TW201937591A - 基板載置台及具備該基板載置台的電漿處理裝置、以及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種基板載置台(15)，其可減輕腔室(11)內之溫度等的外部因素影響。配置於電漿處理裝置(1)中的腔室(11)內的基板載置台(15)，具備靜電夾頭(61)與冷卻套管(62)，靜電夾頭(61)係由上側圓盤部(61a)與下側圓盤部(61b)所構成，該上側圓盤部(61a)內建用以靜電吸附之電極(71)，該下側圓盤部(61b)具有比上側圓盤部(61a)更大之直徑，且內建加熱器(72)。配置於上側圓盤部(61a)之徑向外側並且覆蓋下側圓盤部(61b)上表面的聚焦環(64)、將冷卻套管(62)之至少一部分及下側圓盤部(61b)圍住的隔熱用上側環狀蓋(65)、以及與上側環狀蓋(65)一起夾持冷卻套管(62)的隔熱用下側環狀蓋(66)為陶瓷製。

Description

基板載置台及具備該基板載置台的電漿處理裝置、以及電漿處理方法
本發明係關於一種可將在腔室內欲實施電漿蝕刻處理等之基板，例如半導體用晶圓等以靜電吸附狀態加以載置的基板載置台、及具備該基板載置台的電漿處理裝置以及電漿處理方法。
以往，已知有在配置於腔室內的基板載置台上，載置半導體用基板以作為被處理物件，再於腔室內供給既定氣體並使其電漿化，並藉由經電漿化的處理氣體對於基板實施蝕刻處理的電漿處理裝置。又，作為適用於電漿處理的基板載置台，已有人開發一種裝置，其具備靜電夾頭與配置於該靜電夾頭下側的冷卻套管，而該靜電夾頭內建用以靜電吸附之電極及用以加熱基板之加熱器(專利文獻1及2)。這種基板載置台，藉由對用以靜電吸附的電極施加電壓，在從電極表面到靜電夾頭的上端夾頭面之間的介電層引發介電極化(dielectric polarization)，而藉由在與基板之間所產生的靜電力來吸附基板而將其保持於夾頭面。接著，在處理中，以加熱器及冷卻套管控制溫度，藉此使基板保持於既定溫度，並在此狀態下對基板實施蝕刻處理等。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開2001-68538號公報
[專利文獻2]日本特開2006-237348號公報
然而，關於以加熱器及冷卻套管控制靜電夾頭及基板的溫度，因為基板載置台的周圍環境、例如腔室內溫度的影響，而具有難以適當控制靜電夾頭及基板溫度的問題。例如，在未載置基板的非處理狀態下，於初期升溫時或以既定溫度待機時，被加熱之靜電夾頭的熱能透過下側的冷卻套管大量逸散至外部。因此，要求較大的熱容量，而成為浪費電力消耗的主要原因。另一方面，載置基板並進行蝕刻處理等的處理中，從溫度已上升之基板連續傳導大量的熱能至靜電夾頭，而要求很大的散熱量。若具體說明，在非處理狀態下靜電夾頭的升溫步驟以及例如於200℃等既定溫度下待機時(固定溫度步驟)，為了不使來自加熱器的熱逸散至外部，必需有效率地使靜電夾頭升溫，或是將靜電夾頭保持於固定溫度。另一方面，例如在電漿蝕刻處理等基板的處理中，為了避免基板溫度超過所需之溫度，必須通過靜電夾頭有效率地排除基板的熱能。
鑒於以上的實際情況，本發明之目的在於提供一種可降低腔室內溫度等的外部因素對於靜電夾頭及冷卻套管之影響、並且可輕易控制基板及靜電夾頭之溫度的基板載置台、及具備該基板載置台的電漿處理裝置、以及電漿處理方法。
用以達成上述目的之本發明為一種基板載置台，其係以靜電吸附被處理用基板的基板載置台，其具備： 靜電夾頭，係由上側圓盤部與下側圓盤部所構成，該上側圓盤部內建以靜電吸附該基板的電極，而該下側圓盤部位於該上側圓盤部的下側，且具有比該上側圓盤部更大的直徑，並且內建加熱器；冷卻套管，配置於該下側圓盤部的下側，用以冷卻該靜電夾頭；聚焦環，配置於該上側圓盤部的徑向外側，覆蓋該下側圓盤部的上表面；隔熱用的上側環狀蓋，將該冷卻套管的至少一部分及該下側圓盤部圍住；及隔熱用的下側環狀蓋，與該上側環狀蓋夾持該冷卻套管；該聚焦環、該上側環狀蓋及該下側環狀蓋為陶瓷製。
根據該基板載置台，因為以陶瓷來製造將靜電夾頭及冷卻套管之上表面及徑向外側圍住的聚焦環、以及隔熱用的上下側環狀蓋，因此可減輕外部對於靜電夾頭及冷卻套管的影響，而能夠對於靜電夾頭及基板進行效率良好的溫度控制。
又，該基板載置台之中，該加熱器的配置區域，其直徑較佳係大於該基板的直徑。
根據該基板載置台，因為將加熱器之配置區域的直徑設定為大於基板的直徑，因此可使靜電夾頭上的溫度分布從基板之中心部至外周端部均勻地分布。
又，該基板載置台之中，該冷卻套管的徑向外周面上，一體成形有向外的凸緣部，該凸緣部，較佳係被該上側環狀蓋與該下側環狀蓋從上下夾持。
根據該基板載置台，因為以上下的陶瓷製環狀蓋夾持冷卻套管的向外凸緣，因此上下的環狀蓋，除了對於靜電夾頭及冷卻套管的隔熱功能以外，亦可作為冷卻套管的保持構件使用。
再者，該基板載置台之中，該靜電夾頭與該冷卻套管之間形成有微小間隙，該微小間隙在配置有該加熱器的整個區域中延伸，並且被從外部密封；該微小間隙較佳係構成下述態樣：與氦氣供給部與真空泵連接而可切換自如，藉此可在氦氣填充狀態與真空狀態之間變換自如。
根據該基板載置台，在非處理狀態中的初期升溫時、以固定溫度待機時，微小間隙成為真空狀態。因此，可阻斷靜電夾頭的熱逸散至下方的冷卻套管，而能夠維持有效率的初期升溫以及既定溫度下的待機狀態。另一方面，在電漿處理中，使微小間隙成為氦氣填充狀態，藉此透過熱傳導性良好的氦氣將高溫之基板的熱能迅速逸散至冷卻套管，而能夠進行有效率的散熱。
又，再者，該基板載置台之中，該靜電夾頭較佳為氮化鋁製。
根據該基板載置台，因為使用高熱傳導性的氮化鋁作為靜電夾頭，而能夠期待比氧化鋁更良好的溫度分布，進而可防止靜電夾頭因為熱應力而破裂。
又，本發明提供一種腔室中內建該基板載置台的電漿處理裝置。
根據該電漿處理裝置，因為具備可輕易控制基板及靜電夾頭之溫度的基板載置台，因此可在基板處理中輕易實施溫度管理。因此，可避免不穩定或是不均勻的晶圓溫度引起無法得到再現性之不均勻的處理結果。
再者，本發明亦提供基板處理方法，其係在於該基板載置台與該冷卻套管之間具有微小間隙的基板載置台之中，在未處理基板之狀態下的初期升溫時或是待機時使該微小間隙成為真空狀態，而在處理基板的過程中使該微小間隙成為氦氣填充狀態。
根據該方法，在未進行處理時，阻斷靜電夾頭的熱能逸散至下方的冷卻套管，而可維持有效率的初期升溫及既定溫度下的待機狀態。另一方面，在處理基板的過程中，透過熱傳遞性良好的氦氣使高溫之基板的熱能迅速逸散至冷卻套管，而可進行有效率的散熱。
如以上所述，根據本發明之基板載置台或是處理方法，可降低腔室內溫度等的外部因素對於靜電夾頭及冷卻套管的影響，而可輕易控制基板及靜電夾頭的溫度。又，根據本發明之電漿處理裝置，可避免因為不穩定或是不均勻的晶圓溫度引起無法得到再現性之不均勻的處理結果。
1‧‧‧電漿處理裝置
11‧‧‧腔室
12‧‧‧上腔室
13‧‧‧下腔室
15‧‧‧基板載置台
19‧‧‧升降汽缸
20‧‧‧氣體供給裝置
21‧‧‧SF6氣體供給部
22‧‧‧SiF4氣體供給部
23‧‧‧O2氣體供給部
24‧‧‧非活性氣體供給部
25‧‧‧供給管
30‧‧‧電漿產生裝置
31‧‧‧線圈
32‧‧‧高頻電源
35‧‧‧高頻電源
36‧‧‧靜電吸附用電源
40‧‧‧排氣裝置
41‧‧‧真空泵
42‧‧‧排氣管
50‧‧‧溫度調整系統
51‧‧‧水冷單元
52‧‧‧氦氣供給部
53‧‧‧加熱器用電源
54‧‧‧真空泵
61‧‧‧靜電夾頭
61a‧‧‧上側圓盤部
61b‧‧‧下側圓盤部
62‧‧‧冷卻套管
62a‧‧‧套管本體
62b‧‧‧底部
62c‧‧‧凸緣部
63‧‧‧支架
64‧‧‧聚焦環
65‧‧‧上側環狀蓋
65a‧‧‧切口
66‧‧‧下側環狀蓋
68‧‧‧外殼
68a‧‧‧向內凸緣部
69‧‧‧載置台支撐構件
71‧‧‧靜電吸附用電極
72‧‧‧加熱器
73‧‧‧螺栓
74‧‧‧冷媒流路
75‧‧‧O型環
76‧‧‧O型環
77‧‧‧螺栓
80‧‧‧微小間隙
81‧‧‧O型環
82‧‧‧中央氣體通路
83‧‧‧氣體通路網
83a‧‧‧外側環狀通路
83b‧‧‧內側環狀通路
83c‧‧‧Y字形通路
83d‧‧‧通路
84‧‧‧氣體通路
85‧‧‧接頭
86‧‧‧氣體管
87‧‧‧切換閥
88‧‧‧孔洞
89‧‧‧孔洞
90‧‧‧孔洞
91‧‧‧孔洞
92‧‧‧孔洞
93‧‧‧孔洞
94‧‧‧孔洞
95‧‧‧孔洞
96‧‧‧孔洞
97‧‧‧孔洞
98‧‧‧接頭
K‧‧‧基板
O1‧‧‧載置台軸心
圖1係顯示本發明之一實施態樣的電漿處理裝置其概略構成的縱剖面圖。
圖2係圖1之基板載置台的縱剖面放大圖。
圖3係圖2之冷卻套管的俯視圖。
圖4係在升溫時或是待機時，使微小間隙成為真空狀態時的作用說明圖。
圖5係在載置基板並進行處理時，使微小間隙成為氦氣填充狀態時的作用說明圖。
圖6係顯示非處理狀態下靜電夾頭溫度、散熱量及氦氣壓力隨著時間變化的圖表。
圖7係顯示非處理狀態下靜電夾頭溫度及加熱器負載率隨著時間變化的圖表。
以下，參照圖示說明本發明之實施態樣。
實施態樣．
圖1係顯示本發明之一實施態樣之電漿處理裝置1其概略構成的縱剖面圖。圖1的電漿處理裝置1，係具備下述元件而構成：腔室11，具有封閉空間；基板載置台15，藉由升降汽缸(圖中未顯示)而升降自如地配置於該腔室11內，並且載置晶圓等的被處理用基板K；升降汽缸19，位於該基板載置台15內，使晶圓升降機升降；氣體供給裝置20，對於腔室11內供給蝕刻氣體、保護膜形成氣體及非活性氣體；電漿產生裝置30，使供給至腔室11內的蝕刻氣體、保護膜形成氣體及非活性氣體電漿化；排氣裝置40，降低腔室11內的壓力；高頻電源35，對基板載置台15供給電漿處理用的高頻電力；及靜電吸附用電源36，對基板載置台15施加用以靜電吸附的電壓。更具備溫度調整系統50，用以調整基板載置台15及基板K的溫度，可由各種裝置所構成。
如圖1所示，腔室11，係由具有相互連通之內部空間的上腔室12及下腔室13所構成，上腔室12形成內徑小於下腔室13的態樣。上腔室12的頂板內部設有上腔室加熱器(圖中未顯示)，另一方面，下腔室的側壁內部具備下腔室加熱器以作為塊狀加熱器。該塊狀加熱器，例如，係藉由將發熱體組裝至鋁所構成的塊體而形成。
氣體供給裝置20具備：SF6氣體供給部21，供給SF6氣體以作為蝕刻氣體；SiF4氣體供給部22及O2氣體供給部23，分別供給SiF4氣體及O2氣體以作為保護膜形成氣體；及非活性氣體供給部24，供給例如Ar氣體等以作為非活性氣體。氣體用的供給管25，一端與上腔室12的上表面連接，另一端分支而分別連接於SF6氣體供給部21、SiF4氣體供給部22、O2氣體供給部23及非活性氣體供給部24。從SF6氣體供給部21、SiF4氣體供給部22、O2氣體供給部23及非活性氣體供給部24，透過供給管25，對腔室11內供給SF6氣體、SiF4氣體、O2氣體及非活性氣體。另外，本實施態樣中雖使用上述氣體，但亦可因應蝕刻對象而使用例如HBr、Cl2、SF6、O2、Ar、N2等的氣體。
電漿產生裝置30，係產生感應耦合電漿(ICP)的裝置，其係由配置於上腔室12的螺旋狀(環狀)線圈31、以及對該線圈31供給高頻電力的高頻電源32所構成。由高頻電源32對線圈31供給高頻電力，藉此使供給至上腔室12內的SF6氣體、SiF4氣體、O2氣體及非活性氣體電漿化。
連接於基板載置台15的高頻電源35，對於基板載置台15的靜電夾頭61供給高頻電力，藉此在靜電夾頭61與電漿之間施予偏壓電位，而使由SF6氣體、SiF4氣體、O2氣體及非活性氣體的電漿化所產生的離子入射載置於基板載置台15上的基板K。另外，本實施態樣中，在電漿化時，雖使用SF6氣體、SiF4氣體、O2氣體等，但根據蝕刻對象，亦可使用例如HBr、Cl2、SF6、O2、Ar、N2等的氣體。
排氣裝置40係由真空泵41與排氣管42所構成，該真空泵41係用以對腔室11內之氣體並進行吸引及排氣。排氣管42一端與真空泵41連接，另一端與下腔室13的側面連接。真空泵41透過該排氣管42吸引腔室11內的氣體，而使腔室11內部成為真空狀態。
溫度調整系統50係具備以下元件所構成：加熱器用電源53，對於基板載置台15內的加熱用加熱器72供給電力；水冷單元51，對於基板載置台15供給冷卻用的冷媒；氦氣供給部52，將熱傳遞性良好的氦氣(以下稱為He氣)供給至基板載置台15；及真空泵54，用以在基板載置台15內形成隔熱用的真空層(後述圖2中的微小間隙80)。該真空泵54，可沿用前述腔室用的真空泵41。
圖2係圖1的基板載置台15的縱剖面放大圖。圖2的基板載置台15係具備下述元件所構成：氮化鋁製的靜電夾頭61；鋁製的冷卻套管62，配置於該靜電夾頭61的下側；支架63，連結於該冷卻套管62的下側，形成升降汽缸19所驅動之晶圓升降機的升降空間；及聚焦環64，配置於靜電夾頭61的上側。又，靜電夾頭61係由上側圓盤部61a與下側圓盤部61b所構成；該上側圓盤部61a內建用以靜電吸附的電極71，而該下側圓盤部61b具有大於該上側圓盤部61a的直徑，而且內建加熱用加熱器72。此處，靜電夾頭61係由上側圓盤部61a與下側圓盤部61b一體成形。
再者，圖2的基板載置台15，係具備下述元件所構成：隔熱用的上側環狀蓋65，將冷卻套管62的至少一部分及下側圓盤部61b圍住；隔熱用的下側環狀蓋66，將支架63的徑向外側圍住；外殼68，將上側環狀蓋65及下側環狀蓋66的徑向的外周圍住；載置台支撐構件69，連結於該外殼68的下表面，支撐基板載置台15整體。此處係以上側環狀蓋65與下側環狀蓋66夾持冷卻套管62。
靜電吸附用電極71連接於靜電吸附用電源36，加熱用加熱器72連接於溫度調整系統50的加熱器用電源53。上側圓盤部61a，與載置於上表面的基板K形成約略相同的平面形狀及相同面積。若對於靜電吸附用電極71施加來自靜電吸附用電源36的電壓，則基板K因為靜電感應而被 吸附保持於上側圓盤部61a的上端夾頭面。加熱用加熱器72，在下側圓盤部61b內，於比基板K之直徑更大的直徑範圍內延伸。
冷卻套管62係由上側的套管本體62a與下側的底部62b構成。套管本體62a，藉由複數的螺栓73與靜電夾頭61的下表面連結。底部62b嵌合於套管本體62a的下側凹部，藉由熔接等而固定於套管本體62a。由套管本體62a的下表面的溝與底部62b的上表面形成冷卻用的冷媒流路74。複數的螺栓73，排列配置於以載置台軸心O1為中心的一個圓周上。冷媒流路74，例如在俯視下形成螺旋狀，其構成下述態樣：從水冷單元51所供給的冷媒(GALDEN(註冊商標))，通過設於冷卻套管62之下表面的連接口，在冷媒流路74中循環，藉此使帶走晶圓之熱能的冷媒回到水冷單元51內。冷媒在水冷單元51中被冷卻，再次回到冷媒流路74。此處，散熱係指使晶圓的熱能通過冷媒及冷卻套管61的底部62b表面而逸散至外部。再者，晶圓的熱能透過冷媒幾乎逸散至外部，而晶圓的部分熱能則從冷卻套管61的底部62b表面釋放。藉此降低晶圓本身的溫度。另外，被冷卻套管62的底部62b與載置台支撐構件69所圍住的空間為大氣壓狀態。又，帶走晶圓的熱能而成為高溫的冷媒則在水冷單元51內被冷卻。
向外的凸緣部62c一體成形於套管本體62a的徑向外周端的下端部，該凸緣部62c被隔熱用的陶瓷製上側環狀蓋65與下側環狀蓋66從上下夾持。
上側環狀蓋65的上端部形成有環狀的切口65a，而形成於外殼68的向內凸緣部68a卡合於該切口65a。下側環狀蓋66的上端面透過O型環75抵接於凸緣部62c的下表面，而下側環狀蓋66的下端面透過O型環76抵接於載置台支撐構件69的上表面。將插入並通過外殼68的外周端部之螺栓貫通孔的螺栓77螺合於載置台支撐構件69的螺孔，藉此從上下 將上側環狀蓋65及下側環狀蓋66鎖緊。藉由此構成，從上下固定上下環狀蓋65、66及冷卻套管62的凸緣部62c，且藉由將下側環狀蓋66的上下兩個O型環75、76壓縮，而將下腔室13密封。另外，被冷卻套管62與載置台支撐構件69圍住的空間為大氣壓狀態。
聚焦環64，在靜電夾頭61的上側圓盤部61a徑向外側，覆蓋下側圓盤部61b的上表面。載置於上側圓盤部61a之上端夾頭面的基板K，與聚焦環64的上表面位於大約相同的高度。
冷卻套管62的套管本體62a的上表面與靜電夾頭61的下表面之間，藉由使套管本體62a的上表面之表面粗糙度變大，而形成微小間隙80。套管本體62a的上表面，在用以固定靜電夾頭的複數螺栓73所構成之圓周的內側，配置有O型環81或環狀金屬密封件，藉由該O型環81，使微小間隙80在俯視下構成密封狀態的圓形。又，套管本體62a的上表面，形成有氣體通路網83，其與軸芯O1部分之中央氣體通路82連通。中央氣體通路82，透過形成於底部62b的氣體通路84與螺鎖於支架63的接頭85連通。
接頭85，透過兼作吸引管的氣體管86及切換閥87，切換自如地連接於前述溫度調整系統50的真空泵54及氦氣供給部52。
又，氦氣供給部52，透過螺鎖於支架63的接頭98及氣體通路與上側圓盤部61a的上表面(夾頭面)連通，而構成可對基板K的背面供給He氣的態樣。
圖3係圖2的冷卻套管62的俯視圖。如圖3所示，形成於O型環81所圍住之圓形微小間隙80中的氣體通路網83，具有外側環狀通路83a、內側環狀通路83b、使兩個環狀通路83a、83b相互連通的Y字形通路83c、使內側環狀通路83b與中央氣體通路82連通的通路83d等，其係構 成能夠使中央氣體通路82所供給之He氣均勻地供給至圓形微小間隙80整體的態樣。
又，如圖3所示，冷卻套管62上設置有使各電源用的配線通過的多個孔洞。具體而言，設有使靜電夾頭電源用的配線通過的孔洞90、96、使加熱器電源用的配線通過的孔洞93、94、溫度監控感測器用的孔洞89、97以及使對於載置台的電極施加高頻電力之高頻電源用的配線通過的孔洞92。再者，設有將基板K的背面抬升的升降機用的孔洞88、91、95。
圖4係在升溫時或是待機時使微小間隙80成為真空狀態時的運作說明圖，圖5係載置基板K並進行處理時，使微小間隙80成為He氣填充狀態時的運作說明圖。此處，圖4及圖5係顯示微小間隙80內之狀態變化的運作說明圖，實線的箭號係顯示熱能的傳遞狀態，中空的箭號係顯示He氣的移動狀態，虛線的箭號係顯示隔熱狀態。另外，微小間隙80實際上厚度為數微米至數十微米，但圖中係以誇張放大的狀態呈現。如圖4所示，使微小間隙80與真空泵54連接，藉由吸引微小間隙80內的He氣，可使微小間隙80內成為真空狀態。因此，微小間隙80擔任隔熱層的角色，而可阻止來自加熱器72的熱能往冷卻套管62側逸散。
另一方面，如圖5所示，若使微小間隙80與氦氣供給部52連接，則導熱性良好的He氣供給至微小間隙80，且壓力亦上升，而成為He氣填充狀態。此處，He氣使靜電夾頭61背面的熱能朝向冷卻套管62表面進行熱移動。藉此，冷卻套管62的熱能通過冷媒而釋放至外部。如此，在處理中發熱的基板K，其熱能迅速通過微小間隙80而到達冷卻套管62，而能夠使基板K的熱能迅速進行散熱。
說明本實施態樣的基板載置台15及電漿處理裝置1的運作效果。
電漿蝕刻處理的前步驟中，使圖1的升降汽缸19下降，而將基板(晶圓)K載置於基板載置台15，藉由靜電夾頭61進行吸附保持。此時，腔室11內被加熱至例如120℃，基板K被靜電夾頭61的加熱器72加熱至200℃。
電漿產生裝置30中，藉由高頻電源32對線圈31供給高頻電力，而將從氣體供給裝置20供給至上腔室12內的SF6氣體、SiF4氣體、O2氣體及非活性氣體等電漿化。另一方面，亦從高頻電源35對於靜電夾頭61施加高頻電壓。藉此，在靜電夾頭61與腔室11內的電漿之間產生電位差，藉由該電位差，電漿中的離子往靜電夾頭61移動，而轟擊基板K的表面，藉此對基板K的表面實施蝕刻處理。另外，本實施態樣中，在電漿化時，雖使用SF6氣體、SiF4氣體、O2氣體等，但根據欲蝕刻之對象，亦可使用例如HBr、Cl2、SF6、O2、Ar、N2等的氣體。
圖4的非處理狀態中，在以加熱器72使基板載置台15升溫時，或是維持200℃之狀態的待機時，由真空泵54吸引He氣，而使微小間隙80中成為真空狀態。藉此，微小間隙80擔任隔熱層的角色，阻止來自加熱器72的熱能往冷卻套管62側逸散，而且藉由聚焦環64阻止熱能往上方逸散。再者，藉由上側環狀蓋65阻止熱能往外部逸散。藉此，可將來自加熱器72的熱能往中央的上側圓盤部61集中。亦即，可效率良好地將加熱器62的熱能集中於上側圓盤部61。因此，可達成效率良好的升溫，而能夠減輕加熱器72的消耗電力，進而可達成節省能源。
圖5的處理狀態中，微小間隙80成為He氣填充狀態。處理中，基板K的發熱量大，而高於既定的溫度200℃。此外，因為微小間隙80中填充有導熱性佳的He氣，因此基板K的熱能可迅速通過微小間隙80到達(逸散至)冷卻套管62。因此，可使基板K的熱能迅速散熱，以冷卻基 板K。亦即，可使基板K進行效率良好的散熱。又，因為基板K的背面填充有導熱性佳的He氣，而能夠使基板K表面的溫度分布均勻化。因此，可抑制基板K的表面溫度分布不均勻所造成的蝕刻形狀及蝕刻速度等的不均勻。
圖2的靜電夾頭61及冷卻套管62中，除了基板K的載置區域以外的整個上表面與冷卻套管62之徑向外側的整個區域，皆由高隔熱性的陶瓷製聚焦環64及陶瓷製的上下環狀蓋65、66所被覆。作為該等的陶瓷材質，例如，可列舉氧化鋁(礬土)、氧化釔、石英。藉由此構成，可減少因為熱輻射及熱傳導所造成的外部熱能對於冷卻套管62的干擾，而可阻止腔室11內部的溫度影響基板載置台15的內部。因此，可效率良好地進行基板載置台15內的溫度調節。例如，相對於腔室11內的溫度120℃，可輕易將冷卻套管62維持在70℃左右。藉此，可在200℃的靜電夾頭62之間形成大的溫度梯度，而使冷卻套管62的冷卻作用集中在靜電夾頭61，進而可抑制基板K的溫度上升。另外，冷卻套管62的下表面為大氣壓狀態，而因為被下側環狀蓋66及載置台支撐構件69所圍住，所以僅有極少的熱能因為對流而從冷卻套管62發散。
圖6係顯示非處理狀態中的靜電夾頭溫度、散熱量及He氣壓力隨著時間變化的圖表。圖6中，以實線的曲線S1表示非處理狀態下靜電夾頭溫度(℃)隨著時間溫度的變化，該非處理狀態，係從靜電夾頭61的加熱步驟T1，經過靜電夾頭61維持於溫度200℃的固定溫度步驟T2，接著經過由冷卻套管62進行的冷卻步驟T3；以虛線的曲線S2表示微小間隙80內的He氣壓力(Pa)的變化，以兩點鏈線的曲線S3表示散熱量(W)S3的變化。
加熱步驟T1及固定溫度步驟T2中，微小間隙80的He氣壓力(Pa)降低至接近絕對真空的100Pa左右。藉此，微小間隙80發揮作為隔 熱層的功能，如圖4所示，可極力抑制熱能往冷卻套管62逸散。實際進行試驗的結果，在加熱步驟T1中，靜電夾頭61的溫度從50℃到達200℃的升溫時間約17分鐘。該加熱步驟T1中，藉由使He氣壓力(Pa)降低，可削減散熱量(W)。
冷卻步驟T3中，停止圖2的加熱器72，如圖6所示，使微小間隙80成為約1000Pa的He氣填充狀態。藉此，往冷卻套管62的散熱量(W)上升至最大P1。
圖7係顯示非處理狀態中的靜電夾頭溫度及加熱器負載率隨著時間變化的圖表。圖7中，與圖6相同，顯示非處理狀態中靜電夾頭溫度(℃)與加熱器72之負載率(%)隨著時間經過的變化，該非處理狀態，係從加熱步驟T1，經過靜電夾頭61的溫度維持於200℃的固定溫度步驟T2，接著經過由冷卻套管62所進行的冷卻步驟T3。以實線的曲線S1表示靜電夾頭溫度的變化，以實線的曲線S4表示加熱器72的負載率(%)的變化。在目前加熱器上限為1kW的情況中，升溫步驟T1的最大負載率被抑制在40%左右，這可理解為能夠使加熱器72小容量化。
以下簡單整理本實施態樣之效果。
(1)圖2中，因為使將靜電夾頭61及冷卻套管62的上表面及徑向外側圍住的聚焦環64、隔熱用的上下環狀蓋65、66為陶瓷，因此可減輕腔室11內的溫度對於靜電夾頭61及冷卻套管62等所造成的外部影響，而能夠對於靜電夾頭61及基板K進行效率良好的溫度控制。
(2)圖2中，因為將配置加熱器72之區域的直徑設為大於基板K的直徑，因此可使靜電夾頭61上的溫度分布從基板K之中心部至外周端部為均勻的分布。
(3)圖4中，因為以上下陶瓷製的環狀蓋65、66夾持冷卻套管62的向外凸緣部62c，因此上下環狀蓋65、66，除了相對於靜電夾頭61及冷卻套管62隔絕來自外部之熱能的功能以外，亦擔任作為冷卻套管62之保持構件的角色。
(4)因為在靜電夾頭61的下表面與冷卻套管62之上表面的接合部，形成在He氣填充狀態與真空狀態之間切換自如的微小間隙80，因此在如圖4所示的非處理狀態中的初期升溫時、以固定溫度待機時，藉由使微小間隙80成為真空狀態，而阻斷靜電夾頭61的熱能逸散至下方的冷卻套管62，可維持有效率的初期升溫及既定溫度下的待機狀態。另一方面，電漿處理中，藉由使微小間隙80成為He氣填充狀態，使高溫之基板K的熱能透過導熱性佳的He氣迅速逸散至冷卻套管62，而可進行有效率的散熱。
(5)因為使用熱傳遞性高的氮化鋁作為靜電夾頭61，因此可期待比氧化鋁更好的溫度分布，而能夠防止因為靜電夾頭61的熱應力所造成的破裂。
(6)再者，電漿處理裝置1，因為具備可輕易控制基板K及靜電夾頭61之溫度的基板載置台15，因此可輕易實施基板K在處理中的溫度管理。因此，可避免因為不穩定或是不均勻的晶圓溫度，導致無法得到再現性的不均勻之處理結果。
另外，本實施態樣中，將靜電夾頭的下表面與冷卻套管直接接合，但本發明不限於此。例如，亦可為下述構成：在冷卻套管與靜電夾頭之間配置熱傳遞性低的隔熱板(例如石英板)，而在隔熱板的上表面與靜電夾頭的下表面之間、隔熱板的下表面與冷卻套管的上表面之間分別形成微小間隙。此情況中，亦可得到與本實施態樣相同的效果。
又，本實施態樣中，如圖2及圖3所示，雖以O型環密封微小間隙80徑向外周的端部，但本發明不限於此。例如，亦可為下述構成：以耐熱的金屬密封件將微小間隙80之徑向的外周端部分密封。此情況中，亦可得到與本實施態樣相同的效果。又，本實施態樣中，雖分開形成上側環狀蓋65與下側環狀蓋66，但亦可以使該等一體成形的方式而構成。此情況中，亦可得到與本實施態樣相同的效果。再者，本實施態樣中，雖針對蝕刻處理說明，但本發明不限於此，亦可利用於使用CVD法(化學氣相沉積法)等的成膜處理。該成膜處理中也可能產生反應熱，而在成膜處理的低溫區域、即100~300℃左右的溫度下進行正確的溫度控制時特別有用。
上述的實施態樣僅為例示，在不脫離本發明的範圍內可進行各種變化。

Claims (7)

  1. 一種基板載置台，係以靜電吸附被處理用基板的基板載置台，其特徵在於具備：靜電夾頭，由上側圓盤部與下側圓盤部所構成，該上側圓盤部內建以靜電吸附該基板的電極，該下側圓盤部位於該上側圓盤部的下側，其具有比該上側圓盤部更大的直徑，並且內建加熱器；冷卻套管，配置於該下側圓盤部的下側，用以冷卻該靜電夾頭；聚焦環，配置於該上側圓盤部的徑向外側，覆蓋該下側圓盤部的上表面；隔熱用的上側環狀蓋，將該冷卻套管的至少一部分及該下側圓盤部圍住；及隔熱用的下側環狀蓋，與該上側環狀蓋夾持該冷卻套管；該聚焦環、該上側環狀蓋及該下側環狀蓋為陶瓷製。
  2. 如請求項1之基板載置台，其中該加熱器的配置區域具有比該基板的直徑更大的直徑。
  3. 如請求項1或2之基板載置台，其中該冷卻套管的徑向外周面上一體成形有向外的凸緣部；該凸緣部被該上側環狀蓋與該下側環狀蓋從上下夾持。
  4. 如請求項1至3中任一項之基板載置台，其中該靜電夾頭與該冷卻套管之間形成有在配置該加熱器的整個區域中延伸並且被從外部密封的微小間隙；該微小間隙與氦氣供給部及真空泵連接而可切換自如，藉此可在氦氣填充狀態與真空狀態之間變換自如。
  5. 如請求項1至4中任一項之基板載置台，其中該靜電夾頭為氮化鋁製。
  6. 一種電漿處理裝置，其特徵在於，腔室內具備如請求項1至5中任一項之基板載置台。
  7. 一種電漿處理方法，其係在電漿處理裝置中的電漿處理方法，該電漿處理裝置具備將被處理用基板加熱的靜電夾頭、以及將該靜電夾頭冷卻之冷卻套管，且在該靜電夾頭與該冷卻套管之間形成有被從外部密封之微小間隙，該電漿處理方法，其特徵在於：在以該靜電夾頭將該基板加熱時，使該靜電夾頭與該冷卻套管之間的微小間隙成為真空狀態；在對該經加熱而成為高溫之該基板進行蝕刻時，在該靜電夾頭與該冷卻套管之間的微小間隙中填充氦氣，藉此使該基板的熱能逸散至該冷卻套管，以冷卻該基板。
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