JP7133992B2 - 基板載置台及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、基板載置台及び基板処理装置に関する。
特許文献１には、金属製の基材と、基板を吸着する静電チャックとを有し、基材の少なくとも静電チャックと接触する部分が、マルテンサイト系ステンレス鋼もしくはフェライト系ステンレス鋼により構成されている基板載置台が開示されている。特許文献１に開示の基板載置台とこの基板載置台を備えた基板処理装置によれば、基材と静電チャックの熱膨張差に起因する静電チャックの破損を防止することができる。
特開２０１７－１４７２７８号公報
本開示は、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display、以下、「ＦＰＤ」という）の製造過程においてＦＰＤ用の基板に対してエッチング処理等を行うに当たり、面内均一性の高い処理を行うのに有利な基板載置台及び基板処理装置を提供する。
本開示の一態様による基板載置台は、
処理容器内で基板を処理するに際し、前記基板を載置して温調する基板載置台であって、
隙間を介して隔てられた複数の金属製の分離プレートにより形成された第１プレートと、
それぞれの前記分離プレートに接して、前記第１プレートよりも低い熱伝導率を有する金属製の第２プレートと、を有し、
それぞれの前記分離プレートは、固有の温調を行う温調部を内蔵している。
本開示によれば、ＦＰＤ用の基板に対してエッチング処理等を行うに当たり、面内均一性の高い処理を行う基板載置台及び基板処理装置を提供することができる。
実施形態に係る基板載置台と基板処理装置の一例を示す断面図である。 図１のII－II矢視図であって、第１プレートの横断面図である。 図１のIII－III矢視図であって、第１プレートを下方から見た図である。 第１プレートの一例を模擬した平面図である。 第１プレートの他の例を模擬した平面図である。 第１プレートのさらに他の例を模擬した平面図である。 第１プレートのさらに他の例を模擬した平面図である。 温度解析にて用いた基板載置台モデルの側面図である。 図５ＡのＢ－Ｂ矢視図であって、第１プレートモデルの横断面図である。 図５ＢにおけるＢ－Ａ線上における温度解析結果を示す図である。 図５ＢにおけるＯ－Ｃ線上における温度解析結果を示す図である。 エッチングレート及び選択比を検証する実験において適用した基板載置台の平面図を模擬した図である。 ＳｉＮ膜のエッチングレートの温度依存性に関する実験結果を示すグラフである。 ＳｉＯ膜のエッチングレートの温度依存性に関する実験結果を示すグラフである。 Ｓｉ膜のエッチングレートの温度依存性に関する実験結果を示すグラフである。 ＳｉＯ／Ｓｉ選択比の温度依存性に関する実験結果を示すグラフである。
以下、本開示の実施形態に係る基板載置台及び基板処理装置について、添付の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、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
［実施形態］
＜基板処理装置及び基板載置台＞
はじめに、本開示の実施形態に係る基板処理装置と基板処理装置を構成する基板載置台の一例について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、実施形態に係る基板載置台と基板処理装置の一例を示す断面図である。また、図２は、図１のII－II矢視図であって、第１プレートの横断面図であり、図３は、図１のIII－III矢視図であって、第１プレートを下方から見た図である。
図１に示す基板処理装置１００は、ＦＰＤ用の平面視矩形の基板（以下、単に「基板」という）Ｇに対して、各種の基板処理を行う誘導結合型プラズマ（Inductive Coupled Plasma: ＩＣＰ）処理装置である。基板Ｇの材料としては主にガラスが用いられ、用途によっては透明の合成樹脂などが用いられることもある。ここで、基板処理には、エッチング処理や、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜処理等が含まれる。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display: ＬＣＤ）やエレクトロルミネセンス（Electro Luminescence: ＥＬ）、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel;ＰＤＰ）等が例示される。また、ＦＰＤ用基板の平面寸法は世代の推移と共に大規模化しており、基板処理装置１００によって処理される基板Ｇの平面寸法は、例えば、第６世代の1500mm×1800mm程度の寸法から、第１０世代の2800mm×3000mm程度の寸法までを少なくとも含む。また、基板Ｇの厚みは０．５ｍｍ乃至数ｍｍ程度である。
図１に示す基板処理装置１００は、直方体状の箱型の処理容器１０と、処理容器１０内に配設されて基板Ｇが載置される平面視矩形の外形の基板載置台６０と、制御部９０とを有する。
処理容器１０は誘電体板１１により上下２つの空間に区画されており、上側空間はアンテナ室１２となり、下方空間は処理室を形成するチャンバー１３となる。処理容器１０において、チャンバー１３とアンテナ室１２の境界となる位置には矩形環状の支持枠１４が処理容器１０の内側に突設するようにして配設されており、支持枠１４に誘電体板１１が載置されている。処理容器１０は、接地線１３ｃにより接地されている。
処理容器１０はアルミニウム等の金属により形成されており、誘電体板１１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスや石英にて形成されている。
チャンバー１３の側壁１３ａには、チャンバー１３に対して基板Ｇを搬出入するための搬出入口１３ｂが開設されており、搬出入口１３ｂはゲートバルブ２０により開閉自在となっている。チャンバー１３には搬送機構を内包する搬送室（いずれも図示せず）が隣接しており、ゲートバルブ２０を開閉制御し、搬送機構にて搬出入口１３ｂを介して基板Ｇの搬出入が行われる。
また、チャンバー１３の底部には複数の排気口１３ｄが開設されており、排気口１３ｄにはガス排気管５１が接続され、ガス排気管５１は開閉弁５２を介して排気装置５３に接続されている。ガス排気管５１、開閉弁５２及び排気装置５３により、ガス排気部５０が形成される。排気装置５３はターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有し、プロセス中にチャンバー１３内を所定の真空度まで真空引き自在となっている。尚、チャンバー１３の適所に圧力計（図示せず）が設置されており、圧力計によるモニター情報が制御部９０に送信されるようになっている。
誘電体板１１の下面において、誘電体板１１を支持するための支持梁が設けられており、支持梁はシャワーヘッド３０を兼ねている。シャワーヘッド３０は、アルミニウム等の金属により形成されており、陽極酸化による表面処理が施されていてよい。シャワーヘッド３０内には、水平方向に延設するガス流路３１が形成されており、ガス流路３１には、下方に延設してシャワーヘッド３０下方にある処理空間Ｓに臨むガス吐出孔３２が連通している。
誘電体板１１の上面にはガス流路３１に連通するガス供給管４１が接続されており、ガス供給管４１は処理容器１０の天板を気密に貫通し、処理ガス供給源４４に接続されている。ガス供給管４１の途中位置には開閉バルブ４２とマスフローコントローラのような流量制御器４３が介在している。ガス供給管４１、開閉バルブ４２、流量制御器４３及び処理ガス供給源４４により、処理ガス供給部４０が形成される。尚、ガス供給管４１は途中で分岐しており、各分岐管には開閉バルブと流量制御器、及び処理ガス種に応じた処理ガス供給源が連通している（図示せず）。プラズマ処理においては、処理ガス供給部４０から供給される処理ガスがガス供給管４１を介してシャワーヘッド３０に供給され、ガス吐出孔３２を介して処理空間Ｓに吐出される。
アンテナ容器１２内には、高周波アンテナ１５が配設されている。高周波アンテナ１５は、銅やアルミニウム等の良導電性の金属から形成されるアンテナ線１５ａを、環状もしくは渦巻き状に巻装することにより形成される。例えば、環状のアンテナ線１５ａを多重に配設してもよい。
アンテナ線１５ａの端子にはアンテナ室１２の上方に延設する給電部材１６が接続されており、給電部材１６の上端には給電線１７が接続され、給電線１７はインピーダンス整合を行う整合器１８を介して高周波電源１９に接続されている。高周波アンテナ１５に対して高周波電源１９から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより、チャンバー１３内に誘導電界が形成される。この誘導電界により、シャワーヘッド３０から処理空間Ｓに供給された処理ガスがプラズマ化されて誘導結合型プラズマが生成され、プラズマ中のイオンが基板Ｇに提供される。高周波電源１９はプラズマ発生用のソース源であり、以下で詳説するように基板載置台６０に接続されている高周波電源７３（電源の一例）は、発生したイオンを引き付けて運動エネルギを付与するバイアス源となる。このように、イオンソース源には誘導結合を利用してプラズマを生成し、別電源であるバイアス源を基板載置台６０に接続してイオンエネルギの制御を行うことより、プラズマの生成とイオンエネルギの制御が独立して行われ、プロセスの自由度を高めることができる。高周波電源１９から出力される高周波電力の周波数は、０．１乃至５００ＭＨｚの範囲内で設定されるのが好ましい。
次に、基板載置台６０について説明する。図１に示すように、基板載置台６０は、複数の分離プレート６１ａ、６１ｂにより形成された金属製の第１プレート６１と、それぞれの分離プレート６１ａ，６１ｂに接する１枚の金属製の第２プレート６３とを有する。第１プレート６１を形成する各分離プレート６１ａ，６１ｂは隙間６６を介して分離されており、各分離プレート６１ａ，６１ｂを電気的に接続するように１枚の第２プレート６３が各分離プレート６１ａ、６１ｂの上面に接続されている。
第２プレート６３の平面視形状は矩形であり、基板載置台６０に載置されるＦＰＤと同程度の平面寸法を有する。例えば、図２に示す第１プレート６１は、載置される基板Ｇと同程度の平面寸法を有し、長辺の長さｔ２は1800mm乃至3000mm程度であり、短辺の長さｔ３は1500mm乃至2800mm程度の寸法に設定できる。この平面寸法に対して、第１プレート６１と第２プレート６３の厚みの総計は、例えば50mm乃至100mm程度となり得る。
各分離プレート６１ａ、６１ｂを電気的に接続する第２プレート６３は、第１プレート６１（を形成する分離プレート６１ａ、６１ｂ）よりも低い熱伝導率を有する金属製のプレートである。例えば、第１プレート６１（を形成する分離プレート６１ａ、６１ｂ）は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金から形成される。一方、第２プレート６３は、ステンレス鋼から形成される。
第１プレート６１の形成材料であるアルミニウムは熱伝導率の高い金属材料であり、ＪＩＳ規格として、Ａ５０５２、Ａ６０６１、Ａ１１００等が挙げられる。Ａ５０５２の熱伝導率は１３８Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ａ６０６１の熱伝導率は１８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ａ１１００の熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋである。
一方、第２プレート６３の形成材料であるステンレス鋼は熱伝導率の低い金属材料である。ステンレス鋼には、マルテンサイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼が含まれる。
マルテンサイト系ステンレス鋼は、金属組織が主としてマルテンサイト相からなり、ＪＩＳ規格として、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０Ｊ１、ＳＵＳ４２０Ｊ２が好適である。また、その他のマルテンサイト系ステンレス鋼として、ＳＵＳ４１０Ｓ、ＳＵＳ４４０Ａ、ＳＵＳ４１０Ｆ２、ＳＵＳ４１６、ＳＵＳ４２０Ｆ２、ＳＵＳ４３１等を挙げることができる。マルテンサイト系ステンレス鋼の熱伝導率に関し、ＳＵＳ４０３の熱伝導率は２５．１Ｗ／ｍ・Ｋ、ＳＵＳ４１０の熱伝導率は２４．９Ｗ／ｍ・Ｋ、ＳＵＳ４２０Ｊ１の熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ、ＳＵＳ４４０Ｃの熱伝導率は２４．３Ｗ／ｍ・Ｋである。
一方、フェライト系ステンレス鋼は、金属組織が主としてフェライト相からなり、ＪＩＳ規格としてＳＵＳ４３０が好適である。また、その他のフェライト系ステンレス鋼として、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３０Ｆ、ＳＵＳ４４３Ｊ１、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４４４等を挙げることができる。フェライト系ステンレス鋼の熱伝導率に関し、ＳＵＳ４３０の熱伝導率は２６．４Ｗ／ｍ・Ｋである。
さらに、オーステナイト系ステンレス鋼は、金属組織が主としてオーステナイト相からなり、ＪＩＳ規格として、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６が好適である。オーステナイト系ステンレス鋼の熱伝導率に関し、ＳＵＳ３０３及びＳＵＳ３１６の熱伝導率は１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＳＵＳ３０４の熱伝導率は１６．３Ｗ／ｍ・Ｋである。
このように、アルミニウムの熱伝導率に対してステンレス鋼の熱伝導率は１／５乃至１／１０程度と低い熱伝導率を有する。
第１プレート６１と第２プレート６３の積層体は、絶縁材料からなる矩形部材６８上に載置されており、矩形部材６８はチャンバー１３の底板上に固定されている。
基板Ｇを載置する第２プレート６３の上面には、基板Ｇが直接載置される載置面を備えた静電チャック６７が形成されている。静電チャック６７は、アルミナ等のセラミックスを溶射して形成される誘電体被膜であり、静電吸着機能を有する電極６７ａを内蔵する。電極６７ａは、給電線７４を介して直流電源７５に接続されている。制御部９０により、給電線７４に介在するスイッチ（図示せず）がオンされると、直流電源７５から電極６７ａに直流電圧が印加されることによりクーロン力が発生し、クーロン力によって基板Ｇが静電チャック６７の上面に静電吸着され、第２プレート６３の上面に載置された状態で保持される。
基板載置台６０は、第１プレート６１と第２プレート６３、及び静電チャック６７にて構成される。静電チャック６７の上面（基板Ｇの載置面）もしくは第２プレート６３には、熱電対（図示せず）等の温度センサが配設されて、温度センサが静電チャック６７の上面もしくは第２プレート６３及び基板Ｇの温度を随時モニターするようにしてもよい。基板載置台６０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６０の上面（静電チャック６７の上面）に対して突没自在に設けられている。
図２に示すように、第１プレート６１を形成する分離プレートのうち、外側にある分離プレート６１ｂは矩形枠状の外側プレートであり、外側プレート６１ｂの内側には、隙間６６を介して、他方の分離プレート６１ａである平面視矩形の内側プレートが配設されている。
内側プレート６１ａには、矩形平面の全領域をカバーするように蛇行した温調媒体流路６２ａが設けられている。図示例の温調媒体流路６２ａでは、例えば温調媒体流路６２ａの一端６２ａ１が温調媒体の流入部であり、他端６２ａ２が温調媒体の流出部である。
一方、外側プレート６１ｂには、矩形枠状の全領域をカバーするように、温調媒体が流通する往路と復路が連続する温調媒体流路６２ｂが設けられている。図示例の温調媒体流路６２ｂでは、例えば温調媒体流路６２ｂの一端６２ｂ１が温調媒体の流入部であり、他端６２ｂ２が温調媒体の流出部である。
温調媒体としては冷媒が適用され、この冷媒には、ガルデン（登録商標）やフロリナート（登録商標）等が適用される。
内側プレート６１ａの内蔵する温調媒体流路６２ａと外側プレート６１ｂの内蔵する温調媒体流路６２ｂは、いずれも「温調部」の一例である。温調部には、温調媒体が流通する温調媒体流路６２ａ、６２ｂの他、ヒータ等も含まれる。より具体的には、内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂの双方が、温調部として、温調媒体流路のみを有する図示例の形態の他、ヒータのみを有する形態、さらには温調媒体流路とヒータの双方を有する形態などがある。そして、温調部は、図示例におけるチラー８１，８４等の温調源を含んでおらず、あくまでも基板載置台６０を構成する第１プレート６１に内蔵される温調部材のみを指称する。尚、抵抗体であるヒータは、タングステンやモリブデン、もしくはこれらの金属のいずれか一種とアルミナやチタン等との化合物から形成される。
図１に戻り、内側プレート６１ａに内蔵されている温調媒体流路６２ａの両端には、温調媒体流路６２ａに対して温調媒体が供給される送り配管６４ａと、温調媒体流路６２ａを流通して昇温された温調媒体が排出される戻り配管６４ｂとが連通している。送り配管６４ａと戻り配管６４ｂにはそれぞれ、送り流路８２と戻り流路８３が連通しており、送り流路８２と戻り流路８３はチラー８１に連通している。チラー８１は、温調媒体の温度や吐出流量を制御する本体部と、温調媒体を圧送するポンプとを有する（いずれも図示せず）。
チラー８１と、送り流路８２及び戻り流路８３とにより、内側プレート６１ａに固有の温調源８０Ａが形成される。
一方、外側プレート６１ｂに内蔵されている温調媒体流路６２ｂの両端には、温調媒体流路６２ｂに対して温調媒体が供給される送り配管６４ｃと、温調媒体流路６２ｂを流通して昇温された温調媒体が排出される戻り配管６４ｄとが連通している。送り配管６４ｃと戻り配管６４ｄにはそれぞれ、送り流路８５と戻り流路８６が連通しており、送り流路８５と戻り流路８６はチラー８４に連通している。チラー８４は、温調媒体の温度や吐出流量を制御する本体部と、温調媒体を圧送するポンプとを有する（いずれも図示せず）。
チラー８４と、送り流路８５及び戻り流路８６とにより、外側プレート６１ｂに固有の温調源８０Ｂが形成される。
基板載置台６０は、内側プレート６１ａに対応するセンターエリアと、外側プレート６１ｂに対応するエッジエリアとに対して、それぞれ異なる温度の温調媒体を供給することにより、各エリアを異なる温度に温調する、エリア分割温調を行う載置台である。そのため、内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂは、それぞれに固有の温調源８０Ａ，８０Ｂを有する。
尚、チラーを共通にした上で、例えば送り流路８２，８５にヒータ等の温調機構を設け、各温調機構で温調媒体の温度を変化させた後に各温調媒体流路６２ａ，６２ｂに異なる温度の温調媒体を供給する形態であってもよい。また、温調部がヒータを含む場合は、ヒータに給電線を介して接続される直流電源（ヒータ電源）が温調源に含まれる。
静電チャック６７の上面もしくは第２プレート６３に熱電対等の温度センサが配設されている場合、温度センサによるモニター情報は、制御部９０に随時送信され、モニター情報に基づいて基板載置台６０（の静電チャック６７）もしくは第２プレート６３及び基板Ｇの温調制御が制御部９０にて実行される。より具体的には、制御部９０により、チラー８１、８４から送り流路８２，８５に供給される温調媒体の温度や流量が調整される。そして、温度調整や流量調整が行われた温調媒体が温調媒体流路６２ａ，６２ｂに循環されることにより、基板載置台６０のセンターエリアとエッジエリアをそれぞれ固有の温度にて温調制御することができる。静電チャック６７と基板Ｇの間には、伝熱ガス供給部から供給流路（いずれも図示せず）を介して、例えばＨｅガス等の伝熱ガスが供給されるようになっている。静電チャック６７には多数の貫通孔（図示せず）が開設され、第２プレート６３等には供給流路が埋設されている。供給流路を介し、静電チャック６７の有する貫通孔を介して基板Ｇの下面に伝熱ガスを供給することにより、温調制御される基板載置台６０の温度が伝熱ガスを介して基板Ｇに速やかに熱伝達され、基板Ｇの温調制御が行われる。
図１に示すように、静電チャック６７及び第２プレート６３の外周と矩形部材６８の上面とにより段部が形成され、この段部には、矩形枠状のフォーカスリング６９が載置されている。段部にフォーカスリング６９が設置された状態において、フォーカスリング６９の上面の方が静電チャック６７の上面よりも低くなるように設定されている。フォーカスリング６９は、アルミナ等のセラミックスもしくは石英等から形成される。基板Ｇが静電チャック６７の載置面に載置された状態において、フォーカスリング６９の上端面の内側端部は基板Ｇの外周縁部に覆われる。
内側プレート６１ａの下面には、下方に延設する給電部材７０が接続されており、給電部材７０の下端には給電線７１が接続され、給電線７１はインピーダンス整合を行う整合器７２を介してバイアス電源である高周波電源７３に接続されている。すなわち、内側プレート６１ａが高周波電源７３に対して電気的に接続されている。基板載置台６０に対して高周波電源７３から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより、プラズマ発生用のソース源である高周波電源１９にて生成されたイオンを基板Ｇに引き付けることができる。従って、プラズマエッチング処理においては、エッチングレートとエッチング選択比を共に高めることが可能になる。
図１に示すように、高周波電源７３は内側プレート６１ａにのみ接続されている。一方、内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂは隙間６６を介して分離されているが、内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂの上面同士が例えばステンレス鋼からなる第２プレート６３にて一体に接続されている。そのため、高周波電源７３から内側プレート６１ａに印加される高周波電力を、外側プレート６１ｂにも導通することができる。
また、図１及び図３に示すように、内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂは、それぞれの下面同士が導電性の連結プレート６５にて連結されている。図示する実施形態では、矩形枠状の隙間６６に対して、矩形の短辺に間隔を置いて２つの連結プレート６５が配設され、矩形の長辺には中央位置に１つの連結プレート６５が配設されている。このように、導電性の連結プレート６５にて内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂの下面同士が連結されることにより、内側プレート６１ａから外側プレート６１ｂへの導通をより一層促進させることができる。尚、連結プレート６５の形態は図示例の形態に限定されるものでなく、例えば、矩形枠状の隙間６６を完全に包囲するような矩形枠状の連結プレート等が適用されてもよい。
基板載置台６０は、内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂのそれぞれに対して、例えば異なる温度の温調媒体を流通させることにより、基板載置台６０のセンターエリアとエッジエリアを個別に温調制御する載置台である。そのために、内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂの間に隙間６６を設け、双方を分離している。例えば、外側プレート６１ｂに対して内側プレート６１ａが相対的に高温に制御され得る。内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂが共に熱伝導率の高いアルミニウムから形成されている場合は、例えば、内側プレート６１ａの全体を均一な高温状態とすることができ、外側プレート６１ｂの全体を均一な低温状態とすることができる。
仮に、内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂに接続される第２プレート６３や連結プレート６５の熱伝導率が高いと、それぞれ異なる温度で温調されていた内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂの温調状態が阻害され得る。具体的には、例えば相対的に高温の内側プレート６１ａから相対的に低温の外側プレート６１ｂへの熱伝導が促進され、双方のプレートの温度が近づけられる作用が生じ得る。そこで、基板載置台６０においては、第１プレート６１よりも低い熱伝導率を有する第２プレート６３が配設される。そして、第２プレート６３の熱伝導率が低くなるに従い内側プレート６１ａから外側プレート６１ｂへの伝熱作用が少なくなることから、第２プレート６３は、ステンレス鋼の中でも熱伝導率の最も低いオーステナイト系ステンレス鋼から形成されるのが好ましい。そして、連結プレート６５も第２プレート６３と同様に熱伝導率の低い金属材料から形成されるのがよく、第２プレート６３と同様にオーステナイト系ステンレス鋼から形成されるのが好ましい。
さらに、第２プレート６３の厚み（図１に示す厚みｔ１）が薄くなるにつれて、内側プレート６１ａから外側プレート６１ｂへの伝熱作用が低下することが本発明者による解析にて検証されている。この解析結果は以下で詳説するが、第２プレート６３の厚みｔ１としては、例えば２０ｍｍ乃至４５ｍｍの範囲が好ましい。
第２プレート６３は、ＦＰＤ用の基板Ｇと同程度の平面寸法を有していることから、第２プレート６３の厚みｔ１が２０ｍｍよりも薄くなると、撓み等に起因して塑性変形に至り得る等、構造上の問題が生じ得ることより、厚みｔ１を２０ｍｍ以上に設定するのがよい。一方、基板載置台の材料として汎用性の高いステンレス鋼の厚みが４５ｍｍ程度であること（材料コスト）と、伝熱作用との観点から、厚みｔ１を４５ｍｍ以下に設定するのがよい。
制御部９０は、基板処理装置１００の各構成部、例えば、温調源８０Ａ、８０Ｂを構成するチラー８１，８４や、高周波電源１９，７３、処理ガス供給部４０、圧力計から送信されるモニター情報に基づくガス排気部５０等の動作を制御する。制御部９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納されたレシピ（プロセスレシピ）に従い、所定の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する基板処理装置１００の制御情報が設定されている。制御情報には、例えば、ガス流量や処理容器１０内の圧力、処理容器１０内の温度や第１プレート６１を構成する内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂの温度、プロセス時間等が含まれる。例えば、内側プレート６１ａと外側プレート６１ｂのそれぞれの温度をプラズマエッチング処理等に好適な固有の温度に制御する処理がレシピに含まれる。ここで、「プラズマエッチング処理等に好適な固有の温度」とは、ＦＰＤ用の広幅の基板Ｇの全範囲における絶縁膜や電極膜等のエッチングレートが同程度となり、面内均一性の高い処理が行われるのに好適なエリアごとに固有の温度のことである。
レシピ及び制御部９０が適用するプログラムは、例えば、ハードディスクやコンパクトディスク、光磁気ディスク等に記憶されてもよい。また、レシピ等は、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリカード等の可搬性のコンピュータによる読み取りが可能な記憶媒体に収容された状態で制御部９０にセットされ、読み出される形態であってもよい。制御部９０はその他、コマンドの入力操作等を行うキーボードやマウス等の入力装置、基板処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等の表示装置、及びプリンタ等の出力装置といったユーザーインターフェイスを有している。
（第１プレートの変形例）
次に、複数の分離プレートを有する第１プレートの変形例について、図４を参照して説明する。図４Ａ乃至図４Ｄは、第１プレートの変形例を模擬した平面図である。
図４Ａに示す第１プレート６１Ａは、平面視矩形の金属製プレートが中心から外周側に向かって２つの矩形枠状の隙間６６により３つのエリアに分割され、内側プレート６１ｃ、中間プレート６１ｄ、及び外側プレート６１ｅを有する。内側プレート６１ｃ、中間プレート６１ｄ、及び外側プレート６１ｅは、それぞれ固有の温調媒体流路やヒータ等の温調部を内蔵し、それぞれの温調部は固有の温調源を有する（いずれも図示せず）。例えば、内側プレート６１ｃ、中間プレート６１ｄ、及び外側プレート６１ｅの順に温度が低くなるように各プレートの温調制御が行われる。
一方、図４Ｂに示す第１プレート６１Ｂは、平面視矩形の金属製プレートの４つの隅角部がＬ型もしくは逆Ｌ型の隙間６６により５つのエリアに分割され、中央プレート６１ｆと４つの隅角プレート６１ｇを有する。例えば、隅角プレート６１ｇに対して中央プレート６１ｆが相対的に高温となるように各プレートの温調制御が行われる。
一方、図４Ｃに示す第１プレート６１Ｃは、平面視矩形の金属製プレートの４つの端辺の中央位置がコの字型もしくは逆コの字型の隙間６６にて５つのエリアに分割され、中央プレート６１ｈと４つの端辺中央プレート６１ｊを有する。例えば、端辺中央プレート６１ｊに対して中央プレート６１ｈが相対的に高温となるように各プレートの温調制御が行われる。
さらに、図４Ｄに示す第１プレート６１Ｄは、平面視矩形の金属製プレートが格子状の９つのエリアに分割され、中央プレート６１ｋ、角プレート６１ｍ、辺中央プレート６１ｎを有する。中央プレート、角プレート、辺中央プレートは、それぞれ固有の温調媒体流路やヒータ等の温調部を内蔵し、それぞれの温調部は固有の温調源を有する（いずれも図示せず）。例えば、中央プレート６１ｋ、角プレート６１ｍ、及び辺中央プレート６１ｎの順に温度が低くなるように各プレートの温調制御が行われる。
いずれの変形例に係る第１プレートにおいても、エリアごとに固有の温調制御が行われることにより、ＦＰＤ用の広幅の基板Ｇにおいて、面内均一性の高い処理を実現することができる。
［温度解析］
次に、第２プレートの厚みを種々変化させた際の、内側プレートと外側プレートのそれぞれの温度と温度差を検証した温度解析について、図５及び図６を参照して説明する。ここで、図５Ａは、温度解析で用いた基板載置台モデルの側面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＢ－Ｂ矢視図であって、第１プレートモデルの横断面図である。
（解析概要）
本発明者等は、コンピュータ内において、図５Ａ及び図５Ｂに示す基板載置台モデルＭを作成した。基板載置台モデルＭは、第１プレートモデルＭ１と第２プレートモデルＭ２を有し、平面視矩形の解析モデルである。第１プレートモデルＭ１は、平面視矩形の内側プレートモデルＭ１ａと、平面視矩形枠状の外側プレートモデルＭ１ｂを有し、隙間モデルＧを介して相互に離間している。内側プレートモデルＭ１ａは、蛇行する温調媒体流路モデルＭ３を有し、外側プレートモデルＭ１ｂは蛇行する温調媒体流路モデルＭ４を有する。
第１プレートモデルＭ１はアルミニウムの解析諸元を有し、第２プレートモデルＭ２はオーステナイト系ステンレス鋼の解析諸元を有する。また、図５Ａに示すように、隙間モデルＧの幅を２０ｍｍに設定し、第１プレートモデルＭ１の厚みを４５ｍｍに設定し、第２プレートモデルＭ２の厚みｔ１をパラメータとして３種の厚みとし、各厚みの第２プレートモデルＭ２を有する基板載置台モデルＭに対して温度解析を行った。３種の厚みｔ１は、２０ｍｍ、２５ｍｍ、及び３５ｍｍである。
温度解析では、図５Ｂに示す温調媒体流路モデルＭ３に５０℃の温調媒体を流通させ、温調媒体流路モデルＭ４に０℃の温調媒体を流通させた。
（解析結果）
図６Ａは、図５ＢのＸ軸上の温度分布に関する解析結果を示し、図６Ｂは、第１プレートモデルＭ１の中心点Ｏと右上の隅角点Ｃを結ぶＯ－Ｃ軸上の温度分布に関する解析結果を示す。また、各ケースにおけるＯ－Ｃ軸上の最高温度（中心点Ｏの温度）と最低温度（隅角点Ｃの温度）、及び双方の差分値を以下の表１に示す。
Figure 0007133992000001
図６Ａ及び図６Ｂより、中心点Ｏで温度が最高となり、端辺に向かって緩やかに曲線的に降温し、隙間モデルＧ当たりで曲線の変曲点を有し、端辺との交点Ｂ，Ａや隅角点Ｃで温度が最低となる温度分布を示すことが分かる。
また、図６Ａ、図６Ｂ及び表１より、厚みの最も薄い２０ｍｍのケース３で最高温度が最も高くなり（３７．１℃）、かつ最低温度が最も低くなり（１１．１℃）、差分値が最も大きくなる（２６．０℃）結果が得られている。本温度解析より、第２プレートモデルＭ２の厚みｔ１が薄いほど、基板載置台モデルＭのセンターエリアとエッジエリアにおいて、より高い制御性の下での温調制御が実現されることが検証されている。
このように、温度解析の結果に基づけば第２プレートの厚みｔ１は可及的に薄い方が好ましい。その一方で、既に述べたように、第２プレートはＦＰＤ用の基板Ｇと同程度の平面寸法を有していることから、構造耐力上の観点からも厚みｔ１を設定することが肝要である。従って、第２プレートの厚みｔ１は２０ｍｍ以上の厚みに設定されるのが好ましい。
［エッチングレート及び選択比の温度依存性に関する実験］
次に、複数の絶縁膜のエッチングレート及び選択比の温度依存性に関する実験について、図７乃至図１１を参照して説明する。ここで、図７は、実験にて適用した基板載置台の平面図を模擬した図である。
（実験概要）
本実験では、基板載置台の温度を変え、それぞれの領域におけるプロセス性能について評価した。実験において、内側プレートに対応する中央の平面視矩形エリアをセンターエリアとし、外側プレートに対応する外側の平面視矩形枠状のエリアをエッジエリアとする。さらに、センターエリアとエッジエリアの中間ラインをミドルエリアとする。
本実験において、基板載置台が収容される基板処理装置は誘導結合型プラズマ処理装置であり、チャンバー内の圧力を５ｍＴｏｒｒ乃至１５ｍＴｏｒｒ（０．６６５Ｐａ乃至１．９９５Ｐａ）に設定し、ＩＣＰソース電力とバイアス電力を共に５ｋＷ乃至１５ｋＷに設定した。そして、エッチングガスとして、Ｆ系ガス、例えばＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８などから選択されるガスと、希釈ガス、例えばＨｅ、Ａｒ、Ｘｅなどから選択されるガスと、からなる混合ガスを適用してプラズマエッチング処理を行った。
本実験では、基板上にＳｉＮ膜が成膜されている試験体、基板上にＳｉＯ膜が成膜されている試験体、基板上にゲート電極用のＳｉ膜（Poly-Si膜、ポリシリコン膜）が成膜されている試験体について、それぞれの絶縁膜や電極膜のエッチングレートの温度依存性を検証した。さらに、基板上にＳｉ膜とＳｉＯ膜が成膜されている多層膜において、ＳｉＯ／Ｓｉ選択比（ＳｉＯ膜の選択性）の温度依存性についても検証した。
（実験結果）
図８は、ＳｉＮ膜のエッチングレートの温度依存性に関する実験結果を示すグラフである。また、図９は、ＳｉＯ膜のエッチングレートの温度依存性に関する実験結果を示すグラフである。また、図１０は、Ｓｉ膜のエッチングレートの温度依存性に関する実験結果を示すグラフである。さらに、図１１は、ＳｉＯ／Ｓｉ選択比の温度依存性に関する実験結果を示すグラフである。
各グラフ共に、実線グラフは図７に示す基板載置台のエッジエリアにおけるエッチングレートおよび選択比の温度依存性に関するグラフであり、点線グラフは図７に示すセンターエリアにおけるエッチングレート及び選択比の温度依存性に関するグラフである。さらに、一点鎖線は、図７に示すミドルエリアにおけるエッチングレート及び選択比の温度依存性に関するグラフである。
図８より、ＳｉＮ膜は温度依存性を有することが実証されている。エッジエリアのエッチングレートに関しては、低温と高温の間で大きなエッチングレートの差がないことが分かる。一方、センターエリアにおけるエッチングレートに関しては、低温でエッチングレートが低く、高温でエッチングレートが高くなり、エッジエリアの低温時のエッチングレートと同程度になることが分かる。
図８に示す実験結果より、ＳｉＮ膜のエッチング処理に関しては、基板載置台のエッジエリアを低温に温調し、センターエリアを高温に温調する制御を行うことにより、基板載置台の全範囲に亘って可及的に均一で高いエッチングレートが得られることが実証されている。
次に、図９より、ＳｉＯ膜は温度依存性がないことが実証されている。従って、ＳｉＯ膜のエッチングの際に、エリア別の温調制御は必ずしも必要でないことが分かる。
次に、図１０より、Ｓｉ膜は温度依存性を有することが実証されている。エッジエリアのエッチングレートに関しては、低温と高温の間でエッチングレートにある程度の差がある一方、センターエリアにおけるエッチングレートに関しては、低温と高温の間でエッジエリアほどのエッチングレートの差がないことが分かる。
図１０に示す実験結果より、Ｓｉ膜のエッチング処理に関しては、基板載置台のエッジエリアを低温に温調し、センターエリアを高温に温調する制御を行うことにより、基板載置台の全範囲に亘って可及的に均一なエッチングレートが得られることが実証されている。尚、図８及び図９と図１０を比較することにより、Ｓｉ膜のエッチングレートは、ＳｉＮ膜やＳｉＯ膜等の絶縁膜のエッチングレートと比べて低いことが分かる。このことは、図１１に示すＳｉＯ／Ｓｉ選択比が高くなることに繋がる。
図１１より、ＳｉＯ／Ｓｉ選択比は温度依存性を有することが実証されている。エッジエリアの選択比に関しては、低温で高く、高温に行くに従い急激に低くなることが分かり、図８及び図１０に示す端辺グラフと逆の傾向を示す。一方、センターエリアの選択比に関しては、低温で高く（エッジグラフよりも高い）、高温に行くに従い徐々に低くなるものの、エッジグラフの低温時の選択比と同程度になることが分かる。
図１１に示す実験結果より、Ｓｉ膜上に成膜されているＳｉＯ膜のエッチング処理に関しては、基板載置台のエッジエリアを低温に温調し、センターエリアを高温に温調することにより、基板載置台の全範囲に亘って可及的に均一で高いＳｉＯ選択性が得られることが実証されている。
本実験により、ＳｉＮ膜のエッチング処理、Ｓｉ膜のエッチング処理のいずれにおいても、基板載置台のエッジエリアを低温に温調し、センターエリアを高温に温調する制御を行うことにより、基板の全範囲に亘って可及的に均一なエッチング処理を行うことができる。特に、ＳｉＮ膜の場合、基板の全範囲に亘って可及的に均一なエッチング処理を行うことに加えて、高いエッチングレートが得られることになる。また、Ｓｉ膜上に成膜されているＳｉＯ膜のエッチング処理に関しても、基板載置台のエッジエリアを低温に温調し、センターエリアを高温に温調する制御を行うことにより、基板の全範囲に亘って可及的に均一で高いＳｉＯ／Ｓｉ選択比が得られることになる。
尚、ＳｉＮ膜やＳｉＯ膜等の絶縁膜、Ｓｉ膜等の電極膜の種類により、エッジエリアとセンターエリアのそれぞれに好適な温調温度は相違し得ることから、絶縁膜種や電極膜種に応じて、それぞれに好適な温調温度にてエリアごとの温調制御を行うことが望ましい。
上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本開示はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
例えば、図示例の基板処理装置１００は誘電体窓を備えた誘導結合型のプラズマ処理装置として説明したが、誘電体窓の代わりに金属窓を備えた誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよく、他の形態のプラズマ処理装置であってもよい。具体的には、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（Electron Cyclotron resonance Plasma; ＥＣＰ）やヘリコン波励起プラズマ（Helicon Wave Plasma; ＨＷＰ）、平行平板プラズマ（Capacitively coupled Plasma; ＣＣＰ）が挙げられる。また、マイクロ波励起表面波プラズマ（Surface Wave Plasma; ＳＷＰ）が挙げられる。これらのプラズマ処理装置は、ＩＣＰを含めて、いずれもイオンフラックスとイオンエネルギを独立に制御でき、エッチング形状や選択性を自由に制御できると共に、１０１１乃至１０１３ｃｍ－３程度と高い電子密度が得られる。
また、基板処理装置１００は、基板Ｇの対向面に高周波電源１９による高周波電極を有し、基板載置台６０にも高周波電源７３による高周波電極を有する装置であるが、いずれか一方の高周波電極のみを有する基板処理装置であってもよい。
また、基板処理装置１００の第１プレート６１を構成する各分離プレートが温調部としてヒータを内蔵し、熱ＣＶＤ法を用いて成膜処理を行う場合には、プラズマの生成は必ずしも必要ない。
また、第２プレート６３の上面に静電チャック６７やフォーカスリング６９を備えていない基板載置台が適用されてもよい。
１０ 処理容器
１９ 高周波電源
６０ 基板載置台
６１ 第１プレート
６１ａ 分離プレート（内側プレート）
６１ｂ 分離プレート（外側プレート）
６２ａ，６２ｂ 温調媒体流路（温調部）
６３ 第２プレート
６５ 連結プレート
６６ 隙間
７３ 高周波電源（電源）
８０Ａ、８０Ｂ 温調源
８１，８４ チラー
９０ 制御部
１００ 基板処理装置
Ｇ 基板

Claims (12)

  1. 処理容器内で基板を処理するに際し、前記基板を載置して温調する基板載置台であって、
    隙間を介して隔てられた複数の金属製の分離プレートにより形成された第１プレートと、
    それぞれの前記分離プレートに接して、前記第１プレートよりも低い熱伝導率を有する金属製の第２プレートと、を有し、
    それぞれの前記分離プレートは、固有の温調を行う温調部を内蔵し、
    いずれか１つの前記分離プレートに電源が電気的に接続され、前記電源に接続されている前記分離プレートに対して、他の前記分離プレートが前記第１プレートよりも低い熱伝導率を有する導電性の連結プレートを介して接続されている、基板載置台。
  2. 前記基板を載置する上面を有する前記第２プレートが、前記第１プレートの上面に載置されている、請求項１に記載の基板載置台。
  3. 前記第２プレートがオーステナイト系ステンレス鋼から形成されている、請求項１又は２に記載の基板載置台。
  4. 前記第１プレートがアルミニウムもしくはアルミニウム合金から形成されている、請求項３に記載の基板載置台。
  5. 前記第２プレートの厚みが２０ｍｍ乃至４５ｍｍの範囲にある、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板載置台。
  6. 前記連結プレートがオーステナイト系ステンレス鋼から形成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板載置台。
  7. 前記温調部は、ヒータと、温調媒体が流通する温調媒体流路の少なくともいずれか一方を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板載置台。
  8. 処理容器と、前記処理容器内において基板を載置して温調する基板載置台と、前記基板載置台の温調源と、を有する基板処理装置であって、
    前記基板載置台は、
    隙間を介して隔てられた複数の金属製の分離プレートにより形成された第１プレートと、
    それぞれの前記分離プレートに接して、前記第１プレートよりも低い熱伝導率を有する金属製の第２プレートと、を有し、
    それぞれの前記分離プレートは、固有の温調を行う温調部を内蔵しており、
    前記温調源により前記温調部を温調し、
    いずれか１つの前記分離プレートに電源が電気的に接続され、前記電源に接続されている前記分離プレートに対して、他の前記分離プレートが前記第１プレートよりも低い熱伝導率を有する導電性の連結プレートを介して接続されている、基板処理装置。
  9. 前記温調部は、ヒータと、温調媒体が流通する温調媒体流路の少なくともいずれか一方を有し、
    前記ヒータに対応する前記温調源はヒータ電源であり、前記温調媒体流路に対応する前記温調源はチラーである、請求項８に記載の基板処理装置。
  10. 前記基板処理装置は制御部をさらに有し、
    前記制御部は、前記温調源に対して、それぞれの前記分離プレートの有する前記温調部が固有の温度で温調を行う処理を実行させる、請求項８又は９に記載の基板処理装置。
  11. 前記基板載置台が平面視矩形の外形を有し、
    前記分離プレートが、矩形枠状の外側プレートと、前記外側プレートの内側において前記隙間を介して配設される平面視矩形の内側プレートと、を有し、
    前記外側プレートと前記内側プレートが共に前記温調媒体流路を内蔵し、
    前記制御部は、前記温調源に対して、前記外側プレートの前記温調媒体流路を流通する温調媒体よりも相対的に高温の温調媒体を前記内側プレートの前記温調媒体流路に流通させる制御を実行する、請求項９に従属する請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 前記基板を載置する上面を有する前記第２プレートが、前記第１プレートの上面に載置されている、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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