JPH10229115A - ウェハ用真空チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械加工によって容易に製作することがで
き、蓄熱が起こりやすい用途においてもウェハの平坦度
を高精度に保つことができ、異物の付着が少ないウェハ
用真空チャックを提供する。 【解決手段】 真空源に接続してウェハを吸引保持する
ためのウェハ用真空チャック１１は、ウェハを保持すべ
き側の表面にＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ等の導電性材料か
らなる被覆層が設けられた窒化アルミニウムセラミック
スからなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハを保持する
ための部品であるウェハ用真空チャックに関し、特に、
半導体の製造工程または検査工程においてシリコンウェ
ハ等のウェハを保持するために用いられる真空チャック
に関し、とりわけ露光装置においてウェハを保持し平面
矯正することができるウェハ用真空チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の高集積化に伴い、半導体素子
表面に超微細パターンを形成する技術が要求されるよう
になってきており、露光装置も高解像投影レンズを搭載
した投影露光装置が主流になってきている。この投影レ
ンズの高解像度化に伴い、投影レンズの焦点深度は浅く
なる傾向にあり、そのため露光の際にはその対象となる
ウェハの平面性をより厳密に維持することが要求され
る。

【０００３】露光装置に保持されたウェハの平面性を阻
害する要因の１つとして、ウェハとウェハ保持面との間
に介在する異物が挙げられる。この異物は１μｍ程度の
大きさであっても、ウェハに凹凸をもたらし、露光不良
を生じさせるため無視することができない。異物の存在
による露光不良の問題を解決するために、ウェハとウェ
ハ保持台の接触面積を減少させることが考えられてお
り、たとえばウェハと接触する面の一部に溝が形成され
たウェハ保持台や、ピンコンタクト方式のウェハ保持台
が考案されている。

【０００４】また、材質の面からは、使用時に帯電して
塵埃が付着するのを防ぐため、特開平４−３２３８５０
号公報では、真空チャック本体をＴｉＢ₂ やＳｉＣの導
電性セラミックスで構成することが提案されている。し
かしながら、このようなＴｉＢ₂ およびＳｉＣは極めて
硬度が高いため、溝部が形成されたウェハ保持台やピン
コンタクト方式のウェハ保持台を製作するには、放電加
工のような特殊な加工方法を用いるしかなかった。

【０００５】特開平３−２０２２４６号公報は、セラミ
ックス原料を成形して焼成したチャック本体のシリコン
ウェハを載置する表面にポアのないセラミック薄膜を形
成したことを特徴とする真空チャックを開示する。この
ような構成にすることにより、真空チャックにおいてシ
リコンウェハの載置面に汚れが付着するのを防止しよう
としている。同公報は、セラミック薄膜としてＴｉＣ、
ＴｉＮ、ＳｉＣを開示する一方、チャック本体を構成す
るセラミックスとしてＡｌ₂ Ｏ₃ を具体的に挙げている
のみである。同公報は、材料および製法の組合せで最も
よい結果となったのは、チャック本体をＡｌ₂ Ｏ₃ と
し、セラミック薄膜をプラズマＣＶＤによるＴｉＣとし
た場合であったと記載している。しかしながら、このよ
うにＡｌ₂Ｏ₃ を本体に用いた真空チャックは、熱伝導
性が相対的に低く、このような真空チャックを露光装置
に用いた場合、光源からの露光エネルギのうちレジスト
へのパターン転写に消費された残りのエネルギの大半が
熱に変換されてウェハ上に蓄積され、この蓄積された熱
がウェハの局部的な熱膨張による変形を生じさせ、露光
不良を引起こすおそれがあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、次の
点を満足することができるウェハ用真空チャックを提供
することにある。

【０００７】（１） 種々の形状のものを加工により容
易に作製することができる。 （２） 蓄熱が起こりやすい用途においても、ウェハの
平坦度を高精度に保ってウェハを保持することができ
る。

【０００８】（３） 異物の付着が少ない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空源に接続
してウェハを吸引保持するためのウェハ用真空チャック
であって、ウェハを保持すべき側の表面に導電性材料の
被覆層が設けられた窒化アルミニウムセラミックスから
なることを特徴とする。

【００１０】本発明では、従来用いられてきた材料と比
較してさらに熱伝導性のよい窒化アルミニウムセラミッ
クスを本体の基材として使用する。これにより、本発明
の真空チャックを露光装置に用いた場合、露光工程にお
いて、光源からの露光エネルギが変換されウェハ上に蓄
積される熱は真空チャックに逃げやすくなり、熱による
ウェハの変形は抑制され、その結果露光不良も低減され
る。

【００１１】また、窒化アルミニウムセラミックスはＳ
ｉＣやＴｉＢ₂ に比べて硬度が低いため、容易に機械加
工によって溝部を形成したり、サンドブラストによって
突起部（ピン）を形成することができる。

【００１２】さらに、本発明では、窒化アルミニウムセ
ラミックス基材の表面に導電性膜を設けることで、使用
時にチャックが帯電して塵埃が付着するのを防止し、異
物による露光不良を低減させている。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明によるウェハ用真空チャッ
クの本体を構成する窒化アルミニウムセラミックスは、
高熱伝導性であり、耐熱性および耐食性に優れた材料で
ある。また、後の実施例に示すように、ＳｉＣやＴｉＢ
₂ に比べて機械加工が容易である。窒化アルミニウムセ
ラミックスは、窒化アルミニウム粉末を焼結することに
よって得られるが、たとえば、窒化アルミニウム粉末
に、焼結助剤としてたとえばアルカリ土類金属の酸化物
またはフッ化物、イットリウムの酸化物またはフッ化
物、希土類元素の酸化物またはフッ化物を単独または２
種以上で１０％以下の添加量において加え、得られた混
合物をスプレードライヤー等によって造粒し、金型また
はＣＩＰ（冷間等方圧プレス成形）により成形体を作製
し、得られた成形体を非酸化性雰囲気たとえばＮ₂ 雰囲
気中で１６００℃〜２０００℃の温度で焼結する工程に
より得ることができる。窒化アルミニウムセラミックス
基材は、研削加工、研磨加工、サンドブラスト加工等の
加工により、真空チャックとして必要な形状に加工する
ことができる。加工された窒化アルミニウムセラミック
スの表面には、導電性材料からなる被覆層が形成され
る。被覆層を形成した後、真空チャックにおけるウェハ
接触部の平坦度をさらに確保するため、研磨加工等の加
工を行なってもよい。

【００１４】本発明による真空チャックは、ウェハを保
持するために種々の構造を有することができる。窒化ア
ルミニウムセラミックスは加工が容易であるため、真空
チャックとして好ましい形状を加工により容易に得るこ
とができる。ウェハを保持する部分には、ウェハとの接
触面積を減少させるために、溝を形成したり、突起（ピ
ン）を形成することができるが、これらに限定されるこ
となく、必要な形状を適宜付与することができる。

【００１５】図１および図２に、ピンコンタクト方式の
真空チャックおよび溝が形成された真空チャックの一具
体例をそれぞれ示す。図１に示すピンコンタクト方式の
真空チャック１１は、円盤形状であり、ウェハを保持す
る部分において周囲にリム１５が形成され、その内側に
は多数の突起部（ピン）１２が形成されている。リム１
５の上面と突起部１２の先端部は同一平面上に存在する
よう仕上げられている。また、ウェハ用真空チャック１
１には排気用貫通孔１４が形成されており、その出口に
はニップル１７が接続される。ニップル１７は、図示し
ない排気管を介して真空ポンプに接続される。図１
（ｂ）に示すように、ウェハ用真空チャック１１にウェ
ハ１３を載置し、貫通孔１４を介して排気を行なうと、
ウェハ１３と真空用チャック１１とに挟まれた空間１６
は減圧状態となり、ウェハ１３はチャック１１上に保持
されるようになる。図２に示すウェハ用真空チャック２
１では、円盤状の基材においてウェハを保持する部分に
は同心円状に溝２２が複数形成されている。各溝２２
は、基材にそれぞれ形成された孔２４に繋がり、それぞ
れの孔２４は、基材中に形成された排気用孔２５に通じ
ている。図２（ｂ）に示すように、真空チャック２１上
にウェハ２３を載置し孔２４および排気用孔２５を介し
て排気を行なえば、ウェハ２３と真空チャック２１とに
挟まれた空間は減圧状態となり、ウェハ２３は保持、固
定される。

【００１６】本発明による真空チャックにおいてウェハ
を保持する部分には、導電材料からなるコーティングが
施されている。図３は、ウェハ保持のために加工された
表面に導電材料からなるコーティングが施されている様
子を模式的に示す断面図である。図３（ａ）に示すよう
に、真空チャックの加工された表面３０ａにおいて、窒
化アルミニウムセラミックスからなる基材３２ａ上には
導電材料からなる被覆層３４ａが形成されている。また
図３０（ｂ）に示すように、真空チャックの加工された
表面３０ｂにおいて、ウェハ接触部の平坦度を確保する
ため、基材３２ｂ上の導電材料からなる被覆層３４ｂに
おいてウェハと接触する部分が平坦に加工されていても
よい。さらに図３（ｃ）に示すように、真空チャックの
加工された表面３０ｃにおいて、平坦化のために被覆層
３４ｃが部分的に除去されて窒化アルミニウムセラミッ
クスからなる基材３２ｃが表面に露出していてもよい。

【００１７】窒化アルミニウムセラミックスを被覆する
導電材料は、良導体および半導体を含むものである。導
電材料としてたとえば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタ
ン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等の導電性セラミ
ックス、Ｓｉ、Ａｌ等の金属、導電性テフロン等の導電
性樹脂を挙げることができる。被覆層の厚みは、基材で
ある窒化アルミニウムセラミックスの放熱効果をそれほ
ど低下させない範囲において適宜設定することができ
る。たとえば、炭化ケイ素をコーティングする場合、１
〜２００μｍの厚みが好ましく、炭化チタンまたは窒化
チタンをコーティングする場合、０．２〜５μｍの厚み
が好ましく、テフロンをコーティングする場合１０〜２
００μｍの厚みが好ましい。コーティング方法は、それ
ぞれの材料に適した方法が適宜選択される。たとえば炭
化ケイ素、炭化チタンおよび窒化チタン等の導電性セラ
ミックスをコーティングする場合、ＣＶＤ、プラズマＣ
ＶＤ等を好ましく用いることができ、シリコン、アルミ
ニウム等の金属をコーティングする場合、スパッタリン
グ等を好ましく用いることができ、導電性テフロン等の
樹脂をコーティングする場合、樹脂を塗布した後焼付を
行なう方法等を好ましく用いることができる。

【００１８】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳
細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。

【００１９】

【実施例】窒化アルミニウム粉末（ＡｌＮ純度９９．９
％、平均粒径１．２μｍ）にＹ₂Ｏ₃ とＣａＯをそれぞ
れ３重量％および２重量％添加した原料粉末を有機バイ
ンダおよびエタノールと混合してスラリー状にし、これ
をスプレードライヤーにより乾燥して造粒した。得られ
た造粒粉をアイソスタチックプレスを用いて成形し、得
られた成形体について窒素雰囲気中１６００℃、１７０
０℃、１８００℃でそれぞれ焼成して真空チャックの基
材を得た。また、１７００℃の焼成で得られた焼結体
に、窒素雰囲気下１０００ｋｇ／ｃｍ² において温度１
８００℃で熱間静水圧焼結を施し、真空チャックの基材
を得た。

【００２０】以上のようにして得られた基材を加工して
ウェハ用真空チャックを作製した。まず、焼結により得
られた略円板形状の基材の一主表面に研削およびラッピ
ング加工を施し、高精度の平坦面を形成した。高精度の
平坦面を形成するのは、後の工程でさらに加工を行なっ
た場合でも、この平坦面の部分がウェハと接触すべき部
分となるからである。

【００２１】次に、得られた平坦面に所定のパターンを
有するマスクを貼り付け、サンドブラスト加工を施し
た。マスク材の形成方法および貼り付け方法は特に限定
されるものではないが、凸版印刷用の写真製版技術を応
用する方法を採択することができた。すなわち、まずポ
ジ型またはネガ型の紫外線感光性樹脂を用いて板状体を
形成した後、この板状体をベースフィルムに貼り付け、
次に、ネガフィルムを用いて、マスク形成部分が残るよ
うに紫外線による感光を行ない、未硬化の樹脂を溶剤で
洗い流した。これにより、ベースフィルム上にマスクパ
ターンを有する紫外線感光性樹脂の硬化物が残った。こ
のマスクパターンを有するベースフィルム上に接着剤シ
ートを貼り付け、次いでこのシート積層体を窒化アルミ
ニウムセラミックス基材の平坦にされた表面に接着し、
ベースフィルムを剥がすことによりマスクの貼り付けを
完了した。マスク形成用の紫外線感光樹脂は、サンドブ
ラスト加工により削られにくい弾性の大きなものである
必要があり、具体的には、ウレタン系樹脂またはアクリ
ル系樹脂を用いることができた。サンドブラスト加工を
阻止するためのマスクの形状は特に限定されるものでは
ないが、直径０．３〜０．５ｍｍ程度の円形を好ましく
用いることができた。セラミックス基材上においてこの
マスクが設けられた部分は、サンドブラストにより研磨
されない。

【００２２】次に、マスクが貼り付けられた窒化アルミ
ニウムセラミックス基材の表面にサンドブラスト加工処
理を施した。研磨材としては、平均粒径が７μｍ〜２５
０μｍ程度のアルミナ粒または炭化ケイ素粒を好ましく
用いることができた。研磨材粒子を窒化アルミニウム基
材の表面に吹付け、表面を研磨することにより加工を行
なうことができた。マスク材が貼り付けられた部分は研
磨されず、マスク材が貼り付けられていない部分は一定
の深さで研磨することができた。このサンドブラスト加
工により、マスク材が貼り付けられた部分に突起部（ピ
ン）を形成することができた。突起部の高さは０．１〜
０．６ｍｍ程度とすることができた。

【００２３】サンドブラスト加工処理を施した後、１〜
５０μｍ程度のダイヤモンド砥粒を付着させたブラシを
形成された突起部に接触させ、移動させることにより、
ブラシ研磨を行なった。この研磨により、突起部の先を
尖った形状にした。この工程により、ウェハに接触する
ようになる突起部先端部分の面積が小さくなり、高精度
の平坦な支持面を構成する真空チャックが得られるよう
になる。なお、ウェハを吸着させるべき面の加工を行な
う前にマシニングセンターにより加工を行ない、排気用
貫通孔を形成しておいた。

【００２４】次に、加工を行なった基材に対して、水洗
浄、界面活性剤による洗浄、硝酸、硫酸、塩酸等による
酸洗浄、および純水洗浄を行なって乾燥した後、基材の
突起部を形成した面に、プラズマＣＶＤにより０．２μ
ｍ〜５μｍの厚みの導電膜を形成した。炭化チタン（Ｔ
ｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）または炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）からなる導電膜を加工された基材にそれぞれ形成
し、ウェハ用真空チャックをそれぞれ得た。それぞれの
材料からなる導電膜をプラズマＣＶＤによって形成する
ための条件を表１に示す。以上の工程により、得られた
基材に対してそれぞれ導電膜をコーティングし、図１に
示すような突起部が形成された構造を有するウェハ用真
空チャックを作製した。

【００２５】

【表１】

【００２６】［比較例］ＳｉＣ焼結体からなる成形体を
基材として用い、これを実施例と同様にして加工するこ
とにより、真空チャックを得た。ウェハを吸着させるべ
き面に対してコーティングは行なわなかった。

【００２７】また、アルミナ成形体からなる基材を用い
て、これを実施例と同様に加工し、ウェハを吸着させる
べき面に０．２〜５μｍの厚みのＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｓｉ
Ｃからそれぞれなる導電膜を形成し、真空チャックを得
た。

【００２８】以上のようにして得られた実施例および比
較例の特性について比較した結果を表２に示す。表２に
示す加工性の評価については、基材を研削加工して平坦
な表面を得るときに砥石を１往復させる間に切込むこと
のできる最大量を測定して評価の指標とした。窒化アル
ミニウムセラミックスおよびアルミナに対してはこの最
大切込量を１２μｍ程度とすることができた一方、Ｓｉ
Ｃに対しては最大切込量は２．５〜３μｍに抑えられ
た。加工性の評価において、○はこのような切削加工時
のダイヤモンド砥石切込最大深さが１０μｍ以上である
ことを示しており、×はこの最大切込深さが３μｍ未満
であることを示している。表２に示すウェハ変形の評価
については、得られたウェハ用真空チャックを露光装置
に装着し、ウェハをその上に載置して露光処理を６０秒
間行なった後のウェハ最大変形量を求めることにより比
較を行なった。ウェハ最大変形量は、レーザ干渉計を用
いてたとえばＪＩＳ Ｂ７４３０（１９７７）に規定さ
れるような平面度を求めることにより得ることができ
る。表に示す○は露光処理後のウェハ最大変形量が０．
２μｍ以下であることを示し、△は０．２〜０．５μｍ
であることを示し、×は０．５μｍを超えることを示し
ている。なお、異物の付着については、実施例および比
較例とも、ウェハの保持面に付着する異物は少なく、満
足のいくものであった。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２に示すように、本発明に従う実施例の
真空チャックは熱伝導性が高く、長時間の露光において
も、ウェハの平坦性を高い精度で維持できるものであっ
た。また、窒化アルミニウムセラミックス基材は加工し
やすく、ＳｉＣ焼結体を基材として用いる場合よりも１
／３〜１／５の加工時間で必要な形状を得ることができ
た。このことは、１２インチウェハ等の大型ウェハに対
応する真空チャックを製造する場合に特に有利である。

【００３１】以上の実施例では、ピンコンタクト方式の
真空チャックについてより詳細に説明したが、本発明は
このような形式のものに限定されるものではなく、他の
構造を有するもの、たとえばウェハを保持する部分に溝
が形成された形式のもの等についても適用できるもので
ある。溝を有する真空チャックを製造する場合でも、基
材表面に所定のパターンを有するマスクを貼り付けたサ
ンドブラスト加工や砥石による機械加工等を行なうこと
により溝を形成することができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、短い加工時間、低いコ
ストにより製造することができ、ウェハ平坦度を高精度
に保ち、しかも異物付着の少ないウェハ用真空チャック
を提供することができる。本発明による真空チャック
は、特に露光装置に装着すれば、露光時の熱によるウェ
ハの変形が抑えられ、露光不良をより低減することがで
きる。本発明のウェハ用真空チャックは、半導体装置の
製造において、製品歩留りの向上に寄与し得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はピンコンタクト方式のウェハ用真空チ
ャックの一具体例を模式的に示す平面図であり、（ｂ）
はその断面図である。

【図２】（ａ）は溝が形成されたウェハ用真空チャック
の一具体例を模式的に示す平面図であり、（ｂ）はその
断面図である。

【図３】本発明によるウェハ用真空チャックにおいて、
窒化アルミニウムセラミックスの基材上に導電性材料か
らなる被覆層が形成されている様子を模式的に示す断面
図である。

【符号の説明】

１１、２１ ウェハ用真空チャック １２ 突起部 １４ 排気用貫通孔 ２２ 溝 ２４ 孔 ２５ 排気用孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空源に接続してウェハを吸引保持する
   ためのウェハ用真空チャックであって、 ウェハを保持すべき側の表面に導電性材料の被覆層が設
   けられた窒化アルミニウムセラミックスからなることを
   特徴とする、ウェハ用真空チャック。