(57)【要約】【課題】  特性補正用リングの経時的な温度上昇を抑制して処理特性のばらつきを無くす。【解決手段】 処理チャンバー内でプラズマＰによって基板１０に所定の処理を施す際、基板ホルダーにより基板１０を保持する。基板１０は、基板温度調節機構５により基板保持面２０を通して熱交換されて温度調節される。基板１０の周辺部での処理特性のばらつきを補正する特性補正用リング９が、基板１０の周囲を取り囲むようにして設けられる。特性補正用リング９は、基板温度調節機構５が兼用された冷却手段により冷却され、プラズマＰからの熱を蓄えて経時的に温度上昇するのが防止される。特性補正用リング９の温度は、プロセス温度に一致するよう制御される。特性補正用リング９のホルダー本体１への熱接触性が、静電吸着機構６等の接触性向上手段により向上する。【選択図】  図１
2008288611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置の処理チャンバー内のプラズマによって処理される位置に基板を保持するプラズマ処理装置用基板ホルダーであって、表面が基板保持面になっているホルダー本体と、基板保持面を通して熱交換を行って基板を所定温度に維持する基板温度調節機構と、保持された基板の周囲を取り囲むリング状の部材であって基板の周辺部での処理特性のばらつきを補正する特性補正用リングとを備えたプラズマ処理装置用基板ホルダーにおいて、
特性補正用リングがプラズマからの熱を蓄えて経時的に温度上昇するのを、ホルダー本体内に設けられたリング冷却手段により特性補正用リングを冷却することで防止するとともに、
特性補正用リングをホルダー本体に静電吸着機構により静電吸着させるか、メカクランプ機構により機械的に押し付けるか、又は静電吸着機構とメカクランプ機構により静電吸着させるとともに機械的に押し付けることで、ホルダー本体に対する特性補正用リングの熱接触性を向上させ、
当該熱接触性を向上させた特性補正用リングの冷却により、処理中の前記特性補正用リングの温度を、処理中に維持すべき基板の温度であるプロセス温度に一致させることを特徴とするプラズマ処理装置用基板ホルダーにおける特性補正用リングの温度制御方法。
【請求項２】
前記特性補正用リングと前記ホルダー本体との間に熱交換用ガスを供給して両者の熱交換効率を向上させながら行うことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用基板ホルダーにおける特性補正用リングの温度制御方法。
【請求項３】
前記特性補正用リングを前記ホルダー本体に静電吸着機構により静電吸着させるか、又は静電吸着機構とメカクランプ機構により静電吸着させるとともに機械的に押し付けることで、前記ホルダー本体に対する前記特性補正用リングの熱接触性を向上させる方法であり、
前記ホルダー本体内には、前記基板をホルダー本体に静電吸着するための吸着電極とは別に前記特性補正用リングを静電吸着するためのリング用吸着電極が設けられており、このリング用吸着電極によって前記特性補正用リングを前記ホルダー本体に静電吸着しながら行うことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置用基板ホルダーにおける特性補正用リングの温度制御方法。
【請求項４】
前記基板をホルダー本体に静電吸着するための吸着電源に吸着用の電圧を印加する電源により、前記リング用吸着電極にも電圧を印加することで、前記特性補正用リングを前記ホルダー本体に静電吸着しながら行うことを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置用基板ホルダーにおける特性補正用リングの温度制御方法。
【請求項５】
前記ホルダー本体内に形成された空洞内に温度制御媒体を供給することで前記特性補正用リングを冷却しながら行う方法であり、
空洞は、保持される前記基板の直下の位置と、特性補正用リングの直下の位置とを含んでおり、
供給される温度制御媒体により前記基板を冷却して前記基板の温度を所定の温度に調節しながら行うことを特徴とする請求項１乃至４記載のプラズマ処理装置用基板ホルダーにおける特性補正用リングの温度制御方法。
【請求項６】
前記ホルダー本体の基板保持面と前記基板との間に熱交換用ガスを供給しながら行う方法であり、
前記ホルダー本体内には、熱交換用ガスのガス供給路が設けられており、このガス供給路は、前記特性補正用リングと前記ホルダー本体との間に達するものと、前記基板と前記基板保持面との間に達するものとに分岐しており、このガス供給路を通して熱交換用ガスを供給することで、前記特性補正用リングと前記ホルダー本体との間の熱交換効率を向上させるとともに前記基板と前記基板保持面との間の熱交換効率を向上させながら行うことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置用基板ホルダーにおける特性補正用リングの温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、プラズマによって基板の表面に所定の処理を施すプラズマ処理装置に使用される基板ホルダーに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマによって基板の表面に所定の処理を施すことは、ＤＲＡＭを始めとする各種半導体集積回路の製作や液晶ディスプレイの製作等の際に頻繁に行われている。例えば、基板の表面に微細回路を形成する場合には、レジストパターンをマスクとしたエッチング工程において、プラズマによって基板をエッチングするプラズマエッチングが行われている。また、各種導電膜や絶縁膜の作成においては、プラズマ中での気相反応を利用したプラズマＣＶＤ（化学蒸着）の手法が実用化されている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置では、処理チャンバー内にプラズマを形成して処理を行うが、プラズマによって処理される位置に基板を保持する基板ホルダーが必要になる。図４は、参考例の従来のプラズマ処理装置用基板ホルダーの構造を説明する正面断面概略図である。
【０００４】
プラズマ処理装置用基板ホルダー（以下、単に基板ホルダー）は、基板を保持して保持する「台」としての機能と、基板の温度を調節する「温度調節手段」としての機能を果たすよう構成される。即ち、図４に示す基板ホルダーは、「台」として機能するほぼ円柱状のホルダー本体１と、ホルダー本体１内に温媒を流通させて温度調節する基板温度調節機構５とを有している。
【０００５】
まず、ホルダー本体１は、基板１０が直接保持される部材である基板保持板２と、基板保持板２を載せた主ブロック３と、基板保持板２と主ブロック３との間に介在された接触シート材４とから構成されている。基板保持板２は、上面が基板保持面２０になっている。この基板保持面２０は、基板１０の直径より少し小さい円形である。そして、基板保持面２０より少し下の位置から外側向けて鍔部２１が形成されている。
【０００６】
主ブロック３は、アルミニウム又はスレンレス等の金属製である。主ブロック３は、上側部分が若干径が太くなっている略円柱状の部材である。また、接触シート材４は、主ブロック３と基板保持板２との熱接触性を向上させるための部材である。接触シート材４はインジウム等の金属で形成され、主ブロック３と基板保持板２の間のすき間に埋めて両者の熱接触性を向上させるようになっている。尚、ホルダー本体１の周囲は、絶縁ブロック１１で覆われている。絶縁ブロック１１は、プラズマによるホルダー本体１の損傷を防止するためのものであり、フッ素樹脂等の耐熱性の絶縁体で形成されている。
【０００７】
基板温度調節機構５は、主ブロック３内に温度制御媒体（本明細書では温媒と略す）を導入して温度調節するよう構成されている。主ブロック３の内部には、温媒が導入される温媒用空洞５１が形成されている。温媒用空洞５１は、基板１０よりも少し大きな外径の円環状の空間である。そして、この温媒用空洞５１に温媒を供給する温媒供給路５２と、温媒用空洞５１から温媒を排出する温媒排出路５３とが主ブロック３に形成されている。
【０００８】
そして、基板温度調節機構５は、温媒供給路５２に接続された温媒供給管５４と、温媒排出路５３に接続された温媒排出管５５と、温媒供給管５４と温媒排出管５５とを繋ぐようにして設けられたサーキュレーター５６とから主に構成されている。サーキュレーター５６は、温媒供給管５４から供給する温媒を所定の温度に維持するサーモスタット等の温度調節部を有する。ホルダー本体１には、不図示の温度センサが設けられており、この温度センサからの信号がフィードバックされて温媒の温度を所定温度に維持するようになっている。尚、温媒は、調節する温度にもよるが、典型的には水道水が使用されることが多い。
【０００９】
上記基板温度調節機構５による温度調節の精度を良くするため、基板保持面２０への基板１０の面接触を向上させる接触性向上手段が設けられている。この接触性向上手段は、基板１０を基板保持面２０に静電吸着させる静電吸着機構６と、基板１０と基板保持面２０との間のすき間に所定のガスを供給するガス供給機構７とによって形成されている。
【００１０】
まず、静電吸着機構６について説明すると、基板保持板２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電体で形成されている。そして、静電吸着機構６は、基板保持板２内に埋設された吸着電極６１と、吸着電極６１に所定の電圧を印加する高周波電源６２や直流電源６３等によって主に構成されている。具体的には、吸着電極６１から接触シート材４に達するように導体６２が埋設されている。そして、主ブロック３には、高周波電源６３と直流電源６４とが接続されている。このうち、高周波電源６３は、プラズマと高周波との相互作用により基板１０にセルフバイアス電圧を与えるものである。
【００１１】
即ち、基板１０の上方にはプラズマＰが供給される。この際、誘電体製の基板保持板２をコンデンサとして基板１０に高周波電圧が印加されると、プラズマ中の荷電粒子が周期的に基板１０に引き寄せられる。このうち、移動度の高い電子はイオンに比べて多く基板１０に引き寄せられ、この結果、基板１０の電位は、高周波の上に負の直流電圧が重畳されたのと同じ状態になってセルフバイアスされる。
【００１２】
このセルフバイアス電圧によって基板保持板２の表面に静電気が誘起されて基板１０の静電吸着が可能になる場合もあるが、さらに吸着を確実にするため、直流電源６４が直流電圧を印加するようになっている。直流電源６４は、吸着電極６１に所定の正の電圧を印加するようになっている。基板保持板２の表面が負にバイアスされ、吸着電極６１が正の電位になるから、吸着電極６１と基板保持面２０との間の誘電体に大きな電位差が生じて強く誘電分極する。この結果、基板保持面２０に大きな静電気が誘起されてクーロン力によって基板１０が静電吸着される。
【００１３】
また、基板１０と基板保持面２０との間にはジョンソンラーベク力なる力も発生し、このジョンソンラーベク力によっても基板１０は吸着される。ジョンソンラーベク力は、基板１０と基板保持面２０との間の小さなギャップに微小電流が流れて帯電分極することによって生ずる力である。どちらの力が支配的であるかは、基板保持板２を形成する誘電体の体積抵抗によって決まってくる。体積抵抗が大きい場合にはクーロン力によって吸着される割合が高くなり、体積抵抗が小さい場合にはジョンソンラーベク力によって吸着される割合が高くなる。
【００１４】
一方、図４に示すように、主ブロック３と基板保持板２に貫通するようにしてガス供給路７１が形成されている。そして、ガス供給機構７は、ガス供給路７１に接続されたガス供給管７２と、ガス供給管７２を通してガス供給路に供給するガスを溜めたガスボンベ７３等によって構成されている。ガス供給管７２には、流量調整器７３が設けられ、所定の流量でガスを供給するようになっている。ガス供給路７１の先端は基板保持面２０に形成された開口になっており、先端開口からガスが流れ出て、基板１０と基板保持面２０との間に供給されるようになっている。尚、供給されるガスは、ヘリウム等の熱伝導性の高いガスである。
【００１５】
基板１０の裏面にしても基板保持面２０にしても、物理的に完全に平坦な面であることはなく、両者の間には微小な空間が形成される。従って、この微小な空間では基板１０と基板保持面２０との間の直接的な熱の伝導伝達は行われない。そして、多くの場合、基板ホルダーは真空中に配置されるので、ガスの対流による熱の伝達も困難である。ガス供給機構７によって供給されるガスは、この問題を解消し、微小な空間に供給されて基板１０と基板保持面２０との間の熱交換を媒介するよう作用する。
【００１６】
図５は、図４に示す基板ホルダーを搭載したプラズマ処理装置の概略構成を説明する正面図である。図５に示すプラズマ処理装置は、排気系８１１を備えた処理チャンバー８１と、処理チャンバー８１内にプラズマＰを供給するプラズマ供給手段８２と、供給されたプラズマＰによって処理される位置に基板１０を保持する基板ホルダー８３とから主に構成されている。
【００１７】
このプラズマ処理装置は、ヘリコン波プラズマを形成するものである。即ち、プラズマ供給手段８２は、処理チャンバー８１に気密に接続された誘電体容器８２１と、誘電体容器８２１内に所定のプロセスガスを供給するガス供給手段８２２と、誘電体容器８２１内に高周波電力を供給してガスをプラズマ化させる電力供給手段８２３と、誘電体容器８２１内に磁場を設定する電磁石８２４とから主に構成されている。
【００１８】
電力供給手段８２３は、ループ状アンテナを介して誘電体容器８２１内に円偏波の高周波（ヘリコン波）を誘起するようになっており、これによって誘電体容器８２１内に高密度プラズマが形成されるようになっている。高密度プラズマは、電磁石８２４が設定する磁場によって導かれて処理チャンバー８１内に拡散し、基板１０への処理に使用されるようになっている。
【００１９】
処理の内容について説明すると、例えばプラズマエッチングを行う場合、プロセスガスとして四沸化炭素（ＣＦ４）等の沸化炭素系ガスを使用する。プラズマ中では沸素系イオンや沸素系活性種が生成され、これらのイオンや活性種が基板１０に到達することによって基板１０の表面の材料（例えば酸化シリコン）がエッチングされる。また例えばアモルファスシリコン薄膜をプラズマＣＶＤによって作成する場合、プロセスガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）等のシラン系ガスと水素ガスとの混合ガスを導入してプラズマを形成し、プラズマ中でのシラン系ガスの分解を利用して基板１０の表面にアモルファスシリコン薄膜を堆積させる。
【特許文献１】特開平７−３１０１８７号公報
【特許文献２】特開平８−１８６０７７号公報
【特許文献３】特開平８−１１５９０１号公報
【特許文献４】特開平９−２１９４４２号公報
【特許文献５】特開平９−２２９３４号公報
【特許文献６】特開平９−１７８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
さて、このような処理を基板に施す場合、基板の表面内での処理の特性にばらつきが生ずる場合がある。このばらつきは、基板の周辺部における特性の変化となって現れることが多い。この原因は、一般的には「端面効果」と表現できるが、基板の周囲に基板とは異なる材料（真空雰囲気の場合も含む）が存在していると、基板の周辺部で処理特性が変化する。例えば、基板はプラズマからの輻射やプラズマからの荷電粒子の照射によってある程度加熱される。この場合、基板の周辺部では、基板の端面の熱輻射による熱放散があるため中央部に比べてある程度温度が低下する傾向がある。多くの処理は温度依存性があり、周辺部で温度が低下すると処理の特性にばらつきが生ずる。
【００２１】
このような問題を未然に防止するためには、基板の周囲に基板と同一の材質か又はそれに近い材質の部材を配置することが有効である。この部材には、基板の周囲を取り囲むリング状の部材（以下、特性補正用リング）が採用される。特性補正用リングは、基板と同一の材質又はそれに近い材質で形成されている。例えば、基板がシリコンウェーハである場合、特性補正用リングはシリコン、炭化珪素、炭素、石英、アルミナニウム又はアルミアルマイト等の材料で形成される。
【００２２】
特性補正用リングによって温度の不均一性を補正する場合について説明すると、特性補正用リングは基板と同様にプラズマによって加熱される。このため、特性補正用リングから基板に向けて輻射熱が与えられ、この輻射熱は基板の端面からの輻射熱を相殺するよう作用する。このため、基板の周辺部での温度低下が抑制され、温度均一性が向上する。この結果、温度不均一性に起因した特性のばらつきが無くなり、均一性の高い処理が可能となる。
【００２３】
また、プラズマ中で生成される化学種を消費しながら処理する場合や基板の表面反応によって特定の化学種を生成しながら処理する場合、基板の周辺部では基板の中央部に比べて化学種の消費や化学種の生成が少なくなったりする問題がある。これが原因で周辺部において処理の特性にばらつきが生ずる場合がある。この場合、上記のような特性補正用リングを設けておくと、特性補正用リングでも同様に化学種を消費したり化学種を生成したりすることになるので、特性のばらつきが補正され、均一な処理が行われる。
【００２４】
特性補正用リングを採用する場合の構成について、図４を使用してさらに詳しく説明する。図４には、使用が検討されている特性補正用リング９の構成が従来の基板ホルダーの構成とともに示されている。特性補正用リング９は、保持された基板１０の周囲を取り囲むように配置される。具体的には、特性補正用リング９は、下面が主ブロック３の周縁の上に載っている。そして、特性補正用リング９は、内側に向かう凸部を有し、この凸部が基板保持板２の鍔部２１の上に載っている。
【００２５】
尚、凸部の上面には図４に示すような段差が形成されているが、これは、基板ホルダーに基板１０を受け渡す搬送機構の基板支持爪（不図示）の形状に合わせたものである。また、特性補正用リング９の断面形状は、基板支持板２の周端に係合して基板１０に対して同軸上に配置されるようにする意味がある。
【００２６】
特性補正用リング９は、ホルダー本体１の一部として設けたり、ホルダー本体１に一体に設けたりすることはない。これは、特性補正用リング９はメンテナンスのため交換する必要があるからである。即ち、特性補正用リング９も、基板１０に対する処理と同様の処理がある程度進行する。例えば、プラズマエッチングを基板１０に対して行う場合、特性補正用リング９もある程度エッチングされ、経時的に厚さが薄くなる等の変形を生ずる。従って、ある程度処理を繰り返した後、特性補正用リング９は新品のものと交換する必要がある。
【００２７】
上述のように特性補正用リング９を使用すると処理特性の均一性が向上するのであるが、発明者の研究によると、相当回数処理を繰り返していくと、基板の周辺部で処理特性にばらつきが生じ、特性補正用リング９が正常に作用しなっていくことが判明した。この原因について発明者が鋭意調査を行ったところ、特性補正用リング９が経時的に蓄熱して温度上昇することが原因であることが判明した。即ち、特性補正用リング９はプラズマＰからの熱によって加熱されるが、処理を繰り返すうちにこの熱を蓄積し、経時的に温度上昇してしまう。
【００２８】
例えば、プラズマエッチングの場合、基板１０の温度は１００℃程度に調節される。この場合、１０１０〜１０１１個／ｃｍ３（１立方センチメートルあたりの電子の個数）程度の高密度プラズマによってエッチングを行うと、特性補正用リング９は経時的に蓄熱し、数枚程度処理を繰り返した後には、２００〜３００℃程度まで温度上昇してしまう。このように特性補正用リング９が温度上昇すると、基板１０に向けての輻射熱も多くなるため、基板１０の周辺部の温度も上昇してしまう。この結果、処理を繰り返すうちに、基板１０の周辺部の温度が中央部に比べて高くなり、これが原因で処理特性のばらつきが生ずる。
【００２９】
本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、特性補正用リングの経時的な温度上昇を抑制して処理特性のばらつきを無くすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、プラズマ処理装置の処理チャンバー内のプラズマによって処理される位置に基板を保持するプラズマ処理装置用基板ホルダーであって、表面が基板保持面になっているホルダー本体と、基板保持面を通して熱交換を行って基板を所定温度に維持する基板温度調節機構と、保持された基板の周囲を取り囲むリング状の部材であって基板の周辺部での処理特性のばらつきを補正する特性補正用リングとを備えたプラズマ処理装置用基板ホルダーにおいて、
特性補正用リングがプラズマからの熱を蓄えて経時的に温度上昇するのを、ホルダー本体内に設けられたリング冷却手段により特性補正用リングを冷却することで防止するとともに、
特性補正用リングをホルダー本体に静電吸着機構により静電吸着させるか、メカクランプ機構により機械的に押し付けるか、又は静電吸着機構とメカクランプ機構により静電吸着させるとともに機械的に押し付けることで、ホルダー本体に対する特性補正用リングの熱接触性を向上させ、
当該熱接触性を向上させた特性補正用リングの冷却により、処理中の前記特性補正用リングの温度を、処理中に維持すべき基板の温度であるプロセス温度に一致させる特性補正用リングの温度制御方法であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記特性補正用リングと前記ホルダー本体との間に熱交換用ガスを供給して両者の熱交換効率を向上させながら行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、前記特性補正用リングを前記ホルダー本体に静電吸着機構により静電吸着させるか、又は静電吸着機構とメカクランプ機構により静電吸着させるとともに機械的に押し付けることで、前記ホルダー本体に対する前記特性補正用リングの熱接触性を向上させる方法であり、
前記ホルダー本体内には、前記基板をホルダー本体に静電吸着するための吸着電極とは別に前記特性補正用リングを静電吸着するためのリング用吸着電極が設けられており、このリング用吸着電極によって前記特性補正用リングを前記ホルダー本体に静電吸着しながら行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、上記請求項３の構成において、前記基板をホルダー本体に静電吸着するための吸着電源に吸着用の電圧を印加する電源により、前記リング用吸着電極にも電圧を印加することで、前記特性補正用リングを前記ホルダー本体に静電吸着しながら行うというを構成する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、上記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記ホルダー本体内に形成された空洞内に温度制御媒体を供給することで前記特性補正用リングを冷却しながら行う方法であり、
空洞は、保持される前記基板の直下の位置と、特性補正用リングの直下の位置とを含んでおり、
供給される温度制御媒体により前記基板を冷却して前記基板の温度を所定の温度に調節しながら行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、上記請求項２の構成において、前記ホルダー本体の基板保持面と前記基板との間に熱交換用ガスを供給しながら行う方法であり、
前記ホルダー本体内には、熱交換用ガスのガス供給路が設けられており、このガス供給路は、前記特性補正用リングと前記ホルダー本体との間に達するものと、前記基板と前記基板保持面との間に達するものとに分岐しており、このガス供給路を通して熱交換用ガスを供給することで、前記特性補正用リングと前記ホルダー本体との間の熱交換効率を向上させるとともに前記基板と前記基板保持面との間の熱交換効率を向上させながら行うという構成を有する。
【発明の効果】
【００３１】
以下に説明する通り、本願発明によれば、特性補正用リングがリング冷却手段によって冷却されて特性補正用リングの蓄熱による経時的な温度上昇が抑制され、特性補正用リングの温度とプロセス温度が一致するので、均一性の高いプラズマ処理を常時行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本願発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）について説明する。まず、図１は、本願発明の実施形態の方法が適用される基板ホルダーの第一の例の構成を説明する正面断面概略図である。図１に示す基板ホルダーは、図４に示すものと同様に、基板保持面２０に基板１０を保持するホルダー本体１と、基板保持面２０を通して基板１０の温度制御を行うためにホルダー本体１に設けられた基板温度調節機構５と、基板１０の周辺部での処理特性のばらつきを補正するために基板１０の周囲を取り囲むように配置された特性補正用リング９とから主に構成されている。尚、ホルダー本体１を構成する基板保持板２、主ブロック３及び接触シート材４の機械的な構成は、従来のものとほぼ同様である。
【００３３】
この第１の例の基板ホルダーの大きな特徴点は、特性補正用リング９がプラズマからの熱を蓄えて経時的に温度上昇するのを防止するリング冷却手段を設けている点である。この第１の例の基板ホルダーでは、リング冷却手段は、基板温度調節機構５によって兼用されている。即ち、基板温度調節機構５は、基板１０を冷却して所定の温度に調節するものになっている。プラズマによる処理を行う場合、プラズマからのかなり熱が与えられ、冷却を行わないと、処理中に維持すべき温度（以下、プロセス温度）以上に基板１０が加熱されてしまう場合がある。このような場合、基板１０をある程度冷却して、プラズマからの熱の一部を除去して基板１０をプロセス温度に維持する。例えば、プラズマエッチングでは、冷却を行わない場合、基板１０の温度は２００〜３００℃程度に達するが、温媒の温度を１０℃程度に設定して冷却を行い、１００℃程度のプロセス温度に基板１０を維持するようにする。
【００３４】
基板温度調節機構５による特性補正用リング９の冷却を可能にするため、この例の基板ホルダーは、ホルダー本体１に特性補正用リング９を熱伝導性良く接触させる接触性向上手段が採用されている。接触性向上手段は、この例では、静電吸着機構６を備えており、特性補正用リング９をホルダー本体１に静電吸着させて接触性を向上させている。具体的には、基板保持板２のうちの鍔部２１内には、リング用吸着電極９１が埋設されている。リング用吸着電極９１は、吸着電極６１と同様に導体９２によって接触シート材４に導通されている。この結果、リング用吸着電極９１についても、吸着電極６１と同様の電圧が印加されるようになっている。
【００３５】
図１に示すように、鍔部２１の上には特性補正用リング９の凸部が載っており、この凸部の部分が鍔部２１に静電吸着されることになる。即ち、高周波電源６３とプラズマとの相互作用によるセルフバイアス電圧と直流電源６４による電圧とによって鍔部２１の誘電体が誘電分極し、クーロン力やジョンソンラーベク力によって特性補正用リング９が鍔部２１に吸着される。この結果、基板保持板２と特性補正用リング９との接触性が向上し、基板温度調節機構５が基板保持板２を介して特性補正用リング９を効率良く冷却できることになる。このため、特性補正用リング９が経時的に蓄熱して温度上昇するのが防止され、処理を多く繰り返した際に見られる基板１０の周辺部の処理特性のばらつきが未然に防止される。
【００３６】
具体的な冷却条件について説明すると、基板ホルダーの上方に供給されるプラズマＰの密度が１０１０〜１０１１個／ｃｍ３で、プロセス温度が１００℃である場合、温媒の温度は＋１０℃程度に設定され、毎分２４０カロリー程度の熱量をホルダー本体１から奪うよう構成される。そして、高周波電源６３が与える高周波の周波数が１．６ＭＨｚで出力が１４００Ｗであり、直流電源６４が与える電圧が−１４００Ｖの条件にしておくと、特性補正用リング９は基板保持板２に充分静電吸着されて１００℃程度に冷却され、プロセス温度に充分一致した温度が処理中に維持される。
【００３７】
次に、本願発明の実施形態の方法が適用される第２の例の基板ホルダーについて説明する。図２は、第２の例の基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。この第２の例でも、リング冷却手段は、基板温度調節機構５が兼用されている。第１の例の基板ホルダーと異なるのは、接触性向上手段が、静電吸着機構６とメカクランプ機構とによって構成されている点である。
静電吸着機構６は、上述の第１の例のものと同様である。そして、メカクランプ機構は、特性補正用リング９を機械的にホルダー本体１に押しつけるものである。具体的には、メカクランプ機構９３は、特性補正用リング９の上側に設けられるクランパ９３１と、クランパ９３１を駆動してクランパ９３１が特性補正用リング９を押さえつけるようにする駆動系９３２とから構成されている。
【００３８】
クランパ９３１は、特性補正用リング９より若干大きな径のリング状である。クランパ９３１の断面形状は、図２に示すように、垂直部と垂直部の上端から内側に延びる水平部とから構成されている。そして、水平部が特性補正用リング９の上に載って特性補正用リング９を押しつけるよう構成されている。駆動系９３２は、詳細な構成の図示は省略するが、クランパ９３１が特性補正用リング９に押しつける向きに弾性力を作用させるようクランパ９３１に取付けられたバネ部材と、バネ部材の弾性力に抗してクランパ９３１を持ち上げることが可能なエアシリンダのような直線運動源とから主に構成される。
【００３９】
クランパ９３１は、駆動系９３２のバネ部材によって常時特性補正用リング９に押しつけられている。前述したように、特性補正用リング９はメンテナンスの際に交換する必要があり、この際には、駆動系９３２はクランパ９３１を持ち上げ、特性補正用リング９を開放して交換を可能にする。このようなメカクランプ機構９３は、例えば５ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で特性補正用リング９をホルダー本体１に押しつける。これによって、静電吸着機構６による吸着と併せて特性補正用リング９のホルダー本体１への接触性が向上し、リング冷却手段による冷却の効果がより高く得られる。
【００４０】
次に、本願発明の実施形態の方法が適用される第３の例の基板ホルダーについて説明する。図３は、第３の例の基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。この第３の例でも、リング冷却手段は、基板温度調節機構５が兼用されている。第１の例や第２の例の基板ホルダーと異なるのは、接触性向上手段が、静電吸着機構６及びメカクランプ機構９３に加えてガス供給機構によって構成されている点である。
【００４１】
まず、静電吸着機構６は第１の例におけるものと同様であり、メカクランプ機構９３は第２の例におけるものと同様である。そして、ガス供給機構は、基板１０と基板保持面２０との間にガスを供給するガス供給機構７が兼用されている。即ち、図３に示すように、この例では、ガス供給路７１はホルダー本体１の中心を上下に延びて先端が基板保持面２０の開口に達するとともに、主ブロック３内で水平方向に分岐し、基板保持板２の鍔部２１の下方で上方に折れ曲がって鍔部２１を貫通して形成されている。このため、鍔部２１とその上の特性補正用リング９との間にもガスが供給され、ガスを介した熱伝導により特性補正用リング９と基板保持板２との熱交換の効率が向上するようになっている。この結果、基板温度調節機構５による特性補正用リング９の冷却の効率がさらに向上し、特性補正用リング９の経時的な温度上昇の抑制による処理特性の改善の効果がより高く得られる。
【００４２】
尚、ガス供給機構７が供給するガスは同様にヘリウム等の熱伝導性の高いガスであるが、このガスを所定圧力に上げておくと、ガスとの熱交換による冷却効果も得られ好適である。例えば、プラズマ密度が１０１０〜１０１１個／ｃｍ３程度で、プロセス温度が１００℃程度である場合、ヘリウムガスの圧力を３０Ｔｏｒｒ程度に維持する。特性補正用リング９の温度は１００℃程度に抑えられ、蓄熱による経時的な温度上昇は見られない。
【００４３】
上述した各例の基板ホルダーにおいて、接触性向上手段の構成は、メカクランプ機構９３のみでも良いし、静電吸着機構６とガス供給機構７の組み合わせ、メカプランプ機構９３とガス供給機構７の組み合わせでもよい。
【００４４】
尚、特性補正用リング９を冷却するリング冷却手段が基板温度調節機構５によって兼用される構成は、コスト的に安価にでき、ホルダー本体１内の構造も簡略化できるメリットがある。また、接触性向上手段についても同様であり、基板保持面２０に対する基板１０の接触性を向上させる手段と、ホルダー本体１に対する特性補正用リング９の接触性を向上させる手段とが兼用されている構成は、コストを安価にし、ホルダー本体１内の構造を簡略化させる。
【００４５】
また、各例では、基板１０を基板保持板２の上に載置して水平な姿勢で基板１０を保持するものであったが、基板ホルダー全体を横向きにし、基板保持板２を垂直な姿勢で保持するようにしても良い。または、基板ホルダー全体の逆さまにして、基板１０の被処理面が下向きになるようにして保持する場合もあり得る。
【００４６】
上述した各例の基板ホルダーは、前記ヘリコン波プラズマを利用するプラズマ処理装置のみならず、他の各種のプラズマ処理装置に利用することができる。例えば、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ処理装置や放電空間の容量で高周波回路を結合した高周波プラズマ処理装置、さらには二極直流放電によってプラズマを形成するプラズマ処理装置等の各種プラズマ処理装置に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本願発明の実施形態の方法が適用される第１の例の基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。
【図２】第２の例の基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。
【図３】第３の例の基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。
【図４】参考例のプラズマ処理装置用基板ホルダーの構造を説明する正面断面概略図である。
【図５】図４に示す基板ホルダーを搭載したプラズマ処理装置の概略構成を説明する正面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ ホルダー本体
１０ 基板
２ 基板保持板
２０ 基板保持面
３ 主ブロック
４ 接触シート材
５ 基板温度調節機構
５１ 温媒用空洞
５２ 温媒供給路
５３ 温媒排出路
５４ 温媒供給管
５５ 温媒排出管
５６ サーキュレーター
６ 静電吸着機構
６１ 吸着電極
６２ 導体
６３ 高周波電源
６４ 直流電源
７ ガス供給機構
７１ ガス供給路
７２ ガス供給管
７３ ガスボンベ
９ 特性補正用リング
９１ リング用吸着電極
９３ メカクランプ機構
９３１ クランパ
９３２ 駆動系
【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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