JP2001068538A - 電極構造、載置台構造、プラズマ処理装置及び処理装置 - Google Patents
電極構造、載置台構造、プラズマ処理装置及び処理装置Info
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
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- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
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- H01J2237/20—Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
- H01J2237/2002—Controlling environment of sample
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２００℃以上、例えば３５０〜５００℃程度
の高温域においてもシール性が劣化せずに伝熱ガスが漏
れることの少ない電極構造を提供する。 【解決手段】 真空引き可能になされた処理容器２６内
でプラズマを用いて被処理体Ｗに対して所定の処理を行
なうプラズマ処理装置に用いられる電極構造において、
加熱ヒータ部４４を内部に有する電極部３８と、この電
極部に接合されて内部に前記電極部を冷却する冷却ジャ
ケット５８を有する冷却ブロック４０と、前記電極部と
前記冷却ブロックとの間に形成される僅かな間隙の電極
側伝熱空間６２，６４をシールするための耐熱性メタル
シール部材６６Ａ〜６６Ｇと、前記電極側伝熱空間に伝
熱ガスを供給する電極側伝熱ガス供給手段９４とを備え
る。これにより、２００℃以上、例えば３５０〜５００
℃程度の高温域においてもシール性が劣化せずに伝熱ガ
スが漏れることのないようする。
の高温域においてもシール性が劣化せずに伝熱ガスが漏
れることの少ない電極構造を提供する。 【解決手段】 真空引き可能になされた処理容器２６内
でプラズマを用いて被処理体Ｗに対して所定の処理を行
なうプラズマ処理装置に用いられる電極構造において、
加熱ヒータ部４４を内部に有する電極部３８と、この電
極部に接合されて内部に前記電極部を冷却する冷却ジャ
ケット５８を有する冷却ブロック４０と、前記電極部と
前記冷却ブロックとの間に形成される僅かな間隙の電極
側伝熱空間６２，６４をシールするための耐熱性メタル
シール部材６６Ａ〜６６Ｇと、前記電極側伝熱空間に伝
熱ガスを供給する電極側伝熱ガス供給手段９４とを備え
る。これにより、２００℃以上、例えば３５０〜５００
℃程度の高温域においてもシール性が劣化せずに伝熱ガ
スが漏れることのないようする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極構造、載置台
構造、処理装置及びプラズマ処理装置に関する。
構造、処理装置及びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路の製造工程にお
いては、被処理体である例えば半導体ウエハに対して成
膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理等の各種処理が
繰り返し行なわれる。この種の処理の中で、例えばベア
ウエハに対して酸化膜を成膜する場合のように温度によ
るダメージを受ける素子や構造、或いは部材がウエハ中
に存在しない場合には、例えば８００〜９００℃の高温
で熱処理を行なっても問題はないが、例えば回路素子を
多層化する際の層間絶縁膜等を成膜する場合には、上述
のように８００〜９００℃の高温にウエハを加熱すると
下層の回路素子や構造が熱的ダメージを受けるので、そ
れ程高くない温度、例えば３００℃程度の低温域でプラ
ズマを用いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜を施すことが行われてい
る。
いては、被処理体である例えば半導体ウエハに対して成
膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理等の各種処理が
繰り返し行なわれる。この種の処理の中で、例えばベア
ウエハに対して酸化膜を成膜する場合のように温度によ
るダメージを受ける素子や構造、或いは部材がウエハ中
に存在しない場合には、例えば８００〜９００℃の高温
で熱処理を行なっても問題はないが、例えば回路素子を
多層化する際の層間絶縁膜等を成膜する場合には、上述
のように８００〜９００℃の高温にウエハを加熱すると
下層の回路素子や構造が熱的ダメージを受けるので、そ
れ程高くない温度、例えば３００℃程度の低温域でプラ
ズマを用いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）成膜を施すことが行われてい
る。
【０００３】図２４は上記したようなプラズマＣＶＤを
行なう従来装置の一例を示す概略構成図である。まず、
真空引き可能になされた処理容器２内には、載置台を兼
ねる下側電極部４が設置されている。この下側電極部４
は、例えばシースヒータのような加熱ヒータ部６が絶縁
状態で埋設されている。具体的には、上記加熱ヒータ部
６を例えばアルミニウム等により鋳込むことによりこれ
を埋設している。そして、このアルミニウム製の下側電
極部４の上面に、静電チャッキング用のチャック電極を
セラミックス材に埋設してなるセラミック製の静電チャ
ック８をろう付け等により接合して設けており、この上
面に半導体ウエハＷを静電力により吸着保持するように
なっている。
行なう従来装置の一例を示す概略構成図である。まず、
真空引き可能になされた処理容器２内には、載置台を兼
ねる下側電極部４が設置されている。この下側電極部４
は、例えばシースヒータのような加熱ヒータ部６が絶縁
状態で埋設されている。具体的には、上記加熱ヒータ部
６を例えばアルミニウム等により鋳込むことによりこれ
を埋設している。そして、このアルミニウム製の下側電
極部４の上面に、静電チャッキング用のチャック電極を
セラミックス材に埋設してなるセラミック製の静電チャ
ック８をろう付け等により接合して設けており、この上
面に半導体ウエハＷを静電力により吸着保持するように
なっている。
【０００４】また、上記下側電極部４の下部には、内部
に冷却ジャケット１０を有する冷却ブロック１２が設け
られており、上記冷却ジャケット１０と加熱ヒータ部６
とをコントロールすることにより、ウエハＷを最適な温
度に維持するようになっている。そして、この下部電極
部４と冷却ブロック１２との間を接合したとはいえ、こ
こに僅かな間隙の伝熱空間１４が生じて伝熱効率が低下
するので、この伝熱空間１４の内外周をＯリング等のシ
ール部材１６でシールし、ここに例えばＡｒガス、Ｈｅ
ガス、窒素ガスなどの不活性ガスよりなる伝熱ガスを導
入し、伝熱効率を改善するようになっている。
に冷却ジャケット１０を有する冷却ブロック１２が設け
られており、上記冷却ジャケット１０と加熱ヒータ部６
とをコントロールすることにより、ウエハＷを最適な温
度に維持するようになっている。そして、この下部電極
部４と冷却ブロック１２との間を接合したとはいえ、こ
こに僅かな間隙の伝熱空間１４が生じて伝熱効率が低下
するので、この伝熱空間１４の内外周をＯリング等のシ
ール部材１６でシールし、ここに例えばＡｒガス、Ｈｅ
ガス、窒素ガスなどの不活性ガスよりなる伝熱ガスを導
入し、伝熱効率を改善するようになっている。
【０００５】また、処理容器２の天井部には、上記下側
電極部４と対向させて上側電極部１８が設けられてい
る。この上側電極部１８内にも、例えばシースヒータの
ような加熱ヒータ部２０が、アルミニウム等により鋳込
むことにより埋設されている。そして、この上側電極部
１８に、プラズマ発生用の高周波電圧を印加するための
高周波電源２２が接続されており、この上側電極部１８
と下側電極部４との間にプラズマを発生させてウエハＷ
に対して所定の処理を施すようになっている。
電極部４と対向させて上側電極部１８が設けられてい
る。この上側電極部１８内にも、例えばシースヒータの
ような加熱ヒータ部２０が、アルミニウム等により鋳込
むことにより埋設されている。そして、この上側電極部
１８に、プラズマ発生用の高周波電圧を印加するための
高周波電源２２が接続されており、この上側電極部１８
と下側電極部４との間にプラズマを発生させてウエハＷ
に対して所定の処理を施すようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体ウエ
ハの処理温度が比較的低い場合、例えば処理温度が略２
００℃以下の場合にはそれ程問題は生じなかったが、例
えば成膜処理において、成膜速度を上げるためや膜質の
改善のために、下層の素子や構造等が熱的ダメージを受
けない範囲で処理温度を、２００℃以上、例えば３５０
〜５００℃程度まで上昇させることが要請されてきてい
る。しかしながら、このような高温域になると、伝熱空
間１４を封止していたＯリング等のシール部材１６が熱
分解してシール性が劣化し、封入ガスが漏出するという
問題があった。このため、不活性な伝熱ガスが処理容器
２内へ流出して伝熱効率が劣化する結果、ウエハＷの温
度コントロールの精度が劣化したり、或いは、例えば成
膜処理において、伝熱ガスにより処理容器２内の成膜ガ
スが希釈化されることを防止するために、この成膜ガス
の流量を化学量論比以上に増大させなければならず、成
膜ガスが無駄に消費されるという問題もあった。
ハの処理温度が比較的低い場合、例えば処理温度が略２
００℃以下の場合にはそれ程問題は生じなかったが、例
えば成膜処理において、成膜速度を上げるためや膜質の
改善のために、下層の素子や構造等が熱的ダメージを受
けない範囲で処理温度を、２００℃以上、例えば３５０
〜５００℃程度まで上昇させることが要請されてきてい
る。しかしながら、このような高温域になると、伝熱空
間１４を封止していたＯリング等のシール部材１６が熱
分解してシール性が劣化し、封入ガスが漏出するという
問題があった。このため、不活性な伝熱ガスが処理容器
２内へ流出して伝熱効率が劣化する結果、ウエハＷの温
度コントロールの精度が劣化したり、或いは、例えば成
膜処理において、伝熱ガスにより処理容器２内の成膜ガ
スが希釈化されることを防止するために、この成膜ガス
の流量を化学量論比以上に増大させなければならず、成
膜ガスが無駄に消費されるという問題もあった。
【０００７】また、伝熱空間１４内への伝熱ガスの供給
圧力は、圧力センサを高温になる伝熱空間１４には設け
られないことから、供給源側で供給圧力をモニタし、こ
れが適正になるように制御しているが、制御対象領域の
圧力を直接検出していないので、ガス圧の制御性が劣ら
ざるを得なかった。尚、本発明者は、特開平６−２３２
０８２号公報において、関連技術として低温状態で処理
する際のシール構造を提案したが、これは例えば液体窒
素で冷却するような超低温におけるシール構造である。
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。
圧力は、圧力センサを高温になる伝熱空間１４には設け
られないことから、供給源側で供給圧力をモニタし、こ
れが適正になるように制御しているが、制御対象領域の
圧力を直接検出していないので、ガス圧の制御性が劣ら
ざるを得なかった。尚、本発明者は、特開平６−２３２
０８２号公報において、関連技術として低温状態で処理
する際のシール構造を提案したが、これは例えば液体窒
素で冷却するような超低温におけるシール構造である。
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。
【０００８】本発明の目的は、２００℃以上、例えば３
５０〜５００℃程度の高温域においてもシール性が劣化
せずに伝熱ガスが漏れることの少ない電極構造、載置台
構造、プラズマ処理装置及び処理装置を提供することに
ある。本発明の他の目的は、内部に介在される絶縁体の
変形そり量を抑制し、また、相手部材と均等に接触でき
るようにし、もって被処理体の温度分布の面内均一性を
改善することができる電極構造及び載置台構造を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、耐熱性メタ
ルシール部材の表面、或いはこのシール部材が接触する
相手部材の接触面にプロセス温度にて軟化する低融点材
料の軟化金属膜或いは軟化金属層を形成することによ
り、リークパスの発生を大幅に抑制することが可能な電
極構造及び載置台構造を提供することにある。
５０〜５００℃程度の高温域においてもシール性が劣化
せずに伝熱ガスが漏れることの少ない電極構造、載置台
構造、プラズマ処理装置及び処理装置を提供することに
ある。本発明の他の目的は、内部に介在される絶縁体の
変形そり量を抑制し、また、相手部材と均等に接触でき
るようにし、もって被処理体の温度分布の面内均一性を
改善することができる電極構造及び載置台構造を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、耐熱性メタ
ルシール部材の表面、或いはこのシール部材が接触する
相手部材の接触面にプロセス温度にて軟化する低融点材
料の軟化金属膜或いは軟化金属層を形成することによ
り、リークパスの発生を大幅に抑制することが可能な電
極構造及び載置台構造を提供することにある。
【０００９】また、本発明の他の目的は、耐熱性メタル
シール部材の露出部全表面にフッ化不動体膜を形成する
ことにより、フッ化ガスに対する耐腐食性を向上させる
ことが可能な電極構造及び載置台構造を提供することに
ある。また、本発明の他の目的は、電熱空間を区画する
部材の表面粗さを所定の値以下に設定して熱伝導性を向
上させることにより、被処理体の温度コントロール性の
向上が可能な電極構造及び載置台構造を提供することに
ある。また、本発明の他の目的は、温度が高くなる傾向
にある電極部や載置台の中心部の脱熱を、気体ブロワに
より或いは電極部や載置台を支持する支柱を冷却するこ
とにより促進させることによって、被処理体の温度分布
の面内均一性を向上させることが可能な電極構造及び載
置台構造を提供することにある。
シール部材の露出部全表面にフッ化不動体膜を形成する
ことにより、フッ化ガスに対する耐腐食性を向上させる
ことが可能な電極構造及び載置台構造を提供することに
ある。また、本発明の他の目的は、電熱空間を区画する
部材の表面粗さを所定の値以下に設定して熱伝導性を向
上させることにより、被処理体の温度コントロール性の
向上が可能な電極構造及び載置台構造を提供することに
ある。また、本発明の他の目的は、温度が高くなる傾向
にある電極部や載置台の中心部の脱熱を、気体ブロワに
より或いは電極部や載置台を支持する支柱を冷却するこ
とにより促進させることによって、被処理体の温度分布
の面内均一性を向上させることが可能な電極構造及び載
置台構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、真空引き可能になされた処理容器内でプラズマを用
いて被処理体に対して所定の処理を行なうプラズマ処理
装置に用いられる電極構造において、加熱ヒータ部を内
部に有する電極部と、この電極部に接合されて内部に前
記電極部を冷却する冷却ジャケットを有する冷却ブロッ
クと、前記電極部と前記冷却ブロックとの間に形成され
る僅かな間隙の電極側伝熱空間をシールするための耐熱
性メタルシール部材と、前記電極側伝熱空間に伝熱ガス
を供給する電極側伝熱ガス供給手段とを備えるようにし
たものである。このように、耐熱性メタルシール部材を
用いることにより、２００℃以上、例えば３５０〜５０
０℃程度の高温域においても電極側伝熱空間のシール性
を高く維持することが可能となる。
は、真空引き可能になされた処理容器内でプラズマを用
いて被処理体に対して所定の処理を行なうプラズマ処理
装置に用いられる電極構造において、加熱ヒータ部を内
部に有する電極部と、この電極部に接合されて内部に前
記電極部を冷却する冷却ジャケットを有する冷却ブロッ
クと、前記電極部と前記冷却ブロックとの間に形成され
る僅かな間隙の電極側伝熱空間をシールするための耐熱
性メタルシール部材と、前記電極側伝熱空間に伝熱ガス
を供給する電極側伝熱ガス供給手段とを備えるようにし
たものである。このように、耐熱性メタルシール部材を
用いることにより、２００℃以上、例えば３５０〜５０
０℃程度の高温域においても電極側伝熱空間のシール性
を高く維持することが可能となる。
【００１１】請求項２に規定する発明によれば、真空引
き可能になされた処理容器内でプラズマを用いて被処理
体に対して所定の処理を行なうプラズマ処理装置に用い
られる電極構造において、加熱ヒータ部を内部に有する
電極部と、この電極部に接合されて内部に前記電極部を
冷却する冷却ジャケットを有する冷却ブロックと、前記
電極部と前記冷却ブロックとの接合対向面の内、少なく
とも一方に同心円状或いは螺旋状に設けられる微少な溝
部により形成されたラビリンス伝熱空間と、前記ラビリ
ンス伝熱空間に伝熱ガスを供給する電極側伝熱ガス供給
手段とを備えるように構成する。このように、電極部と
冷却ブロックとの接合面にラビリンス伝熱空間を設ける
ことにより、２００℃以上、例えば３５０〜５００℃程
度の高温域においても前記電極部と前記冷却ブロックと
の間に形成される伝熱空間のシール性を高く維持するこ
とが可能となる。
き可能になされた処理容器内でプラズマを用いて被処理
体に対して所定の処理を行なうプラズマ処理装置に用い
られる電極構造において、加熱ヒータ部を内部に有する
電極部と、この電極部に接合されて内部に前記電極部を
冷却する冷却ジャケットを有する冷却ブロックと、前記
電極部と前記冷却ブロックとの接合対向面の内、少なく
とも一方に同心円状或いは螺旋状に設けられる微少な溝
部により形成されたラビリンス伝熱空間と、前記ラビリ
ンス伝熱空間に伝熱ガスを供給する電極側伝熱ガス供給
手段とを備えるように構成する。このように、電極部と
冷却ブロックとの接合面にラビリンス伝熱空間を設ける
ことにより、２００℃以上、例えば３５０〜５００℃程
度の高温域においても前記電極部と前記冷却ブロックと
の間に形成される伝熱空間のシール性を高く維持するこ
とが可能となる。
【００１２】請求項３に規定する発明によれば、前記電
極部と前記冷却ブロックとの間には絶縁体が介在されて
おり、前記空間は、上側空間と下側空間とに分離されて
いる。この場合にも、上側及び下側空間が共に耐熱性メ
タルシール部材でシールされるので高温域におけるシー
ル性を高く維持することができる。請求項４に規定する
発明によれば、前記絶縁体は、その熱伝導度が８０Ｗ／
ｍＫ以上の材料よりなる。これにより、絶縁体の変形そ
り量を抑制し、この結果、相手部材と均等に接触するこ
とから、被処理体の温度分布の面内均一性を改善するこ
とが可能となる。
極部と前記冷却ブロックとの間には絶縁体が介在されて
おり、前記空間は、上側空間と下側空間とに分離されて
いる。この場合にも、上側及び下側空間が共に耐熱性メ
タルシール部材でシールされるので高温域におけるシー
ル性を高く維持することができる。請求項４に規定する
発明によれば、前記絶縁体は、その熱伝導度が８０Ｗ／
ｍＫ以上の材料よりなる。これにより、絶縁体の変形そ
り量を抑制し、この結果、相手部材と均等に接触するこ
とから、被処理体の温度分布の面内均一性を改善するこ
とが可能となる。
【００１３】例えば請求項５に規定するように、前記絶
縁体は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりなる。また、
例えば請求項６に規定するように、前記電熱空間を区画
するように上下に接合される部材の接合面の接触率は、
４０〜８０％の範囲内に設定されている。これにより、
熱抵抗を過度に高くすることなく、伝熱ガスを面内に略
均一に流すことができるので、被処理体の面内温度分布
の均一性を更に改善することが可能となる。
縁体は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりなる。また、
例えば請求項６に規定するように、前記電熱空間を区画
するように上下に接合される部材の接合面の接触率は、
４０〜８０％の範囲内に設定されている。これにより、
熱抵抗を過度に高くすることなく、伝熱ガスを面内に略
均一に流すことができるので、被処理体の面内温度分布
の均一性を更に改善することが可能となる。
【００１４】請求項７に規定するように、前記電熱空間
を区画する部材は、その表面粗さが２．０μｍ以下に設
定されている。このように、伝熱空間を区画する部材の
表面粗さを所定の値以下に設定することにより、熱伝導
性を向上させることができ、また、被処理体の温度コン
トロール性の向上が可能となる。請求項８に規定する発
明によれば、前記耐熱性メタルシール部材は、内部に低
融点材料を封入した断面リング状の耐熱性金属膜よりな
る。これによりシール部材の表面のならい性は高くな
り、シール性を一層向上させることが可能となる。
を区画する部材は、その表面粗さが２．０μｍ以下に設
定されている。このように、伝熱空間を区画する部材の
表面粗さを所定の値以下に設定することにより、熱伝導
性を向上させることができ、また、被処理体の温度コン
トロール性の向上が可能となる。請求項８に規定する発
明によれば、前記耐熱性メタルシール部材は、内部に低
融点材料を封入した断面リング状の耐熱性金属膜よりな
る。これによりシール部材の表面のならい性は高くな
り、シール性を一層向上させることが可能となる。
【００１５】請求項９に規定する発明によれば、前記耐
熱性メタルシール部材の表面には、前記被処理体のプロ
セス温度の近傍にて軟化する低融点材料よりなる軟化金
属膜が被覆されている。これによれば、プロセス時に上
記低融点材料が軟化してこのシール部材との接触面の切
れ込みが上記軟化した材料により埋め込まれることによ
ってリークパスがなくなり、これにより切れ込みを介し
て逃げる伝熱ガスを抑制することが可能となる。請求項
１０に規定する発明によれば、前記耐熱性メタルシール
部材が当接する部材の表面には、前記被処理体のプロセ
ス温度の近傍にて軟化する低融点材料よりなる軟化金属
層が形成されている。この場合も、上記請求項８の場合
と同様な作用を示す。
熱性メタルシール部材の表面には、前記被処理体のプロ
セス温度の近傍にて軟化する低融点材料よりなる軟化金
属膜が被覆されている。これによれば、プロセス時に上
記低融点材料が軟化してこのシール部材との接触面の切
れ込みが上記軟化した材料により埋め込まれることによ
ってリークパスがなくなり、これにより切れ込みを介し
て逃げる伝熱ガスを抑制することが可能となる。請求項
１０に規定する発明によれば、前記耐熱性メタルシール
部材が当接する部材の表面には、前記被処理体のプロセ
ス温度の近傍にて軟化する低融点材料よりなる軟化金属
層が形成されている。この場合も、上記請求項８の場合
と同様な作用を示す。
【００１６】請求項１１に規定する発明によれば、前記
耐熱性メタルシール部材の表面には、フッ素系ガスに対
して耐腐食性の高いフッ化不動体膜が被覆されている。
これにより、フッ化ガスに対する耐腐食性を向上させる
ことが可能となる。この場合、例えば請求項１２に規定
するように、前記フッ化不動体膜は、フッ化ニッケルよ
りなる。請求項１３に規定するように、前記加熱ヒータ
部は、セラミックヒータにより形成してもよい。
耐熱性メタルシール部材の表面には、フッ素系ガスに対
して耐腐食性の高いフッ化不動体膜が被覆されている。
これにより、フッ化ガスに対する耐腐食性を向上させる
ことが可能となる。この場合、例えば請求項１２に規定
するように、前記フッ化不動体膜は、フッ化ニッケルよ
りなる。請求項１３に規定するように、前記加熱ヒータ
部は、セラミックヒータにより形成してもよい。
【００１７】請求項１４に規定するように、前記加熱ヒ
ータ部は、同心円状にゾーン分割されて個々に制御可能
としてもよい。請求項１５に規定するように、例えば前
記電極部は、前記被処理体の上方に対向する上側電極部
である。請求項１６に規定するように、例えば前記電極
部は、前記被処理体を載置する載置台を兼ねる下側電極
部であり、更に、この下側電極部の上面に接合されて前
記被処理体を吸着する静電チャックと、前記静電チャッ
クと前記被処理体との間に形成される僅かな間隙のチャ
ック側伝熱空間に伝熱ガスを供給するチャック側伝熱ガ
ス供給手段とを備える。
ータ部は、同心円状にゾーン分割されて個々に制御可能
としてもよい。請求項１５に規定するように、例えば前
記電極部は、前記被処理体の上方に対向する上側電極部
である。請求項１６に規定するように、例えば前記電極
部は、前記被処理体を載置する載置台を兼ねる下側電極
部であり、更に、この下側電極部の上面に接合されて前
記被処理体を吸着する静電チャックと、前記静電チャッ
クと前記被処理体との間に形成される僅かな間隙のチャ
ック側伝熱空間に伝熱ガスを供給するチャック側伝熱ガ
ス供給手段とを備える。
【００１８】請求項１７に規定するように、前記電極側
伝熱空間、前記ラビリンス伝熱空間及び前記チャック側
伝熱空間の内、少なくとも１つの空間には、この空間に
臨ませて耐熱圧力センサが設けられており、この耐熱圧
力センサの出力に基づいて前記対応する伝熱ガス供給手
段のガス供給量を制御するようにしてもよい。これによ
れば、耐熱圧力センサにより制御対象空間の圧力を直接
測定しているので、ガス圧の制御性を向上させることが
できる。請求項１８に規定するように、前記電極部の中
心は、内部が中空状の支柱により支持されており、前記
支柱内には、前記電極部の裏面中心部に向けて気体ブロ
ウを吹き付けて脱熱を促進させる気体ブロワ手段が設け
られている。これによれば、温度が高くなる傾向にある
電極部の中心部の脱熱を促進させることができるので、
被処理体の温度分布の面内均一性を向上させることが可
能となる。
伝熱空間、前記ラビリンス伝熱空間及び前記チャック側
伝熱空間の内、少なくとも１つの空間には、この空間に
臨ませて耐熱圧力センサが設けられており、この耐熱圧
力センサの出力に基づいて前記対応する伝熱ガス供給手
段のガス供給量を制御するようにしてもよい。これによ
れば、耐熱圧力センサにより制御対象空間の圧力を直接
測定しているので、ガス圧の制御性を向上させることが
できる。請求項１８に規定するように、前記電極部の中
心は、内部が中空状の支柱により支持されており、前記
支柱内には、前記電極部の裏面中心部に向けて気体ブロ
ウを吹き付けて脱熱を促進させる気体ブロワ手段が設け
られている。これによれば、温度が高くなる傾向にある
電極部の中心部の脱熱を促進させることができるので、
被処理体の温度分布の面内均一性を向上させることが可
能となる。
【００１９】請求項１９に規定するように、前記電極部
の中心は、支柱により支持されており、この支柱は前記
冷却ブロックに熱伝導性部材を介して接続されている。
この場合にも、上記請求項１８と同様な作用により、載
置台の中心部の脱熱を促進させることができるので、被
処理体の温度分布の面内均一性を向上させることが可能
となる。請求項２０に規定する発明は、真空引き可能に
なされた処理容器内で被処理体に対して所定の処理を行
なう処理装置に用いられる載置台構造において、前記被
処理体を加熱するための加熱ヒータ部を内部に有する載
置台と、この載置台に接合されて内部に前記載置台を冷
却する冷却ジャケットを有する冷却ブロックと、前記載
置台と前記冷却ブロックとの間に形成される僅かな間隙
の伝熱空間をシールするための耐熱性メタルシール部材
と、前記伝熱空間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給手
段とを備えたことを特徴とする。このように、耐熱性メ
タルシール部材を用いることにより、２００℃以上、例
えば３５０〜５００℃程度の高温域においても前記伝熱
空間のシール性を高く維持することが可能となる。
の中心は、支柱により支持されており、この支柱は前記
冷却ブロックに熱伝導性部材を介して接続されている。
この場合にも、上記請求項１８と同様な作用により、載
置台の中心部の脱熱を促進させることができるので、被
処理体の温度分布の面内均一性を向上させることが可能
となる。請求項２０に規定する発明は、真空引き可能に
なされた処理容器内で被処理体に対して所定の処理を行
なう処理装置に用いられる載置台構造において、前記被
処理体を加熱するための加熱ヒータ部を内部に有する載
置台と、この載置台に接合されて内部に前記載置台を冷
却する冷却ジャケットを有する冷却ブロックと、前記載
置台と前記冷却ブロックとの間に形成される僅かな間隙
の伝熱空間をシールするための耐熱性メタルシール部材
と、前記伝熱空間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給手
段とを備えたことを特徴とする。このように、耐熱性メ
タルシール部材を用いることにより、２００℃以上、例
えば３５０〜５００℃程度の高温域においても前記伝熱
空間のシール性を高く維持することが可能となる。
【００２０】請求項２１〜２４に係る発明は、先の請求
項８〜１１の発明を載置台構造に適用したものである。
請求項２５に規定する発明は、真空引き可能になされた
処理容器内で被処理体に対して所定の処理を行なう処理
装置に用いられる載置台構造において、前記被処理体を
加熱するための加熱ヒータ部を内部に有する載置台と、
この載置台に接合されて内部に前記載置台を冷却する冷
却ジャケットを有する冷却ブロックと、前記載置台と前
記冷却ブロックとの接合対向面の内、少なくとも一方に
同心円状或いは螺旋状に設けられる微少な溝部により形
成されたラビリンス伝熱空間と、ラビリンス伝熱空間に
伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給手段とを備えたことを
特徴とする。このように、載置台と冷却ブロックとの接
合面にラビリンス伝熱空間を設けることにより、２００
℃以上、例えば３５０〜５００℃程度の高温域において
も前記載置台と前記冷却ブロックとの間に形成される伝
熱空間のシール性を高く維持することが可能となる。
項８〜１１の発明を載置台構造に適用したものである。
請求項２５に規定する発明は、真空引き可能になされた
処理容器内で被処理体に対して所定の処理を行なう処理
装置に用いられる載置台構造において、前記被処理体を
加熱するための加熱ヒータ部を内部に有する載置台と、
この載置台に接合されて内部に前記載置台を冷却する冷
却ジャケットを有する冷却ブロックと、前記載置台と前
記冷却ブロックとの接合対向面の内、少なくとも一方に
同心円状或いは螺旋状に設けられる微少な溝部により形
成されたラビリンス伝熱空間と、ラビリンス伝熱空間に
伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給手段とを備えたことを
特徴とする。このように、載置台と冷却ブロックとの接
合面にラビリンス伝熱空間を設けることにより、２００
℃以上、例えば３５０〜５００℃程度の高温域において
も前記載置台と前記冷却ブロックとの間に形成される伝
熱空間のシール性を高く維持することが可能となる。
【００２１】請求項２６〜２９に係る発明は、先の請求
項６、１７〜１９の発明を載置台構造に適用したもので
ある。請求項３０に規定する発明は、真空引き可能な処
理容器と、請求項１乃至９のいずれかに規定する電極構
造と、この電極構造に高周波電圧を印加する高周波電源
とを備えたプラズマ処理装置である。請求項３１に規定
する発明は、真空引き可能な処理容器と、請求項２０ま
たは２９のいずれかに規定する載置台構造とを備えたこ
とを特徴とする処理装置である。
項６、１７〜１９の発明を載置台構造に適用したもので
ある。請求項３０に規定する発明は、真空引き可能な処
理容器と、請求項１乃至９のいずれかに規定する電極構
造と、この電極構造に高周波電圧を印加する高周波電源
とを備えたプラズマ処理装置である。請求項３１に規定
する発明は、真空引き可能な処理容器と、請求項２０ま
たは２９のいずれかに規定する載置台構造とを備えたこ
とを特徴とする処理装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る電極構造、
載置台構造、処理装置及びプラズマ処理装置の一実施例
を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るプ
ラズマ処理装置の一実施例を示す構成図、図２は耐熱性
メタルシール部材を示す断面図、図３は本発明の電極構
造（下側電極部側）の一実施例の伝熱ガスの供給系を示
す図、図４は耐熱圧力センサの概略構成図、図５は本発
明の電極構造（上側電極部側）の一実施例の伝熱ガスの
供給系を示す図である。図示するように、このプラズマ
処理装置２４は、例えばアルミニウムよりなる円筒体状
の処理容器２６を有しており、この中の底部側には、被
処理体としての半導体ウエハＷを載置する載置台として
も機能する下部の電極構造２８が設けられると共に、天
井部には上部の電極構造３０が設けられる。
載置台構造、処理装置及びプラズマ処理装置の一実施例
を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るプ
ラズマ処理装置の一実施例を示す構成図、図２は耐熱性
メタルシール部材を示す断面図、図３は本発明の電極構
造（下側電極部側）の一実施例の伝熱ガスの供給系を示
す図、図４は耐熱圧力センサの概略構成図、図５は本発
明の電極構造（上側電極部側）の一実施例の伝熱ガスの
供給系を示す図である。図示するように、このプラズマ
処理装置２４は、例えばアルミニウムよりなる円筒体状
の処理容器２６を有しており、この中の底部側には、被
処理体としての半導体ウエハＷを載置する載置台として
も機能する下部の電極構造２８が設けられると共に、天
井部には上部の電極構造３０が設けられる。
【００２３】この処理容器２６の側部には、半導体ウエ
ハＷを処理容器２６内へ搬入搬出する際に開閉されるゲ
ートバルブ３２と、例えばシランや酸素などの成膜ガス
等の各種のガスを導入するガスノズル３４が設けられ
る。尚、このガスノズル３４に替えて、上記上部の電極
構造３０の下面に、例えば石英製のシャワーヘッドを設
けるようにしてもよい。また、この処理容器２６の下部
側壁には、図示しない真空ポンプ等を介設した真空排気
系に接続された排気口３６が設けられており、処理容器
２６内を真空引き可能としている。
ハＷを処理容器２６内へ搬入搬出する際に開閉されるゲ
ートバルブ３２と、例えばシランや酸素などの成膜ガス
等の各種のガスを導入するガスノズル３４が設けられ
る。尚、このガスノズル３４に替えて、上記上部の電極
構造３０の下面に、例えば石英製のシャワーヘッドを設
けるようにしてもよい。また、この処理容器２６の下部
側壁には、図示しない真空ポンプ等を介設した真空排気
系に接続された排気口３６が設けられており、処理容器
２６内を真空引き可能としている。
【００２４】上記下部の電極構造２８は、実質的な載置
台を兼ねる下側電極部３８と、この下方に配置される冷
却ブロック４０と、この下側電極部３８と冷却ブロック
４０との間に介在されて両者を電気的に絶縁する下側絶
縁体４２とにより主に構成されている。具体的には、上
記下側電極部３８は例えばアルミニウムよりなり、この
中には、渦巻状或いは同心円状に巻回されたシースヒー
タよりなる加熱ヒータ４４が鋳込みにより埋め込まれて
おり、ウエハＷを加熱し得るようになっている。そし
て、この下側電極部３８の上面には、内部にチャック電
極を埋め込んだ例えばセラミック製の静電チャック４６
がろう付け等により接合されており、この上面にウエハ
Ｗを吸着して保持するようになっている。そして、この
下側電極部３８の下方に延びる導電性の支柱４８は、容
器底部５０を貫通しており、この支柱４８にはリード線
５２を介してマッチング回路５４及びバイアス用高周波
電源５６が接続されている。この支柱４８には、図示し
ない昇降機構が取り付けられており、これを昇降移動で
きるようになっている。
台を兼ねる下側電極部３８と、この下方に配置される冷
却ブロック４０と、この下側電極部３８と冷却ブロック
４０との間に介在されて両者を電気的に絶縁する下側絶
縁体４２とにより主に構成されている。具体的には、上
記下側電極部３８は例えばアルミニウムよりなり、この
中には、渦巻状或いは同心円状に巻回されたシースヒー
タよりなる加熱ヒータ４４が鋳込みにより埋め込まれて
おり、ウエハＷを加熱し得るようになっている。そし
て、この下側電極部３８の上面には、内部にチャック電
極を埋め込んだ例えばセラミック製の静電チャック４６
がろう付け等により接合されており、この上面にウエハ
Ｗを吸着して保持するようになっている。そして、この
下側電極部３８の下方に延びる導電性の支柱４８は、容
器底部５０を貫通しており、この支柱４８にはリード線
５２を介してマッチング回路５４及びバイアス用高周波
電源５６が接続されている。この支柱４８には、図示し
ない昇降機構が取り付けられており、これを昇降移動で
きるようになっている。
【００２５】一方、冷却ブロック４０は、上記下側電極
部３８と同様に例えばアルミニウムにより構成されてお
り、内部には冷媒を流すための中空リング状の冷却ジャ
ケット５８が形成されている。そして、この冷却ジャケ
ット５８に冷媒を流すことにより、上記下側電極部３８
を介してウエハＷを冷却するようになっている。実際に
は、この冷却ジャケット５８と加熱ヒータ部４４とを選
択的に、或いは同時に駆動することにより、ウエハ温度
を適正値になるように制御することになる。そして、こ
の冷却ブロック４０の下面と上記容器底部５０とは伸縮
可能になされたベローズ６０により接合されており、こ
の下部の電極構造２８に対して、処理容器２６内の気密
性を維持したまま上下移動を許容している。また、下側
電極部３８と冷却ブロック４０との間に介在される下側
絶縁体４２は例えば厚さが２０ｍｍ程度のリング状の石
英ガラスよりなり、この下側絶縁体４２は、上記下側電
極部３８より下方へ延びる支柱４８の外周も被ってお
り、この支柱４８も絶縁している。
部３８と同様に例えばアルミニウムにより構成されてお
り、内部には冷媒を流すための中空リング状の冷却ジャ
ケット５８が形成されている。そして、この冷却ジャケ
ット５８に冷媒を流すことにより、上記下側電極部３８
を介してウエハＷを冷却するようになっている。実際に
は、この冷却ジャケット５８と加熱ヒータ部４４とを選
択的に、或いは同時に駆動することにより、ウエハ温度
を適正値になるように制御することになる。そして、こ
の冷却ブロック４０の下面と上記容器底部５０とは伸縮
可能になされたベローズ６０により接合されており、こ
の下部の電極構造２８に対して、処理容器２６内の気密
性を維持したまま上下移動を許容している。また、下側
電極部３８と冷却ブロック４０との間に介在される下側
絶縁体４２は例えば厚さが２０ｍｍ程度のリング状の石
英ガラスよりなり、この下側絶縁体４２は、上記下側電
極部３８より下方へ延びる支柱４８の外周も被ってお
り、この支柱４８も絶縁している。
【００２６】そして、上記下側電極部３８と下側絶縁体
４２及び下側絶縁体４２と冷却ブロック４０は共に上下
に接合されるが、これらの間にそれぞれ僅かな間隙の空
間、すなわち上側電極側伝熱空間（上側空間）６２と下
側電極側伝熱空間（下側空間）６４が発生することは避
けられない。これらの両伝熱空間６２、６４に対して何
ら手段を講じないと両伝熱空間６２、６４は処理容器２
６内へ連通していることからプラズマ処理時に両伝熱空
間６２、６４内が真空状態となって上下方向への伝熱効
率が低下してしまう。そのために、リング状の両伝熱空
間６２、６４の内周側及び外周側には、それぞれリング
状に耐熱性メタルシール部材６６Ａ、６６Ｂ、６８Ａ、
６８Ｂが介在されており、両伝熱空間６２、６４の気密
性を高く維持している。更に、シール部材６６Ａ〜６８
Ｂの気密性を高く維持しても、僅かにガスが漏れること
は避けられないので、両伝熱空間６２、６４には、それ
ぞれガス供給通路７０、７２が接続されており、後述す
るように圧力制御されたＡｒ、Ｈｅ、Ｎ2 等の不活性ガ
スより成る伝熱ガス、例えばＮ2 ガスを供給できるよう
になっている。
４２及び下側絶縁体４２と冷却ブロック４０は共に上下
に接合されるが、これらの間にそれぞれ僅かな間隙の空
間、すなわち上側電極側伝熱空間（上側空間）６２と下
側電極側伝熱空間（下側空間）６４が発生することは避
けられない。これらの両伝熱空間６２、６４に対して何
ら手段を講じないと両伝熱空間６２、６４は処理容器２
６内へ連通していることからプラズマ処理時に両伝熱空
間６２、６４内が真空状態となって上下方向への伝熱効
率が低下してしまう。そのために、リング状の両伝熱空
間６２、６４の内周側及び外周側には、それぞれリング
状に耐熱性メタルシール部材６６Ａ、６６Ｂ、６８Ａ、
６８Ｂが介在されており、両伝熱空間６２、６４の気密
性を高く維持している。更に、シール部材６６Ａ〜６８
Ｂの気密性を高く維持しても、僅かにガスが漏れること
は避けられないので、両伝熱空間６２、６４には、それ
ぞれガス供給通路７０、７２が接続されており、後述す
るように圧力制御されたＡｒ、Ｈｅ、Ｎ2 等の不活性ガ
スより成る伝熱ガス、例えばＮ2 ガスを供給できるよう
になっている。
【００２７】また、上記したと同様な理由で、プラズマ
処理時における下側電極部３８及び静電チャック４６側
からウエハＷへの伝熱効率を上げるために、静電チャッ
ク４６の上面とウエハＷの裏面との間に形成されるチャ
ック側伝熱空間７４にも伝熱ガスを供給する２本のガス
供給通路７６、７８が設けられる。この場合、チャック
側伝熱空間７４におけるガス拡散速度が遅いので、例え
ば一方のガス供給通路７６は、静電チャック４６の中心
側に供給するために用い、他方のガス供給通路７８は静
電チャック４６の周辺側に供給するために用いる。尚、
チャック側伝熱空間７４へのガス供給の態様は、これに
限定されない。
処理時における下側電極部３８及び静電チャック４６側
からウエハＷへの伝熱効率を上げるために、静電チャッ
ク４６の上面とウエハＷの裏面との間に形成されるチャ
ック側伝熱空間７４にも伝熱ガスを供給する２本のガス
供給通路７６、７８が設けられる。この場合、チャック
側伝熱空間７４におけるガス拡散速度が遅いので、例え
ば一方のガス供給通路７６は、静電チャック４６の中心
側に供給するために用い、他方のガス供給通路７８は静
電チャック４６の周辺側に供給するために用いる。尚、
チャック側伝熱空間７４へのガス供給の態様は、これに
限定されない。
【００２８】次に、上記耐熱性メタルシール部材６６Ａ
〜６８Ｂの構造について図２を参照して説明する。ここ
では全てのシール部材６６Ａ〜６８Ｂの構造は同じなの
で、シール部材６６Ａを例にとって説明する。図２
（Ａ）に示す耐熱性メタルシール部材６６Ａは、例えば
ステンレススチール、インコネル（商品名）、ハステロ
イ（商品名）等の金属よりなる厚さが例えば０．１〜
１．０ｍｍ程度の薄い耐熱性金属膜７９を断面円形のリ
ング状に成形して構成されている。この断面の直径Ｌ１
は３〜４ｍｍ程度であり、押圧力に対して弾力性を持た
せている。図２（Ｂ）に示す耐熱性メタルシール部材６
６Ａ−１は、図２（Ａ）に示す耐熱性金属膜７９の断面
形状の側面の一部に切り欠き８０を設けている。この切
り欠き８０は、リング状のシール部材６６Ａ−１の周方
向に沿って形成されており、断面方向へ屈曲することに
より弾性を持たせている。図２（Ｃ）に示す耐熱性メタ
ルシール部材６６Ａ−２は、図２（Ｂ）に示したような
断面形状の耐熱性金属膜７９の内部の空間部に、例えば
ばね用ステンレス鋼等よりなるコイル状もしくは板バネ
状のスプリング部材８２を挿入しており、これにより押
圧された時の弾発力を高めてシール性を向上させるよう
になっている。
〜６８Ｂの構造について図２を参照して説明する。ここ
では全てのシール部材６６Ａ〜６８Ｂの構造は同じなの
で、シール部材６６Ａを例にとって説明する。図２
（Ａ）に示す耐熱性メタルシール部材６６Ａは、例えば
ステンレススチール、インコネル（商品名）、ハステロ
イ（商品名）等の金属よりなる厚さが例えば０．１〜
１．０ｍｍ程度の薄い耐熱性金属膜７９を断面円形のリ
ング状に成形して構成されている。この断面の直径Ｌ１
は３〜４ｍｍ程度であり、押圧力に対して弾力性を持た
せている。図２（Ｂ）に示す耐熱性メタルシール部材６
６Ａ−１は、図２（Ａ）に示す耐熱性金属膜７９の断面
形状の側面の一部に切り欠き８０を設けている。この切
り欠き８０は、リング状のシール部材６６Ａ−１の周方
向に沿って形成されており、断面方向へ屈曲することに
より弾性を持たせている。図２（Ｃ）に示す耐熱性メタ
ルシール部材６６Ａ−２は、図２（Ｂ）に示したような
断面形状の耐熱性金属膜７９の内部の空間部に、例えば
ばね用ステンレス鋼等よりなるコイル状もしくは板バネ
状のスプリング部材８２を挿入しており、これにより押
圧された時の弾発力を高めてシール性を向上させるよう
になっている。
【００２９】図２（Ｄ）に示す耐熱性メタルシール部材
６６Ａ−３は、図２（Ａ）に示す断面円形の耐熱性金属
膜７９の内部に、プロセス温度よりも低い温度で溶融す
る低融点材料８４を封入して表面のならい性を良好にし
ている。この低融点材料８４としては例えば略１５６．
４℃の融点を有するインジウムや略１５０度の融点を有
するハンダ等を用いることができる。この場合、金属膜
７９の厚さは、弾力性よりもならい性を重視するために
非常に薄くしており、例えば１．０μｍ〜５００μｍ程
度の厚さに設定する。図２（Ｅ）に示す耐熱性メタルシ
ール部材６６Ａ−４は、図２（Ｂ）に示すような一部に
切り欠き８０を設けたような断面形状の耐熱性金属膜７
９に更に、内側へ屈曲させた凸部８６を設けており、弾
力性を高めてシール性を向上させるようにしたものであ
る。耐熱性メタルシール部材６６Ａ〜６８Ｂとしては、
上述した構造の内、どのようなものを採用してもよい。
６６Ａ−３は、図２（Ａ）に示す断面円形の耐熱性金属
膜７９の内部に、プロセス温度よりも低い温度で溶融す
る低融点材料８４を封入して表面のならい性を良好にし
ている。この低融点材料８４としては例えば略１５６．
４℃の融点を有するインジウムや略１５０度の融点を有
するハンダ等を用いることができる。この場合、金属膜
７９の厚さは、弾力性よりもならい性を重視するために
非常に薄くしており、例えば１．０μｍ〜５００μｍ程
度の厚さに設定する。図２（Ｅ）に示す耐熱性メタルシ
ール部材６６Ａ−４は、図２（Ｂ）に示すような一部に
切り欠き８０を設けたような断面形状の耐熱性金属膜７
９に更に、内側へ屈曲させた凸部８６を設けており、弾
力性を高めてシール性を向上させるようにしたものであ
る。耐熱性メタルシール部材６６Ａ〜６８Ｂとしては、
上述した構造の内、どのようなものを採用してもよい。
【００３０】次に、図３を参照して上記電極側伝熱空間
６２、６４及びチャック側伝熱空間７４への伝熱ガスの
供給系について説明する。図３に示すように、各電極側
伝熱空間６２、６４及びチャック側伝熱空間７４へ連通
される各ガス供給通路７０、７２、７６、７８には、そ
れぞれマスフローコントローラのような流量制御機器８
８Ａ〜８８Ｄが介設されて伝熱ガス源であるＮ2 ガス源
９０、９２に接続されており、それぞれ電極側伝熱ガス
供給手段９４とチャック側伝熱ガス供給手段９６を構成
している。尚、Ｎ2 ガス源９０、９２は共用してもよ
い。そして、各流量制御機器８８Ａ〜８８Ｄは、各伝熱
空間６２、６４、７４に設けられる耐熱圧力センサ９８
Ａ〜９８Ｄの検出値に基づいて、制御部１００により制
御されることになる。具体的には、各ガス供給通路７
０、７２、７６、７８のガス出口７０Ａ、７２Ａ、７６
Ａ、７８Ａの近傍に上記各耐熱圧力センサ９８Ａ〜９８
Ｄは設けられており、対応する空間部分の圧力を検出す
るようになっている。尚、図３中の６６Ｃ〜６６Ｇは上
述したと同様な構造の耐熱性メタルシール部材であり、
各ガス供給通路をシールしている。ここで上記各耐熱圧
力センサ９８Ａ〜９８Ｄは、全て同様な構造となってお
り、このセンサ構造を例えばセンサ９８Ａを例にとって
図４を参照して説明する。
６２、６４及びチャック側伝熱空間７４への伝熱ガスの
供給系について説明する。図３に示すように、各電極側
伝熱空間６２、６４及びチャック側伝熱空間７４へ連通
される各ガス供給通路７０、７２、７６、７８には、そ
れぞれマスフローコントローラのような流量制御機器８
８Ａ〜８８Ｄが介設されて伝熱ガス源であるＮ2 ガス源
９０、９２に接続されており、それぞれ電極側伝熱ガス
供給手段９４とチャック側伝熱ガス供給手段９６を構成
している。尚、Ｎ2 ガス源９０、９２は共用してもよ
い。そして、各流量制御機器８８Ａ〜８８Ｄは、各伝熱
空間６２、６４、７４に設けられる耐熱圧力センサ９８
Ａ〜９８Ｄの検出値に基づいて、制御部１００により制
御されることになる。具体的には、各ガス供給通路７
０、７２、７６、７８のガス出口７０Ａ、７２Ａ、７６
Ａ、７８Ａの近傍に上記各耐熱圧力センサ９８Ａ〜９８
Ｄは設けられており、対応する空間部分の圧力を検出す
るようになっている。尚、図３中の６６Ｃ〜６６Ｇは上
述したと同様な構造の耐熱性メタルシール部材であり、
各ガス供給通路をシールしている。ここで上記各耐熱圧
力センサ９８Ａ〜９８Ｄは、全て同様な構造となってお
り、このセンサ構造を例えばセンサ９８Ａを例にとって
図４を参照して説明する。
【００３１】図４に示すように、耐熱圧力センサ９８Ａ
が取り付けられるベース、ここでは下側絶縁体４２の表
面に凹部１０２を形成し、この凹部１０２の開口部分を
屈曲可能なセラミック板、或いは金属板よりなるベース
板１０４、ろう剤１０６等により気密に封止する。この
際、凹部１０２内を所定の圧力（例えば大気圧程度）と
しておく。そして、このベース板１０４の表面には、予
め、例えばニッケルとクロムの合金等よりなる抵抗パタ
ーン１０８が、ベース板１０４に対して絶縁状態（ベー
スが金属の場合）で形成されており、ベース板１０４の
屈曲変形（図中、一点鎖線で示す）に追従して、この抵
抗パターン１０８も伸縮して抵抗変化が生ずるようにな
っている。そして、この伸縮に伴う微少な抵抗変化をリ
ード線１１０を介して制御部１００にて電気的に検出す
るようになっている。この微少な抵抗変化は、例えばホ
イートストンブリッジ回路を用いて検出すればよい。
尚、この場合、制御部１００には、図示しない温度補償
回路を設けて、温度変化に伴って発生する抵抗パターン
１０８の抵抗変化をキャンセルするようになっている。
また、この耐熱圧力センサ９８Ａの構成は、本発明装置
のプロセス温度に耐え得るならば、上述したような構成
に限定されない。
が取り付けられるベース、ここでは下側絶縁体４２の表
面に凹部１０２を形成し、この凹部１０２の開口部分を
屈曲可能なセラミック板、或いは金属板よりなるベース
板１０４、ろう剤１０６等により気密に封止する。この
際、凹部１０２内を所定の圧力（例えば大気圧程度）と
しておく。そして、このベース板１０４の表面には、予
め、例えばニッケルとクロムの合金等よりなる抵抗パタ
ーン１０８が、ベース板１０４に対して絶縁状態（ベー
スが金属の場合）で形成されており、ベース板１０４の
屈曲変形（図中、一点鎖線で示す）に追従して、この抵
抗パターン１０８も伸縮して抵抗変化が生ずるようにな
っている。そして、この伸縮に伴う微少な抵抗変化をリ
ード線１１０を介して制御部１００にて電気的に検出す
るようになっている。この微少な抵抗変化は、例えばホ
イートストンブリッジ回路を用いて検出すればよい。
尚、この場合、制御部１００には、図示しない温度補償
回路を設けて、温度変化に伴って発生する抵抗パターン
１０８の抵抗変化をキャンセルするようになっている。
また、この耐熱圧力センサ９８Ａの構成は、本発明装置
のプロセス温度に耐え得るならば、上述したような構成
に限定されない。
【００３２】次に、図１に戻って、上部の電極構造３０
について説明する。この上部電極構造３０の基本的構造
は、上述した下部の電極構造２８と同じである。すなわ
ち、この上部の電極構造３０は、上側電極部１１０と、
この上方に配置される冷却ブロック１１２と、この上側
電極部１１０と冷却ブロック１１２との間に介在されて
両者を電気的に絶縁する上側絶縁体１１４とにより主に
構成されている。具体的には、上記上側電極部１１０
は、例えばアルミニウムよりなり、この中には、先に説
明した下側電極部３８内の加熱ヒータ部４４と同じ構造
の渦巻状或いは同心円状に巻回された加熱ヒータ部１１
６が埋め込まれている。そして、この上側電極部１１４
の上方に延びる導電性の支柱１１８は、容器天井部を貫
通しており、この支柱１１８には、リード線１２０を介
してマッチング回路１２２及びプラズマ発生用の高周波
電圧を印加するプラズマ発生用高周波電源１２４が接続
されており、処理空間にプラズマを発生させるようにな
っている。
について説明する。この上部電極構造３０の基本的構造
は、上述した下部の電極構造２８と同じである。すなわ
ち、この上部の電極構造３０は、上側電極部１１０と、
この上方に配置される冷却ブロック１１２と、この上側
電極部１１０と冷却ブロック１１２との間に介在されて
両者を電気的に絶縁する上側絶縁体１１４とにより主に
構成されている。具体的には、上記上側電極部１１０
は、例えばアルミニウムよりなり、この中には、先に説
明した下側電極部３８内の加熱ヒータ部４４と同じ構造
の渦巻状或いは同心円状に巻回された加熱ヒータ部１１
６が埋め込まれている。そして、この上側電極部１１４
の上方に延びる導電性の支柱１１８は、容器天井部を貫
通しており、この支柱１１８には、リード線１２０を介
してマッチング回路１２２及びプラズマ発生用の高周波
電圧を印加するプラズマ発生用高周波電源１２４が接続
されており、処理空間にプラズマを発生させるようにな
っている。
【００３３】また、冷却ブロック１１２は、上記下側電
極部３８と同様に例えばアルミニウムにより構成されて
おり、内部には冷媒を流すための中空リング状の冷却ジ
ャケット１２６が形成されている。そして、この冷却ジ
ャケット１２６に冷媒を流すことにより、上記上側電極
部１１０を冷却してこれを一定温度、例えば下側電極部
３８と同じ温度に保つようになっている。実際には、こ
の冷却ジャケット１２６と加熱ヒータ部１１６とを選択
的に、或いは同時に駆動することにより、上部電極温度
を適正値になるように制御することになる。このよう
に、上側電極部１１０の温度制御を行なう理由は、上側
電極部１１０が昇温してウエハまたは下側電極部３８よ
り高温になると、両者間で熱輻射が起こり、熱変動の原
因となるからである。また、上側電極部１１０と冷却ブ
ロック１１２との間に介在される上側絶縁体１１４は例
えば厚さが２０ｍｍ程度のリング状の石英ガラスよりな
り、この上側絶縁体１１４は、上記上側電極部１１０よ
り上方へ延びる支柱１１８の外周も被っており、この支
柱１１８も絶縁している。
極部３８と同様に例えばアルミニウムにより構成されて
おり、内部には冷媒を流すための中空リング状の冷却ジ
ャケット１２６が形成されている。そして、この冷却ジ
ャケット１２６に冷媒を流すことにより、上記上側電極
部１１０を冷却してこれを一定温度、例えば下側電極部
３８と同じ温度に保つようになっている。実際には、こ
の冷却ジャケット１２６と加熱ヒータ部１１６とを選択
的に、或いは同時に駆動することにより、上部電極温度
を適正値になるように制御することになる。このよう
に、上側電極部１１０の温度制御を行なう理由は、上側
電極部１１０が昇温してウエハまたは下側電極部３８よ
り高温になると、両者間で熱輻射が起こり、熱変動の原
因となるからである。また、上側電極部１１０と冷却ブ
ロック１１２との間に介在される上側絶縁体１１４は例
えば厚さが２０ｍｍ程度のリング状の石英ガラスよりな
り、この上側絶縁体１１４は、上記上側電極部１１０よ
り上方へ延びる支柱１１８の外周も被っており、この支
柱１１８も絶縁している。
【００３４】そして、上記上側電極部１１０と上側絶縁
体１１４及び上側絶縁体１１４と冷却ブロック１１２は
共に上下に接合されるが、これらの間にそれぞれ僅かな
間隙の空間、すなわち上側電極側伝熱空間（上側空間）
１２８と下側電極側伝熱空間（下側空間）１３０が発生
することは避けられない。そのために、下部の電極構造
２８の場合と同様に、リング状の両伝熱空間１２８、１
３０の内周側及び外周側には、それぞれリング状に耐熱
性メタルシール部材１３２Ａ、１３２Ｂ、１３４Ａ、１
３４Ｂが介在されており、両伝熱空間１２８、１３０の
気密性を高く維持している。更に、両伝熱空間１２８、
１３０には、それぞれガス供給通路１３６、１３８が接
続されており、以下に説明するように圧力制御されたＡ
ｒ、Ｈｅ、Ｎ2 等の不活性ガスより成る伝熱ガス、例え
ばＮ2 ガスを供給できるようになっている。すなわち、
図５に示すように、各電極側伝熱空間１２８、１３０へ
連通される各ガス供給通路１３６、１３８には、それぞ
れマスフローコントローラのような流量制御機器８８
Ｅ、８８Ｆが介設されて伝熱ガス源であるＮ2 ガス源１
４０に接続されており、電極側伝熱ガス供給手段１４２
を構成している。
体１１４及び上側絶縁体１１４と冷却ブロック１１２は
共に上下に接合されるが、これらの間にそれぞれ僅かな
間隙の空間、すなわち上側電極側伝熱空間（上側空間）
１２８と下側電極側伝熱空間（下側空間）１３０が発生
することは避けられない。そのために、下部の電極構造
２８の場合と同様に、リング状の両伝熱空間１２８、１
３０の内周側及び外周側には、それぞれリング状に耐熱
性メタルシール部材１３２Ａ、１３２Ｂ、１３４Ａ、１
３４Ｂが介在されており、両伝熱空間１２８、１３０の
気密性を高く維持している。更に、両伝熱空間１２８、
１３０には、それぞれガス供給通路１３６、１３８が接
続されており、以下に説明するように圧力制御されたＡ
ｒ、Ｈｅ、Ｎ2 等の不活性ガスより成る伝熱ガス、例え
ばＮ2 ガスを供給できるようになっている。すなわち、
図５に示すように、各電極側伝熱空間１２８、１３０へ
連通される各ガス供給通路１３６、１３８には、それぞ
れマスフローコントローラのような流量制御機器８８
Ｅ、８８Ｆが介設されて伝熱ガス源であるＮ2 ガス源１
４０に接続されており、電極側伝熱ガス供給手段１４２
を構成している。
【００３５】そして、各流量制御機器８８Ｅ、８８Ｆ
は、各伝熱空間１２８、１３０に設けられる耐熱圧力セ
ンサ９８Ｅ、９８Ｆの検出値に基づいて、制御部１４４
により制御されることになる。尚、この制御部１４４は
先の制御部１００と共用してもよい。具体的には、各ガ
ス供給通路１３６、１３８のガス出口１３６Ａ、１３８
Ａの近傍に上記各耐熱圧力センサ９８Ｅ、９８Ｆは設け
られており、対応する空間部分の圧力を検出するように
なっている。これらの各センサ９８Ｅ、９８Ｆは先に図
４において説明したと同様な構成である。
は、各伝熱空間１２８、１３０に設けられる耐熱圧力セ
ンサ９８Ｅ、９８Ｆの検出値に基づいて、制御部１４４
により制御されることになる。尚、この制御部１４４は
先の制御部１００と共用してもよい。具体的には、各ガ
ス供給通路１３６、１３８のガス出口１３６Ａ、１３８
Ａの近傍に上記各耐熱圧力センサ９８Ｅ、９８Ｆは設け
られており、対応する空間部分の圧力を検出するように
なっている。これらの各センサ９８Ｅ、９８Ｆは先に図
４において説明したと同様な構成である。
【００３６】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、下部の電極構造２８を、
所定の搬出搬入位置まで下方へ降下させた状態で、開放
状態になされているゲートバルブ３２を介して半導体ウ
エハＷを処理容器２６内へ搬入し、これを載置台を兼ね
るプリヒートされた下側電極部３８の上面に載置し、静
電チャック４６によりウエハＷを吸着保持する。ここで
下部電極部３８や上部電極部１１０は、スループットを
向上させるために、予め約３５０〜５００℃に予備加熱
されている。そして、この状態で下部の電極構造２８を
所定のプロセス位置まで上昇させ、これと同時に、下側
電極部３８の加熱ヒータ部４４及び上側電極部１１０の
加熱ヒータ部１１６への供給電力を大きくして、ウエハ
Ｗを所定のプロセス温度、例えば５００℃程度まで昇温
する。尚、予めプロセス温度まで加熱されている場合
は、昇温は不要である。そして、ガスノズル３４から所
定の成膜ガス、例えばＳｉＨ4 、ＳｉＦ4 、Ｏ2 等を処
理空間に供給し、同時に図示しない真空ポンプを駆動し
て処理容器２６内の雰囲気を、排気口３６から真空引き
して処理容器２６内の圧力を所定のプロセス圧力に維持
する。
動作について説明する。まず、下部の電極構造２８を、
所定の搬出搬入位置まで下方へ降下させた状態で、開放
状態になされているゲートバルブ３２を介して半導体ウ
エハＷを処理容器２６内へ搬入し、これを載置台を兼ね
るプリヒートされた下側電極部３８の上面に載置し、静
電チャック４６によりウエハＷを吸着保持する。ここで
下部電極部３８や上部電極部１１０は、スループットを
向上させるために、予め約３５０〜５００℃に予備加熱
されている。そして、この状態で下部の電極構造２８を
所定のプロセス位置まで上昇させ、これと同時に、下側
電極部３８の加熱ヒータ部４４及び上側電極部１１０の
加熱ヒータ部１１６への供給電力を大きくして、ウエハ
Ｗを所定のプロセス温度、例えば５００℃程度まで昇温
する。尚、予めプロセス温度まで加熱されている場合
は、昇温は不要である。そして、ガスノズル３４から所
定の成膜ガス、例えばＳｉＨ4 、ＳｉＦ4 、Ｏ2 等を処
理空間に供給し、同時に図示しない真空ポンプを駆動し
て処理容器２６内の雰囲気を、排気口３６から真空引き
して処理容器２６内の圧力を所定のプロセス圧力に維持
する。
【００３７】そして、プラズマ発生用高周波電源１２４
から例えば１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用の高周波
電圧を上側電極部１１０に印加し、これと同時に、バイ
アス用高周波電源５６から下側電極部３８にバイアス用
の高周波電圧を印加する。これにより、処理空間には、
プラズマが生成し、成膜ガスは活性化されて反応し、ウ
エハＷの表面に例えばＳｉＯＦ等の所定の成膜が施され
ることになる。このようにして、プラズマ処理が開始さ
れると、このプラズマ自体によってウエハＷ及び上側電
極部１１０が次第に加熱されるので、各冷却ブロック４
０及び１１２に設けた冷却ジャケット５８、１２６を駆
動し、これら冷却ジャケット５８、１２６と加熱ヒータ
部４４、１１６を適正に制御してウエハＷの温度がプロ
セス温度を維持するようにコントロールする。尚、冷却
ジャケット５８、１２６の冷媒としては、水或いはガル
デン（商品名）等を用いることができる。
から例えば１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用の高周波
電圧を上側電極部１１０に印加し、これと同時に、バイ
アス用高周波電源５６から下側電極部３８にバイアス用
の高周波電圧を印加する。これにより、処理空間には、
プラズマが生成し、成膜ガスは活性化されて反応し、ウ
エハＷの表面に例えばＳｉＯＦ等の所定の成膜が施され
ることになる。このようにして、プラズマ処理が開始さ
れると、このプラズマ自体によってウエハＷ及び上側電
極部１１０が次第に加熱されるので、各冷却ブロック４
０及び１１２に設けた冷却ジャケット５８、１２６を駆
動し、これら冷却ジャケット５８、１２６と加熱ヒータ
部４４、１１６を適正に制御してウエハＷの温度がプロ
セス温度を維持するようにコントロールする。尚、冷却
ジャケット５８、１２６の冷媒としては、水或いはガル
デン（商品名）等を用いることができる。
【００３８】さて、このような状況下において、ウエハ
Ｗの温度コントロール性を維持するために、上記各伝熱
空間６２、６４、７４、１２８、１３０に対応する各ガ
ス供給手段から伝熱ガスとしてＡｒガスを供給し、この
伝熱空間内を例えば１０〜２０Ｔｏｒｒ程度の一定の圧
力に維持するようになっている。ここで、各伝熱空間を
シールするために、図２に示されたような構造の耐熱性
メタルシール部材６６Ａ、６６Ｂ、６８Ａ、６８Ｂ、１
３２Ａ、１３２Ｂ、１３４Ａ、１３４Ｂを用いているの
で、プロセス温度が５００℃程度まで高くてもこのシー
ル性を高く維持して処理容器２６内側へ漏れ出る伝熱ガ
スを抑制することができる。従って、伝熱ガスをそれ程
消費することなく高い伝熱効率を維持してウエハＷの温
度コントロールを精度良く行なうことができる。また、
各伝熱空間６２、６４、７４、１２８、１３０には、５
００℃程度の高温にも耐え得るような図４に示したよう
な構成の耐熱圧力センサ９８Ａ〜９８Ｆを設けて圧力を
検出し、これが所定の一定値を維持するように伝熱ガス
の流量を制御しているので、高い精度でガス圧力をコン
トロールすることができる。特に、上述のように、圧力
制御の対象となる各伝熱空間の圧力を各センサにより直
接検出するようになっているので、ガス供給系途中のガ
ス圧を検出して圧力制御した従来方法とは異なり、応答
の速い、且つより精度の高い圧力制御を行なうことがで
きる。
Ｗの温度コントロール性を維持するために、上記各伝熱
空間６２、６４、７４、１２８、１３０に対応する各ガ
ス供給手段から伝熱ガスとしてＡｒガスを供給し、この
伝熱空間内を例えば１０〜２０Ｔｏｒｒ程度の一定の圧
力に維持するようになっている。ここで、各伝熱空間を
シールするために、図２に示されたような構造の耐熱性
メタルシール部材６６Ａ、６６Ｂ、６８Ａ、６８Ｂ、１
３２Ａ、１３２Ｂ、１３４Ａ、１３４Ｂを用いているの
で、プロセス温度が５００℃程度まで高くてもこのシー
ル性を高く維持して処理容器２６内側へ漏れ出る伝熱ガ
スを抑制することができる。従って、伝熱ガスをそれ程
消費することなく高い伝熱効率を維持してウエハＷの温
度コントロールを精度良く行なうことができる。また、
各伝熱空間６２、６４、７４、１２８、１３０には、５
００℃程度の高温にも耐え得るような図４に示したよう
な構成の耐熱圧力センサ９８Ａ〜９８Ｆを設けて圧力を
検出し、これが所定の一定値を維持するように伝熱ガス
の流量を制御しているので、高い精度でガス圧力をコン
トロールすることができる。特に、上述のように、圧力
制御の対象となる各伝熱空間の圧力を各センサにより直
接検出するようになっているので、ガス供給系途中のガ
ス圧を検出して圧力制御した従来方法とは異なり、応答
の速い、且つより精度の高い圧力制御を行なうことがで
きる。
【００３９】特に、静電チャック４６の表面のウエハＷ
が位置ずれしたり、ゴミを挟み込むなどして適正に載置
されていない場合には、伝熱ガスを供給してもこの部分
のチャック側伝熱空間７４の圧力は迅速には所定の値ま
で上昇しないので、この現象を応答速度の速い上記セン
サ９８Ｃ（或いは９８Ｄ）ならば直ちに検出して、ウエ
ハＷの載置不良等を認識判別することができる。また、
下側絶縁体４２或いは上側絶縁体１１４を設けたので、
各冷却ジャケット５８及び１２６に流れる冷媒として絶
縁性の高くない冷媒（例えば水）を用いる場合でも、こ
の冷媒を介して外部（冷媒の循環器等）に高周波電流が
漏れることを防止し、高周波電力をプラズマ生成のため
に効率良く使用することができる。
が位置ずれしたり、ゴミを挟み込むなどして適正に載置
されていない場合には、伝熱ガスを供給してもこの部分
のチャック側伝熱空間７４の圧力は迅速には所定の値ま
で上昇しないので、この現象を応答速度の速い上記セン
サ９８Ｃ（或いは９８Ｄ）ならば直ちに検出して、ウエ
ハＷの載置不良等を認識判別することができる。また、
下側絶縁体４２或いは上側絶縁体１１４を設けたので、
各冷却ジャケット５８及び１２６に流れる冷媒として絶
縁性の高くない冷媒（例えば水）を用いる場合でも、こ
の冷媒を介して外部（冷媒の循環器等）に高周波電流が
漏れることを防止し、高周波電力をプラズマ生成のため
に効率良く使用することができる。
【００４０】次に、下側絶縁体４２及び上側絶縁体１１
４の材質の変形例について図６及び図８も参照して説明
する。図６は絶縁体が反って変形する状態を説明するた
めの説明図、図７は絶縁体の熱伝導度と反り量（変形
量）との関係を示すグラフである。図１に示す実施例で
は絶縁体４２、１１４として単なる石英ガラスを用いた
が、これは熱伝導度が低いので、例えば下側絶縁体４２
を例にとるとその上面が高温の下側電極部３８と接して
下面が冷却ブロック４０に接することから上面と下面と
の間で大きな温度差が生じる。この結果、例えば温度差
がない時には、図６（Ａ）に示すように下側絶縁体４２
は平坦であるが、図６（Ｂ）に示すように、例えば上面
が２００℃、下面が５０℃のように１５０℃程度も温度
差が生ずると、上下面の熱膨張差によって、この場合に
は下方向へ曲がって反りが生じて変形してしまう。この
時の反り量は、この絶縁体４２を構成する材料の熱伝導
率、熱膨張係数、寸法形状等によって決まる。このよう
な反り量が大きいと、上下の両面が上側電極部３８や冷
却ブロック４０と均等に当接せずに偏当たりするように
なり、この結果、下側電極部３８から熱がその面内均一
に脱熱されなくなり、ウエハ温度に偏りが生じてウエハ
温度の面内均一性が劣化する傾向となってしまう。
４の材質の変形例について図６及び図８も参照して説明
する。図６は絶縁体が反って変形する状態を説明するた
めの説明図、図７は絶縁体の熱伝導度と反り量（変形
量）との関係を示すグラフである。図１に示す実施例で
は絶縁体４２、１１４として単なる石英ガラスを用いた
が、これは熱伝導度が低いので、例えば下側絶縁体４２
を例にとるとその上面が高温の下側電極部３８と接して
下面が冷却ブロック４０に接することから上面と下面と
の間で大きな温度差が生じる。この結果、例えば温度差
がない時には、図６（Ａ）に示すように下側絶縁体４２
は平坦であるが、図６（Ｂ）に示すように、例えば上面
が２００℃、下面が５０℃のように１５０℃程度も温度
差が生ずると、上下面の熱膨張差によって、この場合に
は下方向へ曲がって反りが生じて変形してしまう。この
時の反り量は、この絶縁体４２を構成する材料の熱伝導
率、熱膨張係数、寸法形状等によって決まる。このよう
な反り量が大きいと、上下の両面が上側電極部３８や冷
却ブロック４０と均等に当接せずに偏当たりするように
なり、この結果、下側電極部３８から熱がその面内均一
に脱熱されなくなり、ウエハ温度に偏りが生じてウエハ
温度の面内均一性が劣化する傾向となってしまう。
【００４１】そこで、ここでは下側絶縁体４２として、
熱伝導度が良好なもの、ここでは本実施例で許容される
反り量ΔＬを例えば１５μｍに設定すると、熱伝導度が
８０Ｗ／ｍＫ（メートルケルビン）以上の材料を用い
る。このような材料としては、絶縁性があって、熱伝導
度が８０Ｗ／ｍＫ以上ならば、どのような材料でもよい
が、例えばセラミック材の中では、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）を用いることができる。図７は絶縁体の熱伝
導度と反り量との関係を示すグラフであり、図示するよ
うに熱伝導度が８０Ｗ／ｍＫ以上ならば反り量は許容量
の１５μｍ以下となっていることが判明する。この時の
実験条件は、絶縁体の直径は２３０ｍｍ、厚さは１２ｍ
ｍ、上面からの入熱は１５００Ｗである。また、絶縁体
の特性に関しては、ヤング率が３００Ｇｐａ、ポアソン
比が０．３３、熱膨張係数が５．０×１０-6Ｋ-1であ
る。このように、熱伝導度が高い材料で絶縁体４２を形
成することにより、上下面間の温度差が少なくなり、結
果的にその反り変形量を抑制することが可能となる。こ
の結果、この絶縁体４２が上下の部材と偏当たりしなく
なるので、ウエハ温度の面内均一性を高く維持すること
が可能となる。このような現象は、下側絶縁体４２のみ
ならず、上側絶縁体１１４にも当てはまるので（反り方
向は上述とは逆方向となる）、上側絶縁体１１４も熱伝
導度が８０Ｗ／ｍＫ以上の窒化アルミニウムで構成する
のが好ましい。
熱伝導度が良好なもの、ここでは本実施例で許容される
反り量ΔＬを例えば１５μｍに設定すると、熱伝導度が
８０Ｗ／ｍＫ（メートルケルビン）以上の材料を用い
る。このような材料としては、絶縁性があって、熱伝導
度が８０Ｗ／ｍＫ以上ならば、どのような材料でもよい
が、例えばセラミック材の中では、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）を用いることができる。図７は絶縁体の熱伝
導度と反り量との関係を示すグラフであり、図示するよ
うに熱伝導度が８０Ｗ／ｍＫ以上ならば反り量は許容量
の１５μｍ以下となっていることが判明する。この時の
実験条件は、絶縁体の直径は２３０ｍｍ、厚さは１２ｍ
ｍ、上面からの入熱は１５００Ｗである。また、絶縁体
の特性に関しては、ヤング率が３００Ｇｐａ、ポアソン
比が０．３３、熱膨張係数が５．０×１０-6Ｋ-1であ
る。このように、熱伝導度が高い材料で絶縁体４２を形
成することにより、上下面間の温度差が少なくなり、結
果的にその反り変形量を抑制することが可能となる。こ
の結果、この絶縁体４２が上下の部材と偏当たりしなく
なるので、ウエハ温度の面内均一性を高く維持すること
が可能となる。このような現象は、下側絶縁体４２のみ
ならず、上側絶縁体１１４にも当てはまるので（反り方
向は上述とは逆方向となる）、上側絶縁体１１４も熱伝
導度が８０Ｗ／ｍＫ以上の窒化アルミニウムで構成する
のが好ましい。
【００４２】次に、下側絶縁体４２及び上側絶縁体１１
４の面構造の変形例について、図８及び図９も参照して
説明する。図１、図３及び図５等においては、説明を理
解し易くするために、各伝熱空間６２、６４、１２８、
１３０は幅を大きくして記載しているが、実際には各シ
ール部材は凹部状の溝内に設置されており、また、構造
物は高さ方向に高い圧力で締め付け固定されているの
で、上記各伝熱空間の隙間はほとんど生じないが、ミク
ロ的に見れば、これらの各伝熱空間を区画する各部材の
接合面は、不規則な多数の点接触状態となり、その隙間
を不規則な経路に沿って伝熱ガスが流れることになる。
そのため、上下方向における伝熱効率が場所によって異
なるので、ウエハ温度の面内均一性が劣化する傾向とな
る。
４の面構造の変形例について、図８及び図９も参照して
説明する。図１、図３及び図５等においては、説明を理
解し易くするために、各伝熱空間６２、６４、１２８、
１３０は幅を大きくして記載しているが、実際には各シ
ール部材は凹部状の溝内に設置されており、また、構造
物は高さ方向に高い圧力で締め付け固定されているの
で、上記各伝熱空間の隙間はほとんど生じないが、ミク
ロ的に見れば、これらの各伝熱空間を区画する各部材の
接合面は、不規則な多数の点接触状態となり、その隙間
を不規則な経路に沿って伝熱ガスが流れることになる。
そのため、上下方向における伝熱効率が場所によって異
なるので、ウエハ温度の面内均一性が劣化する傾向とな
る。
【００４３】そこで、この実施例では、各伝熱空間６
２、６４、１２８、１３０を区画するように上下に接合
される接合面に伝熱ガスが流れるガス溝を面内に略均一
に設け、その両接合面が接する接触率を例えば４０〜８
０％の範囲内に設定するようにしている。すなわち、例
えば下側絶縁体４２の上面或いは下面、またはその双方
に面内全体に亘ってメッシュ状、或いは格子状に所定の
幅のガス溝２００（図９参照）を刻んで形成する。する
と、このガス溝２００に沿って伝熱ガスは流れるので、
絶縁体４２の全面に亘って略均等に伝熱ガスが行き亘る
ことになる。この結果、絶縁体の略全面において上下方
向の伝熱効率が均一となり、ウエハの温度分布の均一性
を改善することが可能となる。この場合、接触率が過度
に小さくなると、上下方向における熱抵抗が大きくなり
過ぎて、ウエハの温度コントロール性が劣化するので、
その接触率の下限は上述のように４０％程度である。
２、６４、１２８、１３０を区画するように上下に接合
される接合面に伝熱ガスが流れるガス溝を面内に略均一
に設け、その両接合面が接する接触率を例えば４０〜８
０％の範囲内に設定するようにしている。すなわち、例
えば下側絶縁体４２の上面或いは下面、またはその双方
に面内全体に亘ってメッシュ状、或いは格子状に所定の
幅のガス溝２００（図９参照）を刻んで形成する。する
と、このガス溝２００に沿って伝熱ガスは流れるので、
絶縁体４２の全面に亘って略均等に伝熱ガスが行き亘る
ことになる。この結果、絶縁体の略全面において上下方
向の伝熱効率が均一となり、ウエハの温度分布の均一性
を改善することが可能となる。この場合、接触率が過度
に小さくなると、上下方向における熱抵抗が大きくなり
過ぎて、ウエハの温度コントロール性が劣化するので、
その接触率の下限は上述のように４０％程度である。
【００４４】ここで、最適な接触率を実験で求めたの
で、その結果について図８及び図９を参照して説明す
る。図８は種々の幅のガス溝を部材の接触面に設けた時
の各種の接触率を示す図、図９は接触率に対する熱抵抗
と温度分布のばらつきとの関係を示すグラフである。こ
こで接触率とは絶縁体の表面にガス溝を形成した時のガ
ス溝の形成面積に対する残りの面積の比を言う。図８に
おいては、ガス溝２００が形成され絶縁体４２の表面の
一部が示されており、正方形の部分が接触面となってい
る。ここで接触面２０２の一辺とガス溝２００の幅の比
が７：１の時は接触率は７７％（図８（Ａ）参照）、上
記比が２：１の時は接触率は４４％（図８（Ｂ）参
照）、上記比が１：２の時は接触率は１１％（図８
（Ｃ）参照）、上記比が１：５の時は接触率は２．７％
（図８（Ｄ）参照）となる。尚、ガス溝２００を何ら設
けない時は、接触率は１００％である。
で、その結果について図８及び図９を参照して説明す
る。図８は種々の幅のガス溝を部材の接触面に設けた時
の各種の接触率を示す図、図９は接触率に対する熱抵抗
と温度分布のばらつきとの関係を示すグラフである。こ
こで接触率とは絶縁体の表面にガス溝を形成した時のガ
ス溝の形成面積に対する残りの面積の比を言う。図８に
おいては、ガス溝２００が形成され絶縁体４２の表面の
一部が示されており、正方形の部分が接触面となってい
る。ここで接触面２０２の一辺とガス溝２００の幅の比
が７：１の時は接触率は７７％（図８（Ａ）参照）、上
記比が２：１の時は接触率は４４％（図８（Ｂ）参
照）、上記比が１：２の時は接触率は１１％（図８
（Ｃ）参照）、上記比が１：５の時は接触率は２．７％
（図８（Ｄ）参照）となる。尚、ガス溝２００を何ら設
けない時は、接触率は１００％である。
【００４５】さて、以上のようにして定まる接触率を種
々変更して熱抵抗とウエハ面内の温度分布のばらつきΔ
Ｔを調べた結果が図９に示されている。尚、温度分布の
ばらつきは、ウエハ面内の温度の最高値と最小値の差を
とっている。ここで、プロセスの種類にもよるが、一般
的な熱処理では温度分布のばらつきは３０℃以内である
ことが要求される。また、熱抵抗が過度に大きいと、電
極からの脱熱（冷却）が円滑に行かなくなるので、加熱
ヒータのパワーや冷却ブロックの冷媒流量等を制御して
もその反応が鈍くなり、ウエハの温度コントロール性が
劣化してしまうので、その上限は０．１Ｋ／Ｗ程度であ
る。従って、両者を満足するには、接触率を４０〜８０
％の範囲内に設定する必要があることが判明する。この
ように、熱抵抗を過度に高くすることなく伝熱ガスを面
内方向に略均一に流すことができるので、ウエハの面内
温度分布の均一性を更に改善することが可能となる。
尚、上記ガス溝２００は、下側絶縁体４２の上面、下
面、上側絶縁体１１４の上面、下面のみならず、これら
の各面と対向接触する電極部の面や冷却ブロックの面に
も適用できるのは勿論である。
々変更して熱抵抗とウエハ面内の温度分布のばらつきΔ
Ｔを調べた結果が図９に示されている。尚、温度分布の
ばらつきは、ウエハ面内の温度の最高値と最小値の差を
とっている。ここで、プロセスの種類にもよるが、一般
的な熱処理では温度分布のばらつきは３０℃以内である
ことが要求される。また、熱抵抗が過度に大きいと、電
極からの脱熱（冷却）が円滑に行かなくなるので、加熱
ヒータのパワーや冷却ブロックの冷媒流量等を制御して
もその反応が鈍くなり、ウエハの温度コントロール性が
劣化してしまうので、その上限は０．１Ｋ／Ｗ程度であ
る。従って、両者を満足するには、接触率を４０〜８０
％の範囲内に設定する必要があることが判明する。この
ように、熱抵抗を過度に高くすることなく伝熱ガスを面
内方向に略均一に流すことができるので、ウエハの面内
温度分布の均一性を更に改善することが可能となる。
尚、上記ガス溝２００は、下側絶縁体４２の上面、下
面、上側絶縁体１１４の上面、下面のみならず、これら
の各面と対向接触する電極部の面や冷却ブロックの面に
も適用できるのは勿論である。
【００４６】次に、下側絶縁体４２及び上側絶縁体１１
４の表面粗さＲａを規定した変形例について図１０乃至
図１２も参照して説明する。図１における各伝熱空間６
２、６４、１２８、１３０を区画する各部材の表面粗さ
は、両部材間の実際の接触面積や両部材間の実際の距離
に影響を与えるので、これによって、両部材間の伝熱効
率、すなわち熱抵抗も影響を受ける。図１０はその一例
として下側電極部３８の下面と下側絶縁体４２の上面と
の間に形成される伝熱空間６２の一部をミクロ的に拡大
した模式図を示しており、表面粗さに依存して、両部材
間の実際の接触面積や実際の距離が変化し得る点が開示
されている。このような熱抵抗が大きくなると、電極部
３８からの脱熱（冷却）が円滑に行かなくなり、ウエハ
温度のコントロール性を低下させる恐れが生ずる。
４の表面粗さＲａを規定した変形例について図１０乃至
図１２も参照して説明する。図１における各伝熱空間６
２、６４、１２８、１３０を区画する各部材の表面粗さ
は、両部材間の実際の接触面積や両部材間の実際の距離
に影響を与えるので、これによって、両部材間の伝熱効
率、すなわち熱抵抗も影響を受ける。図１０はその一例
として下側電極部３８の下面と下側絶縁体４２の上面と
の間に形成される伝熱空間６２の一部をミクロ的に拡大
した模式図を示しており、表面粗さに依存して、両部材
間の実際の接触面積や実際の距離が変化し得る点が開示
されている。このような熱抵抗が大きくなると、電極部
３８からの脱熱（冷却）が円滑に行かなくなり、ウエハ
温度のコントロール性を低下させる恐れが生ずる。
【００４７】これを図１１を参照して説明する。図１１
は図１に示す電極構造２８を模式的に示した図であり、
プラズマ等によりウエハＷにはＱｗの熱量が入り、ま
た、加熱ヒータ部４４からは最大Ｐｗの熱量を投入でき
るものとする。そして、冷却ブロック４０では熱量Ｘｗ
の脱熱（冷却）を行なっているものと仮定する。ここ
で、絶縁体４２の上下の境界部分（伝熱空間）における
熱抵抗が大きいと、脱熱の熱量Ｘｗを大きく取れなくな
ることから電極部３８に大きな熱量が貯まってくるの
で、ここの加熱ヒータ部４４の出力パワーを抑制しなけ
ばならず、このため、ウエハＷを適正なプロセス温度に
維持するための温度コントロール性が劣化してしまう。
そこで、この実施例では、絶縁体４２の上下の境界部分
の表面粗さＲａを２．０μｍ以下に設定することによ
り、熱抵抗を０．１Ｋ／Ｗ以下になるように設定してい
る。このように、熱抵抗が０．１Ｋ／Ｗよりも小さくな
ると、図１１において脱熱のための熱量Ｘｗを大きくす
ることができるので、その分、加熱ヒータ部４４に大き
な電力を投入でき、従って、ウエハ温度をコントロール
性良く制御することが可能となる。
は図１に示す電極構造２８を模式的に示した図であり、
プラズマ等によりウエハＷにはＱｗの熱量が入り、ま
た、加熱ヒータ部４４からは最大Ｐｗの熱量を投入でき
るものとする。そして、冷却ブロック４０では熱量Ｘｗ
の脱熱（冷却）を行なっているものと仮定する。ここ
で、絶縁体４２の上下の境界部分（伝熱空間）における
熱抵抗が大きいと、脱熱の熱量Ｘｗを大きく取れなくな
ることから電極部３８に大きな熱量が貯まってくるの
で、ここの加熱ヒータ部４４の出力パワーを抑制しなけ
ばならず、このため、ウエハＷを適正なプロセス温度に
維持するための温度コントロール性が劣化してしまう。
そこで、この実施例では、絶縁体４２の上下の境界部分
の表面粗さＲａを２．０μｍ以下に設定することによ
り、熱抵抗を０．１Ｋ／Ｗ以下になるように設定してい
る。このように、熱抵抗が０．１Ｋ／Ｗよりも小さくな
ると、図１１において脱熱のための熱量Ｘｗを大きくす
ることができるので、その分、加熱ヒータ部４４に大き
な電力を投入でき、従って、ウエハ温度をコントロール
性良く制御することが可能となる。
【００４８】ここで、図１２を参照して熱抵抗及び表面
粗さの各上限値について説明する。図１２は絶縁体の表
面粗さＲａと熱抵抗との関係を示すグラフである。この
グラフから明らかなように、表面粗さＲａが大きくなる
程、熱抵抗も大きくなっている。現行の電極構造では、
加熱ヒータ部４４のパワーや冷却ブロック４０の冷却容
量を考慮すると、脱熱の熱量は例えば少なくとも５Ｗ
（ワット）／ｃｍ2 以上必要であり、この時の熱抵抗は
略０．１Ｋ／Ｗである。従って、表面粗さＲａは、グラ
フより略２．０μｍ以下に設定すればよいことが判明す
る。上記絶縁体４２の表面粗さＲａについては、上部の
電極構造３０の上側絶縁体１１４（図１参照）について
も同様に適用できるのは勿論である。
粗さの各上限値について説明する。図１２は絶縁体の表
面粗さＲａと熱抵抗との関係を示すグラフである。この
グラフから明らかなように、表面粗さＲａが大きくなる
程、熱抵抗も大きくなっている。現行の電極構造では、
加熱ヒータ部４４のパワーや冷却ブロック４０の冷却容
量を考慮すると、脱熱の熱量は例えば少なくとも５Ｗ
（ワット）／ｃｍ2 以上必要であり、この時の熱抵抗は
略０．１Ｋ／Ｗである。従って、表面粗さＲａは、グラ
フより略２．０μｍ以下に設定すればよいことが判明す
る。上記絶縁体４２の表面粗さＲａについては、上部の
電極構造３０の上側絶縁体１１４（図１参照）について
も同様に適用できるのは勿論である。
【００４９】次に、耐熱性メタルシール部材のシール性
向上のための変形例について、図１３乃至図１５も参照
して説明する。一般に、絶縁体や電極部や冷却ブロック
の表面は、相互間の接触性を良好にするためにラップ加
熱等により鏡面仕上げされて高い平滑状態となってい
る。図１３は鏡面仕上げされた電極部の下面と絶縁体の
上面とを模式的に示しており、両面の凹凸は非常に少な
くなっている。しかしながら、石英ガラスやセラミック
材よりなる絶縁体４２の表面には、鏡面加工時に脱粒が
発生して微小な切れ込み２０４が生ずる場合がある。こ
の切れ込み２０４はアルミニウム製の電極部３８側に発
生する場合もある。そして、このような脱粒による切れ
込み２０４が発生すると、耐熱性メタルシール部材６６
Ａを介在させていても、この切れ込み２０４がリークパ
スとなってここより伝熱ガスが漏れ出てしまう場合があ
る。そこで、この実施例では、耐熱性メタルシール部材
の表面、或いはこの耐熱性メタル部材が当接する部材の
表面に、ウエハのプロセス温度の近傍にて軟化する低融
点材料よりなる軟化金属膜、或いは軟化金属層を形成し
ている。
向上のための変形例について、図１３乃至図１５も参照
して説明する。一般に、絶縁体や電極部や冷却ブロック
の表面は、相互間の接触性を良好にするためにラップ加
熱等により鏡面仕上げされて高い平滑状態となってい
る。図１３は鏡面仕上げされた電極部の下面と絶縁体の
上面とを模式的に示しており、両面の凹凸は非常に少な
くなっている。しかしながら、石英ガラスやセラミック
材よりなる絶縁体４２の表面には、鏡面加工時に脱粒が
発生して微小な切れ込み２０４が生ずる場合がある。こ
の切れ込み２０４はアルミニウム製の電極部３８側に発
生する場合もある。そして、このような脱粒による切れ
込み２０４が発生すると、耐熱性メタルシール部材６６
Ａを介在させていても、この切れ込み２０４がリークパ
スとなってここより伝熱ガスが漏れ出てしまう場合があ
る。そこで、この実施例では、耐熱性メタルシール部材
の表面、或いはこの耐熱性メタル部材が当接する部材の
表面に、ウエハのプロセス温度の近傍にて軟化する低融
点材料よりなる軟化金属膜、或いは軟化金属層を形成し
ている。
【００５０】図１４は耐熱性メタルシール部材６６Ａの
表面に軟化金属膜２０６を形成した状態を示し、図１５
は耐熱性メタルシール部材６６Ａが当接する部材の表面
に、すなわち、ここでは電極部３８の下面及び絶縁体４
２の表面に軟化金属層２０８、２０８をそれぞれ形成し
た状態を示している。この軟化金属層２０８は、シール
部材６６Ａに沿ってリング状に形成されていることにな
る。この軟化金属膜２０６及び軟化金属層２０８は、図
２（Ｄ）を参照して説明したように、インジウムを用い
ることができるが、勿論これに限定されるものではな
い。
表面に軟化金属膜２０６を形成した状態を示し、図１５
は耐熱性メタルシール部材６６Ａが当接する部材の表面
に、すなわち、ここでは電極部３８の下面及び絶縁体４
２の表面に軟化金属層２０８、２０８をそれぞれ形成し
た状態を示している。この軟化金属層２０８は、シール
部材６６Ａに沿ってリング状に形成されていることにな
る。この軟化金属膜２０６及び軟化金属層２０８は、図
２（Ｄ）を参照して説明したように、インジウムを用い
ることができるが、勿論これに限定されるものではな
い。
【００５１】このように、軟化金属膜２０６或いは軟化
金属層２０８を用いることにより、ウエハのプロセス中
にこの材料が軟化して上記切れ込み２０４に侵入してこ
れを埋め込むように作用する（図１４（Ｂ）及び図１５
（Ｂ）参照）。これにより、リークパスがなくなり、伝
熱ガスが外部に漏れ出ることを防止することが可能とな
る。図１５においては、軟化金属層２０８、２０８をシ
ール部材６６Ｂが当接する上下両面に設けているが、切
れ込み２０４が発生する頻度が高い絶縁体４２側のみに
設けるようにしてもよい。また、図１４に示す構造と、
図１５に示す構造とを組み合わせて用いるようにしても
よい。
金属層２０８を用いることにより、ウエハのプロセス中
にこの材料が軟化して上記切れ込み２０４に侵入してこ
れを埋め込むように作用する（図１４（Ｂ）及び図１５
（Ｂ）参照）。これにより、リークパスがなくなり、伝
熱ガスが外部に漏れ出ることを防止することが可能とな
る。図１５においては、軟化金属層２０８、２０８をシ
ール部材６６Ｂが当接する上下両面に設けているが、切
れ込み２０４が発生する頻度が高い絶縁体４２側のみに
設けるようにしてもよい。また、図１４に示す構造と、
図１５に示す構造とを組み合わせて用いるようにしても
よい。
【００５２】次に、耐熱性メタルシール部材のフッ化ガ
スに対する耐腐食性を向上させるための変形例について
図１６も参照して説明する。この種の処理装置では、プ
ロセス時、エッチング時或いはクリーニング時に、腐食
性の強いフッ素系ガスを用いて処理を行なう場合があ
り、このフッ素系ガスが耐熱性メタルシール部材に接触
すると、これを腐食させる場合が生ずる。そこで、本実
施例ではこの腐食を防止するために、図１６に示すよう
に耐熱性メタルシール部材の表面に、フッ素系ガスに対
して耐腐食性の高いフッ化不動体膜２１０を形成してい
る。図１６（Ａ）に示す場合には、断面円形の耐熱性メ
タルシール部材６６Ａ（図２（Ａ）と同じもの）の表面
全体にフッ化不動体膜２１０を形成している。また、図
１６（Ｂ）に示す場合には、一部が開放された断面円弧
状の耐熱性メタルシール部材６６Ａ−１（図２（Ｂ）と
同じもの）であり、表側の表面と裏側の表面全体に、す
なわち、フッ素系ガスと接触する可能性のある露出面全
体に対してフッ化不動体膜２１０を形成している。先の
図２（Ｃ）〜図２（Ｅ）に示すシール部材６６Ａ−２、
６６Ａ−３、６６Ａ−４の場合にも外側の表面のみなら
ず、内側の表面全体にフッ化不動体膜２１０を形成す
る。これにより、このメタルシール部材６６Ａがフッ素
系ガスにより腐食されることを防止して、この耐腐食性
を向上させることができる。尚、このフッ化不動体膜２
１０の形成については、他の全てのメタルシール部材６
６Ｂ、１３２Ａ、１３２Ｂ（図１参照）にも適用できる
のは勿論である。
スに対する耐腐食性を向上させるための変形例について
図１６も参照して説明する。この種の処理装置では、プ
ロセス時、エッチング時或いはクリーニング時に、腐食
性の強いフッ素系ガスを用いて処理を行なう場合があ
り、このフッ素系ガスが耐熱性メタルシール部材に接触
すると、これを腐食させる場合が生ずる。そこで、本実
施例ではこの腐食を防止するために、図１６に示すよう
に耐熱性メタルシール部材の表面に、フッ素系ガスに対
して耐腐食性の高いフッ化不動体膜２１０を形成してい
る。図１６（Ａ）に示す場合には、断面円形の耐熱性メ
タルシール部材６６Ａ（図２（Ａ）と同じもの）の表面
全体にフッ化不動体膜２１０を形成している。また、図
１６（Ｂ）に示す場合には、一部が開放された断面円弧
状の耐熱性メタルシール部材６６Ａ−１（図２（Ｂ）と
同じもの）であり、表側の表面と裏側の表面全体に、す
なわち、フッ素系ガスと接触する可能性のある露出面全
体に対してフッ化不動体膜２１０を形成している。先の
図２（Ｃ）〜図２（Ｅ）に示すシール部材６６Ａ−２、
６６Ａ−３、６６Ａ−４の場合にも外側の表面のみなら
ず、内側の表面全体にフッ化不動体膜２１０を形成す
る。これにより、このメタルシール部材６６Ａがフッ素
系ガスにより腐食されることを防止して、この耐腐食性
を向上させることができる。尚、このフッ化不動体膜２
１０の形成については、他の全てのメタルシール部材６
６Ｂ、１３２Ａ、１３２Ｂ（図１参照）にも適用できる
のは勿論である。
【００５３】次に、電極部３８を支える支柱４８の部分
を改良してウエハ温度の面内均一性を向上させるための
変形例について図１７乃至図１９を参照して説明する。
図１に示すように下側電極部３８を支持する直径４〜５
ｃｍ程度の支柱４８は内部が中空になされており、この
内部は大気開放されていたり、或いは密閉状態になされ
ている。いずれにしても、この支柱４８が接続される下
側電極部３８の中心部近傍は、冷却ブロック４０が直下
に位置していないので脱熱性が劣り、この下側電極部３
８の中心部近傍の温度は、その周辺部と比較して少し高
目になる傾向となり、ウエハ温度の面内均一性を劣化さ
せる原因となっている。そこで、本実施例では、この部
分の脱熱を促進させるための気体ブロワ手段を設けてい
る。図１７は支柱内に気体ブロワ手段を設けた状態を示
す図、図１８は半導体ウエハの面内温度分布を示すグラ
フである。
を改良してウエハ温度の面内均一性を向上させるための
変形例について図１７乃至図１９を参照して説明する。
図１に示すように下側電極部３８を支持する直径４〜５
ｃｍ程度の支柱４８は内部が中空になされており、この
内部は大気開放されていたり、或いは密閉状態になされ
ている。いずれにしても、この支柱４８が接続される下
側電極部３８の中心部近傍は、冷却ブロック４０が直下
に位置していないので脱熱性が劣り、この下側電極部３
８の中心部近傍の温度は、その周辺部と比較して少し高
目になる傾向となり、ウエハ温度の面内均一性を劣化さ
せる原因となっている。そこで、本実施例では、この部
分の脱熱を促進させるための気体ブロワ手段を設けてい
る。図１７は支柱内に気体ブロワ手段を設けた状態を示
す図、図１８は半導体ウエハの面内温度分布を示すグラ
フである。
【００５４】図１７に示すように、下側電極部３８の中
心部を支持する中空状の支柱４８内には、その下方より
気体ブロワ手段２２０として気体噴射ノズル２２２が挿
入されている。その上端の噴射口２２４は、電極部３８
の下面の直下、１ｃｍ程度の所に位置されており、電極
部３８の裏面中心部に、室温程度のＮ2 ガスや空気など
の気体を噴射して、この部分の脱熱（冷却）を促進させ
るようになっている。この噴射された気体は、支柱４８
の下端の排気ポート２２６より排出されるようになって
いる。この噴射ガスの温度は、予めある程度冷却してお
いて脱熱効率を向上させるようにしてもよいが、過度に
脱熱効率を上げると、電極部３８の中心部の温度が低く
なり過ぎて好ましくない。
心部を支持する中空状の支柱４８内には、その下方より
気体ブロワ手段２２０として気体噴射ノズル２２２が挿
入されている。その上端の噴射口２２４は、電極部３８
の下面の直下、１ｃｍ程度の所に位置されており、電極
部３８の裏面中心部に、室温程度のＮ2 ガスや空気など
の気体を噴射して、この部分の脱熱（冷却）を促進させ
るようになっている。この噴射された気体は、支柱４８
の下端の排気ポート２２６より排出されるようになって
いる。この噴射ガスの温度は、予めある程度冷却してお
いて脱熱効率を向上させるようにしてもよいが、過度に
脱熱効率を上げると、電極部３８の中心部の温度が低く
なり過ぎて好ましくない。
【００５５】図１８は冷却ブロワ手段の効果を示すグラ
フであり、冷却ブロワなしの場合と冷却ブロワありの場
合（２０リットル／ｍｉｎと４０リットル／ｍｉｎ）と
を示している。ここで、冷却ブロワ手段としては室温の
Ｎ2 ガスを噴射している。このグラフから明らかなよう
に、冷却ブロワなしの場合は、ウエハ中心の温度は高く
て周辺部が低くなり、ウエハ面内の温度差ΔＴは２４℃
程度にも達していて大きな温度差となっている。また、
冷却ブロワありで気体を４０リットル／ｍｉｎの流量を
噴射している場合には、逆に脱熱が促進され過ぎてしま
ってウエハ中心部の温度が低くなり、この場合にもウエ
ハ面内の温度差ΔＴは２４℃程度にも達していて大きな
温度差となっている。
フであり、冷却ブロワなしの場合と冷却ブロワありの場
合（２０リットル／ｍｉｎと４０リットル／ｍｉｎ）と
を示している。ここで、冷却ブロワ手段としては室温の
Ｎ2 ガスを噴射している。このグラフから明らかなよう
に、冷却ブロワなしの場合は、ウエハ中心の温度は高く
て周辺部が低くなり、ウエハ面内の温度差ΔＴは２４℃
程度にも達していて大きな温度差となっている。また、
冷却ブロワありで気体を４０リットル／ｍｉｎの流量を
噴射している場合には、逆に脱熱が促進され過ぎてしま
ってウエハ中心部の温度が低くなり、この場合にもウエ
ハ面内の温度差ΔＴは２４℃程度にも達していて大きな
温度差となっている。
【００５６】これに対して、冷却ブロワありで気体を２
０リットル／ｍｉｎの流量を噴射している場合には、ウ
エハ中心部の温度は適宜に下がり、ウエハ面内の温度差
ΔＴは１５℃程度まで小さくなり、ウエハ面内の温度の
均一性が良好な結果を示すことが判明した。このよう
に、下側電極部３８の下面中心部に気体ブロワを吹き付
けてこの部分の脱熱を促進させることにより、ウエハ面
内の温度均一性を大幅に向上させることが可能となる。
また、上記実施例では、気体ブロワ手段２２０を設けて
下側電極部３８の中心部の脱熱を促進したが、これに代
えて、或いはこれと併用して、図１９に示すように、支
柱４８と冷却ブロック４０との間に、例えばアルミニウ
ム等の熱伝導性部材２３０を介在させて両者を接合する
ようにしてもよい。尚、２３２はＯリング等のシール部
材であり、処理容器内の気密性を維持している。
０リットル／ｍｉｎの流量を噴射している場合には、ウ
エハ中心部の温度は適宜に下がり、ウエハ面内の温度差
ΔＴは１５℃程度まで小さくなり、ウエハ面内の温度の
均一性が良好な結果を示すことが判明した。このよう
に、下側電極部３８の下面中心部に気体ブロワを吹き付
けてこの部分の脱熱を促進させることにより、ウエハ面
内の温度均一性を大幅に向上させることが可能となる。
また、上記実施例では、気体ブロワ手段２２０を設けて
下側電極部３８の中心部の脱熱を促進したが、これに代
えて、或いはこれと併用して、図１９に示すように、支
柱４８と冷却ブロック４０との間に、例えばアルミニウ
ム等の熱伝導性部材２３０を介在させて両者を接合する
ようにしてもよい。尚、２３２はＯリング等のシール部
材であり、処理容器内の気密性を維持している。
【００５７】これによれば、下側電極部３８の熱がこの
支柱４８及び熱伝導性部材２３０を介して冷却ブロック
４０に伝達されるので、図１８で説明した場合と同様
に、下側電極部３８の中心部近傍の脱熱性を高めて、ウ
エハ温度の面内均一性を高めることが可能となる。尚、
上記実施例においては、各伝熱空間をシールするため
に、図２に示すような耐熱性メタルシール部材６６Ａ、
６６Ｂ等を用いたが、これに限定されず、この伝熱空間
自体をラビリンス構造として伝熱ガスが容易に逃げない
ような構造としてもよい。
支柱４８及び熱伝導性部材２３０を介して冷却ブロック
４０に伝達されるので、図１８で説明した場合と同様
に、下側電極部３８の中心部近傍の脱熱性を高めて、ウ
エハ温度の面内均一性を高めることが可能となる。尚、
上記実施例においては、各伝熱空間をシールするため
に、図２に示すような耐熱性メタルシール部材６６Ａ、
６６Ｂ等を用いたが、これに限定されず、この伝熱空間
自体をラビリンス構造として伝熱ガスが容易に逃げない
ような構造としてもよい。
【００５８】具体的には、この点について、下側電極部
３８と下側絶縁体４２との接合部を例にとって説明する
と、図２０及び図２１に示すように下側絶縁体４２の下
面に、所定のピッチ、例えば数ｍｍ程度のピッチで、螺
旋状或いは同心円状（図２０に示す場合は同心円状）に
幅２ｍｍの微少な溝部１５０を形成する。そして、これ
と対向する下側絶縁体４２の上面にも、上記凹凸状の溝
部１５０に対応してこれに嵌め込むように凹凸状に微少
な溝部１５２を形成する。そして、これらの表面の溝部
１５０、１５２を図２１（Ａ）に示すように互いに嵌め
込むことにより、ラビリンス状のラビリンス伝熱空間１
５４を形成する。この場合には、耐熱性メタルシール部
材を用いることなく、このラビリンス伝熱空間１５４に
伝熱ガスをある程度封止することができる。
３８と下側絶縁体４２との接合部を例にとって説明する
と、図２０及び図２１に示すように下側絶縁体４２の下
面に、所定のピッチ、例えば数ｍｍ程度のピッチで、螺
旋状或いは同心円状（図２０に示す場合は同心円状）に
幅２ｍｍの微少な溝部１５０を形成する。そして、これ
と対向する下側絶縁体４２の上面にも、上記凹凸状の溝
部１５０に対応してこれに嵌め込むように凹凸状に微少
な溝部１５２を形成する。そして、これらの表面の溝部
１５０、１５２を図２１（Ａ）に示すように互いに嵌め
込むことにより、ラビリンス状のラビリンス伝熱空間１
５４を形成する。この場合には、耐熱性メタルシール部
材を用いることなく、このラビリンス伝熱空間１５４に
伝熱ガスをある程度封止することができる。
【００５９】また、この場合、図２１（Ｂ）に示すよう
に、いずれか一方の面、図示例では下側電極部３８のみ
に溝部１５０を形成し、これに対向する他方の面は、平
坦な状態としてもよい。この時形成されるラビリンス伝
熱空間１５４は、図２１（Ａ）に示す程のシール性は確
保できないが、この場合にも伝熱ガスをある程度封止す
ることができる。また、上記実施例では、各加熱ヒータ
部４４、１１６をシースヒータで形成したが、これを他
のヒータ、例えば抵抗金属をセラミックス内にパターン
形成してなるセラミックスヒータ等で構成してもよい
し、また、このヒータ部４４、１１６を連続する一体物
として構成するのではなく、図２２に示すように、例え
ば中心側ヒータ部４４Ａと外周側ヒータ部４４Ｂとに２
分割してゾーン毎に個別に温度制御できるようにしても
よい。また、セラミックスヒータの場合には、パターン
幅を同心円状或いは渦巻状の途中で大きく、或いは小さ
くすることによりゾーン毎の発熱量の制御と同様なコン
トロールを行なうことができる。
に、いずれか一方の面、図示例では下側電極部３８のみ
に溝部１５０を形成し、これに対向する他方の面は、平
坦な状態としてもよい。この時形成されるラビリンス伝
熱空間１５４は、図２１（Ａ）に示す程のシール性は確
保できないが、この場合にも伝熱ガスをある程度封止す
ることができる。また、上記実施例では、各加熱ヒータ
部４４、１１６をシースヒータで形成したが、これを他
のヒータ、例えば抵抗金属をセラミックス内にパターン
形成してなるセラミックスヒータ等で構成してもよい
し、また、このヒータ部４４、１１６を連続する一体物
として構成するのではなく、図２２に示すように、例え
ば中心側ヒータ部４４Ａと外周側ヒータ部４４Ｂとに２
分割してゾーン毎に個別に温度制御できるようにしても
よい。また、セラミックスヒータの場合には、パターン
幅を同心円状或いは渦巻状の途中で大きく、或いは小さ
くすることによりゾーン毎の発熱量の制御と同様なコン
トロールを行なうことができる。
【００６０】更には、本実施例においては、各電極部３
８、１１０と冷却ブロック４０、１１２との間にそれぞ
れ絶縁体４２、１１４を設けたが、この絶縁体４２、１
１４を設けないで、各電極部３８、１１０とそれぞれの
冷却ブロック４０、１１２とを直接接合させるようにし
てもよい。この場合にも、両接合境界に同様な微少な伝
熱空間が発生することになる。尚、この場合には、各電
極構造と処理容器２６との絶縁は、別の箇所で行なう。
また、上記実施例ではプラズマＣＶＤ処理を例にとって
説明したが、プラズマエッチング処理、プラズマスパッ
タ処理、プラズマアッシング処理及びプラズマを用いな
い熱ＣＶＤ等にも適用することができる。プラズマを用
いない熱ＣＶＤ処理装置に本発明を適用した一例である
処理装置が図２３に示されている。尚、図中、図１に示
す部分と同一構造の部分には同一符号を付してある。
８、１１０と冷却ブロック４０、１１２との間にそれぞ
れ絶縁体４２、１１４を設けたが、この絶縁体４２、１
１４を設けないで、各電極部３８、１１０とそれぞれの
冷却ブロック４０、１１２とを直接接合させるようにし
てもよい。この場合にも、両接合境界に同様な微少な伝
熱空間が発生することになる。尚、この場合には、各電
極構造と処理容器２６との絶縁は、別の箇所で行なう。
また、上記実施例ではプラズマＣＶＤ処理を例にとって
説明したが、プラズマエッチング処理、プラズマスパッ
タ処理、プラズマアッシング処理及びプラズマを用いな
い熱ＣＶＤ等にも適用することができる。プラズマを用
いない熱ＣＶＤ処理装置に本発明を適用した一例である
処理装置が図２３に示されている。尚、図中、図１に示
す部分と同一構造の部分には同一符号を付してある。
【００６１】ここでは、図１のガスノズル３４に代え
て、成膜ガス等の処理ガスを処理容器２６内へ供給する
シャワーヘッド部１５０を設けてあり、図１中の下部の
電極構造２８に代えて載置台構造１５２を設ける。この
載置台構造１５２は、図１中の下側電極部３８と同じ構
造の載置台１５４と冷却ブロック４０とよりなり、この
両者間の伝熱空間６２に耐熱性メタルシール部材６６
Ａ、６６Ｂを介在させている。ここでは高周波電源を用
いていないので、当然のこととして、図１において設け
られていた下側絶縁体４２は不要である。この場合に
も、図１に示した装置と同様な作用効果を発揮すること
ができ、例えば伝熱空間のシール性を高く維持して伝熱
ガスをそれ程消費することなく被処理体の温度を精度良
く制御する等の効果を発揮することができる。そして、
この高周波電源を用いていない載置台構造１５２及び上
記ラビリンス伝熱空間１５４を用いている載置台構造に
も、先に図６乃至図１９を参照して説明した各態様の実
施例を適用できるのは勿論である。更に、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、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも本発明を
適用することができる。
て、成膜ガス等の処理ガスを処理容器２６内へ供給する
シャワーヘッド部１５０を設けてあり、図１中の下部の
電極構造２８に代えて載置台構造１５２を設ける。この
載置台構造１５２は、図１中の下側電極部３８と同じ構
造の載置台１５４と冷却ブロック４０とよりなり、この
両者間の伝熱空間６２に耐熱性メタルシール部材６６
Ａ、６６Ｂを介在させている。ここでは高周波電源を用
いていないので、当然のこととして、図１において設け
られていた下側絶縁体４２は不要である。この場合に
も、図１に示した装置と同様な作用効果を発揮すること
ができ、例えば伝熱空間のシール性を高く維持して伝熱
ガスをそれ程消費することなく被処理体の温度を精度良
く制御する等の効果を発揮することができる。そして、
この高周波電源を用いていない載置台構造１５２及び上
記ラビリンス伝熱空間１５４を用いている載置台構造に
も、先に図６乃至図１９を参照して説明した各態様の実
施例を適用できるのは勿論である。更に、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、ＬＣＤ基板、ガラス基板等にも本発明を
適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電極構
造、載置台構造、プラズマ処理装置及び処理装置によれ
ば、次のように優れた作用効果を発揮することができ
る。本発明の電極構造によれば、２００℃以上、例えば
３５０〜５００℃程度の高温域においても、伝熱空間の
シール性を高く維持して、伝熱ガスをそれ程消費するこ
となく被処理体の温度を精度良く制御することができ
る。特に、耐熱圧力センサを用いて制御対象の伝熱空間
やラビリンス伝熱空間の圧力を直接測定するようにした
場合には、迅速に且つより精度の高い圧力制御を行なう
ことができる。また、本発明の載置台構造によれば、２
００℃以上、例えば３５０〜５００℃程度の高温域にお
いても、伝熱空間のシール性を高く維持して、伝熱ガス
をそれ程消費することなく被処理体の温度を精度良く制
御することができる。特に、耐熱圧力センサを用いて制
御対象の伝熱空間やラビリンス伝熱空間の圧力を直接測
定するようにした場合には、迅速に且つより精度の高い
圧力制御を行なうことができる。また、本発明によれ
ば、絶縁体の熱伝導度を８０Ｗ／ｍＫ以上に設定するこ
とにより、この変形反り量を抑制して被処理体の温度分
布の面内均一性を改善することができる。また、本発明
によれば、伝熱空間を区画する接合面の接触率を４０〜
８０％の範囲内に設定することにより、熱抵抗を過度に
高くすることなく伝熱ガスを面内に略均一に流すことが
できるので、被処理体の温度分布の面内均一性を改善す
ることができる。また、本発明によれば、伝熱空間を区
画する部材の表面粗さを２．０μｍ以下に設定すること
により、熱伝導性を向上させることができ、被処理体の
温度コントロール性を向上させることができる。また、
本実施例によれば、耐熱性メタルシール部材の表面、或
いはこれが接触する部材の表面にプロセス温度近傍で軟
化する軟化金属膜、或いは軟化金属層を形成することに
より、接触面に存在する脱粒等による切れ込みがプロセ
ス時に埋め込まれ、伝熱ガスが逃げるリークパスが発生
することを防止することができる。また、本発明によれ
ば、耐熱性メタルシール部材の表面にフッ化不動体膜を
形成することにより、このフッ素系ガスに対する耐腐食
性を高めることができる。また、本発明によれば、電極
部或いは載置台を支える中空状の支柱内から電極部或い
は載置台の裏面中心部に気体ブロワを吹き付けることに
より、この部分の脱熱を促進させることができ、被処理
体の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
更に、本発明のプラズマ処理装置によれば、高温域にお
いても、被処理体の温度を精度良く制御してプラズマ処
理を行なうことができる。また、本発明の処理装置によ
れば、高温域においても、被処理体の温度を精度良く制
御して処理を行なうことができる。
造、載置台構造、プラズマ処理装置及び処理装置によれ
ば、次のように優れた作用効果を発揮することができ
る。本発明の電極構造によれば、２００℃以上、例えば
３５０〜５００℃程度の高温域においても、伝熱空間の
シール性を高く維持して、伝熱ガスをそれ程消費するこ
となく被処理体の温度を精度良く制御することができ
る。特に、耐熱圧力センサを用いて制御対象の伝熱空間
やラビリンス伝熱空間の圧力を直接測定するようにした
場合には、迅速に且つより精度の高い圧力制御を行なう
ことができる。また、本発明の載置台構造によれば、２
００℃以上、例えば３５０〜５００℃程度の高温域にお
いても、伝熱空間のシール性を高く維持して、伝熱ガス
をそれ程消費することなく被処理体の温度を精度良く制
御することができる。特に、耐熱圧力センサを用いて制
御対象の伝熱空間やラビリンス伝熱空間の圧力を直接測
定するようにした場合には、迅速に且つより精度の高い
圧力制御を行なうことができる。また、本発明によれ
ば、絶縁体の熱伝導度を８０Ｗ／ｍＫ以上に設定するこ
とにより、この変形反り量を抑制して被処理体の温度分
布の面内均一性を改善することができる。また、本発明
によれば、伝熱空間を区画する接合面の接触率を４０〜
８０％の範囲内に設定することにより、熱抵抗を過度に
高くすることなく伝熱ガスを面内に略均一に流すことが
できるので、被処理体の温度分布の面内均一性を改善す
ることができる。また、本発明によれば、伝熱空間を区
画する部材の表面粗さを２．０μｍ以下に設定すること
により、熱伝導性を向上させることができ、被処理体の
温度コントロール性を向上させることができる。また、
本実施例によれば、耐熱性メタルシール部材の表面、或
いはこれが接触する部材の表面にプロセス温度近傍で軟
化する軟化金属膜、或いは軟化金属層を形成することに
より、接触面に存在する脱粒等による切れ込みがプロセ
ス時に埋め込まれ、伝熱ガスが逃げるリークパスが発生
することを防止することができる。また、本発明によれ
ば、耐熱性メタルシール部材の表面にフッ化不動体膜を
形成することにより、このフッ素系ガスに対する耐腐食
性を高めることができる。また、本発明によれば、電極
部或いは載置台を支える中空状の支柱内から電極部或い
は載置台の裏面中心部に気体ブロワを吹き付けることに
より、この部分の脱熱を促進させることができ、被処理
体の温度分布の面内均一性を向上させることができる。
更に、本発明のプラズマ処理装置によれば、高温域にお
いても、被処理体の温度を精度良く制御してプラズマ処
理を行なうことができる。また、本発明の処理装置によ
れば、高温域においても、被処理体の温度を精度良く制
御して処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を示
す構成図である。
す構成図である。
【図２】耐熱性メタルシール部材を示す断面図である。
【図３】本発明の電極構造（下側電極部側）の一実施例
の伝熱ガスの供給系を示す図である。
の伝熱ガスの供給系を示す図である。
【図４】耐熱圧力センサの概略構成図である。
【図５】本発明の電極構造（上側電極部側）の一実施例
の伝熱ガスの供給系を示す図である。
の伝熱ガスの供給系を示す図である。
【図６】絶縁体が反って変形する状態を説明するための
説明図である。
説明図である。
【図７】絶縁体の熱伝導度と反り量（変形量）との関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図８】種々の幅のガス溝を部材の接触面に設けた時の
各種の接触率を示す図である。
各種の接触率を示す図である。
【図９】接触率に対する熱抵抗と温度分布のばらつきと
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図１０】下側電極部の下面と下側絶縁体の上面との間
に形成される伝熱空間の一部をミクロ的に拡大した模式
図である。
に形成される伝熱空間の一部をミクロ的に拡大した模式
図である。
【図１１】図１に示す電極構造を模式的に示した図であ
る。
る。
【図１２】絶縁体の表面粗さＲａと熱抵抗との関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１３】鏡面仕上げされた電極部の下面と絶縁体の上
面とを模式的に示す図である。
面とを模式的に示す図である。
【図１４】耐熱性メタルシール部材の表面に軟化金属膜
を形成した状態を示す図である。
を形成した状態を示す図である。
【図１５】耐熱性メタルシール部材が当接する部材の表
面に軟化金属層を形成した状態を示す図である。
面に軟化金属層を形成した状態を示す図である。
【図１６】耐熱性メタルシール部材の表面にフッ素系ガ
スに対して耐腐食性の高いフッ化不動体膜を形成した状
態を示す図である。
スに対して耐腐食性の高いフッ化不動体膜を形成した状
態を示す図である。
【図１７】支柱内に気体ブロワ手段を設けた状態を示す
図である。
図である。
【図１８】半導体ウエハの面内温度分布を示すグラフで
ある。
ある。
【図１９】支柱と冷却ブロックとの間を熱伝導性部材で
接合した状態を示す図である。
接合した状態を示す図である。
【図２０】本発明の変形例の下側電極部の溝部を示す平
面図である。
面図である。
【図２１】本発明の変形例のラビリンス伝熱空間を示す
部分拡大断面図である。
部分拡大断面図である。
【図２２】加熱ヒータ部の変形例を示す図である。
【図２３】本発明の処理装置の一例を示す構成図であ
る。
る。
【図２４】プラズマＣＶＤを行なう従来装置の一例を示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
２４ プラズマ処理装置 ２６ 処理容器 ２８，３０ 電極構造 ３８ 下側電極部 ４０ 冷却ブロック ４２ 下側絶縁体 ４４ 加熱ヒータ部 ４６ 静電チャック ５８ 冷却ジャケット ６２，６４ 電極側伝熱空間 ６６Ａ〜６６Ｇ，６８Ａ，６８Ｂ 耐熱性メタルシール
部材 ７０，７２ ガス供給通路 ７４ チャック側伝熱空間 ７６，７８ ガス供給通路 ７９ 耐熱性金属膜 ８４ 低融点材料 ９４ 電極側伝熱ガス供給手段 ９６ チャック側伝熱ガス供給手段 １１０ 上側電極部 １１２ 冷却ブロック １１４ 上側絶縁体 １１６ 加熱ヒータ部 １２４ プラズマ発生用高周波電源 １２６ 冷却ジャケット １２８，１３０ 電極側伝熱空間 １３２Ａ，１３２Ｂ，１３４Ａ，１３４Ｂ 耐熱性メタ
ルシール部材 １３６，１３８ ガス供給通路 １４２ 電極側伝熱ガス供給手段 １５４ ラビリンス伝熱空間 ２０６ 軟化金属膜 ２０８ 軟化金属層 ２１０ フッ化不動体層 ２２０ 気体ブロワ手段 ２２２ 気体噴射ノズル ２３０ 熱伝導性部材 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
部材 ７０，７２ ガス供給通路 ７４ チャック側伝熱空間 ７６，７８ ガス供給通路 ７９ 耐熱性金属膜 ８４ 低融点材料 ９４ 電極側伝熱ガス供給手段 ９６ チャック側伝熱ガス供給手段 １１０ 上側電極部 １１２ 冷却ブロック １１４ 上側絶縁体 １１６ 加熱ヒータ部 １２４ プラズマ発生用高周波電源 １２６ 冷却ジャケット １２８，１３０ 電極側伝熱空間 １３２Ａ，１３２Ｂ，１３４Ａ，１３４Ｂ 耐熱性メタ
ルシール部材 １３６，１３８ ガス供給通路 １４２ 電極側伝熱ガス供給手段 １５４ ラビリンス伝熱空間 ２０６ 軟化金属膜 ２０８ 軟化金属層 ２１０ フッ化不動体層 ２２０ 気体ブロワ手段 ２２２ 気体噴射ノズル ２３０ 熱伝導性部材 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者 坪井 恭 神奈川県津久井郡城山町町屋１−２−41 東京エレクトロン宮城株式会社内 (72)発明者 天野 秀昭 神奈川県津久井郡城山町町屋１−２−41 東京エレクトロン宮城株式会社内
Claims (31)
- 【請求項１】 真空引き可能になされた処理容器内でプ
ラズマを用いて被処理体に対して所定の処理を行なうプ
ラズマ処理装置に用いられる電極構造において、加熱ヒ
ータ部を内部に有する電極部と、この電極部に接合され
て内部に前記電極部を冷却する冷却ジャケットを有する
冷却ブロックと、前記電極部と前記冷却ブロックとの間
に形成される僅かな間隙の電極側伝熱空間をシールする
ための耐熱性メタルシール部材と、前記電極側伝熱空間
に伝熱ガスを供給する電極側伝熱ガス供給手段とを備え
たことを特徴とする電極構造。 - 【請求項２】 真空引き可能になされた処理容器内でプ
ラズマを用いて被処理体に対して所定の処理を行なうプ
ラズマ処理装置に用いられる電極構造において、加熱ヒ
ータ部を内部に有する電極部と、この電極部に接合され
て内部に前記電極部を冷却する冷却ジャケットを有する
冷却ブロックと、前記電極部と前記冷却ブロックとの接
合対向面の内、少なくとも一方に同心円状或いは螺旋状
に設けられる微少な溝部により形成されたラビリンス伝
熱空間と、前記ラビリンス伝熱空間に伝熱ガスを供給す
る電極側伝熱ガス供給手段とを備えたことを特徴とする
電極構造。 - 【請求項３】 前記電極部と前記冷却ブロックとの間に
は絶縁体が介在されており、前記空間は、上側空間と下
側空間とに分離されていることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の電極構造。 - 【請求項４】 前記絶縁体は、その熱伝導度が８０Ｗ／
ｍＫ以上の材料よりなることを特徴とする請求項３記載
の電極構造。 - 【請求項５】 前記絶縁体は、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）よりなることを特徴とする請求項４記載の電極構
造。 - 【請求項６】 前記電熱空間を区画するように上下に接
合される部材の接合面の接触率は、４０〜８０％の範囲
内に設定されていることを特徴とする請求項１乃至５の
いずれかに記載の電極構造。 - 【請求項７】 前記電熱空間を区画する部材は、その表
面粗さが２．０μｍ以下に設定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電極構造。 - 【請求項８】 前記耐熱性メタルシール部材は、内部に
低融点材料を封入した断面リング状の耐熱性金属膜より
なることを特徴とする請求項１、３乃至７のいずれかに
記載の電極構造。 - 【請求項９】 前記耐熱性メタルシール部材の表面に
は、前記被処理体のプロセス温度の近傍にて軟化する低
融点材料よりなる軟化金属膜が被覆されていることを特
徴とする請求項１、３乃至８のいずれかに記載の電極構
造。 - 【請求項１０】 前記耐熱性メタルシール部材が当接す
る部材の表面には、前記被処理体のプロセス温度の近傍
にて軟化する低融点材料よりなる軟化金属層が形成され
ていることを特徴とする請求項１、３乃至９のいずれか
に記載の電極構造。 - 【請求項１１】 前記耐熱性メタルシール部材の表面に
は、フッ素系ガスに対して耐腐食性の高いフッ化不動体
膜が被覆されていることを特徴とする請求項１、３乃至
８のいずれかに記載の電極構造。 - 【請求項１２】 前記フッ化不動体膜は、フッ化ニッケ
ルよりなることを特徴とする請求項１１記載の電極構
造。 - 【請求項１３】 前記加熱ヒータ部は、セラミックヒー
タよりなることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれ
かに記載の電極構造。 - 【請求項１４】 前記加熱ヒータ部は、同心円状にゾー
ン分割されて個々に制御可能になされていることを特徴
とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の電極構造。 - 【請求項１５】 前記電極部は、前記被処理体の上方に
対向する上側電極部であることを特徴とする請求項１乃
至１４のいずれかに記載の電極構造。 - 【請求項１６】 前記電極部は、前記被処理体を載置す
る載置台を兼ねる下側電極部であり、更に、この下側電
極部の上面に接合されて前記被処理体を吸着する静電チ
ャックと、前記静電チャックと前記被処理体との間に形
成される僅かな間隙のチャック側伝熱空間に伝熱ガスを
供給するチャック側伝熱ガス供給手段とを備えたことを
特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載する電極
構造。 - 【請求項１７】 前記電極側伝熱空間、前記ラビリンス
伝熱空間及び前記チャック側伝熱空間の内、少なくとも
１つの空間には、この空間に臨ませて耐熱圧力センサが
設けられており、この耐熱圧力センサの出力に基づいて
前記対応する伝熱ガス供給手段のガス供給量を制御する
ように構成したことを特徴とする請求項１６に記載の電
極構造。 - 【請求項１８】 前記電極部の中心は、内部が中空状の
支柱により支持されており、前記支柱内には、前記電極
部の裏面中心部に向けて気体ブロウを吹き付けて脱熱を
促進させる気体ブロワ手段が設けられることを特徴とす
る請求項１乃至１７のいずれかに記載の電極構造。 - 【請求項１９】 前記電極部の中心は、支柱により支持
されており、この支柱は前記冷却ブロックに熱伝導性部
材を介して接続されていることを特徴とする請求項１乃
至１８のいずれかに記載の電極構造。 - 【請求項２０】 真空引き可能になされた処理容器内で
被処理体に対して所定の処理を行なう処理装置に用いら
れる載置台構造において、前記被処理体を加熱するため
の加熱ヒータ部を内部に有する載置台と、この載置台に
接合されて内部に前記載置台を冷却する冷却ジャケット
を有する冷却ブロックと、前記載置台と前記冷却ブロッ
クとの間に形成される僅かな間隙の伝熱空間をシールす
るための耐熱性メタルシール部材と、前記伝熱空間に伝
熱ガスを供給する伝熱ガス供給手段とを備えたことを特
徴とする載置台構造。 - 【請求項２１】 前記耐熱性メタルシール部材の表面に
は、前記被処理体のプロセス温度の近傍にて軟化する低
融点材料よりなる軟化金属膜が被覆されていることを特
徴とする請求項２０に記載の載置台構造。 - 【請求項２２】 前記耐熱性メタルシール部材が当接す
る部材の表面には、前記被処理体のプロセス温度の近傍
にて軟化する低融点材料よりなる軟化金属層が形成され
ていることを特徴とする請求項２０または２１に記載の
載置台構造。 - 【請求項２３】 前記耐熱性メタルシール部材の表面に
は、フッ素系ガスに対して耐腐食性の高いフッ化不動体
膜が被覆されていることを特徴とする請求項２０に記載
の載置台構造。 - 【請求項２４】 前記フッ化不動体膜は、フッ化ニッケ
ルよりなることを特徴とする請求項２３記載の載置台構
造。 - 【請求項２５】 真空引き可能になされた処理容器内で
被処理体に対して所定の処理を行なう処理装置に用いら
れる載置台構造において、前記被処理体を加熱するため
の加熱ヒータ部を内部に有する載置台と、この載置台に
接合されて内部に前記載置台を冷却する冷却ジャケット
を有する冷却ブロックと、前記載置台と前記冷却ブロッ
クとの接合対向面の内、少なくとも一方に同心円状或い
は螺旋状に設けられる微少な溝部により形成されたラビ
リンス伝熱空間と、ラビリンス伝熱空間に伝熱ガスを供
給する伝熱ガス供給手段とを備えたことを特徴とする載
置台構造。 - 【請求項２６】 前記電熱空間を区画するように上下に
接合される部材の接合面の接触率は、４０〜８０％の範
囲内に設定されていることを特徴とする請求項２５に記
載の載置台構造。 - 【請求項２７】 前記電熱空間を区画する部材は、その
表面粗さが２．０μｍ以下に設定されていることを特徴
とする請求項２５または２６に記載の載置台構造。 - 【請求項２８】 前記載置台の中心は、内部が中空状の
支柱により支持されており、前記支柱内には、前記載置
台の裏面中心部に向けて気体ブロウを吹き付けて脱熱を
促進させる気体ブロワ手段が設けられることを特徴とす
る請求項２５乃至２７のいずれかに記載の載置台構造。 - 【請求項２９】 前記載置台の中心は、支柱により支持
されており、この支柱は前記冷却ブロックに熱伝導性部
材を介して接続されていることを特徴とする請求項２５
乃至２８のいずれかに記載の載置台構造。 - 【請求項３０】 真空引き可能な処理容器と、請求項１
乃至１９のいずれかに規定する電極構造と、この電極構
造に高周波電圧を印加する高周波電源とを備えたことを
特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項３１】 真空引き可能な処理容器と、請求項２
０乃至２９のいずれかに規定する載置台構造とを備えた
ことを特徴とする処理装置。
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