JPH034549A - 試料保持装置 - 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】 髪策上Ω皿里豆工 本発明は半導体製造装置等に内装される試料保持装置に
関する。

従３ヱυＬ術 半導体製造装置等に内装される試料保持装置には静電気
による吸着作用を利用したものがある。

第４図は従来から使用されているこの種の試料保持装置
の概略を示した断面図である。

すなわち、該試料保持装置は、絶縁材料で形成された試
料台５１の表面近傍に電極５２が埋設され、試料台５１
の表面に載置される試料５３と電極５２との間に電圧（
高周波電源及び直流電源）が印加され、静電気による吸
着作用により試料５３が試料台５１に保持されるように
構成されている。

そして、該試料保持装置が半導体製造装置、例えばプラ
ズマ装置に内装された場合において、試料５３表面への
成膜あるいはエツチングは、原料ガスの分解により生成
されるプラズマが試料表面に吸引されることによりなさ
れる。

また、試料台５１は試料台押え５５を介して冷却板５４
に固定され、該冷却板５４は矢印Ｘ方向から流入して矢
印Ｙ方向に流出する冷却水により水冷されている。すな
わち、成膜工程及びエツチング工程等は高温状態で行な
われるため、該冷却板５４により試料台５１が冷却され
ているのである。

また、上記試料保持装置においては、次に述べる理由に
より試料台５１の直径が試料５３の直径よりも小径に形
成されている。すなわち、■前記プラズマは試料台５１
の表面全域に亙って吸引されるため、試料台５１の直径
が試料５３の直径より大きい場合、試料５３からはみ出
している試料台５１の外周近傍部分にも成膜原料が堆積
されることとなる。したがって、処理済の試料を装置外
に搬出した後、未処理の試料を装置内に搬入して試料台
５１に載置する場合において、試料台５１の表面に堆積
されている堆積物の上に前記未処理の試料が載置される
虞があり、冷却板５４による冷却効果の低下等を招く。

■試料５３にエツチングを施す場合、試料台５１の直径
が試料５３の直径に比べて大きいと、試料台５１の外周
近傍部分がスパッタリングされて損傷し、絶縁破壊を招
く虞がある。

■試料５３は一般に搬送アームの爪部に拘持されて搬送
される。したがって、試料５３を試料台５１に載置する
場合において、試料台５１の直径が試料５３の直径に比
べて大きいと前記爪部が試料台５１に接触し、該試料台
５１が傷付く虞がある。

等の理由により試料台５１の直径は試料５３の直径に比
べて小さく形成されていた。

口が　゛しよ　と　る課” このように上記従来例においては試料台５１の直径が試
料５３の直径に比べて小く、しかも電極５２の直径は試
料台５１の直径よりもさらに小さく構成されていた。こ
のため試料５３の表面において、電極５２と対向してい
ない部分の電界強度が、電極５２と対向している部分の
電界強度に比べて極めて小さ（なり、試料５３表面上に
おける電界の強度分布の均一性が悪く、成膜やエツチン
グの性能に悪影響を及ぼすという問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑み、試料表面上に形成さ
れる電界の強度分布の均一性向上を図り、信頼性の高い
、より高品質を有する半導体素子等の製品を得ることが
可能な試料保持装置を提供することを目的とする。

課　を　゛　るための 上記目的を達成するために本発明は、絶縁材料で形成さ
れた試料台の表面近傍に電極が埋設され、前記試料台に
載置される試料と前記電極との間に電圧が印加されて前
記試料台の表面に前記試料が吸着される試料保持装置に
おいて、前記試料台が、金属製の試料台押えを介して冷
却板に固定され、かつ前記試料台の裏面近傍に導電部材
が埋設されていることを特徴としている。

止 上記構成によれば、試料台が、金属製の試料台押えを介
して冷却板に固定され、かつ前記試料台の裏面近傍に導
電部材が埋設されているので、前記試料台と前記試料台
押えとは接合状態とされている。

したがって、前記導電部材に高周波が印加されると、こ
の高周波は前記試料台押えに伝播して、試料に印加され
る高周波により試料表面に形成される電界と同様の電界
が、試料下方周縁部にも形成されることとなる。

！立廻 以下、本発明に係る実施例を図面に基づき詳説する。

第２図において、１はセラミック等の絶縁材料で形成さ
れた試料台であって、平面視円形状に形成されるど共に
、その表面２の近傍にはＡβやＷ等の金属からなる円形
形状の第１の電極３が埋設され、その裏面４側には鍔部
５が周設されている。また、試料台ｌの軸芯上には裏面
４側に開口端を有する一端盲状の第１の穴６が形成され
、底面視において第１の電極３が第１の六６に露出する
ように構成されている。さらに、試料台ｌの裏面４側で
あって前記鍔部５の表面７近傍には第２の電極８が埋設
されている。該第２の電極８は中心孔を有する円形形状
に形成されており、その内周面は前記第１の六６の内壁
に露出している。この第２の電極８が埋設される位置は
特に限定されるものではないが、試料表面上に形成され
る電界強度のより一層の均一化を図るためには、この実
施例のようにできるだけ鍔部５の表面７近傍に埋設する
ことが好ましい。

第１図は、上述の如く形成された試料台ｌを装備した試
料保持装置を模式的に示した断面図である。

すなわち、１０は平面視円形状に形成された基台であっ
て、その軸芯上に孔１０ａが貫設されると共に、その適
所には冷却水が流入・流出する第２の孔１１．１１が貫
設されている。

また、基台ｌＯには冷却板１２が載置されており、該冷
却板１２も、基台１０と同様、平面視円形状に形成され
ると共に、その表面側には突設部１３が形成されている
。また、冷却板１２にも、基台ｌＯと同様、その軸芯上
に孔１２ａが貫設され、さらにその裏面側には前記第２
の孔１１．１１に連通ずる空洞部１４が形成されている
。該空洞部１，４は、矢印Ａ方向から流入する冷却水が
その内部を循環して矢印Ｂ方向に流出するように形成さ
れており、冷却板１２は前記冷却水により水冷されてい
る。そして、該冷却板１２の突設部１３に試料台１が載
置されている。

しかして、１５は金属材料からなる試料台押えであって
、試料台１の鍔部５（第２図）に係止されると共に、テ
フロン等の耐熱性絶縁部材で形成されたパツキン１６を
介してボルト等の固着具により冷却板１２に固着されて
いる。

試料台押え１５は、略逆皿形形状に形成されており、す
なわち、この試料台押え１５には、試料台１の表面２側
から外嵌可能となるように孔１７が形成され、さらに試
料台ｌの鍔部５に係止可能となるようにその内面は凹形
形状に形成され、かつその外表面２６には傾斜部１９が
形成されている。

また、前記第１の六６には金属部材２０が内嵌され、高
周波（ＲＦ）電源２１及び直流（ＤＣ）電源２２と、第
１の電極３及び第２の電極８とが電気的に接続されてい
る。２３は絶縁部材であって、該絶縁部材２３により基
台ｌＯ及び冷却板１２と、金属部材２０とが電気的に絶
縁されている。尚、２４は止め金具である。

このように構成された試料保持装置が、プラズマ装置等
の半導体製造装置、例＾ばＥ　ＣＲ（Ｅｌｅｃ−ｔｒｏ
ｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）プラズ
マ装置に内装された場合において、試料台１に試料２５
が載置され、さらに該試料２５を電気的に接地させると
同時に、ＲＦ電源２１及びＤＣ電源２２を第１の電極３
及び第２の電極８に印加すると、試料台１を挟んで第１
の電極３と試料２５の裏面との間には一定容量を有する
コンデンサが形成される。すなわち、第１の電極３は正
に帯電する一方、試料２５の裏面は負に帯電する。そし
て、試料２５は試料台１の表面２に吸着され、該試料２
５は試料台１に保持される。

また、試料２５の表面側も高周波及びプラズマの作用に
より負に帯電し、該試料２５の表面であって第１の電極
−３と対向する部分には略均−な強度分布を有する電界
が形成される。

さらに、第２の電極８と試料台押え１５との間にも試料
台１を挟んでコンデンサが形成されると同時に、第２の
電極８にかけられた高周波と、プラズマの作用による電
界は試料台押え１５全域に伝播するため、試料台１から
試料台押え１５の外周全域に亙って略均−な強度分布を
有する電界が形成されることとなる。したがって、プラ
ズマ装置内で生成されるプラズマの試料２５への吸引力
の均一性が向上し、成膜工程においては試料２５に均一
性の優れた薄膜を形成することができる。

またエツチング工程においては均一なエツチング速度で
もって所望のエツチングを施すことができる。尚、試料
台１の表面２と試料台押え１５の外表面２６の段差ｔは
、均一な電界強度を得るためにはできるだけ小さい方が
望ましいことはいうまでもなく、本実施例においてはこ
の段差ｔは０．５ｍｍに設定されている。また、試料台
押え１５の外表面２６上にも電界が形成されるため、成
膜工程においては、成膜原料が試料台押え１５の外表面
２６に到達し、該成膜原料が外表面２６に堆積する。し
かし、本実施例においては、前述の如く、外表面２６に
傾斜部１９が形成されているため、前記堆積物が試料台
２５に悪影響を与えることはない。

第１表は上述の如く構成された試料保持装置を前記ＥＣ
Ｒプラズマ装置に内装して試料表面にシリコン系薄膜の
膜形成を行なった場合における試料２５の外周膜厚の測
定結果を従来例（第４図参照）との比較において示した
ものである。尚、試料２５としては直径１３０ｍｍのウ
ェハを使用した。

また、膜厚の均一性は、ウェハ中心の膜厚（１，）ウェ
ハ外周の膜厚（ｔｏ）の測定値を用いて、（ｆｔｃ−ｔ
、）／１ｃ）ｘｔｏｏとして表わした。

（以下余白） 第一」−一表 この表から明らかなように、本発明の試料保持装置を使
用して形成された薄膜においては、従来例に比べ、その
膜厚分布の均一性が改善されていることが確認された。

また、第３図はウェハ（試料）中心からの距離と膜厚と
の関係を従来例との比較において示した特性図である０
図中、Ｃはウェハの中心を示しており、実線が本発明、
破線が従来例である。従来例においては、電界強度が第
１の電極３の外方、特に試料台１の外方では極めて小さ
くなるため、原料ガスの分解により生成したプラズマの
ウェハへの吸引力が低下し、第１の電極３の外方にゆく
にしたがってウェハの膜厚はかなり極端に薄く形成され
てゆく、これに対し、本発明においては試料台押え１５
の外表面２６全域にも試料台１に載置された試料２５表
面と路間等の強度を有する電界が形成されているので、
ウェハ（試料２５）の外周端におけるプラズマの吸引力
の低下が減じられ、ウェハ上に形成される薄膜の膜厚分
布の均一性が改善されている。

尚、本発明は上記実施例に限定されることはなく要旨を
逸脱しない範囲において変更可能なことはいうまでもな
い、上記実施例では試料台１に鍔部５を設け、該鍔部５
に試料押え台１５を係止させているが、前記鍔部５に代
えて試料台１の側面に凹所を設け、該凹所に試料台押え
１５を突入させるように構成してもよい。また、第２の
電極についてもＡｆｉやＷ等の一般的な電極材料に限定
されることはなく、電導体などの導電部材であれば本発
明の所期の目的を達成することができる。また本発明に
係る試料保持装置は上記成膜工程のみならず、エツチン
グ工程にも適用できることはいうまでもない。

兄！ＩΣ弘果 以上詳述したように本発明は、絶縁材料で形成された試
料台の表面近傍に電極が埋設され、前記試料台に載置さ
れる試料と前記電極との間に電圧が印加されて前記試料
台の表面に前記試料が吸着される試料保持装置において
、前記試料台が、金属製の試料台押えを介して冷却板に
固定され、かつ前記試料台の裏面近傍に導電部材が埋設
されているので、前記試料台と前記試料台押えとは接合
状態とされ、前記導電部材に高周波が印加されると、こ
の高周波は試料台押えに伝播する。この状態でプラズマ
が照射されると、試料台押えは試料表面と同様に負に帯
電する。このため、試料の表面から試料台押え全域に亙
って負の電荷が蓄積されることとなり、試料表面には路
間−強度を有する電界が形成される。

したがって、本発明に係る試料保持装置を半導体製造装
置、例えばプラズマ装置に内装した場合においては、試
料上に到達する成膜及びエツチングに寄与するプラズマ
の作用が略均−化され、成膜及びエツチングの性能が向
上し、信頼性の高い、より高品質を有する半導体素子等
の製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る試料保持装置の概略を模式的に示
した断面図、第２図は試料台の断面図、第３図は本発明
に係る試料保持装置を使用して試料に膜形成を施した場
合を従来例との比較において示した膜厚分布特性図、第
４図は従来例の断面図である。 １・・・試料台、２・・・表面、 ３・・・第１の電極（電極）、４・・・裏面、８・・・
第２の電極（導電部材）、１２・・・冷却板、１５・・
・試料台押え、２５・・・試料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁材料で形成された試料台の表面近傍に電極が
   埋設され、前記試料台に載置される試料と前記電極との
   間に電圧が印加されて前記試料台の表面に前記試料が吸
   着される試料保持装置において、 前記試料台が、金属製の試料台押えを介して冷却板に固
   定され、かつ前記試料台の裏面近傍に導電部材が埋設さ
   れていることを特徴とする試料保持装置。