JPH06283595A - 静電吸着ステージおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ・チャンバ内における主プラズマの
有無と無関係に単極式静電吸着機構を動作させ、ウェハ
の十分な予備冷却や吸脱着を行う。 【構成】 内部電極２を内蔵する誘電体ブロック１を貫
通しウェハ載置面１ａに開口する絶縁シリンダ８を設
け、この中にＨｅ等の補助プラズマ生成用ガスを導入
し、該絶縁シリンダ８内に収容された補助電極９にＲＦ
電力を印加してウェハＷの裏面との間で補助プラズマＰ
₁ を生成させる。この補助プラズマＰ₁ を介してアース
からウェハＷへの電荷蓄積（矢印Ｄ₁ ）、またはウェハ
Ｗからアースへの残留電荷の放電を行う。従来の単極式
静電吸着機構と異なり、主プラズマが存在しなくても対
向アースをとれるので、ウェハＷ表面に既に形成された
パターンの異方性形状が劣化したり、下地選択性が低下
する虞れがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体プロセス等にお
いてプラズマ・チャンバ内で基板（ウェハ）を保持する
ための静電吸着ステージおよびその使用方法に関し、特
にプラズマ・チャンバ内に生成するプラズマ（以下、主
プラズマと称する。）に依存しない単極式静電吸着機構
の動作を実現することにより、主プラズマに起因する基
板表面へ影響を回避しながらウェハの温度制御や吸脱着
を可能とする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の集積度や性能の向上に伴
い、各種のプラズマ・プロセスに対する要求水準も一段
と厳しさを増している。特に近年のドライエッチング分
野では、高速性、高異方性、低汚染性、低ダメージ性等
の互いに取捨選択の関係にある諸々のエッチング特性を
いずれも高いレベルで満足させる技術が切望されてい
る。

【０００３】低温エッチングは、かかる背景から有望視
されている技術のひとつである。これは、ウェハの温度
を通常０℃以下に保持することにより、深さ方向のエッ
チング速度をイオン・アシスト効果により実用レベルに
維持したまま、等方的なラジカル反応を抑制し、入射イ
オン・エネルギーの比較的低い領域で高異方性を達成し
ようとする技術である。ウェハの冷却は、一般にこれを
載置するウェハ・ステージに内蔵された冷却配管に適当
な冷媒を循環させることにより行われる。

【０００４】低温エッチングでは、ウェハ・ステージと
ウェハとの間の熱伝達をウェハ面内で均一化し、エッチ
ング速度の面内バラつきを最小限に抑制することがエッ
チングの成否を左右する鍵となる。このため、低温エッ
チングにおける静電吸着機構の採用は、ほぼ必須の条件
と認識されている。静電吸着機構とは、絶縁部材中に埋
設された内部電極に直流電圧を印加し、この絶縁部材と
その上に載置されたウェハとの間に発現するクーロン力
を利用してウェハを吸着固定させる機構である。これに
より、ウェハとウェハ・ステージ間の密着性が向上して
両者間の熱伝導が促進され、ウェハ温度の面内分布が均
一化されるわけである。

【０００５】ところで、静電吸着機構にはウェハが導
体，半導体，誘電体のいずれであるか、またウェハをア
ースするか否かにより幾つかの異なる方式が知られてい
るが、近年主流となりつつあるのは単極式と呼ばれる方
式である。これは、ウェハが導体または半導体である場
合に、絶縁部材中の単一の内部電極に所定の極性の直流
電圧を印加する方式であり、対向アースはプラズマ・チ
ャンバ内に生成するプラズマ、すなわち主プラズマを経
由し、該プラズマ・チャンバの壁を通じてとられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の単極式静電吸着
機構は、ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜の耐圧劣化を生
じにくいという重要なメリット故に、近年広く用いられ
るようになった。しかし、対向アースをプラズマ・チャ
ンバの壁を通じてとる方式であるため、原理上、主プラ
ズマが生成していないとウェハの吸着／脱着を可能とす
る電荷の授受を行うことができない。このことは、具体
的には次のような問題点として現れる。

【０００７】まず、エッチングを行う前にウェハをウェ
ハ・ステージに密着させることができないため、エッチ
ング前にウェハを十分に冷却することができない。した
がって、設定温度によってはウェハ面に温度勾配が残っ
た状態でエッチングを開始せざるを得ず、エッチングの
面内均一性が劣化する虞れがある。あるいは、エッチン
グの初期にラジカル反応を十分に抑制することができ
ず、異方性が劣化することも考えられる。つまり、予備
冷却の不足により低温エッチングのメリットが十分に活
かされないケースが生ずるわけである。

【０００８】この予備冷却不足の問題を解決するため
に、後工程のエッチングには関与しない予備放電用ガス
をプラズマ・チャンバ内に導入し、イオンを加速しない
条件下で予備放電を行うことも提案されている。しか
し、このことにより別の問題が生ずる場合がある。たと
えば、予備放電用ガスとして広く利用されるＯ₂ を導入
すると、プラズマ中でランダムに運動するＯ^* が優勢と
なり、エッチング前にレジスト・マスクの異方性形状が
劣化してしまう虞れがある。

【０００９】一方、エッチングを終了した後にも問題が
生ずる。すなわち単極式静電吸着機構の場合、内部電極
への直流電圧の印加を停止しても電荷が残留するため、
ウェハをウェハ・ステージから脱着するためにはエッチ
ングに用いたプラズマを消滅させた後、残留ガスを利用
するかもしくはエッチングには関与しないガスをプラズ
マ・チャンバ内に導入し、同様にイオンを加速しない条
件下で後放電を行う必要がある。

【００１０】しかし、たとえば３層レジスト・プロセス
において酸素系ガスを含むエッチング・ガスを用いて下
層レジスト層のエッチングを終了した後、残留ガスを利
用して後放電を行った場合、折角形成された下層レジス
ト・パターンの異方性形状がランダムに運動するＯ^* の
寄与により劣化してしまう虞れがある。あるいは、フル
オロカーボン系ガスを用いてホール（接続孔）加工を行
った後にＯ₂ を導入すると、フルオロカーボン系ガスの
残留分の解離がＯ^* により促進され、生成した大量のＦ
^* の作用で下地のＳｉ基板が浸触されてしまうといった
不都合も生ずる。

【００１１】そこで本発明は、主プラズマを用いて予備
放電あるいは後放電を行うことに起因するウェハ表面へ
の悪影響を防止しながら、ウェハの十分な温度制御や吸
脱着を行うことを可能とする静電吸着ステージ、および
その使用方法を提案することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
成するために提案されるものである。まず、本発明の静
電吸着ステージは、基板を載置するための誘電体ブロッ
クと、この誘電体ブロックに埋設された単一の内部電極
に接続される直流電圧印加手段と、絶縁壁材により前記
内部電極から絶縁され、一端が前記誘電体ブロックの基
板載置面に開口される中空部と、この中空部内に補助プ
ラズマ生成用ガスを導入するガス導入手段と、前記中空
部内において前記基板載置面から所定の距離を隔てた位
置に設置される補助電極と、この補助電極に放電開始電
圧以上の電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記基
板載置面に載置される基板の裏面と前記補助電極との間
で前記補助プラズマ生成用ガスを放電解離させて補助プ
ラズマを生成するようになされたものである。

【００１３】本発明の静電吸着ステージはまた、前記補
助電極が前記中空部の断面にわたって配設され、該補助
電極の内部を通過して導入された補助プラズマ生成用ガ
スの一部を用いて基板を裏面から冷却するようになされ
たものである。

【００１４】本発明の静電吸着ステージはさらに、前記
誘電体ブロックが基板を冷却するための冷却ブロックに
接触されてなるものである。

【００１５】本発明の静電吸着ステージの使用方法は、
前記静電吸着ステージの前記誘電体ブロックの基板載置
面に基板を載置し、前記内部電極に直流電圧を印加する
段階と、前記中空部内に補助プラズマ生成用ガスを導入
すると共に、前記補助電極に前記電圧印加手段を用いて
放電開始電圧以上の電圧を印加し、該中空部内に補助プ
ラズマを生成させる段階と、前記補助電極への電圧印加
を停止する段階とを経ることにより、前記補助プラズマ
を通じた電荷蓄積を行って基板を前記誘電体ブロック上
に吸着させるものである。

【００１６】本発明の静電吸着ステージの使用方法はさ
らに、プラズマ・チャンバ内において前記静電吸着ステ
ージの前記誘電体ブロック上に吸着された基板に対して
所定のプラズマ処理を終了した後、該プラズマ・チャン
バ内のプラズマを消滅させる段階と、前記内部電極への
直流電圧印加を停止する段階と、前記中空部内に補助プ
ラズマ生成用ガスを導入すると共に、前記補助電極に前
記電圧印加手段を用いて放電開始電圧以上の電圧を印加
し、該中空部内に補助プラズマを生成させる段階と、前
記補助電極への電圧印加を停止する段階とを経ることに
より、前記補助プラズマを通じた電荷放出を行って基板
を前記誘電体ブロックから脱着するものである。

【００１７】

【作用】本発明のポイントは、単極式静電吸着機構を有
する静電吸着ステージに半導体ウェハを保持した場合の
対向アースを、ウェハの裏面に生成させた補助プラズマ
を通じてとることにより、チャンバ内の主プラズマの有
無とは無関係に上記機構を動作させる点にある。

【００１８】本発明の静電吸着ステージにおいて、上記
補助プラズマはウェハの裏面に向けて開口する中空部の
内部に生成される。この中空部は絶縁壁材に囲撓される
ことにより誘電体ブロックに埋設された内部電極から絶
縁されており、内部に補助電極を収容し、かつ補助プラ
ズマ生成用ガスが導入されるようになされている。この
補助電極とウェハの裏面との間の距離（ギャップ長）と
ガス圧で決まる電圧が該補助電極に印加されると、中空
部内に補助プラズマを生成させることができる。この補
助プラズマの生成は、主プラズマの生成とは全く独立で
ある。

【００１９】ここで、上記補助電極としては、もちろん
ごく一般的な平板状のものを用いることもできるが、前
記中空部の断面にわたって配設され、自身の構造の内部
を補助プラズマ生成用ガスを通過させるようなものを用
いても良い。この場合、補助プラズマ生成用ガスの一部
を中空部の開口を介して常にウェハの裏面へ向けて流出
させれば、ウェハの冷却を支援することもできる。

【００２０】本発明の静電吸着ステージは、上述のよう
に補助プラズマを通じて電荷の授受を行うことができる
ので、主プラズマの生成に先立ってウェハの温度制御を
十分にかつ均一に行いたい場合に極めて有効である。特
に、低温エッチングを想定して前記誘電体ブロックが基
板を冷却するための冷却ブロックに接触されている場合
には、効果的な予備冷却が行えるわけである。

【００２１】ここで、所定のプラズマ処理を開始する前
にウェハを静電吸着ステージ上に吸着させるには、まず
ウェハを載置した誘電体ブロックの内部電極に直流電圧
を印加して該誘電体ブロックに電荷を誘起させ、次に補
助電極に放電開始電圧以上の電圧を印加して中空部内に
補助プラズマを生成させる。これにより、補助プラズマ
と補助電極を通じてアースからウェハへ電荷が蓄積され
る。ウェハにある程度の電荷が蓄積されたところで補助
プラズマを消滅させれば、ウェハはアースから絶縁され
た（フローティング）状態となり、静電吸着ステージ上
に吸着される。

【００２２】一方、所定のプラズマ処理を終了した後に
ウェハを静電吸着ステージから脱着するためには、まず
主プラズマを消滅させ、誘電体ブロックの内部電極への
直流電圧の印加を停止し、さらに補助電極に放電開始電
圧以上の電圧を印加して中空部内に補助プラズマを生成
させる。これにより、補助プラズマと補助電極を通じて
ウェハからアースへ残留電荷が放電される。放電が終了
したところで補助プラズマを消滅させれば、ウェハを静
電吸着ステージから脱着することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２４】実施例１ 本実施例では、補助プラズマ生成用に円盤状の補助電極
を用いた静電吸着ステージの構成について説明する。本
実施例の静電吸着ステージの構成例を、図１に示す。こ
のステージの主な構成要素は、単極式静電吸着機構、冷
却機構、および補助プラズマ生成機構である。

【００２５】まず、単極式静電吸着機構は、円柱状の誘
電体ブロック１とこれに埋設された円盤状の内部電極２
を主体とする機構である。上記誘電体ブロック１の上面
はウェハ載置面１ａであり、その中央には後述の冷却ガ
ス供給管５の一端が開口部５ａとして開口され、さらに
この開口部５ａを中心とした放射状および同心円状の溝
部６が冷却ガスの流路として刻設されている。

【００２６】内部電極２からは、絶縁スリーブ７に囲撓
された接続ピン２ａが後述の冷却ブロック３中を貫通す
る形で導出されており、この接続ピン２ａに直流電源
（図２の符号１２参照。）がスイッチ（図２の符号１１
参照。）を介して接続される。

【００２７】冷却機構は、上記誘電体ブロックの直下に
接触され、導電材料から構成される円柱状の冷却ブロッ
ク３と、この内部を貫通して矢印Ａ₁ ，Ａ₂ 方向に適当
な冷媒を循環させるための冷却配管４、および冷却ガス
供給管５を主体とする機構である。ここで、図１では便
宜上、上記冷却配管４を冷却ブロック３中に挿通される
パイプ状部材のごとく描いてあるが、実際には冷却ブロ
ック３が上下に２分割され、半ブロックの各々に冷却配
管４のパターンに応じた溝が形成され、これらを重ね合
わせることにより冷媒の流路が形成されているのが一般
的である。

【００２８】冷却ステージ３は、中央部を脚部３ａに支
持されている。上記冷却ガス供給管５は、この脚部３ａ
の中心を通り、さらに冷却ブロック３、内部電極２、誘
電体ブロック１を貫通してウェハ載置面１ａの中央部に
開口されている。ウェハ載置面１ａにウェハ（図２の符
号Ｗ参照。）が吸着された状態でこの冷却ガス供給管５
に矢印Ｂ方向からＨｅ等の冷却ガスを導入すると、冷却
ガスは開口部５ａから放出されて溝部６とウェハＷの裏
面との間に形成された微細な空間内に行き渡る。この冷
却ガスにより、冷却ブロック３とウェハＷとの間の熱的
接触状態が良好に維持される。

【００２９】なお、本実施例の静電吸着ステージをたと
えばＲＦバイアス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置に適用する場合には、上記脚部３ａにバ
イアス印加用のＲＦ電源を接続すれば、ウェハ面への入
射イオン・エネルギーを制御することが可能である。

【００３０】本発明のポイントである補助プラズマ生成
機構は、絶縁シリンダ８、この絶縁シリンダ８の内部に
収容される補助電極９、およびこの絶縁シリンダ８内に
補助プラズマ生成用ガスを供給する補助プラズマ生成用
ガス供給管１０を主体とする機構である。上記絶縁シリ
ンダ８は、上記誘電体ブロック１、内部電極２、および
冷却ブロック３を貫通し、上端はウェハ載置面１ａに開
口している。つまり、この上端は、ウェハ載置面１ａに
ウェハＷが載置された場合に該ウェハＷの裏面により閉
鎖される。反対側の底面には、補助プラズマ生成用ガス
供給管１０がバルブ（図２の符号１３参照。）を介して
接続されており、このバルブ１３の開閉に応じて矢印Ｃ
方向から補助プラズマ生成用ガスが供給される。

【００３１】上記補助電極９は小型の円盤状の導電部材
である。補助電極９はその中央部を脚部９ａに支持され
ている。この脚部９ａは、絶縁シリンダ８の底面を貫通
して外部へ導出されており、脚部９ａにＲＦ電源（図２
の符号１６参照。）がブロッキング・コンデンサ（図２
の符号１５参照。）、スイッチ（図２の符号１４参
照。）等を介して接続される。

【００３２】かかる静電吸着ステージにおいて、補助プ
ラズマ〔図２（ｂ）の符号Ｐ₁ 参照。〕は絶縁シリンダ
８内の補助電極９とウェハＷの裏面との間に生成する。
このとき生成した補助プラズマＰ₁ がウェハＷの裏面に
接触することにより、この補助プラズマＰ₁ および補助
電極９を通じたウェハＷへの電荷蓄積あるいは放電が行
われるわけである。なお、ウェハＷの裏面と補助電極９
との間のギャップ長は、補助プラズマ生成用ガスのガス
圧、および補助電極９に印加される電圧の値に応じて制
御することが可能である。

【００３３】実施例２ 本実施例では、実施例１で上述した静電吸着ステージを
用いてウェハＷを予備冷却するための操作手順、および
低温エッチング中の使用状態について、それぞれ図２お
よび図３を参照しながら説明する。これらの図面の参照
符号は、図１と一部共通である。

【００３４】まず図２（ａ）に示されるように、冷却配
管４に冷媒を矢印Ａ₁ ，Ａ₂ 方向に循環させることによ
り冷却ブロック３を所定の温度に冷却しておき、また冷
却ガス供給管５にも一例としてＨｅガスを矢印Ｂ方向か
ら流した状態で、ウェハＷをウェハ載置面１ａに置い
た。図２（ａ）ではウェハＷがウェハ載置面１ａから浮
いた様に描かれているが、これは未だ静電吸着が行われ
ていない状態を便宜的にこのように表現したのである。

【００３５】ここで、スイッチ１１をＯＮとし、直流電
源１２からたとえば−５００Ｖの電圧を内部電極２に印
加すると、誘電体ステージ１のウェハ載置面１ａには分
極による電荷が誘起された。これと同時に、補助プラズ
マ生成用ガス供給管１０のバルブ１３を開き（ＯＰＥ
Ｎ）、絶縁シリンダ８の内部に矢印Ｃ方向から補助プラ
ズマ生成用ガスを導入した。このときの条件は、たとえ
ばＨｅガスを１０Ｐａ程度のガス圧にて導入する条件と
した。

【００３６】この状態で図２（ｂ）に示されるように補
助電極９に接続されるスイッチ１４をＯＮとし、補助電
極９に所定のＲＦ電力を印加して補助プラズマ生成用ガ
スを放電させた。このときの放電条件は、たとえばＲＦ
電力密度１０ｍＷ／ｃｍ² 、ＲＦ周波数１３．５６ＭＨ
ｚ、放電時間２０秒とした。この放電により、該補助電
極９とウェハＷの裏面との間に補助プラズマＰ₁ が生成
した。これにより、矢印Ｄ₁ で示されるようにアースか
らウェハＷへの電荷の蓄積が起こった。

【００３７】この後、図２（ｃ）に示されるようにバル
ブ１３を閉じて（ＣＬＯＳＥ）Ｈｅガスの供給を停止
し、かつスイッチ１４をＯＦＦとしてＲＦ電力印加を停
止して補助プラズマＰ₁ を消滅させた。この結果、ウェ
ハＷは電荷を保持したままアースから絶縁された状態
（フローティング）となり、ウェハ載置面１ａに静電吸
着された。

【００３８】この状態では、冷却ブロック３の冷却状態
が誘電体ブロック１を介してウェハＷに良好に伝達さ
れ、低温エッチングを開始する前に十分かつ均一にウェ
ハＷを所定の温度まで冷却することができた。ここまで
の操作において、ウェハＷの表面側では主プラズマを生
成させていないため、たとえば従来問題となっていたレ
ジスト・パターンの形状劣化等の不都合は、何ら生じな
かった。

【００３９】このようにウェハＷが十分に冷却されたと
ころで、プラズマ・チャンバ内に低温エッチング用のエ
ッチング・ガスを導入し、図３に示されるように主プラ
ズマとしてたとえばＥＣＲ放電によりＥＣＲプラズマＰ
₂ を生成させた。エッチング中の静電吸着ステージの対
向アースは、ＥＣＲプラズマＰ₂ とプラズマ・チャンバ
壁１７を介してとられている。

【００４０】なお、この低温エッチング中には、冷却ブ
ロック３の脚部３ａを通じてＲＦバイアス電力を印加
し、入射イオン・エネルギーを制御するようにしても良
い。

【００４１】実施例３ 本実施例では、実施例２で上述した低温エッチングを行
った後、ウェハＷをウェハ載置面１ａから分離するため
の操作手順について、図４を参照しながら説明する。図
４の参照符号も、図１と一部共通である。

【００４２】まず、図４（ａ）に示されるように、主プ
ラズマであるＥＣＲプラズマＰ₂ を消滅させ、またスイ
ッチ１１をＯＦＦとして内部電極２への直流電圧の印加
も停止した。これにより、ウェハＷは再び電荷を蓄積し
たまま、フローティング状態となった。次に、図４
（ｂ）に示されるようにバルブ１３を開き（ＯＰＥ
Ｎ）、補助プラズマ生成用ガス供給管１０から絶縁シリ
ンダ８内にＨｅガスを導入し、スイッチ１４をＯＮとし
て補助電極９にＲＦ電力を印加した。これにより、補助
電極９とウェハＷとの間の空間に補助プラズマＰ₁ が生
成し、矢印Ｄ₂ で示されるように、この補助プラズマＰ
₁ と補助電極９を通じてウェハＷに蓄積された電荷がア
ースへ向けて放電された。

【００４３】さらに、放電がほぼ終了したところで図４
（ｃ）に示されるようにバルブ１３を閉じ（ＣＬＯＳ
Ｅ）、かつスイッチ１４をＯＦＦとして補助プラズマＰ
₁ を消滅させると、ウェハＷを容易にウェハ載置面１ａ
から分離することができた。ここまでの操作において、
ウェハＷの表面側では主プラズマが既に消滅しているた
め、たとえば先の低温エッチングにより折角達成されて
いた異方性形状が劣化したり、下地選択性が低下すると
いった不都合は、何ら生じなかった。

【００４４】実施例４ 本実施例では、上述の静電吸着ステージの変形例とし
て、補助プラズマ生成用にメッシュ状の補助電極を用
い、従来の冷却ガス供給管が絶縁シリンダを兼ねた構成
について説明する。また、補助プラズマの生成方法につ
いても簡単に説明する。

【００４５】本実施例の静電吸着ステージの構成例を、
図５に示す。このステージの主な構成要素もやはり、単
極式静電吸着機構、冷却機構、および補助プラズマ生成
機構である。

【００４６】この静電吸着ステージにおいて、誘電体ブ
ロック２１、これに埋設された内部電極２２、ウェハ載
置面２１ａ、およびここに刻設された溝部２６、冷却ブ
ロック２３、これを支持する脚部２３ａ、冷却ブロック
２３中に挿通される冷却配管２４、内部電極２２から導
出される接続ピン２２ａ、これを被覆する絶縁スリーブ
２７等の構成および機能については、実施例１でほぼ上
述したとおりである。上記接続ピン２２ａには、直流電
源（図６の符号３３参照。）がスイッチ（図６の符号３
２参照。）を介して接続されている。

【００４７】本実施例の実施例１との大きな相違点は、
内部で補助プラズマＰ₂ を生成させるための絶縁シリン
ダ２５が脚部２３ａの中心部を貫通し、その一端がウェ
ハ載置面２１ａの中央に開口部２５ａとして開口されて
いる点である。上記絶縁シリンダ２５の内部には、メッ
シュ状の補助電極２９が嵌合されている。この補助電極
２９は、絶縁シリンダ２５の内径に合致させた導電性の
円筒形の枠部２９ｂと、この枠部２９ｂの上下に装着さ
れた導電性のメッシュ部２９ａから構成される。したが
って、図中矢印Ｆ方向から絶縁シリンダ２５内に導入さ
れた補助プラズマ生成用ガスは、この補助電極２９のメ
ッシュ部２９ａを通過することができる。

【００４８】枠部２９ｂからは、絶縁スリーブ３１に囲
撓された接続ピン３０が冷却ブロック２３中を貫通する
形で導出されており、この接続ピン３０にＲＦ電源（図
６の符号３６参照。）がブロッキング・コンデンサ（図
６の符号３５参照。）およびスイッチ（図６の符号３４
参照。）を介して接続される。

【００４９】かかる静電吸着ステージにおいて、補助プ
ラズマ（図６の符号Ｐ₃ 参照。）は絶縁シリンダ２５内
の補助電極２９とウェハ載置面２１ａに載置されるウェ
ハＷ（図６の符号Ｗ参照。）の裏面との間に生成する。
このとき生成した補助プラズマＰ₃ がウェハＷの裏面に
接触することにより、この補助プラズマＰ₃ および補助
電極２９を通じたウェハＷへの電荷蓄積あるいは放電が
行われるわけである。

【００５０】さらに、補助プラズマ生成用ガスの一部は
開口部２５ａから放出され、ウェハＷの裏面と溝部２６
とにより形成される微細な空間内に行き渡り、冷却ブロ
ック２３とウェハＷとの間の熱伝導を仲介する。

【００５１】かかる静電吸着ステージの低温エッチング
開始前後における操作手順は、基本的には実施例２およ
び実施例３で上述したとおりなので、ここでは低温エッ
チング開始前に補助プラズマＰ₃ を生成させた状態につ
いて、図６を参照しながら簡単に説明する。ここでは、
冷却配管２４を通じて矢印Ｅ₁ ，Ｅ₂ 方向に冷媒を循環
させることにより、冷却ブロック２３は予め所定の温度
に冷却されている。この状態でスイッチ３２をＯＮとし
て内部電極２２に直流電圧を印加し、さらにスイッチ３
４をＯＮとして補助電極２９にＲＦ電力を供給すること
により、補助プラズマＰ₃ を生成させる。本実施例で
は、補助プラズマ生成用ガスが冷却ガスを兼ねているた
め、補助プラズマ生成用ガスは常に矢印Ｆ方向から供給
されており、補助プラズマＰ₃ の生成・消滅にはもっぱ
らスイッチ３４のＯＮ／ＯＦＦが関与しているわけであ
る。

【００５２】なお、低温エッチング終了後に補助プラズ
マＰ₃ を生成させた状態は、図６のスイッチ３２をＯＦ
Ｆとした状態と考えれば良い。

【００５３】以上、本発明を４例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、補助プラズマ生成用ガスとし
ては、上述のＨｅの代わりに他の希ガスやＮ₂ 等の不活
性ガス、さらにはウェハの裏面をエッチングしない限り
において主プラズマ生成用ガスの成分の一部を利用する
ことができる。

【００５４】補助電極に放電開始電圧を印加する電圧印
加手段としては、上述のようなＲＦ電源に替えて直流電
源を用いることもできる。実施例４では、補助プラズマ
生成用ガスを通過させ得るメッシュ状の補助電極を用い
たが、かかる補助電極のガス通過部は上述のようなメッ
シュではなく、パンチメタルや多数の細孔を有する導電
性部材等により構成されていても良い。

【００５５】この他、単極式静電吸着機構の内部電極に
印加される直流電圧の極性、静電吸着ステージの細部の
構成、補助プラズマ生成のための放電条件等が適宜変更
可能であることは、言うまでもない。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば主プラズマの生成とは無関係に単極式静電吸
着機構を動作させることが可能である。これにより、ウ
ェハ表面に主プラズマに起因する異方性形状劣化や選択
性劣化等を何ら惹起させることなく、プラズマ処理前の
ウェハの予備冷却やプラズマ処理後のウェハの脱着等を
行うことができる。特に、本発明は低温エッチングのメ
リットを最大限に活かす上で、極めて重要な意義を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電吸着ステージの一構成例を一部破
断して示す概略斜視図である。

【図２】図１に示す静電吸着ステージを用いた予備冷却
手順を段階を追って示す概略断面図であり、（ａ）は誘
電体ブロック上にウェハを置き、内部電極に直流電圧を
印加する段階、（ｂ）は補助プラズマを生成させアース
からウェハへの電荷蓄積を行う段階、（ｃ）は補助プラ
ズマを消滅させ、ウェハを静電吸着させる段階をそれぞ
れ表す。

【図３】図１に示す静電吸着ステージ上にウェハを吸着
させ、主プラズマを用いて低温エッチングを行っている
状態を示す概略断面図である。

【図４】図１に示す静電吸着ステージからウェハを脱着
する手順を段階を追って示す概略断面図であり、（ａ）
は主プラズマを消滅させ、内部電極への直流電圧印加を
停止する段階、（ｂ）は補助プラズマを生成させウェハ
からアースへの残留電荷の放電を行う段階、（ｃ）は補
助プラズマを消滅させ、ウェハを脱着する段階をそれぞ
れ表す。

【図５】本発明の静電吸着ステージの他の構成例を一部
破断して示す概略断面図である。

【図６】図５に示す静電吸着ステージにおいて、低温エ
ッチング開始前に補助プラズマＰ₃ を生成させた状態を
示す概略断面図である。

【符号の説明】

１，２１ ・・・誘電体ブロック １ａ，２１ａ・・・ウェハ載置面 ２，２２ ・・・内部電極 ３，２３ ・・・冷却ブロック ９，２４ ・・・冷却配管 ５ ・・・冷却ガス供給管 ８，２５ ・・・絶縁シリンダ ９，２９ ・・・補助電極 １０ ・・・補助プラズマ生成用ガス供給管 １１，３２ ・・・（直流電源１２の）スイッチ １２，３３ ・・・直流電源 １３ ・・・バルブ １４，３４ ・・・（ＲＦ電源１６の）スイッチ １６，３６ ・・・ＲＦ電源 １７ ・・・チャンバ壁 ２９ａ ・・・メッシュ部 ２９ｂ ・・・枠部 Ｗ ・・・ウェハ Ｐ₁ ，Ｐ₃ ・・・補助プラズマ Ｐ₂ ・・・ＥＣＲプラズマ（主プラズマ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を載置するための誘電体ブロック
   と、 前記誘電体ブロックに埋設される単一の内部電極に接続
   される直流電圧印加手段と、 絶縁壁材により前記内部電極から絶縁され、一端が前記
   誘電体ブロックの基板載置面に開口される中空部と、 前記中空部内に補助プラズマ生成用ガスを導入するガス
   導入手段と、 前記中空部内において前記基板載置面から所定の距離を
   隔てた位置に設置される補助電極と、 前記補助電極に放電開始電圧以上の電圧を印加する電圧
   印加手段とを備え、 前記基板載置面に載置される基板の裏面と前記補助電極
   との間で前記補助プラズマ生成用ガスを放電解離させて
   補助プラズマを生成するようになされた静電吸着ステー
   ジ。
2. 【請求項２】 前記補助電極が前記中空部の断面にわた
   って配設され、該補助電極の内部を通過して導入された
   補助プラズマ生成用ガスの一部を用いて基板を裏面から
   冷却するようになされた請求項１記載の静電吸着ステー
   ジ。
3. 【請求項３】 前記誘電体ブロックが基板を冷却するた
   めの冷却ブロックに接触されてなる請求項１または請求
   項２に記載の静電吸着ステージ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載の静電吸着ステージの前記誘電体ブロックの基板
   載置面に基板を載置し、前記内部電極に直流電圧を印加
   する段階と、 前記中空部内に補助プラズマ生成用ガスを導入すると共
   に、前記補助電極に前記電圧印加手段を用いて放電開始
   電圧以上の電圧を印加し、該中空部内に補助プラズマを
   生成させる段階と、 前記補助電極への電圧印加を停止する段階とを経ること
   により、 前記補助プラズマを通じた電荷蓄積を行って基板を前記
   誘電体ブロック上に吸着させることを特徴とする静電吸
   着ステージの使用方法。
5. 【請求項５】 プラズマ・チャンバ内において請求項１
   ないし請求項３のいずれか１項に記載の静電吸着ステー
   ジの前記誘電体ブロック上に吸着された基板に対して所
   定のプラズマ処理を終了した後、該プラズマ・チャンバ
   内のプラズマを消滅させる段階と、 前記内部電極への直流電圧印加を停止する段階と、 前記中空部内に補助プラズマ生成用ガスを導入すると共
   に、前記補助電極に前記電圧印加手段を用いて放電開始
   電圧以上の電圧を供給し、該中空部内に補助プラズマを
   生成させる段階と、 前記補助電極への電圧印加を停止する段階とを経ること
   により、 前記補助プラズマを通じた電荷放出を行って基板を前記
   誘電体ブロックから脱着することを特徴とする静電吸着
   ステージの使用方法。