特許 6510356 ウエハ支持装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6510356

(24)【登録日】2019年4月12日

(45)【発行日】2019年5月8日

(54)【発明の名称】ウエハ支持装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20190422BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20190422BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   H02N13/00 D

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-151344(P2015-151344)

(22)【出願日】2015年7月30日

(65)【公開番号】特開2017-34042(P2017-34042A)

(43)【公開日】2017年2月9日

【審査請求日】2018年7月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000221111

【氏名又は名称】モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085589

【弁理士】

【氏名又は名称】▲桑▼原 史生

(72)【発明者】

【氏名】森川 裕次

【審査官】 山口 大志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１００８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２３４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０１４６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４９５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２２８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０００８６７６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも表面がＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）またはＣ−ＰＢＮ（微量カーボンを含有する熱分解窒化ホウ素）からなる本体と、この本体表面に部分的に形成されるＰＧ（熱分解黒鉛）による凸部とを有し、該ＰＧ凸部の上面をウエハ載置面とすることを特徴とするウエハ支持装置。

【請求項2】

複数のＰＧ凸部が同一の高さに形成されて一つのウエハ載置面を与えることを特徴とする、請求項１記載のウエハ支持装置。

【請求項3】

複数のＰＧ凸部が互いの間に間隔を置いて点在していることを特徴とする、請求項２記載のウエハ支持装置。

【請求項4】

本体が、絶縁基材上に導体電極が配置され、導体電極の表面をＰＢＮまたはＣ−ＰＢＮからなる絶縁被膜層が形成されてなり、静電チャックとして使用されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか記載のウエハ支持装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体や液晶の製造プロセスに用いられるウエハ支持装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体や液晶の製造プロセスにおいて、ドライエッチングやＰＶＤ（物理的気相蒸着法）などを行う際にウエハを固定するための装置として静電チャックが広く用いられている。

【0003】

静電チャックは、たとえば図２に示すように、グラファイト板１の周囲をＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）などの絶縁層２で被覆してなる絶縁基材の表面に静電チャック用の導体電極３が所定パターンに配置されると共に、裏面にはヒータ用の導体電極４が所定パターンに配置され、これら電極３，４を絶縁被膜層５で被覆した構成を有する。図示しないが、電極３，４の両端は端子を通じて電源に接続されている。

【0004】

このような構成の静電チャックにおいて、絶縁被膜層５の表面６にウエハ７を載置し、電極３の端子間に電圧を印加すると、クーロン力が発生し、ウエハ７を静電的にチャックする。図２の構成ではヒータ電極４が設けられているので、適正なチャック吸引力が発揮される最適温度に被吸着物６を均一に加熱しながらウエハ７をチャックすることができる。

【0005】

なお、図２は双極型静電チャックの構成例を示すものである。単極型静電チャックの場合は、絶縁基材上に単一の導体電極を配置したものを絶縁被膜層５で被覆した構成を有し、チャック電極３と、絶縁被覆膜５の表面６に載置した７との間に電圧印加することによってウエハ７をチャックする。

【0006】

静電チャックにおける絶縁被膜層４は、１０^８〜１０¹³Ω・ｃｍの範囲の電気抵抗率を有することが好ましい。絶縁被膜層５の電気抵抗率がこの範囲にあると、電極とウエハとの間に極微弱電流が流れることを許容し、ジョンソンラーベック効果によりチャック吸引力が大幅に増大する。

【0007】

この観点から、本出願人は、ＣＶＤ（化学的気相蒸着法）を用いてＰＢＮに微量のカーボンを含有させたＣ−ＰＢＮで絶縁被膜層４とすることにより上記範囲の電気抵抗率を与える手法を発案した（特許文献１）。具体的には、ＰＢＮ成形のための反応ガス（たとえば三塩化ホウ素＋アンモニア）にカーボン添加のために必要なガス（たとえばメタン）を加えて減圧高温ＣＶＤ炉内に導入することにより、微量カーボンを含有するＰＢＮ成形体からなる絶縁被膜層５を形成することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第２７５６９４４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、ＰＢＮ（微量カーボンを含有するＣ−ＰＢＮを含む。以下同じ。）による絶縁被膜層５を形成した静電チャックは概ね満足すべき性能を発揮し得るものであるが、ＰＢＮは結晶質であるため、高温での使用条件において、ＰＢＮ絶縁被膜層５からＰＢＮの結晶が脱離してパーティクルを発生させ、これがウエハの裏面に付着して製品価値を著しく低下させるという問題があった。

【0010】

この点について発明者が実験を行ったところ、静電チャックのチャック電極パターン上に多数のパーティクルが発生することを確認した。このことから、絶縁被膜層５の表面６に直接載置されたウエハ７がチャック電極３に吸着されたときに、柔らかいＰＢＮの表面６を引っ掻いてパーティクルを発生させているものと推測された。

【0011】

本発明は、上述した従来技術の不利欠点を解消し、パーティクルの発生を抑制できるウエハ支持装置を提供することを課題とする。なお、パーティクルの発生は、特に高温でのチャッキング時に顕著に見られるが、常温でのチャッキング時や単にウエハをＰＢＮ表面に接触させただけでも微量のパーティクルが発生することがあるので、静電チャックに限らず、ウエハ支持装置全般に共通する課題として認識することができる。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するため、本発明者は、ＰＢＮ絶縁被膜層の表面に、ＰＢＮより硬い熱分解黒鉛（ＰＧ）を部分的にコーティングすることによりパーティクルの発生を抑制できるのではないかとの考えに基いて実験と研究を重ねた結果、本発明を創案した。

【0013】

すなわち、本願の請求項１に係る発明は、少なくとも表面がＰＢＮまたはＣ−ＰＢＮからなる本体と、この本体表面に部分的に形成されるＰＧ（熱分解黒鉛）による凸部とを有し、該ＰＧ凸部の上面をウエハ載置面とすることを特徴とするウエハ支持装置である。

【0014】

本願の請求項２に係る発明は、請求項１記載のウエハ支持装置において、複数のＰＧ凸部が同一の高さに形成されて一つのウエハ載置面を与えることを特徴とする。

【0015】

本願の請求項３に係る発明は、請求項２記載のウエハ支持装置において、複数のＰＧ凸部が互いの間に間隔を置いて点在していることを特徴とする。

【0016】

本願の請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか記載のウエハ支持装置において、本体が、絶縁基材上に導体電極が配置され、導体電極の表面をＰＢＮまたはＣ−ＰＢＮからなる絶縁被膜層が形成されてなり、静電チャックとして使用されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、ウエハは、ＰＢＮ（またはＣ−ＰＢＮ）の表面に接触することなく、ＰＢＮより硬いＰＧからなる凸部の表面に載置されるので、パーティクルの発生を大幅に低減させることができ、パーティクルがウエハの裏面に付着して製品価値を低下させることを効果的に防止する。

【0018】

また、ＰＢＮ表面にＰＧを全面コーティングするのではなく、ＰＢＮ表面を部分的に覆う凸部としてＰＧを点状、線状、帯状、格子状などに形成することにより、ウエハの裏面がＰＧ凸部表面（ウエハ載置面）に接触する面積が小さくなるので、この点からもパーティクルの発生を防止ないし抑制すると共に、ＰＢＮとＰＧの熱膨張率差による応力を分断・開放することでＰＧの剥離を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態による静電チャックの断面図である。

【図2】従来技術による静電チャックの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１に本発明の一実施形態による静電チャックの一例を断面図で示す。この静電チャックは、グラファイト板１の周囲をＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）などの絶縁層２で被覆してなる絶縁基材の表面に静電チャック用の導体電極３が所定パターンに配置されると共に、裏面にはヒータ用の導体電極４が所定パターンに配置され、これら電極３，４を絶縁被膜層５で被覆した構成を有する。図示しないが、電極３，４の両端は端子を通じて電源に接続されている。この静電チャックの構成および作用は、既述した従来技術による静電チャック（図２）と基本的に同様である。

【0021】

しかしながら、既述した従来技術による静電チャックはＰＢＮ絶縁被膜層５の表面６にウエハ７を直接載置して使用されるのに対し、この静電チャックにおいては、絶縁被膜層５の表面を部分的に覆うようにＰＧ（熱分解黒鉛）による凸部８が複数形成されており、これら凸部８の上面は実質的に面一に形成されてウエハ７に対する載置面９を与えている点で大きく相違している。この構成により、ウエハ７はＰＢＮ絶縁被膜層５の表面６には接することなく、ＰＢＮより硬いＰＧからなる凸部８の上面によるチャック面９上に載置されることになるので、高温での使用条件においても、パーティクルの発生を防止または大幅に低減することができる。

【0022】

以下に試験例と共に本発明の実施例を挙げてさらに本発明について説明する。

【0023】

厚さ１０ｍｍの円盤状グラファイト板１の表面に熱ＣＶＤ法により３００μｍ厚のＰＢＮ絶縁層２を形成し、さらに、同じく熱ＣＶＤ法により５０μｍ厚のＰＧ層を表裏両面に形成した後、その表面側を部分的に除去して所定パターンのチャック電極３を形成すると共に、裏面側についても部分的に除去して所定パターンのヒータ電極４を形成した。次いで、同じく熱ＣＶＤ法により、電極３，４を有するＰＢＮ絶縁層２の全面を被覆するように厚さ１００μｍ厚のカーボン添加ＰＢＮ（Ｃ−ＰＢＮ）絶縁被膜層５を形成して、試験例１の静電チャックを製造した。この静電チャックは、既述した従来技術による静電チャック（図２）において、絶縁被膜層５をＣ−ＰＢＮで形成したものである。

【0024】

絶縁被膜層５を形成する際にメタンガスを用いなかったこと以外は試験例１と同様にして、試験例２の静電チャックを製造した。この静電チャックは、既述した従来技術による静電チャック（図２）において、絶縁被膜層５をカーボン不添加のＰＢＮで形成したものである。

【0025】

試験例１の静電チャックを得た後、さらに、Ｃ−ＰＢＮ絶縁被膜層５の表面に、熱ＣＶＤ法により５μｍ厚のＰＧ層を形成した後、ＰＧによる円柱状（直径１ｍｍ）の凸部８が中心間距離３ｍｍで多数点在するように部分的に切除して、図１に示す構成の静電チャック（本発明実施例）を製造した。

【0026】

これらの静電チャックについて、±０．２５ｋＶ、±０．３０ｋＶおよび±０．５０ｋＶのＤＣ電圧を印加したときのシリコンウエハ７に対するチャック力を測定したところ、表１に示す結果を得た。

【0027】

【表1】

【0028】

特許文献１においても実証されているように、ＰＢＮ絶縁被膜層５を有する試験例２の静電チャックに比べて、絶縁被膜層５をＣ-ＰＢＮとした試験例１の静電チャックはチャック力が大幅に増大している。Ｃ−ＰＢＮ絶縁被膜層５上にＰＧ凸部８を多数点在させた本発明実施例による静電チャックは、ウエハ載置面９がＰＧ凸部８の上面によって与えられることになるので、ＰＧ凸部８を有しない試験例２の静電チャックと比べると、ＰＧ凸部８の高さ（本例では５μｍ）だけチャック電極３から離れており、これによってチャック力が低下しているが、その低下はわずかであり、実用上十分なチャック力を発揮し得るものであることを確認した。

【0029】

本発明実施例の静電チャックにおいて、絶縁被膜層５の表面６に形成したＰＧ凸部８は、その後も剥離することがなかった。ＰＧ凸部８は、絶縁被膜層表面６のＰＢＮに非接触にウエハ７を支持するために、絶縁被膜層表面６を部分的に覆うものとして点状、線状、帯状、格子状などに形成することができるが、上記実施例のように、多数のＰＧ凸部８が各々独立した状態で点在するように形成することが、ウエハ裏面の接触面積を極小化してよりパーティクル発生抑制効果を高める上で好ましい。

【0030】

次に、試験例１の静電チャックと本発明実施例の静電チャックについて、室温で静電チャックの電極３，４に電圧を印加せずに単にウエハを載置した場合（室温：ｗｏ／ＥＳＣ）、５００℃で静電チャックの電極３，４に電圧を印加せずに単にウエハを載置した場合（５００℃：ｗｏ／ＥＳＣ）、および、５００℃で静電チャックの電極３，４に電圧を印加してウエハ７をチャッキングした場合（５００℃：ｗ／ＥＳＣ）の３通りの条件において、発生したパーティクル数をサイズごとに計測したところ、表２に示す結果を得た。すなわち、Ｃ−ＰＢＮ絶縁被膜層５上にＰＧ凸部８を多数点在させた本発明実施例による静電チャックを用いると、Ｃ−ＰＢＮ絶縁被膜層５の表面に直接ウエハを載置する試験例１の静電チャックに比べて、いずれの場合においてもパーティクル発生数が大幅に減少した。本発明実施例による静電チャックをウエハ支持装置として使用すると、いずれの場合も２０μｍを超える大きさのパーティクル発生量がゼロになり、パーティクル発生抑制効果が顕著に向上することを確認した。

【0031】

【0032】

上記実施例では、中心間距離３ｍｍで直径１ｍｍ、高さ５μｍのＰＧ凸部８を点在させたが、Ｃ−ＰＢＮ絶縁被膜層５の全表面積に対するＰＧ凸部８の合計表面積の割合（ＰＧ凸部８の径や中心間距離によって増減する）やＰＧ凸部８の高さが小さくなりすぎると、ＰＧ凸部８の上面９にウエハ７を載置したときに、ウエハ７の撓みによってウエハ裏面がＣ−ＰＢＮ絶縁被膜層５の表面に接触して、パーティクル発生量を増大させてしまう。また、反対に、ＰＧ凸部合計表面積／絶縁被膜層全表面積の割合やＰＧ凸部８の高さが大きくなりすぎると、実用上十分なチャック力を与えることができなくなる。

【0033】

これらを考慮しつつ、ＰＧ凸部８の中心間距離および高さ、ならびにＰＧ凸部合計表面積／絶縁被膜層全表面積の割合を様々に変えて実験を行ったところ、ＰＧ凸部８の高さについては、中心間距離１０ｍｍで直径１ｍｍとした場合、高さが１μｍのときは、ウエハ７が撓んでウエハ裏面がＣ−ＰＢＮ絶縁被膜層５に接触したが、高さを２μｍとしたときは接触しなかった。また、ＰＧ凸部８の高さを２０μｍとすると、チャック力が大幅に低下して実用に値しなくなることが分かった。

【0034】

また、ＰＧ凸部合計表面積／絶縁被膜層全表面積の割合を変えてチャック力を測定したところ、この表面積割合が６４％のときは、実用に値するチャック力を確保することができなかったが、この表面積割合を減少させていくにつれてチャック力が増加して、４２％のときに４．０ｇ／ｃｍ^２（印加電圧±０．５ｋＶ）のチャック力が得られた。この値は、８インチのウエハ７を吸着する直径１９０ｍｍの静電チャック面積（ボルト穴やパターン間などチャック力を発揮することができない部分を除く有効面積：約１９８／ｃｍ^２）に換算すると約７９２ｇのチャック力に相当するから、８インチシリコンウエハの重量（約５０ｇ）に対して約１６倍の安全率でチャッキングできていることを意味しており、実用上十分なチャック力である。

【0035】

これらの結果から、ウエハ７の撓みによるウエハ裏面のＣ−ＰＢＮ絶縁被膜層５表面への接触を防止してパーティクル発生抑制効果を顕著に発揮させ、しかも実用上十分なチャック力を確保するためには、（１）ＰＧ凸部８の高さは、２μｍ以上で２０μｍ以下であることが好ましく、（２）ＰＧ凸部合計表面積／絶縁被膜層全表面積の割合は、４２％以下であることが好ましいことを確認した。また、ＰＢＮとＰＧの熱膨張率差による応力を分断・開放してＰＧの剥離を防止するために、ＰＧ凸部８の大きさ（直径）は５ｍｍ以下、特に３ｍｍ以下とすることが好ましいことも確認した。

【0036】

上記において実施例を中心として本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に規定された発明の範囲内において広く変形ないし変更して実施可能である。たとえば、ＰＧ凸部８の上にＴａＣ，ＳｉＣ，ＮｂＣなどの炭化金属を成膜させることも、本発明の範囲内である。この場合は、ＰＧ凸部８上の該炭化金属膜の表面が互いに面一になってウエハ載置面９を与えることになる。また、ＰＢＮまたはＣ−ＰＢＮからなる絶縁被膜層５の膜厚は５０〜３００μｍであることが好ましく、カーボン添加量は０〜１０％であることが好ましい。

【符号の説明】

【0037】

１ グラファイト板
２ 絶縁層
３ チャック電極
４ ヒータ電極
５ 絶縁被膜層（ＰＢＮまたはＣ−ＰＢＮ）
６ 絶縁被膜層の表面
７ ウエハ
８ ＰＧ凸部
９ ウエハ載置面

【図1】

【図2】