JP4906012B2

JP4906012B2 - 静電チャック

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Publication number: JP4906012B2
Application number: JP2010167472A
Authority: JP
Inventors: 正幸佐藤; 強相原; 嘉文山崎; 一弘渡辺
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: JP2011003913A

Description

本発明は、本発明は、複数枚の基板を同時に吸着できる静電チャックに関する。

従来より、半導体ウェーハ等の被処理基板を真空処理するに際しては、当該基板を真空槽内に固定するのに静電チャックが用いられている。この種の静電チャックは、基板を支持する支持台の上に誘電層が設けられており、支持台と基板との間に電圧が印加されることにより発生するクーロン力によって基板を吸着する機構を備えている。

しかし、従来の静電チャックは、その上面のチャック面に吸着できる基板は１枚のみであるため、複数枚の基板を同時に吸着保持して処理するのは不可能な構成であった。

そこで、本発明者らは、複数枚の基板を載せたトレーを静電チャックで吸着し、このトレーを介して各基板を静電チャック上に固定して、各基板を同時に処理するようにしていた。このトレーの構成を図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は当該トレーの平面図、図１２は静電チャック６に吸着されたトレー１の要部側断面図である。

トレー１は円板状で、その上面に５枚の基板Ｗが載置されている。図示する基板Ｗは矩形状であるが、勿論円形状であってもよい。トレー１は、例えばアルミニウム合金製で、その上面には基板Ｗを位置決め保持するためのカバー２が複数本のネジ部材３を介して取り付けられている。

カバー２は石英等の非導電性材料で形成されているとともに、このカバー２には、基板Ｗの被処理面（上面）を外部へ露出させるための開口２ａが、各基板Ｗの収容位置に対応して複数（本例では５個）形成されている。

基板Ｗは、トレー１の基板収容部４内に収容されているとともに、基板Ｗの周縁部が、カバー２の開口２ａの周縁に突出形成された保持爪２ｂと、基板収容部４の内部周縁に沿って配置された環状のシール部材５との間において機械的にクランプされている。なお、基板収容部４の底部には、トレー１と静電チャック６上面との間に導入された冷却用ガス（例えばヘリウム）を基板収容部４内に導くための流路７が形成されている。

特開２０００−３３２０９１号公報特開平１０−１７７２号公報

さて、上述した従来の構成では、静電チャック６に対して複数枚の基板Ｗを載置するのに、これら複数枚の基板Ｗをトレー１の基板収容部４に移載した後、トレー１の上面に対してカバー２を取り付けて各基板Ｗを保持し、このトレー１を静電チャック６に吸着させることにより、真空槽内における複数の基板Ｗの一括処理を可能としている。

しかしながら、上記構成では、トレー１に対する基板Ｗの移載後、カバー２を複数本のネジ部材３を用いて取り付ける必要があるため、作業の煩雑性が増すという問題がある。また、カバー２の取り付け、取り外し作業に時間が費やされる結果、生産性にも悪影響を与えるという問題がある。

また、上述した従来の構成においては、基板Ｗの冷却効率を高めるために、トレー１をアルミニウム等の伝熱性の高い材料で形成してはいるものの、十分な冷却作用が得られているとは言えない。

更に、基板Ｗにプラズマ処理を施す場合にあっては、トレー１に取り付けられたカバー２の影響でプラズマ分布が変動することにより、処理後における基板Ｗの面内均一性が損なわれるという問題もある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、作業性および生産性を損なうことなく、複数枚の基板を同時に吸着でき、更には、基板の冷却効率および処理均一性を高められる静電チャックを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の静電チャックは、上面が複数の基板を静電的に吸着するチャック領域とされている静電チャックであって、前記上面に、前記複数の基板各々を吸着するための前記チャック領域が複数形成されている。

これにより、トレーを介さずに複数枚の基板を同時に吸着することが可能となるので、トレーに対する基板の面倒な保持作業を廃止でき、これにより作業性および生産性を向上させることができる。また、基板を静電チャックで直接吸着できるので、トレーを介して基板を保持する従来の構成に比べて、基板の冷却効率を高めることができる。更に、基板保持用のカバーが不要となるので、例えばプラズマ処理時における基板面内均一性が高められる。

本発明において、各チャック領域は、静電チャック上面に突設された複数の島状部の各々の上面部に形成されている。この構成により、後述する基板搬送用トレーを用いて、当該静電チャックに対する複数枚の基板の同時搬送が可能となる。

すなわち、基板搬送用トレーは、上面に基板吸着用のチャック領域が島状に複数突出形成された静電チャックに対して複数枚の基板を搬送するための基板搬送用トレーであって、静電チャックの上面に載置されるトレー本体と、このトレー本体の面内に形成され前記複数のチャック領域をそれぞれ収容できる大きさに形成された複数の開口と、これら複数の開口の各々の周縁に形成され前記基板の下面周縁を支持する基板支持部とを有し、前記トレー本体の下面に対する前記基板支持部の高さが、前記静電チャック上面に対する前記チャック領域の高さよりも小さく形成されている。

静電チャックに対して複数枚の基板を搬送するには、トレーの複数の開口に形成された基板支持部において基板下面周縁を支持した状態で、当該トレーを静電チャック上面に載置する。このとき、基板支持部の高さが島状部上面の各チャック領域よりも低くなるように形成されているので、静電チャック上面にトレーを載せると同時に、各基板を基板支持部から各チャック領域へ容易に移載できる。また、処理終了後は、静電チャック上面に対してトレーを浮上させることによって、各基板を各チャック領域からトレーの基板支持部へ容易に移載できる。

以上述べたように、本発明の静電チャックによれば、トレーを介さずに複数枚の基板を同時に吸着することができるので、トレーに対する基板の保持作業を不要として作業性を改善することができるとともに、生産性の向上を図ることができる。

また、基板を静電チャックで直接吸着できるので、トレーを介して基板を保持する従来の構成に比べて、基板の冷却効率を高めることができる。また、基板保持用のカバーが不要となるので、例えばプラズマ処理時における基板面内均一性を高めることができる。

本発明の実施の形態による静電チャックの構成を示す概略側断面図である。上記静電チャック（チャック台）の平面図である。上記チャック台の側断面図である。上記チャック台の上面に形成され、上面にチャック領域を形成する島状部の内部の冷却用ガス流路を示す断面図である。上記島状部の内部に形成された電極層を示す断面図である。上記チャック台上の各島状部の電極層の配線例を示す図である。本発明の実施の形態よる基板搬送用のトレーを示す平面図である。図７における［８］−［８］線方向断面図である。上記チャック台、基板および上記トレーの関係を模式的に示す側断面図であり、Ａは基板吸着時、Ｂは基板搬出時の状態を示している。上記静電チャックの構成の変形例を示す平面図である。従来の基板搬送用トレーの構成を示す平面図である。従来の静電チャックとトレー、基板との関係を示す側断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１および図２は本発明の実施の形態による静電チャックの構成を示している。ここで図１は静電チャック１０の側断面図、図２はその平面図を示している。

静電チャック１０は、真空槽１１の底部に気密に設置された本体１２と、この本体１２の上部に取り付けられたチャック台１３とで構成されている。本実施の形態において、真空槽１１は、プラズマエッチング装置の真空槽を構成している。なお、プラズマＣＶＤ装置等の他の真空処理装置が適用されてもよい。

真空槽１１はプロセス室２６を形成するとともに、プロセスガスの供給管２７、プラズマ形成用の高周波コイル、永久磁石等でなるプラズマ形成手段２８、バイアス用高周波電源２９等を備え、プロセス室２６に導入されたガスをプラズマ化し、静電チャック１０上の基板（図示略）に対して所定のエッチング処理を行うように構成されている。なお図示せずとも、プロセス室２６を所定の真空度に排気する真空ポンプが真空槽１１に接続されている。

静電チャック１０の本体１２は、アルミニウム合金等の金属材料で構成されており、その内部には、冷却水循環用の通路１４や、チャック台１３に吸着された基板を冷却するためのガス（例えばヘリウム）が導入されるガス流通路１５が設けられている。この冷却用ガスは、本体１２の下部に接続された導入管３０を介して装置外部から供給される。本体１２とチャック台１３とは、例えばシリコーン樹脂を主剤とする接着剤等によって一体的に接合されている。

チャック台１３は、主としてセラミック等の誘電材料でなる平板状に形成されており、特に本実施の形態では、セラミックシートの積層体として構成されている。このチャック台１３の上面には、図２に示したように、基板を吸着するチャック領域１６（１６Ａ〜１６Ｅ）が複数形成されている。各チャック領域１６は、互いに分離独立して配置されており、図示の例では中心部に１つのチャック領域１６Ａが配置され、その周囲に９０度間隔で４つのチャック領域１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ及び１６Ｅがそれぞれ配置されている。

図３は、チャック台１３の側断面図である。各チャック領域１６は、チャック台１３の上面に突設された複数の島状部１７の上面にそれぞれ形成されている。この島状部１７の上面（チャック領域１６）は、１枚の基板を載置できる大きさに形成されている。

特に本実施の形態では、図９Ａに示すように、チャック領域１６は、吸着する基板Ｗよりも小さな面積で形成されている。一例を挙げると、縦×横の長さが基板Ｗでは５０ｍｍ×５０ｍｍであるのに対し、チャック領域１６では４５ｍｍ×４５ｍｍとされている。なお、島状部１７の上面は、基板Ｗの平面形状に対応するように四角形状に形成されているが、例えば円形状等のように他の形状に形成されていてもよい（図１０）。

なお、島状部１７の高さは特に限定されないが、後述するように、各チャック領域１６へ基板を搬送するトレーとの関係で調整される。

また、各島状部１７の上面（チャック領域１６）には、本体１２に導入された冷却用ガスを基板下面に向けて流出させる複数の流出孔１８がそれぞれ形成されている。これら各流出孔１８は、島状部１７の内部に形成された流路１９を介して、本体１２のガス流通路１８と連通している。流路１９は、図４に示すように平面的に見て、田の字形状を有し、その中心部ならびに四辺の隅部および中点部に対応する位置の計９カ所に、流出孔１８がそれぞれ設けられている。

流路１９の形成層と島状部１７の最上層との間には、図５に示すように電極層２０ａ，２０ｂが形成されている。これら電極層２０ａ，２０ｂは、一対の櫛形電極構造を有し、一方の櫛歯が他方の櫛歯間に位置するように所定の間隙をおいて互い違いに配置され、一方側の電極層２０ａには正電位が印加され、他方側の電極層２０ｂには負電位が印加されるようになっている。

なお、電極層２０ａ，２０ｂにおいて、上記流路１９に連通する流出孔１８の形成部位には、これら流出孔１８を覆わないように円形状あるいは円弧状のニゲ２１がそれぞれ設けられている。電極層２０ａ，２０ｂは、その上面に積層される誘電層を介して基板の下面に対向するようになっている。

上記構成の電極層２０ａ，２０ｂは各々の島状部１７に対して同様に設けられている。図６に示すように本実施の形態では、一方側の電極層２０ａ，２０ａ，…の各々は、配線２２ａを介して正電位供給源２３ａに共通に接続されており、また、他方側の電極層２０ｂ，２０ｂ，…の各々は、配線２２ｂを介して負電位供給源２３ｂに共通に接続されている。

各配線２２ａ，２２ｂは、チャック台１３の内部に設けられており、また、正電位供給源２３ａおよび負電位供給源２３ｂは、本体１２の下部に取り付けられた電位供給源３１ａ，３１ｂ（図１）にそれぞれ接続されている。なお、配線２２ａ，２２ｂは、各島状部１７ごとに独立して設けられていても良い。

更にチャック台１３には、リフトピン３３（図９Ｂ）が上方へ向かって突出するリフトピン進入孔２４（図２）が設けられている。図２に示したように、リフトピン進入孔２４は複数形成されており、チャック台１３の中心位置のチャック領域１６Ａを形成する島状部１７の四隅外方側に計４カ所配置されている。

なお、リフトピン３３は本体１２の内部に設けられ、後述するトレー４０を図９Ｂに示すようにチャック台１３の上面から浮上させるための突き上げピンとして構成されており、本体１２の下部に取り付けられたリフトピン駆動部３２の駆動により上下方向へ進退移動する。

次に、トレー４０の詳細について図７〜図９を参照して説明する。ここで、図７はトレー４０の平面図、図８はトレー４０の要部断面図、図９Ａ，Ｂはトレー４０と静電チャック１０との関係を示す要部側断面図である。

トレー４０は、トレー本体４１と、このトレー本体４１の面内に形成された複数の開口４２と、これら開口部４２の各々の周縁に形成された基板支持部４３とを備えている。トレー本体４１は、本実施の形態では石英製とされるが、これ以外にも、シリコン炭化物（ＳｉＣ）やシリコン窒化物（ＳｉＮ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、更にはアルミニウム等の金属材料で形成されてもよい。

各開口４２は、チャック台１３の複数の島状部１７の各々の形成位置に対応するようにトレー本体４１に形成されている。これらの各開口４２は、トレー本体４１がチャック台１３の上面に載置された際、島状部１７をそれぞれ収容できる程度の大きさに形成されている（図９Ａ）。本実施の形態では、開口４２の縦×横の長さが、例えば４７ｍｍ×４７ｍｍとされている。なお、各開口４２は、基板Ｗの平面形状と対応する形状に形成されているが、勿論、他の形状とされてもよい。

基板支持部４３は、開口４２内に収容された基板Ｗの下面周縁を支持するように、開口４２の周縁に形成された段部４４（図８）の上面に設けられている。本実施の形態では、図７に示すように基板支持部４３を開口４２の周縁全域に形成しているが、これに代えて、互いに対向関係にある一対の周縁部にのみ形成されていてもよい。

また、トレー本体４１の下面に対する基板支持部４３の高さは、チャック台１３の上面に対するチャック領域１６の高さ（すなわち島状部１７の高さ）よりも低く形成されている。これにより、基板支持部４３で基板Ｗを支持した状態でトレー４０がチャック台１３の上面に載置されたときは、各開口４２内に島状部１７が各々進入し、図９Ａに示したように、基板支持部４３に代わって島状部１７上面のチャック領域１６が基板Ｗを支持することになる。

なお、基板支持部４３による基板Ｗの支持高さは、島状部１７の高さに関連して設定され、開口４２周縁に形成される段部４４の高さによって調整される。本実施の形態では、島状部１７の高さが１．７ｍｍであるのに対し、段部４４の高さは１．２ｍｍとされている。

また、チャック台１３にトレー４０が載置され、島状部１７上面で基板Ｗが支持されている状態において、基板Ｗの上面とトレー４０の上面とが略同一の高さとなるように、トレー４０の厚さが設定されている。本例では、トレー４０の厚さを２ｍｍとしている。

次に、以上のように構成される本実施の形態の作用について説明する。ここでは、基板Ｗとして、被処理面に所定のレジストパターンが形成された四角形状の石英基板が用いられ、真空槽１１の内部において基板表面を所定形状にエッチングするプロセスを例に挙げて説明する。

まず、真空槽１１の外部において、トレー４０の各開口４２上に、基板Ｗがその被処理面を上方に向けてそれぞれ１枚ずつ載置される。各基板Ｗは、開口４２周縁の基板支持部４３上にその下面周縁が支持される。

ここで、基板Ｗのトレー４０への載置作業は、手作業またはロボットを用いることができる。なお、ロボットを用いた自動基板移載システムにおいては、基板Ｗをその被処理面に非接触で搬送できるベルヌーイチャック機構を用いるのが好適である。

次に、基板Ｗが載せられたトレー４０を真空槽１１の内部に搬送し、静電チャック１０のチャック台１３上に載置する。このとき、トレー４０の各開口４２に対応して、その直下方に、チャック台１３上面の島状部１７がそれぞれ位置しており、トレー４０の下降に伴って、島状部１７が開口４２内にそれぞれ進入し、開口４２周縁の基板支持部４３から島状部１７上面のチャック領域１６（１６Ａ〜１６Ｅ）へ基板Ｗがそれぞれ載せ替えられる。この操作は、チャック台１３に対するトレー４０の載置作業に連動して自動的に行われる。

なお、トレー４０から各チャック領域１６への基板Ｗの載せ替えには、チャック台１３に対するトレー４０の高精度な位置合わせ作業が必要とされるが、本実施の形態では、チャック台１３の周縁に形成した切欠き１３Ａ（図２）と、トレー４０の周縁に形成した切欠き４０Ａ（図７）とを基準とした両者の位置合わせが行われるようにしている。

以上のようにして、チャック台１３に対して複数枚の基板Ｗが同時に載置される。そして、チャック台１３上面の各チャック領域１６において、各々の電極層２０ａ，２０ｂに電位供給線３１ａ（３１ｂ）を介して所定の吸着用電位が印加される（本例では±１．１ｋＶ〜１．４ｋＶ）。これにより、各基板Ｗが、それぞれのチャック領域１６Ａ〜１６Ｅに静電的に吸着される。なお本実施の形態では、基板Ｗの下面に予めアルミニウムめっき等の金属層が形成されており、これによりチャック領域１６における静電吸着を可能としている。

その後、プロセス室２６が所定の真空度にまで真空排気され、静電チャック本体１２に冷却水および冷却用ガス（−１０℃、１０００Ｐａ）が導入される。そして、供給管２７からプロセスガス（ＣＨＦ₃、０．５Ｐａ、８０ｓｃｃｍ）が導入されると共に、プラズマ形成用高周波コイル（１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗ）２８およびバイアス用高周波電源（１２．５ＭＨｚ、４００Ｗ）により、プロセス室２６にプラズマが生成され、生成されたプラズマがチャック台１３上の各基板Ｗに照射される。これにより、基板Ｗの被処理面に対して所定のエッチング処理が行われる。

本実施の形態においては、複数枚の基板Ｗを静電チャック１３に載置する際、図１０を参照して説明した従来技術のように、トレー上面に基板保持用のカバーを取り付ける必要がなくなるので、作業工数の削減および作業時間の低減が図れるようになり、これにより作業性および生産性を大幅に向上させることができる。

また、チャック台１３に形成された複数のチャック領域１６に対してそれぞれ基板Ｗを直に載置することができるので、チャック領域１６の複数の流出孔１８から流出される冷却用ガスを効率良く基板Ｗの下面に導いて基板Ｗの十分な冷却作用を行うことができる。なお、チャック領域１６に沿って各流出孔１８を結ぶように、例えば「田」の字状の溝を設けて、基板下面への冷却用ガスの導入効率を高めるようにしてもよい。

更に、本実施の形態によれば、トレーの上面に基板保持用のカバーが取り付けられていないので、基板Ｗの上方に生成されるプラズマの分布密度の一様化を図ることができ、また、トレー４０が石英製であることから、基板Ｗの上面に対するプラズマの照射効率を高められる。その結果、エッチングレートが向上し、処理時間の短縮を図ることが可能となる。

さて、基板Ｗに対するエッチング処理の終了後は、リフトピン駆動部３２の駆動によりチャック台１３のリフトピン進入孔２４を介してリフトピン３３が図９Ｂに示したように上方へ突出し、これによりトレー４０がチャック台１３に対して浮上される。このトレー４０の浮上過程において、島状部１７上面のチャック領域１６から開口４２の基板支持部４３へ基板Ｗが載せ替えられる。

その後、図示しない搬送ロボットを介して、当該トレー４０が真空槽１１の外部へ搬出されるとともに、未処理の基板を複数載置した新たなトレー４０が真空槽１１へ搬入される。

上述のように、本実施の形態においては、トレー４０を用いて複数枚の基板Ｗをチャック台１３の各チャック領域１６に搬送するようにしているので、チャック台１３に対する複数の基板Ｗの一括搬送および一括搬出が可能となり、基板設置作業が容易となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、チャック台１３の上面に計５個のチャック領域１６Ａ〜１６Ｅを図２に示した配置で形成したが、チャック領域の形成数および形成位置はこれに限らない。また、各チャック領域１６をチャック台１３上面に突出形成した凸状の島状部１７の上面に形成する場合に限らず、島状部を形成せずに、チャック台１３上面と同一平面上に形成されていてもよい。

また、基板Ｗは上述の四角形状の石英基板に限らず、シリコン基板や化合物半導体基板、サファイア基板、ガラス基板等にも本発明は適用可能である。また、形状も四角形状に限らず、例えば円形であってもよい。この場合、図１０に示すように、静電チャック１０のチャック台１３の各島状部１７の上面も、これに合わせて円形とすることができる。

また、基板吸着用の電極層として、一対の櫛形電極層２０ａ，２０ｂでなる双極型を適用したが、単極型であってもよい。なお、電極層を双極型とすることにより、プラズマを生成せずとも基板の吸着作用が得られるというメリットがある。

更に、トレー４０の基板支持部４３を、開口４２の周縁に形成した段部４４の上面で構成したが、これに代えて、例えば開口４２の周縁に形成したすり鉢状のテーパー面で基板支持部を構成することも可能である。

更に、以上の実施の形態では、プラズマエッチング装置として誘導結合型のプラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが、平行平板型や電子サイクロトロン（ＥＣＲ）型等の他のエッチング装置にも、本発明は適用可能である。また、プロセスガスも上述のＣＨＦ₃系ガスに限らず他のガスも適用可能であり、更に条件に応じて、Ｈ₂系ガスを添加してもよい。

１０静電チャック
１１真空槽
１２本体
１３チャック台
１６（１６Ａ〜１６Ｅ）チャック領域
１７島状部
１８流出孔
１９流路
２０ａ，２０ｂ電極層
４０トレー
４１トレー本体
４２開口
４３基板支持部
Ｗ基板

Claims

複数の基板が載置され前記複数の基板を各々静電的に吸着するための複数のチャック領域が形成された上面を有するチャック台と、
前記各チャック領域に形成され、前記基板を冷却する冷却用ガスの流路と、
前記各チャック領域に配置され、一対の櫛形電極構造を有する基板吸着用の電極と
を具備する静電チャック。
請求項１に記載の静電チャックであって、
前記各チャック領域は、前記上面に突設された複数の島状部の各々の上面部に形成されている静電チャック。
請求項１に記載の静電チャックであって、
前記各チャック領域の面積は、前記基板の面積よりも小さく形成されている静電チャック。