JPH0269956A - 静電チャック方法及び静電チャック装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の１］的］ 本発明は、半導体基板に各種処理を施す半導体集積回路
製造装置等に用いられるもので、特に半導体基板を温度
制御されたステージ上に保持するための静電チャック方
法及び静電チャック装置に関する。

（従来の技術） 近年、半導体集積回路は急速な発展を遂げ、現在はサブ
ミクロンサイズの素子を持つＬＳＩも試作されるに至っ
ている。一方、生産の効率向上をはかるため、Ｓｉウェ
ハは大口径化か進み、６インチ、８インチウェハが主流
となる日も近い。

このようなウェハの大口径化に伴い、各種処理装置の形
態も次のように変化している。

エッチング、装置を例にとると、従来、小さな直径のウ
ェハを大きな処理チャンバを持つハツチ式エッチング、
装置で一度に多数枚処理することか可能であった。しか
し、大口径のウェハを１つのチャンバで一度に数多く均
一性、再現性良く処理することは極めて難しい。このた
め、バッチ式に代わり、ウェハを１枚ずつ処理する枚葉
式エッチング、装置が多く用いられるようになっている
。

この枚葉式エッチング、装置では、生産性を高めるため
にバッチ式以上に高いエッチング、速度が要求される。

反応性ガスのイオンを照射してエッチング、する反応性
イオンエッチング、装置（ＲＩ　Ｅ）において高いエッ
チング、速度を得るためには、電極に印加する高周波電
力を高める等して高密度プラズマを形成し、大量のイオ
ンをウェハに照射しなければならない。その結果、ウェ
ハには多くの高周波゛電流が流れ、温度上昇は免れ得な
い。

ＲＩＥ等でエッチング、マスクに用いられるレジストは
熱に弱く、また耐熱性のあるマスクを使用しても、昇温
によりエッチング、の特性は大きく変化する。従って、
ウェハを十分に冷却することか重要となる。ウェハを冷
却するためには、内部に冷却水を流す等して温度制御し
た電極の表面にウェハを密着させなければならない。ウ
ェハを電極表面に密着させるには、ウニノーの周辺部を
金属等の爪で押さえる方法があるか、この方法では爪の
存在かプラスマの分布を乱したり汚染源となったり、ま
た爪自体が昇温し新たな熱源となってしまう等の問題か
多い。

以上の問題はエッチング、装置以外のプロセス装置にお
いても同じであり、このような問題なしにウェハの温度
を制御することが重要である。そこで最近、電気力でウ
ェハを吸Ｗ　Ｌ固定する静電チャック装置か考案されて
いる。この静電チャック装置では、冷却電極上に静電チ
ャック電極を設けるのみで、ウェハの表面側に新たな構
造物を設ける必要もなく、ウェハを電極に強固に吸着す
ることかできる。また、ウェハと静電チャック電極との
熱伝導性を良くするために、ウニ／＼裏面に数Ｔｏｒｒ
のカス（Ｈｅ　　Ｎ２等）を導入することか行われでお
り、これによりウニノ＼の冷却効率を大幅に向上するこ
とが可能となっている。

しかしなから、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、実際に静電チャックを、例えば反応性
イオンエッチング、装置に採用しエッチング、を行って
みると、初めの１枚１」は静電チャックの吸着力は十分
であるが、２枚目、３枚目とエッチング、を行っていく
うちに吸着力が低下する。

そして、ついにはウニｌ＼と静電チャック電極の間に導
入している冷却用のガスの圧力に耐えきれず、ウェハが
エッチング、中に静電チャック電極から剥かれる現象が
発生する。

（発明か解決しようとする課題） このように、従来の静電チャック装置では、被処理基板
の処理枚数が増えるに伴い吸着力が低下し、処理中に被
処理基板か静電チャ・ツク電極から剥がれる問題があっ
た。このため、高い信頼性を要求される生産装置に適用
することは困難であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その１
」的とするところは、処理枚数の増加に関係なく、１枚
１］の被処理基板と同様の吸着力を維持することかでき
、各種の生産装置に適用することのできる静電チャック
方法及び静電チャック装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の利子は、静電チャックを使用して被処理基板を
所定の電極等に固定し処理を施す方法において、該被処
理基板を静電チャック電極から剥がす前に静電チャック
電極に前記処理中とは？テｊ号が逆の電圧を印加するこ
とにある。

即ち本発明は、被処理基板をステージ上に固定するため
の静電チャック方法において、温度制御されたステージ
上の静電チャック電極上に被処理基板を載置したのち、
静電チャック電極と被処理基板との間に所定の電圧を印
加し該基板を静電気力により該電極に吸ル゛シ、次いで
この吸着した状態で被処理基板に所定の処理（例えば、
エッチング、、薄膜堆積及び不純物添加等の処理）を施
した後に、静電チャック電極と被処理基板との間に該基
板の処理中に印加していた電圧とは逆の符号の電圧を一
時的に印加し、しかるのち被処理基板を静電チャック電
極から剥がすようにした方法である。

また本発明は、上記方法を実施するための静電チャック
装置において、温度制御されたステージ上に設けられた
静電チャック電極と、この静電チャック電極と該電極上
に載置される被処理基板との間に所定の電圧を印加する
手段と、前記静電チャック電極と被処理基板との間に前
記電圧とは逆の７０号の電圧を一時的に印加する手段と
、前記被処理基板を前記静電チャック電極から剥がす手
段とを具備してなるものである。

（作　用） 本発明によれば、所定の処理を施した後の被処理基板を
剥かす前に、被処理基板と静電チャック電極との間に、
処理中のｒ電圧とは逆の電圧を印加することにより、静
電チャック電極を初期状態に戻すことかできる。従って
、処理枚数か増えても常に１枚１−１と同様の吸着力を
維持することかできる。つまり、被処理基板を静電チャ
ック電極上に同じ吸着力で再現性良く固定することがで
き、処理中の被処理基板の剥がれ等を未然に防止するこ
とか可能となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる静電チャック装置を
用いたドライエッチング、装置を示す概略構成図である
。図中１１は真空容器であり、この容器１１の上端開口
には絶縁環１２を介して電極（陽極）１３が取付けられ
ている。容器］１内の電極１３と対向する位置にはステ
ージとして作用する電極（陰極）１４か設けられている
。電極１４の内部には冷却水を通流するための流路１５
が形成されており、この流路１５は冷却水配管１６に接
続されている。そして、冷却水配管１６を介して電極］
４内の流路１５に冷却水を流すことにより、電極１４は
冷却されるものとなっている。

電極］４上には、静電チャック電極］７か固定されてお
り、この静電チャック電極１７上に被処理ウェハ１８か
載置される。この静電チャック電極１７は第２図に示す
如く、熱伝導の良い銅等の金属箔４１をポリイミドフィ
ルム等の絶縁膜４２で覆った構造であり、電極１４上に
接着等により固定されている。静？Ｉｆチャック電極１
７の金属箔４１には、高周波フィルタ１９を介して直流
電源（チャック用電源）２０か接続され、この電源２０
により金属箔４１に高′融圧が選択的に印加されるもの
となっている。

また、静電チャック電極１７の中央部には貫通穴が設け
られており、この貫通穴にはガス供給配管２１が接続さ
れている。配管２１にはガス源２２と共にロータリーポ
ンプ等の真空ポンプ２３及び圧力センサ２４が接続され
ている。そして、ガス源２２から配管２１内に冷却ガス
（例えば、Ｈｅ、Ｎ２）か供給されると共に、圧力セン
サ２４の検出圧力に応じて真空ポンプ２３で上記ガスか
排気され、これにより静電チャック電極１７とウェハ１
８との微小間隙に冷却カスか一定圧力で供給されるもの
となっている。

一方、前記電極１Ｂは接地され、前記電極１４にはマツ
チング回路２５を介して高周波電源２６か接続されてい
る。また、電極１３の大気側には永久磁石、電磁石等か
らなる磁界発生装置２７が設置されている。さらに、容
器１１内にはカス導入口２８からエッチング、ガスか供
給され、容器１］内に供給されたガスはυ１気口２９か
らＪｕｌ気される。そして、上記ガス供給、高周波電力
の印加及び磁界の印加により、電極１３．１４間てマク
ネトロン放電か生起してプラズマか発生ずるものとなっ
ている。

なお、前記マツチング回路２５は前記配管２］を介して
電極］４に接続されている。また、図中３０は放電によ
るプラズマ領域、３１は絶縁物、３２は排気口にプラズ
マが侵入するのを防止するための金属メツシュを示して
いる。また、第１図及び第２図には示さないか、静電チ
ャック電極１７から被処理ウェハ］８を剥がすためのプ
ツシ１］ ャピン４３か、静電チャック電極１７を貫通して設けら
れている。

このような構成においては、被処理ウェハ１８は図示し
ない搬送機構により、容器１１の外部から容器１］内に
搬送され、電極１４」二の静電チャック電極１７上に載
置される。一方、？ｌｉ極］４は冷却水の通流により冷
却されており、また静電チャック゛小極］７の金属箔４
］には直流高電圧（−１５〜−３ＫＶ）が印加されてい
る。その後、容器１］内に所定のガス（例えば、塩素や
弗素等のハロゲン元素を含むガス）を導入し、さらに電
極１．３，１．４間に高周波電力と共に磁界を印加する
。

これにより、電極１．３．１４間にマグネトロン放電に
よるプラズマが生成され、このプラズマによりウェハ１
８かエッチング、される。

このとき、プラズマを通じて被処理ウェハ１８とｆＩｂ
極１３との導通が取れ、その結果ウェハ］８と静電チャ
ック電極１７の金属箔４１との間に直流高電圧か印加さ
れ、静電チャックか作用し、ウェハ１８が静電チャック
電極］７」二に吸着固定される。ここで、静電チャック
電極１７は冷却された電極１４上に固定されており、静
電チャック電極１７とウェハ１８との微小間隙には熱伝
導性の良いＨｅ或いはＮ２が冷却ガスとして供給される
。

このガスによる熱伝導率は被処理ウェハ］８と静電チャ
ック電極］７との距離かカスの平均自由行程より小さけ
ればそのガス圧力に比例する。従って、ガス圧力を制御
することにより、ウニノ＼１８の温度を制御することか
可能となる。

エッチング、終了後、ブツシャピン４３等を用いて被処
理ウェハ１８を静電チャック電極１７から剥がし、次の
ウェハの処理に移ることになるか、従来はウェハ１８の
処理枚数が増えてくると静電チャック電極１７による吸
着力か弱くなり、処理中にウェハ］８が静電チャック電
極１７から剥がれることがあった。そこで本実施例では
、エッチング、終了後、静電チャック電極］７の金属箔
４］にエッチング、中とは逆の十の電圧を一時的に印加
する。その後、被処理ウェハ１８をブツシャピン４３で
押し上げる等して、静電チャック電極１７から剥かず。

以上の工程を繰返すことにより、被処理ウェハ１８を静
電チャック電極］７上に再現性良く吸着することが可能
となった。なお、エッチング、終了後に静電チャック電
極１７の金属箔４１に印加する電圧は、先に印加した電
圧と符号か逆で同じ大きさの電圧（Ｉ、５〜３　ＫＶ）
でよい。

また、印加する時間は数秒程度の短時間で十分効果かあ
った。

次に、被処理ウェハ］８の繰返し処理により吸着力か低
下する理由及び本発明により吸着の再現性が向上する理
由について、図面を参照して説明する。

第３図は、従来のンーケンスて静電チャック電極１７に
＋の高電圧を印加して被処理ウェハ１８を吸着する時、
静電チャック電極１７の出力電流を１回のエッチング、
についてモニタした結果である。横軸か時間、縦軸が電
流値である。それぞれのピークは、■ウェハ１８を静電
チャック電極１７の上に乗せた時、■静電チャック電極
１７に高電圧を印加したとき、■容器］１内にエッチン
］４ クガスを導入したとき、■電極１３．１４間に高周波電
力を印加したとき、■静電チャック電極１７の高電圧を
オフしたとき、■高周波電力をオフしたとき、■ウェハ
１８を静電チャック電極１７から剥がしたとき、にそれ
ぞれ対応している。

被処理ウェハ１８と静電チャック電極１７の金属箔４１
とは基本的にキャパシタを構成しているため直流の定常
電流はなく、ウニノ＼］８と金属箔４１の電位差により
電荷を蓄積したり、放電したりする′電流か流れるたけ
である。

繰返しエッチング、を行い、このデータを取っていくと
、第４図のように■と■のピークのみか次のような変化
かあることか判った。■については初めはピークは観察
されないが、エッチング、を繰返していくと徐々に−の
電流が現れ初め、ウニノ＼１８を静電チャック電極１７
上に載せたたけて十の電荷かチャック用電源２０に戻っ
ていることを示している。これは、第５図（ａ）に示す
ように、ウェハ１８を乗ぜる前に静電チャック電極１７
の表面に一電荷５］か残っており、これに引かれて］　
５ 静電チャック電極１７の絶縁膜４２の反対側（金属箔４
コ）に十の電荷５２かあったためと考えられる。即ち、
ウェハ１８が搬送されてきたとき、第５図（ｂ）に示ず
ように一電荷５１に近いウェハ１８の裏面側に新たな十
電荷５３が誘起される（＋電荷５３はブツシャピン４３
を通じて供給される）。その結果、静電チャック電極１
７の金属箔４１の十電荷５２が電源２０に戻ると考えら
れる（このとき電流計４４は一側に振れる）。

一方、第４図で■については当初−側に大きくピークか
現れていたものかピーク高さが徐々に減少していく。そ
して、ある値以下になるとウェハ１８を吸着しなくなる
ことが判った。これは、第６図（ａ）のように静電チャ
ック電極１７の高電圧をオフした後でも、ウェハ１８と
静電チャック電極１７の金属箔４１にある一定の電位差
に対応する電荷５４．５５がいつも残留し、これが引き
合っている状態になっている。ここで、ウェハ１８はプ
ッンヤピン４３によって静電チャック電極］７から７り
かされ（第６図（ｂ））、ウェハ１８と金属箔４１にあ
った残留電荷５４．５５は、それぞれブツシャピン４３
（接地）とチャック用電源２０に逃げていく。従って、
このチャック用電源２０に逃げていく十電荷５６かエッ
チング、の回数が増加するに従い減少したことは、ウェ
ハ１８が剥がされた後の静電チャック電極１７上の残留
電荷（−電荷）５］か増加したことになる。なぜなら、
この残った分に対応する十電荷５７（金属箔４１の電荷
）は−電荷５１に引かれ、電源２０に戻ってこないため
である。即ち、■と同様に静電チャック電極１７上にコ
ミ荷５１が残留し、さらにこの瓜が増加していくものと
考えられる。

静電チャック電極１７上に一電荷５１か残留する原因は
種々考えられるか、例えば第７図のように、エッチング
、中に高エネルギーの放射線７１かウェハ・静電チャッ
ク電極間のガス７２を解離し、ウェハ１８から静電チャ
ック電極１７上に電荷の移動７３を起こしたり、ウェハ
１８を剥がすときにウェハ１８と静電チャック電極１７
との間の距離、ガス圧力、電界か放電を起こし易い条件
を通過するために短時間の放電が発生し電荷の移動が起
こる活か考えられるか、明らかとは言えない。

なお、第７図中７４はは放射線により解離した十イオン
、７５は電子を示している。

上述のように静電チャック電極１７の表面に残留電荷５
１か存在すると、第８図のように次にウェハ１８を搬送
し吸着させるとき、ウェハ１８と静電チャック電極１７
との間に同じ高電圧８］を印加しても、実質的にウェハ
１８内に誘起される電荷８２は残留電荷５］の分たけ減
少する。従って、ウェハ１８に働く吸着力８３もその分
低下する。残留電荷５１が徐々に増加するとそれに伴い
吸着力８３が低下し、ついにはウェハ１８を吸着しなく
なる。

本実施例では、ウェハ１８を剥がす前に、エッチング、
中とは逆の電圧（エッチング、中に静電チャック電極１
７に十であれば−）を短時間（数秒）印加する。これに
より、例え高周波電力をオフした後でもウェハ１８と静
電チャック電極１７との間にはある電界か掛かり、第９
図（ａ）に示す如くウェハ１８及び静電チャック電極１
７に電荷か発生する。なお、図中９３は空間の容量、９
４はウェハ１８に発生する十電荷、９５は静′ｔヒチャ
ック電極１７に発生する一電荷を示している。そして、
前述の電荷の移動と同様の機構て、第９図（ｂ）に示す
ように、ウェハ１８を剥かした後に、故意に＋電荷９１
を静電チャック電極１７上に残留させることができる。

即ち、従来とは逆の電荷を残留させることができる。な
お、図中９６は電源２０に逃げる電荷、９７は静電チャ
ック電極１７の表面の残留電荷９１により静電チャック
電極１７の金属箔４］に残る電荷を示している。また、
高周波電力をオフする前に逆電圧に切り替えるとさらに
容易に逆電荷の残留かできる。但し、その時には、冷却
用のガスは電圧を切り替える前に切っておかなければな
らない。

このように、エッチング、中とは逆の電荷が残った状態
で次のウェハ１８を搬送し、静電チャック電極１７上に
乗せると、第３図の■のピークは十−逆方向に出る。次
に、静電チャック電極１７に＋の電圧が印加され、続い
て高周波′電力がオンとなる。このとき、ウェハ１８と
静電チャック電極］７の金属箔４１との間の電界は残留
した電荷の形成していた電界と逆であり、後者によって
実質的にウェハ１８と静電チャック電極］７との間に働
くクーロン力か弱められることは全くない。

エッチング、中にはウェハ１８と静電チャック電極１７
との間である程度の電荷の移動が生じるため十の残留電
荷は減少し一電荷か蓄積し始めると考えられるか、１回
のエッチング、中ではその量は僅かでありウェハ１８が
剥がれることはない。

本発明者等の実験によれば、先と同様にエッチング、後
にウェハ１８を静電チャック電極１７から剥がすときの
電流値■を測定したところ、第１０図に示すように、電
流値■に−の大きなピークが観７１＋１１され、エッチ
ング、を繰返してもそのピーク値は変化しないことか確
認された。つまり、再現性良くウェハ１８の吸青かでき
ることか確認された。

以上の例とは逆に、エッチング、中に静電チャック電極
１７に一電圧、ウェハ１８に十電圧、エラチング後はそ
れぞれ逆の電圧を印加するようにし、電流値を観測して
いくと、やはり同様に変化なくウェハ１８を吸着できる
ことを確認した。本発明を使用しない場合では、エッチ
ング、中に静電チャック電極１７に一電圧を印加した方
がウェハ剥がれに至る時間は長い。これはウェハ１８か
らの電子の放出による電荷の移動が、ウェハ１８を＋側
にすることで無くなるためと考えられる。従って、本発
明においても、エッチング、中に静電チャック電極１７
に一電圧を印加する方が望ましい。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例では、プラズマに磁界を与えて高密度のプラ
ズマを形成するマグネトロン放電を使用した装置におい
て説明したが、本発明は通常のエッチング、装置に適用
できるのも勿論である。

さらに、エッチング、装置に限らず、プラズマを使用し
た堆積装置や不純物添加装置等にも全く同様に適用する
ことができる。また、プラズマを使用しなくても、ウェ
ハに電圧を印加する手段を備えさえすれば、ウェハを静
電吸着させ固定するいか２］ なる装置においても実施可能である。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することか
できる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、該被処理基板を静
電チャック電極から剥がす前に静電チャック電極に前記
処理中とは符号が逆の電圧を印加することにより、処理
枚数の増加に関係なく、１枚目の被処理基板と同様の吸
着力を維持することができる。従って、被処理基板を静
電チャック電極上に同じ吸着力で再現性良く固定するこ
とができ、処理中の被処理基板の剥がれ等を未然に防止
することか可能となり、各種の生産装置に信頼性良く適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる静電チャック装置を
用いたドライエッチング、装置を示す概略構成図、第２
図は上記装置の静電チャック部及び陰極部構成を拡大し
て示す断面図、第３図乃至第１０図はそれぞれ本実施例
の作用を説明するためのもので、第３図はエッチング、
プロセスにおけるチャック用電源の出力電流変化を示す
特性図、第４図は従来方法におけるエッチング、回数に
よる電流ピーク値の変化を示す特性図、第５図乃至第９
図は電荷の残留及び移動を示す模式図、第１０図は本実
施例方法におけるエッチング、回数による電流ピーク値
の変化を示す特性図である。 １１・・・真空容器、１３・・・電極（陽極）、１４・
・ステージ兼用電極（陰極）、］６・・・冷却水配管、
１７・・・静電チャック装置、１８・・・被処理ウェハ
、２０・・・チャック用電源、２１・・・ガス供給配管
、２６・・・高周波電源、２７・・磁界発生装置、４１
金属箔、４２・絶縁膜。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度制御されたステージ上の静電チャック電極上
   に被処理基板を載置する工程と、前記静電チャック電極
   と被処理基板との間に所定の電圧を印加し該基板を静電
   気力により該電極に吸着する工程と、前記被処理基板を
   前記静電チャック電極に吸着した状態で該基板に所定の
   処理を施した後に、前記静電チャック電極と被処理基板
   との間に前記電圧とは逆の符号の電圧を一時的に印加す
   る工程と、次いで前記被処理基板を前記静電チャック電
   極から剥がす工程とを含むことを特徴とする静電チャッ
   ク方法。
2. （２）前記被処理基板に施す処理は、エッチング、薄膜
   堆積又は不純物添加であることを特徴とする請求項１記
   載の静電チャック方法。
3. （３）前記被処理基板の処理中に、前記静電チャック電
   極と被処理基板との間に冷却用のガスを導入し、且つそ
   のガス圧を一定に保つことを特徴とする請求項１記載の
   静電チャック方法。
4. （４）前記被処理基板の処理中に静電チャック電極と被
   処理電極との間に印加する電圧は、静電チャック電極に
   対して被処理基板側が負であることを特徴とする請求項
   １記載の静電チャック方法。
5. （５）前記ステージ及び静電チャック電極は処理容器内
   に収容されており、前記被処理基板に印加する電圧は、
   減圧にされたこの処理容器内に形成されたプラズマを介
   して該容器内壁から供給されることを特徴とする請求項
   １記載の静電チャック方法。
6. （６）温度制御されたステージ上に設けられた静電チャ
   ック電極と、この静電チャック電極と該電極上に載置さ
   れる被処理基板との間に所定の電圧を印加する手段と、
   前記静電チャック電極と被処理基板との間に前記電圧と
   は逆の符号の電圧を一時的に印加する手段と、前記被処
   理基板を前記静電チャック電極から剥がす手段とを具備
   してなることを特徴とする静電チャック装置。
7. （７）前記静電チャック電極は、絶縁物薄膜の間に導電
   性薄膜を挟んだ構造であり、前記ステージ上に接着固定
   されていることを特徴とする請求項６記載の静電チャッ
   ク装置。