(57)【要約】【課題】載置台の温度応答性を高める。【解決手段】チャンバと、前記チャンバ内に設けられ、基板を載置する載置台と、高周波電力を印加する高周波電源と、前記チャンバ内に所望のガスを供給するガス供給源と、備え、前記載置台は、冷媒を通す流路が形成された第１のセラミックスの基材と、前記第１のセラミックスの基材の基板が載置される側の主面及び側面に形成された第１の導電層と、前記第１の導電層上に積層され、載置された基板を静電吸着する静電チャックと、を有し、前記流路の体積は、前記第１のセラミックスの基材の体積以上であり、前記第１の導電層に印加された高周波電力により前記所望のガスからプラズマを生成し、該プラズマにより前記載置された基板をプラズマ処理する、ことを特徴とする基板処理装置が提供される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板を載置する載置台と、
高周波電力を印加する高周波電源と、
前記チャンバ内に所望のガスを供給するガス供給源と、備え、
前記載置台は、
冷媒を通す流路が形成された第１のセラミックスの基材と、
前記第１のセラミックスの基材の基板が載置される側の主面及び側面に形成された第１の導電層と、
前記第１の導電層上に積層され、載置された基板を静電吸着する静電チャックと、を有し、
前記流路の体積は、前記第１のセラミックスの基材の体積以上であり、
前記第１の導電層に印加された高周波電力により前記所望のガスからプラズマを生成し、該プラズマにより前記載置された基板をプラズマ処理する、
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記流路の体積は、前記第１のセラミックスの基材の体積の１倍〜１．４倍である、
ことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記第１のセラミックスの基材の周縁部に形成された段部は、周方向に複数の溝部を有する請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
少なくとも前記主面及び前記複数の溝部に形成されている前記第１の導電層の厚さは、前記高周波電力の周波数に応じて定められるスキンデプス以上である、
ことを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記第１の導電層は、２０μｍ〜３００μｍの範囲内において所定の厚さに形成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記チャンバ内の前記載置台に対向する位置に設けられた上部電極を更に備え、
前記上部電極は、
第２のセラミックスの基材と、
前記第２のセラミックスの基材の前記載置台に対向する面と反対側の主面及び側面に形成された第２の導電層と、を有し、
前記第１の導電層又は前記第２の導電層に前記高周波電力を印加する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記第１の導電層及び前記第２の導電層の抵抗は、いずれも５×１０−５Ω以下である、
ことを特徴とする請求項６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記第１のセラミックスの基材の主面にて周方向に第１の段差部が形成され、
前記第１のセラミックスの基材は、前記第１の段差部で係合するクランプを介して固定される、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記第１のセラミックスの基材の主面にて周方向に第２の段差部が形成され、
前記第２の段差部で係合するフォーカスリングと前記第１のセラミックスの基材との積層方向から見た平面視で、該フォーカスリングとオーバラップしている該第１のセラミックスの基材の部分に前記流路の少なくとも一部が形成される、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記第１のセラミックスの基材の主面のうち前記第２の段差部により画成された基板の載置面の直径は、基板の直径より小さく、
前記第１のセラミックスの基材には、基板を支持するピンが通る貫通孔が前記第２の段差部を貫通する位置に形成される、
ことを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記静電チャックは、前記第１の導電層上に溶射膜又は接着層を介して積層される、
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記第１のセラミックスの基材は、
炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（ＳｉＮ）又は酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）のいずれかにより形成される、
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
冷媒を通す流路が形成された第１のセラミックスの基材と、
前記第１のセラミックスの基材の基板が載置される側の主面及び側面に形成された第１の導電層と、
前記第１の導電層上に積層され、載置された基板を静電吸着する静電チャックと、を有し、
前記流路の体積は、前記第１のセラミックスの基材の体積以上である、
ことを特徴とする載置台。
【請求項１４】
前記流路の体積は、前記第１のセラミックスの基材の体積の１倍〜１．４倍である、
ことを特徴とする請求項１３に記載の載置台。
【請求項１５】
前記第１の導電層は、前記高周波電力の周波数に応じて定められるスキンデプスよりも厚い、
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の載置台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置及び載置台に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に所望の微細加工を施すために、基板を適切な温度に制御することは重要である。そこで、載置台に埋設されたチラー等の温調装置を用いて載置台の温度を調整することで、載置台上の基板を所望の温度に制御することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５７２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
載置台の温度制御に対して載置台が実際にその温度になるまでに要する時間を短縮し、載置台の温度応答性を高めれば、基板の温度を高速に昇降させることができる。
【０００５】
載置台の温度応答性を上げる主要因に熱容量がある。載置台の基材がアルミニウムやアルミニウム合金で形成されている場合、基材を所定以上の厚さにして載置台の機械的強度を確保する必要がある。この結果、基材は所定以上の重量となる。基材の重量が大きいと、基材の熱容量を低下させることは難しい。
【０００６】
上記課題に対して、載置台の温度応答性を高めることが可能な、基板処理装置及び載置台を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一の態様によれば、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板を載置する載置台と、
高周波電力を印加する高周波電源と、
前記チャンバ内に所望のガスを供給するガス供給源と、備え、
前記載置台は、
冷媒を通す流路が形成された第１のセラミックスの基材と、
前記第１のセラミックスの基材の基板が載置される側の主面及び側面に形成された第１の導電層と、
前記第１の導電層上に積層され、載置された基板を静電吸着する静電チャックと、を有し、
前記流路の体積は、前記第１のセラミックスの基材の体積以上であり、
前記第１の導電層に印加された高周波電力により前記所望のガスからプラズマを生成し、該プラズマにより前記載置された基板をプラズマ処理する、
ことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、
冷媒を通す流路が形成された第１のセラミックスの基材と、
前記第１のセラミックスの基材の基板が載置される側の主面及び側面に形成された第１の導電層と、
前記第１の導電層上に積層され、載置された基板を静電吸着する静電チャックと、を有し、
前記流路の体積は、前記第１のセラミックスの基材の体積以上である、
ことを特徴とする載置台が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、載置台の温度応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係るエッチング処理装置の縦断面図。
【図２】一実施形態に係る載置台の製造に使用するロールコンパクション法を説明するための図。
【図３】ロールコンパクション法を用いた一実施形態に係る載置台の製造例を示した図。
【図４】一実施形態に係るＳｉＣの基材とＡｌの基材との物性を比較した表。
【図５】一実施形態に係る載置台の温度応答性の実験に用いた冷却機構の構成図。
【図６】一実施形態に係る温度応答性の実験結果の一例を示した図。
【図７】一実施形態に係る温度応答性の実験結果の他例を示した図。
【図８】一実施形態に係るＳｉＣの基材とＡｌの基材の流路体積を比較した表。
【図９】一実施形態に係る載置台の縦断面図。
【図１０】一実施形態に係る載置台の外周部を拡大した図。
【図１１】一実施形態に係る上部電極の外周部を拡大した図。
【図１２】一実施形態に係るＡｌの基材及びＡｌの溶射膜のスキンデプスを比較した図。
【図１３】一実施形態に係るＳｉＣの基材に設けられた溝部を示した図。
【図１４】一実施形態に係るＳｉＣの基材に形成されたＡｌの溶射膜を示した図。
【図１５】一実施形態に係る載置台の構成とマッチングポイントとの関係を比較した図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１２】
［エッチング処理装置］
まず、本発明の一実施形態に係るエッチング処理装置の一例を、図１を参照しながら説明する。図１は、平行平板プラズマにおいて下部２周波数印加型の平行平板エッチング処理装置の縦断面図である。
【００１３】
エッチング処理装置１０は、内部が気密に保持され、電気的に接地されたチャンバＣを有している。チャンバＣは円筒状であり、例えば表面を陽極酸化処理されたアルミニウム等から形成されている。内部にはシリコンウェハＷ（以下、単にウェハＷという。）を支持する載置台１００が設けられている。載置台１００の基材１００ａは、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されている。載置台１００は、クランプ１０１を介してネジ１０１ａによって支持台１０４に支持されている。支持台１０４は、アルミニウムから形成されている。載置台１００は、下部電極としても機能する。なお、載置台１００の基材１００ａは、第１のセラミックスの基材に相当する。
【００１４】
載置台１００は、絶縁板１０３を介して昇降機構１０７により昇降可能となっている。昇降機構１０７は、チャンバＣの底部と絶縁板１０３とを繋ぐベローズ１０８により覆われている。ベローズ１０８は、ステンレス鋼から形成されている。ベローズ１０８の外側にはベローズカバー１０９が設けられている。
【００１５】
載置台１００の外周には、フォーカスリング１０５が設けられている。フォーカスリング１０５は、シリコン（Ｓｉ）から形成されている。載置台１００、支持台１０４及びフォーカスリング１０５の外周には、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材１０３ａが設けられている。
【００１６】
載置台１００の上面には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック１０６が設けられている。静電チャック１０６は、絶縁層１０６ｂ内にチャック電極１０６ａが埋設された構造を有している。絶縁層１０６ｂは、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から形成されている。チャック電極１０６ａには、直流電圧源１１２が接続されている。直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電圧が印加されると、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着される。
【００１７】
載置台１００の内部には、流路１０２が形成されている。流路１０２は、配管１０２ｂを介して冷却機構１０２ａに接続されている。冷却機構１０２ａは、配管１０２ｂに冷媒として例えばガルデンや冷却水等を通すことで、流路１０２に冷媒を循環させ、これにより、ウェハＷは所定の温度に調整される。伝熱ガス供給源８５は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン１１３に通して静電チャック１０６上のウェハＷ裏面に供給する。
【００１８】
ウェハＷの受け渡しは、ウェハＷを支持するピン８１を昇降させることにより行われる。ピン８１は、連結部材８２を介して駆動機構８４に接続されている。ピン８１は、駆動機構８４の動力により昇降し、載置台１００に設けられた貫通孔１００ａを貫通してウェハＷを支持する。
【００１９】
載置台１００には、第１の整合器１１１ａを介して第１の高周波電源１１０ａが接続されている。第１の高周波電源１１０ａは、例えば４０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力を載置台１００に印加する。また、載置台１００には、第２の整合器１１１ｂを介して第２の高周波電源１１０ｂが接続されている。第２の高周波電源１１０ｂは、例えば３．２ＭＨｚのバイアス用の高周波電力を載置台１００に印加する。
【００２０】
載置台１００の上方であってチャンバＣの天井部との間には、シャワーヘッド１１６が載置台１００に対向して設けられている。シャワーヘッド１１６は、絶縁部材１４５を介してチャンバＣの側壁に支持されている。かかる構成により、上部電極として機能するシャワーヘッド１１６と下部電極として機能する載置台１００とは一対の電極構造をなす。
【００２１】
シャワーヘッド１１６は、本体部１１６ａと電極板をなす上部天板１１６ｂとを有している。本体部１１６ａは、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り、その下部に上部天板１１６ｂを着脱可能に支持する。
【００２２】
本体部１１６ａの内部には、ガスの拡散室１２６ａが設けられている。拡散室１２６ａは、多数のガス配管１１６ｄと連通し、ガス導入孔１１６ｅへとガスを導く。
【００２３】
本体部１１６ａには、拡散室１２６ａへガスを導入するためのガス導入口１１６ｇが形成されている。ガス導入口１１６ｇには、ガス供給源１２０が接続されている。ガス供給源１２０は、プロセス中、エッチングガスを供給する。ガス供給源１２０から拡散室１２６ａに供給されたエッチングガスは、ガス配管１１６ｄ及びガス導入孔１１６ｅを介してチャンバＣ内のプラズマ処理空間にシャワー状に導入される。
【００２４】
円筒状の蓋体１１４は、チャンバＣの側壁からシャワーヘッド１１６の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。蓋体１１４は導体であり、接地されている。チャンバＣの底部には、排気口１７１が形成されている。排気口１７１には、排気装置１７３が接続されている。排気装置１７３は、図示しない真空ポンプを有し、真空ポンプを作動させることによりチャンバＣ内を所定の真空度まで減圧する。チャンバＣの外周には、環状又は同心状に延在するダイポールリング磁石１２４が配置されている。
【００２５】
かかる構成により、載置台１００とシャワーヘッド１１６との間の空間には、第１の高周波電源１１０ａにより鉛直方向のＲＦ電界が形成されるとともに、ダイポールリング磁石１２４により水平磁界が形成される。これらの直交電磁界を用いるマグネトロン放電により、載置台１００の表面近傍に高密度のプラズマが生成される。
【００２６】
制御装置２００は、エッチング処理装置１０に取り付けられた各部、たとえばガス供給源１２０、排気装置１７３、高周波電源１１０ａ、１１０ｂ、整合器１１１ａ、１１１ｂ、直流電圧源１１２、駆動機構８４及び伝熱ガス供給源８５を制御する。
【００２７】
制御装置２００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）２００ａ，ＲＯＭ（Read  Only  Memory）２００ｂ、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）２００ｃを有する。ＣＰＵ２００ａは、ＲＯＭ２００ｂ又はＲＡＭ２００ｃに格納された各種レシピに従ってプラズマ処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、ＥＳＣ温度など）、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種プロセスガス流量、伝熱ガス流量などが記載されている。以上、本実施形態に係るエッチング処理装置１０の全体構成について説明した。
【００２８】
［載置台の製造方法］
次に、本発明の一実施形態に係るエッチング処理装置に設けられた載置台の製造方法について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、一実施形態に係る載置台１００の製造に使用するロールコンパクション（ＲＣ）法を説明するための図である。図３は、ロールコンパクション法を用いた一実施形態に係る載置台１００の製造例を示した図である。
【００２９】
本実施形態に係る載置台１００の製造に使用するロールコンパクション法では、炭化珪素（以下、ＳｉＣと表記する。）の基材を製造するための原料であるシリコン（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）の粉末が、所望の混合比率でコンテナ２５０に投入される。コンテナ２５０は、投入された原料を混合してスラリーＡを作る。スラリーＡは、フィーダ２６０から線状に排出され（図２のＢ）、回転する２つの圧延ロール２７０により圧縮され、これにより、ＳｉＣのセラミックスシートＳが形成される。
【００３０】
ＳｉＣのセラミックスシートＳは、レーザ加工により所望の形状に形成される。例えば、図３には、９枚のセラミックスシートＳａ〜Ｓｉがそれぞれレーザ加工された後の状態が示されている。セラミックスシートＳａ、Ｓｂ、Ｓｈ、Ｓｉには、ピン８１を通す穴が形成されている。また、セラミックスシートＳｃ〜Ｓｇには、螺旋状の流路が形成されている。９枚のセラミックスシートＳａ〜Ｓｉは、各シート間に接着剤を塗布して積層され、処理炉に投入され、一体焼成される。これにより、本実施形態に係る載置台１００の基材が形成される。本実施形態に係る載置台１００の基材は、バルク材ではなく、薄いシート材の積層構造であるため焼成が速く、処理炉の使用時間を短縮できる。また、一体焼成により継目がない流路１０２等の中空構造体を形成できる。流路等の構造は、レーザ加工により形成するため、様々な形状を柔軟に形成できる。また、固相焼結により粒子を結合させるため、ＳｉＣの基材の強度は、バルク材と同等またはそれ以上となる。
【００３１】
材料の強度を示す指標には、ヤング率と曲げ強度がある。ヤング率は、ある力を加えたときに変位する量であり、ロールコンパクション法により製造されたＳｉＣの基材の場合、４５０ＧＰａであるのに対して、アルミニウム（以下、Ａｌと表記する。）の基材の場合、７０ＧＰａである。
【００３２】
曲げ強度は、試験片に亀裂や破損・破断が起こる前に生じる最大の曲げ応力であり、ＳｉＣの基材の場合、４３０ＭＰａであるのに対して、Ａｌの基材の場合、２００ＭＰａである。
【００３３】
以上から、ＳｉＣの基材は、Ａｌの基材より機械的強度に優れていることがわかる。よって、ＳｉＣの基材を有する載置台１００は、チャンバＣ内の真空荷重及び基材１００ａの内部に形成された流路１０２を通る冷媒からの内圧に耐えうる機械的強度を有する。
【００３４】
加えて、本実施形態に係る載置台１００に用いられるＳｉＣの基材１００ａは、温度応答性に優れる。温度応答性を向上させるためには、熱容量を下げ、熱拡散率（載置台の熱伝導率）を上げればよい。熱容量は、ρ（密度）×Ｖ（体積）×Ｃｐ（比熱）[Ｊ／Ｋ]で示される。熱拡散率は、ｋ／（ρ×Ｃｐ）[ｍ２／ｓ]で示される。
【００３５】
図４に示したＳｉＣの基材とＡｌの基材の物性の比較を参照すると、重量（＝ρ×Ｖ）と比熱の乗算により求められる熱容量は、ＳｉＣの基材が８００[Ｊ／Ｋ]であるのに対して、Ａｌの基材が４５００[Ｊ／Ｋ]である。
【００３６】
また、熱拡散率は、ＳｉＣの基材が９０×１０−６[ｍ２／ｓ] であるのに対して、Ａｌの基材は７０×１０−６[ｍ２／ｓ]である。
【００３７】
以上から、本実施形態では、載置台１００にロールコンパクション法により製造されたＳｉＣの基材１００ａを用いる。これにより、基材１００ａの機械的強度を維持しながら、基材１００ａを軽量化、薄肉化及びコンパクト化し、基材１００ａの熱容量を低下させることができる。この結果、載置台１００の温度応答性を高めることができる。
【００３８】
［温度応答性の実験］
次に、ＳｉＣの基材とＡｌの基材を用いた場合の載置台の温度応答性に関する実験を行った。図５は、載置台の温度応答性の実験に用いた冷却機構の構成図である。
【００３９】
冷却機構１０２ａは、８０℃の冷媒を貯蔵する第１の容器１０２ａ１と２０℃の冷媒を貯蔵する第２の容器１０２ａ２とから供給される冷媒を切り替えて載置台１００の流路１０２に流す。載置台１００に供給する冷媒の切り替えは、三方弁ＴＶ１,ＴＶ２及びバルブＶ１，Ｖ２の切り替えにより行われる。フローメータＦは、配管を流れる冷媒の流量を計測する。載置台１００は、所定の真空雰囲気のチャンバＣ内に置かれている。載置台１００内に形成された流路１０２の入口及び出口には、圧力計Ｐ１、Ｐ２が取り付けられている。流路１０２の入口、載置台１００の基材上部（ウエハの載置面）、及び流路１０２の出口には、熱電対の温度センサＴＣ１、ＴＣ２、ＴＣ３がそれぞれ取り付けられている。
【００４０】
以上の構成の実験系を用いて、冷媒の温度を２０℃から８０℃の冷媒に切り替えた場合の温度応答性の結果を図６に示し、８０℃から２０℃の冷媒に切り替えた場合の温度応答性の結果を図７に示す。
【００４１】
図６及び図７の横軸は時間[ｓ]を示し、縦軸は温度[℃]を示す。まず、図６の２０℃から８０℃の冷媒に切り替えた場合を参照しながら説明する。最初の２秒間は、三方弁ＴＶ１,ＴＶ２及びバルブＶ１，Ｖ２を切り替えたタイミングから、切替後の８０℃の冷媒が温度センサＴＣ１〜ＴＣ３を取り付けた位置まで到達するのにかかる時間を示す。よって、温度応答性を計測する実際の開始時間は、バルブ等の切り替えから２秒後となる。なお、２０℃から８０℃の冷媒に切り替えた場合、配管内では２０℃と８０℃の冷媒が混ざり合うため、すぐに８０℃にはならない。この実験では、載置台の基材の到達温度を７０℃としている。
【００４２】
本実施形態に係る載置台１００の基材はＳｉＣで形成されている。その場合、流路１０２の入口の温度センサＴＣ１（図６のＴＣ１（入口、ＳｉＣ））により検知された温度が最初に７０℃に達する。載置台１００の基材上部及び流路１０２の出口の温度センサＴＣ２（図６のＴＣ２（ＳｉＣの基材））、ＴＣ３（図６のＴＣ３（出口、ＳｉＣ））により検知された温度が７０℃に達するまでに要する時間は、６．５秒である。このとき、ＳｉＣの基材上部の温度センサＴＣ２により検知された温度の上昇は、７．７℃／秒程度である。
【００４３】
一方、載置台の基材がＡｌで形成されている場合にも、流路１０２の入口の温度センサＴＣ１（図６のＴＣ１（入口、Ａｌ））により検知された温度が最初に７０℃に達する。載置台１００の基材上部及び流路１０２の出口の温度センサＴＣ２（図６のＴＣ２（Ａｌの基材））、ＴＣ３（図６のＴＣ３（出口、Ａｌ））が７０℃に達するまでに要する時間は、３０．５秒である。このとき、Ａｌの基材上部の温度センサＴＣ２により検知された温度の上昇は、１．６４℃／秒程度である。
【００４４】
以上の実験結果から、温度を２０℃から７０℃に上昇させる場合の載置台の温度応答性は、ＳｉＣの基材を使用した場合、Ａｌの基材の場合と比較して約４．７倍向上したことが証明された。
【００４５】
以上の実験結果を考察すると、Ａｌの基材の熱容量は高い。よって、Ａｌの基材では、冷媒の温度を変えても冷媒の温度変化に追従してＡｌの基材の温度を高速に昇降させることができず、温度応答性が悪い。
【００４６】
具体的に説明すると、Ａｌの基材の場合、Ａｌの基材の熱容量は高いため、高温の冷媒が載置台内の流路を流れても、冷媒の熱は、即座にＡｌの基材に伝わらない。その結果、温度を切り替えた当初、冷媒の熱の多くは、基材に奪われる前に流路出口に到達してしまう。よって、載置台の流路入口の温度センサＴＣ１及び流路出口の温度センサＴＣ３によりそれぞれ検知された温度が、載置台上部の温度センサＴＣ２により検知された温度よりも先に高くなり、載置台上部の温度ＴＣ２が検知した温度は、即座には上昇しない。
【００４７】
一方、ＳｉＣの基材の場合、ＳｉＣの基材の熱容量は低いため、載置台１００の流路１０２中の冷媒の熱は基材に奪われ易い。その結果、載置台上部で温度センサＴＣ２が検知した温度は、載置台１００の流路入口の温度センサＴＣ１及び流路出口の温度センサＴＣ３によりそれぞれ検知された温度とほぼ同じように遷移し、温度応答性がよい。
【００４８】
図７の実験結果についても同様に考察する。８０℃から２０℃の冷媒に切り替えた場合、配管内では８０℃と２０℃の冷媒が混ざり合うため、すぐに２０℃にはならない。この実験では、載置台の基材の到達温度を３０℃としている。
【００４９】
基材がＳｉＣで形成された載置台１００の場合、載置台１００の基材上部（図７のＴＣ２（ＳｉＣの基材））により検知された温度が３０℃に達するまでに要する時間は、６．３秒である。このとき、載置台１００の基材上部の温度センサＴＣ２により検知された温度の下降は、７．９℃／秒程度である。
【００５０】
一方、載置台の基材がＡｌで形成されている場合、載置台１００の基材上部の温度センサＴＣ２（図７のＴＣ２（Ａｌの基材））が３０℃に達するまでに要する時間は、３６秒である。このときの温度の下降は、１．３９℃／秒程度である。
【００５１】
以上の実験結果から、温度を８０℃から３０℃に下降させる場合の載置台の温度応答性は、ＳｉＣの基材を使用した場合、Ａｌの基材の場合と比較して約５．７倍向上したことが証明された。
【００５２】
［基材の体積に対する流路の体積比］
次に、基材の体積に対する流路の体積比について、図８を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る載置台１００のＳｉＣの基材の体積に対する流路１０２の体積比率をＡｌの基材の場合と比較した表である。
【００５３】
表に示した全体積は、基材の体積と基材内の流路の体積との総和である。流路体積比は、全体積に対する各基材内の流路の体積の比率である。これによれば、本実施形態のように載置台１００にＳｉＣの基材１００ａを使用した場合の全体積は、Ａｌを基材とした場合の全体積の約１／３となる。また、ＳｉＣの基材を使用した場合、流路１０２の体積は、ＳｉＣの基材の体積以上とすることができる。つまり、ＳｉＣの基材を使用した場合、全体積に対する流路体積比は５０％以上となる。ＳｉＣの基材を使用した場合、流路の体積は、ＳｉＣの基材の体積の１倍〜１．４倍、つまり、全体積に対する流路体積比は５０％〜７０％であるとより好ましい。
【００５４】
一方、載置台にＡｌを基材とした場合の全体積は、ＳｉＣを基材とした場合の全体積の約３倍となるため、機械的強度を保ちながら流路体積比を５０％以上にすることは実質的にできない。図８では、載置台にＡｌを基材とした場合、全体積に対する流路体積比は２５％である。なお、基材をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成した場合も、基材の厚さを薄くすると強度が保てないため、同様に全体積に対する流路体積比を５０％以上にすることはできない。
【００５５】
このように、本実施形態に係る載置台１００では、ＳｉＣの基材１００ａ内の流路１０２の全体積に対する体積比率を５０％以上とすることで、流路を流れる冷媒の温度を載置台１００上のウェハＷに伝え易い構造とすることができる。これにより、載置台１００の温度応答性を高め、載置台１００の温度制御に対して載置台１００が実際にその温度になるまでに要する時間を短縮し、ウェハＷの温度を高速に昇降させることができる。
【００５６】
［載置台の構造］
次に、本実施形態に係る載置台１００の構造について、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、本実施形態に係る載置台１００の縦断面図である。図１０は、本実施形態に係る載置台１００の外周部の縦断面図である。
【００５７】
載置台１００には高周波電力が印加され、下部電極としても機能する。ここで、前述したように、本実施形態の載置台１００の基材１００ａはＳｉＣにより形成されている。載置台１００にＳｉＣ等のセラミックスの基材を使用する場合、セラミックスは電気を通さない。そこで、本実施形態では、ＳｉＣの基材上にＡｌを溶射することで、導電層１００ｂを形成し、導電層１００ｂに高周波電力を印加する。具体的には、導電層１００ｂは、ＳｉＣの基材１００ａのウェハＷが載置される側の少なくとも主面及び側面に形成され、高周波電力が印加された際に下部電極となるように構成される。なお、導電層１００ｂは、第１のセラミックスの基材の基板が載置される側の主面及び側面に形成された第１の導電層に相当する。
【００５８】
図１０に示されるように、載置台１００の外周部には、ＳｉＣの基材１００ａの主面にて周方向に２つの段差部が形成されている。外側には第１の段差部１００ａ１が形成され、内側には第２の段差部１００ａ２が形成されている。ＳｉＣの基材１００ａの主面は、第１の段差部１００ａ１、第２の段差部１００ａ２及び第２の段差部１００ａ２により画成されるウェハＷの載置面１００ａ３の全面であってもよい。また、ＳｉＣの基材１００ａの側面は、第１の段差部１００ａ１及び第２の段差部１００ａ２に形成された側壁の面であってもよい。なお、第１の段差部１００ａ１及び第２の段差部１００ａ２は、基材１００ａの周縁部に設けられた段部の一例である。
【００５９】
載置台１００の基材１００ａの最外周の側面には、スパイラルチューブ３００が設けられている。スパイラルチューブ３００は、反力のある導電性物質で形成されている。スパイラルチューブ３００は、導電層１００ｂと支持台１０４とを電気的に接続するとともに基材１００ａへの横方向からの力を吸収する。
【００６０】
ＳｉＣ等のセラミックスの基材１００ａにネジ穴を形成することは困難である。よって載置台１００の外周には、載置台１００の第１の段差部１００ａ１にゴム製の部材３１０を介して係合するクランプ１０１が設けられており、クランプ１０１にネジ穴が形成される。基材１００ａは、クランプ１０１のネジ穴に挿入されたネジ１０１ａによりクランプ１０１を介して支持台１０４に固定される。
【００６１】
ゴム製の部材３０５は、Ｏリング等から形成され、基材１００ａの裏面に配置され、チャンバＣ内部の真空空間を大気から遮断する。ゴム性の部材３０５は、弾性体であり、シリコン系の樹脂で形成され、基材１００ａへの縦方向からの力を吸収することにより、基材１００ａを支持台１０４に固定する際のクッション材として機能する。
【００６２】
なお、導電層１００ｂを基材１００ａの裏面にも形成し、ゴム性の部材３０５に替えてスパイラルチューブ３００を基材１００ａの裏面に配置し、基材１００ａの裏面にて導電層１００ｂと支持台１０４とを電気的に接続してもよい。
【００６３】
ＳｉＣの基材１００ａはぬれ性が低い。よって、ＳｉＣの基材１００ａ上に直接、溶射によってアルミナの絶縁層を形成することは難しい。そこで、ＳｉＣの基材上には、アルミニウムが溶射されて導電層１００ｂが形成される。導電層１００ｂはタングステン（Ｗ）の溶射皮膜であってもよい。
【００６４】
その後、導電層１００ｂ上にアルミナが溶射されることで、静電チャック１０６の絶縁層１０６ｂが形成される。更に、タングステン（Ｗ）が溶射されて静電チャック１０６のチャック電極１０６ａが形成される。更に、その上面にアルミナが溶射されて、絶縁層１０６ｂによりチャック電極１０６ａを挟み込んだ静電チャック１０６が形成される。溶射膜により静電チャック１０６を形成した場合、導電層１００ｂと絶縁層１０６ｂとの間に接着剤を要しないため、ウエハーレスドライクリーニング（ＷＬＤＣ）時にダメージを受け難い。また、溶射膜により形成された静電チャック１０６の絶縁層１０６ｂとＳｉＣの基材１００ａとの熱膨張係数を近似させることができる。これにより、静電チャック１０６が基材１１０ａから剥離しにくい載置台１００を製造することができる。
【００６５】
図９及び図１０に示されるように、ウェハＷの載置面１００ａ３の直径は、ウェハＷの直径より小さい。よって、載置面１００ａ３に置かれたウェハＷの周縁部は、載置面１００ａ３から突出し、第２の段差部１００ａ２の上方に位置する。ＳｉＣの基材１００ａには、ウェハＷを支持するピン８１が通る貫通孔１００ｄが、第２の段差部１００ａ２を貫通する位置に形成される。フォーカスリング１０５には、ピン８１が通る凹み部又は貫通孔が設けられている。
【００６６】
ウェハＷの搬送時、ピン８１は貫通孔１００ｄを貫通してウェハＷの周縁部の下面に当接する。かかる構成によれば、ピン８１はウェハＷの周縁部を支持するため、基材１００ａの貫通孔は、ウェハＷの中央部の近傍に形成されない。ウェハＷの中央部の近傍に貫通孔部分がある場合、貫通孔部分及びその周辺のウェハＷの温度が冷却されずに高温になってしまう（いわゆるホットスポット）。本実施形態のように、ピン８１をウェハＷの周縁部に配置することで、ホットスポットができてしまうことを回避できる。
【００６７】
図３にて示したＳｉＣのセラミックスシートＳに、バックヘリウムＨｅ供給用の経路を形成してもよい。これにより、図９に示されるように、ガス供給ライン１１３を形成することができる。ガス供給ライン１１３には、アルミナを焼結させたスリーブ１１３ａが嵌め込まれている。これにより、ガス供給ライン１１３内での異常放電の発生を防止できる。導電層１００ｂ及び静電チャック１０６の絶縁層１０６ｂには、ガス供給ライン１１３に接続されたバックヘリウムＨｅ供給用の経路１１３ｂが網目状に形成されている。
【００６８】
第２の段差部１００ａ２上のフォーカスリング１０５と基材１００ａとの積層方向から見た平面視で、フォーカスリング１０５とオーバラップしている基材１００ａの部分には、流路１０２の少なくとも一部が形成されている。これにより、フォーカスリング１０５への熱伝導を良好にすることができる。以上により、ＳｉＣの基材１００ａを使用した載置台１００を製造することができる。
【００６９】
その他のＳｉＣの基材１００ａを使用した載置台１００の製造方法としては、次のような方法が挙げられる。まず、ＳｉＣの基材１００ａ上にアルミニウムを溶射して導電層１００ｂを形成後、アルミナを溶射する。静電チャックの絶縁層は溶射せず、溶射したアルミナ層上に絶縁性の板状部材をシリコン樹脂の接着剤で貼り合わせる。接着剤がアルミナ層に代替できる場合にはアルミナを溶射する工程を省いてもよい。更に、絶縁性の板状部材の上面にアルミナを溶射する。板状部材にはそもそもバックヘリウムＨｅ供給用の経路１１３ｂが形成されている。以上に説明した載置台１００の複数の製造方法によれば、静電チャック１０６は、導電層１００ｂ上に溶射膜又は接着層を介して積層される。
【００７０】
［シャワーヘッド（上部電極）］
図１に示したように、シャワーヘッド１１６は、チャンバＣ内の載置台１００に対向する位置に設けられ、上部電極としても機能する。本実施形態に係るシャワーヘッド１１６は、図１に示した構成以外の構成、例えば、下部電極としても機能する載置台１００と同様な構成を有してもよい。
【００７１】
具体的には、図１１に示したように、シャワーヘッド１１６の本体部１１６ａと上部天板１１６ｂとは、ＳｉＣの基材２００ａで形成されてもよい。この場合、ＳｉＣの基材２００ａは、第２のセラミックスの基材に相当する。
【００７２】
導電層２００ｂは、ＳｉＣの基材２００ａの載置台１００に対向する面２００ａ１（図１１では下面）の反対側の主面２００ａ２（図１１では上面）及び側面に形成されている。導電層２００ｂは、アルミニウムの溶射皮膜であってもよいし、タングステンの溶射皮膜であってもよい。導電層２００ｂは、第２の導電層に相当する。ＳｉＣの基材２００ａは、シリコンＳｉやカーボンＣよりもプラズマ耐性が高いＳｉＣで形成され、プラズマ生成空間側に露出している。このように、上部電極の電極層となる導電層２００ｂは、ＳｉＣの基材２００ａの主面（裏面）及び側面にアルミニウムを溶射して設けられ、プラズマに露出する面には設けられない。これにより、金属汚染を防ぐことができる。
【００７３】
シャワーヘッド１１６は、アルミニウムで形成された、接地された支持部材４０５により支持されている。ＳｉＣの基材２００ａの最外周の側面には、スパイラルチューブ４００が設けられている。スパイラルチューブ４００は、反力のある導電性物質で形成されている。スパイラルチューブ４００は、導電層１００ｂと支持部材４０５とを電気的に接続するとともに基材２００ａへの横方向からの力を吸収する。これにより、導電層１００ｂが上部電極の電極層として機能する。
【００７４】
なお、ＳｉＣの基材２００ａは、載置台１００のＳｉＣの基材１００ａと同様に、ロールコンパクション法により製造してもよい。
【００７５】
［スキンデプス］
高周波電力は、載置台１００の導電層１００ｂ又はシャワーヘッド１１６の導電層２００ｂの少なくともいずれか１つに印加される。導電層１００ｂ又は導電層２００ｂに高周波電力を印加した場合、電流は、導電層１００ｂ又は導電層２００ｂの表面を流れる。高周波電力の周波数が高くなるほど導電層の表面に電流が集中する現象を表皮効果といい、電流が流れる深さをスキンデプス（表皮深さ）という。
【００７６】
図１２は、アルミニウムの基材（バルク）及びアルミニウムの溶射皮膜に対するスキンデプスを比較した図である。横軸は周波数（ｋＨｚ）を示し、縦軸はスキンデプス（μｍ）を示す。これによれば、同一周波数の場合、アルミニウムの基材のスキンデプスは、アルミニウムの溶射皮膜のスキンデプスよりも小さい。つまり、同一周波数の場合、アルミニウムの基材は、アルミニウムの溶射皮膜よりも電流を流し易く、部材の厚さが薄くてもよいことを示す。これは、アルミニウムの溶射皮膜は、アルミニウムの基材よりも純度が低く、かつ緻密でないため、電気が流れ難いことを示す。よって、アルミニウムの溶射皮膜は、アルミニウムの基材と比較して相対的に厚い必要があり、導電層１００ｂ及び導電層２００ｂの厚さが薄すぎると電気が流れにくくなることがわかる。
【００７７】
以上を考慮して、本実施形態では、導電層１００ｂ及び導電層２００ｂの厚さが、体積抵抗率とエッチング処理装置１０で使用される高周波の周波数とから決定される。具体的には、導電層１００ｂ及び導電層２００ｂの厚さは、高周波電力の周波数に応じて定められるスキンデプス以上であればよい。例えば、エッチング処理装置１０の場合、使用される高周波の周波数は、４００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲の所定値である。よって、導電層１００ｂ及び導電層２００ｂの厚さは、図１２にてこの周波数帯域に対応する２０μｍ〜３００μｍの範囲内の所定の厚さに形成されればよい。
【００７８】
また、アルミニウムの溶射皮膜による導電層１００ｂ及び導電層２００ｂの体積抵抗率は、いずれも５×１０−５Ω以下であればよい。更に、アルミニウムの溶射皮膜による導電層１００ｂ及び導電層２００ｂは、厚さが０〜１０％の範囲で管理されていればよい。なお、アルミニウムの基材の体積抵抗率は、２×１０−６Ω以下である。
【００７９】
［溶射方法］
次に、導電層１００ｂ及び導電層２００ｂを２０μｍ〜３００μｍの範囲内の所定の厚さに形成するためのアルミニウムの溶射方法について、図１３及び図１４を参照しながら説明する。ここでは、載置台１００の基材１００ａを例に挙げて説明するが、シャワーヘッド１１６の基材２００ａについても同様に適用できる。
【００８０】
図１３（ａ）は、基材１００ａの一部を示した斜視図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示した基材１００ａの段部に複数の溝部を設けた図である。図１４（ａ）は、図１３（ａ）の基材１００ａにアルミニウムの溶射皮膜を形成したときの断面図及び平面図である。図１４（ｂ）は、図１３（ｂ）の基材１００ａにアルミニウムの溶射皮膜を形成したときの断面図及び平面図である。
【００８１】
基材１００ａに溶射によりアルミニウムの溶射皮膜１００ｂを形成する工程では、図１４（ａ）に示したように、基材１００ａの段部Ｑ１，Ｒ１，Ｓ１では、溶射皮膜１００ｂの厚さが薄くなったり、溶射し難くなったりする。つまり、基材１００ａの位置Ｑ１，Ｒ１，Ｓ１では電気が流れにくく、皮膜が薄く脆弱なために剥がれ易い。
【００８２】
そこで、本実施形態に係る溶射方法では、基材１００ａの段部Ｑ２，Ｒ２，Ｓ２に、図１３（ｂ）に示したように、基材１００ａの中心部の平坦な部分から外側に局所的に複数の溝部１００ｅを形成後、アルミニウムを溶射して溶射皮膜を形成する。図１３（ｂ）では、基材１００ａの周縁部の段部Ｑ２，Ｒ２，Ｓ２には、周方向に複数の溝部１００ｅが形成されている。段部Ｑ２，Ｒ２，Ｓ２は、溝部１００ｅの部分では平坦化される。
【００８３】
これによれば、溶射されたアルミニウムは、基材１００ａの周縁部では、溝部１００ｅに溜まり易い。これにより、溶射皮膜１００ｂの厚さは、段部Ｑ２，Ｒ２，Ｓ２において周方向に薄くなっても、少なくとも溝部１００ｅにおいて２０μｍ〜３００μｍの厚さを確保できる。これにより、アルミニウムの溶射皮膜１００ｂが、段部Ｑ２，Ｒ２，Ｓ２において周方向に全体的に薄くなることを回避できる。
【００８４】
かかる構成によれば、溝部１００ｅは、アルミニウムの溶射皮膜１００ｂを電流が流れる経路として機能する。これにより、電流は、溶射皮膜１００ｂを容易に流れ得る。また、溝部１００ｅは、溶射皮膜１００ｂを剥がれ難くする機能も有する。
【００８５】
以上から、本実施形態に係る溶射方法によれば、電気が流れ易く、かつ剥がれ難いアルミニウムの溶射皮膜１００ｂを形成できる。これによれば、電流の経路を金属加工物で形成する必要はなく、基材の表面に形成することができる。なお、基材への溝部の形成は、専用の工具を作成することにより、加工が容易になりコストアップを抑制できる。なお、セラミックスの基材の段部に、複数の溝部を有していればよい。
【００８６】
［電流の流れの確認実験］
最後に、各種の電極に３００ｍｍのウエハＷを載置した場合の電流の状態を確認する実験について、図１５を参照しながら説明する。比較する電極は、以下の３種類である。
＜比較する電極＞
１．Ａｌの基材（バルク）の電極
２．ＳｉＣの基材にＡｌを溶射した電極
３．ＳｉＣの基材にＡｌを溶射していない電極
また、実験のプロセス条件は以下の通りである。
＜プロセス条件＞
圧力                ３０ｍＴｏｒｒ（４．０００Ｐａ）
ガス種／ガス流量  Ｏ２／２００ｓｃｃｍ
高周波電力／パワー          １００ＭＨｚ（第１の高周波電源）／２４００Ｗ
高周波電力／パワー          １３．５６ＭＨｚ（第２の高周波電源）／０Ｗ
以上のプロセス条件に基づき、上記の１〜３の電極を下部電極に使用したエッチング処理装置１０において、ウエハＷ上に形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を被エッチング膜としてエッチング処理を行った。図１５は、エッチング処理時の整合器１１１ａを構成する２つの可変コンデンサのうちの一方の可変コンデンサＣ１の整合ポジションの結果を示す。
【００８７】
この結果を考察すると、標準的な電極である「１．Ａｌの基材の電極」と、本実施形態に係る「２．ＳｉＣの基材にＡｌを溶射した電極」とは、整合器１１１ａの整合ポジションが似ている。これは、プラズマから見て下部電極（載置台１００）の表皮を流れる電流の流れ方が似ていることを示している。この結果、本実施形態に係る「２．ＳｉＣの基材にＡｌを溶射した電極」は、標準的な「１．Ａｌの基材の電極」と同様に下部電極に電流が予定通り十分に流れていることを示す。
【００８８】
一方、「３．ＳｉＣの基材にＡｌを溶射していない電極」は、「１．Ａｌの基材の電極」や「２．ＳｉＣの基材にＡｌを溶射した電極」とは整合ポジションが異なっており、プラズマから高抵抗に見えている。これは、プラズマから見て下部電極の表皮を流れる電流の流れ方が異なっていることを示す。この結果、本実施形態に係る「３．ＳｉＣの基材にＡｌを溶射していない電極」は、下部電極に電流が流れ難いことを示す。
【００８９】
以上の実験結果から、基材にＳｉＣを用いた場合、アルミニウムを溶射して導電層を形成することが必要又は好ましいことが証明された。
【００９０】
以上、基板処理装置及び載置台を実施例により説明したが、本発明に係る基板処理装置及び載置台は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【００９１】
例えば、上記実施形態では、載置台及びシャワーヘッドの基材は、ＳｉＣにより形成されたが、これに限られず、セラミックスの基材で形成されていればよい。本発明に係る載置台及びシャワーヘッドの基材の一例としては、炭化珪素（ＳｉＣ）の替わりに、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）を使用してもよい。
【００９２】
また、例えば、上記実施形態では、本発明に係る載置台及びシャワーヘッドは、エッチング処理装置に適用された。しかし、本発明に係る載置台及びシャワーヘッドは、エッチング処理装置以外のプラズマ処理装置、例えば、アッシング処理装置や成膜処理装置等にも適用可能である。その際、プラズマ処理装置にてプラズマを発生させる手段としては、容量結合型プラズマ(ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)発生手段、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)発生手段、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）発生手段、ラジアルラインスロットアンテナから生成したマイクロ波プラズマやＳＰＡ（Slot Plane Antenna）プラズマを含むマイクロ波励起表面波プラズマ発生手段、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）発生手段等を用いることができる。また、本発明に係る載置台は、プラズマ以外の手段で基板を処理する基板処理装置にも使用可能である。
【００９３】
本発明において処理を施される基板は、上記実施形態にて説明に使用したウェハＷに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
【００９４】
また、本発明の冷却機構１０２ａは、配管１０２ｂに冷媒として冷媒以外の流体を流すことが可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１０：エッチング処理装置、８１：ピン、１００：載置台、１００ａ：基材、１００ａ１：第１の段差部、１００ａ２：第２の段差部、１００ａ３：載置面、１００ｂ：導電層、１００ｅ：溝部、１０１：クランプ、１０２：流路、１０４：支持台、１０５：フォーカスリング、１０６：静電チャック、１０６ａ：チャック電極、１０６ｂ：絶縁層、１１６：シャワーヘッド、２００ａ：基材、２００ｂ：導電層、３００：スパイラルチューブ、Ｃ：チャンバ
【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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