(57)【要約】【課題】プラズマが形成されない雰囲気で基板に処理を行うにあたり、当該基板を確実性高く吸着し、基板の面内において均一性高い処理を行うこと【解決手段】静電チャック３の電極３２及び導電部材４のうちの一方に正極側が、他方に負極側が各々接続され、処理容器１１内にプラズマが形成されていない状態で基板Ｗに接する処理位置に位置する導電部材４と電極３２との間に電圧を印加し、それによって生じる静電吸着力により基板Ｗを静電チャック３の誘電体層３１に吸着させるための直流電源３５と、誘電体層３１に基板Ｗが吸着された状態で、当該基板Ｗに処理ガスを供給して処理する処理ガス供給部２８と、を備えるように装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気が形成される処理容器内に設けられ、電極と、当該電極を覆うと共に表面側が基板の吸着領域をなす誘電体層と、を含む静電チャックと、
前記誘電体層の表面側に設けられる導電部材と、
前記導電部材が前記基板に接触する処理位置と、前記静電チャックに基板を搬送するための待機位置とに各々位置するように、前記静電チャックを当該導電部材に対して相対的に昇降させる昇降機構と、
前記電極及び前記導電部材のうちの一方に正極側が、他方に負極側が各々接続され、前記処理容器内にプラズマが形成されていない状態で前記処理位置に位置する導電部材と前記電極との間に電圧が印加されて生じる静電吸着力により前記基板を前記誘電体層に吸着させるための直流電源と、
前記誘電体層に前記基板が吸着された状態で、当該基板の表面に処理ガスを供給して処理する処理ガス供給部と、
を備えた処理装置。
【請求項２】
前記導電部材は、内縁部が前記基板の周端部に沿って形成される環状部材である請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
前記処理ガスは、前記基板に成膜するための成膜ガスである請求項１記載の処理装置。
【請求項４】
前記成膜ガスは、前記基板に導電膜を成膜するためのガスである請求項３記載の処理装置
【請求項５】
前記処理位置は、前記導電部材により前記基板の周端部が前記静電チャックに接触し、且つ押圧される位置である請求項１記載の処理装置。
【請求項６】
前記電極として、前記直流電源の正極側及び負極側のうちいずれか一方に接続される電極のみを備える請求項１記載の処理装置。
【請求項７】
前記導電部材と前記基板との間の成膜を抑制するために、導電部材の下方で静電チャックの周端部上に成膜抑制ガスを供給するガス吐出部が設けられる請求項３記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を静電チャックにより吸着して処理を行う処理装置についての技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposirion)やＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）による成膜が行われる。これらの成膜処理は、処理容器内の載置台に設けられるヒーターによって当該載置台に載置されたウエハが所定の温度に加熱された状態で、成膜ガスが供給されることにより行われる。【０００３】
上記の処理容器内にウエハが搬送されるときに、当該ウエハには反りが形成されている場合が有る。そのように反りが形成されたウエハが上記の載置台に載置された場合、載置台の熱がウエハの面内の各部に均等に伝わり難い。そのために反りがさらに大きくなってしまうおそれや、ウエハの面内で温度が不均一であり、ウエハの面内で所定の温度に達しない部位が存在する状態で成膜ガスが供給される結果として、ウエハの面内で膜厚が不均一になるおそれが有る。【０００４】
ところで基板にプラズマ処理を行う装置では、載置台の表面部を静電チャックにより構成して基板を静電吸着し、プラズマを構成するイオンの入射による当該基板の温度上昇を防ぐように構成される場合が有る。例えば特許文献１ではプラズマエッチングを行う際に、ＬＣＤガラス基板の周端部を押圧機構により載置台に押圧すると共に静電チャックにより吸着する装置について記載されている。既述したウエハの反りの問題に対処するために、この静電チャックを成膜装置に適用することが考えられる。例えば特許文献２では特許文献１と同様の押圧機構を備えるウエハの成膜装置に、静電チャックを設けてもよいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−５５５８５号公報
【特許文献２】特開２００１−５３０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示される静電チャックは、当該静電チャックの表面部を構成する誘電体を分極させて基板を吸着するための電極（チャック用電極）として、直流電源から正電圧及び負電圧のうちの一方が印加される電極のみを備える単極静電チャックと呼ばれるものである。この単極静電チャックは、上記の直流電源から基板に正電圧及び負電圧のうちの他方が印加されるように、処理容器内に形成されるプラズマが導電路として利用される。つまり、プラズマが形成されない雰囲気では上記の分極が起らず、基板を吸着することができない。しかし、上記の成膜処理はプラズマを形成しない雰囲気で行う場合が有る。【０００７】
また、静電チャックには上記のプラズマの形成が不要となるように、チャック用電極として、直流電源から正電圧が印加される電極と、直流電源から負電圧が印加される電極とを各々備えた双極静電チャックと呼ばれるものが知られている。上記の特許文献２では処理容器内にプラズマが形成されないことから、この双極静電チャックが設けられると考えられる。しかし、上記のＣＶＤ、ＡＬＤによる成膜処理では、ウエハの表面に供給される成膜ガスがウエハの側方を介して裏面に回り込み、ウエハの裏面と静電チャックとの間の隙間に成膜される懸念が有る。ウエハに金属膜を成膜する場合は、この隙間に形成された膜が複数のチャック用電極を電気的に接続する導電路となることで、ウエハの裏面と静電チャックとの間で分極が起らなくなり、静電チャックに吸着されなくなる懸念が有る。特許文献２には、この問題を解決する方法は記載されていない。【０００８】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、プラズマが形成されない雰囲気で基板に処理を行うにあたり、当該基板を確実性高く吸着し、基板の面内において均一性高い処理を行うことができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の処理装置は、真空雰囲気が形成される処理容器内に設けられ、電極と、当該電極を覆うと共に表面側が基板の吸着領域をなす誘電体層と、を含む静電チャックと、
前記誘電体層の表面側に設けられる導電部材と、
前記導電部材が前記基板に接触する処理位置と、前記静電チャックに基板を搬送するための待機位置とに各々位置するように、前記静電チャックを当該導電部材に対して相対的に昇降させる昇降機構と、
前記電極及び前記導電部材のうちの一方に正極側が、他方に負極側が各々接続され、前記処理容器内にプラズマが形成されていない状態で前記処理位置に位置する導電部材と前記電極との間に電圧が印加されて生じる静電吸着力により前記基板を前記誘電体層に吸着させるための直流電源と、
前記誘電体層に前記基板が吸着された状態で、当該基板の表面に処理ガスを供給して処理する処理ガス供給部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、静電チャックを構成する電極、及び導電部材のうちの一方、他方に各々直流電源の正極側、負極側が接続され、静電チャックの電極と導電部材との間に電圧が印加される。それによって生じる静電吸着力により、当該基板が静電チャックに吸着された状態で処理ガスが供給されて処理される。このような構成によれば処理容器内にプラズマが形成されない状態で基板を静電チャックに確実性高く吸着して、処理を行うことができる。その結果として、基板の面内における処理の均一性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る処理装置の一例である成膜装置の縦断側面図である。
【図２】前記成膜装置の縦断側面図である。
【図３】前記成膜装置を構成するクランプリングの上面図である
【図４】前記成膜装置の載置台を構成する静電チャックの縦断側面を示す模式図である。
【図５】前記成膜装置に設けられる載置台の縦断側面図である。
【図６】本発明に係る他の構成の成膜装置の縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の処理装置の一実施の形態に係る成膜装置１について、図１及び図２の縦断側面図を参照して説明する。成膜装置１は、静電チャックにより例えばシリコンからなる円形の基板であるウエハＷを吸着すると共に、後述のクランプリングが当該ウエハＷの周端部に接触した状態で成膜ガスを供給してＣＶＤを行うように構成されている。このＣＶＤにより、ウエハＷの表面に金属膜であるルテニウム（Ｒｕ）膜が成膜される。
【００１３】
成膜装置１は処理容器１１を備えており、この処理容器１１内にはプラズマが形成されない。処理容器１１は、ＧＮＤ（グラウンド）に接地されている。図中１２は処理容器１１の側壁に開口したウエハＷの搬送口であり、ゲートバルブ１３により開閉される。処理容器１１の底面には排気口１４が開口しており、排気管１５を介して真空ポンプ１６に接続されている。図中１７は排気管１５に介設されたバルブなどにより構成される圧力調整部であり、排気口１４からの排気量を調整し、処理容器１１内を所望の圧力の真空雰囲気に調整する。
【００１４】
処理容器１１には水平で円形なウエハＷの載置台２が設けられている。この載置台２の表面部（上面部）は、扁平な円形の静電チャック３により構成されている。この静電チャック３は、発明が解決しようとする課題の項目において単極静電チャックとして述べたものである。静電チャック３は、誘電体である本体部３１と、本体部３１に埋設された電極３２と、により構成されている。このように電極３２が埋設されているため、当該電極３２の上方に誘電体層３０が、当該電極３２を覆うように設けられていることになる。また、電極３２の下方、側方にも誘電体層が設けられていることになる。
【００１５】
ウエハＷは、その中心が本体部３１の中心に重なるように、静電チャック３の表面に載置される。後述するように載置されたウエハＷの裏面全体を吸着するために、本体部３１の径はウエハＷの径よりも大きく形成されている。
【００１６】
電極３２には導電線３３の一端が接続されており、導電線３３の他端は例えば載置台２の支柱２１内を下方へと伸びて処理容器１１の外側に設けられたスイッチ３４を介して当該処理容器１１の外側に設けられた直流電源３５の正極側に接続されている。直流電源３５の負極側はグラウンドに接続されている。
【００１７】
静電チャック３の上方側（表面側）には環状部材であるクランプリング４が設けられている。このクランプリング４の上面を示す図３も参照して説明を続けると、クランプリング４は内側端部に接触部４２を有する。接触部４２は、静電チャック３に載置されるウエハＷの周端よりも若干内側に位置しており、平面で見てウエハＷの周端に沿って形成されている。このクランプリング４は、接触部４２によりウエハＷの周端部に接触すると共に、後述のようにウエハＷを静電チャック３に吸着させるための導電路の役割を果たす。そのように導電路として機能するように、クランプリング４は導電部材により構成される。
【００１８】
クランプリング４の周縁部から下方に向けて支柱４３が伸びている。この支柱４３は、例えば３本設けられ、静電チャック３に対するウエハＷの受け渡しを妨げないように、クランプリング４の周方向に互いに間隔を空けて設けられている。支柱４３の下端は、処理容器１１の底面に支持されている。支柱４３についてもクランプリング４と同様に導電路として構成されている。
【００１９】
後述するように静電チャック３は昇降できるように構成されている。処理容器１１の内外でウエハＷを搬送する図示しない搬送機構と静電チャック３との間でウエハＷの受け渡しを行うときには、当該受け渡しを妨げないように静電チャック３は図１に示す待機位置（搬送位置）に位置する。静電チャック３に載置されたウエハＷを処理するときには、静電チャック３は図２に示す処理位置に位置する。この処理位置に位置するときにクランプリング４の接触部４２は、ウエハＷの全周に亘って当該ウエハＷの周端に接触した状態となる。支柱４３の下端部は処理容器１１の底部に接続されると共にグラウンドに接続されている。
【００２０】
ところで上記の静電チャック３は、ジョンソンラーベック型の静電チャックであり、ジョンソンラーベック力によりウエハＷを吸着する。静電チャック３が上記の処理位置に位置するときに、上記のスイッチ３４がオンになり、静電チャック３の電極３２とクランプリング４との間に電位差が形成され、電極３２とクランプリング４との間で通電されて、静電チャック３のジョンソンラーベック力が作用し、ウエハＷが静電チャック３に吸着される。具体的に述べると、ウエハＷと静電チャック３の電極３２とが互いにコンデンサの対向電極として機能し、誘電体層３０を挟んで全面に渡って分極をし、静電チャック３にウエハＷの全面を吸着させる。なお、図４では矢印で、電極３２及びクランプリング４間の電流の流れを概略的に示すと共に、ウエハＷの裏面の極性及び誘電体層３０の表面の極性を示している。具体的に、ジョンソンラーベック力の作用を得るために、本体部３１は、静電チャック３が使用される温度帯域において、例えば体積抵抗率が１Ｅ９Ω・ｃｍ〜１Ｅ１１Ω・ｃｍであるように構成されている。
【００２１】
図１〜３に戻って説明を続ける。載置台２において静電チャック３の下部側にはヒーター２２が埋設されており、当該ヒーター２２により静電チャック３の表面が所望の温度に加熱される。また、３本の昇降ピン２３が、静電チャック３の表面に開口するように載置台２に形成された貫通孔２４に挿通されている。図中６１は昇降ピン２３を支持する水平板、図中４５は、上端が水平板６１に接続された支持棒である。支持棒４５の下端は処理容器１１の外側へと伸び、昇降機構４６に接続されている。図中４７は、処理容器１１の外部において支持棒４５を囲むベローズであり、処理容器１１内の気密性が担保されるように設けられている。
【００２２】
また図中２５は、静電チャック３の表面の中心部に開口するガス吐出孔であり、載置台２及び支柱２１に設けられたガス供給路を介して、ガス供給源２６に接続されている。ガス供給源２６から供給されてガス吐出孔２５から吐出されるガスは、ヒーター２２によって加熱された静電チャック３の熱をウエハＷへ伝熱させるためのガスであり、例えばＨｅ（ヘリウム）ガスである。以降は、そのようにガス吐出孔２５から吐出されるＨｅガスを伝熱ガスとして記載する場合が有る。
また、載置台２を支持する支柱２１は処理容器１１の底面に開口した貫通孔を介して処理容器１１の外側に設けられた昇降台６３上に支持されている。昇降台６３は昇降機構６４により昇降自在に構成されている。つまり、この成膜装置１では載置台２が昇降自在に構成されている。図中６５はベローズであり、載置台２を支持する支柱２１の下端部を囲み、処理容器１１内の気密性を保つために設けられる。
【００２３】
上記の載置台２に対向するように、処理容器１１の天井部には、処理ガスとして成膜ガスを処理容器１１内に供給する処理ガス供給部である成膜ガス供給部２８が設けられている。図中２９は成膜ガス供給源であり、Ｒｕ膜を成膜するための成膜ガスとして、例えばルテニウムカルボニル［Ｒｕ３（ＣＯ）１２］含むガスを成膜ガス供給部２８に供給する。
【００２４】
また、成膜装置１は制御部１０を備えている。この制御部１０はコンピュータにより構成されており、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、成膜装置１における後述の一連の動作を実施することができるようにステップ群が組み込まれている。当該プログラムによって制御部１０は成膜装置１の各部に制御信号を出力し、当該各部の動作が制御される。具体的には、成膜ガス供給源２９、伝熱ガス供給源２６からの各ガスの供給、圧力調整部１７による処理容器１１内の圧力の調整、昇降機構６４による載置台２の昇降、昇降機構４６による昇降ピン２３の昇降、ヒーター２２の発熱量の調整によるウエハＷの温度の調整、スイッチ３４のオンオフなどの各動作が、制御信号によって制御される。上記のプログラムは、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納されて、制御部１０にインストールされる。
【００２５】
図１で示した待機位置に位置する静電チャック３に昇降ピン２３を介してウエハＷが載置される。静電チャック３が図２で示した処理位置に移動し、ウエハＷにクランプリング４が接すると共にスイッチ３４がオンになることで、ウエハＷが静電チャック３に吸着される。静電チャック３にウエハＷが吸着されることで、ヒーター２２により加熱された当該静電チャック３からウエハＷに熱が伝導される。また、静電チャック３のガス吐出孔２５からウエハＷの裏面に伝熱ガスが吐出され、ウエハＷの裏面と静電チャック３との微小な隙間を流れる。この伝熱ガスを介することによっても、静電チャック３の熱がウエハＷに伝導される。上記のようにウエハＷの裏面全体が静電チャック３に吸着されており、伝熱ガスによって満たされた状態となっているので、ウエハＷの面内は均一性高く加熱される。その結果として、ウエハＷの面内の各部において温度が均一性良く昇温することができる。成膜ガス供給部２８から成膜ガスが供給され、当該成膜ガスを構成するルテニウムカルボニルがウエハＷの表面で熱により分解し、ウエハＷ表面にＲｕ膜が形成される。
【００２６】
また、このＲｕ膜の成膜処理は、処理容器１１内の圧力を比較的低くして行われる。このように成膜圧力が低いプロセスの場合は、載置台の熱がウエハＷに伝熱されにくい。上記の成膜装置１による、ウエハ吸着、伝熱ガス、クランプリングの構成によって、より確実にウエハＷの温度を所望の温度にして成膜を行うことができるという利点が有る。そしてＲｕ膜が所定の膜厚となると、成膜ガス供給部２８からの成膜ガスの供給及びガス吐出孔２５からの伝熱ガスの吐出が夫々停止して成膜処理が終了し、ウエハＷは処理容器１１への搬入時に行われた手順とは逆の手順で、処理容器１１内から搬出される。
【００２７】
この成膜装置１によれば、ウエハＷの裏面を載置する静電チャック３、ウエハＷの周端部の表面側に当接するクランプリング４を構成する電極３２が直流電源３５の正極、負極に夫々接続されている。そして、これら電極３２、クランプリング４間に電圧が印加されて発生する静電吸着力により、プラズマを形成しない雰囲気においてウエハＷが当該静電チャック３に吸着される。それにより、ウエハＷの面内における温度の均一性が高くなるように加熱されるので、当該面内において均一性高い膜厚でＲｕ膜が成膜される。その結果として、ウエハＷから製造される半導体製品の歩留りの向上を図ることができる。
【００２８】
ところで、ウエハＷを処理する際におけるクランプリング４の処理位置としては、ウエハＷに接触する位置であればよく、接触し且つ押圧する位置であってもよい。ウエハＷを押圧する位置とすることで、ウエハＷの周端部は、この押圧力と静電チャック３の吸着作用とによって確実に当該静電チャック３に接触して、ヒーター２２により加熱された静電チャック３から伝熱される。つまり、より確実にウエハＷの周端部が静電チャック３から浮き上がることを防ぎ、当該周端部の温度の低下を抑制することができる。
【００２９】
図５は、クランプリング４の下方で静電チャック３の周端部上に流路５３の一端が開口した例を示している。流路５３の他端は、成膜抑制ガスとして例えばＣＯ（一酸化炭素）ガスを供給するＣＯガス供給源５４に接続されている。クランプリング４の下方で静電チャック３の周端部上に流路５３を介して供給された成膜抑制ガスは、ウエハＷとクランプリング４の接触部４２とが接触する箇所の成膜を抑制することができる。
【００３０】
続いて成膜装置１の変形例である成膜装置６について、成膜装置１との差異点を中心に、図６を参照して説明する。クランプリング４を支持する支柱４３の下端は、載置台２を支持する支柱２１を囲むように設けられた水平な円環状の下側リング部材４４の外縁部上に支持されている。この下側リング部材４４の内縁部は、載置台２の周縁部の下方に位置している。下側リング部材４４についても導電路として構成されている。また、下側リング部材４４は支持棒４５を介して昇降機構４６に接続されている。昇降ピン２３は支持板６１に支持される代わりに下側リング部材４４に支持されている。従って、クランプリング４と昇降ピン２３とが昇降機構４６によって共に昇降する。
【００３１】
クランプリング４は図中に実線で示す位置と、鎖線で示す位置との間で昇降する。この実線で示す位置はクランプリング４がウエハＷに接触し、ウエハＷが静電チャック３に吸着される位置であり、クランプリング４から見て静電チャック３は、成膜装置１の説明で述べた処理位置に位置していることになる。上記の鎖線で示す位置は、搬送機構と昇降ピン２３との間でウエハＷの受け渡しが行われるときのクランプリング４の位置であり、クランプリング４から見て、静電チャック３は既述の待機位置に位置していることになる。この成膜装置１、６で示すように静電チャック３はクランプリング４に対して相対的に昇降すればよく、静電チャック３及びクランプリング４のうちのいずれが昇降してもよい。なお、クランプリング４については、直流電源３４及びグラウンドへ電気的に接続されていればよく、この接続を行うための導電路としては、支柱４３や下側リング部材４４によって構成されることには限られない。
【００３２】
ところで成膜装置１によって成膜ガスにより成膜される膜としてはＲｕに限られず、他の導電性を有する導電膜を成膜する場合にも用いることができる。この導電膜は絶縁膜以外の膜であり、金属膜が含まれる。具体的には例えばＣｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）などの金属膜を成膜することができる。さらに導電膜としては、Ｓｉ（シリコン）などの半導体膜やカーボンなどの導電性を有する膜が含まれる。また、成膜装置としてはプラズマが形成されていない雰囲気で、成膜ガスを基板に供給することで当該基板に成膜を行うものであればよい。従って、ＣＶＤにより成膜を行う装置には限られず、原料ガスと、原料ガスと反応する反応ガスとを交互に繰り返し処理容器１１内に供給して、ＡＬＤにより基板に成膜を行う装置として構成されてもよい。具体的には、例えば原料ガスとしてＴｉＣｌ４（四塩化チタン）ガス、反応ガスとしてＮＨ３（アンモニア）ガスを供給してＡＬＤによってＴｉＮ（窒化チタン）膜を形成する成膜装置として構成してもよい。なお、成膜装置１は、上記のようにウエハＷの裏面全体が吸着され、その下方を伝熱ガスが流れる。従って、ウエハＷの裏面には導電膜が形成され難く、この導電膜の成膜によってウエハＷの吸着力が失われることが抑制されるため、上記の導電膜をウエハＷの表面に成膜する際に特に有効である。ただし、ＳｉＯ２（酸化シリコン）などの絶縁膜をウエハＷに成膜する場合にも成膜装置１を適用することができる。また、本技術の処理装置は成膜装置として構成されることには限られず、例えばエッチングガスを処理ガスとしてウエハＷに供給してエッチングを行うエッチング装置として構成されてもよい。また、上記の例では静電チャック３の表面側に設けられる導電部材をクランプリング４、即ち環状部材としているが、導電部材については、上記のようにプラズマを形成しない雰囲気でウエハＷに接触して静電吸着力を発生させることができる構成であればよい。つまり、導電部材は任意の形状とすることができ、環状とすることには限られない。
【００３３】
また、静電チャック３についてクランプリング４と静電チャック３の電極３２との間に電位差が形成されて通電されればよく、従って直流電源３５の正極及び負極をグラウンドに接続しない場合も本発明の権利範囲に含まれる。なお、本発明は以上に述べた構成例には限定されず、上記の各実施形態は適宜変更したり、組み合わせたりすることができる。
【符号の説明】
【００３４】
Ｗ            ウエハ
１            成膜装置
１０          制御部
１１          処理容器
２            載置台
２８          成膜ガス供給部
３            静電チャック
３１          電極
３２          本体部
３５          直流電源
４            クランプリング
【図１】
2019106979.tif 000003
【図２】
2019106979.tif 000004
【図３】
2019106979.tif 000005
【図４】
2019106979.tif 000006
【図５】
2019106979.tif 000007
【図６】
2019106979.tif 000008
【国際調査報告】
2019106979.tif 000009
2019106979.tif 000010
2019106979.tif 000011
2019106979.tif 000012