JP2002033376A - 被処理体の載置装置 - Google Patents

被処理体の載置装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォーカスリング３が単にウエハチャック１
上に載置した構造であるため、フォーカスリング３とウ
エハチャック１間に真空細隙があり、両者間での熱伝達
が悪く、半導体ウエハＷのようにはフォーカスリング３
を冷却することができず、フォーカスリング３が半導体
ウエハＷの温度よりもかなり高くなり、半導体ウエハＷ
の外周縁部のエッチング特性が変化する。 【解決手段】 本発明の半導体ウエハＷの載置装置は、
半導体ウエハＷを載置する冷却機構を内蔵したウエハチ
ャック１１と、このウエハチャック１１の載置面の外周
縁部に配置されたフォーカスリング１２とを備えた半導
体ウエハＷの載置装置において、ウエハチャック１１の
上面に半導体ウエハＷ及びフォーカスリングを吸着する
第１、第２誘電体膜層１４Ａ、１４Ｂを設けたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被処理体の載置装
置に関し、更に詳しくは、例えばプラズマ処理装置に用
いられる被処理体の載置装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ処理装置としては例えばＣＶＤ
装置、エッチング装置あるいはアッシング装置等が半導
体製造装置として広く用いられている。プラズマ処理室
内には半導体ウエハ等の被処理体を載置する装置が設置
されている。この載置装置は、例えば図２に示すよう
に、半導体ウエハＷを載置する載置台（ウエハチャッ
ク）１と、このウエハチャック１上面に配置された静電
チャック２と、この静電チャック２を囲んでウエハチャ
ック１の外周縁部に配置されたフォーカスリング３とを
備えている。ウエハチャック１の上面にはガス通路１Ａ
が分散して開口し、また、静電チャック２にはこれらの
開口に対応する孔２Ａが形成されている。ガス通路１Ａ
にはガス供給源（図示せず）が接続され、このガス供給
源から熱伝達媒体（例えばヘリウムガス）を供給するよ
うになっている。また、ウエハチャック１には高周波電
源４が接続され、この高周波電源４からウエハチャック
１へ高周波電力を印加する。また、静電チャック２は電
極板２Ｂを内蔵するポリイミド樹脂等からなるシート状
誘電体として形成されている。電極板２Ｂには直流電源
５が接続され、この直流電源５から直流電圧を印加し、
静電チャック２上の半導体ウエハＷを静電吸着する。
【０００３】半導体ウエハＷにプラズマ処理を施す場合
には、処理室内のウエハチャック１上の静電チャック２
に半導体ウエハＷを載置した後、処理室を所定の真空度
に保持した状態で静電チャック２上に半導体ウエハＷを
載置、固定した後、高周波電源４からウエハチャック１
に高周波電力を印加し、処理室内で対向電極（図示せ
ず）との間でプラズマを発生させる。プラズマはウエハ
チャック１上のフォーカスリング３を介して半導体ウエ
ハＷ上に収束し、半導体ウエハＷに対し所定のプラズマ
処理（例えば、エッチング処理）を施す。エッチングに
より半導体ウエハＷの温度が高くなるが、冷却機構を用
いてウエハチャック１を介して半導体ウエハＷを冷却す
る。この際、静電チャック２の上面からヘリウムガスを
半導体ウエハＷの裏面に向けて噴出し、静電チャック２
と半導体ウエハＷ間の熱伝達効率を高め半導体ウエハＷ
を効率良く冷却する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
被処理体の載置装置の場合には、フォーカスリング３が
単にウエハチャック１上に載置した構造であるため、フ
ォーカスリング３とウエハチャック１間に真空細隙があ
り、両者間での熱伝達が悪く、半導体ウエハＷのように
はフォーカスリング３を冷却することができず、フォー
カスリング３が半導体ウエハＷの温度よりもかなり高く
なり、半導体ウエハＷの外周縁部のエッチング特性が変
化し、この部分のエッチングが不十分でホール抜け性が
悪化したり、エッチングの選択比が低下したりする等の
問題が生じている。尚、ホール抜け性とは所定の深さま
でエッチングにより確実に堀込むことができる特性を云
う。ホール抜け性が悪いと堀込みが足りず、所定深さま
でエッチングできない。
【０００５】特に、最近では半導体ウエハＷの大口径
化、超微細化が飛躍的に進み、しかも一枚の半導体ウエ
ハＷの無駄をなくし１個でも多くのデバイスを取る努力
がなされているため、半導体ウエハＷの外周間際までデ
バイスを取るようになってきている。そのため、フォー
カスリング３の温度上昇はデバイスの歩留りに大きく影
響するようになってきた。
【０００６】尚、特開平７−３１０１８７号公報や特開
平１０−３０３２８８号公報において、フォーカスリン
グに相当する部材の温度を調節する手段が提案されてい
るが、これらの公報で提案されている温度調節手段はい
ずれも構造が複雑で、コストアップの要因になってい
た。
【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、フォーカスリング近傍でのプラズマ処理特
性の経時的変化をなくし、被処理体全面を均一に処理す
ることができ、しかも簡単な構造でコスト削減を実現す
ることができる被処理体の載置装置を提供することを目
的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の被処理体の載置装置は、被処理体を載置する冷却機構
を内蔵した載置台と、この載置台の載置面の外周縁部に
配置されたフォーカスリングとを備えた被処理体の載置
装置において、上記被処理体及び上記フォーカスリング
を吸着する静電吸着手段を上記載置面に一体的に設けた
ことを特徴とするものである。
【０００９】また、本発明の請求項２に記載の被処理体
の載置装置は、被処理体を載置する冷却機構を内蔵した
載置台と、この載置台の載置面の外周縁部に配置された
フォーカスリングとを備えた被処理体の載置装置におい
て、上記被処理体及び上記フォーカスリングをそれぞれ
異なる静電力で吸着する第１、第２の静電吸着手段を上
記載置面に設けたことを特徴とするものである。
【００１０】また、本発明の請求項３に記載の被処理体
の載置装置は、請求項１または請求項２に記載の発明に
おいて、上記静電吸着手段は、上記載置面を被覆する誘
電体膜層と、この誘電体膜層に静電力を付与する電源と
を有することを特徴とするものである。
【００１１】また、本発明の請求項３に記載の被処理体
の載置装置は、請求項３に記載の発明において、上記誘
電体膜層をセラミックにより形成したことを特徴とする
ものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図１に示す実施形態に基づ
いて本発明を説明する。本実施形態の被処理体の載置装
置１０は、例えば図１に示すように、被処理体（例え
ば、半導体ウエハ）Ｗを載置する載置台（ウエハチャッ
ク）１１と、このウエハチャック１１の外周縁部に配置
されたフォーカスリング１２とを備え、ウエハチャック
１１には１３．５６ＭＨｚの高周波電源１３が接続され
ている。ウエハチャック１１は例えばアルミアルマイト
によって形成され、フォーカスリング１２は例えばシリ
コン、窒化シリコン、シリコンカーバイト等のセラミッ
クによって形成されている。
【００１３】上記ウエハチャック１１の上面はウエハ載
置面１１Ａとして形成され、このウエハ載置面１１Ａの
外周にはフォーカスリング１２を載置するリング状載置
面１１Ｂが段差を持って形成されている。これらのウエ
ハ載置面１１Ａ及びリング状載置面１１Ｂはそれぞれ異
なる比抵抗率を有するセラミック等の無機材料やポリイ
ミド樹脂等の耐熱性樹脂等の誘電体からなる第１、第２
の誘電体膜層１４Ａ、１４Ｂによって被覆されている。
第１、第２の誘電体膜層１４Ａ、１４Ｂはそれぞれ例え
ばセラミックの溶射技術によって６００μｍの厚さで形
成される。第１、第２の誘電体膜層１４Ａ、１４Ｂは後
述のように半導体ウエハＷ及びフォーカスリング１２を
静電吸着する静電チャックとして機能する。第１、第２
の誘電体膜層１４Ａ、１４Ｂは、膜厚が薄いと絶縁耐性
が低下し、膜厚が厚いと吸着力が低下するため、吸着目
的に応じて適宜の膜厚を選択する。
【００１４】而して、膜厚ｄ、誘電率εの誘電体膜層を
静電チャックとして用い、その片側から直流電圧Ｖを印
加すると、誘電体膜層の両側に単位面積当たりＱ＝εＶ
／ｄの正負の電荷が蓄積される。この時の電荷がクーロ
ン力となって半導体ウエハＷまたはフォーカスリング１
２が誘電体膜層を介して吸着される。しかしながら、誘
電体膜層の比抵抗率が１×１０１２Ω・ｃｍより小さい
材料によって形成されている場合には、誘電体膜層に微
小電流が流れ、電荷が誘電体膜層の表面に蓄積されるた
め、見かけ上ｄが非常に小さくなり、強い吸着力が得ら
れる。これはジョンソンラーベック力を利用した静電チ
ャックとして知られている。直流電圧の印加を停止した
後における蓄積電荷の自然放散は、クーロン力の場合に
比べてジョンソンラーベック力による場合の方が長時間
を要する。
【００１５】そこで、本実施形態では第１の誘電体膜層
１４Ａは例えば比抵抗率が１×１０１ ２Ω・ｃｍより大
きい材料（例えば、アルミナに導電性不純物を添加した
混合物）によって形成され、クーロン力で半導体ウエハ
Ｗを吸着するようにしている。半導体ウエハＷを吸着す
る場合には、強い吸着力よりもむしろ電荷の自然放散が
速く、半導体ウエハＷの着脱を素早くすることが優先さ
れるからである。一方、第２の誘電体膜層１４Ｂは例え
ば比抵抗率が１×１０１２Ω・ｃｍより小さい材料（例
えば、アルミナに導電性不純物を添加した混合物）によ
って形成され、ジョンソンラーベック力で半導体ウエハ
Ｗを吸着するようにしている。フォーカスリング１２を
吸着する場合には、フォーカスリング１２は例えば６ｍ
ｍ程度の肉厚があるため、電荷の素早い自然放散よりも
むしろ強い吸着力が優先されるからである。第１、第２
の誘電体膜層１４Ａ、１４Ｂは例えば共にアルミナに導
電性不純物を添加した混合物によって形成されるが、そ
れぞれの比抵抗率は添加する導電性不純物の添加量によ
って適宜調整することができる。
【００１６】上記フォーカスリング１２はリング状載置
面１１Ｂ上に載置される。このフォーカスリング１２の
内側には段部が形成され、この段部が半導体ウエハＷの
外周縁部を支持する支持面１２Ａとして形成されてい
る。従って、フォーカスリング１２がリング状載置面１
１Ｂ上に載置されると、フォーカスリング１２の支持面
１２Ａとウエハ載置面１１Ａにおける第１の誘電体膜層
１４Ａの表面がほぼ面一になり、ウエハ載置面１１Ａ上
に載置された半導体ウエハＷの外周縁部をフォーカスリ
ング１２の支持面１２Ａで支持するようになっている。
【００１７】而して、上記ウエハチャック１１には直流
電源１５が接続され、この直流電源１５からウエハチャ
ック１１に例えば２ＫＶの直流電圧を印加すると、第
１、第２の誘電体膜層１４Ａ、１４Ｂの表面に静電気が
帯電して静電チャックとして機能するようになってい
る。第１の誘電体膜層１４Ａでは半導体ウエハＷをクー
ロン力で吸着し、第２の誘電体膜層１４Ｂではフォーカ
スリング１２をジョンソンラーベック力で吸着する。直
流電源１５は直流電圧を適宜変更できるようになってい
る。
【００１８】また、上記ウエハチャック１１内には冷媒
流路１１Ｃが形成され、この冷媒流路１１Ｃ内を冷却媒
体（例えば、エチレングリコール）が通り、ウエハチャ
ック１１を介して半導体ウエハＷを冷却する。冷媒流路
１１Ｃとは別にウエハチャック１１内にはバックサイド
ガスが通るガス流路１１Ｄが形成され、このガス流路１
１Ｄはウエハ載置面１１Ａ及びリング状載置面１１Ｂで
開口し、また、第１、第２の誘電体膜層１４Ａ、１４Ｂ
にはガス流路１１Ｄに対応する孔１４Ｃが形成され、バ
ックサイドガスをウエハ載置面１１Ａから半導体ウエハ
Ｗの裏面に向けてヘリウムガスを熱伝達媒体として吹き
出すと共にリング状載置面１１Ｂからフォーカスリング
１２の裏面に向けてヘリウムガスを吹き出し、それぞれ
の間での熱伝達を円滑にする。
【００１９】次に、動作について説明する。直流電源１
５からウエハチャック１１に所定の直流電圧を印加する
と、ウエハ載置面１１Ａ及びリング状載置面１１Ｂの第
１、第２の誘電体膜層１４Ａ、１４Ｂに静電気が帯電す
る。これによりフォーカスリング１２はこの部分の第２
の誘電体膜層１４Ｂのジョンソンラーベック力でリング
状載置面１１Ｂ上で強く静電吸着される。この状態で処
理室内の載置装置１０において半導体ウエハＷを受け取
ると、半導体ウエハＷはウエハ載置面１１Ａの第１の誘
電体膜層１４Ａのクーロン力でウエハ載置面１１Ａ上で
静電吸着される。ウエハチャック１１において半導体ウ
エハＷを受け取った後、処理室を他から遮断して密閉す
る。次いで、処理室内を所定の真空度に保ち、高周波電
源１３からウエハチャック１１に高周波電力を印加する
と共にエッチング用ガスを導入すると、処理室内ではエ
ッチング用ガスのプラズマを発生する。プラズマはウエ
ハチャック１１のフォーカスリング１２によりウエハチ
ャック１１上の半導体ウエハＷに収束し、半導体ウエハ
Ｗの表面に所定にエッチング処理を施す。
【００２０】この際、半導体ウエハＷはプラズマの攻撃
により温度が上昇するが、冷却機構を構成する冷媒流路
１１Ｃを流れるエチレングリコールによってウエハチャ
ック１１が冷却されているために、ウエハチャック１１
上の半導体ウエハＷは冷却される。しかもバックサイド
ガスの働きによりウエハ載置面１１Ａと半導体ウエハＷ
間の熱伝達が円滑に行われ、半導体ウエハＷは効率良く
冷却され、制御温度以上に上昇することなく一定の温度
に維持される。
【００２１】一方、ウエハチャック１１の外周縁部のフ
ォーカスリング１２もウエハ同様にプラズマの攻撃を受
け、温度が上昇する。この際、フォーカスリング１２は
第２の誘電体膜層１４Ｂを介してリング状載置面１１Ｂ
上に強く静電吸着されて密着し、しかもフォーカスリン
グ１２と第２の誘電体膜層１４Ｂ間にヘリウムガスが介
在しているため、フォーカスリング１２とリング状載置
面１１Ｂ間の熱伝達を促し、フォーカスリング１２も半
導体ウエハＷと同様に冷却され、半導体ウエハＷと略同
一のレベルの温度に維持され、両者間で殆ど温度差が生
じることがないか、温度差があるとしても極めて僅かで
ある。
【００２２】従って、半導体ウエハＷの外周縁部はフォ
ーカスリング１２の温度による影響を受けることがな
く、半導体ウエハＷ全面で一定のエッチング処理を行う
ことができ、従来のようにホール抜け性が悪化したり、
エッチングの選択比が悪化したりすることがない。
【００２３】以上説明したように本実施形態によれば、
ウエハチャック１１に直流電圧を印加した状態でウエハ
チャック１１のウエハ載置面１１Ａの第１の誘電体膜層
１４Ａにおいて半導体ウエハＷをクーロン力で静電吸着
すると共にリング状載置面１１Ｂの第２の誘電体膜層１
４Ｂにおいてフォーカスリング１２をジョンソンラーベ
ック力で強く静電吸着することができるため、半導体ウ
エハＷ及びフォーカスリング１２がそれぞれの載置面１
１Ａ、１１Ｂに確実に密着し、フォーカスリング１２を
半導体ウエハＷと同様に効率良く冷却することができ、
フォーカスリング１２と半導体ウエハＷ間で殆ど温度差
を生じさせることがなく、半導体ウエハＷ外周縁部での
エッチング特性の悪化を防止し、半導体ウエハＷの外周
縁部をその内側と同様に均一にエッチングすることがで
き、歩留りを高めることができる。また、静電吸着手段
は、ウエハチャック１１の上面に第１、第２の誘電体膜
層１４Ａ、１４Ｂと、ウエハチャック１１に直流電圧を
印加する直流電源１５によって構成されているため、静
電チャック構造を簡素化することができ、ひいてはコス
ト削減を実現することができる。また、半導体ウエハＷ
及びフォーカスリング１２とそれぞれの載置面１１Ａ、
１１Ｂ間に熱伝導性ガスであるヘリウムガスを供給する
ため、静電吸着手段と相俟ってフォーカスリング１２を
半導体ウエハＷと同様に効率良く冷却することができ
る。
【００２４】尚、本発明は上記実施形態に何等制限され
るものではない。例えば、上記実施形態では第１、第２
の誘電体膜層１４Ａ、１４Ｂを異なる比抵抗率を持つセ
ラミックによって形成したものについて説明したが、誘
電体膜層はセラミックに制限されるものではなく、ポリ
イミド樹脂や四フッ化エチレン樹脂等の耐熱性樹脂によ
って形成したものであっても良い。第１、第２の誘電体
膜層１４Ａ、１４Ｂは同一の比抵抗率を有するものであ
っても良い。また、被処理体は半導体ウエハに制限され
るものではなく、ＬＣＤ用基板等であっても良い。
【００２５】
【発明の効果】本発明の請求項１〜請求項４に記載の発
明によれば、フォーカスリング近傍でのプラズマ処理特
性の経時的変化をなくし、被処理体全面を均一に処理す
ることができ、しかも簡単な構造でコスト削減を実現す
ることができる被処理体の載置装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の被処理体の載置装置の一実施形態を示
す要部断面図である。
【図２】従来の被処理体の載置装置の一例を示す図１に
相当する断面図である。
【符号の説明】
１０ 被処理体の載置装置 １１ ウエハチャック（載置台） １１Ａ ウエハ載置面 １１Ｂ リング状載置面 １１Ｃ 冷媒流路（冷却機構） １２ フォーカスリング １４Ａ 第１の誘電体膜層（第１の静電吸着手段） １４Ｂ 第２の誘電体膜層（第２の静電吸着手段） １５ 直流電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｑ 3/15 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ Ｆターム(参考） 3C016 AA01 CE04 GA10 4K030 CA04 CA12 GA02 KA26 KA45 KA46 5F004 AA01 BB22 BB25 BB29 BD01 5F031 CA02 HA16 HA38 HA39 PA11 5F045 AA08 BB01 EJ03 EJ09 EM05 EM09

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理体を載置する冷却機構を内蔵した
    載置台と、この載置台の載置面の外周縁部に配置された
    フォーカスリングとを備えた被処理体の載置装置におい
    て、上記被処理体及び上記フォーカスリングを吸着する
    静電吸着手段を上記載置面に一体的に設けたことを特徴
    とする被処理体の載置装置。
  2. 【請求項２】 被処理体を載置する冷却機構を内蔵した
    載置台と、この載置台の載置面の外周縁部に配置された
    フォーカスリングとを備えた被処理体の載置装置におい
    て、上記被処理体及び上記フォーカスリングをそれぞれ
    異なる静電力で吸着する第１、第２の静電吸着手段を上
    記載置面に設けたことを特徴とする被処理体の載置装
    置。
  3. 【請求項３】 上記静電吸着手段は、上記載置面を被覆
    する誘電体膜層と、この誘電体膜層に静電力を付与する
    電源とを有することを特徴とする請求項１または請求項
    ２に記載の被処理体の載置装置。
  4. 【請求項４】 上記誘電体膜層をセラミックにより形成
    したことを特徴とする請求項３に記載の被処理体の載置
    装置。
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