WO2019088204A1 - 静電チャックアセンブリ、静電チャック及びフォーカスリング - Google Patents

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focus ring
mounting surface
wafer
electrostatic chuck
electrode
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達也 久野
育久 森岡
賢一郎 相川
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日本碍子株式会社
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    • H01J2237/002—Cooling arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic chuck assembly, an electrostatic chuck and a focus ring.
  • plasma processing apparatuses such as a plasma etching apparatus, a plasma CVD apparatus, and a plasma ashing apparatus are known.
  • a wafer mounting apparatus for mounting a wafer in a vacuum chamber is usually installed.
  • the wafer mounting apparatus includes an electrostatic chuck for attracting and fixing a wafer to be subjected to plasma processing to a wafer mounting surface, and a cooling plate for cooling the electrostatic chuck.
  • an insulator or a dielectric (mostly ceramic) in which an internal electrode is embedded is used as the electrostatic chuck.
  • a replaceable focus ring may be installed on the outer periphery of the wafer mounting surface.
  • the focus ring is mounted on the focus ring mounting surface lower than the wafer mounting surface, and has a role of stably generating plasma up to the outer peripheral edge of the wafer and a role of protecting the surface of the electrostatic chuck.
  • the wafer suctioned and fixed to the electrostatic chuck is cooled by the cooling plate via the electrostatic chuck.
  • the temperature increase may be excessive because the focus ring is not sufficiently absorbed by the electrostatic chuck, which causes the temperature of the outer peripheral edge of the wafer to be high. The yield may be degraded.
  • Patent Document 1 in the electrostatic chuck made of aluminum alumite, the specific resistances of the dielectric used on the wafer mounting surface and the dielectric used on the focus ring mounting surface are different, and the wafer is adsorbed by the Coulomb force. , Johnson ⁇ Rahbek has attracted the focus ring. Further, in Patent Document 2, an electrode for attracting the focus ring is provided in the same ceramic separately from the electrode for attracting the wafer, and only the chuck voltage applied to the electrode for attracting the focus ring is changed according to the process of plasma processing. In the etching process in which the focus ring tends to have a high temperature, the chucking voltage is increased to increase the adsorption force.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose that helium gas is supplied between the focus ring mounting surface and the focus ring to facilitate heat transfer between the focus ring mounting surface and the focus ring. ing.
  • the helium gas supplied between the focus ring mounting surface and the focus ring does not stay between the focus ring mounting surface and the focus ring and leaks to the periphery thereof. In some cases, heat transfer by helium gas may not be performed sufficiently. Therefore, it has been desired to suppress such gas leakage.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an electrostatic chuck assembly capable of suppressing leakage of gas supplied between a focus ring mounting surface and the focus ring to the periphery thereof.
  • the main object is to provide an electrostatic chuck and a focus ring.
  • the electrostatic chuck assembly of the present invention A ceramic body having a focus ring mounting surface lower than the wafer mounting surface which is a circular surface on the outer peripheral portion of the wafer mounting surface; A first electrode embedded at a position facing the wafer mounting surface in the inside of the ceramic body; A second electrode embedded in the ceramic body at a position facing the focus ring mounting surface; An uneven area for gas storage provided on the surface of the focus ring mounting surface; A focus ring mounted on the focus ring mounting surface; A pair of elastic annular sealing materials disposed on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the focus ring mounting surface so as to surround the uneven area between the focus ring mounting surface and the focus ring; Is provided.
  • the electrostatic chuck assembly When the electrostatic chuck assembly is used, a voltage is applied to each of the first electrode and the second electrode with the wafer mounted on the wafer mounting surface. Then, the wafer is adsorbed on the wafer mounting surface, and the focus ring is adsorbed on the focus ring mounting surface.
  • the adsorption force for adsorbing the focus ring to the focus ring mounting surface may be either Coulomb force or Johnson-Rahbeck force, but Johnson-Rahbeck force is preferable.
  • the focus ring is thicker than a wafer, so it is difficult to correct the warping and adsorption, but since the elastic annular seal material absorbs the warping of the focus ring, the focus ring can be firmly attracted to the focus ring mounting surface.
  • the uneven region of the focus ring mounting surface becomes airtight or nearly airtight by the elastic annular sealing material and the focus ring, and the leakage of the gas supplied to the uneven region can be suppressed. Furthermore, since the first electrode and the second electrode are independent, voltages suitable for each can be applied.
  • the elastic annular sealing material may be fitted in an annular groove provided in at least one of the focus ring mounting surface and the focus ring.
  • the elastic annular seal material can be easily set using the annular groove.
  • the elastic annular sealing material may be sandwiched between the flat portion of the focus ring mounting surface and the flat portion of the focus ring without being fitted into the annular groove. In that case, the elastic annular seal material may be bonded to at least one of the focus ring mounting surface and the focus ring with an adhesive.
  • the electrostatic chuck of the present invention is A ceramic body having a focus ring mounting surface lower than the wafer mounting surface which is a circular surface on the outer peripheral portion of the wafer mounting surface; A first electrode embedded at a position facing the wafer mounting surface in the inside of the ceramic body; A second electrode embedded in the ceramic body at a position facing the focus ring mounting surface; An uneven area for gas storage provided on the surface of the focus ring mounting surface; A pair of annular grooves provided on the inner and outer peripheral sides of the surface of the focus mounting surface so as to surround the uneven area; Is provided.
  • the wafer When using this electrostatic chuck, the wafer is placed on the wafer placement surface, the elastic annular seal material is fitted in the pair of annular grooves on the focus ring placement surface, and then the focus ring is placed on it. Voltage is applied to each of the first electrode and the second electrode. Then, the wafer is adsorbed on the wafer mounting surface, and the focus ring is adsorbed on the focus ring mounting surface.
  • the adsorption force for adsorbing the focus ring to the focus ring mounting surface may be either Coulomb force or Johnson-Rahbeck force, but Johnson-Rahbeck force is preferable.
  • the focus ring is thicker than the wafer, so it is difficult to correct the warping and adsorption, but the elastic ring seal material inserted in the pair of annular grooves on the focus ring mounting surface absorbs the warp of the focus ring. It can be firmly attracted to the focus ring mounting surface. As a result, the uneven area of the focus ring mounting surface becomes airtight or nearly airtight by the elastic annular seal member fitted in the pair of annular grooves and the focus ring, and the leakage of the gas supplied to the uneven area is suppressed it can. Furthermore, since the first electrode and the second electrode are independent, voltages suitable for each can be applied.
  • the main body of the ceramic body excluding the portion between the focus ring mounting surface and the second electrode has a volume resistivity capable of exerting a coulomb force.
  • the sub-body which is a portion between the focus ring mounting surface and the second electrode is formed of a second ceramic member having a volume resistivity capable of exhibiting Johnson-Laerbeck force. It may be done.
  • the electrostatic chuck when used, the wafer is attracted to the wafer mounting surface by the coulomb force, and the focus ring is adsorbed to the focus ring mounting surface by the Johnson-Rahbek force stronger than the coulomb force.
  • the Johnson-Rahbeck force is strong in adsorption power, so it is possible to correct the curvature of the focus ring and adsorb it on the focus ring mounting surface.
  • the volume resistivity of the first ceramic member is 1 ⁇ 10 15 ⁇ cm or more at the operating temperature
  • the volume resistivity of the second ceramic member is at the operating temperature It is preferably 1 ⁇ 10 8 ⁇ cm or more and 1 ⁇ 10 13 ⁇ cm or less.
  • the first ceramic member can easily exert the coulomb force
  • the second ceramic member can easily exert the Johnson-Rahbeck force.
  • the operating temperature is a temperature at which the wafer is subjected to plasma processing, and is appropriately set, for example, between ⁇ 100 ° C. and 150 ° C., and generally set between room temperature and 150 ° C.
  • the volume resistivity of the second ceramic member may be 1 ⁇ 10 8 ⁇ cm or more and 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or less at the operating temperature.
  • the second ceramic member is preferably formed of a ceramic doped with a periodic table 4 element.
  • a periodic table 4 element include titanium, zirconium, hafnium and the like.
  • the doping amount of the periodic table group 4 element may be appropriately set within such a range that the volume resistivity of the second ceramic member becomes 1 ⁇ 10 8 ⁇ cm or more and 1 ⁇ 10 13 ⁇ cm or less at the operating temperature.
  • the second ceramic member doped with the periodic table group 4 element preferably has the same main component as the first ceramic member. By so doing, the thermal conductivity and the thermal expansion coefficient can be made comparable to those of the first ceramic member.
  • the thickness variation of the second ceramic member is preferably 0.5 mm or less. In this case, dielectric breakdown does not easily occur because the second ceramic member does not have an excessively thin portion. In addition, since the second ceramic member does not have an excessively thick portion, the time required for the static elimination becomes relatively short.
  • the second electrode is preferably a bipolar electrode. This makes it easy to remove electricity or the like in order to prevent desorption problems and the like caused by residual charges that often occur in Johnson-Larbeck-type electrostatic chucks.
  • the focus ring of the present invention is A focus ring mounted on the focus ring mounting surface of the electrostatic chuck, A pair of annular grooves provided on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the surface of the focus ring on the side to be mounted on the electrostatic chuck; The pair of annular grooves are provided at positions that can surround the inner peripheral side and the outer peripheral side of the uneven area for gas storage provided on the focus ring mounting surface. It is a thing.
  • the focus ring When using this focus ring, the focus ring is placed on the focus ring with the focus ring placed on the focus ring placement surface of the electrostatic chuck after the elastic annular seal material is fitted in the pair of annular grooves of the focus ring.
  • the surface is attracted by electrostatic force (Coulomb or Johnson-Rahbeck force).
  • the focus ring is thicker than the wafer, so it is difficult to correct the warping and adsorption, but since the elastic annular seal material inserted in the pair of annular grooves of the focus ring absorbs the warp of the focus ring, the focus ring is placed on the focus ring It can be firmly attached to the mounting surface.
  • the uneven area of the focus ring mounting surface becomes airtight or nearly airtight by the elastic annular seal member fitted in the pair of annular grooves and the focus ring, and the leakage of the gas supplied to the uneven area is suppressed. it can.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the wafer mounting device 10 disposed in a chamber 80.
  • FIG. 2 is a partial enlarged view of the electrostatic chuck assembly 15 of FIG. 1;
  • FIG. 14 is an explanatory view showing an assembly procedure of the electrostatic chuck assembly 15;
  • FIG. 16 is a partially enlarged view of another example of the electrostatic chuck assembly 15;
  • FIG. 16 is a partially enlarged view of another example of the electrostatic chuck assembly 15;
  • FIG. 16 is a partially enlarged view of another example of the electrostatic chuck assembly 15;
  • FIG. 16 is a partially enlarged view of another example of the electrostatic chuck assembly 15;
  • FIG. 16 is a partially enlarged view of another example of the electrostatic chuck assembly 15;
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a wafer mounting apparatus 10 disposed in a chamber 80
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the electrostatic chuck assembly 15 of FIG. 1
  • FIG. 3 is an assembly procedure of the electrostatic chuck assembly 15.
  • the wafer mounting apparatus 10 is an apparatus that performs etching, CVD, etc. on the wafer W using plasma, and is fixed to the bottom surface of the chamber 80 for semiconductor processing and used.
  • the wafer mounting apparatus 10 includes the electrostatic chuck assembly 15 and the cooling plate 70.
  • the electrostatic chuck assembly 15 includes the electrostatic chuck 20, the focus ring 50, and the pair of O-rings 60. There is.
  • the electrostatic chuck 20 is provided with a disc-shaped ceramic body 22.
  • the ceramic body 22 has a circular wafer mounting surface 22a on which the wafer W is to be mounted, and an annular focus ring (F) which is formed one step lower than the wafer mounting surface 22a on the outer periphery of the wafer mounting surface 22a. / R) mounting surface 28a.
  • a wafer suction electrode 32 is embedded in the ceramic body 22 at a position facing the wafer mounting surface 22 a.
  • the diameter of the wafer mounting surface 22 a is formed to be smaller than the diameter of the wafer W. Therefore, in a state where the wafer W is mounted on the wafer mounting surface 22a, the outer peripheral edge of the wafer W protrudes from the wafer mounting surface 22a.
  • a focus ring (F / R) suction electrode 38 is provided independently of the wafer suction electrode 32 at a position facing the F / R mounting surface 28 a of the ceramic body 22.
  • the ceramic body 22 is bonded to the cooling plate 70 via the bonding sheet 75 on the back surface 22b opposite to the wafer mounting surface 22a.
  • the ceramic body 22 includes a first ceramic member 27 and a second ceramic member 28.
  • the second ceramic member 28 is an annular portion of the ceramic body 22 above the lower surface of the F / R adsorption electrode 38, and the first ceramic member 27 is a portion of the ceramic body 22 other than the second ceramic member 28. It is.
  • the first ceramic member 27 has a volume resistivity capable of exerting a coulomb force, and is a member made of a ceramic material such as aluminum nitride, silicon nitride, or aluminum oxide. If the volume resistivity is 1 ⁇ 10 15 ⁇ cm or more at a working temperature (eg, a temperature set between normal temperature and 150 ° C., the same applies hereinafter), sufficient coulomb force can be exhibited.
  • the second ceramic member 28 has a volume resistivity capable of exerting Johnson-Laerbeck force, and is a member formed of a material in which the ceramic material of the first ceramic member 27 is doped with a periodic table 4 element (for example, titanium). It is. If the volume resistivity is 1 ⁇ 10 8 ⁇ cm or more and 1 ⁇ 10 13 ⁇ cm or less (preferably 1 ⁇ 10 8 ⁇ cm or more and 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or less) at the operating temperature, the Johnson-Rahbeck force can be sufficiently exhibited.
  • the second ceramic member 28 is formed to have a thickness of 0.05 mm to 2 mm and a thickness variation of 0.5 mm or less.
  • the second ceramic member 28 is a sprayed film in the present embodiment.
  • the wafer mounting surface 22 a of the ceramic body 22 is provided with an uneven region 23 for storing gas.
  • the uneven region 23 is provided over the entire surface of the wafer mounting surface 22a.
  • a plurality of concavities and convexities are formed by embossing.
  • a heat conductive gas (for example, He gas) penetrates from the back surface 22b to the wafer mounting surface 22a between the recess 23c provided in the uneven region 23 and the wafer W mounted on the wafer mounting surface 22a.
  • the gas is supplied from the gas supply path 23d.
  • the F / R mounting surface 28 a of the ceramic body 22 is provided with a concavo-convex area 29 for gas storage.
  • the uneven area 29 is an annular area coaxial with the F / R mounting surface 28a, and a plurality of uneven areas are formed by embossing.
  • a heat conductive gas e.g., He gas
  • the gas supply passage 29 d is provided to penetrate from the back surface 22 b of the ceramic body 22 to the F / R mounting surface 28 a.
  • the wafer suction electrode 32 is made of a conductive mesh or plate, and is provided in parallel with the wafer mounting surface 22 a (including substantially parallel cases, hereinafter the same).
  • the back surface of the wafer suction electrode 32 is connected to a feed rod (not shown) inserted from the back surface 22 b of the ceramic body 22. A direct current voltage is applied to the wafer suction electrode 32 through the feed rod.
  • the F / R adsorption electrode 38 is a bipolar electrode manufactured in a conductive print pattern, and the comb-tooth electrodes forming a pair are provided on the surface of the annular step surface 24 a with a gap.
  • the back surface of the F / R adsorption electrode 38 is connected to a feed rod (not shown) inserted from the back surface 22 b of the ceramic body 22. A direct current voltage is applied to the F / R adsorption electrode 38 through the feed rod.
  • the focus ring 50 is, for example, a member made of metal silicon, and has a ring main body 52 mounted on the F / R mounting surface 28 a of the electrostatic chuck 20. At the upper end portion of the ring main body 52, an annular step surface 52a having an L-shaped cross section is formed along the inner periphery. The annular step surface 52 a is formed to have an outer diameter slightly larger than the diameters of the wafer W and the wafer mounting surface 22 a so as not to interfere with the wafer W.
  • the focus ring 50 has a role of protecting the wafer W and the electrostatic chuck 20. The focus ring 50 is simply mounted on the F / R mounting surface 28 a without being bonded to the F / R mounting surface 28 a.
  • the material of the focus ring 50 is appropriately selected according to the type of the film to be etched of the wafer W when the plasma processing is plasma etching.
  • the unevenness of the F / R mounting surface 28a when mounted on the electrostatic chuck 20 As shown in FIG. 3, of the back surface 52b of the ring main body 52 (the surface on the side to be mounted on the electrostatic chuck 20), the unevenness of the F / R mounting surface 28a when mounted on the electrostatic chuck 20.
  • An inner peripheral groove 55 and an outer peripheral groove 57 which are a pair of annular grooves, are provided on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the facing area 54 facing the area 29 so as to surround the facing area 54.
  • the inner circumferential groove 55 and the outer circumferential groove 57 are annular grooves coaxial with the ring main body 52, and are formed in a U-shaped cross section.
  • the pair of O-rings 60 includes a small diameter O-ring 65 and a large diameter O-ring 67.
  • the O-rings 65 and 67 are O-rings formed of fluorine rubber such as perfluoroether, the small diameter O ring 65 is fitted into the inner circumferential groove 55 of the focus ring 50, and the large diameter O ring 67 is the focus ring 50. It is fitted into the outer peripheral groove 57.
  • the O-rings 65 and 67 absorb the warpage of the focus ring 50 to firmly adsorb the focus ring 50 to the F / R mounting surface 28a, and the gas supplied to the uneven region 29 of the F / R mounting surface 28a Plays a role in suppressing the leakage of
  • the cooling plate 70 is a disk-shaped plate made of metal typified by aluminum or aluminum alloy, and includes a refrigerant passage 72 through which a refrigerant can circulate.
  • the refrigerant passage 72 is connected to the refrigerant supply passage and the refrigerant discharge passage which penetrate the chamber 80, and the refrigerant discharged from the refrigerant discharge passage is returned to the refrigerant supply passage again after temperature adjustment.
  • the electrostatic chuck 20 the electrostatic chuck 20, the focus ring 50, and the O-rings 65 and 67 described above are prepared. Then, the small diameter O ring 65 is fitted into the inner circumferential groove 55 of the focus ring 50, and the large diameter O ring 67 is fitted into the outer circumferential groove 57. Thereafter, the focus ring 50 into which the O-rings 65 and 67 are fitted is placed on the F / R mounting surface 28 a of the electrostatic chuck 20.
  • the wafer mounting apparatus 10 provided with the electrostatic chuck assembly 15 is used by being fixed to the bottom surface of the chamber 80.
  • a shower head 90 for discharging a process gas from the plurality of gas injection holes into the chamber 80 is disposed on the ceiling surface of the chamber 80.
  • the disk-shaped wafer W is mounted on the wafer mounting surface 22 a of the electrostatic chuck 20.
  • the wafer W is electrostatically attracted to the wafer mounting surface 22 a by the Coulomb force when a voltage is applied to the wafer attracting electrode 32.
  • the temperature of the wafer W can be controlled by adjusting the temperature of the refrigerant supplied to the refrigerant passage 72 of the cooling plate 70. At this time, He gas is supplied between the wafer W and the recess 23 c of the wafer mounting surface 22 a to improve heat conduction.
  • the temperature control of the wafer W is executed by detecting the temperature of the wafer by a temperature detection sensor (not shown) and feeding back the temperature to a target temperature.
  • An annular focus ring 50 is mounted on the F / R mounting surface 28 a of the electrostatic chuck 20.
  • the focus ring 50 is electrostatically attracted to the F / R mounting surface 28 a by the Johnson-Rahbeck force when a voltage is applied to the F / R adsorption electrode 38.
  • the focus ring 50 can be controlled by adjusting the temperature of the refrigerant supplied to the refrigerant passage 72 of the cooling plate 70. At this time, He gas is supplied between the focus ring 50 and the recess 29 c of the F / R mounting surface 28 a to improve the heat conduction.
  • the temperature control of the focus ring 50 is executed by detecting the temperature of the focus ring 50 by a temperature detection sensor (not shown) and performing feedback so that the temperature becomes the target temperature.
  • the inside of the chamber 80 is set to be a predetermined vacuum atmosphere (or a reduced pressure atmosphere), and high frequency power is supplied between the cooling plate 70 and the shower head 90 while supplying the process gas from the shower head 90 And generate plasma. Then, CVD film formation or etching is performed on the wafer using the plasma.
  • the focus ring 50 is also consumed. However, since the focus ring 50 is thick, replacement of the focus ring 50 is performed after processing a plurality of wafers W.
  • the ceramic body 22 of the present embodiment corresponds to the ceramic body of the present invention
  • the wafer adsorption electrode 32 corresponds to the first electrode
  • the F / R adsorption electrode 38 corresponds to the second electrode.
  • the pair of O-rings 60 correspond to a pair of elastic annular seal members.
  • the wafer adsorption electrode 32 and the F / R adsorption with the wafer W mounted on the wafer mounting surface 22a A voltage is applied to each of the electrodes 38.
  • the wafer W is adsorbed to the wafer mounting surface 22 a
  • the focus ring 50 is adsorbed to the F / R mounting surface 28 a.
  • the focus ring 50 is thicker than the wafer W, so it is difficult to correct the warp and adsorb it, but since the O-rings 65 and 67 absorb the warp of the focus ring 50, the focus ring 50 is firmly fixed to the F / R mounting surface 28a.
  • the uneven region 29 of the F / R mounting surface 28 a becomes airtight or nearly airtight by the O-rings 65 and 67 and the focus ring 50, and leakage of the gas supplied to the uneven region 29 can be suppressed. Therefore, in the wafer mounting apparatus 10 having the electrostatic chuck assembly 15 or the electrostatic chuck 20, the focus ring 50 can be sufficiently cooled by utilizing the heat conduction of the gas supplied to the uneven area 29. Furthermore, since the wafer adsorption electrode 32 and the F / R adsorption electrode 38 are independent of each other, voltages suitable for each can be applied.
  • the O-rings 65, 67 are formed using the grooves 55, 57. It can be easily set.
  • the first ceramic member 27 is made of a material having a volume resistivity capable of exerting a coulomb force
  • the second ceramic member 28 is Johnson.
  • -It is comprised with the material which has the volume resistivity which can exhibit the Rahbeck force. Therefore, when the electrostatic chuck 20 is used, the wafer W is attracted to the wafer placement surface 22a by the coulomb force, and the focus ring 50 is attracted to the R / F placement surface 28a by the Johnson-Rahbek force stronger than the coulomb force. Ru. Since the Johnson-Rahbeck force is strong in adsorption force, it is possible to correct the warp of the focus ring 50 and adsorb it to the F / R mounting surface 28a.
  • the volume resistivity of the first ceramic member 27 is 1 ⁇ 10 15 ⁇ cm or more
  • the volume resistivity of the second ceramic member 28 is 1 ⁇ 10 8 ⁇ cm or more and 1 ⁇ 10 13 ⁇ cm or less. Therefore, the first ceramic member 27 easily exerts the coulomb force, and the second ceramic member 28 easily exerts the Johnson-Rahbek force.
  • the second ceramic member 28 is formed of a ceramic doped with a periodic table 4 element, and such a ceramic is suitable for thermal spraying.
  • the thickness variation of the second ceramic member 28 is 0.5 mm or less, there is no part that is too thin in the second ceramic member 28, so dielectric breakdown does not easily occur. .
  • the second ceramic member 28 does not have an excessively thick portion, the time required for the static elimination can be relatively shortened.
  • the second ceramic member 28 is a sprayed film, the second ceramic member 28 can be formed relatively easily. Further, since the second ceramic member 28 is a material whose main component is the same as the ceramic material of the first ceramic member 27, the thermal conductivity, the thermal expansion coefficient, and the like can be made comparable to the first ceramic member 27.
  • the small diameter O ring 65 and the large diameter O ring 67 are respectively fitted in the inner circumferential groove 55 and the outer circumferential groove 57 provided on the back surface 52b of the focus ring 50, but as shown in FIG.
  • the small diameter O ring 65 and the large diameter O ring 67 may be fitted into the inner circumferential groove 125 and the outer circumferential groove 127 provided on the F / R mounting surface 28 a by making the back surface 52 b of the ring 50 flat.
  • the back surface 52b of the focus ring 50 is made flat, and the area other than the concavo-convex area 29 of the F / R mounting surface 28a is also made flat.
  • the small-diameter O-ring 65 and the large-diameter O-ring 67 may be sandwiched between regions other than the uneven region 29 of the mounting surface 28 a.
  • the small diameter O-ring 65 is disposed in the L-shaped notch groove 255 provided along the inner periphery of the back surface 52b of the focus ring 50, and the F / R mounting surface 28a
  • the large diameter O-ring 67 may be disposed in the L-shaped notch groove 227 provided along the outer periphery.
  • the U-shaped annular groove such as the inner circumferential groove 55 of FIG. 2 or the outer circumferential groove 127 of FIG. 4 may be formed instead of the notch groove 255 or the notch groove 227.
  • a shallow inner circumferential groove 355 and an outer circumferential groove 357 are provided on the back surface 52b of the focus ring 50, and a depth is also provided on the F / R mounting surface opposite to those grooves.
  • a shallow inner circumferential groove 325 and an outer circumferential groove 327 may be provided, the small diameter O-ring 65 may be fitted into both inner circumferential grooves 355, 325, and the large diameter O ring 67 may be fitted into both outer circumferential grooves 357, 327.
  • the ceramic body 22 is configured of the first ceramic member 27 and the second ceramic member 28.
  • the ceramic body 22 may be integrally formed of the material of the first ceramic member 27. In this way, the focus ring 50 is attracted to the F / R mounting surface 28 a by the Coulomb force.
  • the annular step surface 52a is formed at the upper end portion of the ring main body 52, but the annular step surface 52a may be omitted. Further, on the outer peripheral side of the focus ring, a skirt portion extending downward from the back surface 52b of the ring main body 52 may be formed.
  • the O-ring is used as the elastic annular sealing material, but the sealing material is not particularly limited as long as it is a low Young's modulus sealing material, and various packings can be used.
  • the elastic annular sealing material is formed of fluorine rubber, it may be formed of an elastic material, for example, may be formed of fluorine resin, or silicone resin or silicone rubber. It may be formed.
  • the elastic annular seal material may be used by adhering to the electrostatic chuck 20 or the focus ring 50.
  • the thermal spray coating is used as the second ceramic member 28.
  • the thermal spray coating may be replaced by a coating produced using another coating technique such as an aerosol deposition method.
  • thermal spraying and these coating methods since the thickness can be controlled with relatively high accuracy, it is easy to obtain a film exhibiting a desired adsorption power, and the obtained film is also suitable for securing insulation.
  • various thermal spraying methods such as a cold spray method and a suspension plasma thermal spraying method can be adopted as the thermal spraying method.
  • the F / R adsorption electrode 38 is a bipolar electrode, but may be a monopolar electrode. Further, in the embodiment described above, the wafer suction electrode 32 may be a single electrode or a bipolar electrode. The F / R adsorption electrode 38 may be the same as the wafer adsorption electrode 32.
  • a radio frequency (RF) electrode or a heater electrode may be embedded at a position facing the wafer mounting surface 22 a in the ceramic body 22.
  • the RF electrode is made of a conductive mesh and is provided in parallel with the wafer mounting surface 22a.
  • the back surface of the RF electrode is connected to a feed rod (not shown) inserted from the back surface 22 b of the ceramic body 22.
  • An RF voltage is applied to the RF electrode through the feed rod.
  • the heater electrode is a resistive heating element made of an electrically conductive coil or printed pattern, and extends from one end to the other in a single stroke like manner across the entire area facing the wafer mounting surface 22a parallel to the wafer mounting surface 22a. Wired.
  • One end and the other end of the heater electrode are connected to a pair of feed rods inserted from the back surface 22 b of the ceramic body 22.
  • a voltage is applied to the heater electrode through the feed rod.
  • an RF electrode or a heater electrode may be embedded at a position facing the F / R mounting surface 28 a in the inside of the ceramic body 22.
  • the cooling plate 70 is bonded to the back surface 22b of the electrostatic chuck 20 by the bonding sheet 75.
  • the cooling plate 70 may be bonded to the back surface 22 b of the electrostatic chuck 20 by TCB (thermal compression bonding).
  • TCB refers to a method in which a metal bonding material is sandwiched between two members to be bonded, and the two members are pressure bonded in a state of being heated to a temperature equal to or less than the solidus temperature of the metal bonding material.
  • lift pins may be provided to move the wafer W up and down.
  • the insertion holes for inserting the lift pins may be provided to penetrate the chamber 80, the cooling plate 70, the bonding sheet 75, and the electrostatic chuck 20.
  • high frequency power is supplied between the cooling plate 70 and the shower head 90 to generate plasma, but electrostatic electrodes such as the wafer adsorption electrode 32 and the F / R adsorption electrode 38 and the shower are generated.
  • a high frequency power may be supplied to the head 90 to generate plasma.
  • an RF electrode may be further provided, and high frequency power may be supplied between the RF electrode and the shower head 90 to generate plasma.
  • the present invention is applicable to a semiconductor manufacturing apparatus, and is particularly suitable for a semiconductor manufacturing apparatus used for a plasma etching process in which power is advanced.

Abstract

静電チャックアセンブリ１５は、円形表面であるウエハ載置面２２ａと比べて低位のＦ／Ｒ載置面２８ａをウエハ載置面２２ａの外周部に有するセラミック体２２と、セラミック体２２の内部のうちウエハ載置面２２ａに対向する位置に埋設されたウエハ吸着用電極３２と、セラミック体２２の内部のうちＦ／Ｒ載置面２８ａに対向する位置に埋設されたＦ／Ｒ吸着用電極３８と、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの表面に設けられたガス溜め用の凹凸領域２９と、Ｆ／Ｒ載置面２８ａに載置されたフォーカスリング５０と、フォーカスリング載置面２８ａとフォーカスリング５０との間であって凹凸領域２９を囲うようにＦ／Ｒ載置面２８ａの内周側及び外周側に配置された一対の弾性環状シール材６０と、を備えている。

Description

静電チャックアセンブリ、静電チャック及びフォーカスリング
　本発明は、静電チャックアセンブリ、静電チャック及びフォーカスリングに関する。
　従来より、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマアッシング装置などのプラズマ処理装置が知られている。こうしたプラズマ処理装置では、通常、真空チャンバ内にウエハを載置するためのウエハ載置装置が設置される。ウエハ載置装置は、プラズマ処理を施すウエハをウエハ載置面に吸着固定するための静電チャックと、この静電チャックを冷却する冷却板とを備えている。静電チャックとしては、絶縁体又は誘電体（多くはセラミックス）に内部電極が埋設されたものなどが用いられる。このようなウエハ載置装置では、ウエハをウエハ載置面に載置した状態で内部電極に直流電圧を印加して静電力（クーロン力又はジョンソン・ラーベック力）を発生させることにより、ウエハをウエハ載置面に吸着固定する。そして、この状態で、ウエハに接するようにプラズマを発生させる。ウエハ載置面の外周には、取替可能なフォーカスリングを設置することがある。フォーカスリングは、ウエハ載置面よりも低位のフォーカスリング載置面に載置され、ウエハの外周縁までプラズマを安定に発生させる役割や静電チャックの表面を保護する役割を有する。ウエハにプラズマ処理を施す際には、ウエハだけでなくこのフォーカスリングもプラズマに曝されることになるため温度が上昇する。静電チャックに吸着固定されたウエハは、静電チャックを介して冷却板によって冷却される。しかし、フォーカスリングは、静電チャックよりもかなり厚いため静電チャックに十分に吸着されずに温度上昇が過度になることがあり、それによってウエハの外周縁の温度が高くなり、プラズマ処理プロセスの歩留まりが悪くなるおそれがある。
　そこで、特許文献１では、アルミアルマイト製の静電チャックにおいて、ウエハ載置面に用いる誘電体とフォーカスリング載置面に用いる誘電体の比抵抗率を異なるものとして、クーロン力でウエハを吸着し、ジョンソン・ラーベック力でフォーカスリングを吸着している。また、特許文献２では、同じセラミックス内にウエハ吸着用の電極とは別にフォーカスリング吸着用の電極を設け、フォーカスリング吸着用の電極に印加するチャック電圧だけをプラズマ処理の工程に応じて変更し、フォーカスリングが高温になりやすいエッチング工程ではチャック電圧を高くして吸着力を高めている。
特許第４５５９５９５号公報 特開２０１０－１８３０７４号公報
　ところで、特許文献１，２には、フォーカスリング載置面とフォーカスリングとの間にヘリウムガスを供給し、フォーカスリング載置面とフォーカスリングとの間の熱伝達を円滑にすることが記載されている。しかしながら、特許文献１，２では、フォーカスリング載置面とフォーカスリングとの間に供給されたヘリウムガスがフォーカスリング載置面とフォーカスリングとの間に留まらずにその周囲に漏れてしまうことがあり、ヘリウムガスによる熱伝達が十分に行われないことがあった。このため、こうしたガスの漏れを抑制することが望まれていた。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、フォーカスリング載置面とフォーカスリングとの間に供給されたガスがその周囲に漏れてしまうことを抑制できる静電チャックアセンブリ、静電チャック及びフォーカスリングを提供することを主目的とする。
　本発明の静電チャックアセンブリは、
　円形表面であるウエハ載置面と比べて低位のフォーカスリング載置面を前記ウエハ載置面の外周部に有するセラミック体と、
　前記セラミック体の内部のうち前記ウエハ載置面に対向する位置に埋設された第１電極と、
　前記セラミック体の内部のうち前記フォーカスリング載置面に対向する位置に埋設された第２電極と、
　前記フォーカスリング載置面の表面に設けられたガス溜め用の凹凸領域と、
　前記フォーカスリング載置面に載置されたフォーカスリングと、
　前記フォーカスリング載置面と前記フォーカスリングとの間であって前記凹凸領域を囲うように前記フォーカスリング載置面の内周側及び外周側に配置された一対の弾性環状シール材と、
　を備えたものである。
　この静電チャックアセンブリの使用時には、ウエハ載置面にウエハを載置した状態で、第１電極及び第２電極の各々に電圧を印加する。すると、ウエハはウエハ載置面に吸着され、フォーカスリングはフォーカスリング載置面に吸着される。フォーカスリングをフォーカスリング載置面に吸着する際の吸着力は、クーロン力でもよいしジョンソン・ラーベック力でもよいが、ジョンソン・ラーベック力の方が好ましい。フォーカスリングはウエハに比べて厚いため反りを矯正して吸着しにくいが、弾性環状シール材がフォーカスリングの反りを吸収するため、フォーカスリングをフォーカスリング載置面にしっかりと吸着することができる。その結果、フォーカスリング載置面の凹凸領域は弾性環状シール材とフォーカスリングとによって気密又はほぼ気密になり、凹凸領域に供給されたガスの漏れを抑制することができる。更に、第１電極と第２電極とは独立しているため、それぞれに適した電圧を印加することができる。
　本発明の静電チャックアセンブリにおいて、前記弾性環状シール材は、前記フォーカスリング載置面及び前記フォーカスリングの少なくとも一方に設けられた環状溝に嵌め込まれていてもよい。こうすれば、環状溝を利用して弾性環状シール材を容易にセットすることができる。なお、弾性環状シール材は、環状溝に嵌め込むことなく、フォーカスリング載置面の平坦部とフォーカスリングの平坦部とで挟んだ状態としてもよい。その場合、弾性環状シール材は、フォーカスリング載置面及びフォーカスリングの少なくとも一方に接着剤で接着されていてもよい。
　本発明の静電チャックは、
　円形表面であるウエハ載置面と比べて低位のフォーカスリング載置面を前記ウエハ載置面の外周部に有するセラミック体と、
　前記セラミック体の内部のうち前記ウエハ載置面に対向する位置に埋設された第１電極と、
　前記セラミック体の内部のうち前記フォーカスリング載置面に対向する位置に埋設された第２電極と、
　前記フォーカスリング載置面の表面に設けられたガス溜め用の凹凸領域と、
　前記フォーカス載置面の表面のうち前記凹凸領域を囲うように内周側及び外周側に設けられた一対の環状溝と、
　を備えたものである。
　この静電チャックの使用時には、ウエハ載置面にウエハを載置し、フォーカスリング載置面の一対の環状溝に弾性環状シール材を嵌め込んだあとその上にフォーカスリングを載置した状態で、第１電極及び第２電極の各々に電圧を印加する。すると、ウエハはウエハ載置面に吸着され、フォーカスリングはフォーカスリング載置面に吸着される。フォーカスリングをフォーカスリング載置面に吸着する際の吸着力は、クーロン力でもよいしジョンソン・ラーベック力でもよいが、ジョンソン・ラーベック力の方が好ましい。フォーカスリングはウエハに比べて厚いため反りを矯正して吸着しにくいが、フォーカスリング載置面の一対の環状溝に嵌め込まれた弾性環状シール材がフォーカスリングの反りを吸収するため、フォーカスリングをフォーカスリング載置面にしっかりと吸着することができる。その結果、フォーカスリング載置面の凹凸領域は一対の環状溝に嵌め込まれた弾性環状シール材とフォーカスリングとによって気密又はほぼ気密になり、凹凸領域に供給されたガスの漏れを抑制することができる。更に、第１電極と第２電極とは独立しているため、それぞれに適した電圧を印加することができる。
　本発明の静電チャックアセンブリ又は静電チャックにおいて、前記セラミック体のうち、前記フォーカスリング載置面と前記第２電極との間の部分を除く主体は、クーロン力を発揮可能な体積抵抗率を有する第１セラミック部材で構成され、前記フォーカスリング載置面と前記第２電極との間の部分である副体は、ジョンソン・ラーベック力を発揮可能な体積抵抗率を有する第２セラミック部材で構成されていてもよい。こうすれば、静電チャックの使用時には、ウエハはクーロン力によりウエハ載置面に吸着され、フォーカスリングはクーロン力よりも強いジョンソン・ラーベック力によりフォーカスリング載置面に吸着される。ジョンソン・ラーベック力は吸着力が強いためフォーカスリングの反りを矯正してフォーカスリング載置面に吸着することができる。
　本発明の静電チャックアセンブリ又は静電チャックにおいて、前記第１セラミック部材の体積抵抗率は、使用温度において１×１０15Ωｃｍ以上であり、前記第２セラミック部材の体積抵抗率は、使用温度において１×１０8Ωｃｍ以上１×１０13Ωｃｍ以下であることが好ましい。こうすれば、第１セラミック部材はクーロン力を発揮しやすく、第２セラミック部材はジョンソン・ラーベック力を発揮しやすい。使用温度は、ウエハにプラズマ処理を施すときの温度であり、例えば－１００℃～１５０℃の間で適宜設定され、一般的には室温～１５０℃の間で設定される。第２セラミック部材の体積抵抗率は、使用温度において１×１０8Ωｃｍ以上１×１０11Ωｃｍ以下であるものとしてもよい。
　本発明の静電チャックアセンブリ又は静電チャックにおいて、前記第２セラミック部材は、周期表４族元素がドープされたセラミックで形成されていることが好ましい。こうしたセラミックは溶射するのに適している。周期表４族元素としては、例えばチタン、ジルコニウム、ハフニウムなどが挙げられる。周期表４族元素のドープ量は、第２セラミック部材の体積抵抗率が使用温度において１×１０8Ωｃｍ以上１×１０13Ωｃｍ以下になるような範囲内で適宜設定してもよい。周期表４族元素がドープされた第２セラミック部材は、第１セラミック部材と主成分が同じであることが好ましい。こうすれば、第１セラミック部材と熱伝導率や熱膨張率を同程度とすることができる。
　本発明の静電チャックアセンブリ又は静電チャックにおいて、前記第２セラミック部材の厚みばらつきは、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。こうすれば、第２セラミック部材において薄すぎる部分がなくなるため絶縁破壊が生じにくい。また、第２セラミック部材において厚すぎる部分がなくなるため除電に要する時間が比較的短くなる。
　本発明の静電チャックアセンブリ又は静電チャックにおいて、前記第２電極は、双極電極であることが好ましい。こうすれば、ジョンソン・ラーベックタイプの静電チャックでしばしば問題となる残留電荷による脱着不具合などを予防するための除電処理などが容易になる。
　本発明のフォーカスリングは、
　静電チャックのフォーカスリング載置面に載置されるフォーカスリングであって、
　前記フォーカスリングのうち前記静電チャックに載置される側の面の内周側及び外周側に設けられた一対の環状溝
　を備え、
　前記一対の環状溝は、前記フォーカスリング載置面に設けられたガス溜め用の凹凸領域の内周側と外周側とを囲うことが可能な位置に設けられている、
　ものである。
　このフォーカスリングの使用時には、フォーカスリングの一対の環状溝に弾性環状シール材を嵌め込んだあとフォーカスリングを静電チャックのフォーカスリング載置面に載置した状態で、フォーカスリングをフォーカスリング載置面に静電気力（クーロン力とかジョンソン・ラーベック力）により吸着させる。フォーカスリングはウエハに比べて厚いため反りを矯正して吸着しにくいが、フォーカスリングの一対の環状溝に嵌め込まれた弾性環状シール材がフォーカスリングの反りを吸収するため、フォーカスリングをフォーカスリング載置面にしっかりと吸着することができる。その結果、フォーカスリング載置面の凹凸領域は一対の環状溝に嵌め込まれた弾性環状シール材とフォーカスリングとによって気密又はほぼ気密になり、凹凸領域に供給されたガスの漏れを抑制することができる。
チャンバ８０に配置されたウエハ載置装置１０の縦断面図。 図１の静電チャックアセンブリ１５の部分拡大図。 静電チャックアセンブリ１５の組立手順を示す説明図。 静電チャックアセンブリ１５の別例の部分拡大図。 静電チャックアセンブリ１５の別例の部分拡大図。 静電チャックアセンブリ１５の別例の部分拡大図。 静電チャックアセンブリ１５の別例の部分拡大図。
　本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１はチャンバ８０に配置されたウエハ載置装置１０の縦断面図であり、図２は図１の静電チャックアセンブリ１５の部分拡大図であり、図３は静電チャックアセンブリ１５の組立手順を示す説明図である。
　ウエハ載置装置１０は、ウエハＷにプラズマを利用してエッチングやＣＶＤなどを行う装置であり、半導体プロセス用のチャンバ８０の底面に固定されて用いられる。ウエハ載置装置１０は、静電チャックアセンブリ１５のほか、冷却板７０を備えており、静電チャックアセンブリ１５は、静電チャック２０と、フォーカスリング５０と、一対のＯリング６０とを備えている。
　静電チャック２０は、円板状のセラミック体２２を備えている。セラミック体２２は、ウエハＷを載置する円形のウエハ載置面２２ａと、このウエハ載置面２２ａの外周にてウエハ載置面２２ａより一段低くなるように形成された環状のフォーカスリング（Ｆ／Ｒ）載置面２８ａとを有している。セラミック体２２の内部のうちウエハ載置面２２ａに対向する位置には、ウエハ吸着用電極３２が埋設されている。ウエハ載置面２２ａの直径は、ウエハＷの直径よりも小さくなるように形成されている。このため、ウエハ載置面２２ａにウエハＷを載置した状態では、ウエハＷの外周縁がウエハ載置面２２ａからはみ出すことになる。また、セラミック体２２のＦ／Ｒ載置面２８ａに対向する位置には、ウエハ吸着用電極３２とは独立してフォーカスリング（Ｆ／Ｒ）吸着用電極３８が設けられている。セラミック体２２は、ウエハ載置面２２ａとは反対側の裏面２２ｂにて、ボンディングシート７５を介して冷却板７０に接着される。
　セラミック体２２は、第１セラミック部材２７と第２セラミック部材２８とを備えている。第２セラミック部材２８は、セラミック体２２のうちＦ／Ｒ吸着用電極３８の下面よりも上側の環状部分であり、第１セラミック部材２７は、セラミック体２２のうち第２セラミック部材２８以外の部分である。第１セラミック部材２７は、クーロン力を発揮可能な体積抵抗率を有するものであり、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化アルミニウムなどのセラミック材料からなる部材である。使用温度（例えば常温～１５０℃の間で設定される温度。以下同じ。）において体積抵抗率が１×１０15Ωｃｍ以上であれば、十分にクーロン力を発揮できる。第２セラミック部材２８は、ジョンソン・ラーベック力を発揮可能な体積抵抗率を有するものであり、第１セラミック部材２７のセラミック材料に周期表４族元素（例えばチタン）がドープされた材料からなる部材である。使用温度において体積抵抗率が１×１０8Ωｃｍ以上１×１０13Ωｃｍ以下（好ましくは１×１０8Ωｃｍ以上１×１０11Ωｃｍ以下）であれば、十分にジョンソン・ラーベック力を発揮できる。第２セラミック部材２８は、厚みが０．０５ｍｍ～２ｍｍ、厚みばらつきが０．５ｍｍ以下となるように形成されている。第２セラミック部材２８は、本実施形態では溶射膜とした。
　セラミック体２２のウエハ載置面２２ａには、ガス溜め用の凹凸領域２３が設けられている。凹凸領域２３は、ウエハ載置面２２ａの全面にわたって設けられている。凹凸領域２３には、エンボス加工により複数の凹凸が形成されている。凹凸領域２３に設けられた凹部２３ｃとウエハ載置面２２ａに載置されるウエハＷとの間には、熱伝導用のガス（例えばＨｅガス）が裏面２２ｂからウエハ載置面２２ａまで貫通するガス供給路２３ｄから供給されるようになっている。セラミック体２２のＦ／Ｒ載置面２８ａには、ガス溜め用の凹凸領域２９が設けられている。凹凸領域２９は、Ｆ／Ｒ載置面２８ａと同軸の円環状の領域であり、エンボス加工により複数の凹凸が形成されている。凹凸領域２９に設けられた凹部２９ｃとＦ／Ｒ載置面２８ａに載置されるフォーカスリング５０との間には、熱伝導用のガス（例えばＨｅガス）がガス供給路２９ｄから供給されるようになっている。ガス供給路２９ｄは、セラミック体２２の裏面２２ｂからＦ／Ｒ載置面２８ａまでを貫通するように設けられている。
　ウエハ吸着用電極３２は、導電性のあるメッシュ又はプレートで作製され、ウエハ載置面２２ａと平行（実質的に平行な場合を含む、以下同じ）に設けられている。ウエハ吸着用電極３２の裏面は、セラミック体２２の裏面２２ｂから差し込まれた図示しない給電棒に接続されている。ウエハ吸着用電極３２には、この給電棒を介して直流電圧が印加されるようになっている。
　Ｆ／Ｒ吸着用電極３８は、導電性のある印刷パターンで作製された双極電極であり、対をなす櫛歯電極が離間して環状段差面２４ａの表面に設けられている。Ｆ／Ｒ吸着用電極３８の裏面は、セラミック体２２の裏面２２ｂから差し込まれた図示しない給電棒に接続されている。Ｆ／Ｒ吸着用電極３８には、この給電棒を介して直流電圧が印加されるようになっている。
　フォーカスリング５０は、例えば、金属シリコン製の部材であり、静電チャック２０のＦ／Ｒ載置面２８ａに載置されるリング本体５２を有している。リング本体５２の上端部には内周に沿って断面Ｌ字状の環状段差面５２ａが形成されている。環状段差面５２ａは、ウエハＷと干渉しないように、外径がウエハＷやウエハ載置面２２ａの直径よりもわずかに大きく形成されている。こうしたフォーカスリング５０は、ウエハＷ及び静電チャック２０を保護する役割を有する。なお、フォーカスリング５０は、Ｆ／Ｒ載置面２８ａに接着されることなく、単にＦ／Ｒ載置面２８ａに載置されている。フォーカスリング５０の材質は、プラズマ処理がプラズマエッチングの場合には、ウエハＷのエッチング対象膜の種類に応じて適宜選択される。図３に示すように、リング本体５２の裏面５２ｂ（静電チャック２０に載置される側の面）のうち、静電チャック２０に載置されたときにＦ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９に対向する対向領域５４の内周側と外周側には、対向領域５４を囲うように、一対の環状溝である内周溝５５及び外周溝５７が設けられている。内周溝５５及び外周溝５７は、リング本体５２と同軸の環状溝であり、断面Ｕ字状に形成されている。
　１対のＯリング６０は、小径Ｏリング６５及び大径Ｏリング６７を備えている。Ｏリング６５，６７は、パーフルオロエーテルなどのフッ素ゴムで形成されたＯリングであり、小径Ｏリング６５はフォーカスリング５０の内周溝５５に嵌め込まれ、大径Ｏリング６７はフォーカスリング５０の外周溝５７に嵌め込まれている。こうしたＯリング６５，６７は、フォーカスリング５０の反りを吸収してフォーカスリング５０をＦ／Ｒ載置面２８ａにしっかりと吸着し、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９に供給されたガスの漏れを抑制する役割を有する。
　冷却板７０は、アルミニウムやアルミニウム合金などに代表される金属からなる円板状のプレートであり、内部に冷媒が循環可能な冷媒通路７２を備えている。この冷媒通路７２は、チャンバ８０を貫通する冷媒供給路及び冷媒排出路に接続されており、冷媒排出路から排出された冷媒は温度調整されたあと再び冷媒供給路に戻される。
　次に、静電チャックアセンブリ１５の組立例について図３を用いて説明する。まず、上述した静電チャック２０、フォーカスリング５０及びＯリング６５，６７を用意する。そして、フォーカスリング５０の内周溝５５に小径Ｏリング６５を嵌め込み、外周溝５７に大径Ｏリング６７を嵌め込む。その後、Ｏリング６５，６７を嵌め込んだフォーカスリング５０を、静電チャック２０のＦ／Ｒ載置面２８ａ上に載置する。このとき、フォーカスリング５０の内周溝５５と外周溝５７及びそこに嵌め込まれた小径Ｏリング６５と大径Ｏリング６７がＦ／Ｒ載置面２８ａに設けられた凹凸領域２９の内周側と外周側を囲うようにフォーカスリング５０を載置する。これにより、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９は、Ｏリング６５，６７とフォーカスリング５０の対向領域５４とによって気密又はほぼ気密となる。
　次に、静電チャックアセンブリ１５の使用例について図１を用いて説明する。静電チャックアセンブリ１５を備えたウエハ載置装置１０は、チャンバ８０の底面に固定されて使用される。チャンバ８０の天井面には、プロセスガスを多数のガス噴射孔からチャンバ８０内部へ放出するシャワーヘッド９０が配置されている。
　静電チャック２０のウエハ載置面２２ａには、円板状のウエハＷが載置される。ウエハＷはウエハ吸着用電極３２に電圧が印加されることによりクーロン力によってウエハ載置面２２ａに静電吸着される。ウエハＷの温度は、冷却板７０の冷媒通路７２へ供給する冷媒の温度を調整することによって制御できる。このとき、ウエハＷとウエハ載置面２２ａの凹部２３ｃとの間に熱伝導を良好にするためにＨｅガスを供給する。ウエハＷの温度制御は、図示しない温度検出センサによってウエハの温度を検出し、その温度が目標温度となるようにフィードバックすることにより実行される。
　静電チャック２０のＦ／Ｒ載置面２８ａには、円環状のフォーカスリング５０が載置される。フォーカスリング５０は、Ｆ／Ｒ吸着用電極３８に電圧が印加されることによりジョンソン・ラーベック力によってＦ／Ｒ載置面２８ａに静電吸着される。フォーカスリング５０は、冷却板７０の冷媒通路７２へ供給する冷媒の温度を調整することによって制御できる。このとき、フォーカスリング５０とＦ／Ｒ載置面２８ａの凹部２９ｃとの間に熱伝導を良好にするためにＨｅガスを供給する。フォーカスリング５０の温度制御は、図示しない温度検出センサによってフォーカスリング５０の温度を検出し、その温度が目標温度となるようにフィードバックすることにより実行される。
　この状態で、チャンバ８０の内部を所定の真空雰囲気（又は減圧雰囲気）になるように設定し、シャワーヘッド９０からプロセスガスを供給しながら冷却板７０とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させる。そして、そのプラズマを利用してウエハにＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。
　ウエハＷがプラズマ処理されるのに伴ってフォーカスリング５０も消耗するが、フォーカスリング５０は厚さが厚いため、フォーカスリング５０の交換は複数枚のウエハＷを処理したあとに行われる。
　ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のセラミック体２２が本発明のセラミック体に相当し、ウエハ吸着用電極３２が第１電極に相当し、Ｆ／Ｒ吸着用電極３８が第２電極に相当する。また、一対のＯリング６０が一対の弾性環状シール材に相当する。
　以上説明した第１実施形態の静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０では、これらの使用時には、ウエハ載置面２２ａにウエハＷを載置した状態で、ウエハ吸着用電極３２及びＦ／Ｒ吸着用電極３８の各々に電圧を印加する。すると、ウエハＷはウエハ載置面２２ａに吸着され、フォーカスリング５０はＦ／Ｒ載置面２８ａに吸着される。フォーカスリング５０はウエハＷに比べて厚いため反りを矯正して吸着しにくいが、Ｏリング６５，６７がフォーカスリング５０の反りを吸収するため、フォーカスリング５０をＦ／Ｒ載置面２８ａにしっかりと吸着することができる。その結果、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９はＯリング６５，６７とフォーカスリング５０とによって気密又はほぼ気密になり、凹凸領域２９に供給されたガスの漏れを抑制することができる。このため、こうした静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０を有するウエハ載置装置１０では、凹凸領域２９に供給されたガスの熱伝導を利用して、フォーカスリング５０を十分に冷却できる。更に、ウエハ吸着用電極３２とＦ／Ｒ吸着用電極３８とは独立しているため、それぞれに適した電圧を印加することができる。
　また、静電チャックアセンブリ１５において、一対のＯリング６０は、フォーカスリング５０に設けられた環状の溝５５，５７に嵌め込まれているため、溝５５，５７を利用してＯリング６５，６７を容易にセットすることができる。
　更に、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、セラミック体のうち、第１セラミック部材２７は、クーロン力を発揮可能な体積抵抗率を有する材料で構成され、第２セラミック部材２８は、ジョンソン・ラーベック力を発揮可能な体積抵抗率を有する材料で構成されている。このため、静電チャック２０の使用時には、ウエハＷはクーロン力によりウエハ載置面２２ａに吸着され、フォーカスリング５０はクーロン力よりも強いジョンソン・ラーベック力によりＲ／Ｆ載置面２８ａに吸着される。ジョンソン・ラーベック力は吸着力が強いためフォーカスリング５０の反りを矯正してＦ／Ｒ載置面２８ａに吸着することができる。
　更にまた、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、第１セラミック部材２７の体積抵抗率は、１×１０15Ωｃｍ以上であり、第２セラミック部材２８の体積抵抗率は、１×１０8Ωｃｍ以上１×１０13Ωｃｍ以下である。このため、第１セラミック部材２７はクーロン力を発揮しやすく、第２セラミック部材２８はジョンソン・ラーベック力を発揮しやすい。
　そして、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、第２セラミック部材２８は、周期表４族元素がドープされたセラミックで形成されており、こうしたセラミックは溶射するのに適している。
　そしてまた、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、第２セラミック部材２８の厚みばらつきは、０．５ｍｍ以下であるため、第２セラミック部材２８において薄すぎる部分がなくなるため絶縁破壊が生じにくい。また、第２セラミック部材２８において厚すぎる部分がなくなるため除電に要する時間が比較的短くなる。
　そして更に、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、Ｆ／Ｒ吸着用電極３８は、双極電極であるため、ジョンソン・ラーベックタイプの静電チャックでしばしば問題となる残留電荷による脱着不具合などを予防するための除電処理などが容易になる。
　そして更にまた、静電チャックアセンブリ１５又は静電チャック２０において、第２セラミック部材２８が溶射膜であるため、比較的簡単に第２セラミック部材２８を形成することができる。また、第２セラミック部材２８は、第１セラミック部材２７のセラミック材料と主成分が同じ材料であるため、熱伝導率や熱膨張率などを第１セラミック部材２７と同程度とすることができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、上述した実施形態では、フォーカスリング５０の裏面５２ｂに設けた内周溝５５及び外周溝５７に小径Ｏリング６５及び大径Ｏリング６７をそれぞれ嵌め込んだが、図４に示すように、フォーカスリング５０の裏面５２ｂを平坦とし、Ｆ／Ｒ載置面２８ａに設けた内周溝１２５及び外周溝１２７にそれぞれ小径Ｏリング６５及び大径Ｏリング６７を嵌め込んでもよい。あるいは、図５に示すように、フォーカスリング５０の裏面５２ｂを平坦にすると共に、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９以外の領域も平坦にし、フォーカスリング５０の裏面５２ｂとＦ／Ｒ載置面２８ａの凹凸領域２９以外の領域とで小径Ｏリング６５及び大径Ｏリング６７を挟んでもよい。あるいは、図６に示すように、フォーカスリング５０の裏面５２ｂの内周に沿って設けた断面Ｌ字状の切り欠き溝２５５に小径Ｏリング６５を配置すると共に、Ｆ／Ｒ載置面２８ａの外周に沿って設けた断面Ｌ字状の切り欠き溝２２７に大径Ｏリング６７を配置してもよい。図６において、切り欠き溝２５５や切り欠き溝２２７に代えて、図２の内周溝５５や図４の外周溝１２７のような断面Ｕ字状の環状溝を形成してもよい。あるいは、図７に示すように、フォーカスリング５０の裏面５２ｂに深さの浅い内周溝３５５と外周溝３５７を設け、Ｆ／Ｒ載置面のうちそれらの溝に対向する位置にも深さの浅い内周溝３２５と外周溝３２７を設け、小径Ｏリング６５を両方の内周溝３５５，３２５に嵌め込み、大径Ｏリング６７を両方の外周溝３５７，３２７に嵌め込んでもよい。いずれにしても、上述した実施形態と同様、Ｆ／Ｒ載置面２８ａとフォーカスリング５０との間に供給されたガスがその周囲に漏れてしまうことを抑制できる。なお、図５では、Ｆ／Ｒ載置面２８ａとフォーカスリング５０との距離が開くため、上述した実施形態や他の実施形態よりもフォーカスリング５０の冷却効率やフォーカスリング５０とＦ／Ｒ載置面２８ａとの間に働く吸着力が落ちる傾向にある。図７では、フォーカスリング５０及びＦ／Ｒ載置面２８ａの両方に内周溝３５５，３２５と外周溝３５７，３２７を形成し、両方の内周溝３５５，３２５に小径Ｏリング６５を嵌め込み、両方の外周溝３５７，３２７に大径Ｏリング６７を嵌め込むため、フォーカスリング５０の位置決めが容易になる。
　上述した実施形態では、セラミック体２２を第１セラミック部材２７と第２セラミック部材２８とで構成したが、セラミック体２２を第１セラミック部材２７の材料で一体に形成してもよい。こうすれば、フォーカスリング５０はＦ／Ｒ載置面２８ａにクーロン力により吸着される。
　上述した実施形態では、フォーカスリングは、リング本体５２の上端部に環状段差面５２ａが形成されているものとしたが、環状段差面５２ａを省略してもよい。また、フォーカスリングの外周側には、リング本体５２の裏面５２ｂから下方に伸びるスカート部が形成されていてもよい。
　上述した実施形態では、弾性環状シール材としてＯリングを用いたが、低ヤング率のシール材であれば特に限定されず、各種パッキンなどを用いることができる。また、弾性環状シール材はフッ素ゴムで形成されたものとしたが、弾性材料で形成されたものであればよく、例えば、フッ素樹脂で形成されたものとしてもよいし、シリコーン樹脂やシリコーンゴムで形成されたものとしてもよい。また、弾性環状シール材は、静電チャック２０やフォーカスリング５０に接着して用いてもよい。
　上述した実施形態では、第２セラミック部材２８として溶射膜を用いたが、溶射膜に代えて、エアロゾルデポジション法などの他のコーティング技術を用いて生成させた被膜としてもよい。溶射やこれらのコーティング方法では、厚みを比較的精度よく制御できるため、所望の吸着力を発揮する被膜を得ることが容易であり、得られた被膜は絶縁の確保にも適している。なお、溶射法としては、一般的な溶射法のほか、コールドスプレー法やサスペンションプラズマ溶射法などの各種の溶射法を採用できる。
　上述した実施形態では、Ｆ／Ｒ吸着用電極３８は双極電極としたが、単極電極でもよい。また、上述した実施形態において、ウエハ吸着用電極３２は、単極電極でもよいし、双極電極でもよい。Ｆ／Ｒ吸着用電極３８は、ウエハ吸着用電極３２と同様の電極としてもよい。
　上述した実施形態において、セラミック体２２の内部のうちウエハ載置面２２ａに対向する位置には、さらに高周波（ＲＦ）電極やヒータ電極が埋設されていてもよい。ＲＦ電極は、導電性のメッシュで作製され、ウエハ載置面２２ａと平行に設けられる。ＲＦ電極の裏面は、セラミック体２２の裏面２２ｂから差し込まれた図示しない給電棒に接続される。ＲＦ電極には、この給電棒を介してＲＦ電圧が印加される。ヒータ電極は、導電性のあるコイルまたは印刷パターンで作製された抵抗発熱体であり、ウエハ載置面２２ａと平行にウエハ載置面２２ａに対向する全域にわたって一筆書きの要領で一端から他端まで配線される。ヒータ電極の一端と他端は、セラミック体２２の裏面２２ｂから差し込まれた一対の給電棒に接続される。ヒータ電極には、この給電棒を介して電圧が印加される。同様に、セラミック体２２の内部のうちＦ／Ｒ載置面２８ａに対向する位置には、ＲＦ電極やヒータ電極が埋設されていてもよい。
　上述した実施形態では、静電チャック２０の裏面２２ｂに冷却板７０をボンディングシート７５で接着したが、例えば、冷却板７０がＳｉ－ＳｉＣ－Ｔｉなどのセラミック複合材料で作製されている場合には静電チャック２０の裏面２２ｂに冷却板７０をＴＣＢ（Thermal compression bonding）により接合してもよい。ＴＣＢとは、接合対象の２つの部材の間に金属接合材を挟み込み、金属接合材の固相線温度以下の温度に加熱した状態で２つの部材を加圧接合する方法をいう。
　上述した実施形態において、ウエハＷを昇降するリフトピンを設けてもよい。その場合、リフトピンを挿通する挿通穴は、チャンバ８０、冷却板７０、ボンディングシート７５及び静電チャック２０を貫通するように設ければよい。
　上述した実施形態では、冷却板７０とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させたが、ウエハ吸着用電極３２やＦ／Ｒ吸着用電極３８などの静電電極とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させてもよい。また、上述したように、さらにＲＦ電極を設け、ＲＦ電極とシャワーヘッド９０との間に高周波電力を供給してプラズマを発生させてもよい。
　本出願は、２０１７年１１月６日に出願された米国仮出願第６２／５８１９００号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、半導体製造装置に利用可能であり、特にハイパワー化が進むプラズマエッチングプロセスに用いる半導体製造装置に適している。
　１０　ウエハ載置装置、１５　静電チャックアセンブリ、２０　静電チャック、２２　セラミック体、２２ａ　ウエハ載置面、２２ｂ　裏面、２３　凹凸領域、２３ｃ　凹部、２３ｄ　ガス供給路、２４ａ　環状段差面、２７　第１セラミック部材、２８　第２セラミック部材、２８ａ　フォーカスリング載置面、２９　凹凸領域、２９ｃ　凹部、２９ｄ　ガス供給路、３２　ウエハ吸着用電極、３８　フォーカスリング吸着用電極、５０　フォーカスリング、５２　リング本体、５２ａ　環状段差面、５２ｂ　裏面、５４　対向領域、５５，３５５　内周溝、５７，３５７　外周溝、６０　Ｏリング、６５　小径Ｏリング、６７　大径Ｏリング、７０　冷却板、７２　冷媒通路、７５　ボンディングシート、８０　チャンバ、９０　シャワーヘッド、１２５，３２５　内周溝、１２７，３２７　外周溝、２２７，２５５　切り欠き溝、Ｗ　ウエハ。

Claims (4)

  1. 　円形表面であるウエハ載置面と比べて低位のフォーカスリング載置面を前記ウエハ載置面の外周部に有するセラミック体と、
    　前記セラミック体の内部のうち前記ウエハ載置面に対向する位置に埋設された第１電極と、
    　前記セラミック体の内部のうち前記フォーカスリング載置面に対向する位置に埋設された第２電極と、
    　前記フォーカスリング載置面の表面に設けられたガス溜め用の凹凸領域と、
    　前記フォーカスリング載置面に載置されたフォーカスリングと、
    　前記フォーカスリング載置面と前記フォーカスリングとの間であって前記凹凸領域を囲うように前記フォーカスリング載置面の内周側及び外周側に配置された一対の弾性環状シール材と、
    　を備えた静電チャックアセンブリ。
  2. 　前記弾性環状シール材は、前記フォーカスリング載置面及び前記フォーカスリングの少なくとも一方に設けられた環状溝に嵌め込まれている、
    　請求項１に記載の静電チャックアセンブリ。
  3. 　円形表面であるウエハ載置面と比べて低位のフォーカスリング載置面を前記ウエハ載置面の外周部に有するセラミック体と、
    　前記セラミック体の内部のうち前記ウエハ載置面に対向する位置に埋設された第１電極と、
    　前記セラミック体の内部のうち前記フォーカスリング載置面に対向する位置に埋設された第２電極と、
    　前記フォーカスリング載置面の表面に設けられたガス溜め用の凹凸領域と、
    　前記フォーカス載置面の表面のうち前記凹凸領域を囲うように内周側及び外周側に設けられた一対の環状溝と、
    　を備えた静電チャック。
  4. 　静電チャックのフォーカスリング載置面に載置されるフォーカスリングであって、
    　前記フォーカスリングのうち前記静電チャックに載置される側の面の内周側及び外周側に設けられた一対の環状溝
    　を備え、
    　前記一対の環状溝は、前記フォーカスリング載置面に設けられたガス溜め用の凹凸領域の内周側と外周側とを囲うことが可能な位置に設けられている、
    　フォーカスリング。
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