JP2981795B2 - 静電チャック - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電チャックシートを
設けた静電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】枚葉式の半導体処理装置では、真空状態
の反応容器内でサセプタと称される導電性の台の上に１
枚の半導体ウエハを載せて、この半導体ウエハの表面に
所定の処理を施すようにしている。近年は、クランプ等
の機械的な保持手段を使わずに静電力で半導体ウエハを
サセプタ上に吸着保持するようにした静電チャック型の
サセプタ構造が採用されつつある。

【０００３】この種静電チャックの当初のものは、サセ
プタの表面を酸化して絶縁被膜を形成してなり、サセプ
タに高電圧を印加してサセプタ表面の絶縁被膜を分極さ
せることによって、半導体ウエハとの境面に静電気を発
生させ、そのクーロン力によって半導体ウエハをサセプ
タに吸着保持するものであった。しかし、この構造で
は、サセプタ表面の絶縁被膜に十分な分極が得られず、
静電吸着力が物足りなかった。そこで、最近は、静電チ
ャックシートをサセプタに設けた構造の静電チャックが
主流になりつつある。

【０００４】図５に、枚葉式プラズマエッチング装置に
用いられている最近の静電チャックの構造を示す。この
静電チャックにおいて、１００はサセプタ、１０２は半
導体ウエハ、１０４はフォーカスリング、１０６は静電
チャックシートである。

【０００５】静電チャックシート１０６は、一対のポリ
イミド樹脂フィルム１０８，１１０を重ね合わせてその
中に銅箔などの薄い導電膜１１２を封入してなるもの
で、サセプタ１００の上面（載置面）に合わせて平坦な
円形シートに形成されている。この静電チャックシート
１０６において、導電膜１１２はポリイミド樹脂フィル
ム１０８，１１０よりも径が小さく、シート周縁部１０
６Ａは両ポリイミド樹脂フィルム１０８，１１０同士が
互いに接着された糊代部になっている。この糊代周縁部
１０６Ａは、２枚重ねのフィルムの間に導電膜を封入す
るという静電チャックシートの構造から必然的にできる
ものであるが、導電膜１１２が露出して外部（特にサセ
プタ）と短絡するのを防止する絶縁機能を担っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近の枚葉
式処理装置では、図５に示すように、半導体ウエハ１０
２の径よりもサセプタ１００のウエハ載置面の径および
静電チャックシート１０６の径を小さくして、反応性イ
オンが半導体ウエハ１０２の表面にだけ入射し、ウエハ
載置面には入射しないようにしている。たとえば、プラ
ズマエッチングの場合、プラズマ中で反応性イオンがサ
セプタ１００の載置面に入射すると、その入射した部分
で載置面もエッチングされてしまい、望ましくないから
である。

【０００７】そのように半導体ウエハ１０２の径よりも
サセプタ１００の載置面の径を小さくすることで、半導
体ウエハ１０２の外周縁がサセプタ１００の載置面より
外に幾分（ｒa だけ）はみ出る。しかし、静電チャック
シート１０６の導電膜１１２に対しては、サセプタ１０
０の載置面より外にはみ出た部分（ｒa)だけでなく静電
チャックシート１０６の糊代周縁部１０６Ａに接してい
る部分（ｒb)もはみ出る。したがって、両者を加えた距
離（Ｒ0 ）にわたる半導体ウエハ１０２の周縁部が、静
電チャックシート１０６の導電膜１１２からの吸着力が
弱まることにより熱伝導が悪くなって、熱的に浮いた状
態となり、吸着保持力やウエハ温度特性の点で具合が悪
かった。

【０００８】なお、静電チャックシート１０６の糊代周
縁部１０６Ａを短くすることも考えられるが、上記のよ
うに糊代周縁部１０６Ａはシート製作および短絡防止の
両面から必然的・技術的な存在意義があり、短縮化には
限度がある。

【０００９】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、静電チャックシートと被処理体間の有効結合力
を大きくして、被処理体に対する吸着保持力、被処理体
の温度特性等を向上させるとともに、サセプタ周縁部へ
の電界集中を防いでサセプタの破損や静電チャックシー
トの焼損・絶縁破壊等を防止するようにした静電チャッ
クを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の静電チャックは、２枚の絶縁フィルムの
間に導電膜を封入してなる静電チャックシートをサセプ
タの載置面に被せ、前記静電チャックシート上に載置さ
れる被処理体を静電力で吸着保持する静電チャックにお
いて、前記サセプタの載置面の径を前記被処理体の径よ
りも小さくして、前記載置面の周縁部を前記サセプタの
側面にかけて湾曲面に形成し、前記静電チャックシート
の周縁部を前記サセプタの周縁部に重なるように湾曲さ
せて前記被処理体の周縁部から逃げるように下方に延ば
す構成とした。

【００１１】

【００１２】本発明の静電チャックにおける静電チャッ
クシートの絶縁フィルムとしては、結晶化前のアラミド
樹脂が好適である。

【００１３】

【００１４】

【作用】本発明の静電チャックでは、静電チャックシー
トの周縁部が被処理体の周縁部から逃げるような方向に
湾曲して、サセプタの湾曲周縁部に重なる。これによっ
て、被処理体の半径方向における静電チャックシートの
糊代周縁部の長さが短くなり、そのぶん静電チャックシ
ートの導電膜の半径方向の長さ（径）を増分することが
できる。したがって、静電チャックシートの導電膜と被
処理体との結合面積が増大するため、被処理体に対する
静電吸着力が増大し、被処理体の周縁部においても均一
な温度特性を持たせるという温度特性が向上する。ま
た、サセプタの載置面の周縁部が湾曲面に形成され、か
つ静電チャックシートの周縁部がサセプタの湾曲周縁部
に重なるように湾曲しているので、サセプタ周縁部への
電界集中を防ぎ、サセプタの破損やシートの焼損・絶縁
破壊等を防止することができる。

【００１５】

【００１６】結晶化前のアラミド樹脂は、深絞り成形が
可能なので、これを静電チャックシートの絶縁フィルム
に用いると、シート周縁部を任意の立体形状に加工する
ことができる。

【００１７】また、静電チャックシートの導電部をシー
ト周縁部にある湾曲部に伸ばすことにより、前記周縁部
においても均一な温度の分布に近づけるという温度特性
の改善を行うことができる。

【００１８】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。図１〜図３は本発明の一実施例を適用した枚葉
式プラズマエッチング装置の構成を示す図であって、図
１は装置全体の略断面図、図２は要部の分解斜視図、図
３はこの実施例による静電チャックの部分拡大断面図で
ある。

【００１９】この実施例のエッチング装置において、反
応容器１０の底面中央部に円柱形のサセプタ支持台１２
が配設され、このサセプタ支持台１２の上にサセプタ１
４がボルト１５によって取付される。サセプタ１４およ
びサセプタ支持台１２のいずれもアルミニウム等の導電
性金属からなる。サセプタ支持台１２の内部には冷却ジ
ャケット１２Ａが形成されており、導入管１６を通って
冷却ジャケット１２Ａ内に供給された冷却液は排出管１
８を通って装置外部へ排出される。

【００２０】サセプタ１４は、肉厚なウエハ載置台１４
Ａと肉薄な鍔部またはフランジ部１４Ｂとを一体成形し
た円盤体で、ウエハ載置台１４Ａの上面つまりウエハ載
置面の周縁部１４Ｃは図示のように曲率半径の大きな湾
曲面に形成されている。サセプタ支持台１２およびサセ
プタ１４には、Ｏ2 等の冷却ガスを半導体ウエハ２２の
裏面に供給するための貫通孔１２Ｃ，１４Ｄが形成され
ている。

【００２１】サセプタ１４のウエハ載置面には静電チャ
ックシート２０が冠着され、この静電チャックシート２
０の上に半導体ウエハ２２が載置される。サセプタ１４
の載置面および静電チャックシート２０の径は、半導体
ウエハ２２の径よりも小さな径に選ばれている。静電チ
ャックシート２０は、図３に明示されるように、２枚の
高分子フィルム２０Ａ，２０Ｂの間に銅箔等の導電膜２
０Ｃを封入したものであって、その周縁部２０Ｄはウエ
ハ載置面の周縁部１４Ｃに重なるように曲率半径の大き
な湾曲面に形成されている。この静電チャックシート２
０にも、図２に示されるように、冷却ガスたとえばＯ2
を半導体ウエハ２２の裏面に供給するための貫通孔２０
Ｅが形成されている。

【００２２】図１に示されるように、静電チャックシー
ト２０の導電膜２０Ｃは、サセプタ１４に内蔵された絶
縁ケーブル２４に被われた導電線およびサセプタ支持台
１２の貫通孔１２Ｂ内に通された給電棒２６を介して直
流電源２８に接続される。また、サセプタ支持台１２に
は高周波電源３０が接続される。

【００２３】サセプタ１４のフランジ部１４Ｂの上に
は、半導体ウエハ２２を囲むような環状のフォーカスリ
ング３２が配設される。このフォーカスリング３２は、
反応性イオンを引き寄せない絶縁性の材質からなり、反
応性イオンを内側の半導体ウエハ２２にだけ効果的に入
射せしめる。

【００２４】サセプタ１４の上方には、上部電極３４が
配設されていて、この上部電極３４にはガス供給管３６
を介してプロセスガスたとえばＣＦ4 等のエッチングガ
スが供給され、上部電極３４の電極表面に形成された多
数の小孔（図示せず）よりエッチングガスが下方に吹き
付けられるようになっている。

【００２５】そして、上部電極３４は接地されていて、
これにより上部電極３４とサセプタ（下部電極）１４と
の間に高周波電源３０からの高周波電圧たとえば３８０
ＫＨｚ、１５ＫＷが印加される。この高周波電圧によっ
て上部電極３４下にプラズマが発生し、このプラズマで
生成された反応性イオンが半導体ウエハ２２の表面に垂
直に入射すしてウエハ表面の被加工物質と化学反応を起
こし、エッチングが行われる。エッチングによって気化
した反応生成物は、反応容器１０の下部側壁に接続され
た排気管３８を通って図示しない排気ポンプにより排出
される。

【００２６】静電チャックシート２０の導電膜２０Ｃに
は、直流電源２８より高圧の直流電圧たとえば２．０Ｋ
Ｖが印加される。これにより、静電チャックシート２０
の表面に分極による静電気が発生し、そのクーロン力に
よって半導体ウエハ２２が静電チャックシート２０に吸
着される。

【００２７】図３に明示されるように、静電チャックシ
ート２０の糊代周縁部２０Ｄは、サセプタ１４の湾曲周
縁部１４Ｃに沿うように、別な見方をすれば半導体ウエ
ハ２２の周縁部から逃げるように、湾曲状に下方に延び
ており、糊代周縁部２０Ｄ自体の長さは従来のものと同
じでも、水平方向の長さは短くなっている。これによ
り、静電チャックシート２０の導電膜２０Ｃは、水平方
向における糊代周縁部２０Ｄの長さが短くなった分だ
け、半径方向に拡張されている。したがって、静電チャ
ックシート２０の導電膜２０Ｃからはみ出る半導体ウエ
ハ２２の周縁部の距離Ｒ1 は図５に示した従来の静電チ
ャックのもの（Ｒ0 ）よりも短い。これにより、静電チ
ャックシート２０の導電膜２０Ｃと半導体ウエハ２２と
の間の静電的・熱的な結合面積が増大し、半導体ウエハ
２２の周縁部に対する静電吸着力が増大するとともに、
半導体ウエハ２２の周縁部の温度特性が改善される。

【００２８】また、従来のプラズマエッチング装置のよ
うにプラズマを利用する処理装置においては、高周波電
圧がたとえば３８０ＫＨｚ、１．５ＫＶと非常に高いと
き、あるいはプラズマの濃度が非常に高いときには、サ
セプタ１４の載置面の周縁部に電界が集中しやすく、そ
れによってサセプタ１４が破損するおそれがある。その
ような電界集中の破損によるサセプタのかけらはパーテ
ィクルとなり、ひいては歩留まり低下の原因となる。し
かし、この実施例のように、サセプタ１４の載置面の周
縁部１４Ｃを曲率半径の大きな湾曲面に形成した構成に
よれば、サセプタ周縁部に電界が集中するおそれはな
い。さらに、この実施例では、静電チャックシート２０
の糊代周縁部２０Ｄを同様な湾曲面に形成して、サセプ
タ１４の湾曲周縁部１４Ｃに覆い被せるため、この糊代
周縁部２０Ｄの絶縁耐圧によりサセプタ周縁部への電界
の集中を一層効果的に防止することができる。

【００２９】図４は、変形例によるサセプタおよび静電
チャックシートの構成を示す。この変形例では、サセプ
タ１４’の載置面の周縁部を角状に形成するとともに、
静電チャックシート２０’の糊代周縁部２０’Ｃをサセ
プタ１４’の側面１４’Ｃに重なるように折り曲げ加工
したものである。かかる構成によれば、静電チャックシ
ート２０Ｃ’の糊代周縁部２０がほぼ垂直方向に下方に
延びることにより、その水平方向の長さはかなり短くな
る。これにより、静電チャックシート２０’の導電膜２
０’Ｃの径を一層大きくして、導電膜２０’Ｃと半導体
ウエハ２２との間の静電的・熱的結合面積を一層増大さ
せることができる。

【００３０】なお、サセプタの載置台の周縁部をこの変
形例のようにほぼ直角に形成しないまでも、斜めに、た
とえば１２０度位の角度に形成して、静電チャックシー
ト２０の周縁部をその角度に合わせて１２０度位に折曲
加工することも可能である。

【００３１】このように、本実施例による静電チャック
シート２０は、その糊代周縁部２０Ｄにおいて湾曲また
は折曲した立体的な形体をなしている。この立体成形の
ための高分子フィルム２０Ａ，２０Ｂの材料としては、
結晶化前のアラミド樹脂（たとえばアラミカ（商品
名））が好適である。この樹脂は、乾燥・熱処理を受け
る前の膨潤ゲルフィルムで、ポリマーの結晶化処理がさ
れていないので、深絞り成形が可能であり、この樹脂を
静電チャックシートに用いた場合は、周縁部を任意の曲
率半径または角度に湾曲または折曲成形することができ
る。

【００３２】なお、上述した実施例はプラズマエッチン
グ装置に係るものであったが、本発明による静電チャッ
クはアッシング装置、ＣＶＤ装置など他の処理装置にも
適用可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電チャ
ックによれば、被処理体の半径方向における静電チャッ
クシートの糊代周縁部の長さを短くし、そのぶん静電チ
ャックシートの導電膜の径を増大させて静電チャックシ
ートの導電膜と被処理体との結合面積を大きくすること
ができ、これによって被処理体に対する吸着保持力を増
大させ、被処理体に均一な温度を持たせるという温度特
性を向上させることができる。さらに、サセプタ周縁部
への電界集中を防ぎ、サセプタの破損やシートの焼損・
絶縁破壊等を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を適用した枚葉式プラズマエ
ッチング装置の全体構成を示す略断面図である。

【図２】実施例のプラズマエッチング装置の要部の構成
を示す分解斜視図である。

【図３】実施例のプラズマエッチング装置の要部の構成
を示す部分拡大断面図である。

【図４】別の実施例による静電チャックの構成を示す部
分拡大断面図である。

【図５】従来の静電チャックの構成を示す部分拡大断面
図である。

【符号の説明】

１０ 反応容器 １４ サセプタ １４’ サセプタ ２０ 静電チャックシート ２０’ 静電チャックシート ２２ 半導体ウエハ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の絶縁フィルムの間に導電膜を封入
   してなる静電チャックシートをサセプタの載置面に被
   せ、前記静電チャックシート上に載置される被処理体を
   静電力で吸着保持する静電チャックにおいて、 前記サセプタの載置面の径を前記被処理体の径よりも小
   さくして、前記載置面の周縁部を前記サセプタの側面に
   かけて湾曲面に形成し、 前記静電チャックシートの周縁部を前記サセプタの周縁
   部に重なるように湾曲させて前記被処理体の周縁部から
   逃げるように下方に延ばす構成としたことを特徴とする
   静電チャック。
2. 【請求項２】 前記静電チャックシートの絶縁フィルム
   は結晶化前のアラミド樹脂であることを特徴とする請求
   項１記載の静電チャック。
3. 【請求項３】 前記静電チャックシートの導電膜を前記
   湾曲部に延ばすことを特徴とする請求項１または２記載
   の静電チャック。