(57)【要約】【課題】一枚板からなる試料台で最外周を上面からボルト等の締結具で固定する構造の場合、内圧に耐える剛性を確保するために冷媒溝、断熱層の大きさは制約されるため、得られる温度性能が低くなる。【解決手段】試料台の内部に配置され、上下に接続された２つの円板状部材と、上側の円板状部材の外周側及び中央側に各々形成され、その内部を冷媒が通流する冷媒溝と、これらの冷媒溝の間に配置され、これら溝同士の間の熱伝達を抑制するためのリング状の溝と、外周側の冷媒溝の外周側の複数位置及びリング状溝の内周側の複数位置の各々で上側の円板状部材と下側の円板状部材とを締結する手段と、試料載置面に試料を搬出入するためのプッシャピンとを備え、リング状の溝の内周側の締結手段及びプッシャピンを、前記試料の半径の４７〜６８％の範囲内の円周上に配置したプラズマ処理装置。【選択図】図８
2007311613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧される処理室と、この処理室内に配置され試料載置面が設けられた試料台と、前記試料載置面に試料を搬出入するためのプッシャピンとを有したプラズマ処理装置であって、
前記試料台の内部に配置され、上下に接続された第１の円板状部材及び第２の円板状部材と、
前記第１の円板状部材の外周側及び中央側に各々形成されその内部を冷媒が通流する外周冷媒溝及び内側冷媒溝と、
これら内外の冷媒溝の間に配置されこれら内外の冷媒溝同士の間の熱伝達を抑制するためのリング状の溝と、
該リング状の溝の外周側で前記第１の円板状部材と第２の円板状部材とを締結する第１の締結手段と、
該リング状の溝の内周側で前記第１の円板状部材と第２の円板状部材とを締結する第２の締結手段とを備え、
前記プッシャピンおよび前記第２の締結手段が、試料台中心に対して前記リング状溝よりも内周側の同心円状の領域に配置されており、この同心円状の領域よりも試料台中心側に前記内側冷媒溝が配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記同心円状の領域は、前記試料の半径の４７〜６８％の範囲内にあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記内側冷媒溝を挟んで前記第２の締結手段よりも試料台中央側に、前記第１の円板状部材と第２の円板状部材とを締結する第３の締結手段を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１または２において、前記リング状溝と前記同心円状の領域に配置された前記第２の締結手段及び前記プッシャピンとの間に、前記内側冷媒溝の一部が配置されている、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
減圧される処理室と、この処理室内に配置され試料載置面が設けられた試料台と、前記試料載置面に試料を搬出入するためのプッシャピンとを有したプラズマ処理装置であって、
前記試料台の内部に配置され、上下に接続された第１の円板状部材及び第２の円板状部材と、
前記第１の円板状部材の外周側及び中央側に各々形成されその内部を冷媒が通流する冷媒溝と、これらの冷媒溝の間に配置されこれら冷媒溝同士の間の熱伝達を抑制するためのリング状の溝と、前記外周側の冷媒溝の外周側の複数位置及び前記リング状の溝の内周側の複数位置の各々で、前記第１の円板状部材と第１の円板状部材とを締結する締結手段とを備え、
前記リング状の溝の内周側の前記締結手段及び前記プッシャピンを、前記試料の半径の４７〜６８％の範囲内の円周上に配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
減圧される処理室と、この処理室内に配置され上面にウエハが載置される試料台と、この試料台の上方に配置され前記試料台に対向して配置されたプレートと、このプレートに設けられ前記処理室内に処理用ガスを供給する供給孔と、前記試料台の外周側の空間から前記処理室のガスを排気する排気装置とを有したプラズマ処理装置であって、
前記試料台の内部に配置され、上下に接続された２つの円板状部材と、前記上側の円板状部材の外周側及び中央側に各々形成され、その内部を冷媒が通流する冷媒溝と、これらの冷媒溝の間に配置され、これら溝同士の間の熱伝達を抑制するためのリング状の溝と、前記外周側の冷媒溝の外周側の複数位置及び前記リング状溝の内周側の複数位置の各々で前記上側の円板状部材と下側の円板状部材とを締結する手段とを備え、
前記リング状の溝の内周側の前記締結手段及び前記プッシャピンを、前記試料の半径の４７〜６８％の範囲内の円周上に配置し、
前記上側及び下側の円板状部材が締結された状態で前記処理室内から取出し可能に構成されたプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項５ないし６のいずれかにおいて、前記中央側の冷媒溝は試料台中央に複数の周経路を有し、
前記複数周の溝の下方に配置された熱伝達抑制部材を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項７において、前記リング状溝の内周側に配置された前記締結手段及び前記プッシャピンと前記第２の締結手段との間に複数の周経路からなる前記冷媒溝を有する、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
減圧される処理室と、この処理室内に配置され試料載置面が設けられた試料台と、前記試料載置面に試料を搬出入するためのプッシャピンとを有したプラズマ処理装置における試料台であって、
内部に配置され、上下に接続された第１の円板状部材及び第２の円板状部材と、
前記第１の円板状部材の外周側及び中央側に各々形成されその内部を冷媒が通流する冷媒溝と、これらの冷媒溝の間に配置されこれら冷媒溝同士の間の熱伝達を抑制するためのリング状の溝と、前記リング状の溝の外周側及び内周側で夫々前記第１の円板状部材と第２の円板状部材とを締結する締結手段とを備え、
前記リング状の溝の内周側の前記締結手段及び前記プッシャピンを、前記試料の半径の４７〜６８％の範囲内の円周上に配置したことを特徴とするプラズマ処理装置用試料台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の試料をプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に係り、特に、試料の処理中に試料を試料台上に固定する手段と、試料台を温度制する手段を有する試料台を備えたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いたエッチング処理室は減圧するために排気ポンプを有しており、その排気作用によって試料の外周と中心部で、プロセスガス分布、エッチングによる反応生成物分布が異なり、均一なエッチング性能を得るには、試料面内の温度を中心部高、外周部低にすることが望ましい。従来より、試料を固定する試料台の試料載置面に温度勾配を生じさせ、併せて試料裏面に導入される熱伝達用のガスを介して試料に温度勾配を生じさせる方法が知られている。試料台内部には、冷却用冷媒を流す流路を内側、外側に独立して設け、温度設定の異なる冷媒を流すことで試料台の試料載置面に温度勾配を生じさせる。
【０００３】
内側流路と外側流路間の熱抵抗が高い方が、より内外間の温度差が発生しやすく、また冷媒温度制御装置への負担も少ない。この熱抵抗を大きくする方法として、内側流路と外側流路間に断熱層を設ける構造が知られている。断熱層内部は減圧雰囲気であることが望ましく、減圧雰囲気はろう付け接合方法等により形成される。この断熱層は、試料台の径方向、及び高さ方向に大きいほど断熱効果は高いので、必然的に断熱層廻りの金属肉厚は薄くなり、冷媒圧力と大気圧合計の内圧を受ける試料台としては、断熱層部分が強度的には不利となる。ろう付け接合方法や陽極接合方法（EB）を採用して試料台を製作した場合、面接合になるので、試料台全体としての剛性は確保し易し易い。試料台の材質としては、熱伝導率の低い方が良く、チタン、SUSなどが主流である。
【０００４】
このようなろう付け接合方法や陽極接合方法を採らず非接合法により減圧雰囲気の断熱層が形成される試料台構造も有る。たとえば、特許文献1や特許文献2に記載されているように、試料載置面を構成する溶射膜、冷媒溝及び断熱層を設けた単一の金属板からなる試料台を、ボルト等の締結具で最外周部分を上面から試料台のベース部等に締結する構造である。この場合、強度制約により大きな断熱層は設けられないため、得られる温度性能は必然的に低いものとなる。一般に、大きな温度勾配を必要としない、又は単一温度分布のプロセスケースにおいて、非接合方法による試料台が用いられることが多い。
【０００５】
【特許文献１】特開2000−216140号公報
【特許文献２】特開2003−243371号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
試料台の温度効率を上げるには、断熱層を大きくすること、更に冷媒溝と試料載置面の距離を小さくすることが有効である。非接合方法により製作された料台の場合、冷媒圧と大気圧合計の内圧を受けた時に試料台が撓み、ウエハ載置面の平面度が悪化し、試料を静電吸着等で固定できず裏面ガスの漏れ量が多い等の事故に繋がるため、強度制約を守りながら冷媒溝、断熱層の大きさを決定する必要がある。つまり、同じ冷媒制御装置に接続して比較した場合、得られる温度性能は接合方法により製作された試料台よりも低くなる。
【０００７】
温度性能、剛性の２つの観点において、ろう付け接合方法、陽極接合方法の方が有利といえる。しかし、材質にもよるが試料台の製作において、一般に、接合方法は非接合法の約２〜３倍の製作費用が必要となる。
【０００８】
近年、半導体デバイスの高集積化が急速に進む中、半導体製造装置には高歩留まり及び安定性が強く要求されており、試料台のようなエッチング性能に直接影響する部位の性能向上、安定化が必須である。試料台は試料の温度を決定するものなので、温度性能が経時的安定していること、また試料に直接触れるため、接触による異物発生の課題も抱え持つ。
【０００９】
特に、試料無しの状態でプラズマ処理し処理室内をプラズマクリーニングする場合、試料台の表面状態が経時的に変化し、接触温度通過率の変化や接触異物の増加等を発生し易い。解決方法としては、定期的に試料台を新品、再生、または洗浄品に交換することが行われる。頻繁に行うほど、性能安定維持に繋がる。従って、試料台には、交換作業性が良好であること、且つ安価であることが同時に要求されている。試料載置面を構成する溶射膜が寿命となり新しく交換する必要がある時、接合法により断熱層が形成されている試料台の場合は、溶射膜のみならず試料台のベース部等も同時に交換することになり、ランニングコストが高くなる。このように、接合方法による試料台は、非接合法により製作された試料台に比べて、高剛性、高温度性能が得られるが、製作費が高いのみならず、ランニングコストについても課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、減圧雰囲気の断熱層が非接合法により分解可能に製作される試料台であって、かつ、高剛性、高温度性能の試料台及びそれを備えたプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、減圧される処理室と、この処理室内に配置され試料載置面が設けられた試料台と、前記試料載置面に試料を搬出入するためのプッシャピンとを有したプラズマ処理装置であって、前記試料台の内部に配置され、上下に接続された第１の円板状部材及び第２の円板状部材と、前記第１の円板状部材の外周側及び中央側に各々形成されその内部を冷媒が通流する外周冷媒溝及び内側冷媒溝と、これら内外の冷媒溝の間に配置されこれら内外の冷媒溝同士の間の熱伝達を抑制するためのリング状の溝と、該リング状の溝の外周側で前記第１の円板状部材と第２の円板状部材とを締結する第１の締結手段及び該リング状の溝の内周側で前記第１の円板状部材と第２の円板状部材とを締結する第２の締結手段とを備え、前記プッシャピンおよび前記第２の締結手段が、試料台中心に対して前記リング状溝よりも内周側の同心円状の領域に配置されており、この同心円状の領域よりも試料台中心側に前記内側冷媒溝が配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の特徴は、前記同心円状の領域が、前記試料の半径の４７〜６８％の範囲内にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、締結により減圧雰囲気の断熱層が形成される試料台であって、かつ、高剛性、高温度性能の試料台及びそれを備えたプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例を、図１乃至図６で説明する。      
まず、プラズマ処理装置とて用いられる真空処理装置の全体的な構成について図６で説明する。真空処理装置１００は、試料収納カセット１０１、大気側試料搬送室１０２、ロック室１０３および１０４、真空側試料搬送室１０５、真空処理室１０６で構成される。本発明は、以下に述べるように、真空処理室１０６内に構成される試料を保持するための試料台（ステージ）の構成に特徴がある。
【００１５】
次に、真空処理室１０６の具体的な構成について図１で説明する。真空処理室１０６は、処理室２００を有し、その上部に処理室２００内に電磁波を放射して電界を供給するアンテナ２０１、下部にウエハ２２０などの被処理対象である試料を載置する試料台２５０を備えている。真空容器２１０は、アンテナ２０１を保持して側壁２１１、及びこの側壁２１１の下方に配置された下部容器２１２を有している。この下部容器２１２と試料台２５０の間の空間は、ガスやプラズマ、反応生成物が移動して排気ポンプ２０３により排気される空間となっている。処理室２００の周囲には、たとえば電磁コイルとヨークよりなる磁場形成手段２０２が設置されている。処理ガスは、図示しない貯蔵タンク等のガス供給手段から配管等の経路を介して所定の流量と混合比をもって、試料台２５０のウエハ載置面上方に対向配置されたシャワープレート２６０に設けられたガス導入用の貫通孔２６２から処理室２００内に供給され、回転可能で連通を開閉可能な複数のフラップを有する真空排気弁２０４と排気ポンプ２０３とにより処理室２０内の圧力が制御される。真空容器２１０外に設置された高周波電源２２１とマッチングボックス２２２を介して高周波電力がアンテナ２０１に印加され、処理室２２０内に導入される。また、同時に磁場形成手段２０２によって形成される磁場と上記高周波電力の相互作用によりプラズマを形成し、ウエハ２２０をエッチング処理する。貫通孔２６２は、ウエハ２２０が載置される試料載置面と略同等またはより大きな面積の領域に配置されている。
【００１６】
試料台２５０は、その上にウエハ２２０が載置される試料載置面を構成する誘電体膜２５５を有し、この誘電体膜２５５に処理室２００外に設置された直流電源２０６とフィルター回路２５６を介して直流電圧を印加し、静電気により試料載置面にウエハを吸着して保持する。さらに、処理室２００外に設置されたＨｅガス源２１３からガス供給量を調整するガス導入調節弁２１４を介してウエハ２２０裏面にＨｅガスが供給されウエハ２２０を冷却する。また、処理室２００外に設置されたＲＦバイアス電源２０７からマッチングボックス２０８を介して試料台２５０を構成する金属製のブロック２５１にＲＦバイアスが印加され、プラズマ中のイオンをウエハ２２０上に引き込みエッチング反応をアシストする。また、試料台２５０を構成する金属製ブロック２５１には流路２５４が設けられており、処理室２００外に設置された温調ユニット２０９によってこの流路２５４に冷媒が導入されて温度制御されている。つまり、ウエハ２２０は処理中にプラズマからの入熱及び、ＲＦバイアスによる入熱等を受けるのだが、Ｈｅガス、誘電体膜２５５、そして金属製ブロック２５１を伝熱して冷却さる。金属製ブロック２５１をプラズマから電気的絶縁を確保するため、またプラズマによってスパッタ及びエッチングされて消耗するのを保護する目的で、セラミック製カバー２５３が設置されている。
【００１７】
次に、試料台２５０の詳細な構成を図２、図３、図４、図５にて説明する。  
まず、図２に試料台２５０の内部詳細示す。金属製ブロック２５１は、上部金属製ブロック２５１ａと下部金属製ブロック２５１ｂの２つから構成され、ボルト３０１、３０２、３０３でお互いを締結固定することにより、減圧雰囲気となる断熱層４０１が形成される。
【００１８】
また、上部金属製ブロック２５１ａには冷媒を流す流路２５４が形成されている。金属製ブロック２５１の中心と外周にはウエハ裏面側にＨｅを導入するためのＨｅ導入路３１０、３１１が有る。本例では、Ｈｅ導入箇所を中心、外周としているが、その他箇所から導入しても良い。金属製ブロック２５１は、ウエハ２２０を上下搬送するためのプッシャ２５７が中間部にあり、ウエハを静電吸着するために誘電体膜２５５内に内蔵される金属膜に電圧印加するための導入端子３０８、また金属製ブロック３０５にバイアス印加するための導入端子３０９も設けられている。金属製ブロック３０５はボルト３０４にて金属製ブロック２５１ａ、２５１ｂに電気的に導通されている。金属製ブロック３０５にバイアス印加する代わりに、金属製ブロック２５１a、２５１ｂに直接バイアス印加する方法でも良い。また、この実施例は、誘電体膜２５５内に金属膜を有する場合、つまりダイポール式静電吸着装置を示しているが、金属膜無しで金属製ブロック２５１ａ或いは２５１ｂ或いは金属製ブロック３０５に電圧印加するモノポール式静電吸着装置でも良い。なお、３０６は絶縁板、３０７はベースである。
【００１９】
次に、試料台２５０の内部詳細を図３に示す。冷媒流路２５４ｂと２５４ａに異なる温度に各々独立に調節された冷媒を流して金属製ブロック２５１ａに効率良く温度差を発生させるために、金属製ブロック２５１ａと２５１ｂの間に断熱層４０１を設けている。理想ウエハ温度曲線を得るために最適化された位置に断熱層４０１は配置されることが望ましく、図示する位置に限らない。
【００２０】
断熱層４０１は、ブロック２５１ａ、２５１ｂの各々に配置された溝同士が繋ぎ合わされて構成されたリング状の空間であり、その内部は極力断熱効果を高めるために減圧雰囲気とするのが好ましく、本例では金属製ブロック２５１ｂに穴４０７を設け、排気ポンプ２０３によって排気できるルートを確保している。すなわち、金属製ブロック２５１ｂの下面及び金属製ブロック３０５の下面と絶縁板３０６の上面との間には、微小な隙間があり、さらに、この隙間は、穴４０７を介して断熱層４０１に連通すると共に、セラミック製カバー２５３の内側面と絶縁板３０６の上面及びベース３０７の上、側面と間の隙間を介して処理室２００の空間にも連通している。換言すると、この隙間にはシールする手段が存在しない。従って、処理室２００が排気ポンプ２０３により排気され減圧されることに伴い、微小な隙間及び穴４０７を介して、断熱層４０１も減圧雰囲気となる。なお、上記微小な隙間は、隙間を構成する各ブロック間の熱伝道を阻害すると共に、金属製ブロックの熱変形を隙間で吸収する機能もある。
【００２１】
断熱層４０１の高さは、冷媒溝２５４aや２５４ｂの高さと同等あるいはそれより高くする。また、断熱層４０１の更なる断熱効率を上げるために、断熱層４０１を大きくすることが有効であり、本例では冷媒溝２５４aや２５４ｂの約２倍程度の幅を持たせている。
【００２２】
また、断熱層４０１下部の金属製ブロック２５１ｂ側の肉厚も薄くし、径方向の熱抵抗を大きくする構造としている。断熱層４０１をシールするために、断熱層４０１の周辺の金属製ブロック２５１ａと２５１ｂ間にＯリング４０４、４０５を配置している。また、冷媒溝２５４ｂを流れる冷媒をシールするために冷媒溝２５４ｂの外側の金属製ブロック２５１ａと２５１ｂ間にＯリング４０２を配置し、金属製ブロック２５１ｂと金属製ブロック３０５の間にもＯリングを配置している。さらに、ボルト３０２締結箇所のシールのためボルト３０２を挟んだ位置の金属製ブロック２５１ａと２５１ｂ間にそれぞれＯリング４０６を配置している。０リング４０４は軸シール構造としているが、平面シール構造でも良い。
【００２３】
金属製ブロック３０５の上部でかつＨｅ導入路３１１に対応する位置にリング状の溝が形成され、ここに、下方からＨｅが導入される。このＨｅは、Ｈｅ導入路３１１へと導かれる。
【００２４】
このような構成からなる試料台２５０では、金属製ブロック２５４ａ、２５４ｂにおいて最も強度が弱い箇所は断熱層４０１であることは必然であり、断熱層４０１を挟んでボルト３０1、３０２を配置している。
【００２５】
図４に、ボルト３０１、３０２の周方向配置位置を示す。本実施例では、断熱層４０１、及び冷媒溝２５４ａ、２５４ｂは略同心円形状であり、その形状に沿って同心円状にボルトを配置している。ボルト３０１、３０２は、金属製ブロック２５１ｂの下方から上方に挿入されて、上下の金属製ブロック２５１ａ、２５１ｂが締結される。これにより、上下の金属製ブロック２５１ａ、２５１ｂを一体的に、真空処理装置の外部に取り出した後、ボルト３０１、３０２をはずして金属製ブロック２５１ａと金属製ブロック２５１ｂを分解し、消耗した金属製ブロック２５１ａに代わる新たな金属製ブロック２５１ａと元の金属製ブロック２５１ｂを一体化して、真空処理装置の内部に組み込むことができる。なお、ボルト３０１、３０２は、金属製ブロック２５１ａの上方から下方に挿入して上下の金属製ブロック２５１ａ、２５１ｂを締結するようにしても良い。
【００２６】
ボルト３０１は周方向に１６箇所、ボルト３０２は周方向に９箇所配置しているが、ボルトサイズと材質から決まる必要強度を得るための本数で有ればよい。更に本図では中心部にボルト３０３を４箇所配置することで、金属ブロク２５４ａ、２５４ｂが中心部で撓み、ウエハ２２０載置面の平行度が悪化しないようにも配慮している。
【００２７】
図５に、本実施例になる試料台２５０の組立分解図を示す。金属製ブロック２５１ａと２５１ｂの半径方向の位置決め用として金属製ブロック２５１ｂに凸形状６０１を設けて、金属製ブロック２５１ａに凹形状６０２を設けて、互いをはめ込む構造としている。回転方向の位置決め用として、金属製ブロック２５１ａに穴６０４を設け、金属製ブロック２５１ｂにピン６０３を設けて、穴６０４にピン６０３が挿入される構造としている。溶射膜２５５の寿命となり新品交換要時は、金属製ブロック２５１ａ側のみを交換すれば良く、ランニングコスト低減効果もある。処理室からの脱着時は、金属製ブロック２５１aと２５１ｂが締結一体化された状態で行う。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施例になる試料台２５０の組立分解図を、図７に示す。試料台２５０は、金属製ブロック２５１ａと２５１ｂの間に断熱材７０１を挟み込み、ボルト３０１、３０２、３０３で締結する構造とする。断熱材７０１は、複数の冷媒溝２５４ａ、２５４ｂの下面全体を覆うような円板状となっている。この断熱材７０１は樹脂、セラミックス等が考えられる。本構造の場合、冷媒溝２５４ａ、２５４ｂを流れる冷媒によるウエハ２２０側の冷却効率を一層向上させることが可能となり、ウエハ温度応答性向上する。また冷媒温度制御装置２０９の低能力化が可能となり、小型軽量化、コストダウン効果も生む。
【００２９】
また、金属製ブロック２５１ｂを金属以外のセラミック等の熱伝導抑制効果のある部材にすることも上記熱効率向上の有効な手段である。
【００３０】
図８は、本発明の締結により、換言すると非接合法により、減圧雰囲気の断熱層が製作された試料台内の、プッシャピンおよびボルトが配置される望ましい位置を模式的に示す図である。すなわち、試料台内のプッシャピンの配置位置、および、試料台の基材を構成する上下の部材を締結するボルトの配置位置を、ウエハの半径の大きさに対する比率位置として、示すものである。プッシャピンおよびボルトの配置位置は、ウエハの半径の４７〜６８％の範囲とするのが望ましい。
【００３１】
この、配置位置の範囲は、以下、図９乃至図１１を参照して述べる理由により設定されている。
【００３２】
まず、図９は、試料台におけるプッシャピンの位置とウエハに生じる応力の関係を示すグラフである。すなわち、横軸に処理対象の基板状の試料であるウエハの半径方向についてのプッシャピンの位置をウエハ半径値に対する比率を、縦軸に各々の位置（比率）にプッシャピンを配置した際にプッシャピンの押上げ動作時にウエハへ生じる応力の最大値を相当応力として規格化した値をとって、上記プッシャピンの配置位置の比率に対する相当応力の大きさの変化を示すグラフである。
【００３３】
この図に示すように、プッシャピンの配置位置のウエハ半径値に対する比率位置は、およそ６２％において極小となっている。発明者らは６２％を中心にして前後１５％程度の範囲内にプッシャピンを配置することで、押し上げ時にウエハに発生する相当応力はウエハの深刻な悪影響を及ぼさない程度の範囲内であるという知見を得た。
【００３４】
また、図１０は、ボルト締結、換言すると非接合法により減圧雰囲気の断熱層が製作された試料台における、ボルト締結位置と試料載置面の撓みの関係を示している。すなわち、上記実施例の真空断熱用スリットが配置された試料台半径方向の位置に対する上記ボルトを配置した試料台の半径方向の位置の比率を横軸に、上記ボルトを締結した際に試料台の試料載置面に生じる上下方向の試料台の凹凸（上部の基材の上下方向のたわみ変形量）の規格値を縦軸にとって、ボルトの位置の比率と試料台の変形量の規格値との関係を示したグラフである。
【００３５】
この図に示すように、試料台のたわみ量（上部部材の上下方向の変形量）は、ボルト締結位置の比率の所定の範囲で、その両側の値より小さくなり、特に、およそ６５％の比率位置において極小となる。発明者らは、６５％を中心に上下に約１５％程度の範囲内にボルトを配置することで、ボルトにより上下の部材を締結した際に生じる試料台の上下方向の変形量はウエハ表面の加工結果に深刻な悪影響を及ぼさない程度の範囲内であるという知見を得た。
【００３６】
また、試料台内部に配置される真空断熱用のスリットの位置は、通常、円筒形状の試料台の半径方向７０％以上８５％の範囲内に配置される。上記本実施例においては、試料上方に配置されるシャワープレートに形成された貫通孔であるガス導入孔からガスが下方の試料方向に導入され、試料台上方の処理室内の空間内にプラズマが形成されて試料が処理されるとともに、試料台外周の側面と処理室内の内側側壁面との間の空間を通って排出される構成において、試料上方の試料表面に付着する反応生成物の粒子の分布を考慮した場合、真空断熱用のスリットの位置は上記範囲となる。
【００３７】
つまり、上記実施例は、試料表面に付着する反応生成物等付着性物質の量や密度の分布に試料表面の加工形状が影響されており、この反応生成物等の付着物の試料表面の付着が温度に支配的に依存することから、試料の温度を適正に調節することで試料表面の加工形状を高精度に調節する技術である。発明者らは、この反応生成物の試料表面上方の空間内の分布は、試料中央側が大きく外周側で急激に小さくなる分布となるという知見に基づいて、試料台内の温度分布を試料中央側で高く外周側で低くするため、試料台内部の中央側に温度の高い熱交換媒体が通流する同心円状またはら旋状の通路を、外周側に温度の低い熱交換媒体が通流する同心円状またはら旋状の通路を配置し、これらの通路の間にこれらの間の熱伝達を抑制するための真空断熱スリットを配置している。そして、発明者らは、上記実施例の構成において、ウエハへの付着物の分布は試料台半径方向７０〜８５％の範囲の位置から急激に小さくなるという知見を得ており、この範囲内に真空断熱スリットを配置している。
【００３８】
以上の点をまとめると、締結、換言すると非接合法により減圧雰囲気の断熱層が製作される試料台において、真空断熱用スリットを試料台中央側の位置（例えば、７０％の位置）に配置した場合の、試料台の表面のたわみを考慮したボルトの配置すべき適切な範囲は、図１１の上下方向中央部分の範囲であり、この範囲は試料半径方向の３５〜５６％の比率の範囲である。また、真空断熱用スリットを試料台中央側の位置（例えば、８５％の位置）に配置した場合の、試料台の表面のたわみを考慮したボルトの配置すべき適切な範囲は、図１１の上下方向下部分の範囲であり、この範囲は試料半径方向の４２．５〜６８％の比率の範囲である。
【００３９】
さらに、プッシャピンを配置するべき適正な範囲は試料半径方法４７〜６８％の範囲であり、この範囲は図１１の上部分に示されている。
【００４０】
本実施例では、これらの範囲において、ボルトの配置の適正な範囲とプッシャピンの配置の適正な範囲とが一致する範囲である上記４７〜６８％の範囲内においてで、プッシャピンとボルトとを同一半径の円周上に配置する。
【００４１】
これらの点を考慮して、図８に示す通り、プッシャピンおよびボルトの配置位置をウエハの半径の大きさに対する比率位置の値として４７〜６８％の範囲とすることで、上記の試料に生じる相当応力および試料表面の加工形状の影響する試料台表面の上下方向の変形量を許容される範囲に収めることができる。特に、この際、プッシャピンおよびボルトを略円筒形状の試料台の中心から同一半径の円周上に配置する。このことで、試料台の内部が中心軸から外周に向かって複数の構造の領域、またはブロックに分けられて配置され、試料台内に配置される部品や構造のその配置が効率化され、試料台の構造が簡略化、あるいは小型化される。
【００４２】
すなわち、本実施例では、試料台中心軸から外周側に向かって上記のウエハ半径に対する比率位置４７〜６８％の位置には、プッシャピンおよびボルトが配置されており、この領域を挟んで試料台中心側に熱交換媒体のための通路が配置される。この中心側の熱交換媒体は、各プッシャピンまたはボルトに対してこれを囲んで迂回して試料台外周側に延びるようには配置されていない。すなわち、これらプッシャピンまたはボルトの近傍の試料台中心側の位置においても上記同心円状またはら旋状に配置されている。
【００４３】
上記プッシャピンおよびボルトが同心円上に配置された試料台の半径方向の位置から外周側には、真空断熱用のスリットとその試料台の外周側に外周側の熱交換媒体の通路が配置されている。上記プッシャピンおよびボルトは所定の径を有して配置されており、この径に加えてマージンをとって、試料台の中央側および外周側熱交換媒体の通路が配置されている。外周側の熱交換媒体の通路も中央側の通路と同様、プッシャピンまたはボルトの近傍でこれを迂回する或いは囲むように配置されておらず、同心円状またはら旋状に配置されている。
【００４４】
このようにして、試料台の内部は、プッシャピンおよびボルトが同一半径の円周上に配置された領域を挟んだ中央側、外周側に熱交換媒体の通路が配置される。プッシャピンおよびボルトが配置された領域には、空間が許容される限り、或いは仕様に応じて、試料台上部の電極に通電するための線路やコネクタ、ソケット、試料台表面に供給するガスの通路等の上下方向に配置される機械的、電気的な構造体を併せて配置することができる。このようにして、上記実施例では、試料台の内部は、中央側の熱交換媒体用の通路が配置された領域とその外側の上下方向に延在する構造体が配置された領域と、さらにその外側に配置された真空断熱用スリットおよび外周側の熱交換媒体用の通路が配置された領域とで構成された複数の同心のドーナツ状の領域を備えている。
【００４５】
このような構成によれば、試料台内部の構成を効率的に配置することで、試料台の小型化を図ることができ、熱交換媒体の通路が上記上下方向の構造体の配置に影響により同心状またはら旋状の形状から半径方向に蛇行して配置されために試料台内部の温度分布が局所的に偏りが生じたり試料台中心の円周方向についての温度分布ひいては加工形状が不均一となることが抑制される。
【００４６】
また、本実施例によれば、試料台は締結により減圧雰囲気の断熱層が製作されているので、溶射膜が寿命となり新品に交換要の時は、溶射膜の設けられた上側の金属製ブロックのみを交換すれば良く、ランニングコストも低減される。さらに、上側及び下側の金属製ブロックが締結された状態で処理室内から取出し可能にされ処理室からの脱着時は、２つの金属製ブロックが締結一体化された状態で行えるので、交換作業性も良好である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例になる真空処理室の構成について説明する縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例になる試料台の内部の詳細を示す縦断面図である。
【図３】図２の一部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図５】本発明の一実施例になる試料台の組立分解図である。
【図６】本発明の一実施例を採用した真空処理装置の全体の構成を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例になる試料台の組立分解図である。
【図８】本発明における試料台内のプッシャピンの配置位置、および、試料台の基材を構成する上下の部材を締結するボルトの配置位置を、ウエハの半径の大きさに対する比率位置として、示すものである。
【図９】横軸に処理対象の基板状の試料であるウエハの半径方向についてのプッシャピンの位置をウエハ半径値に対する比率を、縦軸に各々の位置（比率）にプッシャピンを配置した際にプッシャピンの押上げ動作時にウエハへ生じる応力の最大値を相当応力として規格化した値をとって、上記プッシャピンの配置位置の比率に対する相当応力の大きさの変化を示すグラフである。
【図１０】試料台半径方向の位置に対する上記ボルトを配置した試料台の半径方向の位置の比率を横軸に、ボルトを締結した際に試料台の試料載置面に生じる上下方向の試料台の凹凸の規格値を縦軸にとって、ボルトの位置の比率と試料台の変形量の規格値との関係を示したグラフである。
【図１１】試料台に真空断熱用スリットを中配置した場合の、試料台の表面のたわみを考慮したボルトの適切な範囲およびプッシャピンを配置するべき位置を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
101…試料収納カセット、102…大気側試料搬送室、103…ロック室、104…ロック室、105…真空側試料搬送室、106…真空処理室、200…処理室、201…アンテナ、202…磁場形成手段、203…排気ポンプ、204…真空排気弁、206…直流電源、207…RFバイアス電源、208…マッチングボックス、209…温調ユニット、210…真空容器、211…側壁、212…下部容器、213…Ｈｅガス源、214…ガス導入調節弁、220…ウエハ、221…高周波電源、222…マッチングボックス、250…試料台、251…金属製ブロック、251a…金属製ブロック、251b…金属製ブロック、253…セラミック製カバー、254…流路、254a…内側流路、254b…外側流路、255…誘電体膜、256…フィルター回路、257…プッシャ、301…ボルト、302…ボルト、303…ボルト、304…ボルト、305…金属製ブロック、306…絶縁板、307ベース、308…直流電圧導入端子、309…RFバイアス導入端子、310…Ｈｅ導入路、311…Ｈｅ導入路、Ｈｅ導入路、401…断熱層、402…Ｏリング、404…Ｏリング、405…Ｏリング、406…Ｏリング、601…凸形状部、602…凹形状部、603…ピン、604…穴、701…断熱材。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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