JPH08330403A

JPH08330403A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH08330403A
Application number: JP13143795A
Authority: JP
Inventors: Masaya Odagiri; 正弥小田桐
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【構成】導電体６とそれを被覆する絶縁膜７から構成さ
れ、載置される試料と前記導電体６との間に直流電圧が
印加されて前記絶縁膜７上に試料が吸着される静電チャ
ックにおいて、前記導電体６の内部に冷媒流路部１があ
り、冷媒の流路が複数形成され、前記冷媒の流路が周辺
部流路５１、５３と中央部流路５２に分けられ、周辺部
流路５１、５３のコンダクタンスを中央部流路５２のコ
ンダクタンスより大きくした静電チャック。【効果】半導体基板に各種のプラズマ処理を施す半導体
製造装置等において用いられ、基板面内の均一性の良い
プラズマ処理を可能とし、またエッチング処理において
は基板周辺部のレジスト焼けを防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板に各種のプ
ラズマ処理を施す半導体製造装置等において試料台とし
て用いられる静電チャックに関するものであり、特に半
導体基板の温度制御が必要とされる静電チャックに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造過程におけるドライエッチン
グ工程や薄膜形成工程において、半導体基板等の試料の
固定治具として試料台部分に静電チャックが用いられて
いる。

【０００３】静電チャックは、導電体と導電体上の試料
の吸着部分を被覆する絶縁膜とを備え、導電体（電極）
と試料との間に所定の直流電圧を印加して、両者間にク
ーロン力を生ぜしめ、試料を導電体上に吸着、保持する
ものである。

【０００４】静電チャックは、従来アルミナ（Ａｌ₂Ｏ
₃）等のセラミック粘土にタングステン（Ｗ）等の金属
板を挟み込んで成形加工を施した後、焼成することによ
り製造されていた。しかしながら、この焼結タイプの静
電チャックにおいては、試料の温度制御を効率良く行う
ことが難しいという問題があった。これは、焼結タイプ
の静電チャックにおいては、割れのおそれがあるため内
部に冷媒の流路を形成することが困難であり、内部に冷
媒の流路が形成された冷却ジャケットをその下に設け
て、熱伝導により静電チャックの温度制御を行っていた
ためである。

【０００５】そこで、このような問題を解決するものと
して、溶射タイプの静電チャックが提案されている。こ
の溶射タイプの静電チャックは、アルミニウム（Ａｌ）
等の金属で所定形状の導電体を成形した後、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）等からなるセラミック粉末をプラズマ溶
射法により導電体の表面に溶射して絶縁膜を形成するこ
とにより製造される。この溶射タイプの静電チャックに
おいては、導電体の内部に冷媒の流路を設けることによ
り、静電チャックを直接温度制御できるため、試料の温
度制御を効率良く行うことができる。

【０００６】図３は溶射タイプの静電チャックの一例の
模式図で、（ａ）は正面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ水平
断面図である。

【０００７】図３（ａ）に示すように、アルミニウム
（Ａｌ）等の導電体６の表面にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）
等からなる絶縁膜７が形成されており、また導電体６の
内部には冷媒流路部１が形成されている。

【０００８】また、図３（ｂ）に示すように、この冷媒
流路部１には冷媒導入口２と冷媒排出口３とが１つずつ
設けられており、その間には複数の半円状の流路壁４に
より複数の流路５が形成されている。冷媒は冷媒導入口
１から導入され、複数の流路５に別れて循環し、冷媒排
出口２から排出される。このようにして試料台である静
電チャックの温度を制御して、試料の温度を所定の温度
に制御するのである。

【０００９】図４は静電チャックが用いられるプラズマ
装置の一例の模式的断面図である。

【００１０】このプラズマ装置は、主にプラズマ室２１
と反応室２２とからなる反応容器２０とプラズマ室４の
周囲に設けられた磁場発生コイル２９により構成され
る。反応室２２内には試料Ｓを載置するための試料台で
ある静電チャック３１が基台３２上に設置され、チャッ
ク押さえ３３により固定されている。チャック押さえ３
３の上にはこれを保護するための石英リング３４が載置
されている。静電チャック３１の冷媒流路部１には冷媒
導入管３５から冷媒が導入され、冷媒排出管３６から排
出される。また、静電チャック３１にはスイッチ３７を
介して直流電源３８が接続されている。

【００１１】プラズマ処理は次のようにして試料Ｓに施
される。図示しないチラー（冷媒循環装置）により静電
チャック３１内の冷媒の流路に冷媒を循環させて、試料
Ｓを所定の温度に保持する。プラズマ生成室２１および
反応室２２内を排気口２８より排気した後、第１のガス
導入管２６または第２のガス導入管２７から反応ガスを
供給する。磁場発生コイル２９にによりプラズマ室２１
内にＥＣＲ励起に必要な磁場を形成する。ＥＣＲはElec
tron Cyclotron Resonance（電子サイクロトロン共鳴）
を意味する。導波管２３およびマイクロ波導入窓２５を
介してプラズマ室２１内にマイクロ波を導入してプラズ
マを生成させる。このプラズマを反応室２２に引き出し
て、試料台である静電チャック３１上の試料Ｓにプラズ
マ処理を施すのである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の静電チャックの試料台を用いて、シリコンウエハ等
の試料にプラズマ処理を施す場合、プラズマ処理速度の
ウエハ面内の均一性が悪い場合がある。また、エッチン
グ処理を施す場合、ウエハ周辺部で冷却の不均一に起因
すると思われるレジスト焼けを起こす場合があるという
問題があった。

【００１３】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たものであり、ウエハ全面に均一性良くプラズマ処理を
施すことができ、またエッチング処理においてはウエハ
周辺部のレジスト焼けを起こさない静電チャックを提供
することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、導電体６とそれを被覆する絶縁膜７から構成さ
れ、載置される試料と前記導電体６との間に直流電圧が
印加されて前記絶縁膜７上に試料が吸着される静電チャ
ックにおいて、前記導電体６の内部に冷媒流路部１があ
り、この冷媒の流路が周辺部流路５１、５３と、中央部
流路５２とに分けられており、周辺部流路５１、５３の
コンダクタンスが中央部流路５２のコンダクタンスより
大きい静電チャックを要旨とする。

【００１５】なお、ここでいうコンダクタンスとは流路
の摩擦損失の逆数であり、流路の導入口と排出口での圧
力差とその流路を流れる冷媒の単位時間当たりの流量か
ら求めることができる。

【００１６】

【作用】図５は図４のプラズマ装置の静電チャックの周
辺部の拡大図である。シリコンウエハＳを載置したと
き、周辺部３９ではシリコンウエハＳがオーバーハング
状になるように、シリコンウエハの大きさに対してやや
小さめに静電チャック３１は作製されている。これは静
電チャック３１の角部が直接プラズマに曝されないよう
にして、この部分の表面をプラズマ照射によるスパッタ
から保護するためである。特に溶射タイプの静電チャッ
クは絶縁膜の厚みが薄いので保護が必要になる。このよ
うな理由でシリコンウエハがオーバーハング状になるよ
うにするため、シリコンウエハＳの外周部は静電チャッ
ク３１と接触しておらず、この部分のプラズマ照射によ
る入熱により、試料台の中心部と周辺部の抜熱量が同じ
場合は、周辺部の温度が高くなる。

【００１７】本発明の静電チャックは、静電チャック内
部に設けられた流路を周辺部流路と中央部流路に分け、
周辺部流路のコンダクタンスを中央部流路のコンダクタ
ンスに比べて大きくしている。こうすることにより、中
央部にくらべ周辺部の冷媒の流量を増して抜熱量を増加
させ、シリコンウエハ周辺部の温度を下げてシリコンウ
エハの面内の温度分布を均一化して、ウエハ全面に均一
にプラズマ処理を施すことができるようになる。また、
シリコンウエハ周辺部の過度の加熱を防ぐことができる
ので、エッチング処理時においてはレジスト焼けを防ぐ
ことができる。

【００１８】本発明の静電チャックは、流路毎のコンダ
クタンスに着目して、流路毎の流量を制御するものであ
るので、従来の静電チャックと同じく１つの冷媒導入口
と１つの冷媒排出口およびそれにつながる１つのチラー
（冷媒循環装置）で温度制御ができる。

【００１９】なお、本発明の周辺部流路および中央部の
流路の数はいくつでも良いことは言うまでもない。

【００２０】

【実施例】以下本発明の静電チャックの実施例を図面に
基づき説明する。

【００２１】図１は本発明の静電チャックの一実施例を
示す模式図で、（ａ）は正面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ
断面図である。

【００２２】図１（ａ）に示すように、アルミニウム
（Ａｌ）の導電体６の表面にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）お
よびチタニア（ＴｉＯ₂）からなる絶縁膜７が形成され
ており、また導電体６の内部には冷媒流路部１が形成さ
れている。

【００２３】図１（ｂ）に示すように、冷媒流路部１
は、冷媒導入口２および冷媒排出口３を１ケ所づつ有
し、流路壁４１、４２により、周辺部流路５１、中央部
流路５２および周辺部流路５３の３つの流路に分けられ
ている。冷媒は図示しないチラー（冷媒循環装置）より
冷媒導入口１から導入され、上記の３つの流路に分かれ
て流れた後、冷媒排出口２を経て図示しないチラーに戻
される。本実施例の装置においては、周辺部流路５１、
中央部流路５２、周辺部流路５３のコンダクタンスの比
を１．１：１．０：１．１とした。また、従来に比べ流
路の数を減少させそれぞれの流路のコンダクタンス自体
も大きくした。

【００２４】本実施例の静電チャックの冷却能力を評価
した。評価は図４に示したプラズマ装置内に本実施例の
静電チャックを設置して、その上にシリコンウエハを載
置した状態でプラズマ照射を行いシリコンウエハの面内
温度分布の測定により行った。また、比較例として図３
に示した従来の静電チャックについても同様の評価を行
った。実験条件は以下の通りである。６インチのシリコ
ンウエハを用い、中心および端（外縁から１０ｍｍ内
側）において温度を測定した。冷媒は住友スリーエム社
製フロリナート（登録商標）ＦＣ−７７（Ｃ₈Ｆ₁₈とＣ
₄Ｆ₇ＯＣ₄Ｆ₉の混合物）を用いた。冷媒の温度は０
℃とした。プラズマ照射の条件は、Ｃ₄Ｆ₈：３０ｓｃ
ｃｍ、Ｏ₂：１５ｓｃｃｍ、圧力１ｍＴｏｒｒ、マイク
ロ波パワー１．８ｋＷ、照射時間３分であった。

【００２５】図２はウエハ面内の温度分布の測定結果を
示す図で、（ａ）は本発明例のウエハ面内温度分布、
（ｂ）は比較例のウエハ面内温度分布、そして（ｃ）は
ウエハ面内温度分布の静電チャック印加電圧依存性を示
すものである。図２（ａ）、（ｂ）から、従来の静電チ
ャックにおいては中心に比べ周辺が２０℃以上高かった
のに対し、本発明の静電チャックにおいては４℃の差に
縮めることができ、温度分布の均一性を改善することが
できた。こうすることにより、ウエハに面内均一性良く
プラズマ処理を施すことができる。

【００２６】また、図２（ｃ）から従来よりも低印加電
圧で効率良くシリコンウエハを均一に冷却できているこ
とがわかる。これは、各流路のコンダクタンス自体を大
きくしたことと、流路内でのよどみ点もしくはよどみ点
が発生し得る構造を少なくしたことにより抜熱効率が向
上したためである。

【００２７】また、この実施例の静電チャックにあって
は試料周辺部の加熱を防ぐことができており、エッチン
グ処理時においてはレジスト焼けを防ぐことができる。

【００２８】

【発明の効果】上述したように本発明の静電チャック
は、半導体基板に各種のプラズマ処理を施す半導体製造
装置等において用いられ、基板全面に均一にプラズマ処
理を施すことができ、またエッチング処理においてはウ
エハ周辺部のレジスト焼けを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャックの一実施例を示す模式図
で、（ａ）は正面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図であ
る。

【図２】ウエハ面内の温度分布の測定結果を示す図で、
（ａ）は本発明例のウエハ面内温度分布、（ｂ）は比較
例のウエハ面内温度分布、そして（ｃ）はウエハ面内温
度分布の静電チャック印加電圧依存性を示すものであ
る。

【図３】従来の溶射タイプの静電チャックの一例の模式
図で、（ａ）は正面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図で
ある。

【図４】静電チャックが用いられるプラズマ装置の一例
の模式的断面図である。

【図５】図４のプラズマ装置の静電チャックの周辺部の
拡大図である。

【符号の説明】

１冷媒流路部２冷媒導入口３冷媒排出口４流路壁５流路６導電体７絶縁膜３１静電チャック３５冷媒導入管３６冷媒排出管３８直流電源４１流路壁４２流路壁５１周辺部流路５２中央部流路５３周辺部流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電体とそれを被覆する絶縁膜から構成さ
れ、載置される試料と前記導電体との間に直流電圧が印
加されて前記絶縁膜上に試料が吸着される静電チャック
において、前記導電体の内部に冷媒の流路が複数形成さ
れ、前記冷媒の流路が周辺部流路と中央部流路とに分け
られており、周辺部流路のコンダクタンスが中央部流路
のコンダクタンスより大きいことを特徴とする静電チャ
ック。