TW201705278A - 電漿處理裝置 - Google Patents

Abstract

提供可靠性高且提升良率的電漿處理裝置。 一種電漿處理裝置，具備配置於真空容器內部的可減壓的處理室、配置於此處理室內並在上表面載置而保持處理對象的晶圓的樣品台、及在此樣品台的上方的前述處理室內形成電漿的手段，前述樣品台，具備在介電體製的圓板狀的塊體及其下方空著間隙而配置的金屬製的圓板狀的護套、配置於此護套的上表面的中央部且配置於前述塊體的中央部下方的介電體製的筒狀的構材插入於內側的凹部、及配置於前述護套的內部且冷媒在內側流通的冷媒流路，且前述塊體與前述護套經由前述筒狀的構材及其外周側的前述塊體的下表面之間而傳達熱。

Description

電漿處理裝置

本發明，係有關對載於配置在真空容器內部的可減壓的處理室內的樣品台上的半導體晶圓等的基板狀的樣品利用形成於該處理室內的電漿而處理的電漿處理裝置，尤其有關調節載置樣品的樣品台的溫度而處理樣品的電漿處理裝置。

在半導體裝置的領域，係為了實現更高的積體度使電路構造更加微細的要求增加，在裝置的製造中對半導體晶圓上表面的膜構造進行乾式刻蝕處理的程序中所要求的加工的精度係日益嚴格。此外，近年來係在半導體元件方面採用非揮發性材料者增加，在其代表例方面係舉利用磁阻而進行資料的記憶的MRAM(Magnetic Random Access Memory)等，在磁性材料方面採用CoFeB等的非揮發性材料。在蝕刻如此之非揮發性材料的膜層的處理，如此的材料係化學的反應性低故使電漿中的離子衝撞於膜層時的動能所致的濺鍍效果為主要的蝕刻機構。

在如此之濺鍍效果高的蝕刻，係發生在半導 體晶圓上的蝕刻中所產生的副產物附著於蝕刻中的膜的溝、孔等的側壁使得該溝、孔等的縱剖面的形狀成為錐狀如此的課題。發生此錐形形狀時電路的配線的寬度變比所望者大，裝置的微細化(安裝密度提升)的達成變困難。再者，元件間的短路等不良的原因發生的可能性亦增高而亦產生良率降低如此的問題。

要防止依蝕刻的加工形狀成為錐狀，係從歷來已知將蝕刻時的晶圓的溫度保持成高為有效的手段。一般而言，副產物的附著係數係依存於溫度，附著係數係隨著溫度的上升而降低。由此，使晶圓為高溫使得可提高副產物不會附著於元件側面而排出的機率並抑制加工後的形狀成為錐狀。

在典型的電漿處理裝置，係為了將處理中的晶圓的溫度調節成期望的值的範圍，而邊對晶圓的背面與將該晶圓載於其上的樣品台上表面覆蓋的介電體膜之間供應He氣體等的傳熱介質邊調節樣品台內部或與此熱連接的樣品台上部的介電體膜表面的溫度。一般的樣品台的構成，係在金屬製的樣品台的基材的上表面具備具有將此覆蓋的具有氧化鋁或氧化釔等的陶瓷等的介電體製的膜與配置於其內部並形成靜電而吸附保持晶圓的電極的靜電夾具。在如此之樣品台上部上表面將晶圓靜電吸附而保持，進一步對靜電夾具的介電體膜表面與晶圓背面之間供應傳熱氣體而促進在真空中的樣品台與晶圓之間的熱的傳達。

再者，已泛知為了將樣品台的溫度調節成期 望的範圍內的值，而將冷媒在內側流通而循環的冷媒流路等的冷卻手段與供應電力而發熱的加熱器等的加熱手段的兩者配置於樣品台內部的構成，適切調節此等冷卻手段的排熱量或加熱手段的加熱量的平衡使得樣品台以及載於此的晶圓的溫度與其分布被作成適於處理的所望者。一般情況下，進行從熱容量的大小在目前的大多的蝕刻裝置中係邊使調節成既定的溫度的冷媒循環於樣品台內部的冷媒流路邊可變地調節加熱器的輸出，從而實現使用於處理的複數個值的溫度。

在如此之技術之例方面，係已知揭露於例如日本發明專利公開2004-288471號公報(專利文獻1)者。在專利文獻1，係已揭露以下構成：於在內部具有電阻發熱體的平板狀的陶瓷基座的下表面的中央部具有筒狀的支撐體，並具備在此筒狀支撐體的外周側將此環狀地包圍而配置並與陶瓷基座的背面具有間隙的冷卻構材，氣密地將陶瓷基座的背面與冷卻構材之間之間隙進行密封而在內部供應傳熱氣體而作成傳熱空間並將陶瓷基座的熱傳達至冷卻構材而將此冷卻。再者，已揭露藉防止來自供應傳熱氣體的傳熱空間的氣體排出的排出防止手段而作成該傳熱空間內的壓力從而調節通過傳熱空間的熱的移動量的構成。

此外，在燒結陶瓷與冷卻構材之間設置間隙，使得亦可抑制晶圓載置面的變形。例如基於歷來的一般的晶圓台構成，在金屬塊體內形成冷媒流路，在冷媒流 路上方配置加熱器，在金屬塊體上表面設置靜電夾具的情況下，係為了提高晶圓溫度而對於加熱器導通大電力時，在金屬塊體內的加熱器部附近發生熱脹，金屬塊體全體變形為凸型。藉此，晶圓載置面亦變形為凸型，成為靜電吸附錯誤的發生原因。

另一方面，如專利文獻1在燒結陶瓷與冷卻構材間消除徑向的約束，使得在燒結陶瓷方面係不會發生熱脹所致的凸變形。藉此，於高溫時亦可確實靜電吸附晶圓。

此外，在專利文獻2，係已揭露具備載置基板的陶瓷製的圓板狀的包裝與配置於其內部的加熱器的靜電夾具、高頻電源或直流電源電氣連接於配置在包裝內的內部電極的構成。再者，內部電極的外周端，係比載於靜電夾具的上方的晶圓的外周緣延伸於外周側而配置，藉此防止在處理中形成於靜電夾具或晶圓上方的電漿鞘在晶圓的外周端部彎曲，可在晶圓的面內的方向上減低處理的特性的變異性而實現接近更均勻的蝕刻處理。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本發明專利公開2004-288471號公報

[專利文獻2]日本發明專利公表2015-501546號公報

在上述歷來的技術，係在以下方面考慮不充分，故產生問題。

亦即，在由非揮發性材料而構成的處理對象的膜層的蝕刻中，為了提升加工形狀的垂直化、產量等係要求提高往該膜表面的離子等帶電粒子的入射的能量。另一方面，提高離子的入射能時晶圓從電漿接收的熱量亦即來自電漿的熱輸入的量亦增加，故如此之熱輸入量比歷來大的狀態下需要使晶圓的溫度的值與其分布在晶圓的面內方向上成為在可減低作為加工的結果的處理後的形狀的變異性方面充分的期望的範圍內。

針對此在專利文獻1，係筒狀的支撐體的外周側的陶瓷基座背面係雖在與冷卻構材之間藉傳熱氣體供應而冷卻，惟隔著配置於中央部的筒狀支撐體係非積極地冷卻的構成，傳熱的量在中央部與外周部變不同。為此，邊接收大的量的熱邊處理晶圓的情況下係溫度在晶圓的中心附近變高，在晶圓的半徑方向上的溫度的變化變大，具有加工形狀的變異性變大而損害處理的良率之虞。

此外，一般情況下，為了使離子入射於晶圓上表面而進行對配置於樣品台的內部的金屬製的電極供應既定的頻率的高頻電力而在晶圓上方形成偏壓電位，惟為了提高離子的入射能而供應高的偏壓電力的狀態下具有在晶圓台內部發生異常放電的懸念。例如，在揭露於專利文獻1的構成方面，於在內部埋設電極的介電體製的包裝與 下方的冷卻構材之間產生電位差的情況下，係具有在此等間之間隙內發生高頻電力所致的異常放電使得裝置的良率與可靠性受損之虞。

在如此之課題方面，專利文獻1及2係未考慮，而產生問題。本發明之目的，係在於提供可靠性高且良率提升的電漿處理裝置。

上述目的，係藉一種電漿處理裝置而達成，具備配置於真空容器內部的可減壓的處理室、配置於此處理室內並在上表面載置而保持處理對象的晶圓的樣品台、及在此樣品台的上方的前述處理室內形成電漿的手段，前述樣品台，具備在介電體製的圓板狀的塊體及其下方空著間隙而配置的金屬製的圓板狀的護套、配置於此護套的上表面的中央部且配置於前述塊體的中央部下方的介電體製的筒狀的構材插入於內側的凹部、及配置於前述護套的內部且冷媒在內側流通的冷媒流路，且前述塊體與前述護套經由前述筒狀的構材及其外周側的前述塊體的下表面之間而傳達熱。

依本發明時，筒狀構材以外的介電體製的塊體的背面係在與護套之間藉輻射或傳熱氣體而冷卻，且熱亦通過筒狀構材而傳達。依此構成，針對具有發熱層的介 電體製的塊體的溫度可在其面內方向上實現為期望的值或分布。此外，配置比是被加工樣品的晶圓的外徑具有大的徑的發熱層及護套的外徑，使得可抑制在發熱層及冷卻護套的外周部所發生的溫度不均勻狀態對被加工樣品的面內溫度均勻性造成影響。

再者，調整供應至介電體製的塊體與金屬製的護套之間的傳熱氣體的壓力，使得可使在塊體與護套之間的傳熱量變化並在介電體製的塊體的面內方向上實現期望的範圍內的值的溫度或分布。另外，在介電體製的塊體與金屬製的護套之間隙配置絕緣體而在此等間之間隙內異常放電受到抑制。

藉此，可將晶圓的溫度與其面內方向上的分布實現為適於處理者，且可抑制內部的異常放電所致的局部的加熱。藉此，增加偏壓電位形成用的高頻電力而產生大的熱輸入的處理的條件下，仍可將晶圓的溫度與其分布實現為適切者。再者，在一部分的實施例，係介電體製的塊體與金屬製的護套進行接觸僅係經由中心部分的筒狀的構材，利用上方的塊體的加熱層而使晶圓成為高溫的運轉中，亦抑制載置晶圓的塊體上表面的凸變形以及晶圓的吸附的剝離。藉此介電體塊體係可在寬的溫度範圍進行使用，對於在非揮發性材料的蝕刻成為必要的高溫區域亦可對應。

1‧‧‧介電體塊體

2‧‧‧靜電吸附電極

3‧‧‧高頻電極

4‧‧‧發熱層

5‧‧‧筒狀支撐體

6‧‧‧固定構材

7‧‧‧固定螺栓

8‧‧‧冷卻護套

9‧‧‧冷媒流路

10‧‧‧基座環

11‧‧‧絕緣層

12‧‧‧隔熱材

13‧‧‧氣體管線

14‧‧‧傳熱氣體

15‧‧‧密封材

16‧‧‧高頻電源

17‧‧‧第2絕緣材

20‧‧‧處理室壁

21‧‧‧蓋構材

22‧‧‧處理室

23‧‧‧氣體導入管

24‧‧‧處理氣體

25‧‧‧排氣口

26‧‧‧壓力調節閥

27‧‧‧渦輪分子泵浦

28‧‧‧線圈

29‧‧‧電漿

30‧‧‧電漿生成用電源

31‧‧‧可動軸

32‧‧‧保護構材

33‧‧‧調溫單元

34‧‧‧空間

35‧‧‧真空容器

100‧‧‧電漿處理裝置

101‧‧‧樣品台

W‧‧‧晶圓

[圖1]示意性針對本發明的實施例相關之電漿處理裝置的構成的概略作繪示的縱剖面圖。

[圖2]示意性針對示於圖1的實施例相關之樣品台的構成的概略作了繪示的縱剖面圖。

[圖3]示意性針對示於圖2的實施例相關之樣品台的構成的概略作繪示的縱剖面圖。

[圖4]示意性針對示於圖1的實施例相關之電漿處理裝置中的放電的特性作了繪示的圖形。

[圖5]示意性針對示於圖1的實施例的變化例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略作繪示的縱剖面圖。

[圖6]示意性針對示於圖1的實施例的別的變化例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略作說明的縱剖面圖。

[圖7]示意性針對示於圖1的實施例的再別的變化例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略作說明的縱剖面圖。

[圖8]示意性針對示於圖1的實施例的再別的變化例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略作說明的縱剖面圖。

在以下利用圖式說明本發明的實施形態。

[實施例1]

以下，圖1至3說明有關本發明的第1實施例。圖1，係示意性針對本發明的實施例相關之電漿處理裝置的構成的概略作繪示的縱剖面圖。尤其，在本實施例，係示出利用電漿藉高頻電力被供應至配置在真空容器外側的線圈而形成的感應磁場而形成的所謂感應耦合方式的電漿而對配置在真空容器內部的處理室內的預先配置在晶圓表面的包含遮罩的具有複數個膜層的膜構造的處理對象的膜層進行蝕刻的蝕刻裝置。

本實施例的電漿處理裝置100，係具備在內部具有經減壓至既定的真空度的處理室22的真空容器35、配置於其上方並為了在處理室22內形成電漿29而形成電場的電場形成裝置、及配置於真空容器下方而具有將處理室內的電漿、反應生成物、氣體的粒子等排出而減壓的包含渦輪分子泵浦27、粗抽用的旋轉式泵浦等的真空泵浦的排氣裝置。真空容器35，係其側壁與未圖示的別的真空容器亦即與載於搬送機器人等的搬送手段的臂件上而在經減壓的內部搬送晶圓W的搬送容器連結。

真空容器35係具備將具有圓筒狀的處理室22包圍的具有圓筒形的處理室壁20、及載於其上端部的上方而包含氧化鋁陶瓷或石英等的透射過高頻的電場的介電體而構成的圓板形的蓋構材21，此等在其間夾著未圖示的O環等的密封構材而連接，使得處理室22其內側被氣密地密封而構成。此外，在處理室22內側的下部，係配置具有圓筒狀的樣品台101，在樣品台101的上表面係具 備載置晶圓W的介電體製的載置面。

在處理室22的上部係連接氣體導入管23，通過氣體導入管23而使存積於未圖示的氣槽等的氣源的單一或複數個種類的氣體以既定的比率而混合的處理用氣體24導入處理室22內。再者，在處理室22的下部亦即在樣品台101的上表面下方係配置具有圓形的排氣口25，藉連通於排氣口25而配置於真空容器35的下方的排氣裝置的動作使得導入處理室22的處理用氣體24、因蝕刻而產生的反應生成物等在該排氣口25排出至處理室22外部。

在將構成排氣裝置的渦輪分子泵浦27的入口與排氣口25之間連結的管路上，係配置具備複數個旋轉於橫切該管路的軸向而配置的軸的周圍並依該旋轉的角度位置而可變地調節管路的流路剖面的大小的板狀的襟翼的壓力調節閥26，藉調節依壓力調節閥26的複數個襟翼的旋轉的流路的開度，從而調節來自排氣口25的排氣的流量或速度。依來自氣體導入管23的處理室22側的開口的處理用氣體24的流量或速度與來自排氣口25的排氣的流量或速度的平衡，處理室22內的壓力被調節為數Pa~數十Pa的範圍內的適於電漿處理裝置的處理或運轉的值。

在處理室22的上方的構成真空容器35的上部的蓋構材21的上方，係配置有沿著蓋構材21的外壁而捲繞複數次的線圈28。線圈28的一端側係電氣連接是輸出高頻電力的電源的電漿生成用電源30，從此電漿生成 用電源30對線圈28供應既定的頻率如13.56MHz的高頻電力。

藉因在流過高頻電力的電流的線圈28的周圍所形成的感應磁場而生成的電場使得在處理室22內的處理用氣體24的原子或分子受到激發而在處理室22的樣品台101上方的空間產生感應耦合型的電漿29。在樣品台101上的晶圓W，係面對電漿29且利用由於對配置在樣品台101內的金屬製的電極從未圖示的別的高頻電源而供應的既定的頻率的高頻電力而在晶圓W上方所形成的偏壓電位將電漿29中的帶電粒子朝向晶圓W上表面的處理對象的膜層進行引誘而予以衝撞從而進行蝕刻處理。由未圖示的檢測器檢測出結束蝕刻處理的情形時，停止往線圈28的高頻電力的供應而電漿熄滅，停止偏壓形成用的高頻電力的供應而停止蝕刻後，從處理室22搬出晶圓W，實施供於將對處理室22內導入既定的氣體而形成電漿並附著於處理室22內壁的附著物的除去或內壁表面作成適於處理的開始的狀態用的電漿清潔。

另外，樣品台101係下部連結於可移動於上下方向而構成的圓筒形的可動軸31的上端部而被此所支撐，依可動軸31的上下方向的移動而即使處理室22內為真空狀態仍可移動於上下方向而構成。使樣品台101移動於上下方向，將晶圓W與電漿29之間的距離調整為期望者，從而調節蝕刻的性能。

此外，為了控制晶圓W的溫度，構成為在樣 品台101的金屬製的構材的內部係配置冷媒在內側流通的冷媒流路，並在與冷媒流路經由管路而連結的調溫單元33調節為既定的溫度的冷媒被供應於冷媒流路而流通後，再度返回調溫單元33而循環。另外，樣品台101背面與真空容器35的處理室22底面之間的空間34亦藉從排氣口25的排氣而作成既定的真空度。

利用圖2，而說明有關本實施例的樣品台101的構成。圖2，係示意性針對示於圖1的實施例相關之樣品台的構成的概略作了繪示的縱剖面圖。另外，在本圖係示出從具有圓筒形的樣品台101的中心軸包含任意的1個半徑方向的縱向的面上的剖面。

本實施例的樣品台101，係具備在上表面載置被加工樣品W(以下，晶圓W)的具有圓板或圓筒狀的介電體塊體1與配置於其下方的具有圓板形或圓筒形的外廓並在其中央部係配置有在內側配置對在上方的介電體塊體1內部所配置的電極供應電力的供電線、同軸電纜或對其上表面的傳熱性的氣體用的導入口供應該氣體的管路的貫通孔的具備環狀的形狀的金屬製的冷卻護套8。介電體塊體1係以將陶瓷的材料成形為所望的形狀而燒成的燒結體而構成。

在介電體塊體1的內部，係配置有膜狀的金屬製的靜電吸附電極2、高頻電極3及發熱層4。靜電吸附電極2係與未圖示的直流電源電氣連接而藉從直流電源供應並施加的電壓，在夾著介電體材料的靜電吸附電極2 與晶圓W之間形成電荷而生成靜電力而將晶圓W在介電體塊體1上表面上方吸附於此而保持。

在介電體塊體1的下表面下方，係配置有以介電體的材料而構成的具有圓筒或筒狀的形狀的筒狀支撐體5。在本實施例，係筒狀支撐體5雖成形而燒成為介電體塊體1的一部分，惟亦可在形成為別的構材後連結於介電體塊體1。

在構成介電體塊體1與筒狀支撐體5的材料方面的介電體，係從耐熱性、抗腐蝕性的觀點而採用陶瓷。尤其，本實施例的介電體塊體1係作用為將晶圓W靜電吸附的靜電夾具，故為了獲得期望的夾持性能而從純氧化鋁陶瓷、對氧化鋁添加氧化鈦的陶瓷、氮化鋁等之材料而適當選擇。

本實施例的筒狀支撐體5，係圓筒形分成帶有在之間具有角度的階差的於上下方向2階的部分，下部的外徑具有比上部者大的形狀。本例的下部的大徑部分係包含下端部而使徑比上方大的凸緣狀的部分，該圖上上表面係與固定構材6下表面相接而藉此從上方朝下方壓住使得其位置相對於冷卻護套8而固定。

固定構材6，係具有比筒狀支撐體5的下部的大徑部分的徑大的外徑的圓板或圓筒形外廓，在內側具備凸緣狀的下部插入於內側而嵌合的凹部。在該凹部內插入筒狀支撐體5的下部的凸緣狀部分使得凸緣狀部分的上表面與凹部下表面相接而連結兩者。固定構材6與冷卻護套 8藉從冷卻護套8的下方通過貫通孔而插入的固定螺栓7而緊固，介電體塊體1與筒狀支撐體5以固定構材6而抓持而與該固定構材6一起固定於冷卻護套8上。

固定構材6，係具有在與筒狀支撐體5的下部連結的狀態下在其外周將此包圍而配置的結合複數個構材的例如複數個具有圓弧狀的構材使該圓弧的端部彼此連接的結果上環狀的形狀。筒狀支撐體5為陶瓷的情況下，將筒狀支撐體5的陶瓷的材料的部分直接加工而形成螺栓孔時具有強度不足而產生豁缺、破裂等的損壞、塵埃等之虞，故利用金屬或樹脂製的固定構材6與固定螺栓7而將筒狀支撐體5固定於冷卻護套8。

在金屬製並具有導電性的冷卻護套8，係如上所述，在內部配置冷媒流路9並對冷媒流路9供應調節溫度的冷媒而流通，使得冷卻護套8的溫度被調整。由於往晶圓W的離子的入射、對配置於內部的高頻電極3的下方的發熱層4供應直流電流而生成的熱等使得熱供應至介電體塊體1的情況下，係在介電體塊體1的環狀的下表面與冷卻護套8的環狀的上表面之間及筒狀支撐體5的下部下表面與在內部插入筒狀支撐體5及固定構材6的配置於冷卻護套8的前述環狀上表面的中央側的凹部的底面之間，分別傳達傳熱量Q1、傳熱量Q2的熱，從介電體塊體1進行往冷卻護套8的排熱。

介電體塊體1與冷卻護套8之間的間隙與樣品台101的周圍的處理室22連通而相同真空的狀態的情 況下，Q1係主要因輻射而傳熱。另外，在本實施例係在介電體塊體1內部配置於圓形或複數個圓弧形的區域的發熱層4與冷卻護套8的外徑係作成比晶圓W的外徑大。

亦即，在介電體塊體1上表面的載置晶圓W的載置面的外周側的區域，係載置以矽、氧化鋁或石英等而構成的基座環10，發熱層4係不僅介電體塊體1的中央部而其外周端係亦配置於基座環10的下方。再者，在筒狀支撐體5的外周側的介電體塊體1的下表面與冷卻護套8的上表面之間的間隙係配置有絕緣層11。絕緣層11的細節係在實施例2敘述。

於具有配置於構成樣品台的金屬塊體內的冷媒流路及配置於其上方的加熱器、及配置於金屬塊體上表面的靜電夾具的歷來的技術中，為了使晶圓的溫度上升而使大電力導通於加熱器時，在金屬塊體內的加熱器部附近發生熱脹且金屬塊體全體變形成凸型，具有金屬塊體上方的載置晶圓的載置面亦變形為凸型而在晶圓的外周側區域發生無法吸附的錯誤之虞。另一方面，如本實施例的構成，採取將介電體塊體1與冷卻護套8藉配置於中央部的筒狀支撐體5而連結固定，在其外周側的區域係夾著間隙而兩者的表面對向而配置的構成，使得在熱脹量變大的樣品台或介電體塊體1的半徑方向上的外周部方面介電體塊體1與冷卻護套8的約束係本質無或減低，介電體塊體1的凸型變形被抑制。藉此，為了實現例如冷卻護套8係作成20℃，使介電體塊體1升溫至200℃以上等適於晶圓W 的處理的溫度而需要增加樣品台101的上下的溫度的情況下仍可在半徑方向上靜電吸附不會破滅下將晶圓W在介電體塊體1上表面上方進行吸附。

此外，藉介電體塊體1的外周側背面與冷卻護套8的外周側上表面之間的傳熱量(Q1)、及筒狀支撐體5下部與冷卻護套8中央部上表面之間的傳熱量(Q2)，可減低從介電體塊體1往冷卻護套8的熱的傳達量的半徑方向上的變動。例如，樣品台101的傳熱量僅為在外周側的區域的Q1的情況下，晶圓W的外周側的區域係雖熱傳達至冷卻護套8惟在晶圓W的中央側的區域係排熱相對小而溫度在晶圓W的中心附近提高。如本實施例從將介電體塊體1在中央部作支撐的筒狀支撐體5對冷卻塊體1傳達Q2的量的熱，使得抑制晶圓W的中央部的溫度上升。

針對熱量Q1、Q2的大小，適切選擇介電體塊體1的外周側背面與冷卻護套8的外周側上表面之間之間隙的距離、對向的面積、筒狀支撐體5的下部大徑部與冷卻護套8中央部的凹部底面接觸的面積而以將此實現的尺寸而構成，使得可實現晶圓W的所望的溫度的值與其分布。再者，在本發明係配置成使發熱層4或冷卻護套8的外周緣的位置位於比晶圓W的外徑外側，從而抑制在發熱層4及冷卻護套8的外周部發生的溫度的不均勻而減低對於晶圓W的溫度的值與分布造成的不良影響。

介電體塊體1與冷卻護套8的圓板或圓筒形 的外徑係具有同等的尺寸。此外，如示於圖1，氧化鋁、石英等的抗電漿性相對大的介電體製的外周保護構材32在樣品台101的外周側的部分將此包圍而配置使得樣品台101的側面在與處理室22之間被區劃，抑制電漿29的進入造成其側面因相互作用而變質或堆積附著物。此情況下，埋設於介電體塊體1內的發熱層4雖外徑變比冷卻護套8小，惟應配置成發熱層4的外徑至少比晶圓W的外徑大。

例如，發熱層4與晶圓W的外徑等為Φ300mm，冷卻護套的外徑大至Φ400mm的情況下，晶圓W的溫度係在外周部降低，無法獲得面內溫度均勻性。為此，藉配置成發熱層4及冷卻護套8的外徑相對於晶圓W的外徑變大，使得可抑制晶圓W外周部的溫度降低，可將晶圓的面內溫度均勻化。

可動軸31係僅連結於冷卻護套8的下表面而未連接於介電體塊體1。為此，即使可動軸31移動於上下方向時介電體塊體1與冷卻護套8之間之間隙的大小仍為固定，故例如正在蝕刻處理的時候藉可動軸31的驅動使樣品台101上下而調整晶圓W與電漿29之間的距離的情況下，只要放電在處理中的任意的時間點在該間隙受到抑制則之後的處理中在此間隙的放電亦受到抑制。另一方面，僅介電體塊體1可移動於垂直方向而冷卻塊體8係位置固定的情況下，係介電體塊體1移動時與冷卻護套8之間隙量變化的結果，具有對高頻電極3供應高頻電力而形 成的電場造成在該間隙內發生放電之虞。

此外，在本實施例，藉從高頻電源30供應至線圈28的高頻電力而在處理室22內所形成的電場，係由導電性的冷卻護套8所遮斷，故即使樣品台101移動於垂直方向使得間隙量(空間量)變化的情況下仍抑制在冷卻護套8下方的空間34的放電。

利用圖3，而說明有關本實施例的樣品台的介電體塊體1與冷卻護套8之間之間隙的更詳細的構成。圖3，係示意性針對示於圖2的實施例相關之樣品台的構成的概略作繪示的縱剖面圖。於本圖中，有關在圖1或2所示的同符號的構成，係省略說明。

本實施例的介電體塊體1的筒狀支撐體5下部係具有外徑作成比上部的圓筒形狀部分大的形狀。該下部的大徑部，係嵌合於配置在其外周側而與該大徑部的上表面抵接按壓於下方的固定構材6的中央側的凹部而抓持，以固定螺栓7固定於導電性的冷卻護套8。將介電體塊體1配置於冷卻護套8時，係首先將固定構材6裝戴於筒狀支撐體5，將此等插入冷卻護套8的中央部的凹部而載於該底部上表面上方，而將固定構材6從冷卻護套8的下表面下方將固定螺栓7插入於貫通孔而將固定構材6與冷卻護套8緊固，而將筒狀支撐體5及連結、連接於其上方的介電體塊體1的位置在冷卻護套8上方固定。

本實施例的固定構材6，係半圓狀的環狀構材的複數個(在本例係2個)其端部彼此連接而形成1個環 狀的形狀的構材，成為載於筒狀支撐體5的下部的凸緣部上而裝戴的狀態下在筒狀支撐體5的外周側將此包圍而配置的環狀的構材。將筒狀支撐體5的下部的大徑部外周包圍而在外側配置固定構材6並與冷卻護套8緊固的狀態下，在筒狀支撐體5的上部外周側壁與冷卻護套8的圓筒形的凹部的內側壁面之間，係在水平方向上存在具有長度L2的環狀的形狀的間隙。

此L2，係依筒狀支撐體5的外徑、固定構材6的內外徑、凹部的半徑等的尺寸的大小而定的大小。另一方面，筒狀支撐體5的外周側的介電體塊體1的下表面與冷卻護套8的凹部的外周側的上表面之間之間隙的大小L1，係依筒狀支撐體5的本身的長度與冷卻護套8中央部的凹部的深度而定的大小。要盡可能增加兩者之間的傳熱性能時該L1係盡量縮小間隙量為理想。

在本實施例，L1係一方面作成數mm，優選上係1mm以下，另一方面L2係因插入固定螺栓7的固定構材6的尺寸而受到影響。考量與固定螺栓7的緊固時的機械的強度時，間隙的大小係成為L2>L1的關係。

於此狀態下，對配置於介電體塊體1內的高頻電極3從偏壓電位形成用的高頻電源16供應偏壓電位形成用的高頻電力的情況下，L2係相對上大故與L1比較下於圖中的B方向發生放電的可能性變高。開始如此之間隙內的放電的電壓係與間隙的大小存在關係，放電開始電壓係B的方向比起圖上A的方向較低。

蝕刻非揮發性材料的情況下，係化學的反應性低故依離子能的濺鍍效果成為主要的蝕刻的反應，從加工形狀的垂直化、產量提升的觀點期望進一步提高離子的入射能，為此預想需要增加高頻電源16的輸出電壓。另一方面，在本實施例中冷卻護套8係具備接地或與接地電極電氣連接而成為接地電位的構成，藉此在高頻電極3與冷卻護套8間產生電位梯度，於介電體塊體1與冷卻護套8之間隙發生放電的可能性變高。

圖4，係示意性針對示於圖1的實施例相關之電漿處理裝置中的放電的特性作了繪示的圖形。如此之特性係一般以帕邢定律而為所知悉，在本圖係示出空間的放電開始電壓關聯於壓力P與電極間距離d，如此之關係性係直流放電、高頻放電的任一者皆顯示同樣的傾向。

示於圖3的A的方向係垂直方向間隙量L1小故比P．d值小，放電開始電壓亦增高。另一方面，圖上B的方向係水平方向間隙量L2大故P．d值亦增加而放電開始電壓變低，在本實施例係相對上在B的方向較容易發生放電。在晶圓W的處理中所產生的如此之在樣品台101內部的放電係使偏壓電位、電漿的電位等成為不穩定而對晶圓W的處理造成不良影響而損害處理的良率。

本實施例的樣品台101係為了抑制在內部的放電，如示於圖2、3在冷卻護套8的上表面配置絕緣層11。冷卻護套8的上表面、及凹部的內壁面以絕緣體11遮蓋，施加於介電體塊體1與冷卻護套8之間隙的電壓亦 分配於該絕緣體11而降低，使得在此等間之間隙、尤其在B的方向上的放電受到抑制。

此外，冷卻護套8係從導電性、熱導性的觀點採用鋁等之金屬材料即可，惟金屬曝露的狀態下曝於放電時會成為異物或污染物的產生源。只要配置絕緣層11，則假設在上述間隙發生放電，仍可使異物、污染物等的產生量比起金屬材料減少許多。

絕緣體11係採用陶瓷、樹脂等而藉燒成、機械加工等而成形即可。或者，在冷卻護套方面採用鋁的情況下，係對鋁表面進行陽極氧化處理，使用陽極氧化皮膜作為絕緣層11亦可。此外，對冷卻護套8表面實施氧化鋁熱噴塗處理、絕緣樹脂塗層而作成絕緣層11亦可。

利用圖5說明上述實施例的變化例。圖5，係示意性針對示於圖1的實施例的變化例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略作繪示的縱剖面圖。於本圖中，亦有關在圖1至3所示的同符號的構成，係省略說明。

在本例中，係具備在介電體塊體1的筒狀支撐體5的下部的大徑部的底面與此被插入內部的冷卻護套8的中央部凹部的底面之間夾著隔熱材12而此等抵接的構成，藉該隔熱材12而減低兩者之間的傳熱量Q2。為了裝置小型化係雖筒狀支撐體5的軸向的長度較小者為理想惟從隔熱的觀點係增長筒狀支撐體5為理想。

依處理的條件、樣品台101的尺寸等的選擇，係亦可能傳熱量Q2變過大而晶圓W的溫度在中央部 的區域超過容許的範圍而變低。此情況下，係將具有預先選擇的厚度等的尺寸的隔熱層12夾於筒狀支撐體5的底面與冷卻護套8的凹部底面之間而調節傳熱的量Q2。

依此構成，可使裝置的小型化與期望的傳熱量(Q2)的實現同時成立。在隔熱材12的材料方面，係可選擇熱導率低者，可採用例如不鏽鋼、鈦等之金屬材料、樹脂材料等。

利用圖6，而說明有關再別的變化例。圖6，係示意性針對示於圖1的實施例的別的變化例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略作說明的縱剖面圖。於本圖中，亦有關在圖1至5所示的同符號的構成，係省略說明。

在本例中，係在介電體塊體1及筒狀支撐體5與冷卻護套8之間之間隙，將此從樣品台101周圍的處理室22內的空間氣密地區劃的O環等的密封材15被夾著而配置，在從周圍氣密地區劃的間隙空間供應He等的傳熱氣體14。傳熱氣體係從未圖示的傳熱氣體14的存積部通過配置於冷卻護套8內的由貫通孔或管路所構成的氣體管線13而從樣品台101下方供應至間隙內。在傳熱氣體14方面係亦可採用He以外的稀有氣體。

在本變化例，供應至上述間隙的He係分散而充滿於筒狀支撐體5的外周側的介電體塊體1與冷卻護套8之間之間隙及配置在冷卻護套8中央部的凹部內壁及底面與筒狀支撐體5之間之間隙。調節傳熱氣體的供應量或 間隙內的壓力從而增減傳熱量Q1及Q2。藉此，使得可邊在介電體塊體1的上表面或晶圓W的面內方向上保持依筒狀支撐體5及介電體塊體1的尺寸的Q1、Q2的傳熱量的平衡邊可變地調節介電體塊體1與冷卻護套8之間的整體上的傳熱量的水平。

接著，利用圖7、8說明有關上述實施例的再別的變化例。圖7、8，係示意性針對示於圖1的實施例的再別的變化例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略作說明的縱剖面圖。於本圖中，亦有關在圖1至6所示的同符號的構成，係省略說明。

如上述在本實施例中，示於圖3的B的方向係水平方向之間隙的大小L2比L1相對大，故P．d值亦增加，放電開始的電壓變低。在本變化例，係為了抑制在圖上L2之間隙的B的方向上的放電，在固定構材6的上方配置第2絕緣材17。具備此第2絕緣材17，使得該間隙的至少一部分被以絕緣性的材料埋住，而電壓被分配至第2絕緣材17的絕緣材料造成在間隙的表面彼此之間的電壓被減低而抑制放電。

本例的第2絕緣材17，係如同固定構材6，為將例如半圓的環狀或圓弧狀的構材2個使相互的端部連接而構成的環狀的構材，亦即為與固定構材6一起裝戴於筒狀支撐體5的狀態下將此的外周側壁包圍的環狀的構材。在將在下部具備其徑作成比上部大的大徑部的筒狀支撐體5連接於冷卻護套8前，於筒狀支撐體5裝戴第2絕 緣材17與固定構材6，筒狀支撐體5與裝載於此的第2絕緣材17及固定構材6一起插入配置於冷卻護套8的中央部的凹部內而底面彼此接觸、連接後，進行緊固使得彼此位置固定而連結。

示於圖8之例，係代替在筒狀支撐體5的上部周圍配置第2絕緣材17而埋住L2之間隙而減低圖3上的B的方向之間隙的大小的構成，而為具備藉固定構材6埋住L2而縮小該B的方向之間隙的構成者。在固定構材6方面採用金屬製的材料的情況下係可在表面，與固定構材6的外周側的冷卻塊體8的上表面同樣地配置絕緣層11。

依以上的實施例或變化例時，可將在具有圓筒形的樣品台101的半徑方向上介電體塊體1與冷卻護套8之間的熱的傳達作成適於晶圓W的處理的期望的範圍內的值而減低樣品台101或晶圓W上表面的溫度的變異性。或者，能以期望的量或其分布而實現在介電體塊體1與冷卻護套8之間的半徑方向上的熱的傳達的量，而使晶圓W或樣品台101上表面的溫度與其分布成為所望的範圍者，可使晶圓W的處理的良率提升。

在以上的實施例或變化例雖說明感應耦合方式的電漿處理裝置，惟在電漿的生成方法方面採用微波ECR、電容耦合等的從歷來周知的技術的裝置中，亦發揮與本發明同等的效果。

此外，不僅蝕刻處理晶圓W的電漿處理裝 置，可對灰化裝置、濺鍍裝置、離子植入裝置、抗蝕層塗佈裝置、電漿CVD裝置、平板顯示器製造裝置、太陽能電池製造裝置等需要晶圓溫度管理的其他裝置應用上述實施例的發明而發揮同樣的效果。

1‧‧‧介電體塊體

2‧‧‧靜電吸附電極

3‧‧‧高頻電極

4‧‧‧發熱層

5‧‧‧筒狀支撐體

6‧‧‧固定構材

7‧‧‧固定螺栓

8‧‧‧冷卻護套

9‧‧‧冷媒流路

10‧‧‧基座環

11‧‧‧絕緣層

101‧‧‧樣品台

W‧‧‧晶圓

Claims (7)

1. 一種電漿處理裝置，具備配置於真空容器內部的可減壓的處理室、配置於此處理室內並在上表面載置而保持處理對象的晶圓的樣品台、及在此樣品台的上方的前述處理室內形成電漿的手段，前述樣品台，具備在介電體製的圓板狀的塊體及其下方空著間隙而配置的金屬製的圓板狀的護套、配置於此護套的上表面的中央部且配置於前述塊體的中央部下方的介電體製的筒狀的構材插入於內側的凹部、及配置於前述護套的內部且冷媒在內側流通的冷媒流路，且前述塊體與前述護套經由前述筒狀的構材及其外周側的前述塊體的下表面之間而傳達熱。
2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述筒狀的構材具有徑比上部大的下部而前述塊體與前述護套經由該下部與前述凹部之間而傳達熱。
3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其具備將配置於前述凹部的內側並具有大的徑的前述筒狀的構材的下部的外周或上方覆蓋而包圍的金屬製的環狀構材亦即具備與前述護套緊固而將前述筒狀構材在該護套上保持的環狀構材。
4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中，於前述金屬製的環狀構材的上表面上方的前述凹部具備包圍前述筒狀的構材而配置的絕緣體製的構材。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之電漿處理裝 置，其中，在前述塊體與前述護套之間之間隙供應傳熱性的氣體。
6. 如申請專利範圍第5項之電漿處理裝置，其中，具備可變地調節在前述間隙的傳熱性的氣體的壓力的功能。
7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之電漿處理裝置，其中，在前述塊體內配置為圓弧狀或圓板狀的發熱層及前述護套各者的徑比前述晶圓的徑大。