JP4943086B2 - 静電チャック装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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静電チャック部2は、上面を半導体ウエハ等の板状試料Wを載置して静電吸着する載置面4aとするとともに静電吸着用内部電極5を内蔵した基体4と、この静電吸着用内部電極5に直流電圧を印加する給電用端子6とにより構成され,この給電用端子6には高圧の直流電圧を印加する高圧直流電源7が接続されている。また、金属ベース部3は高周波発生用電極(下部電極)を兼ねるもので、高周波電圧発生用電源8に接続され、その内部に水や有機溶媒等の冷却用媒体を循環させる流路9が形成されている。そして、チャンバーは接地されている。
この高周波電界により電子が加速され、この電子と処理ガスとの衝突電離によりプラズマが発生し、このプラズマにより各種処理を行うことができる。
このプラズマ処理装置11は、プラズマ処理の面内均一性を向上させるために、高周波電力を印加する下部電極(金属ベース部)12の上部電極13と対向する側の表面の中央部にセラミックス等の誘電体層14を埋設して電界強度分布を均一にしたものである。なお、図中、15は高周波発生用電源、PZはプラズマ、Eは電界強度、Wは板状試料である。
このプラズマ処理装置11では、高周波発生用電源15により下部電極12に高周波電力を印加すると、表皮効果により下部電極12の表面を伝播して上部に達した高周波電流は、板状試料Wの表面に沿って中央に向かいつつ、一部が下部電極12側に漏れ、その後、下部電極12の内部を外側へ向かって流れる。この過程で高周波電流は、誘電体層14が設けられている部分では、誘電体層14が設けられていない部分と比べてより深く潜めることによりTMモードの空洞円筒共振を発生させる。その結果、板状試料Wの面上からプラズマに供給する中央部分の電界強度が弱くなり、板状試料Wの面内の電界が均一になる。
この静電チャック装置16は、誘電体層17に導電性の静電吸着用内部電極18を内蔵した構造であり、例えばアルミナ等を溶射して形成された2つの誘電体層にて導電性の静電吸着用内部電極を挟持したものである。
この静電チャック装置16では、高圧直流電源7により静電吸着用内部電極18に高圧直流電力を印加して誘電体層17の表面に生じる静電吸着力を利用することにより,板状試料Wを静電吸着し固定している。
言い換えると、静電チャック装置16内に静電吸着用内部電極18が存在するために、プラズマPZからは誘電体層14が見えなくなってしまい、この誘電体層14が埋設された領域のプラズマの電位を低くするための効果が発揮できなくなってしまうこととなる。この結果、板状試料Wの中央部の上方のプラズマの電位が高く、周縁部の電位が低い状態となり、板状試料Wの中央部と周縁部とで処理速度が異なってしまうため、エッチング等のプラズマ処理における面内不均一の要因となっていた。
(1)金属ベース部の静電チャック部側の主面に凹部を形成し、この凹部内に誘電体板を固定し、この誘電体板と静電チャック部とを、絶縁性の接着・接合剤層を介して接着・接合するとともに、この誘電体板と凹部とを、体積固有抵抗が1.0×10−2Ω・cm以下の導電性の接着・接合剤層を介して接着・接合する。
(2)金属ベース部の静電チャック部側の主面に凹部を形成し、この凹部に静電チャック部を固定し、この静電チャック部と凹部とを、体積固有抵抗が1.0×10−2Ω・cm以下の導電性の接着・接合剤層を介して接着・接合する。
前記金属ベース部の前記静電チャック部側の主面に凹部が形成され、この凹部に前記静電チャック部が固定され、前記静電チャック部と前記凹部とは、体積固有抵抗が1.0×10−2Ω・cm以下の導電性の接着・接合剤層を介して接着・接合され、前記静電吸着用内部電極の体積固有抵抗は、1.0×10 −1 Ω・cm以上かつ1.0×10 8 Ω・cm以下であることを特徴とする。
本発明の請求項16記載のプラズマ処理装置は、プラズマ処理を施すためのチャンバー内に、請求項1ないし15のいずれか1項記載の静電チャック装置を搭載してなることを特徴とする。
また、金属ベース部の凹部に静電チャック部を固定したので、金属ベース部と静電チャック部との間の位置決め及び固定を容易に行うことができる。
なお、以下の各実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明の第1の実施形態の単極型の静電チャック装置を示す断面図であり、この静電チャック装置21は、静電チャック部22と、金属ベース部23と、誘電体板24とにより構成されている。
静電チャック部22は、上面(一主面)を板状試料Wを載置する載置面とし静電吸着用内部電極25を内蔵した円板状の基体26と、この静電吸着用内部電極25に直流電圧を印加する給電用端子27とにより構成されている。
この金属ベース部23の静電チャック部22側の表面(主面)には、円形状の凹部34が形成され、この凹部34内には体積固有抵抗が1.0×10−2Ω・cm以下の導電性の接着・接合剤層35を介して誘電体板24が接着・固定され、この誘電体板24と静電チャック部22の支持板32とは、絶縁性の接着・接合剤層36を介して接着・接合されている。
誘電体板24と凹部34とのクリアランスが2.0mmを上回ると、板状試料Wの面内均熱性が低下してプラズマ処理の均一化を図ることができなくなる虞がある。
この導電性フィラー含有シリコーン系接着・接合剤としては、Ag、Al、Cu、カーボン(C)等の導電性フィラーを含むシリコーン系接着・接合剤が挙げられる。
また、金属系接着・接合剤としては、In、Sn、Ag、Zn等の金属を含むロウ材が挙げられる。
例えば、誘電体板24及び支持板32が酸化アルミニウム(Al2O3)焼結体または窒化アルミニウム(AlN)焼結体からなる場合、窒化アルミニウム添加シリコーン系接着・接合剤が好適である。
ここで、この絶縁性の接着・接合剤層36の熱伝導率を0.3W/m2K以上と限定した理由は、熱伝導率が0.3W/m2K未満では、金属ベース部23から板状試料Wへの熱伝導性が低下し、板状試料Wを所望の一定の温度に維持することが困難になるからである。
また、誘電体板24の絶縁性の接着・接合剤層36側の形状が、中心部が厚く周縁部が薄い、同心円の階段状または円錐状の場合には、絶縁性の接着・接合剤層36の中心部を薄く、周縁部を厚くすればよい。
これにより、板状試料Wの面内均熱性が向上し、プラズマ処理の均一化が図られることとなる。
また、載置板31、支持板32、静電吸着用内部電極25及び金属ベース部23には、これらを貫通する冷却ガス導入孔39が形成され、この冷却ガス導入孔39により載置板31と板状試料Wの下面との隙間にHe等の冷却ガスが供給されるようになっている。
また、この上面31aの周縁部には、He等の冷却ガスが漏れないように、この周縁部に沿って連続し、かつ突起部の高さと同じ高さの壁部(図示略)が、この上面31aの周縁部を一巡するように形成されている。
「載置板及び支持板」
載置板31及び支持板32は、ともに、セラミックスからなるものである。
このセラミックスとしては、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(Si3N4)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、サイアロン、窒化ホウ素(BN)、炭化ケイ素(SiC)から選択された1種からなるセラミックス、あるいは2種以上を含む複合セラミックスが好ましい。
以上のことを考慮すれば、載置板31及び支持板32は、実質的に1重量%以上かつ20重量%以下の炭化ケイ素を含み、残部を酸化アルミニウムとする炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体が好ましい。
炭化ケイ素粒子の平均粒子径が0.2μmを超えると、プラズマ照射時の電場が炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体中の炭化ケイ素粒子の部分に集中し、炭化ケイ素粒子の周辺が損傷を受け易くなるからである。
酸化アルミニウム粒子の平均粒子径が2μmを超えると、炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体がプラズマエッチングされ、スパッタ痕が形成され易くなり、表面粗さが粗くなるからである。
静電吸着用内部電極25は、厚みが10μm〜50μm程度の平板状のセラミックスが用いられ、静電チャック装置の使用温度下における体積固有抵抗は、1.0×10−1Ω・cm以上かつ1.0×108Ω・cm以下が好ましく、より好ましくは1.0×102Ω・cm以上かつ1.0×104Ω・cm以下である。
(1)酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスに、炭化ケイ素(SiC)等の半導体セラミックスを添加した複合焼結体。
(2)酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスに、窒化タンタル(TaN)、炭化タンタル(TaC)、炭化モリブデン(Mo2C)等の導電性セラミックスを添加した複合焼結体。
(3)酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスに、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)等の高融点金属を添加した複合焼結体。
(4)酸化アルミニウム等の絶縁性セラミックスに、炭素(C)等の導電材料を添加した複合焼結体。
絶縁材層33は、載置板31と支持板32とを接合一体化するためのものであり、また、静電吸着用内部電極25をプラズマや腐食性ガスから保護するためのものである。この絶縁材層33を構成する材料としては、載置板31及び支持板32と主成分が同一の絶縁性材料が好ましく、例えば、載置板31及び支持板32が炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体により構成されている場合には、酸化アルミニウム(Al2O3)とするのが好ましい。
誘電体板24は、静電チャック部22の中央部の電界強度を低下させるためのものであり、金属ベース部23に高周波電力を印加した場合の静電チャック部22の表面の電界強度がさらに均一化する。これにより、プラズマ密度がさらに均一化される。
このような誘電体板24としては、絶縁性に優れ、かつ、熱伝導度が良好なセラミックスが好ましく、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)焼結体、窒化アルミニウム(AlN)焼結体等を挙げることができる。
この誘電体板24の厚みが1mmを下回ると、静電チャック部22の中央部の電界強度を低下させるのに充分な効果が得られず、一方、誘電体板24の厚みが15mmを越えると、金属ベース部23から板状試料Wへの熱伝導度が低下し、板状試料Wを所望の一定の温度に維持することが困難になる。
本実施形態の静電チャック装置の製造方法について説明する。
ここでは、載置板31及び支持板32を、実質的に1重量%〜20重量%の炭化ケイ素を含む炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体を用いて製造する場合を例にとり説明する。
用いる炭化ケイ素(SiC)の原料粉末としては、平均粒子径が0.1μm以下の炭化ケイ素粉末を用いることが好ましい。
また、この炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体からなる載置板31は、プラズマに曝されたときに電場が炭化ケイ素(SiC)粒子の部分に集中して大きな損傷を受け易くなり、プラズマ耐性が低く、プラズマ損傷後の静電吸着力が低下する虞があるからである。
その理由は、平均粒子径が1μmを越える酸化アルミニウム(Al203)粉末を用いて得られた炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体においては、複合焼結体中の酸化アルミニウム(Al203)粒子の平均粒子径が2μmを越えるために、載置板31の板状試料を載置する側の上面31aがプラズマによりエッチングされ易くなり、よって、スパッタ痕が形成されることとなり、この上面31aの表面粗さが粗くなり、静電チャック装置21の静電吸着力が低下する虞があるからである。
なお、使用する酸化アルミニウム(Al203)粉末としては、平均粒子径が1μm以下かつ高純度のものであればよく、特段限定されない。
次いで、得られた混合粉を、金型を用いて所定形状に成形し、その後、得られた成形体を、例えば、ホットプレス(HP)を用いて、加圧しながら焼成し、炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体を得る。
また、焼成時の雰囲気としては、炭化ケイ素の酸化を防止するという観点で、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気等の不活性雰囲気が好ましい。
この様にして得られた2枚の炭化ケイ素−酸化アルミニウム複合焼結体のうち、一方の複合焼結体の所定位置に給電用端子挿入孔37を機械加工により形成し、支持板32とする。
また、誘電体板24の絶縁性の接着・接合剤層36側の形状が、中心部が厚く周縁部が薄い、同心円の階段状または円錐状の場合には、絶縁性の接着・接合剤の塗膜の厚みを、中心部を薄く、周縁部を厚くすればよい。
これにより、板状試料Wの面内均熱性が向上し、プラズマ処理の均一化が可能になる。
以上により、本実施形態の静電チャック装置を得ることができる。
図2は、本発明の第2の実施形態の静電チャック装置を示す断面図であり、本実施形態の静電チャック装置41が第1の実施形態の静電チャック装置21と異なる点は、金属ベース部23の静電チャック部22側の表面(主面)に、静電チャック部22の下面と同一形状でありかつ深さが静電チャック部22の高さと比べて浅い凹部42を形成し、この凹部42と静電チャック部22の下部の支持板32とを、静電チャック装置の使用温度下における体積固有抵抗が1.0×10−2Ω・cm以下の導電性の接着・接合剤層35を介して接着・接合した点である。
また、凹部42と基体26とのクリアランスは、数値範囲としては、2.0mm以下が好ましく、より好ましくは1.5mm以下、さらに好ましくは1.0mm以下である。
凹部42と基体26とのクリアランスが2.0mmを上回ると、板状試料Wの面内均熱性が低下してプラズマ処理の均一化を図ることができない虞がある。
また、金属ベース部23と静電チャック部22との間の位置決め及び固定を容易かつ確実に行うことができる。
図3は、本発明の第3の実施形態の静電チャック装置の誘電体板を示す断面図であり、本実施形態の誘電体板51が第1の実施形態の誘電体板24と異なる点は、誘電体板51の厚みが中央部から周縁部に向かって同心円状に漸次薄くなる様に、誘電体板51の下面51aを円錐状とした点である。
この誘電体板51を用いる場合、金属ベース部23に誘電体板51の下面51aと相補形状の凹部52を形成すると、金属ベース部23と誘電体板51との間の位置決め及び固定が容易かつ確実になる。
また、金属ベース部23に、誘電体板51の下面51aと相補形状の凹部52を形成すれば、金属ベース部23と誘電体板51との間の位置決め及び固定を容易かつ確実に行うことができる。
図4は、本発明の第4の実施形態の静電チャック装置の誘電体板を示す断面図であり、本実施形態の誘電体板61が第1の実施形態の誘電体板24と異なる点は、誘電体板61の厚みが中央部から周縁部に向かって同心円状に段階的に薄くなる様に、誘電体板61の下面61aを断面階段状とした点である。
この誘電体板61を用いる場合、金属ベース部23に誘電体板61の下面61aと相補形状の凹部62を形成すると、金属ベース部23と誘電体板61との間の位置決め及び固定が容易かつ確実になる。
また、金属ベース部23に、誘電体板61の下面61aと相補形状の凹部62を形成すれば、金属ベース部23と誘電体板61との間の位置決め及び固定を容易かつ確実に行うことができる。
図5は、本発明の第5の実施形態の静電チャック装置の支持板を示す断面図であり、本実施形態の支持板71が第2の実施形態の支持板32と異なる点は、支持板71の厚みが中央部から周縁部に向かって同心円状に漸次薄くなる様に、支持板71の下面71aを円錐状とした点である。
この支持板71を用いる場合、金属ベース部23に支持板71の下面71aと相補形状の凹部72を形成すると、金属ベース部23と支持板71との間の位置決め及び固定が容易かつ確実になる。
また、金属ベース部23に、支持板71の下面71aと相補形状の凹部72を形成すれば、金属ベース部23と支持板71との間の位置決め及び固定を容易かつ確実に行うことができる。
図6は、本発明の第6の実施形態の静電チャック装置の支持板を示す断面図であり、本実施形態の支持板81が第2の実施形態の支持板32と異なる点は、支持板81の厚みが中央部から周縁部に向かって同心円状かつ段階的に薄くなる様に、支持板81の下面81aを断面階段状とした点である。
この支持板81を用いる場合、金属ベース部23に支持板81の下面81aと相補形状の凹部82を形成すると、金属ベース部23と支持板81との間の位置決め及び固定が容易かつ確実になる。
また、金属ベース部23に、支持板81の下面81aと相補形状の凹部82を形成すれば、金属ベース部23と支持板81との間の位置決め及び固定を容易かつ確実に行うことができる。
図7は、本発明の第7の実施形態の静電チャック装置の基体を示す断面図であり、本実施形態の基体91が第1の実施形態の基体26と異なる点は、載置板31と支持板32との間に挟持された静電吸着用内部電極が、同心円状の複数の電極部93〜95により構成され、これらの電極部93〜95間及び中心部にはそれぞれ絶縁材層96が形成され、これらの電極部93〜95それぞれに給電用端子27、…が接続され、給電用端子27、…は直流電源97を介して接地されている点である。
図8は、本発明の第8の実施形態の双極型の静電チャック装置の基体を示す断面図であり、本実施形態の基体101が第7の実施形態の基体91と異なる点は、複数の電極部93〜95それぞれに給電用端子27、27を介して直流電源97が接続されて双極型の静電チャック装置とされている点である。
本実施形態においても、第7の実施形態と全く同様の効果を奏することができる。
図9は、本発明の第9の実施形態の静電チャック装置の静電吸着用内部電極を示す平面図であり、本実施形態の静電吸着用内部電極111が第1の実施形態の静電吸着用内部電極25と異なる点は、中央部に、この静電吸着用内部電極111の全面積の1/9以上かつ4/9以下の面積の円形状の開口112が形成され、この開口112に絶縁材層96が充填されている点である。
図10は、本発明の第10の実施形態の静電チャック装置の静電吸着用内部電極を示す平面図であり、本実施形態の静電吸着用内部電極121が第9の実施形態の静電吸着用内部電極111と異なる点は、全体形状を矩形状とし、その中央部に、この静電吸着用内部電極121の全面積の1/9以上かつ4/9以下の面積の矩形状の開口122が形成され、この開口122に絶縁材層96が充填されている点である。
本実施形態においても、第9の実施形態と全く同様の効果を奏することができる。
22 静電チャック部
23 金属ベース部
24 誘電体板
25 静電吸着用内部電極
26 基体
27 給電用端子
28 流路
31 載置板
31a 上面
32 支持板
33 絶縁材層
34 凹部
35 導電性の接着・接合剤層
36 絶縁性の接着・接合剤層
37 給電用端子挿入孔
38 碍子
39 冷却ガス導入孔
41 静電チャック装置
42 凹部
51 誘電体板
51a 下面
52 凹部
61 誘電体板
61a 下面
62 凹部
71 支持板
71a 下面
72 凹部
81 支持板
81a 下面
82 凹部
91 基体
93〜95 電極部
96 絶縁材層
97 直流電源
101 基体
111 静電吸着用内部電極
112 開口
121 静電吸着用内部電極
121 開口
W 板状試料
Claims (16)
- 一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵した基体と、この静電吸着用内部電極に直流電圧を印加する給電用端子とを備えた静電チャック部と、
この静電チャック部の基体の他の主面に固定されて一体化され、高周波発生用電極となる金属ベース部とを備え、
前記金属ベース部の前記静電チャック部側の主面に凹部が形成され、この凹部内に誘電体板が固定され、
この誘電体板と前記静電チャック部とは、絶縁性の接着・接合剤層を介して接着・接合され、
前記誘電体板と前記凹部とは、体積固有抵抗が1.0×10−2Ω・cm以下の導電性の接着・接合剤層を介して接着・接合され、
前記静電吸着用内部電極の体積固有抵抗は、1.0×10 −1 Ω・cm以上かつ1.0×10 8 Ω・cm以下であることを特徴とする静電チャック装置。 - 前記誘電体板の厚みは、中央部から周縁部に向かって薄くなっていることを特徴とする請求項1記載の静電チャック装置。
- 前記誘電体板と前記凹部とのクリアランスは、前記誘電体板が円形の場合は直径の0.1%以上であり、前記誘電体板が矩形の場合は該矩形の対角線の長さの0.1%以上であることを特徴とする請求項1または2記載の静電チャック装置。
- 前記誘電体板と前記凹部とのクリアランスは、2.0mm以下であることを特徴とする請求項1、2または3記載の静電チャック装置。
- 前記凹部は、前記誘電体板の該凹部側の主面と相補形状であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記静電チャック部と前記金属ベース部との間の熱伝導度は、前記静電チャック部の全吸着領域に亘って均一であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 一主面を板状試料を載置する載置面とするとともに静電吸着用内部電極を内蔵した基体と、この静電吸着用内部電極に直流電圧を印加する給電用端子とを備えた静電チャック部と、
この静電チャック部の基体の他の主面に固定されて一体化され、高周波発生用電極となる金属ベース部とを備え、
前記金属ベース部の前記静電チャック部側の主面に凹部が形成され、この凹部に前記静電チャック部が固定され、
前記静電チャック部と前記凹部とは、体積固有抵抗が1.0×10−2Ω・cm以下の導電性の接着・接合剤層を介して接着・接合され、
前記静電吸着用内部電極の体積固有抵抗は、1.0×10 −1 Ω・cm以上かつ1.0×10 8 Ω・cm以下であることを特徴とする静電チャック装置。 - 前記基体の厚みは、中央部から周縁部に向かって薄くなっていることを特徴とする請求項7記載の静電チャック装置。
- 前記基体と前記凹部とのクリアランスは、前記基体が円形の場合は直径の0.1%以上であり、前記基体が矩形の場合は該矩形の対角線の長さの0.1%以上であることを特徴とする請求項7または8記載の静電チャック装置。
- 前記基体と前記凹部とのクリアランスは、2.0mm以下であることを特徴とする請求項7、8または9記載の静電チャック装置。
- 前記凹部は、前記基体の他の主面と相補形状であることを特徴とする請求項7ないし10のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記静電チャック部と前記金属ベース部との間の熱伝導度は、前記静電チャック部の全吸着領域に亘って均一であることを特徴とする請求項7ないし11のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記導電性の接着・接合剤層は、導電性フィラー含有シリコーン系接着・接合剤または金属系接着・接合剤からなることを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記静電吸着用内部電極は、互いに絶縁された同心円状の複数の電極部からなり、これらの電極部それぞれに前記給電用端子が接続されていることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- 前記静電吸着用内部電極の中央部には、この静電吸着用内部電極の全面積の1/9以上かつ4/9以下の面積の開口が形成され、この開口には絶縁材料が充填されていることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項記載の静電チャック装置。
- プラズマ処理を施すためのチャンバー内に、請求項1ないし15のいずれか1項記載の静電チャック装置を搭載してなることを特徴とするプラズマ処理装置。
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