JP2000299288A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2000299288A JP11107479A JP10747999A JP2000299288A JP 2000299288 A JP2000299288 A JP 2000299288A JP 11107479 A JP11107479 A JP 11107479A JP 10747999 A JP10747999 A JP 10747999A JP 2000299288 A JP2000299288 A JP 2000299288A
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聡 川上
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隆介 牛越
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直仁 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ処理装置において被処理基板に対す
る温度制御を改善する。 【解決手段】 支持部材26は、略円筒状の形体を有し、
その上端部にて載置台24の裏面に固相接合により気密に
接合し、その下端部にて下部冷却ジャケット90およびＯ
リング92、96を介して処理室10の底板部10ｂに気密に接
続されている。支持部材26の内側に形成されている大気
室38において、冷却ジャケット40は、円盤状の熱伝導性
部材たとえばアルミニウムブロックからなり、熱伝導性
シート部材42を介してその上面を載置台24の裏面にぴっ
たり押し付けた状態で設置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空処理室内の載
置台上でたとえば半導体ウエハ等の被処理基板にプラズ
マを利用した処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、エッ
チング、ＣＶＤ、スパッタリング等の諸工程で処理ガス
のイオン化や化学反応等を促進するために、プラズマが
利用されている。 一般に、プラズマを用いる処理装置
では、真空の処理室内に載置台を設置し、該載置台上で
半導体ウエハに処理を施すようにしている。
【０００３】図３に、従来の典型的なプラズマ処理装置
の構成を模式的に示す。この処理装置では、真空チャン
バからなる処理室200内の中央部に支持台202を介して載
置台204が設置される。被処理基板たとえば半導体ウエ
ハＷは、円盤状に形成された載置台204の主面つまり載
置面204ａの上に載置される。
【０００４】この種の載置台204は、半導体ウエハＷを
静電力で吸着して保持するための静電吸着（チャック）
機能を備える。この処理装置では、載置台204の少なく
とも載置面204ａ付近の上部を絶縁材で構成して、その
中に電極206を設けている。そして、処理室200の外に設
けられた直流電源208より適当な電圧値の直流電圧を電
極206に供給して、載置面204ａと半導体ウエハＷとにそ
れぞれ極性の異なる静電気を発生させ、その静電力で載
置面204ａに半導体ウエハＷを吸着保持させる。
【０００５】処理室200内において、プラズマＰは、載
置台204の上方で適当な方法により作られ、半導体ウエ
ハＷの表面付近に導かれる。一方、処理室200内には所
定の処理ガスも導入される。この導入された処理ガスの
分子がプラズマＰで励起されることにより、成膜または
エッチング等の微細加工が促進される。
【０００６】ここで、載置台204の電極206に高周波電圧
を印加すると、プラズマＰ中のイオンや電子をウエハ表
面に垂直に入射させて、微細加工に方向性（異方性）を
もたせ、加工精度を上げることができる。この高周波バ
イアスのため、処理室200の室外に通常13.5MHzの高周波
電源210を設けている。
【０００７】載置台204は、円盤または円柱状に形成さ
れた支持部材202の上面にＯリング212を介して設置され
る。Ｏリング212の内側の隙間214は処理室200内の減圧
された処理空間から遮断されており、室外から載置台20
4への電源ライン等は支持部材202に形成されている貫通
孔（図示せず）とこの隙間214を通って引かれている。
【０００８】支持部材202は熱伝導性の部材たとえばア
ルミニウムブロックからなり、内部に冷媒通路202ａを
有している。処理室200の室外に設けられた冷却装置
（図示せず）より配管（図示せず）を介して所定温度
（たとえば25゜Ｃ）の冷媒（たとえば水）が冷媒通路20
2ａに供給され、支持部材202全体がこの温度に維持され
る。
【０００９】半導体ウエハＷを介して載置台204に入熱
したプラズマエネルギーは、載置台204から隙間214を介
して支持部材202へ伝わり、そこで冷媒に吸収され、冷
却装置によって室外へ放熱される。この放熱機構によ
り、平衡状態で載置台204の温度を所定の設定温度（通
常は200゜Ｃ以下の温度）に温調することができる。
【００１０】ここで、載置台204の設定温度を通常200゜
Ｃ以下とするのは、載置台204の裏面に接するＯリング2
12が一般に樹脂製のもので、その耐熱温度がせいぜい20
0゜Ｃであるためである。
【００１１】このように、載置台204の設定温度を200゜
Ｃ以下とすることで、載置台204と半導体ウエハＷとの
間に大きな温度差が生まれる。一般のプラズマ処理で
は、ウエハ温度を400゜Ｃ付近に設定するので、両者間
に200゜Ｃ前後の温度差を設けることになる。この温度
差分の温度降下は両者間の接触面ないし隙間の熱抵抗で
生じる。
【００１２】なお、載置台204の内部に抵抗発熱体（図
示せず）を設け、温度フィードバック機能（図示せず）
により該抵抗発熱体の発熱量を電気的に制御することも
行なわれている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
プラズマ処理装置においては、支持部材202側からの冷
却さらには内蔵の抵抗発熱体の加熱による温調で載置台
204についてはかなり高い精度で設定温度に制御するこ
とができる。
【００１４】しかしながら、最終的な（本来の）温度制
御対象である半導体ウエハＷについては、半導体ウエハ
Ｗと載置台204との間の温度差が大きいため、プラズマ
の変動やウエハ固体間のばらつき等を精細な熱応答で補
償して安定かつ均一に設定温度に制御することは難し
い。
【００１５】また、半導体ウエハＷと載置台204との間
の温度差が大きいことから、プリヒート時間つまり半導
体ウエハＷを載置台204上に載置してからプラズマＰの
入射熱によりウエハの温度を処理開始可能な温度（設定
温度）に上げるまでの所要時間が長く、スループットを
上げることも難しい。
【００１６】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたもので、被処理基板に対する温度制御の制御
性（応答性、安定性、均一性等）を改善して加工品質を
向上させるようにしたプラズマ処理装置を提供すること
を目的とする。
【００１７】また、本発明の別の目的は、被処理基板を
載置台上に載置してから処理を開始するまでのプリヒー
ト時間を短縮化して、スループットを上げられるように
したプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のうち請求項１に記載の発明は、所定の真
空度に減圧された処理室内で被処理基板に対してプラズ
マを利用した所定の処理を行うプラズマ処理装置であっ
て、前記処理室内に配設された前記被処理基板を載置す
るための主面を有する載置台と、前記載置台の側面また
は裏面に気密に接合して前記載置台を支持するととも
に、前記載置台の裏面側に前記処理室の処理空間から遮
断され大気に連通可能な大気室を形成する支持部材と、
前記大気室内で前記載置台を所定の温度で冷却する冷却
手段とを有する構成とした。
【００１９】また、請求項２に記載の発明は、上記請求
項１に記載のプラズマ処理装置において、前記冷却手段
が、前記載置台の裏面に隙間またはシート部材を介して
近接配置された冷媒通路を有する熱伝導性部材と、前記
熱伝導性部材の冷媒通路に前記大気室を経由して前記所
定温度の冷媒を供給する冷媒供給手段とを有する構成と
した。
【００２０】また、請求項３に記載の発明は、上記請求
項１または２に記載のプラズマ処理装置において、さら
に、前記載置台の前記主面の内側に設けられた電極と、
前記電極に前記被処理基板に対する静電吸着力を発生さ
せるための電圧を前記大気室を経由して給電する静電吸
着用電圧給電手段とを有する構成とした。
【００２１】また、請求項４に記載の発明は、上記請求
項３に記載のプラズマ処理装置において、さらに前記被
処理基板に前記プラズマを引き込むための高周波電圧を
前記大気室を経由して前記電極に給電する高周波電圧給
電手段を有する構成とした。
【００２２】また、請求項５に記載の発明は、上記請求
項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ処理装置にお
いて、さらに、前記載置台の前記主面の内側に設けられ
た電力を熱に変換する発熱体と、前記発熱体に前記大気
室を経由して電熱用の電力を給電する電熱用電力給電手
段とを有する構成とした。
【００２３】また、請求項６に記載の発明は、上記請求
項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置にお
いて、さらに、前記被処理基板の温度を制御するための
不活性ガスを前記載置面上に案内するよう前記載置台に
設けられたガス通路と、前記ガス通路に前記大気室を経
由して前記不活性ガスを供給する温度制御用ガス供給手
段とを有する構成とした。
【００２４】また、請求項７に記載の発明は、上記請求
項１ないし６のいずれかに記載のプラズマ処理装置にお
いて、さらに、前記支持部材の前記載置台側とは反対側
の端部に気密に接続され、前記遮蔽部材を所定の温度で
冷却する冷却部材を有する構成とした。
【００２５】また、請求項８に記載の発明は、上記請求
項１ないし７のいずれかに記載のプラズマ処理装置にお
いて、さらに、前記載置台および前記支持部材がそれぞ
れセラミックス体で構成され、固相接合によって互いに
接合される構成とした。
【００２６】また、請求項９に記載の発明は、上記請求
項１ないし８のいずれかに記載のプラズマ処理装置にお
いて、さらに、前記大気室の内部で前記載置台を支持す
るための内部支持部材を有する構成とした。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図１および図２を参照して
本発明の実施例を説明する。
【００２８】図１に、本発明の一実施例におけるプラズ
マ処理装置の全体構成を模式的に示す。
【００２９】このプラズマ処理装置は、所望の真空度に
減圧可能な処理空間を有する真空チャンバからなる処理
室10と、この処理室10に連通して設けられたプラズマ発
生室12と、このプラズマ発生室12にマイクロ波透過窓14
を介して接続された導波管16とを有している。
【００３０】導波管16の端部にマイクロ波発生器、たと
えばマグネトロン18が設けられている。マグネトロン18
より所定のパワー（たとえば２ｋＷ）で発生された2.45
GHzのマイクロ波ＭＷは、導波管16および透過窓14を通
ってプラズマ発生室12に導かれる。
【００３１】プラズマ発生室12には、外部のプラズマ用
ガス供給源（図示せず）より配管20を介してプラズマ用
ガスたとえばＡｒも導入される。この室12の周囲にはマ
グネットコイル22が巻かれている。
【００３２】プラズマ発生室12内では、マグネットコイ
ル22による磁界の中でマイクロ波ＭＷがプラズマ用ガス
に入射し、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の作用で
高密度なプラズマＰが生成される。生成されたプラズマ
Ｐは、下方の処理室10に導かれる。
【００３３】処理室10内には、その中央部に円盤形状の
載置台24が設置されている。この載置台24は、処理室10
の底面に気密に接続されている略円筒状の支持部材26に
よって支持されている。
【００３４】本実施例では、載置台24および支持部材26
のいずれも固相接合に適したセラミックス体たとえばＡ
ｌＮ（窒化アルミニウム）からなり、後述するように両
者は強固かつ気密に接合している。
【００３５】処理室10の側壁に設けられたゲートバルブ
（図示せず）を介して室内に搬入された被処理基板たと
えば半導体ウエハＷは、載置台24の主面つまり載置面24
ａの上に載置される。
【００３６】載置台24の内部には、載置面24ａに近接し
た上部位置に薄膜またはシート状の電極28が埋設されて
いる。後述するように、この電極28には静電吸着用の直
流電圧とプラズマ引き込み用の高周波電圧とが給電され
る。
【００３７】また、載置台24の内部には、電極28よりも
奥（下）の位置に、高融点金属たとえばモリブデンやタ
ングステン等からなる抵抗発熱体30も設けられている。
後述するように、この抵抗発熱体30には電熱用の電力が
給電される。
【００３８】処理室10内には、外部の処理ガス供給源
（図示せず）より配管32を介して所要の処理ガス（ＣＶ
Ｄの場合、たとえばＳｉＨ4等）が供給される。処理室1
0内の処理空間に導入された処理ガスの分子は、プラズ
マＰによって励起されることで、活発に化学反応または
物理反応を起こし、ウエハ表面に膜を堆積し、あるいは
ウエハ表面をエッチングする。
【００３９】その際、載置台24の電極28に高周波電圧が
印加されることで、プラズマＰ中のイオンや電子が半導
体ウエハＷに引き込まれ、プラズマの入射熱さらには反
応熱で半導体ウエハＷが加熱される。そして、加熱され
た半導体ウエハＷより載置台24側へ熱が流れる。
【００４０】本実施例では、略円筒状の支持部材26の内
側が処理室10の処理空間から遮断され大気に連通可能な
大気室になっており、その大気室内に載置台24を所定の
温度で冷却するための後述する冷却機構たとえば冷却ジ
ャケットが設けられている。この冷却ジャケットによる
冷却と載置台24に内蔵の抵抗発熱体30による加熱との温
調で、載置台24は、半導体ウエハＷの設定温度たとえば
400゜Ｃより少し低い設定温度たとえば350゜Ｃ付近に維
持されるようになっている。
【００４１】支持部材26の下端は開口しており、処理室
10の下に設けられた外付けユニット34に連通している。
外付けユニット34には、この処理装置の運転制御に必要
な制御回路、電源、ガス供給源、冷却装置、支持ピン昇
降機構等が設けられている。外付けユニット34内の空間
は常時大気に開放されていてよく、あるいは扉式で必要
時に大気に開放されるものであってもよい。
【００４２】処理室10は、たとえばその底面に形成され
た１個または複数個の排気孔に接続された配管36を介し
て真空ポンプ（図示せず）に通じている。この真空ポン
プによる排気で処理室10の室内、より正確には支持部材
26の内側の大気室を除く処理空間が当該プラズマ処理に
必要な所定の真空度に減圧されるようになっている。
【００４３】図２に、このプラズマ処理装置における要
部の構成を示す。
【００４４】支持部材26の内側に形成されている大気室
38において、冷却ジャケット40は、円盤状の熱伝導性部
材たとえばアルミニウムブロックからなり、熱伝導性シ
ート部材たとえばカーボンシート42を介してその上面を
載置台24の裏面にぴったり押し付けた状態で設置されて
いる。
【００４５】冷却ジャケット40の内部には、たとえば円
周方向に延在する冷媒通路40ａが設けられている。この
冷媒通路40ａには、外付けユニット34に設けられている
冷却装置44より配管46を介して所定温度（たとえば25゜
Ｃ）の冷媒（たとえば水）Ｆが供給される。
【００４６】冷却ジャケット40には、冷媒通路40ａを避
けた部位に、載置台24側へ電力線、センス線、ガス供給
管等を通すための複数の貫通孔が形成されている。
【００４７】冷却ジャケット40の中心部に設けられた貫
通孔には絶縁性のガス供給管48が通されている。このガ
ス供給管48の上端開口と対向して載置台24の中心部にも
ガス通路用の貫通孔24ａが設けられている。
【００４８】処理中には、外付けユニット34に設けられ
ている不活性ガス供給部50よりガス供給管48および貫通
孔24ａを介してウエハ温度制御用の不活性ガスたとえば
Ｈｅガスが半導体ウエハＷの裏面に供給される。
【００４９】載置台24の載置面24ａは適当なパターンで
凹凸面に形成されていてよく、不活性ガスはその凹凸面
の凹（溝）部を伝わって半導体ウエハＷの裏面に広く行
き渡る。この不活性ガスのガス圧を制御して載置台24と
半導体ウエハＷとの間の隙間または接触面の熱抵抗を可
変制御し、半導体ウエハＷの温度を調節することができ
る。
【００５０】載置台24の貫通孔24ａの上端部には、半導
体ウエハＷの温度を検出するための温度センサ52が孔24
ａより少しはみ出た状態で設けられている。この温度セ
ンサ52の出力端子は、貫通孔24ａおよびガス供給管48に
遊挿されている導体棒ないしセンス線54に電気的に接続
されている。センス線54は、大気室38を通って外付けユ
ニット34側の温度制御部56に送られる。温度制御部56
は、温度センサ52からの温度検出信号に基づいて所定の
フィードバック制御方式たとえばＰＩＤ制御方式により
不活性ガス供給部50におけるガス供給の流量または圧力
を制御する。
【００５１】載置台24に埋設されている電極28は双極吸
着方式により一対の電極片28Ａ，28Ｂに分割されてい
る。これら一対の電極片28Ａ，28Ｂには、静電吸着用の
直流電圧とプラズマ引き込み用の高周波電圧とを給電す
るための導線または導体棒58、60がそれぞれ電気的に接
続されている。
【００５２】これらの導線58、60は、冷却ジャケット40
の貫通孔に挿嵌されている絶縁シース62、64の中をそれ
ぞれ通って大気室38に引き出され、大気室38を通って外
付けユニット34側の静電吸着用直流電源66およびブラズ
マ引き込み用高周波電源68に電気的に接続されている。
【００５３】直流電源66は、所定の電圧値で一方の電極
片28Ａに正極の電圧を、他方の電極片28Ｂに負極の電圧
をそれぞれ供給する。高周波電源68は、13.56MHzの高周
波電圧をたとえば２ｋＷのパワーでマッチングボックス
70を介して両電極片28Ａ，28に供給する。
【００５４】載置台24に埋設されている抵抗発熱体30の
両端子には電熱用の電力線72、74が電気的に接続されて
いる。これらの電力線72、74は、冷却ジャケット40の貫
通孔に挿嵌されている絶縁シース76、78の中をそれぞれ
通って大気室38に引き出され、大気室38を通って外付け
ユニット34側のたとえば200Ｖ交流電源からなるヒータ
電源80に電気的に接続されている。
【００５５】載置台24には載置台温度検出用の温度セン
サ82も埋込式または接触式で取り付けられている。この
温度センサ82の出力端子には、冷却ジャケット40の貫通
孔に挿嵌されている絶縁シース84の中を通ってセンス線
または導体棒86が電気的に接続されている。このセンス
線86は、大気室38を通って外付けユニット34側の温度制
御部88に電気的に接続されている。温度制御部88は、温
度センサ82からの温度検出信号に基づいて所定のフィー
ドバック制御方式たとえばＰＩＤ制御方式によりヒータ
電源80における電力の出力（供給）量を制御する。
【００５６】なお、センス線54、86、導線58、60および
電力線72、74等の電線類は絶縁被覆されたケーブルであ
ってよい。
【００５７】載置台24の周縁部には複数個所たとえば3
箇所に貫通孔24ｂが設けられており、半導体ウエハＷの
受け渡し時にはこれらの貫通孔24ｂからそれぞれ支持ピ
ン（図示せず）が載置面24ａよりも高い位置まで突出す
るようになっている。
【００５８】支持部材26は、その上端面が載置台24の裏
面の上記貫通孔24ｂより内側の部位に固相接合により気
密に接合している。
【００５９】本実施例では、たとえば特許第２７８３９
８０号に開示されるセラミックス体用の固相接合法を用
いるのが好ましい。この固相接合法によるセラミックス
体（本例ではＡｌＮ）同士の固相接合においては、両接
合体（24、26）の接合界面に沿って接合助剤の原子の豊
富な層が存在して、該接合界面の両側に延びるようにセ
ラミックス粒子が粒成長しており、接合部分の気密性が
高く、強度も接合部分以外の部分と同等以上になってい
る。接合助剤は、両接合体（24、26）の材質（ＡｌＮ）
と同一であってもよく、あるいはイットリウム化合物等
でもよい。
【００６０】かかる固相接合体は、たとえば、接合すべ
き各セラミックス体の各接合面の中心線平均粗さ（Ｒ
ａ）を0．2μｍ以下とし、平面度を0．2μｍ以下とし、
それら接合面の少なくとも一方の上に接合助剤の溶液を
塗布し、次いで各接合面を当接させた状態で各セラミッ
クス体を熱処理することによって得られる。なお、熱処
理の処理温度は、当該セラミックス体の燒結温度をＴ゜
Ｃとしたとき、（Ｔ−50）゜Ｃ以上であればよい。
【００６１】支持部材26の下端部は、中心開口部90ａを
有するリング状の下部冷却ジャケット90を介して処理室
10の底面に気密に接続されている。支持部材26の下端面
がＯリング92を介して下部冷却ジャケット90の上面周縁
部に載り、円周方向に適当な間隔を置いて複数個のボル
ト94が支持部材26の下端肉厚部を介して下部冷却ジャケ
ット90の対応するねじ穴にねじ込まれていることで、支
持部材26はＯリング92を介して下部冷却ジャケット90と
気密に接続している。
【００６２】一方、下部冷却ジャケット90の下面周縁部
がＯリング96を介して処理室10の底板部10ｂの上面に載
り、円周方向に適当な間隔を置いて裏側から複数個のボ
ルト98が底板部10ｂを介して下部冷却ジャケット90の対
応するねじ穴にねじ込まれていることで、下部冷却ジャ
ケット90はＯリング96を介して処理室10の底板部10ｂと
も気密に接続している。
【００６３】このように、本実施例における支持部材26
は、略円筒状の形体を有し、その上端部にて載置台24の
裏面に固相接合により気密に接合し、その下端部にて下
部冷却ジャケット90およびＯリング92、96を介して処理
室10の底板部10ｂに気密に接続されている。かかる気密
な遮蔽構造により、処理室10内の処理空間は支持部材26
の内側の大気室38からも、外付けユニット34側の大気圧
空間からも気密に遮断され、所望の真空度に減圧可能と
なっている。
【００６４】なお、本実施例の支持部材26においては、
応力を緩和するために、その上端部および中間部にそれ
ぞれ内側にくびれる屈曲部26ａ、26ｂが形成されてい
る。
【００６５】処理室10の底板部10ｂにも、下部冷却ジャ
ケット90の中心開口部90ａと対応する位置に中心開口部
10ｃが形成されている。上記した支持部材26の内側の大
気室38と外付けユニット34とはこれらの開口部90ａ、10
ｃを介して互いに大気圧下で連通している。また、外付
けユニット34からの電線、配管類は全てこれらの開口部
90ａ、10ｃを通って大気室38内へ引かれる。
【００６６】下部冷却ジャケット90の上面には円周方向
に適当な間隔を置いて複数個のざぐり穴が形成されてお
り、これらのざぐり穴に圧縮コイルバネ100を介して垂
直支持棒102が立設されている。各垂直支持棒102の上端
は各圧縮コイルバネ100の弾性力で大気室38内の上部冷
却ジャケット40の裏面に押し付けられている。
【００６７】このように、上部冷却ジャケット40ひいて
はその上の載置台24が、垂直支持棒102および圧縮コイ
ルバネ100を介して下部冷却ジャケット90に支持され、
ひいては処理室10の底板部10ｂに支持されている。かか
る内部支持機構により、載置台24の重量を支えるための
支持部材26の負担が軽減されている。
【００６８】冷却ジャケット90の内部には円周方向に延
在する冷媒通路90ｂが形成されている。この冷媒通路90
ｂには、外付けユニット34の冷却装置44より配管104を
介して所定温度（たとえば25゜Ｃ）の冷媒（たとえば
水）Ｆが供給される。
【００６９】上記したように、このプラズマ処理装置で
は、真空処理室10内において半導体ウエハＷの載置台24
を略円筒状の密閉式支持部材26で支持し、この密閉式支
持部材26の内側に形成される大気室34の中に冷却ジャケ
ット40を配設して載置台24を所定温度で冷却する。冷却
ジャケット40に対する冷媒の供給は大気室34を経由して
行う。また、載置台24内の電極28や抵抗発熱体30に対す
る静電吸着用電圧およびプラズマ引き込み用電圧の給電
等、電気系統の配線も全て大気室34を経由して行う。
【００７０】このように、大気圧下に載置台冷却用の冷
却ジャケット40を設置したり、ガス管や電線類を引ける
ことは、装置設計・製作が容易になるだけでなく、装置
メンテナンスの点でも便利である。
【００７１】また、このプラズマ処理装置では、支持部
材26が載置台24に対しては固相接合により気密に接合
し、支持部材26の下端側で支持部材26と下部冷却ジャケ
ット90との間の気密な接続、および下部冷却ジャケット
90と処理室10との間の気密な接続にそれぞれＯリング9
0、96が用いられる。
【００７２】ここで、Ｏリング90、96は下部冷却ジャケ
ット90の温度（25゜Ｃ）で冷却されるため、熱で変質劣
化するおそれはない。
【００７３】したがって、これらのＯリング90、96の耐
熱温度（通常200゜Ｃ以下）に何ら律則されることな
く、載置台24の設定温度を任意に、好ましくは半導体ウ
エハＷの設定温度（たとえば400゜Ｃ）より少し低い値
（たとえば350゜Ｃ）に選ぶことができる。
【００７４】このように、載置台24の設定温度を半導体
ウエハＷの設定温度に近づけることで、プラズマの変動
やウエハ固体間のばらつき等を良好な熱応答で迅速かつ
精細に補償して、ウエハ温度を安定かつ均一に設定値に
制御することができ、ひいてはプラズマ処理の加工品質
を向上させることができる。さらには、半導体ウエハＷ
を載置台24に載置してから処理を開始するまでのプリヒ
ート時間の短縮化も可能となり、スループットを改善す
ることができる。
【００７５】また、支持部材26を熱伝導性のセラミック
体で構成し、かつその下端部を下部冷却ジャケット90に
熱結合させているので、載置台24からの熱の相当部分を
支持部材26および下部冷却ジャケット90を介して室外へ
放出することが可能であり、冷却効率を高めることがで
きる。
【００７６】なお、支持部材26のサイズ、特に高さ寸法
は、支持部材26における熱伝導で消費されるべき熱量か
ら決定される。たとえば、載置台24の設定温度と下部冷
却ジャケット90の設定温度との温度差をΔＴ（゜Ｃ）、
載置台24に対するプラズマ入射熱の熱量をＪ（ワッ
ト）、支持部材26の熱抵抗をλ（゜Ｃ／ワット）とする
と、ΔＴとＪが既知の値（設計値）で与えられるので、
次の式（１）から熱抵抗λが求まる。
【００７７】ΔＴ=λ・Ｊ ‥‥‥‥‥‥‥‥（１）
【００７８】熱抵抗λは支持部材26の材質の熱伝導率
（固有値）と横断面積（設計値）と長さつまり高さとで
決まる。したがって、熱抵抗λと熱伝導率と横断面積の
それぞれの値を基に支持部材26の所要高さを求めること
ができる。
【００７９】上記した実施例では支持部材26をＡｌＮ
（窒化アルミニウム）で構成した。しかし、窒化珪素等
の他のセミックス体でも可能である。処理室10の処理空
間で劣化することなく、載置台24との気密な接合が可能
であり、さらに好ましくは熱伝導率の高いものであれ
ば、任意の材質を支持部材26に用いることが可能であ
る。
【００８０】支持部材26の形状は円筒体に限るものでは
なく、角筒体でもよい。上記した実施例では支持部材26
と処理室10の壁部との間に下部冷却ジャケット90を介設
したが、処理室10の壁部を所定温度で温調する機構を設
け、支持部材26を処理室10の壁部に直接熱結合させて接
続する構成としてもよい。また、上記した実施例では支
持部材26を載置台24の裏面に接合したが、載置台24の側
面に接合する構成も可能である。
【００８１】支持部材26の内側の大気室38内の構成も種
種の変形・変更が可能である。載置台24と冷却ジャケッ
ト40との間では任意の熱結合が可能であり、たとえば熱
伝導シート42を省いて隙間にしてもよい。冷却ジャケッ
ト40に使用する冷媒の種類または温度は種種選択可能で
あり、下部冷却ジャケット90と異なる冷媒（温度）また
は冷却装置を使用してもよい。また、冷却ジャケット40
をこれと異なる構造または冷却方式の冷却手段で置き換
えることもできる。
【００８２】上記実施例における載置台24の構成は一例
であり、種種の載置台構造を採ることができる。たとえ
ば、電極28を単一（単極）構造としてもよい。また、ウ
エハ温度制御用の不活性ガス通路や載置台温度制御用の
発熱体を備えない載置台構造であってもよい。
【００８３】上記実施例ではＥＣＲ方式でプラズマを生
成したが、他のプラズマ生成法たとえば平行平板方式、
マグネトロン方式、マイクロ波方式等も使用可能であ
る。被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、Ｌ
ＣＤ基板、ガラス基板等であってもよい。
【００８４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば、被処理基板に対する温度制御を改善
してプラズマ処理の加工品質およびスループットの向上
を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるプラズマ処理装置の
全体構成を模式的に示す図である。
【図２】実施例のプラズマ処理装置の要部の構成を示す
図である。
【図３】従来のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す
図である。
【符号の説明】
10 処理室 12 プラズマ発生室 24 載置台 26 支持部材 30 抵抗発熱体 34 外付けユニット 40 冷却ジャケット 42 熱伝導シート 44 冷却装置 46、48 配管 50 不活性ガス供給部 58、60 導線 72、74 電力線 80 ヒータ電源 90 下部冷却ジャケット 92、96 Ｏリング 100 圧縮コイルバネ 102 支持棒
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者 岩渕 勝彦 神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号 東京エレクトロン東北株式会社相模事 業所内 (72)発明者 桑嶋 亮 神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号 東京エレクトロン東北株式会社相模事 業所内 (72)発明者 牛越 隆介 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本ガイシ株式会社内 (72)発明者 山田 直仁 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本ガイシ株式会社内 (72)発明者 川尻 哲也 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本ガイシ株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 GA02 HA11 JA10 KA14 KA22 KA23 KA26 KA32 KA39 KA41 4K057 DA20 DD01 DE14 DM03 DM06 DM09 DM29 DM35 DM39 DN01 5F004 AA00 AA01 BA04 BA13 BA14 BB11 BB13 BB14 BB18 BB22 BB25 BB26 BB29 BC08 DB00 5F045 AA08 AA10 AF01 AF07 BB01 BB08 DP01 DP02 DP03 DQ10 EH01 EH02 EH11 EH12 EH13 EH14 EH16 EH17 EJ01 EJ02 EJ03 EK05 EM01 EM02 EM05 EM07 EM09

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の真空度に減圧された処理室内で被
    処理基板に対してプラズマを利用した所定の処理を行う
    プラズマ処理装置であって、 前記処理室内に配設された前記被処理基板を載置するた
    めの主面を有する載置台と、 前記載置台の側面または裏面に気密に接合して前記載置
    台を支持するとともに、前記載置台の裏面側に前記処理
    室の処理空間から遮断され大気に連通可能な大気室を形
    成する支持部材と、 前記大気室内で前記載置台を所定の温度で冷却する冷却
    手段とを有するプラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】 前記冷却手段が、 前記載置台の裏面に隙間またはシート部材を介して近接
    配置された冷媒通路を有する熱伝導性部材と、 前記熱伝導性部材の冷媒通路に前記大気室を経由して前
    記所定温度の冷媒を供給する冷媒供給手段とを有する請
    求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】 前記載置台の前記主面の内側に設けられ
    た電極と、 前記電極に前記被処理基板に対する静電吸着力を発生さ
    せるための電圧を前記大気室を経由して給電する静電吸
    着用電圧給電手段とを有する請求項１または２に記載の
    プラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 前記被処理基板に前記プラズマを引き込
    むための高周波電圧を前記大気室を経由して前記電極に
    給電する高周波電圧給電手段を有する請求項３に記載の
    プラズマ処理装置。
  5. 【請求項５】 前記載置台の前記主面の内側に設けられ
    た電力を熱に変換する発熱体と、 前記発熱体に前記大気室を経由して電熱用の電力を給電
    する電熱用電力給電手段とを有する請求項１ないし４の
    いずれかに記載のプラズマ処理装置。
  6. 【請求項６】 前記被処理基板の温度を制御するための
    不活性ガスを前記載置面上に案内するよう前記載置台に
    設けられたガス通路と、 前記載置台のガス通路に前記大気室を経由して前記不活
    性ガスを供給する温度制御用ガス供給手段とを有する請
    求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  7. 【請求項７】 前記支持部材の前記載置台側とは反対側
    の端部に気密に接続され、かつ前記遮蔽部材を所定の温
    度で冷却する冷却部材を有する請求項１ないし６のいず
    れかに記載のプラズマ処理装置。
  8. 【請求項８】 前記載置台および前記支持部材がそれぞ
    れセラミックス体で構成され、固相接合によって互いに
    接合される請求項１ないし７のいずれかに記載のプラズ
    マ処理装置。
  9. 【請求項９】 前記大気室の内部で前記載置台を支持す
    るための内部支持部材を有する請求項１ないし８のいず
    れかに記載のプラズマ処理装置。
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