(57)【要約】【課題】試料台上のヒータへ給電する経路での発熱を抑制したプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空容器内部の処理室内の下部に配置され処理対象の試料が載せられて保持される試料台が、高周波電源からの高周波電力が供給される金属製の電極ブロックと、その上面上に配置されその内部に電力が供給されて発熱する膜状のヒータが配置された誘電体製の発熱層と、この膜の上方を覆って配置され導電体製の層と、前記発熱層の外周側でこれを囲んで配置され前記導電体製の層と電極ブロックとに接してこれらを導通するリング状の導電層と、前記導電体製の層の上方でこれを覆って配置され試料を静電吸着する静電吸着層とを備え、前記導電体製の層及び前記リング状の導電層が前記高周波電力の電流の表皮深さより大きな寸法を備え、前記試料の処理中に前記電極ブロックが所定の電位に維持されるプラズマ処理装置。【選択図】図３
2017028111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内の下部に配置され処理対象の試料が載せられて保持される試料台と、前記処理室内にプラズマを形成する手段とを備え、
前記試料台が、高周波電源からの高周波電力が供給される金属製の電極ブロックと、その上面上に配置されその内部に電力が供給されて発熱する膜状のヒータが配置された誘電体製の発熱層と、この膜の上方を覆って配置され導電体製の層と、前記発熱層の外周側でこれを囲んで配置され前記導電体製の層と電極ブロックとに接してこれらを導通するリング状の導電層と、前記導電体製の層の上方でこれを覆って配置されその上面上方に載せられる前記試料を静電吸着する静電気力を発生するための静電吸着層とを備え、
前記導電体製の層及び前記リング状の導電層が前記高周波電力の電流の表皮深さより大きな寸法を備え、前記試料の処理中に前記電極ブロックが所定の電位に維持されるプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記発熱層の前記膜状のヒータの外周及び上方並びに下方の誘電体材料の厚さが前記表皮深さより大きいプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記導電体製の層が前記電極ブロックの半径方向について異なる上下方向の厚さを備え、最外周縁において最小の厚さを備えたプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記発熱層の前記膜状のヒータの上方の誘電体材料の厚さが下方の厚さより小さいプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記電極ブロックと前記発熱層との間に配置された接着層が前記電極ブロックの半径方向について異なる上下方向の厚さを備え、最外周縁において最大の厚さを備えたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造工程においてウエハなどの試料に微細加工を施すプラズマ処理装置にかかり、特に、半導体ウエハを保持固定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】
半導体デバイスの微細化トレンドに伴い、試料のエッチング処理に求められる加工精度は年々厳しくなっている。プラズマ処理装置を用いてウエハ表面の微細パターンに高精度な加工を施すためには、エッチング時におけるウエハ表面の温度管理が重要となる。
【０００３】
近年では、更なる形状精度向上の要求から、プロセス中にウエハの温度をエッチングステップに応じてより高速かつ緻密に調節する技術が求められている。真空容器内部の処理室内に形成したプラズマを用いて半導体ウエハ上面の回路構造となる複数の膜層を有する膜構造を処理するプラズマ処理装置において、減圧された処理室内に配置されるウエハの表面の温度を変化させるために、ウエハが載せられてこれと接する試料台の表面の温度を増減することが考えられてきた。
【０００４】
このような真空にされる処理室内に配置される試料台は一般的に、内側を所定の温度に調節された冷媒が通流する冷媒流路または電力が供給されて発熱するヒータがその内部に配置された金属製の円筒または円板状の基材とこの基材の表面を覆って配置されその内側にウエハを静電吸着するための直流電圧が印加される膜状の電極を有する誘電体製の膜とを有して、誘電体膜上面に載せられたウエハを吸着して保持する静電チャックを構成するものである。さらに、静電吸着されたウエハの裏面と誘電体膜の上面との間にＨｅ等の熱伝達性を有するガスを供給して、真空中における試料台の基材内の冷媒あるいはヒータとウエハと間の熱通過を可能にしてこれらの間の熱交換によりウエハの温度が調節されている。
【０００５】
このような従来技術としては、例えば特表２００８−５２７６９４号公報（特許文献１）に開示のものが従来から知られていた。特許文献１には、冷却媒体が内側を通流する冷媒流路を内部に備えた金属製の円板状の電極ブロックの上に膜状或いはプレート状のヒータ、金属プレート、静電吸着膜が順に配置された試料台の構成が開示されている。このような構成により、ヒータの出力を調節することで試料台表面ひいてはその上に載置されるウエハの温度を増減させ所望の範囲内の値にされる。
【０００６】
更には、ヒータを電極ブロック上面に接着する接着層の上面の面内方向について厚さの変動を抑制する、あるいは金属プレートの上下面を平坦化することで、試料台の面内方向について熱通過の量のバラつきを低減して面内方向についてのウエハまたは試料台の温度の均一性を向上させることが開示されている。
【０００７】
一方で、特許文献１に開示されるように、電極ブロック上にヒータや金属プレートを配置した場合にはヒータや金属プレートの側面がプラズマに曝される結果、当該側面がプラズマとの相互作用により変質したり削られたりして、ウエハの温度の分布に悪影響が及んだり処理室内に削られた部材の粒子が飛遊して処理室の他の箇所やウエハに付着して汚染したりする虞が有る。このような課題に対して、特許文献２に開示されるように、このような温度調節するための膜状の部材を備えた試料台の当該膜状の部材の側面を絶縁体でプラズマに対して覆うことで保護する構成が知られている。本従来技術では、この構成により側面がプラズマから保護され試料台表面ひいてはウエハの表面の温度を所望の範囲内の値に調節される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００８−５２７６９４号公報
【特許文献２】特開平９−２６０４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術では、次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。
【００１０】
すなわち、プラズマエッチング装置の分野では、ウエハの処理中にプラズマ中のイオン等の荷電粒子をウエハ上の処理対象の膜層に衝突させて処理対象の膜層を所期の方向のエッチングを促進して所望の開口形状を得ることが一般的に行われている。このため、電極ブロックに所定の周波数の高周波電力を供給して静電チャックの誘電体膜あるいはこれに載せられるウエハの上面上方にバイアス電位を形成することで、プラズマの電位とバイアス電位との電位差により荷電粒子をウエハ上面に誘引している。また、試料台の電極ブロック上方にヒータを配置する場合には、バイアス電位形成用の高周波電力とは別の経路で電力がヒータに供給され、当該ヒータの給電用の経路上には高周波電力を遮断するための高周波フィルタが配置される。
【００１１】
一般的に、バイアス電位形成用の高周波電力の周波数の大きさはエッチング性能に影響を及ぼし、例えば周波数を高くした場合にはウエハ上に入射するイオンエネルギーが単色化するため、絶縁膜をエッチングする処理においてはマスクの選択比が向上し結果としてエッチング性能が向上することが知られている。一方で、ヒータへの給電用の経路上のヒータと高周波フィルタとの間の箇所での発熱の量が大きくなる。
【００１２】
すなわち、ヒータへの給電ラインには同軸ケーブルが用いられることが一般的であり、高周波電力の周波数が高くなるに伴って当該同軸ケーブル内の中心導体と外部導体との間のリーク電流が増大してしまい、その結果当該ケーブルからの発熱が増大してしまう。このため、高い周波数の高周波電力を用いてウエハの処理を行うことができず、処理の性能が損なわれていた。このような課題について、上記従来技術では考慮されていなかった。
【００１３】
本発明の目的は、ヒータを備えた試料台において当該ヒータへ給電する経路での発熱を抑制して、処理の性能を向上させ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】
【００１４】
上記目的は、真空容器内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内の下部に配置され処理対象の試料が載せられて保持される試料台と、前記処理室内にプラズマを形成する手段とを備え、前記試料台が、高周波電源からの高周波電力が供給される金属製の電極ブロックと、その上面上に配置されその内部に電力が供給されて発熱する膜状のヒータが配置された誘電体製の発熱層と、この膜の上方を覆って配置され導電体製の層と、前記発熱層の外周側でこれを囲んで配置され前記導電体製の層と電極ブロックとに接してこれらを導通するリング状の導電層と、前記導電体製の層の上方でこれを覆って配置されその上面上方に載せられる前記試料を静電吸着する静電気力を発生するための静電吸着層とを備え、前記導電体製の層及び前記リング状の導電層が前記高周波電力の電流の表皮深さより大きな寸法を備え、前記試料の処理中に前記電極ブロックが所定の電位に維持されるプラズマ処理装置により達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ヒータ層が導電性材料でシールドされる構成となり、電極ブロックに印加したバイアス電力（高周波電流）がヒータライン内に流れることを抑制できる。つまり、高周波電力の電流は表皮効果によって導体表面を流れるため、表皮深度よりも厚い導電性を有した材料の部材でヒータを覆うことにより、高周波電力の電流がヒータに流入することが抑制され、ヒータへの給電ラインの発熱が抑制されより広い範囲の周波数のバイアス形成用の高周波電力を用いることができ、エッチング性能が向上する。
【００１６】
更に、電極ブロックとシールド板が導通した状態になるため、電極ブロックにバイアス電力を印加した際にヒータ層のインピーダンスによってウエハ上のシースに電圧がかかり難くなることが抑制される。例えば、ヒータを積層構造にしてヒータ層内の絶縁材料の厚みが増加しても、電極ブロックとシールド板間のインピーダンスには影響がなく、ヒータの構成にかかわらずウエハ上面のシースに効率的に高周波電力の電圧が印加される。このことにより、ヒータの設計自由度が増しその温度を高い精度で調節することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示した縦断面図である。
【図２】従来の技術に係るプラズマ処理装置の試料台の構成を模式的に示した縦断面図である。
【図３】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図４】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図５】図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図６】図５に示す変形例の試料台の発熱層の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図７】図３に示す実施例の更に別の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図８】図３に示した実施例のさらに別の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の第１の実施例について図１乃至７を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示した縦断面図である。特に、本図のプラズマ処理装置は、真空容器内部に配置された処理室内に導波管を通してマイクロ波帯の電界と真空容器周囲に配置されたコイルにより形成された磁界とを導入し、当該処理室内に供給された処理用ガスを電界及び磁界の相互作用によるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｃｅ：電子サイクロトロン共鳴）によって励起しプラズマを形成するプラズマエッチング装置が例示されている。
【００２０】
本図において、プラズマ処理装置１００は、内部にその内側が処理に適した所定の真空度に減圧される処理室３３を有した真空容器２０と、その上方及び側方の周囲に配置されて処理室３３内にプラズマを形成するための電界または磁界を形成して供給するプラズマ形成ユニットと、真空容器２０下方に配置され処理室３３下部の排気口３６を介して処理室３３内と連通して配置されターボ分子ポンプ３８等の真空ポンプを含む排気ユニットとを含んで構成されている。真空容器２０は、円筒形を有した処理室３３の外周を囲んで配置される円筒形を有した金属製の処理室壁３１と、その円形の上端部の上に載せられて石英ガラス等のマイクロ波帯の電界が透過できる誘電体を含んで構成された円板形状を有する蓋部材３２とを備えている。
【００２１】
蓋部材３２の外周縁部下面と処理室壁３１の上端部とは、これらの間にＯリング等のシール部材が挟まれて接続または連結されることでシール部材が変形し処理室３３の内外が気密に封止される。処理室３３の内側下部には、試料Ｗ（本例では、半導体ウエハ）がその円形の上面上方に載せられる円筒形を有した試料台１０１が配置され、その上方の処理室３３の上部にはエッチング処理を行うための処理ガス３５を処理室３３内に導入する開口を有したガス導入管３４が配置されている。
【００２２】
処理室３３の試料台１０１下方の底面には排気口３６が配置され、当該排気口３６を通して処理室３３に導入された処理ガス３５やエッチングによって生じた反応生成物やプラズマ４３の粒子が排気される。排気口３６は排気ユニットを構成するターボ分子ポンプ３７の入り口と排気用の管路を介して連通されている。
【００２３】
管路上には管路内の通路の軸を横切る方向に配置された回転軸周りに回転して管路の流路断面積を増減する板状のフラップを複数備えた圧力調節バルブ３７が配置されている。図示しない制御装置からの指令信号に応じて圧力調節バルブ３７のフラップの角度が増減されて管路の開度が調節されることにより、排気口３６を通した処理室３３の排気の流量または速度が調節され、処理室３３内の圧力が所定の範囲内の値に調節される。本実施例では、処理室３３内の圧力は数Ｐａ程度乃至数十Ｐａの範囲内の所定の値に調節される。
【００２４】
処理室３３の上方には、プラズマ形成ユニットを構成する導波管４１とその端部に配置されマイクロ波の電界４０を形成するマグネトロン等のマイクロ波発振器３９が備えられている。マイクロ波発振器生成されたマイクロ波の電界４０は、導波管４１に導入されその断面が矩形の部分とこれに接続された断面円形の部分とを通って伝播して導波管４１下端部に接続され導波管４１より径が大きい円筒形を有した共振用の空間で所定の電界のモードが増幅され、当該モードの電界は、処理室３３上方に配置され真空容器２０上部を構成する蓋部材３２を透過して処理室３３内に上方から導入される。
【００２５】
処理室蓋３２の上方と処理室壁３１の外壁の周囲にはこれらを囲んで配置されたソレノイドコイル４２が備えられ、当該ソレノイドコイル４２によって生成された磁界が処理室３３内に導入されると、処理室３３内に導入された処理ガス３５の原子または分子はマイクロ波の電界４１と磁界とのの相互作用により生起されたＥＣＲにより励起されて、試料台１０１またはその上面上方の試料Ｗの上方の処理室３３の空間内にプラズマ４３が生成される。プラズマ４３は試料Ｗに面しており、上記の通り、試料台１０１内の金属製の電極には高周波電源２１から出力される所定の周波数の高周波電力が供給されて試料Ｗ上方に形成されるバイアス電位によってプラズマ４２中の荷電粒子が誘引され、試料Ｗ上面に予め配置された膜構造の処理対象の膜層に対するエッチング処理が行われる。
【００２６】
本実施例では、半導体ウエハである試料Ｗの処理中に処理に適した所定の範囲内の試料Ｗの温度を実現するために試料台１０１の温度を調節する構成を備えている。真空容器２０外部に配置され冷媒の温度を設定された範囲内の値に調節する機能を備えた温調ユニット２６と試料台１０１内部に配置された冷媒流路１１とが管路により接続されて循環路を構成し、温調ユニット２６により温度が調節された冷媒が電極ブロック内の冷媒流路１１に管路を通して供給され、内側を通過する冷媒と試料Ｗと熱的に接続された電極ブロックとの間で熱交換が行われ、電極ブロックまたはその上方に載せられた試料Ｗの温度が所望の範囲内の値となるように調節される。
【００２７】
エッチング処理が終点に到達したことが図示しない検出器によりプラズマ４３の発光の分析等の公知の技術を用いて検出されると、高周波電源２１からの高周波電力の供給および電界及び磁界の供給が停止されてプラズマ４３が消火されエッチング処理が停止される。その後、試料Ｗは処理室３３から搬出されチャンバークリーニングが実施される。
【００２８】
図２以下を用いて本実施例の試料台１０１の構成を説明する。まず、図２を用いて従来技術に係るプラズマ処理装置の試料台の構成を説明する。
【００２９】
図２は、従来の技術に係るプラズマ処理装置の試料台の構成を模式的に示した縦断面図である。本図では、円筒または円板上の形状を有した試料台１０１の中心軸とこの中心軸から任意の方向の半径とを含む上下方向の面に沿った断面を示している。
【００３０】
図２において、試料台１０１は、熱交換媒体（以下、冷媒と記す）が内側を通流する図示しない冷媒流路が内部に備えられた円板または円筒形状を有した金属製の電極ブロック１と、その上部に配置された膜層であるヒータ層２と、その上方に載せられた金属板３と、その上面上方に配置された誘電体製の膜層である静電吸着層４とを備えている。プラズマ処理装置１００が試料Ｗをエッチングするものにおいては、試料台１０１上の静電吸着層４上面上に載せられた試料Ｗ表面にイオンを入射させるため、電極ブロック１にバイアス電位を形成する高周波電力を供給する構成が一般的である。本例において、このようなバイアス形成用の高周波電力は電極ブロック１と電気的に接続された所定の周波数の電力を出力する高周波電源２１から供給される。
【００３１】
一方、ヒータ層２を構成する発熱用抵抗体２−１は、電極ブロック１内部に配置された図示しない貫通孔内に配置されてヒータ層２の発熱用抵抗体２−１とコネクタと介して接続された同軸ケーブルを備えて構成されたヒータ給電ライン２２と通してヒータ電源２４と電気的に接続されている。ヒータ給電ライン２２上には、バイアス形成用の高周波電力がヒータ電源２４に流れ込まないようにこれを遮断するためのコンデンサを含むローパスフィルタ回路を備えた高周波フィルタ２３が配置されている。
【００３２】
高周波電源２１からの高周波電力の高周波電流２５（以下、高周波電源電圧がプラスの場合を記載）は、高周波電源２１から電極ブロック１を介して発熱用抵抗体２−１内に流れ、さらにヒータ給電用ライン２２に流れ込もうとするが高周波フィルタ２３によりヒータ電源２４に向けて流れることが抑制される。このため、電極ブロック１に供給されたバイアス電位形成用の高周波電力は、処理室３３の内壁面であってプラズマ４３に面する部材で所定の電位、例えば接地電位にされた部材に向けて流れようして、高周波電流２５は金属板３、静電吸着層４等の図示しない試料Ｗの方向に流れて当該処理室３３内の壁面の方向に流れることになる。
【００３３】
バイアス電位形成用の高周波電力の周波数はエッチング性能に影響を及ぼし、例えば周波数を高くした場合にはウエハ上に入射するイオンエネルギーが単色化するため、絶縁膜をエッチングするプロセス等においてはマスク選択比が向上しエッチング性能が向上することが知られている。一方で、周波数を高くした場合には、発熱用抵抗体２−１と高周波フィルタ２３との間のヒータ給電ライン２２で発熱を生じてしまう。
【００３４】
つまり、ヒータを備えた試料台１０１に載せられた試料Ｗをエッチング処理する性能を向上させるため、バイアス形成用の高周波電力の周波数を高くすると、ヒータ給電ライン２２の発熱が問題となってしまう。このような課題に対して、本実施例では以下に説明する構成を備えている。図３は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成を模式的に示す縦断面図である。
【００３５】
本図において、本実施例の試料台１０１は、冷媒流路１１を内部に備え中央部に上向きに上面が高くされた凸部と外周側の部分が低くされた凹み部とを有した金属製の電極ブロック１と、電極ブロック１の凸部上面上方にこれを覆って配置された複数の膜層を構成する発熱層５、シールド層６、導電層７、絶縁層８、静電吸着層４とを備えている。発熱層５は、典型的にはヒータ層２で構成され、本実施例ではステンレスやタングステンなどで形成され試料Ｗの形状に相似した円形または多重に配置された円弧状の部分が円形の領域に配置された膜状の発熱用抵抗体２−１が、アルミナやイットリア等のセラミックス或いはポリイミド等の樹脂製の絶縁体膜２−２の内部に包含されて配置された構成を備えている。
【００３６】
また、発熱層５としてはペルチェ素子などを使用してもよい。本実施例としては、発熱層５には金属製の膜を有するヒータを用いた例を示す。
【００３７】
発熱層５の上方であって試料Ｗが載せられる載置面を構成する誘電体製の静電吸着層４との間には導電性を有した膜層であるシールド層６が配置されている。シールド層６として、溶射法やメッキにより導電性を有する膜層を形成しても良く、或いは膜状の部材に替えてアルミニウムやモリブデン等の金属製の円板形状を有した部材を用いても良い。
【００３８】
発熱層５の外周縁外側にはこれを囲んで電極ブロック１の凸部上面にリング状に配置された導電性部材から構成された導電層７が配置され、シールド層６はその外周側部分において導電層７を挟んで円板または円筒形状を有した金属製の電極ブロック１と接合されている。導電層７は塗布された導電性接着剤でも良く、或いは導電性の材料を混合したセラミクス材料を溶射して形成した膜でも良い。また、ばね式の導電性ピン、または導体製のリング部材等の構造体であっても良い。
【００３９】
発熱層５はシールド層６と導電層７とによりこれらの内側に囲まれる。一方で、シールド層６の外周部に配置された導電層７がプラズマ４３に暴露されると、プラズマ４３中のラジカル等の活性を有した粒子やイオン等荷電粒子と導電層７とが相互作用を生起して化学反応により変質したり生じた生成物が揮発したり、スパッタリング等物理的に削られることにより、導電層７の導電性が経時的に変化したり処理室３３内に飛遊した導電層７由来の粒子による処理室３３や試料Ｗ表面の汚染が発生する虞が有る。
【００４０】
これを抑制するため、本例では、導電層７のさらに外周側にこれを囲んでリング状に配置され耐プラズマ性が相対的に大きい誘電体あるいは絶縁体の材料を含んで構成された絶縁層８が配置されている。本例の絶縁層８は、導電層７の外周側表面とその上方のシールド層６の外周側壁とに亘って覆う層であり、上面において静電吸着層４の外周縁部分の下面と接続されている。絶縁層８は、静電吸着層４と電極ブロック１の凸部上面との間に挟まれて、処理室３３またはプラズマ４３に対して内側の導電層７とシールド層６と発熱層５とを囲んで覆って保護している。絶縁層８には、例えばシリコン、エポキシ、フッ素系ゴムが用いられる。
【００４１】
絶縁層８を弾性を有した材料にから成るリング形状の部材により構成し、その弾性を利用して導電層７の外周表面に付勢されて脱着可能に取り付けられる構成にしても良い。この構成により、例えば絶縁層８の消耗が早いエッチングプロセス条件を使用する場合でも絶縁層８は短時間で交換可能となり、保守、点検のため真空容器２０を大気に開放して試料Ｗの処理を行えない非稼働時間を短縮することができる。
【００４２】
さらには、絶縁層８は電極ブロック１またはシールド層６や静電吸着層４の半径方向について異なる材料の層から構成された複数の層構造を有したものであって、内側の層はシールド層６または導電層７に接合して、外側の層のみを脱着できる構成にしてもよい。これにより、保守の作業の際に絶縁層８の外側の層を取り外した間であっても導電層７が外側に露出されることが抑制され、保守作業の終了後に真空容器２０を気密に構成して処理室３３内を減圧した際に導電層７の成分が処理室３３内に飛遊して内部や試料Ｗを汚染してしまうことが抑制される。
【００４３】
静電吸着層４は、アルミナやイットリア等のセラミクスの誘電体材料から構成された膜層の中に図示しない試料Ｗの形状に合わせた円形の領域にわたり配置された膜状の電極が配置され、当該静電吸着用の電極に直流電圧が印加されることで当該電極の上方の誘電体の膜に電荷を形成して蓄積して形成した静電気力により当該誘電体の膜上面上方に載置したウエハを静電吸着する。静電吸着層４は、内部に膜状の電極を内蔵した円板状に成形された誘電体材料を焼結して形成したりセラミクスの粒子や金属の粒子をシールド層６の上面に溶射して膜層を形成しても良い。
【００４４】
本実施例の構成により、発熱層５はシールド層６及び導電層７で覆われて内蔵された構成となり、電極ブロック１に供給されたバイアス電位形成用の高周波電力の電流（高周波電流２５）がヒータ給電ライン２２に流れることが抑制される。すなわち、高周波電流２５は表皮効果によって導体の表面を流れることから、本実施例では、当該高周波電流２５が流れる表皮深度よりも大きな厚さを有した導電性の材料で構成されたシールド層６により発熱層５の上面と外周側端部とを覆って、発熱層５を囲んで内蔵する構成により、高周波電流２５は発熱層５に流入することが抑制される。これにより、ヒータ給電ライン２２の発熱を抑制でき、結果として試料台１０１へのヒータの実装と、バイアス電位形成用の高周波電力の周波数としてより高い範囲の値を用いることができる。
【００４５】
図４を用いて、本実施例の試料台１０１の寸法について詳細に説明する。図４は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本図においては、本実施例の試料台１０１の複数層の膜構造の寸法を説明する。
【００４６】
本例では、シールド層６の外周側部分と電極ブロック１の凸部上面との間に導電層７を配置し、導電層７の内側に発熱層５を配置する構成を備え、発熱層５を構成する絶縁体膜２−２の内部にこれに内蔵された膜状の発熱用抵抗体−１２が配置されている。このことから、電極ブロック１の中心部の円筒形の凸部上の発熱層５の径ｄ１、及びその内部で円形または凸部の中心軸周りで多重の円弧状に配置された発熱用抵抗体２−１の最外周縁の径ｄ０は、上方を覆うシールド層６の径ｄ２よりも小さいものとなり、さらに上方に配置された静電吸着層４の径ｄ４よりも、さらにまたその上面上方に載せられて保持される試料Ｗの径より小さいものとなる。また、シールド層６と導電層７との外周表面を覆い、かつ絶縁層８は静電吸着層４の裏面内にとどめてプラズマ４３中の粒子の進入を抑制できるように、シールド層６の直径ｄ２は静電吸着層４の直径ｄ４よりも小さくされ、静電吸着層４の外周側部分の裏面と電極ブロック１の凸部上面との間に絶縁層８が配置されている。
【００４７】
更に、本実施例では、電極ブロック１の円形の凸部上面の直径ｄ５に比べて、絶縁層８の直径ｄ３と静電吸着層４の直径ｄ４が小さくなることが望ましい。この理由は、静電吸着層４の外周の電極ブロック１の外周側部分の凹み部上に配置されたサセプタリング９に半径方向の位置ずれが発生した場合に、電極ブロック１上面の直径ｄ５の位置でサセプタリング９の変位が抑制されるため、サセプタリング９が静電吸着層４や絶縁層８に接触することが抑制されるためである。
【００４８】
セラミクス等の誘電体製で構成された静電吸着層４や絶縁層８は金属製の電極ブロック１よりも脆いため、サセプタリング９と静電吸着層４や絶縁層８との接触によって欠損や割れが生じて欠片や粒子が発生して異物や汚染を生じる虞が有り避けるべきである。なお、サセプタリング９はエッチング処理の条件に応じて、シリコン、石英、アルミナなどで構成される。
【００４９】
本実施例の円形を有した発熱層５は、接地電極と電気的に接続されて接地電位にされた金属製の電極ブロック１の円形の凸部上面上方に配置され、外周縁外側を導電性を有する導電層７により囲まれ、この導電層７とともにその上方が金属等の導電性を有するシールド層６により覆われて、その周囲が導電性を有した部材により囲まれている。これら発熱層５を囲む部材の寸法は、処理室３３内に供給される高周波電力の電流が表皮効果による流れる表皮深さよりも大きい値にされている。
【００５０】
例えば、導電層７の電極ブロック１の凸部の半径方向についての幅であるｄ２−ｄ１（導電層７の最外周縁の半径位置と発熱層５の最外周縁の半径位置との間の距離）は表皮深さより大きいものになっている。また、シールド層６の上下方向の厚さは前記高周波電力による電流の表皮深さより大きいものになっている。
【００５１】
この構成により、本実施例において高周波電力の電流は発熱層５内の発熱用抵抗体２−１に流入することが抑制される。このことにより、発熱用抵抗体２−１に電力を供給するヒータ給電ライン２２への高周波電力の電流が流れ込んでヒータ給電ライン２２で発熱が生起して当該ラインの性能が低下することを抑制でき、結果として試料台１０１へのヒータの実装と高い範囲の周波数のバイアス電位形成用の高周波電力を用いた試料Ｗの処理を実現できる。
【００５２】
図５を用いて上記実施例の変形例を説明する。図５は、図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【００５３】
上記実施例において、試料台１０１の発熱層５からの発熱により試料台１０１の加熱が行われる際に、電極ブロック１は冷媒流路１１を流れる冷媒によって所定の温度にされている。シールド層６の温度＞電極ブロック１上面（または冷媒流路１１の内壁面）の温度である場合には、電極ブロック１とシールド層６の構成材料の熱膨張係数に大きな差が無ければ、発生する熱膨張の量もシールド層６＞電極ブロック１となる。
【００５４】
この場合には、導電層７に熱膨張の量の差による応力が発生することになる。導電層７に、導電性接着剤を使用した場合には、導電層７に導電性接着剤の接合強度を超える応力が発生するとこれに剥がれが生じて電極ブロック１とシールド層６との間で導通が損なわれ、高周波電流２５が発熱層５に流れ込むことを抑制できなくなってしまう。これを抑制するため、本例の導電層７は、このような上下で接続する部材間の熱膨張の量の応力を緩和する形状にされている。
【００５５】
すなわち、図５（a）に示されるように、本例のシールド層６は電極ブロック１の半径方向についてその外周縁部分の厚さが内周側のものより小さくされ外周縁部分の裏面が（図上上方向に）凹まされた段差を有している。導電層７は、当該段差を介して凹み部の下方と発熱層５の外周壁外側の空間においてこれを埋めるように配置されて、両者にわたる厚さを有している。このような導電層７により、上記上下に接続された部材の熱膨張の量の差異により導電層７に発生する応力が緩和されて、剥れとこれによる高周波電流２５のヒータ給電ライン２２への流れ込みが低減される。
【００５６】
図５（ｂ）は、シールド層６の外周側部分に半径方向について滑らかに厚さが小さくなるテーパ形状を有した別の変形例が開示されており、図５（ａ）の例と同様に、シールド層６の厚さが小さくされた当該外周側縁部の裏側と発熱層５の外周側との空間においてこれを埋めるように両方の表面に接して導電層７が配置されて、導電層７の厚さがシールド層６外周縁部分の裏面のテーパ形状に合わせて径方向に大きくなっている。このような構成においても、図５（ａ）と同様に導電層７に発生する応力を緩和させて、剥れとこれによる高周波電流２５のヒータ給電ライン２２への流れ込みを抑制することができる。
【００５７】
なお、図５（a），（ｂ）の形状により、導電層７の径方向の幅を変動させずにシールド層６側の接着面の面積を増加できる。これらの例では、シールド層６の上下方向の厚さは半径方向について減少し最外周縁の厚さが最小となるように構成されている。すなわち、シールド層６の中央側の厚さｔ１＞外周縁部分の厚さｔ２にされている。また、シールド層６の厚さｔ１及びｔ２は、処理室３３に供給される高周波電力の電流の表皮深さより大きい値にされている。
【００５８】
次に、図６を用いて、上記変形例の試料台１の発熱層５の構成の詳細を説明する。図６は、図５に示す変形例の試料台の発熱層の構成を模式的に示す縦断面図である。
【００５９】
本例において、発熱層５は膜状の発熱用抵抗体２−１が絶縁体膜２−２で覆われた構成を備えている。一般に、絶縁体膜２−２に用いられるアルミナ等のセラミクスやポリイミド等の樹脂は熱伝導率が相対的に小さい。そこで、本例では、発熱用抵抗体２−１の上方の絶縁体膜２−２の厚さｔ３と下方の厚さｔ４がｔ４＞ｔ３となる位置に発熱用抵抗体２−１が配置されている。
【００６０】
この構成により、発熱用抵抗体２−１が生じる熱がより効率的に上方の試料Ｗ側に伝達される。このような構成は、図３に示す実施例の試料台１０１の発熱層５において実現することで、同様の作用・効果を奏することができる。なお、本例の発熱層５の厚さ（図上上下方向についての高さ）は、数ｍｍ程度以下、好ましくは１ｍｍ以下で構成されている。
【００６１】
上記の通り、発熱層５の最外周縁の電極ブロック１の凸部中心軸からの半径位置ｄ１は内部に配置された発熱用抵抗体２−１の最外周縁の半径位置ｄ０より大きくされている。この発熱用抵抗体２−１の最外周縁と発熱層５の最外周縁との距離ｄ１−ｄ０は、発熱層５の最外周縁部分に存在する絶縁体膜２−２の半径方向の幅（図上水平方向の厚さ）に相当する。
【００６２】
本例においても、この距離ｄ１−ｄ０は上記高周波電力の電流についての表皮厚さより大きい値を有している。さらに、絶縁体膜２−２の上方及び下方の厚さｔ３，ｔ４の各々も上記高周波電力の電流についての表皮厚さより大きい値を有しており、このような構成により、これにより電極ブロック１、導電層７及びシールド層６の表面を流れる高周波電力の電流が発熱用抵抗体２−１に流れ込むことが抑制され、ヒータ給電ライン２２での発熱の生起が抑制される。
【００６３】
次に、図７を用いて上記実施例の変形例における発熱層５と電極ブロック１との間を接着する接着層の構成について説明する。図７は、図３に示す実施例の更に別の変形例に係る試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。特に、本例においては、試料台１０１の電極ブロック１と発熱層５との間を接着する接着層の構成を説明する。
【００６４】
本図において、発熱層５と電極ブロック１の円形の凸部上面とがこれらの間に接着層１０を挟んで接着される。接着層１０を構成する接着剤としてはシリコン系やエポキシ系のものが使用される。
【００６５】
このような接着剤は相対的に熱伝導率が低いため接着層１０の厚さを適切に選択することによりこれを断熱層として作用させることができる。一方で、図３の構成では導電層７や絶縁層８が発熱層５やシールド層６の外周側に配置され、図４に示されるように発熱層５の径は静電吸着層４の径より小さい（ｄ４＞ｄ１）構成になっている。
【００６６】
このため、静電吸着層４の外周縁の半径位置と同じ位置まで発熱層５を配置できず、静電吸着層４の外周縁部であって、発熱層５の外周縁より（径ｄ１より）外側の箇所（ｄ４〜ｄ１の領域）は発熱層５からの熱の伝達量は径ｄ１より中央側の領域と比べて小さくなり、当該領域での温度の値やその分布の中央側からのバラつきが大きくなる。そこで、本例では、電極ブロック１の半径方向について接着層１０の上下方向の厚さが異なるように配置され、特に最外周部の厚さｔ６が（径ｄ１より）中央側の部分での厚さｔ５より小さい（ｔ６＞ｔ５）となるように構成されている。
【００６７】
このような接着層１０の厚さの半径方向についての分布を実現するため、電極ブロック１の中央部凸上面には外周端部に段差を介したリング状の凹み部が配置され、接着層１０は電極ブロック１の凸部上面においてその中央側から当該凹み部にわたって配置され、接着層１０の上面はその中央部から外周端部まで平坦な形状を備えることで、このようなｔ６＞ｔ５となる厚さの分布が実現されている。この外周側が大きくされた厚さの分布により、発熱層５の外周側部分で発熱層５から接着層１０を介して下側に向かう熱の移動を抑制して相対的に上方に向かう熱の移動を大きくして、発熱層５の外周部における静電吸着層４上面または試料Ｗの温度の上昇または加熱の効率が高められる。
【００６８】
なお、本図に示すように、電極ブロック１の中央部凸部上面の外周側部分に配置された段差を介した凹み部にわたり配置された発熱層５とその下方の接着層１０の外周表面を覆って配置される導電層７及びシールド層６の外周表面を覆って配置される絶縁層８は、当該凹み部上であってこの凹み部上面と静電吸着層４の外周縁部分裏面との間に配置される。これらの構成は、図３乃至５に示したものと同等のものである。
【００６９】
次に、上記実施例のさらに別の変形例について図８を用いて説明する。図８は、図３に示した実施例のさらに別の変形例に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【００７０】
本例では、導電層７の配置により電極ブロック１とシールド層６との両者が導通された状態にされる。このため、電極ブロック１に高周波電源２１からのバイアス形成用の高周波電力を印加した際に、発熱層５のインピーダンスによって試料Ｗ上に形成されるプラズマシースに電圧がかかり難くなることが抑制される。
【００７１】
このことから、発熱層５が絶縁体膜２−２の内部に発熱用抵抗体２−１を上下に複数層が重ねて配置された積層の構成を備えて、その結果として発熱層５の絶縁体膜２−２の全体の上下方向の厚さが増加した場合でも、電極ブロック１とシールド層６との間のインピーダンスに影響を及ぶこと抑制できる。図８は、この知見に基づいて考えられた発熱用抵抗体２−１が上下に２つ重ねて配置され構成の例を示している。
【００７２】
本図において、発熱層５は、上段内側発熱体２−１−１、上段外側発熱体２−１−２、下段内側発熱体２−１−３、下段外側発熱体２−１−４が絶縁体膜２−２の内部に配置されてこれにより覆われた構成を備えている。上段発熱体と下段発熱体は内側と外側との間の分割位置が面内で異なり、これらの上下段の発熱体の各々を独立して使用した場合、並用した場合の各々において静電吸着層４またはその上面に載せられた試料Ｗの表面の異なる温度分布を実現できる。
【００７３】
試料Ｗ表面の面内方向についてエッチング処理の結果としての加工形状のバラつきを低減するめエッチング時の試料Ｗの表面の温度とその分布を所望の加工結果が得られるものに出来るだけ近づける必要が有るが、このような温度分布は処理対象の膜層の種類は処理の条件によって異なっている。本例のように多層化された発熱層５を備えることにより、試料Ｗの温度とその面内方向について分布との実現できる範囲が大きくなり、より多数の種類と広い範囲での処理の条件に対応することが可能となる。
【００７４】
以上の実施例において、試料台１０１は円板または円筒形状を有した電極ブロック１の中央部の円筒形の凸部上面上に発熱層５、シールド層６、導電層７、絶縁層８及び静電吸着層４或いは接着層１０を備えた複数層の膜構造を備え、発熱層５がシールド層６、導電層７で覆われる構成を備えている。この構成において、電極ブロック１に供給されたバイアス電位形成用の高周波電力の電流（高周波電流２５）は発熱層５の絶縁体膜２−２内に配置された発熱用抵抗体２−１を通してヒータ用給電ライン２２に流れ込むことが抑制される。このことにより、ヒータ給電ライン２２の発熱が抑制され、結果として試料台１０１のヒータの実装とバイアス電位形成用の高周波電力の高周波化が両立できる。
【００７５】
適用できる高周波電力の周波数の範囲が広がることで、例えば異なる周波数帯の高周波電力を重畳して電極ブロック１に供給することも可能となる。なお、試料台１０１の発熱層５が多層化されたヒータを備えてもよい。これにより、面内方向についての温度の制御性が向上するため、より多数のエッチングプロセスの条件に対応して最適な温度分布を実現可能となる。
【００７６】
なお、上記実施例及び変形例において、処理室３３での試料Ｗの処理の終了後に実施されるチャンバークリーニングの際には、処理室３３内にアルゴン等希ガスが導入されてプラズマが形成され、試料台１０１の上面はこの希ガスによるプラズマに曝されるものの、導電層７の外周部に絶縁層８を配置し、導電層７をプラズマから保護する構成としたことで、導電層７の導電性の経時変化、削られた導電性材料による真空処理室内の汚染等の問題の生起が抑制される。本このことにより、バイアス電位形成用の高周波電力の周波数と試料の温度及びその分布とを最適化した処理を実現でき、かつ長期間に亘って処理室３３内で異物の原因となる物質や粒子の発生を抑制して信頼性を向上させたプラズマ処理装置を実現できる。
【００７７】
なお、本実施例ではマイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置に第１、２の実施例を適用した例を述べたが、プラズマの発生方法が誘導結合、容量結合など他の方式であっても、本発明の試料台の効果が有効であることは言うまでもない。
【００７８】
本発明が提案する真空処理装置の試料台は、上記プラズマ処理装置の実施例に限定されず、アッシング装置、スパッタ装置、イオン注入装置、レジスト塗布装置、プラズマＣＶＤ装置、フラットパネルディスプレイ製造装置、太陽電池製造装置など、精密なウエハ温度管理を必要とする他の装置にも転用が可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１…電極ブロック、
２…ヒータ、
２−１…発熱用抵抗体、
２−２…絶縁体膜、
３…金属板、
４…静電吸着層、
５…発熱層、
６…シールド層、
７…導電層、
８…絶縁層、
９…サセプタリング、
１０…接着層、
１１…冷媒流路、
２１…高周波電源、
２２…ヒータ給電ライン、
２３…高周波フィルタ、
２４…ヒータ電源、
２５…高周波電流、
２６…温調ユニット、
３１…処理室壁、
３２…蓋部材、
３３…処理室、
３４…ガス導入管、
３５…処理ガス、
３６…排気口、
３７…圧力調節バルブ、
３８…ターボ分子ポンプ、
３９…マイクロ波発振器、
４０…電界、
４１…導波管、
４２…ソレノイドコイル、
４３…プラズマ、
１０１…試料台、
Ｗ…試料。
【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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