JPH0722498A - 半導体ウェハの静電チャック解除方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電チャック時にウェハ表面に蓄積された電
荷を取除く手段により静電吸着力を消失させ、ウェハ表
面に形成されている半導体素子にダメージが生じること
のないような半導体ウェハの静電チャック解除方法及び
その装置を得る。 【構成】 下部電極１２上に載置されてプラズマ処理さ
れる半導体ウェハ２２を静電吸着力により下部電極１２
に密着させる静電チャック手段を有するプラズマ処理装
置における半導体ウェハの静電チャック解除方法であっ
て、半導体ウェハ２２に正対する上部電極１３に正電位
を印加して半導体ウェハ２２に近接させることにより、
プラズマ処理中の半導体ウェハ表面に誘起した負電荷を
中和して静電チャックを解除する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電チャック手段によ
り半導体ウェハを保持・冷却する半導体ウェハのプラズ
マ処理装置における静電吸着力を解除する半導体ウェハ
の静電チャック解除方法及びその解除装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハ（以下適時ウェハともい
う）をドライエッチングやＣＶＤ等のプラズマ処理を行
う場合に、処理中のウェハ温度がプラズマ処理特性に影
響することが知られている。一般に、プラズマ処理中の
ウェハは、プラズマからの輻射熱あるいはウェハへ入射
するイオン・電子の運動エネルギーが熱エネルギーへ変
換すること等により、高温状態となるようになってい
る。そこで、従来から、プラズマ処理装置において、ウ
ェハの温度を所定の温度に保つような工夫がなされ、例
えば、種々のウェハの冷却手段が講じられている。

【０００３】その一つに、静電チャックと呼ばれ静電吸
着力（静電引力）を利用した静電吸着方法がある。この
方法を用いたプラズマ処理装置を図３の模式断面図に示
す。本装置は、真空排気口１８を有する容器からなる処
理室１１の内部に、向い合う面が共に平面状の下部電極
１２及び上部電極１３を正しく対向させて配設した基本
構成を有するものである。処理室１１内にはプロセスガ
ス導入口２３から処理目的に応じた反応ガスが送り込ま
れるようになっていて、高周波電源１７から供給される
高周波電圧がこれらの電極間に印加されたときに生ずる
放電により、両電極間の空間にプラズマを発生させるよ
うになっている。なお、１６は上記の高周波電源１７の
出力調整用のマッチングボックスである。そして、ウェ
ハ２２は下部電極１２の上側全面上に介在する板状の誘
電体１４の上に載置され、上述のプラズマに接触して所
定の工程のプラズマ処理を施されるようになっている。
下部電極１２は、その内部に恒温水を循環させる恒温水
循環路１５が設けられている。

【０００４】このプラズマ処理装置では、図４の模式図
に示したような原理によって生ずる静電吸着力により、
ウェハ２２は、恒温水により温度調節された下部電極１
２の上に密着される。図４において、プラズマ２５中の
ウェハ２２の表面はプラズマを通してアースに接続され
ている（プラズマは抵抗をもった導体と考えてよいか
ら）。この状態において、下部電極１２に直流バイアス
電源２１による負の直流電圧をかけると、下部電極１２
が誘電体１４で覆われているため電流は流れないが、誘
電体１４をはさんでウェハ２２側に＋（正）、下部電極
１２側に−（負）の電荷が誘起する。一方、プラズマ処
理中はウェハ２２の表面には負電荷が蓄積される。した
がって、この電荷が互いに引き合う静電吸着力により、
ウェハ２２を誘電体１４を介して下部電極１２側に密着
させる。このようにして、ウェハ２２を温度調節された
下部電極１２側に密着させることにより、ウェハ２２と
下部電極１２間の熱伝導性が飛躍的に高くなり、ウェハ
２２はプラズマ処理中も電極温度に近い温度まで冷却さ
れる。この場合、誘電体１４に熱伝導特性の優れた絶縁
体例えば窒化ボロン等を用いればより効果的である。

【０００５】例えばエッチング等のプラズマ処理が終了
した後、静電吸着力により下部電極１２側に密着してい
るウェハ２２を剥がす方法は、図５の模式図に示すよう
に、プラズマ２５を発生させた状態で、下部電極１２に
直流バイアス電源２１の極性を逆転させた逆バイアス電
圧（静電吸着時とは逆の正のバイアス電圧）２４を印加
する方法が一般的に採用されている。この操作により、
誘電体１４に誘起していた電荷分離が解消されて、ウェ
ハ２２と下部電極１２間の静電吸着力が消滅するからで
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のプ
ラズマ処理装置のウェハの静電チャック解除方法及びそ
の装置では、静電チャック解除時にもプラズマをプラズ
マ処理中と同様に発生させなければならず、当然、この
プラズマ発生中にウェハ表面は、プラズマ中の荷電粒子
にさらされるため、ウェハ表面に形成されている半導体
素子にダメージが生じてしまう。これでは、ウェハのプ
ラズマ処理を最少限のダメージで行ったとしても、静電
チャック解除時のプラズマによるダメージが加わってし
まうので、その後、より低ダメージのプラズマ処理が要
求されることを考慮すると、静電チャック解除方法及び
その装置は、技術的にも工程的にも満足できるものでは
ないという問題があった。

【０００７】本発明は上述のような問題点を解決するた
めになされたもので、静電チャック時にウェハ表面に蓄
積された電荷を取除く手段により静電吸着力を消失さ
せ、ウェハ表面に形成されている半導体素子にダメージ
が生じることのないようなプラズマ処理装置の半導体ウ
ェハの静電チャック解除方法及びその装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体ウェ
ハの静電チャック解除方法は、一方の電極上に載置され
てプラズマ処理される半導体ウェハを静電吸着力により
一方の電極に密着させる静電チャック手段を有するプラ
ズマ処理装置における半導体ウェハの静電チャック解除
方法であって、半導体ウェハに正対する他方の電極に正
電位を印加して半導体ウェハに近接させることにより、
プラズマ処理中の半導体ウェハ表面に誘起した負電荷を
中和して静電チャックを解除するものである。

【０００９】また、本発明に係る半導体ウェハの静電チ
ャック解除装置は、プラズマ処理装置の一方の電極に絶
縁体板を介して載置された半導体ウェハに正対するよう
に設置された他方の電極と、この他方の電極に正バイア
スを印加するように接続された直流電源と、他方の電極
を半導体ウェハの近傍まで平行移動可能な機構を有する
ギャップ調整装置とを、半導体ウェハのプラズマ処理装
置に具備したものである。

【００１０】

【作用】本発明においては、半導体ウェハの静電チャッ
ク解除手段として、プラズマ処理装置の一方の電極に絶
縁体板を介して載置された半導体ウェハに正対するよう
に設置されている他方の電極を利用し、この他方の電極
に直流電源から正バイアスを印加し、他方の電極をギャ
ップ調整装置により半導体ウェハの近傍まで平行移動可
能としたから、他方の電極とウェハ表面との間隔を例え
ば最少１ｍｍまで近付けることにより、静電チャックの
状態のプラズマ処理中にウェハ表面に蓄積された負電荷
による電荷分離を解消するので、ウエハと一方の電極と
の間の静電吸着力が消滅し静電チャックが解除される。

【００１１】

【実施例】本発明による静電チャック解除方法の一実施
例を図１の模式原理図によって説明する。図において、
１１〜２４は、図３〜５の従来例図で用いて説明した部
分符号と同一又は相当部品を示している。まず、図１の
（ａ）はプラズマ処理直後のウェハ２２及び誘電体１４
表面（上下両面）電荷分離の有様を示すもので、ウェハ
２２の−電荷と誘電体１４の上面の＋電荷による静電引
力による静電吸着力により、ウェハ２２は誘電体１４を
介し下部電極（一方の電極）１２に密着している。な
お、下部電極１２は、上部電極（図示せず）との間にプ
ラズマ放電用の高周波電圧がかけられるが、直流的には
アース電位に保たれている。

【００１２】次に、図１の（ｂ）に示すように、ウェハ
２２に正対する後出の正電位電極（他方の電極）１をウ
ェハ２２に近付け、直流バイアス電源２０からの正バイ
アスを瞬間的に印加する。これにより、ウェハ２２表面
の−電荷（負電荷）中和して除去されウェハ２２と誘電
体１４ひいては下部電極１２との静電吸着力がなくな
る。したがって、通常はこの状態でウェハ２２をプラズ
マ処理装置より取出すようになっている。

【００１３】その後、図１の（ｃ）に示されるように、
プラズマ発生状態で下部電極１２に直流バイアス電源２
１からの正電位の逆バイアスを瞬間的に印加することに
より、誘電体１４の両表面の±電荷が取除かれる。つま
り、以上の説明から明らかなように、静電チャック解除
時にウェハ２２はプラズマにさらされてダメージを受け
ることはないようになっている。

【００１４】図２は本発明による静電チャック解除方法
を実現するための装置構成の一実施例を示す模式説明図
である。図２は、図３の従来例装置に図１の静電チャッ
ク解除方法を実施するための具体的な２，３の装置を付
加したものである。すなわち、上部電極（他の電極）１
３に静電チャック解除時に用いる正電位電極１（図１の
ｂ参照）の機能を持たせるために、下部電極１２上面に
対し、最少１ｍｍまで、上部電極１３を接近させ得るよ
うな機構からなるギャップ調整器１９を設けた。そし
て、さらに上部電極１３に正電圧を印加するための直流
バイアス電源２０を付設したものである。本装置の動作
については、図１においてその現象を説明したものと同
様であるので、説明を省略する。

【００１５】なお、本実施例の構成例では、上部電極１
３を上下に移動させるように、ギャップ調整器１９を設
けているが、下部電極１２を移動させるようにギャップ
調整器を設けてもよい。また、上部電極１３、下部電極
１２にバイアス電圧を印加する直流バイアス電源２０及
び直流バイアス電源２１をそれぞれ１台ずつ付設してい
るが、これを１台ですませ、例えばリレーを用いてそれ
ぞれの電極に切替え印加できるようにしてもよい。さら
に、本実施例では、上部電極１３に静電チャック解除の
ための正電位電極の機能を持たせた場合について説明し
たが、上部電極１３とは別の電極を付加して専用の正電
位電極を設けるようにしてもよい。

【００１６】以上のほか、本発明は、静電チャック解除
手段に関するものであるが、この構成は、静電チャック
を採用しない例えば誘電体１４を用いないような方式の
プラズマ処理装置に適用してもウェハ表面の負電荷を瞬
時に取除くことができる点でも有益であるという副次的
な効果がある。これは、ウェハをプラズマ処理した場
合、静電チャックを採用する・しないにかかわらず、ウ
ェハ表面には負電荷が蓄積されることによる。この電荷
はプラズマ処理後も保持されるため、この電荷によって
正電気を帯びた微少なゴミがウェハ表面に静電吸着する
ことになる。当然、このゴミはウェハ上に形成される半
導体素子の歩留まりを低下させることになる。本発明を
採用して、プラズマ処理後のウェハ表面の負電荷を取除
けば、静電気によるゴミの付着を防止することができ、
半導体素子製造の歩留まり向上へ大きく寄与する。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、プラズマ
処理装置の下部電極に絶縁体板を介して載置された半導
体ウェハに正対するように設置されている上部電極を利
用し、これに直流電源から正バイアスを印加し、この電
極をギャップ調整装置により半導体ウェハの近傍まで平
行移動可能としたから、上部電極とウェハ表面との間隔
を接近させることにより、静電チャックの状態のプラズ
マ処理中にウェハ表面に蓄積された負電荷による電荷分
離を解消して静電チャックを解除するので、この静電チ
ャック解除時に、ウェハがプラズマにさらされることが
なくなり、プラズマによるウェハへのダメージが全くな
くなるという効果が得られる。さらに、上記の静電チャ
ック解除を実施すれは、プラズマ処理後のウェハの表面
電荷を瞬時に除去できるので、プラズマ処理後の静電吸
着力によるウェハ表面へのゴミの付着をなくす効果があ
る。また、いま述べたウェハ表面へのゴミの付着をなく
すことを目的として、本発明の構成を、静電チャックを
採用していないプラズマ処理装置にも適用することによ
り、同様の成果を得るという副次的な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による静電チャック解除方法の一実施例
を示す模式原理図である。

【図２】本発明による静電チャック解除方法を実現する
ための装置構成の一実施例を示す模式説明図である。

【図３】従来の静電チャック解除方法を示すプラズマ処
理装置の模式断面図である。

【図４】従来からの静電チャックの原理説明図である。

【図５】従来の静電チャック解除方法の原理説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 正電位電極 １１ 処理室 １２ 下部電極 １３ 上部電極 １４ 誘電体 １５ 恒温水循環路 １６ マッチングボックス １７ 高周波電源 １８ 真空排気口 １９ ギャップ調整器 ２０，２１ 直流バイアス電源 ２２ 半導体ウェハ（ウェハ） ２３ プロセスガス導入口 ２４ 逆バイアス電圧 ２５ プラズマ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の電極上に載置されてプラズマ処理
   される半導体ウェハを静電吸着力により上記一方の電極
   に密着させる静電チャック手段を有するプラズマ処理装
   置における半導体ウェハの静電チャック解除方法であっ
   て、 上記半導体ウェハに正対する他方の電極に正電位を印加
   し、この他方の電極を上記半導体ウェハに近接させるこ
   とにより、プラズマ処理中の上記半導体ウェハ表面に誘
   起した負電荷を中和して上記静電チャックを解除するこ
   とを特徴とする半導体ウェハの静電チャック解除方法。
2. 【請求項２】 プラズマ処理装置の一方の電極上に絶縁
   体板を介して載置された半導体ウェハに正対するように
   設置された他方の電極と、 この他方の電極に正バイアスを供給するように接続され
   た直流電源と、 上記他方の電極を上記半導体ウェハの近傍まで平行移動
   可能な機構を有するギャップ調整装置とを上記プラズマ
   処理装置に具備したことを特徴とする半導体ウェハの静
   電チャック解除装置。