JP2003142569A - 静電チャックおよびチャック方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 静電チャックにおけるウエハ裏面での粒子の
発生を低減させる。 【解決手段】 半導体製造装置でウエハ１３を保持する
静電チャックであって、静電チャックの中央部に設けら
れた第１の電極部４２と、静電チャックの周辺部に設け
られた第２の電極部４３を具備し、該第１と第２の電極
部は独立に制御することができ、最初に第１の電極部を
動作させ、次に第２の電極部を動作させることを特徴と
する静電チャックを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は静電チャックによっ
てウエハを静電吸着した際の、静電チャックとウエハの
接触面での粒子の発生を低減させる方法および装置に関
し、より詳細には静電チャックの電極部の構造およびそ
の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程において、ＣＶＤ、スパ
ッタ、リソグラフィー、エッチング、クリーニングおよ
び測定等の処理に関してウエハを確実に保持すること
は、より高品質な成膜あるいは微細な加工を実現する上
で広く望まれる技術である。特に真空環境内での処理で
は真空吸着が使用できないため静電的な力によってウエ
ハを保持するいわゆる静電チャックが用いられる。

【０００３】通常、静電チャックはチャック用電極とし
て正負両電極を持つ双極型、正（または負）のみの電極
を持つ単極型に分類される。ここでは双極型を例として
従来技術を説明する。

【０００４】静電チャックは図１に示したように、通常
セラミックスで形成されるウエハ支持台１１に電極１２
が設置され、該電極１２に電源１４が接続されることに
より電源１４、電極１２、ウエハ１３を通じて静電的な
回路が形成される。この結果ウエハおよび電極にそれぞ
れ正および負の電荷が誘起され、クーロン力によってウ
エハがウエハ支持台１１に吸着される。

【０００５】このとき、ウエハ全面を均一な力でチャッ
クできるよう、電極は通常ウエハ全面を覆うように配置
される。

【０００６】一方、半導体製造工程において例えばＣＶ
Ｄ、スパッタ、ウエハクリーニングなどの工程ではウエ
ハを高温環境下で処理する。従ってウエハを一定温度ま
で昇温させる必要があり、静電チャック内部にヒーター
が設置される。以下にウエハの昇温過程における静電チ
ャックの働きを説明する。

【０００７】半導体製造工程では、各工程区間の間のウ
エハの搬送はロボットアームなどのウエハ搬送手段が用
いられる。該ウエハ搬送手段によってウエハがヒーター
上部のウエハ支持台に運ばれウエハの昇温が始まる。図
２に示したように、該ウエハ支持台１１には昇温用ガス
導入用の微小な溝２０が形成されており、ウエハ１３を
ウエハ支持台１１に搭載すると、該微小な溝２０とウエ
ハの下面とによって流路が形成される。ヒーター２１は
あらかじめ一定の温度に保たれており、該ヒーター２１
および、昇温用不活性ガス、例えばヘリウム、によって
ウエハを所定の温度に上昇させる。該不活性ガスは連通
口２２を通って該流路を流れる間にウエハに接触する。
このときウエハへの熱の伝導効率を高く維持すると共
に、微小な溝２０を流れるガスの圧力によって上向きの
力を受けるウエハが位置ずれしないこと等を目的とし
て、静電チャックはウエハを吸着して確実に保持する。

【０００８】上述のようにウエハはあらかじめ高温のウ
エハ支持台１１に置かれ、静電チャックによりウエハが
保持された状態でヒーターおよび昇温用不活性ガスによ
り熱せられる。ウエハがヒーター上に設置され、昇温が
始まるとそれに伴いウエハの熱膨張が起こる。このとき
静電チャックによりウエハがヒーター上面に吸着されて
いるとウエハ１３とウエハ支持台１１との接触部２３に
おいて、ウエハ１３と該支持台１１との摩擦が起こる。
この摩擦により該支持台１１の微小な凹凸がウエハ裏面
を削るため、粒子を発生させる。またウエハの熱膨張は
等方的であるため、ウエハ外周部で発生する粒子が多く
なり、粒子径も数μｍ〜数十μｍになる場合もある。

【０００９】ここで、半導体装置製造工程において回路
等の欠陥の原因となる粒子の発生を低減させることは、
歩留まりの向上やより微細な加工を実行するためには極
めて重要である。特に静電チャックは、前述のようにＣ
ＶＤ、スパッタ、リソグラフィー、エッチング等ウエハ
処理工程の多くで使用される。このため静電チャックに
よる粒子の発生を低減させる利点は非常に大きい。

【００１０】前記粒子を低減させるために特開２０００
−１２６６４にはウエハを予熱しておき、吸着前と吸着
後のウエハの温度差を５０度以内とすることによって粒
子の発生を低減する方法および装置が提案されている。

【００１１】しかしながら前記特開２０００−１２６６
４においてはウエハを予熱する工程が付加されるため、
半導体製造工程数が増加し、結果的にウエハ汚染の危険
性を増加させ、またスループットの低下を招く可能性が
ある。さらにウエハの余熱に要するエネルギーが必要と
なり省エネルギーも期待できない。

【００１２】特に半導体産業における集積回路等の大量
生産時には製造コストの低減が極めて重要であり、前記
スループットの低下や余分なエネルギーを必要とするこ
とはこの点において不利である。

【００１３】

【発明が解決する課題】半導体の製造工程においてウエ
ハの上面に付着する粒子は集積回路等の配線不良の原因
となるので、粒子汚染を低減することは当業者には明白
な課題である。本発明の発明者は、特に、ウエハ裏面で
発生する粒子がリソグラフィー工程において極めて深刻
な問題を発生させている点に着目した。以下に本発明が
解決する課題のひとつとして当該問題を詳述する。

【００１４】半導体装置、特に集積回路ではより微細な
構造で回路を形成し、回路の縮小化を図ることが集積回
路の発明以来の目的である。ここで縮小化のための主要
な技術はリソグラフィー工程である。概説するとリソグ
ラフィー工程は、マスク上に形成された回路パターンを
光学的な方法により縮小化し、ウエハ上のフォトレジス
トに転写する工程である。

【００１５】現在では形成される回路の配線の線幅は
０．１３μｍ程度であり、このためにリソグラフィー工
程で用いられる光は例えばKrFエキシマ光源などによる
紫外線領域の光である。従ってステッパの焦点深度は開
口数０．３の場合約２μｍとなる。

【００１６】このように現在ではステッパの焦点深度は
数μｍであり、従ってフォトレジスト面も同程度の誤差
で平坦でなければならない。

【００１７】しかしながら、ウエハの裏面に粒子が付着
していると、極めて重大な問題が生じることになる。図
３を参照すると、Ａではウエハ１３の外周部裏面に粒子
３０が付着し、ウエハ支持台３１との間に挟まりウエハ
が傾いている状態を示している。Ｂでは、μｍオーダー
のスケールにおいてはウエハは柔らかく変形しやすい特
性があるために、ウエハ１３の裏面の粒子３０がウエハ
支持台３１との間に挟まり、結果としてウエハが「盛り
上がって」いる状態である。

【００１８】このとき前記従来技術で記載したように、
従来技術による静電チャックではウエハの熱膨張により
ウエハ支持台との摩擦で生じる粒子の径は数μｍ〜数十
μｍとなり、よって図３Ａ、Ｂいずれの場合でもウエハ
表面は粒子径と同程度の傾斜または凹凸が形成される。
ここで上述のステッパの焦点深度と比較すると、該焦点
深度は数μｍのオーダーなのに対し粒子によるウエハ表
面の凹凸は数十μｍのオーダーとなり、明らかに焦点深
度を超える誤差となる。従ってこの場合もはやウエハ上
には微細な回路パターンは転写されず、つまりこの部分
の回路は不良品となる。また前記従来技術に記載したよ
うに当該粒子はウエハの外周部で発生する確率が高く従
ってウエハ外周部付近に形成される回路は常に当該粒子
による高い回路形成不良の危険性にさらされることにな
る。

【００１９】この問題のより深刻な点は、大口径ウエハ
になるほど外周部での粒子の発生数は多くなり、また熱
膨張時のウエハの「延び」が大きくなるため発生する粒
子の径も大きくなり、結局大口径ウエハを使用してもそ
の歩留まりは悪化し量産におけるコスト低減の効果は顕
著には現れにくい点である。さらには、将来のリソグラ
フィー技術の向上に伴い露光に使用する光の波長がより
短くなり、焦点深度がさらに浅くなることが容易に予想
されるが、その場合には、小さな径の粒子に対しても同
様の問題が生ずることとなり、結果的にウエハ外周部の
みならず、より内部で発生する小さい径の粒子に対して
も回路形成不良の問題が生ずることになる。この場合、
より多くの回路が不良品となり、量産による製造コスト
低減の効果は著しく低下する。

【００２０】以上のことから静電チャックにおけるウエ
ハ裏面で発生する粒子は、現在のリソグラフィー技術の
みならず、将来のより短波長光を使用するリソグラフィ
ー技術においても深刻な問題となる。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体製造装
置でウエハを保持する静電チャックであって、該静電チ
ャックの中央部に設けられた第１の電極部と、該静電チ
ャックの周辺部に設けられた第２の電極部を具備し、該
第１と第２の電極部は独立に制御することができること
を特徴とする静電チャックに関するものである。

【００２２】本発明はさらに、該静電チャックの中央部
に設けられた第１の電極部と、該静電チャックの周辺部
に設けられた第２の電極部を具備する、半導体製造装置
におけるウエハ保持用の静電チャックにおいて、該第１
と第２の電極部を独立に制御することによってウエハ裏
面での粒子の発生を低減させる方法に関するものであ
る。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を図４を用いて説明する。同
図は本発明による双極型の静電チャックである。図４Ａ
によると、第１の電極部には半月状の形状を有する正負
各電極４２が位置し、また第２の電極部は該第１の電極
部を囲むように正負各電極４３が位置している。

【００２４】本発明の動作は以下の通りである、図４Ｂ
に示したように第１の電極部の正負各電極４２には電源
４０（以下第１の電源と称する）が接続されており、第
２の電極部の正負各電極４３には第１の電源４０とは別
の電源（以下第２の電源と称する）が接続されており、
それぞれ独立に動作することができる。また図には示さ
ないが独立に動作する電極部が３以上の時は電源の数も
３以上となる。さらには図４Ｃに示したように、１つの
電源１４を各電極部および各電極に分配する分配装置４
４に接続することもできるが、これらに限定されるもの
ではない。

【００２５】同図に示したように、最初にウエハ１３が
ウエハ支持台１１に配置されると、第１の電源４０によ
って第１の電極部４２が動作し、ウエハの中心近傍がチ
ャックされ、ウエハが前記ヒーターおよび昇温用不活性
ガスによって温められ温度が上昇する。このときウエハ
の膨張は中心近傍では非常に小さいため、発生する前記
粒子の径が非常に小さく粒子数もごくわずかである。ま
たウエハ外周部はチャックされていないため、ウエハ裏
面とウエハ支持台１１との接触面２３での摩擦は小さ
く、従って前記粒子数は極めて少ない。次に第２の電源
４１によって第２の電極部４３が動作する。このときウ
エハの膨張はほぼ終了しているため、ウエハ外周部の裏
面が削られることはなく、ウエハの外周部が確実にチャ
ックされウエハ全体の温度が均一になる。

【００２６】以上のことからウエハ昇温過程において、
ウエハ中心部およびウエハ外周部のチャックを独立に制
御することによってウエハ裏面における粒子を低減させ
ることができ、またごくわずかに発生する粒子の径も小
さいため前記記載のようにリソグラフィー工程での重大
な問題を回避することができる。

【００２７】次に本発明をより具体的に説明する。ヒー
ターにより一定の温度（例えば熱酸化では摂氏約１００
０度、熱拡散では摂氏約８００度、ＣＶＤでは摂氏約４
５０度）に保たれているウエハ支持台１１にウエハが設
置されると、ウエハの温度は上昇しそれに伴い膨張が始
まる。膨張速度は温度差の関数であるので、温度差の大
きい初期の段階が最も膨張速度が大きい。ウエハの膨張
はおよそ３０秒ないし１分で終了するため、ウエハがウ
エハ支持台に設置されてから最初の１０秒程度が最も膨
張速度が大きく、従って第１の電極部の各電極４２が動
作してから第２の電極部の各電極４３が動作を開始する
までの時間は１０秒程度が好適である。しかしながらこ
れに限定されるものではない。

【００２８】また電極を動作させる電源は、第１の電
源、第２の電源共に電極に印加する電位差は通常３００
ｖないし８００ｖである。しかしながら同様にこれらに
限定されない。

【００２９】次に本発明の別の実施例を図５に示す。同
図から明らかなように、電極が同心円上に配置されてい
る。この場合第１の電極部の電極はそれぞれ５０、５
１、第２の電極部の電極はそれぞれ５２、５３である。
図５Ｂは横断面である。当業者には言うまでもないが、
各電極間は静電チャックの母材、例えばセラミックス、
により絶縁されている。または他の絶縁材料、例えば耐
熱ガラス、石英等であっても良い。また電源の数および
各電極への電圧の分配については前記実施例と同様であ
るが、これに限定されない。

【００３０】図６は単極型静電チャックによる本発明の
実施例である。単極型の場合、加える電位差は電極とア
ースの間である。図において第１の電極部の電極６０お
よび第２の電極の電極６１にそれぞれ電源が接続されて
いるが、前記記載の通り１つの電源と分配装置により電
圧を印加することができる。

【００３１】また本発明において、前記粒子の発生低減
をより効果的にするために、図７に示したようなスペー
サをウエハおよびウエハ支持台間に設け、ウエハ裏面の
接触面積を少なくすることもできる。

【００３２】以上実施例を示したが、本発明は上述の実
施例に限定されるものではない。特に、上述の静電チャ
ックは、半導体処理チャンバーにおいて使用することが
でき、半導体処理装置は当該半導体処理チャンバーを１
つ以上具備することができることは自明である。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明は静電チャックの
電極を該静電チャックの中央部に設けられた第１の電極
部と、該第１の電極部の周辺部に設けられた第２の電極
部に分離し、最初に第１の電極部によってウエハ中央部
をチャックし次に第２の電極部によって周辺部をチャッ
クすることで、ウエハの熱膨張に伴うウエハ裏面での粒
子の発生を低減し、また発生する粒子の径を小さくする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は従来型の静電チャックの概略的な横断
面図である。

【図２】 図２は従来型の静電チャックのより詳細な断
面図である。

【図３】 図３はウエハ裏面で発生した粒子によるウエ
ハへの影響を示した模式図である。

【図４】 図４は本発明の静電チャックの上面図および
断面図である。

【図５】 図５は本発明による静電チャックの別の実施
例の上面図および断面図である。

【図６】 図６は単極型による本発明の静電チャックの
実施例である。

【図７】 図７はウエハとウエハ支持台との間にスペー
サを設けたときの断面図である。

【符号の説明】

１０ 従来型の静電チャック １１ ウエハ支持台 １２ チャック用電極 １３ ウエハ １４ 電源 ２０ 昇温用ガス導入溝 ２１ ヒーターエレメント ２２ 昇温用ガス導入口 ２３ ウエハ１３とウエハ支持台１１との接触面 ３０ ウエハ裏面で発生した粒子 ３１ 静電チャック以外のウエハ支持台（例えばステッ
パのウエハ支持台） ４０ 第１の電源 ４１ 第２の電源 ４２ 第１の電極部の電極 ４３ 第２の電極部の電極 ５０ 第１の電極部の正電極 ５１ 第１の電極部の負電極 ５２ 第２の電極部の正電極 ５３ 第２の電極部の負電極 ６０ 第１の電極部の電極 ６１ 第２の電極部の電極 ７０ スペーサ

フロントページの続き (72)発明者 高橋 真由美 千葉県成田市新泉14−３ 野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 恒岡 正年 千葉県成田市新泉14−３ 野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 清水 孝 千葉県成田市新泉14−３ 野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 5F031 CA02 HA18 HA19 HA37 HA39 MA23 MA27 MA28 MA29 MA32 MA33 NA05 PA11 PA18 PA26

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体製造装置でウエハを保持する静電
   チャックであって、該静電チャックの中央部に設けられ
   た第１の電極部と、該静電チャックの周辺部に設けられ
   た第２の電極部を具備し、該第１と第２の電極部は独立
   に制御することができることを特徴とする静電チャッ
   ク。
2. 【請求項２】 前記静電チャックにおいて、前記第２の
   電極部は中心から外に向かって複数設けられ、互いに独
   立して制御されることを特徴とする請求項１に記載の静
   電チャック。
3. 【請求項３】 前記静電チャックにおいて、最初に第１
   の電極部が動作し、次に第２の電極部が動作することを
   特徴とする請求項１または２に記載の静電チャック。
4. 【請求項４】 前記複数の第２の電極部が、内側から外
   に向かって順に動作することを特徴とする請求項２また
   は３に記載の静電チャック。
5. 【請求項５】 静電チャックの中央部に設けられた第１
   の電極部と、該静電チャックの周辺部に設けられた第２
   の電極部が独立に動作する静電チャックによるウエハチ
   ャックの方法であって、第１の電極部を動作させる第１
   の段階と、次に第２の電極部を動作させる段階を有する
   ことを特徴とするウエハのチャック方法。
6. 【請求項６】 前記第２の電極部は中心から外に向かっ
   て複数設けられ、前記第２の段階において第２の電極部
   は、順に内側から動作することを特徴とする請求項５に
   記載のチャック方法。
7. 【請求項７】 前記請求項１ないし４の何れか１つを具
   備する半導体処理チャンバー。
8. 【請求項８】 前記請求項７に記載の半導体処理チャン
   バーを少なくとも１つ有する半導体製造装置。