JP4189364B2 - 静電チャック及びこれを用いた処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体の集積回路や液晶表示装置の製造プロセスにおいて用いられる基板等の被処理物を保持するために用いられる静電チャック及びこれを用いた処理装置に関する。

半導体の集積回路や液晶表示装置等の製造プロセスでは、静電力を利用して基板等の被処理物を所定位置に固定する静電チャックが使用されることがある（例えば、特許文献１参照。）。この静電チャックは、被処理物に対して高周波電圧をかけるバイアス電極と、バイアス電極に設けられ、双極電極を外界から絶縁する絶縁部材と、絶縁部材の内部の、バイアス電極から所定の距離を空けた位置に埋め込まれた、正極と負極から構成される双極電極とを具備している。

双極電極の正極と負極にそれぞれ正電圧と負電圧をかけると、両極から発生する電場により被処理物に静電誘導が生じ、静電チャックと被処理物の間に吸引力が発生する。これにより、電圧をかけている最中は、被処理物が静電チャックに吸着される。
特公平５−８７１７７号公報

しかしながら、従来の静電チャックには、双極電極に直流電圧をかけるための直流電源が必要であったため、装置構成が複雑化したり、大型化したりしていた。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、直流電源を必要としない簡単な構成で基板等の被処理物を吸着することができる静電チャック及びこれを用いた処理装置を提供することにある。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の静電チャック及びこれを用いた処理装置は次のように構成されている。

（１）バイアス電極と、上記バイアス電極に対向配置され、被処理物を吸着するための第１の電極及び第２の電極と、２つの端子を有し、一方の端子が上記バイアス電極に接続され、他方の端子がアース接続される高周波電源と、第１のアノード端子と第１のカソード端子を有し、上記第１のアノード端子が上記第１の電極に接続される第１の整流手段と、２つの端子を有し、一方の端子が上記第１の整流端子の第１のカソード端子に接続され、他方の端子がアース接続される第１のコンデンサと、第２のアノード端子と第２のカソード端子を有し、上記第２のアノード端子が上記第２の電極に接続される第２の整流手段と、２つの端子を有し、一方の端子が上記第２の整流手段の第２のカソード端子に接続され、他方の端子がアース接続される第２のコンデンサと、上記第１のコンデンサと第２のコンデンサに蓄えられた電荷を放電するための放電手段とを具備し、上記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサが可変コンデンサであることを特徴とする。

（２）（１）に記載された静電チャックであって、上記第１の整流手段と第２の整流手段はダイオードであることを特徴とする。

（５）（１）に記載された静電チャックであって、上記バイアス電極に設けられ、上記第１の電極と第２の電極を覆う絶縁部材をさらに具備していることを特徴とする。

（６）チャンバと、上記チャンバ内にガスを導入する導入口と、上記チャンバ内のガスをプラズマ化するプラズマ手段と、上記チャンバ内に設けられ、被処理物を保持する静電チャックとを具備し、上記静電チャックは、バイアス電極と、上記バイアス電極に対向配置され、被処理物を吸着保持するための第１の電極及び第２の電極と、２つの端子を有し、一方の端子が上記バイアス電極に接続され、他方の端子がアース接続される高周波電源と、第１のアノード端子と第１のカソード端子を有し、上記第１のアノード端子が上記第１の電極に接続される第１の整流手段と、２つの端子を有し、一方の端子が上記第１の整流端子の第１のカソード端子に接続され、他方の端子がアース接続される第１のコンデンサと、第２のアノード端子と第２のカソード端子を有し、上記第２のアノード端子が上記第２の電極に接続される第２の整流手段と、２つの端子を有し、一方の端子が上記第２の整流手段の第２のカソード端子に接続され、他方の端子がアース接続される第２のコンデンサと、上記第１のコンデンサと第２のコンデンサに蓄えられた電荷を放電するための放電手段とを具備し、上記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサが可変コンデンサであることを特徴とする。

本発明によれば、直流電源を必要としない簡単な構成で基板等の被処理物を吸着することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。

図１に示すように、このプラズマＣＶＤ装置は、反応室となるチャンバ１を有している。チャンバ１の側壁には、チャンバ１内に処理ガスを導入するための導入口２と、チャンバ１内の未反応の処理ガスや生成ガス等を排気するための排気口３が形成されている。

また、チャンバ１の内部には、被処理物Ｗを保持するための静電チャック４が設けられ、静電チャック４に保持された被処理物Ｗと対向する位置には、チャンバ１内の処理ガスに高周波電圧をかけるための対向電極５（プラズマ手段）が設けられている。

図２は同実施の形態に係る静電チャック４を示す構成図、図３は同実施の形態に係る双極電極４３を示す平面図、図４は同実施の形態に係る静電チャック４の等価回路を示す回路図である。

図２に示すように、この静電チャック４は、被処理物Ｗを介してチャンバ１内の処理ガスに高周波電圧Ｖをかけるバイアス電極４１と、バイアス電極４１の上面に設けられ、双極電極４３（後述する）を外界から絶縁する絶縁部材４２と、絶縁部材４２の内部の、バイアス電極４１の上面から所定間隔を空けた位置に埋め込まれる双極電極４３とから構成される。

バイアス電極４１は円板状をしており、その所定位置には高周波電圧Ｖをかけるための高周波電源５９が接続されている。バイアス電極４１の材料としては、銅やアルミ等の金属が用いられる。

絶縁部材４２は、平面視でバイアス電極４１と略同じ形状をしており、その上面には被処理物Ｗを吸着する平坦な吸着面４２ａが形成されている。絶縁部材４２の材料としては、ポリイミド等が用いられる。

図３に示すように、この双極電極４３は負極４４（第１の電極）と正極４５（第２の電極）から構成されている。これにより、負極４４と正極４５はそれぞれ、図４に示すように、バイアス電極４１と共に第１のコンデンサ５０ａと第２のコンデンサ５０ｂを構成している。なお、負極４４と正極４５の材料としては、銅やアルミ等の金属が用いられる。

負極４４の所定位置には、負極４４側から順に、第１のダイオード４６（第１の整流手段）、第１の可変コンデンサ４７、アース６０が接続されている。ここで重要なのは、第１のダイオード４６の順方向を負極４４側からアース６０側に向けていることである。換言すれば、負極４４は第１のダイオード４６のアノード端子４６ａに接続され、第１の可変コンデンサ４７は第１のダイオード４６のカソード端子４６ｂに接続されている。

このため、第１のダイオード４６は、第１のコンデンサ５０ａ側がアース６０側より高電位であるとき通電状態となり、アース６０側が第１のコンデンサ５０ａ側より高電位であるとき遮断状態となる。なお、第１の可変コンデンサ４７は、放電用の短絡スイッチ４７ａ（放電手段）を備えている。

正極４５の所定位置には、正極４５側から順に、第２のダイオード４８（第２の整流手段）、第２の可変コンデンサ４９、アース６０が接続されている。ここで重要なのは、第２のダイオード４８の順方向をアース６０側から正極４５側に向けていることである。換言すれば、正極４５は第２のダイオード４８のカソード端子４８ｂに接続され、第２の可変コンデンサ４９は第２のダイオード４８のアノード端子４８ａに接続されている。

このため、第２のダイオード４８は、第２のコンデンサ５０ｂ側がアース６０側より低電位であるとき通電状態となり、アース６０側が第２のコンデンサ５０ｂ側より低電位であるとき遮断状態となる。なお、第２の可変コンデンサ４９は、放電用の短絡スイッチ４９ａ（放電手段）を備えている。

次に、図５を参照しながら静電チャック４の動作について説明する。

図５は同実施の形態に係る静電チャック４の第１、第２のコンデンサ５０ａ、５０ｂが帯電する過程を説明する説明図である。

図５（ａ）に示すように、高周波電源５９から高周波電圧Ｖを発生させると、高周波電圧が正の値となる第１の領域Ｒ１では、第１のコンデンサ５０ａ側がアース６０側より高電位となっているので、第１のダイオード４６が通電状態となり、図５（ｂ）に示すように、第１のコンデンサ５０ａと第１の可変コンデンサ４７に所定量の電荷が帯電する（ステップＳ１）。

このとき、第２のコンデンサ５０ｂ側はアース６０側より高電位となっているので、第２のダイオード４８が遮断状態となり、第２のコンデンサ５０ｂや第２の可変コンデンサ４９が帯電することはない。

高周波電圧Ｖが負の値となる第２の領域Ｒ２では、第２のコンデンサ５０ｂ側がアース６０側より低電位となっているので、第２のコンデンサ５０ｂが通常状態となり、図５（ｃ）に示すように、第２のコンデンサ５０ｂと第２の可変コンデンサ４９に所定量の電荷が帯電する（ステップＳ２）。

このとき、第１のコンデンサ５０ａ側はアース６０側より低電位となっているので、第１のダイオード４６が遮断状態となり、第１のコンデンサ５０ａや第１の可変コンデンサ４７が更に帯電することはない。すなわち、上記ステップＳ１で充電された第１のコンデンサ５０ａや第１の可変コンデンサ４７の帯電量が維持される。

高周波電圧Ｖの値が正の値となる第３の領域では、第１のコンデンサ５０ａ側がアース６０側より高電位となっているので、第１のダイオード４６が再び通電状態となり、図５（ｄ）に示すように、第１のコンデンサ５０ａと第１の可変コンデンサ４７に更に所定量の電荷が帯電する（ステップＳ３）。

このとき、第２のコンデンサ５０ｂ側がアース６０側より高電位となっているので、第２のダイオード４８が遮断状態となり、第２のコンデンサ５０ｂや第２の可変コンデンサ４９が更に帯電することはない。すなわち、上記ステップＳ２で充電された第２のコンデンサ５０ｂや第２の可変コンデンサ４９の帯電量が維持される。

高周波電圧の値が負の値となる第４の領域Ｒ４では、第２のコンデンサ５０ｂ側がアース６０側より低電位となっているので、第２のコンデンサ５０ｂが再び通電状態となり、図５（ｅ）に示すように、第２のコンデンサ５０ｂと第２の可変コンデンサ４９に所定量の電荷が帯電する（ステップＳ４）。

このとき、第１のコンデンサ５０ａ側がアース６０側より低電位となっているので、第１のダイオード４６が遮断状態となり、第１のコンデンサ５０ａや第１の可変コンデンサ４７が帯電することはない。すなわち、上記ステップＳ３で充電された第１のコンデンサ５０ａや第１の可変コンデンサ４７の帯電量が維持される。

このように、上記ステップＳ１〜ステップＳ４を繰り返すと、第１、第２のコンデンサ５０ａ、５０ｂの帯電量が徐々に増加してゆき、所定時間経過後には負極４４の電圧Ｖａと正極４５の電圧Ｖｂがそれぞれ所望の値に到達する。

次に、静電チャック４を搭載したプラズマＣＶＤ装置による被処理物Ｗの処理方法を簡単に説明する。

まず、静電チャック４の吸着面４２ａに被処理物Ｗを載置して、高周波電源５９からバイアス電極４１に高周波電圧Ｖをかける。これにより、双極電極４３の負極４４と正極４５の電圧Ｖａ、Ｖｂは、上記過程を経て所定の電圧値に到達し、吸着面４２ａに静電誘導による吸着力が発生する。吸着面４２ａに載置された被処理物Ｗは、この吸着力により静電チャック４にしっかりと吸着される。

被処理物Ｗが静電チャック４の吸着面４２ａにしっかりと吸着されたら、排気口３からチャンバ１内のガスを排出するとともに、導入口２からチャンバ１内に処理ガスを導入し、チャンバ１内を所定の圧力に調整する。そして、対向電極５から処理ガスに高周波電圧をかけ、チャンバ１内にプラズマを発生させる。これにより、被処理物Ｗがプラズマに曝され、その表面にエッチングや気層成長等のプラズマ処理が施される。

被処理物Ｗの表面にプラズマ処理が施されたら、排気口３からチャンバ１内に充満した未反応の処理ガスや生成ガス等を排気するとともに、放電用の短絡スイッチ４７ａ、４９ａを閉じて第１、第２のコンデンサ５０ａ、５０ｂと第１、第２の可変コンデンサ４７、４９に蓄えられた電荷を逃がし、被処理物Ｗに対する静電チャック４の吸着を解除する。

以上で、静電チャック４を搭載したプラズマＣＶＤ装置による被処理物Ｗの処理が完了となる。

次に、上記構成のプラズマＣＶＤの作用効果について説明する。

上記構成のプラズマＣＶＤによれば、高周波電源５９からバイアス電極４１に高周波電圧Ｖをかけ、絶縁部材４２との間に静電誘導を発生させて被処理物Ｗを吸着するタイプの静電チャック４において、第１のダイオード４６と第１の可変コンデンサ４７を介して負極４４とアース６０を接続するとともに、第２のダイオード４８と第２の可変コンデンサ４９を介して正極４５とアース６０を接続している。

そのため、高周波電源５９からバイアス電極４１に高周波電圧をかけるだけで、所定時間経過後には第１、第２のコンデンサ５０ａ、５０ｂが所望の帯電量に帯電するから、従来のような被処理物Ｗを吸着用するためだけの直流電源が不要となり、装置構成を簡単化、小型化することができる。

しかも、従来のような直流電源を用いた場合、第１、第２のコンデンサ５０ａ、５０ｂの帯電量が固定されるため、被処理物Ｗを吸着する吸着力に限界があったが、本発明の静電チャック４を用いれば、第１、第２のコンデンサ５０ａ、５０ｂの容量を調整することで、被処理物Ｗを吸着する吸着力を可変することができる。

なお、第１、第２のコンデンサ５０ａ、５０ｂの容量を調整する方法としては、例えばバイアス電極４１と双極電極４３の間隔調整、双極電極４３の正負極４４、４５の大きさ調整、絶縁部材４２の材料の種類変更等が考えられる。

また、第１、第２の可変コンデンサ４７、４９は、放電用の短絡スイッチ４７ａ、４９ａを備えている。そのため、バイアス電極４１にかける高周波電圧の周波数を変化させれば、第１、第２のコンデンサ５０ａ、５０ｂを所望の帯電量に到達させるまでの時間、すなわち被処理物Ｗの吸着にかかる時間を短縮し、被処理物Ｗの処理効率を向上させることができる。

さらに、第１、第２の可変コンデンサ４７、４９の容量を調整すれば、第１、第２のコンデンサ５０ａ、５０ｂの帯電量、すなわち負極４４と正極４５にかかる電圧値を変えることができる。したがって、バイアス電極４１にかける電圧値を変えることなく、被処理物Ｗの種類や、処理の種類に応じて最適な吸着力に設定することができる。

ここで［表１］と［表２］を参照しながら発明者が行った吸着力の実験について説明する。

［表１］は本実施の形態に係る静電チャック４と同等の方式を用いて、高周波電圧の電圧値を種々に変えたときの被処理物の吸着力を表し、［表２］は従来の静電チャック４と同等の方式を用いて、直流電源の電圧値を種々に変えたときの被処理物の吸着力を表している。

実験条件は以下の通りである。

被処理物：シリコンウェハ、
内部電極とバイアス電極の間の距離：０．２２５［ｍｍ］、
環境：室温かつ真空、
高周波電圧の周波数：５０［Ｈｚ］。

［表１］と［表２］を比較すれば、本実施の形態に係る静電チャック４の方式を用いると、従来の静電チャック４の方式を用いた場合に比べて、所定の吸着力を得るのに必要な電圧値が半分以下で済むことがわかる。この実験結果から、本実施の形態に係る静電チャック４を用いれば、被処理物Ｗの吸着を効率的に行えることがわかる。

なお、本実施の形態では、本発明に係る静電チャック４をプラズマＣＶＤ装置に搭載した例を述べているが、基板等の被処理物Ｗを面で固定して加工する装置であれば、特に限定されるものではない。

また、本実施の形態では、負極４４と正極４５を帯電させるために、第１、第２のダイオード４６、４８を用いて電荷の移動方向を制御しているが、言い換えれば通電と遮断させているが、これに限定されるものではない。

本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の一実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す構成図。 同実施の形態に係る静電チャックを示す構成図。 同実施の形態に係る双極電極を示す平面図。 同実施の形態に係る静電チャックの等価回路を示す回路図。 同実施の形態に係る静電チャックの第１、第２のコンデンサが帯電する過程を説明する説明図。

符号の説明

１…チャンバ、２…導入口、４…静電チャック、５…対向電極（プラズマ手段）、４１…バイアス電極、４２…絶縁部材、４４…負極（第１の電極）、４５…正極（第２の電極）、４６…第１のダイオード（第１の整流手段）、４６ａ…アノード端子（第１のアノード端子）、４６ｂ…カソード端子（第１のカソード端子）、４７…第１の可変コンデンサ、４７ａ…短絡スイッチ（放電手段）、４８…第２のダイオード（第２の整流手段）、４８ａ…アノード端子（第２のアノード端子）、４８ｂ…カソード端子（第２のカソード端子）、４９…第２の可変コンデンサ、４９ａ…短絡スイッチ（放電手段）、５９…高周波電源、Ｗ…被処理物。

Claims (4)

1. バイアス電極と、
   上記バイアス電極に対向配置され、被処理物を吸着するための第１の電極及び第２の電極と、
   ２つの端子を有し、一方の端子が上記バイアス電極に接続され、他方の端子がアース接続される高周波電源と、
   第１のアノード端子と第１のカソード端子を有し、上記第１のアノード端子が上記第１の電極に接続される第１の整流手段と、
   ２つの端子を有し、一方の端子が上記第１の整流端子の第１のカソード端子に接続され、他方の端子がアース接続される第１のコンデンサと、
   第２のアノード端子と第２のカソード端子を有し、上記第２のアノード端子が上記第２の電極に接続される第２の整流手段と、
   ２つの端子を有し、一方の端子が上記第２の整流手段の第２のカソード端子に接続され、他方の端子がアース接続される第２のコンデンサと、
   上記第１のコンデンサと第２のコンデンサに蓄えられた電荷を放電するための放電手段と、
   を具備し、
   上記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサが可変コンデンサである、
   ことを特徴とする静電チャック。
2. 上記第１の整流手段と第２の整流手段はダイオード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. 上記バイアス電極に設けられ、上記第１の電極と第２の電極を覆う絶縁部材をさらに具備していることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。
4. チャンバと、
   上記チャンバ内にガスを導入する導入口と、
   上記チャンバ内のガスをプラズマ化するプラズマ手段と、
   上記チャンバ内に設けられ、被処理物を保持する静電チャックと、
   を具備し、
   上記静電チャックは、
   バイアス電極と、
   上記バイアス電極に対向配置され、被処理物を吸着するための第１の電極及び第２の電極と、
   ２つの端子を有し、一方の端子が上記バイアス電極に接続され、他方の端子がアース接続される高周波電源と、
   第１のアノード端子と第１のカソード端子を有し、上記第１のアノード端子が上記第１の電極に接続される第１の整流手段と、
   ２つの端子を有し、一方の端子が上記第１の整流端子の第１のカソード端子に接続され、他方の端子がアース接続される第１のコンデンサと、
   第２のアノード端子と第２のカソード端子を有し、上記第２のアノード端子が上記第２の電極に接続される第２の整流手段と、
   ２つの端子を有し、一方の端子が上記第２の整流手段の第２のカソード端子に接続され、他方の端子がアース接続される第２のコンデンサと、
   上記第１のコンデンサと第２のコンデンサに蓄えられた電荷を放電するための放電手段と、
   を具備し、
   上記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサが可変コンデンサである、
   ことを特徴とする処理装置。

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