JP2002270681A

JP2002270681A - 基板処理用静電吸着機構

Info

Publication number: JP2002270681A
Application number: JP2001063783A
Authority: JP
Inventors: Yasumi Sago; 康実佐護; Masayoshi Ikeda; 真義池田; Kazuaki Kaneko; 一秋金子; Yuki Komura; 由紀香村
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【課題】基板処理のために基板を静電吸着する静電吸
着機構において、基板の面内温度を充分に均一にできる
構成を提供する。【解決手段】処理チャンバー１内で基板９を静電吸着
して保持する基板処理用静電吸着機構は、温度制御手段
を有する静電吸着ステージ２と吸着電源２３とから成
る。静電吸着ステージ２は、基板９の裏面に接触する複
数の突起２５と、突起２５により形成される凹部２４内
に熱交換用ガスを導入するガス導入路２０を有する。各
突起２５の基板９に接触する面は、最も短くなる方向で
見た幅Ｒが基板９の厚さｔの２倍以下であり、各突起２
５の間隔は３ｍｍ以下である。静電吸着ステージ２は周
縁に沿って延びる周縁凸部２７を有し、周縁凸部２７と
基板９により凹部２４内が閉空間とされる。周縁凸部２
７の幅は２ｍｍ以下又は基板９の厚さの２倍以下であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、半導体製造装
置のような基板処理装置において基板を静電吸着するた
めに使用される基板処理用静電吸着機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電気によって対象物を吸着する静電吸
着の技術は、対象物に対して損傷を与えずに対象物の位
置を自動的に保持する技術として多用されている。特
に、ＬＳＩ等の電子デバイスを製造する際に用いられる
各種基板処理装置では、処理対象である基板を所定位置
で保持する技術として、静電吸着の技術が多用されてい
る。

【０００３】図１０は、基板処理装置に備えられた従来
の静電吸着機構の構成について説明する図である。基板
処理装置は、基板９を所定の雰囲気で処理するため、不
図示の処理チャンバーと、処理チャンバー内を排気する
不図示の排気系と、処理チャンバー内に所定のプロセス
ガスを導入する不図示のプロセスガス導入系とを有して
いる。そして、基板９を処理チャンバー内の所定位置に
保持するため、静電吸着機構を備えている。

【０００４】静電吸着機構は、処理チャンバー内に設け
られた静電吸着ステージ２と、静電吸着ステージ２に静
電吸着用の電圧を与える吸着電源３とから成っている。
静電吸着ステージ２は、ステージ本体２１と、ステージ
本体２１に固定した誘電体ブロック２２と、誘電体ブロ
ック２２内に設けた一対の吸着電極２３，２３とから成
る構成である。吸着電源３は、一対の吸着電極２３，２
３に互いに極性の異なる直流電圧を与えるようになって
いる。一対の吸着電極２３，２３に電圧が与えられる
と、誘電体ブロック２２が誘電分極して表面に静電気が
誘起され、基板９が静電吸着される。

【０００５】このような静電吸着機構では、基板９の温
度制御等の目的から、基板９と静電吸着ステージ２との
間で熱交換する機能が備えられる場合がある。例えば、
基板処理装置では、処理中の基板９の温度を所定の範囲
に維持するため、静電吸着ステージ２内にヒータを設け
てこのヒータを負帰還制御したり、静電吸着ステージ２
内の空洞に所定の温度の冷媒を流通させて基板９を冷却
しながら温度制御したりする場合がある。

【０００６】このような温度制御を行う場合、静電吸着
ステージ２と基板９との間の熱交換が充分でないと、温
度制御の精度が低下したり効率が悪くなったりする問題
がある。特に、基板処理装置では、処理チャンバー内が
真空雰囲気であることがあり、この場合には、基板９で
ある基板９と静電吸着ステージ２との間の隙間も真空で
ある。従って、大気圧下に比べて熱交換の効率が悪い。

【０００７】このような問題を解決するため、従来の静
電吸着機構の中には、静電吸着ステージ２と基板９との
間に熱交換用のガスを導入する構成が採られることがあ
る。図１０に示す機構は、この例を示している。即ち、
静電吸着ステージ２の吸着面には、凹部２４が形成され
ており、静電吸着ステージ２には、この凹部２４内にガ
スを導入するガス導入路２０が貫通して設けられてい
る。また、ガス導入路２０からガス導入する熱交換用ガ
ス導入系４が設けられている。熱交換用ガス導入系４
は、配管４１及びバルブ４２を通してヘリウム等の熱伝
導率の高いガスを導入するようになっている。尚、凹部
２４を設けた場合でも、静電吸着ステージ２による静電
吸着力が基板９に均一に作用するような構成が採用され
ている。即ち、特開平１１−２０４６２６号に開示され
ているように、静電吸着ステージ２の表面に突起２５を
均一に多数設け、この多数の突起２５によって凹部２４
が形成されるようにする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の静電吸着機構では、静電吸着ステージ２の表面に形成
した凹部２４内にガスを導入して熱伝達効率を高めてい
る。この構成は、静電吸着ステージ２と基板９との間の
全体の熱伝達効率を向上させる点で効果的であるが、均
一な熱伝達が行えず、結果として基板９の温度分布が不
均一になる問題があった。この点について、図１１を使
用して説明する。図１１は、図１０に示す従来の静電吸
着機構の問題点について説明した図である。

【０００９】図１１は、静電吸着された状態の基板９の
温度分布について示したものである。上記従来の構成に
おいて、ガス導入されている凹部２４内の空間を経由し
た静電吸着ステージ２と基板９との間の熱交換効率は、
突起２５を経由した熱交換効率に比べて低い。従って、
例えば静電吸着ステージ２を冷却して基板９を冷却しな
がら処理している場合、基板９の面内の領域のうち、突
起２５に接触している部分は充分冷却されて温度が下が
るものの、凹部２４を臨む部分ではあまり温度が下がら
ない。この結果、図１１に示すような面内温度分布とな
る。

【００１０】基板９に対する処理は、多くの場合温度依
存性がある。従って、図１１に示すように温度分布が形
成されて面内温度が不均一になると、処理のされ方も不
均一になってしまう。本願の発明は、かかる課題を解決
するためになされたものであり、基板処理のために基板
を静電吸着する静電吸着機構において、基板の面内温度
を充分に均一にできる構成を提供する技術的意義があ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、内部で基板の表面に
所定の処理を施す処理チャンバー内の所定位置に基板を
静電吸着して保持する基板処理用静電吸着機構であっ
て、表面に静電気を誘起して当該表面に基板を静電吸着
するとともに基板を加熱又は冷却して温度制御する温度
制御手段を有する静電吸着ステージと、静電吸着用の電
圧を静電吸着ステージに与える吸着電源とから成り、前
記静電吸着ステージの表面には、基板が静電吸着された
際に基板の裏面に接触する突起が複数設けられていると
ともに、前記静電吸着ステージは、これら突起により形
成される凹部内に熱交換用ガスを導入するガス導入路を
有しており、さらに、各突起の基板の裏面に接触する
面、最も短くなる方向で見た幅が基板の厚さの２倍以下
となっているという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構
成において、前記各突起の離間間隔は、３ｍｍ以下であ
るという構成を有する。また、上記課題を解決するた
め、請求項３記載の発明は、前記請求項１の構成におい
て、前記静電吸着ステージの表面には、周縁に沿って周
状に延びるよう形成された周縁凸部が設けられており、
この周縁凸部は、基板が静電吸着された際、基板ととも
に前記凹部内の空間を閉空間とするものであるという構
成を有する。また、上記課題を解決するため、請求項４
記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記周縁
凸部の幅は、２ｍｍ以下又は基板の厚さの２倍以下であ
るという構成を有する。また、上記課題を解決するた
め、請求項５記載の発明は、前記請求項１の構成におい
て、前記凹部は、底の浅い底浅凹部と底の深い底深凹部
とから成るものであり、前記ガス導入路の出口開口は底
深凹部に設けられており、底深凹部は、静電吸着ステー
ジの中心軸に対して中心対称状に形成された溝であって
熱交換用ガスを均一に拡散させて底浅凹部に導入するも
のであるという構成を有する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態（以
下、実施形態）について説明する。図１は、第一の実施
形態の静電吸着機構を備えた基板処理装置の概略構成を
示す正面図である。本実施形態の静電吸着機構は、各種
の基板処理装置に利用が可能であるが、以下の説明で
は、一例としてエッチング装置に利用する場合を採り上
げる。従って、図１に示す装置は、エッチング装置とな
っている。具体的に説明すると、図１に示す装置は、排
気系１１及びプロセスガス導入系１２を備えた処理チャ
ンバー１と、処理チャンバー１内の所定位置に基板９を
保持する静電吸着機構と、処理チャンバー１内にプラズ
マを形成して基板９の表面をエッチングするための電力
を供給する電力供給系６等から主に構成されている。

【００１３】処理チャンバー１は気密な真空容器であ
り、不図示のゲートバルブを介して不図示のロードロッ
クチャンバーが接続されている。排気系１１は、ターボ
分子ポンプ又は拡散ポンプ等により処理チャンバー１内
を所定の真空圧力まで排気できるようになっている。プ
ロセスガス導入系１２は、バルブ１２１や流量調整器１
２２を備え、プロセスガスとしてエッチング作用のある
四フッ化炭素等のフッ素系ガスを所定の流量で導入する
ようになっている。電力供給系６は、処理チャンバー１
内に設けられた処理用電極６１と、処理用電極６１を保
持した垂直な保持棒６２と、保持棒６２を介して処理用
電極６１に電圧を印加する処理用電源６３とから主に構
成されている。

【００１４】処理用電極６１は、高さの低い円筒状であ
り、静電吸着ステージ２と同軸になるよう設けられてい
る。保持棒６２は、絶縁材１４を介して処理チャンバー
１を気密に貫通している。処理用電極６１は、プロセス
ガスを均一に導入する部材としても兼用されている。即
ち、処理用電極６１の下面には、ガス吹き出し孔６１１
が多数均一に形成されている。プロセスガス導入系１２
は、保持棒６２内を経由して処理用電極６１内にプロセ
スガスを導入するようになっている。プロセスガスは、
処理用電極６１内に一旦溜まった後、ガス吹き出し孔６
１１から均一に吹き出る。

【００１５】処理用電源６３としては、高周波電源が使
用されている。処理用電源６３により処理用電極６１に
高周波電圧が与えられると、プロセスガスに高周波放電
が生じ、プラズマが形成される。例えばプロセスガスが
フッ素系ガスである場合、プラズマ中ではフッ素活性種
やフッ素イオンが形成され、これら活性種やイオンが基
板９の表面に達して基板９の表面をエッチングする。

【００１６】次に、本実施形態の静電吸着機構の構成に
ついて詳説する。図１に示す静電吸着機構も、従来と同
様に、静電吸着ステージ２と、静電吸着ステージ２に静
電吸着用の電圧を与える吸着電源３とから成っている。
静電吸着ステージ２は、絶縁材１３を介して処理チャン
バー１の開口を気密に塞ぐよう設けられている。

【００１７】静電吸着ステージ２は、ステージ本体２１
と、ステージ本体２１に固定した誘電体ブロック２２
と、誘電体ブロック２２内に設けた一対の吸着電極２
３，２３とから成る構成である。ステージ本体２１は、
ステンレス又はアルミニウム等の金属製である。誘電体
ブロック２２は、アルミナ等の誘電体製である。ステー
ジ本体２１と誘電体ブロック２２との間には、薄いイン
ジウム層２６が挟み込まれている。インジウム層２６
は、ステージ本体２１と誘電体ブロック２２との間の微
小な隙間を埋めて、両者の間の熱交換効率を高める作用
がある。一対の吸着電極２３，２３は、吸着面の方向に
平行な姿勢で設けられた板状である。一対の吸着電極２
３，２３の形状としては、静電吸着ステージ２の中心軸
に対して軸対称な形状及び配置であることが好ましい。

【００１８】また、本実施形態では、基板９の受け渡し
のため、静電吸着ステージ２内に昇降ピン７が設けられ
ている。昇降ピン７は、垂直な姿勢であり、静電吸着ス
テージ２と同軸の円周上に等間隔で複数（例えば四つ）
設けられている。本実施形態では、静電吸着ステージ２
の構造の複雑化を避けるため、ガス導入路２０内に昇降
ピン７が設けられている。各昇降ピン７の下端は、水平
な姿勢のベース板７１に固定されている。ベース板７１
には、直線移動機構７２が付設されている。直線移動機
構７２が動作すると、各昇降ピン７が一体に上昇又は下
降するようになっている。尚、各ガス導入路２０は、途
中に横穴が設けられており、不図示の熱交換用ガス導入
系はそこから熱交換用ガスを導入するようになってい
る。また、ガス導入路２０の下端には、昇降ピン７の上
下動を許容しつつガス封止を行うメカニカルシール等の
封止部材７３が設けられている。

【００１９】また、本実施形態では、エッチングを効率
良く行うため、基板９に自己バイアス電圧を与える構成
が採用されている。即ち、静電吸着ステージ２には、バ
イアス用電源８が接続されている。バイアス用電源８
は、吸着電極２３，２３に高周波電圧を印加するように
なっており、吸着用の直流電圧に重畳させて高周波電圧
を印加するようになっている。尚、吸着電極２３，２３
を無くして、ステージ本体２１にバイアス用電源８と吸
着電源３を接続して、基板９の静電吸着と自己バイアス
電圧の付与を行うようにしても良い。

【００２０】吸着電極２３，２３を介して高周波電界が
設定されると、プラズマと高周波との相互作用により、
負の直流分の電圧である自己バイアス電圧が基板９に与
えられる。この結果、プラズマ中のイオンが引き出され
て効率良く基板９に入射する。この結果、リアクティブ
イオンエッチング等の効率の良いエッチングが行われ
る。

【００２１】上記エッチングの際、基板９は、プラズマ
によって加熱されて温度上昇する。温度上昇が限度を越
えると、基板９が熱的損傷を受ける場合がある。例え
ば、基板９が半導体ウェーハである場合、既に形成され
ている素子や配線等が熱により変性して機能に障害が生
じたりする場合がある。このような問題を防止するた
め、静電吸着機構は、エッチング中に基板９を所定温度
に冷却しながら温度制御する温度制御手段５を備えてい
る。温度制御手段５は、静電吸着ステージ２内の空洞に
冷媒を流通させる構成である。具体的には、ステージ本
体２１内に空洞２００が形成されている。図２は、ステ
ージ本体２１内の冷却用の空洞２００の形状について説
明する平面断面図である。

【００２２】図２に示すように、空洞２００は、静電吸
着ステージ２が均一に冷却されるように蛇行させた形状
である。そして、その一端には冷媒導入口２０１が形成
され、他端には冷媒排出口２０２が形成されている。冷
媒導入口２０１には、冷媒導入管５２がつながってお
り、冷媒排出口２０２には冷媒排出管５３がつながって
いる。そして、冷媒排出管５３から排出されて冷媒を温
度制御して冷媒導入管５２に送るサーキュレータ５４が
設けられている。空洞２００に所定の低温に維持された
冷媒が流通する結果、静電吸着ステージ２全体が所定の
低温に維持され、この結果、基板９が冷却されるように
なっている。

【００２３】上記温度制御の際、図３に示す静電吸着ス
テージ２と基板９との熱交換効率が向上するよう、本実
施形態においても、静電吸着ステージ２の表面に凹部２
４を設け、図４に示すガス導入路２０を経由してこの凹
部２４に熱交換用ガスが導入されるようになっている。
以下、この点を説明する。

【００２４】まず、図１では、静電吸着ステージ２の表
面は平坦面となっているが、実際には、微小な突起２５
が形成されている。各突起２５の上面は平らな面となっ
ており、これは皆同じ高さに位置する。つまり、各突起
２５の上面は面一になっている。図３は、図１に示す静
電吸着ステージ２の表面に形成された突起２５の大きさ
及び配置間隔について説明する断面部分図である。図３
に示すように、静電吸着ステージ２の表面には、突起２
５が形成されている。突起２５の平面視はほぼ円形であ
る。従って、突起２５の形状は円柱状である。

【００２５】図４は、図３に示す突起２５の配置につい
て説明する図であり、静電吸着ステージ２の平面概略図
である。静電吸着ステージ２は、平面視がほぼ円形であ
る。但し、静電吸着ステージ２は、基板９として、オリ
エンテーションフラット（オリフラ）を有する半導体ウ
ェーハを保持することが想定されており、オリフラに合
わせた直線状の部分を有する。

【００２６】突起２５は、静電吸着ステージ２と同心円
周（図４中に一点鎖線で示す）上の位置に等間隔で設け
られている。各円周の径方向の離間距離は、同一円周上
の突起２５の離間距離にほぼ等しい。従って、各突起２
５は、すべてほぼ等しい間隔で均一に配置されている。
尚、図４では、紙面上、左上半分の部分のみ突起２５が
描かれており、その他の部分では省略されている。

【００２７】また、静電吸着ステージ２の周縁には、凸
部（以下、周縁凸部）２７が設けられている。この周縁
凸部２７は、内側に位置する各突起２５と同じ高さであ
る。従って、基板９が静電吸着された際、基板９は突起
２５とともにこの周縁凸部２７に接触する。そして、基
板９が吸着されると、周縁凸部２７の内側の凹部２４が
基板９によって塞がれ、閉空間が形成されるようになっ
ている。従って、ガス導入路２０を通して熱交換用ガス
が凹部２４内に導入された際、本質的にガスの漏れがな
いので、凹部２４内の圧力が効率良く高められる。尚、
「閉空間」とは、ガス導入路２０の出口開口を除いて本
質的に開口が無い空間という意味である。

【００２８】本実施形態の大きな特徴点の一つは、各突
起２５の直径（図３にＲで示す）が基板９の厚さ（図３
にｔで示す）の２倍以下となっている点である。具体的
には、基板９の厚さｔは、本実施形態では０．７ｍｍ程
度であり、各突起２５の直径Ｒは０．５ｍｍ程度となっ
ている。この構成は、基板９の面内温度分布を充分に均
一にするための構成として採用されている。以下、この
点について図５を使用して説明する。図５は、本実施形
態の静電吸着機構の特徴点について説明する模式図であ
る。

【００２９】図５では、前述したのと同様に、基板９を
冷却しながら温度制御する場合が示されている。即ち、
基板９は、処理の際に表面（処理される面）を臨む空間
の側からプラズマにより熱量Ｑが与えられる。そして、
基板９は、静電吸着ステージ２が存在する裏面（処理さ
れる面とは反対の面）側から熱を奪われる。また、突起
２５と接触している場所での基板９と静電吸着ステージ
２との間の熱伝達率をＫ_１とし、ガスが導入されている
凹部２４を経由した基板９と静電吸着ステージ２との間
の熱伝達率をＫ_２とする。前述した通り、Ｋ_１＞Ｋ_２で
ある。

【００３０】図５において、基板９の面内に生ずる温度
差は、前述した通り、Ｋ_１＞Ｋ_２に起因している。即
ち、プラズマから与えられるＱのうち、凹部２４内の空
間を通って静電吸着ステージ２に移動する熱量Ｑ_１の方
が、突起２５との接触面を通って静電吸着ステージ２に
移動する熱量Ｑ_２に比べて小さい。このため、基板９
は、凹部２４を臨む部分で温度が上昇し、突起２５と接
触している部分との間で温度差ができる。

【００３１】ここで、基板９内の温度差は、面内のみな
らず、厚さ方向にも物理的には生ずる。基板９は、プラ
ズマを臨む表面で温度が最も高く、静電吸着ステージ２
に接する（又は臨む）裏面で最も低くなる。基板９の厚
さ方向の温度度差をΔＴ_１、面内の温度差をΔＴ_２とす
ると、通常は、図５（１）に示すように突起２５の直径
Ｒが基板９の厚さｔの２倍に比べてかなり大きいため、
突起２５の存在による熱伝達効率上昇の影響が大きく、
厚さ方向の温度差ΔＴ_１に比べ、面内の温度差ΔＴ_２が
大きくなる。つまり、面内の温度差ΔＴ_２に比べると、
厚さ方向の温度差ΔＴ_１は小さい（ΔＴ_１＜ΔＴ_２）。
尚、図５中の右端に示す温度分布は、突起２５の中心軸
上における基板９の厚さ方向で見た温度分布である。

【００３２】一方、図５（２）に示すように、突起２５
の直径Ｒが基板９の厚さｔの２倍と同程度まで小さくな
ると、基板９の面内の温度差は、基板９の厚さ方向の温
度差と殆ど同じになる（ΔＴ_１≒ΔＴ_２）。従って、基
板９の厚さ方向の温度差が無視できる程度に小さいもの
ならば、基板９の面内の温度差も無視できる程度に小さ
いものとなる。通常の基板処理では、基板９の厚さ方向
の温度差は問題になっておらず、従って、突起２５の直
径Ｒが基板９の厚さｔの２倍程度まで小さくなれば、問
題となる面内の温度差は生じないことになる。本実施形
態の構成は、このような技術的思想のもと、突起２５の
半径を基板９の厚さ程度まで小さくしている。また、突
起２５同士の離間間隔（図３にｄで示す）は、３ｍｍ以
下とすることが好ましい。距離ｄが３ｍｍを越えると、
凹部２４を臨む部分内での基板９の面内の温度差が大き
くなり、実用上問題を生ずる場合がある。

【００３３】次に、上記実施形態の構成による温度均一
化の効果を確認した実験の結果について、図６を使用し
て説明する。図６は、実施形態の構成による温度均一化
の効果を確認した実験の結果について示した図である。
以下の実験は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等にお
いて電極部の構造として必要になるコンタクトホールを
形成するためのエッチング処理の実験である。コンタク
トホールを形成する場合、コンタクトホールの形状に合
わせてレジストをフォトリソグラフィによりパターニン
グし、これをマスクにしてエッチングを行う。

【００３４】エッチングの実験は、以下の条件により行
われた。処理チャンバー内の圧力：３０ｍＴｏｒｒ（３．９９Ｐａ）プロセスガス：Ｃ_４Ｆ_８とＡｒとＯ_２の混合ガスプロセスガスの流量：Ｃ_４Ｆ_８＝１３．５ＳＣＣＭＡｒ＝３００ＳＣＣＭＯ_２＝６ＳＣＣＭ処理用電源の周波数及び電力：６０ＭＨｚ，１．８ｋＷバイアス用電源の周波数及び電力：１．６ＭＨｚ，１．８ｋＷ静電吸着ステージの凹部内のガス圧力：４ｋＰａ熱交換用ガス：ヘリウム静電吸着力：１ｋｇｆ／ｃｍ^２（９．８Ｎ／ｃｍ^２）

【００３５】尚、「ＳＣＣＭ」とは、０℃、１気圧で換
算した単位時間あたりの気体の流量（ｃｍ^３／分）であ
る。また、静電吸着の吸着面の粗さは、０．２５μｍ以
下（０．２５μｍ以下の突起のみ）である。基板９は、
シリコンウェーハであり、厚さは０．７ｍｍ程度であ
る。エッチングする基板９の表面の材料は、酸化シリコ
ンである。また、レジストは、ＫｒＦエキシマレーザー
による露光に対応したものを採用した。

【００３６】図６は、上記条件のエッチング処理により
得られたエッチング形状について示している。図６にお
いて、（１−１）及び（１−２）は、突起２５の直径Ｒ
が３ｍｍの場合のエッチング形状（断面形状）を概略的
に示したものである。このうち、（１−１）は、基板９
の表面のうち、裏面において凹部２４を臨む部分（以
下、凹部付近部）でのエッチング形状を、（１−２）は
裏面において突起２５と接触している箇所の部分又はそ
の付近（以下、突起付近部）におけるエッチング形状を
それぞれ示している。また、図６において、（２−１）
及び（２−２）は、突起２５の直径Ｒが０．５ｍｍの場
合のエッチング形状（断面形状）を概略的に示したもの
である。同様に、（２−１）は、突起付近部でのエッチ
ング形状を、（２−２）は凹部付近部でのエッチング形
状をそれぞれ示している。尚、図６において、突起２５
の直径Ｒ以外の条件は全て同じである。

【００３７】図６（１−１）及び（１−２）に示すよう
に、直径Ｒが３ｍｍの場合、突起付近部と凹部付近部と
でレジスト残膜９１の厚さに差がある。これは、凹部付
近部の方が突起付近部に比べて温度が高いために、エッ
チング中にレジストが多くエッチングされ、その結果、
レジスト残膜９１が突起付近部に比べて少なくなったこ
とを示している。また、直径Ｒが３ｍｍの場合、エッチ
ングにより形成したコンタクトホール９２の断面形状も
突起付近部と凹部付近部とで異なっている。即ち、突起
付近部のコンタクトホール９２は、凹部付近部のコンタ
クトホール９２に比べて幅が狭く、深さが若干深くなっ
ている。これは、以下のような原因であると考えられ
る。

【００３８】一般に、エッチング処理では、エッチング
の競合現象として膜堆積が進行している場合が多い。例
えば、フッ化炭素系ガスを使用したエッチングでは、エ
ッチングと競合してフッ化炭素系の膜の堆積が生じてい
る。通常は、イオンや活性種による堆積膜のエッチング
の方が膜堆積に比べて遥かに速く進行するため、膜堆積
が問題になることはない。

【００３９】しかしながら、前述したように、温度が低
くなった際、もし温度低下による膜堆積の低減に比べて
エッチング速度の低減の割合の方が大きい場合、エッチ
ング速度が低下してしまう。膜堆積は特にコンタクトホ
ール９２の開口の縁の部分に多く生じ、この開口の縁の
部分でエッチング速度の低下が顕著になるから、開口の
面積が小さくなる。図６（１−２）に示すようなコンタ
クトホール９２の形状は、このような理由によるものと
考えられる。尚、前述したように、温度低下によって逆
にエッチング速度が上昇する場合もあり、この場合に
は、上記とは逆の結果になる。

【００４０】コンタクトホールには、アルミ等の配線材
料を埋め込んで配線が行われるが、図６（１−１）に示
すようにコンタクトホールの直径が大きくなり過ぎる
と、隣りの配線と接触してショートしてしまう等の問題
が生じやすい。従って、コンタクトホールは直径はあま
り大きくない方が好ましい。さらに、コンタクトホール
が深く削られるということは、既に形成されているゲー
ト電極等を過剰に削ってしまう可能性もある。しかし、
図６（１−２）に示すようにコンタクトホールの直径が
あまりにも小さくなると、配線の断面積が低下して抵抗
が大きくなる問題がある。また、コンタクトホールの底
面の面積が小さいので、下地であるゲート電極又はチェ
ンネルとの接触面積が小さくなり、導通不良等が生じや
すい。

【００４１】一方、突起２５の直径Ｒが０．５ｍｍ程度
である場合は、図６（２−１）及び（２−２）に示すよ
うに、凹部付近部と突起付近部とで、コンタクトホール
９２の形状は大差がなく、均一なエッチング形状が得ら
れている。これは、エッチング中の基板９の面内温度が
均一であったことによると考えられる。このように、本
実施形態の構成によれば、突起２５の直径Ｒが基板９の
厚さｔの２倍と同程度であるため、問題となる基板９の
面内温度不均一化が生じず、均一な処理が行える。

【００４２】上記実施形態では、突起２５の平面視の形
状が円形であったため、この直径Ｒを基板９の厚さの２
倍以下とした。しかしながら、突起２５の平面視の形状
は円形以外でも良い（例えば方形）。この点を考慮して
上位概念として表現すると、「突起の表面のうちの最も
短くなる方向で見た幅」（以下、接触面の最短幅）が基
板９の厚さの２倍以下ということになる。突起２５の接
触面の形状としては、細長い形状（例えば長方形）の場
合もある。この場合、その長さ方向の長さではなく、長
さ方向に垂直な方向の長さが最短幅であり、それが基板
９の厚さの２倍以下であれば良い。尚、接触面の最短幅
は、基板９の厚さの２倍よりも小さく、１倍以下である
とさらに好ましい。

【００４３】また、凹部２４の深さ（突起２５の高さに
等しく、図３にｈで示す）については、１〜２０μｍ程
度であることが好ましい。凹部２４の深さが１μｍより
小さくなると、凹部２４の空間の容積があまりにも小さ
くなってコンダクタンスが低下し、充分な圧力上昇が得
られなくなる。この結果、熱交換効率を向上させる上記
効果が不充分になってしまう。一方、凹部２４の深さが
２０μｍを越えると、熱を伝達するために熱交換用ガス
の分子が移動する必要がある距離が長くなり、熱交換効
率が低くなってしまう。

【００４４】さらに、周縁凸部２７の幅（図３にＷで示
す）についても、慎重な検討が必要である。周縁凸部２
７の幅Ｗが大きくなると、突起２５の場合と同様に、こ
の部分での温度差が無視できなくなり、基板９の面内温
度分布が不均一になる問題が生ずる。特に、周縁凸部２
７は、基板９の周辺部に接触している部分である。基板
９のうち周縁凸部２７の外側の部分では、中央部と異な
り、ガス冷却も接触冷却もされないため、中央部に比べ
て温度が高くなり易い。従って、周縁凸部２７の幅Ｗ
は、ガスの流れを止めるとともに冷却能力の不足を補う
だけの幅が必要である。その一方、あまり冷却されるす
ぎると、やはり温度不均一の原因となる場合がある。周
縁凸部２７の幅Ｗは、突起２５の大きさよりも小さく、
基板９の厚さ程度以下とすることが好ましい。数値でい
うと、２ｍｍ以下とすることが好ましい。

【００４５】上記周縁凸部２７の幅の影響について、図
７を使用して説明する。図７は、周縁凸部２７の幅の影
響について説明した図である。図７中の（１）は、周縁
凸部２７の幅が４ｍｍ場合のエッチング速度の分布を、
（２）は、周縁凸部２７の幅が２ｍｍの場合のエッチン
グ速度の分布を示している。また図７（３）は、後述す
る第二の実施形態の構成において、周縁凸部２７の幅が
２ｍｍの場合であって、図９に示す底深凹部２４２が周
縁凸部２７に隣接したところ（最外周部）に無い場合の
構成におけるエッチング速度の分布を示している。図７
（１）〜（３）の横軸は、基板９の表面の位置を示して
いる。基板９の中心を０とし、＋１０が径方向の一方の
縁、−１０が他方の縁である。

【００４６】図７（１）に示すように、周縁凸部２７の
幅が４ｍｍと大きいと、基板９の周辺部が充分に冷却さ
れすぎ、エッチング速度が遅くなってしまう。一方、図
７（２）に示すように、周縁凸部２７の幅が２ｍｍであ
ると、基板９の周辺部でのエッチング速度の異常な上昇
もなく、エッチング速度が全体に高くなってしまうこと
もない。これは、基板９が全体に均一に効率良く冷却さ
れることを意味している。また、図７（３）に示すよう
に、周縁凸部２７に隣接して底深凹部２４２が無いと、
周縁凸部２７に接触した部分の低いエッチング速度に対
し、その内側で急激にエッチング速度が高くなる。これ
は、底負荷凹部２４２が無いために熱交換用ガスが充分
に供給されず、温度が急激に高くなったことによるもの
と考えられる。尚、周縁凸部２７が無いと、エッチング
速度が全体に高くなる。これは、熱交換用ガスが凹部２
４内に封入されないので、凹部２４内の圧力があまり上
昇せず、基板９が充分に冷却されないことによる。

【００４７】尚、周縁凸部２７の幅があまりにも小さく
なると、凹部２４内のガス圧によっては基板９が周縁凸
部２７から浮いてしまい、熱交換用ガスが漏れ出てしま
う恐れがある。これは、作用させる静電吸着力にもよる
が、一般的には周縁凸部２７の幅は０．１ｍｍより小さ
くなると生じ易いので、周縁凸部２７の幅は０．１ｍｍ
以上とすることが好ましい。

【００４８】次に、本願発明の静電吸着機構の第二の実
施形態について説明する。この実施形態は、静電吸着ス
テージの構成が前述した第一の実施形態と異なってい
る。図８は、第二の実施形態の静電吸着ステージ２の平
面概略図、図９は図８に示す静電吸着ステージの正面断
面概略図であり、図８のＸ−Ｘでの断面図である。

【００４９】図８及び図９に示すように、第二の実施形
態の静電吸着ステージ２の表面にも、周縁に沿って形成
された周縁凸部２７と、その内側に均等に配置された多
数の突起２５とが形成されている。この第二の実施形態
では、周縁凸部２７及び突起２５により形成される凹部
２４が、深さの異なる二つのものから成っている。即
ち、深さの浅い凹部（以下、底浅凹部）２４１と、深さ
の深い凹部（底深凹部）２４２である。

【００５０】底浅凹部２４１は、静電吸着ステージと基
板９との間の熱交換効率を高めるための空間であり、前
述した第一の実施形態における凹部２４と同様の作用を
持つものである。一方、底深凹部２４２は、熱交換用ガ
スを効率良く拡散させて底浅凹部２４１に熱交換用ガス
を均一に導入するためのものである。図８から解るよう
に、底深凹部２４２は、静電吸着ステージ２の中央から
放射状に延びる溝状の部分（以下、放射状部）と、中心
軸と同軸な円周状に延びる複数の部分（以下、円周状
部）から成っている。尚、円周状部のうちの最も外側の
ものは、周縁凸部２７のすぐ内側に形成されている。ま
た、図９に示すように、静電吸着ステージ２は、厚さ方
向に貫通した四つの貫通孔２８を有している。この貫通
孔２８は、第一の実施形態と同様、凹部２４内への熱交
換用ガスの導入路と昇降ピン（図８及び図９中不図示）
のための空間とに兼用されている。

【００５１】この第二の実施形態によれば、熱交換用ガ
スはガス導入路から最初に底深凹部２４２に達し、底深
凹部２４２内で拡散しながら底浅凹部２４１に導入され
る。底深凹部２４２は、底浅凹部２４１よりコンダクタ
ンスが大きいので熱交換用ガスが底浅凹部２４１に効率
良く導入され、底浅凹部２４１の圧力が効率良く高めら
れる。底浅凹部２４１のみであると、コンダクタンスが
小さいので、基板９の面方向に均一に効率よく熱交換用
ガスを導入することができない。このため、基板９の面
内温度が不均一になり易いが、本実施形態では、このよ
うな問題はない。

【００５２】底浅凹部２４１の深さは、前記第一の実施
形態の凹部２４と同様の理由から、１〜２０μｍ程度で
あることが好ましい。また、底深凹部２４２の深さは、
５０〜１０００μｍ程度であることが好ましい。底深凹
部２４２の深さが５０μｍより小さいと、底浅凹部２４
１と比較したコンダクタンス向上の効果があまり得られ
ず、温度分布均一化の効果が充分に得られない場合があ
る。また、底深凹部２４２の深さが１０００μｍより大
きいと、底深凹部２４２の体積が増えすぎてガス充填に
時間がかかり、底浅凹部２４１の圧力が充分に上昇せ
ず、熱交換効率が充分に改善されないことがある。

【００５３】また、溝状である底深凹部２４２の幅は、
０．５〜３ｍｍ程度であることが好ましい。幅が０．５
ｍｍより小さいと、コンダクタンスが不足し、温度分布
均一化の効果が充分に得られないことがある。幅が３ｍ
ｍより大きいと、相対的に底浅凹部２４１の占める面積
が低下し、また底深凹部２４２の体積が増えすぎるため
に底浅凹部２４１の圧力が充分に上昇しなくなってしま
うので、熱交換効率向上の効果が充分に得られなくなる
場合がある。

【００５４】上記実施形態では、温度制御手段５は基板
９を冷却するものであったが、基板９を加熱して温度制
御するものであっても良い。この場合には、温媒を流通
させたり、抵抗発熱方式のヒータや輻射加熱ランプ等が
静電吸着ステージ２に設けられる。また、上記実施形態
では、双極式の静電吸着機構であったが、単極式即ち一
つの吸着電極のみを使用した構成でも良い。単極式で
も、正又は負の直流電圧を印加することで静電吸着は可
能である。また、一対の吸着電極を多数設けた多極式の
構成でも良い。さらには、基板９を臨む空間にプラズマ
が形成される場合、吸着電極に高周波電圧を印加するこ
とで、プラズマと高周波の相互作用により生ずる直流分
の電圧である自己バイアス電圧を基板９に印加し、この
自己バイアス電圧によって基板９を静電吸着することも
可能である。

【００５５】上記実施形態の説明では、基板処理の一例
としてエッチングを採り上げたが、スパッタリングや化
学蒸着（ＣＶＤ）等の成膜処理、表面酸化や表面窒化等
の表面改質処理、さらにはアッシング処理等を行う装置
についても、同様に実施することができる。基板９の例
としては、半導体ウェーハの他、液晶ディスプレイやプ
ラズマディスプレイ等の表示デバイス用の基板、磁気ヘ
ッド等の磁気デバイス用の基板等を基板とすることがで
きる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１記載
の発明によれば、基板が静電吸着された際に基板の裏面
に接触する各突起の表面のうちの最も短くなる方向で見
た幅が基板の厚さの２倍以下となっているので、基板の
面内の温度差が無視できる程度に小さくなる。このた
め、面内均一性の高い処理が行える。また、請求項２記
載の発明によれば、上記効果に加え、各突起の離間間隔
が３ｍｍ以下であるので、この点でさらに基板の面内の
温度差が少なくなり、さらに面内均一性の高い処理が行
える。また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に
加え、基板が静電吸着された際、基板とともに周縁凸部
によって凹部内の空間が閉空間とされるので、熱交換用
ガスの導入による圧力上昇が効率的に行える。また、請
求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、周縁凸部
の幅が２ｍｍ以下又は基板の厚さの２倍以下であるの
で、周縁凸部の付近での基板の急激な温度変化が防止さ
れる。従って、この点でさらに温度が均一になり、面内
均一性の高い処理が行える。また、請求項５記載の発明
によれば、上記効果に加え、凹部は、底の浅い底浅凹部
と底の深い底深凹部とから成るので、底深凹部を経由し
て効率良く均一に底浅凹部に熱交換用ガスを導入でき
る。従って、この点で熱交換効率の向上や温度均一化の
効果がさらに高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施形態の静電吸着機構を備えた基板処
理装置の概略構成を示す正面図である。

【図２】ステージ本体２１内の冷却用の空洞２００の形
状について説明する平面断面図である。

【図３】図１に示す静電吸着ステージ２の表面に形成さ
れた突起２５の大きさ及び配置間隔について説明する断
面部分図である。

【図４】図３に示す突起２５の配置について説明する図
であり、静電吸着ステージ２の平面概略図である。

【図５】実施形態の静電吸着機構の特徴点について説明
する模式図である。

【図６】実施形態の構成による温度均一化の効果を確認
した実験の結果について示した図である。

【図７】周縁凸部２７の幅の影響について説明した図で
ある。

【図８】第二の実施形態の静電吸着ステージ２の平面概
略図である。

【図９】図８に示す静電吸着ステージの正面断面概略図
であり、図８のＸ−Ｘでの断面図であるる。

【図１０】基板処理装置に備えられた従来の静電吸着機
構の構成について説明する図である。

【図１１】図１０に示す従来の静電吸着機構の問題点に
ついて説明した図である。

【符号の説明】

１処理チャンバー１１排気系１２プロセスガス導入系２静電吸着ステージ２０ガス導入路２００空洞２１ステージ本体２２誘電体ブロック２３吸着電極２４凹部２４１底浅凹部２４２底深凹部２５突起２７周縁凸部３吸着電源４熱交換用ガス導入系５温度制御手段６電力供給系６１処理用電極６３処理用電源７昇降ピン９基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｑ 3/15 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者金子一秋東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者香村由紀東京都府中市四谷５丁目８番１号アネルバ株式会社内Ｆターム(参考） 3C016 CE05 GA10 4K030 GA02 JA03 KA23 KA26 KA41 LA15 5F004 AA01 BA04 BB22 BB25 CA04 DA22 5F031 CA02 CA05 CA09 HA02 HA08 HA16 HA19 HA33 HA37 HA38 HA40 MA32 PA11 5F045 BB02 DP03 DQ10 EJ02 EJ03 EJ10 EK21 EM05 EM07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部で基板の表面に所定の処理を施す処
理チャンバー内の所定位置に基板を静電吸着して保持す
る基板処理用静電吸着機構であって、表面に静電気を誘起して当該表面に基板を静電吸着する
とともに基板を加熱又は冷却して温度制御する温度制御
手段を有する静電吸着ステージと、静電吸着用の電圧を
静電吸着ステージに与える吸着電源とから成り、前記静電吸着ステージの表面には、基板が静電吸着され
た際に基板の裏面に接触する突起が複数設けられている
とともに、前記静電吸着ステージは、これら突起により
形成される凹部内に熱交換用ガスを導入するガス導入路
を有しており、さらに、各突起の基板の裏面に接触する
面は、最も短くなる方向で見た幅が基板の厚さの２倍以
下となっていることを特徴とする基板処理用静電吸着機
構。
【請求項２】前記各突起の離間間隔は、３ｍｍ以下で
あることを特徴とする請求項１記載の基板処理用静電吸
着機構。
【請求項３】前記静電吸着ステージの表面には、周縁
に沿って周状に延びるよう形成された周縁凸部が設けら
れており、この周縁凸部は、基板が静電吸着された際、
基板とともに前記凹部内の空間を閉空間とするものであ
ることを特徴とする請求項１記載の基板処理用静電吸着
機構。
【請求項４】前記周縁凸部の幅は、２ｍｍ以下又は基
板の厚さの２倍以下であることを特徴とする請求項３記
載の基板処理用静電吸着機構。
【請求項５】前記凹部は、底の浅い底浅凹部と底の深
い底深凹部とから成るものであり、前記ガス導入路の出
口開口は底深凹部に設けられており、底深凹部は、静電
吸着ステージの中心軸に対して中心対称状に形成された
溝であって熱交換用ガスを均一に拡散させて底浅凹部に
導入するものであることを特徴とする請求項１記載の基
板処理用静電吸着機構。