JP5996340B2 - プラズマエッチング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマエッチング装置に関する。
従来、基台（サセプタ）と静電チャックとの間に、基台と静電チャックとを接合する接合層を有するプラズマ処理装置がある。接合層には、基台と静電チャックの熱膨張又は収縮量などの値以上伸びる弾性体（接着剤など）が用いられる。また、例えば、静電チャックにはセラミックが用いられ、基台にはアルミニウムが用いられる。
特開平０６−２８３５９４号公報 特開２０１１−１８７７５８号公報
しかしながら、上述の技術では、接合層が剥離することがあるという問題がある。例えば、ウエハの温度は静電チャックに内蔵されているヒーターの温度を上げ、基台の温度を冷却することで所望の温度に調整されている。この場合、接合層には基台と静電チャックとの温度差による膨張又は収縮の負荷がかかることになる。よって、接合層により許容される温度差以上となると、接合層が剥離することがある。
開示するプラズマエッチング装置は、一つの実施態様において、アルミニウムよりも低い膨張係数を示す金属で形成される基台を有する。また、開示するプラズマエッチング装置は、一つの実施態様において、基台の載置面に配置されて被処理体が載置される静電チャックを有する。また、開示するプラズマエッチング装置は、一つの実施態様において、基台と静電チャックとを接合する接合層を有する。また、開示するプラズマエッチング装置は、一つの実施態様において、静電チャック内に設けられたヒーターとを有する。また、プラズマエッチング装置では、実施形態の一例において、基台は、基台を形成する金属よりも熱伝導率が高い金属を用いてコールドスプレー溶射により形成された金属部を有する。
開示するプラズマエッチング装置の一つの態様によれば、接合層の剥離を防止可能となるという効果を奏する。
図１は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置の全体像を示す断面図である。 図２は、第１の実施形態における半導体ウエハ、静電チャック、サセプタ、フォーカスリング及びシール部材の位置関係を示す断面図である。 図３は、第１の実施形態における基台と接合層と静電チャックとの詳細について示す断面図である。 図４は、第２の実施形態における基台と接合層と静電チャックとの詳細について示す断面図である。 図５は、第３の実施形態に係るプラズマエッチング装置における取り出し口及び金属層の一例を示す断面図である。 図６は、第３の実施形態における給電機構と基台と静電チャックとの位置関係を拡大して模式的に示した図である。
以下に、開示するプラズマエッチング装置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、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置は、実施形態の一例において、アルミニウムよりも低い膨張係数を示す金属で形成される基台と、基台の載置面に配置されて被処理体が載置される静電チャックと、基台と静電チャックとを接合する接合層と、静電チャック内に設けられたヒーターとを有する。また、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置は、実施形態の一例において、基台は、基台を形成する金属よりも熱伝導率が高い金属を用いてコールドスプレー溶射により形成された金属部を有する。
第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置では、実施形態の一例において、接合層は、金属ろうを用いて形成される。
第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置では、実施形態の一例において、基台が、基台の内部のうち静電チャックの下部に相当する位置に金属部を有する。
第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置では、実施形態の一例において、基台を形成する金属が、チタン、コバール、インバー、スーパーインバー、ノビナイト（登録商標）の少なくとも１つを含む。
第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置では、実施形態の一例において、熱伝導率が高い金属は、銀，銅及びアルミニウムのうち少なくとも１つを含む。
第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置では、実施形態の一例において、静電チャックは、セラミックで形成されており、接合層と接合される部分に金属膜を有する。
（第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置の全体像を示す断面図である。図２は、第１の実施形態における半導体ウエハ、静電チャック、サセプタ、フォーカスリング及びシール部材の位置関係を示す断面図である。
図１に示すように、プラズマエッチング装置１００は、チャンバー１を有する。チャンバー１は、外壁部に、導電性のアルミニウムで形成される。図１に示す例では、チャンバー１は、半導体ウエハ２をチャンバー１内に搬入又は搬出するための開口部３と、気密にシールする封止体を介して開閉可能なゲートバルブ４とを有する。封止剤とは、例えば、Ｏリングである。
図１には示されていないが、チャンバー１には、ゲートバルブ４を介して、ロードロック室が連設される。ロードロック室には、搬送装置が設けられる。搬送装置は、半導体ウエハ２をチャンバー１内に搬入又は搬出する。
また、チャンバー１は、側壁底部に、開口してチャンバー１内を減圧するための排出口１９を有する。排出口１９は、例えばバタフライ・バルブなどの開閉弁を介して図示しない真空排気装置に接続される。真空排気装置とは、例えば、ロータリーポンプ又はターボ分子ポンプ等である。
また、図１に示すように、プラズマエッチング装置１００は、チャンバー１の内部の底面中央部に、基台支持台５を有する。プラズマエッチング装置１００は、基台支持台５の上部に基台１０を有する。図１及び図２に示すように、プラズマエッチング装置１００は、基台１０の上部に静電チャック９を有する。また、プラズマエッチング装置１００は、基台１０の上部に、静電チャック９を取り囲むように設けられるフォーカスリング２１を有する。
また、図１及び図２に示すように、基台１０は、静電チャック９が設置される箇所と比較して、箇所の周辺の高さが高い。以下では、静電チャック９が設置される箇所と比較して高さが高い箇所を周辺凸部と称する。また、図２に示すように、静電チャック９の側面と、基台１０の周辺凸部と、サセプタの底辺とのうち、少なくとも２箇所と接触するシール部材２２を有する。シール部材２２は、例えば、Ｏリングである。
また、プラズマエッチング装置１００は、基台１０の上方かつチャンバー１の上部には、上部電極５０を有する。上部電極５０は、電気的に接地される。上部電極５０には、ガス供給管５１を介して処理ガスが供給され、上部電極５０の底壁に複数個穿設された放射状の小穴５２より半導体ウエハ２方向に処理ガスが放出される。ここで、高周波電源１２をＯＮにされることで、放出された処理ガスによるプラズマが上部電極５０と半導体ウエハ２との間に生成される。なお、処理ガスとは、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４などである。
ここで、プラズマエッチング装置１００の各部について更に説明する。基台支持台５は、アルミニウム等の導電性部材で円柱形状に形成される。基台支持台５は、冷却媒体を内部に留める冷媒ジャケット６が内部に設けられる。冷媒ジャケット６には、冷却媒体を冷媒ジャケット６に導入するための流路７１と、冷却媒体を排出するための流路７２とが、チャンバー１の底面に気密に貫通して設けられる。
なお、以下では、冷媒ジャケット６が基台支持台５の内部に設けられる場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。例えば、冷媒ジャケット６が、基台１０の内部に設けられても良い。冷媒ジャケット６は、後述するように、チラー７０により冷却媒体が循環されることで、基台１０や基台支持台５の温度を制御する。
基台１０は、ブロッキング・コンデンサ１１を介して高周波電源１２と接続される。基台１０は、図示しないボルトにより基台支持台５に取り付けられる。基台１０は、冷媒ジャケット６の冷熱が基台支持台５を介して伝導されることで冷却される。高周波電源１２は、例えば、１３．５６ＭＨｚ又は４０ＭＨｚ等の高周波電源である。
図１及び図２に示すように、基台１０と静電チャック９とは、接合層２０によって接合される。静電チャック９は、例えば、セラミック製（線熱膨張率；略７．１×１０−６（ｃｍ／ｃｍ／度））で形成される。静電チャック９は、電極板９ｂとヒーター９ａとを内部に有する。静電チャック９は、上面に半導体ウエハ２が載置される。
図１に示すように、電極板９ｂは、導電線２５の一端側に接続され、導電線２５の他端側が給電棒２６に接続される。導電線２５は、基台１０に内蔵されたテフロン（登録商標）等の絶縁部材により周囲を覆われる。給電棒２６は、例えば、銅で形成され、２００Ｖ〜３ＫＶの高電圧を給電する。また、給電棒２６は、チャンバー１の底面に気密かつ絶縁して貫通され、電磁スイッチ２８を介して高電圧電源２７に接続される。また、電磁スイッチ２８は図示しない装置を制御する制御信号によりＯＮ又はＯＦＦされる。
また、基台１０と基台支持台５と接合層２０と静電チャック９には、貫通穴１６が設けられる。貫通穴１６の内部には、電気的に抵抗又はインダクタンスを介して接地されたプッシャーピン１５が設けられる。プッシャーピン１５は、チャンバー１を気密にするとともに伸縮可能としたべローズ１７を介して上下移動手段となるエアーシリンダ１８に接続される。また、プッシャーピン１５は、ロードロック室の搬送装置より半導体ウエハ２の受渡しを行い、静電チャック９に半導体ウエハ２を接離する際に、エアーシリンダ１８により上下移動する。
基台１０及び静電チャック９には、伝熱媒体を半導体ウエハ２の裏面に均一に供給するための貫通穴１３ａが複数設けられる。貫通穴１３ａは、貫通穴１３ａにかかるＨｅガスの圧力を均一にするためのガス溜め室１３に接続される。ガス溜め室１３は、伝熱媒体をチャンバー１の外部より導入するための供給管１４に接続される。伝熱媒体とは、例えば、不活性ガスとしてのＨｅガスである。ただし、これに限定されるものではなく、任意のガスを用いて良い。
また、図１に示すように、プラズマエッチング装置１００は、冷媒ジャケット６に冷却媒体を循環させるチラー７０を有する。具体的には、チラー７０は、冷却媒体を流路７１から冷媒ジャケット６に送り込み、冷媒ジャケット６から出てきた冷却媒体を流路７２から受け付ける。
（基台と接合層と静電チャック）
図３は、第１の実施形態における基台と接合層と静電チャックとの詳細について示す断面図である。図３に示す例では、説明の便宜上、静電チャック９やシール部材２２、貫通穴１６、弾性部材１１０、付勢部材１２０等についても併せて示した。また、図３に示す例では、説明の便宜上、貫通穴１３ａやガス溜め室１３、供給管１４等については記載を省略した。
なお、弾性部材１１０は、静電チャック９の下面に押しつけられる。言い換えると、静電チャック９の下面のうち弾性部材１１０が押しつけられる箇所には、接合層２０は設けられていない。この結果、接合層２０は、貫通穴１６において露出していない。弾性部材１１０は、例えば、フッ素ゴムから形成される。
また、付勢部材１２０は、基台１０側から静電チャック９側への押圧力を弾性部材１１０にかける。図３に示す例では、付勢部材１２０は、弾性部材１１０の下部に接触する板状部材１２１を有し、板状部材１２１と基台１０とを連結するネジ部材１２２を有する。板状部材１２１は、例えば、セラミックで形成される。ただし、これに限定されるものではない。例えば、板状部材１２１は、弾性部材１１０と同様の材料を用いて形成されても良い。
図３に示す例では、付勢部材１２０のネジ部材１２２が基台１０に設けられたねじ穴に嵌められることで、板状部材１２１と基台１０とが連結される。ここで、板状部材１２１は、静電チャック９側への押圧力を弾性部材１１０に与えており、ネジ部材１２２により基台１０に連結されることで、静電チャック９側への押圧力が継続して弾性部材１１０に与えられるようになる。
第１の実施形態における基台１０は、アルミニウムよりも熱膨張率の低い材料で形成される。例えば、基台１０は、静電チャック９の材料と熱膨張率が同等となる材料を用いて形成される。基台１０を形成する金属は、例えば、チタン、コバール、インバー、スーパーインバー、ノビナイト（登録商標）の少なくとも１つを含む。
図３に示すように、基台１０は、基台１０を形成する金属よりも熱伝導率が高い金属を用いてコールドスプレー溶射により形成された金属部１３０を有する。熱伝導率が高い金属とは、銀，銅及びアルミニウムのうち少なくとも１つを含む。
例えば、基台１０は、基台１０の内部のうち静電チャック９の下部に相当する位置に金属部１３０を有する。より詳細な一例をあげて説明すると、銀や銅などの金属で形成される金属部１３０を、基台１０に設けられた円柱状の溝の内部にコールドスプレーで基台１０上に形成し、その後、基台１０を形成する金属で形成される金属層をコールドスプレーで金属部１３０上に形成する。言い換えると、基台１０に設けられた穴の内部に金属部１３０が形成された上で、金属部１３０にフタがされる。この結果、基台１０の内部に金属部１３０が形成される。ただし、金属部１３０の形成手法はこれに限定されるものではなく、任意の手法を用いて良い。
ここで、コールドスプレーとは、溶射用粉末の融点又は軟化温度よりも低い温度に加熱した作動ガスを超音速にまで加速し、加速した作動ガスを用いて溶射用粉末を固相のまま高速で基材に衝突させることで、皮膜を形成する技術である。比較的高温の溶射プロセスの場合、一般に、融点又は軟化温度以上にまで加熱された溶射用粉末が基材に吹き付けられる。この結果、基材の材質や形状によっては基材の熱変質や変形が起こることがあり、あらゆる材質及び形状の基材に対して皮膜を形成することができるわけではなく、基材の材質及び形状が制限されるという欠点がある。また、溶射プロセスにおいては、溶射用粉末を融点又は軟化温度以上にまで加熱する必要がある結果、装置が大型になり、施工場所等の条件が限られてくる場合がある。これに対し、コールドスプレーでは、比較的低温で溶射が行われる結果、基材の熱変質や変形を起こしにくい。また、コールドスプレーでは、装置によっては比較的高温の溶射プロセスと比較して小型ですむ。また、コールドスプレーでは、使用する作動ガスが燃焼ガスではないために安全性に優れ、現地施工での利便性が高くなる。
コールドスプレーは、以下のような条件で行うことができる。主として圧縮空気を作動ガスとして使用し、作動ガスは、１Ｍｐａ、作動ガス温度５００度まで加熱される。溶射用粉末は、供給量１０ｇ／分で作動ガスと同軸方向から作動ガスに供給される。コールドスプレー時、コールドスプレーのノズル先端から基材までの距離は、４０ｍｍである。また、コールドスプレーのノズルのトラバース速度は、好ましくは、２０ｍｍ／秒とする。溶射粉末は、市販のコールドスプレーを用いて実施して良い。ただし、上記の条件は一例であり、これに限定されるものではなく、任意の条件を用いて良い。
金属部１３０の厚みは、例えば、銅で金属部１３０を形成する場合、０．５ｍｍ〜１ｍｍである。ただし、これに限定されるものではなく、任意の厚さであって良い。
このように、金属部１３０が基台１０内に埋め込まれることで、金属部１３０の形成に用いられた金属がチャンバー内に放出される事態を確実に防止可能となる。
接合層２０は、静電チャック９と基台１０との応力緩和の役割を果たすとともに、基台１０と静電チャック９とを接合する。接合層２０を「メタライズ層」とも称する。接合層２０は、金属ろうを用いて形成される。金属ろうは、アルミニウムよりも熱膨張率の低い金属を用いて形成される。金属ろうは、例えば、銀と銅とチタンの合金とろう剤との混合物であったり、金と銅とチタンとの合金とろう剤との混合物であったりする。ただし、これは一例であって、これに限定されるものではない。
ここで、上述したように、基台１０は、アルミニウムよりも熱膨張率の低い材料で形成される。この結果、アルミニウムを用いて形成される基台１０を用いるプラズマエッチング装置と比較して、第１の実施形態におけるプラズマエッチング装置では、基台１０と静電チャック９との熱伝導率の差が小さい。この結果、静電チャック９を加熱したり、冷媒ジャケット６にて基台１０を冷却したとしても、静電チャック９の膨張と基台１０の縮小との差は、アルミニウムを用いて形成される基台１０を用いるプラズマエッチング装置と比較して小さくなる。このことを踏まえ、接合層２０は、アルミニウムを用いて形成される基台１０を用いるプラズマエッチング装置と比較して、低い熱膨張率を示す材料を用いて形成することが可能である。例えば、上述したように、金属ろうで形成される接合層２０を用いることが可能となる。
静電チャック９は、例えば、Ａｌ２Ｏ３やＹ２Ｏ３のセラミックで形成されており、接合層２０と接合される部分に金属膜を有する。静電チャック９の下面に設けられる金属膜は、静電チャック９と接合層２０とを接合しやすくする。
ここで、静電チャック９と接合層２０と基台１０との接合の仕方の一例について説明する。例えば、接合層２０の下面と基台１０の上面にニッケルのメッキ層を作成した上で、接合層２０と基台１０とを接合する。また、静電チャック９の下面と接合層２０の上面とに金属膜を形成した上で、静電チャック９の下面と接合層２０の上面とを接合する。接合する際には、例えば、銀と銅と、あるいは、銀とゲルマニウムなどのシート状のろう剤を挟んだ上で加熱することで接合する。上述したように、アルミニウムよりも熱膨張率の低い材料で基台１０を形成することを踏まえ、基台１０と静電チャック９とをメタライズ層で固定する。
また、基台１０は、溶射膜１３１と絶縁被膜１３２とを有する。溶射膜１３１は、例えば、Ａｌ２Ｏ３やＹ２Ｏ３等で形成される。溶射膜１３１は、基台１０の表面を覆い、基台１０がチャンバー内に露出しないようにする。絶縁被膜１３２は、例えば、フッ素樹脂コーティングによって形成される。
上述したように、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置１００は、アルミニウムよりも低い膨張係数を示す金属で形成される基台１０と、基台１０の載置面に配置されて被処理体が載置される静電チャック９と、基台１０と静電チャック９とを接合する接合層２０と、静電チャック９内に設けられたヒーター９ａとを有する。また、基台１０は、基台１０を形成する金属よりも熱伝導率が高い金属を用いてコールドスプレー溶射により形成された金属部１３０を有する。この結果、接合層２０の剥離を防止可能となる。すなわち、基台１０と静電チャック９との熱膨張率の差が小さくなることで、接合層２０にかかる応力が小さくなり、接合層２０の剥離を防止可能となる。
すなわち、ヒーターが内蔵された静電チャックと冷媒ジャケットによる冷却機能を有する基台１０からなる下部電極を設けたプラズマエッチング装置では、ヒーターの加熱と基台の冷却により、膨張と収縮という熱による力が発生する。この結果、静電チャックと基台の接合層が剥離してしまい、長時間使用できないなどの問題が発生することがある。
ここで、基台にアルミニウム（膨張係数：２３．５（×１０−６／℃）、熱伝導率約２００（Ｗ／ｍｋ））を使用した場合には、膨張係数が比較的高いものの熱伝導率も高くなる。このことを踏まえ、上述したように、第１の実施形態では、基台１０は、アルミニウムと比較して低膨張係数の金属で形成される。例えば、チタン、コバール、インバー、スーパーインバー、ノビナイト（登録商標）などを用いて基台１０を形成した場合、基台の膨張係数は、チタンで８．９（×１０−６／℃）、コバールで５．２（×１０−６／℃）、インバーで０．５〜２（×１０−６／℃）、スーパーインバーで０〜１．５（×１０−６／℃）、ノビナイト（登録商標）で１〜２（×１０−６／℃）となりアルミニウムに比べて膨張係数が小さい。また、静電チャック９のセラミック材料であるＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３の膨張係数は約７（×１０−６／℃）であり基台１０と同様に膨張係数が小さくなっている。この結果、静電チャック９と基台１０の温度差による膨張又は収縮のそれぞれの量が抑制される。その結果、静電チャック９と基台１０とを接合する接合層２０にかかる負荷が低減し、接合層の剥離を防止可能となる。
また、アルミニウムと比較して低膨張係数の金属で基台１０を形成すると、アルミニウムを用いる場合と比較して熱伝導率が低下する。例えば、チタン、コバール、インバー、スーパーインバー、ノビナイト（登録商標）などを用いて基台１０を形成した場合、基台の熱伝導率は、アルミニウムを用いた場合の少なくとも１０％以下の熱伝導率になる。このことを踏まえ、上述したように、第１の実施形態では、基台１０は、基台１０の内部に、基台１０の材料と比較して熱伝導率の高い材料で形成された金属部１３０を有する。この結果、基台１０の熱伝導率を改善可能となる。
また、第１の実施形態では、接合層２０は、金属ろうを用いて形成される。すなわち、上述したように、アルミニウムを用いる場合と比較して基台１０の熱膨張率が静電チャック９の熱膨張率に近くなっており、金属ろうを用いて基台１０と静電チャック９とを強固に接合することが可能となる。
また、第１の実施形態では、基台１０は、基台１０の内部のうち静電チャック９の下部に相当する位置に金属部１３０を具備する。この結果、静電チャック９の熱を効率良く基台１０側に引き込むことが可能となる。
また、第１の実施形態では、基台１０を形成する金属は、チタン、コバール、インバー、スーパーインバー、ノビナイト（登録商標）の少なくとも１つを含む。この結果、基台１０の熱膨張率をアルミニウムと比較して低い値とすることが可能となる。
また、第１の実施形態では、熱伝導率が高い金属は、銀，銅及びアルミニウムのうち少なくとも１つを含む。この結果、金属部１３０の熱膨張率を高くすることが可能である。
また、第１の実施形態では、静電チャック９は、セラミックで形成されており、接合層２０と接合される部分に金属膜を有する。この結果、セラミックで形成された静電チャック９と接合層２０とを確実に接着することが可能となる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置について説明する。以下では、第１の実施形態に係るプラズマエッチング装置１００と同様の点については説明を省略する。
第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置は、フォーカスリング２１を有する。また、プラズマエッチング装置では、基台１０が、基台１０の内部のうちフォーカスリング２１の下部に相当する位置に金属部を具備する。
図４は、第２の実施形態における基台と接合層と静電チャックとの詳細について示す断面図である。図４に示すように、基台１０は、基台１０の内部のうちフォーカスリング２１の下部に相当する位置に金属部１３３を有する。図４に示す例では、金属部１３３が、３角形である場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、コールドスプレーで形成可能な任意の形状であって良い。例えば、金属部１３３は、２等辺３角形であり、長さが等しい２つの辺の長さが２０ｍｍであっても良い。ただし、これに限定されるものではなく、金属部１３３が３角形である場合に、２等辺３角形でなくても良く、辺の長さが２０ｍｍでなくても良い。
ここで、金属部１３３は、好ましくは、フォーカスリング２１の下部に相当する基台１０の内部において、冷媒ジャケット６に近い側に、冷媒ジャケット６に遠い側と比較して多くの金属部１３３が配置される。
金属部１３３は、例えば、コールドスプレーで形成される。例えば、基台１０は、基台１０の内部のうちフォーカスリング２１の下部に相当する位置に予め穴が設けられる。その後、金属部１３３を、基台１０に設けられた穴の内部にコールドスプレーで形成し、その後、基台１０を形成する金属で形成される金属層をコールドスプレーで金属部１３３上に形成することで、金属部１３３を基台１０の内部に埋め込む。
なお、ここで、コールドスプレーで金属部１３３を形成する際、穴に隙間が発生する場合には、隙間にネジを貫通されることで固定することで、高周波電圧が流れたりグラウンドに接続されたりするようにしても良い。
上述したように、第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置は、基台１０が、基台１０の内部のうちフォーカスリング２１の下部に相当する位置に金属部１３３を有する。この結果、フォーカスリング２１にたまる熱を効率良く冷媒ジャケット６に導くことが可能となり、フォーカスリング２１の温度を効率良く下げることが可能となる。
すなわち、基台１０のフランジ部分にはシリコンからなるフォーカスリング２１が設けられる。フォーカスリング２１は、プラズマをウエハ周辺部までに広げてウエハの周辺部のエッチング特性をウエハの面内で均一にするためのものである。フォーカスリング２１の温度は、基台１０からの冷却により調整される。ここで、上述したように、アルミニウムよりも熱伝導率が低い金属で基台１０が形成されることで、フォーカスリング２１の温度がプラズマからの入熱により高温になりやすくなる。この結果、ウエハ周辺部のエッチングレートがウエハの中央部と比較して低下することが考えられる。このことを踏まえ、第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置は、フォーカスリング２１の下側に金属部１３３を有するので、フォーカスリング２１から冷媒ジャケット６までの熱の伝わり方が改善される結果、均一にエッチング可能となる。
なお、図４に示す例では、第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置が、金属部１３３を有する場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、金属部１３３を有さなくても良い。また、上述したように、第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置の基台１０が、アルミニウムよりも熱伝導率が低い金属で形成される場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置の基台１０が、アルミニウムで形成されても良い。
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係るプラズマエッチング装置について説明する。第３の実施形態に係るプラズマエッチング装置は、実施形態の一例において、基台１０には、静電チャック９内に設けられる電極板９ｂ又はヒーター９ａへ接続される端子の取り出し口が設けられる。また、取り出し口に、プラズマ溶射により形成されたセラミック層とコールドスプレー溶射により形成された金属部分とを有する配線を有する。
図５は、第３の実施形態に係るプラズマエッチング装置における取り出し口及び金属層の一例を示す断面図である。なお、図５に示す例では、説明の便宜上、第３の実施形態に係るプラズマエッチング装置におけるヒーター９ａへ接続される端子の取り出し口及び金属層を説明する上で不要な要素について、適宜省略する。例えば、図５では、貫通穴１３ａ、ガス溜め室１３、供給管１４等については、記載を省略する。
図５に示すように、基台１０は、静電チャック９のヒーター９ａに給電する給電機構１５０を有する。また、基台支持台５は、ピン状端子１７０を有する。ここで、ヒーター９ａは、基台支持台５に設けられるピン状端子１７０と給電機構１５０が当接されることで、基台支持台５の下部から給電機構１５０を介して給電される。
基台１０には、貫通穴が形成される。また、基台１０には、貫通穴の下側端部から、基台１０の下面のうち基台支持台５においてピン状端子１７０が設けられる位置に対応する位置まで伸びる空間が形成される。すなわち、基台１０には、静電チャック９内に設けられるヒーター９ａへ接続される端子の取り出し口が設けられる。
給電機構１５０は、基台１０に形成された貫通穴内に挿入されて固定される筒状部材１５１を有する。筒状部材１５１は、絶縁性材料から構成される。筒状部材１５１は、下端部に、筒状の径が広がった径大部１５２を有する。筒状部材１５１は、筒状部材１５１が挿入される貫通穴から基台１０の下面のうち基台支持台５においてピン状端子１７０が設けられる位置に対応する位置まで伸びる空間に径大部１５２が係止されることで、貫通穴内で位置決めされた状態となる。筒状部材１５１は、例えば、接着剤等での貫通穴内に固定される。
給電機構１５０は、筒状部材１５１の内部に、インジウム等からなるヒーター９ａに接合されるヒーター側電極端子１５３が配設される。ヒーター側電極端子１５３の下側には、リード線１５４が固着されており、リード線１５４の下端部は、給電側電極端子１５５と固着される。リード線１５４は、ヒーター側電極端子１５３と給電側電極端子１５５との間で屈曲した状態で配設される。
給電側電極端子１５５は、上側に設けられた小径部１５６と、下側に設けられた大径部１５７を有する。小径部１５６は、筒状部材１５１内に挿入される。大径部１５７は、筒状部材１５１が挿入される貫通穴から基台１０の下面のうち基台支持台５においてピン状端子１７０が設けられる位置に対応する位置まで伸びる空間に係止される。
ここで、基台１０とリード線１５４との間で異常放電を生じさせないためには、筒状部材１５１の径を大きくして、基台１０とリード線１５４との間隔をある程度大きくする必要がある。しかし、このような構成とした場合、給電機構１５０全体が大型化し、基台１０に配設する貫通穴の径も大きくする必要があり、冷却効率の低下や温度均一性の低下、ひいては処理の面内均一性の低下を招く。
このことを踏まえ、第３の実施形態では、筒状部材１５１の内部には、その上側に位置する部分に絶縁性の樹脂等からなる充填材１５９が充填される。充填材１５９を充填することで、基台１０とリード線１５４等との間で異常放電が生じることを確実に防止可能となる。また、基台１０が冷却され、静電チャック９が加熱される際、基台１０は収縮し、静電チャック９は膨張する。この際、充填材１５９には、収縮及び膨張に伴って応力が加わることを踏まえ、柔軟性を有する樹脂を使用することが好ましい。
ここで、基台１０は、静電チャック９内に設けられるヒーター９ａへ接続される端子の取り出し口に、プラズマ溶射により形成されたセラミック層とコールドスプレー溶射により形成された金属部分とを有する配線を有する。図５に示す例では、給電機構１５０は、筒状部材１５１が挿入される貫通穴から基台１０の下面のうち基台支持台５においてピン状端子１７０が設けられる位置に、プラズマ溶射により形成されたセラミック層１６０と、コールドスプレー溶射により形成された金属部分１６１とを有する。ここで、金属部分１６１は、セラミック層１６０により覆われている。言い換えると、セラミック層１６０により覆われている金属部分１６１が、給電側電極端子１５５と、ピン状端子１７０とを連結する配線となる。
セラミック層１６０と金属部分１６１とで形成される配線は、例えば、基台１０にＡｌ２Ｏ３セラミックをプラズマ溶射し、次にコールドスプレー溶射により銅を用いて金属部分１６１を作成することで電極として形成し、その後、Ａｌ２Ｏ３セラミックをプラズマ溶射するサンドイッチ構造とする。
ピン状端子１７０について簡単に説明する。金属部分１６１の下面には、ピン状端子１７０が当接される。ピン状端子１７０は、絶縁性材料から円筒状に形成された管状部材１７１内に収容されている。管状部材１７１内には、コイルスプリング１７２が配設されており、このコイルスプリング１７２によって付勢されたピン状端子１７０の上側端部が、金属部分１６１の下面に押圧された状態で当接される。ピン状端子１７０と金属部分１６１とを押圧された状態で当接させた構造となっているので、確実な電気的接続状態を得ることが可能となる。
図６は、第３の実施形態における給電機構と基台と静電チャックとの位置関係を拡大して模式的に示した図である。図６に示すように、筒状部材１５１の上端部は、静電チャック９と接触しておらず、筒状部材１５１の上端部と静電チャック９の下面との間には、所定の間隙Ｃが形成される。この間隙Ｃは、０．５〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましく、略１ｍｍ程度とすることが更に好ましい。また、ヒーター側電極端子１５３の上部に形成された大径部の厚さは、静電チャック９の下側面より下方に延在しない厚さ（例えば、０．５〜１．０ｍｍ程度）とすることが好ましい。
筒状部材１５１内に充填された充填材１５９は、筒状部材１５１の上端部と静電チャック９の下面との間に形成された間隙Ｃ内にも充填された状態となる。静電チャック９の膨張と、基台１０の収縮が生じた場合は、間隙Ｃ内に充填された充填材１５９が変形することで、膨張、収縮による変形に伴う応力を吸収するようになっている。
なお、図６に示す例では、リード線１５４全体が曲折された状態となっているが、これに限定されるものではなく、充填材１５９内に収容されている部分を直線状とし、充填材１５９の外側に位置する部分を曲折させた構成としても良い。このように、リード線１５４の充填材１５９内に収容されている部分を直線状とすることで、直線状の部分において、基台１０とリード線１５４との距離を最大に保つことができる。この結果、基台１０とリード線１５４との間において異常放電が発生する可能性を、より一層低減することが可能となる。
上述した例では、ヒーター９ａを例に説明したが、これに限定されるものではなく、静電チャック９内に設けられる電極板９ｂについても、同様の構成として良い。すなわち、図１に示す例では、電極板９ｂが、導電線２５の一端側に接続され、導電線２５の他端側が給電棒２６に接続される場合を例に示したが、その際、ヒーター９ａと同様に接続されても良い。
また、図１に示すように、導電線２５と給電棒２６とが、プラズマエッチング装置１００を垂直方向に見た場合に、同じ位置に設けられる場合を例に示した。言い換えると、導電線２５と給電棒２６とが、基台１０及び基台支持台５を垂直方向に連続して貫通する場合を例に示した。ただし、これに限定されるものではなく、導電線２５が設けられる基台１０の位置と、給電棒２６が設けられる基台支持台５の位置とは、一致しない場合がある。この場合、上述したように、ヒーター９ａと同様の給電機構を用いて、導電線２５と給電棒２６とを接続して良い。
上述したように、第３の実施形態に係るプラズマエッチング装置１００は、基台１０には、静電チャック９内に設けられる電極板又は前記ヒーターへ接続される端子の取り出し口が設けられる。また、取り出し口に、プラズマ溶射により形成されたセラミック層１６０とコールドスプレー溶射により形成された金属部分１６１とを有する配線を有する。この結果、ヒーター９ａへの給電部分のオフセット（配線の延長部分）においても、配線の延長部分における接着剤の剥離なども抑制することができる。
また、貫通穴の下側端部から、基台１０の下面のうち基台支持台５においてピン状端子１７０が設けられる位置に対応する位置まで伸びる空間においても、筒状部材１５１を別途作成する手法と比較して、配線を確実かつ簡単に作成可能となる。すなわち、ピン状端子１７０が設けられる位置に対応する位置まで伸びる空間に沿って筒状部材を削りだしで作成するのは、手間がかかる。また、筒状部材を作成して接着剤で固定する場合、接着剤が劣化する可能性や、接着がうまく行われなかった場合も想定される。これに対して、第３の実施形態によれば、プラズマ溶射やコールドスプレー溶射を用いて一体形成で配線が形成されるので、隙間が生じ難く、トラブルの可能性を低減でき、高精度に配線を作成することが可能となる。
（他の実施形態）
以上、第１の実施形態〜第３の実施形態に係るプラズマエッチング装置及び制御方法について説明したが、これに限定されるものではない。以下では、他の実施形態について説明する。
例えば、金属部１３０と金属部１３３は、複数に分割されて設けられても良い。例えば、垂直方向に複数に分割されて設けられても良く、水平方向に複数に分割されても良く、任意の方向に複数に分割されて良い。このように分割することで金属部１３０や金属部１３３が膨張や収縮した場合の負荷を分散することができる。
また、例えば、基台１０の内部のうち静電チャック９の下部に相当する位置のうち、静電チャック９のエッジに相当する位置に設けられた金属部１３０の量が、静電チャック９の中心に相当する位置に設けられた金属部１３０の量と比較して大きくしても良い。
また、例えば、金属部１３０は、静電チャック９の下部に相当する位置のうち、静電チャック９のエッジに相当する位置にのみ設けても良い。
また、例えば、金属部１３０や金属部１３３は、静電チャック９又はフォーカスリング２１から冷媒ジャケット６とを結ぶように設けることで、熱を効率的に冷媒ジャケット６に導くことが可能である。
すなわち、半導体ウエハの端部は、静電チャック９上からはみ出している。この結果、半導体ウエハの端部の温度は、中心部と比較して高くなりやすい。このことを踏まえ、静電チャック９の中心に相当する位置に設けられた金属部１３０の量と比較して大きくすることで、半導体ウエハの端部の温度を中心部と比較して冷媒ジャケット６に導きやすくすることで、半導体ウエハの温度をより一定にすることが可能となる。
また、例えば、金属部は、基台１０だけでなく、基台支持台５にも設けても良い。
また、上述した実施形態では、基台１０を形成する金属よりも熱伝導率が高い金属を用いてコールドスプレー溶射により形成された金属部について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、金属部は、基台１０を形成する金属よりも熱伝導率が低い金属を用いて形成しても良い。例えば、基台がチタンで形成される場合には、チタンよりも熱伝導率が低い金属を用いて形成しても良い。チタンよりも熱伝導率が低い金属は、例えば、ジルコニアとイットニアの混合物、ニッケルとクロムとの合金などである。また、磁気やガラスを用いても良い。また、基台がアルミニウムで形成される場合には、アルミニウムよりも熱伝導率が低い金属を用いて形成しても良い。
基台１０において求められる熱伝導率は、プラズマエッチング装置によって異なる。基台１０の熱伝導率を低下させたい場合も想定される。このことを踏まえ、基台１０に、基台１０を形成する金属よりも熱伝導率が高い金属を用いてコールドスプレー溶射により形成された金属部を埋め込むことで、基台１０の熱伝導率を低下させることが可能となる。基台１０を形成する金属よりも熱伝導率が高い金属を用いてコールドスプレー溶射により形成された金属部の他の点については、金属部１３０や金属部１３３と同様であり、説明を省略する。
また、上述した第１の実施形態〜第３の実施形態、他の実施形態各々は、矛盾を生じさせない範囲で他の実施形態と組み合わせて実施しても良く、他の実施形態と組み合わせることなく単独で実施しても良い。
１ チャンバー
２ 半導体ウエハ
５ 基台支持台
６ 冷媒ジャケット
９ 静電チャック
９ａ ヒーター
９ｂ 電極板
１０ 基台
１３ａ 貫通穴
１４ 供給管
１５ プッシャーピン
１６ 貫通穴
２０ 接合層
２１ フォーカスリング
２２ シール部材
７０ チラー
７１ 流路
７２ 流路
１００ プラズマエッチング装置
１１０ 弾性部材
１２０ 付勢部材
１２１ 板状部材
１２２ ネジ部材
１３０ 金属部
１３１ 溶射膜
１３２ 絶縁被膜
１３３ 金属部
１５０ 給電機構
１５５ 給電側電極端子
１６０ セラミック層
１６１ 金属部分
１７０ ピン状端子

Claims (11)

  1. 基台と、
    前記基台の載置面に配置されて被処理体が載置される静電チャックと、
    前記基台と前記静電チャックとを接合する接合層と、
    前記静電チャック内に設けられたヒーターとを有し、
    前記基台は、
    アルミニウムよりも低い膨張係数を示す金属で形成され、溝部を有する本体部と、
    前記本体部の前記溝部に設けられ、前記金属よりも熱伝導率が高い金属部と、
    前記金属で形成され、前記金属部を覆うように前記本体部の前記溝部を塞ぐ蓋部と
    を具備することを特徴とするプラズマエッチング装置。
  2. 前記接合層は、金属ろうを用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
  3. 前記金属部は、前記本体部のうち前記静電チャックの下部に相当する位置に形成された前記溝部に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマエッチング装置。
  4. フォーカスリングを更に有し、
    前記金属部は、前記本体部のうち前記フォーカスリングの下部に相当する位置に形成された前記溝部に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
  5. 前記基台には、前記静電チャック内に設けられる電極板又は前記ヒーターへ接続される端子の取り出し口が設けられ、
    前記取り出し口に、セラミック層と金属部分とを有する配線を具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
  6. 前記本体部及び前記蓋部を形成する金属は、チタン、コバール、インバー、スーパーインバー、ノビナイト（登録商標）の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
  7. 前記熱伝導率が高い金属は、銀，銅及びアルミニウムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
  8. 前記静電チャックは、セラミックで形成されており、前記接合層と接合される部分に金属膜を具備することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
  9. 前記金属部は、複数に分割されて設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
  10. 前記本体部のうち前記静電チャックの下部に相当する位置のうち、前記静電チャックのエッジに相当する位置の前記溝部に設けられた前記金属部の量が、前記静電チャックの中心に相当する位置の前記溝部に設けられた前記金属部の量と比較して大きいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
  11. 前記金属部は、前記静電チャックの下部に相当する位置の前記溝部のうち、前記静電チャックのエッジに相当する位置にのみ設けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
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