JPH03183151A - 静電チャック板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、導電材料や半導体材料からなるシリコンウェ
ハ等の試料を電気的に吸着固定する高熱伝導性の静電チ
ャック板に関する。

〔従来の技術〕

シリコンウェハにパターンニング等の各種微細加工を施
し、多数のトランジスタを形成する集積回路の製作にお
いては、ウェハを平坦な面に確実に固定することが必要
である。このため、従来から機械式、真空式及び電気式
のチャンク板が用いられている。これらのチャックの中
で電気的にウェハを吸着固定する静電チャック板は、ウ
ェハの平坦度を良くして固定することができ、かつパー
ティクル（粒子）の発生が少ないため、半導体製造技術
分野において特に有用である。

従来、静電チャック板は、セラミックスからなる焼結基
体上に導体層を印刷等で施し、更にこの導体層上にアル
ミナ製誘電層を接着剤等で貼着した構造であった。

吸着力Ｆは、一般に次式で示され、誘電層の厚みの２乗
に反比例する。

ここで、ε。；真空の誘電率、　　ε７　；誘電層の比
誘電率、　　Ｓ；対向面積。

Ｖ　；印加電圧、　　ｔ：誘電層の厚さである。

従って、強い吸着力を得るためにはこの誘電層は薄いの
が望ましいが、貼着されるアルミナ製誘雷層を５００μ
ｍ以下に薄くするのは加工上至難であり、高い吸着力が
得られないという問題があった。

最近、この欠点を補うため、第２図に示すように、アル
ミナからなる絶縁性基板５上に形成された電極２の一生
面に化学気相成長法（ＣＶＤ法）によってアルミナ被覆
膜３を設けてなる静電チャック板が提案されている（特
開昭６０−１９７３３５号公報）。

しかし、このものは、基板及び誘電層がアルミナ製であ
ること及び基板を薄くできないことにより、静電チャッ
ク板の熱伝導性が低く、ウェハの温度コントロールが不
十分であった。なお、第２図において、１はソリコンウ
ェハ、４は直流１源である。

近年、集積回路製造プロセスでは、ＬＳＩの高集積化・
高速化に伴い、素子の微細加工の高精度化が強く要望さ
れている。従って、工、チング処理プロセス制御、ＣＶ
Ｄプロセス制御も高精度化が要求されている。これらの
プロセスは化学反応を利用しているため、処理温度の制
御が最も重要である。ウェハの温度制御は温度制御機構
を備えた支持台によって静電チャック板を介して行なわ
れるため、より高熱伝導性を有する静電チャック板の開
発が望まれていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記欠点を解決した高熱伝導性の静電
チャック板を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、電極面を誘電層で被覆してなり、
該誘電層上に試料を電気的に固定保持する静電チャック
板において、電極自体を静電チャック板の基板としてな
り、しかも、化学気相成長法によって、電極の通電部以
外の全面に窒化物系セラミックスの被覆膜からなる誘電
層を形成させてなることを特徴とする静電チャック板で
ある。

以下、さらに詳しく本発明について説明する。

本発明における静電チャック板の構造は、第１図に示す
ように、電極２自体を静電チャック板の基材としてなり
、しかも通電部８以外の全面にＣＶＤ法によって形成さ
れた窒化物系セラミックスの被覆膜７を設けたことが特
徴である。

本発明で使用される電極材料としては、基本的には導電
性材料であれば良いが、被覆する窒化物系セラミックス
と熱膨張率がほぼ等しいことが望ましい。その理由は、
両者の差があまりにも大きいと、製作時あるいは使用時
の温度変化等によって被覆膜に亀裂が生じたり、静電チ
ャック板が変形してしまうという問題が生しるからであ
る。

電極材料はＣＶＤ工程において変形、変質しないもので
なければならない。このような電極材料の例としては”
ｖ４．　Ｍｏ等の高融点金属あるいは黒鉛等をあげるこ
とができる。一方、チャック板の形状は種々多様である
ため加工性に優れたものが望ましい。

本発明では、−上記の電極それ自体を静電チャック板の
基材とするものであり、それによって以下の効果をもた
らすものである。

（１）　　誘電層（、こケ・１し７て熱膨張係数を合わ
セる相手が１種類で良いこと。従来は、セラミ・７クス
製基板上に形成された電極上に誘電層を被覆する場合、
誘電層に対して基板材料と電極材料の２種との熱膨張係
数を合わせる必要があった。

（２）従来のように電極膜を形成するプロセスを省ける
。

本発明の誘電層を構成する材料はＣＶＤ法によって形成
されたＡ　Ｉ　Ｎ、　５ｉＪｎ＋　ＢＮ等の窒化物系セ
ラミックスである。窒化物系セラミックスは、一般に、
酸化物系、炭化物系、硼化物系のセラミックスに比較し
絶縁耐力が大きく、高温絶縁性に優れる特徴があるので
誘電層の厚みを薄くできる点で有利である。また、熱伝
導率においてもＡ　Ｉ２２０３よりも高く、特にＡＩＮ
は熱伝導率が極めて高いために優れたものである。

本発明において、窒化物系セラミ・７クスを電極面に被
覆するにあたっては、第１図に示すように、通電部８を
除く全面に形成させる。そのようにすることによって、
温度制御機構を備えた支持台６との絶縁も薄いＣＶＤ膜
でとれるので、熱伝導性の面で有利となる。

窒化物系セラミックスの被覆膜の形成にあたっては、熱
ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ法を用いることによ
り前記の特徴を最大限に生かすことができる。すなわち
、ＣＶＤ法によれば焼結助剤や気孔を含まない高純度で
緻密な膜を薄く均一に被覆することができる。しかも接
着剤を用いる必要がないため、熱伝導率の低下や誘電層
の厚みのバラツキの問題も生じない。さらには、ＣＶ口
温度、圧力等のＣＶＤ条件を調整することにより電極材
料との熱膨張率を合わせることも可能である。たとえば
Ａｎの場合、高温低圧下で得られる膜はど低い熱膨張率
を示し、９００−１３００℃、　　０．５〜ｌＯｔｏｒ
ｒの条件の組み合せで、室温からｔｏｏｏ℃までの平均
熱膨張係数が３〜６Ｘ１０−６／℃である＾ｌ膜をつく
り分けることができる。

誘電層をＡＩＮとする場合、基材である電極材料として
は上記した理由から、Ｗ、　Ｍｏおよび黒鉛が望ましく
、黒鉛としては、室温から１０００℃までの平均熱膨張
係数が４〜７　Ｘｌ０−’／’Ｃであるものが特に好ま
しい。

一方、誘電層をＳｉ、Ｎ、とする場合、室温から１００
０℃までの平均熱膨張係数が２〜５　ＸＩＱ−”／’Ｃ
の黒鉛を電極材料とするのが望ましい。

電極板の厚さは０．５〜１０閣程度が適切であり、あま
り薄すぎるとチャック板が変形してしまうし、厚すぎる
と熱伝導性が低下する。

誘電層の厚さは５０〜４００μ信程度が適切である。

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
絶縁破壊を生じるし、厚すぎると静電吸着力や熱伝導性
の低下を招く。

本発明の静電チャック板を冷却水の循環機能等温度制御
機構を備えた支持台６に取りつけウェハの温度を制御す
る。ウェハの温度制御性と均熱性を高めるには、静電吸
着力が大きく、電極と誘電層材料の熱伝導率が高く、か
つ厚みが薄いほど良い。

〔実施例〕

以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的に本発明を
説明する。

１〜１０　　　　　　１．２ 第１表に示す原料ガス及び条件により減圧熱ＣＶＤ法で
第１図に示すような黒鉛質電極２　（１２５１−φＸ５
ｉｓｔ＋熱伝導率＝１００　ｗ／ｍ　−ｋ、市販品）あ
るいは−、　Ｍｏ電極２　（１２５ｎ＝φ×２■璽０の
通電部８を除いた全面を各種のセラミックス膜７で被覆
して静電チャック板を得、以下の性能評価を実施した。

なお、膜厚は原料ガス濃度及びＣＶＤ時間により約２０
０μ閣に調整した。

（１１膜厚の測定は以下の評価終了後、基材とともに切
断し、切断面の膜厚を実体顕微鏡を用いて測定した。

（２）基材の熱膨張係数は５　ｘ　５　Ｘ２０ｍのブロ
ックを切り出し、測定器（セイコー電子工業■製ｒＴＭ
Ａ−３００Ｊ　）を用いて室温〜１０００℃までの熱膨
張率を測定し、平均熱膨張係数を求めた。

（３）チャック力（静電吸引力）の測定は、第１図に示
したように、チャック板に５インチφのシリコンウェハ
１をセットし、電極２に直流電源４を用いて２ｋＶの電
圧を印加し、静電吸引力によりシリコンウェハをチャッ
クさせた状態で引張試験機（東洋精機製作所■製「スト
ログラフＷＪ）を用いてシリコンウェハをチャック板か
ら引き剥す際の引張強度を測定し、それをチャック力と
した。

（４）　　シリコンウェハの温度制御性は、ドライエツ
チング装置において、エツチング処理におけるシリコン
ウェハの温度上昇の挙動で評価した。

すなわち、２５℃の冷却水を循環させた支持台（下部エ
ツチング電極を兼ねる）上に試作した静電チャック板を
取りつけ、直流電圧２ｋＶを電極に印加し、シリコンウ
ェハをチャックした状態で、ＣＨＦ、ガスを０．０５ｔ
ｏｒｒの下、１３．５６　ＭＨｚ、１ｗ／−の高周波電
力を印加してプラズマ化し、ウェハ上のＳｉ０ｇ膜をエ
ツチング処理した。ウェハの温度をモニタしておき、エ
ツチング開始時から次第に上昇するウェハの温度がエツ
チング処理中一定温度となるまでの時間とその温度を記
録した。

以上の結果を第１表に示す。

且１■通工 第２図に示すように、予じめ通電部用の慣通穴を設けた
アルミナ焼結体からなる絶縁性基板５（１２５ｗφＸ５
ｍ１．熱伝導率＝２７　ｗ／ｍ−ｋ）上の１２０抽φの
領域にＴｉＣｆｆ１ｎ　＋　ＴａＣＪｌ　　を原料とし
て減圧熱ＣＶＤ法（１３００℃、　１０　ｔｏｒｒ）に
よりＴｉ−Ｔａ合金膜を約１ＯｐＩｌｌｔ形威し、電極
２とした。次いで、電極２上に第１表に示す原料ガス及
び条件により減圧熱ＣＶＤ法でアルミナ膜３を約２００
μｍ１形戒して静電チャック板を得、実施例と同じ性能
評価を行なった。その結果を第１表に示す。

比較斑１ 絶縁性基板５を窒化ケイ素焼結体く熱伝導率＝４５　ｗ
／ｍ−ｋ）、に、電極２を−Ｆ、ガスを原料としたＣＶ
Ｄ法（Ｂｏｏ℃＋　１０ｔｏｒｒ）によるＷ、誘電Ｎ３
を第１表に示す原料ガスおよび条件によりＣＶＤ法で形
成した窒化ケイ素膜とした以外は比較例３と同様の構造
をもつ静電チャック板を製作し、実施例と同じ性能評価
を行なった。その結果を第１表に示す。

また実施例、比較例で製作した静電チャック板の製作コ
ストを比較し、低、中、高の３段階に分け、第１表に示
した。

以下余白 〔発明の効果〕 本発明の静電チャック板は、電極自体を基材とし、通電
部以外の電極面をＣＶＤ法による窒化物系セラミックス
で被覆したものであって、静電吸着力が大きく、熱伝導
性が高い。従って、シリコンウェハの温度コントロール
を正確に行うことができるので、ＬＳＩ製造プロセスに
おける底膜、エツチング等の選択性、制御性が向上でき
、ＬＳＩの歩留りを大幅に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明例の静電チャック板、第２図は従来の静
電チャック板の構成を示す説明図である。 ■−シリコンウェハ（半導体試料） ２−電極 ３−アルミナ被覆膜（誘電層） ４−直流電源 ５−アルミナ基板（ｗＡ縁性基板） ６・−支持台 ７〜窒化物系セラミツクスの被覆膜（誘電Ｎ）８−通電
部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電極面を誘電層で被覆してなり、該誘電層上に試料
   を電気的に固定保持する静電チャック板において、電極
   自体を静電チャック板の基板としてなり、しかも、化学
   気相成長法によって、電極の通電部以外の全面に窒化物
   系セラミックスの被覆膜からなる誘電層を形成させてな
   ることを特徴とする静電チャック板。