(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性セラミックスからなる支持基板の表面に静電チャック用電極パターンが接合されると共に、裏面にパターンが接合されている静電チャックであって、上記表裏のパターンが、それぞれ同心円状、放射状、渦巻状又は櫛状の基本形状で一致し、表裏のパターン間隔及びパターン縁のずれが２ｍｍ以下で、かつ表裏のパターンを重ね合わせた時、重複していない部分の面積が重複している部分のそれの３０％以下である、互いに同一又は類似の形状を有し、実質的に同じ熱膨張係数を有する材料により互いに実質的に同じ厚さで形成されたことを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
上記裏面のパターンの少なくとも一部が、電源に接続されることにより発熱部として構成される発熱パターンである請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
支持基板がＡｌＮ，ＢＮ，ＡｌＮとＢＮとの複合体，ＰＢＮ又はＳｉＯ2にて形成された請求項１又は２記載の静電チャック。
【請求項４】
支持基板が化学気相蒸着法又は粉末焼結法により形成されると共に、表裏のパターンがそれぞれ化学気相蒸着法により形成された請求項１乃至３のいずれか１項記載の静電チャック。
【請求項５】
上記表裏のパターンをそれぞれ覆って支持基板と実質的に同じ熱膨張係数を有する保護層を形成した請求項１乃至４のいずれか１項記載の静電チャック。
【請求項６】
保護層がＡｌＮ，ＢＮ，ＡｌＮとＢＮとの複合体，ＰＢＮ又はＳｉＯ2にて形成された請求項５記載の静電チャック。
【請求項７】
保護層が化学気相蒸着法により形成された請求項５又は６記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の基板となるウエハー等を静電気を利用して吸着する静電チャック及び加熱の機能を合わせ持つヒーター付静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年の半導体素子の製造工程の中で、静電チャックは分子線エピタキシーやＣＶＤ、スパッタリング、エッチングなどでウエハーを静電吸着して支持するために用いられており、この静電チャックはプロセスの高温化に伴ってその材質は樹脂からセラミックスに移行している（特開昭５２−６７３５３号公報、特開昭５９−１２４１４０号公報参照）。また、最近ではセラミックスヒーターと静電チャックを合体した静電チャック付セラミックスヒーターも提案されている（特開平５−１０９８７６号公報、特開平５−１２９２１０号公報参照）。
【０００３】
この場合、分子線エピタキシー、ＣＶＤ、スパッタリング等において、成膜を行うに際しては、ウエハーの温度が膜の性質、成膜速度に大きな影響があるため、ウエハーの均熱性の向上が求められている。また、ドライエッチングにおいては、ウエハーの温度が微細エッチング時のエッチング形状、選択比、分布等に大きな影響があるため、ウエハーを冷却するための冷却性能の向上が求められている。
【０００４】
この静電チャックを製造する際、基板に静電チャック用電極パターンを接合し、更に絶縁層を設けるが、該基板及び絶縁層とパターン層の材質が相違し、特に熱膨張率が異なるために、製造時の熱履歴で反りが発生し、その反りが大きいと絶縁層の表面を研磨仕上げする時に一部のパターン層が表面に現れたり、もしくは現れないにしても絶縁層の絶縁耐圧が低下して不良品となってしまう。また、うまく研磨仕上げできたとしても、ウエハーを加熱及び冷却する際にこの熱膨張率差から起因した静電チャックの熱変形又は反りが発生し、その結果、静電チャックの加熱又は冷却時に吸着力が安定しないことが懸念されていた。これを解決する手段としては、基板を厚くすればよいが、熱容量が大きくなるため消費電力が増大し、さらには昇降温にも時間がかかり、またコスト的にも高くなってしまうため、なるべく薄くコンパクトなものが望まれていた。しかし、薄くすると上述の問題が発生してしまうため、基板を厚くせざるを得なかった。
【０００５】
本発明は上記事情を改善するためになされたもので、基板が薄くコンパクトなものでも製造時の反りが小さく、しかも低温から高温まで安定した静電吸着力が得られる静電チャック及びヒーター付静電チャックを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、支持基板表面に静電チャックパターンを形成すると共に、裏面にこの静電チャックパターンと同一又は類似形状のパターンを形成すること、この場合、好ましくは両パターンを実質的に同じ厚さに形成することにより、基板とパターンの熱膨張率差による熱変形が表裏で相殺し、基板が薄くコンパクトなものでもその製造時の反りの発生が抑制され、またウエハーが加熱又は冷却される際に該静電チャック及び該ヒーター付静電チャックの熱変形及び反り等が発生せずに静電吸着力が安定することを知見し、本発明をなすに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、
（１）電気絶縁性セラミックスからなる支持基板の表面に静電チャック用電極パターンが接合されると共に、裏面にパターンが接合されている静電チャックであって、上記表裏のパターンが、それぞれ同心円状、放射状、渦巻状又は櫛状の基本形状で一致し、表裏のパターン間隔及びパターン縁のずれが２ｍｍ以下で、かつ表裏のパターンを重ね合わせた時、重複していない部分の面積が重複している部分のそれの３０％以下である、互いに同一又は類似の形状を有し、実質的に同じ熱膨張係数を有する材料により互いに実質的に同じ厚さで形成されたことを特徴とする静電チャック、
（２）上記裏面のパターンの少なくとも一部が、電源に接続されることにより発熱部として構成される発熱パターンである上記（１）記載の静電チャック
を提供する。
【０００８】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の静電チャックは、図１及び図２に示すように、電気絶縁性セラミックスからなる支持基板１の表面に導電性を有する静電チャック用電極パターン２が形成されていると共に、裏面にもパターン３が形成されたものである。この場合、上記表裏のパターン２，３をそれぞれ覆って保護層４が形成される。
【０００９】
本発明は、このような構成において、上記表裏のパターン２，３を図２，３に示すように互いに同一又は類似の形状としたものである。
【００１０】
ここで、表裏のパターン２，３が同一又は類似とは、表裏基本形状（例えば同心円状、放射状、渦巻状、櫛状）が一致し、表裏パターン間隔、パターン縁等のずれが２ｍｍ以下で、かつ表裏パターンを重ね合わせた時、重複していない部分の面積が重複している部分のそれの３０％以下であることが望ましい。このような点から、図１（ｂ），（ｃ）の表裏パターン２，３、図２（ｂ），（ｃ）の表裏パターン２，３は互いに類似であるが、図３は裏面にパターンが形成されていないので、これは勿論本発明の範囲外であり、また図４，５はそれぞれ表裏のパターン２，３が類似していないもので、本発明の範囲外である。
【００１１】
この場合、上記表面側のパターン２は、図示したように、電源と接続されて電圧が印加されることにより、静電チャック機能が与えられるように公知のパターン方式に従って形成することができる。ここで、図示したものは双極形といわれているパターンであるが、単極形でも同様である。
【００１２】
一方、裏面側のパターン３は、図１に示すように、複数のリング状パターンが同心状に形成されるなど、複数のパターン３ａが相互に独立して形成され、特に相互のパターン３ａとの電気的接続を考慮しないパターンとしてもよく、また、図２（ｃ）に示すように、電源に接続されて電圧を印加されることにより、発熱部を構成する発熱パターン３ｂ，３ｃとして形成することもでき、図２の静電チャックの場合は裏面側がヒーターとなるヒーター付静電チャックとして形成される。
【００１３】
また、上記表裏のパターン２，３は互いにその厚さが実質的に同一であることが好ましい。この場合、これら表裏のパターン２，３は通常１０〜５００μｍ、特に２０〜２００μｍの厚さに形成されるが、表裏のパターン２，３が実質的に同じ厚さを有するとは、表裏のパターン２，３の厚さの差が１００μｍ以下のことであり、特に５０μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
なお、上記基板１の厚さは適宜選定され、通常２〜５０ｍｍ、特に１０〜３０ｍｍに形成し得るが、本発明においては、基板１が薄くても反り等の問題が生じないので、５ｍｍ以下の厚さに形成し得る。
【００１５】
また、上記表裏の保護層４の厚さは、それぞれ１０〜２０００μｍ、特に５０〜１０００μｍとすることが好ましく、しかもこの場合、表裏の保護層４，５は互いに実質的に同じ厚さで、即ち保護層４の厚さの差が３００μｍ以下、特に１００μｍ以下となるように形成することが好ましい。
【００１６】
上記基板１の材質も電気絶縁性セラミックスの中から適宜選定することができ、従来の静電チャックの基板と同様の材質にて形成し得るが、特にＡｌＮ，ＢＮ，ＡｌＮとＢＮとの複合体，ＰＢＮ又はＳｉＯ2にて形成することが好ましい。この場合、上記表裏の保護層４もＡｌＮ，ＢＮ，ＡｌＮとＢＮとの複合体，ＰＢＮ又はＳｉＯ2にて形成することが好ましく、特に熱膨張係数を同じにするという点から、表裏の保護層４は互いに同じ材質にて形成することが好ましく、更にはこれら表裏の保護層４と基板１とは同じ材質とすることが好ましい。
【００１７】
一方、上記基板１の表面に形成される静電チャック用電極パターン２は、導電性材料にて形成されるが、その材質としては公知のパターン形成材料を用いることができ、通常ＳｉＣ等の導電性セラミックス、カーボン、それにＷ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ等を主とした金属にて形成することができる。
【００１８】
また、基板１の裏面に形成されるパターン３は、好ましくは上記表面のパターン２と実質的に同じ熱膨張係数を有する材質にて形成することができ、具体的には上記と同様の導電性セラミックス、カーボン、金属にて形成することが好適であり、特に表面のパターンと同じ材質にて形成することが好ましい。なお、実質的に同じ熱膨張係数とは、表裏のパターン２，３の熱膨張係数の差が１×１０-5／℃以下、特に３×１０-6／℃以下であることが好ましい。
【００１９】
このように支持基板表面に静電チャック用パターンを形成し、裏面に表面パターンと同一又は類似形状のパターンを形成し、好ましくは表裏のパターンを実質的に同じ熱膨張係数を有する材質、膜厚にて形成し、更には保護層を形成した場合には、これを支持基板と同じ材質又は同程度の特性の絶縁層とすることにより、製造時の反りの発生の防止、ウエハーを加熱又は冷却する加熱性能又は冷却性能の向上、加熱又は冷却時の安定性の向上を達成し得るものである。
【００２０】
なお、支持基板、パターン、保護層の形成方法は特に制限されず、公知の種々の方法を採用し得るが、支持基板は化学気相蒸着法や粉砕焼結法により形成し、またパターン及び保護層はＣＶＤ法、ＰＶＤ法、真空蒸着法等によって形成することが好ましい。この場合、これら方法は常法に従って行うことができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００２２】
〔実施例１，比較例１〕
アンモニアと三塩化硼素とを１００Ｔｏｒｒ下に１８００℃で反応させて外径φ１００ｍｍ、厚さ２、５又は１０ｍｍの熱分解窒化硼素製支持基板を作製し、次いでメタンガスを２２００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で熱分解してこれに厚さ１００μｍの熱分解グラファイト層を形成し、表面と裏面に図１〜５のようなパターンをエンドミルを用いて加工した。更に、アンモニアと三塩化硼素とを１００Ｔｏｒｒ下に１８００℃で反応させて厚さ２００μｍの熱分解窒化硼素絶縁層を設けて、基板厚さ及びパターン形状の異なる１５種類の静電チャック及びヒーター付静電チャックを作製した。
【００２３】
それぞれのパターン種の基板厚さと製造後の反りの関係を図６に示す。支持基板表面の静電チャックパターンが同心円状に形成され、裏面に該パターンと同形の同心円状のパターン又は発熱パターンを形成したもの（図１及び図２）は基板厚が２ｍｍと薄くても反りの少ない良好な静電チャック及びヒーター付静電チャックを作製することができることが認められた。
【００２４】
〔実施例２，比較例２〕
実施例１，比較例１で作製したもののうち基板厚２ｍｍで図１及び図２のものと基板厚１０ｍｍで図４のものの表面を研磨仕上げして、印加電圧を５００Ｖとしてそれぞれの静電吸着力の温度依存性を測定した。
【００２５】
その結果、室温から４００℃まで基板厚１０ｍｍで図４のパターンのものと基板厚２ｍｍで図１，２のパターンのものは、すべての温度域において同程度の吸着力が得られた。このことより、基板厚を薄くしてもパターン形状の表裏の類似性を考慮して設計すれば、安定した静電吸着力が得られることが確認できた。
【００２６】
〔実施例３，比較例３〕
実施例１，比較例１と同様の方法で外径φ１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの熱分解窒化硼素製支持基板を作製した後、厚さ２００μｍの熱分解グラファイト層を形成し、表面に静電チャックパターンを同心円状に、裏面には表面パターンと同径の同心円状の発熱パターンをエンドミルを用いて加工した。その後、静電チャックとなる導電層をサンドペーパー研磨して、２０μｍの厚さに仕上げた。次いで、熱分解窒化硼素絶縁層を設けて表裏導電層厚さの異なるヒーター付静電チャックを作製し、静電チャックとなる導電層を研磨していない、つまり導電層厚さが表裏等しいヒーター付静電チャックとの製造後の反りを比較した。
【００２７】
その結果、表裏の導電層の厚さが同じ場合の反りが５０μｍであるのに対し、静電チャックとなる導電層が２０μｍの時の反りは３００μｍとなってしまった。この変形は、導電層と基板の熱膨張率が異なり、その差によって発生する熱応力と導電層の厚さが関与していると考えられ、従って、表裏導電層厚さが同じであることが好ましいことが認められた。
【００２８】
〔実施例４，比較例４〕
実施例１，比較例１と同様の方法で外径φ１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの熱分解窒化硼素製支持基板を作製した後、表面には厚さ１００μｍの熱分解グラファイト層を形成し、裏面には厚さ１００μｍのＰｔ層を真空蒸着法により形成し、表面に静電チャックパターンを同心円状に、裏面には表面パターンと同径の同心円状の発熱パターンをエンドミルを用いて加工した。次いで、表裏導電層上に厚さ２００μｍの窒化硼素絶縁層を設けて表裏導電層の材質の異なるヒーター付静電チャックを作製し、表裏導電層とも厚さ１００μｍの熱分解グラファイト層でできたヒーター付静電チャックとの製造後の反りを比較した。
【００２９】
その結果、後者の反りが５０μｍであるのに対し、前者は後者より大きくなり、反りは５００μｍとなってしまった。これは、表裏導電層材の熱膨張率差が関与していると考えられ、従って、表裏導電層の材質が同じであることが好ましいことが認められた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体装置の基板となるウエハー等を静電気を利用して吸着する静電チャック、更には加熱機能を合わせ持つヒーター付静電チャックにおいて、その支持基板表面に静電チャックパターンが形成され、裏面には該パターンと同じ又は類似形状のパターン又は発熱パターンが形成されることにより、基板が薄くコンパクトでもその製造時の反りの発生が抑制され、またウエハーが加熱又は冷却される際に静電チャック及びヒーター付静電チャックの熱変形及び反り等が発生せずに静電吸着力が安定するという有利性が与えられ、低コストで性能の優れた静電チャック及びヒーター付静電チャックを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示し、（ａ）は（ｂ），（ｃ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示し、（ａ）は（ｂ），（ｃ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図である。
【図３】本発明の第１の比較例を示し、（ａ）は（ｂ），（ｃ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図である。
【図４】本発明の第２の比較例を示し、（ａ）は（ｂ），（ｃ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図である。
【図５】本発明の第３の比較例を示し、（ａ）は（ｂ），（ｃ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図である。
【図６】図１〜５の実施例，比較例の静電チャックにおける基板厚さと反りの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  基板
２  静電チャック用電極パターン
３  パターン
４  保護層
【図１】
0003693077.tif 000002
【図２】
0003693077.tif 000003
【図３】
0003693077.tif 000004
【図４】
0003693077.tif 000005
【図５】
0003693077.tif 000006
【図６】
0003693077.tif 000007