JPH0718438A - 静電チャック装置 - Google Patents

静電チャック装置

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JPH0718438A
JPH0718438A JP14648693A JP14648693A JPH0718438A JP H0718438 A JPH0718438 A JP H0718438A JP 14648693 A JP14648693 A JP 14648693A JP 14648693 A JP14648693 A JP 14648693A JP H0718438 A JPH0718438 A JP H0718438A
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JP
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substrate
insulator
electrostatic chuck
chuck device
electrode
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JP14648693A
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Inventor
Hiroshi Doi
浩志 土井
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Anelva Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ処理される基板内に生じる温度差の
問題点に鑑み、基板に温度差が生じないようにできる静
電チャック装置を提供することを目的としている。 【構成】 平板状の電極の基板支持面を絶縁物で覆い、
この絶縁物の表面に凹凸面を形成する。そして形成した
凹凸面における、凹面の密度、凸面の密度或いは凹部の
深さを、絶縁物表面内で変化させ、基板に働く静電吸着
力に分布を与える。この静電吸着力の分布の傾向と、プ
ラズマ処理による基板内の温度分布の傾向を相反する関
係として、基板内の温度分布の均一化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高周波プラズマ処理
装置の基板ホルダーとされる静電チャック装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】高周波プラズマ処理装置としては、スパ
ッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置、ドライエッチン
グ装置等が従来より知られている。
【０００３】これらの装置において、処理の対象とされ
る基板（半導体ウエハー等）は、装置内に設置した基板
ホルダーに支持され、処理に際してはプラズマにさらさ
れることになり、基板自体の温度が通常約２００℃前後
に上昇する。このような、処理中の温度上昇を避ける必
要がある場合には、基板ホルダーを水で冷却するなどの
方法により、基板を冷却することが行なわれている。
【０００４】基板の冷却効率を良くする為には、基板ホ
ルダーと基板の密着性を良くすることが必要で、その手
段としては基板の縁部をクランプする方法や、静電吸着
力を利用して密着を図る方法が知られている。基板の縁
部をクランプする方法はクランプ部分がデバイス製造か
ら除外されることになって不利なことから、静電吸着力
を利用した基板チャック手段が多用される傾向にある。
【０００５】前記静電吸着力を利用した静電チャック装
置には図７に示したような構造のものが知られている。
図中、３１が基板、３２が電極、３３が絶縁物、３４が
高圧電源（１〜２ＫＶ）である。基板支持面３５が絶縁
物３３で覆われており（以下の実施例も含めて、絶縁物
３３は厚く示されているが、実際は数１００ミクロンの
厚さである。）、高電圧印加により、絶縁物３３の表面
に誘導される静電気によって、基板３１を静電吸着する
構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記のような静電チャ
ック装置を備えた高周波プラズマ処理装置において、処
理中の基板内で温度差が生じる問題点があった。
【０００７】前記静電チャック装置は、基板に働く静電
吸着力は全面に亘ってほぼ均一であり、また、基板支持
面の温度も全面に亘ってほぼ均一であるのに対して、基
板の温度上昇の原因となるイオンの入射分布は、プラズ
マの密度分布に従っている為で、基板側から見て、プラ
ズマ密度の濃い部分と対向する部分で温度が高く、プラ
ズマ密度の淡い部分と対向する部分で温度が低くなると
いう温度分布となっていた。
【０００８】前記プラズマの密度分布は、電極構造等の
放電空間の諸条件によって形成され、例えば円盤状の対
向電極間では、その周縁部に沿ってプラズマの密度が濃
くなる傾向で、これに対して、静電チャックされた基板
も、縁部が中心部に比べて高い温度となる温度分布とな
っていた。
【０００９】プラズマ処理中の基板にこのような温度分
布が生ずると、基板内における処理の均一性も損なわれ
ることになり、基板の大口径化（半導体ウエハーの場
合）が進行している現状において、大きな問題となって
いる。
【００１０】この発明は、このような問題点に鑑みてな
されたもので、基板に温度差が生じないようにできる静
電チャック装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】前記の目的を達成するこの
発明の静電チャック装置の一つは、平板状の電極の基板
支持面が絶縁物で覆われており、絶縁物の表面に誘導し
た静電気によって、基板支持面上の基板が静電吸着され
る構成とした静電チャック装置において、前記電極の基
板支持面を覆った絶縁物の表面が凹凸面としてあり、凸
面又は凹面の密度が絶縁物表面内で変化させてあること
を特徴としている。
【００１２】前記の凹凸面は、絶縁物の表面中央に穴を
設けると共に、その周囲に複数の環状スリットを同心円
状に設けたり、絶縁物の表面に複数のスリットを縦横に
設けることによって形成することができる。凸面又は凹
面の密度を変化させる為に、前記各スリットの幅或いは
間隔を変化させる。
【００１３】また、この発明の別の静電チャック装置
は、平板状の電極の基板支持面が絶縁物で覆われてお
り、絶縁物の表面に誘導した静電気によって、基板支持
面上の基板が静電吸着される構成とした静電チャック装
置において、前記電極の基板支持面を覆った絶縁物の表
面に凹部が設けてあり、該凹部の深さが絶縁物表面内で
変化させてあることを特徴としている。
【００１４】前記凹部も、絶縁物の表面に複数のスリッ
トを縦横に設けたり、絶縁物の表面中央に穴を設け、か
つその周囲に複数の環状スリットを同心円状に設けるこ
とによって形成することができる。
【００１５】
【作用】この発明の静電チャックによれば、凸面又は凹
面の密度の変化によって基板と接する吸着面を変化させ
て、結果として、基板に対する静電吸着面分布を与える
ことができる。
【００１６】また、凹部の深さを変化させた場合も同様
で、絶縁物の表面に誘導される静電気量を変化させて、
結果として、基板に対する静電吸着力分布を与えること
ができる。
【００１７】従って、このようにして得られる静電吸着
面分布又は静電吸着力分布と、プラズマ処理中に基板に
与えられる温度分布との間に相反する傾向を与えること
によって、処理中の基板の温度を、基板面内において均
一にすることが可能である。
【００１８】
【実施例】以下、プラズマ処理中の基板内の温度分布
が、基板の縁部において高く、中心部において低くなる
場合に好適な実施例について説明する。
【００１９】図１(a) および(b) は第１の実施例を示し
たもので、円板状とした電極１が絶縁物２（例えばポリ
イミド樹脂）で覆われており、絶縁物２の上側表面の中
央部に穴３を設けると共に、穴３の周囲に複数の環状ス
リット４ａ、４ａを同心円状に設けて、表面を凹凸面５
としてある。前記環状スリット４ａは、夫々の幅が変化
させてあり、電極１の中心から縁部に向って、次第に狭
い幅としてある。この結果、凹凸面５における凸面５ａ
の密度が電極１の中心から縁部に向って次第に高い密度
となるようにしてある。
【００２０】上記実施例の静電チャック装置は図２に示
したように、真空処理室６内に、対向電極７と対向させ
て設置されるもので、前記凹凸面５で構成された基板支
持面に半導体ウエハーなどの基板８を支持し、電極間隙
９に生成させたプラズマを介して基板８の表面処理が行
なわれる。処理の際には図２に示したように、電極１と
基板８の間に電位差Ｅを与えることにより（リアクティ
ブイオンエッチングに見られるように、プラズマの生成
によって基板８にセルフバイアス電圧を生じさせて、実
質的に電位差が生じた状態とする場合もある。）、絶縁
物２の表面に静電気を誘導し、基板８との間で静電吸着
力を発生させて、基板８を絶縁物２の表面へ密着させる
ものである。電極１および絶縁物２は、真空処理室６の
壁を貫通するようにして設置した冷却構造体１０と一体
的に構成されるもので、冷却構造体１０を介して電極１
および絶縁物２が冷却されており、従って絶縁物２に密
着させた基板８も冷却されるものである。
【００２１】プラズマ処理中の基板８内の温度分布が、
基板８の縁部において高く、中心部において低くなる場
合に、実施例の静電チャック装置では、基板８との間で
静電吸着力が作用する凸面５ａの密度が電極１の中心か
ら縁部に向って高い密度としてあり、基板８と絶縁物２
の間の熱伝導度が、中心から縁部に向って次第に高くし
てあるので、熱伝導度の分布と前記基板内のプラズマ側
から供給される熱量の分布が逆の傾向となる。この結
果、基板８内の温度分布を均一にすることが可能であ
る。
【００２２】図３は前記電極１を、半円板状の電極１
ａ、１ｂに分割した実施例で、絶縁物２は電極１ａ、１
ｂを並べた状態で覆っている。絶縁物２の上側表面に設
けた穴３および複数の環状スリット４ａ、４ａは図１の
実施例と同様である。
【００２３】この実施例では、電極１ａと電極１ｂの間
に電位差Ｅを与えて、絶縁物２と基板８の間に静電吸着
力を得ることができる。両者の間の熱伝導度の分布は前
記と同様であり、従って、基板８内の温度分布を均一に
することが可能である。
【００２４】次に図４(a)(b)は第３の実施例を示したも
のであり、前記と同様に電極１が絶縁物２で覆われてお
り、絶縁物２の上側表面の中央に穴３を設けると共に、
穴３の周囲に複数の環状スリット４ｂ、４ｂを同心円状
に設けて、表面を凹凸面５としてある。前記環状スリッ
ト４ｂ、４ｂは、前記実施例と異なり、互いに同一の幅
としてあり、隣接する環状スリットとの間隔が、電極１
の中心から縁部に向って次第に広くしてある。この結
果、凹凸面５における凸面５ａの密度が電極１の中心か
ら縁部に向って次第に高い密度となるようにしてある。
【００２５】また、図５(a)(b)は第４の実施例を示した
もので、電極１が絶縁物２で覆われており、絶縁物２の
上側表面に、スリット４ｃ、４ｄを縦横に設けて、表面
を凹凸面５としてある。前記縦横のスリット４ｃ、４ｄ
は、夫々、電極１の中心から縁部に向って、幅を次第に
狭くしてある。この結果、凹凸面５における凸面５ａの
密度が電極１の中心から縁部に向って、次第に高い密度
となるようにしてある。
【００２６】図４および図５に示した実施例でも、基板
８と絶縁物２の間の熱伝導度の分布と、プラズマ処理中
の基板８内の温度分布を逆の傾向とすることができ、基
板８内の温度分布を均一にすることが可能である。
【００２７】次に図６(a)(b)は、絶縁物２の上側表面に
設けた凹部の深さを変化させた実施例を示したものであ
る。即ち、円板状の電極１が絶縁物２で覆われており、
絶縁物２の上側表面に、スリット４ｅ、４ｆを縦横に設
けて、表面内に凹部５ｂを分布させてある。前記スリッ
ト４ｅ、４ｆは、その深さが、電極１の中心から縁部に
向って、次第に浅くしてある。
【００２８】この実施例でも、絶縁物２の上側に支持し
た基板に対する静電吸着力は、電極１の中心から縁部に
向って、次第に強くなるので、熱伝導度においても同様
の傾向となり、プラズマ処理中に、縁部側が高い温度と
なる基板の温度分布を均一にすることが可能である。
【００２９】以上、プラズマ処理中の基板内の温度分布
が基板の縁部において高く、中心部において低くなる場
合に好適な実施例について説明したが、基板内の温度分
布が逆の場合には、前記実施例の環状スリット、又はス
リットの幅、間隔或いは深さの変化を実施例と逆の関係
とするなど、基板内の温度分布の傾向に応じて、変化さ
せて実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上に説明したようにこの発明によれ
ば、基板と、該基板と接する絶縁物の間の熱伝導度を変
化させて、プラズマ側から受ける熱量の分布を相殺する
ことにより、基板内の温度分布を均一にできるので、基
板内におけるプラズマ処理を均一にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】(a) はこの発明の第１実施例の一部平面図、
(b) は同じく第１実施例の断面図である。
【図２】この発明の実施例の使用状態を示す概略断面図
である。
【図３】この発明の第２実施例の断面図である。
【図４】(a) はこの発明の第３実施例の一部平面図、
(b) は同じく第３実施例の断面図である。
【図５】(a) はこの発明の第４実施例の一部平面図、
(b) は同じく第４実施例の断面図である。
【図６】(a) はこの発明の第５実施例の一部平面図、
(b) は同じく第５実施例の断面図である。
【図７】(a) 、(b) は従来の静電チャック装置の断面図
である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ 電極 ２ 絶縁物 ３ 穴 ４ａ、４ｂ 環状スリット ４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ スリット ５ 凹凸面 ５ａ 凸面 ５ｂ 凹部 ６ 真空処理室 ７ 対向電極 ８ 基板 ９ 対向間隙 １０ 冷却構造体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｒ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平板状の電極の基板支持面が絶縁物で覆
    われており、絶縁物の表面に誘導した静電気によって、
    基板支持面上の基板が静電吸着される構成とした静電チ
    ャック装置において、前記電極の基板支持面を覆った絶
    縁物の表面が凹凸面としてあり、凸面の密度が絶縁物表
    面内で変化させてあることを特徴とする静電チャック装
    置
  2. 【請求項２】 平板状の電極の基板支持面が絶縁物で覆
    われており、絶縁物の表面に誘導した静電気によって、
    基板支持面上の基板が静電吸着される構成とした静電チ
    ャック装置において、前記電極の基板支持面を覆った絶
    縁物の表面が凹凸面としてあり、凹面の密度が絶縁物表
    面内で変化させてあることを特徴とする静電チャック装
    置
  3. 【請求項３】 凹凸面は、絶縁物の表面の中央に穴を設
    けると共に、中央の穴の周囲に複数の環状スリットを同
    心円状に設けて形成した請求項１又は２に記載の静電チ
    ャック装置
  4. 【請求項４】 環状スリットの幅が、電極の中心から周
    縁に向って次第に狭く又は次第に広くしてある請求項３
    記載の静電チャック装置
  5. 【請求項５】 環状スリットの間隔が、電極の中心から
    周縁に向って次第に広く又は狭くしてある請求項３記載
    の静電チャック装置
  6. 【請求項６】 凹凸面は、絶縁物の表面に複数のスリッ
    トを縦横に設けて形成した請求項１又は２に記載の静電
    チャック装置
  7. 【請求項７】 スリットの幅が、電極の中心から周縁に
    向って次第に広く又は次第に狭くしてある請求項５記載
    の静電チャック装置
  8. 【請求項８】 平板状の電極の基板支持面が絶縁物で覆
    われており、絶縁物の表面に誘導した静電気によって、
    基板支持面上の基板が静電吸着される構成とした静電チ
    ャック装置において、前記電極の基板支持面を覆った絶
    縁物の表面に凹部が設けてあり、該凹部の深さが絶縁物
    表面内で変化させてあることを特徴とする静電チャック
    装置
  9. 【請求項９】 凹部は、縦横に設けた複数のスリット又
    は同心円状に設けた複数の環状スリットと中央の穴で形
    成した請求項８記載の静電チャック装置
  10. 【請求項１０】 凹部の深さは、電極の中心から周縁に
    向って、次第に浅く又は次第に深くしてある請求項８記
    載の静電チャック装置
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