(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ製静電チャックプレートと、
前記静電チャックプレートと接合された冷却プレートと、
を具備する静電チャックモジュールであって、
前記冷却プレートは、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｗ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｍｏ、又はＣｕ−Ｍｏ−Ｎｉの何れかからなるＣｕ系複合材料を鍛造加工した上部半体と、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｗ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｍｏ、又はＣｕ−Ｍｏ−Ｎｉの何れかからなるＣｕ系複合材料を鍛造加工した下部半体を有し、
前記上部半体と前記下部半体との間には、複数の突起を有する冷却水通路が形成されており、
前記冷却プレートは、理論密度比９７％以上で、製造工程で５％以上の鍛造加工が施され、
前記静電チャックモジュールのリーク量が、フード法により７．５×１０−９（Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ）以下であることを特徴とする静電チャックモジュール。
【請求項２】
前記冷却プレートの熱膨脹率と前記アルミナ製静電チャックプレートの熱膨脹率の差が２×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャックモジュール。
【請求項３】
前記冷却プレートと前記アルミナ製静電チャックプレートと接合した後に平面度５μｍ以下となるまで静電チャックプレート表面が高精度加工されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電チャックモジュール。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の静電チャックモジュールを有する基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体製造装置のプラズマＣＶＤ、エッチャー等で用いられるウェハー保持用のセラミック製静電チャックに関する技術で、特に冷媒が水である静電チャックモジュール、および基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマＣＶＤ、エッチャー等の半導体製造装置では、真空中でガスを流しながら高周波を印加し、反応を進める。そのため、静電チャックで吸着したウェハーに熱が入ってくるため、入熱分を冷却しなければ、ウェハーの温度が変化して均一な処理が出来ない。そのため、静電チャックと冷却プレートを接合し、ウェハーの温度が一定になるように冷却を行なっている。
【０００３】
静電チャックモジュールの冷却プレートとしては、従来からアルミニウムが使用されてきた。この場合冷媒はフロリナート等が用いられる。しかし、フロリナートは、コストが高く冷却効率が悪いという問題がある。そこで、冷媒をフロリナートから水にすると、アルミニウムは水に対する耐食性が悪いため、通水路が詰まったり、冷却プレートが腐食で、穴が開いたりすることがある。これを解消するため、冷却プレートの材料としてＣｕ（純銅、青銅等）を用いることが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
冷却プレートの素材としては、熱伝導率が高いことが要求され、以上の要求を満たす素材としてＣｕを含む複合材料は最適である。しかしながら、実際に冷却プレートをＣｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｗ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｎｉで作製しリーク試験を行なったところ、素材自体の貫通リークが生じた。
静電チャックは真空中で使用できる点に最大の特徴があるが、貫通リークがある場合は真空中での使用ができなくなる。
【０００５】
またＣｕは熱膨脹率がセラミックと異なるため、金属とセラミック接合方法としＩｎ（インジウム）ボンディングが用いられるが、静電チャックの温度が変化すると静電チャック表面の平面度が変化するという問題がある。なお、アルミニウムを使用した場合でも同様に温度変化により、平面度が変化する。これは静電チャックのアルミナセラミックと金属のアルミニウムや銅の熱膨張率が大きく異なるため、温度変化するとＩｎが組成変形するためである。
特にウェハーサイズが、１２インチと大型化していくと、表面の平面度が変化する問題は、より大きな問題となる。
更に、Ｃｕ系複合材料については水に対する腐食対策（電圧が印加され、電食が起こることも含めて）も必要である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題のうち貫通リークの課題を解決するため、本発明に係る静電チャックモジュールは、アルミナ製静電チャックプレートと、前記静電チャックプレートと接合された冷却プレートと、を具備する静電チャックモジュールであって、前記冷却プレートは、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｗ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｍｏ、又はＣｕ−Ｍｏ−Ｎｉの何れかからなるCu系複合材料を鍛造加工した上部半体と、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｗ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｍｏ、又はＣｕ−Ｍｏ−Ｎｉの何れかからなるＣｕ系複合材料を鍛造加工した下部半体を有し、前記上部半体と前記下部半体との間には、複数の突起を有する冷却水通路が形成されており、前記冷却プレートは、理論密度比９７％以上で、製造工程で５％以上の鍛造加工が施され、前記静電チャックモジュールのリーク量が、フード法により７．５×１０−９（Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ）以下であるようにした。
【０００７】
鍛造加工が、Cu複合材料の貫通リーク不良に効果がある理由は、鍛造前は図１（ａ）に示すように、Cu部とＷ，Ｍｏ部の界面に細い連続した隙間が有り、これが貫通リークの原因になっているが、鍛造加工により一方向からの力で変形させる際に、界面の連続した隙間が同図（ｂ）に示すように切断され不連続になるからと考えられる。
因みにＨＩＰ処理したところ、材料は縦横均等に圧縮されるため、連続した隙間は切断されずに残ってしまいリークが発生した。
【０００８】
また、鍛造加工で連続した隙間を完全になくすには、理論密度比９７％以上で、鍛造比５％以上の鍛造加工を施すことが必要である。ここで鍛造比とは図１の例で示せば、１００（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１をいう。
【０００９】
また、リークを抑制しつつ平面度の変化を小さくするため、本発明は冷却プレートの熱膨脹率とアルミナ製静電チャックプレートの熱膨脹率の差が２×１０-6／℃以下となるようにした。
【００１０】
更に、上記に加えて耐食性を向上させるため、本発明は、冷却プレートの通水路表面に、メッキ、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の方法によりNi，Cu，Cr，TiまたはSnの薄膜を形成した。
【００１１】
また、本発明に係る静電チャックモジュールは、前記冷却プレートとアルミナ製静電チャックプレートと接合した後に平面度５μｍ以下となるまで静電チャックプレート表面を高精度加工した。
ここで、平面度とは図２に示すように、静電チャックプレートの表面のうち最も高い部分と低い部分の差をいう。
【００１２】
また、放電及びコンタミを防止する構成として、前記アルミナ製静電チャックプレート外周下端をアンダーカットし、このアンダーカットした部分に連続するように冷却プレートの外側面をアルミナ膜で覆うようにしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る静電チャックモジュールを組み込んだプラズマ処理装置の断面図、図４は同静電チャックモジュールの断面図、図５は図４の要部拡大図である。
【００１４】
図３（ａ）〜（ｄ）に示した各プラズマ処理装置はチャンバー１内の上部に上部電極２を配置するとともに、下部に静電チャックモジュール３を配置している。そして、各プラズマ処理装置の作用は以下の通りである。
図３（ａ）に示したプラズマ処理装置にあっては、図示しないガス導入部から所定のガスを所定の流量で導入し、図示しない圧力制御部で処理室内を所定の圧力に制御し、上部電極２に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を印加してプラズマを発生せしめ、静電チャックモジュール３上に載置した基板に対して生成したプラズマでエッチング、成膜、デポ剥離、レジスト剥離等の処理を行う。このとき、下部電極には直流電圧を印加して静電チャックモジュール３にて基板を吸着している。図３（ａ）は単極タイプの静電チャックであるが双極タイプの静電チャックでも成立する。
図３（ｂ）に示したプラズマ処理装置にあっては、図示しないガス導入部から所定のガスを所定の流量で導入し、図示しない圧力制御部で処理室内を所定の圧力に制御し、下部電極に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を印加してプラズマを発生せしめ、静電チャックモジュール３上に載置した基板に対して生成したプラズマでエッチング、成膜、デポ剥離、レジスト剥離等の処理を行う。このとき、下部電極には直流電圧を印加して静電チャックモジュール３にて基板を吸着している。図３（ｂ）は単極タイプの静電チャックであるが双極タイプの静電チャックでも成立する。
図３（ｃ）に示したプラズマ処理装置にあっては、図示しないガス導入部から所定のガスを所定の流量で導入し、図示しない圧力制御部で処理室内を所定の圧力に制御し、図示しない加熱機構で反応種を生成し、静電チャックモジュール３上に載置した基板に対して生成した反応種でエッチング、成膜、デポ剥離、レジスト剥離等の処理を行う。このとき、下部電極には直流電圧を印加して静電チャックモジュール３にて基板を吸着している。図３（ｃ）は双極タイプの静電チャックであり単極タイプの静電チャックでは成立しない。
図３（ｄ）に示したプラズマ処理装置にあっては、図示しないガス導入部から所定のガスを所定の流量で導入し、図示しない圧力制御部で処理室内を所定の圧力に制御し、上部電極に例えば６０ＭＨｚの高周波、下部電極に１．６ＭＨｚの高周波を印加してプラズマを発生せしめ、静電チャックモジュール３上に載置した基板に対して生成したプラズマでエッチング、成膜、デポ剥離、レジスト剥離等の処理を行う。このとき、下部電極には直流電圧を印加して静電チャックモジュール３にて基板を吸着している。図３（ｂ）は単極タイプの静電チャックであるが双極タイプの静電チャックでも成立する。
【００１５】
図３（ａ）〜（ｄ）は平行平板型の基板処理装置について説明しているが、静電チャックが温度変化するような処理装置であれば、本発明はどのような構造・機構を有する処理装置にも適用可能である。
【００１６】
静電チャックモジュール３は図４に示すように、Ｃｕ系複合材料からなる冷却プレート４にアルミナ製静電チャックプレート５を接合してなり、冷却プレート４は上下の半体４ａ、４ｂからなり、これら半体４ａ、４ｂを接合した状態で冷却水（冷媒）通路６が形成され、更に静電チャックプレート５内には内部電極７が設けられている。尚、単極式の場合は内部電極７は1つ、双極式の場合は内部電極７は一対設けられる。
【００１７】
以上の静電チャックモジュール３を組み立てるには、アルミナ製静電チャックプレート５と冷却プレート４を構成する上下の半体４ａ、４ｂを用意する。半体４ａ、４ｂの材料としてはＣｕ系複合材料を用いる。図６はアルミナとＣｕ系複合材料の熱膨張率を比較したグラフであり、Ｃｕ系複合材料としては、１２％Ｃｕ−８８％Ｗ、１５％Ｃｕ−８５％Ｍｏ、１４％Ｃｕ−２％Ｎｉ−８４％Ｍｏなどが挙げられる。この中では１４％Ｃｕ−２％Ｎｉ−８４％Ｍｏが最もアルミナと熱膨張率が近く最適である。
【００１８】
また、前記半体４ａ、４ｂについては５％以上の鍛造加工が施され、結晶界面には連続した隙間が実質的に存在しない状態になっている。
【００１９】
上記の半体４ａ、４ｂの通水路６を形成する側の表面にメッキ、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の方法によりNi，Cu，Cr，TiまたはSnの薄膜形成を行ない、この後、ハンダ付け、ロー付けにより半体４ａ、４ｂ同士を接合し、冷却プレート４を作製する。
【００２０】
そして、冷却プレート４と静電チャックプレート５をメタライズ後、Ｉｎ接合、ハンダ付け、銀ロー付け（銀ローの場合は、Ｃｕ複合材料―Ｃｕ複合材料―静電チャックの同時接合が可能）を行なう。接合後は、静電チャックプレート５の表面を平面度５μｍ以下になるまで高精度加工し、更に外周部を冷却プレートと静電チャックを同時加工を行ない、静電チャックプレート５の外周端下面にアンダーカット形状を施し、溶射によって冷却プレート４の外周面にアルミナ薄膜８を形成し絶縁性を確保する。尚、図中９はリフトピンが挿通するスリーブである。
【００２１】
次に、具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
１５％Ｃｕ−８５％Ｍｏ複合材料と１５％Ｃｕ−８５％Ｍｏ複合材料（それぞれ焼成後、４０％鍛造加工を行なった）を金属プレート用に加工後、無電解Ｎｉメッキ−シンター−電解Ｎｉメッキを行ない、ＢＡｇ８で真空ロー付けし、冷却プレートを作製した。
ＰＶＤ法で、アルミナ製静電チャックとＣｕ系複合材料の冷却プレートをメタライズした後でハンダ付けした。
その後、静電チャック表面を平面度５μｍ以下に高精度加工し、外周部をアンダーカット形状に加工後、純度９９％アルミナを溶射、ＳｉＯ2膜を含浸後、溶射膜とアルミナ製静電チャックの外周部を同時研削した。
【００２２】
（実施例２）
１３．５％Ｃｕ―２．０％Ｎｉ−８４．５％Ｍｏ合金と１３．５％Ｃｕ―２．０％Ｎｉ−８４．５％Ｍｏ合金表面（それぞれ２０％鍛造加工を行った）にTi膜をＰＶＤ法で形成し、メタライズしたアルミナ製静電チャックの３枚をＢＡｇ８で真空ロー付けした。（Ｃｕ複合材料―Ｃｕ複合材料の間、Ｃｕ複合材料―メタライズした静電チャックの間に銀ローを置き、同時接合を実施。）
その後、静電チャック表面を平面度５μｍ以下に高精度加工し、外周部をアンダーカット形状に加工後、純度９９％アルミナを溶射、アルミナ溶射膜とアルミナ製静電チャックの外周部を同時研削した。
【００２３】
（実施例３）
１４．５％Ｃｕ―１．０％Ｎｉ−８４．５％Ｍｏ合金と１４．５％Ｃｕ―１．０Ｎｉ−８４．５％Ｍｏ合金（それぞれ４０％鍛造加工を行った）にＰＶＤ法でＳｎを成膜、ハンダ付けを実施し、冷却プレートを作製。アルミナ製静電チャックをも同様にＰＶＤ法でＳｎを成膜後、ハンダ付けした。その後、静電チャック表面を平面度５μｍ以下に高精度加工し、外周部をアンダーカット形状に加工後、純度９９％アルミナを溶射、ＳｉＯ2膜を含浸後、溶射膜とアルミナ製静電チャックの外周部を同時研削した。
【００２４】
（比較例）
２枚のアルミニウム製金属プレートを、アルミニウムロー付けにより接合し、冷却プレートを作製した。アルマイト処理して、アルミニウム絶縁膜を形成した。静電チャックとアルミニウム製冷却プレートの接合面にＴｉ、Ｃｕをスパッタして、Ｉｎボンディングを行なった。その後、静電チャック表面を加工して、高精度加工した。
【００２５】
以上の実施例１〜４と比較例に対し所定の温度サイクル条件で試験を行った後の平面度についての結果を以下の（表１）に示す。（表１）からCu系複合材料を冷却プレートとして用いた場合には平面度は５μｍ以下に抑制できたが、アルミニウム製金属プレートを用いた場合には平面度を１０μｍ以下に仕上げられなかった。更に、温度変化により、３０μｍ平面度が変化した。
【００２６】
【表１】
0004493251.tif 000002
【００２７】
また以下の（表２）は相対密度と鍛造比率を変化させてリーク量を調べた結果を示すものであり、比較例▲６▼から鍛造比率を高めても相対密度が９５％まで低下するとリーク量が多くなり、比較例▲５▼、▲７▼から相対密度を高めても鍛造比率が低いとリーク量が多くなることが分る。
そして実施例▲１▼〜▲６▼からはリーク量を１０-9台まで下げるには、相対密度９７％以上、鍛造比率５％を同時に満足しなければならないことが分る。
【００２８】
【表２】
0004493251.tif 000003
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明に係る静電チャックモジュール、および基板処理装置によれば、冷却プレートの材料として鍛造したＣｕ系複合材料を用いたので、冷却効果が高く、表面の平面度変化が少なく、純水の通水試験によっても腐食することがなく、更に貫通リークがない静電チャックモジュール、および基板処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は鍛造前のＣｕ系複合材料の組織の模式図、（ｂ）は鍛造前のＣｕ系複合材料の組織の模式図
【図２】平面度を説明した図
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る静電チャックモジュールを組み込んだプラズマ処理装置の断面図
【図４】同静電チャックモジュールの断面図
【図５】図４の要部拡大図
【図６】アルミナとＣｕ系複合材料の熱膨張率を比較したグラフ
【符号の説明】
１…チャンバー、２…上部電極、３…静電チャックモジュール、４…冷却プレート、４ａ、４ｂ…冷却プレートの半体、５…静電チャックプレート、６…冷却水通路、７…内部電極、８…アルミナ薄膜。
【図１】
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【図２】
0004493251.tif 000005
【図３】
0004493251.tif 000006
【図４】
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【図５】
0004493251.tif 000008
【図６】
0004493251.tif 000009