WO2000063955A1

WO2000063955A1 - Dispositif de traitement au plasma

Info

Publication number: WO2000063955A1
Application number: PCT/JP2000/002430
Authority: WO
Inventors: Satoru Kawakami; Katsuhiko Iwabuchi; Ryo Kuwajima; Ryusuke Ushikoshi; Naohito Yamada; Tetsuya Kawajiri
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2001-10-15
Also published as: DE60041641D1; EP1187187B1; KR100458424B1; TW454264B; JP4236329B2; US6432208B1; EP1187187A1; EP1187187A4; JP2000299288A; KR20010110763A

Description

明細書プラズマ処理装置技術分野

本発明はプラズマ処理装置に係わり、特に真空処理室内の載置台に載置された半導体ウェハ等の被処理基板にプラズマを利用した処理を施すプラズマ処理装置に関する。背景技術

半導体デバイスの製造において、エッチング、 C VD、スパッタリング等の諸工程で処理ガスのイオン化や化学反応等を促進するために、プラズマが利用されている。一般に、プラズマを用いる処理装置では、密閉された処理室内に載置台を設置し、該載置台に半導体ウェハを載置して処理を施している。

図 1は、従来の典型的なプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。このプラズマ処理装置では、真空チャンバからなる処理室 2 0 0内の中央部に支持部材 2 0 2を介して載置台 2 0 4が設置される。被処理基板としての半導体ゥェハ Wは、円盤状に形成された載置台 2 0 4の載置面 2 0 4 a上に載置される。載置台 2 0 4は、半導体ウェハ Wを静電力で吸着して保持するための静電吸着 (チャック）機能を備える。この処理装置では、載置台 2 0 4の少なくとも載置面 2 0 4 a付近の上部を絶縁材で構成して、その中に電極 2 0 6を設けている。そして、処理室 2 0 0の外に設けられた直流電源 2 0 8より適当な電圧を電極 2 0 6に供給して、静電力で載置面 2 0 4 aに半導体ウェハ Wを吸着保持させる。

処理室 2 0 0内において、プラズマ P は、載置台 2 0 4の上方で適当な方法により発生され、半導体ウェハ Wの表面付近に導かれる。同時に、処理室 2 0 0内には所定の処理ガスが導入される。この導入された処理ガスの分子がブラズマ Pで励起されることにより、成膜またはエツチング等の微細加工が促進される。ここで、載置台 2 0 4の電極 2 0 6に高周波バイアス電圧を印加することにより、プラズマ P中のイオンや電子をウェハ Wの表面に垂直に入射させることができる。これにより、プラズマ処理による微細加工に方向性（異方性）をもたせることができ、加工精度を上げることができる。この高周波バイアス電圧を供給するため、処理室 2 0 0の室外に通常 1 3 . 5 MH zの高周波電源 2 1 0が設られる。

載置台 2 0 4は、円盤または円柱状に形成された支持部材 2 0 2の上面に〇リング 2 1 2を介して設置される。〇リング 2 1 2の内側に形成される隙間 (空間） 2 1 4は処理室 2 0 0内の減圧された処理空間から遮断されている。室外から載置台 2 0 4に接続される電源ライン等は、支持部材 2 0 2に形成されている貫通孔 (図示せず）とこの隙間 2 1 4を通って延在している。

支持部材 2 0 2は熱伝導率の高い材料、たとえばアルミニウムよりなるプロックであり、内部に冷媒通路 2 0 2 aを有している。処理室 2 0 0の室外に設けられた冷却装置（図示せず）より配管（図示せず）を介して所定温度（たとえば 2 5で）の冷媒（たとえば水）が冷媒通路 2 0 2 aに供給される。これにより、支持部材 2 0 2全体が所定温度に維持される。

半導体ウェハ Wを介して載置台 2 0 4に伝達されたプラズマの熱は、載置台 2 0 4から間隙 2 1 4を介して支持部材 2 0 2へ伝わる。そして、プラズマの熱は支持部材 2 0 2に形成された冷媒通路 2 0 2 aを流れる冷媒に吸収され、冷却装置によって室外へ放熱される。この放熱機構により、載置台 2 0 4の温度を所定の設定温度（通常は 2 0 0で以下）に維持している。

ここで、載置台 2 0 4の設定温度を通常 2 0 0 以下とするのは、載置台 2 0 4の裏面に Oリング 2 1 2が接触しているためである。すなわち、 Oリング 2 1 2は弾性樹脂により形成されており、その耐熱温度が最大でも 2 0 0で程度であるためである。

載置台 2 0 4の設定温度を 2 0 0で以下とすることで、載置台 2 0 4と半導体ウェハ Wとの間に大きな温度差が生じる。一般のプラズマ処理では、ウェハ Wの温度は 4 0 0で程度であるため、両者間に 2 0 0で前後の温度差を設ける必要がある。この温度差は両者の接触面及び両者間に形成された隙間の熱抵抗により設けられる。

なお、載置台 2 0 4の内部に抵抗発熱体（図示せず）を設け、温度フィードバック機能（図示せず）により抵抗発熱体の発熱量を電気的に制御することも行なわれている。

上記したような従来のプラズマ処理装置においては、支持部材 2 0 2側からの冷却さらには内蔵の抵抗発熱体の加熱による温度制御により、載置台 2 0 4 の温度はかなり高い精度で設定温度に維持することができる。

しかしながら、温度制御対象である半導体ウェハ Wの温度については、半導体ウェハ Wと載置台 2 0 4との間の温度差が大きいため、プラズマ密度の変動やウェハ固体間の品質のばらつき等に起因する温度変化を考慮した精細な熱応答で補償することは難しい。すなわち、半導体ウェハ Wの温度を安定かつ均一な温度に維持することは難しい。

また、プラズマ処理を開始する際は、半導体ウェハ Wを載置台 2 0 4上に載置してから半導体ウェハ Wの温度を処理開始可能な温度（設定温度）まで上げる必要がある。この時間はプリヒート時間と称される。上述のように半導体ゥェハ Wと載置台 2 0 4との間の温度差が大きいと、プリヒ一ト時間が長くなり、スループットを上げることが難しい。発明の開示

本発明の総括的な目的は、上述の問題点を解決した改良された有用なプラズマ処理装置を提供することである。

本発明のより具体的な目的は、被処理基板に対する温度制御特性（応答性、安定性、均一性等）を改善することによりプラスマ処理品質を向上させたブラズマ処理装置を提供することである。

また、本発明の別の目的は、被処理基板を載置台上に載置してから処理を開始するまでのプリヒート時間を短縮して、高いスループットを得ることのできるプラズマ処理装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、

減圧された処理室内で被処理基板に対してプラズマを利用した処理を行うプラズマ処理装置であって、

前記処理室内に配置され、前記被処理基板を載置するための載置面と該載置面の反対側の裏面とを有する載置台と、前記載置台を支持する支持部材とを有しており、

前記支持部材は、前記載置台と前記処理室の壁面との間に設けられ、前記載置台に気密に接合され且つ前記処理室に気密に接続されることにより前記処理室の処理空間から隔離された空間を前記載置台の裏面側に画成し、前記処理室の壁面との接合部と前記載置台との間を所定の距離離間させて前記載置台と前記接合部との間に所定の熱抵抗を与えるように構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

上述の発明によれば、処理室の壁面と支持部材との接合部から載置台までの間に所定の熱抵抗が与えられるため、載置台と接合部との間に熱抵抗に応じた温度差を設けることができる。したがって、載置台を被処理基板の処理温度に維持しつつ、接合部の温度を低い温度に維持することができる。これにより、支持部材と処理室の壁面との接続部をゴム又は樹脂等の耐熱温度以下に維持することができる。すなわち、支持部材と処理室の壁面との接続部をゴム又は樹脂等の弾性部材ょりなるシール部材で気密に構成することが可能となる。

また、本発明によるプラズマ処理装置において、支持部材と処理室の壁面との接続部に気密接続用の弾性部材を設け、接続部を第 1の冷却手段により冷却する構成としてもよい。第 1の冷却手段により接続部を冷却することで、シール用の弾性部材として安価な材料のシール部材、たとえば 0リング等を使用することができる。

また、本発明によるプラズマ処理装置において、支持部材により隔離された空間に第 2の冷却手段を設けて載置台を冷却することとしてもよい。第 2の冷却手段により載置台を直接冷却することにより、載置台の温度を精度良く迅速に制御することができる。

本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより一層明瞭となるであろう。図面の簡単な説明

図 1は、従来のプラズマ処理装置の全体構成を示す模式図である。

図 2は、本発明の一実施例によるプラズマ処理装置の全体構成を示す模式図である。

図 3は、図 2に示すプラズマ処理装置の一部を示す断面図である。発明を実施するための最良の実施の形態

以下、図 2および図 3を参照しながら本発明の一実施例について説明する。図 2は、本発明の一実施例によるプラズマ処理装置の全体構成を示す模式図である。

図 2に示したプラズマ処理装置は、所望の真空度に減圧可能な処理空間を有する真空チャンバである処理室 1 0と、この処理室 1 0に連通して設けられたプラズマ発生室 1 2と、このプラズマ発生室 1 2にマイクロ波透過窓 1 4を介して接続された導波管 1 6とを有している。

導波管 1 6の端部にはマイクロ波発生器であるマグネトロン 1 8が接続されている。マグネトロン 1 8より所定のパワー（たとえば 2 k W) で発生された 2 . 4 5 GH zのマイクロ波 MWは、導波管 1 6および透過窓 1 4を通ってプラズマ発生室 1 2に導かれる。

プラズマ発生室 1 2には、外部のプラズマ用ガス供給源（図示せず）より配管 2 0を介してプラズマ用ガスたとえばアルゴン（A r ) ガスが導入される。プラズマ発生室 1 2の周囲には電磁コイル 2 2が設けられている。

プラズマ発生室 1 2内では、電磁コイル 2 2による磁界の中でマイクロ波 M Wがプラズマ用ガスに入射し、電子サイクロトロン共鳴（E C R) の作用で高密度のプラズマ Pが生成される。生成されたプラズマ Pは、下方の処理室 1 0 に導かれる。

処理室 1 0には、その中央部に円般形状の載置台 2 4が設置されている。この載置台 2 4は、処理室 1 0の底面 1 0 bに気密に接続された略円筒状の支持部材 2 6によって支持されている。

本実施例では、載置台 2 4および支持部材 2 6の両者は、固相接合に適したセラミックス体である A 1 N (窒化アルミニウム）により形成される。そして、後述するように、載置台 2 4と支持部材 2 6とは強固且つ気密に接合されている。

被処理基板である半導体ウェハ Wは、処理室 1 0の側壁に設けられたゲートバルブ（図示せず）を通じて処理室 1 0内に搬入され、載置台 2 4の載置面 2 4 a上に載置される。

載置台 2 4の内部には、載置面 2 4 aに近接した上部位置に薄膜またはシ一ト状の電極 2 8が埋設されている。後述するように、この電極 2 8には静電吸着用の直流電圧とプラズマ引き込み用の高周波電圧とが給電される。

また、載置台 2 4の内部には、電極 2 8よりも奥 (下）の位置に、高融点金属たとえばモリブデンやタングステン等からなる抵抗発熱体 3 0が設けられている。後述するように、この抵抗発熱体 3 0には載置台 2 4を加熱用するための電力が給電される。

処理室 1 0には、外部の処理ガス供給源（図示せず）より配管 3 2を介して所要の処理ガス（C VDの場合、たとえば S i H₄等）が供給される。処理室 1 0内に導入された処理ガスの分子は、プラズマ Pによって励起されることで活性化され、ウェハ Wの表面に膜を堆積し、あるいはウェハ Wの表面をエツチングする。

その際、載置台 2 4の電極 2 8に高周波電圧が印加されることで、プラズマ P中のイオンや電子が半導体ウェハ Wに入射する。したがって、プラズマ熱及び反応熱で半導体ウェハ Wは加熱される。そして、加熱された半導体ウェハ W より載置台 2 4へ熱が伝達される。

本実施例では、略円筒状の支持部材 2 6の内側が処理室 1 0の処理空間から隔離されている。すなわち、指示部材 2 6の内側には、処理室（1 0 ) の処理空間から隔離された空間が画成されている。本実施例においては、支持部材 2 6の内側は、雰囲気に連通した大気室になっており、その大気室内に載置台 2 4を所定の温度で冷却するための後述する冷却機構たとえば冷却ジャケッ卜が設けられている。この冷却ジャケットによる冷却と載置台 2 4に内蔵の低抗発熱体 3 0による加熱との温度制御により、載置台 2 4の温度は、半導体ウェハ Wの設定温度（たとえば 4 0 0でより少し低い設定温度 3 5 0で）に維持されるようになっている。

支持部材 2 6の下端は開口しており、支持部材 2 6の内側の大気室は処理室 1 0の下に設けられた外付けュニット 3 4に連通している。外付けュニット 3 4には、プラズマ処理装置の運転制御に必要な制御回路、電源、ガス供給源、冷却装置、支持ピン昇降機構等が設けられている。外付けユニット 3 4内の空間は常時雰囲気に開放されていてよく、あるいは扉式で必要時に雰囲気に開放されるものであってもよい。

処理室 1 0は、その底面に形成された 1 個または複数個の排気孔に接続された配管 3 6を介して真空ポンプ（図示せず）に接続されている。この真空ボンプによる排気で処理室 1 0の室内、より具体的には支持部材 2 6の内側の大気室を除く処理空間が、当該プラズマ処理に必要な所定の真空度に維持されるようになつている。

図 3は上述のプラズマ処理装置の支持部材 2 6近傍を含む部分の構成を示す断面図である。支持部材 2 6の内側に形成されている大気室 3 8 (処理室 1 0 の室処理空間から隔離された空間）には、冷却ジャケット 4 0が設けられている。冷却ジャケット 4 0は、円盤状の熱伝導性部材たとえばアルミニウムプロックからなり、熱伝導性シート部材たとえばカーボンシート 4 2を介して載置台 2 4の裏面 2 4 bに取り付けられている。

冷却ジャケット 4 0の内部には、円周方向に延在する冷媒通路 4 0 aが設けられている。この冷媒通路 4 0 aには、外付けユニット 3 4に設けられている冷却装置 4 4より配管 4 6を介して所定温度（たとえば 2 5 *C) の冷媒（たとえば冷却水） Fが供給される。

冷却ジャケット 4 0には、冷媒通路 4 0 aを避けた部位に、載置台 2 4へ電力線、センス線、ガス供給管等を通すための複数の貫通孔が形成されている。冷却ジャケット 4 0の中心部に設けられた貫通孔には、絶縁性のガス供給管 4 8が通されている。このガス供給管 4 8の上端開口と対向して載置台 2 4の中心部にもガス通路用の貫通孔 2 4 cが設けられている。

処理中には、外付けュニット 3 4に設けられている不活性ガス供給部 5 0よりガス供給管 4 8および貫通孔 2 4 cを介してウェハ温度制御用の不活性ガスたとえばヘリウム（H e ) ガスが半導体ウェハ Wの周囲に供給される。

載置台 2 4の載置面 2 4 aには適当なパターンの凹部又は溝が形成されていてもよく、不活性ガスはその凹部又は溝を伝わって半導体ウェハ Wの裏面に行き渡る。この不活性ガスのガス圧を制御して載置台 2 4と半導体ウェハとの間の隙間または接触面の熱抵抗を可変することにより、半導体ウェハ Wの温度を調節することができる。

載置台 2 4の貫通孔 2 4 cの上端部には、半導体ウェハ Wの温度を検出するための温度センサ 5 2が孔 2 4 cより僅かに突出した状態で設けられている。この温度センサ 5 2の出力端子は、貫通孔 2 4 cおよびガス供給管 4 8に遊揷されているセンス線 5 4に電気的に接続されている。センス線 5 4は、大気室 3 8を通って外付けユニット 3 4の温度制御部 5 6に送られる。温度制御部 5 6は、温度センサ 5 2からの温度検出信号に基づいて所定のフィードバック制御方式たとえば P I D制御方式により不活性ガス供給部 5 0におけるガス供給の流量または圧力を制御する。

載置台 2 4に埋設されている電極 2 8は双極吸着方式により一対の電極片 2 8 A, 2 8 Bに分割されている。これら一対の電極片 2 8 A， 2 8 Bには、静電吸着用の直流電圧とプラズマ引き込み用の高周波電圧とを供給するための導線又は導体棒 5 8， 6 0がそれぞれ電気的に接続されている。

これらの導線 5 8， 6 0は、冷却ジャケット 40の貫通孔に揷嵌されている絶縁シース 6 2， 6 4の中をそれぞれ通って大気室 3 8に引き出され、大気室 3 8を通って外付けュニット 3 4の静電吸着用直流電源 6 6およびプラズマ引き込み用高周波電源 6 8に電気的に接続されている。

直流電源 6 6は、所定の電圧値で一方の電極片 2 8 Aに正の電圧を、他方の電極片 2 8 Bに負の電圧をそれぞれ供給する。高周波電源 6 8は、 1 3 . 5 6 MH zの高周波電圧をたとえば 2 kWのパワーでマッチングボックス 7 0を介して両電極片 2 8 A， 2 8 Bに供給する。

載置 _台 2 4に埋設されている抵抗発熱体 3 0の端子には加熱用の電力線 7 2， 7 4が接続されている。これら電力線 7 2 , 7 4は、冷却ジャケット 4 0の貫通孔に揷嵌されている絶縁シース 7 6， 7 8の中をそれぞれ通って大気室 3 8 に引き出され、大気室 3 8を通って外付けュニット 3 4の 2 0 0 V交流電源からなるヒータ電源 8 0に接続されている。

載置台 2 4には載置台温度検出用の温度センサ 8 2が埋込式または接触式で取り付けられている。この温度センサ 8 2の出力端子には、冷却ジャケット 4 0の貫通孔に挿嵌されている絶縁シース 8 4の中を通ってセンス線または導体棒 8 6が電気的に接続されている。このセンス線 8 6は、大気室 3 8を通って外付けュニット 3 4の温度制御部 8 8に接続されている。温度制御部 8 8は、温度センサ 8 2からの温度検出信号に基づいて所定のフィードバック制御方式たとえば P I D制御方式によりヒータ電源 8 0における電力の出力（供給)量を制御する。

なお、センス線 5 4， 8 6、導線 5 8， 6 0および電力線 7 2， 7 4等の電線は絶縁被覆されたケ一ブルであってよい。

載置台 2 4の周縁部には 3箇所に貫通孔 2 4 dが設けられており、半導体ゥェハ Wの受け渡し時にはこれらの貫通孔 2 4 dからそれぞれ支持ピン（図示せず）が載置面 2 4 aから突出するようになっている。

支持部材 2 6は、その上端面が載置台 2 4の裏面 2 4 bの上記貫通孔 2 4 d より内側の部位に固相接合により気密に接合されている。本実施例では、たとえば日本特許第 2 7 8 3 9 8 0号に開示されるセラミックス体用の固相接合法を用いて接合されている。この固相接合法によるセラミックス体（本例では A I N) 同士の固相接合においては、両接合体（2 4 , 2 6 ) の接合界面に沿つて接合助剤の原子の豊富な層が存在して、該接合界面の両側に延びるようにセラミックス粒子が成長する。これにより、接合部分の気密性が高く、強度も接合部分以外の部分と同等以上になっている。接合助剤は、両接合体（2 4 , 2 6 ) の材質（A 1 N) と同一であってもよく、あるいはイットリウム化合物等でもよい。

かかる固相接合体は、たとえば、接合すべき各セラミックス体の各接合面の中心線平均粗さ（R a ) を 0 . 2 μΐη以下とし、平面度を 0 . 2 μΐη以下とし、それら接合面の少なくとも一方の上に接合助剤の溶液を塗布し、次いで各接合面を当接させた状態で各セラミックス体を熱処理することによって得られる。なお、熱処理の処理温度は、当該セラミックス体の焼結温度を Tでとしたとき、 (T一 5 0 ) で以上であればよい。

支持部材 2 6の下端部は、中心開口部 9 0 aを有するリング状の下部冷却ジャケット 9 8を介して処理室 1 0の底部 1 0 bに気密に接続されている。支持部材 2 6の下端面が Oリング 9 2を介して下部冷却ジャケット 9 0の上面周縁部に載り、円周方向に適当な間隔を置いて複数個のポルト 9 4が支持部材 2 6 の下端肉厚部を介して下部冷却ジャケット 9 0の対応するねじ穴にねじ込まれる。これにより、支持部材 2 6は〇リング 9 2を介して株冷却ジャケット 9 0 と気密に接続されている。

—方、下部冷却ジャケット 9 0の下面周縁部が〇リング 9 6を介して処理室 1 0の底部 1 O bの上面に載り、円周方向に適当な間隔を置いて裏側から複数個のポルト 9 8が底板部 1 0 bを介して下部冷却ジャケット 9 0の対応するねじ穴にねじ込まれる。これにより、下部冷却ジャケット 9 0は 0リング 9 6を介して処理室 1 0の底部 1 0 bとも気密に接続されている。

このように、本実施例における支持部材 2 6は、略円筒状の形体を有し、その上端部にて載置台 2 4の裏面 2 4 bに固相接合により気密に接合され、その下端部にて下部冷却ジャケット 9 0および〇リング 9 2 , 9 6を介して処理室 1 0の底部 1 O bに気密に接続されている。かかる気密な遮蔽構造により、処理室 1 0内の処理空間は支持部材 2 6の内側の大気室 3 8からも、外付けュニット 3 4の大気圧空間からも気密に隔離され、所望の真空度に維持可能となつている。

なお、本実施例の支持部材 2 6においては、応力を緩和するために、その上端部および中間部にそれぞれ内側にくびれた屈曲部 2 6 a , 2 6 bが形成されている。

処理室 1 0の底部 1 0 bにも、下部冷却ジャケット 9 0の中心開口部 9 0 a と対応する位置に中心開口部 1 0 cが形成されている。上記した支持部材 2 6 7の内側の大気室 3 8と外付けュニット 3 4とはこれらのロ部 9 0 a , 1 0 cを介して互いに大気圧下で連通している。また、外付けユニット 3 4からの電線、配管類は全て開口部 9 0 a , 1 0 cを通つて大気室 3 8内へ導かれる。下部冷却ジャケット 9 0の上面には円周方向に適当な間隔を置いて複数個のざぐり穴が形成されている。これらのざぐり穴に圧縮コィルバネ 1 0 0を介して垂直支持棒 1 0 2が立設されている。各垂直支持棒 1 0 2の上端は各圧縮コィルバネ 1 0 0の弾性力で大気室 3 8内の上部冷却ジャケット 4 0の裏面に押し付けられている。

このように、上部冷却ジャケット 4 0を介して載置台 2 4が、垂直支持棒 1 0 2および圧縮コイルバネ 1 0 0により下部冷却ジャケット 9 0を介して処理室 1 0の底部 1 0 bに支持されている。かかる内部支持機構により、載置台 2 4の重量を支えるための支持部材 2 6の負担が軽減されている。

冷却ジャケット 9 0の内部には円周方向に延在する冷媒通路 9 0 bが形成されている。この冷媒通路 9 O bには、外付けユニット 3 4の冷却装置 4 4より配管 1 0 4を介して所定温度（たとえば 2 5 ）の冷媒（たとえば冷却水） F が供給される。

上記したように、このプラズマ処理装置では、真空処理室 1 0内において半導体ウェハ Wの載置台 2 4を略円筒状の密閉式支持部材 2 6で支持し、この密閉式支持部材 2 6の内側に形成される大気室 3 8の中に冷却ジャケット 4 0を配設して載置台 2 4を所定温度で冷却する。冷却ジャケット 4 0に対する冷媒の供給は大気室 3 8を経由して行う。また、載置台 2 4内の電極 2 8や抵抗発熱体 3 0に対する静電吸着用電圧およびプラズマ引き込み用電圧の給電等、電気系統の配線も全て大気室 3 8を経由して行う。

このように、大気圧下に載置台冷却用の冷却ジャケット 4 0を設置したり、ガス管や電線類を設けることは、装置設計 ·製作が容易になるだけでなく、装置メンテナンスの点でも便利である。

また、このプラズマ処理装置では、支持部材 2 6が載置台 2 4に対しては固相接合により気密に接合され、支持部材 2 6の下端側で支持部材 2 6と下部冷却ジャケット 9 0との間の気密な接続、および下部冷却ジャケット 9 0と処理室 1 0との間の気密な接続にそれぞれ〇リング 9 0， 9 6が用いられる。

ここで、 Oリング 9 0 , 9 6は下部冷却ジャケット 9 0の温度（2 5で）で冷却されるため、熱で変質劣化するおそれはない。したがって、 Oリング 9 0， 9 6の耐熱温度（2 0 0で以下）に拘わり無く、載置台 2 4の設定温度を任意に、好ましくは半導体ウェハ Wの設定温度（たとえば 4 0 0で）より僅かに低い値 (たとえば 3 5 0で）に選ぶことができる。

このように、載置台 2 4の設定温度を半導体ウェハ Wの設定温度に近づけることにより、プラズマ密度の変動やウェハ固体間のばらつき等に起因する半導体ウェハ Wの温度のばらつきを、良好な応答速度で正確に補償することができる。したがって、ウェハ温度を安定かつ均一に設定値に維持することができ、その結果、プラズマ処理の品質を向上することができる。さらには、半導体ゥェハ Wを載置台 2 4に載置してから処理を開始するまでのプリヒート時間の短縮も可能となり、スループットを高めることができる。

また、支持部材 2 6を熱伝導性のセラミック体で構成し、かつその下端部を下部冷却ジャケット 9 0に熱結合させている。これにより、載置台 2 4からの熱を支持部材 2 6および下部冷却ジャケット 9 0を介して処理室 1 0の外へ放出することが可能であり、冷却効率を高めることができる。

なお、支持部材 2 6のサイズ、特に高さ寸法は、支持部材 2 6における熱伝導で消費されるべき熱量に基づいて決定される。載置台 2 4の設定温度と下部冷却ジャケット 9 0の設定温度との温度差を ΔΤ 03)、載置台 2 4に入射するプラズマ熱の熱量を〗（ワット）、支持部材 2 6の熱抵抗を λ 03/ワット）とすると、 Δ Τと Jが既知の値（設計値）で与えられる。したがって、以下の式 ( 1 ) から熱抵抗 λを求めることができる。

ΔΤ = λ - J

λ = ΔΤ/ J · · · ( 1 )

熱抵抗 λは支持部材 2 6を形成する材料の熱伝導率（固有値）と横断面積 (設計値）と長さすなわち高さとで決まる。したがって、熱抵抗 λと熱伝導率と横断面積とのそれぞれの値に基づいて支持部材 2 6の必要な高さ、すなわち載置台 2 4と下部冷却ジャケット 9 0との間の距離を求めることができる。

上記した実施例では支持部材 2 6を A 1 Ν (窒化アルミニウム）で構成したが、窒化珪素等の他のセミックスを使用してもよい。すなわち、処理室 1 0の処理空間で劣化することなく、載置台 2 4との気密な接合が可能であり、さらに好ましくは熱伝導率の高い材料であれば、任意の材料を支持部材 2 6に用いることができる。

支持部材 2 6の形状は円筒体に限るものではなく、角筒体でもよい。上記した実施例では支持部材 2 6と処理室 1 0の底部 1 0 bとの間に下部冷却ジャケット 9 0を設けたが、処理室 1 0の底部 1 0 b内に温度制御手段を設け、支持部材 2 6を処理室 1 0の底部 1 0 bに直接接続する構成としてもよい。また、支持部材 2 6の取り付け部分は底部 1 0 bに限られることなく、処理室 1 0の側壁等に取り付けられる構成としてもよい。また、上記した実施例では支持部材 2 6を載置台 2 4の裏面 2 4 bに接合したが、載置台 2 4の側面に接合する構成としてもよい。

支持部材 2 6の内側の大気室 3 8内の構成も種種の変形 ·変更が可能である。載置台 2 4と冷却ジャケット 4 0との間では任意の熱結合が可能であり、たとえば熱伝導シート 4 2を省いて隙間にしてもよい。冷却ジャケット 4 0に使用する冷媒の種類または温度は種々選択可能であり、下部冷却ジャケット 9 0と異なる冷媒（温度）または冷却装置を使用してもよい。また、冷却ジャケット 4 0をこれと異なる構造または冷却方式の冷却手段で置き換えることもできる。上記実施例における載置台 2 4の構成は一例であり、種々の載置台構造を採用することができる。たとえば、電極 2 8を単一（単極）構造としてもよい。また、ウェハ温度制御用の不活性ガス通路や載置台温度制御用の発熱体を備えない載置台であってもよい。

上記実施例では E C R方式でプラズマを生成したが、他のプラズマ生成法たとえば平行平板方式、マグネトロン方式、マイクロ波方式等も使用可能である。被処理基板は半導体ウェハに限るものではなく、 L C D基板、ガラス基板等であってもよい。

以上説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、被処理基板に対する温度制御を改善してプラズマ処理の品質およびスループットの向上を実現することができる。

本発明は具体的に開示された上述の実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で様々な変形例及び改良例がなされるであろう,

Claims

請求の範囲

1. 減圧された処理室（10) 内で被処理基板（W) に対してプラズマ (P) を利用した処理を行うプラズマ処理装置であって、

前記処理室（10) 内に配置され、前記被処理基板（W) を載置するための載置面（24 a) と該載置面の反対側の裏面（24b) とを有する載置台（2 4) と、

前記載置台（24) を支持する支持部材（26) と

を有しており、

前記支持部材（26) は、前記載置台（24) と前記処理室（10) の壁面 (10 b) との間に設けられ、前記載置台（24) に気密に接合され且つ前記処理室（10) に気密に接続されることにより前記処理室（10) の処理空間から隔離された空間（38) を前記載置台（24) の裏面（24 a) 側に画成し、前記処理室（10) の壁面（1 O b) との接合部と前記載置台（24) との間を所定の距離離間させて前記載置台（24) と前記接合部との間に所定の熱抵抗 (λ) を与えるように構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。

2. 請求の範囲第 1項記載のプラスマ処理装置であって、

前記支持部材（26) と前記処理室（10) の壁面（1 O b) との接続部に気密接続用の弾性部材（92， 96) が設けられ、且つ前記接続部を冷却する第 1の冷却手段（90) が設けられることを特徵とするプラズマ処理装置。

3. 請求の範囲第 1項記載のプラズマ処理装置であって、

前記隔離された空間（38) に設けられ、前記載置台（24) を冷却する第 2の冷却手段（40, 44， 46) を更に有することを特徴とするプラズマ処理装置。

4. 請求の範囲第 3項記載のプラズマ処理装置であって、

前記第 2の冷却手段（40， 44， 46) は、内部に冷媒通路（40 a) が形成され、前記載置台（24) の裏面（24 a) に取り付けられた熱伝導性部材（40) と、

前記冷媒通路（40 a) に前記隔離された空間（38) を経由して冷媒を供給する冷媒供給手段（44， 46) とを有することを特徴とするプラズマ処理

5. 請求の範囲第 1項乃至第 4項のうちいずれか一項記載のプラズマ処理装置であって、

前記載置台（24) 及び前記支持部材（26) の各々はセラミックス材料で形成され、固相接合により接合されたことを特徴とするプラズマ処理装置。

6. 請求の範囲第 5項記載のプラズマ処理装置であって、

前記セラミックス材料は窒化アルミニウム（A 1 N) であることを特徵とするプラズマ処理装置。

7. 請求の範囲第 1項乃至第 4項のうちいずれか一項記載のプラズマ処理装置であって、

前記載置台（24) の内部に設けられた電極（28) と、前記被処理基板 (W) に対する静電吸着力を発生させるための電圧を前記隔離された空間（3 8) を経由して前記電極（28) に供給する静電吸着用電圧供給手段（58, 60, 70) とを更に有することを特徵とするプラズマ処理装置。

8. 請求の範囲第 1項乃至第 4項のうちいずれか一項記載のプラズマ処理装置であって、

前記載置台（24) の内部に設けられた電極（28) と、前記被処理基板 (W) にプラズマを引き込むための高周波電圧を前記隔離された空間（38) を経由して前記電極（28) に供給する高周波電圧供給手段（58, 60, 6 6) とを更に有することを特徴とするプラズマ処理装置。

9. 請求の範囲第 1項乃至第 4項のうちいずれか一項記載のプラズマ処理装置であって、

前記載置台（24) の内部に設けられた電熱体（30) と、該電熱体（3 0) に前記隔離された空間（38) を経由して電力を供給する電熱用電力供給手段（72， 74, 80) とを更に有することを特徴とするプラズマ処理装置。

10. 請求の範囲第 1項乃至第 4項のうちいずれか一項記載のプラズマ処理装置であって、

前記載置台（24) の前記載置面（24 a) に設けられたガス通路と、該ガス通路に前記隔離された空間（38) を経由して不活性ガスを供給して前記被処理基板（W) の温度を制御する温度制御用ガス供給手段（48， 50) とを有することを特徵とするプラズマ処理装置。

11. 請求の範囲第 1項乃至第 4項のうちいずれか一項記載のプラズマ処理装置であって、

前記隔離された空間（38) に設けられ、前記載置台（24) を支持する内部支持部材（100， 102) を有することを特徵とするプラズマ処理装置。