JP2023039202A - 基板支持体アセンブリ及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板を支持する基板支持体アセンブリにおいて、高温領域での温度制御性の向上を図る。【解決手段】温調媒体用の流路が形成された基台と、前記基台上に設けられた電極プレート及び前記電極プレート上に設けられた静電チャックを有し、基板を支持するように構成された基板支持体と、前記基板を加熱するためのヒータと、前記基台と前記電極プレートとの間に設けられた弾性部材であり、前記基板支持体を前記基台から離間させ、且つ、前記基台と前記電極プレートとの間に伝熱ガスが供給される伝熱空間を、当該基台及び当該電極プレートと共に画成する、弾性部材と、前記基台と前記電極プレートとを、当該基台と当該電極プレートとの間に前記弾性部材を挟持した状態で締結する締付部材と、前記弾性部材を介した前記基台と前記電極プレートとの間における伝熱を抑制する断熱部と、を備えた、基板支持体アセンブリ。【選択図】図３

Description

本開示は、基板支持体アセンブリ及びプラズマ処理装置に関する。
特許文献１には、所定の処理ガス（原料ガス）を処理容器内で反応させることにより、被処理体の表面に成膜を行う成膜装置が開示されている。この成膜装置には、成膜時に被処理体（例えば半導体ウェハ）を載置する載置台本体（基板支持体）と、載置台本体を支持する基台とが設けられている。載置台本体は、被処理体の温度を調整するための加熱手段（加熱ヒータ）を備え、基台は、内部に冷却手段（冷媒通路）を備えている。また、この成膜装置では、載置台と基台との間に、断熱材が設けられている。
特開２０１１－１９２６６１号公報
本開示に係る技術は、基板を支持する基板支持体アセンブリにおいて、高温領域での温度制御性の向上を図る。
本開示の一態様は、温調媒体用の流路が形成された基台と、前記基台上に設けられた電極プレート及び前記電極プレート上に設けられた静電チャックを有し、基板を支持するように構成された基板支持体と、前記基板を加熱するためのヒータと、前記基台と前記電極プレートとの間に設けられた弾性部材であり、前記基板支持体を前記基台から離間させ、且つ、前記基台と前記電極プレートとの間に伝熱ガスが供給される伝熱空間を、当該基台及び当該電極プレートと共に画成する、弾性部材と、前記基台と前記電極プレートとを、当該基台と当該電極プレートとの間に前記弾性部材を挟持した状態で締結する締付部材と、前記弾性部材を介した前記基台と前記電極プレートとの間における伝熱を抑制する断熱部と、を備えた、基板支持体アセンブリである。
本開示によれば、基板を支持する基板支持体アセンブリにおいて、高温領域での温度制御性の向上を図ることができる。
プラズマ処理システムの構成を模式的に示す説明図である。 プラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 本実施形態に係る基板支持体アセンブリの一部を拡大して示す説明図である。 第１変形例に係る説明図である。 第２変形例に係る説明図である。 第３変形例に係る説明図である。 第４変形例に係る説明図である。 第４変形例に係る説明図である。
半導体デバイスの製造工程では、被処理体としての半導体基板（以下、「基板」ともいう。）にエッチング等のプラズマ処理が行われる。プラズマ処理では、処理ガスを励起させることによりプラズマを生成し、当該プラズマによって基板を処理する。
プラズマ処理を行うプラズマ処理装置は、一般的に、チャンバ、基板支持体アセンブリ、高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源を備える。ＲＦ電源は、例えば基板支持体アセンブリ内の電極（ＲＦ電極）に高周波電力（ＲＦ電力）を供給する。一例では、ＲＦ電源は、処理ガスのプラズマを生成するためのソースＲＦ電力と、基板にイオンを引き込むためのバイアスＲＦ電力とを供給する。基板支持体アセンブリは、チャンバ内に設けられている。基板支持体アセンブリは、ＲＦ電極及びＲＦ部電極上に静電チャックを有する。
ところで近年、プラズマ処理では、半導体デバイスの更なる微細化に対応するため、ＢＳｉ、ＨｆＯ、Ｒｕ、ＷＣ等の難エッチングマスク材の適応が検討されている。このような難エッチング材に対応するためには、高温領域（例えば３００℃以上）で基板をプラズマ処理することが重要となっている。
高温領域でのプラズマ処理に対応するため、基板支持体と基台との間にシール材を挟持し、これらによって囲まれる空間にヘリウム等の伝熱ガスを供給する技術が知られている。シール材としては、一般にゴム等のエラストマー製のＯリングが使用される。しかしながら、エラストマー製のＯリングは耐熱性が低く、高温領域でのプラズマ処理に対応することは困難である。そのため、例えばアルミ、ＳＵＳ等の金属製のＯリングやＣリングをシール材として用いることが考えられる。その場合、金属の熱伝導率はゴムに比べ極めて大きいため、シール材が熱経路となり、基板支持体の表面温度を効率的に上昇させることができず、基板を十分に加熱することができなかったり、基板の加熱にハイパワーが必要になってしまうことが懸念される。
本開示に係る技術は上記事情に鑑みてなされたものであり、被処理体としての基板に対しプラズマ処理等を行う基板処理装置において、基板支持体の表面温度を効率的に上昇させ、高温領域での温度制御性の向上を図るものである。以下、一実施形態に係るプラズマ処理システム、及び本実施形態に係るエッチング方法を含むプラズマ処理方法ついて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜プラズマ処理システム＞
先ず、一実施形態に係るプラズマ処理システムについて、図１を用いて説明する。図１は、プラズマ処理システムの構成を模式的に示す説明図である。
一実施形態において、プラズマ処理システムは、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、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持体アセンブリ１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、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。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持体アセンブリ１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。
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。
＜プラズマ処理装置＞
以下に、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合プラズマ処理装置の構成例について、図２を用いて説明する。図２は、プラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。本実施形態のプラズマ処理装置１では基板（ウェハ）Ｗにプラズマ処理を行うが、プラズマ処理対象の基板Ｗはウェハに限定されるものではない。
容量結合型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、基板支持体アセンブリ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。基板支持体アセンブリ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、基板支持体アセンブリ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及び基板支持体アセンブリ１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持体アセンブリ１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。
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少なくとも１つ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、基板支持体アセンブリ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。また、バイアスＲＦ信号を基板支持体アセンブリ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体アセンブリ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、基板支持体アセンブリ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体アセンブリ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、基板支持体アセンブリ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、基板支持体アセンブリ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ＤＣ信号は、基板支持体アセンブリ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。
＜基板支持体アセンブリ＞
次に、上述した基板支持体アセンブリ１１、及び当該基板支持体アセンブリ１１を含むプラズマ処理装置１について、図２及び図３を用いて説明する。図３は、基板支持体アセンブリ１１の一部を拡大して示す説明図である。
基板Ｗを支持するための基板支持体アセンブリ１１は、基台１００及び基板支持体１０１を有している。基台１００は、プラズマ処理チャンバ１０の底部から延びる支持部材１０２によって支持されている。この支持部材１０２は、絶縁性の部材であり、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）から形成されている。また、支持部材１０２は、略円筒形状を有している。
基台１００は、導電性を有する金属、例えばアルミニウムから形成されている。基台１００は、略円盤形状を有している。基台１００は、中央部１００ａ及び周縁部１００ｂを有している。中央部１００ａは、略円盤形状を有している。中央部１００ａは、基台１００の第１の上面１００ｃを提供している。
周縁部１００ｂは、平面視において略円環形状を有している。周縁部１００ｂは、中央部１００ａに連続しており、径方向において中央部１００ａの外側で、周方向に延在している。周縁部１００ｂは、基台１００の第２の上面１００ｄを提供している。第２の上面１００ｄは、鉛直方向において第１の上面１００ｃよりも低い位置にある。また、周縁部１００ｂは、中央部１００ａと共に、基台１００の下面１００ｅを提供している。
基台１００には、温調媒体用の流路１００ｆが形成されている。流路１００ｆは、基台１００内において、例えば螺旋状に延在している。この流路１００ｆには、プラズマ処理チャンバ１０の外部に設けられたチラーユニット１１０により温調媒体が供給される。流路１００ｆに供給される温調媒体は、プラズマ処理装置１の使用温度範囲、例えば２０℃以上２５０℃以下の温度帯域において液体である。あるいは、温調媒体は、その気化によって吸熱し、冷却を行う冷媒であってもよく、例えば、ハイドロフルオロカーボン系の冷媒であってもよい。
基台１００には、給電体１２０が接続されている。給電体１２０は、給電棒であり、基台１００の下面１００ｅに接続されている。給電体１２０は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。給電体１２０は、上述した電源３０のＲＦ電源３１に電気的に接続されている。
基板支持体１０１は、基台１００の第１の上面１００ｃ側に設けられている。基板支持体１０１は静電チャック１３０及び電極プレート１３１を有している。電極プレート１３１は、下部電極を構成しており、基台１００の上に設けられている。電極プレート１３１は、導電性を有している。電極プレート１３１は、例えば、窒化アルミニウム又は炭化ケイ素に導電性を付与したセラミックス製であってもよく、あるいは、金属（例えばチタン）製であってもよい。
電極プレート１３１は、略円盤形状をなしており、中央部１３１ａ及び周縁部１３１ｂを有している。中央部１３１ａは、略円盤形状を有している。中央部１３１ａは、電極プレート１３１の上面１３１ｃを提供している。上面１３１ｃは、略円形の面である。周縁部１３１ｂは、中央部１３１ａに連続しており、径方向において中央部１３１ａの外側で、周方向に延在している。一実施形態では、周縁部１３１ｂは、中央部１３１ａと共に、電極プレート１３１の下面１３１ｄを提供している。また、周縁部１３１ｂは、上面１３１ｅを提供している。この上面１３１ｅは、帯状の面であり、径方向において上面１３１ｃの外側で周方向に延びている。また、上面１３１ｅは、鉛直方向において、上面１３１ｃよりも下面１３１ｄの近くにある。
静電チャック１３０は電極プレート１３１上に設けられており、例えば、静電チャック１３０と電極プレート１３１との間に介在させた金属を用いた金属接合により、電極プレート１３１に結合されている。静電チャック１３０は、略円盤形状を有しており、セラミックスから形成されてよい。静電チャック１３０を構成するセラミックスは、室温（例えば、２０℃）以上、４００℃以下の温度範囲において、１×１０１５Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有するセラミックスを用いてよい。このようなセラミックスとして、例えば金属酸化物である酸化アルミニウム（アルミナ）が用いられ得る。かかる体積抵抗率を有するセラミックス製の静電チャック１３０によれば、２００℃を超える高温領域においても、十分な吸着力が発揮される。なお、静電チャック１３０には、セラミックス以外の誘電体、例えばポリイミドを用いてもよい。
静電チャック１３０は、吸着用電極１４０及びヒータ１４２を内蔵している。吸着用電極１４０は電極膜であり、当該吸着用電極１４０には、直流（ＤＣ）電源３２が電気的に接続されている。ＤＣ電源３２からのＤＣ電圧が吸着用電極１４０に印加されると、静電力を発生し、当該静電力によって基板Ｗを保持する。なお、本実施形態では、静電チャックとしてクーロン型のものを例示しているが、これに限定されることはなく、静電着としてジョンソンラーベック型のものを採用してもよい。この場合、静電チャック１３０を構成するセラミックスとしては、室温以上４００℃以下の温度範囲において、１×１０８～１×１０１１Ω・ｃｍの体積抵抗率を有するもの、例えば、金属窒化物である窒化アルミニウム等が用いられる。
ヒータ１４２は、吸着用電極１４０の下方に位置して設けられる。ヒータ１４２は、例えば装置外のヒータ用電源（図示せず）に電気的に接続されている。ヒータ電源からの電圧がヒータ１４２に印加され、基板Ｗが所望の温度に調節される。
電極プレート１３１（基板支持体１０１）と基台１００との間には、弾性部材１６０が設けられている。弾性部材１６０は、基台１００の上面１００ｃと、電極プレート１３１の下面１３１ｄ側に配置された断熱部２２０とに接している。弾性部材１６０は、基板支持体１０１を基台１００から上方に離間させている。この弾性部材１６０は、例えば、Ｏリングである。弾性部材１６０は、伝熱空間１６１にＨｅガスが供給されているときの当該伝熱空間１６１の熱抵抗よりも高い熱抵抗を有するように構成される。また、弾性部材１６０には、低い熱伝導率及び高い耐熱性が要求される。このような弾性部材１６０は、エラストマー製又は金属製であってよい。エラストマー製の弾性部材１６０としては、ＦＦＫＭ（パーフルオロエラストマー）、ＦＫＭ（ビニリデンフルオライド系フッ素ゴム）、シリコーン等から形成されてよい。また、金属製の弾性部材１６０としては、アルミニウム、ＳＵＳ、Ｎｉ系超合金等から形成されてよい。
基台１００、基板支持体１０１及び弾性部材１６０で囲まれる空間は、伝熱ガスが供給される伝熱空間１６１に構成されている。伝熱空間１６１は、基台１００と基板支持体１０１との間において、弾性部材１６０により封止されている。伝熱空間１６１には、プラズマ処理チャンバ１０の外部に設けられたガス供給部（図示せず）から、伝熱ガス、例えばＨｅガスが供給されるように構成されている。
電極プレート１３１（基板支持体１０１）と基台１００との間においては、弾性部材１６０の上部に断熱部２２０が設けられている。断熱部２２０は、略環状板形状を有しており、電極プレート１３１に比べ熱伝導率の小さな部材あるいは空間である。即ち、弾性部材１６０と電極プレート１３１の下面１３１ｄとの間を熱的に遮断する部材あるいは空間である。断熱部２２０は、電極プレート１３１の下面１３１ｄの周縁１３１ｂ側に、周方向にわたって設けられる。より具体的には、断熱部材２２０は、断熱部材２２０がなかった場合に、弾性部材１６０と下面１３１ｄとが接触する範囲に少なくとも設けられる。断熱部２２０は、例えば基台１３１の中央部１３１ａと周縁部１３１ｂにわたってその下面１３１ｄに設けられてもよい。
断熱部２２０は、低熱伝導率の金属、セラミックス、樹脂等からなる部材から構成してよい。又は、断熱部２２０は、所定の領域に形成した減圧空間から構成してもよい。いずれの場合も、断熱部２２０の熱伝導率は、例えば２０Ｗ／ｍＫ以下が好ましい。熱伝導率がこのような範囲にあれば、高温領域での基板処理においても、弾性部材１３０としてエラストマー製のものを用いた場合であっても、弾性部材１３０が耐熱温度以上に加熱されることを抑制できる。また、弾性部材１３０として金属製のものを用いた場合であっても、弾性部材１３０を経由する熱貫流量を減少させることができるため、基板支持体アセンブリの表面温度を効率的に上昇させることができる。
断熱部２２０を部材として構成する場合、断熱部２２０は、例えば、低熱伝導率の金属含有材料又はセラミックスであってよい。低熱伝導率の金属含有材料としては、例えば、純チタン、６４チタン（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）、チタン酸アルミニウムのチタン含有材料や、ステンレス等が例示される。また、セラミックスとしては、アルミナ、イットリア、ジルコニア、ガラスセラミックス等が例示される。また、断熱部２２０は、３００℃以上の耐熱性を有するものであれば、高分子材料から構成してもよい。このような高分子材料としては、ポリイミド等がある。
また、断熱部２２０を部材として構成する場合、断熱部２２０は、表面処理が施された多孔質材であってよい。例えば、断熱部２２０は、多孔質材と、当該多孔質材の表面を覆うコート材とを含む構成としてもよく、表面を封孔した封孔層を有する多孔質材として構成としてもよい。多孔質材の表面を封孔する場合、封孔層の厚さは、多孔質材の表面から１ｍｍ以上であってよく、又は２ｍｍ以上であってもよい。多孔質材としては、多孔質アルミナ、多孔質チタン、多孔質ジルコニアが例示される。コート材又は封孔材としては、アルミニウムやチタン等の金属材料、エチルシリケートが例示される。表面処理は、例えば、コールドスプレーや含浸等によって行うことができる。
断熱部２２０を部材として構成する場合、断熱部２２０は、例えば、ホットプレス等により基台１３１と一体成型してよい。また、基台１３１の下面１３１ｄの外縁に周方向にわたる段差を設けて、この段差に断熱部２２０を溶接、溶射、接合、接着、ボルト留め等の任意の方法で取り付けてもよい。断熱部２２０の位置は、基台１３１に埋め込むような配置でもよく、あるいは、基台１３１の表面（ここでは下面１３１ｄ）に取り付けるといった配置でもよい。
また、断熱部２２０を減圧空間とする場合、例えば、基台１３１の下面１３１ｄ側に、周方向にわたる空間を形成し、当該空間を減圧することにより形成してもよい。なお、断熱部２２０として減圧空間を構成する場合には、減圧空間を単層構造としてもよく、複層構造としてもよい。複層構造とすることで更なる断熱効果の向上が図られる。
基板支持体アセンブリ１１は、締付部材１７０をさらに有している。締付部材１７０は、弾性部材１６０を、基台１００と電極プレート１３１との間に挟持するように構成されている。締付部材１７０は、電極プレート１３１と基台１００との間の当該締付部材１７０からの熱伝導を抑制するために、低い熱伝導率を有する材料、例えば、チタンやチタン合金等のチタン含有材料から形成されてよい。
締付部材１７０は、筒状部１７０ａ及び環状部１７０ｂを有している。筒状部１７０ａは、略円筒形状を有しており、その下端において第１の下面１７０ｃを提供している。環状部１７０ｂは、略環状板形状を有しており、筒状部１７０ａの上側部分の内縁に連続して、当該筒状部１７０ａから径方向内側に延びている。環状部１７０ｂは、第２の下面１７０ｄを提供している。
締付部材１７０は、第１の下面１７０ｃが基台１００の上面１００ｄに接し、第２の下面１７０ｄが電極プレート１３１の上面１３１ｅに接するように配置される。また、締付部材１７０は、例えば、基台１００の周縁部１００ｂに対してボルト１７１によって固定されてよい。この場合、ボルト１７１の締付部材１７０に対する締め付けトルクを調整することにより、弾性部材１６０の潰し量（圧縮量）が調整される。
なお、締付部材１７０の第２の下面１７０ｄと電極プレート１３１の上面１３１ｅの間には、弾性部材１７５が設けられていてもよい。この弾性部材１７５は、Ｏリングであってよく、第２の下面１７０ｄと上記上面１３１ｅとの摩擦により生じ得るパーティクル（例えば、金属粉）が、プラズマ処理空間１０ｓに移動することを抑制する。
また、ここでは図示していないが、締付部材１７０の第１の下面１７０ｃと、基台１００の上面１００ｄとの間において、断熱効果を有する断熱空間を形成してもよい。この断熱空間は、プラズマ処理チャンバ１０の真空引きに伴って減圧される構成でもよい。
締付部材１７０の上面側には、エッジリング１８０及びエッジリング用静電チャック１８１が設けられている。また、締付部材１７０の上面側には、エッジリング１８０及びエッジリング用静電チャック１８１に加えて、エッジリング温調部１８２を設けてもよい。エッジリング１８０、エッジリング用静電チャック１８１及びエッジリング温調部１８２は、上方から下方に向けてこの順で積層されてよい。エッジリング１８０は、基板支持体１０１（静電チャック１３０）上に載置された基板Ｗを囲むように配置される。エッジリング１８０は、基板Ｗに対するプラズマ処理の均一性を向上させる。
エッジリング用静電チャック１８１は、静電チャック１３０と同様の構成を有しており、すなわちエッジリング用静電チャック１８１は、基層１９０の内部に吸着電極１９１を設けた構成を有している。基層１９０は、平面視において略円環形状を有している。基層１９０は、例えば静電チャック１３０と同じ材料から形成されてよい。また、基層１９０は、基板Ｗを吸着保持する際の静電力（クーロン力又はジョンソンラーベック力）に応じて選択することができる。
吸着電極１９１は、導電性を有する略円環形状の電極膜である。吸着電極１９１には、装置外部のＤＣ電源が電気的に接続されている。ＤＣ電源からのＤＣ電圧が吸着電極１９１に印加されると、エッジリング支持体１８１はクーロン力又はジョンソンラーベック力の静電力を発生し、当該静電力によってエッジリング１８０を保持する。なお、吸着電極１９１は、異なる電位を生じるように構成された複数の電極から構成されてもよい。一例では、吸着電極１９１は、基台１３１の中央部１３１ａ側に配置された円環形状の内側電極と、この内周電極の外側に配置された円環形状の外側電極により構成される。
エッジリング温調部１８２は、基層２００の内部にヒータ電極２０１を設けた構成を有している。基層２００は、平面視において略円環形状を有している。基層２００は、上記の基層１９０と同じ材料から形成されてもよい。
ヒータ電極２０１は、装置外部のヒータ電源に電気的に接続されている。ヒータ電源からの電圧がヒータ電極２０１に印加されると、エッジリング１８０が所望の温度に調節される。
なお、基板支持体アセンブリ１１においては、基板Ｗと静電チャック１３０との間に伝熱ガス（例えばＨｅガス）を供給するためのガスライン（図示せず）が設けられている。基板Ｗと静電チャック１３０との間には、この伝熱ガスが拡散するガス拡散空間（図示せず）が形成されている。
＜プラズマ処理方法＞
次に、以上のように構成されたプラズマ処理システムを用いて行われるプラズマ処理について説明する。プラズマ処理としては、例えばエッチング処理や成膜処理が行われる。
先ず、プラズマ処理チャンバ１０の内部に基板Ｗを搬入し、静電チャック１３０上に基板Ｗを載置する。その後、静電チャック１３０の吸着用電極１４０にＤＣ電圧を印加することにより、基板Ｗはクーロン力又はジョンソンラーベック力によって静電チャック１３０に静電吸着され、保持される。また、基板Ｗの搬入後、排気システム４０によってプラズマ処理チャンバ１０の内部を所望の真空度まで減圧する。
次に、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してプラズマ処理空間１０ｓに処理ガスを供給する。また、ＲＦ電源３１によりプラズマ生成用のソースＲＦ電力を電極プレート１３１に供給する。そして、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。この際、ＲＦ電源３１によりイオン引き込み用のバイアスＲＦ電力を供給してもよい。そして、生成されたプラズマの作用によって、基板Ｗにプラズマ処理が施される。
＜本開示の技術の作用効果＞
以上の実施形態によれば、基板支持体アセンブリ１１の構成において、電極プレート１３１と弾性部材１６０との間に断熱部２２０を設けた構成としている。従って、比較的耐熱性の低いエラストマー製の弾性部材１６０を用いた場合であっても、高温領域（例えば３００℃以上）の基板処理において、弾性部材１６０の破損や劣化を抑制することができる。
また、弾性部材１６０として、熱伝導率が高い金属製のものを用いた場合であっても、弾性部材１６０を経由する熱貫流量を減少させることが可能となり、基板支持体アセンブリ１１の表面温度を効率的に上昇させることができる。即ち、基板Ｗを昇温あるいは保温させるために必要なヒータ１４２の出力が小さくなることから、エネルギー効率の向上や省エネが図られる。
なお、電極プレート１３１と弾性部材１６０との間に断熱部２２０を設けたことで、弾性部材１６０周辺の局所的な温度低下が低減される。これにより、静電チャック１３０の表面温度の面内均一性が向上し、基板Ｗの温度の面内均一性の向上を図ることも可能である。
今回開示された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、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
＜本開示の変形例＞
上記実施形態では、基板支持体アセンブリ１１の構成において、電極プレート１３１と弾性部材１６０との間に断熱部２２０を設けた構成を図示し説明したが本開示に係る範囲はこれに限定されるものではなく、断熱部２２０の構成としては種々のものが考え得る。そこで、以下では本開示の変形例について図面を参照して説明する。なお、以下の変形例において上記実施形態と同様の機能構成を有する構成要素については同一の符号を付して図示し、その説明は省略する場合がある。
（第１変形例）
図４は、第１変形例に係る説明図であり、基板支持体アセンブリ１１の一部を拡大して示したものである。
図４に示すように、第１変形例に係る構成では、基板支持体１０１は静電チャック１３０、電極プレート１３１、温調部１３２が上からこの順に配置された構成を有する。温調部１３２は、静電チャック１３０と同様に、基台１３１との間に介在させた金属を用いた金属接合により、電極プレート１３１（下面１３１ｄ）に結合されている。温調部１３２は、静電チャック１３０と同様に略円盤形状を有しており、セラミックスから形成されている。
本変形例においては、静電チャック１３０に吸着用電極１４０が内蔵され、温調部１３２にヒータ１４２が内蔵されている。即ち、基板支持体１０１において、吸着用電極１４０とヒータ１４２は電極プレート１３１を挟んで上下に離間するように設けられる。そして、温調部１３２の周方向外側に断熱部２２０を設けている。
本変形例に係る構成によれば、上記実施形態で説明した作用効果に加え、以下のような利点がある。即ち、基板支持体１０１は、吸着用電極１４０を備える静電チャック１３０と、ヒータ１４２を備える温調部１３２とを上下に分離し、静電チャック１３０と温調部１３２の間に電極プレート１３１を挟み込む構造を有する。このように吸着用電極１４０とヒータ１４２を分離することにより、静電チャック１３０の厚みを小さくすることができ、その結果、例えば４００ｋＨｚ等の低周波側のＲＦ電力の損失を抑制することができる。また、基板Ｗと電極プレート１３１の間の電位差を小さくすることができ、基板Ｗの裏面における異常放電を抑制することができる。
（第２変形例）
図５は、第２変形例に係る説明図であり、基板支持体アセンブリ１１の一部を拡大して示したものである。
図５に示すように、第２変形例に係る構成では、弾性部材１６０の下部に断熱部２２０が設けられている。
本変形例に係る構成では、電極プレート１３１と弾性部材１６０は接触しているため、弾性部材１６０はエラストマー製よりも金属製が好ましい。本変形例によれば、基台１００と弾性部材１６０との間において断熱部２２０による断熱効果が得られるため、上記実施形態と同様に、弾性部材１６０を経由する熱貫流量を減少させることが可能となり、基板支持体アセンブリ１１の表面温度を効率的に上昇させることができる。即ち、基板Ｗを昇温あるいは保温させるために必要なヒータ１４２の出力が小さくなることから、エネルギー効率の向上や省エネが図られる。
（第３変形例）
図６は、第３変形例に係る説明図であり、基板支持体アセンブリ１１の一部を拡大して示したものである。
図６に示すように、第３変形例に係る構成では、弾性部材１６０の上部と下部の両方に断熱部２２０（ここでは第１断熱部２２０ａ及び第２断熱部２２０ｂ）が設けられている。本変形例に係る構成によれば、弾性部材１６０の周辺における断熱性能の更なる向上が実現される。即ち、静電チャック１３０を高温にすることが求められた場合に、静電チャック１３０を弾性部材１６０の耐熱温度以上の温度に効率的に上昇させることが可能となる。
（第４変形例）
図７、図８は、第４変形例に係る説明図であり、基板支持体アセンブリ１１の一部を拡大して示したものである。
図７、図８に示すように、第４変形例に係る構成では、基台１００と電極プレート１３１との間において、断熱部２２０の上下に当該断熱部２２０を挟むように第１の弾性部材１６０ａと第２の弾性部材１６０ｂが配置される。具体的構成としては、図７のように第１の弾性部材１６０ａ、第２の弾性部材１６０ｂ及び断熱部２２０が一体的な部材として構成されてもよい。あるいは、図８のように第１の弾性部材１６０ａ、断熱部２２０、第２の弾性部材１６０ｂが別部材としてこの順に上から積層されて配置された構成でもよい。
本変形例に係る構成では、第１の弾性部材１６０ａの材料と、第２の弾性部材１６０ｂの材料とは同じでもよく、あるいは異なってもよい。例えば、一般的には電極プレート１３１の温度は基台１００に比べ高温であることから、電極プレート１３１に接触する第１の弾性部材１６０ａを金属製とし、基台１００に接触する第２の弾性部材１６０ｂをエラストマー製としてもよい。
本変形例に係る構成によれば、断熱部２２０を基台１００や電極プレート１３１に接合等する必要がない。そのため、上記実施形態で説明した作用効果に加え、装置の製造が容易になるとの利点がある。
なお、以上の実施形態や変形例では、エッジリング１８０はエッジリング用静電チャック１８１によって吸着保持されたが、エッジリング１８０の保持方法はこれに限定されない。例えば、吸着シートを用いてエッジリング１８０を吸着保持してもよいし、エッジリング１８０をクランプして保持してもよい。あるいは、エッジリング１８０の自重によりエッジリング１８０が保持されてもよい。かかる場合、エッジリング用静電チャック１８１は省略される。
１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持体アセンブリ
１００ 基台
１０１ 基板支持体
１３０ 静電チャック
１３１ 電極プレート
１４０ 吸着用電極
１４２ ヒータ
１６０ 弾性部材
１７０ 締付部材
２２０ 断熱部
Ｗ 基板

Claims (17)

  1. 温調媒体用の流路が形成された基台と、
    前記基台上に設けられた電極プレート及び前記電極プレート上に設けられた静電チャックを有し、基板を支持するように構成された基板支持体と、
    前記基板を加熱するためのヒータと、
    前記基台と前記電極プレートとの間に設けられた弾性部材であり、前記基板支持体を前記基台から離間させ、且つ、前記基台と前記電極プレートとの間に伝熱ガスが供給される伝熱空間を、当該基台及び当該電極プレートと共に画成する、弾性部材と、
    前記基台と前記電極プレートとを、当該基台と当該電極プレートとの間に前記弾性部材を挟持した状態で締結する締付部材と、
    前記弾性部材を介した前記基台と前記電極プレートとの間における伝熱を抑制する断熱部と、
    を備えた、基板支持体アセンブリ。
  2. 前記ヒータは、前記静電チャックに内蔵される、請求項１に記載の基板支持体アセンブリ。
  3. 前記ヒータは、前記電極プレートの下面側に配置された温調部に内蔵される、請求項１に記載の基板支持体アセンブリ。
  4. 前記断熱部の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍＫ以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板支持体アセンブリ。
  5. 前記断熱部は、チタン含有材料、ステンレス、アルミナ、イットリア、ジルコニア、ガラスセラミックス及びポリイミドからなる群から選択される少なくとも一種を含む材料から構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板支持体アセンブリ。
  6. 前記断熱部は、前記基台及び／又は前記電極プレート内に設けられた１層以上の減圧空間である、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板支持体アセンブリ。
  7. 前記断熱部は、多孔質材と、前記多孔質材の表面を覆うコート材とを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板支持体アセンブリ。
  8. 前記断熱部は、表面に封孔層を有する多孔質材である、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板支持体アセンブリ。
  9. 前記封孔層の厚さは、前記多孔質材の表面から１ｍｍ以上である、請求項８に記載の基板支持体アセンブリ。
  10. 前記多孔質材は、酸化アルミナ、酸化チタン又はジルコニアから構成される、請求項７～９に記載の基板支持体アセンブリ。
  11. 前記断熱部は、前記電極プレートと前記弾性部材との間に設けられる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の基板支持体アセンブリ。
  12. 前記弾性部材は、エラストマー製又は金属製である、請求項１１に記載の基板支持体アセンブリ。
  13. 前記弾性部材は、ＦＦＫＭ、ＦＫＭ、シリコーン、アルミニウム、ＳＵＳ、Ｎｉ系超合金の群から選択される少なくとも１種の材料から構成される、請求項１２に記載の基板支持体アセンブリ。
  14. 前記断熱部は、前記基台と前記弾性部材との間に設けられる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の基板支持体アセンブリ。
  15. 前記断熱部は、金属製である、請求項１４に記載の基板支持体アセンブリ。
  16. 前記締付部材と前記基台との間に断熱空間が形成される、請求項１～１５のいずれか一項に記載の基板支持体アセンブリ。
  17. 少なくとも１つのガス供給口及び少なくとも１つのガス排出口を備えるチャンバと、
    前記チャンバ内に配置された基板支持体アセンブリと、
    プラズマ生成部と、
    を備える、プラズマ処理装置であって、
    前記基板支持体アセンブリは、
    温調媒体用の流路が形成された基台と、
    前記基台上に設けられた電極プレート及び前記電極プレート上に設けられた静電チャックを有し、基板を支持するように構成された基板支持体と、
    前記基板を加熱するためのヒータと、
    前記基台と前記電極プレートとの間に設けられた弾性部材であり、前記基板支持体を前記基台から離間させ、且つ、前記基台と前記電極プレートとの間に伝熱ガスが供給される伝熱空間を、当該基台及び当該電極プレートと共に画成する、弾性部材と、
    前記基台と前記電極プレートとを、当該基台と当該電極プレートとの間に前記弾性部材を挟持した状態で締結する締付部材と、
    前記弾性部材を介した前記基台と前記電極プレートとの間における伝熱を抑制する断熱部と、
    を備える、プラズマ処理装置。
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