JP2006203122A - ウェハ吸着装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハの熱膨脹や反りの影響を緩和し、摩擦を低減する吸着が可能なウェハ吸着装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 ステージ１１は、被処理ウェハＷＦを静電吸着するためのセラミック盤でなる。ステージ１１下には静電吸着機構１２に内蔵された電極１２１，１２２がそれぞれ設けられている。電極１２１と１２２は、同心円状の縁部を有して分離されている。電極１２１は、ステージ１１中央領域所定部を中心とした円形状盤電極であり、電極１２２は、電極１２１周囲に設けられる環状盤電極で構成されている。電圧制御部１４は、電極１２１，１２２の順番で直流電圧を印加する。ヒーター盤１５は、静電吸着機構１２を支持し、ヒーター電源１６と接続され、ステージ１１が所定の温度になるよう制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造装置におけるウェハステージの静電吸着機構に適用されるウェハ吸着装置及びそれを利用した半導体装置の製造方法に関する。

静電吸着機構は、ウェハの固定方式の一技術である。静電吸着機構は、絶縁体のステージを有し、その内部に電極が埋設されている。この電極は直流電源と接続され、必要時間だけ直流電圧が印加されることによりウェハが吸着、固定される。ウェハは、吸着の際に比較的大きな摩擦が瞬時に起こるので、ウェハ裏面が疵付き、パーティクルを発生させる原因になる。

対策として、吸着力がゆっくりと加えられるように、ステージ内部の印加電圧の立ち上りに傾斜を持たせる（例えば、特許文献１参照）。これにより、瞬時に大きな摩擦力が生じるのを防ぎ、パーティクルが大量に付着するのを防止する。
特開平１１−３１７３７号公報（３頁、図１、図２）

上記従来の対策では、ウェハ全面に対し同時に電圧がかかり、吸着力は徐々に強まるとはいえ始めからウェハ全域に及ぶ。ウェハは熱膨脹や反りが伴うので、パーティクル対策としては効果が不十分であると考えられる。また、スループットが低下する等の懸念もある。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、ウェハの熱膨脹や反りの影響を緩和し、摩擦を低減する吸着が可能なウェハ吸着装置及び半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。

本発明に係るウェハ吸着装置は、被処理ウェハを静電吸着するための絶縁部材でなるステージと、前記ステージ下に設けられ、それぞれ同心円状の縁部を有して複数に分離された各電極と、少なくとも前記各電極に所定の順序で直流電圧を印加して前記各電極を活性化する電圧制御部と、を含む。

上記本発明に係るウェハ吸着装置によれば、静電吸着に寄与する電極が同心円状の縁部を有して複数に分離される。これにより、被処理ウェハは、その吸着領域がウェハの中央から外周に向かう間で分割されることになる。各電極は電圧制御部により所定の順序で直流電圧が印加され、上記吸着領域の順序と対応する。これにより、ウェハの摩擦を低減する吸着が可能になる。

なお、上記本発明に係るウェハ吸着装置において、好ましくは、次の特徴を有することにより、ウェハの摩擦が低減される。
前記電圧制御部は、前記被処理ウェハの吸着時、前記各電極のうち前記ステージの中央領域側下に配された電極の方を先に活性化させることを特徴とする。
前記電圧制御部は、前記被処理ウェハの吸着時では前記各電極のうち前記ステージのより外周領域側下に配された電極に比べて前記ステージの中央領域側下に配された電極の方が早く第１の電圧が印加され、前記被処理ウェハの吸着開放時では前記各電極同時に第２の電圧が印加されるよう制御することを特徴とする。

また、上記本発明に係るウェハ吸着装置において、好ましくは、次の特徴を少なくともいずれか一つ有することにより、より摩擦の少ないウェハの吸着領域の制御が可能である。
前記各電極は、前記ステージ中央領域所定部を中心とした円形状盤電極とその周囲の一重以上の環状盤電極で構成されていることを特徴とする。
前記各電極は、前記ステージ中央領域所定部を中心とした二重以上の環状盤電極で構成されていることを特徴とする。
前記各電極間に設けられる絶縁物をさらに含むことを特徴とする。

また、本発明に係るウェハ吸着装置は、被処理ウェハを静電吸着するための絶縁部材でなるステージと、前記ステージの中央領域側下に設けられた静電吸着用の円形状盤電極と、前記円形状盤電極の周囲を取り囲むように前記ステージの外周領域側下に設けられた静電吸着用の環状盤電極と、少なくとも前記被処理ウェハの静電吸着の際、前記円形状盤電極、前記環状盤電極の順に所定電圧を印加する電圧制御部と、を含む。

上記本発明に係るウェハ吸着装置によれば、静電吸着に寄与する電極が円形状盤電極とその周りの環状盤電極に分離されている。これにより、被処理ウェハは、その吸着領域がウェハの中央から外周に向かう間で分割されることになる。各電極は電圧制御部により円形状盤電極、前記環状盤電極の順に電圧が印加され、上記吸着領域の順序と対応する。これにより、ウェハの摩擦を低減する吸着が可能になる。

また、本発明に係るウェハ吸着装置は、被処理ウェハを静電吸着するための絶縁部材でなるステージと、前記ステージの中央領域側下に設けられた静電吸着用の第１環状盤電極と、前記第１環状盤電極の周囲を取り囲むように前記ステージの外周領域側下に設けられた静電吸着用の第２環状盤電極と、少なくとも前記被処理ウェハの静電吸着の際、前記第１環状盤電極、前記第２環状盤電極の順に所定電圧を印加する電圧制御部と、を含む。

上記本発明に係るウェハ吸着装置によれば、静電吸着に寄与する電極が第１環状盤電極、第２環状盤電極に分離されている。これにより、被処理ウェハは、その吸着領域がウェハの中央から外周に向かう間で分割されることになる。各電極は電圧制御部により第１環状盤電極、第２環状盤電極の順に電圧が印加され、上記吸着領域の順序と対応する。これにより、ウェハの摩擦を低減する吸着が可能になる。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、被処理ウェハをステージに静電吸着し、必要とされる真空状態を作った処理室内にプロセスガスを導入またはプラズマを発生させる半導体装置の製造方法において、前記被処理ウェハは、前記ステージへの静電吸着時において、中央領域側から先に吸着され、外周領域側は後に吸着されることを特徴とする。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、被処理ウェハをステージに静電吸着し、必要とされる真空状態を作った処理室内にプロセスガスを導入またはプラズマを発生させる半導体装置の製造方法において、前記被処理ウェハは、前記ステージへの静電吸着時において、中央領域側から先に吸着され、外周領域側は後に吸着され、かつ前記ステージからの静電吸着開放時には、全面同時に開放されることを特徴とする。

上記それぞれ本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、被処理ウェハの摩擦を低減する吸着が可能になり、パーティクル等の悪影響がほとんどない高歩留りの被処理ウェハの各処理が可能になる。

発明を実施するための形態

図１は、本発明の第１実施形態に係るウェハ吸着装置の要部構成を示す平面図、図２は、図１のＦ２−Ｆ２線に沿う要部断面図である。ステージ１１は、被処理ウェハＷＦを静電吸着するためのセラミック盤でなる。ステージ１１下には静電吸着機構１２に内蔵された電極１２１，１２２がそれぞれ設けられている。電極１２１と１２２は、同心円状の縁部を有して分離されている。電極１２１は、ステージ１１中央領域所定部を中心とした円形状盤電極であり、電極１２２は、電極１２１周囲に設けられる環状盤電極で構成されている。電極１２１と電極１２２の離間部は例えば樹脂製の絶縁物１３で埋められている。電圧制御部１４は、電極１２１，１２２に所定の順序で直流電圧を印加する。ヒーター盤１５は、静電吸着機構１２を支持し、ヒーター電源１６と接続され、ステージ１１が所定の温度になるよう制御される。ステージ１１は、例えば１５０〜５００℃のうちの適当な温度に設定され、被処理ウェハＷＦは所望の温度範囲に加熱される。

図３は、電圧制御部１４による各電極１２１，１２２への電圧印加制御を示す波形図である。被処理ウェハＷＦの吸着時において、上記電圧制御部１４は、各電極１２１，１２２のうち、電極１２１の方を先に活性化させる。すなわち、電極１２１に所定の直流電圧Ｖ１が印加され、所定時間経過後、周囲の電極１２２へも所定の直流電圧Ｖ１が印加される。従って被処理ウェハは中央側から先に吸着され、外周側が後に吸着される。電極１２２への電圧Ｖ１印加タイミングは、スループットを低下させない程度に設定する。これにより、ウェハの熱膨張や反りがあっても、吸着時の摩擦が低減され、しかもスループットの低下は最小限に留められる。
また、被処理ウェハＷＦの吸着開放時では、各電極同時に所定の直流電圧Ｖ２が印加される。直流電圧Ｖ２は離脱用の負電圧である。吸着領域の同時開放により、熱膨張や反りの伴うウェハであっても、摩擦が低減される。

上記実施形態によれば、静電吸着に寄与する電極１２１，１２２が同心円状の縁部を有して分離されている。これにより、被処理ウェハＷＦは、その吸着領域がウェハ中央から外周に向かう間で分割されることになる。各電極１２１，１２２は、電圧制御部１４によって、被処理ウェハＷＦが中央側から外周へと順に吸着されるよう電極１２１，１２２の順に直流電圧Ｖ１が印加される。また、被処理ウェハＷＦの吸着開放時では、各電極１２１，１２２同時に離脱用の所定の直流電圧（負電圧）Ｖ２が印加される。これにより、スループットをあまり低下させずにウェハの摩擦を低減する吸着、開放（離脱）が可能になる。

なお、上記実施形態では、静電吸着に寄与する電極が同心円状の縁部を有して２つ（電極１２１，１２２）に分離されている構成であった。しかし、電極は同心円状の縁部を有して２つより多く分離させても構わない。
図４は、本発明の第２実施形態に係るウェハ吸着装置の要部構成を示す平面図、図５は、図４のＦ５−Ｆ５線に沿う要部断面図である。前記第１実施形態と同様の箇所には同一の符号を付す。第１実施形態に比べて電極が３分割されている。ステージ１１下には静電吸着機構２２に内蔵された電極２２１，２２２，２２３がそれぞれ設けられている。電極２２１，２２２，２２３は、同心円状の縁部を有して分離されている。電極２２１は、ステージ１１中央領域所定部を中心とした円形状盤電極であり、電極２２２は、電極２２１周囲に設けられる環状盤電極、そして電極２２３は、電極２２２周囲に設けられる環状盤電極で構成されている。各電極の離間部は第１実施形態と同様に例えば樹脂製の絶縁物１３で埋められている。電圧制御部２４は、電極２２１，２２２，２２３に所定の順序で直流電圧を印加する。ヒーター盤１５は、静電吸着機構２２を支持し、ヒーター電源１６と接続され、ステージ１１が所定の温度になるよう制御される。

図６は、電圧制御部２４による各電極２２１，２２２，２２３への電圧印加制御を示す波形図である。被処理ウェハＷＦの吸着時において、上記電圧制御部２４は、各電極２２１，２２２，２２３のうち、電極２２１の方から先に活性化させていく。すなわち、電極２２１に所定の直流電圧Ｖ１が印加され、所定時間経過後、周囲の電極２２２へ、さらに所定時間経過後、それぞれ所定の直流電圧Ｖ１が印加される。従って被処理ウェハＷＦは中央側から先に吸着され、より外周側が後に吸着される。これにより、ウェハの熱膨張や反りがあっても、吸着時の摩擦が低減される。ウェハ全域が吸着されるまでの時間は例えば前記図３と同様にすべく、各電極２２１〜２２３への直流電圧Ｖ１の印加タイミングが設定される。
また、被処理ウェハＷＦの吸着開放時では、各電極同時に所定の直流電圧Ｖ２、すなわち離脱用の負電圧（逆電圧）が印加される。吸着領域の同時開放により、熱膨張や反りの伴うウェハであっても、摩擦が低減される。

上記実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。すなわち、静電吸着に寄与する電極２２１〜２２３が同心円状の縁部を有して分離されている。これにより、被処理ウェハＷＦは、その吸着領域がウェハ中央から外周に向かう間で分割されることになる。各電極２２１〜２２３は、電圧制御部２４によって、被処理ウェハＷＦが中央側から外周へと順に吸着されるよう電極２２１，２２２，２２３の順に直流電圧Ｖ１が印加される。また、被処理ウェハＷＦの吸着開放時では、各電極２２１〜２２３同時に離脱用の所定の直流電圧（負電圧）Ｖ２が印加される。これにより、スループットをあまり低下させずにウェハの摩擦を低減する吸着、開放（離脱）が可能になる。

なお、上記実施形態の他、静電吸着に寄与する電極が同心円状の縁部を有して３つより多く分離させる場合も考えられる。その場合も、各電極への電圧印加タイミングは、ウェハ全域が吸着されるまでの時間に反映される。よって、スループットを低下させないような各電極への電圧印加タイミングの設定が重要である。

図７は、前記第１実施形態の変形例を示しており、前記図１に対応した平面図である。、第１実施形態の構成に比べて電極１２１の形態が、円形状盤電極から環状盤電極に変更されている。その他の構成、電圧印加の制御等は第１実施形態と同様であるため説明は省略する。
図８は、前記第２実施形態の変形例を示しており、前記図４に対応した平面図である。、第２実施形態の構成に比べて電極２２１の形態が、円形状盤電極から環状盤電極に変更されている。その他の構成、電圧印加の制御等は第２実施形態と同様であるため説明は省略する。
上記各変形例のように、静電吸着機構１２に内蔵されている各電極が、ステージ１１中央領域所定部を中心とした二重以上の環状盤電極で構成されていてもよい。

上記各実施形態で示したような静電吸着機構１２や２２は、被処理ウェハをステージに静電吸着する様々な半導体製造装置に用いることができる。静電吸着機構１２や２２は、必要とされる真空状態を作った処理室内にプロセスガスを導入またはプラズマを発生させる半導体装置の製造方法において適用することができる。例えば、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、エッチング装置、イオン注入装置等における被処理ウェハのステージへの静電吸着に、上記各実施形態で示したような静電吸着機構１２や２２が適用される。すなわち、上記のような各半導体製造装置における被処理ウェハの、ステージへの静電吸着時において、被処理ウェハは中央領域側から先に吸着され、外周領域側は後に吸着される。また、必要な処理後、ステージからの静電吸着開放時には、全面同時に開放される。これにより、摩擦が低減される被処理ウェハの吸着、離脱が可能になり、パーティクル等の悪影響がほとんどない高歩留りの被処理ウェハの各処理が期待できる。

以上説明したように本発明によれば、静電吸着に寄与する電極が同心円状の縁部を有して複数に分離される。例えば円形状盤電極とその周りの環状盤電極に分離される構成、二重以上の環状盤電極の構成が採用される。これにより、被処理ウェハは、その吸着領域がウェハの中央から外周に向かう間で分割されることになる。各電極は電圧制御部によって、中央から外周に向かう順番で電圧印加のタイミングが制御される。これにより、被処理ウェハは、中央部から外周部へと順番に吸着され、熱膨張や反りがあっても摩擦が低減される。この結果、ウェハの熱膨脹や反りの影響を緩和し、摩擦を低減する吸着が可能なウェハ吸着装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。

第１実施形態に係るウェハ吸着装置の要部構成を示す平面図。 図１のＦ２−Ｆ２線に沿う要部断面図。 第１実施形態の電圧制御部による各電極への電圧印加制御を示す波形図。 第２実施形態に係るウェハ吸着装置の要部構成を示す平面図。 図４のＦ５−Ｆ５線に沿う要部断面図。 第２実施形態の電圧制御部による各電極への電圧印加制御を示す波形図。 第１実施形態の変形例を示しており、前記図１に対応した平面図。 第２実施形態の変形例を示しており、前記図４に対応した平面図。

符号の説明

１１…ステージ、１２，２２…静電吸着機構、１２１，１２２，２２１，２２２，２２３…電極、１３…絶縁物、１４，２４…電圧制御部、１５…ヒーター盤、１６…ヒーター電源。

Claims (10)

1. 被処理ウェハを静電吸着するための絶縁部材でなるステージと、
   前記ステージ下に設けられ、それぞれ同心円状の縁部を有して複数に分離された各電極と、
   少なくとも前記各電極に所定の順序で直流電圧を印加して前記各電極を活性化する電圧制御部と、
   を含むウェハ吸着装置。
2. 前記電圧制御部は、前記被処理ウェハの吸着時、前記各電極のうち前記ステージの中央領域側下に配された電極の方を先に活性化させる請求項１記載のウェハ吸着装置。
3. 前記電圧制御部は、前記被処理ウェハの吸着時では前記各電極のうち前記ステージのより外周領域側下に配された電極に比べて前記ステージの中央領域側下に配された電極の方が早く第１の電圧が印加され、前記被処理ウェハの吸着開放時では前記各電極同時に第２の電圧が印加されるよう制御する請求項１記載のウェハ吸着装置。
4. 前記各電極は、前記ステージ中央領域所定部を中心とした円形状盤電極とその周囲の一重以上の環状盤電極で構成されている請求項１〜３いずれか一つに記載のウェハ吸着装置。
5. 前記各電極は、前記ステージ中央領域所定部を中心とした二重以上の環状盤電極で構成されている請求項１〜３いずれか一つに記載のウェハ吸着装置。
6. 前記各電極間に設けられる絶縁物をさらに含む請求項１〜４いずれか一つに記載のウェハ吸着装置。
7. 被処理ウェハを静電吸着するための絶縁部材でなるステージと、
   前記ステージの中央領域側下に設けられた静電吸着用の円形状盤電極と、
   前記円形状盤電極の周囲を取り囲むように前記ステージの外周領域側下に設けられた静電吸着用の環状盤電極と、
   少なくとも前記被処理ウェハの静電吸着の際、前記円形状盤電極、前記環状盤電極の順に所定電圧を印加する電圧制御部と、
   を含むウェハ吸着装置。
8. 被処理ウェハを静電吸着するための絶縁部材でなるステージと、
   前記ステージの中央領域側下に設けられた静電吸着用の第１環状盤電極と、
   前記第１環状盤電極の周囲を取り囲むように前記ステージの外周領域側下に設けられた静電吸着用の第２環状盤電極と、
   少なくとも前記被処理ウェハの静電吸着の際、前記第１環状盤電極、前記第２環状盤電極の順に所定電圧を印加する電圧制御部と、
   を含むウェハ吸着装置。
9. 被処理ウェハをステージに静電吸着し、必要とされる真空状態を作った処理室内にプロセスガスを導入またはプラズマを発生させる半導体装置の製造方法において、
   前記被処理ウェハは、前記ステージへの静電吸着時において、中央領域側から先に吸着され、外周領域側は後に吸着されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 被処理ウェハをステージに静電吸着し、必要とされる真空状態を作った処理室内にプロセスガスを導入またはプラズマを発生させる半導体装置の製造方法において、
    前記被処理ウェハは、前記ステージへの静電吸着時において、中央領域側から先に吸着され、外周領域側は後に吸着され、かつ前記ステージからの静電吸着開放時には、全面同時に開放されることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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