JP2009064917A - 載置台構造及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】載置台の下面の中央部に割れの起点となる接続端子等を設けないようにして載置台の中央部に大きな熱応力が発生しても、この載置台自体が破損することを防止することができる載置台構造を提供する。
【解決手段】処理装置２０の処理容器２２内に設けられて被処理体Ｗを載置するための載置台構造５４において、加熱手段６４が設けられた誘電体よりなる載置台６０と、載置台を、その上面に支持するために載置台の半径方向への広がりを有する載置台支持台５８と、処理容器の底部より起立されて上端部に載置台を支持する誘電体よりなる円筒体状の支柱５６と、載置台支持台の下面の中心部側より上面側に向けて載置台の半径方向外側へ傾斜するように貫通して設けられた複数の棒挿通孔８２Ａ〜８２Ｉと、円筒体状の支柱内に設けられて上端部側が棒挿通孔に挿通されて載置台に届くように設けられた機能棒体６２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の処理装置及び載置台構造に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するには、半導体ウエハ等の被処理体に、成膜処理、エッチング処理、熱処理、改質処理、結晶化処理等の各種の枚葉処理を繰り返し行なって、所望する集積回路を形成するようになっている。上記したような各種の処理を行なう場合には、その処理の種類に対応して必要な処理ガス、例えば成膜処理の場合には成膜ガスやハロゲンガスを、改質処理の場合にはオゾンガス等を、結晶化処理の場合にはＮ_２ ガス等の不活性ガスやＯ_２ ガス等をそれぞれ処理容器内へ導入する。

例えば半導体ウエハに対して１枚毎に熱処理を施す枚葉式の処理装置を例にとれば、真空引き可能になされた処理容器内に、例えば抵抗加熱ヒータを内蔵した載置台を設置し、この上面に半導体ウエハを載置し、所定の温度（例えば１００℃から１０００℃）で加熱した状態で所定の処理ガスを流し、所定のプロセス条件下にてウエハに各種の熱処理を施すようになっている（特許文献１〜５）。このため処理容器内の部材については、これらの加熱に対する耐熱性と処理ガスに曝されても腐食されない耐腐食性が要求される。

ところで、半導体ウエハを載置する載置台構造に関しては、一般的には耐熱性耐腐食性を持たせると共に、金属コンタミネーション等の金属汚染を防止する必要から例えばＡｌＮ等のセラミック材中に発熱体として抵抗加熱ヒータを埋め込んで高温で一体焼成して載置台を形成し、また別工程で同じくセラミック材等を焼成して支柱を形成し、この一体焼成した載置台側と上記支柱とを、例えば熱拡散接合で溶着して一体化して載置台構造を製造している。そして、このように一体成形した載置台構造を処理容器内の底部に起立させて設けるようにしている。また上記セラミック材に代えて耐熱耐腐食性のある石英ガラスを用いる場合もある。

ここで従来の載置台構造の一例について説明する。図１０は従来の載置台構造の一例を示す断面図である。この載置台構造は、真空排気が可能になされた処理容器内に設けられており、図１０に示すように、この載置台構造はＡｌＮ等のセラミック材よりなる円板状の載置台２を有している。そして、この載置台２の下面の中央部には同じく例えばＡｌＮ等のセラミック材よりなる円筒状の支柱４が例えば熱拡散接合にて接合されて一体化されている。従って、両者は熱拡散接合部６により気密に接合されることになる。ここで上記載置台２の大きさは、例えばウエハサイズが３００ｍｍの場合には、直径が３５０ｍｍ程度であり、支柱４の直径は５０〜６０ｍｍ程度である。上記載置台２内には例えば加熱ヒータ等よりなる加熱手段８が設けられ、載置台２上の被処理体としての半導体ウエハＷを加熱するようになっている。

上記支柱４の下端部は、容器底部９に固定ブロック１０により固定されることにより起立状態になっている。そして、上記載置台２の下面の中央部には、これに穴を開けるなどして上記加熱手段８に対する接続端子１２が設けられている。そして、上記円筒状の支柱４内には、その上端が上記加熱手段８の接続端子１２に接続された給電棒１４が設けられており、この給電棒１４の下端部側は絶縁部材１６を介して容器底部を下方へ貫通して外部へ引き出されている。これにより、この支柱４内へプロセスガス等が侵入することを防止して、上記給電棒１４や接続端子１２等が上記腐食性のプロセスガスにより腐食されることを防止するようになっている。

特開昭６３−２７８３２２号公報 特開平０７−０７８７６６号公報 特開平０６−２６０４３０号公報 特開２００４−３５６６２４号公報 特開２００６−２９５１３８号公報

ところで、半導体ウエハに対するプロセス時には、載置台２自体は高温状態になる。この場合、支柱４を構成する材料は熱伝導率がそれ程良好ではないセラミック材よりなるとはいえ、載置台２と支柱４とは熱拡散により接合されていることから、この支柱４を伝わって多量の熱が載置台２の中心側から支柱４側へ逃げることは避けられない。このため、特に載置台２の昇降温時では載置台２の中心部の温度が低くなってクールスポットが生じるのに対して周辺部の温度が高くなって載置台２の面内で大きな温度差が生じ、この結果、載置台２の中心部に大きな熱応力が集中して生じ、この熱応力により上記載置台２の下面の中央部に形成した例えば接続端子１２用の穴を起点として割れが生じて載置台２を破損する、といった問題があった。

このような載置台２の下面中央部の穴は、上記加熱手段８の接続端子用の穴に限らず、プラズマを用いる場合には下部電極の接続端子用の穴や静電チャックのチャック電極の接続端子用の穴や温度検出のための熱電対用の穴など、種々の穴（図示せず）が集中して設けられており、これらの各穴が上記割れの起点となる場合があった。

特に、プロセスの種類にも依存するが、載置台２の温度は７００℃以上にも達するので上記温度差はかなり大きくなり、これに加えて、載置台の昇降温の繰り返しにより上記熱応力による破損が促進されてしまう、といった問題があった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、載置台の下面の中央部に割れの起点となる接続端子等を設けないようにして載置台の中央部に大きな熱応力が発生しても、この載置台自体が破損することを防止することができる載置台構造及び処理装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、処理装置の処理容器内に設けられて処理すべき被処理体を載置するための載置台構造において、前記被処理体を載置するために少なくとも加熱手段が設けられた誘電体よりなる載置台と、前記載置台を、その上面に支持するために前記載置台の半径方向への広がりを有する載置台支持台と、前記処理容器の底部より起立されて上端部に前記載置台支持台を支持する誘電体よりなる円筒体状の支柱と、前記載置台支持台の下面の中心部側より上面側に向けて前記載置台の半径方向外側へ傾斜するように貫通して設けられた複数の棒挿通孔と、前記円筒体状の支柱内に設けられて上端部側が前記棒挿通孔に挿通されて前記載置台に届くように設けられた機能棒体と、を備えたことを特徴とする載置台構造である。

これにより、載置台の下面の中央部に割れの起点となる接続端子等を設けないようにして載置台の中央部に大きな熱応力が発生しても、この載置台自体が破損することを防止することが可能となる。

この場合、例えば請求項２に記載したように、前記支柱と前記載置台支持台とは着脱可能に接合されている。
また例えば請求項３に記載したように、前記載置台支持台は、前記載置台の半径方向外方へ延びるように断面逆三角形状に成形されている。
また例えば請求項４に記載したように、前記載置台支持台は、前記載置台の半径方向外方へ延びる複数の支持アーム部を有している。
また例えば請求項５に記載したように、前記支持アーム部は、前記載置台支持台の中心側が厚く、その先端側へ行くに従って次第に薄くなされている。

また例えば請求項６に記載したように、前記機能棒体の上端部は、前記載置台の下面側に係合部を介して係合されている。
また例えば請求項７に記載したように、前記係合部は、ネジによる係合である。
また例えば請求項８に記載したように、前記機能棒体は、下方向へ付勢されている。
また例えば請求項９に記載したように、前記支柱内は、不活性ガスの雰囲気になされている。

また例えば請求項１０に記載したように、前記機能棒体は、前記加熱手段側に電気的に接続されるヒータ給電棒である。
また例えば請求項１１に記載したように、前記載置台には、静電チャック用のチャック電極が設けられており、前記機能棒体は前記チャック電極側に電気的に接続されるチャック用給電棒である。
また例えば請求項１２に記載したように、前記載置台には、高周波電力を印加するための高周波電極が設けられており、前記機能棒体は前記高周波電極側に電気的に接続される高周波給電棒である。

また例えば請求項１３に記載したように、前記載置台には、静電チャック用のチャック電極と高周波電力を印加するための高周波電極とが兼用される兼用電極が設けられており、前記機能棒体は前記兼用電極に電気的に接続される兼用給電棒である。
また例えば請求項１４に記載したように、前記載置台には、グランド電極が設けられており、前記機能棒体は前記グランド電極に電気的に接続される導電棒である。

また例えば請求項１５に記載したように、前記機能棒体は、前記載置台の温度を測定するための熱電対の導電棒である。
また例えば請求項１６に記載したように、前記機能棒体は、前記載置台の温度を測定するための放射温度計の光ファイバである。
また例えば請求項１７に記載したように、前記加熱手段は、複数のゾーンに区画されており、前記熱電対又は放射温度計は、前記各ゾーン毎に設けられる。
また例えば請求項１８に記載したように、前記熱電対又は放射温度計は、前記各ゾーン毎に複数個設けられる。

請求項１９に係る発明は、被処理体に対して処理を施すための処理装置において、真空排気が可能になされた処理容器と、前記被処理体を載置するために請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の載置台構造と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、を備えたことを特徴とする処理装置である。

本発明に係る載置台構造及び処理装置によれば、次のような優れた作用効果を発揮することができる。
載置台の下面の中央部に割れの起点となる接続端子等を設けないようにして載置台の中央部に大きな熱応力が発生しても、この載置台自体が破損することを防止することが可能となる。

以下に、本発明に係る載置台構造及び処理装置の好適な一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る載置台構造を有する処理装置を示す断面構成図、図２は載置台構造を示す拡大図、図３は載置台に設けた加熱手段の一例を示す平面図、図４は加熱手段に対する接続の状態を代表的に取り出して示す拡大断面構成図、図５は図１中の載置台構造の分解拡大断面図、図６は加熱手段の接続端子の部分を代表的に取り出して示す部分拡大断面図、図７は載置台支持台の上面と下面側を示す概略斜視図、図８は載置台支持台を示す上面図である。ここではプラズマを用いて成膜処理を行う場合を例にとって説明する。

図１及び図２に示すようにこの処理装置２０は、例えば断面の内部が略円形状になされたアルミニウム製の処理容器２２を有している。この処理容器２２内の天井部には必要な処理ガス、例えば成膜ガスを導入するためにガス供給手段であるシャワーヘッド部２４が絶縁層２６を介して設けられており、この下面のガス噴射面２８に設けた多数のガス噴射孔から処理空間Ｓに向けて処理ガスを吹き出すようにして噴射するようになっている。このシャワーヘッド部２４はプラズマ処理時に上部電極を兼ねるものである。

このシャワーヘッド部２４内には、中空状の２つに区画されたガス拡散室３０Ａ、３０Ｂが形成されており、ここに導入された処理ガスを平面方向へ拡散した後、各ガス拡散室３０Ａ、３０Ｂにそれぞれ連通された各ガス噴射孔３２Ａ、３２Ｂより吹き出すようになっている。すなわち、ガス噴射孔３２Ａ、３２Ｂはマトリクス状に配置されている。このシャワーヘッド部２４の全体は、例えばニッケルやハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、アルミニウム、或いはアルミニウム合金により形成されている。尚、シャワーヘッド部２４としてガス拡散室が１つの場合でもよい。

そして、このシャワーヘッド部２４と処理容器２２の上端開口部の絶縁層２６との接合部には、例えばＯリング等よりなるシール部材３４が介在されており、処理容器２２内の気密性を維持するようになっている。そして、このシャワーヘッド部２４には、マッチング回路３６を介して例えば１３．５６ＭＨｚのプラズマ用の高周波電源３８が接続されており、必要時にプラズマを立てるようになっている。この周波数は上記１３．５６ＭＨｚに限定されない。

また、処理容器２２の側壁には、この処理容器２２内に対して被処理体としての半導体ウエハＷを搬入搬出するための搬出入口４０が設けられると共に、この搬出入口４０には気密に開閉可能になされたゲートバルブ４２が設けられている。
そして、この処理容器２２の底部４４の中央部は下方に凹部状に窪ませて排気室４５が設けられる。この排気室４５を区画する側壁には、排気口４６が設けられる。この排気口４６には、処理容器２２内を真空引きするための真空排気系４８が接続されている。この真空排気系４８は、上記排気口４６に接続される排気通路４９を有しており、この排気通路４９には、圧力調整弁５０及び真空ポンプ５２が順次介設されており、処理容器２２を所望する圧力に維持できるようになっている。

そして、この処理容器２２内の排気室４５を区画する底部５３には、これより起立させて本発明の特徴とする載置台構造５４が設けられる。具体的には、この載置台構造５４は、円筒状の支柱５６と、この上端部に着脱可能に連結される載置台支持台５８と、上記載置台支持台５８上に設置される載置台６０と、上記支柱５６内へ挿通される複数の機能棒体６２とにより主に構成される。

具体的には、上記載置台６０、載置台支持台５８及び支柱５６は、共に例えば誘電体であって耐熱性材料である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック材よりなり、上記載置台６０内には加熱手段６４と、兼用電極６６とが埋め込まれており、この上面側に被処理体としての半導体ウエハＷを載置するようになっている。

図２にも示すように、上記加熱手段６４は例えばカーボンワイヤヒータ等よりなる発熱体６８よりなり、この発熱体６８は載置台６０の略全面に亘って所定のパターン形状にして設けられている。そして、ここではこの発熱体６８は、載置台６０の中心側の内周ゾーン発熱体６８Ａと、この外側の外周ゾーン発熱体６８Ｂの２つのゾーンに電気的に分離されており、各ゾーン発熱体６８Ａ、６８Ｂの接続端子は、載置台６０の中心部に集合されないで中心部以外に分散されている。

図３には発熱体６８Ａ、６８Ｂや兼用電極の接続端子及び熱電対の位置も併せて記載されている。具体的には、内周ゾーン発熱体６８Ａに対する両接続端子７０Ａ、７０Ｂは載置台６０の中心部の領域７１を外し、これよりも少し半径方向外方に位置する部分に設けられ、また、外周ゾーン発熱体６８Ｂに対する両接続端子７２Ａ、７２Ｂは、上記内周ゾーン発熱体６８Ａに対する両接続端子７０Ａ、７０Ｂよりも更に半径方向外方に位置する部分に設けられる。これらの接続端子７０Ａ、７０Ｂ、７２Ａ、７２Ｂは、載置台６０の下面に穴を開けることによって形成される。尚、上記発熱体のゾーン数は１つ、或いは３以上に設定してもよい。

また上記兼用電極６６は、載置台６０の上面の直下に設けられている。この兼用電極６６は例えばメッシュ状に形成された導体線よりなり、この兼用電極６６の接続端子７４Ａは載置台６０の中心部の領域７１を外し、これよりも半径方向外方に位置する部分に設けられている。ここでは、この兼用電極６６は、静電チャック用のチャック電極と高周波電力を印加するための下部電極となる高周波電極とを兼用するものである。

そして、上記発熱体６８や兼用電極６６に対して給電を行う給電棒や温度を測定する熱電対の導電棒としての前記機能棒体６２が設けられることになる。上記支柱５６は円筒体状に形成されており、その下端部は、上記排気室４５の底部５３に固定部材７６により固定されている。そして、この支柱５６内は外気に対して気密状態になされている。この支柱５６の上端部のフランジ部５６Ａには上記載置台支持台５８の下端部のフランジ部５８Ａが固定部材７８により着脱可能に固定されている。

上記載置台支持台５８は、上記載置台６０をその上面に支持するために載置台６０の半径方向への広がりを有している。具体的には、この載置台支持台５８は、図７及び図８にも示すように、載置台６０の半径方向外方へ延びる複数の、図示例では６本の支持アーム部８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ、８０Ｅ、８０Ｆを有している。上記各支持アーム部８０Ａ〜８０Ｆの隣り合うアーム部間の開き角は例えば６０度にそれぞれ均等に設定されており、各支持アーム部８０Ａ〜８０Ｆの上面側が上記載置台６０の下面側と接して、これを支持するようになっている（図５参照）。尚、図７（Ａ）は載置台支持台５８の上面側から見た斜視図を示し、図７（Ｂ）は載置台支持台５８の下面側から見た斜視図を示す。

上記各支持アーム部８０Ａ〜８０Ｆの長さは、載置台支持台５８の中心部を中心として対向して設けた２本の支持アーム部８０Ａ、８０Ｄが一番長く設定され、他の４本の支持アーム部８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｅ、８０Ｆはそれよりも少し短く設定されている。そして、上記各支持アーム部８０Ａ〜８０Ｆは、その高さ方向において載置台支持台５８の中心側の厚さＨ１が厚く、その先端側へ行くに従って次第に薄くなっている。

そして、上記載置台支持台５８には、この載置台支持台５８の下面の中心部側より上面側に向けて上記載置台６０の半径方向外方へ傾斜するように貫通して形成された複数、図示例では９個（図７参照）の棒挿通孔８２Ａ〜８２Ｉが設けられている。尚、図４及び図５では発明の理解を容易化するために各棒挿通孔８２Ａ〜８２Ｉを平面的に配列して表している。

具体的には、上記支持アーム部８０Ａには外周ゾーン発熱体用の棒挿通孔８２Ａと内周ゾーン発熱体用の棒挿通孔８２Ｂが形成され、支持アーム部８０Ｄには外周ゾーン発熱体用の棒挿通孔８２Ｃと内周ゾーン発熱体用の棒挿通孔８２Ｄが形成される。
また支持アーム部８０Ｂ、８０Ｅには、それぞれ外周ゾーンに対する熱電対用の棒挿通孔８２Ｆ、８２Ｅが形成される。また支持アーム部８０Ｃ、８０Ｆには、それぞれ内周ゾーンに対する熱電対用の棒挿通孔８２Ｈ、８２Ｇが形成される。

更に、上記支持アーム部８０Ｃには、兼用電極用の棒挿通孔８２Ｉが形成されている。いずれにしても、載置台支持台５８の上面側の中央部の少なくとも直径が５０ｍｍの範囲内、好ましくは６５ｍｍの範囲内の部分には上記各棒挿通孔８２Ａ〜８２Ｉの開口は設けられていない。ここで上記各棒挿通孔８２Ａ〜８２Ｉの直径は６ｍｍ程度である。また、上記載置台支持台５８の上面側の中央部には、載置台６０の下面との接触面積を減らして下方への熱の逃げを抑制するための凹部８４（図７（Ａ）参照）が設けられている。

そして、上記各棒挿通孔８２Ａ〜８２Ｉに上記機能棒体６２がそれぞれ挿通されて、ヒータへの給電、熱電対による温度計測、兼用電極への導通等が行われる。すなわち、図４及び図５に示すように、上記載置台６０の下面側には、上記各棒挿通孔８２Ａ〜８２Ｉの上端の開口に位置的に対応させて、上記内周ゾーン発熱体６８Ａの接続端子７０Ａ、７０Ｂ、外周ゾーン発熱体６８Ｂの接続端子７２Ａ、７２Ｂ、兼用電極６６の接続端子７４Ａ、内周ゾーンの一対の熱電対用の熱電対挿入穴８６Ａ、８６Ｂ及び外周ゾーンの一対の熱電対用の熱電対挿入穴８８Ａ、８８Ｂがそれぞれ設けられている。

そして、内周ゾーン発熱体６８Ａに対しては、電力インと電力アウト用の２本の機能棒体６２としてヒータ給電棒９０、９２がそれぞれ支柱５６内及び棒挿通孔８２Ｂ、８２Ｄ内を個別に挿通されており、各ヒータ給電棒９０、９２の上端は、接続端子７０Ａ、７０Ｂにそれぞれ係合されて電気的に接続されている。

また、外周ゾーン発熱体６８Ｂに対しては、電力インと電力アウト用の２本の機能棒体６０としてヒータ給電棒９４、９６がそれぞれ支柱５６内及び棒挿通孔８２Ａ、８２Ｃ内を個別に挿通されており、各ヒータ給電棒９４、９６の上端は、接続端子７２Ａ、７２Ｂにそれぞれ係合されて電気的に接続されている（図３参照）。上記各ヒータ給電棒９０〜９６は例えばニッケル合金等よりなり、途中の屈曲部は編線により可撓性を持たせてある。

また兼用電極６６に対しては機能棒体６２として兼用給電棒９８が支柱５６内及び棒挿通孔８２Ｉ内を挿通されており、この兼用給電棒９８の上端は、接続端子７４Ａに係合されて電気的に接続されている。上記兼用給電棒９８は例えばニッケル合金等よりなり、途中の屈曲部は編線により可撓性を持たせてある。

ここで上記各接続端子７０Ａ、７０Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ、７４Ａにおける係合構造は同じ構成になされており、これらの構造を図６に接続端子７２Ａを代表して示している。すなわち、接続端子７２Ａに代表される各接続端子は、例えばＭｏ（モリブデン）を含む合金よりなり、この接続端子７２Ａには雌ネジが形成され、この雌ネジに上記給電棒９４の先端に形成した雄ネジ９４Ａを螺合させて両者が連結されている。この場合、上記雌ネジと雄ネジとの関係を逆にし、給電棒９４に雌ネジを形成し、接続端子７２Ａに雄ネジを形成するようにしてもよい。

そして、後述するように、この給電棒９４は下方向へある程度の力で付勢されており、このネジによる係合部に下方向へ力が付与され、この載置台６０が横方向へスライドしたり、浮き上がることを防止するようになっている。上記下方向への付勢力は、他の接続端子７０Ａ、７０Ａ、７２Ｂ、７４Ａにおいても同様に付与される。

更に、上記載置台６０の内周ゾーンの温度を測定するために、一対の熱電対１００、１０２の機能棒体６２である導電棒１０４、１０６が、支柱５６内及び棒挿通孔８２Ｇ、８２Ｈにそれぞれ挿通されており、各熱電対１００、１０２の先端部の測温接点１００Ａ、１０２Ａが、上記熱電対挿入穴８６Ａ、８６Ｂにそれぞれ挿入されて、内周ゾーンの温度を測定できるようになっている（図４参照）。

更に、上記載置台６０の外周ゾーンの温度を測定するために、一対の熱電対１０８、１１０の機能棒体６２である導電棒１１２、１１４が、支柱５６内及び棒挿通孔８２Ｅ、８２Ｆにそれぞれ挿通されており、各熱電対１０８、１１０の先端部の測温接点１０８Ａ、１１０Ａが、上記熱電対挿入穴８８Ａ、８８Ｂにそれぞれ挿入されて、外周ゾーンの温度を測定できるようになっている（図４参照）。

そして、図４に示すように、上記各ヒータ給電棒９０、９２、９４、９６及び兼用給電棒９８は、上記支柱５６の底部を絶縁性を維持しつつ貫通すると共に、各貫通部には伸縮可能になされたベローズ１１６が絶縁性と気密性を維持しつつそれぞれ設けられている。ここで上記各ベローズ１１６は縮められた状態で装着されており、前述したように上記各ヒータ給電棒９０、９２、９４、９６及び兼用給電棒９８に対して矢印１１８に示すように下方向へ所定の大きさの張力を付与するようになっている。尚、この張力を付す弾発部材としてはベローズ１１６に限定されず、弾発力を発揮するバネ部材を用いることができる。

そして、図１及び図２に戻って、上記各熱電対１００、１０２、１０８、１１０の各導電棒１０４、１０６、１１２、１１４に接続した配線１２０、１２２、１２４、１２６は、例えばコンピュータ等よりなるヒータ制御部１２８へ入力され、このヒータ制御部１２８は上記各熱電対１００〜１１０の測定値に基づいてヒータ電源部１３０を制御するようになっている。このヒータ電源部１３０には、上記各ヒータ給電棒９０〜９６からの配線１３２、１３４、１３６、１３８がそれぞれ接続されており、上記内周ゾーン発熱体６８Ａ及び外周ゾーン発熱体６８Ｂをそれぞれ個別に制御して所望する温度を維持するようになっている。

また、上記兼用給電棒９８に接続される配線１４０には、静電チャック用の直流電源１４２とバイアス用の高周波電力を印加するための高周波電源１４４とがそれぞれ接続されており、載置台６０のウエハＷを静電吸着すると共に、プロセス時に下部電極となる載置台６０にバイアスとして高周波電力を印加できるようになっている。この高周波電力の周波数としては１３．５６ＭＨｚを用いることができるが、他に４００ｋＨｚ等を用いることができ、この周波数に限定されるものではない。

そして、上記支柱５６の底部には、不活性ガス供給路１４５が接続されており、この支柱５６内に不活性ガスとして例えばＡｒガスを流量制御しつつ供給できるようになっている。この不活性ガスとしてはＡｒに限定されず、Ｈｅ等の他の希ガスやＮ_２ ガスを用いることができる。

また、上記載置台６０には、この上下方向に貫通して複数、例えば３本のピン挿通孔１４６が形成されており（図１及び図２においては２つのみ示す）、上記各ピン挿通孔１４６に上下移動可能に遊嵌状態で挿通させた押し上げピン１４８を配置している。この押し上げピン１４８の下端には、円弧状の例えばアルミナのようなセラミック製の押し上げリング１５０が配置されており、この押し上げリング１５０に、上記各押し上げピン１４８の下端が乗っている。この押し上げリング１５０から延びるアーム部１５２は、容器底部４４を貫通して設けられる出没ロッド１５４に連結されており、この出没ロッド１５４はアクチュエータ１５６により昇降可能になされている。

これにより、上記各押し上げピン１４８をウエハＷの受け渡し時に各ピン挿通孔１４６の上端から上方へ出没させるようになっている。また、上記出没ロッド１５４の容器底部の貫通部には、伸縮可能なベローズ１５８が介設されており、上記出没ロッド１５４が処理容器２２内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。

また、この処理装置２０の全体の動作、例えばプロセス圧力の制御、載置台６０の温度制御、処理ガスの供給や供給停止等は、例えばコンピュータ等よりなる装置制御部１６０により行われることになる。そして、この装置制御部１６０は、上記動作に必要なコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体１６２を有している。この記憶媒体１６２は、フロッピやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やハードディスクやフラッシュメモリ等よりなる。

次に、以上のように構成されたプラズマを用いた処理装置の動作について説明する。
まず、未処理の半導体ウエハＷは、図示しない搬送アームに保持されて開状態となったゲートバルブ４２、搬出入口４０を介して処理容器２２内へ搬入され、このウエハＷは、上昇された押し上げピン１４８に受け渡された後に、この押し上げピン１４８を降下させることにより、ウエハＷを載置台構造５４の載置台支持台５８に設置された載置台６０の上面に載置してこれを支持する。

この時に、載置台６０の兼用電極６６に直流電源１４２より直流電圧を印加することにより静電チャックが機能し、ウエハＷを載置台６０上に吸着して保持する。尚、静電チャックに代えてウエハＷの周辺部を押さえるクランプ機構を用いる場合もある。

次に、シャワーヘッド部２４へ各種の処理ガスを、それぞれ流量制御しつつ供給して、このガスをガス噴射孔３２Ａ、３２Ｂより吹き出して処理空間Ｓへ導入する。そして、真空排気系４８の真空ポンプ５２の駆動を継続することにより、処理容器２２内の雰囲気を真空引きし、そして、圧力調整弁５０の弁開度を調整して処理空間Ｓの雰囲気を所定のプロセス圧力に維持する。この時、ウエハＷの温度は所定のプロセス温度に維持されている。すなわち、載置台６０の加熱手段６４を構成する内周ゾーン発熱体６８Ａ及び外周ゾーン発熱体６８Ｂにヒータ電源部１３０側よりそれぞれ電圧を印加することにより発熱させている。

この結果、各発熱体６８Ａ、６８Ｂからの熱でウエハＷが昇温加熱される。この時、載置台６０の下面に各ゾーンに対応させて設けた各熱電対１００、１０２及び１０８、１１０では、ゾーン毎にウエハ（載置台）温度が測定され、この測定値に基づいてヒータ制御部１２８は、各ゾーン毎に温度制御することになる。このため、ウエハＷの温度を常に面内均一性が高い状態で温度制御することができる。この場合、プロセスの種類にもよるが、載置台６０の温度は例えば７００℃程度に達する。また、ここでは各ゾーン毎に一対の熱電対１００、１０２及び１０８、１１０を、それぞれ載置台６０の中心を中心とする略点対称となる位置に配置しているので、精度の高い温度制御を行うことができる。

またプラズマ処理を行う時には、プラズマ発生用の高周波電源３８を駆動することにより、上部電極であるシャワーヘッド部２４と下部電極である載置台６０との間に高周波を印加し、処理空間Ｓにプラズマを立てて所定のプラズマ処理を行う。また、この際に、載置台６０の兼用電極６６にバイアス用の高周波電源１４４から高周波電力を印加することにより、プラズマイオンの引き込みを行うことができる。

ここで上記載置台構造５４における機能について詳しく説明する。まず、加熱手段の内周ゾーン発熱体６８Ａへは機能棒体６２であるヒータ給電棒９０、９２を介して電力が供給され、外周ゾーン発熱体６８Ｂへはヒータ給電棒９４、９６を介して電力が供給される。また載置台６０の内周ゾーンの温度は、その測温接点１００Ａ、１０２Ａが載置台６０の内周ゾーンに配置された熱電対１００、１０２の導電棒１０４、１０６を介して上記ヒータ制御部１２８に伝えられる。また載置台６０の外周ゾーンの温度は、その測温接点１０８Ａ、１１０Ａが載置台６０の外周ゾーンに配置された熱電対１０８、１１０の導電棒１１２、１１４を介して上記ヒータ制御部１２８へ伝えられる。

更には、兼用電極６６へは、兼用給電棒９８を介して静電チャック用の直流電圧とバイアス用の高周波電力が印加される。また、上記支柱５６内へは不活性ガス供給路１４５を介してＡｒ等の不活性ガスが供給されている。

さて、このような状況において、ウエハＷに対する処理が繰り返し行われる載置台６０の昇温及び降温が繰り返されることになる。そして、この載置台６０の温度の昇降によって、例えば載置台６０の温度が前述したように７００℃程度に達すると、載置台６０の中心部側は、載置台支持台５８で支持されているので、この載置台支持台５８を介して支柱５６側へ熱が逃げて載置台６０の中心部側に、温度の低い領域、すなわちクールスポットが生じ易くなる。この結果、載置台６０の周辺部の熱い領域と中心部の温度の低い領域との間で熱伸縮差が生じて載置台５０の中心部に大きな熱応力が加わることになる。

この場合、従来の載置台構造のあっては、図１０にて説明したように、載置台の下面側の中心部に集中させて接続端子用の穴等を設けていたことから、上記熱応力によりこの穴を起点として割れが発生し、載置台が破損する原因となっていた。

これに対して、本実施例では、載置台６０の下面の中央部の領域７１（図３参照）には、直径５０ｍｍの範囲内、好ましくは直径６５ｍｍの範囲内には、上記した穴（接続端子）、すなわち発熱体６８Ａ、６８Ｂの接続端子７０Ａ、７０Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ、兼用電極６６の接続端子７４Ａ、熱電対挿入穴８６Ａ、８６Ｂ、８８Ａ、８８Ｂは設けていないので、載置台６０の中央部に上記した熱応力が集中しても、この部分の剛性は強くなっていることから、載置台６０自体に割れや破損等が生ずることを防止することができる。

換言すれば、上記各接続端子７０Ａ、７０Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ、７４Ａや熱電対挿入穴８６Ａ、８６Ｂ、８８Ａ、８８Ｂは載置台６０の中央部に集中させて設けないで、中央部以外の領域に分散させて設けるようにしているので、その分、載置台６０の熱応力に対する耐久性を向上させることができ、割れや破損等が生ずることを抑制することができる。

この場合、載置台支持台５８の上面の中央部には、凹部８４（図７（Ａ）参照）が設けられ、また、載置台支持台５８自体の形状を複数の支持アーム部８０Ａ〜８０Ｆが、その中心より延びたような形状としているので、その分、載置台支持台５８の上面と載置台６０の下面との接触面積が少なくなって、熱の逃げが少なくなり、且つクールスポットの温度差も小さくなって発生する熱応力自体も抑制することができる。

また、ウエハに対するプロセスの繰り返しにより、上記ヒータ給電棒９０〜９６や兼用給電棒９８は上下方向の熱伸縮することになるが、それぞれベローズ１１６（図４参照）が介設されているので、このベローズ１１６が伸縮することで熱伸縮を許容することができる。

また上記支柱５６内へは不活性ガス供給路１４５からパージガスとして不活性ガスが供給されているので、上記各機能棒体６２が腐食性のプロセスガスに晒されることはなく、しかも不活性ガスにより機能棒体６２や接続端子７０Ａ、７０Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ等が酸化されることを防止することができる。

また上記ベローズ１１６は予め縮退させて設けられて、図４中の矢印１１８に示すように下方向へ延びるような力（下方向への引張り力）が各ヒータ給電棒９０〜９６や兼用給電棒９８に付与されているので、載置台６０は下方向へ引っ張られることになり、この結果、上記支柱５６内へ不活性ガスが供給されて支柱５６内の圧力が処理空間Ｓ側よりも高くなっても、載置台６０が横すべりしたり、載置台支持台５８より浮き上がることを防止することができる。

尚、上記実施例にあっては、図８にも示すように、載置台支持台５８は６本の支持アーム部８０Ａ〜８０Ｆを有する構造としたが、これに限定されず、図９に示す載置台支持台５８の変形例の上面図のように、上面全体が例えば楕円形状となるように形成してもよいし、或いは円形状（図示せず）となるように形成してもよい。この場合、載置台支持台５８は載置台６０の半径方向外方へ延びて断面逆三角形状となる。

また上記実施例にあっては、各ゾーン毎に一対の熱電対を設けたが、これに限定されず、各ゾーン毎に１つの熱電対を設けるようにしてもよいし、或いはいずれか１のゾーンのみに熱電対を設け、この熱電対の測定値に基づいて他のゾーンの温度は予め求めておいた相関関係によって制御するようにしてもよい。

また、以上の実施例では、載置台６０に兼用電極６６を設け、これに兼用給電棒９８を介して静電チャック用の直流電圧と、バイアス用の高周波電力とを印加するようにしたが、これらを分離して設けるようにしてもよいし、或いはいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。例えば両者を分離させて設ける場合には、兼用電極６６と同様な構造の電極を上下に２つ設けて、一方をチャック電極とし、他方を高周波電極とする。そして、チャック電極には機能棒体としてチャック用給電棒を電気的に接続し、高周波電極には高周波給電棒を電気的に接続する。これらのチャック用給電棒や高周波給電棒の取り付け構造は上記兼用給電棒９８と全く同じである。

また上記兼用電極６６と同じ構造のグランド電極を設けて、これに接続される機能棒体６２の下端を接地して導電棒として用いることにより、上記グランド電極を接地するようにしてもよい。更に、ここでは各ヒータ給電棒や導電棒の上端部はネジよりなる係合部で載置台６０側へ係合されたが、これに限定されず、例えば引っ掛け構造の係合部を用いてもよい。

また、本実施例ではプラズマを用いた処理装置を例にとって説明したが、これに限定されず、載置台６０に加熱手段６４を埋め込むようにした載置台構造を用いた全ての処理装置、例えば成膜装置、スパッタ装置、エッチング装置、熱拡散装置、拡散装置、改質装置等にも適用することができる。従って、兼用電極６６（チャック電極や高周波電極を含む）や熱電対１００、１０２、１０８、１１０及びそれらに付属する部材を省略することができる。

更には、ガス供給手段としてはシャワーヘッド部２４に限定されず、例えば処理容器２２内へ挿通されたガスノズルによりガス供給手段を構成してもよい。
また更には、温度測定手段として、ここでは熱電対１００、１０２、１０８、１１０を用いたが、これに限定されず、放射温度計を用いるようにしてもよい。この場合には、放射温度計に用いられる光を導通する光ファイバが機能棒体となり、この光ファイバが棒挿通孔内に挿通されることになる。

また上記載置台６０、載置台支持台５８及び支柱５６を形成する誘電体としては、窒化アルミニウムのみならず、酸化アルミニウム、ジルコニア（ＺｒＯ_２ ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３ Ｎ_４ ）等の他のセラミック材や石英等の他の誘電体を用いることができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。

本発明に係る載置台構造を有する処理装置を示す断面構成図である。 載置台構造を示す拡大図である。 載置台に設けた加熱手段の一例を示す平面図である。 加熱手段に対する接続の状態を代表的に取り出して示す拡大断面構成図である。 図１中の載置台構造を示す分解拡大断面図である。 加熱手段の接続端子の部分を代表的に取り出して示す部分拡大断面図である。 載置台支持台の上面と下面側を示す概略斜視図である。 載置台支持台を示す上面図である。 載置台支持台の変形例の一例を示す上面図である。 図１０は従来の載置台構造の一例を示す断面図である。

符号の説明

２０ 処理装置
２２ 処理容器
２４ シャワーヘッド部（ガス供給手段）
３８ プラズマ用の高周波電源
４８ 真空排気系
５４ 載置台構造
５６ 支柱
５８ 載置台支持台
６０ 載置台
６２ 機能棒体
６４ 加熱手段
６６ 兼用電極
６８ 発熱体
７０Ａ，７０Ｂ，７２Ａ，７２Ｂ，７４Ａ 接続端子
８０Ａ〜８０Ｆ 支持アーム部
８２Ａ〜８２Ｉ 棒挿通孔
９０，９２，９４，９６ 給電棒
９８ 兼用給電棒
１００，１０２，１０８，１１０ 熱電対
１０４，１０６，１１２，１１４ 導電棒
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (19)

1. 処理装置の処理容器内に設けられて処理すべき被処理体を載置するための載置台構造において、
   前記被処理体を載置するために少なくとも加熱手段が設けられた誘電体よりなる載置台と、
   前記載置台を、その上面に支持するために前記載置台の半径方向への広がりを有する載置台支持台と、
   前記処理容器の底部より起立されて上端部に前記載置台支持台を支持する誘電体よりなる円筒体状の支柱と、
   前記載置台支持台の下面の中心部側より上面側に向けて前記載置台の半径方向外側へ傾斜するように貫通して設けられた複数の棒挿通孔と、
   前記円筒体状の支柱内に設けられて上端部側が前記棒挿通孔に挿通されて前記載置台に届くように設けられた機能棒体と、
   を備えたことを特徴とする載置台構造。
2. 前記支柱と前記載置台支持台とは着脱可能に接合されていることを特徴とする請求項１記載の載置台構造。
3. 前記載置台支持台は、前記載置台の半径方向外方へ延びるように断面逆三角形状に成形されていることを特徴とする請求項１又は２記載の載置台構造。
4. 前記載置台支持台は、前記載置台の半径方向外方へ延びる複数の支持アーム部を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の載置台構造。
5. 前記支持アーム部は、前記載置台支持台の中心側が厚く、その先端側へ行くに従って次第に薄くなされていることを特徴とする請求項４記載の載置台構造。
6. 前記機能棒体の上端部は、前記載置台の下面側に係合部を介して係合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の載置台構造。
7. 前記係合部は、ネジによる係合であることを特徴とする請求項６記載の載置台構造。
8. 前記機能棒体は、下方向へ付勢されていることを特徴とする請求項６又は７記載の載置台構造。
9. 前記支柱内は、不活性ガスの雰囲気になされていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の載置台構造。
10. 前記機能棒体は、前記加熱手段側に電気的に接続されるヒータ給電棒であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の載置台構造。
11. 前記載置台には、静電チャック用のチャック電極が設けられており、前記機能棒体は前記チャック電極側に電気的に接続されるチャック用給電棒であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の載置台構造。
12. 前記載置台には、高周波電力を印加するための高周波電極が設けられており、前記機能棒体は前記高周波電極側に電気的に接続される高周波給電棒であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の載置台構造。
13. 前記載置台には、静電チャック用のチャック電極と高周波電力を印加するための高周波電極とが兼用される兼用電極が設けられており、前記機能棒体は前記兼用電極に電気的に接続される兼用給電棒であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の載置台構造。
14. 前記載置台には、グランド電極が設けられており、前記機能棒体は前記グランド電極に電気的に接続される導電棒であることを特徴とする請求項１乃至９のいづれか一項に載置台構造。
15. 前記機能棒体は、前記載置台の温度を測定するための熱電対の導電棒であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の載置台構造。
16. 前記機能棒体は、前記載置台の温度を測定するための放射温度計の光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の載置台構造。
17. 前記加熱手段は、複数のゾーンに区画されており、前記熱電対又は放射温度計は、前記各ゾーン毎に設けられることを特徴とする請求項１５又は１６記載の載置台構造。
18. 前記熱電対又は放射温度計は、前記各ゾーン毎に複数個設けられることを特徴とする請求項１７記載の載置台構造。
19. 被処理体に対して処理を施すための処理装置において、
    真空排気が可能になされた処理容器と、
    前記被処理体を載置するために請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の載置台構造と、
    前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
    を備えたことを特徴とする処理装置。

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