(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極上に絶縁層を有し、該電極に電圧を印加することにより該絶縁層上に試料を静電吸着する静電チャックにおいて、該絶縁層は、窒化アルミニウム中に体積割合で３．２〜２０％の窒化チタン又は炭化ジルコニウムの粒子を略均一に分散させてなることを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記窒化チタン又は前記炭化ジルコニウムの粒子の平均粒径が３．０μｍ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。
【請求項３】
請求項１または２に記載の静電チャックを組み込んでなる半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャック及び半導体処理装置並びにそれらに好適な絶縁材料に係り、特に、電極上に絶縁層を有し、該電極に電圧を印加することにより該絶縁層上に半導体ウェハ等の試料を静電吸着する静電チャック及び該静電チャックを組み込んだ半導体処理装置並びにそれらに好適な絶縁材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
減圧雰囲気中で半導体ウェハ等の試料を固定するための治具として、電極上に絶縁層を有し、該電極に電圧を印加することにより該絶縁層上に試料を静電吸着する静電チャックであって、ポリイミド等の樹脂やＣａＴｉＯ3等の強誘電体セラミックスにより該絶縁層を形成したものが知られている。
【０００３】
しかしながら、ポリイミド等の樹脂により絶縁層を形成した静電チャックは、耐久性、耐熱性等の点で問題があり、ＣａＴｉＯ3等の強誘電体セラミックスにより絶縁層を形成した静電チャックは、絶縁層の熱伝導性が低いためにエッチング工程等の半導体製造工程において試料の温度が不均一になるという問題がある。
【０００４】
そこで、耐久性、耐熱性等が良好で、熱伝導性にも優れる窒化アルミニウムにより絶縁層を形成した静電チャックが注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、窒化アルミニウムは粒子間の結合が弱いため、絶縁層表面から窒化アルミニウムの粒子が脱落し易い。したがって、静電チャックに半導体ウェハ等の試料を接触させた際に、半導体ウェハの裏面がパーティクルにより汚染され易いだけでなく、発生したパーティクルがチャンバ−を汚染することにもなる。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、吸着した試料の汚染が少なく、熱伝導性に優れた吸着面を有する静電チャック及び該静電チャックを組み込んだ半導体処理装置並びにそれらに好適な絶縁材料を提供することを１つの目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、窒化アルミニウム中に、体積割合で３．２〜２０％の窒化チタン又は炭化ジルコニウムの粒子を略均一に分散させることにより、窒化アルミニウムの粒子間の結合を強固にし、これにより、窒化アルミニウム粒子の脱落が少なく、熱伝導性に優れた絶縁層が得られるとの知見を得て本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明に係る静電チャックは、電極上に絶縁層を有し、該電極に電圧を印加することにより該絶縁層上に試料を静電吸着する静電チャックであって、該絶縁層が、窒化アルミニウム中に体積割合で３．２〜２０％の窒化チタン又は炭化ジルコニウムの粒子を略均一に分散させてなることを特徴とする。
【０００９】
上記の静電チャックにおいて、窒化チタン又は炭化ジルコニウムの粒子の平均粒径は、３．０μｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る半導体処理装置は、上記の静電チャックを組み込んだことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。図１は、本発明の好適な実施の形態に係る静電チャックの概略構造を示す断面図である。
【００１９】
絶縁層１は、窒化アルミニウムを主成分とし、窒化アルミニウムの粒子間の結合を強固にするための導電性粒子を窒化アルミニウム内に略均一に分散させてなる。これにより、窒化アルミニウムの粒子間の結合が強固になるため、半導体ウェハ等の試料１０を吸着させる際に、摩擦等により窒化アルミニウムの粒子が脱落することを抑制し、試料１０等の汚染を低減することができる。
【００２０】
窒化アルミニウム中に分散させる粒子（以下、添加粒子）の構成物質（添加物質）は、４ａ族元素の窒化物又は炭化物が好適であり、その中でも、窒化チタンがより好適である。これは、窒化チタンは、窒化アルミニウムと反応しにくいため、窒化チタンの添加による絶縁層の熱伝導率の低下が小さいためである。なお、添加物質は、４ａ族元素の窒化物又は炭化物に限定されず、窒化アルミニウムの粒子間の結合を強固にし得る物質であれば、他の物質であってもよい。
【００２１】
添加物質の添加量は、体積割合で３．２〜２０％（５．１〜２９．１重量％）であることが好ましい。３．２％未満では、窒化アルミニウムの粒子間の結合が十分に強固にならないために、パーティクルの発生を効果的に防止することができず、２０％を越えると、添加粒子間が短絡する割合が高まり、絶縁性が低下するために、過大なリーク電流が半導体ウェハ（試料）に流れ、該ウェハに形成された素子を破損する可能性が生じるからである。
【００２２】
図２は、窒化チタンの添加量と絶縁層１の品質との関係を示し、図３は、図２に示す数値をグラフ化した図である。図２及び図３において、「パーティクル数」は、直径８inchのシリコンウェハを図１に示す静電チャックの絶縁層１上に吸着させた際に、該シリコンウェハの裏面に付着したパーティクルの数をパーティクルカウンタによりカウントした結果である。すなわち、このパーティクル数は、絶縁層１から発生するパーティクルの数を間接的に示すものである。また、「体積抵抗率」は、常温における絶縁層１の体積抵抗率を測定した結果である。図３において、▲印はパーティクル数を示し、●印は体積抵抗率を示している。
【００２３】
図２及び図３に示すように、窒化チタンの添加量（体積割合）が、３．２％より少なくなると、発生するパーティクル数が急激に増加し、静電チャックの品質を悪化させることが理解される。一方、絶縁層１の体積抵抗率は、窒化チタン（体積割合）が、１９．０％を越える付近から低下し、２０％を越えると、窒化チタンの添加量により体積抵抗率を微調整することが困難になる。ところで、静電チャックにおける試料の脱着特性は、体積抵抗率に依存し、体積抵抗率が１０8Ω・ｃｍ程度まで低下すると、静電チャックとしての実用性を失うことが知られている。この実験結果から、窒化チタンの添加量は、体積割合で、３．２〜２０％であることが好ましいことが理解される。
【００２４】
また、添加粒子の大きさは特に限定されるものではないが、その平均直径が３．０μｍ以下であることが好ましい。平均直径が３．０μｍを越えると、添加粒子を均一に分散させることが困難になる他、添加粒子同士の接触により絶縁性が低下するからである。
【００２５】
絶縁層１の下面には電極２が設けられており、この電極２に電圧を印加することにより、試料１０を絶縁層１の吸着面に静電吸着することができる。
【００２６】
静電チャックの構造は、例えば、電極２を形成したセラミックス板上に絶縁層１を形成した構造であっても良いし、例えば、絶縁層１に直接電極２を形成した構造でも良いし、他の構造であっても良い。
【００２７】
電極２の構成材料としては、例えば、タングステン、モリブデン、銀、ニッケルその他の金属材料を採用し得る。また、電極２の形状は、単極型、双極型、櫛型のいずれをも採用し得る。
【００２８】
また、この静電チャックは、エッチング装置、ＣＶＤ装置その他の半導体処理装置の他、搬送装置等に好適であり、その用途に応じた形状を選択し得る。
【００２９】
以上のように、窒化アルミニウムを主成分とし、窒化アルミニウムの粒子間の結合を強固にするために、体積割合で３．２〜２０％の導電性粒子（特に、４ａ族元素の窒化物又は炭化物）を窒化アルミニウム内に略均一に分散させて絶縁層を形成することにより、窒化アルミニウム粒子の脱落が少なく、熱伝導性に優れた絶縁層を有する静電チャックが得られる。
【００３０】
ところで、上記の絶縁層は、窒化アルミニウム粒子の脱落が少なく、熱伝導性に優れていることから、静電チャックのみならず、例えばヒータやサセプタ等の半導体処理装置の構成部品にも好適である。
【００３１】
また、上記の静電チャックを備えた半導体処理装置並びに上記の絶縁層を一部に採用した半導体処理装置は、試料の汚染が少なく、試料の温度制御が容易であるという効果を奏する。
【００３２】
以下に、本発明に係る静電チャックの好適な実施例及びその比較例を示す。
【００３３】
［実施例１］
先ず、イットリアを含む窒化アルミニウム粉末９０体積％と、窒化チタン粉末を１０体積％とを混合し、粉砕媒体として直径約２ｍｍのアルミナビーズを用い、これらの原料をボールミルにより１００時間かけて粉砕し、窒化チタン粉末を窒化アルミニウム粉末中に略均一に分散させた。このとき、窒化チタン粉末の平均粒径は約０．５μｍであった。
【００３４】
次いで、窒素ガス雰囲気中において、温度１８００℃、圧力２０ＭＰａの条件で１時間かけてホットプレス焼結し、図４（ａ）に示すような直径２００ｍｍ（８ｉｎｃｈ）、厚さ１ｍｍの円盤状の絶縁層１を作成した。この絶縁層１の体積抵抗率は４．２×１０14Ω・ｃｍであり、熱伝導率は１４０Ｗ／Ｋ・ｍであった。
【００３５】
次いで、図４（ｂ）に示すように、絶縁層１の一方の面に双極型の静電チャック用の電極２をニッケルメッキにより形成し、他方の面（試料の吸着面）を研磨して表面粗さＲａ１．２μｍとした。
【００３６】
次いで、図４（ｃ）の断面図に示すように、アルミニウム台座３の表面をアノダイジング（酸化）してアルミナ膜３ａを形成し、図４（ｄ）の断面図に示すように、熱伝導性接着剤４によりアルミナ膜３ａ上に絶縁層１を貼り付けて静電チャックを完成させた。
【００３７】
［実施例２〜６，比較例１〜４］
添加物質の種類、平均粒径、添加量を変更し、他の条件に関しては、実施例１と同様の条件で静電チャックを作成した。図５は、実施例１〜６及び比較例１〜４の静電チャックの製造条件を示す図である。
【００３８】
［静電チャックの評価］
作成した各静電チャックをプラズマエッチング装置に組み込み、静電チャックの一方の電極に＋３００Ｖ、他方の電極に−３００Ｖを印加して、シリコンウェハを吸着させ、該シリコンウェハ上に形成された回路素子が破損するか否かを調査した。また、静電チャックに吸着させたシリコンウェハの裏面のパーティクル数をパーティクルカウンタに利用してカウントした。
【００３９】
図６は、実施例１〜６及び比較例１〜４に関しての実験結果を示す図である。同図に示すように、実施例１〜６及び比較例１，３においては、シリコンウェハ上に形成された回路に破損が認められなかったが、比較例２，４においては、破損した回路があった。回路を破損させた静電チャックは、添加物質の添加量が多いもの（比較例２）及び平均粒径が大きいもの（比較例４）であり、破損の原因は、絶縁層中の導電性粒子間の短絡に起因する絶縁性（体積抵抗率）の低下、すなわち、リーク電流の発生であると考えられる。
【００４０】
また、実施例１〜６では、シリコンウェハ裏面のパーティクル数は、５０個／８ｉｎｃｈウェハ以下であった。一方、比較例１，３では、シリコンウェハ裏面のパーティクル数は、５００個／８ｉｎｃｈウェハ以上となった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明に拠れば、吸着した試料の汚染が少なく、熱伝導性に優れた吸着面を有する静電チャックを得ることができる。
【００４３】
また、本発明に拠れば、試料の汚染が少なく、試料の温度制御が容易な半導体処理装置を得ることができる。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係る静電チャックの概略構造を示す断面図である。
【図２】窒化チタンの添加量と絶縁層の品質との関係を示す図である。
【図３】窒化チタンの添加量と絶縁層の品質との関係を示すグラフ図である。
【図４】静電チャックの製造工程を概略的に示す図である。
【図５】実施例１〜６及び比較例１〜４の静電チャックの製造条件を示す図である。
【図６】実施例１〜６及び比較例１〜４の静電チャックに関しての実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１  絶縁層
２  電極
３  アルミニウム台座
３ａ  アルミナ膜
４  W熱伝導性接着剤
１０  試料
【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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