JPH07226431A - 静電チャック - Google Patents

静電チャック

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JPH07226431A
JPH07226431A JP1520094A JP1520094A JPH07226431A JP H07226431 A JPH07226431 A JP H07226431A JP 1520094 A JP1520094 A JP 1520094A JP 1520094 A JP1520094 A JP 1520094A JP H07226431 A JPH07226431 A JP H07226431A
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比呂史 会田
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Abstract

(57)【要約】 【構成】シリコンウエハと静電的に保持する静電チャッ
クにおいて、静電チャックの表面に少なくとも室温〜6
00℃における体積固有抵抗が1×108 〜1×1013
Ω−cmの窒化アルミニウムからなる絶縁層を化学気相
合成法等により形成する。 【効果】室温(25℃)から600℃の広い温度領域に
おいて安定したウエハ吸着特性を有し、残留吸着力がな
く吸着力も大きい静電チャックを提供でき、優れた信頼
性と長期安定性が得られ、静電チャックの製造コストの
低減を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置等にお
いてウエハーを静電的に吸着保持して処理したり、搬送
するための静電チャックで、特に常温から高温まで残留
吸着がなく、吸着特性と耐久性に優れた静電チャックに
関する。
【0002】
【従来技術】従来より、半導体製造用装置において、シ
リコンウエハ等の半導体を成膜やエッチングするために
はシリコンウエハの平坦度を保ちながら保持する必要が
あり、このような手段としては機械式、真空吸着式、静
電吸着式が提案されている。
【0003】これらの保持手段の中で静電的にシリコン
ウエハを保持することのできる静電チャックはシリコン
ウエハの加工を行うに際して要求される加工面の平坦度
や平向度を容易に実現することができ、さらにシリコン
ウエハを真空中で加工処理することができるため、半導
体の製造に際して最も多用されている。
【0004】従来の静電チャックは、電極板の上にアル
ミナ、サファイヤ等からなる絶縁層を形成したもの(特
開昭60ー261377号)、絶縁性基体の上に導電層
を形成しその上に絶縁層を形成したもの(特開平4ー3
4953号)、絶縁性基体内部に導電層を組み込んだも
の(特開昭62ー94953号)などが提案されてい
る。
【0005】近年、半導体素子の集積回路の集積度が向
上するに従い、静電チャックの精度が高度化し、さらに
耐食性、耐摩耗性、耐熱衝撃性に優れたセラミックス製
静電チャックが要求されるようになってきた。
【0006】一般に絶縁体の体積固有抵抗値は温度とと
もに低下し、例えば窒化アルミニウムの場合には室温か
ら600℃で1016Ω−cm から107 Ω−cm以下
まで激減し、安定した動作が不可能であり、使用温度に
制限があった。そこで、特開平2ー160444号には
絶縁層を2層以上積層するとともにそれぞれの層に対応
する電極及び電気回路、スイッチングを設けて、室温か
ら400℃までの使用に耐えられるような構造が開示さ
れている。また、特開平4ー300137号には静電チ
ャック内にヒータ、熱電対などの温度検出器を取付け、
外部に制御部を設けて温度変化にともなって電源部を制
御して吸着力を安定させ、使用温度範囲を広げることも
提案させている。
【0007】
【発明が解決しようとする問題点】静電チャックの表面
に形成する材料として、室温から高温まで安定した吸着
力を有する材料がなく、上述のように静電チャックの構
造を変えたり、電気的な制御により使用できる温度範囲
を広げようとしてきた。しかし、絶縁層を2層以上積層
して電極を増やしたものでは、電気回路も複雑となり、
静電チャック自体の構造が複雑になるために製造工程が
煩雑であり、そのために製品の信頼性が低下したり、コ
ストが高くなるといった欠点があった。また、ヒーター
を内蔵してその温度を検知し、印加電圧を制御する方法
においても静電チャック内に熱電対などの温度検知器を
内蔵するために検知器が故障すると使用不可能になると
いう問題があり、またこの方法においても材料の持つ特
性は本質的に変化しないことから、その使用範囲には自
ずと限界がある。
【0008】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記問
題点に対して特に静電チャックを構成する材料の観点か
ら検討を重ねた結果、例えば化学気相合成法により形成
された窒化アルミニウムのうち、室温〜600℃におけ
る体積固有抵抗が1×108 〜1×1013Ω−cmであ
る窒化アルミニウム膜を絶縁層として表面に形成する
と、室温〜600℃という広範囲な温度域において安定
した吸着特性を実現するに至った。
【0009】即ち、本発明の静電チャックは、少なくと
も室温〜600℃における体積固有抵抗が1×108
1×1013Ω−cmの窒化アルミニウムを主体とする絶
縁層により表面を形成することにより、安定した吸着力
を有し、かつ印加電圧を切ったときには残留吸着力がな
く、静電チャックとして良好な特性を示した。
【0010】本発明の静電チャックの代表的な構造を図
1に示した。図1によれば、静電チャックは、絶縁体か
らなる基体1と、その基体1表面に形成された電極2お
よび絶縁層3により構成される。絶縁層3は、少なくと
もシリコンウエハ4の載置面、あるいは半導体製造装置
内に露出している基体面全体に形成される。なお、基体
1内にヒータを内蔵させても何ら差し支えない。
【0011】本発明において、絶縁層3は、窒化アルミ
ニウムからなり、しかも室温〜600℃における体積固
有抵抗が1×108 〜1×1013Ω−cm、好ましくは
1×109 〜1×1012Ω−cmの範囲にあるような特
性を有するものであることが重要である。これは、絶縁
層の体積固有抵抗が1×108 Ω−cmより小さいとリ
ーク電流が大きくなり、1×1013Ω−cmより大きい
と残留吸着力が発生するという問題が生じるためであ
る。このうち、漏れ電流や耐電圧、応答性を考慮すれば
1×1010〜5×1011Ω−cmが最も好ましい。更に
安定した動作を行なうためには体積固有抵抗の変化が室
温〜600℃の温度範囲において3桁以内、好ましくは
2桁以内が良い。
【0012】絶縁層を構成する窒化アルミニウムを主体
とする膜は、周知の気相法、例えば、スパッタリング、
イオンプレーティングなどの物理気相合成法(PVD
法)や、プラズマCVD、光CVD、MO(Metal
−organic)CVDなどの化学気相合成法(CV
D法)により形成されるが、これらの中でもCVD法が
よい。本発明により採用される体積固有抵抗が1×10
8 〜1×1013Ω−cmの膜は、CVD法において、例
えば原料ガスとしてN2 ガス、NH3 ガスとAlCl3
ガスを用いた場合、これらのガスの流量比をN2 /Al
Cl3 =5〜70、NH3 /AlCl3 =0.1〜10
とし、成膜温度を850℃以上の比較的高めに設定する
ことにより作製することができる。
【0013】一方、絶縁層3を形成する基体1として
は、最表面が上記窒化アルミニウムからなる絶縁層であ
ることを除き、あらゆるものが使用できるが、具体的に
はAl2 3 、AlON、Si3 4 、ダイヤモンド、
ムライト、ZrO2 などが挙げられるが、これらの中で
も半導体製造時の耐プラズマ性に優れる点で窒化アルミ
ニウムを主体とする焼結体が最も望ましい。さらに、電
圧を印加する電極2は、周知の金属材料が適用でき、例
えば、W、Mo、Mo−Mn、Agのいずれでも使用可
能である。また、導電性のセラミック材料、例えばTi
N、SiC、WC、カーボンやSi半導体材料(n型あ
るいはp型)も電極材料として使用が可能である。その
他、基体としては、電極層2が存在せず、それ自体が導
電性を有するSiC、TiN、WCなどの導電性セラミ
ックス、W、Moなどの金属単体およびこれらの合金な
どにより形成することも可能であり、その場合には導電
性基体そのものに直接電圧を印加する。
【0014】上記のような構成からなる静電チャックに
よりシリコンウエハを静電吸着するには、電極層あるい
は導電性基体におよそ0.2〜2.0kVの電圧を印加
することにより静電吸着を行うことができる。
【0015】
【作用】本発明において、絶縁層の電気特性を室温〜6
00℃の温度領域において安定させ、この温度範囲にお
ける体積固有抵抗が1×108 〜1×1013Ω−cmの
材料を表面に形成することにより、この温度領域におけ
るウエハの吸着特性を安定化し、また残留吸着力の発生
しない静電チャックが得られる。
【0016】また、本発明によれば、格別に複雑な構造
をとる必要がなく、本発明の材料を用いることによって
静電チャック自体の構造が簡単になり、低コストで広範
囲な温度領域における使用を可能とし、電気回路を含め
て組み込まれる装置自体の簡略化も実現でき、また静電
チャックとして信頼性、長期安定性が保証される。
【0017】
【実施例】
実施例1 窒化アルミニウム質焼結体からなる基体表面に電極層と
してMoとMnからなる合金をメタライズした後、その
電極層の表面に化学気相合成法によってAlN膜を形成
した。AlN膜の成膜は、基体を外熱式によって900
℃に加熱した炉に入れ、窒素を8SLM、アンモニアを
0.5SLMのガスを流して圧力を40torrとし
た。塩化アルミニウムを300sccm流して反応を開
始し、6時間の反応によって約400μmの膜厚のAl
N膜を形成した。AlN膜の表面を表面粗さRaが0.
02mmとなるように研磨し、膜の25℃〜600℃に
おける体積固有抵抗値と、電極に500Vの電圧を印加
した時の静電チャックとしての吸着力および30分間電
圧印加し、電圧印加を停止した直後の吸着力を真空中で
測定した。
【0018】測定の結果、上記気相合成法により得られ
たAlN膜の体積固有抵抗値は図2の黒丸に示すように
25℃(室温)〜600℃の温度域で5×108 〜5×
1011Ω−cm内にあり、吸着力は図3の黒丸で示すよ
うに比較例に比べて大きく、また25〜600℃の温度
域で同じ吸着力を持ち、かつ応答性が良好で、残留吸着
力は全く見られなかった。
【0019】実施例2 実施例1で用いた基体表面に電極層としてMoとMnか
らなる合金をメタライズした後、化学気相合成法によっ
てAlN膜を形成した。AlN膜は、基体を外熱式によ
って875℃に加熱した炉に入れ、窒素を8SLM、ア
ンモニアを0.5SLMのガスを流して圧力を40to
rrとした。そこに塩化アルミニウムを300sccm
流して反応を開始し、6時間の反応によって約400μ
mの膜厚を得た。表面をRaで0.02mmに研磨し、
実施例1と同様にして体積固有抵抗と吸着力および残留
吸着力を測定した。体積抵抗値は図2に有るように25
〜600℃の温度域で8×109 〜1×1011Ω−cm
内にあり、吸着力は図3のように比較例に比べて大き
く、また25〜600℃の温度域で同じ吸着力を持ち、
かつ応答性が良好で、残留吸着力は全く見られなかっ
た。特性は実施例1と同様であったが、室温での応答性
は実施例1に比べて30%早かった。
【0020】比較例 実施例1と同様に電極層としてMoとMnからなる合金
をメタライズした窒化アルミニウム基体に化学気相合成
法によってAlN膜を形成した。この時のAlN膜は、
基体を外熱式によって825℃に加熱した炉に入れ、窒
素を8SLM、アンモニアを1SLMのガスを流して圧
力を40torrとした。塩化アルミニウムを300s
ccm流して反応を開始し、7時間の反応によって約4
00μmの膜厚のAlN膜を形成した。表面をRaで
0.2mmに研磨した後、実施例1と同様な方法で、体
積抵抗と吸着力および残留吸着力を測定した。測定の結
果、体積抵抗は200℃から400℃への変化により1
8 Ω−cmから1014Ω−cmまで急激に変化した。
そのため、吸着力は400℃以上では漏れ電流が大きく
なり使用不能の状態であり、また150、200℃では
吸着力が安定化するまでの時間が長く、また残留吸着力
が観察された。
【0021】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の静電チャッ
クは、半導体製造過程において室温(25℃)から60
0℃の広い温度領域において安定した吸着特性を有し、
残留吸着力がなく吸着力も大きい静電チャックを提供で
きる。したがって、静電チャックとして優れた信頼性と
長期安定性が得られ、静電チャックの製造コストの低減
を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の静電チャックの構造を示す断面図であ
る。
【図2】実施例において作製した絶縁層の体積抵抗値の
温度依存性を示す図である。
【図3】実施例において作製した絶縁層の吸着力の温度
依存性を示す図である。
【符号の説明】
1 基体 2 電極 3 絶縁層 4 シリコンウエハ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも室温〜600℃における体積固
    有抵抗が1×108 〜1×1013Ω−cmの窒化アルミ
    ニウムからなる絶縁層を表面に有することを特徴とする
    静電チャック。
  2. 【請求項2】前記絶縁層が化学気相合成法により被覆さ
    れたものであることを特徴とする請求項1記載の静電チ
    ャック。
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