(57)【要約】【課題】被処理基板を載置台上に載置し、加熱しつつプラズマ処理を行う際に、被処理体の外周部の温度が低下することを防止して均一なプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】プラズマ処理装置は、処理容器内で被処理基板Ｗを載置する基板載置台５を備える。基板載置台５は、被処理基板Ｗよりも大径の載置台本体５１と、載置台本体５１内に設けられた基板加熱用の発熱体５６と、載置台本体５１の表面を覆うカバー５４とを有する。カバー５４は、基板載置領域５４ａの厚さｄ１よりも基板載置領域５４ａの外側の外側領域５４ｄの厚さｄ２のほうが薄く形成され、載置台本体５１から外側領域５４ｄへ供給される単位面積当たりの熱量が基板載置領域５４ａへ供給される熱量よりも多くなるように構成される。【選択図】図５
2010073752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空に保持可能であり被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を載置する基板載置台と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と
を具備し、
前記基板載置台は、
被処理基板よりも大径の載置台本体と、
前記載置台本体内に設けられ、載置された被処理基板を加熱するための発熱体と、
前記載置台本体の表面を覆い、被処理基板を載置する基板載置領域を有するカバーと
を有し、
前記カバーは、前記基板載置領域へ供給される単位面積当たりの熱量よりも、前記基板載置領域より外側領域へ供給される単位面積当たりの熱量が多くなるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記カバーは、前記基板載置領域の厚さが、前記基板載置領域よりも外側の外側領域の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記カバーの前記基板載置領域と前記載置台本体との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記隙間の距離を調節することにより被処理基板の温度を制御することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記カバーの前記基板載置領域の厚さと前記外側領域の厚さとを調整することにより被処理基板の温度を制御することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記載置台本体はＡｌＮ製であり、前記カバーは石英製であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記プラズマ生成機構は、複数のスロットを有する平面アンテナと、該平面アンテナを介して前記処理容器内にマイクロ波を導くマイクロ波導入手段とを有し、導入されたマイクロ波により処理ガスをプラズマ化するものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記基板載置台にプラズマ中のイオンを引き込むための高周波バイアスを印加する高周波バイアス印加ユニットをさらに具備することを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
真空に保持された処理容器内で被処理基板に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置において、前記処理容器内で被処理基板を載置する基板載置台であって、
被処理基板よりも大径の載置台本体と、
前記載置台本体内に設けられ、載置された被処理基板を加熱するための発熱体と、
前記載置台本体の表面を覆い、被処理体を載置する基板載置領域を有するカバーと
を有し、
前記カバーは、前記載置台本体から前記基板載置領域へ供給される単位面積当たりの熱量よりも、前記基板載置領域より外側領域へ供給される単位面積当たりの熱量が多くなるように構成されていることを特徴とする基板載置台。
【請求項１０】
前記カバーは、前記基板載置領域の厚さが、前記基板載置領域よりも外側の外側領域の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項９に記載の基板載置台。
【請求項１１】
前記カバーの前記基板載置領域と前記載置台本体との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の基板載置台。
【請求項１２】
前記隙間の距離を調節することにより被処理基板の温度を制御することを特徴とする請求項１１に記載の基板載置台。
【請求項１３】
前記カバーの前記基板載置領域の厚さと前記外側領域の厚さとを調整することにより被処理基板の温度を制御することを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１４】
前記載置台本体はＡｌＮ製であり、前記カバーは石英製であることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の基板載置台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理基板にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置の処理容器内で被処理基板を載置する基板載置台に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）を処理容器内でウエハ載置台に載置し、ウエハを載置台本体内に設けられたヒーターで加熱しつつ、処理容器内にプラズマを生成して、ウエハに対して酸化処理、窒化処理、成膜、エッチング等を行うプラズマ処理が存在する。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行うプラズマ処理装置としては、従来から平行平板型のものが多用されてきたが、近時、より低電子温度で高密度のプラズマを形成することができるプラズマ処理装置として、多数のスロットを有する平面アンテナを介して処理容器内にマイクロ波を導入することによりプラズマを生成するＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置においては、例えばＡｌＮからなるウエハ載置台がプラズマに曝されるとその中の金属原子がコンタミネーションとなって被処理基板である半導体ウエハを汚染するおそれがあるため、ウエハ載置台の本体を石英製のカバーで覆ってコンタミネーションが半導体ウエハに到達しないようにする技術が用いられている（例えば特許文献２）。
【０００５】
しかしながら、このようなプラズマ処理装置で、加熱をともなう処理を行うと、ウエハの外周部の温度が低くなる傾向がある。例えば、シリコンの酸化処理ではウエハを４００℃程度に加熱しながら行うが、ウエハの外周部で温度が低い傾向があり、その部分の酸化レートが遅く、酸化処理の均一性が悪くなってしまう。
【特許文献１】特開２０００−２９４５５０号公報
【特許文献２】特開２００７−２６６５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、被処理基板を載置台上に載置し、加熱しつつプラズマ処理を行う際に、被処理体の外周部の温度が低下することを防止して均一なプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置およびそのようなプラズマ処理装置に用いられる基板載置台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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、真空に保持可能であり被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する基板載置台と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理容器内に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構とを具備し、前記基板載置台は、被処理基板よりも大径の載置台本体と、前記載置台本体内に設けられ、載置された被処理基板を加熱するための発熱体と、前記載置台本体の表面を覆い、被処理基板を載置する基板載置領域を有するカバーとを有し、前記カバーは、前記基板載置領域へ供給される単位面積当たりの熱量よりも、前記基板載置領域より外側領域へ供給される単位面積当たりの熱量が多くなるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【０００８】
上記第１の観点において、前記プラズマ生成機構は、複数のスロットを有する平面アンテナと、該平面アンテナを介して前記処理容器内にマイクロ波を導くマイクロ波導入手段とを有し、導入されたマイクロ波により処理ガスをプラズマ化するものとすることができる。また、前記基板載置台にプラズマ中のイオンを引き込むための高周波バイアスを印加する高周波バイアス印加ユニットをさらに具備するものとすることができる。
【０００９】
本発明の第２の観点では、真空に保持された処理容器内で被処理基板に対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置において、前記処理容器内で被処理基板を載置する基板載置台であって、被処理基板よりも大径の載置台本体と、前記載置台本体内に設けられ、載置された被処理基板を加熱するための発熱体と、前記載置台本体の表面を覆い、被処理体を載置する基板載置領域を有するカバーとを有し、前記カバーは、前記載置台本体から前記基板載置領域へ供給される単位面積当たりの熱量よりも、前記基板載置領域より外側領域へ供給される単位面積当たりの熱量が多くなるように構成されていることを特徴とする基板載置台を提供する。
【００１０】
上記第１および第２の観点において、前記カバーは、前記基板載置領域の厚さが、前記基板載置領域よりも外側の外側領域の厚さよりも厚く構成することができる。また、前記カバーの前記基板載置領域より外側の外側領域と前記載置台本体との間に隙間が形成されている構成とすることができる。この場合に、前記隙間の距離を調節することにより被処理基板の温度を制御することができる。また、前記カバーの前記基板載置領域の厚さと前記外側領域の厚さとを調整することにより被処理基板の温度を制御することができる。さらに、前記載置台本体はＡｌＮ製であり、前記カバーは石英製であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、載置台本体の表面を覆うようにカバーを設けた基板載置台において、前記カバーは、前記載置台本体から前記載置面へ供給される単位面積当たりの熱量よりも、前記載置面よりも外側領域へ供給される単位面積当たりの熱量が多くなるように構成されているので、被処理基板の外周部に十分に熱が供給され、被処理基板の外周部の温度低下を抑制することができ、均一なプラズマ処理行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略断面図である。このプラズマ処理装置１００は、複数のスロットを有する平面アンテナであるＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波などのマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波プラズマを発生させ得るプラズマ処理装置として構成されている。このプラズマ処理装置１００では、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。
【００１３】
プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）Ｗが搬入される接地された略円筒状のチャンバー（処理容器）１を有している。このチャンバー１は、アルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなり、その下部を構成するハウジング部２と、その上に配置された筒壁部３とで構成されている。ただし、チャンバー１は一体構成でもよい。また、チャンバー１の上部には、処理空間にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入部２６が開閉可能に設けられている。処理に際しては、筒壁部３の上端部にはマイクロ波導入部２６が気密にシールされた状態で係合し、筒壁部３の下端はハウジング部２の上端と気密にシールされた状態で係合される。筒壁部３には、冷却水流路３ａが形成されており、熱膨張により係合部位の位置ずれ等によるシール性低下やパーティクル発生を防止するようになっている。
【００１４】
ハウジング部２の底壁２ａの略中央部には円形の開口部１０が形成されており、底壁２ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出してチャンバー１内部を均一に排気するための排気室１１が連設されている。
【００１５】
ハウジング部２内には被処理基板であるウエハＷを水平に載置するためのウエハ載置台（基板載置台）５が、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材４により支持された状態で設けられている。ウエハ載置台５は、ウエハＷより大径のＡｌＮからなる載置台本体５１を有している。載置台本体５１はカバー５４で覆われており、カバー５４の上面にウエハＷを載置する載置面５４ａを有している。また、載置台本体５１内にはウエハＷを昇降するための３つ（２つのみ図示）の昇降ピン５２が挿通されている。さらに、載置台本体５１には、抵抗加熱型のヒーター５６が埋設され、載置台本体５１の表面側には電極５７が埋設されている。なお、ウエハ載置台５の詳細な構成は後述する。
【００１６】
上記ヒーター５６には、支持部材４の中を通る給電線６ａを介してヒーター電源６が接続されており、このヒーター電源６からヒーター５６に給電されることにより、ヒーター５６が発熱してウエハ載置台５に載置されているウエハＷを加熱するようになっている。給電線６ａには、ヒーター電源６への高周波ノイズを遮断するためのノイズフィルターを有するフィルターボックス４５が介装されている。ウエハ載置台５の温度は、ウエハ載置台５に挿入された熱電対（図示せず）によって測定され、熱電対からの温度信号に基づいてヒーター電源６の出力が制御され、これにより例えば室温から９００℃までの範囲で温度制御可能となっている。
【００１７】
電極５７の材料としては、例えばモリブデン、タングステンなどの高融点金属材料を好適に用いることができる。電極５７は、例えば網目状、格子状、渦巻き状の形状に形成されている。電極５７には、支持部材４の中を通る給電線４２を介してバイアス印加用の高周波電源４４が接続されており、高周波電源４４から電極５７へ高周波電力を供給することにより、載置台本体５１に高周波バイアスを印加し、さらに載置台本体５１を介してその上のウエハＷにも高周波バイアスを印加して、ウエハＷにプラズマ中のイオン種を引き込むことができる構成となっている。給電線４２には高周波電源４４とプラズマインピーダンスを整合するためのマッチング回路を有するマッチングボックス４３が設けられている。
【００１８】
上記フィルターボックス４５とマッチングボックス４３とは、シールドボックス４６により連結されてユニット化され、排気室１１の底壁の下側に取り付けられている。シールドボックス４６は、例えばアルミニウムまたはステンレス鋼等の導電性材料で形成されており、マイクロ波の漏れを遮断する機能を有している。
【００１９】
筒壁部３の上下の係合部には、例えばＯリングなどのシール部材９ａ，９ｂ，９ｃが設けられており、これにより係合部の気密状態が保たれる。これらシール部材９ａ，９ｂ，９ｃは、例えばフッ素系ゴム材料からなっている。
【００２０】
図２の拡大図に示すように、ハウジング部２内の任意の箇所（例えば均等な４箇所）には、垂直方向に複数のガス供給路１２が形成されている。このガス供給路１２にはガス供給配管１６ａを介してガス供給装置１６が接続されており（図１参照）、このガス供給装置１６から後述するようにしてチャンバー１内に所定の処理ガス等が供給される。
【００２１】
ガス供給路１２は、ハウジング部２の上部と、筒壁部３の下部との接面部に形成された処理ガスの供給連通路である環状通路１３に接続されている。また、筒壁部３の内部には、この環状通路１３に接続する複数のガス通路１４が形成されている。また、筒壁部３の上端部には、内周面に沿って複数箇所（例えば３２箇所）にガス導入口１５ａが均等に設けられており、これらガス導入口１５ａからは、水平に延びるガス導入路１５ｂが設けられている。このガス導入路１５ｂは、筒壁部３内で鉛直方向に形成されたガス通路１４と連通している。
【００２２】
環状通路１３は、ハウジング部２の上部と、筒壁部３の下部との接面部において、後述する段部１８と段部１９との隙間で構成される。この環状通路１３は、ウエハＷ上方の処理空間を囲むように水平にかつ環状に連通している。
【００２３】
環状通路１３は、ガス供給路１２を介してガス供給装置１６と接続されている。環状通路１３は、各ガス通路１４へガスを均等配分して供給するガス分配手段としての機能を有しており、処理ガスが特定のガス導入口１５ａに偏って供給されることを防ぐ機能を有する。
【００２４】
そして、ガス供給装置１６からのガスを、このように各ガス供給路１２、環状通路１３、各ガス通路１４を介して３２箇所設けられたガス導入口１５ａからチャンバー１内に供給するようになっている。このように３２箇所のガス導入口１５ａから均一にガスが導入されるため、チャンバー１内のプラズマの均一性を高くすることができる。
【００２５】
筒壁部３の内周面の下端部には、下方に袴状（スカート状）に垂下した突出部１７が環状に形成されている。この突出部１７は、筒壁部３とハウジング部２との境界（接面部）を覆うように設けられており、プラズマに曝されると劣化し易い材料からなるシール部材９ｂにプラズマが直接作用することを防止する役割を果たしている。
【００２６】
段部１８はハウジング部２の上端に形成され、段部１９は筒壁部３の上端に設けられており、環状通路１３はこれら段部１８および１９が組み合わせて形成される。段部１９の高さは段部１８の高さよりも大きくなっており、そのため、筒壁部３の下端とハウジング部２の上端とを係合した状態では、シール部材９ｂが設けられている側では、段部１９の突出面と段部１８の非突出面とが当接している一方、シール部材９ａが設けられている側では、段部１９の非突出面と段部１８の突出面とが非当接状態となっている。このようにすることにより、段部１９の突出面と段部１８の非突出面とを確実に当接した状態とすることができ、シール部材９ｂにより確実にこれらの間をシールことができる。すなわちシール部材９ｂが主シール部として機能する。なお、シール部９ａは、非当接状態の段部１９の非突出面と段部１８の突出面の間に介装されることにより、外部へガスが漏れない程度の気密性を保つ補助シール部としての機能を有する。
【００２７】
図１に示すように、チャンバー１の内周には、石英からなる円筒状のライナー４９が設けられている。ライナー４９は、主に筒壁部３の内面を覆う上部ライナー４９ａと、上部ライナー４９ａに連なって主にハウジング部２の内面を覆う下部ライナー４９ｂとを有する。上部ライナー４９ａおよび下部ライナー４９ｂは、チャンバー構成材料による金属汚染を防止するとともに、ウエハ載置台５とチャンバー１の側壁との間に高周波電力による異常放電が生じることを防止する機能を有する。異常放電を確実に防止する観点からウエハ載置台５により近い下部ライナー４９ｂの厚みを上部ライナー４９ａよりも厚くし、かつ下部ライナー４９ｂをウエハ載置台５よりも低い高さ位置である排気室１１の途中まで覆うように設けられている。また、ウエハ載置台５の外周側には、チャンバー１内を均一に排気するため、多数の排気孔３０ａを有する石英製のバッフルプレート３０が環状に設けられている。なお、上部ライナー４９ａと下部ライナー４９ｂとは一体構成であってもよい。
【００２８】
上記排気室１１の側面には排気管２３が接続されており、この排気管２３には高速真空ポンプを含む排気装置２４が接続されている。そしてこの排気装置２４を作動させることによりチャンバー１内のガスが、排気室１１の空間１１ａ内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。これによりチャンバー１内は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
【００２９】
ハウジング部２の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口と、この搬入出口を開閉するゲートバルブとが設けられている（いずれも図示せず）。
【００３０】
チャンバー１の上部は開口部となっており、この開口部を塞ぐようにマイクロ波導入部２６が気密に配置可能となっている。このマイクロ波導入部２６は、図示しない開閉機構により開閉可能となっている。
【００３１】
マイクロ波導入部２６は、ウエハ載置台５の側から順に、蓋枠２７、透過板２８、平面アンテナ３１、遅波材３３を有している。これらは、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム、アルミニウム合金等からなる導電性のカバー部材３４によって覆われ、支持部材３６を介して断面視Ｌ字形をした環状の押えリング３５によりＯリングを介して蓋枠２７に固定されている。マイクロ波導入部２６が閉じられた状態においては、チャンバー１の上端と蓋枠２７とがシール部材９ｃによりシールされた状態となるとともに、後述するように透過板２８を介して蓋枠２７に支持された状態となっている。蓋枠２７の外周面には、冷却水流路２７ｂが形成され、熱膨張による接合部位の位置ずれの発生によるシール性低下やプラズマの接触によるパーティクルの発生が防止されている。
【００３２】
透過板２８は、誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、サファイヤ、ＳｉＮ等のセラミックスからなり、マイクロ波を透過しチャンバー１内の処理空間に導入するマイクロ波導入窓として機能する。透過板２８の下面（ウエハ載置台５側）は平坦状に限らず、マイクロ波を均一化してプラズマを安定化させるため、例えば凹部や溝を形成してもよい。この透過板２８の外周部は、環状に配備された蓋枠２７の内周面のチャンバー１内の空間に向けて突出した突部２７ａの上面により、シール部材２９を介して気密状態で支持されている。したがって、マイクロ波導入部２６が閉じられた状態でチャンバー１内を気密に保持することが可能となる。
【００３３】
平面アンテナ３１は、円板状をなしており、透過板２８の上方位置において、カバー部材３４の内周面に係止されている。この平面アンテナ３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板、アルミニウム板、ニッケル板または真ちゅう板からなり、マイクロ波などの電磁波を放射するための多数のマイクロ波放射孔（スロット）３２が所定のパターンで貫通して形成された構成となっている。
【００３４】
スロット３２は、例えば図３に示すように長い形状をなすものが対をなし、典型的には対をなすスロット３２同士が「Ｔ」字状に配置され、これらの対が複数、同心円状に配置されている。スロット３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定され、例えばマイクロ波放射孔３２の間隔は、λg／４〜λgとなるように配置される。なお、図２においては、同心円状に形成された隣接するスロット３２同士の間隔をΔｒで示している。また、スロット３２は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。
【００３５】
遅波材３３は、真空よりも大きい誘電率を有しており、平面アンテナ３１の上面に設けられている。この遅波材３３は、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ３１と透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、それぞれ密着させても離間させてもよいが、密着させることが好ましい。
【００３６】
カバー部材３４には、冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、カバー部材３４、遅波材３３、平面アンテナ３１、透過板２８、蓋枠２７を冷却するようになっている。これにより、変形や破損を防止し、安定したプラズマを生成することが可能である。なお、カバー部材３４は接地されている。
【００３７】
カバー部材３４の上壁の中央には、開口部３４ｂが形成されており、この開口部３４ｂには導波管３７が接続されている。この導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記平面アンテナ３１へ伝搬されるようになっている。マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
【００３８】
導波管３７は、上記カバー部材３４の開口部３４ｂから上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部にモード変換器４０を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内をＴＥモードで伝播するマイクロ波をＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在しており、内導体４１は、その下端部において平面アンテナ３１の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。
【００３９】
上記蓋枠２７の内側は、チャンバー１内のプラズマ生成領域に臨んで形成されており、その表面が強いプラズマに曝されることによりスパッタリングされ、コンタミネーションとなるとともに消耗する。このため、ウエハ載置台に対して対向電極として機能するアルミニウム製の蓋枠２７の突部２７ａがプラズマに曝される表面には、保護膜としてのシリコン膜４８がコーティングされている。すなわち、シリコン膜４８は、蓋枠２７の表面をプラズマによる酸化作用やスパッタ作用から保護し、蓋枠２７を構成するアルミニウム等がコンタミネーションとして発生することを防止する。シリコン膜４８は、結晶であってもアモルファスであってもよい。また、シリコン膜４８は導電性であるため、ウエハ載置台５からプラズマ処理空間を隔てて対向電極である蓋枠２７へと流れる高周波電流経路を効率的に形成して他の部位における短絡や異常放電を抑制する機能も有する。
【００４０】
シリコン膜４８は、ＰＶＤ法（物理蒸着法）およびＣＶＤ法（化学蒸着法）等の薄膜形成技術やプラズマ溶射法等で形成することができるが、その中でも比較的安価に厚い膜を形成することができることからプラズマ溶射法が好ましい。
【００４１】
マイクロ波プラズマ処理装置１００の各構成部は、制御部６０に接続されて制御されるようになっている。制御部６０はコンピュータで構成されており、図４に示すように、マイクロプロセッサを備えたプロセスコントローラ６１と、このプロセスコントローラに接続されたユーザーインターフェース６２と、記憶部６３とを備えている。
【００４２】
プロセスコントローラ６１は、プラズマ処理装置１００において、温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力、バイアス印加用の高周波電力等のプロセス条件が所望のものとなるように、各構成部、例えばヒーター電源６，ガス供給装置１６、排気装置２４、マイクロ波発生装置３９、高周波電源４４などを制御するようになっている。
【００４３】
ユーザーインターフェース６２は、オペレータがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部６３は、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納されている。
【００４４】
制御プログラムや処理レシピは記憶部６３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、記憶媒体に記憶しておく代わりに、処理レシピ等を他の装置から、例えば専用回線を介して適宜伝送させるようにしてもよい。
【００４５】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース６２からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。
【００４６】
次に、ウエハ載置台５について詳細に説明する。
図５はウエハ載置台５を拡大して示す断面図である。ウエハ載置台５は、上述したように、ハウジング部２内に排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材４により支持された状態で設けられている。ウエハ載置台５の載置台本体５１は、熱伝導性が良好なセラミックス材料であるＡｌＮからなり、その内部に昇降ピン５２が挿通される３つ（２つのみ図示）の挿通孔５３が垂直に貫通して形成されている。カバー５４は高純度の石英製であり、載置台本体５１の上面と側面を覆うように設けられている。
【００４７】
載置台本体５１の上面中央部には、ウエハＷの載置領域に対応する領域にカバー５４が嵌合する溝をなす座繰り部５１ａが形成されている。そして、カバー５４の中央部には、座繰り部５１ａに嵌合するように下側に突出する凸部５４ｃが形成されている。カバー５４の凸部５４ｃの反対側の上面には凹部５４ｂが形成されており、この凹部５４ｂの底部がウエハＷを載置するウエハ載置領域（基板載置領域）５４ａとなっている。このようにカバー５４の凸部５４ｃが座繰り部５１ａに嵌合されることにより、カバー５４が載置台本体５１からずれないようになっている。
【００４８】
カバー５４は、中央のウエハ載置領域５４ａの厚さｄ１がウエハ載置領域５４ａより外側の外側領域５４ｄの厚さｄ２よりも厚くなるように構成されている。これにより、載置台本体５１からウエハ載置領域５４ａへ供給される単位面積当たりの熱量よりも、ウエハ載置領域５４ａより外側の外側領域５４ｄへ供給される単位面積当たりの熱量が多くなるように構成されている。ウエハ載置領域５４ａの厚さｄ１と外側領域５４ｄの厚さｄ２を調整することによりウエハＷの温度が制御される。
【００４９】
なお、カバー５４は、載置台本体５１の側面を覆う側面部分５１ｅを有しており、これにより載置台本体５１の側面からのコンタミネーションを防止する。
【００５０】
挿通孔５３に挿通される昇降ピン５２は、ピン支持部材５８に固定されている。すなわち昇降ピン５２は固定ピンとして構成されている。ピン支持部材５８には垂直方向に延びる昇降ロッド５９が接続されており、図示しないアクチュエータにより昇降ロッド５９を昇降することにより、ピン支持部材５８を介して昇降ピン５２が昇降されるようになっている。なお、５９ａは気密状態で昇降ロッド５９を昇降可能なように設けられたベローズである。
【００５１】
ウエハ載置台５は、上述したカバー５４の中央部のウエハ載置領域５４ａに単にウエハＷが載置されるようになっていてもよい。
【００５２】
次に、このように構成されたプラズマ処理装置１００の動作について説明する。
まず、ウエハＷをチャンバー１内に搬入し、サセプタ５上に載置する。そして、ガス供給装置１６から、所定の処理ガスを所定の流量でガス導入口１５ａを介してチャンバー１内に導入する。典型例であるシリコンの酸化処理を行う場合には、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、ＣＯ２などの酸化ガスと、必要に応じてＡｒ、Ｋｒ、Ｈｅなどの希ガスを用いる。プラズマ処理としては、窒化処理や成膜処理でもよく、窒化処理の場合には、Ｎ２、ＮＨ３などの窒化ガスと、必要に応じて希ガスを用い、また、成膜処理の場合にはＳｉ２Ｈ６とＮ２またはＮＨ３等の適宜の成膜ガスを用いる。
【００５３】
次に、マイクロ波発生装置３９からのマイクロ波を、マッチング回路３８を経て導波管３７に導き、矩形導波管３７ｂ、モード変換器４０、および同軸導波管３７ａを順次通過させて内導体４１を介して平面アンテナ３１に供給し、平面アンテナ３１のスロットから透過板２８を介してチャンバー１内に放射させる。
【００５４】
マイクロ波は、矩形導波管３７ｂ内ではＴＥモードで伝搬し、このＴＥモードのマイクロ波はモード変換器４０でＴＥＭモードに変換されて、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ３１に向けて伝搬されていく。平面アンテナ３１から透過板２８を経てチャンバー１に放射されたマイクロ波によりチャンバー１内で電磁界が形成され、処理ガスがプラズマ化する。
【００５５】
また、この際に、必要に応じて高周波電源４４から所定の周波数およびパワーの高周波電力を載置台本体５１の電極５７に供給して、載置台本体５１に高周波バイアスを印加し、さらに載置台本体５１を介してその上のウエハＷにも高周波バイアスを印加する。これにより、プラズマの低い電子温度を維持しつつ、プラズマ中のイオン種をウエハＷへ引き込む作用が発揮され、プラズマ処理の処理レートを高め、かつプラズマ処理の面内均一性を高めることができる。高周波バイアスを印加するための高周波電力の周波数は、例えば１００ｋＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲が好ましく、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲がより好ましい。高周波電力のパワーは、ウエハＷの単位面積当たりのパワー密度として、例えば０．２〜２．３Ｗ／ｃｍ２の範囲が好ましい。また、高周波パワー自体として、２００〜２０００Ｗの範囲が好ましい。
【００５６】
このようにして形成されたプラズマを被処理基板であるウエハＷに作用させ、ヒーター５６によって所定温度に加熱されたウエハＷに所定のプラズマ処理を行う。例えば、ウエハＷに存在するシリコン部分（ポリシリコンまたはシリコン基板）に酸化処理を施す場合には、２００〜６００℃、例えば４００℃に加熱されたウエハＷに対して、上記酸化ガス等のプラズマを作用させる。
【００５７】
このようにして形成されたプラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材３１の多数のスロット孔３２から放射されることにより、略１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３の高密度で、かつウエハＷ近傍では、略１．５ｅＶ以下の低電子温度プラズマとなる。したがって、このプラズマをウエハＷに対して作用させることにより、プラズマダメージを抑制した処理が可能になる。
【００５８】
このようなプラズマ処理に際しては、ヒーター５６により加熱された載置台本体５１からの熱（輻射熱）がカバー５４を介してウエハＷに供給されるが、従来は、ウエハＷの外周部の温度が低くなる傾向にあった。これに対して、本実施形態では、カバー５４のウエハ載置領域５４ａの厚さｄ１をウエハ載置領域５４ａより外側の外側領域５４ｄの厚さｄ２よりも厚くなるようにしたので、載置台本体５１から載置面５４ａへ供給される単位面積当たりの熱量よりも、載置面５４より外側領域５４ｄへ供給される単位面積当たりの熱量が多くなるようにして、ウエハＷ外周部の温度低下を抑制することができる。
【００５９】
従来は、カバー５４の厚さは均一であり、ヒーター５６が存在する領域においては、カバー５４の表面に与えられる単位面積あたりの熱量はほぼ均一であると考えられるが、それにもかかわらず、ウエハＷの外周部の温度が低下する傾向にあった。これは、同じ熱量を与えても、カバー５４の外周部が処理空間に露出しているので、外周部のほうが放熱が多くなるためと推測される。そのため、本実施形態では、ウエハ載置領域５４ａより外側領域５４ｄへより多くの熱量を供給するようにすることにより、ウエハＷ外周部の温度低下を抑制する。すなわち、カバー５４が薄いほど下方の載置台本体５１からカバー５４の上面に伝達される熱量が多くなるから、相対的に厚い厚さｄ１のウエハ載置領域５４ａの上面へ供給される単位面積当たりの熱量よりも、相対的に薄い厚さｄ２の外側領域５４ｄの上面へ供給される単位面積当たりの熱量のほうが多くなり、ウエハＷ外周部に供給される熱量が増加し、結果的にウエハＷ外周部の温度低下が抑制されるのである。そして、これによりウエハＷ外周部のプラズマ処理レートを上昇させることができ、均一なプラズマ処理を実現することができる。この場合に、厚さｄ１と厚さｄ２との差を大きくすることにより、ウエハＷ外周部の温度を相対的に高くすることができる。また、ウエハ載置領域５４ａの厚さｄ１および外側領域ｄ２の厚さ自体を適宜調整することにより、ウエハＷの温度自体を制御することができ、プラズマ処理レートを制御することができる。
【００６０】
すなわち、石英製のカバー５４に対する熱線の透過率を利用し、カバー５４の外側領域５４ｄの厚さを相対的に薄くして外側領域５４ｄへの熱量を増加させてウエハＷの外周部の温度低下を抑制し、均一なプラズマ処理を実現するとともに、カバー５４の厚さ自体を変化させてウエハＷに到達する熱線の量自体を調整することにより、ウエハＷの温度自体を制御してプラズマ処理レートを制御する。
【００６１】
なお、上記例では、ウエハＷの位置合わせのために載置台本体５１に座繰り部５１ａを形成することによりカバー５４に凹部５４ｃを形成して、そこに載置面５４ａを設けているが、図６に示すように、載置台本体５１の上面をフラットにするか、図７に示すようにカバー５４の上面をフラットにしてもよい。この場合のウエハＷの位置決めは、ウエハＷの外側に外壁を設けるか、または複数のガイドピンを設ける（いずれも図示せず）ことにより行うことができる。
【００６２】
次に、本実施形態の構成に至ったシミュレーション結果について説明する。ここでは、種々のカバー形状を用いた場合のウエハの中心とエッジ部の温度を、単純化のため、熱伝導のみを考慮して熱輻射は考慮せずに、汎用の定常熱伝導解析ソフトウエアである３ＧＡ（Ｐａｌｓｓｏ  Ｔｅｃｈ社製）によってシミュレーションにより求めた。
【００６３】
参照であるＮｏ．１では、図８に示すように、カバー５４の厚さを１．５ｍｍと均一とした。また、Ｎｏ．２では、図９に示すように、カバー５４のウエハ載置領域５４ａより外側の外側領域５４ｄの熱容量を大きくするため、その部分の厚さを４ｍｍと厚くした。さらに、Ｎｏ．３では、図１０に示すように、ウエハ載置領域５４ａより外側において熱容量を大きくするために、外側領域５４ｄに連続する側面部分５４ｅの厚さを１０ｍｍ増加（トータル１１．５ｍｍ）させた。これは、ウエハ載置領域５４ａより外側において熱容量の大きな部分を形成し、その部分に蓄熱させることによりウエハＷの外側部分の温度上昇をねらったものである。
【００６４】
その結果、参照であるＮｏ．１ではウエハ載置領域５４ａに載置されたウエハＷの中心温度ＴＣが４０２．８℃であり、ウエハＷのエッジ温度ＴＥが３８１．８℃であって、これらの差Δｔが２１℃であったのに対し、Ｎｏ．２では、ＴＣ＝３９８．１℃、ＴＥ＝３７４．５℃、Δｔ＝２３．６℃、Ｎｏ．３では、ＴＣ＝３９３℃、ＴＥ＝３６８℃、Δｔ＝２５℃となり、逆にウエハＷ外周部の温度低下が激しくなる結果となった。これは、外側領域５４ｄ、側面部分５４ｅを厚くすることにより、これらがヒートシンクとして機能し、ウエハ載置領域５４ａよりも外側領域５４ｄへの熱供給がむしろ少なくなったためと考えられる。
【００６５】
そこで、逆に、カバー５４のウエハ載置領域５４ａが厚くなるようにしたＮｏ．４、５についてシミュレーションを行った。Ｎｏ．４は、図１１に示すように、ウエハ載置領域５４ａの厚さｄ１を３．５ｍｍと厚くし、外側領域５４ｄの厚さｄ２を１．５ｍｍのままとしたもの、Ｎｏ．５は、図１２に示すように、ｄ１を２．５ｍｍとし、ｄ２を１．５ｍｍのままとしたものである。その結果、Ｎｏ．４ではＴＣ＝３４６．６℃、ＴＥ＝３３４．３℃、Δｔ＝１２．３℃、Ｎｏ．５ではＴＣ＝３７２．１６℃、ＴＥ＝３５７．７℃、Δｔ＝１４．４℃となり、Δｔの低下に成功した。ただし、Ｎｏ．４ではＴＣが３４６．６℃と低く、Ｎｏ．５ではｄ１を２．５ｍｍまで戻したもののＴＣが３７２．１６℃と未だ低い結果となった。そこで、Ｎｏ．６として、図１３に示すように、ｄ１を２ｍｍ、ｄ２を１ｍｍとしたものについてシミュレーションを行った結果、ＴＣ＝３８６．７℃、ＴＥ＝３７３．７℃、Δｔ＝１３℃となりＴＣを許容範囲にすることができた。さらにカバー５４の厚さ調整を行うことにより、より厳密に温度制御することができる。ただし、加工の問題等から自ずと限界であると考えられる。
【００６６】
このように、カバー５４のウエハ載置領域５４ａの厚さｄ１よりも、外側領域５４ｄの厚さｄ２を所定量薄くすることにより、ウエハエッジ部の温度低下を抑制することができる。そして、ウエハ載置領域５４ａの厚さと外側領域５４ｄの厚さを適宜調整することにより、ウエハＷ外周部の温度低下を抑制しつつウエハＷの温度を適切に制御してより均一なプラズマ処理を行い得ることが確認された。
【００６７】
次に、本実施形態に係るウエハ載置台を用いて実際にプラズマ処理を行った結果を比較例と比較しつつ説明する。
ここでは、図１のプラズマ処理装置において、図１４に示す本実施形態に係るウエハ載置台と、図１５に示す比較例に係るウエハ載置台を用いてシリコン窒化膜の成膜を行った。その際の条件は、チャンバー内の圧力を６．７Ｐａ、高周波バイアスの電力を３ｋＷ、Ｎ２ガスを６００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒガスを１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｓｉ２Ｈ６ガスを４ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）の流量で供給し、載置台本体の温度を５００℃に設定して成膜処理を行った。その際のウエハ上の位置と成膜レートとの関係を図１６に示す。この図に示すように、比較例の場合には、ウエハのエッジで成膜レートが低下するのに対し、本実施形態に係るウエハ載置台を用いた場合には、ウエハエッジの成膜レートの低下が抑制されていることが確認された。また、この際の成膜レートの均一性（１σ）は、比較例の場合が５．５％であったのに対し、本実施形態の場合には３．３％となり、本実施形態の成膜レート（プラズマ処理）の均一性が高いことが確認された。
【００６８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１７は、本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置に用いられるウエハ載置台５′を拡大して示す断面図である。このウエハ載置台５′の基本構造は図５に示すウエハ載置台５と同様であるので同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。本実施形態のウエハ載置台５′は、上面が平面状をなすＡｌＮからなる載置台本体５１′と、その表面を覆うように設けられた高純度の石英製のカバー５４′とを有している。
【００６９】
カバー５４′はその上面の中央部にウエハ載置領域５４ａ′を有している。また、カバー５４′の上面は平面状となっており、そこにウエハＷをウエハ載置領域５４ａ′に位置決めする複数のガイドピン７０が設けられている。
【００７０】
カバー５４′のウエハ載置領域５４ａ′とその外側の外側領域５４ｄ′との間には段差が形成されており、その段差により、カバー５４′のウエハ載置領域５４ａ′と載置台本体５１′との間に隙間７１が形成されている。したがって、隙間が存在しない載置台本体５１′から外側領域５４ｄ′へは直接熱が伝達されるが、載置台本体５１からウエハ載置領域５４ａ′へは隙間７１を介しての熱伝達となるため、必然的に伝達される熱量が少なくなる。したがって、載置台本体５１′からウエハ載置領域５４ａ′へ供給される単位面積当たりの熱量よりも、外側領域５４ｄ′へ供給される単位面積当たりの熱量が多くなる。このため、本実施形態においても、ウエハＷ外周部に供給される熱量が増加し、結果的にウエハＷ外周部の温度低下を抑制することができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。この場合に、隙間７１の距離Ｇを適宜調節することによりウエハＷの温度自体を制御することができ、ウエハＷ外周部の温度低下を抑制することに加えてウエハＷの温度自体の制御も行うことができ、プラズマ処理レートを制御することができる。
【００７１】
ただし、隙間７１の距離Ｇが大きすぎるとウエハＷの温度を所望の温度にできないおそれがある。そのため、隙間７１の距離Ｇを許容範囲まで大きくしても十分にウエハＷの温度制御を行えない場合には、ウエハ載置領域５４ａ′と載置台本体５１′との間に隙間７１を設けた上で、さらに従前の実施形態のようにウエハ載置領域５４ａ′の厚さｄ１よりも外側領域５４ｄ′の厚さｄ２を薄くする等、厚さｄ１およびｄ２自体を調整して熱線透過率を制御することにより、温度調整マージンをより大きくすることができ、均一なプラズマ処理を行うように、またそれに加えて所望のプラズマ処理レートを実現するように温度制御することができる。なお、ウエハ載置領域５４ａ′と載置台本体５１′との間にも隙間を設けて、この隙間と上記隙間７１とを調整することによっても温度調整マージンをより大きくすることができる。
【００７２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ウエハ載置台に高周波バイアスを印加する装置を例にとって説明したが、高周波バイアスを印加する装置に限るものではない。また、上記実施形態では、プラズマ処理装置として、ＲＬＳＡ方式のプラズマ処理装置を例にとって説明したが、例えばリモートプラズマ方式、ＩＣＰ方式、ＥＣＲ方式、表面反射波方式、マグネトロン方式等の他のプラズマ処理装置であってもよい。さらに、プラズマ処理としてシリコンの酸化処理を例にとって説明したが、これに限定されるものではなく、窒化処理、酸窒化処理、成膜処理、エッチングなどの他の種々のプラズマ処理を対象とすることができる。さらに、被処理基板についても、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用ガラス基板などの他の基板を対象にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す概略断面図。
【図２】図１の装置のチャンバー壁部を拡大して示す断面図。
【図３】図１のプラズマ装置に用いられる平面アンテナ部材の構造を示す図。
【図４】図１の装置の制御部の概略構成を示すブロック図。
【図５】図１のプラズマ処理装置に用いられるウエハ載置台を拡大して示す断面図。
【図６】ウエハ載置台の変形例を示す拡大断面図。
【図７】ウエハ載置台の他の変形例を示す拡大断面図。
【図８】ウエハ温度をシミュレーションしたＮｏ．１のウエハ載置台を示す概略図。
【図９】ウエハ温度をシミュレーションしたＮｏ．２のウエハ載置台を示す概略図。
【図１０】ウエハ温度をシミュレーションしたＮｏ．３のウエハ載置台を示す概略図。
【図１１】ウエハ温度をシミュレーションしたＮｏ．４のウエハ載置台を示す概略図。
【図１２】ウエハ温度をシミュレーションしたＮｏ．５のウエハ載置台を示す概略図。
【図１３】ウエハ温度をシミュレーションしたＮｏ．６のウエハ載置台を示す概略図。
【図１４】プラズマ処理としてのシリコン窒化膜の成膜を実際に行った本発明の実施形態に係るウエハ載置台を示す模式図。
【図１５】プラズマ処理としてのシリコン窒化膜の成膜を実際に行った比較例に係るウエハ載置台を示す模式図。
【図１６】図１４および図１５のウエハ載置台を用いてシリコン窒化膜を成膜した際のウエハ上の位置と成膜レートとの関係を示すグラフ。
【図１７】本発明の他の実施形態のプラズマ処理装置に用いられるウエハ載置台を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１；チャンバー（処理容器）
２；ハウジング部
３；筒壁部
４；支持部材
５；ウエハ載置台
６；ヒーター電源
１５；ガス導入路
１５ａ；ガス導入口
１６；ガス供給装置
２４；排気装置
２７；蓋枠
２８；透過板
３０；マイクロ波導入部
３１；平面アンテナ
３２；スロット孔
３７；導波管
３９；マイクロ波発生装置
４３；マッチングボックス
４４；高周波電源
５１，５１′；載置台本体
５１ａ；座繰り部
５２；昇降ピン
５３；挿通孔
５４，５４′；カバー
５４ａ，５４ａ′；ウエハ載置領域
５４ｂ；凹部
５４ｃ；凸部
５４ｄ，５４ｄ′；外側領域
５６；ヒーター
５７；電極部材
７１；隙間
１００；プラズマ処理装置
ｄ１，ｄ２；厚さ
Ｇ；距離
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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