(57)【要約】【課題】熱伝達ガスを均一に通過させることができる静電チャック、およびこのような静電チャックを備え、載置した被処理体の温度均一性を高くすることができる被処理体載置台、およびこのような載置台を処理容器内に有し、ガスの導入にともなうサセプタと被処理体との間の異常放電が生じ難いプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】プラズマエッチング装置１の処理容器２内に設置された被処理体載置台１０の上面にある静電チャック１１を多孔質誘電体１１ａの内部に多孔質導電体１２を設けた構造とし、サセプタ５と静電チャック１１間にガスバッファ５５を設ける。【選択図】　　図１
2004014752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質誘電体と、その内部に設けられた多孔質導電体とを有することを特徴とする静電チャック。
【請求項２】
多孔質誘電体と、その内部に設けられた多数の貫通孔が形成された導電体とを有することを特徴とする静電チャック。
【請求項３】
処理容器内で被処理体を載置する被処理体載置台であって、
サセプタと、
このサセプタに接合または設置された、多孔質誘電体およびその内部に設けられた多孔質導電体を有する静電チャックと、
この静電チャックに接続されたガス導入手段と、
を備えたことを特徴とする被処理体載置台。
【請求項４】
処理容器内で被処理体を載置する被処理体載置台であって、
サセプタと、
このサセプタに接合または設置された、多孔質誘電体およびその内部に設けられた多数の貫通孔が形成された導電体を有する静電チャックと、
この静電チャックに接続されたガス導入手段と、
を備えたことを特徴とする被処理体載置台。
【請求項５】
前記静電チャックは、前記サセプタに中間部材を介して接合または設置されたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の被処理体載置台。
【請求項６】
前記サセプタと前記静電チャックとの間に設けられたガスバッファをさらに備え、このガスバッファと前記静電チャックとを連通させたことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の被処理体載置台。
【請求項７】
処理容器内に処理ガスを導入し、この処理ガスをプラズマ化して、この処理容器内に設けられたサセプタに接合または設置された静電チャックに吸着保持された被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
前記静電チャックは、多孔質誘電体と、その内部に設けられた多孔質導電体とを有し、
前記サセプタと前記静電チャックとの間にガスバッファを備え、
このガスバッファにはガス導入路が接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
処理容器内に処理ガスを導入し、この処理ガスをプラズマ化して、この処理容器内に設けられたサセプタに接合または設置された静電チャックに吸着保持された被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
前記静電チャックは、多孔質誘電体と、その内部に設けられ多数の貫通孔が形成された導電体を有し、
前記サセプタと前記静電チャックとの間にガスバッファを備え、
このガスバッファにはガス導入路が接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記静電チャックは、前記サセプタに中間部材を介して接合または設置されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記サセプタには熱媒体循環路が形成されていることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
ガスバッファと静電チャックとが連通されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体を吸着保持する静電チャック、静電チャックを備えた被処理体の載置台およびその載置台を処理容器内に有する処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプラズマエッチング装置のようなプラズマ処理装置においては、処理容器内に設けられた被処理体載置台の上部にある静電チャックに、被処理体として例えば半導体ウエハを吸着保持しつつ、半導体ウエハの所定の層をプラズマエッチングする。この場合、半導体ウエハを冷却するために、被処理体載置台を冷媒で循環冷却するとともに、半導体ウエハ裏面と静電チャックの間に熱伝達ガス（例えばＨｅ）を導入している。この構造は図２に示すように、被処理体載置台１０１のサセプタ１０２にガスバッファ１０３を形成するとともに、そこから静電チャック１０４を貫通する複数のガス管１０５を半導体ウエハＷの裏面まで設けている。なお、参照符号１０６は熱伝達ガス導入路、１０７は冷媒循環路である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガス管を用いて熱伝達ガスを導入する場合には、熱伝達ガスが静電チャック内を均一に通過するわけではないので、半導体ウエハの温度均一性が必ずしも十分ではない。また、静電チャックを貫通するガス管はほぼ直線であり、サセプタと半導体ウエハ裏面のガス経路が短いため、サセプタと半導体ウエハ裏面との間に生じる電位差により、ガス管内部で異常放電が発生する。ガス管内部で異常放電が起きると、ガス管が腐食したり、半導体ウエハの裏面にダメージを与えてしまうという問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、熱伝達ガスを均一に通過させることができる静電チャック、およびこのような静電チャックを備え、載置した被処理体の温度均一性を高くすることができる被処理体載置台、およびこのような載置台を処理容器内に有し、ガスの導入にともなうサセプタと被処理体との間の異常放電が生じ難いプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、多孔質誘電体と、その内部に設けられた多孔質導電体とを有することを特徴とする静電チャックである。このように誘電体を多孔質にするのみならず、誘電体内部の導電体も多孔質にしたので、熱伝達ガスを均一に通過させることができる。
【０００６】
上記課題を解決するための第２の発明は、多孔質誘電体と、その内部に設けられた多数の貫通孔が形成された導電体とを有することを特徴とする静電チャックである。このように誘電体内部の導電体が無孔質であっても網目形状等の多数の貫通孔が形成された形状にすれば、多孔質の場合と同様、熱伝達ガスを均一に通過させることができる。
【０００７】
上記課題を解決するための第３の発明は、処理容器内で被処理体を載置する被処理体載置台であって、サセプタと、このサセプタに接合または設置された、多孔質誘電体およびその内部に設けられた多孔質導電体を有する静電チャックと、この静電チャックに接続されたガス導入手段と、を備えたことを特徴とする被処理体載置台である。
【０００８】
上記課題を解決するための第４の発明は、処理容器内で被処理体を載置する被処理体載置台であって、サセプタと、このサセプタに接合または設置された、多孔質誘電体およびその内部に設けられた多数の貫通孔が形成された導電体を有する静電チャックと、この静電チャックに接続されたガス導入手段と、を備えたことを特徴とする被処理体載置台である。
【０００９】
このような第３および第４の発明の被処理体載置台を用いることにより、熱伝達ガスを均一に静電チャック内を通過させることができ、被処理体の均一温度制御が可能になる。
【００１０】
なお、第３および第４の発明において、熱伝達ガスのガス管の開口部を、この静電チャックに接触させてもよいが、サセプタと静電チャックとの間にガスバッファを設け、静電チャックと連通させることで熱伝達ガスがより均一に静電チャック内を通過することができる。併せて、サセプタと静電チャックとの間の熱伝達ガスの存在により、サセプタから静電チャックへの熱伝達量が増え、被処理体の加熱・冷却等の温度制御を効率良く行うことができる。
【００１１】
上記課題を解決するための第５の発明は、処理容器内に処理ガスを導入し、この処理ガスをプラズマ化して、この処理容器内に設けられたサセプタに接合または設置された静電チャックに吸着保持された被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、前記静電チャックは、多孔質誘電体と、その内部に設けられた多孔質導電体とを有し、前記サセプタと前記静電チャックとの間にガスバッファを備え、このガスバッファにはガス導入路が接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１２】
上記課題を解決するための第６発明は、処理容器内に処理ガスを導入し、この処理ガスをプラズマ化して、この処理容器内に設けられたサセプタに接合または設置された静電チャックに吸着保持された被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、前記静電チャックは、多孔質誘電体と、その内部に設けられ多数の貫通孔が形成された導電体を有し、前記サセプタと前記静電チャックとの間にガスバッファを備え、このガスバッファにはガス導入路が接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１３】
このような第５および第６の発明によれば、熱伝達ガスは、静電チャック中の多孔質誘電体の孔部と、多孔質導電体の孔部または導電体の貫通孔を通過することとなる。したがって、熱伝達ガス経路は複雑かつ長距離になる。これにより、被処理体とサセプタとの間の電位差があっても、この熱伝達ガス経路内では異常放電が発生しないため、被処理体へのダメージを防止することができる。また、サセプタに熱媒体循環路が形成されていれば、静電チャックの温度は、ガスバッファ内の熱伝達ガスを介して、冷却または加熱されたサセプタの温度に近づけることができる。
【００１４】
なお、第３〜第６の発明において、被処理体載置台は、サセプタと静電チャックとが直接接合または設置されていなくてもよい。すなわち、静電チャックは、サセプタに中間部材を介して接合または設置させることもできる。これによって、静電チャックの誘電体とサセプタに熱膨張率差がある場合でも、この中間部材を両者の中間の熱膨張率とすることで、静電チャックとサセプタ間に生じる熱応力を抑制することができる。この中間部材は複数とすることも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が実施されるプラズマエッチング装置１を示す断面図である。処理容器２は金属、例えば、表面が酸化処理されたアルミニウムにより形成されていて、保安接地されている。処理容器２内の底部には絶縁体３を介して、平行平板電極の下部電極として機能するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６が接続されている。サセプタ５の上には静電チャック１１が設けられ、その上には半導体ウエハ等の被処理体Ｗが載置される。
【００１６】
静電チャック１１は、多孔質の誘電体１１ａの内部に多孔質の導電体１２を設けた構成を有している。この静電チャック１１は、例えば、２枚の多孔質誘電体板の間に多孔体からなる導電体薄膜を挟んで、誘電体や導電体が完全に焼結しない程度の温度で焼成し一体化することで製造できる。焼成温度が高すぎて緻密化すると、ガスが透過する気孔が存在しなくなるからである。なお、導電体１２としては多孔質の導電体に限らず、多数の貫通孔が形成された導電体、例えば、網目形状の金属（金属メッシュ）やパンチングメタル等でもよい。導電体１２には直流電源１３が接続されており、この直流電源１３から導電体１２に直流電圧を印加することにより、クーロン力等の静電力により多孔質の誘電体１１ａの上面に被処理体Ｗが吸着される。
【００１７】
静電チャック１１はサセプタ５の上面に接着剤で接着されている。なお、静電チャック１１は、サセプタ５に単に置かれているだけでもよいし、接着以外の方法（ボルト止め等）により固定してもよい。
【００１８】
静電チャック１１とサセプタ５の間にはガスバッファ５５が静電チャック１１に連通された状態で設けられており、このガスバッファ５５は、熱伝達ガス導入路５４から導入されたＨｅ等の熱伝達ガスを蓄える。蓄えられた熱伝達ガスは静電チャックを構成する多孔質誘電体１１ａと多孔質導電体１２を通過し、被処理体Ｗの裏面に到達する。静電チャック１１と被処理体Ｗの間に充填された熱伝達ガスによって、減圧下であっても被処理体Ｗの温度を静電チャック１１の温度に近づけることができる。静電チャック１１は全体が多孔質なので、熱伝達ガスを均一に通過させることができる。また、多孔質内のガス通過領域（孔部の体積）は小さく、かつ熱伝達ガス経路は複雑かつ長距離になるので、被処理体Ｗとサセプタ５との間の電位差があっても、被処理体Ｗの裏側での異常放電を抑えることができる。さらに、サセプタ５と静電チャック１１の間のガスバッファ５５内にも熱伝達ガスが存在するため、減圧下であっても静電チャック１１の温度を冷却されたサセプタの温度に近づけることができる。
【００１９】
なお、本実施形態では、サセプタ５、静電チャック１１、ガスバッファ５５および熱伝達ガス導入路５４で被処理体載置台１０を構成する。
【００２０】
サセプタ５には、冷媒を循環して温度を低くするための冷媒循環路５６が形成されている。冷媒としては、冷水、液体窒素、アルコール等が挙げられる。もちろん、高温で処理したい場合には、冷媒に代えて高温媒体、例えば、温水、高温オイル等を循環させ得ることはいうまでもない。
【００２１】
サセプタ５上には、被処理体Ｗを囲むようにフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５はＳｉ等からなり、エッチングの均一性を向上させている。
【００２２】
被処理体載置台１０の上方には、サセプタ５と対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁体２２を介して、処理容器２の上部に支持されていて、シャワーヘッド状の電極板２４と、この電極板２４を支持する支持体２５とから構成される。
【００２３】
支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、順に、ガス供給管２７、バルブ２８、マスフローコントローラ２９、エッチングガス供給源３０が接続されている。このエッチングガス供給源３０からは、ＣＦ４等のエッチングガスを供給する。
【００２４】
一方、処理容器２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。また、処理容器２の側壁にはゲートバルブ３２があり、被処理体Ｗが、隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００２５】
上部電極２１には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２と、整合器４１を介して第１の高周波電源４０とがそれぞれ接続されている。下部電極であるサセプタ５には、整合器５１を介して第２の高周波電源５０が接続されている。
【００２６】
次に、上記のプラズマエッチング装置１を用いて、被処理体Ｗ中の所定の膜をプラズマエッチングする工程について説明する。
【００２７】
まず、ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に載置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、直流電源１３から直流電圧を静電チャック１１内の導電体１２に印加する。
【００２８】
その後、エッチングガス供給源３０から上記エッチングガス、例えばＣＦ４とＯ２とＡｒとを供給する。この状態で、上部電極２１に所定の周波数の高周波電力を印加し、これにより、上部電極としてのシャワーヘッド２１と下部電極としてのサセプタ５との間に高周波電界を生じさせ、エッチングガスをプラズマ化する。プラズマの生成により被処理体Ｗは静電チャック１１上に静電吸着される。
【００２９】
このようにして生成されたエッチングガスのプラズマにより被処理体Ｗの所定の膜のエッチングを行う。この際に、高周波電源５０から下部電極であるサセプタ５に所定の周波数の高周波電力を印加してプラズマ中のイオンをサセプタ５側へ引き込むようにする。
【００３０】
このようにエッチングを行っている際に、熱伝達ガス導入路５４からガスバッファ５５に熱伝達ガス、例えばＨｅガスを供給する。熱伝達ガスは静電チャック１１内部を通過して被処理体Ｗの裏面に到達する。
【００３１】
この場合に、上述したように静電チャック１１は全体が多孔質なので、熱伝達ガスを均一に通過させることができる。また、多孔質内のガス通過領域（孔部の体積）は小さく、かつ熱伝達ガス経路は複雑かつ長距離になるので、被処理体Ｗとサセプタ５との間の電位差があっても、被処理体Ｗの裏側での異常放電を抑えることができる。さらに、サセプタ５と静電チャック１１の間のガスバッファ５５内にも熱伝達ガスが存在するため、減圧下であっても静電チャック１１の温度を冷却されたサセプタの温度に近づけることができる。
【００３２】
このようにしてエッチングしている間に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基いてエッチングを終了する。
【００３３】
なお、上記実施形態ではサセプタにガスバッファを形成してあるが本発明はこれに限らない。例えば、サセプタと静電チャックとをＯリングを介して配置し、Ｏリングの外側部でサセプタと静電チャックをボルト止めする場合には、Ｏリングの内側部分をガスバッファとしてもよい。この場合は、サセプタを加工してガスバッファを形成しなくてもよいのでコストダウンにつながる。
【００３４】
また、本実施例では平行平板型のプラズマ処理装置について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、プラズマ発生用アンテナを使用する誘導結合型プラズマ処理装置やマイクロ波プラズマ励起型の処理装置等にも適用できる。また、サセプタにプラズマ生成用の高周波電力を印加する装置、サセプタにバイアス用の高周波電力を印加する装置、サセプタを接地する装置のいずれにも適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、静電チャックを多孔質誘電体の内部に多孔質の導電体または多数の貫通孔が形成された導電体を設けた構造とし、静電チャック全体をガス透過構造としたので、熱伝達ガスを均一に通過させることができる。これにより、被処理体載置台上の被処理体の均一温度制御が可能となり、さらに、被処理体の裏側での異常放電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるプラズマエッチング装置の一実施形態を示す概略断面図。
【図２】従来のプラズマエッチング装置の一部を示す概略断面図。
【符号の説明】
１：プラズマエッチング装置
５；サセプタ
１０；被処理体載置台
１１；静電チャック
１１ａ；多孔質誘電体
１２；導電体
２１；上部電極
３０；エッチングガス供給源
４０，５０；高周波電源
５４；熱伝達ガス導入路
５５；ガスバッファ
Ｗ：被処理体
【図１】
2004014752.tif 000003
【図２】
2004014752.tif 000004