JPH09252047A

JPH09252047A - 静電吸着電極

Info

Publication number: JPH09252047A
Application number: JP6055496A
Authority: JP
Inventors: Nushito Takahashi; 主人高橋; Saburo Kanai; 三郎金井; Yoichi Ito; 陽一伊藤; 健 ▲吉▼岡; Takeshi Yoshioka; Seiichiro Sugano; 誠一郎菅野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】静電吸着電極において、静電吸着用電極とバイ
アス電圧印加用電極を各々独立に形成し、静電吸着とバ
イアス電圧印加をそれぞれ最適化し、パルスバイアス電
圧を効果的に印加する。【解決手段】静電吸着用電極とバイアス電圧印加用電極
を電気的に絶縁して構成し、それぞれ被処理物の対向す
る部分の絶縁膜を、それぞれ最適となる物性値と厚さと
した。【効果】静電吸着とバイアス電圧印加が独立に実施でき
るので、高精度プラズマ処理が可能になると言う効果が
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置に使
用されている、静電気力を利用して被処理物を保持する
静電吸着電極において、特に被処理物に入射するイオン
や電子を制御するためのバイアス電圧をパルス状にして
印加する場合に好適な静電吸着電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の基板処理装置の静電吸着電極は、
たとえば、特開昭６０−１１５２２６号公報に記載のよ
うに、プラズマ処理装置で使用されることを前提に、基
板を吸着する電極には負の高電圧を印加し、基板からプ
ラズマを介してアースに接地する回路を構成した、いわ
ゆるモノポール電極と称するタイプのものが主流であ
る。また、いわゆるダイポール電極と称するタイプの
電極は、正負の電極を静電吸着すべき基板面内に設け、
プラズマの有無にかかわらず吸着除電出来るといった長
所がある。このダイポール電極では、特開昭６２−２８
７９５０号公報に記載のように、二つの電極を絶縁膜の
中に埋め込んで形成している。ところで、これらの静電
吸着電極は、いずれも静電吸着用絶縁膜の膜厚を一様に
形成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理装置で対
象とする被処理物のプラズマ処理精度が高度になるにつ
れ、プラズマ制御もより高精度化が要求され、特開昭５
６−１３４８０号公報や特開平６−６１１８２号公報に
記載のように、被処理物にパルス状の電圧を印加してイ
オンや電子の入射エネルギーや量を制御する方法が発明
されている。しかし、このようなパルス状のバイアス電
圧を被処理物に効率良く印加するには、静電吸着電極絶
縁膜の静電容量を被処理物に対向する面内で一様にする
必要がある。また、パルス状バイアス電圧が印加され
た時に静電容量が小さ過ぎるとパルス波形がひずみ、ウ
エハへのバイアス電圧が正しく印加されなかったりす
る。また、パルス状のバイアス電圧が印加されたことで
発生した正電位によって電子がプラズマから流入する
が、静電容量の逆数に比例して正電位が緩和されるた
め、パルス幅と静電容量のマッチングを適切に設定する
必要がある。

【０００４】すなわち、電極の絶縁膜の静電容量に対応
する膜厚を適切に設定する必要がある。一方、被処理物
の温度を均一に制御することもプラズマ処理の制御とい
う面で極めて重要である。

【０００５】そのため、被処理物裏面に数Ｔｏｒｒのガ
スを導入して電極面との伝熱効率を高めた被処理物温度
制御方法が実用化されている。伝熱用ガスの封じ込めと
被処理物の機械的固定法を排除することで異物低減を達
成するという両面からの要請で、被処理物を静電吸着す
ることもプラズマ処理装置の電極として重要である。と
ころで、被処理物を静電吸着するためには、絶縁膜の静
電容量と抵抗値をある範囲に納める必要がある。

【０００６】本発明の目的は、パルス状のバイアス電圧
も効率良く印加でき、かつ被処理物の保持も十分可能
で、しかも電極上の絶縁膜の管理を容易に実施できる電
極の構成及び製作方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】被処理物に対向する静電
吸着電極面を少なくとも２分割以上に分けて各々を電気
的に絶縁し、その一部は静電吸着専用に使用する。その
ため、この部分の絶縁膜の厚さや静電容量は静電吸着に
適した値とすることができる。また、他の部分の電極面
はパルス状バイアス電圧が効率的に被処理物に印加され
るように静電容量を設定する。

【０００８】このようにすることで、静電吸着とパルス
状バイアス電圧印加を独立に制御できるので、信頼性の
高い静電吸着電極とすることができる。

【０００９】本発明の静電吸着電極によれば、静電吸着
部とパルスバイアス電圧印加部を異なる絶縁膜で形成し
ているので、各々最適な電気抵抗値と静電容量値の絶縁
膜の厚さあるいは物性値を定めることができる。

【００１０】さらに、静電吸着用の直流高電圧とパルス
バイアス用の高周波電圧の印加を、それぞれ独立に行う
ことができるので、被処理物の電極への載置と保持およ
び温度制御のための裏面ガス導入の工程と、プラズマ処
理のためのパルスバイアス電圧印加を切り放して実施す
ることができる。

【００１１】また、静電吸着部の絶縁膜の物性値を最適
化することで吸着特性の向上を図ることができ、静電吸
着部の面積のごく一部に限定することができる。そのた
め、パルスバイアス電圧の被処理物面内分布を最小限に
小さくすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図を用いて以
下説明する。図１は、本発明の一実施例の基本構成の一
例を示したものである。図１において、電極（１）１と
電極（２）２の母材はアルミニウム合金などの導電材料
で製作されている。電極（１）１の外部に、リング状の
電極（２）２が嵌合され固定されている。また、電極
（１）１と電極（２）２の嵌合面には、両者を電気的に
絶縁する絶縁膜４が形成されている。電極（１）１には
バイアス電源５が接続される。電極（２）にも静電吸着
電源６が接続される。また、電極（１）１の中央部に
は、絶縁管で被れた貫通穴８が設けられている。貫通穴
８は、被処理物であるウエハ７の冷却用ガス導入の際に
使用される。ウエハ７の静電吸着は、電極（２）２に静
電吸着電源６より高電圧を印加し、吸着部絶縁膜３２を
介してウエハ７を吸着する。吸着部絶縁膜３２は、アル
ミナにチタニアを混合した絶縁材料で形成され、抵抗値
は１０⁹〜１０¹²Ωcmの範囲で膜厚は略３００μｍに調
整されている。また、パルス状バイアス電圧はバイアス
電源５により供給され、電極（１）１の上面に形成され
たバイアス印加部絶縁膜３１を介してウエハ７に印加さ
れる。バイアス印加部絶縁膜３１は、１００ＭＨｚ以上
の立上り特性を有するパルス状バイアス電圧を効率的に
印加できるように、１００μｍ程度の絶縁膜が形成され
ている。

【００１３】上記のバイアス印加部絶縁膜３１と吸着部
絶縁膜３２の形成方法は、たとえば電極（１）１と電極
（２）２を予め段差を設けて嵌合し、その状態でアルミ
ナとチタニアからなる絶縁膜を溶射にて十分厚く形成す
る。次に所定の厚さになるまで溶射膜を研削して薄く仕
上げる。このような方法を用いることで容易に図に示し
た厚さの異なる絶縁膜を形成することができる。

【００１４】図１の電極は、ウエハ外周部を静電吸着部
とし、ウエハ中央側をパルスバイアス電圧印加部とし
た。静電吸着力は、容易に１Ｎ／cm²以上とすることが
可能である。したがって、たとえば直径２００mm（８イ
ンチ）のウエハに、伝熱促進用の裏面ガスを１０Ｔｏｒ
ｒ導入することを想定すると、ウエハ外周部の約６〜７
mmを静電吸着部とすればよい。

【００１５】次にパルスバイアス電圧印加部について説
明する。パルスバイアス印加の目的は、ウエハに正電位
を発生させて電子を引き込み、ウエハ加工溝底のイオン
を電子で中和することで、プラズマエッチングに必要な
イオンの軌道を垂直にすることにある。ウエハ加工溝底
の電子による中和が不十分であれば、入射イオンの軌道
が曲げられ、加工形状の精度が低下するという問題が発
生する。

【００１６】したがって、パルスバイアス電圧印加時に
電子を十分に引き込むに必要な正電位の発生が重要であ
る。ところが、正電位が発生すると同時に電子が流入し
て中和現象が始まる。このときの流入電子による電圧低
下は、ＪＡ／Ｃ（Ｖ／ｓ）で表される。ここで、Ｊは電
子電流（Ａ／ｓ）、Ａはウエハ（電極）の面積
（ｍ²）、Ｃは絶縁膜（電極とウエハの合計）の静電容
量（Ｆ／ｍ²）である。

【００１７】そのため、パルスバイアス電圧の印加は流
入電子による電圧低下が生ずる前に実施する必要があ
り、そのパルス幅は、（Ｖ_p）／（ＪＡ／Ｃ）以下とす
る必要がある。

【００１８】ここで、Ｖ_pはパルス電圧である。ウエハ
直径２００mmm（８インチ）とし、電極絶縁膜の膜厚を
１００μｍとする。このときの絶縁膜の静電容量は２．
８×１０⁷Ｆ／ｍ²である。また、プラズマの密度を１０
¹⁷ｍ³、電子温度を３ｅＶとすると、流入電子電流によ
る電圧低下は、上式より４．７×１０⁹Ｖ／ｓとなる。
パルスバイアス電圧を１００Ｖとすると、パルス幅を
０．２μｓ以下とすればよい。このような膜厚構成とす
ることで、ウエハ溝底の中和が効果的に実施され、高精
度なウエハ加工形状が得られる。

【００１９】次に、この様なパルス電圧をウエハ印加す
ることを考えると、バイアス印加部絶縁膜３１のウエハ
７側の電位は、Ｖ_p ｅｘｐ（−ｔ／ＣＲ）で表わされ
る。Ｒは抵抗値（Ω）である。すなわち、バイアス印加
部絶縁膜３１の膜厚が厚くて静電容量が小さ過ぎると、
パルス電圧が減衰し、正常なバイアス電圧がウエハ７に
印加されないことになる。

【００２０】したがって、電子の流入による中和現象と
パルス電圧の応答特性の両面からバイアス印加部絶縁膜
３１の膜厚を決めなければならない。なお、パルス波
形、パルス印加時間、などの条件とウエハ加工精度の関
係は、プラズマ条件や被加工材料、形状などでそれぞれ
異なる。そのため、本発明のように、静電吸着電極部と
パルスバイアス印加部を独立に最適化できると、多様な
プラズマ処理装置に対応できる電極を容易に提供するこ
とができる。

【００２１】なお、バイアス電圧印加という点から考え
ると、バイアス印加部絶縁膜３１を形成せずに電極
（１）１の母材であるアルミニウム合金の表面のままで
も良い。ただし、この場合はプラズマガスによる表面損
傷を考慮する必要がある。

【００２２】図２は、図１がモノポール静電吸着であっ
たのに対し、ダイポール電極とした例である。ダイポー
ル電極であっても、電極面を分割し、一方をパルスバイ
アス電圧印加用として設計すればよい。基本的には図１
に示した場合と同様である。

【００２３】図３は、パルスバイアス電圧の印加がバイ
アス電圧印加部絶縁膜３１とウエハ７の接触状態やガス
供給の状態などで影響されないように、予め一定の隙間
３３を設けたもので、電気的には隙間３３の静電容量を
付加した回路で考えれば図１と同じである。図３の特徴
は、伝熱促進用のガスが容易にウエハ７の裏面に導入で
き、しかもガスの排気も速やかに実施できることにあ
る。隙間３３は、伝熱効率を考慮すると、５０μｍ以下
が望ましい。

【００２４】なお、この場合、隙間３３の適当な部分で
ウエハ７を支え保持する接触部を設けることも、ウエハ
７が大口径化した場合に有効である。

【００２５】図４は、静電吸着用の電極（２）２をウエ
ハ７の中央部に設けた場合の実施例である。構成的には
図１と同じである。ただし、ウエハ中央部に電極（２）
２を設けた場合は、電極（１）１との電気的絶縁を図る
ための絶縁膜４を工夫する必要がある。図４の場合は、
リング状の電極（２）２としたため、電極（１）１ウエ
ハ中央部と外周部の２ヵ所に分割して設けることにな
る。

【００２６】なお、図４の電極（２）２の位置をウエハ
７の外周部に移しても同様な効果が得られる。この場合
は、図１で２分割していた電極を、電極（１）１の一部
に電極（２）２を埋め込んだ形となる。その実施例を図
５に示した。

【００２７】図１から図４までウエハ中央部のパルスバ
イアス印加部絶縁膜３１を静電吸着部絶縁膜３２の膜厚
に比較して薄くしたが、プラズマ処理によっては、その
逆にパルスバイアス印加部絶縁膜３１の膜厚を厚くする
必要があることもあり得る。本発明の電極絶縁膜は、静
電吸着用とパルスバイアス電圧印加用で独立に膜厚や膜
質を設計できることを述べてきたが、これは、これらの
絶縁膜の形成方法を各々最適な形成方法にすることがで
きることでもある。たとえば、薄い絶縁膜を焼結材や溶
射材で形成するのは難しいが陽極酸化やスパッタ法、化
学気相法などによれば容易に薄膜を形成できる。また、
その逆も成立し、厚い絶縁膜を形成する場合は焼結材の
使用や溶射法が適している。このように、膜厚膜質に応
じて、それぞれ最適な形成方法を採用できることも本発
明の特徴である。

【００２８】さらに、本発明の別の効果を述べる。ウエ
ハ上に磁場が発生しているプラズマ処理装置において
は、ウエハに印加されるバイアス電圧のウエハ面内分布
の不均一性が問題になることがある。概して、ウエハ外
周部のバイアス電圧が中央部のそれに比較して大きい分
布となる。

【００２９】これに対し、本発明の図１、図３の実施例
においては、ウエハ外周部には静電吸着用の直流高電圧
が印加されるのみで、ウエハ外周への高周波バイアス電
圧は、中央側から印加されてウエハ内を通して印加され
るため、従来に比較して低くなり、平均してバイアスの
均一化が図れる。

【００３０】また、ウエハ外周部に高周波バイアスが印
加されず、直流電圧のみ印加されていることから、ウエ
ハ最外周部の周囲の絶縁部（本発明の実施例では図示し
ていないが、サセプタと称するアルミナなどで製作され
た絶縁物がカバーとして設置される。）に入射するイオ
ンの加速が低減される。

【００３１】すなわち、ウエハ外側のサセプタのイオン
入射損傷が緩和される。このことは、異物発生源の低減
にも繋がる。異物低減を通じて、歩留まり向上、稼働率
向上という効果も期待できる。

【００３２】以上述べたように、パルスバイアス電圧の
印加を効率的に実施するための電極という観点から本発
明を説明してきたが、通常の正弦波からなるなる高周波
バイアスを印加プラズマ処理装置の電極としても極めて
有効であることは言うまでもない。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、静
電吸着用の絶縁膜とバイアス電圧印加用の絶縁膜を各々
独立に形成できるので、それぞれの最適絶縁膜を採用で
き、プラズマ処理の精度を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の静電吸着電極の一構成図の説明図であ
る。。

【図２】本発明の静電吸着電極をダイポール電極に構成
した説明図である。

【図３】本発明の静電吸着電極の他の実施例の説明図で
ある。

【図４】本発明の静電吸着電極の他の実施例の説明図で
ある。

【図５】本発明の静電吸着電極の他の実施例の説明図で
ある。

【符号の説明】

１…電極（１）、２…電極（２）、３１…バイアス印加
部絶縁膜、３２…吸着部絶縁膜、３３…隙間、４…絶縁
膜、５…バイアス電源、６…静電吸着電源、７…ウエ
ハ、８…貫通穴。

フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼岡健山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者菅野誠一郎茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物にプラズマ処理を施すプラズマ処
理装置の被処理物載置電極において、前記電極を吸着電
極とし、電極の被処理物載置面である静電吸着用絶縁膜
の膜厚を被処理物に対向する部分で変え、各々の膜厚形
成部を電気的に絶縁したことを特徴とする静電吸着電
極。
【請求項２】請求項第１項記載の静電吸着電極におい
て、前記静電吸着用絶縁膜の膜厚を被処理物外周部に対
向する部分と中央部に対向する部分で変えたことを特徴
とする静電吸着電極。
【請求項３】請求項第１項および第２項に記載の静電吸
着電極において、前記被処理物の外周部に対向する部分
に形成された絶縁膜を被処理物の静電吸着用とし、その
他の電極面に形成された絶縁膜をバイアス電極印加用と
したことを特徴とする静電吸着電極。
【請求項４】請求項第３項に記載の静電吸着電極におい
て、前記静電吸着用絶縁膜に印加する直流電圧とバイア
ス電圧印加用絶縁膜に印加する高周波電圧を、それぞれ
独立に各々の絶縁膜に印加することを特徴とする静電吸
着電極。
【請求項５】請求項１項乃至請求項４項に記載の静電吸
着電極において、前記静電吸着用絶縁膜の抵抗率を１０
⁹〜１０¹²Ωcmとし、膜厚を２００〜５００μｍとした
ことを特徴とする静電吸着電極。
【請求項６】被処理物にプラズマ処理を施すプラズマ処
理装置の被処理物載置電極において、前記電極を静電吸
着電極とし、電極の被処理物載置面の絶縁膜の形成方法
を被処理物に対向する部分で変えたことを特徴とする静
電吸着電極。
【請求項７】請求項１項から請求項６項に記載の静電吸
着電極において、前記被処理物に対向する絶縁膜の膜厚
が厚い部分を溶射による形成方法あるいは焼結材を用い
た形成方法とし、膜厚の薄い該絶縁膜を溶射による形成
方法あるいはスパッタ処理方法、陽極酸化処理方法とし
たことを特徴とする静電吸着電極。