JPH09223729A - 静電チャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】双極型の静電チャック１０をプラズマ雰囲気で
用いた場合のウェハ２０の吸着力を均一にする。 【解決手段】ウェハ２０の載置面１１ａを有する基体１
１の内部に対になった二種類の吸着電極を備えた双極型
の静電チャックであって、上記二種類の吸着電極間の境
界線の長さの合計を基体１１の直径の２倍より大きくす
るとともに、上記二種類の吸着電極を円周方向にほぼ均
一に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や液晶の製
造装置において、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェ
ハを保持・搬送するために使用する静電チャックに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程で、半導体ウェハに成膜
を施すＣＶＤ装置やそのウェハに微細加工処理を施すド
ライエッチング装置において、半導体ウェハの保持部材
として静電チャックが用いられている。

【０００３】この静電チャックには、単極型と双極型の
二種類があり、単極型では静電チャック側の吸着電極と
ウェハとの間に電圧を印加するのに対し、双極型では静
電チャックに複数の吸着電極を備え、これらの電極間に
電圧を印加するようになっている。

【０００４】例えば、双極型の静電チャックの構造を図
４に示すように、絶縁性の基体３１の内部に半円形の第
１吸着電極３２及び第２吸着電極３３を埋設し、両電極
間に直流電圧を印加するための電源３８及びスイッチ３
９を備えている。そして、両電極間に通電すれば、誘電
分極によって吸着面３１ａの第１吸着電極３２部分は正
に、第２吸着電極３３部分は負にそれぞれ帯電される。
この吸着面３１ａにシリコン等のウェハ２０を載置する
と、吸着面３１ａの帯電状態と逆にウェハ２０が誘電分
極し、吸着面３１ａと吸着するようになっている。

【０００５】このような双極型の静電チャックは、単極
型のようにウェハ２０に通電する必要がないため、ウェ
ハ２０への悪影響を防止できるものである。

【０００６】また、近年、半導体素子の集積度の向上に
伴い、静電チャックに要求される精度も高度化してきた
め、セラミックス製静電チャックが利用されるようにな
っている。

【０００７】例えば上記基体３１の材質として、アルミ
ナにチタンを添加して還元性雰囲気で焼成したもの（特
開昭６２−２６４６３８号公報参照）、チタン酸バリウ
ム等の強誘電体材料で形成したもの（特開平２−３３９
３２５号公報参照）等がある。

【０００８】あるいは蒸着やドライエッチングを行う半
導体の製造工程においては、ハロゲン系プラズマを使用
することが多いため、耐プラズマ性に優れた窒化アルミ
ニウム質セラミックスで基体３１を形成することも提案
されている（特開平６−１５１３３２号公報参照）。

【０００９】また、このようなプラズマを利用した半導
体製造プロセスにおいては、ウェハを載置するステージ
にさまざまな機能が求められている。例えば、ウェハの
温度を一定に保つための温度制御機能やプラズマ発生用
電極を内蔵させたものがあった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、プラズマを
用いる工程で、図４のような双極型の静電チャックを用
いると、ウェハを均一に吸着することができないという
問題があった。

【００１１】これは、図５に示すようにプラズマを発生
させると、プラズマとウェハ２０との間にセルフバイア
スと呼ばれる電位差が発生し、ウェハ２０自体が例えば
正の電荷を帯びてしまうためである。これにより、正電
圧の印加された第１吸着電極３２上では吸着力が減少
し、一方負電圧の印加された第２吸着電極３３上では吸
着力が増加することになるため、中央の境界部３６で吸
着力の不均一が発生するのである。

【００１２】そして、吸着力が不均一であると、静電チ
ャック３０とウェハ２０の間での熱伝達率が不均一にな
るため、ウェハ２０の温度分布に差が生じて、半導体製
造工程において例えば成膜時の膜厚が不均一になるなど
の不都合があった。

【００１３】また、特公平１−５２８９９号公報によれ
ば、図６（ａ）に示すように電極を４つに分割し、点対
象な位置に第１吸着電極３２と第２吸着電極３３を備え
たものや、図６（ｂ）に示すように第１吸着電極３２と
第２吸着電極３３を互いに入り組んだ櫛歯形状としたも
のが示されている。

【００１４】しかし、このような形状の第１吸着電極３
２と第２吸着電極３３を備えた静電チャックでも上述し
た吸着力の不均一を解消することはできなかった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、双極型
の静電チャックにおいて、対になった吸着電極間の境界
線の長さの合計を基体の直径の２倍より大きくするとと
もに、対になった吸着電極を円周方向にほぼ均一に配置
したことを特徴とする。

【００１６】即ち、本発明ではプラズマ雰囲気中で用い
た場合の吸着力の不均一を解消するためには、ウェハの
載置面を平面視したときに、対になった二種類の吸着電
極が均一に分布するようになっていれば良いことから、
以下の２点に着目した。

【００１７】第１に、対になった二種類の吸着電極の境
界線を長くすれば良いことを見出した。

【００１８】ここで、境界線とは、二種類の電極の境界
部分において両者の中央に引いた仮想線のことを言い、
本発明ではこの境界線の長さの合計が基体の直径の２倍
を超えるようにすれば良い。

【００１９】このように境界線の長さの合計を長くする
ためには、二種類の電極をそれぞれ複数に分割して互い
違いに備えた形状とするか、あるいは互いに入り組んだ
形状とすれば良く、いずれの場合も、二種類の電極が均
一に分布することになる。

【００２０】第２に、対になった二種類の電極を円周方
向にほぼ均一に配置すれば良いことを見出した。

【００２１】ここで、円周方向にほぼ均一に配置すると
は、二種類の電極のそれぞれが、円周方向に見たときに
ある一定部分に偏って存在していないことを言い、その
ため、円形のウェハを均一に吸着することができるので
ある。

【００２２】具体的には、以下の条件を満たすことが望
ましい。まず、基体を平面視し、中心を通り互いに直交
するようなある２本の直線で４つの領域に分割する。そ
して、各領域における二種類の電極の面積の差が、当該
領域の面積に対して１０％以下となるようにすれば良
い。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下本発明の静電チャックの実施
形態を図によって説明する。

【００２４】図１に示す静電チャック１０は、セラミッ
クス等の絶縁体からなる円板状の基体１１に備えた吸着
面１１ａ近傍の内部に、それぞれ複数に分割した第１吸
着電極１２、第２吸着電極１３を備えている。各第１吸
着電極１２は全てビアホール１２ａで給電電極１４に接
続し、給電端子１４ａによって外部に導出される。また
各第２吸着電極１３は全てビアホール１３ａで給電電極
１５に接続し、給電端子１５ａによって外部に導出され
ている。

【００２５】そして、この給電端子１４ａ、１５ａ間に
直流電圧を印加するための電源１８及びスイッチ１９が
備えられている。この電源１８より第１吸着電極１２と
第２吸着電極１３の間に電圧を印加することによって、
双極型の静電チャックとして作用し、吸着面１１ａにウ
ェハ２０を吸着することができる。

【００２６】なお、図２（ａ）に第１吸着電極１２と第
２吸着電極１３の平面形状を示すように、各第１吸着電
極１２、第２吸着電極１３は格子状で互い違いに並び、
縦横に境界部１６を有している。そのため、各第１吸着
電極１２、第２吸着電極１３が均一に分布することにな
り、プラズマ雰囲気中で使用しても、ウェハ２０の吸着
力を均一とできる。

【００２７】ここで、本発明では、各第１吸着電極１
２、第２吸着電極１３の均一分布の度合いを表す尺度と
して、これら二種類の電極間の境界線の長さを用い、こ
の境界線の長さの合計を基体の直径の２倍より大きくし
た。

【００２８】境界線とは、二種類の電極の境界部におい
て、両電極間の中央となる部分に引いた仮想線のことで
あり、境界線の長さとはこれらの仮想線の合計長さのこ
とである。例えば、図４（ｂ）に示す従来の静電チャッ
ク３０では、境界線３７は第１吸着電極３２と第２吸着
電極３３の間に１本だけ引かれ、その長さＬは基体３１
の直径Ｄの１倍にしかならない。

【００２９】これに対し、図２（ａ）に示した本発明実
施例では、境界線１７は全ての格子状の境界部１６に存
在することになり、これらの長さの合計が境界線１７の
長さＬとなる。実際に図２（ａ）の形状の場合では、境
界線の長さＬは基体１１の直径Ｄの約１０倍となり、従
来例にくらべ格段に長くできることがわかる。

【００３０】このように、境界線１７の長さＬを基体１
１の直径Ｄの２倍より大きくすることによって、第１吸
着電極１２と第２吸着電極１３が均一に配置されること
になる。

【００３１】また、図２（ａ）に示すように第１吸着電
極１２と第２吸着電極１３を複数に分割したことによっ
て、各電極が基体１１の円周方向に均一に配置するよう
にしてある。

【００３２】ここで、円周方向に均一に配置するとは、
第１吸着電極１２と第２吸着電極１３のそれぞれが、円
周方向においてある部分に偏ることなくほぼ均一に配置
していることを言い、そのため円形のウェハ２０を均一
に吸着することができる。

【００３３】具体的には、以下の条件を満足することが
好ましい。まず、図２（ａ）に示すように、基体１１の
中心を通り互いに直交するようなある２本の直線２１、
２２で４つの領域に分割する。そして、各領域における
第１吸着電極１２と第２吸着電極１３の面積の差を求め
る。この面積差が、当該領域の面積（載置面１１ａの面
積の４分の１）に対して１０％以下となるようにすれば
良い。

【００３４】このように、円周方向に４つの領域に分割
し、それぞれの領域において第１吸着電極１２と第２吸
着電極１３の面積がほぼ等しくなるようにしておけば良
いのである。

【００３５】ちなみに、図６（ｂ）に示すような従来の
櫛歯状の電極を備えた静電チャック３０では、第１吸着
電極３２と第２吸着電極３３がそれぞれある一定方向に
偏って存在するため、円周方向にほぼ均一となっておら
ず、上述したように円周方向に４つの領域に分割したと
きに、各領域における第１吸着電極３２と第２吸着電極
３３の面積差が１０％以下とならない。

【００３６】次に本発明の他の実施形態を説明する。

【００３７】図２（ｂ）に示すものは、第１吸着電極１
２、第２吸着電極１３をそれぞれ複数に分割し、同心円
状に互い違いに形成してある。この場合、境界線１７は
円形に存在することになり、図２（ｂ）の場合では境界
線１７の長さＬは直径Ｄの約６倍となる。

【００３８】また、この例でも、第１吸着電極１２、第
２吸着電極１３は円周方向にほぼ均一に配置しており、
上述したように４つの領域に分割したときの各領域にお
ける第１吸着電極１２、第２吸着電極１３の面積差を当
該領域の面積の１０％以下とすることができる。

【００３９】さらに、図２（ｃ）に示すように、電極を
扇型に８分割した形状とし、互い違いに第１吸着電極１
２、第２吸着電極１３とすることもできる。この場合、
境界線１７の長さＬは直径Ｄの４倍となり、また、円周
方向にほぼ均一に配置した状態となる。

【００４０】また、以上の図２（ａ）〜（ｃ）の例では
第１吸着電極１２、第２吸着電極１３をそれぞれ複数に
分割したが、必ずしも分割する必要はない。

【００４１】例えば、図３（ａ）に示すように第１吸着
電極１２と第２吸着電極１３をそれぞれ一体とし、互い
に入り組んだ形状としたり、あるいは第図３（ｂ）に示
すように第１吸着電極１２と第２吸着電極１３をそれぞ
れ螺旋状に形成することもできる。これらの場合も境界
線の長さＬは直径の２倍以上とし、かつ上述したように
第１吸着電極１２と第２吸着電極１３を円周方向にほぼ
均一に配置させれば良い。

【００４２】なお、図３に示すように第１吸着電極１２
と第２吸着電極１３をそれぞれ一体とすれば、図１に示
すような給電電極１４、１５を備える必要がなく、静電
チャック１０の構造を簡略化することができる。

【００４３】また、上記図２〜図３の例において、境界
部１６の幅ｔは小さいほど効率良く吸着することができ
るが、製造上の点から０．５ｍｍ以上とすることが好ま
しい。さらに、第１吸着電極１２と第２吸着電極１３は
ウェハ２０よりもやや広い範囲に形成すれば、ウェハ２
０の吸着を均一にすることができる。

【００４４】また、載置面１１ａにおける残留吸着力対
策として、吸着電極の無い部分は段差を設けてウェハ２
０と接触しないようにしておくこともできる。さらに、
図示していないが上記載置面１１ａには溝等を形成し、
該溝中にＨｅガス等を流すことによって、基体１１とウ
ェハ２０間の熱伝達を高めることができる。

【００４５】以上の例において、基体１１は絶縁材であ
れば良いが、好ましくはＡｌ₂ Ｏ₃，ＡｌＮ，Ｚｒ
Ｏ₂ ，ＳｉＣ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等の一種以上を主成分とする
セラミックスを用いる。これらの中でも特に耐プラズマ
性の点から、９９重量％以上のＡｌ₂ Ｏ₃ を主成分とし
ＳｉＯ₂ ，ＭｇＯ，ＣａＯ等の焼結助剤を含有するアル
ミナセラミックスや、ＡｌＮを主成分とし周期律表２ａ
族元素酸化物や３ａ族元素酸化物を０．５〜２０重量％
の範囲で含有する窒化アルミニウム質セラミックス、あ
るいは９９重量％以上のＡｌＮを主成分とする高純度窒
化アルミニウム質セラミックスのいずれかが好適であ
る。

【００４６】また、第１吸着電極１２、第２吸着電極１
３の材質としては、タングステン（Ｗ）等を用いる。

【００４７】さらに、図示していないが基体１１中に
は、発熱抵抗体やプラズマ発生用電極を埋設することも
できる。あるいは、上記吸着電極とプラズマ発生用電極
を兼用させることもできる。

【００４８】また、本発明の静電チャック１０を製造す
る場合は、上記セラミック原料をグリーンシートとし、
各シートに各電極やビアホールを形成して、積層し一体
焼成することによって得ることができる。

【００４９】あるいは、載置面１１ａ部分のみを薄膜法
によって形成することもできる。この場合は、給電電極
１４、１５とビアホール１２ａ、１３ａのみを備えた基
体１１を上述したグリーンシート積層法で作製し、上面
に露出させたビアホール１２ａ、１３ａに導通するよう
に第１吸着電極１２、第２吸着電極１３を形成する。こ
れは、金属箔のロウ付け、ＣＶＤ法等による金属膜、導
電ペーストを印刷して焼き付け等の方法で形成する。そ
の後、第１吸着電極１２、第２吸着電極１３を覆うよう
にＣＶＤ法等でセラミックスコーティングして載置面１
１ａを形成すれば良い。

【００５０】

【実施例】本発明実施例として、図１及び図２（ａ）に
示す格子状の電極を備えた６インチ用の静電チャック１
０を作製した。基体１１は高純度窒化アルミニウム質セ
ラミックスで形成し、第１吸着電極１２と第２吸着電極
１３の境界線１７の長さＬは直径Ｄの１０倍とした。ま
た、２本の直線２１、２２で分割した４つの領域におけ
る第１吸着電極１２と第２吸着電極１３の面積の差は、
当該領域の面積に対して３％となるようにした。

【００５１】一方比較例として、図４（ｂ）に示すよう
に第１吸着電極３２と第２吸着電極３３を半円形とした
もの、図６（ｂ）に示すように第１吸着電極３２と第２
吸着電極３３を櫛歯状としたものをそれぞれ用意した。

【００５２】それぞれの静電チャックを用いて、プラズ
マＣＶＤ装置中で１０００Ｖの電圧を印加してウェハ２
０を吸着し、また２０００Ｗの高周波出力でプラズマを
発生させて、１分間のプロセス処理を行い、ウェハ２０
上にＳｉＯ₂ の膜を４０００Å形成した。

【００５３】処理後、得られたウェハ２０上での膜厚の
分布を測定したところ、表１に示す通りであった。この
ように、従来の半円形の電極を備えた静電チャックを用
いた場合は、二種類の電極の境界線の長さが短く、かつ
それぞれの電極が円周方向に均一に分布していないた
め、ウェハ２０を均一に吸着できず、その結果、ウェハ
２０に形成するＳｉＯ₂ の膜厚が所定の値に対して３０
〜４０％の範囲でばらついていた。また、従来の櫛歯状
の電極を備えた静電チャックを用いた場合でも、それぞ
れの電極が円周方向に均一に配置していないため、１５
〜２５％のバラツキがあった。

【００５４】これらに対し、本発明実施例の静電チャッ
クを用いれば、ウェハ２０を均一に吸着できることか
ら、膜厚のバラツキの範囲を５〜１０％と小さくできる
ことがわかった。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ウェハの
載置面を有する基体の内部に対になった二種類の吸着電
極を備えた双極型の静電チャックであって、上記二種類
の吸着電極間の境界線の長さの合計を基体の直径の２倍
より大きくするとともに、上記二種類の吸着電極を円周
方向にほぼ均一に配置したことによって、プラズマ雰囲
気中で用いてもウェハを均一に吸着することができる。
そのため、ウェハと静電チャックとの熱伝達率を均一と
し、ウェハの温度分布差を小さくできるため、半導体製
造工程におけるウェハの加工性を均一とし、特性の優れ
た半導体装置を歩留り良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電チャックを示す概略断面図であ
る。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の静電チャックの吸着
電極の形状を示す平面図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の静電チャックの吸着電
極の形状を示す平面図である。

【図４】（ａ）は従来の静電チャックを示す概略断面
図、（ｂ）は吸着電極の形状を示す平面図である。

【図５】従来の静電チャックを示す概略断面図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は従来の静電チャックの吸着電極
の形状を示す平面図である。

【符号の説明】

１０：静電チャック １１：基体 １１ａ：載置面 １２：第１吸着電極 １３：第２吸着電極 １４：給電電極 １５：給電電極 １６：境界部 １７：境界線 １８：電源 １９：スイッチ ２０：ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長崎 浩一 鹿児島県国分市山下町１番１号 京セラ株 式会社鹿児島国分工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェハの載置面を有する基体の内部に対に
   なった吸着電極を備えた双極型の静電チャックであっ
   て、上記対になった吸着電極間の境界線の長さの合計を
   基体の直径の２倍より大きくするとともに、上記対にな
   った吸着電極を円周方向にほぼ均一に配置したことを特
   徴とする静電チャック。