JP2018046179A - 静電チャック及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強い吸着力を有する静電チャックを提供する。【解決手段】実施形態の静電チャックは、第１の平面内に設けられた第１の電極と、第１の平面に対し平行に設けられた第２の平面内に設けられており、第２の平面に第１の電極が正投影された領域と、第２の平面に垂直な第３の平面と、の交線に交わる複数の部分を有する第２の電極と、第１の電極と第２の電極の間に設けられた絶縁体と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、静電チャック及び半導体製造装置に関する。

半導体製造装置においては、ウェハ等の基板を固定した状態でエッチングやスパッタリング等が行われる。基板の固定手段には、チャックが用いられる。

チャックの例としては、基板を機械的に固定する機械式チャック、基板を真空引きにより吸着する真空チャック、基板と台の間に生じた静電力により基板を吸着する静電チャック等が挙げられる。

特開２０００−２１９６１号公報

本発明が解決しようとする課題は、強い吸着力を有する静電チャック、及び強い吸着力を有する静電チャックを用いた半導体製造装置を提供することにある。

実施形態の静電チャックは、第１の平面内に設けられた第１の電極と、第１の平面に対し平行に設けられた第２の平面内に設けられており、第２の平面に第１の電極が正投影された領域と、第２の平面に垂直な第３の平面と、の交線に交わる複数の部分を有する第２の電極と、第１の電極と第２の電極の間に設けられた絶縁体と、を備える。

第１の実施形態の静電チャックの模式図である。 第１の実施形態の静電チャックの要部の模式図である。 第１の実施形態の他の態様の静電チャックの要部の模式図である。 第１の実施形態の静電チャックの作用効果を示す模式図である。 第２の実施形態の静電チャックにおける第２の電極の模式図である。 第３の実施形態の静電チャックにおける第２の電極の模式図である。 第４の実施形態の半導体製造装置の一例である、プラズマ処理装置の模式図である。 第４の実施形態の半導体製造装置の一例である、検査装置の模式図である。 第４の実施形態の半導体製造装置の一例である、ピンセットの模式図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

本明細書中、同一又は類似する部材については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。

（第１の実施形態）
本実施形態の静電チャックは、第１の平面内に設けられた第１の電極と、第１の平面に対し平行に設けられた第２の平面内に設けられており、第２の平面に第１の電極が正投影された領域と、第２の平面に垂直な第３の平面と、の交線に交わる複数の部分を有する第２の電極と、第１の電極と第２の電極の間に設けられた絶縁体と、を備える。

図１は、本実施形態の静電チャック１００の模式図である。図２は、本実施形態の静電チャック１００の要部の模式図である。

静電チャック１００は、第１の電極２と、第２の電極４と、絶縁体５０と、板６０と、を有する。第２の電極４は、第１の部分４ａと、第２の部分４ｂと、を有する。

第１の電極２は、第１の平面１２内に設けられている。

第２の電極４は、第１の平面１２に対し平行に設けられた第２の平面１４内に設けられている。また、第２の電極４は、第２の平面１４に第１の電極２が正投影された領域１８と、第１の平面１２及び第２の平面１４に垂直な第３の平面１６と、の交線２０に交わる、複数の部分を有する。なお、第１の平面１２、第２の平面１４、第３の平面１６及び交線２０は、いずれも仮想的に設けられたものである。

ここで、Ｘ軸と、Ｘ軸に対して垂直な１つの軸であるＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸に対して垂直なＺ軸を定義する。第１の平面１２及び第２の平面１４を、Ｚ軸に垂直な平面すなわちＸＹ平面に平行な平面とする。この場合、第３の平面１６は、Ｘ軸に垂直な平面すなわちＹＺ平面に平行な平面である。また、交線２０は、ＸＺ平面に垂直な線すなわちＹ軸に平行な線である。

例えば、第２の電極４は、第１の部分４ａと、一端が第１の部分４ａに電気的に接続された複数の第２の部分４ｂを有する。第１の部分４ａ及び複数の第２の部分４ｂは、第２の平面１４内において、例えば長方形の形状を有する。複数の第２の部分４ｂは、それぞれが一定の距離Ｌ_１を有して領域１８内に配置されている。これにより、複数の第２の部分４ｂは、交線２０に交わる。

図３は、本実施形態の他の態様の静電チャック１００の要部の模式図である。第１の電極は、第１の部分２ａと、第２の部分２ｂを有する。第２の電極は、第１の部分４ａ、第２の部分４ｂ、第３の部分４ｃ及び第４の部分４ｄを有する。第２の平面１４に第１の部分２ａが正投影された領域１８ａと、第２の平面１４に垂直な第３の平面１６ａと、は１本の交線２０ａを形成する。また、第２の平面１４に第２の部分２ｂが正投影された領域１８ｂと、第２の平面１４に垂直な第３の平面１６ｂと、は１本の交線２０ｂを形成する。そして、１本の交線２０ａには、複数の第２の部分４ｂが交わる。また、１本の交線２０ｂには、複数の第２の部分４ｄが交わる。

なお、第２の電極４の形状は、上記のものに限定されない。

第１の電極２は、例えばＡｌ（アルミニウム）の箔を用いて形成される。第２の電極４は、蒸着による形成を容易にするためＭｏ（モリブデン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）を含むことが好ましい。ただし、第１の電極２及び第２の電極４の材料はこれに限定されない。

絶縁体５０は、第１の電極２と第２の電極４の間に設けられている。絶縁体５０は、第１の電極２と第２の電極４を適切な距離に保持する。絶縁体５０は、例えばポリイミドのフィルムであるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

交線２０上における第２の部分４ｂ間の距離Ｌ_１は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下、すなわち１ｍｍ≦Ｌ_１≦３ｍｍであることが好ましい。交線２０上における第２の部分４ｂの長さＬ_２は、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下、すなわち０．５ｍｍ≦Ｌ_２≦１ｍｍであることが好ましい。また、第１の電極２と第２の電極４の距離Ｌ_３は、２５μｍ以上７０μｍ以下、すなわち２５μｍ≦Ｌ_３≦７０μｍであることが好ましい。

板６０は、板６０と絶縁体５０の間に第２の電極４が設けられているように配置されている。板６０は、半導体製造装置内において、腐食性ガス雰囲気中にプラズマが生成された環境に静電チャック１００が配置される場合、静電チャックの第２の電極４や絶縁体５０を腐食から保護するために用いられる。

板６０の材質は、板６０の材質の誘電率に基づいて決定されることが好ましい。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックスは、板６０として好ましく用いられる。

板６０の膜厚は、０．６ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。２ｍｍより厚い場合、第２の電極４と基板Ｗの距離が長くなりすぎるため、十分な大きさの静電力を基板Ｗに伝えて基板Ｗを吸着することが難しくなる。一方０．６ｍｍより薄い場合には、薄すぎるため板６０の膜厚の加工が難しくなる。

基板Ｗは、例えばＳｉ（シリコン）基板等の半導体基板である。

基板Ｗは、例えば半導体基板上に、塗布等により樹脂が設けられたものであってもよい。この場合、基板Ｗは、板６０上に、又は板６０なしに第２の電極４上に、上述の樹脂が直接吸着されるように固定される。なお、基板Ｗが、表面に導電膜が設けられた半導体基板であり、上述の導電膜が板６０上に、又は板６０なしに第２の電極４上に直接吸着されるように、基板Ｗを固定しても良い。

電源１２０は、例えば±１０００Ｖ程度の電圧を印加することが可能な、市販の高電圧電源である。電源１２０の一方の極例えば負極は、接続配線１１０を用いて、第１の電極２に接続される。また、電源１２０の他方の極例えば正極は、接続配線１１０を用いて、第２の電極４に接続される。これにより、第１の電極２に負の極性を有する電圧が、また第２の電極４に正の極性を有する電圧が、それぞれ印加される。言い換えると、第１の電極２に印加される電圧の極性と、第２の電極４に印加される電圧の極性は異なっている。負極及び正極と、第１の電極２及び第２の電極４の接続は、絶縁体５０内に設けられた図示しない穴等を用いて行うことができる。なお、正の極性を有する電圧が第１の電極２に、また負の極性を有する電圧が第２の電極４に印加されてもよい。

次に、本実施形態の静電チャック１００の製造方法を記載する。まず、膜厚が４ｍｍ程度の、例えばＡｌＮからなるセラミックス板に、Ｍｏを蒸着して第２の電極４を形成する。次に、第１の電極２となるＡｌの箔を、２枚のポリイミドフィルムで挟む。次に第２の電極４が形成されたセラミックス板と上述の２枚のポリイミドフィルムを、第２の電極４がポリイミドフィルムに接するように重ねて、プレス機により熱を加えながら硬化させて接着する。上述のポリイミドフィルムは絶縁体５０となる。次に、板の膜厚を３ｍｍ程度削ることによりセラミックス板の膜厚を１ｍｍ程度として、板６０を形成する。これにより、本実施形態の静電チャック１００を得る。

次に、本実施形態の作用効果を記載する。

図４は、本実施形態の作用効果を説明する模式図である。

図４（ａ）は、本実施形態の比較形態となる静電チャック９００の作用効果を説明する模式図である。静電チャック９００においては、第１の電極２に負の極性を有する電圧が印加されている。これにより、第１の電極２上における基板Ｗの部分が正に帯電する。

また、静電チャック９００においては、第２の電極４に正の極性を有する電圧が印加されている。これにより、第２の電極４上における基板Ｗの部分が負に帯電する。第１の電極２と基板Ｗの正に帯電した部分、及び第２の電極４と基板Ｗの負に帯電した部分に、それぞれ電気力線Ｅが生じ吸着力が発生する。

例えば基板Ｗが半導体基板である場合には、基板Ｗ内部の自由電子の数が絶縁物に比較して多く、このような帯電が比較的容易に発生する。そのため、良好な吸着が可能である。しかし、基板Ｗが樹脂等の絶縁物で形成されている場合には、基板内部に十分な電荷がない。そのため、比較形態となる静電チャック９００により絶縁物で形成された基板Ｗを吸着することは困難であった。

また、基板Ｗが、半導体基板上に樹脂が設けられたものである場合には、樹脂を形成した後の基板Ｗの反りが大きくなるために、静電チャックへの吸着がさらに困難であるという問題があった。

図４（ｂ）は、本実施形態の静電チャック１００の作用効果を説明する模式図である。本実施形態の静電チャック１００においては、第１の電極２に負の極性を有する電圧が、また第２の電極４に正の極性を有する電圧が印加されている。第２の電極４から生じた電気力線Ｅは、基板Ｗに入った後静電チャック１００内に戻り、第２の電極４の間を通って第１の電極２に到達する。基板Ｗ内に発生した誘電分極Ｐと、第２の電極４と第１の電極２の間に生じた電界強度の勾配と、の間に、グラディエント力による吸着力が発生する。

静電チャック１００内における第２の電極４の密度を増加させると、第２の電極４から生じて基板Ｗ内に出入りする電気力線Ｅの数が多くなり、より多くの誘電分極Ｐと電気力線Ｅの間に吸着力が生じるようになる。このような機構により、基板Ｗが、樹脂等の絶縁物で形成されている場合や、半導体基板上に樹脂が設けられたものである場合であっても、良好に静電チャック１００により吸着を行うことが出来る。

なお、基板Ｗが、半導体基板や、表面に導電膜が設けられた半導体基板である場合でも、勿論良好に静電チャック１００により吸着を行うことが出来る。

Ｌ_１が３ｍｍより大きい場合、多くの第２の部分４ｂを領域１８内に設けることが出来ないので、グラディエント力を得ることが困難になってしまう。一方、Ｌ_１が１ｍｍより小さい場合には、電荷の干渉が起こり、吸着力が弱くなる。また、この干渉により、電極が熱により破壊するおそれがある。そのため１ｍｍ≦Ｌ_１≦３ｍｍであることが好ましい。

Ｌ_２が１ｍｍより大きい場合、多くの第２の部分４ｂを領域１８内に設けることが出来ないので、グラディエント力を得ることが困難になってしまう。一方、Ｌ_２が０．５ｍｍより小さい場合には、電荷の干渉が起こり、吸着力が弱くなる。また、この干渉により、電極が熱により破壊するおそれがある。そのため０．５ｍｍ≦Ｌ_２≦１ｍｍであることが好ましい。

Ｌ_３が７０μｍより大きい場合、第１の電極２と第２の電極４の距離が長くなりすぎて、グラディエント力を基板Ｗに伝えることが出来ないため、基板Ｗを吸着する力が弱くなってしまう。一方、Ｌ_３が２５μｍ以下の場合、電荷の干渉が起こり、吸着力が弱くなる。また、この干渉により、電極が熱により破壊するおそれがある。そのため２５μｍ≦Ｌ_３≦７０μｍであることが好ましい。

以上のように、本実施形態の静電チャックによれば、強い吸着力を有する静電チャックの提供が可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態の静電チャックは、領域内における第２の電極の端部は頂点を有する点で、第１の実施形態の静電チャックと異なっている。ここで、第１の実施形態と重複する内容については、記載を省略する。

図５は、本実施形態の静電チャック１００における第２の電極４の、第２の部分４ｂの模式図である。

図５（ａ）は、第２の部分４ｂの一部に頂点６が設けられているものである。ここで頂点６とは、２つの線の交わる点を言う。図５（ａ）においては、端部４ｃを構成する線４ｄと、端部４ｃを構成する線４ｅの交わる点が、頂点６となっている。このように端部４ｃが頂点６を有する構造とすることにより、電気力線Ｅの密度を増加させることが出来るため、より強い吸着力を得ることが出来る。

図５（ｂ）においては、第２の部分４ｂが波型の形状を有する。図５（ｃ）においては、第２の部分４ｂの端部４ｃの一部が円弧を有している。図５（ｂ）と図５（ｃ）の場合においても、頂点６が設けられているため、より強い吸着力を得ることが出来る。

以上のように、本実施形態の静電チャックによれば、より強い吸着力を有する静電チャックの提供が可能となる。

（第３の実施形態）
本実施形態の静電チャックは、領域内における第２の電極は穴を有する点で、第１ないし第２の実施形態の静電チャックと異なっている。ここで、第１ないし第２の実施形態と重複する内容については、記載を省略する。

図６は、本実施形態の静電チャック１００における第２の電極４の、第２の部分４ｂの模式図である。第２の部分４ｂには穴８が設けられている。この場合においても、電気力線Ｅの密度を増加させることが出来るため、より強い吸着力を得ることが出来る。

以上のように、本実施形態の静電チャックによれば、より強い吸着力を有する静電チャックの提供が可能となる。

（第４の実施形態）
本実施形態の半導体製造装置は、第１乃至第３の実施形態の静電チャックを備えるプラズマ処理装置である。ここで、第１乃至第３の実施形態と重複する点については、記載を省略する。

図７は、本実施形態の半導体製造装置である、プラズマ処理装置２００の模式図である。ここでは、プラズマ処理装置２００として、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）装置を例示している。プラズマ処理装置２００は、気密に構成された、例えばアルミニウム製のチャンバ２１１を有している。このチャンバ２１１はグランド２１０により接地されている。

チャンバ２１１内には、基板Ｗを水平に支持するとともに、下部電極として機能する支持テーブル２２１が設けられている。支持テーブル２２１の表面上には、静電チャック１００が設けられている。静電チャック１００は、図示しない配線により、図示しない電源と接続されている。支持テーブル２２１の側面及び底面の周縁部を覆うように絶縁リング２２２が設けられている。

また、支持テーブル２２１は、チャンバ２１１内の中央付近に位置するように、チャンバ２１１に支持される図示しない支持部により固定されている。さらに、支持テーブル２２１には、高周波電力を供給する給電線２３１が接続されており、この給電線２３１にブロッキングコンデンサ２３２、整合器２３３及び高周波電源２３４が接続されている。高周波電源２３４からは所定の周波数の高周波電力が支持テーブル２２１に供給される。

下部電極として機能する支持テーブル２２１に対向するように、支持テーブル２２１の上部に上部電極２４２が設けられている。上部電極２４２は支持テーブル２２１と平行に対向するように、支持テーブル２２１から所定の距離を隔てたチャンバ２１１の上部付近の部品２４１に固定される。このような構造によって、上部電極２４２と支持テーブル２２１とは、一対の平行平板電極を構成している。また、上部電極２４２の内縁部には、上部電極２４２の板の厚さ方向を貫通する、図示しない複数のガス供給路が設けられている。上部電極２４２は、例えば円形状を有している。上部電極２４２は、例えばシリコンにより形成された電極である。

チャンバ２１１の上部付近には、プラズマ処理時に使用される処理ガスが供給されるガス供給口２１２が設けられており、ガス供給口２１２には配管を通じて図示しないガス供給装置が接続されている。

支持テーブル２２１の下部にはガス排気口２１３が設けられており、ガス排気口２１３には配管を通じて図示しない真空ポンプが接続されている。

チャンバ２１１内の支持テーブル２２１と、上部電極２４２との間の空間は、プラズマ処理室２５１となり、支持テーブル２２１と、チャンバ２１１の底面との間の下部の空間はガス排気室２５２となる。

ＲＩＥ等のエッチングの際に重要なことは、エッチング中の基板Ｗの温度を均一にすることである。第１乃至第３の実施形態の静電チャック１００を用いることにより、静電チャック１００に基板Ｗがしっかりと吸着されるため、基板Ｗ全体の温度を静電チャック１００自体の温度に制御することが容易になる。そのため、静電チャック１００の温度を制御することにより、良好なエッチングを行うことが可能となる。

なお、上述の記載はＲＩＥ装置についてのものであるが、第１乃至第３の実施形態の静電チャック１００は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）装置、スパッタ装置、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）装置、マスク描画装置、マスク検査装置等の他の半導体製造装置にも好ましく用いることが出来る。

本実施形態の半導体製造装置によれば、強い吸着力を有する静電チャックを用いた半導体製造装置の提供が可能となる。

（第５の実施形態）
本実施形態の半導体製造装置は、第１乃至第３の実施形態の静電チャックを備える検査装置である。ここで、第１乃至第３の実施形態と重複する点については、記載を省略する。

図８は、本実施形態の半導体製造装置である、検査装置３００の模式図である。

検査装置３００は、検査ステージ３１０、電流端子３２１、電圧端子３２２を有する。検査ステージ３１０の表面には、静電チャック１００が設けられている。図示しない被検査体が形成された基板Ｗは、静電チャック１００により検査ステージ３１０上に固定されている。電流端子３２１及び電圧端子３２２が被検査体に接触することにより、被検査体の電気的特性の検査をすることが可能となる。

本実施形態の半導体製造装置によれば、強い吸着力を有する静電チャックを用いた半導体製造装置の提供が可能となる。

（第６の実施形態）
本実施形態の半導体製造装置は、第１乃至第３の実施形態の静電チャックを備えるピンセットである。ここで、第１乃至第３の実施形態と重複する点については、記載を省略する。

図９は、本実施形態の半導体製造装置である、ピンセット４００の模式図である。ピンセット４００の先端４１０には静電チャック１００が設けられており、基板を吸着することが可能である。配線４２０は図示しない電源に接続されており、静電チャック１００に電気を供給する。なお、持ち手４３０に図示しないスイッチを配置することにより、静電チャック１００への電気の供給を制御してもよい。

本実施形態の半導体製造装置によれば、強い吸着力を有する静電チャックを用いた半導体製造装置の提供が可能となる。

本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態及び実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２ 第１の電極
４ 第２の電極
４ａ 第１の部分
４ｂ 第２の部分
４ｃ 端部
６ 頂点
８ 穴
１２ 第１の平面
１４ 第２の平面
１６ 第３の平面
１８ 領域
２０ 交線
５０ 絶縁体
６０ 板
１００ 静電チャック
１１０ 接続配線
１２０ 電源
２００ 半導体製造装置（プラズマ処理装置）
３００ 半導体製造装置（検査装置）
４００ 半導体製造装置（ピンセット）
９００ 静電チャック
Ｐ 誘電分極
Ｗ 基板

Claims (7)

1. 第１の平面内に設けられた第１の電極と、
   前記第１の平面に対し平行に設けられた第２の平面内に設けられており、前記第２の平面に前記第１の電極が正投影された領域と、前記第２の平面に垂直な第３の平面と、の交線に交わる複数の部分を有する第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極の間に設けられた絶縁体と、
   を備える静電チャック。
2. 前記交線上における前記部分間の距離は１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、
   前記交線上における前記部分の長さは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、
   前記第１の電極と前記第２の電極の距離は２５μｍ以上７０μｍ以下である、
   請求項１記載の静電チャック。
3. 前記第１の電極に印加される電圧の極性と、前記第２の電極に印加される電圧の極性は異なる、
   請求項１又は請求項２記載の静電チャック。
4. 板をさらに備え、前記板と前記絶縁体の間に前記第２の電極は設けられている、
   請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の静電チャック。
5. 前記領域内における前記第２の電極の端部は頂点を有する、
   請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の静電チャック。
6. 前記領域内における前記第２の電極は穴を有する、
   請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の静電チャック。
7. 請求項１ないし請求項６いずれか一項記載の静電チャックを備える半導体製造装置。

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