特許 7373111 静電チャック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-25

(45)【発行日】2023-11-02

(54)【発明の名称】静電チャック

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20231026BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20231026BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20231026BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20231026BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20231026BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 R

H01L21/302 101G

H01L21/205

H01L21/31 C

H02N13/00 D

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019086028

(22)【出願日】2019-04-26

(65)【公開番号】P2020025072

(43)【公開日】2020-02-13

【審査請求日】2022-02-18

(31)【優先権主張番号】P 2018142895

(32)【優先日】2018-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010087

【氏名又は名称】ＴＯＴＯ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】籾山 大

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 均

【審査官】内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１１９６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１７２０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０１４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５１２３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８１１６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸着の対象物が載置される第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を有するセラミック誘電体基板と、
前記セラミック誘電体基板を支持するベースプレートと、
前記セラミック誘電体基板の内部に設けられ、高周波電源と接続される少なくとも１つの電極層と、
を備え、
前記電極層は、前記ベースプレートから前記セラミック誘電体基板に向かうＺ軸方向において、前記第１主面と前記第２主面との間に設けられ、
前記電極層は、前記第１主面側の第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、前記第２面側から給電される静電チャックにおいて、
前記電極層は、金属とセラミックスとのサーメットを含み、
前記電極層は、前記Ｚ軸方向において前記電極層を貫通する貫通孔を有し、
前記電極層は、前記Ｚ軸方向に沿って見たときに前記電極層の外周の縁部を含む第１端部と、前記Ｚ軸方向に沿って見たときに前記貫通孔の縁部を含む第２端部と、前記第１端部と前記第２端部との間に位置し前記第１端部と前記第２端部とを接続する中央部と、を有し、
前記第１面と前記第１主面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離は一定であり、
前記電極層の前記第２端部における前記第２面と前記第１面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離は、前記電極層の前記中央部における前記第２面と前記第１面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離よりも小さいことを特徴とする静電チャック。

【請求項2】

前記電極層の前記中央部における前記第２面と前記第１面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離は、１μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の静電チャック。

【請求項3】

前記電極層の前記中央部における前記第２面と前記第１面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離は、１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の静電チャック。

【請求項4】

前記電極層は、Ａｇ、Ｐｄ、及びＰｔの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の静電チャック。

【請求項5】

前記セラミックスは、前記セラミック誘電体基板に含まれるセラミックスと同じ元素を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の静電チャック。

【請求項6】

前記セラミックスは、前記セラミック誘電体基板に含まれるセラミックスとは異なる元素を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の静電チャック。

【請求項7】

前記セラミック誘電体基板は、酸化アルミニウムを含み、
前記セラミック誘電体基板における前記酸化アルミニウムの濃度は、９０質量％以上であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１つに記載の静電チャック。

【請求項8】

前記電極層は、吸着用電源と接続されることを特徴とする請求項１～７のいずれか１つに記載の静電チャック。

【請求項9】

前記第１端部及び前記第２端部の少なくとも一方の幅は、前記電極層の前記中央部における前記第２面と前記第１面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離よりも大きいことを特徴とする請求項１～８のいずれか１つに記載の静電チャック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の態様は、一般的に、静電チャックに関する。

【背景技術】

【0002】

エッチング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング、イオン注入、アッシングなどを行うプラズマ処理チャンバ内では、半導体ウェーハやガラス基板などの処理対象物を吸着保持する手段として、静電チャックが用いられている。静電チャックは、内蔵する電極に静電吸着用電力を印加し、シリコンウェーハ等の基板を静電力によって吸着するものである。

【0003】

プラズマ処理を行う際には、例えば、チャンバ内の上部に設けられた上部電極と、上部電極よりも下方に設けられた下部電極と、にＲＦ（Radio Frequency）電源（高周波電源）から電圧を印加し、プラズマを発生させる。

【0004】

従来の静電チャックでは、静電チャックの下部に設けられるベースプレートを下部電極としてプラズマを発生させていた。しかし、適切な周波数を選択してプラズマ密度のウェーハ面内分布の更なる制御が求められる状況では、このような構成でのプラズマ制御には限界がある。

【0005】

そこで、近年、ベースプレートの上に設けられる誘電体層にプラズマ発生用の下部電極を内蔵させて、プラズマ制御性を高める試みがなされている。しかし、誘電体層に下部電極を内蔵させるだけでは、プラズマ密度の面内均一性を十分に得ることができない場合があるという問題がある。

【0006】

また、近年、プラズマ密度の面内均一性の向上に加えて、ＲＦ出力の変更などの制御に対する応答性（ＲＦ応答性）をより高めることが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００８－２７７８４７号公報

【文献】特開２０１１－１１９６５４号公報

【文献】特開２００４－１０３６４８号公報

【文献】特開２０１６－２０１４１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、プラズマ密度の面内均一性を高めつつ、ＲＦ応答性も高めることができる静電チャックを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１の発明は、吸着の対象物が載置される第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、を有するセラミック誘電体基板と、前記セラミック誘電体基板を支持するベースプレートと、前記セラミック誘電体基板の内部に設けられ、高周波電源と接続される少なくとも１つの電極層と、を備え、前記電極層は、前記ベースプレートから前記セラミック誘電体基板に向かうＺ軸方向において、前記第１主面と前記第２主面との間に設けられ、前記電極層は、前記第１主面側の第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、前記第２面側から給電される静電チャックにおいて、前記電極層は、金属とセラミックスとのサーメットを含み、前記第１面と前記第１主面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離は一定であり、前記電極層の端部における前記第２面と前記第１面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離は、前記電極層の中央部における前記第２面と前記第１面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離よりも小さいことを特徴とする静電チャックである。

【0010】

この静電チャックによれば、高周波電源と接続される電極層をセラミック誘電体基板の内部に設けることで、静電チャックよりも上方に設けられるプラズマ発生用の上部電極と電極層（下部電極）との間の距離を短くすることができる。これにより、例えば、ベースプレートをプラズマ発生用の下部電極とする場合などに比べて、低い電力でプラズマ密度を高めることができる。また、この静電チャックによれば、第１面と第１主面との間のＺ軸方向に沿う距離を一定とすることで、プラズマ密度の面内均一性を向上させることができる。
一般に、交流電流が電極を流れる場合には、電流密度が電極表面で高く、表面から離れると低くなる表皮効果と呼ばれる現象が生じる。交流電流の周波数が高くなるほど電流の表面への集中が大きくなることが知られている。本発明では、電極層は高周波電源と接続されるため、電極層において表皮効果が生じ、高周波電源から印加された交流電流は、電極層の表面を伝って流れると考えられる。この静電チャックによれば、第２面側から高周波電源と接続され給電される電極層において、電極層の端部における第２面と第１面との間のＺ軸方向に沿う距離を、電極層の中央部における第２面と第１面との間のＺ軸方向に沿う距離よりも小さくしている。そのため、第２面から第１面までの給電距離を短くすることができる。これにより、ＲＦ出力の変更などの制御に対する応答性（ＲＦ応答性）を高めることができる。
また、高周波電源と接続される電極層をセラミック誘電体基板の内部に設け、さらに、プラズマ密度を高めるために電極層に印加される電源をハイパワー化する場合には特に、電極層の発熱によりチャンバ内環境が変化し、プラズマ密度の面内均一性に悪影響が出るという新たな課題を見出した。この静電チャックによれば、電極層の端部における第２面と第１面との間のＺ軸方向に沿う距離を、電極層の中央部における第２面と第１面との間のＺ軸方向に沿う距離よりも小さくすることで、冷却機能を有するベースプレート側に位置する電極層の第２面の表面積を相対的に大きくすることができる。これにより、電極層をより効果的に放熱させることができ、プラズマ密度の面内均一性をより高めることができる。また、この静電チャックによれば、電極層をサーメットで形成することで、電極層とセラミック誘電体基板との密着性を高めることができるとともに、電極層の強度を高めることができる。

【0011】

第２の発明は、第１の発明において、前記電極層の中央部における前記第２面と前記第１面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離は、１μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする静電チャックである。

【0012】

この静電チャックによれば、電極層の中央部における第２面と第１面との間のＺ軸方向に沿う距離（中央部における電極層の厚さ）をこの範囲とすることで、表皮効果の影響を低減し、プラズマ密度の面内均一性をさらに高めるとともに、ＲＦ応答性の低下を抑制することができる。

【0013】

第３の発明は、第２の発明において、前記電極層の中央部における前記第２面と前記第１面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離は、１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする静電チャックである。

【0014】

この静電チャックによれば、電極層の中央部における第２面と第１面との間のＺ軸方向に沿う距離（中央部における電極層の厚さ）をこの範囲とすることで、表皮効果の影響を低減し、プラズマ密度の面内均一性をより一層高めるとともに、ＲＦ応答性の低下を抑制することができる。

【0015】

第４の発明は、第１～第３のいずれか１つの発明において、前記電極層は、Ａｇ、Ｐｄ、及びＰｔの少なくともいずれかを含むことを特徴とする静電チャックである。

【0016】

このように、実施形態に係る静電チャックによれば、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、及びＰｔなどの金属とセラミックスとのサーメットを含む電極層を用いることができる。

【0017】

第５の発明は、第１～第４のいずれか１つの発明において、前記セラミックスは、前記セラミック誘電体基板に含まれるセラミックスと同じ元素を含むことを特徴とする静電チャックである。

【0018】

この静電チャックによれば、電極層をセラミック誘電体基板に含まれるセラミックスと同じ元素を含むセラミックスのサーメットで形成することで、電極層の熱膨張率とセラミック誘電体基板の熱膨張率との差を小さくすることができる。これにより、電極層とセラミック誘電体基板との密着性を高め、剥離等の不具合を抑制できる。

【0019】

第６の発明は、第１～第４のいずれか１つの発明において、前記セラミックスは、前記セラミック誘電体基板に含まれるセラミックスとは異なる元素を含むことを特徴とする静電チャックである。

【0020】

このように、実施形態に係る静電チャックによれば、電極層をセラミック誘電体基板に含まれるセラミックスとは異なる元素を含むセラミックスのサーメットで形成することで熱特性、機械特性、電気特性などを任意に設計することができる。

【0021】

第７の発明は、第１～第６のいずれか１つの発明において、前記セラミック誘電体基板は、酸化アルミニウムを含み、前記セラミック誘電体基板における前記酸化アルミニウムの濃度は、９０質量％以上であることを特徴とする静電チャックである。

【0022】

この静電チャックによれば、高純度の酸化アルミニウムを用いることで、セラミック誘電体基板の耐プラズマ性を向上させることができる。

【0023】

第８の発明は、第１～第７のいずれか１つの発明において、前記電極層は、吸着用電源と接続されることを特徴とする静電チャックである。

【0024】

このように、実施形態に係る静電チャックによれば、プラズマを発生させるための下部電極である電極層を、対象物を吸着させるための吸着電極としても使用することができる。

【0025】

第９の発明は、第１～第８のいずれか１つの発明において、前記端部の幅は、前記第１電極層の前記中央部における前記第２面と前記第１面との間の前記Ｚ軸方向に沿う距離よりも大きいことを特徴とする静電チャックである。

【0026】

この静電チャックによれば、第１電極層の端部の幅を第１電極層の中央部における第２面と第１面との間のＺ軸方向に沿う距離（すなわち、第１電極層の中央部における厚さ）よりも大きくすることで、給電距離を短くすることができる。これにより、ＲＦ出力の変更などの制御に対する応答性（ＲＦ応答性）をより高めることができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明の態様によれば、プラズマ密度の面内均一性を高めつつ、ＲＦ応答性も高めることができる静電チャックが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】実施形態に係る静電チャックを模式的に表す断面図である。

【図2】実施形態に係る静電チャックの一部を拡大して模式的に表す断面図である。

【図3】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施形態に係る静電チャックの電極層の変形例を模式的に表す断面図である。

【図4】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施形態に係る静電チャックの一部を模式的に表す平面図である。

【図5】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施形態に係る静電チャックの一部を模式的に表す平面図である。

【図6】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施形態に係る静電チャックの一部を模式的に表す平面図である。

【図7】実施形態に係る静電チャックを備えたウェーハ処理装置を模式的に表す断面図である。

【図8】図８（ａ）～図８（ｄ）は、実施形態に係る第１電極層の端部を拡大して模式的に表す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0030】

図１は、実施形態に係る静電チャックを例示する模式的断面図である。
図１に表したように、静電チャック１００は、セラミック誘電体基板１０と、電極層１１と、ベースプレート５０と、を備える。

【0031】

セラミック誘電体基板１０は、例えば焼結セラミックによる平板状の基材である。例えば、セラミック誘電体基板１０は、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）を含む。例えば、セラミック誘電体基板１０は、高純度の酸化アルミニウムで形成される。セラミック誘電体基板１０における酸化アルミニウムの濃度は、例えば、９０質量パーセント（ｍａｓｓ％）以上１００ｍａｓｓ％以下、好ましくは、９５質量パーセント（ｍａｓｓ％）以上１００ｍａｓｓ％以下、より好ましくは、９９質量パーセント（ｍａｓｓ％）以上１００ｍａｓｓ％以下である。高純度の酸化アルミニウムを用いることで、セラミック誘電体基板１０の耐プラズマ性を向上させることができる。なお、酸化アルミニウムの濃度は、蛍光Ｘ線分析などにより測定することができる。

【0032】

セラミック誘電体基板１０は、第１主面１０ａと、第２主面１０ｂと、を有する。第１主面１０ａは、吸着の対象物Ｗが載置される面である。第２主面１０ｂは、第１主面１０ａとは反対側の面である。吸着の対象物Ｗは、例えば、シリコンウェーハなどの半導体基板である。

【0033】

なお、本願明細書において、ベースプレート５０からセラミック誘電体基板１０に向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向は、例えば、各図に例示する通り、第１主面１０ａと第２主面１０ｂとを結ぶ方向である。Ｚ軸方向は、例えば、第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂに対して略垂直な方向である。Ｚ軸方向と直交する方向の１つをＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向ということにする。本願明細書において、「面内」とは、例えばＸ－Ｙ平面内である。

【0034】

セラミック誘電体基板１０の内部には、電極層１１が設けられる。電極層１１は、第１主面１０ａと、第２主面１０ｂと、の間に設けられる。すなわち、電極層１１は、セラミック誘電体基板１０の中に挿入されるように設けられる。電極層１１は、例えば、セラミック誘電体基板１０に一体焼結されることで内蔵されてもよい。

【0035】

このように、電極層１１をセラミック誘電体基板１０の内部に設けることで、静電チャック１００よりも上方に設けられる上部電極（図７の上部電極５１０）と電極層１１（下部電極）との間の距離を短くすることができる。これにより、例えば、ベースプレート５０を下部電極とする場合などに比べて、低い電力でプラズマ密度を高めることができる。換言すれば、高いプラズマ密度を得るために必要となる電力を低減させることができる。

【0036】

電極層１１の形状は、セラミック誘電体基板１０の第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂに沿った薄膜状である。電極層１１の断面形状については、後述する。

【0037】

電極層１１は、高周波電源（図７の高周波電源５０４）と接続される。上部電極（図７の上部電極５１０）及び電極層１１に高周波電源から電圧（高周波電圧）が印加されることで、処理容器５０１内部においてプラズマが発生する。電極層１１は、換言すれば、プラズマを発生させるための下部電極である。高周波電源は、高周波のＡＣ（交流）電流を電極層１１に供給する。ここでいう「高周波」は、例えば、２００ｋＨｚ以上である。

【0038】

電極層１１は、金属とセラミックスとのサーメットを含む。サーメットは、金属とセラミックス（酸化物、炭化物など）とを含む複合材料である。電極層１１をサーメットで形成することで、電極層１１とセラミック誘電体基板１０との密着性を高めることができる。また、電極層１１の強度を高めることができる。

【0039】

サーメットに含まれる金属は、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、及びＰｔの少なくともいずれかを含む。また、サーメットに含まれるセラミックスは、例えば、セラミック誘電体基板１０に含まれるセラミックスと同じ元素を含む。電極層１１を、セラミック誘電体基板１０に含まれるセラミックスと同じ元素を含むセラミックスのサーメットで形成することで、電極層１１の熱膨張率とセラミック誘電体基板１０の熱膨張率との差を小さくすることができる。これにより、電極層１１とセラミック誘電体基板１０との密着性を高め、剥離等の不具合を抑制できる。なお、サーメットに含まれるセラミックスは、セラミック誘電体基板１０に含まれるセラミックスとは異なる元素を含んでもよい。

【0040】

電極層１１は、例えば、高周波電源に加えて、吸着用電源（図７の吸着用電源５０５）とも接続される。静電チャック１００は、吸着用電源から電極層１１に電圧（吸着用電圧）を印加することによって、電極層１１の第１主面１０ａ側に電荷を発生させ、静電力によって対象物Ｗを吸着保持する。換言すれば、電極層１１は、対象物Ｗを吸着させるための吸着電極であってもよい。実施形態によれば、このように、プラズマを発生させるためのプラズマ発生用の下部電極である電極層を、対象物を吸着させるための吸着電極としても使用することができる。吸着用電源は、直流（ＤＣ）電流またはＡＣ電流を電極層１１に供給する。吸着用電源は、例えば、ＤＣ電源である。吸着用電源は、例えば、ＡＣ電源であってもよい。

【0041】

電極層１１には、セラミック誘電体基板１０の第２主面１０ｂ側に延びる接続部２０が設けられている。接続部２０は、例えば、電極層１１と導通するビア（中実型）やビアホール（中空型）である。接続部２０は、ロウ付けなどの適切な方法によって接続された金属端子でもよい。

【0042】

ベースプレート５０は、セラミック誘電体基板１０を支持する部材である。セラミック誘電体基板１０は、接着部材６０によってベースプレート５０の上に固定される。接着部材６０としては、例えばシリコーン接着剤が用いられる。

【0043】

ベースプレート５０は、例えば、アルミニウムなどの金属製である。ベースプレート５０は、例えば、セラミック製であってもよい。ベースプレート５０は、例えば、上部５０ａと下部５０ｂとに分けられており、上部５０ａと下部５０ｂとの間に連通路５５が設けられている。連通路５５の一端側は、入力路５１に接続され、連通路５５の他端側は、出力路５２に接続される。

【0044】

ベースプレート５０は、静電チャック１００の温度調整を行う役目も果たす。例えば、静電チャック１００を冷却する場合には、入力路５１からヘリウムガスなどの冷却媒体を流入し、連通路５５を通過させ、出力路５２から流出させる。これにより、冷却媒体によってベースプレート５０の熱を吸収し、その上に取り付けられたセラミック誘電体基板１０を冷却することができる。一方、静電チャック１００を保温する場合には、連通路５５内に保温媒体を入れることも可能である。セラミック誘電体基板１０やベースプレート５０に発熱体を内蔵させることも可能である。ベースプレート５０やセラミック誘電体基板１０の温度を調整することで、静電チャック１００によって吸着保持される対象物Ｗの温度を調整することができる。

【0045】

この例では、セラミック誘電体基板１０の第１主面１０ａ側に、溝１４が設けられている。溝１４は、第１主面１０ａから第２主面１０ｂに向かう方向（Ｚ軸方向）に窪み、Ｘ－Ｙ平面内において連続して延びている。溝１４が設けられていない部分を凸部１３とすると、対象物Ｗは、凸部１３に載置される。第１主面１０ａは、対象物Ｗの裏面と接する面である。すなわち、第１主面１０ａは、凸部１３の上面を含む平面である。静電チャック１００に載置された対象物Ｗの裏面と溝１４との間に空間が形成される。

【0046】

セラミック誘電体基板１０は、溝１４と接続された貫通孔１５を有する。貫通孔１５は、第２主面１０ｂから第１主面１０ａにかけて設けられる。すなわち、貫通孔１５は、第２主面１０ｂから第１主面１０ａまでＺ軸方向に延び、セラミック誘電体基板１０を貫通する。

【0047】

凸部１３の高さ（溝１４の深さ）、凸部１３及び溝１４の面積比率、形状等を適宜選択することで、対象物Ｗの温度や対象物Ｗに付着するパーティクルを好ましい状態にコントロールすることができる。

【0048】

ベースプレート５０には、ガス導入路５３が設けられる。ガス導入路５３は、例えば、ベースプレート５０を貫通するように設けられる。ガス導入路５３は、ベースプレート５０を貫通せず、他のガス導入路５３の途中から分岐してセラミック誘電体基板１０側まで設けられていてもよい。また、ガス導入路５３は、ベースプレート５０の複数箇所に設けられてもよい。

【0049】

ガス導入路５３は、貫通孔１５と連通する。すなわち、ガス導入路５３に流入した伝達ガス（ヘリウム（Ｈｅ）等）は、ガス導入路５３を通過した後に、貫通孔１５に流入する。

【0050】

貫通孔１５に流入した伝達ガスは、貫通孔１５を通過した後に、対象物Ｗと溝１４との間に設けられた空間に流入する。これにより、対象物Ｗを伝達ガスによって直接冷却することができる。

【0051】

図２は、実施形態に係る静電チャックの一部を拡大して模式的に表す断面図である。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施形態に係る静電チャックの電極層の変形例を模式的に表す断面図である。
図２は、図１に示す領域Ｒ１を拡大して示す。

【0052】

図２に表したように、電極層１１は、第１面１１ａと、第２面１１ｂと、を有する。第１面１１ａは、第１主面１０ａ側の面である。第２面１１ｂは、第１面１１ａとは反対側の面である。第１面１１ａは、換言すれば、第１主面１０ａと対向する面である。第２面１１ｂは、換言すれば、第２主面１０ｂと対向する面である。

【0053】

第１面１１ａと第１主面１０ａとの間のＺ軸方向に沿う距離Ｄ１は、一定である。距離Ｄ１は、換言すれば、第１主面１０ａから電極層１１の上面（第１面１１ａ）までの距離である。ここで、「一定」とは、例えば第１面１１ａのうねりなどを含むことができる。例えば、静電チャック１００の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で低倍率（例えば１００倍程度）で観察したときに、距離Ｄ１が概ね一定であればよい。例えば、電極層１１の中央部１１ｃにおける距離Ｄ１ｃと電極層１１の端部１１ｄにおける距離Ｄ１ｄとの差は０±１５０μｍである。距離Ｄ１（距離Ｄ１ｃ及び距離Ｄ１ｄ）は、例えば、３００μｍ程度である。第１面１１ａは、例えば、第１主面１０ａに対して、平行な面である。

【0054】

図２に表したように、電極層１１の端部（end portion）１１ｄは、電極層１１のＸ－Ｙ平面における縁部（edge）１１ｅを含む領域である。電極層１１の縁部１１ｅとは、第１面１１ａに位置し、Ｚ軸方向からみたときの電極層１１とセラミック誘電体基板１０との界面を指す。電極層１１の中央部１１ｃは、Ｘ－Ｙ平面において、２つの端部１１ｄの間に位置する領域である。電極層１１の中央部１１ｃ及び端部１１ｄについては、後述する。

【0055】

このように、第１面１１ａと第１主面１０ａとの間のＺ軸方向に沿う距離Ｄ１を一定とすることで、上部電極（図７の上部電極５１０）と電極層１１（下部電極）との間の距離を一定とすることができる。これにより、例えば、第１面１１ａと第１主面１０ａとの間のＺ軸方向に沿う距離Ｄ１が一定でない場合などに比べて、プラズマ密度の面内均一性を向上させることができる。例えば、電極層１１の断面形状が上に凸である場合など、端部１１ｄにおける第１面１１ａと第１主面１０ａとの間のＺ軸方向に沿う距離が、中央部１１ｃにおける第１面１１ａと第１主面１０ａとの間のＺ軸方向に沿う距離とは異なる場合に比べて、プラズマ密度の面内均一性を向上させることができる。

【0056】

電極層１１の断面形状は、下に凸である。より具体的には、電極層１１の端部１１ｄにおける第２面１１ｂと第１面１１ａとの間のＺ軸方向に沿う距離Ｄ２ｄは、電極層１１の中央部１１ｃにおける第２面１１ｂと第１面１１ａとの間のＺ軸方向に沿う距離Ｄ２ｃよりも小さい。距離Ｄ２ｃは、換言すれば、中央部１１ｃにおける電極層１１の厚さである。距離Ｄ２ｄは、換言すれば、端部１１ｄにおける電極層１１の厚さである。つまり、端部１１ｄにおける電極層１１の厚さは、中央部１１ｃにおける電極層１１の厚さよりも小さい。例えば、電極層１１の厚さは、中央部１１ｃから端部１１ｄに向かうにつれて小さくなる。電極層１１は、第２面１１ｂ側に凸の形状である。

【0057】

距離Ｄ２ｃは、例えば、１μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは、２０μｍ以上７０μｍ以下である。中央部１１ｃにおける電極層１１の厚さ（距離Ｄ２ｃ）をこの範囲とすることで、表皮効果の影響を低減し、プラズマ密度の面内均一性をさらに高めることができる。距離Ｄ２ｃは、例えば、電極層１１の断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像における中央部１１ｃにおける３点の厚さの平均値として求めることができる。本願明細書においては、この平均値を距離Ｄ２ｃと定義する。

【0058】

電極層１１には、第２面１１ｂ側から高周波電流が給電される。通常、ＡＣ電流が電極層を流れるときには、電流密度が電極層の表面で高く、表面から離れると低くなる表皮効果が生じる。また、流れるＡＣ電流が高周波であるほど、電流の表面集中は顕著となる。つまり、第２面１１ｂ側から電極層１１に流れ込む高周波のＡＣ電流は、電極層１１の第２面１１ｂを伝って第１面１１ａに流れ込むこととなる。

【0059】

実施形態においては、電極層１１の端部１１ｄにおける第２面１１ｂと第１面１１ａとの間のＺ軸方向に沿う距離Ｄ２ｄを、電極層１１の中央部１１ｃにおける第２面１１ｂと第１面１１ａとの間のＺ軸方向に沿う距離Ｄ２ｃよりも小さくすることで、給電される第２面１１ｂから第１面１１ａまでの給電距離を短くすることができる。これにより、ＲＦ出力の変更などの制御に対する応答性（ＲＦ応答性）をより高めることができる。

【0060】

本発明者らは、高周波電源と接続される電極層１１をセラミック誘電体基板１０の内部に設け、さらに、プラズマ密度を高めるために電極層１１に印加される高周波電源をハイパワー化する場合には特に、電極層１１が発熱して、チャンバ（図７の処理容器５０１）内環境が変化し、プラズマ密度の面内均一性に悪影響が出るという新たな課題を見出した。これに対し、実施形態によれば、電極層１１の端部１１ｄにおける第２面１１ｂと第１面１１ａとの間のＺ軸方向に沿う距離Ｄ２ｄを、電極層１１の中央部１１ｃにおける第２面１１ｂと第１面１１ａとの間のＺ軸方向に沿う距離Ｄ２ｃよりも小さくする。例えば、電極層１１を第２面１１ｂ側（すなわち、ベースプレート５０側）に凸の形状とすることで、電極層１１の冷却機能を有するベースプレート５０側の面である第２面１１ｂの表面積を相対的に大きくすることができる。これにより、電極層１１をより効果的に放熱させることができ、プラズマ密度の面内均一性をより高めることができる。

【0061】

なお、この例では、中央部１１ｃにおいて、電極層１１の厚さは、一定である。換言すれば、中央部１１ｃにおいて、第２面１１ｂは、第１面１１ａに対して、平行である。一方、端部１１ｄにおいて、電極層１１の厚さは、中央部１１ｃ側から縁部１１ｅに向かって小さくなる。換言すれば、端部１１ｄにおいて、第２面１１ｂは、中央部１１ｃ側から縁部１１ｅに向かって上方に傾斜する傾斜面を有する。この例では、傾斜面は、平面状である。傾斜面は、図３（ａ）に表したように、曲面状であってもよい。

【0062】

電極層１１の断面形状は、これに限定されない。例えば、図３（ｂ）に表したように、第２面１１ｂは、第２面１１ｂのＸ－Ｙ平面における中心から縁部１１ｅに向かって上方に傾斜する傾斜面を有していてもよい。換言すれば、中央部１１ｃにおいて、電極層１１の厚さは、一定でなくてもよい。換言すれば、中央部１１ｃにおいて、第２面１１ｂは、第１面１１ａに対して、平行でなくてもよい。また、このとき、傾斜面は、図３（ｂ）に表したように、曲面状であってもよい。

【0063】

図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）、図６（ａ）、及び図６（ｂ）は、実施形態に係る静電チャックの一部を模式的に表す平面図である。
これらの図は、静電チャック１００において、セラミック誘電体基板１０のうち電極層１１（第２面１１ｂ）よりもベースプレート５０側（下側）に位置する部分、及び、ベースプレート５０などを省略した状態で、第２面１１ｂ側（下側）から電極層１１を見た平面図である。

【0064】

図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）、図５（ｂ）、図６（ａ）、及び図６（ｂ）に表したように、静電チャック１００には、例えば、Ｘ－Ｙ平面に沿って拡がる少なくとも１つの電極層１１が設けられる。電極層１１の数は、例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に表したように１つでもよいし、図５（ａ）及び図５（ｂ）に表したように２つでもよいし、図６（ａ）及び図６（ｂ）に表したように３つ以上（この例では、４つ）でもよい。複数の電極層１１が設けられる場合、電極層１１のそれぞれは、例えば、同一平面上に位置してもよいし、Ｚ軸方向において異なる平面上に位置してもよい。

【0065】

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した例では、Ｚ軸方向に沿って見たときに円形である電極層１１が、例えば、電極層１１の中心とセラミック誘電体基板１０の中心とが重なるように配置されている。電極層１１の縁部１１ｅは、例えば、セラミック誘電体基板１０の縁部に対して同心円状である。この例において、電極層１１の端部１１ｄは、セラミック誘電体基板１０の外周側に環状に配置される。

【0066】

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した例では、例えば、内側の電極層１１Ａと外側の電極層１１Ｂとが同心円状に設けられている。内側の電極層１１Ａは、例えば、Ｚ軸方向に沿って見たときに円形である。外側の電極層１１Ｂは、例えば、Ｚ軸方向に沿って見たときに内側の電極層１１Ａを囲む円環形である。内側の電極層１１Ａ及び外側の電極層１１Ｂのそれぞれは、例えば、内側の電極層１１Ａの中心とセラミック誘電体基板１０の中心とが重なる同心円状に配置される。この例において、外側の電極層１１Ｂの端部１１ｄは、セラミック誘電体基板１０の中心側、及び、セラミック誘電体基板１０の外周側に、それぞれ環状に配置される。また、内側の電極層１１Ａの端部１１ｄは、セラミック誘電体基板の外周側に環状に配置される。なお、電極層１１の数は、２つに限定されず、３つ以上の電極層１１が、同心円状に配置されてもよい。

【0067】

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した例では、Ｚ軸方向に沿って見たときに円形である複数の電極層１１が、それぞれ、例えば、セラミック誘電体基板１０の中心に対して、点対称となる位置に配置されている。なお、電極層１１の１つが、この電極層１１の中心とセラミック誘電体基板１０の中心とが重なるように配置されてもよい。換言すれば、電極層１１の１つが、セラミック誘電体基板１０の中央に配置されてもよい。この例において、各電極層１１の端部１１ｄは、各電極層１１の外周側に環状に配置される。

【0068】

また、図４（ｂ）、図５（ｂ）、及び図６（ｂ）に表したように、電極層１１には、Ｚ軸方向において電極層１１を貫通する孔１１ｐが設けられてもよい。孔１１ｐが設けられる場合、孔１１ｐの外周付近にも端部１１ｄが配置される。

【0069】

実施形態においては、これら端部１１ｄのいずれの箇所においても、端部１１ｄにおける第１面１１ａと第２面１１ｂとの間の距離Ｄ２ｄと、中央部１１ｃにおける第１面１１ａと第２面１１ｂとの間の距離Ｄ２ｃとの関係がＤ２ｄ＜Ｄ２ｃを満たしていてもよい。一方で、本発明の効果を奏す範囲において、Ｄ２ｄ＜Ｄ２ｃを満たさない箇所を含むことを排除しない。換言すれば、実施形態においては、上記のような端部１１ｄの少なくとも一部において、Ｄ２ｄ＜Ｄ２ｃが満たされていればよい。例えば、端部１１ｄのうち、Ｄ２ｄ＜Ｄ２ｃを満たす箇所が多いと、ＲＦ応答性をさらに高めることができる。

【0070】

上述のように、電極層１１の中央部１１ｃは、Ｘ－Ｙ平面において、２つの端部１１ｄの間に位置する領域である。例えば、電極層１１において、端部１１ｄ以外のすべての領域を中央部１１ｃとみなしてもよい。換言すれば、電極層１１において、例えば、縁部１１ｅの近傍を端部１１ｄとし、それ以外を中央部１１ｃとみなすことができる。

【0071】

以下、電極層１１が内部に設けられたセラミック誘電体基板１０の作製方法について説明する。

【0072】

電極層１１が内部に設けられたセラミック誘電体基板１０は、例えば、第１主面１０ａ側を下にした状態で各層を積層して、積層体を焼結することで作製することができる。より具体的には、例えば、第１主面１０ａを含むセラミックス層となる第１層の上に、電極層１１を積層させる。電極層１１の上に、第２主面１０ｂを含むセラミックス層となる第２層を積層させる。そして、この積層体を焼結させる。

【0073】

電極層１１は、例えば、スクリーン印刷、ペーストの塗布（スピンコート、コーター、インクジェット、ディスペンサーなど）及び蒸着などにより形成される。例えば、第１主面１０ａを下にした状態で、複数回に分けて各層を積層させて電極層１１を形成することができる。このとき、例えば積層範囲の調整などにより、端部１１ｄにおける第１面１１ａと第２面１１ｂとの間の距離Ｄ２ｄと、中央部１１ｃにおける第１面１１ａと第２面１１ｂとの間の距離Ｄ２ｃとの関係がＤ２ｄ＜Ｄ２ｃを満たすようにすることができる。

【0074】

図７は、実施形態に係る静電チャックを備えたウェーハ処理装置を模式的に表す断面図である。
図７に表したように、ウェーハ処理装置５００は、処理容器５０１と、高周波電源５０４と、吸着用電源５０５と、上部電極５１０と、静電チャック１００と、を備えている。処理容器５０１の天井には、処理ガスを内部に導入するための処理ガス導入口５０２、及び、上部電極５１０が設けられている。処理容器５０１の底板には、内部を減圧排気するための排気口５０３が設けられている。静電チャック１００は、処理容器５０１の内部において、上部電極５１０の下に配置されている。静電チャック１００の電極層１１及び上部電極５１０は、高周波電源５０４と接続されている。静電チャック１００の電極層１１は、吸着用電源５０５と接続されている。

【0075】

電極層１１と上部電極５１０とは、互いに所定の間隔を隔てて略平行に設けられている。より具体的には、電極層１１の第１面１１ａは、上部電極５１０の下面５１０ａに対して略平行である。また、セラミック誘電体基板１０の第１主面１０ａは、上部電極５１０の下面５１０ａに対して略平行である。対象物Ｗは、電極層１１と上部電極５１０との間に位置する第１主面１０ａに載置される。

【0076】

高周波電源５０４から電極層１１及び上部電極５１０に電圧（高周波電圧）が印加されると、高周波放電が起こり処理容器５０１内に導入された処理ガスがプラズマにより励起、活性化されて、対象物Ｗが処理される。

【0077】

吸着用電源５０５から電極層１１に電圧（吸着用電圧）が印加されると、電極層１１の第１主面１０ａ側に電荷が発生し、静電力によって対象物Ｗが静電チャック１００に吸着保持される。

【0078】

図８（ａ）～図８（ｄ）は、実施形態に係る第１電極層の端部を拡大して模式的に表す断面図である。
図８（ａ）～図８（ｄ）に表したように、断面視における第１電極層１１の端部１１ｄのＸ軸方向の長さである幅ｔは、例えば、第１電極層１１の中央部１１ｃにおける厚さＤ２ｃよりも大きい（厚さＤ２ｃ＜幅ｔ）。端部１１ｄの幅ｔは、換言すれば、第２面１１ｂの傾斜面の幅である。つまり、幅ｔは、第２面１１ｂの傾斜面の下端Ｐ（傾斜が終わるところ）と縁部１１ｅとの間のＸ軸方向の長さである。このように、端部１１ｄの幅ｔを第１電極層１１の中央部１１ｃにおける厚さＤ２ｃよりも大きくすることで、給電距離を短くすることができる。これにより、ＲＦ出力の変更などの制御に対する応答性（ＲＦ応答性）をより高めることができる。

【0079】

傾斜面の下端Ｐは、第１電極層１１を含むように切断したサンプルの断面画像から求めることができる。実施形態においては、例えば、サンプルのうち少なくとも１か所が上記の関係(厚さＤ２ｃ＜幅ｔ)を満たす。実施形態においては、サンプルのうち複数個所が上記の関係(厚さＤ２ｃ＜幅ｔ)を満たすことがより好ましい。

【0080】

また、第２面１１ｂの傾斜面の角度θは、例えば、１０度以上８０度以下、好ましくは２０度以上６０度以下である。角度θは、縁部１１ｅと第２面１１ｂの傾斜面の下端Ｐ（傾斜が終わるところ）とを結ぶ直線を線Ｌとしたときに、第１面１１ａと線Ｌとのなす角度（劣角）で表すことができる。角度θを小さくすることで、給電距離を短くすることができる。これにより、ＲＦ出力の変更などの制御に対する応答性（ＲＦ応答性）をより高めることができる。

【0081】

なお、これらの図では下端Ｐと縁部１１ｅの間が曲線状の断面形状を示しているが、下端Ｐと縁部１１ｅの間は、これに限らず、直線状の断面形状でも良い。直線状とすることで、例えば給電距離をより短くすることができる。

【0082】

以上、説明したように、実施形態によれば、プラズマ密度の面内均一性を高めつつ、ＲＦ応答性も高めることができる静電チャックを提供することができる。

【0083】

以上、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、静電チャックが備える各要素の形状、寸法、材質、配置、設置形態などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0084】

１０ セラミック誘電体基板、 １０ａ 第１主面、 １０ｂ 第２主面、 １１、１１Ａ、１１Ｂ 電極層、 １１ａ 第１面、 １１ｂ 第２面、 １１ｃ 中央部、 １１ｄ 端部、 １１ｅ 縁部、 １１ｐ 孔、 １３ 凸部、 １４ 溝、 １５ 貫通孔、 ２０ 接続部、 ５０ ベースプレート、 ５０ａ 上部、 ５０ｂ 下部、 ５１ 入力路、 ５２ 出力路、 ５３ ガス導入路、 ５５ 連通路、 ６０ 接着部材、 １００ 静電チャック、 ５００ ウェーハ処理装置、 ５０１ 処理容器、 ５０２ 処理ガス導入口、 ５０３ 排気口、 ５０４ 高周波電源、 ５０５ 吸着用電源、 ５１０ 上部電極、 ５１０ａ 下面、 Ｄ１、Ｄ１ｃ、Ｄ１ｄ、Ｄ２ｃ、Ｄ２ｄ 距離、 Ｐ 下端、 Ｒ１ 領域、 ｔ 幅、 Ｗ 対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】