【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子製造プロセスで用いられているエッチング処理、化学気相蒸着（ＣＶＤ）による薄膜形成などのプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン注入装置、また液晶パネルに使用されるイオンドーピング装置などに具備されている半導体ウエハの静電吸着機構、いわゆる静電チャックの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置では被処理物である半導体ウエハをその装置内で位置決め、そして支持面への確固な保持を確保する必要がある。また、同時にこの行為は被処理半導体ウエハになんら損傷を与えるものであってはならない。一世代前には半導体ウエハの表面をなんらかの機構により、爪などで支持面へ抑えるクランプ方式が一般的であった。現在は処理基準が厳しく制限され、被処理半導体ウエハへの汚染量を管理する必要がある。これは、クランプ自身の材質、多くの場合はアルミニューム材、が処理プラズマ中にさらされることにより遊離、あるいはイオン注入ではそのイオン照射によりクランプ母材からスパッタされ浮遊し、被処理半導体ウエハに降りかかることにより、半導体素子の特性、歩留まりに著しく影響を与えるからである。
【０００３】
そこで考案されたのが前述のような機械的でない、電気的な静電吸着力を利用した被処理ウエハの支持面への保持方法である。この方法では支持面下に組み込まれた電極に高電位を与え、支持面を構成する絶縁誘電体に分布した静電気と、被処理ウエハに分極帯電した電荷による静電気のクーロン力あるいはジャンセン−ラーベック力によって、被処理ウエハを支持面に吸着させる方法である。従い、被処理ウエハの表面上には前述のクランプは存在しない。特許出願の傾向から判断すると、日本国ではこの関連の技術進歩はおよそ１９８０年代の後半から始まっていると考えられ、現在半導体製造装置では不可欠な技術に成長している。
【０００４】
近年の半導体素子製造では、プラズマ雰囲気中での静電チャックの耐性を増すことに加え、静電チャックの印加電圧から発生する電界によるイオンの飛跡の乱れによる、同装置内での処理の不均一性を無くすことが望まれている。後者に関して、一次処理粒子がイオンである場合も影響が見られるが、電子露光装置などで使われる質量の小さい電子では、問題はより顕著に現れることになる。以下これら項目についての従来技術の説明を行う。
【０００５】
特開平０７−３３５７３２号では、ＣＶＤ処理装置で反応性プラズマに対して静電チャック表面の耐性を高めるため、柔軟性とプラズマ耐性をもつポリイミド表面にセラミックをコーティングすることで、両材料の長所を引き出す考案が提示されている。特開平９−３２３２３４では、静電チャック表面にポリイミド層を設け、そのプラズマ雰囲気での熱的耐性を向上させるために、直接冷却の溝を施したものが開示されている。また、特開平１０−２０９２５７号では、接着手法によりポリイミド絶縁層を基盤に固着させるが、その厚みを薄くすることにより被処理ウエハの冷却効果を向上させる技術が開示されている。
特開２００２−１００６６９号では、ポリイミド層を泳動電着法により形成することが開示されている。
【０００６】
上記従来技術では以下二つの項目についての技術開示であることが伺える。第一に、材質ポリイミドのプラズマ雰囲気中での耐性を認めたうえで、さらにその耐性を熱的な問題も含めて、解決するための提案であること。第二にポリイミド層の形成方法についての技術開示であること。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術では静電チャックに印加する電圧を極力低くする手法についての技術開示はされてない。プラズマ中のイオンあるいは、従来のイオン注入で使用するイオン、さらにイオンよりも質量の小さい電子を使う、たとえば電子ビーム露光装置、などの一次粒子の飛跡が静電チャックの印加電圧による影響うけることにより、ウエハあるいはガラスなどの基盤全表面での均一処理が困難になっているが、これを解決することが本発明の課題である。近年の基盤の大面積化において、本課題はさらに重要度が高まっている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、静電チャック表面はプラズマ耐性を保つためにポリイミドなどの高分子樹脂材質とし、この直下に比誘電率の非常に高い絶縁層を設けることで、実質の吸着力を向上させる。同時に静電チャックには双極性の電極を形成することで、静電チャック部外の周辺への電界もれを少なくする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、高分子樹脂表面層、強誘電体セラミック層を含有する双極型電極静電チャック１の一実施例を図１に基づいて説明する。下部は基盤９である。この部分は通常熱伝導度の高い銅、あるいはアルミニューム金属で製作し、被処理基盤を冷却、あるいは一定の恒温状態に保つよう制御する。また、図示していないが基盤９に高温の媒体を流すことで、数百℃極温状態への設定も可能となる。この基盤９の上層にエポキシ系、ポリイミド系、ポリビニールブチラール系などの第一の接着層８により第一の高分子樹脂層６を接着する。この高分子樹脂層にたとえば、ポリイミドを使用する。ポリイミド材質は−２７０℃〜４００℃までの耐熱性を有し、高弾性、機械的強度も合わせ持つ。また放射線、薬品などに対する耐性もある。従い、物理的、電気的、化学的に強い高分子材料で、半導体製造装置にも良く使われる材質である。ポリイミド材質の比誘電率はおよそ５である。この第一の高分子樹脂層６の上部に、前記と同様にエポキシ系、ポリイミド系、ポリビニールブチラール系などの第二の接着層５を介して、誘電体層４を接着する。この誘電体層４の厚さはおよそ５００μｍである。この誘電体層４は強誘電体のセラミックであるチタン酸ジルコン酸鉛、あるいはチタン酸バリウムなどを使用する。これらの強誘電体は単品のコンデンサー部品、圧電素子などに使われ、近年では半導体集積素子に形成するコンデンサーにも使用される高い比誘電率を有する物質である。チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウムの比誘電率は、それぞれおよそ２０００、１００〜５０００程度を有す。この誘電体層４に、あらかじめ吸着電極７を、印刷手法あるいはペースト状の金属、例えばニッケル、クロム、銀、白金を塗布するなどして形成する。形成後の吸着電極７の厚さは１〜５μｍである。磁場の影響を回避するため、吸着電極７の材質は非磁性体の導電金属で形成することが望ましい。本実施例では双極型の吸着電極７を形成する。誘電体層４の上部に表面層である、第二の高分子樹脂層２を、前記同様にエポキシ系、ポリイミド系、ポリビニールブチラール系などの第三の接着層３により接着する。第二の高分子樹脂層２の材質としてポリイミドを使用する。第二の高分子樹脂層２と第三の接着層３の合計の厚さはおよそ５０μｍである。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の実施例による、ポリイミド表面層、強誘電体セラミック層を含有する双極型電極静電チャックでは、強誘電体セラミック層がない従来の同型ポリイミド表面層、双極型電極静電チャックに比較し３．８倍の吸着力を発揮することが理論的、実験的に検証されている。誘電体層４がチタン酸ジルコン酸鉛性で誘電率２０００、厚さ５００μｍ、表面である第二の高分子樹脂層２をポリイミドとして、その直下部の第三の接着層３との合計の厚さを５０μｍ、本二層の合成非誘電率を４とすると、誘電体層を含む上部の合成比誘電率εは１８１９となる。吸着力の指針である合成誘電率をその合計厚さの２乗で割った値、すなわちε／ｄ＝１８１９／（５００＋５０）２＝６．０×１０−３、と算出される。一方強誘電体セラミック層がない従来の場合には、同様にε／ｄ＝４／（５０）２＝１．６×１０−３、と算出される。本実施例での吸着力は従来の場合に比較し６．０／１．６＝３．８倍高いことを示す。この効果は実験的にも確認されている。結果静電チャックに印加するに必要な電圧は１／３．８に比例して少なくできる。実際の電圧としては１２インチのシリコン半導体ウエハでコンディションにもよるが±０．２から十分な吸着が確認されている。この効果は、従来より低い電圧で静電チャックの吸着力を確保できるため、その電位による処理装置の一次粒子などへの影響を少なくできるｒとともに、従来の電圧でより吸着力を増加することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高分子樹脂表面層、強誘電体セラミック層を含有する双極性電極静電チャックの一実施形態の模式図
【符号の説明】
１ 高分子樹脂表面層、高誘電体セラミック層を含有する双極型電極静電チャック
２ 第二の高分子樹脂層
３ 第三の接着層
４ 誘電体層
５ 第二の接着層
６ 第一の高分子樹脂層
７ 吸着電極
８ 第一の接着層
９ 基盤
１０ 吸着電位供給部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, an etching process used in a semiconductor device manufacturing process, a plasma processing device such as a thin film formed by chemical vapor deposition (CVD), an electron exposure device, an ion implantation device, and an ion doping used in a liquid crystal panel. The present invention relates to a technique of electrostatic chucking of a semiconductor wafer provided in an apparatus or the like, that is, a so-called electrostatic chuck.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing apparatus, it is necessary to position a semiconductor wafer as an object to be processed in the apparatus and to secure firm holding of the semiconductor wafer on a support surface. At the same time, this action must not cause any damage to the semiconductor wafer to be processed. One generation ago, a clamping method in which the surface of a semiconductor wafer was held on a supporting surface by a nail or the like by some mechanism was generally used. At present, processing standards are severely limited, and it is necessary to control the amount of contamination on a semiconductor wafer to be processed. This is because the material of the clamp itself, often an aluminum material, is released by being exposed to the processing plasma, or in the case of ion implantation, is sputtered and floated from the clamp base material by the ion irradiation and falls on the semiconductor wafer to be processed. This significantly affects the characteristics and yield of the semiconductor element.
[0003]
Therefore, a method for holding a wafer to be processed on a supporting surface using an electric electrostatic attraction force, which is not mechanical as described above, has been devised. In this method, a high potential is applied to an electrode incorporated below the support surface, and the static electricity distributed on the insulating dielectric material constituting the support surface and the Coulomb force or the Jansen-Rahbek force of the static electricity due to the polarized charge on the wafer to be processed. This is a method in which a wafer to be processed is adsorbed on a support surface. Therefore, the above-mentioned clamp does not exist on the surface of the wafer to be processed. Judging from the tendency of patent applications, it is considered that in Japan, this related technological advance started from about the latter half of the 1980's, and has now become an indispensable technology in semiconductor manufacturing equipment.
[0004]
In recent years, in semiconductor device manufacturing, in addition to increasing the resistance of an electrostatic chuck in a plasma atmosphere, unevenness in ion track caused by an electric field generated from a voltage applied to the electrostatic chuck causes non-uniform processing in the apparatus. It is desired to eliminate the nature. Regarding the latter, the effect is also seen when the primary processing particles are ions, but the problem becomes more pronounced with small mass electrons used in electronic exposure equipment and the like. Hereinafter, a description of the related art regarding these items will be given.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-335732 discloses that in order to increase the resistance of a surface of an electrostatic chuck to reactive plasma in a CVD processing apparatus, a ceramic surface is coated on a polyimide surface having flexibility and plasma resistance so that the advantages of both materials can be obtained. The idea to draw is presented. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-323234 discloses an electrostatic chuck in which a polyimide layer is provided on the surface and a groove for direct cooling is provided in order to improve thermal resistance in a plasma atmosphere. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-209257 discloses a technique in which a polyimide insulating layer is fixed to a base by an adhesive method, and the cooling effect of a wafer to be processed is improved by reducing its thickness.
JP-A-2002-100669 discloses that a polyimide layer is formed by an electrophoretic deposition method.
[0006]
It can be said that the above-mentioned prior art is a technical disclosure of the following two items. First, it is a proposal for recognizing the resistance of a polyimide material in a plasma atmosphere and further solving the resistance including thermal problems. Secondly, it is a technical disclosure on a method for forming a polyimide layer.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art does not disclose any technique for reducing the voltage applied to the electrostatic chuck as much as possible. Using ions in plasma or ions used in conventional ion implantation, and electrons with a smaller mass than ions, such as electron beam exposure equipment, the tracks of primary particles are affected by the voltage applied to the electrostatic chuck. However, it is difficult to perform uniform processing on the entire surface of a substrate such as a wafer or glass, and it is an object of the present invention to solve this problem. In recent years, with the area of the base increased, this problem has become even more important.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the surface of the electrostatic chuck is made of a polymer resin material such as polyimide in order to maintain plasma resistance, and an insulating layer having a very high relative dielectric constant is provided immediately below the surface, thereby realizing a substantial attraction force. Improve. At the same time, by forming a bipolar electrode on the electrostatic chuck, leakage of an electric field to the periphery outside the electrostatic chuck portion is reduced.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a bipolar electrode electrostatic chuck 1 containing a polymer resin surface layer and a ferroelectric ceramic layer will be described with reference to FIG. The lower part is the base 9. This part is usually made of copper or aluminum metal having high thermal conductivity, and is controlled so that the substrate to be processed is cooled or kept at a constant temperature. Although not shown, by setting a high-temperature medium to flow through the substrate 9, it is possible to set the temperature to an extremely high temperature of several hundred degrees Celsius. The first polymer resin layer 6 is adhered to the upper layer of the base 9 by a first adhesive layer 8 of epoxy, polyimide, polyvinyl butyral or the like. For example, polyimide is used for the polymer resin layer. The polyimide material has heat resistance from -270 ° C to 400 ° C, and also has high elasticity and mechanical strength. It also has resistance to radiation and chemicals. Therefore, it is a polymer material that is physically, electrically, and chemically strong and is often used in semiconductor manufacturing equipment. The relative permittivity of the polyimide material is about 5. The dielectric layer 4 is adhered to the upper portion of the first polymer resin layer 6 via the second adhesive layer 5 of epoxy, polyimide, polyvinyl butyral or the like as described above. The thickness of the dielectric layer 4 is approximately 500 μm. The dielectric layer 4 uses ferroelectric ceramics such as lead zirconate titanate or barium titanate. These ferroelectric substances are substances having a high relative dielectric constant, which are used for individual capacitor parts, piezoelectric elements and the like, and are also used for capacitors formed in semiconductor integrated elements in recent years. The relative dielectric constants of lead zirconate titanate and barium titanate are about 2,000 and about 100 to 5,000, respectively. The adsorption electrode 7 is formed on the dielectric layer 4 in advance by a printing method or by applying a paste-like metal such as nickel, chromium, silver, or platinum. The thickness of the suction electrode 7 after formation is 1 to 5 μm. In order to avoid the influence of the magnetic field, the material of the attraction electrode 7 is desirably formed of a non-magnetic conductive metal. In this embodiment, a bipolar adsorption electrode 7 is formed. A second polymer resin layer 2, which is a surface layer, is bonded to the upper part of the dielectric layer 4 by a third adhesive layer 3 of epoxy, polyimide, polyvinyl butyral or the like as described above. Polyimide is used as the material of the second polymer resin layer 2. The total thickness of the second polymer resin layer 2 and the third adhesive layer 3 is about 50 μm.
[0010]
【The invention's effect】
The bipolar electrode electrostatic chuck including the polyimide surface layer and the ferroelectric ceramic layer according to the embodiment of the present invention is compared with the conventional same type polyimide surface layer and the bipolar electrode electrostatic chuck without the ferroelectric ceramic layer. It has been verified theoretically and experimentally that it exhibits 3.8 times the adsorption power. The dielectric layer 4 is made of lead zirconate titanate and has a dielectric constant of 2,000, a thickness of 500 μm, and a total thickness of the second polymer resin layer 2 on the surface as polyimide, which is directly below the third adhesive layer 3. Assuming that the thickness is 50 μm and the combined non-dielectric constant of the two layers is 4, the combined relative dielectric constant ε of the upper portion including the dielectric layer is 1819. It is calculated as a value obtained by dividing the composite dielectric constant, which is a guide of the attraction force, by the square of the total thickness, that is, ε / d = 1819 / (500 + 50) 2 = 6.0 × 10 −3 . On the other hand, in the conventional case without the ferroelectric ceramic layer, it is similarly calculated as ε / d = 4 / (50) 2 = 1.6 × 10 −3 . This indicates that the attraction force in this example is 6.0 / 1.6 = 3.8 times higher than that of the conventional case. This effect has been confirmed experimentally. As a result, the voltage required to be applied to the electrostatic chuck can be reduced in proportion to 1 / 3.8. Although the actual voltage varies depending on the condition for a 12-inch silicon semiconductor wafer, a sufficient suction of ± 0.2 has been confirmed. This effect can secure the chucking force of the electrostatic chuck at a lower voltage than before, so that the influence of the potential on the primary particles of the processing apparatus can be reduced, and the chucking force can be increased with the conventional voltage. Will be possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of one embodiment of a bipolar electrode electrostatic chuck containing a polymer resin surface layer and a ferroelectric ceramic layer.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bipolar electrode electrostatic chuck containing polymer resin surface layer and high dielectric ceramic layer 2 Second polymer resin layer 3 Third adhesive layer 4 Dielectric layer 5 Second adhesive layer 6 First height Molecular resin layer 7 Adsorption electrode 8 First adhesive layer 9 Base 10 Adsorption potential supply section
