(57)【要約】  【課題】本発明の目的は、さまざまな大きさの被吸着物を取り扱う場合でも、被吸着物から、はみ出す吸着ステージ部表面の減耗、及び、反応生成物の付着を抑制することのできる静電チャック装置を提供することである。  【解決手段】本発明の静電チャック装置１０１は、静電チャックステージ部１０２と静電チャック用電源部１０３と切換スイッチ部１０４とで構成されており、帯電領域が半導体ウェーハ５から、はみ出さないように各ペア電極を配置し、切換スイッチ部１０４により、ペア単位で電圧を印加して帯電領域を段階的に切替えることができる。【選択図】  図１
2005347545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁物の内部に配置した電極に電圧を印加し帯電させ、前記絶縁物上に載置した被吸着物を静電吸着する静電チャック装置において、前記帯電領域は、前記被吸着物の大きさに応じて可変であることを特徴とする静電チャック装置。
【請求項２】
前記帯電領域は、前記被吸着物の上方から見て、前記被吸着物から、はみ出さない領域とすることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック装置。
【請求項３】
前記帯電領域は、前記被吸着物の大きさの種類と同じ数だけ段階的に可変であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電チャック装置。
【請求項４】
前記電極は、個別に電圧を印加可能な複数の部分電極群から成り、前記部分電極群から任意の部分電極を選択して電圧を印加することで帯電領域を可変とすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の静電チャック装置。
【請求項５】
前記部分電極群は、双極型の静電チャック装置の場合、静電チャック位置中央に対して対称的に配置された複数組のペア電極で成ることを特徴とする請求項４に記載の静電チャック装置。
【請求項６】
前記部分電極群は、単極型の静電チャック装置の場合、静電チャック位置中央に配置された円形電極と、それを同心円状に取り巻くように配置された少なくとも１つ以上のドーナツ状電極とで成ることを特徴とする請求項４に記載の静電チャック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、プラズマエッチング装置やイオン注入装置等の半導体製造装置に備えられ、被吸着物としての半導体ウェーハを静電吸着する静電チャック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電チャック装置を備えた半導体装置の一例としてのプラズマエッチング装置の要部断面図を図５に示す。尚、静電チャック装置には双極型と単極型があるが図５には一例として双極型の静電チャック装置を示す。
【０００３】
プラズマエッチング装置１は、主に、真空チャンバ２と、その内部に対向して配置された下部電極３および上部電極４と、下部電極３上に配置され被吸着物としての半導体ウェーハ５を吸着保持する静電チャック装置６と、外部に配置されたプラズマ発生用のＲＦ電源７とで構成されている。
【０００４】
また、真空チャンバ２には、反応性ガスを導入するガス導入口８と、不要ガスを排気するガス排気口９とが設けられている。そして、上部電極４は接地され、下部電極３はＲＦ電源７と接続され、下部電極３に高周波電圧を加えることにより、下部電極３と上部電極４との間の空間にプラズマを励起する。
【０００５】
このようなプラズマエッチング装置１の使用方法は、先ず、半導体ウェーハ５を静電チャック装置６上に載置し静電吸着し、次に、真空チャンバ２内を真空にしてガス導入口８より反応性ガスを導入した後、ＲＦ電源７をＯＮにして下部電極３と上部電極４との間の空間にプラズマを励起させる。そして、プラズマ中に発生するイオンや中性ラジカルで半導体ウェーハ５表面をエッチングする。このとき、半導体ウェーハ５だけでなく、半導体ウェーハ５から、はみ出した静電チャック装置６表面もプラズマに晒されるため不所望にもエッチングされ減耗する。
【０００６】
そして、プラズマエッチング終了後、ＲＦ電源７をＯＦＦにして不要ガスをガス排気口９から排気した後、半導体ウェーハ５を静電チャック装置６から離脱させる。以上の動作を繰返し、順次、次の半導体ウェーハ５に対してプラズマエッチング作業を行う。
【０００７】
次に、静電チャック装置の構成の詳細について図６〜図８を用いて説明する。尚、図６，図７は双極型の静電チャック装置を示し、図８は単極型の静電チャック装置を示す。また、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ線における側断面図、図７，図８は側断面図である。
【０００８】
先ず、双極型の静電チャック装置６は、図６に示すように、静電チャックステージ部１０と静電チャック用電源部１１とで構成されている。静電チャックステージ部１０は、例えば、略半円形の一対の平板電極１２，１３を所定間隔Ｌ１（例えば、数ｍｍ）だけ離間させて誘電率の高い絶縁物１４中に配置した組立体であり、静電チャック用電源部１１は、平板電極１２，１３に接続され、平板電極１２，１３に電位差を付与可能となっている。
【０００９】
尚、間隔Ｌ１は、平板電極１２，１３と半導体ウェーハとの対向面積をあまり減少させない程度で、かつ、平板電極１２，１３間の耐圧を確保できる寸法とする。また、充分なクーロン力を得るために半導体ウェーハを載置する静電チャックステージ部１０の表面側の絶縁物１４の厚さは比較的薄く成形してある。
【００１０】
このような双極型の静電チャック装置６で半導体ウェーハを吸着した時の各部の帯電状態及び帯電領域を図７に示す。静電チャック用電源部１１をＯＮにして平板電極１２，１３間に直流電圧（例えば、１ｋｖ程度）を印加すると平板電極１２，１３はそれぞれ正・負に帯電し、その上の絶縁物１４を誘電分極させ、クーロン力を利用して半導体ウェーハ５を静電吸着する。この場合、平板電極１２，１３のほぼ真上全域が強い帯電領域となる。
【００１１】
次に、単極型の静電チャック装置１５は、図８に示すように、絶縁物１４の内部に単一の平板電極１６（例えば、円形）を備えており、半導体ウェーハ５は接地されている。そして、静電チャック用電源部１１により平板電極１６に直流電圧を印加して帯電させ、その上の絶縁物１４を誘電分極させ、クーロン力を利用して半導体ウェーハ５を静電吸着する。この場合、平板電極１６のほぼ真上全域が強い帯電領域となる。
【００１２】
ここで、上述したような従来の双極型あるいは単極型の静電チャック装置６，１５には以下の２つの問題点があった。先ず、第１の問題点は、プラズマエッチングの際に、半導体ウェーハ５から、はみ出した静電チャックステージ部１０表面の絶縁物１４が徐々にエッチングされ減耗していくことであった。
【００１３】
特に、半導体ウェーハ５から、はみ出す領域の中でも、直下に帯電した平板電極１２，１３，１６がある領域（図７，８中の領域Ａ）は、誘導分極による電荷が多く分布しているためプラズマからのイオンやラジカルの物理的衝撃力が大きくなり、直下に帯電した平板電極１２，１３，１６がない領域（図７，８中の領域Ｂ）に比較して減耗量が大きくなるおそれがあった。領域Ａと領域Ｂの減耗量の差を模式的に図９に示す。図９（ａ）は双極型の静電チャック装置６の場合、図９（ｂ）は単極型の静電チャック装置１５の場合を示す。
【００１４】
また、第２の問題点は、直下に帯電した平板電極１２，１３，１６がある領域（領域Ａ）には電界が生じているため、直下に帯電した平板電極１２，１３，１６がない領域（領域Ｂ）に比較して、プラズマエッチングにより生じた反応生成物１７が付着しやすいという点であった。領域Ａと領域Ｂの反応生成物１７の付着量の差を模式的に図１０に示す。図１０（ａ）は双極型の静電チャック装置６の場合、図１０（ｂ）は単極型の静電チャック装置１５の場合を示す。
【００１５】
そして、さらに、第１の問題点である静電チャックステージ部１０表面の絶縁物１４の減耗が進行し、第２の問題点である反応生成物１７の付着とが重なると、図１１（ａ）に示すように、双極型の場合、平板電極１２，１３間（間隔Ｌ１部）の耐圧が劣化したり、単極型の場合であっても、図１１（ｂ）に示すように、平板電極１６と半導体ウェーハ５間の耐圧が劣化したりして、その結果、静電吸着力の低下を招くおそれがあった。
【００１６】
このような課題を解決する手段の１つとして、図１２に示すように、半導体ウェーハ５から、はみ出す領域下の平板電極１２，１３間の間隔を部分的に拡大（Ｌ１<Ｌ２）させる構成が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−７８１１号公報
【００１７】
しかしながら、このように平板電極１２，１３の間隔を部分的に拡大させる構成では、寸法が固定的である点に加えて、平板電極１２，１３が対向する領域においては間隔を大きくすることで耐圧強化が可能であるが、依然として半導体ウェーハ５から、はみ出す帯電領域が存在するため十分とは言えなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従来の静電チャック装置では、被吸着物から、はみ出す領域で、かつ、直下に帯電した平板電極がある領域は、プラズマエッチング等の処理の際に、誘導分極による電荷が多く分布しているためイオンやラジカルの物理的衝撃力が大きくなり減耗量が大きくなったり、その電界のために反応生成物が付着しやすい傾向があり、各平板電極間、あるいは、平板電極と被吸着物間の耐圧が劣化し、その結果、静電吸着力の低下を招くおそれがあった。
【００１９】
本発明の目的は、さまざまな大きさの被吸着物を取り扱う場合でも、被吸着物から、はみ出す吸着ステージ部表面の減耗、及び、反応生成物の付着を抑制することのできる静電チャック装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の静電チャック装置は、絶縁物の内部に配置した電極に電圧を印加し帯電させ、絶縁物上に載置した被吸着物を静電吸着する静電チャック装置において、帯電領域は、被吸着物の大きさに応じて可変であることを特徴とする静電チャック装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の静電チャック装置によると、さまざまな大きさの被吸着物を取り扱う場合でも、被吸着物から、はみ出す吸着ステージ部表面の減耗、及び、反応生成物の付着を抑制することができ、各電極間、あるいは、電極と被吸着物間の耐圧劣化を防止し、その結果として静電吸着力を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、さまざまな大きさの被吸着物を取り扱う場合でも、被吸着物から、はみ出す吸着ステージ部表面の減耗、及び、反応生成物の付着を抑制すると言う目的を、被吸着物の大きさに応じて帯電領域を可変とすることで実現した。
【実施例】
【００２３】
本発明の静電チャック装置の一例を図１〜図４を用いて説明する。尚、図１，図２は双極型の静電チャック装置を示し、図３，図４は単極型の静電チャック装置を示す。また、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線における側断面図、図２は側断面図、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ線における側断面図、図４は側断面図である。
【００２４】
本発明の双極型の静電チャック装置１０１は、図１に示すように、静電チャックステージ部１０２と静電チャック用電源部１０３と切換スイッチ部１０４とで構成されている。尚、ここでは、取り扱う半導体ウェーハ５の大きさが３種類と仮定して、帯電領域を３段階に可変する例で説明する。
【００２５】
静電チャックステージ部１０２は、誘電率の高い絶縁物１４中に、複数の部分電極群１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃが配置された組立体であり、部分電極１０５ａと部分電極１０６ａとが静電チャック位置中央に所定間隔Ｌ１だけ離間して対称的にペアで配置（ペア電極１と呼ぶ）され、その外側に部分電極１０５ｂと部分電極１０６ｂとが対称的にペアで配置（ペア電極２と呼ぶ）され、さらに、その外側に部分電極１０５ｃと部分電極１０６ｃとが対称的にペアで配置（ペア電極３と呼ぶ）されている。
【００２６】
ここで、各ペア電極の組合せ（ペア電極１，ペア電極１＋ペア電極２，ペア電極１＋ペア電極２＋ペア電極３）で形成される３段階の帯電領域の各大きさが、取り扱う３種類の大きさの半導体ウェーハ５から、それぞれ、はみ出さない大きさとなるように、各ペア電極は配置されている。尚、隣合う各部分電極間の間隔Ｌ２は、両者を絶縁できる寸法とする。
【００２７】
また、静電チャック用電源部１０３は、各部分電極群１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃに接続され、切換スイッチ部１０４により、それぞれのペア電極にペア単位で電圧を印加可能となっており、ペア電極を組合せて選択して電圧印加することで帯電領域を段階的に切替えることができるようになっている。
【００２８】
例えば、このような双極型の静電チャック装置１０１の使用方法は、図２（ａ）に示すように、小さな半導体ウェーハ５（大きさＡ１）の場合には、最小の帯電領域を形成するペア電極１（１０５ａ，１０６ａ）だけに電圧を印加するようにして、帯電領域が半導体ウェーハ５から、はみ出さないようにする。
【００２９】
次に、もう少し大きい半導体ウェーハ５（大きさＡ２）の場合には、図２（ｂ）に示すように、ペア電極１（１０５ａ，１０６ａ）とペア電極２（１０５ｂ，１０６ｂ）とを組合せて電圧を印加して帯電領域が半導体ウェーハ５から、はみ出さないようにする。
【００３０】
このようにして、適宜、帯電領域が取り扱う半導体ウェーハ５から、はみ出さず、かつ、最大の帯電領域が得られるようにペア電極を選択しながら電圧を印加し半導体ウェーハ５を静電吸着する。そして、このように半導体ウェーハ５から、はみ出す帯電領域をなくすことで、プラズマエッチング等の際の不所望な静電チャックステージ部１０２表面の減耗や反応生成物の付着が抑制できる。
【００３１】
尚、上記では、帯電領域の大きさを３段階に切替える例で説明したが、特にこれに限るものではなく、取り扱う半導体ウェーハの大きさの種類に応じてペア電極数を変えればよい。また、各部分電極の形状も特に限定するものではなく、半導体ウェーハ５との対向面積の点で、所望の静電吸着力が確保できる形状であれば何でもよい。
【００３２】
次に、本発明の単極型の静電チャック装置２０１は、図３に示すように、静電チャックステージ部２０２と静電チャック用電源部２０３と切換スイッチ部２０４とで構成されている。尚、ここでは、取り扱う半導体ウェーハ５の大きさが３種類と仮定して、帯電領域を３段階に可変する例で説明する。
【００３３】
静電チャックステージ部２０２は、誘電率の高い絶縁物１４中に、複数の部分電極群２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃが配置された組立体であり、静電チャック位置中央に円形の部分電極２０５ａ、その外側にドーナツ状の部分電極２０５ｂ、さらにその外側にドーナツ状の部分電極２０５ｃが同心円状に配置されている。
【００３４】
ここで、各部分電極の組合せ（２０５ａ，２０５ａ＋２０５ｂ，２０５ａ＋２０５ｂ＋２０５ｃ）で形成される３段階の帯電領域の各大きさが、取り扱う３種類の大きさの半導体ウェーハ５から、それぞれ、はみ出さない大きさとなるように、各部分電極は配置されている。尚、隣合う各部分電極間の間隔Ｌ２は、両者を絶縁できる寸法とする。
【００３５】
また、静電チャック用電源部２０３は、各部分電極群２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃに接続され、切換スイッチ部２０４により、各部分電極毎に電圧を印加可能となっており、部分電極を組合せて選択して電圧印加することで帯電領域を段階的に切替えることができるようになっている。
【００３６】
例えば、このような単極型の静電チャック装置２０１の使用方法は、図４（ａ）に示すように、小さな半導体ウェーハ５（大きさＡ１）の場合には、最小の帯電領域を形成する部分電極２０５ａだけに電圧を印加するようにして、帯電領域が半導体ウェーハ５から、はみ出さないようにする。
【００３７】
次に、もう少し大きい半導体ウェーハ５（大きさＡ２）の場合には、図４（ｂ）に示すように、部分電極２０５ａと部分電極２０５ｂとを組合せて電圧を印加して帯電領域が半導体ウェーハ５から、はみ出さないようにする。
【００３８】
このようにして、適宜、帯電領域が、取り扱う半導体ウェーハ５から、はみ出さず、かつ、最大の帯電領域が得られるように部分電極を選択しながら電圧を印加し半導体ウェーハ５を静電吸着する。そして、このように半導体ウェーハ５から、はみ出す帯電領域をなくすことで、プラズマエッチング等の際の不所望な静電チャックステージ部２０２表面の減耗や反応生成物の付着が抑制できる。
【００３９】
尚、上記では、帯電領域の大きさを３段階に切替える例で説明したが、特にこれに限るものではなく、取り扱う半導体ウェーハの大きさの種類に応じて部分電極数を変えればよい。また、各部分電極の形状も特に限定するものではなく被吸着物との対向面積が所望の静電吸着力が確保できる形状であれば何でもよい。  
【００４０】
尚、上記では、静電チャック装置を具備する半導体製造装置としてプラズマエッチング装置を用いて説明してきたが、プラズマエッチング装置に限らず例えばイオン注入装置などの処理装置においてもイオンビームによって静電チャックステージ表面の絶縁物が削られるという課題を有している処理装置であれば同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、さまざまな大きさの被吸着物を取り扱う場合でも、被吸着物から、はみ出す吸着ステージ部表面の減耗、及び、反応生成物の付着を抑制することのできる静電チャック装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の双極型の静電チャック装置の一例の平面図及び側断面図
【図２】本発明の双極型の静電チャック装置の一例の側断面図
【図３】本発明の単極型の静電チャック装置の一例の平面図及び側断面図
【図４】本発明の単極型の静電チャック装置の一例の側断面図
【図５】従来の静電チャック装置、を備えたプラズマエッチング装置の要部断面図
【図６】従来の双極型の静電チャック装置の平面図及び側断面図
【図７】従来の双極型の静電チャック装置の一例の側断面図
【図８】従来の単極型の静電チャック装置の一例の側断面図
【図９】従来の静電チャック装置における課題の説明図
【図１０】従来の静電チャック装置における課題の説明図
【図１１】従来の静電チャック装置における課題の説明図
【図１２】従来の静電チャック装置の平面図
【符号の説明】
【００４３】
１    プラズマエッチング装置
２    真空チャンバ
３    下部電極
４    上部電極
５    半導体ウェーハ
６    従来の静電チャック装置
７    プラズマ発生用のＲＦ電源
８    ガス導入口
９    ガス排気口
１０    静電チャックステージ部
１１    静電チャック用電源部
１２，１３  平板電極
１４    絶縁物
１５    従来の単極型の静電チャック装置
１６    単一の平板電極
１７    反応生成物
１０１    本発明の双極型の静電チャック装置
１０２    静電チャックステージ部
１０３    静電チャック用電源部
１０４    切換スイッチ部
１０５ａ〜１０５ｃ，１０６ａ〜１０６ｃ    部分電極群
２０１    本発明の単極型の静電チャック装置
２０２    静電チャックステージ部
２０３    静電チャック用電源部
２０４    切換スイッチ部
２０５ａ〜２０５ｃ    部分電極群  
【図１】
2005347545.tif 000003
【図２】
2005347545.tif 000004
【図３】
2005347545.tif 000005
【図４】
2005347545.tif 000006
【図５】
2005347545.tif 000007
【図６】
2005347545.tif 000008
【図７】
2005347545.tif 000009
【図８】
2005347545.tif 000010
【図９】
2005347545.tif 000011
【図１０】
2005347545.tif 000012
【図１１】
2005347545.tif 000013
【図１２】
2005347545.tif 000014