(57)【要約】  静電チャックアセンブリ１５は、円形表面であるウエハ載置面２２ａと比べて低位のＦ／Ｒ載置面２８ａをウエハ載置面２２ａの外周部に有するセラミック体２２と、セラミック体２２の内部のうちウエハ載置面２２ａに対向する位置に埋設されたウエハ吸着用電極３２と、セラミック体２２の内部のうちＦ／Ｒ載置面２８ａに対向する位置に埋設されたＦ／Ｒ吸着用電極３８と、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの表面に設けられたガス溜め用の凹凸領域２９と、Ｆ／Ｒ載置面２８ａに載置されたフォーカスリング５０と、フォーカスリング載置面２８ａとフォーカスリング５０との間であって凹凸領域２９を囲うようにＦ／Ｒ載置面２８ａの内周側及び外周側に配置された一対の弾性環状シール材６０と、を備えている。
2019088204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形表面であるウエハ載置面と比べて低位のフォーカスリング載置面を前記ウエハ載置面の外周部に有するセラミック体と、
前記セラミック体の内部のうち前記ウエハ載置面に対向する位置に埋設された第１電極と、
前記セラミック体の内部のうち前記フォーカスリング載置面に対向する位置に埋設された第２電極と、
前記フォーカスリング載置面の表面に設けられたガス溜め用の凹凸領域と、
前記フォーカスリング載置面に載置されたフォーカスリングと、
前記フォーカスリング載置面と前記フォーカスリングとの間であって前記凹凸領域を囲うように前記フォーカスリング載置面の内周側及び外周側に配置された一対の弾性環状シール材と、
を備えた静電チャックアセンブリ。
【請求項２】
前記弾性環状シール材は、前記フォーカスリング載置面及び前記フォーカスリングの少なくとも一方に設けられた環状溝に嵌め込まれている、
請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
【請求項３】
円形表面であるウエハ載置面と比べて低位のフォーカスリング載置面を前記ウエハ載置面の外周部に有するセラミック体と、
前記セラミック体の内部のうち前記ウエハ載置面に対向する位置に埋設された第１電極と、
前記セラミック体の内部のうち前記フォーカスリング載置面に対向する位置に埋設された第２電極と、
前記フォーカスリング載置面の表面に設けられたガス溜め用の凹凸領域と、
前記フォーカス載置面の表面のうち前記凹凸領域を囲うように内周側及び外周側に設けられた一対の環状溝と、
を備えた静電チャック。
【請求項４】
静電チャックのフォーカスリング載置面に載置されるフォーカスリングであって、
前記フォーカスリングのうち前記静電チャックに載置される側の面の内周側及び外周側に設けられた一対の環状溝
を備え、
前記一対の環状溝は、前記フォーカスリング載置面に設けられたガス溜め用の凹凸領域の内周側と外周側とを囲うことが可能な位置に設けられている、
フォーカスリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電チャックアセンブリ、静電チャック及びフォーカスリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマアッシング装置などのプラズマ処理装置が知られている。こうしたプラズマ処理装置では、通常、真空チャンバ内にウエハを載置するためのウエハ載置装置が設置される。ウエハ載置装置は、プラズマ処理を施すウエハをウエハ載置面に吸着固定するための静電チャックと、この静電チャックを冷却する冷却板とを備えている。静電チャックとしては、絶縁体又は誘電体（多くはセラミックス）に内部電極が埋設されたものなどが用いられる。このようなウエハ載置装置では、ウエハをウエハ載置面に載置した状態で内部電極に直流電圧を印加して静電力（クーロン力又はジョンソン・ラーベック力）を発生させることにより、ウエハをウエハ載置面に吸着固定する。そして、この状態で、ウエハに接するようにプラズマを発生させる。ウエハ載置面の外周には、取替可能なフォーカスリングを設置することがある。フォーカスリングは、ウエハ載置面よりも低位のフォーカスリング載置面に載置され、ウエハの外周縁までプラズマを安定に発生させる役割や静電チャックの表面を保護する役割を有する。ウエハにプラズマ処理を施す際には、ウエハだけでなくこのフォーカスリングもプラズマに曝されることになるため温度が上昇する。静電チャックに吸着固定されたウエハは、静電チャックを介して冷却板によって冷却される。しかし、フォーカスリングは、静電チャックよりもかなり厚いため静電チャックに十分に吸着されずに温度上昇が過度になることがあり、それによってウエハの外周縁の温度が高くなり、プラズマ処理プロセスの歩留まりが悪くなるおそれがある。【０００３】
そこで、特許文献１では、アルミアルマイト製の静電チャックにおいて、ウエハ載置面に用いる誘電体とフォーカスリング載置面に用いる誘電体の比抵抗率を異なるものとして、クーロン力でウエハを吸着し、ジョンソン・ラーベック力でフォーカスリングを吸着している。また、特許文献２では、同じセラミックス内にウエハ吸着用の電極とは別にフォーカスリング吸着用の電極を設け、フォーカスリング吸着用の電極に印加するチャック電圧だけをプラズマ処理の工程に応じて変更し、フォーカスリングが高温になりやすいエッチング工程ではチャック電圧を高くして吸着力を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５５９５９５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８３０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１，２には、フォーカスリング載置面とフォーカスリングとの間にヘリウムガスを供給し、フォーカスリング載置面とフォーカスリングとの間の熱伝達を円滑にすることが記載されている。しかしながら、特許文献１，２では、フォーカスリング載置面とフォーカスリングとの間に供給されたヘリウムガスがフォーカスリング載置面とフォーカスリングとの間に留まらずにその周囲に漏れてしまうことがあり、ヘリウムガスによる熱伝達が十分に行われないことがあった。このため、こうしたガスの漏れを抑制することが望まれていた。【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、フォーカスリング載置面とフォーカスリングとの間に供給されたガスがその周囲に漏れてしまうことを抑制できる静電チャックアセンブリ、静電チャック及びフォーカスリングを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の静電チャックアセンブリは、
円形表面であるウエハ載置面と比べて低位のフォーカスリング載置面を前記ウエハ載置面の外周部に有するセラミック体と、
前記セラミック体の内部のうち前記ウエハ載置面に対向する位置に埋設された第１電極と、
前記セラミック体の内部のうち前記フォーカスリング載置面に対向する位置に埋設された第２電極と、
前記フォーカスリング載置面の表面に設けられたガス溜め用の凹凸領域と、
前記フォーカスリング載置面に載置されたフォーカスリングと、
前記フォーカスリング載置面と前記フォーカスリングとの間であって前記凹凸領域を囲うように前記フォーカスリング載置面の内周側及び外周側に配置された一対の弾性環状シール材と、
を備えたものである。【０００８】
この静電チャックアセンブリの使用時には、ウエハ載置面にウエハを載置した状態で、第１電極及び第２電極の各々に電圧を印加する。すると、ウエハはウエハ載置面に吸着され、フォーカスリングはフォーカスリング載置面に吸着される。フォーカスリングをフォーカスリング載置面に吸着する際の吸着力は、クーロン力でもよいしジョンソン・ラーベック力でもよいが、ジョンソン・ラーベック力の方が好ましい。フォーカスリングはウエハに比べて厚いため反りを矯正して吸着しにくいが、弾性環状シール材がフォーカスリングの反りを吸収するため、フォーカスリングをフォーカスリング載置面にしっかりと吸着することができる。その結果、フォーカスリング載置面の凹凸領域は弾性環状シール材とフォーカスリングとによって気密又はほぼ気密になり、凹凸領域に供給されたガスの漏れを抑制することができる。更に、第１電極と第２電極とは独立しているため、それぞれに適した電圧を印加することができる。【０００９】
本発明の静電チャックアセンブリにおいて、前記弾性環状シール材は、前記フォーカスリング載置面及び前記フォーカスリングの少なくとも一方に設けられた環状溝に嵌め込まれていてもよい。こうすれば、環状溝を利用して弾性環状シール材を容易にセットすることができる。なお、弾性環状シール材は、環状溝に嵌め込むことなく、フォーカスリング載置面の平坦部とフォーカスリングの平坦部とで挟んだ状態としてもよい。その場合、弾性環状シール材は、フォーカスリング載置面及びフォーカスリングの少なくとも一方に接着剤で接着されていてもよい。【００１０】
本発明の静電チャックは、
円形表面であるウエハ載置面と比べて低位のフォーカスリング載置面を前記ウエハ載置面の外周部に有するセラミック体と、
前記セラミック体の内部のうち前記ウエハ載置面に対向する位置に埋設された第１電極と、
前記セラミック体の内部のうち前記フォーカスリング載置面に対向する位置に埋設された第２電極と、
前記フォーカスリング載置面の表面に設けられたガス溜め用の凹凸領域と、
前記フォーカス載置面の表面のうち前記凹凸領域を囲うように内周側及び外周側に設けられた一対の環状溝と、
を備えたものである。【００１１】
この静電チャックの使用時には、ウエハ載置面にウエハを載置し、フォーカスリング載置面の一対の環状溝に弾性環状シール材を嵌め込んだあとその上にフォーカスリングを載置した状態で、第１電極及び第２電極の各々に電圧を印加する。すると、ウエハはウエハ載置面に吸着され、フォーカスリングはフォーカスリング載置面に吸着される。フォーカスリングをフォーカスリング載置面に吸着する際の吸着力は、クーロン力でもよいしジョンソン・ラーベック力でもよいが、ジョンソン・ラーベック力の方が好ましい。フォーカスリングはウエハに比べて厚いため反りを矯正して吸着しにくいが、フォーカスリング載置面の一対の環状溝に嵌め込まれた弾性環状シール材がフォーカスリングの反りを吸収するため、フォーカスリングをフォーカスリング載置面にしっかりと吸着することができる。その結果、フォーカスリング載置面の凹凸領域は一対の環状溝に嵌め込まれた弾性環状シール材とフォーカスリングとによって気密又はほぼ気密になり、凹凸領域に供給されたガスの漏れを抑制することができる。更に、第１電極と第２電極とは独立しているため、それぞれに適した電圧を印加することができる。【００１２】
本発明の静電チャックアセンブリ又は静電チャックにおいて、前記セラミック体のうち、前記フォーカスリング載置面と前記第２電極との間の部分を除く主体は、クーロン力を発揮可能な体積抵抗率を有する第１セラミック部材で構成され、前記フォーカスリング載置面と前記第２電極との間の部分である副体は、ジョンソン・ラーベック力を発揮可能な体積抵抗率を有する第２セラミック部材で構成されていてもよい。こうすれば、静電チャックの使用時には、ウエハはクーロン力によりウエハ載置面に吸着され、フォーカスリングはクーロン力よりも強いジョンソン・ラーベック力によりフォーカスリング載置面に吸着される。ジョンソン・ラーベック力は吸着力が強いためフォーカスリングの反りを矯正してフォーカスリング載置面に吸着することができる。【００１３】
本発明の静電チャックアセンブリ又は静電チャックにおいて、前記第１セラミック部材の体積抵抗率は、使用温度において１×１０15Ωｃｍ以上であり、前記第２セラミック部材の体積抵抗率は、使用温度において１×１０8Ωｃｍ以上１×１０13Ωｃｍ以下であることが好ましい。こうすれば、第１セラミック部材はクーロン力を発揮しやすく、第２セラミック部材はジョンソン・ラーベック力を発揮しやすい。使用温度は、ウエハにプラズマ処理を施すときの温度であり、例えば−１００℃〜１５０℃の間で適宜設定され、一般的には室温〜１５０℃の間で設定される。第２セラミック部材の体積抵抗率は、使用温度において１×１０8Ωｃｍ以上１×１０11Ωｃｍ以下であるものとしてもよい。【００１４】
本発明の静電チャックアセンブリ又は静電チャックにおいて、前記第２セラミック部材は、周期表４族元素がドープされたセラミックで形成されていることが好ましい。こうしたセラミックは溶射するのに適している。周期表４族元素としては、例えばチタン、ジルコニウム、ハフニウムなどが挙げられる。周期表４族元素のドープ量は、第２セラミック部材の体積抵抗率が使用温度において１×１０8Ωｃｍ以上１×１０13Ωｃｍ以下になるような範囲内で適宜設定してもよい。周期表４族元素がドープされた第２セラミック部材は、第１セラミック部材と主成分が同じであることが好ましい。こうすれば、第１セラミック部材と熱伝導率や熱膨張率を同程度とすることができる。【００１５】
本発明の静電チャックアセンブリ又は静電チャックにおいて、前記第２セラミック部材の厚みばらつきは、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。こうすれば、第２セラミック部材において薄すぎる部分がなくなるため絶縁破壊が生じにくい。また、第２セラミック部材において厚すぎる部分がなくなるため除電に要する時間が比較的短くなる。【００１６】
本発明の静電チャックアセンブリ又は静電チャックにおいて、前記第２電極は、双極電極であることが好ましい。こうすれば、ジョンソン・ラーベックタイプの静電チャックでしばしば問題となる残留電荷による脱着不具合などを予防するための除電処理などが容易になる。【００１７】
本発明のフォーカスリングは、
静電チャックのフォーカスリング載置面に載置されるフォーカスリングであって、
前記フォーカスリングのうち前記静電チャックに載置される側の面の内周側及び外周側に設けられた一対の環状溝
を備え、
前記一対の環状溝は、前記フォーカスリング載置面に設けられたガス溜め用の凹凸領域の内周側と外周側とを囲うことが可能な位置に設けられている、
ものである。【００１８】
このフォーカスリングの使用時には、フォーカスリングの一対の環状溝に弾性環状シール材を嵌め込んだあとフォーカスリングを静電チャックのフォーカスリング載置面に載置した状態で、フォーカスリングをフォーカスリング載置面に静電気力（クーロン力とかジョンソン・ラーベック力）により吸着させる。フォーカスリングはウエハに比べて厚いため反りを矯正して吸着しにくいが、フォーカスリングの一対の環状溝に嵌め込まれた弾性環状シール材がフォーカスリングの反りを吸収するため、フォーカスリングをフォーカスリング載置面にしっかりと吸着することができる。その結果、フォーカスリング載置面の凹凸領域は一対の環状溝に嵌め込まれた弾性環状シール材とフォーカスリングとによって気密又はほぼ気密になり、凹凸領域に供給されたガスの漏れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】チャンバ８０に配置されたウエハ載置装置１０の縦断面図。
【図２】図１の静電チャックアセンブリ１５の部分拡大図。
【図３】静電チャックアセンブリ１５の組立手順を示す説明図。
【図４】静電チャックアセンブリ１５の別例の部分拡大図。
【図５】静電チャックアセンブリ１５の別例の部分拡大図。
【図６】静電チャックアセンブリ１５の別例の部分拡大図。
【図７】静電チャックアセンブリ１５の別例の部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１はチャンバ８０に配置されたウエハ載置装置１０の縦断面図であり、図２は図１の静電チャックアセンブリ１５の部分拡大図であり、図３は静電チャックアセンブリ１５の組立手順を示す説明図である。
【００２１】
ウエハ載置装置１０は、ウエハＷにプラズマを利用してエッチングやＣＶＤなどを行う装置であり、半導体プロセス用のチャンバ８０の底面に固定されて用いられる。ウエハ載置装置１０は、静電チャックアセンブリ１５のほか、冷却板７０を備えており、静電チャックアセンブリ１５は、静電チャック２０と、フォーカスリング５０と、一対のＯリング６０とを備えている。
【００２２】
静電チャック２０は、円板状のセラミック体２２を備えている。セラミック体２２は、ウエハＷを載置する円形のウエハ載置面２２ａと、このウエハ載置面２２ａの外周にてウエハ載置面２２ａより一段低くなるように形成された環状のフォーカスリング（Ｆ／Ｒ）載置面２８ａとを有している。セラミック体２２の内部のうちウエハ載置面２２ａに対向する位置には、ウエハ吸着用電極３２が埋設されている。ウエハ載置面２２ａの直径は、ウエハＷの直径よりも小さくなるように形成されている。このため、ウエハ載置面２２ａにウエハＷを載置した状態では、ウエハＷの外周縁がウエハ載置面２２ａからはみ出すことになる。また、セラミック体２２のＦ／Ｒ載置面２８ａに対向する位置には、ウエハ吸着用電極３２とは独立してフォーカスリング（Ｆ／Ｒ）吸着用電極３８が設けられている。セラミック体２２は、ウエハ載置面２２ａとは反対側の裏面２２ｂにて、ボンディングシート７５を介して冷却板７０に接着される。
【００２３】
セラミック体２２は、第１セラミック部材２７と第２セラミック部材２８とを備えている。第２セラミック部材２８は、セラミック体２２のうちＦ／Ｒ吸着用電極３８の下面よりも上側の環状部分であり、第１セラミック部材２７は、セラミック体２２のうち第２セラミック部材２８以外の部分である。第１セラミック部材２７は、クーロン力を発揮可能な体積抵抗率を有するものであり、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化アルミニウムなどのセラミック材料からなる部材である。使用温度（例えば常温〜１５０℃の間で設定される温度。以下同じ。）において体積抵抗率が１×１０15Ωｃｍ以上であれば、十分にクーロン力を発揮できる。第２セラミック部材２８は、ジョンソン・ラーベック力を発揮可能な体積抵抗率を有するものであり、第１セラミック部材２７のセラミック材料に周期表４族元素（例えばチタン）がドープされた材料からなる部材である。使用温度において体積抵抗率が１×１０8Ωｃｍ以上１×１０13Ωｃｍ以下（好ましくは１×１０8Ωｃｍ以上１×１０11Ωｃｍ以下）であれば、十分にジョンソン・ラーベック力を発揮できる。第２セラミック部材２８は、厚みが０．０５ｍｍ〜２ｍｍ、厚みばらつきが０．５ｍｍ以下となるように形成されている。第２セラミック部材２８は、本実施形態では溶射膜とした。
【００２４】
セラミック体２２のウエハ載置面２２ａには、ガス溜め用の凹凸領域２３が設けられている。凹凸領域２３は、ウエハ載置面２２ａの全面にわたって設けられている。凹凸領域２３には、エンボス加工により複数の凹凸が形成されている。凹凸領域２３に設けられた凹部２３ｃとウエハ載置面２２ａに載置されるウエハＷとの間には、熱伝導用のガス（例えばＨｅガス）が裏面２２ｂからウエハ載置面２２ａまで貫通するガス供給路２３ｄから供給されるようになっている。セラミック体２２のＦ／Ｒ載置面２８ａには、ガス溜め用の凹凸領域２９が設けられている。凹凸領域２９は、Ｆ／Ｒ載置面２８ａと同軸の円環状の領域であり、エンボス加工により複数の凹凸が形成されている。凹凸領域２９に設けられた凹部２９ｃとＦ／Ｒ載置面２８ａに載置されるフォーカスリング５０との間には、熱伝導用のガス（例えばＨｅガス）がガス供給路２９ｄから供給されるようになっている。ガス供給路２９ｄは、セラミック体２２の裏面２２ｂからＦ／Ｒ載置面２８ａまでを貫通するように設けられている。
【００２５】
ウエハ吸着用電極３２は、導電性のあるメッシュ又はプレートで作製され、ウエハ載置面２２ａと平行（実質的に平行な場合を含む、以下同じ）に設けられている。ウエハ吸着用電極３２の裏面は、セラミック体２２の裏面２２ｂから差し込まれた図示しない給電棒に接続されている。ウエハ吸着用電極３２には、この給電棒を介して直流電圧が印加されるようになっている。
【００２６】
Ｆ／Ｒ吸着用電極３８は、導電性のある印刷パターンで作製された双極電極であり、対をなす櫛歯電極が離間して環状段差面２４ａの表面に設けられている。Ｆ／Ｒ吸着用電極３８の裏面は、セラミック体２２の裏面２２ｂから差し込まれた図示しない給電棒に接続されている。Ｆ／Ｒ吸着用電極３８には、この給電棒を介して直流電圧が印加されるようになっている。
【００２７】
フォーカスリング５０は、例えば、金属シリコン製の部材であり、静電チャック２０のＦ／Ｒ載置面２８ａに載置されるリング本体５２を有している。リング本体５２の上端部には内周に沿って断面Ｌ字状の環状段差面５２ａが形成されている。環状段差面５２ａは、ウエハＷと干渉しないように、外径がウエハＷやウエハ載置面２２ａの直径よりもわずかに大きく形成されている。こうしたフォーカスリング５０は、ウエハＷ及び静電チャック２０を保護する役割を有する。なお、フォーカスリング５０は、Ｆ／Ｒ載置面２８ａに接着されることなく、単にＦ／Ｒ載置面２８ａに載置されている。フォーカスリング５０の材質は、プラズマ処理がプラズマエッチングの場合には、ウエハＷのエッチング対象膜の種類に応じて適宜選択される。図３に示すように、リング本体５２の裏面５２ｂ（静電チャック２０に載置される側の面）のうち、静電チャック２０に載置されたときにＦ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９に対向する対向領域５４の内周側と外周側には、対向領域５４を囲うように、一対の環状溝である内周溝５５及び外周溝５７が設けられている。内周溝５５及び外周溝５７は、リング本体５２と同軸の環状溝であり、断面Ｕ字状に形成されている。
【００２８】
１対のＯリング６０は、小径Ｏリング６５及び大径Ｏリング６７を備えている。Ｏリング６５，６７は、パーフルオロエーテルなどのフッ素ゴムで形成されたＯリングであり、小径Ｏリング６５はフォーカスリング５０の内周溝５５に嵌め込まれ、大径Ｏリング６７はフォーカスリング５０の外周溝５７に嵌め込まれている。こうしたＯリング６５，６７は、フォーカスリング５０の反りを吸収してフォーカスリング５０をＦ／Ｒ載置面２８ａにしっかりと吸着し、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９に供給されたガスの漏れを抑制する役割を有する。
【００２９】
冷却板７０は、アルミニウムやアルミニウム合金などに代表される金属からなる円板状のプレートであり、内部に冷媒が循環可能な冷媒通路７２を備えている。この冷媒通路７２は、チャンバ８０を貫通する冷媒供給路及び冷媒排出路に接続されており、冷媒排出路から排出された冷媒は温度調整されたあと再び冷媒供給路に戻される。
【００３０】
次に、静電チャックアセンブリ１５の組立例について図３を用いて説明する。まず、上述した静電チャック２０、フォーカスリング５０及びＯリング６５，６７を用意する。そして、フォーカスリング５０の内周溝５５に小径Ｏリング６５を嵌め込み、外周溝５７に大径Ｏリング６７を嵌め込む。その後、Ｏリング６５，６７を嵌め込んだフォーカスリング５０を、静電チャック２０のＦ／Ｒ載置面２８ａ上に載置する。このとき、フォーカスリング５０の内周溝５５と外周溝５７及びそこに嵌め込まれた小径Ｏリング６５と大径Ｏリング６７がＦ／Ｒ載置面２８ａに設けられた凹凸領域２９の内周側と外周側を囲うようにフォーカスリング５０を載置する。これにより、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９は、Ｏリング６５，６７とフォーカスリング５０の対向領域５４とによって気密又はほぼ気密となる。
【００３１】
次に、静電チャックアセンブリ１５の使用例について図１を用いて説明する。静電チャックアセンブリ１５を備えたウエハ載置装置１０は、チャンバ８０の底面に固定されて使用される。チャンバ８０の天井面には、プロセスガスを多数のガス噴射孔からチャンバ８０内部へ放出するシャワーヘッド９０が配置されている。
【００３２】
静電チャック２０のウエハ載置面２２ａには、円板状のウエハＷが載置される。ウエハＷはウエハ吸着用電極３２に電圧が印加されることによりクーロン力によってウエハ載置面２２ａに静電吸着される。ウエハＷの温度は、冷却板７０の冷媒通路７２へ供給する冷媒の温度を調整することによって制御できる。このとき、ウエハＷとウエハ載置面２２ａの凹部２３ｃとの間に熱伝導を良好にするためにＨｅガスを供給する。ウエハＷの温度制御は、図示しない温度検出センサによってウエハの温度を検出し、その温度が目標温度となるようにフィードバックすることにより実行される。
【００３３】
静電チャック２０のＦ／Ｒ載置面２８ａには、円環状のフォーカスリング５０が載置される。フォーカスリング５０は、Ｆ／Ｒ吸着用電極３８に電圧が印加されることによりジョンソン・ラーベック力によってＦ／Ｒ載置面２８ａに静電吸着される。フォーカスリング５０は、冷却板７０の冷媒通路７２へ供給する冷媒の温度を調整することによって制御できる。このとき、フォーカスリング５０とＦ／Ｒ載置面２８ａの凹部２９ｃとの間に熱伝導を良好にするためにＨｅガスを供給する。フォーカスリング５０の温度制御は、図示しない温度検出センサによってフォーカスリング５０の温度を検出し、その温度が目標温度となるようにフィードバックすることにより実行される。
【００３４】
この状態で、チャンバ８０の内部を所定の真空雰囲気（又は減圧雰囲気）になるように設定し、シャワーヘッド９０からプロセスガスを供給しながら冷却板７０とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させる。そして、そのプラズマを利用してウエハにＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。
【００３５】
ウエハＷがプラズマ処理されるのに伴ってフォーカスリング５０も消耗するが、フォーカスリング５０は厚さが厚いため、フォーカスリング５０の交換は複数枚のウエハＷを処理したあとに行われる。
【００３６】
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のセラミック体２２が本発明のセラミック体に相当し、ウエハ吸着用電極３２が第１電極に相当し、Ｆ／Ｒ吸着用電極３８が第２電極に相当する。また、一対のＯリング６０が一対の弾性環状シール材に相当する。
【００３７】
以上説明した第１実施形態の静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０では、これらの使用時には、ウエハ載置面２２ａにウエハＷを載置した状態で、ウエハ吸着用電極３２及びＦ／Ｒ吸着用電極３８の各々に電圧を印加する。すると、ウエハＷはウエハ載置面２２ａに吸着され、フォーカスリング５０はＦ／Ｒ載置面２８ａに吸着される。フォーカスリング５０はウエハＷに比べて厚いため反りを矯正して吸着しにくいが、Ｏリング６５，６７がフォーカスリング５０の反りを吸収するため、フォーカスリング５０をＦ／Ｒ載置面２８ａにしっかりと吸着することができる。その結果、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９はＯリング６５，６７とフォーカスリング５０とによって気密又はほぼ気密になり、凹凸領域２９に供給されたガスの漏れを抑制することができる。このため、こうした静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０を有するウエハ載置装置１０では、凹凸領域２９に供給されたガスの熱伝導を利用して、フォーカスリング５０を十分に冷却できる。更に、ウエハ吸着用電極３２とＦ／Ｒ吸着用電極３８とは独立しているため、それぞれに適した電圧を印加することができる。
【００３８】
また、静電チャックアセンブリ１５において、一対のＯリング６０は、フォーカスリング５０に設けられた環状の溝５５，５７に嵌め込まれているため、溝５５，５７を利用してＯリング６５，６７を容易にセットすることができる。
【００３９】
更に、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、セラミック体のうち、第１セラミック部材２７は、クーロン力を発揮可能な体積抵抗率を有する材料で構成され、第２セラミック部材２８は、ジョンソン・ラーベック力を発揮可能な体積抵抗率を有する材料で構成されている。このため、静電チャック２０の使用時には、ウエハＷはクーロン力によりウエハ載置面２２ａに吸着され、フォーカスリング５０はクーロン力よりも強いジョンソン・ラーベック力によりＲ／Ｆ載置面２８ａに吸着される。ジョンソン・ラーベック力は吸着力が強いためフォーカスリング５０の反りを矯正してＦ／Ｒ載置面２８ａに吸着することができる。
【００４０】
更にまた、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、第１セラミック部材２７の体積抵抗率は、１×１０15Ωｃｍ以上であり、第２セラミック部材２８の体積抵抗率は、１×１０8Ωｃｍ以上１×１０13Ωｃｍ以下である。このため、第１セラミック部材２７はクーロン力を発揮しやすく、第２セラミック部材２８はジョンソン・ラーベック力を発揮しやすい。
【００４１】
そして、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、第２セラミック部材２８は、周期表４族元素がドープされたセラミックで形成されており、こうしたセラミックは溶射するのに適している。
【００４２】
そしてまた、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、第２セラミック部材２８の厚みばらつきは、０．５ｍｍ以下であるため、第２セラミック部材２８において薄すぎる部分がなくなるため絶縁破壊が生じにくい。また、第２セラミック部材２８において厚すぎる部分がなくなるため除電に要する時間が比較的短くなる。
【００４３】
そして更に、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、Ｆ／Ｒ吸着用電極３８は、双極電極であるため、ジョンソン・ラーベックタイプの静電チャックでしばしば問題となる残留電荷による脱着不具合などを予防するための除電処理などが容易になる。
【００４４】
そして更にまた、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、第２セラミック部材２８が溶射膜であるため、比較的簡単に第２セラミック部材２８を形成することができる。また、第２セラミック部材２８は、第１セラミック部材２７のセラミック材料と主成分が同じ材料であるため、熱伝導率や熱膨張率などを第１セラミック部材２７と同程度とすることができる。
【００４５】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００４６】
例えば、上述した実施形態では、フォーカスリング５０の裏面５２ｂに設けた内周溝５５及び外周溝５７に小径Ｏリング６５及び大径Ｏリング６７をそれぞれ嵌め込んだが、図４に示すように、フォーカスリング５０の裏面５２ｂを平坦とし、Ｆ／Ｒ載置面２８ａに設けた内周溝１２５及び外周溝１２７にそれぞれ小径Ｏリング６５及び大径Ｏリング６７を嵌め込んでもよい。あるいは、図５に示すように、フォーカスリング５０の裏面５２ｂを平坦にすると共に、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９以外の領域も平坦にし、フォーカスリング５０の裏面５２ｂとＦ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９以外の領域とで小径Ｏリング６５及び大径Ｏリング６７を挟んでもよい。あるいは、図６に示すように、フォーカスリング５０の裏面５２ｂの内周に沿って設けた断面Ｌ字状の切り欠き溝２５５に小径Ｏリング６５を配置すると共に、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの外周に沿って設けた断面Ｌ字状の切り欠き溝２２７に大径Ｏリング６７を配置してもよい。図６において、切り欠き溝２５５や切り欠き溝２２７に代えて、図２の内周溝５５や図４の外周溝１２７のような断面Ｕ字状の環状溝を形成してもよい。あるいは、図７に示すように、フォーカスリング５０の裏面５２ｂに深さの浅い内周溝３５５と外周溝３５７を設け、Ｆ／Ｒ載置面のうちそれらの溝に対向する位置にも深さの浅い内周溝３２５と外周溝３２７を設け、小径Ｏリング６５を両方の内周溝３５５，３２５に嵌め込み、大径Ｏリング６７を両方の外周溝３５７，３２７に嵌め込んでもよい。いずれにしても、上述した実施形態と同様、Ｆ／Ｒ載置面２８ａとフォーカスリング５０との間に供給されたガスがその周囲に漏れてしまうことを抑制できる。なお、図５では、Ｆ／Ｒ載置面２８ａとフォーカスリング５０との距離が開くため、上述した実施形態や他の実施形態よりもフォーカスリング５０の冷却効率やフォーカスリング５０とＦ／Ｒ載置面２８ａとの間に働く吸着力が落ちる傾向にある。図７では、フォーカスリング５０及びＦ／Ｒ載置面２８ａの両方に内周溝３５５，３２５と外周溝３５７，３２７を形成し、両方の内周溝３５５，３２５に小径Ｏリング６５を嵌め込み、両方の外周溝３５７，３２７に大径Ｏリング６７を嵌め込むため、フォーカスリング５０の位置決めが容易になる。
【００４７】
上述した実施形態では、セラミック体２２を第１セラミック部材２７と第２セラミック部材２８とで構成したが、セラミック体２２を第１セラミック部材２７の材料で一体に形成してもよい。こうすれば、フォーカスリング５０はＦ／Ｒ載置面２８ａにクーロン力により吸着される。
【００４８】
上述した実施形態では、フォーカスリングは、リング本体５２の上端部に環状段差面５２ａが形成されているものとしたが、環状段差面５２ａを省略してもよい。また、フォーカスリングの外周側には、リング本体５２の裏面５２ｂから下方に伸びるスカート部が形成されていてもよい。
【００４９】
上述した実施形態では、弾性環状シール材としてＯリングを用いたが、低ヤング率のシール材であれば特に限定されず、各種パッキンなどを用いることができる。また、弾性環状シール材はフッ素ゴムで形成されたものとしたが、弾性材料で形成されたものであればよく、例えば、フッ素樹脂で形成されたものとしてもよいし、シリコーン樹脂やシリコーンゴムで形成されたものとしてもよい。また、弾性環状シール材は、静電チャック２０やフォーカスリング５０に接着して用いてもよい。
【００５０】
上述した実施形態では、第２セラミック部材２８として溶射膜を用いたが、溶射膜に代えて、エアロゾルデポジション法などの他のコーティング技術を用いて生成させた被膜としてもよい。溶射やこれらのコーティング方法では、厚みを比較的精度よく制御できるため、所望の吸着力を発揮する被膜を得ることが容易であり、得られた被膜は絶縁の確保にも適している。なお、溶射法としては、一般的な溶射法のほか、コールドスプレー法やサスペンションプラズマ溶射法などの各種の溶射法を採用できる。
【００５１】
上述した実施形態では、Ｆ／Ｒ吸着用電極３８は双極電極としたが、単極電極でもよい。また、上述した実施形態において、ウエハ吸着用電極３２は、単極電極でもよいし、双極電極でもよい。Ｆ／Ｒ吸着用電極３８は、ウエハ吸着用電極３２と同様の電極としてもよい。
【００５２】
上述した実施形態において、セラミック体２２の内部のうちウエハ載置面２２ａに対向する位置には、さらに高周波（ＲＦ）電極やヒータ電極が埋設されていてもよい。ＲＦ電極は、導電性のメッシュで作製され、ウエハ載置面２２ａと平行に設けられる。ＲＦ電極の裏面は、セラミック体２２の裏面２２ｂから差し込まれた図示しない給電棒に接続される。ＲＦ電極には、この給電棒を介してＲＦ電圧が印加される。ヒータ電極は、導電性のあるコイルまたは印刷パターンで作製された抵抗発熱体であり、ウエハ載置面２２ａと平行にウエハ載置面２２ａに対向する全域にわたって一筆書きの要領で一端から他端まで配線される。ヒータ電極の一端と他端は、セラミック体２２の裏面２２ｂから差し込まれた一対の給電棒に接続される。ヒータ電極には、この給電棒を介して電圧が印加される。同様に、セラミック体２２の内部のうちＦ／Ｒ載置面２８ａに対向する位置には、ＲＦ電極やヒータ電極が埋設されていてもよい。
【００５３】
上述した実施形態では、静電チャック２０の裏面２２ｂに冷却板７０をボンディングシート７５で接着したが、例えば、冷却板７０がＳｉ−ＳｉＣ−Ｔｉなどのセラミック複合材料で作製されている場合には静電チャック２０の裏面２２ｂに冷却板７０をＴＣＢ（Thermal compression bonding）により接合してもよい。ＴＣＢとは、接合対象の２つの部材の間に金属接合材を挟み込み、金属接合材の固相線温度以下の温度に加熱した状態で２つの部材を加圧接合する方法をいう。
【００５４】
上述した実施形態において、ウエハＷを昇降するリフトピンを設けてもよい。その場合、リフトピンを挿通する挿通穴は、チャンバ８０、冷却板７０、ボンディングシート７５及び静電チャック２０を貫通するように設ければよい。
【００５５】
上述した実施形態では、冷却板７０とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させたが、ウエハ吸着用電極３２やＦ／Ｒ吸着用電極３８などの静電電極とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させてもよい。また、上述したように、さらにＲＦ電極を設け、ＲＦ電極とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させてもよい。
【００５６】
本出願は、２０１７年１１月６日に出願された米国仮出願第６２／５８１９００号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、半導体製造装置に利用可能であり、特にハイパワー化が進むプラズマエッチングプロセスに用いる半導体製造装置に適している。
【符号の説明】
【００５８】
１０  ウエハ載置装置、１５  静電チャックアセンブリ、２０  静電チャック、２２  セラミック体、２２ａ  ウエハ載置面、２２ｂ  裏面、２３  凹凸領域、２３ｃ  凹部、２３ｄ  ガス供給路、２４ａ  環状段差面、２７  第１セラミック部材、２８  第２セラミック部材、２８ａ  フォーカスリング載置面、２９  凹凸領域、２９ｃ  凹部、２９ｄ  ガス供給路、３２  ウエハ吸着用電極、３８  フォーカスリング吸着用電極、５０  フォーカスリング、５２  リング本体、５２ａ  環状段差面、５２ｂ  裏面、５４  対向領域、５５，３５５  内周溝、５７，３５７  外周溝、６０  Ｏリング、６５  小径Ｏリング、６７  大径Ｏリング、７０  冷却板、７２  冷媒通路、７５  ボンディングシート、８０  チャンバ、９０  シャワーヘッド、１２５，３２５  内周溝、１２７，３２７  外周溝、２２７，２５５  切り欠き溝、Ｗ  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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【国際調査報告】
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