JP2005347545A

JP2005347545A - Electrostatic chuck device

Info

Publication number: JP2005347545A
Application number: JP2004165881A
Authority: JP
Inventors: Toru Takai; 徹高井
Original assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2005-12-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic chuck device capable of suppressing wear of a surface of a suction stage projecting from a body to be sucked and sticking of reaction products even when the sucked body varies in size is handled. <P>SOLUTION: The electrostatic chuck device 101 comprises an electrostatic chuck stage 102, a power source 103 for an electrostatic chuck, and a changeover switch 104. Respective paired electrodes are arranged so that electrostatic charging regions do not project from a semiconductor wafer 5, and the changeover switch section 104 can apply voltages in pair units to switch the electrostatic regions in steps. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば、プラズマエッチング装置やイオン注入装置等の半導体製造装置に備えられ、被吸着物としての半導体ウェーハを静電吸着する静電チャック装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic chuck device that is provided in a semiconductor manufacturing apparatus such as a plasma etching apparatus or an ion implantation apparatus and that electrostatically adsorbs a semiconductor wafer as an object to be adsorbed.

従来の静電チャック装置を備えた半導体装置の一例としてのプラズマエッチング装置の要部断面図を図５に示す。尚、静電チャック装置には双極型と単極型があるが図５には一例として双極型の静電チャック装置を示す。 FIG. 5 shows a cross-sectional view of a main part of a plasma etching apparatus as an example of a semiconductor device provided with a conventional electrostatic chuck device. Although there are two types of electrostatic chuck devices, a bipolar type and a single type, FIG. 5 shows a bipolar type electrostatic chuck device as an example.

プラズマエッチング装置１は、主に、真空チャンバ２と、その内部に対向して配置された下部電極３および上部電極４と、下部電極３上に配置され被吸着物としての半導体ウェーハ５を吸着保持する静電チャック装置６と、外部に配置されたプラズマ発生用のＲＦ電源７とで構成されている。 The plasma etching apparatus 1 mainly sucks and holds a vacuum chamber 2, a lower electrode 3 and an upper electrode 4 that are disposed opposite to each other, and a semiconductor wafer 5 that is disposed on the lower electrode 3 as an object to be adsorbed. And an RF power source 7 for generating plasma disposed outside.

また、真空チャンバ２には、反応性ガスを導入するガス導入口８と、不要ガスを排気するガス排気口９とが設けられている。そして、上部電極４は接地され、下部電極３はＲＦ電源７と接続され、下部電極３に高周波電圧を加えることにより、下部電極３と上部電極４との間の空間にプラズマを励起する。 The vacuum chamber 2 is provided with a gas introduction port 8 for introducing a reactive gas and a gas exhaust port 9 for exhausting unnecessary gas. The upper electrode 4 is grounded, the lower electrode 3 is connected to the RF power source 7, and a high frequency voltage is applied to the lower electrode 3 to excite plasma in the space between the lower electrode 3 and the upper electrode 4.

このようなプラズマエッチング装置１の使用方法は、先ず、半導体ウェーハ５を静電チャック装置６上に載置し静電吸着し、次に、真空チャンバ２内を真空にしてガス導入口８より反応性ガスを導入した後、ＲＦ電源７をＯＮにして下部電極３と上部電極４との間の空間にプラズマを励起させる。そして、プラズマ中に発生するイオンや中性ラジカルで半導体ウェーハ５表面をエッチングする。このとき、半導体ウェーハ５だけでなく、半導体ウェーハ５から、はみ出した静電チャック装置６表面もプラズマに晒されるため不所望にもエッチングされ減耗する。 The plasma etching apparatus 1 is used in such a manner that the semiconductor wafer 5 is first placed on the electrostatic chuck apparatus 6 and electrostatically adsorbed, and then the inside of the vacuum chamber 2 is evacuated to react from the gas inlet 8. After introducing the property gas, the RF power source 7 is turned on to excite plasma in the space between the lower electrode 3 and the upper electrode 4. Then, the surface of the semiconductor wafer 5 is etched with ions or neutral radicals generated in the plasma. At this time, not only the semiconductor wafer 5 but also the surface of the electrostatic chuck device 6 that protrudes from the semiconductor wafer 5 is exposed to the plasma, and is undesirably etched and worn down.

そして、プラズマエッチング終了後、ＲＦ電源７をＯＦＦにして不要ガスをガス排気口９から排気した後、半導体ウェーハ５を静電チャック装置６から離脱させる。以上の動作を繰返し、順次、次の半導体ウェーハ５に対してプラズマエッチング作業を行う。 Then, after the plasma etching is completed, the RF power source 7 is turned off and unnecessary gas is exhausted from the gas exhaust port 9, and then the semiconductor wafer 5 is detached from the electrostatic chuck device 6. The above operation is repeated, and the plasma etching operation is sequentially performed on the next semiconductor wafer 5.

次に、静電チャック装置の構成の詳細について図６〜図８を用いて説明する。尚、図６，図７は双極型の静電チャック装置を示し、図８は単極型の静電チャック装置を示す。また、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ線における側断面図、図７，図８は側断面図である。 Next, details of the configuration of the electrostatic chuck device will be described with reference to FIGS. 6 and 7 show a bipolar electrostatic chuck device, and FIG. 8 shows a unipolar electrostatic chuck device. 6A is a plan view, FIG. 6B is a side sectional view taken along line XX of FIG. 6A, and FIGS. 7 and 8 are side sectional views.

先ず、双極型の静電チャック装置６は、図６に示すように、静電チャックステージ部１０と静電チャック用電源部１１とで構成されている。静電チャックステージ部１０は、例えば、略半円形の一対の平板電極１２，１３を所定間隔Ｌ１（例えば、数ｍｍ）だけ離間させて誘電率の高い絶縁物１４中に配置した組立体であり、静電チャック用電源部１１は、平板電極１２，１３に接続され、平板電極１２，１３に電位差を付与可能となっている。 First, as shown in FIG. 6, the bipolar electrostatic chuck device 6 includes an electrostatic chuck stage unit 10 and an electrostatic chuck power supply unit 11. The electrostatic chuck stage unit 10 is an assembly in which, for example, a pair of substantially semicircular flat plate electrodes 12 and 13 are separated from each other by a predetermined distance L1 (for example, several mm) and placed in an insulator 14 having a high dielectric constant. The electrostatic chuck power supply unit 11 is connected to the plate electrodes 12 and 13 and can apply a potential difference to the plate electrodes 12 and 13.

尚、間隔Ｌ１は、平板電極１２，１３と半導体ウェーハとの対向面積をあまり減少させない程度で、かつ、平板電極１２，１３間の耐圧を確保できる寸法とする。また、充分なクーロン力を得るために半導体ウェーハを載置する静電チャックステージ部１０の表面側の絶縁物１４の厚さは比較的薄く成形してある。 The distance L1 is set to such a size that the opposing area between the flat plate electrodes 12 and 13 and the semiconductor wafer is not reduced so much that the withstand voltage between the flat plate electrodes 12 and 13 can be secured. Further, in order to obtain a sufficient Coulomb force, the insulator 14 on the surface side of the electrostatic chuck stage portion 10 on which the semiconductor wafer is placed is formed to be relatively thin.

このような双極型の静電チャック装置６で半導体ウェーハを吸着した時の各部の帯電状態及び帯電領域を図７に示す。静電チャック用電源部１１をＯＮにして平板電極１２，１３間に直流電圧（例えば、１ｋｖ程度）を印加すると平板電極１２，１３はそれぞれ正・負に帯電し、その上の絶縁物１４を誘電分極させ、クーロン力を利用して半導体ウェーハ５を静電吸着する。この場合、平板電極１２，１３のほぼ真上全域が強い帯電領域となる。 FIG. 7 shows the charged state and charged region of each part when the semiconductor wafer is attracted by such a bipolar electrostatic chuck device 6. When the electrostatic chuck power supply unit 11 is turned on and a DC voltage (for example, about 1 kv) is applied between the flat plate electrodes 12 and 13, the flat plate electrodes 12 and 13 are charged positively and negatively, respectively, and the insulator 14 thereon is Dielectric polarization is performed, and the semiconductor wafer 5 is electrostatically adsorbed using Coulomb force. In this case, the entire region almost directly above the plate electrodes 12 and 13 is a strong charged region.

次に、単極型の静電チャック装置１５は、図８に示すように、絶縁物１４の内部に単一の平板電極１６（例えば、円形）を備えており、半導体ウェーハ５は接地されている。そして、静電チャック用電源部１１により平板電極１６に直流電圧を印加して帯電させ、その上の絶縁物１４を誘電分極させ、クーロン力を利用して半導体ウェーハ５を静電吸着する。この場合、平板電極１６のほぼ真上全域が強い帯電領域となる。 Next, as shown in FIG. 8, the monopolar electrostatic chuck device 15 includes a single plate electrode 16 (for example, a circle) inside the insulator 14, and the semiconductor wafer 5 is grounded. Yes. Then, the electrostatic chuck power supply unit 11 applies a DC voltage to the plate electrode 16 to charge it, dielectrically polarizes the insulator 14 thereon, and electrostatically attracts the semiconductor wafer 5 using Coulomb force. In this case, the region directly above the plate electrode 16 is a strong charged region.

ここで、上述したような従来の双極型あるいは単極型の静電チャック装置６，１５には以下の２つの問題点があった。先ず、第１の問題点は、プラズマエッチングの際に、半導体ウェーハ５から、はみ出した静電チャックステージ部１０表面の絶縁物１４が徐々にエッチングされ減耗していくことであった。 Here, the conventional bipolar or monopolar electrostatic chuck devices 6 and 15 as described above have the following two problems. First, the first problem is that the insulator 14 on the surface of the electrostatic chuck stage 10 protruding from the semiconductor wafer 5 is gradually etched and worn out during plasma etching.

特に、半導体ウェーハ５から、はみ出す領域の中でも、直下に帯電した平板電極１２，１３，１６がある領域（図７，８中の領域Ａ）は、誘導分極による電荷が多く分布しているためプラズマからのイオンやラジカルの物理的衝撃力が大きくなり、直下に帯電した平板電極１２，１３，１６がない領域（図７，８中の領域Ｂ）に比較して減耗量が大きくなるおそれがあった。領域Ａと領域Ｂの減耗量の差を模式的に図９に示す。図９（ａ）は双極型の静電チャック装置６の場合、図９（ｂ）は単極型の静電チャック装置１５の場合を示す。 In particular, in the region protruding from the semiconductor wafer 5, the region where the plate electrodes 12, 13, and 16 are charged immediately below (region A in FIGS. 7 and 8) has a large amount of charge due to induction polarization, and thus plasma. As a result, the physical impact force of ions and radicals from the substrate increases, and there is a risk that the amount of depletion will increase as compared to the region where there is no plate electrode 12, 13, 16 charged immediately below (region B in FIGS. 7 and 8). It was. FIG. 9 schematically shows the difference in the amount of wear between the region A and the region B. FIG. 9A shows the case of the bipolar electrostatic chuck device 6, and FIG. 9B shows the case of the monopolar electrostatic chuck device 15.

また、第２の問題点は、直下に帯電した平板電極１２，１３，１６がある領域（領域Ａ）には電界が生じているため、直下に帯電した平板電極１２，１３，１６がない領域（領域Ｂ）に比較して、プラズマエッチングにより生じた反応生成物１７が付着しやすいという点であった。領域Ａと領域Ｂの反応生成物１７の付着量の差を模式的に図１０に示す。図１０（ａ）は双極型の静電チャック装置６の場合、図１０（ｂ）は単極型の静電チャック装置１５の場合を示す。 The second problem is that an electric field is generated in a region (region A) where the plate electrodes 12, 13 and 16 charged immediately below are present, and therefore there is no region where the plate electrodes 12, 13, and 16 charged directly below are present. Compared to (Region B), the reaction product 17 generated by plasma etching tends to adhere. FIG. 10 schematically shows the difference in the adhesion amount of the reaction product 17 in the region A and the region B. FIG. 10A shows the case of the bipolar electrostatic chuck device 6, and FIG. 10B shows the case of the monopolar electrostatic chuck device 15.

そして、さらに、第１の問題点である静電チャックステージ部１０表面の絶縁物１４の減耗が進行し、第２の問題点である反応生成物１７の付着とが重なると、図１１（ａ）に示すように、双極型の場合、平板電極１２，１３間（間隔Ｌ１部）の耐圧が劣化したり、単極型の場合であっても、図１１（ｂ）に示すように、平板電極１６と半導体ウェーハ５間の耐圧が劣化したりして、その結果、静電吸着力の低下を招くおそれがあった。 Furthermore, when the depletion of the insulator 14 on the surface of the electrostatic chuck stage 10 as the first problem proceeds and the adhesion of the reaction product 17 as the second problem overlaps, FIG. As shown in FIG. 11B, in the case of the bipolar type, even if the withstand voltage between the flat plate electrodes 12 and 13 (interval L1 portion) is deteriorated or even in the case of the single pole type, As a result, the withstand voltage between the electrode 16 and the semiconductor wafer 5 may be deteriorated, and as a result, the electrostatic attraction force may be reduced.

このような課題を解決する手段の１つとして、図１２に示すように、半導体ウェーハ５から、はみ出す領域下の平板電極１２，１３間の間隔を部分的に拡大（Ｌ１<Ｌ２）させる構成が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−７８１１号公報 As one means for solving such a problem, as shown in FIG. 12, there is a configuration in which the distance between the flat plate electrodes 12 and 13 below the region protruding from the semiconductor wafer 5 is partially enlarged (L1 <L2). Proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2003-7811 A

しかしながら、このように平板電極１２，１３の間隔を部分的に拡大させる構成では、寸法が固定的である点に加えて、平板電極１２，１３が対向する領域においては間隔を大きくすることで耐圧強化が可能であるが、依然として半導体ウェーハ５から、はみ出す帯電領域が存在するため十分とは言えなかった。 However, in such a configuration in which the distance between the plate electrodes 12 and 13 is partially enlarged, in addition to the fact that the dimensions are fixed, the withstand voltage can be increased by increasing the distance in the region where the plate electrodes 12 and 13 face each other. Although strengthening is possible, it cannot be said that it is sufficient because there is still a charged region protruding from the semiconductor wafer 5.

従来の静電チャック装置では、被吸着物から、はみ出す領域で、かつ、直下に帯電した平板電極がある領域は、プラズマエッチング等の処理の際に、誘導分極による電荷が多く分布しているためイオンやラジカルの物理的衝撃力が大きくなり減耗量が大きくなったり、その電界のために反応生成物が付着しやすい傾向があり、各平板電極間、あるいは、平板電極と被吸着物間の耐圧が劣化し、その結果、静電吸着力の低下を招くおそれがあった。 In a conventional electrostatic chuck device, a region that protrudes from an object to be adsorbed and a region that has a charged plate electrode directly below has a large amount of charge due to induction polarization during processing such as plasma etching. The physical impact force of ions and radicals increases and the amount of wear increases, and the reaction product tends to adhere due to the electric field, and the pressure resistance between each plate electrode or between the plate electrode and the adsorbed material As a result, there is a possibility that the electrostatic attraction force is reduced.

本発明の目的は、さまざまな大きさの被吸着物を取り扱う場合でも、被吸着物から、はみ出す吸着ステージ部表面の減耗、及び、反応生成物の付着を抑制することのできる静電チャック装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electrostatic chuck device capable of suppressing the depletion of the surface of the adsorption stage portion protruding from the object to be adsorbed and the adhesion of the reaction product even when handling the object to be adsorbed of various sizes. Is to provide.

本発明の静電チャック装置は、絶縁物の内部に配置した電極に電圧を印加し帯電させ、絶縁物上に載置した被吸着物を静電吸着する静電チャック装置において、帯電領域は、被吸着物の大きさに応じて可変であることを特徴とする静電チャック装置である。 In the electrostatic chuck device of the present invention, a voltage is applied to an electrode disposed inside an insulator to be charged, and an electrostatic chuck device that electrostatically adsorbs an object to be attracted placed on the insulator. The electrostatic chuck device is variable according to the size of the object to be attracted.

本発明の静電チャック装置によると、さまざまな大きさの被吸着物を取り扱う場合でも、被吸着物から、はみ出す吸着ステージ部表面の減耗、及び、反応生成物の付着を抑制することができ、各電極間、あるいは、電極と被吸着物間の耐圧劣化を防止し、その結果として静電吸着力を維持できる。 According to the electrostatic chuck device of the present invention, even when handling an object to be adsorbed of various sizes, it is possible to suppress the surface of the adsorption stage portion protruding from the object to be adsorbed, and the adhesion of the reaction product, It is possible to prevent the deterioration of pressure resistance between the electrodes or between the electrode and the object to be adsorbed, and as a result, the electrostatic attraction force can be maintained.

本発明は、さまざまな大きさの被吸着物を取り扱う場合でも、被吸着物から、はみ出す吸着ステージ部表面の減耗、及び、反応生成物の付着を抑制すると言う目的を、被吸着物の大きさに応じて帯電領域を可変とすることで実現した。 The present invention aims at suppressing the desorption of the surface of the adsorption stage portion protruding from the adsorbed material and the adhesion of the reaction product even when handling the adsorbed material of various sizes. This was realized by changing the charging area according to the conditions.

本発明の静電チャック装置の一例を図１〜図４を用いて説明する。尚、図１，図２は双極型の静電チャック装置を示し、図３，図４は単極型の静電チャック装置を示す。また、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線における側断面図、図２は側断面図、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ線における側断面図、図４は側断面図である。 An example of the electrostatic chuck device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 show a bipolar electrostatic chuck device, and FIGS. 3 and 4 show a monopolar electrostatic chuck device. 1A is a plan view, FIG. 1B is a side sectional view taken along line XX in FIG. 1A, FIG. 2 is a side sectional view, FIG. 3A is a plan view, and FIG. (B) is a sectional side view taken along line XX in FIG. 3 (a), and FIG. 4 is a sectional side view.

本発明の双極型の静電チャック装置１０１は、図１に示すように、静電チャックステージ部１０２と静電チャック用電源部１０３と切換スイッチ部１０４とで構成されている。尚、ここでは、取り扱う半導体ウェーハ５の大きさが３種類と仮定して、帯電領域を３段階に可変する例で説明する。 As shown in FIG. 1, the bipolar electrostatic chuck device 101 of the present invention includes an electrostatic chuck stage unit 102, an electrostatic chuck power source unit 103, and a changeover switch unit 104. Here, it is assumed that there are three types of sizes of the semiconductor wafer 5 to be handled, and an example in which the charging area is changed in three stages will be described.

静電チャックステージ部１０２は、誘電率の高い絶縁物１４中に、複数の部分電極群１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃが配置された組立体であり、部分電極１０５ａと部分電極１０６ａとが静電チャック位置中央に所定間隔Ｌ１だけ離間して対称的にペアで配置（ペア電極１と呼ぶ）され、その外側に部分電極１０５ｂと部分電極１０６ｂとが対称的にペアで配置（ペア電極２と呼ぶ）され、さらに、その外側に部分電極１０５ｃと部分電極１０６ｃとが対称的にペアで配置（ペア電極３と呼ぶ）されている。 The electrostatic chuck stage unit 102 is an assembly in which a plurality of partial electrode groups 105a, 105b, 105c, 106a, 106b, and 106c are arranged in an insulator 14 having a high dielectric constant. The partial electrode 105a and the partial electrode 106a are assembled. Are symmetrically arranged in pairs (referred to as pair electrode 1) at a predetermined distance L1 in the center of the electrostatic chuck position, and the partial electrode 105b and partial electrode 106b are symmetrically arranged in pairs (outside the pair). Further, the partial electrode 105c and the partial electrode 106c are symmetrically arranged in pairs (referred to as the pair electrode 3) on the outside thereof.

ここで、各ペア電極の組合せ（ペア電極１，ペア電極１＋ペア電極２，ペア電極１＋ペア電極２＋ペア電極３）で形成される３段階の帯電領域の各大きさが、取り扱う３種類の大きさの半導体ウェーハ５から、それぞれ、はみ出さない大きさとなるように、各ペア電極は配置されている。尚、隣合う各部分電極間の間隔Ｌ２は、両者を絶縁できる寸法とする。 Here, each size of the three-stage charged region formed by the combination of each pair of electrodes (pair electrode 1, pair electrode 1 + pair electrode 2, pair electrode 1 + pair electrode 2 + pair electrode 3) has three kinds of sizes handled. Each pair of electrodes is arranged so as not to protrude from the semiconductor wafer 5. In addition, the space | interval L2 between each adjacent partial electrode is taken as the dimension which can insulate both.

また、静電チャック用電源部１０３は、各部分電極群１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃに接続され、切換スイッチ部１０４により、それぞれのペア電極にペア単位で電圧を印加可能となっており、ペア電極を組合せて選択して電圧印加することで帯電領域を段階的に切替えることができるようになっている。 The electrostatic chuck power supply unit 103 is connected to each of the partial electrode groups 105a, 105b, 105c, 106a, 106b, and 106c, and the changeover switch unit 104 can apply a voltage to each paired electrode in pairs. The charging region can be switched stepwise by selecting a combination of paired electrodes and applying a voltage.

例えば、このような双極型の静電チャック装置１０１の使用方法は、図２（ａ）に示すように、小さな半導体ウェーハ５（大きさＡ１）の場合には、最小の帯電領域を形成するペア電極１（１０５ａ，１０６ａ）だけに電圧を印加するようにして、帯電領域が半導体ウェーハ５から、はみ出さないようにする。 For example, as shown in FIG. 2 (a), the bipolar electrostatic chuck apparatus 101 is used in a pair of forming a minimum charged region in the case of a small semiconductor wafer 5 (size A1). A voltage is applied only to the electrode 1 (105a, 106a) so that the charged region does not protrude from the semiconductor wafer 5.

次に、もう少し大きい半導体ウェーハ５（大きさＡ２）の場合には、図２（ｂ）に示すように、ペア電極１（１０５ａ，１０６ａ）とペア電極２（１０５ｂ，１０６ｂ）とを組合せて電圧を印加して帯電領域が半導体ウェーハ５から、はみ出さないようにする。 Next, in the case of a slightly larger semiconductor wafer 5 (size A2), as shown in FIG. 2B, the voltage is obtained by combining the pair electrode 1 (105a, 106a) and the pair electrode 2 (105b, 106b). Is applied so that the charged region does not protrude from the semiconductor wafer 5.

このようにして、適宜、帯電領域が取り扱う半導体ウェーハ５から、はみ出さず、かつ、最大の帯電領域が得られるようにペア電極を選択しながら電圧を印加し半導体ウェーハ５を静電吸着する。そして、このように半導体ウェーハ５から、はみ出す帯電領域をなくすことで、プラズマエッチング等の際の不所望な静電チャックステージ部１０２表面の減耗や反応生成物の付着が抑制できる。 In this way, the semiconductor wafer 5 is electrostatically adsorbed by applying a voltage while selecting a pair of electrodes so as not to protrude from the semiconductor wafer 5 handled by the charged region and to obtain the maximum charged region. Further, by eliminating the charged region that protrudes from the semiconductor wafer 5 in this way, it is possible to suppress undesired wear of the surface of the electrostatic chuck stage 102 and adhesion of reaction products during plasma etching or the like.

尚、上記では、帯電領域の大きさを３段階に切替える例で説明したが、特にこれに限るものではなく、取り扱う半導体ウェーハの大きさの種類に応じてペア電極数を変えればよい。また、各部分電極の形状も特に限定するものではなく、半導体ウェーハ５との対向面積の点で、所望の静電吸着力が確保できる形状であれば何でもよい。 In the above description, the example in which the size of the charged region is switched to three levels has been described. However, the present invention is not limited to this, and the number of pair electrodes may be changed according to the type of size of the semiconductor wafer to be handled. Further, the shape of each partial electrode is not particularly limited, and may be any shape as long as a desired electrostatic attraction force can be secured in terms of the area facing the semiconductor wafer 5.

次に、本発明の単極型の静電チャック装置２０１は、図３に示すように、静電チャックステージ部２０２と静電チャック用電源部２０３と切換スイッチ部２０４とで構成されている。尚、ここでは、取り扱う半導体ウェーハ５の大きさが３種類と仮定して、帯電領域を３段階に可変する例で説明する。 Next, as shown in FIG. 3, the single-pole type electrostatic chuck device 201 of the present invention includes an electrostatic chuck stage unit 202, an electrostatic chuck power source unit 203, and a changeover switch unit 204. Here, it is assumed that there are three types of sizes of the semiconductor wafer 5 to be handled, and an example in which the charging area is changed in three stages will be described.

静電チャックステージ部２０２は、誘電率の高い絶縁物１４中に、複数の部分電極群２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃが配置された組立体であり、静電チャック位置中央に円形の部分電極２０５ａ、その外側にドーナツ状の部分電極２０５ｂ、さらにその外側にドーナツ状の部分電極２０５ｃが同心円状に配置されている。 The electrostatic chuck stage unit 202 is an assembly in which a plurality of partial electrode groups 205a, 205b, and 205c are arranged in an insulator 14 having a high dielectric constant. A circular partial electrode 205a is formed at the center of the electrostatic chuck position. A donut-shaped partial electrode 205b is arranged on the outer side, and a donut-shaped partial electrode 205c is arranged concentrically on the outer side.

ここで、各部分電極の組合せ（２０５ａ，２０５ａ＋２０５ｂ，２０５ａ＋２０５ｂ＋２０５ｃ）で形成される３段階の帯電領域の各大きさが、取り扱う３種類の大きさの半導体ウェーハ５から、それぞれ、はみ出さない大きさとなるように、各部分電極は配置されている。尚、隣合う各部分電極間の間隔Ｌ２は、両者を絶縁できる寸法とする。 Here, each size of the three-stage charged area formed by the combination of the partial electrodes (205a, 205a + 205b, 205a + 205b + 205c) is a size that does not protrude from the three types of semiconductor wafers 5 to be handled. Thus, each partial electrode is arrange | positioned. In addition, the space | interval L2 between each adjacent partial electrode is taken as the dimension which can insulate both.

また、静電チャック用電源部２０３は、各部分電極群２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃに接続され、切換スイッチ部２０４により、各部分電極毎に電圧を印加可能となっており、部分電極を組合せて選択して電圧印加することで帯電領域を段階的に切替えることができるようになっている。 The electrostatic chuck power supply unit 203 is connected to each of the partial electrode groups 205a, 205b, and 205c, and the changeover switch unit 204 can apply a voltage to each partial electrode. Thus, the charging region can be switched stepwise by applying a voltage.

例えば、このような単極型の静電チャック装置２０１の使用方法は、図４（ａ）に示すように、小さな半導体ウェーハ５（大きさＡ１）の場合には、最小の帯電領域を形成する部分電極２０５ａだけに電圧を印加するようにして、帯電領域が半導体ウェーハ５から、はみ出さないようにする。 For example, the method of using such a monopolar electrostatic chuck apparatus 201 forms a minimum charged region in the case of a small semiconductor wafer 5 (size A1) as shown in FIG. A voltage is applied only to the partial electrode 205 a so that the charged region does not protrude from the semiconductor wafer 5.

次に、もう少し大きい半導体ウェーハ５（大きさＡ２）の場合には、図４（ｂ）に示すように、部分電極２０５ａと部分電極２０５ｂとを組合せて電圧を印加して帯電領域が半導体ウェーハ５から、はみ出さないようにする。 Next, in the case of a slightly larger semiconductor wafer 5 (size A2), as shown in FIG. 4B, a voltage is applied by combining the partial electrode 205a and the partial electrode 205b so that the charged region is the semiconductor wafer 5 Do not stick out.

このようにして、適宜、帯電領域が、取り扱う半導体ウェーハ５から、はみ出さず、かつ、最大の帯電領域が得られるように部分電極を選択しながら電圧を印加し半導体ウェーハ５を静電吸着する。そして、このように半導体ウェーハ５から、はみ出す帯電領域をなくすことで、プラズマエッチング等の際の不所望な静電チャックステージ部２０２表面の減耗や反応生成物の付着が抑制できる。 Thus, the semiconductor wafer 5 is electrostatically adsorbed by applying a voltage while selecting a partial electrode so that the charged area does not protrude from the semiconductor wafer 5 to be handled and the maximum charged area is obtained. . In addition, by eliminating the charged region that protrudes from the semiconductor wafer 5 in this way, it is possible to suppress undesired wear of the surface of the electrostatic chuck stage 202 and adhesion of reaction products during plasma etching or the like.

尚、上記では、帯電領域の大きさを３段階に切替える例で説明したが、特にこれに限るものではなく、取り扱う半導体ウェーハの大きさの種類に応じて部分電極数を変えればよい。また、各部分電極の形状も特に限定するものではなく被吸着物との対向面積が所望の静電吸着力が確保できる形状であれば何でもよい。 In the above description, the example in which the size of the charged region is switched in three stages has been described. However, the present invention is not limited to this, and the number of partial electrodes may be changed according to the type of size of the semiconductor wafer to be handled. Further, the shape of each partial electrode is not particularly limited, and may be any shape as long as the area facing the object to be attracted can secure a desired electrostatic attraction force.

尚、上記では、静電チャック装置を具備する半導体製造装置としてプラズマエッチング装置を用いて説明してきたが、プラズマエッチング装置に限らず例えばイオン注入装置などの処理装置においてもイオンビームによって静電チャックステージ表面の絶縁物が削られるという課題を有している処理装置であれば同様の効果を得ることができることは言うまでもない。 In the above description, the plasma etching apparatus has been described as the semiconductor manufacturing apparatus including the electrostatic chuck apparatus. However, the electrostatic chuck stage is not limited to the plasma etching apparatus but may be used in, for example, a processing apparatus such as an ion implantation apparatus by an ion beam. It goes without saying that the same effect can be obtained if the processing apparatus has a problem that the surface insulator is removed.

本発明は、さまざまな大きさの被吸着物を取り扱う場合でも、被吸着物から、はみ出す吸着ステージ部表面の減耗、及び、反応生成物の付着を抑制することのできる静電チャック装置に適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an electrostatic chuck device that can suppress the desorption of the surface of the adsorption stage portion protruding from the adsorbed material and the adhesion of the reaction product even when handling the adsorbed material of various sizes. .

本発明の双極型の静電チャック装置の一例の平面図及び側断面図The top view and side sectional view of an example of the bipolar electrostatic chuck device of the present invention 本発明の双極型の静電チャック装置の一例の側断面図Side sectional view of an example of the bipolar electrostatic chuck device of the present invention 本発明の単極型の静電チャック装置の一例の平面図及び側断面図The top view and sectional side view of an example of the monopolar electrostatic chuck apparatus of this invention 本発明の単極型の静電チャック装置の一例の側断面図Side sectional view of an example of a monopolar electrostatic chuck device of the present invention 従来の静電チャック装置、を備えたプラズマエッチング装置の要部断面図Cross-sectional view of the main part of a plasma etching apparatus equipped with a conventional electrostatic chuck device 従来の双極型の静電チャック装置の平面図及び側断面図Plan view and sectional side view of a conventional bipolar electrostatic chuck device 従来の双極型の静電チャック装置の一例の側断面図Side sectional view of an example of a conventional bipolar electrostatic chuck device 従来の単極型の静電チャック装置の一例の側断面図Side sectional view of an example of a conventional monopolar electrostatic chuck device 従来の静電チャック装置における課題の説明図Explanatory drawing of problems in a conventional electrostatic chuck device 従来の静電チャック装置における課題の説明図Explanatory drawing of problems in a conventional electrostatic chuck device 従来の静電チャック装置における課題の説明図Explanatory drawing of problems in a conventional electrostatic chuck device 従来の静電チャック装置の平面図Plan view of a conventional electrostatic chuck device

符号の説明Explanation of symbols

１プラズマエッチング装置
２真空チャンバ
３下部電極
４上部電極
５半導体ウェーハ
６従来の静電チャック装置
７プラズマ発生用のＲＦ電源
８ガス導入口
９ガス排気口
１０静電チャックステージ部
１１静電チャック用電源部
１２，１３平板電極
１４絶縁物
１５従来の単極型の静電チャック装置
１６単一の平板電極
１７反応生成物
１０１本発明の双極型の静電チャック装置
１０２静電チャックステージ部
１０３静電チャック用電源部
１０４切換スイッチ部
１０５ａ〜１０５ｃ，１０６ａ〜１０６ｃ部分電極群
２０１本発明の単極型の静電チャック装置
２０２静電チャックステージ部
２０３静電チャック用電源部
２０４切換スイッチ部
２０５ａ〜２０５ｃ部分電極群 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma etching apparatus 2 Vacuum chamber 3 Lower electrode 4 Upper electrode 5 Semiconductor wafer 6 Conventional electrostatic chuck apparatus 7 RF power source for plasma generation 8 Gas introduction port 9 Gas exhaust port 10 Electrostatic chuck stage unit 11 Power source for electrostatic chuck Portions 12 and 13 Plate electrode 14 Insulator 15 Conventional monopolar electrostatic chuck device 16 Single plate electrode 17 Reaction product 101 Bipolar electrostatic chuck device 102 Electrostatic chuck stage portion 103 Electrostatic of the present invention Power supply unit for chuck 104 Changeover switch unit 105a to 105c, 106a to 106c Partial electrode group 201 Monopolar electrostatic chuck device of the present invention 202 Electrostatic chuck stage unit 203 Power supply unit for electrostatic chuck 204 Changeover switch unit 205a to 205c Partial electrode group

Claims

絶縁物の内部に配置した電極に電圧を印加し帯電させ、前記絶縁物上に載置した被吸着物を静電吸着する静電チャック装置において、前記帯電領域は、前記被吸着物の大きさに応じて可変であることを特徴とする静電チャック装置。 In an electrostatic chuck apparatus that applies a voltage to an electrode disposed inside an insulator to be charged, and electrostatically attracts an object to be adsorbed placed on the insulator, the charging area is the size of the object to be adsorbed An electrostatic chuck device that is variable according to the conditions.

前記帯電領域は、前記被吸着物の上方から見て、前記被吸着物から、はみ出さない領域とすることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置。 The electrostatic chuck device according to claim 1, wherein the charging region is a region that does not protrude from the object to be adsorbed when viewed from above the object to be adsorbed.

前記帯電領域は、前記被吸着物の大きさの種類と同じ数だけ段階的に可変であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電チャック装置。 The electrostatic chuck apparatus according to claim 1, wherein the charging area is variable stepwise by the same number as the size of the object to be adsorbed.

前記電極は、個別に電圧を印加可能な複数の部分電極群から成り、前記部分電極群から任意の部分電極を選択して電圧を印加することで帯電領域を可変とすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電チャック装置。 The electrode is composed of a plurality of partial electrode groups to which a voltage can be individually applied, and an arbitrary partial electrode is selected from the partial electrode group and a voltage is applied to make the charging region variable. Item 4. The electrostatic chuck device according to any one of Items 1 to 3.

前記部分電極群は、双極型の静電チャック装置の場合、静電チャック位置中央に対して対称的に配置された複数組のペア電極で成ることを特徴とする請求項４に記載の静電チャック装置。 5. The electrostatic electrode according to claim 4, wherein in the case of a bipolar electrostatic chuck device, the partial electrode group is composed of a plurality of pairs of electrodes arranged symmetrically with respect to the center of the electrostatic chuck position. Chuck device.

前記部分電極群は、単極型の静電チャック装置の場合、静電チャック位置中央に配置された円形電極と、それを同心円状に取り巻くように配置された少なくとも１つ以上のドーナツ状電極とで成ることを特徴とする請求項４に記載の静電チャック装置。 In the case of a monopolar electrostatic chuck apparatus, the partial electrode group includes a circular electrode disposed at the center of the electrostatic chuck position, and at least one or more donut-shaped electrodes disposed so as to surround the concentric circle. The electrostatic chuck device according to claim 4, comprising: