JP2008205415A

JP2008205415A - 静電チャック

Info

Publication number: JP2008205415A
Application number: JP2007067490A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Tatsumi; 良昭辰己
Original assignee: Creative Technology Corp
Current assignee: Creative Technology Corp
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】直径３００ｍｍ以上大口径で、温度制御が良く、高温でも使用できる静電チャック、及びヒータ付き静電チャックを安価に提供すること。
【解決手段】チタンの基盤と絶縁層にアルミナまたはＹＡＧ溶射膜を有する静電チャック構造とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子製造プロセスで用いられているエッチング処理、化学気相蒸着（ＣＶＤ）による薄膜形成などのプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン描写装置、イオン注入装置、また液晶パネル製造に使用されるイオンドーピング装置などに具備されている半導体ウエハの静電吸着機構、いわゆる静電チャックの技術に関する。

現状では最先端の半導体素子製造は最大で直径３００ｍｍのシリコンウエハが使われているが、今後シリコンウエハの直径は最大で４５０ｍｍへ移行してゆくと考えられている。更なる生産性の向上が期待できるためであり、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｏａｄｍａｐＦｏｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（以下ＩＴＲＳ）と呼ばれる半導体素子製造に係わる国際機関がその詳細についてロードマップを作成し、インターネットのホームページで内容を公開している（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｔｒｓ．ｎｅｔ／）。２００５年版のＩＴＲＳではウエハの最大直径が４５０ｍｍに移行する時期は２０１２年となっている。

半導体製造装置は搭載するウエハの大きさに合わせて設計変更される。ウエハの載置部である静電チャックもその寸法が大きくなると新たな技術的課題が発生する。特に顕著なのが温度の依存性で、静電チャックを構成している材質の熱膨張率の違いから変形や割れなどの問題を引き起こす。

特開平６−２６０４４９号公報には、セラミック板を素材とした直径２００ｍｍウエハ用の静電チャックにおいて、その基盤材料の線膨張率をセラミックと同じ程度の材質にすることが開示されている。

特開平６−２６０４４９号公報。

本発明が解決しようとする課題は以下のとおりである。
第一の課題は直径３００ｍｍ以上の大口径ウエハまたは大型サイズのその他基板を保持そして吸着することができる静電チャックを、温度依存性の問題なく安価に製作することである。ここで温度依存性の問題とは、保持・吸着されるウエハ又は周囲の環境の温度の変化によって静電チャック吸着面のそりやたわみで平坦性が失わることや、その吸着面にひび、割れそして剥離が生じるなどして静電チャックに物理的な不具合が発生することを言う。大口径ウエハとは現状の最大３００ｍｍ以上の口径のウエハを指し、次世代では４５０ｍｍとされ、その後も更に大きくなってゆく可能性がある。大型サイズのその他基板とは液晶パネル等の大型ディスプレー装置に使われるガラス基板などで、現状でも短辺が１ｍを超えるものが生産現場で使われており、ウエハと同様に更に大型化するとされている。
本発明の第二の課題は、温度制御性が高く、かつ高温での使用にも耐える静電チャックを製作することである。温度制御性が高いということは目的の温度に短時間で設定でき、かつ静電チャックの吸着面で温度が一定であることを意味する。早く目標の温度に設定するためには静電チャックに用いる材質の比熱と密度を掛けた値を小さくする必要がある。高温での使用とは、ウエハを数百度にまで昇温する場合、静電チャック自身も内部にヒータ等の発熱体を組み込んで加熱する必要がある。静電チャック内で急激な温度勾配を持たせることが困難なためである。半導体の製造プロセス、特にＣＶＤなどのプラズマ処理で、ウエハの温度を高くする場合がある。

請求項１に記載の発明は、静電吸着力を用いて基板を保持する静電チャックにおいて、前記静電チャックの基盤をチタンで形成し、前記静電チャックの一部を溶射絶縁層とすることを特徴とする、静電チャックである。基盤をチタン金属にする理由は溶射絶縁層の材質と熱膨張係数を近くできるため、温度の変化によって膨張・収縮の熱サイクルを繰り返してもその界面において物理的に大きな応力が発生することがない。また、チタンは化学的に活性な表面を有することから溶射絶縁層がその表面に強く固着する性質があるため、溶射絶縁層が熱サイクルによるひび、割れそして剥離等の物理的損傷を更に生じにくくできる。本発明で使用できるチタン材質の例としては、純チタンが最も好ましいが、高強度チタンや耐食チタンなどの合金も使用可能である。純チタンの溶融点は１６７０℃とアルミニウムの６６０℃の２倍以上高く、ステンレスの１４００℃よりも高いので、高温での使用に適した材質である。また、純チタンの密度は４．５ｇ／ｃｍ^３、比熱は０．５１９Ｊ／ｋｇ・Ｋでそれらを掛け合わせた値は鉄、ステンレススチールや銅などと比較して６０％程度と低く、時間的に早く昇温あるいは温度を下げることができる。更に、チタンは非磁性体であるので加工しても磁化されることはなく、高周波や電磁的作用がある雰囲気の半導体処理装置の中で使用してもそれらの特性に影響を与えることなく使用できる点でも有利である。
静電チャックに溶射絶縁層を施す理由は、極薄い絶縁層を施すためで従来のバルクのセラミック板を使う場合に比べてその質量を減らすことが目的である。又、溶射方を用いることで、セラミック板を使う場合よりも安価に製作できる利点がある。質量を減らすことで、温度の昇降にかかる時間や溶射される基盤との界面で応力が低減できるためである。絶縁層を設ける理由は、静電チャックには静電気を発生させるための吸着電極を有し比較的高い電圧、通常０．５ｋｖ〜３ｋＶ、を印加することから、電気絶縁をその周囲の部材や吸着されるウエハとの間で保つ必要があるためである。溶射絶縁層は静電チャックの基盤であるチタンの表面、すなわち上面や側面に施し、更にその上面に吸着電極を形成した後に溶射絶縁層を施す。電気絶縁層を溶射で形成することで従来のバルクのセラミック板を使う場合の１ｍｍ程度の厚さのものと比較して、１００〜５００μｍ程度の極薄い層を形成することができる。

請求項２に記載の発明は、前記静電チャックにおいて、溶射絶縁層はアルミナ又はＹＡＧから選ばれる一以上の材質であることを特徴とする、請求項１の静電チャックである。一般的に、純チタンの熱膨張係数は８．４×１０^−６℃^−１、アルミナは８．４×１０^−６℃^−１、そして単結晶ＹＡＧは７．８×１０^−６℃^−１である。アルミナそしてＹＡＧ共に熱膨張係数が純チタンに非常に近い材質である。アルミナそしてＹＡＧ共に純度は９９．９％以上の材質のものを使用する。半導体製造ではその工程でできる限り不純物を混入させないことが素子の歩留まりを向上することにつながるからである。アルミナとＹＡＧは特にプラズマ環境下で高い耐性を有することから、溶射絶縁層の寿命を飛躍的に延ばすことができる。

請求項３に記載の発明は、前記静電チャックにおいて、チタンの基盤は更に、アルミニウムの第二の基盤にＨＩＰ（ＨｏｔＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ：すなわち熱間等方圧加圧）処理によって接合されていることを特徴とする、請求項１〜２の静電チャックである。
第二の基盤を導入する第一の理由は、チタンは高価な素材であるので必要な部分のみチタンで製作し、他の部分はアルミニウム等の他の比較的安価な金属で製作し接合して、コストの削減を図ることができるためである。これら二つの基盤の接合面の周辺領域では温度はほぼ一定とすることができるので、熱膨張係数の差に起因する応力発生は特に問題とならない。又、第二の基盤を強固に装置に取り付することで、前記応力に対抗できる。
ＨＩＰ処理はアルゴン等の不活性ガスを圧力媒体として、１００ＭＰａ程度の圧力と高温の雰囲気で加圧処理する方法である。ガスを圧力媒体とするので等方向に均一に圧力をかけられることを特徴とする。アルミニウムとチタンの場合、圧力は１００ＭＰａ以下で温度は３５０〜５００℃の範囲である。チタンの基盤をアルミニウムの第二の基盤に接合する他の理由は、第二の基盤に間接的にウエハを冷却するための冷却水路であるとか、更に高温にするための伝熱ヒータ等を組み込むことが容易にできるためである。静電チャックを装置に搭載する場合でも第二の基盤があれば、適当な取り付け部をこの第二の基盤に前記の冷却水路やヒータと共に施工することができる。

本発明により、高温での使用に耐え、温度サイクルに対しても物理的損傷を受けない大口径又は大面積の静電チャックを安価に製作できる。更に、本発明の静電チャックは温度制御性にもすぐれその応答性も速い。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施例１の形態を図１に基づいて説明する。本実施例はヒータ９を搭載する直径４５０ｍｍ用ウエハの静電チャックである。最大直径４５０ｍｍの純チタン製の第一の基盤２を用意する。高さは２０ｍｍである。更に、直径４５０ｍｍで厚さ４０ｍｍのアルミニウム製の第二の基盤１を用意する。第一の基盤２と第二の基盤１をＨＩＰ処理によって先ず接合するが、このときヒータ９を第二の基盤の上方にほぼ全面にいきわたるように配置しておく。ヒータ９としてはセラミックの絶縁シールドを有する電熱線から構成する。第一の基盤２と第二の基盤１はその界面でＨＩＰ接合面１３を形成する。接合の終わった第二の基盤１には水冷のための冷却水路６を施す。冷却水路６の直径は８ｍｍで、第二の基盤１に内在する四角形に周囲からガンドリルで孔を明け、溶接により栓をし、図示していない第二の基盤１の底面に出入り口を設ける。更に、吸着電極５に電源１２から電位を供給するための電位供給端子８を電位供給絶縁部７と共に、接合した第一の基盤２と第二の基盤１に装填する。ヒータ９に関しても同様に、ヒータ電流供給端子１１をヒータ電流供給絶縁部１０と共に施工する。次に、接合の終わった第二の基盤１の上部に第一の溶射絶縁層３を施す。材質は純度９９．９％以上のアルミナで、第一溶射絶縁層３の厚みは３００μｍである。この工程の後、第一の溶射絶縁層３の表面に平坦性を持たせるため一度切削する。次に、第一の溶射絶縁層３の上に吸着電極５を形成する。タングステンで３０μｍ厚さのものを溶射によりマスクを介してパターンニングする。吸着電極５は半円型で双極タイプの静電チャックを形成する。次に、吸着電極５、第一の溶射絶縁層３そして第一の基盤２の側面などに第二の溶射絶縁層４を施す。材質はアルミナで純度９９．９％、厚みは４００μｍである。第二の溶射絶縁層４の上面がウエハ１４の吸着面となる。最後に、第二の溶射絶縁層４の上面の平坦性を高めるための切削を行い、実施例１に記載の静電チャック１００を完成する。

実施例１で示す本発明の静電チャック

符号の説明

１第二の基盤
２第一の基盤
３第一の溶射絶縁層
４第二の溶射絶縁層
５吸着電極
６冷却水路
７電位供給絶縁部
８電位供給端子
９ヒータ
１０ヒータ電流供給絶縁部
１１ヒータ電流供給端子
１２電源
１３ＨＩＰ接合面
１４ウエハ
１００実施例１に記載の静電チャック

Claims

静電吸着力を用いて基板を保持する静電チャックにおいて、前記静電チャックの基盤をチタンで形成し、前記静電チャックの一部を溶射絶縁層とすることを特徴とする、静電チャック。
前記静電チャックにおいて、前記溶射絶縁層はアルミナ又はＹＡＧから選ばれる一以上の材質であることを特徴とする、請求項１の静電チャック。
前記静電チャックにおいて、前記チタンの基盤は更に、アルミニウムの第二の基盤にＨＩＰ処理によって接合されていることを特徴とする、請求項１〜２の静電チャック。