(57)【要約】【課題】  ウエハを均一に冷却することにより、ウエハを効率的にプラズマ処理する。【解決手段】  静電吸着電極１０１においては、ウエハが載置される側の面に近づくにつれて段階的に粒径が小さくなる粒子からなるガス分散層１０２を用いることにより、電極１０５上に伝熱ガス分散用の凹凸部を設けることなく、ガス分散層１０２と半導体ウエハ１５０とが接する面のほぼ全面において伝熱媒体を均一な圧力で分散させることができる。また、凹凸部が設けられていないため、処理中の半導体ウエハ１５０の全面を静電吸着することが可能となり、伝熱ガスの流路抵抗が半導体ウエハ１５０が吸着される面側で均一となる。このため、注入された伝熱ガスの圧力はガス分散層１０２のウエハ吸着面側でほぼ同じ圧力となり、伝熱ガスによる半導体ウエハ１５０への伝熱効果を均一化することができる。したがって、プラズマ処理中の半導体ウエハ１５０の冷却効率を向上させることができる。【選択図】  図１
2005347400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に誘電体を有する伝熱媒体分散部と、
前記伝熱媒体分散部のウエハが載置される側と反対側の面に設けられた電極と、
前記伝熱媒体分散部の前記電極側に設けられた伝熱媒体の注入部と、
を備え、
前記伝熱媒体分散部の前記電極側の断面における空隙部の数密度は、前記伝熱媒体分散部の前記ウエハが載置される側の断面における空隙部の数密度よりも小さいことを特徴とする静電吸着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の静電吸着装置において、
前記伝熱媒体分散部の前記電極側の断面における空隙部の平均断面積は、前記伝熱媒体分散部の前記ウエハが載置される側の断面における空隙部の平均断面積よりも広いことを特徴とする静電吸着装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の静電吸着装置において、
前記誘電体が粒子形状を有することを特徴とする静電吸着装置。
【請求項４】
請求項３に記載の静電吸着装置において、
前記伝熱媒体分散部の前記電極側の粒子の平均粒径は、前記伝熱媒体分散部の前記ウエハが載置される側の粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする静電吸着装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の静電吸着装置において、
前記誘電体は絶縁性の粒子が焼結されてなる多孔質誘電層からなることを特徴とする静電吸着装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の静電吸着装置において、
前記誘電体は絶縁性の粒子が焼結されてなる複数の多孔質誘電層が積層されてなることを特徴とする静電吸着装置。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の静電吸着装置において、
前記注入部が複数個あることを特徴とする静電吸着装置。
【請求項８】
真空処理室と、
前記真空処理室内に設けられた請求項１乃至７いずれかに記載の静電吸着装置と、
を備え、
前記静電吸着装置に載置されたウエハをプラズマ処理す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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ冷却保持に用いられる静電吸着装置およびプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマドライエッチング装置において、エッチング処理時のウエハ温度はウエハの加工状態を左右する重要なパラメータの一つとなる。すなわち、プラズマ処理中に生じる反応熱等によりウエハが加熱されるため、これを冷却する必要があるからである。そこで、現在では静電吸着電極を用い、吸着保持したウエハと静電吸着電極間に冷却ガスを導入し、ウエハを冷却する方式が主流となっている。ここで、半導体回路素子の微細化に伴い、処理中のウエハ面内温度の均一性が必要となってきていることから、面内均一性の向上が益々重要となってきている。
【０００３】
半導体デバイスの製造過程において、ウエハの温度制御が重要であり、こういった問題を解決する方法の一つとして、ウエハを静電吸着電極に吸着保持させ、ウエハと静電吸着電極との間に伝熱ガスを供給し、処理中のウエハの温度を制御する方法が挙げられる（特許文献１、特許文献２）。
【０００４】
図６に、特許文献１に記載された処理中のウエハの温度を制御する装置を示す。
【０００５】
真空処理室１０の底壁には、絶縁体１１を介して試料台である下部電極２０が電気絶縁されて気密に設けられている。真空処理室１０は放電空間３０を有し、下部電極２０と上下方向に対向して上部電極４０が内設されている。
【０００６】
ウエハ５０の裏面に対応する下部電極２０の表面には、ウエハ５０の裏面の周辺側に対応して絶縁物６０が埋設されている。絶縁物６０の内側の下部電極２０には、伝熱ガスの供給路を形成する溝２１が形成されている。溝２１はウエハ５０が載置されていない場合、放電空間３０と連通する。
【０００７】
また、絶縁物６０には、溝２１につながるガス分散用の溝（不図示）が形成されている。下部電極２０には、溝２１と連通してガス供給路２３ａとガス排出路２３ｂとが形成されている。ガス供給路２３ａには、ガス源（不図示）に連結された導管７０ａが連結され、ガス排出路２３ｂには、導管７０ｂの一端が連結されている。
【０００８】
導管７０ａには、マスフローコントローラ（以下、ＭＦＣと略）７１が設けられ、導管７０ｂには調整バルブ７２が設けられている。導管７０ｂの他端は、真空処理室１０と真空ポンプ８０とを連結する排気用の導管１２に合流連結されている。
【０００９】
また、下部電極２０内には、冷媒流路２２が形成されている。下部電極２０には、冷媒流路２２と連通して冷媒供給路２４ａと冷媒排出路２４ｂとが形成されている。下部電極２０へのウエハ５０の載置完了後、処理ガス供給装置から導管を経てガス流通路に供給された処理ガスは、ガス流通路を流通した後に上部電極４０のガス放出孔より放電空間３０に放出される。
【００１０】
真空処理室１０内の圧力調整後、下部電極２０には高周波電源９１より高周波電力がマッチングＢＯＸ９４を介して印加され、下部電極２０と上部電極４０との間にグロー放電が生じる。このグロー放電により放電空間３０にある処理ガスはプラズマ化され、このプラズマによりウエハ５０のエッチング処理が開始される。
【００１１】
また、これとともに下部電極２０には、直流電源９３より高周波遮断回路９２を介して直流電圧が印加される。ウエハ５０のプラズマによるエッチング処理の開始により、このプラズマ処理プロセスによって生じるセルフバイアス電圧と、直流電源９３によって下部電極２０に印加される直流電圧とにより、ウエハ５０は下部電極２０に静電吸着されて固定される。
【００１２】
その後、溝２１には、ガス源よりＭＦＣ７１及びガス供給路２３ａを順次介して伝熱ガス、例えば、処理ガスが供給される。このとき、処理ガスは、ＭＦＣ７１と調整バルブ７２との操作によりガス量が制御される。すなわち、ウエハ裏面のガス圧力が制御される。これにより、冷煤流路２２を流通する冷煤、例えば、水や低温液化ガス等で冷却されている下部電極２０とウエハ５０との熱抵抗は減少させられ、ウエハ５０は冷却される。
【００１３】
また、特許文献２記載の従来技術においては、図７に示すように静電吸着電極中心部に伝熱ガス導入部９が設けられている。複数の円柱状突起の隙間に形成される凹部、つまり、溝部１４の深さｈが、中心部で数百μｍ、外周部で数十μｍになるように、中心部から外周部に向かってほぼ直線的に浅くなるようにしてある。このような構造にすることにより、中心部での大きな流路抵抗を下げることができ、全体として伝熱ガス圧力を均一にでき、よって処理中のウエハ温度を面内で均一にできるとされている。
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−６４９８８号公報
【特許文献２】特開平１１−３３０２１９号公報
【特許文献３】特開２００４−１４７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記文献記載の技術をはじめとする従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
【００１６】
第一に、特許文献１記載の技術における溝および特許文献２記載の技術における円柱状突起に代表されるように、静電吸着電極の吸着面上にウエハを吸着させるための吸着部（凸部）と伝熱ガスを分散させるための溝部（凹部）が存在することから、吸着部の断面は凹凸をもった形状となる。ここで、伝熱ガスは凹部の溝では分散されやすく、伝熱効率も高いが、凸部の吸着部では凹部に存在する伝熱ガスがウエハ裏面との僅かな隙間を経て分散されるため流路抵抗は高い。そのため、圧力損失が発生し、そこで分散される伝熱ガスの圧力は低圧となり伝熱効果も低下する。これらのことから、ウエハ裏面と吸着面との間に充填される伝熱ガスの圧力分布は面内で不均一となり、ウエハの冷却効率に影響を与えることになる。この結果、吸着面上にパターニングされた凹凸部の形状に沿ってウエハの冷却効率が変動し、プラズマ処理中に生じるウエハの温度分布が凹凸部のパターンによって左右されるという点で改善の余地を有していた。
【００１７】
第二に、これら凹凸部のパターンは、使用するウエハの径、プラズマ処理プロセス、および必要とされる伝熱ガスの圧力に応じて設計する必要があるため、静電吸着電極の製造プロセスの増加を招くという点で改善の余地を有していた。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウエハを均一に冷却することにより、ウエハを効率的にプラズマ処理する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によれば、内部に誘電体を有する伝熱媒体分散部と、伝熱媒体分散部のウエハが載置される側と反対側の面に設けられた電極と、伝熱媒体分散部の電極側に設けられた伝熱媒体の注入部と、を備え、伝熱媒体分散部の電極側の断面における空隙部の数密度は、伝熱媒体分散部のウエハが載置される側の断面における空隙部の数密度よりも小さいことを特徴とする静電吸着装置が提供される。
【００２０】
本発明によれば、内部に誘電体を有する伝熱媒体分散部を備え、伝熱媒体分散部の電極側の断面における伝熱媒体の経路である空隙部の数密度が、伝熱媒体分散部のウエハが載置される側の断面における伝熱媒体の経路である空隙部の数密度より小さい。このため、伝熱媒体分散部の電極側の断面近傍においては、伝熱媒体分散部の電極側に設けられた注入部より注入された伝熱媒体は圧力損失の発生が抑制されて伝熱媒体分散部内に円滑に注入されるとともに、伝熱媒体分散部のウエハが載置される側の断面近傍においては多くの空隙部を伝熱媒体が流れることにより伝熱媒体を均一な圧力で分散させることができる。また、電極上に凹凸部が設けられていないため、処理中のウエハの全面を静電吸着することが可能となり、伝熱媒体の流路抵抗がウエハが吸着される面側で均一となる。このため、注入された伝熱媒体の圧力は伝熱媒体分散部のウエハ吸着面側でほぼ同じ圧力となり、伝熱媒体によるウエハへの伝熱効果を均一化することができる。したがって、ウエハを均一に冷却することができる。この結果、ウエハを効率的にプラズマ処理することができる。
【００２１】
本発明によれば、真空処理室と、真空処理室内に設けられた上記いずれかに記載の静電吸着装置と、を備え、静電吸着装置に載置されたウエハをプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００２２】
本発明によれば、プラズマ処理中のウエハを均一に冷却することができる静電吸着装置にウエハが載置されているため、ウエハを効率的にプラズマ処理することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ウエハを均一に冷却することにより、ウエハを効率的にプラズマ処理する技術が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２５】
第一の実施の形態
図１に本実施形態におけるプラズマドライエッチング装置２００の概略構成を示す。
【００２６】
プラズマ処理装置であるプラズマドライエッチング装置２００は、真空処理室１１０、伝熱媒体である伝熱ガスをプラズマドライエッチング装置２００に供給するガス供給路１２３ａなどの伝熱媒体注入部である冷却系統、直流電源１９３などの電圧印加系統、静電吸着装置である静電吸着電極１０１から構成される。ここで伝熱媒体としては気体が好ましく用いられる。
【００２７】
真空処理室１１０の底壁には、絶縁体１１１を介して試料台である静電吸着電極１０１が電気絶縁されて気密に設けられている。真空処理室１１０は放電空間１３０を有し、静電吸着電極１０１と上下方向に対向して上部電極１４０が内設されている。
【００２８】
静電吸着電極１０１には、ガス供給路１２３ａが形成されている。ガス供給路１２３ａには、ガス源（不図示）に連結された導管１７０ａが連結されている。
【００２９】
導管１７０ａには、マスフローコントローラ（以下、ＭＦＣと略）１７１が設けられ、導管１７０ｂには調整バルブ１７２が設けられている。導管１７０ｂの他端は、真空処理室１１０と真空ポンプ１８０とを連結する排気用の導管１１２に合流連結されている。
【００３０】
また、静電吸着電極１０１内には、冷媒流路１２２が形成されている。静電吸着電極１０１には、冷媒流路１２２と連通して冷媒供給路１２４ａと冷媒排出路１２４ｂとが形成されている。静電吸着電極１０１への半導体ウエハ１５０の載置完了後、処理ガス供給装置（不図示）から導管（不図示）を経てガス流通路１７５に供給された処理ガスは、ガス流通路１７５を流通した後に上部電極１４０のガス放出孔（不図示）より放電空間１３０に放出される。
【００３１】
真空処理室１１０内の圧力調整後、静電吸着電極１０１には高周波電源１９１より高周波電力がマッチングＢＯＸ１９０を介して印加され、静電吸着電極１０１と上部電極１４０との間にグロー放電が生じる。このグロー放電により放電空間１３０にある処理ガスはプラズマ化され、このプラズマにより半導体ウエハ１５０のエッチング処理が開始される。
【００３２】
また、これとともに静電吸着電極１０１には、直流電源１９３より高周波遮断回路１９２を介して直流電圧が印加される。半導体ウエハ１５０のプラズマによるエッチング処理の開始により、上記プラズマ処理プロセスによって生じるセルフバイアス電圧と、直流電源１９３によって静電吸着電極１０１に印加される直流電圧とにより、半導体ウエハ１５０は静電吸着電極１０１に静電吸着されて固定される。
【００３３】
静電吸着電極１０１の上部表面（半導体ウエハ１５０との吸着面）には、絶縁材料から構成される誘電体粒子１０８を内部に備える伝熱媒体分散部であるガス分散層１０２が設けられている。静電吸着電極１０１の中央部にはガス供給路１２３ａが設けられており、ＭＦＣ１７１およびガス供給路１２３ａを経てガス分散層１０２に伝熱媒体としての伝熱ガスが供給される。伝熱ガスはガス分散層１０２の内部で分散された後、吸着保持された半導体ウエハ１５０と静電吸着電極１０１の吸着面に充填され、冷媒流路１２２を流れる冷媒によって温度制御された静電吸着電極１０１との伝熱効果により半導体ウエハ１５０を冷却する。なお、本実施形態においては、ガスバッファが設けられていないため、伝熱ガスの伝熱効率の低下を抑制することができる。このため、ウエハの冷却効率の低下を抑制することができる。
【００３４】
次に、図１の静電吸着電極１０１の詳細構造例（断面図）を図２に示す。Ａｌ等の材料からなる支持部材１０３の上部には、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックスなどの絶縁材料からなる凹型断面形状を持つ絶縁体１０４が形成され、絶縁体１０４の凹部にはＡｌ２Ｏ３等のセラミックスなどの絶縁材料からなる誘電体粒子１０８から構成されるガス分散層１０２が形成されている。絶縁体１０４およびガス分散層１０２は誘電体であり、後述する電極１０５に直流高電圧を印加した際に、クーロン力などの静電力により半導体ウエハ１５０を静電吸着する機能を有する。誘電層であるガス分散層１０２は、粒径の異なる誘電体粒子１０８が絶縁体１０４の凹部の内部に敷きつめられており、電極１０５近傍の下面から半導体ウエハ１５０の吸着面である上面にむけて段階的に誘電体粒子１０８の粒径が小さくなる構成である。そのため、下面では空隙部の平均断面積が広く、また空隙部の数密度が小さく、上面では空隙部の平均断面積が狭く、また空隙部の数密度が大きい構成を特徴とする。ここで、数密度とは、ガス分散層１０２の水平方向のある断面に存在する空隙部の数を当該断面の断面積で除した数値をいう。また、空隙部は伝熱ガスなどの伝熱媒体の経路となる。
【００３５】
ガス分散層１０２の構成を図２で示した例で説明すると、本実施形態の場合、それぞれ数十〜数百μｍ程度の膜厚を有する３層の構造からなり、各層は粒径の異なる誘電体粒子１０８で形成される。第３誘電層である下段層１０２ａを構成する誘電体粒子１０８の粒径は任意であるが、１０μｍ以上が好ましく、１５μｍ程度がより好ましい。また、層厚は任意であるが、３５μｍ以上が好ましい。第２誘電層である中段層１０２ｂを構成する誘電体粒子１０８の粒径は任意であるが、０．５μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、１μｍ程度がより好ましい。また、層厚は任意であるが、２５μｍ以上３５μｍ以下が好ましく、３０μｍ程度がより好ましい。第１誘電層である上段層１０２ｃを構成する誘電体粒子１０８の粒径は任意であるが、０．１μｍ以上０．５μｍ以下が好ましく、０．４μｍ程度がより好ましい。また、層厚は任意であるが、１５μｍ以上２５μｍ以下が好ましく、２０μｍ程度がより好ましい。
【００３６】
ここで、ガス分散層１０２の作製方法としては、たとえば、絶縁体１０４の凹部に、まず、第３誘電層となる下段層１０２ａを構成する１０μｍ以上の粒径の誘電体粒子１０８を３５μｍ以上敷き、次に第２誘電層となる中段層１０２ｂを構成する０．５μｍ以上１０μｍ以下の粒径の誘電体粒子１０８を２５μｍ以上３５μｍ以下敷き、ついで、第１誘電層となる上段層１０２ｃを構成する０．１μｍ以上０．５μｍ以下の粒径の誘電体粒子１０８を１５μｍ以上２５μｍ以下敷く方法などが挙げられる。
【００３７】
絶縁体１０４の内部にはタングステン等の導体材料からなる電極１０５が埋設されており、静電吸着時に直流高電圧が印加される。プラズマエッチング処理によって生じる半導体ウエハ１５０のセルフバイアス電圧と電極１０５の電位差により、半導体ウエハ１５０は静電吸着電極１０１に吸着保持される。
【００３８】
次に、伝熱ガスがガス供給路１２３ａを経てガス分散層１０２の中心下部に供給される。ここで、上述したように、ガス分散層１０２は、下面では空隙部の平均断面積が広く、また空隙部の数密度が小さく、上面では空隙部の平均断面積が狭く、また空隙部の数密度が大きい構造となっている。このため、伝熱ガスの流路抵抗は各層で段階的に上がることになり、ガス供給路１２３ａから供給された伝熱ガスはガス分散層１０２の内部で段階的に分散される。分散された伝熱ガスは、ガス分散層１０２の吸着面上に無数に存在する孔から均一な圧力で充填される。このため、半導体ウエハ１５０を面内で均一に冷却することができる。
【００３９】
次に図２のＡ−Ａ’矢視図を図３の平面図に示す。
【００４０】
図３は、静電吸着電極１０１の吸着面を形成する絶縁体１０４とガス分散層１０２の配置を示した図である。図３に示すように、吸着面の内側にガス分散層１０２が配置され、最外周部に絶縁体１０４が配置される。ガス分散層１０２は半導体ウエハ１５０の裏面内部と吸着し、絶縁体１０４は半導体ウエハ１５０の裏面外周部と吸着する。
【００４１】
絶縁体１０４が半導体ウエハ１５０の裏面外周部と吸着することで、吸着面の外周部にガスシール部ができ、充填された伝熱ガスが真空処理室１１０側に漏洩することを制御することが可能となる。伝熱ガスの漏洩を制御できることから、吸着面に充填する伝熱ガス圧力を高くすることが可能となりウエハの冷却効率が向上すると共に、真空処理室１１０でのプラズマ処理プロセスに与える影響を抑制することが可能となる。
【００４２】
また、ガス分散層１０２の吸着面上に無数に存在する孔から伝熱ガスを半導体ウエハ１５０に充填するため、伝熱ガスの流速は遅くなる。これにより、伝熱ガスの供給開始時に生じる伝熱ガスの急激な圧力上昇を抑えることができる。このため、静電吸着電極１０１の吸着力が十分ではない場合においても、真空処理室１１０との圧力差による半導体ウエハ１５０の位置ズレ発生の抑制や、真空処理室１１０のパーティクル巻き上げの抑制が可能となる。
【００４３】
以下、静電吸着電極１０１とドライエッチング装置２００の効果について説明する。
【００４４】
従来の技術においては、誘電膜に凹凸部を設けることにより伝熱ガスを半導体ウエハとの吸着面に均一に分散させているため、凹部では伝熱ガスの伝熱効率が高いが、凸部では凹部に存在する伝熱ガスが半導体ウエハ裏面と凸部との間の僅かな隙間を経て分散されるため流路抵抗が高くなり、圧力損失が発生するために、分散される伝熱ガスの圧力が低下し、伝熱効果が低下するという課題を残していた。このため、半導体ウエハ裏面と吸着面との間に充填される伝熱ガスの圧力分布は半導体ウエハ裏面内で不均一となり、半導体ウエハの冷却にも影響を与えることがある。したがって、吸着面上にパターニングされた凹凸部の形状に沿って半導体ウエハの冷却効率が変動し、処理中に生じる半導体ウエハの温度分布が凹凸部のパターンによって左右されるという課題を残していた。これに対して、静電吸着電極１０１においては、電極１０５が備えられた面（下面）から半導体ウエハ１５０が載置される側の面（上面）に近づくにつれて段階的に誘電体粒子１０８の粒径が小さくなるガス分散層１０２が用いられている。こうすることにより、ガス分散層１０２は、下面では空隙部の断面積が広く、また空隙部の数密度が小さく、上面では空隙部の断面積が狭く、また空隙部の数密度が大きい構造となっている。このため、伝熱ガスの流路抵抗は下面から上面に向けて段階的に上昇することとなり、下面においては、空隙部の平均断面積が広く、空隙部の数密度が小さいため、ガス供給路１２３ａから供給された伝熱ガスは圧力損失の発生が抑制されて円滑にガス分散層１０２内に注入され、ガス分散層１０２の内部で段階的に分散される。また、上面においては、空隙部の数密度が大きく、空隙部の平均断面積が狭いため、伝熱媒体を均一な圧力で分散させることができる。そのため、電極１０５上に伝熱ガス分散用の凹凸部を設けることなく、ガス分散層１０２と半導体ウエハ１５０とが接する面のほぼ全面において伝熱ガスをほぼ均一な圧力で分散させることができる。また、凹凸部が設けられていないため、プラズマ処理中の半導体ウエハ１５０の全面を静電吸着することが可能となり、伝熱ガスの流路抵抗が半導体ウエハ１５０がガス分散層１０２に吸着される面側でほぼ均一となる。このため、注入された伝熱ガスの圧力はガス分散層１０２の半導体ウエハ１５０が吸着される面側の全面においてほぼ同じ圧力となり、伝熱ガスによる半導体ウエハ１５０への伝熱効果をほぼ均一化することができる。したがって、プラズマ処理中の半導体ウエハ１５０を均一に冷却することができる。また、静電吸着電極１０１が上記効果を有することにより、静電吸着電極１０１を備えるドライエッチング装置２００を用いて、半導体ウエハ１５０をプラズマエッチング処理する際には、プラズマ処理中に生じる反応熱により加熱された半導体ウエハ１５０を均一に冷却しながら、効率的にプラズマ処理することができる。
【００４５】
また、従来の技術においては、支持部材と分散層との間にガスバッファが設けられることがあった。このため、ガスバッファの深さが伝熱ガスの平均自由行路長以上になると、伝熱ガスの伝熱効果が低下するため冷却効率が低下するという課題を有していた。また、ガスバッファの深さが浅い場合には、ガスバッファ内の流路抵抗が大きくなり、伝熱ガスを均一に分散層内を通過させることが困難であるという課題を有していた。さらに、ガスバッファが存在することにより、支持部材と分散層との間に隙間を生じるため、多孔質材料で構成される分散層の強度を考慮する必要が生じ、この必要強度は分散層の径に比例して大きくなる。このため、分散層に求められる強度を保つためには、分散層を厚くする必要がある。これにより、半導体ウエハと支持部材との距離が広がるため、伝熱ガスの伝熱効果が低下し、半導体ウエハの冷却効率が低下するものと考えられる。これに対して、静電吸着電極１０１においては、支持部材１０３とガス分散層１０２との間にガスバッファが設けられていないため、上記課題の発生を抑制することができる。このため、ガス分散層１０２の強度や厚みなどの設計マージンを広くとることが可能になる。したがって、静電吸着電極１０１を大口径化した場合においても、半導体ウエハ１５０を均一に冷却することができ、半導体ウエハ１５０を均一に冷却しながら、効率的にプラズマ処理することができる。
【００４６】
また、静電吸着電極１０１においては、半導体ウエハ１５０が載置される側の面に近づくにつれて段階的に粒径が小さくなる誘電体粒子１０８が内部に敷き詰められたガス分散層１０２を用いることにより伝熱ガスの流速増加を抑制できる。このため、伝熱ガス注入時の急激な圧力上昇を抑制することができる。こうすることにより、静電吸着電極１０１による吸着不良が発生した場合においても、載置された半導体ウエハ１５０の位置ズレが発生することを抑制することができる。したがって、半導体ウエハ１５０を均一に冷却しながら効率的にプラズマ処理することができる。
【００４７】
また、静電吸着電極１０１においては、静電吸着電極１０１上に凹凸部を形成しなくてもよいことから、プラズマドライエッチング装置２００を製造する際の製造プロセスの増加を抑制することが可能となる。
【００４８】
第二の実施の形態
図４および図５を用いて本実施形態について説明する。本実施形態においては、ガス分散層１０２が２層構造であり、伝熱ガスの供給経路が２系統ある形態について説明する。
【００４９】
図４は静電吸着電極１６０の詳細構造（断面図）を説明するための図面である。また、図５は、図４のＡ−Ａ’矢視図である。絶縁体１０４の断面形状が図４のような吸着面の外周部とその内側に突起部を有する形状で形成される。
【００５０】
図５が示すように絶縁体１０４の突起部は、吸着面の外周部と、その内側部とに同心円状に形成される。これら絶縁体１０４の突起部以外の吸着面凹部には、第１の実施形態で説明した構造からなる内側のガス分散層１０２ｄと、外側のガス分散層１０２ｅが絶縁体１０４上に設けられている。
【００５１】
また図４が示すように、吸着面内側のガス分散層１０２ｄには内側のガス供給路１２３ｄから伝熱ガスが供給され、吸着面外側のガス分散層１０２ｅには外側のガス供給路１２３ｅから伝熱ガスが供給される。これら２つのガス供給系統は独立しており、各々で制御可能なガス源（不図示）を持つ。またガス分散層１０２ｄとガス分散層１０２ｅの間に絶縁体１０４の突起部が存在することから、ガス分散層１０２ｄとガス分散層１０２ｅのそれぞれに供給された伝熱ガスがガス分散層１０２ｄとガス分散層１０２ｅの間を通ることはない。
【００５２】
以下、静電吸着電極１６０の効果について説明する。
【００５３】
プラズマドライエッチング装置等での半導体ウエハ処理においては、１枚の半導体ウエハをプラズマ処理する際に生じる反応熱等は必ずしも同じであるとは限らないため、１枚の半導体ウエハ内の温度分布は必ずしも同じであるとは限らない。このため、半導体ウエハ冷却の際に、プラズマ処理中に生じる半導体ウエハ加熱量に応じて、伝熱ガスの量を調整する必要がある場合がある。ここで、静電吸着電極１６０においては、半導体ウエハ１５０の中央部と外周部で加熱量が異なる場合であっても、以下のように冷却することで半導体ウエハ１５０を効率的にプラズマ処理することができる。すなわち、絶縁体１０４、及び内側のガス分散層１０２ｄおよび外側のガス分散層１０２ｅからなる吸着面に半導体ウエハ１５０を吸着保持する。このとき、内側のガス供給路１２３ｄおよび外側のガス供給路１２３ｅから供給する伝熱ガスを、それぞれ圧力差を設けて供給する。例えば、外周部の加熱量が中央部と比較して多い場合には、外側のガス供給路１２３ｅの供給圧力を高くして伝熱ガスを供給する。逆に、中央部の加熱量が外周部と比較して多い場合には、内側のガス供給路１２３ｄの供給圧力を高くして伝熱ガスを供給する。ここで、伝熱効率は、供給される伝熱ガスの圧力に比例するため、内側のガス供給路１２３ｄと外側のガス供給路１２３ｅとで伝熱ガスを供給する際に圧力差を設けることで、半導体ウエハ１５０の中央部と外周部の冷却率を均一化することができる。この結果、プラズマ処理中の半導体ウエハ１５０の温度をより均一化することが可能となり、より効率的に半導体ウエハ１５０をプラズマ処理することができる。
【００５４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００５５】
たとえば、上記実施形態においては、絶縁体１０４の凹部に粒径の異なる誘電体粒子１０８を段階的に敷く方法を用いてガス分散層１０２を形成する形態について説明したが、下段層１０２ａ、中段層１０２ｂ、上段層１０２ｃを、それぞれ粒径の異なる誘電体粒子を焼結することにより形成した後に、上段層１０２ｃ、中段層１０２ｂ、下段層１０２ａの順に絶縁体１０４の凹部に積層することによりガス分散層１０２を形成してもよい。
【００５６】
また、絶縁体１０４の凹部に粒径の異なる誘電体粒子を段階的に敷いた後、絶縁体１０４および誘電体粒子を焼結することによりガス分散層を形成してもよい。ここで、誘電体粒子は焼結されたときに、粒子としての形状を有していることもあれば、焼結の際に一度溶融した後に固化して多孔質の膜状の形状などとなることもある。
【００５７】
また、上記実施形態においては、ガス分散層１０２が２層、あるいは３層からなる形態について説明したが、空隙部の数密度勾配を有する１層であってもよいし、４層以上であってもよい。
【００５８】
また、上記実施形態においては、プラズマドライエッチング装置２００に静電吸着電極１０１を用いた形態について説明したが、プラズマＣＶＤ装置など他の装置に静電吸着電極１０１を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態に係る装置の構造を模式的に示した概略図である。
【図２】図１の静電吸着電極の詳細構造を示す拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’矢視による平面図である。
【図４】実施の形態に係る静電吸着電極の詳細構造を示す拡大図である。
【図５】図４のＡ−Ａ’矢視による平面図である。
【図６】従来の技術に係る装置の構造を模式的に示した概略図である。
【図７】従来の技術に係る装置の構造を模式的に示した概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１      静電吸着電極
１０２      ガス分散層
１０２ａ    下段層
１０２ｂ    中段層
１０２ｃ    上段層
１０２ｄ    分散層
１０２ｅ    分散層
１０３      支持部材
１０４      絶縁体
１０５      電極
１０８      誘電体粒子
１１０      真空処理室
１１１      絶縁体
１１２      導管
１２２      冷媒流路
１２３ａ    ガス供給路
１２３ｄ    ガス供給路
１２３ｅ    ガス供給路
１２４ａ    冷媒供給路
１２４ｂ    冷媒排出路
１３０      放電空間
１４０      上部電極
１５０      半導体ウエハ
１６０      静電吸着電極
１７０ａ    導管
１７０ｂ    導管
１７１      マスフローコントローラ
１７２      調整バルブ
１７５      ガス流通路
１８０      真空ポンプ
１９０      マッチングＢＯＸ
１９１      高周波電源
１９２      高周波遮断回路
１９３      直流電源
２００      プラズマドライエッチング装置
【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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