JP2005116645A - プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板を冷却ガスによって冷却しながら各種の成膜を行う場合において、成膜温度を高精度に制御し得るプラズマ装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【解決手段】 反応室内に原料ガスを導入し、プラズマを発生させて、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、反応室の内部に、処理対象となる半導体基板が載置される基板支持部１を配置する。基板支持部１の半導体基板が載置される領域Ｘには、半導体基板を冷却ガスによって冷却する冷却手段を設ける。領域Ｘの外側には、半導体基板の位置ズレを抑制する突起７を設ける。基板支持部１の半導体基板が載置される領域Ｘを、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料で形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体基板に対して高密度プラズマによるプラズマ処理を行うプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に詳しくは、プラズマ処理装置を構成する静電チャックに関する。

近年、半導体集積回路における素子パターンの微細化に伴い、配線間のスペースのアスペクト比が向上している。従って、このような高アスペクト比の配線間のスペースを層間絶縁膜によって、如何にしてボイドの発生を抑制しつつ埋めるかが重要となっている。また、配線間の静電容量を低誘電率膜によって如何にして低減し、配線遅延を低減させるかも重要となっている。

このため、成膜とＡｒによるスパッタリングとの同時実施、及び絶縁膜などの埋め込み特性の向上を可能とし、更に、低誘電率化のためにフッ素が添加された高品質の絶縁膜の形成をも可能とする高密度プラズマＣＶＤ技術が必須となってきている。

また、このような高密度プラズマＣＶＤ技術を実施する高密度プラズマＣＶＤ装置においては、処理対象となる半導体基板を設置するための基板支持部として、静電チャックが使用されている。通常、静電チャックは、半導体基板を冷却する機構と高周波バイアスを印加する機構とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図８〜図９を用いて、従来における高密度プラズマＣＶＤ装置の静電チャックについて以下に説明する。最初に、図８を用いて、従来の高密度プラズマＣＶＤ装置の大まかな構成について説明する。図８は、従来の高密度プラズマＣＶＤ装置の構成を概略的に示す図である。

図８に示すように、高密度プラズマＣＶＤ装置は高密度プラズマ反応室１３１を備えており、高密度プラズマ反応室１３１を構成する壁材１３３の外側にはプラズマ発生用のコイル１３２が設けられている。

また、高密度プラズマ反応室１３１には、半導体基板１０２が載置される基板支持部１０１と、高密度プラズマ反応室１３１の内部に原料ガスを供給するガスノズル１３６とが設置されている。１３８は、プラズマ処理の終了後に原料ガスを排出するための排気管である。

図８の例では、半導体基板１０２はシリコン基板である。また、基板支持部１０１は、静電気を利用して半導体基板１０２を保持する静電チャックである。基板支持部１０１には、バイアス用高周波電源１３７が接続されている。

また、基板支持部１０１は半導体基板１０２を冷却するための冷却機構（後述の図９参照）を備えている。このため、基板支持部１０１には、この冷却機構に冷却ガスを供給する冷却ガス供給機構１３５が接続されている。

冷却ガス供給機構１３５は、冷却ガスの導入を切り替える複数のバルブ１３５ａと、圧力を一定に保つために冷却ガス流量を制御する冷却ガス流量コントローラー１３５ｂと、冷却ガスの圧力を測定する圧力計１３５ｃとを備えている。

また、冷却ガス供給機構１３５は排気管１３８にも接続されており、基板支持部１０１の冷却機構に冷却ガスを供給する必要がない場合は、バルブ１３５ａが切り替えられ、冷却ガスは排気管１３８へと送られる。

更に、基板支持部１０１は、基板支持部１０１自体を冷却水によって冷却する冷却機構（後述の図９参照）も備えている。このため、基板支持部１０１には、この冷却機構に冷却水を供給する冷却水供給機構１３４が接続されている。

このように構成された高密度プラズマＣＶＤ装置によるプラズマ処理は次のようにして行われる。先ず、半導体基板１０２が搬送機構（図示せず）によって基板支持部１０１へと搬送され、基板支持部１０１によって保持される。

次に、ガスノズル１３６から原料ガスが導入され、プラズマが生成される。これにより、半導体基板１０２上には、例えば酸化シリコン膜等が成膜される。酸化シリコン膜等の成膜が終了すると、半導体基板１０２は搬送機構によって高密度プラズマ反応室１３１から排出される。

このプラズマ処理において、基板支持部１０１は、冷却水供給機構１３４によって送液された冷却水により一定の温度に制御される。また、半導体基板１０２は、冷却ガス供給機構１３５から供給されたＨｅガス等の冷却ガスにより一定の温度に制御される。

次に、図９を用いて、静電チャックの構造について説明する。図９は、図８に示す従来の静電チャックの構成を示す図であり、図９（ａ）は、図８に示す従来の静電チャックの上面を示し、図９（ｂ）は、図８に示す従来の静電チャックの断面を示し、図９（ｃ）は、図８に示す従来の静電チャックの下面を示している。なお、図９（ｂ）に示された断面は、図９（ａ）及び（ｃ）中の切断線Ｈ―Ｈ´に沿って切断した断面である。

図９に示すように、基板支持部１０１は、円柱状の本体１０３を備えている。本体１０３の上面側の外縁には、環状の段差部１０５が設けられている。また、本体１０３には、半導体基板（図８参照）の載置や取り外しに用いる押し上げピンを挿入するための押し上げピン送り穴１０９が４箇所に設けられている。

更に、図９に示すように、本体１０３の上面全体には、押し上げピン送り穴１０９の開口を除き、誘電体層１０８が設けられている。誘電体層１０８は、誘電体（アルミナ）によって平滑に形成されている。半導体基板は、誘電体層１０８に接することになる。

また、本体１０３の環状の段差部１０５には、プラズマによる基板支持部１０１へのダメージを防止するために、誘電体層１０８を介して、環状のカバーリング１０６が嵌め込まれている。カバーリング１０６には、載置された半導体基板の位置ズレを防止するための突起１０７が形成されている。

図９（ｂ）に示すように、本体１０３の内部には、環状の空洞１１２、空洞１１２と本体１０３の下面とを結ぶ第１のガス導管１１１、及び空洞１１２と本体の上面とを結ぶ第２のガス導管１１３が設けられている。第２のガス導管１１３は、複数個設けられており、本体１０３の円周方向にそって配置されている。

また、図９（ｃ）に示すように、第１のガス導管１１１の開口は、ヘリウム等の冷却ガスを引き入れるための引き入れ口１１０として機能し、冷却ガス供給機構（図８参照）に接続される。

図９に示すように、誘電体層１０８における複数の第２のガス導管１１３に対向する領域には、環状の溝１０４が設けられている。更に、環状の溝１０４の底面には、この底面と第２のガス導管１１３の開口とを結ぶ送り穴１１４が設けられている。なお、送り穴１１４の直径は、第２のガス導管１１３の直径よりも小さく設定されている。

また、誘電体層１０８の上面における溝１０４によって囲まれた領域には、格子状の供給溝パターン１１５が設けられており、供給溝パターン１１５は環状の溝１０４と接続している。

このため、引き入れ口１１０から第１のガス導管１１１へと冷却ガスを供給すると、冷却ガスは、空洞１１２を経由して第２のガス導管１１３へと送られ、更に、複数の送り穴１１４、環状の溝１０４、供給溝パターン１１５を順次通って誘電体層１０８の上面全体へと行き渡ることになる。

従って、半導体基板を基板支持部１０１の上面（誘電体層１０８の上面）に配置した状態で、引き入れ口１１０から冷却ガスを供給すると、環状の溝１０４及び供給溝パターン１１５と半導体基板の裏面とで形成された隙間を冷却ガスが流れ、半導体基板の冷却が行われることになる。

供給溝パターン１１５が形成されている領域Ｙの外縁（環状の溝１０４の内縁）と半導体基板が設置される領域Ｘの外縁との距離Ｌｐは、５ｍｍ〜８ｍに設定されている。更に、供給溝パターン１１５が形成されている領域（環状の溝１０４によって囲まれた領域）の面積は、基板支持部１０１における半導体基板が載置される領域の面積の８５％〜９０％となっている。

また、基板支持部１０１の本体１０３には、基板支持部１０１自体を冷却する冷却機構として、冷却水が通る水路が設けられている。図９（ｃ）において、１１６は冷却水を本体１０３に引き入れるための冷却水供給穴を示しており、１１７は本体１０３を循環した冷却水を排出するための冷却水排出穴を示している。

なお、図９（ｃ）に示すように、基板支持部１０１の本体１０３の裏面には、異なるシステム（例えば、冷却水、冷却ガス、処理室）を分離するため、Ｏリング取り付け用の複数のＯリング溝が機械加工によって形成されている。

具体的には、第２のガス導管１１１の開口を囲むように、Ｏリング溝１１８が形成されている。また、各押上げピン送り穴１０９の開口を囲むように、４つのＯリング溝１１９が形成されている。更に、冷却水供給穴１１６の開口及び冷却水排出穴１１７の開口それぞれを囲むように、２つのＯリング溝１２１が形成されている。また、本体１０３の外縁の近傍にも、Ｏリング溝１２０が形成されている。

ところで、上記に示した基板支持部１０１が設置された高密度プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜を行う場合、特に、アルミ合金等の金属材料によって形成された配線上に層間絶縁膜を成膜する場合は、成膜温度を高精度に制御する必要がある。

これは、成膜温度が高すぎると、配線材料が融解し、成膜温度が低すぎると、層間絶縁膜の膜特性が劣化するからである。例えば、フッ素が添加されたシリコン酸化膜の成膜において成膜温度が低すぎると、フッ素の結合が不安定になるため、遊離したフッ素により膜特性が劣化し、結果、半導体素子の特性も劣化する。

このため、上記に示した高密度プラズマＣＶＤ装置においては、半導体基板１０２と基板支持部１０１とが一定の圧力で接触するように、供給するヘリウム（冷却ガス）の圧力を一定に制御した状態で、成膜温度の制御を行っている。

また、半導体基板１０２と基板支持部１０１との隙間から漏洩するヘリウムのリーク量が増加すると、半導体基板１０２の冷却効果が損なわれ、半導体基板１０２の温度が上昇してしまう。このため、上記に示した高密度プラズマＣＶＤ装置においては、ヘリウムのリーク量も厳密に管理されている。例えば、成膜条件によっては、リーク量を１［ｍｌ／ｍｉｎ］以下に管理する必要がある。
特開平６−３１８５６６号公報（第２図、第３図、第５図、第６図、第１０図−第１２図、第１４図、第１５図）

しかしながら、上記に示した高密度プラズマＣＶＤ装置においては、以下に具体的に示すように、厳密なヘリウムのリーク量の制御が行えず、結果、成膜温度の制御が困難になるという問題がある。

例えば、半導体基板１０２を高密度プラズマ反応室１３１へと搬送する際に、わずかな位置ズレが発生し、これによって、半導体基板１０２が、カバーリング１０６に設けられた突起１０７に接触した状態で、基板支持部１０１上に配置されることがある。

ここで、上記に示した高密度プラズマＣＶＤ装置において成膜を開始すると、プラズマにより半導体基板１０２及び突起１０７は共に成膜温度まで熱せられて膨張するが、上記に示した高密度プラズマＣＶＤ装置においては、半導体基板１０２及び突起１０７の形成材料の違いから、両者の熱膨張係数が異なっている。

このため、このような突起１０７に半導体基板１０２が接触した状態で成膜を行うと、半導体基板１０２は突起１０７に乗り上げ、浮きあがった状態となってしまう。この結果、半導体基板１０２と基板支持部１０１との間に隙間が生じ、結果、ヘリウムのリーク量が増加して成膜温度の制御にエラーが発生してしまう。

また、別の例として、半導体基板１０２の裏面や基板支持部１０１の上面にゴミが付着し、この付着したゴミによって半導体基板１０２が基板支持部１０１から浮き上がってしまう場合がある。この場合も、半導体基板１０２と基板支持部１０１との間に隙間が生じ、結果、ヘリウムのリーク量が増加して成膜温度の制御にエラーが発生してしまう。

本発明の目的は、上記問題を解消し、半導体基板を冷却ガスによって冷却しながら各種の成膜を行う場合において、成膜温度を高精度に制御し得るプラズマ装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明にかかる第１のプラズマ処理装置は、反応室内に原料ガスを導入し、プラズマを発生させて、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記反応室の内部に、処理対象となる基板が載置される基板支持部を有し、前記基板支持部の前記基板が載置される領域には、前記基板を冷却ガスによって冷却する冷却手段が設けられ、前記基板支持部の前記基板が載置される領域の外側には、前記基板の位置ズレを抑制する突起が設けられ、前記基板支持部の前記基板が載置される領域は、前記基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料で形成されていることを特徴とする。

この特徴により、上記第１のプラズマ処理装置においては、プラズマ発生中における基板の外周部での温度上昇を抑制できるため、基板が載置される領域における温度分布を均一なものとできる。このため、成膜温度の制御を従来に比べて高精度に行うことができる。

上記目的を達成するために本発明にかかる第２のプラズマ処理装置は、反応室内に原料ガスを導入し、プラズマを発生させて、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記反応室の内部に、処理対象となる基板が載置される基板支持部を有し、前記基板支持部の前記基板が載置される領域には、前記基板を冷却ガスによって冷却する冷却手段が設けられ、前記基板支持部の前記基板が載置される領域の外側には、前記基板の位置ズレを抑制する突起を備えた外周部材が設けられており、前記外周部材は、前記基板を構成する材料よりも熱伝導度及び熱膨張係数の高い材料で形成されていることを特徴とする。

この特徴により、基板の温度がプラズマ処理によって上昇して、基板が半径方向に膨張しても、位置ズレ抑制用の突起を備えた外周部材も同様に熱膨張する。このため、半導体基板が基板支持部の所定の位置から多少ずれて設置されていても、従来のように半導体基板の端部が突起に乗り上げるということは抑制される。よって、半導体基板が浮き上がってヘリウム等の冷却ガスのリーク量が増加するのを抑制することができるので、成膜温度の制御を従来に比べて高精度に行うことができる。

上記目的を達成するために本発明にかかる第３のプラズマ処理装置は、反応室内に原料ガスを導入し、プラズマを発生させて、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記反応室の内部に、処理対象となる基板が載置される基板支持部を有し、前記基板支持部の前記基板が載置される領域には、前記基板を冷却ガスによって冷却する冷却手段が設けられ、前記基板支持部の前記基板が載置される領域の外側には、前記基板の位置ズレを抑制するピン部材が配置されており、前記ピン部材は、前記ピン部材の一端の位置が、載置された前記基板における前記基板支持部との接触面よりも高い位置から前記基板支持部における前記基板との接触面と同じ位置又はそれよりも低い位置までの間で変位するように可動することを特徴とする。

この特徴によれば、基板の温度がプラズマ処理によって上昇して、基板が熱膨張しても、位置決め用のピン部材を基板に接触しないようにできるため、従来のように基板の端部がピン部材に乗り上げるということは抑制される。よって、基板が浮き上がってヘリウム等の冷却ガスのリーク量が増加するのを抑制することができるので、成膜温度の制御を従来に比べて高精度に行うことができる。

上記目的を達成するために本発明にかかる第４のプラズマ処理装置は、反応室内に原料ガスを導入し、プラズマを発生させて、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記反応室の内部に、処理対象となる基板が載置される基板支持部を有し、前記基板支持部の前記基板が載置される領域には、前記基板を冷却ガスによって冷却する冷却手段が設けられ、前記基板支持部の前記基板が載置される領域の外側には、前記基板の位置ズレを抑制するピン部材が配置されており、前記ピン部材は、その一部分が載置された前記基板の外周端に接触する状態と、前記一部分が前記外周端から予め設定された距離だけ離れた状態とが生じるように、可動することを特徴とする。

この特徴によっても、基板の温度がプラズマ処理によって上昇して、基板が熱膨張しても、位置決め用のピン部材を基板に接触しないようにできるため、従来のように基板の端部がピン部材に乗り上げるということは抑制される。よって、基板が浮き上がってヘリウム等の冷却ガスのリーク量が増加するのを抑制することができるので、成膜温度の制御を従来に比べて高精度に行うことができる。

上記目的を達成するために本発明にかかる第１の半導体装置の製造方法は、前記請求項６に記載のプラズマ処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、（ａ）ピン部材の一端の位置が、処理対象となる基板における基板支持部との接触面よりも高くなるようにして、前記基板を前記基板支持部に載置する工程と、（ｂ）前記プラズマ処理装置によって前記基板に対してプラズマ処理を行う前に、前記ピン部材の一端の位置を前記基板支持部における前記基板との接触面と同じ又はそれよりも低くなるようにする工程とを含むことを特徴とする。

上記目的を達成するために本発明にかかる第２の半導体装置の製造方法は、前記請求項７に記載のプラズマ処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、（ａ）前記ピン部材の一部分が処理対象となる基板の外周端に接触するようにして、基板支持部に前記基板を載置する工程と、（ｂ）前記プラズマ処理装置によって前記基板に対してプラズマ処理を行う前に、前記ピン部材の一部分が前記外周端から予め設定された距離だけ離れるようにする工程とを含むことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、半導体基板を冷却ガスによって冷却しながら各種の成膜を行う場合において、成膜温度を高精度に制御することができる。このため、形成される膜における膜厚均一性や物性の均一性を従来に比べて改善することができる。

上記第１のプラズマ処理装置においては、前記冷却手段が、前記基板支持部の前記基板が載置される領域に形成された溝パターンであり、前記溝パターンが形成されている領域の面積は、前記基板支持部の前記基板が載置される領域の面積の６４％〜８１％であるのが好ましい。

また、前記冷却手段が、前記基板支持部の前記基板が載置される領域に形成された溝パターンであり、前記溝パターンが形成されている領域の外縁と前記基板支持部の前記基板が載置される領域の外縁との距離が１０ｍｍ〜２０ｍｍであるのも好ましい。

この場合、半導体基板と密着する静電チャック領域の面積を増加させることができるため、プラズマ処理における半導体基板の熱膨張による半導体基板の突起への接触や、半導体基板や基板支持部に付着したゴミ等による浮き上がりを抑制できる。よって、ヘリウム等の冷却ガスのリーク量を従来に比べて減少させることができるので、成膜温度の制御をいっそう高精度に行うことができる。

また、上記第１のプラズマ処理装置においては、前記基板がシリコン基板である場合、前記基板支持部の前記基板が載置される領域は、酸化ベリリウム、炭化シリコン、窒化アルミ、及び窒化ボロンのうち少なくとも一種を含む材料によって形成することができる。

上記第２のプラズマ処理装置においては、前記基板がシリコン基板である場合、前記外周部材が、酸化ベリリウム及び窒化アルミニウムのうち少なくとも一種を含む材料によって形成されているのが好ましい。

上記第４のプラズマ処理装置においては、前記ピン部材が、少なくとも前記基板側における前記ピン部材の端部を前記基板の厚み方向に対して傾斜させることができるように構成されているのが好ましい。また、前記距離は、前記プラズマ処理時の温度上昇による前記基板の外周側への熱膨張量以上に設定されているのが好ましい。

また、上記第２の半導体装置の製造方法においても、前記距離は、前記プラズマ処理時の温度上昇による前記基板の外周側への熱膨張量以上に設定されているのが好ましい。

以下、本発明のプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
最初に、本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。本実施の形態１におけるプラズマ処理装置は、反応室内に原料ガスを導入し、プラズマを発生させて、プラズマ処理を行う装置であり、反応室の内部に、処理対象となる半導体基板が載置される基板支持部を備えている。

また、本実施の形態１におけるプラズマ処理装置は、その反応室の内部に設置された基板支持部の構成が、従来技術において図９に示した基板支持部１０１の構成と異なる以外は、従来技術において図８を用いて説明したプラズマ処理装置と同様に構成されている。本実施の形態１におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部について図１〜図３を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成を示す図であり、図１（ａ）は基板支持部の上面を示し、図１（ｂ）は基板支持部の断面を示し、図１（ｃ）は基板支持部の下面を示している。なお、図１（ｂ）に示された断面は、図１（ａ）及び（ｃ）に示す切断線Ａ−Ａ´に沿って切断した断面である。

図１に示す基板支持部１は、静電気を利用して、処理対象となる半導体基板（図示せず。図８参照）を保持する静電チャックである。図１に示すように、基板支持部１は、円柱状の本体３を備えている。本体３の上面側の外縁には、環状の段差部５が設けられている。また、本体３には、半導体基板の載置や取り外しに用いる押し上げピン（図示せず）を挿入するための押し上げピン送り穴９が４箇所に設けられている。

また、図１に示すように、本体３の上面全体には、押し上げピン送り穴９の開口を除き、誘電体層８が設けられている。環状の段差部５には、誘電体層８を介して環状の外周部材６が嵌め込まれている。

外周部材６は、プラズマによる基板支持部１へのダメージを抑制するためのものであり、カバーリングと呼ばれるものである。外周部材６は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）によって形成されている。

図１に示す基板支持部１では、誘電体層８において外周部材６に接触していない領域Ｘ（図１（ａ）参照）が、半導体基板が載置される領域となる。誘電体層８は、この半導体基板が載置される領域Ｘにおいて半導体基板の裏面に接触する。

図１に示すように、半導体基板が載置される領域Ｘの外側には、載置された半導体基板の位置ズレを防止するための突起７が形成されている。本実施の形態１においては、突起７は、外周部材６と一体的に形成されている。

また、本実施の形態１においては、半導体基板が載置される領域Ｘは、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料で形成されている。つまり、誘電体層８の形成材料として、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料が用いられている。

例えば、半導体基板がシリコンによって形成されたシリコン基板である場合は、シリコンの熱伝導度１５１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］より熱伝導度の高い材料で誘電体層８が形成される。このような材料としては、熱伝導度が２５１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］の酸化ベリリウム（ＢｅＯ）や、熱伝導度が２１０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］の炭化シリコン（ＳｉＣ）等が挙げられる。その他、窒化アルミ（ＡｌＮ）や窒化ボロン（ＢＮ）も挙げられる。図１の例では、酸化ベリリウムが用いられている。

また、図１（ｂ）に示すように、本体３の内部には、環状の空洞１２、空洞１２と本体３の下面とを結ぶ第１のガス導管１１、及び空洞１２と本体の上面とを結ぶ第２のガス導管１３が設けられている。第２のガス導管１３は、複数個設けられており、本体３の円周方向にそって配置されている。第１のガス導管１１の開口は、ヘリウム等の冷却ガスを引き入れるための引き入れ口１０（図１（ｃ）参照）として機能しており、冷却ガス供給機構（図８参照）に接続される。

図１（ａ）及び（ｂ）から分るように、誘電体層８における複数の第２のガス導管１３に対向する領域には、環状の溝４が設けられている。更に、環状の溝４の底面には、この底面と第２のガス導管１３の開口とを結ぶ送り穴１４が設けられている。なお、送り穴１４の直径は、第２のガス導管１３の直径よりも小さく設定されている。更に、誘電体層８における溝４によって囲まれた領域Ｙ（図１（ａ）参照）には、格子状の供給溝パターン１５が設けられており、供給溝パターン１５は環状の溝４と接続している。

このため、引き入れ口１０から第１のガス導管１１へと冷却ガスを供給すると、冷却ガスは、空洞１２を経由して第２のガス導管１３へと送られ、更に、複数の送り穴１４、環状の溝４、供給溝パターン１５を順次通って誘電体層８の上面全体へと行き渡ることになる。

従って、半導体基板を領域Ｘに載置した状態で、引き入れ口１０から冷却ガスを供給すると、環状の溝４及び供給溝パターン１５と半導体基板の裏面とで形成された隙間を流れる冷却ガスによって、載置された半導体基板の冷却が行われることになる。

このように、本実施の形態１においても、従来技術において図９に示した静電チャックと同様に、半導体基板を載置する領域Ｘに供給溝パターン１５が設けられており、この供給溝パターン１５は半導体基板を冷却ガスによって冷却する冷却手段として機能している。

但し、図１に示す基板支持部１においては、供給溝パターン１５が形成されている領域Ｙの外縁（環状の溝４の内縁）と半導体基板が設置される領域Ｘの外縁との距離Ｌは、図９に示した従来の静電チャックに比べて小さく設定されている。更に、供給溝パターン１５が形成されている領域Ｙの面積も、図９に示した従来の静電チャックに比べて小さく設定されている。

具体的には、供給溝パターン１５が形成されている領域Ｙの外縁（環状の溝４の内縁）と半導体基板が設置される領域Ｘの外縁との距離Ｌは、１０ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜１５ｍｍに設定されている。また、溝パターン１５が形成されている領域Ｙの面積は、基板支持部１の半導体基板が載置される領域Ｘの面積の６４％〜８１％、好ましくは７２％〜８１％に設定されている。

このため、図１に示す基板支持部１によれば、従来に比べて、半導体基板と密着する静電チャック領域の面積を増加させることができるため、プラズマ処理における半導体基板の熱膨張による半導体基板の突起７への接触や、半導体基板や基板支持部に付着したゴミ等による浮き上がりを抑制できる。よって、ヘリウム等の冷却ガスのリーク量を従来に比べて減少させることができるので、成膜温度の制御を従来に比べて高精度に行うことができる。

ところで、図９に示した従来の静電チャックにおいては、半導体基板１０２がシリコン基板である場合、誘電体層１０８はアルミナによって形成されており、半導体基板１０２が載置される領域を形成する材料の熱伝導度は半導体基板１０２を構成する材料の熱伝導度よりも小さくなっている。このため、プラズマ処理の際に、半導体基板１０２の周辺部の温度が中心部の温度に比べて高くなり、成膜温度の制御を困難にしている。

それに対して、上述したように、図１に示す基板支持部１においては、半導体基板が載置される領域Ｘは、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料で形成されており、半導体基板内を熱が伝導する速度よりも誘電体層８内を熱が伝導する速度の方が速くなっている。このため、プラズマ処理による熱は、半導体基板の外周部においても、速やかに誘電体層８へと拡散するため、従来に比べて半導体基板の温度分布を均一なものとできる。

このことから、本実施の形態１においては、半導体基板が載置される領域Ｘを、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料で形成することによっても、成膜温度の制御における高精度化が図られている。

なお、本実施の形態１においても、図９に示した従来の静電チャックと同様に、基板支持部１の本体３には、冷却水が通る水路（図示せず）が設けられている。この水路は基板支持部１を冷却する冷却機構として機能する。図１（ｃ）において、１６は冷却水を本体３に引き入れるための冷却水供給穴を示しており、１７は本体３を循環した冷却水を排出するための冷却水排出穴を示している。

また、図１（ｃ）に示すように、本実施の形態１においても、基板支持部１の裏面には、図９に示した従来の静電チャックと同様に、Ｏリング取り付け用の複数のＯリング溝１８〜２１が機械加工によって形成されている。

また、本実施の形態１における半導体装置の製造方法は、図１に示した基板支持部１を備えた本実施の形態１におけるプラズマ処理装置を用いて行われる。先ず、プラズマ処理の対象となる半導体基板が、搬送機構（図示せず）によって、反応室（図示せず）に配置された基板支持部１へと搬送され、基板支持部１によって保持される。次に、ガスノズル（図示せず）から原料ガスが導入され、プラズマが生成される。これにより、半導体基板上には、例えば酸化シリコン膜等が成膜される。酸化シリコン膜等の成膜が終了すると、半導体基板は搬送機構によって反応室から排出される。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２にかかるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態２におけるプラズマ処理装置は、実施の形態１におけるプラズマ処理装置と同様に構成されており、反応室の内部に、処理対象となる半導体基板が載置される基板支持部を備えている。

但し、本実施の形態２においては、基板支持部の構成の点で、実施の形態１と異なっている。以下に図２を用いて具体的に説明する。

図２は、本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成を示す図であり、図２（ａ）は基板支持部の上面を示し、図２（ｂ）は基板支持部の断面を示し、図２（ｃ）は基板支持部の下面を示している。なお、図２（ｂ）に示された断面は、図２（ａ）及び（ｃ）に示す切断線Ｂ−Ｂ´に沿って切断した断面である。

図２に示すように、本実施の形態２における基板支持部は、実施の形態１における基板支持部と共通の構成を有しており、載置された半導体基板を冷却する機能を備えている。但し、本実施の形態２における基板支持部１においては、実施の形態１と異なり、外周部材６は、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度及び熱膨張係数が共に高い材料で形成されている。

例えば、半導体基板がシリコンによって形成されたシリコン基板である場合は、シリコンの熱伝導度１５１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］より熱伝導度が高く、又シリコンの熱膨張係数４．２×１０^-6［Ｋ^-1］よりも熱膨張係数が高い材料で、外周部材６は形成される。このような条件を満たす材料としては、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が挙げられる。

なお、酸化ベリリウムにおいては、熱伝導度は２５１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、熱膨張係数は７．６×１０^-6［Ｋ^-1］である。また、窒化アルミニウムにおいては、熱伝導度は１８０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、熱膨張係数は４．５×１０^-6［Ｋ^-1］である。図２の例では、酸化ベリリウムが用いられている。

このように、本実施の形態２においては、外周部材６の形成材料として、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度及び熱膨張率が高い材料が用いられている。よって、プラズマの発生によって成膜が開始されて半導体基板が昇温すると、外周部材６の温度は、半導体基板の昇温速度に追随して、又は半導体基板よりも速く昇温することになる。

さらに、このとき、外周部材６は半導体基板よりも大きく膨張するため、半導体基板が基板支持部１の所定の位置から多少ずれて設置されていても、従来のように半導体基板の端部が突起７に乗り上げるということは抑制される。よって、半導体基板が浮き上がってヘリウム等の冷却ガスのリーク量が増加するのを抑制することができるので、成膜温度の制御を従来に比べて高精度に行うことができる。

なお、図２の例では、半導体基板が設置される領域Ｘを形成する誘電体層８は、アルミナで形成されており、半導体基板が載置される領域Ｘを形成する材料の熱伝導度は半導体基板を構成する材料の熱伝導度よりも小さくなっている。但し、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、半導体基板が載置される領域Ｘは、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料で形成することもできる。

また、図２の例では、供給溝パターン１５が形成されている領域Ｙの外縁（環状の溝４の内縁）と半導体基板が設置される領域Ｘの外縁との距離Ｌは、図９に示した従来の静電チャックと同様に設定されており、静電チャック領域の面積は従来と同様である。但し、本実施の形態２においても、静電チャック領域の面積の増加を図るため、距離Ｌを実施の形態１と同程度に設定することもできる。

また、本実施の形態２における半導体装置の製造方法は、図２に示した基板支持部１を備えた本実施の形態２におけるプラズマ処理装置を用いて、実施の形態１における半導体装置の製造方法と同様に行われる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３にかかるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態３におけるプラズマ処理装置は、実施の形態１におけるプラズマ処理装置と同様に構成されており、反応室の内部に、処理対象となる半導体基板が載置される基板支持部を備えている。

但し、本実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、基板支持部の構成の点で、実施の形態１と異なっている。以下に図３を用いて具体的に説明する。

図３は、本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成を示す図であり、図３（ａ）は基板支持部の上面を示し、図３（ｂ）は基板支持部の断面を示し、図３（ｃ）は基板支持部の下面を示している。なお、図３（ｂ）に示された断面は、図３（ａ）及び（ｃ）に示す切断線Ｃ−Ｃ´に沿って切断した断面である。

図３に示すように、本実施の形態３における基板支持部１は、実施の形態１における基板支持部と共通の構成を有しており、載置された半導体基板を冷却する機能を備えている。但し、本実施の形態３における基板支持部１においては、実施の形態１と異なり、外周部材６には、図１に示す４つの突起７の代わりに、４本のピン部材３１が配置されている。

図３の例では、半導体基板を載置する領域Ｘの外側の４箇所に、凹部３０が設けられている。また、凹部３０の底面には、半導体基板の厚み方向に沿って、外周部材６、誘電体層８及び本体３を順に貫通する貫通穴３３が設けられており、ピン部材３１は貫通穴３３に挿入されている。

また、基板支持部１の下面側には、ピン部材３１の半導体基板側の端部が外周部材から突き出す量を調整する送り機構（図示せず）が設置されている。

このため、ピン部材３１の半導体基板側の一端（先端）の位置は、載置された半導体基板における基板支持部１との接触面よりも高い位置から基板支持部１における半導体基板との接触面と同じ位置又はそれよりも低い位置までの間で変位することができる。

なお、ピン部材３１を半導体基板の厚み方向に可動させる送り機構としては、ボールネジと原動機とを利用したものや、空気圧や油圧を利用したもの等が挙げられる。また、図３（ｃ）に示すように、基板支持部１の下面における貫通穴３３の開口の周囲にも、第１のガス導管１１や押し上げピン送り穴９と同様に、Ｏリング取り付け用のＯリング溝３４が機械加工によって形成されている。

ここで、本実施の形態３における半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態３における半導体装置の製造方法は、図３に示した基板支持部１を備えた本実施の形態３におけるプラズマ処理装置を用いて行われる。具体的には、先ず、プラズマ処理の対象となる半導体基板が、搬送機構（図示せず）によって、反応室（図示せず）に配置された基板支持部１へと搬送され、基板支持部１によって保持される。

このとき、実施の形態１及び２と異なり、ピン部材３１の先端の位置が、処理対象となる半導体基板における基板支持部１との接触面よりも高くなるようにした状態で、半導体基板は基板支持部１に載置される。

次に、ガスノズル（図示せず）から原料ガスが導入され、プラズマが生成される。但し、本実施の形態３においては、プラズマ処理の前に、ピン部材３１は引っ込められ、ピン部材３１の先端の位置は、基板支持部１における半導体基板との接触面と同じか又はそれよりも低くなるようにされる。

次いで、プラズマ処理により、半導体基板上には、例えば酸化シリコン膜等が成膜され、酸化シリコン膜等の成膜が終了すると、半導体基板は搬送機構によって反応室から排出される。

このように、本実施の形態３によれば、半導体基板を基板支持部１に載置するときは、ピン部材３１の先端が半導体基板の上面より上に突き出した状態にできるので、半導体基板の位置決めを容易なものとできる。

また、プラズマ処理によって半導体基板に各種の膜を成膜する前に、ピン部材の先端の位置を半導体基板の下面と同じか、それよりも低くできるので、半導体基板の端部がピン部材３１に乗り上げて、ヘリウム等の冷却ガスのリーク量が増加するのを抑制することができる。よって、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、成膜温度の制御を従来に比べて高精度に行うことができる。

なお、図３の例では、半導体基板が設置される領域Ｘを形成する誘電体層８は、アルミナで形成されており、半導体基板が載置される領域Ｘを形成する材料の熱伝導度は半導体基板を構成する材料の熱伝導度よりも小さくなっている。但し、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、半導体基板が載置される領域Ｘは、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料で形成することもできる。

また、図３の例では、供給溝パターン１５が形成されている領域Ｙの外縁（環状の溝４の内縁）と半導体基板が設置される領域Ｘの外縁との距離Ｌは、図９に示した従来の静電チャックと同様に設定されており、静電チャック領域の面積は従来と同様である。但し、本実施の形態３においても、静電チャック領域の面積の増加を図るため、距離Ｌを実施の形態１と同程度に設定することもできる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４にかかるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態４におけるプラズマ処理装置は、実施の形態１におけるプラズマ処理装置と同様に構成されており、反応室の内部に、処理対象となる半導体基板が載置される基板支持部を備えている。

但し、本実施の形態４においても、実施の形態２と同様に、基板支持部の構成の点で、実施の形態１と異なっている。以下に図４を用いて具体的に説明する。

図４は、本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成を示す図であり、図４（ａ）は基板支持部の上面を示し、図４（ｂ）は基板支持部の断面を示し、図４（ｃ）は基板支持部の下面を示している。なお、図４（ｂ）に示された断面は、図４（ａ）及び（ｃ）に示す切断線Ｄ−Ｏ−Ｅに沿って切断した断面である。

図４に示すように、本実施の形態４における基板支持部１は、実施の形態１における基板支持部と共通の構成を有しており、載置された半導体基板を冷却する機能を備えている。但し、本実施の形態４における基板支持部１においては、実施の形態１と異なり、外周部材４０には、図１に示す４つの突起７の代わりに、４本のピン部材４１が配置されている。

本実施の形態４においては、ピン部材４１は、その一部分が載置された半導体基板（図示せず）の外周端に接触する状態と、その一部分が半導体基板の外周端から予め設定された距離だけ離れた状態とが生じるように、可動することができる。

具体的には、図４の例では、半導体基板を載置する領域Ｘの外側の４箇所に、半導体基板の厚み方向に沿って、外周部材４０、誘電体層８及び本体３を順に貫通する貫通穴４５が設けられており、ピン部材４１は貫通穴４５に挿入されている。また、外周部材４０の上面には、貫通穴４５に接続された溝４６が設けられている。図４において４６ａ及び４６ｂは、貫通穴４５と溝４６とを接続する接続面である。

また、図４の例では、ピン部材４１は、基部４２と先端部４３とをヒンジ４４によって接続して構成されており、先端部４３は半導体基板の厚み方向に対して傾斜することができる。更に、基板支持部１の下面側には、ピン部材４１を半導体基板の厚み方向に可動させる送り機構（図示せず）が設置されている。

このため、送り装置によってピン部材４１の基部４２を半導体基板の厚み方向に可動させると、接続面４６ａ又は４６ｂが先端部４３の傾斜角度を決定するガイドとして機能し、先端部４３は、半導体基板の外周端に接触する位置から、半導体基板の外周端から予め設定された距離だけ離れた位置まで変位する。なお、この点について図５を用いて後述する。また、図４（ｂ）では、先端部４３の位置が、半導体基板の外周端から予め設定された距離だけ離れた位置にある状態が示されている。

なお、ピン部材４１を半導体基板の厚み方向に可動させる送り機構としては、ボールネジと原動機とを利用したものや、空気圧や油圧を利用したもの等が挙げられる。また、図４（ｃ）に示すように、基板支持部１の下面における貫通穴４５の開口４７の周囲にも、第１のガス導管１１や送り穴９と同様に、Ｏリング取り付け用のＯリング溝４８が機械加工によって形成されている。

ここで、本実施の形態４における半導体装置の製造方法について図５を用いて説明する。本実施の形態４における半導体装置の製造方法は、図４に示した基板支持部１を備えた本実施の形態４におけるプラズマ処理装置を用いて行われる。このため、以下においては、プラズマ処理装置の動作を説明することによって、半導体装置の製造方法の説明を行う。

図５は、本発明の実施の形態４における半導体装置の製造方法及び実施の形態４におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の動作を示す断面図であり、図５（ａ）〜図５（ｅ）は連続した主な一連の工程を示している。

先ず、図５（ａ）に示すように、搬送機構（図示せず）によって基板支持部１上に搬送された半導体基板２は、基板支持部１から突き出た押し上げピン４９上に受け渡される。

次に、図５（ｂ）に示すように、押し上げピン４９が下降を開始すると、それに連動してピン部材４１の基部４２も下降を開始する。このとき、ピン部材４１の先端部４３は、溝４６と貫通穴４５を接続する接続面４６ｂに接触し、これに押されて立ち上がり始める。

次いで、図５（ｃ）に示すように、更に押し上げピン４９が下降すると、ピン部材４１の基部４２も更に下降する。これにともない、ピン部材４１の先端部４３は、更に接続面４６ｂに押されて直立状態に近づいていく。

更に、図５（ｄ）に示すように、押し上げピン４９が下降して、押し上げピン４９の先端の位置が基板支持部１の上面の位置となると、半導体基板２は基板支持部１に載置され、これに保持される。同時に、ピン部材４１も更に下降し、先端部４３は、ガイドとして機能する接続面４６ａに接触して最も直立に近い状態となる。

なお、各ピン部材４１については、先端部４３が最も直立した状態となったときに、全ての先端部４３が半導体基板２の外周端に接触することによって、半導体基板２が所定の位置に位置決めされるように、予め位置調整が行われている。よって、この場合は、半導体基板２は自動的に基板支持部１の中央に配置されることになる。

次いで、図５（ｅ）に示すように、押し上げピン４９及びピン部材４１は更に下降する。このため、押し上げピン４９の先端の位置と先端部４３の先端の位置は、基板支持部１の上面より下に位置することになり、押し上げピン４９及びピン部材４１は基板支持部１の上面から引っ込んだ状態となる。

その後、図５（ｅ）に示す状態で、ガスノズル（図示せず）から原料ガスが導入され、プラズマが生成されて、半導体基板２上には、例えば酸化シリコン膜等が成膜される。酸化シリコン膜等の成膜が終了すると、半導体基板２は搬送機構によって反応室から排出される。

このように、本実施の形態４によれば、半導体基板２を基板支持部１に載置するときは、ピン部材４１の先端を半導体基板の上面より上に突き出した状態にできるので、半導体基板の位置決めを自動的に行うことができる。また、半導体基板の位置ズレの防止も図ることができる。

また、プラズマ処理によって半導体基板に各種の膜を成膜する前に、ピン部材４１の先端部４３を基板支持部１の上面から引っ込めることができ、先端部４３の先端の位置を半導体基板の下面（接触面）と同じか、それよりも低くできるので、半導体基板２の端部がピン部材４１に乗り上げて、ヘリウム等の冷却ガスのリーク量が増加するのを抑制することができる。よって、本実施の形態４においても、実施の形態１と同様に、成膜温度の制御を従来に比べて高精度に行うことができる。

なお、図４及び図５の例では、半導体基板が設置される領域Ｘを形成する誘電体層８は、アルミナで形成されており、半導体基板が載置される領域Ｘを形成する材料の熱伝導度は半導体基板を構成する材料の熱伝導度よりも小さくなっている。但し、本実施の形態４においても、実施の形態１と同様に、半導体基板が載置される領域Ｘは、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料で形成することもできる。

また、図４及び図５の例では、供給溝パターン１５が形成されている領域Ｙの外縁（環状の溝４の内縁）と半導体基板が設置される領域Ｘの外縁との距離Ｌは、図９に示した従来の静電チャックと同様に設定されており、静電チャック領域の面積は従来と同様である。但し、本実施の形態４においても、静電チャック領域の面積の増加を図るため、距離Ｌを実施の形態１と同程度に設定することもできる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５にかかるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態５におけるプラズマ処理装置は、実施の形態１におけるプラズマ処理装置と同様に構成されており、反応室の内部に、処理対象となる半導体基板が載置される基板支持部を備えている。

但し、本実施の形態５においても、実施の形態２と同様に、基板支持部の構成の点で、実施の形態１と異なっている。以下に図６を用いて具体的に説明する。

図６は、本発明の実施の形態５におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成を示す図であり、図６（ａ）は基板支持部の上面を示し、図６（ｂ）は基板支持部の断面を示し、図６（ｃ）は基板支持部の下面を示している。なお、図５（ｂ）に示された断面は、図６（ａ）及び（ｃ）に示す切断線Ｇ−Ｇ´に沿って切断した断面である。

図６に示すように、本実施の形態５における基板支持部１は、実施の形態１における基板支持部と共通の構成を有しており、載置された半導体基板を冷却する機能を備えている。但し、本実施の形態５における基板支持部１においては、実施の形態１と異なり、外周部材５０には、図１に示す４つの突起７の代わりに、４本のピン部材５１が配置されている。

また、実施の形態４において図４及び図５に示したピン部材４１と同様に、本実施の形態５においても、ピン部材５１は、その一部分が載置された半導体基板（図示せず）の外周端に接触した状態と、その一部分が半導体基板の外周端から予め設定された距離だけ離れた状態とが生じるように可動する。

具体的には、図６の例では、半導体基板を載置する領域Ｘの外側の４箇所にガイド穴５３が設けられており、ピン部材５１はガイド穴５３に軸５２によって回転可能に取り付けられている。

また、ガイド穴５３は、ピン部材５１が軸５２を中心とする回転運動を行うことによって、ピン部材５１の先端の位置が半導体基板の外周端に接触する位置から外周端から一定距離だけ離れた位置まで変位できるように形成されている。

誘電体層８及び本体３には、ガイド穴５３に整合するように貫通穴５５が設けられている。貫通穴５５には、基板支持部１の半径方向に移動可動な駆動部材５４が配置されている。駆動部材５４は、ピン部材５１の後端に接触した状態で半径方向に移動することによってピン部材５１に回転運動を行わせる。

なお、貫通穴５５は、駆動部材５４を半径方向に移動させるため、基板支持部１の半径方向における長さが、円周方向における長さよりも長い断面形状を有している。また、基板支持部１の下面における貫通穴５５の開口の周囲にも、第１のガス導管１１や送り穴９と同様に、Ｏリング取り付け用のＯリング溝５６が機械加工によって形成されている。

駆動部材５４には、押し上げピン送り穴９に挿入される押上げピン（図示せず）の上下動に連動して、駆動部材５４を基板支持部１の半径方向に移動させる駆動機構（図示せず）が取り付けられている。駆動機構としては、例えば、押し上げピンの上下動に連動して回転するカムを備え、このカムによって駆動部材５４を半径方向に移動させるものが挙げられる。

図６の例では、駆動機構は、押し上げピンが基板支持部１の上面から突き出た状態から下降を始めると、駆動部材５４を半径方向外側に移動させる。これにより、ピン部材５１は徐々に立ち上がり、押し上げピンの先端の位置が基板支持部１の上面と同じか、それよりも低い位置となると、半導体基板の外周端に接触する。

更に、駆動機構は、押し上げピンの先端の位置が基板支持部１の上面と同じか、それよりも低い位置となると、駆動部材５４を半径方向内側に移動させる。これにより、ピン部材５１は先端が半導体基板の外周端から離れるように傾斜し、ピン部材５１の先端は外周端から一定距離だけ離れた位置まで移動する。

なお、図６の例では、上記の「一定距離」は、プラズマ処理時の温度上昇による半導体基板の外周側への熱膨張量以上に設定されている。また、ここでいう「熱膨張量」は、半導体基板が図６に示すように円形である場合においては、半導体基板の半径の熱膨張による伸びをいう。

その後、ガスノズル（図示せず）から原料ガスが導入され、プラズマが生成されて、半導体基板上には、例えば酸化シリコン膜等が成膜される。

このように、本実施の形態５においても、実施の形態４と同様に、半導体基板を基板支持部１に載置するときは、ピン部材５１の先端を半導体基板の外周端に接触させることができるので、半導体基板の位置決めを自動的に行うことができる。また、半導体基板の位置ズレの防止も図ることができる。

また、プラズマ処理によって半導体基板に各種の膜を成膜する前に、ピン部材５１の半導体基板の外周端から離すことができるので、半導体基板の端部がピン部材５１に乗り上げて、ヘリウム等の冷却ガスのリーク量が増加するのを抑制することができる。よって、本実施の形態５においても、実施の形態１と同様に、成膜温度の制御を従来に比べて高精度に行うことができる。

なお、図６の例では、半導体基板が設置される領域Ｘを形成する誘電体層８は、アルミナで形成されており、半導体基板が載置される領域Ｘを形成する材料の熱伝導度は半導体基板を構成する材料の熱伝導度よりも小さくなっている。但し、本実施の形態５においても、実施の形態１と同様に、半導体基板が載置される領域Ｘは、半導体基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料で形成することもできる。

また、図６の例では、供給溝パターン１５が形成されている領域Ｙの外縁（環状の溝４の内縁）と半導体基板が設置される領域Ｘの外縁との距離Ｌは、図９に示した従来の静電チャックと同様に設定されており、静電チャック領域の面積は従来と同様である。但し、本実施の形態５においても、静電チャック領域の面積の増加を図るため、距離Ｌを実施の形態１と同程度に設定することもできる。

（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６にかかるプラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態６におけるプラズマ処理装置は、実施の形態１におけるプラズマ処理装置と同様に構成されており、反応室の内部に、処理対象となる半導体基板が載置される基板支持部を備えている。

本実施の形態６において、プラズマ処理装置を構成する基板支持部１は、実施の形態５において図６に示した基板支持部１と同様の構成を有している。但し、以下の点において異なっており、この点について図７を用いて具体的に説明する。

図７は、本発明の実施の形態６におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成及び動作、更に本発明の実施の形態６における半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図７（ａ）〜図７（ｂ）は連続した主な一連の工程を示している。

図７に示すように、本実施の形態６においても、実施の形態５と同様に、基板支持部１の半導体基板２を載置する領域の外側には、ガイド穴５３が設けられており、ガイド穴５３内にピン部材５１が回転可能に取り付けられている。また、誘電体層８及び本体３には、貫通穴５５が設けられており、貫通穴５５内には駆動部材５４が配置されている。

但し、本実施の形態６においては、実施の形態５と異なり、駆動部材５４と貫通穴５５の側壁との間であって、駆動部材５４の半径方向外側に、弾性体５７が配置されている。このため、本実施の形態６においては、駆動部材５４の半径方向内側への移動は、弾性体５７によって行われる。

なお、駆動部材５４の半径方向外側への移動は、実施の形態６と同様の駆動機構によって行われる。また、図７の例では、弾性体５７はコイルスプリングであるが、本発明はこれに限定されず、コイルスプリング以外の板バネ等であっても良い。

ここで、本実施の形態６における基板支持部の動作と半導体装置の製造方法について説明する。先ず、図７（ａ）に示すように、搬送機構（図示せず）によって基板支持部１上に搬送された半導体基板２は、基板支持部１から突き出た押し上げピン４９上に受け渡される。

このとき、駆動部材５４は、弾性体５７によって、貫通穴５５の半径方向内側の側面に押し付けられるため、ピン部材５１は先端が半導体基板２の外周端から離れるように傾斜する。

次に、図７（ｂ）に示すように、押し上げピン４９が下降を開始し、押し上げピン４９の先端の位置が基板支持部１の上面の位置となると、半導体基板２は基板支持部１に載置され、これに保持される。

また、このとき、押し上げピン４９の下降に連動して、駆動機構は、駆動部材５４を半径方向外側へと移動させる。これにより、ピン部材５１は軸５２を中心に回転し、ピン部材５１は直立状態へと近づく。

押し上げピン４９が更に下降し、押し上げピン４９の先端の位置が基板支持部１の上面と同じか、それよりも低い位置となると、ピン部材５１は直立した状態となり、半導体基板２の外周端に接触する。この結果、半導体基板２の位置決めが行われることになる。

次に、図７（ｃ）に示すように、押し上げピンの先端の位置が基板支持部１の上面よりも低い位置となると、駆動機構による駆動が停止され、駆動部材５４は弾性体５７によって半径方向内側に移動する。これにより、ピン部材５１は先端が半導体基板の外周端から離れるように傾斜し、ピン部材５１の先端は外周端から一定距離だけ離れた位置まで移動する。

その後、図７（ｃ）に示す状態で、ガスノズル（図示せず）から原料ガスが導入され、プラズマが生成されて、半導体基板上には、例えば酸化シリコン膜等が成膜される。酸化シリコン膜等の成膜が終了すると、半導体基板は搬送機構によって反応室から排出される。

このように、本実施の形態６においても、実施の形態５と同様に、半導体基板２を基板支持部１に載置するときは、ピン部材５１の先端を半導体基板２の外周端に接触させることができるので、半導体基板２の位置決めを自動的に行うことができる。また、半導体基板２の位置ズレの防止も図ることができる。

また、プラズマ処理によって半導体基板２に各種の膜を成膜する前に、ピン部材５１の先端を半導体基板２の外周端から離すことができるので、半導体基板２の端部がピン部材５１に乗り上げて、ヘリウム等の冷却ガスのリーク量が増加するのを抑制することができる。よって、本実施の形態６においても、実施の形態１と同様に、成膜温度の制御を従来に比べて高精度に行うことができる。

本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成を示す図であり、図１（ａ）は基板支持部の上面を示し、図１（ｂ）は基板支持部の断面を示し、図１（ｃ）は基板支持部の下面を示している。 本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成を示す図であり、図２（ａ）は基板支持部の上面を示し、図２（ｂ）は基板支持部の断面を示し、図２（ｃ）は基板支持部の下面を示している。 本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成を示す図であり、図３（ａ）は基板支持部の上面を示し、図３（ｂ）は基板支持部の断面を示し、図３（ｃ）は基板支持部の下面を示している。 本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成を示す図であり、図４（ａ）は基板支持部の上面を示し、図４（ｂ）は基板支持部の断面を示し、図４（ｃ）は基板支持部の下面を示している。 本発明の実施の形態４における半導体装置の製造方法及び実施の形態４におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の動作を示す断面図であり、図５（ａ）〜図５（ｅ）は連続した主な一連の工程を示している。 本発明の実施の形態５におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成を示す図であり、図６（ａ）は基板支持部の上面を示し、図６（ｂ）は基板支持部の断面を示し、図６（ｃ）は基板支持部の下面を示している。 本発明の実施の形態６におけるプラズマ処理装置を構成する基板支持部の構成及び動作、更に本発明の実施の形態６における半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図７（ａ）〜図７（ｂ）は連続した主な一連の工程を示している。 従来の高密度プラズマＣＶＤ装置の構成を概略的に示す図である。 図８に示す従来の静電チャックの構成を示す図であり、図９（ａ）は、図８に示す従来の静電チャックの上面を示し、図９（ｂ）は、図８に示す従来の静電チャックの断面を示し、図９（ｃ）は、図８に示す従来の静電チャックの下面を示している。

符号の説明

１ 基板支持部
２ 半導体基板
３ 本体
４ 溝
５ 段差部
６、４０、５０ 外周部材
７ 突起
８ 誘電体層
９ 押上げピン送り穴
１０ 引き入れ口
１１ 第１のガス導管
１２ 空洞
１３ 第２のガス導管
１４ 送り穴
１５ 供給溝パターン
１６ 冷却水供給穴
１７ 冷却水排出穴
１８、１９、２０、２１、３４、４８、５６ Ｏリング溝
３０ 凹部
３１、４１、５１ ピン部材
３３、４５、５５ 貫通穴
４２ 基部
４３ 先端部
４４ ヒンジ
４６ 溝
４６ａ、４６ｂ 接続穴
４７ 貫通穴の開口
４９ 押し上げピン
５２ 軸
５３ ガイド穴
５４ 駆動部材
５７ 弾性体
１０１ 基板支持部
１０２ 半導体基板
１０３ 本体
１０４ 溝
１０５ 段差部
１０６ カバーリング
１０７ 突起
１０８ 誘電体層
１０９ 押し上げピン送り穴
１１０ 引き入れ口
１１１ 第１のガス導管
１１２、空洞
１１３ 第２のガス導管
１１４ 送り穴
１１５ 供給溝パターン
１１６ 冷却水供給穴
１１７ 冷却水排出穴
１１８ Ｏリング溝
１１９ Ｏリング溝
１２０ Ｏリング溝
１２１ Ｏリング溝
１３１ 高密度プラズマ反応室
１３２ コイル
１３３ 壁材
１３４ 冷却水供給機構
１３５ 冷却ガス供給機構
１３５ａ バルブ
１３５ｂ 冷却ガス流量コントローラー
１３５ｃ 圧力計１３５ｃ
１３６ ガスノズル
１３７ バイアス用高周波電源
１３８ 排気管

Claims (13)

1. 反応室内に原料ガスを導入し、プラズマを発生させて、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
   前記反応室の内部に、処理対象となる基板が載置される基板支持部を有し、
   前記基板支持部の前記基板が載置される領域には、前記基板を冷却ガスによって冷却する冷却手段が設けられ、前記基板支持部の前記基板が載置される領域の外側には、前記基板の位置ズレを抑制する突起が設けられ、
   前記基板支持部の前記基板が載置される領域は、前記基板を構成する材料よりも熱伝導度の高い材料で形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記冷却手段が、前記基板支持部の前記基板が載置される領域に形成された溝パターンであり、前記溝パターンが形成されている領域の面積は、前記基板支持部の前記基板が載置される領域の面積の６４％〜８１％である請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記冷却手段が、前記基板支持部の前記基板が載置される領域に形成された溝パターンであり、前記溝パターンが形成されている領域の外縁と前記基板支持部の前記基板が載置される領域の外縁との距離が１０ｍｍ〜２０ｍｍである請求項１記載のプラズマ処理装置。
4. 前記基板がシリコン基板であり、前記基板支持部の前記基板が載置される領域が、酸化ベリリウム、炭化シリコン、窒化アルミ、及び窒化ボロンのうち少なくとも一種を含む材料によって形成されている請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
5. 反応室内に原料ガスを導入し、プラズマを発生させて、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
   前記反応室の内部に、処理対象となる基板が載置される基板支持部を有し、
   前記基板支持部の前記基板が載置される領域には、前記基板を冷却ガスによって冷却する冷却手段が設けられ、前記基板支持部の前記基板が載置される領域の外側には、前記基板の位置ズレを抑制する突起を備えた外周部材が設けられており、
   前記外周部材は、前記基板を構成する材料よりも熱伝導度及び熱膨張係数の高い材料で形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 前記基板がシリコン基板であり、前記外周部材が、酸化ベリリウム及び窒化アルミニウムのうち少なくとも一種を含む材料によって形成されている請求項５記載のプラズマ処理装置。
7. 反応室内に原料ガスを導入し、プラズマを発生させて、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
   前記反応室の内部に、処理対象となる基板が載置される基板支持部を有し、
   前記基板支持部の前記基板が載置される領域には、前記基板を冷却ガスによって冷却する冷却手段が設けられ、前記基板支持部の前記基板が載置される領域の外側には、前記基板の位置ズレを抑制するピン部材が配置されており、
   前記ピン部材は、前記ピン部材の一端の位置が、載置された前記基板における前記基板支持部との接触面よりも高い位置から前記基板支持部における前記基板との接触面と同じ位置又はそれよりも低い位置までの間で変位するように可動することを特徴とするプラズマ処理装置。
8. 反応室内に原料ガスを導入し、プラズマを発生させて、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
   前記反応室の内部に、処理対象となる基板が載置される基板支持部を有し、
   前記基板支持部の前記基板が載置される領域には、前記基板を冷却ガスによって冷却する冷却手段が設けられ、前記基板支持部の前記基板が載置される領域の外側には、前記基板の位置ズレを抑制するピン部材が配置されており、
   前記ピン部材は、その一部分が載置された前記基板の外周端に接触する状態と、前記一部分が前記外周端から予め設定された距離だけ離れた状態とが生じるように、可動することを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 前記ピン部材が、少なくとも前記基板側における前記ピン部材の端部を前記基板の厚み方向に対して傾斜させることができるように構成されている請求項８記載のプラズマ処理装置。
10. 前記距離が、前記プラズマ処理時の温度上昇による前記基板の外周側への熱膨張量以上に設定されている請求項８記載のプラズマ処理装置。
11. 前記請求項６に記載のプラズマ処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
    （ａ）ピン部材の一端の位置が、処理対象となる基板における基板支持部との接触面よりも高くなるようにして、前記基板を前記基板支持部に載置する工程と、
    （ｂ）前記プラズマ処理装置によって前記基板に対してプラズマ処理を行う前に、前記ピン部材の一端の位置を前記基板支持部における前記基板との接触面と同じ又はそれよりも低くなるようにする工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 前記請求項７に記載のプラズマ処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
    （ａ）前記ピン部材の一部分が処理対象となる基板の外周端に接触するようにして、基板支持部に前記基板を載置する工程と、
    （ｂ）前記プラズマ処理装置によって前記基板に対してプラズマ処理を行う前に、前記ピン部材の一部分が前記外周端から予め設定された距離だけ離れるようにする工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 前記距離が、前記プラズマ処理時の温度上昇による前記基板の外周側への熱膨張量以上に設定されている請求項１２記載の半導体装置の製造方法。

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