JP5331580B2

JP5331580B2 - ウエハ載置装置及びそれに用いる部品

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Publication number: JP5331580B2
Application number: JP2009133959A
Authority: JP
Inventors: 郁磨諸岡
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-06-03
Also published as: JP2010016363A; US8125757B2; US20100002355A1

Description

本発明は、ウエハ載置装置及びそれに用いる部品に関する。

プラズマ処理装置としては、例えばプラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置などが知られている。こうしたプラズマ処理装置では、通常、真空チャンバ内にウエハを載置するためのウエハ載置装置が設置される。ウエハ載置装置は、プラズマ処理を施すウエハを吸着固定するための静電チャックと、この静電チャックを冷却する冷却板とを備えている。静電チャックとしては、絶縁体又は誘電体（多くはセラミックス）に内部電極が埋設されたものが用いられる。このようなウエハ載置装置では、ウエハを静電チャックのウエハ載置面に載置した状態で内部電極に直流電圧を印加して静電力（クーロン力又はジョンソン・ラベック力）を発生させることにより、ウエハをウエハ載置面に吸着固定する。そして、この状態で、ウエハに接するようにプラズマを発生させる。プラズマは、通常、真空チャンバ内に設置される上部電極と静電チャックに埋設された内部電極との間又は上部電極と冷却板との間に印加される高周波電圧によって発生させる。

このようにして発生したプラズマは、ウエハを処理する以外に、ウエハ近傍の部分を腐食することがある。ここで、静電チャックのウエハ載置面がウエハより大きい場合には、ウエハ載置面のうちウエハの外側の部分がプラズマと直接接することになるため腐食するおそれがある。この点に鑑み、静電チャックのウエハ載置面をウエハより小さくし、静電チャックのうちウエハ載置面の外周側にウエハ載置面より一段低い段差部を形成し、その段差部に取替可能な保護リングを設置することがある。保護リングは、ウエハの外周縁までプラズマ状態を安定に発生させる役割や静電チャックの表面を保護する役割を有する。ウエハの直径は静電チャックのウエハ載置面の直径よりも大きいため、ウエハの外周縁はウエハ載置面をはみ出すことになるが、通常は保護リング上面の高さをウエハーよりも低くすることでウエハーとは接触せず離間した状態とする。ウエハにプラズマ処理を施す際には、この保護リングもプラズマに曝されることになるため温度が上昇する。そこで、図８に示すように、特許文献１のウエハ載置装置２２０では、保護リング２３０の温度上昇が過度になるのを防ぐため、静電チャック２２の段差部２６を上下方向に貫通する冷却用ガス通路２５０を設け、この冷却用ガス通路２５０に供給した冷却用ガス（ヘリウムガス）を利用して保護リング２３０を冷却するようにしている。なお、静電チャック２２は、冷却板４０によって冷却される。

特開２００５−６４４６０

しかしながら、こうした特許文献１のウエハ載置装置２２０では、保護リング２３０のうち冷却用ガスの当たる場所は冷却されやすいものの、そうでない場所は冷却されにくいため、保護リング全体としては冷却が不十分になり、ばらつきが生じやすいという問題があった。保護リング２３０の冷却が不十分な場合には、保護リング２３０の腐食が早くなるため好ましくない。また、冷却用ガス通路２５０を下から上へ移動してきた冷却用ガスが保護リング２３０に衝突したときに保護リング２３０が浮き上がるという問題もあった。保護リング２３０が浮き上がると、静電チャック２２のウエハ載置面２４に吸着固定されたウエハＷと衝突してパーティクルが発生したり保護リング２３０が定位置からずれることによる弊害（例えば他の部品との干渉による破損や温度分布の変化等）が発生したりするため好ましくない。更に、保護リング２３０のうち冷却用ガスが当たる場所に焼け焦げた痕が発生することがあった。こうした痕は冷却用ガス通路２５０内でアーキングが起きたことによると考えられるが、アーキングが起きるとパーティクルが発生したり保護リング２３０が損傷を受けたりするため好ましくない。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、保護リングの浮き上がりや損傷を防止しつつ保護リングを十分に冷却可能なウエハ載置装置及びそれに用いる部品を提供することを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のウエハ載置装置は、
ウエハ載置面と内部電極とを有し、前記ウエハ載置面にウエハを載置した状態で前記内部電極に直流電圧を印加することにより前記ウエハ載置面に前記ウエハを吸着可能な静電チャックと、
前記静電チャックのうち前記ウエハ載置面の外周側にて該ウエハ載置面より一段低くなるように形成された段差部と、
前記段差部に載置され、前記静電チャックの側面を覆うスカート部を有する保護リングと、
冷却用ガスが前記静電チャック側から前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成された冷却用ガス通路と、
を備えたものである。

このウエハ載置装置では、静電チャックのウエハ載置面に吸着されたウエハにプラズマ処理を施す際、冷却用ガス通路に冷却用ガスを供給する。すると、冷却用ガスは、静電チャック側から保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たる。スカート部は静電チャックの側面を覆うものであるから、このスカート部に冷却用ガスが当たったとしても、保護リングを段差部から浮き上がらせる方向の力はほとんど発生しない。また、冷却用ガスはスカート部の全周にわたって当たるため、１箇所に集中して当たる場合に比べて、保護リングの全体をほぼ均一に冷却することができるしアーキングも起きにくい。したがって、このウエハ載置装置によれば、保護リングの浮き上がりや損傷を防止しつつ保護リングを十分に冷却することができる。

本発明のウエハ載置装置は、前記静電チャックのうち前記ウエハ載置面とは反対側の面と接着層を介して接合された静電チャック冷却用の冷却板を備え、前記冷却用ガス通路は、前記冷却用ガスが前記冷却板の内部から前記冷却板と前記静電チャックとの隙間のうち前記接着層の外周領域を介して前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成されていてもよい。こうすれば、冷却用ガス通路を静電チャックの内部に形成する必要がないため、このウエハ載置装置を比較的容易に製造することができる。こうした効果は、静電チャックがセラミックス製、冷却板が金属製のときに特に有効である。

このように冷却板を備えた本発明のウエハ載置装置において、前記冷却用ガス通路は、前記冷却用ガスが前記冷却板の内部から前記接着層の内部に形成されたガス誘導路を経て前記接着層の外周領域へ至り、その後該接着層の外周領域から前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成されていてもよい。こうすれば、一般に接着層は樹脂や高分子材料であり加工性が良好なことから、ガス誘導路を容易に作製することができる。

本発明のウエハ載置装置用部品は、
ウエハ載置面と内部電極とを有し、前記ウエハ載置面にウエハを載置した状態で前記内部電極に直流電圧を印加することにより前記ウエハ載置面に前記ウエハを吸着可能な静電チャックと、
前記静電チャックのうち前記ウエハ載置面の外周側にて該ウエハ載置面より一段低くなるように形成され、前記静電チャックの側面を覆うスカート部を有する保護リングを載置可能な段差部と、
冷却用ガスが前記静電チャック側から前記段差部に載置される前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成された冷却用ガス通路と、
を備えたものである。

このウエハ載置装置用部品は、静電チャックの側面を覆うスカート部を有する保護リングと組み合わせて使用することにより、前出のウエハ載置装置とすることができ、保護リングの浮き上がりや損傷を防止しつつ保護リングを十分に冷却することが可能となる。

本発明のウエハ載置装置用部品は、前記静電チャックのうち前記ウエハ載置面とは反対側の面と接着層を介して接合された静電チャック冷却用の冷却板を備え、前記冷却用ガス通路は、前記冷却用ガスが前記冷却板の内部から前記冷却板と前記静電チャックとの隙間のうち前記接着層の外周領域を介して前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成されていてもよい。こうすれば、冷却用ガス通路を静電チャックの内部に形成する必要がないため、このウエハ載置装置用部品を比較的容易に製造することができる。こうした効果は、静電チャックがセラミックス製、冷却板が金属製のときに特に有効である。

このように冷却板を備えた本発明のウエハ載置装置用部品において、前記冷却用ガス通路は、前記冷却用ガスが前記冷却板の内部から前記接着層の内部に形成されたガス誘導路を経て前記接着層の外周領域へ至り、その後該接着層の外周領域から前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成されていてもよい。こうすれば、一般に接着層は樹脂や高分子材料であり加工性が良好なことから、ガス誘導路を容易に作製することができる。

ウエハ載置装置２０を含むプラズマ処理装置１０の構成の概略を示す断面図である。ウエハ載置装置２０の部分断面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。ウエハ載置装置１２０の部分断面図である。図４のＢ−Ｂ断面図である。ウエハ載置装置２０の変形例の部分断面図である。ウエハ載置装置２０の変形例の部分断面図である。従来のウエハ載置装置２２０の部分断面図である。温度パッチＰを貼り付けた保護リング３０の平面図である。

［第１実施形態］
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態のウエハ載置装置２０を含むプラズマ処理装置１０の構成の概略を示す断面図、図２は、ウエハ載置装置２０の部分断面図、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。

プラズマ処理装置１０は、図１に示すように、内圧を調整可能な金属製（例えばアルミニウム合金製）の真空チャンバ１２の内部に、ウエハ載置装置２０とプラズマを発生させるときに用いる上部電極６０とが設置されている。上部電極６０には、反応ガスをウエハ面に供給するための多数の小穴６０ａが開いている。

真空チャンバ１２は、反応ガス導入路１４から反応ガスを上部電極６０に導入可能であると共に、排気通路１６に接続された真空ポンプによってチャンバ内圧を所定の真空度まで減圧可能である。

ウエハ載置装置２０は、プラズマ処理を施すシリコン製のウエハＷを吸着可能な静電チャック２２と、この静電チャック２２の段差部２６に載置された保護リング３０と、静電チャック２２の裏面に配置された静電チャック冷却用の冷却板４０と、保護リング３０を冷却するための冷却用ガスを供給する冷却用ガス通路５０とを備えている。

静電チャック２２は、セラミックス製の部材であり、ウエハＷを載置する円形のウエハ載置面２４と、このウエハ載置面２４の外周側にてウエハ載置面２４より一段低くなるように形成された段差部２６とを有している。この静電チャック２２には、直流電圧を印加可能なメッシュ状の内部電極２８が埋設されている。また、ウエハ載置面２４の直径は、ウエハＷの直径よりも小さくなるように形成されている。このため、ウエハ載置面２４にウエハＷを載置した状態では、ウエハＷの外周縁がウエハ載置面２４からはみ出すことになる。この状態で内部電極２８に直流電圧を印加すると、ウエハＷはクーロン力又はジョンソン・ラベック力によりウエハ載置面２４に吸着固定され、直流電圧の印加を解除すると、ウエハＷのウエハ載置面２４への吸着固定が解除される。

保護リング３０は、例えば、金属シリコン製の部材であり、静電チャック２２の段差部２６に載置されるリング本体３２と、このリング本体３２の裏面から下方に延びるスカート部３４とを有している。リング本体３２は、内径がウエハ載置面２４の直径よりもわずかに大きく形成されている。また、リング本体３２は、ウエハ載置面２４に載置されたウエハＷの側面や底面と接触しないように、上面の内周側に切欠溝３２ａ（図２参照）が形成されている。リング本体３２と段差部２６との間には、リング本体３２や段差部２６の表面粗さに起因する凹凸によりミクロ単位の隙間が存在する。スカート部３４は、円筒形状であり、内径が静電チャック２２の段差部２６の直径よりもわずかに大きく形成されている。このため、スカート部３４の内壁は、静電チャック２２の側面からわずかに離間している。また、スカート部３４は、冷却板４０の冷却板本体４２の側面の一部を覆うように形成されている。こうした保護リング３０は、ウエハＷ及び静電チャック２２の側面を保護する役割を有する。なお、保護リング３０は、段差部２６に接着されることなく、単に段差部２６に載置されている。保護リング３０の材質は、プラズマ処理がプラズマエッチングの場合には、ウエハＷのエッチング対象膜の種類に応じて適宜選択される。

冷却板４０は、金属製（例えばアルミニウムやアルミニウム合金など）の部材であり、円筒状の冷却板本体４２と、この冷却板本体４２の下方から半径外方向に張り出すように形成されたフランジ部４４とを有している。冷却板本体４２は、直径が静電チャック２２の段差部２６の直径と同じ大きさである。この冷却板本体４２の上面は、静電チャック２２の下面と樹脂系の接着シート４７を介して接着されている。接着シート４７は、直径が冷却板本体４２や静電チャック２２の段差部２６の直径よりも小さい。このため、接着シート４７の外周領域４８（図２及び図３参照）は、冷却板本体４２と静電チャック２２との隙間つまり空間となっている。また、冷却板本体４２は、図示しない外部冷却装置で冷却された冷媒が循環する冷媒通路４６を有し、この冷媒通路４６を循環する冷媒の温度や流量を調節することにより静電チャック２２を介してウエハＷの温度を制御可能となっている。フランジ部４４は、真空チャンバ１２の底面にボルト４９により固定されている。これにより、ウエハ載置装置２０の全体が真空チャンバ１２内に固定されることになる。

冷却用ガス通路５０は、図２及び図３に実線の矢印で示すように、保護リング３０を冷却するための冷却用ガス（例えばヘリウムガス）を通過させる通路である。この冷却用ガス通路５０は、真空チャンバ１２の外側から冷媒通路４６を避けるようにして冷却板４０を上下方向に貫通して接着シート４７の外周領域４８に開口する第１通路５１と、この第１通路５１から外周領域４８を経て保護リング３０のスカート部３４の内壁の全周に至る第２通路５２とから構成される。なお、第２通路５２は、実質的には外周領域４８と同じである。

上部電極６０は、静電チャック２２のウエハ載置面２４の上方に離間して配置されている。この上部電極６０と静電チャック２２の内部電極２８との間には、図示しない高周波電源が接続され、反応ガスをプラズマ化する際にこの高周波電源より高周波電力が供給されるようになっている。

次に、こうして構成されたプラズマ処理装置１０の使用例について説明する。まず、冷媒通路４６に図示しない外部冷却装置で所定温度（例えば２５℃）に冷却された冷媒を循環させる。続いて、ウエハＷを静電チャック２２のウエハ載置面２４に載置する。そして、真空チャンバ１２内を真空ポンプにより減圧して所定の真空度になるように調整し、静電チャック２２の内部電極２８に直流電圧をかけてクーロン力又はジョンソン・ラベック力を発生させ、ウエハＷを静電チャック２２のウエハ載置面２４に吸着固定する。次に、真空チャンバ１２内を所定圧力（例えば数１０〜数１００Ｐａ）の反応ガス雰囲気とし、この状態で、冷却用ガス通路５０に冷却用ガスとしてのヘリウムガスを所定流量（例えば数〜数１０ｃｃ／ｍｉｎ）で導入する。すると、ヘリウムガスは、図２や図３に実線の矢印で示すように、保護リング３０のスカート部３４の内壁の全周にわたって当たり、その後、下方向に移動して保護リング３０と冷却板４０の側面との隙間を通ってウエハ載置装置２０の外へ流出したり、上方向に移動して保護リング３０と静電チャック２２の段差部２６の側面との隙間を通ったあと保護リング３０と静電チャック２２の段差部２６との間のミクロ単位の隙間を通ってウエハ載置装置２０の外へ流出したりする。この状態で、真空チャンバ１２内の上部電極６０と静電チャック２２の内部電極２８との間に高周波電圧を印加し、プラズマを発生させる。すると、発生したプラズマによってウエハＷの表面がエッチングされる。ここでは内部電極２８は静電気力を発生させるための直流電圧と高周波電圧の両方が印加されるが、高周波電圧は内部電極２８の代わりに冷却板に印加されることもある。

以上詳述した本実施形態によれば、ヘリウムガスは、静電チャック２２側から保護リング３０のスカート部３４の内壁の全周にわたって当たるが、このスカート部３４にヘリウムガスが当たったとしても、保護リング３０を段差部２６から浮き上がらせる方向の力は発生しない。このため、保護リング３０が浮き上がることによる不具合（例えば保護リング３０が定位置からずれることによりウエハＷや他の部品と衝突してパーティクルが発生したり破損したりするという不具合や保護リング３０から静電チャック２２へ熱が逃げにくくなるという不具合）が発生しない。また、ヘリウムガスはスカート部３４の全周にわたって当たるため保護リング３０の全体をほぼ均一に冷却することができるし、スカート部３４はプラズマ発生領域から十分離れているためアーキングも起きにくい。したがって、保護リング３０の浮き上がりや損傷を防止しつつ保護リング３０を十分に冷却することができる。

また、冷却用ガス通路５０をセラミックス製の静電チャック２２の内部に形成せず、金属製の冷却板４０の内部や冷却板４０と静電チャック２２との隙間を利用して形成しているため、冷却用ガス通路５０を比較的容易に作製することができる。更に、保護リング３０は、スカート部３４を有している分、冷却用ガスとの接触面積が大きくなり、且つ、熱容量が大きくなるため温度が上がりにくい。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態のウエハ載置装置１２０について説明する。第２実施形態は、第１実施形態の冷却用ガス通路５０を変更した以外は、第１実施形態と同様であるため、同じ構成要素について同じ符号を付し、その説明を省略する。図４はウエハ載置装置１２０の部分断面図、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。

ウエハ載置装置１２０の冷却用ガス通路１５０は、図４及び図５に実線の矢印で示すように、保護リング３０を冷却するための冷却用ガスとしてヘリウムガスを通過させる通路である。この冷却用ガス通路１５０は、冷媒通路４６を避けるようにして冷却板４０の上下方向に貫通する第１通路１５１と、この第１通路１５１と連通し接着シート１４７の外周近傍に穿設された鍵穴形状の第２通路１５２と、この第２通路１５２と連通する外周領域１４８と実質的に同じである第３通路１５３とから構成されている。第２通路１５２は、図５に示すように、接着シート１４７に形成された円孔とその円孔から半径外方向に切り欠いた形状のスリットとからなる。このように構成された冷却用ガス通路１５０を通過した冷却用ガスは、図５に示すように、保護リング３０のスカート部３４の内壁の全周にわたって当たる。

以上詳述した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるほか、次の効果も得られる。すなわち、第１通路１５１は冷媒通路４６に囲まれているため、この第１通路１５１を流れる冷却用ガスは冷媒によって十分低温化される。また、冷媒通路４６をより外周側に設けることができるため、冷却板４０の外周側面が冷媒によってより効率的に冷却されることから、冷却板４０の外周側面と保護リング３０のスカート部３４との間を流れる冷却用ガスも十分低温化される。こうしたことから、第１実施形態に比べて保護リング３０をより効果的に冷却することが可能になる。

［その他の実施形態］
上述した第１実施形態では、冷却板４０と静電チャック２２との隙間（外周領域４８）を介して冷却用ガスが保護リング３０のスカート部３４の内壁に当たるように形成したが、例えば、図６や図７のように変形してもよい。すなわち、図６では、冷却用ガス通路５０の第１通路５１を途中で９０°屈曲させることにより冷却板４０の側面に開口するようにし、この開口からスカート部３４の内壁に冷却用ガスが当たるようにしている。また、図７では、冷却用ガス通路５０の第１通路５１を接着シート４７を貫通して静電チャック２２の内部まで伸ばしたあとそこから９０°屈曲させることにより静電チャック２２の側面に開口するようにし、この開口からスカート部３４の内壁に冷却用ガスが当たるようにしている。これらの場合には、第１及び第２実施形態に比べて冷却用ガス通路の作製に若干手間がかかるものの、基本的には同じ効果が得られる。但し、第１及び第２実施形態では、冷却用ガスは外周領域４８，１４８で拡散したあとスカート部３４に当たるため、図６や図７に比べてより広範囲に均一に広がりながら流れることになり、冷却板４０が保護リング３０の熱を冷却用ガスを介して奪いやすくなるので好ましい。

上述した各実施形態では、冷却用ガスとしてヘリウムガスを用いたが、ウエハＷのプラズマ処理に不活性なガスであれば他のガスを用いてもよい。但し、熱伝導率を考慮すると、ヘリウムガスを用いる方が好ましい。

上述した各実施形態では、冷却用ガス通路５０，１５０は冷却用ガスが保護リング３０のスカート部３４にほぼ垂直に当たるように形成したが、冷却用ガスがスカート部３４に斜め上向き又は斜め下向きに当たるように形成してもよい。

上述した各実施形態では、保護リング３０の上面に切欠溝３２ａを設けたが、この切欠溝３２ａがなくても保護リング３０がウエハ載置面２４に載置されたウエハＷと干渉しないのであれば、切欠溝３２ａを省略してもよい。

［実施例１］
第１実施形態のウエハ載置装置２０に相当する一具体例を以下の手順により作製した。まず、静電チャック２２を次のようにして作製した。すなわち、窒化アルミニウム粉末を径３８０ｍｍ、厚さ５ｍｍに一軸成形し、その上にモリブデン製メッシュ（径２９２ｍｍ）からなる内部電極２８を設置し、さらにその上から窒化アルミニウム粉末を載せて成形し、全厚２５ｍｍの成形体を得た。これを一軸ホットプレス焼成炉内に黒鉛冶具とともに設置し、窒素雰囲気中、１８５０℃で１トンの圧力をかけて２時間焼成し、内部電極２８を埋設した焼結体を得た。この焼結体を研削加工することにより静電チャック２２を得た。なお、研削加工時に、内部電極２８からウエハ載置面２４までの厚みが１ｍｍ、ウエハ載置面２４の直径が２９８ｍｍ、段差部２６からウエハ載置面２４までの高さが４ｍｍ、段差部２６を含む焼結体の直径が３７６ｍｍ、底面から段差部２６までの高さが４ｍｍ、焼結体の全厚が８ｍｍとなるようにした。この静電チャック２２のウエハ載置面２４とは反対側の面から内部電極２８に達する孔を穿孔し、その孔に内部電極２８と接続する導電部材をロウ付けにより接合した。なお、図１〜図７にはこうした導電部材の図示を省略した。

冷却板４０は、アルミニウム合金製で全厚が２０ｍｍ、フランジ部４４の厚みが１２ｍｍ、冷却板本体４２の直径（静電チャック２２との接合面の直径）が３７６ｍｍ、フランジ部４４を含めた直径が４１６ｍｍで、ＰＣＤ（ピッチ・サークル・ダイアミタ）が３７０ｍｍの位置に等間隔で１２個の直径２ｍｍの貫通孔（冷却用ガス通路５０の第１通路５１）を有し、冷媒通路４６が内蔵されたものを用いた。また、保護リング３０は、シリコン金属製で外径が３８５ｍｍ、リング本体３２の内径及び厚みがそれぞれ２９９ｍｍ及び５ｍｍ、スカート部３４の内径及び高さが３７７ｍｍ及び１２ｍｍのものを用いた。なお、図１及び図２の保護リング３０には切欠溝３２ａが形成されているが、実施例１では切欠溝３２ａの外径は３０１ｍｍで深さ１．２ｍｍとした。接着シート４７は、シリコーン樹脂製で、外径が３６４ｍｍ、厚みが０．７８ｍｍのものを用いた。

そして、冷却板４０と静電チャック２２とを接着シート４７を用いて接合した。接合時、３者が同軸上に並ぶようにした。これにより、静電チャック２２の外周縁（径３７６ｍｍの円）から内側へ６ｍｍの幅でリング状の外周領域４８（＝第２通路５２）が形成された。この外周領域４８には、冷却板４０のＰＣＤ３７０ｍｍ上に等間隔に設けられた１２個の貫通孔（＝第１通路５１）から冷却用ガスが導入される。最後に、静電チャック２２の段差部２６に保護リング３０のリング本体３２の裏面を載置し、実施例１のウエハ載置装置を得た。

［実施例２］
第２実施形態のウエハ載置装置１２０に相当する一具体例を以下の手順により作製した。静電チャック２２及び保護リング３０は実施例１と同じものを用いた。冷却板４０は、アルミニウム合金製で全厚が２０ｍｍ、冷却板本体４２の直径（静電チャック２２との接合面の直径）が３７６ｍｍ、フランジ部４４を含めた直径が４１６ｍｍで、ＰＣＤが２８８ｍｍの位置に等間隔で１２個の直径２ｍｍの貫通孔（第１通路１５１）を有し、冷媒通路４６が内蔵されたものを用いた。接着シート１４７は、シリコーン樹脂製で、外径が３６４ｍｍ、厚みが０．７８ｍｍのものを用いたが、更に、ＰＣＤ２８８ｍｍの位置に等間隔で１２個の直径３ｍｍの円孔を設けると共にその円孔から半径外方向に切り欠いた形状のスリットを設けることにより、鍵穴形状の第２通路１５２を形成した。

そして、冷却板４０と静電チャック２２とを接着シート１４７を用いて接合した。接合時、冷却板４０の各貫通孔と接着シート１４７の各円孔とが一致するようにした。これにより、実施例１と同様のリング状の外周領域１４８（＝第３通路１５３）が形成された。この外周領域１４８には、冷却板４０のＰＣＤ２８８ｍｍ上に等間隔に設けられた１２個の貫通孔（＝第１通路５１）から接着シート１４７の鍵穴形状の第２通路１５２を介して冷却用ガスが導入される。最後に、静電チャック２２の段差部２６に保護リング３０のリング本体３２の裏面を載置し、実施例２のウエハ載置装置を得た。

［比較例１］
図８のウエハ載置装置２２０に相当する一具体例を以下の手順により作製した。静電チャック２２及び冷却板４０は実施例１と同じものを用いた。但し、静電チャック２２のＰＣＤ３３７ｍｍの位置に等間隔で１２個の直径２ｍｍの貫通孔を厚み方向に平行に穿孔した。また、接着シート２４７は、実施例１の接着シート４７と同様、外径が３６４ｍｍ、厚みが０．７８ｍｍのものを用いたが、更に、ＰＣＤ３３７ｍｍの位置に等間隔で１２個の直径３ｍｍの貫通孔を設けた。保護リング２３０は、シリコン金属製で外径が３７７ｍｍ、内径が２９９ｍｍ、厚みが５ｍｍのものを用いた。図８の保護リング２３０には上面の内周側に切欠溝が形成されているが、比較例１では切欠溝の外径は３０１ｍｍで深さ１．２ｍｍとした。

そして、冷却板４０と静電チャック２２とを接着シート２４７を用いて接合した。接合時、冷却板４０の各貫通孔と接着シート２４７の各貫通孔と静電チャック２２の各貫通孔とが一致するようにした。これにより、冷却用ガス通路１５０が完成した。この冷却用ガス通路１５０から導入される冷却用ガスは、保護リング２３０の裏面に当たる。最後に、静電チャック２２の段差部２６に保護リング２３０を載置し、比較例１のウエハ載置装置を得た。

［評価試験１］
図１のように、実施例１のウエハ載置装置を真空チャンバ１２内に設置し、冷却板４０のフランジ部４４を図示しないガス分配ブロックを挟んでボルト４９で真空チャンバ１２に固定した。ガス分配ブロックには、冷却用ガスの配管が真空チャンバ１２の外から接続されており、ガス分配ブロックにて導入された冷却用ガスが冷却板４０の１２箇所の貫通孔（第１通路５１）に等分配される。冷却板４０の冷媒通路４６に冷媒を流すべく、図示しない冷却ラインを冷却板４０に取り付けた。冷媒は、外部冷却装置により２５℃の一定温度となるように制御した。静電チャック２２の導電部材に取り付けた電極端子には、高電圧ケーブルを取り付け、直流電圧を印加できるようにした。この状態で、シリコン製のウエハＷ（直径３００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ）を静電チャック２２のウエハ載置面２４に載置し、真空チャンバ１２内を減圧して真空にしておき、静電チャック２２の内部電極２８に７００Ｖの直流電圧を印加して静電気力を発生させ、ウエハＷを吸着固定した。次に、真空チャンバ１２内を２０Ｐａのアルゴンガス雰囲気とし、冷却用ガスとして総量６ＳＣＣＭのヘリウムガスを冷却用ガス通路５０を通して導入した。この状態で、真空チャンバ１２内の上部電極６０と静電チャック２２の内部電極２８との間に１３．５６ＭＨｚ、１２００Ｗの高周波電圧を印加し、プラズマを５分間発生させた。保護リング３０には、プラズマに晒される面の複数の場所に温度パッチＰを予め貼り付けておき（図９参照）、温度分布を測定した。温度パッチＰは、設定温度を超えると変色して温度が設定温度まで上昇したことを示すものである。設定温度の異なる数種類の温度パッチＰを貼り変えて、複数回試験を行い、温度パッチＰの変色状態から保護リング上の各点の温度を測定した。実施例２及び比較例１のウエハ載置装置についても、同様にして各点の温度を測定した。その結果を表１に示す。ここで、平均温度とは各点の温度の平均値であり、温度分布とは全点の温度のうち最高温度と最低温度の差である。

表１から明らかなように、保護リングの平均温度は、比較例１に比べて実施例１，２では１７〜２２℃低く、また、温度分布は、比較例が９℃だったのに対し、実施例１，２では２℃以下であった。これらのことから、実施例１，２では、よりよく保護リングが冷却されることがわかる。比較例１では、冷却用ガスが直接保護リングの裏面に当たっているため、冷却用ガスが直接当たる部分では温度が低いがそこから遠い部分では温度が高くなり、温度分布が大きくなったと考えられる。これに対し、実施例１，２では、冷却用ガスが保護リングのスカート部の全周にわたって当たるため、温度分布が抑えられたと考えられる。このように、実施例１，２のウエハ載置装置によれば、ウエハＷの均熱性が維持されるので、エッチングプロセス等の歩留まりが向上する。

更に、実施例１，２を比較すると、実施例２の方が実施例１よりも平均温度が５℃低い。これは、実施例２の貫通孔（第１通路１５１）を実施例１の貫通孔（第１通路５１）よりも若干内側つまり中心寄りに設けたことにより、冷却用ガスが冷却板４０の冷媒通路４６の近くを流れて低温化したあと保護リングを冷却するため、より冷却効率が高くなったと考えられる。なお、冷却用ガスを導入するための貫通孔は、冷却板４０の外周から３０〜６０ｍｍ内側に設けるのが好ましい。冷却用ガスを冷媒により冷却するためには３０ｍｍ以上が好ましく、一方、６０ｍｍを超えて内側に設けても効果が変わらず、接合シートの作成のし易さから６０ｍｍ以下が好ましい。

［評価試験２］
実施例１のウエハ載置装置を真空チャンバ１２内に設置し、真空チャンバ１２内を１Ｐａまで真空引きした。この時点で、冷却用ガスとして所定量のヘリウムガスをマスフロメータを通じて導入した。この際に真空チャンバ１２の側面に設けられた図示しないのぞき窓を通じて、保護リング３０が浮くかどうかを観察した。実施例２及び比較例１のウエハ載置装置についても、同様にして保護リング３０，２３０が浮くかどうかを観察した。その結果を表２に示す。表２から明らかなように、比較例１ではヘリウムガスの流量が２０ＳＣＣＭ以上で保護リング２３０が浮いたのに対し、実施例１，２ではヘリウムガスの流量が１００ＳＣＣＭでも保護リング３０が浮くことはなかった。これは、比較例１ではヘリウムガスが保護リング２３０の裏面に当たって保護リング２３０を押し上げるのに対し、実施例１，２ではヘリウムガスが保護リング３０のスカート部３４に当たったのちに拡散していき、保護リング３０を上方に押し上げる力が作用しないためと考えられる。このように、実施例１，２では、保護リング３０の位置を安定して維持することができる。また、より多くの冷却用ガスを導入することができるため、比較例１と比べて効果的に保護リング３０の温度上昇を抑えることができる。

［評価試験３］
実施例１のウエハ載置装置を真空チャンバ１２内に設置し、真空チャンバ１２内を１Ｐａまで真空引きし、冷却用ガスとして６ＳＣＣＭのヘリウムガスを導入した状態で、真空チャンバ１２内のガス圧力を１０Ｐａに制御し、静電チャック２２の内部電極２８と真空チャンバ１２内の上部電極６０との間に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を出力を変えて印加し、プラズマを５分間発生させた。その後、保護リング３０のうち冷却用ガスが当たる部分を目視で観察し、アーキング等による損傷があるか否かを観察した。実施例２及び比較例１のウエハ載置装置についても、同様にしてアーキング等による損傷があるか否かを観察した。その結果を表３に示す。表３から明らかなように、比較例１ではプラズマ出力１８００Ｗでアーキング等による損傷が発生していたが、実施例１，２ではプラズマ出力３０００Ｗでもアーキング等による損傷は見られなかった。このように実施例１，２では保護リング３０の表面にアーキング等による損傷が起きないため、長期間安定してエッチングプロセスを行うことができる。

１０プラズマ処理装置、１２真空チャンバ、１４反応ガス導入路、１６排気通路、２０ウエハ載置装置、２２静電チャック、２４ウエハ載置面、２６段差部、２８内部電極、３０保護リング、３２リング本体、３２ａ切欠溝、３４スカート部、４０冷却板、４２冷却板本体、４４フランジ部、４６冷媒通路、４７接着シート、４８外周領域、４９ボルト、５０冷却用ガス通路、５１第１通路、５２第２通路、６０上部電極、６０ａ小穴、１２０ウエハ載置装置、１４７接着シート、１４８外周領域、１５０冷却用ガス通路、１５１第１通路、１５２第２通路、１５３第３通路、２２０ウエハ載置装置、２３０保護リング、２４７接着シート、２５０冷却用ガス通路、Ｐ温度パッチ。

Claims

ウエハ載置面と内部電極とを有し、前記ウエハ載置面にウエハを載置した状態で前記内部電極に直流電圧を印加することにより前記ウエハ載置面に前記ウエハを吸着可能な静電チャックと、
前記静電チャックのうち前記ウエハ載置面の外周側にて該ウエハ載置面より一段低くなるように形成された段差部と、
前記段差部に載置され、前記静電チャックの側面を覆うスカート部を有する保護リングと、
冷却用ガスが前記静電チャック側から前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成された冷却用ガス通路と、
前記静電チャックのうち前記ウエハ載置面とは反対側の面と接着層を介して接合された静電チャック冷却用の冷却板と、
を備え、
前記冷却用ガス通路は、前記冷却用ガスが前記冷却板の内部から前記冷却板と前記静電チャックとの隙間のうち前記接着層の外周領域を介して前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成されている、
ウエハ載置装置。
前記冷却用ガス通路は、前記冷却用ガスが前記冷却板の内部から前記接着層の内部に形成されたガス誘導路を経て前記接着層の外周領域へ至り、その後該接着層の外周領域から前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成されている、
請求項１に記載のウエハ載置装置。
ウエハ載置面と内部電極とを有し、前記ウエハ載置面にウエハを載置した状態で前記内部電極に直流電圧を印加することにより前記ウエハ載置面に前記ウエハを吸着可能な静電チャックと、
前記静電チャックのうち前記ウエハ載置面の外周側にて該ウエハ載置面より一段低くなるように形成され、前記静電チャックの側面を覆うスカート部を有する保護リングを載置可能な段差部と、
冷却用ガスが前記静電チャック側から前記段差部に載置される前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成された冷却用ガス通路と、
前記静電チャックのうち前記ウエハ載置面とは反対側の面と接着層を介して接合された静電チャック冷却用の冷却板と、
を備え、
前記冷却用ガス通路は、前記冷却用ガスが前記冷却板の内部から前記冷却板と前記静電チャックとの隙間のうち前記接着層の外周領域を介して前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成されている、
ウエハ載置装置用部品。
前記冷却用ガス通路は、前記冷却用ガスが前記冷却板の内部から前記接着層の内部に形成されたガス誘導路を経て前記接着層の外周領域へ至り、その後該接着層の外周領域から前記保護リングのスカート部の内壁の全周にわたって当たるように形成されている、
請求項３に記載のウエハ載置装置用部品。