JP2020064916A - プロセス装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被処理基板を安定して保持できる静電チャックを備えたプロセス装置を提供する。【解決手段】プロセス装置は、基板保持部に配置され、誘電体と前記誘電体の内部に配置された電極とを含む静電チャックと、前記静電チャックの前記電極に電気的に接続された回路と、前記回路に電気的に接続された第１アース線と、を備える。前記第１アース線は、絶縁性被覆を介して金属によりシールドされる。【選択図】図１

Description

実施形態は、プロセス装置に関する。
半導体ウェーハなどの被処理基板を減圧下で処理するプロセス装置の多くは、被処理基板を基板ホルダ上に固定するための静電チャックを備える。プロセス装置における処理の再現性を確保するためには、静電チャックにより被処理基板を安定して保持することが重要である。
国際公開第２０１０／００４９１５号
実施形態は、被処理基板を安定して保持できる静電チャックを備えたプロセス装置を提供する。
実施形態に係るプロセス装置は、基板保持部に配置され、誘電体と前記誘電体の内部に配置された電極とを含む静電チャックと、前記静電チャックの前記電極に電気的に接続された回路と、前記回路に電気的に接続された第１アース線と、を備える。前記第１アース線は、絶縁性被覆を介して金属によりシールドされる。
第１実施形態に係るプロセス装置を示す模式図である。 第１実施形態に係るプロセス装置の動作を示す模式図である。 第１実施形態に係るプロセス装置の特性を示すグラフである。 第１実施形態の変形例に係るプロセス装置を示す模式図である。 第１実施形態に係るアース線のシールド構造を示す模式図である。 第２実施形態に係るプロセス装置を示す模式図である。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るプロセス装置１を示す模式図である。プロセス装置１は、例えば、スパッタ装置、ドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などである。プロセス装置１は、例えば、半導体ウェーハ、ガラス基板、樹脂ディスクなどの基板を処理するために用いられる。
図１に示すように、プロセス装置１は、減圧チャンバ１０と、基板ホルダ２０と、静電チャック３０と、クランプ回路４０と、を備える。静電チャック３０は、例えば、減圧チャンバ１０の内部において、基板ホルダ２０の上に配置される。被処理基板ＳＢは、静電チャック３０の上に載置される。
静電チャック３０は、例えば、誘電体３３と、電極３５と、電極３７と、を備える。電極３５および電極３７は、誘電体３３の内部に配置される。誘電体３３は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどのセラミック、もしくは、ポリイミドなどの樹脂を含む。
被処理基板ＳＢは、誘電体３３の一部を介して電極３５および電極３７に向き合うように載置される。被処理基板ＳＢは、所定の電位を与えられた電極３５および電極３７との間に働く、クーロン力、ジョンソン・ラーベック力もしくはグラディエント力などにより誘電体３３に吸着され、固定される。
ここでは、誘電体３３の内部に２つの極性の電極が配置された双極型静電チャックの例を示しているが、実施形態はこれに限定される訳ではない。例えば、プラスもしくはマイナスの一方の極性の電極を誘電体３３の内部に配置した単極型静電チャックであってもよい。
クランプ回路４０は、減圧チャンバ１０の外側に配置され、電極３５および電極３７に電気的に接続される。クランプ回路４０は、電極３５および電極３７に所定の電位を供給する。また、クランプ回路４０は、アース線４３により接地される。
アース線４３は、例えば、金属箔４５によりシールドされる。アース線４３は、例えば、絶縁性の樹脂により被覆され、金属箔４５に覆われる。また、金属箔４５によるシールドに代えて、同軸ケーブルなどのシールド線をアース線４３として用いることもできる。
図２（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態に係るプロセス装置の動作を示す模式図である。図２（ａ）は、実施形態に係るプロセス装置１を示す模式図であり、図２（ｂ）は、比較例に係るプロセス装置２を示す模式図である。
図２（ａ）に示すように、静電チャック３０の電極３５には、プラス電位Ｖ１が供給され、電極３７には、マイナス電位Ｖ２が供給される。これにより、被処理基板ＳＢの電極３５に向き合う部分には、マイナス電荷が誘起され、電極３７に向き合う部分には、プラス電荷が誘起される。その結果、被処理基板ＳＢは、例えば、電極３５および電極３７との間に働くクーロン力により、静電チャック３０の上に固定される。例えば、マイナス電位Ｖ２の絶対値は、プラス電位Ｖ１に等しく、被処理基板ＳＢは、均等な吸着力により安定して保持される。
図２（ｂ）に示すプロセス装置２では、クランプ回路４０のアース線４３は、シールドされない。このため、クランプ回路４０では、アース線４３がアンテナとなり、外部で発生した電磁ノイズの影響をうける。例えば、アース線４３に電磁ノイズによる誘導電流が発生し、クランプ回路４０の寄生容量に電荷が充填される。このため、クランプ回路４０の中にノイズ電圧ＶＤＳが誘起され、例えば、静電チャック３０に供給されるプラス電位Ｖ１およびマイナス電位Ｖ２に重畳される。
例えば、ノイズ電圧ＶＤＳがプラス電圧であれば、電極３５のプラス電位Ｖ１は上昇し、電極３７のマイナス電位Ｖ２は低下する。このため、例えば、電極３５と被処理基板ＳＢとの間に働くクーロン力は大きくなり、電極３７と被処理基板ＳＢとの間に働くクーロン力は小さくなる。すなわち、被処理基板ＳＢを静電チャック３０の上に吸着する力に偏りが生じる。このため、静電チャック３０の上に固定された被処理基板の面内においてプロセス条件が変化し、被処理基板ＳＢを均一に処理できない場合がある。例えば、静電チャック３０および基板ホルダ２０を介して外部に放散される熱に偏りが生じ、被処理基板ＳＢの温度分布が不均一になる。この結果、被処理基板のエッチング速度や被処理基板上に形成される膜の堆積速度が不均一になる場合がある。
また、被処理基板ＳＢを静電チャック３０の上から移動させる場合には、電極３５にマイナス電位を供給し、電極３７にプラス電位を供給する。これにより、被処理基板ＳＢ中に誘起された電荷が分散し、被処理基板ＳＢに働く吸着力は消える。この際、クランプ回路４０中にノイズ電圧ＶＤＳが誘起されていると、被処理基板ＳＢの電荷の分散に遅れが生じ、被処理基板ＳＢを静電チャック３０から分離できない、所謂、搬送エラーが発生する場合がある。
図３は、第１実施形態に係るプロセス装置１の特性を示すグラフである。横軸は、静電チャック３０の上に被処理基板ＳＢを保持した時間であり、縦軸は、電極３５および電極３７の電位変動量ΔＶである。
図３中には、アース線４３をシールドした場合、および、アース線４３をシールドしない場合の電位変動量ΔＶが示されている。ここで、電位変動量ΔＶは、例えば、電極３５および電極３７に供給される電位の変化量である。すなわち、電極３５の電位は、Ｖ１+ΔＶであり、電極３７の電位は、Ｖ２＋ΔＶである。
図３に示すように、アース線４３をシールドしない場合には、電極３５および電極３７の電位は大きく変動する。一方、アース線４３をシールドした場合には、電極３５および電極３７の電位は安定している。このように、アース線４３をシールドすることにより、電極３５および電極３７の電位を安定させ、静電チャック３０の上に被処理基板ＳＢを安定して保持することができる。その結果、プロセス装置１における被処理基板ＳＢの処理条件の再現性を向上させるとともに、搬送エラーを回避できる。
図４（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態の変形例に係るプロセス装置３および４を示す模式図である。プロセス装置３および４は、減圧チャンバ１０を収容する筐体５０をさらに備える。また、筐体５０の内部には、クランプ回路４０を含む複数の回路が配置される。
図４（ａ）に示すプロセス装置３では、筐体５０は、アース線５３を介して接地される。アース線５３は、例えば、金属箔５５によりシールドされる。アース線５３は、同軸ケーブルなどのシールド線であっても良い。
筐体５０の内部には、減圧チャンバ１０、クランプ回路４０、高周波回路６０および駆動回路７０が配置される。クランプ回路４０は、減圧チャンバ１０の内部に配置された静電チャック３０に電気的に接続される。高周波回路６０は、例えば、減圧チャンバ１０の内部に配置された放電用電極（図示しない）に電気的に接続され、減圧チャンバ１０の内部にプラズマを励起するために用いられる。駆動回路７０は、例えば、被処理基板ＳＢの搬送システム（図示しない）、減圧チャンバ１０の内部へのガス供給システム（図示しない）などを駆動する。
クランプ回路４０、高周波回路６０および駆動回路７０は、それぞれ筐体５０を介して接地される。クランプ回路４０は、アース線４７を介して筐体５０に電気的に接続される。さらに、アース線４７は、例えば、金属箔４９によりシールドされる。アース線４７は、同軸ケーブルなどのシールド線であっても良い。
例えば、筐体５０が電磁ノイズを遮蔽するシールド機能を有する構造であれば、クランプ回路４０、高周波回路６０および駆動回路７０は、外部からの電磁ノイズに対して保護される。クランプ回路４０は、例えば、アース線４７を覆う金属箔４９によりシールドされ、高周波回路６０または駆動回路７０において発生する電磁ノイズの影響を抑制するように構成される。また、筐体５０の内部に電磁ノイズの発生源がない場合、金属箔４９によるシールドを省略できる場合がある。
筐体５０がシールド機能を有さない場合でも、アース線４７を金属箔４９でシールドし、アース線５３を金属箔５５でシールドすることにより、クランプ回路４０に対する電磁ノイズの影響を抑制することができる。
図４（ｂ）に示すプロセス装置４では、クランプ回路４０は、アース線４３を介して直接接地される。アース線４３は、例えば、金属箔４５によりシールドされる。これにより、外部からの電磁ノイズ、および、高周波回路６０または駆動回路７０で発生する電磁ノイズのクランプ回路４０に対する影響を抑制することができる。
このように、実施形態に係るプロセス装置３および４では、クランプ回路４０に対する電磁ノイズの影響を抑制し、被処理基板ＳＢを静電チャック３０の上に安定して保持することができる。また、被処理基板ＳＢを静電チャック３０の上から移動させる際の搬送エラーを回避することもできる。
図５は、第１実施形態に係るプロセス装置のアース線４３のシールド構造８０を示す模式図である。アース線４３は、例えば、絶縁性の樹脂により被覆されている。アース線４３は、シールドカバー８３により覆われる。シールドカバー８３は、金属箔、例えば、銅箔、アルミニウム箔などを樹脂製のカバーの内側に貼り付けた構造を有する。
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係るプロセス装置５を示す模式図である。プロセス装置５は、減圧チャンバ１０と、基板ホルダ２０と、静電チャック３０と、クランプ回路４０と、を備える。プロセス装置５においても、静電チャック３０に対する電磁ノイズの影響を抑制する構成が設けられる。
図６に示すように、基板ホルダ２０は、減圧チャンバ１０の内部に基板を保持するように構成される。静電チャック３０は、基板ホルダ２０の上に配置され、被処理基板ＳＢを基板ホルダ２０に固定する。クランプ回路４０は、静電チャック３０の電極３５および電極３７に電気的に接続される。クランプ回路４０は、アース線４３を介して接地される。この例では、アース線４３にシールドは設けられない。
プロセス装置５は、電流センサ９３と、オフセット制御回路９５と、をさらに備える。電流センサ９３は、クランプ回路４０のアース線４３に流れる電流を検出する。電流センサ９３は、例えば、クランプメータである。オフセット制御回路９５は、電流センサ９３の出力に応じてクランプ回路４０の出力を一定に保持するための補償電圧を加えるように構成される。
例えば、電磁ノイズによりアース線４３に誘導電流ＩＤＳが誘起されると、電流センサ９３は、誘導電流ＩＤＳの大きさおよび方向に応じた信号を出力する。オフセット制御回路９５は、電流センサ９３の出力を受け、例えば、誘導電流ＩＤＳにより誘起されるノイズ電圧ＶＤＳを相殺するための補償電圧を加えた電位をクランプ回路４０に出力させる。
例えば、オフセット制御回路９５は、誘導電流ＩＤＳとノイズ電圧ＶＤＳとの相関関係に基づいて、ノイズ電圧ＶＤＳを相殺するための補償電圧を供給し、クランプ回路４０は、所定の電圧Ｖ１およびＶ２（図２（ｂ）参照）に補償電圧を加えて出力するように構成される。オフセット制御回路９５は、例えば、誘導電流ＩＤＳとノイズ電圧ＶＤＳとの相関関係を記憶したメモリ部を含み、電流センサ９３の出力に応じた補償電圧を出力する。また、オフセット制御回路９５は、電流センサ９３に代えて、クランプ回路４０の内部の電位を検出し、その電位とノイズ電圧ＶＤＳとの相関関係に基づいた補償電圧をクランプ回路４０の出力に加えるように構成されても良い。
これにより、静電チャック３０の電極３５および電極３７に供給される電位に対する電磁ノイズの影響を軽減し、被処理基板ＳＢを安定して保持させることが可能になる。その結果、プロセス装置５におけるプロセス条件の再現性を向上させ、さらに、搬送エラーなどの障害を回避することができる。
なお、上記の例では、クランプ回路４０とオフセット制御回路９５とが分離されているが、実施形態は、これに限定される訳ではない。例えば、クランプ回路４０とオフセット制御回路９５とが一体に構成された回路であっても良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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、変更を行うことができる。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。
１、２、３、４、５…プロセス装置、 １０…減圧チャンバ、 ２０…基板ホルダ、 ３０…静電チャック、 ３３…誘電体、 ３５、３７…電極、 ４０…クランプ回路、 ４３、４７、５３…アース線、 ４５、４９、５５…金属箔、 ５０…筐体、 ６０…高周波回路、 ７０…駆動回路、 ８０…シールド構造、 ８３…シールドカバー、 ９３…電流センサ、 ９５…オフセット制御回路、 ＳＢ…被処理基板、 ＩＤＳ…誘導電流、 ＶＤＳ…ノイズ電圧

Claims (6)

  1. 基板保持部に配置され、誘電体と前記誘電体の内部に配置された電極とを含む静電チャックと、
    前記静電チャックの前記電極に電気的に接続された回路と、
    前記回路に電気的に接続された第１アース線であって、絶縁性被覆を介して金属によりシールドされた第１アース線と、
    を備えたプロセス装置。
  2. 前記基板保持部および前記回路を囲む筐体をさらに備え、
    前記筐体は、前記第１アース線により接地され、
    前記回路は、前記筐体に第２アース線を介して電気的に接続され、前記筐体を介して接地される請求項１記載のプロセス装置。
  3. 前記第２アース線は、絶縁性被覆を介して金属によりシールドされる請求項２記載のプロセス装置。
  4. 前記回路は、前記第１アース線により直接接地される請求項１記載のプロセス装置。
  5. 前記基板保持部および前記回路を囲む筐体をさらに備え、
    前記第１アース線は、前記筐体から電気的に分離され、前記筐体の外側において接地される請求項４記載のプロセス装置。
  6. 基板保持部に配置され、誘電体と前記誘電体の内部に配置された電極とを含む静電チャックと、
    前記静電チャックの電極に電気的に接続された第１回路と、
    前記回路に電気的に接続されたアース線と、
    前記アース線に流れる電流を検出する電流センサと、
    前記第１回路および前記電流センサに電気的に接続された第２回路と、
    を備え、
    前記第２回路は、前記電流センサにより検出された電流値を受け、前記第１回路から前記静電チャックの前記電極に出力される電位の変化量と前記電流値との相関関係に基づいた補償電圧を前記第１回路の出力に加えるように構成されたプロセス装置。
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