JP2003124298A

JP2003124298A - プラズマ支援ウェハー処理反応容器の二重静電チャックウェハーステージ

Info

Publication number: JP2003124298A
Application number: JP2001319257A
Authority: JP
Inventors: Wikuramanayaka Snil; ウィクラマナヤカスニル
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2003-04-25

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ウェーハ下面上のパーティクル汚染の問題を除
去し、反応容器におけるウェットクリーニング間の時間
を長くし、ウェーハ表面の温度の均一性とプロセスの化
学反応を改善する。【解決手段】二重静電チャック（ＥＳＣ）ウェハース
テージは、金属スラブ４の上に組み込まれた第１ＥＳＣ
１、誘電体プレートに組み込まれたユニポーラ構造を有
しかつ第１ＥＳＣの上に配置される第２ＥＳＣ２、複数
の凸部２１からなり、第２ＥＳＣの上面上のガスリザー
バ、第２ＥＳＣの上面上のガスリザーバにガスを供給す
るガス導入部２３、第２ＥＳＣ内の電極につながる電気
的接続部、第１ＥＳＣ内の電極につながる少なくとも１
つの電気的接続部を備える。第１および第２のＥＳＣと
金属スラブは誘電体部材の上に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の応用の分野】本発明は、ウェハーの下面のパ
ーティクル汚染を除去し、反応容器内のウェットクリー
ニングの間の時間を長くすることができるウェハー処理
反応容器の二重静電チャックウェハーステージに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】単一の静電チャック（ＥＳＣ）を有する
従来のウェハーステージに関連する２つの主要な問題を
説明する。第１の問題は、これらのウェハーステージは
プラズマ処理反応容器のウェットクリーニング間の平均
時間（ＭＴＢＣ）を短くさせるということである。それ
は特にドライエッチングプロセスにおけるようなプラズ
マの化学反応がポリマーの堆積を伴うときに顕著であ
る。第２の問題は、これらのウェハーステージは、同様
にまた縁部除外問題と呼ばれている、ウェハーの縁部で
使用できる表面領域の拡張を制限するということであ
る。上記の２つの問題は、以下において個々に詳細に述
べられる。

【０００３】従来のウェハーステージの断面模式図が図
１２に示される。このウェハーステージは、誘電体部材
１０１、金属電極１０２、金属スラブ（金属厚板部材）
１０３、誘電体または半導体の部材から作られる外部リ
ング１０４、外部ケース１０５、底プレート１０６から
構成されるＥＳＣ１００を備えて成る。ＥＳＣ１００の
誘電体部材１０１内の金属電極１０２は、それがユニポ
ーラＥＳＣ（二極ＥＳＣ）であるかまたはバイポーラＥ
ＳＣ（単極ＥＳＣ）であるかということに依存して単一
電極または二重電極になり得る。図１１の構造はユニポ
ーラＥＳＣを示す。直流電力供給源１１３は金属電極１
０２に対してｒｆカットオフフィルタ１１２を通して直
流電圧を供給する。加えて、金属電極１０２はｒｆ電力
発生器１１１から整合回路１１０を経由してｒｆ電力が
与えられるか、または与えられなくてもよい。ＥＳＣ１
００において外部リング１０４は誘電体部材１０１すな
わちＥＳＣの周りに配置される。外部リング１０４の内
径はＥＳＣ１００（誘電体部材１０１）の直径よりも少
し大きい。

【０００４】通常、ＥＳＣ１００の誘電体部材１０１
は、化学的に、誘電体部材１０１と金属スラブ１０３と
の間で熱を効率的に伝達させるため、金属スラブ１０３
と結合されている。金属スラブ１０３の温度は、その中
に作られた流路１０７に温度制御流体を流すことによっ
て一定の温度に維持されることが可能である。流路１０
７は流体導入ポート１１４と流体排出ポート１１５を有
している。金属スラブ１０３は、反応容器の残りの部分
からそれを電気的に絶縁するため、誘電体部材１０８の
上側でその中に埋め込まれている。加えて、参照番号１
０９はガス導入部である。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題】前述した構成に関連す
る第１の問題が以下に説明される。図１２においてＡと
して符号が付された円形部分の拡大図が図１３に示され
る。外部リング１０４の内径はＥＳＣ１００の直径また
は誘電体部材１０１の直径よりも少し大きいので、ＥＳ
Ｃ１００と外部リング１０４との間には円形の空洞(cav
ity)またはリング形状の深いギャップ１１７が存在す
る。通常、ＳｉＯ₂エッチングのごときいくつかのウェ
ハー処理の化学的反応はプラズマのガス種が接触する表
面上にポリマーの堆積を含む。これらの場合において、
ポリマーの堆積はＥＳＣ１００と外部リング１０４との
間の空洞１１７内に生じる。もしＳｉＯ₂エッチングが
考えられるとすると、そのエッチングプロセスは低いＥ
ＳＣ温度において行われる。ＥＳＣの側壁が外部リング
１０４の側壁に比較して低い温度にあるので、この温度
条件は、空洞１１７の側壁上、特にＥＳＣの側壁上での
ポリマーの堆積を促進する。しばらくして、ポリマーの
層の厚みは十分に厚くなり、その結果すべての円形の空
洞１１７はポリマーで満たされ、ウェハーの下面がポリ
マーのパーティクルに接触するようになる。このことは
ウェハーの下面に汚染をもたらし、ＥＳＣの動作が正常
に働かないようにさせる。それ故に、ポリマーの膜が当
該レベルまで成長するとき、反応容器を開放させなけれ
ばならず、ウェハーステージはウェットクリーニングの
プロセスによって洗浄されなければならない。通常、円
形の空洞１１７は、空洞１１７の内部にプラズマを生じ
ないように、できる限り薄く作られている。もしそれが
広いものであるとすると、プラズマは空洞１１７の中に
入る。このことは、ウェハーの縁におけるプラズマ密度
と化学的反応を変化させ、その結果、より大きな縁部除
外という結果をもたらす。従って、この円形の空洞１１
７は前述のＭＴＢＣを減少させることになる。

【０００６】次に第２の問題が説明される。もし例えば
ＳｉＯ₂エッチングにおける低温度のプロセスを仮定す
ると、金属スラブ１０３の温度は室内温度よりもより低
い温度に維持される。ＥＳＣ１００の誘電体部材１０１
は金属スラブ１０３に例えば拡散結合によって化学的に
結合されているので、ＥＳＣ１００の温度はほとんど金
属スラブ１０３の温度と同じである。しかしながら、外
部リング１０４と金属スラブ１０３との間にはいかなる
適当な物理的接触もないので、外部リング１０４の温度
は金属スラブ１０３の温度とは異なる。何故ならば、外
部リング１０４はちょうど金属スラブ１０３の拡張され
た部分または誘電体部材１０８の外円の上に配置される
からである。従って外部リング１０４の温度は、それが
プラズマに晒されるとき、増加するような影響を受けや
すい。さらに外部リング１０４の温度はウェハーのラン
ニング(runing：連続処理)の開始時期には安定していな
い。ウェハーのランニングが開始されるとき、外部リン
グ１０４の温度は増加し始め、しばらくして例えば２０
枚のウェハーの後に、その温度は飽和するようになる。
この温度の変動、そしてウェハー温度よりもより高い温
度は以下に説明されるようにウェハーの縁部においてガ
ス反応の変化をもたらす。

【０００７】ここでウェハー表面の上における中心近傍
の点を仮定する。ウェハー表面上の温度は均一であり一
定であるので、この点の周りのガス反応は同じである。
それ故に、この点の周囲のガスの構成は同様にまた同じ
である。ウェハー表面上のガスの構成はウェハー表面上
のプロセスの化学反応に大きく影響を与え、またその反
対も成り立つ。

【０００８】今さらに、ウェハーの縁部の近傍における
１つの点を仮定する。先に指摘されたように、ウェハー
１１６と外部リング１０４の温度は異なっている。例え
ば、ＳｉＯ₂エッチングの場合において、ウェハーの温
度は外部リング１０４の温度よりもより低い。それ故
に、外部リング１０４上のガスの化学反応はウェハー表
面上のそれからまったく異なっている。このことは、ウ
ェハー１１６の中央領域におけるそれと比較して、外部
リング１０４の上、そしてその周囲において異なるガス
構成という結果をもたらす。それ故に、ウェハー１１６
の中央領域に比較してウェハー縁部の近傍における異な
るガスの化学的反応という結果がもたらされる。このこ
とは、デバイスの製造に関して、ウェハーの外縁部の利
用性を制限する。

【０００９】ウェハーの外側の縁部の利用を制限する他
の理由が同様にまた図１２を用いて説明される。ここで
プロセスがＳｉＯ₂ドライエッチングの応用であると仮
定する。このエッチングに関してＥＳＣ電極１０２は直
流バイアス電圧に加えてｒｆ電力が供給される。このｒ
ｆ電力はＳｉウェハー１１６を経由してプラズマに結合
されている。ＥＳＣ電極１０２の外径はＥＳＣ電極１０
２が埋め込まれた誘電体部材１０１の直径よりも少し小
さくなっている。それ故に、プラズマへのｒｆ電力の結
合は、ＥＳＣ電極の表面面積に正確に等しい表面面積を
通してのみ起きる。

【００１０】プラズマが一旦生成されると、自己バイア
ス直流電圧がウェハーの表面上で発生される。もしウェ
ハー１１６の表面が絶縁体（例えばＳｉＯ₂層）である
ならば、直流バイアス電圧はＥＳＣ電極１０２の面積に
等しい表面面積の上にのみ現れる。すなわち、Ｓｉ（シ
リコン）ウェハー１１６の外側の最も縁部のところには
直流バイアス電圧はまったく存在しない。この自己バイ
アス直流電圧はウェハー表面上に電界を生じる。ウェハ
ー表面の上の直流電界１１８のパターンは図１２に示さ
れる。ウェハー１１６の中央領域上の電界は均一であり
ウェハー１１６の表面に直角である。ウェハーの縁部の
近傍において電界１１８の方向と強さは変動している。
それ故にウェハーの縁部近傍におけるイオンのフラック
ス（束）とイオンエネルギは、中央領域におけるそれら
から異なっており、それが異なるプロセスの化学反応を
もたらす。このことは、ウェハーの縁部の利用性を制限
する。

【００１１】上記の問題を解消するために、ＥＳＣ電極
１０２と誘電体部材１０１の直径をＳｉウェハーの直径
よりも大きくすることが提案される。しかしながら、こ
れは問題を有する。この場合において、通常、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）、ポリテトラフルオロエチレン（polytetr
afluoroethylene：ＰＴＦＥ）、ポリイミド、または尿
素合成樹脂で通常作られ、誘電体部材１０１はプラズマ
に晒される。プラズマが生成されるとき、自己バイアス
直流電圧は誘電体部材１０１の露出した部分に発生す
る。このことは誘電体部材のエッチングの原因となり、
これはプラズマに対し望ましくない化学的要素を放つこ
とになって、ウェハー表面上の化学的反応を変化させ
る。さらに誘電体部材１０１のエッチングはその厚みを
徐々に減少させる。誘電体部材１０１の表面が多く削ら
れると、例えば、ＥＳＣの電極まで削られると、ウェハ
ーステージの全体は新しいものに置き換えられなければ
ならない。何故ならば、誘電体部材１０１のみは、それ
が下部電極に化学的に結合されているので、置き換えら
れないからである。制限された数のウェハーをランニン
グさせた後の前ウェハーステージの交換はウェハーステ
ージがあまりにコストがかかるので実用的な解決策では
ない。たとえ誘電体部材１０１が新しいものに取り替え
られることができるとしても、当該プロセスは、（１）
全ウェハーステージを除去し、それをディセンブル（di
ssemble）すること、（２）誘電体部材を除去するこ
と、（３）新しい誘電体部材を結合すること、そして
（４）反応容器内にウェハーステージを組み立てること
になるであろう。このすべてのプロセスは、例えば数日
間の相当な時間と金額を要すこととなる。それ故に、当
該方法は、上で述べた２つの問題を解消するための実際
的な解決策ではない。

【００１２】本発明の目的は、ウェハーの下面上のパー
ティクル汚染の問題を除去し、反応容器におけるウェッ
トクリーニング間の時間を長くし、ウェハー表面の温度
の均一性とプロセスの化学的反応を改善できるプラズマ
支援ウェハー処理反応容器の二重静電チャックウェハー
ステージを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ支
援ウェハー処理反応容器の二重静電チャックウェハース
テージは、前述した問題を解決するため、次のように構
成される。

【００１４】本発明の二重静電チャック（ＥＳＣ）ウェ
ハーステージは、金属スラブ（金属製厚板部材）の上に
組み込まれた第１ＥＳＣ（主ＥＳＣ）、誘電体プレート
に組み込まれたユニポーラ（単一電極）構造を有し、第
１ＥＳＣの上に構成される第２ＥＳＣ、複数の凸部（hu
mps:こぶ）からなる、第２ＥＳＣの表面上のガスリザー
バー、第２ＥＳＣの上面上の当該ガスリザーバーにガス
を供給するガス導入部、第２ＥＳＣ内の電極につながる
電気的接続部、第１ＥＳＣ内の電極につながる少なくと
も１つの電気的接続部、そして第１および第２のＥＳＣ
と金属スラブとが配置される誘電体部材を有する。

【００１５】さらに、第１と第２のＥＳＣの間にて複数
の凸部からなるガスリザーバー、第１と第２のＥＳＣの
間の当該ガスリザーバーにガスを供給するガス導入部を
含む二重ＥＳＣウェハーステージ。

【００１６】上記の二重ＥＳＣウェハーステージにおい
て、第１ＥＳＣの直径はウェハーの直径よりもより大き
い。

【００１７】上記の二重ＥＳＣウェハーステージにおい
て、第２のＥＳＣの直径はウェハーの直径と等しいか、
またはより大きい。

【００１８】二重ＥＳＣウェハーステージにおいて、第
２ＥＳＣ内に存在する金属電極の直径はウェハーの直径
に等しいか、またはより大きい。

【００１９】上記の二重ＥＳＣウェハーステージにおい
て、第２ＥＳＣ内の電極は直流電力供給源または直流と
ｒｆの電力の供給源に接続されている。

【００２０】上記の二重ＥＳＣウェハーステージにおい
て、上記第２ＥＳＣはディスポーザブル（disposable：
除去可能、使い捨て）である。

【００２１】上記の二重ＥＳＣウェハーステージにおい
て、第２ＥＳＣは誘電体または半導体の部材で作られ、
そして、その下面に薄い金属膜を、同じまたは異なる誘
電体部材で作られたカバーの膜を有するかまたは有しな
い状態で、備えている。

【００２２】上記の二重ＥＳＣウェハーステージにおい
て、第２ＥＳＣの下部電極の下の誘電体部材は変形可能
な誘電体部材で作られ、一方、第１ＥＳＣの上面はガス
リザーバーを有しない。

【００２３】上記の二重ＥＳＣウェハーステージにおい
て、第１ＥＳＣの上面はガスリザーバーがない状態で変
形可能な誘電体部材で作られている。

【００２４】上記の誘電体ＥＳＣウェハーステージにお
いて、第２ＥＳＣはその上面の近くの同じ平面上に２つ
の異なる電極を含み、これら２つの電極は２つの異なる
直流電圧供給器に接続されている。

【００２５】上記の二重ＥＳＣウェハーステージにおい
て、第１のＥＳＣはバイポーラ構造またはユニポーラ構
造である。

【００２６】上記の二重ＥＳＣウェハーステージにおい
て、金属スラブはその表面上の温度を一定温度に維持す
るために温度制御機構を備えている。

【００２７】二重ＥＳＣウェハーステージによれば、第
１と第２のＥＳＣがあり、処理されるべきウェハーは第
２のＥＳＣの上に配置される。第１のＥＳＣは固定さ
れ、そして第２のＥＳＣはディスポーザブルである。第
２のＥＳＣの直径はウェハーの直径よりも大きい。この
ことはポリマーの堆積個所から自由な平坦表面をもたら
し、ウェハー表面上に均一な電界をもたらし、そしてウ
ェハー表面上に均一なガス構成そして化学的反応をもた
らす。

【００２８】

【発明の実施形態】以下に、添付した図面に従って好適
な実施形態が説明される。実施形態の説明を通して本発
明の詳細が明らかにされる。

【００２９】本発明の第１実施形態は図１〜３に従って
説明される。図１は第１実施形態によるウェハーステー
ジの断面図を示す。このウェハーステージは第１（主
要）ＥＳＣ１、第２ＥＳＣ２、外部リング３、金属スラ
ブ４、そして誘電体部材５から構成されている。誘電体
部材５は、ＥＳＣ１，２と金属スラブ４を、金属で作ら
れた外部ケース６と底プレート７から絶縁するために用
いられる。第２ＥＳＣ２は第１ＥＳＣ１の上に配置され
ている。処理されるべきウェハー３５は第２ＥＳＣ２の
上に搭載されている。

【００３０】第１ＥＳＣ１の拡大された断面図が図２に
示されている。金属スラブ４上の項目は、第１電極１に
関連する部分を除いて、図２において示されていない。
第１ＥＳＣ１は実質的に従来のバイポーラＥＳＣと同じ
ものである。

【００３１】従来のバイポーラＥＳＣは、例えば、D.R.
Wright とL.ChenとP.FederlinとK.Forbesによって記載
された”J.Vac. Sci. Technol.B13,1910(1995)”や、J.
F.DavietとL.PeccoudとF.Mondonとによって記載され
た”J.Electrochem.Soc. 140,3245,(1993)に記述されて
いる。

【００３２】従来のバイポーラＥＳＣは、同じ物質また
は異なる物質によって作られた２つの誘電体層８，２８
と２つの金属電極９Ａ，９Ｂとから構成されている。２
つの電極９Ａ，９Ｂは誘電体部材８，２８の間に挟まれ
ている。誘電体部材８，２８としてアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポ
リイミド、または尿素合成樹脂（urea resins）が用い
られる。誘電体部材８の厚みは、図２における（Ｙ）に
よって示されるように、重要な事項ではなく、０．５ｍ
ｍから４ｍｍの範囲に存在する。誘電体部材２８の厚み
は、（ｘ）によって示され、通常では可能な限り薄くさ
れ、例えば０．５ｍｍよりも小さくなるようにされる。

【００３３】誘電体部材８，２８の直径は同じであり、
ウェハー３５の直径よりもより大きくなるようにされ
る。例えば、もしウェハーの直径が２００ｍｍであるな
らば、誘電体部材の直径は３００ｍｍと同じ大きさにさ
れる。

【００３４】二重電極を作る電極９Ａ，９Ｂは、図３の
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示されるごとく、円形領域の
中に配置される。図３の（Ａ）は、２つの電極９Ａ，９
Ｂが或るギャップを伴って配置される半円形部材である
ことを示している。図３の（Ｂ）は、２つの電極９Ａ，
９Ｂが同心円的な円形部材であることを示している。電
極９Ａは内側円形電極であり、電極９Ｂは或るギャップ
を伴って電極９Ａの周りに配置される外側リング形状電
極である。図３の（Ｃ）は、２つの電極９Ａ，９Ｂの各
々が櫛の歯のような形状を有し、それらは互いに円形領
域で或るギャップをもって係わり合うように配置されて
いる。

【００３５】通常、金属電極９Ａ，９Ｂの直径は誘電体
部材８，２８の直径よりも少し小さい。金属電極９Ａ，
９Ｂの厚みは、通常、およそ数十ｃｍのあたりにある。
これらの金属電極９Ａ，９Ｂは同じ平面の上にあり、お
互いに分離されている。これらの金属電極の構成は大き
く変えることができる。図３は、例えば３つの可能な構
成を示すものである。これらの金属電極９Ａ，９Ｂは、
それぞれ、個別にｒｆカットオフフィルタ１２，１３を
経由して直流電圧供給器１０，１１に接続されている。
誘電体部材８は例えば金属接合のような適当な接合技術
を用いて金属スラブ４に永久的に固定されている。この
ことは誘電体部材８と金属スラブ４との間のよりよい熱
伝達工程を有するためには非常に重要である。

【００３６】誘電体部材２８の上面は複数の凸部からな
るガスリザーバを持ってもよいし、持たなくてもよい。
もし誘電体部材２８の上面がガスリザーバを持つとする
ならば、ガスは狭いガス導入部１６を通して上面に供給
される。ガスリザーバと複数の凸部は図２では示されて
いない。

【００３７】第２ＥＳＣ２の断面図が図４に示される。
第１ＥＳＣ１と金属スラブ４に関連する前述した特徴
は、簡単化のため、図４において示されていない。

【００３８】第２ＥＳＣ２は、２つの平行電極１７，１
８、および３つの誘電体部材１５，１９，２０から構成
される。これらの３つの誘電体部材の物質は、同じもの
にすることができるし、または異なるものにすることが
できる。上部電極１７は誘電体部材１５と誘電体部材１
９の間に挟まれる。誘電体部材の物質は、関連するウェ
ハー処理の化学的反応に適するように選択される。例え
ば、誘電体部材１５として高抵抗のＳｉ、ＳｉＯ₂、或
いはＳｉＣが使われる。上部電極１７の直径はプラズマ
処理を受けるＳｉ（シリコン）ウェハー３５の直径より
も５ｍｍから２０ｍｍ大きくなるようにとられる。しか
しながら、大きな直径の上部電極１７の利用は本質的な
ことではない。それ故に、上部電極１７の直径はＳｉウ
ェハー３５の直径と等しくするか、または少し小さくす
るように選択することもできる。この場合、この発明の
期待される結果のいくつかを達成することができない。

【００３９】下部電極１８の直径は、通常、第１ＥＳＣ
１における電極９ａ，９ｂを含む円形領域の外径に等し
い。どちらの電極１７，１８の厚みも、通常、１ｍｍよ
りも小さい状態にある。図４で（ｐ）として符号が付さ
れた誘電体部材１５の厚みは可能な限りより薄いものと
してとられ、例えば０．５ｍｍよりも小さい。上部電極
１７と下部電極１８の間の（ｑ）によって示される間隔
は重要な事項ではなく、通常、１ｍｍより大きい。下部
電極１８の下方に存在する誘電体部材２０の厚み（ｒ）
は同様に可能な限り薄いのものであり、通常、１ｍｍよ
りも小さい。

【００４０】上部電極１７は整合回路２４を経由してｒ
ｆ電力供給源２５に供給されている。再び、上部電極１
７は、同様にまた、ｒｆカットオフフィルタ２７を経由
して直流電圧供給器２６に接続されている。図４に示さ
れるごとく誘電体部材２０は下部電極１８を覆ってい
る。しかしながら、この誘電体部材を用いなくてもよ
い。この場合、下部電極１８は直接的に第１ＥＳＣ１の
上に配置する。

【００４１】以下に述べるように、第２ＥＳＣ２の上面
は、ガスリザーバと、当該ガスリザーバ内の複数の凸部
とを有し、金属スラブ４と第１ＥＳＣ１を通して第２Ｅ
ＳＣ２の上面につながる狭いガス供給流路が設けられ
る。

【００４２】第２ＥＳＣ２の上面の構成は図５を参照し
て説明される。先に説明されたように、第２ＥＳＣ２の
上面にはガスリザーバ３２がある。通常、このガスリザ
ーバーは、ウェハー３５の直径よりも少し小さい直径を
有する円形形状である。例えば、ガスリザーバ３２の直
径は、２００ｍｍの直径を有するウェハーに関して１９
５ｍｍになり得る。ガスリザーバ３２の深さは、従来、
およそ１０〜５０ｍとしてとられる。このガスリザー
バ３２内に複数の凸部２１が作りられる。凸部２１の高
さはガスリザーバ３２の深さに等しい。前述したガスリ
ザーバ３２と複数の凸部２１を除いて、特に第２ＥＳＣ
２の上面でウェハーを少しばかり埋めるため、第２ＥＳ
Ｃ２の上面にはいかなる他の溝もない。そのため、ウェ
ハー３５は、第２ＥＳＣ２の上面と複数の凸部２１の上
面によって形成された完全に平坦な表面の上に存在す
る。

【００４３】加えて、図５に示されるように、誘電体部
材２８の上面も同様にまた複数の凸部１４からなるガス
リザーバ３１を備える。誘電体部材２８の上面はガスリ
ザーバ３１を有するので、ガスは狭いガス導入部１６を
通して上面のガスリザーバに供給される。

【００４４】しかしながら、上で説明された第２ＥＳＣ
２の構成は重要なことではなく、同じ意図された属性を
得るため、この構成を少し変えることができる。例え
ば、図６は第２ＥＳＣ２について他の可能な構成を示
す。図の明確化のため、図６において電気的な接続部、
そしてガス接続部は示されていない。さらに、第２ＥＰ
Ｃ２の上面におけるガスリザーバも、同様にまた、図を
簡易化するため示されていない。

【００４５】図６の（Ａ）において、上部電極１７は高
抵抗のＳｉプレート２２（またはいかなる他の適当な物
質）と誘電体部材１９との間で挟まれている。図６の
（Ｂ）において誘電体部材２０は除かれている。図６の
（Ｃ）において上部電極１７の上方の中央領域２９と外
側領域３０とは異なる誘電体物質で作られている。例え
ば、中央領域２９はアルミナで作られ、外側領域３０は
高抵抗Ｓｉまたはいかなる他の誘電体部材で作られてい
る。これらの中央と外側の誘電体部材２９，３０は、中
央誘電体部材の外縁と外側誘電体部材の内縁との間にい
かなる空間も生じないように、配置されていることに注
意すべきである。さらに、これらの両方の誘電体部材２
９，３０は効率的な熱伝達機構を有する目的で下側の誘
電体部材１９に化学的に結合されている。この構成の利
点は、硬い誘電体部材が、ウェハーが配置される中央領
域に用いられるということである。このことはウェハー
背面のパーティクル汚染とプラズマのパーティクル汚染
を減じることを支援する。それ故に、この構成では、中
央誘電体部材の直径はウェハーの直径よりもわずかに小
さくされる。

【００４６】図１において示された二重ＥＳＣの他の部
分が説明される。金属スラブ４は、通常、アルミニウム
で作られている。金属スラブ４は温度調整機構を有して
いる。例えば金属スラブ４の中に、その中に温度制御流
体を流す目的で、円形の流路３６が作られている。金属
スラブ４は誘電体部材５を埋め込むことによって側壁６
と底プレート７から電気的に絶縁されている。外側の壁
６と底プレート７は電気的に接地されている。このＥＳ
Ｃシステムの上面上には外部リング３が存在する。この
外部リング３は、通常、誘電体部材で作られている。外
部リング３の幅と厚み、或いは物質は、重要なことでは
ない。さらに第２ＥＳＣ２において誘電体部材１５，１
９，２０を側壁６の外側縁まで延ばすことによって、こ
の外部リング３を省略することもできる。

【００４７】上記ＥＳＣはクーロンの電荷吸引の原理の
下で作動する。誘電体部材が２つの平行な電極を分離す
るとき、これらには反対となるように電荷が与えられ、
この電荷は２つの電極の間において吸引力を作る。１つ
の電極上の電荷量がＱであり、２つの電極の間の電界が
Ｅであるとき、チャック力ＦはＦ＝ＱＥである。計測可
能でかつよく知られたパラメータによって

【００４８】

【数１】

【００４９】上記において、Ａは相互の表面面積、ε₀
は真空の誘電率、εｒは誘電体部材の相対的誘電率、Ｖ
は電圧降下、ｔは誘電体部材の厚みである。

【００５０】前述した第１および第２のＥＳＣ１，２に
おいて、２つの電極の間の誘電体部材に加えてガスリザ
ーバが存在する。それ故に、もしこの空気のギャップが
方程式（１）に含まれるならば、Ｆは次の式となる。

【００５１】

【数２】

【００５２】ここでｔ_dielectricとｔ_airは、それぞ
れ、誘電体層と空気層の厚みである。

【００５３】第１ＥＳＣ１はバイポーラＥＳＣである。
それ故に、第１のＥＳＣ１における電極９Ａ，９Ｂは、
反対の電圧であることを除いて、等しい電圧となるよう
に与えられ、例えば５００Ｖと−５００Ｖである。これ
らの電圧は第２ＥＳＣ２の下部電極１８上に反対極性を
与えるように極を生成する。第２ＥＳＣ２のバイポーラ
の電極９Ａ，９Ｂと下部電極１８は誘電体部材８，２０
と空気ギャップとによって分離されるので、これらの電
極の間には静電的力が生成される。これらの力の強さは
方程式（２）によって与えられる。これらの力は第１Ｅ
ＳＣ１の上に載せられた第２ＥＳＣ２を固定させる。こ
の場合において、帯電（過渡的）電流は第２ＥＳＣ２の
下部電極１８を経由して横方向に流れる。それ故に、第
１ＥＳＣ２において２つの電極９Ａ，９Ｂに与えられた
バイアス電圧は第２ＥＳＣ２の下部電極１８の上のいか
なる物質に対しても何も影響を与えない。

【００５４】ここまでにおいて、第１と第２のＥＳＣ
１，２の間にガスリザーバ３１（または空気リザーバ）
があるということを考えてきた。しかしながら、ガスリ
ザーバ３１を用いることなくこの二重ＥＳＣシステムを
作ることができる。この場合において、第１ＥＳＣ１の
上面におけるガスリザーバ３１は除去される。加えて、
Ｓｉゴムまたはポリイミドのごとき変形可能な誘電体部
材が、第２ＥＳＣ２の下部電極１８または第１ＥＳＣ１
の２つの電極９Ａ，９Ｂを覆うために用いられる。従っ
て、適当な電圧が第１ＥＳＣ１に加えられるとき、第２
ＥＳＣ２は空気ギャップまたはガスギャップなしで第１
ＥＳＣ１の上に固定される。この状態において、２つの
ＥＳＣ１，２の間の力は方程式（１）によって説明され
る。

【００５５】この空気ギャップなしの構成は、ＥＳＣ
１，２の間に、よりよい熱伝達を得ることにおいてより
適切になる。何故ならば、変形可能な誘電体部材を用い
るということは２つのＥＳＣの間に効果的な接触面積を
増大するからである。

【００５６】第２のＥＳＣ２はユニポーラのＥＳＣであ
る。それ故に、第２ＥＳＣ２における上部電極１７は正
または負の電圧のいずれかが与えられる。この場合にお
いて、ウェハーと上部電極１７との間に吸引力を生成す
るためウェハーの表面にネット電荷(a net charge)が生
成されなければならない。このために、ウェハーは接地
に接続されていなければならない。ウェハー処理におい
て、ウェハーに対してプラズマは実質的な接地として作
用できる。それ故に、ウェハーの固定するためには、プ
ラズマは点火され、維持されなければならない。

【００５７】これまでの説明に関して、上記の第２ＥＳ
Ｃ２はユニポーラＥＳＣであることが考えられてきた。
しかしながら、ユニポーラＥＳＣを使用することは本質
的なことではなく、こうして第２ＥＳＣ２にとってバイ
ポーラのＥＳＣを組み込むことができる。それは、必然
的に、少し複雑な電気的接続を伴うということだけを意
味する。

【００５８】ＥＳＣのガスリザーバにガスを導入する構
造と方法がここで説明される。図７と図８はガスリザー
バ３１，３２へガスを導入することのために用いられる
構造を示す。図７は上記の二重ＥＳＣシステムの拡大さ
れた断面図である。第２ＥＳＣが第１ＥＳＣ１に固定さ
れるとき、ガスはガス導入部３３を経由してＥＳＣ１，
２の間のガスリザーバ３１に導入される。凸部３４はそ
の中央部で円形の空洞２３を備えた円形の形状を有して
いる。円形領域Ｂによって指示された凸部３４の上面図
が図８に示されている。第２ＥＳＣ２の底表面が適切に
第１ＥＳＣ１の上面に固定されるとき、静電力によって
ガス導入部２３は第２ＥＳＣ２の上面まで広げられる。
それ故に、ガスはガスリザーバ３１へ漏れることなく第
２ＥＳＣ２の上面に流れる。従って、これらの２つのガ
スリザーバ３１，３２における２つの異なるガス圧が維
持され得る。例えば、２０Torrの圧力がウェハー３５と
第２ＥＳＣ２の間のガスリザーバ３２において維持さ
れ、一方３０Torrの圧力が２つのＥＳＣ１，２の間のガ
スリザーバ３１において維持される。通常、ガスとして
ヘリウム（Ｈｅ）またはアルゴン（Ａｒ）がこの目的の
ために用いられる。

【００５９】もし第２ＥＳＣ２の下部誘電体部材２０が
変形可能な誘電体部材によって作られ、かつ２つのＥＳ
Ｃ１，２の間のガスリザーバ３１が除かれるならば、２
つのＥＳＣ１，２の固定動作は図９に示される。この場
合においてガス導入部３３は除去され、こうして構成は
簡素になる。この構成は２つのＥＳＣの間の接触表面面
積を増大させ、それによってＥＳＣの間の温度導電性を
増加させる。第２のＥＳＣ２の下部誘電体部材２０とし
て変形可能性を有する誘電体部材を使用する代わりに、
第１ＥＳＣ１の上部電極に変形可能性を有する誘電体部
材を配置することによって同じ結果を得ることができ
る。

【００６０】ウェハーを処理する間、ウェハー３５が処
理されているか否かに拘らず、第２ＥＳＣ２は第１ＥＳ
Ｃ１に絶えず固定されている。このことは第２ＥＳＣ２
において一定の温度を維持するために重要である。

【００６１】二重ＥＳＣシステムにおいて、第２ＥＳＣ
２を有しない全体構成がベースユニットとして考えられ
る。当該第２ＥＳＣ２はディスポーザブル（除去可能ま
たは使い捨て）であり、かつ置き換えることが可能な部
分である。それ故に、ウェハーの全表面に渡り、プロセ
スの均一性を測定しかつ最適化するために、異なる寸法
の上部電極、異なる誘電体部材、そして異なる厚みを有
した各誘電体部材を用いて、第２ＥＳＣ２を作ることが
できる。例えば、上部電極の直径はウェハー３５の直径
に対し少し小さくすること、大きくすること、或いは等
しくすることが可能である。

【００６２】第２ＥＳＣ２の上部電極１７の直径は、通
常、ウェハーの直径よりも少し大きくなっている。それ
故に、ｒｆ電力はウェハー３５を通してかつ誘電体部材
１９を通してプラズマに結合される。このことは、ウェ
ハー表面の上に、そしてウェハーの周囲の誘電体部材の
上に、均一な自己バイアス直流電圧を発生させる結果と
なる。これはウェハーの縁部において不均一なプロセス
を除去する。

【００６３】ウェハー３５が二重ＥＳＣシステムの上に
配置されるとき、それは第２ＥＳＣ２上の中央ガスリザ
ーバ３２を覆う。ウェハー３５の周囲では図５に示され
るごとくちょうど平板状の表面である。従って、この構
成で、ポリマーの堆積のための空洞がまったくなくな
る。もしウェハーの処理がエッチング処理であるなら
ば、ウェハー３５の周りの第２ＥＳＣの上面は同様にま
た上部電極がウェハーの直径に渡って拡大されているこ
とになるので、エッチングを受けることになる。このこ
とは、ウェハーの周りのポリマーの堆積を完全に除去
し、その結果、ＭＴＢＣを増大させるという結果をもた
らす。同様にまた、この構成は、ウェハーの表面積より
もより大きな領域の上にポリマーの堆積がまったく生じ
ないので、ウェハー３５の裏面へのポリマー汚染の可能
性を除去する。

【００６４】二重ＥＳＣウェハーホルダでのウェハー処
理のランニングは、ポリマーの堆積のためまたは他の理
由のため、反応容器の他の部分がクリーニングを必要と
するときのみ、または第２ＥＳＣ２の上面があまりに多
く削られそれ故に交換されることが必要なときに、停止
されなければならない。もし後者がウェハーのランニン
グの停止の理由であるならば、第２ＥＳＣ２は数分以内
に置き換えられ、ウェハーのランニングは開始される。
それ故に、十分完全なウェットクリーニングは反応容器
の他の部分がウェットクリーニングを必要とするときに
み要求される。反応容器の他の部分の上におけるポリマ
ーの堆積はさまざまな技術によって抑制することができ
るので、ＭＴＢＣは相当に長くすることができ、例えば
２００時間を越えて長くすることができる。

【００６５】第１実施形態の前述した二重ＥＳＣシステ
ムはウェットクリーニング間のウェハー処理ランニング
時間を増大させ、ウェハー表面上の処理速度の均一性を
増加させ、ウェハーの裏面のポリマー汚染の減少または
除去を可能にさせる。加えて、この構成はウェハー処理
に関するＥＳＣの様々な構成の影響を研究するための低
コストな技術を提供する。

【００６６】次に本発明の第２実施形態が図１０と図１
１を参照して説明される。図１０は二重ＥＳＣシステム
の断面図を示し、他方、図１１は第２実施形態での第１
および第２のＥＳＣ１，２の拡大された図を示す。第１
ＥＳＣ１はユニポーラＥＳＣである。これは金属スラブ
４の上面の上に誘電体部材３９を固定することによって
簡単に作られる。誘電体部材３９の厚みはできるだけ薄
くなるようにされる。変形可能な誘電体部材を使用する
ことは、この構成にとってより適切である。しかしなが
ら、その表面上にガスリザーバを有するかまたは有しな
い状態で他の誘電体部材を用いることができる。

【００６７】第２ＥＳＣ２は、第１実施形態のそれとほ
とんど類似している。第２ＥＳＣ２は２つの平行な電極
１７，１８からなっている。下部電極１８は、通常、誘
電体部材によって覆われていない。第２ＥＳＣ２の直径
は第１ＥＳＣ１の直径よりも少しばかり大きくなってい
る。このことは下部電極１８から接地への電気的結合を
作るためである。第２ＥＳＣ２が第１ＥＳＣ１の上に配
置されるとき下部電極１８に接触するように絶縁された
ケーブル４０が誘電体部材５と底プレート７の中に作ら
れる。この絶縁されたケーブル４０はｒｆカットオフフ
ィルタ４１を経由して接地されている。

【００６８】作動の間、直流電圧が金属スラブに供給さ
れる。第２ＥＳＣ２における上部電極１７は接地へ直流
電流を流すことを容易にするので、金属スラブへの直流
電圧の応用は第１ＥＳＣ１に対して第２ＥＳＣ２を固定
させるという結果をもたらす。金属スラブに適用された
直流電圧はウェハーが処理されるかまたはされないかに
拘らず一定に維持される。このことは第２ＥＳＣ２の上
における一定温度を維持するためには重要である。

【００６９】第２ＥＳＣ２は第１実施形態で説明された
ように作動する。この構成の利点は第２ＥＳＣ２の上部
電極の代わりに金属スラブにｒｆ電力を与えることがで
きるということである。このことは電気的な接続を容易
にする。この場合において、ｒｆ電力は第２ＥＳＣ２の
下部および上部の電極１７，１８を通してプラズマに容
量的に結合する。

【００７０】

【発明の効果】本発明による二重静電チャックウェハー
ステージは容易にウェハーの下面へのパーティクル汚染
問題を除去しかつプラズマ支援ウェハー処理反応容器に
おけるウェットクリーニング間の時間を長くすることが
できる。加えて、この発明はウェハー表面上での温度の
均一性とプロセスの化学反応を改善する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この図は第１実施形態による二重ＥＳＣシステ
ムによる断面図である。

【図２】この図は第１ＥＳＣの断面図である。

【図３】この図は第１ＥＳＣにおけるバイポーラーの電
極の３つの可能な配列を示す。

【図４】この図は第２ＥＳＣとその周辺装置の断面図で
ある。

【図５】この図は第１および第２のＥＳＣの拡大された
図である。

【図６】この図は第２ＥＳＣの３つの可能な構成を示
す。

【図７】この図はガス供給機構を示すため第１および第
２のＥＳＣの拡大された図である。

【図８】この図は図７における円形領域の部分的な平面
図である。

【図９】この図は他のガス供給機構を示すための第１お
よび第２のＥＳＣの拡大された図である。

【図１０】この図は第２実施形態による二重ＥＳＣシス
テムの断面図を示す。

【図１１】この図は第２実施形態における第１および第
２のＥＳＣの拡大された図を示す。

【図１２】この図は単一のＥＳＣを備えた従来のウェハ
ーステージの断面図である。

【図１３】この図は図１２に示された従来のウェハース
テージにおけるウェハーエッジでの拡大された図であ
る。

【参照符号の説明】

１第１ＥＳＣ（電極）２第２ＥＳＣ（電極）３外部リング４金属スラブ５誘電体部材８誘電体部材９ａ，９ｂ第１ＥＳＣにおける金属電極１４第１ＥＳＣ上の複数の凸部１７第２ＥＳＣの上部電極１８第２ＥＳＣの下部電極１９誘電体部材２０誘電体部材２１第２ＥＳＣ上の複数の凸部（こぶ）２２高抵抗Ｓｉ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理ウェハーを配置するために用いられ
る、プラズマ支援ウェハー処理反応容器の二重静電チャ
ックウェハーステージであって、金属スラブの上に組み込まれた第１静電チャックと、誘電体プレートに組み込まれた単一極構造を有しかつ前
記第１静電チャックの上に配置される第２静電チャック
と、前記第２静電チャックの上面上の複数の凸部からなるガ
スリザーバーと、前記第２静電チャックの上面の前記ガスリザーバーにガ
スを供給するガス導入口と、前記第２静電チャック内の電極への電気的接続部と、前記第１静電チャック内の電極への少なくとも１つの電
気的接続部と、そして前記第２静電チャックと前記金属
スラブが配置される誘電体部材と、からなるプラズマ支援ウェハー処理反応容器の二重静電
チャックウェハーステージ。
【請求項２】さらに、前記第１と第２の静電チャック
の間で複数の凸部からなるガスリザーバーと、前記第１
と第２の静電チャックの間の前記ガスリザーバーへガス
を導入するガス導入口を備えた請求項１記載のプラズマ
支援ウェハー処理反応容器の二重静電チャックウェハー
ステージ。
【請求項３】前記第１静電チャックの直径はウェハー
の直径よりも大きい請求項１記載のプラズマ支援ウェハ
ー処理反応容器の二重静電チャックウェハーステージ。
【請求項４】前記第２の静電チャックの直径はウェハ
ーの直径に等しいかまたはより大きい請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のプラズマ支援ウェハー処理反応容器
の二重静電チャックウェハーステージ。
【請求項５】前記第２静電チャックの内部に存在する
金属電極の直径はウェハーの直径に等しいかまたはより
大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ支
援ウェハー処理反応容器の二重静電チャックウェハース
テージ。
【請求項６】前記第２静電チャックの内部の電極は直
流電力供給源または直流とｒｆの電力供給源に接続され
る請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ支援ウ
ェハー処理反応容器の二重静電チャックウェハーステー
ジ。
【請求項７】前記第２静電チャックは除去可能である
請求項１記載のプラズマ支援ウェハー処理反応容器の二
重静電チャックウェハーステージ。
【請求項８】前記第２静電チャックは誘電体部材また
は半導体部材で作られ、その下面に薄い金属フィルム
を、同じまたは異なる誘電体部材で作られたカバーフィ
ルムを備える状態または備えない状態で有する請求項１
記載のプラズマ支援ウェハー処理反応容器の二重静電チ
ャックウェハーステージ。
【請求項９】前記第２静電チャックの下部電極の下側
の前記誘電体部材は変形可能な誘電体部材で作られ、他
方、前記第１静電チャックの上面はガスリザーバーを有
しない請求項８記載のプラズマ支援ウェハー処理反応容
器の二重静電チャックウェハーステージ。
【請求項１０】前記第１静電チャックの上面はガスリ
ザーバーを有しない変形可能な誘電体部材で作られる請
求項１記載のプラズマ支援ウェハー処理反応容器の二重
静電チャックウェハーステージ。
【請求項１１】前記第２静電チャックはその上側表面
に近い同じ平面の上で２つの分かれた電極からなり、そ
れらは２つの異なる直流電圧供給器に接続される請求項
１〜１０のいずれか１項に記載のプラズマ支援ウェハー
処理反応容器の二重静電チャックウェハーステージ。
【請求項１２】前記第１の静電チャックはバイポーラ
構造またはユニポーラ構造である請求項１記載のプラズ
マ支援ウェハー処理反応容器の二重静電チャックウェハ
ーステージ。
【請求項１３】前記金属スラブはその表面の上を一定
の温度に維持するために温度制御機構を備える請求項１
記載のプラズマ支援ウェハー処理反応容器の二重静電チ
ャックウェハーステージ。