JPH0755423B2

JPH0755423B2 - ウエハー保持具の製造方法

Info

Publication number: JPH0755423B2
Application number: JP8914091A
Authority: JP
Inventors: 隆介牛越; 和宏 ▲昇▼; 裕介新居
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: JPH04304941A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造装置
用のウエハー保持具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体ウエハー固定技術として
は、メカニカル固定、真空チャック、静電チャックの各
方式が知られており、例えば、半導体ウエハーの搬送
用、露光、成膜、微細加工、洗浄、ダイシング等に使用
されている。このうち、静電チャックは、ウエハー設置
面に対して静電力によって半導体ウエハーを吸着し、こ
れとウエハー設置面との密着性を制御できるものであ
る。また、これにより半導体ウエハーの冷却や平面度矯
正等の性能をも付与できるため、非常に有望と考えられ
ている。

【０００３】こうした静電チャックにおいては、ウエハ
ー設置面の表面に、半導体ウエハーを静電力によって吸
着する。この際、ウエハー設置面を平面加工すると、静
電チャックへの印加電圧を０にしても、残留吸着力によ
って半導体ウエハーがウエハー設置面に吸着し続けるた
め、チャック解除時の応答性が非常に悪くなる。この問
題を解決するための方法として、ウエハー設置面にスリ
ット加工を施すことで、電圧除去後の吸着力の残留時間
を短かくする技術が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の技術に
ついて本発明者が検討を加えたところ、以下の問題があ
ることが解った。即ち、静電チャックを高温下で使用す
るためには、少なくとも静電チャック表面の誘電体層
を、窒化珪素、アルミナ等の緻密質セラミックスで形成
する必要がある。そして、これらセラミックスの表面を
機械加工するためには、ダイヤモンド砥石を用いる必要
があるため、実際上、幅の小さな (幅数mm以下) 、深さ
数十μm 以下の凹部からなるパターンを形成することが
困難である。

【０００５】この一方、凹部が深くなると、半導体ウエ
ハーの吸着力が著しく低下し、静電チャックとして使用
できなくなる。これをカバーするためには、静電チャッ
クの稼動電圧を非常に大きくする他はないが、この場合
には、誘電体層が絶縁破壊したり、電圧を印加する電極
部分で非常に放電が生じ易くなり、極めて不都合であ
る。

【０００６】本発明者は、他の加工方法として、エッチ
ングについて検討した。しかし、例えば炭化珪素、窒化
珪素等の緻密質セラミックスは、耐食性が良いため、エ
ッチング加工が困難であり、良好な凹部パターンを形成
できないし、生産性も低いため、実用に適さない。

【０００７】本発明の課題は、静電チャック等のウエハ
ー保持具の基材として緻密質セラミックスを用いた場合
に、このウエハー保持具のウエハー設置面に、深さ数10
μm以下の浅い溝等の凹部からなるパターンを、生産性
良く良好に形成することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、基材として緻
密質セラミックスを用いた盤状のウエハー保持具を製造
するのに際して、前記基材を焼結によって作成し、次い
で前記基材の表面のウエハー設置面を研摩加工して平坦
面とし、次いでこのウエハー設置面にマスクを設置し、
ショットブラスト処理を施すことによってウエハー設置
面に凹部からなる平面的パターンを形成することを特徴
とする、ウエハー保持具の製造方法に係るものである。
「ウエハー保持具」としては、セラミックスサセプタ
ー、セラミックスヒーター、後述するような静電チャッ
ク、セラミックスヒーターと一体化された静電チャッ
ク、更には静電力以外の力で半導体ウエハーを保持する
ウエハー保持具等がある。

【０００９】

【実施例】図１は、セラミックスヒーターと一体化され
た静電チャックを示す概略断面図、図２は、半導体ウエ
ハーを取り外した状態での静電チャックをウエハー設置
面側からみた平面図である。まず最初に、この静電チャ
ック自体の構成について説明する。

【００１０】例えば円盤状のセラミックス基体１の内部
には抵抗発熱体２が埋設され、この抵抗発熱体２は例え
ば螺旋状に巻回されている。抵抗発熱体２の両端部に
は、それぞれ電極端子３が接続固定され、各電極端子３
の端面が給電ケーブル11に接合されている。一対の給電
ケーブル11は、それぞれヒーター電源10に接続されてお
り、図示省略したスイッチを作動させることにより、抵
抗発熱体２を発熱させることができる。円盤状のセラミ
ックス基体１は、相対向する主面1a, 1bを有する。ここ
で主面とは、他の面より相対的に広い面をいう。

【００１１】円盤状のセラミックス基体１の一方の主面
1bに沿って、例えば円形の膜状電極５が形成されてい
る。そして、この膜状電極５を覆うように、一方の主面
1b上にセラミックス誘電体層６が形成され、一体化され
ている。これにより、膜状電極５は、セラミックス基体
１とセラミックス誘電体層６との間に内蔵される。この
膜状電極５は、パンチングメタルのような穴明き形状と
すると、誘電体層６の基材１との密着性が良好となる。
セラミックス基体１の内部には電極端子４が埋設され、
この電極端子４の一端には膜状電極５が接続され、電極
端子４の他端には給電ケーブル12が接続されている。こ
の給電ケーブル12は静電チャック電源13の正極に接続さ
れ、直流電源13の負極がアース線に接続される。

【００１２】セラミックス誘電体層６のウエハー設置面
22側には、リング状突起7A, 7Bが同心円状に設けられ
る。リング状突起7Aの内側には、円形の凹部8Aが形成さ
れ、リング状突起7Aと7Bとの間には、リング状の凹部8B
が形成される。

【００１３】ウエハー９を加熱処理する際には、セラミ
ックス誘電体層６のウエハー設置面22にウエハー９を設
置し、ウエハー９に対してアース線12Ａを接触させる。
そして、膜状電極５に正電荷を蓄積してセラミックス誘
電体層６を分極させ、セラミックス誘電体層６のウエハ
ー設置面側に正電荷を蓄積させる。それと共に、ウエハ
ー９に負電荷を蓄積させ、セラミックス誘電体層６とウ
エハー９との間のクーロン引力により、ウエハー９をウ
エハー設置面22へと吸着させる。これと共に、抵抗発熱
体２を発熱させてウエハー設置面22を所定温度に加熱す
る。

【００１４】こうしたヒーター付き静電チャックによれ
ば、ウエハー９をウエハー設置面22へとクーロン力によ
って全面で吸着しつつ、同時にウエハー設置面22を加熱
してウエハーを加熱することができる。従って、特に中
高真空中でウエハー９を全面に亘って追従させることが
でき、均熱化することができ、ウエハー９とウエハー加
熱面との間の隙間によるウエハー９の均熱性の低下が生
じない。従って、ウエハー９の熱処理をウエハー全面に
亘って均一に行うことができ、例えば半導体製造装置に
おいては、半導体の歩留り低下を防止することができ
る。

【００１５】また、誘電体膜６もセラミックスからなる
ので、誘電体膜６の耐熱性も高く、例えば熱ＣＶＤ装置
において良好に使用できる。と共に、誘電体膜６は、ウ
エハーの１万回以上のチャックによる摩耗及び変形に対
して耐久性を有するセラミックスから形成すると良い。

【００１６】更に、セラミックス基体１の内部に抵抗発
熱体２が埋設され、また膜状電極５がセラミックス誘電
体層６とセラミックス基体１との間に内蔵されているの
で、従来の金属ヒーターの場合のような汚染を防止でき
る。また、ウエハー９をウエハー設置面22へと吸着した
状態で直接加熱するので、間接加熱方式の場合のような
熱効率の悪化の問題は生じない。

【００１７】更に、本実施例では、ウエハー設置面22に
凹部8A, 8Bを設けているので、直流電源13からの印加電
圧を除いたときにも、半導体ウエハー９が外れ易く、チ
ャック解除の応答性が良い。

【００１８】また、10^-3Torr以下の高真空中で半導体ウ
エハー９を処理する場合には、凹部8A, 8B内にガスを残
して凹部8A,8B内の圧力を１〜10^-3Torrの相対的に圧力
の高い状態としておくことができる。仮に半導体ウエハ
ー９とウエハー設置面との間に高真空の隙間があると、
この隙間を通しては非常に熱が伝わりにくく、温度上昇
時の応答性が悪くなる。

【００１９】即ち、ウエハー設置面のガス分子の挙動
は、１Torr以上の圧力に於いては粘性流域であり、ガス
分子による熱移動 (熱伝達) があるためにヒーター温度
に対してウエハー温度があまり低下せず、良い追従性を
示すが、中高真空になると分子流域に移行し、ガス分子
による熱移動が大幅に低下するために、ヒーター温度に
対してウエハー温度が低下し、均熱性、応答性の悪化を
生じることが判っている。

【００２０】これに対し、凹部8A, 8Bに予めガスを滞留
させておき、この圧力を１〜10^-3Torr程度にしておく
と、10^-3Torr以下の高真空の隙間よりも、上記の理由か
ら熱が伝わり易い。従って、ウエハー設置面22の温度を
上昇させる際に、半導体ウエハー９がこれに追従して温
度上昇し易く、応答性が良くなる。

【００２１】ただし、凹部8A, 8Bの深さｄが、分子の平
均自由工程λに対し、ｄ≦λの関係から大きく外れる
と、上記のような効果を奏することができないばかり
か、かえって半導体ウエハー９の吸着力が低下し、温度
上昇時の応答性も悪くなり、半導体ウエハー９における
温度差も大きくなる。しかし、本実施例では、後述する
ショットブラスト法によって凹部8A, 8Bを形成するの
で、凹部8A, 8Bの厚さを数10μm 以下、更には５μm 以
下程度まで小さくすることが可能である。これにより、
上記の問題は防止できる。

【００２２】誘電体層６をセラミックスにて形成した
が、セラミックスは温度が高くなるにつれて絶縁抵抗値
（体積固有抵抗）が低くなるという特性があるので、例
えば、10¹¹Ω・cm程度の適当な体積抵抗率よりも低くな
り、リーク電流が大きくなり、半導体ウエハーが破損す
る可能性がでてくる。この点で、本実施例のヒーター付
き静電チャックに用いるには、例えば500〜600 ℃の高
温域においても10¹¹Ω・cm以上の体積抵抗率を有するも
のが好ましい。この点では、アルミナ、ベリリア、マグ
ネシアや、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウムが
好ましい。

【００２３】また、セラミックス基体１、セラミックス
誘電体層６は、例えば熱ＣＶＤ装置においては、最大 6
00℃から1100℃程度まで加熱されるので、耐熱性の点
で、アルミナ、窒化珪素焼結体、サイアロン、窒化アル
ミニウム、アルミナ−炭化珪素複合材料等とするのが好
ましい。特にセラミックス基体１とセラミックス誘電体
層６とは、共に非酸化物系セラミックスで形成すること
が好ましい。

【００２４】これは、アルミナ等の酸化物系セラミック
スに比べて炭化珪素、窒化珪素等の非酸化物系共有結合
セラミックスは、高真空中でのガス放出量が少ないため
であり、つまり吸着ガスが少ないことにより、誘電体の
抵抗値、耐絶縁破壊電圧等の変化が少なく、ヒーター付
き静電チャックの安定な運転が可能となる。

【００２５】このうち、特に窒化珪素を採用すると、ヒ
ーター付き静電チャック全体の強度が高く、窒化珪素の
低熱膨脹率のため静電チャックの耐熱衝撃性が高く、高
温での急熱、急冷を繰り返して行っても静電チャックが
破損しない。

【００２６】更に、セラミックス基体１とセラミックス
誘電体層６は、密着性の面から熱膨脹の等しい同材質と
するのが好ましく、ヒーターとしての性能、静電チャッ
クとしての性能の両者の点より、窒化珪素が好ましい。

【００２７】抵抗発熱体２としては、高融点でありしか
も窒化珪素等との密着性に優れたタングステン、モリブ
デン、白金等を使用することが適当である。膜状電極５
としても熱膨脹がヒーターに近い低抵抗金属のタングス
テン、モリズデン、白金等が好ましい。図１の例ではウ
エハー設置面22を上向きにしたが、ウエハー設置面22を
下向きにしてもよい。

【００２８】上記各例において、ヒーター付き静電チャ
ック全体の形状は、略円形のウエハー９を均等に加熱す
るためには円盤状とするのが好ましいが、他の形状、例
えば四角盤状、六角盤状等としてもよい。こうしたヒー
ター付き静電チャックは、エピタキシャル装置、プラズ
マエッチング装置、光エッチング装置等に対しても適用
可能である。更に、ウエハーとしては、半導体ウエハー
だけでなく、Ａｌウエハー、Ｆｅウエハー等の導体ウエ
ハーの吸着、加熱処理も可能である。

【００２９】次いで、図３、図４を主として参照しつ
つ、上記した静電チャックのウエハー設置面に、所定パ
ターンの凹部を形成する方法について述べる。まず、図
３に示すヒーター付き静電チャックを作製する。この作
製時には、セラミックス基体１とセラミックス誘電体層
６とを別体として焼結するか、一体焼結する。いずれに
せよ、セラミックス基体１となるべき成形体中には、予
め抵抗発熱体２、電極端子３，４を埋設しておく。

【００３０】次いで、このウエハー設置面22を研摩加工
して平坦面とする。次いで、平滑となったウエハー設置
面22を洗浄する。この洗浄は、例えばトリクレン等の有
機溶剤で行い、脱脂する。この脱脂後には、例えば、温
水で洗浄する。

【００３１】次いで、このウエハー設置面22に、図４に
示すようにマスク14を設ける。このマスク14の形状は、
図２に示すリング状突起7A, 7Bの形状と同じとする。こ
のマスク14としては、感光性樹脂や板状マスクを使用す
る。この方法は常法に従う。例えば感光性樹脂をマスク
14として使用するときには、液状の感光性樹脂をウエハ
ー設置面22に塗布し、この液状感光性樹脂を熱硬化させ
る。この塗布と熱硬化とは、必要な回数だけ繰り返す。
そして、感光性樹脂層の上にパターンフィルムをセット
し、超高圧水銀灯などで露光する。これにより、パター
ンフィルムの透明な部分の下にある感光性樹脂層に対し
て光が照射される。この感光性樹脂層を現像液で処理
し、図４に示すマスク14を設ける。

【００３２】次いで、ショットブラストを行い、マスク
14によって覆われていない部分に凹部8A, 8Bを形成す
る。このショットブラストに使用する粒子としては、ア
ルミナ、炭化珪素、ガラスビーズ等が好ましく、粒子の
粒径は、10〜300 μm 程度とすることが好ましい。これ
は、ショットブラスト用の粒子の粒径Ｄと、ショットブ
ラストによってできる加工深さｄの関係が、Ｄ：ｄ＝1
0：１程度であることから決定でき、これにより0.5 〜
数10μm の加工深さのコントロールを行える。

【００３３】次いで、マスク14を除去し、図１、図２に
示すヒーター付き静電チャックを得る。この際、マスク
14が感光性樹脂からなる場合には、塩化メチレン等の剥
離液を用いる。

【００３４】上記の例では、マスク14を用いてショット
ブラストを行った。

【００３５】セラミックス誘電体層６のウエハー設置面
22A に、図５に示すような形状の突起又は凹部を形成す
ることもできる。図５においては、多数の線状突起15を
互いに等間隔に渦巻状に設ける。各線状突起15の間に
は、細長い凹部16がやはり等間隔に渦巻状に形成されて
いる。ウエハー設置面22A の中央部には、円形の凹部17
が設けられており、各凹部16はすべて凹部17につながっ
ている。これらの凹部16, 17もやはり、前記した凹部8
A, 8Bと同様に、ショットブラストによって形成する。

【００３６】こうした構成によれば、各凹部16にそれぞ
れガスを流すことができる。そして、例えば半導体ウエ
ハーを加熱するためにウエハー設置面22A を昇温させる
際に、ウエハー設置面22A の周囲にガスを流すと、この
ガスが凹部16を、線状突起15の形状に沿って螺旋状に流
れる。これにより、ガスの滞留時間が長くなり、半導体
ウエハーの加熱時、昇温時に、応答性を一層高めること
ができる。

【００３７】図６は、本発明の方法によって凹部を形成
した静電チャックの一例を示す概略断面図である。円盤
状セラミックス基体21の一方の主面21a に沿って、例え
ば円形の膜状電極５が形成されている。そして、この膜
状電極５を覆うように、一方の主面21a 上にセラミック
ス誘電体層６が形成され、一体化されている。これによ
り、膜状電極５は、セラミックス基体21とセラミックス
誘電体層６との間に内蔵される。この膜状電極５は、パ
ンチングメタルのような穴明きの形状とすると、誘電体
層６の密着性が良好となる。セラミックス基体21の内部
には電極端子４が埋設され、この電極端子４の一端には
膜状電極５が接続され、電極端子４の他端には給電ケー
ブル12が接続されている。この給電ケーブル12は静電チ
ャック電源13の正極に接続され、直流電源13の負極がア
ース線に接続される。そして、半導体ウエハー９をウエ
ハー設置面22B に設置し、吸着する。この動作は、前記
したヒーター付き静電チャックと同じである。

【００３８】このウエハー設置面22B の平面形状の一部
を拡大して図７に示す。平面略正方形の突起18が図７に
おいて上下方向及び左右方向に一定間隔で基盤目状に設
けられており、各突起18の間の領域に凹部19が形成され
ている。この凹部19によって、前述したように、半導体
ウエハー９のチャック解除後の残留吸着力を減らし、か
つ温度上昇時の応答性を高める。この凹部19を設ける方
法は、図１〜図４において説明した方法と同様であり、
ショットブラスト処理による。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、基材を焼結によって作
成し、次いで基材の表面のウエハー設置面を研摩加工し
て平坦面とし、次いでこのウエハー設置面にマスクを設
置し、ショットブラスト処理を施すことによってウエハ
ー設置面に凹部からなる平面的パターンを形成している
ので、深さ数10μm 程度以下の凹部を生産性良く形成で
きる。この凹部からなる平面的パターンを設けることに
より、直流電源からの印加電圧を除いたときにも、半導
体ウエハー等が外れ易く、チャック解除時の応答性が良
い。また、この凹部にガスを残し、また、ガスを供給す
ることで、例えば周囲の真空度が10^-3Torr以下となった
ときでも、半導体ウエハーが設置面の温度に追従して温
度上昇し易く、応答性が良くなる。

【００４０】しかも、ダイヤモンド砥石による機械加工
の場合と異なり、凹部が深くなりすぎず、深さのコント
ロールが可能であるので、この凹部による半導体ウエハ
ーの吸着力が安定し、温度上昇時の応答性が良くなり、
半導体ウエハーの均熱性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】セラミックスヒーターと一体化された静電チャ
ックを示す概略断面図である。

【図２】図１に示す静電チャックをウエハー設置面側か
ら見た平面図である。

【図３】図１に示す静電チャックのショットブラスト前
の状態を示す断面図である。

【図４】静電チャックのウエハー設置面にマスクを設け
た状態を示す断面図である。

【図５】ウエハー設置面における凹部形成パターンの一
例を示す平面図である。

【図６】静電チャックを示す概略断面図である。

【図７】図６の静電チャックのウエハー設置面の形状を
示す拡大平面図である。

【符号の説明】

1, 21 セラミックス基体２抵抗発熱体５膜状電極６セラミックス誘電体層 7A, 7B, 15, 18 突起 8A, 8B, 16, 17, 19 凹部９半導体ウエハー 22, 22A, 22B ウエハー設置面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材として緻密質セラミックスを用いた
盤状のウエハー保持具を製造するのに際して、前記基材
を焼結によって作成し、次いで前記基材の表面のウエハ
ー設置面を研摩加工して平坦面とし、次いでこのウエハ
ー設置面にマスクを設置し、ショットブラスト処理を施
すことによって前記ウエハー設置面に凹部からなる平面
的パターンを形成することを特徴とする、ウエハー保持
具の製造方法。