JPH03145151A

JPH03145151A - 静電チャック装置

Info

Publication number: JPH03145151A
Application number: JP1283734A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Oiwa; 徳久大岩; Keiji Horioka; 堀岡　啓二; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1991-06-20

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、Ｓｉウェハ等の試料を試料台上に固定保持す
る静電チャック装置に係わり、特に電極を分割構造とし
た静電チャック装置に関する。

（従来の技術）近年、半導体装置の高集積化に伴い素子の微細化が進み
、パターン設計ルールが０．５μｍの超ＬＳＩも試作さ
れるに至っている。この微細化に際し、半導体製造プロ
セスのドライ化が進み、エツチング工程では反応性イオ
ンエツチング（ＲＩ　Ｅ）と呼ばれる方法が用いられて
いる。

第６図はＲＩＥを行うためのドライエツチング装置の概
略構成を示す断面図である。この装置では、真空容器１
内にＣＦ４等の反応性ガスを導入し、容器１内の圧力を
１０−’　〜１Ｏ−２Ｔｏｒｒに保持すると共に、試料
台となる陰極２に電源３から例えば１３．５８ＭＨｚの
高周波電力を印加してプラズマ５を生成する。これによ
り、陰極２は負電位にバイアスされ、プラズマ５中の正
イオンが陰極２上に加速照射され、陰極２上のウエノ）
４がエツチングされることになる。

ところで、上記のドライエツチング装置では、エツチン
グ中におけるウェハ４の加熱やイオン衝撃によるレジス
トの熱損傷を防止するため、ウェハ４を冷却する必要が
ある。ウェハ４を冷却する手段としては、陰極２を水等
で冷却しウェハ４の熱を陰極２に逃がすのが簡単である
が、このためには陰極２とウェハ４との良好な密着性が
要求される。そこで、この良好な密着性を得る手段とし
て、静電的な吸着力を利用した静電チャック装置が提案
されている。

第７図は、従来の静電チャック装置の概略構成を示す断
面図である。試料台としての陰極２の上が絶縁膜６ａで
被覆され、その上にチャック用電極７が形成され、さら
にその上に絶縁膜６ｂが被覆されている。この構成にお
いて、チャック用電源８から電極７に直流電圧を印加す
ると、ウェハ４と電極７とが静電的に吸引され、これに
よりウェハ４が陰極２上に密着性良く吸着保持されるこ
とになる。なお、静電チャックのためにはウェハ４を接
地する必要があるが、これには接地された電極（図示せ
ず）をウェハ４に接触させる、又はプラズマを介してウ
ェハ４を接地すればよい。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、チャック用電極を被覆する絶縁膜の除
電のため、ウェハのない状態で絶縁膜をプラズマに晒す
必要があり、長時間の使用を経ると絶縁膜がエツチング
されてピンホールが開く。また、絶縁膜の形成の際にも
ピンホールが生じることがある。絶縁膜にピンホールが
生じると、プラズマ中の電子やイオンのため、高圧が印
加された電極とつエバや陰極とが短絡してしまう。この
場合、静電破壊を生じ、静電的な吸着ができなくなる。

特に、電極とウェハとが短絡すると、ウェハに大電流が
流れて素子製造歩留りを低下させる要因となる。

（発明が解決しようとする課ｙＩｎ）このように、従来の静電チャック装置においては、絶縁
膜に形成されるピンホールの影響により、静電破壊が生
じ静電的な吸着ができなくなる問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、絶縁膜に生じたピンホールに起因す
る静電破壊を未然に防止することができ、ピンホールが
生じても静電的な吸引力を保持することのできる静電チ
ャック装置を提供することにある。

［発明の構成］（Ｘ！Ｉ題を解決するための手段）本発明の骨子は、静電チャック用の電極を複数に分割す
ると共に、各電極に独立して電圧を印加することにより
、局所的なピンホールによる全体の静電破壊を防止する
ことにある。

即ち本発明は、基板上に電極を形成すると共に該電極上
に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に載置される導電体若しく
は半導体からなる試料を静電的に吸着保持する静電チャ
ック装置において、前記電極を複数に分割し、分割した
各電極をそれ・ぞれ独立に、過大電流が流れるのを阻止
する電流制御素子（ヒユーズ、遮断器又は抵抗体）を介
して電源に接続するようにしたものである。

（作用）本発明によれば、分割された各電極には、ヒユーズ、遮
断器或いは抵抗体等からなる電流制御素子を介して静電
チャックのための高電圧がそれぞれ印加される。従って
、絶縁膜に局所的なピンホールが生じても、その部分の
電極による静電吸引力が失われるだけで、他の電極によ
る静電吸引力はそのまま保持されることになり、全体と
しての静電吸着力は維持される。即ち、絶縁膜に局所的
なピンホールが生じると、この部分では電極と試料とが
短絡して電流が流れる。

短絡による電流が流れると、電流制御素子が働くため（
ヒユーズの切断、遮断器による回路の遮断、或いは抵抗
体による電圧降下）、短絡した回路に大電流が流れるの
を防止することができる。このとき、電流制御素子が働
くのは短絡が生じた回路のみであり、他の回路には何等
影響は与えない。従って、ピンホール等により静電破壊
を起こす電極には高電圧を印加せず、他の電極には高電
圧を印加することになり、ピンホールによる問題を解決
することが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる静電チャック装
置の概略構成を示す断面図である。

図中１０はドライエツチング装置等に用いられる試料台
（陰極）に相当する基板であり、この基板１０上には絶
縁膜２１が被着されている。

絶縁膜２１上にはチャック用電極３０が設けられ、さら
に電極３０上には絶縁！Ｉ２２が被着されている。そし
て、絶縁膜２２に上にＳｉウェハ等の試料４０が載置さ
れるものとなっている。

なお、電極３０は例えばＣｕから形成され、後述するよ
うに複数本に分割されている。絶縁膜２１．２２はマイ
ラフィルムやポリイミド等からなるもので、絶縁１１１
２２の表面は平坦化されている。また、基板１０は一般
にＡｌ１板等から形成されているが、基板１０が絶縁体
の場合は絶縁ｌ１ｌＩ２１を形成する必要はない。

このような構成において、電極３０に１ｋＶ程度の高電
圧を印加すると、試料４０には次式で与えられる静電気
による吸引力Ｆが働く。

但し、ε、は絶縁１１２２の比誘電率、ε。は真空誘電
率、Ａは電極面積、■は印加電圧、Ｚは電極３０表面か
ら試料４０までの距離である。

上記（１）式より、絶縁ＷＡ２１．２２にピンホール等
が生じ、高圧が印加された電極３０と試料４０或いは電
極１０とが短絡する静電破壊を起こすと、吸引力Ｆが働
かなくなることが判る。

第２図は分割された電極３０への電圧印加方法を示す回
路図である。電極３０は、ｎ個の電極３０＋、３０□、
〜、３ＯＮに分割されており、それぞれ独立にヒユーズ
６０’（６１＋　、　８１２　。

〜、８１Ｎ）を介して電源５０に接続されている。

ここで、例えば電極３０２を被覆する絶縁膜２２（又は
２１）にピンホールが開くと、試料４０と電極３０□　
（又は基板１０）が短絡して電流が流れ、この電流によ
りヒユーズ６１□が切れる。このため、電極３０２には
電圧が印加されなくなり、以後、静電破壊は起こらなく
なる。ヒユーズ６１２が切れることにより、電極３０の
面積は３０□の面積針だけ小さくなるため、静電吸着力
はその分だけ弱くなる。しかし、１個の電極３０□の面
積は全体からすると極めて小さく、静電吸着力の低下は
殆ど問題とならない。従って、絶縁膜２１．２２のピン
ホール等により電極３０の一部と試料４０或いは基板１
０とが短絡しても、全体としての静電吸着力を失うこと
なく、試料４０を吸着保持することが可能となる。

かくして本実施例によれば、電極３０を複数に分割し、
該分割した各電極３０ｉ〜３ＯＮをそれぞれヒユーズ６
１１．〜６１ｓを介して電源５０に接続しているので、
絶縁＠　　２１．２２に局所的なピンホール等が生じて
も、静電破壊を招くことなく全体としての静電的な吸引
力を保持することができ、試料４０吸着保持することが
できる。従って、ドライエツチング装置等に使用した場
合、試料台（陰極）への試料の固定保持を確実に行うこ
とができ、素子製造歩留りの向上等に寄与することが可
能となる。

第３図は本発明の第２の実施例を説明するための回路図
である。なお、第２図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点は、
分割された全ての電極を同電位にするのではなく、隣接
する電極を異なる電位にすることにある。即ち本実施例
では、電極３０は３０□、３０ｉ、〜、３ＯＮ−１の奇
数番目の第１組と、３０゜、３０４．〜，３ＯＮの偶数
番目の第２組との２組に分類され、それぞれ独立にヒユ
ーズ６１を介して、第１組（よ電［５０の＋側、第２組
は電源５０の一側に接続されている。この場合、第１組
の電極と第２組の電極とは交互に配置され、隣接する電
極同士は相互に異なる電位が印加されることになる。

このような構成では、第１組の電極→試料−第２組の電
極という電気力線が形成され、試料４０は先の実施例と
同様に静電チャックされることになる。そして、絶縁膜
２１．２２にピンホールが生じ電極３０の一部と試料４
０またはＲＦ電極１０が短絡を起こすと、短絡した電極
３０に接続されたヒユーズ６１が切断され、ヒユーズ６
１が切れた電極３０には電圧は印加されない。従って、
先の実施例と同様の効果が得られる。

第４図は本発明の第３の実施例を説明するための回路図
である。なお、′ｉｓ２図と同一部分には同一符号を付
して、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先の第１の実施例と異なる点は、ヒユーズ
の代わりとして抵抗体を用いたことにある。即ち、分割
された電極３０　（３０ｉ　、　３０２、〜３ＯＮ）は
それぞれ独立に抵抗体６２　（８２１。

６２□２〜．８２Ｎ　）を介して電源５０に接続されて
いる。抵抗体６２は電源５０の出力インピーダンスより
も十分大きい抵抗値を持つものとする。

このような構成であれば、絶縁被膜　２１．２２がピン
ホール等により絶縁破壊を起こし、電極３０の一部と試
料４０又は基板１０が短絡すると、短絡した電極３０に
電圧を印加する回路に電流ｉが流れ、抵抗６２により電
極３０に印加される電圧はＲｉ分だけ降下する。しかし
、他の電極には電源電圧Ｖが印加されるため、静電吸引
力を失うことがなく、試料を吸着保持させることが可能
となる。

第５図は本発明の第４の実施例を説明するための回路図
である。なお、第２図及び第４図と同一部分には同一符
号を付して、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先の第１の実施例と異なる点は、ヒユーズ
の代わりに遮断器を用いたことにある。

即ち、分割された電極３０　（３０１、８０ｚ　、〜３
ＯＮ　）は、それぞれ独立に抵抗体６２（８２１゜６２
□、〜、　８２Ｎ　）及び遮断器６３　（８３＋　、　
８３２　。

〜　６３Ｎ）を介して電源５０に接続され、また抵抗体
６２にはそれぞれ電圧検出器６４　（８４１。

６４□、〜、　８４Ｎ）が接続されている。電圧検出器
６４は電極３０が短絡して電流ｉが流れることによって
発生する電圧Ｒｉを検出し、遮断器６３に信号を供給す
る。遮断器６３はこの信号によって回路を遮断するもの
である。

このような構成であれば、絶縁膜Ｉｌ！　　２１．２２
がピンホール等により絶縁破壊を起こし、電極３０の一
部と試料４０又は基板１０が短絡すると、短絡した電極
３０に電圧を印加する回路に電流ｌが流れ、抵抗６２に
より電極３０に印加される電圧はＲｉ分だけ降下する。

そして、この電圧Ｒｉが電圧検出器６４により検出され
、短絡した回路が遮断器６３により遮断されることにな
る。しかし、他の電極には電源電圧Ｖが印加されるため
、静電吸引力を失うことがなく、試料を吸着保持させる
ことが可能となる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、過大電流を阻止するための電流制御素子
としては、ヒユーズ、抵抗体及び遮断器に限るものでは
なく、電流が流れることにより回路を遮断又は電圧降下
を生じさせるものであれば用いることができる。また、
実施例では静電チャックのための？［は１つとしたが、
各々の電極に独立に電源を設けるようにしてもよい。ま
た、静電チャックする試料は半導体に限るものではなく
、導電体であってもよい。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、静電チャックのた
めの電極を複数に分割すると共に、各電極にそれぞれ独
立にヒユーズ、抵抗体又は遮断器を介して電圧を印加す
る構成としているので、局所的なピンホールによる静電
破壊を防止するができ、ピンホールが生じても静電的な
吸着力を保持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる静電チャック装
置の概略構成を示す断面図、第２図は上記実施例におけ
る電極への電圧印加方法を説明するための回路図、第３
図は本発明の第２の実施例を説明するための回路図、第
４図は本発明の第３の実施例を説明するための回路図、
第５図は本発明の第４の実施例を説明するための回路図
、第６図はドライエツチング装置の概略構成を示す断面
図、第７図は従来の静電チャック装置の概略構成を示す
断面図である。４０・・・Ｓ１ウエハ（試料）、２１．２２・・・絶縁膜、３０・・・チャック用電極、１５・・・試料台（基板）、５０・・・チャック用電源、６１・・・ヒユーズ、２・・・抵抗体、３・・・遮断器、６４・・・電流検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に電極を形成すると共に該電極上に絶縁膜
を形成し、絶縁膜上に載置される導電体若しくは半導体
からなる試料を静電的に吸着保持する静電チャック装置
において、前記電極は複数に分割されており、分割された各電極は
それぞれ独立に、過大電流が流れるのを阻止する電流制
御素子を介して電源に接続されてなることを特徴とする
静電チャック装置。
（２）前記電流制御素子は、ヒューズ、遮断器又は抵抗
体であることを特徴とする請求項１記載の静電チャック
装置。
（３）前記複数の電極は、隣接するもの同士が互いに異
なる組となるように２組に分類され、各組は互いに異な
る電位に保持されることを特徴とする請求項１記載の静
電チャック装置。