(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板又は半導体ウェハを載置する略円盤状のテーブル及びこのテーブル加熱用のヒータを備えたステージ機構を処理室内に設け、この処理室内に発生させたプラズマを用いて前記基板又は半導体ウェハに対し所定の処理を施すプラズマ処理装置において、
第１の熱伝達領域が前記ヒータに当接して該ヒータとの間で熱伝達を行うとともに、第２の熱伝達領域が前記テーブルに当接して該テーブルとの間で熱伝達を行う伝達媒介部材を有し、
かつ、この伝達媒介部材の前記第２の熱伝達領域を、径方向に複数個設け、
前記伝達媒介部材を支持し、該伝達媒介部材の第３の熱伝達領域に当接して前記伝達媒介部材から受熱する支持部材をさらに有し、
かつ、前記伝達媒介部材の前記第３の熱伝達領域は、径方向に複数個設けられている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、前記伝達媒介部材は、径方向中央部に貫通孔を備えかつ横断面形状が略Ｈ型の略円盤状部材であり、前記第２の熱伝達領域は、略リング状であ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記載のプラズマ処理装置において、前記ヒータとの間で熱伝達を行うとともに、複数箇所において前記テーブルにネジで固定され該テーブルとの間で熱伝達を行う伝達媒介部材を有し、かつ、前記ネジによる固定間隔を６０ｍｍ以内にしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
基板又は半導体ウェハを載置する略円盤状のテーブル及びこのテーブル加熱用のヒータを備えたステージ機構を処理室内に設け、この処理室内に発生させたプラズマを用いて前記基板又は半導体ウェハに対し所定の処理を施すプラズマ処理装置において、
前記ヒータとの間で熱伝達を行うとともに、該テーブルとの間で熱伝達を行う伝達媒介部材と、前記伝達媒介部材を支持し、該伝達媒介部材から受熱する支持部材とを有し、かつ、
前記テーブルの前記基板又は半導体ウェハの載置面を、前記テーブル又は前記伝達媒介部材を構成する材料と前記支持部材を構成する材料との熱膨張の差に応じた凹面状に形成し、高温時において該凹面形状はその変形により前記載置面がほぼ平坦に近づくよう構成し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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、液晶ディスプレイ用基板等の製造において有効なプラズマ処理装置に係わり、特に、アッシング装置として好適なプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラズマ処理装置には、半導体素子の高集積化、半導体ウェハ・基板の大口径化（例えば３００ｍｍ以上）、及び液晶ディスプレイの大面積化等に伴い、装置コストの低減、スループット向上、被処理物の大面積化への対応、及び性能の向上等が要求されている。
【０００３】
例えば、フォトレジストを活性な酸素ラジカルにより灰化して除去（＝アッシング）するアッシング装置では、「半導体プラズマプロセス技術」（産業図書）にも記載されているように、半導体ウェハの温度制御が、アッシングレートやそのレート分布といった性能を維持するための重要なキーポイントとなっている。そのため、ウェハを載置するアッシング装置のステージ機構には、半導体ウェハを短時間で所定温度に保持することや、量産工程中に行われるクリーニングや装置立ち上げ時の連続放電でもテーブルそのものの温度が所定温度から変化しないこと等が要求されている。
【０００４】
このようなプラズマ処理装置のステージ機構の温度制御に係わる公知技術としては、例えば、特開平９−４５４９５号公報、「電子材料」（工業調査会）１９９１年３月，ｐ６６、及び特開平９−８２７８５号公報に記載のものがある。
【０００５】
特開平９−４５４９５号公報に記載のアッシング装置は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波によって酸素プラズマを生成し、半導体ウェハをテーブル上で加熱しながらアッシングを行うものである。このとき、ステージ機構には、熱源となるヒータと温度センサーとが搭載されており、ヒータは半導体ウェハを載置するテーブル直下に設置した構造となっている。
【０００６】
「電子材料」（工業調査会）１９９１年３月，ｐ６６に記載のアッシング装置では、上記同様、マイクロ波によりプラズマを生成し、ステージ機構は、赤外線ランプからの赤外線を赤外線透過部を介して半導体ウェハの裏面側から照射し、加熱する構造になっている。
【０００７】
特開平９−８２７８５号公報に記載のプラズマ処理装置のステージ機構は、支持部材上に設置した半導体ウェハに電流を流し、通電によって生じるジュール熱を利用して半導体ウェハを加熱する構造となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のプラズマ処理装置には、以下のような課題が存在する。
【０００９】
特開平９−４５４９５号公報に記載のアッシング装置は、ヒータをテーブルの直下に配置し、ヒータの熱が直接テーブルに伝わる構造となっているが、特に、テーブル面内における温度分布の均一化に配慮がされていなかった。そのため、テーブルのうち下方にヒータのない部分では温度が相対的に低くなったり、テーブルとヒータとの固定時における不均一な接触により特定の部分の温度が相対的に高くなったりして、テーブル面内における温度分布が不均一になっていた。また、テーブルを加熱すると熱膨張するが、通常、テーブルとこれを支持する部材とは異なる材質となっていることが多く、その熱膨張差によってテーブルが変形するため、テーブル上面に設置した半導体ウェハへ熱を均一に伝えることができなくなる。そのため、これによってもテーブル面内における温度分布が不均一になっていた。
ここで、アッシング装置では、温度が高いほどアッシングレートが早くなるため、上記のようにテーブル面内に温度分布が生じていると、半導体ウェハ・基板を均一に加熱することができず、アッシング処理中にレジストが除去された部分とレジストが除去されていない部分が混在してしまう。このような場合、アッシング処理中にレジストが除去された部分のみにイオンが照射されるため、半導体ウェハ内に電気的な不均一を生じ、ウェハにダメージを与える場合がある。
【００１０】
また、特に前述したような基板・半導体ウェハの大口径化に伴いテーブルを大きくすると、テーブル直下のヒータも大きくして広範囲に配置しなければならない。この場合、ヒータを取り付けるヒータ取り付け部材が大きくなるため、ステージ下部をウエットクリーニングする際等においてヒータ取り付け部材そのものをはずす必要があるなどメンテナンスに多大な時間を要する。それゆえ、装置停止時間が長くなってスループットが低下するという課題もあった。さらに、ヒータ取り付け部材が大きくなることで、その熱容量が大きくなり、熱的な応答性が悪くなるという課題もあった。
【００１１】
一方、「電子材料」に記載のプラズマ処理装置は、基板・半導体ウェハの大口径化に伴いテーブルを大きくすると、赤外線ランプの大型化あるいは複数化が必要となるため加熱源が大型化し、ステージ機構のために大きな設置スペースが必要となるという課題があった。また、半導体ウェハと赤外線ランプの間に設けた赤外線透過部あるいは赤外線ランプ自体が、アッシング反応によって生じる反応生成物等によって汚れ、赤外線の透過率が時間の経過と共に悪くなる。そのため、加熱特性が変化してしまうという課題もあった。
【００１２】
また、特開平９−８２７８５号公報に記載のプラズマ処理装置は、支持部材と半導体ウェハとの電気的な導通を維持するための配慮が必要となること等により、ステージ機構の構成が複雑となる。
【００１３】
本発明の目的は、大きな設置スペースを必要とせずかつ加熱特性が変化しない簡素な構造のステージ機構を用いてテーブル面内における温度分布を均一化し、大口径の半導体ウェハ・基板を均一に加熱できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、基板又は半導体ウェハを載置する略円盤状のテーブル及びこのテーブル加熱用のヒータを備えたステージ機構を処理室内に設け、この処理室内に発生させたプラズマを用いて前記基板又は半導体ウェハに対し所定の処理を施すプラズマ処理装置において、第１の熱伝達領域が前記ヒータに当接して該ヒータとの間で熱伝達を行うとともに、第２の熱伝達領域が前記テーブルに当接して該テーブルとの間で熱伝達を行う伝達媒介部材を有し、かつ、この伝達媒介部材の前記第２の熱伝達領域を、径方向に複数個設け、前記伝達媒介部材を支持し、該伝達媒介部材の第３の熱伝達領域に当接して前記伝達媒介部材から受熱する支持部材をさらに有し、かつ、前記伝達媒介部材の前記第３の熱伝達領域は、径方向に複数個設けられている。
基板又は半導体ウェハに所定の処理を施すためにヒータで加熱を行うと、ヒータからの熱は、伝達媒介部材の第１の熱伝達領域を介しその伝達媒介部材内に伝わった後、さらに第２の熱伝達領域を介しテーブルに伝達されることとなる。このとき第２の熱伝達領域は径方向に複数個設けられており、それらのうち径方向内側にある領域は略円盤状のテーブルのうちそれに対応する径方向内側の部分に熱伝達を行い、径方向外側にある領域はそれに対応するテーブルの径方向外側の部分に熱伝達を行う。このとき、それら径方向複数個の各領域への熱バランスは、各領域の熱抵抗バランスに応じいずれの領域にその熱の流れが集中するかが決まり、また熱抵抗は、各領域の径方向位置とテーブルへの当接面積とによって決まる。したがって、その第２の熱伝達領域の径方向設置個数及び位置と、それぞれのテーブルへの当接面積の大きさを適宜調整することにより、各領域を介しテーブルに流入する熱の流れを制御して最適化し、テーブル面内における温度分布を均一化することができる。
【００１５】
また、ヒータで加熱を行うと、ヒータからの熱のうち上記のようにテーブルへと伝わるものの他に、一部の熱は、伝達媒介部材を支持する支持部材から放熱されていく。このとき、この放熱の流れにおいて径方向のアンバランス等が生じ不均一となっていると、その不均一性が上記で説明したテーブルへの熱の流れに影響を及ぼし、テーブル面内における温度分布の均一性を阻害し、均一性を確実に確保できない可能性がある。そこで、本発明においては、この支持部材を、伝達媒介部材の第３の熱伝達領域に当接させるとともに、この第３の熱伝達領域を径方向に複数個設ける。これにより、伝達媒介部材に伝えられた熱が第３の熱伝達領域を介し支持部材へと伝えられるとき、それら第３の熱伝達領域のうち径方向内側にある領域は支持部材のうちそれに対応する径方向内側の部分に熱伝達を行い、径方向外側にある領域は支持部材の径方向外側の部分に熱伝達を行う。したがって、このとき放熱のため各領域を通過する熱バランスを各領域の支持部材への当接面積による熱抵抗の大きさで調整することができる。これにより、第３の熱伝達領域の径方向設置個数及び位置と、それぞれの支持部材への当接面積の大きさを適宜調整することで、各領域を介し支持部材に流入する熱の流れを制御して最適化することができるので、ヒータ→伝達媒介部材の第２の熱伝達領域→第３の熱伝達領域という熱の流れを均一化できる。したがって、放熱アンバランスによりテーブル面内における温度分布の均一性が阻害されるのを防止し、均一性を確実に維持できる。
【００１６】
（２）上記（１）において、また好ましくは、前記伝達媒介部材は、径方向中央部に貫通孔を備えかつ横断面形状が略Ｈ型の略円盤状部材であり、前記第２の熱伝達領域は、略リング状である。
【００１７】
（３）また上記（１）において、前記ヒータとの間で熱伝達を行うとともに、複数箇所において前記テーブルにネジで固定され該テーブルとの間で熱伝達を行う伝達媒介部材を有し、かつ、前記ネジによる固定間隔を６０ｍｍ以内にする。
テーブルと伝達媒介部材との間で熱伝達を行う場合、その熱伝達は接触圧力の２／３乗に応じて変化する。また、テーブルと伝達媒介部材とがネジ固定されている場合に１つのネジまわりに生じる面圧は、ネジ中心から３０ｍｍの範囲である。すなわち、固定間隔が６０ｍｍ以内となるようにネジで固定することにより、テーブルと伝達媒介部材との間の接触領域全面に確実に接触圧力を作用させ、均一な接触状態を実現することができる。これにより、従来構造において生じていた不均一な接触に基づく特定部分の温度上昇等を緩和することができるので、テーブル面内における温度分布を均一化することができる。
【００１８】
（４）さらに上記目的を達成するために、本発明は、基板又は半導体ウェハを載置する略円盤状のテーブル及びこのテーブル加熱用のヒータを備えたステージ機構を処理室内に設け、この処理室内に発生させたプラズマを用いて前記基板又は半導体ウェハに対し所定の処理を施すプラズマ処理装置において、前記ヒータとの間で熱伝達を行うとともに、該テーブルとの間で熱伝達を行う伝達媒介部材と、前記伝達媒介部材を支持し、該伝達媒介部材から受熱する支持部材とを有し、かつ、前記テーブルの前記基板又は半導体ウェハの載置面を、前記テーブル又は前記伝達媒介部材を構成する材料と前記支持部材を構成する材料との熱膨張の差に応じた凹面状に形成し、高温時において該凹面形状はその変形により前記載置面がほぼ平坦に近づくよう構成する。
通常、テーブル及び伝達媒介部材が例えばアルミニウム製であり、支持部材が例えばステンレス鋼である等、両者の材質は異なることが多い。この場合、テーブル及び伝達媒介部材の熱膨張率のほうが支持部材の熱膨張率よりも大きいため、ステージ機構が高温になると、テーブルの基板又は半導体ウェハの載置面（上面）が凸状に変形することになる。このため、基板や半導体ウェハをテーブルに載置しても、全面でテーブルに接触させることはできない。
これに応じて本発明においては、その載置面を、熱膨張率差及び使用頻度に応じて予め常温時に凹面状に形成しておく。これにより、高温時においてこの凹面形状と上記した凸状変形とを相殺させ、載置面をほぼ平坦にすることができるので、基板や半導体ウェハとテーブルとをその全面で均一接触させることができる。したがって、従来構造において生じていた不均一な接触に基づく特定部分の温度上昇等を緩和することができるので、テーブル面内における温度分布を均一化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。以下の実施形態は、本発明を半導体デバイス製造用のプラズマアッシング処理装置に適用した場合の実施形態である。
図１は、本実施形態のアッシング装置の全体構成を示す縦断面図であり、図２は、ステージ機構の詳細構造を表す破断斜視図である。
【００２０】
これら図１及び図２において、アッシング装置は、いわゆるダウンフロー型アッシャと呼ばれるもので、流れと拡散によって活性な酸素ラジカルを半導体ウェハまで輸送するものであり、下部チャンバ２、放電管３、及びフランジ４からなる処理室１と、真空バルブ８及び真空ポンプ９からなる真空排気系と、アンテナ５と、被処理物である半導体ウェハ１０を搬出入するための搬送システム１２とを備えている。
【００２１】
アンテナ５には、インピーダンス整合器７を介して高周波電源６が接続されているが、このときの高周波電源の周波数は特に限定されない。一般的には数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚであり、本実施形態では商用周波数である１３．５６ＭＨｚとする。
【００２２】
下部チャンバ２中には、半導体ウェハ１０の温度を制御するためのステージ機構１００が設置されている。このステージ機構１００は、特に図２に詳細に示すように、温度センサ１１、プッシュロッド１３、半導体ウェハ１０を載置する略円盤状のテーブル１４、このテーブル１４を加熱するためのヒータ１５、ヒータ１５を取り付けるためのヒータ取り付け部材１６、及びステージ下部部材１８から構成される。また、このステージ機構１００は、リング状の２つの熱伝達面２４ａ（内輪側）及び２４ｂ（外輪側）を介してヒータ１５の熱をテーブル１４に伝える構造で、テーブル１４とヒータ取り付け部材１６はアルミニウム製、ステージ下部部材１８とヒータ固定ジグ２３はステンレス鋼製となっている。
【００２３】
テーブル１４は、その載置面（上面）が、テーブル１４又はヒータ取付部材１６を構成するアルミニウムとステージ下部部材１８を構成するステンレス鋼との熱膨張率の差及び予め予想されるこの装置の使用頻度に応じた曲率となるように、凹面状に構成されている。また、ヒータ１５の劣化等による交換を配慮し、テーブル１４とヒータ取り付け部材１６は例えばＭ６〜Ｍ８のネジ１７によって固定するが、このネジ１７は、隣接するもの同士による固定間隔が６０ｍｍ以下となるように配置されている。
【００２４】
ヒータ１５は、ヒータ固定ジグ２３とネジ２６によりヒータ取り付け部材１６に締め付けて固定されている。また、このヒータ１５は、温度センサ１１の検出結果に基づき、図示しない加熱制御手段によってＯＮ・ＯＦＦが自動制御されるようになっている。さらに、ヒータ１５はヒータ取り付け部材１６の上下に設置しており、これによって、ヒータ取り付け部材１６を小型化できるようになっている。
【００２５】
ヒータ取付部材１６は、径方向中央部に軸方向の貫通孔を備えかつ横断面形状が略Ｈ型の略円盤状部材となっている。
【００２６】
ステージ下部部材１８には、冷却用のエアーが流れる流路１９と水が流れる流路２０が形成されている。この冷却用のエアは、ステージ機構１００の温度を急激に低下させる場合やプラズマからの入熱が連続的な場合に使用する。一方、冷却水は、処理室１を冷やすために常時流されるようになっている。
またこのとき、冷却用のエアーが流れる流路１９はヒータ１５の近傍に配置されており、これにより冷却能力を向上させている。すなわち、冷却能力は冷却エアの温度とそれが接する表面との温度差に依存するが、高温部を直接冷却することで、冷却能力を最大限引き出すことができる。
【００２７】
なお、上記構成において、ヒータ取付部材１６の熱伝達面２４ｃが第１の熱伝達領域を構成し、熱伝達面２４ａ，２４ｂが第２の熱伝達領域を構成する。また、ヒータ取付部材１６が、第１の熱伝達領域がヒータに当接してヒータとの間で熱伝達を行うとともに、第２の熱伝達領域がテーブルに当接してテーブルとの間で熱伝達を行う伝達媒介部材を構成する。
また、ヒータ取付部材１６の熱伝達面２４ｄ，２４ｅが第３の熱伝達領域を構成し、ステージ下部部材１８が、伝達媒介部材を支持し、伝達媒介部材の第３の熱伝達領域に当接して伝達媒介部材から受熱する支持部材を構成する。
【００２８】
上記のように構成した本実施形態のアッシング装置における処理手順について以下、順を追って説明する。
【００２９】
まず、アッシング処理を開始する前に、センサ１１の検出温度がアッシング処理に適した所定の温度（予め定められている）となるまで、加熱制御手段によってヒータ１５がＯＮされ、テーブルの加熱が行われる。
【００３０】
センサ１１の検出温度が所定の温度となったら、搬送システム１２で処理室１中に半導体ウェハ１０を搬入し、ステージ機構１００に具備されているプッシュロッド１３によって、この半導体ウェハ１０テーブル１４上に設置する。
【００３１】
その後、処理室１内を真空排気し、プロセスガスである酸素を、多数の小穴からなるガス供給口２１より処理室１内に１Ｌ／ｍｉｎ〜３Ｌ／ｍｉｎ流し、雰囲気圧力を１５０Ｐａ前後の真空に保持する。
【００３２】
その後、アンテナ５に高周波を印加し、プラズマ２２を生成する。プラズマ２２中で生成された酸素ラジカルは流れと拡散によって半導体ウェハ１０に至り、半導体ウェハ１０の表面に形成されているレジストと反応する。なおこのとき、プラズマ２２からウェハ１０への入熱量に応じ、センサ１１の検出温度が所定温度を維持するように、加熱制御手段によってヒータ１５のＯＮ・ＯＦＦが自動的に切り換えられる。
【００３３】
次に、上記構成及び動作における本実施形態の作用を説明する。
【００３４】
（１）熱流動バランスによる温度分布均一化作用
（１−Ａ）ヒータからテーブルへの熱流動バランス
ヒータ１５で加熱を行うと、処理室１内が真空排気されていることにより、図３に示すようにヒータ１５からテーブル１４への熱は、ヒータ取付部材１６の熱伝達面２４ｃ，２４ｃを介しそのヒータ取付部材１６内に伝わった後、さらに熱伝達面２４ａ，２４ｂを介しテーブル１４に伝達されることとなる。このとき径方向内側にある熱伝達面２４ａはテーブル１４の比較的径方向内側の部分に熱伝達を行い、径方向外側にある熱伝達面２４ｂはテーブル１４の径方向外側の部分に熱伝達を行う。
【００３５】
このとき、テーブル１４の温度分布を均一にするためには、熱伝達面２４ａ及び２４ｂのそれぞれの温度を等しくすれば良い。そのためにはまず、熱伝達面２４ａ，２４ｂを介してテーブル１４に流動する熱量Ｑａ，Ｑｂとその流動時における熱抵抗Ｒａ，Ｒｂとの積が等しくなるようにすればよい。熱抵抗Ｒａ，Ｒｂと熱量Ｑａ，Ｑｂは熱伝達面２５ａ、２５ｂの位置と面積によって決まる。定性的には、熱伝達面２４ａ，２４ｂが径方向内側に位置するほどテーブル１４の温度は外周部が高くなる傾向となり、逆に熱伝達面２４ａ，２４ｂが径方向外側に位置するほどテーブル１４の温度は中心部が高くなる傾向となる。したがって、ステージ機構１００においてこのヒータ取付部材１６の熱伝達面２４ａ，２４ｂの径方向位置及びその面積を適宜調整することで、テーブル１４内の温度分布を自在に制御して各熱伝達面２４ａ，２４ｂ領域を介しテーブル１４に流入する熱の流れを制御して最適化し、テーブル１４面内における温度分布を均一化することができる。
【００３６】
なお、わずかであるがテーブル１４の表面からは輻射により熱が移動するため、これを抑制するためにテーブル１４表面に輻射率の小さな材料を形成（たとえば、金メッキ）すれば、テーブル１４の温度をより均一にできる。
【００３７】
（１−Ｂ）ヒータからステージ下部部材への熱流動バランス
一方、ヒータ１５で加熱を行うとき、一部の熱Ｑｃ，Ｑｄ（プラズマ発生後にプラズマからの入熱がある場合はその熱も含む）は、図３に示すようにヒータ取付部材１６の熱伝達面２４ｄ，２４ｅから、ステージ下部部材１８の熱伝達面２５ａ，２５ｂを介しステージ下部部材１８に伝達され、放熱されることとなる。上記同様、径方向内側にある熱伝達面２４ｄはステージ下部部材１８の内側にある熱伝達面２５ａに熱Ｑｃを伝達し、径方向外側にある熱伝達面２４ｅはステージ下部部材１８の径方向外側にある熱伝達面２５ｂに熱Ｑｄを伝達する。
【００３８】
このとき、上記（１−Ａ）のようにしてヒータ１５からテーブル１４への熱流動バランスを良好にしたとしても、上記の熱Ｑｃ，Ｑｄの流れにおいて径方向のアンバランスが生じていると、その不均一性が上記（１−Ａ）で説明したテーブルへの熱Ｑａ，Ｑｂの流れに影響を及ぼし、テーブル１４面内における温度分布の均一性を阻害し、均一性を確実に確保できない可能性がある。
【００３９】
そこで、これを防止しテーブル１４の温度分布を確実に均一にするためには、上記（１−Ａ）と同様に考え、熱伝達面２４ｄ，２４ｅ及び２５ａ，２５ｂを介してステージ下部部材１８へと流動する熱量Ｑｃ，Ｑｄとその流動時における熱抵抗Ｒｃ，Ｒｄとの積が等しくなるようにすればよい。熱抵抗Ｒｃ，Ｒｄと熱量Ｑｃ，Ｑｄは、熱伝達面２４ｄ，２４ｅ及び２５ａ，２５ｂの位置及び面積とに応じて決まる。さらに、ステージ下部部材１８の足部１８ａの径方向位置ｒ（すなわち図３中Ｌ１とＬ２とのバランス）によっても熱抵抗Ｒｃ，Ｒｄと熱量Ｑｃ，Ｑｄは影響を受ける。
【００４０】
定性的には、熱伝達面２４ｄ，２４ｅ及び２５ａ，２５ｂが径方向内側に位置するほどテーブル１４の温度は外周部が低くなる傾向となり、逆に熱伝達面２４ｄ，２４ｅ及び２５ａ，２５ｂが径方向外側に位置するほどテーブル１４の温度は中心部が低くなる傾向となる。
【００４１】
また、ステージ下部部材１８の足部１８ａについては、本願発明者等が解析したところによれば、ｒを大きくするほど（Ｌ２をＬ１より大きくするほど）テーブル１４の温度は外周部が低くなる傾向となり、逆にｒを小さくするほど（Ｌ１をＬ２より大きくするほど）テーブル１４の温度は外周部が高くなる傾向となった。その解析結果の一例を図４に示す。解析条件は、ヒータ１５からの発熱量Ｑ＝４００［Ｗ］とし、流路２０内の水の温度を２０［℃［としており、図４中の縦軸は、２５０℃を基準値０とした場合の、温度分布（偏差）［℃］で表している。図示のように、ｒが小さいほどテーブル１４の中心からの径方向距離が大きい外周部が高温となり、ｒが大きいほどテーブル１４の外周部が低温となる傾向となっていることがわかる。
【００４２】
したがって、このヒータ取付部材１６及びステージ下部部材１８の熱伝達面２４ｄ，２４ｅ及び２５ａ，２５ｂの径方向位置及びその面積、さらにステージ下部部材１８の足部１８ａの径方向位置ｒを適宜調整することで、熱Ｑｃ，Ｑｄのアンバランスによりテーブル１４面内における温度分布の均一性が阻害されるのを防止し、テーブル１４内の温度分布の均一性を確実に維持できる。
【００４３】
（２）ネジ固定間隔による温度分布均一化作用
本願発明者等の検討によれば、テーブル１４とヒータ取付部材１６との固定構造で熱伝達を行う場合、その熱伝達は接触圧力の影響を受けることがわかった。この検討結果を図５に示す。
図５は、アルミニウム及びステンレス鋼について、接触面圧を種々変えて熱伝達率を実験した結果を示すものであり、横軸には面圧［ＭＰａ］を、縦軸には熱伝達率［Ｗ／ｍ２・Ｋ］をそれぞれ対数目盛りでとっている。図示のように、アルミニウム及びステンレス鋼いずれの場合も、特性は直線で表され、接触界面の熱伝達は接触圧力の２／３乗に応じて変化することがわかった。
【００４４】
一方、テーブル１４とヒータ取付部材１６との固定に用いるＭ６〜Ｍ８のネジ１７は、通常３０〜１５０ｋｇｆ・ｃｍのトルクで締め付けるが、本願発明者等は、そのトルクで締め付けた際の接触面の面圧について解析と実験により検討した。解析は、アルミニウム製のテーブル１４とアルミニウム製のヒータ取り付け部材１６とをモデル化したもので、この締結部の構造は日本工業規格に準じて設計した。この接触面の面圧解析結果を図６に示す。
【００４５】
図６は、横軸にネジ中心からの距離、縦軸に接触面の面圧を示す。図６に示すように、面圧はネジ中心から離れるに伴って指数的に減少し、ネジの中心から３０ｍｍの範囲内でのみ面圧が有効に作用することがわかる。また、接触面に圧力の大きさで色が変化するシートを挿入し面圧状況をみると、ほぼ解析結果と一致した。さらに、Ｍ６及びＭ８のネジのサイズによらず接触面の面圧は約φ６０ｍｍの範囲で生じることを確認した。
【００４６】
本実施形態においては、固定間隔が６０ｍｍ以内となるようにネジ１７で固定することにより、最小のネジ個数で、テーブル１４とヒータ取り付け部材１６との間の接触領域全面に確実に接触圧力を作用させ、均一な接触状態を実現することができる。
【００４７】
したがって、上記したように接触圧力の２／３乗に応じて変化する熱伝達も均一化することができ、不均一な接触に基づく特定部分の温度上昇等を緩和することができるので、テーブル面内における温度分布をさらに確実に均一化することができる。
【００４８】
（３）テーブル凹面形状による温度分布均一化作用
上記実施形態のように、テーブル１４はアルミニウム製で、ステージ下部部材１８がステンレス鋼である場合、その熱膨張率の差により、テーブル１４が高温になるとテーブル１４とステージ下部部材１８とが図７に示すような変形を生じてしまう可能性がある。
【００４９】
本願発明者等は、本実施形態のアッシング装置のテーブル１４の上面を平坦面にしたものにおいて２００℃に保持し、その時の変形量δを実測したところ、最大１ｍｍに達しており、半導体ウェハ１０をテーブル１４に搭載しても全面で接触させることが困難な場合があった。
【００５０】
そこで、本実施形態においては、そのテーブル１４の載置面を、熱膨張率差及び使用頻度に応じて予め常温時に凹面状に形成しておく。これにより、高温時においてこの凹面形状と上記した凸状変形とを相殺させ、載置面をほぼ平坦にすることができるので、基板や半導体ウェハ１０とテーブル１４とをその全面で均一接触させることができる。
【００５１】
したがって、不均一な接触に基づく特定部分の温度上昇等を緩和することができるので、テーブル１４面内における温度分布を確実に均一化することができる。
【００５２】
以上説明したように、熱の流れを制御して最適化し、テーブル面内における温度分布を均一化することができる。このようにして均一に所定の温度にすることが可能となるので、低チャージアップダメージで、高速かつ均一なプラズマアッシング処理が可能になり、装置のスループットを向上することができる。具体的には、ステージ機構１００を搭載した本実施形態のアッシング装置を用いて、パワー２ＫＷ、ステージ温度２００℃、圧力２００Ｐａの酸素流量２Ｌ／ｍｉｎの条件下でアッシングレートを測定したところ、一例として、２．９〜３．１ミクロン／ｍｉｎのアッシングレートを得ることができた。
【００５３】
またこのとき、大口径の半導体ウェハ１０を加熱する場合であっても、ヒータ取付部材１６の熱伝達面２４ａ，２４ｂ，…の個数（後述のように３個以上設けてもよい）や大きさを、テーブル１４の温度分布を均一化できる限りにおいて低減することができるので、従来構造のように設置スペースを大きくなることなく、均一な加熱が可能となる。
すなわち、図８に概念的に示す従来の構造（特開平９−４５４９５号公報がほぼこれに相当）においては、テーブル１４の直下全面にヒータ１５を配置した構造であることから、ヒータ１５の取り付け部材１６が大きくなってしまい、熱的なレスポンスが悪くなる。また、ヒータ１５の下部をクリーニングする場合や、ステージ取り付け部（下部チャンバの底面）等をクリーニング場合などは、ヒータ取り付け部材１６までとりはずす必要があり、クリーニングに時間を要する等の問題がある。
これに対して、本実施形態のようにヒータ取付部材１６が小型化されているとテーブル１４を取りはずずだけで下部チャンバ２とステージ下部部材１８間には充分なすきまを形成することができ、下部チャンバ２の底面を容易にクリーニングすることができる。
【００５４】
さらに、本実施形態では、赤外線を用いる従来構造（「電子材料」（工業調査会）１９９１年３月，ｐ６６）のように加熱特性が時間の経過と共に変化することはなく、通電ジュール熱を用いる従来構造（特開平９−８２７８５号公報）のようにステージ機構の構成が複雑化することもない。
【００５５】
なお、上記実施形態においては、テーブル１４上に半導体ウェハ１０を載置する場合を例にとって説明したが、これに限られず、半導体基板を載置して処理しても良い。また、アッシング処理用のガスとして酸素を用いたが、これに限られず、フッ素系のガスを混合してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態においては、熱伝達面を内輪側の２４ａ，２４ｄ，２５ａと、外輪側の２４ｂ，２４ｅ，２５ｂの２つに分けたが、これに限られず、径方向に３つ以上に分けても良い。数を多くすればするほど、よりきめ細かな制御が可能となる。
【００５７】
さらに、上記（２）で述べたように、上記実施形態においては、ネジの固定間隔を６０ｍｍ以下とすることで、接触面における熱伝達を均一化することができた。しかしながら、上記実施形態のような形状のヒータ取付部材１６を備えない従来構造においても、テーブルとヒータ取付部材（伝達媒介部材）とがネジ固定構造である場合には、ネジの固定間隔を６０ｍｍ以下とすることで、６０ｍｍより大きくする場合よりは、少なくともテーブル面の温度分布を均一化することができる。
【００５８】
また同様に上記（３）で述べたように、上記実施形態においては、テーブル１４の載置面を予め凹面状に形成しておくことで、接触面における熱伝達を均一化することができた。しかしながら、上記実施形態のような形状のヒータ取付部材１６を備えない従来構造においても、テーブル１４の載置面を熱膨張率差及び使用頻度に応じて予め常温時に凹面状に形成しておけば、少なくとも通常の平坦面に形成しておく場合よりは、テーブル面の温度分布を均一化することができる。
【００５９】
さらに、上記実施形態においては、本発明を、半導体デバイス製造用のプラズマアッシング処理装置に適用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、本発明の適用対象は、半導体デバイスの製造の分野に限定されるものではなく、液晶ディスプレイの製造や、その他の被処理物のエッチング、アッシング処理にも適用が可能であり、これらの場合も、同様の効果を得る。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、大きな設置スペースを必要とせずかつ加熱特性が変化しない簡素な構造のステージ機構を用いてテーブル面内における温度分布を均一化し、大口径の半導体ウェハ・基板を均一に加熱できる。また、このようにして均一に所定の温度にすることが可能となるので、低チャージアップダメージで、高速かつ均一なプラズマアッシング処理が可能になり、装置のスループットが向上するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のアッシング装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示したステージ機構の詳細構造を表す破断斜視図である。
【図３】熱流動の挙動を表す図である。
【図４】ステージ下部部材の足部の径方向位置が変化したときのテーブルの温度分布の変化の解析結果を示す図である。
【図５】アルミニウム及びステンレス鋼について、接触面圧を種々変えて熱伝達率を実験した結果を示す図である。
【図６】接触面の面圧解析結果を示す図である。
【図７】熱膨張率の差に基づく変形挙動を表す図である。
【図８】従来技術（特開平９−４５４９５号公報に相当）によるステージ機構の構造を概念的に示す図である。
【符号の説明】
１              処理室
１０            半導体ウェハ
１５            ヒータ
１６            ヒータ取り付け部材（伝達媒介部材）
１７            ネジ
１８            ステージ下部部材（支持部材）
２２            プラズマ
２４ａ          熱伝達面（第２の熱伝達領域）
２４ｂ          熱伝達面（第２の熱伝達領域）
２４ｃ          熱伝達面（第１の熱伝達領域）
２４ｄ          熱伝達面（第３の熱伝達領域）
２４ｅ          熱伝達面（第３の熱伝達領域）
【図１】
0003612225.tif 000002
【図２】
0003612225.tif 000003
【図３】
0003612225.tif 000004
【図４】
0003612225.tif 000005
【図５】
0003612225.tif 000006
【図６】
0003612225.tif 000007
【図７】
0003612225.tif 000008
【図８】
0003612225.tif 000009