JPH09327188A - ワークピースの支持チャックの支持面に離間してワークピースを支持する装置及び離間マスクの製造方法 - Google Patents

ワークピースの支持チャックの支持面に離間してワークピースを支持する装置及び離間マスクの製造方法

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JPH09327188A
JPH09327188A JP5125597A JP5125597A JPH09327188A JP H09327188 A JPH09327188 A JP H09327188A JP 5125597 A JP5125597 A JP 5125597A JP 5125597 A JP5125597 A JP 5125597A JP H09327188 A JPH09327188 A JP H09327188A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ワークピース支持チャックに離間してワークピ
ースを支持するためのウェハ離間マスクを得ること。 【解決手段】このウェハ離間マスクは、チャック本体1
08の支持面上に堆積された複数の金属支持部材112
を有する。この支持部材は、チャックの支持面に離間し
てウェハ116、或いは他のワークピースをを保持しす
る。ウェハの裏面とチャック間の距離は支持部材112
の厚さによって規定される。この距離は、チャックの表
面上にある汚染粒子110の予期された直径より大きく
なければならない。このようにすれば、汚染粒子は、処
理中にウェハの裏面に付着することがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本願発明は、半導体ウェーハ処理
装置内で半導体ウェハを支持するための、基板支持チャ
ックに関する。特に、本願発明は、チャックに面するウ
ェハの面がチャックの表面から間隔があけられ、且つそ
の表面に実質的に平行であるように、半導体ウェハを支
持するための基板支持チャックの表面上に堆積され、ウ
ェハを間隔をあけて配置するためのマスクに関する。
【0002】
【発明の背景】基板支持チャックは、半導体処理装置内
で基板を支持するために広く用いられている。高温のP
VD(physical vapor deposition: 物理蒸着法) のよう
な高温半導体処理装置に用いられるチャックの特定の形
式はセラミックの静電チャックである。これらのチャッ
クは処理中に静止した位置に半導体ウェハ或いは他のワ
ークピースを保持するために用いられる。この静電チャ
ックはセラミックのチャック本体に内に埋め込まれた1
以上の電極を有している。このセラミック材料は、代表
的には、例えば酸化チタン(TiO2) 或いは同じような抵
抗特性を有する他のセラミック材料のようなメタルオキ
サイドでドープされた窒化アルミニューム或いはアルミ
ナである。この型のセラミックは高温で半導電性にな
る。
【0003】使用する場合、ウェハは、チャック電圧が
電極に印加されると、チャック本体の表面に対して水平
に載る。高温におけるセラミック材料の導電性の性質の
ために、ウェハはジョンソン−ラーベック効果によって
セラミック支持体に対して保持される。このようなチャ
ックは、1992年5月26日に発行された米国特許第
5,117,121号に開示されている。セラミックから作られ
たチャック本体を用いる欠点の一つは、支持装置の製造
中に、セラミック材料が比較的滑らかな表面を生成する
ために“ラップされる(磨かれる)" ことである。この
ようなラッピング(lapping) は支持装置の表面に付着す
る粒子を生成させる。これらの粒子は表面から完全に取
り除くことは非常に困難である。更に、このラッピング
プロセスはチャック本体の表面を砕くかも知れない。結
果的に、チャックが用いられると、粒子がこれらの砕け
によって連続的に生成される。また、ウェハ処理中に、
セラミック材料がプロセス環境に粒子汚染を生じさせて
ウェハの下側からウェハの酸化物を磨滅する。チャック
の使用中に、粒子がウェハの下側に付着し、他の処理チ
ャンバに運ばれたり、ウェハ上に形成される回路に欠陥
を生じさせたりする。セラミックの静電チャックに保持
された後のウェハの背面上には数万の汚染粒子があるこ
とが分かった。
【0004】1985年12月24日に公開された特開
昭60−261377号公報(発明の名称:静電チャッ
クの製造方法)は、エンボス加工された支持表面を有す
るセラミックの静電チャックを開示している。このエン
ボス加工はウェハに接触するセラミック支持体の表面積
を減少する。結果的に、ウェハに移される汚染粒子の数
が減少する。しかし、このようなエンボス加工された表
面は、セラミック材料とウェハの下面の間である程度の
接触が保たれる。従って、汚染粒子の数は減少するけれ
ども、汚染はまだ実質的にある。同様に、低温処理(例
えば、300℃以下)に用いられる基板支持チャックは
ウェハ処理を妨げる汚染粒子を生成することもある。こ
の低温チャックは、代表的にはアルミナのような誘電体
材料から製造されるウェハ支持表面を有する、機械的締
めつけチャック及び静電チャックを有する。これらの形
式のチャックは、使用中に、処理中にウェハの下面に付
着する粒子汚染を生成することも分かった。
【0005】従って、この分野において、チャック上に
支持されている間、ウェハの下面に付着する汚染粒子の
量を減少する装置に対する必要性がある。
【0006】
【発明の概要】従来装置の欠点は、本願発明による、チ
ャックに離間してウェハ、或いは他のワークピースを支
持するためのウェハを間隔をあけて配置するマスクによ
って、克服される。より詳細には、本願発明はチャック
の支持表面上に堆積された複数の支持部材を含む、ウェ
ハを間隔をあけて配置するマスクである。この間隔マス
クはチャック表面の材料とは異なる材料から製造され
る。ウェハを間隔をあけて配置するマスクの材料は、研
磨の少ない且つ柔軟性の多いチャック表面材料と比較し
て、非常に多くの接触特性を有している。これらのウェ
ハを間隔をあけて配置するマスクの製造材料は、例え
ば、チタン、窒化チタン、ステンレス綱等の金属を含
む。
【0007】支持部材は、チャックの支持面に間隔をあ
けて、ウェハ或いは他のワークピースを保持する。ウェ
ハの下面とチャック間の距離は支持部材の厚さによって
規定される。この距離は、チャックの表面上にある汚染
粒子の予想される直径より大きくなければならない。こ
のようにして、汚染粒子は、処理中にウェハの下側に付
着することがない。また、ウェハに接触する支持部材の
面は容易にきれいにされるので多くの粒子はこれらの面
から除かれ、支持部材間の空間にトラップされる。本願
発明の特定の実施の形態において、ウェハを間隔をあけ
て配置するマスクは、例えば、PVDプロセスをもちい
て、セラミックのチャック上に金属の支持部材を堆積す
ることによって製造される。ウェハを間隔をあけて配置
するマスクは、また、CVD(chemical vapor depositi
on: 化学蒸着法) 、プラズマスプレイ堆積(plasma spra
y depositionJ)、ブレージング(brazing) 、フレームス
プレイ堆積(flame spray deposition)等を用いて堆積さ
れる。支持部材は、複数の離間パッド、放射状ストリッ
プ、同心リング、或いは放射状リングと同心リングの組
み合わせのような事前に規定されたパターンで堆積され
る。
【0008】半導体ウェハの処理中に本願発明を用いる
結果として、処理後のウェハの下側に付着される粒子の
汚染物質の数は、数万から数百の粒子に減少された。こ
の粒子数の実質的な改善は、処理中に欠陥が見つけられ
るウェハの数を著しく減少した。この改善は、チャック
上にウェハを保持する、ウェハを締めつけ力に対して実
質的な悪化もなく行われる。
【0009】
【実施の形態】理解を容易にするために、図面に共通の
同一の素子を示すために、可能な限り同一の参照番号が
用いられている。図1は、セラミックの静電チャック1
04の支持面102の上に配置された、ウェハを間隔を
あけて配置するためのマスク(以下、「ウェハ離間マス
ク」、或いは単に「離間マスク」と言う)100の垂直
断面図を示す。本願発明の使用を図示するために、図1
は半導体ウェハ116を支持する離間マスク100を示
している。図2は、図1(ウェハ116のない)のウェ
ハ離間マスク100の上面図を示す。本願発明をより良
く理解するために、図1及び図2を参照して、以下の記
載を読まれたい。
【0010】セラミックの静電チャックと共同して用い
られる本願発明の好適な実施の形態が述べられているけ
れども、本発明は、非セラミックの静電チャック、機械
的な締めつけチャック等を含むあらゆる形状のチャック
の上部に基板を支持するために用いることができる。本
願発明の重要な特徴の一つは、離間マスクは、チャック
面の材料がウェハの下面に接触しないように、チャック
材料とは異なる接触特性を有する、例えば金属のような
材料から製造されることである。好適な実施の形態にお
いて、静電チャック104は、セラミック本体108内
に埋め込まれた1つ以上の電極106を有する。セラミ
ックのチャック本体は、例えば窒化アルミニューム或い
は窒化ホウ素から製造される。このような半導電性のセ
ラミック材料は、高温処理中にジョンソン−ラーベック
効果を増進する。他の半導電性セラミックスも酸化チタ
ン或いは酸化クロムでドープしたアルミナのような有用
な高温チャック材料を形成する。もし、チャックが低温
のみに用いられるべきであるとすると、他のセラミック
及び/又はアルミナのような誘電体材料がチャック本体
を形成するために用いられる。図示したセラミックの静
電チャックは1993年6月7日に出願された米国特許
出願08/073,028に開示されている。非セラミック静電チ
ャックの例は、1980年1月15日に発行された米国
特許第 4,184,188号及び1983年5月24日に発行さ
れた米国特許第 4,384,918号に開示され、それぞれに参
照により記載されている。
【0011】ウェハ離間マスク100は、代表的にはP
VDプロセスも用いて、チャック本体108の支持面上
に堆積される。この材料はCVD、プラズマスプレイ堆
積、ブレージング、フレームスプレイ堆積等によっても
堆積される。ウェハ離間マスクの材料は、チャックの表
面材料と比較して優れた接触特性を有する。例えば、マ
スクの材料は、チャックの表面材料より研磨が少なく、
且つ柔軟性が多い(少ない粒子を生成する)。代表的に
は、マスクを形成するため用いられる材料はチタン、窒
化チタン、ステンレス綱のような金属である。優れた接
触特性を有する、導電体を含む他の材料、絶縁体及び半
導体を離間マスクを作るために用いることもできる。離
間マスクの材料は、支持面上の粒子110がウェハの表
面に接触しないように、支持面上にウェハ116、或い
は他のワークピースを保持する、事前に規定された厚さ
に堆積される。図示の厚さは、およそ2μmである。金
属の支持部材は容易に清浄され、ウェハ116に接触す
るあらゆる面が実質的に汚染物質のないことを保証す
る。重要なことには、汚染物質は支持部材112間の空
間114に捕獲される傾向にある。
【0012】図2は、堆積された材料の複数の離間パッ
ド112として形成された支持部材を有する図解マスク
パターンを示している。各パッド112はおよそ0.25cm
(0.1 インチ) の直径を有している。点線で示された同
心リングが0.64cm(0.25 インチ) だけ間隔をあけて配置
され、各リング内のパッドは、およそ0.64cm(0.25 イン
チ) だけ互いに間隔があけられている。一般的に言え
ば、パッドの数、間隔、サイズは静電チャックによって
与えらえるクランプ力の量によって決定される。例え
ば、もし力の大きさが大きく、パッドが互いに比較的大
きく離されているならば、ウェハはパッド間で曲がるか
も知れない。一方、チャックの面上に非常に多くのパッ
ドを置くことは、クランプ力を容易にする静電界を妨げ
る。従って、パッドは、支持装置がクランプ力の妨げと
ならないように、慎重に配置されなければならない。
【0013】セラミックのチャックは高温(例えば30
0℃以上)で半導電性になるので、導電性パッドは電極
の上部に配置されるべきではない。クランプ力を発生す
るジョンソン−ラーベック効果を生成するために、電流
がウェハからセラミックのチャックへ導通されなければ
ならない。しかし、これらの電流は、ウェハの損傷を避
けるために、比較的低レベルに維持されなければならな
い。このように、最も高い電界内にあり、且つ電流の実
質的な量がマスクからウェハへの接触点でウェハを通っ
て流れるのを避けるために、パッドは、一般に電極のあ
る位置の間に配置される。図1及び図2に示された本願
発明の実施の形態において、電極構造(例えば、2つの
半月型の電極)は離間マスクのパッド112と同心円に
整列された孔118を有している。各々の孔118の直
径は、対応するパッド112の直径より少し大きい(例
えば、略0.25cm(0.1インチ) だけ) 。更に、マスクとウ
ェハ間の接触面積の大きさを最小にすることは、ウェハ
と通して流れる電流を減少することに役立つ。
【0014】一方、低温(例えば、300℃以下)にお
いて、セラミックのチャックは僅かな電流を流し、且つ
本願発明のこれらの応用に対して、支持部材をチャック
支持面上の如何なる所にも配置することができる。更
に、誘電体チャック或いは機械的締めつけチャック上の
離間マスクの応用に対して、電極(もし、あるなら)に
関して支持部材の位置決めは一般に問題でない。チャッ
ク上のウェハの適切な、そして均一な支持を確かなもの
にするために、支持部材は、離間マスクなしで、ウェハ
の下側に接触するチャックの全面に平らに分布されなけ
ればならない。ウェハからチャック本体への熱伝達を容
易にするために、熱伝達媒体、例えばヘリュームガス、
がウェハ116の背面とチャック本体108の支持面間
の空間114に送り込まれる。この冷却技術は、裏面冷
却として知られている。熱伝達媒体は、チャック本体1
08を通して形成されるポート120を介して与えられ
る。この媒体は、代表的には、2−30sccmの割合でウ
ェハの下側に供給される。この媒体はポート120から
ウェハの端に向かって外方に流れ、反応チャンバの周囲
に逃げる。この裏側冷却は公知であり、一般に、199
3年7月20にTepman他に対して発行された、共通に譲
渡された米国特許第 5,228,501号に開示されている。重
要なことに、裏側冷却が行われると、ウェハ離間マスク
パターンは二つの目的を有している:(1) 裏側への粒子
の付着を減少するようにウェハを支持するため、及び
(2) チャックの支持面上に熱伝達媒体の分布チャネルを
形成するため、である。しかし、ウェハの下側を横切っ
て熱伝達媒体の分布を更に助長するために、追加の熱伝
達媒体の分布チャネル(図示せず)をチャック本体の面
に形成することもできる。
【0015】図3は、他のマスクレイアウト300を示
しており、このマスクは、複数の同心リング302ばか
りでなく、リングを相互接続する放射状に延びるストリ
ップ304を有している。例えば、リングは互いにおよ
そ0.64cm(0.25 インチ) だけ間隔があけられている。代
わりに、リングと放射状ストリップを離間マスクとして
分離して用いることもできる。この実施の形態のための
材料は、PVDプロセス或いはマスク材料を堆積するた
めに適した他の堆積技術を用いて、堆積される。他のマ
スクパターンが用いられてもよい。本願発明の主な特徴
は、ウェハが離間マスクによってチャックの表面に間隔
があけられて支持されることである。特定のマスクパタ
ーンとマスク材料は、チャック電圧、チャック力、ウェ
ハ厚、チャックの電極パターン、ウェハが受けるべき特
定のプロセス等のようなファクターを含むチャックのた
めの特別な適用によって規定される。
【0016】セラミックのチャックと共同して離間マス
クを用いることは、ウェハの粒子汚染を実質的に減少す
る。実験データは、その支持面上にウェハを直接支持す
る従来のセラミックチャックは数万の粒子をウェハの下
側に転移することを示している。しかし、本願発明の離
間マスクを用いれば、ウェハの下側に付着する粒子の数
は数百に減少する。重要なことは、離間マスクはクラン
ピングプロセスの邪魔にならないし、チャック上にウェ
ハを保持するクランプ力に影響を与えない。本願発明の
教示を含むいろいろな実施の形態が示され、詳細に説明
されたが、この分野の通常の知識を有するものは、これ
らの教示を含む他の多くの実施の形態を容易に考えるこ
とができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明のウェハ離間マスクを含むセラミック
の静電チャックの垂直断面図を示す。
【図2】ウェハ離間マスク用パターンの上面図を示す。
【図3】ウェハ離間マスク用の他のパターンの上面図を
示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル エヌ シュガーマン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94117 サン フランシスコ ベルヴェデ ア ストリート 134 (72)発明者 ハワード イー グルーネス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95062 サンタ クルーズ トリヴァサン アベニュー 237

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワークピースの支持チャックの支持面に離
    間してワークピースを支持するための装置であって、 離間マスクを備え、前記離間マスクが金属材料から製造
    される場合、前記ワークピースの支持チャックの支持面
    上に堆積され、前記支持面に離間して前記ワークピース
    を支持することを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】前記金属材料は、チタン、窒化チタン、或
    いはステンレス綱であることを特徴とする請求項1に記
    載の装置。
  3. 【請求項3】前記支持面は、セラミック材料から作られ
    ていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  4. 【請求項4】前記セラミック材料は約300℃以上の温
    度において半導電性であることを特徴とする請求項3に
    記載の装置。
  5. 【請求項5】前記セラミック材料は、窒化アルミニュー
    ム、窒化フッ素、或いは導電性酸化物でドープされたア
    ルミナであることを特徴とする請求項3に記載の装置。
  6. 【請求項6】前記支持面は誘電体材料から作られている
    ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
  7. 【請求項7】前記ワークピースの支持チャックは静電チ
    ャックであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  8. 【請求項8】前記離間マスクは、パターンを形成する支
    持部材を有することを特徴とする請求項1に記載の装
    置。
  9. 【請求項9】前記ワークピースの支持チャックは前記支
    持面の下に埋め込まれた複数の電極を有する静電チャッ
    クであり、且つ前記支持部材は、前記支持面上で前記複
    数の電極間に前記パターンで形成され、それにより前記
    支持部材は、前記複数の電極と重ならないことを特徴と
    する請求項8に記載の装置。
  10. 【請求項10】前記パターンは、複数のパッドを有する
    ことを特徴とする請求項8に記載の装置。
  11. 【請求項11】前記パターンは、複数の放射状支持スト
    リップと複数の同心リングを有することを特徴とする請
    求項8に記載の装置。
  12. 【請求項12】セラミックの静電チャックの支持面に離
    間してワークピースを支持するための装置であって、 離間マスクを備え、前記離間マスクが金属材料から作ら
    れる場合、前記セラミックの支持チャックの支持面上に
    堆積され、前記支持面に離間して前記ワークピースを支
    持することを特徴とする装置。
  13. 【請求項13】前記金属材料は、チタン、窒化チタン、
    或いはステンレス綱であることを特徴とする請求項12
    に記載の装置。
  14. 【請求項14】前記セラミックの静電チャックは、約3
    00℃以上の温度において半導電性であることを特徴と
    する請求項12に記載の装置。
  15. 【請求項15】前記セラミックの静電チャックは、窒化
    アルミニューム、窒化フッ素、或いは導電性酸化物でド
    ープされたアルミナで作られていることを特徴とする請
    求項12に記載の装置。
  16. 【請求項16】前記離間マスクは、パターンを形成する
    支持部材を有することを特徴とする請求項12に記載の
    装置。
  17. 【請求項17】前記セラミックの支持チャックは、前記
    支持面の下に埋め込まれた複数の電極を有し、且つ前記
    支持部材は、前記支持面上で前記複数の電極間に、前記
    パターンで形成され、それにより前記支持部材は、前記
    複数の電極と重ならないことを特徴とする請求項8に記
    載の装置。
  18. 【請求項18】前記パターンは、複数のパッドを有する
    ことを特徴とする請求項16に記載の装置。
  19. 【請求項19】前記パターンは、複数の放射状支持スト
    リップと複数の同心リングを有することを特徴とする請
    求項15に記載の装置。
  20. 【請求項20】ウェハ離間マスクを製造する方法であっ
    て、 支持部材を有するワークピース支持チャックを与えるス
    テップと、 ウェハ離間マスクを形成するために、前記支持部材の支
    持面上に事前に規定されたパターンで金属材料を堆積す
    るステップ、を有することを特徴とする方法。
  21. 【請求項21】前記堆積するステップは、金属材料を堆
    積するために、PVDプロセスを用いるステップを有す
    ることを特徴とする請求項20に記載の方法。
  22. 【請求項22】前記金属材料は、チタン、窒化チタン、
    或いはステンレス綱であることを特徴とする請求綱20
    に記載の方法。
  23. 【請求項23】前記支持部材は、セラミック材料で作ら
    れることを特徴とする請求項20に記載の方法。
  24. 【請求項24】前記セラミック材料は、約300℃以上
    の温度で半導電性であることを特徴とする請求項23に
    記載の方法。
  25. 【請求項25】前記セラミック材料は、窒化アルミニュ
    ーム、窒化フッ素、或いは導電性酸化物でドープされた
    アルミナで作られていることを特徴とする請求項23に
    記載の装置。
  26. 【請求項26】前記支持部材は、誘電体材料で作られる
    ことを特徴とする請求項20に記載の方法。
  27. 【請求項27】前記事前に規定されたパターンは、複数
    のパッドを有することを特徴とする請求項20に記載の
    方法。
  28. 【請求項28】前記事前に規定されたパターンは、複数
    の放射状支持ストリップと複数の同心リングを有するこ
    とを特徴とする請求項20に記載の方法。
  29. 【請求項29】前記ワークピース支持チャックは、前記
    支持面の下に埋め込まれた複数の電極を有する静電チャ
    ックであり、且つ前記金属材料は、前記支持面上で前記
    複数の電極間に、前記事前に規定されたパターンで堆積
    され、それにより前記ウェハ離間マスクは、前記複数の
    電極と重ならないことを特徴とする請求項20に記載の
    装置。
JP5125597A 1996-03-08 1997-03-06 ワークピースの支持チャックの支持面に離間してワークピースを支持する装置及び離間マスクの製造方法 Expired - Fee Related JP3266537B2 (ja)

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