JPH11289003A - 焼結炭化硅素基体上に化学蒸着炭化硅素膜をコーティングした半導体ウエハ用真空チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 半導体ウエハ搬送・保持装置の被
保持物との接触部分（真空チャックホルダ）が、焼結炭
化硅素基体上に化学蒸着炭化硅素膜をコーティングして
なることを特徴とする真空チャックホルダであって、前
記化学蒸着炭化硅素膜が、ミラー指数表示（２２０）面
配向結晶構造成分とその他の面配向結晶構造成分の比に
おいて、Ｘ線回折強度で３２倍以上よりなることを特徴
とする真空チャックホルダ。 【効果】 耐摩耗性が向上すると共に、被保
持物との接触部分における静電気の発生が防止され、ご
みの付着が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体基板
（ウエハ）やアルミナ、石英等の薄板状基板を吸着固定
に好適に用いられる真空チャックに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造工程においては、
ウエハを搬送したり、所定位置に固定したりするための
種々の保持装置が用いられている。例えば、リソグラフ
ィ工程の中心的役割りを担う露光装置では、薄板状のウ
エハを平面内に固定するために真空チャックの装置が使
用されている。

【０００３】従来、この種の真空チャック本体に使用さ
れる材料はアルミニウム合金にアルマイト処理を施した
ものや、アルミナセラミックスが用いられていた。アル
ミニウム合金製の真空チャックホルダにおいては、摩耗
等により吸着面の精度を長期間にわたって維持できない
問題がある。一方、アルミナセラミックス製の真空チャ
ックホルダにおいては、使用時にチャックホルダが帯電
して塵埃が付着し、ウエハの吸着精度が低下する問題が
ある。

【０００４】又、半導体集積回路の微細化に伴い、ウエ
ハ露光面は完全２次元平面、および、超平滑面である必
要がある。それに従い、ウエハを支持する真空チャック
ホルダの吸着面の面精度は超平滑面が必要となった。機
械加工により形成する真空チャックホルダの面加工にお
いて、アルミュウム合金は軟らかく加工が容易である
が、反面、容易に劣化する。アルミナセラミックスより
なる真空チャックホルダの面研磨は硬く容易でない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術に述べた
ように、真空チャックホルダ材料が求められる特性は （１） 耐摩耗性に優れていること、すなはち、硬度が
大きいこと。 （２） 気孔があったり、帯電したりしてゴミを吸着し
ないこと。 （３）熱膨張係数が小さいこと。 （４）比重が小さく、高強度であること。 （５）被加工性に優れていること。 である。上記特性をより詳しくみると次のようになる。

【０００６】ウエハと真空チャックホルダは接触してい
る。真空チャックホルダは繰り返しウエハを積載し、搬
送する。したがって、表面は摩耗し、損傷する。ウエハ
が真空チャックホルダに吸着された状態で期待される状
態は、第一に吸着によってウエハの表面が露光装置の光
の作る最適位置、すなはち、出来るだけ完全な二次元平
面に矯正されることである。したがって、ホルダの摩耗
に起因する保持面の欠陥によるウエハの変形を防止する
ため、および、ウエハとの接触によるアブレッシブ摩耗
により発生する微粒子のウエハとホルダ間介在による平
面の変形を防止するためには、真空チャックホルダとウ
エハの接触部の耐摩耗性、および、硬度が高いことが望
まれる。また、微粒子が表面に付着すると、回路転写時
に断線・短絡が生じる。

【０００７】前述のアブレッシブ摩耗の外に、ごみが、
帯電した真空チャックホルダへの吸着すること、セラミ
ックス表面気孔への侵入すること、等が前記障害と同様
な障害を生ずる。

【０００８】露光装置の真空チャックホルダにおいて、
露光によって熱が蓄積される。このため、ホルダの熱膨
脹係数が大きいと、ホルダに吸着固定されているウエハ
の寸法変化を拡大させることになる。従って、回路転写
時の寸法誤差を抑制するためには、熱膨脹係数ができる
だけ小さいことが望まれる。

【０００９】半導体回路用ウエハのサイズは、ダイ歩留
向上のために段々大型化してきた。それに伴い、搬送装
置、直接には真空チャックホルダの負荷が大きくなって
きた。すなはち、真空チャックホルダ材料の機械的強度
が強い材料が必要になってきた。材料厚みを増し、強度
を強くすることは、装置の軽量化に反する。

【００１０】材料の機械加工で最も時間・労力を費やす
工程は研磨工程である。しかして、真空チャックホルダ
とウエハが接触する面は真空吸着による平坦度矯正のた
め超平滑面で有る必要がある。したがって 、真空チャ
ックホルダ材料の研磨被加工性が重要な特性となる。

【００１１】近年、上記必要特性を満たす材料としてセ
ラミックス材料が開発されている。従来のセラミックス
材料は一般に極めて硬いものであることから、前記した
如き超平滑面に表面研磨するには多大な労力、および、
研磨エネルギーを必要とする。強研磨加工を行うため
に、かえって研磨面が損傷し易く、高精度の平滑面を得
ることが困難であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記課題を
解決するために、真空チャックホルダは、焼結炭化硅素
基体上に、非酸化性雰囲気下で減圧化学蒸着によって同
種炭化硅素膜を形成した、セラミックス複合体で構成す
る。本発明において、真空チャックホルダに用いられる
好ましい複合体材料構成としては、基体にα型、また
は、β型焼結炭化硅素を用い、成膜された膜は、結晶化
したβ型構造の炭化硅素が挙げられる。

【００１３】また、本発明においては炭化硅素焼結体を
直接ウエハとの接触部に用いるのでなく、化学蒸着炭化
硅素膜を表面に用い、研磨加工を容易にする膜構造を選
択するために、製造が容易である。

【００１４】また、本発明に用いる焼結炭化硅素複合体
は導電性を有する。すなはち、本発明の真空チャックホ
ルダでは、セラミックス焼結体の持つ、高剛性 軽量、
高硬度という特性に、導電性という特性が付加される。
したがって、耐摩耗性が向上すると共に、被保持物との
接触部分における静電気の発生が防止され、ごみの付着
が低減される。

【００１５】従来の炭化硅素材料における表面研磨の困
難性が炭化硅素表面の結晶面が無配向となっていること
に起因することを改良し、本発明では、炭化硅素蒸着膜
の結晶面を配向させ、劈開面を揃えることによって、よ
り少ない研磨エネルギーで、損傷の発生を極力防ぎなが
ら超平滑面に表面研磨できる。

【００１６】更に、本発明における化学蒸着膜は緻密で
あり、通常のセラミックス表面のように気孔を有してい
ない。従って、本発明の真空チャックホルダと被保持物
との接触部では、気孔への異物の付着がなく、かつ、付
着したとしても清掃除去が容易である。

【００１７】ここで、従来の真空チャックホルダに使用
されていた各材料と本発明の化学蒸着炭化硅素複合体の
物性を表１に示す。比較材料として金属、セラミック
ス、それぞれの代表であるステンレス鋼、アルミナの各
物性値を示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】平坦度を要求されるホルダや、小型・高性
能を要求される搬送装置用材料への適用評価特性値とし
て、弾性率と比重を比較すると、両者共に本発明による
化学蒸着炭化硅素複合体が、弾性率は大きく、比重は小
さいとゆう最も望ましい値を示している。

【００２０】また、熱膨脹係数も三者中で最も小さく、
長時間露光によって蓄熱されるような場合でも寸法変化
は少ない。即ち、ホルダに吸着固定されているウエハ回
路転写時の寸法誤差を低く抑えることができる。

【００２１】

【作用】本発明の非酸化性雰囲気下の減圧化学蒸着炭化
硅素複合体が、前述の諸課題を解決する手段を提供して
いることを示した。この手段の中で、一般に言われてい
るセラミックスの加工困難性を解決する上において、本
発明の蒸着膜は重要な作用、効果をもたらす。

【００２２】セラミックス材の加工困難性を克服するた
めに、放電加工法が採用されている。放電加工される領
域は、ウエハを吸着する溝、および、真空吸引孔であ
り、ウエハと接触する重要な面は研磨加工に頼らざるを
得ない。セラミックス材料の最も機械加工困難な段階は
研磨加工である。

【００２３】本発明になる化学蒸着炭化硅素膜は蒸着条
件によって多種の膜構造を創成する。しかも、膜構造に
よって研磨加工の労力が大きく異なる作用をなす。例え
ば、真空チャックホルダを形成する基体の表面に高純度
のβ型炭化硅素を化学蒸着して、結晶面をミラー指数表
示（２２０）面、及び、（１１１）面に配向するように
調製して得られる蒸着膜がある。この蒸着膜と無配向の
蒸着膜を、研磨加工における研磨エネルギー、時間で比
較すると、配向した蒸着膜の方が遥かに消費エネルギー
は少なかった。かつ、研磨面の状態も明瞭な差がみら
れ、配向膜の方が優れていた。すなはち、本発明になる
真空チャックホルダ用化学蒸着炭化硅素複合体セラミッ
クスは、現在ウエハ保持材として使用されているセラミ
ックスと同等の特性を持ちながら、最も重要なウエハと
の接触面の超平滑面の加工に優れた作用をしている。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明の真空チャックホルダの概略
的な構造を示す平面図、図２は図１のＡ．Ａ’断面図で
ある。図３は図２の一部分の拡大図である。ホルダＷＨ
のウエハ吸着面の形状はウエハＷの直径よりわずかに小
さい径の円形であり、ウエハ吸着面にはホルダＷＨの中
心から同心円状の複数の環状凸部（ウエハＷ支持部）１
と環状凹部（真空吸着溝）２とが一定のピッチでリム状
に形成されている。

【００２５】また、各環状凹部２には真空吸着のための
吸気孔３が半径方向に並べて形成され、各吸気孔３は、
ホルダＷＨ内部に半径方向に伸びたスリーブ状の孔４と
連通している。この孔４を真空源につなげて減圧するこ
とによって、ウエハＷの裏面と各環状凹部２で囲まれる
空間が負圧になり、ウエハＷの裏面は複数の環状凸部１
の上面にならって、平坦化矯正される。

【００２６】本実施例では、ホルダＷＨ本体は、焼結炭
化硅素基体上に非酸化性雰囲気減圧化学蒸着で成膜した
炭化硅素膜でコーティングして構成した。まず、図１、
および、図２の形状をなすα型炭化硅素基体を焼結し
た。焼結型枠には、環状凹凸部１、および、２（深さ
０．２〜０．５ｍｍ）が予め加工されているので、成型
された焼結ホルダ基体には、転写された凹凸がある。改
めて、正確な環状凸部１の山幅が０．２ｍｍになるよう
に機械加工を行い、表面が面粗さ０．０１ｍｍまで研磨
加工を行った。

【００２７】この基体のウエハ保持面、および、真空吸
引溝面を同時に膜加工する。すなはち、環状凸部１、お
よび、環状凹部２表面に高純度炭化硅素の化学蒸着を２
つの異なった蒸着条件下で行った。一つは蒸着温度１３
００℃、蒸着速度１０〜数１０μｍ／ｈ、非酸化性雰囲
気下の減圧蒸着であり、他は同一蒸着温度、同一蒸着速
度で、非酸化性雰囲気下の常圧蒸着である。得られた二
つの真空チャックホルダ表面を、ダイアモンドパウダー
にて５時間機械研磨を行った。上記減圧雰囲気下で蒸着
した膜表面は、研磨によって８Åｒｍｓに仕上がり、常
圧雰囲気下で成膜した膜表面は５００Åｒｍｓであっ
た。両蒸着膜の結晶構造をＸ線回折にて比較すると、減
圧雰囲気下で成膜した膜の結晶構造はミラー指数表示
（２２０）面が（１１１）の面に比較して約５２倍であ
り、常圧雰囲気下でのものは約３２倍であった。上記実
施例では、被研磨加工性が（２２０）方向への配向が多
い蒸着面ほど優れていることを示している。なを、結晶
構造において、配向した材料と無配向の材料では、配向
をなくすほど研磨が困難になることは判明している。

【００２８】また蒸着面、すなはち、ウエハ吸着面には
気孔は殆ど無い。したがって、吸着面にごみが付着する
ことは少なく、ウエハＷとの間にごみが介在することに
よってウエハＷの平坦度が低下することが起こりにく
い。また、高硬度であるので、アブレッシブ摩耗によっ
て微粒子が発生してウエハＷに付着するということもな
い。α型炭化硅素焼結体は導電性であるので静電気の発
生による真空チャックホルダへのごみの付着は生じな
い。仮にごみが付着したとしても容易に除去することが
でき、真空チャックホルダの清掃が簡単である。更に、
本実施例の真空チャックホルダは、熱膨脹係数が小さい
ので、露光時の蓄然による寸法変化が少ない。従って、
高感度のフォトレジストを用いて、低強度の光で長時間
露光する場合にも、ウエハの寸法誤差を許容範囲内に抑
えることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上の様に本発明においては、真空チャ
ックホルダが導電性炭化硅素焼結体上を、非酸化性雰囲
気下で減圧化学蒸着炭化硅素膜でコーティングしてな
り、その生成膜が結晶構造を形成することによって、セ
ラミックス材料で最も困難な研磨加工を容易にする効果
を示す。また、結晶化膜には気孔がなく、かつ、導電性
のために静電気の発生によるごみの付着が防止されて、
保持装置の清掃も簡単である。またセラミックス特有の
高剛性、軽量である特性のもたらす真空チャックホルダ
構造の強靭性は、ウエハ吸着による被保持物の平坦化矯
正を行うことを長時間にわたり安定して可能にする。更
に、小さい熱膨張率がもたらす高寸法安定性の特性を有
するので、蓄熱による寸法変化が問題となる場合にも有
利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】真空チャックの平面概略図。

【図２】真空チャックの断面概略図。

【図３】真空チャック断面概略図の一部分拡大図。

【符号の説明】

１ 環状凸部（ウエハ支持部） ２ 環状凹部（真空吸着溝） ３ 吸気孔 ４ 真空吸引孔 ５ 蒸着炭化硅素膜（凸部はウエハと接触部） ６ 焼結炭化硅素基体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハ搬送・保持装置の被保持物
   との接触部分（真空チャックホルダ）が、焼結炭化硅素
   基体上に化学蒸着炭化硅素膜をコーティングしてなるこ
   とを特徴とする真空チャックホルダであって、前記化学
   蒸着炭化硅素膜が、ミラー指数表示（２２０）面配向結
   晶構造成分とその他の面配向結晶構造成分の比におい
   て、Ｘ線回折強度で３２倍以上よりなることを特徴とす
   る真空チャックホルダ。