JP2010199177A - 静電チャック及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理基板の大型化に対して低コストと耐久性とを両立させる静電チャックを提供すること。
【解決手段】この静電チャック３０は、サセプタの載置面上で基板Ｇの外周エッジよりも内側の領域に配置される中心静電吸着部６０と、この中心静電吸着部６０を取り囲むようにその周囲に配置される周辺静電吸着部６２とで構成されている。中心静電吸着部６０は樹脂からなる誘電体層を有しており、周辺静電吸着部６２はセラミックスからなる誘電体層を有している。中心静電吸着部６０は、マトリクスに分割された複数個の矩形の静電吸着ブロック６４からなる。周辺静電吸着部６２は、中心静電吸着部６２の外周に沿って１列に配置された複数個の矩形の静電吸着ブロック６６からなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被処理基板を静電力で吸着固定する静電チャックおよびこれを用いるプラズマ処理装置に関する。

たとえば、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）のパネル製造においては、一般にガラスなどの絶縁体からなる基板上に画素のデバイスまたは電極や配線等が形成される。パネル製造の様々な工程のうち、エッチング、ＣＶＤ、アッシング、スパッタリング等の微細加工でプラズマが利用されている。このようなプラズマ処理を行う製造装置では、減圧可能な処理容器内で基板を載置台（または試料台）の上に載置し、基板の上面（被処理面）を処理ガスのプラズマに曝して加工処理を行うようにしている。この場合、プラズマからの入熱による温度上昇を抑えて基板の温度を一定に制御する必要があり、このためにチラー装置より温調された冷媒を載置台の中の冷媒通路に循環供給すると同時に、Ｈeガスなどの伝熱ガスを載置台の中を通して基板の裏面に供給して基板を間接的に冷却する方式がよく用いられている。この冷却方式は、伝熱ガスの供給圧力に抗して基板を載置台上に固定しておくための保持機構を必要とし、そのような保持機構として静電チャックが多く用いられている。

静電チャックは、典型的には、内部に電極を封入した誘電体層を載置台の上面（載置面）に設け、該電極に所定の直流電圧を印加し、基板と誘電体層との間に発生した静電吸着力によって基板を吸着する仕組みになっている。

静電チャックの電極形態ないし電圧印加には、単極型と双極型の２種類の方式がある。単極型は、誘電体層の内部に単一または単極性の電極を設け、該電極と基板との間に一定の電位差を与える。双極型は、誘電体層の内部に複数または双極性の電極を設け、それぞれに正または負の電圧を印加する。一般に、静電チャックの誘電体層には、プラズマ耐性の高いＡｌ₂Ｏ₃等のセラミックスが多く用いられている。

特開２００５−１３６３５０

ところで、パネル基板は大型化の一途を辿っており、たとえば液晶パネルで現在主流の第８世代はその基板（マザーガラス）のサイズが約２２００×２６００ｍｍである。このような基板の大型化に対応して、プラズマ処理装置の載置台および静電チャックも大きくなり、たとえば上記第８世代用では２２５０×２６５０ｍｍのサイズが必要になる。

ここで問題になるのは静電チャックのコスト高であり、とりわけ誘電体層に用いられているセラミックスがコスト高の主たる要因になっている。静電チャック用のセラミックスは、プラズマ耐性に優れた高純度品で、非常に高価であり、しかも面積に略比例してコストが上昇する。したがって、液晶パネルの第７世代（１８７０×２２００ｍｍ）から第８世代への移行に伴って、静電チャックのサイズ（面積）も略１．４倍になり、セラミックスのコストひいては静電チャックのコストが略４０％上昇している。

近々、第９世代（２４００×２８００ｍｍ）さらには第１０世代（２８５０×３０５０ｍｍ）も予定されており、上記の問題はますます深刻になっている。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、被処理基板の大型化に対して低コストと耐久性とを両立させる静電チャックおよびこれを備えるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、メンテナンス性およびメンテナンスコストに優れた静電チャックおよびこれを備えるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点における静電チャックは、減圧可能な処理容器内で被処理基板を静電力により吸着して載置台上に保持するための静電チャックであって、前記載置台の載置面上で前記基板の外周エッジよりも内側の領域に配置され、樹脂からなる第１の誘電体層と前記第１の誘電体層の内部に設けられた第１の電極とを有する第１の静電吸着部と、前記載置台の載置面上で前記第１の静電チャック部を取り囲むようにその周囲に配置され、セラミックスからなる第２の誘電体層と前記第２誘電体層の内部に設けられた第２の電極とを有する第２の静電吸着部と、前記第１および第２の電極にそれぞれ所定の直流電圧を印加するための直流電源とを有する。

上記の構成において、第１の静電吸着部は、載置台の載置面上で基板の外周エッジよりも内側の領域に配置され、直流電源より直流電圧を印加される第１の電極とこの第１の電極を封入している第１の誘電体層との静電誘導機能により静電気吸着力（ジョンソン・ラーベック力、クーロン力もしくはグラディエント力のいずれか）を利用して基板を吸着する。第１の静電吸着部は、下面が載置台で覆われ、上面が基板で覆われ、側面が第２の静電吸着部で覆われるため、処理容器内の雰囲気に直接曝されることはない。これにより、第１の静電吸着部の第１の誘電体層を構成する樹脂が処理容器内の雰囲気、特にプラズマ中で本来は劣化しやすいものであっても、見かけ上の雰囲気耐性は高く、結果的に劣化しにくい。一方、第２の静電吸着部は、第１の静電吸着部の周囲を取り囲むようにその周囲に配置され、直流電源より直流電圧を印加される第２の電極とこの第２の電極を封入している第２の誘電体層との静電誘導機能により静電吸着力（ジョンソン・ラーベック力、クーロン力もしくはグラディエント力のいずれか）を利用して基板を吸着する。第２の静電吸着部は、第１の静電吸着部の代わりに処理容器内の雰囲気に直接曝されるが、第２の静電吸着部の第２の誘電体層を構成するセラミックスは通常のプロセス雰囲気（典型的にはプラズマ）に対して樹脂よりも格段に耐久性が高いため、やはり劣化しにくい。したがって、静電チャック全体として、誘電体層の全部をセラミックスで構成した場合と同等の耐久性を有することができる。

また、コスト面では、第１の静電吸着部が第１の誘電体層を樹脂製とする構成により、そのコストをセラミックス製の場合に比して大幅に下げることができる。しかも、一般に第１の静電吸着部の方が第２の静電吸着部よりも大きな面積を占めるため、静電チャック全体としても大幅なコスト低減を実現できる。

本発明の好適な一態様によれば、第１の静電吸着部に設けられる第１の電極と第２の静電吸着部に設けられる第２の電極とにそれぞれ独立した直流電圧が印加される。

また、本発明においては、第１の静電吸着部が、載置台の載置面上で一次元方向または二次元方向に分割された複数個の第１静電吸着ブロックからなり、各々の第１静電吸着ブロックが、ブロック毎に独立した第１の誘電体層と第１の電極とを有する構成が好適に採られる。この場合、好適には、ｍ×ｎ個（ｍ，ｎは自然数）の第１静電吸着ブロックがｍ行×ｎ列に配置されるとともに、第１静電吸着ブロックにそれぞれ設けられるｍ×ｎ個の第１の電極が直流電源に対して電気的に並列に接続される。さらに、第１の静電吸着部における絶縁破壊を検出するために、ｍ×ｎ個の第１の電極を行単位または列単位で直流電源に電気的に接続するためのスイッチ回路と、直流電源の出力端子と第１の電極との間、または第１の電極と基準電圧端子との間に接続される電流計を有する構成が好適に採られる。

また、本発明においては、第２の静電吸着部が、載置台の載置面上で一次元方向または二次元方向に分割された複数個の第２静電吸着ブロックからなり、各々の第２静電吸着ブロックが、ブロック毎に独立した第２の誘電体層と第２の電極とを有する構成が好適に採られる。

また、本発明の好適な一態様においては、処理容器内で基板にプラズマ処理が施され、載置台の載置面上で第１の静電吸着部の外周エッジは基板の外周エッジからプラズマのデバイ長以上の距離を隔てて内側に位置する構成が採られる。かかる構成によれば、第１の静電吸着部がプラズマに曝される可能性を確実に防止することができる。

また、本発明の好適な一態様においては、載置台の載置面上で第１の静電吸着部の外周エッジは基板の素子形成領域よりも外側に位置する構成が採られる。この構成においては、基板の素子形成領域を専ら第１の静電吸着部を通じて一定の吸着力で吸着し安定に温度制御することができる。

また、本発明の好適な一態様においては、載置台の載置面上で、第２の静電吸着部の外周エッジは、基板の外周エッジよりも外側に位置している構成が採られる。

また、本発明の好適な一態様においては、第１の静電吸着部が載置台と基板とを熱的に結合するための伝熱ガスを通す第１のガス孔を有し、第２の静電吸着部が載置台と基板とを熱的に結合するための伝熱ガスを通す第２のガス孔を有する。

本発明の第２の観点における静電チャックは、処理容器内で被処理基板を静電力により吸着して載置台上に保持するための静電チャックであって、前記載置台の載置面上で前記基板の外周エッジよりも内側の領域に配置され、樹脂からなる誘電体層と前記誘電体層の内部に設けられた電極とを有する静電吸着部と、前記載置台の載置面上で前記静電吸着部を取り囲むようにその周囲に配置され、前記処理容器内の雰囲気中で樹脂よりも高い耐久性を有する材料からなる周辺支持部と、前記静電吸着部の電極に所定の直流電圧を印加するための直流電源とを有する。

上記の構成において、静電吸着部は、載置台の載置面上で基板の外周エッジよりも内側の領域に配置され、直流電源より直流電圧を印加される電極とこの電極を封入している誘電体層との静電誘導機能により静電吸着力（ジョンソン・ラーベック力、クーロン力もしくはグラディエント力のいずれか）を利用して基板を吸着する。静電吸着部は、下面が載置台で覆われ、上面が基板で覆われ、側面が周辺支持部で覆われるため、処理容器内の雰囲気に直接曝されることはない。これにより、静電吸着部の誘電体層を構成する樹脂が処理容器内の雰囲気中で本来は劣化しやすいものであっても、見かけ上の雰囲気耐性は高く、結果的に劣化しにくい。一方、周辺支持部は、基板を吸着する機能を有しないが、静電吸着部の代わりになって処理容器内の雰囲気に曝される。しかし、周辺支持部を構成する部材がプロセス雰囲気（典型的にはプラズマ）に対して樹脂よりも耐久性が高いため、劣化しにくい。したがって、静電チャック全体としても高い耐久性を有することができる。

本発明の好適な一態様においては、載置台の載置面上で、周辺支持部の外周エッジは、基板の外周エッジよりも外側に位置している構成が採られる。また、周辺支持部を構成する高耐久性材料としてセラミックスを好適に使用してよく、たとえば酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは炭化シリコンを含むセラミックスを好適に使用できる。

また、静電吸着部の誘電体層を構成する樹脂として、樹脂の中でも耐久性、対薬品性および耐熱性に優れたものが好ましく、たとえばポリイミドを好適に使用できる。

本発明のプラズマ処理装置は、減圧可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置するための載置台と、前記処理容器内で処理ガスのプラズマを生成するためのプラズマ生成部と、前記基板を静電力により吸着して前記載置台上に保持するための本発明の静電チャックとを有する。

本発明は、上記のような構成および作用を有することにより、被処理基板の大型化に対して低コストと耐久性とを両立させ、さらにはメンテナンス性およびメンテナンスコストに優れた静電チャックおよびこれを備えるプラズマ処理装置を得ることができる。

本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。 実施形態における静電チャックの構成を示す平面図である。 実施形態における静電チャックの端部の構成を示す略断面図である。 実施形態におけるサセプタ内部のガス供給系統およびＤＣ給電系統を模式的に示す略断面図である。 実施形態における静電チャックの中心静電吸着部を構成する静電吸着ブロックの構成を示す断面図である。 上記静電吸着ブロックの構成を示す平面図である。 上記静電吸着ブロック内のＤＣ電極のレイアウト例を示す平面図である。 実施形態における静電チャックの周辺静電吸着部を構成する静電吸着ブロックの構成を示す断面図である。 上記静電吸着ブロックの構成を示す平面図である。 実施形態において絶縁破壊を生じている静電吸着ブロックを検出するための検査回路の一実施例を示す回路図である。 検査回路の別の実施例を示す回路図である。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、たとえばＦＰＤ用の矩形のガラス基板Ｇを被処理基板とする容量結合型のプラズマエッチング装置として構成されており、たとえば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる角筒形状の減圧可能なチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０の底面には、絶縁板または絶縁シート１２を介して矩形形状のサセプタ（載置台）１４が設置される。チャンバ１０は保安接地されている。

サセプタ１４は、たとえばアルミニウムからなり、下部電極を兼ねている。たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波を出力する高周波電源１６が整合器（Ｍ）１８を介してサセプタ１４に電気的に接続されている。

サセプタ１４の上方には、それと平行に向き合って、上部電極を兼ねるシャワーヘッド２０が設けられている。このシャワーヘッド２０はチャンバ１０の天井に取り付けられており、ヘッド内部にバッファ室２０ａが形成されるとともに、サセプタ１４と対向するヘッド下面には処理ガスを吐出する多数の噴出孔２０ｂが形成されている。シャワーヘッド２０の上面にはガス導入口２２が設けられ、処理ガス供給部２４からのガス供給管２６がガス導入口２２に接続されている。シャワーヘッド２０は、電気的にはグランドに接地されており、サセプタ１２と一対の平行平板電極を構成している。

サセプタ１４の上面（載置面）には、基板Ｇを静電力で吸着して保持するための静電チャック３０が設けられている。この静電チャック３０は、基本形態として、誘電体層３２の内部に板状または膜状のＤＣ（直流）電極３４を封入してなり、このＤＣ電極３４にチャンバ１０の外に配置されたＤＣ電源３６より高圧たとえば１〜５ｋＶのＤＣ電圧を印加するようにしている。ＤＣ電極３４とＤＣ電源３６との間には、サセプタ１４から回り込んでくる漏れ高周波を遮断するための回路たとえばローパスフィルタ（Ｆ）３８が設けられている。また、ＤＣ電極３４の電位をＤＣ電源３４の出力電圧もしくはグランド電位のいずれかに切り換えるための切換スイッチ４０も設けられている。

なお、高周波電源１６からの高周波とＤＣ電極３４からのＤＣ電圧とを合成または重畳してサセプタ１４あるいはＤＣ電極３４に導入する構成も可能である。

サセプタ１４の内部には冷媒流路４２が設けられており、チラー装置（図示せず）からの温調された冷媒が冷媒流路４２を流れるようになっている。また、サセプタ１４にはその載置面で開口する多数のガス流路４４が形成され、静電チャック３０にはサセプタ１４のガス流路４４と接続する多数の貫通孔またはガス孔（図示せず）が設けられている。伝熱ガス供給部４６からの伝熱ガスたとえばＨeガスがサセプタ１４のガス流路４４および静電チャック３０のガス孔を通ってガラス基板Ｇの裏面に所定の圧力で供給されるようになっている。

サセプタ１４の上面（載置面）の外周縁部つまり基板Ｇの周囲の部分およびサセプタ１４の側面は、たとえば石英からなる誘電体カバーまたはフォーカスリング４７で覆われている。

チャンバ１０の底部に設けられた排気口には、排気管４８を介して真空ポンプ（図示せず）を有する排気機構５０が接続されている。この排気機構５０によりチャンバ１０の室内が排気され、プラズマ処理中にチャンバ１０内が所定の真空圧力に維持される。チャンバ１０の側壁には基板搬入出口が形成され、ゲートバルブ５２によって基板搬入出口を開閉できるようになっている。

制御部５４は、マイクロコンピュータで構成されてよく、このプラズマエッチング装置の各部すなわち高周波電源１８、処理ガス供給部２４、ＤＣ電源３６、スイッチ４０、伝熱ガス供給部４６、排気機構５０等を個別に制御するとともに、装置全体の動作シーケンスを制御する。

このプラズマエッチング装置において、プラズマエッチングを行うには、先ずゲートバルブ５２を開状態にして加工対象のガラス基板Ｇをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３０の上に載置する。ＤＣ電源３６より所定のＤＣ電圧を静電チャック３０のＤＣ電極３４に印加して、ガラス基板Ｇを静電吸着力（ジョンソン・ラーベック力、クーロン力もしくはグラディエント力のいずれか）によって静電チャック３０上に固定する。そして、処理ガス供給部２４より処理ガスつまりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気機構５０によりチャンバ１０内を設定圧力にする。また、伝熱ガス供給部４６よりＨeガスをサセプタ１４のガス流路４２および静電チャック３０のガス孔を通して基板Ｇの裏面に供給する。さらに、高周波電源１６より所定のパワーで高周波をサセプタ１４に印加する。シャワーヘッド２０より吐出されたエッチングガスが両電極１４，２０間で放電してプラズマが生成され、このプラズマ中のラジカルやイオンがガラス基板Ｇ表面のエッチングマスクを通して被エッチング膜と反応し、被エッチング膜が所望のパターンにエッチングされる。

このプラズマエッチング装置においては、静電チャック３０に本発明を適用することができる。以下、図２〜図１１を参照して、本発明の一実施形態における静電チャック３０の構成および作用を詳細に説明する。

図２に示すように、本発明による静電チャック３０は、サセプタ１４（図１）の載置面上で、そこに載置される基板Ｇに対して、基板Ｇの外周エッジよりも内側の領域に配置される中心静電吸着部６０と、この中心静電吸着部６０を取り囲むようにその周囲に配置される周辺静電吸着部６２とで構成されている。ここで、中心静電吸着部６０と周辺静電吸着部６２とは、好ましくは互いに密着して隙間なく配置されていてよいが、少し隙間を空けて配置されてもよい。

中心静電吸着部６０と周辺静電吸着部６２との主たる違いは、誘電体層３２（図１）の材質にある。すなわち、中心静電吸着部６０は樹脂からなる誘電体層３２Ａを有しており（図５）、周辺静電吸着部６２はセラミックスからなる誘電体層３２Ｂを有している（図８）。

中心静電吸着部６０は、複数個たとえば７行×６列のマトリクスに分割された４２個の矩形の静電吸着ブロック６４からなる。これらの静電吸着ブロック６４は、好ましくは互いに密着して隙間なく配置されてよいが、少し隙間を空けて配置されてもよい。また、各静電吸着ブロック６４は、サセプタ１４に接着剤で固着されてもよいが、好ましくはボルト等によりブロック単位で着脱可能に取り付けられてよい。

周辺静電吸着部６２は、中心静電吸着部６２の外周に沿って１列に配置された複数個たとえば３０個の矩形の静電吸着ブロック６６からなる。これらの静電吸着ブロック６６も、好ましくは互いに密着して隙間なく配置されてよいが、少し隙間を空けて配置されてもよい。また、各静電吸着ブロック６６は、サセプタ１４に接着剤等で固着されてもよいが、好ましくはボルト等によりブロック単位で着脱可能に取り付けられてよい。

図示の例では、中心静電吸着部６０の静電吸着ブロック６４と周辺静電吸着部６２の静電吸着ブロック６６とを同一形状かつ同一サイズに形成している。たとえば、基板Ｇが液晶パネルの第８世代であり、静電チャック３０のサイズが２２５０×２６５０ｍｍである場合、静電吸着ブロック６４，６６のサイズを約２８１×２９５ｍｍに選んでよい。

この実施形態において、サセプタ１４上で中心静電吸着部６０が基板Ｇの外周エッジよりも内側の領域に配置される構成は重要であり必須である。その中でも、図３に示すように、中心静電吸着部６０の外周エッジ６０ｅが、基板Ｇの外周エッジＧｅからプラズマのデバイ長λ_D以上の距離を隔てて内側に位置する構成、さらには基板Ｇの素子形成領域よりも外側に位置する構成（つまり図３のＭの範囲内に位置する構成）が特に好ましい。

すなわち、樹脂からなる誘電体層３２Ａを有する中心静電吸着部６０のコストは非常に低く、セラミックスからなる誘電体層３２Ｂを有する周辺静電吸着部６２のコストの１／１０以下である。したがって、静電チャック３０において中心静電吸着部６０の占める面積を大きくすればするほど、静電チャック３０全体のコストは下がる。しかしながら、サセプタ１４上で中心静電吸着部６０の外周エッジ６０ｅが基板Ｇの外周エッジＧｅにデバイ長λ_D以下の距離で近接していると、チャンバ１０内で生成されるプラズマが基板Ｇ裏面と静電チャック３０との隙間を通って中心静電吸着部６０まで及んでくるおそれがある。そうすると、中心静電吸着部６０の外周エッジ６０ｅ付近の樹脂製誘電体層３２Ａがプラズマに曝されて劣化しやすくなる。

なお、プラズマのデバイ長λ_Dは、λ_D＝（ε₀・ｋ_BＴ_e／Ｎ_eｅ²）^1/2で表される。ここで、ε₀は真空中の誘電率、ｋ_Bはボルツマン定数、Ｔ_eはプラズマの電子温度、Ｎ_eはプラズマの電子密度、ｅは電子の電荷である。通常のプラズマ処理に用いられるプラズマのデバイ長λ_Dは数ｍｍ以下である。

一方、静電チャック３０において中心静電吸着部６０の占める面積を過度に小さくするのは、コスト面だけでなくプロセス面でも望ましくない。すなわち、基板Ｇに対する中心静電吸着部６０および周辺静電吸着部６２の吸着力や界面特性（特に伝熱特性）には違いがあるのが常であるから、基板Ｇの素子形成領域または製品領域の中に中心静電吸着部６０と周辺静電吸着部６２が混在するのは好ましくない。一般に、基板Ｇの素子形成領域は外周エッジＧｅより数ｃｍ内側に設定される。

図４に、サセプタ１４内部のガス供給系統およびＤＣ給電系統を模式的に示す。ガス供給系統において、サセプタ１４の下面にはＨeガスを導入するための伝熱ガスポート７０が設けられ、この伝熱ガスポート７０から中心静電吸着部６０および周辺静電吸着部６２のそれぞれのガス孔７２Ａ，７２Ｂまで延びるガス流路４４がサセプタ１４の内部に形成される。この実施形態では、中心静電吸着部６０および周辺静電吸着部６２の各静電吸着ブロック６４，６６が、ブロック毎に１つまたは複数のガス孔７２Ａ，７２Ｂを有している。

また、サセプタ１４の下面には、ＤＣ電源３６からのＤＣ給電導体たとえば被覆線（図示せず）と電気的に接続するコネクタ７４Ａ₁，７４Ａ₂、７４Ｂが設けられている。この実施形態では、中心静電吸着部６０を双極型に構成し、周辺静電吸着部６２を単極型に構成しており、中心静電吸着部６０には２つのＤＣ電圧Ｖ_A1，Ｖ_A2がコネクタ７４Ａ₁，７４Ａ₂を介して給電され、周辺静電吸着部６２には単一のＤＣ電圧Ｖ_Bがコネクタ７４Ｂを介して給電される。なお、ＤＣ電圧Ｖ_A1，Ｖ_A2の中の一方がグランド電位（０ボルト）であってもよい。また、中心静電吸着部６０を単極型に構成し、周辺静電吸着部６２を双極型に構成することも可能であり、中心静電吸着部６０と周辺静電吸着部６２に共通のＤＣ電圧を印加してもよい。

サセプタ１４の内部には、コネクタ７４Ａ₁，７４Ａ₂から中心静電吸着部６０の双極型ＤＣ電極７６Ａ₁，７６Ａ₂の端子Ｔ_A1，Ｔ_A2（図５）まで延びる被覆導体７８Ａ₁，７８Ａ₂が配線されるとともに、コネクタ７４Ｂから周辺静電吸着部６２の単極型ＤＣ電極７６Ｂの端子Ｔ_B（図５）まで延びる被覆導体７８Ｂが配線されている。

図５〜図７に、中心静電吸着部６０の静電吸着ブロック６４の構成を示す。図５および図６はそれぞれ静電吸着ブロック６４の断面図および平面図であり、図７は静電吸着ブロック６４内に設けられる双極型ＤＣ電極３４Ａ₁，３４Ａ₂のレイアウトを示す図である。

静電吸着ブロック６４の誘電体層３２Ａは、図５に示すように、耐熱性の高い樹脂たとえばポリイミドのフィルムからなる上部誘電体層３２Ａ_Uおよび下部誘電体層３２Ａ_Lの積層構造を有し、両誘電体層３２Ａ_U，３２Ａ_Lの間にたとえば銅箔あるいは導電性フィルムからなる双極型のＤＣ電極３４Ａ₁，３４Ａ₂を挿んでいる。これら双極型ＤＣ電極３４Ａ₁，３４Ａ₂は、図７に示すように、たとえば櫛歯状に形成され、相互に入り組んで対称に配置される。

上部誘電体層３２Ａ_Uの上面には、図５および図６に示すように、たとえばエンボス加工によって形成される円柱状の突部８０が離散的に多数設けられている。静電チャック３０上で、基板Ｇの裏面は突部８０と密着し、突部８０以外の凹所（ディンプル）領域でＨeガスに触れるようになっている。突部８０の形状は円柱状に限定されず、たとえば角柱状あるいは半球状であってもよい。

図８および図９に、周辺静電吸着部６２の静電吸着ブロック６６の構成を示す。図５および図６はそれぞれ静電吸着ブロック６６の断面図および平面図である。

静電吸着ブロック６６の誘電体層３２Ｂは、図８に示すように、セラミックスたとえばアルミナまたは酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは炭化シリコン（ＳiＣ）からなる上部誘電体層３２Ｂ_Uおよび下部誘電体層３２Ｂ_Lの積層構造を有し、両誘電体層３２Ｂ_U，３２Ｂ_Lの間にたとえば導電ペーストからなる単極型ＤＣ電極３４Ｂを挿んでおり、たとえばグリーンシート印刷積層法により作製される。セラミックス材料として、他にジルコニア（ＺｒＯ₂）も好適に使用できる。

静電吸着ブロック６６においても、図８および図９に示すように、上部誘電体層３２Ｂ_Uの上面に円柱状の突部８２が離散的に多数設けられてよい。静電チャック３０上で、基板Ｇの裏面は突部８２と密着し、突部８２以外の凹所領域でＨeガスに触れるようになっている。さらに、上部誘電体層３２Ｂ_Uの上面の周縁部８４は平坦面に形成され、その上に基板Ｇの外周エッジＧｅが密着して載るようになっている。これにより、Ｈeガスが基板Ｇの外周エッジＧｅから外へ漏れない構造になっている。

なお、図９に示す静電吸着ブロック６６は、静電チャック３０の辺部を構成するものであり、平坦周縁部８４は直線状に形成される。静電チャック３０の角隅部を構成する静電吸着ブロック６６においては、平坦周縁部８４はＬ状に形成される。つまり、図９の斜線部分の領域８６も平坦周縁部８４になる。

上記のように、この実施形態における静電チャック３０は、サセプタ１４上に載置される基板Ｇに対して略同一形状で一回り大きなサイズを有し、基板Ｇの外周エッジよりも内側の領域に配置され、樹脂からなる誘電体層３２Ａを有する中心静電吸着部６０と、中心静電吸着部６０を取り囲むようにその周囲に配置され、セラミックスからなる誘電体層３２Ｂを有する周辺静電吸着部６２とで構成される。

かかるハイブリッド型の静電チャック構造において、中心静電吸着部６０の誘電体層３２Ａは樹脂製であるため本来はプラズマ耐性の低い基材である。しかし、中心静電吸着部６０は、基板Ｇを吸着している時は基板Ｇの下に完全に隠れるため、プラズマ処理中にプラズマに曝されることはなく、したがってプラズマプロセスに多数回供されても樹脂製誘電体層３２Ａが劣化しにくい構成となっている。

一方、周辺静電吸着部６２は、サセプタ１４の載置面上で基板Ｇの外周エッジＧｅから外へはみ出るため、プラズマ処理中にプラズマに曝されるが、その誘電体層３２Ｂがプラズマ耐性の高いセラミックスで作られているので、やはりプラズマプロセスに多数回供されても劣化しにくい構成となっている。

このように、中心静電吸着部６０および周辺静電吸着部６２は見掛け上または実質上の違いはあっても結果的にはどちらもプラズマプロセスに十分耐えられる構成となっている。これにより、静電チャック３０は、その誘電体層３２の全部をセラミックス製にした場合と同等の耐久性を具有することができる。

また、コスト面では、静電チャック３０の中で中心静電吸着部６０および周辺静電吸着部６２のそれぞれ占める面積の比率が、そのまま樹脂製誘電体層３２Ａおよびセラミックス製誘電体層３２Ｂの面積比率となり、静電チャック３０の全体コストに反映される。たとえば、図２に示す構成例においては、中心静電吸着部６０と周辺静電吸着部６２の面積比は４２：３０であり、中心静電吸着部６０が全体の約６割を占める。つまり、誘電体層３２の全部をセラミックス製にした場合と比較して、約６割のセラミックスをコストが１／１０以下の樹脂に置き換えていることになる。これによって、静電チャック３０の全体コストを大幅に（たとえば数分の１以下まで）低減することができる。

さらに、この実施形態では、ブロック毎に独立した誘電体層（３２Ａ，３２Ｂ）およびＤＣ電極（３４Ａ，３４Ｂ）を有する静電吸着ブロック６４，６６を一次元方向または二次元方向に敷き詰めて中心静電吸着部６０および周辺静電吸着部６２を構成している。かかるモジュール型の静電チャック構造は、基板Ｇのサイズに合わせて静電チャックのサイズを自在に変更できるので、汎用性に優れており、たとえばＦＰＤパネルの第９世代や第１０世代にも容易に対応することができる。

また、いずれかの静電吸着ブロック６４，６６で故障が生じた場合、特に経時変化等によって誘電体層３２の分極性能が劣化した場合には、その絶縁不良になった静電吸着ブロック６４，６６のみを部品交換すればよく、静電チャック全体の交換を要しないので、メンテナンスコストを著しく低減できるという利点もある。

図１０および図１１に、この実施形態において絶縁破壊を生じた静電吸着ブロック６４，６６を検出するための検査回路の例を示す。なお、説明と図解の簡略化を図るため、周辺静電吸着部６２の静電吸着ブロック６６を省略して、中心静電吸着部６０の静電吸着ブロック６４を４行×４列のマトリクスに配置した例について説明する。

図１０の検査回路は、静電吸着ブロック６４を単極型に構成した場合のものであり、たとえば行単位で絶縁破壊を生じた静電吸着ブロック６４を検出する機能を有している。より詳細には、各行の静電吸着ブロック６４(i,1)〜６４(i,4)（ただし、i=1,2,3,4）のＤＣ電極３４と直列にオン／オフ・スイッチ８６(1)〜８６(4)が接続されるとともに、ＤＣ電源３６とオン／オフ・スイッチ８６(1)〜８６(4)との間に切換スイッチ４０および電流計８５が並列に接続される。

オン／オフ・スイッチ８６(1)〜８６(4)は、定常時、特にプラズマ処理が行われている間は、すべてオン状態を保ち、ＤＣ電源３６からのＤＣ電圧を各行のＤＣ電極３４に給電する。しかし、この検査回路が使用される時は、一時にオン／オフ・スイッチ８６(1)〜８６(4)の中のいずれか１つが選択的にオンし、他は全部オフ状態を保つようになっている。

オン／オフ・スイッチ８８は、静電チャック３０が動作している間はオフ状態で電流計８５をＤＣ給電回路から切り離しており、この検査回路が使用される時にオン状態になって電流計４２をＤＣ給電回路に挿入するようになっている。

サセプタ１４とグランド電位端子との間にもオン／オフ・スイッチ９０が接続される。このオン／オフ・スイッチ９０も、定常時は、特にプラズマ処理が行われている間はオフ状態を保ち、この検査回路が使用される時にオン状態になってサセプタ１４を接地するようになっている。

制御部５４（図１）は、この検査回路における全てのスイッチ類を制御し、電流計８５の測定値を読み取り、モニタリング結果をディスプレイ等を通じて出力してよい。

この検査回路において、図１０に示すように、切換スイッチ４０を遮断位置に切り換え、たとえば第３行のオン／オフ・スイッチ８６(3)を選択的にオンにすると、ＤＣ電源３６からのＤＣ電圧はオン／オフ・スイッチ８８、電流計８５およびオン／オフ・スイッチ８６(3)を介して第３行の静電吸着ブロック６４(3,1)，６４(3,2)，６４(3,3)，６４(3,4)のＤＣ電極３４に印加される。これら第３行の静電吸着ブロック６４(3,1)〜６４(3,4)がいずれも正常であるときは、ＤＣ給電回路に電流は流れず、電流計８５は零の電流値を示す。しかし、第３行の静電吸着ブロック６４(3,1)〜６４(3,4)の中のいずれかが絶縁不良を来たしているとき、特に下部誘電体層３２Ａ_Lが絶縁破壊しているときは、当該静電吸着ブロックのＤＣ電極３４Ａとグランド電位のサセプタ１４との間で漏洩電流が流れる。つまり、ＤＣ給電回路に電流が流れ、電流計８５は漏洩電流の電流値を示す。この場合、制御部５４（図１）は、第３行の静電吸着ブロック６４(3,1)〜６４(3,4)のいずれかが絶縁破壊を生じている旨のモニタリング結果を出力する。

そのようなモニタリング結果が出された場合は、たとえばテスタを用いてマニュアル的に不良ブロックを割り出し、その不良ブロックを部品交換すればよい。

図１１の検査回路は、静電吸着ブロック６４を双極型に構成した場合に好適に適用できるものであり、自動的に静電吸着ブロック６４(1,1)〜６４(4,4)を１個ずつ検査して良否判定を行える機能を有している。

より詳細には、ＤＣ電源３６と各行の静電吸着ブロック６４(i,1)〜６４(i,4) （ただし、i=1,2,3,4）に設けられる一方のＤＣ電極３４Ａ₁と直列にオン／オフ・スイッチ８６(1)〜８６(4)が接続されるとともに、端子と各列の静電吸着ブロック６４(1,j)〜６４(4,j) （ただし、j=1,2,3,4）に設けられる他方のＤＣ電極３４Ａ₂と直列にオン／オフ・スイッチ８７(1)〜８７(4)が接続される。検査時にサセプタ１４を接地するためのオン／オフ・スイッチ９０（図１０）は設けらず、代わりにオン／オフ・スイッチ９２が設けられる。

各列のオン／オフ・スイッチ８７(1)〜８７(4)は、定常時、特にプラズマ処理が行われている間はオン状態を保ち、各列のＤＣ電極３４Ａ₂をグランド電位に保つ。この場合、グランド電位の代わりに、各列のＤＣ電極３４Ａ₂にたとえば負のＤＣ電圧を印加することも可能である。そして、この検査回路が使用される時は、一時にオン／オフ・スイッチ８７(1)〜８７(4)の中のいずれか１つが選択的にオンし、他は全部オフ状態を保つようになっている。

この検査回路において、図１１に示すように、たとえば第２行、第３列の静電吸着ブロック６４(2,3)を検査するときは、第２行のオン／オフ・スイッチ８６(3)と第３列のオン／オフ・スイッチ８７(3)とをそれぞれ選択的にオンにする。そうすると、当該静電吸着ブロック６４(2,3)においてのみ、一方のＤＣ電極３４Ａ₁と他方のＤＣ電極３４Ａ₂とがＤＣ電源３６とグランド電位端子との間で電流計８５と直列に接続される。したがって、当該静電吸着ブロック６４(2,3)において誘電体層３２Ａのどこかで絶縁破壊を生じている場合は、両ＤＣ電極３４Ａ₁，３４Ａ₂の間で漏洩電流が流れ、電流計８５にも同じ電流が流れる。この場合、制御部５４（図１）は、第２行、第３列の静電吸着ブロック６４(2,3)が絶縁破壊を生じている旨のモニタリング結果を出力する。他の全ての静電吸着ブロックについても上記と同様の検査を行うことができる。

また、周辺静電吸着部６２の静電吸着ブロック６６についても上記と同様の検査を行うことができる。

上記実施形態では、中心静電吸着部６０のみならず、周辺静電吸着部６２も基板Ｇを静電力で吸着する機能を有しているので、基板Ｇに反りや撓みがあっても静電チャック３０上でそれを十全に補正し、基板Ｇを水平に保持することができる。そのような基板保持力の強度や精度・安定性の低下を伴うが、一変形として、周辺静電吸着部６２をＤＣ電極３４Ｂの無いセラミックス材（３２Ｂ）だけの周辺支持部に置き換える構成も可能である。

さらに、上記実施形態に係るプラズマエッチング装置では、サセプタ１４が高周波電極を兼ねていることから、周辺静電吸着部６２あるいは周辺支持部の誘電体層には高周波を良好に透過しかつプラズマ耐性の高いセラミックス材を好適に使用することができる。しかしながら、本発明は、上記実施形態のプラズマエッチング装置に限定されるものではなく、プラズマ生成方式の異なる他のプラズマエッチング装置にも適用可能であり、プラズマプロセスの異なる他のプラズマ処理装置たとえばプラズマＣＶＤ装置やプラズマアッシング装置等にも適用可能であり、さらにはイオン注入装置等のようなプラズマを利用しない真空装置にも適用可能である。また、チャンバのプロセス雰囲気次第では、周辺静電吸着部６２あるいは周辺支持部の誘電体層としてセラミックス以外の誘電体材料を使用することも可能であり、周辺支持部の誘電体を他の部材たとえば金属に置き換えることも可能である。

上記実施形態では、各々の静電吸着ブロック６４，６６が伝熱ガスを通すガス孔７２Ａ，７２Ｂを有したが、離散的に一部のブロックだけがガス孔７２Ａ，７２Ｂを有する構成も可能である。

また、上記実施形態における静電吸着ブロック６４，６６の形状、配置形態・レイアウト、個数・サイズは一例であり、任意または複数種類のブロック形状、任意の配置形態・レイアウト、任意の個数・サイズを選ぶことができる。したがって、たとえば静電吸着ブロック６６あるいは周辺支持部材を、４辺の長尺体を枠状に接続する構成や、あるいは一体的な１つの枠体として構成することも可能である。

本発明の静電チャックによって載置台に保持される被処理基板は、ガラス基板に限定されず、プラスチック基板等の他の絶縁基板であってもよく、またシリコン基板等も可能である。

１０ チャンバ
１４ サセプタ（載置台、下部電極）
１６ 高周波電源
２０ シャワーヘッド（上部電極）
２４ 処理ガス供給部
３０ 静電チャック
３２ 誘電体層
３２Ａ （中心静電吸着部）の誘電体層
３２Ｂ （周辺静電吸着部）の誘電体層
３４ ＤＣ電極
３４Ａ （中心静電吸着部）のＤＣ電極
３２Ｂ （周辺静電吸着部）のＤＣ電極
３６ ＤＣ（直流）電源
５０ 排気機構
５２ 制御部
６０ 中心静電吸着部
６２ 周辺静電吸着部
６４ （中心静電吸着部）の静電吸着ブロック
６６ （周辺静電吸着部）の静電吸着ブロック

Claims (19)

1. 減圧可能な処理容器内で被処理基板を静電力により吸着して載置台上に保持するための静電チャックであって、
   前記載置台の載置面上で前記基板の外周エッジよりも内側の領域に配置され、樹脂からなる第１の誘電体層と前記第１の誘電体層の内部に設けられた第１の電極とを有する第１の静電吸着部と、
   前記載置台の載置面上で前記第１の静電チャック部を取り囲むようにその周囲に配置され、セラミックスからなる第２の誘電体層と前記第２誘電体層の内部に設けられた第２の電極とを有する第２の静電吸着部と、
   前記第１および第２の電極にそれぞれ所定の直流電圧を印加するための直流電源と
   を有する静電チャック。
2. 前記直流電源が、前記第１および第２の電極に独立した直流電圧を個別に印加する、請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記第１の静電吸着部が、前記載置台の載置面上で一次元方向または二次元方向に分割された複数個の第１静電吸着ブロックからなり、
   各々の前記第１静電吸着ブロックが、ブロック毎に独立した前記第１の誘電体層と前記第１の電極とを有する、
   請求項１または請求項２に記載の静電チャック。
4. ｍ×ｎ個（ｍ，ｎは自然数）の前記第１静電吸着ブロックがｍ行×ｎ列に配置されるとともに、前記第１静電吸着ブロックにそれぞれ設けられるｍ×ｎ個の前記第１の電極が前記直流電源に対して電気的に並列に接続される、請求項３に記載の静電チャック。
5. 前記第１の静電吸着部における絶縁破壊を検出するために、
   ｍ×ｎ個の前記第１の電極を行単位または列単位で前記直流電源に電気的に接続するためのスイッチ回路と、
   前記直流電源の出力端子と前記第１の電極との間、または前記第１の電極と基準電圧端子との間に接続される電流計と
   を有する請求項４に記載の静電チャック。
6. 前記第２の静電吸着部が、前記載置台の載置面上で一次元方向または二次元方向に分割された複数個の第２静電吸着ブロックからなり、
   各々の前記第２静電吸着ブロックが、ブロック毎に独立した前記第２の誘電体層と前記第２の電極とを有する、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の静電チャック。
7. 前記処理容器内で前記載置台上の前記基板は所望のプラズマ処理を受けるためにプラズマに曝される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の静電チャック。
8. 前記載置台の載置面上で、前記第１の静電吸着部の外周エッジは、前記基板の外周エッジから前記プラズマのデバイ長以上内側に位置する請求項７に記載の静電チャック。
9. 前記載置台の載置面上で、前記第１の静電吸着部の外周エッジは、前記基板の素子形成領域よりも外側に位置する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の静電チャック。
10. 前記載置台の載置面上で、前記第２の静電吸着部の外周エッジは、前記基板の外周エッジよりも外側に位置している、請求項１〜９のいずれか一項に記載の静電チャック。
11. 前記第１の静電吸着部は、前記載置台と前記基板とを熱的に結合するための伝熱ガスを通す第１のガス孔を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の静電チャック。
12. 前記第２の静電吸着部は、前記載置台と前記基板とを熱的に結合するための伝熱ガスを通す第２のガス孔を有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の静電チャック。
13. 処理容器内で被処理基板を静電力により吸着して載置台上に保持するための静電チャックであって、
    前記載置台の載置面上で前記基板の外周エッジよりも内側の領域に配置され、樹脂からなる誘電体層と前記誘電体層の内部に設けられた電極とを有する静電吸着部と、
    前記載置台の載置面上で前記静電吸着部を取り囲むようにその周囲に配置され、前記処理容器内の雰囲気中で樹脂よりも高い耐久性を有する材料からなる周辺支持部と、
    前記静電吸着部の電極に所定の直流電圧を印加するための直流電源と
    を有する静電チャック。
14. 前記載置台の載置面上で、前記周辺支持部の外周エッジは、前記基板の外周エッジよりも外側に位置している、請求項１３に記載の静電チャック。
15. 前記高耐久性材料はセラミックスである、請求項１３または請求項１４に記載の静電チャック
16. 前記セラミックスは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは炭化シリコンを含む、請求項１〜１２、１５のいずれか一項に記載の静電チャック。
17. 前記樹脂はポリイミドである、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の静電チャック。
18. 前記被処理基板は、ガラス基板、プラスチック基板またはシリコン基板である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の静電チャック。
19. 減圧可能な処理容器と、
    前記処理容器内で被処理基板を載置するための載置台と、
    前記処理容器内で処理ガスのプラズマを生成するためのプラズマ生成部と、
    前記基板を静電力により吸着して前記載置台上に保持するための請求項１〜１８のいずれか一項に記載の静電チャックと
    を有するプラズマ処理装置。

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