(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウムからなる誘電層を備えており、この誘電層上にウエハーを吸着するための静電チャックであって、前記誘電層の表面が２５ｎｍ以下の中心線平均表面粗さを有しており、この誘電層の前記表面を被覆する、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料からなる群より選ばれてなる厚さ２００ｎｍ以上の表面層を備えていることを特徴とする、静電チャック。
【請求項２】
前記窒化アルミニウムを構成する窒化アルミニウム粒子の平均粒径が１−１０μｍであることを特徴とする、請求項１記載の静電チャック。
【請求項３】
窒化アルミニウムからなる誘電層を備えており、この誘電層上にウエハーを吸着するための静電チャックを製造する方法であって、前記誘電層の表面の中心線平均表面粗さを２５ｎｍ以下とした後、この誘電層の前記表面を、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料からなる群より選ばれてなる厚さ２００ｎｍ以上の表面層によって被覆することを特徴とする、静電チャックの製造方法。
【請求項４】
前記窒化アルミニウムを構成する窒化アルミニウム粒子の平均粒径が１−１０μｍであることを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記表面層を形成する前に、前記誘電層の表面に対して不活性気体の逆スパッタリングを行うことを特徴とする、請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
前記不活性気体の逆スパッタリングを行うのに際して、前記不活性気体に対して酸素を含有させることを特徴とする、請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体ウエハーの搬送、露光、ＣＶＤなどの成膜プロセス、及び洗浄、エッチング、ダイシングなどの微細加工に代表される各工程において、半導体ウエハーを吸着し、保持するために静電チャックが使用されている。通常、絶縁層の設置面から突出する多数の突起ないしエンボス部分を設け、この突起の頂面（接触面）を半導体ウエハーに対して接触させる。また、絶縁層内の内部電極に直流電圧を印加し、半導体ウエハーと突起の接触面との接触界面でジョンソン−ラーベック力を発生させ、接触面上の半導体ウエハーを吸着する。このため、突起の接触面（頂面）の面積を大きくすることによって、半導体ウエハーの吸着力を向上させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、静電チャックにおいては、ウエハー裏面（吸着面）側でのパーティクルの発生が問題となる。パーティクルは、主としてシリコンウエハーに付着した後、シリコンが削れることで発生した粒子、有機物、静電チャック表面からの脱粒により生ずる窒化アルミニウム粒子等がある。
【０００４】
パーティクルは、ウエハーを静電チャックに吸着するだけでも発生する。しかし、特に高温に保持された静電チャックに低温のウエハーを吸着させる場合や、低温の静電チャックに対して低温のウエハーを吸着させているときにプラズマからウエハーに対して入熱がある場合には、ウエハーに吸着力が発生している最中にウエハーが温められ、ウエハーが熱膨張し、ウエハーの裏面と静電チャックの表面とが擦れる。こうした場合にパーティクルが発生し易い。
【０００５】
特開平７−２４５３３６号公報においては、セラミックス静電チャックの吸着面の凹凸部がシリコンウエハーと接触する際に、硬度が相対的に低いシリコンウエハーが前記凹凸部によって削られるために、パーティクルが発生すること、および、静電チャックの吸着面にプラズマ照射して凹凸部を研削し、微細な突起を丸めることによって、パーティクルの発生が減少することが開示されている。
【０００６】
また、特開平８−５５９００号公報においては、静電チャックにシリコンウエハーを吸着する際に、静電チャックに印加する電圧を緩やかに上昇させることによって、静電チャックにシリコンウエハーが接触する際の衝撃を緩和して、静電チャックの吸着面の凹凸部に起因したパーティクルの発生を減少させる方法が開示されている。
【０００７】
パーティクルの発生を減らす方法としては、ウエハー裏面と静電チャックの表面との接触面積を減らすことが行われている。しかし、この方法には問題点がある。即ち、ウエハーと静電チャックとの間には通常バックサイドガスを流しているので、ウエハーの吸着力が低いと、ウエハーがバックサイドガスの圧力によって浮いてしまう。このため、ウエハーの吸着力は、バックサイドガスの圧力よりも十分高くなければならない。
【０００８】
吸着力は、接触面積と、接触部分における単位面積当たりの吸着力との積である。従って、ウエハー裏面と静電チャックの表面との接触面積を減らすと、その分、単位面積当たりの吸着力を増大させる必要があり、このためには例えば印加電圧を増加させる必要がある。しかし、単位面積当たりの吸着力が増大すると、ウエハーを吸着した後にウエハーが熱膨張する際に、ウエハーに加わる剪断応力が増加し、脱粒が生ずる。
【０００９】
窒化アルミニウム粒子が脱粒すると、この脱粒した粒子自体がパーティクルとなり、ウエハーの配線加工を阻害し、チップの製造歩留りが低下するだけでなく、静電チャックのウエハー吸着特性の変化を招き、ウエハー処理プロセスが安定しなくなる。
【００１０】
本発明の課題は、窒化アルミニウムからなる誘電層を備えており、この誘電層上にウエハーを吸着するための静電チャックであって、静電チャックでウエハーを吸着した後のウエハーの熱膨張に起因するパーティクルの発生を防止できるようにすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、窒化アルミニウムからなる誘電層を備えており、この誘電層上にウエハーを吸着するための静電チャックであって、誘電層の表面が２５ｎｍ以下の中心線平均表面粗さを有しており、この誘電層の表面を被覆する、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料からなる群より選ばれてなる厚さ２００ｎｍ以上の表面層を備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明者は、誘電層の表面を高度に平滑化し、中心線平均表面粗さを２５ｎｍ以下となるようにした後で、別の硬質材料からなる膜を誘電層上に形成することによって、前記したパーティクルの発生を著しく低減できることを見出し、本発明に到達した。
【００１３】
以下、図１、図２を参照しつつ、本発明について説明する。
【００１４】
本発明者は、最初に、図２に模式的に示すように、窒化アルミニウムからなる誘電層５の表面に、アルミナからなる改質膜３を形成し、表面を強化することによって、パーティクルを防止することを試みた。しかし、この場合には、ウエハーを吸着した状態でウエハーを昇温させるような条件下では、やはりパーティクルが発生することが判明した。このパーティクルの増加は、主として、改質膜３の剥離に起因するものであった。
【００１５】
本発明者は、改質膜３の剥離に伴うパーティクルを防止するために鋭意検討した。この過程で、改質膜を形成する直前の誘電層１の表面状態が重要であることを発見した。即ち、誘電層１の表面を精密研磨加工することによって、その中心線平均表面粗さを２５ｎｍ以下にしてから後で硬質材料の膜３を形成すると、前述した膜の剥離によるパーティクルも防止できることを見出した。
【００１６】
こうした作用効果が得られた理由は明確ではないが、以下の推論は可能である。即ち、窒化アルミニウムの表面は、図１に模式的に示すように、結晶粒子１ごとに若干高さが異なっている。言い換えると、特に粒子の間の領域において微小な段差２が存在する。このため、図２に示すように、誘電層５上に例えばアルミナ層３をコートすると、下地である窒化アルミニウム５の表面形状にならって、コートされたアルミナ層３の表面に僅かに段差４が生ずる。つまり、誘電層５の表面の段差２の上では、鋭角的に段差２がトレースされた状態で膜３が形成される。このように鋭利な段差４の周辺では、膜３が、図２において横方向の剪断力に対して弱い。このため、ウエハーを静電チャック上に吸着した後にウエハーが熱膨張すると、膜の剥離が生じやすいものと思われる。
【００１７】
ここで、窒化アルミニウム粒子１の平均粒径は、通常は１μｍ（１０００ｎｍ）以上であり、２μｍ（２０００ｎｍ）以上であることが多い。これに対して、誘電層５の表面の中心線平均表面粗さは、従来は３０−５０ｎｍ程度であった。従って、粒子１の表面１ａにおいて段差が存在したとしても、その大きさは粒径に比べて十分に小さいはずであり、このためパーティクル発生に対する影響は、通常であればないはずであると考えられる。また、誘電層５上に層３を形成しない状態でパーティクルの発生試験を行ってみると、誘電層５の中心線平均表面粗さが５０ｎｍである場合も、２５ｎｍ以下である場合も、パーティクルの発生量は変化しない。このため、中心線平均表面粗さが５０ｎｍ以下程度の平滑面であれば、パーティクルの発生に対する影響はないはずである。更に誘電層上に形成する表面層３の厚さは２００ｎｍ以上必要であり、従って下地の段差に比べて十分に大きいはずである。
【００１８】
しかし、こうした予測に反して、下地である誘電層の表面の中心線平均表面粗さの僅かな変化によって、表面層３の剥離し易さ、そしてパーティクルの発生量に対して顕著な影響があることを発見した。
【００１９】
好適な実施形態においては、表面層３の厚さが５００ｎｍ以上である。また、表面層３の厚さが５μｍを越えると、表面層３に対して熱サイクルが加わるために、この熱サイクルによる膜の剥離が生じやすくなる。この観点からは、３μｍ以下とすることが一層好ましい。
【００２０】
窒化アルミニウムよりも硬質な材料とは、ビッカース硬度で１３００Ｈｖ以上である材質を言う。こうした材質としては、アルミナ、アルミナを含む複合材料である。
【００２１】
窒化アルミニウムよりも硬質な材料としては、例えば、（好ましくは化学気相成長法によって形成された）アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料からなる群より選ばれる材料が好ましい。フッ素ガス等のハロゲン系腐食性ガスに対する表面層の耐蝕性という観点からは、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料である。
【００２２】
アルミナ系セラミックスを含む複合材料において、アルミナと複合化される材料としては、カルシア、マグネシア、イットリア等の金属酸化物が好ましい。
【００２３】
窒化アルミニウムを構成する窒化アルミニウム粒子の平均粒径は、１μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
静電チャック用電極の材質は限定されず、導電性セラミックスや金属であってよいが、高融点金属が特に好ましく、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンとの合金が特に好ましい。
【００２５】
バックサイドガスとしては、公知のガス、例えばヘリウム、アルゴン、ヘリウムとアルゴンとの混合ガスを使用できる。
【００２６】
本発明においては、少なくとも誘電層を成形、焼成した後に、誘電層の表面を精密研磨加工し、表面の中心線平均表面粗さを２５ｎｍ以下とする。この窒化アルミニウムの製法は特に限定されないが、焼結法によるものが好ましい。精密研磨加工方法も特に限定されないが、酸化剤を含んだスラリーを使用したポリッシュ加工が好ましい。
【００２７】
この後、誘電層５の表面を、アルミナ系セラミックス、アルミナを含む複合材料からなる群より選ばれてなる厚さ２００ｎｍ以上の表面層によって被覆する。表面層の成形方法は限定されず、スパッタリング法、化学的気相成長法、物理的気相成長法等であってよい。
【００２８】
ここで、表面層３を形成する前に、誘電層５の表面１ａに対して不活性気体の逆スパッタリングを行うことが好ましい。この不活性気体としては、アルゴンが特に好ましい。この逆スパッタリングによって、誘電層の表面を清浄化でき、これによって表面層３と誘電層５との密着性を向上させ得る。
【００２９】
この際、逆スパッタリングに用いる不活性気体雰囲気中に更に酸素を含有することによって、逆スパッタリングの際に誘電層の表面を僅かに酸化させ、誘電層と表面層、例えばアルミナ膜との密着性を一層向上させることができる。
【００３０】
不活性気体雰囲気中における酸素のｍｏｌ比は１−２０ｍｏｌ％とすることが好ましい。
【００３１】
【実施例】
（実験１）
窒化アルミニウム粉末を成形し、円板形状の成形体を成形した。次いで、この成形体上に、モリブデンからなる内部電極を配置し、さらにこの上に窒化アルミニウム粉末を充填し、再度成形し、内部電極を埋設した円盤状の成形体を得た。次いで、この成形体を窒素雰囲気中で焼結することにより、内部電極を埋設した直径φ７５ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板形状の静電チャックを製造した。
【００３２】
次いで、誘電層３の表面をポリッシュ加工した。ポリッシュ加工後の中心線平均表面粗さが表１の値となるように、ポリッシュ加工の際に、スラリーを構成するアルミナ粒子の粒径、酸化剤の種類、スラリーのｐＨ等の条件を変更した。
【００３３】
各試料の裏面側に導電性ペーストを塗布した。４００℃に加熱した直径７５ｍｍのシリコンウエハー上に、導電性ペーストの付着した試料（室温）を載せ、ウエハーと導電性ペーストとの間に±５００ボルトの直流電圧を印加し、シリコンウエハーを静電チャックに吸着させた。次いで、吸着後のウエハーの５０ｍｍ2 の領域を走査型電子顕微鏡によって観察し、脱粒の個数を評価した。この結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0004312372.tif 000002
【００３５】
表１から分かるように、中心線平均表面粗さが３２０−１８ｎｍの範囲内で、脱粒数には顕著な変化はない。誘電層の表面の中心線平均表面粗さを例えば２５ｎｍ以下に小さくしても、脱粒数の有意な減少は見られなかった。
【００３６】
（実験２）
実験１と同様にして、表２に示す各中心線平均表面粗さとなるように、各試料の誘電層を加工した。次いで、各静電チャック試料に対して、高純度アルミナをスパッタリング法によって成膜した。この際には、まずアルゴン雰囲気に試料を設置し、逆スパッタリング法によって誘電層の表面を清浄化した。アルゴン雰囲気中には、１０ｍｏｌ％の酸素を含有させた。次いで、以下の条件で高純度アルミナをスパッタリングし、厚さ２μｍの膜３を形成した。各試料について、実験１と同様にして、ウエハー上の脱粒数を測定した。
スパッタリング条件
圧力：１Ｐａ
出力：４００Ｗ
基板温度：３００℃
【００３７】
【表２】
0004312372.tif 000003
【００３８】
表２から分かるように、アルミナ膜の下地の中心線平均表面粗さを２５ｎｍ以下とすることによって、ウエハー上の脱粒数を０個／ｍｍ2 とすることに成功した。特に、中心線平均表面粗さが３２０ｎｍ、５２ｎｍ、３４ｎｍの場合には、たとえその上にアルミナ膜を形成しても、実験１のアルミナ膜がない場合と比べてウエハーの脱粒数はほとんど変化しない。ところが、中心線平均表面粗さを２５ｎｍ以下とし、かつアルミナ膜を設けた場合には、ウエハー上の脱粒数が顕著に減少し、０．０個／ｍｍ2 になった。
【００３９】
（実験３）
実験２と同様の試験を行った。ただし、下地となる誘電層の加工後の中心線平均表面粗さは２０ｎｍにした。また、アルミナ膜３の厚さは０．５μｍ−１０μｍの間で変化させた。
【００４０】
【表３】
0004312372.tif 000004
【００４１】
表３から分かるように、表面層の厚さを１０μｍにしても、ウエハー上の脱粒数は０．２個／ｍｍ2 に抑えられているが、脱粒数を０．０個／ｍｍ2 にするためには、表面層の厚さを５．０μｍ以下とすることが好ましい。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、窒化アルミニウムからなる誘電層を備えており、この誘電層上にウエハーを吸着するための静電チャックであって、静電チャックでウエハーを吸着した後のウエハーの熱膨張に起因するパーティクルの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘電層５を研磨加工した後の状態を模式的に示す断面図である。
【図２】誘電層５を研磨加工し、誘電層５上に表面層３を形成した状態を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  窒化アルミニウム粒子        １ａ  粒子の表面（誘電層の表面）        ２  誘電層の段差        ３  表面層        ４  表面層の段差
５  誘電層
【図１】
0004312372.tif 000005
【図２】
0004312372.tif 000006