JPH04186863A - 静電吸着装置 - 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、半導体製造工程等で、半導体表面への薄膜
形成あるいはエツチング処理をプラズマ雰囲気中で行う
場合のウェーハの保持に、静電気力によりウェーハを絶
縁層表面に密着状態に吸引。

保持する静電吸着装置を用いる場合、特にウェーハに高
周波電圧を印加して上記表面処理を行う場合のウェーハ
への吸着力の面分布を均一にするための静電吸着装置の
構成に関する。

〔従来の技術〕

まず、プラズマ雰囲気中で静電吸着装置が用いられるプ
ラズマ処理装置の構成例を第５図に示す。

図に示すプラズマ処理装置は、マイクロ波と磁界とによ
る共鳴電離効果により発生させた。いわゆるＥＣＲ（電
子サイクロトロン共鳴）プラズマをウェーハの表面処理
に利用するＥＣＲプラズマ処理装置であって、成膜時に
は、プラズマ生成室長内へプラズマ原料ガスをガス導入
管１２を通して導入するとともに、反応室Ｈの排気管１
９から真空排気しつつプラズマ室長９反応室Ｕ内を所定
の圧力に保ち、プラズマ生成室長内へ導波管１３を通し
てマイクロ波を導入するとともに励磁コイル１１により
プラズマ生成室長内に磁界を形成してプラズマ生成室長
内にＥＣＲプラズマを形成し、このプラズマを、励磁コ
イル１１が形成する発散磁界に沿って反応室Ｕへ導き、
反応室Ｕ内へガス導入管１日を通して導入された反応ガ
スに作用させてこれを活性化し、冷却水により冷却され
る金属ブロックｎに載置された。以下に説明する静電チ
ャック２１に吸着、保持されこの静電チャック２１を介
して冷却される半導体ウェーハ（以下ウェーハと略記す
る）上に薄膜を形成させる。プラズマ生成室長内へ導入
されるプラズマ原料ガスをエツチングガスとすることに
より、ウェーハ表面のエツチングも可能である。

静電チャック２１は、第３図にその構造原理を示すよう
に、例えば酸化アルミセラミックスからなる絶縁物内に
平板電極を埋設してなるものであり、平板電極１とウェ
ーハ３との間に直流電源４から直流電圧を印加して両者
の間に静電引力を生しさせ、電極前面側の厚みが０．１
ｆｉオーダの絶縁層表面にウエマハ３を全面接触状態に
吸着、保持する。

このように、ウェーハの保持に静電チャックを用いる理
由は、従来多く用いられてきたメカニカルチャックを用
いると、ウェーハ表面の一部がチャッキング部に覆われ
、この部分の処理を行うことができないこと、ウェーハ
にかかる力がチャッキング部に集中してウェーハの変形
をもたらすこと、ウェーハへの成膜中にウェーハに内部
応力（圧縮応力）が生じてウェーハが凸状に変形し、背
面側からの冷却が十分行われなくなること、等によるも
のである。

第３図において、ウェーハ３に作用する吸着力は次式で
表される。

２　　　　　ｄｌ ここで、εは誘電率、■は印加した直流電圧、ｄは絶縁
層の厚さ、Ｓは電極面積である。なお、静電チャックの
実際の構造としては、ウェーハに電気的接触をとること
は困難であるから、第４図のように、平板電極↓を２つ
の平板電極ｍＡ、！Ｈに分割して層方向の同一平面内に
並べたものが用いられ、画電極↓Ａ、ｉに該画電極から
引き出した接続導体を介して外部から直流°電圧を印加
する構造として、ウェーハ３と各平板電極套ＡＪＢとの
間に吸引力を発生させる。

なお、第５図において、符号２２は高周波電源を示し、
この電源２２から高周波電圧を静電チャック２１を介し
てウェーハ３に印加することにより、ウェーハ表面に対
地負電位、いわゆる負のバイアス電位が生じ、このバイ
アス電位により膜質の向上、ウェーハ表面の段差部の膜
厚均一化、段差部、凹部の平坦成膜等が容５となるため
、ＥＣＲプラズマ雰囲気中の成膜は、通常、ウェーハに
高周波電圧を印加して行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図の静電チャックにおいて、高周波電圧による負の
バイアス電位が発生するような使い方をした場合、吸着
力にアンバランスが生じる。すなわち、正電位側の吸着
力は増加し、負電位側の吸着力は減少する。吸着力のア
ンバランスにより、ウェーハは一様に冷却されなくなり
、温度分布の悪化を招き、またウェーハの平坦度の一様
性が損なわれる１本発明の技術的課題は、バイアス電位
による吸着力分布のアンバランスを解消することである
。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明においては、高周波
電圧が印加されプラズマ雰囲気内で表面に薄膜形成もし
くはエツチング処理が行われる半導体ウェーハを静電気
力により絶縁層表面に密着状態に吸引、保持する静電吸
着装置を、２枚の平板電極が絶縁層に沿う一平面内にか
つ互いに絶縁状態に配されるとともに、プラズマ形成前
には２枚の平板電極が互いに異極性に諜電され、プラズ
マ形成後は２枚の平板電極がともに対地正極性に諜電さ
れるように構成されている装置とするものとする。この
場合、２枚の平板電極を互いに異極性に諜電し、あるい
はともに対地正極性に諜電する直流電源はこれを３個ま
たは２個とし、そのうちの１個は正極端子を一方の平板
電極に、負極端子を大地にそれぞれ常時接続した状態と
し、残りの直流電源を、他方の平板電極が負極性から正
極性となるように接続を切り換える構成とするものとす
る。

〔作用〕

静電吸着装置をこのように構成することにより、プラズ
マ形成後、負のバイアス電位に諜電されるウェーハは、
対地正極性に諜電されている方の平板電極により、初期
の吸引力以上の吸引力で絶縁層表面に吸着、保持され、
一方、他方の平板電極から受ける吸引力は、電位差の減
少により、初期の値より一時的に減少するが、電位を対
地正極性に切り換えることにより、初期の吸引力以上の
吸引力をウェーハに作用させることができ、ウェーハを
全面にわたり、十分な吸引力で絶縁層表面に保持するこ
とができる。これにより、成膜時に膜内に内部応力が生
じ、膜が変形しようとしても、これを平面状態により確
実に保持することができ、ウェーハへの良好な冷却状態
が維持され、処理品の歩留り低下を抑制することができ
る。

また、ウェーハと２枚の平板電極との間に静電引力を生
じさせる電源として複数の直流電源を用いることにより
、そのうちの１つの直流電源を用いて一方の平板電極を
常時対地正極性に諜電し、ウェーハを絶縁層表面に吸着
、保持した状態で他方の平板電極を対地正極性に切り換
えることが可能になり、ウェーハが被処理面を鉛直下方
に向けて保持されるフェースダウン処理時にもウェーハ
の脱落を防止することができる。また、複数の直流電源
を、端子電圧が互いに等しいものとすることにより、ウ
ェーハに作用する吸引力がプラズマ形成の前後を通じて
全面にわたり均等化され、絶縁層表面へのより均一な接
触状態の下で、処理結果のより均一な膜をウェーハ面に
形成させることができる。

そして１．複数の直流電源の個数を３個とすれば、以下
の実施例に示すように、上記の切換え操作が簡易に行わ
れ、また２個とすれば必要とする電源コストが低減され
る。もちろん、直流電源の個数はこれを１個としても、
プラズマ形成後にウェーハを絶縁層表面に保持した状態
で２枚の平板電極をともに対地正極性とする切換え操作
は不可能ではない、しかしこの場合には直流電源の端子
電圧が直流電源個数を複数とする場合の２倍となり、こ
の切換えにより、仮にウェーハに高周波電圧が印加され
ていないとしても、絶縁層にかかる電位差が大きく変動
し、加えて、ウェーハに高周波電圧が印加されている場
合には、ウェーハに現れるバイアス電位が、成膜条件を
構成する被制御パラメータによりかなりの幅で変動する
ため、絶縁層の絶縁安全性に関し、静電チャックが裕度
の小さい使われ方をすることになる。

〔実施例〕

第１図に本発明の第１の実施例を示す、静電チャック２
１を構成する平板電極は、絶縁層に沿う一平面内に配さ
れた２枚の平板電極ＩＡ、　ＩＢからなり、一方、平板
電極ＩＡ、　ＩＢとウェーハ３との間に静電引力を生じ
させる電源は、端子電圧が互いに等しい３個の直流電源
４Ａ、４Ｂ、４Ｃからなっている。一方の平板電極１＾
は直流電源４Ａにより常時対地正極性に諜電され、他方
の平板電極ＩＢは、プラズマ形成前には、切換えスイッ
チ７を介して直流電源１ｃにより対地負極性に諜電され
、ウェーハ３は各平板電極ＩＡ、ＩＢから等しい吸引力
を受けている。プラズマ形成後スイッチ７を切り換える
ことにより、平板電極ＩＢは直流電源４Ｂにより対地正
極性に諜電され、ウェーハ３に対し１、平板電極１＾と
等しい吸引力を及ぼし、ウェーハ３は全面にわたり、均
一な吸着力で絶縁層表面に保持される。なお、図におい
て、符号６は、静電チャック２１を介した高周波電圧の
印加によりウェーハ３に現れる対地電位すなわち負のバ
イアス電位を意味する。

第２図に本発明の第２の実施例を示す、この実施例では
、平板電極ＩＡ、ＩＢとウェーハ３との間に静電引力を
生しさせる電源は、端子電圧が等しい２個の直流電源４
Ａ、４Ｂがらなっている。一方の平板電極１＾は直流電
源４＾により常時対地正極性に諜電され、他方の平板電
極ＩＢは、プラズマ形成前には、切換えスイッチ１０．
１１を介して直流電源４Ｂにより、対地負極性に諜電さ
れている。プラズマ形成後にこれらの切換えスイッチを
他方へ切り換えるとともにスイッチ１２を閉じることに
より、平板電極ＩＢは対地正極性に諜電される。

〔発明の効果〕 本発明においては、静電吸着装置を以上のように構成し
たので、次のような効果が奏せられる。

請求項１の装置では、プラズマ形成の前後を通じてウェ
ーハは常に２枚の平板電極から吸引力を受けて絶縁層表
面に吸着、保持され、プラズマ形成後、膜内に内部応力
が生して変形しようとしても、ウェーハに現れている対
地負極性のバイアス電位により、プラズマ形成前よりも
強い吸引力で絶縁層表面に吸着されて変形が阻止され、
従来構成のものと比べ、より確実に初期の冷却状態を維
持するため、処理品の歩留りが向上する。

請求項２の装置では、１つの直流電源を用いて一方の平
板電極を常時対地正極性に諜電し、ウェーハを絶縁層表
面に吸着、保持した状態で他方の平板電極を対地正極性
に切り換えることが可能になり、ウェーハが被処理面を
鉛直下方に向けて保持されるフェースダウン処理時にも
ウェーハの脱落を防止することができる。また、複数の
直流電源を、端子電圧が互いに等しいものとすることに
より、ウェーハに作用する吸引力がプラズマ形成の前後
を通じて全面にわたり均等化され、絶縁層表面へのより
均一な接触状態の下で、処理結果のより均一な膜をウェ
ーハ面に形成さゼることができる。

請求項３のｖｉＩでは、上述の切換え操作を極めて簡易
に行うことができる。

請求項４の装置では、必要とする電源コストが低減され
る。

そして、請求項２．３．４の装置では、電源を１個の直
流電源で構成する場合と比べ、静電チャックを絶縁的に
より安全に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ｆｆｌおよび第２図はそれぞれ本発明の第１および
第２の実施例による静電吸着装置の構成を示す回路図、
第３１！ｌは本発明が対象とする静電吸着装置の構成原
理を示す説明図、第４図は従来の静電吸着装置の構成例
を示す回ｌＩｉ図、第５図は本発明が対象とする静電吸
着装置が用いられるプラズマ処理装置の一例を示す説明
断面図である。 １、ＬＡ、ＩＢ　　：平板電極、２：絶縁物、３：ウェ
ーハ、４，４Ａ、４Ｂ、４（：　：直流電源、？、１０
，１１　　：切換えスイッチ、工２：スイソチ、２１：
静電チャック。 代理人弁理士　山　口　　巌　　　−′−１゛」り 第１図 第２図 第３図 （３ウゴニー）＼ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高周波電圧が印加されプラズマ雰囲気内で表面に薄
   膜形成もしくはエッチング処理が行われる半導体ウェー
   ハを静電気力により絶縁層表面に密着状態に吸引、保持
   する静電吸着装置において、２枚の平板電極が絶縁層に
   沿う一平面内にかつ互いに絶縁状態に配されるとともに
   、プラズマ形成前には２枚の平板電極が互いに異極性に
   諜電され、プラズマ形成後は２枚の平板電極がともに対
   地正極性に諜電されるように構成されていることを特徴
   とする静電吸着装置。 ２）請求項第１項に記載の静電吸着装置において、２枚
   の平板電極を互いに異極性に諜電し、あるいはともに対
   地正極性に諜電する電源装置は、端子電圧が互いに等し
   い複数の直流電源を備えていることを特徴とする静電吸
   着装置。 ３）請求項第２項に記載の静電吸着装置において、端子
   電圧が互いに等しい複数の直流電源は複数の個数を３個
   とするとともに、その第１の直流電源は正極端子が一方
   の平板電極に、負極端子が大地にそれぞれ接続され、第
   ２、第３の直流電源のそれぞれ異極性端子同志の１組が
   接地されるとともに、他方の１組が他方の平板電極に切
   換え接続されることを特徴とする静電吸着装置。 ４）請求項第２項に記載の静電吸着装置において、端子
   電圧が互いに等しい複数の直流電源は複数の個数を２個
   とするとともに、その第１の直流電源は正極端子が一方
   の平板電極に、負極端子が大地にそれぞれ接続されると
   ともに該両端子が第２の直流電源の正極端子に切換え接
   続され、かつ第２の直流電源の両端子が他方の平板電極
   に切換え接続されるとともに負極端子がスイッチを介し
   て第１の直流電源の負極端子に接続されることを特徴と
   する静電吸着装置。