(57)【要約】【課題】基板を十分に冷却することができる冷却装置およびプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】基板２が載置される基板載置台３と、基板２を保持するとともに冷却する冷却クランプ４を備えた冷却装置６。冷却クランプ４は、基板２を上面２ｂ（処理面）側から基板載置台３に押さえつけることによって基板２を保持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマの存在下で処理される基板を冷却する装置であって、
前記基板が載置される基板載置台と、
前記基板を保持するとともに冷却する冷却クランプを備え、
該冷却クランプは、前記基板の一部を処理面側から前記基板載置台に押さえつけることによって該基板を保持するようになっていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記冷却クランプの処理面側は、保護クランプに覆われていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記保護クランプは、冷却クランプから離間して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記基板載置台が、冷却機構を備え、
前記冷却クランプは、前記冷却機構によって冷却されるようになっていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
プラズマの存在下で基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記基板を収容する処理室と、
該処理室内でプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記基板が載置される基板載置台と、
前記基板を保持するとともに冷却する冷却クランプを備え、
該冷却クランプは、前記基板の一部を処理面側から前記基板載置台に押さえつけることによって該基板を保持するようになっていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマの存在下で基板を処理するプラズマ処理装置、およびプラズマ処理の際に基板を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置では、処理室内において、ステージ上に載置された基板がプラズマ処理される。
プラズマ処理装置としては、基板を下面側（ステージ側）から冷却する冷却手段が設けられたものがある。
冷却手段としては、ステージ内に形成された冷却水流路（特許文献１および特許文献２を参照）、基板下面側からのガス冷却機構（特許文献３を参照）などがある。
【特許文献１】特開平７−２７３１７８号公報
【特許文献２】特開平７−９４１３０号公報
【特許文献３】特開２０００−４０６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年では、半導体素子などを備えた基板本体の下面側に、ガラス等からなるサポート層が設けられた多層構造基板が用いられている。
前記プラズマ処理装置の冷却手段は、基板を下面側から冷却するものであるため、熱伝導率が低いサポート層を有する多層構造基板では、プラズマ処理の際に基板本体の冷却が不十分となることがあった。基板本体の冷却が不十分となると、基板本体が高温となり、不具合が生じるおそれがある。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、プラズマ処理の際に基板を十分に冷却することができる冷却装置およびプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の請求項１にかかる冷却装置は、プラズマの存在下で処理される基板を冷却する装置であって、前記基板が載置される基板載置台と、前記基板を保持するとともに冷却する冷却クランプを備え、該冷却クランプが、前記基板の一部を処理面側から前記基板載置台に押さえつけることによって該基板を保持するようになっていることを特徴とする。
本発明の請求項２にかかる冷却装置は、請求項１において、前記冷却クランプの処理面側が、保護クランプに覆われていることを特徴とする。
本発明の請求項３にかかる冷却装置は、請求項２において、前記保護クランプが、冷却クランプから離間して形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項４にかかる冷却装置は、請求項１〜３のうちいずれか１項において、前記基板載置台が冷却機構を備え、前記冷却クランプが前記冷却機構によって冷却されるようになっていることを特徴とする。
【０００５】
本発明の請求項５にかかるプラズマ処理装置は、プラズマの存在下で基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記基板を収容する処理室と、該処理室内でプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記基板が載置される基板載置台と、前記基板を保持するとともに冷却する冷却クランプを備え、該冷却クランプが、前記基板の一部を処理面側から前記基板載置台に押さえつけることによって該基板を保持するようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、基板を処理面側から冷却することができるため、処理面とは反対の面側から冷却しにくい基板、例えば低熱伝導率のサポート層を有する多層構造基板も、効率よく冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１〜図３は、本発明のプラズマ処理装置の一例を示すものである。
ここに示すプラズマ処理装置１０は、被処理基板２を収容する処理室１と、処理室１内でプラズマを発生させるプラズマ発生電極（図示略）（プラズマ発生手段）と、被処理基板２を冷却する冷却装置６と、処理室１にプロセスガス（エッチングガス）を導入するプロセスガス供給路７と、処理室１内のガスを排出する排出路８と、を備えている。
【０００８】
冷却装置６は、被処理基板２が載置される基板載置台３と、被処理基板２を保持するとともに冷却する冷却クランプ４と、冷却クランプ４を覆う保護クランプ５とを備えている。
基板載置台３は、略円形の板状の底部１１とその周縁に立設された環状の支持部１２とを備えている。
底部１１および支持部１２の内部には、冷媒が流通する冷媒流路１３（冷却機構）を形成することができる。
基板載置台３の構成材料は、熱伝導率が高い材料が好ましく、例えばＡｌ、ステンレス鋼などの金属材料が使用できる。
【０００９】
基板載置台３は、被処理基板２の下面２ｃと底部１１との間に冷却ガスが存在できるように形成するのが好ましい。例えば、底部１１に形成された突起１１ａ上に被処理基板２が載置されるように構成することができる（図２を参照）。
冷却ガスとしては、熱伝導率が高いものが好ましく、例えばヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが好適である。
【００１０】
冷却クランプ４は、被処理基板２の外周辺部２ａを基板載置台３に押さえつけることによって、被処理基板２を保持するようになっている。すなわち、外周辺部２ａを基板載置台３との間に挟み込んで固定することができるように構成されている。
図示例では、冷却クランプ４は環状の板体であり、外周辺部２ａをほぼ全周にわたって基板載置台３に押さえつけることができるようになっている。
【００１１】
図２に示すように、冷却クランプ４の内周辺部４ａは、中心に向けて下降するように傾斜した上面を有し、その厚さは中心に向けて徐々に薄くなっている。
冷却クランプ４の構成材料は、熱伝導率が高い材料が好ましく、例えばＳｉＣが好適である。このほか、Ａｌ、ステンレス鋼などの金属材料も使用できる。
冷却クランプ４は、基板載置台３の支持部１２上に設置される。冷却クランプ４は、基板載置台３に対し気密に構成するのが好ましく、基板載置台３との間に前記冷却ガスを封入できる構造が好適である。
図１および図２に示す符号１７は、冷却クランプ４を昇降させるリフトである。
【００１２】
保護クランプ５は、環状の板体であり、冷却クランプ４の上面４ｂ（処理面）側の少なくとも一部、好ましくは全面を覆うように形成されている。
保護クランプ５の内周辺部５ａは、中心に向けて下降するように傾斜して形成され、その下面は、冷却クランプ４の内周辺部４ａの上面に沿って形成されている。
内周辺部５ａは、中心に向けて徐々に薄くなるように形成されている。
内周辺部５ａは、先端が被処理基板２に達するか、または被処理基板２に近接するように形成するのが好ましい。
【００１３】
保護クランプ５の構成材料は、絶縁性材料、例えば石英やセラミック（アルミナなど）が好ましい。
保護クランプ５に絶縁性材料を用いることによって、処理室１内のプラズマ電界の乱れを防ぎ、異常放電を防止することができる。
【００１４】
保護クランプ５を設けることによって、プラズマにより冷却クランプ４が加熱されにくくなるため、冷却クランプ４による冷却効率が高められる。また、冷却クランプ４に副生成物が付着するのを防ぐことができる。
また、冷却クランプ４がプラズマにさらされることがなくなるため、冷却クランプ４が劣化するのを防ぐことができる。このため、冷却クランプ４の交換頻度を低くすることができ、コスト面で有利となる。
【００１５】
保護クランプ５を設けることによって冷却クランプ４の劣化を防止できるため、次に示すように、冷却クランプ４の材料選定の自由度が高められる。
例えば、冷却クランプ４がプラズマにさらされる場合には、熱伝導率は高いが耐久性に劣る材料（ＳｉＣ、金属など）、非絶縁性材料（金属など）、プラズマによりスパッタされ被処理基板２を汚染する可能性がある材料（ＳｉＣなど）は、冷却クランプ４に使用するのが難しい。
保護クランプ５を設けることによって冷却クランプ４がプラズマにさらされることがなくなるため、前記材料を冷却クランプ４に使用することができるようになる。
【００１６】
また、保護クランプ５を設けることによって、冷却クランプ４の劣化を防ぐことができるため、冷却クランプ４に、冷媒流路などの冷却機構を形成することもできる。このため、冷却効率をさらに高めることができる。
保護クランプ５はプラズマにより加熱され高温となるため、副生成物の付着が起こりにくくなることから、被処理基板２への副生成物付着を防ぐことができる。特に、保護クランプ５が石英からなる場合には、その表面に副生成物が堆積しにくくなる。
【００１７】
図２に示す例では、保護クランプ５の内径は、冷却クランプ４の内径より小さくされているため、プラズマが冷却クランプ４に達しにくくなり、冷却クランプ４は加熱されにくくなる。このため、副生成物が冷却クランプ４に付着しにくくなる。
【００１８】
保護クランプ５は、冷却クランプ４に接していてもよいが、冷却クランプ４から離間していることが好ましい。図２に示す符号１４は、保護クランプ５と冷却クランプ４との間の隙間である。
保護クランプ５が冷却クランプ４から離間しているため、プラズマにより保護クランプ５が高温となっても冷却クランプ４は低温に保たれることから、冷却クランプ４における冷却効率を高めることができる。
また、保護クランプ５と冷却クランプ４とを熱膨張率が異なる材料で構成する場合においても、熱膨張率の差異により生じた応力に起因する破損を防ぐことができる。
図１および図２に示す符号１８は、保護クランプ５を昇降させるリフトである。
【００１９】
本発明のプラズマ処理装置としては、プラズマ中で被処理基板２にイオンを作用させる反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ）が好適である。例えば、平行平板型カソードカップリングＲＩＥ（ＣＣＰ−ＲＩＥ）、誘導結合型ＲＩＥ（ＩＣＰ−ＲＩＥ）、２周波励起ＲＩＥ、ＥＣＲ―ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ヘリコン型ＲＩＥが使用できる。
冷却装置６を適用できる装置は、プラズマ処理装置に限定されない。金属などの原子、イオン、フラグメント等を基板に付着させる装置、例えばスパッタリング装置、ＣＶＤ装置などに適用することもできる。スパッタリング装置に適用する場合には、保護クランプ５はステンレス鋼などの金属で構成してもよい。
なお、本発明の冷却装置は、保護クランプを設けない構成も可能である。
【００２０】
次に、プラズマ処理装置１０の使用方法について説明する。
被処理基板２は、シリコン基板などのように単層構造の基板でもよいし、多層構造の基板でもよい。
多層構造の基板としては、シリコンなどからなる基板本体２ｄの下面側に、ガラスや合成樹脂等からなるサポート層２ｅが形成されたものが使用できる。サポート層２ｅは、別途作製した板材またはシート材を基板本体２ｄに積層して形成してもよいし、液状樹脂を基板本体２ｄの下面に塗布し硬化させることによって形成してもよい。
基板本体２ｄとしては、半導体素子やＭＥＭＳ素子が形成されたものを使用できる。
【００２１】
被処理基板２を基板載置台３の底部１１に載置し、この被処理基板２の外周辺部２ａを冷却クランプ４により基板載置台３に押さえつける。これによって、被処理基板２は基板載置台３上に保持される。
冷却クランプ４は、冷媒流路１３に流れる冷媒（例えば絶縁オイル、水）によって冷却された基板載置台３によって冷却される。冷却クランプ４は、外周辺部２ａの上面２ｂに全周にわたって当接し、被処理基板２を上面２ｂ（処理面）側から冷却する。
被処理基板２を上面２ｂ側から冷却することができるため、下面２ｃ側から冷却しにくい被処理基板２、例えば下面側に低熱伝導率のサポート層２ｅを有する多層構造基板も、効率よく冷却することができる。
【００２２】
冷却クランプ４と、被処理基板２と、基板載置台３とによって区画される空間９には、ヘリウムなどの冷却ガスを封入するのが好ましい。
基板載置台３は、被処理基板２の下面２ｃ側に冷却ガスが存在できるように構成されているため、被処理基板２を下面２ｃ側からも冷却することができる。このため、冷却効率を高めることができる。
【００２３】
プロセスガス供給路７を通してプロセスガスを処理室１内に導入するとともに、処理室１内のガスを排出路８から排出する。
プロセスガスとしては、酸素、水素、フッ素含有ガスなどの反応性ガスを用いてもよいし、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを用いてもよい。処理室１内は、減圧条件とするのが好ましい。
プラズマ発生電極（図示略）により放電を行ってプロセスガスをプラズマ化するとともに、基板載置台３に高周波電力を印加する。これにより生じたバイアス電位によって、プラズマＰ中のイオンが被処理基板２の上面２ｂに衝突し、その表面が処理される。
【００２４】
図４および図５は、保護クランプの変形例を示すものである。
ここに示す保護クランプ１５は、内周辺部１５ａの内径が、冷却クランプ４の内径にほぼ等しくされている点で、前述の保護クランプ５と異なる。
内周辺部１５ａは、先端が被処理基板２に達するか、または被処理基板２に近接するように形成することができる。
保護クランプ１５は内径が大きいため、この保護クランプ１５を用いる場合には、被処理基板２の処理面積を大きくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の冷却装置は、反応性イオンエッチング装置などのプラズマ処理装置に適用するのが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のプラズマ処理装置を示す模式図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置の要部を示す模式図である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置の冷却クランプおよび保護クランプの平面図である。
【図４】保護クランプの変形例を示す模式図である。
【図５】図４に示す保護クランプおよび冷却クランプの平面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…処理室、２…被処理基板、２ｂ…上面（処理面）、３…基板載置台、４…冷却クランプ、４ｂ…上面（処理面）、５、１５…保護クランプ、６…冷却装置、１３…冷媒流路（冷却機構）、１４…隙間。
【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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