JPH1126563A

JPH1126563A - 静電吸着電極装置

Info

Publication number: JPH1126563A
Application number: JP17707297A
Authority: JP
Inventors: Takeisa Ogura; 毅勇小倉; Yoji Bito; 陽二尾藤
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1999-01-29
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JP3236533B2

Abstract

(57)【要約】【課題】静電吸着電極の外周部やフォーカスリングへ
堆積物が堆積することを抑制、防止する。【解決手段】ウエハ１を設置する静電吸着電極２と、
ウエハ１を吸着させるために直流高電圧を静電吸着電極
２に印加する直流高電圧電源５と、ウエハ１を冷却する
ためにウエハ１の裏面に冷却用ガスを導入するための機
構と、ウエハ１の外周に配置され静電吸着電極２を保護
するフォーカスリング３と、このフォーカスリング３の
近傍でガスを吹き出す機構とを備えた。冷却用ガスをフ
ォーカスリング３に向け吹き付ける構成とすることによ
り、反応生成物の中で蒸気圧の低い副生成物９が静電吸
着電極２の外周部やフォーカスリング３に堆積すること
を防止できる。そのため、ウエハ１が静電吸着電極２表
面に密着し、ウエハ１温度を安定した状態に制御でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体製造装置
のウエハの支持などに用いられる静電吸着電極装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体ウエハの大口径化（６イン
チから８、１２インチ）においてウエハの支持方法が課
題になっている。従来のメカニカルクランプ方式は大口
径ウエハになると面内のウエハ温度にばらつきがでる。
また、クランプリングの影響により、ウエハの周辺部の
特性が悪く、半導体製品の取れ数が減少する。その他ウ
エハの湾曲、反応室内の部品点数の多さ、クランプリン
グに付着する副生成物の脱落によるパーティクル発生等
の課題がある。現在はクーロン力、ジョンセン・ラーベ
ック力などの静電気を用い、ウエハを保持し、ウエハの
温度を制御している。この場合、ウエハのプロセス特性
は周辺部まで均一になり取れ数の増加をもたらしてい
る。また、反応室内の部品点数も減少するとともに、ウ
エハと直接接触するものはなく、パーティクル発生が抑
制できる。

【０００３】以下図面を参照しながら、上記した従来の
静電吸着電極の一例について説明する。図５は従来の静
電吸着電極の構造図、図６はその電極外周部の拡大図で
ある。図５において、１は処理されるウエハである。２
は静電吸着電極である。３は静電吸着電極の外周部を保
護するため、あるいはプラズマを閉じ込めるためのフォ
ーカスリング、４はウエハに高周波電力を印加するため
の高周波発振機である。５は静電吸着電極２に直流高電
圧を印加する電源、６は高周波が直流高電圧電源５に侵
入するするのを防ぐ抵抗、７は高電圧を補正する機構で
ある。９はプロセスにより生成される副生成物、１６は
副生成物の堆積物である。

【０００４】以上のように構成された静電吸着電極につ
いて、以下ドライエッチング装置を例にしてその動作に
ついて説明する。まず、装置の搬送システムにより処理
されるウエハ１が静電吸着電極２に搬送、設置される。
ウエハ１はフォーカスリング３に接触しないように搬送
される。反応室内のガス流量、圧力を調整した後、高周
波発振機４から静電吸着電極２に高周波電力が印加さ
れ、ウエハ１がエッチングされる。高周波電力印加の前
後に直流電源５より直流高電圧を電極２に印加すること
により、ウエハ１と電極２の間に静電気を発生させて、
ウエハ１を電極２に吸着させてエッチングを行う。その
時に高周波の影響を遮断し、補正するための機構６、７
が組み込まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、エッチングを進行していくと、反応生成
物の中で蒸気圧の低い（副）生成物９は、図６に示すよ
うに電極２の外周部やフォーカスリング３に堆積し、堆
積物１６となるので、ウエハ１の周辺部あるいは全体が
堆積物１６により電極２と接触しなくなくなり、エッチ
ング中のウエハ温度が上昇し、エッチング特性が変動す
る。また、この堆積物１６を除去するためのクリーニン
グ（メンテナンス）が必要になる。そのため、歩留まり
の低下、設備稼働率の低下という問題点を有していた。

【０００６】したがって、この発明の目的は、静電吸着
電極の外周部やフォーカスリングへ堆積物が堆積するこ
とを抑制、防止することができる静電吸着電極装置を提
供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、この発明の請求項１記載の静電吸着電極装置は、
ウエハを設置する静電吸着電極と、ウエハを吸着させる
ために直流高電圧を静電吸着電極に印加する直流高電圧
電源と、ウエハを冷却するためにウエハの裏面に冷却用
ガスを導入するための機構と、冷却用ガスの流量および
圧力あるいはその両方を調節する機構と、ウエハの外周
に配置され静電吸着電極を保護するフォーカスリング
と、このフォーカスリングの近傍でガスを吹き出す機構
とを備えた。

【０００８】このように、フォーカスリングの近傍でガ
スを吹き出す機構を備えたので、反応生成物の中で蒸気
圧の低い副生成物が静電吸着電極の外周部やフォーカス
リングに堆積することを防止できる。そのため、ウエハ
が静電吸着電極表面に密着し、ウエハ温度を安定した状
態に制御できる。請求項２記載の静電吸着電極装置は、
請求項１において、ウエハと静電吸着電極間に冷却用ガ
スが流れる空間を形成するために静電吸着電極の表面に
設けた突起または溝を静電吸着電極の外周部まで拡張す
ることにより冷却用ガスをフォーカスリングまで到達さ
せるようにした。通常、静電吸着電極の表面には冷却用
ガスが行き渡るように突起または溝が設けられており、
この突起または溝を静電吸着電極の外周部まで拡張する
ことにより冷却用ガスをフォーカスリングに吹き付ける
構成とすることができる。これにより、静電吸着電極の
外周部やフォーカスリングに堆積物が堆積することはな
い。また、ウエハを冷却するための冷却用ガスを利用し
て堆積を抑制しているので、従来の装置と比較しても僅
かな変更ですみ容易に構成することができる。また、冷
却用ガスは、不活性ガスであり、反応性は全くなく、半
導体装置製造工程に影響を与えることはない。この場
合、反応室内の処理圧力が中圧領域以上の場合に有効で
あり、冷却用ガスの吹き出し量が少量でも堆積物の堆積
を抑制できる。

【０００９】請求項３記載の静電吸着電極装置は、請求
項１において、フォーカスリングにガスを流すための配
管を設け、この配管のフォーカスリング表面に開口した
吹き出し口からガスを吹き出すようにした。このよう
に、フォーカスリング表面に開口した配管の吹き出し口
からガスを吹き出すようにしたので、このガスにより副
生成物は吹き飛ばされ、静電吸着電極の外周部やフォー
カスリングに堆積物が堆積することはない。この場合、
反応室内の処理圧力が高中圧領域以外の低圧力領域でも
有効である。

【００１０】請求項４記載の静電吸着電極装置は、請求
項３において、ガスが冷却用ガスである。このように冷
却用ガスを吹き出すようにしたので、ウエハを冷却する
ための冷却用ガスを利用できる。また、冷却用ガスは、
通常ヘリウムガス等の不活性ガスであり、反応性は全く
なく、半導体装置製造工程に影響を与えることはない。

【００１１】請求項５記載の静電吸着電極装置は、請求
項３において、ガスがプロセスガスである。このように
プロセスガスを吹き出すようにしたので、プロセスガス
に他のガスが混入することはなく、プロセスに影響を与
えることはない。請求項６記載の静電吸着電極装置は、
ウエハを設置する静電吸着電極と、ウエハを吸着させる
ために直流高電圧を静電吸着電極に印加する直流高電圧
電源と、ウエハを冷却するためにウエハの裏面に冷却用
ガスを導入し冷却用ガスの流量および圧力あるいはその
両方を調節する機構と、ウエハの外周に配置され静電吸
着電極を保護するフォーカスリングと、このフォーカス
リングを加熱する加熱機構とを備えた。このように、フ
ォーカスリングを加熱する加熱機構を備えているので、
フォーカスリングを副生成物の沸点あるいは昇華点以上
にすることにより副生成物は堆積しなくなり、請求項１
と同様にウエハが静電吸着電極表面に密着し、ウエハ温
度を安定した状態に制御できる。この場合、低圧力領域
でプロセスガスを１種類あるいは少量しか使用しない場
合に有効である。また、プロセスガスに他のガスが混入
することもない。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施の形態の静
電吸着電極装置を図１および図２に基づいて説明する。
図１はこの発明の第１の実施の形態の静電吸着電極装置
の電極外周部の断面図、図２は静電吸着電極装置の全体
構成を示す概念図である。図２において、１は処理され
るウエハ、２は静電吸着電極、３は静電吸着電極の外周
部を保護するため、あるいはプラズマを閉じ込めるため
のフォーカスリング（ガイドリング、カバーリング）で
ある。静電吸着電極２は、ウエハ１を吸着させるために
直流高電圧電源５により直流高電圧が印加される。ま
た、通常、静電吸着電極２の表面はディンプルあるいは
溝によりウエハ１全体に冷却用ガスとして使用されるヘ
リウムガスが行き渡るようになっている。これはウエハ
１を冷却するための冷媒として用いられるもので、外周
部で遮断して反応室内に漏れない構造になっている。こ
の実施の形態でも、図１に示すように、ウエハ１と静電
吸着電極２間にヘリウムガスが効率良く流れる空間を形
成するために静電吸着電極２の表面にディンプル状の突
起８が設けてあるが、この突起８を外周部まで拡張して
ヘリウムガスがウエハ１裏面よりフォーカスリング３に
向けて吹き付けるようになっている。吹き出すヘリウム
ガスは流量あるいは圧力により制御できる構成にする。
なお、突起８の代わりに静電吸着電極２の表面にヘリウ
ムガスの流れる溝を形成してもよい。

【００１３】また、図２において、４はウエハ１に高周
波電力を印加するための高周波発振機、６は高周波が直
流高電圧電源５に侵入するするのを防ぐ抵抗、７は高電
圧を補正する機構である。また、図１において、９はプ
ロセスにより生成される副生成物、１０はヘリウムガス
の流れを示している。以上のように構成された静電吸着
電極装置について、以下、図１を用いてその動作を説明
する。ここではドライエッチング装置の場合について説
明する。

【００１４】まず、装置の搬送システムにより処理され
るウエハ１が静電吸着電極２上に搬送、設置される。ウ
エハ１はフォーカスリング３に接触、乗り上げないよう
にように搬送される。反応室内のガス流量、圧力を調整
した後、高周波発振機４から静電吸着電極２に高周波電
力が印加され、ウエハ１がエッチングされる。高周波電
力印加の前後（バイポーラ方式であればに高周波電力印
加前、モノポーラ方式の場合には高周波電力印加後）に
直流高電圧電源５より直流高電圧を静電吸着電極２に印
加することにより、ウエハ１と静電吸着電極２の間にク
ーロン力あるいはジャンセン・ラーベック力のような静
電気を発生させて、ウエハ１を電極２に吸着させてエッ
チングを行う。それによりウエハ温度を制御でき、安定
したエッチングが実現できる。その時、高周波の影響を
抵抗６で遮断し、高電圧を補正機構７で補正する。

【００１５】また、上記のようにウエハ１全体にヘリウ
ムガスが行き渡るようになっており、このヘリウムガス
をフォーカスリング３に到達させるように構成されてい
るので、エッチッングにより生成する蒸気圧の低い副生
成物９が堆積物として、静電吸着電極２の外周部、ある
いはフォーカスリング３に堆積しなくなる。また、この
際フォーカスリング３のウエハ１側の形状を変更するこ
と（テーパ形状あるいはフォーカスリング３に多数の穴
をつくるなど）、更にプロセスガスの排気方向をフォー
カスリング３の外周部より下方向になるようにすること
でウエハ表面へのヘリウムガスの流れ込みを抑制する。

【００１６】この実施の形態は、エッチングの処理圧力
が中圧力領域以上の場合に有効で、ヘリウムガスの吹き
出し量が少量でも堆積物の堆積を抑制できる。また、こ
のヘリウムガスは不活性ガスであり、反応性は全くな
く、プロセスに寄与することはほとんどない。以上のよ
うにこの実施の形態によれば、フォーカスリング３の近
傍でヘリウムガスを吹き出す機構を設けることにより、
静電吸着電極２の外周部とフォーカスリング３に堆積物
が堆積することないので、従来のように堆積物によるウ
エハの一部あるいは全体が電極表面から浮かなくなる。
そのため、エッチング中のウエハ温度を安定に制御でき
る。そして、歩留まりの向上、メンテナンス、メンテナ
ンス間の時間延長が図れ、設備稼働率を向上させること
ができる。

【００１７】この発明の第２の実施の形態を図３に基づ
いて説明する。図３はこの発明の第２の実施の形態の静
電吸着電極装置の電極外周部の断面図である。同図にお
いて、１１はヘリウムガス流量を制御するマスフローコ
ントローラー（以下ＭＦＣと略す）、１２はフォーカス
リング３にヘリウムガスを流すためのガス配管であり、
フォーカスリング３の表面に開口した吹き出し口１２ａ
からガスを吹き出すようにしている。この場合、フォー
カスリング３の静電吸着電極２側の側面と上面の２方向
に吹き出し口１２ａを設けている。しかし、吹き出し口
１２ａはどちらか一方でも構わない。また、この構造を
静電吸着電極２の外周部に８箇所以上設けておく。

【００１８】また、ウエハ１の裏面にヘリウムガスを導
入するための機構は、第１の実施の形態とは異なり、突
起等を静電吸着電極２の外周部まで拡張しておらず、静
電吸着電極２の表面はヘリウムガスをウエハ１との間で
閉じ込める構造にしている（従来の方式と同様）。その
他の構成は第１の実施の形態と同様である。以上のよう
に構成された静電吸着電極装置について、以下その動作
を説明する。

【００１９】ウエハ１を搬送し、ドライエッチングする
までは第１の実施の形態と同じである。そして、今回は
フォーカスリング３からヘリウムガスを吹き出すことに
より、堆積物の堆積を抑制する。新たに設けたＭＦＣ１
１でヘリウムガスの流量を制御し、ガス配管１２を介し
てフォーカスリング３にヘリウムガスを送る。吹き出し
口１２ａより出たヘリウムガスにより副生成物９は吹き
飛ばされ、フォーカスリング３には堆積しない。

【００２０】以上のようにこの実施の形態によれば、、
フォーカスリング３からヘリウムガスを吹き出す構造に
することにより、第１の実施の形態と同様な効果が得ら
れる。ただし、この実施の形態はは高中圧領域以外の低
圧力領域でも有効である。また、ガスの吹き出し口１２
ａをフォーカスリング３の上部に限定すれば、ヘリウム
ガスではなくプロセスガスを直接吹き出すことも可能で
ある。低圧領域ではガスはすぐに拡散するためである。

【００２１】この発明の第３の実施の形態を図４に基づ
いて説明する。図４はこの発明の第３の実施の形態の静
電吸着電極装置の電極外周部の断面図である。同図にお
いて、１３温度調節機構、１４はフォーカスリング３を
加熱するヒータ、１５は温度を測定する熱電対である。
このようにフォーカスリング３を加熱する構成を有する
点で第１，２の実施の形態とは異なる。また、ウエハ１
の裏面にヘリウムガスを導入するための機構は第２の実
施の形態と同様であり、静電吸着電極２の表面はヘリウ
ムガスをウエハ１との間で閉じ込める構造にしている
（従来の方式と同様）。その他の構成は第１の実施の形
態と同様である。

【００２２】以上のように構成された静電吸着電極装置
について、以下その動作を説明する。ウエハ１を搬送
し、ドライエッチングするまでは第１の実施の形態と同
じである。そして、今回は温度調節機構１３を用い、フ
ォーカスリング３内に埋め込んだヒータ１４を加熱す
る。フォーカスリング３を副生成物の沸点あるいは昇華
点以上することにより副生成物９は堆積しなくなる。例
えば、ポリシリコンをエッチングする場合には１００℃
以上にすることで副生成物は堆積しない。そして、ヒー
タ１４は熱電対１５により温度制御されている。

【００２３】以上のようにフォーカスリングを加熱する
ことにより、第１の実施の形態と同様な効果が得られ
る。ただし、低圧力領域でプロセスガスを１種類あるい
は少量しか使用しない場合にも有効である。また、第
１，２の実施の形態のようにプロセスガスにヘリウムガ
スが混入することもない。なお、第３の実施の形態にお
いて、加熱方法をヒータ１４としたが、温度領域によっ
ては温度制御された水などのブラインもよい。

【００２４】以上３つの実施の形態を記載したがこの各
々を単独で用いる以外に、いずれか同士を組み合わせる
ことも可能である。

【００２５】

【発明の効果】この発明の請求項１記載の静電吸着電極
装置によれば、フォーカスリングの近傍でガスを吹き出
す機構を備えているので、反応生成物の中で蒸気圧の低
い副生成物が静電吸着電極の外周部やフォーカスリング
に堆積することを防止できる。そのため、ウエハが静電
吸着電極表面に密着し、ウエハ温度を安定した状態に制
御でき、歩留りの向上、メンテナンス、メンテナンス間
の時間延長が図れ、設備稼働率を向上させることができ
る。

【００２６】請求項２では、ウエハと静電吸着電極間に
冷却用ガスが流れる空間を形成するために静電吸着電極
の表面に設けた突起または溝を静電吸着電極の外周部ま
で拡張することにより冷却用ガスをフォーカスリングま
で到達させるようにしたので、静電吸着電極の外周部や
フォーカスリングに堆積物が堆積することはない。ま
た、ウエハを冷却するための冷却用ガスを利用して堆積
を抑制しているので、従来の装置と比較しても僅かな変
更ですみ容易に構成することができる。また、冷却用ガ
スは、通常ヘリウムガス等の不活性ガスであり、反応性
は全くなく、半導体装置製造工程に影響を与えることは
ない。この場合、反応室内の処理圧力が中圧領域以上の
場合に有効であり、冷却用ガスの吹き出し量が少量でも
堆積物の堆積を抑制できる。

【００２７】請求項３では、フォーカスリング表面に開
口した配管の吹き出し口からガスを吹き出すようにした
ので、このガスにより副生成物は吹き飛ばされ、静電吸
着電極の外周部やフォーカスリングに堆積物が堆積する
ことはない。この場合、反応室内の処理圧力が高中圧領
域以外の低圧力領域でも有効である。請求項４では、冷
却用ガスを吹き出すようにしたので、ウエハを冷却する
ための冷却用ガスを利用できる。また、冷却用ガスは、
通常ヘリウムガス等の不活性ガスであり、反応性は全く
なく、半導体装置製造工程に影響を与えることはない。

【００２８】請求項５では、プロセスガスを吹き出すよ
うにしたので、プロセスガスに他のガスが混入すること
はなく、プロセスに影響を与えることはない。この発明
の請求項６記載の静電吸着電極装置によれば、フォーカ
スリングを加熱する加熱機構を備えているので、フォー
カスリングを副生成物の沸点あるいは昇華点以上にする
ことにより副生成物は堆積しなくなり、請求項１と同様
にウエハが静電吸着電極表面に密着し、ウエハ温度を安
定した状態に制御できる。この場合、低圧力領域でプロ
セスガスを１種類あるいは少量しか使用しない場合に有
効である。また、プロセスガスに他のガスが混入するこ
ともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態の静電吸着電極装
置の電極外周部の断面図である。

【図２】この発明の第１の実施の形態の静電吸着電極装
置の全体構成を示す概念図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態の静電吸着電極装
置の電極外周部の断面図である。

【図４】この発明の第３の実施の形態の静電吸着電極装
置の電極外周部の断面図である。

【図５】従来の実施の形態の静電吸着電極装置の全体構
成を示す概念図である。

【図６】従来の問題点を示す説明図である。

【符号の説明】

１処理されるウエハ２静電吸着電極３静電吸着電極の外周部を保護するため、あるいはプ
ラズマを閉じ込めるためのフォーカスリング４ウエハに高周波電力を印加するための高周波発振機５静電吸着電極に直流高電圧を印加する電源６高周波が直流電源に侵入するするのを防ぐ抵抗７高電圧を補正する機構８ウエハと電極表面との間にヘリウムガスを効率良く
流すためのディンプル状の突起あるいは溝１１ヘリウムガス流量を制御するマスフローコントロ
ーラー１２フォーカスリングにヘリウムガスを流すためのガ
ス配管１２ａ吹き出し口１３温度調節機構１４フォーカスリングを加熱するヒータ１５温度を測定する熱電対

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハを設置する静電吸着電極と、前記
ウエハを吸着させるために直流高電圧を前記静電吸着電
極に印加する直流高電圧電源と、前記ウエハを冷却する
ためにウエハの裏面に冷却用ガスを導入するための機構
と、冷却用ガスの流量および圧力あるいはその両方を調
節する機構と、前記ウエハの外周に配置され前記静電吸
着電極を保護するフォーカスリングと、このフォーカス
リングの近傍でガスを吹き出す機構とを備えた静電吸着
電極装置。
【請求項２】ウエハと静電吸着電極間に冷却用ガスが
流れる空間を形成するために静電吸着電極の表面に設け
た突起または溝を静電吸着電極の外周部まで拡張するこ
とにより冷却用ガスをフォーカスリングまで到達させる
ようにした請求項１記載の静電吸着電極装置。
【請求項３】フォーカスリングにガスを流すための配
管を設け、この配管のフォーカスリング表面に開口した
吹き出し口からガスを吹き出すようにした請求項１記載
の静電吸着電極装置。
【請求項４】ガスが冷却用ガスである請求項３記載の
静電吸着電極装置。
【請求項５】ガスがプロセスガスである請求項３記載
の静電吸着電極装置。
【請求項６】ウエハを設置する静電吸着電極と、前記
ウエハを吸着させるために直流高電圧を前記静電吸着電
極に印加する直流高電圧電源と、前記ウエハを冷却する
ためにウエハの裏面に冷却用ガスを導入し冷却用ガスの
流量および圧力あるいはその両方を調節する機構と、前
記ウエハの外周に配置され前記静電吸着電極を保護する
フォーカスリングと、このフォーカスリングを加熱する
加熱機構とを備えた静電吸着電極装置。