WO2010095299A1 - プラズマ処理装置の基板支持台 - Google Patents

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WO2010095299A1
WO2010095299A1 PCT/JP2009/066065 JP2009066065W WO2010095299A1 WO 2010095299 A1 WO2010095299 A1 WO 2010095299A1 JP 2009066065 W JP2009066065 W JP 2009066065W WO 2010095299 A1 WO2010095299 A1 WO 2010095299A1
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substrate
flange
plasma processing
processing apparatus
substrate support
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PCT/JP2009/066065
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秀考 加福
明彦 松倉
尚志 柳田
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate support for supporting a substrate in a plasma processing apparatus.
  • a substrate made of a semiconductor such as Si (silicon) is supported on a substrate support.
  • the substrate support is provided with an electrostatic chuck made of ceramics (for example, aluminum nitride (AlN)) that electrostatically holds the substrate.
  • this electrostatic chuck is also provided with a bias electrode for applying a bias to the substrate, and has not only a function of attracting and holding the substrate but also a function of applying a bias. ing.
  • an insulating film for a semiconductor device is formed using a plasma CVD apparatus.
  • This insulating film for a semiconductor device is required to have high water resistance and heat resistance in order to ensure the reliability of the semiconductor device.
  • It is effective to increase the substrate temperature during film formation.
  • a substrate support base provided with a large number of dimples 56 on the surface of the electrostatic chuck 51 attached to the support base 50 has been used.
  • Reference numeral 52 in the figure is a connection terminal connected to a bias / electrostatic chuck common electrode (not shown) built in the electrostatic chuck 51, and this connection terminal 52 passes through the central portion of the support base 50.
  • a vacuum in the vacuum chamber is maintained by sealing with an O-ring groove 54 and an O-ring 55 provided in the opening 53.
  • the temperature of the substrate W is greatly affected by heat input from the outside.
  • the bias power applied to the substrate W is changed, the temperature of the substrate W also changes. there were.
  • plasma P is generated in the vacuum chamber and a bias is applied to the electrostatically attracted substrate W, as shown in the time chart of FIG. 4B, times t1 and t2 during film formation.
  • the temperature of the substrate W increases as the bias power increases due to the influence of the applied bias power, and the temperature of the substrate W decreases as the bias power decreases. It was difficult to control the temperature stably.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a substrate support for a plasma processing apparatus that stably controls a substrate at a relatively high temperature.
  • the substrate support of the plasma processing apparatus for solving the above-mentioned problems is An electrostatic adsorption plate containing a first electrode for electrostatically adsorbing the substrate, a second electrode for applying a bias to the substrate, and a heater for heating the substrate; A cylindrical flange made of an alloy welded to the lower surface of the electrostatic adsorption plate and having the same thermal characteristics as the electrostatic adsorption plate; A seal member on a surface facing the lower surface of the flange, and a support base to which the flange is attached via the seal member;
  • the bias power supplied to the second electrode is changed, the heater power supplied to the heater is changed so that the temperature of the substrate becomes constant. For example, when the bias power is increased, the heater power is decreased, and when the bias power is decreased, the heater power is increased to make the substrate temperature constant.
  • the substrate support of the plasma processing apparatus according to the second invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the flange has a height that forms a temperature gradient in which the temperature of the lower surface of the flange is 200 ° C. or less.
  • a substrate support for a plasma processing apparatus according to a third invention for solving the above-mentioned problems is
  • the outer peripheral surface of the flange is coated with a coating material having high plasma resistance against the plasma of a fluorine-based gas.
  • a substrate support for a plasma processing apparatus according to a fourth invention for solving the above-described problems is In the substrate support of the plasma processing apparatus according to any one of the first to third inventions, A ring-shaped member is provided on the upper surface of the support base on the outer peripheral side of the flange so that a gap between the outer peripheral surface of the flange and the lower surface of the electrostatic attraction plate is 0.5 mm or more and 2.0 mm or less. It is characterized by.
  • a substrate support for a plasma processing apparatus for solving the above-described problem is In the substrate support of the plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth inventions, A first connection terminal connected to the first electrode, a second connection terminal connected to the second electrode, and a third connection terminal connected to the heater are arranged on the inner peripheral side of the flange, and the first electrode The first connection terminal, the second connection terminal, and the third connection terminal are arranged on the atmosphere side on the inner peripheral side of the flange by connecting to the second electrode and the heater, respectively. .
  • a substrate support for a plasma processing apparatus for solving the above-described problem
  • a flow path is provided in the support base, and a coolant for cooling the support base flows through the flow path.
  • the electrostatic attraction plate when a cylindrical flange is welded to the lower surface of the electrostatic attraction plate, the electrostatic attraction plate is attached to the support base via the flange, and when the bias power is changed, Since the heater power is changed so that the temperature of the substrate becomes constant, the substrate can be stably controlled at a relatively high temperature (for example, 300 ° C. to 400 ° C.). As a result, for example, with a plasma CVD apparatus, a thin film with good film quality can be formed. Even when the temperature of the substrate is relatively high, the temperature around the seal member on the lower surface of the flange is low, so that an O-ring can be used as the seal member, and the maintainability is improved.
  • a relatively high temperature for example, 300 ° C. to 400 ° C.
  • the outer peripheral surface of the flange is coated with a material having high plasma resistance, corrosion of the flange itself can be suppressed.
  • the ring-shaped member having a gap between the flange outer peripheral surface and the electrostatic adsorption plate lower surface of 0.5 mm or more and 2.0 mm or less is provided on the upper surface of the support base on the flange outer periphery side, Discharge on the lower surface of the suction plate can be prevented.
  • the first electrode, the second electrode, and the heater are connected to the first connection terminal, the second connection terminal, and the third connection terminal on the flange inner peripheral side, that is, the atmosphere side. It is possible to prevent discharge at the first connection terminal, the second connection terminal, and the third connection terminal.
  • the temperature of the seal member can be further lowered and the life of the seal member can be extended.
  • (A) is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of embodiment of the substrate support stand of the plasma processing apparatus which concerns on this invention
  • (b) is a time chart explaining an example of the control in the substrate support stand. It is a longitudinal cross-sectional view which shows another example of embodiment of the substrate support stand of the plasma processing apparatus which concerns on this invention. It is a longitudinal cross-sectional view which shows another example of embodiment of the substrate support stand of the plasma processing apparatus which concerns on this invention.
  • (A) is a longitudinal cross-sectional view of the board
  • FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing an example of an embodiment of a substrate support of a plasma processing apparatus according to the present invention
  • FIG. 1B illustrates an example of control in the substrate support. It is a time chart.
  • the substrate support of this embodiment is arranged in a vacuum chamber of a plasma processing apparatus (for example, a plasma CVD apparatus, a plasma etching apparatus, etc.).
  • the configuration other than the substrate support is omitted.
  • the substrate support of this embodiment includes a metal (for example, aluminum) support 10 disposed inside a vacuum chamber (vacuum chamber), and an electrostatic chuck 14 (electrostatic) attached to the upper surface of the support 10. Adsorption plate).
  • a cylindrical flange 13 is provided at the lower portion of the electrostatic chuck 14. The lower portion of the flange 13 is formed in an L-shaped cross section, and the lower surface thereof is disposed on the upper surface of the support base 10.
  • An O-ring groove 11 is provided at a position on the upper surface of the support 10 facing the lower surface of the flange 13, and an O-ring 12 (seal member) is disposed in the O-ring groove 11.
  • the O-ring groove 11, the O-ring 12 and the flange 13 are interposed between the support 10 and the electrostatic chuck 14, and the electrostatic chuck 14 is supported via the O-ring groove 11, the O-ring 12 and the flange 13. It is attached to the upper surface of the base 10.
  • the electrostatic chuck 14 is formed of ceramics (for example, aluminum nitride (AlN)) that electrostatically holds and holds a substrate W made of a semiconductor such as Si (silicon), and an electrostatic chuck electrode (
  • a bias electrode second electrode; not shown) for applying a bias to the substrate
  • a heater for controlling the temperature of the substrate, and the like are provided. Is also provided inside. That is, the electrostatic chuck 14 has not only the function of holding the substrate by suction but also the function of bias application and temperature control.
  • the electrostatic chuck electrode and the bias electrode can share one electrode. In this embodiment, one electrode is shared.
  • the entire surface of the electrostatic chuck 14 is flat and has a surface roughness Ra of 0.8 or less.
  • the flange 13 is welded to the lower surface of the electrostatic chuck 14 by brazing or the like, and the electrostatic chuck 14 and the flange 13 are integrated. That is, there is no gap between the flange 13 and the electrostatic chuck 14, and the substrate support table is sealed by the O-ring 12 on the lower surface of the flange 13 and the upper surface of the support table 10. Is sealed as the vacuum chamber side, and the inner peripheral side of the O-ring 12 is the atmosphere side.
  • the electrostatic chuck 14 and the flange 13 are fixed by attaching the lower portion of the flange 13 to the support base 10 with bolts near the O-ring 12.
  • the flange 13 is made of Kovar (registered trademark), which is a Co—Fe—Ni alloy having thermal properties close to those of the ceramic electrostatic chuck 14 in consideration of thermal stress. It should be noted that other alloys such as 42 alloy, NSL, etc. may be used as long as they have similar thermal properties to the ceramic electrostatic chuck 14.
  • the flange 13 is formed with a thin wall thickness (for example, 0.5 mm thick) except for a lower portion fixed to the support base 10 and a predetermined distance between the electrostatic chuck 14 and the support base 10. Is formed. By reducing the thickness of the flange 13, the flange 13 itself becomes a heat transfer resistance. Further, by placing a distance between the electrostatic chuck 14 and the support 10, a temperature gradient is formed in the flange 13 itself, and the sealing surface (the surface in contact with the O-ring 12) is used as the substrate W and the electrostatic chuck. The position is away from 14.
  • a thin wall thickness for example, 0.5 mm thick
  • the inner diameter of the flange 13 should be as small as possible. This is because the inner peripheral side of the flange 13 is the atmosphere side, but when the inside of the vacuum chamber is evacuated, the force from the atmospheric pressure acts on the part where the electrostatic chuck 13 faces the atmospheric pressure, and the inner diameter is large. This is because it takes so much power. Therefore, the inner diameter of the flange 13 is reduced, the area of the portion where the electrostatic chuck 13 faces the atmospheric pressure is reduced, and the force by which the atmospheric pressure pushes up the electrostatic chuck 13 is reduced.
  • Heat transfer from the substrate W and the electrostatic chuck 14 side is performed almost via the flange 13, but by adopting the above-described structure for the flange 13, the support W 10 side from the substrate W and the electrostatic chuck 14 side.
  • the heat transfer to is suppressed and a temperature gradient is formed.
  • the sealing surface can be made lower than the heat resistant temperature of the O-ring 12.
  • the flange 13 is determined to have a height that forms a temperature gradient in which the temperature of the lower surface of the flange 13 is equal to or lower than the heat resistance temperature of the O-ring 12. For example, when the temperature of the substrate W is controlled at 400 ° C., if the height of the flange 13 is set to 25 mm or more, the temperature of the lower surface of the flange 13 is set to 200 ° C. or less which is the heat resistant temperature of the O-ring 12. it can. Thus, the height of the flange 13 is determined according to the control temperature of the substrate W.
  • an opening 17 penetrating the support base 10 is provided at the center of the support base 10.
  • the opening 17 is on the inner peripheral side of the O-ring 12 and communicates with the hollow portion of the flange 13.
  • the common connection terminal 19 first and second connection terminals
  • the heater connection terminal 20 third connection terminal for connecting to the heater are the electrostatic chuck 14. From the lower surface of the flange 13 through the hollow portion of the flange 13 and the opening 17. That is, the common connection terminal 19 and the heater connection terminal 20 are arranged on the atmosphere side on the inner peripheral side of the O-ring 12, in other words, not on the vacuum side. As a result, even if high power and high voltage are applied to the common connection terminal 19 and the heater connection terminal 20, since the surroundings are in the atmosphere, it is possible to prevent the occurrence of discharge.
  • a DC voltage is supplied to the common connection terminal 19 to cause the substrate W to be electrostatically attracted to the electrostatic chuck 14, and similarly, high frequency power is supplied to the connection terminal 19 to apply a bias to the substrate W. Since the environment around the shared connection terminal 19 is the atmosphere, the occurrence of discharge can be prevented even when high power and high voltage are applied.
  • both the bias connection terminal and the electrostatic chuck connection terminal may be arranged on the inner peripheral side of the O-ring 12. Further, even when a plurality of shared connection terminals 19 are used for high power supply, these may be arranged on the inner peripheral side of the O-ring 12.
  • the substrate temperature sensor terminal 21 for detecting the temperature of the substrate W and the chuck temperature sensor terminal 18 for detecting the temperature of the electrostatic chuck 14 are arranged anywhere as long as the temperature of the object can be detected and the sealing property can be maintained. May be.
  • the substrate temperature sensor terminal 21 is drawn from the lower surface of the electrostatic chuck 14 through the opening 17, and the chuck temperature sensor terminal 18 is extracted from the lower surface of the electrostatic chuck 14. It extends through the support 10 itself.
  • a thermocouple, a radiation thermometer, etc. are used as the substrate temperature sensor and chuck temperature sensor. In the case of a thermocouple, it itself becomes a connection terminal.
  • the optical fiber that propagates the infrared rays becomes the connection terminal.
  • the support base 10 is formed with a flow path 15 through which the cooling refrigerant 16 flows.
  • the temperature and flow rate of the refrigerant 16 flowing in the flow path 15 of the support base 10 are controlled, and the support base 10 itself is desired.
  • the temperature of the O-ring 12 itself can be lowered, the life of the O-ring 12 can be extended, and the maintainability can be improved.
  • an inexpensive O-ring having low heat resistance can be used.
  • the heater power of the electrostatic chuck 14 is controlled by a control device (not shown) in accordance with the control timing of the bias power of the electrostatic chuck 14.
  • the temperature of W is stabilized at a high temperature.
  • the temperature of the substrate W during the process is made constant so that the heat balance on the substrate W becomes constant.
  • the heater power may be changed in accordance with the change of the bias power so that the temperature of the substrate W detected by the substrate temperature sensor becomes constant.
  • the temperature of the substrate W can be raised and the temperature can be stabilized.
  • a thin film with good film quality can be formed.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing another example of the embodiment of the substrate support of the plasma processing apparatus according to the present invention.
  • the substrate support of this embodiment is also disposed in the vacuum chamber of the plasma processing apparatus, but here also, the configuration other than the substrate support such as the vacuum chamber and the plasma generation mechanism is omitted from the illustration. ing.
  • the same reference numerals are used for the same components as those of the substrate support shown in the first embodiment, and the chuck temperature detection sensor terminal 18, the common connection terminal 19, the heater connection terminal 20, and the substrate temperature detection sensor terminal 21 are used. Is omitted, and duplicated explanation is also omitted.
  • the outer peripheral surface and the brazed portion of the flange 13 made of Kovar alloy provided at the lower part of the electrostatic chuck 14, that is, the vacuum side surface is made of a coating material made of a material having high plasma resistance. 22 is coated.
  • the high plasma resistance material for example, there is such yttrium oxide (Y 2 O 3) or alumina (Al 2 O 3), if Y 2 O 3, spraying Y 2 O 3 on the outer peripheral surface of the flange 13 Then, coating may be performed.
  • the Kovar alloy is an iron (Fe) -based alloy and has low corrosion resistance against the plasma of a fluorine-based gas (for example, carbon tetrafluoride (CF 4 )), which is a cleaning gas used in a plasma CVD apparatus.
  • a fluorine-based gas for example, carbon tetrafluoride (CF 4 )
  • CF 4 carbon tetrafluoride
  • the temperature of the substrate W can be raised and the temperature can be stabilized.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another example of the embodiment of the substrate support of the plasma processing apparatus according to the present invention.
  • the substrate support of this embodiment is also disposed in the vacuum chamber of the plasma processing apparatus, but here also, the configuration other than the substrate support such as the vacuum chamber and the plasma generation mechanism is omitted from the illustration. ing.
  • the same reference numerals are used for the same components as those of the substrate support shown in the first embodiment, and the chuck temperature detection sensor terminal 18, the common connection terminal 19, the heater connection terminal 20, and the substrate temperature detection sensor terminal 21 are used. Is omitted, and duplicated explanation is also omitted.
  • a ring-shaped ring-shaped member 23 made of a metal material (for example, aluminum) equivalent to the support base 10 is provided on the upper surface of the support base 10 on the outer peripheral side of the flange 13. Yes.
  • the clearance gap between the electrostatic chuck 14 lower surface and the flange 13 outer peripheral surface, and the ring-shaped member 23 surface is 0.5 mm or more and 2.0 mm or less. This prevents discharge on the lower surface of the electrostatic chuck 14 by setting the gap to 2.0 mm or less.
  • the lower limit of the gap is 0.5 mm or more to prevent contact between the electrostatic chuck 14 and the flange 13 and the ring-shaped member 23, and the ring-shaped member 23 side from the electrostatic chuck 14 and the flange 13. Prevents direct heat transfer to.
  • the outer diameter of the ring-shaped member 23 may be equal to or larger than that of the electrostatic chuck 14.
  • a carbon sheet is interposed between the ring-shaped member 23 and the support base 10 so as to improve the heat transfer coefficient between the ring-shaped member 23 and the support base 10.
  • the ring-shaped member 23 itself may be formed integrally with the support base 10.
  • the surface of the ring-shaped member 23 is anodized to increase the emissivity (for example, emissivity is 0.7 or more) and improve the radiant heat transfer efficiency. About the heat radiation from, you may make it absorb actively.
  • the temperature of the substrate W can be raised and the temperature can be stabilized.
  • the present invention is applicable to a plasma processing apparatus for manufacturing an insulating film for a semiconductor device used for an interlayer insulating film, a barrier metal layer, an etch stopper layer, a passivation film, a hard mask, a CAP film, etc. It is suitable when processing is required.

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Abstract

　基板を比較的高い温度で安定して制御するプラズマ処理装置の基板支持台を提供する。そのため、基板（Ｗ）を静電的に吸着するための第１電極と、基板（Ｗ）にバイアスを印加するための第２電極と、基板を加熱するためのヒータとを内蔵する静電吸着板（１４）と、静電吸着板（１４）の下面に溶着され、静電吸着板（１４）と同等の熱特性を持つ合金からなる筒状のフランジ（１３）と、フランジ（１３）の下面に対面する面にＯリング（１２）を有し、Ｏリング（１２）を介して、フランジ（１３）を取り付ける支持台（１０）とを有する基板支持台において、基板（Ｗ）に印加するバイアスパワーを変更するときには、基板（Ｗ）の温度が一定となるように、基板（Ｗ）を加熱するヒータパワーを変更する。

Description

プラズマ処理装置の基板支持台
　本発明は、プラズマ処理装置において、基板を支持する基板支持台に関する。
　プラズマ処理装置、例えば、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置、プラズマエッチング装置において、Ｓｉ（シリコン）等の半導体からなる基板は、基板支持台に支持されている。この基板支持台には、基板を静電的に吸着保持するセラミックス製（例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等）の静電チャックが設けられている。そして、この静電チャックには、静電チャック用電極に加えて、基板にバイアスを印加するためのバイアス用電極も設けられており、基板吸着保持の機能だけでなく、バイアス印加の機能も備えている。
特公平７－５１７５４号公報 特開２００７－２１７７３３号公報
　半導体装置には、例えば、プラズマＣＶＤ装置を用いて、半導体装置用絶縁膜が成膜される。この半導体装置用絶縁膜には、半導体装置の信頼性を確保するために、高い耐水性、耐熱性が求められており、半導体装置用絶縁膜の耐水性、耐熱性を改善するためには、成膜中の基板温度を高くすることが有効である。
　従来は、基板温度を高くするため、図４（ａ）に示すように、支持台５０に取り付けた静電チャック５１の表面に多数のディンプル５６を設けた基板支持台を用いていた。このように、静電チャック５１の表面に多数のディンプル５６を設けることにより、基板Ｗから静電チャック５１への熱伝達を減少させて、基板温度を高くしていた。なお、図中の符号５２は、静電チャック５１に内蔵したバイアス／静電チャック共用電極（図示省略）に接続する接続端子であり、この接続端子５２を、支持台５０の中央部を貫通する開口部５３に設けたＯリング溝５４及びＯリング５５によりシールすることにより、真空チャンバ内の真空を保っている。
　ところが、上記構成の基板支持台において、基板Ｗの温度は、外部からの入熱に大きな影響を受け、例えば、基板Ｗに印加するバイアスパワーを変更すると、基板Ｗの温度も変わってしまう問題があった。具体的には、真空チャンバ内にプラズマＰを生成し、静電吸着された基板Ｗにバイアス印加を行うと、図４（ｂ）のタイムチャートに示すように、成膜中の時間ｔ１、ｔ２の前後で、印加するバイアスパワーに影響を受けて、バイアスパワーが大きくなると基板Ｗの温度が高くなってしまい、バイアスパワーが小さくなると基板Ｗの温度が低くなってしまい、基板Ｗを所望の一定温度に安定して制御することが難しかった。
　本発明は上記課題に鑑みなされたもので、基板を比較的高い温度で安定して制御するプラズマ処理装置の基板支持台を提供することを目的とする。
　上記課題を解決する第１の発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台は、
　基板を静電的に吸着するための第１電極と、前記基板にバイアスを印加するための第２電極と、前記基板を加熱するためのヒータとを内蔵する静電吸着板と、
　前記静電吸着板の下面に溶着され、前記静電吸着板と同等の熱特性を持つ合金からなる筒状のフランジと、
　前記フランジの下面に対面する面にシール部材を有し、前記シール部材を介して、前記フランジを取り付ける支持台とを有し、
　前記第２電極に供給するバイアスパワーを変更するときには、前記基板の温度が一定となるように、前記ヒータに供給するヒータパワーを変更することを特徴とする。
　例えば、バイアスパワーを増やすときには、ヒータパワーを減らし、バイアスパワーを減らすときには、ヒータパワーを増やして、基板温度を一定とすればよい。
　上記課題を解決する第２の発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台は、
　上記第１の発明に記載のプラズマ処理装置の基板支持台において、
　前記フランジを、当該フランジの下面の温度が２００℃以下となる温度勾配を形成する高さとしたことを特徴とする。
　上記課題を解決する第３の発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台は、
　上記第１、第２の発明に記載のプラズマ処理装置の基板支持台において、
　前記フランジの外周面を、フッ素系ガスのプラズマに対して、プラズマ耐性が高い被覆材で被覆したことを特徴とする。
　上記課題を解決する第４の発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台は、
　上記第１～第３のいずれか１つの発明に記載のプラズマ処理装置の基板支持台において、
　前記フランジの外周側の前記支持台の上面に、前記フランジの外周面及び前記静電吸着板の下面との隙間が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるように、リング状部材を設けたことを特徴とする。
　上記課題を解決する第５の発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台は、
　上記第１～第４のいずれか１つの発明に記載のプラズマ処理装置の基板支持台において、
　前記第１電極に接続する第１接続端子、前記第２電極に接続する第２接続端子及び前記ヒータに接続する第３接続端子を、前記フランジの内周側に配置して、前記第１電極、前記第２電極及び前記ヒータと各々接続することにより、前記第１接続端子、前記第２接続端子及び前記第３接続端子を前記フランジの内周側の大気側に配置したことを特徴とする。
　上記課題を解決する第６の発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台は、
　上記第１～第５のいずれか１つの発明に記載のプラズマ処理装置の基板支持台において、
　前記支持台に流路を設け、当該流路に前記支持台を冷却する冷媒を流すようにしたことを特徴とする。
　第１、第２の発明によれば、静電吸着板の下面に筒状のフランジを溶着し、当該フランジを介して、静電吸着板を支持台に取り付けると共に、バイアスパワーを変更するときには、基板の温度が一定となるように、ヒータパワーを変更するので、基板を比較的高い温度（例えば、３００℃～４００℃）で安定して制御することができる。その結果、例えば、プラズマＣＶＤ装置であれば、膜質の良い薄膜を成膜可能となる。そして、基板が比較的高い温度であっても、フランジ下面にあるシール部材周辺の温度は低いので、シール部材として、Ｏリングが使用可能であり、そのメンテナンス性が向上する。
　第３の発明によれば、フランジ外周面をプラズマ耐性の高い材料で被覆したので、フランジ自体の腐食を抑制することができる。
　第４の発明によれば、フランジ外周側の支持台上面に、フランジ外周面及び静電吸着板下面との隙間が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるリング状部材を設けたので、静電吸着板下面での放電を防止することができる。
　第５の発明によれば、フランジ内周側、つまり、大気側において、第１電極、第２電極及びヒータと、第１接続端子、第２接続端子及び第３接続端子とを各々接続したので、第１接続端子、第２接続端子及び第３接続端子における放電を防止することができる。
　第６の発明によれば、支持台に流路を設け、支持台を冷却する冷媒を流すようにしたので、シール部材の温度をより低くして、シール部材の寿命を長くすることができる。
（ａ）は、本発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台の実施形態の一例を示す縦断面図であり、（ｂ）は、その基板支持台における制御の一例を説明するタイムチャートである。 本発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台の実施形態の他の一例を示す縦断面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台の実施形態の他の一例を示す縦断面図である。 （ａ）は、従来のプラズマ処理装置の基板支持台の縦断面図であり、（ｂ）は、その問題点を説明するタイムチャートである。
　１０　支持台
　１１　Ｏリング溝
　１２　Ｏリング
　１３　フランジ
　１４　静電チャック
　１７　開口部
　１８　チャック温度検出センサ端子
　１９　共用接続端子
　２０　ヒータ接続端子
　２１　基板温度検出センサ端子
　本発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台の実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
（実施例１）
　図１（ａ）は、本発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台の実施形態の一例を示す縦断面図であり、又、図１（ｂ）は、その基板支持台における制御の一例を説明するタイムチャートである。なお、本実施例の基板支持台は、プラズマ処理装置（例えば、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置等）の真空チャンバ内に配置されるものであるが、ここでは、真空チャンバやプラズマ発生機構等の基板支持台以外の構成は省略して図示している。
　本実施例の基板支持台は、真空チャンバ（真空室）の内部に配置された金属製（例えば、アルミニウム等）の支持台１０と、支持台１０の上面に取り付けられる静電チャック１４（静電吸着板）とを有している。この静電チャック１４の下部には、円筒状のフランジ１３が設けられており、このフランジ１３下部がＬ字断面状に形成されて、その下面が支持台１０の上面に配置される。そして、フランジ１３下面に対面する支持台１０上面の位置にＯリング溝１１を設け、そのＯリング溝１１にＯリング１２（シール部材）を配置している。つまり、支持台１０と静電チャック１４の間に、Ｏリング溝１１、Ｏリング１２及びフランジ１３が介在し、Ｏリング溝１１、Ｏリング１２及びフランジ１３を介して、静電チャック１４が支持台１０の上面に取り付けられている。
　静電チャック１４は、Ｓｉ（シリコン）等の半導体からなる基板Ｗを静電的に吸着保持するセラミックス（例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等）から形成されて、その内部に静電チャック用電極（第１電極；図示省略）を有するものであり、加えて、基板にバイアスを印加するためのバイアス用電極（第２電極；図示省略）や基板の温度を制御するためのヒータ（図示省略）等も内部に有するものである。つまり、静電チャック１４は、基板吸着保持の機能だけでなく、バイアス印加、温度制御の機能も備えている。なお、静電チャック用電極とバイアス用電極は、１つの電極を共用することが可能であり、本実施例では、１つの電極を共用している。
　又、静電チャック１４は、基板Ｗとの熱伝達を向上させるため、その表面全面を、平坦、且つ、表面粗さＲａ０．８以下としている。
　フランジ１３は、静電チャック１４の下面にロウ付け等により溶着されて、静電チャック１４とフランジ１３とは一体となっている。つまり、フランジ１３と静電チャック１４との間に隙間は存在せず、基板支持台におけるシールは、フランジ１３下面と支持台１０上面のＯリング１２により行われており、Ｏリング１２の外周側を真空チャンバ側として密閉すると共に、Ｏリング１２の内周側を大気側としている。なお、図示していないが、静電チャック１４及びフランジ１３は、Ｏリング１２近傍のボルトにて、フランジ１３下部を支持台１０に取り付けることにより、固定している。
　このフランジ１３には、熱応力を考慮して、セラミクス性の静電チャック１４と熱特性が近いＣｏ－Ｆｅ－Ｎｉ系合金であるコバール（登録商標）が用いられている。なお、セラミクス性の静電チャック１４と熱特性が近い合金であれば、他の合金、例えば、４２アロイ、ＮＳＬ等を用いてもよい。
　又、このフランジ１３は、支持台１０へ固定される下部を除き、薄い肉厚（例えば、０．５ｍｍ厚）で形成されると共に、静電チャック１４と支持台１０との間に所定の距離を設けるように形成されている。フランジ１３の肉厚を薄くすることにより、フランジ１３自体が熱伝達の抵抗となる。又、静電チャック１４と支持台１０との間に距離を置くことにより、フランジ１３自体に温度勾配を形成しており、シール面（Ｏリング１２と接する面）を、基板Ｗ及び静電チャック１４から離れた位置としている。
　又、フランジ１３の内径はできるだけ小さい方がよい。これは、フランジ１３の内周側は大気側となっているが、真空チャンバ内部が真空になると、静電チャック１３が大気圧に面する部分には大気圧からの力が働き、内径が大きいと、それだけ大きな力がかかるからである。従って、フランジ１３の内径を小さくし、静電チャック１３が大気圧に面する部分の面積を小さくして、大気圧が静電チャック１３を押し上げる力を小さくしている。
　基板Ｗ及び静電チャック１４側からの熱伝達は、殆どフランジ１３を介して行われることになるが、フランジ１３を上記構造とすることにより、基板Ｗ及び静電チャック１４側から支持台１０側への熱伝達を抑制すると共に、温度勾配を形成するようにしている。そして、上述したように、シール面をフランジ１３下面とすることにより、基板Ｗ及び静電チャック１４側が高温であっても、シール面をＯリング１２の耐熱温度以下にすることができる。その結果、基板Ｗを所望の高温にすることが可能となり、又、メタルシールのようなシール部材を用いることは不要となり、シール部材として、メンテナンス性の良いフッ素樹脂系のＯリングを使用することができる。
　従って、フランジ１３は、フランジ１３下面の温度がＯリング１２の耐熱温度以下となる温度勾配を形成する高さに決定される。例えば、基板Ｗの温度を４００℃で温度制御する場合には、フランジ１３の高さを２５ｍｍ以上とすれば、フランジ１３下面の温度をＯリング１２の耐熱温度である２００℃以下とすることができる。このように、基板Ｗの制御温度に応じて、フランジ１３の高さを決定する。
　又、支持台１０の中央部には、支持台１０を貫通する開口部１７が設けられている。この開口部１７は、Ｏリング１２の内周側であり、又、フランジ１３の中空部分と連通している。そして、バイアス／静電チャック共用電極に接続するための共用接続端子１９（第１及び第２接続端子）及びヒータに接続するためのヒータ接続端子２０（第３接続端子）が、静電チャック１４の下面から、フランジ１３の中空部分、開口部１７を通って、引き出されている。つまり、共用接続端子１９及びヒータ接続端子２０を、Ｏリング１２の内周側の大気側に、換言すれば、真空側とならないように、配置している。その結果、共用接続端子１９及びヒータ接続端子２０に、高電力、高電圧を印加しても、周囲が大気であるので、放電の発生を防止することができる。
　例えば、共用接続端子１９にＤＣ電圧を供給して、基板Ｗを静電チャック１４に静電吸着させると共に、同じく、接続端子１９に高周波電力を供給して、基板Ｗにバイアスを印加するが、共用接続端子１９の周囲が大気であるので、高電力、高電圧を印加しても放電の発生を防止することができる。なお、電極をバイアス用と静電チャック用に共用しない場合には、バイアス用接続端子、静電チャック用接続端子を共にＯリング１２の内周側に配置すればよい。又、高い電力供給のため共用接続端子１９を複数用いる場合にも、これらをＯリング１２の内周側に配置すればよい。
　一方、基板Ｗの温度を検出する基板温度センサ端子２１、静電チャック１４の温度を検出するチャック温度センサ端子１８は、対象物の温度が検出でき、シール性が保てるのであれば、どこに配置してもよい。本実施例では、一例として、基板温度センサ端子２１は、静電チャック１４の下面から、開口部１７を通って、引き出されており、チャック温度センサ端子１８は、静電チャック１４の下面から、支持台１０自体を貫通して、引き出されている。なお、基板温度センサ、チャック温度センサとしては、熱電対や放射温度計等が使用されるが、熱電対の場合には、それ自体が接続端子となり、放射温度計の場合には、対象物からの赤外線を伝搬する光ファイバが接続端子となる。
　又、支持台１０には、冷却用の冷媒１６を流す流路１５が形成されており、支持台１０の流路１５に流れる冷媒１６の温度、流量を制御して、支持台１０自体を所望の温度に冷却するようにしている。このように支持台１０を冷却することにより、Ｏリング１２自体の温度をより低くすることができ、Ｏリング１２の寿命を長くして、メンテナンス性を向上させることもできる。又、耐熱性の低い、安価なＯリングも使用可能となる。
　そして、本実施例では、上記構造の基板支持台において、静電チャック１４のバイアスパワーの制御タイミングに合わせて、静電チャック１４のヒータパワーを制御装置（図示省略）により制御することにより、基板Ｗの温度を高温で安定化させている。
　具体的には、プロセス中、真空チャンバ内にプラズマＰを生成し、静電チャック１４に静電吸着させた基板Ｗにバイアスを印加するとき、図１（ｂ）のタイムチャートに示すように、バイアスパワー（図中の一点鎖線）を大きくする時間ｔ１に合わせて、ヒータパワー（図中の太点線）を小さくし、そして、バイアスパワーを小さくする時間ｔ２に合わせて、ヒータパワーを大きくする制御を行っている。このような制御を行うことにより、基板Ｗにおける熱収支が一定になるようにして、プロセス時における基板Ｗの温度を一定にしている。このとき、基板温度センサで検出した基板Ｗの温度が一定となるように、バイアスパワーの変更に合わせて、ヒータパワーを変更すればよい。
　従って、上記構造の基板支持台を用い、上記制御を行うことにより、基板Ｗを高温にすると共に、その温度を安定化させることができる。その結果、例えば、プラズマＣＶＤ装置であれば、膜質の良い薄膜を成膜可能となる。
（実施例２）
　図２は、本発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台の実施形態の他の一例を示す縦断面図である。なお、本実施例の基板支持台も、プラズマ処理装置の真空チャンバ内に配置されるものであるが、ここでも、真空チャンバやプラズマ発生機構等の基板支持台以外の構成は省略して図示している。又、実施例１に示した基板支持台の構成と同等のものについては、同じ符号を用い、又、チャック温度検出センサ端子１８、共用接続端子１９、ヒータ接続端子２０及び基板温度検出センサ端子２１の図示は省略し、重複する説明も省略する。
　図２に示すように、本実施例では、静電チャック１４の下部に設けたコバール合金製のフランジ１３の外周面及びロウ付け部分、つまり、真空側表面をプラズマ耐性の高い材料からなる被覆材２２によりコーティングしている。プラズマ耐性の高い材料としては、例えば、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等があり、Ｙ2Ｏ3であれば、フランジ１３の外周面にＹ2Ｏ3を溶射して、コーティングを行えばよい。
　コバール合金は、鉄（Ｆｅ）系合金であり、プラズマＣＶＤ装置で使用するクリーニングガスであるフッ素系ガス（例えば、四フッ化炭素（ＣＦ4）等）のプラズマに対し耐食性が低いが、コバール合金製のフランジ１３の表面をプラズマ耐性の高い材料でコーティングすることにより、コバールの腐食が抑制されて、Ｆｅによる汚染を防止することができる。
　従って、上記構造の基板支持台を用い、実施例１の図１（ｂ）に示すような制御を行うことにより、基板Ｗを高温にすると共に、その温度を安定化させることができる。
（実施例３）
　図３は、本発明に係るプラズマ処理装置の基板支持台の実施形態の他の一例を示す縦断面図である。なお、本実施例の基板支持台も、プラズマ処理装置の真空チャンバ内に配置されるものであるが、ここでも、真空チャンバやプラズマ発生機構等の基板支持台以外の構成は省略して図示している。又、実施例１に示した基板支持台の構成と同等のものについては、同じ符号を用い、又、チャック温度検出センサ端子１８、共用接続端子１９、ヒータ接続端子２０及び基板温度検出センサ端子２１の図示は省略し、重複する説明も省略する。
　図３に示すように、本実施例では、フランジ１３の外周側の支持台１０の上面に、支持台１０と同等の金属材料（例えば、アルミニウム）からなるリング形状のリング状部材２３を設けている。そして、静電チャック１４下面及びフランジ１３外周面とリング状部材２３表面との間の隙間は、０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下としている。これは、隙間を２．０ｍｍ以下とすることで、静電チャック１４下面での放電を防止している。又、製作精度の関係から、隙間の下限は０．５ｍｍ以上とし、静電チャック１４及びフランジ１３とリング状部材２３との接触を防止し、静電チャック１４及びフランジ１３からリング状部材２３側への直接的な熱伝達を防止している。なお、リング状部材２３の外径は、静電チャック１４と同等か、それ以上であればよい。
　一方、静電チャック１４及びフランジ１３からリング状部材２３側への間接的な熱伝達、つまり、熱放射は避けられない。そこで、リング状部材２３自体の冷却のため、リング状部材２３と支持台１０との間にカーボンシートを介在させて、リング状部材２３と支持台１０との間の熱伝達率を向上させるようにしてもよいし、リング状部材２３自体を支持台１０と一体に形成してもよい。更には、リング状部材２３の表面をアルマイト処理することにより、放射率を増やし（例えば、放射率を０．７以上）、放射伝熱効率を向上させて、特に、高温となる静電チャック１４下面からの熱放射については、積極的に吸収するようにしてもよい。
　従って、上記構造の基板支持台を用い、実施例１の図１（ｂ）に示すような制御を行うことにより、基板Ｗを高温にすると共に、その温度を安定化させることができる。
　本発明は、層間絶縁膜、バリアメタル層、エッチストッパ層、パッシベーション膜、ハードマスク、ＣＡＰ膜等に用いられる半導体装置用絶縁膜を製造するプラズマ処理装置に適用可能なものであり、特に、高温処理が必要な場合に好適である。

Claims (6)

  1. 　基板を静電的に吸着するための第１電極と、前記基板にバイアスを印加するための第２電極と、前記基板を加熱するためのヒータとを内蔵する静電吸着板と、
    　前記静電吸着板の下面に溶着され、前記静電吸着板と同等の熱特性を持つ合金からなる筒状のフランジと、
    　前記フランジの下面に対面する面にシール部材を有し、前記シール部材を介して、前記フランジを取り付ける支持台とを有し、
    　前記第２電極に供給するバイアスパワーを変更するときには、前記基板の温度が一定となるように、前記ヒータに供給するヒータパワーを変更するようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置の基板支持台。
  2. 　請求項１に記載のプラズマ処理装置の基板支持台において、
    　前記フランジを、当該フランジの下面の温度が２００℃以下となる温度勾配を形成する高さとしたことを特徴とするプラズマ処理装置の基板支持台。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置の基板支持台において、
    　前記フランジの外周面を、フッ素系ガスのプラズマに対して、プラズマ耐性が高い被覆材で被覆したことを特徴とするプラズマ処理装置の基板支持台。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置の基板支持台において、
    　前記フランジの外周側の前記支持台の上面に、前記フランジの外周面及び前記静電吸着板の下面との隙間が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるように、リング状部材を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置の基板支持台。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置の基板支持台において、
    　前記第１電極に接続する第１接続端子、前記第２電極に接続する第２接続端子及び前記ヒータに接続する第３接続端子を、前記フランジの内周側に配置して、前記第１電極、前記第２電極及び前記ヒータと各々接続することにより、前記第１接続端子、前記第２接続端子及び前記第３接続端子を前記フランジの内周側の大気側に配置したことを特徴とするプラズマ処理装置の基板支持台。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置の基板支持台において、
    　前記支持台に流路を設け、当該流路に前記支持台を冷却する冷媒を流すようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置の基板支持台。
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