(57)【要約】      （修正有）【課題】サセプタと試料台を同軸に配置してウエハ温度の偏りを抑制することのできるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空処理容器内に配置された円板状の試料台を備え、該試料台にイオン引き込み用高周波電圧を供給して、前記プラズマ中のイオンを加速して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料台は、その上面の内周側にウエハを載置する円板状の凸部４０１を備え、該凸部の外周側に前記試料台のウエハ載置面以外を覆うサセプタ２５３を保持する段差部４０２を備え、前記サセプタは、前記段差部の上面および試料台の側面を覆うとともに、前記段差部の上面に対向する面には半径方向に延びる凹溝３０１を円周方向に複数個備え、該凹溝を前記段差部の上面に形成したピン３０２にそれぞれ係合することにより前記サセプタを試料台２５０に取り付けた。【選択図】図３
2010199511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ポンプを備えた真空処理容器と、該真空処理容器内に配置され、供給された処理ガスにプラズマ生成用高周波電源からの高周波エネルギを供給してプラズマを生成するアンテナと、前記真空処理容器内に配置された円板状の試料台を備え、該試料台にイオン引き込み用高周波電圧を供給して、前記プラズマ中のイオンを加速して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記試料台は、その上面の内周側にウエハを載置する円板状の凸部を備え、該凸部の外周側に前記試料台のウエハ載置面以外を覆うサセプタを保持する段差部を備え、
前記サセプタは、前記段差部の上面および試料台の側面を覆うとともに、前記段差部の上面に対向する面には半径方向に延びる凹溝を円周方向に複数個備え、
該凹溝を前記段差部の上面に形成したピンにそれぞれ係合することにより前記サセプタを試料台に取り付けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記段差部の上面には、前記サセプタの高さ位置のみを調整する複数のピンを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記ピンの先端は球形であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記ピンの材質はプラズマ処理装置のプラズマ暴露面を構成する部材の材質と同じであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置にかかり、特に試料を載置する試料台とその試料台を保護するサセプタを備えたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ等の試料をプラズマ処理する装置において、試料を載置する試料台は、主として、静電気力で試料を固定する機能、試料の温度を制御する機能、プラズマ中のイオンを引き込んでエッチングをアシストするための高周波バイアスを試料に印加する機能がある。
【０００３】
静電気力によって試料を固定する方法として、試料台表面に誘電膜を形成し、前記試料台に直流電圧を印加する方法が主流である。前記誘電膜としてはリーク電流がナノアンペアオーダの抵抗率のものや、ミリアンペアオーダの抵抗率のものまで様々である。いずれにしても、誘電体膜を有するので、プラズマ照射によるダメージを回避するため、ウエハ載置以外の部分はサセプタで覆う。
【０００４】
試料の温度を制御する方法として、試料台に冷媒を流し、その冷媒の温度をコントロールする方法、試料台表層にジュール熱による発熱体を設けて、半径方向、円周方向の温度制御を行う方法などがある。
【０００５】
前記高周波バイアスは試料台を構成する金属プレートに直接印加され、ウエハ上のシース部に生じる電位差がプラズマ中のイオンを引き込む力として作用する。この電位差が大きいほど、イオン引込エネルギーは高くなるので、ＳｉＯ２などの無機膜のエッチングレートが向上する。このとき、試料台の誘電膜がプラズマに晒されていると、その部分にも同様にイオン引込が生じるので、誘電体膜がエッチング磨耗する。しかし、サセプタを配置することによって保護することができる。
【０００６】
しかしながら、サセプタのプラズマ照射面はプラズマの影響および高周波バイアスの影響を絶えず受けるため、磨耗減肉する。このため、交換周期は1〜2年の短期間となることもある。
【０００７】
試料台の、誘電膜が形成されてウエハを静電気力で固定する面の外径はウエハ径より小さく、ウエハはオーバーハングしている。一方、サセプタは、上記固定面外径から微小ギャップを隔てて有り、また高さは上記固定面より下側にある。つまりウエハはサセプタにオーバーラップしており、ウエハとサセプタ間には隙間が有る。
【０００８】
試料台の静電気力で固定する面の外径とサセプタ間の隙間は、互いの線熱膨張係数の違いに由来する干渉を回避するために設けてある。また、試料台の静電気力で固定する面とサセプタ面にあるギャップはウエハを固定面に確実に載置するために設けてある。サセプタは試料台のウエハ載置面より下方に位置する面に載置されており、サセプタの位置を固定するため廻り止めピンが設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−５９９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ウエハ等の試料を温度制御する場合、ウエハは、ウエハを固定する試料台とそれを保護するサセプタの両者から温度の影響を受ける。このため、ウエハと試料台とサセプタの３つは同軸に位置することが望ましい。その理由は、第一にウエハと試料台の位置関係が偏芯すると、それに由来してウエハ温度分布に偏芯が生じる。第二にサセプタとウエハ、試料台の関係において、プラズマ入熱によってサセプタが高温となりサセプタからウエハへの輻射入熱が発生する。このとき互いが偏芯しているとウエハ温度分布に偏りを生じる。特に、エッジ部の影響が大きい。また、ウエハとサセプタが接触すると局所的な温度スポットを生じる。更に、サセプタとウエハがラップしている部分の相互距離もウエハエッジ部の温度に影響するため、距離を一定を保つことが望ましい。また、サセプタと試料台は少なからず接触する面があるが、その接触面では熱の移動を生じるのでサセプタや試料台の温度分布に影響する。
【００１１】
ウエハを試料台と同軸に載置する際の精度は、搬送精度に由来するのでその精度を高めることで実現できる。一方、試料台とサセプタを同軸配置するには、互いの線熱膨張係数が大きく異なることが障害となる。つまり、円周方向と半径方向の拘束を両立し、且つ半径方向の熱膨張差を逃がす機構が必要である。また、ウエハとサセプタのラップ部の相互距離を一定にするために、サセプタ高さを調整する機構が必要である。サセプタと試料台の接触面については、相互が均一な接触面分布をもつか、または影響を受けない程度の微小接触面とするなどの形状工夫が必要となる。
【００１２】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、サセプタと試料台を同軸に配置してウエハ温度の偏りを抑制することのできるプラズマ処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１４】
排気ポンプを備えた真空処理容器と、該真空処理容器内に配置され、供給された処理ガスにプラズマ生成用高周波電源からの高周波エネルギを供給してプラズマを生成するアンテナと、前記真空処理容器内に配置された円板状の試料台を備え、該試料台にイオン引き込み用高周波電圧を供給して、前記プラズマ中のイオンを加速して前記試料台上に載置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記試料台は、その上面の内周側にウエハを載置する円板状の凸部を備え、該凸部の外周側に前記試料台のウエハ載置面以外を覆うサセプタを保持する段差部を備え、前記サセプタは、前記段差部の上面および試料台の側面を覆うとともに、前記段差部の上面に対向する面には半径方向に延びる凹溝を円周方向に複数個備え、該凹溝を前記段差部の上面に形成したピンにそれぞれ係合することにより前記サセプタを試料台に取り付けた。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上の構成を備えるため、サセプタと試料台を同軸に容易に配置すること可能であり、ウエハ温度の偏りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明が適用されるプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】プラズマ処理装置を構成する真空処理室を説明する図である。
【図３】真空処理装置を構成する試料台を説明する図である。
【図４】試料台の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用されるプラズマ処理装置の全体構成を示す図である。図1に示すように、プラズマ処理装置は、試料収納カセット１０１、大気側試料搬送室１０２、ロック室１０３および１０４、真空側試料搬送室１０５、真空処理室１０６を備える。
【００１８】
試料収納カセットに収納された試料は１枚ずつ大気側試料搬送室に格納された搬送ロボットによりロック室１０３に運ばれる。ロック室１０３の前後にはロック室内部を密閉するゲートバルブが備え付けられており、大気圧状態で試料が収納された後、ゲートバルブを閉めてロック室１０３内部を減圧する。ロック室１０３の内部が真空状態になった後、真空側試料搬送室１０５に格納された搬送ロボットにより試料を各真空処理室１０６に搬送し、処理を行う。
【００１９】
処理終了の後、試料は再び真空側試料搬送室１０５を介してロック室１０４に搬送される。このときロック室内部は真空状態にあり、処理終了後の試料を収納した後、ロック室１０４に備え付けられたゲートバルブが閉められ、内部を密閉し、加圧して大気状態となった後、試料は大気側試料搬送室１０２を介してカセット１０１へ戻される。
【００２０】
図２は、プラズマ処理装置を構成する真空処理室を説明する図である。図２に示すように、真空処理室は、処理室２００を有し、その上部に処理室２００内に電磁波を放射して電界を供給するアンテナ２０１、下部にウエハ２２０などの被処理対象である試料を載置する試料台２５０を備えている。
【００２１】
真空容器２１０は、アンテナ２０１を保持する側壁２１１およびこの側壁２１１の下方に配置された下部容器２１２を有している。この下部容器２１２と試料台２５０の間の空間は、処理室２００内のガス、プラズマ、あるいは反応生成物が移動して排気手段である排気ポンプ２０３により排気される空間となっている。
【００２２】
処理室２００の周囲には、たとえば電磁コイルとヨークよりなる磁場形成手段２０２が設置されている。処理ガスは、図示しないガス供給手段から所定の流量と混合比をもって処理室２００内に供給され、複数の回転可能で連通を開閉可能なフラップを有する真空排気弁２０４と排気ポンプ２０３とにより処理室２０内の圧力が制御される。
【００２３】
アンテナ２０１には、真空容器２１０外に設置された高周波電源２２１からマッチングボックス２２２を介して高周波電力が印加され、アンテナ２０１を伝わって処理室２００内に導入される。このとき、磁場形成手段２０２によって形成される磁場との相互作用によりプラズマが形成され、ウエハ２２０をエッチング処理する。
【００２４】
試料台２５０は、金属製ブロック２５１および該金属製ブロック上に形成した誘電体膜２５５を有し、処理室２００外に設置された直流電源２０６の電圧を例えば前記誘電体膜２５５内に形成した電極にフィルタ回路２５６を介して印加することにより、誘電体膜２５５上に配置したウエハを静電気により吸着して保持する。
【００２５】
ウエハ２２０の裏面には、Ｈｅガスが、処理室２００外に設置されたHeガス源２１３からガス供給量を調整するガス導入調節弁２１４を介して供給されウエハ２２０を冷却する。
【００２６】
また、処理室２００外に設置されたＲＦバイアス電源２０７の電圧がマッチングボックス２０８を介して試料台２５０を構成する金属製のブロック２５１に印加され、プラズマ中のイオンをウエハ２２０上に引き込みエッチング反応をアシストする。また、試料台２５０を構成する金属ブロック２５１には流路２５４が設けられており、処理室２００外に設置された温調ユニット２０９からの冷媒が供給されて温度制御されている。つまり、ウエハ２２０は処理中にプラズマからの入熱および高周波バイアスによる入熱を受ける。しかし、この入熱はHeガス、誘電体膜２５５、および金属製ブロック２５１を介して放熱される。
【００２７】
金属製ブロック２５１をプラズマから電気的に絶縁するため、あるいはプラズマによってスパッタおよびエッチングされて消耗するのを保護するためにサセプタ（絶縁体リングカバー）２５３が設置されている。また、アクチュエータ２５８にアーム２５９が繋がっており、更にアームからプッシャピン２６０が上方に向けて立ち上がり、アクチューエータ２５８の上下動にしたがってプッシャピン２６０が連動して上下動し、ウエハ２２０を試料台２５０に載置し、あるいは乖離する機能を果たす。
【００２８】
図３は、真空処理装置を構成する試料台を説明する図であり、図４は試料台の一部拡大図である。
【００２９】
試料台２５０を構成する金属製ブロック２５１は、その上面の内周側にウエハを載置する円板状の凸部４０１を備え、該凸部の外周側に前記試料台のウエハ載置面以外を覆うサセプタ２５３を保持する段差部４０２を備える。
【００３０】
前記段差部４０２にはピン３０２を円周上に略等間隔に複数個（図では３個）配置する。前記サセプタ２５３には半径方向を長手として延びる凹溝３０１を円周上に略等間隔に複数個（図では３個）配置する設ける。
【００３１】
金属製ブロック２５１にサセプタ２５３を載置する際には、前記ピン３０２と凹溝３０１が嵌合するように配置する。ピン３０２および凹溝３０１は周方向に３カ所以上設けるのが望ましい。サセプタ２５３と金属製ブロック２５１の位置関係は、嵌合箇所を３箇所以上とすることで所定範囲内に納めることができる。前記範囲を狭めるには、ピン３０２と凹溝３０１の隙間寸法を小さくするとよい。凹溝３０１の形状は、半径方向を長手とする形状であればよい。この形状であれば、金属ブロック２５１とサセプタ２５３の熱膨張差の影響を回避することができ、サセプタ２５３あるいはピン３０２などの破損を抑制することができる。
【００３２】
図４はピン３０２の先端を球状とした例を示す。ピンの形状を球とすることで、ピン３０２と凹溝３０１の接触は最大で２箇所の点接触となる。このため、例えば、金属ブロック２５１が熱で半径方向に膨張したとき、ピン３０２と凹溝３０１の接触部は擦れ合うことになるが、このとき発生する異物量を最小限に抑えることが可能となる。また、ピン３０２を構成する部材は４フッ化樹脂などの低摩擦係数部材、あるいはプラズマ処理室を構成する部品のプラズマ暴露面を構成する部材と同一部材であることが望ましい。
【００３３】
前者は、擦れ合うときに、表面を削り採る力が低減されるので異物低減効果がある。後者は、表面を削り採っても材料としては処理室構成部品と同じなので汚染要因になりにくい。例えば、処理室構成部品の表面がセラミックスであれば、ピン先端部は同様セラミックスとする。ピン３０２母材はアルミ、ステンレス等の金属とし、表面にセラミックス溶射してもよい。
【００３４】
なお、図4に示す、サセプタ２５３の段差部４０２上における位置と金属ブロック２５１の表面に形成された誘電体膜２５５上の位置間の距離Bはサセプタ２５３の消耗に伴い増大する。距離Ｂの変動に伴い、ウエハのエッジ部に対するの温度インパクトが経時的に変化するので、この距離Ｂは経時的に一定に保つことが望ましい。
【００３５】
このため、ピン３０２に高さ方向の調整機構を設け、例えば、メンテナンス時に距離Bを測定し、拡大した分だけピン高さを上方に再セットする。高さ調整機構付きのピンは全体で3箇所にするのが望ましい。
【００３６】
なお、高さ調整は、図４に示すピン３０２以外のピンによって行うことができる。すなわち、半径方向および円周方向位置を拘束をするピン3箇所以上と、高さ方向位置を調整するピン3箇所をそれぞれ設ける。高さ調整において、サセプタ２５３、誘電体膜２５５、金属ブロック２５１の接触面積を最小限にするために、図４に示す距離Cは０以上に設定する。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態によれば、試料台の外周側に設けた段差部の上面に円周方向に複数形成したピンに、半径方向に延びる凹溝を円周方向に複数個形成したサセプタをそれぞれ係合することにより前記サセプタを試料台に取り付けて、サセプタと試料台を同軸に配置するので、試料台を構成する金属ブロックが熱膨張してもサセプタを破損することない。また、サセプタと試料台を容易に同軸に配置することが可能となり、ウエハ温度分布の偏りを抑制できる。また、金属製ブロックの段差部に配置したピンとサセプタに配置した凹溝間の擦れに起因する異物の発生リスクあるいはこれによる汚染リスクを最小限に抑えることが可能となる。
【符号の説明】
【００３８】
１０１  試料収納カセット
１０２  大気側試料搬送室
１０３  ロック室
１０４  ロック室
１０５  真空側試料搬送室
１０６  真空処理室
２００  処理室
２０１  アンテナ
２０２  磁場形成手段
２０３  排気ポンプ
２０４  真空排気弁
２０６  直流電源
２０７  高周波バイアス電源
２０８  マッチングボックス
２０９  温調ユニット
２１０  真空容器
２１１  側壁
２１２  下部容器
２１３  Ｈｅガス源
２１４  ガス導入調節弁
２２０  ウエハ
２２１  高周波電源
２２２  マッチングボックス
２５０  試料台
２５１  金属製ブロック
２５３  サセプタ
２５４  流路
２５５  誘電体膜
２５６  フィルタ回路
２５７  プッシャ
２５８  アクチュエータ
２５９  アーム
２６０  プッシャピン
３０１  凹溝
３０２  ピン
４０１  凸部
４０２  段差部
【図１】
2010199511.tif 000003
【図２】
2010199511.tif 000004
【図３】
2010199511.tif 000005
【図４】
2010199511.tif 000006