JP2001217304A - 基板ステージ、それを用いた基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】処理中の基板の温度分布制御を高精度に行うこ
とができる基板ステージを提供し、これにより基板の温
度分布制御を行いながら処理を行う基板処理装置、およ
び基板処理方法を提供する。 【解決手段】ガラス基板ステージにおいて、基板１と接
触する部分を導電体２、２’で形成し、かつ前記導電体
２、２’に電圧を印加する電源５、５’を備え、さらに
基板ステージ内部には温度調節機能および基板裏面に伝
熱性のガスを導入するガス配管を備えることにより達成
される。処理中の基板１の温度制御を効率よく行えるた
めに、基板面内において均一性の高い処理を行うことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス基板等の絶
縁基板上に形成された半導体装置、例えば薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）やそれを応用した薄膜集積回路等の製造
技術に係り、特に、かかる製造において基板処理に用い
られる基板ステージに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス等の絶縁基板上に薄膜トランジス
タ（以下、ＴＦＴと称する）有する半導体装置は、液晶
ディスプレイの画素駆動に用いられることでよく知られ
ている。ディスプレイの大型化と高い生産性という両面
から基板は大型化の一途をたどっており、一方で、表示
する画像の高精細化にともない回路パターンは微細化が
進められている。このような大型基板への微細回路パタ
ーンを高い加工精度でかつ基板内に均一に形成するため
に、近年では、ＶＬＳＩ製造同様、減圧雰囲気において
処理を行うドライエッチングやスパッタ、ＣＶＤ（化学
気相成長法）などの薄膜作成、薄膜加工技術が重要とな
っている。このような、薄膜成膜、あるいは薄膜加工で
は、加工処理中の基板の温度制御性が非常に重要になっ
てくる。基板の温度は、スパッタ、ＣＶＤ（化学気相成
長法）のような成膜プロセスでは成膜レートに影響を及
ぼす因子に、また微細加工をおこなうエッチングプロセ
スではエッチングレートに影響を及ぼす因子となるため
である。

【０００３】基板の温度制御は、基板を保持しているス
テージの温度制御を行い、基板保持ステージと基板間の
熱伝導によって行うのが一般的である。この場合、優れ
た温度制御性を得るために、基板と保持ステージとの熱
伝導性をできるだけ高くすることが重要となるが、その
ためには基板と保持ステージに間に隙間をできるだけ開
けないように、基板全面で一様な保持力で吸着させる必
要がある。大気の基板固定であれば、真空を利用した真
空吸着を用いるのが一般的であるが、すでに真空である
雰囲気においては、真空吸着では吸引力を生じないため
に、それに代わる保持方法が必要である。

【０００４】シリコン（Ｓｉ）を基板材料としてその表
面に集積回路を形成するいわゆるＶＬＳＩ製造において
は、従来から、このような用途の基板保持手段として、
真空中でも使用でき、また基板に対して基板ステージ全
面にて吸着力を発生させることができる静電吸着を利用
する製造方法が用いられている。静電チャックと呼称さ
れる静電吸着を利用した基板保持方法に関しては、例え
ば、「昭和61年度精密工学会春季大会学術講演会論文
集」（昭和６１年、７３頁）や「応用機械工学」（１９
８９年、５月号、１２８頁）に、その構造、吸着原理等
が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記文献に示されてい
るＳｉウエハ保持するための静電チャックは、電極板と
絶縁膜とを積層して構成されるものであり、電極板と保
持対象基板であるＳｉウエハ間に直流電圧を印加して両
者間にクーロン力を発生させることによって、Ｓｉウエ
ハを絶縁膜表面に吸着保持するものである。

【０００６】しかしながら、静電チャックでは、保持す
る対象である基板が絶縁体である場合には、電極板と基
板間に電圧を印加してもクーロン力は発生しないため
に、保持固定することができないと言う問題がある。液
晶ディスプレイの画素駆動に用いられるＴＦＴ等は、ガ
ラス、すなわち絶縁基板上に形成されるものであるため
に、上記従来技術による静電チャックを利用した製造方
法を適用することはできないという問題があった。すで
に述べたように、高精度の加工を基板表面に対して行う
ためには高精度温度制御が必要であり、そのためには静
電チャックを利用した基板保持技術が必須である。した
がって、従来からＶＬＳＩ製造に用いられている技術と
は異なった手法にて絶縁基板をステージに静電チャック
により保持する必要がある。

【０００７】本発明の目的は、基板がガラスのような絶
縁物であっても、静電吸着が可能であり、処理中の基板
の温度分布の制御が精度よく行える基板ステージを提供
することにある。

【０００８】また、本発明の他の目的は、処理中の基板
の温度制御性を精度よく行うことができる基板ステージ
を備えた処理装置を提供し、これによって温度制御を行
いながら基板の処理を行う処理方法、ならびに高精度に
加工された半導体装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、絶縁基板を
搭載して処理を施すための基板ステージにおいて、前記
基板と接触する部分を導電体で形成するとともに、前記
導電体に電圧を印加する電源を備え、さらに基板ステー
ジ内部には温度調節機能および基板裏面に伝熱性のガス
を導入するガス配管を備えることにより達成される。ガ
ラス基板処理の際には、基板ステージを所望の温度に保
った上で、前記導電体に電圧を印加し、さらに基板裏面
に伝熱性のガスを導入することにより、処理中の基板温
度を制御することができる。

【００１０】また、上記の他の目的は、このような基板
ステージを処理装置に搭載して処理を行うことにより達
成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に従っ
て説明する。

【００１２】図１は、本発明の第１の実施例を示す断面
図であり、図２は、図１の等価回路を示したものであ
る。図３、図４は、比較説明のために示した従来の静電
チャックを示す断面図とその等価回路である。

【００１３】まずはじめに、図３、図４を用いて、従来
の静電チャックの作用について説明する。図３、４にお
いて、８は、Ｓｉウエハであり、９が絶縁膜、１０、１
０’が静電チャックのための給電電極である。絶縁膜９
と給電電極１０、１０’の積層構造体が、いわゆる静電
チャックと呼ばれるものであり、絶縁膜９には、セラッ
ミクスや高分子材料が用いられるのが一般的である。こ
こでは、二枚の給電電極を用いる双極型の静電チャック
を示した。５、５’は電極１０、１０’に電圧を印加す
るための直流電源、６、６’はスイッチ、７はアースで
ある。

【００１４】ウエハ８を絶縁膜９上に載せた状態で、ス
イッチ６、６’をオンにして、給電電極１０、１０’に
直流電圧を印加すると、絶縁膜９中で誘電分極が起こり
クーロン力によってウエハ８を絶縁膜９上に吸着するこ
とができる。ここで静電チャックを図４に示したように
等価な電気回路としてみてみる。半導体であるＳｉウエ
ハ８の電気抵抗Ｒｗは、絶縁膜の電気抵抗Ｒｉ、Ｒｉ’
に比べれば、非常に小さな値であり（Ｒｗ≪Ｒｉ、Ｒ
ｉ’）、ほぼ導体とみなすことができるために、Ｓｉウ
エハ８、絶縁膜９、給電電極１０、１０’は、絶縁膜９
をＳｉウエハ８と給電電極１０(抵抗Ｒｃ≒０)、および
Ｓｉウエハ８と給電電極１０’(抵抗Ｒｃ’≒０)で挟み
込んだコンデンサ（容量成分Ｃｉ／抵抗成分Ｒｉ、およ
び容量成分Ｃｉ’／抵抗成分Ｒｉ’）になる。すなわ
ち、Ｓｉウエハはコンデンサの電極板の役割をすること
によって、コンデンサ内に電荷を蓄積し、クーロン力、
すなわち吸着力を発生させることが可能となるのであ
る。以上のことから、静電チャックによって吸着するた
めには、対象とする基板が導電性を有する（Ｒｗ≪Ｒ
ｉ、Ｒｉ’）ことが条件となることがわかる。したがっ
て、図３に示した絶縁膜９、給電電極１０、１０’の積
層構造である従来の静電チャックの上に、絶縁体である
ガラス基板を載せて電圧を印加してもガラス基板の吸着
はできない。

【００１５】ここで、図１、図２を用いて、本発明の第
１の実施例について説明する。すでに説明したように、
静電チャックと保持対象物である基板の関係を電気回路
としてみた場合、絶縁膜を二つの導電体で挟み込んだコ
ンデンサになる。つまり、如何に吸着する対象物をコン
デンサの一部にするかが、静電チャックによる吸着の可
否になる。ガラス基板は絶縁体であるから、Ｓｉウエハ
のようにコンデンサの電極板にはなり得ないが、コンデ
ンサの絶縁膜にはなり得る。本発明の特徴は、ガラス基
板自体を、電荷を蓄積する絶縁膜の役割を担わせること
にある。

【００１６】図１、図２において、１は保持対象である
ガラス基板、２、２’は一対の導電体材料からなる電極
(抵抗Ｒａ、Ｒａ’≒０)であり、絶縁体４によって一対
の電極間２、２’とその周囲が絶縁されている。すなわ
ち、電極２、２’と絶縁体４によって基板保持ステージ
が構成される。電極２、２’のガラス基板との接触面は
同一平面にあるよう設置され、絶縁体のガラス基板との
対向面は、電極２、２’と同一平面にあるか、または電
極２、２’よりも若干低くなるよう設定される。５、
５’は電極２、２’に電圧を印加するための直流電源、
６、６’はスイッチ、７はアースである。ここで、３は
ガラス基板上に形成された導電体(抵抗Ｒｂ≒０)であ
り、導電体３は説明のために便宜的にガラス基板上にあ
るとしたものである。

【００１７】導電膜３が，表面に形成されたガラス基板
１を基板ステージの上に載せた状態で、スイッチ６、
６’をオンにして、電極２、２’間に電位差が発生する
よう直流電圧を印加する。すると、ガラス基板１の表
面、電極２、２’との接触面と反対側の面に導電体３が
あることにより、導電体３、電極２を電極板としてガラ
ス基板１を挟み込んだコンデンサ（容量成分Ｃｇ、抵抗
成分Ｒｇ）と導電体３、電極２’を電極板としてガラス
基板１を挟み込んだコンデンサ（容量成分Ｃｇ’、抵抗
成分Ｒｇ’）が形成される。この場合、ガラス基板１中
で誘電分極が起こりクーロン力によってガラス基板１自
身が電極２、２’に吸着されることになる。図１に示し
た、従来の静電チャックと比べると、被保持物体である
ガラス基板１自体が静電チャックの役割を果たし、ガラ
ス基板１が基板ステージに対して吸着力を発生させるこ
とになる。

【００１８】ここで、本実施例においてはガラス基板表
面に導電体３があるものとして説明を行ったが、本発明
を有効にするためにはガラス基板１の吸着される反対面
に、すなわち、ＴＦＴなどの半導体装置を形成する側の
面に導電性の膜が必要になる。実際に、ガラス基板上に
エッチングやＣＶＤ等の処理を施す場合のガラス基板の
状態は、模式的に図５に示したガラス基板１単体の場
合、図６に示したガラス基板１上に導電材料の薄膜１１
が形成されている場合、図７に示したガラス基板に導電
膜１１が形成されその上に絶縁膜１２が形成される場合
の三通り大別して表わすことができる。その他、導電材
料と絶縁材料とが何層か積層される場合があるが、表面
に導電性材料が出ている場合には図６に、表面に絶縁性
材料が出ている場合には図７の場合と見なすことができ
る。

【００１９】本発明の構成では、図７、図８の場合に吸
着力を発生させることができる。ＴＦＴに代表されるガ
ラス基板上に形成される半導体装置の製造工程では、ま
ず最初にガラス基板上にゲート電極用の導電体膜が形成
されるのが一般的である。すなわち、最初のゲート電極
膜の成膜以降であれば、本発明の構成でガラス基板の吸
着を行うことができる。また、最初の成膜工程、すなわ
ち図５に示したガラス基板単体の場合であっても、少し
でもガラス基板１の表面に導電性の膜が形成されれば吸
着力が発生するので、あらかじめ電極２、２’に電圧を
印加しておけば、成膜開始直後に吸着力が発生し、本発
明は有効になる。

【００２０】本発明の構成であれば、ガラス基板の保持
ステージは電極２、２’のみであり、単なる金属の板で
もよいことになる。したがって、従来のセラミックスを
利用する静電チャックに比べると、非常に簡便に基板保
持用のステージを作ることができる。ガラス基板のよう
な大型基板に対して、作りやすさ、コストの面でも非常
に有利になるなど多くのメリットがある。電極２、２’
を絶縁体４で周囲を覆ったのは、電極に比較的高い電
圧、１ｋＶから２ｋＶを印加するために安全上必要であ
ることと、他の導電部材が接触するとそこから電荷がリ
ークしてしまい吸着力が発生しなくなる、また真空中で
他の導電部材が近くにあると放電が生じる、ということ
を防止するためである。

【００２１】次に、図８に本発明の第２の実施例を示
す。基板ステージを構成する電極部分が、複数個の電極
１３〜１８からなり、互いに絶縁材４にて絶縁されると
ともに、周囲とも絶縁される。複数個配置された電極１
３〜１８とガラス基板との接触面は、第一の実施例同様
同一平面にあるよう設置され、絶縁体４のガラス基板と
の対向面は、電極１３〜１８と同一平面にあるか、また
は若干低くなるよう設定される。複数個配置された電極
のうち任意の数の電極、本実施例の場合には１３、１
４、１５、と残りの電極１６、１７、１８との間に電位
差を生じさせることができるよう直流電圧電源５、５’
とスイッチ６、６’を設ける。スイッチ６、６’をオン
にして、１３、１４、１５、と残りの電極１６、１７、
１８に電位差が生じるよう直流電圧を印加することによ
り、ガラス基板に吸着力が作用して基板を吸着保持する
ことができる。

【００２２】本実施例では、基板ステージの電極部分が
複数個に分けられていることに特徴がある。ガラス基板
は、大型化がますます進む方向に有り、近年では１ｍ角
近くのサイズの基板が登場してきている。それにともな
って基板処理ステージも大型化する必要がある。基板ス
テージが大型化した場合の問題点は、温度変化による熱
膨張である。基板ステージは処理に適した温度条件に調
節される。エッチングでは、１００℃に近い高温状態に
なる場合もあれば、５℃と低温状態で処理が行われるこ
ともある。また、ＣＶＤでは数百度に達する場合もあ
る。例えば、室温状態で製作された基板ステージが１０
０℃近くまで温度が上がれば、当然熱膨張を起こし電極
部分が伸びようとする。それによって基板ステージに過
大なストレスがかかり、絶縁材が割れるなどの不具合が
生じる場合がある。本実施例では、電極部分が複数個に
分割された形になっているために、熱膨張が緩和され基
板ステージに過大なストレスがかかるのを防止すること
ができる。

【００２３】さらに、第１の実施例、第２の実施例にお
いて、正の極性の電圧を印加する電極の面積と負の極性
の電圧を印加する電極の面積、すなわち、図１において
は２のガラス基板に接する面積と２’のガラス基板に接
する面積、図８においては１３〜１５のガラス基板に接
する面積の和と１６〜１８のガラス基板に接する面積の
和、は等しいことがことが望ましい。これにより、ガラ
ス基板表面の電位は、両極に印加した電圧５、５’の中
間の電位となる。したがって、正負逆極性の同じ値の電
圧を印加すれば、ガラス基板表面は接地電位にあり、表
面に形成する半導体装置に電気的に悪影響を及ぼす危険
性をなくすことができる。

【００２４】次に、本発明の別の実施例について図９〜
図１１を用いて説明する。これまでに説明した実施例
は、二つの電極に極性の異なる電圧を印加するいわゆる
双極型の静電チャックとして呼称されるものである。こ
こでは、本発明を一つの電極を用いる単極型の静電チャ
ックとして適用した場合について説明する。図９は、本
発明を単極型ステージとして用いた場合の第３の実施例
を示す断面図であり、図１０は、図９の等価回路を示す
ものである。また、図１１は、プラズマエッチングやプ
ラズマＣＶＤなどのプラズマ処理装置に適用した第４の
実施例を示した図である。

【００２５】図９において、１９は導電体材料からなる
電極であり、絶縁体４によって周囲を絶縁されている。
すなわち、電極１９と絶縁体４によって基板保持ステー
ジが構成される。絶縁体のガラス基板１との対向面は、
やはり電極１９と同一平面にあるか、または若干低くな
るよう設定される。また本実施例においても、説明のた
めに便宜的にガラス基板１上に導電体３があるものとし
た。２０はガラス基板１の表面上の導電体３からのアー
スラインである。

【００２６】ガラス基板１を基板ステージの上に載せた
状態で、スイッチ６をオンにして、電極１９に直流電圧
を印加すると、導電体３、電極１９の間にガラス基板１
を挟み込んだコンデンサが形成される。これにより、ガ
ラス基板１中で誘電分極が起こり、このとき発生するク
ーロン力によってガラス基板１自身を電極１９に吸着さ
せることができる。このような構成の基板ステージは、
図１、図８で示した双極型の基板ステージに比べると、
構造的には簡単である。

【００２７】しかし、図１、図８で示した双極型の基板
ステージでは、基板ステージと基板間でコンデンサの回
路が形成されるのに対して、単極型基板ステージでは基
板１表面からアース２０を取る必要が生じる。ガラス基
板表面に導電材料３が露出していて、導電性材料３に電
気的に導通を取ってアースライン２０を設置して初めて
吸着が可能となる。つまり、ガラス基板１の処理を施す
加工面側にアースライン２０を設けなければならないと
いう問題がある。

【００２８】しかし、このような単極型基板ステージは
プラズマ処理装置に適している。図１１において、２１
はプラズマ、２２はプラズマ処理装置の真空チャンバで
ある。プラズマはイオンと電子が電離した気体であり、
導電体と同じ振る舞いをする。真空チャンバ２２は接地
電位にあるために、プラズマ処理を行っている間はプラ
ズマ２１を通して基板１の表面からチャンバ２２までア
ースライン２０が形成されることになる。したがって、
プラズマ処理の場合にはガラス基板１の表面上に特にア
ースライン２０を特に付加することなく、静電チャック
を構成することができる。

【００２９】さらに、プラズマ処理の場合には、図６に
示したガラス基板表面上に導電体が露出している場合に
吸着力が発生するのはもちろんであるが、図５や図７に
示した、ガラス基板１単体の場合、ガラス基板に導電膜
１１が形成されその上に絶縁膜１２が形成されている場
合においても吸着力を発生させることができる。すでに
述べたように、プラズマはイオンと電子が電離した気体
であるために、プラズマと接する物体表面が絶縁物の場
合、表面には電荷が誘起されあたかも導電体であるかの
ような挙動を示すために吸着が可能となる。

【００３０】次に、図１２に本発明の第５の実施例を示
す。基板ステージを構成する電極部分が、複数個の電極
２３〜２８からなり、互いに絶縁材４にて絶縁されると
ともに、周囲とも絶縁される。複数個配置された電極２
３〜２８のガラス基板との接触面は、同一平面にあるよ
う設置され、絶縁体４のガラス基板との対向面は、電極
２３〜２８と同一平面にあるか、または若干低くなるよ
う設定される。複数個配置された電極には、直流電圧が
印加できるよう電源５とスイッチ６を設ける。図１１に
示した実施例と同様にプラズマ処理に用いれば、スイッ
チ６をオンにして直流電圧を印加することにより、ガラ
ス基板に吸着力が作用して基板を吸着保持することがで
きる。本実施例は、図８に示した実施例を単極型で構成
した基板ステージであり、図８の実施例と同様に、電極
部分を複数個に分割することによって熱膨張が緩和でき
るため、基板ステージに過大なストレスがかかるのを防
止することができる。

【００３１】次に、図１３を用いて本発明の第６の実施
例について説明する。図１３は、基板の温度制御の目的
で本発明の基板保持ステージを搭載したプラズマエッチ
ング装置を示す横断面図である。本実施例では、図９に
示した単極型のステージを搭載した例を示す。図１３に
おいて、１は保持対象であるガラス基板、２９はプラズ
マエッチャの真空チャンバ、２１はプラズマである。３
１はプラズマ放電を起こすための電極であり、エッチン
グガスを真空チャンバ内に導入するためのシャワー穴３
２が設けられている。３４はエッチングガスの導入管、
３５は真空排気口であり真空ポンプ（ここには図示しな
い）に接続されている。３３は電極３１に高周波電力を
印加する高周波電源、３０は電極３１とチャンバを電気
的に隔絶するための絶縁体である。基板ステージは、導
電性材料で作られた電極１９と、その周囲に配置された
絶縁体４によって構成されている。３７〜４０はステー
ジの温度調節機構である。本実施例では冷却機構であ
り、３７は冷媒の循環器、３８は基板ステージまでの流
路、３９は電極１９内に設けられた冷媒の流路、４０は
ステージ温度をセンシングするための温度計測手段であ
る。

【００３２】このように構成されたプラズマエッチング
装置において、まず加工を施す基板１をステージ上に設
置し、エッチングガスを導入管３４、シャワー穴３２を
通してチャンバー２９内へ導入し、所定の圧力に保つ。
その後、高周波電源３３より上部電極３１に高周波電力
を印加してプラズマ２１を発生させる。このプラズマ２
１に基板１が曝されることにより処理（ここではエッチ
ング処理）が行われる。ところで、このようなプラズマ
を応用した処理では、加工処理中の基板の温度性御が非
常に重要になってくる。基板温度は、スパッタ、ＣＶＤ
のような成膜では成膜レートに、エッチングではエッチ
ングレートに影響を及ぼす因子となるために、基板内で
の温度分布の不均一がそのまま処理の不均一になるため
である。特に１ｍ角近い大型の基板では、その影響が顕
著になる。

【００３３】本実施例の特徴は、処理中の基板の温度制
御を効率よく行うことができることにある。基板の温度
制御は、基板を保持しているステージの温度制御を行
い、基板保持ステージと基板間の熱伝導によって行う。
この場合、基板と保持ステージとの熱伝導性をできるだ
けよくすることが重要となる。本発明ではそのために、
基板全体をクーロン力によって基板ステージに一様な力
で保持し、基板ステージと基板間の隙間をできるだけ少
なくし、さらに熱伝導率の高いヘリウムガスを導入する
ことができる構成となっている。

【００３４】プラズマ２１の発生後、スイッチ６をオン
にして基板ステージを構成する電極１９に直流電圧を印
加することによって、図１〜１６において説明したよう
に、ガラス基板は前記電極１９の表面上に吸引される。
吸引力は電極１９上では均等に作用するために、基板ス
テージと基板間１の隙間は、図１４に示すように均一で
あり、かつ両者の表面粗さに起因するごくわずかなもの
となる。

【００３５】また、基板ステージ（本実施例では電極部
１９）内部には流路３８に冷媒を循環させて、ステージ
温度を所定の温度に制御を行うことができる。さらに基
板１とステージ間の隙間４２には、導入管３６からヘリ
ウムガス４１を導入するできる構造となっているため
に、基板１とステージ間の伝熱を高めることができる。
また、ステージ温度を熱電対などの温度計測手段４０で
測定、もしくは基板の温度を蛍光温度計等で計測し、そ
の温度に基づいて冷媒の流量を調節するフィードバック
制御を行えば、さらに厳密な温度制御が可能となる。

【００３６】以上より、本実施例によれば、加工処理中
の基板の温度制御性のよい装置を得ることができ、また
このような処理を用いることによってガラス基板上全面
に精密な半導体装置を作ることが可能となる。

【００３７】本実施例では、基板を冷却してプラズマエ
ッチングを行う処理を例に挙げたが、逆にヒータ等を基
板ステージに埋め込み、基板を高温状態にして行う処
理、例えば、スパッタやＣＶＤにも有効である。

【００３８】また、本実施例は、図９に示した単極型基
板ステージを応用した例について説明したが、図１に示
した双極型基板ステージを用いても同様の効果が得られ
る。すでに述べたように、単極型ステージの場合にはプ
ラズマを発生させないと基板に吸引力が作用しないの
で、プラズマ発生→吸引力作用→ヘリウム導入(基板温
度制御開始)→処理開始、という手順を踏むこととな
る。すなわち単極型基板ステージは、構造が簡単という
利点はあるが、プラズマが発生してから温度制御、もし
くは処理が開始されるまでに無駄時間が生じる。

【００３９】一方、双極型は構造は複雑になるが、プラ
ズマと無関係に吸引力を生じさせることができるので、
吸引力作用→ヘリウム導入(温度制御開始)→プラズマ発
生・処理開始と、あらかじめ基板温度を所定の温度にし
ておくことが可能、プラズマ発生と同時に処理開始、と
いう利点がある。また、熱ＣＶＤや真空中のハンドリン
グなどプラズマを用いない処理にも適用ができるという
利点もある。これらは用途に応じて使い分ければよい。

【００４０】次に、本発明の第７の実施例を図１５に示
す。図１５は、基板ステージの横断面図を示した。図１
６は上方から基板ステージ表面を見た図である。本実施
例は、基板ステージの表面、すなわちガラス基板との接
触面にヘリウムガスの流路となる溝４３を付けたことが
特徴である。特に大型の基板の場合、例えば基板ステー
ジ中央にヘリウムガスの導入口が一ヶ所しかなければ、
基板ステージとガラス基板隙間が狭いために外周部に近
づくにしたがって圧力が低下することになる。圧力の低
下にともなって熱伝導が低下するので、例えば基板を冷
却する場合には外周部の温度が上昇することになる。

【００４１】ここで、本実施例のごとく、基板ステージ
表面にヘリウムガス流路となる溝４２を設けることによ
って面内のヘリウムガス圧力の均一化を図れば、面内の
温度均一化が可能となる。本実施例では、基板ステージ
表面にガス流路となる溝を付けた例で説明したが、ガス
導入口を複数個付けても同様の効果が得られる。本実施
例のステージを図１３にし示したようなプラズマ処理装
置に用いれば、より加工処理中の基板の温度制御性のよ
い装置を得ることができ、ガラス基板上全面に精密な半
導体装置を作ることが可能となる。

【００４２】ところで、本発明ではガラス基板に電荷を
蓄積させて必要な吸引力を発生させている。すでに述べ
たように、処理中の基板の温度制御を効率よく行うため
に、クーロン力によって基板ステージに一様な力で保持
した上で、基板ステージとガラス基板の間にヘリウムガ
スを導入している。ガスを隙間に導入した際の熱伝導率
は、圧力が低く分子流となる領域では圧力が高いほど熱
伝導性は増加するが、圧力が２ｋＰa程度まで上がると
粘性流となり熱伝導性は圧力に依存しなくなる。すなわ
ち、これ以上圧力を増加させても熱伝導性は増加しなく
なる。したがって、２ｋＰa以上の吸引力が得られれ
ば、より効率のよい温度制御を行うことができる。

【００４３】ここで、基板ステージが発生する単位面積
当たりの吸引力(クーロン力)Ｆ(Ｐa)は、ガラス基板の
厚さをｄ（ｍ）、ガラス基板の比誘電率(真空の誘電率
とガラスの誘電率の比)をε’、真空の誘電率をε0（Ｆ
/ｍ）、一つの電源から印加した電圧をＶ（Ｖ）とする
と、F＝(１/２)・ε0・(ε’・Ｖ/ｄ)²と表わすことができ
る。すなわち、印加する電圧Ｖ、ガラス基板の厚さｄお
よびガラス基板の比誘電率ε’が吸引力に影響を与える
値であり、重要になることがわかる。ガラス基板に印加
できる電圧は、周囲への放電など安全性を考えると５ｋ
Ｖ程度ぐらいまでと考えられる。

【００４４】すなわち、電圧５ｋＶによって吸引力２ｋ
Ｐaを得られる条件を満たすガラス基板を用いることに
より、より高い温度制御の元で基板処理を行うことがで
きる。電圧５ｋＶを上記の式に代入すると、吸引力２ｋ
Ｐa以上を得るためのガラス基板は、ガラス基板の厚さ
をガラス基板の比誘電率で割り算した値(ｄ/ε’)が２.
３１６×１０^-4ｍ、すなわち０.２３２ｍｍ以下とな
る。すなわち、ガラス基板の厚さをガラス基板の比誘電
率割り算した値(ｄ/ε’)が、０.２３２ｍｍ以下である
条件を満たすガラス基板を用いることによって、より高
い温度制御のもとで基板処理を行うことが可能となる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ガラス
基板のような絶縁体の基板であっても、クーロン力によ
って基板ステージに吸引することが可能になる。また、
基板ステージ内部に温度調節機能を持たせ、かつ基板と
基板ステージの隙間にヘリウムガスを導入する構造とす
れば、基板の温度制御を効率よく行うことができる基板
ステージを提供できる。本発明の基板ステージを、基板
処理装置に用い温度制御を行いながら処理（エッチン
グ、スパッタ、ＣＶＤ）等を行えば、均一性の高い処理
を行うことが可能となり、その結果としてガラス基板上
全面に精密な半導体装置を作ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であり、動作原理を示す
横断面図。

【図２】図１の等価回路を示す図。

【図３】従来の静電チャックの動作原理を示す横断面
図。

【図４】図３の等価回路を示す図。

【図５】本発明を適用するガラス基板の横断面図。

【図６】本発明を適用するガラス基板の横断面図。

【図７】本発明を適用するガラス基板の横断面図。

【図８】本発明の第２の実施例を示す平面図

【図９】本発明の第３の実施例であり、動作原理を示す
横断面図。

【図１０】図９の等価回路を示す図。

【図１１】本発明を第４の実施例であり、プラズマ装置
に適用した場合を示す横断面図。

【図１２】本発明の第５の実施例を示す平面図。

【図１３】本発明の第６の実施例であり、プラズマエッ
チングエッチング装置に適用した場合を示す横断面図。

【図１４】図１３における基板ステージと基板の接触面
を示す横断面図。

【図１５】本発明の第７の実施例を示す横断面図。

【図１６】図１５の平面図。

【符号の説明】

１…ガラス基板、２、２’…電極、３…ガラス基板上の
導電体、４…絶縁体、５、５’…電源、６、６’…スイ
ッチ、７…アース、８…Ｓｉウエハ、９…絶縁膜、１
０、１０’…給電電極、１１…導電膜、１２…絶縁膜、
１３〜１９…電極、２０…アースライン、２１…プラズ
マ、２２、２９…真空チャンバ、２３〜２８…電極、３
０…絶縁体、３１…電極、３２…シャワー穴、３３…高
周波電源、３４…エッチングガス導入管、３５…真空排
気口、３６…ヘリウムガス導入管、３７…冷媒循環器、
３８、３９…冷媒の流路、４０…温度計測手段、４１…
ヘリウムガス、４２…隙間、４３…溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K029 AA09 CA05 JA01 JA05 5F004 AA15 BB18 BC05 BC06 BD05 5F031 CA05 HA16 HA17 HA37 HA38 HA39 HA40 JA01 JA46 MA28 MA29 MA32 PA11 PA18 5F103 AA08 BB36 BB44 BB45 BB49 BB59 PP01

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板を搭載し、該絶縁基板に処理を施
   すための基板ステージにおいて、該絶縁基板と接する部
   分は、周囲が絶縁体で覆われた、同一平面上にある互い
   に絶縁された導電性材料からなる一対の電極であり、一
   対の該電極間には電圧を印加する電源を具備することを
   特徴とする基板ステージ。
2. 【請求項２】絶縁基板を搭載し、該絶縁基板に処理を施
   すための基板ステージにおいて、該絶縁基板と接する部
   分は、周囲が絶縁体で覆われた、同一平面上にある互い
   に絶縁された導電性材料からなる複数個の電極であり、
   複数個の該電極のうち、任意の個数の電極と残りの個数
   の電極との間に電圧を印加する電源を具備することを特
   徴とする基板ステージ。
3. 【請求項３】前記電源によって、正の極性の電圧が印加
   される前記電極の面積と、負の極性の電圧が印加される
   前記電極の面積は、略等しいことを特徴とする請求項１
   又は２記載の基板ステージ。
4. 【請求項４】絶縁基板を搭載し、該絶縁基板に処理を施
   すための基板ステージにおいて、該絶縁基板と接する部
   分は、周囲が絶縁体で覆われた導電性材料からなる一つ
   の電極であり、該電極に電圧を印加する電源を具備して
   なることを特徴とする基板ステージ。
5. 【請求項５】絶縁基板を搭載し、該絶縁基板に処理を施
   すための基板ステージにおいて、該絶縁基板と接する部
   分は、周囲が絶縁体で覆われた、互いに同電位になるよ
   う導通がとられた同一平面上にある導電性材料からなる
   複数個の電極であり、該電極には電圧を印加する電源を
   具備してなることを特徴とする基板ステージ。
6. 【請求項６】前記絶縁基板の処理を施す加工面側は、接
   地されてなることを特徴とする請求項４又は５記載の基
   板ステージ。
7. 【請求項７】前記絶縁基板は、ガラス基板であることを
   特徴とする請求項１、２、４又は５記載の基板ステー
   ジ。
8. 【請求項８】前記基板ステージ内部には、温度調節機能
   および前記基板裏面に伝熱性のガスを導入するガス配管
   を具備してなることを特徴とする請求項７記載の基板ス
   テージ。
9. 【請求項９】前記基板を積載するステージの表面には伝
   熱用ガスが流れるガス溝を設けてなることを特徴とする
   請求項８記載の基板ステージ。
10. 【請求項１０】請求項１、２、４又は５記載の基板ステ
    ージを備え、該基板ステージ上に搭載した基板を減圧雰
    囲気中でハンドリングを行い処理を施すよう構成したこ
    とを特徴とする基板処理装置。
11. 【請求項１１】請求項９記載の基板ステージを備え、該
    基板ステージ上に搭載した基板の温度を制御しながら処
    理を施すよう構成してなることを特徴とする基板処理装
    置。
12. 【請求項１２】請求項７記載の基板ステージを備え、表
    面上に半導体装置を形成するガラス基板は、該ガラス基
    板の厚さを該ガラス基板の比誘電率で除した値が、０.
    ２３２ｍｍ以下であることを特徴とする基板処理装置。
13. 【請求項１３】請求項９記載の基板ステージを用いて、
    該基板ステージ上に搭載した基板の温度を制御しつつ処
    理を施すことを特徴とする基板処理方法。
14. 【請求項１４】請求項７記載の基板ステージを用いてな
    り、かつ、表面上に半導体装置を形成するガラス基板
    は、該ガラス基板の厚さを該ガラス基板の比誘電率で除
    した値が、０.２３２ｍｍ以下であることを特徴とする
    基板処理方法。