JP2002026113A - ホットプレート及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
ホットプレート及び半導体装置の製造方法Info
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Abstract
ットプレートにウエハをチャックする際にウエハの破損
を防止するホットプレート及び半導体装置の製造方法を
提供する。 【解決手段】 半導体製造装置に搭載された静電チャッ
クホットプレート10にウエハ3をチャックする際にウ
エハ中央部から外周に向かってチャック力が順次かかる
ようにする。そのため静電チャック電極2を中央部4か
ら外周方向に少なくとも2つに分割して中央の内周部4
から外周部5に向かって順次チャック電力を印加する。
まずウエハ中央からチャック力がかかり昇温し、この時
ウエハ外周部は、チャック力が弱いのでウエハの熱膨張
がスムーズに起こり、ストレスが低い状態に保たれ、ウ
エハの破損を防止できる。また、ウエハの裏面状態を事
前に感知して予め決められた昇圧、除電パラメータを選
択できる
Description
関し、とくに静電チャックにより保持された半導体基板
を加熱するホットプレート及びこのホットプレートを用
いた半導体装置の製造方法に関するものである。
は、シリコンなどの半導体基板上に絶縁膜や導電膜をス
パッタリングやCVD(Chemical Vapour Deposition)な
どにより形成し、また、それらの成膜をエッチングして
パターニングする工程を繰り返して半導体回路を形成す
る。膜の堆積やエッチングは、化学反応を利用してお
り、その速度は温度により影響される。また、堆積した
膜の膜質も温度により変化する。したがって、安定して
再現性良く処理するには処理中の半導体基板の温度を制
御することが重要である。従来半導体基板の加熱には半
導体基板の表面又は裏面から赤外線ランプを照射するタ
イプが多用されているが、赤外線ランプを用いた場合、
半導体基板上の膜種により赤外線の吸収効率が異なる為
に正確な温度コントロールができない、また冷却ができ
ないため処理中に温度が上昇してしまうなどの問題があ
った。
ホットプレートを冷却機構を持ったステージに固定し、
このホットプレート上に半導体基板を載置して、熱伝導
により半導体基板を加熱したり、冷却する方式が多く用
いられるようになった。この場合、ホットプレートと半
導体基板との密着には裏面排気を施して半導体基板を固
定する方法、静電吸着力を利用して半導体基板を電気的
に固定する方法あるいはクランプなどにより機械的押し
付けなどによる固定方法がある。この中で、裏面排気は
真空中では利用できない。また、機械的押し付けを利用
する場合は、押し付け部材に膜が付着したり、半導体基
板に機械的に接触し、力を加えるために擦れが起こるこ
となどによりダストの発生源になるという問題がある。
そのため、近年では静電吸着力を用いた静電チャックホ
ットプレート上に半導体基板を吸着させて加熱、冷却を
行っている。
ャックホットプレートを用い、室温の半導体基板を高温
のホットプレートにチャックした場合、しばしば半導体
基板が割れる、搬送ずれが起きるなどの問題が発生して
いた。図10及び図11は、従来の静電チャックホット
プレートの断面図であり、図10がチャック時の状態、
図11がデチャック時の状態を示している。静電チャッ
クホットプレートは、プレート本体100を有し、プレ
ート本体100は、例えば、アルミナを材料としてい
る。タングステン線などからなるヒータ電極(発熱電
極)101は、プレート本体の厚さ方向の略中央に配置
され、静電チャック電極102は、ウエハ103が載置
される表面側に近い領域に配置されている。
03を高温のホットプレートに載置し、チャックした場
合、半導体基板103は、温度上昇に伴って熱膨張を起
こそうとするが、静電チャック力により半導体基板10
3はプレート本体100に全面固着されているので膨脹
することができず、圧縮応力によりウエハが割れたり、
チャック力が基板応力に耐え切れずにプレート本体10
0上で跳ねるためである。とくにホットプレート温度が
高いと、熱膨張も大きくなるので割れ易い。つまり、圧
縮応力によるウエハ破損や擦れによるダスト発生、ウエ
ハずれによる搬送エラーなどの問題が発生する。また、
半導体基板の裏面に形成された膜種により、静電チャッ
ク力が変化するため裏面膜種により割れる頻度が異な
る。さらにデチャック時にも膜種により除電のされ易さ
が変わるので、図11に示すように、チャック力が残存
していても搬送を行おうとして度々搬送ずれ(跳ね)を
引き起こす。これらの対策としてはチャック電圧を加え
る前に半導体基板をホットプレート上で保持し、半導体
基板をある程度まで昇温させて熱膨張してからチャック
する方法か、もしくはデチャックの時間を長くとる方法
が採られている。しかし、これらの方法ではスループッ
トが大幅に低下するという問題がある。また、Alリフ
ロープロセスのように、半導体基板の昇温途中から成膜
を開始しなければならない場合にはAlの埋め込み性が
劣化して歩留まり不良問題が発生する。
ものであり、半導体製造装置に搭載された静電チャック
ホットプレートに半導体基板をチャックする際に半導体
基板の破損を防止した半導体装置を製造するためのホッ
トプレートを提供し、チャック力や除電時間などを自動
的に調整してウエハの破損や搬送ずれを防止した半導体
装置の製造方法を提供する。
ング装置、CVD装置、スパッタリング装置などの半導
体製造装置に搭載された静電チャックホットプレートに
半導体基板をチャックする際に半導体基板中央部から外
周に向かってチャック力が順次かかるようにすることを
特徴としている。そのために静電チャック電極を中央部
から外周方向に少なくとも2つに分割して、中央の内周
部から外周部に向かって順次チャック電力を印加する。
もしくはホットプレートのプレート本体のウエハ(半導
体基板)が接する表面を中心が突出した凸状の面とし、
チャック前のウエハとプレート本体表面との間の距離が
プレート本体の中心部分から外周方向に向かって順次長
くなっているように構成して中央部からチャック力が加
わるようにする。また、(2)このホットプレートを用
いてウエハ裏面状態をモニタし膜種、膜厚を検知してチ
ャック電圧を調整することを特徴としている。本発明に
より、ウエハ中央からチャック力がかかり昇温する。こ
の時ウエハ外周部は、チャック力が弱いのでウエハの熱
膨張がスムーズに起こり、ストレスが低い状態に保た
れ、ウエハの破損を防止することができる。また、ウエ
ハの裏面状態を事前に感知して予め決められた昇圧、除
電パラメータを選択し、チャック力、除電時間が自動的
に調整されてウエハの破損や搬送ずれを防止する。
導体基板を載置するプレート本体と、前記プレート本体
に形成された発熱電極と、前記プレート本体に形成さ
れ、少なくとも中心から外周方向に複数の領域に分割さ
れた静電チャック電極とを具備したことを特徴としてい
る。前記静電チャック電極には、前記領域毎に外部から
電圧が供給されてチャック力が生成され、前記静電チャ
ック電極の各領域毎に発生するチャック力を所定のタイ
ミングで制御する手段を有するようにしても良い。前記
静電チャック電極には前記中心部分から外周方向に向か
って順次電圧が供給されるようにしても良い。前記静電
チャック電極の少なくとも1つの前記領域に供給される
電圧は所定値まで徐々に供給するようにしても良い。ま
た、本発明のホットプレートは、半導体基板を載置する
プレート本体と、前記プレート本体に形成された発熱電
極と、前記プレート本体に形成された静電チャック電極
とを具備し、前記プレート本体は、半導体基板を載置す
る面が凸状であり、チャック前の前記半導体基板と前記
プレート本体表面との間の距離が前記ホットプレートの
中心部分から外周方向に向かって順次長くなっているこ
とを特徴としている。
ト本体と、前記プレート本体に形成された発熱電極と、
前記プレート本体に形成され、少なくとも中心から外周
方向に複数の領域に分割された静電チャック電極とを具
備したホットプレート上に半導体基板を載置する工程
と、前記静電チャック電極の前記各領域に電圧を印加し
て前記各領域毎にチャック力を発生させ、このチャック
力により前記半導体基板を前記ホットプレートに保持さ
せる工程と、前記プレート本体に搭載された半導体基板
を前記発熱電極により所定の温度まで加熱する工程と、
前記半導体基板を前記ホットプレートで保持した状態で
前記半導体基板を処理する工程とを具備したことを特徴
としている。前記静電チャック電極には、前記中心部分
から外周方向に向かって順次電圧が供給され、前記中心
部分から外周方向に向かって順次チャック力が発生して
いくようにしても良い。また、前記半導体基板を前記ホ
ットプレートにチャックする電圧、チャックする時間、
デチャックする電圧及びデチャックする時間の少なくと
も1つは、予めホットプレートに載置前又は載置後この
半導体基板の裏面状態を検知しておき、その情報に基づ
いてこれらの時間や電圧を制御するようにしても良い。
さらに、前記チャック後に、前記静電チャック電極にチ
ャック時の電圧とは逆方向の電圧を印加して前記半導体
基板を除電するようにしても良い。
の形態を説明する。まず、図1乃至図4を参照して第1
の実施例を説明する。図1は、ウエハが搭載された静電
チャック型ホットプレートの断面図及びこのホットプレ
ートの表面に形成された静電チャック電極を模式的に示
した概略平面図、図2及び図4は、ウエハがチャック電
圧を印加されてからチャックされるまでの時間的変化を
示す特性図及びウエハがチャックされるまでのウエハ温
度の時間的変化を示す特性図、図3は、ウエハがチャッ
ク電圧を印加されてからチャックされるまでの時間的変
化を示す特性図である。この第1の実施例の静電チャッ
ク型ホットプレートは、処理装置内に配置されており、
プレート本体10を有している。プレート本体10は、
例えば、アルミナ(Al2 O3 )などのセラミックスを
材料としている。ヒータ電極(発熱電極)1は、プレー
ト本体10の厚さ方向の略中央に配置され、タングステ
ン線などを電極材料としている。静電チャック電極2
は、ウエハ3が載置される表面に近い領域に配置されて
いる。この実施例では、静電チャック電極2は、内周電
極部4と外周電極部5の2つに分割されている。内周電
極部4は、チャック時に正電圧を印加する第1の電極4
1及び負電圧を印加する第2の電極42を有し、外周電
極部5は、チャック時に正電圧を印加する第1の電極5
1及び負電圧を印加する第2の電極52を有している。
これらの電極は、電源(図示しない)に接続されてい
る。
いて半導体基板(ウエハ)を加熱する方法を説明する。
まずホットプレートを構成するプレート本体10は、ウ
エハ3の処理(スパッタリング、CVDなどによる成膜
処理、RIE(Reactive IonEtching)などによるエッチ
ング処理など)を行うために必要な温度Tまでヒータ電
極1により加熱されている。シリコンなどのウエハ3
は、この加熱されたプレート本体10表面上に搬送さ
れ、この上に載置される。まず、時刻t1で内側の内周
電極部4の第1の電極41及び第2の電極42に所定の
正と負の電圧Vが印加される。これによりウエハ3の加
熱が始まり、ウエハ3の熱膨張が起こる。この時ウエハ
3の外周部はチャックされていないので、ウエハ3は外
周方向に膨脹できる。したがって、圧縮応力が生じるこ
とはない。次に、t時間後の時刻t2で外周部にある外
周電極部51の第1の電極51及び第2の電極52に所
定の正と負の電圧がそれぞれ印加される。そしてウエハ
3の外周部もチャックされ、ウエハ3の全面がホットプ
レートにチャックされてウエハ温度が均一にホットプレ
ートの温度Tと同じになる。チャック電圧の時間的変化
及びウエハ温度の時間的変化は図2に示される。図2
(a)の縦軸はチャック電圧(±v)を表わし、横軸
は、チャックに電圧を印加する時間(秒)を表わしてい
る。
(℃)を表わし、横軸は、チャックに電圧を印加する時
間(秒)を表わしている。この実施例では、時刻t1に
内側の電極に、t2に外側の電極にともに電圧Vを印加
しているが、時刻t2の外周部印加電圧を時刻t1の内
周部印加電圧と変えて電圧V+もしくはV−を印加して
も良い。チャック電圧は、所定の電圧まで徐々に上げる
こともできる。図3の縦軸は、チャック電圧(±v)を
表わし、横軸は、チャックに電圧を印加する時間(秒)
を表わしている。この図では、時刻t1に印加される内
周電極部に対する印加電圧は、所定の電圧Vまで徐々に
昇圧している。時刻t2とに印加される外周電極部に対
する印加電圧は、所定の電圧Vを一気に印加している。
しかし、時刻t2の外周部印加電圧も徐々に加えるよう
にしても良い。このように、徐々に昇圧することにより
ウエハの急激な温度上昇による熱膨張を原因とする圧縮
応力をより減少させることができる。このように、ウエ
ハ中央部からチャックされることにより、ウエハとホッ
トプレートが強く擦れてパーティクルを発生することや
ウエハに圧縮応力が発生して破損することなどを防止で
き、半導体製造装置の信頼性が向上する。
割されているが、本発明では3分割あるいはそれ以上に
分割されていても良い。図4は、静電チャック電極を3
分割した場合のチャック電圧の時間的変化及びウエハ温
度の時間的変化を示している。図4(a)の縦軸は、チ
ャック電圧(±v)を表わし、横軸は、チャック電極に
電圧を印加する時間(秒)を表わしている。また、図4
(b)の縦軸は、ウエハ温度(℃)を表わし、横軸は、
チャック電極に電圧を印加する時間(秒)を表わしてい
る。この場合でも、ウエハ中央部からチャックされるこ
とにより、ウエハとホットプレートが強く擦れてパーテ
ィクルを発生することやウエハに圧縮応力が発生して破
損することなどを防止でき、2分割の場合よりさらにウ
エハ破損を少なくすることができる。
する。図5は、静電チャック型ホットプレートの断面図
である。この実施例の静電チャック型ホットプレート
は、処理装置内に配置されており、プレート本体20を
有している。プレート本体20は、例えば、アルミナ
(Al2 O3 )などのセラミックスを材料としている。
ヒータ電極(発熱電極)21は、プレート本体20の厚
さ方向の略中央に配置され、タングステン線などを電極
材料としている。静電チャック電極22は、ウエハ23
が載置される表面に近い領域に配置されている。この実
施例では、プレート本体20のウエハ23を支持する表
面は、断面が凸状になっている。したがって、この表面
は凸状になっているのでチャック直前の静電チャック表
面ウエハ23との間の距離dは、プレート本体20の中
央部が小さく、外周部が大きい。また、プレート本体2
0には複数の貫通した穴(図示しない)が開けられてお
り、その中にウエハ搬送用リフターピン24が挿入され
ている。このリフターピン24は、ウエハの搬送時にア
ップ、ダウンするようになっている。リフターピンは、
ウエハセンサを兼ねることができる。
になっているので、ウエハのチャック開始時に両者が最
も接近しているウエハ中央部のみチャックされ、その後
遅れて外周部がチャックされる。したがって、第1の実
施例と同じ様に、ウエハの圧縮応力による破損や擦れに
よるパーティクルの発生が抑制される。静電チャック電
極は分割する必要がないのでチャック電源が簡便にな
り、コスト低減に繋がる。また、ウエハリフターピン
は、バネを持つセンサとなっておりチャック時にウエハ
を水平に保持し均等なチャック力が加わるようにする
他、ウエハの破損や搬送ミスにより正常に受け渡しがで
きなかったときにこれらの不良を検知することができ
る。ホットプレート表面の凸状高さは、100μm〜1
mm程度が好ましい。100μm以下ではウエハに加わ
るチャック力が内側と外側とでは時間差が生じないの
で、ウエハの応力を減らす効果がない。また、1mm以
上ではウエハが歪みすぎて逆に応力が増えたり、チャッ
ク不良になることが多い。
例を説明する。図6は、ホットプレートが配置された半
導体製造装置(スパッタ装置)の概略断面図、図7は、
デチャック時におけるデチャック電圧の時間的変化を示
す特性図である。この実施例のホットプレート34は、
第1の実施例と同じ様に、静電チャックが2分割され、
ウエハ載置面が平坦な構造を有している。スパッタ室3
0にはArなどのスパッタガス導入口と真空ポンプ(図
示しない)に接続された真空排気口とが設けられてお
り、スパッタ室30を真空排気できるようになってい
る。真空排気されたスパッタ室30にはターゲット31
を保持したカソード32と、このカソード32に対向し
て配置されたホットプレート34が設置されている。ホ
ットプレート34が設置されているステージの側にはウ
エハ33の裏面状態を検知する裏面モニタプローブ35
が設けられている。ホットプレート34は、450℃に
加熱されている。図1と同じ様に、ホットプレート34
を構成する静電チャック電極は、内周電極部と外周電極
部の2つに分割されている。内周電極部は、チャック時
に正電圧を印加する第1の電極及び負電圧を印加する第
2の電極を有し、外周電極部は、チャック時に正電圧を
印加する第1の電極及び負電圧を印加する第2の電極を
有している。これらの電極は、チャック電源コントロー
ラ36に接続されている。
34上に載置される前に裏面モニタプローブ35により
ウエハ33の裏面状態がモニタされる。モニタされた情
報は、チャック電源コントローラ36に送られると同時
にウエハ33がホットプレートに載置される。裏面状態
により事前に決められたチャック電圧印加パラメータが
選択され、内側チャック電圧、外側チャック電圧の順で
印加される。これによりウエハ中央部からチャックされ
ウエハ温度が450℃になる。この実施例の方法により
ウエハとホットプレートとが強くすれてパーティクルを
発生することやウエハに圧縮応力が発生し、破損するこ
とが防止される。ついでスパッタリングガスが導入さ
れ、所定の圧力になった後、所定の時間ターゲットにD
C電力が加えられ、成膜が終了する。その後裏面状態に
より事前に決められたデチャックパラメータにより除電
プロセスが行われ、ウエハ33がスパッタ室30から搬
出されて一連のスパッタ成膜プロセスを終了する。この
裏面モニタプローブは、静電チャックパラメータを決め
るだけでなく、赤外放射温度計の温度構成を行うための
放射率測定プローブと共用することも可能である。この
実施例では裏面モニタプローブは、スパッタ室に設けた
が、他のチャンバやロードロック室など別の部屋でも構
わない。
電圧を静電チャック電極に印加するものであり、図7に
示すように、この電極にチャック時と同じ強さの逆方向
の電圧(例えば、+0.3kVがかかっていた電極には
−0.3kV、−0.3kVがかかっていた電極には+
0.3kV)を短時間(略2秒)印加する。図7の縦軸
は、チャック電圧及びデチャック電圧(v)を表わし、
横軸にチャック時間及びデチャック時間(秒)を表わし
ている。また、この実施例では、スパッタ装置のホット
プレートを適用したが、本発明ではCVD装置、RIE
装置あるいはCDE装置などの他の半導体製造装置に適
用することも可能である。図8は、本発明のホットプレ
ートを装着したCVD装置の概略断面図を示している。
シラン及び酸素などからなる反応ガスを300℃〜50
0℃に加熱された反応室内に供給し、酸化反応によって
シリコン酸化膜(SiO2 )を本発明のホットプレート
上に載置されたシリコンウエハに成膜させる。
たRIE型エッチング装置の概略断面図である。反応室
のカソード側に本発明のホットプレートを配置し、例え
ば、CF4 −O2 (8原子%)の反応ガスを室内に供給
し、13.56MHzの高周波電圧をカソードに印加し
てホットプレート上のシリコンウエハに形成されたポリ
シリコン膜をパターニングする。
らかかり昇温する。この時、ウエハ外周部は、チャック
力が弱いのでウエハの熱膨張がスムーズに起こり、スト
レスが低い状態に保たれ、ウエハの破損を防止すること
ができる。更にウエハとホットプレートとの擦れも弱い
のでパーティクルの発生も抑制される。また、ウエハの
裏面状態を事前に感知して予め決められた昇圧、除電パ
ラメータを選択し、チャック力、除電時間が自動的に調
整されてウエハの破損や搬送ずれを防止することが可能
になる。
ク型ホットプレートの断面図及びホットプレートの表面
に形成された静電チャック電極を示したホットプレート
の平面図。
れてからチャックされるまでの時間的変化を示す特性図
及びウエハがチャックされるまでのウエハ温度の時間的
変化を示す特性図。
れてからチャックされるまでの時間的変化を示す特性
図。
れてからチャックされるまでの時間的変化を示す特性図
及びウエハがチャックされるまでのウエハ温度の時間的
変化を示す特性図。
の平面図。
導体製造装置(スパッタ装置)の概略断面図。
の時間的変化を示す特性図。
の概略断面図。
ッチング装置の概略断面図。
ートの断面図。
レートの断面図。
・・・静電チャック電極、3、23、33、103・・
・ウエハ(半導体基板)、4・・・内周電極部、 5
・・・外周電極部、10、20、100・・・プレート
本体、 24・・・リフターピン、30・・・スパッ
タ室、 31・・・ターゲット、 32・・・カソー
ド、34・・・ホットプレート、 35・・・裏面モ
ニタプローブ、36・・・チャック電源コントローラ、
41・・・内周電極部の第1の電極、42・・・内周電
極部の第2の電極、51・・・外周電極部の第1の電
極、52・・・外周電極部の第2の電極。
Claims (9)
- 【請求項1】 半導体基板を載置するプレート本体と、 前記プレート本体に形成された発熱電極と、 前記プレート本体に形成され、少なくとも中心から外周
方向に複数の領域に分割された静電チャック電極とを具
備したことを特徴とするホットプレート。 - 【請求項2】 前記静電チャック電極には、前記領域毎
に外部から電圧が供給されてチャック力が生成され、前
記静電チャック電極の各領域毎に発生するチャック力を
所定のタイミングで制御する手段を有することを特徴と
する請求項1に記載のホットプレート。 - 【請求項3】 前記静電チャック電極には、前記中心部
分から外周方向に向かって順次電圧が供給されていくこ
とを特徴とする請求項2に記載のホットプレート。 - 【請求項4】 前記静電チャック電極の少なくとも1つ
の前記領域に供給される電圧は、所定値まで徐々に供給
されることを特徴とする請求項3に記載のホットプレー
ト。 - 【請求項5】 半導体基板を載置するプレート本体と、 前記プレート本体に形成された発熱電極と、 前記プレート本体に形成された静電チャック電極とを具
備し、 前記プレート本体は、半導体基板を載置する面が凸状で
あり、前記半導体基板と前記プレート本体表面との間の
距離が前記ホットプレートの中心部分から外周方向に向
かって順次長くなっていることを特徴とするホットプレ
ート。 - 【請求項6】 プレート本体と、前記プレート本体に形
成された発熱電極と、前記プレート本体に形成され、少
なくとも中心から外周方向に複数の領域に分割された静
電チャック電極とを具備したホットプレート上に半導体
基板を載置する工程と、 前記静電チャック電極の前記各領域に電圧を印加して前
記各領域毎にチャック力を発生させ、このチャック力に
より前記半導体基板を前記ホットプレートに保持させる
工程と、 前記プレート本体に搭載された半導体基板を前記発熱電
極により所定の温度まで加熱する工程と、 前記半導体基板を前記ホットプレートで保持した状態で
前記半導体基板を処理する工程とを具備したことを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記静電チャック電極には、前記中心部
分から外周方向に向かって順次電圧が供給され、前記中
心部分から外周方向に向かって順次チャック力が発生し
ていくことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記半導体基板を前記ホットプレートに
チャックする電圧、チャックする時間、デチャックする
電圧及びデチャックする時間の少なくとも1つは、予め
ホットプレートに載置する前又は載置後この半導体基板
の裏面状態を検知しておき、その情報に基づいてこれら
の時間や電圧を制御することを特徴とする請求項6又は
請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記チャック後に、前記静電チャック電
極にチャック時の電圧とは逆方向の電圧を印加して前記
半導体基板を除電することを特徴とする請求項6乃至請
求項8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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