JP2003309168A

JP2003309168A - 静電吸着ホルダー及び基板処理装置

Info

Publication number: JP2003309168A
Application number: JP2002113563A
Authority: JP
Inventors: Yasumi Sago; 康実佐護; Kazuaki Kaneko; 一秋金子; Takushi Okada; 拓士岡田; Masayoshi Ikeda; 真義池田; Toshihiro Tachikawa; 俊洋立川; Tadashi Iguchi; 忠士井口; Takashi Kayamoto; 隆司茅本
Original assignee: NHK Spring Co Ltd; Anelva Corp
Current assignee: NHK Spring Co Ltd; Canon Anelva Corp
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2003-10-31
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: USRE42175E1; TWI222155B; US7220319B2; TW200308044A; CN1472037A; KR20030082472A; US20030222416A1; JP4082924B2; CN1289258C; KR100508459B1

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の変形や位置ずれを抑えた優れた性能の
静電吸着ホルダーを提供する。【解決手段】吸着電極４３に印加された電圧により誘
電体プレート４２を誘電分極させ、表面に板状の対象物
９を静電吸着して保持する。誘電体プレート４２と吸着
電極４３との間には誘電体プレート４２と吸着電極４３
との中間の熱膨張率を持つ緩和層４４が設けられ、吸着
電極４３の誘電体プレート４２とは反対側には、同様に
中間の熱膨張率を持つ被覆層４５が設けられている。誘
電体プレート４２はマグネシアより成り、吸着電極４３
はアルミニウムより成る。緩和層４４及び被覆層４５は
アルミニウムとセラミックスの複合材より成る。誘電体
プレート４２と緩和層４４は、アルミニウムを主成分と
したろう材でろう付けされている。基板処理装置は、静
電吸着ホルダーにより基板９を保持して処理を行う。

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、基板を静電吸
着して保持する静電吸着ホルダーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板を静電吸着して保持する静電吸着ホ
ルダーは、基板の表面に所定の処理を施す基板処理の分
野で盛んに使用されている。例えば、ＬＳＩ（大規模集
積回路）をはじめとする各種半導体デバイスや液晶ディ
スプレイ等の製造においては、製品の元になる基板を処
理する工程が多々存在している。この際、処理の均一性
や再現性のため、処理中に基板を所定の位置に保持すべ
く、静電吸着ホルダーが使用される。例えば、レジスト
パターンをマスクとしたエッチング処理では、プラズマ
中で生成されるイオンや活性種の作用を利用してエッチ
ングが行われる。この際、プラズマに対して最適な空間
位置に基板を保持するため、静電吸着ホルダーが使用さ
れる。静電吸着ホルダーは、大まかには、静電吸着のた
めの電圧が印加される吸着電極と、吸着電極に印加され
た電圧によって誘電分極する部材であって基板が直接接
する部材である誘電体プレートとから構成されている。
基板は、誘電体プレートの表面に誘起された静電気によ
り吸着されて保持される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した静電吸着ホル
ダーにおいては、吸着した基板が安定した状態であるこ
とが要請される。例えば、基板の処理中に基板の位置が
変化したり基板の姿勢が変化したりすると、処理の再現
性や均一性が低下する問題がある。処理の再現性や均一
性の観点から基板処理の際に問題となるのは、静電吸着
ホルダーの熱変形や熱膨張である。室温より高い温度に
基板を保持して処理したり、基板が処理の際に熱を受け
て温度上昇したりする場合、静電吸着ホルダーも基板と
同様に温度上昇する。この際、静電吸着ホルダーに熱変
形や熱膨張が生ずると、吸着保持している基板にも変形
や位置ずれが生ずる恐れがある。本願の発明は、かかる
課題を解決するため成されたものであり、基板の変形や
位置ずれを抑えた優れた性能の静電吸着ホルダーを提供
する技術的意義がある。

【０００４】

【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、板状の対象物を静電
吸着して保持する静電吸着ホルダーであって、表面が静
電吸着面である誘電体プレートと、誘電体プレートを誘
電分極させる電圧が印加される吸着電極と誘電体プレー
トと吸着電極との間に設けられているとともに誘電体プ
レートと吸着電極との中間の熱膨張率を持つ材料より成
る緩和層と、吸着電極の誘電体プレートとは反対側に設
けられているともに誘電体プレートと吸着電極との中間
の熱膨張率を持つ材料より成る被覆層とを備えていると
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、板状の対象物を静電吸着して保持
する静電吸着ホルダーであって、表面が静電吸着面であ
る誘電体プレートと、誘電体プレートを誘電分極させる
電圧が印加される吸着電極とより成り、誘電体プレート
と吸着電極とは、吸着電極の内部応力とは逆向きの内部
応力を有する緩和層を介在させながら接合されており、
さらに、吸着電極の誘電体プレートとは反対側の表面に
も、吸着電極の内部応力とは逆向きの内部応力を有する
被覆層が形成されており、吸着電極が緩和層と被覆層に
よって挟まれた構造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又は２の構成において、前記誘電体プレートは
マグネシアより成るものであって前記吸着電極はアルミ
ニウムより成るものであり、前記緩和層及び前記被覆層
はアルミニウムとセラミックスの複合材より成るもので
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、前記誘電体プレートと前記緩和層とは、アルミニウ
ムを主成分としたろう材でろう付けされているという構
成を有する。また、上記課題を解決するため、請求項５
記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記誘電
体プレートと前記緩和層とは、すず又は鉛を主成分とし
たはんだではんだ付けされ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６記載の発明
は、前記請求項１又は２いずれかの構成において、前記
誘電体プレートはアルミナより成るものであって前記吸
着電極はアルミニウムより成るものであり、前記緩和層
はアルミニウムとセラミックスの複合材であるという構
成を有する。また、上記課題を解決するため、請求項７
記載の発明は、前記請求項６の構成において、前記誘電
体プレートと前記緩和層とは、インジウムをろう材とし
てろう付けされ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８記載の発明は、基板を室
温より高い所定の温度に維持しつつ基板の表面に所定の
処理を施す基板処理装置であって、前記請求項１乃至７
いずれかの静電吸着ホルダーを備えており、当該静電吸
着ホルダーに基板を保持させつつ処理するものであると
いう構成を有する。また、上記課題を解決するため、請
求項９記載の発明は、前記請求項８の構成において、基
板を臨む空間にプラズマを形成するプラズマ形成手段を
備え、プラズマを利用した処理を行うものであるという
構成を有する。また、上記課題を解決するため、請求項
１０記載の発明は、前記請求項８又は９の構成におい
て、前記誘電体プレートは、基板が静電吸着される部分
の周囲に段差が設けられていて低くなっており、この低
くなった部分には、静電吸着される基板を取り囲む補正
リングが設けられており、補正リングは、基板の周辺部
における処理の不均一化を防止するものであるという構
成を有する。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。まず、静電吸着ホルダーの発明の実施形
態について説明する。図１は、静電吸着ホルダーの発明
の実施形態の正面断面概略図である。図１に示す静電吸
着ホルダーは、ホルダー本体４１と、表面が静電吸着面
である誘電体プレート４２と、静電吸着用の電圧が印加
される吸着電極４３とから主に構成されている。

【０００６】本実施形態の静電吸着ホルダーは、全体と
しては台状であり、上面に板状の対象物９を載置して保
持するものである。ホルダー本体４１はアルミニウム又
はステンレスなどの金属製である。ホルダー本体４１
は、高さの低いほぼ円柱状である。吸着電極４３は、ホ
ルダー本体４１上に固定されている。図１に示すよう
に、吸着電極４３は、下端部の周囲にフランジ状の部分
（以下、電極フランジ）を有する。吸着電極４３は、こ
の電極フランジの部分においてホルダー本体４１に対し
てネジ止めされることでホルダー本体４１に対して固定
されている。尚、吸着電極４３は、ホルダー本体４１に
対して電気的に短絡された状態で固定されている。

【０００７】また、ネジ止めされた電極フランジの部分
を覆うようにして保護リング４９が設けられている。保
護リング４９は、酸化シリコンのような絶縁物で形成さ
れている。保護リング４９は、吸着電極４３の側面や電
極フランジの表面を覆って保護するものである。後述す
るように、静電吸着ホルダーがプラズマが存在する環境
下や放電用の電極として使用される場合、保護リング４
９は、吸着電極４３の側面や保護リング４９の表面をプ
ラズマや放電による損傷から保護する。また、静電吸着
ホルダーが基板処理に使用される場合、基板がシリコン
ウェーハであれば、酸化シリコン製の保護リング４９を
設けることで、保護リング４９がエッチングされても基
板を汚損する可能性は低くなる。

【０００８】誘電体プレート４２は、吸着電極４３の上
側に位置している。吸着電極４３は、図１に示すよう
に、上方に突出した凸部と、その周囲のフランジ状の部
分（以下、フランジ部）とから成っている。誘電体プレ
ート４２は、吸着電極４３とほぼ同径の円盤状である。

【０００９】上記静電吸着ホルダーには、吸着電源４０
が接続される。吸着電源４０のタイプは、吸着の方式に
よって多少異なるが、本実施形態では、単極式となって
おり、正の直流電源が吸着電源４０として採用されてい
る。吸着電源４０は、ホルダー本体４１に接続されてお
り、ホルダー本体４１を介して正の直流電圧を吸着電極
４３に印加するようになっている。吸着電極４３に電圧
が印加されると、前述したように、誘電体プレート４２
に誘電分極が生じ、対象物９が静電吸着される。本実施
形態では、正の直流電圧が印加されるので、誘電体プレ
ート４２の表面には正の電荷が誘起され、これにより対
象物９が静電吸着される。

【００１０】尚、静電吸着のメカニズムとしては、二つ
のものが知られている。一つは、クーロン力によるもの
であり、もう一つはジョンソンラーベク力によるもので
ある。ジョンソンラーベク力は、微小な領域に電流が集
中することにより生ずる吸着力である。即ち、誘電体プ
レート４２の表面や対象物９の裏面は、微視的には小さ
な凹凸があり、対象物９が誘電体プレート４２に載置さ
れた際には、これらの凹凸が接触している。吸着電源４
０が動作して誘電体プレート４２の表面に電荷が誘起さ
れると、これらの微小な凹凸の接触箇所に電流が集中し
て流れ、この結果、ジョンソンラーベク力による吸着力
が生ずる。本実施形態のような静電吸着ホルダーは、ク
ーロン力よりもジョンソンラーベク力の方が支配的であ
り、主にジョンソンラーベク力により静電吸着が成され
る。但し、ジョンソンラーベク力が支配的であるものに
本願発明が限定される訳ではない。

【００１１】さて、本実施形態の静電吸着ホルダーの大
きな特徴点は、静電吸着中に熱による対象物９の変位や
変形を抑えるための効果的な構成を備えている点であ
る。以下、この点について説明する。本実施形態のよう
な静電吸着ホルダーは、室温より高い温度の環境下で対
象物９の保持を行うことが想定されている。これは、後
述するような基板処理装置の場合の他、高温環境下での
試験のために対象物９を吸着保持するような場合があげ
られる。本実施形態の静電吸着ホルダーは、高温状態に
おいても、対象物９の変位や変形が抑制されている。

【００１２】具体的に説明すると、まず、図１に示すよ
うに、誘電体プレート４２と吸着電極４３との間には、
緩和層４４が挟み込まれている。緩和層４４は、誘電体
プレート４２と吸着電極４３との熱膨張率の差を緩和
し、誘電体プレート４２の熱による変形や変位を抑制す
るものである。より具体的には、緩和層４４は、吸着電
極４３と誘電体プレート４２の中間の熱膨張率を有す
る。「中間の熱膨張率」とは、例えば吸着電極４３の熱
膨張率の方が誘電体プレート４２より大きい場合、吸着
電極４３より小さく且つ誘電体プレート４２より大きい
熱膨張率ということである。また、誘電体プレート４２
の熱膨張率が吸着電極４３よりより大きい場合、誘電体
プレート４２より小さく且つ吸着電極４３より大きい熱
膨張率ということである。

【００１３】さらに具体的に説明すると、本実施形態で
は、吸着電極４３は、アルミニウムで形成されている。
また、誘電体プレート４２は、マグネシア（ＭｇＯ）で
形成されている。そして、緩和層４４は、セラミックス
と金属の複合材で形成されている。アルミニウムとマグ
ネシアとの中間の熱膨張率を持つ複合材としては、シリ
コンカーバイド（ＳｉＣ）とアルミニウムの複合材（以
下、ＳｉＣ−Ａｌ複合材）があげられる。アルミニウム
の熱膨張率は、０．２３７×１０^−４／Ｋ、マグネシア
の熱膨張率は１４×１０^−６／Ｋである。この場合、１
０×１０^−６／Ｋ程度の熱膨張率を有するＳｉＣ＋Ａｌ
複合材が、緩和層４４の材料として選定される。

【００１４】このようなＳｉＣ＋Ａｌ複合材としては、
ＳｉＣ粉末を高温高圧で焼結させてポーラスな（多孔性
の）部材（以下、多孔性セラッミクス）を成形し、融解
したアルミニウムをその中に流し込んで充填し、その後
に冷却したものが使用できる。多孔性セラミックスの焼
結時の温度と圧力を適宜選定することにより、多孔性セ
ラミックスの体積開口率が調整できる。この結果、充填
するアルミニウムの量も調整できる。尚、体積開口率
は、ポーラスでないセラッミクスの密度に対する多孔性
セラミックスの密度の比により求められる。尚、このよ
うにして得られた複合材を機械加工することで、図１に
示すような形状の緩和層４４が製作される。このように
して製作するＳｉＣ＋Ａｌ複合材の熱膨張率は、両者の
成分比によって異なる。体積開口率を調整して所望の成
分比を得ることで、上述した１０×１０^−６／Ｋの熱膨
張率とすることができる。

【００１５】また、図１に示すように、本実施形態の静
電吸着ホルダーでは、吸着電極４３の誘電体プレート４
２とは反対側の表面に、被覆層４５が設けられている。
つまり、吸着電極４３が緩和層４４と被覆層４５によっ
て挟まれた構造となっている。本実施形態では、被覆層
４５は、吸着電極４３とホルダー本体４１との間に挟み
込まれた状態となっている。この被覆層４５も、誘電体
プレート４２と吸着電極４３との中間の熱膨張率を持つ
材料より形成されている。被覆層４５の材料を緩和層４
４と同じにすればこの要件を満足するが、被覆層４５の
材料に緩和層４４とは異なる材料を用いても良い。

【００１６】このように、誘電体プレート４２と吸着電
極４３との中間の熱膨張率を持つ材料よりなる緩和層４
４と被覆層４５で吸着電極４３を挟んだ構造にしておく
と、静電吸着される対象物９の熱による変形や変位を効
果的に抑制できる。以下、この点について、図２を使用
して詳細に説明する。図２は、図１に示す静電吸着ホル
ダーの技術的意義について模式的に示した図である。

【００１７】吸着電極４３は金属であり、誘電体プレー
ト４２はその名の通り誘電体製であるから、一般的に熱
膨張率の差が大きい。そして、誘電体プレート４２が吸
着電極４３に対して固定されているため、静電吸着ホル
ダーが熱を受けて全体に温度上昇した際、両者の熱膨張
率の違いから、吸着電極４３が大きく変形し易い。この
結果、図２（１）に示すように誘電体プレート４２も凸
状に変形したり、図２（２）に示すように凹状に変形し
たりすることがある。このような誘電体プレート４２の
変形が生ずると、吸着されている対象物９に変形や変位
が生ずる恐れがある。

【００１８】このような場合、図２（３）に示すよう
に、吸着電極４３と静電吸着ホルダーの間に、中間の熱
膨張率を持つ緩和層４４を挿入してやると、熱膨張率の
差が緩和され、誘電体プレート４２の変形は抑制され
る。本願の発明者の研究によると、このような緩和層４
４に加え、図２（４）に示すように、さらに反対側にも
同様の層（被覆層４５）を設けてやると、さらに誘電体
プレート４２の変形が抑えられることが判明した。この
理由は、完全に明らかになった訳ではないが、一つに
は、同様の熱膨張率を持つ層により吸着電極４３がサン
ドイッチされることで、両側の面の熱膨張のバランスが
取れた状態になることが考えられる。また、同様の熱膨
張率を持つ層により吸着電極４３がサンドイッチされる
ことで、吸着電極４３の内部応力のバランスが均一にな
ることが原因であるとも考えられる。

【００１９】内部応力に着目すると、緩和層４４や被覆
層４５の内部応力が吸着電極４３の変形を抑制する働き
を有しているとも考えられる。例えば、吸着電極４３が
上に凸になるように変形しようとした場合、緩和層４４
や被覆層４５の内部応力はそれを抑える向きに、つまり
下に凸になるように変形するよう作用することがあり得
る。また、吸着電極４３に圧縮応力が発生した際、緩和
層４４や被覆層４５に引っ張り応力が発生したり、逆
に、吸着電極４３に引っ張りが発生した際、緩和層４４
や被覆層４５に圧縮が発生することがあり得ると考えら
れる。一般的に言えば、吸着電極４３の内部応力とは逆
向きの内部応力を緩和層４４や被覆層４５が有するとい
うことである。この場合の逆向きとは、完全に逆向きで
なくともよい。ベクトルで言えば、吸着電極４３の内部
応力に対し緩和層４４や被覆層４５の内部応力が９０度
を越える角度を成すということである。

【００２０】いずれにしても、被覆層４５を設けること
で、吸着電極４３の変形がさらに抑制され、誘電体プレ
ート４２の変形、及びこれに起因した対象物９の変形や
変位がさらに抑制される。尚、被覆層４５が緩和層４４
と同様の熱膨張率を持つとは、熱膨張率の値が一致して
いるということではなく、吸着電極４３と誘電体プレー
ト４２の中間の熱膨張率を持つ、という点で「同様」と
いうことに過ぎない。とはいえ、本実施形態では、緩和
層４４と同様のセラッミクスと金属の複合材（例えばＳ
ｉＣ−Ａｌ複合材）が被覆層４５の材料に用いられてい
る。被覆層４５に用いた複合材は、充分な金属含有量を
有し、導電性である。これは、被覆層４５が吸着電極４
３とホルダー本体４１との間を絶縁しないようにするた
めである。尚、誘電体プレート４２の固定の仕方も、誘
電体プレート４２の変形等を抑制する上で重要である。
ねじ止めのようなスポット的な方法で誘電体プレート４
２を固定した場合、固定箇所でピンチされた状態となる
とともに固定箇所において局所的に熱伝達性が向上する
ため、誘電体プレート４２の熱変形が助長される問題が
ある。

【００２１】本実施形態では、誘電体プレート４２は、
アルミニウムやインジウムのような材料を主成分とする
ろう付けにより緩和層４４を挟んで吸着電極４３に接合
されている。この場合の「主成分とする」とは、１００
％アルミニウム又はインジウムでも良いし、何らかの添
加物が入っていても良い。例えばアルミニウム又はイン
ジウムで形成された薄いシート状の部材を誘電体プレー
ト４２と緩和層４４との間に挟み込み、加熱・冷却して
全面ろう付けすることで、接合が行われる。尚、熱接触
性や機械的強度を向上させる観点から、ろう付けの際、
機械的に圧力をかけて、例えば、５７０〜５９０℃程度
に加熱し、１〜２ＭＰａ（メガパスカル）程度の圧力を
かけて接合する。

【００２２】このようなろう付けにより誘電体プレート
４２が接合されているため、誘電体プレート４２の熱変
形がさらに効果的に抑制されている。尚、緩和層４４と
吸着電極４３との固定、吸着電極４３と被覆層４５との
固定についても、同様のろう付けとすることができる。
尚、誘電体プレート４２と緩和層４４とは、すず又は鉛
を主成分としたはんだではんだ付けされていても良い。

【００２３】次に、基板処理装置の発明の実施形態につ
いて説明する。本願発明の基板処理装置は、基板を室温
より高い所定の温度に維持しつつ処理する装置である。
以下の説明では、このような装置の一例として、プラズ
マエッチング装置を採り上げる。また、以下の説明で
は、「対象物」をその下位概念である「基板」に言い換
える。

【００２４】図３は、基板処理装置の発明の実施形態の
正面断面概略図である。図３に示す装置は、内部で基板
９の表面のエッチングがなされる処理容器１と、処理容
器１内に所定のプロセスガスを導入するプロセスガス導
入系２と、プロセスガスにエネルギーを与えて処理容器
１内にプラズマを形成するプラズマ形成手段３と、プラ
ズマの作用によってエッチングされる処理容器１内の所
定の位置に基板９を静電吸着して保持する静電吸着ホル
ダー４とから主に構成されている。静電吸着ホルダー４
は、上述した実施形態のものとほぼ同様である。

【００２５】処理容器１は、気密な真空容器であり、排
気系１１によって内部が排気されるようになっている。
処理容器１は、ステンレス等の金属で形成されたおり、
電気的には接地されている。排気系１１は、ドライポン
プ等の真空ポンプ１１１及び排気速度調整器１１２を備
えており、処理容器１内を１０^−３Ｐａ〜１０Ｐａ程度
の真空圧力に維持することが可能になっている。

【００２６】プロセスガス導入系２は、プラズマエッチ
ングに必要なプロセスガスを所定の流量で導入できるよ
うになっている。本実施形態では、ＣＨＦ_３等の反応性
ガスをプロセスガスとして処理容器１内に導入するよう
になっている。プロセスガス導入系２は、ＣＨＦ_３のよ
うなフッ素系ガスのプロセスガスを溜めた不図示のガス
ボンベと、ガスボンベと処理容器１とを繋ぐ配管等から
構成されている。

【００２７】プラズマ形成手段３は、導入されたプロセ
スガスに高周波エネルギーを与えてプラズマを形成する
ようになっている。即ち、プラズマ形成手段３は、静電
吸着ホルダー４に対向するようにして処理容器１内に設
けられた対向電極３０と、対向電極３０に高周波電圧を
印加するプラズマ用高周波電源３１により構成されてい
る。プラズマ用高周波電源３１は、周波数が数１００ｋ
Ｈｚ〜数１０ＭＨｚ程度のものであり、不図示の整合器
を介して対向電極３０に接続されている。プラズマ用高
周波電源３１の出力は、３００〜２５００Ｗ程度でよ
い。対向電極３０は、絶縁部３２を介在させながら処理
容器１に気密に取り付けられている。

【００２８】プラズマ用高周波電源３１が対向電極３０
に高周波電圧を印加すると、処理容器１内に高周波電界
が設定され、導入された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。フッ素系ガスのプラズマ中
では、フッ素又はフッ素化合物のイオンや活性種が盛ん
に生成され、これらのイオンや活性種が基板９に到達す
ることにより基板９の表面がエッチングされる。

【００２９】尚、静電吸着ホルダー４には、基板９に効
率よくイオンを入射させるためのイオン入射用高周波電
源６がキャパシタンスを介して接続されている。プラズ
マが形成されている状態でイオン入射用高周波電源６が
動作すると、プラズマと高周波電界の相互作用により、
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。この自己バイアス電圧によりイオンが効率良
く基板９に入射するため、エッチングが効率よく行われ
る。

【００３０】また、本実施形態における静電吸着ホルダ
ー４は、誘電体プレート４２のフランジ部に、補正リン
グ４６が設けられている。補正リング４６は、誘電体プ
レート４２上の基板９とほぼ面一になるよう設けられて
いる。補正リング４６は、単結晶シリコン等の基板９と
同じ又は類似した材料で形成されている。補正リング４
６は、基板９の周辺部分における処理の不均一化を防止
するものである。本実施形態の装置において、基板９の
周辺部分は、基板９の端面からの熱放散があるため、中
央部分に比べて温度が低くなり易い。そこで、端面から
の熱の放散に見合うだけの熱が与えられるように、基板
９と同じ材料で形成された補正リング４６を基板９の周
囲に設けて基板９の温度を均一にしている。

【００３１】また、処理容器１内に形成されたプラズマ
は、エッチングの過程で基板９から放出されるイオンや
電子によっても維持されている。プラズマが形成された
空間全体のうち基板９の周辺部分を臨む部分は、基板９
の中央部分を臨む部分に比べてイオンや電子の供給が少
なく、プラズマ密度が低くなっている。このため、基板
９と同じ材料で形成された補正リング４６を周囲に設け
ることにより、基板９の周辺部分を臨む空間部分への電
子やイオンの供給量を相対的に多くしてプラズマ密度を
均一にしている。

【００３２】静電吸着ホルダー４は、絶縁ブロック４７
を介して処理容器１に取り付けられている。絶縁ブロッ
ク４７は、アルミナ等の絶縁材で形成されており、ホル
ダー本体４１と処理容器１とを絶縁するとともに、ホル
ダー本体４１をプラズマから保護するようになってい
る。尚、処理容器１内に真空リークが生じないようにす
るため、静電吸着ホルダー４と絶縁ブロック４７との間
及び処理容器１と絶縁ブロック４７との間にＯリング等
の封止部材が設けられている。

【００３３】また、本実施形態では、処理中に基板９を
冷却しながら温度制御する温度制御手段５が設けられて
いる。エッチングの際に維持すべき基板９の温度（以
下、最適温度）は、室温より高いある程度の高温である
場合が多い。しかしながら、基板９はエッチング中にプ
ラズマからの熱を受けて温度上昇し、最適温度を超えて
しまう場合が多い。温度制御手段５は、エッチング中に
基板９を冷却し、最適温度に維持するようにしている。

【００３４】図３に示すように、吸着電極４３は、内部
に空洞を有している。温度制御手段５は、この空洞に冷
媒を流通させて吸着電極４３を冷却し、間接的に基板９
を冷却するものである。空洞は、冷媒による熱交換が行
われる面積を大きくするため、冷却フィンを互い違いに
つき合わせて形成した空間のような複雑な凹凸を有する
空間とすることが好ましい。温度制御手段５は、吸着電
極４３内の空洞に冷媒を供給する冷媒供給管５１と、空
洞から冷媒を排出する冷媒排出管５２と、冷媒の温度調
節を行いながら冷媒を循環させるサーキュレータ５３等
から構成されている。冷媒としては、例えば３Ｍ社製の
フロリナート（商品名）が使用される。温度制御手段５
は、冷媒を３０〜４０℃程度にして循環させることで、
基板９を室温より高い８０〜９０℃程度に冷却するよう
構成されている。

【００３５】尚、静電吸着された基板９と誘電体プレー
ト４２との間にガスを供給して熱伝達性を向上させる不
図示の熱伝達用ガス導入系が設けられている。基板９の
裏面の微小な凹凸及び誘電体プレート４２の表面の微小
な凹凸により形成される微小な空間は、真空圧力とな
り、熱伝達性が悪い。熱伝達用ガス導入系は、この微小
な空間にヘリウムのようなガスを導入して熱伝達性を改
善する。また、静電吸着ホルダー４は、基板９の受け渡
しのためのリフトピン４８を内蔵している。リフトピン
４８は、不図示の昇降機構によって昇降するようになっ
ている。リフトピン４８は、図３では一本のみが示され
ているが、実際には三本程度設けられている。

【００３６】次に、上記実施形態の基板処理装置の動作
について説明する。不図示の搬送機構によって基板９が
処理容器１内に搬入され静電吸着ホルダー４上に載置さ
れると、吸着電源４０が動作し、基板９は静電吸着ホル
ダー４に静電吸着される。排気系１１によって処理容器
１内は予め所定の圧力まで排気されている。この状態
で、プロセスガス導入系２が動作し、所定のプロセスガ
スが導入される。そして、プラズマ用高周波電源３１が
動作し、前述したようにプラズマが生成されてエッチン
グが行われる。温度制御手段５は、基板９を冷却しなが
ら最適温度に維持する。このようにして所定時間エッチ
ングを行った後、プロセスガス導入系２、プラズマ用高
周波電源３１、イオン入射用高周波電源６の動作を停止
する。そして、吸着電源４０の動作を停止させて静電吸
着を解除し、処理容器１内を排気した後、不図示の搬送
機構によって基板９が搬出される。

【００３７】上記基板処理装置では、エッチング中に吸
着電極４３は室温より高い温度となるものの、前述した
ように、緩和層４４と被覆層４５により変形が抑えられ
る。このため、誘電体プレート４２の変形及びこれに起
因した基板９の変形や変位も抑制される。従って、処理
の均一性や再現性が高くなる。

【００３８】緩和層４４及び被覆層４５による熱変形の
抑制の技術的意義は、本実施形態のように補正リング４
６を使用する場合に著しい。以下、この点について説明
する。補正リング４６は、基板９を外側に向けて実質的
に延長した（大きくした）構成とするものであり、前述
したように基板９と同様の材質であって基板９とほぼ面
一となるものである。このため、誘電体プレート４２
は、フランジ部を有し、この部分に補正リング４６が配
置される。補正リング４６は、基板９と同様に静電吸着
され、前述した作用効果を奏する。

【００３９】ここで、補正リング４６が置かれたフラン
ジ部は、厚さが薄く、また周縁部であるため、熱変形し
易く変形量も大きくなり易い。もし、補正リング４６に
変形や変位が生ずると、基板９の端面からの熱放散を補
償する作用が不均一になってしまう。また、変形や変位
によって補正リング４６の誘電体プレート４２に対する
熱接触性が低下し、基板９に比べて温度が高くなってし
まう。特に問題なのは、補正リング４６の誘電体プレー
ト４２に対する熱接触性の低下がランダムに生ずると、
補正リング４６が基板９を加熱する作用もランダムに生
じ、処理の際の基板９の温度の再現性が大きく低下して
しまう点である。本実施形態では、前述したように吸着
電極４３の変形を抑え込むことで誘電体プレート４２の
変形や変位を抑制しているので、補正リング４６の変形
や変位もまた抑制されている。このため、上述した基板
９の温度の不均一化や再現性低下が抑制されている。

【００４０】次に、上記本実施形態の構成による効果に
ついて確認した実験の結果について説明する。図４から
図７は、実施形態の構成による効果について確認した実
験の結果について概略的に示した図である。図４から図
７に結果を示す実験は、前述した実施形態の静電吸着ホ
ルダー４を異なる温度（又は温度履歴）にした状態で、
誘電体プレート４２の表面の変形又は変位を測定したも
のである。測定は、静電吸着ホルダー４の上方に一定の
高さを設定し、この高さから誘電体プレート４２の表面
の各点までの距離を距離計により計測することにより行
われた。

【００４１】図４及び図５は、誘電体プレート４２の凸
部の表面の各点の高さを示している。このうち、図４
は、緩和層４４及び被覆層４５のない従来タイプの静電
吸着ホルダーの場合、図５は、緩和層４４及び被覆層４
５のある実施形態のタイプの静電吸着ホルダー４の場合
である。また、図６及び図７は、誘電体プレート４２の
フランジ部の表面の各点の高さを示している。図６は、
緩和層４４及び被覆層４５のない従来タイプの静電吸着
ホルダーの場合、図７は、緩和層４４及び被覆層４５の
ある実施形態のタイプの静電吸着ホルダー４の場合であ
る。尚、図６及び図７におけるフランジ部の表面上の点
（，，，）が具体的にどこであるのか、同様の
符号（，，，）で図１中に指し示されている。

【００４２】図４から図７において、Ａは、２０℃の状
態で一晩放置してからそのまま２０℃の条件で測定した
データ、Ｂは５℃に維持して測定したデータ、Ｃは５℃
にした後に加熱して２０℃にして測定したデータ、Ｄは
５０℃に維持して測定したデータ、Ｅは５０℃にした後
に強制冷却して２０℃にして測定したデータである。
尚、静電吸着ホルダー４は、リフトピン４８等のような
内蔵部材のため表面に開口を有するが、開口の部分に相
当するデータは図４から図７では無視されている。

【００４３】まず、図４から図７に示すデータにおい
て、一般的に、温度が高い方が誘電体プレート４２の表
面は高い位置に位置している。これは、静電吸着ホルダ
ー４全体の熱膨張に主に起因しており、ある意味で当然
の結果である。問題なのは、誘電体プレート４２の表面
の変位又は変形の仕方が温度又は温度履歴によって異な
ることである。即ち、図５に示す、静電吸着ホルダー４
の表面の各点の高さを結んだ線（以下、表面高さ分布）
は、同様の形状を描きながら、温度又は温度履歴によっ
て上昇したり下降したりしている。つまり、平行移動し
ている。これは、誘電体プレート４２が、基本的には変
形せず、全体に均一に熱膨張していることを示している
と考えられる。

【００４４】しかし、図４では、表面高さ分布は、異な
る形状を描きながら温度又は温度履歴によって上昇した
り下降したりしている。つまり、平行移動していない。
これは、誘電体プレート４２の変形が生じていることを
示していると考えられる。特に問題なのは、温度履歴に
よって表面高さ分布が異なる形状になってしまうことで
ある。つまり、同じ２０℃の場合の測定であっても、一
晩放置して自然になった場合と、５℃の後に加熱してな
った場合と、５０℃の後に強制冷却してなった場合とで
は、表面高さ分布は異なった曲線になってしまってい
る。

【００４５】フランジ部におけるデータについても、同
様のことがいえる。即ち、図６及び図７とを比較すると
解るように、緩和層４４及び被覆層４５がある場合は、
表面高さ分布は平行移動しながら上昇したり下降したり
しているが、それらが無い従来の構成では、そうはなっ
ていない。そして、温度履歴が相違する場合も、表面高
さ分布は異なる曲線となっている。

【００４６】温度履歴によって表面高さ分布が異なって
しまうことは、基板処理の再現性という点で深刻な問題
をもたらす。基板処理装置は、製造メーカーで製造さ
れ、出荷テスト等を経て生産ラインに組み込まれて使用
される。しかしながら、実際に基板処理が行われるまで
の静電吸着ホルダー４の温度履歴は、常に同じという訳
にはいかない。たとえ全く同じ処理を行う装置であって
も、出荷テストや生産ラインでの稼働テスト等におい
て、異なる温度履歴になることが殆どである。さらに、
基板９の枚葉処理を考えてみると、ある基板９が処理さ
れる際のそれまでの静電吸着ホルダー４の温度履歴と、
別の基板９が処理される際のそれまでの静電吸着ホルダ
ー４の温度履歴とが相違することは、往々にしてありう
る。例えば、枚葉処理が連続して行われている場合と、
定期メンテナンスがあり、装置の稼働が相当時間停止し
た後に最初に処理する場合とでは、温度履歴が相違して
しまうことは容易に想像がつく。

【００４７】温度履歴によって表面高さ分布が異なると
いうことは、温度制御手段５によって静電吸着ホルダー
４を一定の温度に維持していても、温度履歴によって基
板９の位置や形状が変化してしまうことを意味する。つ
まり、処理の再現性の点で深刻な問題となってしまう。
一方、緩和層４４及び被覆層４５がある構成では、温度
履歴によって表面高さ分布が異なることはなく、基板９
の位置や形状は変化しない。従って、静電吸着ホルダー
４をある定められた温度に維持するだけで再現性の高い
処理が行えることになる。

【００４８】

【実施例】上述した実施形態に属する実施例について、
以下に説明する。静電吸着ホルダーの実施例として、以
下の二つの構成があげられる。＜実施例１＞吸着電極４３の材料：アルミニウム誘電体プレート４２の材料：マグネシア（ＭｇＯ）誘電体プレート４２の固定：アルミニウムによるろう付
け（ろう付け温度は５５０℃）緩和層４４の材料：ＳｉＣ＋Ａｌ複合材緩和層４４の厚さ：１２ｍｍ被覆層４５の材料：ＳｉＣ＋Ａｌ複合材被覆層４５の厚さ：１２ｍｍ吸着用電圧：５００Ｖ

【００４９】＜実施例２＞吸着電極４３の材料：アルミニウム誘電体プレート４２の材料：アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）誘電体プレート４２の固定：インジウムによるろう付け
（ろう付け温度は１２０℃）緩和層４４の材料：ＳｉＣ＋Ｃｕ複合材緩和層４４の厚さ：１２ｍｍ被覆層４５の材料：ＳｉＣ＋Ｃｕ複合材被覆層４５の厚さ：１２ｍｍ吸着用電圧：５００Ｖ

【００５０】尚、実施例２中の「ＳｉＣ＋Ｃｕ複合材」
とは、シリコンカーバイドと銅の複合材のことである。
製法は、前述したＳｉＣ＋Ａｌ複合材の場合と基本的に
同様である。また、マグネシアは、アルミナと比べる
と、耐食性の点で優れている。エッチングのような侵食
作用のあるガスを使用する処理の場合、マグネシアより
成る誘電体プレート４２の方が好ましい。上記いずれか
の構成の静電吸着ホルダー４を使用し、直径３００ｍｍ
の基板９を静電吸着しながらプラズマエッチングを行う
装置が、基板処理装置の実施例としてあげられる。

【００５１】上述した実施形態及び実施例において、緩
和層４４及び被覆層４５の材料として、ＳｉＣ＋Ａｌの
複合材やＳｉＣ＋Ｃｕ複合材が使用されたが、他のセラ
ミックスと金属の複合材でも良い。例えば、ニッケルと
ＳｉＣとの複合材、鉄−ニッケル−コバルト合金とＳｉ
Ｃとの複合材、鉄−ニッケル合金とＳｉＣとの複合材、
ニッケルとＳｉ_３Ｎ_４との複合材、鉄−ニッケル−コバ
ルト合金とＳｉ_３Ｎ_４との複合材、鉄−ニッケル合金と
Ｓｉ_３Ｎ_４との複合材等である。また、セラミックスと
金属の複合材に限定される訳ではなく、吸着電極４３と
誘電体プレート４２の中間の熱膨張率を有するものであ
れば良い。

【００５２】また、静電吸着のタイプとして、前述した
単極式の他、双極式や多極式がある。双極式は、一対の
吸着電極を設け、正負の電圧（互いに極性の異なる電
圧）を印加するタイプである。多極式は、多数対の吸着
電極を設け、対を構成する電極に正負の電圧を印加する
タイプである。双極式や多極式のタイプでは、吸着電極
が誘電体プレートの中に埋設される場合もある。また、
単極式の場合、負の直流電圧を印加するタイプもある。
このようなタイプの場合であっても、本願発明は同様に
実施できる。

【００５３】さらに、上述した静電吸着ホルダー４は、
対象物又は基板９を上面に載置して保持するものであっ
たが、静電吸着面を下方に向けて保持する構成や、側方
に向けて保持する（対象物又は基板９を立てて保持す
る）構成が採用されることもある。また、上述した説明
では、基板処理の例として、プラズマエッチング装置を
とりあげたが、プラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）装置、スパ
ッタリング装置など、他の基板処理装置についても同様
に実施できる。尚、温度制御手段５は、処理中に基板９
を加熱しながら所定の温度に維持する場合もある。ま
た、静電吸着ホルダー４の用途としては、基板処理の
他、環境試験装置のように対象物９の試験を行う場合な
どがあげられる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項１乃至
７いずれかの発明によれば、吸着電極の変形が抑制され
るので、対象物を安定して吸着することができる。ま
た、請求項８の発明によれば、静電吸着ホルダーが室温
より高い温度に加熱される場合でも、再現性や均一性の
点で優れた基板処理を行うことができる。また、請求項
９の発明によれば、プラズマによって静電吸着ホルダー
が加熱されることが避けられないので、上記効果が持つ
意義は大きい。また、請求項１０の発明によれば、上記
効果に加え、補正リングを使用する効果が損なわれない
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】静電吸着ホルダーの発明の実施形態の正面断面
概略図である。

【図２】図１に示す静電吸着ホルダーの技術的意義につ
いて模式的に示した図である。

【図３】基板処理装置の発明の実施形態の正面断面概略
図である。

【図４】実施形態の構成による効果について確認した実
験の結果について概略的に示した図である。

【図５】実施形態の構成による効果について確認した実
験の結果について概略的に示した図である。

【図６】実施形態の構成による効果について確認した実
験の結果について概略的に示した図である。

【図７】実施形態の構成による効果について確認した実
験の結果について概略的に示した図である。

【符号の説明】

１処理容器１１排気系２プロセスガス導入系３プラズマ形成手段３０対向電極３１プラズマ用高周波電源４静電吸着ホルダー４０吸着電源４１ホルダー本体４２誘電体プレート４３吸着電極５温度制御手段５イオン入射用高周波電源９対象物又は基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金子一秋東京都府中市四谷五丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者岡田拓士東京都府中市四谷五丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者池田真義東京都府中市四谷五丁目８番１号アネルバ株式会社内 (72)発明者立川俊洋神奈川県伊勢原市沼目二丁目１番49号日本発条株式会社伊勢原工場内 (72)発明者井口忠士神奈川県伊勢原市沼目二丁目１番49号日本発条株式会社伊勢原工場内 (72)発明者茅本隆司神奈川県伊勢原市沼目二丁目１番49号日本発条株式会社伊勢原工場内Ｆターム(参考） 5F031 CA02 CA05 HA02 HA03 HA17 HA33 HA38 HA39 HA45 HA46 MA28 MA29 MA32 NA01 NA05 PA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状の対象物を静電吸着して保持する静
電吸着ホルダーであって、表面が静電吸着面である誘電体プレートと、誘電体プレートを誘電分極させる電圧が印加される吸着
電極と誘電体プレートと吸着電極との間に設けられてい
るとともに誘電体プレートと吸着電極との中間の熱膨張
率を持つ材料より成る緩和層と、吸着電極の誘電体プレートとは反対側に設けられている
ともに誘電体プレートと吸着電極との中間の熱膨張率を
持つ材料より成る被覆層とを備えていることを特徴とす
る静電吸着ホルダー。
【請求項２】板状の対象物を静電吸着して保持する静
電吸着ホルダーであって、表面が静電吸着面である誘電
体プレートと、誘電体プレートを誘電分極させる電圧が
印加される吸着電極とより成り、誘電体プレートと吸着電極とは、吸着電極の内部応力と
は逆向きの内部応力を有する緩和層を介在させながら接
合されており、さらに、吸着電極の誘電体プレートとは反対側の表面に
も、吸着電極の内部応力とは逆向きの内部応力を有する
被覆層が形成されており、吸着電極が緩和層と被覆層に
よって挟まれた構造であることを特徴とする静電吸着ホ
ルダー。
【請求項３】前記誘電体プレートはマグネシアより成
るものであって前記吸着電極はアルミニウムより成るも
のであり、前記緩和層及び前記被覆層はアルミニウムと
セラミックスの複合材より成るものであることを特徴と
する請求項１又は２記載の静電吸着ホルダー。
【請求項４】前記誘電体プレートと前記緩和層とは、
アルミニウムを主成分としたろう材でろう付けされてい
ることを特徴とする請求項３記載の静電吸着ホルダー。
【請求項５】前記誘電体プレートと前記緩和層とは、
すず又は鉛を主成分としたはんだではんだ付けされてい
ることを特徴とする請求項３記載の静電吸着ホルダー。
【請求項６】前記誘電体プレートはアルミナより成る
ものであって前記吸着電極はアルミニウムより成るもの
であり、前記緩和層はアルミニウムとセラミックスの複
合材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の静
電吸着ホルダー。
【請求項７】前記誘電体プレートと前記緩和層とは、
インジウムをろう材としてろう付けされていることを特
徴とする請求項６記載の静電吸着ホルダー。
【請求項８】基板を室温より高い所定の温度に維持し
つつ基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置であっ
て、前記請求項１乃至７いずれかの静電吸着ホルダーを
備えており、当該静電吸着ホルダーに基板を保持させつ
つ処理するものであることを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】基板を臨む空間にプラズマを形成するプ
ラズマ形成手段を備え、プラズマを利用した処理を行う
ものであることを特徴とする請求項８記載の基板処理装
置。
【請求項１０】前記誘電体プレートは、基板が静電吸
着される部分の周囲に段差が設けられていて低くなって
おり、この低くなった部分には、静電吸着される基板を
取り囲む補正リングが設けられており、補正リングは、
基板の周辺部における処理の不均一化を防止するもので
あることを特徴とする請求項８又は９記載の基板処理装
置。