(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状セラミック体の一方の主面を吸着面とするとともに、上記板状セラミック体中に静電吸着用電極を埋設した静電チャックと、上記板状セラミック体の他方の主面に接合された金属ベース部材とからなる静電吸着装置において、上記金属ベース部材の接合面の外径が、上記板状セラミック体の外径より小さく、かつ上記接合面の最外周端が上記静電吸着用電極の最外周端より０．５〜５ｍｍの範囲で全体的に小さい又は大きいことを特徴とする静電吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＶＤ、スパッタリング等の成膜装置やエッチング装置等の如き半導体製造装置に用いられる静電吸着装置に関するものであり、特にプラズマ雰囲気下で使用される静電吸着装置として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程において、シリコンウエハ等の半導体ウエハ（以下、単にウエハという）に微細加工を施すエッチング装置や、ウエハに薄膜を形成する成膜装置等の如き半導体製造装置には、ウエハを保持するために静電チャックが使用されている。
【０００３】
また、近年、成膜速度やエッチング性能を向上させるため、プラズマを発生させることが行われており、その手段として、静電チャックの吸着面上方にプラズマ発生用電極を設けるとともに、静電チャックの吸着面と反対側の表面に、金属ベース部材を有機系接着剤層やインジウムの如き低融点金属層を介して接合することにより静電吸着装置を構成し、上記金属ベース部材をもう一方のプラズマ発生用電極として用いることが提案されている。
【０００４】
図５及び図６に従来の静電吸着装置の断面図をそれぞれ示すように、これら静電吸着装置３０に備える静電チャック３１はいずれも同じ構造をしたもので、円盤状をした板状セラミック体３２の一方の主面を、ウエハＷを載せる吸着面３３とするとともに、上記板状セラミック体３２中の吸着面３３側に一対の静電吸着用電極３４を備えたもので、ウエハＷを吸着面３３に載せ、ウエハＷと静電吸着用電極３４との間に静電吸着力を発現させることによりウエハＷを吸着面３３に強制的に吸着固定するようになっている。なお、３５は静電吸着用電極３４へ電力を印加するための通電端子である。
【０００５】
また、静電チャック３１を形成する板状セラミック体３２の他方の主面に接合する金属ベース部材４１は、円盤状体をなし、その外周に鍔部を備えたもので、図５に示す静電吸着装置３０は、金属ベース部材４１の接合面４２の外径が、静電チャック３１を構成する板状セラミック体３２の外径より大きく、また図６に示す静電吸着装置３０は、金属ベース部材４１の接合面４２の外径が、静電チャック３１を構成する板状セラミック体３２の外径とほぼ同じ大きさを有するものである。
【０００６】
そして、これらの静電吸着装置３０によりプラズマを発生させるには、吸着面３３の上方に設置したプラズマ発生用電極４５と金属ベース部材４１との間に高周波電極を印加することにより両者間にプラズマを発生させることができるようになっていた（特開平６−２４４１４３号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図５及び図６に示す静電吸着装置３０において、静電吸着力を発現させてウエハＷを吸着面３３に強制的に固定するとともに、プラズマを発生させると、吸着面３３の中央部付近では、吸着面３３に対して垂直な方向にプラズマ密度が一様なプラズマを発生させることができるが、吸着面３３の周縁部では、金属ベース部材４１の接合面４２が吸着面３３の外側に露出あるいは、金属ベース部材４１の側面が静電チャック３１の側面とほぼ同一面上にあることから、プラズマの回り込みが発生し、吸着面３３の中央部付近と周縁部ではプラズマ密度にばらつきが発生するため、ウエハの成膜精度やエッチング精度に悪影響を与えるといった課題があった。
【０００８】
しかも、プラズマの回り込みが発生すると、静電チャック３１と金属ベース部材４１との接合部が腐食摩耗して摩耗粉が発生し、この摩耗粉がパーティクルとして吸着面３３に付着すると、成膜精度やエッチング精度に悪影響を与えるとともに、接合部の腐食摩耗がさらに進行すると接合強度の低下により静電チャック１が剥がれてしまうといった課題もあった。
【０００９】
即ち、静電チャック３１を構成する板状セラミック体３２は、塩素系やフッ素系の腐食性ガスやそのプラズマに対する耐食性に優れる窒化アルミニウム質焼結体やアルミナ質焼結体等のセラミック焼結体により形成するとともに、金属ベース部材４１は、塩素系やフッ素系の腐食性ガスやそのプラズマに対して比較的耐食性に優れるアルミニウム等を用いることにより腐食摩耗を抑えることができるものの、接合部を形成する有機系接着剤層やインジウムの如き低融点金属層は、腐食性ガスやそのプラズマに対する耐食性が劣るため、パーティクルの発生源となっていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、板状セラミック体の一方の主面を吸着面とするとともに、上記板状セラミック体中に静電吸着用電極を埋設した静電チャックと、上記板状セラミック体の他方の主面に接合された金属ベース部材とからなる静電吸着装置において、上記金属ベース部材の接合面の外径を、上記板状セラミック体の外径より小さく、かつ上記接合面の最外周端を上記静電吸着用電極の最外周端より０．５〜５ｍｍの範囲で全体的に小さく又は全体的に大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る静電吸着装置を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【００１３】
この静電吸着装置１０は、ウエハＷを静電吸着力によって吸着保持する静電チャック１と、この静電チャック１の下方に接合され、静電チャック１に吸着保持されたウエハＷの温度調整を行うとともに、プラズマを発生させるための一方の電極として用いる金属ベース部材１１とからなる。
【００１４】
静電チャック１は、円盤状をした板状セラミック体２の一方の主面（最も広い表面の一方）を吸着面３とするとともに、上記板状セラミック体２中の吸着面３側に一対の静電吸着用電極４を埋設したもので、静電吸着用電極４は、図２にそのパターン形状を示すように、半円形状をした一対の静電吸着用電極４を、円を構成するように配置してあり、吸着面３より１００〜８００μｍの深さに埋設してある。なお、５は静電吸着用電極４と電気的に接続された通電端子である。
【００１５】
また、金属ベース部材１１は、円盤状体をなし、その外周に鍔部を備えたもので、静電チャック１と接合される接合面１２の外径は、静電チャック１を構成する板状セラミック体２の外径より小さくなるように構成するとともに、図３（ａ）に示すように、金属ベース部材１１の接合面１２の最外周端が、板状セラミック体２中に埋設された静電吸着用電極４の最外周端よりも全体的に若干小さくなるように構成するか、又は図３（ｂ）に示すように、金属ベース部材１１の接合面１２の最外周端が、静電吸着用電極４の最外径よりも全体的に若干大きくなるように構成してある。
【００１６】
そして、この静電吸着装置１０を用いてウエハＷを固定するとともに、プラズマを発生させるには、図４に示すように、一対の通電端子５間に電圧を印加してウエハＷと静電吸着用電極４間に静電吸着力を発現させることにより、ウエハＷを吸着面３に強制的に吸着固定することができるとともに、吸着面３の上方に設けたプラズマ発生用電極４５と金属ベース部材１１との間に高周波電力を印加することにより、両者間にプラズマを発生させることができる。この時、金属ベース部材１１の接合面１２の外径は、静電チャック１の外径より小さくなるようにし、金属ベース部材１１の側面が静電チャック１の側面より内側に位置するように構成してあることから、吸着面３の周縁部においてプラズマの回り込みが発生することがなく、静電チャック１と金属ベース部材１１を接合する有機系接着剤層や低融点金属層等の接合層１３の腐食摩耗を低減することができるとともに、吸着面３の全面にわたり、吸着面３に垂直な方向にプラズマ密度が一様なプラズマを発生させることができる。
【００１７】
その為、本発明の静電吸着装置１０を成膜工程に用いれば、ウエハＷの全面に均一な厚みの薄膜を成膜することができ、また、エッチング工程に用いれば、ウエハＷの全面に高精度のエッチング加工を施すことができる。
【００１８】
ただし、金属ベース部材１１の接合面１２の最外周端が、板状セラミック体２中に埋設されている一対の静電吸着用電極４の最外周端に近くなると、静電チャック１を構成する板状セラミック体２にクラックが発生して破損することになる。
【００１９】
即ち、本件発明者が種々実験を重ねたところ、金属ベース部材１１の接合面１２の最外周端が、静電吸着用電極４の最外周端に近くなると、静電吸着用電極４の周縁部にあるセラミックスには、静電吸着力を発現させるための高電圧だけでなく、高周波によって励起された高電圧もかかり、吸着面３と静電吸着用電極４との間にあるセラミック部Ｐの耐電圧特性を超えた高電圧が作用することになるため、吸着面３と静電吸着用電極４との間にあるセラミック部Ｐが絶縁破壊を起こすことを知見し、この絶縁破壊を防止するため、さらに研究を重ねたところ、上述したように、金属ベース部材１１の接合面１２の外径を、静電チャック１の外径より小さくするだけでなく、図３（ａ）に示すように、接合面１２の最外周端を板状セラミック体２中に埋設された静電吸着用電極４の最外周端よりも０．５〜５ｍｍの距離Ｔだけ全体的に小さくするか、あるいは図３（ｂ）に示すように、接合面１２の最外周端を静電吸着用電極４の最外周端よりも０．５〜５ｍｍの距離Ｔだけ大きくすれば良いことを見出し、本発明に至った。
【００２０】
即ち、金属ベース部材１１の接合面１２における最外周端が、静電吸着用電極４の最外周端よりも０．５ｍｍ未満の範囲で大きい又は小さいと、双方の外径を異ならせたことによる効果が得られず、静電吸着力とプラズマを発生させると、吸着面３と静電吸着用電極４との間にあるセラミック部Ｐが絶縁破壊を起こす恐れがあり、また、金属ベース部材１１の接合面１２における最外周端が、静電吸着用電極４の最外周端よりも５ｍｍを超えて大きくなると、板状セラミック体２の外径をウエハＷの外径に合わせた場合、静電吸着用電極４が占める面積がウエハＷのサイズよりも小さくなり過ぎ、ウエハＷの周縁部における静電吸着力が中央部における静電吸着力よりも小さくなるために均一な吸着力が得られず、その結果、吸着面３からの熱伝達特性が変わるため、ウエハＷに温度ばらつきが発生し、成膜精度やエッチング精度に悪影響を与えることになり、また、静電吸着用電極４の最外径をウエハＷの外径に合わせた場合、静電チャック１の外径が大きくなり過ぎるとともに、高価なセラミック原料を必要以上用いなければならなくなるため、安価に製造することができなくなり、さらに、金属ベース部材１１の接合面１２における最外周端が、静電吸着用電極４の最外周端よりも５ｍｍを超えて小さくなると、吸着面３の面積に対する金属ベース部材１１の接合面１２の面積が占める割合が小さくなり過ぎるため、プラズマを発生させた場合、プラズマ異方性を損なうことになり、ウエハＷへの成膜精度やエッチング精度に悪影響を与えてしまうからである。
【００２１】
一方、静電チャック１を構成する板状セラミック体２を形成する材質としては、成膜用ガスやエッチング用ガスあるいはクリーニング用ガスとして用いられる塩素系やフッ素系等の腐食性ガスやそのプラズマに対する耐食性に優れたものが良く、例えば、窒化アルミニウム質焼結体、アルミナ質焼結体、窒化珪素質焼結体、イットリューム・アルミニウム・ガーネット質焼結体（以下、ＹＡＧ質焼結体という）等のセラミック焼結体を用いることができ、これらの中でも特に耐食性に優れたＡｌＮ含有量が９９．５重量％以上の高純度窒化アルミニウム質焼結体、又は熱伝達特性の点で優れた、Ｙや希土類元素の酸化物を含有する窒化アルミニウム質焼結体を用いることが好ましい。
【００２２】
また、板状セラミック体２中に埋設する静電吸着用電極４は、板状セラミック体２との密着性を高める観点から板状セラミック体２を形成するセラミック焼結体の熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有する材質により形成することが好ましく、例えば、タングステンやモリブデン又はこれらの合金、あるいは炭化タングステン、窒化チタン等を用いれば良い。
【００２３】
なお、本発明は、上述した実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲であれば改良や変更したものでも良いことは言うまでもない。
【００２４】
【実施例】
ここで、静電チャックの下面に接合する金属ベース部材の外径を異ならせた静電吸着装置を用意し、シリコンウエハを吸着固定させた状態でプラズマを発生させた時の静電チャックの破損の有無と、プラズマの発生状況について調べる実験を行った。
【００２５】
実験に使用する静電チャックは、純度９９％、平均粒径０．５μｍのアルミナ粉末に、有機バインダーと溶媒のみを加えて泥奬を作製し、ドクターブレード法にて厚さ約０．５ｍｍのアルミナグリーンシートを複数枚製作した。このうち一枚のアルミナグリーンシートには、図２に示すようなパターン形状を有し、焼成後にその最外径が２００ｍｍとなるように導体ペーストをスクリーン印刷法にて印刷した。なお、導体ペーストには、ＷＣ粉末とアルミナ粉末とを７：３の重量比で混合して粘度調整したものを用いた。
【００２６】
次に、各アルミナグリーンシートを積み重ね、１００℃、１０ｋＰａの圧力にて熱圧着することにより積層体を形成し、切削加工を施して円盤状に成形した後、積層体を真空脱脂し、次いで窒素雰囲気下で１７００℃の温度で焼成することにより、静電吸着用電極を埋設したアルミナ質焼結体からなる板状セラミック体を製作し、しかる後、得られた板状セラミック体２に研削加工を施して外径２１５ｍｍ、吸着面から静電吸着用電極までの距離を３００μｍとすることにより静電チャックを製作した。
【００２７】
そして、静電チャックを構成する板状セラミック体の吸着面と反対側の表面に、接合面の外径を異ならせたアルミニウムからなる金属ベース部材をエポキシ系の接着剤にて固着することにより試料となる静電吸着装置を製作した。
【００２８】
また、測定にあたっては、得られた静電吸着装置をエッチング装置の真空チャンバ内に設置し、吸着面に８インチのシリコンウエハを載せた後、一対の静電吸着用電極間に１．５ＫＶの電圧を印加して静電吸着力を発現させ、シリコンウエハを吸着面に強制的に固定させるとともに、真空チャンバ内にフッ素ガスを供給し、真空チャンバ内に設置されたプラズマ発生用電極と金属ベース部材との間に１０００Ｗの高周波電力を印加してプラズマを発生させてシリコンウエハにエッチング処理を施し、シリコンウエハの加工表面における溝幅に対する溝深さの比（以下、アスペクト比という）を加工表面中央と加工表面周縁部でそれぞれ測定し、加工表面中央のアスペクト比と加工表面周縁部のアスペクト比の差が３以内であるものは、プラズマ密度が一様なプラズマを発生させることができ、プラズマの発生状況が良好であると判断した。
【００２９】
結果は表１に示す通りである。
【００３０】
【表１】
0004439126.tif 000002
【００３１】
この結果、表１より判るように、試料Ｎｏ．１〜３のように、金属ベース部材の接合面の外径が静電チャックの外径より大きい又は同じものは、プラズマの回り込みがあり、プラズマ密度を一様に発生させることができず、また、接合部も短時間で腐食摩耗し、耐久性に劣っていた。
【００３２】
また、試料Ｎｏ．４のように、金属ベース部材の接合面の外径が静電チャックの外径より小さいものの、接合面の最外周端が静電吸着用電極の最外周端よりも５ｍｍを超えて大きいため、プラズマ密度にばらつきが発生し、一様なプラズマを発生させることができなかった。なお、このケースでは静電吸着用電極が占める面積がウエハのサイズよりも小さくなり過ぎるため、吸着力にばらつきが発生し、ウエハＷに温度ばらつきが発生することにより起因するものであった。
【００３３】
さらに、試料Ｎｏ．６のように、金属ベース部材の接合面の外径が静電チャックの外径より小さいものの、接合面の最外周端が静電吸着用電極の最外周端よりも５ｍｍを超えて小さいため、プラズマ密度にばらつきが発生し、一様なプラズマを発生させることができなかった。
【００３４】
また、試料Ｎｏ．１０〜１２のように、金属ベース部材の接合面の外径が静電チャックの外径より小さいものの、接合面の最外周端が静電吸着用電極の最外周端よりも０．５ｍｍ未満の範囲で大きい又は小さいものは、静電チャックを形成する板状セラミック体の絶縁破壊によりクラックが発生した。
【００３５】
これに対し、試料Ｎｏ．５，７〜９，１３〜１５のように、金属ベース部材の接合面の外径が静電チャックの外径より小さく、かつ接合面の最外周端が静電吸着用電極の最外周端よりも０．５〜５ｍｍの範囲で全体的に大きい又は小さいものは、一様なプラズマを発生させることができた。
【００３６】
この結果より、一様なプラズマを発生させるためには、金属ベース部材の接合面の外径を静電チャックの外径より小さくするとともに、接合面の最外周端を静電吸着用電極の最外周面よりも０．５〜５ｍｍの範囲で全体的に大きく又は小さくすれば良いことが判る。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、板状セラミック体の一方の主面を吸着面とするとともに、上記板状セラミック体中に静電吸着用電極を埋設した静電チャックと、上記板状セラミック体の他方の主面に接合された金属ベース部材とからなる静電吸着装置において、上記金属ベース部材の接合面の外径を、上記板状セラミック体の外径より小さく、かつ接合面の最外周端を静電吸着用電極の最外周端より０．５〜５ｍｍの範囲で全体的に小さく又は大きくしたことによって、金属ベース部材を一方のプラズマ発生用電極として用いたとしても、静電チャックの外周部においてプラズマの回り込みを抑え、吸着面のほぼ全面に対して吸着面に垂直な方向のプラズマを一様に発生させることができる。
【００３８】
その為、本発明の静電吸着装置を成膜工程に用いれば、ウエハの全面に均一な厚みの薄膜を成膜することができ、また、エッチング工程に用いれば、ウエハの全面に高精度のエッチング加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電吸着装置を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】本発明に係る静電吸着装置に備える静電吸着用電極のパターン形状を示す平面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係る静電吸着装置の主要部を拡大した断面図である。
【図４】本発明に係る静電吸着装置を用いてプラズマを発生させた時の概念を示す断面図である。
【図５】従来の静電吸着装置を用いてプラズマを発生させた時の概念を示す断面図である。
【図６】従来の他の静電吸着装置を用いてプラズマを発生させた時の概念を示す断面図である。
【符号の説明】
１：静電チャック
２：板状セラミック体
３：吸着面
４：静電吸着用電極
５：通電端子
１０：静電吸着装置
１１：金属ベース部材
１２：接合面
Ｗ：ウエハ
Ｐ：吸着面と静電吸着用電極との間にあるセラミック部
【図１】
0004439126.tif 000003
【図２】
0004439126.tif 000004
【図３】
0004439126.tif 000005
【図４】
0004439126.tif 000006
【図５】
0004439126.tif 000007
【図６】
0004439126.tif 000008