JPH04371579A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被処理物を静電的に
基体に吸着して例えばスパッタリングの処理を施すため
に使用され、特に被処理物と基体との間で均一で良好な
熱伝導性を得るに適した静電吸着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、種々の静電吸着装置が知られてお
り、その一例として、例えば図１１に示すように、冷却
水配管等の冷却機構１ａを備えた基体１の上部の被処理
物５を静電的に固定する静電チャック３を、直流電源６
に接続した電極２と、該電極２の下部の基体１に貼着し
た絶縁物４ａと該電極２の上部の被処理物５に密着する
ゴム状の絶縁物４ｂで構成したものが知られている。

【０００３】また、図１２に示すように、冷却機構１ａ
を備えた基体１の上部の被処理物５を静電的に固定する
静電チャック３を、直流電源６に接続した電極２とこれ
を覆うセラミックス等の絶縁物４とで構成し、該静電チ
ャック３の被処理物５の吸着面の中心付近に絶縁物４及
び基体１を貫通したガス導入孔７を１カ所に開口させ、
該ガス導入孔７から被処理物５と絶縁物４との隙間にガ
スを流すようにしたものも知られている（特開平３−３
２４９号公報）。

【０００４】上記図１１に示したものは、まず被処理物
５を静電チャック３に載せ、電極２に電圧を印加すると
、被処理物５に Ｆ＝ε・（Ｓ／ｄ２）・（Ｖ／２）２ なる吸引力が働き、被処理物５がゴム状の絶縁物４に密
着する。ここで、εはゴム状絶縁物４ｂの誘電率、ｄは
ゴム状絶縁物４ｂの厚み、Ｓは電極２の被処理物５に対
向する面の面積、Ｖは直流電源６の電圧である。次に、
熱伝導性の良いアルミニウム等の金属でできた基体１を
冷媒の循環等により冷却機構１ａで冷却すると、被処理
物５の熱がゴム状絶縁物４ｂと絶縁物４ａを介して基体
１に伝達され、被処理物の冷却が行われる。したがって
、例えば被処理物５にエッチング処理を行なう場合、エ
ッチングプラズマの熱負荷が被処理物５にかかっても、
被処理物の温度を低く保つことができる。しかしながら
、この時、ゴム状絶縁物４ｂが反応性のエッチングガス
等に侵されて変質したり、その処理後に直流電源６を切
り被処理物５を静電チャック３から取り外す際に被処理
物５がゴム状絶縁物に粘着して剥がれ難くなる問題が起
きる。

【０００５】図１２に示した従来例では、被処理物５が
載置される静電チャック３の絶縁物４に例えばセラミッ
クスのような堅い材料が使用されているので上記の如き
問題は生じることがないが、電極２に電圧を印加して絶
縁物４の上に被処理物５を吸着固定した場合、例えばア
ルミニウム製の基体１を冷却機構１ａで冷却すると熱伝
導により絶縁物４を冷却することができても、被処理物
５は絶縁物４が堅いために絶縁物４と点接触状態で接触
するため、平均１０μ程度の間隔が被処理物と絶縁物と
の間に存在し、被処理物５の熱が絶縁物４に伝達されに
くい。そこで、更に静電チャック３の被処理物５の吸着
面域内に設けられたガス導入孔７から上記隙間にガスを
流し、ガスを介して被処理物の熱を絶縁物に伝達して被
処理物を冷却するようにしている。したがって、例えば
エッチングプラズマなどの熱負荷が被処理物にかかって
も、被処理物の温度を低く保つことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような被処理物
を冷却する一手段として被処理物と絶縁物の隙間にガス
を流す形式の静電吸着装置に於いては、隙間がガスの平
均自由行程より小さいか同じ程度のとき、単位面積当た
りの熱伝達Ｑは次式のようになる。

【０００７】 Ｑ＝（３／２）・κ・α１・（Ｔ−Ｔｇ）・Γただし 　　　　Γ＝（１／４）・ｎ・υ 　　　　　　＝（１／４）・Ｐ／（κ・Ｔｇ）・｛８・
κ・Ｔｇ／（π・ｍ）｝１／２ 　　　　Ｔｇ＝（α１・Ｔ＋α２・Ｔ０）／（α１＋α
２）である。

【０００８】ここで、κはボルツマン定数、α１は静電
チャックの被処理物吸着面に対するガス分子の熱的適応
係数、Ｔは被処理物の温度、Ｔ０は絶縁物の温度、Ｔｇ
はガス分子の温度、Γは静電チャックの被処理物吸着面
に入射するガス分子の面密度、ｎはガス分子の密度、υ
はガス分子の平均速度、ｍはガス分子の質量、Ｐは静電
チャックの被処理物吸着面のガスの圧力をそれぞれ表し
ている。

【０００９】上記の式から、単位面積当たりの熱伝達Ｑ
は、静電チャックの被処理物吸着面のガス圧力Ｐに比例
することがわかる。従来の静電吸着装置では、被処理物
吸着面の中心付近のガス導入孔から例えば１０Ｔｏｒｒ
程度のヘリウムガスを導入した場合、ガス導入孔の開口
部から被処理物の外周に向かって圧力降下が起きるため
、被処理物の外周部が冷却されにくくなるという問題が
あった。例えば、被処理物が６インチウエハで、ガス導
入孔が被処理物吸着面の中心に１カ所ある場合のガスの
圧力分布は、図１３のようになる。ここで、ガス導入孔
でのヘリウムガスの圧力は１０Ｔｏｒｒ、ウエハ周囲の
雰囲気は０．０１Ｔｏｒｒである。この状態でウエハに
例えば１．１８Ｗ／ｃｍ２の熱負荷をかけた場合、ウエ
ハ内の熱伝導を考慮してもウエハの温度分布は図１４の
ようになり、中心付近と外周部で温度差が大きくなる。 この温度差は、熱負荷が大きくなればなるほど大きくな
り、例えばドライエッチングでは選択性やエッチング形
状が均一でなくなる不都合をもたらす。

【００１０】本発明は、このような問題を解決し、被処
理物吸着面の熱伝導性が均一になる静電吸着装置を提供
することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、冷却機構を有する基体に、被処理物
を静電的に吸着固定する絶縁物により覆われた少なくと
も１対の電極から成る静電チャックを接着し、該静電チ
ャックの吸着面に、これに吸着した被処理物の熱を静電
チャックへと伝達するためのガスを噴出するガス導入孔
を設けた静電吸着装置に於いて、該ガス導入孔は被処理
物の吸着面の外周寄りに少なくとも２か所以上設けられ
ているか、もしくは、上記ガス導入孔の開口を、上記吸
着面の外周付近に沿った溝状に形成するか或いは該静電
チャック内に設けた溝孔に連通させて形成し、更には上
記静電チャックにより被処理物に作用する吸着力を、ガ
ス導入孔から噴き出すガスにより該被処理物に生じる力
よりも大きく制御するようにした。

【００１２】

【作用】ガス導入孔から噴出するガスは、静電チャック
の吸着面に吸着した被処理物と絶縁物との隙間に拡散す
るが、該ガス導入孔は該吸着面の外周寄りに少なくとも
３カ所設け、或いは該ガス導入孔を吸着面の外周付近に
沿った溝形に形成すると、被処理物と吸着面の間に流れ
るガスの圧力分布は均一になり、そのため被処理物の中
心部と周辺部の温度差が少なくなって、例えばドライエ
ッチングの選択性やエッチング形状の均一性が向上する
。またこのとき、静電チャックの電圧を制御し、ガス導
入孔から噴出するガスにより被処理物が受ける力よりも
静電チャックの吸着力を大きくしておくと、被処理物と
吸着面との隙間が最小に保持されその間を流れるガスの
圧力が高まって一層圧力分布が均一化される。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明すると、
図１及び図２はドライエッチング装置の真空室内に設け
た静電吸着装置の実施例を示し、この例では、冷却水配
管等の冷却機構１ａを備えたアルミニウム製の基体１の
上部に、アルミナ製の絶縁物４で一対の半円形円板状の
電極２を覆って構成した静電チャック３が設けられ、各
電極２に直流電源６から電位が与えられると該静電チャ
ック３に静電気が発生してその表面に６インチウエハ等
の被処理物５が吸着される。該静電チャック３の背面は
基体１に貼着され、電極２の上面を覆う絶縁物４ｃの厚
さを０．３ｍｍとし、一対の電極２の直径を被処理物５
の直径よりも多少小さい程度に構成した。該基体１と静
電チャック３の表裏を貫通して例えばヘリウムガスを導
入するガス導入孔７が、被処理物５の吸着面の外周から
１０ｍｍ程度内側に均等の間隔を存して円形に１２カ所
設けられ、該ガス導入孔７の開口端部から噴出するヘリ
ウムガスが被処理物５と静電チャック３の吸着面との隙
間を流れる。

【００１４】図３及び図４に示す実施例は、図１及び図
２に示した実施例とガス導入孔７の数と形状が異なり、
図３及び図４の例では、ガス導入孔７を２個とし、その
開口端部を静電チャック３の吸着面の外周から１０ｍｍ
程度内側に設けた半円弧状の溝８で形成した。この場合
、該ガス導入孔７から噴出するヘリウムガスは溝８を介
して被処理物５と静電チャックの吸着面との隙間を流れ
る。

【００１５】図１及び図２の実施例に於いて、被処理物
５を静電チャック３の上に載せた後電極２に電圧を印加
すると、被処理物５が静電チャック３の静電気により吸
着固定される。次いで基体１を冷却機構１ａで冷却する
と、熱伝導により絶縁物４が冷却され、更にガス導入孔
７からヘリウムガスを噴出させると、被処理物５の熱が
ヘリウムガスを介して絶縁物４に伝達され、被処理物５
が冷却される。このときの吸着面に於けるヘリウムガス
の圧力分布は図５に示す如くとなり、吸着面の中心部か
らその外周近傍まで７．２Ｔｏｒｒのヘリウム圧力が保
たれる。この場合のガス導入孔７でのヘリウムガスの圧
力は１０Ｔｏｒｒ、被処理物５の周囲の雰囲気は０．０
１Ｔｏｒｒで、雰囲気に洩れ出すヘリウムの流量は２．
２６×１０−　２Ｔｏｒｒ・リットル／ｓｅｃ　である
。被処理物５のウエハをエッチング処理するために、被
処理物５に均一に１．１８Ｗ／ｃｍ２の熱負荷がかかっ
た場合の被処理物５の温度分布は図６に示す如くとなり
、被処理物５の中心部から外周部にかけての温度は低く
保たれている。このときのヘリウムガス圧力により被処
理物５に発生する力は１５．０Ｎであったので、電極２
に３０００Ｖの電圧を印加し、静電チャック３の吸着力
を１８．７Ｎに制御して静電チャック３と被処理物５と
の隙間を一定に保持し、ヘリウムガス圧力の低下を防止
して被処理物５の温度が不均一にならないようにした。

【００１６】図３及び図４の実施例では、静電チャック
３の吸着面に於ける圧力分布は図７のようになり、中心
部から外周近傍まで７．２Ｔｏｒｒのヘリウム圧力が保
たれている。この場合の溝８に於けるヘリウムガスの圧
力は７．２Ｔｏｒｒ、被処理物５の周囲の雰囲気は０．
０１Ｔｏｒｒで、雰囲気に洩れ出すヘリウムの流量は２
．１１×１０−　２Ｔｏｒｒ・リットル／ｓｅｃ　であ
る。また被処理物５の温度分布は図８のようになり、被
処理物５の中心部及び外周部の温度は低く保たれている
。このときのヘリウムガスの圧力により被処理物５が受
ける力は１４．７Ｎであるので、電極２に３０００Ｖの
電圧を印加して１８．７Ｎの吸着力に制御した。

【００１７】図９及び図１０に示す実施例では、静電チ
ャック３の内部に環状の溝孔９を形成してこれに各ガス
導入孔７を連通させ、該溝孔９を介してヘリウムガスが
噴出するようにした。

【００１８】尚、これらの実施例に於いて電極２にかけ
る電圧を３０００Ｖとしたのは、絶縁物４の絶縁耐圧に
起因するもので、これ以上の電圧を印加すると絶縁性が
損なわれるからであり、絶縁耐圧を越えないような吸着
力で被処理物を吸着できるようにヘリウムガスの圧力が
制御される。

【００１９】該絶縁物４には熱伝導の良いセラミックス
や樹脂を使用しても良く、またガス導入孔７と溝８の位
置は、ヘリウムガスの洩れ量が問題にならないときは、
更に吸着面の外周寄りに設けることもできる。被処理物
５はウエハ以外のものであってもよい。また、静電チャ
ック３を縦置きして吸着面を側方に向け、或は吸着面を
下面に向けて逆置きし、下側に吸着することも可能であ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明においては、被処理
物の熱を冷却された静電チャックへ伝達するガスを噴出
するガス導入孔を静電チャックの被処理物の吸着面の外
周寄りに少なくとも２か所以上設けるか、或いはガス導
入孔を上記吸着面の外周付近に沿った溝で形成したので
、ガスを静電チャックと被処理物の隙間に均一な圧力で
流通させることができ、その結果被処理物を均一な低い
温度に冷却することができ、静電チャックにより被処理
物に作用する吸着力を、ガス導入孔から噴き出すガスに
より該被処理物に生じる力よりも大きく制御すると、流
通するガスの圧力が高まって被処理物の温度を均一で低
温に制御できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の実施例の截断側面図

【図２】　　
図１のＩＩ−ＩＩ線部分の截断平面図

【図３】　　本発
明の他の実施例の截断側面図

【図４】　　図３のＩＶ−
ＩＶ線部分の截断平面図

【図５】　　図１に示した実施
例のヘリウムガスの圧力分布図

【図６】　　図１に示した実施例に於ける被処理物の温
度分布図

【図７】　　図３に示した実施例のヘリウムガスの圧力
分布図

【図８】　　図３に示した実施例に於ける被処理物の温
度分布図

【図９】　　本発明の更に他の実施例の截断側面図

【図
１０】図９のＸ−Ｘ線部分の截断平面図

【図１１】従来
例の截断側面図

【図１２】他の従来例の截断側面図

【図１３】図１２の従来例に於けるヘリウムガスの圧力
分布図

【図１４】図１２の従来例に於ける被処理物の温度分布
図

【符号の説明】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　冷却機構を有する基体に、被処理物を
   静電的に吸着固定する絶縁物により覆われた少なくとも
   １対の電極から成る静電チャックを接着し、該静電チャ
   ックの吸着面に、これに吸着した被処理物の熱を静電チ
   ャックへ伝達するためのガスを噴出するガス導入孔を設
   けた静電吸着装置に於いて、該ガス導入孔は被処理物の
   吸着面の外周寄りに少なくとも２か所以上設けられてい
   ることを特徴とする静電吸着装置。
2. 【請求項２】　　上記ガス導入孔は、上記吸着面の外周
   付近に沿った溝で形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の静電吸着装置。
3. 【請求項３】　　上記ガス導入孔は、該静電チャック内
   に設けた環状の溝孔に連通して形成されていることを特
   徴とする請求項１に記載の静電吸着装置。
4. 【請求項４】　　上記静電チャックにより被処理物に作
   用する吸着力を、ガス導入孔から噴き出すガスにより該
   被処理物に生じる力よりも大きく制御することを特徴と
   する請求項１又は２又は３に記載の静電吸着装置。