JP2000349141A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマを生成しない状態でもウェハの固定
が可能であり、コスト的に安価でかつ信頼性の高い静電
チャックを備えたプラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 真空容器１内に、ウェハ２を載置する静
電チャック５が配設されている。静電チャック５は、真
空容器１の底面上に配設された円板状の絶縁板２７と、
絶縁板２７の端縁部上に配設されたリング状の電極５Ａ
と、電極５Ａの開口部内に配設され、電極５Ａと同心を
なす円板状の電極５Ｂとを備えている。電極５Ａおよび
５Ｂはアルミニウムで構成され、絶縁板２７に接する表
面以外の表面はそれぞれセラミックスを主体とする誘電
体膜４Ａおよび４Ｂで覆われている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
関し、特に、プラズマ処理装置内において半導体基板を
静電吸着する静電チャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造装置、特に半導体基板
（以後、ウェハと呼称）をプラズマにより処理するプラ
ズマ処理装置においては、半導体装置の微細化、ウェハ
の大口径化に伴って、プラズマ処理におけるウェハの温
度制御に、より高精度な制御が要求されつつある。特
に、ウェハの温度上昇の抑制は大きな課題であり、その
ためにウェハの固定方式について種々の工夫がなされて
いる。

【０００３】ウェハの固定方式は大別して、機械式と静
電チャック式とに分けられる。機械式は、ウェハを電極
（あるいはウェハ載置台）上に載置し、ウェハの端縁部
を機械的にクランプする方式であり、併せて、ウェハ裏
面に熱伝達媒体としてＨｅ（ヘリウム）ガス等を供給
し、ウェハと電極間の熱伝達効率を増大させて、プラズ
マ処理に使用されるプラズマからの熱入射によるウェハ
の温度上昇を抑制する構成が採用される。

【０００４】静電チャック式は、静電吸着力によりウェ
ハを固定する方法であり、これは、ウェハと電極間に絶
縁物（誘電体）を挟み、電極に直流電圧を印加すること
でウェハを静電吸着力で絶縁物上に吸着し、熱伝達効率
を向上させる方式である。この方式では、ウェハ全面が
絶縁物上に密着するので冷却効率が高く、また構造が比
較的に簡単であるので種々の方式が提案されている。

【０００５】静電チャック式は、さらに単極型と双極型
に大別される。単極型の動作原理を図７を用いて説明す
る。

【０００６】図７において、電極４５上に絶縁物４４が
配設され、ウェハ４２は絶縁物４４上に載置されてい
る。電極４５はプラズマを生成するための２つの電極の
一方であり、もう一方の電極には接地された真空容器の
壁面等が使用される。

【０００７】ここで、両電極間に例えば、高周波放電に
よりプラズマを生成し、電極４５に接続される直流電源
４８から例えばマイナス（−）の直流電圧を印加する
と、プラズマ抵抗４２０を介して電気回路が形成され、
電極４５と絶縁物４４との界面に正電荷（＋）が誘起さ
れ、絶縁物４４とウェハ４２との界面に負電荷が誘起さ
れ、ウェハは正に帯電して、ウェハ４２と絶縁物４４と
の間にクーロン力、あるいはジョンソン−ラーベック力
と呼ばれる引力が発生し、ウェハ４２は絶縁物４４に吸
着される。

【０００８】なお、図示は省略したが、ウェハ４２の裏
面にＨｅガスを供給することで、プラズマからウェハに
入射した熱は、Ｈｅガスによって効率良く電極４５に伝
搬し、プラズマ処理中のウェハの温度上昇を抑制するこ
とができる。

【０００９】次に双極型の静電チャックの一例として、
特開平７−２２４９９号公報に記載の構成を図８を用い
て説明する。

【００１０】図８においてプラズマ処理室となる真空容
器５１内に、ウェハ５２を載置する基板保持電極５３が
配設され、基板保持電極５３の周囲には周辺電極５６が
配設されている。基板保持電極５３は絶縁物５４の内部
に電気的に独立した静電吸着電極５５Ａおよび５５Ｂを
埋設して構成され、静電吸着電極５５Ａおよび５５Ｂは
それぞれ直流電源５８Ａおよび５８Ｂに接続される構成
となっている。静電吸着電極５５Ａから直流電源５８Ａ
に通じる配線経路には、静電吸着電極５５Ｂから直流電
源５８Ｂに通じる配線経路に静電吸着電極５５Ａを接続
するための、切り替えスイッチ５１０が設けられてい
る。

【００１１】周辺電極５６は高周波電源５９に接続さ
れ、また周辺電極５６と静電吸着電極５５Ａおよび５５
Ｂとは結合コンデンサ５７を介して接続されている。そ
して、ウェハ５２の裏面には、絶縁物５４を貫通してウ
ェハ５２の裏面に達するガス導入口５１５からＨｅガス
が供給される構成となっている。

【００１２】次に動作について説明する。ウェハ５２は
真空容器５１に接続されたゲートバルブ５１３を経由し
て真空搬送装置（図示せず）により真空状態の真空容器
５１内に搬送され、基板保持電極５３上に載置される。
静電吸着電極５５Ａおよび５５Ｂに、直流電源５８Ａお
よび５８Ｂから互いに極性の異なる電圧、本例では直流
電源５８Ａおよび５８Ｂから正電圧および負電圧を印加
すると、ウェハ５２を介して閉回路が形成され、ウェハ
５２を基板保持電極５３に吸着できる。図９にその状態
を模式的に示す。

【００１３】図９に示すように、静電吸着電極５５Ａに
対面するウェハ５２の裏面には負電荷が誘起され、静電
吸着電極５５Ｂに対面するウェハ５２の裏面には正電荷
が誘起され、プラズマを生成しない状態でも静電吸着力
によりウェハ５２が固定される。

【００１４】このように、ウェハ５２を基板保持電極５
３に搭載後、プラズマ生成までの間もウェハ５２を固定
できることはウェハ５２の電極上での予冷効果の他に、
基板保持電極５３が可動式の場合には、基板保持電極５
３の動作中において、ウェハ５２の位置ずれを防止でき
る効果も有することになる。

【００１５】次に、周辺電極５６に高周波電源５９から
高周波電力を印加すると、周辺電極５６と静電吸着電極
５５Ａおよび５５Ｂとの間で放電が発生し、プラズマが
生成される。これに際して、切り替えスイッチ５１０を
切り替えて静電吸着電極５５Ａを静電吸着電極５５Ｂに
接続し、静電吸着電極５５Ａおよび５５Ｂに負電圧を印
加すると、単極型静電チャックと同様にプラズマ抵抗を
介して電気回路が形成され、基板保持電極５３の表面、
すなわち絶縁物５４の表面とウェハ５２との界面に正電
荷が誘起され、ウェハは負に帯電して静電吸着力により
ウェハ５２が絶縁物５４上に密着して固定されるので冷
却効率が高くなる。また、ウェハ５２の裏面にガス導入
口５１５からＨｅガスを供給することでウェハ５２の温
度上昇をさらに抑制することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
単極型の静電チャックではプラズマを生成しない状態で
は静電吸着ができず、また、双極型の静電チャックでは
静電吸着電極５５Ａおよび５５Ｂを絶縁物５４の内部に
埋設した構成であったので、基板保持電極５３の一部が
損傷、汚染あるいは劣化した場合でも、基板保持電極５
３全体を交換する必要があった。しかしながら、絶縁物
（誘電体）５４を耐久性のあるセラミックスとし、静電
吸着電極５５Ａおよび５５Ｂと焼結により一体成型する
と価格的に非常に高価になるとともに、製作に要する期
間も長くなる。

【００１７】また、絶縁物５４をポリイミド等の高分子
材料を用いる場合は、セラミックスを用いる場合に比べ
て安価に製作できるが、セラミックスに比べて耐久性の
点で劣り、また、ウェハ裏面にゴミ等が付着した状態で
吸着を行うと容易に穴が形成されるなど、信頼性および
寿命の点で問題があった。

【００１８】また、図８に示す構成では、周辺電極５６
と静電吸着電極５５Ａおよび５５Ｂとは結合コンデンサ
５７を介して接続され、結合コンデンサ５７を経由して
静電吸着電極５５Ａおよび５５Ｂに高周波電力を供給し
ているが、結合コンデンサ５７を通過する高周波電力に
よる高周波損失（εtanδ）による発熱が避けられず、
コンデンサの品質のばらつき、あるいは長期的な発熱に
よる経年劣化やプラズマ処理中のコンデンサの発熱によ
る特性の変化などの不安定要因があった。

【００１９】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、プラズマを生成しない状態でもウ
ェハの固定が可能であり、コスト的に安価でかつ信頼性
の高い静電チャックを備えたプラズマ処理装置を提供す
ることを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載のプラズマ処理装置は、プラズマを生成するとともに
半導体基板が収容され、該半導体基板に前記プラズマに
よる処理を施す真空容器と、前記真空容器内に配設さ
れ、前記半導体基板を載置し、静電吸着力により前記半
導体基板を固定する静電チャックと、前記静電チャック
に直流電圧を印加する直流電源系と、前記静電チャック
に高周波電力を供給する高周波電源系とを備え、前記静
電チャックは、前記半導体基板をその主面上に載置し、
前記直流電圧に基づいて前記静電吸着力を発生させる第
１および第２の電極を備え、前記第１および第２の電極
は、互いに分離可能かつ電気的に独立して配設され、前
記第１および第２の電極は、少なくともその側面、およ
び前記半導体基板を載置する前記主面を覆うように形成
された誘電体膜を有し、前記第１および第２の電極は、
前記高周波電力を供給されて前記真空容器の内壁との間
で高周波放電により前記プラズマを生成する高周波電極
を兼用するものである。

【００２１】本発明に係る請求項２記載のプラズマ処理
装置は、前記直流電源系は、前記第１および第２の電極
にそれぞれ異なる極性の電圧を与える第１および第２の
直流電源と、第１の直流電源の出力端に接続された第１
の配線と、第２の直流電源の出力端に接続された第２の
配線と、前記第１および第２の配線に介挿され、高周波
を遮断する第１および第２のローパスフィルタと、前記
第１の配線に介挿され、該第１の配線の開閉を行うスイ
ッチとを備え、前記高周波電源系は、高周波電源と、前
記高周波電源の出力端に接続された同軸出力配線と、前
記同軸出力配線から分岐し、それぞれ前記第１および第
２の電極に接続される第１および第２の同軸配線と、前
記第１の同軸配線に介挿され、該第１の同軸配線の開閉
を行う同軸スイッチとを備え、前記第１の配線は前記同
軸スイッチよりも前記第１の電極側の前記第１の同軸配
線の芯線に接続され、前記第２の配線は前記第２の同軸
配線の芯線に接続されるものである。

【００２２】本発明に係る請求項３記載のプラズマ処理
装置は、前記第１および第２の同軸配線の長さがほぼ同
一となっている。

【００２３】本発明に係る請求項４記載のプラズマ処理
装置は、前記第１の電極がはリング状をなし、前記第２
の電極が円板状をなし、前記第１の電極の開口部内に配
設されている。

【００２４】本発明に係る請求項５記載のプラズマ処理
装置は、前記第１および第２の電極の主面の面積がほぼ
同一である。

【００２５】本発明に係る請求項６記載のプラズマ処理
装置は、前記誘電体膜が、アルミナを主体として、チタ
ニアを添加した組成を有している。

【００２６】本発明に係る請求項７記載のプラズマ処理
装置は、前記誘電体膜が、プラズマ溶射により前記アル
ミナおよび前記チタニアの溶融物を前記第１および第２
の電極に衝突させて形成されるものである。

【００２７】本発明に係る請求項８記載のプラズマ処理
装置は、前記第１および第２の電極の材質はアルミニウ
ムであって、前記誘電体膜と前記第１および第２の電極
との間に、ニッケルとアルミニウムの合金膜をさらに備
えている。

【００２８】

【発明の実施の形態】＜Ａ．装置構成＞図１に本発明に
係る実施の形態として、プラズマ処理装置１００の構成
を説明する概略図を示す。

【００２９】図１においてプラズマ処理室となる真空容
器１は、ウェハ２の出し入れを行うゲートバルブ１３、
容器内を真空排気する真空排気装置（図示せず）に接続
された真空排気口１４、プラズマを生成するためのガス
を供給する処理ガス供給口１６を有している。

【００３０】＜Ａ−１．静電チャックの構成＞図１にお
いて真空容器１内に、ウェハ２を載置する静電チャック
５が配設されている。静電チャック５は、真空容器１の
底面上に配設された円板状の絶縁板２７と、絶縁板２７
の端縁部上に配設されたリング状の電極５Ａと、電極５
Ａの開口部内に配設され、電極５Ａと同心をなす円板状
の電極５Ｂとを備えている。

【００３１】電極５Ａおよび５Ｂはアルミニウムで構成
され、絶縁板２７に接する表面以外の表面はそれぞれセ
ラミックスを主体とする誘電体膜４Ａおよび４Ｂで覆わ
れている。

【００３２】誘電体膜４Ａおよび４Ｂの材質は、例えば
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主体として、チタニア（ＴｉＯ
₂）を加えたものが使用され、その形成方法としては今
回は真空溶射法を採用したが、大気溶射法でも良い。真
空溶射法は、窒素（Ｎ₂）、水素（Ｈ₂）、不活性ガス等
を真空中で電離させて生じる高温、高速のプラズマジェ
ットに、コート材の粉末を供給し、プラズマジェット中
で溶融、加速して母材に衝突させて皮膜を作る方法であ
り、プラズマ溶射とも呼称される。

【００３３】従って、アルミナとチタニアの粉末を混合
してプラズマジェットに供給し、電極５Ａおよび５Ｂの
表面に吹き付けることで誘電体膜４Ａおよび４Ｂを形成
することができる。

【００３４】なお、チタニアは誘電体膜４Ａおよび４Ｂ
に若干の導電性を持たせて、静電吸着力の発生を確実に
するものであり、含有率が多くなると電気抵抗率が低下
する。そして、電気抵抗率は温度によって変わるので、
静電チャック５の最高使用温度に応じて、含有率を変え
るなどの措置が採られる。

【００３５】本例においては、誘電体膜４Ａおよび４Ｂ
のチタニアの含有率は約８％であり、誘電体膜４Ａおよ
び４Ｂの厚さは約３００μｍである。誘電体膜４Ａおよ
び４Ｂを含めての電極５Ａおよび５Ｂの高さは同一とな
るように構成され、静電チャック５のウェハ２を載置す
る面は平坦となっている。

【００３６】また、絶縁板２７および電極５Ｂの中央部
を貫通してウェハ２の裏面に達するようにガス導入管１
５が配設されている。なお、図示は省略するが電極５Ａ
および５Ｂの内部には、ヒータおよび冷却液路が設けら
れ、電極の温度制御が可能となっている。

【００３７】ここで、図２に静電チャック５の分解斜視
図を示す。図２に示すように、静電チャック５は絶縁板
２７、電極５Ａおよび５Ｂの３つに分解できる構成とな
っている。絶縁板２７中央にはガス導入管１５が貫通
し、ガス導入管１５は電極５Ｂの中央に設けられた貫通
穴１５１に挿入される構成となっている。先に説明した
ように電極５Ａおよび５Ｂの内部に、ヒータおよび冷却
液路を設けた場合は、ガス導入管１５と同様に絶縁板２
７を貫通する電流導入端子や、冷却液導入コネクタを設
け、それらを電極５Ａおよび５Ｂのヒータおよび冷却液
路に接続すれば良い。

【００３８】次に、電極５Ａおよび５Ｂの構成の詳細を
図３を用いて説明する。図３は、図１における領域Ｘの
詳細構成を示す図である。図３に示すように誘電体膜４
Ａおよび４Ｂと、電極５Ａおよび５Ｂとの間には、アル
ミナとアルミニウムとの接着性改善と、熱膨張率の差異
に起因して誘電体膜４Ａおよび４Ｂに発生するクラック
や剥離を防止するためのアンダーコート材３Ａおよび３
Ｂが配設されている。

【００３９】アンダーコート材３Ａおよび３Ｂは、ニッ
ケル（Ｎｉ）とアルミニウムの合金膜であり、その比率
は例えばニッケル５％、アルミニウム９５％である。膜
厚は約５０μｍであり、大気中での溶射により形成され
る。

【００４０】また、電極５Ａの角部Ｃ１およびＣ２と、
電極５Ｂの角部Ｃ３には、曲率半径２ｍｍ程度の面取り
加工を施し、誘電体膜４Ａおよび４Ｂをプラズマ溶射で
形成する際に、クラックの発生を防止するとともに、電
極５Ａおよび５Ｂに異なる極性の電圧を印加した場合で
も、角部における電界集中を防止して異常放電の発生を
防止する構成となっている。

【００４１】なお、同様の面取り加工は、ガス導入管１
５が挿入される貫通穴１５１（図２参照）のウェハ側の
角部にも施されている。

【００４２】そして、電極５Ａと５Ｂとの間には、幅約
１ｍｍの間隙ＧＰが設けられ、電極５Ａおよび５Ｂを電
気的に分離して、両者に異なる極性の電圧を印加するこ
とを可能としている。

【００４３】また、図示は省略するが、誘電体膜４Ａお
よび４Ｂの表面には、シリカ（ＳｉＯ₂）や高分子材料
で封孔処理が施されている。封孔処理は誘電体膜４Ａお
よび４Ｂの表面の窪みや穴を塞いで平坦化するための処
理であり、ウェハ２の密着性を向上させるために行われ
る。具体的には、シリカ系の封孔剤を溶媒に溶かし、そ
の中に誘電体膜４Ａおよび４Ｂが形成された電極５Ａお
よび５Ｂを浸して封孔剤を含浸させた後、焼成する。

【００４４】＜Ａ−２．電源系の構成＞図１に示すよう
に、プラズマ処理装置１００の電源系は電極５Ａおよび
５Ｂに高周波電力を供給する系統と、直流電圧を印加す
る系統の２つがある。

【００４５】高周波電力を供給する系統は、高周波電源
９から同軸ケーブル２６により整合回路（ブロッキング
コンデンサ含む）２０を経由してシールドケース１２に
入り、シールドケース１２内で同軸ケーブル２６Ａおよ
び同軸ケーブル２６Ｂに分岐し、同軸ケーブル２６Ｂが
直接に電極５Ｂに接続され、同軸ケーブル２６Ａが高周
波経路の開閉スイッチである同軸スイッチ２１を介して
電極５Ａに接続される構成となっている。ここで、同軸
ケーブル２６Ａと電極５Ａの接続部分である領域Ｚを詳
細図として併せて示す。領域Ｚに示すように、電極５Ａ
には同軸ケーブル２６Ａの芯線（内導体）ＣＬが接続さ
れ、同軸ケーブル２６Ａの外導体ＯＬは接地された真空
容器１に接続されている。これは同軸ケーブル２６Ｂと
電極５Ｂとの接続においても同様である。

【００４６】なお、高周波電力の供給においては、給電
系のインピーダンスの相違、配線長さの相違によってそ
れぞれの電極に印加される高周波電圧の立ち上がりに時
間差が生じたり、位相にずれが生じる可能性があり、こ
れに起因してプラズマ処理中のウェハ２へのダメージ発
生、あるいは電極間での異常放電の発生を防止するた
め、シールドケース１２内の同軸配線経路の分岐点であ
るＡ点から、同軸ケーブル２６Ａおよび２６Ｂの長さを
ほぼ等しくなるように配線経路等を調整している。

【００４７】また、電極５Ａおよび５Ｂの主面の面積を
両者でほぼ等しくしており、高周波電源９からプラズマ
を介して形成されるインピーダンスが電極５Ａおよび５
Ｂでほぼ等しくなり、プラズマ処理が均一となるように
している。

【００４８】また、同軸スイッチ２１としては、周波数
が１ＧＨｚの場合、その挿入損失は０．１ｄＢ程度、ア
イソレーションが８０ｄＢ程度、かつ機械的開閉寿命が
１００万回を越える市販製品が入手でき、通常のＲＦ帯
域である１３．５６ＭＨｚでは損出は更に小さくなる。
なお、同軸スイッチ２１を採用することで、インピーダ
ンス変化や、ノイズの影響を最小限に抑えることができ
ることは言うまでもない。

【００４９】直流電圧を印加する系統は、直流電源８Ａ
および８Ｂから、配線２３Ａおよび配線２３Ｂによりシ
ールドケース１２内のローパスフィルタ２２Ａおよび２
２Ｂをそれぞれ経由して同軸ケーブル２６Ａおよび２６
Ｂの芯線に接続される構成となっている。なお、直流電
源８Ａとローパスフィルタ２２Ａとの間にはスイッチ１
０が介挿されている。

【００５０】ここでローパスフィルタ２２Ａおよび２２
Ｂの構成を図４に示す。なお、両者の構成は同一なの
で、単にローパスフィルタと総称する。

【００５１】図４に示すようにローパスフィルタは直列
に接続されたコイル２２１および抵抗２２３と、両者の
接続ノードと接地電位（ＧＮＤ）との間に介挿されたコ
ンデンサ２２２とを有し、コイル２２１の一端が高周波
電源側に接続され、抵抗２２３の一端が直流電源側に接
続される構成となっている。ローパスフィルタは高周波
電源からの高周波電圧が直流電源に印加されることを防
止するためのもので、高周波電圧が１０００Ｖ程度とす
れば、それを１／３００程度に減衰させるように素子値
が決定される。上記能力に従えば、コイル２２１、コン
デンサ２２２および抵抗２２３のそれぞれの値は、４７
μＨ、２５ｐＦ、１００ｋΩ程度となる。なお、厳密に
はローパスフィルタはコイル２２１とコンデンサ２２２
で構成され、抵抗２２３は保護抵抗として機能する。

【００５２】＜Ｂ．装置動作＞次に、図１および図５に
示すタイミングチャートを参照しつつプラズマ処理装置
１００の動作について説明する。

【００５３】まず、図５（ｃ）に示すようにゲートバル
ブ１３を開いて真空搬送ロボット等により真空容器１内
にウェハ２を搬入する。搬入後ゲートバルブ１３は閉じ
られ、ウェハ２は静電チャック５上に載置される。

【００５４】ウェハ２が静電チャック５上に載置される
と、シールドケース１２内のスイッチ１０が閉じられ、
図５（ａ）に示すように電極５Ｂには直流電源８Ｂから
負の直流電圧（ここでは−４００Ｖ）が印加され、図５
（ｂ）に示すように電極５Ａには直流電源８Ａから正の
直流電圧（ここでは４００Ｖ）が印加される。

【００５５】この状態で、電極５Ａに対面するウェハ２
の裏面には負電荷が誘起され、電極５Ｂに対面するウェ
ハ２の裏面には正電荷が誘起され、ウェハ２を介して閉
回路が形成され、電極５Ａおよび５Ｂは双極型静電チャ
ックとして動作し、プラズマを生成しない状態でも静電
吸着力によりウェハ２が固定される。なお、この状態で
は同軸スイッチ２１は開放されている。

【００５６】次に、図５（ｄ）に示すように、処理ガス
供給口１６から真空容器１中にウェハ２のプラズマ処理
のためのガス（処理ガス）を導入し、真空容器１内が所
定圧力に達した段階でスイッチ１０を開放し、続いて同
軸スイッチ２１を閉じることで、図５（ｂ）に示すよう
に電極５Ａに負の直流電圧（ここでは−４００Ｖ）を印
加する。その直後に図５（ｅ）に示すように、高周波電
源９から電極５Ａおよび５Ｂに高周波電圧を印加するこ
とで、電極５Ａおよび５Ｂが高周波電極の一方の電極と
なり、接地された真空容器１の壁面が他方の電極となっ
て真空容器１内でプラズマが生成され、プラズマ抵抗を
介して電気回路が形成され、電極５Ａおよび５Ｂは単極
型静電チャックとして動作し、静電吸着力によりウェハ
２が引き続き固定される。なお、真空容器１の壁面を高
周波電極の他方の電極とせず、真空容器１内に接地され
た電極を配設し、それを高周波電極の他方の電極とする
ようにしても良い。

【００５７】また、高周波電圧の印加と同時に図５
（ｆ）に示すように、ガス導入管１５からＨｅガスを供
給する。Ｈｅガスは電極５Ａおよび５Ｂの表面、正確に
は誘電体膜４Ａおよび４Ｂの表面のμｍオーダーの凹凸
による隙間に侵入してウェハ２の裏面全体に広がり、誘
電体膜４Ａおよび４Ｂの表面とウェハ２との間の熱伝達
媒体として作用する。

【００５８】Ｈｅガスの圧力は約１０Ｔｏｒｒであり、
ウェハ２の冷却効率を高め、プラズマからの熱入射によ
るウェハの過度な温度上昇を防止できる。

【００５９】なお、プラズマ処理終了後、ウェハ２を静
電チャック５から取り外すには、図５（ｅ）に示すよう
に高周波電源９を停止させるとともに、図５（ｆ）に示
すようにＨｅガスの供給を停止し、同軸スイッチ２１を
開放し、続いてスイッチ１０を閉じ、図５（ａ）に示す
ように電極５Ｂには負の直流電圧（ここでは−４００
Ｖ）が印加され、図５（ｂ）に示すように電極５Ａには
正の直流電圧（ここでは４００Ｖ）が印加されるように
する。これは、Ｈｅガスの圧力が真空容器１内の圧力よ
りも高いうちは、Ｈｅガスの圧力によってウェハ２が吹
き飛ばされないようにするための処置である。

【００６０】そして、図５（ｄ）に示すように、処理ガ
スの供給を停止した後、処理ガスの排気および真空容器
１にゲートバルブ１３を介して隣接するウェハハンドリ
ング室（図示せず）との圧力差を解消した後、ゲートバ
ルブ１３より真空搬送ロボット等を挿入した後、直流電
源８Ａおよび８Ｂを停止して、ウェハ２を取り外し、取
り出す。

【００６１】＜Ｃ．作用効果＞以上説明したプラズマ処
理装置１００は、静電チャック５の電極５Ａおよび５Ｂ
を分離可能な独立した構成とし、それぞれの表面を誘電
体膜４Ａおよび４Ｂで覆うようにしたので、両電極をセ
ラミックス内に埋設し一体構造とした従来の電極埋め込
み型の静電チャックに比べてコスト的に安価となる。

【００６２】また、静電チャック５に汚染や劣化が生じ
た場合でも、電極５Ａあるいは５Ｂの一方を交換するだ
けで解決できる可能性もあるので、汚染や劣化が生じた
場合には全体を交換する必要があった従来の電極埋め込
み型の静電チャックを備えたプラズマ処理装置に比べ
て、ランニングコストを低減することができる。

【００６３】なお、図２に示すように絶縁板２７も電極
５Ａおよび５Ｂから独立しているので、絶縁板２７のみ
を交換することも可能であることは言うまでもない。

【００６４】また、電極５Ａの側面はプラズマに直接曝
されるので汚染や劣化が生じやすい部分であるが、側面
の誘電体膜をプラズマに対してより耐性のある誘電体材
で覆うことにより、更なる寿命向上が可能となる。これ
は誘電体膜４Ａをプラズマ溶射法で形成するので、部分
的に材質を変更することが容易であるというプラズマ溶
射法の利点の一つである。

【００６５】また、プラズマ処理を行う際には電極５Ａ
および５Ｂが高周波電極を兼用するので、専用の高周波
電極を設ける場合に比べて構成が簡単であり、高周波電
極の破損や、劣化というメンテナンス要因が低減するこ
とになる。

【００６６】また、同軸ケーブル２６Ａおよび２６Ｂの
長さをほぼ等しくなるようにしているので、給電系のイ
ンピーダンスの相違、配線長さの相違を解消して、プラ
ズマ処理中のウェハ２へのダメージ発生、あるいは電極
間での異常放電の発生を防止することができる。

【００６７】＜Ｄ．変形例＞以上説明したプラズマ処理
装置１００では、静電チャック５は、リング状の電極５
Ａと、電極５Ａと同心をなす円板状の電極５Ｂとで構成
されていたが、この形状に限定されるものではない。

【００６８】例えば、両電極を半円形とし、直線部が向
かい合うように配設して円形とするような構成であって
も良い。

【００６９】また、電極５Ａと電極５Ｂとが同心でなく
ても良く、図６に示す電極５０Ａおよび５０Ｂのように
それぞれの中心Ｐ１およびＰ２がずれた関係にある電極
であっても良い。

【００７０】

【発明の効果】本発明に係る請求項１記載のプラズマ処
理装置によれば、静電チャックの第１および第２の電極
を、互いに分離可能かつ電気的に独立した構成とし、そ
れぞれの表面を誘電体膜で覆うようにしたのでコスト的
に安価となり、プラズマ処理装置のコストを低減でき
る。また、静電チャックに汚染や劣化が生じた場合で
も、第１および第２の電極の一方を交換するだけで解決
できる可能性もあるので、ランニングコストを低減する
ことができる。また、プラズマ処理を行う際には第１お
よび第２の電極が高周波電極を兼用するので、専用の高
周波電極を設ける場合に比べて構成が簡単であり、高周
波電極の破損や、劣化というメンテナンス要因が低減す
ることになる。

【００７１】本発明に係る請求項２記載のプラズマ処理
装置によれば、高周波電源から高周波電力を出力せずプ
ラズマが存在しない段階では、スイッチを閉じ、同軸ス
イッチを開放することで、第１および第２の直流電源か
ら第１および第２の電極にそれぞれ異なる極性の電圧が
与えられ、半導体基板と第１および第２の電極との間で
閉回路が形成され、双極型の静電チャックとなって半導
体基板が吸着される。高周波電源から高周波電力を出力
しプラズマを生成する段階では、スイッチを開放し、同
軸スイッチを閉じることで、高周波電力が第１および第
２の電極に供給され、第１および第２の電極を高周波電
極として真空容器の内壁との間で高周波放電によりプラ
ズマが生成され、また、第１の直流電源からの電圧が印
加されなくなり、第２の直流電源の電圧のみが第１およ
び第２の電極に印加されるが、プラズマ抵抗を介して第
１および第２の電極と真空容器との間で電気回路が形成
され、単極型の静電チャックとなって半導体基板が吸着
される。従って、プラズマが生成されていない場合でも
半導体基板を固定でき、また、第１および第２の電極へ
の高周波電力の供給は第１および第２の同軸配線でなさ
れるので、高周波損失による発熱や、経年劣化等が発生
しにくく、信頼性の高いプラズマ処理装置が得られる。
また、第１および第２の配線に高周波を遮断する第１お
よび第２のローパスフィルタを備えるので、高周波電圧
が第１および第２の直流電源に印加されることが防止さ
れる。

【００７２】本発明に係る請求項３記載のプラズマ処理
装置によれば、第１および第２の同軸配線の長さをほぼ
同一とすることで、配線長さの相違を解消して、第１お
よび第２の電極に印加される高周波電圧の立ち上がりを
一致させ、位相を一致させることでプラズマ処理中の半
導体基板へのダメージ発生、あるいは電極間での異常放
電の発生を防止することができる。

【００７３】本発明に係る請求項４記載のプラズマ処理
装置によれば、円形状の半導体基板に適した静電チャッ
クを得ることができる。

【００７４】本発明に係る請求項５記載のプラズマ処理
装置によれば、第１および第２の電極の主面の面積がほ
ぼ等しいので、高周波電源系からプラズマを介して接地
するまでのインピーダンスが第１および第２の電極でほ
ぼ等しくなり、プラズマ処理が均一となる。

【００７５】本発明に係る請求項６記載のプラズマ処理
装置によれば、誘電体膜がアルミナにチタニアを含むこ
とで電気抵抗率が低下し、静電吸着力の発生を確実にで
きる。また、アルミナを主体とするので、耐熱性、耐久
性に優れた誘電体膜となる。

【００７６】本発明に係る請求項７記載のプラズマ処理
装置によれば、誘電体膜をプラズマ溶射で形成するの
で、誘電体膜の形成が容易であるとともに、プラズマに
直接曝される部分の誘電体膜をプラズマに対してより耐
性のある材質に変えることも可能となる。

【００７７】本発明に係る請求項８記載のプラズマ処理
装置によれば、合金膜の存在により、誘電体膜と第１お
よび第２の電極との接着性を改善でき、両者の熱膨張率
の差異に起因して誘電体膜に発生するクラックや剥離を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態のプラズマ処理装置
の構成を説明する図である。

【図２】 本発明に係る実施の形態のプラズマ処理装置
の静電チャックの構成を説明する分解斜視図である。

【図３】 本発明に係る実施の形態のプラズマ処理装置
の静電チャックの部分断面図である。

【図４】 本発明に係る実施の形態のプラズマ処理装置
のローパスフィルタの構成を説明する図である。

【図５】 本発明に係る実施の形態のプラズマ処理装置
の動作を説明するタイミングチャートである。

【図６】 本発明に係る実施の形態のプラズマ処理装置
の静電チャックの電極の変形例を説明する図である。

【図７】 従来の単極型静電チャックの動作を説明する
図である。

【図８】 従来の双極型静電チャックを備えた半導体装
置の構成を説明する図である。

【図９】 従来の双極型静電チャックの動作を説明する
図である。

【符号の説明】

１ 真空容器、２ ウェハ、５ 静電チャック、３Ａ，
３Ｂ アンダーコート、４Ａ，４Ｂ 誘電体膜、５Ａ，
５Ｂ 電極、８Ａ，８Ｂ 直流電源、９ 高周波電源、
１０ スイッチ、２１ 同軸スイッチ、２２Ａ，２２Ｂ
ローパスフィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花崎 稔 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 奥 康二 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 BA23 BA44 BB02 BD01 JA05 5F004 BB12 BB13 BB22 BB25 BB29 5F031 HA17 HA18 HA19 MA28 MA32 PA30 5F045 EM05 EM07 EM09

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマを生成するとともに半導体基板
   が収容され、該半導体基板に前記プラズマによる処理を
   施す真空容器と、 前記真空容器内に配設され、前記半導体基板を載置し、
   静電吸着力により前記半導体基板を固定する静電チャッ
   クと、 前記静電チャックに直流電圧を印加する直流電源系と、 前記静電チャックに高周波電力を供給する高周波電源系
   とを備え、 前記静電チャックは、 前記半導体基板をその主面上に載置し、前記直流電圧に
   基づいて前記静電吸着力を発生させる第１および第２の
   電極を備え、 前記第１および第２の電極は、互いに分離可能かつ電気
   的に独立して配設され、 前記第１および第２の電極は、少なくともその側面、お
   よび前記半導体基板を載置する前記主面を覆うように形
   成された誘電体膜を有し、 前記第１および第２の電極は、前記高周波電力を供給さ
   れて前記真空容器の内壁との間で高周波放電により前記
   プラズマを生成する高周波電極を兼用する、プラズマ処
   理装置。
2. 【請求項２】 前記直流電源系は、 前記第１および第２の電極にそれぞれ異なる極性の電圧
   を与える第１および第２の直流電源と、 第１の直流電源の出力端に接続された第１の配線と、 第２の直流電源の出力端に接続された第２の配線と、 前記第１および第２の配線に介挿され、高周波を遮断す
   る第１および第２のローパスフィルタと、 前記第１の配線に介挿され、該第１の配線の開閉を行う
   スイッチとを備え、 前記高周波電源系は、 高周波電源と、 前記高周波電源の出力端に接続された同軸出力配線と、 前記同軸出力配線から分岐し、それぞれ前記第１および
   第２の電極に接続される第１および第２の同軸配線と、 前記第１の同軸配線に介挿され、該第１の同軸配線の開
   閉を行う同軸スイッチとを備え、 前記第１の配線は前記同軸スイッチよりも前記第１の電
   極側の前記第１の同軸配線の芯線に接続され、 前記第２の配線は前記第２の同軸配線の芯線に接続され
   る、請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記第１および第２の同軸配線の長さは
   ほぼ同一である、請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 前記第１の電極はリング状をなし、 前記第２の電極は円板状をなし、前記第１の電極の開口
   部内に配設される、請求項１記載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 前記第１および第２の電極の主面の面積
   はほぼ同一である、請求項１記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 前記誘電体膜は、アルミナを主体とし
   て、チタニアを添加した組成を有する、請求項１記載の
   プラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 前記誘電体膜は、プラズマ溶射により前
   記アルミナおよび前記チタニアの溶融物を前記第１およ
   び第２の電極に衝突させて形成される、請求項６記載の
   プラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 前記第１および第２の電極の材質はアル
   ミニウムであって、 前記誘電体膜と前記第１および第２の電極との間に、ニ
   ッケルとアルミニウムの合金膜をさらに備える、請求項
   ６記載のプラズマ処理装置。