JPH05347352A

JPH05347352A - 静電チャック装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05347352A
Application number: JP18033592A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ishikawa; 賢治石川; Jiyunichi Arami; 淳一荒見
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【目的】両面に接着剤の塗布された絶縁性フィルムを
用いることにより、製造工程が簡単で特性を良好に維持
できる静電チャック装置を提供する。【構成】プラズマ処理容器２２内に収容される静電チ
ャック装置において、被処理体Ｗを載置する絶縁保持板
５６の下面に静電吸着用導電層５８をスパッタリング等
により形成し、これと下部電極４４との間に、両面に接
着剤５２、５２の塗布された絶縁性フィルム７０を介在
させて、全体を加熱圧着成形する。これにより、製造工
程の簡略化を図ると共に絶縁保持板５６と下部電極４４
との間の距離を短くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に用
いられる静電チャック装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程において、半導
体ウエハにエッチング等の所望の処理を施す場合には、
プラズマ処理装置を用いる場合があるが、この処理中に
ウエハを保持するために一般的に静電チャック装置が用
いられている。この静電チャックの吸着原理は、絶縁層
を介して対向配置されるウエハ等の吸着物と吸着電極と
の間に高圧直流電圧を印加してそれらの対向面に正・負
の電荷を生じさせ、この間に作用するクーロン力によっ
て吸着物を吸引保持するものである。

【０００３】図５はプラズマ処理装置内に設けた従来の
静電チャック装置を示す平面図である。図示するように
このプラズマ処理装置は所定の間隙を隔てて平行に対向
させて設けられた上部電極２と下部電極４を有し、これ
らの間に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源６を印
加して両電極間にプラズマを発生させるようになってい
る。そして、静電チャック装置８に吸着保持されたウエ
ハに上記プラズマを作用させてプラズマ処理を行うよう
になっている。

【０００４】この静電チャック装置としては、例えば図
６にも示すように上側絶縁セラミックス１０と下側絶縁
セラミックス１２との間に電極としての静電吸着用導電
層１４を挟み込んで焼成してこれらを一体化してチャッ
ク本体１６を形成し、アルミニウム等よりなる下部電極
４の上面に例えばエポキシ系樹脂の接着剤１８をローラ
により塗布し、この上よりチャック本体１６を接着固定
するようになっている。そして、上記チャック本体１６
内に一体的に埋め込まれた導電層１４に、例えば２ＫＶ
の直流電源２０を印加することによりウエハＷを電離さ
せてウエハ下面に導電層の電荷に対して異極の電荷を集
め、ウエハＷをクーロン力により上側絶縁セラミックス
１０の上面に吸着保持するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな従来構造のチャック装置にあっては、チャック本体
１６を作るためには上側絶縁セラミックス１０と下側絶
縁セラミックス１２を形成し、更に、これらの間に導電
層１４を挟み込んで焼成し、一体成形することからかな
りの工程数を必要とし、装置自体のコスト高を招来する
という改善点を有している。また、この種の構造のよう
に導電層１４を２つのセラミックス１０、１２によりサ
ンドイッチ状に挟み込んで一体成形するためには、上
側、下側の両絶縁セラミックスの厚さを成型時における
耐久性を確保するに十分な厚さに設定して機械的強度を
持たせなければならず、その分だけ上部電極２と下部電
極４との間の距離が大きくなってしまい、プラズマの発
生効率が低下し、処理特性が劣化するという改善点を有
していた。

【０００６】更には、プラズマ処理中においてはプラズ
マにより発生する熱に起因してウエハが加熱されてしま
うのでこれを冷却するために或いはこの温度調整を行う
ために、下部電極４側に設けた冷却手段（図示せず）に
よりウエハＷを冷却することが行われるが、上述のよう
に２つのセラミックス１０、１２を必要とすることから
ウエハＷと下部電極４との間の距離がその分大きくな
り、熱伝導効率が低下して処理特性も劣化するという改
善点も有していた。本発明は、以上のような問題点に着
目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の目的は、両面に接着剤の塗布された絶縁性フィ
ルムを用いることにより製造工程が簡単で特性を良好に
維持できる静電チャック装置及びその製造方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、処理容器内に収容される被処理体を吸
着保持する静電チャック装置において、一側面に静電吸
着用導電層が形成されると共に他側面に前記被処理体を
保持させる絶縁保持板と、前記処理容器内に収容される
べきプラズマ用電極と、両面に接着剤が形成されると共
に前記導電層の形成された絶縁保持板の面と前記プラズ
マ用電極との間に介在されて接合する絶縁性フィルムと
を備えるようにしたものである。

【０００８】

【作用】本発明は、以上のように構成されたので、絶縁
保持板の静電吸着用導電層の形成されている面とプラズ
マ用電極との間に両面に接着剤が形成されている絶縁性
フィルムを挟み込んで積層する。そして、これら積層し
たものを加熱しつつその上下方向より圧力を加えて圧着
し全体を接合する。これにより、製造工程を複雑化する
ことなく全体の厚さの薄いチャック装置を製造すること
ができ、プラズマ効率等の処理特性を改善することが可
能となる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係る静電チャック装置の一
実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に
係る静電チャック装置の一実施例を示す平面図、図２は
本発明の静電チャック装置が適用されるプラズマ処理装
置を示す断面図である。本実施例にあっては、静電チャ
ック装置をプラズマ処理装置としてのプラズマエッチン
グ装置に適用した場合について説明する。図示するよう
にこのプラズマエッチング装置は、例えばアルミニウム
等により円筒体状に成型された処理容器２２と、この処
理容器２２内で被処理体、例えば半導体ウエハＷを吸着
保持する静電チャック装置２４と、処理容器２２内のウ
エハ面と平行する方向に磁界を発生させるためのマグネ
ット部２６と、処理容器２２内にプラズマを発生させる
ための高周波電源２８とにより主に構成されている。

【００１０】上記処理容器２２は、天井部を有し下方が
開放された上側容器２２Ａとその開放部を開閉可能に塞
ぐ底部２２Ｂとよりなり、この上側容器２２Ａの下部側
壁には排気口３０が形成されると共にこの排気口３０に
は真空ポンプ３２が接続されており、処理容器２２内を
例えば１０^-6Ｔｏｒｒ程度まで真空引きできるように構
成される。また、上側容器２２Ａの上部側壁にはエッチ
ングガスを供給するためのガス導入口３４が形成される
と共にこのガス導入口３４には例えば塩素ガス等のエッ
チングガスの供給源であるエッチングガス供給ユニット
３６が接続される。また、上記マグネット部２６は、処
理容器２２内の電極間においてウエハ表面に平行な水平
磁場を形成する機能を有し、支持部材３７に支持された
永久磁石３９とこれを水平面内に回転させるモータ４１
とにより構成されている。

【００１１】上記静電チャック装置２４は、上記底部２
２Ｂ上に例えばセラミックス等により容器状に成型され
た電気絶縁部３８及び温度調整ブロック４０を介して処
理容器２２内に位置されている。上記温度調整ブロック
４０には冷却流体等を循環させる流体通路４２が形成さ
れる。上記静電チャック装置２４は、プラズマ用電極と
して、例えばアルミニウム等により中央部が突出成形さ
れた肉厚な円板状の下部電極４４を有し、この下部電極
は、開閉スイッチ４６、コンデンサ４８を介して前記高
周波電源２８へ接続されている。また、処理容器２２の
上側容器２２Ａは接地されており、上部電極５０として
構成されている。従って、この上部電極５０と下部電極
４４とにより平行平板電極が構成されることになる。

【００１２】そして、下部電極４４の上部には、図１に
示すように両面に接着剤５２を形成した絶縁性フィルム
５４を介して例えばセラミックス等よりなる絶縁保持板
５６が接着固定されている。この絶縁保持板５６の上面
はウエハＷと直接的に接触してこれを吸着保持する保持
面として構成され、保持板５６の下面には、例えば銅箔
等よりなる静電吸着用導電層５８がスパッタリングや印
刷等によりその周縁部を僅かに残して形成されている。
この導電層５８は、周辺部から絶縁されたリード６０に
より開閉スイッチ６２を介して、例えば２ＫＶの高圧直
流源６４へ接続されており、これによって発生する電界
によってウエハＷに正・負の電荷の分離が生じ、導電層
５８に近いウエハ下面には導電層５８に集まる電荷と逆
の電荷が集まり、従って、ウエハＷは、導電層５８側へ
クーロン力により吸着保持されることになる。

【００１３】このような、静電チャック装置２４を形成
する方法を図３に基づいて説明する。まず、絶縁材料、
例えばセラミックスを所定の厚さの円板状に形成して絶
縁保持板５６を形成する。この保持板５６の大きさは、
この上面にウエハＷを十分に載置し得る大きさ、例えば
ウエハＷの直径と略等しくし、また、この保持板５６の
厚さＬ１は、後述するようにプラズマ処理特性を向上さ
せるためにできるだけ小さくするのがよいが、少なくと
も成型時に必要とされる機械的強度を確保できる程度の
大きさ、例えば１ｍｍ以上とするのが好ましい。そし
て、このセラミックスよりなる絶縁保持板５６の裏面
に、導電性材料、例えば銅箔等をスパッタリング法や印
刷法等により形成し、静電吸着用導電層５８を設ける。
この時の銅箔の厚さは、例えば２０μｍ程度に設定し、
また、この周縁部は、絶縁保持板５６の周縁部よりも僅
かに小さくなるように間隔Ｓを設ける。そして、この吸
着用導電層５８に高周波電源２８（図２参照）へ接続さ
れるべきリード６０を取り付ける。

【００１４】このように吸着用導電層５８を絶縁保持板
５６の一側面に形成したならば、これと予め形成されて
いる下部電極４４の突出部４４Ａとの間に、両面に接着
剤５２、５２が予め形成されている絶縁性フィルム５４
を挟み込んで積層し、これを図１に示すように加熱しつ
つ上下方向から圧力を加えて全体を圧着する。この時、
下部電極４４の突出部４４Ａの大きさ、絶縁フィルム５
４の大きさ及び絶縁保持板５６の大きさをそれぞれ同一
に設定し、上記静電吸着用導電層５６を絶縁性フィルム
の周縁部により確実に絶縁する。また、絶縁性フィルム
５４及び下部電極には、リード６０を挿通するための挿
通孔６６、６８がそれぞれ設けられており、また、リー
ド６０にはこれを下部電極４４から電気的に絶縁するた
めに所定の絶縁処理が施されている。

【００１５】上記絶縁性フィルム５４は、柔軟性を有
し、図１にも示すように厚さ例えば２５μｍ程度の例え
ばポリイミドフィルムよりなる絶縁性フィルム本体７０
の両面全面に揮発性溶媒に溶解された例えばポリイミド
系樹脂よりなる接着剤５２、５２を塗布して形成されて
いる。圧着成形時には、まず、絶縁保持板５６、絶縁フ
ィルム５４及び下部電極４４を積層した状態で、所定の
温度、すなわち接着剤５２中の溶媒が十分揮発する温
度、例えば１２０℃程度に全体を加熱して溶媒を十分に
揮散させる。そして、樹脂が溶融する温度以上の温度、
例えば１８０℃程度まで加熱すると共に同時に積層体を
その上下方向から加圧してこの状態を所定時間維持し、
全体を圧着する。この樹脂の溶融硬化中に発生する空気
や残留揮発性分は加圧力により潰されて排出されること
になる。

【００１６】このようにして構成される静電チャック装
置は、使用される接着剤及びフィルムがポリイミド系樹
脂であることから耐熱性に優れ、例えば連続で３００℃
の高温にも耐えることができるのみならず、加熱されて
も化学的に安定しており、ウエハＷの嫌う不純物を発生
することもない。尚、この絶縁性フィルム５４として、
従来使用されていたエポキシ系樹脂の絶縁性フィルム本
体の両面にエポキシ系接着剤を塗布して形成したものを
用いてもよいのは勿論である。尚、図２中において、７
０は、ガス供給路７２を介して静電チャック装置２４と
ウエハＷとの間に、例えばＨｅ、Ｏ₂ 、Ａｒ、Ｎ₂ 等の
熱伝達ガスを供給するための熱伝達ガス供給ユニットで
ある。

【００１７】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、図示しないゲートバルブ
等を介して処理容器２２内へ搬入されたウエハＷは、静
電チャック装置２４の絶縁保持板５６上に載置されて、
ここに静電チャックされて吸着保持される。そして、エ
ッチングガス供給ユニット３６からエッチングガスを容
器内へ供給しつつ真空ポンプ３２によって処理容器２２
内を真空引きする。そして、容器内圧力を例えば１０^-2
〜１０^-3Ｔｏｒｒ程度に維持しつつ高周波電源２８によ
り上部及び下部電極５０、４４間に高周波を印加し、プ
ラズマを発生させてウエハＷに対してプラズマ処理を施
す。

【００１８】この時、処理容器２２の上方の永久磁石３
９を回転させて電極間に水平磁場を形成することによ
り、ここに存在する電子がサイクロン運動を行い、電子
がエッチングガスの分子に衝突することによって分子の
電離が加速されてプラズマ化が促進される。そして、発
生したプラズマ等がウエハ表面に作用し、ケミカルエッ
チングが行われる。ここで、静電チャック装置２４によ
りウエハＷと吸着保持するときには、高圧直流電源６４
に接続された開閉スイッチ６２を閉じることにより絶縁
保持板５６の下面に設けた静電吸着用導電層５８に図示
例にあっては例えばプラス高電圧を印加してこれにプラ
スの電荷を集め、これにより絶縁保持板５６の上面に載
置されるウエハＷは、プラスとマイナスに電離し、マイ
ナス電荷がウエハ下面に集まることになり、結果的にウ
エハＷはクーロン力により導電層５８側、すなわち絶縁
保持板５６に吸着保持されることになる。この吸着保持
は、ウエハのプラズマ処理の間、維続して行われること
になる。

【００１９】ここで、本実施例にあっては、絶縁保持板
５６の下面に静電吸着用導電層５８を形成し、これを下
部電極４４へ取り付ける際に、両面に接着剤５２、５２
の塗布された厚さの非常に薄い絶縁性フィルム５４を用
いるようにしたので、従来装置のように導電層を上下２
つのセラミックス１０、１２（図６参照）間に挟み込ん
で一体成形した場合と比較して全体の厚さを小さくする
ことができ、従って、その分だけ上部電極５０と下部電
極４４との間の距離を短くすることができるので、プラ
ズマ処理効率を向上させることができる。

【００２０】また、上記した理由によりウエハＷの下面
と下部電極４４との間の距離は、少なくとも図６に示す
従来装置における下部絶縁セラミックス１２の厚さに相
当する長さだけ短くすることができるので、これらの間
の熱伝導効率が向上し、温度調整ブロック４０からの冷
熱をウエハＷ側に効率的に供給することができるので、
ウエハＷを効率的に冷却乃至温度調整することが可能と
なり、この点からもプラズマ処理特性を向上させること
ができる。また、この静電チャック装置を組み立てる場
合には、従来装置の場合に必要とされた工程、すなわち
２つのセラミックスで導電層を挟み込んで一体成形する
という複雑な工程を用いることなく簡単に組み立てるこ
とができるので、組み立て工程数及び部品点数も削除す
ることができ、大幅にコスト削減を図ることができる。

【００２１】更に、絶縁保持板５６と下部電極４４とを
接着させる材料として耐熱性の優れたポリイミド系の接
着剤５２及びポリイミド系のフィルム本体７０を用いる
ようにしたので、これがプラズマ処理時に高温に晒され
ても剥離が生ずることなく、例えば連続３００℃での高
温処理も行うことができる。特に、最近のようにウエハ
の処理工程が複雑化し、エッチング時の垂直形状の特性
を改良したり反応成分の容器内壁への付着の防止を図る
ために処理温度を上昇させる傾向にある状況下において
は、上記したようなポリイミド系樹脂の接着剤等を用い
ることにより、この高温化傾向に対応することが可能と
なる。尚、上記ポリイミド系樹脂の接着剤及び絶縁性フ
ィルム本体に換えて他の樹脂、例えばエポキシ系樹脂の
接着剤や絶縁性フィルム本体を用いてもよいが、この場
合には処理温度は最高１５０℃程度に設定する。

【００２２】また、ウエハＷのプラズマ処理時におい
て、ウエハＷを加熱したり或いはこの温度制御を行うた
めに加熱手段、例えばセラミックスヒータをウエハ近傍
に設置する場合があるが、この場合には、図４に示すよ
うに、図１に示した絶縁性フィルム５４と下部電極４４
との間にセラミックスヒータ７４と、上記絶縁性フィル
ム５４と同様に構成された、すなわち絶縁性フィルム本
体７６の両面に接着剤７８、７８を塗布してなる第２の
絶縁性フィルム８０とを順次介在させて積層し、積層体
を前述と同様に加熱圧着成形するようにしてもよい。上
記実施例にあっては、本発明をプラズマエッチング装置
に適用した場合について説明したが、これに限定され
ず、プラズマＣＶＤ装置、スパッタリング装置、アッシ
ング装置等にも適用し得るのは勿論である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような優れた作用効果を発揮することができる。両面
に接着剤の塗布された絶縁性フィルムを用いるようにし
たので、組み立て工程数及び部品点数を削減することが
でき、装置のコストの削減に寄与することができる。上
記した理由により、被処理体と下部電極との間の距離を
短くすることができるので、プラズマ処理効率を向上さ
せることができるのみならず、被処理体の冷却効率も向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電チャック装置の一実施例を示
す組み立て平面図である。

【図２】本発明の静電チャック装置が適用されるプラズ
マ処理装置を示す断面図である。

【図３】本発明の静電チャック装置の製造方法を説明す
るための組立図である。

【図４】本発明の静電チャック装置の他の実施例の製造
方法を説明するための組立図である。

【図５】従来の静電チャック装置を示す構成図である。

【図６】図５に示す静電チャック装置の組立図である。

【符号の説明】

２２処理容器２４静電チャック装置２８高周波電源４４下部電極（プラズマ用電極）５０上部電極５２接着剤５４絶縁性フィルム５６絶縁保持板５８静電吸着用導電層７０絶縁性フィルム本体Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理容器内に収容される被処理体を吸着
保持する静電チャック装置において、一側面に静電吸着
用導電層が形成されると共に他側面に前記被処理体を保
持させる絶縁保持板と、前記処理容器内に収容されるべ
きプラズマ用電極と、両面に接着剤が形成されると共に
前記導電層の形成された絶縁保持板の面と前記プラズマ
用電極との間に介在されて接合する絶縁性フィルムとを
備えたことを特徴とする静電チャック装置。
【請求項２】前記接着剤は、耐熱性ポリイミド系接着
剤よりなることを特徴とする請求項１記載の静電チャッ
ク装置。
【請求項３】処理容器内に収容される被処理体を吸着
保持する静電チャック装置を製造する方法において、一
側面に静電吸着用導電層が形成されると共に他側面に前
記被処理体を保持させる絶縁保持板と、前記処理容器内
に収容されるべきプラズマ用電極との間に、両面に接着
剤が形成された絶縁性フィルムを介在させて加熱しつつ
圧着するように構成したことを特徴とする静電チャック
装置の製造方法。
【請求項４】前記接着剤は、耐熱性ポリイミド接着剤
よりなることを特徴とする請求項３記載の静電チャック
装置の製造方法。