(57)【要約】      （修正有）【課題】均一処理により収率を高め、収率増加により不良品を減少させて製造費用の節減を可能とする静電気チャックを提供する。【解決手段】  被処理体１を支持するチャック本体と、チャック本体により支持されて被処理体１の周囲を取り囲むガイドリング１０と、ガイドリング１０とチャック本体との間に介在される誘電材料層２０ａ、２０ｂと、ガイドリング１０に媒介ガスを供給する媒介ガス供給装置５０と、チャック本体に電源を供給する電源供給部７５とを備える。これにより、被処理体１とガイドリング１０の温度差を低減し、特に、半導体処理工程で被処理体１のエッジ部分まで均一処理が可能になる。【選択図】図４
2005045208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の被処理体を静電気力でチャッキングする静電気チャックにおいて、
前記被処理体を支持するチャック本体と、
前記チャック本体により支持されて前記被処理体の周囲を取り囲むガイドリングと、
前記ガイドリングと前記チャック本体との間に介在される誘電材料層と、
前記ガイドリングに媒介ガスを供給する媒介ガス供給装置と、
前記チャック本体に電源を供給する電源供給部とを備えることを特徴とする静電気チャック。
【請求項２】
前記チャック本体は導電材料からなり、前記電源供給部は前記チャック本体に電源を供給して前記誘電材料層と前記ガイドリングに伝えられるようにすることを特徴とする請求項１に記載の静電気チャック。
【請求項３】
前記誘電材料層と前記チャック本体との間に介在される電極をさらに含み、前記電極に電源を供給することを特徴とする請求項１に記載の静電気チャック。
【請求項４】
前記電極と前記チャック本体との間に追加誘電材料層を介在させたことを特徴とする請求項３に記載の静電気チャック。
【請求項５】
前記媒介ガス供給装置から供給された媒介ガスが移動するようにチャック本体の内部に備えられるガイドリング媒介ガス供給通路をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の静電気チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電気チャック(ＥＳＣ:Electrostatic Chuck)に係り、より詳細には、半導体処理工程における蒸着又はエッチングの均一性を向上させるためにガイドリングと静電気チャック本体の結合構造を改善した静電気チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は基板であるウェハー上に様々な物質を積層工程、食刻工程及び洗浄工程など各種工程を通じて具現化されるが、このような各々の工程は固有な作業環境を有する密閉されたチャンバー内で行われる。
【０００３】
このようなチャンバーの内部には被処理体(一般的にウェハー)を支持する支持手段であるチャックが設けられている。チャックはウェハーを支持するが、ウェハーを支持する方法に応じて機械式チャック、真空チャック及び静電気チャックに分けられる。
【０００４】
機械式チャックは支持表面上にウェハーを固定するために物理的な力による把持力を有する固定手段を用いてウェハーを固定する装置である。しかし、機械式チャックはウェハーに対する把持力が不均一なので、ウェハーのエッジ(edge)部にチップダイ(chip die)されるか、ウェハーと支持部であるチャックに不均等な接触を発生させてウェハーの変形を引き起こし、これにより収率が減少するという短所を有する。
【０００５】
真空チャックはウェハーとチャックとの間の空間圧力をチャンバー内部の圧力より低めてウェハーが把持されるようにする装置である。しかし、真空チャックは機械式チャックよりは優れた均一把持力を有しているが、半導体処理工程が行われる各々のチャンバー内の圧力が不均一なので、状況に応じて適宜な把持力を発生させないか、反応器内部の圧力が低すぎてチャッキング動作を行えない短所がある。
【０００６】
一方、最近多用されている静電気チャックはウェハーとチャックの内部に設けられる電極の電圧差を用いてウェハーを固定・支持する装置である。これは機械式チャックや真空チャックに比べて均一な把持力と真空状態での問題点を解決した優秀な特性を持っている。
【０００７】
静電気チャックの場合、ウェハーの吸着は電圧印加による誘電体の帯電分極によるクーロン力(coulomb force)とゾンスン-ラベク効果(Johnsen-Rahbek effect)により行われる。ここで、ゾンスン-ラベク効果はウェハーと誘電体の表面粗度により形成されたギャップが一つの真空誘電体として作用して電圧の印加時に生じる電流により帯電分極化されて作用する力をいう。
【０００８】
静電気チャックはウェハーをチャック本体に密着させて均一な熱処理が可能であり、パーティクルの発生を最小化する長所がある。現在の静電気チャックは気相蒸着方や物理気相蒸着装備又はエッチングのためのチャンバー内でウェハーを支持する手段として広く使用されている。
【０００９】
図１は従来の静電気チャックを有する反応器の断面図である。
【００１０】
反応器は密閉された反応器チャンバー５の内部に静電気チャックを配置する。静電気チャックは支持台７により支持される。反応器チャンバー５は密閉された空間を提供して被処理体１０１の処理環境を形成する。
【００１１】
反応器の外部には反応ガスを供給する反応ガス供給源３が配置される。反応ガス供給源３は半導体処理工程で蒸着やエッチングなどを行うための反応ガスを供給する。
【００１２】
媒介ガス供給装置５０はチャック本体１３０を冷却するように熱伝達を媒介する媒介ガスを供給する。
【００１３】
静電気チャックはチャック本体１３０と、チャック本体１３０上に配置される被処理体１０１と、被処理体１０１をガイドするガイドリング１１０と、チャック本体１３０に電圧を供給する電圧供給部７５と、ＲＦ電源を供給するＲＦ(Radio Frequency)電源供給部７０とを備えてなる。
【００１４】
図２及び図３は従来のチャック本体の断面図と従来の追加誘電材料層を有するチャック本体の断面図である。
【００１５】
チャック本体１３０はＡｌなどの金属材質からなる。チャック本体１３０は電圧供給部７５から電圧を受けて電極の役割を行う。
【００１６】
チャック本体１３０上に備えられた誘電材料層１２０は電圧供給部７５から印加された電圧により誘電材料層１２０とチャック本体１３０との間に帯電現象を発生させる。誘電材料層１２０とチャック本体１３０は印加された電圧により帯電効果を起こして被処理体１０１が誘電材料層１２０の上端にチャッキングされるようにする。誘電材料層１２０の厚さは薄くなるほど、帯電される力は大きく発生する。帯電される力は１/厚さの二乗に比例する。誘電材料層１２０の材料はＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮなどが使用される。
【００１７】
図３に示したように、従来の誘電材料層を有するチャック本体は誘電材料層１２０ａ上に電極１３５を配置し、電極１３５上に追加誘電材料層１２０ｂを備える。電圧供給部７５は備えられた電極１３５に電圧を印加して追加誘電材料層１２０ｂ上に被処理体１０１がチャッキングされるように電圧を供給する。
【００１８】
誘電材料層１２０上に被処理体１０１が配置される。半導体処理工程で反応ガスの反応対象である被処理体１０１は一般的に板状のウェハーである。被処理体１０１上にはパターンやＰＲ(photoresist)などが形成されている。
【００１９】
半導体処理工程でＲＦ電源供給部７０は所望の反応ガスを形成するようにチャック本体１３０にＲＦ電源を供給する。ＲＦ電源７０の印加により形成された反応ガスはチャック本体１３０上に配置された被処理体１０１と衝突する。
【００２０】
反応ガスが被処理体１０１に激しく衝突することにより、被処理体１０１はその温度が上昇する。被処理体１０１上にはパターンやＰＲなどが形成されているので、半導体処理工程で被処理体１０１が加熱されると、被処理体１０１上に備えられたパターンやＰＲなどが損なわれて所望の半導体素子を製造することができない。これにより、温度が上昇した被処理体１０１を冷却する必要がある。
【００２１】
半導体処理工程で加熱された被処理体１０１を冷却させるために媒介ガス供給装置５０は被処理体１０１の熱をチャック本体１３０に伝える媒介ガス５５を供給する。チャック本体１３０の内部には被処理体１０１の背面に媒介ガス５５を伝える被処理体媒介ガス通路１６０が備えられている。
【００２２】
被処理体媒介ガス通路１６０はチャック本体１３０の内部に備えられる。被処理体媒介ガス通路１６０にガスバルブ４５を備えて媒介ガス５５を注入するとき、ガスバルブ４５を用いて媒介ガスの注入量を調節することができる。
【００２３】
媒介ガス５５は被処理体１０１の熱をチャック本体１３０に伝える役割を担う。熱伝達のために媒介ガス５５は優れた熱伝達効果を持つＨｅ、Ａｒガスなどを使用する。
【００２４】
媒介ガス５５から伝えられる熱を受けたチャック本体１３０はその温度が上昇する。温度の上昇したチャック本体１３０を冷却するためにチャック本体１３０の内部にはチャック本体１３０を冷却させる冷却水を備える。冷却水はチャック本体１３０の内部に備えられた冷却水管１８０を通じてチャック本体１３０を循環する。温度の上昇したチャック本体１３０を冷却して熱を吸収した冷却水は冷却水供給部(図示せず)に戻る。このような冷却水の循環を通じてチャック本体１３０を冷却する。
【００２５】
ガイドリング１１０はチャック本体１３０に形成された溝やチャック本体１３０上に配置される。ガイドリング１１０は被処理体１０１を取り囲み、被処理体１０１をガイドする役割を担う。被処理体１０１とともに反応ガスに露出されているガイドリング１３０は半導体処理工程で被処理体１０１のように温度が上昇する。
【００２６】
半導体処理工程で加熱された被処理体１０１はチャック本体１３０の内部に備えられた被処理体媒介ガス通路１６０を通じて被処理体１０１の背面に媒介ガス５５を注入させて加熱された被処理体１０１の熱をチャック本体１３０に伝えることにより、被処理体１０１を冷却させうる。
【００２７】
しかし、かかる従来の静電気チャックの冷却方式では、被処理体１０１の背面に媒介ガス５５を注入させて被処理体１０１の温度のみチャック本体１３０に伝えて被処理体１０１のみを冷却させた。
【００２８】
これにより、被処理体１０１とガイドリング１１０に温度差が発生する。このような被処理体１０１とガイドリング１１０の温度差により被処理体１０１のエッジ部分と中心部分に不均一な処理が発生して被処理体１０１の収率が低下する問題点を引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
したがって、本発明の目的は、静電気チャック本対にガイドリングをチャッキングし、ウェハーより比較的高い温度を有するガイドリングを被処理体であるウェハーと同じ温度となるように維持することにより、蒸着及びエッチングなどのような半導体製造工程で被処理体の均一性を向上させうる静電気チャックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
前記目的を達成するために本発明は、板状の被処理体を静電気力でチャッキングする静電気チャックにおいて、前記被処理体を支持するチャック本体と、前記チャック本体により支持されて前記被処理体の周囲を取り囲むガイドリングと、前記ガイドリングと前記チャック本体との間に介在される誘電材料層と、前記ガイドリングに媒介ガスを供給する媒介ガス供給装置と、前記チャック本体に電源を供給する電源供給部とを備えることを特徴とする。
【００３１】
前記チャック本体は導電材料からなり、前記電源供給部は前記チャック本体に電源を供給して前記誘電材料層と前記ガイドリングに伝えられるようにすることが好ましい。
【００３２】
前記誘電材料層と前記チャック本体との間に介在される電極をさらに含み、前記電極に電源を供給することが好ましい。
【００３３】
さらに、前記電極と前記チャック本体との間に追加誘電材料層を介在することを特徴とする。
【００３４】
前記媒介ガス供給装置から供給された媒介ガスが移動するようにチャック本体の内部に備えられるガイドリング媒介ガス供給通路をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
上述したように、本発明によれば、被処理体とガイドリングの温度差により発生する被処理体の中心部分とエッジ部分の不均一処理を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【００３７】
図４及び図５はそれぞれ本発明のチャック本体の断面図と本発明の追加誘電材料層を有するチャック本体の断面図である。
【００３８】
図４及び図５に示したように、本発明の実施例による静電気チャックを形成するチャック本体３０と、所望の反応ガスを形成するようにチャック本体３０に電源を供給するＲＦ電源供給部７０と、チャック本体３０により支持された被処理体１と、被処理体１を取り囲むガイドリング１０と、チャック本体３０がガイドリング１０をチャッキングするようにチャック本体３０上に介在されて帯電効果を起こせるようにする誘電材料層２０と、誘電材料層２０で帯電効果を起こせるように電源を供給する電圧供給部７５と、チャック本体３０を冷却させるために備えられた冷却水供給装置(図示せず)と、被処理体１とガイドリング１０の上昇した温度をチャック本体に熱として伝える媒介ガス５５と、熱を伝える媒介ガスを供給する媒介ガス供給装置５０とを含む。
【００３９】
本発明の実施例によるチャック本体３０は、チャック本体３０の内部にチャック本体３０の冷却のための冷却水と、前記冷却水が移動する冷却水管８０と、チャック本体３０と誘電材料層２０を貫通して形成されたガイドリング媒介ガス供給通路４０と、チャック本体３０上に備えられた被処理体の背面にチャック本体３０と誘電材料層２０を貫通して形成された被処理体媒介ガス供給通路６０とを含む。
【００４０】
被処理体１０は板形状(一般的にはウェハー)であり、チャック本体３０上に配置される。
【００４１】
チャック本体３０は一般的に導電性材料で構成されている。チャック本体３０はＲＦ電源供給部７０からＲＦ電源を受けて半導体処理を行う反応ガスが形成されるように反応ガスにエネルギーを伝える。
【００４２】
ガイドリング１０は前記チャック本体３０上に配置され、被処理体１を取り囲み、ガイドする役割を担う。
【００４３】
誘電材料層２０は帯電効果を起こしてガイドリング１０をチャック本体３０にチャッキング可能にする。誘電材料層２０はチャック本体３０に積層やボンディング方式により介在される。誘電材料層２０は優れた誘電特性材料である酸化物、窒化物、セラミックス材料などを使用することが好ましい。さらに、誘電特性を高めるために表面処理された材料を使用することもできる。
【００４４】
半導体処理工程で反応ガスは被処理体１とガイドリング１０に激しく衝突する。これにより、被処理体１とガイドリング１０はその温度が上昇する。
【００４５】
媒介ガス供給装置５０は温度の上昇したガイドリング１０と被処理体１の背面に媒介ガス５５を供給する。媒介ガス供給装置５０は媒介ガス供給通路４０，６０に媒介ガス５５を供給する。
【００４６】
供給された媒介ガス５５は被処理体１とガイドリング１０の上昇した温度をチャック本体３０に伝える。媒介ガス５５としてはＨｅ、Ａｒなどを使用することが好ましい。Ｈｅガスは優れた熱伝導性を持つため、半導体処理工程で発生した被処理体１とガイドリング１０の熱をチャック本体３０に伝える。媒介ガス５５はチャック本体３０の内部に備えられた媒介ガス供給通路４０，６０を通じて移動する。
【００４７】
媒介ガス５５から伝えられた熱を受けたチャック本体３０はその内部に備えられた冷却水により冷却される。温度の上昇したチャック本体３０はその内部に冷却水管８０が備えられ、冷却水供給装置(図示せず)は前記冷却水管８０に冷却水を供給する。温度の上昇したチャック本体３０を冷却させるために冷却水は前記冷却水管８０を通じてチャック本体３０の内部を循環してチャック本体３０を冷却する。
【００４８】
媒介ガス供給通路４０，６０は注入された媒介ガス５５を被処理体１とガイドリング１０の背面に供給するように形成され、チャック本体３０の内部に備えられる。媒介ガス供給通路４０，６０はチャック本体３０と誘電材料層２０を通過して被処理体１とガイドリング１０の背面に媒介ガス５５が供給されるように形成されている。
【００４９】
図５の実施例による電極３５ａと追加誘電材料層２０ｂを有する静電気チャックは電極３５ａ、誘電材料層２０ａ及び追加誘電材料層２０ｂを通過して媒介ガス供給通路４０，６０を構成することもできる。
【００５０】
媒介ガス供給通路４０，６０はガイドリング媒介ガス供給通路４０と被処理体媒介ガス供給通路６０としてそれぞれ備えられる。媒介ガス供給通路４０と被処理体媒介ガス供給通路６０を連結して同じ媒介ガス５５を供給するように備えることもできる。
【００５１】
または、被処理体１とガイドリング１０に供給する媒介ガス５５を相異なる種類として選択して熱をチャック本体３０に伝えるように媒介ガス供給通路をそれぞれ備えることもできる。
【００５２】
媒介ガス供給通路４０，６０にガスバルブ４５を設けて媒介ガス５５の注入量を調節し、媒介ガス５５の排出時はポンピング動作を通じて媒介ガス５５を排出させうる。
【００５３】
図６は誘電材料層とガイドリングの接触面の拡大図である。
【００５４】
誘電材料層２０とガイドリング１０の接触状態を拡大してみると、図６のように点接触する。供給された媒介ガス５５は誘電材料層２０とガイドリング１０が点接触した空間に満たされる。前記空間を満たした媒介ガス５５はチャージング(charging)されてガイドリング１０の上昇温度をチャック本体３０に伝える。このようにチャージングされている媒介ガス５５は媒介ガスの漏洩を減らし、ガイドリングの上昇温度をチャック本体３０へ伝える効率も高める。
【００５５】
従来では被処理体１のみを冷却させることにより、ガイドリング１０と被処理体１の温度差が発生した。被処理体１とガイドリング１０の温度差が発生して半導体処理工程で被処理体１の中心部分とエッジ部分が均一に処理されない問題点があった。
【００５６】
本発明ではガイドリング１０とチャック本体３０に帯電効果を用いてガイドリング１０とチャック本体３０を結合した。チャック本体３０とガイドリング１０との間に媒介ガス５５をチャージングして半導体処理工程で温度の上昇したガイドリング１０の熱をチャック本体３０に伝える効率を高めることにより、被処理体１とガイドリング１０の温度差を低減することができる。
【００５７】
これにより、従来の被処理体１とガイドリング１０の温度差を減らして被処理体１の中心部分とエッジ部分を均一に処理できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来の静電気チャックを有する反応器の断面図である。
【図２】従来のチャック本体の断面図である。
【図３】従来の追加誘電材料層を有するチャック本体の断面図である。
【図４】本発明のチャック本体の断面図である。
【図５】本発明の追加誘電材料層を有するチャック本体の断面図である。
【図６】図４及び図５による誘電材料層とガイドリングの接触面拡大図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  被処理体
１０  ガイドリング
２０  誘電材料層
２０ａ  誘電材料層
２０ｂ  追加誘電材料層
３０  チャック本体
３５ａ  電極
４０  ガイドリング媒介ガス供給通路
４５  ガスバルブ
５０  媒介ガス供給装置
５５  媒介ガス
６０  被処理体媒介ガス供給通路
７０  ＲＦ電源供給部
７５  電圧供給部
８０  冷却水管
【図１】
2005045208.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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