(57)【要約】【課題】伝熱ガスの絶縁破壊を防止し、信頼性の高いウエハ載置用電極を提供する。【解決手段】内部に温度調整用の媒体を通流させるための流路を形成した電極本体１と、前記電極本体のウエハ載置面に形成した誘電体膜２と、該誘電体膜と該誘電体膜上に載置された試料により形成される空隙に伝熱ガスを前記電極本体内を貫通して供給する絶縁性のガス導入路１０を備え、前記誘電体膜上に載置したウエハ３を真空容器内に配置して該真空容器内に生成されたプラズマによりプラズマ処理を施すウエハ載置用電極において、前記ガス導入路の前記ウエハ載置面に臨む部分の内側には、導入路の軸と略直交する方向に凸部を備える襞を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に温度調整用の媒体を通流させるための流路を形成した電極本体と、
前記電極本体のウエハ載置面に形成した誘電体膜と、
該誘電体膜と該誘電体膜上に載置された試料により形成される空隙に伝熱ガスを前記電極本体内を貫通して供給する絶縁性のガス導入路を備え、
前記誘電体膜上に載置したウエハを真空容器内に配置して該真空容器内に生成されたプラズマによりプラズマ処理を施すウエハ載置用電極において、
前記ガス導入路の前記ウエハ載置面に臨む部分の内側には、導入路の軸と略直交する方向に凸部を備える襞を設けたことを特徴とするウエハ載置用電極。
【請求項２】
請求項１記載のウエハ載置用電極において、
前記襞は、導入路内側に形成したネジ山であることを特徴とするウエハ載置用電極。
【請求項３】
請求項１記載のウエハ載置用電極において、
前記襞は、外径が同じで、径およびその中心位置が互いに異なる孔を有するリング状の円板を複数枚重ね合わせて形成したことを特徴とするウエハ載置用電極。
【請求項４】
請求項３記載のウエハ載置用電極において、  
前記リング状の円板を複数枚重ね合わせて形成した襞を備えるガス導入路は、その入り口から出口を直接見ることができない位置に前記リング状の円板を重ね合わせて形成していることを特徴とするウエハ載置用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハ載置用電極に係り、特に、電極内に形成したガス導入路内における放電の発生を抑制することのできるウエハ載置用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスでは、一般にプラズマを用いたドライエッチングが行われる。ドライエッチングを行うプラズマ処理装置は、処理室を形成する真空容器、該真空容器に接続されたガス供給系、処理室内圧力を所定の値に保持するガス排気系、ウエハを静電吸着して固定するウエハ載置用電極、真空容器内にプラズマを生成するアンテナなどから構成される。
【０００３】
真空容器内には、例えばハロゲンガスを主成分とした混合ガスを供給し、供給された混合ガスを放電によってプラズマ化し、これによって発生した各種活性種を用いて、前記載置電極上に固定したウエハにドライエッチングを施す。
【０００４】
所望のエッチング性能を確保するために、種々のパラメータを制御する必要がある。パラメータのひとつとしてウエハ温度の制御がある。ウエハの温度制御に際しては、ウエハを載置したウエハ載置用電極に高電圧を印加し、ウエハ載置用電極上の誘電体上にウエハを静電吸着させる。このときウエハと誘電体間に所定圧力のヘリウムガスを導入し、ウエハ温度を制御する方法が一般的に使用されている。
【０００５】
図２は、従来のウエハ載置用電極の例を示す図であり、ウエハは静電吸着力により載置電極上に固定されている。図２において、１は載置電極本体、２はアルミナなどの誘電体、３は被処理基板であるウエハ、４は電極本体１を冷却するための冷媒溝、６は誘電体に静電吸着力を発生させるための直流電源、７はガス導入路１０内の圧力を測定する圧力計、８はガス導入路に流れるガス流量を制御するマスフローコントローラ、９はヘリウムガスボンベ、１０はウエハと誘電体間にヘリウムガスを導入するためのガス導入路、１１はガス導入路１０の吐き出し部であり、ウエハ３と誘電体２の間に伝熱ガスであるヘリウムを供給する。ガス導入路は絶縁物製である。なお、ウエハ載置用電極はプラズマエッチング装置内に設置される。
【０００６】
図２のウエハ載置用電極本体１にウエハ３を静電吸着させる際には、直流電源６を用いて電極本体１に負の高電圧を印加する。また、ウエハ３を誘電体２を介して吸着した状態で、ガス導入路１０を通してヘリウムガスをウエハ３と誘電体２の間に供給し、さらに、冷媒溝４に冷媒を供給する。
【０００７】
このとき、冷媒溝に流す冷媒の温度、あるいはウエハ３と誘電体２の間に供給するヘリウムガス圧力を制御することにより、ウエハ３の温度を最適に制御することができる。
【０００８】
しかしながら、ヘリウムガスの絶縁耐電圧は小さいため、電極本体１に印加した負の高電圧により放電を起こして絶縁破壊することがある。また、前記負の高電圧では放電を起こさない場合においても、ウエハ３を処理するために電極本体１に印加する高周波電力によって生じるセルフバイアス電圧が大きくなることにより放電し、同じく絶縁破壊することがある。
【０００９】
特許文献１には、このような場合における対策として、ウエハ３と誘電体２の間に導入するガス（伝熱ガス）として、ヘリウムガスと絶縁破壊電圧が高いガス（六フッ化硫黄）との混合ガスを用いることが示されている。
【特許文献１】特開平７−１６１６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、伝熱ガスとして、複数のガスを用いることはコスト高になる。また、パラメータが多くなるため制御が難しくなる。さらに、ウエハ３と誘電体２の間に導入した前記伝熱ガスの一部は、エッチングプロセスで重要なプラズマ空間に放出されることになるため、ヘリウムなどの不活性ガス以外のガスを用いる場合はエッチング性能への影響は不可避である。
【００１１】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、伝熱ガスの絶縁破壊を防止し、信頼性の高いウエハ載置用電極を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１３】
内部に温度調整用の媒体を通流させるための流路を形成した電極本体と、前記電極本体のウエハ載置面に形成した誘電体膜と、該誘電体膜と該誘電体膜上に載置された試料により形成される空隙に伝熱ガスを前記電極本体内を貫通して供給する絶縁性のガス導入路を備え、前記誘電体膜上に載置したウエハを真空容器内に配置して該真空容器内に生成されたプラズマによりプラズマ処理を施すウエハ載置用電極において、前記ガス導入路の前記ウエハ載置面に臨む部分の内側には、導入路の軸と略直交する方向に凸部を備える襞を設けた。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上の構成を備えるため、伝熱ガスの絶縁破壊を防止し、信頼性の高いウエハ載置用電極を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかるウエハ載置用電極を説明する図である。図１において１は載置電極本体、２はアルミナなどの誘電体、３は被処理基板であるウエハ、４は載置電極本体を冷却するための冷媒溝、５はウエハと誘電体２間にガスを導入するガス導入管、６は誘電体に静電吸着力を発生させるための直流電源、７はガス導入路内の圧力を測定する圧力計、８はガス導入管に流れるガス流量を制御するマスフローコントローラ、９はヘリウムガスボンベ、１０はウエハと誘電体間にヘリウムガスを導入するためのガス導入路である。なお、ガス導入管５を含むガス導入路１０は絶縁材料で作成する。また、図１には示していないが、ウエハ載置用電極本体はプラズマエッチング装置内に設置される。
【００１６】
図３は、ガス導入管５の詳細を説明する図である。図３に示すように、ガス導入管５の内側、すなわちヘリウムガスが流れる側には、複数の襞１２をガス導入管５の軸と直交する方向に複数設けてある。このように形成されたガス導入管５を、例えば、図１の上方から前記ガス導入路１０の前記ウエハ載置面に垂直に臨む部分に埋め込むことにより、ガス導入管５を含むガス導入路が形成される。
【００１７】
プラズマエッチング装置内に搬送されたウエハ３を誘電体２の上に設置し、処理室内を所定の圧力に調圧した後、処理室内プラズマを発生させる。また、直流電源６によって電極本体１に高電圧を印加することにより、ウエハ３は誘電体膜２に静電吸着する。
【００１８】
ウエハ３と誘電体２が静電吸着している状態で、ヘリウムガスボンベ９から所定圧力のヘリウムガスをガス導入路１０および前記ガス導入管５を通して、ウエハ３と誘電体２の間に形成される空隙に供給する。さらに図示しない高周波電源からの高周波電力を電極本体１に供給して、ウエハ３をエッチングをする。
【００１９】
このとき、ガス導入管５の内部には、（１）ウエハ３を誘電体２に静電吸着させるための吸着用直流電圧による電界、（２）ウエハ３をエッチングするための高周波電力によるセルフバイアス電圧による電界、の双方が印加されている。このため、ガス導入管５の内部はヘリウムガスの絶縁破壊が起こりやすい状態にある。
【００２０】
しかし、前記ガス導入管５の内側には、複数の襞１２が軸と略直交する方向に設けられている。このように、ガス導入管５の内側に襞１２を設けることにより、ガス導入管５の軸方向における沿面距離が増加する。さらに、放電は電界の弱い方向に進展しなければならないことになる。すなわち、前記襞を設けることは放電の抑制に有効である。
【００２１】
図４は、ガス導入管１１として内径１ｍｍ、長さ５０ｍｍのアルミナ製パイプを用いた場合（ひだ無）と、ガス導入管５として内径１ｍｍ、長さ５０ｍｍのアルミナ製パイプに、内径０．５ｍｍ、凸部の長さ２ｍｍの襞１２を２ｍｍ間隔で１０個設けた場合（ひだ有）について、それぞれ絶縁破壊が発生した際の、ヘリウム圧力とパイプ両端に印加した電圧の関係を示す図である。図４を参照すると、ガス導入管内に襞を設けたほうが絶縁破壊が起こりにくいことがわかる。
【００２２】
図５は、第２の実施形態を説明する図である。本実施形態においては、前記ガス導入路１０のウエハ載置面に垂直に臨む部分に埋め込むガス導入管として、内側に雌ネジを加工を施したガス導入管２０を用いる。すなわち、ガス導入管の内側に設ける襞として、雌ネジ加工したネジ山２１を用いる。
【００２３】
図５では、外径２ｍｍ長さ２ｍｍのアルミナ製パイプにＭ１（メートルネジ規格：谷径１ｍｍ）の雌ネジ加工を施した場合の例を示してある。この例の場合においても、ガス導入管の軸方向における沿面距離が増加する。さらに、放電は電界の弱い方向に進展しなければならないことになる。すなわち、前記ネジ加工を施すことは放電の抑制に有効である。
【００２４】
図６は、第３の実施形態を説明する図である。本実施形態においては、前記ガス導入路１０のウエハ載置面に垂直に臨む部分に埋め込むガス導入管３０を、内側に雌ネジを加工を施した複数のガス導入管を重ね合わせて形成する。
【００２５】
図６の例では、ガス導入管３０は、３個のガス導入管２２ａ、２２ｂ、２２ｃの積み重ね体から構成される。各ガス導入管は、外径２ｍｍ長さ１ｍｍのアルミナパイプにＭ１のネジ加工を施してあり、各ガス導入管内側には襞となるネジ山２３ａ、２３ｂ、２３ｃが形成されている。ガス導入管２２ａ、２２ｂ、２２ｃの間は絶縁性の接着剤２４で固定されているため、全体としてはひとつのガス導入管として作用する。
【００２６】
この例の場合においても、ガス導入管２２ａ、２２ｂ、２２ｃは全体として軸方向の沿面距離が増加する。さらに、放電は電界の弱い方向に進展しなければならなくなるため放電防止に有効である。また各ガス導入管のアスペクト比（ネジ径と長さの比）は小さく設定することができるため加工が容易になり、細いネジ径の長い穴を容易に加工できるため、放電防止により有効である。
【００２７】
図７は、第４の実施形態を説明する図である。本実施形態においては、前記ガス導入路１０のウエハ載置面に垂直に臨む部分に埋め込むガス導入管４０は、外径が同じで、径が異なる孔を有するリング状の円板を複数枚重ね合わせて形成される。
【００２８】
図７の例では、ガス導入管５０は、外径２ｍｍ、内径（孔径）１ｍｍ、長さ０．２ｍｍのアルミナ製円板２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、外径２ｍｍ、内径（孔径）０．７ｍｍ、長さ０．３ｍｍのアルミナ製円板２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを、絶縁性の接着剤でそれぞれ交互に接着固定して形成される。図７の例では合計８個のアルミナ製パイプを接続したが、さらに個数を増やしてもかまわない。なお、アルミナ製円板の長さ、内外径は任意の値とすることができる。
【００２９】
図７に示すような構造とすることにより、ガス導入管内側に襞を形成することができ、全体としてガス導入管の軸方向の沿面距離を増加することができる。さらに、放電は電界の弱い方向に進展しなければならないことになる。このため、放電防止に有効である。また、既製のアルミナ製パイプを用いて製作することができるため、安価で放電防止に効果があるガス導入管を作成することができる。
【００３０】
図８は、第５の実施形態を説明する図である。本実施形態においては、前記ガス導入路１０のウエハ載置面に垂直に臨む部分に埋め込むガス導入管６０として、外径が同じで、径およびその中心位置が異なる孔を有するリング状の円板を複数枚重ね合わせて使用する。
【００３１】
図８の例では、ガス導入管６０は、アルミナ製円板２７ないし３６は外径が同じで内径がそれぞれ異なっている。これらのアルミナ製パイプ２７ないし３６を、図示していない接着剤でそれぞれ接着固定して形成する。なお、外径および内径が同じで、孔の中心位置が異なるリング状の円板を複数枚重ね合わせて形成してもよい。
【００３２】
図９は、第６の実施形態を説明する図である。本実施形態においては、前記ガス導入路１０のウエハ載置面に垂直に臨む部分に埋め込むガス導入管７０として、外径が同じで、径およびその中心位置が異なる孔を有するリング状の円板３７ないし３４，３６および外径が同じで、複数の孔を有するリング状の円板３５ｂを重ね合わせて使用する。
【００３３】
図１０は、第７の実施形態を説明する図である。本実施形態においては、前記ガス導入路１０のウエハ載置面に垂直に臨む部分に埋め込むガス導入管８０として、外径が同じで、径およびその中心位置が異なる孔を有するリング状の円板を複数枚重ね合わせて使用する。また、重ね合わせに際して、ガス導入路の入り口から出口を直接見ることができない位置に前記リング状の円板の孔が位置するように重ね合わせる。
【００３４】
図１０の例では、アルミナ製円板円板３７ないし４６は外径が同じで内径（孔径）および孔の中心位置がそれぞれ異なっている。これらのアルミナ製円板３７ないし４６を図示しない接着剤で固定する。図１０の例では、アルミナ製円板４０および４５に形成した孔位置の差により、アルミ製円板３７からアルミナ製円板４６側を直接見ることができない。このため、ガス導入管の両端を短絡する放電を抑制することができる。
【００３５】
なお、以上の説明ではアルミナ製円板に形成した孔は円形であることを前提に説明したが、前記孔は六角形などの多角形とすることができる。
【００３６】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば電極本体内にあるガス導入路内での放電を抑制することができる。このため、ガス導入管内での放電に起因するエッチングエラーやウエハ損傷、さらには電極本体の損傷を抑制することができ、スループットの向上やコスト低減が期待できる。
【００３７】
以上の例では、ドライエッチング装置を例に説明したが、各種の放電方式（ＵＨＦ−ＥＣＲ方式、容量結合放電、誘導結合放電、マグネトロン放電、表面波励起放電、ＴＣＰ放電等）を利用したドライエッチング装置において同様の作用効果を奏する。また、他のプラズマ処理装置、例えばプラズマＣＶＤ装置、アッシング装置、表面改質装置においても同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるウエハ載置用電極を説明する図である。
【図２】従来のウエハ載置用電極の例を示す図である。
【図３】ガス導入管５の詳細を説明する図である。
【図４】絶縁破壊が発生した際のヘリウム圧力とパイプ両端に印加した電圧の関係を示す図である。
【図５】第２の実施形態を説明する図である。
【図６】第３の実施形態を説明する図である。
【図７】第４の実施形態を説明する図であるる。
【図８】第５の実施形態を説明する図である。
【図９】第６の実施形態を説明する図である。
【図１０】第７の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  電極本体
２  誘電体
３  被処理基板
４  冷媒溝
５，２０，３０，５０，６０，７０、８０  ガス導入管
６  直流電源
７  圧力計
８  マスフローコントローラ
９  ヘリウムガスボンベ
１０  ガス導入路
１１  吐き出し部
１２  襞
２１  ネジ山
２２ａ〜２２ｃ  ガス導入管
２３ａ〜２３ｃ  ネジ山
２４  接着剤
２５〜４６  アルミナ製円板
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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