(57)【要約】【課題】基板との接触が良好で基板の温度を高精度で所望の温度に制御することができる基板載置台を提供すること。【解決手段】載置台本体４１と、載置台本体４１の上部に設けられた、基板を載置する載置面を有する載置部と、冷熱を載置台本体４１の上部に伝熱させるための冷媒流路４５と、載置台本体４１の伝熱経路中に位置し、載置された基板に対応するように設けられた空間部６１、および空間部６１に充填された、多数の連通する空隙が存在する固体部材６２を有し、空間部６１に伝熱ガスを供給または空間部６１から伝熱ガスを排出することにより、冷媒からの伝熱をコントロールする伝熱コントロール部６０と、空間部６１へ伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構６５と、空間部６１から伝熱ガスを排出する伝熱ガス排出機構６８と、空間部６１への伝熱ガスの供給および伝熱ガスの排出を制御する制御部とを具備する。【選択図】図２
2010123809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置において基板を載置する基板載置台であって、
載置台本体と、
前記載置台本体の上部に設けられた、基板を載置する載置面を有する載置部と、
冷熱または熱を前記載置台本体の上部に伝熱させるための熱源と、
前記載置台本体の伝熱経路中に位置し、載置された基板に対応するように設けられた空間部、および前記空間部に充填された、多数の連通する空隙が存在する固体部材を有し、前記空間部に伝熱ガスを供給または前記空間部から伝熱ガスを排出することにより、前記熱源からの伝熱をコントロールする伝熱コントロール部と、
前記空間部へ伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と、
前記空間部から伝熱ガスを排出する伝熱ガス排出機構と、
前記伝熱ガス供給機構による前記空間部への伝熱ガスの供給、前記伝熱ガス排出機構による前記空間部からの伝熱ガスの排出を制御する制御部と
を具備することを特徴とする基板載置台。
【請求項２】
前記熱源は、載置台本体内に設けられた、冷媒が通流される冷媒流路を有することを特徴とする請求項１に記載の基板載置台。
【請求項３】
前記固体部材は断熱材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板載置台。
【請求項４】
前記固体部材は多孔質セラミックスであることを特徴とする請求項３に記載の基板載置台。
【請求項５】
前記空間部は基板の面内方向に沿って複数の副空間部に分割されており、前記伝熱ガス供給機構および前記伝熱ガス排出機構は、各副空間部に対して個別的に伝熱ガスの供給および排出を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項６】
前記副空間部は同心状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の基板載置台。
【請求項７】
隣接する前記副空間部の間は、前記固体部材と同種の緻密質部材からなる分離部材で分離されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の基板載置台。
【請求項８】
前記制御部は、各副空間部の伝熱ガスの圧力を個別的に制御することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項９】
前記制御部は、前記各副空間部へ異なる種類の伝熱ガスを供給するように制御することを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１０】
前記各副空間部へ充填される固体部材の空隙率または材質が異なっていることを特徴とする請求項５から請求項９のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１１】
前記空間部に充填される前記固体部材は、基板の面内方向に沿って空隙率に分布が生じていることを特徴とする請求項１から請求項４に記載の基板載置台。
【請求項１２】
前記空間部に充填される前記固体部材は、基板の面内方向に沿って空隙率の異なる複数の部位を有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】
前記空間部に充填される前記固体部材は、基板の面内方向に沿って空隙率にグラデーションを有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１４】
前記空間部は、その高さが１００μｍ以下の微小空間であることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１５】
前記載置部は、基板を静電吸着する静電チャックを有することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１６】
前記載置部に載置された基板の裏面側に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の基板載置台。
【請求項１７】
基板処理装置において基板を載置する基板載置台であって、
載置台本体と、
前記載置台本体の上部に設けられた、基板を載置する載置面を有する載置部と、
前記載置台本体内で異なる温度に保持され、冷熱または熱を前記載置台本体の上部に伝熱させる複数の熱源と、
前記載置台本体の前記複数の熱源の間に設けられた空間部、および前記空間部に充填された、多数の連通する空隙が存在する固体部材を有し、前記空間部に伝熱ガスを供給または前記空間部から伝熱ガスを排出することにより、前記複数の熱源の間の伝熱をコントロールする伝熱コントロール部と、
前記空間部へ伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と、
前記空間部から伝熱ガスを排出する伝熱ガス排出機構と、
前記伝熱ガス供給機構による前記空間部への伝熱ガスの供給、前記伝熱ガス排出機構による前記空間部からの伝熱ガスの排出を制御する制御部と
を具備することを特徴とする基板載置台。
【請求項１８】
基板を収容し、内部が減圧保持される処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、基板が載置され、請求項１から請求項１７のいずれかに記載された構成を有する基板載置台と、
前記処理室内で基板に所定の処理を施す処理機構と
を具備することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１９】
前記処理機構は、プラズマ生成機構を有し、それにより生成されたプラズマにより基板に対してプラズマ処理を施すことを特徴とする請求項１８に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を載置する基板載置台、および基板載置台に載置された基板に対して例えばドライエッチングのような処理を施す基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）に対して、ドライエッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等のプラズマ処理が多用されている。
【０００３】
例えば、プラズマエッチング処理においては、チャンバ内にウエハを載置する載置台を設け、この載置台の上部を構成する静電チャックによりウエハを静電吸着して保持し、処理ガスのプラズマを形成してウエハに対してプラズマエッチング処理を施す。
【０００４】
このような処理の際には、被処理基板であるウエハを所望の温度に制御する必要があり、そのために載置台内に冷媒流路を設けるとともに、ウエハが載置される載置台とウエハ裏面との間にＨｅガス等の熱伝達用ガスを導入してその圧力を変化させることによりウエハの温度制御を行ってエッチングレート等の処理レートを制御している。
【０００５】
しかしながら、近年、半導体デバイスの微細化が益々進んでおり、より高い精度でプラズマエッチング等のプラズマ処理を行うために、より高い精度でウエハの温度制御を行う必要がある。また、プラズマ処理装置のチャンバ内のウエハレスドライクリーニングを行う場合には、デポの付着を防ぐため、冷媒による冷却よりも、むしろより高い温度にすることが望まれる。
【０００６】
このような要請に対応可能な技術として、例えば特許文献１に記載されたものを挙げることができる。この技術は、載置台（吸着装置）の静電チャックとして構成される保持部材と冷媒流路との間に、ガス封入、排出を行うことができる伝熱ガス室を設け、伝熱をコントロールしてウエハの温度制御を行うものである。
【特許文献１】特開２００１−１１０８８５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の技術を用いた場合には、伝熱ガス室という空洞部を設けるため、載置台の加工時に平面出しが困難となることや、真空時の圧力差による撓みにより、載置されたウエハとの接触が不十分となってかえって温度制御性が低下するおそれがある。さらに、空洞部を設けてそこにガスを導入しても、固体よりは断熱的となり、最近の高パワープロセスに対して十分な冷却ができないので、空洞部のみ温度が上がり、特異点となってしまいやすい。また、熱源となるプラズマの影響を受けやすい。これらの原因により、ウエハ面内温度のばらつきが生じるとエッチングレートが不均一になるため、ウエハ面内温度均一性が求められるが、特許文献１の技術ではそのような温度均一性制御を行うことが困難である。さらに、冷媒で冷却されている載置台の露出している部分は処理ガスによりデポが付着しやすい状態となっているため、その部分に局部的にデポが付着することがあるが、特許文献１の技術では、このような局部的なデポの付着を防止することは困難である。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、基板との接触が良好で基板の温度を高精度で所望の温度に制御することができる基板載置台およびそれを用いた基板処理装置を提供することを目的とする。
また、基板面内の温度均一性を高めることができ、載置台への局部的なデポの付着を防止することができる基板載置台および基板処理装置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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板処理装置において基板を載置する基板載置台であって、載置台本体と、前記載置台本体の上部に設けられた、基板を載置する載置面を有する載置部と、冷熱または熱を前記載置台本体の上部に伝熱させるための熱源と、前記載置台本体の伝熱経路中に位置し、載置された基板に対応するように設けられた空間部、および前記空間部に充填された、多数の連通する空隙が存在する固体部材を有し、前記空間部に伝熱ガスを供給または前記空間部から伝熱ガスを排出することにより、前記熱源からの伝熱をコントロールする伝熱コントロール部と、前記空間部へ伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と、前記空間部から伝熱ガスを排出する伝熱ガス排出機構と、前記伝熱ガス供給機構による前記空間部への伝熱ガスの供給、前記伝熱ガス排出機構による前記空間部からの伝熱ガスの排出を制御する制御部とを具備することを特徴とする基板載置台を提供する。
【００１０】
上記第１の観点において、前記熱源は、載置台本体内に設けられた、冷媒が通流される冷媒流路を有するものとすることができる。また、前記固体部材は断熱材であることが好ましく、典型的には多孔質セラミックスを挙げることができる。また、前記固体部材としては、多孔質金属材料、発泡ゴム、グラスファイバー等も使用することができる。
【００１１】
上記第１の観点において、前記空間部は基板の面内方向に沿って複数の副空間部に分割されており、前記伝熱ガス供給機構および前記伝熱ガス排出機構は、各副空間部に対して個別的に伝熱ガスの供給および排出を行うように構成することができる。この場合に、前記副空間部は同心状に形成することができる。また、隣接する前記副空間部の間は、前記固体部材と同種の緻密質部材からなる分離部材で分離されていることが好ましい。さらに、前記制御部は、各副空間部の伝熱ガスの圧力を個別的に制御するようにしてもよいし、前記各副空間部へ異なる種類の伝熱ガスを供給するように制御するようにしてもよい。さらにまた、前記各副空間部へ充填される固体部材の空隙率または材質を異ならせることもできる。
【００１２】
上記第１の観点において、前記空間部に充填される前記固体部材は、基板の面内方向に沿って空隙率に分布が生じているものとすることができる。この場合に、前記空間部に充填される前記固体部材は、基板の面内方向に沿って空隙率の異なる複数の部位を有するように構成することができる。また、前記空間部に充填される前記固体部材は、基板の面内方向に沿って空隙率にグラデーションを有するように構成することができる。
【００１３】
前記空間部は、その高さが１００μｍ以下の微小空間であることが、制御性の点から好ましい。
【００１４】
前記載置部は、基板を静電吸着する静電チャックを有するものとすることができる。また、前記載置部の載置面に載置された基板の裏面側に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構をさらに具備することが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の観点では、基板処理装置において基板を載置する基板載置台であって、載置台本体と、前記載置台本体の上部に設けられた、基板を載置する載置面を有する載置部と、前記載置台本体内で異なる温度に保持され、冷熱または熱を前記載置台本体の上部に伝熱させる複数の熱源と、前記載置台本体の前記複数の熱源の間に設けられた空間部、および前記空間部に充填された、多数の連通する空隙が存在する固体部材を有し、前記空間部に伝熱ガスを供給または前記空間部から伝熱ガスを排出することにより、前記複数の熱源の間の伝熱をコントロールする伝熱コントロール部と、前記空間部へ伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と、前記空間部から伝熱ガスを排出する伝熱ガス排出機構と、前記伝熱ガス供給機構による前記空間部への伝熱ガスの供給、前記伝熱ガス排出機構による前記空間部からの伝熱ガスの排出を制御する制御部とを具備することを特徴とする基板載置台を提供する。
【００１６】
本発明の第３の観点では、基板を収容し、内部が減圧保持される処理容器と、前記処理容器内に設けられ、基板が載置され、上記第１または第２の観点の構成を有する基板載置台と、前記処理室内で基板に所定の処理を施す処理機構とを具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。
【００１７】
上記第３の観点において、前記処理機構は、プラズマ生成機構を有し、それにより生成されたプラズマにより基板に対してプラズマ処理を施すものとすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、載置台本体の伝熱経路中に位置し、載置された基板に対応するように設けられた空間部、および空間部に充填された、多数の連通する空隙が存在する固体部材を有する伝熱コントロール部を設け、空間部に伝熱ガスを供給または空間部から伝熱ガスを排出することにより、熱源からの伝熱をコントロールするので、空間のみ設けた場合のように、加工時の平面出しの困難性や、真空時の撓み等の問題が生じず、基板との接触が良好に維持することができ、基板の温度を高精度で所望の温度に応答性よく制御することができる。また、空間部は高圧力状態（例えば１ａｔｍ）から真空状態まで広い範囲の圧力にすることができるので、熱伝達性を広い範囲でコントロールすることができ、広い温度範囲で温度制御することができる。
【００１９】
また、空間部を基板の面内方向に沿って複数の副空間部に分割された構造にし、伝熱ガス供給機構および伝熱ガス排出機構が、各副空間部に対して個別的に伝熱ガスの供給および排出を行うように構成することにより、副空間部毎に伝熱をコントロールすることができ、基板の温度分布を均一にすることができる。また、積極的に温度分布を持たせたい場合にも、副空間部の伝熱をコントロールすることにより所望の温度分布になるようにすることができ、例えば、局部的なデポの発生を防止することができる。
【００２０】
さらに、固体部材を、基板の面内方向に沿って空隙率に分布が生じているものとすることにより、空隙率の分布に応じて伝熱の分布を生じさせることができ、それにより基板温度を均一にしたり、所望の温度分布を持たせたりすることができる。
【００２１】
さらにまた、前記載置台本体内で異なる温度に保持され、冷熱または熱を前記載置台本体の上部に伝熱させる複数の熱源を有し、基板に温度分布を持たせるような場合に、これら熱源の間に上記伝熱コントロール部を設けることにより、複数の熱源の間の温度勾配等を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添附図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係るウエハ載置台（基板載置台）が設けられたプラズマ処理装置を示す断面図である。
【００２３】
このプラズマ処理装置（基板処理装置）１は、電極板が上下平行に対向し、これらの間に形成された高周波電界により容量結合プラズマが形成される平行平板エッチング装置として構成されている。
【００２４】
このプラズマ処理装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる円筒形状に成形されたチャンバ２を有している。チャンバ２内の底部にはセラミックなどの絶縁部材３を介して、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を載置する本実施形態のウエハ載置台（基板載置台）４が設けられている。本実施形態においては、このウエハ載置台４は後述するように下部電極として機能する。
【００２５】
ウエハ載置台４の上方には、このウエハ載置台４と平行に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド１０が設けられている。このシャワーヘッド１０は、ウエハ載置台４との対向面を構成するとともに多数の吐出孔１２を有する電極板１１と、この電極板１１を支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極板支持体１３とによって構成されている。電極板支持体１３内にはガス拡散空間１３ａが形成されている。
【００２６】
このシャワーヘッド１０とチャンバ２の側壁の間にはリング状に絶縁材１５が設けられている。この絶縁材１５はチャンバ２の側壁に取り付けられている。また、絶縁材１５の下端には、その周囲に沿って内側に延びる絶縁性の支持部材１６が取り付けられており、シャワーヘッド１０は、支持部材１６により支持されている。なお、シャワーヘッド１０とウエハ載置台４とは、例えば１０〜６０ｍｍ程度離間している。
【００２７】
前記シャワーヘッド１０における電極板支持体１３にはガス拡散空間１３ａに至るガス導入口１８が設けられ、このガス導入口１８にはガス供給管１９の一端が接続されており、ガス供給管１９の他端は処理ガス供給源２０に接続されている。そして、処理ガス供給源２０からガス供給管１９を介してエッチングのための処理ガスがシャワーヘッド１０へ供給され、電極板支持体１３のガス拡散空間１３ａを経て吐出孔１２からウエハＷ上へ吐出されるようになっている。ガス供給管１９には、バルブ２１およびマスフローコントローラ２２が設けられている。
【００２８】
エッチングのための処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）やハイドロフロロカーボンガス（ＣｐＨｑＦｒ）のようなハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。他にＡｒ、Ｈｅ等の希ガスやＮ２ガス、Ｏ２ガス等を添加してもよい。
【００２９】
チャンバ２の底部には排気管２５が接続されており、この排気管２５には排気装置２６が接続されている。排気装置２６はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバ２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。排気管２５には自動圧力制御弁（図示せず）が設けられており、これにより、チャンバ２内を所定の圧力に制御可能となっている。また、チャンバ２の側壁にはゲートバルブ２７が設けられており、このゲートバルブ２７を開にした状態でウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００３０】
シャワーヘッド１０には、整合器３１を介して第１の高周波電源３０が接続されており、その際の給電はシャワーヘッド１０における電極板支持体１３の上面中央部に接続された給電棒３３により行われる。また、シャワーヘッド１０にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）３５が接続されている。この第１の高周波電源３０から高周波電力が供給されることにより、ウエハＷの上部電極であるシャワーヘッド１０と下部電極であるウエハ載置台４との間に高周波電界が形成され、処理ガスのプラズマが生成される。この第１の高周波電源３０は、例えば２７ＭＨｚ以上の周波数を有しており、具体例として６０ＭＨｚが用いられる。このように比較的高い周波数を印加することによりチャンバ２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ、低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。
【００３１】
本実施形態に係るウエハ載置台４は、略円柱状をなしており、絶縁部材３の上に設けられた金属製、例えばアルミニウム製の載置台本体４１を有する。載置台本体４１の上には、ウエハＷの載置部として機能する、ウエハＷの載置面を有する静電チャック４２とを有している。静電チャック４２は載置台本体４１よりも小径であり、載置台本体４１の上端周縁部には、静電チャック４２を囲むように、環状のフォーカスリング４３が配置されている。このフォーカスリング４３は例えば絶縁材料からなっており、これによりエッチングの均一性が向上される。なお、載置台本体４１は下部電極として機能する。
【００３２】
載置台本体４１の内部には、冷媒循環路４５が設けられており、この冷媒循環路４５には、冷媒導入管４６および冷媒排出管４７が接続されている。この冷媒循環路４５には、例えばフッ素不活性液体などの冷媒が冷媒供給機構４８から冷媒導入管４６を介して供給されて循環され、その冷熱がウエハＷに伝達されるようになっている。冷媒温度は低い方が冷却能力が高く好ましいが、低すぎると結露を起こす。
【００３３】
静電チャック４２は、ウエハＷより若干小径に形成され、誘電体からなる本体４２ａとその中に介在された電極４２ｂとを有している。電極４２ｂには直流電源５０が接続されており、この直流電源５０から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、静電気力、例えばクーロン力、ジョンセン・ラーベック力によってその上に載置されたウエハＷを静電吸着する。直流電源５０はスイッチ５１によりオン・オフされるようになっている。本体４２ａを構成する誘電体としてはＡｌ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、Ｙ２Ｏ３等のセラミックスが例示される。
【００３４】
ウエハ載置台４に載置されたウエハＷの裏面側には、伝熱ガスであるＨｅガスを供給するためのガス流路５２が接続されている。ガス流路５２にはガス供給配管５３が接続されており、ガス供給配管５３にはＨｅ供給機構５５が接続されている。そしてＨｅ供給機構５５からガス供給配管５３およびガス流路５２を介してＨｅガスがウエハＷの裏面に供給され、Ｈｅガスを介して冷媒の冷熱をウエハＷに伝達するようになっている。すなわち、Ｈｅガスは冷媒の冷熱を伝達する伝熱ガスとして供給される。
【００３５】
載置台本体４１の内部の冷媒循環路４５と静電チャック４２との間の伝熱経路には、伝熱コントロール部６０が水平に設けられている。伝熱コントロール部６０は、図２に示すように、載置台本体４１内のウエハＷに対応する位置に設けられた、ウエハＷよりも大径の円板状をなす空間部６１と、空間部６１内に充填された、多数の連通する空隙が存在する固体部材６２とで構成されている。
【００３６】
固体部材６２は、空隙に伝熱ガスが存在しないときに断熱できるように断熱材で構成することが好ましい。また、安定でかつ容易に変形しないように硬度および機械的強度が比較的高い材料が好ましい。このような観点から固体部材６２としては多孔質セラミックスが好適である。また、固体部材６２としては、多孔質金属材料、発泡ゴム、グラスファイバー等も使用することができる。
【００３７】
空間部６１は、高さが小さいほうが制御性がよく、高さが１００μｍ以下の微小空間であることが好ましい。図３に拡大して示すように、このような微小空間である空間部６１は、微視的に見ると平坦性が悪いが、その高さは平均的な高さとして把握することができる。このようにして求めた種々の高さの微小空間におけるガスの圧力と熱伝導率の関係を図４に示す。この図に示すように、微小空間の高さが１００μｍ以下で圧力に対する熱伝導率の変化が比較的大きく、制御性が高いことがわかる。
【００３８】
この伝熱コントロール部６０の空間部６１には、その中に伝熱ガスを供給する供給流路６３が接続されている。また、この供給流路６３には、供給配管６４を介して伝熱ガス供給機構６５が接続されている。また、空間部６１には、空間部６１内の伝熱ガスを排出する排出流路６６が接続されている。この排出流路６６には、排出配管６７を介して伝熱ガス排出機構６８が接続されている。
【００３９】
伝熱ガス供給機構６５は、伝熱コントロール部６０の容器６１内に伝熱ガスを供給する機能を有しており、固体部材６２の空隙を所定の圧力の伝熱ガスで充填することにより、伝熱コントロール部６０において伝熱ガスを介して熱伝達させる。このとき、伝熱ガスの圧力を制御することにより熱伝達性を制御することができる。一方、伝熱ガス排出機構６８は、伝熱コントロール部６０の容器６１から伝熱ガスを排出する機能を有しており、固体部材６２の空隙を真空状態として、伝熱コントロール部６０の熱伝達性を低下させる。
【００４０】
下部電極として機能するウエハ載置台４の載置台本体４１には、給電線７０ａを介して第２の高周波電源７０が接続されており、給電線７０ａには整合器７１が介在されている。この第２の高周波電源７０の周波数は、例えば１００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲であり、具体例として２ＭＨｚが用いられる。このような範囲の周波数を印加することにより、被処理体であるウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。なお、載置台本体４１にはハイパスフィルタ７２が接続されている。
【００４１】
プラズマ処理装置１は制御部８０を備えている。この制御部８０は、図５のブロック図に示すように、コントローラ８１と、ユーザーインターフェース８２と、記憶部８３とを有している。コントローラ８１は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなり、プラズマ処理装置１の各構成部、例えば冷媒供給機構４８、Ｈｅ供給機構５５、伝熱ガス供給機構６５、伝熱ガス排出機構６８、排気装置２６、静電チャック４２のための直流電源５０のスイッチ５１、バルブ２１、マスフローコントローラ２２等が制御される。ユーザーインターフェース８２はコントローラ８１に接続され、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンド等の入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなる。記憶部８３もコントローラ８１に接続され、その中にプラズマ処理装置１の各構成部の制御対象を制御するための制御プログラムや、プラズマ処理装置１に所定の処理を行わ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。処理レシピは記憶部８３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクのような固定的なものであってもよいし、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、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、コントローラ８１は、必要に応じて、ユーザーインターフェース８２からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部８３から呼び出して実行させ、これによりプラズマ処理装置１では、コントローラ８１の制御下で、所定の処理が行われる。
【００４２】
次に、以上のように構成されるプラズマ処理装置１における処理動作について説明する。
まず、被処理基板であるウエハＷは、ゲートバルブ２７が開放された後、図示しないロードロック室からチャンバ２内へと搬入され、ウエハ載置台４の静電チャック４２上に載置される。次いで、ゲートバルブ２７が閉じられ、排気装置２６によって、チャンバ２内が所定の真空度まで真空引きされる。
【００４３】
その後、バルブ２１が開放されて、処理ガス供給源２０から処理ガスがマスフローコントローラ２２によってその流量が調整されつつ、ガス供給管１９、ガス導入口１８を通ってシャワーヘッド１０の内部のガス拡散空間１３ａへ導入され、さらに電極板１１の吐出孔１２を通って、図１の矢印に示すように、ウエハＷに対して均一に吐出され、チャンバ２内の圧力が所定の値に維持される。
【００４４】
その際に、第１の高周波電源３０から２７ＭＨｚ以上、例えば６０ＭＨｚの高周波が上部電極であるシャワーヘッド１０に印加され、これにより、上部電極としてのシャワーヘッド１０と下部電極としてのウエハ載置台４との間に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化し、このプラズマにより、ウエハＷに対してエッチング処理が施される。このようにしてプラズマが生成されると同時に、高圧直流電源５０から静電チャック４２の電極４２ｂに直流電圧が印加されることによって、ウエハＷが静電チャック１１上に静電吸着される。
【００４５】
他方、第２の高周波電源７０からは、１００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ、例えば２ＭＨｚの高周波が下部電極であるウエハ載置台４に印加される。これにより、プラズマ中のイオンがウエハ載置台４側へ引き込まれ、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。
【００４６】
このようなプラズマエッチングを複数のウエハＷに対して繰り返し行い、所定枚数の処理が終了した時点で、チャンバ２内にウエハＷを入れずに、チャンバ２内にプラズマを生成して、チャンバ２内のウエハレスドライクリーニングを行う。
【００４７】
以上のような、プラズマエッチングにおいては、高精度でエッチングを行うために、ウエハＷの温度を制御する必要があり、そのため冷媒循環路４５に冷媒を流しつつ、ウエハＷの裏面側に熱伝達用ガスであるＨｅガスを供給し、冷媒の冷熱をウエハＷに伝達してウエハＷの温度を制御する。
【００４８】
しかしながら、このような温度制御のみでは、温度調整マージンが小さく所望の精密な温度制御には不十分である。また、ウエハレスドライクリーニング時には、ウエハ載置台４の温度をプロセス時の温度より高くしてデポを除去しやすい状態にする必要があるが、上記手法では、このような温度に対応することが困難である。
【００４９】
そこで、本実施形態では、ウエハ載置台４の載置台本体４１の内部に、伝熱コントロール部６０を設けている。伝熱コントロール部６０は、載置台本体４１内に設けられた空間部６１内に多孔質セラミックス等の多数の連通する空隙が存在する固体部材６２を有しており、伝熱ガス供給機構６５により空間部６１へ伝熱ガスを供給することにより空隙に伝熱ガスを存在させて熱伝達させることができ、また、その際の伝熱ガスの圧力を制御することにより、熱伝達性を制御することができる。また、伝熱ガス排出機構６８により伝熱ガスを排出することにより固体部材６２の空隙を真空状態として熱伝達性を低下させることができる。さらに、伝熱ガス供給機構６５により伝熱ガスを空間部６１に供給しつつ、伝熱ガス排出機構６８により空間部６１から伝熱ガスを排出して伝熱ガスを循環させることにより、冷却を促進することもできる。このように、伝熱コントロール部６０に対する伝熱ガスの供給・排出および伝熱ガスの圧力制御を行うことができ、さらに伝熱ガスを循環させて冷却を促進することができるので、ウエハＷの温度制御性および応答性を高くすることができる。また、空間部６１は高圧力状態から真空状態まで広い範囲の圧力にすることができるので、熱伝達性を広い範囲でコントロールすることができ、ウエハ載置台４、ひいてはウエハＷを広い温度範囲で温度制御することができる。例えば、チャンバ２内のウエハレスドライクリーニングを行う場合に、固体部材６２の空隙を真空状態として断熱し、ウエハ載置台４の温度を高くしてデポの除去を促進することもできる。
【００５０】
また、伝熱コントロール部６０が単なる空間の場合には、載置台の加工時に平面出しが困難となることや、真空時の圧力差による撓みにより、載置されたウエハとの接触が不十分となってかえって温度制御性が低下するおそれがあるが、このように空間部６１内に連通する空隙を有する固体部材６２を充填させるので、このような不都合は生じない。また、固体部材６２の空隙に伝熱ガスを充填させればよいので、空間全部に伝熱ガスを充填させる場合に比べて伝熱ガスの量を少なくすることができる。
【００５１】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係るウエハ載置台（基板載置台）について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係るウエハ載置台を示す断面図である。本実施形態に係るウエハ載置台４′は、内部の冷媒循環路４５と静電チャック４２との間に伝熱コントロール部６０′が水平に設けられている。伝熱コントロール部６０′は、載置台本体４１内のウエハＷに対応する位置に設けられた、ウエハＷよりも大径の円板状をなす空間部６１′を有しており、その中は円環状の分離部材６１ｃにより副空間部として、中央空間部６１ａと外側空間部６１ｂとに同心円状に分離されている。そして、これら中央空間部６１ａと外側空間部６１ｂに、それぞれ固体部材６２ａ，６２ｂが充填されている。固体部材６２ａ，６２ｂは上記固体部材６２と同様、多数の連通する空隙が存在するものであり、典型例として多孔質セラミックスを挙げることができる。
【００５２】
そして、中央空間部６１ａには、その中に伝熱ガスを供給する供給流路６３ａおよびその中から伝熱ガスを排出する排出流路６６ａが設けられており、これらはそれぞれ供給配管６４ａおよび排出配管６７ａを介して図示しない伝熱ガス供給機構および伝熱ガス排出機構に接続されている。また、外側空間部６１ｂには、その中に伝熱ガスを供給する供給流路６３ｂおよびその中から伝熱ガスを排出する排出流路６６ｂが設けられており、これらはそれぞれ供給配管６４ｂおよび排出配管６７ｂを介して図示しない上記伝熱ガス供給機構および伝熱ガス排出機構に接続されている。
【００５３】
このように伝熱コントロール部６０′では、空間部６１′を中央空間部６１ａと外側空間部６１ｂとに分け、これらに独立に伝熱ガスの供給および排出を行うようにしたので、中央空間部６１ａと外側空間部６１ｂに供給する伝熱ガスの圧力を異ならせたり、これらに異なる種類の伝熱ガスを供給することにより、伝熱コントロール部６０′の中央部分と外側部分とで伝熱を異ならせて別個に温度制御を行うことができる。
【００５４】
例えば、ウエハＷの温度の面内均一性が不十分であり、内側部分の温度が高くなる場合には、中央空間部６１ａにおける伝熱ガスの圧力を外側空間部６１ｂよりも高くしたり、中央空間部６１ａに熱伝導率の高い伝熱ガスを流す等により、伝熱コントロール部６０′の中央部分における熱伝達率を高くしてウエハＷの中央部の温度をより低下するようにする。また、逆に、外側部分の温度が高くなる場合には、外側空間部６１ｂにおける伝熱ガスの圧力を中央空間部６１ａよりも高くしたり、外側空間部６１ｂに熱伝導率の高い伝熱ガスを流す等により、伝熱コントロール部６０′の外側部分における熱伝達率を高くしてウエハＷの外側部の温度をより低下するようにする。これにより、ウエハＷの温度の均一性を高めることができる。
【００５５】
また、伝熱コントロール部６０′の中央部分と外側部分とで伝熱を異ならせて積極的に所望の温度分布を形成することもできる。例えば、静電チャック４２の側面や載置台本体４１の静電チャック４２とフォーカスリング４３の間の露出部分には、冷媒による冷却により、処理ガス成分のデポが付着しやすくなる場合があるが、デポが付着するとエッチング条件が変化してしまい好ましくない。したがって、このようなデポの付着防止を重視する場合には、外側空間部６１ｂにおける伝熱ガスの圧力を低く（例えば真空に）する、または外側空間部６１ｂに供給する伝熱ガスを熱伝導率のより低いものとすることにより、伝熱コントロール部６０′の外側部分での伝熱を抑制して冷熱を供給され難くし、載置台本体４１の露出部等の温度を上昇させてデポを付着し難くする。
【００５６】
また、固体部材６２ａ，６２ｂの空隙率やその材質を変化させることによっても、伝熱コントロール部６０′の中央部分と外側部分とで伝熱を異ならせて別個に温度制御を行うことができる。
【００５７】
中央空間部６１ａと外側空間部６１ｂとを分離する分離部材６１ｃは、固体部材６２ａ，６２ｂと同等の熱伝導率を有する材料で連通する空隙を有しないものであることが好ましい。例えば、固体部材６２ａ，６２ｂが多孔質セラミックスであれば、分離部材６１ｃは同種材料の緻密質セラミックスを用いる。これにより、分離部材６１ｃがヒートスポットになることが防止される。
【００５８】
また、均熱を重視する場合には、中央空間部６１ａと外側空間部６１ｂに伝熱ガスを滞留させるほうが好ましいが、冷却効率を上げたい場合には伝熱ガスを積極的に流すことが好ましい。
【００５９】
なお、上記例では、空間部６１′を中央部分６１ａと外側部分６１ｂに同心円状に２分割した場合について示したが、分割の数は２分割に限るものではなく、３分割以上であってもよく、分割形態は同心円状に限らず、例えばマトリックス状等他の形態であってもよい。
【００６０】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係るウエハ載置台（基板載置台）について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係るウエハ載置台を示す断面図である。本実施形態に係るウエハ載置台４″は、内部の冷媒循環路４５と静電チャック４２との間に伝熱コントロール部６０″が水平に設けられている。伝熱コントロール部６０″は、載置台本体４１内のウエハＷに対応する位置に設けられた、ウエハＷよりも大径の円板状をなす空間部６１″を有しており、その中には一体の固体部材６２″が充填されている。固体部材６２″は上記固体部材６２と同様、多数の連通する空隙が存在するものであり、典型例として多孔質セラミックスを挙げることができる。この固体部材６２″は、ウエハＷの面内方向である水平方向に沿って空隙率に分布が生じるように構成されており、例えば、図７に示すように、中央部分６２ｃと外側部分６２ｄとを有するように構成し、これらの空隙率を異ならせたものとすることができる。この場合に空隙率の異なる部分は３つ以上とすることもできる。また、固体部材６２″として、図８に示すように、例えば、中心の空隙率を高く、外側に行くに従って徐々に空隙率が小さくなる等のグラデーションを持たせたものとすることもできる。
【００６１】
このように固体部材６２″は、水平方向に沿って空隙率に分布が生じているので、伝熱ガスを充填した際に、伝熱ガスの圧力が同じでも、その水平方向に沿って熱伝達率に分布を持たせることができる。このため、ウエハＷの面内温度分布が不均一な場合に、それを解消するように熱伝達率分布をもたせることにより、ウエハＷの温度の面内均一性を高めることができる。また、これにより、所望の温度分布を形成することもできる。
【００６２】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態に係るウエハ載置台（基板載置台）について説明する。図９は、本発明の第４の実施形態に係るウエハ載置台を示す断面図である。本実施形態に係るウエハ載置台１０４は、載置台本体１４１を有し、その内部に外側冷媒循環路４５ａと内側冷媒循環路４５ｂを有し、これらにはそれぞれ冷媒導入管４６ａおよび冷媒排出管４７ａ、ならびに冷媒導入管４６ｂおよび冷媒排出管４７ｂが接続されており、互いに温度の異なる冷媒が通流されるようになっている。これにより、ウエハＷに対して所定の温度分布を生じさせることが可能となっている。これら外側冷媒循環路４５ａと内側冷媒循環路４５ｂとの間には、伝熱コントロール部１６０が設けられている。この伝熱コントロール部１６０は、円環状をなす空間部１６１と、空間部１６１内に充填された、多数の連通する空隙が存在する固体部材１６２とで構成されている、固体部材１６２は固体部材６２と同様に構成される。空間部１６１には、その中に伝熱ガスを供給する供給配管１６４が接続されており、この供給配管１６４には伝熱ガス供給機構１６５が接続されている。また、空間部１６１には、空間部１６１内の伝熱ガスを排出する排出配管１６７が接続されており、この排出配管１６７には伝熱ガス排出機構１６８が接続されている。そして、供給する伝熱ガスの圧力を制御することにより、外側冷媒循環路４５ａと内側冷媒循環路４５ｂとの間の熱伝達性を制御することにより、ウエハＷの面内方向の温度勾配等を制御することができ、ウエハＷの温度分布を高精度で制御することができる。
【００６３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、載置台本体の上部に載置部材として機能する静電チャックを設けたが、静電チャックは必須なものではない。静電チャックを用いない場合には、載置台本体の上面が載置面を有する載置部として機能する。また、上記実施形態では、熱源として冷媒流路を用い、冷媒の冷熱が載置台本体を伝熱して載置面に供給される例を示したが、熱源としてはヒーター等の加熱源を用いてもよく、その場合には熱が載置台本体を伝熱して載置面に供給される。さらに、上部電極および下部電極に高周波電力を印加するタイプの平行平板型プラズマエッチング装置を示したが、平行平板型に限らず、例えば誘導結合型プラズマ処理装置等、他の方式のプラズマ装置であってもよいし、エッチング処理に限らず、アッシングやＣＶＤ等、他の処理であってもよい。さらには、処理容器内を減圧にする処理であれば、プラズマ処理以外であってもよい。さらに、被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ基板等、他の基板であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るウエハ載置台が設けられたプラズマ処理装置を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るウエハ載置台を示す断面図。
【図３】図１のウエハ載置台における伝熱コントロール部の空間部として微小空間を用いた場合の伝熱コントロール部の状態を拡大して示す断面図。
【図４】伝熱コントロール部の空間部として微小空間を用いた場合の、種々の高さの微小空間におけるガスの圧力と熱伝導率の関係を示す図。
【図５】図１のプラズマ処理装置に設けられた制御部の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るウエハ載置台を示す断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るウエハ載置台を示す断面図。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るウエハ載置台における伝熱コントロール部材の他の例を示す断面図。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るウエハ載置台を示す断面図。
【符号の説明】
【００６５】
１；プラズマ処理装置（プラズマエッチング装置）
２；チャンバ（処理室）
４；ウエハ載置台（基板載置台）
１０；シャワーヘッド
２０；処理ガス供給源
３０；第１の高周波電源
４１；載置台本体
４２；静電チャック
５５；Ｈｅ供給機構
６０，６０′、６０″：伝熱コントロール部
６１，６１′、６１″；空間部
６１ａ；中央空間部
６１ｂ；外側空間部
６１ｃ；分離部材
６２，６２″，６２ａ，６２ｂ；固体部材
６５；伝熱ガス供給機構
６８；伝熱ガス排出機構
７０；第２の高周波電源
８０；制御部
【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】
2010123809.tif 000008
【図７】
2010123809.tif 000009
【図８】
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【図９】
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