JPH05152425A - 処理装置およびスパツタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クランプリングを使用せずにウェハをヒータ
ブロック上に密着固定させるとともに、ウェハ全面にわ
たって均一な温度を維持できる静電チャック付きヒータ
を用いた処理装置を提供する。 【構成】 ヒータ５を埋め込んだヒータブロック３と、
ヒータブロック３内に埋設された静電吸着電極４と、静
電吸着電極に電圧を印加する静電吸着用電源１４と、ヒ
ータブロック３の上面に設けられガス供給管９に連結さ
れたガス供給用溝１０とからなる静電チャック付きヒー
タを真空容器２内に配設してウェハ１の処理装置を構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造工程
において半導体ウェハを処理する場合などに用いる処理
装置、または、スッパタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造装置においては、例え
ば、被処理体である半導体ウェハの処理が繰り返して行
われる。例えば、スッパッタリング処理の過程では、ウ
ェハは、１ミリトール（ｍＴｏｒｒ）程度に減圧した真
空容器の中に配置された支持台の上に載置され、周辺を
クランプ手段により固定保持される。このウェハの下面
にヒータを近接させて加熱し、ウェハの全面を均等に所
定の温度に維持して処理を行っている。この半導体ウェ
ハを固定保持する手段としては、金属性のクランプリン
グをウェハの周囲に接触させて固定するメカニカルクラ
ンプ方式が用いられている。

【０００３】図３は、従来の半導体ウェハのスパッタリ
ング処理装置の概念を示す断面図である。図において、
シリコンなどの半導体ウェハ１は、真空容器２内に上下
に移動可能に配設されたプッシャピンキャリア１７に設
けられたプッシャピン１６の上に載置され、真空容器内
に弾性的に配設された環状のクランプリング１８によっ
てその周縁部を押えられ固定保持されている。ウェハの
裏面にはヒータ５が埋め込まれたヒータブロック３が当
接してウェハを加熱するように構成されている。ヒータ
ブロックは、上下に移動可能に配設されたチャック本体
キャリア１５の上に固定さてれている。真空容器２には
バルブ６を介して例えばアルゴンガスなどのプラズマ生
成ガスが供給されるとともに、排気口７から吸引されて
容器内を例えば１ミリトール程度の真空に保持してい
る。ヒータブロック３上に固定載置された半導体ウェハ
１と対向する位置にはターゲット８が配置される。ター
ゲットに負の電圧を印加することで真空容器内に導入さ
れた雰囲気ガスとしてのスパッタガスをプラズマ化し、
このプラズマ中の陽イオンをターゲットに衝突させて、
ターゲットからターゲット粒子を放出させ、放出させた
ターゲット粒子をウェハ表面上に着膜させて薄膜を形成
させている。このようにして半導体ウェハ１の表面に薄
膜を形成する際に、優れた特性の薄膜を得るためには、
ウェハ面上の全ての個所が成膜に最も適した温度となる
ように、ウェハの全面にわたって均一に加熱制御しなけ
ればならない。

【０００４】例えば、半導体ウェハ上にアルミニウムの
薄膜を形成する場合は、通常、半導体ウェハ１の温度を
２００℃程度にする必要があり、ヒータ５を埋設したヒ
ータブロック３をウェハ１の裏面に当接させて加熱して
いる。しかしながら、ウェハ１の裏面には微細な凹凸が
あるのでウェハをヒータブロック３に完全に密着させる
ことは難しく、両者の間には０．１〜０．５ｍｍ程度の
間隙が生じる。また、スパッタ処理は真空容器２内を減
圧にして行うため、半導体ウェハとヒータブロック表面
との間の空隙も同様に減圧下となって、両者の間の熱交
換率が低下し、間隙の大きさによってヒータから伝えら
れる熱量に差が生じてしまい、ウェハの全面にわたって
均一な温度に制御することが困難となっている。そこ
で、ヒータブロック３面と半導体ウェハ１との間の空隙
に、このヒータブロックの中央部に設けられたガス導入
口９より所定のガス圧のガスを導入し、このガスを熱伝
達媒体として用い、半導体ウェハ１の全面を均一に加熱
することが行われている。

【０００５】半導体ウェハ１の裏面から供給する熱伝達
媒体となるアルゴン（Ａｒ）などのガスの圧（たとえば
５〜１０Ｔｏｒｒ）が真空容器中の圧力（たとえば１ｍ
Ｔｏｒｒ）に比べて極めて高いので、このような周縁部
で固定保持するメカニカルクランプ方式にあっては、ウ
ェハの中心部が外側にわん曲し、空隙が大きくなってこ
の部分の熱伝導が低下してしまい、スパッタ粒子のエネ
ルギーによってウェハに生じる温度を熱容量の大きなヒ
ータに十分伝達することができず、ウェハの中心部の温
度が上昇し、ウェハの全面にわたって均一な温度に維持
することが困難となる問題があった。

【０００６】さらに、ウェハ１のスパッタリング処理な
どを施す過程でクランプリング１８表面にもスパッタリ
ングが施されるため、この処理の後ウェハ１を取り出す
ときに、クランプリングの側面や表面に成膜された金属
などが剥離してウェハ上に付着してしまい、ウェハを不
良とする問題があった。

【０００７】また、メカニカルクランプ方式では、ヒー
タブロック表面の全面にわたって均一にウェハを密着さ
せることが困難なため、熱伝導が悪くなってウェハの温
度上昇に長い時間を要し、生産性向上の障害となってい
た。

【０００８】さらに、メカニカルクランプ方式では、ウ
ェハはその周辺部のみで固定されるため、熱伝達用のガ
スの漏れが大きくなり、低圧デポジットを行うときに大
きな排気ポンプが必要となるという問題などがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を取り除き、クランプリングを使用せずに被処理体を
ヒータブロック上に密着固定させるとともに、被処理体
の全面にわたって均一な温度を維持できる載置台を用い
た処理装置またはスパッタリング装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】真空容器内に配設された
載置台上に載置した被処理体を処理する処理装置におい
て、該載置台を、ヒータと静電吸着電極を埋設したヒー
タブロックと、該ヒータブロックの上面に設けられガス
供給管につながるガス供給用溝とから構成するととも
に、該静電吸着電極に電圧を印加する静電吸着用電源を
を設けて処理装置を構成する。

【００１１】第２の発明にあっては、真空容器内に配設
された載置台上に載置した被処理体にスパッタリング処
理を施すスパッタリング装置において、該載置台を、ヒ
ータと静電吸着電極が埋設されたヒータブロックと、該
ヒータブロックの上面に設けられガス供給管につながる
ガス供給用溝とから構成するとともに、該静電吸着電極
に電圧を印加する静電吸着用電源と、該載置台に吸着さ
れた被処理体に対向するターゲットを設けてスパッタリ
ング装置を構成する。

【００１２】

【作用】ヒータブロック自体に設けた静電吸着手段よっ
て、被処理体を吸着保持させ、ヒータブロックに密着さ
せるとともに、被処理体の背面に熱伝達用のガスを供給
することによって、ウェハ裏面の微細な凹凸に起因する
熱伝達率のバラツキを減少させ、ウェハの全面にわたっ
て均一な温度を維持する。

【００１３】

【実施例】［実施例１］図１に、本発明による処理装置
の概略断面図を示す。処理装置がスパッタリング装置で
あるときには、真空容器内には、上部にターゲット８が
配置され、プラズマ発生用のマグネット８ａが軸８ｂを
中心に回転可能に構成され、下部には、被処理体である
半導体ウェハ１と略同じ大きさで同形状にされた静電吸
着用電極４、および、該ウェハ形状と略同じ形状に配置
されたヒータ５をそれぞれセラミック中に埋設したヒー
タブロック３が位置している。

【００１４】ヒータブロック３の上面には、例えば環状
に設けられた例えば幅５ｍｍで深さ０．０１ｍｍのガス
供給溝１０が設けられるとともに、ヒータブロックの底
面の中心部には該ガス供給溝１０に連通するガス供給管
９が設けられ、ウェハ１と該ヒータブロックとの間に生
じる空隙にアルゴンガスなどの熱伝達ガスが供給される
ように構成されている。ヒータブロック３の周縁部には
半導体ウェハ１を少なくとも３ヵ所で支持して図示しな
い昇降機構によりウェハ１を上下動するプッシャピン１
６が設けられている。ヒータブロック３を介してプッシ
ャピンを設けるようにすることは、ウェハ１をヒータブ
ロック３により、ウェハ面内を均一に加熱することがで
きなくなるので好ましくない。ヒータブロック３には、
例えば熱電対などからなる、ヒータブロック３の温度を
検出する温度センサ１１を設け、その温度検出信号は例
えばマイクロコンピュータからなる温度コントローラ１
２へ送りだされる。上記温度コントローラ１２は、ヒー
タブロック３が所望の温度になるよう、電力制御装置１
３を介してヒータ１５への供給電力を制御するように構
成されている。上記真空容器２には、例えばアルゴンガ
スなどのスパッタガスが供給されるバルブ６および図示
しない真空ポンプに接続される排気口７が設けられてい
る。真空容器２内にはバルブ６を介してプラズマ生成ガ
スを供給し、プラズマ生成物および半導体ウェハ１とヒ
ータブロック３の周囲からもれる熱伝達ガスを排気口７
から排出し容器内を所定のガス圧力に維持するようにし
ている。

【００１５】静電チャックを構成する静電電極４には静
電吸着用電源１４から例えば２ＫＶの電圧が印加され、
ウェハ１を静電吸着力によってヒータブロック３上に吸
着するようにしている。半導体ウェハ１とヒータブロッ
ク３の間に生じる間隙に熱伝達ガスが供給されるのでヒ
ータブロックとウェハの間の熱伝達ガスの対流により熱
伝達が良好になされ、処理装置内にウェハをセットし加
熱するときには、ウェハの温度を迅速に所望の温度、例
えば２００℃に上昇させることができる。処理が例えば
スパッタリング処理であるときには、ターゲット８を図
示しない電源により負の電位にして、プラズマ発生用マ
グネット８ａを回転することにより、強度の大きなプラ
ズマがマグネット８ａの下方ターゲット付近でマグネッ
ト８ａの回転と同期して発生する。真空容器２内でプラ
ズマ化されたスパッタガスイオンが加速されターゲット
に衝突し、ターゲットからスパッタ粒子を放出する。放
出されたスパッタ粒子は、ウェハ上に析出して均一な膜
が形成される。処理時にはウェハ１がヒータブロックに
均一に吸着されているので、ヒータブロックからの熱が
ウェハへ均等に伝達され、ウェハの全面にわたって均一
な温度を維持できる。また、処理がスパッタリングなど
のウェハ面内で周期的に熱が加わるような処理のときに
は、ウェハの熱を熱容量の大きなヒータブロックに迅速
に逃がすことができるので、部分的なウェハ温度の上昇
がなくなるので、ウェハの全面にわたる均一な処理がで
きる。

【００１６】この発明を説明する本実施例では、ＰＶＤ
のスパッタリング装置に例を取って説明したが、この発
明はこれに限定されることなく、均一な吸着と均一な加
熱を必要とする処理、例えば、ＣＶＤ装置、エッチャー
など他の装置にも当然に適用できる。さらに、この実施
例では、ヒータは電熱による加熱手段を用いて示した
が、これに限らず、制御された温度の熱媒体を供給する
経路を備えた熱伝達手段とすることによって、温度を例
えば室温程度の低温に維持するように制御すればエッチ
ャーやＣＶＤなどの処理装置にも用いることができる。
さらに、被処理体の温度を２００℃としたが、成膜する
材質及びスパッタとして用いるかエッチャーとして用い
るかなどによって、室温から６００℃程度まで最適の温
度を採用できることは勿論のことであり、静電チャック
の電圧も必要とする吸着力などにあわせて適宜選択決定
できるものである。

【００１７】［実施例２］図２は、この出願の第２の発
明であるスパッタ装置の概略を示す一部断面図である。
スパッタリング装置は、真空容器２内に構成される。真
空容器内には、上部にターゲット８が配置され、下部に
は、真空容器内の減圧状態を維持したまま図示されない
駆動手段により上下に移動されるチャック本体キャリア
１５、およびこのキャリアとは独立して図示されない駆
動手段により上下に移動されるプッシャピンキャリア１
７が配置されている。このチャック本体キャリア１５上
には、被処理体である半導体ウェハ１と略同じ大きさで
同形状にされた静電吸着用電極４、および、該ウェハ形
状と略同じ形状に配置されたヒータ５がそれぞれセラミ
ック中に埋設されたヒータブロック３が固定される。プ
ッシャピンキャリア１７には、ウェハの周縁近傍の適宜
個所を支持するプッシャピン１６が固定される。静電吸
着用電極には、静電吸着用電源１４から例えば２ＫＶの
直流電圧または交流電圧が印加される。ヒータブロック
３の上面には、例えば環状に設けられた深さ０．０１ｍ
ｍのガス供給溝１０が設けられ、ヒータブロックの底面
の中心部には該ガス供給溝に連通するガス供給管９が設
けられている。チャック本体キャリア１５上に固定され
たヒータブロック３およびプッシャーキャリア１７上に
固定されたプッシャー１６とで、ウェハ１を固定保持す
るチャックを構成している。真空容器２内の上方に設け
られたターゲット８は、チャック上に固定保持された半
導体ウェハ１と対向するように設けらる。ターゲット
は、半導体ウェハ１上に形成する薄膜の材料に応じてそ
の母材が選択され、例えば、アルミニウム、シリコン、
タングステン、チタン、モリブデン、クロム、コバル
ト、ニッケルなど、あるいはこれらを素材とする合金な
どの他、場合によっては焼結金属などの素材が用いられ
る。ターゲット８は実施例１と同様に接地されるか負の
電位が供給されている。真空容器２内には、処理位置に
固定保持されたウェハの周囲からウェハと同じ平面に広
がり周囲で真空容器２内の上方に立ち上がるシールド板
２０が設けられる。ウェハの周囲に位置するシールド板
の底面付近には、冷却媒体が供給されてシールド板を冷
却する冷却プレート１９が設けられ、ウェハ以外の真空
容器２内面にスパッタ粒子が付着することを防いでい
る。チャック本体キャリア１５の中心には、ヒータブロ
ック３のガス供給管９に続くガス供給管９が設けられ、
ブロックの表面に設けられたガス供給溝１０へ熱媒体ガ
スが供給される。真空容器２にはウェハを出し入れする
ための開閉口が設けられる。装置にウェハをローディン
グするときは、この開閉口からウェハを載置したローデ
ィングアーム２１が挿入されチャック上にウェハを載置
する。スパッタ処理が終了するとチャック上にあるウェ
ハをローディングアームに移し装置外に取り出す。ター
ゲット８には、スパッタガン機構２２が接続され、スパ
ッタ粒子の発生を制御する。

【００１８】実施例１と同様に、ヒータブロック３に設
けられた温度センサで検出した温度信号が入力される温
度コントローラによって、ヒータ５に供給されるエネル
ギーが制御されるとともに、真空容器２内にはバルブを
介してプラズマ生成ガスが供給され、半導体ウェハ１の
周囲からもれる熱伝達ガスを排出し容器内を所定のガス
圧力に維持するための排気口が設けられている。

【００１９】このような構成のスパッタリング装置にお
いて、半導体ウェハ１はローディングアーム２１上にの
せられ開閉口から真空容器２内に挿入される。このと
き、チャック本体キャリア１５およびプッシャーピンキ
ャリア１７は下方に降下しており、プッシャーピン１６
の上方にまで挿入される。ここでプッシャーピンキャリ
アが上方に移動を開始しウェハがローディングアームか
らプッシャーピン上に移される。するとローディングア
ームは退行しチャンバー外の位置に移行する。ここで、
チャック本体キャリア１５が上昇を開始し、プッシャピ
ン１６に支えられたウェハ１に接するまでヒータブロッ
ク３を上昇させる。ここで、ヒータブロック内に埋設さ
れた静電吸着電極４に静電吸着用電源から例えば２ＫＶ
の直流電圧または交流電圧が印加され、ウェハはヒータ
ブロック上に全面にわたって均等に吸着される。

【００２０】次いで、真空容器２内には真空引きされる
とともに、図示しないバルブからアルゴンなどの不活性
ガスからなるプラズマ生成ガスが供給され、例えば１ミ
リトル程度の圧力にされる。一方ガス供給管９からは、
熱伝達ガスが供給され、ヒータブロック３の表面に設け
たガス供給溝１０から、ウェハ１とヒータブロック３の
間に生じた間隙中に供給され、間隙内の圧力は５〜１０
ミリトル程度に維持される。この間、ヒータ５に電力が
供給されウェハ１２を加熱する。このような過程によ
り、外から真空容器２内に搬入された半導体ウェハ１
は、所定の処理位置に配置されるとともに、熱伝達ガス
の存在によってヒータブロック３から確実に熱が供給さ
れ、迅速に所定の温度に加熱されるとともに、スパッタ
粒子の衝突によってウェハに加えられる熱も熱容量の大
きなヒータブロックに伝達され、ウェハの温度が上昇し
すぎることが防げる。また、半導体ウェハ１は静電吸着
によってヒータブロック上に均一に吸着されるので、ヒ
ータブロック３からの熱がウェハの全面に等しく伝達さ
れ全面を均一の温度に制御できる。

【００２１】スパッタ処理が終了すると、静電吸着電極
４への電圧の印加が遮断され、チャックによる吸着が解
除される。次ぎに、チャック本体キャリア１５が下方に
移動し半導体ウェハ１は、プッシャピン１６の上に残さ
れる。次いで、ウェハを乗せたプッシャピンキャリア１
７が下方に移行し、ウェハはウェハローディング位置に
配置されたローディングアーム２１上に移し変えられ
る。ローディングアームは真空容器から外に引き出さ
れ、アーム上に移されたウェハも容器から取り出されて
全ての処理工程が終了する。ターゲットの母材としては
例示されたものほかタングステン、チタン−タングステ
ン合金、モリブデン、チタンなどのナイトライドなどの
ほか必要に応じて各種の材質を用いることができる。ま
た、真空容器内に供給するガスとしてアルゴンガスを例
示したが、その他、スパッタリングに用いられるクリプ
トン、ヘリウム、ネオンなどの不活性ガスなどを用いる
ことができることは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】本発明のチャックを用いた処理装置また
はスパッタリング装置は、（１）静電吸着手段を用いた
ことによって、ウェハの全面にわたって均一な吸着力を
得られ、ウェハとヒータブロックの間の間隙を極めて微
小なものとすることができるので、速やかにヒータブロ
ックからウェハへ熱が移動しウェハの昇温が迅速に行
え、処理効率を向上できる、（２）ウェハとヒータブロ
ックの表面の間の間隙に熱伝達ガスを供給するようにし
たので、ウェハ裏面の凹凸の存在に係わらず、ウェハ全
面にわたって均一に熱を伝達することができてウェハ全
面を均一に加熱することができるとともに、（３）スパ
ッタ粒子の衝突によるウェハの温度上昇が迅速に熱容量
の大きなヒータブロックに伝達されるので、スパッタ処
理時にウェハ全面を所定の温度に容易に維持することが
できる、（４）ウェハとヒータブロックの間には極めて
微小で均一な間隙が形成されるだけであるので、ウェハ
の背面に供給される熱伝達ガスの量は少なくてすみ真空
容器中に漏れるガスが少なくなり、真空容器内の圧力を
極めて低いものとしても大きな排気ポンプを必要としな
い、（５）ウェハの上面に接するクランプリングなどの
夾雑物がなくなるので、ゴミの発生がなくなり製品の歩
留まりを顕著に向上させることができる、などの優れた
効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱兼チャック手段を用いた処理装置
の構成を示す概略図。

【図２】本発明の加熱権チャック手段を用いたスパッタ
処理装置の構成を示す概略図。

【図３】従来のメカニカルクランプによるチャックを用
いた処理装置の構成を示す概略図。

【符号の説明】

１ ウェハ、 ２ 真空容器、 ３ ヒータブロック、
４ 静電吸着電極、５ヒータ、 ６ バルブ、 ７
排気口、 ８ ターゲット、 ９ ガス供給管、１０
ガス供給溝、 １１ 温度センサ、 １２ 温度コント
ローラ、１３ 電力制御装置、 １４ 静電吸着用電
源、 １５ チャック本体キャリア、 １６プッシャピ
ン、 １７ プッシャピンキャリア、 １８ クランプ
リング。 １９ 冷却プレート、 ２０ シールド板、
２１ ローディングアーム、 ２２ スパッタガン機
構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 浩洋 東京都新宿区西新宿２丁目３番１号 東京 エレクトロン株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に配設された載置台上に載置
   した被処理体を所定の温度に制御して処理する処理装置
   において、 該載置台を、 ヒータと静電吸着電極を埋設したヒータブロックと、 該ヒータブロックの上面に設けられガス供給管につなが
   るガス供給用溝とから構成するとともに、 該静電吸着電極に電圧を印加する静電吸着用電源を備え
   たことを特徴とする処理装置。
2. 【請求項２】 真空容器内に配設された載置台上に載置
   した被処理体を所定温度に制御してスパッタリング処理
   を施すスパッタリング装置において、 該載置台を、 ヒータと静電吸着電極が埋設されたヒータブロックと、 該ヒータブロックの上面に設けられガス供給管につなが
   るガス供給用溝とから構成するとともに、 該静電吸着電極に電圧を印加する静電吸着用電源と、 該載置台に吸着された被処理体に対向するターゲットを
   設けたことを特徴とするスパッタリング装置。