(57)【要約】【課題】静電チャックから基板を短時間で脱離させること。【解決手段】静電チャック１の載置台２０は、基板本体２１と、基板本体２１に内設された静電電極２２を含む。基板本体２１は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするセラミックスから形成されている。また、基板本体２１を形成するセラミックスは、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。そして、酸化カルシウム（ＣａＯ）の含有率が０．４ｗｔ％〜０．６ｗｔ％に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板本体と、前記基板本体に内設された静電電極とを含む載置台を有し、
前記基板本体は、酸化アルミニウムを主成分とし、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、及び酸化カルシウムを含むセラミックスからなり、前記酸化カルシウムの含有率が０．４ｗｔ％〜０．６ｗｔ％であること、
を特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記基板本体は、相対密度が９２％〜９６％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】
前記基板本体は、０℃〜１５０℃の範囲で体積抵抗率が１Ｅ＋１６Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
【請求項４】
チャンバと、
前記チャンバの内部に配置された静電チャックと
を備え、
前記静電チャックは、前記チャンバ内で処理される基板が載置される載置台を有し、
前記載置台は、
酸化アルミニウムを主成分とし、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、及び酸化カルシウムを含むセラミックスから形成された基板本体と、
前記基板本体に内設された静電電極と、
を含み、
前記酸化カルシウムの含有率が０．４ｗｔ％〜０．６ｗｔ％であること
を特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電チャック及び半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハ等の基板を処理する半導体製造装置は、半導体ウェハを保持する静電チャックを有している（たとえば、特許文献１〜３参照）。半導体製造装置は、たとえばＣＶＤ装置やＰＶＤ装置等の成膜装置、プラズマエッチング装置などである。静電チャックは、セラミックスからなる載置台と載置台内に配置された静電電極とを有し、載置台上の基板を保持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４７８８５号公報
【特許文献２】特開２００９−２３８９４９号公報
【特許文献３】特開２０１４−２２０４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、製造工程において、処理対象の基板が静電チャックに対して着脱される。静電チャックから基板を脱離するのに要する時間（脱離特性）は、製造工程における処理速度に影響する。このため、基板を静電チャックから短時間で脱離することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、基板本体と、前記基板本体に内設された静電電極とを含む載置台を有し、前記基板本体は、酸化アルミニウムを主成分とし、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、及び酸化カルシウムを含むセラミックスからなり、前記酸化カルシウムの含有率が０．４ｗｔ％〜０．６ｗｔ％である。
【０００６】
また、その開示の他の観点によれば、チャンバと、前記チャンバの内部に配置された静電チャックとを備え、前記静電チャックは、前記チャンバ内で処理される基板が載置される載置台を有し、前記載置台は、酸化アルミニウムを主成分とし、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、及び酸化カルシウムを含むセラミックスから形成された基板本体と、前記基板本体に内設された静電電極と、を含み、前記酸化カルシウムの含有率が０．４ｗｔ％〜０．６ｗｔ％である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一観点によれば、静電チャックから基板を短時間で脱離させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の静電チャックを示す断面図である。
【図２】静電チャックの平面図である。
【図３】サンプルにおける含有率、相対密度、体積抵抗率を示す説明図である。
【図４】静電チャックの動作を示す断面図である。
【図５】変形例の静電チャックを示す断面図である。
【図６】変形例の静電チャックを示す断面図である。
【図７】半導体製造装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施形態について、添付図面を参照して説明する。
なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするために、一部の構成要素のハッチングを省略している場合がある。
【００１０】
（予備的事項）
先ず、実施形態の説明に先立って、基礎となる予備的事項について説明する。
図４に示すように、静電チャックの載置台１０１に基板Ｗが載置される。基板Ｗは、たとえばシリコンウェハである。載置台１０１はたとえば１５０℃程度に加熱される。載置台１０１の中には静電電極１０２が配置されている。載置台１０１は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするセラミックスから形成される。
【００１１】
そして、静電電極１０２にプラス（＋）電圧が印加されると、静電電極１０２にプラス（＋）電荷が帯電し、基板Ｗにマイナス（−）電荷が誘起される。これにより、基板Ｗは静電吸着力（クーロン力）によって載置台１０１に吸着される。基板Ｗと静電電極１０２とその間に配置される載置台１０１のセラミックス部１０３とをコンデンサとみなした場合、セラミックス部１０３が誘電層に相当する。誘電層としてのセラミックス部１０３の電気特性、特に体積抵抗率は、基板Ｗの吸着及び脱離の特性に大きな影響を与える。
【００１２】
一般的に、セラミックスは温度が上昇すると体積抵抗率が低下する電気特性を有する。図４において、加熱によってセラミックス部１０３の体積抵抗率が低下すると、基板Ｗと静電電極１０２との間で帯電しやすくなるため、より強い静電吸着力によって基板Ｗが載置台１０１に吸着される。これは、支配的に作用する吸着力が変化するためと考えられる。体積抵抗率が高い場合にはクーロン力が支配的となり、体積抵抗率が低い場合にはＪＲ（ジョンソン・ラーベック）力が支配的となる。ＪＲ力が支配的となるとき、静電電極１０２に印加した電圧をオフしても、すぐには基板Ｗを脱離することが困難になる。したがって、基板Ｗの処理する毎に、静電チャックに印加した電圧をオフにしてから吸着力が弱くなるまで一定時間待つ必要があるため、ウェハ処理のスループットが低下する。
【００１３】
（実施形態）
次に、本実施形態を説明する。
図１に示すように、静電チャック１は、ベースプレート１０と、ベースプレート１０の上に配置された載置台２０とを有している。載置台２０は、たとえばシリコーン樹脂などの接着剤によりベースプレート１０の上面に固定されている。なお、ベースプレート１０に対して載置台２０をネジにより固定してもよい。
【００１４】
ベースプレート１０の材料はたとえば、アルミニウムや超硬合金等の金属材料や、その金属材料とセラミックス材との複合材料等である。たとえば、入手のし易さ、加工のし易さ、熱伝導性が良好であることなどの点から、アルミニウム又はその合金を使用し、その表面にアルマイト処理（絶縁層形成）を施したものが使用される。ベースプレート１０には、たとえば載置台２０の上面に載置される基板Ｗを冷却する冷媒（ガス、冷却水等）の供給路を設けることもできる。基板Ｗは、たとえば半導体ウェハである。
【００１５】
載置台２０は、基板本体２１と、基板本体２１に内設された静電電極２２及び発熱体２３とを有している。
基板本体２１は、基板Ｗの形状に応じて円盤状に形成されている。基板本体２１は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするセラミックスから形成されている。また、基板本体２１を形成するセラミックスは、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。なお、その他の材料として、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が含まれていてもよい。
【００１６】
載置台２０を作成する方法としては、グリーンシートで静電電極２２用の金属材料及び発熱体２３用の電熱材料をそれぞれ挟み、その積層体を焼結することにより、基板本体２１に静電電極２２及び発熱体２３が内設された載置台２０を得ることができる。静電電極２２及び発熱体２３の材料としては、タングステン（Ｗ）を主原料とする導電ペーストなどが使用される。
【００１７】
本実施形態の静電電極２２は双極タイプのものであり、第１静電電極２２ａと第２静電電極２２ｂを有している。なお、静電電極２２として、１つの静電電極からなる単極タイプのものが使用されてもよい。静電電極２２は、薄膜状に形成された導電体である。静電電極２２は、たとえばタングステン（Ｗ）を主原料とする導電性ペーストにより形成される。なお、静電電極２２の材料として、モリブデン（Ｍｏ）などを用いてもよい。
【００１８】
第１静電電極２２ａ及び第２静電電極２２ｂの下に発熱体２３が配置されている。発熱体２３は、基板本体２１を平面的に複数の領域（ヒータゾーン）を独立して加熱制御することが可能な複数のヒータ電極として設けられる。なお、発熱体２３が１つのヒータ電極として設けられてもよい。発熱体２３は、薄膜状に形成された導電体である。発熱体２３は、たとえばタングステン（Ｗ）を主原料とする導電性ペーストにより形成される。なお、発熱体２３の材料として、モリブデン（Ｍｏ）などを用いてもよい。
【００１９】
図２に示すように、静電チャック１は、円盤状のベースプレート１０の上に載置台２０が配置され、載置台２０の周囲においてベースプレート１０の周縁部が露出している。ベースプレート１０の周縁部には、半導体製造装置のチャンバに取り付けるための取付孔１１が周縁部に沿って配列されている。また、載置台２０及びベースプレート１０の中央部には、３つのリフトピン用開口部１２が形成されている。リフトピン用開口部１２には、基板Ｗを上下方向に移動するリフトピンが挿通される。リフトピンで基板を上下に移動させることにより、搬送装置によって基板Ｗを自動搬送する。
【００２０】
なお、リフトピン用開口部１２から不活性ガスを載置台２０の上側に供給してもよい。不活性ガスは、たとえばヘリウム（Ｈｅ）ガスである。載置台２０と基板Ｗとの間に不活性ガスを供給することにより、載置台２０の熱を効率よく基板Ｗに伝導することができる。なお、不活性ガスを供給するガス用開口部を別途設けるようにしてもよい。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の静電チャック１では、載置台２０の上に基板Ｗが載置される。そして、第１静電電極２２ａにプラス（＋）の電圧が印加され、第２静電電極２２ｂにマイナス（−）の電圧が印加される。これにより、第１静電電極２２ａにプラス（＋）電荷が帯電し、第２静電電極２２ｂにマイナス（−）電荷が帯電する。これに伴って、第１静電電極２２ａに対応する基板Ｗの部分Ｗａにマイナス（−）電荷が誘起され、第２静電電極２２ｂに対応する基板Ｗの部分Ｗｂにプラス（＋）電荷が誘起される。
【００２２】
基板Ｗと静電電極２２とその間に配置される載置台２０（基板本体２１）のセラミックス部２４とをコンデンサとみなした場合、セラミックス部２４が誘電層に相当する。そして、セラミックス部２４を介して静電電極２２と基板Ｗとの間に発生したクーロン力によって基板Ｗが載置台２０の上に静電吸着される。そして、発熱体２３に所定の電圧が印加されて載置台２０が加熱される。載置台２０の温度により、基板Ｗが所定の温度に制御される。静電チャック１の加熱温度は、１００℃〜２００℃、例えば１５０℃に設定される。
【００２３】
上記の予備的事項で説明したように、加熱によって体積抵抗率が大きく低下するセラミックスからなる静電チャックでは、印加した電圧をオフにしても、すぐにはウェハを脱離することができない。
【００２４】
そこで、本願発明者は、静電チャック１を１５０℃程度に加熱したときに所定の体積抵抗率が得られるセラミックス材料を見出した。たとえば、静電チャックの温度が０℃〜１５０℃の範囲において、セラミックスの体積抵抗率が１Ｅ＋１６Ωｃｍ以上であれば、基板Ｗが載置台２０に十分な吸着力で吸着すると共に、電圧をオフにした後にすぐに基板Ｗを安定して脱離することができる。なお、静電チャックの温度が１００℃のとき、セラミックスの体積抵抗率が１Ｅ＋１７Ωｃｍ以上であることが好ましい。また、静電チャックの温度が１５０℃のときに、セラミックスの体積抵抗率が１Ｅ＋１６Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
上記のような静電チャック（載置台）は、以下に示す材料（含有量）と相対密度により得られる。
酸化カルシウム（ＣａＯ）：０．４ｗｔ％〜０．６ｗｔ％
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：１．５ｗｔ％〜２．７ｗｔ％
酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）：０．３ｗｔ％〜０．９ｗｔ％
相対密度：９２％〜９６％
なお、上記の含有量は、百分率で示している。なお、酸化アルミニウム（アルミナ粉末）において、ナトリウム（Ｎａ）の含有量が最大でも数十ｐｐｍであることが好ましい。また、他の材料（助剤）についてもナトリウムの含有量が極めて小さいことが好ましい。ナトリウムを代表とするアルカリイオンは、セラミックスの絶縁性を著しく劣化させる。
【００２６】
図３は、本願発明者が作成したサンプル１〜１０における酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化イットリウムの含有量と、相対密度、体積抵抗率を示す。
サンプル１〜６は、上記の好適な組成（含有量）及び相対密度のサンプルである。サンプル１〜６において、酸化アルミニウムの含有量は９１．７ｗｔ％〜９３．９ｗｔ％である。サンプル７〜１０は、サンプル１〜６と対比するためのものである。各サンプル１〜１０について、体積抵抗率を調査した。図３に示す体積抵抗率は、所定の電圧（たとえば１０００Ｖ）をサンプル１〜１０の電極に印加し、印加開始から所定時間（たとえば３０分）経過したときの値である。
【００２７】
図３に示すサンプル１〜６は、１００℃に加熱したときの体積抵抗率が１Ｅ＋１７Ωｃｍ以上である。また、１５０℃に加熱したときの体積抵抗率が１Ｅ＋１６Ωｃｍ以上である。一方、サンプル７〜１０は、サンプル１〜６と比べ、１００℃，１５０℃に加熱したときの体積抵抗率がそれぞれ１桁小さいものとなった。
【００２８】
このように、上記の組成と相対密度のセラミックスは、１５０℃において高い体積抵抗率（１Ｅ＋１６Ωｃｍ以上）を示す。このような条件（組成及び相対密度）のセラミックスによる形成された載置台２０は、印加電圧をオフした後に、基板Ｗを短時間で脱離することができる。
【００２９】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）静電チャック１の載置台２０は、基板本体２１と、基板本体２１に内設された静電電極２２を含む。基板本体２１は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするセラミックスから形成されている。また、基板本体２１を形成するセラミックスは、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。そして、酸化カルシウム（ＣａＯ）の含有率が０．４ｗｔ％〜０．６ｗｔ％に設定されている。このようなセラミックスは、１５０℃において、１Ｅ＋１６Ωｃｍ以上の体積抵抗率を示す。このような載置台２０を有する静電チャックは、基板Ｗを吸着する静電吸着力としてクーロン力が支配的となるため、印加電圧をオフした後に、基板Ｗを短時間で脱離することができる。
【００３０】
（２）基板本体２１を形成するセラミックスは、相対密度が９４％〜９６％に設定されている。セラミックスの相対密度によっても、体積抵抗率が変化する。このため、上記範囲の相対密度とすることにより、好適な体積抵抗率の載置台２０を得ることができる。
【００３１】
（別の形態）
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態に対し、静電チャックに含まれる部材や配置を適宜変更してもよい。
【００３２】
図５に示すように、静電チャック１ａは、ベースプレート１０と載置台２０ａとの間に発熱体２３ａが配置されている。
図６に示すように、静電チャック１ｂは、ベースプレート１０ｂに発熱体２３ｂが内設され、ベースプレート１０ｂの上に載置台２０ａが固定されている。
【００３３】
なお、発熱体は、ベースプレートの下に外付けされていてもよい。
また、静電チャックが発熱体を備えておらず、製造装置のチャンバ内のステージにランプヒータなどからなるヒータ部材を設け、その上に静電チャックを取り付けてもよい。
【００３４】
・上記各形態の静電チャックは各種の製造装置に適用される。
図７に示す半導体製造装置４０は、たとえばドライエッチング装置（たとえば平行平板型の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）装置）である。
【００３５】
半導体製造装置４０はチャンバ４１を備え、チャンバ４１の下側に下部電極４２が配置されている。下部電極４２の表面側には前述した実施形態の静電チャック１が取り付けられており、静電チャック１の上に基板Ｗが載置される。静電チャック１の周囲には保護用の石英リング４３が配置されている。下部電極４２及び静電チャック１にはＲＦ電力を印加するための高周波電源４４が接続されている。高周波電源４４にはＲＦ電力の出力のマッチングをとるためのＲＦマッチャ（図示略）が接続されている。
【００３６】
チャンバ４１の上側には下部電極４２の対向電極となる上部電極４５が配置されており、上部電極４５は接地されている。上部電極４５にはガス導入管４６が連結されており、所定のエッチングガスがチャンバ４１内に導入される。チャンバ４１の下部には排気管４７が接続され、排気管４７の末端には真空ポンプ（図示略）が取り付けられている。これにより、エッチングにより生成した反応生成物などが排気管４７を通して外部の排ガス製造装置に排気される。チャンバ４１の近傍の排気管４７には自動圧力コントロールバルブ（ＡＰＣバルブ）４８が設けられており、チャンバ４１内が設定圧力になるようにＡＰＣバルブ４８の開度が自動調整される。
【００３７】
半導体製造装置４０では、静電チャック１は発熱体２３（図１参照）によって１５０℃程度に加熱されており、その上に基板Ｗが搬送されて配置される。そして、静電チャック１の第１静電電極２２ａと第２静電電極２２ｂ（図１参照）に最大で±３０００Ｖの電圧を印加することにより、基板Ｗを静電チャック１に吸着させる。これにより、基板Ｗが１５０℃の温度で加熱された状態となる。
【００３８】
その後に、ガス導入管４６から塩素系やフッ素系などのハロゲンガスがチャンバ４１に導入され、チャンバ４１内がＡＰＣバルブ４８の機能によって所定の圧力に設定される。そして、高周波電源４４から下部電極４２及び静電チャック１にＲＦ電力が印加されることにより、チャンバ４１内にプラズマが生成される。
【００３９】
静電チャック１にＲＦ電力を印加することにより静電チャック１側に負のセルフバイアスが形成され、その結果プラズマ中の正イオンが静電チャック１側に加速される。これに基づいて、基板Ｗに形成された被エッチング層が１５０℃以上の高温雰囲気で異方性エッチングされてパターン化される。高温エッチングが適用される被エッチング層としては、銅（Ｃｕ）層などがある。銅の塩化物は揮発性が低いため、高温にすることで揮発しやすくなり、エッチングが容易に進むようになる。
【００４０】
前述したように、本実施形態の静電チャック１では１５０℃程度に加熱された状態でも、セラミックス部２４（図１参照）の体積抵抗率が大きく低下せずに必要とする体積抵抗率が得られる。このため、エッチングが終了し、静電チャック１に印加した電圧をオフした後に、すぐにリフトピン（図示略）を上昇させることで、基板Ｗを静電チャック１から安定して脱離することができる。本実施形態では、静電チャック１に印加した電圧をオフした後に、基板Ｗの吸着力が弱くなるまで一定時間待つ必要がないので、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。また、基板Ｗの飛び跳ねや割れによる搬送エラーも発生し難くなるため、半導体デバイスの製造歩留りを向上させることができる。
【００４１】
図７では、上記実施形態の静電チャック１をドライエッチング装置に適用したが、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置やスパッタ装置などのプロセスで使用される各種の製造装置（半導体製造装置）に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１，１ａ，１ｂ  静電チャック
２０，２０ａ  載置台
２１  基板本体
２２  静電電極
４０  半導体製造装置
４１  チャンバ
Ｗ  基板
【図１】
2017103389.tif 000003
【図２】
2017103389.tif 000004
【図３】
2017103389.tif 000005
【図４】
2017103389.tif 000006
【図５】
2017103389.tif 000007
【図６】
2017103389.tif 000008
【図７】
2017103389.tif 000009