JP2023003957A - プラズマ処理装置及び基板支持部 - Google Patents

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Abstract

【課題】伝熱ガス供給孔の異常放電を抑制することができるプラズマ処理装置及び基板支持部を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、プラズマ処理容器と、プラズマ処理容器内に配置され、基台の上部に支持面を備える基板支持部と、を有し、基板支持部は、支持面に基台側から伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給孔と、伝熱ガス供給孔内の支持面側に配置され、炭化ケイ素で構成される第１の部材と、伝熱ガス供給孔内の第１の部材の下側に配置され、ポーラス樹脂で構成される第２の部材と、伝熱ガス供給孔内の第２の部材の下側に配置され、ＰＴＦＥで構成される第３の部材と、を備える。【選択図】図５

Description

本開示は、プラズマ処理装置及び基板支持部に関する。
プラズマ処理装置では、プラズマ処理を行うプラズマ処理容器内に、処理対象の基板を支持する基板支持部を有する。基板支持部には、基板支持部に置かれた基板の裏面と基板支持部の支持面との間に伝熱ガスを供給するための供給孔が形成されている。この供給孔では、プラズマ処理の際に異常放電が発生する場合がある。
特開２０１９－２２０５５５号公報
本開示は、伝熱ガス供給孔の異常放電を抑制することができるプラズマ処理装置及び基板支持部を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、プラズマ処理容器と、プラズマ処理容器内に配置され、基台の上部に支持面を備える基板支持部と、を有し、基板支持部は、支持面に基台側から伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給孔と、伝熱ガス供給孔内の支持面側に配置され、炭化ケイ素で構成される第１の部材と、伝熱ガス供給孔内の第１の部材の下側に配置され、ポーラス樹脂で構成される第２の部材と、伝熱ガス供給孔内の第２の部材の下側に配置され、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）で構成される第３の部材と、を備える。
本開示によれば、伝熱ガス供給孔の異常放電を抑制することができる。
図１は、本開示の第１実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す図である。 図２は、第１実施形態の基板支持部の断面の一例を示す部分拡大図である。 図３は、参考例の伝熱ガス供給孔の断面の一例を示す部分拡大図である。 図４は、参考例のロッドの第２の部材の一例を示す図である。 図５は、第１実施形態の伝熱ガス供給孔の断面の一例を示す部分拡大図である。 図６は、変形例１の伝熱ガス供給孔の断面の一例を示す部分拡大図である。 図７は、変形例２の伝熱ガス供給孔の断面の一例を示す部分拡大図である。 図８は、第２実施形態の伝熱ガス供給孔の断面の一例を示す部分拡大図である。
以下に、開示するプラズマ処理装置及び基板支持部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、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。
プラズマ処理の際、伝熱ガスの供給孔における異常放電を抑制するために、表面に凹凸を設けた埋込部材を供給孔に配置することが提案されている。この場合、伝熱ガスは、凹凸による隙間を通って支持面に供給される。ところが、基板支持部上に載置された基板やエッジリングを冷却するために伝熱ガスの圧力を上昇させると、パッシェンの法則に従い、埋込部材と供給孔との隙間において異常放電が発生することがある。そこで、伝熱ガスの圧力を上昇させた場合であっても、伝熱ガス供給孔の異常放電を抑制することが期待されている。
（第１実施形態）
［プラズマ処理システムの構成］
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。図１は、本開示の第１実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す図である。図１に示すように、プラズマ処理システムは、容量結合プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。なお、容量結合プラズマ処理装置１は、制御部２を含んでもよい。容量結合プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０、排気システム４０及び伝熱ガス供給部６０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。一実施形態において、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、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗ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。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、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、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、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、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間、及び、リングアセンブリ１１２とリング支持面１１１ｂとの間に、伝熱ガス供給路５０及び伝熱ガス供給孔５０ａを介して、伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部６０を含む。さらに、伝熱ガス供給孔５０ａ内には、伝熱ガス供給孔５０ａでの異常放電を抑えるためのロッド５２が配置される。
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。一実施形態において、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。
一実施形態において、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。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、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。一実施形態において、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。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、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。一実施形態において、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。一実施形態において、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。一実施形態において、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。
伝熱ガス供給部６０は、基板支持部１１の基台及び静電チャックに設けられた伝熱ガス供給孔５０ａに、伝熱ガス供給路５０を介して、伝熱ガス（冷熱伝達用ガス）を供給する。伝熱ガスとしては、例えばヘリウムガスが用いられる。伝熱ガスは、基板支持面１１１ａ及びリング支持面１１１ｂの伝熱ガス供給孔５０ａから、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間、及び、リングアセンブリ１１２とリング支持面１１１ｂとの間に供給される。伝熱ガスを供給することで、プラズマ処理により入熱し高温となった基板Ｗとエッジリングの抜熱を行う。
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。一実施形態において、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。
［伝熱ガス供給孔５０ａの配置］
次に、図２を用いて基板支持部１１における伝熱ガス供給孔５０ａの配置について説明する。図２は、第１実施形態の基板支持部の断面の一例を示す部分拡大図である。図２に示すように、基板支持部１１の本体部１１１の上部には、静電チャック１１３が設けられ、静電チャック１１３の上面が、基板支持面１１１ａ及びリング支持面１１１ｂとなっている。静電チャック１１３は、例えばセラミック板で構成される。静電チャック１１３における開口１１４，１１４ａは、伝熱ガス供給孔５０ａの最上部を構成する。伝熱ガス供給孔５０ａは、スリーブ５１、及び、静電チャック１１３の開口１１４，１１４ａによって構成され、基板支持面１１１ａ及びリング支持面１１１ｂそれぞれにおいて、複数設けられる。スリーブ５１は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）によって構成される。図２では、基板支持面１１１ａ及びリング支持面１１１ｂそれぞれに設けられた伝熱ガス供給孔５０ａそれぞれのうち、一部の断面を表している。
伝熱ガス供給孔５０ａ内には、ロッド５２が配置される。ロッド５２の開口１１４，１１４ａ内に配置される部分は、第１の部材５３，５３ａで構成される。なお、基板支持面１１１ａに設けられた伝熱ガス供給孔５０ａの領域１２０と、リング支持面１１１ｂに設けられた伝熱ガス供給孔５０ａの領域１２１とは、静電チャック１１３の厚さが異なるだけで他は同様の構成であるので、以下の説明では、領域１２０を一例として説明する。
［参考例の伝熱ガス供給孔の断面］
ここで、図３及び図４を用いて、表面に凹凸を設けた埋込部材を供給孔に配置する参考例の伝熱ガス供給孔の断面について説明する。図３は、参考例の伝熱ガス供給孔の断面の一例を示す部分拡大図である。図４は、参考例のロッドの第２の部材の一例を示す図である。図３及び図４に示すように、参考例では、ロッド５２に代えてロッド２００が伝熱ガス供給孔５０ａ内に配置される。また、ロッド２００は、第１の部材５３に代えて第１の部材２０１を有し、第１の部材２０１は、第２の部材２０２と接続されている。第２の部材２０２は、落下防止用の凸部２０３と、伝熱ガスを透過するための切り欠き部２０４と、第１の部材２０１を差し込むための穴２０５とを有する。第１の部材２０１は、下部に設けられた突起部２０６を穴２０５に嵌合させることで、第２の部材２０２の上部に接続されている。
領域１２０では、静電チャック１１３の開口１１４は、直下のスリーブ５１における伝熱ガス供給孔５０ａとの接続部分において、接着層１１６の開口部を介して接続される。伝熱ガス供給孔５０ａの最上部である開口１１４の内径は、スリーブ５１の伝熱ガス供給孔５０ａの内径より小さい。第２の部材２０２の上面は、静電チャック１１３の下面における伝熱ガス供給孔５０ａの外周部を囲むように、静電チャック１１３の下面と接している。
伝熱ガス供給孔５０ａでは、流路２１０～２１２の順に伝熱ガスが流れる。流路２１０は、第２の部材２０２と、スリーブ５１との間の隙間である。流路２１１は、流路２１０と接続される切り欠き部２０４である。流路２１２は、切り欠き部２０４と接続される、第１の部材２０１と静電チャック１１３の開口１１４の内壁との間の隙間である。なお、図３及び図４では、流路近傍に矢印を付して表している。参考例のロッド２００では、伝熱ガスの圧力を上昇させた場合、切り欠き部２０４内の空間等の隙間において、伝熱ガスのヘリウムから電離した電子が電位差を受けて加速し、異常放電が発生することがある。つまり、静電チャック１１３のセラミック板とアルミナで構成されるスリーブ５１との継ぎ目付近のガス流路で電位差がつきやすく、当該ガス流路において異常放電が発生することがある。そのため、伝熱ガス供給孔５０ａの上部において、異常放電を抑制することが求められる。
［第１実施形態の伝熱ガス供給孔の断面］
次に、図５を用いて第１実施形態における伝熱ガス供給孔の断面について説明する。図５は、第１実施形態の伝熱ガス供給孔の断面の一例を示す部分拡大図である。図５に示すように、第１実施形態では、円柱形状のロッド５２が伝熱ガス供給孔５０ａ内に配置される。ロッド５２は、開口１１４内に配置される部分である第１の部材５３と、第１の部材５３の下側に配置される第２の部材５４と、第２の部材５４の下側に配置される第３の部材５５とを有する。なお、図５では、静電チャック１１３の内部に設けられた電極１１５の一部も表している。
第１の部材５３は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で構成され、静電チャック１１３における伝熱ガス供給孔５０ａの内壁（開口１１４の内壁）との間に隙間を有する。当該隙間は、例えば、０．０１ｍｍ～０．４ｍｍである。また、第１の部材５３の長さは、少なくとも静電チャック１１３の厚さに対応する長さである。第１の部材５３は、静電チャック１１３の開口１１４近傍で電位差を緩和させる。なお、第１の部材５３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の他のセラミックであってもよい。第２の部材５４は、ポーラス樹脂で構成され、スリーブ５１内及び静電チャック１１３の下面において、伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間に隙間を有さないように接している。ポーラス樹脂は、多孔質構造を有する樹脂であり、例えば、ＰＩ（polyimide）、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ（polychlorotrifluoroethylene）、ＰＦＡ（perfluoroalkoxyalkane resin）、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥＩ（polyetherimide）、ＰＯＭ（poly oxymethylene, polyacetal, polyformaldehyde）、ＭＣ（methyl cellulose）、ＰＣ（polycarbonate）、及び、ＰＰＳ（poly phenylene sulfone）といった樹脂を用いることができる。ポーラス樹脂は、例えばＰＴＦＥを用いることが好ましい。なお、第２の部材５４と伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間は、若干の隙間があってもよいし、伝熱ガス供給孔５０ａの内径よりも直径が大きい第２の部材５４を圧入するようにしてもよい。つまり、第２の部材５４と伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間は、例えば、－０．２ｍｍ～＋０．２ｍｍの範囲とすることができる。
第１実施形態の領域１２０では、参考例と同様に、静電チャック１１３の開口１１４は、直下のスリーブ５１における伝熱ガス供給孔５０ａとの接続部分において、接着層１１６の開口部を介して接続される。伝熱ガス供給孔５０ａの最上部である開口１１４の内径は、スリーブ５１の伝熱ガス供給孔５０ａの内径より小さい。第２の部材５４の上面は、静電チャック１１３の下面における伝熱ガス供給孔５０ａの外周部を囲むように、静電チャック１１３の下面と隙間を有さないように接している。
第３の部材５５は、樹脂、例えばＰＴＦＥで構成され、スリーブ５１内において、伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間に隙間を有するように配置される。当該隙間は、例えば、０．０１ｍｍ～０．６ｍｍである。図５に示すように、ロッド５２は、静電チャック１１３の上面側から順に、第１の部材５３、第２の部材５４、第３の部材５５が接している状態である。つまり、第１の部材５３の下面は第２の部材５４の上面と接しており、第２の部材５４の下面は第３の部材５５の上面と接している。なお、ロッド５２は、第１の部材５３と、第２の部材５４との間は接着されていなくてもよい。また、ロッド５２は、第２の部材５４と第３の部材５５とは接着されているが、第３の部材５５に落下防止用の凸部を設ける場合には、第２の部材５４と第３の部材５５との間は接着されていなくてもよい。なお、ロッド５２は、伝熱ガス供給孔５０ａに対して接着されていないが、第２の部材５４及び第３の部材５５は、伝熱ガス供給孔５０ａ内で固定されている。
伝熱ガス供給孔５０ａでは、流路５６～５８の順に伝熱ガスが流れる。流路５６は、第３の部材５５と、スリーブ５１との間の隙間である。流路５７は、流路５６と接続される、第２の部材５４の内部の多孔質構造を通る流路である。流路５８は、流路５７と接続される、第１の部材５３と静電チャック１１３の開口１１４の内壁との間の隙間である。なお、図５では、流路近傍に矢印を付して伝熱ガスの流れを表している。つまり、第１実施形態では、伝熱ガスは、第３の部材５５と伝熱ガス供給孔５０ａ（スリーブ５１）の内壁との間の隙間、第２の部材５４の内部、及び、第１の部材５３と伝熱ガス供給孔５０ａ（開口１１４内）の内壁との間の隙間を通って、基板支持面１１１ａに供給される。ロッド５２では、伝熱ガスの圧力を上昇させた場合であっても、静電チャック１１３の下面、及び、スリーブ５１の上部の近傍に空間が無く電子が直進せず、電子の加速を抑制するので、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。すなわち、炭化ケイ素（ＳｉＣ）である第１の部材５３と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であるスリーブ５１との間にポーラス樹脂である第２の部材５４を挟むことにより、第１の部材５３とスリーブ５１とが互いに直接暴露されることがないので、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。
［変形例１］
続いて、図６を用いてロッド５２の上部の構造を変更した変形例１について説明する。図６は、変形例１の伝熱ガス供給孔の断面の一例を示す部分拡大図である。なお、変形例１におけるプラズマ処理装置の一部の構成は上述の第１実施形態と同様であるので、その重複する構成及び動作の説明については省略する。
図６に示すように、変形例１では、ロッド５２ａが伝熱ガス供給孔５０ａ内に配置される。ロッド５２ａは、開口１１４内に配置される部分である第１の部材５３ｂと、第１の部材５３ｂの下側に配置される第２の部材５４ａと、第２の部材５４ａの下側に配置される第３の部材５５ａとを有する。
第１の部材５３ｂは、第１の部材５３と同様に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で構成され、静電チャック１１３における伝熱ガス供給孔５０ａの内壁（開口１１４の内壁）との間に隙間を有する。当該隙間は、例えば、０．０１ｍｍ～０．４ｍｍである。また、第１の部材５３ｂの下部は、スリーブ５１内まで伸び、第２の部材５４ａを貫通し、第３の部材５５ａの上部に固定されている。第２の部材５４ａは、ポーラス樹脂で構成され、スリーブ５１内及び静電チャック１１３の下面において、伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間に隙間を有さないように接している。第２の部材５４ａと伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間は、第１実施形態と同様に、例えば、－０．２ｍｍ～＋０．２ｍｍの範囲とすることができる。第２の部材５４ａは、第２の部材５４と比較して、長さ方向（縦方向）が短く、中心に第１の部材５３ｂの下部が貫通している。第２の部材５４ａは、貫通している第１の部材５３ｂの側面との間に隙間を有さないように接している。なお、第２の部材５４ａの上面は、第１実施形態と同様に、静電チャック１１３の下面における伝熱ガス供給孔５０ａの外周部を囲むように、静電チャック１１３の下面と隙間を有さないように接している。
第３の部材５５ａは、樹脂、例えばＰＴＦＥで構成され、スリーブ５１内において、伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間に隙間を有するように配置される。当該隙間は、例えば、０．０１ｍｍ～０．６ｍｍである。第３の部材５５ａは、落下防止用の凸部５５ｂを有する。また、第３の部材５５ａの上部には、第１の部材５３ｂの下部が嵌合して固定されている。図６に示すように、ロッド５２ａは、静電チャック１１３の上面側から順に、第１の部材５３ｂ、第２の部材５４ａ、第３の部材５５ａが接している。ロッド５２ａは、第１の部材５３ｂが第２の部材５４ａを介して第３の部材５５ａに固定されおり、第１の部材５３ｂ、第２の部材５４ａ、及び、第３の部材５５ａが一体化している状態である。
変形例１の伝熱ガス供給孔５０ａでは、流路５６、流路５７ａ、流路５８の順に伝熱ガスが流れる。流路５６は、第３の部材５５ａと、スリーブ５１との間の隙間である。流路５７ａは、流路５６と接続される、第２の部材５４ａの内部の多孔質構造を通る流路である。流路５７ａは、流路５７と比べて短くなっており、伝熱ガスが流れやすくなっている。つまり、流路５７ａは、流路５７よりもコンダクタンスが大きい流路である。なお、第２の部材５４ａの長さは、コンダクタンスと異常放電の抑制とのトレードオフによって決定することができる。流路５８は、流路５７ａと接続される、第１の部材５３ｂと静電チャック１１３の開口１１４の内壁との間の隙間である。なお、図６では、流路近傍に矢印を付して伝熱ガスの流れを表している。つまり、変形例１では、伝熱ガスは、第３の部材５５ａと伝熱ガス供給孔５０ａ（スリーブ５１）の内壁との間の隙間、第２の部材５４ａの内部、及び、第１の部材５３ｂと伝熱ガス供給孔５０ａ（開口１１４内）の内壁との間の隙間を通って、基板支持面１１１ａに供給される。
ロッド５２ａでは、伝熱ガスの圧力を上昇させた場合であっても、静電チャック１１３の下面、及び、スリーブ５１の上部の近傍に空間が無く電子が直進せず、電子の加速を抑制するので、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。また、ポーラス樹脂で構成される第２の部材５４ａを伝熱ガスが流れる距離が短いので、伝熱ガス供給孔５０ａのコンダクタンスを第１実施形態のロッド５２よりも大きくすることができる。
［変形例２］
続いて、図７を用いてロッド５２の上部の構造を変更した変形例２について説明する。図７は、変形例２の伝熱ガス供給孔の断面の一例を示す部分拡大図である。なお、変形例２におけるプラズマ処理装置の一部の構成は上述の第１実施形態と同様であるので、その重複する構成及び動作の説明については省略する。
図７に示すように、変形例２では、ロッド５２ｂが伝熱ガス供給孔５０ａ内に配置される。ロッド５２ｂは、開口１１４内に配置される部分である第１の部材５３ｃと、第１の部材５３ｃの下側に配置される第２の部材５４ｂと、第２の部材５４ｂの下側に配置される第３の部材５５ｃとを有する。
第１の部材５３ｃは、第１の部材５３と同様に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で構成され、静電チャック１１３における伝熱ガス供給孔５０ａの内壁（開口１１４の内壁）との間に隙間を有する。当該隙間は、例えば、０．０１ｍｍ～０．４ｍｍである。また、第１の部材５３ｃの下部は、スリーブ５１内まで伸び、第２の部材５４ｂの上部に嵌合して固定されている。第２の部材５４ｂは、ポーラス樹脂で構成され、スリーブ５１内及び静電チャック１１３の下面において、伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間に隙間を有さないように接している。第２の部材５４ｂと伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間は、第１実施形態と同様に、例えば、－０．２ｍｍ～＋０．２ｍｍの範囲とすることができる。第２の部材５４ｂは、第２の部材５４と比較して、上部に第１の部材５３ｃの下部を嵌合するための穴が設けられている。なお、第２の部材５４ｂの上面は、第１実施形態と同様に、静電チャック１１３の下面における伝熱ガス供給孔５０ａの外周部を囲むように、静電チャック１１３の下面と隙間を有さないように接している。
第３の部材５５ｃは、樹脂、例えばＰＴＦＥで構成され、スリーブ５１内において、伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間に隙間を有するように配置される。当該隙間は、例えば、０．０１ｍｍ～０．６ｍｍである。第３の部材５５ｃの上部には、第２の部材５４ｂの下部が接着等により固定されている。図７に示すように、ロッド５２ｂは、静電チャック１１３の上面側から順に、第１の部材５３ｃ、第２の部材５４ｂ、第３の部材５５ｃが接している。
変形例２の伝熱ガス供給孔５０ａでは、流路５６～５８の順に伝熱ガスが流れる。流路５６は、第３の部材５５ｃと、スリーブ５１との間の隙間である。流路５７は、流路５６と接続される、第２の部材５４ｂの内部の多孔質構造を通る流路である。流路５８は、流路５７と接続される、第１の部材５３ｃと静電チャック１１３の開口１１４の内壁との間の隙間である。なお、図７では、流路近傍に矢印を付して伝熱ガスの流れを表している。つまり、変形例２では、伝熱ガスは、第３の部材５５ｃと伝熱ガス供給孔５０ａ（スリーブ５１）の内壁との間の隙間、第２の部材５４ｂの内部、及び、第１の部材５３ｃと伝熱ガス供給孔５０ａ（開口１１４内）の内壁との間の隙間を通って、基板支持面１１１ａに供給される。
ロッド５２ｂでは、伝熱ガスの圧力を上昇させた場合であっても、静電チャック１１３の下面、及び、スリーブ５１の上部の近傍に空間が無く電子が直進せず、電子の加速を抑制するので、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、静電チャック１１３の開口１１４内に炭化ケイ素（ＳｉＣ）で構成された第１の部材５３，５３ａ～５３ｃを設けたが、ポーラス部材を静電チャック１１３の開口１１４内に設けてもよく、この場合の実施の形態につき、第２実施形態として説明する。なお、第１実施形態のプラズマ処理装置１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。
図８は、第２実施形態の伝熱ガス供給孔の断面の一例を示す部分拡大図である。図８に示すように、第２実施形態では、静電チャック１１３ａにスリーブ５１の上部の開口、つまり、スリーブ５１における伝熱ガス供給孔５０ａの内径よりも直径が大きな開口１１４ｂを設ける。開口１１４ｂは、例えば、ザグリ加工によって形成される。また、接着層１１６にも開口１１４ｂと同じ直径の開口部を設ける。第２実施形態では、スリーブ５１の上端とロッド５２ｃの上端とが同じ高さになるように、スリーブ５１の伝熱ガス供給孔５０ａ内にロッド５２ｃを設ける。次に、静電チャック１１３ａの上面側から開口１１４ｂにポーラス部材５９を挿入し、スリーブ５１及びロッド５２ｃの上面に接着させる。なお、スリーブ５１とロッド５２ｃとの隙間に対応する部分には、接着剤が付着しないようにする。また、予めロッド５２ｃの上面にポーラス部材５９を接着したものを伝熱ガス供給孔５０ａに挿入するようにしてもよい。この場合、ポーラス部材５９の直径を開口１１４ｂの直径より大きくして圧入することで、接着剤を用いずにロッド５２ｃ及びポーラス部材５９を固定できる。
ポーラス部材５９の側面は、開口１１４ｂ及び接着層１１６の開口部の内壁との間に隙間を有さないように接している。また、ポーラス部材５９の下面は、スリーブ５１及びロッド５２ｃの上面との間に隙間を有さないように接している。なお、ポーラス部材５９は、第１実施形態の第２の部材５４と同様に、例えば、ポーラス樹脂で構成される。
ロッド５２ｃは、第１実施形態の第３の部材５５と同様に、樹脂、例えばＰＴＦＥで構成され、スリーブ５１内において、伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間に隙間を有するように配置される。
第２実施形態における伝熱ガス供給孔５０ａでは、流路５６ａ，５８ａの順に伝熱ガスが流れる。流路５６ａは、ロッド５２ｃと、スリーブ５１との間の隙間である。流路５８ａは、流路５６ａと接続される、ポーラス部材５９の内部の多孔質構造を通る流路である。なお、図８では、流路近傍に矢印を付して伝熱ガスの流れを表している。つまり、第２実施形態では、伝熱ガスは、ロッド５２ｃと伝熱ガス供給孔５０ａ（スリーブ５１）の内壁との間の隙間、及び、ポーラス部材５９の内部を通って、基板支持面１１１ａに供給される。ロッド５２ｃでは、伝熱ガスの圧力を上昇させた場合であっても、静電チャック１１３の下面、及び、スリーブ５１の上部の近傍に空間が無く電子が直進せず、電子の加速を抑制するので、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。
以上、第１実施形態によれば、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理容器（プラズマ処理チャンバ１０）と、プラズマ処理容器内に配置され、基台の上部に支持面（基板支持面１１１ａ，リング支持面１１１ｂ）を備える基板支持部１１と、を有する。基板支持部１１は、支持面に基台側から伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給孔５０ａと、伝熱ガス供給孔５０ａ内の支持面側に配置され、炭化ケイ素で構成される第１の部材５３，５３ａ～５３ｃと、伝熱ガス供給孔５０ａ内の第１の部材５３，５３ａ～５３ｃの下側に配置され、ポーラス樹脂で構成される第２の部材５４，５４ａ，５４ｂと、伝熱ガス供給孔５０ａ内の第２の部材５４，５４ａ，５４ｂの下側に配置され、ＰＴＦＥで構成される第３の部材５５，５５ａ，５５ｃと、を備える。その結果、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。
また、第１実施形態によれば、第２の部材５４，５４ａ，５４ｂは、伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間に隙間を有さないように配置される。その結果、伝熱ガスが第２の部材５４，５４ａ，５４ｂの内部を流れるようにすることができる。
また、第１実施形態によれば、第１の部材５３，５３ａ～５３ｃは、少なくとも、伝熱ガス供給孔５０ａのうち支持面に設けられたセラミック板（静電チャック１１３）の厚さに対応する長さである。その結果、電位差を緩和して伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。
また、第１実施形態によれば、セラミック板は、内部に電極を有する静電チャック１１３である。その結果、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。
また、第１実施形態によれば、伝熱ガス供給孔５０ａは、セラミック板における内径が、基台（スリーブ５１）における内径より小さく構成され、第２の部材５４，５４ａ，５４ｂの上面は、セラミック板の下面における伝熱ガス供給孔５０ａの外周部を囲むように、セラミック板の下面と接している。その結果、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。
また、第１実施形態によれば、第１の部材５３，５３ａ～５３ｃは、伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間に隙間を有するように配置される。その結果、第２の部材５４，５４ａ，５４ｂを通過した伝熱ガスを基板支持部１１の支持面に供給することができる。
また、第１実施形態によれば、第３の部材５５，５５ａ，５５ｃは、伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間に隙間を有するように配置される。その結果、伝熱ガスを第２の部材５４，５４ａ，５４ｂへと流すことができる。
また、第１実施形態によれば、伝熱ガスは、第３の部材５５，５５ａ，５５ｃと伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間の隙間、第２の部材５４，５４ａ，５４ｂの内部、及び、第１の部材５３，５３ａ～５３ｃと伝熱ガス供給孔５０ａの内壁との間の隙間を通って、支持面に供給される。その結果、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。
また、第１実施形態によれば、第１の部材５３の下面は、第２の部材５４の上面と接しており、第２の部材５４の下面は、第３の部材５５の上面と接している。その結果、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。
また、変形例１によれば、第１の部材５３ｂの下部は、第２の部材５４ａを貫通して第３の部材５５ａの上部に固定されている。その結果、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制しつつ、伝熱ガスの流量を増加させることができる。
また、変形例２によれば、第１の部材５３ｃの下部は、第２の部材５４ｂの内部で固定されている。その結果、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制することができる。
また、第１実施形態によれば、ポーラス樹脂は、ＰＩ、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＥＥＫ、ＰＥＩ、ＰＯＭ、ＭＣ、ＰＣ、又は、ＰＰＳである。その結果、伝熱ガス供給孔５０ａの異常放電を抑制しつつ、伝熱ガスを基板支持部１１の支持面に供給することができる。
今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の各実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。
また、上記した各実施形態では、プラズマ源として容量結合型プラズマを用いて基板Ｗに対してエッチング等の処理を行う容量結合プラズマ処理装置１を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いて基板Ｗに対して処理を行う装置であれば、プラズマ源は容量結合プラズマに限られず、例えば、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマ等、任意のプラズマ源を用いることができる。
１ プラズマ処理装置
２ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
１１ 基板支持部
２０ ガス供給部
３１ ＲＦ電源
４０ 排気システム
５０ 伝熱ガス供給路
５０ａ 伝熱ガス供給孔
５１ スリーブ
５２，５２ａ～５２ｃ ロッド
５３，５３ａ～５３ｃ 第１の部材
５４，５４ａ，５４ｂ 第２の部材
５５，５５ａ，５５ｃ 第３の部材
５９ ポーラス部材
６０ 伝熱ガス供給部
１１１ａ 基板支持面
１１１ｂ リング支持面
１１３，１１３ａ 静電チャック
１１４，１１４ａ，１１４ｂ 開口
Ｗ 基板

Claims (24)

  1. プラズマ処理容器と、
    前記プラズマ処理容器内に配置され、基台の上部に支持面を備える基板支持部と、を有し、
    前記基板支持部は、
    前記支持面に前記基台側から伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給孔と、
    前記伝熱ガス供給孔内の前記支持面側に配置され、炭化ケイ素で構成される第１の部材と、
    前記伝熱ガス供給孔内の前記第１の部材の下側に配置され、ポーラス樹脂で構成される第２の部材と、
    前記伝熱ガス供給孔内の前記第２の部材の下側に配置され、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）で構成される第３の部材と、を備える、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記第２の部材は、前記伝熱ガス供給孔の内壁との間に隙間を有さないように配置される、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記第１の部材は、少なくとも、前記伝熱ガス供給孔のうち前記支持面に設けられたセラミック板の厚さに対応する長さである、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記セラミック板は、内部に電極を有する静電チャックである、
    請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記伝熱ガス供給孔は、前記セラミック板における内径が、前記基台における内径より小さく構成され、
    前記第２の部材の上面は、前記セラミック板の下面における前記伝熱ガス供給孔の外周部を囲むように、前記セラミック板の下面と接している、
    請求項３又は４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記第１の部材は、前記伝熱ガス供給孔の内壁との間に隙間を有するように配置される、
    請求項１～５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記第３の部材は、前記伝熱ガス供給孔の内壁との間に隙間を有するように配置される、
    請求項１～６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記伝熱ガスは、前記第３の部材と前記伝熱ガス供給孔の内壁との間の隙間、前記第２の部材の内部、及び、前記第１の部材と前記伝熱ガス供給孔の内壁との間の隙間を通って、前記支持面に供給される、
    請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記第１の部材の下面は、前記第２の部材の上面と接しており、
    前記第２の部材の下面は、前記第３の部材の上面と接している、
    請求項１～８のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記第１の部材の下部は、前記第２の部材を貫通して前記第３の部材の上部に固定されている、
    請求項１～８のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記第１の部材の下部は、前記第２の部材の内部で固定されている、
    請求項１～８のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  12. ポーラス樹脂は、ＰＩ（polyimide）、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ（polychlorotrifluoroethylene）、ＰＦＡ（perfluoroalkoxyalkane resin）、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥＩ（polyetherimide）、ＰＯＭ（poly oxymethylene, polyacetal, polyformaldehyde）、ＭＣ（methyl cellulose）、ＰＣ（polycarbonate）、又は、ＰＰＳ（poly phenylene sulfone）である、
    請求項１～１１のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
  13. プラズマ処理容器内に配置され、基台の上部に支持面を備える基板支持部であって、
    前記支持面に前記基台側から伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給孔と、
    前記伝熱ガス供給孔内の前記支持面側に配置され、炭化ケイ素で構成される第１の部材と、
    前記伝熱ガス供給孔内の前記第１の部材の下側に配置され、ポーラス樹脂で構成される第２の部材と、
    前記伝熱ガス供給孔内の前記第２の部材の下側に配置され、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）で構成される第３の部材と、を備える、
    基板支持部。
  14. 前記第２の部材は、前記伝熱ガス供給孔の内壁との間に隙間を有さないように配置される、
    請求項１３に記載の基板支持部。
  15. 前記第１の部材は、少なくとも、前記伝熱ガス供給孔のうち前記支持面に設けられたセラミック板の厚さに対応する長さである、
    請求項１３又は１４に記載の基板支持部。
  16. 前記セラミック板は、内部に電極を有する静電チャックである、
    請求項１５に記載の基板支持部。
  17. 前記伝熱ガス供給孔は、前記セラミック板における内径が、前記基台における内径より小さく構成され、
    前記第２の部材の上面は、前記セラミック板の下面における前記伝熱ガス供給孔の外周部を囲むように、前記セラミック板の下面と接している、
    請求項１５又は１６に記載の基板支持部。
  18. 前記第１の部材は、前記伝熱ガス供給孔の内壁との間に隙間を有するように配置される、
    請求項１３～１７のいずれか１つに記載の基板支持部。
  19. 前記第３の部材は、前記伝熱ガス供給孔の内壁との間に隙間を有するように配置される、
    請求項１３～１８のいずれか１つに記載の基板支持部。
  20. 前記伝熱ガスは、前記第３の部材と前記伝熱ガス供給孔の内壁との間の隙間、前記第２の部材の内部、及び、前記第１の部材と前記伝熱ガス供給孔の内壁との間の隙間を通って、前記支持面に供給される、
    請求項１９に記載の基板支持部。
  21. 前記第１の部材の下面は、前記第２の部材の上面と接しており、
    前記第２の部材の下面は、前記第３の部材の上面と接している、
    請求項１３～２０のいずれか１つに記載の基板支持部。
  22. 前記第１の部材の下部は、前記第２の部材を貫通して前記第３の部材の上部に固定されている、
    請求項１３～２０のいずれか１つに記載の基板支持部。
  23. 前記第１の部材の下部は、前記第２の部材の内部で固定されている、
    請求項１３～２０のいずれか１つに記載の基板支持部。
  24. ポーラス樹脂は、ＰＩ（polyimide）、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ（polychlorotrifluoroethylene）、ＰＦＡ（perfluoroalkoxyalkane resin）、ＰＥＥＫ（polyetheretherketone）、ＰＥＩ（polyetherimide）、ＰＯＭ（poly oxymethylene, polyacetal, polyformaldehyde）、ＭＣ（methyl cellulose）、ＰＣ（polycarbonate）、又は、ＰＰＳ（poly phenylene sulfone）である、
    請求項１３～２３のいずれか１つに記載の基板支持部。
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