JPH06275708A

JPH06275708A - 静電チャック

Info

Publication number: JPH06275708A
Application number: JP8919893A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Deguchi; 洋一出口; Kenji Ishikawa; 賢治石川
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-03-24
Filing date: 1993-03-24
Publication date: 1994-09-30
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JP3072206B2

Abstract

(57)【要約】【目的】サセプタと抵抗体層の熱膨張又は熱収縮の変
化によるサセプタと絶縁膜又は抵抗体層と絶縁膜のそれ
ぞれの接着部の剥離を抑制することができる静電チャッ
クを提供する。【構成】サセプタ１０の載置面に被吸着体２を静電気
力で吸着保持するための静電チャック９において、前記
被吸着体２を吸着載置する載置面としての抵抗体層３１
と、この抵抗体層３１と前記サセプタ１０との間に配設
された絶縁膜２０とを備え、この絶縁膜２０と前記抵抗
体層３１の接着部２１と、前記絶縁膜２０と前記サセプ
タ１０の接着部２２とは非対称に構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の被吸着体、例えば被処理体として
の半導体ウエハ等を静電力で吸着保持する静電チャック
としては、サセプタの上部の略全面に絶縁膜としてのポ
リミドフィルムの一方の面をポリミド系の接着剤により
接着し、サセプタと反対側のポリミドフィルムの他方の
面を半導体ウエハを吸着載置する載置面としての抵抗体
層の半導体ウエハの非載置面側の略全面にポリミド系の
接着剤により接着し、絶縁膜とサセプタの接着部と、絶
縁膜と抵抗体層の接触部は絶縁膜を挟んで略対称に接着
され構成されていた。また、半導体ウエハの吸着保持
は、抵抗体層側の下面に設けられた電極板に直流電源を
印加し、半導体ウエハと抵抗体層の接触電位差により、
半導体ウエハを抵抗体層の吸着保持面に静電力で吸着保
持していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サセプ
タは冷却手段により適宜冷却温度、例えば−１０℃以下
に冷却され、このサセプタの冷却にともない被吸着体、
例えば被処理体としての半導体ウエハを吸着載置する載
置面としての抵抗体層も絶縁膜を介してサセプタと略同
等の温度に冷却され、抵抗体層の載置面側に吸着保持さ
れる半導体ウエハも略同等の温度に冷却される。ここ
で、サセプタ、例えば導電性の金属としてのＡｌと抵抗
体層、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）の線膨張率の違いに
より、サセプタと抵抗体層間に着設された絶縁膜に歪み
を生じ、サセプタと絶縁膜間の接着部及び抵抗体層と絶
縁膜間の接着部が剥がれてしまうという問題があった。
また、抵抗体層と絶縁膜間の接着部が剥がれてしまう
と、その剥がれた部分に温度の経時変化にともない結露
が生じ水分が溜まり、抵抗体層に設けられた電極板を腐
食させ、さらに静電チャックの吸着力を低下させてしま
うという問題があった。また、サセプタと絶縁膜間の接
着部及び抵抗体層と絶縁膜間の接着部が剥がれてしまう
と、抵抗体層の半導体ウエハを載置する載置面の水平度
を保つことができなくなるという問題があった。さら
に、抵抗体層の半導体ウエハを載置する載置面の水平度
を保つことができなくなると、半導体ウエハを処理する
際、均一に処理できなくなり、半導体ウエハ上に形成さ
れたデバイスの歩留りを低下させるという問題があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、サセプタと抵抗体層の熱
膨張又は熱収縮の変化によるサセプタと絶縁膜又は抵抗
体層と絶縁膜のそれぞれの接着部の剥離を抑制すること
ができる静電チャックを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、サセプタの載
置面に被吸着体を静電気力で吸着保持するための静電チ
ャックにおいて、前記被吸着体を吸着載置する載置面と
しての抵抗体層と、この抵抗体層と前記サセプタとの間
に配設された絶縁膜とを備え、この絶縁膜と前記抵抗体
層の接着部と、前記絶縁膜と前記サセプタの接着部とは
非対称に構成されたものである。

【０００６】

【作用】本発明は、絶縁膜と抵抗体層の接着部と、絶縁
膜とサセプタの接着部とは非対称に構成したので、サセ
プタと抵抗体層の熱膨張又は熱収縮長が生じても、絶縁
膜と抵抗体層の接着部と、絶縁膜とサセプタの接着部と
はサセプタと抵抗体層の熱膨張又は熱収縮長の変化が干
渉しないのでサセプタと絶縁膜又は抵抗体層と絶縁膜の
それぞれの接着部の剥離を抑制することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の詳細を、プラズマエッチング
装置に適用した一実施例により添付図面に基づいて詳述
する。

【０００８】図１〜図３に示すように、処理容器１、例
えば導電性のアルミニウムよりなる容器の外側壁に被吸
着体としての被処理体、例えば半導体ウエハ２を前記処
理容器１内に搬入又は搬出するための開口部３が設けら
れ、この開口部３の外側壁には、気密にシールする封止
体、例えばＯリングを介して開閉可能なゲートバルブ４
が設けられるとともに、このゲートバルブ４を介して前
記処理容器１に、図示しないロードロック室が布設さ
れ、このロードロック室内に設けられた図示しない搬送
装置により前記半導体ウエハ２を前記処理容器１に搬入
又は搬出するようウエハ搬送系が構成されている。

【０００９】また、前記処理容器１の内部の底面中央部
には導電性部材、例えばアルミニウム等の金属（Ａｌの
線熱膨張率；略２３×１０^-6（ｃｍ／ｃｍ／℃））より
なる前記サセプタ１０を冷却する冷却手段としての、例
えば円柱形状のサセプタ支持台５が配設されている。こ
のサセプタ支持台５の内部には冷却媒体、例えば液体窒
素を溜める冷媒ジャケット６が形成され、この冷媒ジャ
ケット６には前記液体窒素を冷媒ジャケット６に導入す
るための導入管７と冷媒ジャケット６より前記液体窒素
の気化したＮ₂を排出するための排出管８がそれぞれ前
記処理容器１の底面に気密かつ絶縁に貫通され設け、前
記サセプタ１０を冷却するよう構成されている。さら
に、前記液体窒素を前記冷媒ジャケット６における熱冷
却により、前記サセプタ１０を介して前記半導体ウエハ
２の温度を、例えば０°Ｃ〜−１２０°Ｃに図示しない
温度調整装置により適宜設定可能に制御するよう構成さ
れている。また、前記サセプタ支持台５の上部には、下
部電極としての導電性部材、例えばアルミニウム等の金
属よりなるサセプタ１０が図示しないボルトにより取付
けられるよう構成されており、また、前記サセプタ１０
はブロッキング・コンデンサ１１を介して高周波、例え
ば１３．５６ＭＨｚまたは４０ＭＨｚ等の高周波電源１
２と接続され、また、前記サセプタ支持台５及びサセプ
タ１０には、伝熱媒体、例えば不活性ガスとしてのＨｅ
ガス、または、このＨｅガスが前記半導体ウエハ２を処
理する際、処理ガスとの混合が好ましくない場合は、前
記半導体ウエハ２を処理する処理ガスと同等のガスを前
記半導体ウエハ２の裏面に供給する供給管１４に接続さ
れた孔部、例えば貫通孔１３が形成されている。

【００１０】また、図１及び図２に示すように、前記サ
セプタ１０の上部には絶縁層２０、例えばポリミドフィ
ルム製のシート（ポリミドフィルムの線熱膨張率；略２
０〜２２×１０^-6（ｃｍ／ｃｍ／℃））が接着されると
共に、この絶縁層２０の上面には導電ペースト、例えば
銀又は銅製のペーストよりなる電極３０が下面に塗着さ
れた抵抗体層３１が接着されており、この抵抗体層３１
の上部に前記半導体ウエハ２が載置されるよう構成され
ている。また、前記抵抗体層３１は、絶縁体と導電体と
の間の抵抗値、具体的には、例えば１×１０６Ω^-1ｃｍ
^-1以上、１×１０１２Ω^-1ｃｍ^-1以下の体積抵抗率を有
する半導体、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）（ＳｉＣの線
熱膨張率；略３．０〜４．０×１０^-6（ｃｍ／ｃｍ／
℃））よりなり、その厚さは例えば５ｍｍ以下である。
また、前記電極３０は銀又は銅製のペーストを塗布する
代りに銀やパラジウムをスクリーン印刷により抵抗体層
３１の表面に形成してもよく、また、前記絶縁層２０と
の接着は絶縁層２０としてのポリミドフィルムの表面に
接着剤、例えば略１０μｍ厚みでポリイミド系の接着剤
が塗布されており、前記ポリミドフィルムを接着部材に
固定接触させ、温度、例えば１２０℃以上にし前記接着
剤を溶解させ接着させるものである。

【００１１】さらに、図３及び図４に示すように、前記
抵抗体層３１と前記絶縁膜２０間の接着は接着部２１
（図４のａ）にて接着され、また、前記サセプタ１０の
上部の周縁部２１は凸曲面に形成されており、この凸曲
面の周縁部２１で前記絶縁膜２０とサセプタ１０間の接
着は前記接着部２１の対称面の外周である接着部２２
（図４のｂ）で接着され、前記絶縁膜２０を挟んで前記
抵抗体層３１と前記絶縁膜２０間の接着部２１と前記絶
縁膜２０とサセプタ１０間の接着部２２の接着部は互い
に絶縁膜を介して接着部が重ならないように構成され、
以上静電チャック９が構成されている。

【００１２】さらに、図１に示すように前記電極３０
は、前記サセプタ１０に内蔵された絶縁部材、例えばテ
フロンで周囲を覆われた導電線２５の一端側が前記電極
３０に接続され、他端側は、前記電極３１に高電圧、例
えば２００Ｖ〜３ＫＶの電圧を給電するための給電手
段、例えば材質が銅の給電棒２６に接続され、この給電
棒２６は、前記処理容器１の底面に気密かつ絶縁して貫
通され、高電圧電源２７に切替え手段、例えば電磁スイ
ッチ２８を介して接続されている。また、この電磁スイ
ッチ２８は図示しない装置を制御する制御信号によりＯ
ＮまたはＯＦＦされるよう構成されている。

【００１３】また、前記サセプタ１０の上方かつ前記処
理容器１の上部には、上部電極５０が配設されており、
この上部電極５０にはガス供給管５１を介して処理ガ
ス、例えばＣＨＦ₃，ＣＦ₄等の処理ガス、または不活
性ガスが供給され、上部電極５０の底壁に複数個穿設さ
れた放射状の小孔５２より前記半導体ウエハ方向に処理
ガスが放出し、前記高周波電源１２をＯＮすることによ
り、前記上部電極５０と前記半導体ウエハ２間にプラズ
マを生成するよう構成されており、また、前記上部電極
５０は電気的に接地するために配線５３により接地され
ている。

【００１４】また、前記サセプタ１０，サセプタ支持台
５，絶縁膜２０，電極３０及び抵抗体層３１を貫通する
貫通孔１６が設けられ、この貫通孔１６内には電気的に
抵抗又はインダクタンスを介して接地されたピン１５が
設けられ、このピン１５は、前記処理容器１を気密にす
るとともに伸縮可能としたべローズ１７を介して上下移
動手段、例えばエアーシリンダ１８に接続されている。
さらに、このピン１５は前記ロードロック室の搬送装置
より前記半導体ウエハ２の受渡しを行ない、前記抵抗体
層３１に前記半導体ウエハ２を接離する際に、前記エア
ーシリンダ１８により上下移動するよう構成されてい
る。また、前記処理容器１の側壁底部には開口して、こ
の処理容器１内を減圧するための排出口１９が設けられ
ており、このガス排出口１９は、図示しない開閉弁、例
えばバタフライ・バルブを介して図示しない真空排気装
置、例えばロータリーポンプ又はターボ分子ポンプ等に
接続されている。

【００１５】次に、以上のように構成されたプラズマエ
ッチング裝置における作用について説明する。

【００１６】まず、前記ゲートバルブ４を開放し、図示
しないロードロック室に設けられた前記搬送装置により
前記半導体ウエハ２を前記処理容器１に搬入するととも
に前記ピンに引き渡され、この後、図示しない搬送装置
は前記ロードロック室内に移動するとともに、前記ゲー
トバルブ４を閉じ、その後前記ピンが下降し、前記抵抗
体層に前記半導体ウエハ２を載置させる。

【００１７】次に、前記半導体ウエハ２を前記抵抗体層
３１に静電的に吸着保持する工程を説明すると、図１に
示すように前記抵抗体層３１に塗着された電極３１に高
電圧、例えば５００Ｖを給電するためにスイッチ２８を
閉じると、図４に示すように、半導体ウエハ２と抵抗体
層３１との接触面にはわずかな隙間部Ａが存在し、抵抗
体層３１は半導体であって電圧降下が小さいので半導体
ウエハ２の下面の電位Ｖ３と、抵抗体層３１の上面の電
位Ｖ２に大きな電位差が生じる。従ってこの電位差すな
わち接触電位差により大きな静電力が発生し、このため
半導体ウエハ２が抵抗体層３１に吸着される。なお、Ｖ
１，Ｖ２はそれぞれ抵抗体層３１の下面、半導体ウエハ
２の表面の電位である。

【００１８】次に、図１に示すように、前記上部電極５
０に接続されている前記ガス供給管５１から前記処理ガ
スを供給し、前記小孔５２より前記処理容器１内に処理
ガスを導入し、前記処理容器１内圧力を設定値、例えば
１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒに安定させ、前記伝熱媒
体、例えば不活性ガスとしてのＨｅガスを前記半導体ウ
エハ２の裏面に供給管１４に接続された孔部、例えば貫
通孔１３より所定の圧力で供給し、前記半導体ウエハ２
を０°Ｃ〜−１２０°Ｃの温度に保つとともに前記サセ
プタ（下部電極）１０に接続された高周波電源１２をＯ
Ｎし、処理容器１内かつ前記上部電極５０と半導体ウエ
ハ２間にプラズマを発生させ、このプラズマにより前記
半導体ウエハ２をエッチング処理する。

【００１９】また、前記半導体ウエハ２を、大気温度、
例えば２０°Ｃから処理温度、例えば−１００°Ｃに、
また処理温度、例えば−１００°Ｃから大気温度、例え
ば２０°Ｃに移行させる際、前記サセプタ１０（Ａｌの
線熱膨張率；略２３×１０^-6（ｃｍ／ｃｍ／℃））及び
前記抵抗体層３１、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）（Ｓｉ
Ｃの線熱膨張率；略３．０〜４．０×１０^-6（ｃｍ／ｃ
ｍ／℃））が、熱膨張又は熱収縮してしまう、ここで従
来の静電チャック９は図５の

【Ａ】に示すように、前記サセプタ１０と前記抵抗体層
３１間に着設された絶縁膜２０は、前記サセプタ１０と
前記抵抗体層３１に略対称にかつ略全面にわたってそれ
ぞれ接着剤にて接着部３５にて接着されている。このよ
うに、略対称にかつ略全面にわたってそれぞれ接着剤に
て接着されると、前記抵抗体層３１の線熱膨張率による
熱膨張又は熱収縮距離３６より前記抵抗体層３１の線熱
膨張率による熱膨張又は熱収縮距離３７の方が線膨張率
が大きいために、前記絶縁膜２０が歪みを生じ、前記サ
セプタ１０と絶縁膜２０間及び前記抵抗体層３１と絶縁
膜２０間の接着部３５で剥離していた。なお、前記サセ
プタ１０と前記抵抗体層３１の熱膨張又は熱収縮による
距離の差を熱収縮を例に（１）式に示す。 ΔＬ＝（Ｌ／２）×（Ｔ１−Ｔ０）×（α１−α２） −−−（１）ここで、ΔＬ；熱収縮による距離の差，Ｌ；接着部の距
離８インチウエハの場合２００ｍｍ，Ｔ１；−１００
℃，Ｔ０；２０℃，α１；サセプタ１０（Ａｌの線熱膨
張率；略２３×１０−６（ｃｍ／ｃｍ／℃） α２；抵抗体層３１（ＳｉＣの線熱膨張率；略３．０×
１０^-6（ｃｍ／ｃｍ／℃））とすると、熱収縮による距離の差（ΔＬ）＝０．２４ｍ
ｍにもなり、温度の経時変化に伴って、前記絶縁膜２０
が歪みを生じ、前記サセプタ１０と絶縁膜２０間及び前
記抵抗体層３１と絶縁膜２０間の接着部３５で剥離が進
行していくことになる。

【００２０】また、図５の

【Ｂ】に示すように、前記サセプタ１０と前記絶縁膜２
０間の接着部２２と、前記抵抗体層３１と前記絶縁膜２
０間の接着部２１は、前記絶縁膜２０を挟んで非対称と
されているので、前記絶縁膜２０がそれぞれ前記サセプ
タ１０と前記抵抗体層３１に引っ張られるのみである。
したがって、剥離を防ぐためには、前記絶縁膜２０の伸
縮が前述の（１）式の熱収縮による距離の差（ΔＬ）＝
０．２４ｍｍより耐えうればよいことになる。また、図
３に示すように、前記半導体ウエハ２の裏面に伝熱媒
体、例えば、前記半導体ウエハ２を処理する処理ガスと
同等のガスを供給する場合、この処理ガスと同等のガス
が電極３０を腐食するのを防止するために、前記抵抗体
層３１と前記絶縁膜２０間の接着は前記電極３０を覆い
包むように接着したほうが良い。

【００２１】次に、以上のように構成された本実施例の
効果について説明する。サセプタ１０、例えば導電性の
金属としてのＡｌと抵抗体層３１、例えば炭化ケイ素
（ＳｉＣ）の線膨張率の違いにより、サセプタと抵抗体
層間に着設された絶縁膜に歪みを生じ、サセプタと絶縁
膜間の接着部及び抵抗体層と絶縁膜間の接着部の剥離を
抑制することができる。また、抵抗体層３１と絶縁膜２
０間の接着部が剥がれてしまうと、その剥がれた部分に
温度の経時変化にともない結露による、抵抗体層３１に
設けられた電極３０を腐食させるのを抑制し、静電チャ
ック９の吸着力の低下を抑制することができる。また、
サセプタ１０と絶縁膜２０間の接着部２２及び抵抗体層
３１と絶縁膜２０間の接着部の剥離を抑制することがで
きるので、抵抗体層３１の半導体ウエハ２を載置する載
置面の水平度をより保つことができる。さらに、抵抗体
層３１の半導体ウエハ２を載置する載置面の水平度をよ
り水平に保つことができるので、半導体ウエハ２を処理
する際、均一に処理することができ、半導体ウエハ２上
に形成されたデバイスの歩留りを向上することができ
る。

【００２２】尚、本実施例では、絶縁膜と抵抗体層間の
接着部を絶縁膜を挟んで対称面の外周に絶縁膜とサセプ
タ間の接着部を着設したが、絶縁膜と抵抗体層間の接着
部を絶縁膜を挟んで対称面の内周に絶縁膜とサセプタ間
の接着部を着設してもよいことは勿論であり、本発明は
かかる実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨
の範囲内で種々の変形実施が可能である。また、実施例
ではプラズマエッチング装置について述べたが、このよ
うなプラズマエッチング装置の他に前記半導体ウエハや
ＬＣＤ基板のような被吸着体を静電的に吸着保持する静
電チャックは前記プラズマエッチング装置にとらわれず
自然酸化膜除去装置、あるいは酸化膜等の膜付けする枚
葉酸化炉、ウエハプローバ等の検査装置、搬送装置、Ｃ
ＶＤ等の熱処理装置に限らず、また常圧，減圧または陽
圧とした装置に用いることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、絶縁膜と抵抗体層の接着部
と、絶縁膜とサセプタの接着部とは非対称に構成したの
で、サセプタと抵抗体層の熱膨張又は熱収縮長が生じて
も、絶縁膜と抵抗体層の接着部と、絶縁膜とサセプタの
接着部とはサセプタと抵抗体層の熱膨張又は熱収縮長の
変化が干渉しないので、サセプタと絶縁膜又は抵抗体層
と絶縁膜のそれぞれの接着部の剥離による凸凹の発生を
抑制できるので、静電チャックが吸着保持する被吸着体
の水平状態をより水平に保つことができるという顕著な
効果がある。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例を適用したプラズマ
エッチング裝置の概略断面図である。

【図２】図１の静電チャックの要部の構成を示す分解斜
視図である。

【図３】図１の静電チャックの接着部の構成を示す部分
断面図である。

【図４】図１の被吸着体を載置する静電チャックの接着
部の構成を示す部分断面図である。

【図５】図１の被吸着体を載置する静電チャックの作用
を示す部分断面図である。

【図６】

【Ａ】従来の被吸着体を載置する静電チャックの作用を
示す部分断面図である。

【Ｂ】図１の被吸着体を載置する静電チャックの作用を
示す部分断面図である。

【符合の説明】

１処理容器２吸着体（半導体ウエハ）５サセプタ支持台（冷却手段）９静電チャック１０サセプタ（下部電極）２０絶縁膜２１，２２接着部３０電極３１抵抗体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サセプタの載置面に被吸着体を静電気力
で吸着保持するための静電チャックにおいて、前記被吸着体を吸着載置する載置面としての抵抗体層
と、この抵抗体層と前記サセプタとの間に配設された絶縁膜
とを備え、この絶縁膜と前記抵抗体層の接着部と、前記絶縁膜と前
記サセプタの接着部とは非対称に構成したことを特徴と
する静電チャック。