天井電極板及び基板処理載置
【課題】プラズマ発生当初から天井電極板の温度を安定させることができ、複数のウエハに対して均一なエッチング処理を施すことができる天井電極板を提供することにある。
【解決手段】プラズマ処理装置１０において、基板載置台１２と処理空間Ｓを挟んで対向するように配置された天井電極板３１は、クーリングプレート３２を介して電極支持体３３に当接、支持されており、クーリングプレート３２との当接面には伝熱シート３８が形成されている。伝熱シート３８は、熱伝導率が０．５〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲にあり、シリコンを成分に含む耐熱性の粘着剤やゴム、及び該粘着剤やゴムに混入された酸化物、窒化物または炭化物のセラミックスフィラーを、該粘着剤やゴム中に２５〜６０体積％で含み、その膜厚は、例えば３０μｍ〜８０μｍであり、天井電極板３１の各ガス孔３４の近傍の所定領域を回避するように塗布し、形成されている。
【解決手段】プラズマ処理装置１０において、基板載置台１２と処理空間Ｓを挟んで対向するように配置された天井電極板３１は、クーリングプレート３２を介して電極支持体３３に当接、支持されており、クーリングプレート３２との当接面には伝熱シート３８が形成されている。伝熱シート３８は、熱伝導率が０．５〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲にあり、シリコンを成分に含む耐熱性の粘着剤やゴム、及び該粘着剤やゴムに混入された酸化物、窒化物または炭化物のセラミックスフィラーを、該粘着剤やゴム中に２５〜６０体積％で含み、その膜厚は、例えば３０μｍ〜８０μｍであり、天井電極板３１の各ガス孔３４の近傍の所定領域を回避するように塗布し、形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天井電極板及び基板処理装置に関し、特に、処理空間を挟んで基板載置台と対向するように配置された天井電極板に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板としてのウエハにエッチング処理を施す基板処理装置は、ウエハを収容する減圧可能なチャンバと、該チャンバ内に配置されてウエハを載置する基板載置台と、該基板載置台と処理空間を隔てて対向するように配置された天井電極板（ＣＥＬ）とを備える。減圧されたチャンバ内にはプラズマが発生し、該プラズマがウエハをエッチングする。天井電極板は、熱拡散板として機能するクーリングプレートを介して電極支持体（ＵＥＬ）に支持されている。
【０００３】
ウエハにプラズマ処理、例えばエッチング処理を施す場合、ウエハの各部位におけるエッチングレート（Ｅ／Ｒ）はそれぞれ各部位の温度の影響を受けるため、エッチング処理中においてウエハ、基板載置台、天井電極板等のチャンバ内部品の表面温度を均一に保つことが要求される。しかしながら、チャンバ内は真空に保持されるので、チャンバ内部品の相互間において熱が伝わり難く、各部品の温度が安定するまでに時間を要するという問題がある。
【０００４】
また、ウエハにエッチング処理が施される際、ウエハを載置する基板載置台の上部に配置される天井電極板はプラズマから熱を受けてその温度が変動する。天井電極板の温度は処理空間内のプラズマ中のラジカルの分布に影響を与えるため、同一ロット内の複数のウエハを処理する間に天井電極板の温度が変動すると、同一ロット内の複数のウエハに対して均一なエッチング処理を施すことが困難となる。そこで、天井電極板を支持する電極支持体には、温度調節機構として、例えば冷却水をはじめとする冷媒が流通する冷媒流路が設けられており、熱拡散板として機能するクーリングプレートを介して天井電極板を冷却し、これによってプラズマからの熱の影響を直接受ける天井電極板の温度が調整されている。
【０００５】
ところが、天井電極板とクーリングプレートとの当接面、クーリングプレートと電極支持体との当接面における密着度はそれほど高くなく、また真空雰囲気であることからこれらの部材相互間の熱伝達効率は低い。従って、天井電極板の温度制御に時間的なずれが生じ、プラズマ発生当初から天井電極板の温度を所望温度に調整するのが困難となり、ウエハ毎のエッチングレート等のプロセス属性が安定しない原因となっている。
【０００６】
これに対して、近年、プラズマ処理装置の構成部材間の熱伝達効率を改善する温度調整技術が本出願人によって開発されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、プラズマ処理装置における、各構成部材相互間、例えばフォーカスリング及びサセプタの間に伝熱シートを配置して熱伝達効率を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１６１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来技術における伝熱シートは、その適用技術が必ずしも確立されておらず、特に、プラズマの熱を直接受けて加熱される天井電極板に適用するための技術は十分に確立されていないという問題がある。
【０００９】
本発明の課題は、プラズマ発生当初から天井電極板の温度を安定させることができ、複数のウエハに対して均一なエッチング処理を施すことができる天井電極板及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１記載の天井電極板は、温度調整機構を有する電極支持体に釣支された天井電極板であって、前記電極支持体にクーリングプレートを介して当接されており、該クーリングプレートとの当接面に伝熱シートが形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の天井電極板は、請求項１記載の天井電極板において、前記天井電極板には多数のガス孔が設けられており、前記伝熱シートは、前記ガス孔の近傍の所定領域を避けるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の天井電極板は、請求項２記載の天井電極板において、前記伝熱シートは、前記ガス孔の中心を中心として半径１．５ｍｍ乃至２．５ｍｍの円形領域を避けるように形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の天井電極板は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の天井電極板において、前記伝熱シートの膜厚は、１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の天井電極板は、請求項４記載の天井電極板において、前記伝熱シートの膜厚は、３０μｍ乃至８０μｍであることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の天井電極板は、請求項４又は５記載の天井電極板において、前記天井電極板は、処理空間を隔てて基板載置台と対向するように配置され、前記伝熱シートは、前記基板載置台の中心部に対向する位置と、前記基板載置台の周辺部に対向する位置とでは、その膜厚が異なっていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の天井電極板は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の天井電極板において、前記クーリングプレートの前記伝熱シートとの当接面に離型材が塗布されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の天井電極板は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の天井電極板において、前記クーリングプレートと前記電極支持体との当接面に前記伝熱シートが介在されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の天井電極板は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の天井電極板において、前記伝熱シートの熱伝導率は、０．５〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決するために、請求項１０記載の基板処理装置は、天井電極板と、該天井電極板とは処理空間を隔てて対向するように配置された基板載置台とを有し、該基板載置台に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって、前記天井電極板として、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の天井電極板を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、天井電極板がクーリングプレートを介して電極支持体に当接されており、天井電極板のクーリングプレートとの当接面に伝熱シートが形成されているので、天井電極板とクーリングプレートとの間の熱伝達効率が向上して電極支持体による天井電極板の温度調整機能が良好に発現され、これによって、天井電極板の温度が早期に安定し、プラズマ発生当初から天井電極板の温度を安定させることができ、複数のウエハに対して均一なエッチング処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る天井電極板を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置における天井電極板のクーリングプレートとの当接面を示す図である。
【図３】図２の天井電極板の部分拡大平面図である。
【図４】図２の天井電極板の側面図である。
【図５】天井電極板とクーリングプレートとの当接部を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る天井電極板を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。本プラズマ処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマエッチング処理を施す。
【００２４】
図１において、基板処理装置としてのプラズマ処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内には半導体デバイス用のウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２が配置されている。プラズマ処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。
【００２５】
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１内部を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５には後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続されている。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
【００２６】
排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示省略）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示省略）によって制御される。
【００２７】
チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して接続され、且つ第２の高周波電源２０が第２の整合器２１を介して接続されており、第１の高周波電源１８は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのイオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２０は比較的高い周波数、例えば、６０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極として機能する。また、第１の整合器１９及び第２の整合器２１は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。
【００２８】
サセプタ１２の上部には静電電極板２２を内部に有するセラミックスからなる静電チャック２３が配置されている。静電電極板２２には直流電源２４が接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２２及びウエハＷの裏面の間に電界が生じ、該電界に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２３に吸着保持される。
【００２９】
また、サセプタ１２の上には、静電チャック２３に吸着保持されたウエハＷを囲うように、フォーカスリング２５が載置されている。フォーカスリング２５はシリコン（Ｓｉ）や炭化硅素（ＳｉＣ）等によって構成される。すなわち、フォーカスリング２５は半導電体からなるので、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２５上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度を該ウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるプラズマエッチング処理の均一性を確保する。
【００３０】
サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２６が設けられている。この冷媒室２６には、チラーユニットから冷媒用配管（図示省略）を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。該低温の冷媒によって冷却されたサセプタ１２はウエハＷ及びフォーカスリング２５を冷却する。
【００３１】
静電チャック２３は、静電吸着しているウエハＷに向けて開口する複数の伝熱ガス供給孔（図示省略）を有する。これら複数の伝熱ガス供給孔は、伝熱ガス供給ラインを介して伝熱ガス供給部（ともに図示省略）に接続され、該伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのＨｅ（ヘリウム）ガスを、伝熱ガス供給孔を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハＷの熱をサセプタ１２に効果的に伝達する。
【００３２】
チャンバ１１の天井部には、処理空間Ｓを介してサセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド３０が配置されている。シャワーヘッド３０は、天井電極板３１と、該天井電極板３１を着脱可能に釣支する電極支持体３３と、該電極支持体３３と天井電極板３１との間に挟持されるように配置されたクーリングプレート３２とを有する。クーリングプレート３２及び天井電極板３１は厚み方向に貫通する多数のガス孔３４を有する円板状部材からなり、例えば半導電体であるシリコン、ＳｉＣ（炭化珪素）、石英等によって構成される。また、電極支持体３３の内部には温度調整用の冷媒流路（図示省略）及びバッファ室３５が設けられており、バッファ室３５には処理ガス導入管（図示省略）が接続されている。
【００３３】
また、シャワーヘッド３０の天井電極板３１には直流電源３７が接続され、天井電極板３１へ負の直流電圧が印加される。このとき、天井電極板３１は二次電子を放出して処理室１５内部の電子密度が低下するのを防止する。
【００３４】
また、天井電極板３１とクーリングプレート３２との当接面及びクーリングプレート３２と電極支持体３３との当接面には、後述する伝熱シート３８が介在されている。伝熱シート３８は天井電極板３１とクーリングプレート３２との当接面及びクーリングプレート３２と電極支持体３３との当接面に生じる微小な隙間を充填すると共に各当接面における熱伝達効率を改善し、天井電極板３１の熱をクーリングプレート３２を介して電極支持体３３に効果的に伝達する。
【００３５】
プラズマ処理装置１０では、処理ガス導入管からバッファ室３５へ供給された処理ガスがガス孔３４を介して処理室１５内部の処理空間Ｓへ導入され、該導入された処理ガスは、第２の高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理室１５内部へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力によって励起されてプラズマとなる。該プラズマ中のイオンは、第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するイオン引き込み用の高周波電力によってウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
【００３６】
上述したプラズマ処理装置１０の各構成部品の動作は、プラズマ処理装置１０が備える制御部（図示省略）のＣＰＵがプラズマエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
【００３７】
図２は、図１のプラズマ装置における天井電極板のクーリングプレートとの当接面を示す図、図３は図２の天井電極板の部分拡大平面図、図４は図２の天井電極板の側面図である。
【００３８】
図２において、天井電極板３１は円形板状体を呈しており、その径は、例えばウエハＷを載置するサセプタ１２の径とほぼ同様である。また、その厚さは、例えば、５〜２０ｍｍである。天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面には伝熱シート３８が塗布、形成されている。
【００３９】
伝熱シート３８は、例えば、ポリオルガノシロキサンとしてＸＥ１４−Ｂ８５３０（Ａ）（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ製）とＸＥ１４−Ｂ８５３０（Ｂ）（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ製）を用い、両者を重量比１：１で混合した液（この液を以下、「混合液Ａ」という。）を調製し、続いて混合液ＡにアルミナフィラーとしてＤＡＭ５（電気化学工業製、平均粒径５μｍ）を、混合液Ａ：アルミナフィラー＝６０：４０（体積比）となるように添加し、さらに、架橋性ポリオルガノシロキサン系硬化剤であるＲＤ−１（東レ・ダウコーニングシリコーン製）を、混合液Ａとアルミナフィラーの重量の合計に対して０．０４重量％となるように添加し、得られた液（この液を以下、「混合液Ｂ」という。）を、後述するガス孔３４に対応する開口部４１を形成するための所定のマスキング材を介して、且つ所望の膜厚になるように天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面３１ａに、例えばスクリーン印刷し、その後、例えば１５０℃で３０時間加熱し、硬化することによって形成されている。なお伝熱シート３８の熱伝導率は、混合液Ｂのみを硬化させた試験片を用いてレーザーフラッシュ法で測定した結果、１．２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００４０】
図３及び図４において、天井電極板３１には多数のガス孔３４が設けられており、天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面３１ａに形成された伝熱シート３８にもガス孔３４に対応する開口部４１が設けられている。天井電極板３１に設けられたガス孔３４は、例えばφ０．５ｍｍの貫通孔であり、伝熱シート３８に設けられた開口部４１は、例えば、φ３ｍｍ〜φ５ｍｍの円形の孔である。ガス孔３４が開口部４１の中心部に位置するように伝熱シート３８が形成されている。従って、伝熱シート３８の開口部４１は、ガス孔３４と同心状に形成されており、ガス孔３４の近傍の所定領域、すなわち、ガス孔３４の中心を中心として、例えば半径１．５ｍｍ乃至２．５ｍｍの円形領域は、伝熱シート３８が存在しない領域となっている。
【００４１】
図５は、天井電極板３１とクーリングプレート３２との当接部を示す部分拡大断面図である。
【００４２】
図５において、天井電極板３１及びクーリングプレート３２には、それぞれガス孔３４が、例えば等間隔で、且つそれぞれ連通するように設けられている。天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面には伝熱シート３８が形成されており、該伝熱シート３８のガス孔３４に対応する位置には開口部４１が形成されている。すなわち、伝熱シート３８の開口部４１と天井電極板３１のガス孔３４とはそれぞれ連通するように、且つガス孔３４が開口部４１のほぼ中央に接続するように配置されている。これによって、ガス孔３４から進入したプラズマの伝熱シート３８までの到達経路はラビリンス状になる。従って、ガス孔３４からプラズマが進入しても伝熱シート３８まで到達することは困難であり、伝熱シート３８のプラズマに対する曝露を防止して伝熱シート３８の損傷及びパーティクルの発生等の不都合を回避することができる。
【００４３】
天井電極板３１には、該天井電極板３１をクーリングプレート３２に当接、固定するためのボルト用の孔４０が設けられており（図２，図３参照）、伝熱シート３８はボルト用の孔４０を避けるように形成されている。なお、ボルト用の孔４０にはプラズマが進入する虞がないので、ボルト用の孔４０に対応する伝熱シート３８の開口部の大きさは、ボルト用の孔４０とほぼ同じ大きさとなっている。
【００４４】
このような構成の天井電極板３１は、クーリングプレート３２を介して電極支持体３３に釣支され、チャンバ内の所定位置に固定される（図１参照）。
【００４５】
本実施の形態によれば、天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面３１ａに伝熱シート３８を形成したので、天井電極板３１とクーリングプレート３２との当接面に生じる微小な隙間を充填すると共に、天井電極板３１とクーリングプレート３２との間の熱伝達効率が改善されて天井電極板３１の熱がクーリングプレート３２を介して電極支持体３３に効果的に伝達される。従って、天井電極板３１が電極支持体３３によって効果的に冷却されてその温度が安定し、例えば同一ロットにおける１枚目のウエハ処理時と５枚目のウエハ処理時における天井電極板３１の温度を安定させることができる。また、これによって、天井電極板３１が対向する処理空間Ｓ内のラジカルの活性が安定し、ウエハ毎のエッチングレートの平均値も安定する。また、例えばチャンバ内温度が２００℃又はそれ以上になっても、天井電極板３１の温度を１００℃程度に維持することができ、これによって、天井電極板３１の熱膨張を抑制して、部材相互のクリアランスを考慮しない設計が可能になる。また、プラズマがチャンバ内部品の隙間に進入することによる異常放電、ひいてはパーティクルの発生等の不都合を抑制することもできる。
【００４６】
さらに、本実施の形態によれば、天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面３１ａに伝熱シート３８を形成したことにより、天井電極板３１とクーリングプレート３２との間の熱伝達効率が改善されて、天井電極板３１はクーリングプレート３２を介して熱を拡散させることができ、天井電極板３１における熱分布の均一化を図ることができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、伝熱シート３８の有機材料は、例えばシリコンを成分に含む耐熱性の粘着剤やゴムであるので、伝熱シート３８は柔軟に変形し、天井電極板３１におけるクーリングプレート３２との接触面が多少うねっていても確実に密着することができる。また、伝熱シート３８の伝熱材は酸化物、窒化物または炭化物のセラミックスフィラーであり、フィラーが上記耐熱性の粘着剤やゴム中に例えば、２５〜６０体積％で含有されているので、伝熱シートは全域に亘ってほぼ均一に熱を伝達することができ、その結果、天井電極板３１全体をほぼ均一に温度調整することができる。
【００４８】
伝熱シート３８の熱伝導率は、例えば、０．５〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導率がこの範囲内であれば、上述のように、伝熱シート３８の全域に亘ってほぼ均一に熱を伝達することができ、天井電極板３１全体をほぼ均一温度に調整することができる。
【００４９】
本実施の形態において、伝熱シート３８を構成するシリコンを成分に含む耐熱性の粘着剤やゴムは、シリコンを含有するものであれば特に制限はないが、好ましくは主鎖骨格がシロキサンユニットから構成されるポリオルガノシロキサンであって、架橋構造を有するものが挙げられる。ポリオルガノシロキサンの内では熱硬化のものが好ましく、主材のポリオルガノシロキサンに加えて、硬化剤（架橋性ポリオルガノシロキサン）を用いることが好ましい。ポリオルガノシロキサンの繰り返し単位構造は、ジメチルシロキサンユニット、フェニルメチルシロキサンユニット、ジフェニルシロキサンユニット等が挙げられる。また、ビニル基、エポキシ基等の官能基を有する変性ポリオルガノシロキサンを用いてもよい。
【００５０】
本実施の形態において、伝熱シート３８中のフィラーとしての伝熱材は酸化物、窒化物または炭化物のセラミックスフィラーであるが、具体的に例示すると、酸化物としてはアルミナ、マグネシア、酸化亜鉛、シリカ等、窒化物としては窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等、炭化物としては炭化ケイ素等が挙げられる。当該セラミックスフィラーは球形の構造を持つものが好ましく、形状に異方性があるものは伝熱特性を最大にするように配向させることが好ましい。特に好ましいセラミックスフィラーとしては、アルミナ、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等が挙げられる。
【００５１】
本実施の形態において、伝熱シート３８の膜厚は１００μｍ以下、好ましくは３０μｍ〜８０μｍである。
【００５２】
天井電極板３１とクーリングプレート３２との当接面には、形成加工に起因するある程度のうねり又は面粗さが残る。従って、伝熱シート３８が薄すぎると、該伝熱シート３８は天井電極板３１及びクーリングプレート３２の当接面の隙間を充填して熱的一体性を確保できなくなる。一方、伝熱シート３８の膜厚が厚くなると、天井電極板３１と伝熱シート３８の合成熱容量が大きくなり、プラズマエッチング処理中における天井電極板３１の昇温形態が該プラズマエッチング処理に適したものにならない虞がある。伝熱シート３８の膜厚が３０μｍ〜８０μｍ範囲内であれば、伝熱シート３８を天井電極板３１へ確実に密着させて天井電極板３１を熱的に安定させることができる。
【００５３】
本実施の形態において、天井電極板３１のクーリングプレートとの当接面３１ａに形成される伝熱シート３８は、天井電極板３１が処理空間を隔てて対向するように配置された基板載置台の中心部に対向する位置と、周辺部に対向する位置とで、その膜厚を異ならせることができる。すなわち、サセプタ１２の中心部と対向する天井電極板３１の中心部はプラズマ密度が高い処理空間Ｓに対向するので、高温になり易い。従って、天井電極板３１の中心部の伝熱シート３８の膜厚を、それ以外の部分の膜厚よりも薄くして熱抵抗を低く抑えると共に、熱伝達効率を調整し、これによって、天井電極板３１の面内温度の均一化及びエッチングレートの均一化を図ることもできる。
【００５４】
なお、本実施の形態において、天井電極板３１の中心部分には、伝熱シート３８が形成されていなくてもよい。
【００５５】
本実施の形態において、電極支持体３３とクーリングプレート３２との当接面にも伝熱シート３８を介在させることが好ましい。これによって、電極支持体３３及びクーリングプレート３２相互間の熱伝達効率が向上し、電極支持体３３によるクーリングプレート３２を介した天井電極板３１の冷却効果が向上し、天井電極板３１の温度がより安定する。また、チャンバ内の熱分布が改善され、省エネルギーを実現することもできる。
【００５６】
本実施の形態において、クーリングプレート３２における天井電極板３１との当接面、より詳しくは、クーリングプレート３２における伝熱シート３８との当接面に離型材を塗布することが好ましい。天井電極板３１は消耗部品であり、所定時間使用後には新品に交換されるが、クーリングプレート３２は継続使用されるので、寿命に到達した天井電極板３１を取り除いた後のクーリングプレート３２の表面を清浄に保持するためである。離型剤としては、例えば、フッ素コート、熱伝導性の良好なパウダー、例えばカーボン、ボロンナイトライド等を主成分にする離型剤が好適に用いられる。
【００５７】
以上、本発明を実施の形態を用いて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【００５８】
また、上述した実施の形態においてプラズマエッチング処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
Ｗ ウエハ
Ｓ 処理空間
１０ プラズマ処理装置
１１ チャンバ
１２ サセプタ
３０ シャワーヘッド
３１ 天井電極板
３２ クーリングプレート
３３ 電極支持体
３４ ガス孔
３８ 伝熱シート
４０ ボルト用の孔
４１ 開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天井電極板及び基板処理装置に関し、特に、処理空間を挟んで基板載置台と対向するように配置された天井電極板に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板としてのウエハにエッチング処理を施す基板処理装置は、ウエハを収容する減圧可能なチャンバと、該チャンバ内に配置されてウエハを載置する基板載置台と、該基板載置台と処理空間を隔てて対向するように配置された天井電極板（ＣＥＬ）とを備える。減圧されたチャンバ内にはプラズマが発生し、該プラズマがウエハをエッチングする。天井電極板は、熱拡散板として機能するクーリングプレートを介して電極支持体（ＵＥＬ）に支持されている。
【０００３】
ウエハにプラズマ処理、例えばエッチング処理を施す場合、ウエハの各部位におけるエッチングレート（Ｅ／Ｒ）はそれぞれ各部位の温度の影響を受けるため、エッチング処理中においてウエハ、基板載置台、天井電極板等のチャンバ内部品の表面温度を均一に保つことが要求される。しかしながら、チャンバ内は真空に保持されるので、チャンバ内部品の相互間において熱が伝わり難く、各部品の温度が安定するまでに時間を要するという問題がある。
【０００４】
また、ウエハにエッチング処理が施される際、ウエハを載置する基板載置台の上部に配置される天井電極板はプラズマから熱を受けてその温度が変動する。天井電極板の温度は処理空間内のプラズマ中のラジカルの分布に影響を与えるため、同一ロット内の複数のウエハを処理する間に天井電極板の温度が変動すると、同一ロット内の複数のウエハに対して均一なエッチング処理を施すことが困難となる。そこで、天井電極板を支持する電極支持体には、温度調節機構として、例えば冷却水をはじめとする冷媒が流通する冷媒流路が設けられており、熱拡散板として機能するクーリングプレートを介して天井電極板を冷却し、これによってプラズマからの熱の影響を直接受ける天井電極板の温度が調整されている。
【０００５】
ところが、天井電極板とクーリングプレートとの当接面、クーリングプレートと電極支持体との当接面における密着度はそれほど高くなく、また真空雰囲気であることからこれらの部材相互間の熱伝達効率は低い。従って、天井電極板の温度制御に時間的なずれが生じ、プラズマ発生当初から天井電極板の温度を所望温度に調整するのが困難となり、ウエハ毎のエッチングレート等のプロセス属性が安定しない原因となっている。
【０００６】
これに対して、近年、プラズマ処理装置の構成部材間の熱伝達効率を改善する温度調整技術が本出願人によって開発されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、プラズマ処理装置における、各構成部材相互間、例えばフォーカスリング及びサセプタの間に伝熱シートを配置して熱伝達効率を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１６１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来技術における伝熱シートは、その適用技術が必ずしも確立されておらず、特に、プラズマの熱を直接受けて加熱される天井電極板に適用するための技術は十分に確立されていないという問題がある。
【０００９】
本発明の課題は、プラズマ発生当初から天井電極板の温度を安定させることができ、複数のウエハに対して均一なエッチング処理を施すことができる天井電極板及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１記載の天井電極板は、温度調整機構を有する電極支持体に釣支された天井電極板であって、前記電極支持体にクーリングプレートを介して当接されており、該クーリングプレートとの当接面に伝熱シートが形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の天井電極板は、請求項１記載の天井電極板において、前記天井電極板には多数のガス孔が設けられており、前記伝熱シートは、前記ガス孔の近傍の所定領域を避けるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の天井電極板は、請求項２記載の天井電極板において、前記伝熱シートは、前記ガス孔の中心を中心として半径１．５ｍｍ乃至２．５ｍｍの円形領域を避けるように形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の天井電極板は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の天井電極板において、前記伝熱シートの膜厚は、１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の天井電極板は、請求項４記載の天井電極板において、前記伝熱シートの膜厚は、３０μｍ乃至８０μｍであることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の天井電極板は、請求項４又は５記載の天井電極板において、前記天井電極板は、処理空間を隔てて基板載置台と対向するように配置され、前記伝熱シートは、前記基板載置台の中心部に対向する位置と、前記基板載置台の周辺部に対向する位置とでは、その膜厚が異なっていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の天井電極板は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の天井電極板において、前記クーリングプレートの前記伝熱シートとの当接面に離型材が塗布されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の天井電極板は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の天井電極板において、前記クーリングプレートと前記電極支持体との当接面に前記伝熱シートが介在されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の天井電極板は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の天井電極板において、前記伝熱シートの熱伝導率は、０．５〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決するために、請求項１０記載の基板処理装置は、天井電極板と、該天井電極板とは処理空間を隔てて対向するように配置された基板載置台とを有し、該基板載置台に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって、前記天井電極板として、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の天井電極板を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、天井電極板がクーリングプレートを介して電極支持体に当接されており、天井電極板のクーリングプレートとの当接面に伝熱シートが形成されているので、天井電極板とクーリングプレートとの間の熱伝達効率が向上して電極支持体による天井電極板の温度調整機能が良好に発現され、これによって、天井電極板の温度が早期に安定し、プラズマ発生当初から天井電極板の温度を安定させることができ、複数のウエハに対して均一なエッチング処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る天井電極板を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置における天井電極板のクーリングプレートとの当接面を示す図である。
【図３】図２の天井電極板の部分拡大平面図である。
【図４】図２の天井電極板の側面図である。
【図５】天井電極板とクーリングプレートとの当接部を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る天井電極板を備えるプラズマ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。本プラズマ処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマエッチング処理を施す。
【００２４】
図１において、基板処理装置としてのプラズマ処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内には半導体デバイス用のウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２が配置されている。プラズマ処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。
【００２５】
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１内部を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５には後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続されている。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
【００２６】
排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示省略）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示省略）によって制御される。
【００２７】
チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して接続され、且つ第２の高周波電源２０が第２の整合器２１を介して接続されており、第１の高周波電源１８は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのイオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２０は比較的高い周波数、例えば、６０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は電極として機能する。また、第１の整合器１９及び第２の整合器２１は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。
【００２８】
サセプタ１２の上部には静電電極板２２を内部に有するセラミックスからなる静電チャック２３が配置されている。静電電極板２２には直流電源２４が接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２２及びウエハＷの裏面の間に電界が生じ、該電界に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２３に吸着保持される。
【００２９】
また、サセプタ１２の上には、静電チャック２３に吸着保持されたウエハＷを囲うように、フォーカスリング２５が載置されている。フォーカスリング２５はシリコン（Ｓｉ）や炭化硅素（ＳｉＣ）等によって構成される。すなわち、フォーカスリング２５は半導電体からなるので、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２５上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度を該ウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるプラズマエッチング処理の均一性を確保する。
【００３０】
サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２６が設けられている。この冷媒室２６には、チラーユニットから冷媒用配管（図示省略）を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。該低温の冷媒によって冷却されたサセプタ１２はウエハＷ及びフォーカスリング２５を冷却する。
【００３１】
静電チャック２３は、静電吸着しているウエハＷに向けて開口する複数の伝熱ガス供給孔（図示省略）を有する。これら複数の伝熱ガス供給孔は、伝熱ガス供給ラインを介して伝熱ガス供給部（ともに図示省略）に接続され、該伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのＨｅ（ヘリウム）ガスを、伝熱ガス供給孔を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハＷの熱をサセプタ１２に効果的に伝達する。
【００３２】
チャンバ１１の天井部には、処理空間Ｓを介してサセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド３０が配置されている。シャワーヘッド３０は、天井電極板３１と、該天井電極板３１を着脱可能に釣支する電極支持体３３と、該電極支持体３３と天井電極板３１との間に挟持されるように配置されたクーリングプレート３２とを有する。クーリングプレート３２及び天井電極板３１は厚み方向に貫通する多数のガス孔３４を有する円板状部材からなり、例えば半導電体であるシリコン、ＳｉＣ（炭化珪素）、石英等によって構成される。また、電極支持体３３の内部には温度調整用の冷媒流路（図示省略）及びバッファ室３５が設けられており、バッファ室３５には処理ガス導入管（図示省略）が接続されている。
【００３３】
また、シャワーヘッド３０の天井電極板３１には直流電源３７が接続され、天井電極板３１へ負の直流電圧が印加される。このとき、天井電極板３１は二次電子を放出して処理室１５内部の電子密度が低下するのを防止する。
【００３４】
また、天井電極板３１とクーリングプレート３２との当接面及びクーリングプレート３２と電極支持体３３との当接面には、後述する伝熱シート３８が介在されている。伝熱シート３８は天井電極板３１とクーリングプレート３２との当接面及びクーリングプレート３２と電極支持体３３との当接面に生じる微小な隙間を充填すると共に各当接面における熱伝達効率を改善し、天井電極板３１の熱をクーリングプレート３２を介して電極支持体３３に効果的に伝達する。
【００３５】
プラズマ処理装置１０では、処理ガス導入管からバッファ室３５へ供給された処理ガスがガス孔３４を介して処理室１５内部の処理空間Ｓへ導入され、該導入された処理ガスは、第２の高周波電源２０からサセプタ１２を介して処理室１５内部へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力によって励起されてプラズマとなる。該プラズマ中のイオンは、第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するイオン引き込み用の高周波電力によってウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
【００３６】
上述したプラズマ処理装置１０の各構成部品の動作は、プラズマ処理装置１０が備える制御部（図示省略）のＣＰＵがプラズマエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
【００３７】
図２は、図１のプラズマ装置における天井電極板のクーリングプレートとの当接面を示す図、図３は図２の天井電極板の部分拡大平面図、図４は図２の天井電極板の側面図である。
【００３８】
図２において、天井電極板３１は円形板状体を呈しており、その径は、例えばウエハＷを載置するサセプタ１２の径とほぼ同様である。また、その厚さは、例えば、５〜２０ｍｍである。天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面には伝熱シート３８が塗布、形成されている。
【００３９】
伝熱シート３８は、例えば、ポリオルガノシロキサンとしてＸＥ１４−Ｂ８５３０（Ａ）（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ製）とＸＥ１４−Ｂ８５３０（Ｂ）（モメンティブパフォーマンスマテリアルズ製）を用い、両者を重量比１：１で混合した液（この液を以下、「混合液Ａ」という。）を調製し、続いて混合液ＡにアルミナフィラーとしてＤＡＭ５（電気化学工業製、平均粒径５μｍ）を、混合液Ａ：アルミナフィラー＝６０：４０（体積比）となるように添加し、さらに、架橋性ポリオルガノシロキサン系硬化剤であるＲＤ−１（東レ・ダウコーニングシリコーン製）を、混合液Ａとアルミナフィラーの重量の合計に対して０．０４重量％となるように添加し、得られた液（この液を以下、「混合液Ｂ」という。）を、後述するガス孔３４に対応する開口部４１を形成するための所定のマスキング材を介して、且つ所望の膜厚になるように天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面３１ａに、例えばスクリーン印刷し、その後、例えば１５０℃で３０時間加熱し、硬化することによって形成されている。なお伝熱シート３８の熱伝導率は、混合液Ｂのみを硬化させた試験片を用いてレーザーフラッシュ法で測定した結果、１．２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００４０】
図３及び図４において、天井電極板３１には多数のガス孔３４が設けられており、天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面３１ａに形成された伝熱シート３８にもガス孔３４に対応する開口部４１が設けられている。天井電極板３１に設けられたガス孔３４は、例えばφ０．５ｍｍの貫通孔であり、伝熱シート３８に設けられた開口部４１は、例えば、φ３ｍｍ〜φ５ｍｍの円形の孔である。ガス孔３４が開口部４１の中心部に位置するように伝熱シート３８が形成されている。従って、伝熱シート３８の開口部４１は、ガス孔３４と同心状に形成されており、ガス孔３４の近傍の所定領域、すなわち、ガス孔３４の中心を中心として、例えば半径１．５ｍｍ乃至２．５ｍｍの円形領域は、伝熱シート３８が存在しない領域となっている。
【００４１】
図５は、天井電極板３１とクーリングプレート３２との当接部を示す部分拡大断面図である。
【００４２】
図５において、天井電極板３１及びクーリングプレート３２には、それぞれガス孔３４が、例えば等間隔で、且つそれぞれ連通するように設けられている。天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面には伝熱シート３８が形成されており、該伝熱シート３８のガス孔３４に対応する位置には開口部４１が形成されている。すなわち、伝熱シート３８の開口部４１と天井電極板３１のガス孔３４とはそれぞれ連通するように、且つガス孔３４が開口部４１のほぼ中央に接続するように配置されている。これによって、ガス孔３４から進入したプラズマの伝熱シート３８までの到達経路はラビリンス状になる。従って、ガス孔３４からプラズマが進入しても伝熱シート３８まで到達することは困難であり、伝熱シート３８のプラズマに対する曝露を防止して伝熱シート３８の損傷及びパーティクルの発生等の不都合を回避することができる。
【００４３】
天井電極板３１には、該天井電極板３１をクーリングプレート３２に当接、固定するためのボルト用の孔４０が設けられており（図２，図３参照）、伝熱シート３８はボルト用の孔４０を避けるように形成されている。なお、ボルト用の孔４０にはプラズマが進入する虞がないので、ボルト用の孔４０に対応する伝熱シート３８の開口部の大きさは、ボルト用の孔４０とほぼ同じ大きさとなっている。
【００４４】
このような構成の天井電極板３１は、クーリングプレート３２を介して電極支持体３３に釣支され、チャンバ内の所定位置に固定される（図１参照）。
【００４５】
本実施の形態によれば、天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面３１ａに伝熱シート３８を形成したので、天井電極板３１とクーリングプレート３２との当接面に生じる微小な隙間を充填すると共に、天井電極板３１とクーリングプレート３２との間の熱伝達効率が改善されて天井電極板３１の熱がクーリングプレート３２を介して電極支持体３３に効果的に伝達される。従って、天井電極板３１が電極支持体３３によって効果的に冷却されてその温度が安定し、例えば同一ロットにおける１枚目のウエハ処理時と５枚目のウエハ処理時における天井電極板３１の温度を安定させることができる。また、これによって、天井電極板３１が対向する処理空間Ｓ内のラジカルの活性が安定し、ウエハ毎のエッチングレートの平均値も安定する。また、例えばチャンバ内温度が２００℃又はそれ以上になっても、天井電極板３１の温度を１００℃程度に維持することができ、これによって、天井電極板３１の熱膨張を抑制して、部材相互のクリアランスを考慮しない設計が可能になる。また、プラズマがチャンバ内部品の隙間に進入することによる異常放電、ひいてはパーティクルの発生等の不都合を抑制することもできる。
【００４６】
さらに、本実施の形態によれば、天井電極板３１のクーリングプレート３２との当接面３１ａに伝熱シート３８を形成したことにより、天井電極板３１とクーリングプレート３２との間の熱伝達効率が改善されて、天井電極板３１はクーリングプレート３２を介して熱を拡散させることができ、天井電極板３１における熱分布の均一化を図ることができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、伝熱シート３８の有機材料は、例えばシリコンを成分に含む耐熱性の粘着剤やゴムであるので、伝熱シート３８は柔軟に変形し、天井電極板３１におけるクーリングプレート３２との接触面が多少うねっていても確実に密着することができる。また、伝熱シート３８の伝熱材は酸化物、窒化物または炭化物のセラミックスフィラーであり、フィラーが上記耐熱性の粘着剤やゴム中に例えば、２５〜６０体積％で含有されているので、伝熱シートは全域に亘ってほぼ均一に熱を伝達することができ、その結果、天井電極板３１全体をほぼ均一に温度調整することができる。
【００４８】
伝熱シート３８の熱伝導率は、例えば、０．５〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋである。熱伝導率がこの範囲内であれば、上述のように、伝熱シート３８の全域に亘ってほぼ均一に熱を伝達することができ、天井電極板３１全体をほぼ均一温度に調整することができる。
【００４９】
本実施の形態において、伝熱シート３８を構成するシリコンを成分に含む耐熱性の粘着剤やゴムは、シリコンを含有するものであれば特に制限はないが、好ましくは主鎖骨格がシロキサンユニットから構成されるポリオルガノシロキサンであって、架橋構造を有するものが挙げられる。ポリオルガノシロキサンの内では熱硬化のものが好ましく、主材のポリオルガノシロキサンに加えて、硬化剤（架橋性ポリオルガノシロキサン）を用いることが好ましい。ポリオルガノシロキサンの繰り返し単位構造は、ジメチルシロキサンユニット、フェニルメチルシロキサンユニット、ジフェニルシロキサンユニット等が挙げられる。また、ビニル基、エポキシ基等の官能基を有する変性ポリオルガノシロキサンを用いてもよい。
【００５０】
本実施の形態において、伝熱シート３８中のフィラーとしての伝熱材は酸化物、窒化物または炭化物のセラミックスフィラーであるが、具体的に例示すると、酸化物としてはアルミナ、マグネシア、酸化亜鉛、シリカ等、窒化物としては窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等、炭化物としては炭化ケイ素等が挙げられる。当該セラミックスフィラーは球形の構造を持つものが好ましく、形状に異方性があるものは伝熱特性を最大にするように配向させることが好ましい。特に好ましいセラミックスフィラーとしては、アルミナ、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等が挙げられる。
【００５１】
本実施の形態において、伝熱シート３８の膜厚は１００μｍ以下、好ましくは３０μｍ〜８０μｍである。
【００５２】
天井電極板３１とクーリングプレート３２との当接面には、形成加工に起因するある程度のうねり又は面粗さが残る。従って、伝熱シート３８が薄すぎると、該伝熱シート３８は天井電極板３１及びクーリングプレート３２の当接面の隙間を充填して熱的一体性を確保できなくなる。一方、伝熱シート３８の膜厚が厚くなると、天井電極板３１と伝熱シート３８の合成熱容量が大きくなり、プラズマエッチング処理中における天井電極板３１の昇温形態が該プラズマエッチング処理に適したものにならない虞がある。伝熱シート３８の膜厚が３０μｍ〜８０μｍ範囲内であれば、伝熱シート３８を天井電極板３１へ確実に密着させて天井電極板３１を熱的に安定させることができる。
【００５３】
本実施の形態において、天井電極板３１のクーリングプレートとの当接面３１ａに形成される伝熱シート３８は、天井電極板３１が処理空間を隔てて対向するように配置された基板載置台の中心部に対向する位置と、周辺部に対向する位置とで、その膜厚を異ならせることができる。すなわち、サセプタ１２の中心部と対向する天井電極板３１の中心部はプラズマ密度が高い処理空間Ｓに対向するので、高温になり易い。従って、天井電極板３１の中心部の伝熱シート３８の膜厚を、それ以外の部分の膜厚よりも薄くして熱抵抗を低く抑えると共に、熱伝達効率を調整し、これによって、天井電極板３１の面内温度の均一化及びエッチングレートの均一化を図ることもできる。
【００５４】
なお、本実施の形態において、天井電極板３１の中心部分には、伝熱シート３８が形成されていなくてもよい。
【００５５】
本実施の形態において、電極支持体３３とクーリングプレート３２との当接面にも伝熱シート３８を介在させることが好ましい。これによって、電極支持体３３及びクーリングプレート３２相互間の熱伝達効率が向上し、電極支持体３３によるクーリングプレート３２を介した天井電極板３１の冷却効果が向上し、天井電極板３１の温度がより安定する。また、チャンバ内の熱分布が改善され、省エネルギーを実現することもできる。
【００５６】
本実施の形態において、クーリングプレート３２における天井電極板３１との当接面、より詳しくは、クーリングプレート３２における伝熱シート３８との当接面に離型材を塗布することが好ましい。天井電極板３１は消耗部品であり、所定時間使用後には新品に交換されるが、クーリングプレート３２は継続使用されるので、寿命に到達した天井電極板３１を取り除いた後のクーリングプレート３２の表面を清浄に保持するためである。離型剤としては、例えば、フッ素コート、熱伝導性の良好なパウダー、例えばカーボン、ボロンナイトライド等を主成分にする離型剤が好適に用いられる。
【００５７】
以上、本発明を実施の形態を用いて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【００５８】
また、上述した実施の形態においてプラズマエッチング処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を含むＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
Ｗ ウエハ
Ｓ 処理空間
１０ プラズマ処理装置
１１ チャンバ
１２ サセプタ
３０ シャワーヘッド
３１ 天井電極板
３２ クーリングプレート
３３ 電極支持体
３４ ガス孔
３８ 伝熱シート
４０ ボルト用の孔
４１ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度調整機構を有する電極支持体に釣支された天井電極板であって、
前記電極支持体にクーリングプレートを介して当接されており、該クーリングプレートとの当接面に伝熱シートが形成されていることを特徴とする天井電極板。
【請求項２】
前記天井電極板には多数のガス孔が設けられており、前記伝熱シートは、前記ガス孔の近傍の所定領域を避けるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の天井電極板。
【請求項３】
前記伝熱シートは、前記ガス孔の中心を中心として半径１．５ｍｍ乃至２．５ｍｍの円形領域を避けるように形成されていることを特徴とする請求項２記載の天井電極板。
【請求項４】
前記伝熱シートの膜厚は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の天井電極板。
【請求項５】
前記伝熱シートの膜厚は、３０μｍ乃至８０μｍであることを特徴とする請求項４記載の天井電極板。
【請求項６】
前記天井電極板は、処理空間を隔てて基板載置台と対向するように配置され、前記伝熱シートは、前記基板載置台の中心部に対向する位置と、前記基板載置台の周辺部に対向する位置とでは、その膜厚が異なっていることを特徴とする請求項４又は５記載の天井電極板。
【請求項７】
前記クーリングプレートの前記伝熱シートとの当接面に離型材が塗布されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の天井電極板。
【請求項８】
前記電極支持体と前記クーリングプレートとの当接面に前記伝熱シートが介在されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の天井電極板。
【請求項９】
前記伝熱シートの熱伝導率は、０．５〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の天井電極板。
【請求項１０】
天井電極板と、該天井電極板とは処理空間を隔てて対向するように配置された基板載置台とを有し、該基板載置台に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって、前記天井電極板として、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の天井電極板を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１】
温度調整機構を有する電極支持体に釣支された天井電極板であって、
前記電極支持体にクーリングプレートを介して当接されており、該クーリングプレートとの当接面に伝熱シートが形成されていることを特徴とする天井電極板。
【請求項２】
前記天井電極板には多数のガス孔が設けられており、前記伝熱シートは、前記ガス孔の近傍の所定領域を避けるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の天井電極板。
【請求項３】
前記伝熱シートは、前記ガス孔の中心を中心として半径１．５ｍｍ乃至２．５ｍｍの円形領域を避けるように形成されていることを特徴とする請求項２記載の天井電極板。
【請求項４】
前記伝熱シートの膜厚は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の天井電極板。
【請求項５】
前記伝熱シートの膜厚は、３０μｍ乃至８０μｍであることを特徴とする請求項４記載の天井電極板。
【請求項６】
前記天井電極板は、処理空間を隔てて基板載置台と対向するように配置され、前記伝熱シートは、前記基板載置台の中心部に対向する位置と、前記基板載置台の周辺部に対向する位置とでは、その膜厚が異なっていることを特徴とする請求項４又は５記載の天井電極板。
【請求項７】
前記クーリングプレートの前記伝熱シートとの当接面に離型材が塗布されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の天井電極板。
【請求項８】
前記電極支持体と前記クーリングプレートとの当接面に前記伝熱シートが介在されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の天井電極板。
【請求項９】
前記伝熱シートの熱伝導率は、０．５〜２．０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の天井電極板。
【請求項１０】
天井電極板と、該天井電極板とは処理空間を隔てて対向するように配置された基板載置台とを有し、該基板載置台に載置された基板に対して所定の処理を施す基板処理装置であって、前記天井電極板として、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の天井電極板を有することを特徴とする基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１６６０７（Ｐ２０１２−２１６６０７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９７３２（Ｐ２０１１−７９７３２）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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