JPH0198217A - 乾式薄膜加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ＥＣＲプラズマを用いて特に半導体基板上
に薄膜を成長させるＣ　Ｖ　Ｄ　　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ＋ガス状物質が反
応して基板上に固体を析出する反応）成膜装置に関する
ものであり、詳しくは、一平面内に配され異なる極性に
課電される１対の板状電極を誘電体内に埋め込んでなり
、前記平面の一方の面側に平板状試料を静電的に吸着、
保持する静電チャックを備え、ＥＣＲプラズマを用いて
前記平板状試料の反吸着面側にエツチングまたは成膜加
工を施す乾式薄膜加工装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、ＥＣＲプラズマを用いたプロセス技術が注目され
、研究開発が進められている。このＣＶＤ技術をＬＳＩ
の微細な配線の被膜の生成に用いたとき、配線の頂頭部
と側壁とで膜の成長速度や緻密さが異なり、とくに側壁
における膜質が悪い欠点があった。これの対応策として
半導体ウェハ上に高周波電圧を印加しつつ成膜する方法
があり、この方法を用いると上述の欠点が除去されるこ
とが分かっている。この方法はＲＦバイアスＥＣＲプラ
ズマ法と呼ばれる。基板にＲＦバイアス　（ＲＦはラジ
オ周波数１３．５６ＭＨｚ）を印加する方法としては第
４図に例示する方法が試みられている。すなわち、たと
えば乾式薄膜加工装置を構成する反応槽８内で半導体ウ
ェハ１０を載置する水冷のウェハステージ９をＲＦ発生
器１２とマツチングボックス１１とを介して接地電位に
接続し、半導体ウェハの電位を反応槽に対して高周波数
で正、負掻性に変化させるものである。他方、ＬＳＩの
微細化にともないＣＶＤプロセス中に発生するごみによ
る歩留りの低下が重要な問題となってきている。とくに
ＲＦバイアスＥＣＲプラズマ法はサブミクロンルールに
有効な技術であると考えられるため、ごみの除去は重要
な課題である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ごみの除去に対しては、従来、ウェハの表面を下方へ向
けて膜成長させることにより、重力の影響によるウェハ
表面へのごみの落下を防止することができ、ごみの付着
が激減することが実験的に知られている。しかし、ウェ
ハ表面を下向きに保持することは、とくに、未処理のウ
ェハを収納するロードカセット室からエツチングまたは
成膜加工が施される反応室ヘウエハを搬送するためのウ
ェハ搬送系と、反応室内のウェハ保持部との受渡しが難
しいことから、ウェハ表面を下向きに保持する装置はま
だ実機として完成していない、その理由はつぎの通りで
ある。すなわち、ウェハを真空中で吸着しておく手段と
して、静電気による吸引力を利用した静電チャックが知
られているが、その吸引力は、第５図に示すように、静
電チャックの吸着面とウェハの被吸着面との間のエアギ
ャップとともに激減する。なお、この図における静電チ
ャックは、静電チャックを構成する板状電極が誘電体内
に埋め込まれ、その埋込み深さすなわち電極面上の吸着
側絶縁層の厚さを１００−としたものである。

このように、エアギャップによる吸着力の変化が大きい
ため、ウェハ搬送系から静電チャックへのウェハの受渡
しの際、ウェハの静電チャックへの押付けが平等に行わ
れないと吸着に失敗するおそれがある。以下この点につ
きやや詳細に説明する。

第６図に、一平面内に配された１対の板状電極をその吸
着側絶縁層の厚さがｄとなるように誘電体内に埋め込ん
でなる静電チャック１３にウェハ１０が吸着された状態
を示す、いま、この１対の板状電極に対してウェハが平
行に吸着されているとすると、それぞれの電極とウェハ
との間に形成されるコンデンサの静電容量は互いに等し
い。そこで、１対の板状電極を構成するそれぞれの電極
を、端子電圧がＶの直流電圧の両極にそれぞれ接続する
と、第７図のような等価回路が成立し、ウェハとそれぞ
れの電極との間に均一な電位差Ｖ／２がかかる。このと
きそれぞれの１！極がウェハを吸引する力Ｆは、 で与えられる。ここで、ｄは電極の吸着側絶縁層の厚さ
、Ｃ（ｄ）は電極とウェハとの間に形成されたコンデン
サの静電容量Ｃを絶縁層の厚さｄの関数として表わした
ものである。

ところが、ウェハを静電チャックの下面に吸着させるた
めには、搬送機構によるウェハの移動が不可欠であり、
機構の調整誤差や機構を構成する部材の変形などの影響
により、ウェハを静電チャックに平行に接近させること
が必ずしも容易ではない、もし、第８図に示すように、
一方の電極だけにウェハが接近し、他方の電極からは離
れている状態が出現すると、第９図のように、電圧分布
にアンバランスが生じる０例えば、Ｃ，＜Ｃ，になると
ｖ、＞ｙ、となり、ｖ、ｙｖ、ｖｚ　＝０となる。静電
容量がＣＩのコンデンサには電圧が十分かかるが、エア
ギャップが大きいから静電力は作用しえない、また、静
電容量がＣｔのコンデンサには電圧が不足し、このコン
デンサ部分も小さい静電力しか示さない、このため、ウ
ェハにはウェハの重量を保持するに足る静電力が作用せ
ず、吸着は失敗に終わる。

本発明の目的は、ウェハ搬送機構の調整誤差や、搬送機
構を構成する部材の変形などがあっても、これらに影響
されることなく、確実にウェハを吸着することのできる
静電チャックまわりの構成を提供することであ真。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、この発明によれば、一平
面内に配され異なる極性に課電される１対の板状電極を
誘電体内に埋め込んでなり、前記平面の一方の面側に平
板状試料を静電的に吸着。

保持する静電チャックを備え、ＥＣＲプラズマを用いて
前記平板状試料の反吸着面側にエツチングまたは成膜加
工を施す乾式薄膜加工装置において、前記静電チャック
を取り囲んでリング状に形成されるとともに該静電チャ
ックの１対の電極の中間の電位に課電されかつ前記平板
状試料に接触可能な第３の電極を備えしめるものとする
。

〔作用〕

このように、静電チャックを取り囲んで第３の電極を配
することにより、ウェハが傾いて静電チャックの下面に
接近しても、第３の電極はリング状に形成されているか
ら、ウェハは必ず第３の電極に接触するとともに第３の
電極と同電位すなわち静電チャックの１対の電極の中間
の電位となるから、この１対の電極のそれぞれの電極と
ウェハとの間にはそれぞれ同一電圧Ｖ／２が印加され、
まずエアギャップの小さい方の電極とウェハとの間で電
圧Ｖ／２に相当した吸引力が作用してウェハが吸引され
、この吸引の途中から他方の電極によるＶ／２相当の吸
引力が加わって、ウェハは確実に静電チャックの下面に
吸着される。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例による乾式薄膜加工装置の構
成を示す、装置の配置は、第５図に示す従来例に対し、
水冷のウェハステージ９のウェハ取付は面が垂直方向下
向きとなるよう、上下逆の配置とするとともに、この水
冷ステージに静電チャック１３を固定する。この静電チ
ャック１３は、第２図に示すように、一平面内に配され
て対をなす第１の板状電極３３と第２の板状電極３４と
をそれぞれの電極端子３６．３７とともに、酸化アルミ
ニウムいわゆるアルミナからなる誘電体中に埋め込んで
なる円板状のものであり、この埋め込まれた第１゜第２
の電極のそれぞれの電極端子３６．３７からは電極リー
ド３８．３９が引き出されている。この電極リード３８
．３９は、第１図に示すように、それぞれマツチング回
路１１を介して電圧合成回路１７の出力端子に接続され
、以下に詳細を説明するように、この出力端子から静電
チャックの板状電極３３．３４に対しそれぞれ互いに同
極性のラジオ周波数電圧と互いに異極性の直流電圧との
重畳電圧が印加され、ラジオ周波数電圧により微細な配
線の被膜の膜質の改善を行うとともに、静電チャックに
よるウェハ吸着のための直流電圧が供給されている。

電圧合成回路１７の基本構成は、ラジオ周波数電圧を発
生するＲＦ発生器１２の出力電圧が、直列に接続され同
方向に等しい大きさの電圧を発生する直流電源１８．１
９へは侵入せず、また、直流電源１８゜１９の電圧がＲ
Ｆ発生器１２へ侵入しないようにしたもので、電圧合成
回路１７は、直流電源１８．１９との間に介装された高
抵抗とインダクタンスとの直列回路と、ＲＦ発生器１２
との間に介装されたキャパシタンスとを備えている。

ところで、第２図に示す静電チャックを構成する板状電
極３３．３４を埋め込んでいる円板状誘電体３１の外周
面側は、リング状に形成された第３の電極１４によって
取り囲まれ、かつ誘電体の下面すなわちウェハを吸着す
る面と第３の電極１４の下面とが同一面上に並ぶように
調整されている。また第３の電極にはリード４０が接続
され、このリード４０はハーメチックシール１５（第１
図）を介して反応槽８の外へ引き出され、スイッチ１６
を介して接地　−される。

このように構成された装置の操作はつぎのように行われ
る。すなわち、まず、プラズマ発生の準備が整ったら、
反応槽８の側壁に設けられた。ここには特に図示されな
いゲートパルプを開き、ロードロック室に待機させた搬
送系統を反応槽内に導入する。このようにして反応槽内
に運ばれたウェハは、搬送系統のメカニズムにより静電
チャック１０の下面に押し付けられる。一方、静電チャ
ックを構成する１対の板状電極を埋め込んでいる円板状
誘電体を取り囲んで第３の電極が配され、かつこの電極
の下面は静電チャックの吸着面と同一面上に並んでいる
から、前記搬送系統のメカニズムによる押付けの際、ウ
ェハが傾いて押し付けられてもウェハと第３の電極とは
必ず接触する。従ってスイッチ１６を閉じて第３の電極
に接地電位を与えるとともに、直流電源１８．１９に付
属された。

図示されないスイッチを閉じて両型源の電圧を直列に静
電チャックの電極３３．３４の間に印加すると、ウェハ
には画電極の中間の電位が与えられたことになり、すで
に述べた理由により、ウェハは確実に静電チャックに吸
着される。吸着が終了すればスイッチ１６を開いて前述
のＲＦバイアス効果が殺されないようにするとともに、
ウェハ押し付はメカニズムを解除し、搬送系統を反応槽
からロードロック室に退避させてのちゲートパルプをと
じることによって成膜の準備が整う。

成膜のためのＥＣＲプラズマの発生の方法は従来の方法
と同じである。すなわち、プラズマ室４の内部に、外部
に配した磁気ソレノイド３によって静磁場を発生させて
おき、導波管１により導いたマイクロ波をマイクロ波窓
２を通して送りこむ。

プラズマガス導入管路６を介してＮ２，０□等のガスを
流すと、プラズマ室４内にそれぞれのガスに応じたプラ
ズマが発生し、磁気拡散効果によってこのプラズマが反
応ｔｆｆＢ内に流出する６反応槽にシラン等の成膜原料
ガスを流すことにより、プラズマと原料ガスとの相互作
用により生じたイオンや活性種がウェハ表面で反応して
窒化膜や酸化膜等を形成することができる。

ＬＳＩのような、微細な配線の被膜の膜質を改善するた
めに行われるＲＦバイアス電圧の印加は、スイッチ２０
を閉じＲＦ発生器１２を電圧合成回路１７゜マツチング
回路１１を介して電極３３．３４に接続することにより
行う、このようにして、電極３３にはＶ＝Ａｓｉｎ（ω
ｔ＋α）＋Ｂｌ電極３４にはＶ−Ａｓｌａ（ω【＋α）
−Ｂなる電圧が印加され、ウェハにかかる交流成分は静
電チャック吸着面における静電結合により電極とほぼ等
しい電圧Ａ’５ｌｎ（ωｔ＋α）となる、また、このよ
うにしてウェハにＲＦバイアス電圧が印加されると、プ
ラズマと交流との相互作用によりよく知られたセルフバ
イアス電圧がウェハ表面に発生する。この電圧は負極性
の直流電圧であるから、この電圧を−Ｃとすると、この
セルフバイアス電圧の発生により静電チャックの吸着電
圧は電極３３においてＢ＋Ｃ１電極３４においてＢ−Ｃ
とアンバランスが生じうるが、実用上書はない。

第３図は第１図に示す実施例における第３の電極１４の
反応槽外への引出し方法の変形例を示した゛ものであり
、第３の電極１４のリードをあらかじめ静電チャック内
に封じ込めておくことにより、構成のまとまりを良くし
たものである。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、一平面内に配さ
れ異なる極性に課電される１対の板状電極を誘電体内に
埋め込んでなり、前記平面の一方の面側に平板状試料を
静電的に吸着、保持する静電チャックを備え、ＥＣＲプ
ラズマを用いて前記平板状試料の反染着面側にエツチン
グまたは成膜加工を施す乾式薄膜加工装置において、前
記静電チャックを取り囲んでリング状に形成されるとと
もに該静電チャックの１対の電極の中間の電位に課電さ
れかつ前記平板状試料に接触可能な第３の電極を備えし
めたので、ウェハ搬送機構の調整誤差や、搬送機構を構
成する部材の変形などにより、ウェハが静電チャックの
吸着面に対して傾いた状態で静電チャックに押しつけら
れても、第３の電極はリング状に形成されているから、
ウェハは必ず第３の電極に接触するとともに、第３の電
極と同電位すなわち静電チャックの１対の板状電極の中
間の電位となるから、この１対の板状電極のそれぞれと
ウェハとの間にウェハを吸引するに十分な電圧が確保さ
れ、静電チャック下面へのウエハの吸着が確実に行われ
る。これにより、ウェハの薄膜加工面を重力方向下向き
とすることができ、このようにして薄膜加工が施された
ウェハを用いたデバイスの歩留り、信幀性が著しく向上
する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による乾式薄膜加工装置の構
成を示す説明断面図、第２図は第１図の実施例における
静電チャックの詳細構成を示す図であって、（δ）は側
面断面図、山）は平面図である。 第３図は第３の電極の反応槽外への引出し方法の第２図
と異なる例を示す静電チャックまわりの構成図であって
、＋ａ）は側面断面図、山）は平面図である。第４図は
特にＬＳＩを対象とした乾式薄膜加工装置の従来の構成
例を示す説、明断面図、第５図は静電チャックの吸着面
とウェハの被吸着面との間のエアギャップと吸着力との
関係を示す線図、第６図はウェハが静電チャックの吸着
面に平行に接近した場合の静電チャックの吸着力を説明
する模型図であって、（Ａ）は側面図、山）は平面図、
第７図は第６図において静電チャックを構成する１対の
板状電極のそれぞれとウェハとの間の静電容量と、これ
による電圧分担とを示す等価回路図、第８図はウェハが
静電チャックの吸着面に対し傾いて接近したときの静電
チャックの吸着力を説明する模型図、第９図は第８図に
おいて静電チャックを構成する１対の板状電極のそれぞ
れとウェハとの間の静電容量と、これによる電圧分担と
を示す等価回路図である。 １：導波管、３：磁気ソレノイド、４：プラズマ室、６
：プラズマガス導入管路、７：成膜原料ガス導入管路、
８：反応槽、１０：ウェハ（平板状試料）、１３：静電
チャック、１４：第３の電極、１８゜１９：直流電源、
２０：スイッチ、３３：第１の板状電極、３４：第２の
板状電極、３５：ウェハ（平板状試料）。 １．−〜− 代Ｉｉ人弁理士　山　口　　嶽　′ 第１図 第２図 （イ） 第３凹 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一平面内に配され異なる極性に課電される１対の
   板状電極を誘電体内に埋め込んでなり、前記平面の一方
   の面側に平板状試料を静電的に吸着、保持する静電チャ
   ックを備え、ＥＣＲプラズマを用いて前記平板状試料の
   反吸着面側にエッチングまたは成膜加工を施す乾式薄膜
   加工装置において、前記静電チャックを取り囲んでリン
   グ状に形成されるとともに該静電チャックの１対の電極
   の中間の電位に課電されかつ前記平板状試料に接触可能
   な第３の電極を備えていることを特徴とする乾式薄膜加
   工装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、静電
   チャックを取り囲み該チャックの１対の電極の中間の電
   位に課電される第３の電極は、回路の開閉を行うスイッ
   チを介して前記中間の電位が与えられることを特徴とす
   る乾式薄膜加工装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の装置において、平板
   状試料を吸着、保持する静電チャックの吸着面は重力方
   向下向きとされていることを特徴とする乾式薄膜加工装
   置。