(57)【要約】【課題】  伝熱ガスとしてのヘリウムガスの絶縁破壊を抑制し、信頼性の高いプラズマ処理装置用試料載置電極を提供する。【解決手段】  内部に温度調整用の媒体を流通させるための流路を形成した電極本体と、電極本体の試料載置面に形成した静電吸着用の誘電体膜と、誘電体膜と誘電体膜上に静電吸着された試料により形成される空隙に伝熱ガスを電極本体内を貫通して供給するガス導入部を備えたプラズマ処理装置用試料載置電極において、前記ガス導入部の絶縁物材料からなる前記試料載置面に臨む部分を、外側のガス導入管と内側の中心軸にて構成し、中心軸の表面にらせん状の溝を設けた。【選択図】図２
2009224526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に温度調整用の媒体を流通させるための流路を形成した電極本体と、
前記電極本体の試料載置面に形成した静電吸着用の誘電体膜と、
前記誘電体膜と前記誘電体膜上に静電吸着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ガス導入部を備えたプラズマ処理装置用試料載置電極において、
前記ガス導入部の絶縁物材料からなる前記試料載置面に臨む部分を、外側のガス導入管と内側の中心軸にて構成し、前記中心軸の表面にらせん状の溝を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置用試料載置電極。
【請求項２】
内部に温度調整用の媒体を流通させるための流路を形成した電極本体と、
前記電極本体の試料載置面に形成した静電吸着用の誘電体膜と、
前記誘電体膜と前記誘電体膜上に静電吸着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ガス導入部を備えたプラズマ処理装置用試料載置電極において、
前記ガス導入部の絶縁物材料からなる前記試料載置面に臨む部分を、外側のガス導入管と内側の中心軸にて構成し、前記ガス導入管の内壁にらせん状の溝を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置用試料載置電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置の試料載置電極にかかわり、特に半導体基板（ウエハ）や液晶基板を対象としたプラズマ処理装置に好適な試料載置電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスなどでは、一般にプラズマを用いたドライエッチングが行われているが、ドライエッチングを行うプラズマ処理装置は真空容器と、これに接続されたガス供給系，真空容器内圧力を所定の値に保持する排気系，ウエハを静電吸着して固定するウエハ載置電極，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、例えばハロゲンガスを主成分とした混合ガスを真空容器に供給し、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でウエハ載置電極上に固定したウエハにドライエッチングを行うようにしている。
【０００３】
プラズマエッチング処理装置の場合、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。このパラメータの一種としてウエハ温度の制御があり、従来技術ではプラズマエッチング処理装置のウエハ載置電極に高電圧を印加し、ウエハをウエハ載置電極上の誘電体膜に静電吸着させた上で、ウエハと誘電体膜間に所定圧力の伝熱ガス、例えば、ヘリウムガスを導入し、ウエハ載置電極本体の温度制御と相まって、ウエハ温度を制御する方法が一般的に使用されている。
【０００４】
そこで、この静電吸着力を利用した従来のウエハ載置電極の一例について図５により説明する。
【０００５】
図５に示すウエハ載置電極は、図示していないが、プラズマ処理装置の真空容器中に設置されるもので、２１は被処理基板となるウエハ、２２はアルミナなどの誘電体膜、２３は電極本体、２４はアルミナなどの絶縁材、２５は電極本体２３や絶縁材２４を保持するための金属製の座、２６は冷媒溝で電極本体２３を冷却するための冷媒の通路となるもの、２７から２９は誘電体膜２２とウエハ２１の間にヘリウムガスを導入するガス導入部、３０は圧力計、３１はマスフローコントローラ、３２はヘリウムガスボンベである。また、図示していないが、電極本体２３には直流電源と高周波電源が接続されている。また、座２５は接地してある。ガス導入部２７，２９は絶縁物で構成し、ガス導入部２８は金属製の電極本体２３に溝を掘っただけの構造としたため、ガス導入部２８は導体となっている。
【０００６】
図６にガス導入部２７の一例を示す。この場合、ガス導入部２７は、図示のように円筒形の部材（パイプ材）として作られ、その材料には絶縁物のアルミナセラミックが用いられている。そして、その内部にはヘリウムガスの通路となるガス孔３３が設けてある。
【０００７】
上記の構成を用いて、冷媒溝２６に流す冷媒の温度調整と、誘電体膜２２とウエハ２１の間に介在するヘリウムガス圧力の調整を行うことにより、ウエハ２１の温度が制御できることになる。
【０００８】
しかしながら、このとき使用するヘリウムガスが比較的放電しやすく、絶縁破壊電圧が相対的に低いのでガス導入部２７の上面と下面の間、すなわちウエハ２１とガス導入部２８間での電圧差で放電が発生し、絶縁破壊することがあった。
【０００９】
特許文献１には、このような場合における対策として、ヘリウムガスに絶縁破壊電圧が高い別のガスを混合ガスとし、この混合ガスを誘電体膜２２と被処理基板であるウエハ２１の間に導入する技術について提案している。
【００１０】
【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】
【００１１】
しかしながら、上記従来技術は、混合ガスの使用に伴う隘路に配慮されているとは言えず、エッチング性能の維持に問題があった。
【００１２】
すなわち、上記したようにプラズマ処理装置に所望のエッチング性能が確保されるようにするためには、種々のパラメータを制御する必要があるが、このとき、混合ガスの適用はパラメータの増加をもたらすため、エッチング制御が複雑化し、その分、エッチング制御が難しくなり、エッチング性能の維持に問題が生じてしまうのである。
【００１３】
また、誘電体膜とウエハの間に導入したガスの一部は、必然的にエッチングプロセスにおいて重要なプラズマ空間に放出されてしまう。したがって、混合ガスを用いた場合、ヘリウム以外のガスによるエッチング性能への影響が避けられず、その分、エッチング制御が難しくなり、やはりエッチング性能の維持に問題が生じてしまうのである。
【００１４】
本発明の目的は、プラズマ処理に影響を与える事無く、伝熱ガス（ヘリウムガス）の絶縁破壊を抑制することのできるプラズマ処理用試料載置電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【００１６】
内部に温度調整用の媒体を流通させるための流路を形成した電極本体と、前記電極本体の試料載置面に形成した静電吸着用の誘電体膜と、前記誘電体膜と前記誘電体膜上に静電吸着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ガス導入部を備えたプラズマ処理装置用試料載置電極において、前記ガス導入部の絶縁物材料からなる前記試料載置面に臨む部分を、外側のガス導入管と内側の中心軸にて構成し、前記中心軸の表面にらせん状の溝を設けた。
【００１７】
また、内部に温度調整用の媒体を流通させるための流路を形成した電極本体と、前記電極本体の試料載置面に形成した静電吸着用の誘電体膜と、前記誘電体膜と前記誘電体膜上に静電吸着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ガス導入管を備えたプラズマ処理装置用試料載置電極において、前記ガス導入部の絶縁物材料からなる前記試料載置面に臨む部分を、外側のガス導入管と内側の中心軸にて構成し、前記ガス導入管の内壁にらせん状の溝を設けた。
【発明の効果】
【００１８】
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抑制し、信頼性の高い試料載置電極を提供することができる。
【００１９】
仮に伝熱ガスの一部が絶縁破壊を起こし、その放電が他の場所に進展する場合を考えて見ても、本発明では、らせん状の伝熱用ガス通路を採用しているため、放電は、らせん状の通路を通る必要があり、従来技術のように絶縁破壊場所と他の場所（例えばウエハ）間の直線距離と比較して、より長い距離を進展する必要があるため、到達する前に放電が消失してしまう。このことから、ウエハとガス導入部間を電気的に短絡するには至らない。結果として耐電圧性能が向上することになる。
【００２０】
さらに、ガス導入部内での放電に起因するエッチングエラーやウエハでの損傷発生、更には電極本体の損傷の発生も抑制され、スループットの向上やコストの低減に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１はプラズマ処理装置用ウエハ載置電極を説明する図である。この図において、１は被処理基板であるウエハ、３は内部に温度調整用の媒体を流通させるための冷媒溝６を形成した電極本体、２は電極本体３のウエハ載置面に形成した静電吸着用の誘電体膜、９はヘリウムガスボンベ１２から供給されるヘリウムガスを電極本体３内部まで導入するガス導入部、８はガス導入部９より導入されたヘリウムガスを電極本体３内部にて水平方向に展開するガス導入部、７はガス導入部８に接続されヘリウムガスを鉛直方向へ展開するガス導入部で、誘電体膜２と誘電体膜上に静電吸着された試料により形成される空隙に伝熱ガスを電極本体３内を貫通して複数の供給口から導入するガス導入部である。ガス導入部７，９は絶縁物材料で構成した。一方、ガス導入部８は、金属製の電極本体３に溝を掘っただけの構造としたため、ガス導入部８は導体となっている。４は絶縁材、５は座で接地されている。１０は圧力計でガス導入部９内の圧力を測定するもの、１１はマスフローコントローラでガス導入部７〜９内を流れるガス流量を制御する働きをするものである。また、図示していないが、電極本体３には直流電源と高周波電源が接続されており、このウエハ載置電極は、プラズマ処理装置の真空容器内に設置されるものとする。
【００２４】
次に、この実施形態におけるガス導入部７について、図２を用いてより詳細に説明する。このガス導入部７は、二種類の部品から構成されている。すなわち、ガス導入部７の外側を中空パイプ状の絶縁物材料であるガス導入管１３と、ガス導入管の内側にあり、円柱部材の表面にらせん状の溝が設けられ絶縁物材料の中心軸１４で構成している。ガス導入管１３は、例えば、外径４mm，内径３mm，長さ１５mmであり、中心軸１４は、例えば、径２.９mm，長さ１５mmである。また、中心軸１４の表面に設けてあるらせん状の溝は例えば、幅１mm，深さ０.５mmである。
【００２５】
本実施例では、溝を適宜設計することにより、ヘリウムガスの流量を制御することができる。
【００２６】
上記のらせん状の溝は、最低でも中心軸を一巻する必要があるため、数式で表した場合、中心軸の直径をＲ、中心軸の長さをＬ、らせん状の溝とガス導入部７の下面または上面がなす角度をαとすると、
πＲ×tanα＜Ｌ                                                     （１）
となる。
【００２７】
また、ガス導入管１３と中心軸１４との隙間を０.１mm以下とするのが望ましい。なぜならば、これより大きな隙間があると、ヘリウムガスがらせん状の溝を流れないで、隙間を流れてしまうためである。
【００２８】
プラズマ処理中のウエハ１には、電極本体３に印加した高周波電力によるセルフバイアス電位Ｖｓがかかっている。さらに電極本体３には、直流電源による電位Ｖｅがかかっているため、誘電体膜２には両者の電位差、すなわちＶｄ＝Ｖｓ−Ｖｅがかかっている。この電位差Ｖｄによって、ウエハ１は誘電体膜２に静電吸着している。
【００２９】
このときガス導入部７の内部では電位差Ｖｄに相当する電位がガス導入部７の上面と下面にかかっているため、一般にはガス導入部７内のガス流路内ではヘリウムの絶縁破壊が起こりやすい状態になっている。しかしながら、本実施形態の場合、ガス導入部７のガス流路は図２に示すようにらせん構造であるため、ガス流路内で発生した放電は、最も放電が進展しやすい、電界ベクトルに沿って直線的にガス導入部７の上面あるいは下面に進展しようとしても、ガス流路内壁と衝突するため、そこで放電の進展が止まってしまう。すなわち、ガス導入部７内の一部で放電が起こったとしても、ガス導入部７のガス流路全体に進展することがないため、ガス導入部７内でヘリウムガスが絶縁破壊することはない。
【００３０】
従って、本発明の実施形態によれば、上記したように、絶縁破壊が進展することがないため、耐電圧の大幅な向上が得られる。
【実施例２】
【００３１】
ここで、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３２】
本発明の第２の実施形態は、図１のガス導入部７について、図３に示すように、ガス導入管１５の内側に設けた中心軸１６の表面にオネジの溝を設けたものである。これ以外の構成は、実施例１と同様である。
【００３３】
本実施例は、実施例１に比べ、製作コストの面で優れている。
【実施例３】
【００３４】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００３５】
本発明の第３の実施形態は、図１のガス導入部７について、図４に示すように、中心軸１８には、らせん状の溝が設けられておらず、ガス導入管１７の内壁にメネジの溝を設けたものである。これ以外の構成は、実施例１と同様であるが、上記（１）式においては、ガス導入管の内径をＲ、ガス導入管の長さをＬと読み替えると良い。
【００３６】
以上説明した実施形態のプラズマ処理装置用試料載置電極は、ドライエッチング，アッシング，プラズマＣＶＤなどの半導体製造装置や液晶製造装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるウエハ載置電極を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるガス導入部７の詳細を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかるガス導入部７の詳細を説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施形態にかかるガス導入部７の詳細を説明する図である。
【図５】従来のウエハ載置電極の例を示す図である。
【図６】従来のガス導入部の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，２１  ウエハ（被処理基板）
２，２２  誘電体膜
３，２３  電極本体
４，２４  絶縁材
５，２５  座
６，２６  冷媒溝
７〜９，２７〜２９  ガス導入部
１０，３０  圧力計
１１，３１  マスフローコントローラ
１２，３２  ヘリウムガスボンベ
１３，１５，１７  ガス導入管
１４，１６，１８  中心軸
【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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