JPH04298062A

JPH04298062A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH04298062A
Application number: JP3084576A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Arai; 裕介新居; ▲昇▼　和宏; Kazuhiro Nobori; Ryusuke Ushigoe; 牛越　隆介; Kouichi Umemoto; 鍠一梅本
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1992-10-21
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: JP3300380B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱ＣＶＤ装置、プラズ
マＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置等の半導体製造
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置においては、主チャンバ
ーの前後に副チャンバーを設置し、これらをゲートバル
ブによって仕切ったものが一般的である。従来の半導体
ウエハー固定技術としては、メカニカル固定、真空チャ
ック、静電チャックの各方式が知られており、例えば、
半導体ウエハーの搬送用、露光、成膜、微細加工、洗浄
、ダイシング等に使用されている。

【０００３】このうち、従来は、副チャンバー内ではサ
セプター上に半導体ウエハーを載置し、主チャンバーで
はメカニカル固定方式を用いることが通常であった。し
かし、メカニカル固定では、半導体ウエハーの表面にピ
ン又はリングが接触して半導体ウエハー外周部におさえ
シロを必要とするため、一枚の半導体ウエハーからとれ
る半導体チップ数が減少する。また、ウエハーの保持、
離脱の為にピンやリングが動くためにパーティクルが発
生する為、不純物混入や成膜不良の原因となる。ウエハ
ー加熱時には、この半導体ウエハー全面が均等に押さえ
られているわけではないので、半導体ウエハーに反り、
歪みが生じる。また、いわゆる真空チャックは、スパッ
タ、ＣＶＤ装置等のような中高真空の条件下では使用で
きない。これらの点から、半導体の極微細加工要求が高
まるのにつれ、メカニカルな機構を持たない静電チャッ
クが有望視されてきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、主チャンバー
内に静電チャックを設置して半導体ウエハーにＣＶＤ処
理やクリーニング処理等を施してみると、従来は見られ
なかった新たな問題が生ずることが解った。即ち、半導
体ウエハーは副チャンバーを通って主チャンバー内へと
装入されるが、前工程での半導体ウエハーの温度と主チ
ャンバー内の処理温度とは通常大きく異なる。このため
、主チャンバー内に静電チャックを設置し、その上に半
導体ウエハーを吸着すると、大きな熱衝撃が静電チャッ
クに加わり、破壊に至ることがあった。

【０００５】また、主チャンバー内では、例えば熱ＣＶ
Ｄ用反応ガスや　ＣｌＦ３　，　ＮＦ３　等のクリーニ
ングガスを用いるので、静電チャックの表面などが腐食
され、塵の原因となる。このため、静電チャックの基材
としては、２００　℃以上の温度差に対する耐熱衝撃性
と、腐食性ガスに対する化学耐食性とが求められる。し
かし、本発明者が探索したところ、上記のような耐熱衝
撃性と化学耐食性とを高度に満足する基材は存在しなか
った。

【０００６】本発明の課題は、主チャンバーにおけるウ
エハー保持具として静電チャックを用いた場合に、この
静電チャックの腐食や熱衝撃による割れ、クラック等を
防止することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、処理前の半導
体ウエハーを収容する副チャンバー；この半導体ウエハ
ーを収容して所定の処理を施す主チャンバー；前記主チ
ャンバーと前記副チャンバーとを隔離するゲートバルブ
；処理前の半導体ウエハーを支持するために前記副チャ
ンバー内に設置され、かつ耐熱衝撃性セラミックスを基
材として用いたウエハー支持具；このウエハー支持具に
支持された半導体ウエハーの温度を調節する温度調節機
構；及び前記主チャンバー内に設置され、かつ化学耐食
性セラミックスを基材として用いた静電チャックを有す
る、半導体製造装置に係るものである。

【０００８】「ウエハー支持具」には、セラミックス製
のサセプター、静電チャック、セラミックスヒーター等
を含む。「静電チャック」には、抵抗発熱体を基体中に
埋設した、図２のヒーター付き静電チャックを含む。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係る半導体装置を
示す模式図である。図１において、主チャンバー１２の
左側には副チャンバー１が設けられ、主チャンバー１２
の右側には副チャンバー２２が設けられている。主チャ
ンバー１２と副チャンバー１，　２２との間は、それぞ
れゲートバルブ１１Ａ，　１１Ｂによって隔離されてい
る。副チャンバー１内には、ヒーター付きウエハー支持
具４が設置されている。ヒーター付きウエハー支持具４
においては、円盤状セラミックス基体５の内部に抵抗発
熱体６が埋設され、抵抗発熱体６の両側に電極端子７が
接続されている。電極端子７にはそれぞれ給電ケーブル
８が接続され、給電ケーブル８がヒーター制御部９に接
続されている。

【００１０】ウエハー搬送用ロボット２は、例えば、モ
ーターで駆動されるマジックハンド形状のものであり、
副チャンバー１の前後に半導体ウエハーを搬送するもの
である。ウエハー搬送用ロボット２によって、処理前の
半導体ウエハー３を搬送し、ヒーター付きウエハー支持
具４の表面に載置する。排気孔１０から矢印Ａのように
副チャンバー１内の雰囲気を排気する。

【００１１】ヒーター付きウエハー支持具４の円盤状セ
ラミックス基体５は、耐熱衝撃性セラミックスからなっ
ている。こうした材料としては、窒化珪素、炭化珪素が
好ましい。

【００１２】次いで、ゲートバルブ１１Ａ　を開き、半
導体ウエハー３を主チャンバー１２内に搬送する。主チ
ャンバー１２内には、本発明者が新たに開発したヒータ
ー付き静電チャック１５が設置されている。

【００１３】ここで、図２にヒーター付き静電チャック
１５を示す。円盤状セラミックス基体５Ａの内部には抵
抗発熱体６が埋設され、この抵抗発熱体６は一例として
螺旋状に巻回されている。抵抗発熱体６の両端部には、
それぞれ電極端子７が接続固定され、各電極端子７の端
面が給電ケーブル８に接合されている。一対の給電ケー
ブル８は、それぞれコントローラー１９に接続されてお
り、図示省略したスイッチを作動させることにより、抵
抗発熱体６を発熱させることができる。

【００１４】円盤状セラミックス基体５Ａの一方の主面
に沿って、例えば円形の膜状電極１６が形成されている
。そして、この膜状電極１６を覆うように、一方の主面上
にセラミックス誘電体層２２が形成され、一体化されて
いる。これにより、膜状電極１６は、セラミックス基体
５Ａとセラミックス誘電体層２２との間に内蔵される。セラミックス基体５Ａの内部は電極端子２３が埋設され
、この電極端子２３の一端には膜状電極１６が接続され
、電極端子２３の他端に給電ケーブル１７Ａ　が接続さ
れている。この給電ケーブル１７Ａ　は静電チャック電
源１８の正極に接続され、電源１８の負極がアース線１
７Ｂ　に接続される。

【００１５】また、ヒーター付き静電チャック１５中に
は、熱電対２１が埋設されており、熱電対２１の端面に
導線２０が接続されている。導線２０の他端がコントロ
ーラー１９に接続される。コントローラー１９中には、
交流電源とマイクロプロセッサとが内蔵されている。

【００１６】ウエハー３を加熱処理する際には、セラミ
ックス誘電体層２２のウエハー吸着面にウエハー３を設
置し、ウエハー３に対してアース線１７Ｂを接触させる
。そして、膜状電極１６に正電荷を蓄積してセラミック
ス誘電体層２２を分極させる。それと共に、ウエハー３
に負電荷を蓄積させ、セラミックス誘電体層２２とウエ
ハー３との間のクーロン引力により、ウエハー３をウエ
ハー吸着面へと吸着させる。これと共に、抵抗発熱体６
を発熱させてウエハー吸着面を所定温度に加熱する。

【００１７】また、加熱処理時には、ガス供給口１３か
ら矢印ＢのようにＣＶＤ用ガス等を供給し、ガス排出口
１４から矢印Ｃのようにガスを排出する。この際、熱電
対２１からの電気信号をコントローラー１９へと入力し
、この値を内蔵マイクロプロセッサによって演算処理し
て適切な電圧印加パターンを決定する。この決定された
パターンに従い、抵抗発熱体６に電圧を印加する。

【００１８】セラミックス基体５Ａ、セラミックス誘電
体層２２の材質は、それぞれ、化学耐食性セラミックス
とする。こうした材質としては、アルミナ、アルミナ−
炭化珪素複合材料、スピネル、サイアロン、窒化アルミ
ニウム等がある。抵抗発熱体６、膜状電極１６の材質は
、それぞれタングステン、モリブデン、白金等の高融点
金属とすることが好ましい。

【００１９】本実施例の半導体製造装置によれば、まず
半導体ウエハー３をヒーター付きウエハー支持具４上に
載置し、この段階で半導体ウエハー３を予熱することが
できる。そして、予熱後の半導体ウエハー３を、ヒータ
ー付き静電チャック１５に吸着し、加熱処理する。この
際、静電チャック１５の基材として、前述したような化
学耐食性セラミックスを使用しているので、静電チャッ
ク１５がＣＶＤ用ガス、エッチングガス等に侵されるの
を防止できる。それと共に、副チャンバー１内のウエハ
ー支持具４において、半導体ウエハー３を予熱するので
、半導体ウエハー３をヒーター付き静電チャック１５に
吸着させる際、両者の温度差が小さく、従って静電チャ
ック１５の基材に加わる熱衝撃が小さい。これにより、
静電チャック１５にクラック、割れ等が生ずるのを防止
できる。

【００２０】この予熱の際には、静電チャック１５に加
わる熱衝撃がその基材の許容範囲内に止まる程度に、半
導体ウエハー３の温度を上昇させておく。予熱後の半導
体ウエハー３の温度を、静電チャック１５の表面温度と
同程度にすれば、特に好ましい。

【００２１】また、ヒーター付きウエハー支持具４の基
材として、耐熱衝撃性セラミックスを使用したので、副
チャンバー１内で半導体ウエハー３を急速に予熱しても
、ウエハー支持具４にクラック、破壊等は生じない。

【００２２】また、図２に示すヒーター付き静電チャッ
ク１５によれば、更に以下の効果を奏しうる。こうした
ヒーター付き静電チャックによれば、ウエハー３をウエ
ハー吸着面へとクーロン力によって全面で吸着しつつ、
同時にウエハー吸着面を加熱してウエハーを加熱するこ
とができる。従って、特に中高真空中でウエハー３を全
面に亘って吸着面へと追従させ、均熱化することができ
、ウエハー３とウエハー吸着面との間の隙間によるウエ
ハー３の均熱性の低下が生じない。従って、ウエハー３
の熱処理をウエハー全面に亘って均一に行うことができ
、半導体の歩留り低下を防止することができる。

【００２３】更に、セラミックス基体５Ａの内部に抵抗
発熱体６が埋設され、また膜状電極１６がセラミックス
誘電体層２２とセラミックス基体５Ａとの間に内蔵され
ているので、従来の金属ヒーターの場合のような汚染を
防止できる。また、ウエハー３をウエハー吸着面へと吸
着した状態で直接加熱するので、間接加熱方式の場合の
ような熱効率の悪化の問題は生じない。

【００２４】図３に示す例においては、副チャンバー１
内に、円盤状セラミックス基体５からなるウエハー支持
具２４を設置し、この上に処理前の半導体ウエハー３を
設置する。温度調節機構としては、赤外線ランプ２５を
使用し、赤外線ランプ２５内の抵抗発熱体を給電ケーブ
ル８に接続する。円盤状セラミックス基体５の材質とし
て、前述した耐熱衝撃性セラミックスを用いる。そして
、ウエハー支持具２４上に設置した半導体ウエハー３を
、赤外線ランプ２５で加熱する。

【００２５】図４に示す例においては、円盤状セラミッ
クス基体５中にパイプ２７を埋設し、パイプ２７の両端
を副チャンバー１外へ取り出す。前工程において加熱さ
れた高温の半導体ウエハー３を、ウエハー支持具２６上
に設置し、パイプ２７の一端側に冷媒を矢印Ｄのように
流し、パイプ２７の他端側から冷媒を矢印Ｅのように取
り出す。これにより、高温の半導体ウエハー３を冷却し
てその温度を調整し、主チャンバー内の静電チャックへ
と搬送する。本実施例においては、予め高温の半導体ウ
エハー３を冷却しておくことにより、半導体ウエハー３
の温度を調整し、主チャンバー内の静電チャック７に、
無理な熱衝撃が加わらないようにする。

【００２６】また、ウエハー支持具２６の円盤状セラミ
ックス基体５中に、図１に示すように更に抵抗発熱体を
埋設し、半導体ウエハー３を予熱する機能をもウエハー
支持具２６に付与することができる。この場合には、副
チャンバー内に搬送されてきた半導体ウエハーの温度と
、主チャンバー内の静電チャックの温度とを比較するこ
とにより、予熱又は予冷を選択する。更にこの場合、予
熱手段として、図３に示す赤外線ランプ２５を使用する
こともできる。

【００２７】図５に示す例においては、静電チャック２
８に半導体ウエハー３を吸着する。また、赤外線ランプ
２５に給電ケーブル８を通して電力を供給し、これによ
り半導体ウエハー３を加熱する。他の部分は、図１にお
いて説明した部材と同一であるので、その説明は省略す
る。

【００２８】図６に静電チャック２８の構成を示す。円
盤状セラミックス基体５Ａの一方の主面に沿って、例え
ば円形の膜状電極１６が形成されている。そして、この
膜状電極１６を覆うように、一方の主面上にセラミック
ス誘電体層２２が形成され、一体化されている。これに
より、膜状電極１６は、セラミックス基体５Ａとセラミ
ックス誘電体層２２との間に内蔵される。セラミックス
基体５Ａの内部には電極端子２３が埋設され、この電極
端子２３の一端には膜状電極１６が接続され、電極端子
２３の他端には給電ケーブル１７Ａ　が接続されている
。この給電ケーブル１７Ａ　は静電チャック電源１８の
正極に接続され、電源１８の負極がアース線１７Ｂ　に
接続される。そして、半導体ウエハー３をウエハー吸着
面に設置し、吸着する。この動作は、前記したヒーター
付き静電チャックと同じである。また、セラミックス基
体５Ａ、セラミックス誘電体層２２の材質は、前記した
化学耐食性セラミックスとする。

【００２９】本発明に従い、更に以下の変形例が実施可
能である。図５に示す例において、静電チャック２８の
円盤状セラミックス基体５Ａ（図６参照）中に、更に、
冷媒を流す為、図４に示すパイプ２７を埋設することが
できる。この場合には、半導体ウエハー３を冷却しつつ
、所定の処理を施すことになる。図１に示す例において
、ヒーター付き静電チャック１５を副チャンバー内にも
設置し、ヒーター付き静電チャック１５をウエハー支持
具として使用することができる。この場合には、半導体
ウエハー３を、ヒーター付き静電チャック１５によって
吸着しつつ予熱できるので、予熱時のレスポンスが一層
早くなる。

【００３０】図３に示す例において、図５、図６に示す
静電チャック２８を副チャンバー１内に設置し、半導体
ウエハー３を静電チャック２８に吸着しつつ、赤外線ラ
ンプ２５によって予熱することもできる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、化学耐食性セラミック
スを基材として用いた静電チャックを主チャンバー内に
設置するので、この静電チャックがＣＶＤ用ガス、エッ
チングガス等の腐食性ガスに侵されるのを防止できる。

【００３２】これと共に、副チャンバー内に設置したウ
エハー支持具によって半導体ウエハーを支持し、かつ温
度調節機構によってこの半導体ウエハーの温度を調節す
るので、主チャンバー内に設置された静電チャックに半
導体ウエハーを吸着させる際に、両者の温度差を小さく
し、この静電チャックの基材に加わる熱衝撃を小さくす
ることができる。これにより、化学耐食性セラミックス
を基材として用いた静電チャックに、クラック、割れ等
が生ずるのを防止できる。

【００３３】しかも、副チャンバー内に設置されたウエ
ハー支持具の基材として耐熱衝撃性セラミックスを使用
したので、このウエハー支持具に半導体ウエハーを設置
した状態で、半導体ウエハーを急速に温度調節、即ち予
熱又は予冷したり、高温の半導体ウエハーをウエハー支
持具に接触させても、このウエハー支持具にクラック、
破壊等は生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る半導体製造装置を示す模
式図である。

【図２】ヒーター付き静電チャックを示す断面図である
。

【図３】他の実施例に係る半導体製造装置の副チャンバ
ーを示す模式図である。

【図４】更に他の実施例に係る半導体製造装置の副チャ
ンバーを示す模式図である。

【図５】更に他の実施例に係る半導体製造装置の主チャ
ンバーを示す模式図である。

【図６】静電チャックを示す断面図である。

【符号の説明】

１　　副チャンバー３　　半導体ウエハー４，　２４，　２６　　　ウエハー支持具５，　５Ａ　
　　円盤状セラミックス基体６　　抵抗発熱体１１Ａ，　１１Ｂ　　ゲートバルブ１２　　主チャンバー１５　　ヒーター付き静電チャック１６　　膜状電極２５　　赤外線ランプ２８　　静電チャック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　処理前の半導体ウエハーを収容する副
チャンバー；この半導体ウエハーを収容して所定の処理
を施す主チャンバー；前記主チャンバーと前記副チャン
バーとを隔離するゲートバルブ；処理前の半導体ウエハ
ーを支持するために前記副チャンバー内に設置され、か
つ耐熱衝撃性セラミックスを基材として用いたウエハー
支持具；このウエハー支持具に支持された半導体ウエハ
ーの温度を調節する温度調節機構；及び前記主チャンバ
ー内に設置され、かつ化学耐食性セラミックスを基材と
して用いた静電チャックを有する、半導体製造装置。