JP2005191056A

JP2005191056A - 処理装置

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Publication number: JP2005191056A
Application number: JP2003427020A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Higashiura; 勉東浦
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP4515755B2; US20050236111A1

Abstract

【課題】載置台内部の煩雑化や特別な加熱機構の設置を伴なわない加熱方式により載置台上の被処理基板の温度を任意に制御できるようにすること。
【解決手段】サセプタ１６の上面に設けられる静電チャック１８は導電板または導電膜からなる電極部２０を一対の誘電体または絶縁体シート２２，２４の間に挟み込んでおり、電極部２０には給電ライン２６を介して直流電源２８からの静電吸着用の直流電圧が印加される。高周波電源５８は、サセプタ１６上の半導体ウエハＷの温度を加熱方式で制御するために静電チャック１８の電極部２０を抵抗発熱させるもので、その一方の出力端子が給電ライン６４を介してサセプタ１６に電気的に接続され、他方の出力端子がグランド電位に接続されており、たとえば１０ｋＨｚの高周波を好ましくは可変制御可能なパワーで出力する。

【選択図】図１

Description

本発明は、処理室内の載置台上で被処理基板に所望の処理を施す処理装置に係り、特に載置台上で基板を加熱する方式の処理装置に関する。

半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造に用いられる枚葉式のエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等のプロセスでは、真空状態の処理容器内で載置台上に被処理基板を載置し、該載置台上で基板の温度を一定に維持しながら、処理容器内に処理ガスを供給するようにしている。その際、処理ガスのイオン化や化学反応等を促進するためにプラズマを用いることもよく行なわれている。

この種のプロセスにおける基板の温度制御は、大別して、載置台上の基板を冷却して一定温度に制御する冷却方式と、載置台上の基板を加熱して一定温度に制御する加熱方式とに分類される。従来より、加熱方式としては、プラズマからの入射熱によって基板を加熱するプラズマ入熱方式と、載置台の上方にランプを設けて該ランプからの輻射熱によって基板を加熱するランプ加熱方式と、載置台の内部に電熱線を設けて該電熱線の抵抗発熱によって基板を加熱するホットプレート方式とが知られている。ホットプレート方式では、載置台から基板へ熱を伝える効率や均一性を高めるために、載置台の上部または上面に静電チャックを設け、静電チャックの静電吸着力で基板を載置台に押し付けるようにしている。

しかしながら、プラズマ入熱方式は、基板温度がプラズマの変動によって影響されやすく、プラズマに左右されない独立した任意の温度制御は望めないという欠点がある。また、ランプ加熱方式は、処理容器にランプを取り付けるのが機構的ないしスペース的に難しいという問題がある。特に、平行平板型プラズマ処理装置では、載置台を下部電極とし、その上方に上部電極を対向配置するため、処理容器内にランプを配置するスペースを確保できないのが普通である。ホットプレート方式は、載置台の中に電熱線を組み込むとともに外付けのヒータ電源からの給電ラインを電熱線まで引き込むため、載置台内部の構造が煩雑化して製作コストが嵩むという問題がある。特に、静電チャックを用いる場合は、載置台の内部で電熱線の組み込みおよび給電ラインの引き込みと静電チャックに対する給電ラインの引き込みとを両立または併存させる構成は非常に煩雑であり、多大の製作コストを要する。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、載置台内部の煩雑化や特別な加熱機構の設置を伴なわない加熱方式により載置台上の被処理基板の温度を任意に制御できるようにした処理装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の処理装置は、被処理基板に所定の処理を施すための処理空間を与える処理容器と、前記処理容器内で前記基板を載置する載置台と、前記載置台の内部に基板載置面に近接して設けられた導体と、第１の給電ラインを介して前記導体に静電吸着用の直流電圧を印加する直流電源と、一方の出力端子が第２の給電ラインを介して前記導体に電気的に接続され、加熱用の高周波を出力する高周波電源と、前記第１の給電ラインの途中に設定された所定のノードと前記高周波電源の他方の出力端子との間で直流を遮断し前記高周波を通す高周波バイパス回路とを有し、前記高周波電源と前記第２の給電ラインと前記導体と前記第１の給電ラインと前記高周波バイパス回路とを含む閉回路内で前記高周波電源より出力される高周波の電流が流れ、前記導体のジュール熱によって前記載置台上の前記基板が加熱される構成とした。

上記第１の処理装置では、高周波電源より出力される高周波の電流が第１および第２の給電ラインを介して載置台内部の導体を流れることによって該導体がジュール熱で発熱し、熱伝導で載置台上の基板が加熱される。ここで、第１の給電ラインは、載置台内部の導体に対して直流電源からの静電吸着用の直流電圧を印加するためにも用いられる。高周波バイパス回路の働きにより、第１の給電ラインにおける加熱用高周波の給電と静電吸着用直流電圧の給電とを両立させることができる。

本発明の好ましい一態様によれば、載置台が、第２の給電ラインを介して高周波電源の一方の出力端子に電気的に接続される導電性の本体と、この本体の上に設けられ、上記導体とこの導体を上下両側から挟む誘電体とを含む静電チャックとを有する。かかる構成においては、本体と導体とが誘電体を介して交流結合または容量結合され、高周波電源からの高周波の電流は本体から誘電体を介して導体の各部に流れ込み、導体の各部から誘電体を介して本体に流れ込むため、導体の各部つまり全体でジュール熱が発生する。

他の一態様として、載置台が導体を内蔵するセラミックからなる本体を有する構成としてもよい。この構成においても、該導体とこの導体を上下に挟むセラミック部分とで静電チャックが形成される。この場合、第２の給電ラインは該導体に直接接続されてよい。

本発明の第２の処理装置は、プラズマの生成または導入の可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する第１の電極と、前記第１の電極上に設けられ、電極部と前記電極部を上下両側から挟む誘電体とを有する静電チャックと、第１の給電ラインを介して前記静電チャックの電極部に静電吸着用の直流電圧を印加する直流電源と、一方の出力端子が第２の給電ラインを介して前記第１の電極に電気的に接続され、加熱用の第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、前記第１の給電ラインの途中に設定された第１のノードと前記第１の高周波電源の他方の出力端子との間で直流を遮断し前記第１の高周波を通す高周波バイパス回路と、一方の出力端子が第３の給電ラインと前記第２の給電ラインとを介して前記第１の電極に電気的に接続され、高周波バイアス用の第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、前記第１のノードよりも前記静電チャックの電極部寄りで前記第１の給電ラインの途中に設けられ、前記直流電源からの前記直流電圧を通すとともに前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を通し、前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を遮断する第１のフィルタ回路とを有し、前記第１の高周波電源と前記第２の給電ラインと前記静電チャックの電極部と前記第１の給電ラインと前記第１のフィルタ回路と前記高周波バイパス回路とを含む閉回路内で前記第１の高周波電源より出力される前記第１の高周波の電流が流れ、前記静電チャックの電極部のジュール熱によって前記載置台上の前記基板が加熱される構成とした。

上記第２の処理装置では、第１の高周波電源より出力される第１の高周波の電流が第１および第２の給電ラインを介して静電チャックの電極を流れることによって該電極部がジュール熱で発熱し、熱伝導で載置台上の基板が加熱される。ここで、第１の給電ラインは、静電チャックの電極部に対して直流電源からの静電吸着用の直流電圧を印加するためにも用いられる。また、第２の給電ラインは、第１の電極に対して第２の高周波電源からの高周波バイアス用の第２の高周波を供給するためにも用いられる。第１の給電ラインにおいては、高周波バイパス回路の働きにより加熱用高周波の給電と静電吸着用直流電圧の給電とを両立させることができる。

本発明の好ましい一態様によれば、第３の給電ラインと第２の給電ラインとが接続される第２のノードよりも第１の高周波電源の一方の出力端子寄りで第２の給電ラインの途中に、第１の高周波電源からの第１の高周波を通し、第２の高周波電源からの第２の高周波を遮断する第２のフィルタ回路が設けられる。かかる第２のフィルタ回路により、第１の高周波電源を高周波バイアス用の第２の高周波から保護し、第２の給電ラインを第１の高周波と第２の高周波とに共用させることができる。また、好ましくは、第３の給電ラインの途中に、第２の高周波電源からの第２の高周波を通し、第１の高周波電源からの第１の高周波を遮断する第３のフィルタ回路が設けられてよい。かかる第３のフィルタ回路により、第２の高周波電源を加熱用の第１の高周波から保護することができる。

本発明の好ましい一態様によれば、処理容器内で、第１の電極と対向して所望の間隔を空けて第２の電極が配置される。この場合、第２の高周波電源より第１の電極に供給される第２の高周波が、第１の電極と第２の電極との間でプラズマを生成するための高周波を兼ねることもできる。あるいは、第２の電極に第４の給電ラインを介して第３の高周波電源よりプラズマ生成用の第３の高周波を供給することもできる。第１の給電ラインにおいては、第１のフィルタ回路が第３の高周波電源からの第３の高周波を遮断するのが好ましい。

本発明の第３の処理装置は、プラズマの生成または導入の可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を載置する第１の電極と、前記第１の電極上に設けられ、電極部と前記電極部を上下両側から挟む誘電体とを有する静電チャックと、第１の給電ラインを介して前記静電チャックの電極部に静電吸着用の直流電圧を印加する直流電源と、一方の出力端子が第２の給電ラインを介して前記第１の電極に電気的に接続され、加熱用の第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、前記第１の給電ラインの途中に設定された第１のノードと前記第１の高周波電源の他方の出力端子との間で直流を遮断し前記第１の高周波を通す高周波バイパス回路と、前記処理容器内で前記第１の電極と対向して配置される第２の電極と、前記第２の電極に第４の給電ラインを介してプラズマ生成用の第３の高周波を供給する第３の高周波電源と、前記第１のノードよりも前記静電チャックの電極部寄りで前記第１の給電ラインの途中に設けられ、前記直流電源からの前記直流電圧を通すとともに前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を通し、前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を遮断する第１のフィルタ回路とを有し、前記第１の高周波電源と前記第２の給電ラインと前記静電チャックの電極部と前記第１の給電ラインと前記第１のフィルタ回路と前記高周波バイパス回路とを含む閉回路内で前記第１の高周波電源より出力される前記第１の高周波の電流が流れ、前記静電チャックの電極部のジュール熱によって前記載置台上の前記基板が加熱される構成とした。

上記第３の処理装置では、第１の高周波電源より出力される第１の高周波の電流が第１および第２の給電ラインを介して静電チャックの電極を流れることによって該電極部がジュール熱で発熱し、熱伝導で載置台上の基板が加熱される。ここで、第１の給電ラインは、静電チャックの電極部に対して直流電源からの静電吸着用の直流電圧を印加するためにも用いられる。高周波バイパス回路の働きにより、第１の給電ラインにおいて加熱用高周波の給電と静電吸着用直流電圧の給電とを両立させることができる。

好ましくは、第２の給電ラインの途中に、第１の高周波電源からの第１の高周波を通し、第３の高周波電源からの第３の高周波を遮断する第２のフィルタ回路が設けられてよい。かかる第２のフィルタ回路により、第１の高周波電源をプラズマ生成用の第２の高周波から保護することができる。

本発明の第４の処理装置は、被処理基板に所定の処理を施すための処理空間を与える処理容器と、前記処理容器内で前記基板を載置する誘電体を含む載置台と、前記載置台の内部に基板載置面に近接して設けられる第１の導体と、前記誘電体の一部または全部を挟んで前記第１の導体と対向して下方に設けられる第２の導体と、前記第１の導体と前記第２の導体との間に加熱用の高周波を印加する高周波電源とを有し、前記高周波電源からの前記高周波の電界を印加される前記誘電体の誘電損失による発熱によって前記載置台上の前記基板が加熱される構成した。

上記第４の処理装置では、高周波電源からの高周波が第１の導体と第２の導体との間に印加されると、両導体間に形成される高周波電界の下で載置台の誘電体内部が誘電損失により発熱し、熱伝導で載置台上の基板が加熱される。載置台上に基板を保持するために、第１の導体に静電吸着用の直流電圧を印加することもできる。

本発明の処理装置によれば、上記のような構成と作用により、載置台内部の煩雑化や特別な加熱機構の設置を伴なわない加熱方式によって載置台上の被処理基板の温度を任意に制御することができる。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１に、本発明の第１の実施形態によるプラズマエッチング装置の構成を示す。このプラズマエッチング装置は、平行平板型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０の底部には、セラミックなどの絶縁板１２を介してたとえばアルミニウムからなる円柱状の支持台１４が配置され、この支持台１４の上にたとえばアルミニウムからなる円盤状のサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は載置台と下部電極とを兼用し、この上に被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷが載置される。

サセプタ１６の上面には半導体ウエハＷをクーロン力またはジョンソン・ラーベック力で保持するための静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は導電板または導電膜からなる電極部２０を一対の誘電体または絶縁体シート２２，２４の間に挟み込んだものであり、電極部２０には給電ライン２６を介して直流電源２８の出力端子が電気的に接続されている。直流電源２８からの直流電圧により、半導体ウエハＷがクーロン力またはジョンソン・ラーベック力で静電チャック１８に吸着保持されるようになっている。電極部２０の材質は、タングステン、モリブデン、ニッケル等の高融点金属が好ましい。給電ライン２６は、チャンバ１０の下からチャンバ底板、絶縁板１２、支持台１４およびサセプタ１６を貫通する絶縁シース（図示せず）の中に収められており、好ましくは静電チャック１８の電極部２０の中心部に接続されてよい。

静電チャック１８の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるためのたとえばシリコンからなるフォーカスリング３０が配置されている。サセプタ１６および支持台１４の側面にはたとえば石英からなる円筒状の内壁部材３２が貼り付けられている。

支持台１４の内部には、たとえば円周方向に延びる冷媒室３４が設けられている。この冷媒室３４には、外付けのチラーユニット（図示せず）より配管３６ａ，３６ｂを介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によってサセプタ１６上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できるようになっている。

サセプタ１６の上方には、このサセプタと平行に対向してシャワーヘッド３８が接地電位の上部電極として設けられている。このシャワーヘッド３８は、多数のガス通気孔４０ａを有する下面の電極板４０と、この電極板４０を着脱可能に支持する電極支持体４２とを有する。電極支持体４２の内部にバッファ室４４が設けられ、このバッファ室４４のガス導入口４４ａには処理ガス供給部４６からのガス供給管４８が接続されている。シャワーヘッド３８とチャンバ１０の側壁との間には、たとえばアルミナからなるリング形状の絶縁性遮蔽部材４９が気密に取り付けられている。

チャンバ１０の底部には排気口５０が設けられ、この排気口５０に排気管５２を介して排気装置５４が接続されている。排気装置５４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧できるようになっている。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ５６が取り付けられている。

この実施形態のプラズマエッチング装置では、チャンバ１０の外に３つの高周波電源５８，６０，６２が設けられている。

高周波電源５８は、サセプタ１６上の半導体ウエハＷの温度を加熱方式で制御するために静電チャック１８の電極部２０を抵抗加熱させるもので、その一方の出力端子が給電ライン６４を介してサセプタ１６に電気的に接続され、他方の出力端子がグランド電位に接続されており、好ましくは１〜１００ｋＨｚの範囲内の周波数たとえば１０ｋＨｚの高周波を好ましくは可変制御可能なパワーで出力する。なお、給電ライン６４は、チャンバ１０の下からチャンバ底板、絶縁板１２および支持台１４を貫通してサセプタ１６に達する絶縁シース（図示せず）の中に収められている。

高周波電源６０は、ＲＦバイアス用のもので、その一方の出力端子が給電ライン６６、ノード６８および給電ライン６４を介してサセプタ１６に電気的に接続され、他方の出力端子がグランド電位に接続されており、好ましくは２〜２０ＭＨｚの範囲内の周波数たとえば２ＭＨｚの高周波を出力する。

高周波電源６２は、上部電極３８と下部電極１６との間で高周波放電によるプラズマを生成するためのもので、その一方の出力端子が給電ライン７０を介して上部電極３８に電気的に接続され、他方の出力端子がグランド電位に接続されており、好ましくは５０〜３００ＭＨｚの範囲内の周波数たとえば６０ＭＨｚの高周波を出力する。給電ライン７０の途中に、高周波電源６２の出力インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるための整合器７２が設けられてよい。

高周波電源５８とノード６８との間で給電ライン６４の途中には、高周波電源５８からの加熱用高周波（１０ｋＨｚ）を通し、高周波電源６０からのＲＦバイアス用高周波（２ＭＨｚ）と高周波電源６２からのプラズマ生成用高周波（６０ＭＨｚ）とを遮断するローパス・フィルタ（ＬＰＦ）７４が設けられている。

給電ライン６６の途中には、高周波電源６０からのＲＦバイアス用高周波（２ＭＨｚ）を通し、高周波電源５８からの加熱用高周波（１０ｋＨｚ）と高周波電源６２からのプラズマ生成用高周波（６０ＭＨｚ）とを遮断するバンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）７６が設けられる。高周波電源６２からのプラズマ生成用高周波（６０ＭＨｚ）をサセプタ１６とグランドとの間で通すためのハイパス・フィルタ（図示せず）を設ける場合は、上記バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）７６の代わりに高周波電源５８からの加熱用高周波（１０ｋＨｚ）を遮断するだけのハイパス・フィルタを用いることもできる。

なお、給電ライン６６の途中またはノード６８よりもサセプタ１６寄りの給電ライン６４の途中に、高周波電源６０の出力インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるための整合器（図示せず）を設けることもできる。

一方、給電ライン２６においては、直流電源２８の出力端子とノード７８との間に抵抗８０およびコンデンサ８２からなるローパス・フィルタ８４が接続されるとともに、ノード７８とグランド電位との間にたとえばコンデンサ８６からなる高周波バイパス回路８８が接続される。さらに、ノード７８よりも静電チャック１８寄りで給電ライン２６の途中にフィルタ９０が設けられる。

フィルタ９０は、直流電源２８からの直流電圧と高周波電源５８からの加熱用高周波（１０ｋＨｚ）とを通し、高周波電源６０からのＲＦバイアス用高周波（２ＭＨｚ）と高周波電源６２からのプラズマ生成用高周波（６０ＭＨｚ）とを遮断するように構成されている。高周波バイパス回路８８は、直流電源２８からの直流電圧を遮断し、高周波電源５８からの加熱用高周波（１０ｋＨｚ）を通す機能を有している。ローパス・フィルタ８４は、直流電源２８からの直流電圧を通し、高周波電源５８からの加熱用高周波（１０ｋＨｚ）を遮断する機能を有している。

このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ５６を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック１８の上に載置する。そして、処理ガス供給部４６よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置５４によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。直流電源２８より直流電圧を静電チャック１８の電極部２０に印加して、半導体ウエハＷを静電チャック１８上に固定する。さらに、高周波電源６０より所定のパワーでＲＦバイアス用高周波をサセプタ（下部電極）１６に供給するとともに、高周波電源６２より所定のパワーでプラズマ生成用高周波をシャワーヘッド（上部電極）３８に供給する。シャワーヘッド３８より吐出されたエッチングガスは両電極１６，３８間で高周波の放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの主面がエッチングされる。

このプラズマエッチング装置では、静電チャック１８の電極部２０に対して、高周波電源５８より給電ライン６４とサセプタ１６とを介して所定のパワーで加熱用高周波（１０ｋＨｚ）を供給する。サセプタ１６と静電チャック１８の電極部２０とは静電チャック１８の下部誘電体２４を介して交流結合または容量（キャパシタンス）結合されるため、高周波電源５８からの高周波電流はサセプタ１６より下部誘電体２４を介して静電チャック１８の電極部２０の各部に流れ込む。そして、電極部２０の各部に流れ込んだ高周波電流は給電ライン２６に抜け、給電ライン２６を通ってフィルタ９０に入り、フィルタ９０を出ると高周波バイパス回路８８を通ってグランドつまり高周波電源５８の他方の出力端子へ流れ込む。

この加熱用高周波の極性が反対になるサイクルでは、高周波電源５８の他方の出力端子からの高周波電流が高周波バイパス回路８８を通ってフィルタ９０に入り、フィルタ９０を出てから給電ライン２６を通って静電チャック１８の電極部２０に流れ込む。給電ライン２６より電極部２０に流れ込んだ高周波電流は、電極部２０の各部から容量結合で下部誘電体２４を介してサセプタ１６に抜け、サセプタ１６から給電ライン６４を通って高周波電源５８の一方の出力端子へ流れ込む。

このように、高周波電源５８からの高周波の電流が静電チャック１８の電極部２０を流れることによって、電極部２０でジュール熱が発生し、そのジュール熱が静電チャック１８上の半導体ウエハＷに熱伝導で移り、半導体ウエハＷが加熱される。高周波電源５８の出力パワーを可変調整することで、半導体ウエハＷに対する加熱量を制御し、ひいては半導体ウエハＷの温度を制御することができる。この実施形態では、半導体ウエハＷの処理温度を所望の温度に制御するために、チラーユニットより支持台１４の冷媒室３４に供給する冷媒の温度を可変調整する方法も併用している。

上記のように、この実施形態では、サセプタ１６の内部に電熱線のような特別な発熱機構を設ける必要はなく、半導体ウエハＷをサセプタ１６上に保持しておくための静電チャック１８の電極部２０に加熱用の高周波を供給し、電極部２０のジュール熱によって半導体ウエハＷを所望の温度に加熱するようにしている。しかも、高周波電源５８からの加熱用の高周波を静電チャック１８の電極部２０に供給するために、高周波電源６０からのＲＦバイアス用高周波をサセプタ１６に供給するためにも用いられる給電ライン６４と、直流電源２８からの静電吸着用の直流電圧を静電チャック１８の電極部２０に供給するためにも用いられる給電ライン２６とを利用する。このような給電ライン６４，２６の共用において、高周波電源５８はローパス・フィルタ（ＬＰＦ）７４によってＲＦバイアス用高周波（２ＭＨｚ）やプラズマ生成用高周波（６０ＭＨｚ）から保護され、高周波電源６０はバンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）７６によって加熱用高周波（１０ｋＨｚ）やプラズマ生成用高周波（６０ＭＨｚ）から保護され、直流電源２８はフィルタ９０およびローパス・フィルタ８４によって全ての高周波から保護される。

この実施形態では、上部電極（シャワーヘッド）３８にプラズマ生成用の高周波を印加し、下部電極（サセプタ）１６にＲＦバイアス用の高周波を印加している。しかしながら、プラズマ生成用またはＲＦバイアス用の高周波を上部または下部電極に印加する形態は任意であり、種々の態様が可能である。たとえば、上部電極３８にプラズマ生成用の高周波を印加せずに、下部電極１６にＲＦバイアス用とプラズマ生成用の２種類の高周波を印加するか、または下部電極１６にＲＦバイアス用とプラズマ生成用とを兼める１種類の高周波を印加することもできる。また、上部電極３８に対してはプラズマ生成用の高周波を印加する一方で、下部電極１６に対してはＲＦバイアスを印加せずに自己バイアス方式とすることなども可能である。

図２に、第２の実施形態によるプラズマエッチング装置の構成を示す。図中、上記第１の実施形態（図１）におけるものと同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を附してある。

この第２の実施形態では、チャンバ１０の底部に絶縁板１２を介してたとえばアルミニウムからなる円盤状のサセプタ下部電極９２が配置され、このサセプタ下部電極９２の上に誘電体たとえばセラミックからなるサセプタ９４が設けられる。サセプタ９４の内部には上面（基板載置面）に近接して板状またはシート状のサセプタ上部電極９６が設けられる。サセプタ上部電極９６の材質は、タングステン、モリブデン、ニッケル等の高融点金属が好ましい。

高周波電源９８は、サセプタ９４上の半導体ウエハＷの温度を加熱方式で制御するために誘電体からなるサセプタ９４自体を高周波加熱で発熱させるもので、一方の出力端子が給電ライン１００を介してサセプタ上部電極９６に電気的に接続され、他方の出力端子がグランドを介してサセプタ下部電極９２に電気的に接続され、好ましくは１ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲内の周波数たとえば１０ＭＨｚの高周波を出力する。高周波電源９８からの高周波がサセプタ上部電極９６とサセプタ下部電極９２との間に印加されると、両電極９６，９２間に形成される高周波電界の下でサセプタ９４内部が誘電損失により発熱し、熱伝導でサセプタ９４上の半導体ウエハＷが加熱される。高周波電源９８の出力パワーを可変制御することで、サセプタ９４内部の発熱量を任意に制御し、ひいては半導体ウエハＷの温度を任意に制御することができる。

この実施形態では、サセプタ９４上に半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するために、直流電源２８からの直流電圧を給電ライン１０２、ノード１０４および給電ライン１００を介してサセプタ上部電極９６に印加してよい。この場合、ノード１０４と高周波電源９８との間で給電ライン１００の途中に、高周波電源９８からの高周波を通し直流電源２８からの直流電圧と高周波電源６２からの高周波とを遮断するハイパス・フィルタ（ＨＰＦ）またはバンドパス・フィルタ１０６を設けてよい。また、給電ライン１０２の途中には、直流電源２８からの直流電圧を通し、高周波電源９８，６２からのそれぞれの高周波を遮断するフィルタ１０８を設けてよい。

図３に、第３の実施形態によるプラズマエッチング装置の構成を示す。図中、上記第１または第２の実施形態（図１または図２）におけるものと同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を附してある。

この第３の実施形態では、サセプタ９４の下にサセプタ９４ないしサセプタ電極９６とほぼ同軸にコイル１１０が配置される。高周波電源１１２は、サセプタ９４上の半導体ウエハＷの温度を加熱方式で制御するためにサセプタ９４内部の電極９６を高周波加熱で発熱させるもので、その出力端子が給電ライン１１４を介してコイル１１０に電気的に接続され、好ましくは１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内の周波数たとえば２ｋＨｚの高周波を出力する。高周波電源１１２からの高周波電流がコイル１１０を流れると、コイル１１０により形成される高周波の電磁場Ｊがサセプタ電極９６を貫通し、サセプタ電極９６内に発生する渦電流によってサセプタ電極９６が発熱し、熱伝導でサセプタ９６上の半導体ウエハＷが加熱される。高周波電源１１２の出力パワーを可変制御することで、サセプタ電極９６の発熱量を任意に制御し、ひいては半導体ウエハＷの温度を任意に制御することができる。

この実施形態では、サセプタ９４上に半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するために、直流電源２８からの直流電圧を給電ライン１１６を介してサセプタ上部電極９６に印加してよい。また、高周波電源６０からのＲＦバイアス用高周波を給電ライン１１８、ノード１１７および給電ライン１１６を介してサセプタ上部電極９６に印加することも可能である。好ましくは、給電ライン１１４の途中に、高周波電源１１２からの加熱用高周波を通し、高周波電源６０からのＲＦバイアス用高周波や高周波電源６２からのプラズマ生成用高周波を遮断するためのフィルタ１２０を設けてよい。また、給電ライン１１８の途中には、高周波電源６０からのＲＦバイアス用高周波を通し、直流電源２８からの直流電圧を遮断するハイパス・フィルタ（ＨＰＦ）１２２を設けてよい。

上記した第２および第３の実施形態でも、プラズマ生成用の高周波またはＲＦバイアス用の高周波を上部または下部電極に印加する形態は任意であり、種々の変形が可能である。また、本発明において、給電ラインはケーブルや導体棒など任意の形態を採ることができる。

プラズマ処理装置においても同様であり、特に上記実施形態のような容量結合型平行平板タイプのプラズマ発生方式は一例であり、他の任意の方式たとえばマグネトロン方式やＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）方式などにも本発明は適用可能である。また、プラズマプロセスの種類もエッチングに限定されず、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、酸化、スパッタリングなど任意のプラズマプロセスに本発明は適用可能である。さらに、プラズマプロセスにより処理される被処理体も半導体ウエハに限るものではなく、たとえばガラス基板またはＬＣＤ(Liquid Crystal Display）基板などにも適用可能である。さらには、本発明はプラズマ処理装置以外の処理装置にも適用可能である。

本発明の第１の実施形態によるプラズマエッチング装置の構成を示す図である。第２の実施形態によるプラズマエッチング装置の構成を示す図である。第３の実施形態によるプラズマエッチング装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０チャンバ
１４支持台
１６サセプタ（下部電極）
１８静電チャック
２０電極部
２４下部誘電体（シート）
２６給電ライン
２８直流電源
３８シャワーヘッド（上部電極）
４６処理ガス供給部
５４排気装置
５８加熱用高周波電源
６０ＲＦバイアス用高周波電源
６２プラズマ生成用高周波電源
６４，６６，７０給電ライン
７４ローパス・フィルタ（ＬＰＦ）
７６バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ）
８４ローパス・フィルタ
８８高周波バイパス回路
９０フィルタ
９２サセプタ下部電極
９４サセプタ
９６サセプタ上部電極
９８加熱用高周波電源
１００，１０２給電ライン
１０６ハイパス・フィルタ（ＨＰＦ）
１１２加熱用高周波電源
１１４，１１６，１１８給電ライン
１２０フィルタ

Claims

被処理基板に所定の処理を施すための処理空間を与える処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を載置する載置台と、
前記載置台の内部に基板載置面に近接して設けられる導体と、
第１の給電ラインを介して前記導体に静電吸着用の直流電圧を印加する直流電源と、
一方の出力端子が第２の給電ラインを介して前記導体に電気的に接続され、加熱用の高周波を出力する高周波電源と、
前記第１の給電ラインの途中に設定された所定のノードと前記高周波電源の他方の出力端子との間で直流を遮断し前記高周波を通す高周波バイパス回路と
を有し、前記高周波電源と前記第２の給電ラインと前記導体と前記第１の給電ラインと前記高周波バイパス回路とを含む閉回路内で前記高周波電源より出力される高周波の電流が流れ、前記導体のジュール熱によって前記載置台上の前記基板が加熱される処理装置。
前記載置台が、
前記第２の給電ラインを介して前記高周波電源の一方の出力端子に電気的に接続される導電性の本体と、
前記本体の上に設けられ、前記導体と前記導体を上下両側から挟む誘電体とを含む静電チャックと
を有する請求項１に記載の処理装置。
前記載置台が、前記導体を内蔵するセラミックからなる本体を有する請求項１に記載の処理装置。
プラズマの生成または導入の可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を載置する第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられ、電極部と前記電極部を上下両側から挟む誘電体とを有する静電チャックと、
第１の給電ラインを介して前記静電チャックの電極部に静電吸着用の直流電圧を印加する直流電源と、
一方の出力端子が第２の給電ラインを介して前記第１の電極に電気的に接続され、加熱用の第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記第１の給電ラインの途中に設定された第１のノードと前記第１の高周波電源の他方の出力端子との間で直流を遮断し前記第１の高周波を通す高周波バイパス回路と、
一方の出力端子が第３の給電ラインと前記第２の給電ラインとを介して前記第１の電極に電気的に接続され、高周波バイアス用の第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第１のノードよりも前記静電チャックの電極部寄りで前記第１の給電ラインの途中に設けられ、前記直流電源からの前記直流電圧を通すとともに前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を通し、前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を遮断する第１のフィルタ回路と
を有し、前記第１の高周波電源と前記第２の給電ラインと前記静電チャックの電極部と前記第１の給電ラインと前記第１のフィルタ回路と前記高周波バイパス回路とを含む閉回路内で前記第１の高周波電源より出力される前記第１の高周波の電流が流れ、前記静電チャックの電極部のジュール熱によって前記載置台上の前記基板が加熱される処理装置。
前記第１の高周波の周波数が前記第２の高周波の周波数よりも低い請求項４に記載の処理装置。
前記第３の給電ラインと前記第２の給電ラインとが接続される第２のノードよりも前記第１の高周波電源の一方の出力端子寄りで前記第２の給電ラインの途中に設けられ、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を通し、前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を遮断する第２のフィルタ回路を有する請求項４または５に記載の処理装置。
前記第３の給電ラインの途中に設けられ、前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を通し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を遮断する第３のフィルタ回路を有する請求項４〜６のいずれか一項に記載の処理装置。
前記処理容器内で前記第１の電極と対向して所望の間隔を空けて配置される第２の電極を有する請求項４〜６のいずれか一項に記載の処理装置。
前記第２の高周波電源より前記第１の電極に供給される前記第２の高周波が、前記第１の電極と前記第２の電極との間でプラズマを生成するための高周波を兼ねる請求項８に記載の処理装置。
前記第２の電極に第４の給電ラインを介してプラズマ生成用の第３の高周波を供給する第３の高周波電源を有する請求項８に記載の処理装置。
前記第１のフィルタ回路が前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を遮断する請求項９に記載の処理装置。
プラズマの生成または導入の可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を載置する第１の電極と、
前記第１の電極上に設けられ、電極部と前記電極部を上下両側から挟む誘電体とを有する静電チャックと、
第１の給電ラインを介して前記静電チャックの電極部に静電吸着用の直流電圧を印加する直流電源と、
一方の出力端子が第２の給電ラインを介して前記第１の電極に電気的に接続され、加熱用の第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記第１の給電ラインの途中に設定された第１のノードと前記第１の高周波電源の他方の出力端子との間で直流を遮断し前記第１の高周波を通す高周波バイパス回路と、
前記処理容器内で前記第１の電極と対向して配置される第２の電極と、
前記第２の電極に第４の給電ラインを介してプラズマ生成用の第３の高周波を供給する第３の高周波電源と、
前記第１のノードよりも前記静電チャックの電極部寄りで前記第１の給電ラインの途中に設けられ、前記直流電源からの前記直流電圧を通すとともに前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を通し、前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を遮断する第１のフィルタ回路と
を有し、前記第１の高周波電源と前記第２の給電ラインと前記静電チャックの電極部と前記第１の給電ラインと前記第１のフィルタ回路と前記高周波バイパス回路とを含む閉回路内で前記第１の高周波電源より出力される前記第１の高周波の電流が流れ、前記静電チャックの電極部のジュール熱によって前記載置台上の前記基板が加熱される処理装置。
前記第２の給電ラインの途中に設けられ、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を通し、前記第３の高周波電源からの前記第３の高周波を遮断する第２のフィルタ回路を有する請求項１２に記載の処理装置。
被処理基板に所定の処理を施すための処理空間を与える処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を載置する誘電体を含む載置台と、
前記載置台の内部に基板載置面に近接して設けられる第１の導体と、
前記誘電体の一部または全部を挟んで前記第１の導体と対向して下方に設けられる第２の導体と、
前記第１の導体と前記第２の導体との間に加熱用の高周波を印加する高周波電源と
を有し、前記高周波電源からの前記高周波の電界を印加される前記誘電体の誘電損失による発熱によって前記載置台上の前記基板が加熱される処理装置。
前記第１の導体に静電吸着用の直流電圧を印加する直流電源を有する請求項１４に記載の処理装置。