JPH04304941A - ウエハー保持具の製造方法 - 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】

【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１
０μｍ以下の浅い溝を、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
ハー設置面にショットブラスト処理を施して凹部を形成
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８
Ａ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，　８
Ｂ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５００〜６０
０　℃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　
６００℃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２
２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＝１０：１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。しかし、ブラストのノズルの直径
が１ｍｍ程度である場合には、このブラストノズルをＸ
−Ｙテーブルで走査させることにより、図２に示す所定
形状の凹部８Ａ，　８Ｂを形成することが可能である。 この場合には、マスク１４は不要である。

【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８Ａ，　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のウエハー設置
面に、ショットブラスト処理を施して凹部を形成するの
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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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ショットブ
   ラスト処理を施して凹部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。