JPH09199578A - 静電吸着電極およびそれを用いたプラズマ処理装置 - Google Patents

静電吸着電極およびそれを用いたプラズマ処理装置

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JPH09199578A
JPH09199578A JP711196A JP711196A JPH09199578A JP H09199578 A JPH09199578 A JP H09199578A JP 711196 A JP711196 A JP 711196A JP 711196 A JP711196 A JP 711196A JP H09199578 A JPH09199578 A JP H09199578A
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JP
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insulating film
electrode
electrostatic adsorption
wafer
transition metal
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JP711196A
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Yoichi Ito
陽一 伊藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマ等により処理されるウエハを静電吸着
力により支持する静電吸着電極において、広い温度範囲
にわって適用可能な静電吸着電極を提供する。 【解決手段】静電吸着電極15を、Al製の電極13と
Al製の電極13にSiO2を添加して安定化させZr
2にTiO2を添加して形成した絶縁膜14とで構成す
る。これにより、広い温度範囲にわって良好にウエハを
吸着保持できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は静電吸着電極および
それを用いたプラズマ処理装置に係り、特にプラズマ等
により処理されるウエハを静電吸着力により支持するの
に好適な静電吸着電極およびそれを用いたプラズマ処理
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の静電吸着電極は、静電吸着電極に
用いられている絶縁膜として、次の4つがある。第1
は、特公平6−97675号公報に記載のようにAl2
3にTiO2を0.5〜2重量%添加し、これを還元雰
囲気中で焼成したものである。第2は、特開平6−29
1175号公報に記載のように単結晶サファイアの焼結
体を用いたものである。第3は、特開平4−20694
8号公報に記載のようにCaTiO3,BaTiO3等の
焼結体を用いたものである。第4は、スパッタ,CVD
等の気相法により形成したAlN膜を用いたものであ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、プラ
ズマエッチング装置の被エッチング材であるウエハを載
置する電極に適用した場合、次の問題がある。通常のエ
ッチング処理では、処理するウエハの対象膜種によって
電極温度が異なっており、例えば、Al配線膜のエッチ
ング処理では、室温より高い20〜60℃の範囲が用い
られ、ゲ−ト膜であるPoly−Si膜および絶縁膜で
あるSiO2膜のエッチング処理では、室温より低い−
20〜−40℃の範囲が用いられている。したがって、
一種類の静電吸着電極でこのような広い電極温度範囲を
カバーするためには、絶縁膜として固有抵抗値の温度依
存性の小さい材料を用いる必要がある。従来の絶縁膜
は、固有抵抗値の温度依存性について考慮されておら
ず、例えば、第1の従来技術のAl23にTiO2を添
加した絶縁膜では、電極温度を20℃から−50℃に低
くすると固有抵抗値が約30倍高くなり、これに伴っ
て、残留吸着力が大きくなって、適用できる温度範囲が
狭くなるという問題があることが実験によりわかった。
また、この問題を解決するために、適用する最低の電極
温度において残留吸着力に問題が生じないように固有抵
抗値をあらかじめ低くする方法が考えられる。しかし、
逆に電極温度が高くなると固有抵抗値が低くなるために
処理中にウエハを流れるリ-ク電流が増加し、処理され
る絶縁膜の耐圧破壊の点で問題があった。
【0004】本発明の目的は、絶縁膜の固有抵抗値の温
度依存性を低減して、広い電極温度範囲で使用すること
のできる静電吸着電極およびそれを用いたプラズマ処理
装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、プラズマに
より処理されるウエハを絶縁膜との間に発生させた静電
吸着力により支持する静電吸着電極において、絶縁膜を
ZrO2に遷移金属を添加して形成することにより、達
成される。
【0006】絶縁膜は、SiO2,MgOまたはY23
を単独あるいは混合して添加し安定化させたZrO2
遷移金属であるTiO2を添加して形成する。また、こ
のようにして形成された絶縁膜の表面に該絶縁膜と抵抗
値が同等かそれより低い値を有するSiCのコーティン
グ膜を形成する。
【0007】
【発明の実施の形態】プラズマ処理装置に用いられる静
電吸着電極用の絶縁膜である各種のセラミックスについ
て固有抵抗値の温度依存性を温度20〜−50℃の範囲
で検討した。その結果、固有抵抗値が従来のAl23
TiO2を添加した絶縁膜では、約30倍変化するのに
対して、SiO2,MgO,Y23等を添加して安定化
させたZrO2に TiO2を添加した絶縁膜では、約3
倍と小さいことがわかった。これは、 Al23に比
べてZrO2の方が電気伝導の活性化エネルギ-が小さい
ためであると考えられる。さらに、固有抵抗値は、Zr
2に対するTiO2の添加量をコントロールすることに
より任意の値に調整することが可能である。また、残留
吸着力の点から固有抵抗値は、109Ω-cm以下が最適
であった。また、この絶縁膜表面に抵抗値のさらに低い
SiCをコ-ティングすることにより、前述した固有抵
抗値の温度依存性に影響を及ぼすことなくZrO2、T
iO2等がウエハ裏面に付着してウエハを汚染すること
を防止できる。
【0008】以下、本発明の第1の実施例を図1ないし
図3により説明する。図1に静電吸着装置の詳細を示
し、図2に該静電吸着電極を搭載したプラズマ処理装
置、この場合、有磁場マイクロ波プラズマエッチング装
置を示す。1はウエハで、2は石英等のマイクロ波を透
過する材料で成る放電管で、3はウエハ1の処理に用い
られるプロセスガスで、4はプロセスガスをプラズマ化
するためのマイクロ波で、5は放電管2内に磁場を形成
するためのソレノイドコイルで、6はプロセスガス3の
プラズマで、7は真空処理室を形成するチャンバで、8
はチャンバ7との電気絶縁を取るための絶縁物で、9は
チャンバ7内に設けられ絶縁物8を介してチャンバ7に
取り付けられた下部電極で、10は回路を電気的にオン
・オフするスイッチで、11は下部電極9にスイッチ1
0を介して接続された高周波電源で、12は下部電極9
に設けられ下部電極9に配置されるウエハ1を載置・除
去するためのウエハ押し上げ装置で、13は電気の良導
体でかつ温度の良伝導体である材料、この場合Alで形
成された電極で、14はZrO2に遷移金属であるTi
2を添加して形成、さらにはSiO2を添加して安定化
させたZrO2に遷移金属であるTiO2を添加して形成
され、電極13の表面を覆って設けた絶縁膜で、15は
電極13および絶縁膜14から成り下部電極9上に固定
された静電吸着電極で、16はローパスフィルタで、1
7はスイッチで、18は下部電極9にローパスフィルタ
16およびスイッチ17を介して接続された静電吸着用
の直流電源で、19および20はスイッチ17の端子
で、21は下部電極9と接地電位との間にローパスフィ
ルタ16およびスイッチ17を介して接続された抵抗
で、22はマスフローコントローラで、23は静電吸着
電極15上に保持されるウエハ1の裏面にマスフローコ
ントローラ22を介してHeガスを供給するための伝熱
ガス供給ラインで、24はサーキュレータで、25はサ
ーキュレータ24からの温度制御された冷媒を下部電極
9に供給および下部電極9から回収するための冷媒ライ
ンである。
【0009】このように構成された本装置では、ウエハ
1のエッチング処理は、図示を省略した搬送装置および
ウエハ押し上げ装置12によりチャンバ7内の下部電極
9上にウエハ1を配置し、放電管2内に導入したプロセ
スガス3をマイクロ波4とソレノイド5による磁場の相
互作用によってプラズマ6化して行われる。この際、ス
イッチ10をオンし高周波電源11により高周波電力を
下部電極9に印加して、ウエハ1に入射するイオンのエ
ネルギ−を制御しながら行う。
【0010】ウエハ1のエッチングが終了するとエッチ
ング済みのウエハ1は、ウエハ押し上げ装置12の作動
により下部電極9から図示を省略した搬送装置に渡さ
れ、その後、該搬送装置により他の場所に搬送される。
【0011】なお、本装置において、エッチング処理開
始時にウエハ1を静電吸着電極15に吸着させるときに
は、プラズマ6を生成した状態でスイッチ17を端子1
9と接続させ、静電吸着電極15に直流電圧を印加して
行う。エッチング処理終了後、ウエハ1を静電吸着電極
15から解放するときには、プラズマ6を生成した状態
でスイッチ17を端子20と接続させ、抵抗21を介し
て静電吸着電極15を接地させて行う。
【0012】一方、エッチングされるウエハ1の冷却
は、ウエハ1を静電吸着電極15上に静電吸着・保持さ
せた状態で、マスフローコントローラ22を開いて伝熱
ガス供給ライン23からHeガスをウエハ1裏面に導入
することにより行う。このとき、下部電極9はサーキュ
レータ24により冷媒ライン25を循環する温調された
冷媒によって温度コントロールされる。
【0013】次に、絶縁膜14の固有抵抗値の温度依存
性を測定した結果を図3に示す。また、図3は、同時に
Al23にTiO2を添加して形成した従来の絶縁膜の
場合も合わせて示した。Al23にTiO2を添加して
形成した従来の絶縁膜では、電極温度を20℃から−5
0℃に低くすると固有抵抗値は約30倍高くなるのに比
べて、本実施例のSiO2を添加して安定化させたZr
2にTiO2を添加して形成した絶縁膜14では約3倍
の増加に留まっている。これは、Al23に比べてZr
2の方が電気伝導の活性化エネルギ−が小さいためで
あると考えられる。これにより、本実施例の絶縁膜14
では従来の絶縁膜に比べて適用できる電極温度の範囲を
約3.1倍広くすることが可能となった。また、TiO
2の添加量を最適化して固有抵抗値を109Ω−cm以下
とすることにより、電極温度20〜−50℃の範囲で残
留吸着力およびリ−ク電流ともに問題となる値は生じな
かった。
【0014】次に、本発明の静電吸着電極の第2の実施
例を図4により説明する。本図において、図1と同符号
は同一部材を示し説明を省略する。本図が前述の第1の
実施例と異なるところは、SiO2を添加して安定化さ
せたZrO2にTiO2を添加して形成した絶縁膜14の
表面に、絶縁膜14と同等かもしくは絶縁膜14よりも
抵抗値の小さい絶縁膜26を設けた点である。絶縁膜2
6は、この場合、絶縁膜14よりも抵抗値の小さいSi
Cのコ−ティング膜で形成してある。このようにするこ
とにより、前述した固有抵抗値の温度依存性に影響を及
ぼすことなくZrO2,TiO2等がウエハ1裏面に付着
してウエハ1を汚染することを防止できる。
【0015】以上、本実施例によれば、ウエハの処理温
度範囲が変わっても実用上の残留吸着力および耐圧破壊
に影響を与えることなく、安定してウエハを静電吸着す
ることができる。また、絶縁膜14表面に抵抗値のさら
に低いSiCをコ-ティングすることにより、固有抵抗
値の温度依存性に影響を及ぼすことなくZrO2、Ti
2等がウエハ裏面に付着してウエハを汚染するのを防
止することができるので、歩留まりの良いウエハ処理を
行うことができる。
【0016】なお、本実施例では、絶縁膜14にSiO
2を添加して安定化させたZrO2に遷移金属であるTi
2を添加して形成したものについて述べたが、ZrO2
を安定化さる添加物としてSiO2の他にMgOまたは
23を単独で添加、あるいはSiO2,MgOまたは
23のいづれかを混合して添加しても良い。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、広い温度範囲に渡って
適用できる静電吸着電極とすることができるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の静電吸着電極の第1の実施例を示す縦
断面図である。
【図2】図1の静電吸着電極を用いたプラズマ処理装置
の一実施例である概略構成を示す縦断面図である。
【図3】本発明および従来技術の静電吸着電極の絶縁膜
の固有抵抗値の温度依存性を示し図である。
【図4】本発明の静電吸着電極の第2の実施例を示す縦
断面図である。
【符号の説明】
1…ウエハ、6…プラズマ、7…チャンバ、9…下部電
極、14,26…絶縁膜、15,15a…静電吸着電
極、18…直流電源。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】処理によって温度の異なる試料を絶縁膜と
    の間に発生させた静電吸着力により支持する静電吸着電
    極において、前記絶縁膜をZrO2に遷移金属を添加し
    て形成したことを特徴とする静電吸着電極。
  2. 【請求項2】請求項1記載の前記ZrO2はSiO2,M
    gOまたはY23を単独あるいは混合して添加し安定化
    させて成る静電吸着電極。
  3. 【請求項3】請求項1記載の前記遷移金属はTiO2
    ある静電吸着電極。
  4. 【請求項4】プラズマにより処理されるウエハを絶縁膜
    との間に発生させた静電吸着力により支持する静電吸着
    電極において、前記絶縁膜を、SiO2,MgOまたは
    23を単独あるいは混合して添加し安定化させたZr
    2に遷移金属を添加して形成したことを特徴とする静
    電吸着電極。
  5. 【請求項5】プラズマにより処理されるウエハを絶縁膜
    との間に発生させた静電吸着力により支持する静電吸着
    電極において、前記絶縁膜をZrO2にTiO2を添加し
    て形成したことを特徴とする静電吸着電極。
  6. 【請求項6】プラズマにより処理されるウエハを絶縁膜
    との間に発生させた静電吸着力により支持する静電吸着
    電極において、前記絶縁膜を、SiO2,MgOまたは
    23を単独あるいは混合して添加し安定化させたZr
    2にTiO2を添加して形成したことを特徴とする静電
    吸着電極。
  7. 【請求項7】プラズマにより処理されるウエハを絶縁膜
    との間に発生させた静電吸着力により支持する静電吸着
    電極において、前記絶縁膜をZrO2に遷移金属を添加
    して形成し、前記絶縁膜表面に前記絶縁膜と同等かそれ
    より抵抗値の低い他の絶縁膜を被覆して成ることを特徴
    とする静電吸着電極。
  8. 【請求項8】請求項7記載の前記絶縁膜表面に被覆する
    前記他の絶縁膜をSiCとした静電吸着電極。
  9. 【請求項9】請求項8記載の前記絶縁膜表面に被覆され
    るSiCは、コーティングによって被覆された静電吸着
    電極。
  10. 【請求項10】試料の温度を所定の温度に保って処理す
    るプラズマ処理装置において、真空処理室内に設けられ
    た試料台に前記試料を静電吸着保持する手段を具備し、
    該手段に用いられる直流電源が接続された静電吸着電極
    の前記試料が配置される面に設けられる絶縁膜を、Zr
    2に遷移金属を添加して形成したことを特徴とするプ
    ラズマ処理装置。
  11. 【請求項11】請求項10記載の前記ZrO2はSi
    2,MgOまたはY23を単独あるいは混合して添加
    し安定化させて成り、前記遷移金属はTiO2であるプ
    ラズマ処理装置。
  12. 【請求項12】請求項10記載の前記絶縁膜の前記試料
    配置面にSiCをコーティングして被覆したプラズマ処
    理装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6631062B1 (en) 1999-04-13 2003-10-07 Nihon Ceratec Co., Ltd. Electrically conductive ceramic material, a process of producing same, and an electrostatic chuck
JP2008258374A (ja) * 2007-04-04 2008-10-23 Hitachi High-Technologies Corp ウエハ載置用電極
US10607818B2 (en) 2016-05-27 2020-03-31 Semes Co., Ltd. Support unit, apparatus and method for treating a substrate
JP2020514237A (ja) * 2017-03-21 2020-05-21 コンポーネント リ−エンジニアリング カンパニー インコーポレイテッド 高い腐食性又は浸食性産業用途に使用するためのセラミック材料アセンブリ

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US11127573B2 (en) 2016-05-27 2021-09-21 Semes Co., Ltd. Support unit, apparatus and method for treating a substrate
JP2020514237A (ja) * 2017-03-21 2020-05-21 コンポーネント リ−エンジニアリング カンパニー インコーポレイテッド 高い腐食性又は浸食性産業用途に使用するためのセラミック材料アセンブリ

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