(57)【要約】【課題】載置台に大きな熱応力が発生することを防止して、この載置台自体が破損することを防止することができると共に、腐食防止用のパージガスの供給量を抑制することができる載置台構造を提供する。【解決手段】処理装置２０の処理容器２２内に設けられて処理すべき被処理体Ｗを載置するための載置台構造５４において、前記被処理体を載置するために少なくとも加熱手段６４が設けられた誘電体よりなる載置台５８と、前記処理容器の底部側より起立させて上端部に前記載置台を着脱可能に連結して支持する誘電体よりなる円筒状の支柱５６と、上端部が前記載置台の下面側に接合されると共に直径が前記支柱の直径よりも小さくなされた誘電体よりなる保護管６０と、前記保護管内に挿通されて上端が前記載置台に届くように設けられた機能棒体６２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理装置の処理容器内に設けられて処理すべき被処理体を載置するための載置台構造において、
前記被処理体を載置するために少なくとも加熱手段が設けられた誘電体よりなる載置台と、
前記処理容器の底部側より起立させて上端部に前記載置台を着脱可能に連結して支持する誘電体よりなる円筒状の支柱と、
上端部が前記載置台の下面側に接合されると共に直径が前記支柱の直径よりも小さくなされた誘電体よりなる保護管と、
前記保護管内に挿通されて上端が前記載置台に届くように設けられた機能棒体と、
を備えたことを特徴とする載置台構造。
【請求項２】
前記支柱の側壁には、通気孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の載置台構造。
【請求項３】
前記保護管は前記載置台の中心部に接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載の載置台構造。
【請求項４】
前記保護管は前記載置台の周辺部に接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載の載置台構造。
【請求項５】
前記保護管は前記支柱内に収容されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項６】
１本の前記保護管内には１本又は複数本の前記機能棒体が収容されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項７】
前記保護管の下端部は、伸縮可能になされたベローズを介して前記処理容器の底部側へ接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項８】
前記保護管の下方には、不活性ガス室が設けられており、前記保護管内は前記不活性ガス室からの不活性ガスの雰囲気になされていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項９】
前記機能棒体は、スプリング部材により前記載置台側へ押圧されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項１０】
前記載置台と前記支柱との連結は、連結ピンにより行われることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項１１】
前記載置台と前記支柱との連結は、中心部にリフタピン孔が形成された孔付きボルトと、該孔付きボルトに螺合する締結ナットとにより行われることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項１２】
前記機能棒体は、前記加熱手段側に電気的に接続されるヒータ給電棒であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項１３】
前記載置台には、静電チャック用のチャック電極が設けられており、前記機能棒体は前記チャック電極側に電気的に接続されるチャック用給電棒であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項１４】
前記載置台には、高周波電力を印加するための高周波電極が設けられており、前記機能棒体は前記高周波電極側に電気的に接続される高周波給電棒であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項１５】
前記載置台には、静電チャック用のチャック電極と高周波電力を印加するための高周波電極とが兼用される兼用電極が設けられており、前記機能棒体は前記兼用電極に電気的に接続される兼用給電棒であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項１６】
前記機能棒体は、前記載置台の温度を測定するための熱電対の導電棒であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項１７】
前記機能棒体は、前記載置台の温度を測定するための放射温度計の光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の載置台構造。
【請求項１８】
被処理体に対して処理を施すための処理装置において、
真空排気が可能になされた処理容器と、
前記被処理体を載置するために請求項１乃至１７のいずれかに記載の載置台構造と、
前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の処理装置及び載置台構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、熱処理、改質処理、結晶化処理等の各種の枚葉処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガス、例えば成膜処理の場合には成膜ガスやハロゲンガスを、改質処理の場合にはオゾンガス等を、結晶化処理の場合にはＮ２ ガス等の不活性ガスやＯ２ ガス等をそれぞれ処理容器内へ導入する。
【０００３】
例えば半導体ウエハに対して１枚毎に熱処理を施す枚葉式の処理装置を例にとれば、真空引き可能になされた処理容器内に、例えば抵抗加熱ヒータを内蔵した載置台を設置し、この上面に半導体ウエハを載置し、所定の温度（例えば１００℃から１０００℃）で加熱した状態で所定の処理ガスを流し、所定のプロセス条件下にてウエハに各種の熱処理を施すようになっている（特許文献１〜６）。このため処理容器内の部材については、これらの加熱に対する耐熱性と処理ガスに曝されても腐食されない耐腐食性が要求される。
【０００４】
ところで、半導体ウエハを載置する載置台構造に関しては、一般的には耐熱性耐腐食性を持たせると共に、金属コンタミネーション等の金属汚染を防止する必要から例えばＡｌＮ等のセラミック材中に発熱体として抵抗加熱ヒータを埋め込んで高温で一体焼成して載置台を形成し、また別工程で同じくセラミック材等を焼成して支柱を形成し、この一体焼成した載置台側と上記支柱とを、例えば熱拡散接合で溶着して一体化して載置台構造を製造している。そして、このように一体成形した載置台構造を処理容器内の底部に起立させて設けるようにしている。また上記セラミック材に代えて耐熱耐腐食性のある石英ガラスを用いる場合もある。
【０００５】
ここで従来の載置台構造の一例について説明する。図１１は従来の載置台構造の一例を示す断面図である。この載置台構造は、真空排気が可能になされた処理容器内に設けられており、図１１に示すように、この載置台構造はＡｌＮ等のセラミック材よりなる円板状の載置台２を有している。そして、この載置台２の下面の中央部には同じく例えばＡｌＮ等のセラミック材よりなる円筒状の支柱４が例えば熱拡散接合にて接合されて一体化されている。従って、両者は熱拡散接合部６により気密に接合されることになる。ここで上記載置台２の大きさは、例えばウエハサイズが３００ｍｍの場合には、直径が３５０ｍｍ程度であり、支柱４の直径は５６ｍｍ程度である。上記載置台２内には例えば加熱ヒータ等よりなる加熱手段８が設けられ、載置台２上の被処理体としての半導体ウエハＷを加熱するようになっている。
【０００６】
上記支柱４の下端部は、容器底部９に固定ブロック１０により固定されることにより起立状態になっている。そして、上記円筒状の支柱４内には、その上端が上記加熱手段８に接続端子１２を介して接続された給電棒１４が設けられており、この給電棒１４の下端部側は絶縁部材１６を介して容器底部を下方へ貫通して外部へ引き出されている。これにより、この支柱４内へプロセスガス等が侵入することを防止して、上記給電棒１４や接続端子１２等が上記腐食性のプロセスガスにより腐食されることを防止するようになっている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２７８３２２号公報
【特許文献２】特開平０７−０７８７６６号公報
【特許文献３】特開平０３−２２０７１８号公報
【特許文献４】特開平０６−２６０４３０号公報
【特許文献５】特開２００４−３５６６２４号公報
【特許文献６】特開２００６−２９５１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、半導体ウエハに対するプロセス時には、載置台２自体は高温状態になるが、この場合、支柱４を構成する材料は熱伝導率がそれ程良好ではないセラミック材よりなるとはいえ、載置台２と支柱４とは熱拡散により接合されていることから、この支柱４を伝わって多量の熱が載置台２の中心側から支柱４側へ逃げることは避けられない。このため、特に載置台２の昇降温時では載置台２の中心部の温度が低くなるのに対して周辺部の温度が高くなって載置台２の面内で大きな温度差が生じ、この結果、載置台２の中心部と周辺部との間で大きな熱応力が発生して載置台２が破損する、といった問題があった。
【０００９】
特に、プロセスの種類にも依存するが、載置台２の温度は７００℃以上にも達するので上記温度差はかなり大きくなり、これに伴って大きな熱応力が発生する。また、これに加えて、載置台の昇降温の繰り返しにより上記熱応力による破損が促進されてしまう、といった問題があった。
また、載置台２及び支柱４の上部が高温状態となって熱膨張する一方で、支柱４の下端部は容器底部９に固定ブロック１０により固定されているため、載置台２と支柱４の上部との接合箇所に応力が集中し、この部分を起点として破損が発生する、という問題があった。
【００１０】
上記問題点を解決するために、上記載置台２と支柱４とを熱拡散接合により気密に一体接合するのではなく、間に高温耐熱性のあるメタルシール部材等を介在させて両者をセラミック材や石英等よりなるピンやボルトにより緩く連結することも行われている。この場合、上記連結部には僅かな隙間が生ずることになるため、この僅かな隙間を介して例えば腐食性のプロセスガスが支柱４内に侵入することを防止する目的で、上記支柱４内へはパージガスとしてＮ２ ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス等の不活性ガスを供給するようにしている。このような構成によれば、上記載置台と支柱の上端部とは強固には連結されていないので、載置台の中心側から支柱側へ逃げる熱量が減少し、載置台に大きな熱応力が加わることを防止できる。
【００１１】
しかしながら、この場合には、上記支柱４内に供給されたパージガスが、上記僅かな隙間を介して処理容器内の処理空間側へ洩れ出ることは避けられず、この結果、高真空下でのプロセスが実行できないばかりか、パージガスが多量に消費されるので、ランニングコストも高騰する、といった問題があった。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、載置台に大きな熱応力が発生することを防止して、この載置台自体が破損することを防止することができると共に、腐食防止用のパージガスの供給量を抑制することができる載置台構造及び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】
【００１３】
請求項１に係る発明は、処理装置の処理容器内に設けられて処理すべき被処理体を載置するための載置台構造において、前記被処理体を載置するために少なくとも加熱手段が設けられた誘電体よりなる載置台と、前記処理容器の底部側より起立させて上端部に前記載置台を着脱可能に連結して支持する誘電体よりなる円筒状の支柱と、上端部が前記載置台の下面側に接合されると共に直径が前記支柱の直径よりも小さくなされた誘電体よりなる保護管と、前記保護管内に挿通されて上端が前記載置台に届くように設けられた機能棒体と、を備えたことを特徴とする載置台構造である。
【００１４】
これにより、載置台に大きな熱応力が発生することを防止して、この載置台自体が破損することを防止することができると共に、腐食防止用のパージガスの供給量を抑制することができる。
【００１５】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記支柱の側壁には、通気孔が形成されている。
また例えば請求項３に記載したように、前記保護管は前記載置台の中心部に接合されている。
また例えば請求項４に記載したように、前記保護管は前記載置台の周辺部に接合されている。
また例えば請求項５に記載したように、前記保護管は前記支柱内に収容されている。
また例えば請求項６に記載したように、１本の前記保護管内には１本又は複数本の前記機能棒体が収容されている。
【００１６】
また例えば請求項７に記載したように、前記保護管の下端部は、伸縮可能になされたベローズを介して前記処理容器の底部側へ接続されている。
また例えば請求項８に記載したように、前記保護管の下方には、不活性ガス室が設けられており、前記保護管内は前記不活性ガス室からの不活性ガスの雰囲気になされている。
また例えば請求項９に記載したように、前記機能棒体は、スプリング部材により前記載置台側へ押圧されている。
【００１７】
また例えば請求項１０に記載したように、前記載置台と前記支柱との連結は、連結ピンにより行われる。
また例えば請求項１１に記載したように、前記載置台と前記支柱との連結は、中心部にリフタピン孔が形成された孔付きボルトと、該孔付きボルトに螺合する締結ナットとにより行われる。
また例えば請求項１２に記載したように、前記機能棒体は、前記加熱手段側に電気的に接続されるヒータ給電棒である。
【００１８】
また例えば請求項１３に記載したように、前記載置台には、静電チャック用のチャック電極が設けられており、前記機能棒体は前記チャック電極側に電気的に接続されるチャック用給電棒である。
また例えば請求項１４に記載したように、前記載置台には、高周波電力を印加するための高周波電極が設けられており、前記機能棒体は前記高周波電極側に電気的に接続される高周波給電棒である。
【００１９】
また例えば請求項１５に記載したように、前記載置台には、静電チャック用のチャック電極と高周波電力を印加するための高周波電極とが兼用される兼用電極が設けられており、前記機能棒体は前記兼用電極に電気的に接続される兼用給電棒である。
また例えば請求項１６に記載したように、前記機能棒体は、前記載置台の温度を測定するための熱電対の導電棒である。
また例えば請求項１７に記載したように、前記機能棒体は、前記載置台の温度を測定するための放射温度計の光ファイバである。
【００２０】
請求項１８に係る発明は、被処理体に対して処理を施すための処理装置において、真空排気が可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置するために請求項１乃至１７のいずれかに記載の載置台構造と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、を備えたことを特徴とする処理装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る載置台構造及び処理装置によれば、次のように作用効果を発揮することができる。
載置台に大きな熱応力が発生することを防止して、この載置台自体が破損することを防止することができると共に、腐食防止用のパージガスの供給量を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る載置台構造及び処理装置の好適な一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る載置台構造を有する処理装置を示す断面構成図、図２は載置台に設けた加熱手段の一例を示す平面図、図３は図１中のＡ−Ａ線に沿った矢視断面図、図４は図１中の載置台構造の加熱手段の内側ゾーンに対応する部分を代表的に取り出して示す部分拡大断面図、図５は図４中の載置台構造の組み立て状態を説明するための説明図である。ここではプラズマを用いて成膜処理を行う場合を例にとって説明する。
【００２３】
図示するようにこの処理装置２０は、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製の処理容器２２を有している。この処理容器２２内の天井部には必要な処理ガス、例えば成膜ガスを導入するためにガス供給手段であるシャワーヘッド部２４が絶縁層２６を介して設けられており、この下面のガス噴射面２８に設けた多数のガス噴射孔３２Ａ、３２Ｂから処理空間Ｓに向けて処理ガスを吹き出すようにして噴射するようになっている。このシャワーヘッド部２４はプラズマ処理時に上部電極を兼ねるものである。
【００２４】
このシャワーヘッド部２４内には、中空状の２つに区画されたガス拡散室３０Ａ、３０Ｂが形成されており、ここに導入された処理ガスを平面方向へ拡散した後、各ガス拡散室３０Ａ、３０Ｂにそれぞれ連通された各ガス噴射孔３２Ａ、３２Ｂより吹き出すようになっている。すなわち、ガス噴射孔３２Ａ、３２Ｂはマトリクス状に配置されている。このシャワーヘッド部２４の全体は、例えばニッケルやハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、アルミニウム、或いはアルミニウム合金により形成されている。尚、シャワーヘッド部２４としてガス拡散室が１つの場合でもよい。
【００２５】
そして、このシャワーヘッド部２４と処理容器２２の上端開口部の絶縁層２６との接合部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３４が介在されており、処理容器２２内の気密性を維持するようになっている。そして、このシャワーヘッド部２４には、マッチング回路３６を介して例えば１３．５６ＭＨｚのプラズマ用の高周波電源３８が接続されており、必要時にプラズマを立てるようになっている。この周波数は上記１３．５６ＭＨｚに限定されない。
【００２６】
また、処理容器２２の側壁には、この処理容器２２内に対して被処理体としての半導体ウエハＷを搬入搬出するための搬出入口４０が設けられると共に、この搬出入口４０には気密に開閉可能になされたゲートバルブ４２が設けられている。
そして、この処理容器２２の底部４４の側部には、排気口４６が設けられる。この排気口４６には、処理容器２２内を真空引きするための真空排気系４８が接続されている。この真空排気系４８は、上記排気口４６に接続される排気通路４９を有しており、この排気通路４９には、圧力調整弁５０及び真空ポンプ５２が順次介設されており、処理容器２２を所望する圧力に維持できるようになっている。
【００２７】
そして、この処理容器２２内の底部４４には、これより起立させて本発明の特徴とする載置台構造５４が設けられる。具体的には、この載置台構造５４は、円筒状の支柱５６と、この上端部に着脱可能に連結される載置台５８と、上記載置台５８に接続される複数の保護管６０と、これらの保護管６０内へ挿通される機能棒体６２とにより主に構成される。
【００２８】
図１においては、発明の理解を容易にするために、支柱５６を太く記載している。具体的には、上記載置台５８及び支柱５６は、共に例えば誘電体であって耐熱性材料である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック材よりなり、上記載置台５８内には加熱手段６４と、兼用電極６６とが埋め込まれており、この上面側に被処理体としての半導体ウエハＷを載置するようになっている。尚、支柱５６の材料は載置台５８と異なる材料で製作可能なので、支柱５６の材料として熱伝導の低い石英などを使用することで、載置台５８から支柱５６への熱伝導を更に抑制することができる。
【００２９】
図２にも示すように、上記加熱手段６４は例えばカーボンワイヤヒータ等よりなる発熱体６８よりなり、この発熱体６８は載置台５８の略全面に亘って所定のパターン形状にして設けられている。そして、ここではこの発熱体６８は、載置台５８の中心側の内周ゾーン発熱体６８Ａと、この外側の外周ゾーン発熱体６８Ｂの２つのゾーンに電気的に分離されており、各ゾーン発熱体６８Ａ、６８Ｂの接続端子は、載置台５８の中心部側に集合されている。尚、ゾーン数は１つ、或いは３以上に設定してもよい。
【００３０】
また上記兼用電極６６は、載置台５８の上面の直下に設けられている。この兼用電極６６は例えばメッシュ状に形成された導体線よりなり、この兼用電極６６の接続端子は載置台５８の中心部に位置されている。ここでは、この兼用電極６６は、静電チャック用のチャック電極と高周波電力を印加するための下部電極となる高周波電極とを兼用するものである。
【００３１】
そして、上記発熱体６８や兼用電極６６に対して給電を行う給電棒や温度を測定する熱電対の導電棒としての前記機能棒体６２が設けられることになり、これらの各機能棒体６２が細い上記保護管６０内に挿通されることになる。
【００３２】
まず、図１及び図３にも示すようにここでは支柱５６内に６本の保護管６０が載置台５８の中心部に集合させて設けられている。各保護管６０は、誘電体よりなり、具体的には上記載置台５８と同じ材料である例えば窒化アルミニウムよりなり、各保護管６０は、上記載置台５８の下面に例えば熱拡散接合により気密に一体的になるように接合されている。従って、各保護管６０の上端には、熱拡散接合部６０Ａ（図４参照）が形成されることになる。そして、各保護管６０内に上記機能棒体６２が挿通されている。図４では前述したように、内周ゾーン発熱体６８Ａに対する給電棒の接続状態を示している。
【００３３】
すなわち、内周ゾーン発熱体６８Ａに対しては、電力インと電力アウト用の２本の機能棒体６２としてヒータ給電棒７０、７２がそれぞれ保護管６０内を個別に挿通されており、各ヒータ給電棒７０、７２の上端の接続端子７０Ａ、７２Ａを介して上記内周ゾーン発熱体６８Ａに電気的に接続されている。
【００３４】
また、外周ゾーン発熱体６８Ｂに対しては、電力インと電力アウト用の２本の機能棒体６２としてヒータ給電棒７４、７６がそれぞれ保護管６０内を個別に挿通されており、各ヒータ給電棒７４、７６の上端の接続端子７４Ａ、７６Ａを介して上記外周ゾーン発熱体６８Ｂに電気的に接続されている（図１参照）。上記各ヒータ給電棒７０〜７６は例えばニッケル合金等よりなる。
【００３５】
また兼用電極６６に対しては機能棒体６２として兼用給電棒７８が保護管６０内を挿通されており、この兼用給電棒７８の上端の接続端子７８Ａを介して兼用電極６６に電気的に接続されている。上記兼用給電棒７８は例えばニッケル合金等よりなる。
また残りの１本の保護管６０内へは、載置台５８の温度を測定するために、機能棒体６２として熱電対８０の導電棒８２が挿通されており、そして、熱電対８０の測温接点８２Ａが載置台５８の中央部の下面に接するようにして位置されている。
【００３６】
上記載置台５８の下面には、上記支柱５６と連結するためにリング状のフランジ８４（図４及び図５も参照）が形成されると共に、このフランジ８４には複数のピン孔８４Ａが形成されている。また、上記支柱５６の上端部にも上記ピン孔８４Ａに対応させてピン孔８６Ａ（図５参照）が形成されており、上記両ピン孔８４Ａ、８６Ａに止めピン８８を挿通し、上記載置台５８が支柱５６から脱落しない程度に両者を比較的緩い状態で連結しており、この部分に発生する熱応力を緩和できるようになっている。すなわち、例えばフランジ８４の内径は、支柱５６の上端部の外径よりも僅かに大きく設定して、ここに僅かな隙間（図示せず）を作り、両者間の熱伸縮差を許容できるようにしている。
【００３７】
また、この支柱５６の側壁には、比較的大口径の通気孔９０が形成されており、この支柱５６内へ処理容器２２内のガスが残留しないようにしている。そして、上記支柱５６の下端部には、固定用のリング状のフランジ部５６Ａが設けられる。
また、処理容器２２の底部４４は例えばステンレススチールよりなり、この中央部には例えばステンレススチール等の金属よりなる円筒状の取付台座９２が固定させて設けられている。そして、この取付台座９２上に上記支柱５６の下端部のフランジ部５６Ａを設置してこれをボルト９４により締め付け固定して、上記支柱５６を起立状態で取り付けている（図４参照）。このボルト９４は例えばステンレススチール等よりなる。
【００３８】
そして、上記取付台座９２内の中段部分には、中央が開口されているリング状の取付段部９６が形成されている。そして、この取付段部９６の上面側にＯリング等のシール部材９８を介して例えばステンレススチール等の金属板よりなるシール板１００がボルト１０１により取り付け固定されている。
【００３９】
このシール板１００には、上記各保護管６０、すなわち各機能棒体６２に対応させて挿通孔１０２（図４においては２つのみ記す）が形成されており、この挿通孔１０２に上記各機能棒体６２が挿通されている。すなわち、各挿通孔１０２に、機能棒体６２であるヒータ給電棒７０、７２、７４、７６や兼用給電棒７８や熱電対８０の導電棒８２がそれぞれ挿通されている。
【００４０】
そして、上記各保護管６０の下端部と上記シール板１００との間には、例えばステンレススチール等の金属よりなる蛇腹状の伸縮及び屈曲可能になされたベローズ１０４が気密に介設されており、上記保護管６０の熱伸縮や横方向への移動を許容できるようになっている。
【００４１】
また上記円筒状の取付台座９２の下端部は、例えばステンレススチール等の金属板よりなる底板１０６がＯリング等のシール部材１０８を介して例えばボルト１１０により気密に締め付け固定されており、この内部に不活性ガス室１１２が形成されている。この不活性ガス室１１２には、上記取付台座９２の側壁を貫通して不活性ガス入口１１４及び不活性ガス出口１１６がそれぞれ設けられており、この不活性ガス室１１２内へ不活性ガスを供給できるようになっている。この不活性ガスとしてはＮ２ ガスの他に、ＡｒガスやＨｅガス等の希ガスを含めた不活性ガスを用いることができる。
【００４２】
そして、上記不活性ガス室１１２内の底面を除いた内面及び上記取付段部９６の開口部には例えばアルミナ等よりなる絶縁部材１１５、１１７がそれぞれ設けられている。
そして、上記各機能棒体６２の下端部は、上記絶縁部材１１７、１１５を貫通して上記不活性ガス室１１２内へ延びている。また上記各機能棒体６２の下端部側の途中には、拡径されたスプリング受け１１８が設けられると共に、上記上側の絶縁部材１１５の全体及び下側の絶縁部材１１７の途中まで削り取ることによって上記スプリング受け１１８が上下動できる大きさのスプリング受け穴１２０が形成されている。
【００４３】
そして、上記スプリング受け穴１２０の底部と上記スプリング受け１１８との間に例えばコイルバネよりなるスプリング部材１２２が介設されており、上記各機能棒体６２を上方の載置台５８側へ押圧するようになっている。
この場合、上記スプリング受け穴１２０の底部を機能棒体６２は下方へ貫通しているが、この貫通部には僅かな隙間が生じており、この隙間を介して上記不活性ガス室１１２内の不活性ガスが上昇して保護管６０内へ供給されることになり、この保護管６０内は不活性ガス雰囲気になされる。
【００４４】
このような構造は、図４においては内周ゾーン発熱体６８Ａの機能棒体６２であるヒータ給電棒７０、７２を代表して記載しているが、他の機能棒体６２、すなわち外周ゾーン発熱体６８Ｂ用のヒータ給電棒７４、７６、兼用導電棒７８及び熱電対８０の導電棒８２も全く同様に構成されている。
【００４５】
そして、上記不活性ガス室１１２の底板１０６には、上記各機能棒体６２に対応させて絶縁部材１２６により気密に絶縁された取出し端子１２８が気密に貫通させて設けられている。図４中では２個の取出し端子１２８のみを記している。そして、上記各機能棒体６２の下端部と上記取出し端子１２８とが、例えば屈伸可能になされた金属板よりなる導電部材１３０を介して電気的に接続されており、上記各機能棒体６２の熱伸縮を許容しつつ外部側との電気的な導通を図ることができるようになっている。
【００４６】
尚、この導電部材１３０を長さ方向に余裕を持たせた金属配線で形成してもよい。上記導電部材１３０を設けた構造は、他のヒータ給電棒７４、７６、兼用電極棒７８の場合も同じである。また、図６に示すように、機能棒体６２が、熱電対の導電棒８２の場合には、上記導電部材１３０を用いないで貫通孔１３１及びここに介設されたベローズ１３２を介して気密にそのまま外部側へ取り出すようになっている。
【００４７】
ここで各部分について寸法の一例を説明すると、載置台５８の直径は、３００ｍｍ（１２インチ）ウエハ対応の場合には３４０ｍｍ程度、２００ｍｍ（８インチ）ウエハ対応の場合には２３０ｍｍ程度、４００ｍｍ（１６インチ）ウエハ対応の場合には４６０ｍｍ程度である。また支柱５６の直径は、載置台５８の大きさに関係なく例えば５０〜８０ｍｍ程度、各保護管６０の直径は８〜１６ｍｍ程度、各機能棒体６２の直径は４〜６ｍｍ程度である。
【００４８】
ここで図１へ戻って、上記熱電対８０の導電棒８２は、例えばコンピュータ等を有するヒータ電源制御部１３４に接続される。また、加熱手段６４の各ヒータ給電棒７０、７２、７４、７６に接続される各配線１３６、１３８、１４０、１４２も、上記ヒータ電源制御部１３４に接続されており、上記熱電対８０により測定された温度に基づいて上記内周ゾーン発熱体６８Ａ及び外周ゾーン発熱体６８Ｂをそれぞれ個別に制御して所望する温度を維持するようになっている。
【００４９】
また、上記兼用給電棒７８に接続される配線１４４には、静電チャック用の直流電源１４６とバイアス用の高周波電力を印加するための高周波電源１４８とがそれぞれ接続されており、載置台５８のウエハＷを静電吸着すると共に、プロセス時に下部電極となる載置台５８にバイアスとして高周波電力を印加できるようになっている。この高周波電力の周波数としては１３．５６ＭＨｚを用いることができるが、他に４００ｋＨｚ等を用いることができ、この周波数に限定されるものではない。
【００５０】
また、上記載置台５８には、この上下方向に貫通して複数、例えば３本のピン挿通孔１５０が形成されており（図１においては２つのみ示す）、上記各ピン挿通孔１５０に上下移動可能に遊嵌状態で挿通させた押し上げピン１５２を配置している。この押し上げピン１５２の下端には、円弧状の例えばアルミナのようなセラミック製の押し上げリング１５４が配置されており、この押し上げリング１５４に、上記各押し上げピン１５２の下端が乗っている。この押し上げリング１５４から延びるアーム部１５６は、容器底部４４を貫通して設けられる出没ロッド１５８に連結されており、この出没ロッド１５８はアクチュエータ１６０により昇降可能になされている。
【００５１】
これにより、上記各押し上げピン１５２をウエハＷの受け渡し時に各ピン挿通孔１５０の上端から上方へ出没させるようになっている。また、上記出没ロッド１５８の容器底部の貫通部には、伸縮可能なベローズ１６２が介設されており、上記出没ロッド１５８が処理容器２２内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。
【００５２】
また、この処理装置２０の全体の動作、例えばプロセス圧力の制御、載置台５８の温度制御、処理ガスの供給や供給停止等は、例えばコンピュータ等よりなる装置制御部１６４により行われることになる。そして、この装置制御部１６４は、上記動作に必要なコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体１６６を有している。この記憶媒体１６６は、フロッピやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等よりなる。
【００５３】
次に、以上のように構成されたプラズマを用いた処理装置の動作について説明する。
まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ４２、搬出入口４０を介して処理容器２２内へ搬入され、このウエハＷは、上昇された押し上げピン１５２に受け渡された後に、この押し上げピン１５２を降下させることにより、ウエハＷを載置台構造５４の支柱５６に支持された載置台５８の上面に載置してこれを支持する。この時に、載置台５８の兼用電極６６に直流電源１４６より直流電圧を印加することにより静電チャックが機能し、ウエハＷを載置台５８上に吸着して保持する。尚、静電チャックの代わりにウエハＷの周辺部を押さえるクランプ機構を用いる場合もある。
【００５４】
次に、シャワーヘッド部２４へ各種の処理ガスを、それぞれ流量制御しつつ供給して、このガスをガス噴射孔３２Ａ、３２Ｂより吹き出して処理空間Ｓへ導入する。そして、真空排気系４８の真空ポンプ５２の駆動を継続することにより、処理容器２２内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁５０の弁開度を調整して処理空間Ｓの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。この時、ウエハＷの温度は所定のプロセス温度に維持されている。すなわち、載置台５８の加熱手段６４を構成する内周ゾーン発熱体６８Ａ及び外周ゾーン発熱体６８Ｂにヒータ電源制御部１３４側よりそれぞれ電圧を印加することにより発熱させている。
【００５５】
この結果、各発熱体６８Ａ、６８Ｂからの熱でウエハＷが昇温加熱される。この時、載置台５８の下面中央部に設けた熱電対８０では、ウエハ（載置台）温度が測定され、この測定値に基づいてヒータ電源制御部１３４は、各ゾーン毎に温度制御することになる。このため、ウエハＷの温度を常に面内均一性が高い状態で温度制御することができる。この場合、プロセスの種類にもよるが、載置台５８の温度は例えば７００℃程度に達する。
【００５６】
またプラズマ処理を行う時には、高周波電源３８を駆動することにより、上部電極であるシャワーヘッド部２４と下部電極である載置台５８との間に高周波を印加し、処理空間Ｓにプラズマを立てて所定のプラズマ処理を行う。また、この際に、載置台５８の兼用電極６６にバイアス用の高周波電源１４８から高周波電力を印加することにより、プラズマイオンの引き込みを行うことができる。
【００５７】
ここで上記載置台構造５４における機能について詳しく説明する。まず、加熱手段の内周ゾーン発熱体６８Ａへは機能棒体６２であるヒータ給電棒７０、７２を介して電力が供給され、外周ゾーン発熱体６８Ｂへはヒータ給電棒７４、７６を介して電力が供給される。また載置台５８の中央部の温度は、その測温接点８２Ａが載置台５８の下面中央部に接するようにして配置された熱電対８０の導電棒８２を介して上記ヒータ電源制御部１３４に伝えられる。この場合、上記測温接点８２Ａは内周ゾーンの温度を測定しており、外周ゾーン発熱体６８Ｂへの供給電力は、上記内周ゾーン発熱体６８Ａへの供給電力との間で予め定められた電力比に基づいて電力が供給される。
【００５８】
更には、兼用電極６６へは、兼用給電棒７８を介して静電チャック用の直流電圧とバイアス用の高周波電力が印加される。そして、機能棒体６２である上記各ヒータ給電棒７０、７２、７４、７６、導電棒８２及び兼用給電棒７８は、上端が載置台５８の下面に気密に熱拡散接合された細い保護管６０内にそれぞれ個別に挿通されている。
【００５９】
また、上記支柱５６の下方に設けた不活性ガス室１１２内へは不活性ガスとしてＡｒガスが供給されており、このＡｒガスは上記不活性ガス室１１２内を覆うように設けた絶縁部材１１５、１１７と上記各機能棒体６２との間の隙間及びスプリング受け穴１２０を介して各保護管６０内に充填されている。
【００６０】
さて、このような状況において、ウエハＷに対する処理が繰り返し行われる載置台５８の昇温及び降温が繰り返されることになる。そして、この載置台５８の温度の昇降によって、例えば載置台５８の温度が前述したように７００℃程度に達すると、載置台５８の中心部と支柱５６との間では０．２〜０．３ｍｍ程度の距離だけ半径方向への熱伸縮差が生ずる。この場合、従来の載置台構造の場合には、非常に硬いセラミック材よりなる載置台と直径が大きな支柱とを熱拡散接合により強固に一体結合していたので、上記した僅か０．２〜０．３ｍｍ程度の熱伸縮差とはいえ、この熱伸縮差に伴って発生する熱応力の繰り返しにより、載置台と支柱との接合部が破損する現象が頻発していた。
【００６１】
これに対して、本発明では載置台５８は、支柱５６に対して緩く連結されているので、上記熱伸縮差を許容することができる。具体的には、例えば載置台５８の下面のフランジ８４の内径は支柱５６の上端部の外径よりも僅かに、例えば０．６ｍｍ程度だけ大きく設定されて両者間に隙間ができるように設定されているので、上記した熱伸縮差を許容することができ、この結果、熱応力が加わることがなくなり、支柱５６の上端部や載置台５８の下面、すなわち両者の連結部が破損することを防止することができる。
【００６２】
この場合、セラミック材よりなる上記各保護管６０は、載置台５８の下面に熱拡散接合により強固に結合されているが、この保護管６０の直径は前述したように１０ｍｍ程度であって、上記支柱５６の直径よりも遥かに小さく、この結果、載置台５８から各保護管６０への伝熱量を少なくすることができる。また、載置台５８と支柱５６との連結部分は緩いので、互いの接触面積が少なくなり、その分、この部分における熱抵抗が大きくなるので、支柱５６側へ逃げる伝熱量を少なくすることができる。
【００６３】
また、上記各保護管６０は、ウエハに対するプロセスの繰り返しにより、熱伸縮することになるが、各保護管６０の下部には、それぞれベローズ１０４が介設されているので、このベローズ１０４が伸縮することで上記保護管６０の熱伸縮を許容することができ、各保護管６０及び載置台５８が破損することを防止することができる。
【００６４】
また上記各機能棒体６２はそれぞれ保護管６０に被われ、また上記保護管６０内へは、この下方に設けた不活性ガス室１１２内からパージガスとして不活性ガスが供給されているので、上記各機能棒体６２が腐食性のプロセスガスに晒されることはなく、しかも不活性ガスにより機能棒体６２や接続端子７０Ａ〜８２Ａ等が酸化されることを防止することができる。また上記不活性ガスは、従来の載置台構造とは異なって処理容器２２内へ洩れ出ることはないので、その分、高真空のプロセス処理を施すことができるのみならず、不活性ガスの消費量もその分少なくできるので、ランニングコストを削減することができる。
【００６５】
更には、各機能棒体６２の下端部にはスプリング部材１２２を設けて、機能棒体６２を上方の載置台５８側へ押圧しているので、電気的な接触不良が生ずることを防止できると共に、熱電対８０の場合には測温接点８２Ａが載置台５８の下面より離れることがないので、温度測定を正確に行うことができる。また支柱５６の側壁には大きな通気孔９０が形成されているので、この内部に各種のガスが残留することを防止することができる。
【００６６】
＜載置台と支柱との連結構造の第１変形例＞
先の実施例の場合には、図４にも示すように、載置台５８と支柱５６との連結は、載置台５８の下面にリング状のフランジ８４を設け、これに支柱５６の上端を止めピン８８により係合するようにして両者を連結したが、これに限定されず、図７及び図８に示すように構成してもよい。図７は載置台と支柱との連結構造の第１変形例を示す部分断面図、図８は図７中のＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。
【００６７】
図７及び図８に示すように、ここでは載置台５８の下面の中央部に肉厚のリング状のフランジ１６６を形成すると共に、支柱５６の上端部の外周側にも上記フランジ１６６に対応させてリング状のフランジ１６８を設けている。これらのフランジ１６６、１６８は共にセラミック材、例えば窒化アルミニウムで母材側に一体的に形成されている。
【００６８】
そして、上記載置台５８側のフランジ１６６には、外方に向けて開放された半割り溝１７０が、その周方向に沿って所定の間隔ずつ隔てて合計で８個形成されている。この数には特に限定されない。また、この半割り溝１７０の周囲は、一段低くした段部１７３として形成されている。
【００６９】
そして、支柱５６側のフランジ１６８にも上記半割り溝１７０に対向させて同じ形状の半割り溝１７２が形成されている。そして、上記互いに対向する半割り溝１７０、１７２間に、図７中に示すような両端に上記半割り溝１７０、１７２の溝幅よりも少し大きく拡径された頭部１７４を有する連結ピン１７６を掛け渡して両フランジ１６６、１６８を連結するようにしている。尚、図８中では連結ピンの記載を省略している。上記連結ピン１７６は、例えば窒化アルミニウム等のセラミック材よりなり、セラミック材のブロックから一体削り出しにより成形することができる。
【００７０】
また、連結ピン１７６の装着に際しては、各機能棒体６２の下端部に設けたベローズ１０４（図４参照）の弾発力に抗してこの載置台５８を下方へ手で押し上げ、この状態で上記連結ピン１７６を両半割り溝１７０、１７２内へ嵌め込んで装着して手を放すことにより、載置台５８は上記ベローズ１０４により上方へ押し付けられるので、上記連結ピン１７６により両フランジ１６６、１６８を連結することができる。この場合には、上記連結ピン１７６が半割り溝１７０、１７２に沿って半径方向へ移動することで、先の実施例と同様に載置台５８と支柱５６との間に生ずる熱伸縮差を許容することができる。
【００７１】
＜載置台と支柱との連結構造の第２変形例＞
次に載置台と支柱の連結構造の第２変形例について説明する。図９は載置台５８と支柱５６の連結構造の第２変形例を示す部分拡大断面図であり、図９（Ａ）は部分拡大断面図を示し、図９（Ｂ）はその分解組立状態を示す。
【００７２】
図９に示すように、ここでは支柱５６の上端部に設けたリング状のフランジ１８０の幅を半径方向外方へ大きく設定して載置台５８のピン挿通孔１５０（図１参照）の位置を少し越えた部分まで延ばす。そして、上記載置台５８に口径の大きなボルト孔１８２を形成し、上記フランジ１８０にも上記ボルト孔１８２と同じ大きさのボルト孔１８６を形成しておく。そして、上記載置台５８と上記フランジ１８０を重ねた状態で上記ボルト孔１８２、１８６に、中心部にピン挿通孔１５０の形成されたヘッド付きの孔付きボルト１８４を挿通する。
【００７３】
上記孔付きボルト１８４の下部には、ネジ山１８８が形成されており、上記したように、両ボルト孔１８２、１８６に上記孔付きボルト１８４を挿通させた状態で、上記孔付きボルト１８４のネジ山１８８に締付ナット１９０を螺合させて締め付けることにより、両者を固定する。この場合、載置台５８のボルト孔１８２の内径を孔付きボルト１８４の外径よりも少し大きく設定しておき、両者間に熱伸縮差を吸収できる幅を有する僅かな隙間を形成する。
【００７４】
この場合にも、先の実施例と同様な作用効果を発揮することができる。尚、上記の場合、孔付きボルト１８４や締付ナット１９０はセラミック材やアルミニウム合金等の金属で形成することができる。
【００７５】
＜熱電対の変形例＞
先の実施例においては、載置台５８の内周ゾーンの温度を測定するために１つの熱電対を設けたが、これに限定されず、外周ゾーンの温度を測定するために更に１つの熱電対を加えて設けるようにしてもよい。図１０はこのような熱電対の変形例を説明するための載置台構造を示す断面図である。尚、図１乃至図６に示した構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付してある。
【００７６】
図１０に示すように、ここでは１本の保護管６０−１を支柱５６の下部の位置から横方向へはみ出して斜め上方に向けて延ばしており、この保護管６０−１の上端部は、例えば窒化アルミニウム等のセラミック材よりなる接合ブロック１９２を介して載置台５８の下面に接合されている。この場合、上記載置台５８と接合ブロック１９２の接合及びこの接合ブロック１９２と保護管６０−１の上端部の接合は、それぞれ熱拡散接合で一体的に接合する。また、上記接合ブロック１９２は、外周ゾーンの領域に対応させて設けている。
【００７７】
そして、支柱５６の底部側のシール板１００には、挿通孔の形成された断面三角形状の例えばステンレススチール等の金属製の取付補助台１９４が設けられ、この取付補助台１９４と上記保護管６０−１の下端との間にベローズ１０４−１を設けている。そして、この保護管６０−１内に機能棒体６２として外周ゾーン用の熱電対１９６を形成する導電棒１９８を挿通し、その先端である測温接点１９８Ａを上記接合ブロック１９２に接するようにし、外周ゾーンの温度を測定し得るようになっている。
【００７８】
また、この導電棒１９８の下端部側は、不活性ガス室１１２を区画する底板１０６の貫通孔２００を下方へ挿通され、この貫通孔２００の部分には伸縮可能になされたベローズ２０２が介設されている。尚、この場合にも、導電棒１９８の途中に、図４で説明したようなスプリング部材１２２を介在させて、導電棒１９８を上方へ押圧するようにしてもよい。
【００７９】
また、このスプリング部材１２２の機能を上記ベローズ１０４−１やベローズ２０２に持たせるようにしてもよい。この場合にも前述したと同様な作用効果を発揮することができ、更には、外周ゾーンと内周ゾーンとを個別に温度測定することができるので、載置台５８の温度（ウエハ温度）をより精度良く制御することができる。
【００８０】
尚、以上の実施例では、載置台５８に兼用電極６６を設け、これに兼用給電棒７８を介して静電チャック用の直流電圧と、バイアス用の高周波電力とを印加するようにしたが、これらを分離して設けるようにしてもよいし、或いはいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。例えば両者を分離させて設ける場合には、兼用電極６６と同様な構造の電極を上下に２つ設けて、一方をチャック電極とし、他方を高周波電極とする。そして、チャック電極には機能棒体としてチャック用給電棒を電気的に接続し、高周波電極には高周波給電棒を電気的に接続する。これらのチャック用給電棒や高周波給電棒がそれぞれ保護管６０内に挿通される点及びその下部構造は他の機能棒体６２と全く同じである。
また上記兼用電極６６と同じ構造のグランド電極を設けて、これに接続される機能棒体６２の下端を接地して導電棒として用いることにより、上記グランド電極を接地するようにしてもよい。
【００８１】
また、本実施例ではプラズマを用いた処理装置を例にとって説明したが、これに限定されず、載置台５８に加熱手段６４を埋め込むようにした載置台構造を用いた全ての処理装置、例えば成膜装置、エッチング装置、熱拡散装置、拡散装置、改質装置等にも適用することができる。従って、兼用電極６６（チャック電極や高周波電極を含む）や熱電対８０及びそれらに付属する部材を省略することができる。
【００８２】
更には、ガス供給手段としてはシャワーヘッド部２４に限定されず、例えば処理容器２２内へ挿通されたガスノズルによりガス供給手段を構成してもよい。
また更には、温度測定手段として、ここでは熱電対８０、１９６を用いたが、これに限定されず、放射温度計を用いるようにしてもよい。この場合には、放射温度計に用いられる光を導通する光ファイバが機能棒体となり、この光ファイバが保護管６０、６０−１内に挿通されることになる。
【００８３】
また上記実施例では１本の保護管６０内へ１本の機能棒体６２を収容する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、１本の保護管内へ複数本の機能棒体を収容するようにしてもよい。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る載置台構造を有する処理装置を示す断面構成図である。
【図２】載置台に設けた加熱手段の一例を示す平面図である。
【図３】図１中のＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。
【図４】図１中の載置台構造の加熱手段の内側ゾーンに対応する部分を代表的に取り出して示す部分拡大断面図である。
【図５】図４中の載置台構造の組み立て状態を説明するための説明図である。
【図６】機能棒体が熱電対の導電棒の場合を示す部分拡大断面図である。
【図７】載置台と支柱との連結構造の第１変形例を示す部分断面図である。
【図８】図７中のＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。
【図９】載置台と支柱の連結構造の第２変形例を示す部分拡大断面図である。
【図１０】熱電対の変形例を説明するための載置台構造を示す断面図である。
【図１１】従来の載置台構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
２０  処理装置
２２  処理容器
２４  シャワーヘッド部（ガス供給手段）
３８  高周波電源
４８  真空排気系
５４  載置台構造
５６  支柱
５８  載置台
６０，６０−１  保護管
６２  機能棒体
６４  加熱手段
６６  兼用電極
６８  発熱体
６８Ａ  内周ゾーン発熱体
６８Ｂ  外周ゾーン発熱体
７０，７２，７４，７６  ヒータ給電棒
７８  兼用給電棒
８０  熱電対
８２  導電棒
９０  挿通孔
１１２  不活性ガス室
１２２  スプリング部材
１４６  直流電源
１４８  高周波電源
１７３  連結ピン
１８４  孔付きボルト
１９０  締付ナット
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体
【図１】
2009054871.tif 000003
【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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