JP2016127170A - 載置台及び基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】セラミック体内部の測定対象箇所の温度をより正確に測定する。
【解決手段】一実施形態に係る載置台は、セラミック体と、セラミック体の内部に設けられたヒータと、セラミック体を支持する支持面を有する基台であり、少なくとも該支持面側に開口する空間であって温度センサを収容する該空間を提供する、該基台と、セラミック体内に設けられる一端と、空間の上方の位置であって一端よりも空間側の位置に設けられる他端との間で延在する伝熱体であり、該伝熱体の周囲におけるセラミック体の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する該伝熱体と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、載置台及び基板処理装置に関する。
基板処理装置では、載置台上に被処理体（例えば半導体ウェハ、ガラス基板等）が載置された状態で、当該被処理体が処理される。このような被処理体の処理においては被処理体の温度制御が重要である。このため、温度調整機能を備えた載置台が広く利用されている。
一例として、特許文献１には、温度制御機能を有する静電チャックが記載されている。この静電チャックには、吸着用電極及びヒータが埋め込まれている。吸着用電極は、外部電源から電圧が印加されると被処理体を静電チャックの載置面に吸着保持するための静電力を発生させる。また、ヒータは、ヒータ電源から供給される電力により発熱して静電チャックを加熱する。この静電チャックには板厚方向に延びる貫通孔が形成されており、当該貫通孔内には、先端部が被処理体の裏面側に接して当該被処理体の温度を測定する温度センサが挿入されている。この温度センサには温度制御演算部が接続されている。この温度制御演算部は温度センサから取得した被処理体の温度に応じて上記ヒータ電源を制御することで被処理体の温度を目標温度に制御する。
特開平６−１７０６７０号公報
上記のように特許文献１に記載の静電チャックには、温度センサを挿入するための貫通孔が形成されている。このような貫通孔が静電チャックに形成されていると、当該静電チャックの載置面には、局所的に温度が異なる温度特異点が生じる。そこで、静電チャックの載置面に温度特異点が生じることを防止しつつ測定対象箇所の温度を測定するために、図７に示すような構成の載置台を採用することが考えられる。
図７に示す載置台１００は、冷却プレート１０２を備えている。この冷却プレート１０２には冷媒を流通させるための冷媒流路１０２ａが形成されている。冷却プレート１０２上には、接着剤１０６を介してセラミックプレート１０４が設けられている。セラミックプレート１０４は、上面１０４ａ及び下面１０４ｂを有しており、当該上面１０４ａは、被支持体を載置するための載置面を提供している。このセラミックプレート１０４の内部にはヒータＨＴが設けられている。また、冷却プレート１０２には当該冷却プレート１０２を板厚方向に貫通する貫通孔ＨＬが形成されている。この貫通孔ＨＬ内には、セラミックプレート１０４の下面１０４ｂの温度を非接触で測定する温度センサ１０８が設けられている。図７に示す載置台１００では、セラミックプレート１０４に貫通孔を形成していないので、載置面に温度特異点が生じることを防止することができる。また、この載置台１００では、下面１０４ｂの温度を測定することでセラミックプレート１０４内部の測定対象箇所の温度を間接的に取得することができる。
しかしながら、セラミックプレート１０４の熱伝導率は低いので、測定対象箇所と下面１０４ｂとの間には大きな温度勾配が生じる。このため、下面１０４ｂの温度から測定対象箇所の温度を正確に取得することは困難である。
したがって、本技術分野では、セラミック体内部の測定対象箇所の温度をより正確に測定することができる載置台を提供することが要請されている。
本発明の一態様に係る載置台は、セラミック体と、セラミック体の内部に設けられたヒータと、セラミック体を支持する支持面を有する基台であり、少なくとも該支持面側に開口する空間であって温度センサを収容する該空間を提供する、該基台と、セラミック体内に設けられる一端と、空間の上方の位置であって一端よりも空間側の位置に設けられる他端との間で延在する伝熱体であり、該伝熱体の周囲におけるセラミック体の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する該伝熱体と、を備える。
一態様に係る載置台では、セラミック体の内部に高い熱伝導率を有する伝熱体が設けられているので、セラミック体内部の測定対象箇所の熱が伝熱体の一端から他端に効率的に伝達される。このため、測定対象箇所と伝熱体の他端との間の温度勾配は小さなものとなる。すなわち、基台の空間内に配置される温度センサによって他端側から測定される温度は、測定対象箇所の温度に近くなる。したがって、一態様に係る載置台によれば、測定対象箇所の温度をより正確に測定することができる。
一実施形態では、セラミック体は、接着剤を介して支持面上に設けられる第１のセラミック層と、第１のセラミック層上に設けられる第２のセラミック層と、を含み、ヒータは、第２のセラミック層内に設けられ、伝熱体は、第１のセラミック層内に設けられ、該第１のセラミック層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有していてもよい。また、第１のセラミック層は、第２のセラミック層側に配置される第１の面、及び、該第１の面の反対側の第２の面を有し、伝熱体の一端は第１のセラミック層と第２のセラミック層との境界面上に設けられ、伝熱体の他端は一端よりも第２の面側に設けられていてもよい。
一実施形態では、基台に対してセラミック体が設けられる方向に直交する方向において、伝熱体の一端と他端とが互いに異なる位置に配置されていてもよい。このような構成によれば、測定対象箇所の下方に温度センサを収容するための空間を形成することなく、測定対象箇所の温度を測定することが可能となる。したがって、空間の形成位置を任意に設定することができるようになるので、載置台の設計の自由度を向上することが可能となる。
一実施形態では、伝熱体は、タングステン焼結体から構成されてもよい。タングステン焼結体は優れた熱伝導率を有しているので、測定対象箇所の熱を効率的に伝達することができる。また、タングステン焼結体はセラミックの熱膨張率に近い熱膨張率を有しているので、載置台に温度変化が生じたときに伝熱体とその周囲のセラミック体との間に生じる熱応力歪みを抑制することができる。したがって、本実施形態に係る構成では、熱応力歪みに起因する伝熱体及びセラミック体の破損を防止することが可能となる。
本発明の一態様に係る基板処理装置は、上記の載置台を備える。
本発明の一態様及び種々の実施形態によれば、セラミック体内部の測定対象箇所の温度をより正確に測定することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。 一実施形態の載置台を示す概略断面図である。 図２に示す載置台の温度測定機構付近の拡大断面図である。 別の実施形態に係る載置台の構成を示す概略断面図である。 更に別の実施形態に係る載置台の構成を示す概略断面図である。 更に別の実施形態に係る載置台の構成を示す概略断面図である。 従来の載置台の一例を示す概略断面図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る基板処理装置であるプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。図１に示すプラズマ処理装置は、処理容器１を有している。処理容器１は、円筒形状を有しており、例えばアルミニウム等から構成されている。処理容器１は、例えば、電気的に接地されている。処理容器１は、プラズマが生成される処理空間を画成する。この処理空間には、被処理体（work-piece）である半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という。）Ｗを水平に支持する載置台２が収容されている。一実施形態の載置台２は、基台３、静電チャック６、及びセラミック体７を含んでいる。
基台３は、略円板状又は略円柱状を呈し、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されている。基台３は、絶縁体の支持台４に支持されており、支持台４が処理容器１の底部に設置されている。基台３は、例えばねじを介して支持台４に裏面側から締結されている。この基台３は、下部電極として機能する。
基台３には、給電棒５０が接続されている。給電棒５０には、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続されている。また、給電棒５０には、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用の電源であり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定の周波数の高周波電力が載置台２の基台３に供給されるように構成されている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）の電源であり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数の高周波電力が載置台２の基台３に供給されるように構成されている。
基台３の内部には、冷媒流路２ｄが形成されている。冷媒流路２ｄには、冷媒入口配管２ｂ及び冷媒出口配管２ｃが接続されている。そして、冷媒流路２ｄの中に冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、載置台２を所定の温度に制御可能に構成されている。なお、載置台２等を貫通するように、ウェハＷの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのガス供給管が設けられてもよい。ガス供給管は、ガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持されたウェハＷを、所定の温度に制御する。
静電チャック６は、上方からの平面視において載置台２の中央に設けられており、ウェハＷを静電吸着するための機能を有している。静電チャック６は、電極６ａ及び絶縁体６ｂを有している。電極６ａは、例えばセラミックからなる絶縁体６ｂの内部に設けられている。この電極６ａには直流電源１２が接続されている。静電チャック６は、電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウェハＷを吸着するように構成されている。静電チャック６には、加熱素子である１以上のヒータ６ｃが設けられている。ヒータ６ｃは、ヒータ電源１４に接続されている。ヒータ６ｃは、例えば載置台２の中心を囲むよう環状に延在している。このヒータ６ｃは、例えば中心領域を加熱するヒータと、中心領域の外側を囲むように環状に延在するヒータとを含んでもよい。この場合、ウェハＷの温度を、当該ウェハＷの中心に対して放射方向に位置する複数の領域ごとに、制御することができる。
また、静電チャック６の外側には、環状のフォーカスリング５が設けられている。フォーカスリング５は、例えば単結晶シリコンで形成されており、セラミック体７を介して基台３に支持されている。セラミック体７の内部には、１以上のヒータ２２が設けられている。ヒータ２２は、フォーカスリング５を加熱するための加熱素子である。ヒータ２２は、ヒータ電源１４に電気的に接続されている。このように、ウェハＷの温度とフォーカスリング５の温度は、異なるヒータによって独立に制御される。
一方、載置台２の上方には、載置台２に対面するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。
シャワーヘッド１６は、処理容器１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えている。シャワーヘッド１６は、絶縁性部材９５を介して処理容器１の上部に支持されている。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。
本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられている。本体部１６ａの底部には、ガス拡散室１６ｃの下方に向けて延在するように複数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、複数のガス通流孔１６ｄのそれぞれに対して連通するように、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通する複数のガス導入孔１６ｅが形成されている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。
また、本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｇが形成されている。このガス導入口１６ｇにはガス供給配管１５ａが接続されている。このガス供給配管１５ａの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続されている。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスは、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して可変直流電源７２が電気的に接続されている。この可変直流電源７２は、オン・オフスイッチ７３により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源７２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ７３のオン・オフは、後述する制御部９０によって制御される。なお、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部９０によりオン・オフスイッチ７３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加されてもよい。
また、プラズマ処理装置１０には、処理容器１の側壁からシャワーヘッド１６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１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
処理容器１の底部には、排気口８１が形成されている。この排気口８１には、排気管８２を介して第１排気装置８３が接続されている。第１排気装置８３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器１内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器１内の側壁には、ウェハＷの搬入出口８４が設けられている。この搬入出口８４には、当該搬入出口８４を開閉するゲートバルブ８５が設けられている。
処理容器１の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド８６が設けられている。デポシールド８６は、処理容器１にエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止する。このデポシールド８６のウェハＷと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）８９が設けられている。この導電性部材８９は異常放電を防止する。また、デポシールド８６の下端部には、載置台２に沿って延在するデポシールド８７が設けられている。デポシールド８６，８７は、着脱自在に構成されている。
上記構成のプラズマ処理装置は、制御部９０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部９０には、ＣＰＵを備えプラズマ処理装置の各部を制御するプロセスコントローラ９１と、ユーザインターフェース９２と、記憶部９３とが設けられている。
ユーザインターフェース９２は、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部９３には、プラズマ処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ９１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、又は、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。
次に、図２を参照して、載置台２の主要部分の構成について説明する。図２は、図１のプラズマ処理装置１０における載置台２を示す概略断面図である。
基台３は、例えば略円板状又は円柱状を呈し、裏面３ｃに対向する表面（上面３ｄ、上面３ｅ）を有している。図２に示すように、基台３の表面側には、基台３の中心軸線Ｚを囲むように環状の溝１３が形成されていている。この溝１３は基台３の表面に直交する方向からみて環状に形成されている。なお、溝１３は、中心軸線Ｚに対する周方向において基台３の表面側に連続的に形成されていてもよいし、断続的に形成されていてもよい。基台３の上部は、溝１３を介して、基台中央部３ａと、基台周縁部３ｂとに分離されている。
基台中央部３ａは、基台３の表面に直交する方向からみて円形をなしており、静電チャック６を支持する円形の上面３ｄを有している。円柱状の基台中央部３ａの中心軸線は、基台３の中心軸線Ｚに一致する。基台周縁部３ｂは、基台３の表面に直交する方向からみて環状をなしており、セラミック体７を介してフォーカスリング５を支持する環状の上面３ｅを有している。基台周縁部３ｂは、基台３の中心軸線Ｚすなわち基台中央部３ａの中心軸線を囲むように形成されている。このように、基台３の表面は、溝１３によって、円形の上面３ｄ及び環状の上面３ｅに分割されている。上面３ｄは静電チャック６を支持するための支持面として利用され、上面３ｅはセラミック体７を支持するための支持面として利用される。
上面３ｄ及び上面３ｅの高さは、ウェハＷの厚さ、フォーカスリング５の厚さや、ウェハＷと基台中央部３ａとの間に介在する材料の厚さや物性、フォーカスリング５と基台周縁部３ｂとの間に介在する材料の厚さや物性に応じて、ウェハＷへの熱の伝達やＲＦ電力と、フォーカスリング５への熱の伝達やＲＦ電力とが一致するように適宜調整される。すなわち、図３では、上面３ｄ及び上面３ｅの高さが一致しない場合を例示しているが、両者が一致してもよい。
基台３の内部に形成された冷媒流路２ｄは、溝１３よりも基台３の内側に位置する内側の冷媒流路２ｅと、溝１３よりも基台３の外縁に位置する外側の冷媒流路２ｆとを含む。内側の冷媒流路２ｅは、基台中央部３ａの上面３ｄの下方に形成される。外側の冷媒流路２ｆは、基台周縁部３ｂの上面３ｅの下方に形成される。すなわち、内側の冷媒流路２ｅは、ウェハＷの下方に位置してウェハＷの熱を吸熱するように機能し、外側の冷媒流路２ｆは、フォーカスリング５の下方に位置してフォーカスリング５の熱を吸熱するように機能する。なお、内側の冷媒流路２ｅと、外側の冷媒流路２ｆとを異なる冷却機構に接続し、異なる温度の冷媒を流してもよい。
溝１３は、基台３の内部にて底面１３ａを有する。すなわち、基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂは、溝１３の下方で互いに接続されている。基台３の裏面３ｃの高さ位置Ｐを基準とすると、底面１３ａの高さ位置Ｂは、冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さと同一位置、又は、冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さよりも下方に設定される。図２では、冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面の高さは同一の高さＨ１である場合を図示している。このため、溝１３の底面１３ａの高さ位置Ｂは、高さＨ１と同一か、高さＨ１よりも下方に設定されればよい。このように、少なくとも冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面まで溝１３が形成されていることで、冷媒流路２ｅ、２ｆの上方において空間を設け、物理的な連続性を断つことにより、基台３内部において水平方向の熱流束を遮断することができる。当該空間は、プラズマ処理中には真空空間となるため、真空断熱が可能である。
基台３の基台中央部３ａは、その上面３ｄ上に静電チャック６を支持している。静電チャック６は、上面３ｄ上に接着剤９ｂを介して設けられている。静電チャック６は、円板状を呈し、基台３の中心軸線Ｚと同軸に設けられている。静電チャック６の上端には、ウェハＷを載置するための載置面６ｄが形成されている。載置面６ｄは、円形を呈し、ウェハＷの裏面と接触して円板状のウェハＷを支持する。さらに、静電チャック６の下端には、静電チャック６の径方向外側へ突出したフランジ部６ｅが形成されている。すなわち、静電チャック６は、側面の高さ位置に応じて異なる外径を有している。また、静電チャック６には、絶縁体６ｂの間に電極６ａ及びヒータ６ｃが介在している。図中では、電極６ａの下方にヒータ６ｃが設けられている。このヒータ６ｃによって載置面６ｄが加熱制御される。
フォーカスリング５は、セラミック体７を介して基台周縁部３ｂに支持されている。フォーカスリング５は、円環状の部材であって、基台３の中心軸線Ｚと同軸となるように設けられている。フォーカスリング５の内側側面には、径方向内側へ突出した凸部５ａが形成されている。すなわち、フォーカスリング５は、内側側面の位置に応じて内径が異なる。例えば、凸部５ａが形成されていない箇所の内径は、ウェハＷの外径及び静電チャック６のフランジ部６ｅの外径よりも大きい。一方、凸部５ａが形成された箇所の内径は、静電チャック６のフランジ部６ｅの外径よりも小さく、かつ、静電チャック６のフランジ部６ｅが形成されていない箇所の外径よりも大きい。
フォーカスリング５は、凸部５ａが静電チャック６のフランジ部６ｅの上面と離間し、かつ、静電チャック６の側面からも離間した状態となるようにセラミック体７上面に配置される。すなわち、フォーカスリング５の凸部５ａの下面と静電チャック６のフランジ部６ｅの上面との間、フォーカスリング５の凸部５ａの側面と静電チャック６のフランジ部６ｅが形成されていない側面との間には、隙間が形成されている。そして、フォーカスリングの凸部５ａは、溝１３の上方に位置する。すなわち、載置面６ｄと直交する方向からみて、凸部５ａは、溝１３と重なる位置に存在し該溝１３を覆っている。これにより、プラズマが溝１３へ進入することを防止することができる。
基台周縁部３ｂの上面３ｅ上には、セラミック体７が設けられている。セラミック体７は、その上面上にフォーカスリング５を支持している。セラミック体７は、第１のセラミック層１８及び第２のセラミック層２０を含む積層構造を有している。
第１のセラミック層１８は、接着剤９ａを介して基台周縁部３ｂの上面３ｅ上に設けられている。第１のセラミック層１８は、例えば加圧成形により形成されたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミック焼結体から構成され得る。第１のセラミック層１８は、上面（第１の面）１８ａ及び当該上面と反対側の下面（第２の面）１８ｂを有しており、基台３の中心軸線Ｚと同軸の環状をなしている。第１のセラミック層１８の下面１８ｂは、接着剤９ａを介して基台周縁部３ｂの上面３ｅに接着されている。接着剤９ａとしては、例えばシリコーン系又はエポキシ樹脂系の接着剤が用いられる。接着剤９ａは、例えば０．１Ｗ／ｍＫ〜０．５Ｗ／ｍＫの熱抵抗率を有し、８０℃〜１５０℃の耐熱温度を有している。この接着剤９ａは、第１のセラミック層１８と基台周縁部３ｂとの間の熱抵抗を増加させると共に、応力ひずみを吸収する層としても機能する。
第２のセラミック層２０は、第１のセラミック層１８の上面１８ａ上に設けられるセラミック製の層であり、第１のセラミック層１８と同軸の環状を呈している。第２のセラミック層２０は、その上にフォーカスリング５を載置する。第２のセラミック層２０は、第１の膜２０ａ及び第２の膜２０ｂが積層された積層構造を有し得る。これら第１の膜２０ａ及び第２の膜２０ｂは、何れも溶射法を用いて形成されたセラミック製の膜である。溶射法とは、粒子状の溶射材料を基材の表面に吹き付けることで溶射材料に応じた膜を形成する成膜法である。
第１の膜２０ａは、例えば第１のセラミック層１８の上面１８ａに対してジルコニア（ＺｒＯ２）粒子を吹き付けることで形成されたジルコニア製の溶射膜である。第２の膜２０ｂは、例えば第１の膜２０ａに対してイットリア（Ｙ２Ｏ３）粒子を吹き付けることで形成されたイットリア製の溶射膜である。第２のセラミック層２０は、第１のセラミック層１８の上面１８ａ上に溶射法により形成されることによって、第１のセラミック層１８の上面１８ａの上面１８ａに密着して第１のセラミック層１８と一体化する。なお、第２のセラミック層２０は、必ずしも積構構造を有している必要はなく、単一の材料によって構成された単層構造を有していてもよい。
第２のセラミック層２０の内部には、１以上のヒータ２２が設けられている。ヒータ２２は、中心軸線Ｚに対して周方向に延在する環状をなしており、第１の膜２０ａと第２の膜２０ｂとの境界面に接するように第２の膜２０ｂ内に配置されている。ヒータ２２は、例えば溶射法により形成された溶射ヒータ電極であり、フォーカスリング５を加熱するための加熱素子として機能する。一実施形態では、ヒータ２２は、第１の膜２０ａ上にタングステン（Ｗ）粒子を吹き付けることで形成されたタングステン製のヒータ電極である。
また、載置台２には、セラミック体７内部の測定対象箇所の温度を測定するための温度測定機構が設けられている。測定対象箇所とは、セラミック体７の内部における温度の測定対象となる位置である。
図３を参照して、この温度測定機構の一例を説明する。図３は、載置台２の温度測定機構付近の拡大断面図である。図３に示すように、基台３の基台周縁部３ｂには、当該基台周縁部３ｂを裏面３ｃから上面３ｅまで貫く貫通孔が形成されている。貫通孔の内壁は、筒状体２４によって覆われている。この貫通孔の内側は、上面３ｅ側及び裏面３ｃ側に開口する空間Ｓ１を構成している。なお、空間Ｓ１は、少なくとも上面３ｅ側、即ち支持面側に開口していればよい。例えば、基台３には基台周縁部３ｂの上面３ｅから裏面３ｃ側に向けて窪む凹部が形成されることで、裏面３ｃ側に開口せずに上面３ｅ側に開口する空間が画成されていてもよい。
セラミック体７の内部には、伝熱体３０が設けられている。伝熱体３０は、一端３０ａ及び他端３０ｂを有しており、セラミック体７の内部において当該一端３０ａと他端３０ｂとの間で延在している。この一端３０ａは、セラミック体７内部の測定対象箇所に設けられており、他端３０ｂは空間Ｓ１の上方の位置であって一端３０ａよりも空間Ｓ１側の位置に設けられている。図３に示す実施形態では、一端３０ａは第１のセラミック層１８と第１の膜２０ａとの境界面上に設けられており、他端３０ｂは空間Ｓ１の上方に第１のセラミック層１８の下面１８ｂの高さ位置で設けられている。
この伝熱体３０は、セラミック体７内部の測定対象箇所の熱を一端３０ａから他端３０ｂに伝達する。そのために、伝熱体３０は、当該伝熱体３０の周囲におけるセラミック体、すなわち、第１のセラミック層１８の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している。伝熱体３０は、例えばタングステン焼結体から構成されている。伝熱体３０は、例えば第１のセラミック層１８を形成する際に、第１のセラミック層１８と共に焼成されることで形成され得る。
基台３によって提供される空間Ｓ１の内部には、温度センサ２８が収容されている。この温度センサ２８は、例えば空間Ｓ１内に伝熱体３０の他端３０ｂと対面するように設けられており、当該他端３０ｂの温度を非接触で検出する。これにより、温度センサ２８において、セラミック体７内部の測定対象箇所の温度に近い温度が検出される。この温度センサ２８には制御部９０が電気的に接続されており、温度センサ２８において検出された温度を示すデータが制御部９０に送信される。一実施形態では、制御部９０は、温度センサ２８から送信された温度データに応じてヒータ電源１４からヒータ２２に供給される電力を制御し得る。このように制御部９０がヒータ電源１４を制御することにより、測定対象箇所の温度が目標温度に制御される。
以上説明したように、上述した載置台２では、静電チャック６が基台中央部３ａによって支持され、フォーカスリング５がセラミック体７を介して基台周縁部３ｂによって支持される。セラミック体７のヒータ２２と基台周縁部３ｂとの間には、第１の膜２０ａ及び第１のセラミック層１８が介在している。第１の膜２０ａ及び第１のセラミック層１８が介在することにより、ヒータ２２と基台周縁部３ｂとの間の熱抵抗が増加するので、ヒータ２２と基台周縁部３ｂとの間の温度勾配が大きくなる。すなわち、ヒータ２２から基台周縁部３ｂに向かう熱流束は減少する。このため、第１のセラミック層１８と基台周縁部３ｂとの間に介在する接着剤９ａの温度上昇が抑制される。したがって、接着剤９ａの温度が耐熱温度を超えることで、セラミック体７及びフォーカスリング５が基台周縁部３ｂから剥離することを防止することができる。
一方、ヒータ２２と基台周縁部３ｂとの間の熱抵抗が増加することにより、ヒータ２２からフォーカスリング５に向かう熱流束は増加する。このため、少ない電力でヒータ２２を加熱させて、フォーカスリング５の温度を高くすることができる。すなわち、フォーカスリング５を効率よく加熱することが可能となる。
また、載置台２では、測定対象箇所の温度を他端３０ｂ側に伝達する伝熱体３０が第１のセラミック層１８内に設けられている。この伝熱体３０は、第１のセラミック層１８の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有しているので、測定対象箇所の熱を一端３０ａから他端３０ｂに効率的に伝達する。よって、セラミック体７内部の測定対象箇所と伝熱体３０の他端３０ｂとの間の温度勾配は小さなものとなる。すなわち、空間Ｓ１内に設けられる温度センサ２８によって他端３０ｂ側から測定される温度は、測定対象箇所の温度に近い温度である。したがって、上記構成を備える載置台２によれば、セラミック体７内部の測定対象箇所の温度をより正確に測定することができる。
特に、上記実施形態では、伝熱体３０はタングステン焼結体から構成されている。タングステン焼結体は、第１のセラミック層１８を構成するアルミナセラミック焼結体に近い熱膨張率を有している。よって、上記実施形態では、載置台２に温度変化が生じた際に伝熱体３０と第１のセラミック層１８との間に生じる熱応力歪みが抑制される。したがって、熱応力歪みに起因する伝熱体３０及び第１のセラミック層１８の破損を防止することが可能となる。
なお、図３に示す実施形態では、伝熱体３０の一端３０ａが第１のセラミック層１８と第１の膜２０ａとの境界面上に配置されているが、当該一端３０ａの配置位置はセラミック体７の内部である限り限定されない。例えば、図４に示すように、空間Ｓ１の上方において第１のセラミック層１８と第２の膜２０ｂとが接するように構成されている場合には、伝熱体３０の一端３０ａが第１のセラミック層１８と第２の膜２０ｂとの境界面上に配置されてもよい。このような実施形態では、温度センサ２８を用いて他端３０ｂの温度を測定することによって、第１のセラミック層１８と第２の膜２０ｂとの境界面上の温度をより正確に測定することが可能となる。また、一実施形態では、ヒータ２２の温度を直接測定するために、伝熱体３０の一端３０ａがヒータ２２の下面に接触するように配置されてもよい。
また、一実施形態では、基台３に対してセラミック体７が設けられる方向（中心軸線Ｚに平行な方向）に対して直交する方向、すなわち水平方向において、伝熱体３０の一端３０ａと他端３０ｂとが互いに異なる位置に配置されていてもよい。例えば、図５に示すように、伝熱体３０の他端３０ｂが空間Ｓ１の上方に配置され、伝熱体３０の一端３０ａが他端３０ｂよりも載置台２の径方向内側に配置されていてもよい。図５に示す実施形態では、測定対象箇所の下方に温度センサ２８を収容するための空間Ｓ１を形成することなく、測定対象箇所の温度を測定することが可能となる。これにより、空間Ｓ１の形成位置を任意に設定することができるようになるので、載置台２の設計の自由度を向上することが可能となる。
上記実施形態では、基台周縁部３ｂの上方のみに伝熱体３０が設けられているが、基台中央部３ａ上方に伝熱体３０が更に設けられていてもよい。このような変形例に係る載置台を図６を参照して説明する。以下では、図２に示す載置台２との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
図６は、変形例に係る載置台２Ａを示す概略断面図である。載置台２Ａにおいては、基台３の基台中央部３ａは、その上面３ｄ上に第３のセラミック層３２を介して静電チャック６を支持している。第３のセラミック層３２は、略円板形状を有しており、例えば加圧成形により形成されたアルミナセラミック焼結体から構成されている。この第３のセラミック層３２は、上面３２ａ及び下面３２ｂを有しており、当該下面３２ｂが接着剤９ｂを介して基台中央部３ａの上面３ｄに接着されている。この第３のセラミック層３２は、静電チャック６と共に一実施形態のセラミック体として機能する。
また、図６に示すように、基台３の基台中央部３ａには、当該基台中央部３ａを裏面３ｃから上面３ｄまで貫く貫通孔が形成されている。この貫通孔の内側は、上面３ｄ側及び裏面３ｃ側に開口する空間Ｓ２を構成している。図６に示すように、基台中央部３ａには複数の空間Ｓ２が形成されていてもよい。
第３のセラミック層３２の内部には、伝熱体３０が設けられている。伝熱体３０の一端３０ａは、空間Ｓ２の上方において第３のセラミック層３２と静電チャック６の絶縁体６ｂとの境界面上に設けられている。伝熱体３０の他端３０ｂは、空間Ｓ２の上方において第３のセラミック層３２の下面３２ｂと同一の高さ位置に設けられている。伝熱体３０は、測定対象箇所である第３のセラミック層３２と絶縁体６ｂとの境界面上の熱を一端３０ａから他端３０ｂに伝達する。
空間Ｓ２の内部には温度センサ２８が収容されている。この温度センサ２８は、例えば空間Ｓ２内において伝熱体３０の他端３０ｂと対面するように設けられており、当該他端３０ｂの温度を非接触で検出する。この温度センサ２８は、制御部９０と電気的に接続されており、検出した伝熱体３０の他端３０ｂの温度を示すデータを制御部９０に送信する。一実施形態では、制御部９０は、温度センサ２８から出力された温度データに応じてヒータ電源１４からヒータ６ｃに供給される電力を制御し得る。このように制御部９０がヒータ電源１４を制御することにより、測定対象箇所の温度が目標温度に制御される。
図６に示す載置台２Ａにおいても、図３に示す載置台２と同様に、静電チャック６の測定対象箇所の温度をより正確に測定することができる。なお、載置台２Ａにおいては、基台中央部３ａと静電チャック６との間に第３のセラミック層３２が設けられていなくてもよい。この場合には、静電チャック６の絶縁体６ｂ内に伝熱体３０を配置することにより、静電チャック６内の測定対象箇所の温度をより正確に測定することが可能である。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述したプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置であったが、載置台２は他のプラズマ処理装置に適用することができる。例えば、載置台２が適用されるプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波によってガスを励起させるプラズマ処理装置であってもよい。
また、上述した実施形態では、基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂが溝１３により分割されているが、必ずしも基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂは分割されている必要はない。例えば、基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂが物理的に連続しており、基台周縁部３ｂがセラミック体７を介してフォーカスリング５を支持していてもよい。
また、上述した実施形態では、セラミック体７が第１のセラミック層１８及び第２のセラミック層２０を含む積層構造を有しているが、セラミック体７は単層構造を有していてもよい。このように構成される場合であっても、セラミック体７の内部に設けられる伝熱体３０によって、セラミック体７内部の測定対象箇所の熱が一端３０ａから他端３０ｂに効率的に伝達される。したがって、空間Ｓ２に配置される温度センサ２８を用いて伝熱体３０の他端３０ｂの温度を測定することで、測定対象箇所の温度をより正確に測定することが可能である。
１…処理容器、２,２Ａ…載置台、３…基台、３ａ…基台中央部、３ｂ…基台周縁部、３ｃ…裏面、３ｄ,３ｅ…上面、６…静電チャック、６ａ…電極、６ｂ…絶縁体、６ｃ…ヒータ、７…セラミック体、９ａ,９ｂ…接着剤、１０…プラズマ処理装置、１３…溝、１４…ヒータ電源、１８…第１のセラミック層、２０…第２のセラミック層、２０ａ…第１の膜、２０ｂ…第２の膜、２２…ヒータ、２８…温度センサ、３０…伝熱体、３０ａ…一端、３０ｂ…他端、３２…第３のセラミック層、９０…制御部、Ｓ１…空間、Ｓ２…空間、Ｗ…ウェハ、Ｚ…中心軸線。

Claims (6)

  1. セラミック体と、
    前記セラミック体の内部に設けられたヒータと、
    前記セラミック体を支持する支持面を有する基台であり、少なくとも該支持面側に開口する空間であって温度センサを収容する該空間を提供する、該基台と、
    前記セラミック体内に設けられる一端と、前記空間の上方の位置であって前記一端よりも前記空間側の位置に設けられる他端との間で延在する伝熱体であり、該伝熱体の周囲における前記セラミック体の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する該伝熱体と、
    を備える、載置台。
  2. 前記セラミック体は、
    接着剤を介して前記支持面上に設けられる第１のセラミック層と、
    前記第１のセラミック層上に設けられる第２のセラミック層と、
    を含み、
    前記ヒータは、前記第２のセラミック層内に設けられ、
    前記伝熱体は、前記第１のセラミック層内に設けられ、該第１のセラミック層の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有している、
    請求項１に記載の載置台。
  3. 前記第１のセラミック層は、前記第２のセラミック層側に配置される第１の面、及び、該第１の面の反対側の第２の面を有し、
    前記伝熱体の前記一端は前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層との境界面上に設けられ、前記伝熱体の前記他端は前記一端よりも前記第２の面側に設けられている、請求項２に記載の載置台。
  4. 前記基台に対して前記セラミック体が設けられる方向に直交する方向において、前記伝熱体の前記一端と前記他端とが互いに異なる位置に配置されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の載置台。
  5. 前記伝熱体は、タングステン焼結体から構成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の載置台。
  6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の載置台を備える基板処理装置。
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