(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に配置され、被処理物を静電吸着する静電チャック部と、上記真空チャンバーの外部から上記被処理物を受取ることができる上部位置と上記被処理物を上記静電チャック部に載置することができる下部位置との間で昇降する昇降装置とを具備する真空処理装置の静電チャック装置において、上記昇降装置が上記上部位置から降下して上記下部位置よりも僅かに上方の所定位置に達したことを検出して検出信号を発生する検出装置と、上記検出信号に応じて直流高電圧を上記静電チャック部に印加する直流電源とを具備することを特徴とする真空処理装置の静電チャック装置。
【請求項２】
上記直流高電圧が印加された時の上記真空チャンバー内の圧力は約２Ｐａ以下であり、上記検出装置は上記昇降装置に保持された被処理物と上記静電チャック部との距離が約５ｍｍ以下になったことを検出して上記検出信号を発生し、上記直流電源が印加する上記直流高電圧は約３０００Ｖ以下であることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置の静電チャック装置。
【請求項３】
上記真空処理装置はプラズマ式のドライエッチング装置であり、上記被処理物はシリコンウエハであり、表面に厚さが約２μｍ以下の絶縁層が成膜されていることを特徴とする請求項２に記載の真空処理装置の静電チャック装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空処理装置の静電チャック装置に係り、特に絶縁層が成膜されたシリコンウエハをプラズマ式ドライエッチングする真空処理装置に好適な静電チャック装置に関する
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程ではドライエッチング装置やＣＶＤ装置などの種々の真空処理装置が使用されている。このドライエッチング装置の一種であるプラズマ式のドライエッチング装置は、酸素ガスとＣＦ４ガスなどの混合ガスからなる反応性ガスをプラズマ発生装置に導入し中性活性なラジカルを生成した後に、真空チャンバー内に流入し、シリコンウエハをエッチングする。このウエハは、温度制御されたウエハ載置台に載置されており、このウエハ載置台からの熱伝達によって所定の温度に温度制御される。ウエハ載置台はウエハへの熱伝達の効率を高めるために、静電チャック装置を有し、この静電チャック装置は直流高電圧の印加によってウエハを静電吸着する。
【０００３】
ウエハ載置台及び静電チャック装置にはウエハ冷却用ガスが流通するガス導入配管が貫通し、このガス導入配管は静電チャックに静電吸着されたウエハに冷却用ガスを導入してウエハを冷却する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の真空処理装置の静電チャック装置は、直流高電圧の印加によって、静電チャックと接地されている真空チャンバー壁との間において反応性ガスが火花放電することがあり、これによってウエハの静電吸着不良が発生したり、半導体装置の絶縁破壊を生ずるといった問題がある。
【０００５】
これを更に詳細に説明すると、静電チャック装置に印加する直流高電圧の大きさやこの直流高電圧印加時の真空チャンバーの真空圧や静電チャック装置と真空チャンバー側壁及びウエハとの距離などの条件によっては、直流高電圧の印加時に、火花放電が静電チャックと真空チャンバーの側壁との間において発生する。この火花放電によって、静電チャック装置の表面に帯電が起こり吸着力が弱まり、ウエハの吸着不良が生ずると共に、ウエハに形成されたデバイスの絶縁破壊が発生する。
【０００６】
図６は、火花放電の有無と静電吸着力との関係を示したグラフであり、このグラフから分かるように、火花放電が発生した場合には、静電チャック装置の静電吸着力が大幅に低減する。また、図７は火花放電の有無と半導体装置のゲート酸化膜の不良率との関係を示したグラフであり、このグラフから分かるように、火花放電が発生した場合には、半導体装置のゲート酸化膜の不良率が大幅に悪化する。
【０００７】
このような火花放電を防止するためには、静電チャック装置に印加する直流高電圧を低下することや、直流高電圧の印加時の真空チャンバーの真空度を高める、即ち真空チャンバー内の圧力を更に低下することなどが考えられる。しかしながら、直流高電圧の低下は静電吸着力の低下をもたらすため望ましくなく、また直流高電圧の印加時の真空チャンバーの真空度を高めることは、真空排気に長時間を要し、真空処理装置のスループットの低下を招来するため望ましくない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、充分な静電吸着力及び真空処理装置の高スループットを夫々保持しながら、花火放電の発生を防止することができる真空処理装置の静電チャック装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために請求項１に記載された発明は、真空チャンバー内に配置され、被処理物を静電吸着する静電チャック部と、上記真空チャンバーの外部から上記被処理物を受取ることができる上部位置と上記被処理物を上記静電チャック部に載置することができる下部位置との間で昇降する昇降装置とを具備する真空処理装置の静電チャック装置において、上記昇降装置が上記上部位置から降下して上記下部位置よりも僅かに上方の所定位置に達したことを検出して検出信号を発生する検出装置と、上記検出信号に応じて直流高電圧を上記静電チャック部に印加する直流電源とを具備することを特徴とするものである。
【００１０】
被処理物を保持した昇降装置が上部位置から降下して、下部位置よりも僅かに上方の所定位置に達すると、検出装置はこの昇降装置の所定位置への到達を検出し、検出信号を発生する。直流電源はこの検出信号に応じて直流高電圧を静電チャック部に印加する。この後に、昇降装置が更に降下を続行して下部位置に達して被処理物を静電チャック部に載置すると、静電チャック部は被処理物を静電吸着する。
【００１１】
被処理物と静電チャック部との間隔が小さい状態で直流高電圧が静電チャック部に印加されるため、真空チャンバー内の真空度を特別に高めることなく、かつ静電チャック装置に印加する直流高電圧を特別に低下させることなく、火花放電の発生を防止することができる。従って、真空処理装置の高スループットを維持することができると共に、充分な静電吸着力を保つことができる。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の真空処理装置の静電チャック装置において、上記直流高電圧が印加された時の上記真空チャンバー内の圧力は約２Ｐａ以下であり、上記検出装置は上記昇降装置に保持された被処理物と上記静電チャック部との距離が約５ｍｍ以下になったことを検出して上記検出信号を発生し、上記直流電源が印加する上記直流高電圧は約３０００Ｖ以下であることを特徴とするものである。
約３０００Ｖ以下の直流高電圧の印加時に、真空チャンバー内の圧力が約２Ｐａ以下でありかつ被処理物と静電チャック部との距離が約５ｍｍ以下であれば、火花放電は発生しない。
約２Ｐａ以下の真空度は比較的短時間で達成することができ、約３０００Ｖの直流高電圧は、充分な静電吸着力を発生する。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載の真空処理装置の静電チャック装置において、上記真空処理装置はプラズマ式のドライエッチング装置であり、上記被処理物はシリコンウエハであり、表面に厚さが約２μｍ以下の絶縁層が成膜されていることを特徴とするものである。
本静電チャック装置は、厚さが約２μｍ以下の絶縁層を有するシリコンウエハをドライエッチングするプラズマ式のドライエッチング装置に好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による真空処理装置の静電チャック装置の実施例を図１乃至図２を参照して説明する。
図１において、真空チャンバー１は接地され、この真空チャンバー１の内部には反応性ガス分散板２が配置され、この反応性ガス分散板２には反応性ガス導入管３が接続されている。この反応性ガスガス導入管３は真空チャンバー１の外部に延在し、その途中にプラズマ発生装置４が設置されている。真空チャンバー１には、排気管５が接続されると共に、真空チャンバー１の内部の圧力を検出する圧力計６が設置されている。また、真空チャンバー１の底部にはウエハ載置台７が気密に固定され、このウエハ載置台７の内部には温度制御機構の一部を構成する媒体通路８が形成されている。この媒体通路８にはその入口配管９及び出口配管１０が夫々接続されている。温度調節用の媒体が入口配管９から流入し媒体通路８を流通し出口配管１０から流出して、これによってウエハ載置台７の温度を所定の温度に制御する。
【００１５】
ウエハ載置台７の上には静電チャック部１１が接着剤によって接着固定され、この静電チャック部１１は、金属薄膜製の静電電極１２と、この静電電極１２の全面を被覆するポリイミド樹脂のような高分子有機材料からなる絶縁膜１３と、この絶縁膜１３の上面に接着剤によって接着された弗素樹脂１４とから構成される。なお、ウエハＷが接触する弗素樹脂１４は、絶縁膜１３の上面だけでなく載置台７の上面にも延在している。静電電極１２には電流計１５を介して直流の高圧電源１６に接続され、この直流高圧電源１６は約３０００Ｖの直流の高電圧を発生する。直流高圧電源１６は、スイッチ装置ＳＷを有し、このスイッチ装置ＳＷの閉成によって静電電極１２に約３０００Ｖの直流高電圧を印加する。また、電流計１５は電極１２に流れる電流を検出して、火花放電の有無を検出することができる。
【００１６】
ウエハ載置台７の中央及び静電チャック部１１の中央には冷却用ガスの導入配管１７が貫通し、この導入配管１７の上端は静電チャック部１１の表面に開口している。導入配管１７の途中には圧力計１８及び流量制御弁１９が設置され、更に導入配管１７は流量制御弁１９よりも下流側において分岐し排出配管２０が接続され、この排出配管２０には可変弁２１が設置されている。ウエハ冷却用のガスが導入配管１７に流入し流量制御弁１９を通って、静電チャック部１１に載置されるウエハＷを冷却する。なお、このウエハ冷却用のガスの圧力は、圧力計１８の測定値で約１０００Ｐａである。
【００１７】
図１及び図２に示したように、ウエハ載置台７及び静電チャック部１１には３本のウエハ昇降ピン２２が貫通している。これらのウエハ昇降ピン２２の下端は連結板２３を介して昇降シャフト２４に固定され、この昇降シャフト２４は駆動モーター２５によって上下方向に昇降移動される。駆動モーター２５は昇降ピン２２を、ウエハＷの受渡しを行う上部位置とウエハＷを静電チャック部１１に載置することができる下部位置との間で昇降する。
【００１８】
昇降シャフト２４には所定の位置に検出用の突起２６が突設され、三個の位置検出センサー２７、２８、２９は、突起２６が夫々に対向したことを検出することによって、ウエハ昇降ピン２２の上下方向位置を検出する。具体的には、上部位置検出センサー２７は突起２６の位置に基づき、ウエハ昇降ピン２２がウエハＷの受渡しを行う上部位置にあることを検出して、検出信号を発生する。下部位置検出センサー２８は突起２６の位置に基づき、ウエハ昇降ピン２２がウエハＷを静電チャック部１１に載置する下部位置にあることを検出して、検出信号を発生する。直流高電圧印加位置検出センサー２９は、昇降ピン２２が上部位置から下降してウエハＷと静電チャック部１１との距離が非常に小さくなったこと、具体的には約５ｍｍになったことを突起２６の位置に基づき検出して、検出信号を発生する。
【００１９】
図２に示したように、真空チャンバー１の外部にはウエハ搬送装置３０が設置され、このウエハ搬送装置３０の搬送アーム３１は真空チャンバー１に設けられた不図示のゲートを介してウエハＷを搬送して、上部位置にあるウエハ昇降ピン２２に載置する。
【００２０】
次に、この実施例の作用を説明する。
図２に示したウエハ搬送装置３０がウエハＷを、上部位置にある昇降ピン２２に載置する。また、真空チャンバー１の内部が真空排気され、その圧力が約２Ｐａに達すると、モーター２５が昇降シャフト２４を介して昇降ピン２２を下降駆動する。こうして、昇降ピン２２が降下して検出用の突起２６が直流高電圧印加位置検出センサー２９に対向する位置に達すると、即ちウエハＷと静電チャック部１１との間隔が約５ｍｍに達すると、直流高電圧印加位置検出センサー２９がこの突起２６を検出し、検出信号を発生する。この検出信号に応じて、図示を省略した制御装置が直流高電圧源１６のスイッチ装置ＳＷを閉成して、約３０００Ｖの直流高電圧を静電電極１２に印加する。
【００２１】
その後、更に昇降ピン２２が降下して下部位置に達すると、ウエハＷは静電チャック部１１に載置され静電チャック部１１によって静電吸着される。モーター２５は、昇降ピン２２の下部位置への到達を検出した下部位置検出センサー２８の検出信号に基づき停止される。また、ウエハＷはウエハ載置台７からの熱伝導によって所定温度に温度制御される。
【００２２】
その後に、プラズマによって活性化された反応性ガスがガス導入管３からガス分散板２を介して真空チャンバー１の室内に導入され、静電チャック部１１に静電吸着されたウエハＷをエッチングする。このエッチングが終了すると、静電チャック部１１の電極１２への通電が断たれ、その後に、モーター２５が昇降ピン２２を上昇させる。昇降ピン２２が上部位置に達すると、モーター２５は上部位置検出センサー２７の検出信号に基づき停止される。エッチング済みのウエハＷは、真空チャンバー１から外部に搬出される。
【００２３】
以上の実施例では、静電電極１２に印加する直流電圧を約３０００Ｖとし、この直流電圧印加時の真空チャンバー内の圧力を約２Ｐａとし、かつ直流電圧印加時のウエハＷと静電電極１２との距離を約５ｍｍとした。このような条件設定が火花放電の発生を防止し、かつ真空処理装置のスループットを向上することを例証した実験結果を、図３乃至図５に基づき次に説明する。
【００２４】
なお、以下の実験は、図１に示したウエハＷと真空チャンバー１の側壁との間隔Ｄが１００ｍｍであった。また、図３乃至図５のグラフにおいて、プロット値を結んだ折れ線よりも低い圧力では火花放電が発生しないことを示している。
【００２５】
図３は、静電チャック電極１２に印加される直流電圧と真空チャンバー（処理室）内の圧力との関係を示したグラフである。なお、使用した被処理物は熱酸化膜、即ち絶縁膜の厚さが２μｍのシリコンウエハであり、図１に示したシリコンウエハＷと静電電極１２との距離Ｈを約３０ｍｍとした。
【００２６】
このグラフから明らかなように、充分な静電吸着力を発生する３０００Ｖの直流電圧を印加した時に、火花放電の発生を防止するには真空チャンバー内の圧力を０．５Ｐａ以下にする必要がある。しかしながら、本実施例で使用した２Ｐａの圧力から０．５Ｐａの圧力まで排気するために要する時間は、２Ｐａまでの排気に要する時間の約１０倍である。従って、０．５Ｐａまで減圧することは、スループットの大幅な低下をもたらし望ましくない。
【００２７】
図４は、シリコンウエハの熱酸化膜の厚さと真空チャンバー（処理室）内の圧力との関係を示したグラフである。なお、静電電極１２に印加する直流電圧は約３０００Ｖとし、シリコンウエハＷと静電電極１２との間の距離Ｈは約３０ｍｍであった。
このグラフから明らかなように、シリコンウエハの絶縁膜の厚さが２μｍであっても、真空チャンバー内の圧力を０．５Ｐａ以下にすれば、火花放電の発生を防止することができる。しかしながら、上述のように、０．５Ｐａまでの減圧はスループットの大幅な低下をもたらし望ましくない。
図５は、被処理物Ｗと静電チャック電極１２との距離Ｈと真空チャンバー（処理室）内の圧力との関係を示したグラフである。なお、使用した被処理物は熱酸化膜、即ち絶縁膜の厚さが２μｍのシリコンウエハであり、直流電圧は３０００Ｖであった。
【００２８】
このグラフから明らかなように、被処理物Ｗと静電チャック電極１２との距離Ｈを５ｍｍ以下にすることによって、真空チャンバー内の圧力が２Ｐａであっても火花放電が発生しない。
以上の図３乃至図５に示した実験結果のグラフから明らかなように、被処理物Ｗと静電チャック電極１２との距離Ｈが５ｍｍ以下になった時点で、３０００Ｖの直流電圧を静電電極１２に印加すれば、真空チャンバー内の圧力が２Ｐａであっても火花放電の発生を防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、被処理物と静電チャック部との間隔が小さい状態で直流高電圧を静電チャック部に印加することによって、真空チャンバー内の圧力を特別に減圧することなく、かつ直流高電圧を特別に低下させることなく、火花放電の発生を防止することができる。従って、真空処理装置の高スループットを図ることができると共に、充分な静電吸着力を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による真空処理装置の静電チャック装置の実施例を概略的に示した断面図。
【図２】実施例の一部を拡大して示した詳細断面図。
【図３】静電チャック電極に印加される直流電圧と処理室内の圧力との関係を示したグラフ。
【図４】被処理物の熱酸化膜の厚さと処理室内の圧力との関係を示したグラフ。
【図５】被処理物と静電チャック電極との距離Ｈと処理室内の圧力との関係を示したグラフ。
【図６】火花放電の有無と静電吸着力との関係を示したグラフ。
【図７】火花放電の有無と半導体装置のゲート酸化膜の不良率との関係を示したグラフ。
【符号の説明】
１  真空チャンバー
１１  静電チャック部
１６  直流高圧電源
２２  ウエハ昇降装置（ウエハ昇降ピン）
２９  検出装置（直流高電圧印加位置検出センサー）
Ｗ  被処理物（ウエハ）
【図１】
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【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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【図７】
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