JP6649689B2 - 減圧処理装置及びウエーハの保持方法 - Google Patents

Description

本発明は、チャンバ内の静電チャックにおいてウエーハを保持し、チャンバ内においてプラズマを発生させてウエーハに対する処理を行う減圧処理装置に関する。

プラズマエッチング装置等の減圧処理装置では、チャンバ内を真空状態にしてプラズマを発生させることによりウエーハに対する処理を行っている。そのため、ウエーハを保持するチャックテーブルにおいて真空吸着方式を採用すると、ウエーハを確実に保持することが困難である。そこで、減圧処理装置では、静電吸着力を利用してウエーハを吸着保持する静電吸着方式が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

ウエーハを静電吸着する静電チャックは、誘電率の高い絶縁物で形成され、その内部には下部電極を備えており、下部電極を２つ備える双極型の静電チャックと、下部電極が1つの単極型の静電チャックとが存在する。プラズマエッチングによりウエーハが分割される場合には静電吸着を維持させるため単極型の静電チャックを用いる必要が有る。単極型の静電チャックは、静電チャック上にウエーハが載置された状態で静電チャックに高周波電圧を印加すると、下部電極に対面する上部電極との間に供給した反応ガスがプラズマ化され、プラズマを介してウエーハが接地されるため、下部電極に直流電圧を印加すると下部電極の上方の絶縁物が誘電分極して静電吸着力が発生し、ウエーハが静電吸着される（例えば特許文献２参照）。

特許第４９３８３５２号公報 特開２００５−３４７５４５号公報

しかし、単極型の静電チャックは、プラズマが存在しない状態でウエーハを吸着保持する場合にはウエーハを接地させる接地手段を設ける必要がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、単極型の静電チャックにおいてウエーハを吸着保持してプラズマエッチングをする場合において、ウエーハを接地させる接地手段を専用に配設する必要なくウエーハの静電吸着を可能にすることを目的とする。

本発明は、絶縁材料で形成され上面を吸着面とし内部に下部電極を有し吸着面でウエーハを静電吸着する静電チャックと、静電チャックの吸着面に対面し静電チャックの上方に配設される上部電極と、静電チャックと上部電極とを収容するチャンバと、チャンバ内にウエーハを搬入し吸着面にウエーハを載置する搬入手段と、チャンバの内圧を減圧する減圧手段と、チャンバ内に反応ガスを供給するガス供給手段と、静電チャックに高周波電圧を印加しチャンバ内に供給された反応ガスをプラズマ化させ静電チャックが吸着保持するウエーハを加工処理する減圧処理装置であって、搬入手段は、ウエーハの上面に接する導電性の接触部を有しウエーハを保持する保持部と、保持部をアースに導通させる導通手段と、保持部によって保持されたウエーハを静電チャックに載置する駆動手段と、を備え、導通手段は、保持部とアースとが接続される状態と接続されない状態とを切り換えるスイッチを備え、静電チャックには、吸着面において開口する吸引孔が配設され、吸引孔は、ウエーハを吸引する機能を有する減圧処理装置におけるウエーハの保持方法であって、搬入手段がチャンバ内にウエーハを搬入し保持部が保持するウエーハが静電チャックの吸着面に接触した状態で、スイッチが保持部をアースに接続するとともに下部電極に直流電圧を印加し、保持部がウエーハの吸着を開放するとともに保持部をウエーハから離反させることにより、静電チャックとウエーハとに互いに極性が異なる電荷を帯電させ吸着面でウエーハを吸着保持し、補助的に吸引孔に吸引力を作用させる。

本発明では、搬入手段がアースに接続されているため、搬入手段がウエーハを保持して静電チャックに載置し、静電チャックに電圧を印加しウエーハを帯電させて静電吸着力により静電チャックがウエーハを保持し、その後、搬入手段の吸引力を解除してウエーハから離反させると、ウエーハに電荷が帯電したままとなり、静電チャックにおいてウエーハを保持した状態を維持することができる。したがって、大気圧中で単極型の静電チャックでウエーハを静電吸着することができる。

減圧処理装置の一例を示す断面図である。 搬入手段の一例を示す断面図である。 搬入手段に保持されたウエーハが静電チャックに載置された状態を示す断面図である。 静電チャックにてウエーハを静電吸着する状態を示す断面図である。 静電チャックにて静電吸着されたウエーハから搬入手段を離反させた状態を示す断面図である。 静電チャックにて静電吸着されたウエーハをプラズマエッチングする状態雄を示す断面図である。 プラズマエッチング終了後に静電チャックにてウエーハを静電吸着する状態を示す断面図である。 静電チャックにて静電吸着されたウエーハに搬入手段を接触させた状態を示す断面図である。 静電チャックにて静電吸着されたウエーハに搬入手段を接触させアースに接続した状態を示す断面図である。 搬入手段がウエーハを静電チャックから離反させる状態を示す断面図である。

図１に示すプラズマエッチング装置１は、減圧処理装置の一例であり、ハウジング２０によって覆われエッチング対象のウエーハが収容される空間であるチャンバ２を備えている。

ハウジング２０は、上壁２１と下壁２２と側壁２３とによって形成されており、一方の側壁２３には、開閉口２４が形成されている。開閉口２４は、シャッター２５によって開閉可能となっている。シャッター２５は、シャッター開閉手段２６によって駆動されて昇降する。シャッター開閉手段２６は、シリンダ２６１と、シャッター２５に連結されシリンダ２６１によって駆動されて昇降するピストン２６２とによって構成される。

チャンバ２の内部には、ウエーハを吸着保持する静電チャック３と、静電チャック３の上方に位置する上部電極４とが収容されている。

静電チャック３は、絶縁材料により形成され、円柱状の軸部３０と、軸部３０の上端において円板状に形成されたテーブル部３１とから構成されている。また、静電チャック３には、高周波電源７１が接続されている。テーブル部３１には、必須ではないが、その上面である吸着面３２において開口する複数の吸引孔３２０が形成されている。吸引孔３２０は、吸引路３４を介して吸引源５０と吸着面３２とを連通させている。また、テーブル部３１の内部には、下部電極３３を備えている。下部電極３３は、導電部３６及びスイッチ７２０を介して直流電源７２の正極に接続されている。

軸部３０は、ハウジング２０を構成する下壁２２に挿通され、絶縁体２２１によってシールされて保持されている。また、テーブル部３１の下部及び軸部３０には冷却水流通路３５が循環しており、冷却水循環路３５は、冷却水供給手段５１に連通している。

上部電極４は、静電チャック３の上方であって、静電チャック３の吸着面３２に対面する位置に配設されており、アースに接続されている。上部電極４は、円柱状の軸部４０と、軸部４０の下端において円板状に形成された板状部４１とから構成されている。軸部４０は、ハウジング２０を構成する上壁２１に挿通され、絶縁体２１１によってシールされて昇降可能に保持されている。

板状部４１には、その下面４２において開口する複数のガス噴出孔４２０が形成されている。ガス噴出孔４２０には、ガス流通路４３及びバルブ５２を介して反応ガス供給源５５を含むガス供給手段５６が接続されている。反応ガス供給源５５には、例えばSF₆ガスが貯蔵されている。バルブ５２を切り換えることにより、反応ガス供給源５５をガス流通路４３に連通させ、反応ガスをガス噴出孔４２０からチャンバ２内に送り込むことができる。チャンバ２に供給された反応ガスは、高周波電源７１によって静電チャック３に高周波電圧が印加されることによりプラズマ化される。

上部電極４は、昇降手段４４によって駆動されて昇降可能となっている。昇降手段４４は、シリンダ４４１と、ピストンロッド４４２と、ピストンロッド４４２に連結されたブラケット４４３とから構成されている。ブラケット４４３は、上部電極４を支持しており、シリンダ４４１がピストンロッド４４２を昇降させることで、ブラケット４４３に支持された上部電極４が昇降する構成となっている。

ハウジング２０を構成する底壁２２には、開閉口２２２が形成され、開閉口２２２は、チャンバ２の内部を減圧する減圧手段５３に連通している。減圧手段５３は、チャンバ２の内部のガスを吸引するとともに真空引きすることができる。

チャンバ内で処理されたウエーハは、側壁２３に形成された開閉口２４を介してチャンバ２の外へ搬出される。チャンバ２内へのウエーハの搬入には、例えば図２に示す搬入手段８を用いる。

図２に示す搬入手段８は、ウエーハの上面Ｗ１を吸引保持する接触部８１を有する保持部８２と、保持部８２の接触部８１以外の部分を保持する枠体８３と、枠体８３に連結されたアーム部８４と、スイッチをオンにした状態で接触部８１をアースに導通させる導通手段８５と、接触部８１に吸引力を作用させる吸引源８６と、吸引保持したウエーハを静電チャック３に載置する駆動手段８７とを備えている。導通手段８５には、接触部８１とアースとが接続される状態と接続されない状態とを切り換えるスイッチ８５０を備えている。また、吸引源８６と保持部８２とは、開閉するバルブ８６０を介して接続されている。駆動手段８７は、アーム部８４を昇降させる昇降移動手段８８と、開閉口２４を介して保持部８２及び枠体８３をチャンバ２に対して搬出入する入出移動手段８９とを備えている。

保持部８２は、導電性を有する材料で構成され、ウエーハを吸引保持する吸引孔を備えていれば良い。また、ウエーハを吸引する吸引孔は多孔質部材で構成しても良い。

次に、図１に示したプラズマエッチング装置１を用いてウエーハのエッチングをする方法について説明する。

まず、図２に示したバルブ８６０をオンにして搬入手段８の保持部８２と吸引源８６とを連通させ、保持部８２においてウエーハＷの上面Ｗ１を吸引保持する。そして、図１に示したシャッター開閉手段２６を構成するシリンダ２６１がピストンロッド２６２を下降させることによりシャッター２５を下降させて開閉口２４を開け、その状態で、入出移動手段８９が保持部８２及び枠体８３並びにアーム部８４をチャンバ２内に進入させることにより、保持部８２に保持されたウエーハＷをチャンバ２内に搬入する。そして、図３に示すように、スイッチ８５０をオフにした状態で、昇降移動手段８８がウエーハＷを下降させ、ウエーハＷを静電チャック３の吸着面３２の上に載置する。このとき、スイッチ７２０は開放してあり、下部電極３３には電圧が印加されていない。

次に、図４に示すように、ウエーハＷの下面Ｗ２が静電チャック３の吸着面３２に接触した状態で、スイッチ７２０をオンとし、下部電極３３に正電圧を印加する。また、スイッチ８５０をオンにして、搬入手段８の保持部８２をアースに接続する。そうすると、下部電極３３の上方に正電荷が帯電し、ウエーハＷの下面Ｗ２側に負電荷が帯電し、ウエーハＷの上面Ｗ１側に正電荷が帯電する。したがって、静電チャック３とウエーハＷとに互いに極性の異なる電荷が帯電することで、吸着面３２において静電吸着力によりウエーハＷが吸着保持された状態となる。なお、下部電極３３に印加する電圧は負電圧でも良い。

次に、図５に示すように、スイッチ７２０及びスイッチ８５０をオンにしたまま、バルブ８６０をオフにし、保持部８２の接触部８１に作用する吸引力を解除する。そして、昇降移動手段８８がアーム部８４並びに保持部８２及び枠体８３を上昇させる。そうすると、静電吸着力によりウエーハＷが静電チャック３に吸着保持されているため、搬送手段８の保持部８２がウエーハＷの上面Ｗ１から離反し、ウエーハＷの被加工面である上面Ｗ１が上方に向けて露出した状態で、ウエーハＷの下面Ｗ２が吸着面３２において吸着保持される。その後、入出移動手段８９が、アーム部８４並びに保持部８２及び枠体８３をチャンバ２の外に退出させ、シャッター開閉手段２６がシャッター２５を下降させてチャンバ２内を密閉する。このとき、チャンバ２の内部の圧力は大気圧となっている。

このように、保持部８２がウエーハＷを保持して静電チャック３に載置し、静電チャック３に電圧を印加するとともに搬入手段８の保持部８２をアースに接続し、ウエーハを帯電させて静電吸着力により静電チャック３がウエーハＷを保持し、その後、保持部８２の吸引力を解除してウエーハＷから離反させると、ウエーハＷに電荷が帯電したままとなり、静電チャック３においてウエーハＷを保持した状態を維持することができる。したがって、ウエーハＷを接地させる接地手段が不要となる。また、図１に示したように、吸着面３２に吸引源に連通する吸引孔３２０を配設し、吸引孔３２０を吸引することでウエーハを吸引保持する補助的役割を備えると、より効果的である。

次に、図５に示すようにウエーハＷの被加工面である上面Ｗ１が上方に向けて露出した状態で、図１に示した減圧手段５３がチャンバ２内を減圧して真空にする。そして、バルブ５２を開き反応ガス供給源５５から例えばSF6ガスをガス流通路４３に送り込み、ガス噴出孔４２０から下方に向けて噴出させる。

次いで、図６に示すように、スイッチ７２０をオンにしたまま、スイッチ７１０をオンとし、ウエーハＷと上部電極４との間に高周波電源７１から高周波電圧を印加する。そうすると、静電チャック３と上部電極４との間で反応ガスがプラズマ化される。反応ガスのプラズマによってウエーハＷの上面Ｗ１がエッチング加工される。なお、下部電極３３を直流電源７２の負極に接続するようにしてもよい。

ウエーハＷの上面Ｗ１が所望量エッチング加工されると、反応ガス供給源５５からチャンバ２内への反応ガスの供給を停止するとともに、図７に示すように、スイッチ７１０をオフにして静電チャック３と上部電極４との間への高周波電圧の印加を停止し、反応ガスのプラズマ化を停止する。このとき、スイッチ７２０はオンにしたままとし、下部電極３３に正電圧（負電圧）を印加した状態を維持する。こうして反応ガスのプラズマ化を停止すると、下部電極３３と上部電極４との間にプラズマが存在しない状態となるが、ウエーハＷのエッチング中は、静電チャック３と上部電極４との間にプラズマが存在し、静電チャック３と上部電極４との間が通電した状態となっていたため、ウエーハＷには静電気が帯電し、図７に示すように、静電気によって静電チャック３に保持された状態となる。
つまり、直流電源７２から下部電極３３に直流電圧が供給されている限り、ウエーハにはそれにバランスした電荷が保持されるため、プラズマの有無の影響を受けることなく静電チャック３に保持される。

次に、図１に示した開閉口２２２を開き、開閉口２２２から反応ガスを外部に排出した後、シャッター開閉手段２６がシャッター２５を下降させて開閉口２４を開ける。そして、図８に示すように、搬入手段８の入出移動手段８９が保持部８２及び枠体８３を開閉口２４からチャンバ２内に進入させ、昇降移動手段８８が保持部８２及び枠体８３を下降させて接触部８１をウエーハＷの上面Ｗ１に接触させ、バルブ８６０をオンにして、保持部８２がウエーハＷの上面Ｗ１を吸引保持する。保持部８２の接触部８１をウエーハＷに接触させる時は、スイッチ８５０をオフにして保持部８２とアースとが接続されない状態としておく。また、スイッチ７２０はオンのままとしておき、下部電極３３に正電圧を印加した状態を維持する。

次に、図９に示すように、スイッチ７２０をオフにして下部電極３３への正電圧の印加を停止する。次いで、スイッチ８５０をオンにして保持部８２とアースとを接続する。そうすると、ウエーハＷに帯電していた電荷が除去され、静電チャック３によるウエーハＷの吸着保持が解除される。そして、その状態で、図１０に示すように、バルブ８６０をオンにしたままの状態で、昇降移動手段８８が保持部８２及び枠体８３を上昇させると、ウエーハＷを静電チャック３の吸着面３２から離間させることができる。ウエーハＷを吸着面３２から離間させた後は、スイッチ８５０をオフにしてもよい。また、静電チャック３の吸着面３２からウエーハＷを離間させるときに吸着面３２に形成される吸引孔３２０からエアーを噴射させエアーの噴出によってウエーハを離間させる補助的な役目のブロー機構を備えると、より効果的である。

ウエーハＷが吸着面３２から離間すると、入出移動手段８９が保持部８２を開閉口２４からチャンバ２の外に搬出する。このように、駆動手段８７による駆動の下で静電チャック３に保持されたウエーハＷを搬入手段８が搬出して静電チャック３から離反させる際に、搬入手段８を構成する保持部８２をアースに導通させることにより、ウエーハＷの上面Ｗ１側に帯電した正電荷を除去することができる。したがって、静電チャック３からウエーハＷをリフトアップしたり浮上させたりする手段を備えなくても、ウエーハＷを静電チャック３から離反させ搬出することが可能となる。

なお、上記実施形態においては、搬入手段８を用いてチャンバ２からのウエーハＷの搬出を行うこととしたが、チャンバ２からのウエーハＷの搬出には、搬入手段８とは別の搬出手段を用いてもよい。

１：プラズマエッチング装置
２：チャンバ
２０：ハウジング ２１：上壁 ２１１：絶縁体
２２：下壁 ２２１：絶縁体 ２２２：開閉口
２３：側壁 ２４：開閉口
２５：シャッター
２６：シャッター開閉手段 ２６１：シリンダ ２６２：ピストン
３：静電チャック ３０：軸部 ３１：テーブル部 ３２：吸着面 ３２０：吸引孔
３３：下部電極 ３４：吸引路 ３５：冷却水流通路 ３６：導電部
４：上部電極
４０：軸部 ４１：板状部 ４２：吸着面 ４２０:ガス噴出孔 ４３：ガス流通路
４４：昇降手段 ４４１：シリンダ ４４２：ピストンロッド ４４３：ブラケット
５０：吸引源 ５１：冷却水供給手段 ５２：バルブ ５３：減圧手段
５４：不活性ガス供給源 ５５：反応ガス供給源
７１：高周波電源 ７２：直流電源 ７２０：スイッチ
８：搬入手段
８１：接触部 ８２：保持部 ８３：枠体 ８４：アーム部 ８５：導通手段
８６：吸引源 ８７：駆動手段 ８８：昇降移動手段 ８９：入出移動手段
Ｗ：ウエーハ Ｗ１：上面 Ｗ２:下面

Claims (1)

1. 絶縁材料で形成され上面を吸着面とし内部に下部電極を有し該吸着面でウエーハを静電吸着する静電チャックと、該静電チャックの該吸着面に対面し該静電チャックの上方に配設される上部電極と、該静電チャックと該上部電極とを収容するチャンバと、該チャンバ内にウエーハを搬入し該吸着面にウエーハを載置する搬入手段と、該チャンバの内圧を減圧する減圧手段と、該チャンバ内に反応ガスを供給するガス供給手段と、該静電チャックに高周波電圧を印加し該チャンバ内に供給された該反応ガスをプラズマ化させ該静電チャックが吸着保持するウエーハを加工処理する減圧処理装置であって、
   該搬入手段は、ウエーハの上面に接する導電性の接触部を有しウエーハを保持する保持部と、該保持部をアースに導通させる導通手段と、該保持部によって保持されたウエーハを静電チャックに載置する駆動手段と、を備え、
   該導通手段は、該保持部とアースとが接続される状態と接続されない状態とを切り換えるスイッチを備え、
   該静電チャックには、該吸着面において開口する吸引孔が配設され、
   該吸引孔は、ウエーハを吸引する機能を有する
   減圧処理装置におけるウエーハの保持方法であって、
   該搬入手段が該チャンバ内にウエーハを搬入し該保持部が保持するウエーハが該静電チャックの該吸着面に接触した状態で、該スイッチが該保持部をアースに接続するとともに該下部電極に直流電圧を印加し、該保持部がウエーハの吸着を開放するとともに該保持部をウエーハから離反させることにより、該静電チャックとウエーハとに互いに極性が異なる電荷を帯電させ該吸着面でウエーハを吸着保持し、補助的に該吸引孔に吸引力を作用させるウエーハの保持方法。

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