JPH11121600A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 付着物が吸着面上方に突出し難い静電チャッ
クを備えた処理装置を提供する。 【解決手段】 エッチング装置１００の処理室１０２内
に配置された下部電極１１０上には，ウェハＷを吸着保
持する静電チャック１１２が設けられる。静電チャック
１１２は，高圧直流電源１１４に接続された導電性の薄
膜１３０を，セラミックスから成る絶縁部材１３２によ
って挟持して成る。静電チャック１１２のチャック面１
１２ａの周縁部には，高さ（α）が３０μｍ〜５０μｍ
の下方に略凹状の段部１３４が形成される。段部１３４
の幅（β）は，２ｍｍ以下に設定される。静電チャック
１１２の半径は，ウェハＷの半径よりも２ｍｍ以下の範
囲内で小径に構成される。段部１３４の底面１３４ａの
周縁部に形成される角部は，面取りされ，傾斜面１３４
ｃが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，処理装置にかか
り，特にプラズマ処理装置の静電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，プラズマ処理装置などの処理装置
においては，被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，
「ウェハ」と称する。）を，処理室内に配置された載置
台（電極）上に保持する手段として静電チャックを用い
ている。この静電チャックは，例えばタングステンから
成る導電性薄膜を，絶縁性のポリイミドフィルムにより
挟持することにより形成されている。そして，載置台の
載置面に形成された静電チャック上にウェハを載置した
後，導電性薄膜に対して高圧直流電力を印加すると，電
荷に基づいてクーロン力がポリイミドフィルムに生じ，
ウェハが静電チャックのチャック面（吸着面）に吸着保
持される構成となっている。

【０００３】また，最近，載置台とウェハの伝熱効率や
加工の容易性などの観点から，絶縁部材に上記ポリイミ
ドフィルムに代えてセラミックスを使用する静電チャッ
クが提案されている。この静電チャックは，上記導電性
薄膜を絶縁性のセラミックスにより挟持することにより
形成されている。そして，該静電チャックは，上記ポリ
イミドフィルムを採用した静電チャックと同様に，導電
性薄膜に対して高圧直流電力を印加することにより，チ
ャック面上のウェハを吸着保持することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，付着物
が多く生成するプロセス下でウェハに対して処理を施す
場合には，処理室内に露出する静電チャックの側面部に
も付着物，例えば反応性デポジットが付着してしまう。
この付着物は，時間と共に静電チャックの側面部に沿っ
てチャック面方向に堆積し，やがてチャック面よりも上
方にまで盛り上がってしまう。そして，この状態でウェ
ハを載置すれば，付着物によってチャック面とウェハと
の間に隙間が形成されてしまう。

【０００５】その結果，ウェハの吸着力が不均一となっ
てウェハを均一に保持することが困難となり，温度調整
手段が内装された載置台上の静電チャックとウェハの密
着性が低下してウェハの温度分布が不均一となる。さら
に，チャック面とウェハ裏面との間に伝熱ガスを供給す
る場合には，ウェハと静電チャックとの間に生じた隙間
から伝熱ガスが漏れてしまい，伝熱効率が低下して，ウ
ェハに均一な処理を施すことが困難となる。また，ウェ
ハを載置台上に均一に保持するためには，静電チャック
のクリーニングなどのメンテナンスを頻繁に行わなけれ
ばならず，スループットの向上を阻害する要因の一つと
もなっている。

【０００６】本発明は，従来の処理装置が有する上記の
ような問題点に鑑みて成されたものであり，付着物が静
電チャックの吸着面よりも被処理体方向に突出すること
を抑制し，被処理体と静電チャックをその全面に渡って
均一に密着させて，被処理体の温度特性を向上させるこ
とができるとと共に，静電チャックのメンテナンス時期
を延長することが可能な，新規かつ改良された処理装置
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，本発明は，処理室内において被処理体を吸着保持す
るセラミックス製の静電チャックを備えた処理装置を提
供するものである。そして，上記処理装置は，請求項１
に記載の発明のように，静電チャックの吸着面の周縁部
に，高さが３０μｍ〜５０μｍの下方に凹状の段部を備
えている。

【０００８】かかる構成によれば，静電チャックの吸着
面の周縁部に上述した段部が設けられるため，吸着面上
に被処理体を載置した際に，被処理体と段部底面との間
に３０μｍ〜５０μｍの間隔領域を形成することができ
る。その結果，付着物が発生しやすいプロセス下で処理
行う場合でも，吸着面の周縁部に付着した付着物が被処
理体方向に向かって堆積し難くなるため，被処理体を吸
着面上に均一かつ確実に密着させることができ，被処理
体の温度をその全面に渡って均一に維持することができ
る。

【０００９】また，被処理体の裏面に伝熱ガスを供給す
る場合には，被処理体と吸着面が確実に密着するため，
伝熱ガスの処理室内へのリークを抑制することができ，
被処理体の温度特性をより向上させることができる。さ
らに，段部の高さを３０μｍ〜５０μｍの範囲内で適宜
設定すれば，静電チャック内の電極が露出することがな
い。

【００１０】また，上記段部の幅を，例えば請求項２に
記載の発明のように，２ｍｍ以下に設定すれば，被処理
体に対する吸着性に影響を及ぼすことなく，付着物の過
度な堆積を防止することができる。

【００１１】さらに，上記静電チャックを，例えば請求
項３に記載の発明のように，被処理体よりも相対的に径
が小さくなるように形成し，さらに好ましくは，その静
電チャックの半径を，例えば請求項４に記載の発明のよ
うに，被処理体の半径よりも２ｍｍ以下の範囲内で小径
に設定すれば，例えば被処理体にプラズマ処理を施す場
合，静電チャックの処理室側面がスパッタされることを
防止することができる。その結果，静電チャックの損傷
に伴う吸着力の低下を防止することができると共に，静
電チャックの寿命も延長することができる。また，かか
る構成により，被処理体が所定の載置位置よりもずれて
吸着面上に載置された場合でも吸着面が露出することが
なく，静電チャックが損傷することがない。

【００１２】また，上記静電チャックの角部は，例えば
請求項５に記載の発明のように，面取りすることが好ま
しく，かかる構成によれば，特に段部への付着物の付着
性を低下させることができる。その結果，被処理体を均
一に保持できる時間をより一層延長することができると
共に，クリーニング時期もさらに延長することができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しなが
ら，本発明にかかる処理装置をエッチング装置に適用し
た実施の一形態について詳細に説明する。図１に示した
エッチング装置１００の処理室１０２は，気密な導電性
の処理容器１０４内に形成されている。また，処理室１
０２の周囲を囲うように磁石１０６が配置されており，
この磁石１０６によって処理室１０２内に形成されるプ
ラズマ領域に回転磁界を形成することができる。また，
処理室１０２内には，処理室１０２の天井部の一部を成
す上部電極１０８と，この上部電極１０８に対向し，載
置台を構成する導電性の下部電極１１０が形成されてい
る。

【００１４】下部電極１１０上には，高圧直流電源１１
４が接続された本実施の形態にかかる静電チャック１１
２が設けられており，この静電チャック１１２の表面，
すなわち上部電極１０８と対向する面には，被処理体，
例えばウェハＷを載置可能な載置面を構成するチャック
面１１２ａが形成されている。なお，静電チャック１１
２の詳細な構成については，後述する。さらに，静電チ
ャック１１２の周囲を覆う位置には，フォーカスリング
１１６が設けられている。

【００１５】また，下部電極１１０には，冷媒循環路１
１７や不図示のヒータなどの温度調整機構（図示せ
ず。）が内装されている。かかる構成により，下部電極
１１０及び静電チャック１１２を介してウェハＷを適宜
所望の温度に維持することができる。さらに，チャック
面１１２ａには，不図示の伝熱ガス吐出孔が多数形成さ
れているため，ウェハＷに対する伝熱効率を向上させる
ことができる。

【００１６】また，下部電極１１０の底面部には，昇降
軸１１８を介して不図示の昇降機構が接続されているた
め，その昇降機構の作動により，下部電極１１０は上下
動自在なように構成されている。さらに，下部電極１１
０の側面部には，複数の貫通孔１２０ａが形成されたバ
ッフル板１２０が取り付けられている。さらにまた，下
部電極１１０には，整合器１２２を介してプラズマ生成
用高周波電力，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を
出力可能な高周波電源１２４が接続されている。

【００１７】一方，上部電極１０８には，処理ガス，例
えばＣ₄Ｆ₈を供給可能なガス供給管１２６と，処理室１
０２内を連通する多数の貫通孔１０８ａが形成されてお
り，いわゆるシャワーヘッド構造を成している。また，
処理室１０２の下部側壁には，処理室１０２内を所定の
減圧雰囲気，例えば１０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ
に維持することが可能な排気管１２８が接続されてい
る。

【００１８】次に，本実施の形態にかかる静電チャック
１１２について，詳細に説明する。静電チャック１１２
は，図１及び図２（ａ）に示したように，導電性材料，
例えばタングステンから成り，電極を構成する略円形状
の薄膜１３０を，セラミックス，例えばアルミナセラミ
ックス（Ａｌ₂Ｏ₃）から成る略円盤状の絶縁部材１３２
で挟持する構成となっている。このように，本実施の形
態にかかる静電チャック１１２の絶縁部材１３２は，セ
ラミックスから構成されているため，上述した従来の静
電チャックの如くポリイミドを採用した場合と比較し
て，下部電極１１０とウェハＷとの間の伝熱効率を向上
させることができると共に，静電チャック１１２の加工
性も向上させることができる。

【００１９】また，薄膜１３０には，高圧直流電源１１
４が接続されているため，この高圧直流電源１１４から
高圧直流電力，例えば２．５ｋＶの直流電力を薄膜１３
０に印加することにより，下部電極１１０上，すなわち
静電チャック１１２のチャック面１１２ａ上に載置され
たウェハＷを吸着保持することができる。

【００２０】また，図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した
ように，静電チャック１１２のチャック面１１２ａの周
縁部には，下方に略凹状の本実施の形態にかかる段部１
３４が形成されているおり，図示の例では，段部１３４
の断面形状は略Ｌ字状の形状となっている。また，段部
１３４の高さ（図２（ｂ）中のα）は，処理プロセスや
本実施の形態を適用する装置構成などに応じて３０μｍ
〜５０μｍの範囲内で任意の値に設定することができ
る。従って，ウェハＷを静電チャック１１２上で吸着保
持した場合には，底面１３４ａとウェハＷ裏面との間に
３０μｍ〜５０μｍの間隔（空間）領域を形成すること
ができる。なお，段部の高さ（α）は，本実施の形態に
おいては，５０μｍに設定されている。

【００２１】かかる構成により，反応性デポジットなど
の付着物が多く生成されるプロセス，すなわち本実施の
形態の如くウェハＷの被処理面に形成された酸化膜（Ｓ
ｉＯ₂膜）に対してエッチング処理を施す際に，静電チ
ャック１１２の側面に付着物が付着した場合でも，その
付着物がウェハＷ方向ではなく，段部１３４の側面１３
４ｂ方向に堆積するため，静電チャック１１２の吸着力
の低下を抑制することができる。その結果，チャック面
１１２ａにウェハＷを均一に密着させることができるた
め，ウェハＷの温度をその全面に渡って均一に維持する
ことができる。

【００２２】また，本実施の形態の如く，静電チャック
１１２とウェハＷとの間に伝熱ガスを供給する場合に
は，上述の如くチャック面１１２ａとウェハＷとを確実
に密着させることができるため，伝熱ガスが処理室１０
２内に漏れ出すことを実質的に防止することができる。
その結果，ウェハＷに対する伝熱効率をさらに向上させ
ることができると共に，リークした伝熱ガスによってプ
ロセスに影響を与えること防ぐことができる。さらに，
付着物がウェハＷ方向に堆積し難くなるため，静電チャ
ック１１２のクリーニング時期を延長させることがで
き，スループットを向上させることができる。

【００２３】また，静電チャック１１２の段部１３４の
幅（図２（ｂ）中のβ）は，上述した段部１３４の高さ
（α）と同様に，処理プロセスや本実施の形態を適用す
る装置構成などに応じて２ｍｍ以下の範囲内で任意の値
に設定することができるが，本実施の形態では，１．５
ｍｍに設定されている。このように，かかる範囲内で段
部１３４の幅を設定することにより，静電チャック１１
２の吸着性をあまり弱めることなく，付着物のウェハＷ
方向への突出を抑制し，静電チャック１１２とウェハＷ
の密着性を向上させることができる。

【００２４】また，段部１３４の幅を本実施の形態の如
く１．５ｍｍに設定した場合には，図２（ａ）及び図２
（ｂ）に示したように，段部１３４の側面１３４ｂが薄
膜１３０の外周よりも相対的に内側に配置されるが，本
実施の形態では段部１３４の高さが上述の如く３０μｍ
〜５０μｍの範囲内で設定されるため，図示の如く薄膜
１３０が静電チャック１１２の外部に露出することがな
い。また，このように，薄膜１３０を段部１３４の下方
にまで配置することにより，チャック面１１２ａの全面
に渡って均一な吸着力を生じさせることができる。

【００２５】また，静電チャック１１２の外径は，図１
と図２（ａ）と図２（ｂ）に示したように，ウェハＷの
外径よりも小さく構成され，例えば，図示の例では，静
電チャック１１２は，ウェハＷよりも半径あたり２ｍｍ
小径に形成されている。ただし，静電チャック１１２の
外径は，処理プロセスや本実施の形態を適用する装置構
成などに応じて，ウェハＷよりも半径あたり２ｍｍ以下
の範囲内で小径に形成することができる。

【００２６】かかる構成により，ウェハＷを静電チャッ
ク１１２上に保持した場合には，チャック面１１２ａが
ウェハＷによって完全に覆われると共に，ウェハＷは静
電チャック１１２よりも相対的に外側にまで突出して保
持される。その結果，処理室１０２内のプラズマが静電
チャック１１２にまで回り込み難くなるため，静電チャ
ック１１２がスパッタされることを抑制することがで
き，静電チャック１１２の寿命を延長することができ
る。

【００２７】また，ウェハＷを搬送する搬送手段の搬送
精度により，ウェハＷがチャック面１１２ａ上の所定の
位置に載置されずにずれたまま保持され，そのまま処理
が行われしまう場合がある。しかし，本実施の形態で
は，上述の如く静電チャック１１２の外径がウェハＷの
外径よりも相対的に小さく構成されているため，かかる
場合でも位置決め許容値を大きくすることができるの
で，チャック面１１２ａがプラズマによってスパッタさ
れることがない。

【００２８】また，本実施の形態では，図２（ａ）及び
図２（ｂ）に示したように，底面１３４ａの外周周縁部
に形成される角部が面取りされ，所定の傾斜面１３４ｃ
が形成されている。なお，図示の例では，上記角部はＣ
面取り，すなわち水平方向に対して４５゜の方向に面取
りされている。かかる構成により，上述した角部に対す
る付着物の付着性を抑制することができると共に，付着
した付着物の堆積方向を変化させることができる。その
結果，段部１３４に付着した付着物がウェハＷ方向に堆
積することを抑制できるため，ウェハＷを均一に吸着保
持できる時間をさらに延長することができる。

【００２９】次に，本実施の形態にかかる静電チャック
１１２と，従来の静電チャック１０を上述したエッチン
グ装置１００に適用した場合について，図３及び図４を
参照しながら説明する。なお，図３及び図４は，静電チ
ャックに付着する付着物について比較説明するための図
であるため，ウェハや薄膜（電極）などの構成要素は省
略されている。また，静電チャック１０は，段部以外の
基本的な構成については，本実施の形態にかかる静電チ
ャック１１２と略同一に構成されている。

【００３０】まず，図３を参照しながら従来の静電チャ
ック１０について説明と，静電チャック１０のチャック
面１０ａの周縁部に形成される角部は，面取りのみされ
ており，上記周縁部には本実施の形態の如く段部は形成
されていない。従って，ウェハＷに対して処理を施すご
とに静電チャック１０の側面１２に付着物１４が付着し
て堆積し，チャック面１０ａよりも上方，すなわちウェ
ハＷ方向に突出してしまう。そして，そのままウェハＷ
を吸着保持した際には，ウェハＷとチャック面１０との
間に付着物１４が介在して隙間が形成されてしまい，ウ
ェハＷとチャック面１０を均一に密着させることができ
なくなる。

【００３１】その結果，ウェハＷと下部電極１１０の伝
熱効率が低下するため，ウェハＷの温度が不均一とな
り，ウェハＷに対して均一な処理を施すことが困難とな
る。また，ウェハＷの裏面に供給されている伝熱ガスが
上記空間部から処理室１０２内に漏れ出した場合には，
さらに伝熱効率が低下してしまう。さらに，プラズマが
上記隙間からウェハＷとチャック面１０ａとの間に進入
した場合には，チャック面１０ａがスパッタされたり，
チャック面１０ａに形成されている伝熱ガス供給孔で異
常放電が生じたりすることがある。そして，これらの問
題を解決するためには，静電チャック１０を頻繁にクリ
ーニングしなければならず，スループットの低下を招く
要因の一つとなる。

【００３２】これに対して，本実施の形態にかかる静電
チャック１１２には，上述した段部１３４が形成されて
いるため，図４に示したように，静電チャック１１２に
付着物１４が付着した場合でも，その付着物１４は側面
１３４ｂ方向に堆積していき，チャック面１１２ａの上
方に向かって堆積し難くい構成となっている。その結
果，本実施の形態にかかる静電チャック１１２は，従来
の静電チャック１０と比較して相対的に長時間，ウェハ
Ｗを均一に吸着保持することができるため，静電チャッ
ク１１２のクリーニング時期を延長して，スループット
を向上させることができる。

【００３３】以上，本発明の好適な実施の一形態につい
て，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかか
る構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記
載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，
各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり，それ
ら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属
するものと了解される。

【００３４】例えば，上記実施の形態において，段部の
底面の周縁部に形成される角部を面取りした構成を例に
挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるも
のではなく，特に面取りしなくとも本発明を実施するこ
とができる。また，本発明は，静電チャックの吸着面の
周縁部に形成される角部を面取りする場合にも適用する
ことができる。

【００３５】また，上記実施の形態において，薄膜（電
極）を段部の下方にまで配置した構成を例に挙げて説明
したが，本発明はかかる構成に限定されるものではな
く，静電チャックの吸着面の下方にのみに電極を配置す
る場合にも，本発明は実施することができる。

【００３６】さらに，上記実施の形態において，静電チ
ャックを構成する絶縁部材をアルミナセラミックスから
形成した構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる
構成に限定されるものではなく，絶縁性材料，例えばポ
リマーや，ＡｌＮや，ＳｉＣや，ＳｉＯ₂や，Ｓｉ₃Ｎ₄
などセラミックスから形成した場合でも，本発明を適用
することができる。さらに，上記ポリマーは，ポリイミ
ドや，ポリケトンや，ポリエーテルケトンや，ポリサル
フォンや，ポリカーボネートや，ポリスチレンや，ナイ
ロンや，ポリ塩化ビニルや，ポリプロピレンや，ポリエ
ーテルケトン類や，ポリエーテルサルフォンや，ポリエ
チレンテレフタレートや，フロオロエチレンプロピレン
コポリマーや，セルロースや，トリアセテート類や，シ
リコンや，ラバーなどを採用することができる。

【００３７】また，上記実施の形態において，処理室を
囲うようにして磁石を配置した構成を例に挙げて説明し
たが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，
磁界形成手段備えていない処理装置であっても，本発明
を適用することができる。

【００３８】さらに，上記実施の形態において，下部電
極のみに高周波電力を印加した構成を例に挙げて説明し
たが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，
本発明は，上部電極と下部電極の双方，または上部電極
のみに所定の高周波電力を印加する処理装置に対しても
適用することができる。

【００３９】また，上記実施の形態において，エッチン
グ装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に
限定されるものではなく，処理室内に配置された被処理
体を静電チャックにより吸着保持し，その被処理体に対
して所定の処理を施す如く構成された装置であれば，い
かなる処理装置にも本発明を適用することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば，静電チャックの吸着面
の周縁部に所定の段部を設けたため，静電チャックに付
着物が付着した場合でも，吸着面の上方，すなわち被処
理体方向に付着物が堆積することを抑制でき，被処理体
を均一に吸着保持できる時間を相対的に延長することが
できる。その結果，被処理体の温度分布が不均一になる
までの時間を延長することができ，相対的に多くの被処
理体に対して均一な処理を施すことができる。さらに，
静電チャックのメンテナンス時期を延長することもでき
るため，スループットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示した概
略的な断面図である。

【図２】図１に示したエッチング装置に適用される静電
チャックを説明するための概略的な説明図である。

【図３】従来の静電チャックを図１に示したエッチング
装置に適用した場合の付着物の付着状態を説明するため
の概略的な説明図である。

【図４】図１に示したエッチング装置に適用される静電
チャックの付着物の付着状態を説明するための概略的な
説明図である。

【符号の説明】

１００ エッチング装置 １０２ 処理室 １１０ 下部電極 １１２ 静電チャック １３０ 薄膜（電極） １３２ 絶縁部材 １３４ 段部 Ｗ ウェハ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内において被処理体を吸着保持す
   るセラミックス製の静電チャックを備えた処理装置であ
   って，前記静電チャックの吸着面の周縁部に，高さが３
   ０μｍ〜５０μｍの下方に凹状の段部を設けること特徴
   とする，処理装置。
2. 【請求項２】 前記段部の幅は，２ｍｍ以下であること
   を特徴とする，請求項１に記載の処理装置。
3. 【請求項３】 前記静電チャックは，前記被処理体より
   も相対的に径が小さいことを特徴とする，請求項１又は
   ２に記載の処理装置。
4. 【請求項４】 前記静電チャックの半径は，前記被処理
   体の半径よりも２ｍｍ以下の範囲内で小径であることを
   特徴とする，請求項３に記載の処理装置。
5. 【請求項５】 前記静電チャックの角部は，面取りされ
   ることを特徴とする，請求項１，２，３又は４のいずれ
   かに記載の処理装置。