(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理が施されるべき被処理基板を保持する試料台において、
被処理基板が接触する接触面を有し、該接触面に接触した被処理基板を吸着する吸着板と、
該接触面の反対側の非接触面が接着された円形の凹面を有し、前記吸着板を介して前記被処理基板を支持する支持基板と
を備え、
前記凹面の中央部の深さは、前記凹面の直径の６．６６×１０-5〜８．３３×１０-5倍であり、
前記凹面の中央部の深さと、該中央部から離隔した離隔部位の深さとの差は、該中央部に接触する部位における前記吸着板の厚みと、前記離隔部位に接触する部位における前記吸着板の厚みとの差よりも大きい
ことを特徴とする試料台。
【請求項２】
前記吸着板の前記接触面は凹形状であることを特徴とする
請求項１に記載の試料台。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の試料台を備え、マイクロ波によって処理室内にプラズマを生成し、該プラズマにて被処理基板にプラズマ処理を施すように構成してある
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理が施されるべき被処理基板を保持する試料台、及び該試料台を備え、マイクロ波によって処理室内にプラズマを生成し、該プラズマにて被処理基板にプラズマ処理を施すように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置は、プラズマ処理が施されるべき被処理基板、例えば半導体ウエハを吸着保持する試料台を備える。試料台は、半導体ウエハを静電吸着するセラミック製の吸着板を備えており、該吸着板内部には、静電吸着のための電極、加熱用のヒータなどが埋設されている。半導体ウエハを均一に処理するためには、該半導体ウエハの温度分布を均一にする必要がある。このため、半導体ウエハに接触する吸着板の接触面は、該接触面及び半導体ウエハ間の熱抵抗が均一になるよう、ラッピング加工によって平滑化されている。
【０００３】
一方、特許文献１には、半導体ウエハを支持する基板支持面に凹部を形成し、半導体ウエハと、基板支持面との間に所定の空間が形成されるように構成された試料台が開示されている。該試料台は、半導体ウエハの中央部で温度が上昇し易いところ、凹部の中央部で深さが最も大きく、中央から端部に向けて浅くなるように形成することによって、半導体ウエハの温度分布を均一にすることを目的としたものである。
【０００４】
特許文献２には、板状セラミック体の一方の主面に、その外周部を残して深さが３〜１０μｍの凹部を形成し、前記外周部頂面におけるうねりを１〜３μｍとするとともに、前記凹部底面の周縁部にガス溝を設け、前記凹部底面下方の板状セラミック体中に静電吸着用電極を配置して構成された試料台が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−５２０９８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１０は、従来の試料台が有する問題点を示す説明図である。図１０（ａ）は、半導体ウエハＷが載置された従来の試料台１０２を模式的に示している。図１０（ｂ）は、プラズマ環境下において、従来の試料台１０２に載置された半導体ウエハＷにおける温度分布の測定結果を示している。試料台に設けられた吸着板の接触面を平滑にするためにラッピング加工を施した場合、接触面は図１０（ａ）に示すように、略中央部が凸状に湾曲した形状になる。このため、吸着板に対して水平に載置された半導体ウエハＷは、図１０（ａ）左図に示すように、一点支持されるため、不安定であり、図１０（ａ）右図に示すように容易に片側に傾き、他片側には半導体ウエハＷと、吸着板との間に大きな間隙が生ずる。結果として、図１０（ｂ）に示すように、間隙が大きい箇所の熱抵抗が局所的に高まり、抜熱量が減少し、半導体ウエハＷに局所高温部位が発生する。ある実験によれば、半導体ウエハＷにおいて約１５℃の温度差ΔＴが検出された。
また、上述の問題は、吸着板の接触面にラッピング加工を施した場合のみならず、所定の表面処理を施した結果、略中央部が凸状に湾曲するような場合、一般的に発生するものである。
【０００７】
なお、特許文献１に記載の試料台は、半導体ウエハと、試料台とが面接触しない構成であるため、半導体ウエハの温度を高精度に制御することは困難である。
また、特許文献２には、上述の問題を解決する手段は開示されていない。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、吸着板の接触面に所定の表面処理、例えばラッピング加工を施した場合であっても、該接触面を略凹形状にすることによって、被処理基板を安定的に保持することができる試料台及び該試料台を備えたマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る試料台は、基板処理が施されるべき被処理基板を保持する試料台において、被処理基板が接触する接触面を有し、該接触面に接触した被処理基板を吸着する吸着板と、該接触面の反対側の非接触面が接着された円形の凹面を有し、前記吸着板を介して前記被処理基板を支持する支持基板とを備え、前記凹面の中央部の深さは、前記凹面の直径の６．６６×１０-5〜８．３３×１０-5倍であり、前記凹面の中央部の深さと、該中央部から離隔した離隔部位の深さとの差は、該中央部に接触する部位における前記吸着板の厚みと、前記離隔部位に接触する部位における前記吸着板の厚みとの差よりも大きいことを特徴とする。
本発明に係る試料台は、前記吸着板の前記接触面は凹形状であることを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、吸着板が、支持基板の凹面に接着されている。そして、該凹面の略中央部の深さと、該中央部から離隔した離隔部位の深さとの差は、該中央部に接触する部位における吸着板の厚みと、離隔部位に接触する部位における吸着板の厚みとの差よりも大きいため、吸着板の接触面に所定の表面処理が施されて凸状に湾曲した場合であっても、凹面に接着された吸着板の接触面は凹状である。
【００１６】
本発明にあっては、冷却水流路に冷却用の液体を通流させることによって、被処理基板を冷却させることができる。また、吸着板のヒータに通電させることによって、被処理基板を加熱することができる。更に、吸着板の電極に直流を通電させることによって、被処理基板を静電吸着することができる。
【００１７】
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、上述の試料台を備え、マイクロ波によって処理室内にプラズマを生成し、該プラズマにて被処理基板にプラズマ処理を施すように構成してあることを特徴とする。
【００１８】
本発明にあっては、試料台に保持された被処理基板を均一にプラズマ処理することが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、吸着板の接触面に所定の表面処理、例えばラッピング加工を施した場合であっても、該接触面を略凹形状にすることによって、被処理基板を安定的に保持することができ、被処理基板を均一にプラズマ処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係る試料台の一例を模式的に示す側断面図である。
【図３】試料台の一例を模式的に示す分解側断面図である。
【図４】支持基板の一例を模式的に示す側断面図である。
【図５】吸着板の一例を模式的に示す要部を拡大した側断面図である。
【図６】支持基板の寸法を説明するための説明図である。
【図７】支持基板に形成された凹面の寸法形状を説明するためのグラフである。
【図８】支持基板に形成された凹面の深さを示したグラフである。
【図９】本実施の形態に係る試料台の作用を説明するための説明図である。
【図１０】従来の試料台が有する問題点を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図である。以下、マイクロ波プラズマ処理装置の全体構成を説明し、次いで試料台２の詳細を説明する。
【００２２】
本発明の実施の形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、例えばＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）型であり、気密に構成されかつ接地された略円筒状の処理室１を備える。処理室１は、例えば、アルミニウム製であり、略中央部に円形の開口部１０が形成された平板円環状の底壁１ａと、底壁１ａに周設された側壁とを有し、上部が開口している。なお、処理室１の内周には、石英からなる円筒状のライナを設けても良い。
【００２３】
処理室１の側壁には環状をなすガス導入部材１５が設けられており、このガス導入部材１５には処理ガス供給系１６が接続されている。ガス導入部材１５は、例えばシャワー状に配置されている。処理ガス供給系１６から所定の処理ガスがガス導入部材１５を介して処理室１内に導入される。処理ガスとしては、プラズマ処理の種類に応じて適宜のものが用いられる。例えば、試料台２は、高精度の処理を行うために綿密な温度制御が求められるポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）エッチング処理に好適に用いられ、この場合には、ＨＢｒガス、Ｏ2 ガス等が好適に用いられる。また、タングステン系ゲート電極の選択酸化処理のような酸化処理を行う場合には、Ａｒガス、Ｈ2 ガス、Ｏ2 ガス等が用いられる。
また、処理室１の側壁には、マイクロ波プラズマ処理装置に隣接する搬送室（図示せず）との間で半導体ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。
【００２４】
処理室１の底壁１ａには、開口部１０と連通するように、下方へ突出した有底円筒状の排気室１１が設けられている。排気室１１の側壁には排気管２３が設けられており、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。排気装置２４を作動させることにより処理室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。従って、処理室１内を所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能である。
【００２５】
排気室１１の底部中央には、ＡｌＮ等のセラミックからなる柱状部材３が略垂直に突設され、柱状部材の先端部に、プラズマ処理が施されるべき被処理基板である半導体ウエハＷを支持する試料台２が設けられている。試料台２は、円盤状をなし、その外縁部には半導体ウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。試料台２には、半導体ウエハＷ加熱用のヒータ電源６と、静電吸着用のＤＣ電源８が接続されている。また、試料台２には、半導体ウエハＷを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（不図示）が試料台２の表面に対して突没可能に設けられている。試料台２の細部構成については、後述する。また、被処理基板である半導体ウエハＷへバイアスを印加するための高周波電源（不図示）が試料台２に設けられていても良い。
【００２６】
処理室１の上部に形成された開口部には、その周縁部に沿ってリング状の支持部２７が設けられている。支持部２７には、誘電体、例えば石英、Ａｌ2 Ｏ3 等のセラミックからなり、マイクロ波を透過する円盤状の誘電体窓２８がシール部材２９を介して気密に設けられている。
【００２７】
誘電体窓２８の上方には、試料台２と対向するように、円板状のスロット板３１が設けられている。スロット板３１は、誘電体窓２８に面接触した状態で、処理室１の側壁上端に係止されている。スロット板３１は、導体、例えば表面が金メッキされた銅板又はアルミニウム板からなり、複数のマイクロ波放射スロット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。すなわち、スロット板３１はＲＬＳＡアンテナを構成している。マイクロ波放射スロット３２は、例えば長溝状をなし、隣接する一対のマイクロ波放射スロット３２同士が略Ｌ字状をなすように近接して配されている。対をなす複数のマイクロ波放射スロット３２は、同心円状に配置されている。詳細には、内周側に７対、外周側に２６対のマイクロ波放射スロット３２が形成されている。マイクロ波放射スロット３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長等に応じて決定される。
【００２８】
スロット板３１の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体板３３が互いに面接触するように設けられている。誘電体板３３は、平板状の誘電体円板部を有する。誘電体円板部の略中央部には孔部が形成されている。また孔部の周縁から、誘電体円板部に対して略垂直に、円筒状のマイクロ波入射部が突出している。
【００２９】
処理室１の上面には、スロット板３１及び誘電体板３３を覆うように、円盤状のシールド蓋体３４が設けられている。シールド蓋体３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属製である。処理室１の上面とシールド蓋体３４との間は、シール部材３５によりシールされている。
【００３０】
シールド蓋体３４の内部には、蓋体側冷却水流路３４ａが形成されており、蓋体側冷却水流路３４ａに冷却水を通流させることにより、スロット板３１、誘電体窓２８、誘電体板３３、シールド蓋体３４を冷却するように構成されている。なお、シールド蓋体３４は接地されている。
【００３１】
シールド蓋体３４の上壁の中央には開口部３６が形成されており、該開口部には導波管３７が接続されている。導波管３７は、シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、同軸導波管３７ａの上端部に接続された水平方向に延びる断面矩形状の矩形導波管３７ｂとを有しており、矩形導波管３７ｂ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。マイクロ波発生装置３９で発生したマイクロ波、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介して上記スロット板３１へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ等を用いることもできる。矩形導波管３７ｂの同軸導波管３７ａとの接続部側の端部にはモード変換器４０が設けられている。同軸導波管３７ａは、筒状の同軸外導体４２と、該同軸外導体４２の中心線に沿って配された同軸内導体４１とを有し、同軸内導体４１の下端部はスロット板３１の中心に接続固定されている。また、誘電体板３３のマイクロ波入射部は、同軸導波管３７ａに内嵌している。
【００３２】
また、マイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波プラズマ処理装置の各構成部を制御するプロセスコントローラ５０を備える。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がマイクロ波プラズマ処理装置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、マイクロ波プラズマ処理装置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ユーザインターフェース５１が接続されている。また、プロセスコントローラ５０には、マイクロ波プラズマ処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラム、処理条件データ等が記録されたプロセス制御プログラムが格納された記憶部５２が接続されている。プロセスコントローラ５０は、ユーザインターフェース５１からの指示に応じた任意のプロセス制御プログラムを記憶部５２から呼び出して実行し、プロセスコントローラ５０の制御下で、マイクロ波プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。
【００３３】
次に、本実施形態に係る試料台２の詳細を説明する。図２は、本実施の形態に係る試料台２の一例を模式的に示す側断面図、図３は、試料台２の一例を模式的に示す分解側断面図である。試料台２は、支持基板２１と、支持基板２１に接着剤２２にて接着された吸着板２３を備える。
【００３４】
図４は、支持基板２１の一例を模式的に示す側断面図である。支持基板２１は、半導体ウエハＷよりも大径の略円盤状に形成されたアルミニウム部材、ステンレス部材、又はアルミニウムを含有するシリコンカーバイドなどからなり、内部には冷却水流路２１ａが形成されている。冷却水流路２１ａは、冷却水を通流させることによって、半導体ウエハＷを冷却するものである。支持基板２１の一端面側（上面側）には、正面視円形の凹面２１ｂが形成されており、凹面２１ｂの径方向外側には環状溝部が形成され、更にその外側には円環状の外周部が形成されている。支持基板２１の他端面側においては、外周面が拡径している。凹面２１ｂは、側断面が台形状の平皿状をなし、略中央部に形成された平面視が円形状の底面部２１ｃと、底面部２１ｃから径方向外側へ離隔するにつれて、凹面２１ｂの深さが浅くなるように形成されたテーパ部２１ｄとを有している。凹面２１ｂの中央部の深さと、該中央部から離隔したテーパ部２１ｄの深さとの差は、後述するように該中央部に接触する部位における吸着板２３の厚みと、前記テーパ部２１ｄに接触する部位における吸着板２３の厚みとの差よりも大きくなるように加工されている。つまり、凹面２１ｂは、吸着板２３を該凹面２１ｂに接着した場合、吸着板２３が凹形状になるような深さを有している。
【００３５】
図５は、吸着板２３の一例を模式的に示す要部を拡大した側断面図である。吸着板２３は、支持基板２１の凹面２１ｂと略同一又は大径の円盤状をなすセラミック部材で構成されている。吸着板２３は、半導体ウエハＷに接触して吸着する接触面２３ｃと、該接触面２３ｃの反対側の面である非接触面２３ｂとを有する板部材２３ａを備える。接触面２３ｃは、エンボス加工が施された上、ラッピング加工にてエンボス頭頂部が平滑化されている。ラッピング加工が施された吸着板２３は、略中央部が外周部分に比べて凸状に湾曲している。非接触面２３ｂは、図２に示すように、支持基板２１の凹面２１ｂに接着剤２２にて接着されている。支持基板２１の凹面２１ｂは、側断面が台形状であるが、凹面２１ｂと吸着板２３との間隙に接着剤２２が浸潤しており、吸着板２３の接触面２３ｃは、滑らかに湾曲した凹形状となる。また、吸着板２３は、半導体ウエハＷを過熱するためのヒータ２３ｅと、半導体ウエハＷを静電吸着するための電極２３ｄとが埋設されており、ヒータ２３ｅ及び電極２３ｄには、それぞれヒータ電源６及びＤＣ電源８が接続されている。
【００３６】
なお、図２〜図５で示した凹面２１ｂ、吸着板２３の凹形状は、誇張して描かれたものであり、支持基板２１に接着された吸着板２３の接触面２３ｃは、限りなく平坦に近い凹形状である。
【００３７】
図６は、支持基板２１の寸法を説明するための説明図である。支持基板２１の一端面側で凹面２１ｂが形成された円形部分の直径φは、例えば３００ｍｍ、凹面２１ｂの底面部２１ｃの直径φχは１５０ｍｍ、凹面２１ｂの中央部における深さＤは、約２０〜２５μｍ、底面部２１ｃと、テーパ部２１ｄとがなす角度をθは、１７９．９８１°〜１７９．９８５°である。なお、直径φ、φχ、深さＤ、角度θの値は一例であり、半導体ウエハＷ及び吸着板２３の寸法及び厚みに応じて適宜設定すれば良い。ただ、φが３００ｍｍで深さＤ＝約２０〜２５μｍの凹面２１ｂを切削加工する場合、底面部２１ｃの直径φχを１５０ｍｍに設定すると、例えば直径φχを１００ｍｍに設定する場合に比べて、精度良く加工できることが確かめられている。
【００３８】
図７は、支持基板２１に形成された凹面２１ｂの寸法形状を説明するためのグラフである。横軸は、直径φχ、縦軸は角度θである。太線で示したグラフは、φが３００ｍｍで深さＤ＝約２０〜２５μｍの凹部を実現するための角度θの上限値を示し、細線はθの下限値を示している。基準値は、φχが１５０ｍｍのときのθの下限値である。
【００３９】
図８は、支持基板２１に形成された凹面２１ｂの深さを示したグラフである。横軸は、凹面２１ｂの径方向位置、縦軸は深さＤを示している。四角印及び菱形印のプロットは、それぞれ別に切削加工された凹面２１ｂの深さを示しており、凹面２１ｂが再現性良く形成されていることが確認された。
【００４０】
図９は、本実施の形態に係る試料台２の作用を説明するための説明図である。図９（ａ）は、図１０と同様、半導体ウエハＷが載置された試料台２を模式的に示している。図９（ｂ）は、プラズマ環境下において、試料台２に載置された半導体ウエハＷにおける温度分布の測定結果を示している。本実施の形態では、吸着板２３の接触面２３ｃを平滑にするためにラッピング加工を施した場合であっても、支持基板２１に凹面２１ｂが形成され、凹面２１ｂに吸着板２３が接着されているため、接触面２３ｃは図９（ａ）に示すように、略中央部が平坦乃至凹状に湾曲した形状になる。なお、図９（ａ）に示した凹形状は、誇張して描かれたものであり、実際は限りなく平坦に近い凹形状である。このように、吸着板２３上に対して水平に載置された半導体ウエハＷは安定的に線支持され、その結果、図９（ｂ）に示すように、半導体ウエハＷの熱抵抗は均一となり、半導体ウエハＷの温度分布は均一になる。従来技術と同様の実験を本実施の形態に係る試料台２を用いて行ったところ、半導体ウエハＷにおける局所的温度差ΔＴを約５℃に抑えることができた。
【００４１】
このように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置及び試料台２にあっては、ラッピング加工によって接触面２３ｃの平滑性を保ち、かつ接触面２３ｃを略凹形状にすることによって、半導体ウエハＷを安定的に保持することができる。
【００４２】
また、支持基板２１の凹面２１ｂを、側断面台形状に形成しているため、凹面２１ｂがすり鉢状に形成された凹面２１ｂに比べて、吸着板２３を支持基板２１に安定的に接着させることができる。凹面２１ｂをすり鉢状に形成すると、吸着板２３の中央部分が浮き、吸着板２３が剥離する恐れがあるが、側断面台形状に形成した場合、吸着板２３の剥離を効果的に抑止することができる。
【００４３】
更に、支持基板２１の凹面２１ｂは側断面台形状であるため、円弧状に加工する場合に比べて、凹面２１ｂの深さを高精度で容易に加工することが可能である。その結果、吸着板２３の凹形状も高精度で形成することができる。
【００４４】
更にまた、吸着板２３に埋設された電極２３ｄに直流電流を通流させることによって、半導体ウエハＷを吸着板２３の接触面２３ｃに面接触させることができる。そして、吸着板２３に半導体ウエハＷが均一に面接触した状態で、ヒータ２３ｅに通電させることで、半導体ウエハＷを過熱し、支持基板２１の冷却水流路２１ａに冷却水を通流させることで、半導体ウエハＷを冷却することができる。従って、半導体ウエハＷの温度を均一に制御し、半導体ウエハＷを均一にプラズマ処理することができる。
【００４５】
なお、実施の形態で示した凹面の形状は、一例であり、その形状は限定されるものでは無い。例えば、加工精度を担保することができれば、凹面を円弧状に形成しても良い。また、吸着板を支持基板に接着することが可能であれば、凹面をすり鉢状に形成しても良い。
【００４６】
また、本実施の形態に係る試料台が適用される半導体製造装置は特に限定されるものでは無く、ＰＶＤ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤなどの成膜処理装置、エッチング装置など、各種処理装置に適用することができる。
【００４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４８】
１  処理室
２  試料台
６  ヒータ電源
８  ＤＣ電源
２１  支持基板
２１ａ  冷却水流路
２１ｂ  凹面
２１ｃ  底面部
２１ｄ  テーパ部
２２  接着剤
２３  吸着板
２３ａ  板部材
２３ｂ  非接触面
２３ｃ  接触面
２３ｄ  電極
２３ｅ  ヒータ
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
0005628507.tif 000002
【図２】
0005628507.tif 000003
【図３】
0005628507.tif 000004
【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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