JP6584289B2 - 基板載置台および基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板を載置する基板載置台およびそれを用いた基板処理装置に関する。
フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造過程においては、被処理基板に対して、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等の処理が行われる。
このような処理を施す基板処理装置としては、例えば、処理容器内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、下部電極として機能する金属製の基板載置台に被処理基板を載置し、チャンバー内を真空に保持した状態で、電極の少なくとも一方に高周波を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成して被処理基板に対してプラズマ処理を施すものが知られている。
このような基板処理装置の基板載置台としては、温調媒体を通流させて温調を行う第１部材と、その上に設けられた第２部材との積層構造を有するものが多用されている（例えば特許文献１）。
このような積層構造の基板載置台として、第１部材と第２部材とで異種の金属を用いるような場合、例えば、温調機構が設けられた第１部材をアルミニウムで構成し、第２部材をステンレス鋼で構成する場合がある。また、腐食などを防ぐために、第２部材の表面にセラミックス皮膜を形成する場合もある。そのような場合、加工特性やセラミックス皮膜のために、第１部材と第２部材のそれぞれの表面にはうねりが生じる。これら異種金属からなる部材間のうねりの程度が異なる場合には、部材どうしを十分に密着させることができず、これらの間に微小隙間ができてその部分で熱伝達が不十分となり、熱伝達が悪くかつ不均一となって基板載置台表面の温度にばらつきが発生してしまうことがある。
基板載置面の温度のばらつきは、両部材を連結する連結ネジの締め付けトルクを上昇させたり、連結ネジの本数を増加させたりすることで改善することが可能であるが、これらを採用した場合はメンテナンス性が悪化し、また連結ネジの本数を増加させる場合は、さらに真空シール等のため構造が複雑化し、装置コストが上昇してしまうという問題も生じる。
一方、特許文献２、３には、金属部材間に熱伝導性シートとしてゲル状ポリマーやカーボンシートを介在させて、両部材の熱伝導性を高める技術が開示されている。しかし、ゲル状ポリマーでは一度変形すると復元し難いため繰り返し使用ができずメンテナンス性が悪い。また、カーボンシートでは微小隙間に追従することができないため、微小隙間を十分に埋められず、熱伝達が不十分でかつ不均一となってしまい、基板載置台表面の温度のばらつきを解消することが困難である。また、カーボンシートの場合、切断面からの発塵の問題もある。このため、これらの技術も上記問題を解決する技術としては採用し難い。
特開２００１−２６７３０３号公報 特開２００８−１７１８９９号公報 特開２０００−２９９２８８号公報
したがって、本発明は、第１部材および第２部材間に微小隙間があっても、メンテナンス性の悪化や装置コストの増加を招くことなく、第１部材から第２部材への良好でかつ均一な熱伝達を確保することができる基板載置台およびそれを用いた基板処理装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、処理容器内で被処理基板に処理を施す基板処理装置において基板を載置する基板載置台であって、ベースとなる金属製の第１部材と、前記第１部材の上に設けられた金属製の第２部材と、前記第２部材の表面に設けられた、基板を載置する基板載置部と、前記第１部材に設けられた温調手段と、前記第１部材および前記第２部材の間に介在され、有機材料からなる弾性体で構成された弾性体シートと、前記弾性体シートが介在された状態で前記第１部材および前記第２部材の少なくとも外周を締結する締結部材とを有し、前記弾性体シートは、前記締結部材により前記第１部材および前記第２部材が締結された際に、前記第１部材および前記第２部材の間に形成される微小隙間を埋め、前記基板は矩形状をなし、前記第１部材、前記第２部材、および前記弾性体シートは、基板に対応した矩形状をなし、前記第１部材および前記第２部材の長辺に対する前記弾性体シートの長辺の比率、および前記第１部材および前記第２部材の短辺に対する前記弾性体シートの短辺の比率は、いずれも０より大きく、１より小さいことを特徴とする基板載置台を提供する。
前記第１部材および前記第２部材が異種の金属で構成されている場合に好適である。前記第１部材に接続された、高周波電力を供給するための高周波電源をさらに有してもよい。前記温調手段は、前記第１部材の内部に設けられた温調媒体流路と、温調媒体流路に温調媒体を供給する温調媒体供給部を有するものとすることができる。前記基板載置部は、基板を静電吸着するための静電チャックを有してもよい。
前記弾性体シートは、ヤング率が１〜４０ＭＰａであることが好ましく、前記弾性体シートを構成する材料が、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムであることが好ましい。
前記第１部材および前記第２部材の長辺に対する前記弾性体シートの長辺の比率、および前記第１部材および前記第２部材の短辺に対する前記弾性体シートの短辺の比率は、０．３以上、０．９以下であることがより好ましい。
前記弾性体シートは、初期の厚さをｔ０とし、前記第１部材および前記第２部材に介在されて潰した厚さをｔ１とした場合に、ｔ１／ｔ０×１００（％）で表される潰し量が５０〜７０％であることが好ましい。
前記第１部材および前記第２部材は、これらの外周部および内側部分が締結部材により締結され、これら締結部材により締結された際に形成された複数の微小隙間にそれぞれ前記弾性体シートを介在させる構成とすることもできる。
本発明の第２の観点は、被処理基板に対して処理を施すための処理容器と、前記処理容器内で基板を載置する上記第１の観点の基板載置台と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記処理容器内に導入する処理ガス導入部と、前記処理容器内を排気する排気機構とを具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。
本発明によれば、第１部材と第２部材との間に有機材料からなる弾性体で構成された弾性体シートを介在させ、締結部材により第１部材および第２部材が締結された際に、弾性体シートが第１部材および第２部材の間に形成される微小隙間を埋めるので、第１部材および第２部材間に微小隙間があっても、メンテナンス性の悪化や装置コストの増加を招くことなく、第１部材から第２部材への良好でかつ均一な熱伝達を確保することができる。このため、基板載置台の表面の温度を短時間で安定化させることができるとともに、基板載置台の表面の温度を均一にすることができる。また、弾性体シートは、弾性体であって復元性を有するため、繰り返し使用が可能であり、その点でもメンテナンス性が良好である。
本発明の第１の実施形態に係る基板載置台を用いた基板処理装置の一例であるプラズマエッチング装置を示す断面図である。 弾性体シートの形状および潰し量を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態において第１部材および第２部材の間に弾性体シートを介在せないときの基板載置台表面の温度分布例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態において第１部材および第２部材の間に弾性体シートを介在させたときの基板載置台表面の温度分布例を示す模式図である。 弾性体シートを設けない場合と、設けた場合について、基板載置台の表面温度の時間変化について実際に測定した結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る基板載置台を示す断面図である。 本発明の第２の実施例において第１部材および第２部材の間に弾性体シートを介在せないとき、および介在させたときの基板載置台表面の温度分布例を示す模式図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板載置台を用いた基板処理装置の一例であるプラズマエッチング装置を示す断面図である。
図１に示すように、このプラズマエッチング装置１は、ＦＰＤ用の矩形状ガラス基板（以下、単に「基板」と記す）Ｇに対してエッチングを行う容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。
プラズマエッチング装置１は、被処理基板である基板Ｇを収容する処理容器としてのチャンバー２を備えている。チャンバー２は、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなり、基板Ｇの形状に対応して四角筒形状に形成されている。
チャンバー２内の底壁には、アルミナ等の絶縁性セラミックスからなる絶縁部材５を介して、基板Ｇを載置するとともに、下部電極として機能する矩形状をなす基板載置台４が設けられている。基板載置台４の詳細な構造は後述する。
チャンバー２の上部または上壁には、チャンバー２内に処理ガスを供給するとともに上部電極として機能する矩形状をなすシャワーヘッド１１が、基板載置台４と対向するように設けられている。シャワーヘッド１１は、内部に処理ガスを拡散させるガス拡散空間１２が形成されているとともに、下面または基板載置台４との対向面に処理ガスを吐出する複数の吐出孔１３が形成されている。このシャワーヘッド１１は接地されており、基板載置台４とともに一対の平行平板電極を構成している。
シャワーヘッド１１の上面にはガス導入口１４が設けられ、このガス導入口１４には、処理ガス供給管１５が接続されており、この処理ガス供給管１５には、バルブ１６およびマスフローコントローラ１７を介して、処理ガス供給源１８が接続されている。処理ガス供給源１８からは、エッチングのための処理ガスが供給される。処理ガスとしては、ハロゲン系のガス、Ｏ２ガス、Ａｒガス等、通常この分野で用いられるガスを用いることができる。
チャンバー２の側壁下部には排気管１９が接続されており、この排気管１９には排気装置２０が接続されるとともに、図示しない圧力調整弁が設けられている。排気装置２０はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を排気して所定の真空度まで真空引き可能なように構成されている。チャンバー２の側壁には、基板Ｇを搬入出するための搬入出口２１が形成されているとともに、この搬入出口２１を開閉するゲートバルブ２２が設けられており、搬入出口２１の開放時に、図示しない搬送手段によって、基板Ｇのチャンバー２に対する搬入出が行われるように構成されている。
また、プラズマエッチング装置１は、プラズマエッチング装置１の各構成部を制御するためのマイクロプロセッサ（コンピュータ）を有する制御部４０を備えている。
次に、基板載置台４の詳細な構造について説明する。
基板載置台４は、絶縁部材５の上に設けられた、ベースとなる第１部材６と、第１部材６の上に設けられた第２部材７と、第２部材７の表面に設けられた基板載置部である静電チャック８と、第１部材６、第２部材７、および静電チャック８の側壁を覆う側壁絶縁部材９とを有している。第１部材６、第２部材７および静電チャック８は基板Ｇの形状に対応した矩形状をなし、基板載置台４の全体が四角板状または柱状に形成されている。第１部材６および第２部材７はいずれも金属製であり、これらは異種の金属からなっている。例えば第１部材６はアルミニウムからなり、第２部材７はステンレス鋼からなる。第１部材６と第２部材７との間には、弾性体シート３０が介装されており、第１部材６と第２部材７とは外周が締結部材としての複数の外周ネジ３１により締結されている。
第１部材６には、温調媒体として冷却媒体を通流させる冷媒流路３２が設けられており、冷媒流路３２には温調媒体供給部であるチラー３３から冷却媒体が循環供給されるようになっている。これにより、第１部材６が所定温度に温調され、第１部材６から弾性体シート３０を介して第２部材７に熱伝達され、第２部材７を介して基板Ｇが冷却されるようになっている。
また、第１部材６には、高周波電力を供給するための給電線２３が接続されており、この給電線２３には整合器２４および高周波電源２５が接続されている。高周波電源２５からは例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が第１部材６に供給され、上部電極として機能するシャワーヘッド１１との間に高周波電界が形成されて処理ガスのプラズマが生成されるようになっている。
第２部材７は上部が凸状をなし、その凸状部に静電チャック８が形成されている。静電チャック８は、絶縁体からなる本体３４と、本体３４の内部に、基板Ｇの面内方向（すなわち水平方向）に沿って設けられた吸着電極３５とを有する。吸着電極３５は板状、膜状、格子状、網状等種々の形態をとることができる。吸着電極３５には、給電線３６を介して直流電源３７が接続されており、吸着電極３５に直流電圧が印加されるようになっている。吸着電極３５への給電は、スイッチ３８でオンオフされるようになっている。そして、吸着電極３５へ直流電圧を印加することにより、静電吸着力により基板Ｇが吸着される。
側壁絶縁部材９と静電チャック８の本体３４は、アルミナ等の絶縁性セラミックスで構成されている。
基板載置台４には、基板Ｇの受け渡しを行うための複数のリフタピン（図示せず）が基板載置台４の上面（すなわち静電チャック８の上面）に対して突没可能に設けられており、基板Ｇの受け渡しは、基板載置台４の上面から上方に突出した状態のリフタピンに対して行われる。また、基板載置台４に基板Ｇが載置された状態で、基板Ｇと基板載置台４との間に熱伝達のための伝熱ガスが供給されるようになっている。伝熱ガスとしては熱伝達性の高いＨｅガスを好適に用いることができる。
弾性体シート３０は、基板載置台４の形状に対応した矩形状をなしており、有機材料からなる弾性体で構成されている。このため、弾性体シート３０は、弾性変形しやすく、第１部材６および第２部材７の外周部を外周ネジ３１により締め付けた際に比較的容易に潰れ、第１部材６の上面および第２部材７の形状に応じて変形する。このため、第１部材６および第２部材７の間に形成される微小隙間を埋め、第１部材６および第２部材７に密着する。また、弾性体シート３０は、弾性体であるため、外周ネジ３１の締め付けを解除した際には元の形状に復元する。
このように、弾性体シート３０は、第１部材６と第２部材７との間の微小隙間を埋め、第１部材６および第２部材７に密着するので、第１部材６と第２部材７との間の熱伝達が良好でかつ均一になり、基板載置台４の表面（基板載置面）の温度を短時間で均一にすることができる。また、弾性体シート３０は変形した後に元の形状に復元するので繰り返し使用が可能である。
このように微小隙間を埋める観点から、弾性体シート３０のヤング率が低い方が好ましく、１〜４０ＭＰａの範囲が好ましい。より好ましくは１〜１０ＭＰａの範囲である。また、弾性体シート３０は、取扱い性、耐熱性、耐寒性、耐薬品性がよいことが好ましい。このような観点から、弾性体シート３０を構成する材料として、シリコーンゴムやフッ素ゴムが好適である。これらはいずれもヤング率が１〜４０ＭＰａの範囲であり、一般的に用いられるものでは１〜１０ＭＰａであって、好適なヤング率を有しており、弾力性が良好である。また、これらは取扱性もよく、使用温度範囲についてはシリコーンゴムが−７０〜２００℃、フッ素ゴムが−１０〜２３０℃であり、いずれも耐熱性、耐寒性にも優れている。
基板載置台４においては、第１部材６に高周波（ＲＦ）電力が印加されるため、表皮効果によるＲＦ経路を確保する観点から、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、弾性体シート３０の各辺の長さを基板載置台４の第１部材６および第２部材７の各辺の長さよりも短くする。また、図２（ｂ）に示すように、弾性体シート３０の長辺の長さをａ、短辺の長さをｂとし、第１部材６および第２部材７の長辺の長さをｃ、短辺の長さをｄとしたとき、表皮効果によるＲＦ経路を十分に確保する観点から、ａ／ｃ＜１、ｂ／ｄ＜１とすることが好ましく、また、ａ／ｃ≦０．９、ｂ／ｄ≦０．９とすることがより好ましい。また、第１部材６と第２部材７との間の熱伝達がより良好にかつ均一になされるためには、ａ／ｃ＞０、ｂ／ｄ＞０とすることが好ましく、また、ａ／ｃ≧０．３、ｂ／ｄ≧０．３とすることがより好ましい。すなわち、第１部材６および第２部材７の長辺に対する弾性体シート３０の長辺の比率、および第１部材６および第２部材７の短辺に対する弾性体シート３０の短辺の比率は、いずれも０．３以上、０．９以下であることが好ましい。
また、弾性体シート３０は、潰れることにより第１部材６と第２部材７との微小隙間を埋めるが、図２（ｃ）に示すように、初期厚さをｔ０、潰した厚さをｔ１とした場合に、ｔ１／ｔ０×１００（％）で表される潰し量が少ないと、第１部材６と第２部材７との微小隙間を埋め込み難くなる傾向にある。また、潰し量が多過ぎると外周ネジ３１の締め付け力が過大になってしまう。このため、弾性体シート３０の潰し量は、５０％以上、７０％以下が好ましい。また、弾性体シート３０の初期厚さｔ０は０．３〜０．５ｍｍであることが好ましい。弾性体シート３０が０．３ｍｍ以下では微小隙間を十分に埋めることができず、また、０．５ｍｍより厚いと外周ネジ３１の締め付け力が大きくなりすぎる。
次に、以上のように構成されたプラズマエッチング装置１における処理動作について説明する。以下の処理動作は制御部４０の制御のもとに行われる。
まず、排気装置２０によってチャンバー２内を排気して所定の圧力とし、ゲートバルブ２２を開放して搬入出口２１から図示しない搬送手段によって基板Ｇを搬入し、図示しないリフタピンを上昇させた状態でその上に基板Ｇを受け取り、リフタピンを下降させることにより基板載置台４上に基板Ｇを載置させる。搬送手段をチャンバー２から退避させた後、ゲートバルブ２２を閉じる。
この状態で、圧力調整弁によりチャンバー２内の圧力を所定の真空度に調整するとともに、処理ガス供給源１８から、処理ガス供給管１５およびシャワーヘッド１１を介して処理ガスをチャンバー２内に供給する。
そして、高周波電源２５から整合器２４を介して基板載置台４の第１部材６に高周波（ＲＦ）電力を印加し、下部電極としての基板載置台４と上部電極としてのシャワーヘッド１１との間に高周波電界を生じさせてチャンバー２内の処理ガスをプラズマ化させる。この際に、直流電源３７から静電チャック８の吸着電極３５に直流電圧を印加することにより、基板Ｇはプラズマを介してクーロン力により基板載置台４の表面の基板載置面に吸着固定される。
この状態で、チャンバー２内のプラズマにより、基板Ｇのエッチング処理が進行する。
このとき、第１部材６の冷媒流路３２にチラー３３から所定の温度の冷却媒体を循環供給して基板載置台４を温調し、基板Ｇの温度を制御する。
ところで、基板載置台４の第１部材６と第２部材７とは金属材料を加工して製作されるため、その表面にうねりが生じる。例えば、一辺の長さが１ｍ以上の場合、うねりの製作誤差が０．１ｍｍ程度ある。また、第２部材７の表面に静電チャック８が設けられることによっても第２部材７の表面にうねりが生じる。第１部材６と第２部材７が異種金属のため加工仕上げの精度が異なることや、第２部材７の表面のみに静電チャック８が設けられることなどから、第１部材６と第２部材７の表面にはうねりの差が生じる。このため、従来のように第１部材６と第２部材７を直接ネジで締結すると、部材間に微小隙間が生じる。微小隙間内は真空であるため、微小隙間が大きい部分は熱伝達性が悪く、逆に、微小隙間が小さい部分は熱伝達性が良い。したがって、微小隙間により熱伝達が悪くなって基板載置台４の表面温度が安定するまでに時間がかかるとともに、第１部材６と第２部材７の間で微小隙間が不均一に存在する場合には、第１部材６から第２部材７への熱伝達が不均一となり、基板載置台４の表面（基板載置面）の面内温度にばらつきが生じる。
例えば、図３（ａ）のように、中央部の微小隙間の間隔が大きい場合の基板載置台４の表面の温度は、ネジ止めしている周縁部（エッジ）では高くなり、隙間が大きい中央部（センター）では低くなり、中間部（ミドル）では中間温度となる。そして、隙間が大きい中央部では熱伝達が悪く、温度が安定するまで時間がかかり、また、面内温度にばらつきが生じる。逆に、図３（ｂ）のように、中央部の微小隙間が小さい場合の基板載置台４の表面の温度は、ネジ止めされている周縁部（エッジ）では高くなり、隙間が小さい中央部（センター）でも高くなり、中間部（ミドル）では図３（ａ）の場合と同様の中間温度となる。このように、図３（ｂ）の場合も、図３（ａ）よりは小さいがやはり面内温度にばらつきが生じる。
基板Ｇが載置される基板載置台４の表面温度のばらつきが大きい場合は、基板処理時のエッチングレートの分布に不均一が生じる。また隙間が大きい部分では温度が安定するまでに時間がかかり、処理時間への影響が発生したりする。また、基板載置台４によって、例えば、図３（ａ）の場合と図３（ｂ）の場合のように、第１部材６および第２部材７のうねり（反り）に個体差がある場合は、装置によって温度分布が異なり装置間差の要因となる。
基板載置台４の表面（基板載置面）の温度のばらつきは、両部材を連結するネジの締め付けトルクを上昇させたり、ネジの本数を増加させたりすることで改善することが可能であるが、これらを採用した場合はメンテナンス性が悪化し、また連結ネジの本数を増加させる場合は装置コストが上昇してしまうという問題も生じる。
そこで、本実施形態では、基板載置台４において、第１部材６と第２部材７との間に弾性体シート３０を介在させる。弾性体シート３０は、基板載置台４の形状に対応した矩形状をなしており、有機材料からなる弾性体（典型的にはゴム）で構成されている。このため、弾性体シート３０は、弾性変形しやすく、第１部材６および第２部材７の外周部を外周ネジ３１により締め付けた際に比較的容易に潰れ、第１部材６の上面および第２部材７の形状に応じて変形する。このため、第１部材６および第２部材７の間に形成される微小隙間を埋め、第１部材６および第２部材７に密着する。また、弾性体シート３０は、弾性体であるため、外周ネジ３１の締め付けを解除した際には元の形状に復元する。
このように、第１部材６と第２部材７とを外周ネジ３１で締結した際に、弾性体シート３０が変形してこれらの間の微小隙間を埋め、第１部材６および第２部材７に密着するので、この弾性体シート３０がバッファ層として機能し、第１部材６と第２部材７との間の熱伝達が均一になり、基板載置台４の基板載置面の温度を均一にすることができる。また微小隙間の部分の熱伝達が良好になるため、基板載置台４の表面の温度が安定化するまでの時間を短縮することもできる。また、第１部材６と第２部材７のうねり（反り）にバラツキがあっても、弾性体シート３０が両部材に密着することにより、基板載置台４の表面（基板載置面）の温度の個体差をなくすことができる。例えば、図３（ａ）の場合と図３（ｂ）の場合のように、第１部材６および第２部材７のうねり（反り）が異なる場合であっても、図４（ａ）および図４（ｂ）のように弾性体シート３０を介在させることにより、両者の基板載置台４の表面の温度を均一にすることができ、しかも、両者の表面温度自体の値や温度安定化までの時間も同等にすることができる。
また、弾性体シート３０は、弾性体であって復元性を有するため、繰り返し使用が可能であり、良好なメンテナンス性を確保することができる。
このように、本実施形態によれば、第１部材６と第２部材７との間に弾性体シート３０を介在させることにより、第１部材６から第２部材７へ良好かつ均一に熱伝達することができ、基板載置台４の表面の温度を短時間で安定化させることができるとともに、基板載置台４の表面の温度を均一にすることができる。このため、締結ネジの過剰なトルクアップやネジの本数の増加を行う必要がなく、それにともなうメンテナンス性の悪化や装置コストの増加を招くことがない。また、弾性体シート３０は繰り返し使用できるので、その点でもメンテナンス性が良好である。
弾性体シート３０により第１部材６と第２部材７の微小隙間を容易に埋めるためには、弾性体シート３０のヤング率が低い方が好ましく、１〜４０ＭＰａの範囲が好ましい。より好ましくは１〜１０ＭＰａである。また、弾性体シート３０は、取扱い性、耐熱性、耐寒性がよいことが好ましい。これらを考慮すると弾性体シート３０としてはシリコーンゴムやフッ素ゴムが好適である。これらはいずれもヤング率が１〜４０ＭＰａの範囲であり、一般的に用いられるものでは１〜１０ＭＰａであって、好適なヤング率を有しており、弾力性が良好である。また、これらは取扱性もよく、使用温度範囲についてはシリコーンゴムが−７０〜２００℃、フッ素ゴムが−１０〜２３０℃でありいずれも耐熱性、耐寒性にも優れている。
第１部材６と第２部材７との間に介在させるシートとして、特許文献２に記載されたような放熱ゲルシート（ゲル状ポリマー）を設ける場合には、変形しやすく、熱伝導率が２．１Ｗ／ｍＫと高いため、良好で均一な熱伝達を達成することができるが、弾性体でないため、一度変形すると復元せず、繰り返し使用が困難であり、メンテナンス性が悪く、取扱い性も悪い。また、第１部材６と第２部材７との間に介在させるシートとして金属材料を用いると熱伝導率が高く、例えばアルミニウム（Ａ５０５２）やステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）ではそれぞれ２３８Ｗ／ｍＫ、１６．７Ｗ／ｍＫであり、第１部材６と第２部材７とに接する部分の熱伝達性は非常に高くなるが、金属材料はヤング率が非常に高く、例えばアルミニウムやステンレス鋼ではそれぞれ７００００ＭＰａ、１９３０００ＭＰａであり、変形し難い。このため、第１部材６と第２部材７との間の微小隙間を埋めることができず、熱伝達の均一性を確保することができない。特許文献３に記載されたカーボンシートを用いた場合も同様である。
弾性体シート３０として好適なシリコーンゴムやフッ素ゴムは、熱伝導率がそれぞれ０．２４Ｗ／ｍＫ、０．２３Ｗ／ｍＫであり、放熱ゲルシートや金属材料の熱伝導率よりも小さい。しかし、本実施形態では弾性体シート３０は第１部材６および第２部材７に密着して、真空状態で熱伝導率の低い微小隙間をなくし、熱伝達の均一性を確保するものであり、さほど大きな熱伝導率は要求されない。０．２４Ｗ／ｍＫという値自体は伝熱ガスとして用いられるＨｅガスの熱伝導率である０．１４Ｗ／ｍＫよりも高く、第１部材６および第２部材７に密着して良好でかつ均一な熱伝達を確保するためには十分な値である。
なお、テフロン（登録商標）等の樹脂はシリコーンゴムやフッ素ゴムと同様、有機材料で構成され、取扱い性が良好であるが、ヤング率が５００ＭＰａと高いため、第１部材６および第２部材７の微小隙間を埋めることができず、弾性体シート３０として用いることが困難である。
また、基板載置台４においては、弾性体シート３０の各辺の長さが基板載置台４の第１部材６および第２部材７の各辺の長さよりも短いので、第１部材６に印加された高周波（ＲＦ）電力が印加された場合に、表皮効果によるＲＦ経路を確保することができる。また、弾性体シート３０の長辺の長さをａ、短辺の長さをｂとし、第１部材６および第２部材７の長辺の長さをｃ、短辺の長さをｄとしたとき、ａ／ｃ＜１、ｂ／ｄ＜１、より好ましくはａ／ｃ≦０．９、ｂ／ｄ≦０．９とすることにより、表皮効果によるＲＦ経路を十分に確保することができる。また、ａ／ｃ＞０、ｂ／ｄ＞０、より好ましくは、ａ／ｃ≧０．３、ｂ／ｄ≧０．３とすることにより、第１部材６と第２部材７との間の熱伝達の均一性を高めることができる。
また、弾性体シート３０は、潰れることにより第１部材６と第２部材７との微小隙間を埋めるが、初期厚さをｔ０、潰した厚さをｔ１とした場合に、ｔ１／ｔ０×１００（％）で表される潰し量を５０％以上、７０％以下とすることが好ましい。潰し量を５０％以上とすることで、第１部材６と第２部材７との微小隙間を埋め込みやすくなり、また、潰し量を７０％以下とすることにより、外周のネジの締め付け力を過剰に大きくする必要がない。また、弾性体シート３０の初期厚さｔ０は０．３〜０．５ｍｍであることが好ましい。この範囲であれば、弾性体シート３０が微小空間を十分に埋めることができ、ネジの締め付け力が大きくなりすぎることがない。
次に、弾性体シート３０を設けない場合と、設けた場合について、基板載置台４の表面温度の時間変化について実際に測定した結果について説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、プラズマを着火した後の基板載置台表面温度の時間変化を示す図で、周縁部（エッジ）、中央部（センター）、中間部（ミドル）の温度を示すものであり、図５（ａ）は図３（ａ）に示す中央部の微小隙間の間隔が大きく弾性体シートを設けない場合、図５（ｂ）は図４（ａ）に示す中央部の微小隙間の間隔が大きく弾性体シートを設けた場合を示す。
弾性体シートを設けない場合は、図５（ａ）に示すように、第１部材と第２部材との間の熱伝達が悪くかつ熱伝達が不均一なことで、温度が安定するまでの時間が長く、温度が安定した後の面内均一性も悪い。これに対して、弾性体シートを設けた場合は、図５（ｂ）に示すように、第１部材と第２部材との間の熱伝達が良好になり、しかも熱伝達が均一になるため、温度が安定するまでの時間が短縮され、温度が安定した後の面内均一性も良好となる。
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態に係る基板載置台を示す断面図である。本実施形態では、大型基板を載置するための基板載置台の例であり、第１部材６および第２部材７の間は、締結部材として、外周ネジ３１の他、内側部分に第１部材６の裏面側からの内側ネジ４１を有しており、第１部材６および第２部材７は、外周ネジ３１と内側ネジ４１で締結されている。
このとき、第１部材６と第２部材７とを外周ネジ３１と内側ネジ４１で直接締結すると、締結部以外の部分に微小隙間が発生してしまう場合がある。例えば、図７（ａ）に示すように、外周ネジ３１と内側ネジ４１との間の部分および内側ネジ４１と内側ネジ４１との間の部分に微小隙間が生じる。この場合は、外周ネジ３１および内側ネジ４１の締結部は熱伝達が良好で、その間の微小隙間の部分は熱伝達が悪くなる。このため、基板載置台４の表面温度は、締結部に対応する部分では高くなり、微小隙間に対応する部分は低くなる。
そこで、本実施形態では、基板載置台４の構成部材である第１部材６および第２部材７の間の微小隙間が発生する部分、すなわち外周ネジ３１と内側ネジ４１との間の部分、および内側ネジ４１と内側ネジ４１との間の部分に、それぞれ弾性体シート３０′を部分的に挿入する。弾性体シート３０′は第１の実施形態の弾性体シート３０と同様に構成される。
このように、弾性体シート３０′を第１部材６および第２部材７の間の微小隙間が発生する部分に介在させた状態で外周ネジ３１および内側ネジ４１により第１部材６および第２部材７を締結することにより、弾性体シート３０′が第１部材６および第２部材７に密着された状態となる。
このため、この弾性体シート３０′がバッファ層として機能し、第１部材６と第２部材７との間の熱伝達が均一になり、図７（ｂ）に示すように、基板載置台４の基板載置面の温度を均一にすることができる。また微小隙間の部分の熱伝達が良好になるため、基板載置台４の表面の温度が安定化するまでの時間を短縮することもできる。
このとき、各部分における各辺の長さに対する、その部分に対応する弾性体シート３０′の各辺の比率は、０よりも大きく、１よりも小さいことが好ましく、また、０．３以上、０．９以下であることがより好ましい。
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、本発明の基板載置台を平行平板型プラズマエッチング装置の下部電極として機能する基板載置台に適用した例について説明したが、これに限らず、誘導結合型等の他のプラズマ生成手段を用いたプラズマエッチング装置の基板載置台に適用してもよく、またプラズマエッチングに限らず、プラズマアッシング、プラズマＣＶＤ等の他のプラズマ処理装置の基板載置台に適用可能である。さらに、本発明は、プラズマ処理装置に限らず、基板を基板載置台に載置して処理する基板処理装置全般に適用可能である。
また、上記実施形態では、温調手段として第１部材に設けられた冷媒流路に冷却媒体を通流させるものを示したが、通流する媒体は冷却媒体に限らず、加熱媒体であってもよく、また、このような温調媒体を用いるものに限らず、熱電素子やヒーターを用いた温調手段であってもよい。
さらに、上記実施形態としては、基板載置部として静電チャックを設けた例を示したが、第２部材の表面自体が基板載置部であってもよい。
さらにまた、上記実施形態では本発明をＦＰＤ用のガラス基板に適用した例について説明したが、ＦＰＤ用のガラス基板以外の矩形基板を載置する矩形状の基板載置台全般に好適に用いることができる。また、矩形基板に限らず、半導体基板等、他の基板を載置する基板載置台に適用可能であることはいうまでもない。
１；プラズマエッチング装置（基板処理装置）
２；チャンバー（処理容器）
４；基板載置台
５；絶縁部材
６；第１部材
７；第２部材
８；静電チャック
９；側壁絶縁部材
１１；シャワーヘッド
１５：処理ガス供給管
１８：処理ガス供給源
１９：排気管
２０：排気装置
２１；搬入出口
２５；高周波電源
３０，３０′；弾性体シート
３１；外側ネジ
３２；冷媒流路
３３；チラー
３７；直流電源
４０；制御部
４１；内側ネジ
Ｇ；基板

Claims (11)

  1. 処理容器内で被処理基板に処理を施す基板処理装置において基板を載置する基板載置台であって、
    ベースとなる金属製の第１部材と、
    前記第１部材の上に設けられた金属製の第２部材と、
    前記第２部材の表面に設けられた、基板を載置する基板載置部と、
    前記第１部材に設けられた温調手段と、
    前記第１部材および前記第２部材の間に介在され、有機材料からなる弾性体で構成された弾性体シートと、
    前記弾性体シートが介在された状態で前記第１部材および前記第２部材の少なくとも外周を締結する締結部材と
    を有し、
    前記弾性体シートは、前記締結部材により前記第１部材および前記第２部材が締結された際に、前記第１部材および前記第２部材の間に形成される微小隙間を埋め、
    前記基板は矩形状をなし、前記第１部材、前記第２部材、および前記弾性体シートは、基板に対応した矩形状をなし、
    前記第１部材および前記第２部材の長辺に対する前記弾性体シートの長辺の比率、および前記第１部材および前記第２部材の短辺に対する前記弾性体シートの短辺の比率は、いずれも０より大きく、１より小さいことを特徴とする基板載置台。
  2. 前記第１部材および前記第２部材は、異種の金属で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板載置台。
  3. 前記第１部材に接続された、高周波電力を供給するための高周波電源をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板載置台。
  4. 前記温調手段は、前記第１部材の内部に設けられた温調媒体流路と、温調媒体流路に温調媒体を供給する温調媒体供給部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板載置台。
  5. 前記基板載置部は、基板を静電吸着するための静電チャックを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の基板載置台。
  6. 前記弾性体シートは、ヤング率が１〜４０ＭＰａであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板載置台。
  7. 前記弾性体シートを構成する材料が、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムであることを特徴とする請求項６に記載の基板載置台。
  8. 前記第１部材および前記第２部材の長辺に対する前記弾性体シートの長辺の比率、および前記第１部材および前記第２部材の短辺に対する前記弾性体シートの短辺の比率は、いずれも０．３以上、０．９以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板載置台。
  9. 前記弾性体シートは、初期の厚さをｔ０とし、前記第１部材および前記第２部材に介在されて潰した厚さをｔ１とした場合に、ｔ１／ｔ０×１００（％）で表される潰し量が５０〜７０％であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の基板載置台。
  10. 前記第１部材および前記第２部材は、これらの外周部および内側部分が締結部材により締結され、これら締結部材により締結された際に形成された複数の微小隙間にそれぞれ前記弾性体シートを介在させることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の基板載置台。
  11. 被処理基板に対して処理を施すための処理容器と、
    前記処理容器内で基板を載置する請求項１から請求項１０のいずれかに記載された基板載置台と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
    前記処理ガス供給機構から供給された前記処理ガスを前記処理容器内に導入する処理ガス導入部と、
    前記処理容器内を排気する排気機構と
    を具備することを特徴とする基板処理装置。
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