(57)【要約】【課題】プラズマ生成用の電極である導電体部材と、プラズマ処理の面内均一性を高めるための誘電体層と、静電チャックと、を備えた載置台において各部に加わる応力を抑えて、静電チャックの破損を抑えること。【解決手段】高周波電源に接続され、プラズマ生成用、またはプラズマ中のイオン引き込み用、または両方の電極を兼ねる導電体部材と、この導電体部材の上面に設けられた、中央部と周縁部とで厚みの違う被処理基板上の面内の高周波電界強度を均一化するための誘電体層と、この誘電体層内に設けられ、誘電体層の上面に基板を静電吸着させるための静電チャック用の電極膜と、を備えるように載置台を構成して、温度変化により静電チャックに加わる応力を抑える。【選択図】図２
2008243973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を載置するためのプラズマ処理装置用の載置台であって、
高周波電源に接続され、プラズマ生成用、またはプラズマ中のイオン引き込み用、または両方の電極を兼ねる導電体部材と、
この導電体部材の上面に設けられた、中央部と周縁部とで厚みの違う被処理基板上の面内の高周波電界強度を均一化するための誘電体層と、
この誘電体層内に設けられ、誘電体層の上面に基板を静電吸着させるための静電チャック用の電極膜と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項２】
前記誘電体層は、その中央部の厚さが周縁部の厚さよりも大きくなるように下方に向かう突部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項３】
前記誘電体層及び電極膜は、溶射材により構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項４】
前記誘電体層は、全体が同一材質の溶射材により構成されていることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項５】
被処理基板を載置するためのプラズマ処理装置用の載置台であって、
高周波電源に接続され、プラズマ生成用、またはプラズマ中のイオン引き込み、または両方の電極を兼ねる導電体部材と、
この導電体部材の上面に設けられた、中央部と周縁部とで厚みの違う、被処理基板上の面内の高周波電界強度を均一化するための第１の誘電体層と、
この第１の誘電体層上に、第１の誘電体層の上面と略同一範囲または小さな範囲で積層された第２の誘電体層と、
この第２の誘電体層内または下部に設けられ、第２の誘電体層上に基板を静電吸着させるための電極膜と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項６】
前記第１の誘電体層はその中央部の厚さが周縁部の厚さよりも大きくなるように下方に向かう突部が形成されていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項７】
前記第１の誘電体層は、焼結体により構成されていることを特徴とする請求項５または６記載のプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項８】
前記第２の誘電体層及び電極膜は、溶射材により構成されている請求項５ないし７のいずれか一に記載のプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項９】
被処理基板を載置するためのプラズマ処理装置用の載置台であって、
高周波電源に接続され、プラズマ生成用、またはプラズマ中のイオン引き込み用、または両方の電極を兼ねる導電体部材と、
この導電体部材の上面全体を覆うように設けられ、被処理基板上の面内の高周波電界強度を均一化するために中央部側の比誘電率よりも外周部側の比誘電率の方が高くなるように中央部側と外周部側との間で互いに異なる材質により構成された第１の誘電体層と、
この第１の誘電体層上に積層された第２の誘電体層と、
この第２の誘電体層内または下部に設けられ、第２の誘電体層上に基板を静電吸着させるための電極膜と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項１０】
前記第１の誘電体層は溶射材または焼結体により構成されていることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項１１】
前記第１の誘電体層は、上下両面が平坦面に形成されていることを特徴とする請求項９または１０記載のプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項１２】
電極膜は高抵抗体により構成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一に記載のプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項１３】
前記電極膜の体積低効率は１０−１〜１０８Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置用の載置台。
【請求項１４】
被処理基板に対してプラズマ処理が行われる処理容器と、
この処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、
前記処理容器内に設けられた請求項１ないし１３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置用の載置台と、
この載置台の上方側に当該載置台と対向するように設けられた上部電極と、
前記処理容器内を真空排気するための手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理が施される半導体ウエハ等の被処理基板を載置するための載置台及びこの載置台を備えたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程の中には、ドライエッチング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）及びアッシング等のように処理ガスをプラズマ化して基板の処理を行うものが多数ある。このような処理を行うプラズマ処理装置では、例えば平行平板状の一対の電極を上下に対向させて配置し、これらの電極の間に高周波電力を印加することにより、装置に導入された処理ガスをプラズマ化して、下部側の電極上に載置された半導体ウエハ（以下、ウエハという。）等の被処理基板に処理を施すタイプのものが多用されている。
【０００３】
近年、プラズマ処理においてはプラズマ中のイオンエネルギーが低く、且つ電子密度の高い、「低エネルギー、高密度プラズマ」が要求される処理が多くなってきている。このため、プラズマを発生させる高周波電力の周波数が従来（例えば十数ＭＨ程度）と比べて、例えば１００ＭＨｚと非常に高くなる場合がある。しかしながら印加する電力の周波数を上昇させると、電極表面の中央、即ちウエハの中央に相当する領域で電界強度が強くなる一方で、その周縁部では電界強度が弱くなる傾向がある。このように電界強度の分布が不均一になると、発生するプラズマの電子密度も不均一となってしまい、ウエハ内の位置によって処理速度等が異なってくるため、面内均一性の良好な処理結果が得られないという問題が生じていた。
【０００４】
この問題に対応するために、特許文献１に示されるように下部電極の表面の中央部分にセラミックス等の比誘電率が３．５〜８．５程度の誘電体層を埋設することが検討されている。この誘電体層の埋設に関して図１２を用いて説明する。プラズマ処理装置１００の下部電極１０１に高周波電源１０３より高周波電力を印加すると、表皮効果により下部電極１０１の表面を伝播して上部に達した高周波電流は、ウエハＷの表面に沿って中央に向かいつつ、一部が下部電極１１側に漏れて、その後下部電極１０１内を外側へ向かって流れる。ここで、プラズマを均一にするための誘電体層１０４が設けられている部位においては、高周波電流が他の部位よりも深く潜め、ＴＭモードの空洞円筒共振を発生させ、結果としてウエハＷ面上からプラズマに供給する中央部分の電界を下げることができ、ウエハ面内の電界は均一になる。なお、図中の１０２は上部電極を示し、ＰＺはプラズマを示している。なお載置台の最上層部分に設けられる、ウエハＷを静電吸着するための静電チャックのチャック電極としては、高周波電流が電極膜を通過できず、誘電体層を埋設した効果を発揮できなくなってしまわないように、高周波電流が透過できる程度の高抵抗体を用いることが必要であると考えられる。
【０００５】
ところで下部電極としては、例えば低線膨張率係数を有し且つ導電性を有するＭＭＣ（metal matrix composite）などのセラミックスと金属の複合材を用いて構成し、その表面をアルマイトなどの絶縁材により被覆することが考えられる。しかし下部電極には例えば配線を引き回したり、ウエハの温調用の流体を流通させたりする穴部などの微細に加工された部分があり、またこのような複合材にはアルマイトが均一にのり難いため、その穴部を前記アルマイトにより被覆することが難しい。
【０００６】
従って下部電極をＭＭＣにより構成する場合は、その他の手法により絶縁被覆する必要があり、設計の自由度が少なく、製造コストが高いという問題がある。またＭＭＣはレーザー溶接や半田、ロウ付けなどの金属接合をするのが困難であり、下部電極に上記の流体流路用の穴部を形成する際、信頼性の高い気密・水密結合を行うのが困難である。また、素材自体も非常に高コストである。
【０００７】
そこで下部電極としては金属材料が選択されることが多く、特に一般的にはアルミニウムが使用されている。図１３（ａ）はそのようにアルミニウムの下部電極を有するウエハ載置台の一例である。図中１１は前記下部電極であり、既述のようにその中央部には、例えば焼結体である誘電体１２が埋め込まれている。下部電極１１の側面、底面は絶縁部材１３ａ，１３ｂにより被覆されて、絶縁されている。また図中１４は、電圧が印加されることでウエハを静電吸着して、保持する静電チャックであり、絶縁材部分１５中に電極膜１６が埋め込まれた構造になっており、下部電極１１上に各部が溶射されることによって形成されている。
【０００８】
しかしアルミニウムは線膨張係数が高く、誘電体１２として用いられるセラミックスなどとは線膨張係数差が大きいため、この載置台の製造時や使用時において、温度変化により図１３（ｂ）において矢印で示すように下部電極１１と誘電体１２とが夫々異なる割合で伸縮することにより、下部電極１１と誘電体１２との境界部が大きな応力集中を受ける。その結果として、これら下部電極１１及び誘電体１２上の静電チャック１４にも応力が加わり、図１３（ｃ）に示すように当該静電チャック１４が変形、破損してウエハを正常に保持できなくなるおそれがある。
【０００９】
また、前記静電チャック１４を溶射により形成する代わりに、焼結体により形成して、図１４に示すように接着剤１７を介して下部電極１１上に取り付けて載置台を構成する場合、図１３の載置台と同様に、温度変化によって下部電極１１と誘電体１２とが伸縮し、下部電極１１と誘電体１２との境界部にて応力が集中するが、このとき接着剤１７により、図１３の載置台に比べて静電チャック１４に加わる応力は抑えられる。しかし、その応力は緩和されきれず、この載置台においても静電チャック１４の表面に盛り上がりが生じる可能性がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３６３５５２号公報（段落００８４〜段落００８５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、プラズマ生成用の電極である導電体部材と、プラズマ処理の面内均一性を高めるための誘電体層と、静電チャックと、を備えた載置台において各部に加わる応力を抑えて、静電チャックの破損を抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置用の載置台は、被処理基板を載置するためのプラズマ処理装置用の載置台であって、
高周波電源に接続され、プラズマ生成用、またはプラズマ中のイオン引き込み用、または両方の電極を兼ねる導電体部材と、
この導電体部材の上面に設けられた、中央部と周縁部とで厚みの違う被処理基板上の面内の高周波電界強度を均一化するための誘電体層と、
この誘電体層内に設けられ、誘電体層の上面に基板を静電吸着させるための静電チャック用の電極膜と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記誘電体層は、その中央部の厚さが周縁部の厚さよりも大きくなるように下方に向かう突部が形成されていてもよい。また、前記誘電体層及び電極膜は溶射材により構成されていてもよい。またこの場合、前記誘電体層は、例えば全体が同一材質の溶射材により構成されている。
【００１４】
他の発明のプラズマ処理装置用の載置台被処理基板を載置するためのプラズマ処理装置用の載置台であって、
高周波電源に接続され、プラズマ生成用、またはプラズマ中のイオン引き込み、または両方の電極を兼ねる導電体部材と、
この導電体部材の上面に設けられた、中央部と周縁部とで厚みの違う、被処理基板上の面内の高周波電界強度を均一化するための第１の誘電体層と、
この第１の誘電体層上に、第１の誘電体層の上面と略同一範囲または小さな範囲で積層された第２の誘電体層と、
この第２の誘電体層内または下部に設けられ、第２の誘電体層上に基板を静電吸着させるための電極膜と、
を備えたことを特徴とする。この載置台において、例えば前記第１の誘電体層はその中央部の厚さが周縁部の厚さよりも大きくなるように下方に向かう突部が形成されていることを特徴とする。また例えば前記第１の誘電体層は、焼結体により構成されている。前記第２の誘電体層及び電極膜は、溶射材により構成されていてもよい。
【００１５】
さらに他の発明のプラズマ処理装置用の載置台は、被処理基板を載置するためのプラズマ処理装置用の載置台であって、
高周波電源に接続され、プラズマ生成用、またはプラズマ中のイオン引き込み用、または両方の電極を兼ねる導電体部材と、
この導電体部材の上面全体を覆うように設けられ、被処理基板上の面内の高周波電界強度を均一化するために中央部側の比誘電率よりも外周部側の比誘電率の方が高くなるように中央部側と外周部側との間で互いに異なる材質により構成された第１の誘電体層と、
この第１の誘電体層上に積層された第２の誘電体層と、
この第２の誘電体層内または下部に設けられ、第２の誘電体層上に基板を静電吸着させるための電極膜と、
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
前記第１の誘電体層は溶射材または焼結体により構成されていてもよく、また前記第１の誘電体層は、上下両面が平坦面に形成されていてもよい。
【００１７】
電極膜は高抵抗体により構成されており、その場合電極膜の体積低効率は例えば１０−１〜１０８Ω・ｃｍである。
【００１８】
また本発明のプラズマ処理装置は、被処理基板に対してプラズマ処理が行われる処理容器と、
この処理容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入部と、
前記処理容器内に設けられた請求項１ないし１０のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置用の載置台と、
この載置台の上方側に当該載置台と対向するように設けられた上部電極と、
前記処理容器内を真空排気するための手段と、を備えたことを特徴とする
【発明の効果】
【００１９】
本発明によればプラズマの電子密度分布を均一にするように中央部と周縁部とで厚みの違う誘電体層が導電体部材の上面全体を覆い、その誘電体層中に電極膜が設けられている。そのような構成とすることで、前記誘電体層の上側部分及び電極膜により背景技術に示した静電チャックが構成されていると見ることができ、そして静電チャックの下面側には、前記誘電体層と導電体部材である下部電極との境界部が存在しない。その結果として、製造時や使用時において載置台の温度が変化しても、静電チャックに加わる応力が抑えられ、破損することが抑えられる。
【００２０】
他の発明によれば、プラズマの電子密度分布を均一にするように中央部が周縁部よりも厚く形成された第１の誘電体層が導電体部材の上面に設けられ、この第１の誘電体層の上に第１の誘電体層の上面と略同一範囲または小さな範囲で第２の誘電体層を積層して静電チャックを構成しているため、やはり静電チャックの下面側には、第１の誘電体層と導電体部材との境界部が存在せず、その境界部は静電チャックから見て、その外周に存在する。その結果として、製造時や使用時において載置台の温度が変化しても、静電チャックに加わる応力が抑えられ、破損することが抑えられる。
【００２１】
さらに他の発明によれば、プラズマの電子密度分布を均一にするための誘電体層として、中央部側の比誘電率よりも外周部側の比誘電率の方が高くなるように中央部側と外周部側との間で互いに異なる材質により構成された第１の誘電体層が設けられている。従って互いに異なる材質部分の線膨張率係数の差は、従来の載置台において静電チャックの下方に設けられる導電体部材と誘電体との線膨張係数よりも小さいため、温度変化により静電チャックを構成する第２の誘電体層に加えられる応力が抑えられる。その結果として、製造時や使用時において載置台の温度が変化しても、静電チャックに加わる応力が抑えられ、破損することが抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の第１の実施形態に係る載置台をエッチング装置としてのプラズマ処理装置に適用した例について図１を参照しながら説明する。図１は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）プラズマ処理装置の一例を示している。このプラズマ処理装置２は、例えば内部が密閉空間となっている真空チャンバーからなる処理容器２１と、この処理容器２１内の底面中央に配設された載置台３と、載置台３の上方にこの載置台３と対向するように設けられた上部電極５１とを備えている。
【００２３】
処理容器２１は小径の円筒状の上部室２１ａと、大径の円筒状の下部室２１ｂとからなる。上部室２１ａと下部室２１ｂとは互いに連通しており、処理容器２１全体は気密に構成されている。上部室２１ａ内には、載置台３や上部電極５１等が格納され、下部室２１ｂ内には載置台３を支えると共に、配管等を収めた支持板２７が格納されている。下部室２１ｂ底面の排気口２２には排気管２３を介して排気装置２４が接続されている。この排気装置２４には図示しない圧力調整部が接続されており、この圧力調整部は図示しない制御部からの信号によって処理容器２１内全体を真空排気して所望の真空度に維持するように構成されている。一方、上部室２１ａの側面には被処理基板であるウエハＷの搬入出口２５が設けられており、この搬入出口２５はゲートバルブ２６によって開閉可能となっている。処理容器２１は、アルミニウム等の導電性の部材から構成され、接地されている。
【００２４】
載置台３は、例えばアルミニウムからなる導電体部材であるプラズマ生成用の下部電極３１と、電界を均一に調整するために下部電極３１の上面中央部を覆うように形成された誘電体層３２とが下方からこの順番に積層された構造となっており、誘電体層３２には電極膜３３が埋め込まれている。また載置台３は絶縁部材４１，４２を備え、絶縁部材４１は下部電極３１の側周面を、絶縁部材４２は下部電極３１の底面を夫々覆い、これら絶縁部材４１，４２を介して下部電極３１は支持板２７上に設置された支持台３１ａに固定され、処理容器２１に対して電気的に十分浮いた状態になっている。載置台３の構成について詳しくは後述する。
【００２５】
下部電極３１内には冷媒を通流させるための冷媒流路４３が形成されており、冷媒がこの冷媒流路４３を流れることで下部電極３１が冷却され、誘電体層３２の上面である載置面に載置されたウエハＷが所望の温度に冷却されるように構成されている。
【００２６】
また、誘電体層３２には載置面とウエハＷ裏面との間の熱伝達性を高めるための熱伝導性のバックサイドガスを放出する貫通孔４４ａが設けられている。この貫通孔４４ａは、下部電極３１内等に形成されたガス流路４４と連通しており、このガス流路４４を介して図示しないガス供給部から供給されたヘリウム（Ｈｅ）等のバックサイドガスが放出されるようになっている。
【００２７】
また、下部電極３１には、例えば周波数が１００ＭＨｚの高周波電力を供給する第１の高周波電源４５ａと、例えば第１の高周波電源４５ａよりも周波数の低い３．２ＭＨｚの高周波電力を供給する第２の高周波電源４５ｂと、が夫々整合器４６ａ、４６ｂを介して接続されている。第１の高周波電源４５ａより供給される高周波電力は、後述する処理ガスをプラズマ化する役割を果たし、第２の高周波電源４５ｂより供給される高周波電力は、ウエハＷにバイアス電力を印加することでプラズマ中のイオンをウエハＷ表面に引き込む役割を果たす。
【００２８】
また下部電極３１の上面外周部には、誘電体層３２を囲むようにフォーカスリング４７が配置されている。フォーカスリング４７はウエハＷの周縁部の外方の領域のプラズマ状態を調整する役割、例えばウエハＷよりもプラズマを広げて、ウエハ面内のエッチング速度の均一性を向上させる役割を果たす。
【００２９】
支持台３１ａの下部外側には支持台３１ａを取り囲むようにバッフル板２８が設けられている。バッフル板２８は、上部室２１ａ内の処理ガスをバッフル板２８と上部室２１ａ壁部との間に形成された隙間を介して下部室２１ｂへ通流させることにより、処理ガスの流れを整える整流板としての役割を果たす。
【００３０】
また、上部電極５１は中空状に形成され、その下面に処理容器２１内へ処理ガスを分散供給するための多数のガス供給孔５２が例えば均等に分散して形成されていることによりガスシャワーヘッドを構成している。また、上部電極５１の上面中央にはガス導入管５３が設けられ、このガス導入管５３は処理容器２１の上面中央を貫通して上流で処理ガス供給源５５に接続されている。この処理ガス供給源５５は、図示しない処理ガス供給量の制御機構を有しており、プラズマ処理装置２に対して処理ガスの供給量の給断及び増減の制御を行うことができるようになっている。また、上部電極５１が上部室２１ａの壁部に固定されることによって、上部電極５１と処理容器２１との間には導電路が形成されている。
【００３１】
さらに、上部室２１ａの周囲には、搬入出口２５の上下に二つのマルチポールリング磁石５６ａ、５６ｂが配置されている。マルチポールリング磁石５６ａ、５６ｂは、複数の異方性セグメント柱状磁石がリング状の磁性体のケーシングに取り付けられており、隣接する複数のセグメント柱状磁石同士の向きが互いに逆向きになるように配置されている。これにより磁力線が隣接するセグメント柱状磁石間に形成され、上部電極５１と下部電極３１との間の処理空間の周辺部に磁場が形成され、処理空間へプラズマを閉じこめることができる。なお、マルチポールリング磁石５６ａ、５６ｂを有さない装置構成としてもよい。
【００３２】
以上の装置構成により、プラズマ処理装置２の処理容器２１（上部室２１ａ）内には、下部電極３１と上部電極５１とからなる一対の平行平板電極が形成される。処理容器２１内を真空圧に調整した後、処理ガスを導入して高周波電源４５ａ、４５ｂから高周波電力を供給することにより処理ガスがプラズマ化し、高周波電流は、下部電極３１→プラズマ→上部電極５１→処理容器２１の壁部→アースからなる経路を流れる。プラズマ処理装置２のこのような作用によって、載置台３上に固定されたウエハＷに対してプラズマによるエッチングが施される。
【００３３】
（第１の実施形態）
次に、図２を参照して上記の載置台３について詳述する。なお、図２に示した載置台３の縦断側面図では、冷媒流路４２やバックサイドガスの貫通孔４３等の記載を省略してある。
【００３４】
下部電極３１は例えば円形に形成されており、上記のようにその側周面が絶縁部材４１により覆われている。絶縁部材４１は例えばアルマイトまたは溶射により形成されたセラミックスにより形成されており、図中Ｌ１で示したその厚さは、前記アルマイトにより構成された場合例えば５０μｍであり、前記セラミックスにより構成された場合例えば数百μｍである。また下部電極３１の底面を覆う絶縁部材４２は例えばアルマイトにより構成されている。
【００３５】
下部電極３１の上面には当該下部電極３１よりも一回り小さい、円錐台を逆さまにした、いわばすり鉢状の凹部３４が形成されている。即ちこの凹部３４は、下部電極３１の周縁よりも少し内方位置から中央部に向かって漸次、その深さが大きくなっている。また下部電極３１上に設けられた誘電体層３２においては、絶縁部材４１及び下部電極３１の上面全体を覆うと共に、その中央部の厚さが周縁部の厚さよりも大きくなるように下方に向かうように突部が形成された格好になっており、前記突部は凹部３４に埋め込まれている。誘電体層３２の上面はウエハＷを載置できるように平坦面として形成されている。誘電体層３２は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）といったセラミックスなどの材料を用いて、形成されており、その比誘電率（ε）が例えば８〜９になるように構成される。この誘電体層３２は中央に向かうほど厚さが大きくなるように形成されることで、下部電極３１の周縁部に比べて下部電極３１の中央部の電界強度を弱めて、ウエハＷ上のプラズマの電子分布密度を均一にする働きを有する。
【００３６】
誘電体層３２の上部には円形の電極膜３３が埋め込まれている。この電極膜３３は、高周波電流が当該電極膜３３を通り抜けることができずに、誘電体層３２を設けた効果を発揮できなくなってしまわないように、高抵抗体により構成されている。ここでいう高抵抗体とは、次の式に当てはまる材質である。
δ／ｔ≧  １，０００
但し、δ＝（２／ωμσ）１／２、ω＝２πｆ、σ＝１／ρ
但し、ｔ；静電チャック用の電極膜の厚さ、δ；高周波電源から供給される高周波電力に対する静電チャック用の電極膜のスキンデプス、ｆ；高周波電源から供給される高周波電力の周波数、π；円周率、μ；静電チャック用の電極の透磁率、ρ；静電チャック用の電極の比抵抗
具体的にはこの高抵抗体は、例えばＳｉ、Ｃｒ2Ｏ3などの電極材料や、Ｃｒ2Ｏ3を含有するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や炭化モリブデン（ＭｏＣ）を含有するアルミナなどの電極材料により構成される。この高抵抗体は一般の電極材料よりは、高抵抗であるが、電極の機能を有するため、誘電体層３２の抵抗値よりは低い。誘電体層の体積低効率は、１０９Ω・ｃｍ〜１０１６Ω・ｃｍである。従って、電極膜の体積抵抗率は上記式より、高周波電力の周波数が１００ＭＨｚ、電極層の厚みが数μｍ〜数十μｍとすると、１０-１Ω・ｃｍ以上が好ましく、かつ１０８Ω・ｃｍ以下となる。１０-１Ω・ｃｍ以下の材料では誘電体層３２の効果が発揮できず、１０８Ω・ｃｍ以上の材料では静電チャックの基本機能である吸着機能が発揮できなくなる。
【００３７】
図１に示すように電極膜３３は高圧直流電源４７に接続されており、高圧直流電源４７から電極膜３３に高圧直流電力が印加されると、誘電体層３２表面に生じるクーロン力によって、その誘電体層３２上にウエハＷが静電吸着されるようになっている。つまりこの載置台３においては、背景技術で述べたウエハＷを吸着保持するための静電チャックの電極を囲う絶縁材部分と、下部電極３１の中央部の電界強度を周縁部の電界強度に対して弱めてプラズマの電子分布密度を均一にするための誘電体とが同一の材質により、一体的に形成されている。以降、便宜上誘電体層３２において、電極膜３３を囲う部分（図２中点線の上側）を絶縁材部分３２Ａと呼ぶ。またこの絶縁材部分３２Ａと電極膜３３を合わせて静電チャック３２Ｂと呼ぶ。
【００３８】
続いて図３を用いて、載置台３の製造工程の一例を説明する。先ずノズル３５ａから誘電体層形成材料３５を溶射して、材料３５により凹部３４を埋め込み、誘電体層３２における静電チャック３２Ｂを除いた部分を形成すると共に下部電極３１表面を被覆する（図３（ａ）、（ｂ））。然る後、例えばノズル３６ａから電極膜形成材料３６を溶射して電極膜３３を形成し（図３（ｃ））、その電極膜３３を覆うようにノズル３５ａから前記材料３５をさらに溶射し、これにより誘電体層３２全体を形成して静電チャック３２Ｂを作成する。こうして載置台３が製造される（図３（ｄ））。なお誘電体層３２は焼結体として構成してもよいが、このように溶射により形成することで、既述のようにプラズマ電子分布密度を均一にするために、中心部に向かうほど厚さが大きく作り込むことが容易となるため好ましい。また、本発明における電極膜は、ある範囲内の体積低効率の材料を制御して形成する必要があるが、溶射であればＡｌ２Ｏ３等のベース材料にＣｒ２Ｏ２等の導電性物質の添加による調整を随時行うことが容易な為、好適である。
【００３９】
このように誘電体層３２を溶射により形成する場合、溶射された材料自体の内部応力によって破損することを抑えるために、図２中Ｈ１で示した誘電体層３２の厚さは例えば２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
この実施形態によれば、背景技術の欄で示した従来の載置台におけるウエハＷを吸着保持する静電チャック３２Ｂの電極膜３３を囲う絶縁材部分３２Ａと下部電極３１の中央部の電界強度を制御するための誘電体とが同一の材質により、いわば一体的に形成されているため、誘電体層３２及び電極膜３３により一つの静電チャックが構成されていると見ることができる。従来の載置台は背景技術の欄で示したように静電チャックの下に夫々異なる線膨張係数を有する誘電体層と下部電極とが設けられているが、この実施形態の載置台３では上記のように誘電体層３２及び電極膜３３を一つの静電チャックと見たときに、その静電チャックの下には下部電極３１が広がっており、従来の載置台のように線膨張係数が互いに異なるため応力が集中する誘電体層と下部電極との境界部が設けられていない。その結果として、製造時や使用時において載置台３の温度が変化しても、静電チャック３２Ｂに加わる応力（熱ストレス）が抑えられ、破損することが抑えられる。この構成であれば、下部電極としてアルミニウムを用いることができ、かつ誘電体層及び電極膜を全て溶射で構成できる為、低コストでの製造が可能となる。
【００４１】
また従来の載置台では、静電チャックの誘電体（絶縁材部分３２Ａ）とプラズマ電子密度を均一化するための誘電体とを異なる材質で形成する場合において、線膨張係数が異なるため、温度変化によりその静電チャックと誘電体との間で互いに応力が加わるが、前記絶縁材部分３２Ａとその下方の誘電体層３２とが同じ材質を用いて、溶射されることにより形成されているため、温度変化によってこれら絶縁材部分３２Ａとその下方の誘電体層３２とが互いに及ぼす応力が抑えられる。従って静電チャック部３２Ｃの破損がより確実に抑えられる。
【００４２】
また上記の手順で載置台３を形成する場合、図４（ａ）に示すように凹部３４の側面と、凹部３４の底面及び電極３１の上面と、により形成される角部が各々丸くなるように下部電極３１を形成し、上記のように溶射によって誘電体層３２を形成することで、この凹部３４内に埋め込まれる誘電体層３２の角部が丸くなり、その誘電体層３２の角部が下部電極３２から受けるストレスが抑えられるため好ましい。
【００４３】
図４（ｂ）に示した載置台３Ａは載置台３の変形例であり、載置台３との相違点としては、下部電極３１は凹部３４の代わりに、凹部の中央に更に深い凹部が形成されることにより、段部が形成されている円形の凹部３７を備えていることが挙げられる。この凹部３７の形状に対応するように誘電体層３２の下部は下方に突出するように形成され、当該凹部３７に埋め込まれている。このように載置台を構成しても上記載置台３の効果と同様の効果が得られる。尚、絶縁材部分３２Ａとその下方の誘電体層３２は同じ材質としているが、異材質であっても両者がセラミックスであれば互いに及ぼす応力が小さく、構成可能である。図４（ｃ）は載置台３の他の変形例である。この図４（ｃ）に示すように下部電極３１と静電チャック部３２Ｃは同一径でなくてもよい。図４（ｄ）はさらに他の変形例である。この図４（ｄ）に示すように誘電体層３２の厚みは中心に向かって単一増加分布だけでなく、コントロールしたいプラズマ分布に応じ、各種厚み分布とすることが可能である。
【００４４】
（第２の実施形態）
続いてプラズマ処理装置２に用いられる載置台の第２の実施形態について図５を参照しながら説明する。図５に示した載置台６は、既述の載置台３と同様の下部電極３１を備えており、下部電極３１の上面には前記凹部３７が形成されている。下部電極３１上には上記の実施形態で絶縁材部分３２Ａに相当する、ウエハＷ上におけるプラズマの電子分布密度を均一にするための円形の誘電体層６１が設けられており、誘電体層６１は、接着剤６２を介して下部電極３１上に固着されている。この誘電体層６１においては下部電極３１の上面全体を覆うと共に、その中央部の厚さが周縁部の厚さよりも大きくなるように下方に向かうように突部が形成された格好になっており、前記突部は凹部３７に埋め込まれている。
【００４５】
誘電体層６１の上面は平坦面となっており、その上には、その直径が誘電体層６１の直径と同じ大きさである、円形の静電チャック６３が設けられている。この静電チャック６３は特許請求の範囲で第２の誘電体層に相当する絶縁材部分６５中に電極膜３３が埋め込まれた構造となっている。絶縁材部分６５は、アルミナ等の誘電体によって構成されており、後述するように絶縁材部分６５及び電極膜３３は溶射により形成されている。
【００４６】
図６を参照しながらこの載置台６の製造工程について説明する。先ず、図のように凹部３７及び絶縁部材４１，４２が形成された下部電極３１上に接着剤６２を介して誘電体層６１が取り付けられる（図６（ａ）、（ｂ））。その後、静電チャックの絶縁材部分６５の構成材料６６をノズル６６ａから誘電体層６１上に溶射し（図６（ｃ））、続いてノズル３６ａから電極膜形成材料３６を溶射して絶縁材部分６５上に電極膜３３を形成する（図６（ｄ））。然る後、前記構成材料６６を、電極膜３３を覆うように溶射し、静電チャック６３を形成する（図６（ｅ））。なお誘電体層６１を下部電極３１に取り付ける前か、あるいは取り付けた後、構成材料６６を溶射する前において、例えば溶射により形成される静電チャック６３との接合性を高めるために例えば誘電体層６１の表面処理が行われる。電極膜の上下の溶射材料は、セラミックスが好ましく、別の材質でも構わない。例えば下の材料は密着性の高い材料とし、上の材料は、高誘電率の材料を用いることができる。
【００４７】
上記の載置台６においては、静電チャック６３の下面側にはこの静電チャック６３と同径の誘電体層６１が設けられている。従ってその下面側には従来の載置台のように線膨張係数が互いに異なる誘電体層と下部電極との境界部が設けられておらず、その境界部は静電チャック６３から見て、誘電体層６１の下方いわば静電チャック６３の外周に存在するので、ウエハＷのプラズマ処理時（載置台の使用時）や載置台６の製造時において載置台６の周囲に温度変化が起こっても静電チャック６３に加わる応力が抑えられるため、静電チャック６３の破損が抑えられる。また本構成であれば静電チャックの絶縁材部分と電極膜が溶射により構成されている為、材質の抵抗値コントロール等の自由度が高く、且つ低コストで製造が可能である。
【００４８】
また誘電体層６１は焼結体として構成しているので、溶射により形成する場合に比べて厚く形成することができるため、高い自由度を持って形成できる。つまり、プラズマの電子密度分布に応じ、中央部と周辺部の厚みの差を大きくすることができる。
【００４９】
図７（ａ）に示した載置台６Ａは、載置台６の変形例であり、この載置台６Ａは電極膜３３及び絶縁材部分７１からなる静電チャック７２を備えている。絶縁材部分７１は上記載置台６の静電チャック６３の絶縁材部分６５の上面側のみで構成されており、下面側は設けられていない。この載置台６Ａは、例えば載置台６と同様に下部電極３１に誘電体層６１を取り付けた後、誘電体層６１上に電極膜３３を溶射により形成し、電極膜３３を覆うように材料６６を溶射して絶縁材部分７１を形成して製造される。本構成であれば、さらに低コストでの製造が可能である。また、図７（ｂ）は載置台６Ａの変形例である。図に示すように絶縁材部分７１は、誘電体層６１の上面よりやや小径で設けられており、この構成でもよい。
【００５０】
図７（ｃ）に示した載置台６Ｂは、載置台６の他の変形例であり、この載置台６Ｂにおいては既述の静電チャック６３と同様の形状に形成された静電チャック７３を備えているが、この静電チャック７３を構成する絶縁材部分７４及び電極膜７５は焼結体により構成されており、この静電チャック７３が接着剤７６を介して誘電体層６１上に固着されている。これらのような載置台６Ａ、６Ｂにおいても載置台６と同様に、各静電チャック７２，７３の下には誘電体層６１が広がっており、従来例のように誘電体層と下部電極との境界部が存在しないため、温度変化による各静電チャック７２，７３の破損が抑えられる。
【００５１】
また図８に示す載置台６Ｃは、載置台６のさらに他の変形例であり、載置台６Ｂと同様に構成されているが、静電チャック７３の代わりにこの静電チャック７３と同様の形状に形成された静電チャック７７を備えており、この静電チャック７７は、誘電体により構成される上面側絶縁材部分７８と、絶縁体からなる下面側絶縁材部分７９と、これら上面側絶縁材部分７８及び下面側絶縁材部分７９に挟まれる電極膜３３と、を備えている。
【００５２】
図９は載置台６Ｃの製造工程を示したものであり、先ず例えば焼結体として構成された上面側絶縁材部分７８の表面に溶射により電極膜３３が形成され、（図８（ａ）、（ｂ））、その電極膜３３を覆うように溶射によって下面側絶縁材部分７９を形成して静電チャック７７を製造する（図８（ｃ））。然る後その静電チャック７７を、接着剤７６を介して誘電体層６１に取り付けて（図８（ｄ））、載置台６Ｃを構成する。
【００５３】
なおこの第２の実施形態及びその変形例において、下部電極３１に形成される凹部は凹部３７のように階段状にすることに限られず、凹部３４のようなすり鉢型であってもよい。
【００５４】
（第３の実施形態）
続いて図１０（ａ）を参照しながら載置台の第３の実施形態について説明する。この載置台８は第１の実施形態の載置台３と同様に下部電極３１及び絶縁部材４１，４２を備えているが、下部電極３１表面は凹部が設けられておらず、平坦面とされている。また下部電極３１上にはその下部電極３１を覆うように偏平な円柱状の誘電体層８１が形成されている。図１０（ｂ）はこの誘電体層８１を上から見た図であり、この図に示すように、この誘電体層８１は中央部に設けられた円形の誘電体部材８２と、その誘電体部材８２を囲むように設けられた円環状の誘電体部材８３，８４とからなり、誘電体部材８３，８４は各々互いに異なる径を有し、誘電体部材８２の中心を同心として配置されている。誘電体部材８２〜８４は溶射により形成され、各々異なる素材により構成されており、プラズマ電子密度分布を均一にさせるためにそれら誘電体部材８２〜８４の比誘電率は、誘電体部材８２＜誘電体部材８３＜誘電体部材８４となるように、つまり下部電極３１の中心側に設けられる誘電体部材ほど周縁側に設けられる誘電体部材に比べて、比誘電率が低くなるように、即ち誘電体層８１全体で見ると中央側から周縁側に向かうにつれて段階的に高くなるように構成されている。
【００５５】
図１０（ａ）中Ｈ２で示した誘電体層８１の厚さは、第１の実施形態で説明したように溶射により形成する際に内部応力による破損を抑えるために２ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００５６】
誘電体層８１上には、この誘電体層８１を覆うように、既述のように各部が溶射により形成された静電チャック６３が積層されている。
【００５７】
このような載置台８においては静電チャック８１の下方に設けられている各誘電体部材８２〜８４が溶射により構成されている。背景技術の欄で示した従来の載置台においては静電チャックの下方に焼結体である誘電体と下部電極とが存在しているが、前記誘電体部材８２〜８４は互いに比誘電率が異なっていても、溶射により形成されているため、各誘電体は互いに密着されて、応力は分散されており、各誘電体同士が離れることはない。また、各誘電体部材８２〜８４をセラミックスなどの無機系材料によって構成することにより、線膨張係数の差は、その従来の誘電体と下部電極との線膨張係数の差よりも小さい。従って載置台８の使用時及び製造時の温度変化によって載置台８の静電チャック６３に加わる応力は、従来の載置台の静電チャックに加わる応力よりも小さくなる結果として、静電チャック８の破損が抑えられる。
【００５８】
また第１、第２の実施形態の各載置台３，６では冷媒流路４２や、下部電極３１内に引き回される配線などを避けるように下部電極３１に凹部３４，３７を形成する必要があるが、そのような凹部３４，３７を設ける必要がないため、製造が容易であるという利点がある。また誘電体層８１は、それら凹部３４，３７に対応するように下に凸部が設けられるように構成する必要がないため、薄く形成することができ、従って載置台を小型化できるという利点がある。
【００５９】
また誘電体層８１は下部電極３１上において周縁部側の比誘電率が高く、中央部側の比誘電率が低くなるように構成されることにより、プラズマ電子密度分布を均一化することができるので、誘電体層８１の分割数としては３つに限られず、例えば図１１（ａ）に示したように、円形の誘電体部材８５ａとリング状の誘電体部材８５ｂ，８５ｃ，８５ｄとの計４つに分割されていてもよく、各誘電体部材８５ａ〜８５ｄが夫々異なる厚さを有するように形成されていてもよい。
【００６０】
図１１（ｂ）に示す載置台９は載置台８の変形例であり、接着剤６２を介して下部電極３１上に焼結体である誘電体層９１が設けられ、誘電体層９１上には接着剤７６を介して既述のように各部が焼結体により構成された静電チャック７３が設けられている。誘電体層９１は誘電体部材９２，９３，９４からなり、これら誘電体部材９２〜９４は焼結体により構成されていることを除いては誘電体部材８２〜８４と同様に構成されている。
【００６１】
この載置台９においては、静電チャック７３の下方に設けられる誘電体部材９２〜９４が全て焼結体という同種の材質なので、誘電体部材９２〜９４間の線膨張係数の差は、背景技術に示した従来の載置台における静電チャックの下方の誘電体と下部電極との間の線膨張係数の差よりも小さい。従って従来の載置台の静電チャックに比べて、温度変化により静電チャック７３が受ける応力が抑えられ、その結果としてプラズマ形成時や製造時における静電チャック７３の破損を抑えることができる。また上記載置台８と同様に誘電体層９１及び下部電極３１の厚さが大きくなることを抑えることができるので、載置台９の大型化を抑えることができる。
【００６２】
なお、この載置台９においても、誘電体層９１の分割数は３つに限られず、誘電体層９１を構成する各誘電体部材の厚さも各々異なっていてよい。
【００６３】
また、上記実施形態のプラズマ処置装置２は、プラズマ生成用及びバイアス用の２つの高周波電力を重畳して下部電極３１に印加する方式であった。しかし、図示は省略するが、本発明は上部電極５１側にプラズマ生成用の高周波 電力を印加する方式や、上部電極５１にプラズマ生成用の高周波電力、下部電極３１にバイアス用の高周波電力をそれぞれ印加する方式（上下高周波印加タイプ）や、下部電極３１にプラズマ生成用の高周波電力のみを印加する方式にも適用可能であり、広義には減圧可能な処理容器内に少なくとも１つの電極を有するプラズマ処理装置に適用可能である。さらに、本発明は、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、例えばＬＣＤ基板、ガラス基板、セラミックス基板などの基板も使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる載置台を含んだプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】前記載置台の縦断面図である。
【図３】前記載置台の製造工程図である。
【図４】前記載置台の変形例を示した縦断面図である。
【図５】他の実施形態にかかる載置台の縦断面図である。
【図６】前記載置台の製造工程図である。
【図７】前記載置台の変形例を示した縦断面図である。
【図８】前記載置台の他の変形例を示した縦断面図である。
【図９】前記他の変形例の製造工程図である。
【図１０】さらに他の実施形態に係る載置台の縦断面図である。
【図１１】前記載置台の変形例を示した縦断面図である。
【図１２】載置台を備えたプラズマ処理装置の従来例を説明するための説明図である。
【図１３】従来の載置台において静電チャックが変形する様子を示した説明図である。
【図１４】従来の載置台の他の構成例を示した説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
Ｗ              半導体ウエハ
２              プラズマ処理装置
３              載置台
３１            下部電極
３２            誘電体層
３２Ａ          絶縁体部材
３２Ｂ          静電チャック
３３            電極膜
【図１】
2008243973.tif 000003
【図２】
2008243973.tif 000004
【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】
2008243973.tif 000010
【図９】
2008243973.tif 000011
【図１０】
2008243973.tif 000012
【図１１】
2008243973.tif 000013
【図１２】
2008243973.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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