JPH0395953A

JPH0395953A - 静電吸着型ウエハサセプタ

Info

Publication number: JPH0395953A
Application number: JP1233947A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Nobuo Mikoshiba; 御子柴　宣夫; Junichi Murota; 室田　淳一; Takashi Matsuura; 孝松浦; Hiroaki Uetake; 宏明植竹
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1991-04-22

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、静電吸着型ウェハサセブタに関する。

［従来の技術］半導体製造装置におけるウニ八の搬送・保持に使用され
るウェハサセプタとしては、従来、メカニカルな方式の
ものが一般的に用いられている。

しかし、メカニカルな方式のものは、構造が複雑である
ということ、部品点数が多いということ、また、摺動部
や可動部が多く、この摺動部や可動部からパーティクル
が発生しウェハ汚染の原因となるということ、ウェハの
垂直保持が困難であるということ、等の問題を有してい
る。特に、加工の微細化に伴い極めて高清浄な雰囲気の
中で成膜やエッチングのプロセスを進める必要が高まっ
ている現在においてパーティクルの発生は極めて大きな
問題である。

そこで、かかる問題を解決し得るウェハサセブタとして
、近時、静電吸着型クエハサセブタが使用ざれつつある
。

ところで、従来、静電吸着型クエハサセプタとしては、
第６図に示すような構造のものが知られている。ここに
、１はクエハ、２は高電圧側電極、３は低電圧側電極、
４は絶縁膜であり、１２は電極２．３間に電圧を印加す
るための電源（吸着用直流高圧電源）、１３はウェハエ
に一定の電位を与えるための電源（直流バイアス用電源
）である。

かかる静電吸着型クエハサセブタにおいてウェハを吸着
する力Ｆは、次の式（１）で表される。

Ｆ＝ａＳＶｇ’／２ｄ２　　　　　（１）ここに、■１
は印加電圧、ｄは絶縁膜４の膜厚、εは絶縁膜４の誘電
率、Ｓはウェハ１と電極２の接触する面積である。この
ように、吸着力Ｆは、印加電圧■，の２乗に比例し、絶
縁膜４の膜厚ｄの２乗に逆比例する。具体的に数値を用
いて説明すると、絶縁膜４にポリイミド（比誘電率を２
．５とする）を用いた場合、絶縁膜の膜厚ｄを１０μｍ
、ウェハ１と電極２の接触面積Ｓを１０ｃｍ’とすると
き、１００ｇのウェハ（８インチのＳｉクエ八の質量は
、約５４ｇである）を吸着するのに要する印加電圧Ｖ，
は約９４Ｖである。絶縁膜４の表面は完全には平坦でな
いので、実際の吸着力は計算値より低い。したがって、
余裕を見て２００〜３００ｖを印加する事になる。

なお、絶縁膜４としては、ポリイミドの他に、アルよナ
（ＡＩＬ２０，）や窒化アルミ（ＡＩＮ）およびシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ２）等を用いることができる．このように、静電吸着型ウェハサセブタは、単純な構戒
であり、かつ、その吸着力は電極の面積、絶縁膜の材質
と膜厚、印加電圧によってコントロールすることができ
る。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上述した従来の静電吸着型ウェハサセブタには
以下に述べるような課題が存在することが判明した。以
下にその詳細を述べる。

成膜やエッチングのプロセスでは、クエハに直流バイア
スや高周波を印加してイオンのエネルギーや運動量をＰ
ｒＩ密に制御したり、加熱や冷却の温度をコントロール
してウェハを所定の温度に正確に保つ等の必要がある。

しかし、従来の静電吸着型ウェハサセブタをそのままプ
ラズマを利用する成膜やエッチングのプロセスに用いる
と、ウェハの温度のバラツキが経時的に大きくなり（す
なわち、クエ八を所定の温度に正確に制御することが困
難となり）、ウェハ上への微細加工が困難になってしま
うことが判明した。なお、このようなクエ八の温度のバ
ラツキが経時的に生ずるということは本発明者が初めて
知見したものであり、従来かかる課題は認識されていな
かった。

本発明は、従来技術のかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、本発明は、プラズマを利用する戒膜や
エッチングのプロセスに用いても経時的にクエ八の温度
のバラツキが生ずることがなく、ウェハ上への微細加工
が可能な静電吸着型ウェハサセブタを提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］上記課題は、少なくとも一方の電極の表面が絶縁膜によ
り被覆されている一対の電極と、該一対の電極間に電圧
を印加するための手段と、少なくともウェハと接触する
部分が絶縁膜で被覆されている金属製のホルダーとを有
し、少なくとも該絶縁膜により被覆されている電極を該
金属製ホルダーの中に収納してなることを特徴とする静
電吸着型ウェハサセブタによって解決される。

［作用］以下に本発明の作用を、本発明をなすに際して得た知見
とともに説明する．本発明者は、まず、従来技術において何故に、経時的に
ウェハの温度にバラツキが生ずるのかの探究を行った。

ウェハの温度のバラツキの原因としては数多くの因子が
考えられるが、まず、冷却系、加熱系に原因が存在する
のではないかと推測し、冷却系、加熱系ついて調査を行
ったが、冷却系、加熱系について明確な原因を発見する
ことはできなかった。

そこで、プラズマ空間において生ずる現象の見直しを図
ったところ、次に述べるような事実が判明した。

通常のプラズマプロセスでは、高エネルギーを持ったイ
オンが、ウェハだけでなく、プラズマ空間に露出した絶
縁膜にも衝突して絶縁膜をスパッタリングする。したが
って、絶縁膜表面が削られて絶縁性能が劣化してくる。

また、各種の反応性ガスを利用する反応性プラズマプロ
セスでは、単にスパッタリングの影響だけでなく、イオ
ンや活性種あるいは反応ガスが絶縁膜に吸着して反応し
被膜表面の特性を変化させる。このようにして、プラズ
マ中の静電吸着型ウェハサセブタは、その絶縁膜の劣化
が著しく速く進むのである。第７図には、プラズマ空間
に露出した絶縁膜とプラズマとの反応を模式的に示す．
このように劣化が進むことに起因して吸着力が経時的に
減少していくことがわかった。吸着力が減少すると、ク
エハとウェハサセブタとの吸着が不十分となり、その結
果、冷却系あるいは加熱系とウェハとの間の熱の伝達が
不十分となり、ウェハの温度のバラツキが生ずることが
判明したのである。

そこで、吸着力の低下を補い、安定な吸着力を得るため
に、印加電圧を上げてみたが、やはり、経時的に温度の
バラツキが生じ、バラツキが生じた時点でさらに印加電
圧を上げるという繰り返しを行うと、ついに絶縁膜は高
電圧に耐えきれず放電し、故障に至ることになってしま
った。

そこで、他の手段として、ある程度の厚さに絶縁膜の膜
厚を厚くする方法を試みた。

しかし、吸着力は式（１）に示した様に絶縁膜の厚みの
２乗に逆比例するから膜厚が厚いと十分な吸着力が得ら
れない。さらに、ウェハの温度制御の立場からは、絶縁
膜の膜厚は薄くしたほうが望ましい。例えば、エッチン
グの場合は、通常、ウェハを冷却して反応熱を吸収し、
エッチングの特性を向上させ、かつ反応を促進させてい
る。冷却の効果を上げるためには概して熱伝導率の低い
絶縁膜はなるべく薄くする必要があるのである。

また、薄膜形戒の場合、プラズマＣＶＤ？去、ＥＣＲ　
（電子サイクロトロン共鳴）による低温Ｓｉエピ成長法
においても、数百度Ｃの加熱が必要である。絶縁膜が厚
いと大きな温度差が生じ、ウェハの正確な温度制御が困
難となる。したがって、絶縁膜は可能な限り薄くする必
要がある。具体的に数値で述べると、ウェハの温度制御
をする場合には、４．５ｋｇ／ｃｒｎ”以上の吸着力が
必要である。このような強い吸着力を得るための絶縁膜
の厚みの上限を式（１）を用いて求める。絶縁膜をポリ
イミド（比誘電率：２．５）．アルミナおよび窒化アル
く（比誘電率：１０）、シリコン酸化膜（比誘電率：３
．９）とすると、絶縁膜の厚みは、印加電圧をＩＯＯＯ
Ｖとした時、それぞれ・　５μｍ・　１０μｍ、６．２
μｍ以下でなければならない．結局、絶縁膜の膜厚を厚
くするという手段はウェハの温度の正確な制御という所
期の目的に反することになり、従来技術の問題の根木的
解決にはなり得ない。

そこで、本発明では、絶縁膜で絶縁した電極を金属製ホ
ルダーの中に収納して、ウェハと接触する絶縁膜以外は
、ホルダーによって完全にプラズマと遮断する構造とす
れば、絶縁膜の膜厚を厚くすることなく、プラズマ雰囲
気中であっても絶縁膜の耐久性を維持することができる
ため、十分な吸着力を与えることができ、また、ホルダ
ーは金属製であるため熱の伝達性が良好であり、従って
ウェハ温度の正確な制御を継続的に維持することが可能
になり、ウェハへの微細加工が可能となるとの知見を得
て本発明をなすにいたった。

［実施例］以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（実施例１）第１図に実施例１を示す。

木例は、一対の電ｉ２．３のうち一方の電掻２のみが絶
縁膜４により被覆されている例である。

すなわち、本例では、電極２（高電圧側電極）の全表面
が絶縁膜４により被覆されている。

ここで、絶縁膜としては、例えば、ポリイミド、アルよ
ナ、窒化アルミ、二酸化珪素等を用いればよい。

電ｔｉ　２は、金ｙｔ製ホルダー５の中に収納されてい
る。この金属製ホルダー５は、同じく金属製の支持台９
を通してアース電位のチャンバーと電気的に接続してお
り、ホルダー５自身がアース電位となっている．従って
金属製ホルダー５のクエ八と接触する部分は絶縁膜１９
で被覆されており、クエ八が載置された場合、クエ八と
金属製ホルダー５とは絶縁され、プラズマ空間中におけ
るウェハ電位に変動を与えることがないように工夫され
ている。

一方、木例における低電圧側電ｇ！３の構成を第５図に
示す。電Ｖｉ３は、例えばステンレスのツバ付の中実丸
棒で、上下にわずかに可動する構造である。電８ｉ３が
ウェハと接するときはコイルバネ１７でウェハと確実な
接触が可能である。また、電源をＯＦＦしてクエ八を離
脱する時は、このバネはクエ八を裏面から押してクエ八
を容易に離脱させる働きをしている．また、電８ｉ３は金属製ホルダー６の中にセットされて
いるが、ウェハと接する部分は、金属面が露出しており
、ウェハ裏面と直接接触する．これによりウェハに所望
の一定電位を付与することも可能となっている。なお、
金属製ホルダー６は、金属製ホルダー５と同様にアース
電位になっている．従って電８ｉ３とホルダー６は電気
的に絶縁されており、また、ホルダー６のウェハ１と接
する面は絶縁膜で被覆されており、ウェハの電位に影響
を与えることはない。

電極２．３は、配線７、８、フィールドスルー１０、ロ
ーバスフィルタ１１を通して吸着のための直流高電圧電
源１２に接続される。９は支持台で、加熱や冷却の機構
を組み込む。ウェハには、電極３を通して直流バイアス
を印加できる．１３は、直流バイアス用電源である。マ
ッチング回路１４および高周波電源１５を用いて高周波
を印加する事もできる。

（実施例２）第２図に実施例２を示す。

本例は、一対の電極２，３の両方が絶縁膜４により被覆
されている例である。

木例では、電ｉ２．３はそれぞれ金属製ホルダー５ａ，
５ｂの中に収納されている。

なお、電極２，３の両方ともが絶縁膜により被覆されて
いる木例のタイプでは電圧の印加は第３図に示すように
行うことが好ましい．　第１図に示した実施例１に係る
構戒の静電吸着型クエハサセブタの場合は、ウェハの電
位は、前述したように、電極３に接続した外部の電源に
よって正確に制御できる，しかるに、木例のタイプのよ
うに、２つの電極をともにその表面を絶縁したタイプの
もので構成した場合は、クエハに吸着用の印加電圧の一
部が印加される。第２図（ｂ）は、第２図（ａ）の等価
回路である。この様に２つのコンデンサの直列接続回路
に等しい。そのコンデンサの容量をＣ１、Ｃ２、印加電
圧をＶ．，ＣＩおよびＣ２の両端の電圧を、Ｖ１、■２
とすると、Ｖ１＝Ｃ２・Ｖ，／（Ｃ１＋Ｃ２）Ｖ２＝Ｃ１−Ｖ，／（Ｃ１＋Ｃ２）ＣＩ＝Ｃ２の時には、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ，／２である．す
なわち、ウェハには、ｖ８／２の電圧カ印加される。強
い吸着力を得るためにＶ８＝１０００Ｖとすると、ウェ
ハには、５００Ｖの電圧が印加されることになる。これ
は、次に述べるように大きな問題点を持つ。

（１）本発明者は、パーティクルをウェハの表面に付着
させないためには、ウェハの電位は、±５０Ｖ以内にし
なければならないという知見を既に別途得ているが、５
００Ｖというような高電圧がウェハに印加されていると
、ウェハはチャンバー内に浮遊しているパーティクルを
吸引し〆、ウェハ表面Ｃ付着させることになる。

（２）低真空領域で、極めて放電を発生しやすい。垂直
に保持されていたウェハは、放電で落下してしまう。

（３）仮に、ウェハがチャンバーと接触すれば、過電流
が流れ、吸着用の高圧電源に負担がかかる。

このようにウェハに高電圧が印加されるのを防ぐには、
第３図に示すように、特性の揃った電源２台を直５１１
に接続し、同出力値に設定し、その中間をアースに接続
する。この時には、ウェハはアース電位になり上述の問
題は起こらない。

（他の実施例）第４図に他の実施例を示す。

実施例１，２においては、金属製ホルダー５の外周はプ
ラズマ空間に露出している。その場合、この露出面がス
パッタされるとパーティクルを発生するおそれがあり、
ウェハの金属汚染の原因となる。

そこで、木例では、金属製ホルダーの外周のプラズマに
露出する面に絶縁膜を被覆し、それによりかかる汚染を
防止することを可能としている。

なお、かかる絶縁膜をコーティングしたとしてもウェハ
の冷却や加熱に影響を与えることのないことは確認され
ている。

一方、絶縁膜の被覆の代わり（、金属製ホルダー５をざ
らに、絶縁性のホルダーの中に収納してもよい。

なお、金属製ホルダー５内に冷却のためのクーラントの
流路を設けたり、逆に加熱ヒータを埋設しておけばより
効果的にウェハの正確な温度制御が可能となる。

［発明の効果］本発明は、以上説明したように、表面を絶縁した電極を
金属製のホルダーの中に収納するという簡単な構造で、
プラズマを利用する成膜やエッチングのプロセスに用い
ても経時的Ｃウエ八の温度のバラツキが生ずることがな
く、ウェハ上への微細加工が可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１に係るクエハサセブタの構成
図である．第２図は本発明の実施例２に係るウェハサセプタの構戒
図および等価回路図である。第３図は実施例２の変形例を示す等価回路図でるある．第４図は本発明の他の実施例に係るクエハサセブタの構
戒図である。第５図はＮ１図における低電圧側電極の構成図である。第６図は従来のウェハサセブタの構成図である。第７図は従来のウェハサセブタとプラズマの反応を模式
的に示した図である。第図（符号の説明）１・・・ウェハ、２・・・高電圧側電極、３・・・低電
圧側電極、４・・・絶縁膜、５，５ａ，５ｂ・・・高電
圧側電極のホルダー　６・・・低電圧側電極のホルダー
　７・・・配線、８・・・配線、９・・・支持台、１ｏ
・・・フィールドスルー　１１・・・ローパスフィルタ
ー　１２・・・吸着用直流高圧電源、１３・・・直流バ
イアス電源、１４・・・マッチング回路、１５・・・高
周波電源、１６・・・ホルダー用絶縁膜、１７・・・コ
イルバネ、１９・・・絶縁膜。第２第３図図（ｂ）第４図第５図３

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも一方の電極の表面が絶縁膜により被覆
されている一対の電極と、該一対の電極間に電圧を印加
するための手段と、少なくともウェハと接触する部分が
絶縁膜で被覆されている金属製のホルダーとを有し、少
なくとも該絶縁膜により被覆されている電極を該金属製
ホルダーの中に収納してなることを特徴とする静電吸着
型ウェハサセプタ。
（２）前記金属製ホルダーの外周を絶縁膜で被膜したこ
とを特徴とする請求項１記載の静電吸着型ウェハサセプ
タ。
（３）前記金属製ホルダーをさらに絶縁性のホルダー中
に収納したことを特徴とする請求項１記載の静電吸着型
ウェハサセプタ。