(57)【要約】【課題】静電チャック１と給電板２とが広い範囲で密着していて静電チャック１と給電板２間の熱伝導性が良く、静電チャック１と給電板２間での大量の熱移動により給電板２が静電チャック１の温度に追随して変動し、載置機構からの熱損失が大きくなるため、冷媒による静電チャック１の冷却効率が悪化し、冷却設備が大型化する。【解決手段】本発明の載置機構１０は、静電チャック１１と給電板１２の間に配管１５を含む複数の貫通孔を囲むＯリング２１を設けると共にＯリング２１の外側に真空処理容器内の処理空間と連通する真空断熱層１２Ｄを設けことを特徴とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置面上の被処理体の温度を調節するための熱媒体が循環する流路を有する載置体と、この載置体の流路に連通する連通路を有し且つ上記載置体に高周波電力を給電する給電板とを真空処理容器内に備え、上記熱媒体で上記載置体を温度調節しながら上記給電板に高周波電力を印加して上記被処理体を処理する載置機構において、上記載置体と上記給電板の間に上記連通路を含む複数の貫通孔を囲むシール部材を設けたことを特徴とする真空断熱層を有する載置機構。
【請求項２】
載置面上の被処理体の温度を調節するための熱媒体が循環する流路を有する載置体と、この載置体の流路に連通する連通路を有し且つ上記載置体に高周波電力を給電する給電板とを真空処理容器内に備え、上記熱媒体で上記載置体を温度調節しながら上記給電板に高周波電力を印加して上記被処理体を処理する載置機構において、上記載置体と上記給電板の間に上記連通路を含む複数の貫通孔を囲むシール部材を設けると共に上記シール部材の外側に上記真空処理容器内の処理空間と連通する空間層を設けたことを特徴とする真空断熱層を有する載置機構。
【請求項３】
上記処理空間と上記空間層を連通させる手段として上記載置体と上記給電板の接触部に少なくとも一つの通路を設けたことを特徴とする請求項２に記載の真空断熱層を有する載置機構。
【請求項４】
上記空間層及び上記通路を上記給電板側に設けたことを特徴とする請求項３に記載の真空断熱層を有する載置機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ処理装置等の真空処理装置に用いられる被処理体の載置機構に関し、更に詳しくは、真空断熱層を有する載置機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置としては例えばＣＶＤ装置、エッチング装置あるいはアッシング装置等の真空処理装置が半導体製造装置として広く用いられている。プラズマ処理装置は、例えば、真空処理容器と、真空処理容器内にウエハを載置するように配置され且つ下部電極を兼ねる載置機構と、載置機構の上方に配置された上部電極と、少なくとも下部電極に高周波電力を印加する高周波電源とを備え、下部電極に高周波電力を印加して真空処理容器内にプラズマを発生させて載置機構上のウエハに所定のプラズマ処理を施すように構成されている。
【０００３】
載置機構は、例えば図３に示すように、静電チャック１と、静電チャック１の下面に密着する給電板２と、この給電板２に整合器３Ａを介して接続された高周波電源３とを備えている。また、給電板２には高圧直流電源４が接続されている。給電板２には給電棒（図示せず）を介して高周波電力及び直流電圧を印加する。更に、静電チャック１上面の外周縁部にはフォーカスリング５が配置され、フォーカスリング５を介してウエハＷ上にプラズマを集束させる。
【０００４】
静電チャック１は、例えばアルミニウムによって形成され、その下面を除く表面にセラミックコーティング１Ａが施されている。また、給電板２は例えばアルミニウムによって形成され、その上面の外周縁部２Ａ（図４参照）以外の表面にはアルマイト加工によるアルミナ被膜が形成されている。そして、給電板２の上面の外周縁部２Ａは無垢のアルミニウムによって形成され、この外周縁部２Ａが静電チャック１と密着して静電チャック１に高周波電力及び直流電圧を給電する。従って、以下では外周縁部を給電部と称する。図４に示すように給電板２の給電部２Ａの内側の内側領域２Ｂにはアルミナ被膜が形成され、内側領域２Ｂと静電チャック１がアルミナ被膜を介して接触している。また、給電板２の上面には給電部２Ａと内側領域２Ｂを分割するシール用溝２Ｃが全周に渡って円形状に形成されている。このシール用溝２ＣにはＯリング８が装着され、Ｏリング８を介して内側領域２Ｂを給電部２Ａから遮断して内側領域２Ｂを大気側に開放している。
【０００５】
また、図３に示すように静電チャック１内には熱媒体として、例えばエチレングリコール水溶液、フロリナート、ガルテン等の冷媒が循環する流路１Ｂが形成され、この流路１Ｂには給電板２の貫通孔を貫通する配管６が接続され、この配管６を介して冷媒が静電チャック１内の流路１Ｂを循環してウエハＷを冷却する。尚、図３において、７はヘリウムガスを供給するガス流路で、このガス流路７から静電チャック１とウエハＷ間にヘリウムガスを供給し、ウエハを効率良く冷却するようにしてある。
【０００６】
次に、ウエハを処理する時の動作について説明する。真空処理容器内を所定の真空度に維持すると共に冷媒を供給して載置機構を冷却し、高周波電源３から給電板２に高周波電力を印加すると、真空処理空間内でプラズマを発生して静電チャック１上のウエハＷに対してプラズマ処理を施す。この際ウエハＷに対して大量の入熱があり、ウエハ温度が上昇するが、冷媒による静電チャック１の冷却によりウエハＷを所定の温度に維持してウエハＷを処理する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の載置機構の場合には、静電チャック１と給電板２とが広い範囲で密着していて静電チャック１と給電板２間の熱伝導性が良く、静電チャック１と給電板２間での大量の熱移動により給電板２が静電チャック１の温度に追随して変動し、載置機構からの熱損失が大きくなるため、冷媒による静電チャック１の冷却効率が悪化し、冷却設備が大型化するという課題があった。また、ウエハＷの処理を繰り返す度毎に給電板２が静電チャック１の温度に追随して変動するため、給電板２が膨張、収縮を繰り返す間に母材であるアルミニウムとアルミナ被膜間の熱膨張率の差に起因してアルミナ被膜にマイクロクラックが発生して絶縁破壊が起きるという課題があった。更に、給電板２のシール用溝２Ｃに形成されたアルミナ被膜でもマイクロクラックが発生し、このマイクロクラックから真空漏れを発生する虞すらあった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、処理時の熱損失を抑制して温度調節設備を小型化することができると共に、絶縁破壊や真空漏れを防止することができる真空断熱層を有する載置機構を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の真空断熱層を有する載置機構は、載置面上の被処理体の温度を調節するための熱媒体が循環する流路を有する載置体と、この載置体の流路に連通する連通路を有し且つ上記載置体に高周波電力を給電する給電板とを真空処理容器内に備え、上記熱媒体で上記載置体を温度調節しながら上記給電板に高周波電力を印加して上記被処理体を処理する載置機構において、上記載置体と上記給電板の間に上記連通路を含む複数の貫通孔を囲むシール部材を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載の真空断熱層を有する載置機構は、載置面上の被処理体の温度を調節するための熱媒体が循環する流路を有する載置体と、この載置体の流路に連通する連通路を有し且つ上記載置体に高周波電力を給電する給電板とを真空処理容器内に備え、上記熱媒体で上記載置体を温度調節しながら上記給電板に高周波電力を印加して上記被処理体を処理する載置機構において、上記載置体と上記給電板の間に上記連通路を含む複数の貫通孔を囲むシール部材を設けると共に上記シール部材の外側に上記真空処理容器内の処理空間と連通する空間層を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載の真空断熱層を有する載置機構は、請求項２に記載の発明において、上記処理空間と上記空間層を連通させる手段として上記載置体と上記給電板の接触部に少なくとも一つの通路を設けたことを特徴とすることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項４に記載の真空断熱層を有する載置機構は、請求項３に記載の発明において、上記空間層及び上記通路を上記給電板側に設けたことを特徴とする　ものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２に示す実施形態に基づいて本発明について説明する。
本実施形態の載置機構１０は、例えば図１に示すように、アルミニウム製の載置体（静電チャック）１１と、この静電チャック１１の下面に密着して高周波電力を給電するアルミニウム製の給電板１２と、この給電板１２を支持する絶縁材料からなる支持体１３、１４とを備えている。静電チャック１１の表面にはセラミックコーティングが施され、給電板１２の表面にはアルマイト加工が施されている。しかし、静電チャック１の下面及び給電板１２の上面の外周縁部（給電部）１２Ａはそれぞれ無垢のアルミニウムによって形成され、これら両者が給電部１２Ａを介して互いに密着して電気的に接続されている。
【００１４】
そして、図１に示すように静電チャック１１の内部には従来と同様に流路１１Ａが形成され、この流路１１Ａには冷却設備（図示せず）が配管１５を介して接続され、この配管１５を介して冷却設備と流路内１１Ａの間で熱媒体（従来と同様の冷媒）が循環して静電チャック１１を冷却する。但し、図１では冷媒の流入配管のみを図示してある。
【００１５】
また、図１に示すように給電板１２には給電棒１６が接続され、この給電棒１６には高周波電源１７が整合器１７Ａを介して接続されている。従って、高周波電源１７から給電棒１６を介して給電板１２に所定（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力を印加する。また、給電棒１６には高圧直流電源１８が接続され、高圧直流電源１８から給電板１２に対して給電棒１６を介して直流電圧を印加する。このように給電板１２に高周波電力及び直流電圧を印加することによって給電板１２の給電部１２Ａから静電チャック１１へ高周波電力及び直流電圧を給電し、静電チャック１１において自己バイアス電位を発生すると共にウエハＷを吸着する静電吸着力が発生する。
【００１６】
また、静電チャック１１の内部には昇降ピン１９が設けられ、静電チャック１１上でウエハＷの受け渡しを行う時に昇降ピン１９が駆動軸１９Ａを介して昇降する。
【００１７】
次に、静電チャック１１と給電板１２の関係について図２の（ａ）、（ｂ）をも参照しながら更に説明する。静電チャック１１と給電板１２は上述のように給電部１２Ａを介して電気的に接続されている。即ち、給電板１２の上面の給電部１２Ａ（図２に斜線で示す部分）は無垢のアルミニウムによって形成され、この給電部１２Ａが静電チャック１１のアルミニウム母材と密着し、従来と同様に給電部１２Ａを介してこれら両者１１、１２が電気的に導通自在に構成されている。
【００１８】
更に、図１、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように給電板１２の上面には給電部１２Ａと内側領域１２Ｂが形成され、給電部１２Ａが内側領域１２Ｂよりも突出して形成されている。また、この内側領域１２Ｂには大気側に通じる冷媒の配管１５及び昇降ピン１９の駆動軸１９Ａ等が貫通する複数の貫通孔が形成され、これらの貫通孔の周囲には図２の（ａ）、（ｂ）に示すようにシール用溝を形成するための突起部１２Ｃが内側領域１２Ｂの平坦面から給電部１２Ａと同一高さまで突出して形成されている。そして、この突起部１２Ｃには全周に渡ってシール用溝が形成され、このシール用溝にＯリング２０が装着されている。従って、給電板１２は給電部１２Ａ、突起部１２Ｃ及びＯリング２０を介して静電チャック１１と密着し、内側領域１２Ｂに狭い二つの空間１２Ｄ、１２ＥがＯリング２０を境界にして形成されている。外側の空間１２Ｄは給電部１２ＡとＯリング２０の間に形成され、他の一つの空間１２ＥはＯリング２０の内側に形成されている。
【００１９】
また、図２の（ａ）において、シール用溝の形成された突起部１２Ｃは昇降ピンの駆動軸１９Ａを囲む略十字状の突起部等まで延設され、これらの部分は静電チャック１１と密着する。但し、これらの突起部はアルマイト加工されてアルミナ被膜によって形成されているため、これらの部分では静電チャック１１と給電板１２は互いに電気的に絶縁されている。
【００２０】
また、給電部１２Ａには真空処理容器内の真空領域と内側領域１２Ｂの外側の空間１２Ｄを繋ぐ連通溝１２Ｆが周方向等間隔を空けて複数箇所（例えば、８箇所）に径方向に形成され、これらの連通溝１２Ｆを介して一つの空間１２Ｄは真空断熱層１２Ｄとして形成される。また、他の一つの空間１２Ｅは大気側に開放された大気層１２Ｅとして形成されている。
【００２１】
次に、動作について説明する。真空処理容器内を真空引きして所定の真空度に維持すると共に、冷媒設備から静電チャック１１の流路１１Ａ内に冷媒を循環させて静電チャック１１を冷却する。真空処理容器内を真空引きすると、載置機構１０では給電板１２の連通溝１２Ｄを介して静電チャック１１と給電板１２間に真空断熱層１２Ｄを形成し、この真空断熱層１２Ｄを介して給電板１２と静電チャック１１間を広範囲に渡って断熱する。この状態で静電チャック１１上にウエハ（図示せず）を載置し、プロセスガスを真空処理容器内に供給し、プロセスガスを一定の圧力に維持する。この状態で高周波電源１７から給電棒１６を介して給電板１２に高周波電力を印加すると、給電板１２の給電部１２Ａを介して静電チャック１１に高周波電力及び直流電圧を給電し、真空処理容器内でプロセスガスのプラズマを発生すると共に静電チャック１１上面でウエハを静電吸着して固定する。この状態でプラズマによってウエハに対して所定のプラズマ処理を施す。
【００２２】
プラズマ処理時にウエハへのイオン衝撃等によってウエハ内に大量の入熱があり、ウエハ温度が急激に上昇する。しかし、静電チャック１１の流路１１Ａ内には冷媒が循環しているため、この冷媒によって静電チャック１１を介してウエハを冷却し、ウエハ温度を例えば８０〜１００℃に維持する。この際、図２の（ａ）で示すように静電チャック１１と給電板１２の間には真空断熱層１２Ｃが形成されているため、給電板１２は静電チャック１１から広範囲に渡って断熱されているため、静電チャック１１と給電板１２間の熱移動を抑制して給電板１２からの熱損失を格段に抑制して冷媒の冷却効率を格段に高めることができる。従って、冷媒の冷却能力を低減することができ、延いては冷却設備の小型化を実現することができる。
【００２３】
ウエハのプラズマ処理が終了して処理後のウエハを真空処理容器内から搬出すると、静電チャック１１の温度は冷媒の働きで一気に低下する。そして、次のウエハを真空処理容器内に搬入して静電チャック１１上で次のウエハを処理すると再び静電チャック１１の温度が上昇する。このように複数のウエハを処理する間に静電チャック１１は温度上昇と温度降下とを周期的に繰り返す。
【００２４】
ところが、給電板１２は静電チャック１１から広い範囲で断熱されているため、静電チャック１１ほどの大きな温度変動がないため、給電板１１では母材であるアルミニウムとアルミナ被膜間の熱膨張差を抑制することができ、複数のウエハを処理してもアルミナ被膜でのマイクロクラックの発生を防止することができ、延いては給電板１２でのマイクロクラックに起因する絶縁破壊を防止することができる。また、Ｏリング２０が装着されたシール用溝においてもアルミナ被膜のマイクロクラックを防止することができ、Ｏリング２０でのマイクロクラックに起因する真空漏れを防止することができる。
【００２５】
以上説明したように本実施形態によれば、冷媒が循環する流路１１Ａを有する静電チャック１１と、静電チャック１１の流路１１Ａに連通する配管１５を有し且つ静電チャック１１に高周波電力を給電する給電板１２とを真空処理容器内に備え、冷媒で静電チャック１１を冷却しながら給電板１２に高周波電力を印加してウエハを処理する際に、静電チャック１１と給電板１２の間に配管１５を含む複数の貫通孔を囲むＯリング２０を設けると共にＯリング２０の外側に真空処理容器内の処理空間と連通する真空断熱層１２Ｄを設けたため、真空断熱層１２Ｄによって静電チャック１１から給電板１２への熱移動を抑制して冷媒による静電チャック１１の冷却効率高めることができ、延いては冷却設備の小型化を実現することができる。また、複数のウエハを処理する間も給電板１２の温度変化を抑制して給電板１２の母材であるアルミニウムとアルミナ被膜間の熱膨張差を抑制することができ、延いてはアルミナ被膜でのマイクロクラックの発生を防止し、マイクロクラックに起因する絶縁破壊を防止することができる。更に、シール用溝でのアルミナ被膜のマイクロクラックの発生も防止することができ、この部分での真空漏れを防止することができる。
【００２６】
また、本実施形態によれば、真空処理空間と空間１２Ｄを連通させる手段として静電チャック１１と給電板１２の接触部に８箇所の連通溝１２Ｆを設けたため、真空処理容器内を真空引きするだけで真空断熱層１２Ｄを形成することができる。また、空間１２Ｄ及び連通溝１２Ｆを給電板１２側に設けたため、給電板１２を製造する際に空間１２Ｄ及び連通溝１２Ｆを給電板１２と一体的に形成することができる。
【００２７】
尚、上記実施形態では空間１２Ｄ及び連通溝１２Ｆを給電板１２に設けた場合について説明したが、これらの空間及び連通溝は静電チャック側に設けても良い。また、連通溝１２Ｄに代えて給電部１２Ａに径方向の貫通孔を設けても良い。また、上記実施形態では冷媒を供給する冷却設備について説明したが、加熱用の熱媒体を供給する加熱設備についても本発明を適用することができる。また、本発明の載置機構はプラズマ処理装置以外の真空処理装置にも広く適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項４によれば、処理時の熱損失を抑制して温度調節設備を小型化することができると共に、絶縁破壊や真空漏れを防止することができる真空断熱層を有する載置機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の載置機構の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す載置機構に用いられた給電板を示す図で、（ａ）はその上面の形態を示す平面図、（ｂ）はその要部を示す断面図である。
【図３】従来の載置機構の一例を概念的に示す断面図である。
【図４】従来の載置機構に用いられた給電板の具体的な上面の形態を示す平面図である。
【符号の説明】
１０　　載置機構
１１　　静電チャック（載置体）
１１Ａ　冷媒の流路
１２　　給電板
１２Ａ　給電部
１２Ｄ　空間（真空断熱層）
１２Ｆ　連通溝（通路）
１５　　冷媒用の配管
１６　　給電棒
【図１】
2004055779.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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