JPH05190654A - 静電吸着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、静電吸着方法に関し、プラズマ中
のウェハ温度の上昇を小さくすることができ、エッチン
グマスクとなるレジストを変形し難くして理想的なエッ
チング形状を得ることができ、しかも、プラズマ中のウ
ェハ上の温度分布を小さくすることができ、エッチング
レートの一様性及びウェハ面内でのエッチング形状を良
好にすることができる静電吸着方法を提供することを目
的とする。 【構成】 ウェハを静電チャックに固定する方法におい
て、該静電チャック電極の少なくとも１つの電極を該ウ
ェハ外周に配置し、該ウェハ外周に配置された電極にプ
ラス電圧を印加することにより該ウェハを該静電チャッ
クに固定するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電吸着方法に係り、
詳しくは、ウェハ基板の処理過程におけるウェハ基板と
静電チャックとの静電吸着方法に適用することができ、
特に、ウェハ温度の上昇を少なくすることができるとと
もに、ウェハ温度の分布を均一にすることができる静電
吸着方法に関する。

【０００２】従来、半導体製造プロセスにおいてウェハ
基板を固定する方法には、裏面排気を施してウェハ基板
を固定する方法あるいは静電チャックを用いてウェハ基
板を電気的に固定する方法若しくはウェハ基板を機械的
に固定する方法等が挙げられる。この中で近年、静電チ
ャックを用いてウェハ基板を電気的に固定する方法は、
デバイス製造面に非接触で、真空中においても適応する
ことができることから広範囲に利用されている。

【０００３】

【従来の技術】図６は従来の単極式静電チャックと２極
式静電チャックの場合の静電吸着方法を説明する図であ
る。図６において、31、32、33は各々絶縁体、電極、ウ
ェハである。ここでの静電チャックは図６（ａ）、
（ｂ）に示す如く、絶縁体31中に単数又は複数の電極32
を埋め込み、電極32とウェハ33又は電極32間に直流電圧
を印加して、ウェハ33と電極32間に働くクーロン力によ
りウェハ33を吸着するものである。そして、プラズマの
放電開始直後、ウェハ33には電子が到達して負に帯電す
るため、電極32にプラスの電圧またはプラスとマイナス
の電圧を適宜印加することにより、プラズマ中でも吸着
力を働かせることができる。このように、電極32にプラ
スとマイナスの両極性の電圧を適宜印加することによ
り、プラズマ放電開始前からウェハ33を静電チャックに
吸着させることができるという利点を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の静電吸着方法では、エッチング中、プラズマか
らの電子、イオン等の衝突等の影響でウェハ33温度が上
昇し、ウェハ33温度が上昇し過ぎると、エッチングマス
クとなるレジストが変形して、理想的なエッチング形状
を得ることができないという問題があった。

【０００５】また、プラズマからの電子、イオン等の衝
突等の影響でウェハ上の温度分布差が大きくなると、エ
ッチングレートの一様性が悪くなったり、ウェハ面内で
エッチング形状が異なってしまうという問題があった。
このように、プラズマ中のウェハは温度上昇が少なく、
温度分布が一様であることが望まれる。しかしながら、
公知の半導体製造装置には、このようなウェハ温度の上
昇及びウェハ内の温度分布の不均一性という問題を解決
するために、水、ガス等で冷却する方法が用いられてい
るが、上記したウェハ温度の上昇及びウェハ内の温度分
布の不均一性という問題を解決するには不十分であり、
現実にはプラズマ中のウェハ温度はかなり上昇し、温度
分布は同心円状に現れてしまっていた。

【０００６】そこで、本発明では、プラズマ中のウェハ
温度の上昇を小さくすることができ、エッチングマスク
となるレジストを変形し難くして理想的なエッチング形
状を得ることができ、しかも、プラズマ中のウェハ上の
温度分布を小さくすることができ、エッチングレートの
一様性及びウェハ面内でのエッチング形状を良好にする
ことができる静電吸着方法を提供することを目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による静電吸着方
法は上記目的達成のため、ウェハを静電チャックに固定
する方法において、該静電チャック電極の少なくとも１
つの電極を該ウェハ外周に配置し、該ウェハ外周に配置
された電極にプラス電圧を印加することにより該ウェハ
を該静電チャックに固定するものである。

【０００８】本発明においては、前記静電チャック電極
はリング形状である場合が好ましく、この場合、ウェハ
外周におけるウェハと静電チャックとの吸着力を働かせ
ることができ、ウェハ外周での温度上昇を効率良く抑え
ることができる。また、前記静電チャック電極を少なく
とも２つ以上設け、ウェハ外周に配置される電極にプラ
ス電圧、該ウェハ外周に配置される該電極以外の電極に
プラスまたはマイナスの電圧を印加する場合が好まし
く、この場合、２極式に限らず３極式以上の静電チャッ
クにも適用させることができる。

【０００９】更に、少なくとも２つ以上の前記静電チャ
ック電極をリング形状にするとともに、同心円状に配置
する場合が好ましく、この場合、ウェハ外周での温度上
昇を効率良く抑えることができる。

【００１０】

【作用】本発明者等は、各種実験の結果、静電チャック
の電極に印加する極性とその静電チャックの電極の位置
に着目することにより、プラズマ中においてもウェハの
温度上昇が少なく、しかも、温度分布が一様な静電吸着
を行うことができることを見出した。

【００１１】具体的に本発明では、プラズマ中で温度上
昇し易いウェハの円周付近を静電チャックに密着させて
ウェハと静電チャック間の熱伝導を良くし、ウェハの円
周付近の温度上昇を抑制するというものである。このよ
うに、ウェハの局部的な温度上昇を防ぐことができるた
め、ウェハ全体の温度上昇を防ぐことができるととも
に、温度分布も小さくすることができる。そして、静電
チャックの電極形状、電圧の印加方法は各種考えられる
が、本発明では、ウェハの円周付近に配置された静電チ
ャック電極にプラス電圧を印加するとともに、プラズマ
中のウェハを負に帯電させるため、ウェハ円周付近をプ
ラズマ中でも静電チャックに強く吸着させることができ
る。

【００１２】更に詳細に説明する。プラズマ中、ウェハ
は負に帯電するため、負の電圧を印加しているチャック
電極部分は、ウェハに誘起された負電荷とチャック電圧
に誘起された負電荷の間で斥力が働いてしまう。逆に、
プラス電圧が印加されている電極部分は吸着力が働く。
このため、プラス電極部は静電チャック面とウェハ面が
密着して冷却性が良いが、マイナス電極部は静電チャッ
ク面とウェハ面が密着しないため、冷却性が悪くてウェ
ハ温度が上昇し易い。特に、外周部にマイナス電極が配
置されると、斥力が働くとウェハが反って、チャック面
から浮き易い。このため、温度上昇が著しく、温度分布
が極めて悪くなる。

【００１３】そして、少なくともウェハ外周部にプラス
電極が配置されると、たとえ中心部にマイナス電極が配
置されて中心部に斥力が働いても、ウェハ外周を静電チ
ャックと良く密着させることができる。このため、ウェ
ハを反らせないようにすることができ、全体的なウェハ
の密着を良好にすることができる。従って、ウェハの温
度上昇を少なくすることができるとともに、温度分布も
極めて良好にすることができる。なお、電極形状はウェ
ハの形状を考慮してウェハ外周の温度上昇を抑えること
ができる点でリング形状が望ましい。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。こ
こでは、本発明の実施例に則した静電吸着方法をウェハ
ステージに採用し、プラズマ中のウェハの温度分布がど
のように変化するかを後述する比較例の静電吸着方法と
対比しながら確かめて見た。図１は本発明と比較例の静
電吸着方法における実験装置の構成を示す概略図であ
る。図１において、１は静電チャック２に固定されたウ
ェハであり、このウェハ１表面には黒色塗料３が形成さ
れており、４は静電チャック２上のウェハ１と対向する
ように配置されたチャンバー５のＺｎＳ窓４ある。そし
て、６はこのＺｎＳ窓４上に配置された赤外線カメラで
あり、この赤外線カメラ６には、赤外線サーモグラフィ
７及びビデオ８が接続されており、一方、静電チャック
２にはｒｆ電源９が接続されている。その後、ウェハ１
温度を赤外線サーモグラフィ７（商品名インフラアイ56
0 富士通社製）を用いて測定した。この方法を用いれ
ば、ウェハ全体の温度を測定することができる。使用し
た赤外線の波長領域は約10μｍでＳｉウェハを透過する
が、石英やサファイアに吸収される。そこでサーモグラ
フィは、ＺｎＳ窓４を介して観察することにより行っ
た。

【００１５】まず、比較例１の単極式静電チャックを用
いた場合の静電吸着方法について説明する。 （比較例１）図２（ａ）は比較例１の則した単極式静電
チャックを用いた場合の静電吸着方法を説明する図であ
る。図２（ａ）において、11、12幅は15cmの静電チャッ
ク２を構成する各々電極、絶縁体である。なお、電極幅
は 7cmである。ここではウェハ１中心部に吸着力が働く
ように電極11が配置されている。そして、静電チャック
２上のウェハ１温度は図３（ａ）に示す如く、48.8〜8
2.0℃の範囲で分布しており、ウェハ全体の温度上昇及
び温度分布の不均一は大きいものであった。

【００１６】これに対し、本発明の単極式静電チャック
を用いた場合の静電吸着方法では、以下の実施例１の如
く良好な結果を得ることができた。 （実施例１）図２（ｂ）は本発明の実施例１に則した単
極式静電チャックを用いた場合の静電吸着方法を説明す
る図である。図２（ｂ）において、図２（ａ）と同一符
号は同一または相当部分を示す。なお、静電チャック２
幅は15cm、電極11幅は 3.5cmである。ここではウェハ１
円周付近に吸着力が働くように電極11が配置されてお
り、静電チャック２の絶縁体12にセラミックが使用され
ている。そして、これらの電極に＋300 Ｖを印加し、上
記条件で温度測定を行った結果、静電チャック２上のウ
ェハ１温度は図３（ｂ）に示す如く、45.6〜61.6℃の範
囲の分布であった。以上より、ウェハ１の円周付近に吸
着力を及ぼす電極11にプラス電圧を印加することによ
り、ウェハ全体の温度上昇及び温度分布の不均一がかな
り少ないことが判った。

【００１７】次に、比較例２の２極式静電チャックを用
いた場合の静電吸着方法について説明する。 （比較例２）図４は比較例２の２極式静電チャックを用
いた場合の静電吸着方法を説明する図である。なお、中
心部の電極11幅は 7cm、外周部の電極幅は 3.5cmであ
る。ここでは、外周電極11に−300 Ｖ、中心部電極11に
＋300 Ｖを印加し上記条件で温度測定を行った。この結
果、図５（ａ）に示す如く、ウェハ温度は48.8〜80.8℃
の範囲で分布しており、ウェハ全体の温度上昇及び温度
分布の不均一は大きいものであった。

【００１８】これに対し、本発明の２極式静電チャック
を用いた場合の静電吸着方法では、以下の実施例２の如
く良好な結果が得られた。 （実施例２）図４は本発明の実施例２に則した２極式静
電チャックを用いた場合の静電吸着方法を説明する図で
ある。ここでは静電チャック２の絶縁体12はセラミック
が使用されている。そして、静電チャック２内に配置さ
れた同心円状の２つの電極11の外周電極11に＋300 Ｖ、
中心部電極11に−300 Ｖを印加して上記条件で温度測定
を行った。第５図（ｂ）に示す如く、ウェハ温度は42.4
〜58.4℃の範囲の分布であった。以上より、ウェハの外
周付近に吸着力を発生させる電極11にプラス電圧を印加
することにより、ウェハ全体の温度上昇及び温度分布の
不均一がかなり軽減されていることが判った。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ中のウェハ温
度の上昇を小さくすることができ、エッチングマスクと
なるレジストを変形し難くして理想的なエッチング形状
を得ることができ、しかも、プラズマの中のウェハ上の
温度分布を小さくすることができ、エッチングレートの
一様性及びウェハ面内でのエッチング形状を良好にする
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明と比較例の静電吸着方法における実験装
置の構成を示す概略図である。

【図２】比較例１と実施例１に則した単極式静電チャッ
クを用いた場合の静電吸着方法を説明する図である。

【図３】比較例１と実施例１に則したウェハの温度分布
を示す図である。

【図４】比較例２と実施例２に則した２極式静電チャッ
クを用いた場合の静電吸着方法を説明する図である。

【図５】比較例２と実施例２に則したウェハの温度分布
を示す図である。

【図６】従来例の単極式静電チャックと２極式静電チャ
ックの場合の静電吸着方法を説明する図である。

【符号の説明】

１ ウェハ ２ 静電チャック ３ 黒色塗料 ４ ＺｎＳ窓 ５ チャンバー ６ 赤外線カメラ ７ 赤外線サーモグラフィ ８ ビデオ ９ ｒｆ電源 11 電極 12 絶縁体

フロントページの続き (72)発明者 野田 省三 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェハを静電チャックに固定する方法に
   おいて、該静電チャック電極の少なくとも１つの電極を
   該ウェハ外周に配置し、該ウェハ外周に配置された電極
   にプラス電圧を印加することにより該ウェハを該静電チ
   ャックに固定することを特徴とする静電吸着方法。
2. 【請求項２】 前記静電チャック電極はリング形状であ
   ることを特徴とする請求項１記載の静電吸着方法。
3. 【請求項３】 前記静電チャック電極を少なくとも２つ
   以上設け、ウェハ外周に配置される電極にプラス電圧、
   該ウェハ外周に配置される該電極以外の電極にプラスま
   たはマイナスの電圧を印加することを特徴とする請求項
   １記載の静電吸着方法。
4. 【請求項４】 少なくとも２つ以上の前記静電チャック
   電極をリング形状にするとともに、同心円状に配置する
   ことを特徴とする請求項３記載の静電吸着方法。