JP2002033376A - 被処理体の載置装置 - Google Patents
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
す要部断面図である。
相当する断面図である。
Claims (4)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000216552A JP4559595B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 被処理体の載置装置及びプラズマ処理装置 |
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