JPH11176919A - Electrostatic chuck - Google Patents
Electrostatic chuckInfo
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- JPH11176919A JPH11176919A JP33674297A JP33674297A JPH11176919A JP H11176919 A JPH11176919 A JP H11176919A JP 33674297 A JP33674297 A JP 33674297A JP 33674297 A JP33674297 A JP 33674297A JP H11176919 A JPH11176919 A JP H11176919A
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- dielectric layer
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- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置や電子
デバイス部品の製造に代表される微細プロセスにおい
て、薄膜形成やパターニングに広く使用されているＣＶ
Ｄ装置、スパッタ装置、エッチング装置等の処理チャン
バ内に設けられる静電チャックに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CV that is widely used for forming and patterning a thin film in a fine process represented by the manufacture of semiconductor devices and electronic device parts.
The present invention relates to an electrostatic chuck provided in a processing chamber such as a D apparatus, a sputtering apparatus, and an etching apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体装置の製造工程で用いられている
ＣＶＤ装置、スパッタ装置、エッチング装置等において
は、装置内においてウエハを処理するうえで当該ウエハ
を所定位置に固定するためのステージとして、静電吸着
式のステージ、すなわち静電チャックが設けられてい
る。静電チャックは、アルミニウムやステンレス等の金
属材料からなる電極基台と、この上面に設けられた誘電
体層とを備えてなる。この誘電体層は、セラミクスやポ
リイミドフィルムからなり、上記電極基台上に接着また
は溶射法によって設けられる。また、電極基台には、直
流電源が接続されている。この静電チャックによれば、
直流電源から電極基台に直流電圧を印加してその上面の
誘電体層を誘電分極させることで、当該誘電体層の表面
に吸着力が生じてウエハを吸着保持できるようになる。2. Description of the Related Art In a CVD apparatus, a sputtering apparatus, an etching apparatus, and the like used in a manufacturing process of a semiconductor device, a stage for fixing the wafer at a predetermined position in processing the wafer in the apparatus is used as a static stage. An electro-adsorption type stage, that is, an electrostatic chuck is provided. The electrostatic chuck includes an electrode base made of a metal material such as aluminum or stainless steel, and a dielectric layer provided on an upper surface thereof. This dielectric layer is made of ceramics or a polyimide film, and is provided on the electrode base by an adhesive or thermal spraying method. A DC power supply is connected to the electrode base. According to this electrostatic chuck,
By applying a DC voltage from a DC power supply to the electrode base to dielectrically polarize the dielectric layer on the upper surface thereof, a suction force is generated on the surface of the dielectric layer, and the wafer can be suction-held.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では、
半導体装置の製造プロセスの多様化及びさらなる高精度
化から、上記装置内においてウエハを高温または低温で
保持する必要性が生じ、静電チャックに温調機能を持た
せたいといった要求がなされている。しかし、上記構成
の静電チャックにそのまま温調機能を付加した場合に
は、電極基台を構成する材料と誘電体層を構成する材料
との間の線膨張係数の違いから、例えば常温から高温の
間で温度が移行した際に、当該電極基台と誘電体層との
界面に大きな力が加わり、剥がれや割れが生じてしま
う。However, in recent years,
With the diversification of the manufacturing process of semiconductor devices and the further increase in accuracy, it has become necessary to hold wafers at high or low temperatures in the above-mentioned devices, and there has been a demand that electrostatic chucks have a temperature control function. However, when the temperature control function is added to the electrostatic chuck having the above configuration as it is, a difference in linear expansion coefficient between the material forming the electrode base and the material forming the dielectric layer causes, for example, a normal temperature to a high temperature. When the temperature shifts between the conditions, a large force is applied to the interface between the electrode base and the dielectric layer, and peeling or cracking occurs.
【０００４】そこで、特に高温処理用の静電チャック
は、電極基台上に誘電体層をネジ止めし、電極基台内部
やその下層にヒータや高温流体の循環路を設けた温調機
能層を配置した構成になっている。しかしながら、この
ような構造では、電極基台と誘電体層との間の熱伝導効
率が悪くなり、誘電体層上に吸着させたウエハの温度制
御が不安定になる。特に、減圧処理が行われる処理チャ
ンバ内に設けられる静電チャックにおいては、電極基台
と誘電体層との界面が真空遮断されてしまい、この界面
における熱伝導効率の悪化はより顕著になる。このた
め、例えばプラズマ処理を行う装置では、プロセス中に
おいてウエハがプラズマから受けた熱を電極基台から放
出できなくなり、ウエハ温度が設定値よりも上昇して所
望の処理結果を得ることができないといった問題が生じ
る。[0004] Therefore, in particular, an electrostatic chuck for high-temperature processing has a temperature control function layer in which a dielectric layer is screwed onto an electrode base and a heater and a circulation path for a high-temperature fluid are provided inside or below the electrode base. Is arranged. However, in such a structure, the heat conduction efficiency between the electrode base and the dielectric layer is deteriorated, and the temperature control of the wafer adsorbed on the dielectric layer becomes unstable. In particular, in an electrostatic chuck provided in a processing chamber in which a decompression process is performed, the interface between the electrode base and the dielectric layer is cut off in vacuum, and the heat conduction efficiency at this interface becomes more remarkable. For this reason, for example, in a device that performs plasma processing, heat received from the plasma by the wafer during the process cannot be released from the electrode base, and the wafer temperature rises above a set value and a desired processing result cannot be obtained. Problems arise.
【０００５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、ウエハ温度を高精度に制御することが可
能な静電チャックを提供することを目的としている。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has as its object to provide an electrostatic chuck capable of controlling a wafer temperature with high accuracy.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の静電チャックは、金属アルミニウムとセラミ
クスとの複合材料からなる基台上に、焼結セラミクスか
らなる中間層をロウ付けし、さらにこの中間層上に電極
層を介してセラミクスからなる誘電体層を設けた構成に
なっている。上記誘電体層は、溶射法または上記電極層
をロウ材として用いたロウ付けによって当該電極層上に
設けられている。According to the present invention, there is provided an electrostatic chuck in which an intermediate layer made of sintered ceramics is brazed on a base made of a composite material of metal aluminum and ceramics. Further, a dielectric layer made of ceramics is provided on the intermediate layer via an electrode layer. The dielectric layer is provided on the electrode layer by thermal spraying or brazing using the electrode layer as a brazing material.
【０００７】上記構成の静電チャックでは、金属アルミ
ニウムとセラミクスとの複合材料からなる基台と焼結セ
ラミクスからなる中間層とセラミクスからなる誘電体層
とがロウ付けまたは溶射法によって全面接着された状態
になっていることから、各層間における熱伝導効率が確
保される。しかも、基台が金属アルミニウムとセラミク
スとの複合材料で構成されていることから、誘電体層の
熱が中間層を介して基台から効率良く放熱される。ま
た、材質的に線膨張係数が近いものが選択されると共
に、基台を構成する金属アルミニウムとセラミクスとの
複合材料の混合バラツキによって局所的な線膨張係数の
差が生じても、均質な焼結セラミクスからなる中間層が
緩衝材となって、上記局所的な線膨張係数の差による熱
応力が吸収される。このため、温度変化によって、誘電
体層に割れや剥がれが生じることが防止される。In the electrostatic chuck having the above structure, a base made of a composite material of metal aluminum and ceramics, an intermediate layer made of sintered ceramics, and a dielectric layer made of ceramics are entirely bonded by brazing or thermal spraying. Since it is in the state, the heat conduction efficiency between the layers is ensured. Moreover, since the base is made of a composite material of metallic aluminum and ceramics, heat of the dielectric layer is efficiently radiated from the base via the intermediate layer. In addition, materials having similar coefficients of linear expansion are selected. The intermediate layer made of the consolidation ceramics serves as a buffer, and absorbs the thermal stress due to the local difference in linear expansion coefficient. For this reason, it is possible to prevent the dielectric layer from cracking or peeling due to a temperature change.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１（１）は、本発明を適用した実
施形態の静電チャックの概略構成を示す側断面図であ
り、図１（２）は図１（１）におけるＡ部の拡大図であ
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a side sectional view showing a schematic configuration of an electrostatic chuck according to an embodiment to which the present invention is applied, and FIG. 1B is an enlarged view of a portion A in FIG.
【０００９】この図に示す静電チャック１は、半導体装
置の製造工程に用いられるＣＶＤ装置、スパッタ装置、
エッチング装置等の処理チャンバ内にウエハステージと
して設けられるものであり、特にはウエハに対して高温
処理を行うための処理装置に適用されるものである。こ
の静電チャック１は、円盤状の基台１１上に、ロウ付け
層１２、中間層１３、電極層１４及び誘電体層１５を下
層から順に積層してなるものである。The electrostatic chuck 1 shown in FIG. 1 includes a CVD device, a sputtering device,
It is provided as a wafer stage in a processing chamber such as an etching apparatus, and is particularly applied to a processing apparatus for performing high-temperature processing on a wafer. The electrostatic chuck 1 is formed by laminating a brazing layer 12, an intermediate layer 13, an electrode layer 14, and a dielectric layer 15 in this order on a disk-shaped base 11.
【００１０】上記基台１１は、金属アルミニウムとセラ
ミクスとの複合材料からなるものである。この基台１１
は、温調ジャケットとして構成され、上記装置の処置チ
ャンバ内においてはその下面や側面にヒータや高温流体
の循環路が形成された温調機能が設けられる（図示省
略）。これらのヒータや循環路は、基台１１に内設され
るような構成でも良い。さらに、この静電チャック１
が、プラズマ処理が行われる処理チャンバ内に配置され
るものである場合には、基台１１には高周波電源が接続
される。The base 11 is made of a composite material of metallic aluminum and ceramics. This base 11
Is configured as a temperature control jacket, and a temperature control function is provided in the treatment chamber of the above-described apparatus, in which a heater and a circulation path for a high-temperature fluid are formed on the lower surface and side surfaces thereof (not shown). These heaters and circulation paths may be configured to be provided inside the base 11. Furthermore, this electrostatic chuck 1
Is placed in a processing chamber where plasma processing is performed, a high frequency power supply is connected to the base 11.
【００１１】また、中間層１３は、焼結セラミクスから
なるものであり、ロウ付け層１２によって基台１１にロ
ウ付けされてなる。The intermediate layer 13 is made of sintered ceramics, and is brazed to the base 11 by the brazing layer 12.
【００１２】そして、電極層１４は、中間層１３と誘電
体層１５とをロウ付けするための導電性を有するロウ材
からなるか、またはチタン（Ｔｉ）やモリブデン（Ｍ
ｏ）のような中間層１３や誘電体層１５と線膨張係数が
近い金属材料で構成されている。この電極層１４には、
誘電体層１５の表面に吸着力を発生させるための静電吸
着用高圧電源が接続される。図示においては、静電チャ
ック１の吸着方式が単極式である場合を示した。このよ
うな単極式の場合には、この電極層１４は中間層１３上
にベタ付けされる。一方、上記吸着方式が双極式である
場合には、この電極層１４は中間層１３上にパターン形
成される。The electrode layer 14 is made of a conductive brazing material for brazing the intermediate layer 13 and the dielectric layer 15, or is made of titanium (Ti) or molybdenum (M
It is made of a metal material having a linear expansion coefficient close to that of the intermediate layer 13 and the dielectric layer 15 as shown in FIG. This electrode layer 14 includes
A high-voltage power supply for electrostatic attraction for generating an attraction force is connected to the surface of the dielectric layer 15. In the drawing, a case where the chucking method of the electrostatic chuck 1 is a single pole type is shown. In the case of such a unipolar type, the electrode layer 14 is solidly provided on the intermediate layer 13. On the other hand, when the adsorption method is a bipolar method, the electrode layer 14 is patterned on the intermediate layer 13.
【００１３】さらに、誘電体層１５は、溶射法または上
記電極層１４をロウ材として用いたロウ付け法によって
当該電極層１４上に設けられている。Further, the dielectric layer 15 is provided on the electrode layer 14 by a thermal spraying method or a brazing method using the electrode layer 14 as a brazing material.
【００１４】ここで、基台１１、中間層１３及び誘電体
層１５の線膨張係数は、上記中間層１３の線膨張係数が
基台１１及び誘電体層１５の線膨張係数に対して±４×
１０ -6／℃、望ましくは±３×１０-6／℃の範囲内の値
になるように設定されることとする。Here, the base 11, the intermediate layer 13, and the dielectric
The coefficient of linear expansion of the layer 15 is
± 4 × with respect to the linear expansion coefficient of the base 11 and the dielectric layer 15
10 -6/ ° C, preferably ± 3 × 10-6Value in the range of / ℃
It is set so that
【００１５】例えば、誘電体層１５の線膨張係数が６×
１０-6／℃である場合、中間層１３の線膨張係数は２×
１０-6／℃〜１０×１０-6／℃の範囲に、望ましくは３
×１０-6／℃〜９×１０-6／℃の範囲になるように設定
される。中間層１３を構成する材料として、上記範囲の
線膨張係数を有する材料の中から線膨張係数が８×１０
-6／℃の材料を選択した場合、基台１１の線膨張係数は
４×１０-6／℃〜１２×１０-6／℃の範囲に、望ましく
は５×１０-6／℃〜１１×１０-6／℃の範囲になるよう
に設定される。For example, the coefficient of linear expansion of the dielectric layer 15 is 6 ×
In the case of 10 −6 / ° C., the coefficient of linear expansion of the intermediate layer 13 is 2 ×
Within the range of 10 −6 / ° C. to 10 × 10 −6 / ° C., preferably 3
It is set so as to be in the range of × 10 −6 / ° C. to 9 × 10 −6 / ° C. As a material for forming the intermediate layer 13, a material having a linear expansion coefficient of 8 × 10
When a material of -6 / ° C. is selected, the coefficient of linear expansion of the base 11 is in the range of 4 × 10 -6 / ° C. to 12 × 10 -6 / ° C., preferably 5 × 10 -6 / ° C. to 11 ×. It is set to be in the range of 10 -6 / ° C.
【００１６】さらに、誘電体層１５が溶射法によって電
極層１４上に設けられるものである場合、すなわち誘電
体層１５が溶射膜である場合には、上記条件に加えて電
極層１４の線膨張係数が中間層１３及び誘電体層１５の
線膨張係数に対して±４×１０-6／℃、望ましくは±３
×１０-6／℃の範囲内の値になるように設定されること
とする。ただし、電極層１４が誘電体層１５をロウ付け
するためのロウ材からなる場合には、この電極層１４の
線膨張係数を特に規定する必要はない。Further, when the dielectric layer 15 is provided on the electrode layer 14 by thermal spraying, that is, when the dielectric layer 15 is a sprayed film, the linear expansion of the electrode layer 14 The coefficient is ± 4 × 10 −6 / ° C., preferably ± 3 with respect to the linear expansion coefficient of the intermediate layer 13 and the dielectric layer 15.
It shall be set to a value within the range of × 10 -6 / ° C. However, when the electrode layer 14 is made of a brazing material for brazing the dielectric layer 15, it is not necessary to particularly define the coefficient of linear expansion of the electrode layer 14.
【００１７】以上のような線膨張係数が得られる各層を
構成する材料として、以下のような各材料が用いられ
る。基台１１を構成する金属アルミニウムとセラミクス
との複合材料中におけるセラミクスとしては、酸化アル
ミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、炭化硅素（ＳｉＣ）、窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）またはコージェライト等が用いら
れる。これらの複合材料中におけるセラミクスの混合比
（体積％）は、以下の通りである。 酸化アルミニウム；４０％〜８０％、 炭化硅素 ；４０％〜８０％、 窒化アルミニウム；４０％〜８０％、 コージェライト ；３０％〜８０％。The following materials are used as materials for forming each layer having the above-described coefficient of linear expansion. As ceramics in a composite material of metallic aluminum and ceramics constituting the base 11, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), cordierite, or the like is used. The mixing ratio (volume%) of the ceramics in these composite materials is as follows. Aluminum oxide: 40% to 80%, silicon carbide: 40% to 80%, aluminum nitride: 40% to 80%, cordierite: 30% to 80%.
【００１８】中間層１３を構成する焼結セラミクス材料
としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは
炭化硅素等が用いられる。As the sintered ceramic material constituting the intermediate layer 13, aluminum oxide, aluminum nitride, silicon carbide or the like is used.
【００１９】電極層１４がロウ材からなる場合におい
て、誘電体層１５を構成するセラミクス材料としては、
酸化アルミニウム、窒化アルミニウムが用いられる。誘
電体層１５が溶射膜である場合には、この誘電体層１５
として酸化アルミニウムが用いられる。When the electrode layer 14 is made of a brazing material, the ceramic material forming the dielectric layer 15 is as follows.
Aluminum oxide and aluminum nitride are used. When the dielectric layer 15 is a sprayed film, the dielectric layer 15
Used is aluminum oxide.
【００２０】上記構成の静電チャック１によれば、金属
アルミニウムとセラミクスとの複合材料からなる基台１
１と焼結セラミクスからなる中間層１３とセラミクスか
らなる誘電体層１５とがロウ付けまたは溶射法によって
全面接着された状態になっていることから、上記各層間
における熱伝導効率が確保される。しかも、基台１１が
金属アルミニウムとセラミクスとの複合材料で構成され
ていることから、誘電体層１５の熱が中間層１３を介し
てこの基台１１から効率良く放熱される。また、上記各
層を構成する材料として材質的に線膨張係数が近いもの
が選択されると共に、基台１１を構成する金属アルミニ
ウムとセラミクスとの複合材料の混合バラツキによって
局所的な線膨張係数の差が生じても、均質な焼結セラミ
クスかなる中間層１３が緩衝材となって、この差による
熱応力が中間層１３に吸収される。このため、常温と高
温との間の温度変化に起因して誘電体層１５に割れや剥
がれが生じることが防止される。According to the electrostatic chuck 1 having the above structure, the base 1 made of a composite material of metallic aluminum and ceramics.
1 and the intermediate layer 13 made of sintered ceramics and the dielectric layer 15 made of ceramics are bonded to each other by brazing or thermal spraying, so that the heat transfer efficiency between the respective layers is ensured. Moreover, since the base 11 is made of a composite material of metallic aluminum and ceramics, heat of the dielectric layer 15 is efficiently radiated from the base 11 via the intermediate layer 13. In addition, a material having a similar linear expansion coefficient is selected as a material constituting each of the layers, and a difference in local linear expansion coefficient due to a mixed variation of a composite material of metal aluminum and ceramics constituting the base 11. Occurs, the intermediate layer 13 made of homogeneous sintered ceramics serves as a buffer, and the thermal stress due to this difference is absorbed by the intermediate layer 13. For this reason, it is possible to prevent the dielectric layer 15 from being cracked or peeled off due to a temperature change between room temperature and high temperature.
【００２１】上記実施形態では、ウエハに対して高温処
理を行うための処理装置のウエハステージとして適用さ
れる静電チャックを説明した。しかし、本発明はウエハ
に対して低温処理を行うためのウエハステージにも適用
される。この場合、温調ジャケットとして機能する基台
１１の下面、側面またはその内部に、冷媒の循環路が設
けられることとする。このような場合であっても、上記
実施形態と同様に、熱伝導効率及び放熱効果が確保され
ると共に、常温と低温との温度変化に起因して誘電体層
１５に割れや剥がれが生じることが防止される。また、
低温から高温に掛けての範囲で処理装置に適用する場合
には、基台１１にヒータや冷媒の循環路等を設ければ良
く、同様の効果が得られる。In the above embodiment, an electrostatic chuck applied as a wafer stage of a processing apparatus for performing high-temperature processing on a wafer has been described. However, the present invention is also applied to a wafer stage for performing low-temperature processing on a wafer. In this case, a refrigerant circulation path is provided on the lower surface, the side surface, or the inside of the base 11 functioning as a temperature control jacket. Even in such a case, similarly to the above-described embodiment, the heat conduction efficiency and the heat radiation effect are ensured, and the dielectric layer 15 may be cracked or peeled off due to a temperature change between room temperature and low temperature. Is prevented. Also,
When the present invention is applied to a processing apparatus in a range from low to high temperatures, it is sufficient to provide a heater, a refrigerant circulation path, and the like on the base 11, and the same effect can be obtained.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上説明したように本発明の静電チャッ
クによれば、金属アルミニウムとセラミクスとの複合材
料からなる基台上に、焼結体セラミクスからなる中間層
と電極層とを介してセラミクスからなる誘電体層をロウ
付けまたは溶射法によって設けたことで、誘電体層から
基台までの熱伝導効果と基台からの放熱効果を確保でき
ると共に、基台材料の混合バラツキによる局所的な線膨
張係数の差に起因する各層の割れや剥がれを確実に防止
することができる。したがって、従来誘電体の割れや剥
がれが原因で行うことができなかった高温加熱における
高精度の温度制御を行うことができるようになり、半導
体装置の製造プロセスにおける制御性を高めることが可
能になる。As described above, according to the electrostatic chuck of the present invention, on the base made of a composite material of metallic aluminum and ceramics, an intermediate layer made of sintered ceramics and an electrode layer are interposed. By providing the ceramic dielectric layer by brazing or thermal spraying, the heat conduction effect from the dielectric layer to the base and the heat dissipation effect from the base can be ensured, and the local variation due to the variation in the mixing of the base material. Cracking and peeling of each layer caused by a difference in linear expansion coefficient can be reliably prevented. Therefore, high-precision temperature control in high-temperature heating, which could not be performed conventionally due to cracking or peeling of the dielectric, can be performed, and controllability in the semiconductor device manufacturing process can be improved. .
【図１】本発明における静電チャックの実施形態を説明
するための側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view illustrating an embodiment of an electrostatic chuck according to the present invention.
１…静電チャック、１１…基台、１３…中間層、１４…
電極層、１５…誘電体層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic chuck, 11 ... Base, 13 ... Intermediate layer, 14 ...
Electrode layer, 15 ... dielectric layer
Claims (1)
材料からなる基台と、 前記基台上にロウ付けされた焼結セラミクスからなる中
間層と、 前記中間層上に設けられた電極層と、 溶射法または前記電極層をロウ材として用いたロウ付け
によって当該電極層上に設けられたセラミクスからなる
誘電体層とを備えたことを特徴とする静電チャック。1. A base made of a composite material of metallic aluminum and ceramics; an intermediate layer made of sintered ceramics brazed on the base; an electrode layer provided on the intermediate layer; A dielectric layer made of ceramics provided on the electrode layer by a method or brazing using the electrode layer as a brazing material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33674297A JPH11176919A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Electrostatic chuck |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33674297A JPH11176919A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Electrostatic chuck |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11176919A true JPH11176919A (en) | 1999-07-02 |
Family
ID=18302310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33674297A Pending JPH11176919A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Electrostatic chuck |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11176919A (en) |
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