JP4390629B2

JP4390629B2 - Electrostatic adsorption apparatus and plasma processing apparatus

Info

Publication number: JP4390629B2
Application number: JP2004163323A
Authority: JP
Inventors: 一成田村
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-06-01
Also published as: JP2005347400A

Description

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。 The present invention relates to an electrostatic chucking apparatus and a plasma processing apparatus used for cooling and holding a semiconductor wafer.

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。 In the plasma dry etching apparatus, the wafer temperature during the etching process is one of important parameters that influence the processing state of the wafer. That is, because the wafer is heated by reaction heat generated during the plasma processing, it is necessary to cool the wafer. Therefore, at present, a method of cooling the wafer by using an electrostatic chucking electrode and introducing a cooling gas between the chucked and held wafer and the electrostatic chucking electrode has become the mainstream. Here, with the miniaturization of semiconductor circuit elements, the uniformity of the in-plane temperature of the wafer during processing has become necessary, so that the improvement of the in-plane uniformity has become increasingly important.

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）。 Wafer temperature control is important in the manufacturing process of semiconductor devices, and one way to solve these problems is to hold the wafer on the electrostatic chucking electrode and place it between the wafer and the electrostatic chucking electrode. Examples include a method of supplying a heat transfer gas and controlling the temperature of a wafer being processed (Patent Documents 1 and 2).

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。 FIG. 6 shows an apparatus for controlling the temperature of the wafer being processed described in Patent Document 1.

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。 On the bottom wall of the vacuum processing chamber 10, a lower electrode 20 as a sample stage is electrically insulated and provided in an airtight manner via an insulator 11. The vacuum processing chamber 10 has a discharge space 30, and an upper electrode 40 is provided inside the vacuum processing chamber 10 so as to face the lower electrode 20 in the vertical direction.

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。 An insulator 60 is embedded in the surface of the lower electrode 20 corresponding to the back surface of the wafer 50 so as to correspond to the peripheral side of the back surface of the wafer 50. The lower electrode 20 inside the insulator 60 is formed with a groove 21 that forms a heat transfer gas supply path. The groove 21 communicates with the discharge space 30 when the wafer 50 is not mounted.

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。 The insulator 60 has a gas dispersion groove (not shown) connected to the groove 21. A gas supply path 23 a and a gas discharge path 23 b are formed in the lower electrode 20 so as to communicate with the groove 21. A conduit 70a connected to a gas source (not shown) is connected to the gas supply passage 23a, and one end of the conduit 70b is connected to the gas discharge passage 23b.

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。 The conduit 70a is provided with a mass flow controller (hereinafter abbreviated as MFC) 71, and the conduit 70b is provided with a regulating valve 72. The other end of the conduit 70 b is joined and connected to the exhaust conduit 12 that connects the vacuum processing chamber 10 and the vacuum pump 80.

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。 A coolant channel 22 is formed in the lower electrode 20. In the lower electrode 20, a refrigerant supply path 24 a and a refrigerant discharge path 24 b are formed in communication with the refrigerant flow path 22. After the placement of the wafer 50 on the lower electrode 20 is completed, the processing gas supplied from the processing gas supply device via the conduit to the gas flow path passes through the gas flow path and then flows from the gas discharge hole of the upper electrode 40 to the discharge space 30. To be released.

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。 After adjusting the pressure in the vacuum processing chamber 10, high frequency power is applied to the lower electrode 20 from the high frequency power supply 91 via the matching BOX 94, and glow discharge is generated between the lower electrode 20 and the upper electrode 40. The process gas in the discharge space 30 is turned into plasma by the glow discharge, and the etching process of the wafer 50 is started by the plasma.

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。 At the same time, a DC voltage is applied to the lower electrode 20 from the DC power source 93 via the high-frequency cutoff circuit 92. The wafer 50 is electrostatically attracted to the lower electrode 20 due to the self-bias voltage generated by the plasma processing process and the DC voltage applied to the lower electrode 20 by the DC power supply 93 when the etching process using the plasma of the wafer 50 is started. Fixed.

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。 Thereafter, a heat transfer gas, for example, a processing gas, is supplied to the groove 21 from the gas source via the MFC 71 and the gas supply path 23a sequentially. At this time, the amount of the processing gas is controlled by the operation of the MFC 71 and the adjustment valve 72. That is, the gas pressure on the back surface of the wafer is controlled. As a result, the thermal resistance between the lower electrode 20 and the wafer 50 that is cooled by the cooling air flowing through the cooling channel 22, for example, water or a low-temperature liquefied gas, is reduced, and the wafer 50 is cooled.

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。 In the prior art described in Patent Document 2, as shown in FIG. 7, a heat transfer gas introducing portion 9 is provided at the center of the electrostatic adsorption electrode. The recesses formed in the gaps between the plurality of columnar protrusions, that is, the depth h of the groove 14 is approximately several hundreds of μm at the center and several tens of μm at the outer periphery. It is designed to be shallow in a straight line. By adopting such a structure, the large flow resistance at the center can be lowered, the heat transfer gas pressure can be made uniform as a whole, and thus the wafer temperature during processing can be made uniform in the plane. Yes.

特開平１０−６４９８８号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-64988 特開平１１−３３０２１９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-330219 特開２００４−１４７５２号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-14752

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。 However, the conventional techniques including the technique described in the above document have room for improvement in the following points.

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。 First, as represented by the groove in the technique described in Patent Document 1 and the columnar protrusion in the technique described in Patent Document 2, an adsorption part (convex part) for adsorbing the wafer onto the adsorption surface of the electrostatic adsorption electrode ) And a groove part (concave part) for dispersing the heat transfer gas, the cross section of the adsorbing part has an uneven shape. Here, the heat transfer gas is easily dispersed in the groove of the recess, and the heat transfer efficiency is high, but the heat transfer gas present in the recess is dispersed through a slight gap with the back surface of the wafer in the protrusion adsorption portion. Resistance is high. For this reason, pressure loss occurs, and the pressure of the heat transfer gas dispersed therein becomes low and the heat transfer effect is also reduced. For these reasons, the pressure distribution of the heat transfer gas filled between the back surface of the wafer and the adsorption surface becomes non-uniform in the surface, which affects the cooling efficiency of the wafer. As a result, there is room for improvement in that the cooling efficiency of the wafer fluctuates along the shape of the uneven portion patterned on the suction surface, and the temperature distribution of the wafer generated during the plasma processing depends on the pattern of the uneven portion. Had.

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。 Secondly, these uneven patterns need to be designed according to the diameter of the wafer to be used, the plasma processing process, and the required heat transfer gas pressure, which increases the manufacturing process of the electrostatic adsorption electrode. There was room for improvement in terms of inviting.

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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for efficiently plasma-treating a wafer by uniformly cooling the wafer.

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。 According to the present invention, the heat transfer medium dispersion part having a dielectric therein, the electrode provided on the surface of the heat transfer medium dispersion part opposite to the side on which the wafer is placed, and the heat transfer medium dispersion part A heat transfer medium injection portion provided on the electrode side, and the number density of voids in the cross section on the electrode side of the heat transfer medium dispersion portion is a cross section on the side of the heat transfer medium dispersion portion on which the wafer is placed There is provided an electrostatic attraction apparatus characterized by being smaller than the number density of voids in

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。 According to the present invention, the heat transfer medium dispersion portion having a dielectric therein is provided, and the number density of the voids that are the paths of the heat transfer medium in the cross section on the electrode side of the heat transfer medium dispersion portion is the heat transfer medium dispersion portion. This is smaller than the number density of the gaps which are the paths of the heat transfer medium in the cross section on the side where the wafer is placed. For this reason, in the vicinity of the cross section on the electrode side of the heat transfer medium dispersion part, the heat transfer medium injected from the injection part provided on the electrode side of the heat transfer medium dispersion part is suppressed from generating pressure loss, and the heat transfer medium The heat transfer medium is smoothly injected into the dispersion part, and the heat transfer medium is distributed at a uniform pressure by flowing the heat transfer medium through many air gaps in the vicinity of the cross section of the heat transfer medium dispersion part on the side where the wafer is placed. be able to. Further, since the uneven portion is not provided on the electrode, the entire surface of the wafer being processed can be electrostatically adsorbed, and the flow resistance of the heat transfer medium becomes uniform on the surface side where the wafer is adsorbed. For this reason, the pressure of the injected heat transfer medium becomes substantially the same pressure on the wafer adsorption surface side of the heat transfer medium dispersion portion, and the heat transfer effect to the wafer by the heat transfer medium can be made uniform. Therefore, the wafer can be cooled uniformly. As a result, the wafer can be efficiently plasma processed.

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。 According to the present invention, there is provided a vacuum processing chamber and any one of the above electrostatic chucking devices provided in the vacuum processing chamber, and plasma processing is performed on a wafer placed on the electrostatic chucking device. A plasma processing apparatus is provided.

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。 According to the present invention, since the wafer is placed on the electrostatic chuck that can uniformly cool the wafer being plasma-processed, the wafer can be efficiently plasma-processed.

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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which plasma-processes a wafer efficiently is provided by cooling a wafer uniformly.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

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。 First Embodiment FIG. 1 shows a schematic configuration of a plasma dry etching apparatus 200 in the present embodiment.

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。 A plasma dry etching apparatus 200 that is a plasma processing apparatus includes a vacuum processing chamber 110, a cooling system that is a heat transfer medium injection unit such as a gas supply path 123a that supplies a heat transfer gas that is a heat transfer medium to the plasma dry etching apparatus 200, It is composed of a voltage application system such as a DC power supply 193 and an electrostatic adsorption electrode 101 which is an electrostatic adsorption device. Here, gas is preferably used as the heat transfer medium.

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。 On the bottom wall of the vacuum processing chamber 110, an electrostatic adsorption electrode 101 as a sample stage is electrically insulated and provided in an airtight manner via an insulator 111. The vacuum processing chamber 110 has a discharge space 130, and an upper electrode 140 is provided inside the vacuum processing chamber 110 so as to face the electrostatic adsorption electrode 101 in the vertical direction.

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。 A gas supply path 123 a is formed in the electrostatic adsorption electrode 101. A conduit 170a that is connected to a gas source (not shown) is connected to the gas supply path 123a.

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。 The conduit 170a is provided with a mass flow controller (hereinafter abbreviated as MFC) 171 and the conduit 170b is provided with a regulating valve 172. The other end of the conduit 170 b is joined and connected to an exhaust conduit 112 that connects the vacuum processing chamber 110 and the vacuum pump 180.

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。 A coolant channel 122 is formed in the electrostatic adsorption electrode 101. In the electrostatic adsorption electrode 101, a refrigerant supply path 124a and a refrigerant discharge path 124b are formed in communication with the refrigerant flow path 122. After the mounting of the semiconductor wafer 150 on the electrostatic adsorption electrode 101 is completed, the processing gas supplied from the processing gas supply device (not shown) to the gas flow path 175 through the conduit (not shown) flows through the gas flow path 175. After that, the gas is discharged into the discharge space 130 through a gas discharge hole (not shown) of the upper electrode 140.

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。 After adjusting the pressure in the vacuum processing chamber 110, high-frequency power is applied to the electrostatic adsorption electrode 101 from the high-frequency power source 191 via the matching BOX 190, and glow discharge is generated between the electrostatic adsorption electrode 101 and the upper electrode 140. The process gas in the discharge space 130 is turned into plasma by the glow discharge, and the etching process of the semiconductor wafer 150 is started by the plasma.

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。 At the same time, a DC voltage is applied to the electrostatic chucking electrode 101 from the DC power source 193 through the high frequency cutoff circuit 192. The semiconductor wafer 150 is electrostatically attracted to the electrostatic chucking electrode 101 by the self-bias voltage generated by the plasma processing process and the DC voltage applied to the electrostatic chucking electrode 101 by the DC power supply 193 when the etching process of the semiconductor wafer 150 is started. It is electrostatically attracted to and fixed.

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。 A gas dispersion layer 102 that is a heat transfer medium dispersion portion having dielectric particles 108 made of an insulating material therein is provided on the upper surface of the electrostatic adsorption electrode 101 (the adsorption surface with the semiconductor wafer 150). . A gas supply path 123a is provided at the center of the electrostatic adsorption electrode 101, and a heat transfer gas as a heat transfer medium is supplied to the gas dispersion layer 102 through the MFC 171 and the gas supply path 123a. The heat transfer gas is dispersed inside the gas dispersion layer 102, and is then filled into the adsorption surface of the semiconductor wafer 150 and the electrostatic adsorption electrode 101 that are adsorbed and held, and the temperature is controlled by the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 122. The semiconductor wafer 150 is cooled by the heat transfer effect with the adsorption electrode 101. In addition, in this embodiment, since the gas buffer is not provided, the fall of the heat transfer efficiency of heat transfer gas can be suppressed. For this reason, the fall of the cooling efficiency of a wafer can be suppressed.

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、Ａｌ_２Ｏ_３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Ａｌ_２Ｏ_３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。 Next, FIG. 2 shows a detailed structural example (cross-sectional view) of the electrostatic chucking electrode 101 of FIG. The upper portion of the support member 103 made of a material such as Al, _Al 2 _{O 3} or the like insulator 104 having a concave cross-sectional shape made of an insulating material such as ceramics is formed on the concave portion of the insulator 104 _Al 2 _{O 3} A gas dispersion layer 102 composed of dielectric particles 108 made of an insulating material such as ceramics is formed. The insulator 104 and the gas dispersion layer 102 are dielectrics, and have a function of electrostatically adsorbing the semiconductor wafer 150 by electrostatic force such as Coulomb force when a DC high voltage is applied to an electrode 105 described later. In the gas dispersion layer 102 which is a dielectric layer, dielectric particles 108 having different particle diameters are placed inside the recesses of the insulator 104, and from the lower surface in the vicinity of the electrode 105 to the upper surface which is the adsorption surface of the semiconductor wafer 150. The particle size of the dielectric particles 108 is gradually reduced. Therefore, the lower surface is characterized in that the average cross-sectional area of the voids is large and the number density of the voids is small, and the average cross-sectional area of the voids is narrow on the upper surface and the number density of the voids is large. Here, the number density is a numerical value obtained by dividing the number of voids present in a certain cross section in the horizontal direction of the gas dispersion layer 102 by the cross sectional area of the cross section. In addition, the gap serves as a path for a heat transfer medium such as a heat transfer gas.

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。 The configuration of the gas dispersion layer 102 will be described with reference to the example shown in FIG. 2. In the case of this embodiment, the gas dispersion layer 102 has a three-layer structure each having a film thickness of about several tens to several hundreds μm, and each layer has a dielectric having a different particle size. Formed with body particles 108. The particle size of the dielectric particles 108 constituting the lower layer 102a as the third dielectric layer is arbitrary, but is preferably 10 μm or more, and more preferably about 15 μm. Moreover, although layer thickness is arbitrary, 35 micrometers or more are preferable. The particle diameter of the dielectric particles 108 constituting the middle layer 102b as the second dielectric layer is arbitrary, but is preferably 0.5 μm or more and 10 μm or less, and more preferably about 1 μm. Moreover, although layer thickness is arbitrary, 25 micrometers or more and 35 micrometers or less are preferable, and about 30 micrometers is more preferable. The particle size of the dielectric particles 108 constituting the upper layer 102c as the first dielectric layer is arbitrary, but is preferably 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, and more preferably about 0.4 μm. Moreover, although layer thickness is arbitrary, 15 micrometers or more and 25 micrometers or less are preferable, and about 20 micrometers is more preferable.

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。 Here, as a manufacturing method of the gas dispersion layer 102, for example, first, 35 μm or more of dielectric particles 108 having a particle diameter of 10 μm or more constituting the lower layer 102a serving as the third dielectric layer is laid in the recess of the insulator 104. Next, the dielectric particles 108 having a particle diameter of 0.5 μm or more and 10 μm or less constituting the middle layer 102b to be the second dielectric layer are laid between 25 μm or more and 35 μm or less, and then the upper layer 102c to be the first dielectric layer is formed. Examples thereof include a method in which the dielectric particles 108 having a particle diameter of 0.1 μm or more and 0.5 μm or less are laid between 15 μm or more and 25 μm or less.

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。 An electrode 105 made of a conductor material such as tungsten is embedded in the insulator 104, and a DC high voltage is applied during electrostatic adsorption. The semiconductor wafer 150 is attracted and held on the electrostatic attracting electrode 101 due to the potential difference between the self-bias voltage of the semiconductor wafer 150 and the electrode 105 generated by the plasma etching process.

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。 Next, the heat transfer gas is supplied to the lower center of the gas dispersion layer 102 through the gas supply path 123a. Here, as described above, in the gas dispersion layer 102, the average cross-sectional area of the voids is large on the bottom surface, the number density of the voids is small, the average cross-sectional area of the voids is narrow on the top surface, and the number of voids is It has a high density structure. For this reason, the flow resistance of the heat transfer gas increases stepwise in each layer, and the heat transfer gas supplied from the gas supply path 123 a is dispersed stepwise inside the gas dispersion layer 102. The dispersed heat transfer gas is filled with uniform pressure from countless holes on the adsorption surface of the gas dispersion layer 102. For this reason, the semiconductor wafer 150 can be uniformly cooled in the plane.

次に図２のＡ−Ａ’矢視図を図３の平面図に示す。 Next, the A-A 'arrow view of FIG. 2 is shown in the plan view of FIG.

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。 FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of the insulator 104 and the gas dispersion layer 102 that form the adsorption surface of the electrostatic adsorption electrode 101. As shown in FIG. 3, the gas dispersion layer 102 is disposed inside the adsorption surface, and the insulator 104 is disposed on the outermost periphery. The gas dispersion layer 102 is adsorbed to the inside of the back surface of the semiconductor wafer 150, and the insulator 104 is adsorbed to the outer periphery of the back surface of the semiconductor wafer 150.

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。 Since the insulator 104 is adsorbed to the outer peripheral portion of the back surface of the semiconductor wafer 150, a gas seal portion is formed on the outer peripheral portion of the adsorption surface, and it is possible to control leakage of the filled heat transfer gas to the vacuum processing chamber 110 side. It becomes possible. Since the leakage of the heat transfer gas can be controlled, the heat transfer gas pressure filling the adsorption surface can be increased, the wafer cooling efficiency is improved, and the influence on the plasma processing process in the vacuum processing chamber 110 is suppressed. It becomes possible.

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。 In addition, since the heat transfer gas is filled into the semiconductor wafer 150 from countless holes on the adsorption surface of the gas dispersion layer 102, the flow rate of the heat transfer gas becomes slow. Thereby, the rapid pressure rise of the heat transfer gas generated at the start of supply of the heat transfer gas can be suppressed. For this reason, even when the attracting force of the electrostatic attracting electrode 101 is not sufficient, it is possible to suppress the occurrence of positional deviation of the semiconductor wafer 150 due to the pressure difference from the vacuum processing chamber 110 and to suppress the particle rolling of the vacuum processing chamber 110. It becomes.

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。 Hereinafter, effects of the electrostatic adsorption electrode 101 and the dry etching apparatus 200 will be described.

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。 In the conventional technology, since the heat transfer gas is uniformly distributed on the adsorption surface with the semiconductor wafer by providing uneven portions on the dielectric film, the heat transfer gas has high heat transfer efficiency in the concave portions, but the concave portions in the convex portions. Since the heat transfer gas existing in the semiconductor wafer is dispersed through a slight gap between the back surface of the semiconductor wafer and the convex portion, the flow resistance is increased and pressure loss is generated. The problem was that the heat transfer effect was reduced. For this reason, the pressure distribution of the heat transfer gas filled between the back surface of the semiconductor wafer and the adsorption surface becomes non-uniform in the back surface of the semiconductor wafer, which may affect the cooling of the semiconductor wafer. Therefore, the cooling efficiency of the semiconductor wafer fluctuates along the shape of the concavo-convex portion patterned on the adsorption surface, and there remains a problem that the temperature distribution of the semiconductor wafer generated during processing is influenced by the pattern of the concavo-convex portion. On the other hand, in the electrostatic adsorption electrode 101, the particles of the dielectric particles 108 are gradually increased as the surface (lower surface) on which the electrode 105 is provided approaches the surface (upper surface) on which the semiconductor wafer 150 is placed. A gas dispersion layer 102 having a small diameter is used. By doing so, the gas dispersion layer 102 has a structure in which the cross-sectional area of the void portion is large on the bottom surface, the number density of the void portion is small, the cross-sectional area of the void portion is narrow on the top surface, and the number density of the void portion is large. It has become. For this reason, the flow resistance of the heat transfer gas increases stepwise from the lower surface toward the upper surface, and the gas supply channel is formed on the lower surface because the average cross-sectional area of the voids is large and the number density of the voids is small. The heat transfer gas supplied from 123a is smoothly injected into the gas dispersion layer 102 with the occurrence of pressure loss suppressed, and is dispersed stepwise within the gas dispersion layer 102. In addition, since the number density of the voids is large and the average cross-sectional area of the voids is narrow on the upper surface, the heat transfer medium can be dispersed with a uniform pressure. Therefore, the heat transfer gas can be dispersed with a substantially uniform pressure over almost the entire surface where the gas dispersion layer 102 and the semiconductor wafer 150 are in contact with each other without providing the heat transfer gas dispersion uneven portion on the electrode 105. Further, since the uneven portion is not provided, the entire surface of the semiconductor wafer 150 during plasma processing can be electrostatically adsorbed, and the flow resistance of the heat transfer gas is adsorbed to the gas dispersion layer 102. Almost uniform on the surface side. For this reason, the pressure of the injected heat transfer gas becomes substantially the same pressure on the entire surface of the gas dispersion layer 102 on the surface where the semiconductor wafer 150 is adsorbed, and the heat transfer effect to the semiconductor wafer 150 by the heat transfer gas is made substantially uniform. can do. Therefore, the semiconductor wafer 150 during plasma processing can be uniformly cooled. Further, since the electrostatic adsorption electrode 101 has the above-described effect, when the semiconductor wafer 150 is subjected to plasma etching using the dry etching apparatus 200 including the electrostatic adsorption electrode 101, the reaction heat generated during the plasma treatment causes the reaction. Plasma treatment can be efficiently performed while the heated semiconductor wafer 150 is uniformly cooled.

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。 In the prior art, a gas buffer may be provided between the support member and the dispersion layer. For this reason, when the depth of the gas buffer is equal to or greater than the average free path length of the heat transfer gas, the heat transfer effect of the heat transfer gas is reduced, and thus the cooling efficiency is lowered. In addition, when the depth of the gas buffer is shallow, the flow path resistance in the gas buffer is increased, and there is a problem that it is difficult to uniformly pass the heat transfer gas through the dispersion layer. Furthermore, since the presence of the gas buffer creates a gap between the support member and the dispersion layer, it is necessary to consider the strength of the dispersion layer made of a porous material. This required strength is the diameter of the dispersion layer. Increases in proportion to For this reason, in order to maintain the strength required for the dispersion layer, it is necessary to increase the thickness of the dispersion layer. Thereby, since the distance between the semiconductor wafer and the support member increases, it is considered that the heat transfer effect of the heat transfer gas is reduced and the cooling efficiency of the semiconductor wafer is reduced. On the other hand, in the electrostatic adsorption electrode 101, since the gas buffer is not provided between the support member 103 and the gas dispersion layer 102, generation | occurrence | production of the said subject can be suppressed. Therefore, a wide design margin such as strength and thickness of the gas dispersion layer 102 can be obtained. Therefore, even when the electrostatic chucking electrode 101 has a large diameter, the semiconductor wafer 150 can be uniformly cooled, and plasma processing can be efficiently performed while the semiconductor wafer 150 is uniformly cooled.

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。 Further, in the electrostatic adsorption electrode 101, by using the gas dispersion layer 102 in which the dielectric particles 108 whose particle diameter gradually decreases as approaching the surface on which the semiconductor wafer 150 is placed are spread inside. An increase in the flow rate of the heat transfer gas can be suppressed. For this reason, the rapid pressure rise at the time of heat transfer gas injection | pouring can be suppressed. By doing so, it is possible to prevent the positional deviation of the mounted semiconductor wafer 150 from occurring even when a suction failure due to the electrostatic chucking electrode 101 occurs. Therefore, it is possible to efficiently perform plasma processing while cooling the semiconductor wafer 150 uniformly.

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。 Moreover, in the electrostatic attraction electrode 101, since it is not necessary to form an uneven | corrugated | grooved part on the electrostatic attraction electrode 101, it is possible to suppress the increase in the manufacturing process at the time of manufacturing the plasma dry etching apparatus 200. Become.

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。 Second Embodiment This embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a mode in which the gas dispersion layer 102 has a two-layer structure and there are two heat transfer gas supply paths will be described.

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。 FIG. 4 is a drawing for explaining the detailed structure (cross-sectional view) of the electrostatic chucking electrode 160. FIG. 5 is a view taken along the arrow A-A ′ in FIG. 4. The cross-sectional shape of the insulator 104 is formed in a shape having protrusions on the outer periphery and the inside of the suction surface as shown in FIG.

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。 As shown in FIG. 5, the protrusions of the insulator 104 are formed concentrically on the outer peripheral portion of the attracting surface and the inner portion thereof. In the suction surface recesses other than the protrusions of the insulator 104, an inner gas dispersion layer 102d and an outer gas dispersion layer 102e having the structure described in the first embodiment are provided on the insulator 104. .

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。 As shown in FIG. 4, heat transfer gas is supplied from the inner gas supply path 123d to the gas dispersion layer 102d inside the adsorption surface, and transferred from the outer gas supply path 123e to the gas dispersion layer 102e outside the adsorption surface. Hot gas is supplied. These two gas supply systems are independent and each has a controllable gas source (not shown). In addition, since the protruding portion of the insulator 104 exists between the gas dispersion layer 102d and the gas dispersion layer 102e, the heat transfer gas supplied to the gas dispersion layer 102d and the gas dispersion layer 102e is transferred to the gas dispersion layer 102d and the gas dispersion layer 102e, respectively. It does not pass between the dispersion layers 102e.

以下、静電吸着電極１６０の効果について説明する。 Hereinafter, the effect of the electrostatic adsorption electrode 160 will be described.

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。 In semiconductor wafer processing using a plasma dry etching apparatus or the like, the reaction heat generated when plasma processing a single semiconductor wafer is not always the same, and therefore the temperature distribution in a single semiconductor wafer is not necessarily the same. It is not always the same. For this reason, when the semiconductor wafer is cooled, it may be necessary to adjust the amount of the heat transfer gas in accordance with the amount of heating of the semiconductor wafer generated during the plasma processing. Here, in the electrostatic chucking electrode 160, even when the heating amount is different between the central portion and the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 150, the semiconductor wafer 150 is efficiently plasma-treated by cooling as follows. Can do. That is, the semiconductor wafer 150 is adsorbed and held on the adsorption surface including the insulator 104, the inner gas dispersion layer 102d, and the outer gas dispersion layer 102e. At this time, the heat transfer gas supplied from the inner gas supply passage 123d and the outer gas supply passage 123e is supplied with a pressure difference. For example, when the heating amount of the outer peripheral portion is larger than that of the central portion, the heat transfer gas is supplied by increasing the supply pressure of the outer gas supply passage 123e. On the contrary, when the heating amount in the central part is larger than that in the outer peripheral part, the heat transfer gas is supplied by increasing the supply pressure of the inner gas supply path 123d. Here, since the heat transfer efficiency is proportional to the pressure of the supplied heat transfer gas, by providing a pressure difference when supplying the heat transfer gas between the inner gas supply path 123d and the outer gas supply path 123e, The cooling rate of the central portion and the outer peripheral portion of the semiconductor wafer 150 can be made uniform. As a result, the temperature of the semiconductor wafer 150 during plasma processing can be made more uniform, and the semiconductor wafer 150 can be plasma processed more efficiently.

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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.

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。 For example, in the above embodiment, the mode in which the gas dispersion layer 102 is formed by using the method in which the dielectric particles 108 having different particle diameters are laid in the recesses of the insulator 104 in stages has been described, but the lower layer 102a and the middle layer are described. 102b and the upper layer 102c are formed by sintering dielectric particles having different particle sizes, and then the upper layer 102c, the middle layer 102b, and the lower layer 102a are stacked in the recesses of the insulator 104 in this order to disperse the gas. Layer 102 may be formed.

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。 Alternatively, the gas dispersion layer may be formed by sintering the dielectric 104 and the dielectric particles after the dielectric particles having different particle diameters are laid in stages in the recesses of the insulator 104. Here, when the dielectric particle is sintered, it may have a shape as a particle, or once melted, it is solidified after being sintered to form a porous film shape. Sometimes.

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。 In the above embodiment, the gas dispersion layer 102 has been described as having two or three layers. However, the gas dispersion layer 102 may be a single layer having a number density gradient of voids, or four or more layers. Also good.

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。 Moreover, in the said embodiment, although the form which used the electrostatic adsorption electrode 101 for the plasma dry etching apparatus 200 was demonstrated, you may use the electrostatic adsorption electrode 101 for other apparatuses, such as a plasma CVD apparatus.

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。It is the schematic which showed the structure of the apparatus which concerns on embodiment typically. 図１の静電吸着電極の詳細構造を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the detailed structure of the electrostatic attraction electrode of FIG. 図２のＡ−Ａ’矢視による平面図である。It is a top view by A-A 'arrow of FIG. 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。It is an enlarged view which shows the detailed structure of the electrostatic attraction electrode which concerns on embodiment. 図４のＡ−Ａ’矢視による平面図である。It is a top view by A-A 'arrow of FIG. 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。It is the schematic which showed the structure of the apparatus which concerns on a prior art typically. 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。It is the schematic which showed the structure of the apparatus which concerns on a prior art typically.

Explanation of symbols

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Electrostatic adsorption electrode 102 Gas dispersion layer 102a Lower layer 102b Middle layer 102c Upper layer 102d Dispersion layer 102e Dispersion layer 103 Support member 104 Insulator 105 Electrode 108 Dielectric particle 110 Vacuum processing chamber 111 Insulator 112 Conduit 122 Refrigerant channel 123a Gas supply path 123d Gas supply path 123e Gas supply path 124a Refrigerant supply path 124b Refrigerant discharge path 130 Discharge space 140 Upper electrode 150 Semiconductor wafer 160 Electrostatic adsorption electrode 170a Conduit 170b Conduit 171 Mass flow controller 172 Adjustment valve 175 Gas flow passage 180 Vacuum pump 190 Matching BOX
191 High frequency power source 192 High frequency cutoff circuit 193 DC power source 200 Plasma dry etching apparatus

Claims

A heat transfer medium dispersion section having a dielectric therein;
An electrode provided on a surface opposite to the side on which the wafer of the heat transfer medium dispersion unit is placed;
A heat transfer medium injection section provided on the electrode side of the heat transfer medium dispersion section;
With
The number density of the voids in the cross section on the electrode side of the heat transfer medium dispersion part is smaller than the number density of the voids in the cross section on the side of the heat transfer medium dispersion part on which the wafer is placed. Electrostatic adsorption device.

The electrostatic attraction apparatus according to claim 1,
The average cross-sectional area of the gap in the cross section on the electrode side of the heat transfer medium dispersion portion is wider than the average cross-sectional area of the gap in the cross section on the side of the heat transfer medium dispersion portion on which the wafer is placed. A feature of electrostatic adsorption device.

In the electrostatic attraction apparatus according to claim 1 or 2,
The electrostatic attraction apparatus, wherein the dielectric has a particle shape.

In the electrostatic attraction apparatus according to claim 3,
Electrostatic adsorption characterized in that the average particle size of the particles on the electrode side of the heat transfer medium dispersion portion is larger than the average particle size of particles on the side of the heat transfer medium dispersion portion on which the wafer is placed. apparatus.

In the electrostatic attraction apparatus according to claim 1 or 2,
The electrostatic attraction apparatus, wherein the dielectric is composed of a porous dielectric layer formed by sintering insulating particles.

In the electrostatic attraction apparatus according to claim 1 or 2,
The electrostatic attraction apparatus, wherein the dielectric is formed by laminating a plurality of porous dielectric layers formed by sintering insulating particles.

In the electrostatic attraction apparatus in any one of Claims 1 thru | or 6,
An electrostatic chucking device comprising a plurality of the injection portions.

A vacuum processing chamber;
The electrostatic attraction apparatus according to any one of claims 1 to 7 provided in the vacuum processing chamber;
With
A plasma processing apparatus for plasma processing a wafer placed on the electrostatic chuck.