層を積層し、
更にこの導電層上にアルミナ等の誘電層を積層させたも
のであり、このような構造の静電チャック板の吸着力Ｆ
は、一般に次の数１式で示される。

【０００４】

【数１】Ｆ＝（１／２）・ε₀・ｋｒ・（Ｖ／ｄ）² ここで、ε₀：真空の誘電率ｋｒ：誘電層の比誘電率Ｖ：印加電圧ｄ：誘電層の厚みである。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】数１式から、吸着力
Ｆは誘電層の比誘電率に比例し、また誘電層の厚みの２
乗に反比例する。従って、高い吸着力を得るためにはこ
の誘電層の比誘電率を大きくする、及び／または誘電層
の厚みを薄くすることが重要であることが判る。しか
し、誘電層の厚さがあまり薄すぎると電極板に印加され
る電圧に耐えられず絶縁破壊を生じるという問題があ
る。

【０００６】この問題解決を計るべく、例えば、ＣＶＤ
法の窒化物を被覆してなる静電チャック（特開平３−１
８３１５１号公報参照）や、高温電気絶縁性に優れ絶縁
耐力の大きな窒化硼素被膜を薄く積層したホットプレー
ト（特開平５−１２９２１０号公報参照）等が開発され
てきた。しかし、これらはいずれもＣＶＤ温度が高い熱
ＣＶＤ法により製造されているので、（１）基材が高融
点材料に限定されること、（２）基材とＣＶＤで形成さ
れる被膜との熱膨張率差が極めて近くないと、被膜が剥
がれたり、酷いときは被膜が破壊したりすること、
（３）前記のことが主原因で安定して製品が得られず、
歩留まりが低いこと等の問題点がある。

【０００７】上記問題点の解決することを狙いに、本発
明者らは、プラズマＣＶＤ法を適用することで、絶縁耐
力が大きく、高温絶縁性に優れる窒化硼素の層を薄く積
層することを検討したが、窒化硼素単独組成の場合に
は、硬さが不十分であり機械的強度に問題があり、長期
に渡っての信頼性に欠けるという問題があった。

【０００８】本発明者らは、上記事情に鑑みていろいろ
検討した結果、珪素を含有するＢＮ _x膜を誘電層に適用
するときに、その高温での電気抵抗性が高いこと、誘電
率が高いこと、更に硬度が高いこと等の性質に原因し
て、長期に渡って電気的信頼性の高い静電チャック板が
得られることを見いだして、本発明に至ったものであ
る。

【０００９】また、本発明者らは、基板に対向するシー
ト状プラズマを形成しつつ、個別のプラズマを用いて励
起した原料ガスを前記シート状プラズマを介して基板に
供給する特定のプラズマＣＶＤ法を採用するときに、前
記静電チャックを安定して、生産性良く得ることができ
ることを見いだし、本発明に至ったものである。

【００１０】

【問題を解決するための手段】本発明は、珪素を含有す
るＢＮ_xからなる誘電層を有することを特徴とする静電
チャックであり、好ましくは、珪素を含有するＢＮ_xか
らなる誘電層の８００℃における体積抵抗率が３×１０
⁹Ω・ｃｍ以上であり、珪素を含有するＢＮ_xからなる誘
電層中の珪素含有量が１原子％以上１２原子％以下であ
り、若しくは、珪素を含有するＢＮ_xからなる誘電層の
ビッカース硬度が５００ｋｇ／ｍｍ²以上であることを
特徴とする前記の静電チャックである。

【００１１】又、本発明は、基板に対向するシート状プ
ラズマを形成しつつ、個別のプラズマを用いて励起した
原料ガスを前記シート状プラズマを介して基板に供給す
ることを特徴とする静電チャックの製造方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の静電チャックは、珪素を
含有するＢＮ_xからなる誘電層を有するもので、例え
ば、図１に例示するように、基板４上に電極３及び珪素
を含有するＢＮ _xからなる誘電層２を積層させた構造を
有すればよいが、これに限定されるものではない。電極
３に所定の電位を印加し、前記誘電層２を介して試料１
を吸着する機能を発揮できる構造であればどのような構
造であっても良いが、前記誘電層２は試料に歪を発生さ
せないように少なくとも前記試料に相対する部分につい
ては平面度の高いことが望まれる。

【００１３】静電チャックは、前記したとおり、半導体
の製造工程においてウエハー等の加工時に用いられ、高
真空下で概ね６００℃の高温条件下に曝されるので、前
記基板４は高温下で電気絶縁性に優れること、ガス放出
しないことを満足する材質が適用される。更に、半導体
製造工程で発生する熱や電極から発生する熱を容易に逃
がすことができるように熱伝導性に優れること等が要求
されるし、珪素を含有するＢＮ_xからなる誘電層２等を
被覆するに際して、それらの材料との熱膨張差が大きす
ぎて膜が剥がれたり、酷いときには膜が破壊することの
ないように適当な熱膨張率を有することが要求される。

【００１４】本発明者らは、上記の考えに立ちいろいろ
な材料について実験を繰り返した結果、基板４に用いる
材料として、アルミナ、マグネシア、窒化硼素、窒化ア
ルミニウム等を用いることができること、とりわけアル
ミナが好適であることを見いだした。

【００１５】電極３に用いる材料としては、基本的には
導電性の材料であれば良いが、被覆する珪素を含有する
ＢＮ_xからなる誘電層２と熱膨張率の大ききは異ならな
いことが望ましい。その理由は、前記した通り、両者の
差があまりにも大きいと、作製時あるいは使用時の温度
変化等によって前記誘電層に亀裂が生じたりする問題が
生じるからである。電極３に用いる材料としては、銅、
アルミニウム、モリブデン等のいろいろな金属や黒鉛が
用いられるが、黒鉛特に熱分解黒鉛は珪素を含有するＢ
Ｎ_xからなる誘電層と熱膨張率が近く好ましい。尚、電
極３は、前記材料を予め所定形状にした後に基板４の上
に配置し、そのまま珪素を含有するＢＮ _xからなる誘電
層を被覆することもできるし、或いは基板４上にプラズ
マＣＶＤ等の所定の方法で被覆し、化学的、物理的に形
状を整えた後に、珪素を含有するＢＮ_xからなる誘電層
を被覆することもできる。

【００１６】本発明の珪素を含有するＢＮ_xからなる誘
電層２については、本発明者らがプラズマＣＶＤ法で得
られるＢＮ_x膜について実験的に検討し、珪素（Ｓｉ）
を含有するＢＮ_xが８００℃における体積抵抗率が従来
得られなかった３×１０⁹Ω・ｃｍ以上もの高い値を有
すること、そしてこのような高体積抵抗率のＢＮ_x膜
は、珪素を１原子％以上１２原子％以下の特定量含有す
るとき、ビッカース硬度が５００ｋｇ／ｍｍ²以上もの
高硬度を有することを見いだし、本発明に至ったもので
ある。

【００１７】本発明において、珪素を含有するＢＮ_xか
らなる誘電層中の珪素の存在量は１原子％以上１２原子
％以下が、８００℃での体積抵抗率が３×１０⁹Ω・ｃ
ｍ以上を達成する上で好ましい。珪素含有量が１原子％
未満の場合、或いは１２原子％を超える場合は、いずれ
の場合も３×１０⁹Ω・ｃｍ以上を達成しえないことが
ある。又、用途においては特に高温での体積抵抗率が更
に高いものが望まれ、例えば６×１０⁹Ω・ｃｍ以上を
要する場合には、前記珪素含有量は３原子％以上８原子
％以下の範囲に特定することで達成できる。また、前記
の一層好ましい範囲での珪素を含有するＢＮ_xからなる
誘電層のビッカース硬度は９００ｋｇ／ｍｍ²以上を有
する。

【００１８】本発明の珪素を含有するＢＮ_xからなる誘
電層は、プラズマＣＶＤ法において、基板に対向するシ
ート状プラズマを形成しつつ、個別のプラズマを用いて
励起した原料ガスを前記シート状プラズマを介して基板
に供給することで得ることができる。具体的には、例え
ば図２の構成を有するプラズマＣＶＤ装置を用いれば良
い。前記の構成をとらない場合、珪素を含有するＢＮ_x
からなる誘電層を得ることがあっても、その成膜速度は
高々０．００４μｍ／ｍｉｎであり、本発明の場合の約
０．０２μｍ／ｍｉｎに比べて低く、実用的でなくな
る。

【００１９】図２において、１０１は複合陰極型プラズ
マガン、１０２、１０３は中間電極（中間電極１０２に
は環状永久磁石１２４が組み込まれている）、１０４は
１０ｍｍのスリット状の穴をもつ陽極である。陽極１０
４と中間電極１０３の間に差動排気装置が設置されてい
る。

【００２０】空芯コイル１０６、１０７、１０８、１０
９により陰極から陽極に向かう方向に磁場を形成させ、
放電ガス導入口１０５よりＡrを導入し、前記陰極と前
記陽極との間に電圧を印加することにより電子ビームプ
ラズマを発生させる。１１０は一対の永久磁石のＮ極面
を対向させたものであり、電子ビームプラズマがシート
状のプラズマに変形される。

【００２１】シート状に変形された電子ビームプラズマ
は陽極１０４のスリット状の穴を通過し、成膜部真空容
器１２３内にシート状のプラズマ１２２が形成される。
前記真空容器内のシート状プラズマの終端の位置に前記
陽極から絶縁された金属板（反射板）１１１を配置する
ことで電子流を打ち消し、前記シート状プラズマの捻れ
を抑制する。また、この方法により前記陽極が成膜容器
の外側に位置するので膜の付着・絶縁化による放電の不
安定性も抑制している。さらに、中間電極１０３と陽極
１０４との間に差動排気装置を設け、この間の圧力を低
くすることによって電子と中性種との衝突を減らし、高
いエネルギーを持つ電子を効率よく成膜領域に供給する
ことが可能である。

【００２２】成膜する基材１１２は前記シート状プラズ
マ面の下数ｃｍに設置された高周波電極１１４に置か
れ、必要に応じて、前記高周波電極１１４には１３．５
６ＭＨzの高周波バイアスが印加される。また、基材加
熱用ヒーター１１３により成膜中の前記基材１１２の温
度制御を行なうことができる。原料ガス励起用プラズマ
発生装置１１５は、仕切り壁によって仕切られた２つの
プラズマ室を有しており、各プラズマ室にはそれぞれ高
周波電源１１６に接続された高周波電極１１７が設けら
れている。この各高周波電極に１３．５６ＭＨzの高周
波を印加しつつ各プラズマ室に個々の原料ガスをそれぞ
れ独立に供給することによって、原料ガスの個別の励起
が可能となる。

【００２３】この原料ガス励起用プラズマ発生装置１１
５がシート状プラズマ面の上数ｃｍに２機設置され、前
記プラズマ発生装置から２種類ずつの原料ガスを個別に
プラズマ励起させた後、前記基材上に供給され、前記基
材上に膜が形成される。

【００２４】以下、実施例を挙げて更に具体的に本発明
を説明する。

【実施例】

【００２５】〔実施例１、２〕アルミナ基板上にＷ電極
をプラズマ溶射により５０μｍ厚さに形成した。プラズ
マＣＶＤによる珪素を含有するＢＮ_xからなる誘電層の
形成は、Ｗ電極の上にシート状の高密度プラズマを形成
しつつ、原料ガスを個別の原料ガス励起用プラズマ発生
装置を用いて個別にプラズマ励起して前記基材上に導入
するすることにより行った。前記シート状のプラズマを
発生させる装置および原料ガス励起用プラズマ発生装置
については、図２に例示した装置と同じで、電子ビーム
発生装置および２つの原料ガス励起用プラズマ発生装置
が用いられた。

【００２６】シート状プラズマ放電用にＡｒガスを２０
ｃｃｍ導入し、放電電流８０Ａのシート状プラズマを発
生させ、一方の原料ガス励起用プラズマ発生装置にＢＦ
₃を１０ｃｃｍ、ＮＨ₃を１０ｃｃｍ供給して、それぞれ
プラズマ励起させ、また他方の原料ガス励起用プラズマ
発生装置にＳｉＨ₄を０．１ｃｃｍ（実施例１のとき）
または０．２ｃｃｍ（実施例２のとき）、ＮＨ₃を１０
ｃｃｍ供給して、それぞれプラズマ励起させ、Ｗ電極上
に珪素を含有するＢＮ_Xからなる誘電層を積層した。こ
こで、基材温度を３００℃に、成膜部真空容器内の圧力
を１０ｍＴｏｒｒとした。

【００２７】上記操作で得られた静電チャック板の吸着
力を測定し、結果を表１に示した。静電チャック板の吸
着力は、静電チャック板上に直径５インチのシリコンウ
ェハーをセットし、誘電層と電極の間に直流電源を用い
て１ｋＶの電圧を印加し、静電気力によりシリコンウェ
ハーをチャックさせた状態で、引張試験機（東京精機製
作所製「ストロングラフＷ」）を用いてシリコンウェハ
ーを静電チャック板から引き剥す際の引張強度を測定
し、吸着力（ｇ／ｃｍ²）を求めた。

【００２８】次に前記静電チャック板について、誘電層
の機械的強度としてビッカース硬度を測定した後、誘電
層について８００℃での体積抵抗率を求め、更に蛍光Ｘ
線分析により誘電層中の珪素含有量を求めた。これらの
結果を表１に記載した。尚、珪素を含有するＢＮ_xから
なる誘電層の厚さを５０μｍまで薄くしても、１ｋＶの
電圧を印加したときに誘電層の絶縁破壊は生じなかっ
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】〔比較例１〕原料にＳｉＨ₄を用いないこ
とを除いて実施例１、２と同一の方法で、珪素を含有し
ないＢＮ_x誘電層を５０μｍ堆積して静電チャック板を
作製した。この静電チャック板の誘電層と電極の間に直
流電源を用いて１ｋＶの電圧を印加し、吸着力並びに機
械的強度を測定し、その結果を表１に示した。吸着力は
実施例１、実施例２の場合とほぼ同程度であるが、機械
的強度が悪く、実用には不向きであることがわかる。

【００３１】〔比較例２、３〕原料ガスにＡｌＣｌ₃＋
ＣＯ₂＋Ｈ₂を用い、温度１０００℃、圧力１０Ｔｏｒｒ
の熱ＣＶＤ法でアルミナ質の誘電膜を堆積し、静電チャ
ック板を作製した。その結果、アルミナ質誘電層の厚さ
が１５０μｍより薄い場合（比較例２のとき）には誘電
層の絶縁破壊が生じ、吸着力が急激に低下した。アルミ
ナ誘電層の厚さが１５０μｍの場合（比較例３のとき）
の吸着力測定結果を表１に示した。吸着力は実施例１、
実施例２の約５分の１と低い。

【００３２】

【発明の効果】実施例より、本発明の静電チャックは大
きな吸着力を有し、しかも機械的強度が十分に高い特性
を有し、半導体製造過程に安心して適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャック板の側面図。

【図２】本発明の珪素を含有するＢＮ_xからなる誘電
層を形成するに用いる装置の一例を示す図。

【符号の説明】１半導体ウェハー（試料）２誘電層３電極４基板１０１複合陰極型プラズマガン１０２、１０３中間電極１０４陽極１０５放電ガス導入口１０６、１０７、１０８、１０９空心コイル１１０同一極面を対向させた一対の永久磁石１１１反射板（金属板）１１２基材１１３基材加熱用ヒーター１１４高周波電極１１５プラズマ発生装置１１６高周波電源１１７高周波電極１１８、１１９原料ガス導入口１２０直流電源１２１高周波電源１２２シート状プラズマ１２３成膜部真空容器１２４環状永久磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】珪素を含有するＢＮ_xからなる誘電層を
有することを特徴とする静電チャック。
【請求項２】珪素を含有するＢＮ_xからなる誘電層の
８００℃における体積抵抗率が３×１０⁹Ω・ｃｍ以上
であ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】珪素を含有するＢＮ_xからなる誘電層中
の珪素含有量が１原子％以上１２原子％以下であること
を特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項４】珪素を含有するＢＮ_xからなる誘電層の
ビッカース硬度が５００ｋｇ／ｍｍ²以上であることを
特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項５】基板に対向するシート状プラズマを形成
しつつ、個別のプラズマを用いて励起した原料ガスを前
記シート状プラズマを介して基板に供給することを特徴
とする静電チャックの製造方法。