JP2004047653A

JP2004047653A - Substrate-mounting stand for plasma processing apparatuses, and plasma processing apparatus

Info

Publication number: JP2004047653A
Application number: JP2002202000A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Ueda; 上田　雄大
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP4033730B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate-mounting stand for plasma processing apparatus, capable of keeping satisfactory contact conditions between the stand and an electrostatic chuck, preventing the occurrence of increase in the temperature of the substrate to be processed, and improving the availability factor and decreasing running cost of the apparatus, and to provide a plasma processing apparatus. <P>SOLUTION: A gap 30 is provided so as to surround the periphery of the adhered part of the substrate 4 of the substrate stand 2 and the electrostatic chuck 5 by adhesive agent 6, temperature-regulating gas, such as helium or the like, is supplied to the gap 30, and the stand is composed so that the adhesive agent 6 does not make contact with the processing gas containing highly corrosive fluorine radicals or the like during the plasma processing. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置用基板載置台及びプラズマ処理装置に係り、特に、プラズマを生起し、このプラズマを利用して半導体ウエハ等の被処理基板のエッチング処理、成膜処理等を行うプラズマ処理装置用基板載置台及びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、プラズマを生起し、このプラズマを被処理物に作用させて所定の処理を施すプラズマ処理装置が多用されている。
【０００３】
例えば、半導体装置の製造分野においては、半導体装置の微細な回路構造を形成する際に、半導体ウエハ等の被処理基板にプラズマを作用させて、エッチング処理や成膜処理等を行っている。
【０００４】
このようなプラズマ処理装置では、減圧雰囲気とした真空チャンバ内のプラズマ処理室に被処理基板を配置してプラズマ処理を行うことから、真空チャックによって被処理基板を吸着保持することが困難であり、このため、被処理基板を吸着保持するための機構として静電チャックを用いたものが多い。なお、静電チャックは、セラミックス等の絶縁性部材の間に、タングステン等からなる静電チャック用電極を配設して構成されており、この静電チャック用電極に直流電圧を印加してクーロン力等により被処理基板を吸着保持するよう構成されている。
【０００５】
また、所謂平行平板型のプラズマ処理装置では、被処理基板が載置される基板載置台が下部電極を兼ねることから、この基板載置台の基本的構成部分（基台部）は、アルミニウム等の導電性の金属等で構成する必要がある。
【０００６】
このため、基板載置台としては、アルミニウム等から構成された基台部に、別体に構成された静電チャック部の絶縁性部材（セラミックス等からなる。）を、接着剤によって接着して構成されたものが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の基板載置台では、熱膨張率の異なる部材同士、つまり、アルミニウム等から構成された基台部と、セラミックス等からなる静電チャック部とを接着しなければならないため、柔軟性の高い接着剤、例えば、シリコン系の接着剤等を使用する必要がある。
【０００８】
一方、プラズマ処理室内でプラズマ処理を行う際には、腐食性の高いプロセスガス、例えば、フッ素ラジカル等を含むプロセスガス等を使用する。
【０００９】
このため、プラズマ処理を行うに連れて、プロセスガスによって接着剤が次第に変質し、浸食されたような状態となり、基台部と静電チャック部との間の接着状態が不良になるという問題があった。
【００１０】
このように、基台部と静電チャック部との間の接着状態が不良になると、基台部と静電チャック部との間が真空断熱されたような状態となって、温調効果が著しく低下し、被処理基板の温度上昇を引き起こす等の問題が発生する。また、かかる問題を防止するためには、早期にメンテナンスを実行して基板載置台の交換を行わなければならず、装置の稼働率の低下やランニングコストの上昇を招くという問題が発生する。
【００１１】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、基台部と静電チャック部との間の接着状態を長期に亘って良好な状態に保つことができ、被処理基板の温度上昇の発生等を防止することができるとともに、従来に比べて装置稼働率の向上と、ランニングコストの低減を図ることのできるプラズマ処理装置用基板載置台及びプラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１のプラズマ処理装置用基板載置台は、絶縁性部材の間に静電チャック用電極を配設して構成され被処理基板を吸着保持するための静電チャック部と、導電性部材からなり冷却機構を具備した基台部とを接着剤により接着して構成され、プラズマ処理室内に配置されるプラズマ処理装置用基板載置台であって、前記静電チャック部と、前記基台部との接着部位の周囲を囲むように設けられた空隙部と、この空隙部に所定のガスを導入するガス導入機構とを具備したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記静電チャック部の周囲を当該静電チャック部から所定間隔設けて囲むように環状に形成され、その上面が前記被処理基板の周縁部下面と当接する当接部が、前記基台部に設けられ、前記空隙部は、前記静電チャック部と前記当接部との間に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項２記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記空隙部は、環状の溝状に形成され、前記被処理基板が静電チャック部に載置された状態で、その上面が当該被処理基板によって覆われるように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項２又は３記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記当接部の少なくとも上面がセラミックスの溶射膜から形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記基台部の前記静電チャック部との接着面が当該静電チャック部より小径とされ、前記接着面の周囲に当該接着面より高さの低い環状の溝部が形成され、前記静電チャック部の周縁部がオーハーハングして、前記接着面の周囲に突出するよう構成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１〜５いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記基台部が導電性の金属から構成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項６記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記金属がアルミニウムであることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項８のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１〜７いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記接着剤が、シリコン系の接着剤であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項９のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１〜８いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記ガスが、前記被処理基板を温調するための温調用ガスであることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１０のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項９記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記温調用ガスが、前記静電チャック部の前記絶縁性部材に設けられた溝から前記空隙部に導入されることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１１のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項９又は１０記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記温調用ガスが、不活性ガスであることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１２のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１１記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記不活性ガスが、ヘリウムガスであることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１３のプラズマ処理装置用基板載置台は、請求項１〜１２いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台において、前記空隙部のガス圧が、前記プラズマ処理室内の圧力より高いことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１４のプラズマ処理装置は、請求項１〜１３いずれか１項記載のプラズマ処理装置用基板載置台を具備したことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をエッチング装置用電極及びエッチング装置に適用した実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態に係るエッチング装置の全体の概略構成を模式的に示すもので、同図において、符号１は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成された円筒状の真空チャンバを示している。
【００２８】
上記真空チャンバ１内には、下部電極を兼ねた基板載置台２が設けられており、この基板載置台２は、セラミックなどの絶縁板３を介して真空チャンバ１の底部から支持されている。
【００２９】
この基板載置台２は、図２に示すように、導電性部材、例えばアルミニウム等から円盤状に構成された基台部４の上面に、静電チャック部５を接着剤６で接着して構成されており、この静電チャック部５は、例えばＡｌ_２Ｏ_３等のセラミックスからなる絶縁性部材５ａ内に、例えばタングステン等からなるチャック用電極５ｂを配置して構成されている。
【００３０】
図１に示すように、上記チャック用電極５ｂには、直流電源７が接続されている。また、基台部４内には、温度調節媒体として、例えば冷却用の絶縁性流体を循環させるための流路８と、静電チャック部５の載置面と半導体ウエハＷの裏面との間にヘリウム等の温調ガスを供給するためのガス流路９が形成されており、これらの機構によって、基板載置台２上に配置された半導体ウエハＷを所定温度に温度調節できるように構成されている。さらに、静電チャック部５の周囲を囲むように、導電性材料または絶縁性材料で環状に形成されたフォーカスリング１０が設けられている。
【００３１】
また、基台部４のほぼ中央には、高周波電力を供給するための給電線１１が接続されている。この給電線１１にはマッチングボックス１２及び高周波電源１３が接続され、高周波電源１２からは、所定周波数、例えば、数百ＫＨｚ〜百数十ＭＨｚの範囲の高周波電力が、基台部４に供給されるようになっている。
【００３２】
さらに、フォーカスリング１０の外側には、環状に構成され、多数の排気孔が形成された排気リング１４が設けられており、この排気リング１４を介して、排気ポート１５に接続された排気系１６により、真空チャンバ１内の処理空間の真空排気が行われるよう構成されている。
【００３３】
一方、基板載置台２の上方の真空チャンバ１の天壁部分には、シャワーヘッドを構成する上部電極１７が、基板載置台２と平行に対向する如く設けられており、この上部電極１７と基板載置台（下部電極）２が、一対の電極として機能するようになっている。
【００３４】
上記上部電極１７には、その下面に多数のガス吐出孔１８が設けられている。また、上部電極１７の上側には、ガス拡散用空隙１９が形成されており、このガス拡散用空隙１９の天井部には、ガス供給配管２０が接続されている。そして、このガス供給配管２０の他端には、エッチング用の処理ガス（エッチングガス）を供給する処理ガス供給系２１が接続されている。処理ガス供給系２１は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２２及び処理ガス供給源２３等から構成されている。
【００３５】
また、上部電極１７には、マッチングボックス２４及び高周波電源２５が接続され、高周波電源２５からは、所定周波数、例えば、数百ＫＨｚ〜百数十ＭＨｚの範囲の高周波電力が供給されるようになっている。
【００３６】
一方、真空チャンバ１の外側周囲には、真空チャンバ１と同心状に、環状の磁場形成機構（リング磁石）２６が配置されており、基板載置台２と上部電極１７との間の処理空間に磁場を形成するようになっている。この磁場形成機構２６は、回転機構２７によって、その全体が、真空チャンバ１の回りを所定の回転速度で回転可能とされている。
【００３７】
そして、本実施形態では、図２に示すように、基板載置台２の基台部４と静電チャック部５との接着剤６による接着部の周囲を囲むように、空隙部３０が設けられており、この空隙部３０に、図１に示したガス流路９からヘリウム等の温調ガスが供給され、接着剤６がプラズマ処理中に腐食性の高いフッ素ラジカル等を含む処理ガスと接触しないように構成されている。
【００３８】
すなわち、基台部４上面の中央部には、静電チャック部５より僅かに小径とされた接着面４ａが形成され、この接着面４ａの周囲には、接着面より低い環状の溝部４ｂが形成されている。また、この溝部４ｂの周囲に、上方に突出する環状の凸部４ｃが形成されており、この凸部４ｃの上面の高さは、静電チャック部５の上面と同一高さになるよう構成され、静電チャック部５に半導体ウエハＷが吸着保持されると、この半導体ウエハＷの周縁部の下面が、凸部４ｃの上面に当接されるようになっている。
【００３９】
そして、静電チャック部５に半導体ウエハＷが吸着保持された状態では、溝部４ｂの上側が半導体ウエハＷによって閉塞され、完全に気密ではないものの、外部との間のガスの流通をある程度遮断された状態の空隙部３０が形成されるようになっている。この空隙部３０には、上述したとおり、図１に示したガス流路９からヘリウム等の温調ガスが供給されるが、この温調ガスは、通常の場合数１００乃至数千Ｐａ（数Ｔｏｒｒ乃至数十Ｔｏｒｒ）程度のガス圧とされる。
【００４０】
一方、プラズマ処理の際の処理ガスの圧力は、かかる圧力の１／１０乃至１／１００以下程度であるため、空隙部３０から真空チャンバ１の処理空間内へのガスの流れは生じるが、逆に真空チャンバ１の処理空間内から空隙部３０へのガスの流れが生じる可能性は極めて低くなる。
【００４１】
したがって、接着剤６がプラズマ処理中に腐食性の高いフッ素ラジカル等を含む処理ガスと接触する可能性は極めて低くなり、かかるガスによる接着剤６の浸食を、略完全に防止することができる。このため、基台部４と静電チャック部５の間の接着状態を長期に亘って良好な状態に保つことができ、半導体ウエハＷの温度上昇の発生等を防止することができるとともに、基板載置台２に関するメンテナンスの周期を長期化することができるので、従来に比べて装置稼働率の向上と、ランニングコストの低減を図ることができる。
【００４２】
なお、図２に示すように、基台部４の外周面及び凸部４ｃの上面等には、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックス溶射膜等からなる絶縁膜３１が形成されている。
【００４３】
このうち、凸部４ｃの上面、つまり、半導体ウエハＷとの接触面には、予め必要とされる膜厚さよりも僅かに厚い膜厚、例えば膜厚が３００〜４００μｍの絶縁膜３１が形成され、基台部４に静電チャック部５を接着した後、凸部４ｃの上面の絶縁膜３１と静電チャック部５の上面とを同時に表面研磨することにより、静電チャック部５の上面の高さと、凸部４ｃの上面の高さとを精度良く合せるようにして製造されている。
【００４４】
また、上記したとおり、基台部４上面の接着面４ａの周囲には、接着面４ａより高さの低い溝部４ｂが形成され、ここに段差が設けられている。この段差は、基台部４に静電チャック部５を接着する際に、余分な接着剤６が、基台部４と静電チャック部５との間から段差によって溝部４ｂ内に流れ易くするためのものである。
【００４５】
さらに、基台部４上面の接着面４ａは、静電チャック部５より僅かに小径とされており、この結果、静電チャック部５の外周部は、この接着面４ａの周囲から僅かにオーバーハングするように、外周に突出した構造となっている。かかる構造も、基台部４に静電チャック部５を接着する際に、余分な接着剤６が、基台部４と静電チャック部５との間から外周側に流れ易くするためのものである。
【００４６】
本実施形態では、上記構成を採用することによって、所望量の接着剤６を基台部４と静電チャック部５との間に介在させた状態（接着剤５の厚さが例えば７０〜１００μｍ程度）で、静電チャック部５と基台部４とを所定位置に精度良く接着できるようになっている。
【００４７】
なお、ガス流路９から空隙部３０へのヘリウム等の温調ガスの供給は、例えば、図３に示すように、静電チャック部５（絶縁性部材５ａ）を貫通して設けられ、半導体ウエハＷの裏面に温調ガスを供給する透孔９ａのうち、最外周部に設けられた透孔９ａから静電チャック部５の外周縁部に至る細孔９ｂ（例えば、幅１ｍｍ、深さ３０〜５０μｍ程度の細孔）を設けることによって行うことができる。このような構成を採用すれば、静電チャック部５に僅かな加工を施すだけで、空隙部３０にヘリウム等の温調ガスを供給することができるが、その他の構成を採用することも勿論可能である。
【００４８】
次に、上記のように構成されたエッチング装置によるエッチング手順について説明する。
【００４９】
まず、真空チャンバ１に設けられた図示しない開閉機構を開放し、図示しない搬送機構により半導体ウエハＷを真空チャンバ１内に搬入し、基板載置台２上に載置する。そして、直流電源７から静電チャック５のチャック用電極５ｂに所定の電圧を印加し、半導体ウエハＷをクーロン力等により吸着する。
【００５０】
この後、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、開閉機構を閉じ、排気系１６の真空ポンプにより排気ポート１５を通じて真空チャンバ１内を排気する。真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内には、処理ガス供給系２１から、所定のエッチングガスが、所定流量で導入され、真空チャンバ１内が所定の圧力、例えば１．３３〜１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）に保持される。
【００５１】
そして、この状態で高周波電源１３、２５から、基板載置台２の基台部４及び上部電極１７に、所定周波数（例えば数百ＫＨｚ〜百数十ＭＨｚ）の高周波電力を供給する。
【００５２】
この場合に、下部電極である基板載置台２と上部電極１７との間の処理空間には高周波電界が形成されるとともに、磁場形成機構２６による磁場が形成され、この状態でプラズマによる半導体ウエハＷのエッチング処理が行われる。
【００５３】
このエッチング処理の際に、基板載置台２の流路８には、冷却用の絶縁性流体が循環され、また、ガス流路９を通じて、基板載置台２の静電チャック部５と、半導体ウエハＷの裏面との間には、ヘリウム等の温調ガスが供給されることによって、半導体ウエハＷは、所定温度に保たれる。これとともに、上記ヘリウム等の温調ガスは、前述した細孔９ｂを介して空隙部３０に供給されるので、接着剤６がプラズマ処理中に腐食性の高いフッ素ラジカル等を含む処理ガスと接触することが防止される。
【００５４】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源１３、２５からの高周波電力の供給を停止することによって、エッチング処理を停止し、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバ１外に搬出する。
【００５５】
なお、上述した実施形態では、本発明を、上部電極と下部電極の双方に高周波電力を供給するタイプのエッチング装置に適用した例について説明したが、本発明はかかる場合に限定されるものではなく、例えば、下部電極にのみ高周波電力を供給するタイプのエッチング装置や、成膜を行うプラズマ処理装置等、あらゆるプラズマ処理装置に適用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明のプラズマ処理装置用電極及びプラズマ処理装置によれば、基台部と静電チャック部との間の接着状態を長期に亘って良好な状態に保つことができ、被処理基板の温度上昇の発生等を防止することができるとともに、従来に比べて装置稼働率の向上と、ランニングコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ処理装置の全体の概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の基板載置台の要部概略構成を拡大して示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の基板載置台の要部概略構成を拡大して示す図。
【符号の説明】
Ｗ……半導体ウエハ、１……真空チャンバ、２……基板載置台、４……基台部、４ａ……接着面、４ｂ……溝部、４ｃ……凸部、５……静電チャック部、６……接着剤、３０……空隙部、３１……絶縁膜。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate mounting table for a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing in which a plasma is generated and an etching process, a film forming process, and the like of a substrate to be processed such as a semiconductor wafer are performed using the plasma. The present invention relates to an apparatus substrate mounting table and a plasma processing apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a plasma processing apparatus that generates plasma and performs a predetermined process by causing the plasma to act on an object to be processed has been frequently used.
[0003]
For example, in the field of manufacturing semiconductor devices, when forming a fine circuit structure of a semiconductor device, plasma is applied to a substrate to be processed such as a semiconductor wafer to perform an etching process, a film forming process, and the like.
[0004]
In such a plasma processing apparatus, since a substrate to be processed is placed in a plasma processing chamber in a vacuum chamber in a reduced-pressure atmosphere and plasma processing is performed, it is difficult to suction-hold the substrate to be processed by a vacuum chuck. For this reason, there are many mechanisms using an electrostatic chuck as a mechanism for sucking and holding a substrate to be processed. The electrostatic chuck is configured by disposing an electrostatic chuck electrode made of tungsten or the like between insulating members such as ceramics. The substrate to be processed is sucked and held by force or the like.
[0005]
In a so-called parallel plate type plasma processing apparatus, since a substrate mounting table on which a substrate to be processed is mounted also functions as a lower electrode, a basic component (base) of the substrate mounting table is made of aluminum or the like. It must be made of a conductive metal or the like.
[0006]
For this reason, the substrate mounting table is configured by bonding an insulating member (made of ceramics or the like) of the electrostatic chuck unit formed separately to a base made of aluminum or the like with an adhesive. What was done is known.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional substrate mounting table, members having different coefficients of thermal expansion, that is, a base portion made of aluminum or the like and an electrostatic chuck portion made of ceramics or the like must be adhered to each other. It is necessary to use a highly adhesive such as a silicon-based adhesive.
[0008]
On the other hand, when performing plasma processing in the plasma processing chamber, a highly corrosive process gas, for example, a process gas containing fluorine radicals or the like is used.
[0009]
Therefore, as the plasma processing is performed, the adhesive gradually deteriorates due to the process gas, resulting in a state in which the adhesive is eroded, and the adhesive state between the base portion and the electrostatic chuck portion is deteriorated. there were.
[0010]
As described above, when the bonding state between the base unit and the electrostatic chuck unit becomes defective, a state in which the base unit and the electrostatic chuck unit are vacuum insulated is provided, and the temperature control effect is reduced. This significantly reduces the temperature of the substrate to be processed, causing problems such as an increase in temperature. Further, in order to prevent such a problem, it is necessary to perform maintenance at an early stage to replace the substrate mounting table, which causes a problem that the operation rate of the apparatus decreases and the running cost increases.
[0011]
The present invention has been made in view of such a conventional situation, and can maintain a good state of adhesion between a base portion and an electrostatic chuck portion over a long period of time, and can reduce the temperature of a substrate to be processed. It is an object of the present invention to provide a substrate mounting table for a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus that can prevent the occurrence of a rise and the like, improve the operation rate of the apparatus as compared with the related art, and reduce the running cost. is there.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In other words, the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to the first aspect includes an electrostatic chuck section for arranging an electrostatic chuck electrode between insulating members to hold a substrate to be processed by suction. A substrate mounting table for a plasma processing apparatus, which is configured by adhering a base unit including a member and having a cooling mechanism with an adhesive, and disposed in a plasma processing chamber, wherein the electrostatic chuck unit and the base A gap provided so as to surround the periphery of the bonding portion with the portion, and a gas introduction mechanism for introducing a predetermined gas into the gap are provided.
[0013]
Further, the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 2 is configured such that, in the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 1, the periphery of the electrostatic chuck section is provided at a predetermined distance from the electrostatic chuck section. An abutting portion, which is formed in an annular shape and whose upper surface abuts on the lower surface of the peripheral portion of the substrate to be processed, is provided in the base portion, and the gap is provided between the electrostatic chuck portion and the abutting portion. It is characterized by being formed in.
[0014]
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 3 is the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the gap is formed in an annular groove shape, and the substrate to be processed is an electrostatic chuck. The upper surface is configured to be covered by the substrate to be processed in a state where the substrate is placed on the portion.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to the second or third aspect, wherein at least an upper surface of the contact portion is formed of a ceramic sprayed film. Features.
[0016]
Further, the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 5 is the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein an adhesive surface of the base section with the electrostatic chuck section is provided. An annular groove having a smaller diameter than the electrostatic chuck portion and having a lower height than the bonding surface is formed around the bonding surface, and a peripheral edge portion of the electrostatic chuck portion is overhung to form a periphery of the bonding surface. It is configured to protrude.
[0017]
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 6 is the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the base portion is made of a conductive metal. It is characterized by.
[0018]
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 7 is the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the metal is aluminum.
[0019]
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 8 is the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the adhesive is a silicon-based adhesive. And
[0020]
In a ninth aspect of the present invention, there is provided the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to any one of the first to eighth aspects, wherein the gas is used for controlling the temperature of the substrate to be processed. It is a preparation gas.
[0021]
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 10 is the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the temperature control gas is provided on the insulating member of the electrostatic chuck section. And is introduced into the gap.
[0022]
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 11 is the substrate mounting table for plasma processing apparatus according to claim 9 or 10, wherein the temperature control gas is an inert gas.
[0023]
In a twelfth aspect of the present invention, the inert gas is a helium gas.
[0024]
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 13 is the substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein the gas pressure in the gap is lower than the pressure in the plasma processing chamber. It is characterized by being expensive.
[0025]
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus including the plasma processing apparatus substrate mounting table according to any one of the first to thirteenth aspects.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment in which the present invention is applied to an electrode for an etching apparatus and an etching apparatus will be described below with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 schematically shows the overall schematic configuration of an etching apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a material made of, for example, aluminum or the like so that the inside can be hermetically closed. 3 shows a cylindrical vacuum chamber.
[0028]
A substrate mounting table 2 also serving as a lower electrode is provided in the vacuum chamber 1, and the substrate mounting table 2 is supported from the bottom of the vacuum chamber 1 via an insulating plate 3 made of ceramic or the like.
[0029]
As shown in FIG. 2, the substrate mounting table 2 is configured by bonding an electrostatic chuck section 5 to an upper surface of a base section 4 formed of a conductive member, for example, aluminum or the like in a disk shape with an adhesive 6. The electrostatic chuck portion 5 is configured by arranging a chuck electrode 5b made of, for example, tungsten or the like in an insulating member 5a made of ceramic such as Al ₂ O ₃ .
[0030]
As shown in FIG. 1, a DC power supply 7 is connected to the chucking electrode 5b. Further, a flow path 8 for circulating, for example, a cooling insulating fluid as a temperature control medium in the base portion 4 and a space between the mounting surface of the electrostatic chuck portion 5 and the back surface of the semiconductor wafer W are provided. A gas flow path 9 for supplying a temperature control gas such as helium is formed in the semiconductor wafer W, and the temperature of the semiconductor wafer W placed on the substrate mounting table 2 can be adjusted to a predetermined temperature by these mechanisms. ing. Further, a focus ring 10 formed of a conductive material or an insulating material in an annular shape is provided so as to surround the periphery of the electrostatic chuck portion 5.
[0031]
A power supply line 11 for supplying high-frequency power is connected to a substantially center of the base 4. A matching box 12 and a high-frequency power supply 13 are connected to the power supply line 11, and a predetermined frequency, for example, high-frequency power in a range of several hundred KHz to one hundred and several tens MHz is supplied to the base unit 4 from the high-frequency power supply 12. It has become so.
[0032]
Further, on the outside of the focus ring 10, there is provided an exhaust ring 14 which is formed in a ring shape and has a large number of exhaust holes, and an exhaust system 16 connected to an exhaust port 15 via the exhaust ring 14. Thereby, the processing space in the vacuum chamber 1 is evacuated.
[0033]
On the other hand, an upper electrode 17 constituting a shower head is provided on a ceiling wall portion of the vacuum chamber 1 above the substrate mounting table 2 so as to face the substrate mounting table 2 in parallel. The mounting table (lower electrode) 2 functions as a pair of electrodes.
[0034]
The upper electrode 17 is provided with a number of gas discharge holes 18 on its lower surface. A gas diffusion space 19 is formed above the upper electrode 17, and a gas supply pipe 20 is connected to the ceiling of the gas diffusion space 19. The other end of the gas supply pipe 20 is connected to a processing gas supply system 21 for supplying a processing gas for etching (etching gas). The processing gas supply system 21 includes a mass flow controller (MFC) 22 and a processing gas supply source 23.
[0035]
Further, a matching box 24 and a high-frequency power supply 25 are connected to the upper electrode 17, and a high-frequency power of a predetermined frequency, for example, a range of several hundred KHz to one hundred and several tens MHz is supplied from the high-frequency power supply 25. ing.
[0036]
On the other hand, an annular magnetic field forming mechanism (ring magnet) 26 is disposed concentrically with the vacuum chamber 1 around the outside of the vacuum chamber 1, and is disposed in a processing space between the substrate mounting table 2 and the upper electrode 17. A magnetic field is formed. The entire magnetic field forming mechanism 26 is rotatable around the vacuum chamber 1 at a predetermined rotation speed by a rotation mechanism 27.
[0037]
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a gap portion 30 is provided so as to surround the bonding portion of the substrate mounting table 2 with the adhesive 6 between the base portion 4 and the electrostatic chuck portion 5. A temperature control gas such as helium is supplied from the gas flow path 9 shown in FIG. 1 to the gap 30 so that the adhesive 6 comes into contact with a processing gas containing highly corrosive fluorine radicals during plasma processing. Not configured.
[0038]
That is, an adhesive surface 4a slightly smaller in diameter than the electrostatic chuck portion 5 is formed at the center of the upper surface of the base portion 4, and an annular groove 4b lower than the adhesive surface is formed around the adhesive surface 4a. Is formed. An annular convex portion 4c projecting upward is formed around the groove 4b, and the height of the upper surface of the convex portion 4c is the same as the upper surface of the electrostatic chuck portion 5. Then, when the semiconductor wafer W is sucked and held by the electrostatic chuck portion 5, the lower surface of the peripheral portion of the semiconductor wafer W comes into contact with the upper surface of the convex portion 4c.
[0039]
When the semiconductor wafer W is suction-held by the electrostatic chuck 5, the upper side of the groove 4b is closed by the semiconductor wafer W, and although not completely airtight, the flow of gas to the outside is cut off to some extent. The gap 30 is formed in a closed state. As described above, a temperature control gas such as helium is supplied to the gap portion 30 from the gas flow path 9 shown in FIG. 1, and this temperature control gas is normally several hundred to several thousand Pa (several). The gas pressure is about Torr to several tens Torr).
[0040]
On the other hand, the pressure of the processing gas at the time of the plasma processing is about 1/10 to 1/100 or less of the pressure, so that the gas flows from the gap 30 into the processing space of the vacuum chamber 1. In this case, the possibility that a gas flows from the processing space of the vacuum chamber 1 to the gap 30 is extremely low.
[0041]
Therefore, the possibility that the adhesive 6 comes into contact with the processing gas containing highly corrosive fluorine radicals or the like during the plasma processing is extremely low, and the erosion of the adhesive 6 by such a gas can be almost completely prevented. For this reason, the bonding state between the base portion 4 and the electrostatic chuck portion 5 can be maintained in a good state for a long period of time, and the temperature of the semiconductor wafer W can be prevented from rising, and the substrate can be prevented from being generated. Since the maintenance cycle of the mounting table 2 can be lengthened, the operation rate of the apparatus can be improved and the running cost can be reduced as compared with the related art.
[0042]
As shown in FIG. 2, an insulating film 31 made of a ceramic sprayed film of Al ₂ O ₃ or the like is formed on the outer peripheral surface of the base 4 and the upper surface of the projection 4c.
[0043]
Among them, an insulating film 31 having a thickness slightly larger than a required thickness, for example, a thickness of 300 to 400 μm is formed on the upper surface of the protrusion 4c, that is, the contact surface with the semiconductor wafer W. After bonding the electrostatic chuck 5 to the base 4, the upper surface of the electrostatic chuck 5 is polished simultaneously by polishing the surface of the insulating film 31 on the upper surface of the protrusion 4 c and the upper surface of the electrostatic chuck 5. It is manufactured so that the height and the height of the upper surface of the projection 4c are accurately matched.
[0044]
As described above, the groove 4b having a height lower than the bonding surface 4a is formed around the bonding surface 4a on the upper surface of the base portion 4, and a step is provided here. This step makes it easier for excess adhesive 6 to flow into the groove 4b from the space between the base 4 and the electrostatic chuck 5 when the electrostatic chuck 5 is bonded to the base 4. It is for.
[0045]
Further, the bonding surface 4a on the upper surface of the base portion 4 is slightly smaller in diameter than the electrostatic chuck portion 5, and as a result, the outer peripheral portion of the electrostatic chuck portion 5 slightly overlaps the periphery of the bonding surface 4a. It has a structure protruding on the outer periphery so as to hang. This structure also makes it easy for excess adhesive 6 to flow from the space between the base unit 4 and the electrostatic chuck unit 5 to the outer peripheral side when the electrostatic chuck unit 5 is bonded to the base unit 4. It is.
[0046]
In the present embodiment, by adopting the above configuration, a desired amount of the adhesive 6 is interposed between the base 4 and the electrostatic chuck 5 (the thickness of the adhesive 5 is, for example, 70 to 100 μm). ), The electrostatic chuck portion 5 and the base portion 4 can be accurately bonded to a predetermined position.
[0047]
The supply of the temperature control gas such as helium from the gas flow path 9 to the gap 30 is provided, for example, through the electrostatic chuck 5 (insulating member 5a) as shown in FIG. Out of the through holes 9a for supplying the temperature control gas to the back surface of the wafer W, the fine holes 9b (for example, 1 mm in width and 1 mm in depth) extending from the through holes 9a provided in the outermost peripheral portion to the outer peripheral edge of the electrostatic chuck portion 5 (Pores of about 30 to 50 μm). If such a configuration is adopted, a temperature control gas such as helium can be supplied to the gap portion 30 by performing only a slight processing on the electrostatic chuck portion 5, but of course, other configurations may be employed. It is possible.
[0048]
Next, an etching procedure using the etching apparatus configured as described above will be described.
[0049]
First, an opening / closing mechanism (not shown) provided in the vacuum chamber 1 is opened, and the semiconductor wafer W is carried into the vacuum chamber 1 by a transfer mechanism (not shown) and placed on the substrate mounting table 2. Then, a predetermined voltage is applied from the DC power supply 7 to the chuck electrode 5b of the electrostatic chuck 5, and the semiconductor wafer W is attracted by Coulomb force or the like.
[0050]
Thereafter, after the transport mechanism is retracted out of the vacuum chamber 1, the opening / closing mechanism is closed, and the inside of the vacuum chamber 1 is exhausted through the exhaust port 15 by the vacuum pump of the exhaust system 16. After the inside of the vacuum chamber 1 has a predetermined degree of vacuum, a predetermined etching gas is introduced into the vacuum chamber 1 from the processing gas supply system 21 at a predetermined flow rate, and the inside of the vacuum chamber 1 has a predetermined pressure, for example, The pressure is maintained at 1.33 to 133 Pa (10 to 1000 mTorr).
[0051]
Then, in this state, high frequency power of a predetermined frequency (for example, several hundred KHz to one hundred and several tens MHz) is supplied from the high frequency power supplies 13 and 25 to the base 4 and the upper electrode 17 of the substrate mounting table 2.
[0052]
In this case, a high-frequency electric field is formed in the processing space between the substrate mounting table 2 as the lower electrode and the upper electrode 17, and a magnetic field is formed by the magnetic field forming mechanism 26. In this state, the semiconductor wafer W Is performed.
[0053]
During this etching process, an insulating fluid for cooling is circulated in the flow path 8 of the substrate mounting table 2, and the electrostatic chuck section 5 of the substrate mounting table 2 The semiconductor wafer W is maintained at a predetermined temperature by supplying a temperature control gas such as helium between the back surface of W and the W. At the same time, the temperature control gas such as helium is supplied to the gap 30 through the above-described pores 9b, so that the adhesive 6 comes into contact with a processing gas containing highly corrosive fluorine radicals during plasma processing. Is prevented.
[0054]
When the predetermined etching process is performed, the supply of the high-frequency power from the high-frequency power supplies 13 and 25 is stopped to stop the etching process, and the semiconductor wafer W is evacuated in a procedure reverse to the procedure described above. It is carried out of the chamber 1.
[0055]
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to an etching apparatus of a type that supplies high-frequency power to both the upper electrode and the lower electrode has been described, but the present invention is not limited to such a case. For example, the present invention can be applied to all types of plasma processing apparatuses such as an etching apparatus that supplies high-frequency power only to the lower electrode and a plasma processing apparatus that performs film formation.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the electrode for a plasma processing apparatus and the plasma processing apparatus of the present invention, the adhesion state between the base unit and the electrostatic chuck unit can be maintained in a good state for a long period of time. It is possible to prevent an increase in the temperature of the processing substrate and the like, and to improve the operation rate of the apparatus and reduce the running cost as compared with the related art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an entire plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged view showing a schematic configuration of a main part of a substrate mounting table of the plasma processing apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged view showing a schematic configuration of a main part of a substrate mounting table of the plasma processing apparatus of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
W ... Semiconductor wafer, 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Substrate mounting table, 4 ... Base section, 4a ... Adhesive surface, 4b ... Groove section, 4c ... Protrusion section, 5 ... Electrostatic chuck section , 6 ... adhesive, 30 ... void, 31 ... insulating film.

Claims

Adhesive is used to attach an electrostatic chuck portion, which is configured by disposing an electrostatic chuck electrode between insulating members, for holding a substrate to be processed by suction, and a base portion made of a conductive member and provided with a cooling mechanism. A substrate mounting table for a plasma processing apparatus, which is configured to be adhered by and is disposed in a plasma processing chamber,
The electrostatic chuck unit, a gap provided so as to surround a periphery of a bonding portion with the base unit, and a gas introduction mechanism for introducing a predetermined gas into the gap. Substrate mounting table for plasma processing equipment.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 1,
A contact portion is formed in an annular shape so as to surround the electrostatic chuck portion at a predetermined interval from the electrostatic chuck portion, and an upper surface thereof is in contact with a lower surface of a peripheral portion of the substrate to be processed. The substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein the gap is provided between the electrostatic chuck section and the contact section.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 2,
The gap portion is formed in an annular groove shape, and is configured such that an upper surface thereof is covered by the processing target substrate in a state where the processing target substrate is mounted on the electrostatic chuck portion. Mounting table for plasma processing equipment.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 2 or 3,
A substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein at least an upper surface of the contact portion is formed of a sprayed ceramic film.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 1,
The bonding surface of the base portion with the electrostatic chuck portion has a smaller diameter than the electrostatic chuck portion, and an annular groove portion lower in height than the bonding surface is formed around the bonding surface; A substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein a peripheral portion of the portion hangs over and protrudes around the bonding surface.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein the base section is made of a conductive metal.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 6,
A substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein the metal is aluminum.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein the adhesive is a silicon-based adhesive.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 8,
A substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein the gas is a temperature control gas for controlling the temperature of the substrate to be processed.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 9,
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein the temperature control gas is introduced into the gap from a groove provided in the insulating member of the electrostatic chuck.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 9 or 10,
The substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein the temperature control gas is an inert gas.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to claim 11,
A substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein the inert gas is a helium gas.

The substrate mounting table for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 12,
A substrate mounting table for a plasma processing apparatus, wherein a gas pressure in the gap is higher than a pressure in the plasma processing chamber.

A plasma processing apparatus comprising the plasma processing apparatus substrate mounting table according to claim 1.