JP2023003003A - 基板支持部及び基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】より多くの高周波電力を印化する処理でも、基板支持部の温度制御効率を高める基板支持部及び基板処理装置を提供する。【解決手段】基板支持部１１は、セラミックスにより形成され、被処理基板を静電吸着により保持する静電チャック１１１と、静電チャックを支持する基台１２２と、熱交換媒体が流れる流路１２３と、を有する。流路１２３は、基台１２２に形成され、静電チャック１１１側に開口する開口部１２３ａを有する、係る構成により、流路１２３の上面は、静電チャック１１１のセラミックスで形成されている。【選択図】図３

Description

本開示は、基板支持部及び基板処理装置に関する。
例えば、特許文献１は、被処理基板を載置する基板支持部を有する基板処理装置を提案する。基板支持部は、温度制御された冷媒が流れる流路を配置した基台と、プラズマ耐性が高いセラミックス内に電極を内包し、載置面に被処理基板を載置する静電チャックと有し、基台と静電チャックとの間を接着層で接着させた構造を有する。
特開２０１６－２７６０１号公報
ところで、チラーユニットによって温度制御された冷媒を基板支持部の流路に流すことで、静電チャック上の被処理基板が所望の温度に冷却されるが、近年、基板支持部に印加される高周波電力が増加している。このため、被処理基板へのプラズマからの入熱が増加し、被処理基板の温度制御が不十分になる場合がある。
本開示は、基板支持部の温度制御効率を高めることが可能な技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、セラミックスにより形成され、被処理基板を静電吸着により保持する静電チャックと、前記静電チャックを支持する基台と、熱交換媒体が流れる流路と、を有し、前記流路の上面はセラミックスで形成されている基板支持部が提供される。
一の側面によれば、基板支持部の温度制御効率を高めることができる。
実施形態に係る基板処理装置の一例を示す断面模式図。 実施形態に係る流路の一例を示す図。 実施形態に係る基板支持部と比較例に係る基板支持部との構成の一例を示す図。 図３のＢ領域の拡大図。 実施形態に係る基板支持部の温度変化による変形吸収の一例を示す図。 実施形態に係る基板支持部と比較例に係る基板支持部との一部を拡大した図。 図７（ａ）は第１実施形態に係る基板支持部、図７（ｂ）は第２実施形態に係る基板支持部、図７（ｃ）は第３実施形態に係る基板支持部の構成の一例を示す図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［プラズマ処理システム］
以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。プラズマ処理システムは、容量結合のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は基板処理装置の一例である。容量結合のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。
基板支持部１１は、基台１２２と静電チャック１１１とを含む。基板支持部１１は、更にリングアセンブリ１１２を含む。静電チャック１１１は、基台１２２の上部に配置されており、被処理基板（ウェハ）（以下、基板Ｗという。）を支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。静電チャック１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で静電チャック１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、静電チャック１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、静電チャック１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように静電チャック１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。実施形態において、基台１２２は、導電性部材を含む。基台１２２の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャック１１１は、基台１２２の上に配置される。静電チャック１１１の上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、基板支持部１１は、静電チャック１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、流路１２３、ヒータ、伝熱媒体、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。実施形態では、基台１２２に流路１２３が形成されているが、これに限らない。流路１２３には、熱交換媒体が流れる。熱交換媒体は、液体である。また、基板支持部１１は、基板Ｗの下面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。
ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。
実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。
また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
制御部２は、本開示において述べられる種々の工程を、プラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。
[基板支持部]
基板支持部１１に形成された流路１２３について、図２を参照しながら更に説明する。図２は、図１のＡ－Ａ面から流路１２３を見た図であり、基台１２２を上方向から見た平面図である。図２には、基台１２２の上面１２２ｃが円板状に示されている。流路１２３は、基台１２２に形成され、基台１２２の上面１２２ｃにて静電チャック１１１側に開口している。つまり、流路１２３は、基台１２２に渦巻き状に形成され、上面に渦巻き状に開口した開口部１２３ａを有する。これにより、基板支持部１１の基板支持面１１１ａ（図１参照）の全域において、基板Ｗの温度を制御することができる。なお、流路１２３の形状は渦巻き状に限らず、放射状等であってもよい。
基板支持部１１の構成について、図３を参照しながら更に説明する。図３は、図３（ａ）の比較例に係る基板支持部１１'と、図３（ｂ）の実施形態に係る基板支持部１１との構成の一例を示す図である。図３（ａ）及び（ｂ）のいずれも基板支持部１１'及び基板支持部１１の右半分の構成を拡大して示し、左半分の構成は省略している。
図３（ａ）の比較例に係る基板支持部１１'では、基台１２２と静電チャック１１１との間に接着層１２１が介在している。接着層１２１は、樹脂で形成されている。比較例に係る基板支持部１１'では、接着層１２１は液体又はシート状の樹脂である。このため、基台１２２と静電チャック１１１とを点又は線に近い小さな面積で接着することはできず、基台１２２の上面１２２ｃと静電チャック１１１の下面１１１ｃとを全面で接着層１２１により接着する構成を有する。
係る構成では、接着層における熱抵抗、基台１２２と接着層１２１の境界面における熱抵抗、及び接着層１２１と静電チャック１１１の境界面における熱抵抗が発生する。これらの熱抵抗により流路１２３を流れる冷媒による静電チャック１１１の冷却効率が悪くなり、静電チャック１１１の温度を効率よく低下させることができない場合がある。
これに対して、図３（ｂ）の実施形態に係る基板支持部１１では、基台１２２と静電チャック１１１との間に接着層が存在しない。係る構成では、接着層における熱抵抗がない。かつ、基台１２２と静電チャック１１１との境界面が開口部１２３ａを除いた面になるため当該境界面の面積が比較例の境界面よりも小さくなり、基台１２２と静電チャック１１１との境界面における熱抵抗を小さくでき、断熱効果を低減できる。これにより、流路１２３に流す冷媒による静電チャック１１１の冷却効率を高めることができる。また、接着層が存在しないため、接着層の膜厚により基板Ｗの温度の面内均一性が悪くなる影響をなくすことができる。これにより、静電チャック１１１の温度制御効率を高め、かつ、基板Ｗの温度分布を均一にすることができる。
この結果、基板Ｗの温度を均一かつ十分に低下させることができるため、より大きなＲＦ電力の投入を可能にする。これにより、基板Ｗの処理時のエッチングレートを高めることができる。投入するＲＦ電力の大きさを維持する場合には、接着層をなくし、基板Ｗの冷却効率が高くなった分、冷媒を供給するチラーユニットの冷却能力を小さくできる。これにより、チラーユニットの大きさを小さくすることができ、フットプリントを小さくできる。なお、以上では、冷媒による基板Ｗの冷却について説明したが、冷却に限らず基板Ｗの加熱も含めて、冷媒及び熱媒を一例とする熱交換媒体による基板Ｗの温度調整において、基板支持部１１の温度制御効率を高めることができる。
以下では、第１実施形態に係る基板支持部１１、第２実施形態に係る基板支持部１１、第３実施形態に係る基板支持部１１の順に基板支持部１１の構成例について説明する。いずれの実施形態に係る基板支持部１１も接着層を有さず、温度制御効率を高めることができる。
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態に係る基板支持部１１の構成例について、図３（ｂ）に加えて、図４～図６を参照しながら説明する。図４は、第１実施形態に係る基板支持部１１を示す図３（ｂ）のＢ領域を拡大した図である。図５は、実施形態に係る基板支持部１１の温度変化による変形吸収の一例を示す図である。図６（ｂ）は、第１実施形態に係る基板支持部１１の一部（図３（ｂ）のＢ領域）を拡大し、図６（ａ）の比較例に係る基板支持部１１'の構成と比較して示した図である。なお、図５及び図６（ｂ）では、基台１２２と静電チャック１１１との金属ロウ付けによる接合部の図示を省略している。
図３（ｂ）に示すように、第１実施形態に係る基板支持部１１は、静電チャック１１１と基台１２２とを有し、樹脂の接着層を有さない構造である。静電チャック１１１は、基板Ｗを静電吸着により保持する。基台１２２は、静電チャック１１１の下に設けられ、静電チャック１１１を支持する。
基台１２２と静電チャック１１１とは、異なる材質であり、基台１２２は、例えばアルミニウム等の金属から形成され、静電チャック１１１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスにより形成されている。第１実施形態に係る基板支持部１１では、基台１２２のアルミニウムと静電チャック１１１のセラミックスとが直接接合される。
基台１２２は、熱交換媒体が流れる流路１２３を有する。流路１２３は基台１２２に形成され、静電チャック１１１側に開口する開口部１２３ａを有する。基台１２２と静電チャック１１１との間に接着層は存在しない。係る構成により、流路１２３の上面は静電チャック１１１のセラミックスで形成されている。
静電チャック１１１の下面１１１ｃは、円板状に形成されている。基台１２２の上面１２２ｃは、静電チャック１１１の下面１１１ｃと同一の直径を有する円板状に形成されている。基台１２２の上面１２２ｃには流路１２３の開口部１２３ａが形成され、静電チャック１１１側に開口している。よって、流路１２３の開口部１２３ａ以外の基台１２２の上面１２２ｃと静電チャック１１１の下面１１１ｃとの間が金属１２６のロウ付けにより接合される。
図３（ａ）に示すように、比較例に係る基板支持部１１'は接着層１２１を有する。接着層１２１は液体又はシート状の樹脂で形成され、静電チャック１１１と基台１２２とを面で接着する。つまり、比較例に係る基板支持部１１'では、静電チャック１１１の下面１１１ｃと基台１２２の上面１２２ｃとを概ね全面で接着している。
これに対して、本実施形態に係る基板支持部１１では、基台１２２の上面１２２ｃと静電チャック１１１の下面１１１ｃとの間を金属１２６のロウ付けにより接合する。本実施形態に係る基板支持部１１は、金属１２６のロウ付けにより基台１２２と静電チャック１１１との接合面積が小さくても静電チャック１１１を基台１２２に十分に接合できる。したがって、図３（ｂ）に示す基台１２２の隔壁Ｃは、２～２０ｍｍの幅であってもよいし、１～２ｍｍの幅であってもよい。隔壁Ｃの上面１２２ｃと静電チャック１１１の下面１１１ｃとの間を金属１２６のロウ付けにより接合することで、流路１２３の開口部１２３ａを静電チャック１１１の下面１１１ｃにより塞ぎ、流路１２３から冷媒が漏れることを防ぐ。係る構成により、本実施形態に係る基板支持部１１では、流路１２３の上面は静電チャック１１１のセラミックスで形成されている。
図３に加えて図１及び図２を参照すると、流路１２３には、導入流路ＩＮ及び排出流路ＯＵＴが基台１２２の下面側から接続されている。導入流路ＩＮは、流路１２３に冷媒を導入し、排出流路ＯＵＴは、流路１２３を通流する冷媒を排出する。導入流路ＩＮは、例えば、導入流路ＩＮの延伸方向が流路１２３を通流する冷媒の流れ方向に直交するように基台１２２の下面側から延伸し、流路１２３に接続される。また、排出流路ＯＵＴは、例えば、排出流路ＯＵＴの延伸方向が流路１２３を通流する冷媒の流れ方向に直交するように基台１２２の下面側から延伸し、流路１２３に接続される。このようにして、基台１２２の流路１２３に冷媒を通流させることにより、基板支持部１１の温度を制御可能に構成されている。
なお、図３（ｂ）に示すように、基板支持部１１には、伝熱ガスのガス流路１２５が形成され、ガス流路１２５からヘリウム（Ｈｅ）ガス等の伝熱ガスが基板Ｗの裏面に供給されるようになっている。ガス流路１２５は、基台１２２に設けられたスリーブ１２４の内部の空間と静電チャック１１１を貫通する貫通孔とを連通して形成される。
（接合方法の一例）
次に、接合方法の一例について、図３（ｂ）のＢ領域を拡大した図４を参照しながら説明する。第１実施形態に係る基板支持部１１では、静電チャック１１１の下面１１１ｃに基台１２２の上面１２２ｃ（すなわち、流路１２３間の隔壁Ｃの上面１２２ｃ）を接合する。図４に示すように、静電チャック１１１の下面１１１ｃの、隔壁Ｃの上面１２２ｃに対応する位置に座繰部１１１ｃ１を形成する。セラミックスで形成された座繰部１１１ｃ１とアルミニウム等の金属とを直接ロウ付けで接合すると接合不良が発生しやすい。したがって、金属ロウ付けする前に、金属の薄膜で座繰部１１１ｃ１のセラミックス部分を覆うメタライズを行うことが好ましい。
メタライズ後に、隔壁Ｃの上面１２２ｃを座繰部１１１ｃ１に挿入しながら、座繰部１１１ｃ１と隔壁Ｃの上面１２２ｃとをアルミニウム等の金属１２６によりロウ付けして接合する。金属ロウ付けは、接着剤よりもプラズマ耐性及び漏液耐性が高い。よって、これにより、静電チャック１１１と基台１２２との剥離が生じず、かつ、流路１２３からの漏液のない基板支持部１１を製造できる。ただし、基台１２２の隔壁Ｃと静電チャック１１１との接合方法は、金属ロウ付けに限らず、他の接合方法を用いてもよい。
接合方法の他の方法としては、金属ロウ付けの替わりに焼結（例えば無機系焼結）により静電チャック１１１と基台１２２とを接合させてもよい。無機系焼結とは、シリカ系の焼結助剤を静電チャック１１１と基台１２２とに塗布してホットプレス等で再度焼結する方法である。これにより、見かけ上、静電チャック１１１と基台１２２との界面なく接合することが可能である。このため、界面熱抵抗を低減させることができる。
図３（ａ）に示す比較例の基板支持部１１'の場合、プラズマからの入熱等により基板支持部１１'が高温になり静電チャック１１１及び基台１２２が熱膨張したときに、静電チャック１１１と基台１２２との熱膨張差を樹脂の接着層１２１により吸収していた。
これに対して、接着層がない本実施形態に係る基板支持部１１では、図５（ｂ）に示すように、流路１２３間の隔壁Ｃを可能な限り薄くし、１～２ｍｍとする。これにより、基板支持部１１が高温になり静電チャック１１１及び基台１２２が熱膨張したときに、熱膨張前の図５（ｂ）の上段から熱膨張後の下段に示すように、静電チャック１１１と基台１２２との熱膨張差を流路１２３自身が変形することにより吸収する。このとき静電チャック１１１と基台１２２との熱膨張差により変形する力よりも流路１２３を流れる冷媒の圧力ははるかに小さい。このため、隔壁Ｃが１～２ｍｍあれば、流路１２３の変形を許容しながら流路１２３内に冷媒を流すことができる。
以上では、プラズマからの入熱等により基板支持部１１が高温になる場合について説明した。ただし、これに限らず、チラーユニットから冷媒を流すことによる冷却がもたらす静電チャック１１１と基台１２２との熱膨張差についても流路１２３（隔壁Ｃ）の変形により吸収できる。
以上、第１実施形態に係る基板支持部１１によれば、接着層をなくしたことにより、静電チャック１１１と基台１２２との界面の熱抵抗を下げ、冷媒による冷却効率を向上させる等、基板支持部１１の温度制御効率を高めることができる。
静電チャック１１１と基台１２２との熱膨張差を吸収する緩衝材としての接着層をなくしたことにより静電チャック１１１と基台１２２との接合面が剥離し易くなることが懸念される。これを回避するために、静電チャック１１１と基台１２２との接合面の面積を最小限にし、剥離をなくす。すなわち、第１実施形態に係る基板支持部１１によれば、基台１２２に形成された流路１２３は基台１２２に埋め込まれておらず、流路１２３の上面が静電チャック１１１側に開口する開口部１２３ａを有する。したがって、静電チャック１１１と基台１２２との接合面は、隔壁Ｃの上面に限られる。隔壁Ｃを１～２ｍｍの厚さに形成することで、静電チャック１１１と基台１２２との接合面の面積を少なくし、これにより、静電チャック１１１と基台１２２との剥離をなくすことができる。
また、セラミックスの静電チャック１１１とアルミニウムの基台１２２との熱膨張差は、流路１２３（隔壁Ｃ）の変形により吸収できる。これにより、基板支持部１１が高温又は低温に制御された場合であっても静電チャック１１１と基台１２２との剥離をなくすことができる。
また、図６（ｂ）に示す第１実施形態に係る基板支持部１１では、図６（ａ）に示す比較例に係る基板支持部１１'の接着層１２１の厚さ分、静電チャック１１１の厚さＴ２（＜Ｔ１）を厚くすることができる。これにより、熱の拡散層が確保できる。例えば、図２の渦巻き状の流路１２３の場合、流路１２３の上方は冷却され易いため、静電チャック１１１の中央領域では外周領域よりも冷却効率が高くなる。しかしながら、静電チャック１１１の厚さを厚くすることで熱が拡散し易くなり、静電チャック１１１を形成するセラミックスの中央領域から外周側へ熱の拡散が生じる。これにより、基板Ｗが載置される基板支持面１１１ａにおいて温度の面内均一性を図ることができる。これにより、基板Ｗの温度の面内均一性を図ることができる。
更に、第１実施形態に係る基板支持部１１では、流路１２３の変形を可能にするために隔壁Ｃを１～２ｍｍ程度に薄くする。隔壁Ｃの上面に接合される静電チャック１１１の厚さを、図６（ａ）に示す比較例と同等又はそれよりも薄くしてもよい。
なお、第１実施形態に係る基板支持部１１では、基台１２２の材料として、アルミニウム等の金属材料の替わりに、金属セラミックス含有材料（ＭＭＣ）又は低線膨張材を用いてもよい。金属の低線膨張材を基台１２２に用いた場合、メタライズして接合することが可能である。セラミックスの低線膨張材や金属セラミックス含有材料を基台１２２に用いた場合、メタライズせずに焼結を用いて接合することが可能である。セラミックスの材料の場合、金属ロウ付けが困難であり、メタライズして金属とロウ付けするか、又はセラミックス同士で焼結することになる。
図７（ａ）の基台１２２の下部に、更に金属プレート１４０を設けてもよい。基台１２２及び金属プレート１４０の外周面を、イットリア（Ｙ２Ｏ３）等の溶射により保護膜１４１にて被覆してもよい。これにより、基板支持部１１のプラズマ耐性を更に高めることができる。
図１～図６では省略したが、第１実施形態に係る基板支持部１１の静電チャック１１１には、基板を静電吸着させるための直流電圧を印加する吸着電極２３０が埋設されている。後述する図７（ｂ）の第２実施形態に係る基板支持部１１及び図７（ｃ）の第３実施形態に係る基板支持部１１の静電チャック１１１には、吸着電極２３０と、ＲＦ電力を印加するＲＦ電極２３１とが埋設されている。第１実施形態に係る基板支持部１１では、ＲＦ電力は基台１２２に印加される。ただし、第１実施形態に係る基板支持部１１においても静電チャック１１１にＲＦ電極２３１を埋設してもよい。
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る基板支持部１１の構成例について、図７（ｂ）を参照しながら説明する。図７（ｂ）は、第２実施形態に係る基板支持部１１の構成の一例を示す。第２実施形態に係る基板支持部１１では、少なくとも静電チャック１１１に流路１２３ｃが形成されている。流路１２３ｃは静電チャック１１１の下面に、基台１２２に向けて開口している。
図７（ｂ）の例では、基台１２２は、アルミニウム等の導電性材料から形成されている。本例では、基台１２２側にも静電チャック１１１の流路１２３ｃの対向位置に流路１２３ｄが形成されている。流路１２３ｃは、第１実施形態に係る基板支持部１１と同様に基台１２２の上面１２２ｃに開口している。ただし、基台１２２の流路１２３ｄは形成されてもよいし、形成されなくてもよい。
基台１２２上に静電チャック１１１を配置し、流路１２３ｃと流路１２３ｄの開口同士を合わせて連通させ、静電チャック１１１の隔壁と基台１２２の隔壁とを金属１２６でロウ付けし接合する。流路１２３ｃと流路１２３ｄとを合わせた状態で形成される流路を、流路１２３とも称する。係る構成により、流路１２３の上面はセラミックスで形成される。
静電チャック１１１に設けられた外周の段差に応じて、流路１２３の高さを変えてもよい。例えば、静電チャック１１１の中央領域の流路１２３の高さＴ４は、静電チャック１１１の外周領域の流路１２３の高さＴ３よりも高く形成してもよい。
以上、第２実施形態に係る基板支持部１１では、基台１２２と静電チャック１１１とは、異なる材質であり、流路１２３は少なくとも静電チャック１１１に形成され、基台１２２側に開口する。流路１２３は静電チャック１１１と基台１２２との対向位置に形成され、連通する。流路１２３の開口以外の基台１２２と静電チャック１１１との間は金属ロウ付け又は焼結により接合されている。
これによれば、接着層をなくしたことにより、静電チャック１１１と基台１２２との界面の熱抵抗を下げ、冷媒による冷却効率を向上させる等、基板支持部１１の温度制御効率を高めることができる。
また、基台１２２を金属セラミックス含有材料（ＭＭＣ）又は低線膨張材よりも加工性の高い導電性材料で形成することで、製造上の難易度を下げることができ、また、焼成等の接合時に静電チャック１１１又は基台１２２が割れることを低減できる。静電チャック１１１のセラミックス板にはアルミナ等を使用できる。
更に、静電チャック１１１の厚さを厚くしなくても、静電チャック１１１側に流路１２３ｃを設けることで流路１２３全体の高さを高くすることができる。これにより、流路１２３の断面積が大きくなるため、圧力損失が小さくなり、冷媒による冷却効率及び基板支持部１１の温度制御効率を高めることができる。
なお、第２実施形態に係る基板支持部１１では、基台１２２と静電チャック１１１との外周は、クランプ１４２により固定されている。これは、製造上、基板支持部１１の内部に流路１２３を封じ切りで形成できなかった場合にも外周側からクランプ１４２で基台１２２と静電チャック１１１とを把持する構造を加えることで流路１２３からの冷媒の漏液を防止できる。また、クランプ１４２と金属ロウ付け等の接合との組み合わせにより、金属ロウ付け等による接合面を減らすことで製造を容易にしたり、コストを低減させたりすることができる。
第２実施形態においても、流路１２３の隔壁の厚さは１～２ｍｍであり、流路１２３の変形が可能である。また、流路１２３を流れる冷媒等の熱交換媒体は、液体である。
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る基板支持部１１の構成例について、図７（ｃ）を参照しながら説明する。図７（ｃ）は、第３実施形態に係る基板支持部１１の構成の一例を示す。第３実施形態に係る基板支持部１１では、基台１２２と静電チャック１１１とは、同じ材質であり、一体として形成されており、一体構造のセラミックス板として構成される。以下、一体構造のセラミックス板を静電チャック１１１ともいう。セラミックス板の静電チャック１１１は例えばアルミナにより形成されている。係る構成により、流路１２３の上面はセラミックスで形成されている。
一体構造のセラミックス板の静電チャック１１１は、内部に流路１２３を有する。静電チャック１１１の外周の段差に応じて、流路１２３の高さを変えてもよい。例えば、静電チャック１１１の中央領域の流路１２３の高さＴ６は、外周領域の流路１２３の高さＴ５よりも高く形成してもよい。静電チャック１１１の内部の流路１２３の高さを高くすることで、流路１２３の断面積が大きくなるため、圧力損失が小さくなり、冷媒による冷却効率を高めることができる。
内部に流路１２３を形成して静電チャック１１１を製造する方法としては、グリーンシート又はロールコンパクション（ＲＣ製法）といった積層成型の製造方法を用いることができる。積層成型の製造方法と電極（吸着電極、ＲＦ電極）印刷とを組み合わせることで、静電チャック１１１を一体成型及び焼成し、製造することができる。
第３実施形態においても、流路１２３の隔壁の厚さは１～２ｍｍであり、流路１２３の変形が可能である。また、流路１２３を流れる冷媒等の熱交換媒体は、液体である。
以上、第３実施形態に係る基板支持部１１では、基台１２２と静電チャック１１１とは、同じ材質であり、一体として形成される。これによれば、静電チャック１１１と基台１２２との界面をなくし、静電チャック１１１としたことによって熱抵抗を低減し、冷媒による冷却効率を高めることができる。
また、碍子類が不要になり、ＲＣ製法等によりコストダウンを図ることができる。
以上、第１～第３実施形態に係る基板支持部１１について説明した。いずれの実施形態に係る基板支持部１１においても、接着層をなくし、熱抵抗を下げ、基板Ｗの温度制御効率を高めることができる。また、接着層を有さないため、プラズマ等により接着層が消耗することを抑制するためのＯリング等が不要となる。
なお、第１実施形態に係る基板支持部１１においても、金属ロウ付けによる接合の替わりに、焼結による接合が可能である。ただし、焼結に耐えうる静電チャック１１１及び基台１２２の材質の選定が必要になる場合がある。
また、第１及び第３実施形態に係る基板支持部１１においても、第２実施形態に係る基板支持部１１と同様にクランプ１４２を使用してよい。更に、第２実施形態に係る基板支持部１１において無機接合において流路１２３を封じ切りで製作できればクランプ１４２は使用しなくてもよい。
今回開示された実施形態に係る基板支持部及び基板処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示の基板処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。
また、基板処理装置の一例としてプラズマ処理装置を挙げて説明したが、基板処理装置は、基板に所定の処理（例えば、成膜処理、エッチング処理等）を施す装置であればよく、プラズマ処理装置に限定されるものではない。例えば、基板処理装置は、熱ＡＬＤ装置、プラズマＡＬＤ装置、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、プラズマＣＶＤ装置等であってもよい。
１ プラズマ処理装置
２ 制御部
２ａ コンピュータ
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
２１ ガスソース
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
４０ 排気システム
１１１ 静電チャック
１２２ 基台
１２３ 流路

Claims (12)

  1. セラミックスにより形成され、被処理基板を静電吸着により保持する静電チャックと、
    前記静電チャックを支持する基台と、
    熱交換媒体が流れる流路と、
    を有し、
    前記流路の上面はセラミックスで形成されている、
    基板支持部。
  2. 前記基台と前記静電チャックとは、異なる材質であり、
    前記流路は前記基台に形成され、前記静電チャック側に開口する、
    請求項１に記載の基板支持部。
  3. 前記流路の開口以外の前記基台と前記静電チャックとの間は金属ロウ付けにより接合されている、
    請求項２に記載の基板支持部。
  4. 前記基台と前記静電チャックとは、異なる材質であり、
    前記流路は少なくとも前記静電チャックに形成され、前記基台側に開口する、
    請求項１に記載の基板支持部。
  5. 前記流路は前記静電チャックと前記基台との対向する位置に形成され、連通する、
    請求項４に記載の基板支持部。
  6. 前記流路の開口以外の前記基台と前記静電チャックとの間は金属ロウ付け又は焼結により接合されている、
    請求項４又は５に記載の基板支持部。
  7. 前記基台と前記静電チャックとの外周は、クランプにより固定されている、
    請求項４～６のいずれか一項に記載の基板支持部。
  8. 前記基台と前記静電チャックとは、同じ材質であり、一体として形成されている、
    請求項１に記載の基板支持部。
  9. 前記流路の隔壁の厚さは、２～２０ｍｍである、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の基板支持部。
  10. 前記流路の隔壁の厚さは、１～２ｍｍである、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の基板支持部。
  11. 熱交換媒体は、液体である、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の基板支持部。
  12. チャンバと、前記チャンバ内にて基板を載置する基板支持部と、を有する基板処理装置であって、
    前記基板支持部は、
    セラミックスで形成され、被処理基板を載置する静電チャックと、
    前記静電チャックを支持する基台と、
    温調媒体を通流させる流路と、
    を有し、
    前記流路の上面はセラミックスで形成されている、
    基板処理装置。
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