TW508717B - Electrostatic chucks and process for producing the same - Google Patents

Description

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發明所屬技術領域 本發明係有關於靜電夾頭及其製造方法 背景技術 現在，在被半導體晶圓的搬運、曝光 、 1、， H ，丄 * J程月以及洗淨、蝕刻、切割等的代表微細加工的各T程 ί從持半導體晶圓的靜電炎頭被使用*。通常； !=緣層的設置面突出的多數的突起或壓花部分，使： 二面(接觸面)與半導體晶圓相接觸。又，對絕緣声 面產生：！極施加直流電壓’在半導體晶圓與突起的接； :吸附接觸面上的半導體晶= 圓二;=起的接觸面(頂面)之面積，可提高半導體晶 發明所欲解決的課題 子的產 削而產 生的氮 是，將 或將低 圓有傳 圓將熱 此的場 對於靜電夾頭，晶圓反面(吸附面)上粒 成為問冑。粒子主要係附著在矽晶圓上後 等有機物、藉從靜電夫頭表面的脫粒而產 粒子在將晶圓吸附於靜電夾頭時亦會產生。 =:晶圓吸附在保持著高溫的靜電“ 「 &的晶圓吸附在低溫的靜電夾頭上時， ?的場合’晶圓在產生吸附力的過程中被加‘：曰: 膨脹’晶圓的背面與靜電夾頭的表面互相摩;；。： 7〇66-4446-Pf.ptd 第5頁 Μ 508717 五、發明說明（2) 合容易產生粒子。 的吸2開平7 —245336號公報中所公開的，陶兗靜電夾頭 曰m山认之凹凸部與矽晶圓相接觸時，硬度相對較低的矽 曰曰w由於被上述凹凸部削除，粒子因而產生，且， ^的附面上照射電衆以研削凹凸部，藉使微細的突起變 圓’而減少粒子的產生。 上吸ΐ石:平8 —559〇°號公報中所公開的，靜電夾頭 上附矽曰曰圓呤，藉使對靜電夾頭施加的電壓緩緩上昇， 而1矽晶圓與靜電夾頭接觸時的衝繫緩和，使起因於靜電 夾頭之吸附面的凹凸部的粒子產生減少。 、 的粒子產生的方法，'吏晶圓的背面與靜電夾頭 ”接觸面積減少。然而，此方法亦存在著問題。就 ^踢^與靜電夹頭之間通f流動著後侧氣流，如果晶圓 的及，力降低，則晶圓會藉後側氣流的壓力而浮起。因 此，晶圓的吸附力必須比後側氣流的壓力高出报多。 匕吸附力係接觸面積與接觸部分的每單位面積的吸附力 =藉因Ϊ果減少晶圓的背面與靜電失頭的表面的 =面積，與此相應的’必須增加每單位面積的吸附力， 為此，有增加例如施加電壓的必要。但是，如果增大抑位 面積的吸附力，晶圓被吸附後的晶圓熱膨脹曰= 上的剪斷應力將增加而產生脫粒。 加在曰曰固 ^氮化㈣子脫粒，此脫粒的粒子自体^粒子，妨 0的配線加工，不但降低晶片的製造成品率，而且 致靜電失頭的晶圓吸附特性之變化，使晶圓處理過程不安

duo/丄7 五、發明說明（3) 定。 層上備由氮化叙形成的介電層，此介電 *附後、由於晶圓的熱膨脹而引起的爽頭將晶圓 解決課題所用的手段 此介電；】：：下的特徵:具備由氮化鋁形成的介電層， 2心圓用的靜電爽頭。介電層的表面有 的比構成介電^ Γ均表面粗度，且具有覆蓋著此介電層 、，以上的 表面粗度電層的表面高度平滑化，將中心線平均 材料構成的膜上形成由別的硬質 成了本發明。吏上述拉子的產生明顯地減少，而達 明。以下，邊參照著第"、第2圖，邊對本發明加以說 電層5上，形者成最由初氧係化如第2圖所示，在由氮化銘形成的介 化來防止粒子的產±、呂構成的改質膜3，試著藉將表面強 狀態，使晶圓昇溫的侔：而，此場合中，在吸附著晶圓的 子的增加主要係“ft下，仍判明有粒子的產生。此粒 本發明者為防ίΪ23的剝離。 了認真的研討 ^負膜3的剝離而產生的粒子進打 ^過轾中，發現在形成改質膜之前介電層

五、發明說明（4) 介電表:係非常重要的。即i，發現藉精密研磨加工 形，使其中心線平均表面粗度— 粒子。貝；、的膜3，以此可防止上述膜的剝離而產生的 可能Π，確，得到如此效果的理由，但以下的推論係 社曰抑；^夕疋，虱化鋁的表面如第1圖模式地所示，每個 有高度差。換言之，特別是，粒子間的 i 5$上塗子敷例者二小的段差2。因Λ，如第2圖所*的，介電 二、塗敷例如乳化鋁層3，本為底層的氮化鋁5成表面形 、，被塗敷的氧化鋁3的表面微小地產生段差4。即就是， 介電層5的表面的段差2上，段差2被追蹤的狀態下形成膜 3。如此般地，在銳利的段差4的周圍，膜3係相對於在第2 圖中對橫向的剪斷力比較弱。因此，將晶圓吸附於靜電夾 頭後，如果晶圓熱膨脹，則被認為容易產生膜的剝離。 於此，氮化鋁粒子1的平均粒徑通常係i VmdOOO·) 以上，且2//m(2000nm)以上的亦較多。與此相對，介電層 5的表面之中心線平均表面粗度原來係3〇 — 5 〇ηπι左右。因 此，粒子1的表面1 a上，即使存在著段差，此段差之大小 與粒徑相比應該足夠小，所以，對粒子產生的影響，通常 可不予以考慮。又，在介電層5上的層3未形成的狀態下， 试著進行粒子產生的貫驗’介電層5之中心線平均表面粗 度係50nm的場合，及25nm以下的場合，粒子的產生量不 變。因此，如果是中心線平均表面粗度係大約5〇nm以下的 平滑面，對於粒子的產生無影響。且，介電層上形成的表

508717 五、發明說明（5) 之中預測城，藉使作為底層的介電層的表面 = : 粗度有稍微的變化，發現對表面層3的 , 谷易度，及粒子的產生量有顯著的影響。 實施形態下，表面層3的厚度曰為__上。 又表面層3的厚度若超過5 /ζπι、由於對表面声3 循裱，藉此熱循環的膜的剝離容易產 a ”、、 最好係3 Am以下。 攸此銳點出發， 所謂比氮化鋁更硬質的材料’係指維氏硬 :土的。料如此的材質，最好用氧化鋁氧 禝合材料、DLC(像金剛石的碳）、金剛石等。有乳化鋁的 作為比氮化|呂更硬質的材料，将 學氣相成長法所形成的)氧化銘系的陶莞 複合材料、像金剛石的碳以及金剛石所彤3乳匕鋁的 的材料。相對於氟氣體等的函素系腐蝕性t體：J擇二 的耐蝕性之觀點看，最好係氧化-從表面層 的複合材料。 s糸的陶是、含有氧化銘 在含有氧化鋁系陶瓷的複合材料中， 合的材料，最好係氧化鈣、氧化鎂 ：二氧化鋁複 物。 乳化紀專的金屬氧化 構成氮化鋁的氮化鋁粒子的平均粒徑最 1 〇 // m以下。 取好係1 // m以上 靜電夾頭用的電極材質並一^ 508717 五、發明說明（6) 铜與鶴的合 例如氦氣、 竟或金屬，但最好係高融點金屬 金特別適合。 如錮、鎢 —a作為後側氣流，可使用眾所週知的 鼠氣、氦氣與氬氣的混合氣體。 瑕 本發明中’至少在介電層成形、燒 ^ 的表面精密研磨加工，使表面之中心g 之後，將介電層 25nm以下。雖然此氮化鋁的製二^二均表面粗度係 氧化劑的懸浮液之拋光加工法係最好。 ’使用了含 此後，在介電層5的表面由比構成介 硬質的材料所形成的、厚度20 0nm以上的 表面層的成形方法雖不受限定，可傕用勝 J 1文用/賤鍍法、化學翕知 成長法、物理氣相成長法等。 〃 於此，形成表面層3之前，最好對介電層5的表面“進 行惰性氣體的逆濺鍍。作為此惰性氣體，氬氣特別適合。 藉此逆錢鍍’可使介電層的表面清淨化，因此，提高表面 層3與介電層5的緊密結合性。 此時，藉使逆濺鍍所用的惰性氣體氣氛中含有氧氣， 逆濺鍍時，使介電層的表面稍微被氧化，更可提高介電層 與表面層（例如氧化鋁膜）之間的緊密結合性。 惰性氣體氣氛中所含的氧氣的摩爾比最好係 卜20m〇l% 〇 【實驗例】（實驗1) 使氮化铭粉末成形，並使圓板形狀的成形體成形。接

7066-4446-Pf.ptd 第10頁 508717 發明說明（7) 著’於此成形體上’配置由鉬形成的内部電極，進而在此 之上充填氮化銘粉末並再度成形，得到埋設著内部電極的 IB Μ狀的成形體。接著，藉將此成形體在氮氣的氣氛中燒 結’製造埋設著内部電極的、直徑必75mm、厚度lmm的、 圓盤狀的靜電夾頭。 接著’對介電層3的表面進行拋光加工。拋光加工後 的中“線平均表面粗度如表1所示，拋光加工時，變更了 構成懸浮液的氧化鋁粒子的粒徑、氧化劑種類、懸浮液的 pH等條件。 於各試料的背側塗上了導電性糊膠。在加埶到4〇〇艽 的直徑75丽的矽晶圓上，載放附著導電性糊膠的試料（室 溫），於晶圓及導電性糊膠之間施加± 5〇(^〇1七的直流電 m圓吸附於靜電夾頭。•著，用掃描型電子顯微 鏡^吸附後的晶圓的5〇nm2的區域進行觀察，評價脫粒的 個數。其結果如表1所示。

观717

五、發明說明（8)

【表1】 中心線平均表面粗度 晶圓上脫粒的個數 (Ra) (nm) (個/mm2) 320 1.5 51 0.8 35 0.9 25 1.1 18 0.7 從表1可推知，中心線平均表面粗度320〜I8nm的範圍 内，脫粒數無顯著變化。即使介電層的表面之中心線平均 表面粗度係2 5nm以下，亦未發現有較大的減少。 二 (實驗2) =驗1同樣地，使各中心線平均表面粗度如表2所示 的介電層進行加X。接著，對各靜電夾頭試料 :鍍：將高純度氧化紹成膜。此時1試料設置在氬氣的 逆=法使介電層表面清淨化。並使良氣的氣 氧化㈣鍍，形成厚度^的膜f。條件下將高純度 同樣地，測定晶圓上的脫粒數。、對於各試料’與實驗1 錢鐘條件 壓力·· IPa

7〇66-4446-Pf.ptd 第12頁 508717 五、發明說明（9)

出力：400W 基板溫度：3 0 〇 °C 【表2】 中心線平均表面粗度 (Ra) (nm) 晶圓上脫粒的個數 (個/mm2) 320 1.1 52 0.9 34 0.5 25 0.0 17 0_0 從表2可推知，藉將氧化銘膜的底層之中心線平均表 面粗度2 5 nm以下，成功地使晶圓上的脫粒〇個/ mm2。特別 係’中心線平均表面粗度320nin、52nm、34nro的場合，即 使其上形成氧化鋁膜，與實驗1的無氧化鋁膜相比，晶圓 的脫粒數幾乎無變化。但是，使中心線平均表面粗度託· 以下’且没置氧化膜的場合，晶圓上的脫粒顯著 個/mm2。 υ (實驗3) 與實驗2進行同樣的實驗。然而，使成為底層的介電 層的加工後之中心線平均表面粗度為20nm。又，使氧化鋁

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五、發明說明（10) 膜3的厚度變化在〇.5//m - 10//m之間。 【表3】 表面層3的厚度 (β m) 晶圓上脫粒的個數 (個/mm2) 0.5 0.0 1.0 0.0 2.0 0.0 5.0 0.0 10.0 0.2 一 從表3可推知，即使使表面層的厚度為1 〇 # m，晶圓上 脫粒數雖可抑制成〇 · 2個/mm2，但為使脫粒數成0 · 〇個 /mm2，表面層的厚度最好係5 以下。 發明的效果 如上所述，根據本發明，具備由氮化鋁形成的介電 層’此介電層上有吸附晶圓用的靜電夾頭，可防止用靜電 夾頭將晶圓吸附後、由於晶圓的熱膨脹而引起的粒子產 生。 圖式簡單說明

7〇66-4446-Pf.ptd 第14頁 508717 五、發明說明（11) 第1圖係模式地顯示將介電層5研磨加工後的狀態之剖 面圖。 第2圖係模式地顯示將介電層5研磨加工、介電層5上 形成了表面層3的狀態之剖面圖。 符號說明 1〜氮化鋁粒子； 1 a〜粒子的表面（介電層的表面）； 2〜介電層的段差；3〜表面層； 4〜表面層的段差；5〜介電層。

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Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1 · 一種靜電夾頭，旦備由备 介電層上吸附晶圓用；’、 鋁形成的介電層，在此 其特徵在於： 上述介電層的表面有2 5nm以u 度，且具有覆蓋著此介電層的勺中心線平均表面粗 電層的氮化鋁更硬質的材料而：二二2由比構成上述介 面層。 阳也成的厚度20〇nm以上的表 2·如申請專利範圍第丨項所 一 述氮化銘更硬質的材料，係從、好電夾頭中比上 銘的複合材料、像金剛石的碳 2糸的陶瓷、、含有氧化 出的材料。 金剛石所形成的群中選 3·如申請專利範圍第丨或2項 成上述氮化鋁的氮化鋁粒子的平f的希電夾頭，其中構 人4· 一種靜電夾頭的製造方法：製。/ 的介電層，而在此介電層上^ 一備由鼠化鋁形成 其特徵在於： 及附晶圓用的靜電夾頭； 使上述介電層的表面的中心 下後，此介電層的上述表面，由比 句表面粗度為25nm以 紹更硬質的材料而形成的厚产構成上述介電層的氮化 著。 nmj^上的表面層所覆蓋 5·如申請專利範圍第4項所述 法，其中比上述氮化鋁更硬質的静電夾頭的製造方 究：含有氧化鋁的複合材料、像金岡c氧化铭系的陶 形成的群中選出的材料。 4 +的碳以及金剛石所

   六、申請專利範圍 、6·如申請專利範圍第4或5項 法’其中構成上述氮化鋁的 、的靜電夾頭的製造方 # m ° 1呂粒子的平均粒徑係卜1 0 7·如申請專利範圍第4 法，其中在形成上述表面厣=所述的靜電夾頭的製造方 行惰性氣體的逆濺鍵。㈢之前，對上述介電層的表面進 8·如申請專利範圍第 法，其中進行上述惰性t員所述的靜電夾頭的製造方 中含有氧氣。 氣體的逆丨賤鐘時，使上述惰性氣體

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