(57)【要約】【課題】静電チャックの吸着面がプラズマクリーニング等によりエッチングされワークの吸着特性が劣化することを防止し、耐久性を向上させることができる静電チャックを提供する。【解決手段】支持台１０にセラミック体からなる誘電体層１２が接着され、該誘電体層１２の外表面が保護膜２０によって被覆された静電チャック４０の製造方法において、表面研磨されたセラミック体１２を支持台１０に接着する工程と、支持台１０に接着された誘電体層１２の外表面を露出させ支持台１０の外表面を遮蔽した状態で、スパッタリングにより前記誘電体層１２の表面に、酸化アルミニウム膜、酸化イットリウムアルミニウム膜、酸化イットリウム膜、窒化アルミニウム膜から選択した一の保護膜２０を形成するスパッタリング工程とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持台にセラミック体からなる誘電体層が接着され、該誘電体層の外表面が保護膜によって被覆された静電チャックにおいて、
前記誘電体層の表面が平坦面に研磨加工され、
前記保護膜として、酸化アルミニウム膜、酸化イットリウムアルミニウム膜、酸化イットリウム膜、窒化アルミニウム膜から選択した一の膜が、スパッタリングにより成膜して形成されていることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記誘電体層がアルミナからなり、セラミック体の表面平坦度がＲａ＝０．０５〜０．３μｍであることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
前記保護膜が、酸化アルミニウム膜であり、その膜厚が０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の静電チャック。
【請求項４】
前記保護膜が、酸化イットリウムアルミニウム膜であり、その膜厚が１．０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の静電チャック。
【請求項５】
支持台にセラミック体からなる誘電体層が接着され、該誘電体層の外表面が保護膜によって被覆された静電チャックの製造方法において、
表面研磨されたセラミック体を支持台に接着する工程と、
支持台に接着された誘電体層の外表面を露出させ支持台の外表面を遮蔽した状態で、スパッタリングにより前記誘電体層の表面に、酸化アルミニウム膜、酸化イットリウムアルミニウム膜、酸化イットリウム膜、窒化アルミニウム膜から選択した一の保護膜を形成するスパッタリング工程とを備えていることを特徴とする静電チャックの製造方法。
【請求項６】
前記スパッタリング工程において、ターゲットにアルミニウムを使用し、スパッタリング時に処理室に導入する酸素ガス分圧を５〜２０％として、前記誘電体層の外表面に保護膜として酸化アルミニウム膜を成膜することを特徴とする請求項５記載の静電チャックの製造方法。
【請求項７】
前記スパッタリング工程において、前記酸化アルミニウム膜を０．５〜２．７μｍの厚さに成膜することを特徴とする請求項６記載の静電チャックの製造方法。
【請求項８】
前記スパッタリング工程において、ターゲットに酸化イットリウムアルミニウムを使用し、スパッタリング時に処理室に導入する酸素ガス分圧を０〜１０％として、前記誘電体層の外表面に保護膜として酸化イットリウムアルミニウム膜を成膜することを特徴とする請求項５記載の静電チャックの製造方法。
【請求項９】
前記スパッタリング工程において、前記酸化イットリウムアルミニウム膜を１．０〜２．８μｍの厚さに成膜することを特徴とする請求項８記載の静電チャックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電チャックおよびその製造方法に関し、より詳細には静電チャックの誘電体層の表面を保護膜により被覆した静電チャックおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電チャックは半導体ウエハ等のワークを処理する処理室においてワークを支持する支持体あるいは、搬送系でワークを支持する支持体として広く使われている。静電チャックはワークの保持に機械的な保持具を使用しないことからワークの全面に加工を施すことができ、プラズマエッチングやCVD等の加工装置においてワークを支持する支持台として有効に利用される。
図２は、一般的な静電チャックの構成を示す。すなわち、静電チャックはアルミニウム等の金属からなる支持台１０の表面に、アルミナ等のセラミック焼成体からなる誘電体層１２を接着して形成される。誘電体層１２の内部には誘電分極によるクーロン力やジョンソン・ラーベック力を発現させるための静電吸着用の電極（不図示）が形成されている。
【０００３】
静電チャックは、プラズマエッチングやCVD等の処理室に設置されて用いられるから清浄度が求められ、誘電体層１２の表面を厚さ２０μｍ〜１００μｍ程度のアルミナ、ＳｉＯ2、ＳｉＮ等の高純度絶縁材料層により被覆して、静電チャックの吸着面が汚染されないようにすることが考えられている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２８４４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、プラズマエッチング装置などでは、装置のメンテナンスのために、定期的に処理室全体をプラズマクリーニングして処理するという場合がある。このような場合に、処理室に設置されている静電チャックの表面がエッチングされたり、処理室の壁面に付着していた付着物が静電チャックの吸着面に付着したりするために、ワークの吸着特性が劣化するといった問題が生じてきた。このような問題は、ワークが大型化し、より大きな吸着力が必要になってきたために生じてきた問題である。
【０００５】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、プラズマエッチング装置等に設置する静電チャックの吸着面がエッチングされてワークの吸着特性が劣化することを防止し、耐久性を向上させることができる静電チャックおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、支持台にセラミック体からなる誘電体層が接着され、該誘電体層の外表面が保護膜によって被覆された静電チャックにおいて、前記誘電体層の表面が平坦面に研磨加工され、前記保護膜として、酸化アルミニウム膜、酸化イットリウムアルミニウム膜、酸化イットリウム膜、窒化アルミニウム膜から選択した一の膜が、スパッタリングにより成膜して形成されていることを特徴とする。
【０００７】
前記誘電体層がアルミナからなり、セラミック体の表面平坦度がＲａ＝０．０５〜０．３μｍであることにより、スパッタリングによって成膜された保護膜による効果的な保護作用が得られる。
また、前記保護膜が、酸化アルミニウム膜であり、その膜厚が０．５μｍ以上であることにより、効果的な耐エッチング性が得られる。
また、前記保護膜が、酸化イットリウムアルミニウム膜であり、その膜厚が１．０μｍ以上であることにより効果的な耐エッチング性が得られる。
【０００８】
支持台にセラミック体からなる誘電体層が接着され、該誘電体層の外表面が保護膜によって被覆された静電チャックの製造方法において、表面研磨されたセラミック体を支持台に接着する工程と、支持台に接着された誘電体層の外表面を露出させ支持台の外表面を遮蔽した状態で、スパッタリングにより前記誘電体層の表面に、酸化アルミニウム膜、酸化イットリウムアルミニウム膜、酸化イットリウム膜、窒化アルミニウム膜から選択した一の保護膜を形成するスパッタリング工程とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記スパッタリング工程において、ターゲットにアルミニウムを使用し、スパッタリング時に処理室に導入する酸素ガス分圧を５〜２０％として、前記誘電体層の外表面に保護膜として酸化アルミニウム膜を成膜することにより保護膜として緻密な酸化アルミニウム膜を形成することができ、また、前記スパッタリング工程において、前記酸化アルミニウム膜を０．５〜２．７μｍの厚さに成膜することにより、効果的な耐エッチング性を備えた保護膜を形成することができる。
【００１０】
また、前記スパッタリング工程において、ターゲットに酸化イットリウムアルミニウムを使用し、スパッタリング時に処理室に導入する酸素ガス分圧を０〜１０％として、前記誘電体層の外表面に保護膜として酸化イットリウムアルミニウム膜を成膜することにより、緻密な酸化イットリウムアルミニウム膜を形成することができ、また、前記スパッタリング工程において、前記酸化イットリウムアルミニウム膜を１．０〜２．８μｍの厚さに成膜することにより、効果的な耐エッチング性を備えた保護膜として形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る静電チャックおよびその製造方法によれば、静電チャックの誘電体層の外表面がスパッタリングによって成膜された保護膜によって被覆されていること、酸化アルミニウム膜、酸化イットリウムアルミニウム膜、酸化イットリウム膜、窒化アルミニウム膜から選択された一の保護膜を用いることによって、プラズマクリーニング等の際に誘電体層がエッチングされ、静電チャックのワークの吸着特性が劣化することを防止することができ、耐久性にすぐれた静電チャックとして提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面とともに詳細に説明する。
図１は、本発明に係る静電チャックの製造工程を示す。
図１（ａ）は、支持台１０にセラミック材からなる誘電体層１２を接着した状態を示す。本実施形態の支持台１０はアルミニウム製であり、支持台１０は、平面形状が円形に形成されたフランジ部１０ａから平面形状が円形に形成された支持台部１０ｂが突出する形態に形成されている。支持台部１０ｂの上面は平坦面に形成され、この上面にセラミック材からなる誘電体層１２が接着される。
【００１３】
本実施形態の静電チャックでは、アルミナからなるセラミック体を誘電体層１２として用いている。セラミック体は、タングステンペースト等の導電性ペーストを用いて所定の電極パターンを形成したアルミナのグリーンシートを、電極パターンを内層として他のグリーンシートと重ね合わせ一体に焼成して形成される。誘電体層１２としてのセラミック体の厚さは本実施形態の静電チャックでは１ｍｍ程度である。
【００１４】
本発明に係る静電チャックは、誘電体層１２の表面を絶縁材料からなる保護膜２０により被覆し、保護膜２０をスパッタリングによって形成することを特徴とする。保護膜２０は静電チャックが設置されるプラズマエッチング装置等のドライエッチング装置において、プラズマクリーニング等のエッチング操作を行った際に、セラミック体からなる誘電体層１２がエッチングされたり汚れが付着したりすることを保護するために設けられる。
【００１５】
本実施形態では、誘電体層１２となるセラミック体の表面をあらかじめ所定の表面平坦度に研磨してから支持台１０にセラミック体を接着し、次いでスパッタリングにより保護膜２０を形成した。
本実施形態で使用したアルミナからなるセラミック体は、焼成後の表面平坦度がＲａ＝０．４〜１．２μｍであった。実施形態では、セラミック体の表面平坦度がＲａ＝０．０５〜０．３μｍとなるまで研磨した。誘電体層１２となるセラミック体の表面をこの程度の平坦度まで研磨することにより、スパッタリングによって保護膜２０を形成する方法によって十分に誘電体層１２を保護することができる。
【００１６】
図１（ｂ）は、支持台１０に誘電体層１２としてセラミック体を接着した後、誘電体層１２の外表面（ワークを吸着する側の面）を外部に露出させ、支持台１０の外表面をレジスト１４によって被覆した状態を示す。レジスト１４は誘電体層１２の外表面に保護膜２０をスパッタリングによって成膜する際に、支持台１０の外表面には保護膜が付着しないようにするためのものである。レジスト１４のかわりに支持台１０に保護膜が被着しないようにマスクを設け、支持台１０の外表面に保護膜が付着しないようにしてスパッタリングして保護膜２０を成膜することも可能である。
【００１７】
図１（ｃ）は、スパッタリングにより誘電体層１２の外表面に保護膜２０を形成した状態を示す。実際に保護膜２０を形成する工程では、スパッタリング装置の処理室に支持台１０を取り付け、真空排気した後、８０℃に加熱して保護膜２０を形成した。本実施形態では誘電体層１２を支持台１０に接着して取り付けているから、スパッタリング時に接着層が損傷しないようにする必要がある。このため、支持台１０は１５０℃程度以下に加熱してスパッタリングするのがよい。
【００１８】
本実施形態の静電チャックの製造工程では、誘電体層１２の保護膜２０として、酸化アルミニウム（Al2O3)と酸化イットリウムアルミニウム（ＹＡＧ）を使用した。酸化アルミニウムと酸化イットリウムアルミニウムは、プラズマエッチングレートが低く、プラズマエッチング等のエッチングから誘電体層１２を保護する保護膜２０として好適に使用することができる。スパッタリングにより酸化アルミニウムからなる保護膜２０を形成する際には、ターゲットとして純粋アルミニウムを使用し、アルゴンガスと酸素ガスを導入して成膜する。酸化イットリウムアルミニウム膜からなる保護膜２０を形成する場合は、ターゲットを酸化イットリウムアルミニウムとし、アルゴンガスと酸素ガスを導入して成膜する。いずれも、保護膜２０は、１〜３μｍ程度の厚さに成膜すればよい。
【００１９】
図１（ｄ）は、保護膜２０を成膜した後、処理室から支持台１０を取り出し、レジスト１４を除去した状態を示す。レジスト１４を除去することにより、セラミック体からなる誘電体層１２の外表面にスパッタリングによって形成された保護膜２０が被着された静電チャック４０が得られる。図１（ｅ）は、静電チャック４０の保護膜２０が誘電体層１２の外表面を覆っている状態を拡大して示す。
【００２０】
本実施形態の静電チャック４０は、誘電体層１２の表面を保護膜２０によって被覆したことにより、プラズマエッチング装置においてメンテナンスのためにプラズマクリーニングを施したような場合でも誘電体層１２がエッチングされることを抑制し、誘電体層１２が汚染されることを防止して静電チャック４０の吸着特性を劣化させないようにすることができる。
【００２１】
図３に、酸化アルミニウム、酸化イットリウムアルミニウム、酸化イットリウム（Y2O3）、窒化アルミニウム(AlN）、二酸化ケイ素(SiO2）についてのプラズマエッチングレートを示した。酸化イットリウム（Y2O3）および窒化アルミニウム(AlN）も、プラズマエッチングレートは酸化アルミニウムおよび酸化イットリウムアルミニウムと同等であり、したがって、これらの絶縁材料も静電チャック４０の誘電体層１２の保護膜２０として有効に利用することができる。これに対して酸化シリコンはプラズマエッチングレートがこれらの材料と比較してはるかに大きい。したがって、誘電体層１２の保護膜２０としては不適である。
【実施例１】
【００２２】
保護膜２０として酸化アルミニウムをスパッタリングにより成膜し、プラズマエッチングによって酸化アルミニウムからなる保護膜２０がどの程度エッチングされるかを測定した。表１は、誘電体層１２の表面に酸化アルミニウムを成膜する本実施例での成膜条件を示す。なお、酸化アルミニウムは、DCスパッタリングとRFスパッタリングの２つの方法によって成膜した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
（DCスパッタリング）
スパッタリングにより酸化アルミニウム膜を成膜する場合、処理室に導入する酸素ガス分圧によって形成される膜の性状が異なる。すなわち、酸素ガス分圧が３％未満の場合には、成膜面は外観が金属アルミニウムとなり酸化アルミニウムが成膜されなかった。酸素ガス分圧が５％付近で緻密な酸化アルミニウム膜が得られた。酸素ガス分圧１０％程度になると酸化アルミニウム膜は表面が粗くなり緻密な外観とならない。したがって、緻密な酸化アルミニウム膜を形成するには、酸素ガス分圧を５〜１０％程度とするのがよい。
【００２５】
図４は、酸化アルミニウム膜を成膜する際に酸素ガス分圧によって成膜レートがどのように変化するかを測定した結果を示す。図４に示すように、酸素ガス分圧が５％を超えると成膜レートが徐々に低下し、酸素ガス分圧が２０％になると酸素ガス分圧が１０％のときに比べて成膜レートが１０％程度低下する。
【００２６】
図５は、DCスパッタリングによって成膜した酸化アルミニウム膜について、成膜時の酸素ガス分圧によりプラズマエッチングレートがどのように変化するかを測定した結果を示す。プラズマエッチング条件を表２に示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
図５は、酸素ガス分圧が１０％を超えるとプラズマエッチングレートが低下し、酸素ガス分圧が２０％になると、酸素ガス分圧が１０％のときと比較してエッチングレートが１０％程度低下することを示す。この実験結果は、DCスパッタリングによって酸化アルミニウムを成膜する場合に、プラズマエッチングレートを低くするには、酸素ガス分圧を高めに設定することが良いことを示す。
【００２９】
（RFスパッタリング）
また、RFスパッタリングにより酸化アルミニウムを成膜する場合も、酸素ガス分圧を変えることによって成膜される酸化アルミニウム膜の性状が変わる。成膜面を観察した結果によると、酸素ガス分圧が３％未満の場合には、成膜面は金属アルミニウムの外観となり酸化アルミニウムが成膜されない。酸素ガス分圧が５％〜２０％の場合には、緻密な酸化アルミニウム膜が得られた。DCスパッタリングでは酸素ガス分圧が１０％程度になると成膜面が粗くなるのに対して、RFスパッタリングでは酸素ガス分圧が２０％程度となっても緻密な酸化アルミニウム膜が成膜できるから、酸化アルミニウム膜を成膜する方法としてRFスパッタリングが有効に利用できる。
【００３０】
（酸化アルミニウム膜の耐エッチング性）
図６は、誘電体層１２の表面に酸化アルミニウム膜をスパッタリングにより成膜し、プラズマエッチングによって誘電体層１２がどの程度エッチングされるかを測定した結果を示す。誘電体層１２がエッチングされる量は、誘電体層１２の重量減少量（ppm/min)として表した。
図６では、酸化アルミニウム膜によって被覆していないサンプルと、酸化アルミニウム膜の膜厚を０．５μｍ、１．２μｍ、１．４５μｍ、２．７μｍとしたサンプルについての測定結果を示す。図６の測定結果は、酸化アルミニウム膜を保護膜２０とすることによって、誘電体層１２をプラズマエッチングから抑制することができることを示している。この実験結果は、酸化アルミニウム膜を誘電体層１２の保護膜２０として設ける場合には、少なくとも０．５μｍ程度の厚さに設ければ良いこと、膜厚０．５μｍ〜３μｍ程度で有効な耐エッチング性が得られることを示す。
【実施例２】
【００３１】
保護膜２０として酸化イットリウムアルミニウム膜を使用し、プラズマエッチングによって酸化イットリウムアルミニウムからなる保護膜２０がどの程度エッチングされるかを測定した。表３は、保護膜２０として酸化イットリウムアルミニウム膜をスパッタリングによって成膜する本実施例での成膜条件を示す。ターゲットとして酸化イットリウムアルミニウムを使用する場合は酸化イットリウムアルミニウムが絶縁物であるためDCスパッタリングは使用できずRFスパッタリングによる。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
図７に酸素ガス分圧を変えたときの酸化イットリウムアルミニウム膜の成膜レートを示す。なお、あわせてRFスパッタリングにより酸化アルミニウムを成膜する場合（酸素ガス分圧１０％）の成膜レートを示した。酸化イットリウムアルミニウム膜の成膜レートは、酸素ガス分圧が０％、５％、１０％のうちでは、酸素ガス分圧が０％のときが最も高くなった。また、酸素ガス分圧が５％と１０％の場合も、同じRFスパッタリングによる酸化アルミニウムの成膜レートに比べて約２．５倍となった。また、酸素ガス分圧が０％、５％、１０％のいずれの場合も緻密に成膜できた。
【００３４】
図８に、酸素ガス分圧を変えて成膜した場合の酸化イットリウムアルミニウム膜のプラズマエッチングレートと、RFスパッタリングにより成膜した酸化アルミニウム膜（酸素ガス分圧１０％）のプラズマエッチングレートの測定結果を示す。プラズマエッチング条件は表２に示す条件と同一である。
図８は、酸化イットリウムアルミニウム膜では酸素ガス分圧が０％、５％、１０％のいずれの場合も、酸化アルミニウム膜とくらべてエッチングレートは１／６程度である。なお、実験例のうちでは酸素ガス分圧が０％で成膜した場合が、もっともエッチングレートが低くなった。
【００３５】
（酸化イットリウムアルミニウム膜による耐エッチング性）
図９は、誘電体層１２の表面に酸化イットリウムアルミニウム膜をスパッタリングにより成膜し、プラズマエッチングによって誘電体層１２がどの程度エッチングされるかを測定した結果を示す。プラズマエッチングは、表２に示す条件で行った。図６では、酸化イットリウムアルミニウム膜を被覆していないサンプルと、酸化イットリウムアルミニウム膜の膜厚を１．０μｍ、１．８μｍ、２．８μｍとした場合の測定結果を示す。図９の測定結果は、酸化イットリウムアルミニウム膜を保護膜２０として形成することによってプラズマエッチングによって誘電体層１２がエッチングされることを抑制する効果があることを示す。また、この測定結果は、酸化イットリウムアルミニウム膜を保護膜２０として少なくとも１．０μｍの厚さに設けることによって誘電体層１２に対して有効な耐エッチング性が得られることを示す。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】静電チャックの製造工程を示す説明図である。
【図２】静電チャックの概略構成を示す斜視図である。
【図３】各物質のプラズマエッチングレートを示すグラフである。
【図４】酸化アルミニウムの成膜レートを示すグラフである。
【図５】酸化アルミニウム膜のプラズマエッチングレートを示すグラフである。
【図６】保護膜として酸化アルミニウムを被覆した誘電体層の重量減少率を示すグラフである。
【図７】酸化イットリウムアルミニウムの成膜レートを示すグラフである。
【図８】酸化イットリウムアルミニウム膜のプラズマエッチングレートを示すグラフである。
【図９】保護膜として酸化イットリウムアルミニウム膜を被覆した誘電体層の重量減少率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  支持台
１０ａ  フランジ部
１０ｂ  支持台部
１２  誘電体層
１４  レジスト
２０  保護膜
４０  静電チャック
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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