JP6080571B2 - 載置台及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、載置台及びプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置として、処理容器内で被処理体（work-piece）（例えば半導体ウェハ、ガラス基板等）を載置する載置台を備える装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載のプラズマ処理装置は、ウェハを載置する静電チャックを備える。静電チャックは、ウェハを載置する中央部と、中央部を取り囲むように形成されたフランジ部を有する。フランジ部の上方には、環状のフォーカスリングが、フランジ部の上面と離間させて配置される。すなわち、フォーカスリングの下面と静電チャックのフランジ部の上面との間にはギャップが形成されている。さらにフォーカスリングにヒータが内蔵された構成、及び、フォーカスリングの下面に冷却ガスを流入する微小空間が設けられている構成も記載されている。静電チャックはＲＦ電源に接続されている。

米国特許第６７９５２９２号明細書

プラズマを用いる半導体デバイスあるいはＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造のための微細加工においては、被処理体上のプラズマ密度分布の制御と共に、被処理体の温度ないし温度分布の制御が非常に重要である。被処理体の温度制御が適正に行われないと、被処理体表面反応ひいてはプロセス特性の均一性が確保できなくなり、半導体デバイス又は表示デバイスの製造歩留まりが低下する。

被処理体の温度制御として、通電により発熱する発熱体を載置台に組み込んで該発熱体の発生するジュール熱を制御するヒータ方式が多く用いられている。また、冷媒流路を載置台に形成して被処理体を抜熱する方式が多く用いられている。さらに、特許文献１記載のように、フォーカスリングの温度制御をするために、フォーカスリングにヒータが内蔵されるとともに、フォーカスリングの下面に抜熱する冷媒を流入させる構造も用いられている。これらの温度調整機構を用いて、被処理体の設定温度及びフォーカスリング設定温度を、被処理体のプロセス条件に応じて其々最適な温度帯域に維持する必要がある。

フォーカスリングの温度調整の重要性を以下に示す。図６は、被処理体であるウェハの加工形状のウェハ中心距離依存性を示すグラフである。（ａ）は、ホール深さのウェハ中心距離依存性を示すグラフである。横軸がウェハ中心からの距離、縦軸がホール深さである。（ｂ）は、ホール形状のウェハ中心距離依存性を示すグラフである。横軸がウェハ中心からの距離、縦軸がＴｏｐＣＤである。（ａ）,（ｂ）共に、フォーカスリングの温度ごとにグラフをプロットしている。図６に示すように、フォーカスリングの温度は特にウェハ端部（例えば１４５ｍｍ〜１４７ｍｍ）におけるホール深さに大きく影響を与えることが確認された。図７は、エッチングレート（Ｅ／Ｒ）のウェハ位置依存性のグラフである。（ａ）はフォーカスリングの温度を制御しない場合のグラフであり、（ｂ）はフォーカスリングの温度を低温制御した場合のグラフである。（ａ）,（ｂ）共に、Ｘａｘｉｓ及びＹａｘｉｓは、面内方向の直交軸であり、該軸に沿って測定した結果をプロットしている。（ａ）,（ｂ）を比較すると、フォーカスリングの温度を低温制御した場合には、ウェハ端部（例えば１４５ｍｍ〜１４７ｍｍ）のエッチングレートがウェハ中心のエッチングレートに近づき、エッチングレートの面内均一性が向上していることが確認された。

このように、被処理体面内の加工精度の均一性を実現するためには、被処理体の温度調整機構のみならず、特許文献１記載のプラズマ処理装置のように、フォーカスリング温度調整機構を設けることが必要となる。このような一般的な載置台として、例えば図８に示す載置台が考えられる。図８に示すように、この載置台２００は、高周波電極機能を有するとともに冷媒流路２００ｅ、２００ｄが形成されたアルミ基台３０と、アルミ基台３０上に配置されウェハ載置面６０ｄ及びフォーカスリング載置面６０ｅを有するセラミック等からなる静電チャック６０とを備える。静電チャック６０は、中央部６０ｇ及び中央部６０ｇを囲むように形成されたフランジ部６０ｈを有し、中央部６０ｇの上面がウェハ載置面６０ｄ、フランジ部６０ｈの上面がフォーカスリング載置面６０ｅとなる。ヒータ６０ｃ,７ｃは、ウェハ載置面６０ｄ及びフォーカスリング載置面６０ｅの下方、例えば静電チャック６０内部に組み込まれ、ウェハ載置面６０ｄ及びフォーカスリング載置面６０ｅの温度調整を個別に行うことが可能に構成する。ウェハ及びフォーカスリングの昇温制御は、個々のヒータ６０ｃ,７ｃがウェハ載置面６０ｄ及びフォーカスリング載置面６０ｅに熱を与えることによって実現する。そして、ウェハ及びフォーカスリングの降温制御は、ウェハ載置面６０ｄ及びフォーカスリング載置面６０ｅからアルミ基台３０内部の冷媒流路２００ｅ、２００ｄへ、すなわち垂直方向へ熱を伝導させ吸熱することで実現する。

上記構成の載置台の温度制御について検証した結果を図９に示す。図９は、載置台中心からの距離（半径）ごとに温度を計測したグラフであり、横軸が半径、縦軸が温度である。図中点線で示す半径よりも内側の半径はウェハが載置されるウェハ領域であり、図中点線で示す半径よりも外側の半径はフォーカスリングが載置されるＦＲ領域である。図９では、ウェハ領域のヒータをオフとし、ＦＲ領域のヒータをオンとしている。すなわち、ウェハ温度は制御しておらず、フォーカスリングのみ温度制御した場合の測定結果である。図９に示すように、点線で示す半径の近傍、すなわち、ウェハ領域とＦＲ領域との間で熱干渉が生じ、ウェハの端部の温度が上昇していることが確認された。すなわち、静電チャック上に、ウェハ載置面及びフォーカスリング載置面を形成した場合には、フォーカスリング側からウェハ側へ熱拡散が生ずることが確認された。この結果は、静電チャック内部に流入した熱の流れが、静電チャックからアルミ基台の冷却水路まで至る鉛直方向への流れだけでなく、静電チャック内部及びアルミ基台内部の冷媒流路の上方にて水平方向（載置台の径方向）へ流れているために生じていると考えられる。

このため、特許文献１記載のように、フォーカスリング下面と静電チャックのフランジ部上面との間にギャップを形成して、フォーカスリングと静電チャックとを直接接続しないように構成することで、フォーカスリング側から静電チャック側へ直接的な熱拡散を防止する構成とした場合であっても、最終的にフォーカスリングと静電チャックとを支持する部材が熱的に接続されている場合には、冷媒流路の高さ位置を工夫しなければ間接的に熱干渉する場合がある。このため、被処理体の温度制御とフォーカスリングの温度制御を正確に独立させる機構が望まれている。

さらに、ウェハ載置面及びフォーカスリング載置面の温度を独立に制御した場合、以下の課題がある。近年、被処理体の設定温度に比べて、フォーカスリングの設定温度をより高温度帯域に設定することが望まれている。例えば１００度以上の温度差を設けることが望まれている。しかしながら、ウェハ載置面の直下のヒータと、フォーカスリング載置面の直下のヒータとの温度差を４０度以上となるように制御すると、セラミックで構成される静電チャックが熱膨張により破壊することおそれがあることが分かった。図１０は、温度差によって静電チャックに発生する最大応力を検証した結果である。横軸が温度差であり、縦軸が測定箇所に発生する最大応力である。正四角形の凡例（温度差４０℃、最大応力３８８ＭＰａ）は、フォーカスリングの温度を被処理体の温度よりも低く制御した場合であり、その他の凡例は、フォーカスリングの温度を被処理体の温度よりも高く制御した場合である。破壊が起きる最大応力の基準値は、１９０ＭＰａである。図１０に示すように、温度差が４０℃以上となった場合、基準値１９０ＭＰａを上回る結果となった。このような破壊は、静電チャックの厚さが変化する箇所において発生しやすい。例えば図８に示すようにウェハ載置面６０ｄ及びフォーカスリング載置面６０ｅの境界にある段差において発生しやすい。さらに、静電チャックをアルミ支持台に取り付ける際のねじ留め箇所については、そもそもヒータを配置できないため、上記のような温度差が顕著に表れやすく、結果として破壊が発生しやすい箇所となる。例えば図８に示すように、アルミ基台３０と支持台４０とをねじ８ｅによって連結する場合には、静電チャック６０のフランジ部６０ｈに形成された貫通孔６０ｉ、アルミ基台３０に形成された貫通孔３０ａ（内面はネジ切りされていてもよい）、及び、支持台４０に形成され内面がネジ切りされた挿通孔４０ａに、ねじ８ｅを挿入し螺合する。この場合、静電チャック６０には貫通孔６０ｉが形成されるため、ヒータ７ｃを配置することができない。よって、貫通孔６０ｉの形成箇所が、温度差が顕著に表れやすく、結果として破壊が発生しやすい箇所となる。

なお、特許文献１記載の載置台のように、ウェハ載置面を形成する部材と、フォーカスリング載置面を形成する部材とを別部材で構成することで、上記熱膨張差に起因する熱応力ひずみの影響の低減することは可能である。例えば、ウェハを載置する内側セラミックプレートと、内側セラミックプレートを環状に囲む外側セラミックプレートを別個に用意することが考えられる。そして、各セラミックプレートに内包されるヒータにより加熱制御する。また内側及び外側セラミックプレートの下層には、その内部に冷却水路を有するアルミプレートを別個に設け、熱流束の流れを鉛直方向に調整する。

しかしながら、上記構成の場合には、別個に設けた各アルミプレートへのＲＦ印加を個々に行う必要がある。もしくは、一つのＲＦ電源からマッチャーを介した電力供給路を分岐して其々のアルミプレートへの電力供給をすることが必要になる。パルス波形によるＲＦ同時印加等、複雑な印加シーケンスを実現するためには装置構成が複雑となるため、一つのＲＦ電源による電力供給が望ましい。また、ウェハ載置部材及びフォーカスリング載置部材の面積及び厚さが異なることから、ウェハ載置部材及びフォーカスリング載置部材はコンダクタンス成分が大きく異なる。例えばウェハ載置部材及びフォーカスリング載置部材がセラミックプレートを含む場合、当該セラミックプレートの面積及び厚さに応じてコンダクタンス成分が大きく異なる。このため、電力供給路をウェハへの供給路とフォーカスリングへの供給路とに分岐する場合には、適切なＲＦ分配が成されず、結果としてプラズマ界面に作成されるシース電界が、ウェハ面上及びフォーカスリング面上で不均一になってしまう恐れがある。この場合、所望とする半導体装置が製造できないおそれがある。

このように、本技術分野では、被処理体の温度制御とフォーカスリングの温度制御を正確に独立させつつ、熱応力ひずみによって制限される被処理体とフォーカスリングとの設定可能温度差を大きくすることができるとともに、被処理体面上及びフォーカスリング面上で均一なシース電界を簡易な構成で形成することが可能な載置台及びプラズマ処理装置が望まれている。

本発明の一側面に係る載置台は、被処理体を載置する載置台である。該載置台は、基台、載置部材、フォーカスリング、第１電熱部材及び第２電熱部材を備える。基台は、裏面及び裏面に対向する表面を有し、その内部に冷媒流路が形成されている。裏面には、電圧印加可能な給電部材が接続されている。表面には、基台の内部にて底面を有する溝部が表面と直交する方向からみて環状に形成されている。溝部によって該溝部の内側の円柱状の内側基台部と該溝部の外側の環状の外側基台部とが形成されている。載置部材は、内側基台部に支持され、被処理体が載置される載置面を有する。環状のフォーカスリングは、外側基台部に支持され、載置面に直交する方向からみて載置面の周囲を囲むように配置される。フォーカスリングは、その内側側面に、載置面に直交する方向からみて溝部を覆うように径方向内側へ突出した凸部を有する。第１電極部材は、載置面と冷媒流路との間に介在する。第２電熱部材は、フォーカスリングと冷媒流路との間に介在する。

この載置台では、載置部材が内側基台部によって支持され、フォーカスリングが外側基台部によって支持される。内側基台部及び外側基台部を分離する溝部（空間）によって、載置部材およびフォーカスリングが熱的に分離されているので、水平方向（載置台の径方向）の熱の移動が抑制される。このため、被処理体の温度制御とフォーカスリングの温度制御を正確に独立させることができる。さらに、内側基台部及び外側基台部が溝部によって空間を隔てて分離しているため、内側基台部及び載置部材と、外側基台部及びフォーカスリングとの熱膨張に違いが生じた場合であっても、熱応力ひずみによって構成部材が破壊されることがない。このため、熱応力ひずみによって制限される被処理体とフォーカスリングとの設定可能温度差を大きくすることができる。さらに、基台の裏面に給電部材が接続されるとともに溝部が基台の内部にて底面を有することにより、内側基台部及び外側基台部は、溝部の下方で互いに接続されている。このように、内側基台部及び外側基台部は、ＲＦ回路として繋がっている。よって、被処理体面上及びフォーカスリング面上で均一なシース電界を簡易な構成で形成することができる。また、溝部へ入り込もうとするプラズマがフォーカスリングの内側側面に形成された凸部によって遮断されるため、溝部の劣化や溝部における異常放電等を防止することができる。

一実施形態では、溝部の底面は、冷媒流路の上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さと同一位置に形成され、又は、冷媒流路の上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さよりも下方に形成されてもよい。この場合、冷媒流路の上方における水平方向の熱流束が溝部によって遮断されるため、被処理体の温度制御とフォーカスリングの温度制御を一層正確に独立させることができる。

一実施形態では、内側基台部の内部に形成された冷媒流路の上端面の高さが、外側基台部の内部に形成された冷媒流路の上端面の高さよりも高く、溝部の底面は、内側基台部の上端面の高さと同一位置に形成され、又は、内側基台部の上端面の高さよりも下方に形成されてもよい。また、一実施形態では、内側基台部の内部に形成された冷媒流路の上端面の高さが、外側基台部の内部に形成された冷媒流路の上端面の高さよりも低く、溝部の底面は、外側基台部の上端面の高さと同一位置に形成され、又は、外側基台部の上端面の高さよりも下方に形成されてもよい。

一実施形態では、載置部材は、その内部に第１電熱部材を含んでもよい。この場合、被処理体に効率良く熱を与えることができる。一実施形態では、載置部材は、その内部であって、第１電熱部材の上方に、被処理体を静電吸着するための電極をさらに含んでもよい。このように、載置部材は静電チャックとして機能させることができる。

一実施形態では、フォーカスリングと外側基台部との間に介在するスペーサ部材を更に備えてもよい。スペーサ部材は、その内部に第２電熱部材を含んでもよい。この場合、フォーカスリングに効率良く熱を与えることができる。

一実施形態では、冷媒流路は、載置部材及びフォーカスリングの下方に配置されてもよい。この場合、被処理体の温度制御とフォーカスリングの温度制御を一層正確に独立させることができる。

一実施形態では、載置台は、基台の裏面を支持し、貫通孔が形成された支持台と、貫通孔に挿通可能な固定部材と、をさらに備えてもよい。そして、基台の裏面には固定部材と締結可能な締結部が形成されており、固定部材が支持台の貫通孔に挿通された状態で締結部と締結することにより、支持台及び基台が固定されていてもよい。この場合、基台の表面側には支持台に固定するための貫通孔やねじ穴が形成されないため、温度差が顕著に生じる部分を無くすことができる。よって、熱応力ひずみによって構成部材が破壊される可能性を低減させ、結果として、熱応力ひずみによって制限される被処理体とフォーカスリングとの設定可能温度差を大きくすることができる。

本発明の他の側面に係るプラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給部、第１の電極及び載置台を備える。処理容器は、プラズマが生成される処理空間を画成する。ガス供給部は、処理空間内に処理ガスを供給する。第１の電極は、処理空間に設けられる。載置台は、処理空間内に収容され、被処理体を載置する。該載置台は、基台、載置部材、フォーカスリング、第１電熱部材及び第２電熱部材を備える。基台は、裏面及び裏面に対向する表面を有し、その内部に冷媒流路が形成されている。裏面には、電圧印加可能な給電部材が接続されている。表面には、基台の内部にて底面を有する溝部が表面と直交する方向からみて環状に形成されている。溝部によって該溝部の内側の円柱状の内側基台部と該溝部の外側の環状の外側基台部とが形成されている。載置部材は、内側基台部に支持され、被処理体が載置される載置面を有する。環状のフォーカスリングは、外側基台部に支持され、載置面に直交する方向からみて載置面の周囲を囲むように配置される。フォーカスリングは、その内側側面に、載置面に直交する方向からみて溝部を覆うように径方向内側へ突出した凸部を有する。第１電極部材は、載置面と冷媒流路との間に介在する。第２電熱部材は、フォーカスリングと冷媒流路との間に介在する。

このプラズマ処理装置によれば、上述した載置台と同様の効果を奏する。

本発明の種々の側面及び実施形態によれば、被処理体の温度制御とフォーカスリングの温度制御を正確に独立させつつ、熱応力ひずみによって制限される被処理体とフォーカスリングとの設定可能温度差を大きくすることができるとともに、被処理体面上及びフォーカスリング面上で均一なシース電界を簡易な構成で形成することが可能な載置台及びプラズマ処理装置を提供することができる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。 図１のプラズマ処理装置における載置台を示す概略断面図である。 図１のプラズマ処理装置における載置台の作用効果を説明する概要図である。 一実施形態に係るプラズマ処理装置の載置台の変形例である。 一実施形態に係るプラズマ処理装置の載置台の変形例である。 被処理体であるウェハの加工形状のウェハ中心距離依存性を示すグラフである。 エッチングレート（Ｅ／Ｒ）のウェハ位置依存性のグラフである。 一般的な載置台構成を示す概略断面図である。 載置台中心からの距離（半径）ごとに温度を計測したグラフである。 静電チャックに発生する最大応力と温度差との相関を示すグラフである。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、「上」「下」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器１を有している。この処理容器１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理容器１は、プラズマが生成される処理空間を画成する。処理容器１内には、被処理体（work-piece）である半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という。）Ｗを水平に支持する載置台２が収容されている。載置台２は、基台３及び静電チャック６（載置部材）を含んで構成されている。基台３は、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。静電チャック６は、ウェハＷを静電吸着するための機能を有する。基台３は、絶縁体の支持台４に支持されており、支持台４が処理容器１の底部に設置されている。また、基台３の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５がスペーサ部材７を介して設けられている。

基台３には、給電棒５０（給電部材）が接続されている。給電棒５０には、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定の周波数の高周波電力が載置台２の基台３に供給されるように構成されている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数の高周波電力が載置台２の基台３に供給されるように構成されている。このように、載置台２は電圧印加可能に構成されている。

静電チャック６は、該絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウェハＷが吸着されるよう構成されている。

静電チャック６には、加熱素子であるヒータ６ｃ（第１電熱部材）が設けられている。これらヒータ６ｃは、ヒータ電源１４に接続されている。ヒータ６ｃは、例えば載置台２の中心を囲むよう環状に延在している。このヒータ６ｃは、例えば中心領域を加熱するヒータと、中心領域の外側を囲むように環状に延在するヒータとを含んでもよい。この場合、ウェハＷの温度を、当該ウェハＷの中心に対して放射方向に位置する複数の領域ごとに、制御することができる。また、フォーカスリング５が載置されたスペーサ部材７は、環状部材であって、その内部には、加熱素子であるヒータ７ｃ（第２電熱部材）が設けられている。ヒータ７ｃは、ヒータ電源１４に接続されている。フォーカスリング５の温度は、ヒータ７ｃによって制御される。このように、ウェハＷの温度とフォーカスリング５の温度は、異なるヒータによって独立に制御される。

基台３の内部には、冷媒流路２ｄが形成されており、冷媒流路２ｄには、冷媒入口配管２ｂ、冷媒出口配管２ｃが接続されている。そして、冷媒流路２ｄの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、載置台２を所定の温度に制御可能に構成されている。なお、載置台２等を貫通するように、ウェハＷの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのガス供給管（不図示）が設けられてもよい。ガス供給管は、図示しないガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持されたウェハＷを、所定の温度に制御する。

一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられており、シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。

シャワーヘッド１６は、処理容器１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材９５を介して処理容器１の上部に支持される。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。

本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられ、このガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。

本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｇが形成されている。このガス導入口１６ｇにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源（ガス供給部）１５が接続される。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。そして、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。

上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して可変直流電源７２が電気的に接続されている。この可変直流電源７２は、オン・オフスイッチ７３により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源７２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ７３のオン・オフは、後述する制御部９０によって制御される。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部９０によりオン・オフスイッチ７３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。

処理容器１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。

処理容器１の底部には、排気口８１が形成されており、この排気口８１には、排気管８２を介して第１排気装置８３が接続されている。第１排気装置８３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器１内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器１内の側壁には、ウェハＷの搬入出口８４が設けられており、この搬入出口８４には、当該搬入出口８４を開閉するゲートバルブ８５が設けられている。

処理容器１の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド８６が設けられている。デポシールド８６は、処理容器１にエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止する。このデポシールド８６のウェハＷと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）８９が設けられており、これにより異常放電が防止される。また、デポシールド８６の下端部には、載置台２に沿って延在するデポシールド８７が設けられている。デポシールド８６，８７は、着脱自在とされている。

上記構成のプラズマ処理装置は、制御部９０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部９０には、ＣＰＵを備えプラズマ処理装置の各部を制御するプロセスコントローラ９１と、ユーザインターフェース９２と、記憶部９３とが設けられている。

ユーザインターフェース９２は、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部９３には、プラズマ処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ９１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、又は、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。

次に、図２を参照して、載置台２の要部構成について説明する。図２は、図１のプラズマ処理装置における載置台２を示す概略断面図である。

基台３は、例えば略円柱状を呈し、裏面３ｃ及び裏面３ｃに対向する表面（上面３ｄ、上面３ｅ）を有する。基台３の裏面３ｃには、給電棒５０が基台３の軸線Ｚに沿って接続されている。また、基台３の裏面３ｃには、支持台４との組み付けの際に利用される貫通孔３ｆ〜３ｉが形成されている。基台３と支持台４との組み付けについては後述する。なお、図中では４つの貫通孔を示しているが、貫通孔は、基台３の軸線Ｚを囲むように環状かつ周方向に等間隔で形成される。そして、図中では貫通孔３ｆ,３ｉが裏面３ｃの外縁に沿って環状に並び、それらの内側に貫通孔３ｇ,３ｈが環状に並んでいる。ここでは二重の環状に並ぶ貫通孔を説明したが、貫通孔の形成位置は適宜設定すればよい。例えば基台３の外縁のみに並ぶように貫通孔を形成してもよい。

基台３の表面には、基台３の軸線Ｚを囲むように環状に溝部１３が形成されている。すなわち、溝部１３は基台３の表面に直交する方向からみて環状に形成されている。なお、溝部１３は、連続的に環状に形成されていてもよいし、断続的に環状に形成されていてもよい。溝部１３によって、基台３の上部は、基台３の表面に直交する方向からみて円形の内側基台部３ａと、基台３の表面に直交する方向からみて環状の外側基台部３ｂとに分割される。円柱状の内側基台部３ａの軸線は、基台３の軸線Ｚに一致する。また、外側基台部３ｂは、基台３の軸線Ｚすなわち内側基台部３ａの軸線を囲むように形成される。内側基台部３ａは、静電チャック６を支持する円形の上面３ｄを有する。外側基台部３ｂは、フォーカスリング５を支持する環状の上面３ｅを有する。このように、基台３の表面は、溝部１３によって、円形の上面３ｄ及び環状の上面３ｅに分割される。

上面３ｄ及び上面３ｅの高さは、ウェハＷの厚さ、フォーカスリング５の厚さや、ウェハＷと内側基台部３ａとの間に介在する材料の厚さや物性、フォーカスリング５と外側基台部３ｂとの間に介在する材料の厚さや物性に応じて、ウェハＷへの熱の伝達やＲＦ電力と、フォーカスリング５への熱の伝達やＲＦ電力とが一致するように適宜調整される。すなわち、図では、上面３ｄ及び上面３ｅの高さが一致しない場合を例示しているが、両者が一致してもよい。

基台３の内部に形成された冷媒流路２ｄ（図２参照）は、溝部１３よりも基台３の内側に位置する内側の冷媒流路２ｅと、溝部１３よりも基台３の外縁に位置する外側の冷媒流路２ｆとを含む。内側の冷媒流路２ｅは、内側基台部３ａの上面３ｄの下方に形成される。外側の冷媒流路２ｆは、外側基台部３ｂの上面３ｅの下方に形成される。すなわち、内側の冷媒流路２ｅは、ウェハＷの下方に位置してウェハＷの熱を吸熱するように機能し、外側の冷媒流路２ｆは、フォーカスリング５の下方に位置してフォーカスリング５の熱を吸熱するように機能する。なお、内側の冷媒流路２ｅと、外側の冷媒流路２ｆとを異なる冷却機構に接続し、異なる温度の冷媒を流通させてもよい。

溝部１３は、基台３の内部にて底面１３ａを有する。すなわち、内側基台部３ａ及び外側基台部３ｂは、溝部１３の下方で互いに接続されている。基台３の裏面３ｃの高さ位置Ｐを基準とすると、底面１３ａの高さ位置Ｂは、冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さと同一位置、又は、冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さよりも下方とされる。図２では、冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面の高さは同一の高さＨ１である場合を図示している。このため、溝部１３の底面１３ａの高さ位置Ｂは、高さＨ１と同一か、高さＨ１よりも下方になればよい。このように、少なくとも冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面まで溝部１３が形成されていることで、冷媒流路２ｅ、２ｆの上方において空間を設け、物理的な連続性を断つことにより、基台３内部において水平方向の熱流束を遮断することができる。当該空間は、プラズマ処理中には真空空間となるため、真空断熱が可能である。

静電チャック６は、内側基台部３ａの上面３ｄ上に接着材９ｂを介して設けられている。静電チャック６は、円板状を呈し、基台３の軸線Ｚと同軸となるように設けられている。静電チャック６の上端には、ウェハＷを載置するための載置面６ｄが形成されている。載置面６ｄは、円形を呈し、ウェハＷの裏面と接触して円板状のウェハＷを支持する。さらに、静電チャック６の下端には、静電チャック６の径方向外側へ突出したフランジ部６ｅが形成されている。すなわち、静電チャック６は、側面の位置に応じて外径が異なる。また、静電チャック６は、絶縁体６ｂの間に電極６ａ及びヒータ６ｃを介在させて構成されている。図中では、電極６ａの下方にヒータ６ｃが介在している。ヒータ６ｃによって載置面６ｄが加熱制御される。なお、ヒータ６ｃは、静電チャック６内部に存在しなくてもよい。例えば、接着材９ｂによって静電チャック６の裏面に貼り付けられてもよく、載置面６ｄと冷媒流路２ｅとの間に介在すればよい。

フォーカスリング５は、例えばスペーサ部材７を介して外側基台部３ｂに支持されている。フォーカスリング５は、円環状の部材であって、基台３の軸線Ｚと同軸となるように設けられている。フォーカスリング５の内側側面には、径方向内側へ突出した凸部５ａが形成されている。すなわち、フォーカスリング５は、内側側面の位置に応じて内径が異なる。例えば、凸部５ａが形成されていない箇所の内径は、ウェハＷの外径及び静電チャック６のフランジ部６ｅの外径よりも大きい。一方、凸部５ａが形成された箇所の内径は、静電チャック６のフランジ部６ｅの外径よりも小さく、かつ、静電チャック６のフランジ部６ｅが形成されていない箇所の外径よりも大きい。

フォーカスリング５は、凸部５ａが静電チャック６のフランジ部６ｅの上面と離間し、かつ、静電チャック６の側面からも離間した状態となるようにスペーサ部材７上面に配置される。すなわち、フォーカスリング５の凸部５ａの下面と静電チャック６のフランジ部６ｅの上面との間、フォーカスリング５の凸部５ａの側面と静電チャック６のフランジ部６ｅが形成されていない側面との間には、隙間が形成されている。そして、フォーカスリングの凸部５ａは、溝部１３ｂの上方に位置する。すなわち、載置面６ｄと直交する方向からみて、凸部５ａは、溝部１３ｂと重なる位置に存在し該溝部１３ｂを覆っている。これにより、プラズマが溝部１３ｂへ進入することを防止することができる。

スペーサ部材７は、環状の部材であって、基台３の軸線Ｚと同軸となるように設けられている。スペーサ部材７は、外側基台部３ｂの上面３ｅ上に接着材９ａを介して設けられている。スペーサ部材７は、例えばセラミック等の絶縁体で形成される。スペーサ部材７は、上面７ｄにてフォーカスリング５と接触してフォーカスリング５を支持する。フォーカスリング５は、スペーサ部材７に支持されることで、ウェハＷ（静電チャック６の載置面６ｄ）の周囲を囲むように設けられている。スペーサ部材７は、その内部にヒータ７ｃを介在させて構成されている。ヒータ７ｃによってスペーサ部材７の上面７ｄ（フォーカスリング５の載置面）が加熱制御される。なお、ヒータ７ｃは、スペーサ部材７内部に存在しなくてもよい。例えば、接着材９ａによってスペーサ部材７の裏面に貼り付けられてもよく、フォーカスリング５と冷媒流路２ｆとの間に介在すればよい。

基台３は、例えばセラミック等の絶縁体からなる円柱状の支持台４によって支持されている。支持台４は、支持台４の裏面側からねじを挿通可能な貫通孔４ａ〜４ｄを有する。この貫通孔４ａ〜４ｄは、基台３の貫通孔３ｆ〜３ｉと対応する位置に形成されている。基台３の貫通孔３ｆ〜３ｉの内側には、ねじ８ａ〜８ｄ（固定部材）と締結可能なねじ部（締結部）が形成されている。なお、貫通孔４ａ〜４ｄにもねじ８ａ〜８ｄ（固定部材）と締結可能なねじ部（締結部）が形成されていてもよい。支持台４の貫通孔４ａ〜４ｄと、基台３の貫通孔３ｆ〜３ｉとが重なるように基台３と支持台４とを位置決めし、ねじ８ａ〜８ｄを支持台４の裏面側から挿通させてねじ止めすることで、基台３と支持台４とが連結され固定される。

次に、図３を用いて、載置台２の作用効果を説明する。図３は、載置台２の作用効果を説明する概要図である。図３に示すように、載置台２では、静電チャック６が内側基台部３ａによって支持され、フォーカスリング５が外側基台部３ｂによって支持される。内側基台部３ａ及び外側基台部３ｂを分離する溝部１３（空間）によって、静電チャック６及びフォーカスリング５が熱的に分離されている。このため、矢印Ｄで示す水平方向（載置台２の径方向）の熱の移動が抑制され、ウェハＷの熱は、矢印Ｅで示すように静電チャック６から内側の冷媒流路２ｅへ、すなわち垂直方向へ移動する。同様に、フォーカスリング５の熱は、矢印Ａで示すように外側の冷媒流路２ｆへ、すなわち垂直方向へ移動する。このように、溝部１３の底面１３ａよりも上方に存在する部材間にて熱の移動が抑制される。例えば、ウェハＷ、静電チャック６、接着材９ｂ、及び、内側基台部３ａの上面３ｄから内側の冷媒流路２ｅの上端面に介在する基台部分と、フォーカスリング５、スペーサ部材７、接着材９ａ及び外側基台部３ｂの上面３ｅから外側の冷媒流路２ｆの上端面に介在する基台部分とが、空間を隔てて分離され、熱の移動が抑制される。このため、ウェハＷの温度制御とフォーカスリング５の温度制御を正確に独立させることができる。

また、内側基台部３ａ及び外側基台部３ｂが溝部１３によって空間を隔てて分離しているため、内側基台部３ａ及び静電チャック６と、外側基台部３ｂ及びフォーカスリング５との熱膨張に違いが生じた場合であっても、熱応力ひずみによって構成部材が破壊されることがない。さらに、ねじ８ｃ、８ｄは、基台３の裏面３ｃ側に取り付けられている。これにより、基台３の表面側には支持台４に固定するための貫通孔やねじ穴が形成されないため、ヒータ６ｃ及び７ｃを均一に配置することができるので、温度差が顕著に生じる部分を無くすことができる。よって、熱応力ひずみによって構成部材が破壊される可能性を低減させ、結果として、熱応力ひずみによって制限されるウェハＷとフォーカスリング５との設定可能温度差を大きくすることができる。このように、溝部１３は、断熱機能のみならず応力ひずみを吸収する機能をも有する。

また、基台３の裏面３ｃに給電棒５０が接続されるとともに溝部１３が基台３の内部にて底面１３ａを有することにより、内側基台部３ａ及び外側基台部３ｂは、矢印Ｃで示すように溝部１３の下方で互いに接続されている。このように、内側基台部３ａ及び外側基台部３ｂは、ＲＦ回路として繋がっている。よって、ウェハＷ面上及びフォーカスリング５面上で均一なシース電界を簡易な構成で形成することができる。

さらに、溝部１３へ入り込もうとするプラズマがフォーカスリング５の内側側面に形成された凸部５ａによって遮断されるため、溝部１３の劣化や溝部１３における異常放電等を防止することができる。

以上、一実施形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

例えば、図４に示すように、基台３内部の内側の冷媒流路２ｅの高さＨ２が、外側の冷媒流路２ｆの高さＨ３よりも高い場合であってもよい。この場合、溝部１３の底面１３ａの高さＢは、冷媒流路２ｅ、２ｆのうち最も上方に位置する冷媒流路２ｅの上端面の高さＨ２と同一か、又は、高さＨ２よりも下方に形成される。また、例えば、図５に示すように、基台３内部の内側の冷媒流路２ｅの高さＨ２が、外側の冷媒流路２ｆの高さＨ３よりも低い場合であってもよい。この場合、溝部１３の底面１３ａの高さＢは、冷媒流路２ｅ、２ｆのうち最も上方に位置する冷媒流路２ｆの上端面の高さＨ３と同一か、又は、高さＨ３よりも下方に形成される。このように、溝部１３の底面は、外側の冷媒流路２ｆと内側の冷媒流路２ｅの上方に存在するアルミ等の基材部分からなる水平方向の熱流路を断つ高さに形成される。

また、上述した実施形態では、基台３が一体的に形成されている例を説明したが、別体として形成したものを組み合わせて基台３としてもよい。例えば、外側基台部３ｂを別体としてもよい。外側基台部３ｂを別体とした場合、溝部１３の内部に溶射等の表面処理を容易にすることができる。

また、プラズマ処理装置は、マイクロ波によって発生させたプラズマを用いていてもよい。

１…処理容器、２…載置台、３…基台、４…支持台、５…フォーカスリング、６…静電チャック（載置部材）、６ａ…電極、６ｃ…ヒータ（第１電熱部材）、７…スペーサ部材、７ｃ…ヒータ（第２電熱部材）、１３…溝部、１３ａ…底面。

Claims (9)

1. 被処理体を載置する載置台であって、
   裏面及び前記裏面に対向する表面を有し、その内部に冷媒流路が形成された基台であって、前記裏面には、電圧印加可能な給電部材が接続されており、前記表面には、前記基台の内部にて底面を有する溝部が前記表面と直交する方向からみて環状に形成され、前記溝部によって該溝部の内側の円柱状の内側基台部と該溝部の外側の環状の外側基台部とが形成されている、基台と、
   前記内側基台部に支持され、前記被処理体が載置される載置面を有する載置部材と、
   前記外側基台部に支持され、前記載置面に直交する方向からみて前記載置面の周囲を囲むように配置され、その内側側面に、前記載置面に直交する方向からみて前記溝部を覆うように径方向内側へ突出した凸部を有する環状のフォーカスリングと、
   前記載置面と前記冷媒流路との間に介在する第１電熱部材と、
   前記フォーカスリングと前記冷媒流路との間に介在する第２電熱部材と、
   を備え、
   前記溝部の底面は、前記冷媒流路の上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さと同一位置に形成され、又は、前記冷媒流路の上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さよりも下方に形成される載置台。
2. 前記内側基台部の内部に形成された冷媒流路の上端面の高さが、前記外側基台部の内部に形成された冷媒流路の上端面の高さよりも高く、
   前記溝部の底面は、前記内側基台部の上端面の高さと同一位置に形成され、又は、前記内側基台部の上端面の高さよりも下方に形成される請求項１に記載の載置台。
3. 前記内側基台部の内部に形成された冷媒流路の上端面の高さが、前記外側基台部の内部に形成された冷媒流路の上端面の高さよりも低く、
   前記溝部の底面は、前記外側基台部の上端面の高さと同一位置に形成され、又は、前記外側基台部の上端面の高さよりも下方に形成される請求項１に記載の載置台。
4. 前記載置部材は、その内部に前記第１電熱部材を含む請求項１〜３の何れか一項に記載の載置台。
5. 前記載置部材は、その内部であって、前記第１電熱部材の上方に、前記被処理体を静電吸着するための電極をさらに含む請求項４に記載の載置台。
6. 前記フォーカスリングと前記外側基台部との間に介在するスペーサ部材を更に備え、
   前記スペーサ部材は、その内部に前記第２電熱部材を含む、請求項１〜５の何れか一項に記載の載置台。
7. 前記冷媒流路は、前記載置部材及び前記フォーカスリングの下方に配置される請求項１〜６の何れか一項に記載の載置台。
8. 前記基台の前記裏面を支持し、貫通孔が形成された支持台と、
   前記貫通孔に挿通可能な固定部材と、をさらに備え、
   前記基台の前記裏面には前記固定部材と締結可能な締結部が形成されており、
   前記固定部材が前記支持台の前記貫通孔に挿通された状態で前記締結部と締結することにより、前記支持台及び前記基台が固定される請求項１〜７の何れか一項に記載の載置台。
9. プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、
   前記処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部と、
   前記処理空間に設けられた第１の電極と、
   前記処理空間内に収容され、被処理体を載置する載置台と、
   を具備し、
   前記載置台は、
   裏面及び前記裏面に対向する表面を有し、その内部に冷媒流路が形成された基台であって、前記裏面には、電圧印加可能な給電部材が接続されており、前記表面には、前記基台の内部にて底面を有する溝部が前記表面と直交する方向からみて環状に形成され、前記溝部によって該溝部の内側の円柱状の内側基台部と該溝部の外側の環状の外側基台部とが形成されている、基台と、
   前記内側基台部に支持され、前記被処理体が載置される載置面を有する載置部材と、
   前記外側基台部に支持され、前記載置面に直交する方向からみて前記載置面の周囲を囲むように配置され、その内側側面に、前記載置面に直交する方向からみて前記溝部を覆うように径方向内側へ突出した凸部を有する環状のフォーカスリングと、
   前記載置面と前記冷媒流路との間に介在する第１電熱部材と、
   前記フォーカスリングと前記冷媒流路との間に介在する第２電熱部材と、
   を備え、
   前記溝部の底面は、前記冷媒流路の上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さと同一位置に形成され、又は、前記冷媒流路の上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さよりも下方に形成される、
   プラズマ処理装置。

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