JP2023004759A - 載置台及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】載置台の冷却能力を高めること。【解決手段】載置台は、載置部と、環状の支持部と、ガス供給口と、供給流路と、ガス排気口と、排気流路とを備える。載置部は、基板が載置される載置面を有する。環状の支持部は、載置面に基板の外周側に沿って設けられ、基板を支持する。ガス供給口は、載置面に形成され、基板と載置面との間の空間に伝熱ガスを供給する。供給流路は、載置部内に設けられ、ガス供給口に伝熱ガスを供給する。ガス排気口は、載置面に形成され、空間の伝熱ガスを排気する。排気流路は、載置部内に設けられ、ガス排気口から排気される伝熱ガスが流れる。供給流路は、少なくともガス供給口側が載置面に対して傾斜させて設けられている。【選択図】図１２

Description

本開示は、載置台及び基板処理装置に関する。

特許文献１は、静電チェックの表面に同心円状にバンドを設けて載置された基板との間の空間を同心円状に区切り、それぞれの空間に冷却ガスを供給する構成とした載置台を開示する。

特表２０２０－５１２６９２号公報

本開示は、載置台の冷却能力を高める技術を提供する。

本開示の一態様による載置台は、載置部と、環状の支持部と、ガス供給口と、供給流路と、ガス排気口と、排気流路とを備える。載置部は、基板が載置される載置面を有する。環状の支持部は、載置面に基板の外周側に沿って設けられ、基板を支持する。ガス供給口は、載置面に形成され、基板と載置面との間の空間に伝熱ガスを供給する。供給流路は、載置部内に設けられ、ガス供給口に伝熱ガスを供給する。ガス排気口は、載置面に形成され、空間の伝熱ガスを排気する。排気流路は、載置部内に設けられ、ガス排気口から排気される伝熱ガスが流れる。供給流路は、少なくともガス供給口側が載置面に対して傾斜させて設けられている。

本開示によれば、載置台の冷却能力を高めることができる。

図１は、実施形態に係るプラズマ処理システムの概略的な構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係る基板支持部の概略的な構成の一例を示す図である。 図３は、図２のＡ－Ａ線での実施形態に係る基板支持部の断面の一例を示す図である。 図４は、図２のＢ－Ｂ線での実施形態に係る基板支持部の断面の一例を示す図である。 図５は、図２のＣ－Ｃ線での実施形態に係る基板支持部の断面の一例を示す図である。 図６は、従来の基板支持部の構成の一例を概略的に示した図である。 図７は、実施形態に係る基板支持部の構成の一例を概略的に示した図である。 図８は、実施形態に係る基板支持のガス供給口付近の伝熱ガスの流れの一例を説明する図である。 図９は、実施形態に係るガス排気口の排気特性の一例を示す図である。 図１０は、実施形態に係る基板支持部の断面の一例を示す図である。 図１１は、実施形態に係るガス排気口の排気特性の一例を示す図である。 図１２は、実施形態に係る基板支持部の空間内での伝熱ガスの流れの一例を示す図である。 図１３は、実施形態に係る基板支持部の空間内での伝熱ガスの流れの一例を示す図である。 図１４は、実施形態に係る基板支持部の基板支持面での伝熱ガスの流れの一例を示す図である。 図１５は、実施形態に係る基板支持部の基板支持面での伝熱ガスの流れの他の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本願の開示する載置台及び基板処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示する載置台及び基板処理装置が限定されるものではない。

半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）等の基板に対して、成膜やエッチングなどの基板処理を実施する基板処理装置が知られている。基板処理装置には、載置台で基板を静電吸着するものがある。このような載置台は、例えば、基板を静電吸着する静電チャックが設けられている。静電チャックと基板の間には、伝熱ガスが供給される。

ところで、近年、プロセスによっては、基板の低温化が望まれている。例えば、高アスペクト比のホールを形成するＨＡＲＣ（High Aspect Ratio Contact）のプロセスでは、基板の低温化が望まれている。従来の基板と静電チャックの間の空間は、封じ切りの空間であり、伝熱ガスが充填されているだけであった。このため、基板からの抜熱は、充填された伝熱ガスの冷却能力にとどまっている。

そこで、載置台の冷却能力を高める技術が期待されている。

［実施形態］
［装置構成］
本開示の基板処理装置の一例について説明する。実施形態では、本開示の基板処理装置をシステム構成のプラズマ処理システムとした場合を例に説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理システムの概略的な構成の一例を示す図である。

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、容量結合プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。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。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。

例えば、基板支持部１１は、内部に温調媒体を流すための流路１１１ｃが本体部１１１に形成されている。流路１１１ｃは、基板Ｗが載置される基板支持面１１１ａに対応して、基板支持面１１１ａの全面に形成されている。流路１１１ｃには、冷媒、熱媒のような温調媒体が流れる。例えば、流路１１１ｃは、配管１１３を介してチラーユニット１１４と接続されている。チラーユニット１１４は、供給する冷媒の温度を制御可能とされている。プラズマ処理装置１は、チラーユニット１１４から温度を制御した冷媒を流路１１１ｃに循環させることによって、基板支持部１１の温度を制御可能な構成とされている。

また、基板支持部１１の基板支持面１１１ａには、伝熱ガスを吐出するガス供給口１１１ｄが形成されている。基板支持部１１には、伝熱ガスを供給する配管などの供給流路１１５が設けられている。供給流路１１５は、ガス供給口１１１ｄと連通している。供給流路１１５には、ガス供給部１１６が接続されている。ガス供給部１１６は、例えば、Ｈｅガス等の伝熱ガスを供給流路１１５に供給する。供給流路１１５を介して供給された伝熱ガスは、ガス供給口１１１ｄから吐出されて基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の空間に供給される。

また、基板支持部１１の基板支持面１１１ａには、ガス排気口１１１ｅが形成されている。基板支持部１１には、伝熱ガスを排気する配管などの排気流路１１７が設けられている。排気流路１１７は、ガス排気口１１１ｅと連通している。排気流路１１７には、排気システム４０が接続されている。基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の空間に供給された伝熱ガスは、ガス排気口１１１ｅに流れ、排気流路１１７を介して排気システム４０へ排気される。

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。

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。

次に、実施形態に係る基板支持部１１の構成について説明する。図２は、実施形態に係る基板支持部１１の概略的な構成の一例を示す図である。図２に、基板支持部１１の基板Ｗが載置される基板支持面１１１ａの平面図が示されている。

図２に示すように、基板支持部１１の本体部１１１は、基板Ｗを支持するための基板支持面１１１ａを有する。基板Ｗは、本体部１１１の基板支持面１１１ａに載置される。実施形態では、基板支持部１１が、本開示の載置台に対応する。また、本体部１１１が、本開示の載置部に対応する。

基板支持面１１１ａには、基板Ｗの外周側に沿って環状のバンド１１１ｆが設けられている。バンド１１１ｆは、基板支持面１１１ａに載置された基板Ｗの外周を支持する。基板支持面１１１ａには、基板Ｗを支持する不図示のドットが形成さている。

また、基板支持面１１１ａには、ガス供給口１１１ｄと、ガス排気口１１１ｅが形成されている。ガス供給口１１１ｄは、基板支持面１１１ａに同心円状に複数の位置に形成されている。図２の例では、半径の異なる２つの同心円の円周上に、間隔を開けて複数のガス供給口１１１ｄが形成されている。ガス供給口１１１ｄは、外側の同心円の円周上の方が、内側の同心円の円周上よりも大きい間隔で形成されている。各ガス供給口１１１ｄは、それぞれ供給流路１１５に連通し、供給流路１１５から供給される伝熱ガスを吐出する。なお、図２に示すガス供給口１１１の配置位置は、一例であり、これに限定されるものではない。

図３は、図２のＡ－Ａ線での実施形態に係る基板支持部１１の断面の一例を示す図である。図３には、図２のＡ－Ａ線でのガス供給口１１１ｄ部分の断面が示されている。本体部１１１は、基台１２０及び静電チャック１２１を含む。基台１２０は、導電性部材を含む。例えば、基台１２０は、例えば、アルミニウムなどの導電性の金属により形成されている。静電チャック１２１は、例えば、セラミックなどの絶縁層と、当該絶縁層内に設けられた膜状の電極とを有している。静電チャック１２１は、内部に設けられた電極に不図示の電源から直流電圧が印加されことで静電引力を発生して、基板Ｗを引き付けて保持する。静電チャック１２１は、基台１２０に接着剤により接着されている。静電チャック１２１と基台１２０の間には、接着剤による接着層１２２が形成されている。

基板支持面１１１ａに設けられたバンド１１１ｆや不図示のドットが基板Ｗを支持することで、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間には、空間１２３が形成されている。空間１２３は、バンド１１１ｆが基板Ｗの外周と接することで、外周が封止された封じ切りの空間とされている。空間１２３には、ガス供給口１１１ｄから伝熱ガスが供給される。

基台１２０は、各ガス供給口１１１ｄの位置に供給流路１１５を構成するスリーブ１２０ａが設けられている。各ガス供給口１１１ｄは、それぞれ供給流路１１５と連通する。各供給流路１１５は、少なくともガス供給口１１１ｄ側が基板支持面１１１ａに対して傾斜させて設けられている。図２の例では、供給流路１１５は、ガス供給口１１１ｄ側が基板支持面１１１ａに対してガス供給口１１１ｄの同心円の一方の周方向に傾斜させて設けられている。実施形態に係る本体部１１１では、それぞれの供給流路１１５のガス供給口１１１ｄ側が基板支持面１１１ａに対して時計周り方向に傾斜させて設けられている。これにより、伝熱ガスは、各ガス供給口１１１ｄから、同心円の反時計周り方向に吐出される。図２には、各ガス供給口１１１ｄから吐出される伝熱ガスの方向を矢印で示している。

また、図２に示すように、基板支持面１１１ａには、ガス供給口１１１ｄの同心円とは異なる半径で同心円状にガス排気口１１１ｅが複数形成されている。図２の例では、同心円の中心の位置にガス排気口１１１ｅが形成されている。また、ガス供給口１１１ｄの内側の同心円の半径よりも大きく、ガス供給口１１１ｄの外側の同心円の半径よりも小さい半径の同心円の円周上に、間隔を開けて複数のガス排気口１１１ｅが形成されている。なお、図２に示すガス排気口１１１ｅの配置位置は、一例であり、これに限定されるものではない。

図４は、図２のＢ－Ｂ線での実施形態に係る基板支持部１１の断面の一例を示す図である。図４には、図２のＢ－Ｂ線でのガス排気口１１１ｅ部分の断面が示されている。基台１２０は、各ガス排気口１１１ｅの位置に排気流路１１７を構成するスリーブ１２０ｂが設けられている。各ガス排気口１１１ｅは、それぞれ排気流路１１７と連通する。本実施形態では、排気流路１１７は、基板支持面１１１ａに対して垂直に設けられている。なお、排気流路１１７は、少なくともガス供給口１１１ｄ側が基板支持面１１１ａに対して傾斜させて設けられてもよい。空間１２３に供給された伝熱ガスは、ガス排気口１１１ｅから排気される。

また、図２に示すように、基板支持面１１１ａには、ガス供給口１１１ｄの同心円と、ガス排気口１１１ｅの同心円の間に、同心円状に、間隔を開けて整流板１１１ｇが設けられている。なお、図２に示す整流板１１１ｇの配置位置は、一例であり、これに限定されるものではない。

図５は、図２のＣ－Ｃ線での実施形態に係る基板支持部１１の断面の一例を示す図である。図５には、図２のＣ－Ｃ線での整流板１１１ｇ部分の断面が示されている。図５には、基板支持面１１１ａに設けられたドット１１１ｈが示されている。上述のように、基板Ｗは、基板支持面１１１ａに設けられたバンド１１１ｆやドット１１１ｈにより支持されている。基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間には、空間１２３が形成されている。基板支持面１１１ａには、整流板１１１ｇが設けられている。整流板１１１ｇは、ドット１１１ｈよりも低く形成されており、基板Ｗとは接触せずに隙間が設けられている。整流板１１１ｇは、基板Ｗとの間に隙間があるものの、空間１２３を区切っている。空間１２３に供給された伝熱ガスは、整流板１１１ｇによって流れる方向が制御される。

実施形態に係るプラズマ処理装置１は、プラズマ処理を実施する際、チラーユニット１１４から配管１１３を介して冷却して冷媒を流路１１１ｃに循環させることによって、基板支持部１１の温度を制御する。また、プラズマ処理装置１は、ガス供給部１１６から供給流路１１５及びガス供給口１１１ｄを介して空間１２３に伝熱ガスを供給し、空間１２３の伝熱ガスをガス排気口１１１ｅ及び排気流路１１７から排気して、空間１２３に伝熱ガスの流れを形成する。

ここで、従来、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の空間１２３は、封じ切りの空間であり、伝熱ガスが充填されているだけであった。図６は、従来の基板支持部１１の構成の一例を概略的に示した図である。従来の基板支持部１１は、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の空間１２３は、封じ切りの空間であり、供給流路１１５及びガス供給口１１１ｄを介して空間１２３に伝熱ガスが充填されているだけであった。このため、基板Ｗからの抜熱は、充填された伝熱ガスの伝熱による冷却にとどまっていた。プラズマ処理の際に、プラズマから基板Ｗに伝わった熱は、伝熱ガスや基板支持部１１を介して流路１１１ｃの冷媒に伝熱し、除去される。プラズマ処理中、基板Ｗ及び基板支持部１１には、過度状態と定常状態とがある。過度状態は、例えば、基板Ｗ及び基板支持部１１に対する入熱量が出熱量よりも多く、基板Ｗ及び基板支持部１１の温度が経時的に上昇傾向となる状態である。定常状態は、基板Ｗ及び基板支持部１１の入熱量と出熱量が等しくなり、基板Ｗ及び基板支持部１１の温度に経時的な上昇傾向がなくなり、温度が略一定となる温度が安定した状態である。定常状態では、プラズマから基板Ｗへの入熱量と、冷媒に伝熱して除去される出熱量が等しくなる。例えば、流路１１１ｃに冷媒を循環させることで除去可能な熱量が１０Ｗである場合、プラズマ処理装置１は、基板Ｗに対して１０Ｗの入熱量となるパワーのプラズマ処理まで実施できる。プラズマ処理装置１は、プラズマのパワーが大きいほど、基板Ｗに対する入熱量が大きくなる。このため、プラズマ処理装置１は、より大きいパワーのプラズマ処理を実施しようとした場合、冷却能力を高める必要がある。

そこで、実施形態に係るプラズマ処理装置１は、ガス供給部１１６から空間１２３に伝熱ガスを供給し、空間１２３の伝熱ガスを排気して、空間１２３に伝熱ガスの流れを形成する。

図７は、実施形態に係る基板支持部１１の構成の一例を概略的に示した図である。基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の空間１２３では、供給流路１１５から排気流路１１７に伝熱ガスが流れる。プラズマ処理の際に、プラズマから基板Ｗに伝わった熱は、伝熱ガスや基板支持部１１を介して流路１１１ｃの冷媒に伝熱すると共に、熱が伝わった伝熱ガスが排気流路１１７に排気されて、除去される。実施形態に係るプラズマ処理装置１は、熱が伝わった伝熱ガスが排気流路１１７に流れて排気される分、冷却能力が高くなる。これにより、実施形態に係るプラズマ処理装置１は、より大きいパワーのプラズマ処理を実施できる。例えば、流路１１１ｃに冷媒を循環させることで除去可能な熱量が１０Ｗであり、空間１２３に伝熱ガスを流すことで除去可能な熱量が５Ｗである場合、プラズマ処理装置１は、基板Ｗに対して１５Ｗの入熱量となるパワーのプラズマ処理まで実施できる。

チラーユニット１１４などの冷媒を冷却する冷却装置は、サイズが大きくなるほど冷却能力が高くなる傾向がある。従来の構成の場合、冷却能力を高めるには、冷却装置を大型化する必要があり、プラズマ処理装置１のサイズが大きくなり、設置面積も大きくなる。プラズマ処理装置１を用いて半導体デバイスを製造する工場では、プラズマ処理装置１を設置可能な面積が限られている。このため、工場では、プラズマ処理装置１の設置面積が大きくなると、プラズマ処理装置１を設置可能な台数が減り、生産能力が低下する。

一方、実施形態に係るプラズマ処理装置１は、冷却装置の冷却能力を高めることなく、基板支持部１１の冷却能力を高めることができる。これにより、プラズマ処理装置１の設置面積が増えることを抑制できる。これにより、工場においてプラズマ処理装置１を設置可能な台数が減ることを抑制できるため、生産能力の低下を抑制できる。

また、実施形態に係る基板支持部１１は、図２に示したように、ガス供給口１１１ｄを基板支持面１１１ａに同心円状に複数の位置に形成している。また、基板支持部１１は、各ガス供給口１１１ｄに連通する供給流路１１５のガス供給口１１１ｄ側がガス供給口１１１ｄの同心円の時計周り方向に傾斜している。これにより、空間１２３には、反時計周り方向の伝熱ガスの流れが発生する。基板支持部１１は、図２に示したように、ガス供給口１１１ｄの同心円とは異なる半径で同心円状にガス排気口１１１ｅが複数形成されている。ガス供給口１１１ｄから吐出された伝熱ガスは、そのまますぐにガス排気口１１１ｅから排出されることなく、伝熱ガスを空間１２３内で周回する。これにより、空間１２３内で伝熱ガスを長い期間周回させることができるため、基板支持面１１１ａの冷却能力を高めることができる。また、基板支持面１１１ａは、ガス供給口１１１ｄの同心円と、ガス排気口１１１ｅの同心円の間に、同心円状に、間隔を開けて整流板１１１ｇが設けられている。これにより、伝熱ガスを空間１２３内で安定して周回させることができる。これにより、伝熱ガスで基板支持面１１１ａ全体を冷却することができる。

実施形態に係る基板支持部１１は、供給流路１１５のガス供給口１１１ｄ側が基板支持面１１１ａに対して傾斜させて設けられている。図８は、実施形態に係る基板支持部１１のガス供給口１１１ｄ付近の伝熱ガスの流れの一例を説明する図である。伝熱ガスは、ガス供給口１１１ｄから斜めに吐出される。これにより、空間１２３内で伝熱ガスの乱流を発生させることができる。ここで、例えば、伝熱ガスは、空間１２３での流れが層流となると、空間１２３の基板Ｗや基板支持面１１１ａ付近に流れが遅い境界層が形成されて熱の伝播が抑制される。これにより、空間１２３では、伝熱ガスの伝熱性が低下する。実施形態に係る基板支持部１１は、図８に示すように、空間１２３内で伝熱ガスの乱流を発生させることで、空間１２３内で境界層が形成されることを抑制できる。これにより、空間１２３での伝熱ガスの伝熱性の低下を抑制できる。

排気流路１１７は、基板支持面１１１ａに対して垂直に設けられてもよく、少なくともガス供給口１１１ｄ側が基板支持面１１１ａに対して傾斜させて設けられてもよい。上述した図４では、ガス排気口１１１ｅに連通する排気流路１１７を基板支持面１１１ａに対して垂直に設けている。図９は、実施形態に係るガス排気口１１１ｅの排気特性の一例を示す図である。図４の場合、図９に示すように、ガス排気口１１１ｅは、全周で同様に伝熱ガスを吸入する。このため、ガス排気口１１１ｅは、全周で同様の排気特性となる。図１０は、実施形態に係る基板支持部１１の断面の一例を示す図である。図１０では、ガス排気口１１１ｅに連通する排気流路１１７を基板支持面１１１ａに対して傾斜させて設けている。伝熱ガスは、ガス排気口１１１ｅに流れ込む際の角度変化が小さくほどスムーズにガス排気口１１１ｅに流れる。このため、ガス排気口１１１ｅは、傾斜の反対側の伝熱ガスを強く吸入する。図１１は、実施形態に係るガス排気口１１１ｅの排気特性の一例を示す図である。ガス排気口１１１ｅは、基板支持面１１１ａに対して右側に傾斜する排気流路１１７と連通している。このため、図１１に示すガス排気口１１１ｅは、排気流路１１７の傾斜の反対側となる左側の伝熱ガスを強く吸入する。

このように、ガス排気口１１１ｅは、排気流路１１７を設ける向きによって排気特性が変化する。ガス排気口１１１ｅの位置及び排気流路１１７の向きは、基板支持部１１の空間１２３内の伝熱ガスをどのように排気するかに応じて設計される。

図１２は、実施形態に係る基板支持部１１の空間１２３内での伝熱ガスの流れの一例を示す図である。図１２では、ガス供給口１１１ｄの排気流路１１７を、基板支持面１１１ａに対して、空間１２３内での伝熱ガスの流れ方向に鋭角で設けている。この場合、伝熱ガスをガス供給口１１１ｄにスムーズに流すことができ、伝熱ガスを多く排気できる。図１３は、実施形態に係る基板支持部１１の空間１２３内での伝熱ガスの流れの一例を示す図である。図１３では、ガス供給口１１１ｄの排気流路１１７を、基板支持面１１１ａに対して、空間１２３内での伝熱ガスの流れ方向に鈍角で設けている。この場合、伝熱ガスを流しつつ伝熱ガスの一部を吸入できる。また、ガス供給口１１１ｄ付近で乱流を発生させることができる。

ところで、基板支持部１１は、基板支持面１１１ａに温度が高くなるホットスポットや温度が低くなるコールドスポットが発生する場合がある。基板支持部１１は、例えば、基板Ｗを昇降するリフタピンが設けられた位置など、別な部材が設けられた位置がホットスポットやコールドスポットとなりやすい。ホットスポットやコールドスポットは、載置された基板Ｗ上の対応する位置の温度が周囲と変わるため、特異点となりやすい。

そこで、基板支持部１１は、ホットスポットに対して伝熱ガスの流量が多くなるようにガス供給口１１１ｄ、及び供給流路１１５を設けてもよい。また、基板支持部１１は、コールドスポットに対して伝熱ガスの流量が少なくなるようにガス供給口１１１ｄ及び供給流路１１５を設けてもよい。図１４は、実施形態に係る基板支持部１１の基板支持面１１１ａでの伝熱ガスの流れの一例を示す図である。基板支持面１１１ａには、中央付近に３つのホットスポットＨＳが発生している。図１４には、基板支持面１１１ａに設けた一部のガス供給口１１１ｄ及びガス排気口１１１ｅのみを図示している。図１４では、それぞれホットスポットＨＳを通過する３つの円弧状の伝熱ガスの流れが発生するようにガス供給口１１１ｄ、供給流路１１５、ガス排気口１１１ｅ及び排気流路１１７が設けられている。ガス供給口１１１ｄは、ホットスポットＨＳに向けて伝熱ガスの流れが生じるように、当該伝熱ガスの流れに沿って基板支持面１１１ａに複数形成されている。供給流路１１５は、連通するガス供給口１１１ｄから吐出される伝熱ガスが、伝熱ガスの流れに沿った方向となるように、基板支持面１１１ａに対して傾斜させて設けられている。例えば、図１４では、ガス供給口１１１ｄから伝熱ガスが吐出される方向と、ガス排気口１１１ｅに伝熱ガスが強く吸入される方向をそれぞれ矢印で示している。ガス供給口１１１ｄは、円弧状の伝熱ガスの流れに沿って基板支持面１１１ａに並んで形成されている。供給流路１１５は、連通するガス供給口１１１ｄから吐出される伝熱ガスが、円弧状の伝熱ガスの流れ方向となるように、基板支持面１１１ａに対して傾斜させて設けられている。ガス排気口１１１ｅは、ホットスポットＨＳの位置や、円弧状の伝熱ガスの流れに沿ってホットスポットＨＳを通過した位置に形成されている。排気流路１１７は、円弧状の流れに方向が伝熱ガスを強く吸入する方向となるように基板支持面１１１ａに対して傾斜させて設けられている。これにより、図１４に示す基板支持部１１は、基板支持面１１１ａのホットスポットＨＳに対して伝熱ガスを多く流れるため、ホットスポットＨＳを強く冷却できる。

また、基板支持部１１は、伝熱ガスの流れがコールドスポット以外を通るにようにガス供給口１１１ｄ及び供給流路１１５を設ける。例えば、図１４では、３つの円弧状の伝熱ガスの流れ以外の部分は、伝熱ガスの流れから外れて相対的に伝熱ガスの流量が少なくなり、相対的に冷却能力が低くなるため、基板支持面１１１ａのコールドスポットとすることができる。これにより、図１４に示す基板支持部１１は、基板支持面１１１ａのコールドスポットに対して伝熱ガスの流量が少なくなるため、コールドスポットの冷却を弱めることができる。

また、基板支持部１１は、基板支持面１１１ａに整流板１１１ｇを設けることによっても伝熱ガスの流量を変えることができる。基板支持部１１は、ホットスポットに対して伝熱ガスの流量が多くなるように整流板１１１ｇを設けてもよい。また、基板支持部１１は、コールドスポットに対して伝熱ガスの流量が少なくなるように整流板１１１ｇを設けてもよい。図１５は、実施形態に係る基板支持部１１の基板支持面１１１ａでの伝熱ガスの流れの他の一例を示す図である。図１５には、基板支持面１１１ａに設けた一部のガス供給口１１１ｄ及び整流板１１１ｇのみを図示している。図１５では、２つのガス供給口１１１ｄから伝熱ガスがそれぞれ吐出されており、整流板１１１ｇによって伝熱ガスが流れる幅を徐々に狭めている。伝熱ガスが流れる幅が狭い部分は、伝熱ガスの流速が上がり、冷却能力が高くなる。一方、伝熱ガスが流れる幅が広い部分は、伝熱ガスの流速が下がり、冷却能力が低くなる。

このように、基板支持部１１は、ガス供給口１１１ｄ、供給流路１１５、ガス排気口１１１ｅ、排気流路１１７及び整流板１１１ｇにより、基板支持面１１１ａの冷却能力を部分的に変えることができる。基板支持部１１の設計者は、目的とする基板支持面１１１ａの冷却能力の分布に応じて、ガス供給口１１１ｄ、供給流路１１５、ガス排気口１１１ｅ、排気流路１１７及び整流板１１１ｇの配置を設計する。

また、実施形態に係る基板支持部１１は、ガス供給部１１６から供給流路１１５に供給する伝熱ガスの供給量や、排気システム４０による排気流路１１７からの排気量を変えることで、空間１２３の伝熱ガスの流量を変わる。基板支持部１１は、空間１２３の伝熱ガスの流量を変えることで、伝熱ガスによる冷却能力が変わる。制御部２は、ガス供給部１１６及び排気システム４０を制御することで、伝熱ガスによる冷却能力を変えることができる。例えば、制御部２は、パワーの大きいプラズマ処理を実施する場合、ガス供給部１１６からの供給流路１１５への伝熱ガスの供給量、排気システム４０での排気流路１１７からの伝熱ガスの排気量の少なくとも一方を増やすことで、冷却能力を高めることができる。また、制御部２は、排気システム４０を制御して排気流路１１７からの伝熱ガスの排気を止めることで、従来と同様に、空間１２３に伝熱ガスが充填した状態とすることもできる。

また、実施形態では、プラズマ処理装置１及び制御部２を含むシステム構成のプラズマ処理システムを例に説明した。しかし、これに限定されるものではない。上述したように、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。すなわち、実施形態のプラズマ処理装置１と制御部２を含む構成をプラズマ処理装置１とみなしてもよい。

以上のように、実施形態に係る基板支持部１１（載置台）は、本体部１１１（載置部）と、バンド１１１ｆ（支持部）と、ガス供給口１１１ｄと、供給流路１１５と、ガス排気口１１１ｅと、排気流路１１７とを備える。基板支持部１１は、基板Ｗが載置される基板支持面１１１ａ（載置面）を有する。バンド１１１ｆは、基板支持面１１１ａに基板Ｗの外周側に沿って設けられ、基板Ｗを支持する。ガス供給口１１１ｄは、基板支持面１１１ａに形成され、基板Ｗと基板支持面１１１ａとの間の空間１２３に伝熱ガスを供給する。供給流路１１５は、本体部１１１内に設けられ、ガス供給口１１１ｄに伝熱ガスを供給する。ガス排気口１１１ｅは、基板支持面１１１ａに形成され、空間１２３の伝熱ガスを排気する。排気流路１１７は、本体部１１１内に設けられ、ガス排気口１１１ｅから排気される伝熱ガスが流れる。また、供給流路１１５は少なくともガス供給口１１１ｄ側が基板支持面１１１ａに対して傾斜させて設けられている。これにより、基板支持部１１の冷却能力を高めることができる。

また、ガス供給口１１１ｄは、基板支持面１１１ａに同心円状に複数の位置に形成されている。供給流路１１５は、本体部１１１内に、複数のガス供給口１１１ｄにそれぞれ連通し、それぞれのガス供給口１１１ｄ側が基板支持面１１１ａに対して同心円の一方の周方向に傾斜させて設けられている。これにより、基板支持面１１１ａ全体に伝熱ガスを流すことができ、基板支持面１１１ａ全体を冷却できる。

また、ガス排気口１１１ｅは、基板支持面１１１ａにガス供給口１１１ｄの同心円とは異なる半径で同心円状に複数形成されている。排気流路１１７は、本体部１１１内に複数のガス排気口１１１ｅにそれぞれ連通させて設けられている。これにより、空間１２３内で伝熱ガスを長い期間周回させることができるため、基板支持面１１１ａの冷却能力を高めることができる。

また、本体部１１１は、基板支持面１１１ａに、ガス供給口１１１ｄの同心円と、ガス排気口１１１ｅの同心円の間に、同心円状に、間隔を開けて整流板１１１ｇが設けられている。これにより、伝熱ガスを空間１２３内で安定して周回させることができる。これにより、伝熱ガスで基板支持面１１１ａ全体を冷却することができる。

また、本体部１１１は、基板支持面１１１ａの温度が高くなるホットスポットに対して伝熱ガスの流量が多くなり、又は、基板支持面１１１ａの温度が低くなるコールドスポットに対して伝熱ガスの流量が少なくなるようにガス供給口１１１ｄ、供給流路１１５及び整流板１１１ｇが設けられている。これにより、基板支持面１１１ａのホットスポットやコールドスポットで温度が不均一となることを抑制できる。

また、ガス供給口１１１ｄは、ホットスポットに向けて伝熱ガスの流れが生じるように、当該伝熱ガスの流れに沿って基板支持面１１１ａに複数形成されている。供給流路１１５は、連通するガス供給口１１１ｄから吐出される伝熱ガスが、伝熱ガスの流れに沿った方向となるように、基板支持面１１１ａに対して傾斜させて設けられている。これにより、ホットスポットの冷却能力を強く冷却できる。

また、ガス供給口１１１ｄ及び供給流路１１５は、伝熱ガスの流れがコールドスポット以外を通るにように設けられている。これにより、コールドスポットの冷却を弱めることができる。

また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１（載置台）と、ガス供給部１１６と、ガス排気部（排気システム４０）と、制御部２とを有する。ガス供給部１１６は、基板支持部１１の供給流路１１５に接続され、供給流路１１５に伝熱ガスを供給する。ガス排気部は、基板支持部１１の排気流路１１７に接続され、排気流路１１７を介して伝熱ガスを排気する。制御部２は、ガス供給部からの伝熱ガスの供給量及びガス排気部による伝熱ガスの排気量の少なくとも一方を制御する。これにより、プラズマ処理装置１を大型化することなく、基板支持部１１の冷却能力を高めることができる。

以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全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。実に、上述した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上述した実施形態は、請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、上記の実施形態では、基板Ｗとして半導体ウェハにプラズマ処理を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。基板Ｗは、何れであってもよい。

また、本開示に係る基板支持部１１は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）装置だけでなく、その他の基板処理装置にも適用可能である。その他の基板処理装置としては、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）処理装置、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）装置等であってもよい。また、本開示に係る基板支持部１１は、プラズマ処理装置以外に、成膜装置や熱処理装置などの各種の基板処理装置に用いてもよい。

なお、今回開示された実施形態は全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。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
１１ 基板支持部
４０ 排気システム
１１１ 本体部
１１１ａ 基板支持面
１１１ｂ 環状領域
１１１ｃ 流路
１１１ｄ ガス供給口
１１１ｅ ガス排気口
１１１ｆ バンド
１１１ｇ 整流板
１１１ｈ ドット
１１４ チラーユニット
１１５ 供給流路
１１６ ガス供給部
１１７ 排気流路
１２３ 空間
Ｗ 基板

Claims (8)

1. 基板が載置される載置面を有する載置部と、
   前記載置面に前記基板の外周側に沿って設けられ、前記基板を支持する環状の支持部と、
   前記載置面に形成され、前記基板と前記載置面との間の空間に伝熱ガスを供給するガス供給口と、
   前記載置部内に設けられ、前記ガス供給口に前記伝熱ガスを供給する供給流路と、
   前記載置面に形成され、前記空間の伝熱ガスを排気するガス排気口と、
   前記載置部内に設けられ、前記ガス排気口から排気される伝熱ガスが流れる排気流路と、
   を備え、
   前記供給流路は、少なくとも前記ガス供給口側が前記載置面に対して傾斜させて設けられた、
   載置台。
2. 前記ガス供給口は、前記載置面に同心円状に複数の位置に形成され、
   前記供給流路は、前記載置部内に、複数の前記ガス供給口にそれぞれ連通し、それぞれの前記ガス供給口側が前記載置面に対して前記同心円の一方の周方向に傾斜させて設けられた
   請求項１に記載の載置台。
3. 前記ガス排気口は、前記載置面に前記ガス供給口の同心円とは異なる半径で同心円状に複数形成され、
   前記排気流路は、前記載置部内に複数の前記ガス排気口にそれぞれ連通させて設けられた
   請求項２に記載の載置台。
4. 前記載置部は、前記載置面に、前記ガス供給口の同心円と、前記ガス排気口の同心円の間に、同心円状に、間隔を開けて整流板が設けられた
   請求項３に記載の載置台。
5. 前記載置部は、前記載置面の温度が高くなるホットスポットに対して前記伝熱ガスの流量が多くなり、又は、前記載置面の温度が低くなるコールドスポットに対して前記伝熱ガスの流量が少なくなるように前記ガス供給口、前記供給流路及び整流板が設けられた
   請求項１に記載の載置台。
6. 前記ガス供給口は、前記ホットスポットに向けて前記伝熱ガスの流れが生じるように、当該伝熱ガスの流れに沿って前記載置面に複数形成され、
   前記供給流路は、連通する前記ガス供給口から吐出される伝熱ガスが、前記伝熱ガスの流れに沿った方向となるように、前記載置面に対して傾斜させて設けられた
   請求項５に記載の載置台。
7. 前記ガス供給口及び前記供給流路は、前記伝熱ガスの流れが前記コールドスポット以外を通るにように設けられた
   請求項５に記載の載置台。
8. 請求項１～７の何れか１つに記載の載置台と、
   前記載置台の供給流路に接続され、前記供給流路に伝熱ガスを供給するガス供給部と、
   前記載置台の排気流路に接続され、前記排気流路を介して伝熱ガスを排気するガス排気部と、
   前記ガス供給部からの伝熱ガスの供給量及び前記ガス排気部による伝熱ガスの排気量の少なくとも一方を制御する制御部と、
   を有する基板処理装置。

Images