(57)【要約】【課題】基台部と静電チャック部との間の接着状態を長期に亘って良好な状態に保つことができ、被処理基板の温度上昇の発生等を防止することができるとともに、従来に比べて装置稼働率の向上と、ランニングコストの低減を図ることのできるプラズマ処理装置用基板載置台及びプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】基板載置台２の基台部４と静電チャック部５との接着剤６による接着部の周囲を囲むように、空隙部３０が設けられており、この空隙部３０にヘリウム等の温調ガスが供給され、接着剤６がプラズマ処理中に腐食性の高いフッ素ラジカル等を含む処理ガスと接触しないように構成されている。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性部材の間に静電チャック用電極を配設して構成され被処理基板を吸着保持するための静電チャック部と、導電性部材からなり冷却機構を具備した基台部とを接着剤により接着して構成され、プラズマ処理室内に配置されるプラズマ処理装置用基板載置台であって、
前記静電チャック部と、前記基台部との接着部位の周囲を囲むように設けられた空隙部と、この空隙部に所定のガスを導入するガス導入機構とを具備したことを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記静電チャック部の周囲を当該静電チャック部から所定間隔設けて囲むように環状に形成され、その上面が前記被処理基板の周縁部下面と当接する当接部が、前記基台部に設けられ、前記空隙部は、前記静電チャック部と前記当接部との間に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記空隙部は、環状の溝状に形成され、前記被処理基板が静電チャック部に載置された状態で、その上面が当該被処理基板によって覆われるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項４】
請求項２又は３記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記当接部の少なくとも上面がセラミックスの溶射膜から形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記基台部の前記静電チャック部との接着面が当該静電チャック部より小径とされ、前記接着面の周囲に当該接着面より高さの低い環状の溝部が形成され、前記静電チャック部の周縁部がオーハーハングして、前記接着面の周囲に突出するよう構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記基台部が導電性の金属から構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記金属がアルミニウムであることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記接着剤が、シリコン系の接着剤であることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記ガスが、前記被処理基板を温調するための温調用ガスであることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項１０】
請求項９記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記温調用ガスが、前記静電チャック部の前記絶縁性部材に設けられた溝から前記空隙部に導入されることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記温調用ガスが、不活性ガスであることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項１２】
請求項１１記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記不活性ガスが、ヘリウムガスであることを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項１３】
請求項１〜１２いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、
前記空隙部内のガス圧が、前記プラズマ処理室内の圧力より高いことを特徴とするプラズマ処理装置用基板載置台。
【請求項１４】
請求項１〜１３いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台を具備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、プラズマ処理装置用基板載置台及びプラズマ処理装置に係り、特に、プラズマを生起し、このプラズマを利用して半導体ウエハ等の被処理基板のエッチング処理、成膜処理等を行うプラズマ処理装置用基板載置台及びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、プラズマを生起し、このプラズマを被処理物に作用させて所定の処理を施すプラズマ処理装置が多用されている。
【０００３】
例えば、半導体装置の製造分野においては、半導体装置の微細な回路構造を形成する際に、半導体ウエハ等の被処理基板にプラズマを作用させて、エッチング処理や成膜処理等を行っている。
【０００４】
このようなプラズマ処理装置では、減圧雰囲気とした真空チャンバ内のプラズマ処理室に被処理基板を配置してプラズマ処理を行うことから、真空チャックによって被処理基板を吸着保持することが困難であり、このため、被処理基板を吸着保持するための機構として静電チャックを用いたものが多い。なお、静電チャックは、セラミックス等の絶縁性部材の間に、タングステン等からなる静電チャック用電極を配設して構成されており、この静電チャック用電極に直流電圧を印加してクーロン力等により被処理基板を吸着保持するよう構成されている。
【０００５】
また、所謂平行平板型のプラズマ処理装置では、被処理基板が載置される基板載置台が下部電極を兼ねることから、この基板載置台の基本的構成部分（基台部）は、アルミニウム等の導電性の金属等で構成する必要がある。
【０００６】
このため、基板載置台としては、アルミニウム等から構成された基台部に、別体に構成された静電チャック部の絶縁性部材（セラミックス等からなる。）を、接着剤によって接着して構成されたものが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の基板載置台では、熱膨張率の異なる部材同士、つまり、アルミニウム等から構成された基台部と、セラミックス等からなる静電チャック部とを接着しなければならないため、柔軟性の高い接着剤、例えば、シリコン系の接着剤等を使用する必要がある。
【０００８】
一方、プラズマ処理室内でプラズマ処理を行う際には、腐食性の高いプロセスガス、例えば、フッ素ラジカル等を含むプロセスガス等を使用する。
【０００９】
このため、プラズマ処理を行うに連れて、プロセスガスによって接着剤が次第に変質し、浸食されたような状態となり、基台部と静電チャック部との間の接着状態が不良になるという問題があった。
【００１０】
このように、基台部と静電チャック部との間の接着状態が不良になると、基台部と静電チャック部との間が真空断熱されたような状態となって、温調効果が著しく低下し、被処理基板の温度上昇を引き起こす等の問題が発生する。また、かかる問題を防止するためには、早期にメンテナンスを実行して基板載置台の交換を行わなければならず、装置の稼働率の低下やランニングコストの上昇を招くという問題が発生する。
【００１１】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、基台部と静電チャック部との間の接着状態を長期に亘って良好な状態に保つことができ、被処理基板の温度上昇の発生等を防止することができるとともに、従来に比べて装置稼働率の向上と、ランニングコストの低減を図ることのできるプラズマ処理装置用基板載置台及びプラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１のプラズマ処理装置用基板載置台は、絶縁性部材の間に静電チャック用電極を配設して構成され被処理基板を吸着保持するための静電チャック部と、導電性部材からなり冷却機構を具備した基台部とを接着剤により接着して構成され、プラズマ処理室内に配置されるプラズマ処理装置用基板載置台であって、前記静電チャック部と、前記基台部との接着部位の周囲を囲むように設けられた空隙部と、この空隙部に所定のガスを導入するガス導入機構とを具備したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記静電チャック部の周囲を当該静電チャック部から所定間隔設けて囲むように環状に形成され、その上面が前記被処理基板の周縁部下面と当接する当接部が、前記基台部に設けられ、前記空隙部は、前記静電チャック部と前記当接部との間に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項２記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記空隙部は、環状の溝状に形成され、前記被処理基板が静電チャック部に載置された状態で、その上面が当該被処理基板によって覆われるように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項２又は３記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記当接部の少なくとも上面がセラミックスの溶射膜から形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記基台部の前記静電チャック部との接着面が当該静電チャック部より小径とされ、前記接着面の周囲に当該接着面より高さの低い環状の溝部が形成され、前記静電チャック部の周縁部がオーハーハングして、前記接着面の周囲に突出するよう構成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１〜５いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記基台部が導電性の金属から構成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項６記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記金属がアルミニウムであることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１〜７いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記接着剤が、シリコン系の接着剤であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項９のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１〜８いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記ガスが、前記被処理基板を温調するための温調用ガスであることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１０のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項９記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記温調用ガスが、前記静電チャック部の前記絶縁性部材に設けられた溝から前記空隙部に導入されることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１１のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項９又は１０記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記温調用ガスが、不活性ガスであることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１２のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１１記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記不活性ガスが、ヘリウムガスであることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１３のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１〜１２いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記空隙部のガス圧が、前記プラズマ処理室内の圧力より高いことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１４のプラズマ処理装置は、請求項１〜１３いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台を具備したことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をエッチング装置用電極及びエッチング装置に適用した実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態に係るエッチング装置の全体の概略構成を模式的に示すもので、同図において、符号１は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成された円筒状の真空チャンバを示している。
【００２８】
上記真空チャンバ１内には、下部電極を兼ねた基板載置台２が設けられており、この基板載置台２は、セラミックなどの絶縁板３を介して真空チャンバ１の底部から支持されている。
【００２９】
この基板載置台２は、図２に示すように、導電性部材、例えばアルミニウム等から円盤状に構成された基台部４の上面に、静電チャック部５を接着剤６で接着して構成されており、この静電チャック部５は、例えばＡｌ２　Ｏ３　等のセラミックスからなる絶縁性部材５ａ内に、例えばタングステン等からなるチャック用電極５ｂを配置して構成されている。
【００３０】
図１に示すように、上記チャック用電極５ｂには、直流電源７が接続されている。また、基台部４内には、温度調節媒体として、例えば冷却用の絶縁性流体を循環させるための流路８と、静電チャック部５の載置面と半導体ウエハＷの裏面との間にヘリウム等の温調ガスを供給するためのガス流路９が形成されており、これらの機構によって、基板載置台２上に配置された半導体ウエハＷを所定温度に温度調節できるように構成されている。さらに、静電チャック部５の周囲を囲むように、導電性材料または絶縁性材料で環状に形成されたフォーカスリング１０が設けられている。
【００３１】
また、基台部４のほぼ中央には、高周波電力を供給するための給電線１１が接続されている。この給電線１１にはマッチングボックス１２及び高周波電源１３が接続され、高周波電源１２からは、所定周波数、例えば、数百ＫＨｚ〜百数十ＭＨｚの範囲の高周波電力が、基台部４に供給されるようになっている。
【００３２】
さらに、フォーカスリング１０の外側には、環状に構成され、多数の排気孔が形成された排気リング１４が設けられており、この排気リング１４を介して、排気ポート１５に接続された排気系１６により、真空チャンバ１内の処理空間の真空排気が行われるよう構成されている。
【００３３】
一方、基板載置台２の上方の真空チャンバ１の天壁部分には、シャワーヘッドを構成する上部電極１７が、基板載置台２と平行に対向する如く設けられており、この上部電極１７と基板載置台（下部電極）２が、一対の電極として機能するようになっている。
【００３４】
上記上部電極１７には、その下面に多数のガス吐出孔１８が設けられている。また、上部電極１７の上側には、ガス拡散用空隙１９が形成されており、このガス拡散用空隙１９の天井部には、ガス供給配管２０が接続されている。そして、このガス供給配管２０の他端には、エッチング用の処理ガス（エッチングガス）を供給する処理ガス供給系２１が接続されている。処理ガス供給系２１は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２及び処理ガス供給源２３等から構成されている。
【００３５】
また、上部電極１７には、マッチングボックス２４及び高周波電源２５が接続され、高周波電源２５からは、所定周波数、例えば、数百ＫＨｚ〜百数十ＭＨｚの範囲の高周波電力が供給されるようになっている。
【００３６】
一方、真空チャンバ１の外側周囲には、真空チャンバ１と同心状に、環状の磁場形成機構（リング磁石）２６が配置されており、基板載置台２と上部電極１７との間の処理空間に磁場を形成するようになっている。この磁場形成機構２６は、回転機構２７によって、その全体が、真空チャンバ１の回りを所定の回転速度で回転可能とされている。
【００３７】
そして、本実施形態では、図２に示すように、基板載置台２の基台部４と静電チャック部５との接着剤６による接着部の周囲を囲むように、空隙部３０が設けられており、この空隙部３０に、図１に示したガス流路９からヘリウム等の温調ガスが供給され、接着剤６がプラズマ処理中に腐食性の高いフッ素ラジカル等を含む処理ガスと接触しないように構成されている。
【００３８】
すなわち、基台部４上面の中央部には、静電チャック部５より僅かに小径とされた接着面４ａが形成され、この接着面４ａの周囲には、接着面より低い環状の溝部４ｂが形成されている。また、この溝部４ｂの周囲に、上方に突出する環状の凸部４ｃが形成されており、この凸部４ｃの上面の高さは、静電チャック部５の上面と同一高さになるよう構成され、静電チャック部５に半導体ウエハＷが吸着保持されると、この半導体ウエハＷの周縁部の下面が、凸部４ｃの上面に当接されるようになっている。
【００３９】
そして、静電チャック部５に半導体ウエハＷが吸着保持された状態では、溝部４ｂの上側が半導体ウエハＷによって閉塞され、完全に気密ではないものの、外部との間のガスの流通をある程度遮断された状態の空隙部３０が形成されるようになっている。この空隙部３０には、上述したとおり、図１に示したガス流路９からヘリウム等の温調ガスが供給されるが、この温調ガスは、通常の場合数１００乃至数千Ｐａ（数Ｔｏｒｒ乃至数十Ｔｏｒｒ）程度のガス圧とされる。
【００４０】
一方、プラズマ処理の際の処理ガスの圧力は、かかる圧力の１／１０乃至１／１００以下程度であるため、空隙部３０から真空チャンバ１の処理空間内へのガスの流れは生じるが、逆に真空チャンバ１の処理空間内から空隙部３０へのガスの流れが生じる可能性は極めて低くなる。
【００４１】
したがって、接着剤６がプラズマ処理中に腐食性の高いフッ素ラジカル等を含む処理ガスと接触する可能性は極めて低くなり、かかるガスによる接着剤６の浸食を、略完全に防止することができる。このため、基台部４と静電チャック部５の間の接着状態を長期に亘って良好な状態に保つことができ、半導体ウエハＷの温度上昇の発生等を防止することができるとともに、基板載置台２に関するメンテナンスの周期を長期化することができるので、従来に比べて装置稼働率の向上と、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００４２】
なお、図２に示すように、基台部４の外周面及び凸部４ｃの上面等には、Ａｌ２　Ｏ３　等のセラミックス溶射膜等からなる絶縁膜３１が形成されている。
【００４３】
このうち、凸部４ｃの上面、つまり、半導体ウエハＷとの接触面には、予め必要とされる膜厚さよりも僅かに厚い膜厚、例えば膜厚が３００〜４００μｍの絶縁膜３１が形成され、基台部４に静電チャック部５を接着した後、凸部４ｃの上面の絶縁膜３１と静電チャック部５の上面とを同時に表面研磨することにより、静電チャック部５の上面の高さと、凸部４ｃの上面の高さとを精度良く合せるようにして製造されている。
【００４４】
また、上記したとおり、基台部４上面の接着面４ａの周囲には、接着面４ａより高さの低い溝部４ｂが形成され、ここに段差が設けられている。この段差は、基台部４に静電チャック部５を接着する際に、余分な接着剤６が、基台部４と静電チャック部５との間から段差によって溝部４ｂ内に流れ易くするためのものである。
【００４５】
さらに、基台部４上面の接着面４ａは、静電チャック部５より僅かに小径とされており、この結果、静電チャック部５の外周部は、この接着面４ａの周囲から僅かにオーバーハングするように、外周に突出した構造となっている。かかる構造も、基台部４に静電チャック部５を接着する際に、余分な接着剤６が、基台部４と静電チャック部５との間から外周側に流れ易くするためのものである。
【００４６】
本実施形態では、上記構成を採用することによって、所望量の接着剤６を基台部４と静電チャック部５との間に介在させた状態（接着剤５の厚さが例えば７０〜１００μｍ程度）で、静電チャック部５と基台部４とを所定位置に精度良く接着できるようになっている。
【００４７】
なお、ガス流路９から空隙部３０へのヘリウム等の温調ガスの供給は、例えば、図３に示すように、静電チャック部５（絶縁性部材５ａ）を貫通して設けられ、半導体ウエハＷの裏面に温調ガスを供給する透孔９ａのうち、最外周部に設けられた透孔９ａから静電チャック部５の外周縁部に至る細孔９ｂ（例えば、幅１ｍｍ、深さ３０〜５０μｍ程度の細孔）を設けることによって行うことができる。このような構成を採用すれば、静電チャック部５に僅かな加工を施すだけで、空隙部３０にヘリウム等の温調ガスを供給することができるが、その他の構成を採用することも勿論可能である。
【００４８】
次に、上記のように構成されたエッチング装置によるエッチング手順について説明する。
【００４９】
まず、真空チャンバ１に設けられた図示しない開閉機構を開放し、図示しない搬送機構により半導体ウエハＷを真空チャンバ１内に搬入し、基板載置台２上に載置する。そして、直流電源７から静電チャック５のチャック用電極５ｂに所定の電圧を印加し、半導体ウエハＷをクーロン力等により吸着する。
【００５０】
この後、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、開閉機構を閉じ、排気系１６の真空ポンプにより排気ポート１５を通じて真空チャンバ１内を排気する。真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内には、処理ガス供給系２１から、所定のエッチングガスが、所定流量で導入され、真空チャンバ１内が所定の圧力、例えば１．３３〜１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）に保持される。
【００５１】
そして、この状態で高周波電源１３、２５から、基板載置台２の基台部４及び上部電極１７に、所定周波数（例えば数百ＫＨｚ〜百数十ＭＨｚ）の高周波電力を供給する。
【００５２】
この場合に、下部電極である基板載置台２と上部電極１７との間の処理空間には高周波電界が形成されるとともに、磁場形成機構２６による磁場が形成され、この状態でプラズマによる半導体ウエハＷのエッチング処理が行われる。
【００５３】
このエッチング処理の際に、基板載置台２の流路８には、冷却用の絶縁性流体が循環され、また、ガス流路９を通じて、基板載置台２の静電チャック部５と、半導体ウエハＷの裏面との間には、ヘリウム等の温調ガスが供給されることによって、半導体ウエハＷは、所定温度に保たれる。これとともに、上記ヘリウム等の温調ガスは、前述した細孔９ｂを介して空隙部３０に供給されるので、接着剤６がプラズマ処理中に腐食性の高いフッ素ラジカル等を含む処理ガスと接触することが防止される。
【００５４】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源１３、２５からの高周波電力の供給を停止することによって、エッチング処理を停止し、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバ１外に搬出する。
【００５５】
なお、上述した実施形態では、本発明を、上部電極と下部電極の双方に高周波電力を供給するタイプのエッチング装置に適用した例について説明したが、本発明はかかる場合に限定されるものではなく、例えば、下部電極にのみ高周波電力を供給するタイプのエッチング装置や、成膜を行うプラズマ処理装置等、あらゆるプラズマ処理装置に適用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明のプラズマ処理装置用電極及びプラズマ処理装置によれば、基台部と静電チャック部との間の接着状態を長期に亘って良好な状態に保つことができ、被処理基板の温度上昇の発生等を防止することができるとともに、従来に比べて装置稼働率の向上と、ランニングコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ処理装置の全体の概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の基板載置台の要部概略構成を拡大して示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の基板載置台の要部概略構成を拡大して示す図。
【符号の説明】
Ｗ……半導体ウエハ、１……真空チャンバ、２……基板載置台、４……基台部、４ａ……接着面、４ｂ……溝部、４ｃ……凸部、５……静電チャック部、６……接着剤、３０……空隙部、３１……絶縁膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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