JP2009188332A - プラズマ処理装置用基板載置台、プラズマ処理装置および絶縁皮膜の成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基台上面を平坦にでき、基台部と静電チャック部とを良好に固定できるプラズマ処理装置用基板載置台、プラズマ処理装置および絶縁皮膜の成膜方法を提供する。
【解決手段】被処理基板を吸着するための静電チャック部８と、静電チャック部８を保持する基台７とを含み、基台７は、高さの高い凸部７２と、凸部７２の周囲に凸部７２よりも所定高さ低い位置に外周面７１とを有し、外周面７１上に、凸部７２と外周面７１との高さに等しい膜圧の溶射皮膜７６を積層して凸部７２と溶射皮膜７６の面とが連続するように平坦に形成し、絶縁性部材８１，８３，８４の間に電極８２を配設して静電チャック部８を構成し、凸部７２の上面と溶射皮膜７６の面との境目を覆うように、基台７に接着剤９で静電チャック部８を固定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、このプラズマを利用して、例えばエッチング処理、成膜処理などを行うために半導体ウエハ等の被処理基板をプラズマ処理装置内で載置するプラズマ処理装置用基板載置台、プラズマ処理装置および絶縁皮膜の成膜方法に関する。

例えば、半導体装置の製造分野においては、半導体装置の微細な回路構造を形成する際に、プラズマ処理装置により半導体ウエハ等の被処理基板にプラズマを作用させて、エッチング処理や成膜処理等を行っている。

このようなプラズマ処理装置では、減圧雰囲気とした真空チャンバ内のプラズマ処理室に被処理基板を配置してプラズマ処理を行うことから、真空チャックによって被処理基板を吸着保持することが困難である。このため、被処理基板を吸着保持するための機構として静電チャックが用いられている。静電チャックは、セラミックスなどの絶縁性部材の間に、タングステン等からなる静電チャック用電極を配設して構成されており、静電チャック用電極に直流電圧を印加してクーロン力等により被処理基板を吸着保持する。

また、プラズマ処理装置では、被処理基板が載置される基板載置台が下部電極を兼ねており、基板載置台の基台部は、アルミニウムなどの導電性の金属等で構成する必要がある。このため、基板載置台として、例えば特開２００４−４７６５３号公報（特許文献１）に記載されているように、アルミニウム等から構成された基台部に、別体に構成された静電チャック部のセラミックス等からなる絶縁性部材を、接着剤によって接着して構成されたものが知られている。

基板載置台は、アルミニウム等から構成された基台部上に、セラミックス等からなる静電チャック部を固着して構成される。基台部は、腐食性の高いプロセスガスに曝されないように、その表面に絶縁皮膜が形成され、絶縁皮膜上に静電チャック部が固着される。絶縁皮膜の端部がプロセスガスに曝されることがないように、特許文献１では、溝などの空隙部を設け、絶縁皮膜の端部を空隙部に当接させ、この空隙部にヘリウムガスを供給している。
特開２００４−４７６５３号公報

しかし、基台に溝などの空隙部を設けると構造が複雑になるばかりでなく、厚みの異なる部分が生じるので温度や高周波が均一になるように制御するのが困難になる。また、基台上に静電チャック部を固着するためには、基台上面をできるだけ平坦にする必要があるが、厚みにむらなどがあって平坦でない場合には、固着するための接着材の厚みにより厚みのむらを吸収する必要があった。

そこで、この発明の目的は、基台上面を平坦にでき、基台部と静電チャック部とを良好に固定できるプラズマ処理装置用基板載置台、プラズマ処理装置および絶縁皮膜の成膜方法を提供することである。

この発明はプラズマ処理装置用基板載置台であって、第１の面、第１の面の周囲に所定高さ低い位置に第２の面、および膜厚が所定高さに等しく、第１の面と連続するよう第２の面上に形成される絶縁皮膜で上面を構成する基台と、基台の上面に固定されて被処理基板を保持する静電チャック部とを備える。

第１の面と連続するように、高さが低い第２の面に絶縁皮膜を形成することで基台上面を平坦に形成できるので、静電チャックの固定状態を良好にすることができる。

好ましくは、基台の第１の面と、第２の面との境目に形成される傾斜面を含む。傾斜面上に絶縁皮膜を形成することにより、絶縁皮膜の端部が剥がれ難くすることができる。

好ましくは、絶縁皮膜は、セラミックス膜である。

この発明の他の局面は、プラズマ処理装置であって、上記のいずれかに記載のプラズマ処理装置用基板載置台を備える。

この発明のさらに他の局面は、第１の面、第１の面より所定高さ低い位置に第２の面を有し、膜厚が所定高さに等しく、第１の面と連続するように第２の面上に形成される絶縁皮膜を成膜する方法であって、面上に絶縁皮膜を溶射する工程と、面上の第１の面より上に位置する絶縁皮膜を除去することによって、絶縁皮膜の膜厚を所定高さに一致させる工程とを含む。

好ましくは、第１の面と第２の面との間に傾斜面を形成する工程を含む。

好ましくは、第１の面の周囲に第２の面を有しており、第１の面の周縁を除いて、マスキング部材でマスキングする工程を含み、絶縁皮膜を溶射する工程は、マスキング部材上を除いて絶縁皮膜を溶射する。

好ましくは、第１の面上の周縁と、第２の面と、傾斜面を粗面化する工程を含む。粗面化することで、溶射皮膜の密着性を高めることができる。

この発明によれば、基台の第１の面より所定高さ低い位置に第２の面を形成し、膜厚が所定高さに等しく、第１の面と連続するよう第２の面上に絶縁皮膜を形成して基台の上面を構成したので、基台の上面を平坦にすることができ、基台の上面に被処理基板を保持する静電チャック部を良好に固定することができる。また、基台上面に絶縁膜を形成するので、腐食性の高いプロセスガスに曝されることはない。さらに、基台上面を平坦にすることにより、温度、高周波の分布が均一になるように制御するのが容易になる。

図１はこの発明の一実施形態のプラズマ処理装置を示す縦断面図である。図１において、プラズマ処理装置１は、上部が開口した有底円筒状の処理容器２を含む。処理容器２は被処理基板の一例の半導体ウエハＷを出し入れ可能に収納するためのものであり、接地されている。処理容器２の底部には、半導体ウエハＷを載置するための基板載置台となるサセプタ３が設けられている。サセプタ３は、基台部７と静電チャック部８とを含む。静電チャック部８は静電気により、半導体ウエハＷを吸着する。サセプタ３には、処理容器２の外部に設けられた交流電源４から、バイアス用の高周波電力が供給される。

処理容器２の底部には、真空ポンプなどの排気装置１１によって処理容器２内の空気を排気するための排気管１２が設けられている。また、処理容器２の側壁５には、図示しない処理ガス供給源からの処理ガスを供給するためのガス導入部１３が設けられている。

処理容器２の上部開口には、気密性を確保するためのシール材１４を介して、例えば石英などの円形の誘電体からなる天板２０がサセプタ３に対向するように支持されている。石英に代えて、他の誘電体を使用してもよい。天板２０によって、処理容器２内に処理空間Ｓが形成される。天板２０は、平面形態が円形である。

天板２０はマイクロ波が供給されることでその下面にプラズマを発生する。天板２０の上方には、円板状のスロットアンテナ３０が設けられており、スロットアンテナ３０の上面には、遅波板３１と、遅波板３１を覆うアンテナカバー３２とが設けられている。スロットアンテナ３０は導電性を有する材質、例えばＡｇ，Ａｕ等がメッキされた銅の薄い円板からなり、多数のスロット３３が渦巻状や同心円状に整列して形成されている。

アンテナカバー３２には、同軸導波管３５が接続されており、同軸導波管３５は、内側導体３５ａと、外管３５ｂとによって構成されている。内側導体３５ａは、スロットアンテナ３０と接続されている。内側導体３５ａのスロットアンテナ３０側は円錐形を有し、効率よくスロットアンテナ３０に対してマイクロ波を伝搬する。同軸導波管３５は、マイクロ波供給装置３６で発生させた、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、負荷整合器３７，同軸導波管３５，遅波板３１，スロットアンテナ３０を介して天板２０に伝搬させる。そして、そのエネルギーによって天板２０の下面に電界が形成されて、ガス導入部１３によって処理容器２内に供給された処理ガスをプラズマ化し、サセプタ３上の半導体ウエハＷに対して、所定のプラズマ処理、例えば成膜処理やエッチング処理などが行われる。

このように構成されたプラズマ処理装置１は、プラズマ処理する際には、処理容器２内のサセプタ３上の静電チャック８により半導体ウエハＷを吸着し、ガス導入部１３から所定の処理ガスを処理容器２内に供給しつつ、排気管１２から排気することで、処理空間Ｓ内を所定の圧力にする。そして、交流電源４によって半導体ウエハＷにバイアス高周波を印加するとともに、マイクロ波供給装置３６によってマイクロ波を発生させて、天板２０を介してマイクロ波を処理容器２内に導入して天板２０の下方に電界を発生させる。すると、処理空間Ｓ内の処理ガスがプラズマ化され、処理ガスの種類等を選択することで、半導体ウエハＷに対して所定のプラズマ処理、例えばエッチング処理、アッシング処理、成膜処理等の各種のプラズマ処理を実施できる。

図２は、図１に示したサセプタ３に含まれる基台部７と、静電チャック８との製造方法を説明するための断面図である。

この発明の一実施形態のプラズマ処理装置用基板載置台は、基台部７と、静電チャック部８とを含む。基台部７は、第１の面となる円形の凸部７２、凸部７２の周囲の所定高さ低い位置に第２の面となる外周面７１、および凸部７２と連続するように外周面７１上に形成される絶縁皮膜となる溶射皮膜７６で上面が構成されており、この基台部７の上面に被処理基板である半導体ウエハＷを保持する静電チャック部８が固定される。

より具体的に説明すると、図２（Ａ）に示すように、基台部７はアルミ冷却板から構成されており、外形形態は円板状である。基台部７には、中央に比較的高さの高い円形の凸部７２が形成されており、凸部７２の周囲に凸部７２よりも所定高さ低い位置に外周面７１が形成されている。凸部７２は、最終仕上げで基台部７の上面を平坦な面にしたときに削りしろとするために形成される。基台部７の外周面７１から凸部７２にかけて緩やかな傾斜面７３が形成されており、凸部７２の中央部上には周囲より窪んだ平坦部７４が形成されている。基台部７のこのような形態は、円形のアルミ板を切削加工することで得られる。

図２（Ｂ）に示すように、基台部７の外周面７１上と、凸部７２上の周縁とをブラスト処理して粗面化する。図２（Ｃ）に示すように、粗面化した外周面７１上および凸部７２の周縁上を除いて、平端部７４上と、凸部７２上をマスク部材７５によりマスキングする。そして、粗面化した外周面７１上および凸部７２の周縁上に溶射皮膜７６を形成する。溶射皮膜７６は、凸部７２の高さと外周面７１の高さとの差に相当する厚みで積層され、例えば、低抵抗セラミックス膜などであり、膜圧は、例えば３５０μｍに選ばれる。

図２（Ｃ）に示すマスク部材７５を除去した後、溶射皮膜７６と、凸部７２とを研磨して、線Ｃ−Ｃより上の部分を削除して、図２（Ｄ）に示すように基台部７の凸部７２の上面と溶射皮膜７６の上面とが連続するように平端部７４に仕上げる。

図２（Ｅ）に示すように、平坦部７４上に接着剤９を塗布し、その上に静電チャック部８を載置して、静電チャック部８を基台部７上に固定する。静電チャック部８は、例えば、特開２００６−６００４０号公報に記載されているものを使用する。すなわち、絶縁性基板８１上に電極となる金属膜８２を形成し、この金属膜８２を覆う低抵抗セラミックス溶射皮膜８３を形成し、その上に上面が静電吸着面となる高抵抗セラミックス溶射皮膜８４を積層して静電チャック部８を形成する。

静電チャック部８は、それ以外に、２枚の基板の間に電極を挟み、プレス加工により一体化したものであってもよい。

上述のごとく、この発明の一実施形態によれば、基台部７の上部の外周面７１と、傾斜面７３とを粗面化し、その上に溶射皮膜７６を形成することにより、平坦な基台７を形成できる。しかも、溶射皮膜７６の端部が露出することがないので、溶射皮膜７６が外周面７１や傾斜面７３から剥がれ難くすることができる。さらに、溶射皮膜７６と平坦部７４との境目付近を覆うように静電チャック部８を接着剤９で固定するようにしたので、溶射皮膜７６と平坦部７４との境目付近がプラズマ処理中に腐食性の高いフッ素ラジカルなどを含む処理ガスと接触することがないので、溶射皮膜７６をより剥がれ難くすることができる。

なお、外周面７１から凸部７２にかけて傾斜面７３を形成したが、これに限らず垂直面であってもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明のプラズマ処理装置用基板載置台は、プラズマ処理装置の処理室内で半導体ウエハ基板を載置するのに利用できる。

この発明の一実施形態のプラズマ処理装置を示す縦断面図である。 図１に示したサセプタ３に含まれる基台部７と、静電チャック８との製造方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１ プラズマ処理装置、２ 処理容器、３ サセプタ、４ 交流電源、７ 基台部、８ 静電チャック部、９ 接着剤、１１ 排気装置、１２ 排気管、１３ ガス導入部、３０ スロットアンテナ、３１ 遅波板、３３ スロット、３５ 同軸導波管、３６ マイクロ波供給装置、７１ 外周面、７２ 凸部、７３ 傾斜面、７４ 平坦部、７５ マスク部材、７６ 溶射皮膜、８１ 絶縁性基板、８２ 金属膜、８３ 低抵抗セラミックス溶射皮膜、８４ 高抵抗セラミックス溶射皮膜。

Claims (8)

1. 第１の面、前記第１の面の周囲に所定高さ低い位置に第２の面、および膜厚が前記所定高さに等しく、前記第１の面と連続するように前記第２の面上に形成される絶縁皮膜で上面を構成する基台と、
   前記基台の上面に固定されて被処理基板を保持する静電チャック部とを備える、プラズマ処理装置用基板載置台。
2. 前記基台の前記第１の面と、前記第２の面との境目に形成される傾斜面を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置用基板載置台。
3. 前記絶縁皮膜は、セラミックス膜である、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置用基板載置台。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置用基板載置台を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
5. 第１の面と、前記第１の面より所定高さ低い位置に第２の面とを有し、膜厚が前記所定高さに等しく、前記第１の面と連続するように前記第２の面上に形成される絶縁皮膜を成膜する方法であって、
   前記面上に前記絶縁皮膜を溶射する工程と、
   前記面上の前記第１の面より上に位置する絶縁皮膜を除去することによって、前記絶縁皮膜の膜厚を前記所定高さに一致させる工程とを含む、絶縁皮膜の成膜方法。
6. 前記第１の面と前記第２の面との間に傾斜面を形成する工程を含む、請求項５に記載の絶縁皮膜の成膜方法。
7. 前記第２の面は、前記第１の面の周囲に有しており、
   前記第１の面の周縁を除いて、前記第１の面上にマスキング部材でマスキングする工程を含み、
   前記絶縁皮膜を溶射する工程は、前記マスキング部材上を除いて前記絶縁皮膜を溶射する、請求項５または６に記載の絶縁皮膜の成膜方法。
8. 前記第１の面上の周縁と、前記第２の面と、前記傾斜面を粗面化する工程を含む、請求項７に記載の絶縁皮膜の成膜方法。
   

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