JP2007242913A - 試料載置電極及びそれを用いたプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極温度制御の能力増大と静電吸着力の全面均一性の確保が可能な、ヒータを用いた温度制御型の試料載置電極を提供する。
【解決手段】処理室内に設けられ被処理基板０１１２が配置される試料載置電極０１１３であって、試料載置面を有する誘電体膜０１２２と、誘電体膜０１２２を挟んで試料載置面と相対応するように設けられ、静電吸着用電極とヒータ電極とを兼ねる実質的に同じ高さの層からなる電極薄膜０１２３と、電極薄膜０１２３にヒータ用の交流電力０１１８と静電吸着用の直流電力０１１７とを同時に供給し得る電源装置とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は試料載置電極及びそれを用いたプラズマ処理装置に係り、特に、温度制御電極を備えた試料載置電極及びそれを用いたプラズマ処理装置に関するものである。

エッチング装置などのプラズマ処理装置では、真空容器内にマイクロ波もしくは高周波を用いて、プラズマを形成し、処理すべき試料を載置する電極を設け、そこにバイアス高周波を印加して、処理を実施する。電極は試料を静電的にチャックする。同時に試料のエッチング均一性やエッチング形状をコントロールするために、電極表面上の温度分布を径方向に分布をつけ、試料表面に温度分布をつける。

試料表面上に温度分布をつけるためには、電極本体内部に温度の異なる冷却水等の複数の冷媒供給系統を配置する方法（第一の方法）、電極表面と試料裏面との間に熱伝達のために供給Heガスの供給系統を複数とし、その複数の供給系統のHeの圧力を制御する方法（第二の方法）、さらには、薄い誘電体層を介して電極本体に薄いヒータ電極を設置する方法（第三の方法）が知られている。第三の方法に関しては、例えば、特許文献１及び特許文献２には、静電吸着電極の下部にヒータ電極を設置した上下２層の電極構造が開示されており、特許文献３には、同じ電極を用途に応じて静電チャックにしたりヒータにしたりすることのできるウエハ支持部材が開示されている。

特開２０００−１１４３５４号公報 特開２００３−２５８０６５号公報 特開２００２−２３１７９３号公報

上記第一の方法は、一般に液冷媒を使用するものであるため電極の温度分布を急変させることが出来ないという問題がある。上記第二の方法は、たとえばLSIゲート加工用のエッチング装置のようにプラズマからの入熱が小さいときには、電極表面内において十分な温度変化が得られないという問題がある。上記第三の方法すなわちヒータ電極を利用した温度制御は応答性が良いので、上記のような問題を避けることができるが、以下に述べるような技術的困難がある。

まず、前提として、試料を静電的にチャックするために、１００μm程度の薄い誘電体膜の下部にＷ薄膜等でできた薄い吸着電極を電極のほぼ全面にわたって設置する必要がある。電極全面にわたって設置するのは、静電吸着力を全面にわたって確保する必要があるためである。上記の試料表面の温度制御のために、ヒータ電極を配置する方法を取る場合でも、電極本体に薄い誘電膜を介して、Ｗ薄膜等で出来たヒータ電極を設置する。このとき、上述の静電吸着用の電極も設置する必要がある。従来は、ヒータ電極と吸着電極とを上下２層に設置する必要があった。このような２層構造をとると、かりに吸着電極を下部に持ってくると吸着が不十分になるし、また仮に、特許文献１や特許文献２に開示されているようにヒータ電極を下部に持ってくると、温度制御が不十分になるといった問題があった。また２層の薄膜を、薄膜誘電体層の中に埋め込む技術は難しく、コストアップとなる問題もあった。特許文献３に開示されている方式では、ヒータ電極と吸着電極を同時に備えることについては、なんら開示が無い。

本発明の目的は、電極温度制御の能力増大と静電吸着力の全面均一性の確保が同じ層の電極で実現可能な試料載置電極を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、上記ヒータ電極と、吸着電極とを兼ねた電極薄膜を実質的に１層で、実現する。

本発明の特徴の１つは、処理室内に設けられ被処理基板が配置される試料載置電極であって、試料載置面を有する誘電体膜と、前記誘電体膜を挟んで前記試料載置面と相対応するように設けられ、静電吸着用電極とヒータ電極とを兼ねる実質的に同じ高さの層からなる電極薄膜と、前記電極薄膜にヒータ用の交流電力と静電吸着用の直流電力とを同時に供給し得る電源装置とを備えた試料載置電極にある。

本発明によれば、簡単な構成にて、静電吸着力により試料のほぼ全面を確実に吸着しながら、電極上の試料表面の平均温度ならびに径方向温度分布を、高速に変更することが出来る。これにより、エッチングレートならびに、形状の均一性を、試料面内で確保することが出来る。

以下、図を参照しながら本発明を用いた実施例を説明する。

図１〜図５により、本発明の実施例１を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る試料載置電極の詳細構造を示す図である。図２は、実施例１に係る試料載置電極を採用したエッチング装置の構成の概略を示す縦断面図である。図３にヒータ・吸着兼用電極の平面構造を示す。図４はヒータ・吸着兼用電極の縦断面構造を示すと共に作用を説明する図である。

まず、図１により、試料載置電極の内部の詳細構造を説明する。基板電極（電極本体）０１１３は、基材部０１２０と誘電体薄膜０１２２を備えている。すなわち、電極本体の下部には、AlまたはTi等の金属で構成される基材部０１２０があり、その中に、基材温度を調節するための温度調節用の冷媒が流れる通路０１２１が設けられている。この通路０１２１は、外部で温調器０１１９に接続され、例えば液冷媒の循環量が制御される。基材部０１２０にはバイアス電源０１１５が接続されている。

基材部０１２０の上部には、たとえば溶射法によって、Al_２O_３等の誘電体薄膜０１２２を形成する。誘電体薄膜０１２２は、その膜内にヒータ電極と静電吸着電極の両機能を兼ね備えた電極薄膜（ヒータ・吸着兼用電極）０１２３を有しており、この電極薄膜０１２３に静電吸着電源（直流電源）０１１７とヒータ電源（交流電源）０１１８とが接続されている。

誘電体薄膜０１２２の形成方法としては、まず基材部０１２０の上に１００〜３００μmのAl_２O_３からなる第１の誘電体薄膜（図４：０１２２ａ）を溶射法によって形成し、次に、その上に、タングステンＷ等の金属材料を１０〜１００μmの厚みで溶射して実質的に同じ高さ（厚み）の層からなる電極薄膜０１２３を形成し、その上に、再びAl_２O_３からなる第２の誘電体薄膜（図４：０１２２ｂ）を５０〜１５０μmの厚みで溶射する。

なお、電極薄膜を形成するために溶射する金属材料として、上記説明ではＷを例に取ったが、ヒータに好適となるように抵抗率を制御したニッケル・クロム合金でもよいし、Ｗに適当な添加金属を混ぜ抵抗率を制御したものでもよい。溶射金属の厚みも、用いた金属素材の抵抗率、所要発熱パワー、電源が供給可能な電圧・電流能力、用いるヒータ電極の線幅によって決められる。

第２の誘電体薄膜の表面には、被処理基板０１１２（試料）を載置する試料載置面と、Heガスが流入する隙間としての凹部等が形成される。

基板電極０１１３は、被処理基板０１１２と電極の試料載置面との熱伝導を行うHe供給系０１１６（図２参照）を備えており、Heガスが通路を介して上記凹部等に供給される。

基板電極０１１３は、自動整合器０１１４を介してバイアス電源０１１５に接続されている。また、基板電極０１１３には、静電吸着用の直流電源０１１７と、ヒータ温度制御のためのヒータ電源０１１８とが接続されている。すなわち、直流に交流を重畳したヒータ・吸着兼用電極の電源装置がヒータ・吸着兼用電極１２３に接続されている。

電極本体の外部には、ヒータ電源と静電吸着電源を一体化した給電電源が接続されている。このように、本実施例の特徴の１つは、ヒータ給電回路と、静電チャック給電回路を一体化した回路を採用することにある。

ヒータ電源０１１８としては、たとえば商用周波数(５０／６０HZ)、５００Ｗを用い、静電吸着電源０１１７としては１００〜２０００Vを出力できる直流電源を用いる。ヒータ電源０１１８は、絶縁トランス０１２４を介して、静電吸着電源０１１７と結合されている。静電吸着電源０１１７は、電流値０．１〜１０mA、電圧１００〜２０００Ｖ定格のものを用いるので、減流抵抗０１２５をつけて回路を保護している。ヒータ電源０１１８には、例えば電圧１０〜２００Vの可変電圧電源を用い、電流は１〜２０A程度のものを用いる。このような回路構成によって、ヒータ電源０１１８と、静電吸着電源０１１７は相互に干渉することなく、同一の兼用電極０１２３に交流および直流を印加することが出来る。

なお、上記説明において、直流高電圧がヒータ電源０１１８側に流れ込まないよう、絶縁トランス０１２４を用いるとしたが、絶縁トランスに代えて絶縁コンデンサを採用してもよい。

ヒータおよび静電吸着用の電極薄膜０１２３への給電線上には、バイアス高周波が流れ込まないようなカットフィルタ０１３０が設置してある。すなわち、高周波は０１１５から出て、基材部０１２０を介して、試料０１３１に供給されるが、その一方で、電極薄膜０１２３の層を経由して、ヒータ電源・静電吸着電源（０１１７、０１１８）方向にリークしようとする。これを防止するために、途中にカットフィルタ０１３０が設置される。カットフィルタとしては、通常インダクタンスが用いられる。

次に、図２により、上記試料載置電極を採用したエッチング装置について説明する。エッチング装置は処理室０１１１を備えており、この処理室０１１１の内側に、処理対象である被処理基板０１１２がその上に載置される基板電極０１１３を備えている。処理室０１１１には図示しない真空排気系とガス導入系が接続されており、プラズマ処理に適した雰囲気、圧力に保持することができる。処理室０１１１内上部で被処理基板０１１２の上方に平板形状の石英窓及び分散プレート０１０５が配置されている。ガス導入系により、この分散プレート０１０５に配置された複数の開口から処理用ガスが分散されて処理室０１１１内の基板電極０１１３上方の空間に供給される。電磁波放射手段としてのマイクロ波源０１０１は、マイクロ波あるいはＵＨＦ帯の電磁波を供給する。このマイクロ波等は、導波管０１０４を伝播して処理室０１１１内に放射される。一方、処理室０１１１の上部周囲には、磁場供給手段としての複数のコイル０１０６が配置されている。なお、処理室０１１１の壁は接地されている。

被処理試料０１１２が基板電極０１１３上に吸着保持され、電磁波放射手段により投入されたマイクロ波により、処理室０１１１内に供給されたプロセスガスがプラズマ化（０１０９）され、被処理試料０１１２に所定のプラズマ処理を行うことができる。また、被処理試料０１１２の表面は基板電極０１１３でその温度分布が制御される。

基板電極０１１３上の被処理試料０１１２には、自動整合器０１１４を介してバイアス電源０１１５により４００ＫＨｚ〜４ＭＨｚ程度のバイアス電位を加えることができる。これによりプラズマ０１０９中のイオンを被処理基板に引き込み、プラズマエッチング処理の高速化や高品質化を図ることができる。

被処理基板０１１２の処理の際に生成された反応生成物は、基板電極０１１３の下方に配置された排気口から、これに連結された真空ポンプ（図示省略）の動作によって、排気される。

なお、プラズマの生成手段は、上記マイクロ波を用いた手段に限定されるものではなく、高周波を用いた静電結合手段または誘導結合手段によるプラズマ生成手段でもよい。

本実施例では、Ｗ電極にかける印加直流電圧と試料との間にかかるクーロン力によって被処理基板０１１２を試料載置面に吸着させるので、Al_２O_３からなる誘電体薄膜０１２２の上部厚み０１２２ｂは、耐電圧に問題がない程度に薄くする。たとえば、印加電圧を１５００VDCとし、１０ｋＰａ程度の吸着力を得るために、誘電体薄膜０１２２の上部厚み０１２２ｂは１００μmとする。

なお、本実施例では、誘電体薄膜０１２２は、溶射膜を例にとって説明しているが、一般に焼結膜、結晶膜等の絶縁物皮膜でもよい。

本実施例では、電極薄膜（ヒータ・吸着兼用電極）０１２３がダイポールタイプの静電吸着方式を取るものとし、電極薄膜０１２３は大きく内周側と、外周側に分かれて形成されている。それぞれ、外側吸着電極と内側吸着電極は、面積がほぼ同じになるようにしてあり、それぞれたとえば＋１５００V、−１５００Vと正負の電圧を印加する。このダイポール方式を取るのは、試料を電極に搬送して、試料を載置したのち、プラズマを着火する前から吸着電圧を印加して、あらかじめ吸着を開始することができるためである。

また、試料を吸着するための吸着方式として、上記のクーロン吸着方式以外に、ジョンソンラーベック力を利用する方式であってもよい。この場合、誘電体膜は、たとえばAl_２O_３にチタン酸化物等の添加物を含んだものを溶射することで実現される。

図３に、本実施例のダイポール方式を採用した電極薄膜０１２３の平面構造の一例を示す。電極薄膜０１２３は、略円形の試料載置面の全面に対応する外側吸着電極０１２３ａと内側吸着電極０１２３ｂとがあり、各々その中の一定のエリアが外側ヒータ電極と吸着用電極を兼ねるコモンエリア０１２３ｃ（ｃ１，ｃ２）、内側ヒータ電極と吸着用電極を兼ねるコモンエリア０１２３ｄ（ｄ１，ｄ２，ｄ３）として定義される。外、内のコモンエリアは、半径方向ギャップＧｒを有するほぼ一定幅及び一定高さの環状若しくは螺旋状の電極面を有し、夫々行き戻りの２端子１２６ｘ、１２６ｙ、１２７ｘ、１２７ｙから商用周波のヒータ用交流電力が供給される。換言すると、コモンエリア０１２３ｃの両端部に２つの端子１２６ｘ、１２６ｙから交流電力が印加されることで外側ヒータ電極となり、コモンエリア０１２３ｄの両端部に２つの端子１２７ｘ、１２７ｙから交流電力が印加されることで内側ヒータ電極となる。

図３の例では、コモンエリアとしては、内側３ターン、外側２ターンを図示した。このターン数は一般にシングルターンまたは複数ターンをとる。

なお、環状若しくは螺旋状の電極面の半径方向ギャップＧｒは、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとするのが良い。

一方、静電吸着エリアは、この内外２つのコモンエリア（０１２３ｃ、０１２３ｄ）と１つ若しくは複数のブランチエリアとで構成される。すなわち、静電吸着エリアは、コモンエリアに加えて、これらのコモンエリアとは狭い幅のブリッジ部（０１２８ａ、０１２８ｂ、０１２９ａ、０１２９ｂ）を介して接続された、ブランチエリアすなわち非ヒータ・吸着専用エリア（０１２３ｅ、０１２３ｆ、０１２３ｇ、０１２３ｈ）とで構成される。

例えば、外側吸着電極のブランチエリア０１２３ｅ、０１２３ｆ１は、端子１２６ｘと端子１２６ｙの外側や内側にあり、しかもコモンエリア０１２３ｃ１、ｃ２との間に狭いブリッジ部０１２９ａ、０１２９ｂがある。そのため、これらのブランチエリアは、２つの端子１２６ｘ、１２６ｙの間に交流電力が印加されたとき実質的な電気的回路を構成せず、従って、ヒータ電極エリアとはならない。同様に、内吸着電極のブランチエリア０１２３ｈや０１２３ｇは、端子１２７ｘと端子１２７ｙの外側にあり、しかもコモンエリア０１２３ｄ１やｄ３との間に狭いブリッジ部０１２８ａ、０１２８ｂがある。そのため、これらのブランチエリアもヒータ電極エリアとはならない。

即ち、吸着エリア全体は、上記の端子１２６ｘ、１２６ｙ、１２７ｘ、１２７ｙから、コモンモードにて直流電圧が一様に供給され、それによって吸着エリア全体に吸着力が生じる。また、吸着専用エリアには、ヒータ用の電流が流れ込むことはない。

ブランチエリアにおける電極面は、試料載置面のスペースを有効に活用して設ければよく、必ずしも平面形状が一定である必要はない。このように、本実施例では、ヒータ・吸着兼用電極を実現するための電極の平面状の構造に工夫がなされている。

なお、ブランチエリアとコモンエリアを接続するブリッジ部（０１２８ａ、０１２８ｂ、０１２９ａ、０１２９ｂ）は、ヒータ用の電流が流れ込まないように夫々円周方向に１箇所にのみ設ける。もし、両エリア間に複数のブリッジ部を設けると、ブランチエリアに出入り口が形成されるためヒータ用の電流が流れてしまう。このブリッジ部の幅Ｂｗは、ブリッジ部付近における円周方向長さの１〜１０％程度にするのが良い。

コモンエリアやブランチエリアの高さは、実質的に同じ高さとし、できるだけ低く形成するのが望ましい。もちろん、コモンエリアとブランチエリアの高さを若干異なるものにしても良いが、両者は実質的に同じ高さの層として形成するのがよい。

コモンエリアとブランチエリアは、兼用電極として同じ材料を使用し、同じプロセスで同時に形成する。但し、ヒータ・吸着兼用電極とならない、ブランチエリアは、兼用電極のエリアとは別の材料、別のプロセスで製作しても良い。

次に、図４で、ヒータエリアと非ヒータ・吸着専用エリアを含めた静電吸着エリア全体による静電吸着の動作を説明する。端子１２６ｘ、１２６ｙ及び１２７ｘ、１２７ｙから電極薄膜０１２３に静電吸着用の直流高電圧を印加すると、被処理基板０１１２と電極薄膜０１２３との間で、正負のチャージが誘起され、そのジャージ間の静電気力で、試料に力Ｆcが加わる。この場合、端子１２６及び１２７間において、電極薄膜０１２３の抵抗値は例えば３０Ω、誘電体薄膜０１２２ｂは抵抗率が１０^８〜１０^１６Ωｃｍなので、抵抗値は例えば２ＭΩ、被処理基板０１１２は抵抗率が１０Ωｃｍ程度なので、抵抗値は約２〜５Ωとなる。すなわち、電極薄膜０１２３や被処理基板０１１２の抵抗値に比べて誘電体薄膜０１２２ｂの抵抗値がはるかに大きい。従って、電流は特定の領域に集中することなく静電吸着エリア全体に対応した誘電体薄膜０１２２の略全面を経て流れる。

なお、電極薄膜０１２３には同時に、ヒータ温度制御のために端子１２６ｘ、１２６ｙ間及び端子、１２７ｘ、１２７ｙ間にヒータ用交流電力も供給されるが、電極薄膜０１２３の抵抗値が誘電体薄膜０１２２の抵抗値に比べてはるかに小さいので、ヒータ用の電流はヒータエリアのみを流れることは言うまでも無い。

そのため、端子１２６及び１２７間に直流高電圧を印加すると、電極パターンの如何にかかわらず、またヒータエリアへ供給される交流電力の如何にかかわらず、誘電体薄膜０１２２ｂの全体を介して電流が流れるので、試料０１３１の全面に対応して試料と電極薄膜０１２３との間で、均一に正負のチャージが誘起され、均一な静電気力が発生する。

ヒータエリアの定義面積ならびに位置は、試料表面温度の温度制御範囲要求仕様によって、決める。たとえば、図５にその設計例の一例を示す。なお、計算条件は次の通りである。
Heガス圧力＝１ＫＰａ、内側ヒータエリアの径方向位置＝０〜９５ｍｍ、外側ヒータエリアの径方向位置＝１００〜１４５ｍｍ、プラズマ入熱＝１６０Ｗ（パラボラ分布）、溶射膜の材質＝Al_２O_３、基材の材質＝Ａｌ
図５によれば、内側ヒータを２２０W、外側ヒータを０Wとすることで、試料表面温度は滑らかな温度差がついた凸分布の温度分布を、形成することが出来る。また、内側０Ｗ、外側３６０Wとすることで、逆に凹分布型の温度分布を形成することが出来る。さらに、両側にヒータパワー（内側２２０Ｗ、外側３６０W）を投入することで、ほぼフラットの温度分布を得ることが出来、両側に０Ｗを投入したときに比べて全体的に約１０℃の温度上昇を形成することが出来る。

エッチング装置では、被加工試料は多層膜で形成されていることが多く、それぞれの膜に好適な表面温度分布ならびに平均温度が異なっていることが多い。そのため、電極はエッチングされる多層膜中の膜が切り替わるたびに、数秒以内で電極温度を高速に切り替える必要が生じる。本実施例によるヒータ・吸着兼用電極方式の温度可変電極は実質的に単一の層となっており、上下2層構造の電極とは異なりヒータ電極と試料載置面との距離を短くできるので応答性が良い。よって、温度切り替えの高速変化にも十分に対応できる。また、静電吸着力を確保しつつ広いヒータ面積を確保できるので、種々の温度特性の制御も可能である。これらによって、従来では不可能であった、電極温度制御の能力増大と、吸着力の全面均一性の確保、ならびに低コスト化が可能となる。

なお、本実施例はヒータが２系統の場合を述べたが、ヒータは一般に複数系統でもよい。実施例のヒータ２系統では、試料表面温度が、凸からフラットさらには凹分布を作ることはできるが、同じ凸分布でも、凸分布の凸さ加減が被エッチング膜によって微妙に異なることがある。すなわち、試料の内周部と外周部の中間部の温度を、数度高めに、あるいは数度低めに制御することが必要となってくる。このために、中間部の第３、第４のヒータ電極を装備した構成が有用である。

このように、本実施例によれば、共通の層に形成されたヒータ・吸着兼用電極とこれに接続された静電吸着用電源及びヒータ用電源を備えた簡単な構成により、異なるサイズのヒータ電極エリアと静電吸着エリアとを同時に、かつ、用途に応じて使用できる。そのため、静電吸着力により試料のほぼ全面を確実に吸着しながら、電極上の試料表面の平均温度ならびに径方向温度分布を、高速に変更することが出来る。これにより、エッチングレートならびに、形状の均一性を、試料面内で確保することが出来る。

本発明は、静電吸着電極がモノポールタイプのものについても有効である。
図６に、本発明の第２の実施例になる電極構造の例を示す。基板電極（電極本体）０１１３には、電極薄膜として、連続した帯状の電極面０１２３ｋが半径方向ギャップ０．５ｍｍ〜１．０ｍｍを介して螺旋状に巻かれてヒータ・吸着兼用の電極薄膜０１２３が形成されている。本実施例では、電極薄膜に接続されるヒータ端子が試料載置面の外周付近と中央部及びそれらの中間に、０１４０a,０１４０b,０１４０c,０１４０dと４個あり、電極薄膜におけるヒータエリアは、各端子間の０１４０a〜０１４０b,０１４０b〜０１４０ｃ、０１４０ｃ〜０１４０ｄの３領域に分かれる。

図７を用いて、第２の実施例の基板電極０１１３の内部の詳細構造を説明する。誘電体薄膜０１２２は、実施例１で述べたのと同様な方法で形成される。例えば、基材部０１２０の上に１００〜３００μmのAl_２O_３からなる第１の誘電体薄膜を溶射法によって形成し、その上に、Ｗ等の金属材料を、図６に示したパターンに従って１０〜１００μmの厚みで溶射して実質的に同じ高さ（厚み）の層からなる電極薄膜０１２３を形成し、さらに、その上に、Al_２O_３からなる第２の誘電体薄膜を５０〜１５０μmの厚みで溶射する。

この例では、静電吸着用の電極はモノポールタイプであり、電極薄膜１２３の各ヒータ端子０１４０a,０１４０b,０１４０c,０１４０dに減流抵抗１２５を介して、例えば電流値０．１〜１０mA、電圧１００〜２０００Ｖを出力できる正又は負極性の直流電源０１１７が接続されている。また、ヒータの３領域に対応して、端子０１４０a,０１４０b,０１４０c,０１４０d間には、絶縁トランスを有するヒータ用の第１交流電源０１１８Ａ、第２交流電源０１１８Ｂ、第３交流電源０１１８Ｃがそれぞれ接続されている。各ヒータ電源は、商用周波数(５０／６０HZ)で、かつ、夫々１０〜２００Ｖ、５００Ｗ以下の範囲で出力調整可能に構成されている。ヒータ・吸着兼用電極０１２３の各ヒータ端子０１４０a,０１４０b,０１４０c,０１４０dへの給電線上には、バイアス高周波が流れ込まないようなカットフィルタ０１３０が設置してある。

ヒータの３領域に対応して第１〜第３の交流電源か設置されているので、この３領域ヒータによって各ヒータ領域の温度を個別に制御でき、これにより、試料の径方向温度分布を任意に制御することができる。例えば、温度分布が凸分布であって凸さ加減が被エッチング膜によって微妙に異なる場合に、試料の内周部と外周部の中間部の温度を、数度高めに、あるいは数度低めに制御することができる。

図８で、モノポールタイプの電極における静電吸着の動作を説明する。プラズマの着火された状態で電極薄膜（Ｗ電極）０１２３に直流高電圧を印加すると、電極薄膜から試料及びプラズマを介して処理室０１１１の壁の接地電位に到る電気的回路が形成され、ＥＳＣ電流として１００μＡ〜１０００μＡ程度の電流が流れる。この場合も、電極薄膜や試料、プラズマ及び処理室壁の抵抗値に比べて誘電体薄膜０１２２ｂの抵抗値がはるかに大きい。従って、特定の領域に集中することなく誘電体薄膜の全面を経て電流が流れる。そのため、各ヒータ領域へ交流電力の供給の如何にかかわらず、被処理基板０１１２の全面と電極薄膜０１２３との間で、均一に正負のチャージが誘起され、均一な静電気力が発生する。

なお、ヒータは任意の複数系統とすることができる。また、実施例ではヒータ３系統であるが、用途に応じて、例えば第２交流電源１１８Ｂの出力をゼロにすれば、実質的にヒータ２系統となる。また、電極エリアは、実施例に示した1個の螺旋状の帯エリアに限定されるものではない。吸着兼用電極として実質的に試料載置面のほぼ全面をカバーし得る吸着機能を発揮できるものであれば良い。例えば、平行に伸びた複数の直線エリアと、これらの直線エリアの各終端をつなぐ弧状エリアとで連続した１つの帯状電極エリアが、試料載置面の全面内を実質的にカバーするように構成しても良い。

本実施例によれば、共通の層に形成されたヒータ・吸着兼用電極とこれに接続された静電吸着用電源及びヒータ用電源を備えた簡単な構成により、異なる出力を発生し得る複数のヒータ電極エリアと、試料の全面を吸着する静電吸着エリアとを同時に、かつ、用途に応じて使用できる。そのため、静電吸着力により試料のほぼ全面を確実に吸着しながら、電極上の試料表面の平均温度ならびに径方向温度分布を、高速に変更することが出来る。これにより、エッチングレートならびに、形状の均一性を、試料面内で確保することが出来る。

本発明の第１の実施例の電極の詳細構造断面図。 本発明を用いた試料載置電極の第１の実施例を示す断面図。 本発明の第１の実施例の電極の平面構造を示す図。 非ヒータ・吸着専用エリアを含めた静電吸着エリアによる静電吸着の動作を説明する図。 本発明の第１の実施例を用いた場合の電極温度分布の制御例を示す図。 本発明の第２の実施例になる電極構造の例を示す図。 第２の実施例になる基板電極の内部の詳細構造を説明する図。 モノポールタイプの電極における静電吸着の動作を説明する図。

符号の説明

０１０１・・・・・・・マイクロ波源
０１１１・・・・・・・処理室
０１１２・・・・・・・被処理基板
０１１３・・・・・・・基板電極
０１１４・・・・・・・自動整合器
０１１５・・・・・・・バイアス電源
０１１６・・・・・・・He供給系
０１１７・・・・・・・静電吸着電源
０１１８・・・・・・・ヒータ電源
０１１９・・・・・・・温調器
０１２０・・・・・・・基材部
０１２１・・・・・・・通路
０１２２・・・・・・・誘電体薄膜
０１２３・・・・・・・電極薄膜
０１２４・・・・・・・絶縁トランス
０１２５・・・・・・・減流抵抗
０１２３a・・・・・・・外電極
０１２３b・・・・・・・内電極
０１２３c，d・・・・・・コモンエリア（ヒータおよび吸着エリア）
０１２３e，f，g，h・・・吸着専用エリア。

Claims (10)

1. 処理室内に設けられ被処理基板が配置される試料載置電極であって、
   試料載置面を有する誘電体膜と、
   前記誘電体膜を挟んで前記試料載置面と相対応するように設けられ、静電吸着用電極とヒータ電極とを兼ねる実質的に同じ高さの層からなる電極薄膜と、
   前記電極薄膜にヒータ用の交流電力と静電吸着用の直流電力とを同時に供給し得る電源装置と、
   を備えたことを特徴とする試料載置電極。
2. 請求項１の試料載置電極において、
   前記電極薄膜は、実質的に同じ金属薄膜で構成され、
   該金属薄膜の層が上下の誘電体膜で挟まれており、該上側の誘電体膜が前記試料載置面を有する、
   ことを特徴とする試料載置電極。
3. 請求項２の試料載置電極において、
   前記金属薄膜は、溶射膜による積層構造からなる
   ことを特徴とする試料載置電極。
4. 請求項２の試料載置電極において、
   前記誘電体膜間に形成される前記金属薄膜は、Ｗまたは金属合金によって抵抗率が管理されていることを特徴とする試料載置電極。
5. 請求項１の試料載置電極において、
   前記電極薄膜は、面積がほぼ同じ大きさの外側吸着電極と内側吸着電極から構成され、
   前記外側吸着電極と内側吸着電極に夫々設けられたコモンエリアと、
   前記コモンエリアの少なくとも一方にブリッジ部を介して接続された少なくとも一つのブランチエリアと、
   前記外側吸着電極と前記内側吸着電極間に直流電力を印加する直流電源装置と、
   前記各コモンエリアの両端部に交流のヒータ電力を印加する交流電源装置と、
   を備えたことを特徴とする試料載置電極。
6. 請求項５の試料載置電極において、
   前記コモンエリアは、平面形状として一定の幅を有する帯状の電極エリアが半径方向のギャップを介して周方向に複数回巻かれて構成されている、
   ことを特徴とする試料載置電極。
7. 請求項１の試料載置電極において、
   前記電極薄膜は、実質的に試料載置面のほぼ全面をカバーし得る連続した帯状の電極面として構成されており、
   前記連続した帯状の電極面の両端部及びそれらの間に設けられた全体として３個以上のヒータ端子を備えており、
   前記電極薄膜に直流電力を印加する直流電源装置と、
   前記３個以上のヒータ端子間に接続された交流のヒータ電力を印加するための出力調整可能な複数の交流電源装置と、
   を備えたことを特徴とする試料載置電極。
8. 内部が減圧排気される処理室と、
   前記処理室内に設けられ被処理基板が載置される試料載置電極と、
   前記処理室内にプラズマを発生させるための電磁波発生装置と、
   前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給系と、
   前記処理室内を排気するための真空排気系とを有するプラズマ処理装置において、
   前記試料載置電極は、
   試料載置面を有する誘電体膜と、
   前記誘電体膜を挟んで前記試料載置面と相対応するように設けられ、静電吸着用電極とヒータ電極とを兼ねる実質的に同じ高さの層からなる電極薄膜と、
   前記電極薄膜にヒータ用の交流電力と静電吸着用の直流電力とを同時に供給し得る電源装置と、
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 請求項８のプラズマ処理装置において、
   前記電極薄膜は、面積がほぼ同じ大きさの外側吸着電極と内側吸着電極から構成され、
   前記外側吸着電極と内側吸着電極に夫々設けられたコモンエリアと、
   前記コモンエリアの少なくとも一方にブリッジ部を介して接続された少なくとも一つのブランチエリアと、
   前記外側吸着電極と前記内側吸着電極間に直流電力を印加する直流電源装置と、
   前記各コモンエリアの両端部に交流のヒータ電力を印加する交流電源装置と、
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
10. 請求項８のプラズマ処理装置において、
    前記電極薄膜は、実質的に試料載置面のほぼ全面をカバーし得る連続した帯状の電極面として構成されており、
    前記連続した帯状の電極面の両端部及びそれらの間に設けられた全体として３個以上のヒータ端子を備えており、
    前記電極薄膜に直流電力を印加する直流電源装置と、
    前記３個以上のヒータ端子間に接続された交流のヒータ電力を印加するための出力調整可能な複数の交流電源装置と、
    を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
    

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