JPH10303288A - プラズマ処理装置用基板ホルダー - Google Patents

プラズマ処理装置用基板ホルダー

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JPH10303288A
JPH10303288A JP9166719A JP16671997A JPH10303288A JP H10303288 A JPH10303288 A JP H10303288A JP 9166719 A JP9166719 A JP 9166719A JP 16671997 A JP16671997 A JP 16671997A JP H10303288 A JPH10303288 A JP H10303288A
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JP
Japan
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ring
plasma
holder
board
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JP9166719A
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Yoneichi Ogawara
米一 小河原
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Anelva Corp
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性補正用リングの経時的な温度上昇を抑制
して処理特性のばらつきを無くす。 【解決手段】 プラズマＰによって基板１０に所定の処
理を施す際に基板１０を保持する基板ホルダーであり、
基板保持面２０に基板１０を面接触させて保持するホル
ダー本体１と、基板保持面２０を通して熱交換して基板
６の温度を調節する基板温度調節機構５と、基板１０の
周辺部での処理特性のばらつきを補正するため基板１０
の周囲を取り囲む特性補正用リング９を備え、特性補正
用リング９がプラズマＰからの熱を蓄えて経時的に温度
上昇するのを防止するリング冷却手段が設けられる。基
板温度調節機構５はホルダー本体１内に温媒を循環させ
て基板１０を冷却可能に構成されてリング冷却手段に兼
用されており、特性補正用リング９のホルダー本体１へ
の熱接触を向上させる静電吸着機構６等の接触性向上手
段が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願の発明は、プラズマによ
って基板の表面に所定の処理を施すプラズマ処理装置に
使用される基板ホルダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマによって基板の表面に所定の処
理を施すことは、ＤＲＡＭを始めとする各種半導体集積
回路の製作や液晶ディスプレイの製作等の際に頻繁に行
われている。例えば、基板の表面に微細回路を形成する
場合には、レジストパターンをマスクとしたエッチング
工程において、プラズマによって基板をエッチングする
プラズマエッチングが行われている。また、各種導電膜
や絶縁膜の作成においては、プラズマ中での気相反応を
利用したプラズマＣＶＤ（化学蒸着）の手法が実用化さ
れている。
【０００３】このようなプラズマ処理装置では、処理チ
ャンバー内にプラズマを形成して処理を行うが、プラズ
マによって処理される位置に基板を保持する基板ホルダ
ーが必要になる。図４は、従来のプラズマ処理装置用基
板ホルダーの構造を説明する正面断面概略図である。
【０００４】プラズマ処理装置用基板ホルダー（以下、
単に基板ホルダー）は、基板を保持して保持する「台」
としての機能と、基板の温度を調節する「温度調節手
段」としての機能を果たすよう構成される。即ち、図４
に示す基板ホルダーは、「台」として機能するほぼ円柱
状のホルダー本体１と、ホルダー本体１内に温媒を流通
させて温度調節する基板温度調節機構５とを有してい
る。
【０００５】まず、ホルダー本体１は、基板１０が直接
保持される部材である基板保持板２と、基板保持板２を
載せた主ブロック３と、基板保持板２と主ブロック３と
の間に介在された接触シート材４とから構成されてい
る。基板保持板２は、上面が基板保持面２０になってい
る。この基板保持面２０は、基板１０の直径より少し小
さい円形である。そして、基板保持面２０より少し下の
位置から外側向けて鍔部２１が形成されている。
【０００６】主ブロック３は、アルミニウム又はスレン
レス等の金属製である。主ブロック３は、上側部分が若
干径が太くなっている略円柱状の部材である。また、接
触シート材４は、主ブロック３と基板保持板２との熱接
触性を向上させるための部材である。接触シート材４は
インジウム等の金属で形成され、主ブロック３と基板保
持板２の間のすき間に埋めて両者の熱接触性を向上させ
るようになっている。尚、ホルダー本体１の周囲は、絶
縁ブロック１１で覆われている。絶縁ブロック１１は、
プラズマによるホルダー本体１の損傷を防止するための
ものであり、フッ素樹脂等の耐熱性の絶縁体で形成され
ている。
【０００７】基板温度調節機構５は、主ブロック３内に
温度制御媒体（本明細書では温媒と略す）を導入して温
度調節するよう構成されている。主ブロック３の内部に
は、温媒が導入される温媒用空洞５１が形成されてい
る。温媒用空洞５１は、基板１０よりも少し大きな外径
の円環状の空間である。そして、この温媒用空洞５１に
温媒を供給する温媒供給路５２と、温媒用空洞５１から
温媒を排出する温媒排出路５３とが主ブロック３に形成
されている。
【０００８】そして、基板温度調節機構５は、温媒供給
路５２に接続された温媒供給管５４と、温媒排出路５３
に接続された温媒排出管５５と、温媒供給管５４と温媒
排出管５５とを繋ぐようにして設けられたサーキュレー
ター５６とから主に構成されている。サーキュレーター
５６は、温媒供給管５４から供給する温媒を所定の温度
に維持するサーモスタット等の温度調節部を有する。ホ
ルダー本体１には、不図示の温度センサが設けられてお
り、この温度センサからの信号がフィードバックされて
温媒の温度を所定温度に維持するようになっている。
尚、温媒は、調節する温度にもよるが、典型的には水道
水が使用されることが多い。
【０００９】上記基板温度調節機構５による温度調節の
精度を良くするため、基板保持面２０への基板１０の面
接触を向上させる接触性向上手段が設けられている。こ
の接触性向上手段は、基板１０を基板保持面２０に静電
吸着させる静電吸着機構６と、基板１０と基板保持面２
０との間のすき間に所定のガスを供給するガス供給機構
７とによって形成されている。
【００１０】まず、静電吸着機構６について説明する
と、基板保持板２は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の誘電体
で形成されている。そして、静電吸着機構６は、基板保
持板２内には埋設された吸着電極６１と、吸着電極６１
に所定の電圧を印加する高周波電源６２や直流電源６３
等によって主に構成されている。具体的には、吸着電極
６１から接触シート材４に達するように導体６２が埋設
されている。そして、主ブロック３には、高周波電源６
３と直流電源６４とが接続されている。このうち、高周
波電源６３は、プラズマと高周波との相互作用により基
板１０にセルフバイアス電圧を与えるものである。
【００１１】即ち、基板１０の上方にはプラズマＰが供
給される。この際、誘電体製の基板保持板２をコンデン
サとして基板１０に高周波電圧が印加されると、プラズ
マ中の荷電粒子が周期的に基板１０に引き寄せられる。
このうち、移動度の高い電子はイオンに比べて多く基板
１０に引き寄せられ、この結果、基板１０の電位は、高
周波の上に負の直流電圧が重畳されたのと同じ状態にな
ってセルフバイアスされる。
【００１２】このセルフバイアス電圧によって基板保持
板２の表面に静電気が誘起されて基板１０の静電吸着が
可能になる場合もあるが、さらに吸着を確実にするた
め、直流電源６４が直流電圧を印加するようになってい
る。直流電源６４は、吸着電極６１に所定の正の電圧を
印加するようになっている。基板保持板２の表面が負に
バイアスされ、吸着電極６１が正の電位になるから、吸
着電極６１と基板保持面２０との間の誘電体に大きな電
位差が生じて強く誘電分極する。この結果、基板保持面
２０に大きな静電気が誘起されてクーロン力によって基
板１０が静電吸着される。
【００１３】また、基板１０と基板保持面２０との間に
はジョンソンラーベク力なる力も発生し、このジョンソ
ンラーベク力によっても基板１０は吸着される。ジョン
ソンラーベク力は、基板１０と基板保持面２０との間の
小さなギャップに微小電流が流れて帯電分極することに
よって生ずる力である。どちらの力が支配的であるか
は、基板保持板２を形成する誘電体の体積抵抗によって
決まってくる。体積抵抗が大きい場合にはクーロン力に
よって吸着される割合が高くなり、体積抵抗が小さい場
合にはジョンソンラーベク力によって吸着される割合が
高くなる。
【００１４】一方、図４に示すように、主ブロック３と
基板保持板２に貫通するようにしてガス供給路７１が形
成されている。そして、ガス供給機構７は、ガス供給路
７１に接続されたガス供給管７２と、ガス供給管７２を
通してガス供給路に供給するガスを溜めたガスボンベ７
３等によって構成されている。ガス供給管７２には、流
量調整器７３が設けられ、所定の流量でガスを供給する
ようになっている。ガス供給路７１の先端は基板保持面
２０に形成された開口になっており、先端開口からガス
が流れ出て、基板１０と基板保持面２０との間に供給さ
れるようになっている。尚、供給されるガスは、ヘリウ
ム等の熱伝導性の高いガスである。
【００１５】基板１０の裏面にしても基板保持面２０に
しても、物理的に完全に平坦な面であることはなく、両
者の間には微小な空間が形成される。従って、この微小
な空間では基板１０と基板保持面２０との間の直接的な
熱の伝導伝達は行われない。そして、多くの場合、基板
ホルダーは真空中に配置されるので、ガスの対流による
熱の伝達も困難である。ガス供給機構７によって供給さ
れるガスは、この問題を解消し、微小な空間に供給され
て基板１０と基板保持面２０との間の熱交換を媒介する
よう作用する。
【００１６】図５は、図４に示す基板ホルダーを搭載し
たプラズマ処理装置の概略構成を説明する正面図であ
る。図５に示すプラズマ処理装置は、排気系８１１を備
えた処理チャンバー８１と、処理チャンバー８１内にプ
ラズマＰを供給するプラズマ供給手段８２と、供給され
たプラズマＰによって処理される位置に基板１０を保持
する基板ホルダー８３とから主に構成されている。
【００１７】このプラズマ処理装置は、ヘリコン波プラ
ズマを形成するものである。即ち、プラズマ供給手段８
２は、処理チャンバー８１に気密に接続された誘電体容
器８２１と、誘電体容器８２１内に所定のプロセスガス
を供給するガス供給手段８２２と、誘電体容器８２１内
に高周波電力を供給してガスをプラズマ化させる電力供
給手段８２３と、誘電体容器８２１内に磁場を設定する
電磁石８２４とから主に構成されている。
【００１８】電力供給手段８２３は、ループ状アンテナ
を介して誘電体容器８２１内に円偏波の高周波（ヘリコ
ン波）を誘起するようになっており、これによって誘電
体容器８２１内に高密度プラズマが形成されるようにな
っている。高密度プラズマは、電磁石８２４が設定する
磁場によって導かれて処理チャンバー８１内に拡散し、
基板１０への処理に使用されるようになっている。
【００１９】処理の内容について説明すると、例えばプ
ラズマエッチングを行う場合、プロセスガスとして四沸
化炭素（ＣＦ4 ）等の沸化炭素系ガスを使用する。プラ
ズマ中では沸素系イオンや沸素系活性種が生成され、こ
れらのイオンや活性種が基板１０に到達することによっ
て基板１０の表面の材料（例えば酸化シリコン）がエッ
チングされる。また例えばアモルファスシリコン薄膜を
プラズマＣＶＤによって作成する場合、プロセスガスと
してモノシラン（ＳｉＨ4 ）等のシラン系ガスと水素ガ
スとの混合ガスを導入してプラズマを形成し、プラズマ
中でのシラン系ガスの分解を利用して基板１０の表面に
アモルファスシリコン薄膜を堆積させる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】さて、このような処理
を基板に施す場合、基板の表面内での処理の特性にばら
つきが生ずる場合がある。このばらつきは、基板の周辺
部における特性の変化となって現れることが多い。この
原因は、一般的には「端面効果」と表現できるが、基板
の周囲に基板とは異なる材料（真空雰囲気の場合も含
む）が存在していると、基板の周辺部で処理特性が変化
する。例えば、基板はプラズマからの輻射やプラズマか
らの荷電粒子の照射によってある程度加熱される。この
場合、基板の周辺部では、基板の端面の熱輻射による熱
放散があるため中央部に比べてある程度温度が低下する
傾向がある。多くの処理は温度依存性があり、周辺部で
温度が低下すると処理の特性にばらつきが生ずる。
【００２１】このような問題を未然に防止するために
は、基板の周囲に基板と同一の材質か又はそれに近い材
質の部材を配置することが有効である。この部材には、
基板の周囲を取り囲むリング状の部材（以下、特性補正
用リング）が採用される。特性補正用リングは、基板の
材質の同一又はそれに近い材質で形成されている。例え
ば、基板がシリコンウェーハである場合、特性補正用リ
ングはシリコン、炭化珪素、炭素、石英、アルミナニウ
ム又はアルミアルマイト等の材料で形成される。
【００２２】特性補正用リングによって温度の不均一性
を補正する場合について説明すると、特性補正用リング
は基板と同様にプラズマによって加熱される。このた
め、特性補正用リングから基板に向けて輻射熱が与えら
れ、この輻射熱は基板の端面からの輻射熱を相殺するよ
う作用する。このため、基板の周辺部での温度低下が抑
制され、温度均一性が向上する。この結果、温度不均一
性に起因した特性のばらつきが無くなり、均一性の高い
処理が可能となる。
【００２３】また、プラズマ中で生成される化学種を消
費しながら処理する場合や基板の表面反応によって特定
の化学種を生成しながら処理する場合、基板の周辺部で
は基板の中央部に比べて化学種の消費や化学種の生成が
少なくなったりする問題がある。これが原因で周辺部に
おいて処理の特性にばらつきが生ずる場合がある。この
場合、上記のような特性補正用リングを設けておくと、
特性補正用リングでも同様に化学種を消費したり化学種
を生成したりすることになるので、特性のばらつきが補
正され、均一な処理が行われる。
【００２４】特性補正用リングを採用する場合の構成に
ついて、図４を使用してさらに詳しく説明する。図４に
は、使用が検討されている特性補正用リング９の構成が
従来の基板ホルダーの構成とともに示されている。特性
補正用リング９は、保持された基板１０の周囲を取り囲
むようにに配置される。具体的には、特性補正用リング
９は、下面が主ブロック３の周縁の上に載っている。そ
して、特性補正用リング９は、内側に向かう凸部を有
し、この凸部が基板保持板２の鍔部２１の上に載ってい
る。
【００２５】尚、凸部の上面には図４に示すような段差
が形成されているが、これは、基板ホルダーに基板１０
を受け渡す搬送機構の基板支持爪（不図示）の形状に合
わせたものである。また、特性補正用リング９の断面形
状は、基板支持板２の周端に係合して基板１０に対して
同軸上に配置されるようにする意味がある。
【００２６】特性補正用リング９は、ホルダー本体１の
一部として設けたり、ホルダー本体１に一体に設けたり
することはない。これは、特性補正用リング９はメンテ
ナンスのため交換する必要があるからである。即ち、特
性補正用リング９も、基板１０に対する処理と同様の処
理がある程度進行する。例えば、プラズマエッチングを
基板１０に対して行う場合、特性補正用リング９もある
程度エッチングされ、経時的に厚さが薄くなる等の変形
を生ずる。従って、ある程度処理を繰り返した後、特性
補正用リング９は新品のものと交換する必要がある。
【００２７】上述のように特性補正用リング９を使用す
ると処理特性の均一性が向上するのであるが、発明者の
研究によると、相当回数処理を繰り返していくと、基板
の周辺部で処理特性にばらつきが生じ、特性補正用リン
グ９が正常に作用しなっていくことが判明した。この原
因について発明者が鋭意調査を行ったところ、特性補正
用リング９が経時的に蓄熱して温度上昇することが原因
であることが判明した。即ち、特性補正用リング９はプ
ラズマＰからの熱によって加熱されるが、処理を繰り返
すうちにこの熱を蓄積し、経時的に温度上昇してしま
う。
【００２８】例えば、プラズマエッチングの場合、基板
１０の温度は１００℃程度に調節される。この場合、１
０10〜１０11個／ｃｍ3 （１立方センチメートルあたり
の電子の個数）程度の高密度プラズマによってエッチン
グを行うと、特性補正用リング９は経時的に蓄熱し、数
枚程度処理を繰り返した後には、２００〜３００℃程度
まで温度上昇してしまう。このように特性補正用リング
９が温度上昇すると、基板１０に向けての輻射熱も多く
なるため、基板１０の周辺部の温度も上昇してしまう。
この結果、処理を繰り返すうちに、基板１０の周辺部の
温度が中央部に比べて高くなり、これが原因で処理特性
のばらつきが生ずる。
【００２９】本願の発明は、このような課題を解決する
ためになされたものであり、特性補正用リングの経時的
な温度上昇を抑制して処理特性のばらつきを無くすこと
が可能な基板ホルダーを提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１記載の発明は、処理チャンバー内に
プラズマを形成し、このプラズマによって基板に所定の
処理を施すプラズマ処理装置に使用され、処理チャンバ
ー内のプラズマによって処理される位置に基板を保持す
る基板ホルダーであって、表面が基板を面接触させて保
持する基板保持面になっているホルダー本体と、基板保
持面を通して熱交換を行って基板を所定温度に維持する
基板温度調節機構と、保持された基板の周囲を取り囲む
リング状の部材であって基板の周辺部での処理特性のば
らつきを補正する特性補正用リングとを備えており、特
性補正用リングがプラズマからの熱を蓄えて経時的に温
度上昇するのを防止するリング冷却手段が設けられてい
るという構成を有する。また、上記課題を解決するた
め、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成におい
て、基板温度調節機構は、基板を冷却して所定の温度に
調節するものであり、特性補正用リングはホルダー本体
に面接触して前記基板温度調節機構によって冷却される
ようになっており、基板温度調節機構がリング冷却手段
の役割も果たしているという構成を有する。また、上記
課題を解決するため、請求項３記載の発明は、上記請求
項１又は２の構成において、特性補正用リングが前記ホ
ルダー本体に熱伝導性よく接触するようにする接触性向
上手段が設けられており、この接触性向上手段は、特性
補正用リングをホルダー本体に静電吸着させる静電吸着
機構もしくは特性補正用リングを機械的にホルダー本体
に押しつけるメカクランプ機構又は当該静電吸着機構と
当該メカクランプ機構との双方によって構成されてい
る。また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発
明は、上記請求項１、２又は３の構成において、接触性
向上手段は、静電吸着機構もしくはメカクランプ機構又
はその双方に加え、特性補正用リングとホルダー本体と
の間に熱交換用のガスを供給して熱接触性を向上させる
ガス供給機構とから構成されている。また、上記課題を
解決するため、請求項５記載の発明は、上記請求項１、
２、３又は４の構成において、接触性向上手段は、基板
保持面への基板の面接触を向上させる手段としても兼用
されているという構成を有する。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。まず、図１は、本願発明の第１実施形態
に係る基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図で
ある。図１に示す基板ホルダーは、図４に示すものと同
様に、基板保持面２０に基板１０を保持するホルダー本
体１と、基板保持面２０を通して基板１０の温度制御を
行うためにホルダー本体１に設けられた基板温度調節機
構５と、基板１０の周辺部での処理特性のばらつきを補
正するために基板１０の周囲を取り囲むように配置され
て特性補正用リング９とから主に構成されている。尚、
ホルダー本体１を構成する基板保持板２、主ブロック３
及び接触シート材４の機械的な構成は、従来のものとほ
ぼ同様である。
【００３２】この第１の実施形態の基板ホルダーの大き
な特徴点は、特性補正用リング９がプラズマからの熱を
蓄えて経時的に温度上昇するのを防止するリング冷却手
段を設けている点である。この第１実施形態の基板ホル
ダーでは、リング冷却手段は、基板温度調節機構５によ
って兼用されている。即ち、基板温度調節機構５は、基
板１０を冷却して所定の温度に調節するものになってい
る。プラズマによる処理を行う場合、プラズマからのか
なり熱が与えられ、冷却を行わないと、処理中に維持す
べき温度（以下、プロセス温度）以上に基板１０が加熱
されてしまう場合がある。このような場合、基板１０を
ある程度冷却して、プラズマからの熱の一部を除去して
基板１０をプロセス温度に維持する。例えば、プラズマ
エッチングでは、冷却を行わない場合、基板１０の温度
は２００〜３００℃程度に達するが、温媒の温度を１０
℃程度に設定して冷却を行い、１００℃程度のプロセス
温度に基板１０を維持するようにする。
【００３３】基板温度調節機構５による特性補正用リン
グ９の冷却を可能にするため、本実施形態の基板ホルダ
ーは、ホルダー本体１に特性補正用リング９を熱伝導性
良く接触させる接触性向上手段が採用されている。接触
性向上手段は、本実施形態では、静電吸着機構６を備え
ており、特性補正用リング９をホルダー本体１に静電吸
着する接触性を向上させている。具体的には、基板保持
板２のうちの鍔部２１内には、リング用吸着電極９１が
埋設されている。リング用吸着電極９１は、吸着電極６
１と同様に導体９２によって接触シート材４に導通され
ている。この結果、リング用吸着電極９１についても、
吸着電極６１と同様の電圧が印加されるようになってい
る。
【００３４】図１に示すように、鍔部２１の上には特性
補正用リング９の凸部が載っており、この凸部の部分が
鍔部２１に静電吸着されることになる。即ち、高周波電
源６３とプラズマとの相互作用によるセルフバイアス電
圧と直流電源６４による電圧とによって鍔部２１の誘電
体が誘電分極し、クーロン力やジョンソンラーベク力に
よって特性補正用リング９が鍔部２１に吸着される。こ
の結果、基板保持板２と特性補正用リング９との接触性
が向上し、基板温度調節機構５が基板保持板２を介して
特性補正用リング９を効率良く冷却できることになる。
このため、特性補正用リング９が経時的に蓄熱して温度
上昇するのが防止され、処理を多く繰り返した際に見ら
れる基板１０の周辺部の処理特性のばらつきが未然に防
止される。
【００３５】具体的な冷却条件について説明すると、基
板ホルダーの上方に供給されるプラズマＰの密度が１０
10〜１０11個／ｃｍ3 で、プロセス温度が１００℃であ
る場合、温媒の温度は＋１０℃程度に設定され、毎分２
４０カロリー程度の熱量をホルダー本体１から奪うよう
構成される。そして、高周波電源６３が与える高周波の
周波数が１．６ＭＨｚで出力が１４００Ｗであり、直流
電源６４が与える電圧が−１４００Ｖの条件にしておく
と、特性補正用リング９は基板保持板２に充分静電吸着
されて１００℃程度に冷却され、プロセス温度に充分一
致した温度が処理中に維持される。
【００３６】次に、本願発明の第２実施形態に係る基板
ホルダーについて説明する。図２は、第２実施形態の基
板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。こ
の第２実施形態の装置でも、リング冷却手段は、基板温
度調節機構５が兼用されている。第１実施形態の基板ホ
ルダーと異なるのは、接触性向上手段が、静電吸着機構
６とメカクランプ機構とによって構成されている点であ
る。
【００３７】静電吸着機構６は、上述の第１実施形態の
ものと同様である。そして、メカクランプ機構は、特性
補正用リング９を機械的にホルダー本体１に押しつける
ものである。具体的には、メカクランプ機構９３は、特
性補正用リング９の上側に設けられるクランパ９３１
と、クランパ９３１を駆動してクランパ９３１が特性補
正用リング９を押さえつけるようにする駆動系９３２と
から構成されている。
【００３８】クランパ９３１は、特性補正用リング９よ
り若干大きな径のリング状である。クランパ９３１の断
面形状は、図２に示すように、垂直部と垂直部の上端か
ら内側に延びる水平部とから構成されている。そして、
水平部が特性補正用リング９の上に載って特性補正用リ
ング９を押しつけるよう構成されている。駆動系９３２
は、詳細な構成の図示は省略するが、クランパ９３１が
特性補正用リング９に押しつける向きに弾性力を作用さ
せるようクランパ９３１に取付けられたバネ部材と、バ
ネ部材の弾性力に抗してクランパ９３１を持ち上げるこ
とが可能なエアシリンダのような直線運動源とから主に
構成される。
【００３９】クランパ９３１は、駆動系９３２のバネ部
材によって常時特性補正用リング９に押しつけられてい
る。前述したように、特性補正用リング９はメンテナン
スの際に交換する必要があり、この際には、駆動系９３
２はクランパ９３１を持ち上げ、特性補正用リング９を
開放して交換を可能にする。このようなメカクランプ機
構９３は、例えば５ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力で特性補正
用リング９をホルダー本体１に押しつける。これによっ
て、静電吸着機構６による吸着と併せて特性補正用リン
グ９のホルダー本体１への接触性が向上し、リング冷却
手段による冷却の効果がより高く得られる。
【００４０】次に、本願発明の第３実施形態に係る基板
ホルダーについて説明する。図３は、第３実施形態の基
板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。こ
の第３実施形態の装置でも、リング冷却手段は、基板温
度調節機構５が兼用されている。第１実施形態や第２実
施形態の基板ホルダーと異なるのは、接触性向上手段
が、静電吸着機構６及びメカクランプ機構９３に加えて
ガス供給機構によって構成されている点である。
【００４１】まず、静電吸着機構６は第１実施形態にお
けるものと同様であり、メカクランプ機構９３は第２実
施形態におけるものと同様である。そして、ガス供給機
構は、基板１０と基板保持面２０との間にガスを供給す
るガス供給機構７が兼用されている。即ち、図３に示す
ように、本実施形態では、ガス供給路７１はホルダー本
体１の中心を上下に延びて先端が基板保持面２０の開口
に達するとともに、主ブロック３内で水平方向に分岐
し、基板保持板２の鍔部２１の下方で上方に折れ曲がっ
て鍔部２１を貫通して形成されている。このため、鍔部
２１とその上の特性補正用リング９との間にもガスが供
給され、ガスを介した熱伝導により特性補正用リング９
と基板保持板２との熱交換の効率が向上するようになっ
ている。この結果、基板温度調節機構５による特性補正
用リング９の冷却の効率がさらに向上し、特性補正用リ
ング９の経時的な温度上昇の抑制による処理特性の改善
の効果がより高く得られる。
【００４２】尚、ガス供給機構７が供給するガスは同様
にヘリウム等の熱伝導性の高いガスであるが、このガス
を所定圧力に上げておくと、ガスとの熱交換による冷却
効果も得られ好適である。例えば、プラズマ密度が１０
10〜１０11個／ｃｍ3 程度で、プロセス温度が１００℃
程度である場合、ヘリウムガスの圧力を３０Ｔｏｒｒ程
度に維持する。特性補正用リング９の温度は１００℃程
度に抑えられ、蓄熱による経時的な温度上昇は見られな
い。
【００４３】上述した各実施形態の基板ホルダーにおい
て、接触性向上手段の構成は、メカクランプ機構９３の
みでも良いし、静電吸着機構６とガス供給機構７の組み
合わせ、メカプランプ機構９３とガス供給機構７の組み
合わせでもよい。
【００４４】尚、特性補正用リング９を冷却するリング
冷却手段が基板温度調節機構５によって兼用される構成
は、コスト的に安価にでき、ホルダー本体１内の構造も
簡略化できるメリットがある。また、接触性向上手段に
ついても同様であり、基板保持面２０に対する基板１０
の接触性を向上させる手段と、ホルダー本体１に対する
特性補正用リング９の接触性を向上させる手段とが兼用
されている構成は、コストを安価にし、ホルダー本体１
内の構造を簡略化させる。
【００４５】また、各実施形態では、基板１０を基板保
持板２の上に載置して水平な姿勢で基板１０を保持する
ものであったが、基板ホルダー全体を横向きにし、基板
保持板２を垂直な姿勢で保持するようにしても良い。ま
たは、基板ホルダー全体の逆さまにして、基板１０の被
処理面が下向きになるようにして保持する場合もあり得
る。
【００４６】上述した各実施形態の基板ホルダーは、前
記ヘリコン波プラズマを利用するプラズマ処理装置のみ
ならず、他の各種のプラズマ処理装置に利用することが
できる。例えば、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プ
ラズマ処理装置や放電空間の容量で高周波回路を結合し
た高周波プラズマ処理装置、さらには二極直流放電によ
ってプラズマを形成するプラズマ処理装置等の各種プラ
ズマ処理装置に使用できる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明した通り、各請求項１の発明に
よれば、特性補正用リングがリング冷却手段によって冷
却されるので、特性補正用リングの蓄熱による経時的な
温度上昇が抑制され、均一性の高いプラズマ処理を常時
行うことが可能となる。また、請求項２又は５の発明に
よれば、上記効果に加え、コスト的に安価にでき、ホル
ダー本体の構造も簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施形態に係る基板ホルダーの
構成を説明する正面断面概略図である。
【図２】第２実施形態の基板ホルダーの構成を説明する
正面断面概略図である。
【図３】第３実施形態の基板ホルダーの構成を説明する
正面断面概略図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置用基板ホルダーの構造
を説明する正面断面概略図である。
【図５】図４に示す基板ホルダーを搭載したプラズマ処
理装置の概略構成を説明する正面図である。
【符号の説明】
１ ホルダー本体 １０ 基板 ２ 基板保持板 ２０ 基板保持面 ３ 主ブロック ４ 接触シート材 ５ 基板温度調節機構 ５１ 温媒用空洞 ５２ 温媒供給路 ５３ 温媒排出路 ５４ 温媒供給管 ５５ 温媒排出管 ５６ サーキュレーター ６ 静電吸着機構 ６１ 吸着電極 ６２ 導体 ６３ 高周波電源 ６４ 直流電源 ７ ガス供給機構 ７１ ガス供給路 ７２ ガス供給管 ７３ ガスボンベ ９ 特性補正用リング ９１ リング用吸着電極 ９３ メカクランプ機構 ９３１ クランパ ９３２ 駆動系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 21/302 Ｂ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 処理チャンバー内にプラズマを形成し、
    このプラズマによって基板に所定の処理を施すプラズマ
    処理装置に使用され、処理チャンバー内のプラズマによ
    って処理される位置に基板を保持する基板ホルダーであ
    って、 表面が基板を面接触させて保持する基板保持面になって
    いるホルダー本体と、基板保持面を通して熱交換を行っ
    て基板を所定温度に維持する基板温度調節機構と、保持
    された基板の周囲を取り囲むリング状の部材であって基
    板の周辺部での処理特性のばらつきを補正する特性補正
    用リングとを備えており、 特性補正用リングがプラズマからの熱を蓄えて経時的に
    温度上昇するのを防止するリング冷却手段が設けられて
    いることを特徴とするプラズマ処理装置用基板ホルダ
    ー。
  2. 【請求項２】 前記基板温度調節機構は、基板を冷却し
    て所定の温度に調節するものであり、前記特性補正用リ
    ングはホルダー本体に面接触して前記基板温度調節機構
    によって冷却されるようになっており、前記基板温度調
    節機構が前記リング冷却手段の役割も果たしていること
    を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用基板ホ
    ルダー。
  3. 【請求項３】 前記特性補正用リングが前記ホルダー本
    体に熱伝導性良く接触するようにする接触性向上手段が
    設けられており、この接触性向上手段は、特性補正用リ
    ングをホルダー本体に静電吸着させる静電吸着機構もし
    くは特性補正用リングを機械的にホルダー本体に押しつ
    けるメカクランプ機構又は当該静電吸着機構と当該メカ
    クランプ機構との双方によって構成されていることを特
    徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置用基板ホルダ
    ー
  4. 【請求項４】 前記接触性向上手段は、前記静電吸着機
    構もしくは前記メカクランプ機構又はその双方に加え、
    前記特性補正用リングと前記ホルダー本体との間に熱交
    換用ガスを供給して熱接触性を向上させるガス供給機構
    とから構成されていることを特徴とする請求項３記載の
    プラズマ処理装置用基板ホルダー。
  5. 【請求項５】 前記接触性向上手段は、基板保持面への
    基板の面接触を向上させる手段としても兼用されている
    ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のプラズ
    マ処理装置用基板ホルダー。
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