JP2001210705A - 静電チャック、処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

静電チャック、処理装置および半導体装置の製造方法

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JP2001210705A
JP2001210705A JP2000020541A JP2000020541A JP2001210705A JP 2001210705 A JP2001210705 A JP 2001210705A JP 2000020541 A JP2000020541 A JP 2000020541A JP 2000020541 A JP2000020541 A JP 2000020541A JP 2001210705 A JP2001210705 A JP 2001210705A
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power supply
supply terminal
chuck
base
electrostatic chuck
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JP2000020541A
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English (en)
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Hisataka Komatsu
久高 小松
Katsuya Yamada
勝哉 山田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ処理装置の静電チャックを、コンパ
クトで、かつ、着脱が容易な保守構造に形成すること。 【解決手段】 静電チャック28の基体31には、吸着
電極に接続しているチャック給電端子34a、34bに
接続する給電端子39a、39bを案内する少なくとも
一方が座ぐり孔35である2つの孔を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置や液晶
ディスプレイ用ガラス基板等の製造プロセスの薄膜処理
工程等に用いられているプラズマ処理等の半導体製造装
置に関し、特に、反応室内で半導体ウエハや液晶ディス
プレイ用ガラス基板等を保持する静電チャックや、それ
を用いた処理装置および半導体装置の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体装置や液晶ディスプレイ
用ガラス基板の製造プロセスでの薄膜の処理に用いられ
ているプラズマエッチング装置やプラズマCVD装置で
は、反応室(反応容器)内で被処理物、例えば、半導体
ウエハ(以下単に「ウエハ」と言う)の保持に静電チャ
ックが用いられている。これらの処理装置では反応室内
に搬入されたウエハを静電チャック上に載置し、静電チ
ャックに設けられた電極間に直流電力を印加することに
より電気力線を形成させて、それによりウエハと静電チ
ャックとの間に静電引力を発生させ、ウエハを吸着保持
している。
【0003】この静電チャックの構造は、例えば、特開
平10−189697号公報に開示されている。それを
図5(a)に示す静電チャックとその給電系を示す概略
図と、図5(b)に示す配線端子部の拡大図とを参照し
て説明すると、静電チャック71は基体72の上面に、
正電圧を印加するための第1の吸着用電極74aと、負
電圧を印加するための第2の吸着用電極74bとを備え
ている。そして、これらの電極74a、74bを覆うよ
うに基体72の上面にはセラミック誘電体層73が被覆
されており、その上面をウエハ80を支持する保持面7
5としている。
【0004】各電極74a、74bは、基体72にねじ
79a、79bによりリード線81a、81bと固定さ
れている給電端子76a、76bを介して高圧電源78
a、78bから直流電圧が印加される。このとき、給電
端子76a、76bと高圧電源78a、78bとの間に
設けた電流計77a、77bにより電流値を測定し、各
電極74a、74bに流れる電流値の絶対値が略等しく
なるように演算処理装置79により制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た静電チャックでは、2つの給電端子76a、76bが
基体72表面で面一に形成されているので、これらの端
子間距離を電気絶縁耐圧距離(10mm/1kV程度)
×安全率分だけの絶縁距離を確保する必要があるため、
装置の大型化が避けられない。さらに、給電端子には半
導体処理室本体に設けられた高圧電源から供給される電
線との接合部をねじ止めにより固定した端子台が用いら
れていることが多いため、静電チャックを保守する際に
容易に着脱することができない。
【0006】本発明はこれらの事情に基づいてなされた
もので、静電チャックを、コンパクトで、かつ、着脱が
容易な構造に形成すること、および、それを用いた処理
装置や半導体装置の製造方法を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明による手
段によれば、所定形状をなす少なくとも2つの吸着用電
極を有する基体と、前記基体に埋め込まれ一端側が前記
各吸着用電極とそれぞれ接続され他端側が前記基体表面
に露出するように設けられたチャック給電端子と、前記
各チャック給電端子の他端側とそれぞれ接続し前記吸着
用電極に電力を供給する給電端子と、前記各チャック給
電端子のうち少なくとも1つのチャック給電端子の他端
側は前記基体に設けられた座ぐり孔内で露出され、該チ
ャック給電端子と対応する給電端子は座ぐり孔内に挿入
された状態で前記チャック給電端子と接続されることを
特徴とする静電チャックである。
【0008】また請求項2の発明による手段によれば、
前記給電端子は絶縁カラー内に挿入され、該絶縁カラー
の前記チャック給電端子と接続される端部は前記給電端
子と前記チャック給電端子とを電気的に導通可能に設け
られていることを特徴とする静電チャックである。
【0009】また請求項3の発明による手段によれば、
内部に被処理物が配置される反応容器と、前記反応容器
内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記反応容器
内の気体を排気する排気手段とを有し、前記被処理物
は、所定形状をなす少なくとも2つの吸着用電極を有す
る基体と、前記基体に埋め込まれ一端側が前記各吸着用
電極とそれぞれ接続され他端側が前記基体表面に露出す
るように設けられたチャック給電端子と、前記各チャッ
ク給電端子の他端側とそれぞれ接続し前記吸着用電極に
電力を供給する給電端子とを備え、前記各チャック給電
端子のうち少なくとも1つのチャック給電端子の他端側
は前記基体に設けられた座ぐり孔内で露出され、該チャ
ック給電端子と対応する給電端子は座ぐり孔内に挿入さ
れた状態で前記チャック給電端子と接続されていること
を特徴とする処理装置である。
【0010】また請求項4の発明による手段によれば、
前記給電端子は絶縁カラー内に挿入され、該絶縁カラー
の前記チャック給電端子と接続される端部は前記給電端
子と前記チャック給電端子とを電気的に導通可能に設け
られていることを特徴とする処理装置である。
【0011】また請求項5の発明による手段によれば、
前記チャック給電端子と前記給電端子とは大気圧雰囲気
で接続されていることを特徴とする処理装置である。
【0012】また請求項6の発明による手段によれば、
半導体ウエハを反応容器内に搬入し、所定形状をなす少
なくとも2つの吸着用電極を有する基体と、前記基体に
埋め込まれ一端側が前記各吸着用電極とそれぞれ接続さ
れ他端側が前記基体表面に露出するように設けられたチ
ャック給電端子と、前記各チャック給電端子の他端側と
それぞれ接続し前記吸着用電極に電力を供給する給電端
子とを備え、前記各チャック給電端子のうち少なくとも
1つのチャック給電端子の他端側は前記基体に設けられ
た座ぐり孔内で露出され、該チャック給電端子と対応す
る給電端子は座ぐり孔内に挿入された状態で前記チャッ
ク給電端子と接続されている静電チャックに保持させる
工程と、前記反応容器内の気体を排気する工程と、前記
反応容器内に触媒ガスを供給する工程と、前記触媒ガス
をプラズマ化して前記半導体ウエハ表面を処理する工程
とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体製造装置の
実施の形態として、マイクロ波励起プラズマ処理装置を
エッチングに適用した例を図面を参照して説明する。
【0014】図1はマイクロ波励起プラズマ処理装置の
構成を示す側断面図である。このマイクロ波励起プラズ
マ処理装置20はマイクロ波を反応容器21の内部に入
射し、この入射されたマイクロ波を利用して反応容器2
1内部に設けられている半導体ウエハや液晶ディスプレ
イ用ガラス基板等の被処理体22に対して処理を行うも
のである。
【0015】反応容器21内部には、この上方側をプラ
ズマ生成室23、下方側を処理室24に区分する拡散板
25が設けられている。この拡散板25の上方側はプラ
ズマ生成室23が形成されており、後述する媒質ガス供
給管路27によって媒質ガスが供給された後にマイクロ
波が導入され、この媒質ガスがプラズマ化される。ま
た、拡散板25は、メッシュ状パンチドメタルから形成
されており、この拡散板25によって処理室24におけ
る活性種の濃度は適度に均一化され、拡散板25により
拡散された活性種が被処理体22に対してエッチングな
どの処理を行う。
【0016】処理室21内部の底部には、他端側が図示
されない真空ポンプに連結された排気管路26(排気手
段)が接続されており、反応容器21内部の気体の吸引
を行い高真空としている。また、プラズマ生成室23の
側壁には、一端側が図示されない媒質ガス供給源に連結
された媒質ガス供給管路27(ガス供給手段)の他端が
接統されている。したがって、排気管路26によって反
応容器21内部を高真空とした後に、媒質ガス供給管路
27により反応容器21内部に、例えば酸素のような媒
質ガスを供給するように構成されている。
【0017】処理室24の底部には、処理室24の底板
と密閉シール材を介して被処理体22を載置するウエハ
ホルダである静電チャック28が設けられている。この
静電チャック28は、下部が静電チャック支持体29に
支持されている。静電チャック支持体29は処理室24
の外部に延在しており、内部に後述する吸着用電極への
給電線が収納されている。プラズマ生成室23の上部に
は、金属製の天板10がプラズマ生成室23を閉塞する
ように設けられている。さらにこの天板10の上方には、
図示いない他端側にマイクロ波発生器が接続された矩形
状の導波管11の一端部が天板10の一部を覆うように
設けられている。天板10には、導波管11の長手方向に
沿って、天板10を連通するスリット14が形成され、
導波管11側にはOリングを介して、SiO、Al
、AlN、フッ素樹脂等からなる誘電体窓13が設
けられている。このような構成とすることで、導波管11
を伝播してきたマイクロ波はプラズマ生成室23に導入
される。図2は、静電チャックとその給電系を示す概略
図で、静電チャック28は基体31の上面に、正電圧を
印加するための第1の吸着用電極32aと、負電圧を印
加するための第2の吸着用電極32bとを備え、これら
の吸着用電極32a、32bを覆うように基体31の上
面にセラミック誘電体層33が被覆されて一体化されて
いる。基体は31は、全体がセラミックスで形成された
ものでも、後述するチャック給電端子34a、34bの
周辺のみをセラミックスで形成し、全体をアルミニウム
等の金属で形成されたものを用いてもよい。基体31の
両電極32a、32bと対応する位置には、第1および
第2のチャック給電端子34a、34bが埋設してあ
り、各給電端子34a、34b一端側がそれぞれ、第1
および第2の吸着電極32a、32bと電気的に接続さ
れている。第1の給電端子34aの他端側は、基体31
の下面まで延在し、端面が基体31の下面と面一となっ
て露出している。また、第2のチャック給電端子34b
は、基体31に下面側から設けられた座ぐり孔35の底
部まで延在し、端面が露出している。従って、各チャッ
ク給電端子34a、34bは、いずれも端面に外部から
の機械的な接触によって電気的な導通が得られるように
形成されている。図3に基体31の下面図を示すが、中
心部に第1のチャック給電端子34aが露出する孔36
と、第2のチャック給電端子34bが露出する座ぐり孔
35とが並んで設けれていることになる。電気的な導通
が得られた状態で、第1の吸着用電極32aと第2の吸
着用電極32bとの間に、数百ボルトから数千ボルトの
直流電圧を印加する。それにより、静電チャック28に
接触する被処理体であるウエハ22(被処理体)表面で
は、分極の現象が起き、このとき静電引力を発生する。
【0018】また、それらの2つの孔35、36を囲む
ように空気孔である溝37が設けられている。このよう
に第2のチャック給電端子34bを座ぐり孔35の底部
で露出させることにより、後述する給電端子39a、3
9bが装着される際、両給電端子39a、39bの縁面
距離が延びて2本の給電端子間の絶縁耐圧を保持するこ
とができる。
【0019】なお、このような静電チャック28を構成
するセラミック誘電体層33としては、アルミナ、窒化
アルミニウム、イットリウム−アルミニウム−ガーネッ
ト、イットリア、窒化珪素、炭化珪素等を主成分とする
セラミックスにより形成すれば良いが、この静電チャッ
ク28を成膜装置やエッチング装置などプラズマ発生下
で使用する場合は、上記のセラミックスの中でも、特
に、耐プラズマ性に優れるアルミナ含有量が99重量%
以上で、焼結助剤としてシリカ、マグネシアを若干近含
有するアルミナセラミックスや、窒化アルミニウムの含
有量が99重量%以上である窒化アルミニウム質セラミ
ックスが好適である。
【0020】また、吸着用電極32a、32bの材質と
しては、静電チャック28を構成する基体31及びセラ
ミック誘電体層33の熱膨張係数と近似しているととも
に、高い耐熱性を有するものが良く、例えば、モリブデ
ン、コバール、タングステン等の金属を用いれば良い。
【0021】また、吸着用電極32a、32bのパター
ン形状としては、図4(a)に示すような半円状をした
ものや、図4(b)に示すような櫛歯状をしたもの、あ
るいは図4(c)に示すようなリング状をした第1の吸
着用電極32aと第2の吸着用電極32bを同心円状に
形成したものや、図4(d)に示すような扇状の第1の
吸着用電極32aと第2の吸着用電極32bとを放射状
に交互に形成したものなど、さまざまなパターン形状を
有するものを使用することができる。
【0022】また、第1の吸着用電極32aと第2の吸
着用電極32bはそれぞれ同等面積のものが良いが、若
干であればいずれか一方が大きくても構わない。
【0023】一方、図2に示すように、静電チャック2
8を装着する装置の静電チャック支持体29側は、静電
チャック支持体29の上部が静電チャック28に合わせ
てフランジ部38が形成されている。そのフランジ部3
8の内側には、静電チャック28に設けられている第1
および第2のチャック給電端子34a、34bに対応し
た、第1および第2の給電端子39a、39bが設けら
れている。この給電端子39a、39bの各チャック給
電端子34a、34bに接する側の端面は、電気的な導
通が良好になるように金めっきが施されている。
【0024】また、この給電端子39a、39bは、セ
ラミック等で形成された第1および第2の絶縁カラー4
0a、40b内を移動自在に第1および第2のばね41
a、41bで上方へ付勢されている。また、第2の絶縁
カラー40bは静電チャック支持体29の上面側(静電
チャック28との接触面側)より突出して、静電チャッ
ク28の座ぐり孔35へ進入している。従って、この第
2の絶縁カラー40bが静電チャック28の座ぐり孔3
5へ進入して嵌合した際に、第2の絶縁カラー40b内
の第2の給電端子39bは、第2のばね41bにより上
方に付勢されているので、静電チャック28内の第2の
チャック給電端子34bに加圧状態で接触し、電気的な
導通が得られる。同時に、第1の給電端子39aも、同
様に第1の絶縁カラー40a内の第1の給電端子39a
は、第1のばね41aにより上方に付勢されているの
で、静電チャック28内のチャック給電端子34aに加
圧状態で接触し、電気的な導通が得られる。なお、給電
端子39a、39bは、いずれも、ビニール被覆電線4
2a、42bを介して高圧電源(不図示)に接続されて
いる。
【0025】このように、第2の給電端子39bが、静
電チャック28の座ぐり孔35の中でチャック給電端子
34bに接合し、他方の給電端子が静電チャック28の
平面で第2のチャック給電端子34aに接合することに
より、相互の縁面距離を延ばすことができるため、水平
距離では近くても良好な絶縁耐圧を保持することができ
る。
【0026】さらに、第2の給電端子39bが、静電チ
ャック28の座ぐり孔35の中で第2のチャック給電端
子34bに接合していることは、第2の給電端子34b
を保持している第2の絶縁カラー40bが座ぐり孔35
に進入して嵌合しているので、静電チャック28を静電
チャック支持体29に装着する際にガイドの役目を果た
すため、誤装着が発生することを防止することができ
る。
【0027】また、静電チャック支持体29の上面側に
は、2本の給電端子39a、39bの外側に環状の溝4
3が形成され、この溝43に密閉シール用のOリング4
4が挿入されている。このOリング44による密閉シー
ルにより、大気側の給電端子39a、39b側と真空側
の静電チャック28側が分離されている。それにより、
給電端子39a、39bは減圧雰囲気になることなく絶
縁耐圧を保持することができる。なお、静電チャック2
8と静電チャック支持体29との固定は、静電チャック
支持体29のフランジ部38側から締結用ボルト45
a、45b…により固定している。なお、上述の実施の
形態では基体31に、一方のみ座ぐり孔を設ける構成と
したが、双方を座ぐり孔にして、座ぐり孔相互のその座
ぐり深さを変えてもよい。また、基体の内部に、ヒータ
電極やプラズマ発生用電極を内蔵することもでき、さら
には上記吸着用電極にプラズマ発生用電極としての機能
を兼用させることもできる。
【0028】なお、このような静電チャックを製造する
場合には、セラミック原料からセラミック誘電体層及
や、基体をなすグリーンシートをそれぞれ作製し、基体
をなすグリーンシートに吸着用電極や給電端子を固定す
るためのビアホールを形成し、上記吸着用電極を覆うよ
うにセラミック誘電体層をなすグリーンシートを積層し
たあと、一体焼成することにより得ることができる。
【0029】また、セラミック誘電体層のみを成膜法に
よって形成することもでき、この場合、給電端子を固定
するためのビアホールを備えた基体を上述したグリーン
シートの積層法を用いて製作し、上面に露出したビアホ
ールと導通がとれるように正電圧印加用の第1の吸着用
電極と、負電圧印加用の第2の吸着用電極をそれぞれ形
成する。なお、各吸着用電は、金属箔のロウ付け、CV
D法等の成膜、導電ぺーストを印刷しての焼付けなどの
方法で形成すれば良い。しかるのち、両吸着用電極を覆
うようにPVD法やCVD法等の成膜方法によりセラミ
ック膜からなる誘電体層を形成し、その上面に保持面を
形成すれば良い。
【0030】これらの構成によって、エッチングプロセ
スを行なう場合は、ウエハを反応容器内に搬入して、静電
チャック上の所定位置に載置した後、吸着用電極に通電
してウエハを静電チャック上に固定する。次いで、真空チ
ャンバ内と連通する真空系を作動させ、真空チャンバ内
の圧力を所定レベルまで減じる。その後に、媒質ガス供給
源(不図示)から媒質ガス(通常はアルゴンガス)を反
応容器内に導入する。そして、高周波バイアス電源を投
入して電極間に高周波電力を印加すると、媒質ガスに放
電が起こってプラズマが発生する。この発生したプラズ
マ中の正イオンは、負にバイアスがかけられた静電チャ
ックに向かって加速されるので、それにより静電チャッ
ク上のウエハがエッチングされる。以上に述べたように
本発明によれば、座ぐり孔を用いた給電端子構造を形成
することで、端子間の縁面距離が延びるために、高電圧
に対する絶縁性能が高くなる(安全率が高くなる)。こ
のことは、同じ安全率で設計する場合、給電端子部分を
コンパクトに設計できることでもある。
【0031】また、給電端子が嵌合するための、基体に
設けられた座ぐり深さが異なる(一方の座ぐりはなくて
も良い)ため、静電チャック保守等による着脱の際に、
給電端子のほかに新たに誤装着防止の構造が不要になっ
た。
【0032】また、ばねの弾性力を用いた給電端子の構
造であるので、通常用いるような端子台によるスぺース
やねじ止め作業が不要になった。
【0033】また、給電端子部分をOリングシールで大
気雰囲気下にすることで他の領域と遮断した構造である
ので、給電端子部の絶縁性能が安定したと共に、チャンバ
内の雰囲気も安定し、チャンバ内が減圧雰囲気になるこ
はない。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、半導体製造装置でそれ
に用いる静電チャックを、絶縁性能を向上させると共
に、コンパクトに設計でき、また、保守性を向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】マイクロ波励起プラズマ処理装置の構成を示す
側断面図。
【図2】本発明の静電チャックとその給電系を示す概略
図。
【図3】本発明のセラミック基板の中央部の下面図。
【図4】(a)から(d)は、吸着用電極のパターン形
状を示す平面図。
【図5】(a)従来に静電チャックの構成図、(b)は
その配線端子部の拡大図。
【符号の説明】
20…マイクロ波励起プラズマ処理装置、21…反応容
器、22…被処理体(ウエハ)、23…プラズマ生成
室、24…処理室、28…静電チャック、29…静電チ
ャック支持体、31…基体、34a、34b…チャック
給電端子、35…座ぐり孔、39a、39b…給電端
子、44…Oリング

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定形状をなす少なくとも2つの吸着用
    電極を有する基体と、 前記基体に埋め込まれ一端側が前記各吸着用電極とそれ
    ぞれ接続され他端側が前記基体表面に露出するように設
    けられたチャック給電端子と、 前記各チャック給電端子の他端側とそれぞれ接続し前記
    吸着用電極に電力を供給する給電端子と、 前記各チャック給電端子のうち少なくとも1つのチャッ
    ク給電端子の他端側は前記基体に設けられた座ぐり孔内
    で露出され、該チャック給電端子と対応する給電端子は
    座ぐり孔内に挿入された状態で前記チャック給電端子と
    接続されることを特徴とする静電チャック。
  2. 【請求項2】 前記給電端子は絶縁カラー内に挿入さ
    れ、該絶縁カラーの前記チャック給電端子と接続される
    端部は前記給電端子と前記チャック給電端子とを電気的
    に導通可能に設けられていることを特徴とする請求項1
    記載の静電チャック。
  3. 【請求項3】 内部に被処理物が配置される反応容器
    と、 前記反応容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、 前記反応容器内の気体を排気する排気手段とを有し、 前記被処理物は、所定形状をなす少なくとも2つの吸着
    用電極を有する基体と、前記基体に埋め込まれ一端側が
    前記各吸着用電極とそれぞれ接続され他端側が前記基体
    表面に露出するように設けられたチャック給電端子と、
    前記各チャック給電端子の他端側とそれぞれ接続し前記
    吸着用電極に電力を供給する給電端子とを備え、前記各
    チャック給電端子のうち少なくとも1つのチャック給電
    端子の他端側は前記基体に設けられた座ぐり孔内で露出
    され、該チャック給電端子と対応する給電端子は座ぐり
    孔内に挿入された状態で前記チャック給電端子と接続さ
    れていることを特徴とする処理装置。
  4. 【請求項4】 前記給電端子は絶縁カラー内に挿入さ
    れ、該絶縁カラーの前記チャック給電端子と接続される
    端部は前記給電端子と前記チャック給電端子とを電気的
    に導通可能に設けられていることを特徴とする請求項3
    記載の処理装置。
  5. 【請求項5】 前記チャック給電端子と前記給電端子と
    は大気圧雰囲気で接続されていることを特徴とする請求
    項3記載の処理装置。
  6. 【請求項6】 半導体ウエハを反応容器内に搬入し、所
    定形状をなす少なくとも2つの吸着用電極を有する基体
    と、前記基体に埋め込まれ一端側が前記各吸着用電極と
    それぞれ接続され他端側が前記基体表面に露出するよう
    に設けられたチャック給電端子と、前記各チャック給電
    端子の他端側とそれぞれ接続し前記吸着用電極に電力を
    供給する給電端子とを備え、前記各チャック給電端子の
    うち少なくとも1つのチャック給電端子の他端側は前記
    基体に設けられた座ぐり孔内で露出され、該チャック給
    電端子と対応する給電端子は座ぐり孔内に挿入された状
    態で前記チャック給電端子と接続されている静電チャッ
    クに保持させる工程と、 前記反応容器内の気体を排気する工程と、 前記反応容器内に触媒ガスを供給する工程と、 前記触媒ガスをプラズマ化して前記半導体ウエハ表面を
    処理する工程とを有することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
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