JP4397271B2

JP4397271B2 - 処理装置

Info

Publication number: JP4397271B2
Application number: JP2004142366A
Authority: JP
Inventors: 伸也西本; 政一樋熊; 慎司武藤; 尚藤原; 博之中山; 義紀島貫
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: JP2005033181A

Description

本発明は、例えば基板を静電チャックに吸着保持させて、前記基板に対して真空処理を行う装置に関する。

半導体デバイスの製造工程の中には、例えばエッチングやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）による成膜処理等のように基板の処理を真空雰囲気にて行うものが多数あり、このような処理を行う真空処理装置は、例えば図１７に示すように、処理容器９内に下部電極を兼用する半導体ウエハ（以下、ウエハという。）Ｗの載置台９１を配置すると共に、この載置台９１の上方側に上部電極をなすガス供給室９２を設けるように構成されている。そして前記載置台９１に高周波電源９１ａよりプラズマ発生用の高周波を印加して、当該載置台９１とガス供給室９２との間でプラズマを発生させ、このプラズマによりガス供給室９２から処理容器９内に導入された処理ガスを活性し、これにより載置台９１に載置されたウエハＷに対して所定の処理を行うように構成されている。

ところで前記載置台９１は支持部９３の上面に静電チャック層９４と、この静電チャック層９４の側方を囲むように設けられる導電性のリング体９５とを設ける構成とされている。前記静電チャック層９４は、例えばタングステンからなるシート状のチャック電極９４ａの表裏を誘電体例えばアルミナからなる絶縁層９４ｂにて挟んだ構成とされており、図示しない直流電源からチャック電極９４ａに直流電圧（チャック電圧）を印加し、これにより生じるクーロン力によってウエハＷを吸着保持できるようになっている。なお、図１７中９６は処理容器９内の雰囲気を外部に排出するための排気路である。

このような静電チャック層９４は、例えば一般的に、支持部９３の上面に、下面側の絶縁層９４ｂを構成するアルミナと、チャック電極９４ａを構成するタングステンと、上部側の絶縁層９４ｂを構成するアルミナと、をこの順序で溶射することにより形成されている。

しかしながら上述の方法にて作成された静電チャック層９４は、チャック電極９４ａへの直流電圧の印加を停止した後も残留吸着力が大きい。また溶射すると溶射表面が突き出る構造になるため、この先端から膜剥れが発生してパーティクルとなり、ウエハの裏面側に当該パーティクルが付着してしまう。さらにプラズマ処理を行った場合等に、載置台９１近傍領域等の処理容器９の内部に付着したデポジションを除去するために、静電チャック層９４の上面に何も載置していない状態で、処理容器９内に酸素ガスを導入し、この酸素ガスのプラズマによりクリーニングを行う場合があるが、前記酸素ガスのプラズマにより静電チャック層９４の表面が損傷してしまうという問題がある。

このようなことから、静電チャック層として焼結板を用いることが検討されており、特許文献１には具体的な構造が記載されている。ここで焼結タイプの静電チャック層を用いた載置台では、例えば図１８に示すように、例えばタングステンよりなる電極９７ａを絶縁層９７ｂにより被覆した構成の焼結板９７よりなる静電チャック層９７を、例えばアルミニウム等により構成された支持部９３にシリコン系の接着性樹脂よりなる接合層９８にて接合するように構成されている。

ところで上述の載置台９１では、支持部９３に図示しない冷媒流路が形成されており、この冷媒流路に所定温度に調整された冷媒を通流させることにより、当該支持部９３の表面を所定の基準温度に調整している。そしてプラズマからの入熱により高温となるウエハの熱を支持部９３に逃がすことにより、ウエハ温度が所定温度に制御されるようになっている。

しかしながら上述の焼結タイプの静電チャック層９７では、この静電チャック層９７と支持部９３との間に接合層９８が設けられているが、この接合層９８を構成するシリコーン系接着性樹脂は熱伝導率が低いことから、ウエハＷの熱が支持部９３に伝わりにくく、平衡温度が高い上に、ウエハ温度が所定のプロセス温度に安定するまでの温度調整に時間がかかってしまう。このようにウエハの温度調整に時間がかかると、処理開始後直ちにプロセスに移行できないので、結果としてスループットが低下してしまう。

さらに接合層９８の側周面の周囲にはフォーカスリング９５が設けられているが、両者の間にはわずかな隙間があるため、処理中に接合層９８の側周面が処理ガスの活性化により生成される活性種に晒されてしまう。ここで接合層９８を構成するシリコーン系接着性樹脂は特にフッ素（Ｆ）ラジカルに対する耐侯性が小さいので、フッ素ラジカルを生成するプロセス例えばフッ素を含むプロセスガスを用いるエッチングにおいては、フッ素ラジカルによってシリコーン系接着性樹脂の側周面が浸食される。浸食された接着性樹脂の側周部位は熱伝導性が悪くなるので、プラズマからウエハに入熱した熱が接着性樹脂の側周面から逃げ難くなる。よって接合層９８の浸食に伴ってウエハＷの外周部の温度が上昇し、結果的に処理の均一性例えばエッチング速度の面内均一性が悪くなり、早期に静電チャック層９７の交換が必要になるという問題がある。

特開平７−３３５７３１号公報（請求項１、段落００８０、段落００８１、段落００８２）

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、静電チャック層と支持部とを接着する接合層の熱伝導率を高めることにより、基板が所定温度に安定するまでの時間を短縮することができる技術を提供することにある。また本発明の他の目的は、プラズマにより生じた活性種による前記接合層の劣化を抑えることのできる技術を提供することにある。

また本発明の処理装置は、基板に対してプラズマ処理を行うため処理容器と、
前記処理容器に設けられると共に、チャック電極に電圧を印加することにより、前記基板を前記静電吸着力により保持するための、チャック電極を絶縁層で被覆してなる静電チャック層と、
この静電チャック層を支持するための静電チャック層とは材質が異なる支持部と、
この支持部と静電チャック層との間に支持部と静電チャック層とを接合するために設けられる接合層と、
プラズマにより生じる活性種から前記接合層を保護するために前記接合層の側周面を被覆するように設けられた柔軟な熱収縮チューブと、を備えたことを特徴とする。

前記熱収縮チューブの材質としてフッ素樹脂を用いることが望ましい。このフッ素樹脂の好適な例としては、例えばＰＦＡ、ＦＥＰ及びＰＴＦＥなどを挙げることができる。また、被覆部材としてフッ素樹脂以外の材質を用いる場合には、その表面部をフッ素によりコーティングすることが好ましい。

さらにまた、被覆部材を用いる発明においては、静電チャック層及び支持部を接合層よりも外方側に突出させて、これらにより凹部を形成し、被覆部材が凹部内における静電チャック層及び支持部の表面をその復元力により押圧している状態で当該凹部内に嵌合されている構成としてもよい。なお、接合層としては例えばシリコーン系接着性樹脂またはアクリル系性樹脂を用いることができる。

また、プラズマを発生させるために支持部に高周波電源を供給する構成とする場合には、静電チャック層と支持部との間に、その比誘電率が接合層の比誘電率と同等であるスペーサが介在している構成を採用してもよく、この場合、前記スペーサは、例えばセラミック片であり、前記接合層は、例えば接着性樹脂にセラミック粉末をフィラー材料として混合したものが用いられる。また前記接着性樹脂としては、例えばシリコーン系接着性樹脂またはアクリル系接着性樹脂が用いられる。ここでいう同等とは、前記スペーサの比誘電率をε１、接合層の比誘電率をε２とすると、０．９ε２≦ε１≦１．１ε２が成立するという意味である。このように、スペーサと接合層との比誘電率を同等にすれば、高周波電圧に対するインピーダンスが平面方向で均一になり、従って高周波電力の効率が平面方向で均一になるので、面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。

本発明によれば、接合層の側周面を被覆するように柔軟な熱収縮チューブを設けたので、同様にプラズマにより生じた活性種による接合層の劣化を抑えることができる。さらにこの熱収縮チューブは柔軟な材質であるため、加熱により静電チャック層及び支持部とに熱膨張が生じてもこれを吸収して追随できるので、脆性破壊したり隙間を生じるおそれがなく密着状態が維持できる。

〔第１の実施の形態〕
本発明に係る処理装置の第１の実施の形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本実施の形態に係る処理装置であるエッチング装置の一例の全体構造を示す縦断面図である。図中１は処理容器をなす真空チャンバであり、例えばアルミニウムにより気密構造をなすように形成されている。この真空チャンバ１内にはガスシャワーヘッド（処理ガス供給部）を兼ねる上部電極１１と、下部電極を兼ねる載置台２とが対向して設けられており、底面には図示しない真空ポンプと連通する排気口１０が形成されている。また真空チャンバ１の側壁部には基板である半導体基板、例えばシリコン基板であるウエハＷを搬入出するための開口部１２、１３が形成されており、夫々ゲートバルブＧにより開閉自在とされている。この側壁部の外方には開口部１２、１３を上下に挟む位置に、例えば夫々リング状をなす永久磁石１４、１５が設けられている。

上部電極１１は、底面に多数の孔部１６が形成されると共に上面には図示しないガス供給源から延びるガス供給管１７が接続されており、このガス供給管１７から供給される処理ガスは、上部電極１１内に形成される処理ガス流路１８にて拡散し、孔部１６を介して載置台２表面に載置されたウエハＷの表面へと向かうように構成されている。また上部電極１１は接地されている
次いで本実施の形態の要部をなす載置台２について詳細に説明する。載置台２は例えば円柱状に形成され、導電性例えば金属製の支持部をなす支持部２１の上面に静電チャック層３を備えた構成とされている。前記支持部（載置台本体）２１は例えばアルミニウムにより構成されており、内部には冷媒流路２２が形成され、この冷媒流路２２に温調部２３により所定の温度に調整された冷媒を冷媒供給手段２４を介して通流させることにより、支持部２１の表面温度が所定の基準温度例えば１０℃〜６０℃程度に制御されるようになっている。前記冷媒流路２２、冷媒供給手段２４、冷媒の温調部２３が本発明の冷却手段に相当する。

前記静電チャック層３は例えばタングステンよりなるシート状のチャック電極３１と、このチャック電極３１の表裏面を挟むように設けられる絶縁体例えばアルミナよりなる絶縁層３２との焼結体として構成され、例えば厚さが１ｍｍ〜２ｍｍ程度の板状体よりなる。前記チャック電極３１は、抵抗Ｒ１を介して直流電源３３と接続されている。載置台２は静電チャック層３が組み合わせて設けられた構成となっており、この絶縁層３２の表面部（上面）によりウエハＷが吸着保持される。

前記焼結体よりなる静電チャック層３は、例えばアルミナの粉体とバインダとを混合し加圧焼成したものを上層分と下層分として２枚用意し、下層側の前記加圧焼成体の上面にタングステンの粉体とバインダとを混合したものを塗布する。次いでこの上面に上層側の前記加圧焼成体を設けて、さらに加圧焼成することにより形成されている。

前記支持部２１と静電チャック層３との間には、支持部２１と静電チャック層３とを接合するための接合層４が設けられている。この接合層４は、例えば熱伝導率の高い多孔質セラミックス４１に接着性樹脂を含浸させたものにより構成された、厚さが０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の板状体よりなり、前記支持部２１上面と静電チャック層３下面とを前記多孔質セラミックス４１の裏表面に夫々接触させるように設けられる。前記多孔質セラミックス４１は、例えば０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ〜２８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有する材質例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等により構成される。

このような多孔質セラミックスの製造方法の一例を説明すると、次の通りである。先ず原料粉末に焼結助剤又は不純物を調合し、ＣＩＰ（ＣｏｌｄＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓ）法などにより成形する。次いで前記成形体を常圧または加圧しながら焼成し、この後表面研磨などの機械加工を施した後、洗浄することにより製造される。また前記接着性樹脂としては、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度のシリコーン系接着性樹脂又はアクリル系接着性樹脂を用いることができる。

そして接合層４は、例えば上述の方法にて形成された多孔質セラミックス４１に前記接着性樹脂を含浸させることにより形成されるが、この接合層４の形成方法の一例を図３を用いて説明する。図３（ａ）は多孔質セラミックス４１の状態を示し、この前記多孔質セラミックス４１の表面に接着性樹脂を塗布する（図３（ｂ）参照）。このように前記接着性樹脂を多孔質セラミックス４１に塗布すると、前記接着性樹脂が多孔質セラミックス４１の表面近傍領域の孔部４２に入り込み、徐々に多孔質セラミックス４１の内部まで浸透していく。こうして多孔質セラミックス４１の孔部４２に接着用樹脂が入り込んだ状態になるが、この状態を本発明では多孔質セラミックス４１に接着性樹脂を含浸させた状態という（図３（ｃ）参照）。またこの形成方法において、接着性樹脂としては熱可塑性のものが用いられる。

このようにして多孔質セラミックス４１に前記接着性樹脂を含浸させた後、この接合層４の側周面の周囲に保護層５を形成する。この保護層５（図示の便宜上図１では示していない）は、接合層４の側周面と、処理ガスのプラズマ化により生じる活性種（ラジカル）との接触を抑え、接合層４のラジカルによる変質を防止するために形成されるものである。このため保護層５は、ラジカルにエッチングされない材質例えばシリカ等の無機系材料により形成される。そして例えば図３（ｄ）に示すように前記無機系材料よりなる保護層５の成分を溶媒に溶解させた液体状の保護層用溶液を、上述のように形成された接合層４の側周面に塗布することにより、例えば接合層４の側周面から１ｍｍ程度内側の領域４３まで、前記保護層用溶液を含浸させる（図３（ｅ）を参照）。

次いでこの接合層４に対して図３（ｆ）に示すように例えば８０℃程度の温度で加熱処理（キュア処理）を行うことにより、前記保護層用溶液を固化させる。これにより前記接合層４が形成されると共に、当該接合層４の保護層用溶液が含浸された領域が保護層５として形成される。

こうして形成された接合層４は、熱伝導率の高い多孔質セラミックスに接着性樹脂を含浸させているので、接着性樹脂の熱伝導率が低くても、トータルの接合層の熱伝導率は例えば２０Ｗ／ｍ・Ｋ〜４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度となる。

さらに説明を図１に戻すと、前記載置台２の静電チャック３の周囲には、導電部材をなすリング部材６が設けられている。前記リング部材６は、真空チャンバ１内に発生するプラズマを、載置台２に載置されたウエハＷよりも広げて、ウエハ面内のエッチングレートの均一性を向上させるという役割を果たすものであり、導電体例えばシリコン（Ｓｉ）により構成されている。さらに前記載置台２の内部には、ウエハＷの受け渡しを行うための図示しない昇降部材が設けられており、前記載置台２の例えば支持部２１には、コンデンサＣ１及びコイルＬ１を介してプラズマ発生用高周波を印加するための高周波電源２５が接続されている。

ここで前記載置台２の具体的な製造方法の一例について図４により記載する。例えば図４（ａ）に示すように、支持部２１の上に接着性樹脂を塗布し、この上に多孔質セラミックス４１を載置する。次いで前記多孔質セラミックス４１表面に接着性樹脂を塗布することにより多孔質セラミックス４１に接着性樹脂が含浸された接合層４を形成する。次に図４（ｂ）に示すように、前記接合層４の上に上述の手法にて形成された焼結体よりなる静電チャック層３を載置する。続いて図４（ｃ）に示すように前記接合層４の周囲に保護層５を形成するための保護層用溶液を塗布する。続いて図４（ｄ）に示すように所定の温度例えば１３０℃で所定時間キュア処理を行い、接合層４の接着用樹脂を軟化させた後冷却して再び接着性樹脂を固化すると共に保護層５を形成し、こうして載置台２を製造する（図４（ｅ）参照）。図３または図４に示すように、前記接合層は、別途形成するか、あるいは、支持部上で形成することができる。

次いで本実施の形態の作用について説明する。先ずゲートバルブＧを開き、開口部１２（または１３）を介して図示しない搬送アームにより、ウエハＷが真空チャンバ１内の、静電チャック層３の表面に載置される。そして搬送アームが退出してゲートバルブＧを閉じた後、排気口１０を介して真空チャンバ１内の真空引きを行って、例えば内部圧力が１０^-2〜１０^-3Ｐａに維持されるように調節を行う。このときチャック電極３１に直流電圧が印加され、ウエハＷはクーロン力により静電チャック３層の表面に保持される。

そしてウエハＷに向けて処理ガス例えばＣ4Ｆ8ガスの供給を行うと共に、下部電極をなす載置台２に高周波電源２５から高周波電圧を印加してプラズマを高密度化する。これにより処理ガスが活性化され、この活性種により、ウエハＷ表面の例えばシリコン酸化膜のエッチングが行われる。

この際ウエハＷはプラズマに晒されて、例えばウエハＷは高温に加熱されるが、支持部２１の表面は冷媒流路２２により基準温度例えば６０℃に設定されているため、前記ウエハＷの熱は静電チャック層３、接合層４を介して支持部２１に速やかに移動していき、このプラズマによるウエハＷの加熱と支持部２１の基準温度により、処理中のウエハＷの温度は所定のプロセス温度例えば１００℃に制御される。こうしてエッチングが終了した後、搬入時と逆の順序でウエハＷが真空チャンバ１から搬出される。

このような構成では、熱伝導率が高い多孔質セラミックス４１に接着性樹脂を含浸させてなる接合層４にて支持部２１と静電チャック層３とを接合しているので、高い接着力を確保しながら、当該接合層４の熱伝導率を高くすることができる。つまり静電チャック層３と支持部２１との接着剤としては接着力の高いシリコーン系接着性樹脂が用いることが望ましいが、このシリコーン系接着性樹脂は熱伝導率が低い。このためシリコーン系接着性樹脂をそのまま用いるのではなく、熱伝導率の高い多孔質セラミックス３１に含浸させ、この多孔質セラミックス３１と接着性樹脂との組み合わせにより接合層４を形成することにより、高い接着力と、高い熱伝導率を同時に確保することができる。

このため上述の接合層４を用いることにより、シリコーン系接着性樹脂により支持部２１と静電チャック層３とが十分に接着されると共に、これら支持部２１と静電チャック層３との間にて多孔質セラミックス４１を介して速やかに熱伝導が行われる。これによりプラズマの入熱によって高温となったウエハの熱が静電チャック層３、接合層４を介して速やかに支持部２１に向けて逃げて行くので、ウエハＷと支持部２１との間の熱の授受が速やかに行われ、ウエハＷ温度の調整が容易となり、プラズマの入熱により高温となるウエハの温度が短時間でウエハＷ温度が所定温度に冷却され、安定する。このようにプロセス開始時から短時間でウエハＷ温度が安定するので、プロセスを直ちに開始でき、トータルの処理時間が短縮され、スループットの向上を図ることができる。

この様子を図５に示すが、図中実線は、本発明の接合層４を用いた場合、点線は接合層としてシリコーン系接着性樹脂のみを用いた場合の、ウエハ温度と処理時間との関係を示している。このように本発明の接合層４を用いた場合には、プラズマの入熱と接合層４を介しての支持部２１による冷却とにより、ウエハの温度は瞬時に所定のプロセス温度に安定する。一方シリコーン系接着性樹脂を接合層として用いた場合には、シリコーン系接着性樹脂の熱伝導率が低いので、プラズマにより高温となったウエハの熱が支持部２１へと移動しにくく、処理時間が長くなるにつれてウエハ温度は徐々に高くなっていき、なかなか所定温度に安定しない状態となる。

このように上述の構成では、接合層４の熱伝導率が高く、ウエハＷと支持部２１との間で熱の授受が速やかに行われるので、ウエハＷが冷却されやすく、ウエハＷと支持部２１の温度差を短時間で小さくすることができる。これによりこの場合には支持部２１の基準温度を従来よりも高く設定することができ、支持部２１の冷却手段の冷却能力を低く設定することができるので、冷却システムの負荷が軽減され、より温度制御が容易となる。

ここで接合層４の接着力と熱伝導率とは、多孔質セラミックス４１への接着性樹脂の含浸の程度に依存し、多孔質セラミックス４１への接着性樹脂の含浸の程度が大きければ接着力が大きくなり、熱伝導率は低下する。また多孔質セラミックス４１への接着性樹脂の含浸の程度が小さければ接着力が小さくなり、熱伝導率は高くなる。

一方多孔質セラミックス４１への接着性樹脂の含浸の程度は、多孔質セラミックス４１の気孔率に依存し、前記気孔率が大きければ含浸の程度が大きくなり、前記気孔率が小さければ含浸の程度が小さくなる。このため十分な接着力を確保しながら、熱伝導率を高めるためには、例えば多孔質セラミックス４１の気孔率の最適化を図ることが要求される。

さらにまたウエハＷの熱は、静電チャック層３と接合層４を介して支持部２１に移動するので、ウエハＷの温度制御を容易にするには静電チャック層３と接合層４との熱伝導率を揃えることが望ましく、既述の焼結体よりなる静電チャック層３の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下程度であることから、接合層４の熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下程度であることが望ましい。

さらに上述の接合層４では、プラズマにより生成した処理ガスの成分のラジカルが接合層４とリング体６との間に入り込み、接合層４の外周面に接触したとしても、当該接合層４の外周面にはラジカルに対して耐侯性があり、ラジカルによりエッチングされない材質により保護層５が形成されているので、接合層４自体がラジカルに接触することが抑えられる。このため接合層４の熱伝導率や接着力の経時変化が発生しにくく、長期間に亘って安定した処理を行うことができ、載置台２の寿命を長くすることができる。

次に本発明の効果を確認するための実験について述べると、多孔質セラミックス４１として、直径３００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、孔部の大きさの平均が３０μｍ、気孔率が５０％の円板状の窒化アルミニウムを用い、図４にて説明した手法にて載置台２を製造した。この際、静電チャック層としては、タングステンよりなる電極をアルミナで被覆した焼結体である厚さ１ｍｍのものを用いた。また接着性樹脂や保護層５を固化させるための加熱処理は、例えば１３０℃にて１５分間行った。

このように形成された接合層４の熱伝導率を測定したところ２２Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度のシリコーン系接着性樹脂と比較して、１０倍程度に高い熱伝導率を確保できることが認められた。

さらにこの本発明の載置台２を組み込んだ処理装置において上述のエッチングプロセスを積算で３０００Ｈ実施して、プロセス毎に接合層４の熱伝導率を測定したところ、ほとんど接合層４の熱伝導率の変化が認められないことから、保護層５の形成により、ラジカルによる接合層４の劣化が抑えられることが認められ、載置台３の寿命を長くすることができることが理解される。

以上において本発明では、静電チャック層３は焼結体により構成したものに限らず、溶射により構成したものであってもよい。この場合には、支持部２１に接合層４を載置した後、この接合層４の上面に静電チャック層３を溶射することが行われる。また本発明は、エッチング処理のみならず、成膜処理やイオン注入処理の他、アッシング等の処理にも適用可能である。

〔第２の実施の形態〕
さらに本発明の他の実施の形態について説明する。図６は、この実施の形態に用いられる載置台７を示す図である。この実施の形態に係る処理装置（エッチング装置）の他の部分は、図１と同様の構成である。また、図６において、図２と同一の符号は、同一部分を示している。接合層７０は、静電チャック層３と支持部２１とを接合するためのものであり、例えばシリコーンゴム系の接着剤からなる。そして接合層７０の側周面には、プラズマにより生じる活性種例えばフッ素ラジカルやフッ素イオンから前記接合層７０を保護するための柔軟な被覆部材７１が設けられている。また、図６（ａ）の一部を拡大した図６（ｂ）に示すように、支持台２１の上面中央部、即ち、静電チャック層３に接合される部位である凸部の周縁部には溶射膜７２が形成されている。この溶射膜７２は、プラズマの異常放電の発生を防止するために、絶縁部として形成されたものである。

前記被覆部材７１としては、例えばフッ素樹脂からなる熱収縮チューブが用いられる。このフッ素樹脂を具体的に挙げると例えば四フッ化エチレンペルフォルオロアルコキシビニルエーテル（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）及び四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）などを挙げることができる。フッ素樹脂を用いる利点としては、フッ素樹脂は耐熱性が高く、例えばＰＦＡでは２６０℃、ＦＥＰでは２００℃の温度まで耐えることができ、また、ガス透過性が低いので、活性種を接合層７０まで透過させないし、フッ素樹脂の表面が活性種と反応しても消耗し難いといった点が挙げられる。さらにフッ素樹脂は含有不純物が少ないため、フッ素樹脂を長時間使用することでフッ素樹脂の表面が活性種と反応して消耗しても、不純物が飛散しないという特性がある。また、熱収縮チューブは、所定温度の熱を加えると収縮し、一回収縮してしまうと元の大きさには戻らないという特性がある。例えば載置台７が直径２００ｍｍのウエハを載置するためのサイズである場合に用いられる熱収縮チューブの特性の例を挙げると、ＦＥＰからなる直径２０６ｍｍの熱収縮チューブを例えば１５０〜２００℃の温度で加熱すると、その直径が２０６ｍｍから１６０ｍｍに収縮する。あるいは、ＰＦＡからなる直径２１１ｍｍの熱収縮チューブを例えば１５０〜２００℃の温度で加熱すると、その直径が２１１ｍｍから１８５ｍｍに収縮する。この収縮特性により、例えば載置台７の外周が完全な円形でなくても、側周面全体を被覆することができる。

次に、接合層７０の側周面に被覆部材７１である熱収縮チューブを装着する具体的な方法について図７を参照しながら説明する。図７（ａ）に示すように例えばその上に接合層７０を介して静電チャック層３が設けられた支持部２１の中央の凸部及び静電チャック層３の外周を囲むように静電チャック層３の直径よりも僅かに大きい、熱収縮チューブを輪切りにしたリング状の熱収縮チューブを支持部２１の上に設置する。そして、このままの状態で載置台７を恒温槽の中に入れ、例えば１３０℃程度の温度で加熱することで、図７（ｂ）に示すように熱収縮チューブは、熱により収縮して縮径化し、この内側に向かう収縮力によって静電チャック層３の側周面及び溶射膜７２で覆われた支持部２１の凸部の側周面に密着することになる。この時、載置するウエハのノッチやオリフラ部に対応して、載置台７の一部にＤカット部３ａ（静電チャック層３の側周面の一部に設けられた直線部）が設けられた場合でも、側周面全体を密着した状態で被覆することができる。そして、この載置台７を恒温槽から取り出し、真空チャンバ１内に設置される。なお、載置台７に当該載置台７を加熱するためのヒーターを取り付け、ヒーターの温度を上げて熱収縮チューブの縮径化を行えば、上記の恒温槽を用いる必要はない。

ＰＦＡやＦＥＰからなる熱収縮チューブは、一般に１５０〜２００℃の温度で加熱すると急速に収縮するが、１００〜１５０℃の温度で加熱しても収縮可能である。よって、耐熱性が１５０℃程度で、アルマイト被膜等が施されている一般的な静電チャック層３であっても、熱によるダメージを静電チャック層３に与えることなく熱収縮チューブを装着させることができる。

このようにして設けられた被覆部材７１は、接合層７０の側周面が処理室内雰囲気に晒されないようにするために、静電チャック層３及び支持部２１と密着しているが、接合層７０の側周面に対しては密着していてもよいし、隙間があってもよい。

また、上述した熱収縮チューブは、フッ素樹脂に限られず、シリコーンゴム、ポリオレフィンなどを用いてもよい。熱収縮チューブとしてフッ素樹脂以外の材質を用いる場合には、活性種によるその材質の劣化例えば樹脂の劣化を防止するために当該熱収縮チューブの表面をフッ素コーティングすることが望ましい。

ここで基材をフッ素コーティングする方法の一例について説明する。先ず、下地処理としてブラスト等により基材（ここでは、熱収縮チューブである。）の表面を粗面化し、粗面化された表面にプライマーを塗布し、加熱炉において焼成させる。そして、最後に表面にフッ素コーティング材料を塗布し、加熱炉において加熱し、焼成させる。この場合、最後の工程を複数回繰り返すことによって、基材の表面に所望のフッ素コーティング層を形成させるようにしてもよい。

なお、支持部２１、接合層７０及び静電チャック層３の側周面にフッ素コーティング材料を塗布し、加熱炉において加熱し、焼結させることで、支持部２１、接合層７０及び静電チャック層３の側周面に直接フッ素コーティング層を形成させてもよい。

このような実施の形態によれば次のような作用効果がある。第１の実施の形態で述べたようにエッチング処理時に処理ガス例えばＣ4Ｆ8ガス、ＮＦ3ガス、ＳＦ6ガスがプラズマ化され、フッ素ラジカルなどを含む活性種が生成される。このときプラズマ中の活性種群がウエハＷとリング体６との間に入り込むが、被覆部材７１は収縮力が作用した状態で装着されているので、つまり内側に締め付けられる力が作用した状態で静電チャック層３と支持部２１とに対して密着しているので、活性種と接合層７０の側周面との接触が阻止される。このため接合層７０に用いられる接着剤が浸食されないので接合層７０の熱伝導率が変化せず、従ってウエハの外周部の経時的な温度上昇が発生し難く、長時間に亘って安定した処理を行うことができ、載置台７の寿命を長くすることができる。特にＮＦ3ガス、ＳＦ6ガスを使った処理では、フッ素ラジカル濃度が高くなるため、従来構造で接合層７０がシリコーンゴム系の接着剤だと、接合層の浸食が激しく、寿命が極めて短命になるのに対し、本実施の形態によれば、載置台７の寿命を大幅に改善することができる。

また、エッチング処理時には静電チャック層３と支持台２１とがプラズマの熱により昇温して膨張するが、一般には静電チャック層３に用いられるセラミック板は支持台２１に用いられる金属基材よりも線膨張係数が小さいため、例えば被覆部材７１が硬質な材質で作られていると静電チャック層３及び支持台２１の熱膨張に追随できずに脆性破壊するか、あるいは隙間が形成されて剥れてしまう。これに対して当該被覆部材７１は柔軟であるため、静電チャック層３及び支持台２１の熱膨張に追随でき、脆性破壊や剥離のおそれもなく、密着状態が維持される。

また、前記被覆部材７１は熱収縮チューブに限らず、例えばゴムあるいはエラストマなどの弾性体を用いてもよい。このような弾性体のリングを広げた状態で支持部２１の凸部及び静電チャック層３の各側周面に跨って装着すれば、リングの復元力がこれら側周面に作用した状態で密着するので上述と同様な作用効果を呈する。この場合には、弾性体に対して既述のフッ素コーティング処理を施すことが好ましい。また、フッ素コーティング処理の代わりに、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングを施してもよい。なお、ＰＦＡからなる熱収縮チューブの末端をフッ化処理して安定化させた材料を用いれば、活性種等との反応時にフッ素イオンがより発生し難くなるため好ましい。

次に、被覆部材７１の密着構造の他の例について図８を参照しながら簡単に説明する。図８（ａ）は、静電チャック層３の周縁部を接合層７０よりも外方側に突出させ、その突出部分の下面を内方側に向かうにつれて低くなるように傾斜した傾斜面として形成すると共に、傾斜面と支持部２１における接合層７０よりも外方側に突出している部位の上面と接合層７０とにより形成された凹部７３内に、断面形状が円形状のＯリングなどと呼ばれるエラストマ製のリング体からなる被覆部材７１を嵌合させた構成である。このような構成にすると、静電チャック層３の前記傾斜面に沿って当該被覆部材７１が内側に向かって収縮し、そして凹部７３における接触面に対してその復元力により押圧した状態で嵌合するので、静電チャック層３及び支持部２１と被覆部材７１と間で高い密着性が得られる。また、図８（ｂ）は、静電チャック層３における周縁部の突出部分の下面と支持部２１とにより形成された断面形状が矩形の溝部７４に断面形状が角型の例えばエラストマからなる被覆部材７１を嵌入させて、前記接合層７０を保護するようにしたものである。

この第２の実施の形態で用いられる接合層７０は、シリコーン系接着性樹脂であってもよいし、アクリル系接着性樹脂であってもよい。また、それ以外の接着性樹脂であってもよい。

なお、実際にＰＦＡからなる熱収縮チューブを用いて、オリエンテーションフラットを有するウエハを載置するための載置台、即ち、オリエンテーションフラットを有するウエハ形状の相似形状として作成された載置台の表面部（静電チャック層及び支持部の表面部）に既述のようにして熱収縮チューブを密着させたところ、オリエンテーションフラットの部位も含めて載置台の表面部と熱収縮チューブとの間の隙間が全く見られず、ムラ無く密着していることを確認している。

〔第３の実施の形態〕
本発明に係る処理装置の第３の実施の形態について、説明する。図９は、本発明の実施にかかる処理装置であるプラズマ装置をエッチング装置に適用し、その装置の全体構造を示す縦断面図である。図中１２０は例えばアルミニウムなどの導電性部材からなり、気密に形成された処理容器であり、この処理容器１２０は接地されている。当該処理容器１２０には、所定の処理ガスを導入するためのガス供給部であるガスシャワーヘッドを兼ねた上部電極１３０と、被処理基板であるウエハＷを載置するための下部電極を兼ねた載置台１４０とが互いに対向するようにして設けられている。また処理容器１２０の底部には排気管１２１が接続されており、この排気管１２１には真空排気手段例えばターボ分子ポンプやドライポンプなどの真空ポンプ１２２が接続されている。更に処理容器１２０の側壁には、開閉自在なゲートバルブ１２３ａを備えた、ウエハＷの搬入又は搬出するための開口部１２３が設けられている。

前記上部電極１３０の下面側には、ガス供給路１３１と連通する多数のガス拡散孔１３２が穿設されており、前記載置台１４０上に載置されたウエハＷに向かって処理ガスが供給されるように構成されている。更に前記ガス供給路１３１は、基端側が流量調整部１３１ａを介してガス供給源１３１ｂに接続されている。また上部電極１３０には、ローパスフィルタ１３３を介して、例えば６０ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を供給するための高周波電源部１３４に接続されている。更にまた、上部電極１３０の周囲には、環状の石英からなるシールドリング１３５が上部電極１３０の外周部に嵌合されて設けられている。

前記載置台１４０は、導電性部材例えばアルミニウムなどからなる円柱状の支持部（載置台本体）１５０を備えており、この支持部１５０の表面には静電チャック層１６０が設けられている。この静電チャック層１６０は、図１０にも示すように誘電体例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などのセラミックスからなる誘電体プレートであるセラミックプレート１６１内に箔状のチャック電極１６２を埋設して構成され、セラミックプレート１６１の厚さは例えば１〜５ｍｍである。ここで用いられるセラミックスとしては、アルミナ以外に、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、窒化鉛（ＰｂＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などが用いられる。

支持部１５０の表面と静電チャック層１６０との間には、複数のスペーサ１７１が介在しており、更にその隙間には接合層１７２が形成されている。スペーサ１７１は例えば厚さ０．０１〜０．１ｍｍ、直径１〜５ｍｍの円形状に形成されたセラミック片であり、例えば図１１に示すように支持部１５０の中心部に１個と、その他放射状に複数個設けられている。セラミック片としては静電チャック層１６０の材質として掲げたものを用いることができ、例えば静電チャック層１６０のセラミックプレート１６１と同じ材質のものが用いられる。スペーサ１７１及び接合層１７２が配置される隙間の高さ（静電チャック層１６０と支持部１５０との離間距離）は例えば０．０１〜０．１ｍｍとされる。静電チャック層１６０を支持部１５０の上に接着する工程は、先ず支持部１５０の上に熱硬化性接着性樹脂を塗布し、その接合層１７２にスペーサを埋め込み、その上にセラミックプレートを置いて押圧した後、加熱して接着性樹脂を硬化させるようにして行われる。なおその後セラミックプレート１６１の表面を研削して平面度を出す工程が行われる。

更に接合層１７２としては、例えばシリコーン系接着性樹脂またはアクリル系接着性樹脂にセラミック粉末をフィラー材料として混合したものを用いることができる。そしてスペーサ１７１と接合層１７２とは比誘電率が同等になるように構成材料が選定されている。ここでいう同等とは、前記スペーサ１７１の比誘電率をε１、接合層１７２の比誘電率をε２とすると、０．９０ε２≦ε１≦１．１０ε２が成立するという意味である。本発明の目的からすればε１＝ε２であることが理想であるが、実際にはフィラー材料の配合比などを調整して両者の比誘電率を揃えるようにするため、両者の間で１０％程度のばらつきを生じることがある。

フィラー材料として使用するセラミック粉末としては例えばスペーサ１７１を構成するセラミック片と同種のものを用いることができるが、異なるものを用いてもよい。また例えばスペーサ１７１の比誘電率よりも高い比誘電率のセラミック粉末を用い、このセラミック粉末とスペーサ１７１の比誘電率よりも低い接着性樹脂とを混合してスペーサ１７１の比誘電率と同等の比誘電率になるように調整してもよい。更に同種のセラミックス例えばアルミナであっても比誘電率は様々であることから、スペーサ１７１の比誘電率よりも高い比誘電率のセラミック粉末を用いる場合、セラミック粉末（フィラー）としては比誘電率の高いアルミナを用い、スペーサ１７１としては比誘電率の低いアルミナを用いるようにしてもよい。

なおスペーサ１７１としてはセラミック片に限られるものではないが、比誘電率が大きい材料例えば比誘電率が９．０以上の材料であるセラミック片を用いることが、高周波の効率を高くすることつまりエッチングレートを大きくするという点で好ましい。

静電チャック層１６０のチャック電極１６２には、スイッチ１６３を介して直流電源部１６４が接続されており、チャック電極１６２に直流電圧を印加することによりセラミックプレート１６１におけるチャック電極１６２の上層部に発生する例えば静電引力によりウエハＷを静電吸着するように構成されている。静電チャック層１６０の周囲には、当該静電チャック層１６０に吸着保持されたウエハＷの周囲を囲むようにしてフォーカスリング１６５が設けられ、更に例えば石英からなるカバーリング１６６が設けられている。

また前記支持部１５０には、ハイパスフィルタ１５１を介して例えば２ＭＨｚの周波数を有するバイアス用の電圧を印加する高周波電源部１５２が接続されている。更にまた支持部１５０内には、流入路１５３及び流出路１５４が接続され、例えば１２０℃の温調媒体が通流するための温調手段をなす温調流体流路１５５が設けられている。この温調手段はウエハＷがプラズマから熱を受けときにその熱を吸熱してウエハＷの温度を設定温度に調整する役割を持っている。載置台１４０は処理容器１２０の下部に設けられた昇降機構１５６により昇降自在に構成されると共に、載置台１４０内部にはウエハＷを図示しない搬送アームに対して受け渡しを行うための昇降ピン（図示せず）を備えている。なお１５７はプラズマが載置台１４０の下に入り込まないようにするためのベローズである。

続いて上述のエッチング処理装置の作用について説明する。先ずゲートバルブ１２３ａを開放し、レジスト膜からなるマスクパターンが表面に形成されたウエハＷを図示しないロードロック室から処理容器１２０内に搬入して、載置台１４０の静電チャック層１６０上に載置し、この後ゲートバルブ１２３ａを閉じて処理容器１２０を気密な状態にする。そして真空ポンプ１２２により処理容器１２０内を真空排気する一方で、ガス供給管１３１を介して処理ガス例えばＣ_４Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_６などのハロゲン化炭素ガス、酸素ガスおよびアルゴンガスを含むエッチングガスを所定の流量で導入し、ガス拡散孔１３２を介してウエハＷの表面に向けて均一に噴射させ、処理容器１２０内を例えば数十ｍＴｏｒｒの真空度に維持する。そして処理容器１２０内に供給されたエッチングガスは、ウエハＷの表面に沿って径方向外方に向かって流れ、載置台１４０の周囲から均一に排気される。

更に続いて、上部電極１３０に高周波電源部１３４から例えば６０ＭＨｚの高周波電圧を例えば１８００Ｗで印加し、更に例えば１秒以下のタイミングをあけて載置台１４０に高周波電源部１５２から例えば２ＭＨｚのバイアス用の電圧を例えば１８５０〜２２５０Ｗで印加する。高周波電源部１３４からの高周波はウエハＷに到達し、更に静電チャック層１６０を通ってスペーサ１７１または接合層１７２を介して支持部１５０に到達し、ハイパスフィルタ１５１にてアースに流れる。一方バイアス用の高周波電源部１５２からの高周波は、支持部１５０からスペーサ１７１または接合層１７２を介して静電チャック層１６０に到達し、更にウエハＷに達する。この結果高周波電源部１３４からの高周波により処理ガスであるエッチングガスがプラズマ化し、このプラズマの活性種が高周波バイアスのかかっているウエハＷ表面に向かって高い垂直性をもって入射し、例えばシリコン酸化膜およびレジスト膜が所定の選択比でエッチングされる。

ここで図１２は、スペーサ１７１の投影領域における高周波の通路（スペーサ１７１を含む上下方向の領域）Ｐａと、接合層１７２においてスペーサ１７１の投影領域と同じ大きさの投影領域における高周波の通路Ｐｂとについて、等価回路を示したものである。Ｃ１はスペーサ１７１の静電容量、Ｃ２は接合層１７２の静電容量、Ｃ３は静電チャック層１６０の静電容量であるとすると、前記通路Ｐａにおいて静電チャック層１６０及びスペーサ１７１の合計静電容量Ｃａは、（１）式で表される。
Ｃａ＝Ｃ１・Ｃ３／（Ｃ１＋Ｃ３）
＝(ε0・ε1／d)・(ε0・ε3／d3)・S／｛(ε0・ε1／d)＋(ε0・ε3／d3)｝（１）
また通路Ｐｂにおいて静電チャック層１６０及び接合層１７２の合計静電容量Ｃｂは（２）式で表される。

Ｃｂ＝Ｃ２・Ｃ３／（Ｃ２＋Ｃ３）
＝(ε0・ε2／d)・(ε0・ε3／d3)・S／｛(ε0・ε2／d)＋(ε0・ε3／d3)｝（２）
ただしε0は真空中の比誘電率、ε1はスペーサ７１の比誘電率、ε2は接合層１７２の比誘電率、ε3は静電チャック層１６０の比誘電率、dはスペーサ１７１の厚さ（接合層１７２の厚さ）、d3は静電チャック層１６０の厚さ、Sはスペーサ１７１の横断面積である。

高周波に対する通路Ｐａ及びＰｂのインピーダンスは夫々１／ω・Ｃａ及び１／ω・Ｃｂで表されるので、スペーサ１７１の比誘電率ε1及び接合層１７２の比誘電率ε2が互いに異なると、両通路Ｐａ及びＰｂの間で、上記の（１）、（２）式の値の逆数に対応する分だけ高周波電源部１３４から供給される高周波電力の大きさが異なってしまい、プラズマの状態が異なってしまうが、ε1、ε2の値を揃えると（同等な値にすると）、高周波電力の大きさが実質同じになり、プラズマの状態も同じになる。またこのことはバイアス用の高周波電源部１５２から供給されるバイアス電圧についても同様である。即ちプラズマ発生用の高周波よりも遙かに周波数の低いバイアス電圧をウエハＷに印加することにより、プラズマ中のイオンがウエハＷ表面に引き込まれようとして、イオンが高い垂直性でウエハＷ表面に入射するが、この場合においても両通路Ｐａ及びＰｂの間でイオンの衝突エネルギーが揃うことから、エッチングの面内均一性に寄与することになる。

従って上述の実施の形態によれば、ウエハＷの表面において、スペーサ１７１の投影領域に対応する領域と、接合層１７２の投影領域に対応する領域との間でエッチングレート（エッチング速度）が揃う。実際にはウエハＷの中央部と周縁部との間でエッチングレートが揃うようにガス流量や圧力などのパラメータを調整することになるが、その場合でも上記の２つの領域の間で高周波電力の効率が揃っていれば、パラメータの調整などによって結果としてエッチレートについて高い面内均一性を確保することができ、デバイスの薄膜化及びパターンの微細化に対応するために有意な技術である。

スペーサ１７１としては、既述のように小さな円形状に形成する代わりに、例えば図１３に示すように中央部に円形状のスペーサ１７１を配置し、その外方側に当該スペーサ１７１を囲むようにリング状のスペーサ１７１を配置するようにしてもよい。

また本発明の対象となるプラズマ処理はエッチング処理に限らず、成膜処理、アッシング処理など他の処理であってもよい。更にまた本発明の対象となる装置は、上述の実施の形態にて記載した平行平板方式のプラズマ処理に限られるものではなく、例えばマイクロ波をアンテナを通じて処理容器内に導入してプラズマを発生させる装置あるいは電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを発生させる装置であって、載置台に高周波バイアスを印加する装置に対しても適用できる。

本発明の効果を確認するために、アルミナプレート内にチャック電極を埋設して構成した静電チャック層をアルミニウムからなる支持部の表面に図１１に示すレイアウトでアルミナ片からなるスペーサを介在させてシリコーン系接着性樹脂により接着した。この接着性樹脂にはフィラー材料としてアルミナ粉末を混合し、接合層とスペーサの比誘電率と同等とした。スペーサの比誘電率は９．５であり、接合層の比誘電率は９．０に調整した。このようにして構成した載置台１４０に、酸化シリコン膜を形成したウエハＷを載置し、上述の実施の形態で記載したプロセス条件でエッチングレートを調べたところ、エッチングレートの面内均一性が良好であった。

なお、当該第３の実施の形態は、上述した第２の実施の形態と組み合わせた構成であってもよい。即ち、図１０において、接合層１７２の側周面に第２の実施の形態で述べた被覆部材７１を密着させる構成としてもよい。

〔第４の実施の形態〕
本発明に係る処理装置の第４の実施の形態を、説明する。図１４は本発明の実施にかかる処理装置であるプラズマエッチング装置の全体構造を示す縦断面図である。

図中２１０は処理装置を構成する真空チャンバであり、アルミニウムなどの導電性材料により気密構造をなすように形成されており、真空チャンバ２１０は保安接地されている。また、真空チャンバ２１０の内面には、略円筒形状のデポシールド２１２が配置され、内面がプラズマにより損傷されるのを防止する。そして、真空チャンバ２１０内には、上部電極を兼用するガスシャワーヘッド２１４と、下部電極を兼用する載置台２１６と、が対向して設けられ、底面には、たとえばターボ分子ポンプやドライポンプなどからなる真空排気手段（図示せず）と連通する真空排気路２１８が形成される。

真空チャンバ２１０の側壁部には、被処理基板であるウエハＷを搬入出するための開口部２２０が形成され、エアシリンダなどにより昇降するシャッタ２２２により開閉自在とされている。ガスシャワーヘッド２１４は、高周波プレート２１４ａと、クーリングプレート２１４ｂと、電極板２１４ｃとから構成される。高周波プレート２１４ａには、整合器２２４を介して高周波電源２２６が接続され、たとえば、１３．５６ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電力が印加される。

高周波プレート２１４ａの内部には、媒体循環路２２８が設けられ、図示しない温度調整手段を能動することによって、高周波プレート２１４ａに接触して配置されるクーリングプレート２１４ｂおよび電極板２１４ｃを所望の温度に設定することができる。温度調整手段は、冷媒を媒体循環路２２８を介して循環させるための導入管２３０を有し、適当な温度に調整された冷媒が、この導入管２３０によって媒体循環路２２８内に供給され、熱交換後の冷媒が、排出管（図示せず）によって外部に排出される。なお、媒体循環路２２８はクーリングプレート２１４ｂに設けるようにしてもよい。これにより、電極板２１４ｃをより積極的に冷却することができ、好ましい。

ガスシャワーヘッド２１４には、ガス供給手段２３２が接続され、図示しないガス源に接続されたガス供給管２３４を通って流量制御または圧力制御されたプロセスガスが、真空チャンバ２１０内に供給される。クーリングプレート２１４ｂおよび電極板２１４ｃには、載置台２１６上のウエハＷのサイズに対応して、複数のガス供給経路およびガス孔２３６が貫通して形成され、ガス供給手段２３２からのプロセスガスを、当該ガス供給経路およびガス孔２３６を介してウエハＷの表面へ均一に供給するように構成されている。

載置台２１６は、ガスシャワーヘッド２１４の下方に約５〜１５０ｍｍの間隔で離間して設けられており、たとえば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムなどからなる電極本体２４４と、電極本体２４４を真空チャンバ２１０から絶縁するためのインシュレータ２３８とを備えている。電極本体２４４は、ウエハＷを吸着保持する静電吸着機構を有するとともに、整合器２４０を介して高周波電源２４２が接続されている。そして、電極本体２４４には、高周波電源２４２から、たとえば、８００ｋＨｚ〜３．２ＭＨｚの高周波電力が印加される。

電極本体２４４の周囲には、環状のフォーカスリング２４６が配置され、このフォーカスリング２４６は、プロセスに応じて、絶縁性または導電性の材料が選択され、反応性イオンを閉じ込めるまたは拡散させるように作用する。またフォーカスリング２４６の外側には、全体が絶縁材料からなるかまたは導電性材性の表面に絶縁膜が被覆されて構成されたインシュレータ２４８が設けられる。

また、載置台２１６と真空チャンバ２１０の側壁との間の載置台２１６表面（載置面）よりも下方位置には、複数の排気孔が穿設された排気リング２５０が、載置台２１６を囲むように配置される。この排気リング２５０により、排気流の流れが整えられるとともに、載置台２１６とガスシャワーヘッド２１４との間にプラズマが最適に閉じ込められる。さらに、載置台２１６の内部には、外部の図示しない搬送アームとの間でウエハＷの受け渡しを行うための昇降部材である昇降ピン２５２が複数たとえば３本（２本のみ図示）突没自在に設けられ、この昇降ピン２５２は図示しない駆動機構により昇降するように構成されている。

次に、図１５に示す電極本体２４４を模式的に表した概略断面図を参照して、本実施の形態の要部について詳述する。

図１５に示すように、電極本体２４４は、静電吸着部（静電吸着装置）２５４と高周波プレート２５６とから構成され、高周波プレート２５６には、上述したように、高周波電源２４２が整合器２４０を介して接続され、８００ｋＨｚ〜３．２ＭＨｚの高周波電力が印加される。また、この実施の形態において、高周波プレート２５６には、媒体循環路２５８が形成され、図示しない媒体供給手段から供給路２６０を介して、温度調整された媒体がこの媒体循環路２５８に供給される。

高周波プレート２５６の上部に設けられる静電吸着部２５４は、誘電体２５４ａと、それに内包される吸着電極２５４ｂと、吸着電極２５４ｂの裏面側に設けられる強磁性体２５４ｃとから構成される。すなわち、本実施の形態では、静電吸着部２５４と強磁性体２５４ｃとは、一体的に構成されている。誘電体２５４ａは、焼結または溶射成形したセラミックなどからなり、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの材料から選択される。また、これらの材料に二酸化チタン（ＴｉＯ_２）炭化珪素（ＳｉＣ）などを添加して、体積固有抵抗値または誘電率を調整することによって、所望の吸着力を得るようにすることもできる。

吸着電極２５４ｂは、電極本体２４４の表層近傍に配置され、たとえばタングステンなどから箔状に形成される。この吸着電極２５４ｂは、スイッチ部ＳＷ１を介して直流電源２６２とアースとの間で切り替え接続できるように構成されている。そして、この吸着電極２５４ｂに直流電圧を印加することによって、誘電体２５４ａとウエハＷとの間において静電吸着力を発生する。

上記強磁性体２５４ｃは、吸着電極２５４ｂの裏面側に接触または近接して設けられている。強磁性体２５４ｃは、真空チャンバ２１０内で実施されるプロセスに応じてその材料が選択され、具体的には、制御しようとする温度にキュリー点を有する材料が選択される。たとえば、ウエハＷを１１０〜１２０℃に加熱したい場合には、Ｍｎ−ＺｎフェライトやＮｉ−Ｚｎフェライトなどが選択される。

この強磁性体２５４ｃは、強磁性体を溶媒に熔かした後、公知の塗布方法または溶射法によって、吸着電極２５４ｂあるいは誘電体２５４ａに形成することができる。また、焼結方法により、強磁性体を板状に形成して、誘電体２５４ａに接着剤などにより接合してもよいし、強磁性体を粒子状にして、誘電体２５４ａに添加するようにしてもよい。さらに、誘電体２５４ａが多孔質で構成される場合には、溶媒に熔かした強磁性体２５４ｃを誘電体２５４ａの気孔に充填することもできる。このように、強磁性体の材料や使用環境などに応じて、強磁性体２５４ｃの形成方法を選択するのが好ましい。

次に、このように構成されるプラズマエッチング装置における処理動作について説明する。

まず、開口部２２０およびシャッタ２２２を介して、ウエハＷを真空チャンバ２１０内に搬入し、ウエハＷを載置台２１６上に載置し、シャッタ２２２を閉じた後、真空排気手段により排気路２１８を介して、真空チャンバ２１０内を所定の真空度に排気する。そして、真空チャンバ２１０内にプロセスガスを供給するとともに、直流電源２６２から吸着電極２５４ｂに直流電圧を印加して、ウエハＷを載置台２１６表面に静電吸着させる。

次いで、この状態で高周波電源２２６および２４２から所定周波数の高周波電力をそれぞれ印加する。これにより、ガスシャワーヘッド２１４と載置台２１６との間に高周波電界が発生し、プロセスガスがプラズマ化されて、載置台２１６上のウエハＷにエッチング処理が施される。載置台２１６内部には、制御したい温度にキュリー点をもった強磁性体２５４ｃが設けられているので、高周波プレート２１４ａおよび２５６に高周波電力が印加されることで、誘電作用により生じる渦電流損によって、強磁性体２５４ｃは発熱する。

すなわち、強磁性体２５４ｃの内部を高周波電流が通過すると、それにより、強磁性体２５４ｃの表面には、高周波電流による磁力線（磁界）が発生し、その磁力線を打ち消すように渦電流が発生する。この渦電流による抵抗熱によって、強磁性体２５４ｃは表面付近で発熱する。

この発熱によって強磁性体２５４ｃの温度が上昇し、その温度がキュリー点を超えると、常磁性体となって発熱しなくなり、一定温度に維持される。そして、必要に応じて、媒体循環路２５８に循環させる冷媒流量や冷媒温度を制御することによって、載置台２１６上のウエハＷの温度を高精度に制御することが可能となる。

強磁性体２５４ｃは、スキンデプス（ＳＫＩＮＤＥＰＴＨ）の２倍より僅かに大きい程度の厚みに設定されるのが望ましい。スキンデプスとは、電流が流れる深さの目安として用いられるものであって、以下の（３）式で表される。

スキンデプスδ＝（２ρ／ωμ）^１／２………（３）
ただし、ρ：抵抗率、ω：２πｆ｛ｆは周波数｝、μ：μ_０（１＋χ）｛μ_０：真空の透過率、χ：磁化率｝
以上のように、本実施の形態によれば、高周波電力が印加される電極を強磁性体２５４ｃを有するものとしたので、強磁性体２５４ｃの温度をその材料のキュリー点に制御することができ、従来のような加熱機構を設けることなく、極めて簡単な構成で真空チャンバ２１０内の電極を加熱制御することができる。そして、強磁性体２５４ｃは、その材料固有のキュリー点温度で正確に発熱を停止するので、入熱量を把握して、ウエハＷを精度良く温度制御することができる。

次に、以上のような温度制御のための構成を上部電極として機能するガスシャワーヘッドに適用した実施の形態について説明する。図１６は、このような実施の形態に適用されるガスシャワーヘッド２１４’を模式的に表した概略断面図であり、図１５の実施の形態と同様、あるキュリー点をもった強磁性体を電極内すなわちガスシャワーヘッド２１４’に配置して、ガスシャワーヘッド２１４’を加熱するようにしている。

図１６に示すように、ガスシャワーヘッド２１４’は図１４のガスシャワーヘッド２１４と同様に、上から、高周波プレート２１４ａ、クーリングプレート２１４ｂ、電極板２１４ｃを有している他、電極板２１４ｃの下に接触または近接して強磁性体２６４を有している。この強磁性体２６４には、ガス供給経路およびガス孔２３６に連通する孔が貫通して設けられている。図１５の実施例と同様、強磁性体２６４は、公知の塗布法または溶射法を用いて、電極板２１４ｃの下面側に膜状に形成してもよく、また、焼結法により板状に形成して電極板２１４ｃ面に接着してもよく、強磁性体材料を粉末にして、電極板２１４ｃに添加するようにしてもよい。そして、少なくとも強磁性体２６４の表面が、セラミックや樹脂などの絶縁膜２６６によって被覆される。

高周波電力が高周波プレート２１４ａに印加されると、強磁性体２６４がキュリー点まで発熱し、上述したように、その温度がキュリー点を超えると、常磁性体となって発熱しなくなるため、強磁性体２６４は、キュリー点の温度に維持される。そして、ガスシャワーヘッド２１４’の温度をモニタしつつ、媒体循環路２２８に温度調整した冷媒を循環させることによって、ガスシャワーヘッド２１４’を所望の温度に精度よく制御することができる。

なお、図１５の実施形態では、静電吸着層２５４内に強磁性体２５４ｃを配置した装置について説明したが、たとえば、高周波電力が印加される高周波プレート２５６を強磁性体で構成するようにしてもよい。同様に、図１６に実施形態において、強磁性体２６４を電極板２１４ｃに接触または近接して設けるようにしたが、高周波プレート２１４ａ自体を強磁性体の材料で構成することもできる。

さらに、上記実施の形態において、ウエハＷを保持する下部電極と、それに対応する上部電極とが、上下方向に平行に配置されている場合を例に挙げて説明したが、それに限定されず、本発明は、たとえば、２つの電極が水平方向に離間して配置される処理装置にも適用することができる。また、上部電極のみまたは下部電極のみに高周波電力を印加する処理装置や、上部電極と下部電極の両方の電極に高周波電力を印加する処理装置に適用することもできる。

また、上記実施の形態において、平行平板型のプラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。本発明は、マグネトロン型や誘導結合型などの各種プラズマ処理装置にも適用できる。また、本発明は、プラズマエッチング処理のみならず、アッシング処理や成膜処理などの各種処理装置にも適用できる、また、本発明は、ＬＣＤ用ガラス基板に処理を施す装置にも適用できる。

このような実施の形態によれば、高周波電力が印加される高周波プレートを有する電極を、さらに強磁性体から構成される発熱体を有するものとしたので、発熱体の温度をその材質のキュリー点に制御することができ、従来のような加熱機構を設けることなく、極めて簡単な構成で電極を加熱制御することができる。そして、発熱体を構成する強磁性体は、その材料固有のキュリー点温度で正確に発熱を停止するので、入熱量を把握して、被処理体を精度良く温度制御することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る処理装置の一例の全体構成を示す縦断面図である。前記処理装置に設けられる載置台を示す断面図である。前記載置台に設けられる接合層の製造方法を示す工程図である。前記載置台の製造方法を示す工程図である。本発明の第１の実施の形態における効果を説明するための特性図である。本発明の第２の実施の形態における載置台を示す断面図である。前記載置台に設けられる被覆部材の設置方法を示す説明図である。被覆部材の具体的な形態について説明した説明図である本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図である。上記のプラズマ処理装置が備える載置台を模式的に示す説明図である。支持部上のスペーサの配置レイアウトの一例を示す平面図である。ウエハから支持部に至るまでの高周波の通路の等価回路を示す説明図である。支持部上のスペーサの配置レイアウトの他の例を示す平面図である。本発明の第４の実施の形態に係るプラズマエッチング装置を示す縦断面図である。図１４に示すプラズマエッチング装置の載置台を構成する電極本体を模式的に示す概略断面図である。本発明の第４の実施の形態に係るプラズマエッチング装置のガスシャワーヘッドを模式的に示す概略断面図である。従来の技術に係る処理装置を示す縦断面図である。従来の技術に係る処理装置の載置台を示す縦断面図である。

符号の説明

Ｗウエハ
１真空チャンバ
１１上部電極
２載置台
２５高周波電源
３静電チャック層
３１チャック電極
４接合層
５保護層
６リング部材
７載置台
７０接合層
７１被覆部材
７２溶射膜
７３空間
７４溝部

Claims

基板に対してプラズマ処理を行うための処理容器と、
前記処理容器に設けられると共に、チャック電極に電圧を印加することにより、前記基板を前記静電吸着力により保持するための、チャック電極を絶縁層で被覆してなる静電チャック層と、
この静電チャック層を支持するための静電チャック層とは材質が異なる支持部と、
この支持部と静電チャック層との間に支持部と静電チャック層とを接合するために設けられる接合層と、
プラズマにより生じる活性種から前記接合層を保護するために前記接合層の側周面を被覆するように設けられた柔軟な熱収縮チューブと、を備えたことを特徴とする処理装置。
前記熱収縮チューブは、フッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
前記フッ素樹脂は、ＰＦＡ、ＦＥＰまたはＰＴＦＥであることを特徴とする請求項２記載の処理装置。
前記被覆部材は、フッ素によりコーティングされていることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
プラズマを発生させるために支持部に高周波電力が供給され、
静電チャック層と支持部との間には、その比誘電率が接合層の比誘電率と同等であるスペーサが介在していることを特徴とする請求項１記載の処理装置。
前記スペーサは、セラミック片であり、前記接合層は、接着性樹脂にセラミック粉末をフィラー材料として混合したものであることを特徴とする請求項５記載の処理装置。
前記接合層は、シリコーン系接着性樹脂またはアクリル系接着性樹脂であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の処理装置。