JPH0737971A - ウエハチャック - Google Patents

ウエハチャック

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JPH0737971A
JPH0737971A JP29094393A JP29094393A JPH0737971A JP H0737971 A JPH0737971 A JP H0737971A JP 29094393 A JP29094393 A JP 29094393A JP 29094393 A JP29094393 A JP 29094393A JP H0737971 A JPH0737971 A JP H0737971A
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wafer
electrodes
chuck
insulation layer
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JP29094393A
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Roger Robbins
ロビンス ロジャー
Dave Autrey
オーテリィ デイブ
Pote Pruettiangkura
プルエッティアングクラ ポーテ
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50Substrate holders
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェーハチャックが改善した方法で半導体ウ
ェーハをクランプする。 【構成】 ベース(14)、第1の絶縁層(16)、一
対の電極(18,20)及び第2の絶縁層(24)を含
む静電ウェーハチャック(10)を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般的には半導体ウエハ
処理に関するものであり、更に詳細には静電式ウエハチ
ャックに関するものである。
【0002】
【従来の技術】以前には、半導体ウエハがプラズマエッ
チング等の真空チャンバ内での各種の処理に曝されてい
る間にウエハをチャックへクランプするために、機械的
なクランピング装置が用いられてきた。物理的なクラン
ピング器材を用いたこのような方法は、ウエハとチャッ
クとの間に熱的接触をもたらすための十分なクランプ力
を提供することに関してはある程度効果的であったが、
ガス流量や電界形状等の処理中のパラメーターに対して
妨害や干渉をもたらす器材を使用するものでもあった。
このため、ウエハのエッチングや堆積処理における均一
性に悪い影響を及ぼすことになった。また、損傷の原因
となる粒子が処理チャンバ中へ導入されることにもなっ
た。
【0003】物理的なクランピング装置の欠点を克服す
るものとして、半導体ウエハ用の静電式ウエハチャック
が使用されるようになってきた。それには”単極式”
と”双極式”の2つの基本的設計がある。”単極式”設
計のものは静電式チャック中に埋め込まれた電極へ1つ
の極性をむすびつけることによってウエハをクランプす
るもので、ウエハをチャックへクランプするために、ウ
エハ上に誘導される電荷を利用している。この方法はウ
エハ上に生成される逆極性の電荷に依存しているが、こ
の電荷はウエハをクランプする必要が生じた時に常に利
用可能であるとは限らない。”双極式”の設計は互いに
逆極性の2つの電極をチャック絶縁体の内側に埋め込ま
れて含んでおり、それらによって、ウエハそれ自体の電
荷状態には関係なく、引き合うクランプ力を生成するこ
とができる。”双極式”設計では互いに逆極性に帯電し
た2つの電極の中間にある”中性”の電位(アース電
位)にウエハをおいてクランプ力を発生させることがで
き、そのことが特長となっている。これに対して従来技
術の”双極式”設計は、処理環境と適合もしないし、強
固な絶縁性を提供もせず、もしアーク放電が発生すれば
破壊されてしまうような絶縁材料を採用している。
【0004】本発明の好適な実施例については図面に示
されている。
【0005】
【実施例】さて、図1を参照すると、本発明の静電式チ
ャック10が示されている。簡単のために、チャック1
0は所定の位置にウエハ12を配置して示されている
が、本発明を適用すべき処理チャンバは省略してある。
しかし、半導体ウエハの処理業者には既知のように、こ
のチャック10は処理チャンバ中に設置されるべきもの
であり、そのチャンバ中でプラズマエッチングや堆積の
ような各種の処理が施されるはずである。
【0006】チャック10は金属ベース14を有し、そ
れは望ましくはアルミニウムでできている。ベース14
は当業者には既知のある種の温度を制御された熱リザー
バー(図示されていない)へ取り付けられる。この熱リ
ザーバーは処理されるべきウエハ12の温度制御を許容
する。それは更に、チャック10へ、あるいはウエハ1
2の裏面へ各種のガスを導入するための何らかの開口ま
たはガスの通路が設けられている。また、ベース14を
貫通して、チャック10からウエハ12を持ち上げて処
理チャンバから機械的に取り出すためのウエハ持ち上げ
ピン(図示されていない)のための孔も設けられてい
る。
【0007】好適実施例はベース14を覆って形成され
るベース絶縁層16を含んでいる。ベース絶縁体16は
硬質の厚い酸化アルミニウム陽極酸化層であるのが望ま
しい。この層は望ましくは約0.038ミリメートル
(0.0015インチ)の厚さにまで研磨される。ベー
ス絶縁層16は電極18および20をベース14から電
気的に分離するために設けられる。電極18および20
は導電性金属、望ましくはアルミニウムでできている。
電極18および20の望ましい厚さは約4,000ない
し5,000オングストロームである。図2から分かる
ように、電極18と20とは空隙22によって互いに分
離されている。
【0008】電極18および20の上部を覆って上部絶
縁層24が形成される。それは望ましくは酸化アルミニ
ウムの障壁酸化物層であって、好適実施例では約4,0
00ないし5,000オングストロームの厚さである。
上部絶縁層は望ましくは600V程度の耐圧を有する。
【0009】別の実施例が図3に示されており、そこに
おいてはクランプ10中に一連の溝26が形成されてい
る。この溝26は、上述のウエハ持ち上げ孔28へつな
げてもよい。この特定の実施例は、プラズマを整形し、
更に静電式チャックのリードおよび接続を保護する目的
でチャックの外側の部分を絶縁性のリングで以て覆うよ
うにするために設計されたものである。リード32およ
び34は電極18および20へつながれる。チャックを
それの支持体へ取り付けるためにボルト孔29が設けら
れている。
【0010】本発明のチャック10を形成する好適な方
法について以下に説明する。ベース14はアルミニウム
で作られる。図3に示した別の実施例のようにガス溝2
6を備えるのが望ましければ、従来の加工法等によって
それらを形成することができる。持ち上げ孔28および
任意の必要なボルト孔もまた設けることができる。
【0011】ベース絶縁層16を形成するために、好適
方法においては、ベース14を硫酸浴中で選択的に陽極
酸化させる。この陽極酸化によって50ないし75マイ
クロメートル(2ないし3ミル)程度の厚さの、比較的
厚い酸化アルミニウム層が形成される。ベース14の一
部分はマスクされて陽極酸化を免れ、これを搭載する電
極アセンブリ(図示されていない)との間で良好な電気
的接触を実現できるようにされる。次にこの酸化アルミ
ニウムの絶縁層16は、本質的に平坦で滑らかな表面に
なるように研磨される。絶縁層16の表面は約25ナノ
メートル(1マイクロインチ)を越えるような高低差が
無いことが望ましい。絶縁層16の全体の厚さは望まし
くは約38マイクロメートル(1.5ミル)である。ガ
ス溝26は、もし形成するのであれば、もちろんベース
14の表面に形成される。
【0012】一旦ベース絶縁層16が形成され、研磨さ
れれば、図2に示すように電極18および20、そして
延長部31および33の形状を有するシャドーマスク
(図示されていない)が形成される。シャドーマスクは
また、周辺に両端を有する空隙22に対応した棒構造を
含む。シャドーマスクがベース14の上に置かれ、ベー
ス14の露出部分に対して純粋のアルミニウムが堆積さ
れて、電極18および20、そして延長部31および3
3が形成される。好適実施例では、約8400オングス
トロームのアルミニウムが堆積される。
【0013】アルミニウムの堆積を行った後、シャドー
マスクは除去され、600ないし1000Vの電圧がベ
ース14と堆積されたアルミニウム層との間に印加され
る。このように印加されるこの電圧は、ベース絶縁層1
6中にあってベース絶縁層16を貫通もしくは部分的に
貫通している空孔中へ堆積されているかも知れないすべ
ての金属を蒸発させる働きをする。また、この電圧は酸
素雰囲気中で印加されるのが望ましい。そうすることに
よって、電圧印加中に、任意の露出金属エリア、すなわ
ちベース14上および空孔に接する堆積されたアルミニ
ウム層上のいずれにも酸化物が形成され、それが以降の
時点における短絡を防止することになる。
【0014】次に上部絶縁層24が形成される。この層
24は、十分高い電圧で、望ましくはホウ酸浴中で、堆
積アルミニウム層を陽極酸化することによって形成され
る薄い障壁層である。そのようにすることによって、こ
の層は約600Vの電圧に耐えることができる。
【0015】本実施例において図3に示すように、露出
したチャックのリード31および33において、外部リ
ード32および34への物理的コンタクトを取ることに
よって電極18および20への電気コンタクトが形成さ
れる。また図示のように電極18および20への電気的
コンタクトが形成される。
【0016】このチャックが処理チャンバ中で使用され
る場合は、ウエハがチャック上に置かれ、ウエハの電位
をアース電位として、電極18と20との間に電圧が印
加される。処理の均一性を制御するために、ウエハ表面
に亘る熱分布の制御を行うことが通常必要とされる。チ
ャックの表面は平坦であるから、ウエハ全面に亘って良
好な熱的接触が保たれる。
【0017】より優れた熱的制御が必要ならば、ガス溝
26を備えた別の実施例を用いることができる。この別
の実施例においては、溝26中へヘリウム等のガスが導
入される。ガスが溝26中を通過する間に、それが溝2
6から漏れだし、ウエハの裏面に亘って均一なガス圧を
生成し、より均一な温度分布を生み出すことになり、ウ
エハ全面に亘ってより均一な処理を実現できることにな
る。
【0018】ウエハをチャックから取り外すには、持ち
上げピンを用いて機械的に持ち上げるか、あるいはガス
溝26中へイオン化気体を導入し、下側の電極へ電圧を
印加してウエハ上の電荷を消失させることによってクラ
ンプ力を解放してウエハを取り出すことができる。
【0019】ウエハ上へおよぶクランプ力が層の厚さの
平方に逆比例することから、本質的にコンデンサーの誘
電体である上部絶縁層26が非常に薄いことは本発明の
1つの技術的な特長となっている。
【0020】本発明の別の技術的な特長は、本発明の静
電的なチャックがすべてアルミニウムで作られており、
従って半導体ウエハ処理チャンバの過酷な環境において
も耐えられるということである。
【0021】本発明の別の実施例の更に別の技術的な特
長は、チャック表面の平坦性のために、そしてウエハ裏
面のガス圧の均一性のために、ウエハ全面に亘って良好
な熱的接触が保持されるということである。更に加え
て、静電的力場がウエハ表面全体に亘ってウエハを引き
寄せるために、機械的なクランピングによって達成でき
るよりもより均一な接触がウエハとチャックとの間に達
成できる。このことがより優れた熱的均一性につなが
り、ひいてはより優れた処理の均一性につながる。
【0022】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)静電式ウエハチャックを作製する方法であって、
次の工程:ベースを形成すること、前記ベースの表面上
に第1の絶縁層を形成すること、前記第1の絶縁層上
に、互いに隣接し、各々が1つの電圧源へつながれるよ
うになった一対の電極を形成すること、および前記電極
を覆って第2の絶縁層を形成すること、を含む方法。
【0023】(2)第1項記載の方法であって、前記一
対の電極を形成する工程が更に、前記第1の絶縁層の一
部分をマスクすること、および前記第1の絶縁層の前記
マスクされていない部分上へ導電性層を堆積させるこ
と、の工程を含んでいる方法。
【0024】(3)第1項記載の方法であって、前記第
1の絶縁層を形成する工程が更に、前記ベースの一部分
を選択的に陽極酸化することによって、その上に酸化物
層を形成すること、の工程を含んでいる方法。
【0025】(4)第2項記載の方法であって、前記第
2の絶縁層を形成する工程が更に、前記導電性層を陽極
酸化して、その上に酸化物層を形成すること、および前
記酸化物層を研磨すること、の工程を含んでいる方法。
【0026】(5)第1項記載の方法であって、更に、
前記ベースと電極との間に電圧を印加すること、工程を
含む方法。
【0027】(6)第1項記載の方法であって、更に、
前記ベースの表面に溝を形成すること、の工程を含む方
法。
【0028】(7)静電式ウエハチャックであって:ベ
ース、前記ベース上に形成された第1の絶縁層、前記第
1の絶縁層上に形成され、互いに隣接し、各々が1つの
電圧源へつながれるようになった一対の電極、および前
記電極を覆って形成された第2の絶縁層、を含むウエハ
チャック。
【0029】(8)第7項記載のウエハチャックであっ
て、前記表面に溝が形成されたウエハチャック。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体ウエハを所定の位置に配置した本発明の
好適実施例の断面図。
【図2】図1の静電式チャックの電極の平面図。
【図3】静電式チャックの別の実施例の平面図。
【図4】好適実施例の装置において発生されるクランプ
力と加えられる電圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
10 チャック 12 ウエハ 14 ベース 16 ベース絶縁体 18,20 電極 22 空隙 24 上部絶縁層 26 溝 28 ウエハ持ち上げ孔 29 ボルト孔 31,33 電極延長部 32,34 リード
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年6月22日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポーテ プルエッティアングクラ アメリカ合衆国テキサス州ガーランド,ダ ッチェス ドライブ 2606

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 静電式ウエハチャックを作製する方法で
    あって、次の工程:ベースを形成すること、 前記ベースの表面上に第1の絶縁層を形成すること、 前記第1の絶縁層上に、互いに隣接し、各々が1つの電
    圧源へつながれるようになった一対の電極を形成するこ
    と、および前記電極を覆って第2の絶縁層を形成するこ
    と、 を含む方法。
  2. 【請求項2】 静電式ウエハチャックであって:表面を
    有するベース、 前記ベース上に形成された第1の絶縁層、 前記第1の絶縁層上に形成され、互いに隣接し、各々が
    1つの電圧源へつながれるようになった一対の電極、お
    よび前記電極を覆って形成された第2の絶縁層、 を含むウエハチャック。
JP29094393A 1992-11-20 1993-11-19 ウエハチャック Pending JPH0737971A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US97970492A 1992-11-20 1992-11-20
US979704 1993-01-25

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JPH0737971A true JPH0737971A (ja) 1995-02-07

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JP29094393A Pending JPH0737971A (ja) 1992-11-20 1993-11-19 ウエハチャック

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EP0609504A1 (en) 1994-08-10
TW288188B (ja) 1996-10-11
KR950015705A (ko) 1995-06-17

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