特開 2022-28543 静電チャック用部材及び静電チャック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022028543

(43)【公開日】2022-02-16

(54)【発明の名称】静電チャック用部材及び静電チャック

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20220208BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20220208BHJP

   C04B 35/117 20060101ALI20220208BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H02N13/00 D

C04B35/117

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020132023

(22)【出願日】2020-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀内 道夫

(72)【発明者】

【氏名】津野 将弥

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131BA19

5F131CA04

5F131EA03

5F131EB11

5F131EB78

5F131EB79

5F131KA10

5F131KB45

(57)【要約】

【課題】半導体製造プロセスにおける紫外線の発生状況をモニタリングすること。
【解決手段】静電チャック用部材は、静電力を用いて対象物を吸着する静電チャックを構成する静電チャック用部材であって、材料の一部にランタノイド元素を含み、４００ｎｍ未満の波長領域の電磁波が照射された場合に、当該波長領域とは異なる波長領域の光を発する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

静電力を用いて対象物を吸着する静電チャックを構成する静電チャック用部材であって、
材料の一部にランタノイド元素を含み、４００ｎｍ未満の波長領域の電磁波が照射された場合に、当該波長領域とは異なる波長領域の光を発することを特徴とする静電チャック用部材。

【請求項2】

前記ランタノイド元素を含み、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックからなる請求項１記載の静電チャック用部材。

【請求項3】

前記セラミックは、９０パーセント以上がコランダム相からなることを特徴とする請求項２記載の静電チャック用部材。

【請求項4】

前記セラミックは、ＣｅＡｌ₁₁Ｏ₁₈相を含むことを特徴とする請求項３記載の静電チャック用部材。

【請求項5】

前記ランタノイド元素を含み、酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムを主成分とするセラミックからなる請求項１記載の静電チャック用部材。

【請求項6】

前記セラミックは、９０パーセント以上がスピネル相からなることを特徴とする請求項５記載の静電チャック用部材。

【請求項7】

前記ランタノイド元素の含有率が０．５～１０モルパーセントであることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の静電チャック用部材。

【請求項8】

前記ランタノイド元素がセリウムであることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の静電チャック用部材。

【請求項9】

ベースプレートと、
前記ベースプレートに固定され、内蔵する電極への通電により発生する静電力によって対象物を吸着するセラミック板と、
前記セラミック板の外周に嵌合するエッジリングとを有し、
前記エッジリングは、
材料の一部にランタノイド元素を含み、４００ｎｍ未満の波長領域の電磁波が照射された場合に、当該波長領域とは異なる波長領域の光を発する
ことを特徴とする静電チャック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電チャック用部材及び静電チャックに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、例えば半導体部品を製造する場合などに、ウェハを吸着して保持する静電チャック（ＥＳＣ：Electrostatic Chuck）が用いられることがある。静電チャックは、電極を内蔵するセラミック板がベースプレートに固定された構造を有する。そして、静電チャックは、セラミック板に内蔵された電極に電圧が印加されることにより、静電力を利用してセラミック板にウェハを吸着する。セラミック板上にウェハを吸着して保持することにより、ウェハに対する例えば微細加工やエッチングなどのプロセスが効率的に行われる。

【0003】

例えば、ウェハのプラズマエッチング工程では、エッチング装置のチャンバ内に設置された静電チャックによってウェハが吸着固定される。そして、チャンバ内で発生するプラズマにより、静電チャック上に固定されたウェハがエッチングされる。精密なプラズマエッチングが行われる場合には、チャンバ内で発生するプラズマの状態がモニタリングされ、エッチング条件の制御用にフィードバックされることがある。

【0004】

プラズマの状態のモニタリング方法としては、チャンバに形成されたチャンバ窓を介して、チャンバ内のプラズマ発生状況を光学的センサによって取得するものがある。すなわち、チャンバ内で発生する可視光を含む例えば２００～１０００ｎｍの波長範囲の電磁波が光学的センサによって測定され、プラズマ状態がモニタリングされたり、エッチングのエンドポイントが検出されたりする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－２３９３８６号公報

【特許文献2】特開２００７－１９１３８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、静電チャックが利用される産業分野において、可視光波長未満の領域の電磁波の影響の調査が進められており、例えば上述したプラズマエッチング工程で発生する紫外領域の電磁波暴露による問題点が確認されている。具体的には、プラズマエッチング工程において、静電チャックに吸着されるウェハは、プラズマに起因するチャージングダメージ、イオン照射ダメージ及び紫外線照射ダメージの３種類のダメージを受けると考えられている。このうち、紫外線照射によるダメージは、特にウェハに多く含まれる誘電体部分の変性を引き起こし、品質劣化の原因になることが確認されている。

【0007】

紫外線は、一般に１０～４００ｎｍの波長範囲の電磁波のことであるが、その特性の観点から長波長領域ＵＶＡ（４００－３１５ｎｍ）、中波長領域ＵＶＢ（３１５－２８０ｎｍ）及び短波長領域ＵＶＣ（２８０ｎｍ以下）に大別されることがある。通常、波長が短いほどエネルギーが高く、化学的な作用が強い。プラズマエッチング工程においてウェハに大きな影響を及ぼすのは、短波長領域ＵＶＣの中でも特に真空紫外と呼ばれる２００ｎｍ以下の短波長領域である。

【0008】

しかしながら、プラズマエッチング工程において真空紫外領域の電磁波をモニタリングすることが困難であるという問題がある。具体的には、例えばエッチング装置のチャンバに形成されたチャンバ窓を介してチャンバ内をモニタリングする方法では、真空紫外領域の電磁波がチャンバ窓を透過しないため、チャンバ外のセンサがチャンバ内の真空紫外の発生を検知することがない。すなわち、チャンバ窓は、例えば石英ガラスやパイレックス（登録商標）ガラスを用いて形成されるが、石英ガラスの透過波長は例えば２００ｎｍ以上であり、パイレックスガラスの透過波長は例えば３５０ｎｍ以上である。したがって、チャンバ内で発生する真空紫外は、チャンバ窓の外側から観測することは困難である。

【0009】

また、真空紫外領域の電磁波は、酸素分子及び窒素分子によって吸収されるため、そもそも大気中で測定することが困難である。これらの理由から、プラズマエッチング工程において、ウェハにとって有害な真空紫外の発生状況をモニタリングするのは困難である。

【0010】

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、半導体製造プロセスにおける紫外線の発生状況をモニタリングすることができる静電チャック用部材及び静電チャックを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本願が開示する静電チャック用部材は、１つの態様において、静電力を用いて対象物を吸着する静電チャックを構成する静電チャック用部材であって、材料の一部にランタノイド元素を含み、４００ｎｍ未満の波長領域の電磁波が照射された場合に、当該波長領域とは異なる波長領域の光を発する。

【発明の効果】

【0012】

本願が開示する静電チャック用部材及び静電チャックの１つの態様によれば、半導体製造プロセスにおける紫外線の発生状況をモニタリングすることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、一実施の形態に係る静電チャックの構成を示す斜視図である。

【図2】図２は、一実施の形態に係る静電チャックの断面を示す模式図である。

【図3】図３は、Ｘ線回折パターンの具体例を示す図である。

【図4】図４は、エッチング監視システムの具体例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本願が開示する静電チャック用部材及び静電チャックの一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

【0015】

図１は、一実施の形態に係る静電チャック１００の構成を示す斜視図である。図１に示す静電チャック１００は、ベースプレート１１０、セラミック板１２０及びエッジリング１３０を有する。

【0016】

ベースプレート１１０は、例えばアルミニウムなどの金属製の円形部材であり、静電チャック１００の基材となる。ベースプレート１１０の内部には、例えば冷却水などの冷媒を通過させる冷媒通路が形成されており、セラミック板１２０及びセラミック板１２０に吸着されるウェハなどの温度を調節する。

【0017】

セラミック板１２０は、絶縁性のセラミックからなる円形部材である。セラミック板１２０の径はベースプレート１１０の径よりも小さく、セラミック板１２０は、ベースプレート１１０の中央に固定される。すなわち、セラミック板１２０の一面がベースプレート１１０に接着される接着面となり、接着面がベースプレート１１０に接着されることによりセラミック板１２０が固定される。セラミック板１２０の接着面とは反対側の面は、例えばウェハのような吸着される対象物を吸着する吸着面である。

【0018】

セラミック板１２０の内部には、導電性の電極が配置されており、電極に通電されることにより静電力が発生し、対象物がセラミック板１２０の吸着面に吸着される。なお、セラミック板１２０の接着面は、ヒーター電極と絶縁樹脂からなるヒーター層を介してベースプレート１１０に接着されても良い。ヒーター層は、ヒーター電極に通電されることにより発熱し、セラミック板１２０及びセラミック板１２０に吸着されるウェハなどの温度を調節する。

【0019】

エッジリング１３０は、セラミック板１２０の周囲を囲むリング状の部材である。すなわち、エッジリング１３０の内径は、セラミック板１２０の直径に略等しく、エッジリング１３０の外径は、ベースプレート１１０の直径に略等しい。そして、エッジリング１３０は、ベースプレート１１０上に突起するセラミック板１２０の外周に嵌合されることにより、ベースプレート１１０とセラミック板１２０の接着部分及びセラミック板１２０の外周面を保護する。

【0020】

エッジリング１３０は、主に絶縁性のセラミックからなり、例えばセリウムなどのランタノイド元素を含有する。具体的には、エッジリング１３０は、例えば酸化アルミニウムを主成分とするセラミック、又は酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムを主成分とするセラミックからなり、例えば０．５～１０モルパーセントのセリウムを含有する。

【0021】

エッジリング１３０が含有するランタノイド元素は、１０～４００ｎｍの波長領域の電磁波照射に対して、この波長領域とは異なる波長領域の電磁波であるフォトルミネセンス光を発する。すなわち、エッジリング１３０は、波長が１０～４００ｎｍの紫外線が照射されると、例えば波長が４００ｎｍ以上の可視光を発し、全体的に発光する。エッジリング１３０の発光量は、紫外線の照射量に応じる。したがって、エッジリング１３０は、例えば紫外線の照射量が多くなるほど、より明るく発光する。

【0022】

図２は、図１のＩ－Ｉ線断面を示す模式図である。図２に示すように、静電チャック１００は、ベースプレート１１０に接着されたセラミック板１２０の外周にエッジリング１３０が嵌合して構成される。

【0023】

ベースプレート１１０は、内部に冷却水などの冷媒の通路となる冷媒通路１１１を有する、例えば厚さ２０～５０ｍｍ程度の金属製の部材である。冷媒通路１１１を冷媒が通過することにより、セラミック板１２０及びセラミック板１２０に吸着されるウェハが冷却される。ベースプレート１１０中央のセラミック板１２０と接着される部分には、周囲からの段差を有する凸部が形成され、凸部の外周及びセラミック板１２０の外周にエッジリング１３０が嵌合する。

【0024】

セラミック板１２０は、セラミック層１２１と、電極１２２とを有し、接着層１４０によってベースプレート１１０中央の凸部に接着される。セラミック層１２１は、例えば酸化アルミニウムを焼成したコランダム、又は酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムを焼成したスピネルを主成分とするセラミックからなる。具体的には、セラミック層１２１は、例えば９０パーセント以上がコランダム相又はスピネル相のセラミックからなる。電極１２２に電圧が印加されると、セラミック層１２１は、静電力によって例えばウェハなどの対象物を吸着する。すなわち、図２においては、セラミック板１２０の上面が吸着面となり、電極１２２への電圧印加時には、対象物が吸着面に吸着される。

【0025】

セラミック板１２０の下面は、ベースプレート１１０に接着される接着面であり、接着層１４０によってベースプレート１１０の凸部に接着される。接着層１４０を形成する接着剤としては、例えばシリコーン系接着剤を用いることができる。

【0026】

エッジリング１３０は、ベースプレート１１０の凸部及びセラミック板１２０の外周に嵌合し、接着層１４０を含むセラミック板１２０の外周を保護する。エッジリング１３０は、例えばセリウムなどのランタノイド元素を含有する、酸化アルミニウムの焼結体又は酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムの焼結体からなる。エッジリング１３０が含有するランタノイド元素は、セリウムには限定されず、ランタンからルテチウムまでの１５元素のいずれかの元素であって良い。

【0027】

例えば酸化アルミニウム及びセリウムを材料としてエッジリング１３０を形成する場合、純度９９．９９重量パーセントで平均粒径が１μｍ未満の酸化アルミニウム粉末に、純度９９．９重量パーセントの酸化セリウム（ＣｅＯ₂）粉末を１モルパーセント加え、アルコール系液媒中で湿式混合する。そして、得られたスラリー状の材料をリング状に成形し、例えば水素を含む窒素ガス雰囲気において、成形体を１５００度以上の温度で還元焼成して焼結体を得る。

【0028】

これにより、セリウムを含有し、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック製のエッジリング１３０が形成される。図３は、このように形成されたエッジリング１３０を粉末化したサンプルのＸ線回折パターンの具体例を示す図である。

【0029】

図３に示すように、サンプルから得られる測定データは、大部分がコランダム相からなり、添加された酸化セリウムに起因するＣｅＡｌ₁₁Ｏ₁₈相も含む。すなわち、エッジリング１３０は、コランダム相及びＣｅＡｌ₁₁Ｏ₁₈相からなるセラミックを材料として形成されていることがわかる。なお、測定データからはタングステンカーバイドも検出されているが、これは、サンプルを得るために用いられる粉砕媒体材料に起因する異物（コンタミネーション）である。

【0030】

このように、エッジリング１３０がランタノイド元素であるセリウムを材料として形成されるため、エッジリング１３０は、紫外線に対するフォトルミネセンス性を有し、紫外線が照射されると、例えば青白色に発光する。すなわち、真空紫外を含む１０～４００ｎｍの波長の紫外線が照射されると、エッジリング１３０は、紫外線とは異なり４００ｎｍ以上の波長を有する可視光を発する。このため、例えば静電チャック１００によって吸着されたウェハのプラズマエッチング工程において、エッジリング１３０の発光の有無によってウェハに対する紫外線照射の有無をモニタリングすることが可能となる。

【0031】

図４は、ウェハのプラズマエッチング工程におけるエッチング監視システムの具体例を示す図である。

【0032】

プラズマエッチング工程においては、静電チャック１００によって吸着固定されたウェハ２０１が、チャンバ２１０内に配置される。このとき、ウェハ２０１は、静電チャック１００のセラミック板１２０に吸着されており、セラミック板１２０の周囲のエッジリング１３０はウェハ２０１に覆われることなく露出している。

【0033】

チャンバ２１０内では、所定条件の下でプラズマが発生し、ウェハ２０１の表面のエッチングが実行される。プラズマとしては、一般に、フッ化物（Ｃ_xＦ_y（例えばＣＦ₄）、ＣＨ_xＦ_y（例えばＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ）、ＮＦ₃など）を導入して発生するハロゲン化物ガスが多く使われる。また、ＨＢｒ／Ｏ₂プラズマ及びＨ₂／Ｎ₂プラズマなどが、エッチング対象の物質に応じて用いられることがある。

【0034】

チャンバ２１０の側面には、チャンバ窓２１１が形成されており、チャンバ２１０の内部が視認可能となっている。チャンバ窓２１１は、例えば石英ガラスやパイレックスガラスを用いて形成されており、例えば４００ｎｍ以上の波長の可視光はチャンバ窓２１１を透過する。

【0035】

チャンバ窓２１１の近傍には集光器２２１が設置され、集光器２２１は、チャンバ窓２１１を介してチャンバ２１０内の光を集光し、光ファイバを介してモニタリング装置２２０へ送出する。集光器２２１は、チャンバ窓２１１を透過する光を集光するため、例えば４００ｎｍ以上の波長の可視光を集光する。

【0036】

モニタリング装置２２０は、集光器２２１が集光した光を光学センサによって検知し、検知された光の波長及び光量などを測定する。そして、モニタリング装置２２０における測定結果に従って、チャンバ２１０内のプラズマ発生条件などが変更される。

【0037】

ここで、チャンバ２１０内の静電チャック１００はエッジリング１３０を備えるため、チャンバ２１０内でプラズマの発生に伴ってウェハ２０１に紫外線が照射されると、エッジリング１３０がフォトルミネセンス光を発する。すなわち、ウェハ２０１に照射される紫外線がエッジリング１３０にも照射され、紫外線とは異なる波長の可視光がエッジリング１３０から発生する。このため、集光器２２１がチャンバ窓２１１を介してチャンバ２１０内から集光することにより、エッジリング１３０の発光を監視してチャンバ２１０内での紫外線の発生状況をモニタリングすることができる。エッジリング１３０は、例えば波長が２００ｎｍ以下の真空紫外領域の電磁波が照射された場合にも発光するため、チャンバ窓２１１を透過しない波長の紫外線がチャンバ２１０内で発生する場合にも、その発生状況をモニタリングすることができる。

【0038】

以上のように、本実施の形態によれば、ランタノイド元素であるセリウムを材料に含むエッジリングを形成し、ウェハを吸着するセラミック板の外周にエッジリングを嵌合して静電チャックを形成する。このため、静電チャックが吸着するウェハに紫外線が照射される場合には、エッジリングが紫外線とは異なる波長のフォトルミネセンス光を発し、紫外線の発生が検知可能となる。したがって、プラズマエッチング工程のように紫外線が発生し得る半導体製造プロセスにおいて、静電チャックに吸着されたウェハが設置されるチャンバ内の紫外線の発生状況をチャンバ窓からモニタリングすることができる。

【0039】

なお、上記一実施の形態においては、静電チャック１００を構成するエッジリング１３０がランタノイド元素を材料として形成されるものとしたが、静電チャック１００を構成する他の部材がランタノイド元素を材料として形成されても良い。具体的には、例えばベースプレート１１０又はセラミック板１２０や、図示を省略した他の静電チャック１００を構成する部材が、例えばセリウムなどのランタノイド元素を材料として形成されても良い。ただし、ランタノイド元素を材料として形成される静電チャック用部材は、静電チャックがウェハを吸着した状態で、完全にウェハによって覆われない部材であることが好ましい。

【0040】

また、上記一実施の形態に係る静電チャック１００は、液晶パネルの製造工程における構成膜の紫外線硬化プロセスや、ＥＵＶ（Extreme UltraViolet）リソグラフィ工程を含む半導体製造プロセスなどにも使用することが可能である。これらのプロセスにおいて静電チャック１００が使用される場合にも、静電チャック１００に吸着される対象物に紫外線が照射されるとエッジリング１３０が発光し、紫外線の発生状況をモニタリングすることが可能となる。

【符号の説明】

【0041】

１１０ ベースプレート
１１１ 冷媒通路
１２０ セラミック板
１２１ セラミック層
１２２ 電極
１３０ エッジリング
１４０ 接着層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】