JPH033251A - 試料保持装置 - 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】 ｌｉ上り五里旦ｙ 本発明は試料保持装置、より詳細には静電吸着作用を利
用して試料を吸着保持する試料保持装置に関し、特に、
半導体集積回路の製造過程において、試料を高真空下に
おいて吸着保持する場合などに用いられる試料保持装置
に関する。

正米Ω弦１ 例えば、電子サイクロトロン共鳴（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣ
ｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅｌ　を利用して
生成されるＥＣＲプラズマにより、試料の表面上に所望
の物質の薄膜を形成せしめるＣ　Ｖ　Ｄ　ｌｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　ＶａｐｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、ある
い゛は試料の表面上に微細な回路パ、ターンを形成せし
めるドライエツチング装置などの半導体集積回路の製造
装置等においては、前記試料を、高真空状態に維持され
た処理室内に保持するために、静電吸着力を利用する静
電チャック式の試料保持装置が広（用いられている。

従来のこの種試料保持装置としては、一般に第４図に示
すような単極式の静電チャック構造が採用されている。

この単極式の静電チャックの構造は、基台（図示せず）
に冷却板１１が載置され、この冷却板１１の内部には冷
却液を循環させるための流路１２が形成されている。こ
の流路１２には外部から冷却液が導入、導出できるよう
に構成され、冷却板１１の上方には試料台１３がシリコ
ンゴム等の伝熱体（図示せず）を介して載置されており
、この試料台１３の上部に試料１４が載せられるように
なっている。試料台１３は例えばセラミックなどから構
成される絶縁体１５内部に電極層１６が埋設された格好
で形成されており、この電極層１６には冷却板１１を貫
通して電極棒１７が接続されている。電極棒１７には直
流（ＤＣ）電源（図示せず）および高周波（ＲＦ）電源
（図示せず）が接続されている。

上記構造の試料保持装置の等価回路図を第５図に示す０
図中、試料１４と電極層１６との間にはコンデンサＣ１
が構成され、電極層１６側にはＤＣ電源１８の正側およ
びＲＦ電源１９が接続されており、ＤＣ電源１８および
ＲＦ電源１９の他端は接地されている。ＤＣ電源１８と
電極層１６の間にはコイル２０が介装されている。また
試料１４側にはプラズマ・アシストまたは搬送アーム等
からなる、補助回路２１が接続され、この補助回路２１
の一端は接地されている。

ここで、吸着力は、印加電圧の２乗に比例し、絶縁層厚
さの２乗に逆比例する。

以上のごとく構成された試料保持装置において、被吸着
物である試料１４を吸着、離脱させる方法について説明
する。補助回路２１としてプラズマ・アシストを用いる
場合、試料１４を吸着、保持させるには、試料１４を試
料台１３の上面に載せ、ＤＣ電源１８をＯＮにするとと
もに、試料１４の上面に短時間プラズマを照射する。１
ｉ極層１６は正の直流電圧により正に帯電するので試料
１４下面は負に帯電しようとする。と同時にプラズマ照
射により、接地された補助回路２１と試料１４とがコン
デンサＣＩを介して導通され、試料１４と電極層１６と
の間に電界が発生する。このため、正負の電荷間の静電
気力により試料１４は試料台１３上に吸着、保持される
こととなる。試料を吸着させた後、ＲＦ電源をＯＮにし
、成膜、エツチング等の処理を行なう。

成膜、エツチング等の処理において、直流電圧の印加だ
けでは試料１４表面の電荷はプラズマにより中和されて
しまうが、高周波を印加しているので、この高周波の変
化に対応してたえず試料１４と電極層１６との間に充電
・放電が行なわれるようになり、試料１４上面の電荷は
正負に交互に変化する。このため、試料１４上面ではプ
ラズマ照射による正のイオンと電子（ｅ−）が交互に引
き寄せられることになるが、イオンは電子に比べて非常
に質量が大きいため、イオンの速度は電子に比べて非常
に小さなものとなる。このため高周波の周波数が増加し
ていくとイオンはもはや電界の急速な変化についてゆけ
なくなり、試料１４上面にはしだいに電子だけが蓄積さ
れ、試料１４上面は負に帯電する。このため、成膜処理
またはエツチング処理を行なう場合には、反応ガスイオ
ンが試料１４上面に形成された負の帯電による電界に引
き付けられ、試料１４上面への入射方向が垂直に誘導さ
れるので、サイドエツチングのような不具合な現象が抑
制され、良好な回路パターンを形成することができる。

試料１４を試料台１３かも離脱させるには、ＤＣ電源１
８、ＲＦ電源１９をＯＦＦにし、プラズマを照射して試
料１４と補助回路２１とを導通させると、試料１４に蓄
積されている電荷は接地されるため、前記静電気力によ
る吸着力は消失する。なお、試料１４の吸着、保持は成
膜処理またはエツチング処理前に行なわれるのが通常で
あるが、これらの処理を施す際のプラズマ照射を利用し
てこれらの処理と同時に吸着・保持を行なうことも可能
である。

補助回路２１として搬送アームを用いる場合、電極層１
６に直流電圧を印加するとともに接地されている搬送ア
ームを試料１４に接触させると、試料１４と電極層１６
との間に電界が発生し、電極層１６側には正の電荷が蓄
積される一方、試料１４測には負の電荷が蓄積される。

この正負の電荷による静電気力によって試料１４は試料
台１３上に吸着、保持される。その後、エツチング処理
等を開始する前に通常ＲＦ電源１９をＯＮにする。エツ
チング処理等の終了後試料１４を試料台１３かも離脱さ
せるには、ＤＣ電源１８、ＲＦ電源１９をＯＦＦにし、
再び搬送アームを試料１４に接触させると、試料１４に
蓄積されている電荷は接地されている搬送アームによっ
て放電されるため、前記静電気力による吸着力は消失す
る。

以上説明した通り単極式の静電チャックでは、試料１４
と電極層１６との間に電荷を蓄積することにより試料１
４を吸着、保持させる場合、及びこの蓄積された電荷を
放電させて試料１４を離脱させる場合には、補助回路２
１が不可欠であった。

また、補助回路２１により試料１４を吸着・離脱させる
場合、電荷の移動が円滑に行なわれにくいため、試料１
４の吸着に必要な静電気力を得るには時間がかかり単位
時間あたりの製造個数が少なくなるという欠点がある。

また離脱時においても、補助回路２１により試料１４中
の電荷を接地させても残留電荷が多く、試料１４は試料
台１３に強く吸着された状態に維持されるため、搬送ア
ーム等で試料１４を持ち上げようとしたとき試料１４が
破損しやすい欠点がある。

このように、単極式の静電チャック構造を有する試料保
持装置では、補助回路２１を形成する必要がある、吸着
・保持するのに時間がかかる、残留電荷により離脱時試
料が破損するおそれがある等の問題点があるため、単極
式の静電チャック構造に代わるものとして双極式の静電
チャック構造が開発されている。

この双極式の静電チャックは、第６図に示すように、電
極層が正の直流電圧が印加される電極層２２と負の直流
電圧が印加される電極層２３とに分離形成される一方、
双方の電極層２２．２３にはそれぞれ高周波（ＲＦ）が
印加されている。したがって、双極式の静電チャック構
造では、補助回路なしでも試料１４を吸着・離脱させこ
とができ、しかも各電極層２２．２３に別々に直流電圧
な印加できることから、直流電源を切り換えれば簡単に
反転電圧を印加することができ、残留電荷な０にするこ
とができる等、補助回路２１の有する種々の問題を解決
することができる。

が　゛しようと　る。

上記のような双極式の静電チャック構造は、吸着に時間
がかかる、残留電荷により離脱時試料が破損されるおそ
れがある等の補助回路２１を用いた単極式の静電チャッ
ク構造に右ける問題点を解決することができる。しかし
ながら、双極式の静電チャック構造では、試料１４を吸
着させる際電極層２２．２３に高周波を印加すると、高
周波の導入経路のわずかの差によっても回路のインピー
慢スに変化が生じるために、二つの電極層２２．２３に
均等な高周波を印加するのが難しいという欠点があった
。この結果、高周波の印加により試料１４上面に形成さ
れる帯電層の電荷分布が不均一になるため、試料１４上
面に入射して（る反応ガスイオンの分布及び方向性にも
乱れが生じ、成膜処理またはエツチング処理により形成
されたパターンが不均一になってしまうという問題があ
った。

本発明は上記のような問題点に鑑みなされたものであっ
て、双極式の静電チャックにおいて、試料台に分離形成
された同じ高さレベルの複数の電極層に高周波を均等に
印加でき、したがって半導体集積回路の製造において良
好なパターンを形成することができる試料保持装置を提
供することな目的としている。

゛　るための 上記目的を達成するために本発明では、試料が載せられ
る試料台と該試料台内に埋設された電極層とを備えた試
料保持装置において、前記電極層が絶縁層を介して上下
２層で構成され、上層の電極層は分離形成されて直流電
圧が印加される一方、下層の電極層には高周波が印加さ
れるように構成されていることを特徴としている。

１里 上記構成によれば、高周波は下層の電極層に伝導してか
ら上下の電極層間における略同条件の絶縁層を通過した
後複数の上層の電極層に印加される。すなわち、高周波
は複数の上層の電極層に別々に印加されるのではなく、
下層の電極層を介して複数の上層の電極層に同時的に印
加されるので、高周波は各上層の電極層に均等に伝導す
る。

寒土舅 以下、本発明にかかる試料保持装置の実施例を図面に基
づいて説明する。なお、従来例と同一構造の部分につい
ては同一の符合を付すこととする。

試料保持装置における静電チャックの構造は、第１図に
示すように、基台（図示せず）に冷却板１１が載置され
ており、この冷却板１１の内部には冷却液を循環させる
ための流路１２が形成されている。この流路１２には外
部から冷却液が導入、導出できるように構成されている
。冷却板１１の上方には試料台１３がシリコンゴム等の
伝熱体（図示せず）を介して載置されており、この試料
台１３の上部に試料１４が載せられるようになっている
。試料台１３は例えばセラミックなどから構成される絶
縁体１５内部に上下２層の電極層３１．３２が絶縁層３
３を介して埋設された格好で形成されており、下層の電
極層３２には冷却板１１を貫通する高周波印加用の電極
棒３８が接続されている。上層の電極層３１は平面視に
おいて半円形状の２枚の電極層３１ａ、３１ｂに分離形
成され、それぞれ直流電圧印加用の電極棒３４．３４が
冷却板１１および下層の電極層３２を貫通して接続され
ている（第２図）。

上記試料保持装置の等価回路図を第３図に示す。図中、
下層の電極層３２にはＲＦ電源１９が接続されており、
下層の電極層３２は上層の電極層３１ａ、３１ｂとの間
でコンデンサＣ２、Ｃ４を構成し、上層の電極層３１ａ
、３１ｂは試料１４との間でコンデンサＣ，，、Ｃ，を
構成している。左側のコンデンサＣ２，Ｃ，はそれぞれ
コイル２０を介してＤＣ電源３５の正側に接続され、右
側のコンデンサＣ４、Ｃｓそれぞれコイル２０を介して
ＤＣ電源３６の負側に接続されており、ＤＣ電源３５．
３６はスイッチ３７．３７により左右の接続先のコンデ
ンサＣ、、Ｃ，とコンデンサＣ４、Ｃ１との切り換えが
できるようになっている。ＲＦ電源１９およびＤＣ電源
３５．３６の一端は接地されている。

試料１４を吸着させる場合、この回路に直流電流を流す
と、上層の電極層３１ａ、３１ｂと試料１４とが帯電し
て静電気力が発生し、試料１４は試料台１３に吸着され
る。ＲＦｉｔ源３８から下層の電極層３２に高周波をか
けると、高周波はコンデンサＣ２、Ｃ４さらにはＣ３、
Ｃｓを介して試料１４に伝播する。この印加された高周
波の変化に対応して試料１４上面には正負の電荷が交互
にあられれるが、成膜処理またはエツチング処理のため
にプラズマ照射を行なった場合１反応ガスイオンと電子
（ｅ−）のうち周波数の激しい変化に対応できる電子だ
けが試料１４上面に蓄積され、試料１４上面は負に帯電
する。この試料１４上面に形成された帯電層に反応ガス
イオンが引き付けられ、試料１４上面に成膜またはエツ
チングが施される。

試料１４を離脱する場合、ＤＣ電源３５．３６のスイッ
チ３７．３７を切り換えることにより反転電圧を印加す
ると、コンデンサＣ２、Ｃ、、Ｃ，、Ｃｓに蓄積されて
いる電荷は放電され、吸着力は消失する。

以上説明したとおり本実施例では、高周波は上層の電極
層に別々に印加されるのではなく、下層の一つの電極層
３２を介して上層の電極層３１ａ、３１ｂに同時に印加
されるので、高周波を各上層の電極層３１ａ、３１ｂに
均等に伝導させることができる。したがって、試料１４
に印加される高周波も均等になるため、試料１４上面に
形成される帯電層の電荷分布も均一になり、試料１４上
面に衝突する反応ガスイオンの分布状態及び入射方向も
全面にわたり均一的に誘導され、成膜処理またはエツチ
ング処理により形成される回路パターンを均一なものに
することが可能になる。

なお、上記した実施例では上層の電極層が二つに分離形
成された場合を示したが、上層の電極層は二つに限られ
るものではなく、三つ以上の複数個であっても差し支え
ない。

及肌五盈玉 以上の説明により明らかなように、本発明にかかる試料
保持装置にあっては、試料が載せられる試料台と該試料
台内に埋設された電極層とを備えた試料保持装置におい
て、前記電極層が絶縁層を介して上下２層で構成され、
上層の電極層は分離形成されて直流電圧が印加される一
方、下層の電極層には高周波が印加されるように構成さ
れている。

したがって、複数の電極層への直流電圧の印加により、
単極式の静電チャック構造の欠点を除去できながら、し
かも高周波は二つの上層の電極層に別々に印加されるの
ではなく、下層の一つの電極層を介して両層同時に印加
されるので、複数の上層の電極層から試料に印加される
高周波を均等なものにすることができる。この結果、高
周波の印加により試料上面に均一に形成された帯電層に
より反応ガスイオンを試料全面にわたり均一に入射させ
ることができるため、成膜処理またはエツチング処理に
より形成される回路パターンを均一なものにすることが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる試料保持装置の実施例を示す概
略断面図、第２図は第１図におけるＡ−Ａ線断面図、第
３図は同装置の等価回路図。 第４図は従来の単極式の静電チャック構造を有する試料
保持装置を示す概略断面図、第５図は同装置の等価回路
図、第６図は双極式の静電チャック構造を有する試料保
持装置の等価回路図である。 １３・・・試料台、１４・・・試料、１９・・・ＲＦ電
源、３１．３１ａ、３１ｂ・・・上層の電極層、３２・
・・下層の電極層、３３・・・絶縁層、３５．３６・・
・ＤＣ電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料が載せられる試料台と該試料台内に埋設された電極
   層とを備えた試料保持装置において、前記電極層が絶縁
   層を介して上下２層で構成され、上層の電極層は分離形
   成されて直流電圧が印加される一方、下層の電極層には
   高周波が印加されるように構成されていることを特徴と
   する試料保持装置。