JP3596127B2 - 静電チャック、薄板保持装置、半導体製造装置、搬送方法及び半導体の製造方法 - Google Patents
静電チャック、薄板保持装置、半導体製造装置、搬送方法及び半導体の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造におけるシリコンウエハ等の薄板を静電吸着して保持する静電チャック、該静電チャックを備える薄板保持装置、該薄板保持装置を備える半導体製造装置、該薄板保持装置を用いる搬送方法及び半導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の超ＬＳＩデバイスにおける微細加工や、多層配線プロセスでは、高密度プラズマを用いたエッチング装置やＣＶＤ装置が多用されつつある。
こういった高密度プラズマ利用装置では、プラズマからの入熱によるウエハの温度上昇は避けて通れない問題の一つである。
【０００３】
例えば、エッチングプロセスでは、温度上昇はレジストマスクの劣化に結びつくし、Ｔｉ／ＴｉＮのＣＶＤでは、アルミニウム配線上のスルーホールへ適用するときに、極端な温度上昇があると、アルミニウム配線が融けてしまいかねない。
【０００４】
このため、高密度プラズマからの入熱の影響を抑制するため、ウエハステージの温度制御手段が各種検討されている。中でも静電チャックシステムは、静電吸着を利用してウエハをステージに強く吸着し、ウエハとステージの境界の熱伝導を促進することができ、プロセス中に発生する熱によるウエハ表面の温度差を小さくできることから、高密度プラズマからの入熱などにも十分対応可能なウエハステージを構築できる手法として注目されている。
【０００５】
静電チャックシステムは、表面の誘電体の材料によって、セラミック系とポリイミド系とに大きく分けることができる。このうち、ポリイミド系は、電極表面への接着が容易なことや安価なことなどから、主にエッチング装置のウエハ冷却システムとして多用されている。しかし、耐久性が低く、高い頻度でフィルムを張り替えねばならないこと、耐熱性に問題があり、ＣＶＤ等の高温用には使用できないなどの欠点があり、最近はセラミック系が主流となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミック製の静電チャックの場合も、ステージへの張り合わせは、一般的には接着剤を使用している。ところが、最近の半導体製造プロセスの多様化に伴い、プロセス実施時に制御したいウエハ温度も幅広い範囲になってきている。
【０００７】
例えば、エッチングを例にとれば、多層レジストや単結晶シリコンの加工に応用する−１００℃以下から、Ｃｕ等のハロゲン化物の蒸気圧の低い材料を加工するために、数百度の加熱まで多肢に亘っている。ＣＶＤも同様である。
しかし、静電チャックとステージの貼り合わせに使用する接着剤は、こういった幅広い温度範囲をカバーするほどの耐久性を有するものはなく、問題が生じる。
【０００８】
即ち、−１００℃以下では接着剤が剥がれてしまったり、逆に２００℃以上の高温側では接着剤が融けてしまう。このような場合、静電チャックとステージとが密着していないことになり、プロセス実行中のΔＴ（温度変化）は大きくなり、静電チャックの利点がなくなってしまう。
【０００９】
従って、こういった幅広い温度範囲をカバーできるような静電チャックとステージ（保持台）との貼合せ方法が要望されていた。
本発明は、上記要望に鑑みなされたもので、第１に、保持台に接着剤を用いずに貼り合わせることができる静電チャックを提供することを目的とする。
【００１０】
第２に、本発明は、このような静電チャックと保持台とを備える薄板保持装置を提供することを目的とする。
第３に、本発明は、このような薄板保持装置を備える半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００１１】
第４に、本発明は、このような薄板保持装置を用いる搬送方法を提供することを目的とする。
第５に、本発明は、このような薄板保持装置を用いる半導体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第１の目的を達成するため、次の静電チャックを提供する。
（１）絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャック。
（２）被吸着物を静電吸着すべき静電力を発生する第１チャック電極と、静電チャックを保持する保持台に静電吸着すべき静電力を発生する第２チャック電極とを具備する上記（１）記載の静電チャック。
【００１３】
本発明は、上記第２の目的を達成するため、次の薄板保持装置を提供する。
（３）絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと該静電チャックを保持する保持台とを具備することを特徴とする薄板保持装置。
（４）上記保持台が、上記静電チャックを加熱又は冷却する媒体の流路を備える上記（３）記載の薄板保持装置。
（５）上記保持台が、高周波を印加できる電極を備える上記（３）記載の薄板保持装置。
【００１４】
本発明は、上記第３の目的を達成するため、
（６）絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと該静電チャックを保持する保持台とを具備する薄板保持装置を備えることを特徴とする半導体製造装置を提供する。
【００１５】
本発明は、上記第４の目的を達成するため、次の搬送方法を提供する。
（７）絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと該静電チャックを保持する保持台とを有する薄板保持装置で被吸着物を該静電チャックに吸着したまま一つの工程で被吸着物の処理を行い、該一つの工程から該静電チャックに被吸着物を吸着したまま他の工程に搬送することを特徴とする搬送方法。
【００１６】
本発明は、上記第５の目的を達成するため、次の半導体の製造方法を提供する。
（８）絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することによりウエハを表面に静電吸着する静電チャックであって、ウエハを静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと該静電チャックを保持する保持台とを有する薄板保持装置でウエハを該静電チャックに吸着したまま一つの工程でウエハの処理を行い、該一つの工程から該静電チャックにウエハを吸着したまま他の工程に搬送することを特徴とする半導体の製造方法。
【００１７】
本発明の静電チャックは、保持台との密着を、従来の接着剤の使用に代えて、両面静電チャック方式の採用により、静電吸着で行うものである。
静電チャックによる保持台と静電チャックとの固着は、静電チャックに内蔵させたチャック電極に電圧を印加するだけでよく、これは温度の影響をそれほど受けないので、接着剤を用いる場合の欠点である低温や高温での耐久性の問題がなくなる。また、逆電圧の印加によって容易に着脱できるので、メンテナンスや故障時のトラブルシュートも簡単であるという効果もある。
【００１８】
この静電チャックの被吸着物を吸着する面に、セラミックヒータを内蔵させてあるので、被吸着物の加熱が容易になる。
また、本発明の薄板保持装置は、このような静電チャックと保持台とを備えるので、ウエハ等の被吸着物を静電吸着によって静電チャックに強く吸着することができると共に、静電チャックと保持台とも静電吸着によって接着剤を用いずに固着できる。従って、静電吸着は、広い温度範囲で使用可能であるので、静電チャックを介する保持台と被吸着物との熱伝導を広い温度範囲で確保でき、被吸着物の温度差を可及的に小さくして、被吸着物の良好な処理が可能である。
【００１９】
かかる薄板保持装置の保持台には、温度制御のための媒体の通路、あるいは高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ）を印加する電極が内蔵可能であり、これにより、種々の半導体製造装置に適用が可能となる。
本発明の半導体装置の製造装置は、かかる薄板保持装置を用い、ウエハ等の被吸着物の温度を広い範囲で制御できるので、良好な半導体を歩留まりよく製造することができる。
【００２０】
更に、本発明の搬送装置は、このような薄板保持装置を用いているので、連続的なウエハの処理などの場合に、ウエハを固定したまま処理、搬送が可能であり、例えば高温処理が連続する複数の処理工程などで、内蔵したヒータの加熱によりウエハの温度を保ったまま搬送できるため、処理の効率化、スループットの改善などが可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、具体的に説明する。図１は、本発明の静電チャック１０とこれを保持する保持台２０とを具備する薄板保持装置３０の一形態を示す断面図である。
【００２２】
この静電チャック１０は、２つのチャック電極１１ａと１１ｂとを内蔵しており、それぞれ外部の直流電圧を印加する電源と接続されており、それぞれの電源から正負の電圧が印加されるようになっていて、いわゆる双極式である。これらのチャック電極１１ａ，１１ｂは、絶縁層１３によって被覆されている。かかる静電チャック１０は、シリコンウエハ等の被吸着物を吸着する薄板保持面１４と、これと反対側の、保持台２０と密着、保持される被保持面１５とを有し、それぞれの面は平滑処理されている。この静電チャック１０は、被吸着物を静電吸着するのみならず、自身も保持台２０に静電吸着される必要があるので、断面構造はほぼ対称形である。チャック電極１１ａ，１１ｂは、通常の金属電極で構成することができる。また、絶縁層１３は、例えばアルミナにＣｒ２ Ｏ３ 、ＴｉＯ２等を添加したセラミックやサファイヤ等で構成することができ、チャック電極１１ａ，１１ｂの上の絶縁層の厚さは、両面共、通常１〜数千μｍの範囲とすることができる。
【００２３】
また、保持台２０は、例えばアルミニウム等の熱伝導性がよい材料で構成することができる。静電チャックを挿入密着できる凹部２１を設け、この凹部２１の表面を、例えば絶縁性で、熱伝導性がよい窒化アルミニウム等の絶縁膜２２で被覆してある。また、図示しないが、静電チャック１０のチャック電極１１ａ，１１ｂと電源とを接続する配線を通す接続孔を、静電チャック１０のチャック電極の端子に対応させて設けてある。
【００２４】
このような静電チャック１０を保持台２０に固定させるには、図２に示すように、静電チャック１０を保持台２０の凹部２１に配置し、静電チャック１０の２つのチャック電極１１ａ，１１ｂにそれぞれ８００ボルト程度の正負の電圧を印加する。これにより、静電チャック１０と保持台２０との界面に正負の電荷を発生させ、この間に働くクーロン力によって、静電チャック１０を保持台２０に密着、固定させる。
【００２５】
次に、シリコンウエハ等の被吸着物４０を静電チャック１０に固定させるには、図３に示すように、静電チャック１０を保持台２０に静電吸着させている状態では、被吸着物を固定すべき面１４には既に電荷が生じているので、単に被吸着物４０を静電チャック１０に載置するだけでよい。これにより、被吸着物４０は、静電チャック１０に強力に静電吸着される。
【００２６】
図３に示した状態では、被吸着物４０と静電チャック１０との界面は静電吸着力で密着し、更に静電チャック１０と保持台２０との界面も静電吸着力で密着している。従って、それぞれの界面が密着しているので、例えば保持台２０に媒体などを流して温度制御する場合、保持台２０と被吸着物４０との間の熱伝導は良好であり、被吸着物４０の温度制御を確実に行うことができる。また、接着剤を使用していないので、例えば−１００℃から数百度の広い温度範囲で、かかる良好な熱伝導を確保することができる。
【００２７】
上記実施態様では、一対のチャック電極を内蔵し、被吸着物の吸着と保持台への吸着とをこの一対の電極で行う静電チャックを示したが、図４に示すように、被吸着物の吸着力を発生させる第１チャック電極１１ｃ，１１ｄと、保持台への吸着力を発生させる第２チャック電極１１ｘ，１１ｙとの２対の電極構造とした静電チャック１０ａの形態も可能である。
【００２８】
この静電チャック１０ａは、保持台への吸着と、被吸着物の吸着とを別個にコントロールすることができるため、取扱が容易である。また、チャック電極を可及的に静電チャック表面に配置することができ、これにより静電吸着力が飽和に達するまでの時間を短縮することができる。
【００２９】
また、図５には、チャック電極と接続した端子１２が外部に突出した構造の静電チャックと、この端子１２と接続でき、電源と端子１２とを接続できる端子用ホールが形成してある保持台２０ｂとを有する薄板保持装置３０ｂを示す。この薄板保持装置３０ｂは、静電チャック１０ｂを保持台２０ｂに簡単に取り付けることができる。
【００３０】
更に、図６に示す静電チャック１０ｃは、一対のチャック電極１１ｅ，１１ｆを対向させながら例えばコイル状に配置したもので、吸着力の均一化が可能である。
本発明の薄板保持装置３０は、例えばエッチング、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の各種の半導体製造装置に適用することができる。このため、静電チャックや保持台には種々の装置を内蔵させることが好ましい。
【００３１】
上記の各静電チャックは、図７に示す静電チャック１０ｄのように、薄板保持面１４表面に薄膜セラミックヒーター１７を形成し、このセラミックヒーター１７にヒーター用電源を接続した構造とする。このセラミックヒーター１７は例えばＣＶＤ等で形成したＳｉＣ等で構成することができる。
【００３２】
かかる静電チャック１０ｄは、セラミックヒーター１７を薄板保持面１４に形成してあるため、被吸着物を直接加熱することができ、静電チャック付ホットプレートとして、例えばＣＶＤの装置やクラスタツールなどの搬送装置に適用できる。
【００３３】
また、保持台としては、例えば、図８に示すように、媒体の流路となる配管２４を内部に設けた構造の保持台２０ｃを一形態として挙げることができる。図１３に示すように、加熱媒体又は冷却媒体をこの配管２４に流し、保持台２０ｃを加熱冷却することにより、静電チャック１０を介して被吸着物４０を加熱冷却して被吸着物４０の温度コントロールをすることができる。本発明の薄板保持装置３０は、被吸着物４０と静電チャック１０とが静電吸着力で密着し、また、静電チャック１０と保持台２０ｃとが静電吸着力で密着し、これらの界面での熱の流れが良好であるので、被吸着物の温度コントロールが容易である。
【００３４】
更に、図９に示すように、内部にＲＦ電極２５を内蔵した保持台２０ｄも一形態として挙げることができ、このような保持台２０ｄは例えばプラズマエッチング装置に用いることができる。なお、図８に示したような媒体の流路２４とＲＦ電極２５の両方を内蔵した構造とすることもできる。
【００３５】
このＲＦ電極２５を内蔵した保持台２０ｄを高密度プラズマエッチング装置に適用する形態を図１０に示す。この高密度プラズマエッチング装置１００は、いわゆる２周波方式のエッチング装置であり、真空引きが可能なチャンバ１０１の側壁に加熱可能な側部ＲＦ電極１０２が配置され、また、底壁部にはＲＦ電極２５を内蔵した保持台２０ｄが配置され、上壁には保持台と対向する電極としてのシリコンプレート１０３が設けられ、そのシリコンプレート１０３上にはヒーター１０４が配置されている。側部ＲＦ電極１０２にはイオン密度を調整する誘導ＲＦ電源（２．０ＭＨｚ）が接続され、保持台２０ｄ内蔵のＲＦ電極２５にはウエハ４０にバイアスを印加するバイアスＲＦ電源（１．８ＭＨｚ）が接続され、これらの高周波電源から高周波電力を印加できるようになっている。チャンバ１０１の中のガスは真空ポンプで排気口１０５から排出され、一方、プロセスガスは導入口１０６からチャンバ１０１内に導入される。
【００３６】
このようなプラズマエッチング装置を用いてシリコンウエハのエッチングを行うと、高密度プラズマＨＤＰが発生し、高いアスペクト比の微細加工が可能である。また、このプラズマエッチング装置１００は、本発明の薄板保持装置３０を用い、メカクランプ式ではないため、ウエハ全面のエッチングが可能であり、周辺部のチップの歩留まりが高い。更に、例えばマスク材料に対し高選択でかつ方向性の高い加工ができる−１００℃程度の低温エッチングを行う場合、図示しない媒体流路に冷媒を流すことにより、ウエハの良好な温度制御が可能である。逆に、高温でのエッチングにも対応することができる。その場合、図７に示したようなセラミックヒータ１７を表面に設けた静電チャック１０ｄを用いる。
【００３７】
以上、本発明の薄板保持装置３０をプラズマエッチング装置１００に適用した例を示したが、その他ＣＶＤ装置、スパッタリング装置等の半導体製造装置にも適用できることは勿論である。
次に、本発明の薄板保持装置を搬送方法に適用する例を説明する。図１１は、いわゆる枚葉式クラスタツールの装置レイアウトを示すものである。このクラスタツール２００は、ウエハの出し入れを行うロードロック室２０１ａ，２０１ｂを備えるトランスファモジュール２０２に各種のプロセスモジュール２０３ａ，２０３ｂを接続するものである。これらのプロセスモジュール２０３ａ，２０３ｂはトランスファモジュール２０２を介してつながっており、それぞれ独立に真空排気ポンプを有している。各プロセスモジュール２０３ａ，２０３ｂでウエハの処理を行い、プロセスモジュール２０３ａで処理の終わったウエハを、そのプロセスモジュール２０３ａから次のプロセスモジュール２０３ｂに、トランスファモジュール２０２の図示しない搬送ロボットで真空下において自動搬送するもので、ウエハを外気に晒さずに各種の処理が可能となっている。
【００３８】
本発明の搬送方法は、このようなクラスタツールに適用されるもので、上述したような薄板保持装置で被吸着物を吸着したままＣＶＤなどの工程で被吸着物の処理を行い、次いでその工程からその薄板保持装置に被吸着物を吸着したまま別の工程に搬送する。
【００３９】
このような搬送方法に適用される薄板保持装置の一例を図１２に示す。この薄板保持装置３０ｄは、搬送ロボットなどに連結されている支持筒５０に保持台２０が固定され、この保持台２０に静電チャック１０ｄが着脱自在に固定できる構成となっている。静電チャック１０ｄは、被吸着物４０を固定する薄板保持面１４にセラミックヒータ１７が成膜されており、被吸着物４０を直接加熱することができるようになっており、また、一対のチャック電極１１ａ，１１ｂを内蔵する。そして、セラミックヒータ１７にはヒータ用の電源が接続され、チャック電極１１ａ，１１ｂにはチャック用電源が接続されている。
【００４０】
被吸着物としてシリコンウエハ４０の搬送を行う場合、まず、保持台２０の凹部に静電チャック１０ｄを配置し、次にシリコンウエハ４０を静電チャック１０ｄに載置する。そして、電源からチャック電極１１ａ，１１ｂに電圧を印加し、静電吸着力を発生させ、シリコンウエハ４０を静電チャック１０ｄに吸着させると共に、静電チャック１０ｄを保持台２０に吸着させる。これにより、シリコンウエハ４０は薄板保持装置３０ｄに強く保持される。また、必要によりヒータ用電源からセラミックヒータ１７に電気を供給してシリコンウエハ４０を加熱してシリコンウエハ４０の温度制御を行う。
【００４１】
そして、ウエハ４０を薄板保持装置３０ｄに吸着したまま、例えば上記プロセスモジュール２０３ａの中に搬送し、そのままの状態でシリコンウエハの処理を行う。次いでプロセスモジュール２０３ａからその吸着状態を維持したまま真空にされたトランスファモジュール２０２に搬送し、更に別のプロセスモジュール２０３ｂの中に搬送し、ここで別の処理を行う。このプロセスモジュール２０３ｂでの処理が終わった後、再度トランスファモジュール２０２に搬送し、ここでチャック電極１１ａ，１１ｂへの電源を切り、あるいは逆電圧を印加することにより、静電吸着力を消去し、シリコンウエハ４０を静電チャックから取り外し、次いでシリコンウエハ４０をロードロック室２０１ｂから外部に取り出す。
【００４２】
このように、シリコンウエハ４０を静電チャック１０ｄに密着させたままシリコンウエハ４０の処理と搬送を行い、セラミックヒータ１７でシリコンウエハ４０を加熱して温度コントロールしながら搬送すれば、シリコンウエハ４０の降温を防止でき、熱のロスがないと共に、スループットが向上する。
【００４３】
例えば、タンタルオキサイド（Ｔａ２ Ｏ５ ）のＣＶＤにおいては、タンタルオキサイドのＣＶＤ工程後、引き続き５００℃程度にウエハを加熱しながら酸素プラズマに晒し、良質なタンタルオキサイドを製造する工程がある。従来のように、ウエハのＣＶＤ処理を行ったプロセスモジュールからウエハを単独で取り出し、酸素プラズマ処理を行うプロセスモジュールに搬送する方法では、ウエハが冷却されてしまい、酸素プラズマ処理を行うプロセスモジュールの中で再度シリコンウエハの加熱を行わなければならない。従って、熱のロスがある上、加熱に要する時間でスループットが減少する。これに対して、本発明の搬送方法は、かかる問題がない。
［実験例１］
図１３に示すような、静電チャック１０と、熱媒体流路２４を内蔵する保持台２０ｃを具備する薄板保持装置３０を用いた。サンプルとして図１４に示すような断面構造のシリコンウエハ４０ａを用い、バイアスＥＣＲ ＣＶＤ装置を用い、温度が３００℃の熱媒体を保持台２０ｃの媒体流路２４に流しながら、下記の条件で層間絶縁膜を成膜した。なお、図１４のシリコンウエハ４０ａは、シリコン基板４１の上に層間絶縁膜４２が積層され、その層間絶縁膜４２の上にアルミニウム配線層４３が形成された構造である。
【００４４】
ガス ＳｉＨ４ ／Ｎ２ Ｏ ３０／１００ｓｃｃｍ
圧力 １Ｐａ
μ波パワー ２ｋＷａｔｔ
ＲＦバイアス ５００Ｗ
温度 ３００℃
チャック電極印加電圧 ８００Ｖｏｌｔ
従来であれば、こういった高温下では、静電チャックの電極への接着が困難なので、成膜時の基板温度コントロールが十分にできなかった。本発明の薄板保持装置３０を用いることにより、チャック電極に電圧を印加することで、表面にはウエハが、裏面では静電チャックがチャッキングされるので、ウエハの温度コントロールが制御性良く行えるようになった。その結果、図１５に示すように、良好な膜質と再現性の良い層間絶縁膜４４の成膜を実現できた。
［実験例２］
実験例１で用いた薄板保持装置３０をＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）タイプのエッチング装置に組み込み、チラーを用いて−１００℃の冷媒を流し、サンプルとして図１６に示すようなシリコンウエハ４０ｂの多層レジストのエッチングを行った。このシリコンウエハ４０ｂは、シリコン基板４１に層間絶縁膜４２が積層され、この層間絶縁膜４２上に形成されたアルミニウム配線層４３が層間絶縁膜４４で覆われた半導体の上に、下層レジスト４５が成膜され、その上にパターニングされたＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ ）４６と上層レジスト４７が積層された構造である。エッチング条件を次に示す。
【００４５】
ガス Ｏ２ １００ｓｃｃｍ
圧力 １Ｐａ
ＲＦパワー ２ｋＷａｔｔ
ＲＦバイアス ２００Ｗ
温度 −１００℃
チャック電極印加電圧 ８００Ｖｏｌｔ
従来は、−１００℃の冷媒を流すような系では、静電チャック１０と保持台２０ｃとを密着させるような接着剤は存在せず、こういう系での静電チャックの使用は困難であった。しかし、本発明の薄板保持装置３０を用いたことにより、チャック電極へ電圧を印加すると、表面にはウエハが、裏面では静電チャックが保持台へチャッキングされるので、極低温でのウエハの温度制御が可能になった。その結果、図１７に示す多層レジストを低バイアスで加工できるので、マスクのＳＯＧ等の後退を生じることなく、変換差のない多層レジストを実現できた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の静電チャックは、広い温度範囲で保持台との密着が確保できる。
本発明の薄板保持装置は、広い温度範囲で被吸着物の温度制御が容易である。
本発明の半導体製造装置は、かかる薄板保持装置を用い、広い温度範囲でウエハ等の温度制御ができるので、良好な半導体を製造することができる。
【００４７】
本発明の搬送方法及び半導体の製造方法によれば、広い温度範囲で、高スループットに半導体の処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄板保持装置の一形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の薄板保持装置の吸着原理を説明する概略断面図である。
【図３】本発明の薄板保持装置に被吸着物を吸着した状態を説明する概念図である。
【図４】本発明の静電チャックの変形を示す概念図である。
【図５】本発明の薄板保持装置の一形態を示す断面図である。
【図６】本発明の静電チャックの一形態を示す概念図である。
【図７】本発明の静電チャックの一形態を示す概念図である。
【図８】本発明にかかる保持台の一形態を示す断面図である。
【図９】本発明にかかる保持台の一形態を示す断面図である。
【図１０】本発明の薄板保持装置を高濃度プラズマエッチング装置に適用した一形態を示す構成図である。
【図１１】クラスタツールの構成を示す平面図である。
【図１２】本発明の搬送方法に用いる薄板保持装置の一形態を示す構成図である。
【図１３】実験例で用いた薄板保持装置を示す断面図である。
【図１４】実験例１で用いたシリコンウエハの断面構造を示す断面図である。
【図１５】図１４のシリコンウエハに層間絶縁膜を堆積した状態を示す断面図である。
【図１６】実験例２で用いたシリコンウエハの断面構造を示す断面図である。
【図１７】図１６のシリコンウエハをエッチングした状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 静電チャック
１１ａ，１１ｂ チャック電極
１２ 絶縁層
２０ 保持台
２２ 絶縁膜
２４ 媒体流路
３０ 薄板保持装置
４０ 被吸着物（ウエハ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造におけるシリコンウエハ等の薄板を静電吸着して保持する静電チャック、該静電チャックを備える薄板保持装置、該薄板保持装置を備える半導体製造装置、該薄板保持装置を用いる搬送方法及び半導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の超ＬＳＩデバイスにおける微細加工や、多層配線プロセスでは、高密度プラズマを用いたエッチング装置やＣＶＤ装置が多用されつつある。
こういった高密度プラズマ利用装置では、プラズマからの入熱によるウエハの温度上昇は避けて通れない問題の一つである。
【０００３】
例えば、エッチングプロセスでは、温度上昇はレジストマスクの劣化に結びつくし、Ｔｉ／ＴｉＮのＣＶＤでは、アルミニウム配線上のスルーホールへ適用するときに、極端な温度上昇があると、アルミニウム配線が融けてしまいかねない。
【０００４】
このため、高密度プラズマからの入熱の影響を抑制するため、ウエハステージの温度制御手段が各種検討されている。中でも静電チャックシステムは、静電吸着を利用してウエハをステージに強く吸着し、ウエハとステージの境界の熱伝導を促進することができ、プロセス中に発生する熱によるウエハ表面の温度差を小さくできることから、高密度プラズマからの入熱などにも十分対応可能なウエハステージを構築できる手法として注目されている。
【０００５】
静電チャックシステムは、表面の誘電体の材料によって、セラミック系とポリイミド系とに大きく分けることができる。このうち、ポリイミド系は、電極表面への接着が容易なことや安価なことなどから、主にエッチング装置のウエハ冷却システムとして多用されている。しかし、耐久性が低く、高い頻度でフィルムを張り替えねばならないこと、耐熱性に問題があり、ＣＶＤ等の高温用には使用できないなどの欠点があり、最近はセラミック系が主流となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミック製の静電チャックの場合も、ステージへの張り合わせは、一般的には接着剤を使用している。ところが、最近の半導体製造プロセスの多様化に伴い、プロセス実施時に制御したいウエハ温度も幅広い範囲になってきている。
【０００７】
例えば、エッチングを例にとれば、多層レジストや単結晶シリコンの加工に応用する−１００℃以下から、Ｃｕ等のハロゲン化物の蒸気圧の低い材料を加工するために、数百度の加熱まで多肢に亘っている。ＣＶＤも同様である。
しかし、静電チャックとステージの貼り合わせに使用する接着剤は、こういった幅広い温度範囲をカバーするほどの耐久性を有するものはなく、問題が生じる。
【０００８】
即ち、−１００℃以下では接着剤が剥がれてしまったり、逆に２００℃以上の高温側では接着剤が融けてしまう。このような場合、静電チャックとステージとが密着していないことになり、プロセス実行中のΔＴ（温度変化）は大きくなり、静電チャックの利点がなくなってしまう。
【０００９】
従って、こういった幅広い温度範囲をカバーできるような静電チャックとステージ（保持台）との貼合せ方法が要望されていた。
本発明は、上記要望に鑑みなされたもので、第１に、保持台に接着剤を用いずに貼り合わせることができる静電チャックを提供することを目的とする。
【００１０】
第２に、本発明は、このような静電チャックと保持台とを備える薄板保持装置を提供することを目的とする。
第３に、本発明は、このような薄板保持装置を備える半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００１１】
第４に、本発明は、このような薄板保持装置を用いる搬送方法を提供することを目的とする。
第５に、本発明は、このような薄板保持装置を用いる半導体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第１の目的を達成するため、次の静電チャックを提供する。
（１）絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャック。
（２）被吸着物を静電吸着すべき静電力を発生する第１チャック電極と、静電チャックを保持する保持台に静電吸着すべき静電力を発生する第２チャック電極とを具備する上記（１）記載の静電チャック。
【００１３】
本発明は、上記第２の目的を達成するため、次の薄板保持装置を提供する。
（３）絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと該静電チャックを保持する保持台とを具備することを特徴とする薄板保持装置。
（４）上記保持台が、上記静電チャックを加熱又は冷却する媒体の流路を備える上記（３）記載の薄板保持装置。
（５）上記保持台が、高周波を印加できる電極を備える上記（３）記載の薄板保持装置。
【００１４】
本発明は、上記第３の目的を達成するため、
（６）絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと該静電チャックを保持する保持台とを具備する薄板保持装置を備えることを特徴とする半導体製造装置を提供する。
【００１５】
本発明は、上記第４の目的を達成するため、次の搬送方法を提供する。
（７）絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと該静電チャックを保持する保持台とを有する薄板保持装置で被吸着物を該静電チャックに吸着したまま一つの工程で被吸着物の処理を行い、該一つの工程から該静電チャックに被吸着物を吸着したまま他の工程に搬送することを特徴とする搬送方法。
【００１６】
本発明は、上記第５の目的を達成するため、次の半導体の製造方法を提供する。
（８）絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することによりウエハを表面に静電吸着する静電チャックであって、ウエハを静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと該静電チャックを保持する保持台とを有する薄板保持装置でウエハを該静電チャックに吸着したまま一つの工程でウエハの処理を行い、該一つの工程から該静電チャックにウエハを吸着したまま他の工程に搬送することを特徴とする半導体の製造方法。
【００１７】
本発明の静電チャックは、保持台との密着を、従来の接着剤の使用に代えて、両面静電チャック方式の採用により、静電吸着で行うものである。
静電チャックによる保持台と静電チャックとの固着は、静電チャックに内蔵させたチャック電極に電圧を印加するだけでよく、これは温度の影響をそれほど受けないので、接着剤を用いる場合の欠点である低温や高温での耐久性の問題がなくなる。また、逆電圧の印加によって容易に着脱できるので、メンテナンスや故障時のトラブルシュートも簡単であるという効果もある。
【００１８】
この静電チャックの被吸着物を吸着する面に、セラミックヒータを内蔵させてあるので、被吸着物の加熱が容易になる。
また、本発明の薄板保持装置は、このような静電チャックと保持台とを備えるので、ウエハ等の被吸着物を静電吸着によって静電チャックに強く吸着することができると共に、静電チャックと保持台とも静電吸着によって接着剤を用いずに固着できる。従って、静電吸着は、広い温度範囲で使用可能であるので、静電チャックを介する保持台と被吸着物との熱伝導を広い温度範囲で確保でき、被吸着物の温度差を可及的に小さくして、被吸着物の良好な処理が可能である。
【００１９】
かかる薄板保持装置の保持台には、温度制御のための媒体の通路、あるいは高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ）を印加する電極が内蔵可能であり、これにより、種々の半導体製造装置に適用が可能となる。
本発明の半導体装置の製造装置は、かかる薄板保持装置を用い、ウエハ等の被吸着物の温度を広い範囲で制御できるので、良好な半導体を歩留まりよく製造することができる。
【００２０】
更に、本発明の搬送装置は、このような薄板保持装置を用いているので、連続的なウエハの処理などの場合に、ウエハを固定したまま処理、搬送が可能であり、例えば高温処理が連続する複数の処理工程などで、内蔵したヒータの加熱によりウエハの温度を保ったまま搬送できるため、処理の効率化、スループットの改善などが可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、具体的に説明する。図１は、本発明の静電チャック１０とこれを保持する保持台２０とを具備する薄板保持装置３０の一形態を示す断面図である。
【００２２】
この静電チャック１０は、２つのチャック電極１１ａと１１ｂとを内蔵しており、それぞれ外部の直流電圧を印加する電源と接続されており、それぞれの電源から正負の電圧が印加されるようになっていて、いわゆる双極式である。これらのチャック電極１１ａ，１１ｂは、絶縁層１３によって被覆されている。かかる静電チャック１０は、シリコンウエハ等の被吸着物を吸着する薄板保持面１４と、これと反対側の、保持台２０と密着、保持される被保持面１５とを有し、それぞれの面は平滑処理されている。この静電チャック１０は、被吸着物を静電吸着するのみならず、自身も保持台２０に静電吸着される必要があるので、断面構造はほぼ対称形である。チャック電極１１ａ，１１ｂは、通常の金属電極で構成することができる。また、絶縁層１３は、例えばアルミナにＣｒ２ Ｏ３ 、ＴｉＯ２等を添加したセラミックやサファイヤ等で構成することができ、チャック電極１１ａ，１１ｂの上の絶縁層の厚さは、両面共、通常１〜数千μｍの範囲とすることができる。
【００２３】
また、保持台２０は、例えばアルミニウム等の熱伝導性がよい材料で構成することができる。静電チャックを挿入密着できる凹部２１を設け、この凹部２１の表面を、例えば絶縁性で、熱伝導性がよい窒化アルミニウム等の絶縁膜２２で被覆してある。また、図示しないが、静電チャック１０のチャック電極１１ａ，１１ｂと電源とを接続する配線を通す接続孔を、静電チャック１０のチャック電極の端子に対応させて設けてある。
【００２４】
このような静電チャック１０を保持台２０に固定させるには、図２に示すように、静電チャック１０を保持台２０の凹部２１に配置し、静電チャック１０の２つのチャック電極１１ａ，１１ｂにそれぞれ８００ボルト程度の正負の電圧を印加する。これにより、静電チャック１０と保持台２０との界面に正負の電荷を発生させ、この間に働くクーロン力によって、静電チャック１０を保持台２０に密着、固定させる。
【００２５】
次に、シリコンウエハ等の被吸着物４０を静電チャック１０に固定させるには、図３に示すように、静電チャック１０を保持台２０に静電吸着させている状態では、被吸着物を固定すべき面１４には既に電荷が生じているので、単に被吸着物４０を静電チャック１０に載置するだけでよい。これにより、被吸着物４０は、静電チャック１０に強力に静電吸着される。
【００２６】
図３に示した状態では、被吸着物４０と静電チャック１０との界面は静電吸着力で密着し、更に静電チャック１０と保持台２０との界面も静電吸着力で密着している。従って、それぞれの界面が密着しているので、例えば保持台２０に媒体などを流して温度制御する場合、保持台２０と被吸着物４０との間の熱伝導は良好であり、被吸着物４０の温度制御を確実に行うことができる。また、接着剤を使用していないので、例えば−１００℃から数百度の広い温度範囲で、かかる良好な熱伝導を確保することができる。
【００２７】
上記実施態様では、一対のチャック電極を内蔵し、被吸着物の吸着と保持台への吸着とをこの一対の電極で行う静電チャックを示したが、図４に示すように、被吸着物の吸着力を発生させる第１チャック電極１１ｃ，１１ｄと、保持台への吸着力を発生させる第２チャック電極１１ｘ，１１ｙとの２対の電極構造とした静電チャック１０ａの形態も可能である。
【００２８】
この静電チャック１０ａは、保持台への吸着と、被吸着物の吸着とを別個にコントロールすることができるため、取扱が容易である。また、チャック電極を可及的に静電チャック表面に配置することができ、これにより静電吸着力が飽和に達するまでの時間を短縮することができる。
【００２９】
また、図５には、チャック電極と接続した端子１２が外部に突出した構造の静電チャックと、この端子１２と接続でき、電源と端子１２とを接続できる端子用ホールが形成してある保持台２０ｂとを有する薄板保持装置３０ｂを示す。この薄板保持装置３０ｂは、静電チャック１０ｂを保持台２０ｂに簡単に取り付けることができる。
【００３０】
更に、図６に示す静電チャック１０ｃは、一対のチャック電極１１ｅ，１１ｆを対向させながら例えばコイル状に配置したもので、吸着力の均一化が可能である。
本発明の薄板保持装置３０は、例えばエッチング、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の各種の半導体製造装置に適用することができる。このため、静電チャックや保持台には種々の装置を内蔵させることが好ましい。
【００３１】
上記の各静電チャックは、図７に示す静電チャック１０ｄのように、薄板保持面１４表面に薄膜セラミックヒーター１７を形成し、このセラミックヒーター１７にヒーター用電源を接続した構造とする。このセラミックヒーター１７は例えばＣＶＤ等で形成したＳｉＣ等で構成することができる。
【００３２】
かかる静電チャック１０ｄは、セラミックヒーター１７を薄板保持面１４に形成してあるため、被吸着物を直接加熱することができ、静電チャック付ホットプレートとして、例えばＣＶＤの装置やクラスタツールなどの搬送装置に適用できる。
【００３３】
また、保持台としては、例えば、図８に示すように、媒体の流路となる配管２４を内部に設けた構造の保持台２０ｃを一形態として挙げることができる。図１３に示すように、加熱媒体又は冷却媒体をこの配管２４に流し、保持台２０ｃを加熱冷却することにより、静電チャック１０を介して被吸着物４０を加熱冷却して被吸着物４０の温度コントロールをすることができる。本発明の薄板保持装置３０は、被吸着物４０と静電チャック１０とが静電吸着力で密着し、また、静電チャック１０と保持台２０ｃとが静電吸着力で密着し、これらの界面での熱の流れが良好であるので、被吸着物の温度コントロールが容易である。
【００３４】
更に、図９に示すように、内部にＲＦ電極２５を内蔵した保持台２０ｄも一形態として挙げることができ、このような保持台２０ｄは例えばプラズマエッチング装置に用いることができる。なお、図８に示したような媒体の流路２４とＲＦ電極２５の両方を内蔵した構造とすることもできる。
【００３５】
このＲＦ電極２５を内蔵した保持台２０ｄを高密度プラズマエッチング装置に適用する形態を図１０に示す。この高密度プラズマエッチング装置１００は、いわゆる２周波方式のエッチング装置であり、真空引きが可能なチャンバ１０１の側壁に加熱可能な側部ＲＦ電極１０２が配置され、また、底壁部にはＲＦ電極２５を内蔵した保持台２０ｄが配置され、上壁には保持台と対向する電極としてのシリコンプレート１０３が設けられ、そのシリコンプレート１０３上にはヒーター１０４が配置されている。側部ＲＦ電極１０２にはイオン密度を調整する誘導ＲＦ電源（２．０ＭＨｚ）が接続され、保持台２０ｄ内蔵のＲＦ電極２５にはウエハ４０にバイアスを印加するバイアスＲＦ電源（１．８ＭＨｚ）が接続され、これらの高周波電源から高周波電力を印加できるようになっている。チャンバ１０１の中のガスは真空ポンプで排気口１０５から排出され、一方、プロセスガスは導入口１０６からチャンバ１０１内に導入される。
【００３６】
このようなプラズマエッチング装置を用いてシリコンウエハのエッチングを行うと、高密度プラズマＨＤＰが発生し、高いアスペクト比の微細加工が可能である。また、このプラズマエッチング装置１００は、本発明の薄板保持装置３０を用い、メカクランプ式ではないため、ウエハ全面のエッチングが可能であり、周辺部のチップの歩留まりが高い。更に、例えばマスク材料に対し高選択でかつ方向性の高い加工ができる−１００℃程度の低温エッチングを行う場合、図示しない媒体流路に冷媒を流すことにより、ウエハの良好な温度制御が可能である。逆に、高温でのエッチングにも対応することができる。その場合、図７に示したようなセラミックヒータ１７を表面に設けた静電チャック１０ｄを用いる。
【００３７】
以上、本発明の薄板保持装置３０をプラズマエッチング装置１００に適用した例を示したが、その他ＣＶＤ装置、スパッタリング装置等の半導体製造装置にも適用できることは勿論である。
次に、本発明の薄板保持装置を搬送方法に適用する例を説明する。図１１は、いわゆる枚葉式クラスタツールの装置レイアウトを示すものである。このクラスタツール２００は、ウエハの出し入れを行うロードロック室２０１ａ，２０１ｂを備えるトランスファモジュール２０２に各種のプロセスモジュール２０３ａ，２０３ｂを接続するものである。これらのプロセスモジュール２０３ａ，２０３ｂはトランスファモジュール２０２を介してつながっており、それぞれ独立に真空排気ポンプを有している。各プロセスモジュール２０３ａ，２０３ｂでウエハの処理を行い、プロセスモジュール２０３ａで処理の終わったウエハを、そのプロセスモジュール２０３ａから次のプロセスモジュール２０３ｂに、トランスファモジュール２０２の図示しない搬送ロボットで真空下において自動搬送するもので、ウエハを外気に晒さずに各種の処理が可能となっている。
【００３８】
本発明の搬送方法は、このようなクラスタツールに適用されるもので、上述したような薄板保持装置で被吸着物を吸着したままＣＶＤなどの工程で被吸着物の処理を行い、次いでその工程からその薄板保持装置に被吸着物を吸着したまま別の工程に搬送する。
【００３９】
このような搬送方法に適用される薄板保持装置の一例を図１２に示す。この薄板保持装置３０ｄは、搬送ロボットなどに連結されている支持筒５０に保持台２０が固定され、この保持台２０に静電チャック１０ｄが着脱自在に固定できる構成となっている。静電チャック１０ｄは、被吸着物４０を固定する薄板保持面１４にセラミックヒータ１７が成膜されており、被吸着物４０を直接加熱することができるようになっており、また、一対のチャック電極１１ａ，１１ｂを内蔵する。そして、セラミックヒータ１７にはヒータ用の電源が接続され、チャック電極１１ａ，１１ｂにはチャック用電源が接続されている。
【００４０】
被吸着物としてシリコンウエハ４０の搬送を行う場合、まず、保持台２０の凹部に静電チャック１０ｄを配置し、次にシリコンウエハ４０を静電チャック１０ｄに載置する。そして、電源からチャック電極１１ａ，１１ｂに電圧を印加し、静電吸着力を発生させ、シリコンウエハ４０を静電チャック１０ｄに吸着させると共に、静電チャック１０ｄを保持台２０に吸着させる。これにより、シリコンウエハ４０は薄板保持装置３０ｄに強く保持される。また、必要によりヒータ用電源からセラミックヒータ１７に電気を供給してシリコンウエハ４０を加熱してシリコンウエハ４０の温度制御を行う。
【００４１】
そして、ウエハ４０を薄板保持装置３０ｄに吸着したまま、例えば上記プロセスモジュール２０３ａの中に搬送し、そのままの状態でシリコンウエハの処理を行う。次いでプロセスモジュール２０３ａからその吸着状態を維持したまま真空にされたトランスファモジュール２０２に搬送し、更に別のプロセスモジュール２０３ｂの中に搬送し、ここで別の処理を行う。このプロセスモジュール２０３ｂでの処理が終わった後、再度トランスファモジュール２０２に搬送し、ここでチャック電極１１ａ，１１ｂへの電源を切り、あるいは逆電圧を印加することにより、静電吸着力を消去し、シリコンウエハ４０を静電チャックから取り外し、次いでシリコンウエハ４０をロードロック室２０１ｂから外部に取り出す。
【００４２】
このように、シリコンウエハ４０を静電チャック１０ｄに密着させたままシリコンウエハ４０の処理と搬送を行い、セラミックヒータ１７でシリコンウエハ４０を加熱して温度コントロールしながら搬送すれば、シリコンウエハ４０の降温を防止でき、熱のロスがないと共に、スループットが向上する。
【００４３】
例えば、タンタルオキサイド（Ｔａ２ Ｏ５ ）のＣＶＤにおいては、タンタルオキサイドのＣＶＤ工程後、引き続き５００℃程度にウエハを加熱しながら酸素プラズマに晒し、良質なタンタルオキサイドを製造する工程がある。従来のように、ウエハのＣＶＤ処理を行ったプロセスモジュールからウエハを単独で取り出し、酸素プラズマ処理を行うプロセスモジュールに搬送する方法では、ウエハが冷却されてしまい、酸素プラズマ処理を行うプロセスモジュールの中で再度シリコンウエハの加熱を行わなければならない。従って、熱のロスがある上、加熱に要する時間でスループットが減少する。これに対して、本発明の搬送方法は、かかる問題がない。
［実験例１］
図１３に示すような、静電チャック１０と、熱媒体流路２４を内蔵する保持台２０ｃを具備する薄板保持装置３０を用いた。サンプルとして図１４に示すような断面構造のシリコンウエハ４０ａを用い、バイアスＥＣＲ ＣＶＤ装置を用い、温度が３００℃の熱媒体を保持台２０ｃの媒体流路２４に流しながら、下記の条件で層間絶縁膜を成膜した。なお、図１４のシリコンウエハ４０ａは、シリコン基板４１の上に層間絶縁膜４２が積層され、その層間絶縁膜４２の上にアルミニウム配線層４３が形成された構造である。
【００４４】
ガス ＳｉＨ４ ／Ｎ２ Ｏ ３０／１００ｓｃｃｍ
圧力 １Ｐａ
μ波パワー ２ｋＷａｔｔ
ＲＦバイアス ５００Ｗ
温度 ３００℃
チャック電極印加電圧 ８００Ｖｏｌｔ
従来であれば、こういった高温下では、静電チャックの電極への接着が困難なので、成膜時の基板温度コントロールが十分にできなかった。本発明の薄板保持装置３０を用いることにより、チャック電極に電圧を印加することで、表面にはウエハが、裏面では静電チャックがチャッキングされるので、ウエハの温度コントロールが制御性良く行えるようになった。その結果、図１５に示すように、良好な膜質と再現性の良い層間絶縁膜４４の成膜を実現できた。
［実験例２］
実験例１で用いた薄板保持装置３０をＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）タイプのエッチング装置に組み込み、チラーを用いて−１００℃の冷媒を流し、サンプルとして図１６に示すようなシリコンウエハ４０ｂの多層レジストのエッチングを行った。このシリコンウエハ４０ｂは、シリコン基板４１に層間絶縁膜４２が積層され、この層間絶縁膜４２上に形成されたアルミニウム配線層４３が層間絶縁膜４４で覆われた半導体の上に、下層レジスト４５が成膜され、その上にパターニングされたＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ ）４６と上層レジスト４７が積層された構造である。エッチング条件を次に示す。
【００４５】
ガス Ｏ２ １００ｓｃｃｍ
圧力 １Ｐａ
ＲＦパワー ２ｋＷａｔｔ
ＲＦバイアス ２００Ｗ
温度 −１００℃
チャック電極印加電圧 ８００Ｖｏｌｔ
従来は、−１００℃の冷媒を流すような系では、静電チャック１０と保持台２０ｃとを密着させるような接着剤は存在せず、こういう系での静電チャックの使用は困難であった。しかし、本発明の薄板保持装置３０を用いたことにより、チャック電極へ電圧を印加すると、表面にはウエハが、裏面では静電チャックが保持台へチャッキングされるので、極低温でのウエハの温度制御が可能になった。その結果、図１７に示す多層レジストを低バイアスで加工できるので、マスクのＳＯＧ等の後退を生じることなく、変換差のない多層レジストを実現できた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の静電チャックは、広い温度範囲で保持台との密着が確保できる。
本発明の薄板保持装置は、広い温度範囲で被吸着物の温度制御が容易である。
本発明の半導体製造装置は、かかる薄板保持装置を用い、広い温度範囲でウエハ等の温度制御ができるので、良好な半導体を製造することができる。
【００４７】
本発明の搬送方法及び半導体の製造方法によれば、広い温度範囲で、高スループットに半導体の処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄板保持装置の一形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の薄板保持装置の吸着原理を説明する概略断面図である。
【図３】本発明の薄板保持装置に被吸着物を吸着した状態を説明する概念図である。
【図４】本発明の静電チャックの変形を示す概念図である。
【図５】本発明の薄板保持装置の一形態を示す断面図である。
【図６】本発明の静電チャックの一形態を示す概念図である。
【図７】本発明の静電チャックの一形態を示す概念図である。
【図８】本発明にかかる保持台の一形態を示す断面図である。
【図９】本発明にかかる保持台の一形態を示す断面図である。
【図１０】本発明の薄板保持装置を高濃度プラズマエッチング装置に適用した一形態を示す構成図である。
【図１１】クラスタツールの構成を示す平面図である。
【図１２】本発明の搬送方法に用いる薄板保持装置の一形態を示す構成図である。
【図１３】実験例で用いた薄板保持装置を示す断面図である。
【図１４】実験例１で用いたシリコンウエハの断面構造を示す断面図である。
【図１５】図１４のシリコンウエハに層間絶縁膜を堆積した状態を示す断面図である。
【図１６】実験例２で用いたシリコンウエハの断面構造を示す断面図である。
【図１７】図１６のシリコンウエハをエッチングした状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 静電チャック
１１ａ，１１ｂ チャック電極
１２ 絶縁層
２０ 保持台
２２ 絶縁膜
２４ 媒体流路
３０ 薄板保持装置
４０ 被吸着物（ウエハ）
Claims (8)
- 絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、
被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、
被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた
静電チャック。 - 被吸着物を静電吸着すべき静電力を発生する第１チャック電極と、静電チャックを保持する保持台に静電吸着すべき静電力を発生する第２チャック電極とを具備する請求項１記載の静電チャック。
- 絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと、
該静電チャックを保持する保持台と
を具備することを特徴とする薄板保持装置。 - 上記保持台が、上記静電チャックを加熱又は冷却する媒体の流路を備える請求項３記載の薄板保持装置。
- 上記保持台が、高周波を印加できる電極を備える請求項３記載の薄板保持装置。
- 絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと該静電チャックを保持する保持台とを具備する薄板保持装置を備えることを特徴とする
半導体製造装置。 - 絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することにより被吸着物を表面に静電吸着する静電チャックであって、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと
該静電チャックを保持する保持台と
を有する薄板保持装置で被吸着物を該静電チャックに吸着したまま一つの工程で被吸着物の処理を行い、該一つの工程から該静電チャックに被吸着物を吸着したまま他の工程に搬送することを特徴とする
搬送方法。 - 絶縁層で被覆されたチャック電極を内部に備え、該チャック電極に電圧を印加することによりウエハを表面に静電吸着する静電チャックであって、ウエハを静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在とし、被吸着物を静電吸着すべき面にセラミックヒータを備えた静電チャックと
該静電チャックを保持する保持台と
を有する薄板保持装置でウエハを該静電チャックに吸着したまま一つの工程でウエハの処理を行い、該一つの工程から該静電チャックにウエハを吸着したまま他の工程に搬送することを特徴とする
半導体の製造方法。
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