JPH09213773A - ウェハ保持部材及び耐プラズマ用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐食性に優れるとともにウェハ３０に悪影響を
及ぼしにくいウェハ保持部材を得る。 【解決手段】ウェハ３０の載置面１１ａを単結晶サファ
イアで形成しするとともに、体積固有抵抗が１０^-2Ω・
ｃｍ以下で厚みｔが１０μｍ以上のプラズマ発生用の電
極１２を備えてウェハ保持部材を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や液晶の製
造装置において、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェ
ハを保持・搬送するために使用するウェハ保持部材に関
し、またプラズマの発生する雰囲気中で使用する耐プラ
ズマ用部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程で、半導体ウェハに成膜
を施すＣＶＤ装置やそのウェハに微細加工処理を施すド
ライエッチング装置において、半導体ウェハの保持部材
としてサセプターや静電チャックが用いられている。

【０００３】静電チャックの構造は、図６に示すように
内部電極３２を備えた絶縁性の板状体３１を接着剤３６
で金属製のベース板３５に固着したものである。そし
て、板状体３１の表面にウェハ３０を載置し、不図示の
電源によって内部電極３２とウェハ３０間に電圧を印加
すれば、単極型の静電チャックとして作用し、ウェハ３
０を板状体３１の表面に吸着できるようになっている。

【０００４】また、プラズマ雰囲気を必要とするＣＶＤ
装置やドライエッチング装置で使用する場合は、ウェハ
３０の上方に上部電極３８を配置し、金属製のベース板
３５を下部電極として作用させ、これら上部電極３８と
ベース板３５間にプラズマ発生用電源３９から高周波電
圧を印加することによって、プラズマを発生させること
が行われている。

【０００５】上記静電チャックを構成する板状体３１の
材質としてはセラミックスが用いられており、例えばア
ルミナにチタンを添加して還元性雰囲気で焼成したもの
（特開昭６２−２６４６３８号公報参照）、チタン酸バ
リウム等の強誘電体材料で形成したもの（特開平２−３
３９３２５号公報参照）等がある。

【０００６】また、特にハロゲン系ガスのプラズマ雰囲
気中で使用される場合には、焼結助剤を添加した窒化ア
ルミニウム質セラミックスを用いることも提案されてい
る（特開平５−２５１３６５号公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体の高密度
化が進み、半導体ウェハと接触する静電チャック表面の
不純物やパーティクルがウェハに悪影響を及ぼすことが
問題となってきた。即ち、静電チャック中の不純物がウ
ェハに拡散したり、パーティクルがウェハに付着する
と、ウェハの歩留りが悪くなるという問題があった。

【０００８】例えばチタンを添加したアルミナセラミッ
クスや、チタン酸バリウム等の強誘電体セラミックスで
形成したものでは、上記不純物の問題を避けられず、ま
た結晶粒界がプラズマによってエッチングされて脱粒し
パーティクルを生じてしまうという不都合があった。

【０００９】一方、窒化アルミニウム質セラミックスで
形成したものでは、フッ素系プラズマに対しては優れた
耐食性を示すが、塩素系プラズマに対する耐食性はさほ
ど優れておらず、上記と同様に粒界成分がエッチングさ
れて脱粒し、パーティクルを生じるという問題があっ
た。

【００１０】また、図６に示すような構造の静電チャッ
クでは、ベース板３５を下部電極として用いることか
ら、発生したプラズマが板状体３１の側面に回りこみ、
接着剤３６等がプラズマに侵されてしまうという問題が
あった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、少なく
ともウェハを載置する面を単結晶サファイアで形成する
とともに、体積固有抵抗が１０^-2Ω・ｃｍ以下で厚みが
１０μｍ以上のプラズマ発生用電極を備えてウェハ保持
部材を構成したものである。

【００１２】また、本発明は、少なくともプラズマに曝
される部分をＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量が９９．９重量％以上の
単結晶サファイアで形成して耐プラズマ用部材を構成し
たものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明のウェハ保持部材の実
施形態を静電チャックを例にとって図によって説明す
る。

【００１４】図１に示す静電チャックは、単結晶サファ
イアからなる板状体１１の表面を吸着面１１ａとし、裏
面に電極１２を形成し、さらに絶縁性の基体１３に接着
剤１４で接合したものである。そして、この基体１３の
下面を金属製のベース板１５に接合材１６で接合し、ま
た上記電極１２の通電端子１７を絶縁スリーブ１７ａで
覆ってベース板１５の下面に導出している。

【００１５】ここで、上記電極１２はプラズマ発生用の
電極と静電吸着用電極を兼用したものである。即ち、板
状体１１の吸着面１１ａに載置したウェハ３０と、上記
電極１２間に静電吸着用電源２０より直流電圧を印加す
ると、単極型の静電チャックとして作用し、ウェハ３０
を吸着することができる。一方、ウェハ３０の上方に配
置した上部電極１８と上記電極１２間にプラズマ発生用
電源１９より高周波の交流電圧を印加するとプラズマを
発生させることができる。

【００１６】そして、本発明では、上記電極１２として
体積固有抵抗が１０^-2Ω・ｃｍ以下の材質を用い、その
厚みｔを１０μｍ以上とした点が重要である。即ち、電
極１２をプラズマ発生用電極として使用すると、プラズ
マ発生用電源１９から高周波の高電圧が印加されるた
め、電極１２が発熱又は断線してしまう恐れがある。そ
こで、種々実験の結果、電極１２の材質として体積固有
抵抗が１０^-2Ω・ｃｍ以下の導電性の高いものを用い、
かつ厚みｔを１０μｍ以上と大きくすることによって、
電極１２の抵抗値を小さくし、発熱や断線を防止するよ
うにしたのである。

【００１７】このような本発明の静電チャックは、板状
体１１が単結晶サファイアから成るため、結晶粒界が存
在しないことからプラズマ雰囲気中でもパーテイクルが
発生しにくく、不純物が極めて少ないことからウェハに
悪影響を及ぼすことが少ない。しかも、プラズマ発生用
の電極１２を板状体１１に直接形成してあることから、
プラズマの側面への回り込みを防止し、しかも簡単な構
造とすることができる。

【００１８】なお、上記静電チャックにおける板状体１
１の吸着面１１ａは、熱伝達性の点からは中心線平均粗
さ（Ｒａ）０．１μｍ以下の滑らかな面とすることが好
ましい。しかし、ウェハ３０と吸着面１１ａの間にＨｅ
ガスを流す場合は、Ｒａ０．２〜２．０μｍ程度の適度
な粗面とすることによって、Ｈｅが熱伝達を高める効果
がある。また、Ｒａ０．１μｍ以下で、吸着面１１ａに
溝を形成することもできる。即ち、図２に示すように、
吸着面１１ａの周囲は平坦面１１ｂとしておいて、その
内側にサンドブラストや超音波加工で縦横の溝１１ｃを
形成しておけば、この溝１１ｃにＨｅガスを流すことが
できる。なお、孔１１ｄはＨｅガスを供給するととも
に、ウェハ３０を剥がす際のリフトピンを導出するため
のものである。

【００１９】次に本発明の静電チャックの製造方法を説
明する。

【００２０】まず、Ａｌ₂ Ｏ₃ ９９．９重量％以上の原
料粉末をモリブデン製るつぼの中で高周波加熱で溶融
し、この溶融アルミナの表面にサファイアの種結晶を接
触させて、この種結晶を成長させながら徐々に引き上げ
て単結晶サファイア基板を製造し、この基板を所定形状
に加工して板状体１１を得る。

【００２１】この板状体１１の片面に電極１２を形成す
る際は、イオンプレーティング法によって厚み０．２μ
ｍの銅の膜を形成し、これを所望のパターンにエッチン
グした後、さらに銅をメッキするによって厚みｔが１０
μｍ以上の電極１２を形成する。

【００２２】なお、電極１２を成す具体的な材質として
は、銅以外に、銀、金、ニッケル、タングステン、モリ
ブデン、カーボン、インジウム等の単体あるいは化合物
等の体積固有抵抗が１０^-2Ω・ｃｍ以下のものを用いる
ことができ、板状体１１に形成する方法はメッキ以外
に、スクリーン印刷、メタライズ、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法
等で成膜したり、導電性接着剤やはんだ等の形で形成す
ることもできる。

【００２３】さらに、上記電極１２を形成した板状体１
１を基体１３に接着剤１４で接合する。ここで基体１３
は、アルミナセラミックスや単結晶サファイア等の絶縁
体からなるものであり、接着剤１４はエポキシ系、シリ
コーン系、ポリイミド系、フェノール系、ポリウレタン
系等を用いるが、熱膨張差を緩和できるようにシリコー
ンまたはポリウレタン等の柔軟性のあるものを用いるこ
とが好ましい。

【００２４】また、この基体１３の下面にアルミニウム
等のベース板１５を接合する場合は、ロウ付け等で接合
するが、熱膨張差を考慮してインジウムや銅等の柔軟性
のある金属のロウ材を接合材１６として用いることが好
ましい。あるいはシリコーン等の柔軟性のある接着材を
接合材１６として用いることもできる。

【００２５】次に、本発明の他の実施形態を図３に示す
ように、基体１３の上面に凹部１３ａを形成し、電極１
２を形成した板状体１１をこの凹部１３ａ内で接着剤１
４により接合することもできる。この場合、吸着面１１
ａの周囲に接着剤１４が露出することになり、吸着した
ウェハ３０で接着剤１４の露出部を覆えば接着剤１４の
腐食を防止できる。

【００２６】また、本発明では、少なくともウェハ３０
の載置面１１ａが単結晶サファイアからなっていればよ
い。そのため、図示していないが、例えば内部に電極を
埋設したセラミック製板状体の表面に単結晶サファイア
板を接合した構造とすることもできる。

【００２７】さらに、他の実施形態を図４に示すよう
に、板状体１１と基体１３を電極１２を介在させて接合
したものを、ベース板１５の上面に形成した凹部１５ａ
に嵌合し、接合材１６で接合することもできる。

【００２８】なお、以上の例では静電チャックについて
のみ述べたが、本発明は単にウェハを載置するだけのサ
セプターにも適用できる。即ち、図１に示す構造のまま
でプラズマ発生用の電極１２を備えたサセプターとする
ことができる。

【００２９】このように、本発明のウェハ保持部材と
は、ウェハを載置して、搬送・加工を行うためのサセプ
ターや静電チャックを指すものである。また本発明のウ
ェハとは、上述した半導体ウェハに限らず、液晶用ガラ
ス基板やその他のさまざまな板状体のものであれば良
い。

【００３０】また、上述したように単結晶サファイアは
プラズマ雰囲気中での耐食性に優れていることから、耐
プラズマ用部材として各種用途に使用することができ
る。ここで耐プラズマ用部材とは、プラズマ雰囲気中で
使用するような部材のことであり、具体的には上述した
静電チャックや、図５に示すようなウェハ３０を支持す
るサセプター２１等のウェハ保持部材、あるいはクラン
プリング、窓部材、シールドリング等である。

【００３１】ここで、単結晶サファイアは本来耐食性に
優れた材質であるが、特にプラズマに対する耐食性につ
いて他の材質に比べて顕著な効果があることを見出し
た。即ち、単結晶サファイアは結晶粒界が存在しない単
結晶体であるため多結晶セラミックスのように結晶粒界
がエッチングされることがなく、しかも不純物が極めて
少ないことから、特に耐プラズマ性に優れているのであ
る。

【００３２】また、単結晶サファイアの耐プラズマ性を
高くするためには、主成分を成すＡｌ₂ Ｏ₃ の含有量が
重要であり、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量９９．９重量％以上、好
ましくは９９．９５重量％以上とする。しかも、ウェハ
に対する悪影響を防止するためには、単結晶サファイア
中に含有するアルカリ金属、アルカリ土類金属及び重金
属の合計量を１００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

【００３３】

【実施例】実験例１ 本発明のウェハ保持部材として、図１に示す静電チャッ
クを試作した。板状体１１はＡｌ₂ Ｏ₃ ９９．９重量％
の単結晶サファイアで形成し、電極１２は銅で厚みｔを
３０μｍとした。一方比較例として、図６に示す静電チ
ャックを、板状体３１はチタンを含むアルミナセラミッ
クス（Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量９３重量％）で形成して用意し
た。いずれも、直径６インチのウェハ用の寸法とし、ベ
ース板１５、３５にシリコーンで接合した。

【００３４】ＲＩＥ方式のエッチャー装置を使用し、プ
ラズマ発生用電源１９として１５００Ｗの高周波電圧を
用い、プロセスガスはＣＦ₄ を用いて、本発明実施例で
は電極１２と上部電極１８間に、比較例ではベース板３
５と上部電極３８間にそれぞれ電圧を印加して、ウェハ
３０のエッチング処理を行った。その後、パーティクル
カウンターによってウェハ３０上に存在するパーティク
ルの数を検出した。

【００３５】結果は表１に示す通りである。この結果よ
り、比較例に比べて本発明は極めてパーティクルを少な
くできることがわかる。特に本発明におけるパーティク
ルをなす元素のうち、Ｆはプロセスガスから発生し、Ａ
ｌとＦｅはチャンバー構成部材から発生し、ＣとＳｉは
接着剤１４から発生するものであって、板状体１１から
発生するパーティクルは存在しなかった。また、接着剤
１４から発生するＣとＳｉの量が少ないことから、接着
剤１４の腐食を防止できることもわかる。

【００３６】

【表１】

【００３７】実験例２ 次に、図１に示す本発明の静電チャックにおける電極１
２の厚みｔを５、８、１０、２０μｍと変化させ、また
電極１２の材質として銅系のペーストを用いてその体積
固有抵抗を１０^-5、１０^-3、１０^-2、１０^-1Ω・ｃｍと
変化させたものを用意した。いずれも、電極１２は板状
体１１の裏面にスクリーン印刷で形成して焼き付けた。
これらの静電チャックを水を循環して冷却できるベース
板１５にシリコーン接着剤からなる接合材１６で接合し
た。

【００３８】それぞれ、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧
２ｋＷを印加してウェハ３０のエッチング処理を行った
後、ウェハ３０とベース板１５との温度差を測定する実
験を行った。

【００３９】結果は表２に示す通りである。この結果よ
り、Ｎｏ．１，２では電極１２の厚みｔが１０μｍ未満
であるため、プラズマ発生時の電流によって電極１２が
断線し、それが板状体１１のクラックに進展した。ま
た、Ｎｏ．８では体積固有抵抗が１０^-2Ω・ｃｍより大
きいため電極１２自体が発熱してしまい、充分な冷却効
果がなかった。

【００４０】これらに対し、電極１２の厚みｔを１０μ
ｍ以上とし、体積固有抵抗が１０^-2Ω・ｃｍ以下の本発
明実施例（Ｎｏ．３〜７）では、高周波電圧を印加して
も充分な冷却効果が得られることがわかった。

【００４１】

【表２】

【００４２】実験例３ 次にＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量を９９．９５％、９９．９％、９
９．７％、９９％に変化させた単結晶サファイアと多結
晶アルミナセラミックスによって図５に示すサセプタ２
１を試作した。それぞれ、シリコンのウェハ３０を載置
して塩素系ガスのプラズマ中でドライエッチングを施し
た。その後、ウェハ３０表面上に存在するパーティクル
数と半導体チップの最終歩留りを比較した。

【００４３】塩素系ガスとしてはＣＣｌ₄ ガスを用い、
２０００Ｗの高周波出力で２分間エッチング処理を行っ
た。パーティクル数は０．３μｍ以上のものをカウント
し、半導体チップ歩留りについてはチップでの最終歩留
りを調査した。また、各データは１０枚の平均値とし、
半導体チップ歩留り９０％以上のものを耐プラズマ用部
材として適した材料であると判断した。

【００４４】結果を表３に示す。まず、Ｎｏ．５〜８の
多結晶体に比べてＮｏ．１〜４の単結晶体の方がパーテ
ィクル数が非常に少ないことがわかる。これは、単結晶
体が結晶粒界を有していないため、プラズマエッチング
されてもパーティクルを生じにくいためであると考えら
れる。

【００４５】また、単結晶体の場合、チップ歩留りを低
下させる要因は不純物量であり、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量を高
くすれば歩留りを高くできる。表１より、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含
有量を９９．９重量％以上とすれば、チップ歩留りを９
０％以上とすることができ、耐プラズマ用部材として適
していることがわかる。

【００４６】さらに、上記Ａｌ₂ Ｏ₃ 以外の不純物のう
ち、特に半導体チップに悪影響を及ぼす成分はアルカリ
金属、アルカリ土類金属及び重金属であって、これらの
成分の合計量は１００ｐｐｍ以下とすることが好まし
い。

【００４７】

【表３】

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ウェハを
載置する面を単結晶サファイアで構成したことによっ
て、耐食性に優れるとともにウェハに悪影響を及ぼしに
くい。また、体積固有抵抗が１０^-2Ω・ｃｍ以下で厚み
が１０μｍ以上のプラズマ発生用電極を備えてウェハ保
持部材を構成したことによって、高周波のプラズマ発生
用電圧を印加しても断線や発熱することなく良好に使用
できる。

【００４９】また、アルミナ含有量が９９．９重量％以
上の単結晶サファイアにより耐プラズマ用部材を構成し
たことによって、フッ素系や塩素系等のプラズマ雰囲気
中での耐食性に優れ、特にウェハ保持部材として用いれ
ばパーティクルの発生や不純物が少ないことからウェハ
に悪影響を及ぼすことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウェハ保持部材を示す概略断面図であ
る。

【図２】本発明のウェハ保持部材の吸着面を示す平面図
である。

【図３】本発明の他の実施形態を示す断面図である。

【図４】本発明の他の実施形態を示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施形態を示す断面図である。

【図６】従来のウェハ保持部材を示す断面図である。

【符号の説明】

１１：板状体 １２：電極 １３：基体 １４：接着剤 １５：ベース板 １６：接合材 １７：通電端子 １８：上部電極 １９：プラズマ発生用電源 ２０：静電吸着用電源 ２１：サセプター ３０：ウェハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェハを載置し加工、搬送等を行うための
   ウェハ保持部材であって、少なくともウェハ載置面を単
   結晶サファイアで形成するとともに、内部に体積固有抵
   抗が１０^-2Ω・ｃｍ以下で厚みが１０μｍ以上のプラズ
   マ発生用電極を備えてなるウェハ保持部材。
2. 【請求項２】プラズマ雰囲気中で使用する部材であっ
   て、少なくともプラズマに曝される部分をＡｌ₂ Ｏ₃ 含
   有量が９９．９重量％以上の単結晶サファイアで形成し
   てなる耐プラズマ用部材。