JP2002009140A - 静電チャック装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電チャックでウェーハを保持する際のウェ
ーハの温度変動に伴う保持不良をなくす。 【解決手段】 半導体基板を吸着する静電チャックの電
極に電圧を印可し、この印加電圧を電圧制御部により段
階的に変動するように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板（ウ
ェーハ）を吸着する電極を有する静電チャック装置の改
善に関するものである。さらに詳しくは、ウェーハの温
度変動を伴いつつ膜形成を行うなどのウェーハ処理のプ
ロセスにおいて静電チャックを用いたウェーハの吸着・
保持の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体製造プロセスなどにおい
て、スパッタ装置、ドライエッチング装置などによって
半導体基板（半導体ウェーハ）を処理する際、半導体基
板の固定、保持に静電チャック方式が用いられるてきて
いる。この場合、ウェーハの固定は静電チャックに印加
する電圧によって行なっている。図４は、静電チャック
の電極に対する従来の電圧印加を示す図であり、必要な
時点で所定の電圧を印加していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】静電チャックを用い
て、ホットアルミプロセス（Ｈｏｔ Ａｌ）やリフロー
アルミプロセス（Ｒｅｆｌｏｗ Ａｌ）のようにウェー
ハの温度変動を伴いつつ膜形成を行うプロセスにおいて
は、ウェーハの温度変動に伴いウェーハの反り量、延び
が膜形成プロセス中に変動するため、吸着保持ができな
い、あるいは、一度保持してもプロセス中に保持ができ
なくなってしまう等の不良が発生している。又、ウェー
ハの裏面の異物増加、ウェーハ割れといった問題も発生
している。この発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、静電チャックへのウェーハの
保持の安定化を図ることができる静電チャック装置を提
供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
静電チャック装置は、半導体基板を吸着する電極を有す
る静電チャックと、前記電極に電圧を印加する電源部
と、前記印加電圧を制御する電圧制御部とを備え、前記
電圧制御部により前記印加電圧を段階的に変動制御する
ようにしたものである。

【０００５】請求項２の発明にかかる静電チャック装置
は、請求項１の装置において、前記静電チャックに保持
された半導体基板の温度を検出する温度検出器を備え、
前記温度検出器の信号を前記電圧制御部に入力して前記
印加電圧の制御をするようにしたものである。

【０００６】請求項３の発明にかかる静電チャック装置
は、請求項１の装置において、前記静電チャックに保持
された半導体基板の反り量を検出する反り量検出器を備
え、前記反り量検出器の信号を前記電圧制御部に入力し
て前記印加電圧の制御をするようにしたものである。

【０００７】請求項４の発明にかかる静電チャック装置
は、請求項１の装置において、前記静電チャックに保持
された半導体基板と前記静電チャックとの距離を検出す
る距離検出器を備え、前記距離検出器の信号を前記電圧
制御部に入力して前記印加電圧の制御をするようにした
ものである。

【０００８】請求項５の発明にかかる静電チャック装置
は、請求項１〜４のいずれかに記載の装置において、前
記印加電圧の変動制御は、昇圧又は降圧を含むものであ
る。

【０００９】請求項６の発明にかかる静電チャック装置
は、請求項１〜５のいずれかに記載の装置において、前
記半導体基板の温度変化率が１０℃／ｓｅｃ〜１５０℃
／ｓｅｃの間になるように前記印加電圧を制御するもの
である。

【００１０】請求項７の発明にかかる半導体装置は、請
求項１〜６のいずれかに記載の静電チャック装置を用い
て製造されたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明はウェーハの成膜などの処
理過程でウェーハの温度変動を伴うプロセスにおいて、
その影響をできるだけ小さくするために、静電チャック
によりウェーハを吸着し、保持する静電チャック装置に
関するものである。通常ウェーハは、静電チャック上に
置かれ、その後、吸着、保持される。この時、処理条件
によっては、ウェーハに温度変動が生じる。ウェーハの
温度変動はチャックとの吸着（接触）状態に左右される
ため、吸着過程が重要となる。

【００１２】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形
態における静電チャック装置をスパッタ装置に適用した
概略構成図を示す。図１において、１はスパッタ装置、
２は処理槽（チャンバー）を示す。また、１０は本発明
の静電チャック装置を示し、１１はその静電チャック、
１２は静電チャックの一部を構成する電極、１３は電極
１２に電圧を供給する電源部、１４は電源部１３が供給
する印加電圧を制御する電圧制御部を示す。

【００１３】２０は静電チャック１１の上に吸着された
半導体基板（以下、ウェーハと略称）を示す。静電チャ
ック１１の電極１２に印加する電圧によりウェーハ２０
に対する吸引力が発生し、ウェーハ２０を静電チャック
１１上に保持する。その吸引力は、電極１２への印加電
圧に依存する。なお、図１では、スパッタ装置に適用す
る例を示したが、これはＣＶＤ装置、ドライエッチング
装置など他の基板処理装置等であってもよい。

【００１４】処理槽１内でのウェーハ２０の処理条件、
処理プロセスによってはウェーハ２０に温度変動が生じ
る。この場合、ウェーハ２０の温度変動の速度は、静電
チャック１１との距離によって影響を受ける。この距離
を決定するのは吸着力であり、吸着力を決定する大きな
パラメータは静電チャック１１の電極１２に印加する電
圧である。そのため、電極１２に印加する電圧を制御す
れば、ウェーハ２０の温度変動率を制御できる。

【００１５】図２は、このような場合に、チャッキング
電圧を時間経過に応じて段階的に上げる例を示してい
る。これによりウェーハ２０に対する吸着力も段階的に
上げることができる。したがってウェーハ２０の温度変
動速度も少なくなり、ウェーハ２０の吸着等に影響を与
えるウェーハ変化率も少なくなり、吸着不良、ウェーハ
割れ等も回避できる。

【００１６】ウェーハの温度変動は、たとえばスパッタ
装置１において、予め設定された処理プログラムに応じ
て予測される。この処理プログラムに対応して、静電チ
ャック１１の電極１２への印加電圧の制御プログラムを
電圧制御部１４に内蔵し、印加電圧の制御を行うことが
できる。また、予め設定された処理条件の変化によりウ
ェーハ２０の温度変動を予測して印加電圧の制御をする
こともできる。また、処理槽内の雰囲気の急速な温度変
動、あるいは静電チャック１１の温度変動は、別に温度
検出器を設けて検出し（図示省略）、この温度変動をト
リガーにして印加電圧を制御するようにしてもよい。

【００１７】電圧制御部１４に内蔵するプログラムある
いはシーケンスは、ウェーハ２０に対する処理内容によ
って適宜変更あるいは選択される。また、外部から適宜
に起動・変更・設定することもできる。

【００１８】また、処理層１内の状況変化、静電チャッ
ク１１の状況変化、ウェーハ２０の状況変化など、いず
れかを検出する検出器を設け、この検出器からの信号を
電圧制御部１４に供給し、これにより印加電圧を制御す
るようにすることができる。この例については、実施の
形態２以降に説明する。

【００１９】又、上記のように印加電圧を段階的に上げ
る場合、ステップ数は重要ではない。印加電圧の制御
は、あくまでもウェーハ２０の温度変動速度（昇温レー
ト）をコントロールするための手段である。この場合、
ウェーハ２０の昇温レートは１０℃／ｓｅｃ〜１５０℃
／ｓｅｃの間になるように制御するのがよい。また、印
加電圧の制御は、検出温度の変化に対応してリアルタイ
ムで変動制御することができる。

【００２０】上記で印加電圧は、段階的に上げる場合を
説明しているが、必要であれば下げる場合もある。特に
ウェーハ２０の吸着が完了した後は、ウェーハ２０を保
持するのに必要な値へ降圧する場合を含む。

【００２１】実施の形態２．この発明の実施の形態２
は、静電チャック装置における印加電圧のコントロール
をするパラメータとして、ウェーハの温度を用いるもの
である。この実施の形態２では、図１に示すように、図
１の装置において、ウェーハ２０の温度をモニターする
検出器１５（温度測定装置）を設け、この検出器１５か
らの信号を電圧制御部１４に入力し、静電チャック１１
の電極１２への印加電圧を制御する。

【００２２】具体的には、ウェーハ２０の温度をモニタ
ーする検出器１５を用いて、ウェーハ２０が静電チャッ
ク１１上に置かれた時点から、その温度をモニターし、
このウェーハ２０の温度変動を一定、あるいは所定の範
囲に制御する、つまりウェーハ２０の昇温レートを一
定、または所定範囲内に保つようにする。あるいは、ウ
ェーハ２０の温度変動がプログラム温度に合うように印
加電圧を段階的に変動させていく。また、ウェーハ温度
の検出器により、ウェーハ温度の変動速度が予め設定さ
れた値を超えるとき、印加電圧の制御を開始するように
してもよい。

【００２３】実施の形態３．この発明の実施の形態３
は、静電チャック装置における印加電圧のコントロール
をするパラメータとして、ウェーハの反り量（そり量）
を用いるものである。図３は、本実施の形態における静
電チャック装置の概略構成を示す図である。本実施の形
態では、図３に示すように、ウェーハ２０の反り量をモ
ニターする反り量検出器１６（反り量測定装置）を設
け、この反り量検出器１６からの信号を電圧制御部１４
に入力し、静電チャック１１の電極１２への印加電圧を
制御する。

【００２４】静電チャック１１上に保持されたウェーハ
２０の反り量は、温度変動により変化する。つまり、ウ
ェーハ２０の温度変動率が大きいときはウェーハ２０の
反り量が大きくなる。この現象を利用してウェーハ２０
の反り量を所定値以下にコントロールすれば、ウェーハ
２０の温度変動率を抑えていることになる。ウェーハ２
０の温度変動率を制御するためには、チャックの印加電
圧を制御する。たとえば、ウェーハ２０の温度変動率が
大きくなろうとしているときには、チャックの印加電圧
を下げ温度変動を抑制する方向にもっていく。

【００２５】従って一例として、ウェーハ２０が、静電
チャック１１上に置かれた時点より反り量をモニター
し、この反り量の変動が一定、又は所定範囲、あるいは
プログラム値に合うように印加電圧を段階的に変動させ
ていく。また、チャッキング電圧を上げる際にウェーハ
２０の反り量をモニターしながら昇圧する。つまり、ウ
ェーハ２０の反り量の変動を一定、または所定値以下に
保つようにする。

【００２６】ウェーハ２０の反り量の測定方法として
は、光学式反り測定装置、容量性測定装置などを用いる
ことができる。光学式反り測定装置は、ウェーハ２０の
裏面の複数部位にレーザ光線を照射し、反射光を測定し
てウェーハ２０の裏面の各部位での変位を観測して反り
を検出する方法である。容量性測定装置は静電チャック
表面付近でウェーハの複数の各位置に対向して配置され
た複数の電極とウェーハ２０裏面との間の静電容量を測
定して各位置ごとの静電容量の変化を観測し、ウェーハ
２０の反り量を検出する方法である。以上のようにこの
実施の形態では、チャックの印加電圧をコントロールす
るパラメータとして、ウェーハ２０の反り量を用いる。

【００２７】実施の形態４．この発明の実施の形態４
は、静電チャック装置における印加電圧のコントロール
をするパラメータとして、ウェーハと静電チャックとの
距離を用いるものである。図３は、本実施の形態におけ
る静電チャック装置の概略構成を示す図である。本実施
の形態では、図３の装置において、ウェーハ２０と静電
チャック１１との間の距離をモニターする距離検出器１
６（距離測定装置）を設け、この距離検出器からの信号
を電圧制御部１４に入力し、静電チャック１１の電極１
２への印加電圧を制御する。

【００２８】ウェーハ２０が上に凸に反った場合、静電
チャック１１とウェーハ２０の中央部との間に距離がで
きる。つまり、ウェーハ２０の周辺部ではチャックと接
しているが、ウェーハ２０の中心部ではチャックとの間
に距離が生じる。この距離が大きければ大きいほどウェ
ーハ２０の温度は低く、小さければ温度は高くなる。よ
って、ウェーハ２０と静電チャック１１との距離を所定
の変動値にコントロールすれば、ウェーハ２０の温度変
動率を抑えていることになる。ウェーハ２０の温度変動
率を制御するためには、チャックの印加電圧を制御す
る。たとえば、ウェーハ２０と静電チャック１１との距
離が増大しようとしているときには、静電チャック１１
の電極１２への印加電圧を下げ温度変動を抑制する方向
にもっていく。

【００２９】従ってウェーハ２０が、チャック上に置か
れた時点よりウェーハ２０と静電チャック１１との距離
をモニターし、この距離の変動が一定、又は所定範囲、
あるいはプログラム値に合うように印加電圧を段階的に
変動させていく。また、チャッキング電圧を上げる際に
ウェーハ２０と静電チャック１１との距離をモニターし
ながら昇圧する。つまり、ウェーハ２０と静電チャック
１１との距離を一定、または所定値以下に保つようにす
る。

【００３０】ウェーハ２０と静電チャック１１との距離
の測定方法としては、容量性測定装置を用いることがで
きる。容量性測定装置はチャック表面付近でウェーハ２
０の略中心位置に対向して配置された電極１２とウェー
ハ２０裏面との間の静電容量を測定してこの静電容量の
変化を観測し、ウェーハ２０と静電チャック１１との間
の距離を検出する方法である。

【００３１】また、ウェーハ２０と静電チャック１１と
の距離の測定方法としては、レーザー光を用い、ウェー
ハ２０の１点又は多点を照射してウェーハ２０の変位を
測定することも可能である。具体的には、チャックとウ
ェーハ２０の距離をウェーハ２０の中心、および周辺部
で測定し、例えば一番大きい距離の値をモニターし、こ
の値が一定又はプログラム値に合うように印加電圧を段
階的に変動させていく。

【００３２】以上のようにこの実施の形態では、チャッ
クの印加電圧をコントロールするパラメータとして、ウ
ェーハ２０とチャックとの間の距離を用いる。

【００３３】なお、実施の形態１で説明したように、印
加電圧の変動制御は、昇圧又は降圧を含むことは、実施
の形態２〜４においても同様である。また、望ましくは
半導体基板の温度変化率が１０℃／ｓｅｃ〜１５０℃／
ｓｅｃの間になるように印加電圧を制御することも、実
施の形態２〜４において同様に言えることである。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、この発明では、スパッタ
装置等で用いるチャック装置において、ウェーハを吸着
保持する電圧のコントロールを行なうようにしたので、
ウェーハの急激な温度変動を避けるようにし、もってウ
ェーハ吸着エラー、ウェーハ割れ、あるいはウェーハ裏
面異物の低減などを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１，２において、静電チ
ャック装置をスパッタ装置に適用した概略構成図であ
る。

【図２】 本発明の実施の形態１において、チャッキン
グ電圧を時間経過に応じて段階的に上げる例を示す図で
ある。

【図３】 本発明の実施の形態３，４において、静電チ
ャック装置をスパッタ装置に適用した概略構成図であ
る。

【図４】 従来の静電チャック装置における印加電圧の
例を示す図である。

【符号の説明】

１ スパッタ装置、 ２ 処理槽、 １０ 静電チャッ
ク装置、 １１ 静電チャック、 １２ 電極、 １３
電源部、 １４ 電圧制御部、 １５ 温度検出器、
１６ 反り量検出器、 １７ 距離検出器、 ２０
半導体基板（ウェーハ）。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板を吸着する電極を有する静電
   チャックと、前記電極に電圧を印加する電源部と、前記
   印加電圧を制御する電圧制御部とを備え、前記電圧制御
   部により前記印加電圧を段階的に変動制御するようにし
   たことを特徴とする静電チャック装置。
2. 【請求項２】 前記静電チャックに保持された半導体基
   板の温度を検出する温度検出器を備え、前記温度検出器
   の信号を前記電圧制御部に入力して前記印加電圧の制御
   をするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の静
   電チャック装置。
3. 【請求項３】 前記静電チャックに保持された半導体基
   板の反り量を検出する反り量検出器を備え、前記反り量
   検出器の信号を前記電圧制御部に入力して前記印加電圧
   の制御をするようにしたことを特徴とする請求項１に記
   載の静電チャック装置。
4. 【請求項４】 前記静電チャックに保持された半導体基
   板と前記静電チャックとの距離を検出する距離検出器を
   備え、前記距離検出器の信号を前記電圧制御部に入力し
   て前記印加電圧の制御をするようにしたことを特徴とす
   る請求項１に記載の静電チャック装置。
5. 【請求項５】 前記印加電圧の変動制御は、昇圧又は降
   圧を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載の静電チャック装置。
6. 【請求項６】 前記半導体基板の温度変化率が１０℃／
   ｓｅｃ〜１５０℃／ｓｅｃの間になるように前記印加電
   圧を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか
   に記載の静電チャック装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の静電チ
   ャック装置を用いて製造されたことを特徴とする半導体
   装置。