JPH11111827A

JPH11111827A - 保持装置及び保持装置を装着した処理装置

Info

Publication number: JPH11111827A
Application number: JP27544297A
Authority: JP
Inventors: Jiyunichi Arami; 淳一荒見; Hiroshi Kawanami; 博河南; Shiyousuke Endou; 昇佐遠藤; Nobuyuki Suzuki; 信幸鈴木
Original assignee: AM TECHNOLOGY KK; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: AM TECHNOLOGY KK; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1999-04-23
Anticipated expiration: 2017-10-08
Also published as: JP4173212B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高温時にセラミックス静電チャックが高温で
割れたりヒータからはがれたりするのを防止できるよう
にした保持装置及びこの保持装置を使用する処理装置を
提供する。【解決手段】保持装置１は、セラミックス静電チャッ
ク１１と、ヒータ３と、この静電チャック１１とヒータ
３との間にこれらと接合して配設され静電チャック１１
とヒータ３との熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有する
熱膨張緩衝層６を具備する６とを具備し、処理装置１０
０，２００はこの保持装置１を装着して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、保持装置及びこ
の保持装置を備えた処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置であるエッチング装置、
ＣＶＤ装置及びスパッタリング装置などに用いる静電チ
ャック及びヒータを備えた保持装置においては、静電チ
ャックとヒータとが一体物として形成されている。即
ち、静電チャッキング用の櫛形電極と加熱用の渦巻き線
状の加熱体がセラミックス材に埋設されており、この一
体物が静電チャックとヒータとを兼ねたものになってい
る。この場合には、セラミックス材は、耐蝕性という観
点からは、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）であれば良いが、この
一体物は、電極と加熱体とが埋め込まれているために厚
くならざるを得ない。ところが、アルミナは熱伝導率が
悪く熱勾配が高いことと耐熱衝撃性が低いことのため
に、この一体物がこのように厚くなると割れてしまって
静電チャックとしてもヒータとしても使用できなくなる
という不具合があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、高
温になっても割れが生じにくく、静電チャックが熱歪み
によって金属製ヒータからはずれることもない、静電チ
ャック及びヒータを備えた保持装置とこの保持装置を備
えた処理装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明の保持装置は、加熱体が埋
設された板状の金属製のヒータと、セラミックス製の板
状の静電チャックと、前記ヒータと前記静電チャックと
の間にこれらに接合されて設けられた熱膨張緩衝層とを
具備し、前記熱膨張緩衝層は、前記静電チャックの熱膨
張係数と前記ヒータの熱膨張係数との間の熱膨張係数を
有することを特徴とする。

【０００５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、ヒータの、静電チャックと反対側の表
面に熱膨張緩衝層と実質的に等しい熱膨張率を有する熱
膨張緩衝層を接合したことを特徴とする。

【０００６】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の発明において、熱膨張緩衝層の外表面を、静電
チャックと共に覆う保護層を設けたことを特徴とする。

【０００７】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれかの１に記載の発明において、熱膨張緩衝層を
セラミックス−金属複合体製にしたことを特徴とする。

【０００８】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明において、セラミックス−金属複合体を炭化珪素
−アルミニウム複合体、窒化アルミニウム−アルミニウ
ム複合体又はアルミナ−アルミニウム複合体で構成した
ことを特徴とする。

【０００９】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれかの１に記載の発明において、熱膨張緩衝層を
チタン製にしたことを特徴とする。

【００１０】請求項７に記載の発明は、請求項５又は６
に記載の発明において、静電チャックの材料はアルミ
ナ、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素であり、ヒータの
材料をアルミニウムとすることを特徴とする。

【００１１】請求項８に記載の発明の処理装置は、請求
項１乃至７のいずれかの１に記載の保持装置を装着して
成ることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態（以下、「実施形態」という）を詳述す
る。図１は本発明の保持装置の１実施形態を示し、図２
はこの保持装置の熱膨張緩衝層に適する材料の一つであ
る炭化珪素−アルミニウム複合体の炭化珪素とアルミニ
ウムとの体積比対線膨張係数特性を示し、図３及び図４
は、それぞれ、この実施形態の保持装置を用い、半導体
製造装置に属するエッチング装置及びＣＶＤ装置並びに
スパッタリング装置の実施形態である。

【００１３】図１に縦断面図で示すように、保持装置１
は、片面（図１では下面）中央に円筒フランジ部２が形
成された円盤状のヒータ３を有する。このヒータ３は、
窒化ホウ素ＢＮのような絶縁体の外被膜４で被覆された
渦巻状の線状加熱体５（例えば、カンタル線）を埋設し
た状態でアルミニウムを鋳造して形成される。ただし、
ヒータ３はアルミニウムに限らず、耐熱性と熱伝導率が
高い金属、例えば、ステンレススチールＳＵＳＣ３を用
いてもよい。

【００１４】ヒータ３の両端面８、９には、ヒータ３と
同径で互いに実質的に同厚の円盤状熱膨張緩衝層６，７
を接合する。これらの熱膨張緩衝層６，７の材質及び用
途は後に説明する。

【００１５】一方の熱膨張緩衝層６（図１では上側のも
の）の外面１０にヒータ３ないしは熱膨張緩衝層６と共
軸に円盤状の静電チャック１１の一端面（図１では下端
面）を接合する。この静電チャック１１は、櫛形の電極
１２，１３が埋設されているだけで、従来のもののよう
にヒータを内蔵しないから、例えば、従来の静電チャッ
クとヒータを一体にしたものの厚さの１／１０にするこ
とができる。

【００１６】静電チャック１１の材料は、熱衝撃性が高
く高熱によって歪みが生じても割れないことが望まし
い。ところが、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）は処理媒体又は活
性体と化学反応をしない利点があるが、熱衝撃性が低
く、肉厚が大きくなると熱による破損が生じやすいもの
である。しかし、アルミナでも、この場合のように肉厚
が小さくなると、高熱になっても割れを生じることがな
くなる。従って、この発明の静電チャック１１には、耐
熱衝撃性のよくないアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を用いること
ができる。だだし、この静電チャック１１の材料は、例
えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような他のセラミ
ックスであってもよい。

【００１７】上述の通り、静電チャック１１はセラミッ
クス製であり、ヒータ３は金属製であるから、両者の熱
膨張係数の差が非常に大きい。例えば、静電チャック１
１をアルミナ製にした場合、アルミナの線熱膨張係数は
７．８〜８．１ｘ１０^-6、ヒータ３をアルミニウム
製にした場合、アルミニウムの線熱膨張係数は２２〜２
４ｘ１０^-6で、両者の間に大差がある。そのため、
両者を高温で直接接合すると、冷却後、熱膨張係数の差
によって静電チャック１１とヒータ３とに反りが発生し
て静電チャック１１に歪みが生じてしまう。この結果、
静電チャック１１が割れてしまったりヒータ３からはが
れてしまったりする不具合が生じる。

【００１８】これに対して、静電チャック１１とヒータ
３との熱膨張係数の中間の熱膨張係数を持ち、かつ、耐
熱衝撃性の高いセラミックス−金属複合体を材料とする
熱膨張緩衝層６を静電チャック１１とヒータ３の間に設
けてそれぞれに接合させると、静電チャック１１とヒー
タ３との熱膨張係数の差は、静電チャック１１と熱膨張
緩衝層６との間の熱膨張係数の小さな差とヒータ３と熱
膨張緩衝層６との間の熱膨張係数間の小さな差に分散さ
れ、静電チャック１１にかかる熱膨張係数の差による応
力乃至は歪みが軽減され、静電チャック１１の破損やヒ
ータ３からのはずれを防止できる。なお、熱膨張緩衝層
６の厚さは、静電チャック１１及びヒータ３との熱膨張
係数の差によって熱膨張緩衝層６にかかる歪みを緩和す
るために、例えば、ヒータ３と同じ厚さにする。他方、
ヒータ３の、熱膨張緩衝層６と反対側の端面にも熱膨張
緩衝層６と同じ材質で同じ寸法の熱膨張緩衝層７が接合
されているが、これは、ヒータ３に熱膨張緩衝層６を接
合する時にヒータ３に曲りが生じるのを避けるためのも
のである。

【００１９】静電チャック１１が接合された上方の熱膨
張緩衝層６の外端面の、静電チャック１１が接合されて
いない部分と、下方の熱膨張緩衝層７の外端面と、両熱
膨張緩衝層６，７及びヒータ３の外周面とにアルミニウ
ムを鋳造して保護層１４を形成し、この保護層１４と静
電チャック１１とで熱膨張緩衝層６，７の外表面を完全
に覆う。そのため、保持装置１が半導体製造装置などの
処理装置の処理室内に設置されて、この処理室内に上述
の処理媒体（処理ガス）が導入された場合に、熱膨張緩
衝層６，７がこの処理媒体又は活性フッ素などのような
上述の活性体に接触することがない。従って、熱膨張緩
衝層６，７の材料は、熱膨張係数が上記の中間の値を持
つ限り、上述の処理媒体又は活性体と化学反応を起こす
ものであってもよい。なお、保護層１４は、処理媒体又
は活性フッ素などのような上述の活性体と化学反応を起
こさず、かつ、機械的強度が高い限り、例えば、ステン
レススチールＳＵＳ３のような金属、又は、セラミック
スのような他の材料であってもよい。

【００２０】保護層１４の、静電チャック１１と反対側
の端面（図１で下端面）の中央部に給電パイプ１５が設
けられている。また、熱膨張緩衝層６の中央部及びヒー
タ３の中央部及び円筒フランジ部２を他の給電パイプ１
６が貫通している。電極１２，１３からリード線１７が
給電パイプ１５，１６を貫通して延びており、加熱体５
からはリード線１８が給電パイプ１５を貫通して延びて
いる。これらのリード線１７，１８はそれぞれ所定の電
源（図示せず）に接続されている。

【００２１】熱膨張緩衝層６，７の材料は、例えば、炭
化珪素−アルミニウム複合体（ＳｉＣ−Ａｌ複合体）の
中からアルミニウムとアルミナとの線熱膨張係数の中間
の熱膨張係数を有する組成のものを選択するのが望まし
い。図２は、この炭化珪素−アルミニウム複合体（Ｓｉ
Ｃ−Ａｌ複合体）の炭化珪素とアルミニウムとの体積比
対線膨張係数特性を示す。炭化珪素−アルミニウム複合
体では、炭化珪素対アルミニウム体積比率が５０：５０
未満では、破損率が高くなり、この体積比が７５：２５
を越えると製造コストが急激に高くなるために、上述の
中間熱膨張係数として、炭化珪素対アルミニウム体積比
率が５０：５０乃至７５：２５の範囲のものが考えられ
る。

【００２２】他方、この体積比が５０：５０以上になる
と静電チャック１１と熱膨張緩衝層６との間の熱膨張係
数の差がヒータ３と熱膨張緩衝層６との間の熱膨張係数
の差の半分以下になる。そのため、静電チャック１１が
熱膨張緩衝層６によってヒータ３に接合された場合は、
静電チャック１１にかかる応力乃至は歪みが静電チャッ
ク１１をヒータ３に直接接合した場合の応力乃至は歪み
の実質的に半分以下になる。従って、５０：５０以上の
体積比の炭化珪素−アルミニウム複合体を静電チャック
１１の材料として用いれば、静電チャック１１の破損ま
たはヒータ３からのはがれを防止するのに効果的であ
る。

【００２３】以上の説明から理解されるように、静電チ
ャック１１の破損及びヒータ３からのはがれ防止と炭化
珪素−アルミニウム複合体の破損率及び製造コストを考
慮すれば、炭化珪素−アルミニウム複合体は、炭化珪素
対アルミニウム体積比率が５０：５０乃至７５：２５の
範囲のものが適切な中間熱膨張係数を有する熱膨張緩衝
層６，７の材料として採用できることになる。

【００２４】熱膨張緩衝層６，７の材料として適したも
のに、上記の炭化珪素−アルミニウム複合体の他に、例
えば、窒化アルミニウム−アルミニウム（ＡｌＮ−Ａ
ｌ）複合体、又は、アルミナ−アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃
−Ａｌ）複合体がある。窒化アルミニウム及びアルミナ
の熱膨張係数は、それぞれ、４．５ｘ１０^-6 及び
７．８〜８．１ｘ１０^-6（窒化炭素は４ｘ１０
^-6）であるが、これらの複合体体積比対線熱膨張係数特
性は両複合体とも炭化珪素−アルミニウム複合体の成分
の体積比対線熱膨張係数特性に類似のものであるから、
両複合体の成分の体積比の使用範囲は炭化珪素−アルミ
ニウム複合体の成分の体積比の使用範囲と実質的に同様
の範囲が選択される。なお、上記の中間的な熱膨張係数
を有する他のセラミックス−金属複合体も用いることが
できる。

【００２５】更に、熱膨張緩衝層６，７の材料として適
したものとして、チタン（熱膨張係数は８．６ｘ１
０^-6でアルミナの熱膨張率に近い）がある。他の金属で
もこの範囲の熱膨張率を有するものがあるが、活性フッ
素のプラズマに対する耐性が高い点でチタンが最適であ
る。

【００２６】以上の通り、本実施形態においては、静電
チャックとヒータを別体にすることにより、静電チャッ
クを薄く形成できるので、耐熱衝撃性が低いセラミック
スでも静電チャックの材料として使用できるという効果
がある。また、静電チャックはセラミックス製で、ヒー
タは金属製であることから両者の熱膨張係数の差が大き
いので、これらの間に両者の熱膨張係数の中間の熱膨張
係数を有する熱膨張緩衝層を間に挟んで両者を接合し、
高温時の熱膨張係数の差による静電チャックに発生する
歪みを小さくしてその破損及びヒータからのはがれを防
止できるという効果もある。さらに、熱膨張緩衝層の外
表面を処理媒体と化学反応を起こさない金属層で被覆し
ているので、熱膨張緩衝層は、前記の中間の熱膨張率が
得られる限りは、処理媒体と化学変化を起こすセラミッ
クス−金属複合体をもその材料とすることができるとい
う効果がある。加えて、ヒータは耐熱性と熱伝導性の高
い金属製であるから、熱を効率的に伝達できるという効
果もある。

【００２７】以上に、保持装置として、ヒータの上下面
に熱膨張緩衝層を接合し、熱膨張緩衝層の外表面を、静
電チャックと共に覆う保護層を具備するものについて述
べたが、ヒータの、静電チャックと反対側の表面の熱膨
張緩衝層と保護層がないもの、又は保護層がないものも
この発明の範囲に属する。

【００２８】次に、本実施形態の保持装置を用いる処理
装置を、半導体製造装置に属するエッチング装置、ＣＶ
Ｄ装置及びスパッタリング装置を実施形態として順次に
説明する。

【００２９】図３は、この発明の処理装置の１実施形態
であるエッチング装置の１例の縦断面図である。エッチ
ング装置１００は、アルミニウム等の処理容器１０１を
有する。この処理容器１０１内の処理室１０２内に、上
方電極１０３と、この下方に処理空間Ｓを隔てて静電チ
ャック１１を対向させた保持装置１が設けられている。
また、静電チャック１１上に、処理のつど、ウエハＷが
載置される。この保持装置１は図１を参照して説明した
ものと同じであるから、他の部分については図１の部分
と同一の参照番号を付して示しそれらの説明を省略す
る。上方電極１０３内にチャンバ状の処理ガスヘッダ１
０４が形成されており、これに処理ガス入口１０５が連
通している。上方電極１０３の下面部には処理ガスヘッ
ダ１０４と処理空間Ｓとを連通させる複数のガス孔１０
６が形成されている。また、処理容器１０１の側壁に処
理室１０２に通じる処理ガス排出口１０７が形成されて
いる。１０８は、所定の電源（図示せず）に上方電極１
０３を接続するリード線である。ウエハＷは、静電チャ
ック１１に載置された時に、リード線１０９を介して所
定の電源（図示せず）から電圧がかけられて、静電チャ
ック１１の電極１２，１３と協働する電極になり、これ
らの電極が作用する時には、ウエハＷが静電チャック１
１にチャックされる。

【００３０】次に、エッチング装置１００の作用を保持
装置１の作用と共に説明する。所定のエッチング用ガス
を、処理ガス入口１０５から処理ガスヘッダ１０４内へ
シャワー状に供給し、更に、上方電極１０３のガス孔１
０６から処理空間Ｓへ供給する。これと共に、エッチン
グが施されるべきウエハＷを静電チャック１１上に載置
した状態で、保持装置１の加熱体５にリード線１８を介
して通電してヒータ３を所定温度に加熱し、所定の電圧
をリード線１０９及び１７を介してウエハＷと保持装置
１の電極１２及び１３とにかけて静電チャック１１でウ
エハＷをチャックすると共に、リード線１０８，１７を
通じて上方電極１０３及び下方電極を構成する静電チャ
ック１１の電極１２，１３に所定の高周波電流を流す。
この状態で、処理空間Ｓの圧力を所定の低圧に維持する
と、この処理空間Ｓにプラズマが生じ、ウエハＷ表面に
エッチング用ガスによりエッチングが行われる。エッチ
ングの終了後、ウエハＷの拘束状態が解かれ、使用済み
のエッチング用ガスは処理ガス排出口１０７から排出さ
れる。最後に、ウエハＷを静電チャックから取り外すこ
とによってエッチング加工の１サイクルが完了する。

【００３１】この発明の処理装置の他の１実施形態であ
るＣＶＤ装置は、その構造がエッチング装置と基本的に
同じであるから、図３の機構をそのまま用いることがで
きるので、図３の装置１００を本発明のＣＶＤ装置の一
例とする。このＣＶＤ装置１００がエッチング装置１０
０と違う点は、処理ガスがＣＶＤ用処理ガスであり、こ
れによってウエハＷの表面にＣＶＤ処理が施されること
である。その他の構造及び作用はエッチング装置１００
と同じであるので、それらの説明は省略する。

【００３２】図４は、この発明の処理装置の更に他の１
実施形態であるスパッタリング装置の１例の縦断面図で
ある。スパッタリング装置２００は、アルミニウム等の
処理容器２０１を有する。この処理容器２０１内の処理
室２０２に、アルミニウム等のターゲット２０３と、そ
の上方に設けられたマグネット２０４と、ターゲット２
０３の下方に処理空間Ｓを隔てて静電チャック１１を対
向させた保持装置１とが設けられている。ウエハＷは処
理のつど、静電チャック１１上に載置される。処理容器
２０１の側面に互いに対向して処理ガス入口２０５及び
処理ガス排出口２０６が形成されている。２０７はウエ
ハＷを所定の電源（図示せず）に接続するリード線で、
上述のエッチング装置１００におけるリード線１０８と
同様に、ウエハＷに電極としての機能を与えこのウエハ
Ｗを静電チャック１１にチャックさせるために用いられ
る。

【００３３】次に、スパッタリング装置２００の作用を
保持装置１の作用と共に説明する。例えば、アルゴン
（Ａｒ）等の所定の不活性ガス（処理ガス）を、処理ガ
ス入口２０５から処理空間Ｓへ供給する。これと共に、
スパッタリングが施されるべきウエハＷを静電チャック
１１上に載置した状態で、保持装置１の加熱体５にリー
ド線１８を介して通電してヒータ３を所定温度に加熱
し、リード線２０７及び１７を介して所定の電圧を、そ
れぞれ、ウエハＷと保持装置１の電極１２及び１３にか
けて静電チャック１１でウエハＷをチャックすると共
に、処理空間Ｓ（処理容器２０１）内の所定の低圧に維
持しつつマグネット２０４を励磁する。このようにする
と、処理空間Ｓ内で上記不活性ガス（処理媒体）がプラ
ズマ化される。これによってターゲット２０３からター
ゲット２０３を構成しているアルミニウム等の物質の粒
子が叩き出され、ウエハＷ上にスパッタリングされる。
スパッタリング加工の終了後、ウエハＷの拘束状態が解
かれ、最後にウエハＷを静電チャック１１から取り外す
ことによってスパッタリング加工の１サイクルが完了す
る。

【００３４】

【発明の効果】この発明によれば、高温になっても割れ
が生じにくく、静電チャックが熱歪みによって金属製ヒ
ータからはずれることもない保持装置とこの保持装置を
備えた処理装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の保持装置の１実施形態の縦断概略図
である。

【図２】図１の保持装置の使用されている熱膨張緩衝膜
の材料の一種である窒化炭素−アルミニウム複合体の窒
化炭素とアルミニウムの体積比対線熱膨張係数の特性を
示すグラフである。

【図３】図１の保持装置を設けたエッチング装置及びＣ
ＶＤ装置の実施形態の縦断概略図である。

【図４】図１の保持装置を設けたスパッタリング装置の
縦断概略図である。

【符号の説明】

１保持装置３ヒータ５加熱体６，７熱膨張緩衝層１１静電チャック１２，１３電極１４保護層１００エッチング装置、ＣＶＤ装置１０１処理容器１０２処理室１０３上方電極１０４処理ガスヘッダ１０５処理ガス入口１０７処理ガス排出口２００スパッタリング装置２０１処理容器２０２処理室２０３ターゲット２０４マグネット２０５処理ガス入口２０６処理ガス排出口Ｓ処理空間Ｗウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者遠藤昇佐山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650番地東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者鈴木信幸静岡県沼津市足高字尾上232番地の26 株式会社エー・エム・テクノロジー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱体が埋設された板状の金属製のヒー
タと、セラミックス製の板状の静電チャックと、前記ヒ
ータと前記静電チャックとの間にこれらに接合されて設
けられた熱膨張緩衝層とを具備し、前記熱膨張緩衝層
は、前記静電チャックの熱膨張係数と前記ヒータの熱膨
張係数との間の熱膨張係数を有することを特徴とする保
持装置。
【請求項２】前記ヒータの、前記静電チャックと反対
側の表面に前記熱膨張緩衝層と実質的に等しい熱膨張率
を有する熱膨張緩衝層を接合したことを特徴とする請求
項１に記載の保持装置。
【請求項３】前記熱膨張緩衝層の外表面を、前記静電
チャックと共に覆う保護層を設けたことを特徴とする請
求項１又は２に記載の保持装置。
【請求項４】前記熱膨張緩衝層は、セラミックス−金
属複合体製であることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかの１に記載の保持装置。
【請求項５】前記セラミックス−金属複合体は、炭化珪
素−アルミニウム複合体、窒化アルミニウム−アルミニ
ウム複合体又はアルミナ−アルミニウム複合体であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の保持装置。
【請求項６】前記熱膨張緩衝層は、チタン製であるこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの１に記載の
保持装置。
【請求項７】前記静電チャックの材料はアルミナ、窒
化アルミニウム又は窒化ホウ素であり、前記ヒータの材
料はアルミニウムであることを特徴とする請求項５又は
６に記載の保持装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかの１に記載の
保持装置を装着して成ることを特徴とする処理装置。