JPH1197516A - 真空処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】残留吸着力の非常に小さなダイポール方式の静
電吸着装置を備えた処理装置において、突然の電源遮断
時においてもウエハをずれることなく支持し、装置の稼
働率の低下を最小限に抑えた処理装置を提供することに
ある。 【解決手段】吸着中のウエハの裏面に導入する伝熱ガス
用の配管とウエハが納められた処理室を非通電時に開放
するバルブを介して連結し、電源遮断時には伝熱ガスを
処理室に逃がし圧力をバランスさせ、ウエハ外周部には
誘電膜表面よりも突出するようにガイドを設けて若干の
ズレが発生した場合にはガイド部分で押さえることによ
り達成できる。 【効果】ウエハ裏面に伝熱ガスを流した状態でウエハの
処理をおこなっている最中に、何らかの事故等により電
源遮断が発生しても、裏面ガスの圧力によりウエハがず
れたり静電吸着装置から落下して破損するような事態を
防止することができる。その結果、異常事態から復帰後
に容易にウエハを真空処理室から取り出すことができ、
装置の稼働率の低下を最小限に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体の製造技術に
属する。特に、静電気力により半導体ウエハを吸着保持
する静電吸着装置を備えた真空処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電気を利用して物体を保持する方法
は、特に半導体製造装置のウエハの搬送や各プロセス中
のウエハの固定に使用されている。ウエハの搬送や固定
を行う際の保持方法としては、他にクランプを用いた機
械的な保持方法等が考えられるが、静電気力を用いる方
が半導体ウエハの保持に関して有利な点が多い。例え
ば、ウエハの処理面との機械的な接触がないために摩耗
粉等によるウエハの汚染がない、ウエハ裏面全面で吸着
するのでウエハの反りを矯正できエッチング等の微細加
工の際に吸着面との接触がより確実なものとなり、熱伝
導性が改善されウエハの温度制御が容易になる等であ
る。以上に示すように静電吸着はウエハの保持方法とし
て有利な点が多いために、特にドライエッチャやCVDと
いった装置内のウエハ処理ステージとして広く適用され
ている。

【０００３】特にドライエッチング技術においては、素
子の微細化が進むにつれて異方性と選択性の両立が求め
られており、これを実現するために処理中の半導体ウエ
ハの温度分布制御が要求されている。ウエハをステージ
に積載しただけでプラズマ処理を施すと、ウエハはプラ
ズマから入射する熱のために加熱され温度が上昇するう
え、ウエハ面内で温度分布が生じてしまう。これを防止
するために、誘電膜が付けられた部材内部に冷媒を循環
させ、さらに誘電膜とウエハ間の熱伝達を改善するため
にヘリウムなどの伝熱ガスを１０Torr以下程度充填する
ことが広くおこなわれている。この場合、伝熱ガスから
受ける圧力によりウエハが処理ステージからずれたり落
下することがないように、ウエハは静電吸着装置に裏面
圧よりも大きな吸着力を受けている。

【０００４】しかし、処理中に何らかの事故等によりウ
エハの処理中に処理装置への電気の供給が急に停止した
場合には当然静電気力も低下するため、ウエハは裏面に
存在する伝熱ガスからの圧力を受けずれたり、最悪の場
合にはステージから落下し破損するという問題がある。
この様な状況では、処理装置からウエハを搬送装置を使
って処理室から取り出すことが難しいため、装置を大気
開放し手動でウエハを取り出さなければならなず、装置
の稼働率が非常に悪くなってしまう。

【０００５】この様な問題に対処する方法としては、例
えば特開平6-158361号公報に開示されている。この開示
例では、モノポール方式の静電吸着装置において、伝熱
ガスを供給する導入管を非通電時に開放となるバルブを
介して処理室と連結する方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ではモノ
ポール方式の静電吸着装置において、伝熱ガスを供給す
る導入管を非通電時に開放となるバルブを介して処理室
と連結しておき、電源遮断時には伝熱ガスを処理室に逃
がしウエハの裏面と処理室の圧力をバランスさせてずれ
ないように構成しているが、ウエハの裏面と処理室の圧
力がバランスするまでの間はウエハは静電吸着装置に残
留吸着力により吸着されていることが必要である。モノ
ポール方式の静電吸着装置では、直流電圧を含む回路が
形成されるためにはプラズマが必要であり、吸着中にウ
エハと誘電膜間に蓄えられた電荷は電源遮断時にはプラ
ズマが消滅するために除電されず、残留給吸着力により
ウエハは吸着されているので上記の開示例は有効であっ
た。

【０００７】しかし、残留吸着力の非常に少なく構成さ
れたダイポール方式の静電吸着装置においては、プラズ
マの有無に無関係に除電が完了し、残留吸着力が残らな
いので、ウエハの裏面と処理室の圧力がバランスするま
での間にウエハがずれてしまうという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、残留吸着力の非常に小さ
なダイポール方式の静電吸着装置を備えた真空処理装置
において、突然の電源遮断時においてもウエハをずれる
ことなく支持し、装置の稼働率の低下を最小限に抑えた
真空処理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ウエハを静
電気で吸着し、誘電膜表面とウエハ間には伝熱ガスを導
入するダイポール方式静電吸着装置を備えた施す真空処
理装置において、伝熱ガスを導入する配管とウエハが納
められた処理室を非通電時に開放するバルブを介して連
結し、電源遮断時には伝熱ガスを処理室に逃がし圧力を
バランスさせ、ウエハ外周部には誘電膜表面よりも突出
するようにガイドを設けて若干のズレが発生した場合に
はガイド部分で押さえることにより、達成できる。

【００１０】また、静電吸着装置の電極に接続される直
流電源に直列に抵抗とコンデンサの並列回路を接続する
ことにより、達成できる。

【００１１】さらに、非通電時にはスイッチの切り替え
により通常処理装置を駆動する電源とは独立した電源に
静電吸着装置を接続してウエハの保持を継続し、この時
間内に伝熱ガスを排気することにより、達成できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図にし
たがって説明する。

【００１３】図1、２に本発明の第一の実施例を示す。
図１は有磁場マイクロ波プラズマ処理装置に適用した例
であり、図２は第一の実施例の静電吸着装置の誘電膜を
表面方向から見た図である。

【００１４】図１において、大気空間3内に石英管14を
設置し、これにより構成される真空処理室1内に静電吸
着装置8を配置してウエハ9を固定する。静電吸着装置８
はガイド２７に取り付けられた絶縁材２６上に固定され
ている。その後、真空処理室1内に処理ガス13を導入
し、一定の圧力に保つ。処理ガスは、マイクロ波発信器
１９で発生し導波管4を通って導入されるマイクロ波5と
放電管2の周りに取り付けられたコイル6の相互作用によ
りプラズマ状態7となり、このプラズマにウエハがさら
されることにより処理（ここではエッチング処理）が行
われるが、特にイオンの入射を制御してエッチング状態
を制御するのがコンデンサ１８を介して接続された高周
波電源10である。15は、余分な処理ガス、及び反応生成
物の排気を表しており、真空ポンプに接続されている
（ここには図示しない）。

【００１５】続いて、本発明の特徴となる静電吸着装置
の説明をおこなう。本一実施例の静電吸着装置８はアル
ミニウム製の基材２２上に、内部にリング電極２４と円
電極２５が同心円上に内蔵した誘電膜がセラミックス系
の接着剤で固定された構造となっている。なお、基材２
２内部にはウエハの温度制御用の冷媒が通る流路が設け
られており（図示しない）、外部の温調機（図示しな
い）に接続している。リング電極２４と円電極２５は基
材２２と絶縁材２３と電気的に絶縁されたリード線２
９、３０に接続しており、給電がおこなわれる。静電吸
着装置の各電極への電圧の印加はスイッチ１２、２０を
介して直流電源１１、２１によりおこなう。また、スイ
ッチの切り替えにより静電吸着装置内の電極を接地１６
することもでき、処理終了後の除電がおこなわれる。１
７は高周波成分の流れ込みを防止するコイルである。ま
た、静電吸着装置には外周部を覆い、誘電膜上に積載さ
れたウエハ９の外周部を支持するようにセラミックス製
のカバー２８が設けてある。

【００１６】前述したように、基材は外部の温調機から
の冷媒により適切な温度に制御されているが、ウエハが
処理される空間の圧力は数十mTorrと低い圧力であるた
めに、ウエハの温度を十分に制御することができない。
そこで、ウエハ裏面に伝熱ガスを導入する必要がある。
誘電膜２３を表面方向から見ると、図２に示すように深
さ50μmのガス溝３４が同心円上に設けられ、部分的に
周方向に接続している。このガス溝３４の中心には伝熱
ガスを外部から導入するための貫通穴３５が設けてあ
る。ガス溝３４のパターンは処理中のウエハの温度分布
が最適になるように適宜決められる。貫通穴３５は、外
部の伝熱ガス導入管３１に接続しており、本一実施例で
はヘリウムガスが導入される。ウエハ裏面に導入される
ヘリウムガスの圧力は一定に制御されるべきであるが、
これは伝熱ガス導入管の途中に設けられた圧力計３６か
らの信号をもとに、流量制御装置をフィードバック制御
しておこなう。

【００１７】また、伝熱ガス導入管３１にはバルブ３３
を介して真空処理室１に接続するバイパス管３７が接続
している。バルブ３３は、通電時はクローズ状態を保
ち、非通電時にはオープン状態となるバルブが採用され
ている。したがって、通常の状態で処理装置が稼働して
いるときにはバルブ３３は閉じているのでヘリウムガス
が処理室へ直接流れ込むことはないが、何らかの事故に
より電源が遮断された場合にはヘリウムガスを真空処理
室へ流すのでウエハの裏面のヘリウムガスの圧力と、真
空処理室の圧力をバランスさせることができる。なお、
図中３８はウエハを誘電膜から引き剥がすためのプッシ
ャピンである。

【００１８】この様に構成された処理装置では、静電吸
着装置でウエハを吸着し、ウエハ裏面に伝熱ガスを流し
た状態でウエハの処理をおこなっている最中に、何らか
の事故等により電源遮断が発生しても、裏面ガスを真空
処理室内に流し込みウエハの裏面の圧力と処理室の圧力
をバランスさせることができるので、裏面ガスの圧力に
よりウエハがずれたり静電吸着装置から落下して破損す
るような事態を防止することができる。

【００１９】また、ウエハの外周部を支持するようにカ
バーが設けてあるので、ウエハ裏面のガスの圧力が真空
処理室の圧力とバランスするまでの間に吸着力が裏面ガ
ス圧力よりも低下するような場合でも、ウエハが静電吸
着装置からずれるのを防止することができる。その結
果、異常事態から復帰後に容易にウエハを真空処理室か
ら取り出すことができ、装置の稼働率の低下を最小限に
抑えることができる。

【００２０】図３に本発明の第二の実施例を示す。本一
実施例では第一の実施例に加えて、静電吸着装置の電極
に接続した直流電源に直列に可変抵抗４５、４６とコン
デンサ４７、４８の並列回路を接続した構成としてい
る。そして、通常の処理中はスイッチ１２、２０を操作
してリング電極２４及び円電極２５に直流電源１１、２
１を接続し、処理終了後はスイッチを切り替えて電極を
接地するが、電源遮断などの異常時には電極にスイッチ
は処理中と同様に直流電源と、可変抵抗とコンデンサの
並列回路を接続する。この回路構成とすれば、通常の状
態では直流電源に印加された電圧のうち、可変抵抗に分
圧された電圧分とコンデンサの容量分の積に相当する電
荷がチャージされており、電源遮断などの事故が発生し
たために直流電源からの出力が０Ｖとなった場合でも可
変抵抗の両端には電位差が発生し、これにより静電吸着
装置の電極にも電圧が印加される。この電圧による残留
吸着力もいずれは低下することになるが、この時間内に
は第一の実施例で説明したようにウエハ裏面の伝熱ガス
が処理室内に逃がされて圧力がバランスしているのでウ
エハがずれたり落下する事態を防ぐことができる。本一
実施例に適用した可変抵抗と容量は、静電吸着装置の誘
電膜の抵抗と容量により適宜決定すればよい。

【００２１】図４に本発明の第三の実施例を示す。本一
実施例では第一の実施例に加えて、通常状態で静電吸着
装置８に電圧を供給する直流電源１１、２１の他に、独
立した予備の充電池４３、４４を設けておき、電線３
９、４０を介して得られる直流電源１１、２１からの出
力信号をもとにリレー４１、４２により静電吸着装置へ
の電圧の供給を制御する。すなわち、通常状態ではリレ
ー４１、４２により充電池４３、４４には接続せず、電
源遮断等の事態が発生したらリレー４１、４２により充
電池４３、４４に接続するようにすればよい。この様に
構成することにより、電源遮断等の事態が発生しても直
ぐには吸着力が低下しないので、この時間内に第一の実
施例と同様にウエハの裏面の伝熱ガスを真空処理室に逃
がし圧力がバランスするのでウエハがずれたり、静電吸
着装置から脱落してウエハが破損するような事態を防止
することができる。

【００２２】この様に構成された処理装置では、第一の
実施例と同様の効果を期待することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、静電吸着装置でウエハ
を吸着し、ウエハ裏面に伝熱ガスを流した状態でウエハ
の処理をおこなっている最中に、何らかの事故等により
電源遮断が発生しても、裏面ガスを真空処理室内に流し
込みウエハの裏面の圧力と処理室の圧力をバランスさせ
ることができるので、裏面ガスの圧力によりウエハがず
れたり静電吸着装置から落下して破損するような事態を
防止することができる。また、ウエハの外周部を支持す
るようにカバーが設けてあるので、ウエハ裏面のガスの
圧力が真空処理室の圧力とバランスするまでの間に吸着
力が裏面ガス圧力よりも低下するような場合でも、ウエ
ハが静電吸着装置からずれるのを防止することができ
る。その結果、異常事態から復帰後に容易にウエハを真
空処理室から取り出すことができ、装置の稼働率の低下
を最小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す説明図である。

【図２】本発明の第一の実施例の静電吸着装置の誘電膜
を表面方向から見た説明図である。

【図３】本発明の第二の実施例を示す説明図である。

【図４】本発明の第三の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】

１…真空処理室、２…放電管、３…大気空間、４…導波
管５…マイクロ波、６…コイル、７…プラズマ、８…静
電吸着装置、９…ウエハ、１０…高周波電源、１１…直
流電源、１２…スイッチ、１３…処理ガス、１４…石英
管、１５…排気、１６…接地、１７…コイル、１８…コ
ンデンサ、１９…マイクロ波発信器、２０…スイッチ、
２１…直流電源、２２…基材、２３…誘電膜、２４…リ
ング電極、２５…円電極、２６…絶縁材、２７…ガイ
ド、２８…カバー、２９…リード線、３０…リード線、
３１…伝熱ガス導入管、３２…流量制御装置、３３…バ
ルブ、３４…ガス溝、３５…貫通穴、３６…圧力計、３
７…バイパス管、３８…プッシャピン、３９…電線、４
０…電線、４１…リレー、４２…リレー、４３…充電
池、４４…充電池、４５…可変抵抗、４６…可変抵抗、
４７…コンデンサ、４８…コンデンサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】極性の異なる複数の電極を有し、該複数の
   電極を覆うように誘電膜を備え、該誘電膜表面に半導体
   ウエハを積載し、前記電極間に電位差を印加し前記半導
   体ウエハを静電的に吸着保持し、前記誘電膜表面と前記
   半導体ウエハ間には伝熱ガスを導入し、前記半導体ウエ
   ハに処理を施す真空処理装置において、 前記伝熱ガスを導入する配管と前記半導体ウエハが納め
   られた処理室を非通電時に開放するバルブを介して連結
   し、前記半導体ウエハ外周部には誘電膜表面よりも突出
   するようにガイドを設けたことを特徴とする真空処理装
   置。
2. 【請求項２】極性の異なる複数の電極を有し、該複数の
   電極を覆うように誘電膜を備え、該誘電膜表面に半導体
   ウエハを積載し、前記電極間に電位差を印加し前記半導
   体ウエハを静電的に吸着保持し、前記誘電膜表面と前記
   半導体ウエハ間には伝熱ガスを導入し、前記半導体ウエ
   ハに処理を施す真空処理装置において、 前記伝熱ガスを導入する配管と前記半導体ウエハが納め
   られた処理室を非通電時に開放するバルブを介して連結
   し、前記複数の電極に接続される直流電源に直列に可変
   抵抗とコンデンサの並列回路を接続したことを特徴とす
   る真空処理装置。
3. 【請求項３】極性の異なる複数の電極を有し、該複数の
   電極を覆うように誘電膜を備え、該誘電膜表面に半導体
   ウエハを積載し、前記電極間に電位差を印加し前記半導
   体ウエハを静電的に吸着保持し、前記誘電膜表面と前記
   半導体ウエハ間には伝熱ガスを導入し、前記半導体ウエ
   ハに処理を施す真空処理装置において、 前記伝熱ガスを導入する配管と前記半導体ウエハが納め
   られた処理室を非通電時に開放するバルブを介して連結
   し、非通電時にはスイッチの切り替えにより通常処理装
   置を駆動する電源とは独立した電源に静電吸着装置を接
   続し、前記半導体ウエハの保持を継続することを特徴と
   する真空処理装置。
4. 【請求項４】請求項２及び請求項３に記載の処理装置に
   おいて、前記半導体ウエハ外周部には誘電膜表面よりも
   突出するようにガイドを設けたことを特徴とする真空処
   理装置。