JP2024077177A - 基板処理装置及びクリーニング方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2024077177000001
【課題】載置台と冷凍装置との接触又は離間に応じて高周波電力の供給及び供給停止を制御する。
【解決手段】処理容器と、前記処理容器内にて基板を保持し、回転可能に構成される載置台と、前記載置台と接触又は離間し、前記載置台を冷却するように構成される冷凍装置と、前記載置台を回転させ、前記冷凍装置を昇降させる機構と、高周波電力を供給する電源部と、前記冷凍装置内を貫通し、接触部を有し、前記接触部を前記載置台の特定位置に接続又は切断することにより前記高周波電力の供給及び供給停止を切り替え可能に構成される給電ラインと、を有する基板処理装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本開示は、基板処理装置及びクリーニング方法に関する。
例えば、特許文献１は、載置台へのダメージを抑えつつ、載置台の外周部に堆積した堆積物を除去するプラズマ処理装置における載置台のクリーニング方法を提案している。このクリーニング方法は、離隔させる工程と、除去する工程とを有する。離隔させる工程は、載置台と基板とを昇降機構を用いて離隔させる。除去する工程は、離隔させる工程の後、高周波電源から載置台に高周波電力を供給することによってプラズマを生成して、載置台に堆積した堆積物を除去する。また、離隔させる工程において、載置台と基板との離隔距離は、載置台の外周部周辺において形成される合成インピーダンスが、載置台の中心部直上において形成される合成インピーダンスよりも低くなるように設定される。
例えば、特許文献２は、基板ホルダーが移動しても、整合状態が大きく変化することなく、インピーダンスの整合状態が維持される基板処理装置を提案している。この基板処理装置は、処理チャンバ、処理チャンバ内に位置し、基板を保持するための基板ホルダー、基板ホルダーに高周波電力を供給するための高周波電源、基板ホルダーと高周波電源との電気的に間に位置する整合器及び基板ホルダーと整合器を一体に移動させる移動機構を有する。
特開２０２１－８６９６８号公報 特開２００９－２４６３９２号公報
本開示は、載置台と冷凍装置との接触又は離間に応じて高周波電力の供給及び供給停止を制御することができる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、処理容器と、前記処理容器内にて基板を保持し、回転可能に構成される載置台と、前記載置台と接触又は離間し、前記載置台を冷却するように構成される冷凍装置と、前記載置台を回転させ、前記冷凍装置を昇降させる機構と、高周波電力を供給する電源部と、前記冷凍装置内を貫通し、接触部を有し、前記接触部を前記載置台の特定位置に接続又は切断することにより前記高周波電力の供給及び供給停止を切り替え可能に構成される給電ラインと、を有する基板処理装置が提供される。
一の側面によれば、載置台と冷凍装置との接触又は離間に応じて高周波電力の供給及び供給停止を制御することができる。
一実施形態に係る載置台の回転時における基板処理装置の構成例を示す断面図。 一実施形態に係る載置台の冷却時における基板処理装置の構成例を示す断面図。 一実施形態に係る基板処理方法の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係る載置台と冷凍装置の動作を説明するための図。 一実施形態に係るクリーニング方法の一例を示すフローチャート。
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。
本明細書において平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直、円、一致には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直、略円、略一致が含まれてもよい。
［基板処理装置］
一実施形態に係る基板処理装置１の一例について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、一実施形態に係る載置台２０の回転時における基板処理装置１の構成例を示す断面図である。図２は、一実施形態に係る載置台２０の冷却時における基板処理装置１の構成例を示す断面図である。
基板処理装置１は、例えば、処理容器１０内に処理ガスを供給して基板Ｗに所望の処理（例えば成膜処理等）を施す例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置やＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置であってよい。また、基板処理装置１は、例えば、処理容器１０内に処理ガスを供給し処理容器１０内に設けられたターゲットをスパッタして基板Ｗを成膜するＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置であってよい。
基板処理装置１がＰＶＤ装置である場合について説明する。この場合、処理容器１０の天井部に１又は複数のターゲットが設けられる。基板処理装置１は、処理容器１０内で、１又は複数のターゲットから放出されたスパッタ粒子（成膜原子）を載置台２０に載置された半導体ウェハ等の基板Ｗの表面に付着（堆積）させ、基板Ｗに成膜処理を行う。また、基板処理装置１は、処理容器１０の天井部にスパッタ源のカソード部を有する。基板処理装置１は、例えばマグネトロンスパッタリング装置である。
基板処理装置１は、処理容器１０と、処理容器１０の内部において基板Ｗを載置する載置台２０と、冷凍装置３０と、載置台２０を回転させる回転装置４０と、冷凍装置３０を昇降させる昇降装置５０とを備える。また、基板処理装置１は、冷凍装置３０、回転装置４０、昇降装置５０等の各種装置を制御する制御装置７０を備える。
処理容器１０の内部には、基板Ｗを載置する載置台２０が設けられている。処理容器１０は、載置台２０の上方に内部空間１０Ｓを形成する。処理容器１０は、真空ポンプ等の排気装置（図示せず）を作動することにより、その内部空間１０Ｓが超高真空に減圧されるように構成されている。また、処理容器１０は、ガス供給部（図示せず）に連通するガス供給管（図示せず）を介して、基板処理に用いる所望のガスが供給されるように構成されている。
載置台２０は、処理容器１０内にて基板Ｗを保持し、回転装置４０により回転可能に構成される。載置台２０は、静電チャック２１及び基台２３を有する。静電チャック２１は、基台２３上に形成されている。静電チャック２１は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁膜、銅等の金属膜、及び絶縁膜からなる溶射膜を基台２３上に塗布している構造となっている。絶縁膜に挟まれた金属膜がチャック電極（図示せず）である。つまり、チャック電極の上部絶縁膜（溶射膜）が静電チャック２１の載置面２１ａとなっている。なお、静電チャック２１は、ジョンソン・ラーベック力型であってもよいし、クーロン力型であってもよい。
基板処理装置１は、電源部３９を有する。電源部３９は、第１周波数のバイアス用の高周波電力を供給する第１高周波電源３６と、第２周波数のクリーニング用の高周波電力を供給する第２高周波電源８１と、チャック電極に直流電圧（ＤＣ電圧）を供給するＤＣ電源３７とを有する。
また、基板処理装置１は、金属から構成されたスリップリング６０を有する。スリップリング６０は、金属から構成され、回転装置４０が有する回転シャフト４４及びハウジング４６の下方に配置された金属リングを含む回転体６１と、ブラシを含む固定体６２とを有する。
回転体６１は、回転シャフト４４と同軸に延在する略円筒状を有し、回転シャフト４４の下面に固定されている。固定体６２は、その内径が回転体６１の外径よりも僅かに大きい略円筒状を有し、ハウジング４６の下面に固定されている。
スリップリング６０は、ＤＣ電源３７と電気的に接続されており、ＤＣ電源３７から供給される電力を、固定体６２のブラシと回転体６１の金属リングを介して、配線６３に供給する。ＤＣ電源３７は、直流電圧をスリップリング６０及び配線６３を介してチャック電極に印加する。この構成により、配線６３にねじれ等を発生させることなく、電源部３９は、ＤＣ電源３７からチャック電極に電位を与えることができる。なお、スリップリング６０の構造は、ブラシ構造以外の構造であってもよく、例えば、非接触給電構造や、無水銀や導電性液体を有する構造等であってもよい。
電源部３９は、スプリッター３８を有する。スプリッター３８は、ＤＣ電源３７からチャック電極に印加する直流電圧と、第１高周波電源３６から静電チャック２１（基板Ｗ）に供給するバイアス用の高周波電力と、第２高周波電源８１から載置台２０に供給するクリーニング用の高周波電力とを分離する。バイアス用の高周波電力は交流であるため、バイアス用の高周波電流はチャック電極を覆う絶縁膜で絶縁されず基台２３にも流れる。冷凍装置３０は低抵抗の銅で形成され、グラウンドに接続されている。そのため、基台２３が低抵抗の銅で形成されていると、静電チャック２１（基板Ｗ）に供給したバイアス用の高周波電力はイオン化粒子を介して処理容器１０の壁に流れるのではなく、グラウンドに接続されている冷凍装置３０側に流れてしまう。これにより、イオン化粒子にバイアス用の高周波電力が印加されることが困難になる。したがって、基台２３は、石英により形成する。これにより、バイアス用の高周波電流が冷凍装置３０側へ流れることを防ぎ、イオン化粒子にバイアス用の高周波電力が印加されるようにする。このように基台２３に石英を用いることにより、静電チャック２１（基板Ｗ）にバイアス用の高周波電力を供給することによって電位差を発生させ、イオン化したスパッタ粒子を基板Ｗへ引き込むことができる。
スプリッター３８で分離された直流電圧は、スリップリング６０及び配線６３を介して静電チャック２１（チャック電極）に印加される。スプリッター３８で分離されたバイアス用の高周波電力は、スリップリング６０及び配線６３を介して静電チャック２１（基板Ｗ）に供給され、直流電圧に重畳される。スプリッター３８で分離されたクリーニング用の高周波電力は、スリップリング６０及び配線６３とは別の供給経路である冷凍装置３０内を貫通する給電ライン８２を介して、載置台２０内であってチャック電極の下に配置された電極部２２ａに供給される。電極部２２ａは、載置台２０の直径とほぼ同一又は近似する直径を有する円盤形状である。なお、本実施形態に係る基板処理装置１では、石英の基台２３内にバイアス用の高周波電力を供給する専用の金属板（図示せず）を設置する必要がある。金属板を挿入することによる影響で載置台２０の冷却効率などの低下はなく、従来と同等の冷却性能を確保することができる。
バイアス用の高周波電力の周波数（第１周波数）は、例えば４００ｋＨｚである。クリーニング用の高周波電力の周波数（第２周波数）は、例えば１３．５６ＭＨｚである。ただし、第１周波数は４００ｋＨｚに限らない。また、第２周波数は１３．５６ＭＨｚに限らない。第２周波数は第１周波数と異なる周波数であってもよく、第２周波数は第１周波数よりも大きくてもよい。第１高周波電源３６は、バイアス用の高周波電力を効率よく載置台２０に投入するための整合器３５に接続され、整合器３５を介してスプリッター３８に接続されている。第２高周波電源８１は、クリーニング用の高周波電力を効率よく載置台２０に投入するための整合器８０に接続され、整合器８０を介してスプリッター３８に接続されている。
載置台２０の下方には、冷凍装置３０が設けられている。冷凍装置３０は、載置台２０と接触又は離間し、載置台２０を冷却するように構成される。冷凍装置３０は、冷凍機３１と、冷凍熱媒体３２とを有する。なお、冷凍熱媒体３２は、コールドリンクとも称する。冷凍機３１は、冷凍熱媒体３２を保持し、冷凍熱媒体３２の上面を極低温に冷却する。冷凍機３１には、冷却能力の観点から、ＧＭ（Gifford-McMahon）サイクルを利用する形態が好ましい。冷凍熱媒体３２は、冷凍機３１の上に固定されており、その上部が処理容器１０の内部に収容されている。冷凍熱媒体３２は、熱伝導性の高い材料（例えば、Ｃｕ）等により形成されており、その外形は略円柱状を呈している。冷凍熱媒体３２は、載置台２０の中心軸ＣＬにその中心が一致するように配置されている。
冷凍装置３０は、載置台２０の被接触面２０ａと接触または離間する接触面３０ａを有し、載置台２０を冷却するように構成される。基板処理装置１がアイドル中には、昇降装置５０が冷凍装置３０を上昇させて冷凍装置３０の接触面３０ａを載置台２０の被接触面２０ａに接触させ、これにより冷凍装置３０は載置台２０を極低温に冷却させる。基板処理装置１がプロセス（基板Ｗの処理）中には、昇降装置５０が冷凍装置３０を下降させて冷凍装置３０の接触面３０ａを載置台２０の被接触面２０ａから離間させた後に回転装置４０が載置台２０を回転させ、載置台２０の上の基板Ｗを成膜処理する。
例えば冷凍装置３０は、載置台２０の被接触面２０ａと接触し、載置面２１ａに吸着保持された基板Ｗの温度が１５０Ｋ（ケルビン）以下の極低温になるように静電チャック２１を冷却してもよい。更に冷凍装置３０は、載置台２０の被接触面２０ａと接触し、基板Ｗの温度が２１０Ｋ（ケルビン）以下の極低温になるように静電チャック２１を冷却してもよい。冷凍装置３０は、少なくとも冷凍熱媒体３２が銅等の金属から形成され、接地電位に接続される。本実施形態では、冷凍装置３０の冷凍機３１以外の部分が銅により形成されている。
また、載置台２０は、回転装置４０によって回転自在に支持されている。回転装置４０は、回転駆動装置４１と、固定シャフト４５と、回転シャフト４４と、ハウジング４６と、磁性流体シール４７，４８と、スタンド４９と、を有する。
回転駆動装置４１は、ロータ４２及びステータ４３を有するダイレクトドライブモータである。ロータ４２は、回転シャフト４４と同軸に延在する略円筒状を有し、回転シャフト４４に固定されている。ステータ４３は、その内径がロータ４２の外径よりも大きい略円筒状を有する。回転駆動装置４１は、ダイレクトドライブモータ以外の形態であってもよく、サーボモータと伝達ベルトを備えている形態等であってもよい。
回転シャフト４４は、載置台２０の中心軸ＣＬと同軸に延在する略円筒状を有する。回転シャフト４４の径方向内側には、固定シャフト４５が設けられる。固定シャフト４５は、載置台２０の中心軸ＣＬと同軸に延在する略円筒状を有する。回転シャフト４４の径方向外側には、ハウジング４６が設けられる。ハウジング４６は、載置台２０の中心軸ＣＬと同軸に延在する略円筒状を有し、処理容器１０に固定される。
また、固定シャフト４５の外周面と回転シャフト４４の内周円との間には、磁性流体シール４７が設けられている。磁性流体シール４７は、固定シャフト４５に対して回転シャフト４４を回転自在に支持するとともに、固定シャフト４５の外周面と回転シャフト４４の内周円との間を封止して、減圧自在な処理容器１０の内部空間１０Ｓと処理容器１０の外部空間とを分離する。また、ハウジング４６の内周面と回転シャフト４４の外周円との間には、磁性流体シール４８が設けられている。磁性流体シール４８は、ハウジング４６に対して回転シャフト４４を回転自在に支持するとともに、ハウジング４６の内周面と回転シャフト４４の外周円との間を封止して、減圧自在な処理容器１０の内部空間１０Ｓと処理容器１０の外部空間とを分離する。これにより、回転シャフト４４は、固定シャフト４５及びハウジング４６によって回転自在に支持されている。また、固定シャフト４５の径方向内側には冷凍熱媒体３２が挿通する。
スタンド４９は、回転シャフト４４と載置台２０との間に上下方向に設けられ、回転シャフト４４の回転を載置台２０に伝達するように構成されている。以上の構成により、回転駆動装置４１のロータ４２が回転すると、回転シャフト４４、スタンド４９及び載置台２０が、冷凍熱媒体３２に対して相対的にＸ１方向（図１）に回転する。
また、冷凍装置３０は、昇降装置５０によって昇降自在に支持されている。回転装置４０及び昇降装置５０は、載置台２０を回転させ、冷凍装置３０を昇降させる機構の一例である。
昇降装置５０は、エアシリンダ５１と、リンク機構５２と、冷凍装置支持部５３と、リニアガイド５４と、固定部５５と、ベローズ５６とを有する。
エアシリンダ５１は、空気圧によりロッドが直線運動する機械装置である。リンク機構５２は、エアシリンダ５１のロッドの直線運動を冷凍装置支持部５３の昇降運動に変換する。また、リンク機構５２は、一端がエアシリンダ５１と連結され、他端が冷凍装置支持部５３と連結された、てこ構造を有する。これにより、エアシリンダ５１の小さな推力で、大きな押し付け力を発生させることができる。冷凍装置支持部５３は、冷凍装置３０（冷凍機３１、冷凍熱媒体３２）を支持する。また、冷凍装置支持部５３は、リニアガイド５４によって移動方向が昇降方向にガイドされる。
固定部５５は、固定シャフト４５の下面に固定される。固定部５５の下面と冷凍装置支持部５３の上面との間には、冷凍機３１を包囲する略円筒状のベローズ５６が設けられている。ベローズ５６は、上下方向に伸縮自在な金属製の蛇腹構造体である。これにより、固定部５５、ベローズ５６及び冷凍装置支持部５３は、固定シャフト４５の内周面と冷凍熱媒体３２の外周円との間を封止して、減圧自在な処理容器１０の内部空間１０Ｓと処理容器１０の外部空間とを分離する。また、冷凍装置支持部５３の下面側は、処理容器１０の外部空間に隣接し、冷凍装置支持部５３の上面側のうちベローズ５６で囲まれた領域は、処理容器１０の内部空間１０Ｓに隣接する。
処理容器１０の側面には搬入出口１１１とゲートバルブ１１２とが設けられている。ゲートバルブ１１２は搬入出口１１１を開閉する。ゲートバルブ１１２が開くと、図示しない搬送装置により、搬入出口１１１を介して基板Ｗが処理容器１０内に搬入され、静電チャック２１に載置される。搬送装置が搬入出口１１１から退避すると、制御装置７０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。
基板処理装置１がＰＶＤ装置の場合、図示していないが、処理容器１０の天井部には、載置台２０に対向して設けられ、１又は複数のターゲットをスパッタするように構成されるカソード部を有する。カソード部に接続する電源は、ＤＣ（直流）電源及びＲＦ（高周波）電源の少なくともいずれかであってよい。図示しないＤＣ（直流）電源及びＲＦ（高周波）の少なくともいずれかから直流電圧及び高周波電力の少なくともいずれかがカソード部に印加されてもよい。
制御装置７０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、基板処理装置１の動作を制御する。制御装置７０は、有線又は無線等の通信手段によって、基板処理装置１を制御できる。
［高周波電力の供給及び供給停止の切り替え機構］
本実施形態に係る基板処理装置１は、第２高周波電源８１からの高周波電力の供給及び供給停止を切り替え可能に構成される給電ライン８２を有する。第２高周波電源８１からの高周波電力は、本実施形態ではクリーニング用の高周波電力である。
給電ライン８２は、冷凍装置３０内を貫通し、その先端に接触部８２ａを有する。接触部８２ａは、冷凍装置３０の上面（接触面３０ａ）から突出している。給電ライン８２は、接触部８２ａを載置台２０の特定位置に接続又は切断することにより、載置台２０へのクリーニング用の高周波電力の供給及び供給停止を切り替えることができる。
載置台２０の特定位置は、載置台２０の接触部８２ａとの対向位置であり、載置台２０は、特定位置に凹部２１ｃを有する。凹部２１ｃは、円盤状の電極部２２ａの中央にて電極部２２ａを支持する支持部２１ｂの下部に形成されている。凹部２１ｃは、載置台２０の被接触面２０ａと同一面である支持部２１ｂの下面から内側（電極部２２ａ側）へ凹む。凹部２１ｃは、支持部２１ｂを介して電極部２２ａと接続されている。電極部２２ａと支持部２１ｂとは導電性部材で形成され、例えば、銅、アルミニウム、又は銅とアルミニウムとの合金で形成される。
接触部８２ａは、昇降装置５０が冷凍装置３０を昇降させることにより凹部２１ｃに接続又は切断する。例えば、基板処理装置１がアイドル中に、昇降装置５０は冷凍装置３０を上昇させ、冷凍装置３０を載置台２０に接触させることにより載置台２０を冷却させる。このとき、冷凍装置３０の接触面３０ａが載置台２０の被接触面２０ａと接触し、これにより、自動的に接触部８２ａが凹部２１ｃ内に挿入されて接触し、接触部８２ａを介して給電ライン８２が電極部２２ａと接続される。これにより、基板処理装置１がアイドル中に、載置台２０を冷却させながら、接触部８２ａを特定位置（凹部２１ｃ）に接続させて給電ライン８２から電極部２２ａへクリーニング用の高周波電力を供給し、処理容器１０内をクリーニングすることができる。
本実施形態では、基板処理装置１がプロセス（基板Ｗの成膜）中に、第１高周波電源３６からバイアス用の高周波電力を静電チャック２１に供給する。これにより、イオン化されたスパッタ粒子を効率よく載置台２０へ引き込むことができ、スパッタ粒子による基板Ｗへの成膜効率を高めることができる。
また、基板処理装置１がプロセス中に、昇降装置５０は冷凍装置３０を下降させ、冷凍装置３０を載置台２０から離間させた後に回転装置４０により載置台２０を回転させながら、載置台２０の上の基板を成膜する。また、基板処理装置１がプロセス中には接触部８２ａを特定位置（凹部２１ｃ）から離して、導通を切断させ、電極部２２ａへのクリーニング用の高周波電力の供給を停止する。
成膜した基板Ｗの連続処理枚数が増えると、基板Ｗ上の不純物が静電チャック２１の載置面２１ａに付着して静電チャック２１の吸着力が低下する。これにより、吸着力のエラーが発生したり、伝熱ガスの漏れ量の増大による冷却効率の低下が発生したりする。従来、基板Ｗを載置しない状態で例えば第１高周波電源３６からの高周波電力を載置台２０に印加することで、プラズマを用いた静電チャック２１の表面のクリーニングを行っていたが、載置台２０に対して不均一なプラズマが形成されてしまい、載置台２０の表面のクリーニングに洗浄ムラが生じることがあった。載置台２０全体が均一にクリーニングされていないと、プロセス中に温度分布の不均一が生じる懸念がある。また、従来、静電チャック２１の吸着力を回復させるために、静電チャック２１（載置台２０）の交換、専用のクリーニングツールの設置を必要としていた。この場合、メンテナンスのためのダウンタイムの増加による生産効率の低下、専用のクリーニングルーツ若しくは交換用の静電チャック２１の在庫確保が必要となるため、ランニングコストの増加を招いていた。以上から、静電チャック２１の交換等で処理容器１０内を大気開放することなく、Ｉｎ－Ｓｉｔｕで真空を破らずに実行可能な効率的なクリーニングが求められていた。
そこで、本実施形態では、ダウンタイムを発生させることなく、基板Ｗを設定枚数（例えば１００枚）処理したら、アイドル中、つまりプロセスとプロセルの間にクリーニングを行う。このとき、第２高周波電源８１から給電ライン８２を介して電極部２２ａへ供給したクリーニング用の高周波電力により、処理容器１０内に供給したクリーニングガスからプラズマを生成し、プラズマにより処理容器１０内をクリーニングする。このとき、載置台２０内の円盤状の電極部２２ａへクリーニング用の高周波電力を供給することにより、載置台２０全体をスパッタ対象として、クリーニングガスから生成されたプラズマを用いてプラズマ中のイオンを載置台２０全体に対して一様にスパッタできる。これにより、載置台２０に洗浄ムラなく、載置台２０全体を均一にクリーニングすることができる。
また、本実施形態に係るクリーニング方法は、プロセス前、プロセスとプロセスの間又はプロセス後の基板処理装置１がアイドリング中に載置台２０を冷却しながら行うことができる。よって、極低温環境下で成膜を行う本実施形態に係る基板処理装置１において、効率的なクリーニングに行うことができる。なお、基板処理装置１がアイドリング中であっても、基板Ｗの処理枚数が設定枚数に達していない間は、クリーニング工程は行わない。
本実施形態では、基板処理装置１がプロセス中に、昇降装置５０を下降させて冷凍装置３０を載置台２０から離間させ、更に回転装置４０により載置台２０を回転させながら載置台２０上の基板Ｗを成膜する。このとき、冷凍装置３０が載置台２０から離間することにより自動的に接触部８２ａが特定位置（凹部２１ｃ）から離れて切断される。これにより、自動的に電極部２２ａへのクリーニング用の高周波電力の供給を停止させることができる。
図１を参照して更に給電ライン８２の周辺構造について説明する。給電ライン８２は、冷凍装置３０の内部に設けられた貫通孔に挿入される。貫通孔は、中心軸ＣＬにその中心が一致するように配置されているが、これに限らない。給電ライン８２は導電性部材で形成され、例えば、銅である。給電ライン８２は、冷凍装置３０と導通しないように構成されている。一例としては、図１に示すように、冷凍装置３０の貫通孔の内壁と給電ライン８２との間に筒状の絶縁部材の保護部８３を設ける。給電ライン８２は、保護部８３の内部に配置される。
給電ライン８２との保護部８３との間に空洞部を有してもよい。絶縁部材の保護部８３と空洞部により、給電ライン８２と冷凍装置３０とは熱的・電気的に絶縁される構造となっている。給電ライン８２は、冷凍装置３０内の１以上の位置で絶縁部材の支持部８４により固定されている。保護部８３及び支持部８４の絶縁部材は、低熱伝導率のセラミックで形成されてもよい。例えば、給電ライン８２は、給電ライン８２の先端又はその近傍、給電ライン８２の末端又はその近傍、給電ライン８２の中央等、複数箇所で絶縁部材の支持部８４により固定されてもよい。これにより、絶縁部材によって給電ライン８２を冷凍装置３０（冷凍熱媒体３２）から熱的・電気的に絶縁することができ、支持部８４により給電ライン８２を貫通孔の空間に固定できる。これにより、給電ライン８２から接触部８２ａを介して電極部２２ａに安定してクリーニング用の高周波電力を供給することができる。
なお、冷凍装置３０の貫通孔の内壁と給電ライン８２との間に筒状の絶縁部材の保護部８３を設ける代わりに、冷凍装置３０の貫通孔の内壁と給電ライン８２との間にセラミックス等の絶縁部材を充填させてもよい。これによっても、冷凍装置３０と給電ライン８２との絶縁を確保することができる。
本実施形態に係る基板処理装置１では、クリーニング用の高周波電力の周波数（第２周波数）は、容量結合型プラズマを生成するための約１３ＭＨｚ等の周波数帯に設定される。一方、バイアス用の高周波電力の周波数（第１周波数）は、プロセス（基板Ｗの成膜処理）に使用されるガス種等によって様々な周波数が設定され得る。
また、バイアス用の高周波電力は、プラズマ中のイオンを基板Ｗ側へ引き込むために載置台２０の静電チャック２１の表面に供給される。一方、クリーニング用の高周波電力は、載置台２０の全体をクリーニングするために静電チャック２１の表面だけでなく載置台２０の電極部２２ａに供給されることが好ましい。
以上から、バイアス用の高周波電力を供給する第１高周波電源３６と、第２周波数のクリーニング用の高周波電力を供給する第２高周波電源８１とは、別々に設けることが好ましい。これにより、第１高周波電源３６からは、プロセス毎に合致した周波数帯の第１周波数の高周波電力を供給することにより、基板処理装置１にて実行可能な成膜プロセスの自由度を高めることができる。かつ、第２高周波電源８１からクリーニングに合致した第１周波数とは異なる第２周波数の高周波電力供給することにより、静電チャック２１の表面だけでなく載置台２０の全体をクリーニングすることができる。
［基板処理方法］
一実施形態に係る基板処理方法ＳＴ１について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、一実施形態に係る基板処理方法ＳＴ１の一例を示すフローチャートである。図４は、一実施形態に係る載置台２０（静電チャック２１）と冷凍装置３０の動作を説明するための図である。基板処理方法ＳＴ１は、制御装置７０により制御され、基板処理装置１にて実行される。基板処理方法ＳＴ１では、基板Ｗに所望膜を成膜する。
基板処理方法ＳＴ１が開始されると、ステップＳ１において、制御装置７０は、ガス排出部を制御して処理容器１０内を所定の真空度まで真空（減圧）排気する。
次に、ステップＳ２において、制御装置７０は、昇降装置５０を上昇させて載置台２０（静電チャック２１）と冷凍装置３０とを接触させ、載置台２０を極低温（例えば、１５０Ｋ以下）に冷却する。
次に、ステップＳ３に進み、処理容器１０内に基板Ｗを搬入し、基板Ｗを載置台２０に載置する（図４（ａ）参照）。具体的には、制御装置７０は、ゲートバルブ１１２を開き、図示しない搬送装置により搬入出口１１１を介して基板Ｗを処理容器１０内に搬入し、載置台２０に載置する。搬送装置が搬入出口１１１から退避すると、制御装置７０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。
次に、ステップＳ４において、制御装置７０は、プロセスを開始するかを判定する。制御装置７０は、プロセスを開始しないと判定すると、ステップＳ２に戻り、載置台２０の冷却を続ける。
一方、ステップＳ４において、制御装置７０は、プロセスを開始すると判定すると、ステップＳ５において、制御装置７０は、ＤＣ電源３７から静電チャック２１のチャック電極に直流電圧を印加し、基板Ｗを静電チャック２１に静電吸着する（図４（ｂ）参照）。また、制御装置７０は、第１高周波電源３６から載置台２０（静電チャック２１）にバイアス用の高周波電力を供給する。基板Ｗは静電チャック２１に静電吸着されているため、冷却効率を上げることができる。更に、静電チャック２１に伝熱ガス流路（図示せず）を設け、基板Ｗと静電チャック２１との間に伝熱ガスを供給してもよい。これにより、伝熱効率を上げることができる。
次に、ステップＳ６において、制御装置７０は、昇降装置５０を下降させて載置台２０と冷凍装置３０とを離間させる（図４（ｃ）参照）。次に、ステップＳ７において、制御装置７０は、回転装置４０を制御して基板Ｗを保持した載置台２０を回転させる（図４（ｃ）参照）。これにより、基板Ｗに形成する膜の分布を向上させることができる。また、制御装置７０は、ガス供給部からプロセスガス（成膜ガス）を供給する。プロセスガスから生成されたプラズマ中のイオンは、図示しないターゲットに衝突し、ターゲットから内部空間１０Ｓにスパッタ粒子が放出される。放出されたスパッタ粒子は高効率にイオン化させ、載置台２０（静電チャック２１）に供給されたにバイアス用の高周波電力により、イオンを引き込むことができる。これにより、効率的に基板Ｗにスパッタ粒子が付着（堆積）し、Ｃｕ膜等を成膜することができる。
プロセスが終了すると、ステップＳ８において、制御装置７０は、回転装置４０を制御して載置台２０の回転を停止し、ガス供給部からのプロセスガスの供給を停止する。また、制御装置７０は、静電チャック２１への直流電圧の印加及びバイアス用の高周波電力の供給を停止し、基板Ｗの静電チャック２１への静電吸着を解除する（図４（ｄ）参照）。制御装置７０は、静電チャック２１へプロセス時とは逆の極性の直流電圧を印加し、基板Ｗの静電チャック２１への静電吸着を解除してもよい。
次に、ステップＳ９において、制御装置７０は、ゲートバルブ１１２を開き、図示しない搬送装置により、搬入出口１１１を介して基板Ｗを処理容器１０から搬出する（図４（ｄ）及び（ｅ）参照）。搬送装置が搬入出口１１１から退避すると、制御装置７０は、ゲートバルブ１１２を閉じる。
次に、ステップＳ１０において、制御装置７０は、成膜対象の次の基板Ｗがあるかを判定する。制御装置７０は、次の基板Ｗがあると判定した場合、ステップＳ２に戻り、次の基板Ｗに対してステップＳ２以降の処理を行う（図４（ａ）参照）。ステップＳ１０において、次の基板Ｗがないと判定された場合、本処理を終了する。
基板Ｗを冷却する際、基板Ｗは７２Ｋ（ケルビン）程度、すなわち－２００℃程度の極低温に冷却される。ただし、極低温は－２００℃に限られず、－２３３℃～－１２３℃であってもよい。例えば基板Ｗを極低温に冷却した状態で基板Ｗ上にＣｕ膜等の膜を成膜すると、Ｃｕ粒子等の凝集を減少させることができ、Ｃｕ膜等の膜のシート抵抗及び表面粗さを室温成膜時と比較して低減させることができ、良質なＣｕ膜等の膜を形成することができる。
また、基板Ｗは静電チャック２１に静電吸着されているため、冷却効率を上げることができる。さらにバイアス用の高周波電力により、基板Ｗの成膜時にイオンを基板Ｗに引き込むことができ、成膜効率を高めることができる。
［クリーニング方法］
一実施形態に係るクリーニング方法ＳＴ２について、図５を参照しながら説明する。図５は、一実施形態に係るクリーニング方法ＳＴ２の一例を示すフローチャートである。クリーニング方法ＳＴ２は、制御装置７０により制御され、基板処理装置１にて実行される。
本処理が開始されると、ステップＳ１１において、制御装置７０は、基板処理装置１がアイドル中であるかを判定する。制御装置７０は、基板処理装置１がアイドル中でないと判定すると、本処理を終了する。
一方、ステップＳ１１において、制御装置７０は、基板処理装置１がアイドル中であると判定すると、ステップＳ１２において、前回のクリーニングから設定枚数の基板Ｗを処理したかを判定する。設定枚数は、クリーニング周期を定めるものであり、予め載置台２０等をクリーニングすべき期間に応じた枚数に設定されている。設定枚数は、１００枚等が一例として挙げられるが、これに限らない。設定枚数は、基板Ｗ上の不純物が静電チャック２１の載置面２１ａに付着して静電チャック２１の吸着力が低下する現象が生じる基板Ｗの連続処理枚数よりも少ない枚数に設定されている。
制御装置７０は、前回のクリーニングから設定枚数の基板Ｗを処理していないと判定すると、本処理を終了する。一方、ステップＳ１２において、制御装置７０は、前回のクリーニングから設定枚数の基板Ｗを処理したと判定すると、ステップＳ１３において、第２高周波電源８１からクリーニング用の高周波電力を供給する。アイドル中は、図３のステップＳ２において載置台２０と冷凍装置３０とが接触し、自動的に接触部８２ａが凹部２１ｃに接続されている（図４（ａ）及び（ｂ）参照）。
これにより、給電ライン８２から接触部８２ａを介して載置台２０の電極部２２ａへクリーニング用の高周波電力が供給される。処理容器１０内に供給されたクリーニングガスからプラズマが生成され、生成されたプラズマにより載置台２０全体がクリーニングされる。
次に、ステップＳ１４において、制御装置７０は、プロセスが開始するかを判定する。制御装置７０は、プロセスを開始しないと判定すると、ステップＳ１３に戻り、クリーニングを続ける。
一方、ステップＳ１４において、制御装置７０は、プロセスを開始すると判定すると、載置台２０と冷凍装置３０とが離間される（図３のステップＳ４～Ｓ６）。これにより、自動的に接触部８２ａと載置台２０の凹部２１ｃとが切断される（図４（ｃ）参照）。これにより、ステップＳ１５において、制御装置７０は、クリーニング用の高周波電力の供給を停止し、クリーニングを完了し、本処理を終了する。
以上に説明したように、本実施形態の基板処理装置１及びクリーニング方法によれば、載置台２０と冷凍装置３０との接触又は離間に応じて高周波電力の供給及び供給停止を自動制御することができる。
今回開示された実施形態に係る基板処理装置１及びクリーニング方法は、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。
１ 基板処理装置
１０ 処理容器
２０ 載置台
２１ 静電チャック
２２ａ 電極部
２３ 基台
３０ 冷凍装置
３１ 冷凍機
３２ 冷凍熱媒体
３６ 第１高周波電源
３７ ＤＣ電源
３８ スプリッター
３９ 電源部
４０ 回転装置
５０ 昇降装置
７０ 制御装置
８１ 第２高周波電源
８２ 給電ライン
８３ 保護部
８４ 固定部
８２ａ 接触部
Ｗ 基板

Claims (12)

  1. 処理容器と、
    前記処理容器内にて基板を保持し、回転可能に構成される載置台と、
    前記載置台と接触又は離間し、前記載置台を冷却するように構成される冷凍装置と、
    前記載置台を回転させ、前記冷凍装置を昇降させる機構と、
    高周波電力を供給する電源部と、
    前記冷凍装置内を貫通し、接触部を有し、前記接触部を前記載置台の特定位置に接続又は切断することにより前記高周波電力の供給及び供給停止を切り替え可能に構成される給電ラインと、
    を有する、基板処理装置。
  2. 前記特定位置は、前記載置台における前記接触部との対向位置であり、
    前記載置台は、前記特定位置に凹部を有し、
    前記接触部は、前記冷凍装置の上面から突出し、
    前記接触部は、前記機構により前記冷凍装置を昇降させることにより前記凹部に接続又は切断する、
    請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記載置台は、前記凹部と接続される電極部を有し、
    前記接触部を前記凹部に接続することにより前記高周波電力を前記給電ラインから前記電極部に供給する、
    請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 前記基板処理装置がアイドル中に、前記機構によって前記冷凍装置を前記載置台に接触させることにより前記載置台を冷却させながら、前記接触部を前記特定位置に接続させて前記給電ラインから前記電極部へ前記高周波電力を供給し、前記処理容器内をクリーニングする、
    請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 前記電極部へ供給した前記高周波電力により、前記処理容器内に供給したクリーニングガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより前記処理容器内をクリーニングする、
    請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記基板処理装置がプロセス中に、前記機構によって前記冷凍装置を前記載置台から離間させた後に前記載置台を回転させながら、前記載置台の上の基板を処理し、前記接触部を前記特定位置から切断させて前記電極部への前記高周波電力の供給を停止する、
    請求項３に記載の基板処理装置。
  7. 前記接触部及び前記給電ラインは、導電性部材であり、
    前記給電ラインは、前記冷凍装置内にて絶縁部材の保護部で覆われている、
    請求項１～６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 前記給電ラインは、筒状の前記保護部の内部に配置され、前記冷凍装置内の１以上の位置で絶縁部材の固定部により固定されている、
    請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記電源部は、第１周波数のバイアス用の高周波電力を供給する第１高周波電源と、第２周波数のクリーニング用の高周波電力を供給する第２高周波電源とを有し、
    前記載置台は、前記給電ラインを介して前記第２高周波電源に接続され、
    前記載置台は、前記給電ラインと別の配線を介して前記第１高周波電源に接続される、
    請求項１～６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  10. 前記第２周波数は、前記第１周波数と異なる、
    請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 処理容器と、
    前記処理容器内にて基板を保持し、回転可能に構成される載置台と、
    前記載置台と接触又は離間し、前記載置台を冷却するように構成される冷凍装置と、
    前記載置台を回転させ、前記冷凍装置を昇降させる機構と、
    高周波電力を供給する電源部と、
    前記冷凍装置内を貫通し、接触部を有し、前記接触部を前記載置台の特定位置に接続又は切断することにより前記高周波電力の供給及び供給停止を切り替え可能に構成される給電ラインと、
    制御装置と、を有する基板処理装置をクリーニングする方法であって、
    前記制御装置は、
    前記基板処理装置がアイドル中のとき、前記機構により前記冷凍装置を前記載置台に接触させることにより前記載置台を冷却させながら、前記接触部を前記特定位置に接続させて前記給電ラインから前記載置台へ前記高周波電力を供給し、前記処理容器内をクリーニングする、
    クリーニング方法。
  12. 前記制御装置は、
    前記基板処理装置がプロセス中のとき、前記機構により前記冷凍装置を前記載置台から離間させることにより前記載置台を回転させながら前記載置台の上の基板を処理し、前記接触部を前記特定位置から切断させて前記載置台への前記高周波電力の供給を停止する、
    請求項１１に記載のクリーニング方法。
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