JPH0444317A - ウェーハ処理装置の電極装置 - 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７ 本発明は、半導体素子の材料であるウェーハを処理する
処理装置に用いられる電極装置、特にウェーハチャック
を兼ねる電極装置に関するものである。

［従来の技術］ ウェーハは、半導体素子製造の過程でドライエツチング
、ＣＶＤ（化学蒸着）等の処理を受ける、これらの処理
はウェーハが処理室内に装入され密閉された状態で行わ
れ、処理が完了すると処理室内より取出され、次工程へ
と回される。

第２図はドライエツチング装置に於ける従来の電極装置
を示し、図中１は、チャックの一部をなす電極であり、
該電ｉｉに対し図示しないもう一方の電極が相対向して
設けられている。

特に、図示していないが、両ｔＳ間には高周波電源によ
って、高周波電圧が印加され、両電極間にはエツチング
処理の為のプラズマが発生される。

而して、該プラズマによって前記電極１上にチャックさ
れたウェーハ２がエツチング処理される。

円形の電極１及び冷却盤３は金属であり、電極１、冷却
盤３は絶縁板４を介して基盤５に取付けられ、該基盤５
は真空容器６の底部に該底部に設けた孔７を気密に閉寒
する様に取付けられている。

前記電極１、冷却盤３、絶縁板４の周囲及び該電極１の
ウェーハ２載置面を残して石英材からなるカバー８．９
で覆い、又真空容器６内部は石英材の仕切板１０によっ
て上下に仕切られている。

前記冷却盤３には前記絶縁板３、基盤５を貫通して下方
に延出する中空軸部１１が形成されており、該中空軸部
１１にリフトロッド１２が遊貫されている。該リフトロ
ッド１２は前記電極１を貫通して上端面にウェーハ２が
乗載可能であると共にスゲリング１３により下方へ付勢
されている。

前記中空軸部１１は絶縁ブツシュ１４で絶縁され、該中
空軸部１１の下端には、ベローズジヨイント１５が気密
に取付けられ、該ベローズジヨイント１５の下フランジ
１６はリフトシリンダ１７のロッド１８に連結され、又
ベローズジヨイント１５の下フランジ１６より上方に突
設したブツシュロッド１９が前記リフトロッド１２の下
端に当接している。

該リフトロッド１２を挾み、対称な位置にはプルロッド
２０．２０が前記電極１、冷却盤３、絶縁板４、基！１
５を遊貫して設けられ、該プルロッド２０．２０の下部
はベローズカバー２１．２１によって気密に覆われ、該
ベローズカバー２１の下フランジ２２はチャックシリン
ダ２３に連結されている。

又、該下フランジ２２と前記プルロッド２０の下端との
間にはスプリング２４が設けられ、プルロッド１９の下
端を前記チャックシリンダ２３のロッド２５の上端に当
接する機付勢されている。

前記プルロッド２０の上端には、ウェーハクランプ用の
爪２６が固着されている。

前記チャックシリンダ２３は、前記リフトシリンダ１７
より大きなストロークを有し、該チャックシリンダ１３
、リフトシリンダ１７を共に動作させた状態では爪２６
はリフトロッド１２の上端面の位置よりも上方に位置す
る。

この状態で、図示しないウェーハ移載装置がウェーハ２
をリフトロッド１２に乗置し、リフトシリンダ１７によ
りリフトロッド１２が降下され、ウェーハ２がｉＳ極１
に載置される９次にチャックシリンダ２３が動作して前
記風２６でウェーハ２を電極１に押付けつつチャックす
る。

ウェーハ２を取出す場合は、上記チャック動作の逆を行
う。

ウェーハ２の処理に於いて、ウェーハ２の温度管理は処
理の均一性、品質に大きく影響する。

従って、ウェーハ２は処理の種類に応じ、冷却又は加熱
して温度制御がされる様になっている。

上述した従来の電極装置はウェーハの冷却を行う様にな
っているが、ウェーハの温度制御は電［！１とウェーハ
２間の熱伝達率に影響され、この熱伝達率は又電極１と
ウェーハ２間の密着性に影響される。

ところが、電極表面、ウェーハ表面の平坦度、機械的ク
ランプによる撓み等で、電極とウェーハの完全な密着を
得ることは困敷である。従って、熱伝導度の高いヘリウ
ムガス（Ｈｅ）を電極とウェーハとの間隙に流して、両
者間の熱伝達率を改善している。

［発明が解決しようとする課題］ ところが従来のウェーハチャックを兼する電極装置では
、ウェーハを２点でクランプする構造である為ウェーハ
を！極に全面で密着させるということが難しく、電極、
ウェーハの密着性が悪く、又密着性が悪い為、Ｈｅの漏
出量が多く、Ｈｅの消費量が大きいと共に処理室内の雰
囲気を漏出したＨｅにより汚染するということがある。

又、ウェーハの昇降、クランプはそれぞれ個別のシリン
ダを用いている為、複数のシリンダが必要となると共に
これらシリンダを駆動させる為の配管等が複雑となり、
大きなスペースが必要で且高価なものとなる。

本発明は、斯かる実情に鑑み、構造が簡潔で而もウェー
ハと電極との密着性に優れた電極装置を提供しようとす
るものである。

［課題を解決する為の手段］ 本発明は、相対峙する一対のプラズマ発生用電極を有し
、その一方が温度制御され、ウェーハチャックを兼ねる
電極装置に於いて、ウェーハチャック側ｔ’ｌＬの反対
峙面側にシャフトを電極の対峙面に対して垂直方向に摺
動自在に設け、該シャフトに少なくとも３股の分岐腕を
有するアームを取付け、各分岐腕の先端に前記ウェーハ
チャック側電極の対峙面よりも突出する支持ロッドを設
け、該支持ロッドの先端にウェーハ周縁と係合するウェ
ーハクランプリングを取付け、前記シャフトを摺動させ
るアクチュエータを設けた、又該アームをシャフトに対
して傾動可能としたものであり、更にアームにウェーハ
チャック用を極を貫通するウェーハ支持ピンを設け、該
ウェーハ支持ピン先端にウェーハを支持可能とし、又ウ
ェーハ支持ピンの摺動部にＯリングを設けると共にウェ
ーハ支持ピンのアーム側所要長さを細径としたものであ
る。

［作　　用］ アクチュエータによりシャフトをウェーハチャック用電
極側に摺動させれば、ウェーハのクランプ解除となり、
シャフトを反つェーハチャック用ｔｆ！側に摺動させれ
ば、ウェーハクラングリングによりウェーハを全周に於
いてクランプする。該ウェーハクランプリングを傾動可
能とすることで、該ウェーハクランプリングはつ工−ハ
の面に倣いウェーハの全周を均一にクランプする。

又、アームに設けなウェーハ支持ピンによりウェーハの
クランプ、クランプ解除動作で、ウェーハを電極より持
上げることができウェーハの移載を可能とする。更にウ
ェーハ支持ピンの細径部により、０リングに対する摺動
長を短くでき、０リングの寿命を長くする。

［実　施　例］ 以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を説明する。

真空容器３０の底部を下方に突出させて、電極収納部３
１を形成し、該収納部３１の底面を貫通させ、ベースブ
ロック３２を気密に固着する。該ベースブロック３２に
絶縁板３３を取付け、該絶縁板３３に冷却盤３４、＄極
３５を順次埋設する。該電極３５のウェーハ載置面を除
く周囲に石英製の保護リング３６を固着する。又、該保
護リング３６の周囲には、同心の保護カバー３７を設け
る。

前記冷却盤３４には冷却水路３８が形成され、図示しな
い冷却水源と連通している。

前記ベースブロック３２には３股状の空間部３９が形成
してあり、該空間部３９には３股状のリフトアーム４０
を配設する。

又、前記ベースブロック３２の下面に軸受ハウジング４
１を固着する。該軸受ハウジング４１は上半部が大径、
下半部が細径の中空体であり、下〒部には摺動軸受４２
を介して昇降シャフト４３を嵌合し、上半部にはベロー
ズ４４を設けて昇降シャフト４３を気密に覆う、該昇降
シャフト４３の上端部にフランジ４５を固着し、昇降シ
ャフト４３の上端は該フランジ４５より突出させる。該
昇降シャフト４３の上端と前記リフトアーム４０とを球
面軸受４６を介して連結する。

前記フランジ４５と前記リフトアーム４０との間には若
干の間隙を設けると共に、フランジ４５、リフトアーム
４０との間に０リング４７を挟設する。

而して、リフトアーム４０は前記昇降シャフト４３に対
して、傾動可能であると共にＯリング４１の弾力性によ
り復元可能に支持される。

前記リフトアーム４０の３本の分岐腕４８の先端に絶縁
スリーブ４９を被せた支持ロッド５０を植設する。該支
持ロッド５０にサポートリング５１を固着し、該サポー
トリング５１にウェーハ２の周縁と係合する石英製のウ
ェーハクランプリング５２を固着する。該ウェーハクラ
ン１リング５２に石英製のカバーリング５３を取付け、
前記サポートリング５１の露出部を覆う。

前記絶縁板３３、冷却盤３４、電極３５を貫通させ絶縁
ブツシュ５４を３箇所に設ける。前記リフトアーム４０
の各分岐腕４８の基部にウェーハ支持ピン５５を植設し
、該ウェーハ支持ピン５５を前記絶縁ブツシュ５４に摺
動自在に嵌合する。該ウェーハ支持ピン５５と該絶縁ブ
ツシュ５４との間にはＯリング５６を設ける。

該ウェーハ支持ピン５５の上端は、前記ウェーハクラン
プリング５２のウェーハ押え面より下方に所要距離下が
った位置とし、又該ウェーハ支持ピン５５の下牛部は＃
ｌ径としている。

前記軸受ハウジング４１の外周面にストップリング５７
を固着し、前記昇降シャフト４３の下端にバネ座５８を
固着する。

該バネ座５８と前記ストップリング５７との間にクラン
プスプリング５９を圧縮状態で挟設し、前記昇降シャフ
ト４３を下方へ付勢する。

又、該昇降シャフト４３の下方にはクランプシリンダ６
０を設け、該クランプシリンダ６０のロッド６１先端と
前記昇降シャフト４３との下端とは、クランプシリンダ
６０の縮短状態で僅に隙間が明くようにする。

以下、作動を説明する。

第１図は、ウェーハ２のクランプ状態を示しており、ウ
ェーハ２の全周縁は前記ウェーハクランプリング６０に
より電極３５に押圧されている。

又、この押圧力は前記クランプスプリング５９の復元力
により決定され、更に該復元力は前記ストップリング５
７とバネｇ５８との距離を調整し、最適な値に選択する
。

従って、ウェーハ２のクランプに際し、過度の押圧力が
作用し、ウェーハ２を破損することはない、又、前記し
た様に、リフトアーム４ｏは、昇降シャフト４３に対し
て傾動可能であるので、クランプリング６０はウェーハ
２に倣い、ウェーハ２の周縁を均一にクランプする。

ウェーハ周縁を均一にクランプすることで、ウェーハ２
は電４ｉｉ３５に全面に亘り、密着さぜることができ、
又ウェーハ２と電［！３５との間に流すＨｅは最小限で
すみ、Ｈｅの漏出量も著しく少ない。

次に、クラン１シリンダ６０を作動させ、ロッド６１を
上昇させると、昇降シャフト４３はクランプスプリング
５９に抗して持上げられ、支持ロッド５０を介してウェ
ーハクラングリング５９が上昇する。最初にウェーハ２
のクランプが解除され、更にリフトアーム４０が上昇す
ると前記ウェーハ支持ピン５５がウェーハ２に当接して
ウェーハ２を持上げる。

クランプシリンダ６０のストロークエンドの状態ではウ
ェーハ２は電極３５より突出した３本のウェーハ支持ピ
ン５５に支持され、且ウェーハクラン１リング５２はウ
ェーハ２の上昇に位置した状態となっている。又、ウェ
ーハ支持ピン５５の太径部はＯリング５６より脱した状
態である。

而して、図示しないウェーハ移載装置により、ウェーハ
２を搬出する。

ウェーハ２を真空容器３０内に搬入する場合は、クラン
プシリンダ６０をストロークエンド迄突出させておき、
ウェーハ２を移載する。その後のクランプ動作はクラン
プシリンダ６０を短縮すればよい。

尚、前記実施例ではリフトアーム４０と昇降シャフト４
３との間に０リング４７を設けたが、０リングの代りに
皿バネ、波リング、或は少なくとも３箇所に圧縮スプリ
ングを設けてもよい、或は、昇降シャフト４３を更に延
出させ、絶縁板３３、冷却盤３４、電極１を貫通させ、
昇降シャフト４３の上端にフランジを設け、該フランジ
にウェーハを載置する様にしてもよい。

又、リフトアーム４０は４股形状としてもよい。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、下記の優れた効果を発
揮する。

（１）ウェーハを全周に於いてクランプするので、ウェ
ーハはウェーハチャック用の電極に全面で密着し、電極
を介して行われるウェーハの温度制御を効果的にするこ
とができる。

（１１）又、ウェーハ、ウェーハチャック用の電極間の
熱伝達をする為にＨｅをウェーハとウェーハチャック用
電極との間に流す場合は、Ｈｅの漏出量を著しく低減す
ることができる。

■　アームをシャフトに対して傾動自在とすることでウ
ェーハとウェーハクランプリングとの平行度の狂いを修
正することができる。

Ｏｖ）　　アームにウェーハ支持用のウェーハ支持ピン
を設けることで、１つのアクチュエータでウェーハのク
ランプ、ウェーハの移載を行う為のウェーハの持上げを
行うことができ、構造を大幅に簡略化することができる
。

（Ｖ）　　ウェーハ支持ピンの１部の径を細径とし、シ
ールに必要な部分のみを太径としであるので、０リング
に対する支持ピンの摺動長を短くすることができ、０リ
ングの摩耗を低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実總例を示す断面図、第２図は従来
例の断面図である。 ３５は電極、４０はリフトアーム、４３は昇降シャフト
、４６は球面軸受、４７は０リング、４８は分岐腕、５
２はウェーハクランプリング、５５はウェーハ支持ピン
、５６はＯリング、６０はクランプシリンダを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）相対峙する一対のプラズマ発生用電極を有し、その
   一方が温度制御され、ウェーハチャックを兼ねる電極装
   置に於いて、ウェーハチャック側電極の反対峙面側にシ
   ャフトを電極の対峙面に対して垂直方向に摺動自在に設
   け、該シャフトに少なくとも３股の分岐腕を有するアー
   ムを取付け、各分岐腕の先端に前記ウェーハチャック側
   電極の対峙面よりも突出する支持ロッドを設け、該支持
   ロッドの先端にウェーハ周縁と係合するウェーハクラン
   プリングを取付け、前記シャフトを摺動させるアクチュ
   エータを設けたことを特徴とするウェーハ処理装置の電
   極装置。 ２）アームをシャフトに対して傾動可能とした請求項第
   １項記載のウェーハ処理装置の電極装置。 ３）アームとシャフトとの間にアーム復元用の弾性材を
   設けた請求項第２項記載のウェーハ処理装置の電極装置
   。 ４）アームにウェーハチャック用電極を貫通するウェー
   ハ支持ピンを設け、該ウェーハ支持ピン先端にウェーハ
   を支持可能とした請求項第１項記載のウェーハ処理装置
   の電極装置。 ５）ウェーハ支持ピンの摺動部にＯリングを設けると共
   にウェーハ支持ピンのアーム側所要長さを細径とした請
   求項第４項記載のウェーハ処理装置の電極装置。