(57)【要約】【課題】チャンバ内温度等の外部要因の影響を軽減できる基板載置台を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置（１）におけるチャンバ（１１）内に配置された基板載置台（１５）は、静電チャック（６１）と冷却ジャケット（６２）を備えており、静電チャック（６１）は、静電吸着用電極（７１）を内蔵する上側円盤部（６１ａ）と、上側円盤部（６１ａ）より大きい径を有し、かつヒータ（７２）を内蔵する下側円盤部（６１ｂ）とから構成されている。上側円盤部（６１ａ）の径方向外方に配置されて下側円盤部（６１ｂ）の上面を覆うフォーフォーカスリング（６４）と、冷却ジャケット（６２）の少なくとも一部及び下側円盤部（６１ｂ）を囲む断熱用の上側環状カバー（６５）と、上側環状カバー（６５）とで冷却ジャケット（６２）を挟持する断熱用の下側環状カバー（６６）とが、セラミック製である。【選択図】図２
2019140211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理用の基板を静電吸着する基板載置台であって、
前記基板を静電吸着する電極を内蔵する上側円盤部と、該上側円盤部の下側に、前記上側円盤部より大きな径を有するとともにヒータを内蔵する下側円盤部とからなる静電チャックと、
前記下側円盤部の下側に配置され、前記静電チャックを冷却する冷却ジャケットと、
前記上側円盤部の径方向外方に配置され、前記下側円盤部の上面を覆うフォーカスリングと、
前記冷却ジャケットの少なくとも一部及び前記下側円盤部を囲む断熱用の上側環状カバーと、
前記上側環状カバーとで前記冷却ジャケットを挟持する断熱用の下側環状カバーとを備え、
前記フォーカスリング、前記上側環状カバー及び前記下側環状カバーは、セラミック製であることを特徴とする基板載置台。
【請求項２】
前記ヒータの配置領域は、前記基板の径よりも大きな径を有していることを特徴とする請求項１記載の基板載置台。
【請求項３】
前記冷却ジャケットの径方向外周面に外向きのフランジ部が一体に形成され、
前記フランジ部は、前記上側環状カバーと前記下側環状カバーとにより上下から挟持されていることを特徴とする請求項１または２記載の基板載置台。
【請求項４】
前記静電チャックと前記冷却ジャケットとの間には、前記ヒータの配置領域の全域に延在するとともに外部から密封された微小隙間が形成され、
前記微小隙間は、ヘリウムガス供給部と真空ポンプとに切り換え自在に接続されることにより、ヘリウムガス充填状態と真空状態との間で変更自在となることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の基板載置台。
【請求項５】
前記静電チャックは、窒化アルミニウム製であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の基板載置台。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の基板載置台をチャンバ内に備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
被処理用の基板を加熱する静電チャックと、該静電チャックを冷却する冷却ジャッケットとを備え、前記静電チャックと前記冷却ジャケットとの間には外部から密封された微小隙間が形成されたプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、
前記基板を前記静電チャックにより加熱するときは、前記静電チャックと前記冷却ジャケットとの間の微小隙間を真空状態とし、
前記加熱されて高温となった前記基板をエッチングするときは、前記静電チャックと前記冷却ジャケットとの間の微小隙間にヘリウムガスを充填させることにより前記基板の熱を前記冷却ジャッケットに逃がして前記基板を冷却することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ内でプラズマエッチング処理等が施される基板、たとえば半導体用のウェハを静電吸着状態で載置する基板載置台及びこれを備えたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チャンバ内に配置された基板載置台に、被処理ワークとして半導体用の基板を載置し、チャンバ内に所定のガスを供給してプラズマ化させ、プラズマ化した処理ガスによって、基板にエッチング処理を施すプラズマ処理装置が知られている。また、プラズマ処理に適した基板載置台として、静電吸着用の電極及び基板加熱用のヒータを内蔵する静電チャックと、この静電チャックの下側に配置された冷却ジャケットとを備えたものが開発されている（特許文献１及び２）。この種の基板載置台は、静電吸着用の電極に電圧を印加することにより、電極表面から静電チャックの上端チャック面にかけての誘電層で誘電分極を起こし、基板との間で発生する静電力により、基板をチャック面に吸着保持する。そして処理中は、ヒータ及び冷却ジャケットによる温度制御により、基板を所定温度に保った状態として、基板にエッチング処理等が施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６８５３８号公報
【特許文献２】特開２００６−２３７３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ヒータ及び冷却ジャケットによる静電チャック及び基板の温度制御に関し、基板載置台の周囲環境、たとえばチャンバ内温度の影響により、静電チャック及び基板の適切な温度制御が困難になるという問題がある。たとえば、基板を載置していない非処理状態での初期昇温時や所定温度での待機時には、加熱される静電チャックの熱は下側の冷却ジャケットを介して多量に外部に逃げる。このために、大きなヒータ容量が要求され、無駄な電力消費の要因となる。一方、基板を載置してエッチング処理等を行う処理中には、温度上昇した基板から静電チャックに多くの熱が連続的に伝達されるので、大きな抜熱量が要求される。具体的に説明すると、非処理状態における静電チャックの昇温工程並びに所定温度、たとえば２００℃での待機時（一定温度工程）では、ヒータによる熱が外部に逃げないようにして、静電チャックを効率良く昇温させ、または静電チャックを一定温度に保つ必要がある。一方、基板の処理中、たとえプラズマエッチング処理中には、基板が必要以上に高温にならないように、基板の熱を効率良く静電チャックを通じて抜熱する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、以上の実情に鑑みなされたものであって、チャンバ内温度等の外部要因が静電チャック及び冷却ジャケットに及ぼす影響を軽減し、基板及び静電チャックの温度制御を容易にすることが可能な基板載置台及びこれを備えたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、
被処理用の基板を静電吸着する基板載置台であって、
前記基板を静電吸着する電極を内蔵する上側円盤部と、該上側円盤部の下側に、前記上側円盤部より大きな径を有するとともにヒータを内蔵する下側円盤部とからなる静電チャックと、
前記下側円盤部の下側に配置され、前記静電チャックを冷却する冷却ジャケットと、
前記上側円盤部の径方向外方に配置され、前記下側円盤部の上面を覆うフォーカスリングと、
前記冷却ジャケットの少なくとも一部及び前記下側円盤部を囲む断熱用の上側環状カバーと、
前記上側環状カバーとで前記冷却ジャケットを挟持する断熱用の下側環状カバーとを備え、
前記フォーカスリング、前記上側環状カバー及び前記下側環状カバーは、セラミック製である基板載置台に係る。
【０００７】
この基板載置台によれば、静電チャック及び冷却ジャケットの上面及び径方向の外方を囲むフォーカスリング、断熱用の上下の環状カバーを、セラミック製としているので、静電チャック及び冷却ジャケットに対する外部影響を軽減でき、静電チャック及び基板に対して効率の良い温度制御が可能となる。
【０００８】
また、前記基板載置台において、前記ヒータの配置領域は、前記基板の径よりも大きな径を有していることが好ましい。
【０００９】
この基板載置台によれば、ヒータの配置領域を、基板の径よりも大きな径に設定されているので、静電チャック上の温度分布を、基板の中心部から外周端部まで均一な分布とすることができる。
【００１０】
また、前記基板載置台において、
前記冷却ジャケットの径方向外周面に外向きのフランジ部が一体に形成され、
前記フランジ部は、前記上側環状カバーと前記下側環状カバーとにより上下から挟持されていることが好ましい。
【００１１】
この基板載置台によれば、上下のセラミック製の環状カバーで冷却ジャケットの外向きフランジを挟持するので、上下の環状カバーを、静電チャック及び冷却ジャケットに対する断熱機能に加え、冷却ジャケットの保持部材としても利用できる。
【００１２】
さらに、前記基板載置台において、
前記静電チャックと前記冷却ジャケットとの間には、前記ヒータの配置領域の全域に延在するとともに外部から密封された微小隙間が形成され、
前記微小隙間は、ヘリウムガス供給部と真空ポンプとに切り換え自在に接続されることにより、ヘリウムガス充填状態と真空状態との間で変更自在となるように構成されることが好ましい。
【００１３】
この基板載置台によれば、非処理状態における初期昇温時、一定温度での待機時には、微小隙間を真空状態とする。したがって、静電チャックの熱が下方の冷却ジャケットへ逃げるのを遮断し、効率的な初期昇温及び所定温度での待機状態を維持することができる。一方、プラズマ処理中は、微小隙間をヘリウムガス充填状態とすることにより、高温の基板の熱を、熱伝達性の良いヘリウムガスを介して速やかに冷却ジャケットへと逃がし、効率的な抜熱を行うことができる。
【００１４】
またさらに、前記基板載置台において、前記静電チャックは、窒化アルミニウム製であることが好ましい。
【００１５】
この基板載置台によれば、静電チャックとして、高熱伝導性の窒化アルミニウムを用いるので、酸化アルミニウムよりも良好な温度分布が期待でき静電チャックの熱応力による割れを防止することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記基板載置台がチャンバ内に内蔵されているプラズマ処理装置を提供する。
【００１７】
このプラズマ処理装置によれば、基板及び静電チャックの温度制御を容易とする基板載置台を備えているので、基板の処理中での温度管理を容易に実施することができる。したがって、不安定又は不均一なウェハ温度に起因する再現性が得られない不均一な処理結果を回避することが可能となる。
【００１８】
さらに本発明は、基板処理方法も提供するものであり、前記基板載置台と前記冷却ジャケットとの間に微小隙間を有する基板載置台において、基板非処理状態における初期昇温時又は待機時には、前記微小隙間を真空状態とし、基板処理中は、前記微小隙間をヘリウムガス充填状態とする。
【００１９】
この方法によると、非処理中は、静電チャックの熱が下方の冷却ジャケットへ逃げるのを遮断し、効率的な初期昇温及び所定温度での待機状態を維持することができる。一方、基板処理中は、高温の基板の熱を、熱伝達性の良いヘリウムガスを介して速やかに冷却ジャケットへと逃がし、効率的な抜熱を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明に係る基板載置台又は処理方法によれば、チャンバ内温度等の外部要因が静電チャック及び冷却ジャケットに及ぼす影響を軽減し、基板及び静電チャックの温度制御を容易にすることができる。また、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、不安定又は不均一なウェハ温度に起因する再現性が得られない不均一な処理結果を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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的な構成を示す縦断面図である。
【図２】図１の基板載置台の縦断面拡大図である。
【図３】図２の冷却ジャケットの平面図である。
【図４】昇温時または待機時に、微小隙間を真空状態にしている時の作用説明図である。
【図５】基板を載置した処理時において、微小隙間をヘリウムガス充填状態にしている時の作用説明図である。
【図６】非処理状態における静電チャック温度、抜熱量及びヘリウムガス圧力の時間的変化を示すグラフである。
【図７】非処理状態における静電チャック温度及びヒータ負荷率の時間的変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
実施形態．
図１は本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１の概略的な構成を示す縦断面図である。図１のプラズマ処理装置１は、閉塞空間を有するチャンバ１１と、このチャンバ１１内に昇降シリンダ（図示せず）により昇降自在に配設され、ウェハ等の被処理用の基板Ｋが載置される基板載置台１５と、該基板載置台１５内にあって、ウェハリフタを昇降させる昇降シリンダ１９と、チャンバ１１内にエッチングガス、保護膜形成ガス及び不活性ガスを供給するガス供給装置２０と、チャンバ１１内に供給されたエッチングガス、保護膜形成ガス及び不活性ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置３０と、チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置４０と、基板載置台１５にプラズマ処理用の高周波電力を供給する高周波電源３５と、基板載置台１５に静電吸着用の電圧を印加する静電吸着用電源３６とを備えて構成される。さらに、基板載置台１５及び基板Ｋの温度を調整するための各種装置からなる温度調整システム５０を備える。
【００２４】
図１に示すように、チャンバ１１は、相互に連通した内部空間を有する上チャンバ１２及び下チャンバ１３から構成され、上チャンバ１２は、下チャンバ１３よりもその内径が小径となるように形成されている。上チャンバ１２の天板の内部には、上チャンバヒータ（図示せず）が設けられる一方、下チャンバの側壁の内部には、下チャンバヒータがブロックヒータとして備えられている。このブロックヒータは、例えば、アルミニウムからなるブロック体に発熱体を組み入れることにより形成される。
【００２５】
ガス供給装置２０は、エッチングガスとして、ＳＦ６ガスを供給するＳＦ６ガス供給部２１と、保護膜形成ガスとして、ＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスをそれぞれ供給するＳｉＦ４ガス供給部２２及びＯ２ガス供給部２３と、不活性ガスとして、例えば、Ａｒガスなどを供給する不活性ガス供給部２４とを備える。ガス用の供給管２５は、一端が上チャンバ１２の上面に接続し、他端が分岐してＳＦ６ガス供給部２１、ＳｉＦ４ガス供給部２２、Ｏ２ガス供給部２３及び不活性ガス供給部２４にそれぞれ接続している。ＳＦ６ガス供給部２１、ＳｉＦ４ガス供給部２２、Ｏ２ガス供給部２３及び不活性ガス供給部２４から供給管２５を介して、チャンバ１１内にＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｏ２ガス及び不活性ガスを供給する。なお、本実施形態では、上述したガスを用いたが、エッチングする対象によっては、例えばＨＢｒ、Ｃｌ２、ＳＦ６、Ｏ２、Ａｒ、Ｎ２などのガスを用いてもよい。
【００２６】
プラズマ生成装置３０は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成する装置であって、上チャンバ１２に配設された螺旋状（環状）のコイル３１と、このコイル３１に高周波電力を供給する高周波電源３２とから構成されている。高周波電源３２によってコイル３１に高周波電力を供給することで、上チャンバ１２内に供給されたＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｏ２ガス及び不活性ガスをプラズマ化する。
【００２７】
基板載置台１５に接続される高周波電源３５は、基板載置台１５の静電チャック６１に高周波電力を供給することで、静電チャック６１とプラズマとの間にバイアス電位を与え、ＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｏ２ガス及び不活性ガスのプラズマ化により生成されたイオンを、基板載置台１５上に載置された基板Ｋに入射させる。なお、本実施形態では、プラズマ化する際において、ＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｏ２ガス等を用いたが、エッチングする対象によっては、例えばＨＢｒ、Ｃｌ２、ＳＦ６、Ｏ２、Ａｒ、Ｎ２などのガスを用いてもよい。
【００２８】
排気装置４０は、チャンバ１１内の気体を吸引し、排気する真空ポンプ４１と、排気管４２とから構成されており、排気管４２は、一端が真空ポンプ４１に接続し、他端が下チャンバ１３の側面に接続している。この排気管４２を介して、真空ポンプ４１がチャンバ１１内の気体を吸引し、チャンバ１１内部を真空状態とする。
【００２９】
温度調整システム５０は、基板載置台１５内の加熱用ヒータ７２に電力を供給するヒータ用電源５３と、基板載置台１５に冷却用の冷媒を供給するチラーユニット５１と、熱伝達性の良いヘリウムガス（以下、Ｈｅガスという。）を基板載置台１５に供給するヘリウムガス供給部５２と、基板載置台１５内に断熱用の真空層（後述する図２の微小隙間８０）を形成するための真空ポンプ５４とを備えて構成される。この真空ポンプ５４は、前述のチャンバ用の真空ポンプ４１を流用することもできる。
【００３０】
図２は図１の基板載置台１５の縦断面拡大図である。図２の基板載置台１５は、窒化アルミニウム製の静電チャック６１と、この静電チャック６１の下側に配置されたアルミニウム製の冷却ジャケット６２と、この冷却ジャケット６２の下側に連結され、昇降シリンダ１９が駆動するウェハリフタの昇降空間を形成するブラケット６３と、静電チャック６１の上側に配置されたフォーカスリング６４とを備えて構成される。また、静電チャック６１は、静電吸着用の電極７１を内蔵する上側円盤部６１ａと、この上側円盤部６１ａよりも大きな径を有し、かつ、加熱用ヒータ７２を内蔵する下側円盤部６１ｂとから構成されている。ここで、静電チャック６１は、上側円盤部６１ａと、下側円盤部６１ｂとから一体形成されている。
【００３１】
さらに、図２の基板載置台１５は、冷却ジャケット６２の少なくとも一部及び下側円盤部６１ｂを囲む断熱用の上側環状カバー６５と、ブラケット６３の径方向の外方を囲む断熱用の下側環状カバー６６と、上側環状カバー６５及び下側環状カバー６６の径方向の外周を囲む外郭ケース６８と、この外郭ケース６８の下面に連結され、基板載置台１５の全体を支持する載置台支持部材６９とを備えて構成される。ここで、上側環状カバー６５と下側環状カバー６６とで冷却ジャケット６２を挟持する。
【００３２】
静電吸着用の電極７１は静電吸着用電源３６に接続され、加熱用ヒータ７２は、温度調整システム５０のヒータ用電源５３に接続されている。上側円盤部６１ａは、上面に載置される基板Ｋと略同じ平面形状及び同じ広さに形成されている。静電吸着用電極７１に、静電吸着用電源３６による電圧を印加すると、静電誘導により、基板Ｋが上側円盤部６１ａの上端チャック面に吸着保持される。加熱用ヒータ７２は、下側円盤部６１ｂ内で、基板Ｋの径よりも大きな径の範囲に延在している。
【００３３】
冷却ジャケット６２は、上側のジャケット本体６２ａと下側の底部６２ｂとから構成されている。ジャケット本体６２ａは、複数本のボルト７３により静電チャック６１の下面に結合されている。底部６２ｂは、ジャケット本体６２ａの下側凹部に嵌合し、溶接等によりジャケット本体６２ａに固着されている。ジャケット本体６２ａの下面の溝と底部６２ｂの上面とで冷却用の冷媒流路７４を形成している。複数本のボルト７３は、載置台軸心Ｏ１を中心とする一つの円周上に配列されている。冷媒流路７４は、たとえば平面視で螺旋状に形成されており、チラーユニット５１から供給される冷媒（ガルデン（登録商標））が、冷却ジャケット６２の下面に設けられた接続口を通じて、冷媒流路７４を循環することにより、ウェハの熱を奪った冷媒をチラーユニット５１内へと戻るように構成されている。チラーユニット５１では、冷媒は冷却され、再度冷媒流路７４に戻される。ここで、抜熱とは、ウェハの熱を冷媒および冷却ジャケット６１の底部６２ｂ表面を介して外に逃がすことをいう。さらに、ウェハの熱のほとんどは冷媒を介して外に逃がされ、ウェハの熱の一部は冷却ジャケット６１の底部６２ｂ表面から放熱される。これにより、ウェハ自身の温度を下げる。なお、冷却ジャケット６２の底部６２ｂと載置台支持部材６９で囲まれた空間は大気圧状態である。また、ウェハの熱を奪って高温となった冷媒はチラーユニット５１内で冷却される。
【００３４】
ジャケット本体６２ａの径方向外周端の下端部には、外向きのフランジ部６２ｃが一体に形成されており、このフランジ部６２ｃは、断熱用のセラミック製の上側環状カバー６５と下側環状カバー６６とにより、上下から挟持されている。
【００３５】
上側環状カバー６５の上端部には、環状の切り欠き６５ａが形成されており、この切り欠き６５ａには外郭ケース６８に形成された内向きフランジ部６８ａが係合している。下側環状カバー６６の上端面はＯリング７５を介してフランジ部６２ｃの下面に当接し、下側環状カバー６６の下端面はＯリング７６を介して載置台支持部材６９の上面に当接している。外郭ケース６８の外周端部のボルト挿通孔に挿通したボルト７７を、載置台支持部材６９のめねじ孔に螺着することにより、上側環状カバー６５及び下側環状カバー６６を上下から締め付けている。この構成により、上下の環状カバー６５、６６及び冷却ジャケット６２のフランジ部６２ｃを上下から固定しており、かつ、下側環状カバー６６の上下の両Ｏリング７５、７６を圧縮することにより、下チャンバ１３を密封している。なお、冷却ジャケット６２と載置台支持部材６９で囲まれた空間は大気圧状態である。
【００３６】
フォーカスリング６４は、静電チャック６１の上側円盤部６１ａ径方向の外方において、下側円盤部６１ｂの上面を覆っている。上側円盤部６１ａの上端チャック面に載置される基板Ｋは、フォーカスリング６４の上面と略同一高さに位置している。
【００３７】
冷却ジャケット６２のジャケット本体６２ａの上面と静電チャック６１の下面との間には、ジャケット本体６２ａの上面の面粗度を大きくすることにより、微小隙間８０が形成されている。ジャケット本体６２ａの上面には、静電チャック固定用の複数のボルト７３で構成する円周の内側に、Ｏリング８１もしくは環状メタルシールが配置されており、このＯリング８１により、微小隙間８０を平面視で密封状態の円形に構成している。また、ジャケット本体６２ａの上面には、軸芯Ｏ１部分の中央ガス通路８２に連通するガス通路網８３が形成されている。中央ガス通路８２は、底部６２ｂに形成されたガス通路８４を介して、ブラケット６３に螺着された継手８５に連通している。
【００３８】
継手８５は、吸引管を兼ねるガス管８６及び切り換えバルブ８７を介して、前述の温度調整システム５０の真空ポンプ５４及びヘリウムガス供給部５２に切り換え自在に連通している。
【００３９】
また、ヘリウムガス供給部５２は、ブラケット６３に螺着された継手９８及びガス通路を介して上側円盤部６１ａの上面（チャック面）に連通しており、基板Ｋの裏面にＨｅガスを供給できるように構成されている。
【００４０】
図３は図２の冷却ジャケット６２の平面図である。図３に示すように、Ｏリング８１で囲まれた円形の微小隙間８０に形成されたガス通路網８３は、外側環状通路８３ａと、内側環状通路８３ｂと、両環状通路８３ａ、８３ｂを相互に連通するＹ字形通路８３ｃと、内側環状通路８３ｂを中央ガス通路８２に連通する通路８３ｄ等を有しており、中央ガス通路８２から供給されるＨｅガスを、円形の微小隙間８０の全体に均等に供給できるように構成されている。
【００４１】
また、図３に示すように、冷却ジャケット６２には各電源用の配線を通す穴が複数設けられている。具体的には、静電チャック電源用の配線を通す穴９０，９６、ヒータ電源用の配線を通す穴９３，９４、温度モニタセンサ用の穴８９，９７、および載置台の電極に高周波電力を印加する高周波電源用の配線を通す穴９２が設けられている。さらに、基板Ｋの裏面を持ち上げるリフタ用の穴８８，９１，９５が設けられている。
【００４２】
図４は昇温時または待機時に微小隙間８０を真空状態にしている時の作用説明図であり、図５は基板Ｋを載置した処理時において微小隙間８０をＨｅガス充填状態にしている時の作用説明図である。ここで、図４及び図５は、微小隙間８０内の状態の変化を示す作用説明図であり、実線の矢印は熱の伝達状態を示し、白抜きの矢印はＨｅガスの移動状態を示し、破線の矢印は断熱状態を示している。なお、図中、微小隙間８０は、実際には数μｍ〜数十μｍの厚みであるが、大きく誇張した状態で表現している。図４のように微小隙間８０を真空ポンプ５４に接続し、微小隙間８０内のＨｅガスを吸引することにより、微小隙間８０内を真空状態とすることができる。したがって、微小隙間８０は断熱層の役割を担い、ヒータ７２からの熱が冷却ジャケット６２側へ抜けるのを阻止することが可能となる。
【００４３】
一方、図５のように、微小隙間８０をヘリウムガス供給部５２に接続すると、微小隙間８０には熱伝達性の良いＨｅガスが供給されるとともに圧力も上昇し、Ｈｅガス充填状態となる。ここで、Ｈｅガスは、静電チャック６１の裏面の熱を冷却ジャッケット６２表面に熱移動させる。これにより、冷却ジャケット６２の熱は冷媒を通して外部に放出される。このように、処理中に発熱する基板Ｋの熱は、微小隙間８０を速やかに通過して冷却ジャケット６２に到達することができるので、基板Ｋの熱を速やかに抜熱することが可能となる。
【００４４】
本実施形態の基板載置台１５及びプラズマ処理装置１の作用効果を説明する。
【００４５】
プラズマエッチング処理の前工程において、図１の昇降シリンダ１９を下降させ基板載置台１５に基板（ウェハ）Ｋを載せ、静電チャック６１により吸着保持する。この時、チャンバ１１内はたとえば１２０℃に加熱され、基板Ｋは静電チャック６１のヒータ７２により２００℃に加熱される。
【００４６】
プラズマ生成装置３０において、高周波電源３２によってコイル３１に高周波電力を供給することにより、ガス供給装置２０から上チャンバ１２内に供給されたＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｏ２ガス及び不活性ガス等をプラズマ化する。一方、静電チャック６１にも高周波電源３５から高周波電圧を印加する。これにより、静電チャック６１とチャンバ１１内のプラズマとの間で電位差が生じ、この電位差により、プラズマ中のイオンが静電チャック６１に向けて移動し、基板Ｋの表面に衝突することで、基板Ｋの表面にエッチング処理が施される。なお、本実施形態では、プラズマ化する際において、ＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｏ２ガス等を用いたが、エッチングする対象によっては、例えばＨＢｒ、Ｃｌ２、ＳＦ６、Ｏ２、Ａｒ、Ｎ２などのガスを用いてもよい。
【００４７】
図４の非処理状態において、ヒータ７２による基板載置台１５の昇温時または２００℃を維持した状態の待機時には、微小隙間８０は、Ｈｅガスを真空ポンプ５４で吸引していることにより、真空状態となっている。これにより、微小隙間８０は断熱層の役割を担い、ヒータ７２からの熱が冷却ジャケット６２側へ抜けるのを阻止し、かつ、熱が上方に抜けるのをフォーカスリング６４により阻止する。さらに、熱が外方に抜けるのを上側環状カバー６５により阻止する。これにより、ヒータ７２からの熱を中央の上側円盤部６１へと集めることができる。すなわち、ヒータ６２の熱を効率良く上側円盤部６１に集めることが可能となる。したがって、効率の良い昇温が達成でき、ヒータ７２の消費電力を軽減でき、省エネを達成できる。
【００４８】
図５の処理状態において、微小隙間８０はＨｅガス充填状態となっている。処理中は、基板Ｋの発熱量が大きく、所定の温度２００℃より高くなろうとする。ところが、微小隙間８０には、熱伝達性の良いＨｅガスが充填されているので、基板Ｋの熱は、微小隙間８０を速やかに通過して冷却ジャケット６２に到達する（逃がす）ことができる。したがって、基板Ｋの熱を速やかに抜熱し、基板Ｋを冷却することが可能となる。即ち、基板Ｋの効率の良い抜熱が可能となる。また、基板Ｋの裏面に熱伝達性の良いＨｅガスが充填されているので、基板Ｋの表面の温度分布を均一化することが可能となる。したがって、基板Ｋの表面の温度分布のバラツキによるエッチング形状やエッチング速度等のバラツキを抑制することが可能となる。
【００４９】
図２の静電チャック６１及び冷却ジャケット６２は、基板Ｋの載置領域を除く上面全域と、冷却ジャケット６２の径方向の外方全域とが、断熱性の高いセラミック製のフォーカスリング６４及びセラミック製の上下の環状カバー６５、６６により覆われている。これらのセラミックの材質として、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、イットリア、石英が挙げられる。この構成により、冷却ジャケット６２への熱放射や熱伝導による外乱の入熱を減少させることができチャンバ１１内温度が基板載置台１５の内部に影響を及ぼすことを阻止できる。したがって、効率良く基板載置台１５内の温度調節を行うことが可能となる。たとえば、チャンバ１１内の温度が１２０℃に対し、冷却ジャケット６２を容易に７０℃程度に維持することが可能となる。これにより、２００℃の静電チャック６２との間で大きな温度勾配を形成でき、冷却ジャケット６２による冷却作用を静電チャック６１に集中させることができ、基板Ｋの温度上昇を抑制することが可能となる。なお、冷却ジャケット６２の下面は、大気圧状態であるが、下側環状カバー６６及び載置台支持部材６９とで囲まれているため、対流による冷却ジャケット６２からの放熱量はごく僅かである。
【００５０】
図６は非処理状態における静電チャック温度、抜熱量及びＨｅガス圧力の時間的変化を示すグラフである。図６は、静電チャック６１の加熱工程Ｔ１から、静電チャック６１が温度２００℃に維持される一定温度工程Ｔ２を経て、冷却ジャケット６２による冷却工程Ｔ３へと続く非処理状態での時間経過において、静電チャック温度（℃）の変化を実線の曲線Ｓ１で示し、微小隙間８０内のＨｅガス圧力（Ｐａ）の変化を破線の曲線Ｓ２で示し、抜熱量（Ｗ）Ｓ３の変化を二点鎖線の曲線Ｓ３で示している。
【００５１】
加熱工程Ｔ１及び一定温度工程Ｔ２では、微小隙間８０のＨｅガス圧力（Ｐａ）は、絶対真空に近い１００Ｐａ程度まで低下させている。これにより、微小隙間８０は断熱層として機能し、図４のように冷却ジャケット６２への抜熱を極力抑制することができる。実際に試験を行った結果、加熱工程Ｔ１で静電チャック６１の温度が５０℃から２００℃へと到達する昇温時間は約１７分であった。この加熱工程Ｔ１ではＨｅガス圧力（Ｐａ）を低下させることにより抜熱量（Ｗ）を削減することができた。
【００５２】
冷却工程Ｔ３では、図２のヒータ７２を止め、図６のように、微小隙間８０を略１０００ＰａのＨｅガス充填状態としている。これにより、冷却ジャケット６２への抜熱量（Ｗ）は最大Ｐ１まで上がる。
【００５３】
図７は非処理状態における静電チャック温度及びヒータ負荷率の時間的変化を示すグラフである。図７は、図６と同様、加熱工程Ｔ１から、静電チャック６１が温度２００℃に維持される一定温度工程Ｔ２を経て、冷却ジャケット６２による冷却工程Ｔ３に続く非処理状態での時間経過において、静電チャック温度（℃）と、ヒータ７２の負荷率（％）の変化を示している。静電チャック温度の変化を実線の曲線Ｓ１で示し、ヒータ７２の負荷率（％）の変化を実線の曲線Ｓ４で示している。現状のヒータ上限が１ｋＷのものにおいて、昇温工程Ｔ１の最大負荷率が４０％程度に抑制されており、ヒータ７２の小容量化が可能となることが理解できる。
【００５４】
本実施形態による効果を簡単に纏めると以下の通りとなる。
【００５５】
（１）図２において、静電チャック６１及び冷却ジャケット６２の上面及び径方向の外方を囲むフォーカスリング６４、断熱用の上下の環状カバー６５、６６を、セラミックとしているので、静電チャック６１及び冷却ジャケット６２に対するジャケット１１内の温度等の外部影響を軽減でき、静電チャック６１及び基板Ｋに対して効率の良い温度制御が可能となる。
【００５６】
（２）図２において、ヒータ７２の配置領域を、基板Ｋの径よりも大きな径に設定されているので、静電チャック６１上の温度分布を、基板Ｋの中心部から外周端部まで均一な分布とすることができる。
【００５７】
（３）図４において、上下のセラミック製の環状カバー６５、６６で、冷却ジャケット６２の外向きフランジ部６２ｃを挟持しているので、上下の環状カバー６５、６６を、静電チャック６１及び冷却ジャケット６２に対する外部からの断熱機能に加え、冷却ジャケット６２の保持部材としての役割も担っている。
【００５８】
（４）Ｈｅガス充填状態と真空状態とに切り換え自在な微小隙間８０を、静電チャック６１の下面と冷却ジャケット６２の上面との接合部に形成しているので、図４に示す非処理状態における初期昇温時、一定温度での待機時には、微小隙間８０を真空状態とすることにより、静電チャック６１の熱が下方の冷却ジャケット６２へ逃げるのを遮断し、効率的な初期昇温及び所定温度での待機状態を維持することができる。一方、プラズマ処理中は、微小隙間８０をＨｅガス充填状態とすることにより、高温の基板Ｋの熱を、熱伝達性の良いＨｅガスを介して速やかに冷却ジャケット６２へと逃がし、効率的な抜熱を行うことが可能となる。
【００５９】
（５）静電チャック６１として、高熱伝導性の窒化アルミニウムを用いているので、酸化アルミニウムよりも良好な温度分布が期待でき静電チャック６１の熱応力による割れを防止することができる。
【００６０】
（６）さらに、プラズマ処理装置１は、基板Ｋ及び静電チャック６１の温度制御を容易とする基板載置台１５を備えているので、基板Ｋの処理中での温度管理を容易に実施することができる。したがって、不安定又は不均一なウェハ温度に起因する再現性が得られない不均一な処理結果を回避することが可能となる。
【００６１】
なお、本実施形態では、静電チャックの下面と冷却ジャケットとを直接に接合しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、冷却ジャケットと静電チャックとの間に熱伝導性の低い断熱板（たとえば石英板）を配置し、断熱板の上面と静電チャックの下面との間、断熱板の下面と冷却ジャケットの上面との間に、それぞれ微小隙間を形成するように構成されてもよい。この場合においても本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、図２及び図３に示すように、微小隙間８０の径方向の外周端部分をＯリングでシールしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、微小隙間８０の径方向の外周端部分を熱に強いメタルシールでシールするように構成されてもよい。この場合においても本実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、上側環状カバー６５と下側環状カバー６６とが別体で形成されたが、これらが一体で形成されるように構成されてもよい。この場合においても本実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、エッチング処理について説明したが、本発明はこれに限定されず、ＣＶＤ法（化学気相成長法）などを用いた成膜処理にも利用することが可能である。この成膜処理においても反応熱が生じることがあり、特に、成膜処理の低温領域である１００〜３００℃程度の温度で、正確な温度制御が必要なときに有用である。
【００６３】
上述の実施形態は例示に過ぎず、この発明の範囲から逸脱することなく種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１      プラズマ処理装置
１５    基板載置台
５０    温度調整システム
５２    ヘリウムガス供給部
５４    真空ポンプ
６１    静電チャック
６１ａ    上側円盤部
６１ｂ    下側円盤部
６２    冷却ジャケット
６２ｃ    フランジ部
６４    フォーカスリング
６５    上側環状カバー
６６    下側環状カバー
７１    静電吸着用電極
７２    ヒータ
７４    冷媒流路
８０    微小隙間
８１    Ｏリング
【図１】
2019140211.tif 000003
【図２】
2019140211.tif 000004
【図３】
2019140211.tif 000005
【図４】
2019140211.tif 000006
【図５】
2019140211.tif 000007
【図６】
2019140211.tif 000008
【図７】
2019140211.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月28日(2019.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理用の基板を静電吸着する基板載置台であって、
前記基板を静電吸着する電極を内蔵する上側円盤部と、該上側円盤部の下側に配置され、前記上側円盤部より大きな径を有するとともにヒータを内蔵する下側円盤部とからなる静電チャックと、
前記下側円盤部の下側に配置され、前記静電チャックを冷却する冷却ジャケットと、
前記上側円盤部の径方向外方に配置され、前記下側円盤部の上面を覆うフォーカスリングと、
前記冷却ジャケットの少なくとも一部及び前記下側円盤部を囲む断熱用の上側環状カバーと、
前記上側環状カバーとで前記冷却ジャケットを挟持する断熱用の下側環状カバーとを備え、
前記フォーカスリング、前記上側環状カバー及び前記下側環状カバーは、セラミック製であることを特徴とする基板載置台。
【請求項２】
前記ヒータの配置領域は、前記基板の径よりも大きな径を有していることを特徴とする請求項１記載の基板載置台。
【請求項３】
前記冷却ジャケットの径方向外周面に外向きのフランジ部が一体に形成され、
前記フランジ部は、前記上側環状カバーと前記下側環状カバーとにより上下から挟持されていることを特徴とする請求項１または２記載の基板載置台。
【請求項４】
前記静電チャックと前記冷却ジャケットとの間には、前記ヒータの配置領域の全域に延在するとともに外部から密封された微小隙間が形成され、
前記微小隙間は、ヘリウムガス供給部と真空ポンプとに切り換え自在に接続されることにより、ヘリウムガス充填状態と真空状態との間で変更自在となることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の基板載置台。
【請求項５】
前記静電チャックは、窒化アルミニウム製であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の基板載置台。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の基板載置台をチャンバ内に備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
被処理用の基板を静電吸着する電極を内蔵する上側円盤部、及び該上側円盤部の下側に配置され、前記上側円盤部より大きな径を有し且つヒータを内蔵する下側円盤部を有し、前記ヒータにより前記基板を加熱する静電チャックと、前記下側円盤部の下側に配置されて、前記静電チャックを冷却する冷却ジャケットとを備え、前記静電チャックと前記冷却ジャケットとの間には外部から密封された微小隙間が形成されたプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、
前記上側円盤部の外方を囲み、且つ前記下側円盤部の上面を覆う断熱用のフォーカスリング、前記冷却ジャケットの少なくとも一部及び前記下側円盤部を囲む断熱用の上側環状カバー、並びに前記上側環状カバーとで前記冷却ジャケットを挟持する断熱用の下側環状カバーを設けて、該フォーカスリング、上側環状カバー及び下側環状カバーにより、前記下側円盤部及び冷却ジャケットと外部との間の熱交換を抑制するとともに、
前記基板を前記ヒータにより加熱するときは、前記静電チャックと前記冷却ジャケットとの間の微小隙間を真空状態とし、
加熱されて高温となった前記基板をエッチングするときは、前記静電チャックと前記冷却ジャケットとの間の微小隙間にヘリウムガスを充填させることにより前記基板の熱を前記冷却ジャケットに逃がして前記基板を冷却するようにしたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
さらに本発明は、前記基板載置台を用いた基板処理方法も提供するものであり、前記基板載置台と前記冷却ジャケットとの間に微小隙間を有する基板載置台において、基板非処理状態における初期昇温時又は待機時には、前記微小隙間を真空状態とし、基板処理中は、前記微小隙間をヘリウムガス充填状態とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
一方、図５のように、微小隙間８０をヘリウムガス供給部５２に接続すると、微小隙間８０には熱伝達性の良いＨｅガスが供給されるとともに圧力も上昇し、Ｈｅガス充填状態となる。ここで、Ｈｅガスは、静電チャック６１の裏面の熱を冷却ジャケット６２表面に熱移動させる。これにより、冷却ジャケット６２の熱は冷媒を通して外部に放出される。このように、処理中に発熱する基板Ｋの熱は、微小隙間８０を速やかに通過して冷却ジャケット６２に到達することができるので、基板Ｋの熱を速やかに抜熱することが可能となる。