JPH07106317A

JPH07106317A - 試料台

Info

Publication number: JPH07106317A
Application number: JP27779293A
Authority: JP
Inventors: Koyo Kamiide; 幸洋上出
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-10-08
Filing date: 1993-10-08
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】静電吸着した試料の温度を極低温から高温ま
での広範囲で効率良く調節するとが可能な試料台を提供
することを目的とする。【構成】試料１０を静電吸着する静電チャック１１
と、静電チャック１１の下部に配置される冷却槽１２と
を備えた試料台１であり、静電チャック１１は、平板電
極１０１と、平板電極１０１に形成したスリット１０６
内にこの平板電極１０１と絶縁状態を保って配置される
ヒーター線１０２と、スリット１０６内を含む平板電極
１０１の上面に形成される誘電膜１０３とで構成され
る。これによって、誘電膜１０３の上面に静電吸着した
試料１０の加熱と冷却とが効率良く行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
で用いるエッチング装置や成膜装置等の加工装置に配置
する試料台に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化と高機能化
に伴って、半導体ウエハ上に形成される素子の微細化と
多層化が進展している。このため、エッチング装置や成
膜装置のような加工装置を用いた半導体ウエハ表面の加
工においては、試料温度を高精度に管理することが求め
られている。

【０００３】上記の加工装置には、素子を形成するウエ
ハを保持する試料台として静電チャックが備えられてい
る。静電チャックは、静電吸着用の平板電極の上面に誘
電膜を被着してなる。そして、この誘電膜上に載置した
ウエハと平板電極との間に電圧を印加し、当該誘電膜を
分極させることによって静電力を発生させ、この静電力
によって試料を誘電膜の上面に吸着保持するものであ
る。この静電チャックを用いた試料台には、平板電極の
下部に冷却槽を配置するか、あるいは、特開昭６３−１
６０３５５号に開示されている静電チャックのように平
板電極の下部に加熱体を配置している。そして、温度制
御した冷媒や加熱体からの熱伝導や輻射熱によって、試
料台に吸着保持したウエハの温度調節を行っている。上
記の静電チャックを用いた試料台では、ウエハが裏面の
全面で吸着されるため、試料台からの熱伝導によるウエ
ハの温度調節が効率良く行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の静電チ
ャックに温度調節機能を設けた試料台には以下のような
課題があった。すなわち、ウエハ表面を加工する際のウ
エハ温度は、加工対象物の材料及び構造によって選択さ
れ、特にエッチング加工を行う場合には加工対象物によ
ってウエハ温度の設定範囲は−１５０℃から＋２００℃
の広範囲にわたっている。例えば、ウエハ表面のアルミ
ニウム膜のエッチング加工では、膜構造によってウエハ
温度が２０℃〜３０℃の常温または−５０℃の低温に設
定される。また、ウエハ表面の銅薄膜のエッチング加工
では、ウエハ温度が２００℃の高温に設定される。

【０００５】ところが、静電チャックの下部に冷却槽を
配置した試料台では、上記の温度範囲を全てカバーでき
る冷媒がない。このため、一台のエッチング装置で全て
のエッチング加工を行おうとする場合には、加工の際の
ウエハの設定温度毎に冷媒を交換する必要がある。しか
しこの方法は、手間が掛かるため実際的ではない。そし
て、静電チャックの下部に加熱体を配置した試料台で
は、試料温度を常温より低くすることができない。そこ
で、静電チャックの下部に加熱体を配置し、さらにこの
加熱体の下部に冷却槽を配置する構造も考えられる。し
かし、この場合には冷却槽と試料との距離が遠くなり、
充分な冷却効果が得られなくなる。したがって、この試
料台を備えたエッチング装置では、加工の際のウエハの
設定温度毎に専用のエッチング装置を用意する必要があ
り装置コストが掛かるという問題があった。

【０００６】そこで、本発明は試料温度を極低温から高
温までの広範囲で効率良く調節するとが可能な試料台を
提供し、半導体装置の製造コストを低減することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの第１の発明は、試料を静電吸着する静電チャック
と、当該静電チャックの下部に配置される冷却槽とを備
えた試料台である。この試料台において上記の静電チャ
ックは、静電吸着用の平板電極と、上記平板電極に形成
したスリット内に当該電極と絶縁状態を保って配置され
るヒーター線と、上記スリット内を含む上記電極の上面
に形成される誘電膜とで構成される。

【０００８】そして、第２の発明の試料台に備えられた
静電チャックは、少なくとも一本の発熱線材からなる電
極と、上記電極を覆う状態に形成される誘電膜と、上記
電極の一端に接続する直流電源と、上記電極の他端に接
続する電流制限手段とで構成される。

【０００９】

【作用】上記第１の発明の試料台では、平板電極に形成
したスリット内にヒーター線が配設されているため、ヒ
ーター線を発熱させた場合には当該試料台に静電吸着し
た試料にヒーター線の熱が効率良く伝わる。そしてこの
試料台では、冷却槽が静電チャックの下部に配置されて
いるので、冷却槽による試料の冷却効率が維持される。
したがって、冷却槽に所定温度の冷媒を流すかまたはヒ
ーター線を所定温度に発熱させることによって、試料台
に静電吸着した試料が極低温から高温まで効率良く温度
調節される。

【００１０】次に、上記第２の試料台では、静電吸着用
の電極が発熱線材で構成されており、電極の両端に直流
電源と電流制限手段が接続している。このため、電流制
限手段によって電流量を制限しながら電極に電圧を印加
すると、電極の全域に電圧が加わり誘電膜上に載置した
試料が静電力によって試料台に吸着保持される。また、
電極に流れる電流量に対応して電極が発熱し、試料が加
熱される。この場合、電極が発熱線材で構成されている
ので、試料が効率良く加熱される。さらに、電流制限手
段によって電極に電流が流れないようにした状態で当該
電極に電圧を印加すると、上記と同様に試料台に試料が
吸着保持されるが電極は発熱しない。そして、この試料
台では、上記第１の発明と同様に冷却槽が静電チャック
の下部に配置されるので、冷却槽による試料の冷却効率
が維持され、試料台に静電吸着した試料が極低温から高
温まで効率良く温度調節される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の試料台の実施例を説明する。
先ず、第１の実施例の試料台を図１に基づいて説明す
る。図の（１）は試料台の断面構成図であり、（２）は
平板電極部の概略斜視図である。図に示すように試料台
１は、試料１０を静電吸着する静電チャック１１と、試
料を冷却する冷却槽１２とを備えている。そして、静電
チャック１１は、平板電極１０１と、ヒーター線１０２
と、誘電膜１０３とで構成されている。

【００１２】上記の平板電極１０１は、例えば１枚のタ
ングステン（Ｗ）板からなり、例えばアルミナ（Ａｌ₂
０₃）を主成分にしたセラミックスからなる支持基板１
０５の上面に熱圧着されている。この平板電極１０１に
は、図の（２）に示すように渦巻き状のスリット１０６
が形成されている。スリット１０６とスリット１０６と
の間隔は、平板電極１０１面内の温度分布がばらつかな
いように、できるだけ狭くなっている。また、平板電極
１０１には、裏面側から静電吸着電源１０７が接続して
いる。

【００１３】そして、このスリット１０６の内部に、上
記のヒーター線１０２が配設されている。このヒーター
線１０２には、例えばニッケル−クロム系合金からなる
発熱線材に耐熱性の絶縁物を巻き付けたシースヒーター
が用いられている。そして、ヒーター線１０２の両端に
は加熱電源１０８が接続している。

【００１４】さらに、図の（１）に示したように、上記
のようにヒーター線１０２を配設したスリット１０６内
を埋め込む状態で、平板電極１０１の上面に誘電膜１０
３が被着している。この誘電膜１０３は、例えば支持基
板１０５と同様のセラミックスからなり、誘電膜１０３
の上面に載置する試料１０の吸着力とこの試料１０の温
度調節の効率を高めるために、表面が研磨によって平坦
に形成されている。さらに、誘電膜１０３の表面には、
支持基板１０５の裏面側から貫通させた裏面ガス供給管
１０９の裏面ガス供給口１１０が設けられている。

【００１５】一方、平板電極１０１の下部には、支持基
板１０５を介して上記の冷却槽１２が密着配置されてい
る。この冷却槽１２には冷媒導入管１２１と冷媒排出管
１２２とが接続している。

【００１６】また、上記の試料台を例えば特開平２−７
５２０号に開示されているドライエッチング装置に適用
する場合には、平板電極１０１にさらに高周波電源１３
０を接続する。そして、この試料台１と対向する状態に
上部電極（図示せず）を配置して、ドライエッチング装
置を構成する。

【００１７】上記構成の試料台１を使用する場合には、
以下のようにする。先ず、誘電膜１０３の上面に試料１
０を載置し、静電吸着電源１０７から平板電極１０１に
−５００Ｖの電圧を印加する。次いで、裏面ガス供給管
１０９から裏面ガス３０としてヘリウム（Ｈｅ）ガスを
供給する。その後、試料１０を加熱する場合には、加熱
電源１０８からヒーター線１０２に所定量の電流を流
し、ヒーター線１０２を所定の温度に発熱させる。

【００１８】そして、試料１０を冷却する場合には、所
定温度に冷却した冷媒２０を冷媒導入管１２１から冷却
槽１２に導入して冷媒排出管１２２から排出し、冷媒２
０を循環させる。ここで、冷媒２０は例えば液体窒素の
ように−１５０℃程度の極低温まで冷却できるガスを用
いる。

【００１９】この試料台１を上記特開平２−７５２０号
に開示されているドライエッチング装置に適用した場合
には、上記のようにして試料１０を冷却または加熱して
所定温度にした後に、高周波電源１３０から平板電極１
０１に直流電圧と重複する状態で高周波電圧を印加す
る。

【００２０】上記のように試料台１を作動させた場合、
先ず平板電極１０１に印加された電圧によって誘電膜１
０３が分極して静電力が発生し、この静電力によって試
料１０が試料台１に吸着保持される。そして、誘電膜１
０３と試料１０との極狭い隙間に裏面ガス３０が封入さ
れ、試料１０と試料台１との間の熱伝導率が向上する。
このため、ヒーター線１０２に電流を流した場合に
は、試料１０とヒーター線１０２との間で熱交換が起こ
り、試料１０が所定温度に加熱される。その際、試料台
１においては、ヒーター線１０２が電極１０１に形成し
たスリット１０６内に配置されているため、ヒーター線
１０２からの熱は誘電膜１０３を介して試料に速やかに
伝わる。

【００２１】さらに、試料１０を試料台１に静電吸着し
た状態において冷却槽１２中に冷媒２０を循環させた場
合には、試料１０と冷却槽１２中の冷媒２０との間で熱
交換が起こり、試料１０が所定温度に冷却される。その
際、試料台１においては、冷却槽１２は支持基板１０５
を介して平板電極１０１の下面に配置されているため、
試料１０の熱が冷媒２０に速やかに伝わる。したがっ
て、試料台１に吸着保持された試料１０の温度調節が、
極低温から高温の広い温度範囲で効率良く行われる。

【００２２】そして、平板電極１０１に高周波電圧を印
加した場合には、平板電極１０１上に供給されたエッチ
ングガスがプラズマ化し、このプラズマによって試料１
０の表面がエッチングされる。

【００２３】上記第１の実施例では、平板電極１０１に
渦巻き状のパターンでスリット１０６を形成し、このス
リット１０６に沿ってヒーター線１０２を配置した。し
かし、本発明はこれに限らず、例えば、図２（１）に示
すように、上記渦巻き状パターンのスリット１０６内
に、ヒーター線１０２を蛇行する状態に配置しても良
い。さらに図２（２）に示すように、平板電極１０１に
放射状パターンのスリット１０６を形成し、このスリッ
ト１０６内にヒーター線１０２を蛇行させて配置しても
良い。上記のように、スリット１０６のパターンとヒー
ター線１０２の配置状態とは、誘電膜１０３の上面での
温度分布のバラツキが最小限になるように設定する。

【００２４】さらに、誘電膜１０３の上面の温度分布を
均等に保つために、特開平４−１４２７４２の温度分布
の制御方法に開示されているように、複数のヒーター線
と熱電対とを配設するようにしても良い。この場合、ス
リット１０６内に複数のヒーター線１０２を配設し、そ
れぞれのヒーター線１０２の配置領域に熱電対を配置す
る。そして、熱電対によって測定した温度差によってそ
れぞれのヒーター線に供給する電流量を制御し、誘電膜
１０３の上面の温度分布を均等に保つ。

【００２５】次に、第２の実施例の試料台を、図３に基
づいて説明する。図の（１）は試料台の断面構成図であ
り、（２）は試料台要部の概略斜視図である。図に示す
ように試料台２は、試料１０を静電吸着する静電チャッ
ク２１と、試料１０を冷却する冷却槽２２とを備えてい
る。そして、静電チャック２１は、電極２０１と、誘電
膜２０２と、電極２０１に電圧を印加する直流電源２０
３と、電極２０１に流れる電流を制限する電流制限手段
２０４とで構成されている。

【００２６】上記の電極２０１は、例えばニッケル−ク
ロム合金（Ｎｉ−Ｃｒ）のような発熱線材からなる。そ
して、図の（２）に示すように、例えばＡｌ₂Ｏ₃を主
成分にしたセラミックスからなる支持基板２０６の上面
に、少なくとも一本以上の電極２０１が渦巻き状に配置
され、この支持基板２０６に電極２０１が熱圧着されて
いる。また、上記にように形成された電極２０１の一端
には、上記の直流電源２０３が接続され、他端には電流
制限手段２０４が接続されている。

【００２７】そして、図の（１）に示したように、上記
のように配置された電極２０１を覆う状態で、上記の誘
電膜２０２が形成されている。この誘電膜２０２は、例
えば支持基板２０６と同様のセラミックスからなり、誘
電膜２０２の上面に載置した試料１０の吸着力とこの試
料１０の温度調節の効率を高めるために表面が平坦に形
成されている。さらに、誘電膜２０２の表面には、支持
基板２０６の裏面側から貫通させた裏面ガス供給管２０
７の裏面ガス供給口２０８が配置されている。

【００２８】一方、電極２０１下には、支持基板２０６
を介して上記の冷却槽２２が密着配置されている。この
冷却槽２２には冷媒導入口２２１と冷媒排出口２２２と
が接続している。

【００２９】上記のように構成された試料台２を使用す
る場合には、以下のようにする。先ず、試料１０を加熱
する場合には、誘電膜２０２の上面に試料１０を載置
し、直流電源２０３から電極２０１に−７００Ｖ程度の
電源電圧で電流を流す。この際、電極２０１のどの部分
においても電圧が−５００Ｖ程度に維持されるように、
電流制限手段２０４を所定の抵抗値に設定する。また、
上記第１の実施例と同様に、裏面ガス供給管２０７から
裏面ガス３０としてヘリウム（Ｈｅ）ガスを供給する。

【００３０】そして、試料１０を冷却する場合には、誘
電膜２０２の上面に試料１０を載置し、電極２０１と電
流制限手段２０４との接続を遮断する。そして、直流電
源２０３から電極２０１に−５００Ｖ程度の電圧を印加
する。次いで、裏面ガス供給管２０７から裏面ガス３０
としてヘリウム（Ｈｅ）ガスを供給する。その後、所定
温度に冷却した冷媒２０を冷媒導入管２２１から冷却槽
２２に導入して冷媒排出管２２２から排出させ、冷媒２
０を循環させる。ここで、冷媒２０は、上記第１の実施
例と同様に例えば液体窒素のように極低温まで冷却でき
るものを用いる。

【００３１】上記のように、試料１０を加熱するように
試料台２を使用した場合には、電極２０１にはどの部分
においても−５００Ｖ程度の電圧が印加される。このた
め、誘電膜２０２が分極して静電力が発生し、この静電
力によって試料１０が試料台２に吸着保持される。さら
に、発熱線材で形成されている電極２０１に電流が流れ
るため、電極２０１が電流量に対応した温度に発熱す
る。そして、試料１０と電極２０１との間で熱交換が起
こり、試料１０が所定温度に加熱される。その際、誘電
膜２０２と試料１０との極狭い隙間に裏面ガスが封入さ
れることによって、試料１０と試料台２との間の熱伝導
率が向上し、電極２０１の熱は速やかに試料１０に伝わ
る。

【００３２】さらに、試料１０を冷却するように試料台
２を使用した場合には、電極２０１には電圧が印加さ
れ、上記と同様に試料１０が試料台２に吸着保持され
る。この際、電極２０１と電流制限手段２０４との接続
は遮断されていて電極２０１には電流が流れないため、
電極２０１は発熱しない。そして、試料１０と冷却槽２
２中の冷媒２０との間で熱交換が起こり、試料１０が所
定温度に冷却される。その際、試料台２においては、冷
却槽２２は支持基板２０６を介して電極２０１の下面に
配置されているため、試料１０の熱が冷媒２０に速やか
に伝わる。したがって、試料台２に吸着保持された試料
１０の温度調節が、極低温から高温までの広い範囲で効
率良く行われる。

【００３３】上記第２の実施例では、発熱線材を渦巻き
状に配置して電極２０１を形成した。しかし、本発明は
これに限らず、電極２０１は、誘電膜２０２上面の温度
分布が均等になるように配置する。そして、上記第１の
実施例と同様に、特開平４−１４２７４２号に開示され
ている温度分布制御方法の適用も可能である。

【００３４】さらに、第２の実施例の試料台は、上記第
１の実施例の試料台と同様に特開平２−７５２０号に開
示されているドライエッチング装置に適用することも可
能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明の試料
台は、平板電極に形成したスリット内にヒーター線を配
置したので、試料台に静電吸着された試料とヒーターと
の間、及びこの試料と冷却槽との間で効率良く熱交換が
行うことが可能となった。そして、第２の発明の試料台
は、電極を発熱線材で形成するようにしたので、試料台
に静電吸着された試料と電極との間、及びこの試料と冷
却槽との間で効率良く熱交換が行うことが可能となっ
た。したがって、第１及び第２の発明の試料台では、一
台の試料台で試料を吸着保持しかつ極低温から高温にま
で効率良く温度調節するとが可能となり、半導体装置の
製造においては、装置コストの低減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の試料台の構成図である。

【図２】平板電極部の他の例を示す図である。

【図３】第２の実施例の試料台の構成図である。

【符号の説明】

１，２試料台１０試料１１，２１静電チャック１２，２２冷却槽１０１平板電極１０２ヒーター線１０３誘電膜１０６スリット２０１電極２０２誘電膜２０３直流電源２０４電流制限手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を静電吸着する静電チャックと、当
該静電チャックの下部に配置される冷却槽とを備えた試
料台において、前記静電チャックは、平板電極と、前記平板電極に形成したスリット内に当該平板電極と絶
縁状態を保って配置されるヒーター線と、前記スリット内を含む前記平板電極の上面に形成される
誘電膜とからなることを特徴とする試料台。
【請求項２】試料を静電吸着する静電チャックと、当
該静電チャックの下部に配置される冷却槽とを備えた試
料台において、前記静電チャックは、少なくとも一本の発熱線材からな
る電極と、前記電極を覆う状態に形成される誘電膜と、前記電極の一端に接続する直流電源と、前記電極の他端に接続する電流制限手段とからなること
を特徴とする試料台。