СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИНЫ ДЕРЖАТЕЛЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ДЕРЖАТЕЛЕ
METHOD FOR MANUFACTURING WAFER HOLDER TO USE IT IN ELECTROSTATIC WAFER CHUCK

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу производства пластины держателя, в качестве диэлектрического тела, для использования в электростатическом держателе, который служит для притягивания и удержания подложки, которая должна быть обработана (здесь и далее именуемой как "подложка, которая должна быть обработана"), такой как кремниевая полупроводниковая пластина или подобные.
Предшествующий уровень техники
Для того чтобы получить желаемую структуру устройства в процессе производства полупроводников, выполняются такие операции по обработке, как: обработка с образованием тонкой пленки способом PVD (физического осаждения из паровой фазы), способом CVD (химического осаждения из паровой фазы) или подобными; обработка ионной имплантацией; обработка травлением или подобными. В вакуумных обрабатывающих устройствах для выполнения этих операций по обработке расположены так называемые электростатические держатели, для того чтобы удерживать кремниевые полупроводниковые пластины в положении удержания (для простоты здесь и далее именуемые как "полупроводниковые пластины") в камерах обработки в вакуумной атмосфере. В качестве электростатического держателя в патентном документе 1 имеется традиционно известный так называемый биполярный тип, в котором пластина держателя как диэлектрическое тело установлена на верхней поверхности главного тела держателя, имеющего установленные, введенные в него положительные и отрицательные электроды.
Дополнительно, в зависимости от операций обработки, которые должны быть выполнены внутри вакуумного обрабатывающего устройства, существуют случаи, когда подложка управляется при предварительно определенной температуре. В таком случае известны: установка в главное тело держателя или подобного средства нагревания, например, типа электрического сопротивления; образование реберного участка, который соприкасается с периферийным краевым участком на задней поверхности (стороне, противоположной поверхности, на которой выполняется предварительно определенная обработка) полупроводниковой пластины; и вертикального расположения множества поддерживающих участков, например, концентрическим образом во внутреннем пространстве, охватываемом ребристым участком. Во время нагревания или охлаждения полупроводниковой пластины инертный газ, такой как газ Ar или подобный, подается во внутреннее пространство через проход для газа, образованный в главном теле держателя. При таком образовании атмосферы инертного газа во внутреннем пространстве, ограниченном реберным участком и задней поверхностью полупроводниковой пластины, передача тепла от главного тела держателя к полупроводниковой пластине способствует, таким образом, эффективному нагреванию или охлаждению полупроводниковой пластины.
Здесь в качестве пластины держателя для электростатического держателя используется спеченное тело, которое демонстрирует высокое электрическое сопротивление, такое как нитрид алюминия, нитрид кремния или подобные. Однако если компоновка выполнена для образования атмосферы инертного газа, как описано выше, область контакта с полупроводниковой пластиной, как и следовало ожидать, становится меньше. Следовательно, для того чтобы обеспечить обязательное притягивание полупроводниковой пластины без увеличения напряжения, которое должно быть приложено к электродам, необходимо изготовить поверхность контакта пластины держателя с полупроводниковой пластиной, т.е. верхнюю поверхность реберного участка и выступающие участки предварительно определенной шероховатости и степени гладкости поверхности.
В связи с вышеизложенным известно, например, в патентном документе 2 об обработке спеченного тела воском, и поверхность продукта, полученная таким образом, подвергается поверхностному шлифованию, полировке или химико-механической полировке (CMP) и затем удалению воска, чтобы посредством этого достичь предварительно определенной шероховатости и степени гладкости (параллельности) плоскости.
Однако, когда используется пластина держателя, которая была получена, как описано выше, в результате того, что поверхность спеченного тела подвергается поверхностному шлифованию и полировке, существовали случаи, в которых, даже если прекращалась подача напряжения в начальный момент предоставления пластины держателя для нового использования, полупроводниковая пластина не способна была высвободиться из-за влияния остаточных электрических зарядов. Такой тип задачи может быть решен повторением присоединения и высвобождения пластины держателя несколько сотен раз, используя фиктивную подложку (т.е. присоединение и высвобождение полупроводниковой пластины может быть выполнено удовлетворительно без влияния остаточных электрических зарядов). Однако этот способ имеет недостаток в том, что требуется много времени для держателя, чтобы функционировать в качестве электростатического держателя, и недостаток в том, что этапы производства удлиняются.
В качестве решения изобретатели этого изобретения выяснили, в результате долгих исследований, что проблема невозможности присоединения и высвобождения полупроводниковой пластины в начальный момент предоставления пластины держателя для нового использования происходит по следующим причинам. Выполняется описание примера, в котором пластина держателя выполнена из спеченного тела нитрида алюминия. Проблема заключается в том, что поверхность спеченного тела подвергается повреждениям при шлифовании и полировке поверхности. Готовые к отделению частицы нитрида алюминия (т.е. частицы, которые могли быть относительно легко отделены или выведены из сцепленного состояния) присутствуют локально, и в результате этого частицы нитрида алюминия переходят в электрически плавающее состояние, и они функционируют в качестве сопротивлений, когда электрическая подзарядка электродов останавливается. Поэтому остаточные электрические заряды не могут быть разряжены, таким образом приводя к возникновению вышеупомянутой задачи.
Документ предшествующего уровня техники (Патентный документ)
Патентный Документ 1: JP-A-1989-321136
Патентный документ 2: JP-A-2000-2I963
Сущность изобретения
Задачи, решаемые изобретением
На основании вышеизложенного это изобретение имеет задачей предоставить способ производства пластины держателя для использования в электростатическом держателе, который имеет удовлетворительную продуктивность и не вызывает неудовлетворительного высвобождения подложки в начальный момент предоставления пластины держателя для нового использования.
Средство для решения задач
Для того чтобы решить вышеупомянутые задачи, способ в соответствии с этим изобретением является способом производства пластины держателя для использования в электростатическом держателе. Электростатический держатель содержит: главное тело держателя, имеющее электроды, и пластину держателя, выполненную из диэлектрического тела, которое покрывает поверхность главного тела держателя. Способ содержит этапы получения спеченного тела посредством формирования прессованием сырьевого порошка в предварительно определенную форму и затем спекания; образования, посредством полировки, такой поверхности спеченного тела, которая будет контактировать с подложкой, которая должна быть притянута, до предварительно определенной шероховатости и гладкости поверхности, и выполнения струйной обработки для выборочного удаления только готовых для отделения частиц, которые появляются на поверхности в результате вышеупомянутой полировки.
Согласно этому изобретению, при выполнении струйной обработки после полировки будут выборочно удалены только частицы, которые готовы быть отделены и которые появились на поверхности в результате операции полировки. В результате, когда этот вид пластины держателя собирается с главным телом держателя, и с начального момента предоставления пластины держателя для нового использования в качестве электростатического держателя, подложка, которая должна быть обработана, т.е. полупроводниковая пластина может быть высвобождена без влияния остаточных электрических зарядов, когда приложение напряжения к электродам было остановлено. В дополнение, в этом изобретении струйная обработка выполняется после полировки. Рабочая процедура является простой, а продуктивность может быть улучшена в сравнении с традиционным способом, в котором притяжение и высвобождение подложки пластиной держателя повторяются несколько сотен раз. В дополнение, в вышеупомянутой струйной обработке шероховатость и гладкость поверхности не будут сильно ухудшены, в результате чего зона контакта с полупроводниковой пластиной не будет сокращена.
В этом изобретении предпочтительно использовать жидкостную струйную обработку в качестве струйной обработки.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в разрезе, схематически иллюстрирующий электростатический держатель, в котором была осуществлена сборка пластины держателя, изготовленного способом производства согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2(a)-2(d) схематично иллюстрируют этапы производства при частичном увеличении пластины держателя согласно этому варианту осуществления.
Варианты осуществления изобретения
Ссылаясь на чертежи, далее будет описан электростатический держатель, который предоставлен с пластиной держателя, которая изготовлена в соответствии со способом производства этого изобретения, в котором подложка, которая должна быть обработана, определена как полупроводниковая пластина W, в вакуумном устройстве обработки для выполнения операций по обработке, как, например, нанесения тонкого пленочного покрытия посредством способа PVD, способа CVD или подобных, операций по обработке, как, например, обработки ионной имплантацией, обработки травлением или подобными, полупроводниковая пластина W остается притянутой с момента начального использования и может быть непременно освобождена после операций обработки.
Как показано на фиг.1, электростатический держатель (EC) состоит из главного тела 1 держателя, которое расположено в нижней части камеры обработки (не иллюстрирована), и пластины 2 держателя, которая является диэлектрическим телом, расположенным на верхней поверхности главного тела 1 держателя. Главное тело 1 держателя выполнено, например, из нитрида алюминия, а его верхний участок имеет встроенные положительные и отрицательные электроды 3а, 3b в электрических изолированных слоях (не проиллюстрированы). Компоновка выполнена так, что может быть приложено напряжение постоянного тока от известного источника E питания держателя.
В дополнение, главное тело 1 держателя имеет проход 4 для газа, который проходит внутрь держателя через этот проход в вертикальном направлении. Нижний конец прохода 4 для газа посредством газовой трубы 6, имеющей контроллер 5 весового потока, расположенный на ней, сообщается с источником 7 газа, который содержит в нем входное отверстие для газа, такого как газ Ar или подобный. Эти части образуют средство подачи газа в этом варианте осуществления. Главное 1 тело держателя имеет встроенный в него нагреватель 8 типа нагревания от электрического сопротивления, имеющий известную конструкцию, таким образом, что полупроводниковая пластина W может быть нагрета до предварительно определенной температуры и поддерживать ее.
Пластина 2 держателя выполнена, например, из спеченного тела нитрида алюминия и состоит из: кольцевого реберного участка 2а, который допускает поверхностный контакт с внешним периферийным участком задней поверхности полупроводниковой пластины W, и множества поддерживающих участков 2с в форме стержней, которые вертикально расположены концентрическим способом во внутреннем пространстве 2b, охваченном реберным участком 2а. В этом случае высота поддерживающих участков 2с выполнена так, чтобы быть слегка меньше, чем высота реберного участка 2а. Таким образом, компоновка выполнена так, что полупроводниковая пластина W поддерживается каждым из поддерживающих участков 2с, когда полупроводниковая пластина W присоединяется к передней поверхности пластины 2 держателя.
После того, как полупроводниковая пластина W была размещена в местоположении на пластине 2 держателя, полупроводниковая пластина W притягивается передней поверхностью пластины 2 держателя в соответствии с электростатической силой, порожденной приложенным напряжением постоянного тока между электродами 3а, 3b. В это время в результате поверхностного контакта внешнего периферийного участка задней поверхности полупроводниковой пластины W с реберным участком 2а по всей окружности полупроводниковой пластины W внутреннее пространство 2b может быть герметично изолированно. При подаче газа Ar через средство подачи газа в этом состоянии во внутреннем пространстве 2b формируется газовая атмосфера. В соответствии с такой компоновкой, когда нагреватель 8 работает для нагрева полупроводниковой пластины W, в результате образования атмосферы инертного газа во внутреннем пространстве 2b, которое ограничено реберным участком 2а и задней поверхностью полупроводниковой пластины W, полупроводниковая пластина W может быть эффективно нагрета при содействии в передаче тепла к полупроводниковой пластине W. В этом варианте осуществления описание было сделано со ссылкой на пример, в котором был размещен только нагреватель 8. Без ограничений к нему может быть также выполнена компоновка для сборки известного охлаждающего средства.
Далее будет выполнено описание способа производства пластины 2 держателя, которая является спеченным телом нитрида алюминия. Сначала получают порошок нитрида алюминия в качестве сырья (или сырьевой муки) посредством известного способа, такого как способ восстановления в азоте или подобные. Затем, после надлежащего добавления к порошку нитрида алюминия органических вяжущих веществ или спекающих добавок, для того чтобы улучшить прессуемость, сырьевой порошок формуется посредством использования известной формовочной машины, чтобы таким образом изготовить прессованную порошковую деталь, имеющую вышеупомянутую форму. Затем прессованная порошковая деталь, полученная таким образом, спекается в печи для спекания в атмосфере инертного газа при 2000°С, чтобы таким образом получить спеченное тело нитрида алюминия, имеющее желаемое конкретное объемное сопротивление. Должно быть замечено, что так называемый способ спекания горячего прессования может быть использован в производстве спеченного тела нитрида алюминия.
Затем, как показано на фиг.2, из всего числа поверхностей таким образом полученного тела S нитрида алюминия поверхность, приходящая в соприкосновение с полупроводниковой пластиной W, подвергается полировке до предварительно определенной шероховатости и гладкости (параллельности) поверхности. В качестве полировки можно прибегнуть к поверхностному шлифованию, в котором используется алмазный шлифовальный камень, к полировочному станку, в котором используются свободные абразивные зерна, или к химической механической полировке (CMP). Механическая обработка выполняется таким образом до достижения предварительно определенной шероховатости (Ra 0,1 мкм или менее) и гладкости (0,005 или менее) поверхности.
Здесь, ссылаясь на фиг.2, в вышеупомянутом спеченном теле S нитрида алюминия поверхность будет повреждена во время полировки и в результате придет в состояние, в котором в некоторых районах будут присутствовать частицы g нитрида алюминия, которые готовы к тому, чтобы отделиться или отвалиться (см. фиг.2(а)). Если этот тип готовых к отделению частиц g нитрида алюминия присутствует на поверхности контакта с полупроводниковой пластиной W, частицы g нитрида алюминия придут в электрически плавающее состояние (см. фиг.2(b)). Когда подача напряжения к электродам 3а, 3b прекращается, электрически плавающее состояние частиц становится сопротивлением, в результате чего остаточные электрические заряды не могут быть разряжены (на фиг.2 поток электрических зарядов показан стрелками). Следовательно, особенно в начальный момент предоставления пластины держателя для нового использования существует вероятность, что может часто происходить неудовлетворительное отделение или высвобождение полупроводниковой пластины W.
В качестве решения в этом варианте осуществления выполняется струйная обработка. При этой струйной обработке выборочно удаляются только готовые к отделению частицы g нитрида алюминия, которые присутствуют на поверхности контакта с полупроводниковой пластиной W пластины 2 держателя, которая является спеченным телом S нитрида алюминия (см. фиг.2(с)). В качестве такого типа пескоструйной обработки наиболее подходящей является так называемая жидкостная струйная обработка, в которой вода, смешанная со шлифовальными частицами, совместно с воздухом направляется струей к объекту, который должен быть обработан, т.е к пластине 2 держателя, в результате чего полируется поверхность объекта, который должен быть обработан.
В качестве шлифовальных частиц, которые должны быть использованы в жидкостной струйной обработке, используются частицы, которые выполнены из оксида алюминия, а размер частиц находится в диапазоне ниже среднего размера частиц спеченного оксида алюминия. Шлифующие частицы смешиваются с водой в предварительно определенном весовом соотношении. В дополнение, предпочтительно установить давление воды в струйной обработке от 0,01 до 0,05 МПа и давление сжатого воздуха от 0,1 до 0,3 МПа. Если давление воды и давление воздуха находятся ниже вышеупомянутых давлений, то становится невозможным удалить частицы, сила адгезии которых среди частиц была снижена. С другой стороны, если давление воды и воздуха выше вышеупомянутых давлений, существует недостаток в том, что шероховатость поверхности будет увеличиваться, и в том, что не смогут быть удалены частицы, чья сила адгезии среди частиц снижена.
Как описано выше, при дополнительном выполнении жидкостной струйной обработки, после выполнения полировки, могут быть выборочно удалены только готовые к отделению частицы g нитрида алюминия, которые появились на поверхности при полировке. Поэтому в случае, когда пластина 2 держателя, которая была изготовлена способом производства согласно этому варианту осуществления, собирается с вышеупомянутым главным телом держателя 1, чтобы таким образом предложить продукт такой, как электростатический держатель EC, сначала к положительным и отрицательным электродам 3а, 3b может быть приложено напряжение посредством источника E питания держателя. После притяжения полупроводниковой пластины W посредством предварительно определенной силы притяжения и впоследствии, когда прекращается подача электроэнергии, полупроводниковая пластина W может быть благополучно высвобождена без влияния эффекта остаточных электрических зарядов (см. фиг.2(d)). В дополнение, исходя из того, что струйная обработка выполняется после полировки, обработка является простой, а продуктивность может быть повышена в сравнении с традиционным способом, в котором притягивание и освобождение полупроводниковой пластины W посредством пластины 2 держателя повторяется несколько сотен раз. Дополнительно, в вышеупомянутой струйной обработке шероховатость и гладкость поверхности пластины 2 держателя показывает небольшой износ или его отсутствие, и не существует возможности сокращения зоны контакта с полупроводниковой пластиной W.
Для того чтобы показать вышеупомянутый эффект, было произведено, посредством известного способа, спеченное тело нитрида алюминия с вариантом осуществления, как описано выше. Затем поверхность контакта с полупроводниковой пластиной W была зеркально отполирована, чтобы иметь шероховатость поверхности 0,1 мкм. Соответственно, была выполнена жидкостная струйная обработка.
Затем пластина 2 держателя была установлена на главное 1 тело держателя для образования электростатического держателя EC. Полупроводниковая пластина W была установлена в местоположение, которое обеспечивается множеством известных подъемных штырей для подъема полупроводниковой пластины W до местоположения, находящегося прямо над электростатическим держателем EC. Затем, после размещения полупроводниковой пластины W на пластине 2 держателя, полупроводниковая пластина была притянута напряжением в диапазоне от 0 до 1000 В посредством источника E питания держателя. Затем, при отключении напряжения источника E питания держателя сработал подъемный механизм. Затем было подтверждено, что полупроводниковая пластина W была поднята подъемными штырями с отсутствием недостаточного высвобождения.
Хотя до настоящего времени описывался настоящий вариант осуществления, без ограничения к вышеупомянутому химическому составу, настоящее изобретение может быть также применено в том случае, в котором пластина держателя выполнена из других материалов, таких как спеченное тело нитрида кремния или подобных. В дополнение, до настоящего времени выполнялось описание примера, в котором была применена жидкостная струйная обработка. Однако подобным образом может быть применен другой способ при условии, что готовые к отделению частицы могут быть выборочно удалены простым способом.
Описание ссылочных позиций и символов
EC
электростатический держатель
1
главное тело держателя
2
пластина держателя (спеченное тело S нитрида алюминия)
2а
реберный участок
2b
внутреннее пространство
2c
поддерживающий участок
3a, 3b
электроды
g
готовые к отделению частицы AIN
W
полупроводниковая пластина