TW201533795A - 電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種使處理良率提升之電漿處理裝置。 一種電漿處理裝置，具有：處理室，配置於真空容器內部，其內側空間受到減壓；及試料台，配置於處理室內，其上面供處理對象之試料載置；利用該試料台的上方之，供給至前述處理室內之處理用氣體來形成電漿，以處理前述試料，該電漿處理裝置中，前述試料台具備：金屬製的塊(block)，內部具有冷媒流通之通路，於前述試料之處理中被供給高頻電力；及靜電吸盤，配置於該塊上，前述試料承載其上而被靜電吸附；前述靜電吸盤具備：膜狀的電極，被供給吸附前述試料之電力；及板狀的上部燒結體及下部燒結體，將該電極從上下加以包夾而被接合；下部燒結體的介電率比上部燒結體的介電率還高。

Description

電漿處理裝置
本發明係有關一種電漿處理裝置，係針對配置於真空容器內部的處理室內之半導體晶圓等基板狀試料的上面所配置之處理對象即膜構造，利用電漿加工而在該處理室內予以形成；特別是有關在配置於處理室內之試料台上面的介電體製載置面上載置前述試料，並藉由靜電予以吸附保持而處理者。
隨著半導體裝置的微細化趨勢，試料的蝕刻處理中所要求之處理精度愈來愈嚴格。為了實現這樣的要求，在電漿處理如蝕刻處理中，使晶圓表面的溫度成為適合處理的範圍之值，即所謂更高精度地實施溫度控制，變得十分重要。
又，近年來開始要求，由複數個步驟所構成的處理對象即膜之處理中，不需將試料即晶圓暫且搬出至處理室外便可在蝕刻步驟之間改變溫度，為了實現此一要求，須講求高速且細緻地調節試料溫度之技術。在這樣的電漿處理裝置中，為了調節試料的面向電漿之表面的溫 度，以往是進行下述方式，即，將和試料背面相接之試料台上面的溫度調節成規定值的範圍。
這樣的試料台的習知技術構成，例如為下述構造，即，在金屬製的圓筒形或圓形構件的上部具備靜電吸盤，其構成供試料台承載之載置面。靜電吸盤中，在其由介電體材料所構成之，膜狀或足以形成靜電力而厚度盡可能小的圓板狀構件的上面，利用對配置於構件內部的電極供給之直流電力而形成之靜電力，藉此吸附保持晶圓，並在此狀態下在該些晶圓與膜上面之間供給He氣體來作為熱傳導用媒介，以促進兩者之間的熱傳導。這樣的構成中，靜電吸盤所致之靜電吸附力大小，會對試料台-晶圓間的總熱傳(overall heat transfer)特性帶來決定性的影響。
也就是說，因靜電吸盤所致之靜電吸附力的變化，處理對象試料即晶圓的溫度亦會變化。另一方面，構成靜電吸盤的上面之介電體製構件的上面，當晶圓未載置於其上的狀態下，會曝露於處理室內的空間或供給至該內部之氣體或微粒子，更有甚者，當晶圓未載置的狀態下會曝露於為了潔淨處理室內表面而形成之電漿，因此，靜電吸盤上面會隨著晶圓處理片數或處理(運轉)時間增大而導致其形狀變化，其結果，晶圓與靜電吸盤的上面之間的接觸面積，乃至於靜電吸附力便會變化。為了減輕此問題，有人提出一種庫侖方式，亦即使用高純度陶瓷作為構成表面的介電體材料而形成靜電力之方式，以作為即使曝 露於電漿而造成電極表面的微細形狀變化的情形下，吸附力變化仍少之吸附方式。
此外，例如當使用氧化鋁(Al2O3)作為陶瓷來作為靜電吸盤的介電體材料的情形下，當曝露於使用氟系氣體的電漿時，該氧化鋁構件會由於與電漿的相互作用而被削減，使得處理腔室內產生異物。作為減低異物產生量以解決該問題之手段，有人考慮使用陶瓷燒結體來作為上述靜電吸盤上部的介電體材料。也就是說，為了實現這樣的靜電吸盤，已知有以熱噴塗(thermal spraying)等所致之陶瓷膜之形成方法，但藉由使用使陶瓷結晶彼此更為緻密地結合之燒結體，便能減低對於電漿的消耗量，而抑制異物的產生量。
這樣的習知技術的例子，例如已知如專利文獻1所揭示般，在電極塊(block)上將靜電吸附構件即靜電吸附燒結體分割成複數個並予以配置，並在固定有靜電吸附構件之電極塊上藉由熱噴塗來形成絕緣材之被膜，然後研磨絕緣材而使靜電吸附燒結體露出者。按照本習知技術，能夠以燒結體的物性值來決定靜電吸附特性，並能藉由小型構件的燒結體的組合來形成靜電吸附面。
此外，專利文獻2中揭示，使用氮化鋁燒結體來作為靜電吸附膜者。按照本習知技術，將複數個燒結體和表面的氮化鋁同時高溫化並同時壓接，且將燒結板的體積電阻率設計成「吸附面側<其他部分」，藉此謀求吸附力的均一化。如此一來，便能價廉地提供即使晶圓大口 徑化仍會確保確實的吸附力，且可在高溫下處理之靜電吸盤。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平9-148420號公報
[專利文獻2]日本特開平3-31640號公報
上述習知技術中，對於下述問題點考量不周全，因此產生了問題。也就是說，專利文獻1中，試料的設置面是呈燒結體與熱噴塗膜交雜之構造，難以抑制異物產生。因此，上述習知技術中並未考量會損及試料處理的良率。
此外，當採用專利文獻2構成的情形下，和試料相接之最表面係使用氮化鋁燒結體，因此無法以庫侖方式吸附。有關燒結體的體積電阻率，是設計成吸附面側部分的體積電阻率值<其他部分的體積電阻率值。因此，上述習知技術中並未考量往後當試料即晶圓的直徑更加變大的情形下，如何構成以維持燒結體強度的同時還產生足以保持大直徑晶圓之靜電吸附力，而可能無法將晶圓的處理溫度調節成所需範圍，導致損及處理良率。
本發明之目的，在於提供一種使處理良率提升之電漿處理裝置。
上述目的是藉由下述方式來達成，即，一種電漿處理裝置，具有：處理室，配置於真空容器內部，其內側空間受到減壓；及試料台，配置於處理室內，其上面供處理對象之試料載置；利用該試料台的上方之，供給至前述處理室內之處理用氣體來形成電漿，以處理前述試料，該電漿處理裝置中，前述試料台具備：金屬製的塊(block)，內部具有冷媒流通之通路，於前述試料之處理中被供給高頻電力；及靜電吸盤，配置於該塊上，前述試料承載其上而被靜電吸附；前述靜電吸盤具備：膜狀的電極，被供給吸附前述試料之電力；及板狀的上部燒結體及下部燒結體，將該電極從上下加以包夾而被接合；下部燒結體的介電率比上部燒結體的介電率還高。
1‧‧‧電極塊
2‧‧‧第一黏著層
3‧‧‧燒結體
3-1‧‧‧第一燒結體
3-2‧‧‧第二燒結體
4‧‧‧試料
5‧‧‧高頻電源
6‧‧‧冷媒通路
7‧‧‧內部電極
8‧‧‧第二黏著層
9‧‧‧傳導體
10‧‧‧絕緣體
11‧‧‧連接層
21‧‧‧處理室壁
22‧‧‧處理室蓋
23‧‧‧處理室
24‧‧‧氣體導入管
25‧‧‧處理氣體
26‧‧‧排氣口
27‧‧‧壓力調節閥
28‧‧‧渦輪分子泵浦
29‧‧‧微波振盪機
30‧‧‧微波
31‧‧‧導波管
32‧‧‧螺線管線圈
33‧‧‧電漿
34‧‧‧溫控單元
101‧‧‧試料台
102‧‧‧靜電吸盤
[圖1]本發明實施例之電漿處理裝置的構成概略模型說明用縱截面圖。
[圖2]圖1所示實施例之試料台的構成概略模型示意縱截面圖。
[圖3]圖2所示試料台之燒結體的構成概略模型示意 縱截面圖。
[圖4]圖1所示實施例之燒結體的阻抗特性模型示意圖表。
[圖5]圖2所示實施例的變形例之試料台的構成概略模型示意縱截面圖。
以下利用圖面，說明本發明之實施形態。
當在電極塊上設置由陶瓷燒結體所形成之靜電吸盤的情形下，例如係由以下工程製作。
(1)在陶瓷的胚片(green sheet)上以印刷等來將靜電吸附用的內部電極做圖樣形成(patterning)，並以其他胚片將內部電極被覆，藉由高溫、高壓化而燒結。
(2)將陶瓷研磨，直到得到規定厚度、平面度。平面研磨後，視必要進行表面形狀加工。
(3)將上述製作出的靜電吸盤利用黏著劑設置、固定於電極塊上。視必要進行最終(finishing)加工。在電極塊內部形成有冷媒通路。
經過該些工程，完成以燒結體作為靜電吸附膜之試料台。此時，陶瓷愈厚，便愈能減低加工時或取用時的破裂風險。也就是說，為了穩定地製造試料台，應將陶瓷燒結體設計成較厚。但，另一方面若將陶瓷層增厚，則燒結體構件的阻抗會增加，當對電極塊施加高頻電力時燒結體會成為電阻成分，而阻礙高頻電流。
如此一來，在電漿蝕刻中，便難以對形成於晶圓上之鞘層(sheath)施加高頻電壓，而會發生降低蝕刻性能之弊害。今後，隨著晶圓直徑從Φ300mm朝Φ450mm大口徑化邁進，料想上述靜電吸盤用之燒結體的製造難度會更加提高，且料想製造時的良率與蝕刻性能之間的取捨(trade-off)問題會逐漸浮上枱面。隨著晶圓直徑的大口徑化，有關上述取捨的例子可設想如下。
將粉體予以燒結而製作之陶瓷當中，存在著多數缺陷(裂痕)。由於陶瓷的破壞是在面內的最弱點發生，故陶瓷面積愈變大則其強度便有愈降低的傾向，破壞的機率會變高。
從Φ300mm變為Φ450mm大口徑化的情形下，面積成為2.25倍，故破壞的機率簡單概算會變成2.25倍以上。又，隨著面積擴大，也變得難以在陶瓷全體實施均質且緻密的燒結，故破壞的機率會變得更高。
對此，為防止陶瓷的破壞，必須對抗外力抑制陶瓷內發生之應力，而應增加陶瓷的厚度。此處，例如若將電極塊的上面以車床加工的情形下，平面中心部會成為凹形狀，故其後當設置具有靜電吸盤功能的陶瓷板而進行貼附、最終加工時，會成為「承受以圓周所支撐之等分布荷重的圓板」的應力模型。
在此情形下，陶瓷內發生的最大應力會和陶瓷半徑的平方成比例、和陶瓷厚度的平方成反比例。Φ300mm變為Φ450mm大口徑化時，如上述般若將破壞機 率假定為4.5倍，也就是容許應力變為1/4.5，則必須使陶瓷厚度增加至3.2倍。相對於陶瓷的面積增加2.25倍，當厚度增加3.2倍的情形下，陶瓷的靜電容量會變為約0.7倍、阻抗變為約1.4倍。當為了抑制阻抗而減低陶瓷厚度的情形下，製造時的處理良率會降低，以工業製品而言恐難以穩定地製造。
本發明之實施形態中，是在於真空處理室內設置試料台，將導入至前述真空處理室內之處理氣體加以電漿化，藉由該電漿對載置於前述試料台之被加工試料進行表面處理之電漿處理裝置當中，試料台係藉由在具有熱交換媒介通路之電極塊上將靜電吸附層加以黏著而構成，靜電吸附層係藉由將2層燒結體加以接合而形成，在前述燒結體的接合面設置內部電極，相較於設置試料之燒結體的介電率而言，另一燒結體具有較高的介電率。
此外，靜電吸附層係藉由將2層燒結體加以接合而形成，在前述燒結體的接合面設置內部電極，相較於設置試料之燒結體的介電率而言，另一燒結體具有較高的介電率，且相較於設置試料之燒結體的厚度而言，另一燒結體被做成較厚。
按照這樣的實施形態，在具備上部燒結體及配置於其下方之下部燒結體的靜電吸附層當中，將下部燒結體材料的介電率做成比上部燒結體還高，藉此即使使下部燒結體厚度增加，仍會將阻抗抑制成較低。亦即，上部及下部燒結體接合而構成之靜電吸附層的厚度，是做成適 於處理及製造之範圍，而針對該些燒結體的上下方向的合計阻抗，是做成適於處理之範圍。也就是說，兼顧了有效率地對晶圓鞘層施加RF電壓、及實現處理的高良率。
此外，提高下部燒結體材料的介電率之手段的例子，可設想添加金屬粉末等。另，和晶圓背面相接之上部燒結體，係構成為不含金屬粉末等雜質之陶瓷或複數個陶瓷的混合物，藉此便可實現以上部燒結體作為靜電吸附膜之庫侖方式所致之靜電吸附，而抑制試料台的表面曝露於電漿時發生之晶圓溫度的經時變化或異物產生。
[實施例1]
以下利用圖1至4，說明本發明之實施例。
圖1為本發明實施例之電漿處理裝置的構成概略模型說明用縱截面圖。特別是，為了激發處理室內的氣體粒子以在處理室內形成電漿，而利用微波30的電場與磁場所致之ECR(Electron Cyclotron Resonance；電子迴旋共振)方式的微波ECR電漿蝕刻裝置的構成示意圖。
本例之電漿處理裝置，具備：電漿形成部，包括具備圓筒形狀而在內部具有供電漿33形成之處理室23的真空容器、及配置於其上方及側方周圍而產生用來在處理室23內形成電漿33之電場或磁場的手段；及排氣裝置，配置於真空容器的下方，為將處理室23內部的電漿33或氣體、處理室23內形成之反應生成物等粒子予以 排氣之手段，且具備渦輪分子泵浦(turbo molecular pump)28等真空泵浦。在處理室23內的下方配置有試料台101，其供試料4載置於其上面並藉由靜電予以吸附、保持。
處理室23，配置於真空容器的內部而具備圓筒形，為供電漿33形成之空間，且為被圓筒形狀的構件即處理室壁21所包圍之空間。在處理室23的上方隔著密封構件承載配置著處理室蓋22，其構成真空容器上部，由載置於處理室壁21的上端之介電體(本例中為石英玻璃)所構成，處理室23的內部，與外部即設置有電漿處理裝置之處的環境，係被氣密地區隔開來。
在處理室壁21的上部配置著氣體導入管24，用來進行蝕刻處理之處理氣體25，便是從處理室23的上部亦即試料台101的上方通過氣體導入管24的開口而被供給至處理室23內。氣體導入管24透過氣體供給管而與未圖示之氣體源即槽連結，在氣體供給管上具備調節處理氣體25的流量和速度之流量調節器、及進行管路開閉之閥。在處理室23的下部亦即試料台101下方的真空容器底面，配置與渦輪分子泵浦28連結之排氣口26，藉由其動作，導入至處理室23之處理氣體25或因蝕刻而產生之反應生成物便通過排氣口26被排氣。
在連結排氣口26與真空泵浦的一種即渦輪分子泵浦28之間的排氣路徑上，配置有壓力調節閥27，其具有板(舌片(flap))形狀，繞著將內部流通之該排氣 的流動方向予以橫切之軸系旋轉，使排氣的通路截面積增減；以壓力調節閥27來增減通路的開度，藉此調節來自處理室23的排氣的流量和速度，而藉由該排氣與供給至處理室23之處理氣體25的流量和速度之平衡，處理室23內的壓力便被調節成適於處理的範圍內之值(2至5Pa)。
在處理室23上側的真空容器的上方，配置有構成電漿形成部之電場形成裝置。本例中，是在內部具備供微波30(的電場)傳播之導波管31，該導波管31朝向處理室23或配置於其上方之處理室蓋22。導波管31具備：圓筒部，具有圓筒形截面，朝上下方向延伸，一方的端部(圖中為下端)與處理室蓋22的上面相向配置；及矩形部，截面為矩形狀，其一端部與該圓筒部的另一端(圖中為上端)連結，朝水平方向(圖中為左右方向)延伸；在矩形部的另一端(圖中為左端)配置有磁控管等微波振盪器29，其振盪而形成微波30(的電場)。藉由微波振盪器29而生成的微波30，通過矩形部及圓筒部朝向下方傳播後，被導入至圓筒形的空洞部內，該空洞部配置於處理室蓋22的上方，具有和處理室23的直徑同等且比圓筒部還大的直徑，於該空洞部共振而形成之規定模態的電場，會穿透處理室23上部的處理室蓋22而從上方被導入至處理室23內。
又，在處理室蓋22的上側與處理室壁21的外側周圍，配置有圍繞處理室23且為磁場產生器之螺線 管線圈(solenoid coil)32，生成的磁場會被導入至處理室23內，藉由與穿透處理室蓋22而導入之微波30的電場的相互作用，供給至處理室23內的處理氣體25的原子或分子會被激發，而在試料台101上方的空間(放電空間)內形成電漿33。使藉由該電漿33而形成之離子等帶電粒子及反應性高的粒子(活性物種)，與配置於試料4的上面之膜構造的處理對象膜相互作用而蝕刻，以進行電漿蝕刻處理。
本實施例中，為了將半導體晶圓即試料4、或試料台101的溫度調節成適於處理之範圍的值，係對配置於構成試料台101之金屬製圓筒或圓板狀構件即基材的內部之冷媒通路6，藉由溫控單元34供給溫度經調節的冷媒。與冷卻單元等溫控單元34連結之，溫度被控制成規定範圍之值的水或Fluorinert等冷媒，係通過冷媒供給管而流入至試料台101的基材內部之，螺旋狀或繞著中心軸系而多重配置之同心狀的冷媒通路6的入口，一面在冷媒通路6內流通一面和基材乃至於試料4做熱交換，藉此使溫度增加，然後從冷媒通路6的出口流出。流出的冷媒經由冷媒排出管回到溫控單元34，其溫度再度被冷卻至規定範圍內的值，然後再度經由冷媒供給管供給至試料台101而循環。
圖2為圖1所示實施例之試料台的構成概略模型示意縱截面圖。本圖中，圖1所示調節冷媒溫度之溫控單元34及連結其與試料台101之間的冷媒供給管及排 出管、以及被供給直流電力而隔著介電體製構件與試料4之間形成靜電力之膜狀電極、及供給直流電力之電源，係省略圖示。
本例中，試料台101具備：電極塊1，具有圓筒形或圓板形狀，構成為導電體(本例中為金屬)製基材，在內部具備供熱交換媒介流通內部而循環之冷媒通路6；及燒結體3，在該電極塊1的圓形的上面上方，隔著展現出電性絕緣特性之第一黏著層2而配置，具有圓板形狀且具有靜電吸附功能。構成靜電吸盤之燒結體3的上面，係構成為試料4的載置面，試料4載置於其上並藉由靜電吸附力而被保持。
電極塊1為導電體的構件，且與高頻電源5電性連接，被施加高頻電力。在試料4被靜電吸附於燒結體3的上面而受到處理的期間，係對電極塊1供給來自高頻電源的高頻(本例中為4MHz)電力，而在被保持於靜電吸盤上之試料4的上面上方，會因應電漿33的電位而形成偏壓電位。藉由該偏壓電位與電漿33之間的電位差，電漿33中的離子等帶電粒子會被引誘至試料4的上面，使其與處理對象膜衝撞，以促進該膜的蝕刻處理。
由於這樣的帶電粒子的衝撞而試料4會被加熱，為了將其溫度維持(本例中為冷卻)在適於處理之溫度範圍，會對電極塊1內部的冷媒通路6供給冷媒，以冷卻電極塊1乃至於試料4。試料4的溫度，是由從電漿33經由試料4、靜電吸盤而供給至電極塊1之熱輸入量與從 電力塊1傳遞給冷媒之排熱量之間的平衡所決定，故藉由調節所供給的冷媒的溫度或循環量，便能實現使試料4的溫度成為所需範圍內之值。
此外，本例中，在構成試料台101上部之靜電吸盤的燒結體3上，將試料4予以靜電吸附而保持的狀態下，於燒結體3的表面與試料4的背面之間，係供給He氣體作為熱傳遞媒介。藉此，會促進試料台101與試料4之間的總熱傳，提升試料4的溫度調節精度、效率。如上述般，對於試料台101之靜電吸盤，特別是對於燒結體3上面的試料4之靜電吸附力，會影響總熱傳的特性、效率，因此若該靜電吸附力變化，則試料4的溫度亦同樣會變化。
圖3為圖2所示試料台之燒結體的構成概略模型示意縱截面圖。圖3(a)為靜電吸盤102的例子，內藏有內部電極7，其配置於燒結體3的內部，被供給靜電吸附用之直流電力，而在該內部電極7的上方配置第一燒結體3-1、在下方配置第二燒結體3-2，內部電極7被該些第一燒結體3-1、第二燒結體3-2包夾而配置於它們的內側。
如上述般，靜電吸附力的變化會影響試料4的溫度變化，因此即使當第一燒結體3-1的上面即試料載置面曝露於電漿33中的帶電粒子或反應性高之活性物種等，造成表面受到相互作用而形狀變化的情形下，仍要求要能夠抑制靜電吸附力的變化，為達成此目標，本例中使 用了庫侖方式。本例的庫侖方式中，作為構成第一燒結體3-1之介電體材料，係使用具有高電阻率之物，例如雜質含有率非常小的陶瓷如純氧化鋁，或包含其在內之複數個陶瓷的混合物。
另，當使用氧化鋁作為第一燒結體3-1的情形下，若曝露於氟系的反應活性物種，則其表面部分會因相互作用而被削減，結果恐會使處理腔室內產生異物而污染處理對象之試料4。因此，本例中，靜電吸盤102是做成燒結體3，內藏有內部電極7，並將被覆其之介電體予以燒成而形成。
習知，形成靜電吸盤用的介電體製構件之技術，是使用熱噴塗等技術。相對於此，本例中是使用使陶瓷結晶彼此更為緻密結合而成之構件即燒結體3，藉此，能夠減低曝露於反應活性物種或帶電粒子之介電體材料的消耗，而抑制異物發生，提升處理的良率。
另，(a)中當難以將第一燒結體3-1與第二燒結體3-2予以燒成形成為一體的情形下，亦可採用如(b)般的構成。也就是說，圖3(b)為靜電吸盤102的例子，其構成為藉由第一燒結體3-1與第二燒結體3-2來包夾靜電吸附用之內部電極7，且將事先個別燒成而形成之第一燒結體3-1與第二燒結體3-2夾著第二黏著層8予以黏著形成。
本例中，黏著層8是被塗布於遍佈第二燒結體3-2的上面全體而配置，內部電極7是在第一燒結體3- 1的下面利用熱噴塗或塗布等習知已知之技術而配置。其後，第一燒結體3-1與第二燒結體3-2包夾內部電極7及黏著層8而被接合，形成為一體。
此處，本實施例中為了提升由燒結體所形成之靜電吸盤102的製造良率，理想是將靜電吸盤102做成較厚。也就是說，第一燒結體3-1與第二燒結體3-2的總厚度愈厚，愈能減低加工時或取用時的破裂風險，而能提升良率。
但，另一方面若將燒結體增厚，則靜電吸盤102的阻抗會增加，當對電極塊1施加高頻電力時靜電吸盤102會成為電阻成分，而阻礙高頻電流。如此一來，可能會難以在試料4的上面上方形成足以讓電漿33中的帶電粒子充分衝撞而以所需精度、速度實施處理之偏壓電位。因此，為了兼顧靜電吸盤102的製造良率與試料4的處理性能，必須設定尺寸的範圍。
圖4為圖1所示實施例之燒結體的阻抗特性模型示意圖表。如圖4(a)所示，如上述般，在靜電吸盤102的燒結體部分，阻抗會隨著厚度而增加。另一方面，如圖4(b)所示，阻抗會隨著燒結體的介電率增加而減少。
因此，本發明團隊得出以下見解，即，存在一個厚度的尺寸範圍，其會提高第二燒結體3-2的介電率，以第二燒結體3-2而言卻又成為足以得到所需良率之材料強度，且將阻抗抑制得盡可能低卻又能獲得所需的處 理性能。本實施例之發明，便是基於此見解而得。
本例中，第二燒結體3-2係被做成，其介電率比第一燒結體3-1還高。用來提高介電率的手段的例子，本例中是將在介電體材料中添加金屬粉末等並使其均一地分散而成之物予以燒成來形成。
本實施例中，構成第二燒結體3-2的構件，是在介電體材料中，金屬所成之添加物粒子於面方向及厚度方向偏佈全體均一地配置，藉此，第二燒結體3-2的體積電阻率相較於添加前的同材料、同尺寸之物會相對地降低。藉此，會抑制第二燒結體3-2對於高頻電力而阻抗增大，而抑制試料4上方的偏壓電位與電漿33的電位之差距減低，能使處理速率實現成為所需目標。
和試料4的背面相接之第一燒結體3-1，如前述般以庫侖方式之吸附較理想，故是由不含金屬粉末等雜質的氧化鋁等陶瓷或複數種類陶瓷的混合物所構成。因此，上述實施例中，第二燒結體3-2的介電率比第一燒結體3-1的介電率還高。
本例中，由於添加物的存在，來自內部電極7的直流電力的電流亦可能經由第二燒結體3-2而洩漏。本例中，在第二燒結體3-2與電極塊1之間配置由絕緣性材料所構成之第一黏著層2，藉此兩者會被絕緣而抑制漏電流的流通。
使用具有如此介電率的介電體來作為材料之第二燒結體3-2的厚度，是設計成使得與第一燒結體3-1 接合做成一體之靜電吸盤102的強度盡可能高，卻又能抑制損及製造良率。另一方面，隔著內部電極7而配置於上方之第一燒結體3-1，係要求形成足以產生適於試料4處理之吸附力，為了實現此要求，理想是介電率較小或其厚度小。
也就是說，第一燒結體3-1，從確保靜電吸附力(提高庫侖力)的觀點看來，理想是設計成較薄，故得以兼顧製造上的良率及發揮吸附或處理性能之靜電吸盤102的總厚度，是藉由適當地選擇第一燒結體3-1、第二燒結體3-2的厚度值或它們的比率而實現。本實施例中，第二燒結體3-2的厚度是做成比第一燒結體3-1的厚度還大。
藉由以上構成，在第一燒結體3-1會抑制吸附力經時變化及異物產生，在第二燒結體3-2則會達成製造良率與處理性能的兼顧。此外，當晶圓直徑增大而大口徑化的情形下，料想靜電吸盤102的製造難度亦會更加提高，可想見依本發明之製造時良率與處理性能的兼顧手段將十分有用。
以下利用圖5，說明本發明之實施例的變形例。圖5為圖2所示實施例的變形例之試料台的構成概略模型示意縱截面圖。以下說明中，針對本圖中與圖2所示實施例為同等構成者，係省略說明。
本圖所示本變形例之試料台101的構成，與圖2所示實施例之差異在於，具備配置於靜電吸盤102的 下方且於電極塊1的上方而被它們包夾之，金屬製的傳導體9、及配置於其下方之絕緣體10、以及配置於其外周而將電極塊1與傳導體9加以接合之導電性的黏著層11。此外，當欲將試料4的溫度在比實施例更廣的範圍內，或是欲高速或緻密地加以調節的情形下，亦可在絕緣體10的內部配置加熱器元件，其被供給來自未圖示之直流電源的電力並一面予以調節一面發熱。
此外，為了使加熱器元件更有效地動作，加熱器元件亦可配置於絕緣體10的內部當中，於厚度方向比中心還高的位置，亦即相對而言較接近上方的傳導體9之位置。藉由此構成，加熱器元件會相對地接近試料4而距離被做成較小，對於試料4而言加熱器的加熱所致之溫度調節效率會變得較高。本例之加熱器元件的材料，係使用金屬，例如不鏽鋼或鎢。
在具有圓板形狀之絕緣體10的上方且在燒結體3或黏著層2的下方，配置金屬製的傳導體9，其和絕緣體10上面相接，具有圓板形狀，具有與燒結體3相同或近似至視為相同程度之直徑，並具有高導電性以及熱傳導性。藉由配置傳導體9，當供給至電極塊1的高頻電力通過絕緣體10而朝上方傳遞時，在其傳遞路徑上於內部存在著金屬製的加熱器元件，藉此，即使通過的高頻電力的大小於絕緣體10上面的面內方向發生增減分布的情形下，也會因為高頻電力流入至傳導體9而減輕這樣的分布，高頻電力的大小於傳導體9的上面會變得更接近均 一。
也就是說，導電體9具有下述功能，即，使高頻電力或其所致之偏壓電位分布，於靜電吸盤102或試料4的面方向接近均一。此外，無論有無加熱器元件，均可使傳導體9發揮熱擴散板(均熱板)的功能，於靜電吸盤102或試料4的面方向欲使熱傳遞特性(例如熱傳係數)更接近均一，藉由選擇熱傳導率高的材料，於靜電吸盤102或試料4的面方向能使熱傳遞特性(例如熱傳係數)更接近均一。
此外，在傳導體9的上方，隔著具有電性絕緣性之第一黏著層2，配置具有靜電吸附功能而構成靜電吸盤102的燒結體3，兩者係被接合。如上述般，燒結體3的上面為試料4的載置面，試料4係被載置，且藉由供給至配置於燒結體3內部的內部電極7之直流電力而形成之靜電，而被吸附並保持於構成燒結體3上部之第一燒結體3-1的上面。
此外，如同實施例般，電極塊1係被高頻電源5電性連接，於處理中會從該高頻電源5供給高頻電力，藉此，在試料台101上部的第一燒結體3-1或試料4的上方會形成偏壓電位，將電漿33中的帶電粒子引誘至試料4而促進蝕刻處理。
此外，如同圖2實施例般，為了將因為離子等電漿33中的帶電粒子衝撞而被加熱之試料4加以冷卻，係在電極塊1內部的冷媒通路6供給冷媒，以冷卻電 極塊1乃至於靜電吸盤102或試料4。試料4的溫度，是由來自帶電粒子的熱輸入量、加熱器元件的發熱量、及對冷媒的排熱量之平衡所決定。
此處，上述構成中當對電極塊1施加高頻電力時，絕緣體10會成為電阻成分，阻礙高頻電流。因此，欲使足以實現所需處理速率的量的電漿33中的帶電粒子衝撞試料4，可能會有困難。
本例中，係配置有連接層11，其在具有比導電體9的直徑還小直徑之圓板形狀的絕緣體10的外周側位置，圍繞絕緣體10而配置成環狀，且具有導電性。連接層11係將電極塊1上面的外周側部分與傳導體9的外周側部分加以連接而接合，供給至電極塊1的高頻電力會經由其而供給至傳導體9，以減低供給途中的損失。
此外，連接層11亦可配置於比傳導體9或電極塊1上面的外周緣還靠內側，亦即，連接層11的外周緣位置亦可比傳導體9或電極塊1上面的外周緣還朝內側退縮。在此情形下，為了抑制具有導電性之連接層11直接曝露在形成於處理室23或其內側之電漿33或者處理氣體25，亦可將由其他絕緣性材料所成之黏著層配置於連接層11的外周緣部的外周側，以便將其對於電漿等加以被覆。又，當組裝上難以配置連接層11的情形下，亦可設計成將傳導體9與高頻電源5加以電性連接而對傳導體9直接地供給高頻電力。
本例構成如同實施例般，是藉由混合添加物 來使第二燒結體3-2的介電率比第一燒結體3-1還大，以抑制靜電吸盤102或燒結體3全體的阻抗。因此，於蝕刻中，會對試料4上形成之鞘層有效率地施加從高頻電源5供給之高頻電力。
此外，藉此，可從電漿33中使帶電粒子即離子有效率地衝撞試料4，而藉由反應活性物種(自由基)與帶電粒子(離子)的相互作用來獲得良好的蝕刻性能。
此外，蝕刻處理完畢後，試料4會從處理室23被搬出，實施處理室23內壁的潔淨。在該潔淨時，若在試料台101上面未承載晶圓，則構成試料台101上面之燒結體3的上面會直接曝露於電漿，但由於構成試料4的吸附面之燒結體3的上面的第一燒結體3-1是由燒結體所構成，且採用庫侖吸附方式，故可抑制吸附力的經時變化及異物的產生。
以上實施例所說明之發明，並不限定於上述電漿處理裝置，亦可流用於灰化(ashing)裝置、濺鍍裝置、離子植入裝置、阻劑塗布裝置、電漿CVD裝置、平板顯示器製造裝置、太陽能電池製造裝置等需要精密的晶圓溫度管理之其他裝置。
1‧‧‧電極塊
2‧‧‧第一黏著層
3‧‧‧燒結體
4‧‧‧試料
5‧‧‧高頻電源
6‧‧‧冷媒通路
101‧‧‧試料台

Claims (6)

  1. 一種電漿處理裝置，具有：處理室，配置於真空容器內部，其內側空間受到減壓；及試料台，配置於該處理室內，其上面供處理對象之試料載置；利用該試料台的上方之，供給至前述處理室內之處理用氣體來形成電漿，以處理前述試料，該電漿處理裝置，其特徵為：前述試料台具備：金屬製的塊(block)，內部具有冷媒流通之通路，於前述試料之處理中被供給高頻電力；及靜電吸盤，配置於該塊上，前述試料承載其上而被靜電吸附；前述靜電吸盤具備：膜狀的電極，被供給吸附前述試料之電力；及板狀的上部燒結體及下部燒結體，將該電極從上下加以包夾而被接合；下部燒結體的介電率比上部燒結體的介電率還高。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其中，前述上部燒結體的體積電阻率，係被設計成比前述下部燒結體的體積電阻率還大。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之電漿處理裝置，其中，前述下部燒結體的厚度，係被設計成比前述上部燒結體的厚度還大。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項任一項所述之電漿處理裝置，其中， 前述上部燒結體係由純陶瓷所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所述之電漿處理裝置，其中，具備：膜狀的加熱器，配置於前述塊的上方且前述靜電吸盤的下方；及板狀構件，配置於該加熱器的上方且前述靜電吸盤的下方，與前述塊絕緣，具有比前述加熱器還大的直徑，並具有熱傳導性。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電漿處理裝置，其中，前述加熱器係配置於絕緣層的內部，該絕緣層係被包夾於前述板狀構件與前述塊的上面之間。
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