JP2004342984A - 基板保持機構およびプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板処理のための基板保持構造を小型化して半導体製造装置を小型化し、半導体製造の生産性を向上させる
【解決手段】被処理基板を処理するために当該被処理基板を保持する基板保持機構であって、前記被処理基板を載置する基板載置台５０１と、前記基板載置台に高周波電力を導入する経路となる高周波導入配線５０２と、前記基板載置台に熱交換媒体を供給または排出する熱交換媒体流路５０５、５０６とを有し、前記高周波導入配線５０２の内部に前記熱交換媒体流路５０５、５０６を設けたことを特徴とする基板保持機構。
【選択図】 図２
【解決手段】被処理基板を処理するために当該被処理基板を保持する基板保持機構であって、前記被処理基板を載置する基板載置台５０１と、前記基板載置台に高周波電力を導入する経路となる高周波導入配線５０２と、前記基板載置台に熱交換媒体を供給または排出する熱交換媒体流路５０５、５０６とを有し、前記高周波導入配線５０２の内部に前記熱交換媒体流路５０５、５０６を設けたことを特徴とする基板保持機構。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理に用いる基板保持機構に係り、更には基板を載置してプラズマ処理を行う基板保持機構およびプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高集積化が進む半導体装置については高性能化が進む一方でコストダウンの要求があり、半導体装置の生産性の向上が課題となっている。
【０００３】
たとえば前記した生産性を向上させるための方法として、半導体基板の大口径化が挙げられる。従来は半導体基板として２００ｍｍ基板が用いられてきたが、現在はその主流が３００ｍｍ基板にシフトしてきており、大口径である３００ｍｍウェハを用いて半導体装置を製造することにより、一枚の基板から生産できる半導体装置の個数を増やして生産性を向上させている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２７５１３２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１０−１１６８２６号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平１０−２５８２２７号公報
【０００７】
【特許文献４】
特開平１１−６７７４６号公報
【０００８】
【特許文献５】
特開２０００―１８３０２８号公報
【０００９】
【特許文献６】
特開２００１−３３２４６５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、３００ｍｍ基板を用いることで半導体装置の生産性を向上させようとすると、従来用いられてきた２００ｍｍ基板処理用の半導体製造装置を、より大きな３００ｍｍ基板を処理可能な半導体製造装置に変更する必要がある。そのために、特に大口径化した基板を保持するための基板保持構造が大型化してしまうため、例えばプラズマ処理装置などの半導体製造装置全体が大型化して当該半導体装置が占有する面積が増大してしまい、半導体製造工場に設置可能な台数が減少して半導体装置の生産性が低下する原因になっていた。
【００１１】
また、２００ｍｍ基板処理用の半導体製造装置で従来用いられていた部品を大型化して３００ｍｍ基板用の半導体製造装置に用いた場合、基板保持構造が複雑でかつ部品点数が多いまま大型化した場合に大幅なコストアップにつながる問題が生じていた。
【００１２】
そこで、本発明においては上記の課題を解決した新規で有用な基板保持構造およびプラズマ処理装置を提供することを課題としている。
【００１３】
本発明の具体的な課題は、基板処理のための基板保持構造を小型化して半導体製造装置を小型化し、半導体製造の生産性を向上させることである。
【００１４】
本発明の別の課題は基板保持構造を単純化して部品点数を減少させて基板保持構造およびプラズマ処理装置のコストダウンを行うことにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記の課題を解決するために、
請求項１に記載したように、
被処理基板を保持する基板保持機構であって、
前記被処理基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台に高周波電力を導入する経路となる配線と、
前記基板載置台に熱交換媒体を供給または排出する熱交換媒体流路とを有し、
前記配線の内部に前記熱交換媒体流路を設けたことを特徴とする基板保持機構により、また、
請求項２に記載したように、
前記熱交換媒体は絶縁体である流体からなることを特徴とする請求項１記載の基板保持機構により、また、
請求項３に記載したように、
前記基板載置台に直流電圧を印加して前記被処理基板を当該基板載置台に静電吸着する、静電吸着機構を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の基板保持機構により、また、
請求項４に記載したように、
前記配線の内部に、前記直流電圧を印加するための別の配線を設けたことを特徴とする請求項３記載の基板保持機構により、また、
請求項５に記載したように、
前記被処理基板と前記基板載置台の間に高熱伝達率ガスを導入して前記被処理基板を冷却する基板冷却機構を設けたことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の基板保持機構により、また、
請求項６に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線の内部に、前記高熱伝達率ガスを前記基板載置台に導入する高熱伝達率ガス導入路を設けたことを特徴とする請求項５項記載の基板保持機構により、また、
請求項７に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線を誘電体で覆い、当該誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項記載の基板保持機構により、また、
請求項８に記載したように、
前記基板載置台を別の誘電体で覆い、当該別の誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項７記載の基板保持機構により、また、
請求項９に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線によって前記基板載置台が支持される機構としたことを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項記載の基板保持機構により、また、
請求項１０に記載したように、
被処理基板を保持して当該被処理基板をプラズマ処理する基板保持機構を有するプラズマ処理装置であって、前記基板保持機構は
前記被処理基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台に高周波電力を導入する経路となる配線と、
前記基板載置台に熱交換媒体を供給または排出する熱交換媒体流路とを有し、
前記配線の内部に前記熱交換媒体流路を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置により、また、
請求項１１に記載したように、
前記プラズマは誘導結合プラズマであり、当該誘導結合プラズマは、誘電体壁を介して前記プラズマ処理装置の処理室内に励起されることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１２に記載したように、
前記誘導結合プラズマの励起を行い、さらに前記基板載置台に高周波電力を印加することによって前記被処理基板のプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項１０または１１記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１３に記載したように、
前記プラズマ処理は被処理基板のスパッタリング処理を含むことを特徴とする請求項１２記載のプラズマ処理装置により、また
請求項１４に記載したように、
真空排気機構を有し、当該真空排気機構によって前記プラズマ処理の際の圧力が０．０１３３〜１．３３Ｐａとされることを特徴とする請求項１２または１３記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１５に記載したように、
前記熱交換媒体は絶縁体である流体からなることを特徴とする請求項１０〜１４のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１６に記載したように、
前記基板載置台に直流電圧を印加して前記被処理基板を当該基板載置台に静電吸着する、静電吸着機構を設けたことを特徴とする請求項１０〜１５のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１７に記載したように、
前記配線の内部に、前記直流電圧を印加するための別の配線を設けたことを特徴とする請求項１６記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１８に記載したように、
前記被処理基板と前記基板載置台の間に高熱伝達率ガスを導入して前記被処理基板を冷却する基板冷却機構を設けたことを特徴とする請求項１０〜１７のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１９に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線の内部に、前記高熱伝達率ガスを前記基板載置台に導入する高熱伝達率ガス導入路を設けたことを特徴とする請求項１８項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項２０に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線を誘電体で覆い、当該誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項１０〜１９のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項２１に記載したように、
前記基板載置台を別の誘電体で覆い、当該別の誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項２０記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項２２に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線によって前記基板載置台が支持される機構としたことを特徴とする請求項１０〜２１のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、解決する。
［作用］
本発明によれば、プラズマ処理装置の基板保持構造において、基板載置台にバイアスを印加するための高周波導入配線の内部に、当該基板載置台に熱交換媒体を導入、排出する熱交換媒体流路を形成する。その結果、前記基板載置台を小型化して当該基板保持構造を搭載したプラズマ処理装置を小型化することが可能となり、プラズマ処理装置の設置面積を小さく抑えて、プラズマ処理装置の生産性を向上させる。また、前記基板保持構造の部品点数を削減して構造を単純化し、基板保持構造、および当該基板保持構造を搭載したプラズマ処理装置の製造コストをダウンすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づき以下に説明する。なお、本明細書中および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより、重複説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明による、基板保持構造５００を有するプラズマ処理装置１００の概略図である。前記プラズマ処理装置１００は被処理基板をプラズマ処理する装置であり、例えば被処理基板である半導体ウェハ上のシリコン酸化膜や金属酸化膜、その他の材料の膜をスパッタエッチングまたはリアクティブエッチングすることができる。
【００１８】
前記プラズマ処理装置１００の概略は、処理装置内に被処理基板Ｗを保持する基板保持機構５００と、処理装置の下方に配置され、当該基板保持機構５００の外周を囲むように設けられたチャンバ２００と、当該チャンバ２００の上方を覆うように設置されたプラズマ発生機構４００、およびプラズマ励起のためのガスを前記チャンバ２００に供給するガス供給機構３００からなる。
【００１９】
まず、前記チャンバ２００についてみると、前記チャンバ２００の上方には略円筒状の処理容器２０１があり、当該処理容器２０１の底部の中央部に形成された開口部に取り付けられた当該処理容器より小さい略円筒状の下部容器２０２が接続された構成となっており、ここに以下のような部品が取り付けられている。
【００２０】
前記下部容器２０２には、当該下部容器２０２の底部に、被処理基板を保持する基板保持機構５００が起立するように取り付けられている。前記基板保持機構５００については後述する。
【００２１】
前記下部容器２０２の円筒側壁部分には、開口部２１８が設けられ、例えばターボ分子ポンプなどの排気手段２０４が、排気配管２０３を介して接続されている。そして、前記チャンバ２００と前記プラズマ発生機構４００とで気密に形成される処理空間４０２内を、前記下部容器２０２が形成する略円筒状の排気空間２０２Ａを介して真空排気する構造となっている。
【００２２】
この場合、前記処理空間４０２が、下部容器２０２の排気空間２０２Ａを介して排気されることにより、例えばチャンバ２００の側面から排気するような場合に比べて、前記処理空間４０２を均等に排気することができる、すなわち被処理基板Ｗを中心に均等に排気することができる。そのため、前記処理空間４０２内部の圧力が均一となり、また発生するプラズマの生成も均一となって、例えば被処理基板をエッチングする際のエッチングレートの均一性を良好にすることができる。
【００２３】
また、前記したようなエッチング、特にスパッタエッチングを行う場合は低圧力が必要であり、例えばターボ分子ポンプなどの前記排気手段２０４を用いて、前記処理空間を０．０１３３〜１．３３Ｐａ、好ましくは０．０１３３〜０．１３３Ｐａの低圧力に保持することが必要である。
【００２４】
前記下部容器２０２の底面には接地された金属部材、例えばアルミまたはその合金からなる遮蔽部材で形成するシールドカバー２０５が設置されている。
【００２５】
前記基板保持機構５００には、整合器２０９を介して、バイアス高周波電源２１０が前記シールドカバー２０５内部に設置された高周波導入部品２０６を介して接続されている。そして、前記高周波導入部品２０６は前記基板保持機構５００の、高周波導入配線５０２の一端に電気的に接続される。
【００２６】
このため、前記基板保持機構５００の基板載置台５０１に前記高周波導入配線５０２を介して高周波電源２１０より高周波電力が供給され、基板にバイアス電圧を印加することが可能となる。また、前記シールドカバー２０５によって高周波が遮蔽されているため、高周波が前記シールドカバー２０５の外部に漏洩することはない。
【００２７】
さらに内部には、前記基板保持機構５００の高周波導入配線５０２の下端部と熱交換媒体導入路２１５および熱交換媒体排出路２１６を、電気的に絶縁するため、絶縁材料、例えばＡｌ２Ｏ３等のセラミックまたは樹脂などからなる絶縁部品２０７が設置されている。更に、前記絶縁部品２０７および前記高周波導入配線５０２の下端部の周辺は断熱材２１７でカバーされている。
【００２８】
また、前記基板保持機構５００を前記下部容器２０２に取り付ける際は、取付リング２２１、ネジ受けリング２２０、２２２および締付ネジ２１９を用いて取り付けるが、これについては図２以下で説明する。
【００２９】
また、前記絶縁部品２０７から前記高周波配線５０２の内部には、熱交換媒体導入路２１５および熱交換媒体排出路２１６が形成されている。
【００３０】
前記基板保持機構５００の、前記高周波導入配線５０２および基板載置台５０１には、前記熱交換媒体導入路２１５および熱交換媒体排出路２１６を介して、例えば絶縁体の流体からなる熱交換媒体が導入または排出されて、基板載置台５０１が冷却される。
【００３１】
また、導入接続部２１３および排出接続部２１４は、図示しないたとえばチラーなどの温度調節機能付きの循環装置と接続され、熱交換媒体を循環させて前記基板保持機構５００の温度を所定の温度に保持することが可能となっている。
【００３２】
また、前記処理容器２０１の側面には、ゲートバルブ２０８が設置されており、被処理基板Ｗが前記ゲートバルブ２０８を開放することで搬入され、前記基板保持機構５００の基板載置台５０１に載置される。
【００３３】
その際に、図示しない駆動装置によって駆動されるウェハ昇降機構２１１のリフトピンを介して前記ウェハＷが授受され、前記基板保持機構５００の基板載置台５０１に載置される。
【００３４】
次に、前記ガス供給機構３００についてみると、前記ガス供給機構３００は、ガスライン３１１にＡｒライン３０１を介して接続されたＡｒ供給源３０５、およびＨ２ライン３０６を介して接続されたＨ２供給源３１０からなる。前記Ａｒライン３０１にはバルブ３０２、３０４および質量流量コントローラ３０３が接続されており、前記バルブ３０２、３０４を開放することでガスライン３１１にＡｒガスを供給する。その際、供給される流量を前記質量流量コントローラ３０３で制御する。
【００３５】
同様に、前記Ｈ２ライン３０６にはバルブ３０７、３０９および質量流量コントローラ３０８が接続されており、前記バルブ３０７、３０９を開放することでガスライン３１１にＨ２ガスを供給する。その際、供給される流量を前記質量流量コントローラ３０８で制御する。
【００３６】
また、ＡｒおよびＨ２が供給される前記ガスライン３１１は、前記チャンバ処理容器２０１上に環状に設置されたガスリング２１２に接続されている。前記ガスリング２１２は、当該ガスリング２１２内部に環状に形成されたガス溝２１２Ｂを介して前記ガスリング２１２の略全周囲にＡｒおよびＨ２を配し、前記ガス溝２１２Ｂと連通するガス孔２１２Ａより前記処理空間４０２中央に向けてＡｒガスまたはＨ２ガスを供給する。
【００３７】
このようにして前記処理空間４０２に供給されたＡｒガスやＨ２ガスは以下に説明するプラズマ発生機構４００により、プラズマ励起される。
【００３８】
前記プラズマ発生機構４００は、シール材４０６を介して前記処理容器２０１上に配されたドーム状の誘電材料、例えば石英、セラミックス（Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ）などからなるベルジャー４０１と、アンテナ部材として前記ベルジャー４０１の周囲に巻き回されているコイル４０３、および前記コイル４０３に接続された整合器４０４およびプラズマ励起高周波電源４０５からなる。
【００３９】
前記プラズマ励起高周波電源４０５は、例えば４５０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ（好ましくは４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）の周波数を有する高周波電力を発生可能である。
【００４０】
前記プラズマ発生機構４００において、前記プラズマ励起高周波電源４０５より前記コイル４０３に高周波電力を供給して前記処理空間４０２に誘導磁界を形成して、前記処理空間４０２に供給されるＡｒ、Ｈ２などのガスをプラズマ励起する。このようなプラズマは誘導結合型のプラズマ（ＩＣＰ）と呼ぶ。
【００４１】
このようにして励起されるプラズマを用い、前記基板保持機構５００に保持される前記ウェハＷをプラズマ処理、例えばエッチングなどを行う事ができる。
【００４２】
以上、前記したプラズマ処理装置１００は、従来のプラズマ処理装置と比較すると、図２以下で後述する理由により前記基板保持機構５００の下部である円筒部分の支持部の直径Ｄａを細くすることで、前記基板保持機構５００を小型化することが可能となっている。そのため、前記下部容器２０２内に形成する排気空間２０２Ａの直径Ｄｂを細くすることが可能となり、前記プラズマ処理装置１００全体を小型化して、フットプリント（占有面積）を小さくすることが可能である。
【００４３】
また、前記下部容器２０２の側壁には、前記排気空間２０２Ａを介して前記処理空間４０２を排気する排気口２１８が設けられ、当該排気口２１８に接続する排気配管２０４や、ターボ分子ポンプなどの排気手段２０４、図示しない圧力調整バルブなどの部材をよりコンパクトに設置することが可能となる。
【００４４】
そのため、フットプリントを考えた場合に前記排気配管２０３や前記排気手段２０４が前記処理容器２０１または前記プラズマ発生機構４００のフットプリントより小さく（図１中に直径Ｄｃで示す範囲より小さく）配置することが可能となる。次に、前記した基板保持構造５００の詳細について説明する。
【００４５】
図２は、前記基板保持機構５００の断面図の詳細図である。前記基板保持機構５００は、大別して被処理基板を保持する略円盤状の基板載置台５０１と、前記基板載置台５０１に高周波電力を供給する略棒状の前記前記高周波導入配線５０２からなるキノコ型の下部電極５００Ａを、リングブロック５０８、プレートブロック５０９、およびインシュレーター５１３が囲むような構造となっている。さらに前記リングブロック５０８、プレートブロック５０９、およびインシュレーター５１３は、外導体５１４によって囲まれた構造をしている。
【００４６】
前記下部電極５００Ａは、例えばＡｌ、またはＡｌの合金などの導電材料からなり、前記下部電極５００Ａの前記基板載置台５０１の内部には、被処理基板を所定の温度に均一に保持するための熱交換媒体の流路５０７が形成されている。また、前記基板載置台５０１の側面およびウェハと接する上面には、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電材料からなる誘電膜５０３が形成されている。
【００４７】
前記誘電膜５０３の内部には、サンドイッチ状に直流電圧が印加される電極５０４が挿入されている。前記電極５０４は、図３で後述する直流電圧導入配線が接続され、当該直流電圧導入配線は、図示しない直流電源に接続されて直流電圧が印加される。
【００４８】
このように、前記基板載置台５０１上に載置されたウェハＷの下に前記誘電層５０３があり、さらに当該誘電層５０３を介して前記電極５０４に電圧が印加されることで静電分極が起こり、前記ウェハＷを前記基板載置台５０１に静電吸着することができる。
【００４９】
なお、前記誘電層５０３は、例えばセラミック溶射などにより形成されるが、他にも焼結体のセラミックを薄膜状にしたものを張り合わせるなどの方法でも形成することが可能である。また、前記したアルミナの他にも、窒化アルミ（ＡｌＮ）、ＳｉＣ、ＢＮなどの誘電膜を用いることが可能である。
【００５０】
また、前記下部電極５００Ａの前記基板載置台５０１の側面の周囲には、環状の、誘電材料である例えば石英からなる前記リングブロック５０８が設置され、前記基板載置台５０１の底面には、中心に前記高周波導入配線５０２を挿通する穴が設けられた誘電材料である例えば石英からなるプレートブロック５０９が前記基板載置台５０１に接するように設置され、それぞれ前記下部電極５００Ａを導電体からなる前記外導体５１４から絶縁している。前記高周波導入配線５０２の周囲には、たとえばＰＴＦＥなどの誘電材料などからなる略円筒状のインシュレーター５１３が設置されている。
【００５１】
また、前記下部電極５００Ａの前記高周波導入配線５０２の下端に接続された高周波導入部品２０６を介して前記バイアス高周波電源２１０に接続されて高周波電力が導入されて前記基板載置台５０１にバイアスを印加する。
【００５２】
また、前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９、および前記インシュレーター５１３を覆うように、接地された導電体、たとえばＡｌ、Ｔｉなどからなる外導体５１４が形成されている。このように、高周波出力が印加される前記下部電極５００Ａを誘電体で覆い、さらに接地された外導体５１４で覆うという同軸構造とすることで、高周波電力の損失が少なく、効率よく、かつ安定にバイアスを被処理基板に印加することが可能となる。
【００５３】
なお、この場合に、前記インシュレーター５１３としてＰＴＦＥを用いているが、これはＰＴＦＥの誘電率がおよそ２と低く、高周波電力の損失が少ないためである。このため、前記インシュレーター５１３には低誘電率材料を使うことが高周波電力の効率上、有利である。
【００５４】
また、前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９も同様に低誘電率材料を用いて高周波電力の損失を少なくすることが重要であるが、前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９の場合は、真空排気がなされて減圧状態となる前記処理空間４０２とつながる領域で用いられるため、例えばＰＴＦＥなどの放出ガスの多い媒体を用いるのは好ましくない。
【００５５】
この場合、たとえばＰＴＦＥなどは、石英などの緻密な材料にくらべてミクロな領域で考えると多孔質媒体であり、減圧状態では放出ガスが多く、減圧（もしくは真空）容器内で用いるのは好ましくない。
【００５６】
さらに、プラズマが励起される空間に近いため、温度上昇、低下など温度変化が激しく、そのために変形する、もしくはプラズマ耐性がないのでエッチングされやすい問題がある。
【００５７】
そのため、前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９は減圧容器内で放出ガスが少なく、かつ温度ヒステリシスに強く、かつできるだけ低誘電率材料である必要があり、それらを満たす材料として石英が好ましい。また前記したような条件を満たす、たとえば樹脂材料なども用いることが可能である。
【００５８】
そこで、この場合、例えば前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９に石英、前記インシュレーター５１３にＰＴＦＥの組み合わせで用いることが好ましい。
【００５９】
前記プレートブロック５０９は、シール部材５１１および５１２によって気密シールがなされており、前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９は減圧状態でかつプラズマ励起がなされる領域で用いられる。
【００６０】
また、前記リングブロック５０８および前記基板載置台５０１の周辺部の上面（ウェハＷを載置する側）には、例えば石英などからなるフォーカスリング５１０が設置されている。これは、処理容器内のプラズマをウェハ側へフォーカスさせて、プラズマが均一になるようにするようにすること、また前記リングブロック５０８および前記誘電膜５０３が、プラズマによるダメージを受けるのを防止するために設けられている。
【００６１】
前記高周波導入配線５０２の内部には、前記基板載置台５０１に熱交換媒体を供給または排出する熱交換媒体導入路５０５および熱交換媒体排出路５０６が形成されており、このために以下に記述するように前記基板保持構造５００の構造を単純にして部品点数を減らしてかつ小型化することが可能になっている。
【００６２】
従来は、例えば基板載置台は、バイアスを印加するための高周波の導入路と、基板載置台に熱交換媒体を導入または排出する流路は別々に形成する必要があった。そのために、基板載置台の下の領域には、それぞれの部品の設置スペースが必要であった。また、高周波導入路と熱交換媒体の流路の部品がそれぞれ必要であり、部品点数が多くて構造が複雑であった。また、基板載置台全体のサイズを大きくしなければならないため、冷却する体積が大きくなり、冷却効率が悪かった。
【００６３】
本発明による基板保持機構５００では、前記したように前記高周波導入配線５０２の内部に、熱交換媒体導入路、熱交換媒体排出路を設けた構造とすることにより、従来別々に配設されていた高周波の導入路と熱交換媒体の流路の設置スペースを共有化することで、部品点数を減らして構造を単純化することが可能となり、かつ設置スペースを小さくして基板保持機構を小型化することが可能となっている。
【００６４】
例えば図２中に示した前記高周波導入配線５０２および前記熱交換媒体供給路５０５、熱交換媒体排出路５０６を含む直径Ｄａを小さくすることができ、その結果前記外導体５１４を含む直径Ｄｂを小さくして前記基板保持構造５００を小型化することが可能となる。
【００６５】
また、前記基板載置台５０１には高周波電流が印加されるため、熱交換媒体には、絶縁性の流体が用いられ、例えばフッ素系の流体（ガルデン等）が用いられる。このため、絶縁性を確保しつつ、前記基板載置台を介して被処理基板を冷却して、当該被処理基板の温度を維持することが可能となる。
【００６６】
また、前記基板保持機構５００を前記下部容器２０２に設置する場合は、取付リング２２１、ネジ受け２２０，２２２および締付ネジ２１９を用いる。前記取付リング２２１は中央に穴を設けた略円盤形状をしており、当該穴には前記高周波導入配線５０２が挿通され、さらに図示しないネジによって前記取付リング２２１が前記高周波導入配線５０２に固定される。
【００６７】
次に、前記取付リング２２１に形成されたネジ挿入穴に前記締付ネジ２１９を挿入して当該締付ネジ２１９を締め付けることにより、略ドーナツ状の絶縁体からなるネジ受け２２０および当該ネジ受け２２０と接する金属からなるネジ受け２２２を介して、前記外導体５１４を押し付ける構造となっている。
【００６８】
そのため、前記高周波導入配線５０２を含む前記下部電極５００Ａが下向き、すなわち前記遮蔽容器２０５側に引っ張られる形となる。そこで、前記基板載置台５０１が前記プレートブロック５０９に押し付けられ、さらに当該プレートブロック５０９は前記外導体５１４に押し付けられる。
【００６９】
そこで、前記基板載置台５０１と前記プレートブロック５０９の間に挿入された前記シールリング５１１および前記プレートブロック５０９と前記外導体５１４の間に挿入された前記シールリング５１２によって前記処理空間４０２の気密性が保持される構造となっている。
【００７０】
このように、プラズマが励起される前記処理空間４０２に、例えば金属汚染の原因となる金属製のネジを用いる事無く、かつ気密保持に必要なシールのための荷重を前記シールリング５１１および５１２に加えて、確実に前記処理空間４０２の気密性を保持することが可能な構造となっている。
【００７１】
図３は、前記高周波導入配線５０２の断面図の一部であるが、図２の状態より略９０℃回転させた面を示している。
【００７２】
前記高周波導入配線５０２の内部には、前記誘電層５０４の表面と前記被処理基板Ｗの間に、高熱伝達率ガスを導入して、保持する被処理基板Ｗを効率よく冷却するための高熱伝達率ガス導入路５１７が設けられている。
【００７３】
また、前記高周波導入配線５０２の内部に、前記電極５０３に接続して直流電圧を印加するための直流電圧導入配線５１６が、前記高周波導入配線５０２と絶縁して形成されている。前記直流電圧導入配線は、図示しない直流電源などの電源などに接続されて直流電圧が印加される。
【００７４】
前記図３中のＸ部の拡大図を図４に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７５】
図４を参照するに、前記高熱伝達率ガス導入路５１７は、前記基板載置台の表面に形成された複数の溝５１７Ａに連通し、例えばＡｒやＨｅなどの高熱伝達ガスを前記溝５１７Ａに導入することにより、前記被処理基板Ｗを効率よく冷却する構造になっている。
【００７６】
また、例えばＡｌ２Ｏ３の溶射膜などからなる前記誘電層５０３の下には、例えばＷなどからなる前記電極５０４が形成され、さらに前記電極５０４の下にはＡｌ２Ｏ３の溶射膜などからなる絶縁層５１８が形成されている。
【００７７】
また、さらに図４のＺ部の拡大図を図５に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７８】
図５を参照するに、前記直流導入配線５１６は、例えばＴｉなどの導電性の金属からなり、前記基板保持台５０１に形成された、直径ａの挿入穴５０１ａに導入される構造になっている。
【００７９】
前記挿入穴５０１ａには、例えばビーム溶接により略ドーナツ状のＡｌからなる設置リング５０１ｂが取り付けられ、前記直流導入配線５１６は前記接地リング５０１ｂに形成された穴に取り付けられる構造になっている。
【００８０】
前記直流導入配線５１６は棒状の導入配線部５１６ａと、当該導入配線部５１６ａ上に形成された、直径が当該配線部５１６ａより大きい円筒状の段差部５１６ｂと、当該段差部５１６ｂ上に形成された当該段差部５１６ｂより直径の小さい円筒状の段差部５１６ｃ、さらに当該段差部５１６ｃ上に形成された当該段差部５１６ｃより直径の小さい円筒状の段差部５１６ｄよりなる。また、前記段差部５１６ｂ、５１６ｃおよび５１６ｄの側壁と、前記段差部５１６ｂおよび５１６ｃの前記電極５０４に面する部分には、例えばＡｌ２Ｏ３溶射により５００μｍの絶縁膜５１６ｉが形成されている。
【００８１】
前記電極５０４に直流電圧を印加する場合は、前記電極５０４に接する前記段差部５１６ｄを介して前記直流導入配線５１６に導入された直流電圧が印加される構造になっている。
【００８２】
また、前記直流導入配線５１６と前記基板載置台５０１の間の前記挿入穴５０１ａの空間には例えば絶縁樹脂からなる充填部品５１６ｆおよび５１６ｅが挿入され、前記直流導入配線５１６が前記基板載置台５０１から絶縁される。前記充填部品５１６ｆ、５１６ｅおよび前記高周波導入配線５１６は、例えば例えばエポキシ系接着材により、前記基板載置台５０１に固定される構造になっている。
【００８３】
次に、前記基板保持機構５００の、図２中のＹ−Ｙ断面図を図６に示す。
【００８４】
図６を参照するに、前記熱交換媒体導入路５０５および前記熱交換媒体排出路５０６が前記高周波導入配線５０２の内部に形成されているが、熱交換媒体と前記高周波導入配線５０２の断熱効果を高めるために、断熱材５０５Ａ、５０６Ａが設けられている。断熱材５０５Ａ、５０６Ａは低熱伝達材料、例えばフッ素系の樹脂が望ましく、これは以下の理由による。
【００８５】
前記熱交換媒体導入路５０５を介して低温の熱交換媒体が前記流路５０７へ供給され、被処理基板が処理容器内でプラズマ処理されるとプラズマによる熱が発生し、前記熱交換媒体排出路５０６より高温の熱交換媒体が排出されるため、前記熱交換媒体導入路５０５および前記熱交換媒体排出路５０６の間で熱交換がなされるため、前記基板載置台５０１の冷却効率が低下してしまう。
【００８６】
そこで、前記熱交換媒体導入路５０５および前記熱交換媒体排出路５０６と前記高周波導入配線５０２の間に前記断熱材５０５Ａおよび５０６Ａを挿入することにより、前記熱交換媒体排出路５０６からの熱が前記熱交換媒体導入路５０５に伝わることを防止して、効率よく被処理基板の冷却を行う事が可能な構造としている。
【００８７】
また、前記高周波導入配線５０２の内部には、前記したように冷却ガス導入路５１７が形成されているので、ウェハを裏面より冷却するＡｒ、Ｈｅなどのガスが前記誘電層５０３とウェハ裏面の間に供給され、ウェハを効率よく冷却することができ、前記熱交換媒体が高温になった場合でもウェハを冷却することが可能である。
【００８８】
このように前記高周波導入配線５０２は、当該高周波導入配線５０２の内部に前記熱交換媒体導入路５０５、前記熱交換媒体排出路５０６、前記高熱伝達率ガス導入路５１７、前記直流電圧導入配線５１６が配置されていることで、基板保持機構を小型化し、かつ部品点数を減少させて単純化し、製造コストを低減することが可能となっている。
【００８９】
被処理基板を処理する方法の概略は、前記基板保持機構５００によって被処理基板を保持し、前記プラズマ発生機構４００と前記チャンバ２００によって形成される処理空間４０２に、前記ガス供給機構３００によってガスが供給され、前記プラズマ発生機構４００によって発生させたプラズマによって被処理基板をプラズマ処理する。
【００９０】
具体的には、前記チャンバ２００に形成された搬送用のゲートバルブ２０８を開放して、被処理基板Ｗを導入し、前記基板載置台５０１に載置する。次に、前記ゲートバルブ２０８を閉じ、前記排気口２１８より前記処理空間４０２を排気して所定の圧力に減圧する。
【００９１】
次に、バルブ３０４、３０２を開放して、質量流量コントローラ３０３によって流量を調整しながら前記Ａｒ供給源３０５より前記処理空間４０２にＡｒを供給する。
【００９２】
同様にして、バルブ３０９、３０７を開放して、質量流量コントローラ３０８によって流量を調整しながら前記Ｈ２供給源３１０より前記処理空間４０２にＡｒを供給する。
【００９３】
次に、前記高周波電源４０３より前記コイル４０４に高周波電力を供給してベルジャー４０１内部の前記処理空間４０２に誘導結合プラズマを励起する。
【００９４】
前記プラズマ処理装置１００は、具体的には例えば半導体装置の製造工程において、被処理基板上に形成される金属膜上に形成されてしまう酸化膜、もしくはシリコン上に形成されてしまう自然酸化膜などの酸化膜を含む不純物層を除去する不純物層除去工程に用いる。
【００９５】
前記したような不純物層を前記プラズマ処理装置１００によって除去することにより、例えば前記不純物層除去工程の後に形成される膜との密着性が向上する、もしくは電気抵抗値が下がるなどの効果が得られる。
【００９６】
前記した不純物層除去工程の具体的な実施例を以下に記述する。
【００９７】
例えば、圧力が０．１〜１３．３Ｐａ、好ましくは０．１〜２．７Ｐａ、ウェハ温度が１００〜５００℃、ガス流量が、Ａｒは０．００１〜０．０３Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２は０〜０．０６Ｌ／ｍｉｎ好ましくは０〜０．０３Ｌ／ｍｉｎ、プラズマ励起高周波電源４０５の周波数が４５０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ、好ましくは４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ、バイアス高周波電源の電力を０〜５００Ｗで供給し、バイアス電位を−２０〜−２００Ｖとする。このような条件のプラズマにより３０秒程度処理することにより、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が１０ｎｍ程度除去される。
【００９８】
また、金属酸化膜例えばＣｕ２Ｏを除去する例としては、圧力が３．９９×１０− ２〜１．３３×１０− １Ｐａ、ウェハ温度が０〜２００℃、ガス流量が、Ａｒは０．００１〜０．０２Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは０．００２〜０．０３Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２は０〜０．０３Ｌ／ｍｉｎ好ましくは０〜０．０２Ｌ／ｍｉｎ、プラズマ励起高周波電源４０５の周波数が４５０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ、好ましくは４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ、バイアス高周波電源の電力が５０〜３００Ｗでバイアス電位にして−１５０〜−２５Ｖである。このような条件のプラズマにより３０秒程度処理することにより、例えばＣｕ２Ｏ膜が２０〜６０ｎｍ程度除去される。
【００９９】
また、上記のプロセスにおいて、用いられるプラズマ励起高周波と、バイアス高周波の周波数、およびそれぞれの電力の範囲を以下に示す。また、バイアス高周波に関しては、バイアス電位の値の範囲についても示す。
【０１００】
【表１】
また、前記基板保持構造５００は図２〜６に示した内容に限定されるものではなく、様々な変形・変更が可能である。
【０１０１】
図７（Ａ）には、前記基板保持機構５００の変更例である基板保持機構５００Ａの断面図の一部を示す。
【０１０２】
図７（Ａ）を参照するに、本実施例の基板載置台５０１Ａにおいては、上面（ウェハに接する側）のかつ前記フォーカスリング５１０で覆われていない範囲にのみ誘電層５０３Ａが形成されている。このように誘電層の形成部分を単純にすることで、例えばセラミック溶射の工程数を減少させて製造コストの低減が可能となる。このように必要に応じて基板載置台５０１を誘電層で覆う面積や形状を様々に変更することが可能である。
また、図７（Ｂ）には前記基板保持機構５００の変更例である基板保持機構５００Ｂの断面図の一部を示す。
【０１０３】
図７（Ｂ）を参照するに、本実施例ではフォーカスリング５１０Ａが、前記基板保持機構５００の場合のフォーカスリング５１０に比べて薄くなっている。前記フォーカスリング５１０Ａの上面（プラズマに曝される側）と前記誘電層５０４の上面が面位置となっている。
【０１０４】
その結果、とくにウェハＷのエッジ付近でのバイアス電位の不均一性が改善されて、ウェハＷの面内でのスパッタエッチングレートの均一性が向上する効果が得られる。
【０１０５】
また、フォーカスリングの材質を変更して誘電率を変更することでも前記したウェハエッジ付近でのバイアス電位が変化するため、スパッタエッチングレートの面内均一性を改善することができる。
【０１０６】
次に、前記基板保持機構５００を搭載した前記プラズマ処理装置１００において、前記基板保持機構５００に高周波電力を印加した場合の、基板保持台上で計測したセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）の測定結果を図８に示す。また、比較のため、従来型の基板保持機構でのＶｄｃの測定結果も併記する。従来型の基板保持機構は、前記基板保持機構５００と比較して高周波導入配線が細く、また前記したような同軸構造をとっていない形状である。
【０１０７】
図８を参照するに、本発明による前記基板保持機構５００の場合、従来型に比較して、Ｖｄｃの電圧が高くなっていることがわかる。例えば、基板保持台５０１に印加する高周波電力が３００Ｗの場合、Ｖｄｃは、従来型が１２６Ｖであるのに対して、前記基板保持機構５００を用いた場合は、１６２Ｖと、略１．３倍の電位を示している。
【０１０８】
これは、前記したように本発明による基板保持機構５００では、高周波導入配線を、前記高周波導入配線５０２を中心導体とした同軸構造とすることで高周波電力を効率よく伝送することが可能となったことがその理由のひとつと推察される。
【０１０９】
また、本発明においては前記高周波導入配線内部に熱交換媒体導入路、排出路、直流電圧導入部、冷却ガス導入部などを収めたため、基板保持機構全体は小型化することが可能となったが、高周波導入配線５０２自体は従来に比べて表面積を増加させることができ、当該高周波に対するインピーダンスを低下させることが可能となったこともその原因と推察される。
【０１１０】
なお、Ｖｄｃ測定時の条件は、Ａｒガス流量２．９ｓｃｃｍ、処理容器内の圧力が０．５ｍＴｏｒｒとした。基板保持台の温度は、前記基板保持台５０１の場合、室温（２０〜３０℃程度）、従来型の場合、２００℃とした。また、プラズマ密度は２．５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにするために、プラズマ励起高周波電力が、前記基板保持機構５００を用いた場合に１０００Ｗ，従来型の場合は、８００Ｗとした。
【０１１１】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ処理装置の基板保持構造において、基板載置台にバイアスを印加するための高周波導入配線の内部に、当該基板載置台に熱交換媒体を導入、排出する熱交換媒体流路を形成する。その結果、前記基板載置台を小型化して当該基板保持構造を搭載したプラズマ処理装置を小型化することが可能となり、プラズマ処理装置の設置面積を小さく抑えて、プラズマ処理装置の生産性を向上させることが可能となった。
【０１１３】
また、前記基板保持構造の部品点数を削減して構造を単純化し、基板保持構造、および当該基板保持構造を搭載したプラズマ処理装置の製造コストをダウンすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基板保持機構およびプラズマ処理装置の図である。
【図２】本発明による基板保持機構の詳細図（その１）である。
【図３】本発明による基板保持機構の詳細図（その２）である。
【図４】本発明による基板保持機構の詳細図（その３）である。
【図５】本発明による基板保持機構の詳細図（その４）である。
【図６】高周波導入配線の断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明による基板保持機構の変形例である。
【図８】基板保持台に高周波電力を印加した場合のセルフバイアス電位の測定結果を示した図である。
【符号の説明】
１００ プラズマ処理装置
２００ チャンバ
２０１ 処理容器
２０２ 下部容器
２０２Ａ 排気空間
２０３ 排気配管
２０４ 排気手段
２０５ 遮蔽容器
２０６ 高周波導入部品
２０７ 受け部品
２０８ ゲートバルブ
２０９ 整合器
２１０ バイアス高周波電源
２１１ ウェハ昇降機構２１１
２１２ ガスリング
２１２Ａ ガス孔
２１２Ｂ ガス溝
２１３ 導入接続部
２１４ 排出接続部
２１５ 熱交換媒体導入路
２１６ 熱交換媒体排出路
２１７ 断熱材
２１８ 排気口
２１９ 締付ネジ
２２０ ネジ受け
２２１ 取付リング
３００ガス供給機構
３０１ Ａｒライン
３０２，３０４，３０７，３０９ バルブ
３０３，３０８ 質量流量コントローラ
３０５ Ａｒ供給源
３０６ Ｈ２ライン
３１０ Ｈ２供給源
３１１ ガスライン
４００プラズマ発生機構
４０１ ベルジャー
４０２ 処理空間
４０３ コイル
４０４ 整合器
４０５ プラズマ励起高周波電源
５００ 基板保持機構
５０１ 基板載置台
５０１ａ 挿入穴
５０２ 高周波導入配線
５０３，５０３Ａ 導電層
５０４ 電極
５０５ 熱交換媒体導入路
５０６ 熱交換媒体排出路
５０５Ａ，５０６Ａ 断熱材
５０５Ｂ，５０６Ｂ 流路
５０７ 流路
５０８ リングブロック
５０９ プレートブロック
５１０，５１０Ａ フォーカスリング
５１１，５１２，５１５ シール材
５１３ インシュレーター
５１４ 外導体
５１６ 直流電圧導入配線
５１６ａ 配線部
５１６ｂ，５１６ｃ，５１６ｄ 段差部
５１６ｅ，５１６ｆ 絶縁樹脂
５１６ｉ 絶縁膜
５１７ 冷却ガス導入路
５１７Ａ 溝
５１８ 絶縁層
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理に用いる基板保持機構に係り、更には基板を載置してプラズマ処理を行う基板保持機構およびプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高集積化が進む半導体装置については高性能化が進む一方でコストダウンの要求があり、半導体装置の生産性の向上が課題となっている。
【０００３】
たとえば前記した生産性を向上させるための方法として、半導体基板の大口径化が挙げられる。従来は半導体基板として２００ｍｍ基板が用いられてきたが、現在はその主流が３００ｍｍ基板にシフトしてきており、大口径である３００ｍｍウェハを用いて半導体装置を製造することにより、一枚の基板から生産できる半導体装置の個数を増やして生産性を向上させている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２７５１３２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１０−１１６８２６号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平１０−２５８２２７号公報
【０００７】
【特許文献４】
特開平１１−６７７４６号公報
【０００８】
【特許文献５】
特開２０００―１８３０２８号公報
【０００９】
【特許文献６】
特開２００１−３３２４６５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、３００ｍｍ基板を用いることで半導体装置の生産性を向上させようとすると、従来用いられてきた２００ｍｍ基板処理用の半導体製造装置を、より大きな３００ｍｍ基板を処理可能な半導体製造装置に変更する必要がある。そのために、特に大口径化した基板を保持するための基板保持構造が大型化してしまうため、例えばプラズマ処理装置などの半導体製造装置全体が大型化して当該半導体装置が占有する面積が増大してしまい、半導体製造工場に設置可能な台数が減少して半導体装置の生産性が低下する原因になっていた。
【００１１】
また、２００ｍｍ基板処理用の半導体製造装置で従来用いられていた部品を大型化して３００ｍｍ基板用の半導体製造装置に用いた場合、基板保持構造が複雑でかつ部品点数が多いまま大型化した場合に大幅なコストアップにつながる問題が生じていた。
【００１２】
そこで、本発明においては上記の課題を解決した新規で有用な基板保持構造およびプラズマ処理装置を提供することを課題としている。
【００１３】
本発明の具体的な課題は、基板処理のための基板保持構造を小型化して半導体製造装置を小型化し、半導体製造の生産性を向上させることである。
【００１４】
本発明の別の課題は基板保持構造を単純化して部品点数を減少させて基板保持構造およびプラズマ処理装置のコストダウンを行うことにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記の課題を解決するために、
請求項１に記載したように、
被処理基板を保持する基板保持機構であって、
前記被処理基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台に高周波電力を導入する経路となる配線と、
前記基板載置台に熱交換媒体を供給または排出する熱交換媒体流路とを有し、
前記配線の内部に前記熱交換媒体流路を設けたことを特徴とする基板保持機構により、また、
請求項２に記載したように、
前記熱交換媒体は絶縁体である流体からなることを特徴とする請求項１記載の基板保持機構により、また、
請求項３に記載したように、
前記基板載置台に直流電圧を印加して前記被処理基板を当該基板載置台に静電吸着する、静電吸着機構を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の基板保持機構により、また、
請求項４に記載したように、
前記配線の内部に、前記直流電圧を印加するための別の配線を設けたことを特徴とする請求項３記載の基板保持機構により、また、
請求項５に記載したように、
前記被処理基板と前記基板載置台の間に高熱伝達率ガスを導入して前記被処理基板を冷却する基板冷却機構を設けたことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の基板保持機構により、また、
請求項６に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線の内部に、前記高熱伝達率ガスを前記基板載置台に導入する高熱伝達率ガス導入路を設けたことを特徴とする請求項５項記載の基板保持機構により、また、
請求項７に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線を誘電体で覆い、当該誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項記載の基板保持機構により、また、
請求項８に記載したように、
前記基板載置台を別の誘電体で覆い、当該別の誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項７記載の基板保持機構により、また、
請求項９に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線によって前記基板載置台が支持される機構としたことを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項記載の基板保持機構により、また、
請求項１０に記載したように、
被処理基板を保持して当該被処理基板をプラズマ処理する基板保持機構を有するプラズマ処理装置であって、前記基板保持機構は
前記被処理基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台に高周波電力を導入する経路となる配線と、
前記基板載置台に熱交換媒体を供給または排出する熱交換媒体流路とを有し、
前記配線の内部に前記熱交換媒体流路を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置により、また、
請求項１１に記載したように、
前記プラズマは誘導結合プラズマであり、当該誘導結合プラズマは、誘電体壁を介して前記プラズマ処理装置の処理室内に励起されることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１２に記載したように、
前記誘導結合プラズマの励起を行い、さらに前記基板載置台に高周波電力を印加することによって前記被処理基板のプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項１０または１１記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１３に記載したように、
前記プラズマ処理は被処理基板のスパッタリング処理を含むことを特徴とする請求項１２記載のプラズマ処理装置により、また
請求項１４に記載したように、
真空排気機構を有し、当該真空排気機構によって前記プラズマ処理の際の圧力が０．０１３３〜１．３３Ｐａとされることを特徴とする請求項１２または１３記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１５に記載したように、
前記熱交換媒体は絶縁体である流体からなることを特徴とする請求項１０〜１４のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１６に記載したように、
前記基板載置台に直流電圧を印加して前記被処理基板を当該基板載置台に静電吸着する、静電吸着機構を設けたことを特徴とする請求項１０〜１５のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１７に記載したように、
前記配線の内部に、前記直流電圧を印加するための別の配線を設けたことを特徴とする請求項１６記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１８に記載したように、
前記被処理基板と前記基板載置台の間に高熱伝達率ガスを導入して前記被処理基板を冷却する基板冷却機構を設けたことを特徴とする請求項１０〜１７のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１９に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線の内部に、前記高熱伝達率ガスを前記基板載置台に導入する高熱伝達率ガス導入路を設けたことを特徴とする請求項１８項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項２０に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線を誘電体で覆い、当該誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項１０〜１９のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項２１に記載したように、
前記基板載置台を別の誘電体で覆い、当該別の誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項２０記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項２２に記載したように、
前記高周波を導入する経路となる配線によって前記基板載置台が支持される機構としたことを特徴とする請求項１０〜２１のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、解決する。
［作用］
本発明によれば、プラズマ処理装置の基板保持構造において、基板載置台にバイアスを印加するための高周波導入配線の内部に、当該基板載置台に熱交換媒体を導入、排出する熱交換媒体流路を形成する。その結果、前記基板載置台を小型化して当該基板保持構造を搭載したプラズマ処理装置を小型化することが可能となり、プラズマ処理装置の設置面積を小さく抑えて、プラズマ処理装置の生産性を向上させる。また、前記基板保持構造の部品点数を削減して構造を単純化し、基板保持構造、および当該基板保持構造を搭載したプラズマ処理装置の製造コストをダウンすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づき以下に説明する。なお、本明細書中および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより、重複説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明による、基板保持構造５００を有するプラズマ処理装置１００の概略図である。前記プラズマ処理装置１００は被処理基板をプラズマ処理する装置であり、例えば被処理基板である半導体ウェハ上のシリコン酸化膜や金属酸化膜、その他の材料の膜をスパッタエッチングまたはリアクティブエッチングすることができる。
【００１８】
前記プラズマ処理装置１００の概略は、処理装置内に被処理基板Ｗを保持する基板保持機構５００と、処理装置の下方に配置され、当該基板保持機構５００の外周を囲むように設けられたチャンバ２００と、当該チャンバ２００の上方を覆うように設置されたプラズマ発生機構４００、およびプラズマ励起のためのガスを前記チャンバ２００に供給するガス供給機構３００からなる。
【００１９】
まず、前記チャンバ２００についてみると、前記チャンバ２００の上方には略円筒状の処理容器２０１があり、当該処理容器２０１の底部の中央部に形成された開口部に取り付けられた当該処理容器より小さい略円筒状の下部容器２０２が接続された構成となっており、ここに以下のような部品が取り付けられている。
【００２０】
前記下部容器２０２には、当該下部容器２０２の底部に、被処理基板を保持する基板保持機構５００が起立するように取り付けられている。前記基板保持機構５００については後述する。
【００２１】
前記下部容器２０２の円筒側壁部分には、開口部２１８が設けられ、例えばターボ分子ポンプなどの排気手段２０４が、排気配管２０３を介して接続されている。そして、前記チャンバ２００と前記プラズマ発生機構４００とで気密に形成される処理空間４０２内を、前記下部容器２０２が形成する略円筒状の排気空間２０２Ａを介して真空排気する構造となっている。
【００２２】
この場合、前記処理空間４０２が、下部容器２０２の排気空間２０２Ａを介して排気されることにより、例えばチャンバ２００の側面から排気するような場合に比べて、前記処理空間４０２を均等に排気することができる、すなわち被処理基板Ｗを中心に均等に排気することができる。そのため、前記処理空間４０２内部の圧力が均一となり、また発生するプラズマの生成も均一となって、例えば被処理基板をエッチングする際のエッチングレートの均一性を良好にすることができる。
【００２３】
また、前記したようなエッチング、特にスパッタエッチングを行う場合は低圧力が必要であり、例えばターボ分子ポンプなどの前記排気手段２０４を用いて、前記処理空間を０．０１３３〜１．３３Ｐａ、好ましくは０．０１３３〜０．１３３Ｐａの低圧力に保持することが必要である。
【００２４】
前記下部容器２０２の底面には接地された金属部材、例えばアルミまたはその合金からなる遮蔽部材で形成するシールドカバー２０５が設置されている。
【００２５】
前記基板保持機構５００には、整合器２０９を介して、バイアス高周波電源２１０が前記シールドカバー２０５内部に設置された高周波導入部品２０６を介して接続されている。そして、前記高周波導入部品２０６は前記基板保持機構５００の、高周波導入配線５０２の一端に電気的に接続される。
【００２６】
このため、前記基板保持機構５００の基板載置台５０１に前記高周波導入配線５０２を介して高周波電源２１０より高周波電力が供給され、基板にバイアス電圧を印加することが可能となる。また、前記シールドカバー２０５によって高周波が遮蔽されているため、高周波が前記シールドカバー２０５の外部に漏洩することはない。
【００２７】
さらに内部には、前記基板保持機構５００の高周波導入配線５０２の下端部と熱交換媒体導入路２１５および熱交換媒体排出路２１６を、電気的に絶縁するため、絶縁材料、例えばＡｌ２Ｏ３等のセラミックまたは樹脂などからなる絶縁部品２０７が設置されている。更に、前記絶縁部品２０７および前記高周波導入配線５０２の下端部の周辺は断熱材２１７でカバーされている。
【００２８】
また、前記基板保持機構５００を前記下部容器２０２に取り付ける際は、取付リング２２１、ネジ受けリング２２０、２２２および締付ネジ２１９を用いて取り付けるが、これについては図２以下で説明する。
【００２９】
また、前記絶縁部品２０７から前記高周波配線５０２の内部には、熱交換媒体導入路２１５および熱交換媒体排出路２１６が形成されている。
【００３０】
前記基板保持機構５００の、前記高周波導入配線５０２および基板載置台５０１には、前記熱交換媒体導入路２１５および熱交換媒体排出路２１６を介して、例えば絶縁体の流体からなる熱交換媒体が導入または排出されて、基板載置台５０１が冷却される。
【００３１】
また、導入接続部２１３および排出接続部２１４は、図示しないたとえばチラーなどの温度調節機能付きの循環装置と接続され、熱交換媒体を循環させて前記基板保持機構５００の温度を所定の温度に保持することが可能となっている。
【００３２】
また、前記処理容器２０１の側面には、ゲートバルブ２０８が設置されており、被処理基板Ｗが前記ゲートバルブ２０８を開放することで搬入され、前記基板保持機構５００の基板載置台５０１に載置される。
【００３３】
その際に、図示しない駆動装置によって駆動されるウェハ昇降機構２１１のリフトピンを介して前記ウェハＷが授受され、前記基板保持機構５００の基板載置台５０１に載置される。
【００３４】
次に、前記ガス供給機構３００についてみると、前記ガス供給機構３００は、ガスライン３１１にＡｒライン３０１を介して接続されたＡｒ供給源３０５、およびＨ２ライン３０６を介して接続されたＨ２供給源３１０からなる。前記Ａｒライン３０１にはバルブ３０２、３０４および質量流量コントローラ３０３が接続されており、前記バルブ３０２、３０４を開放することでガスライン３１１にＡｒガスを供給する。その際、供給される流量を前記質量流量コントローラ３０３で制御する。
【００３５】
同様に、前記Ｈ２ライン３０６にはバルブ３０７、３０９および質量流量コントローラ３０８が接続されており、前記バルブ３０７、３０９を開放することでガスライン３１１にＨ２ガスを供給する。その際、供給される流量を前記質量流量コントローラ３０８で制御する。
【００３６】
また、ＡｒおよびＨ２が供給される前記ガスライン３１１は、前記チャンバ処理容器２０１上に環状に設置されたガスリング２１２に接続されている。前記ガスリング２１２は、当該ガスリング２１２内部に環状に形成されたガス溝２１２Ｂを介して前記ガスリング２１２の略全周囲にＡｒおよびＨ２を配し、前記ガス溝２１２Ｂと連通するガス孔２１２Ａより前記処理空間４０２中央に向けてＡｒガスまたはＨ２ガスを供給する。
【００３７】
このようにして前記処理空間４０２に供給されたＡｒガスやＨ２ガスは以下に説明するプラズマ発生機構４００により、プラズマ励起される。
【００３８】
前記プラズマ発生機構４００は、シール材４０６を介して前記処理容器２０１上に配されたドーム状の誘電材料、例えば石英、セラミックス（Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ）などからなるベルジャー４０１と、アンテナ部材として前記ベルジャー４０１の周囲に巻き回されているコイル４０３、および前記コイル４０３に接続された整合器４０４およびプラズマ励起高周波電源４０５からなる。
【００３９】
前記プラズマ励起高周波電源４０５は、例えば４５０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ（好ましくは４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）の周波数を有する高周波電力を発生可能である。
【００４０】
前記プラズマ発生機構４００において、前記プラズマ励起高周波電源４０５より前記コイル４０３に高周波電力を供給して前記処理空間４０２に誘導磁界を形成して、前記処理空間４０２に供給されるＡｒ、Ｈ２などのガスをプラズマ励起する。このようなプラズマは誘導結合型のプラズマ（ＩＣＰ）と呼ぶ。
【００４１】
このようにして励起されるプラズマを用い、前記基板保持機構５００に保持される前記ウェハＷをプラズマ処理、例えばエッチングなどを行う事ができる。
【００４２】
以上、前記したプラズマ処理装置１００は、従来のプラズマ処理装置と比較すると、図２以下で後述する理由により前記基板保持機構５００の下部である円筒部分の支持部の直径Ｄａを細くすることで、前記基板保持機構５００を小型化することが可能となっている。そのため、前記下部容器２０２内に形成する排気空間２０２Ａの直径Ｄｂを細くすることが可能となり、前記プラズマ処理装置１００全体を小型化して、フットプリント（占有面積）を小さくすることが可能である。
【００４３】
また、前記下部容器２０２の側壁には、前記排気空間２０２Ａを介して前記処理空間４０２を排気する排気口２１８が設けられ、当該排気口２１８に接続する排気配管２０４や、ターボ分子ポンプなどの排気手段２０４、図示しない圧力調整バルブなどの部材をよりコンパクトに設置することが可能となる。
【００４４】
そのため、フットプリントを考えた場合に前記排気配管２０３や前記排気手段２０４が前記処理容器２０１または前記プラズマ発生機構４００のフットプリントより小さく（図１中に直径Ｄｃで示す範囲より小さく）配置することが可能となる。次に、前記した基板保持構造５００の詳細について説明する。
【００４５】
図２は、前記基板保持機構５００の断面図の詳細図である。前記基板保持機構５００は、大別して被処理基板を保持する略円盤状の基板載置台５０１と、前記基板載置台５０１に高周波電力を供給する略棒状の前記前記高周波導入配線５０２からなるキノコ型の下部電極５００Ａを、リングブロック５０８、プレートブロック５０９、およびインシュレーター５１３が囲むような構造となっている。さらに前記リングブロック５０８、プレートブロック５０９、およびインシュレーター５１３は、外導体５１４によって囲まれた構造をしている。
【００４６】
前記下部電極５００Ａは、例えばＡｌ、またはＡｌの合金などの導電材料からなり、前記下部電極５００Ａの前記基板載置台５０１の内部には、被処理基板を所定の温度に均一に保持するための熱交換媒体の流路５０７が形成されている。また、前記基板載置台５０１の側面およびウェハと接する上面には、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電材料からなる誘電膜５０３が形成されている。
【００４７】
前記誘電膜５０３の内部には、サンドイッチ状に直流電圧が印加される電極５０４が挿入されている。前記電極５０４は、図３で後述する直流電圧導入配線が接続され、当該直流電圧導入配線は、図示しない直流電源に接続されて直流電圧が印加される。
【００４８】
このように、前記基板載置台５０１上に載置されたウェハＷの下に前記誘電層５０３があり、さらに当該誘電層５０３を介して前記電極５０４に電圧が印加されることで静電分極が起こり、前記ウェハＷを前記基板載置台５０１に静電吸着することができる。
【００４９】
なお、前記誘電層５０３は、例えばセラミック溶射などにより形成されるが、他にも焼結体のセラミックを薄膜状にしたものを張り合わせるなどの方法でも形成することが可能である。また、前記したアルミナの他にも、窒化アルミ（ＡｌＮ）、ＳｉＣ、ＢＮなどの誘電膜を用いることが可能である。
【００５０】
また、前記下部電極５００Ａの前記基板載置台５０１の側面の周囲には、環状の、誘電材料である例えば石英からなる前記リングブロック５０８が設置され、前記基板載置台５０１の底面には、中心に前記高周波導入配線５０２を挿通する穴が設けられた誘電材料である例えば石英からなるプレートブロック５０９が前記基板載置台５０１に接するように設置され、それぞれ前記下部電極５００Ａを導電体からなる前記外導体５１４から絶縁している。前記高周波導入配線５０２の周囲には、たとえばＰＴＦＥなどの誘電材料などからなる略円筒状のインシュレーター５１３が設置されている。
【００５１】
また、前記下部電極５００Ａの前記高周波導入配線５０２の下端に接続された高周波導入部品２０６を介して前記バイアス高周波電源２１０に接続されて高周波電力が導入されて前記基板載置台５０１にバイアスを印加する。
【００５２】
また、前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９、および前記インシュレーター５１３を覆うように、接地された導電体、たとえばＡｌ、Ｔｉなどからなる外導体５１４が形成されている。このように、高周波出力が印加される前記下部電極５００Ａを誘電体で覆い、さらに接地された外導体５１４で覆うという同軸構造とすることで、高周波電力の損失が少なく、効率よく、かつ安定にバイアスを被処理基板に印加することが可能となる。
【００５３】
なお、この場合に、前記インシュレーター５１３としてＰＴＦＥを用いているが、これはＰＴＦＥの誘電率がおよそ２と低く、高周波電力の損失が少ないためである。このため、前記インシュレーター５１３には低誘電率材料を使うことが高周波電力の効率上、有利である。
【００５４】
また、前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９も同様に低誘電率材料を用いて高周波電力の損失を少なくすることが重要であるが、前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９の場合は、真空排気がなされて減圧状態となる前記処理空間４０２とつながる領域で用いられるため、例えばＰＴＦＥなどの放出ガスの多い媒体を用いるのは好ましくない。
【００５５】
この場合、たとえばＰＴＦＥなどは、石英などの緻密な材料にくらべてミクロな領域で考えると多孔質媒体であり、減圧状態では放出ガスが多く、減圧（もしくは真空）容器内で用いるのは好ましくない。
【００５６】
さらに、プラズマが励起される空間に近いため、温度上昇、低下など温度変化が激しく、そのために変形する、もしくはプラズマ耐性がないのでエッチングされやすい問題がある。
【００５７】
そのため、前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９は減圧容器内で放出ガスが少なく、かつ温度ヒステリシスに強く、かつできるだけ低誘電率材料である必要があり、それらを満たす材料として石英が好ましい。また前記したような条件を満たす、たとえば樹脂材料なども用いることが可能である。
【００５８】
そこで、この場合、例えば前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９に石英、前記インシュレーター５１３にＰＴＦＥの組み合わせで用いることが好ましい。
【００５９】
前記プレートブロック５０９は、シール部材５１１および５１２によって気密シールがなされており、前記リングブロック５０８および前記プレートブロック５０９は減圧状態でかつプラズマ励起がなされる領域で用いられる。
【００６０】
また、前記リングブロック５０８および前記基板載置台５０１の周辺部の上面（ウェハＷを載置する側）には、例えば石英などからなるフォーカスリング５１０が設置されている。これは、処理容器内のプラズマをウェハ側へフォーカスさせて、プラズマが均一になるようにするようにすること、また前記リングブロック５０８および前記誘電膜５０３が、プラズマによるダメージを受けるのを防止するために設けられている。
【００６１】
前記高周波導入配線５０２の内部には、前記基板載置台５０１に熱交換媒体を供給または排出する熱交換媒体導入路５０５および熱交換媒体排出路５０６が形成されており、このために以下に記述するように前記基板保持構造５００の構造を単純にして部品点数を減らしてかつ小型化することが可能になっている。
【００６２】
従来は、例えば基板載置台は、バイアスを印加するための高周波の導入路と、基板載置台に熱交換媒体を導入または排出する流路は別々に形成する必要があった。そのために、基板載置台の下の領域には、それぞれの部品の設置スペースが必要であった。また、高周波導入路と熱交換媒体の流路の部品がそれぞれ必要であり、部品点数が多くて構造が複雑であった。また、基板載置台全体のサイズを大きくしなければならないため、冷却する体積が大きくなり、冷却効率が悪かった。
【００６３】
本発明による基板保持機構５００では、前記したように前記高周波導入配線５０２の内部に、熱交換媒体導入路、熱交換媒体排出路を設けた構造とすることにより、従来別々に配設されていた高周波の導入路と熱交換媒体の流路の設置スペースを共有化することで、部品点数を減らして構造を単純化することが可能となり、かつ設置スペースを小さくして基板保持機構を小型化することが可能となっている。
【００６４】
例えば図２中に示した前記高周波導入配線５０２および前記熱交換媒体供給路５０５、熱交換媒体排出路５０６を含む直径Ｄａを小さくすることができ、その結果前記外導体５１４を含む直径Ｄｂを小さくして前記基板保持構造５００を小型化することが可能となる。
【００６５】
また、前記基板載置台５０１には高周波電流が印加されるため、熱交換媒体には、絶縁性の流体が用いられ、例えばフッ素系の流体（ガルデン等）が用いられる。このため、絶縁性を確保しつつ、前記基板載置台を介して被処理基板を冷却して、当該被処理基板の温度を維持することが可能となる。
【００６６】
また、前記基板保持機構５００を前記下部容器２０２に設置する場合は、取付リング２２１、ネジ受け２２０，２２２および締付ネジ２１９を用いる。前記取付リング２２１は中央に穴を設けた略円盤形状をしており、当該穴には前記高周波導入配線５０２が挿通され、さらに図示しないネジによって前記取付リング２２１が前記高周波導入配線５０２に固定される。
【００６７】
次に、前記取付リング２２１に形成されたネジ挿入穴に前記締付ネジ２１９を挿入して当該締付ネジ２１９を締め付けることにより、略ドーナツ状の絶縁体からなるネジ受け２２０および当該ネジ受け２２０と接する金属からなるネジ受け２２２を介して、前記外導体５１４を押し付ける構造となっている。
【００６８】
そのため、前記高周波導入配線５０２を含む前記下部電極５００Ａが下向き、すなわち前記遮蔽容器２０５側に引っ張られる形となる。そこで、前記基板載置台５０１が前記プレートブロック５０９に押し付けられ、さらに当該プレートブロック５０９は前記外導体５１４に押し付けられる。
【００６９】
そこで、前記基板載置台５０１と前記プレートブロック５０９の間に挿入された前記シールリング５１１および前記プレートブロック５０９と前記外導体５１４の間に挿入された前記シールリング５１２によって前記処理空間４０２の気密性が保持される構造となっている。
【００７０】
このように、プラズマが励起される前記処理空間４０２に、例えば金属汚染の原因となる金属製のネジを用いる事無く、かつ気密保持に必要なシールのための荷重を前記シールリング５１１および５１２に加えて、確実に前記処理空間４０２の気密性を保持することが可能な構造となっている。
【００７１】
図３は、前記高周波導入配線５０２の断面図の一部であるが、図２の状態より略９０℃回転させた面を示している。
【００７２】
前記高周波導入配線５０２の内部には、前記誘電層５０４の表面と前記被処理基板Ｗの間に、高熱伝達率ガスを導入して、保持する被処理基板Ｗを効率よく冷却するための高熱伝達率ガス導入路５１７が設けられている。
【００７３】
また、前記高周波導入配線５０２の内部に、前記電極５０３に接続して直流電圧を印加するための直流電圧導入配線５１６が、前記高周波導入配線５０２と絶縁して形成されている。前記直流電圧導入配線は、図示しない直流電源などの電源などに接続されて直流電圧が印加される。
【００７４】
前記図３中のＸ部の拡大図を図４に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７５】
図４を参照するに、前記高熱伝達率ガス導入路５１７は、前記基板載置台の表面に形成された複数の溝５１７Ａに連通し、例えばＡｒやＨｅなどの高熱伝達ガスを前記溝５１７Ａに導入することにより、前記被処理基板Ｗを効率よく冷却する構造になっている。
【００７６】
また、例えばＡｌ２Ｏ３の溶射膜などからなる前記誘電層５０３の下には、例えばＷなどからなる前記電極５０４が形成され、さらに前記電極５０４の下にはＡｌ２Ｏ３の溶射膜などからなる絶縁層５１８が形成されている。
【００７７】
また、さらに図４のＺ部の拡大図を図５に示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７８】
図５を参照するに、前記直流導入配線５１６は、例えばＴｉなどの導電性の金属からなり、前記基板保持台５０１に形成された、直径ａの挿入穴５０１ａに導入される構造になっている。
【００７９】
前記挿入穴５０１ａには、例えばビーム溶接により略ドーナツ状のＡｌからなる設置リング５０１ｂが取り付けられ、前記直流導入配線５１６は前記接地リング５０１ｂに形成された穴に取り付けられる構造になっている。
【００８０】
前記直流導入配線５１６は棒状の導入配線部５１６ａと、当該導入配線部５１６ａ上に形成された、直径が当該配線部５１６ａより大きい円筒状の段差部５１６ｂと、当該段差部５１６ｂ上に形成された当該段差部５１６ｂより直径の小さい円筒状の段差部５１６ｃ、さらに当該段差部５１６ｃ上に形成された当該段差部５１６ｃより直径の小さい円筒状の段差部５１６ｄよりなる。また、前記段差部５１６ｂ、５１６ｃおよび５１６ｄの側壁と、前記段差部５１６ｂおよび５１６ｃの前記電極５０４に面する部分には、例えばＡｌ２Ｏ３溶射により５００μｍの絶縁膜５１６ｉが形成されている。
【００８１】
前記電極５０４に直流電圧を印加する場合は、前記電極５０４に接する前記段差部５１６ｄを介して前記直流導入配線５１６に導入された直流電圧が印加される構造になっている。
【００８２】
また、前記直流導入配線５１６と前記基板載置台５０１の間の前記挿入穴５０１ａの空間には例えば絶縁樹脂からなる充填部品５１６ｆおよび５１６ｅが挿入され、前記直流導入配線５１６が前記基板載置台５０１から絶縁される。前記充填部品５１６ｆ、５１６ｅおよび前記高周波導入配線５１６は、例えば例えばエポキシ系接着材により、前記基板載置台５０１に固定される構造になっている。
【００８３】
次に、前記基板保持機構５００の、図２中のＹ−Ｙ断面図を図６に示す。
【００８４】
図６を参照するに、前記熱交換媒体導入路５０５および前記熱交換媒体排出路５０６が前記高周波導入配線５０２の内部に形成されているが、熱交換媒体と前記高周波導入配線５０２の断熱効果を高めるために、断熱材５０５Ａ、５０６Ａが設けられている。断熱材５０５Ａ、５０６Ａは低熱伝達材料、例えばフッ素系の樹脂が望ましく、これは以下の理由による。
【００８５】
前記熱交換媒体導入路５０５を介して低温の熱交換媒体が前記流路５０７へ供給され、被処理基板が処理容器内でプラズマ処理されるとプラズマによる熱が発生し、前記熱交換媒体排出路５０６より高温の熱交換媒体が排出されるため、前記熱交換媒体導入路５０５および前記熱交換媒体排出路５０６の間で熱交換がなされるため、前記基板載置台５０１の冷却効率が低下してしまう。
【００８６】
そこで、前記熱交換媒体導入路５０５および前記熱交換媒体排出路５０６と前記高周波導入配線５０２の間に前記断熱材５０５Ａおよび５０６Ａを挿入することにより、前記熱交換媒体排出路５０６からの熱が前記熱交換媒体導入路５０５に伝わることを防止して、効率よく被処理基板の冷却を行う事が可能な構造としている。
【００８７】
また、前記高周波導入配線５０２の内部には、前記したように冷却ガス導入路５１７が形成されているので、ウェハを裏面より冷却するＡｒ、Ｈｅなどのガスが前記誘電層５０３とウェハ裏面の間に供給され、ウェハを効率よく冷却することができ、前記熱交換媒体が高温になった場合でもウェハを冷却することが可能である。
【００８８】
このように前記高周波導入配線５０２は、当該高周波導入配線５０２の内部に前記熱交換媒体導入路５０５、前記熱交換媒体排出路５０６、前記高熱伝達率ガス導入路５１７、前記直流電圧導入配線５１６が配置されていることで、基板保持機構を小型化し、かつ部品点数を減少させて単純化し、製造コストを低減することが可能となっている。
【００８９】
被処理基板を処理する方法の概略は、前記基板保持機構５００によって被処理基板を保持し、前記プラズマ発生機構４００と前記チャンバ２００によって形成される処理空間４０２に、前記ガス供給機構３００によってガスが供給され、前記プラズマ発生機構４００によって発生させたプラズマによって被処理基板をプラズマ処理する。
【００９０】
具体的には、前記チャンバ２００に形成された搬送用のゲートバルブ２０８を開放して、被処理基板Ｗを導入し、前記基板載置台５０１に載置する。次に、前記ゲートバルブ２０８を閉じ、前記排気口２１８より前記処理空間４０２を排気して所定の圧力に減圧する。
【００９１】
次に、バルブ３０４、３０２を開放して、質量流量コントローラ３０３によって流量を調整しながら前記Ａｒ供給源３０５より前記処理空間４０２にＡｒを供給する。
【００９２】
同様にして、バルブ３０９、３０７を開放して、質量流量コントローラ３０８によって流量を調整しながら前記Ｈ２供給源３１０より前記処理空間４０２にＡｒを供給する。
【００９３】
次に、前記高周波電源４０３より前記コイル４０４に高周波電力を供給してベルジャー４０１内部の前記処理空間４０２に誘導結合プラズマを励起する。
【００９４】
前記プラズマ処理装置１００は、具体的には例えば半導体装置の製造工程において、被処理基板上に形成される金属膜上に形成されてしまう酸化膜、もしくはシリコン上に形成されてしまう自然酸化膜などの酸化膜を含む不純物層を除去する不純物層除去工程に用いる。
【００９５】
前記したような不純物層を前記プラズマ処理装置１００によって除去することにより、例えば前記不純物層除去工程の後に形成される膜との密着性が向上する、もしくは電気抵抗値が下がるなどの効果が得られる。
【００９６】
前記した不純物層除去工程の具体的な実施例を以下に記述する。
【００９７】
例えば、圧力が０．１〜１３．３Ｐａ、好ましくは０．１〜２．７Ｐａ、ウェハ温度が１００〜５００℃、ガス流量が、Ａｒは０．００１〜０．０３Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２は０〜０．０６Ｌ／ｍｉｎ好ましくは０〜０．０３Ｌ／ｍｉｎ、プラズマ励起高周波電源４０５の周波数が４５０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ、好ましくは４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ、バイアス高周波電源の電力を０〜５００Ｗで供給し、バイアス電位を−２０〜−２００Ｖとする。このような条件のプラズマにより３０秒程度処理することにより、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が１０ｎｍ程度除去される。
【００９８】
また、金属酸化膜例えばＣｕ２Ｏを除去する例としては、圧力が３．９９×１０− ２〜１．３３×１０− １Ｐａ、ウェハ温度が０〜２００℃、ガス流量が、Ａｒは０．００１〜０．０２Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは０．００２〜０．０３Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２は０〜０．０３Ｌ／ｍｉｎ好ましくは０〜０．０２Ｌ／ｍｉｎ、プラズマ励起高周波電源４０５の周波数が４５０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ、好ましくは４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ、バイアス高周波電源の電力が５０〜３００Ｗでバイアス電位にして−１５０〜−２５Ｖである。このような条件のプラズマにより３０秒程度処理することにより、例えばＣｕ２Ｏ膜が２０〜６０ｎｍ程度除去される。
【００９９】
また、上記のプロセスにおいて、用いられるプラズマ励起高周波と、バイアス高周波の周波数、およびそれぞれの電力の範囲を以下に示す。また、バイアス高周波に関しては、バイアス電位の値の範囲についても示す。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
図７（Ａ）には、前記基板保持機構５００の変更例である基板保持機構５００Ａの断面図の一部を示す。
【０１０２】
図７（Ａ）を参照するに、本実施例の基板載置台５０１Ａにおいては、上面（ウェハに接する側）のかつ前記フォーカスリング５１０で覆われていない範囲にのみ誘電層５０３Ａが形成されている。このように誘電層の形成部分を単純にすることで、例えばセラミック溶射の工程数を減少させて製造コストの低減が可能となる。このように必要に応じて基板載置台５０１を誘電層で覆う面積や形状を様々に変更することが可能である。
また、図７（Ｂ）には前記基板保持機構５００の変更例である基板保持機構５００Ｂの断面図の一部を示す。
【０１０３】
図７（Ｂ）を参照するに、本実施例ではフォーカスリング５１０Ａが、前記基板保持機構５００の場合のフォーカスリング５１０に比べて薄くなっている。前記フォーカスリング５１０Ａの上面（プラズマに曝される側）と前記誘電層５０４の上面が面位置となっている。
【０１０４】
その結果、とくにウェハＷのエッジ付近でのバイアス電位の不均一性が改善されて、ウェハＷの面内でのスパッタエッチングレートの均一性が向上する効果が得られる。
【０１０５】
また、フォーカスリングの材質を変更して誘電率を変更することでも前記したウェハエッジ付近でのバイアス電位が変化するため、スパッタエッチングレートの面内均一性を改善することができる。
【０１０６】
次に、前記基板保持機構５００を搭載した前記プラズマ処理装置１００において、前記基板保持機構５００に高周波電力を印加した場合の、基板保持台上で計測したセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）の測定結果を図８に示す。また、比較のため、従来型の基板保持機構でのＶｄｃの測定結果も併記する。従来型の基板保持機構は、前記基板保持機構５００と比較して高周波導入配線が細く、また前記したような同軸構造をとっていない形状である。
【０１０７】
図８を参照するに、本発明による前記基板保持機構５００の場合、従来型に比較して、Ｖｄｃの電圧が高くなっていることがわかる。例えば、基板保持台５０１に印加する高周波電力が３００Ｗの場合、Ｖｄｃは、従来型が１２６Ｖであるのに対して、前記基板保持機構５００を用いた場合は、１６２Ｖと、略１．３倍の電位を示している。
【０１０８】
これは、前記したように本発明による基板保持機構５００では、高周波導入配線を、前記高周波導入配線５０２を中心導体とした同軸構造とすることで高周波電力を効率よく伝送することが可能となったことがその理由のひとつと推察される。
【０１０９】
また、本発明においては前記高周波導入配線内部に熱交換媒体導入路、排出路、直流電圧導入部、冷却ガス導入部などを収めたため、基板保持機構全体は小型化することが可能となったが、高周波導入配線５０２自体は従来に比べて表面積を増加させることができ、当該高周波に対するインピーダンスを低下させることが可能となったこともその原因と推察される。
【０１１０】
なお、Ｖｄｃ測定時の条件は、Ａｒガス流量２．９ｓｃｃｍ、処理容器内の圧力が０．５ｍＴｏｒｒとした。基板保持台の温度は、前記基板保持台５０１の場合、室温（２０〜３０℃程度）、従来型の場合、２００℃とした。また、プラズマ密度は２．５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにするために、プラズマ励起高周波電力が、前記基板保持機構５００を用いた場合に１０００Ｗ，従来型の場合は、８００Ｗとした。
【０１１１】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ処理装置の基板保持構造において、基板載置台にバイアスを印加するための高周波導入配線の内部に、当該基板載置台に熱交換媒体を導入、排出する熱交換媒体流路を形成する。その結果、前記基板載置台を小型化して当該基板保持構造を搭載したプラズマ処理装置を小型化することが可能となり、プラズマ処理装置の設置面積を小さく抑えて、プラズマ処理装置の生産性を向上させることが可能となった。
【０１１３】
また、前記基板保持構造の部品点数を削減して構造を単純化し、基板保持構造、および当該基板保持構造を搭載したプラズマ処理装置の製造コストをダウンすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基板保持機構およびプラズマ処理装置の図である。
【図２】本発明による基板保持機構の詳細図（その１）である。
【図３】本発明による基板保持機構の詳細図（その２）である。
【図４】本発明による基板保持機構の詳細図（その３）である。
【図５】本発明による基板保持機構の詳細図（その４）である。
【図６】高周波導入配線の断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明による基板保持機構の変形例である。
【図８】基板保持台に高周波電力を印加した場合のセルフバイアス電位の測定結果を示した図である。
【符号の説明】
１００ プラズマ処理装置
２００ チャンバ
２０１ 処理容器
２０２ 下部容器
２０２Ａ 排気空間
２０３ 排気配管
２０４ 排気手段
２０５ 遮蔽容器
２０６ 高周波導入部品
２０７ 受け部品
２０８ ゲートバルブ
２０９ 整合器
２１０ バイアス高周波電源
２１１ ウェハ昇降機構２１１
２１２ ガスリング
２１２Ａ ガス孔
２１２Ｂ ガス溝
２１３ 導入接続部
２１４ 排出接続部
２１５ 熱交換媒体導入路
２１６ 熱交換媒体排出路
２１７ 断熱材
２１８ 排気口
２１９ 締付ネジ
２２０ ネジ受け
２２１ 取付リング
３００ガス供給機構
３０１ Ａｒライン
３０２，３０４，３０７，３０９ バルブ
３０３，３０８ 質量流量コントローラ
３０５ Ａｒ供給源
３０６ Ｈ２ライン
３１０ Ｈ２供給源
３１１ ガスライン
４００プラズマ発生機構
４０１ ベルジャー
４０２ 処理空間
４０３ コイル
４０４ 整合器
４０５ プラズマ励起高周波電源
５００ 基板保持機構
５０１ 基板載置台
５０１ａ 挿入穴
５０２ 高周波導入配線
５０３，５０３Ａ 導電層
５０４ 電極
５０５ 熱交換媒体導入路
５０６ 熱交換媒体排出路
５０５Ａ，５０６Ａ 断熱材
５０５Ｂ，５０６Ｂ 流路
５０７ 流路
５０８ リングブロック
５０９ プレートブロック
５１０，５１０Ａ フォーカスリング
５１１，５１２，５１５ シール材
５１３ インシュレーター
５１４ 外導体
５１６ 直流電圧導入配線
５１６ａ 配線部
５１６ｂ，５１６ｃ，５１６ｄ 段差部
５１６ｅ，５１６ｆ 絶縁樹脂
５１６ｉ 絶縁膜
５１７ 冷却ガス導入路
５１７Ａ 溝
５１８ 絶縁層
Claims (22)
- 被処理基板を保持する基板保持機構であって、
前記被処理基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台に高周波電力を導入する経路となる配線と、
前記基板載置台に熱交換媒体を供給または排出する熱交換媒体流路とを有し、
前記配線の内部に前記熱交換媒体流路を設けたことを特徴とする基板保持機構。 - 前記熱交換媒体は絶縁体である流体からなることを特徴とする請求項１記載の基板保持機構。
- 前記基板載置台に直流電圧を印加して前記被処理基板を当該基板載置台に静電吸着する、静電吸着機構を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の基板保持機構。
- 前記配線の内部に、前記直流電圧を印加するための別の配線を設けたことを特徴とする請求項３記載の基板保持機構。
- 前記被処理基板と前記基板載置台の間に高熱伝達率ガスを導入して前記被処理基板を冷却する基板冷却機構を設けたことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項記載の基板保持機構。
- 前記高周波を導入する経路となる配線の内部に、前記高熱伝達率ガスを前記基板載置台に導入する高熱伝達率ガス導入路を設けたことを特徴とする請求項５項記載の基板保持機構。
- 前記高周波を導入する経路となる配線を誘電体で覆い、当該誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか１項記載の基板保持機構。
- 前記基板載置台を別の誘電体で覆い、当該別の誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項７記載の基板保持機構。
- 前記高周波を導入する経路となる配線によって前記基板載置台が支持される機構としたことを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか１項記載の基板保持機構。
- 被処理基板を保持して当該被処理基板をプラズマ処理する基板保持機構を有するプラズマ処理装置であって、前記基板保持機構は
前記被処理基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台に高周波電力を導入する経路となる配線と、
前記基板載置台に熱交換媒体を供給または排出する熱交換媒体流路とを有し、
前記配線の内部に前記熱交換媒体流路を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記プラズマは誘導結合プラズマであり、当該誘導結合プラズマは、誘電体壁を介して前記プラズマ処理装置の処理室内に励起されることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置。
- 前記誘導結合プラズマの励起を行い、さらに前記基板載置台に高周波電力を印加することによって前記被処理基板のプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項１０または１１記載のプラズマ処理装置。
- 前記プラズマ処理は被処理基板のスパッタリング処理を含むことを特徴とする請求項１２記載のプラズマ処理装置。
- 真空排気機構を有し、当該真空排気機構によって前記プラズマ処理の際の圧力が０．０１３３〜１．３３Ｐａとされることを特徴とする請求項１２または１３記載のプラズマ処理装置。
- 前記熱交換媒体は絶縁体である流体からなることを特徴とする請求項１０〜１４のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置。
- 前記基板載置台に直流電圧を印加して前記被処理基板を当該基板載置台に静電吸着する、静電吸着機構を設けたことを特徴とする請求項１０〜１５のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置。
- 前記配線の内部に、前記直流電圧を印加するための別の配線を設けたことを特徴とする請求項１６記載のプラズマ処理装置。
- 前記被処理基板と前記基板載置台の間に高熱伝達率ガスを導入して前記被処理基板を冷却する基板冷却機構を設けたことを特徴とする請求項１０〜１７のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置。
- 前記高周波を導入する経路となる配線の内部に、前記高熱伝達率ガスを前記基板載置台に導入する高熱伝達率ガス導入路を設けたことを特徴とする請求項１８項記載のプラズマ処理装置。
- 前記高周波を導入する経路となる配線を誘電体で覆い、当該誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項１０〜１９のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置。
- 前記基板載置台を別の誘電体で覆い、当該別の誘電体を接地された導電体でさらに覆う同軸構造としたことを特徴とする請求項２０記載のプラズマ処理装置。
- 前記高周波を導入する経路となる配線によって前記基板載置台が支持される機構としたことを特徴とする請求項１０〜２１のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置。
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