(57)【要約】【課題】ウエハを安定して吸着し処理のスループットを向上させるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空容器内部のプラズマが形成される処理室と、この内側に配置されその上面にウエハを静電吸着に保持する試料台と、この試料台の前記上面配置され前記ウエハを加熱する第一のヒータと、前記試料台内の前記第一のヒータ下方で下方の試料台内部に前記上面の外周側でこれを囲んで配置された第二のヒータと、前記第二のヒータにより前記試料台下部の温度が中央側より外周側が高くなるように前記第二ヒータの動作を調節する調節器とを備えた。【選択図】図１
2010010231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内部のプラズマが形成される処理室と、前記処理室内に配置され上面にウエハを静電吸着に保持する試料台と、前記試料台内の前記上面の側に配置され前記ウエハを加熱する第一のヒータと、前記試料台内の前記第一のヒータの下方で前記ウエハを静電吸着に保持する試料台の上面の外周を囲んで配置された第二のヒータと、前記第二のヒータにより前記試料台の下部の外周側の温度が中央側の温度より高くなるように前記第二のヒータの動作を調節する調節器と、を備え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に記載のプラズマ処理装置であって、前記調節器は、前記試料台の下部の温度分布の勾配が外周側に向かって正になるように前記第二ヒータの動作を調節することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置であって、前記試料台内の前記第一のヒータと第二のヒータの間に配置され、前記試料台の温度を調節する熱交換媒体の通路を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記ウエハの中央側の温度を外周側の温度より高く調節可能なことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記試料台内に、中央部が凸状にされた金属製の円板状部材と前記凸状の部分の上面に配置された誘電体製の膜とを有し、前記第二のヒータが前記凸状の部分の外周を囲んで、前記凸状の部分の下側であって前記円板状部材の下面に配置された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、容器内で半導体ウエハ等の基板状の試料を、プラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に係り、特に試料を容器内部に配置した試料台上に保持してこの温度を調節しつつエッチング等の処理をするプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記プラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理装置において、処理のスループットの向上のため、試料の表面に配置され半導体デバイスの回路構造を形成するための複数の膜層の構造を連続して処理することが考えられている。例えば、シリコン製の半導体ウエハの基板の上面に配置されたフォトレジスト層、反射防止膜層、ハードマスク層、ポリシリコン層、メタル層といった異なる種類の材料から構成された複数の膜を連続してエッチングすることが求められている。
【０００３】
このような複数のステップから構成される処理を高精度に実施するためには、エッチング条件としてのウエハの温度の値とその分布とをこれらのステップの間で短時間に高精度に変化させることが必要となる。また、このような異なる種類の材料に対するエッチングを高速、高精度に行う上で適切な温度を広い範囲で実現できることが求められる。
【０００４】
このような要求を実現するために、従来から、試料を上面に吸着して保持する試料台である静電吸着装置には、この静電吸着装置とこの上の試料を冷却する構成、例えば冷媒が通流する冷媒通路とともに静電吸着装置と試料とを加熱するヒータを備えたものが考えられてきた。
【０００５】
このようなヒータ付きの静電吸着装置の例としては、例えば、特許文献１に開示された、静電吸着装置の表面付近に発熱手段としてのヒータと静電吸着装置の基材内に冷却手段としての冷媒流路とを備えて、かつこれらの発熱手段ならびに冷却手段をそれぞれ独立に動作させてウエハの温度を短時間で変化させる技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２に開示されるように、ウエハを吸着する支持基板（試料台）の上部に静電吸着用の特定のパターンを有する電極を形成するとともに、支持基板の裏面側に静電吸着用の電極パターンと同一又は類似形状のパターンを有するヒータを設置することで、支持基板の吸着面とその裏面との熱膨張差を相殺して吸着面の平面度を維持する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−０８８４１１号公報
【特許文献２】特開平１０−０８０１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１によれば、ヒータと冷媒溝との間で生じる温度差が増すとともにウエハの温度変化に要する時間が短縮するものの、一方で基材の表面と裏面とで生じる熱膨張量の差異が増す。この熱膨張量差が増すに伴って、静電吸着装置が全体的に上方に凸にたわみその上面の中央部と外周部との高さの差が増大してしまう。このようなたわみの度合いが所定の値より大きくなると、静電吸着装置の上面に載せられた試料であるウエハは上面に吸着して接触していることができなくなり一部または全体が上面から剥がれてしまう。この場合には、ウエハと静電吸着装置との間に例え熱伝達用のガスが供給されていても熱の伝達が局所的に偏って温度の分布を所期のものにすることができなくなったりウエハの表面の高さがプラズマに対して不均一になったりして精度良くウエハをエッチング処理することができなくなるという問題が生じていた。このような点について従来技術では配慮がなされていなかった。
【０００８】
また、特許文献２によれば、静電吸着装置である支持基板には冷却手段が備えられていないので、ウエハを冷却する時間が長くなってしまう。つまり、静電吸着装置の周囲は真空であるため、静電吸着装置の放熱の経路は静電吸着装置を真空容器に設置するための部材との接触による伝導伝熱や、ヒータなどの給電線を通した伝導伝熱、あるいは静電吸着装置の放射伝熱に限られてしまう。いずれの経路によっても、得られる放熱速度が小さくウエハを処理する各ステップ間の時間内に変化させられる温度が小さいために処理のスループットが低下してしまうという問題が生じていた。
【０００９】
さらに、この支持基板を金属で構成しその内部に冷却手段としての冷媒溝を備えたとしても、複数の処理のステップを連続的に処理することを実現する上で、ウエハの温度を高温から低温に切り替える際の応答時間が増してしまい、エッチング処理におけるステップ間の時間が長くなってしまいスループットが損なわれてしまうという問題が生じる。この応答時間が増大してしまう理由は、高温の処理ステップ時においては支持基板の裏面に配置されたヒータを発熱させるためであり、裏面のヒータの発熱量が増すとともに支持基板の平均温度が増してしまうからである。
【００１０】
さらには、ステップ間の温度変化に伴う支持基板のウエハ半径方向についての熱膨張量は、ウエハよりも支持基板の方が大きいため、支持基板上に載せられたウエハは温度の変化に伴って増大する基材の変形に追随することができなくなる。この際にウエハと支持基板上面との間で滑りが生起すると、ウエハの裏面あるいは支持基板の吸着面が摩擦により損傷してしまい、この結果生じた欠損の部分が処理室内部で異物となって、ウエハを汚染して歩留まりを損なってしまう虞がある。このような問題はウエハの径の増大に伴ってより顕著になる。また、１つ目の問題で述べた基材の平均温度の増大が、このウエハの滑りによる問題を助長する。このような理由から、単に支持基板に冷却手段と加熱手段とを備えたとしても、ウエハの複数ステップによる連続的処理を高精度、高効率に行ううえで問題が生じていた。
【００１１】
本発明は、このような問題を改善するためになされたものであり、ウエハを安定して吸着し処理のスループットを向上させるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的は、静電吸着装置の基材に形成した冷却手段と、該静電吸着装置の表面すなわち吸着面のごく近傍に形成した第一の加熱手段と、該静電吸着装置のウエハ吸着面外側に形成した第二の加熱手段とを備える静電吸着装置をプラズマ処理装置内に備え、該静電吸着装置裏面におけるウエハ最外周端部の半径方向温度勾配を、高温ステップ実施時に中央部から外周に向かって正とすることで達成される。
【００１３】
本発明のプラズマ処理装置は、真空容器内部のプラズマが形成される処理室と、前記処理室内に配置され上面にウエハを静電吸着に保持する試料台と、前記試料台内の前記上面の側に配置され前記ウエハを加熱する第一のヒータと、前記試料台内の前記第一のヒータの下方で前記ウエハを静電吸着に保持する試料台の上面の外周を囲んで配置された第二のヒータと、前記第二のヒータにより前記試料台の下部の外周側の温度が中央側の温度より高くなるように前記第二ヒータの動作を調節する調節器と、を備えたことを特徴とする
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高温ステップ時に静電吸着装置が熱膨張して凸状となった場合において、前記第二の加熱手段の作用で、最外周端部においてウエハ吸着面の半径方向曲率が低下し、最外周端部においてウエハが吸着面に確実に吸着する。
また、本発明によれば、静電吸着装置のウエハ吸着面は前記第二の加熱手段の影響を受けないため、静電吸着装置のウエハ吸着面の径方向への熱膨張は抑制され、吸着ウエハ裏面ならびにウエハが接触する静電吸着装置の吸着面は損傷しない。
【００１５】
以上の効果により、本発明によればウエハ温度を短時間で変化させる場合においてウエハを安定して吸着しプラズマエッチング処理が可能となる静電吸着装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【実施例】
【００１７】
図１乃至５は、本発明の実施例を説明する図である。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【００１８】
本実施例において、プラズマ処理装置は真空容器内部の減圧される空間内の下部に配置された電極を有する試料台上に保持された半導体ウエハ等の基板状の試料であるウエハ１をこの空間の上部で形成したプラズマを用いて処理するものである。真空容器の上方には内部の空間に電界及び磁界を供給する電界発生手段と磁界発生手段とが配置され、下方には内部を排気する排気手段が配置されている。プラズマ処理装置の真空容器内部の空間である処理室３は、略円筒形状を有する金属製の真空チャンバ１０２の内部の略円筒形状の空間であり、この処理室３の上方には真空チャンバ１０２上部を構成する石英製のシャワープレート１０３と石英製の蓋１０１が配置されている。
【００１９】
一方、真空チャンバ１０２の下方の処理室３の底部には、開口が配置されてこの開口は、その下方に配置されたバルブ１０４を介して真空ポンプ１０５と連通されている。さらに、真空チャンバ１０２の処理室３の底面に絶縁部材１０６を介して静電吸着装置２が連結されて処理室３の下部に配置されている。また、これら部材間の隙間は図示しないＯリング等の適切なシール手段によって真空チャンバ１０２外部との間を気密に封止されており、真空ポンプ１０５の動作により処理室３内部は開口を通り排気され、処理室３内部の圧力は１００００分の１Ｐａ程度までの高い真空度に維持することができる。
【００２０】
処理室３の天井面は円筒形状の処理室３の上部の中心から外周までを覆って配置されたシャワープレート１０３により構成されている。シャワープレート１０３とその上方に配置され真空チャンバ１０２に載せられて内外を気密に仕切る蓋１０１との間にはガスだまり１０９が配置されている。ガスだまり１０９の構成部材間の隙間は図示しないＯリング等のシール手段によって気密に接続されている。
【００２１】
処理室３内部に導入される処理ガス１０８は、図示しないタンク等のガス源から所定の管路を通って真空チャンバ１０２に配置されたガス導入穴１０７からガスだまり１０９に導入される。このガスだまり１０９に導入された処理用ガス１０８は、ガスだまり１０９内の空間に全体に拡散して円板形状を有するシャワープレート１０３の中心周りに所定の半径を有する円形の領域に配置された多数の貫通穴１１０を通り処理室３内に導入される。貫通穴１１０の配置された領域は、後述するように下方の静電吸着装置２上に載せられるウエハ１の上方に位置しており、貫通穴１１０を通った処理用ガス１０８はウエハ１の全体にわたり拡散して処理室３に導入される。処理用ガス１０９としては、プロセス毎に単一の物質のガスあるいは複数の物質を所定の比量で最適な流量比で混合したガスを用いる。
【００２２】
処理室３の上方の蓋１０１の上方には円板状の導電製部材であるアンテナ１１１が配置されている。アンテナ１１１には高周波電源１１４及びこの高周波電源１１４からの高周波電力をオン・オフ可能なスイッチ１１３及び高周波電力の印加の際にインピーダンスの整合をとるための整合器１１２が連結されている。高周波電力がアンテナ１１１に印加されることにより、電界が石英等の誘電体製の円板状の部材である蓋１０１を通りシャワープレート１０３を透過して伝播して処理室３内部の空間に電界を生成することができる。
【００２３】
また、蓋１０１の上方と真空チャンバ１０２の側方には、処理室３及び内部の静電吸着装置２の外周を囲んで配置されたコイル１１５が配置されており、このコイル１１５により形成された磁界が処理室３内に供給される。処理室３内に導入された電界及びコイル１１５によって生じる磁場との相互作用により、処理室３内に導入された処理用ガス１０８の物質を励起して処理室３内に高密度なプラズマが形成される。
【００２４】
試料台である静電吸着装置２は、後述するように内部に導電製の金属から構成された部材を有し、この部材が電極として高周波電力を供給する整合器１１７を介して高周波電源１１６と連結されている。高周波電源１１６からの高周波電力が静電吸着装置２に供給されることにより、その上面に載せられて吸着されたウエハ１の上面にはバイアス電位が形成され、処理室３内に形成されたプラズマとの間の電位差により、処理中にプラズマ中に存在する荷電粒子はウエハ表面に誘引される。ウエハ１のエッチング処理は、上記電界、磁界の分布に沿って荷電粒子がウエハ１表面と衝突する作用とプラズマ中の高反応性を有する粒子との作用とを利用して行われる。
【００２５】
試料台である静電吸着装置２には、ウエハ１を保持する上面の側に配置され、ウエハ１を加熱する第一のヒータ５と、静電吸着装置２内の第一のヒータ５の下方でウエハ１を静電吸着に保持する静電吸着装置２の上面の外周を囲んで配置された第二のヒータ１６とが設けられている。
【００２６】
図２は、図１に示す実施例に係る静電吸着装置２の構成の概略を示す縦断面図である。静電吸着装置２は、絶縁部材１０６を介して処理室３の底面を構成する真空チャンバ１０２底部と連結されている。静電吸着装置２は、中央部が外周部より厚さが大きな断面略凸字状の部材であって、図上、上下方向の中心軸の周りに軸対称の形状を有している。
【００２７】
さらに、静電吸着装置２は、主要部を構成して断面が略凸字状の円板形状を備えたチタン製の基材４とその凸部の円形の上面に形成された複数層の誘電体製の膜を備えている。これらは誘電体製の膜は、形成後は一体して結合してウエハ１の載置面を構成する。
【００２８】
誘電体製の膜は、基材４の凸部の上面に溶射によって形成された第一のセラミックス層９と、第一のセラミックス層９の上面に溶射によって静電吸着装置２の中心の周囲に対称に形成された第一の加熱手段としてのヒータ５と、ヒータ５の周囲を覆いかつ第一のセラミックス層９の上面に溶射によって形成された第二のセラミックス層８と、第二のセラミックス層８の上面に溶射によって静電吸着装置２の中心の周囲に対称に形成されたリング状の吸着電極６と、吸着電極６の周囲を覆いかつ第二のセラミックス層８の上面に溶射によって形成されてその上方に載せられるウエハ１の裏面と接する第三のセラミックス層７とにより構成されている。
【００２９】
本実施例の第一の加熱手段としてのヒータ５は、各々独立して動作が調節される同心状に配置された内ヒータ５ａと外ヒータ５ｂとを備えて、それぞれのヒータは電源１０に接続されている。また、静電吸着用の電力が供給される電極６が複数個備えられており、静電吸着装置２の中心軸の周囲に配置されたリング状または円形状の内電極６ａと、この外周側に位置してリング状の形状を有する外電極６ｂとを有している。これらの電極は各々に連結された直流電源１５から異なる極性の電力が供給される、所謂ダイポール型である。直流電源１５から電極６の各々に電圧を印加することで誘電体製の膜及びウエハ１内部の静電気が蓄積され相互の静電気力によってウエハ１がセラミクス層７上面に静電吸着して保持される。なお、本実施例において電極６は内電極６ａと外電極６ｂの２枚を備えたダイポール型の静電吸着装置としたが、必ずしもダイポール型である必要はなく、モノポール型であっても構わない。また、静電吸着以外による吸着方法であってもよい。
【００３０】
チタン製の基材４は、円板部の内部に冷却手段として冷媒が通流する複数の流路１１を備えており、チラーなどの温調器１２によって所定の値に温度が調節された冷媒が接続されて流路１１を流れる際に熱交換して基材４及び静電吸着装置２、ひいてはその上方に保持されたウエハ１と熱交換してこれらの温度を調節する。本実施例の流路１１は、基材４の内部でその上下方向の中心軸の周りに多重に配置された同心状の円または円弧の組み合わせ、あるいは、ら旋状に配置された通路であり、基材４の中心部とその外周側部分との少なくとも２つの独立した冷媒の通路を構成している。中心部の流路１１と外周側部の流路１１とは相互に連結することなく各々が別の温度に冷媒を温度調節可能な温調器１２と連結されて、基材４または静電吸着装置２の中心部と外周側部とが異なる温度にとなるように調節可能に構成されている。
【００３１】
基材４は、上記の通り、整合器１１７を通して高周波電源１１６と接続されており、バイアス電圧を印加することでプラズマ中のイオンをウエハに引き込んで衝突させることで表面の膜層の異方性エッチングを実現している。なお、基材４の材質としては、本実施例においてはチタンとしたが、必ずしもチタンに限定されるものではなく、適度な強度があればどのような金属でも使用でき、たとえば、ステンレス、アルミ、アルミ合金などが好適に使用できる。
【００３２】
静電吸着装置２の下部の外周側部分には、静電吸着装置２の周囲からその下部を加熱する第二の加熱手段１６が配置されている。すなわち、断面が凸字状の基材４の凸部より外周側の部分の下面にはリング状に配置された凹み部を備え、この凹み部の内部に溶射によって形成された第四のセラミックス層１８及び第四のセラミックス層１８の下面に溶射によって形成された第二の加熱手段としてのヒータ１６並びにヒータ１６の周囲を覆いかつ第四のセラミックス層１８の露出面に溶射によって形成した第五のセラミックス層１７とを備えている。第二の加熱手段としてのヒータ１６はこれに電力を供給する電源１９に接続されている。
【００３３】
また、基材４の凸部の上面の近傍には、凹みが配置されて内部に温度測定手段としての熱電対１３が備えられている。さらに、基材４の下面には、熱電対２０を複数、本実施例では２個配置されている。これらのうち一方の熱電対２０ａは、基材４の中心軸から半径方向について円形の凸部上面の外終端の直下方または載せられたウエハ１の外周端の直下方の位置よりも内側に配置されている。一方、別の熱電対２０ｂは、円形の凸部上面の外終端の直下方またはウエハ１外終端の直下方の位置よりも外側に設置されている。これらの熱電対２０ａ，２０ｂからの出力により、プラズマ処理装置の制御器１４は、静電吸着装置２の下部における温度の分布、変化を検出する機器ができる。
【００３４】
温調器１２、ヒータ電源１０および１９、ならびに熱電対１３および２０は制御器１４に接続されて、ウエハ１の処理中、非処理中にこれらの出力が制御器１４に送信可能に構成されている。本実施例では、熱電対１３，２０の出力から検出された結果に基づいて、制御器１４が温調器１２、ヒータ電源１０，１９（及びヒータ５）の動作にフィードバックして調節することで、ウエハ１の温度の値とその分布を適切に調節する。処理室３の内部に配置されたウエハ１の温度の調節は主に静電吸着装置２によってなされるので、両者間の熱抵抗は小さい方がよく、そのため、ウエハ裏面と静電吸着装置の間に存在する図示しないわずかな隙間に冷却ガス２１を、例えば１０００Ｐａの圧力で導入しウエハ１裏面と静電吸着装置２の上面との間の熱伝達を向上させている。冷却ガス２１としては、処理に影響を及ぼさないものであれば種類は特に問わないが、例えばヘリウムが好適に使用できる。
【００３５】
このような構成のプラズマ処理装置において、ウエハ１のエッチング処理は、概略次のように実施される。まず、処理室３が真空ポンプ１０５の動作により所定の真空度の圧力にされた状態で、真空チャンバ１０２と連結された図示しない搬送容器との間に配置されて処理室３内部と搬送容器内部とを開閉するバルブが開放される。嗣ぎに、搬送容器内部の図示しない搬送用のロボットに保持されたウエハ１が搬送容器内から処理室３内に搬入され、試料台である静電吸着装置２の上面に配置されたウエハの１載置面を構成する誘電体製の膜上方の所定の位置まで搬送される。
【００３６】
この際、静電吸着装置２は、ウエハ１のエッチング処理を実施するに適した温度の値とその分布がその上面とウエハ１の表面に実現されるように、予め各冷媒の温度を調節する各温調器１２による中心部及び外周部の流路１１を流れる冷媒の温度及びヒータ５，１６の出力とが制御器１４によって調節されている。例えば、ウエハ１上方の処理室３の生成物の分布に応じてウエハ１または静電吸着装置２の凸部の中心部の温度が高く外周部が低くなるように、冷媒の温度の値及びヒータ５ａの出力が大きくなるように調節される。さらに、ヒータ１６の出力が基材４または誘電体膜の上面の変形を抑制するように調節される。このようなフィードバックによる調節は、プラズマが形成され処理が開始された後も行われる。
【００３７】
静電吸着装置２内部に収納された複数の２２ピンが図示しない駆動装置により駆動されて誘電体製の膜上方に突出しウエハ１をロボットから上方に持ち上げて受け取った後、ロボットがウエハ１下方から処理室３外に移動して再度ピン２２が駆動されて下方に移動して静電吸着装置２内部に収納される。このような動作によりウエハ１は静電吸着装置２の載置面上に載せられる。
【００３８】
この後、後述する誘電体製の膜内部に配置された静電吸着用の電極膜に電力が供給されたことにより誘電体製の膜及びウエハ１内部に形成される静電気力によってウエハ１が静電吸着装置２上に吸着されて保持される。さらに、処理中にウエハ１及び静電吸着装置２との間の熱伝達の効率を向上するため図示しない誘電体製の膜上に開口を有するガス導入口から熱伝達性のガスがウエハ１及び誘電体製の膜との間の空間に供給される。
【００３９】
処理用ガス１０８がウエハ１の上方に位置する貫通穴１１０から処理室３から下方に向けて導入される。この際も真空ポンプ１０５は動作しており、処理室３内は所定の圧力となるように調節されている。この状態で、アンテナ１１１に高周波電力が供給されて処理室３内に電界が供給されるとともにコイル１１５により生起された磁界が処理室３内に供給される。これらの電界、磁界の作用により処理用ガスを構成する物質の粒子が励起されてプラズマが形成される。
【００４０】
プラズマの形成とともに静電吸着装置２内の電極にウエハ１上面のバイアス電位形成のための高周波電力が供給されウエハ１のエッチング処理が実施される。本実施例のエッチング処理は、ウエハ１上面に配置された少なくとも１つの膜層を各々異なる条件で連続的に処理することが行われ、各条件の処理のステップの間に静電吸着装置２上面及びウエハ１の上面の温度の条件を変更する。例えば、ウエハ１または静電吸着装置２の凸部の中心部の温度と外周部の温度との差が低くなるように或いは等しくなるように、冷媒の温度及びヒータ５ａ，５ｂの出力が調節される。これに伴って、さらにヒータ１６の出力が基材４または誘電体膜の上面の変形を抑制するように調節される。
【００４１】
所定のステップ数のエッチング処理が終了したことが図示しないセンサや検知装置の出力から検出されると電界、磁界の供給及びバイアス電位の形成が停止されプラズマを消失させた後、熱伝達用ガスの供給を停止してウエハ１を搬入と逆の手順により処理室３または真空チャンバ１０２外に搬出する。この後、プラズマ、処理用ガスの排出後別の未処理のウエハ１が搬入されてエッチング処理が再開される。
【００４２】
図３は、図２に示した静電吸着装置に係るヒータの配置パターンを模式的に示す横断面図である。図３（ａ）は、基材４の上面に配置されたヒータ５のパターンを示す横断面図であり、図３（ｂ）は第二の加熱手段である基材４の下面側に配置されたヒータ１６のパターンを示す横断面図である。図３（ａ）及び（ｂ）において、Ｗは配置されたヒータ５が配置された基材４の上面の中心から周囲までの距離（半径）を示しており、ウエハ１の半径に対応したものである。ｒは、第二の加熱手段である基材４の下面側に配置されたヒータ１６の中心からの距離（半径）を示している。
【００４３】
本実施例において、第一の加熱手段であるヒータ５は、基材４または静電吸着装置２の上下方向（図面上で表裏方向）の軸の周囲にリング状に配置された内ヒータ５ａと、内ヒータ５ａの外周側でこれを囲んで同心状に配置された外ヒータ５ｂとから構成されている。これらは、断面凸字状の基材の円形の凸部の上面の各々の配置された領域において電源１５と連結するためのコネクタ部を除く箇所において同心に配置された円弧形がその中心を通る水平の線について対称に折り返されて多重に接続されており、各領域での温度が均一となるように配置されている。
【００４４】
第二の加熱手段であるヒータ１６は、基材４の円筒形の凸部の外周側の下部、つまり基材４の凸字の下部外周側で外側に突出した出っ張り部分の下面に配置された凹み部内に配置されており、上方から見ると凸部の外周端の外側に位置してこれを囲んでリング状に配置されている。上記凹み部は、基材４の中心軸と同軸、すなわち電源１９と連結するためのコネクタ部を除く箇所において同心に配置された円弧形の膜がヒータ５と同心状に配置されている。
【００４５】
本実施例においてウエハ１の吸着試験を実施し、静電吸着装置２下面における第二の加熱手段としてのヒータ１６の設置位置を示す上下方向の軸中心からの半径ｒと、ウエハ１の半径Ｗとの相対位置とウエハ１の吸着状態との関係を検討した。その結果を図７に示す。図７は、静電吸着装置下面における第二の加熱手段の設置位置を示す上下方向の軸中心からの半径ｒとウエハ半径Ｗとの相対位置を変化させた場合のウエハの吸着状態について試験を行った際の結果を示す表である。
【００４６】
ここで、ウエハ１の吸着が可能な状態とは、ウエハ１が静電吸着装置２の誘電体製の膜上に吸着されて支持または固定されており、かつウエハ１裏面と誘電体製の膜上面との間に供給された冷却ガス２１の作用によりウエハ１温度が所期の値に調節可能であってエッチング処理が可能と判断された場合とする。また、吸着が不可能な状態とは、ウエハ１が静電吸着装置２上面で支持または固定できない状態、つまりエッチング処理が実施不可能であると判断された場合、またはウエハ１裏面に供給される冷却ガス２１の圧力が低くウエハ１の温度を静電吸着装置２の温度の調節によっては所期の値となるように調節できないためにエッチング処理が実施不可能であると判断された場合とする。
【００４７】
図７に示す通り、吸着の試験によれば、ｒ／Ｗ＞１の場合ウエハ１は静電吸着装置２に吸着可能である一方、ｒ／Ｗ≦１の場合ウエハ１が静電吸着装置２に吸着不可能となった。
【００４８】
発明者らの検討の結果、ウエハ１の半径Ｗに対するヒータ１６の設置半径ｒの値によって、静電吸着装置２によるウエハ１の吸着の状態が影響を受ける原因は、静電吸着装置２の吸着面、つまりウエハ１の載置面を構成する凸部上面の誘電体製の膜の表面の形状が上記値によって影響を受けるためであるとの知見を得た。すなわち、静電吸着装置２の吸着面を構成する誘電体製の膜が上面に配置される基材４の凸部の外周端部の上面の形状が、円錐台面状、つまり外周側に向かうにつれて高さが低くなること、或いはさらにその高さの変化率が零以上である場合に、ウエハ１が静電吸着装置２に吸着される状態が影響を受けることが検討の結果、発明者らの知見として得られた。
【００４９】
ヒータの設置半径ｒによる吸着面形状の違いを、高温ステップ実施時について図４に示す。図４は、ウエハ半径に対する第二の加熱手段の配置位置の値による静電吸着装置２の形状及び温度の分布を示すグラフである。図４（ａ）は、ｒ／Ｗ＞１の場合、図４（ｂ）はｒ／Ｗ≦１の場合を示す。
【００５０】
図４（ａ）では、ウエハ１の半径方向の各位置における静電吸着装置２の誘電体製の膜表面の位置を示すグラフ及び各位置における温度を示している。誘電体製の膜（吸着膜）の位置は、グラフの矢印の間の領域４０１で直線となっており、吸着面はその外周側端部において円錐面状になることが示される。
【００５１】
一方で、図４（ｂ）に示すｒ／Ｗ≦１の場合、吸着面の高さのプロファイルはその外周端以外の箇所で円錐面状になった。また、ヒータ１６を使用しない場合には、吸着面の高さ位置の分布は円錐面形状の箇所を有さない。つまり、加熱するヒータ１６の位置がウエハ１外周端よりも内側である場合には、吸着面の高さはその外周端以外の領域４０２で円錐面状となり、さらに静電吸着装置２の外周側の領域での吸着面の高さは半径方向についての変化率が急激に大きくなる。このような場合、吸着面の形状に対してウエハ１が追随できなくなってしまう。
【００５２】
特に、本実施例では、静電吸着装置２の吸着面を構成する誘電体製の膜の最上層の表面の外周端は、中央側の領域の表面よりも上方に突出したリング状の凸部になっており、この凸部の上面がウエハ１の吸着保持の際にウエハ１裏面と当接して中央側と外周側とを仕切って中央側（内周側）のウエハ１裏面に供給された冷却ガスが外側に漏れ出ることを抑制して熱伝達の効率と均一性とを向上させている。このため、吸着面の外周端部がウエハ１に吸着しないと、ウエハ１外周端における熱伝達の効率が局所適に低下するばかりでなく、冷却ガスの圧力が低下しウエハ１全体の温度を所期に実現することができなくなってしまう。
【００５３】
また、高温ステップ実施時におけるヒータ１６の設置半径ｒによる基材４の裏面における温度の分布にも差異が生じる。図４（ａ）に示すｒ／Ｗ＞１の場合、ウエハ１の半径Ｗの位置においてウエハ１の温度が中央部から外周に向かって増加しており、正の温度勾配となっている。一方で、図４（ｂ）に示すｒ／Ｗ≦１あるいは第二のヒータ１６を使用しない場合は、半径Ｗの位置においてウエハ１の温度が中央部から外周に向かって低下しており負の温度勾配となっている。静電吸着装置下面における第二の発熱手段であるヒータ１６を、その設置される位置である半径位置ｒがウエハ半径Ｗに対してｒ／Ｗ＞１の関係を満たすように備え、静電吸着装置２の基材４の裏面におけるウエハ１の最外周端（半径位置Ｗ）の半径方向についての温度勾配を中央部から外周に向かって正とするよう発熱手段ならびに冷却手段を制御することにより、吸着面または基材４の上面の外周端部を含む領域が円錐面状となりウエハ１が静電吸着装置２の吸着膜上に吸着され、特に外周端から冷却ガスがもれてウエハ１裏面の冷却ガスの圧力が低下してしまうことを抑制することが可能となる。
【００５４】
図５は、本発明との相違を説明するための比較例に係る静電吸着装置のヒータの配置パターンを示す模式的に示す横断面図である。図５（ａ）は、基材４の凸部上面の誘電体製の膜内のヒータパターンを模式的に示す横断面図であり、図５（ｂ）は基材４の下部裏面に配置されたヒータパターンを示す横断面図である。この比較例における裏面のヒータ２３はその設置される半径方向の位置ｒ＜Ｗとなるように備えている。また、裏面のヒータ２３は、表面と同様に２３ａと２３ｂの２系統を備えた構成としている。
【００５５】
図３に示す実施例と図５に示す比較例について、ウエハ温度が異なる複数ステップ処理を連続で実施し、ウエハを静電吸着装置に吸着した状態で静電吸着装置の温度をステップ毎に変化させるとともに、発生する異物量を測定した。最高温ステップ時におけるウエハ１の面内平均温度とこのウエハ１を一連の複数の処理ステップで連続的に処理した際に生じた異物量との関係を図６に示す。
【００５６】
異物量はいずれのウエハ平均温度においてもエッチング処理可能な上限としての所定の基準値Ｎを下回っており、ウエハは処理可能であった。一方で比較例においては、ウエハ温度が増すとともに異物量が増し基準値Ｎを超えた。比較例においては、上下面からのヒータ加熱によって基材の大部分の温度が上昇するので、高温ステップ時と低温ステップ時での基材平均温度に差を生じた。
【００５７】
ステップ間での基材平均温度差は、温度変更時において静電吸着装置の径方向熱膨張あるいは収縮をまねくことになる。比較例において、前記の基材平均温度差による静電吸着装置の伸縮に対してウエハは追随できずに滑り、ウエハ裏面やそれが接触する吸着面が損傷して、異物が増大したと考えられる。一方、本実施例においては、高温ステップ時において吸着面付近の基材温度はウエハ温度と近くなるが、基材下部は冷媒によって冷却されて冷媒温度付近に保たれるので、総じてステップ間における基材平均温度差は小さく熱変形量は小さい。すなわち前記の比較例でみられたような接触面における滑りが本実施例においては顕著ではなく吸着ウエハ裏面やその吸着面は損傷しないため、ウエハ平均温度による異物量の差異がみられなかった。
【００５８】
なお、本発明の実施例においては、第一の加熱手段としてのヒータ５は内ヒータ５ａと外ヒータ５ｂとの２系統としているが、必ずしも２系統である必要はなく、１系統やあるいは３以上の複数系統であっても構わない。また、本実施例においては、第一の加熱手段として溶射ヒータ５を使用したが、この加熱手段は必ずしも溶射ヒータに限るものではなく、吸着面近傍を加熱可能であればどのような加熱方法であってもよく、例えば高温流体を流す第二あるいは第三の流路を基材内の吸着面近傍に備える手法や、あるいは基材内部にヒータを備える手法であっても構わない。また、本実施例においては、基材４の表面に溶射によって５層を形成するとしたが、必ずしも５層とする必要はなく、ウエハ吸着面近傍に第一の加熱手段と、ウエハを静電吸着するための電極とを備え、かつ前記加熱手段と前記電極がそれぞれ基材と絶縁して配置されていれば、どのような構造であっても構わない。
【００５９】
また、本発明の実施例においては、第二の加熱手段として溶射ヒータ１６を最外周端の基材裏面に設置したが、基材最外周端を加熱可能であればどのような加熱方法であってもよく、また第二の加熱手段の設置位置は基材裏面に限るものでなく、ウエハ吸着面より外側の基材外周端部であればどこでもよい。すなわち、第二の加熱手段とその設置位置ついては、本実施例のみに限らず、例えば高温流体を流す流路を基材外周端部に備える手法、あるいは基材外周端部の基材内部にヒータを備える手法、あるいは溶射ヒータを基材側面に設置する方法であっても構わない。
【００６０】
また、温度測定手段は、本発明の実施例においては熱電対１３および２０としたが、必ずしも熱電対を使用するに限るわけではなく、熱電対の他に白金抵抗体や蛍光温度計、放射温度計を使用することができる。
【００６１】
また、本発明の実施例においては、静電吸着装置裏面に温度測定手段２０を２つ備えたが、個数はいくつでも構わない。あるいは、静電吸着装置裏面に温度測定手段を必ずしも備えなくてもよく、これを備えない場合には、例えば第一の加熱手段であるヒータ５のパワーと冷却手段である温調機１２の流量や温度設定に対して、最適となる第二の加熱手段１６の発熱量を、予め一覧表として求めておき、その一覧表に基づいて第二の加熱手段１６の発熱量を制御することが考えられる。あるいは、静電吸着装置裏面に温度測定手段２０を備えず、代わりにレーザ式などの変位測定器を備えて、その出力から第二の発熱手段の発熱量を決定することができる。この場合の変位測定器の測定位置は問わないが、静電吸着装置の表面とすることが望ましい。
【００６２】
また、溶射セラミックス７、８、９、１７、および１８の材質は、絶縁性を維持することができ、かつプラズマ耐性があればどのような材質であっても構わないが、例えばアルミナやイットリアが好適に使用される。また、ヒータ５および１６ならびに電極６の材質としては、どのような金属でも構わないが、例えばタングステンやニッケルなどが好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示す実施例に係る静電吸着装置２の構成の概略を示す縦断面図である。
【図３】図３は、図２に示す静電吸着装置に係るヒータの配置パターンを模式的に示す横断面図である。
【図４】図４は、ウエハ半径に対する第二の加熱手段の配置位置の値による静電吸着装置２の形状及び温度の分布を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明との相違を説明するための比較例に係る静電吸着装置のヒータの配置パターンを示す模式的に示す横断面図である。
【図６】図６は、ウエハの面内平均温度とこのウエハを複数の処理ステップを連続的に処理した差異に生じた異物量との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、静電吸着装置下面における第二の加熱手段の設置位置を示す上下方向の軸中心からの半径ｒとウエハ半径との相対位置を変化させた場合のウエハの吸着状態について試験を行った際の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００６４】
１    ウエハ
２    静電吸着装置（試料台）
３    処理室
４    基材
５    表面ヒータ
６    吸着電極
７    第三のセラミックス層
８    第二のセラミックス層
９    第一のセラミックス層     
１０    ヒータ電源
１１    冷媒流路
１２    冷媒温調器
１３    熱電対
１４    制御機器
１５    直流電源
１６    裏面ヒータ
１７    第五のセラミックス層
１８    第四のセラミックス層
１９    ヒータ電源
２０    熱電対
２１    冷却ガス
２２    ウエハ搬送用押上装置
２３    裏面ヒータ
１０１    蓋
１０２    真空チャンバ
１０３    シャワープレート
１０４    バルブ
１０５    真空ポンプ
１０６    絶縁部材
１０７    ガス導入穴
１０８    処理ガス
１０９    ガスだまり
１１０    貫通穴
１１１    アンテナ
１１２    整合器
１１３    スイッチ
１１４    高周波電源
１１５    コイル
１１６    高周波電源
１１７    整合器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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