JP2015220413A

JP2015220413A - 基板処理装置

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Publication number: JP2015220413A
Application number: JP2014104690A
Authority: JP
Inventors: 幸司山岸; Koji Yamagishi; 裕是金子; Hiroyoshi Kaneko; 丈治押切; Joji Oshikiri
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2015-12-07
Also published as: WO2015178229A1; TW201613026A

Abstract

【課題】熱膨張による静電チャックの破損を防止する。【解決手段】基板処理装置１は、内部にヒータ２１を有し、上面に載置されたウエハＷを加熱する静電チャック１８と、静電チャック１８の下方に設けられ、静電チャック１８からの熱を放散させる支持台１４と、静電チャック１８と支持台１４との間に設けられ、静電チャック１８と支持台１４との間に空間を形成するスペーサ１６と、静電チャック１８の周縁部を囲み、静電チャック１８およびスペーサ１６を支持台１４に対して固定する固定部材１３と、を有する。スペーサ１６は、少なくとも一部が静電チャック１８および支持台１４に接触する。固定部材１３は、弾性部材１３２を有し、弾性部材１３２により静電チャック１８から支持台１４の方向へ加えられる付勢力によって、静電チャック１８およびスペーサ１６を支持台１４に対して固定する。【選択図】図２

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、基板処理装置に関する。

基板を載置する静電チャック本体と、静電チャック本体が固定され、静電チャック本体を冷却する熱伝達本体とを有し、静電チャック本体と熱伝達本体との間に熱伝達性のガスで満たされたプレナムが設けられた基板処理装置が知られている。このような基板処理装置では、静電チャック本体が熱伝達本体にボルトで固定されている。

特許第４２５６２５７号

ところで、静電チャック本体の温度が上昇した場合、静電チャック本体は、面方向だけでなく、厚み方向にも膨張する。上記の基板処理装置では、静電チャック本体と熱伝達本体とがボルトで固定されているため、静電チャック本体が厚み方向に膨張した場合、ボルトの締結力が増加し、静電チャック本体が破損する虞がある。

本発明の一側面は、基板を載置する載置台と、前記載置台に載置された基板上の空間にプラズマを生成するプラズマ生成部とを備え、前記載置台に載置された基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置であって、前記載置台は、内部に加熱部を有し、上面に載置された基板を加熱する第１の部材と、前記第１の部材の下方に設けられ、前記第１の部材からの熱を放散させる第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられ、前記第１の部材と前記第２の部材との間に空間を設けるためのスペーサと、前記第１の部材の周縁部を囲み、前記第１の部材および前記スペーサを前記第２の部材に対して固定する固定部材と、を有し、前記スペーサは、少なくとも一部が前記第１の部材および前記第２の部材に接触し、前記固定部材は、弾性部材を有し、前記弾性部材により前記第１の部材から前記第２の部材の方向へ加えられる付勢力によって、前記第１の部材および前記スペーサを前記第２の部材に対して固定する。

本発明の種々の側面および実施形態によれば、熱膨張による静電チャック等の第１の部材の破損を防止することができる基板処理装置が実現される。

図１は、実施形態に係る基板処理装置の一例を示す縦断面図である。図２は、静電チャックの周縁部付近の拡大図である。図３は、静電チャックの温度とヒータの電力との関係の一例を示す図である。図４は、静電チャックの温度とヒータの電力との関係の一例を示す図である。図５は、静電チャックの温度とヒータの電力との関係の一例を示す図である。図６は、チャンバ内の圧力毎に、静電チャックを所定の温度に制御可能か否かをまとめた図である。図７は、スペーサの他の例を示す図である。図８は、基板処理装置の他の例を示す縦断面図である。

開示する基板処理装置は、１つの実施形態において、基板を載置する載置台と、載置台に載置された基板を臨む空間にプラズマを生成するプラズマ生成部とを備え、載置台に載置された基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置であって、載置台は、内部に加熱部を有し、上面に載置された基板を加熱する第１の部材と、第１の部材の下方に設けられ、第１の部材からの熱を放散させる第２の部材と、第１の部材と第２の部材との間に設けられ、第１の部材と第２の部材との間に空間を設けるためのスペーサと、第１の部材の周縁部を囲み、第１の部材およびスペーサを第２の部材に対して固定する固定部材と、を有し、スペーサは、少なくとも一部が第１の部材および第２の部材に接触し、固定部材は、弾性部材を有し、弾性部材により第１の部材から第２の部材の方向へ加えられる付勢力によって、第１の部材およびスペーサを第２の部材に対して固定する。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、上記弾性部材は皿バネであってもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、スペーサにより第１の部材と第２の部材との間に設けられた上記空間内は負圧に保たれていてもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、上記スペーサは、第１の部材側に配置される面、および、第２の部材側に配置される面に、複数の凹部および複数の凸部が形成され、凸部によって、第１の部材または第２の部材に接触し、凹部と第１の部材との間、および、凹部と第２の部材との間において、上記空間を形成してもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、上記第２の部材は、金属製であってもよい。

また、開示する基板処理装置の１つの実施形態において、上記第２の部材には、冷媒が流れる流路が形成されていてもよい。

以下に、開示する基板処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示される発明が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

［基板処理装置１の構成］
図１は、実施形態に係る基板処理装置１の一例を示す縦断面図である。図２は、静電チャック１８の周縁部付近の拡大図である。本実施形態における基板処理装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ１０を有する。このチャンバ１０は保安接地されている。なお、基板処理装置１は、表面波プラズマを利用したプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等であってもよい。

チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状の支持台１４が配置される。支持台１４は、例えばアルミニウム等の金属で形成され、下部電極としても機能する。支持台１４の上にはスペーサ１６が設けられ、スペーサ１６の上には静電チャック１８が設けられる。静電チャック１８は、静電チャック１８の周囲に設けられた環状の固定部材１３によって、支持台１４の方向に押圧されることにより、スペーサ１６と共に支持台１４に対して固定される。

静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０をＡｌＮ等の絶縁層で挟んだ構造を有し、略円盤状の外形を有する。電極２０には電源２２が電気的に接続されている。静電チャック１８は、電源２２から供給された電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、静電力によりウエハＷを静電チャック１８の上面に吸着保持する。

また、静電チャック１８内にはヒータ２１が設けられており、ヒータ２１は電源２３に接続されている。ヒータ２１は、電源２３から供給された電力に応じて発熱し、静電チャック１８を加熱する。そして、ヒータ２１は、静電チャック１８の上面に配置されたウエハＷを加熱する。

スペーサ１６は、支持台１４と静電チャック１８との間に設けられ、支持台１４と静電チャック１８との間に空間を形成する。具体的には、スペーサ１６の上面および下面には、エンボス加工等により微小な凹凸が形成されており、スペーサ１６の上面は、表面の凹凸と静電チャック１８の下面との間で空間を形成し、スペーサ１６の下面は、表面の凹凸と支持台１４の上面との間で空間を形成する。

静電チャック１８の下面とスペーサ１６の上面との間に形成された空間は、例えば金属製のシール材１６０でシールされる（図２参照）。また、スペーサ１６の下面と支持台１４の上面との間に形成された空間は、例えばＯリング等のシール材１６１でシールされる（図２参照）。静電チャック１８の下面とスペーサ１６の上面との間、および、スペーサ１６の下面と支持台１４の上面との間に形成された空間には、ガス供給ライン３２を介して供給された、例えばＨｅガス等の熱伝導率の高いガスが充填される。

本実施形態において、静電チャック１８の下面とスペーサ１６の上面との間、および、スペーサ１６の下面と支持台１４の上面との間に形成された空間には、大気圧よりも低い所定圧力のガスが充填される。

なお、他の形態として、静電チャック１８の下面とスペーサ１６の上面との間、および、スペーサ１６の下面と支持台１４の上面との間に形成された空間に充填されるガスの圧力は、静電チャック１８から支持台１４へ移動させる熱量に応じて調整されてもよい。例えば、静電チャック１８から支持台１４へ移動させる熱量を多くする場合には、上記空間内のガスの圧力を高く調整し、静電チャック１８から支持台１４へ移動させる熱量を少なくさせる場合には、上記空間内のガスの圧力を低く調整するように制御される。固定部材１３、支持台１４、スペーサ１６、および静電チャック１８は、載置台の一例である。

静電チャック１８の周囲であって、固定部材１３の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング２４が配置されている。固定部材１３および支持台１４の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。フォーカスリング２４は、絶縁性の材料で形成されてもよい。また、フォーカスリング２４は、成膜均一性を調整するものであってもよい。

下部電極である支持台１４の上方には、支持台１４と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部電極３４と支持台（下部電極）１４と間の空間（プラズマ生成空間）にはプラズマが生成される。

上部電極３４は、下面が支持台１４に対向するように、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されている。また、支持台１４と対向する上部電極３４の面には、多数のガス吐出孔３７が設けられる。また、上部電極３４は、例えばアルミニウム等の導電性材料によって形成され、水冷等の冷却構造を含む電極支持体３８を有する。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。表面波プラズマを利用したプラズマ処理装置の場合には、上部電極３４に代えて誘電体窓が設置される。高周波が誘電体窓を介してプラズマ生成空間内に導入され、プラズマ生成空間内においてプラズマが生成される。この場合、処理ガスは、側壁などから供給される。

電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されている。ガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理に必要なガスを供給するガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、複数のガス配管が接続されており、これらガス配管には流量制御器および開閉バルブ（いずれも図示せず）が設けられている。そして、処理に必要なガスは、ガス供給源６６からガス供給管６４およびガス導入口６２を介してガス拡散室４０に供給され、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間内に吐出される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。上部電極３４は、プラズマ生成部の一例である。

上部電極３４には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１を介して直流電源５０が電気的に接続されている。直流電源５０は、負極が上部電極３４側となるように接続され、上部電極３４にマイナスの電圧を印加する。直流電源５０からの給電はスイッチ５２によりオンおよびオフが可能となっている。ＬＰＦ５１は後述する第１および第２の高周波電源からの高周波をトラップするものであり、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成される。表面波プラズマを利用したプラズマ処理装置の場合には、直流電源の代わりに導波管などが接続されており、導波管を介して高周波が供給される仕組みとなっている。

チャンバ１０の上部には、チャンバ１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１０ａが設けられている。

下部電極である支持台１４には、第１の整合器４６を介して、第１の高周波電源４８が電気的に接続されている。第１の高周波電源４８は、２７〜１００ＭＨｚの周波数、例えば４０．６８ＭＨｚの高周波電力を出力する。第１の整合器４６は、第１の高周波電源４８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるものであり、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。

また、下部電極である支持台１４には、第２の整合器８８を介して第２の高周波電源９０も電気的に接続されている。この第２の高周波電源９０から下部電極である支持台１４に高周波電力が供給されることにより、ウエハＷに高周波バイアスが印加されウエハＷにイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する。第２の整合器８８は第２の高周波電源９０の内部（または出力）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ものであり、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第２の高周波電源９０の内部インピーダンスとチャンバ１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。

チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０には排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプおよびドライブポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁にはウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。

また、チャンバ１０の内壁には、チャンバ１０にエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が、チャンバ１０の内壁に沿って着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。

デポシールド１１のチャンバ内壁を構成する部分のウエハＷとほぼ同じ高さの部分には、グランドに直流的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）９１が設けられている。導電性部材９１により、チャンバ１０内の異常放電が防止される。なお、この導電性部材９１は、プラズマ生成空間内に設けられていれば、その位置は図１の位置に限定されず、例えば支持台１４の周囲等、支持台１４側に設けられてもよく、また上部電極３４の外側にリング状に設けられる等、上部電極３４近傍に設けられてもよい。

基板処理装置１には、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を含む制御部１００が接続されており、基板処理装置１内の各構成部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、更には、第１の高周波電源４８、第２の高周波電源９０、第１の整合器４６、第２の整合器８８等は、制御部１００によって制御される。制御部１００には、オペレータが基板処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、基板処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０１が接続されている。

更に、制御部１００には、基板処理装置１で実現される各種処理を制御部１００に実行させるための制御プログラムや、処理条件に応じて基板処理装置１の各構成部に処理を実行させるための制御プログラムや処理レシピ等が格納された記憶部１０２が接続されている。制御プログラムや処理レシピ等は記憶部１０２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよく、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、制御プログラムや処理レシピ等は、他の装置から、例えば通信回線を介して基板処理装置１に適宜伝送させるようにしてもよい。

制御部１００は、ユーザーインターフェース１０１からの指示に応じて、任意の制御プログラムや処理レシピ等を記憶部１０２から読み出して実行することで、基板処理装置１において所望の処理を実現する。

例えば、制御部１００は、電極２０に電源２２からの電圧を供給して静電チャック１８の表面に静電力を発生させ、チャンバ１０内に搬入されたウエハＷを静電チャック１８上に吸着保持させる。そして、制御部１００は、排気装置８４の真空ポンプを制御することにより排気口８０を介してチャンバ１０内を所定の圧力まで減圧させる。そして、電極２００は、ガス供給管６４に設けられた流量制御器および開閉バルブを制御して、ガス供給源６６からプラズマ生成空間内に処理ガスを供給する。

そして、制御部１００は、スイッチ５２を制御して上部電極３４にマイナスの直流電圧を印加し、第１の高周波電源４８および第２の整合器８８を制御して、支持台１４に所定周波数の高周波電力をそれぞれ印加する。そして、制御部１００は、処理ガスによるプラズマをプラズマ生成空間内に発生させ、プラズマにより、静電チャック１８上のウエハＷに所定の処理を施す。

このとき、制御部１００は、静電チャック１８内のヒータ２１に電源２３からの電力を供給してヒータ２１を発熱させる。そして、制御部１００は、プラズマ生成空間において生成したプラズマから静電チャック１８に供給される熱量の変化に追従して、静電チャック１８の温度が所望の温度となるように、電源２３からヒータ２１に供給される電力を制御する。

固定部材１３は、例えば図２に示すように、ボルト１３０、リング状部材１３１、および弾性部材１３２を有する。リング状部材１３１は、静電チャック１８の周囲を囲むように設けられたリング状の部材である。リング状部材１３１は、弾性部材１３２を介してボルト１３０によって支持台１４に固定される。これにより、リング状部材１３１は、弾性部材１３２の付勢力により、支持台１４の方向へ押圧される。本実施形態において、弾性部材１３２は、例えば皿バネである。

静電チャック１８の周縁の下部には、静電チャック１８の径方向において外側に突出した凸部１８０が形成されている。また、リング状部材１３１の上部には、径方向においてリング状部材１３１の内側に突出した凸部１３３が形成されている。静電チャック１８の凸部１８０の上面１８０ａと、リング状部材１３１の凸部１３３の下面１３３ａとを接触させて、ボルト１３０によってリング状部材１３１を弾性部材１３２を介して支持台１４に固定することにより、静電チャック１８およびスペーサ１６が、弾性部材１３２の付勢力により、支持台１４の方向に押圧されて固定される。

ここで、プラズマ生成空間において生成されたプラズマから供給された熱や、ヒータ２１が発した熱によって静電チャック１８の温度が上昇した場合、静電チャック１８は、温度上昇に伴って膨張する。リング状部材１３１が、弾性部材１３２を介さずに、ボルト１３０によって支持台１４に直接固定されているとすれば、静電チャック１８の厚み方向の膨張によって凸部１８０および凸部１３３に応力が集中し、静電チャック１８が破損する場合がある。

これに対し、本実施形態における固定部材１３では、リング状部材１３１を、弾性部材１３２を介してボルト１３０により支持台１４に固定する。そのため、静電チャック１８の熱膨張により静電チャック１８の厚みが増加した場合であっても、凸部１８０および凸部１３３に集中する応力が、弾性部材１３２の収縮により緩和される。これにより、静電チャック１８の熱膨張による静電チャック１８の破損を防止することができる。

また、本実施形態において、静電チャック１８の径方向において、静電チャック１８とリング状部材１３１との間には、空間Ｓが設けられている（図２参照）。これにより、静電チャック１８の熱膨張により、静電チャック１８の体積が径方向に増加した場合であっても、静電チャック１８と固定部材１３との接触面やボルト１３０に応力が集中することを回避することができる。これにより、静電チャック１８の熱膨張による静電チャック１８やボルト１３０の破損を防止することができる。

また、静電チャック１８は、主として、プラズマ生成空間に生成されたプラズマから供給された熱量と、ヒータ２１から供給された熱量と、スペーサ１６を介して静電チャック１８から支持台１４へ放散された熱量とのバランスに応じた温度となる。

ここで、プラズマから静電チャック１８に供給される熱量は、チャンバ１０内の圧力との相関があり、チャンバ１０内の圧力が低いほどプラズマから静電チャック１８に供給される熱量が増加する。また、スペーサ１６を介して静電チャック１８から支持台１４へ放散される熱量は、静電チャック１８と支持台１４との温度差に依存する。ただし、静電チャック１８の温度がほぼ一定に保たれるように制御され、支持台１４の温度がほぼ一定であれば、スペーサ１６を介して静電チャック１８から支持台１４へ放散される熱量はほぼ一定となる。

図３〜図５は、静電チャック１８の温度とヒータ２１の電力との関係の一例を示す図である。例えば、チャンバ１０内の圧力が９５０ｍＴの場合、静電チャック１８の温度を例えば２５０℃に保つようにヒータ２１の電力を制御すると、処理時間に応じたヒータ２１の電力の変化は、例えば図３のようになる。図３の例では、処理の開始時点から１００秒付近までの間は、プラズマからの入熱が少ないので、静電チャック１８の温度を２５０℃に保つために、ヒータ２１に高い電力が供給されている。その後、プラズマからの入熱の上昇に伴い、ヒータ２１の発熱を減らすようにヒータ２１に供給される電力が低下している。図３の例では、ヒータ２１の電力の制御が可能な範囲で、静電チャック１８の温度が２５０℃に維持されている。

ここで、例えば、静電チャック１８の温度を例えば２００℃に下げると、処理時間に応じたヒータ２１の電力の変化は、例えば図４のようになる。図４の例においても、処理の開始時点から約１００秒が経過した後は、プラズマからの入熱の上昇に伴い、静電チャック１８の温度を２００℃に保つために、ヒータ２１に供給される電力が減少している。そして、処理の開始時点から約３００秒が経過した時点では、ヒータ２１の電力が０Ｗ（即ち、ヒータ２１からの熱量が０）となるように制御されている。

図４の例では、ヒータ２１の電力を０Ｗまで低下させることで、静電チャック１８の温度が２００℃に維持されているように見えるが、チャンバ内の圧力が変動するなどによりプラズマからの入熱が変動した場合には、静電チャック１８の温度を２００℃に維持することができなくなる。

チャンバ１０内の圧力を例えば３５０ｍＴとした場合に、静電チャック１８の温度を２００℃に保つようにヒータ２１の電力の制御を試みた場合、処理時間に応じたヒータ２１の電力の変化は、例えば図５のようになる。図５の例では、処理の開始時点から約２００秒が経過した後は、ヒータ２１に供給される電力を０Ｗに制御しても、プラズマからの入熱の上昇に伴って静電チャック１８の温度が上昇してしまい、静電チャック１８の温度を２００℃に維持することができない。

図６は、チャンバ１０内の圧力毎に、静電チャック１８を所定の温度に制御可能か否かをまとめた図である。図６に示すように、低い圧力で処理を行う場合や、静電チャック１８の温度を低く保つ処理を行う場合には、ヒータ２１に供給される電力を制御しても、静電チャック１８の温度を所定の値に保つことができない。そのため、低い圧力で処理を行う場合や、静電チャック１８の温度を低く保つ処理を行う場合には、静電チャック１８からの放熱量を増加させる必要がある。これにより、ヒータ２１の電力を制御することで、静電チャック１８の温度を一定に維持することが可能となる。

ここで、２つの物体が接触している場合に、一方の物体から他方の物体に移動する熱量Ｑは、例えば以下の関係式（１）から求めることができる。
熱量Ｑ＝伝熱係数×接触面積×温度差・・・（１）

上記の関係式（１）から明らかなように、２つの物体間の温度差を増加させれば、一方の物体から他方の物体に移動する熱量Ｑを増加させることができる。そのため、例えば、静電チャック１８とスペーサ１６との温度差およびスペーサ１６と支持台１４との温度差を増加させれば、静電チャック１８から支持台１４へ移動する熱量を増加させることができる。

静電チャック１８とスペーサ１６との温度差およびスペーサ１６と支持台１４との温度差を増加させる方法としては、例えば、支持台１４に冷媒を流通させ、支持台１４の温度を下げることが考えられる。しかし、支持台１４内に冷媒を流す流路を設けると、支持台１４の構造が複雑化し、支持台１４の製造コストが増加し、基板処理装置１の製造コストが増加してしまう。

ここで、上記の関係式（１）において、伝熱係数は、２つの物体同士の接触圧力に比例する。接触圧力は、接触荷重を接触面積で割ることで求められる。そのため、上記の関係式（１）において、温度差が一定であれば、熱量Ｑは、接触荷重に比例する。従って、接触荷重を増加させれば、一方の物体から他方の物体に移動する熱量Ｑは増加する。そのほかにも伝熱係数を変化させるパラメータは、２つの物体が接する面の粗さや、２つの物体の間に形成された空間内の圧力が考えられる。

そこで、本実施形態の基板処理装置１では、静電チャック１８およびスペーサ１６を支持台１４に押圧する荷重を増やすことにより、静電チャック１８から支持台１４への熱の移動量を増加させる。これにより、支持台１４の温度が室温程度であっても、静電チャック１８から支持台１４へ移動する熱量が増加する。これにより、基板処理装置１のコストの増加を抑えつつ、静電チャック１８の温度を一定に制御することが可能となる。

ただし、静電チャック１８から支持台１４へ移動させる熱量を増やしすぎると、静電チャック１８の温度を所定の温度に保つためには、ヒータ２１から供給する熱量を増やす必要がある。ヒータ２１から供給される熱量が多くなりすぎると、静電チャック１８内において熱勾配が大きくなる。そのため、静電チャック１８の温度分布が不均一になり、ウエハＷの温度分布の均一性も悪化する。

また、静電チャック１８とスペーサ１６およびスペーサ１６と支持台１４との接触荷重を増加させすぎると、静電チャック１８、スペーサ１６、および破損する場合がある。そのため、固定部材１３によって静電チャック１８を支持台１４の方向へ押圧する荷重は、所定の範囲（例えば１０００ｋｇＦ〜３０００ｋｇＦ）であることが好ましい。固定部材１３によって静電チャック１８を支持台１４の方向へ押圧する荷重は、例えば１０００ｋｇＦであることがより好ましい。

このように、固定部材１３が、所定範囲内の荷重で、静電チャック１８を支持台１４の方向へ押圧することにより、静電チャック１８から支持台１４へ移動する熱量を増加させることができる。これにより、基板処理装置１は、ヒータ２１に供給する電力を制御することで、静電チャック１８の温度を所定の温度に維持することができる。

また、スペーサ１６の上面および下面には、エンボス加工等により微小な凹凸が形成されている。そのため、スペーサ１６の上面は、静電チャック１８の厚み方向において上下に静電チャック１８の下面と重なる領域の中で、所定割合の領域において静電チャック１８に接触する。そのため、スペーサ１６の上面と静電チャック１８の下面との間に、ガスが充填される空間のみが形成される場合に比べて、静電チャック１８の熱をより多くスペーサ１６へ伝達させることができる。

スペーサ１６の下面についても同様に、スペーサ１６の下面は、スペーサ１６の厚み方向において上下に支持台１４の上面と重なる領域の中で、所定割合の領域で支持台１４に接触する。そのため、スペーサ１６の上面と支持台１４の上面との間に、ガスが充填される空間のみが形成される場合に比べて、スペーサ１６の熱をより多く支持台１４へ伝達させることができる。

また、静電チャック１８からの熱は、一部がスペーサ１６を介して支持台１４へ伝達され、一部が固定部材１３を介して支持台１４へ伝達される。ここで、スペーサ１６は、表面の凹凸により、表面の一部が静電チャック１８および支持台１４に接触する。そして、スペーサ１６が静電チャック１８および支持台１４と接触する面積は、固定部材１３が静電チャック１８と接触する面積よりも広い。そのため、静電チャック１８から固定部材１３を介して支持台１４へ伝達される熱量よりも、静電チャック１８からスペーサ１６を介して支持台１４へ伝達される熱量の方が多い。

ここで、熱膨張により静電チャック１８の厚みが増加し、リング状部材１３１が上方に持ち上げられると、リング状部材１３１の下面１３１ａと支持台１４の上面１４ａとの接触荷重が減少し、リング状部材１３１の下面１３１ａから支持台１４の上面１４ａへ伝達される熱量が減少する。

仮に、静電チャック１８と支持台１４との間にガスが充填される空間のみが存在するとすれば、リング状部材１３１の下面１３１ａから支持台１４の上面１４ａへ伝達される熱量は、静電チャック１８と支持台１４との間の空間を介して支持台１４へ伝達される熱量よりも多い。そのため、リング状部材１３１の下面１３１ａから支持台１４の上面１４ａへ伝達される熱量が減少した場合、静電チャック１８から放散される全体の熱量が大幅に減少することになる。

これに対し本実施形態の基板処理装置１において、スペーサ１６が静電チャック１８および支持台１４と接触する面積は、固定部材１３が静電チャック１８と接触する面積よりも広いため、リング状部材１３１の下面１３１ａから支持台１４の上面１４ａへ伝達される熱量は、スペーサ１６を介して支持台１４へ伝達される熱量よりも少ない。そのため、リング状部材１３１の下面１３１ａから支持台１４の上面１４ａへ伝達される熱量の減少が静電チャック１８から放散される全体の熱量に与える影響は少ない。

さらに、リング状部材１３１が上方に持ち上げられることにより、弾性部材１３２によって静電チャック１８に加えられる付勢力が増加する。これにより、静電チャック１８とスペーサ１６との接触荷重およびスペーサ１６と支持台１４との接触荷重が増加する。これにより、静電チャック１８からスペーサ１６を介して支持台１４へ移動する熱量が増加する。

そのため、リング状部材１３１の下面１３１ａから支持台１４の上面１４ａへ伝達される熱量の減少が静電チャック１８から放散される全体の熱量に与える影響はさらに少なくなる。従って、本実施形態の基板処理装置１は、静電チャック１８から放散される熱量の変動を低く抑えることができる。

以上、一実施形態について説明した。

本実施形態の基板処理装置１によれば、静電チャック１８の熱膨張による静電チャック１８の破損を防止することができる。また、本実施形態の基板処理装置１によれば、ヒータ２１の電力を制御することで、静電チャック１８を所定の温度に保つことができると共に、それに伴う基板処理装置１のコストの増加を低く抑えることができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記した実施形態では、スペーサ１６の上面および下面には、エンボス加工等により微小な凹凸が形成されているが、本発明はこれに限られない。例えば図７に示すように、スペーサ１６の上面および下面には、複数の凹部１６２および凸部１６３が形成されていてもよい。スペーサ１６は、上面および下面に形成されたそれぞれの凸部１６３の端面において、静電チャック１８または支持台１４と接触する。図７は、スペーサ１６の他の例を示す図である。

また、静電チャック１８の下面とそれぞれの凹部１６２とで囲まれた空間、および、それぞれの凹部１６２と支持台１４の上面とで囲まれた空間には、Ｈｅガス等のガスが充填される。なお、静電チャック１８の下面とそれぞれの凹部１６２とで囲まれた空間と、それぞれの凹部１６２と支持台１４の上面とで囲まれた空間とは、スペーサ１６内に設けられた孔を介して連通していてもよい。

また、他の形態として、例えば図８に示すように、支持台１４の内部に冷媒室２８が設けられていてもよい。図８は、基板処理装置１の他の例を示す縦断面図である。冷媒室２８は、支持台１４内に例えば円周状に形成される。冷媒室２８には、外部に設けられた図示しないチラーユニットから配管３０ａおよび配管３０ｂを介して所定温度の冷媒（例えば冷却水）が循環供給される。

冷媒室２８内を循環する冷媒の温度を制御することにより、支持台１４と静電チャック１８との温度差を制御することができ、静電チャック１８から支持台１４へ移動する熱量を制御することができる。これにより、チャンバ１０内の圧力条件および静電チャック１８の温度条件について、ヒータ２１に供給する電力を制御することで、より多様な条件での処理において静電チャック１８を所定温度に維持することが可能となる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Ｗウエハ
１基板処理装置
１３固定部材
１３２弾性部材
１４支持台
１６スペーサ
１８静電チャック
２１ヒータ

Claims

基板を載置する載置台と、前記載置台に載置された基板上の空間にプラズマを生成するプラズマ生成部とを備え、前記載置台に載置された基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置であって、
前記載置台は、
内部に加熱部を有し、上面に載置された基板を加熱する第１の部材と、
前記第１の部材の下方に設けられ、前記第１の部材からの熱を放散させる第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられ、前記第１の部材と前記第２の部材との間に空間を設けるためのスペーサと、
前記第１の部材の周縁部を囲み、前記第１の部材および前記スペーサを前記第２の部材に対して固定する固定部材と、
を有し、
前記スペーサは、
少なくとも一部が前記第１の部材および前記第２の部材に接触し、
前記固定部材は、
弾性部材を有し、前記弾性部材により前記第１の部材から前記第２の部材の方向へ加えられる付勢力によって、前記第１の部材および前記スペーサを前記第２の部材に対して固定することを特徴とする基板処理装置。
前記弾性部材は皿バネであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記スペーサにより前記第１の部材と前記第２の部材との間に設けられた前記空間内は負圧に保たれることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
前記スペーサは、
前記第１の部材側に配置される面、および、前記第２の部材側に配置される面に、複数の凹部および複数の凸部が形成され、
前記凸部によって、前記第１の部材または第２の部材に接触し、
前記凹部と前記第１の部材との間、および、前記凹部と前記第２の部材との間において、前記空間を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
前記第２の部材は、金属製であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
前記第２の部材の内部には、冷媒が流れる流路が形成されることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。