(57)【要約】【課題】イオン注入むらや吸着力の低下がなく、被処理体の表面における蓄積電荷量を一定に維持した静電チャックを提供する。【解決手段】保持面１２を有する誘電体層１３内に、保持面１２に平行な平面を有する単極の平面電極１４を埋設した載置台を有する。誘電体層１３には貫通孔１５が形成され、この貫通孔１５内に先端が保持面１２に延びる導電性針１６が挿入される。平面電極１４にはスイッチ１７を介して直流電源１８が、導電性針１６にはスイッチ１９を介して直流電源２０が接続される。直流電源２０からの電圧は導電性針１６を介して半導体ウェハ１１に直接印加され、半導体ウェハ１１と平面電極１４で挟まれた誘電体層１３間の静電容量による静電力が半導体ウェハ１１に作用して、半導体ウェハ１１は誘電体層１３に吸着される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持面を有する誘電体層内に前記保持面に平行な平面を有する単極の平面電極を埋設した載置台と、前記誘電体層を貫通して先端が前記保持面に延びる導電性針と、前記平面電極に第１の電圧を印加する第１の直流電源と、前記導電性針に第２の電圧を印加する第２の直流電源を有することを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
前記導電性針が導電性ダイヤモンド針で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
前記第１の電圧が正または負の可変電圧であり、前記第２の電圧が正の所定の電圧であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体などを静電気力により吸着して載置台に保持する静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路などを製造する際、エッチングやイオン注入する際に、被処理体などを静電気力により処理台に吸着させる静電チャックが広く使用されている。従来、静電チャックとして、電極上に絶縁膜を形成した載置台上に被処理体を載置し、電極に直流電圧を印加して吸着させる単極型の構成（たとえば特許文献１および特許文献２参照）、および、被処理体の載置台となる誘電体膜の下に正電圧を印加する電極と負電圧を印加する電極を並べて配置し、両電極間に電圧を印加する双極型の構成（たとえば特許文献３参照）が知られている。
これらの静電チャックを利用してスパッタリング、プラズマＣＶＤ、プラズマエッチングなどの処理を行うと、被処理体にイオン、電子、イオン化スパッタ粒子などの荷電粒子が入射する。この荷電粒子の入射によりたとえば被処理体に絶縁膜を形成する場合は絶縁膜の絶縁破壊が生じることや、また、被処理体の表面に自己バイアス電圧が発生し、被処理体の載置台に対する吸着力が低下することがある。
これらの問題に対処するために、双極型の吸着電極の各々への印加電圧を独立して制御し、被処理体の表面電位を調節して荷電粒子の混入を抑制する構成が提案されている（たとえば、特許文献４参照）。また、プラズマ処理装置の真空チャンバ内に設けた電極の表面に誘電体膜を形成し、誘電体膜上に載置した被処理体に実吸着電圧とプラズマ処理による自己バイアス電圧との和である電圧を印加させて吸着力の低下を防止する構成（たとえば特許文献５および特許文献６参照）も提案されている。
【特許文献１】特開平６−１５１５６８号公報（００１０）、図３など）
【特許文献２】特開平７−７０７１号公報（（００１０）〜（００１１）、図１など）
【特許文献３】特開平１０−１８９６９７号公報（（００１４）〜（００１１）、図１〜２など）
【特許文献４】特開２００２−１８６６１号公報（（００２０）、図２、図３など）
【特許文献５】特開２０００−４９２１６号公報（（００４４）〜（００４５）、（００５１）〜（００６２）、図１など）
【特許文献６】特開２００２−２５２２７６号公報（（００２１）（００２３）、（００２６）〜（００２７）、図１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１および特許文献２に記載された静電チャックにおいては、前述した被処理体にイオン、電子、イオン化スパッタ粒子などの荷電粒子が入射することによる絶縁膜の絶縁破壊や吸着力の低下という問題に対しての手立てがなされていない。
特許文献３に記載された静電チャックにおいては、荷電粒子が入射することによる絶縁膜の絶縁破壊や吸着力の低下という問題に加え、被処理体の処理工程において、荷電粒子が被処理体に入射する際に、双極型の吸着電極のパターン形状に起因して被処理体表面に均一に入射せずにパターン形状に対応した入射むらが生じる問題がある。
特許文献４に記載された静電チャックにおいては、双極型の吸着電極の各々への印加電圧を変えたときの被処理体の表面電位をあらかじめ測定し、印加電圧と表面電位との関係を特定してこの関係に従って印加電圧を制御しているので、制御方法が複雑である課題がある。
特許文献５および特許文献６に記載された静電チャックは、自己バイアスを測定してその自己バイアス電圧を吸着電圧に印加するようにしているので、自己バイアスの測定をする必要があり、制御方法が複雑である課題がある。
【０００４】
本発明はこのような課題を解決するもので、イオン注入むらや吸着力の低下がなく、被処理体の表面における蓄積電荷量を一定に維持することが可能な静電チャックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の本発明の静電チャックは、保持面を有する誘電体層内に前記保持面に平行な平面を有する単極の平面電極を埋設した載置台と、前記誘電体層を貫通して先端が前記保持面に延びる導電性針と、前記平面電極に第１の電圧を印加する第１の直流電源と、前記導電性針に第２の電圧を印加する第２の直流電源を有することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の静電チャックにおいて、前記導電性針が導電性ダイヤモンド針で構成されたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の静電チャックにおいて、前記第１の電圧が正または負の可変電圧であり、前記第２の電圧が正の所定電圧であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、載置台上の被処理体を誘電体層内に埋設された平面電極と被処理体との間に印加される電圧により静電吸着するので、吸着力が大きく、しかも確実に吸着させることができる
また、載置台上の被処理体を静電吸着する電極が単極型であるので、被処理体に荷電粒子を照射した場合に入射むらが生じる事がなく、均一に入射させることができる。
また、被処理体の表面に入射した荷電粒子を導電性針から電源側に逃がすので、被処理体の表面に荷電粒子が蓄積されることがなく、被処理体の表面電位を一定に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１の実施の形態による静電チャックは、被処理体を保持する誘電体層内に埋設した単極の平面電極と、被処理体に接触する導電性針間に吸着電圧を印加するので、吸着力が大きく、しかも確実に吸着させることができる。また、被処理体を静電吸着する電極が単極型であるので、被処理体に荷電粒子を照射した場合に入射むらが生じることがなく、均一に入射させることができる。また、被処理体の表面に蓄積した荷電粒子を導電性針から電源側に逃がすので、被処理体の表面における荷電粒子の蓄積量を一定に維持することができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による静電チャックにおいて、導電性針を導電性ダイヤモンド針で構成したので、被処理体の裏面に酸化膜が形成されていても、導電性ダイヤモンド針から印加される電圧により瞬時に酸化膜を破り、被処理体に直接吸着電圧を印加させることができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による静電チャックにおいて、平面電極に印加される正または負の可変電圧と導電性針に印加される正の所定電圧により、両者間に広範囲で調整可能な吸着電圧を印加することができ、吸着状態を自在に制御することができる。
【実施例】
【０００８】
以下本発明の実施例について図面とともに詳細に説明する。
図１は本発明の実施例における静電チャック１０の概略構成を示す一部破断側面図である。なお、以下の説明では被処理体として半導体ウェハを例に説明する。
半導体ウェハ１１を保持する保持面１２を有する載置台としての誘電体層１３の内部に、保持面１２に平行な平面を有する平面電極１４が埋設されている。平面電極１４は一枚の単極構成で、平面電極１４と半導体ウェハ１１間の誘電体層１３により静電容量を形成する。誘電体層１３には、平面電極１４と離れた位置に貫通孔１５が形成されており、貫通孔１５内に導電性針１６が上下動自在に挿入されている。導電性針１６は金属などの導電材料で構成しても良いが、後述する理由から導電性ダイヤモンドで構成することが好ましい。
平面電極１４にはスイッチ１７を介して直流電源１８が接続されている。直流電源１８は、−１０００ボルトの負電圧から＋１０００ボルトの正電圧の範囲で調整可能な可変電圧を発生し、その電圧は吸着電圧として平面電極１４に印加される。導電性針１６にはスイッチ１９を介して直流電源２０が接続され、正の所定の電圧、たとえば、＋１０００ボルトを吸着電圧として導電性針１６に印加する。
【０００９】
つぎに、動作を説明する。まず、誘電体層１３の保持面１２の上に半導体ウェハ１１を載置し、導電性針１６を上下動させてその先端が半導体ウェハ１１の裏面の一部に接触させた状態で保持する。
つぎに、スイッチ１７をオンして平面電極１４に直流電源１８により負電圧または正電圧の直流電圧Ｖ１を印加する。直流電源１８により印加する直流電圧は、半導体ウェハ１１の種類、厚さ、大きさ、あるいは処理内容、処理条件などに応じて−１０００ボルトの負電圧から＋１０００ボルトの正電圧の範囲のいずれかの電圧が選定される。一方、導電性針１６にはスイッチ１９をオンして直流電源２０によりあらかじめ選定された正の所定の電圧Ｖ２、たとえば、＋１０００ボルトを印加する。この結果、半導体ウェハ１１と平面電極１４で挟まれた誘電体層１３には直流電圧Ｖ１と直流電圧Ｖ２との差の電位差が生じ、両者間の静電容量による静電力が半導体ウェハ１１に作用して、半導体ウェハ１１は誘電体層１３に吸着される。このとき、半導体ウェハ１１に直接吸着電圧が作用しているので、半導体ウェハ１１の誘電体層１３への吸着力は非常に大きくなる。
なお、半導体ウェハ１１の裏面に酸化膜などの絶縁膜が形成されている場合は、導電性針１６を半導体ウェハ１１に接触させても直流電源２０からの直流電圧が半導体ウェハ１１に印加されない場合がある。しかし、導電性針１６を導電性ダイヤモンド針で構成すると、導電性ダイヤモンド針で印加される電圧により瞬時に半導体ウェハ１１の酸化膜が破られて、導電性ダイヤモンド針を半導体ウェハ１１に直接接触させることができる。したがって、半導体ウェハ１１の裏面に酸化膜などの絶縁膜が形成されている場合でも半導体ウェハ１１に直接吸着電圧を印加させることができる。
【００１０】
図２は図１の静電チャック１０を使用して、半導体ウェハ１１にイオン注入処理を行うイオン注入装置の概略構成を示す一部破断側面図である。
静電チャック１０は真空容器２１内に配置され、真空容器２１内には半導体ウェハ１１に対向してイオン注入部２２が配置される。イオン注入部２２の構成および動作原理は周知であるので説明を省略する。半導体ウェハ１１を図１で説明したようにして静電チャック１０に吸着させた状態で、イオン注入部２２から半導体ウェハ１１にイオン２３を注入させると、半導体ウェハ１１はイオン注入処理される。
このとき半導体ウェハ１１に注入されたイオン２３の一部が半導体ウェハ１１の表面に蓄積電荷２４として蓄積され、イオン注入の進行につれて蓄積電荷２４は増加していわゆるチャージアップ現象が起こる。従来技術における静電チャックではこのチャージアップ現象により吸着力が低下していたが、本発明においては、蓄積電荷２４は導電性針１６を通って直流電源２０を介して設置され、チャージアップをキャンセルすることができる。したがって、半導体ウェハ１１の表面の蓄積電荷量を一定に維持されるので、吸着力が低下したり変化したりすることがない。
【００１１】
また、平面電極１４は一枚の単極構成であるので、半導体ウェハ１１に対して注入されるイオンは半導体ウェハ１１の表面に均一に注入され、双極型の吸着電極のような入射むらが生じることがない。
なお、イオン注入の代わりにプラズマ処理を行う場合は、イオン注入部２２の代わりにプラズマガス供給源に連結した上電極（図示せず）が設けられ、この電極と誘電体層１３の下部に設けた下電極（図示せず）に簡易電圧を印加してプラズマ２５を発生させる。この場合、半導体ウェハ１１の表面にチャージアップされる蓄積電荷２４はプラズマ２５から上電極を通って接地はされるが、本発明を適用することにより蓄積電荷２４の除去作用を一層大きくすることができる。
なお、蓄積電荷２４をセンサーにより計測してチャージアップキャンセル量をコントロールしてもよい。センサーとしては、表面電位計、モノクロメータ、分光器、プラズマモニタを用いることができる。
また、本実施例では、静電チャックとして説明したが、静電チャック機能を持たなくても、半導体ウェハ１１にバイアスを加えることによって、半導体ウェハ１１へのイオン注入量、深さ、拡散長等の特性を変更することができ、プロセスウィンドウ（形状・ユニフォミティ・レート等）を拡大することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明による静電チャックは、半導体集積回路などを製造する際に、半導体ウェハなどの被処理体をエッチング処理したりイオン注入したりするエッチング装置や成膜装置において、被処理体などを静電気力により処理台に吸着させる静電吸着装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例における静電チャック１０の概略構成を示す一部破断側面図
【図２】本発明の実施例における静電チャック使用したイオン注入装置の概略構成を示す一部破断側面図
【符号の説明】
【００１４】
１０  静電チャック
１１  半導体ウェハ
１２  保持面
１３  誘電体層
１４  平面電極
１５  貫通孔
１６  導電性針
１７、１９  スイッチ
１８、２０  直流電源
２１  真空容器
２２  イオン注入部
２３  イオン
２４  蓄積電荷
２５  プラズマ
【図１】
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【図２】
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