(57)【要約】【課題】本発明の目的は、エアロゾルデポジション法により製作され、且つ吸着面における反りの発生を従来に比べ大幅に低減することのできる静電チャックを提供することにある。【解決手段】本発明では、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを導電性基材に向けてノズルより噴射し、前記エアロゾルを前記導電性基材表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる誘電体薄膜を前記導電性基材上に形成し、前記誘電体薄膜表面を吸着面とした静電チャックであって、前記導電性基材表面には溝が形成されており、前記誘電体薄膜は、前記溝に沿って複数の部分に分離した状態で形成されていることとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを導電性基材に向けてノズルより噴射し、前記エアロゾルを前記導電性基材表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる誘電体薄膜を前記導電性基材上に形成し、前記誘電体薄膜表面を吸着面とした静電チャックであって、
前記導電性基材表面に溝が形成され、前記誘電体薄膜が前記溝によって複数の部分に分離されていることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記導電性基材に形成された第一の溝の底面部に、更に第二の溝を形成し、前記誘電体薄膜が前記第二の溝によって複数の部分に分離されていることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
前記導電性基材に形成された溝の底面上に、該溝に沿ってマスキングを施した後前記誘電体薄膜を形成することで、前記誘電体薄膜を前記マスキング部を境界として複数の部分に分離したことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項４】
前記溝が形成された導電性基材表面に前記誘電体薄膜を形成した後、前記溝に沿って前記誘電体薄膜を除去することで、前記誘電体薄膜を複数の部分に分離したことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項５】
前記複数の部分に分離された誘電体薄膜の境界部において、露出した前記導電性基材を絶縁性材料にて被覆したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静電チャック。
【請求項６】
前記露出した導電性基材を被覆する前記絶縁性材料として、ポリイミドを用いたことを特徴とする請求項５に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、半導体製造装置内にて被処理物を搭載、固定するために用いられる静電チャックに関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ成膜装置などの半導体製造装置においては、主にシリコンウェハである非処理物を吸着保持するための装置として、静電チャックが利用されている。静電チャックの構造、製法としては、セラミックス内部に電極層を設けたものなど、これまでに様々なものが提案されている。（特許文献１参照）
また、本発明者はそれらの中でも特に、導体からなるベース上にエアロゾルデポジション法により誘電体薄膜を形成した構造の静電チャックに着目し、改良を検討してきた。（特許文献２参照）
ここでエアロゾルデポジション法とは、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてノズルより噴射し、前記エアロゾルを前記基材に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる薄膜を前記基材上に形成する方法である。
基材として例えばアルミニウム等の金属板を用い、脆性材料の微粒子として例えばアルミナ等の誘電体を用いれば、エアロゾルデポジション法により導電性材料上に誘電体薄膜を形成した所謂単極構造の静電チャックを製作することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２１１２２８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９０５１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的にエアロゾルデポジション法により基材上に薄膜を形成すると、薄膜表面に反りが発生する。詳細な原因は現在のところ不明であるが、エアロゾルデポジション法では前述のように、脆性材料の微粒子を基材表面に衝突させながら成膜を行うため、脆性材料は絶えず圧縮された状態で薄膜を形成してゆくこととなる。これにより成膜完了後は基材と薄膜との境界面において境界面を拡げようとする方向の応力が残留しており、この残留応力が基材及び薄膜を反らしめる原因と考えられる。
【０００５】
例えば、基材として直径が１００ｍｍ、厚さが１０ｍｍのアルミニウムからなる円盤上に、アルミナセラミックスからなる微粒子にて厚さ２０μｍの成膜を行うと、誘電体薄膜表面においては高低差１３μｍの凸状に反り、基材裏面においては高低差１３μｍの凹上に反っていることが確認された。
上記の結果から、８インチウェハを吸着するための静電チャック（即ち直径が２００ｍｍ）をエアロゾルデポジション法により製作した場合は、誘電体薄膜表面において高低差１００μｍ強の凸状の反りが発生することが予想される。
【０００６】
静電チャックの吸着面において上記のような大きな反りが発生すると様々な問題が生じる。
例えば、半導体製造工程におけるエッチング装置内で使用される静電チャックにおいては、主にシリコンウェハからなる被処理物を静電チャックにて吸着固定し、かつ被吸着物を静電チャックにより冷却しながら処理が行われる。このとき静電チャック吸着面に大きな反りが存在すると、静電チャックと被処理物との面接触が均一でなくなるために、静電チャックの冷却性能に吸着面内でバラツキが生じ、結果、被処理物のエッチング速度が面内でばらついてしまうという不具合を生ずる。また、静電チャックと被処理物との間には、冷却媒体として一定圧の冷却用ガスを封入することが一般的に行われるが、静電チャック吸着面に大きな反りが存在すると、静電チャック外周部付近に設けられたシールリング部において冷却用ガス封入のシールが保てず、静電チャック周囲に冷却用ガスが漏洩し、冷却用ガスによる冷却性能が著しく低下してしまう可能性が高い。
【０００７】
静電チャックの吸着面を研削する等して反りによる変形を矯正することも考えられるが、現在のエアロゾルデポジション法による成膜技術、及び静電チャックの吸着性能を考慮すると、基材上に形成できる誘電体薄膜の厚さは最大で５０μｍが限度であるため、１００μｍ前後の反りを研削により矯正することは不可能である。
【０００８】
上記の反りを低減するために有効な対策として基材の両面に薄膜を形成する製造方法が考えられるが、静電チャックにおける基材は厚さ一様な円板ではなく、その内部に冷却水路等が形成された複雑な形状となることが一般的であるため、基材の両面に成膜を行ったとしても、両面の残留応力が均等に打ち消し合う可能性は低く、反りを矯正するのは困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、エアロゾルデポジション法により製作され、且つ吸着面における反りの発生を従来に比べ大幅に低減することのできる静電チャックを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを導電性基材に向けてノズルより噴射し、前記エアロゾルを前記導電性基材表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる誘電体薄膜を前記導電性基材上に形成し、前記誘電体薄膜表面を吸着面とした静電チャックであって、
前記導電性基材表面に溝が形成され、前記誘電体薄膜が前記溝によって複数の部分に分離されていることとした。
上記構成とすることにより、エアロゾルデポジション法によって形成された誘電体薄膜は複数の小面積部分に分離され、個々の誘電体薄膜に成膜後蓄積される残留応力及びその結果生じる反りを、各誘電体薄膜の面積に応じて小さくすることができる。
【００１１】
本発明の好ましい態様として、前記導電性基材に形成された第一の溝の底面部に、更に第二の溝を形成し、前記誘電体薄膜が前記第二の溝によって複数の部分に分離する構成とした。
上記構成とすることにより、エアロゾルデポジション法による成膜を行う際、第二の溝内面には成膜が行われず自動的に誘電体薄膜が分離され、個々の誘電体薄膜に成膜後蓄積される残留応力及びその結果生じる反りを、各誘電体薄膜の面積に応じて小さくすることができる。
【００１２】
本発明の好ましい態様として、前記導電性基材に形成された溝の底面上に、該溝に沿ってマスキングを施した後前記誘電体薄膜を形成することで、前記誘電体薄膜を前記マスキング部を境界として複数の部分に分離する構成とした。
上記構成とすることにより、溝に沿って誘電体薄膜を分離することを容易に行うことができ、個々の誘電体薄膜に成膜後蓄積される残留応力及びその結果生じる反りを、各誘電体薄膜の面積に応じて小さくすることができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様として、前記溝が形成された導電性基材表面に前記誘電体薄膜を形成した後、前記溝に沿って前記誘電体薄膜を除去することで、前記誘電体薄膜を複数の部分に分離する構成とした。
上記構成とすることにより、従来通りの装置及び条件で成膜を行った後、誘電体薄膜を複数の部分に分離することができ、個々の誘電体薄膜に成膜後蓄積される残留応力及びその結果生じる反りを、各誘電体薄膜の面積に応じて小さくすることができる。
【００１４】
本発明の好ましい態様として、前記複数の部分に分離された誘電体薄膜の境界部において、露出した前記導電性基材を絶縁性材料にて被覆することとした。
上記構成とすることにより、導電性基材表面の露出部が無くなるため、導電性基材と被吸着物との間に発生する放電現象を防止することが出来る。
【００１５】
本発明の好ましい態様として、前記露出した導電性基材を被覆する前記絶縁性材料として、ポリイミドを用いることとした。
上記構成とすることにより、導電性基材の露出部の被覆を容易に形成することが可能であり、かつポリイミドは金属に比べて柔軟であるために吸着面に反りを発生させることが無く、更にポリイミドは静電チャック吸着面を構成する素材としての実績があり、被吸着物を汚染することも無い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施例を、図面に基づいて以下に説明する。
まず、エアロゾルデポジション法による製造装置２０の概略を図１８を用いて説明する。製造装置２０の真空チャンバー２７内は真空ポンプ２３により真空環境化におかれる。エアロゾルはガス搬送管を介して窒素ガスボンベ２６に接続されるエアロゾル発生器２５から導出され、導出されたエアロゾルの微粒子がノズル２４から噴射され、ＸＹステージ２２により移動可能に固定された静電チャック２１基板に対して、衝突し、破砕・変形されて基板上に薄膜を形成する。
【００１７】
図１は本発明の第一の実施例である静電チャックを示す外観図である。
エアロゾルデポジション法により製作された静電チャックの一例で、半導体製造工程におけるプラズマエッチング装置用の静電チャックを示す外観図である。静電チャックを製作するにあたり、誘電体薄膜１を形成する前の段階において、基材２の吸着面３にはシリコンウェハ６を支持する為のシールリング４及び図示しない突起１６、更に基材２の外周部近くには固定用のボルト穴５等の形状加工が施され、その後基材２の吸着面３全体にエアロゾルデポジション法により誘電体薄膜１を２０μｍの厚さで形成している。
【００１８】
基材２はアルミニウムで、誘電体薄膜１の成膜のためにエアロゾル中の微粒子の材質としてアルミナセラミックスを使用している。吸着面３を形成する誘電体薄膜１上にシリコンウェハ６を載置した状態で基材２とシリコンウェハ６との間に電圧を印可すれば、両者間にクーロン力が働き、シリコンウェハ６を吸着保持することが出来る。
【００１９】
また具体的な構造を説明するため、図１に示した静電チャックでシリコンウェハ６を吸着したところの断面を示す概念図を図２に示した。図２は構造を示すために一部の寸法を誇張して描いてあり、そのスケールは正しくない。
図２において、静電チャック吸着面３とシリコンウェハ６との間には静電チャック表面に設けられた図示しない突起１６により厚さ１０μｍのガス冷却空間７を形成しており、冷却用ガスが静電チャック中央に設けられた冷却ガス供給孔８よりガス冷却空間７へと供給され、ガス冷却空間７内はシリコンウェハ６の冷却に必要な所定の圧力に保たれる。吸着面３の最外周部においては、冷却用ガスを周囲に漏洩させないため、吸着面３に設けられた突起１６と同じ高さのシールリング４を設けてある。
ここで、静電チャック表面に設けられた突起１６の形状は微小であり、且つその数が多いために図示を省略したが、これら突起１６の形状を拡大したものを図１６に示した。誘電体薄膜１を形成する前の基材２の吸着面３上にはこれと同じ円形状の突起１６を複数個設けてある。
同図に示したように突起１６の外周部は斜面になっており、この斜面が静電チャック吸着面３となす角度は１５度になるよう設計してある。
【００２０】
ここで、本発明の静電チャックでは、誘電体薄膜１を複数に分離するための溝１０が形成されている点で従来の静電チャックと異なる。以下ではこの溝１０部の構造について詳細を説明する。尚、エアロゾルデポジション法に限らず他製法により製作された静電チャックにおいても、その吸着面３上に溝を設けた例は多く見られるが、これら従来の溝は静電チャックとシリコンウェハ６との間に形成されるガス冷却空間７において冷却ガスの拡散速度を高める目的で設けられるものである。それに対し本実施例で言うところの溝１０は先に示したように誘電体薄膜１を複数の部分に分離するためのものであり、その構造と目的は前記従来の溝とは異なるものである。
【００２１】
図３は図１に示した静電チャックの基材２において、誘電体薄膜１を形成する前の溝１０部構造を示した断面図である。同図において、溝１０はまず幅５ｍｍ、深さ０．２ｍｍであり両側面が静電チャック吸着面３に対して１５度傾斜している第一の溝１０ａと、第一の溝１０ａ中央部に設けられ、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍであり両側面が静電チャック吸着面３に対して垂直である第二の溝１０ｂとからなっている。
上記のような第一溝１０ａ及び第二の溝１０ｂを配置した基材２に対して、エアロゾルデポジション法にて吸着面３上に誘電体薄膜１を形成する。このとき、第一の溝１０ａの側面は静電チャック吸着面３に対して１５度傾斜しているため、静電チャック吸着面３と同様に誘電体薄膜１が形成されるが、第二の溝１０ｂの側面は静電チャック吸着面３に対して垂直であるため、エアロゾルを噴出するノズル１７の角度を如何様に設定しても、第二の溝側面の少なくとも片側面に対しては微粒子の破砕、変形が起こらず、図４に示したように誘電体薄膜１が形成されない。即ち、誘電体薄膜１は静電チャックの吸着面３、第一の溝１０ａの両側面、及び第一の溝１０ａの底面までは連続に形成されるが、第二の溝１０ｂの側面には形成されないため、第二の溝１０ｂによって分離されることとなる。
本実施例のように被成膜面の傾斜を吸着面３に対して１５度以内とし、成膜時のノズル１７の角度を同じく吸着面３に対して６０度にしておけば、ノズル１７は被成膜面のどの部分に対しても上記の４５度〜７５度の角度を保ち、良好な条件にて成膜を行うことができる。
【００２２】
静電チャック吸着面３における溝１０の配置は図１のようであるから、誘電体薄膜１はこの場合、計１７個の部分に分離されることとなり、個々の誘電体薄膜１はその面積が小さくなることにより、それぞれに生ずる凸状の反りは高低差約１μｍ前後まで低減することができる。
【００２３】
ところで、このような溝１０を有する構造の基材２に対しエアロゾルデポジション法により誘電体薄膜１を形成した直後においては、図４のように第二の溝１０ｂの内壁においてアルミニウムである基材２が露出している。この状態でシリコンウェハ６を吸着すると、露出した基材２とシリコンウェハ６との間で放電を生じてしまうので、本実施例では上記放電を防止するため、誘電体薄膜１を形成した後、図５のように第二の溝１０ｂをポリイミド１１で被覆している。ここでポリイミド１１の表面が静電チャック吸着面３よりも高い位置になってしまうと、シリコンウェハ６とポリイミド１１が接触しシリコンウェハ６を変形させる恐れがあるほか、静電チャック吸着面３とシリコンウェハ６との間に供給される冷却用ガスの流路を妨げてしまうこともあるので、ポリイミド１１を塗布する際はポリイミド１１の表面が静電チャック吸着面３よりも低い位置となるよう注意する必要がある。図５の例では第一の溝１０ａの深さを０．２ｍｍとしたが、これを更に深くすることでポリイミド１１塗布の作業をより容易にすることも可能である。
【００２４】
本発明の第二の実施例を図６以降に示す。この例では、誘電体薄膜１を形成する前の基材２には第一の実施例と同様の配置で第一の溝１０ａだけを設けておき、従来の静電チャック同様、吸着面３全体に誘電体薄膜１を形成する（図６）。本実施例ではその後、図７のように誘電体薄膜１の一部を基材２と共に除去し、第二の溝１０ｂを形成した。この場合、第二の溝１０ｂを形成する前の段階においては吸着面３において従来同様、高低差１００μｍ強の大きな凸状の反りが発生しているが、第二の溝１０ｂを形成すると同時に前記凸状の反りは高低差１μｍ前後まで低減される。尚、本実施例も図８に示したように、第二の溝１０ｂにおいて露出した基材２をポリイミド１１にて被覆することで放電の発生を防止している。
【００２５】
更に本発明の第三の実施例を図９以降に示す。
誘電体薄膜１を形成する前の基材２には、第二の実施例と同様の配置で第一の溝１０ａだけを設けておく。本実施例ではその後、第一の溝１０ａの中央部に沿ってマスキングを行ってから誘電体薄膜１を形成することで、誘電体薄膜１を複数の部分に分離する。マスキングを行う方法は様々なものが考えられるが、容易に実施できる一例としては、上記基材２の吸着面３全体に紫外線硬化型樹脂シート１２を貼り付けた後（図１０）、前記第一の溝１０ａの中央部に沿って紫外線硬化型樹脂シート１２が幅１ｍｍで残留するようフォトリソグラフィ処理を行うのが良い（図１１）。これにより第１の溝１０ａの底面において紫外線硬化型樹脂シート１２によるマスキングが施され（図１２）、その後は静電チャック吸着面３全体にエアロゾルデポジション法にて誘電体薄膜１を形成すれば（図１３）、誘電体薄膜１を複数の部分に分離することが出来る（図１４）。尚、本実施例においても、誘電体薄膜１の境界部１３において露出した基材２を、放電防止のため第一、第二の実施例と同様にポリイミド１１で被覆している（図１５）。
【００２６】
比較例
図２０に示したのは、図１の本発明の静電チャックと比較して誘電体薄膜を分割する溝がないものである。
このような構造の従来の静電チャックにおいては、吸着面３全体を誘電体薄膜１が一枚板で覆っているため、前述のように基材２と誘電体薄膜１との境界面において大きな応力が残留している。発明者らが行った実験及び解析によれば、誘電体薄膜１の厚さが２０μｍに達したとき、吸着面３に平行な向きに基材２が受ける応力は、平均で７６００００Ｐａ前後に達する。これにより本従来例のように８インチ静電チャックを製作した場合は、基材２内部の冷媒流路９の形状にもよるが、吸着面３は最大で１００μｍ程度も凸状に反ってしまうこととなる。
【００２７】
本発明では、静電チャックの吸着面３を構成する誘電体薄膜１を複数の小面積部分に分離し、エアロゾルデポジション法により誘電体薄膜１を形成後、基材２と誘電体薄膜１との間に生じる残留応力を低減し、この結果静電チャック吸着面３に生じる反りを低減することが肝要である。以上に示した各実施例は誘電体薄膜１を複数の小面積部分に分離するための方法の数例を紹介したものであり、溝１０の配置やその断面形状はこれら実施例で紹介したものに限定されない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、エアロゾルデポジション法により製作され、且つ吸着面における反りの発生を従来に比べ大幅に低減することのできる静電チャックを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例である静電チャックを示す外観図である。
【図２】図１に示した静電チャックでシリコンウェハを吸着したところの断面を示す概念図である。
【図３】図１に示した静電チャックの、誘電体薄膜を形成する前における基材の溝部構造を示す断面図である。
【図４】図３に示した基材の溝部において、誘電体薄膜形成後の様子を示す断面図である。
【図５】図４に示した基材の溝部において、第２の溝をポリイミドで被覆した様子を示す断面図である。
【図６】本発明の第二の実施例である静電チャックを製作するにあたり、第二の溝を形成する前の段階における溝部構造を示す断面図である。
【図７】図６に示した溝部において、誘電体薄膜の一部を基材と共に除去し、第二の溝を形成したところの様子を示す断面図である。
【図８】図７に示した溝部において、第２の溝をポリイミドで被覆した様子を示す断面図である。
【図９】本発明の第三の実施例である静電チャックを製作するにあたり、誘電体薄膜を形成する前の段階における溝部構造を示す断面図である。
【図１０】図９に示した溝部において、紫外線硬化型樹脂シートを貼り付けた様子を示す断面図である。
【図１１】図１０に示した溝部において、紫外線硬化型樹脂シート上にポジフィルムを置き、紫外線を照射する様子を示す断面図である。
【図１２】図１１に示した溝部において、フォトリソグラフィ処理によりマスキングを施した様子を示す断面図である。
【図１３】図１２に示した溝部において、エアロゾルデポジション法により誘電体薄膜を形成した様子を示す断面図である。
【図１４】図１３に示した溝部において、紫外線硬化型樹脂シートを除去し、誘電体薄膜が溝部において分離されている様子を示す断面図である。
【図１５】図１４に示した基材の溝部において、誘電体薄膜の境界部において露出した基材をポリイミドで被覆した様子を示す断面図である。
【図１６】本発明により製作された静電チャックの吸着面上に設けられた突起の形状を示す外観図である。
【図１７】エアロゾルデポジション法により製作された従来の静電チャックの一例を示す外観図である。
【図１８】エアロゾルデポジション法の製造装置を示す図。
【符号の説明】
１…誘電体薄膜
２…基材
３…吸着面
４…シールリング
５…ボルト穴
６…シリコンウェハ
７…ガス冷却空間
８…冷却ガス供給孔
９…冷媒流路
１０…溝
１０ａ…第一の溝
１０ｂ…第二の溝
１１…ポリイミド
１２…紫外線硬化型樹脂シート
１３…境界部
１４…紫外線
１５…ポジフィルム
１６…突起
１７…ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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