被処理基板支持構造、およびプラズマ処理装置
【課題】安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる被処理基板支持構造を提供する。
【解決手段】被処理基板支持構造３１は、円板状の部材であって、その上に被処理基板Ｗを載置するようにして支持する支持台３３と、円筒状の部材であって、支持台３３の下方側に一方端部が取り付けられるシャフト部３２と、支持台３３内に設けられるヒータ３６とを備える。支持台３３は、第一の熱伝導率である部材から構成されている。シャフト部３２は、第一の熱伝導率以上の第二の熱伝導率である部材から構成されている。支持台３３の内部であって、シャフト部３２の一方端部が支持台３３に取り付けられる連結部４０に対して距離を開けて連結部４０の上側に位置する部分には、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部４１が設けられている。
【解決手段】被処理基板支持構造３１は、円板状の部材であって、その上に被処理基板Ｗを載置するようにして支持する支持台３３と、円筒状の部材であって、支持台３３の下方側に一方端部が取り付けられるシャフト部３２と、支持台３３内に設けられるヒータ３６とを備える。支持台３３は、第一の熱伝導率である部材から構成されている。シャフト部３２は、第一の熱伝導率以上の第二の熱伝導率である部材から構成されている。支持台３３の内部であって、シャフト部３２の一方端部が支持台３３に取り付けられる連結部４０に対して距離を開けて連結部４０の上側に位置する部分には、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部４１が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被処理基板支持構造、およびこのような被処理基板支持構造を備えるプラズマ処理装置に関するものであり、半導体装置を製造する際に用いられる被処理基板支持構造、およびこのような被処理基板支持構造を備えるプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の半導体装置は、エッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の処理を行うことによって製造される。このような半導体装置の製造においては、プラズマ処理装置に備えられる処理容器内に設置された被処理基板支持構造を用いて、被処理基板に対し、上記のような処理を行う。被処理基板支持構造は、被処理基板を直接載置して支持する円板状の支持台と、支持台を下方側から支える円筒状のシャフト部とを備える。
【０００３】
被処理基板の上側の面には、複数の半導体装置が上記処理により形成される。したがって、被処理基板の全面に亘って処理が均一に行われることが要求される。処理の面内均一性を向上させるためには、被処理基板の温度、引いては、被処理基板を支持する支持台の温度を一定に保つこと、すなわち、同一面内における温度の均熱性が必要となる。このような支持台の均熱性を向上させるための技術が、例えば特開２００３−３０９０４９号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０９０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来においては、被処理基板の処理中における温度を面内で均一に保つために、支持台にヒータおよび冷却ジャケットを備えると共に、支持台を構成する部材の熱伝導率を、シャフト部を構成する部材の熱伝導率よりも高くすることとしていた。このように構成することにより、まず、部材の熱伝導率を上記のように設定し、支持台からシャフト部に熱を逃がさないようにしながら、支持台に内蔵されたヒータにより熱を供給して支持台の温度を均一にし、支持台の上側に載置される被処理基板の温度を一定に保っていた。そして、プラズマ処理中にプラズマにより過剰に被処理基板に供給された熱に対する温度の均一性の確保に関しては、例えば、過剰に供給された熱に相当する分量だけ、支持台の下部側に取り付けられた冷却ジャケットによる冷却機構を利用して、熱を取り除くこととしていた。このようにして、プラズマ処理中の被処理基板の温度を一定に保つこととしていた。
【０００６】
しかし、このような構成においても、処理時の温度次第では、被処理基板の温度を面内において均一に保つことが困難な場合がある。さらには、昨今において、処理精度のさらなる向上が求められる中、厳密な被処理基板の面内における温度の均一性を保つには、上記構成では限界がある。
【０００７】
また、上記のような機構によっては、以下のような問題が生ずる。被処理基板は、処理容器内に配置されてプラズマ処理される。そして、被処理基板が支持される支持台もまた、処理容器内に配置される。処理容器内は、プラズマ処理中においては、真空程度に減圧される場合がある。ここで、冷却ジャケットは、円板状の支持台の下部側において、円板状の領域のほぼ全面に亘るように通路が設けられており、この通路内に、例えば、低温のフッ素系の不活性の液体を冷媒として流して支持台自体を冷却し、熱を抜く、すなわち、抜熱を行うものである。
【０００８】
このような構成においては、支持台の下部に取り付けられる冷却ジャケット自体も、真空程度の減圧環境下に配置されることとなる。そうすると、冷却ジャケットにおいて、減圧環境下における冷媒の処理容器内へのリークを防止する機構を設ける必要がある。また、冷却ジャケットは、処理容器内に配置されているため、例えば、高温でのプラズマ処理時において、生成されたプラズマに曝されることになる。したがって、冷却ジャケットについては、耐熱性や、耐プラズマ性が要求され、結果として冷却ジャケットのコストが高くなってしまうこととなる。そうすると、このような冷却ジャケットを処理容器内に設ける構成では、被処理基板支持機構、引いては、プラズマ処理装置に要するコストが高くなってしまう。
【０００９】
この発明の目的は、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる被処理基板支持構造を提供することである。
【００１０】
この発明の他の目的は、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の一つの局面においては、被処理基板支持構造は、被処理基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に備えられ、被処理基板を支持する被処理基板支持構造であって、円板状の部材であって、その上に被処理基板を載置するようにして支持する支持台と、円筒状の部材であって、支持台の下方側に一方端部が取り付けられるシャフト部と、支持台内に設けられるヒータとを備える。支持台は、第一の熱伝導率である部材から構成されている。シャフト部は、第一の熱伝導率以上の第二の熱伝導率である部材から構成されている。支持台の内部であって、シャフト部の一方端部が支持台に取り付けられる連結部に対して距離を開けて連結部の上側に位置する部分には、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられている。
【００１２】
このような構成によると、シャフト部を構成する部材の熱伝導率は、支持台を構成する部材の熱伝導率以上であるため、シャフト部を介して支持台の熱を抜く、すなわち、支持台からのシャフト部への熱の流れ込みを多くして、支持台の熱を効率的に取り除くことができる。この場合、支持台の内部であって、支持台とシャフト部との連結部に対して間隔を開けて、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられているため、断熱部の周縁を迂回しながら連結部、さらにはシャフト部に熱が流れていくことになり、シャフト部へ流れ込む熱の流れを分散させることができる。そうすると、支持台からの局部的な熱のシャフト部への流れ込みを防止することができ、支持台の温度を面内において均一に維持することができる。さらに、このような機構においては、シャフト部を介して支持台の熱を取り除く構成であるため、支持台自体を冷却させる冷却機構を設ける必要がない。そうすると、真空程度に減圧される処理容器内への配置が必要であった支持台の冷却機構を省略することができ、装置構成が単純になる。したがって、このような構成の被処理基板支持構造は、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００１３】
すなわち、従来ではシャフト部を構成する部材の熱伝導率を、支持台を構成する部材の熱伝導率よりも低くして、シャフト部側への熱の流れ込みを抑制しながら、支持台に設けられたヒータおよび冷却ジャケットによって支持台の面内の温度の均一性を保とうとする構成であるのに対し、本願発明においては、シャフト部を構成する部材の熱伝導率を、支持台を構成する部材の熱伝導率以上として積極的にシャフト部への熱の流れ込みを進めることとした。そして、単純に上記した部材の熱伝導率の設定を採用することに起因する支持台からの局部的なシャフト部への熱の流れ込みによる面内の温度の均一性の低下を防ぐために、支持台を構成する部材の熱伝導率よりも低い断熱部を支持台の内部であって連結部の上側に設け、断熱部の周縁を迂回させながら熱の流れを分散させることとし、面内の温度の均一性を確保しようとするものである。そして、耐熱性および耐プラズマ性を備えた冷却ジャケットを処理容器内に配置させる構成を不要とし、コストダウンを図るものである。
【００１４】
また、断熱部は、円環状であってもよい。このような構成によれば、円筒状のシャフト部の周方向のすべての位置において断熱部が設けられる構成となるため、支持台の温度を面内においてより均一に維持することができる。したがって、より被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００１５】
また、断熱部は、シャフト部の外径よりも大きい内径である第一の円環状部分と、シャフト部の内径よりも小さい外径である第二の円環状部分とを含む構成であってもよい。このような構成によれば、支持台からシャフト部へと流れ込む熱が、断熱部の内径側縁を迂回する流れと、外径側縁を迂回する流れとに分散されることになる。そうすると、支持台の温度を面内においてより均一に維持することができ、さらに処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００１６】
また、断熱部は、その内部が空気で満たされた空隙によって構成されるようにしてもよい。このような構成によれば、より安価に構成することができる。
【００１７】
また、支持台は、シャフト部側に位置する第一の円板状部分と、第一の円板状部分の上方側に位置し、その上に被処理基板を載置するようにして支持する第二の円板状部分と、第一の円板状部分および第二の円板状部分の間に介在し、被処理基板を吸着支持する吸着支持機構とを含み、第一の円板状部分を構成する部材の熱伝導率は、第二の円板状部分を構成する部材の熱伝導率よりも高くするようにしてもよい。このように構成することにより、被処理基板を載置する上層側の部分において、熱の伝導をより効率的にし、支持台の温度を面内においてより均一に維持することができる。したがって、処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００１８】
この発明の他の局面において、プラズマ処理装置は、その内部に被処理基板を収容して、プラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内に設けられ、被処理基板を支持する被処理基板支持構造とを備える。被処理基板支持構造は、円板状の部材であって、その上に被処理基板を載置するようにして支持する支持台と、円筒状の部材であって、支持台の下方側に一方端部が取り付けられるシャフト部と、支持台内に設けられるヒータとを備える。支持台は、第一の熱伝導率である部材から構成されており、シャフト部は、第一の熱伝導率よりも高い第二の熱伝導率である部材から構成されている。支持台の内部であって、シャフト部の一方端部が支持台に取り付けられる連結部に対して距離を開けて連結部の上側に位置する部分には、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられている。
【００１９】
このような構成のプラズマ処理装置は、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる被処理基板支持構造を備えるため、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００２０】
ここで、シャフト部の他方端部は、処理容器外に配置されており、処理容器外に配置されたシャフト部の冷却を行う冷却装置を備えるよう構成してもよい。上記構成の被処理基板支持構造によれば、シャフト部を介して熱を取り除く構造であり、シャフト部のうちの他方端部で冷却を行う構成である。このような構成によれば、冷却装置は、処理容器外に配置されることになる。そうすると、冷却装置が高温環境下に配置されることはなく、かつ、プラズマに曝されることもない。したがって、耐熱性や耐プラズマ性を考慮せずに冷却装置を構成することができ、冷却装置のコストダウンを図って、安価な構成とすることができる。
【００２１】
冷却装置は、水冷式である。このような冷却装置は、より安価な構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
このような構成によれば、シャフト部を構成する部材の熱伝導率は、支持台を構成する部材の熱伝導率以上であるため、支持台からのシャフト部への熱の流れ込みを多くして、支持台の熱を効率的に取り除くことができる。この場合、支持台の内部であって、支持台とシャフト部との連結部に対して間隔を開けて、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられているため、断熱部の周縁を迂回しながら連結部、さらにはシャフト部に熱が流れていくことになり、シャフト部へ流れ込む熱の流れを分散させることができる。そうすると、支持台からの局部的な熱のシャフト部への流れ込みを防止することができ、支持台の温度を面内において均一に維持することができる。さらに、このような機構においては、シャフト部を介して支持台の熱を取り除く構成であるため、支持台自体を冷却させる冷却機構を設ける必要がない。そうすると、真空程度に減圧される処理容器内への配置が必要であった支持台の冷却機構を省略することができ、装置構成が単純になる。したがって、このような構成の被処理基板支持構造は、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す被処理基板支持構造の側方断面図を示す。
【図３】図２中の領域ＩＩＩを拡大した拡大断面図を示す。
【図４】図２に示す被処理基板支持構造を図２中のＩＶ−ＩＶで切断し、上方から見た断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る被処理基板支持構造において、シャフト部から支持台の抜熱を行った場合における温度分布のシミュレーション結果を示す図であって、図３に示す領域に対応する。
【図６】図５に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。
【図７】図５に示す被処理基板支持構造において、支持台に断熱部を設けなかった場合のシミュレーション結果を示す。
【図８】図７に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る被処理基板支持構造の側方断面図であって、図２に対応する。
【図１０】図９中の領域Ｘを拡大した拡大断面図であって、図３に対応する。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る被処理基板支持構造において、シャフト部から支持台の抜熱を行った場合における温度分布のシミュレーション結果を示す図であって、図１０に示す領域に対応する。
【図１２】図１１に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造の拡大断面図であって、図３に対応する。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造の断面図であって、図４に対応する。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造の断面図であって、図４に対応する。
【図１６】従来の半導体製造装置における被処理基板支持構造を示す概略断面図であって、図１に対応する。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。まず、図１を用いて本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１１の構成について説明する。図１においては、理解の容易の観点から、構成部材の一部を断面表示している。また、以下の説明において上下方向とは、図１の紙面上下方向を示すものとする。
【００２５】
図１を参照して、本実施形態に係るプラズマ処理装置１１は、マイクロ波を用いてプラズマを励起し、プラズマにより被処理基板ＷにエッチングやＣＶＤ等の処理を施す半導体製造装置である。
【００２６】
プラズマ処理装置１１は、その内部において被処理基板Ｗに対する処理を行う処理容器１２と、処理容器１２の内部に設置され、被処理基板Ｗが載置される被処理基板支持構造３１と、処理容器１２内にプラズマを励起するプラズマ生成装置２３とを備える。なお、詳しくは後述するが、被処理基板支持構造３１の一部は、処理容器１２外に配置されている。
【００２７】
処理容器１２は、下方に位置する底壁部１３と、底壁部１３の外周から上方に延びる側壁部１４とを含む。処理容器１２の上部開口は、プラズマ生成装置２３と、天壁部１５とによって密封されている。
【００２８】
プラズマ生成装置２３は、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置１６と、マイクロ波発生装置１６によって発生されたマイクロ波を処理容器１２へと導く導波管１７と、導波管１７から導入されたマイクロ波を外径方向に伝播させる誘電体部材１８と、誘電体部材１８から導入されたマイクロ波を処理容器１２内部に向けて放射するスロットアンテナ板１９と、スロットアンテナ板１９から放射されたマイクロ波を透過させ、処理容器１２内部に導入する誘電体窓２０とを有する。
【００２９】
マイクロ波発生装置１６は、プラズマ励起用のマイクロ波として、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生させる装置であって、処理容器１２の外部に設置されている。マイクロ波発生装置１６によって生成されたマイクロ波は、導波管１７に送信される。導波管１７は、円筒状の導電体から構成され、マイクロ波発生装置１６から送信されたマイクロ波を、誘電体部材１８に導入する。
【００３０】
誘電体部材１８は、円形状の薄板状部材であって、誘電体窓２０と同心に配置されている。また、誘電体部材１８は、その下端面がスロットアンテナ板１９の上端面と対面するように配置されている。この誘電体部材１８は、導波管１７から導入されたマイクロ波を、外径方向に伝搬させ、スロットアンテナ板１９に導入する。
【００３１】
スロットアンテナ板１９は、板状の円形部材であって、複数のスロット１９ｓが設けられている。誘電体部材１８から導入されたマイクロ波は、このスロット１９ｓを通過し、誘電体窓２０へと放射される。
【００３２】
誘電体窓２０は、略円板状の誘電体から構成されており、処理容器１２の上部開口を閉鎖するように側壁部１４に連結される。誘電体窓２０の下面２０ｓの一部には、テーパ状に凹んだ環状の凹部２０ｃが設けられている。この凹部２０ｃにより、誘電体窓２０の下部領域にマイクロ波によるプラズマを効率的に生成することができる。誘電体窓２０は、スロットアンテナ板１９から放射されたマイクロ波を透過し、処理容器１２の内部に導入する。そして、処理容器１２の内部において、マイクロ波による電界が形成される。なお、誘電体窓２０の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。
【００３３】
処理容器１２の外部には、処理容器１２内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部２１が設置されており、このガス供給部２１から、プラズマの励起およびプラズマ処理に用いられるプロセスガスが供給される。ガス供給部２１から送られるプロセスガスは、制御部（図示せず）によって流量等が制御され、ガス供給孔２２を介して処理容器１２内に供給される。そして、処理容器１２内に導入されたマイクロ波によってプラズマが励起され、被処理基板Ｗに対してプラズマ処理が行われる。なお、処理容器１２の側壁部１４の上部側にも、周方向に間隔を開けて複数のガス供給孔３４が設けられている。このガス供給孔３４に対しても、ガス供給部２１からのプロセスガスが供給され、必要に応じて、ガス供給孔３４を介して処理容器１２内にプロセスガスが供給される。
【００３４】
被処理基板支持構造３１は、その大部分が処理容器１２内に設けられ、プラズマ処理を行う際に、被処理基板Ｗを安定して支持するとともに、被処理基板の温度を調整する役割を担うものである。
【００３５】
次に、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態に係る被処理基板支持構造３１の構成について説明する。なお、図２〜図４に示す拡大図においては、理解の容易の観点から、被処理基板支持構造３１を構成するシャフト部３２と支持台３３のみを図示し、その他の部材を省略している。
【００３６】
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る被処理基板支持構造３１は、処理容器１２の底壁部１３側から上方に延びる円筒状のシャフト部３２と、シャフト部３２の上端に連結される円板状の支持台３３とを備える。
【００３７】
シャフト部３２は、所定の肉厚を有する円筒状部材であって、単一の素材から構成されている。シャフト部３２は、底壁部１３の一部を貫通するようにして、処理容器１２外から垂直上方に延びるように設けられている。シャフト部３２は、具体的には、処理容器１２内に配置されたときに、上方側に位置する一方端部が、支持台３３の下面に連結するように設けられている。
【００３８】
ここで、シャフト部３２を構成する円筒状部材の熱伝導率は、第一の熱伝導率λ１である。なお、本実施形態に係るシャフト部３２は、シャフト部３２の内部においてより効果的に熱を伝導させるために、従来と比べて、より大きな直径および厚みと、より小さな上下方向高さを有するように構成されている。これについては、後述する。
【００３９】
支持台３３は、円板状部材であって、単一の素材から構成されている。支持台３３は、その上面に被処理基板Ｗが載置される構成である。支持台３３は、シャフト部３２に下方側から支えられるようにして、処理容器１２内に配置される構成である。支持台３３は、その内部に、被処理基板吸着用の静電チャック３５と、支持台３３を加熱するためのヒータ３６とを有する。静電チャック３５は、ヒータ３６よりも上方側、すなわち、被処理基板Ｗが載置される側に設けられている。静電チャック３５は、電極棒（図示せず）を介して外部電源（図示せず）から供給される電圧により静電力を発生させ、これにより被処理基板Ｗを支持台３３の上面に吸着させている。ヒータ３６は、求められるプロセス条件に応じて、支持台３３を適切な温度に保つために支持台３３を加熱する装置である。ヒータ３６は、外部電源（図示せず）から電線（図示せず）を介して電力を供給される。
【００４０】
支持台３３を構成する円板状部材の熱伝導率は、第二の熱伝導率λ２である。シャフト部３２を介してより効果的に支持部３３から抜熱を行う、すなわち、熱を抜くために、第一の熱伝導率λ１を、第二の熱伝導率λ２よりも高くなるように設定している。また、支持部３３からシャフト部３２への熱伝導効率を高めるために、支持部３３とシャフト部３２とは、拡散接合により連結されている。
【００４１】
シャフト部３２の他方端部となる下方側の端部は、処理容器１２外に配置されている。そして、シャフト部３２の他方端部には、冷却装置３９が設けられている。冷却装置３９は、処理容器１２の底壁部１３の下方側において、シャフト部３２の他方端部の端面に接するように取り付けられ、設けられている。
【００４２】
本実施形態に係る冷却装置３９は、水冷式の冷却装置であって、シャフト部３２の下方端部を冷却可能となるように設けられている。具体的には、シャフト部３２の他方端部の端面に接するように冷却水用の配管が敷設され、この配管に冷却水が循環供給される。この冷却装置３９によって、シャフト部３２の他方端部となる下部を冷却することができる。すなわち、冷却装置３９は、求められるプロセス条件に応じて、シャフト部３２を介して支持台３３から取り除かれた熱をシャフト部３２の他方端部で冷却するための装置である。なお、本実施形態における支持台３３からの抜熱のメカニズムについては、後述する。
【００４３】
本実施形態において、支持台３３の内部であって、シャフト部３２の一方端部が支持台３３に取り付けられる連結部４０に対して距離を開けて連結部４０の上側に位置する部分には、第一の熱伝導率λ１よりも低い第三の熱伝導率λ３である断熱部４１が設けられている。断熱部４１は、支持台３３の内部に形成された円環状の空隙であって、連結部４０の上方に設けられている。
【００４４】
より具体的には、断熱部４１は、円環状の水平面である底面４２と、底面４２の内径側縁から垂直に立ち上がる円筒面である内径側面４３と、底面４２の外径側縁から垂直に立ち上がる円筒面である外径側面４４と、内径側面４３および外径側面４４に直交する円環状の水平面である天面４５とによって画定される空隙である。この空隙内は、真空となるように構成されている。
【００４５】
断熱部４１は、連結部４０と径方向の位置が重なるように、連結部４０の上方に設けられている。すなわち、内径側面４３の径が、シャフト部３２の内周面４６の径よりも小さくなるように設定され、且つ、外径側面４４の径が、シャフト部３２の外周面４７の径よりも大きくなるように設定されている。
【００４６】
このような構成によると、シャフト部３２を構成する円筒状部材の熱伝導率λ１は、支持台３３を構成する円板状部材の熱伝導率λ２よりも高いため、シャフト部３２を介して支持台３３の熱を抜く、すなわち、支持台３３からのシャフト部３２への熱の流れ込みを多くして、支持台３３の熱を効率的に取り除くことができる。この場合、支持台３３の内部であって、支持台３３とシャフト部３２との連結部４０に対して間隔を開けて、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部４１が設けられているため、断熱部４１の周縁を迂回しながら連結部４０、さらにはシャフト部３２に熱が流れていくことになり、シャフト部３２へ流れ込む熱の流れを分散させることができる。そうすると、支持台３３からの局部的な熱のシャフト部３２への流れ込みを防止することができ、支持台３３の温度を面内において均一に維持することができる。さらに、このような機構においては、シャフト部３２を介して支持台３３の熱を取り除く構成であるため、支持台３３自体を冷却させる冷却機構を設ける必要がない。そうすると、真空程度に減圧される処理容器１２内への配置が必要であった支持台３３の冷却機構を省略することができ、装置構成が単純になる。したがって、このような構成の被処理基板支持構造３１は、安価な構成であり、被処理基板Ｗにおけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００４７】
また、この場合、シャフト部３２の他方端部は、処理容器１２外に配置されており、処理容器１２外に配置されたシャフト部３２の冷却を行う冷却装置３９を備える構成である。すなわち、シャフト部３２を介して熱を取り除く構造であり、シャフト部３２のうちの他方端部で冷却を行う構成であるため、冷却装置３９は、処理容器１２外に配置されることになる。そうすると、冷却装置３９が高温環境下に配置されることはなく、かつ、プラズマに曝されることはないので、冷却装置３９をより簡易な機構とすることができる。具体的には、耐熱性や耐プラズマ性を考慮せずに冷却装置３９を構成することができる。したがって、安価な構成とすることができる。
【００４８】
さらに、この場合、冷却装置は、水冷式であるため、より安価な構成とすることができる。なお、冷却装置において、水を冷媒とせず、例えば、Ｈｅ（ヘリウム）を用いることとしてもよい。
【００４９】
ここで、図１および図１６を用いて、本実施形態に係るシャフト部３２について説明する。図１６は、従来のプラズマ処理装置における被処理基板支持構造１０１を示す概略断面図であって、図１に対応する図である。
【００５０】
図１６に示すように、従来の被処理基板支持構造１０１は、処理容器１１２の下方から、処理容器１１２の底壁部１１３を通過するように上方へ延びるシャフト部１０２と、シャフト部１０２の上端に連結された支持台１０３と、支持台１０３の下方に隣接して設けられ、支持台１０３を直接冷却する支持台冷却装置１０４とを備えている。
【００５１】
これに対して、本実施形態においては、上記構成とした。さらに、シャフト部３２は、従来のものと比べて、より大きな直径および厚みと、より小さな上下方向高さを有するように構成されている。ここで、本願発明者は、以下に示す熱伝導の式に基づいて、このような特徴を有するシャフト部３２を構成した。
【００５２】
所定時間ｔの間に、距離Ｌだけ離隔した２地点間において、断面積Ｓの領域内を伝わる熱量Ｑは、以下の式によって表わされる。
【００５３】
Ｑ＝（λ・Ｓ・ΔＴ・ｔ）／Ｌ ・・・・・ （式１）
なお、λは、熱伝導率を示し、ΔＴは２点間の温度差を示す。
【００５４】
この式１に示すように、物体内を通過する熱量Ｑは、熱伝導率λおよび熱が通過する通路の断面積Ｓに比例し、且つ熱が伝達する距離Ｌに反比例する。本願発明者は、これらのパラメータに着目し、シャフト部３２の内部をより効果的に熱が伝導する構造を採用した。すなわち、シャフト部３２の第一の熱伝導率λ１を、支持台３３の第二の熱伝導率λ２よりも高く設定した。さらに、より本実施形態の効果をより顕著に享受する観点から、シャフト部３２の直径および厚みをより大きくすることによって、熱の通路の断面積Ｓを増大させるとともに、シャフト部３２の上下方向高さをより低く設定することによって、熱が伝達する距離Ｌをより小さくした。
【００５５】
このように、本実施形態に係るシャフト部３２は、上記特徴を備えることから、シャフト部３２の内部の熱流を増大させることができるため、より効率的に、シャフト部３２から支持台３３の抜熱を行うことができる。
【００５６】
次に、図５を用いて、本実施形態に係る被処理基板支持構造３１において、シャフト部３２から支持台３３の抜熱を行った場合における温度分布のシミュレーション結果について説明する。図５は、本実施形態に係る被処理基板支持構造３１のシミュレーション結果を示す図であって、図３に示す領域に対応する。図６は、図５に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。所定の領域については、領域４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、４８ｅ、４８ｆ、４８ｇ、４８ｈの８段階に分割しており、領域４８ａが最も温度が低い領域を示し、順に温度が高い領域を示し、最も温度が高い領域は、領域４８ｈとなる。なお、以下の図面に示す領域４８ａ〜４８ｈについても、同様である。
【００５７】
なお、このシミュレーション試験は、支持台３３の温度を１００℃に設定し、シャフト部３２の下端から２００Ｗの熱量を抜熱した場合における、支持台３３およびシャフト部３２の温度分布をシミュレーションしたものである。また、シャフト部３２の第一の熱伝導率λ１を１７０[Ｗ／ｍ・Ｋ]とし、支持台３３の第二の熱伝導率λ２を１００[Ｗ／ｍ・Ｋ]とした。
【００５８】
図５および図６を参照して、本実施形態に係る被処理基板支持構造３１においては、シャフト部３２から抜熱を行うことによって、支持台３３における断熱部４１の下方側領域の温度が低くなっており、図５および図６中の領域Ａに示すように、断熱部４１の内径側端部および外径側端部近辺において急な温度差が形成されていることが分かる。そして、断熱部４１の上方領域においては、比較的、温度差が小さくなっている。このときの支持台３３の上部表面における最大温度Ｔｍａｘは、Ｔｍａｘ＝１００．６℃であり、最小温度Ｔｍｉｎは、Ｔｍｉｎ＝９８．９３℃であった。すなわち、支持台３３の上部表面に生じた温度差ΔＴは、ΔＴ＝１．６７℃であった。
【００５９】
ここで、本実施形態に係る被処理基板支持構造３１に対する比較対象として、図７に、支持台３３に断熱部４１を設けなかった場合のシミュレーション結果を示す。図８は、図７に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。なお、このシミュレーション試験は、断熱部４１の有無の他は全て上記シミュレーションと同じ条件で行っている。
【００６０】
図７および図８を参照して、断熱部４１が設けられていない場合、支持台３３とシャフト部３２との連結部４０の上方領域一帯の温度が、その他の領域に比して著しく低下してしまっている。このときの支持台３３の上部表面における最大温度Ｔｍａｘは、Ｔｍａｘ＝１００．５℃であり、最小温度Ｔｍｉｎは、Ｔｍｉｎ＝９６．５５℃であった。すなわち温度差ΔＴは、ΔＴ＝３．９５℃であった。
【００６１】
このように、支持台３３に断熱部４１が設けられていることによって、シャフト部３２から支持台３３の抜熱をした場合における支持台３３に生じる温度差ΔＴを小さくすることができる。これについて以下に説明する。
【００６２】
支持台３３に断熱部４１が設けられていない場合、図７および図８中の矢印Ｃに示すように、シャフト部３２へ流れ込む熱流が、連結部４０付近の領域Ｂに集中する。すなわち、この領域Ｂから熱が積極的にシャフト部３２に流れ込むため、この領域の温度が特に低下してしまうこととなる。すなわち、連結部４０付近の領域の温度と、連結部４０から離隔した領域の温度との間に、大きな差が生じてしまう。
【００６３】
これに対して、本実施形態のように支持台３３に断熱部４１が設けられていると、支持台３３の上方領域からシャフト部３２へと流れ込む熱流が、図５および図６中の矢印Ｄに示すように、断熱部４１の外径側縁を迂回してシャフト部３２へ流れ込む熱流と、断熱部４１の内径側縁を迂回してシャフト部３２へ流れ込む熱流とに分散されることとなる。且つ、内径側または外径側を流れるように分散されたそれぞれの熱流は、図７および図８の領域Ｂに生じる熱流よりも、小さくなる。すなわち、図５および図６中の領域Ａの温度が大きく低下することが防止される。これにより、支持台３３の上部に生じる温度差ΔＴを、比較的小さく抑えることができるため、シャフト部３２を介して支持台３３の抜熱をした場合における支持台３３上部の均熱性を確保することができる。
【００６４】
また、本実施形態によれば、断熱部４１は、連結部４０より小さい内径と、連結部４０より大きい外径とを有する円環形状に形成されている。これにより、円筒状のシャフト部３２の周方向のすべての位置において断熱部４１が設けられる構成となるため、支持台３３の温度を面内においてより均一に維持することができる。したがって、より被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。また、支持台３３からシャフト部３２へと流れ込む熱流が、断熱部４１の内径側縁を迂回する流れと、外径側縁を迂回する流れとに分散されることとなる。したがって、シャフト部３２を介して支持台３３から抜熱した場合において、支持台３３の均熱性をより効果的に確保することが可能となる。
【００６５】
なお、断熱部４１は、その内部が空気で満たされた空隙によって構成されていてもよい。こうすることによっても、安価に構成することができる。
【００６６】
次に、本発明の他の実施形態に係る被処理基板支持構造５１について、図９および図１０を用いて説明する。なお、上記実施形態と同様の部材に関しては同じ符号を付し、詳しい説明を省略する。
【００６７】
図９および図１０を参照して、本発明の他の実施形態に係る被処理基板支持構造５１は、上記実施形態に係るシャフト部と、シャフト部３２の上端に連結される支持台５３とを備える。
【００６８】
支持台５３は、上記実施形態と同様に、シャフト部３２との連結部４０から上方に離隔した位置において、空隙からなる断熱部４１を有する。支持台５３は、シャフト部３２側に位置する第一の円板状部分５４と、第一の円板状部分５４の上方側に位置し、その上に被処理基板Ｗを載置するようにして支持する第二の円板状部分５５と、第一の円板状部分５４および第二の円板状部分５５の間に介在し、被処理基板Ｗを吸着支持する吸着支持機構である静電チャック３５とを含む。ここで、第一の円板状部分５４を構成する部材の熱伝導率λ４は、第二の円板状部分５５を構成する部材の熱伝導率λ５よりも高く構成する。
【００６９】
このように構成することにより、被処理基板Ｗを載置する上層側の部分において、熱の伝導をより効率的にし、支持台５３の温度を面内においてより均一に維持することができる。したがって、被処理基板Ｗにおけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。これについて、説明する。
【００７０】
図１１および図１２を用いて、本実施形態に係る被処理基板支持構造５１において、シャフト部３２から支持台５３の抜熱を行った場合における温度分布のシミュレーション結果について説明する。図１１は、シャフト部から支持台の抜熱を行った場合における温度分布のシミュレーション結果を示す図であって、図１０に示す領域に対応する。図１１に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。
【００７１】
このシミュレーション試験においては、第一の円板状部材５４の熱伝導率λ４＝１７０[Ｗ／ｍ・Ｋ]、第二の円板状部分５５の熱伝導率λ５＝１００[Ｗ／ｍ・Ｋ]とし、それ以外の条件については、図５に示すシミュレーションと同様とした。
【００７２】
図１１および図１２を参照して、シャフト部３２から抜熱を行うと、第一の円板状部材５４において、断熱部４１の内径側端部および外径側端部の下方領域に急な温度差が形成され、断熱部４１の上方領域においては、温度差が小さくなっている。このときの支持台５３の上部表面における最大温度Ｔｍａｘは、Ｔｍａｘ＝１００．６℃であり、最小温度Ｔｍｉｎは、Ｔｍｉｎ＝９９．５７℃であった。すなわち温度差ΔＴは、ΔＴ＝１．０３℃であった。
【００７３】
このように、本実施形態に係る被処理基板支持構造５１は、シャフト部３２から支持台５３の抜熱をした場合における支持台５３上部に生じる温度差ΔＴを、さらに小さくすることができた。すなわち、上記実施形態と同様に、断熱部４１が設けられていることによって、シャフト部３２へと流れ込む熱流が分散されることとなるため、支持台５３上部に生じる温度差ΔＴを小さく抑えることができる。さらに、シャフト部３２に係る第一の熱伝導率λ１と、第一の円板状部材５４に係る第四の熱伝導率λ４とを同等に設定したことによって、支持台５３からシャフト部３２への熱伝導効率がより高められ、温度差ΔＴをより小さくすることができたものと考えられる。すなわち、本実施形態によれば、上記構成を備えることから、シャフト部３２を介して支持台５３から均一に抜熱することが可能である。
【００７４】
なお、静電チャック３５の上方に配置されている第二の円板状部材５５は、他の特性、例えば、電気抵抗率ρを有する材料によって構成されている。この電気抵抗率ρが大きすぎると、被処理基板Ｗにおける残留電荷が高くなり、好ましくない。また、この電気抵抗値ρが小さすぎると、リーク電流が発生するおそれが高くなることになり、好ましくない。したがって、適切な電気抵抗率ρが採用される。また、誘電率についても、吸着力と相関関係があるため、要求される吸着力との関係において、適切な誘電率のものが採用される。
【００７５】
なお、上記した実施形態においては、支持台が、円環状に連なるように設けられた一つの断熱部を有する場合について述べたが、これに限らず、断熱部が複数に分割されている構成であってもよい。図１３〜図１５に本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造６１、７１を示す。
【００７６】
図１３および図１４を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造６１は、支持台６３において、内径側に位置する円環状の第一断熱部６４と、第一断熱部６４の外径側に位置する円環状の第二断熱部６５と、第二断熱部６５の外径側に位置する円環状の第三断熱部６６とを有する。すなわち、断熱部は、シャフト部の外径よりも大きい内径である第一の円環状部分と、シャフト部の内径よりも小さい外径である第二の円環状部分とを含む構成である。この実施形態に係る断熱部は、図２〜図４に示す断熱部４１を、径方向に三つに分割した構成となっている。
【００７７】
また、図１５を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造７１は、支持台７３において、第一断熱部７４、第二断熱部７５、第三断熱部７６、第四断熱部７７、第五断熱部７８、第六断熱部７９、および第七断熱部８０の七個の断熱部が、周方向に配列するように設けられている。すなわち、この実施形態に係る断熱部は、図２〜図４に示す断熱部４１を、周方向に七つに分割した構成となっている。
【００７８】
このように、断熱部が支持台に複数設けられている構成であっても、本願発明の効果を得ることは可能である。すなわち、支持台からシャフト部へと流れ込む熱流は、これら複断熱部の周縁を迂回してシャフト部へと流れ込むように分散されるため、支持台の温度差を小さくすることができるからである。
【００７９】
なお、上記実施形態においては、断熱部を空隙によって構成した場合について述べたが、これに限らず、支持台に係る第二の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料であれば、如何なる材料を適用してもよい。また、断熱部は如何なる形状であってもよい。
【００８０】
また、上記の実施の形態において、支持台を構成する部材よりも熱伝導率の低い他の部材で空隙の内部を満たすよう構成してもよい。
【００８１】
なお、上記の実施の形態においては、円筒状部材から構成されるシャフト部や、円板状部材から構成される支持台については、単一の素材から構成されることとしたが、これに限らず、複数の素材から構成されるようにしてもよい。
【００８２】
また、上記の説明においては、本発明に係る被処理基板支持構造を、マイクロ波を処理容器内に放射するスロットアンテナ板を用いてプラズマを励起するプラズマ処理装置に関して述べた。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、平行平板型、ＥＣＲ型、ＩＣＰ型等といった如何なる半導体製造装置にも適用可能である。
【００８３】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本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。
【符号の説明】
【００８４】
１１ プラズマ処理装置、１２，１１２ 処理容器、１３，１１３ 底壁部、１４ 側壁部、１５ 天壁部、１６ マイクロ波発生装置、１７ 導波管、１８ 誘電体部材、１９ スロットアンテナ板、１９ｓ スロット、２０ 誘電体窓、２０ｓ 下面、２０ｃ 凹部、２１ ガス供給部、２２，３４ ガス供給孔、２３ プラズマ生成装置、３１，５１，６１，７１，１０１ 被処理基板支持構造、３２，１０２ シャフト部、３３，５３，６３，７３，１０３ 支持台、３５ 静電チャック、３６ ヒータ、３９ 冷却装置、４０ 連結部、４１，６４，６５，６６，７４，７５，７６，７７，７８，７９，８０ 断熱部、４２ 底面、４３ 内径側面、４４ 外径側面、４５ 天面、４６ 内周面、４７ 外周面、４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ，４８ｆ，４８ｇ，４８ｈ 領域、５４ 第一の円板状部分、５５ 第二の円板状部分、５６ 境界部、１０４ 支持台冷却装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被処理基板支持構造、およびこのような被処理基板支持構造を備えるプラズマ処理装置に関するものであり、半導体装置を製造する際に用いられる被処理基板支持構造、およびこのような被処理基板支持構造を備えるプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の半導体装置は、エッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の処理を行うことによって製造される。このような半導体装置の製造においては、プラズマ処理装置に備えられる処理容器内に設置された被処理基板支持構造を用いて、被処理基板に対し、上記のような処理を行う。被処理基板支持構造は、被処理基板を直接載置して支持する円板状の支持台と、支持台を下方側から支える円筒状のシャフト部とを備える。
【０００３】
被処理基板の上側の面には、複数の半導体装置が上記処理により形成される。したがって、被処理基板の全面に亘って処理が均一に行われることが要求される。処理の面内均一性を向上させるためには、被処理基板の温度、引いては、被処理基板を支持する支持台の温度を一定に保つこと、すなわち、同一面内における温度の均熱性が必要となる。このような支持台の均熱性を向上させるための技術が、例えば特開２００３−３０９０４９号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０９０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来においては、被処理基板の処理中における温度を面内で均一に保つために、支持台にヒータおよび冷却ジャケットを備えると共に、支持台を構成する部材の熱伝導率を、シャフト部を構成する部材の熱伝導率よりも高くすることとしていた。このように構成することにより、まず、部材の熱伝導率を上記のように設定し、支持台からシャフト部に熱を逃がさないようにしながら、支持台に内蔵されたヒータにより熱を供給して支持台の温度を均一にし、支持台の上側に載置される被処理基板の温度を一定に保っていた。そして、プラズマ処理中にプラズマにより過剰に被処理基板に供給された熱に対する温度の均一性の確保に関しては、例えば、過剰に供給された熱に相当する分量だけ、支持台の下部側に取り付けられた冷却ジャケットによる冷却機構を利用して、熱を取り除くこととしていた。このようにして、プラズマ処理中の被処理基板の温度を一定に保つこととしていた。
【０００６】
しかし、このような構成においても、処理時の温度次第では、被処理基板の温度を面内において均一に保つことが困難な場合がある。さらには、昨今において、処理精度のさらなる向上が求められる中、厳密な被処理基板の面内における温度の均一性を保つには、上記構成では限界がある。
【０００７】
また、上記のような機構によっては、以下のような問題が生ずる。被処理基板は、処理容器内に配置されてプラズマ処理される。そして、被処理基板が支持される支持台もまた、処理容器内に配置される。処理容器内は、プラズマ処理中においては、真空程度に減圧される場合がある。ここで、冷却ジャケットは、円板状の支持台の下部側において、円板状の領域のほぼ全面に亘るように通路が設けられており、この通路内に、例えば、低温のフッ素系の不活性の液体を冷媒として流して支持台自体を冷却し、熱を抜く、すなわち、抜熱を行うものである。
【０００８】
このような構成においては、支持台の下部に取り付けられる冷却ジャケット自体も、真空程度の減圧環境下に配置されることとなる。そうすると、冷却ジャケットにおいて、減圧環境下における冷媒の処理容器内へのリークを防止する機構を設ける必要がある。また、冷却ジャケットは、処理容器内に配置されているため、例えば、高温でのプラズマ処理時において、生成されたプラズマに曝されることになる。したがって、冷却ジャケットについては、耐熱性や、耐プラズマ性が要求され、結果として冷却ジャケットのコストが高くなってしまうこととなる。そうすると、このような冷却ジャケットを処理容器内に設ける構成では、被処理基板支持機構、引いては、プラズマ処理装置に要するコストが高くなってしまう。
【０００９】
この発明の目的は、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる被処理基板支持構造を提供することである。
【００１０】
この発明の他の目的は、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の一つの局面においては、被処理基板支持構造は、被処理基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に備えられ、被処理基板を支持する被処理基板支持構造であって、円板状の部材であって、その上に被処理基板を載置するようにして支持する支持台と、円筒状の部材であって、支持台の下方側に一方端部が取り付けられるシャフト部と、支持台内に設けられるヒータとを備える。支持台は、第一の熱伝導率である部材から構成されている。シャフト部は、第一の熱伝導率以上の第二の熱伝導率である部材から構成されている。支持台の内部であって、シャフト部の一方端部が支持台に取り付けられる連結部に対して距離を開けて連結部の上側に位置する部分には、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられている。
【００１２】
このような構成によると、シャフト部を構成する部材の熱伝導率は、支持台を構成する部材の熱伝導率以上であるため、シャフト部を介して支持台の熱を抜く、すなわち、支持台からのシャフト部への熱の流れ込みを多くして、支持台の熱を効率的に取り除くことができる。この場合、支持台の内部であって、支持台とシャフト部との連結部に対して間隔を開けて、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられているため、断熱部の周縁を迂回しながら連結部、さらにはシャフト部に熱が流れていくことになり、シャフト部へ流れ込む熱の流れを分散させることができる。そうすると、支持台からの局部的な熱のシャフト部への流れ込みを防止することができ、支持台の温度を面内において均一に維持することができる。さらに、このような機構においては、シャフト部を介して支持台の熱を取り除く構成であるため、支持台自体を冷却させる冷却機構を設ける必要がない。そうすると、真空程度に減圧される処理容器内への配置が必要であった支持台の冷却機構を省略することができ、装置構成が単純になる。したがって、このような構成の被処理基板支持構造は、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００１３】
すなわち、従来ではシャフト部を構成する部材の熱伝導率を、支持台を構成する部材の熱伝導率よりも低くして、シャフト部側への熱の流れ込みを抑制しながら、支持台に設けられたヒータおよび冷却ジャケットによって支持台の面内の温度の均一性を保とうとする構成であるのに対し、本願発明においては、シャフト部を構成する部材の熱伝導率を、支持台を構成する部材の熱伝導率以上として積極的にシャフト部への熱の流れ込みを進めることとした。そして、単純に上記した部材の熱伝導率の設定を採用することに起因する支持台からの局部的なシャフト部への熱の流れ込みによる面内の温度の均一性の低下を防ぐために、支持台を構成する部材の熱伝導率よりも低い断熱部を支持台の内部であって連結部の上側に設け、断熱部の周縁を迂回させながら熱の流れを分散させることとし、面内の温度の均一性を確保しようとするものである。そして、耐熱性および耐プラズマ性を備えた冷却ジャケットを処理容器内に配置させる構成を不要とし、コストダウンを図るものである。
【００１４】
また、断熱部は、円環状であってもよい。このような構成によれば、円筒状のシャフト部の周方向のすべての位置において断熱部が設けられる構成となるため、支持台の温度を面内においてより均一に維持することができる。したがって、より被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００１５】
また、断熱部は、シャフト部の外径よりも大きい内径である第一の円環状部分と、シャフト部の内径よりも小さい外径である第二の円環状部分とを含む構成であってもよい。このような構成によれば、支持台からシャフト部へと流れ込む熱が、断熱部の内径側縁を迂回する流れと、外径側縁を迂回する流れとに分散されることになる。そうすると、支持台の温度を面内においてより均一に維持することができ、さらに処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００１６】
また、断熱部は、その内部が空気で満たされた空隙によって構成されるようにしてもよい。このような構成によれば、より安価に構成することができる。
【００１７】
また、支持台は、シャフト部側に位置する第一の円板状部分と、第一の円板状部分の上方側に位置し、その上に被処理基板を載置するようにして支持する第二の円板状部分と、第一の円板状部分および第二の円板状部分の間に介在し、被処理基板を吸着支持する吸着支持機構とを含み、第一の円板状部分を構成する部材の熱伝導率は、第二の円板状部分を構成する部材の熱伝導率よりも高くするようにしてもよい。このように構成することにより、被処理基板を載置する上層側の部分において、熱の伝導をより効率的にし、支持台の温度を面内においてより均一に維持することができる。したがって、処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００１８】
この発明の他の局面において、プラズマ処理装置は、その内部に被処理基板を収容して、プラズマ処理を行う処理容器と、処理容器内に設けられ、被処理基板を支持する被処理基板支持構造とを備える。被処理基板支持構造は、円板状の部材であって、その上に被処理基板を載置するようにして支持する支持台と、円筒状の部材であって、支持台の下方側に一方端部が取り付けられるシャフト部と、支持台内に設けられるヒータとを備える。支持台は、第一の熱伝導率である部材から構成されており、シャフト部は、第一の熱伝導率よりも高い第二の熱伝導率である部材から構成されている。支持台の内部であって、シャフト部の一方端部が支持台に取り付けられる連結部に対して距離を開けて連結部の上側に位置する部分には、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられている。
【００１９】
このような構成のプラズマ処理装置は、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる被処理基板支持構造を備えるため、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００２０】
ここで、シャフト部の他方端部は、処理容器外に配置されており、処理容器外に配置されたシャフト部の冷却を行う冷却装置を備えるよう構成してもよい。上記構成の被処理基板支持構造によれば、シャフト部を介して熱を取り除く構造であり、シャフト部のうちの他方端部で冷却を行う構成である。このような構成によれば、冷却装置は、処理容器外に配置されることになる。そうすると、冷却装置が高温環境下に配置されることはなく、かつ、プラズマに曝されることもない。したがって、耐熱性や耐プラズマ性を考慮せずに冷却装置を構成することができ、冷却装置のコストダウンを図って、安価な構成とすることができる。
【００２１】
冷却装置は、水冷式である。このような冷却装置は、より安価な構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
このような構成によれば、シャフト部を構成する部材の熱伝導率は、支持台を構成する部材の熱伝導率以上であるため、支持台からのシャフト部への熱の流れ込みを多くして、支持台の熱を効率的に取り除くことができる。この場合、支持台の内部であって、支持台とシャフト部との連結部に対して間隔を開けて、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられているため、断熱部の周縁を迂回しながら連結部、さらにはシャフト部に熱が流れていくことになり、シャフト部へ流れ込む熱の流れを分散させることができる。そうすると、支持台からの局部的な熱のシャフト部への流れ込みを防止することができ、支持台の温度を面内において均一に維持することができる。さらに、このような機構においては、シャフト部を介して支持台の熱を取り除く構成であるため、支持台自体を冷却させる冷却機構を設ける必要がない。そうすると、真空程度に減圧される処理容器内への配置が必要であった支持台の冷却機構を省略することができ、装置構成が単純になる。したがって、このような構成の被処理基板支持構造は、安価な構成であり、被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す被処理基板支持構造の側方断面図を示す。
【図３】図２中の領域ＩＩＩを拡大した拡大断面図を示す。
【図４】図２に示す被処理基板支持構造を図２中のＩＶ−ＩＶで切断し、上方から見た断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る被処理基板支持構造において、シャフト部から支持台の抜熱を行った場合における温度分布のシミュレーション結果を示す図であって、図３に示す領域に対応する。
【図６】図５に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。
【図７】図５に示す被処理基板支持構造において、支持台に断熱部を設けなかった場合のシミュレーション結果を示す。
【図８】図７に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る被処理基板支持構造の側方断面図であって、図２に対応する。
【図１０】図９中の領域Ｘを拡大した拡大断面図であって、図３に対応する。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る被処理基板支持構造において、シャフト部から支持台の抜熱を行った場合における温度分布のシミュレーション結果を示す図であって、図１０に示す領域に対応する。
【図１２】図１１に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造の拡大断面図であって、図３に対応する。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造の断面図であって、図４に対応する。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造の断面図であって、図４に対応する。
【図１６】従来の半導体製造装置における被処理基板支持構造を示す概略断面図であって、図１に対応する。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。まず、図１を用いて本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１１の構成について説明する。図１においては、理解の容易の観点から、構成部材の一部を断面表示している。また、以下の説明において上下方向とは、図１の紙面上下方向を示すものとする。
【００２５】
図１を参照して、本実施形態に係るプラズマ処理装置１１は、マイクロ波を用いてプラズマを励起し、プラズマにより被処理基板ＷにエッチングやＣＶＤ等の処理を施す半導体製造装置である。
【００２６】
プラズマ処理装置１１は、その内部において被処理基板Ｗに対する処理を行う処理容器１２と、処理容器１２の内部に設置され、被処理基板Ｗが載置される被処理基板支持構造３１と、処理容器１２内にプラズマを励起するプラズマ生成装置２３とを備える。なお、詳しくは後述するが、被処理基板支持構造３１の一部は、処理容器１２外に配置されている。
【００２７】
処理容器１２は、下方に位置する底壁部１３と、底壁部１３の外周から上方に延びる側壁部１４とを含む。処理容器１２の上部開口は、プラズマ生成装置２３と、天壁部１５とによって密封されている。
【００２８】
プラズマ生成装置２３は、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置１６と、マイクロ波発生装置１６によって発生されたマイクロ波を処理容器１２へと導く導波管１７と、導波管１７から導入されたマイクロ波を外径方向に伝播させる誘電体部材１８と、誘電体部材１８から導入されたマイクロ波を処理容器１２内部に向けて放射するスロットアンテナ板１９と、スロットアンテナ板１９から放射されたマイクロ波を透過させ、処理容器１２内部に導入する誘電体窓２０とを有する。
【００２９】
マイクロ波発生装置１６は、プラズマ励起用のマイクロ波として、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生させる装置であって、処理容器１２の外部に設置されている。マイクロ波発生装置１６によって生成されたマイクロ波は、導波管１７に送信される。導波管１７は、円筒状の導電体から構成され、マイクロ波発生装置１６から送信されたマイクロ波を、誘電体部材１８に導入する。
【００３０】
誘電体部材１８は、円形状の薄板状部材であって、誘電体窓２０と同心に配置されている。また、誘電体部材１８は、その下端面がスロットアンテナ板１９の上端面と対面するように配置されている。この誘電体部材１８は、導波管１７から導入されたマイクロ波を、外径方向に伝搬させ、スロットアンテナ板１９に導入する。
【００３１】
スロットアンテナ板１９は、板状の円形部材であって、複数のスロット１９ｓが設けられている。誘電体部材１８から導入されたマイクロ波は、このスロット１９ｓを通過し、誘電体窓２０へと放射される。
【００３２】
誘電体窓２０は、略円板状の誘電体から構成されており、処理容器１２の上部開口を閉鎖するように側壁部１４に連結される。誘電体窓２０の下面２０ｓの一部には、テーパ状に凹んだ環状の凹部２０ｃが設けられている。この凹部２０ｃにより、誘電体窓２０の下部領域にマイクロ波によるプラズマを効率的に生成することができる。誘電体窓２０は、スロットアンテナ板１９から放射されたマイクロ波を透過し、処理容器１２の内部に導入する。そして、処理容器１２の内部において、マイクロ波による電界が形成される。なお、誘電体窓２０の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。
【００３３】
処理容器１２の外部には、処理容器１２内にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部２１が設置されており、このガス供給部２１から、プラズマの励起およびプラズマ処理に用いられるプロセスガスが供給される。ガス供給部２１から送られるプロセスガスは、制御部（図示せず）によって流量等が制御され、ガス供給孔２２を介して処理容器１２内に供給される。そして、処理容器１２内に導入されたマイクロ波によってプラズマが励起され、被処理基板Ｗに対してプラズマ処理が行われる。なお、処理容器１２の側壁部１４の上部側にも、周方向に間隔を開けて複数のガス供給孔３４が設けられている。このガス供給孔３４に対しても、ガス供給部２１からのプロセスガスが供給され、必要に応じて、ガス供給孔３４を介して処理容器１２内にプロセスガスが供給される。
【００３４】
被処理基板支持構造３１は、その大部分が処理容器１２内に設けられ、プラズマ処理を行う際に、被処理基板Ｗを安定して支持するとともに、被処理基板の温度を調整する役割を担うものである。
【００３５】
次に、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態に係る被処理基板支持構造３１の構成について説明する。なお、図２〜図４に示す拡大図においては、理解の容易の観点から、被処理基板支持構造３１を構成するシャフト部３２と支持台３３のみを図示し、その他の部材を省略している。
【００３６】
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る被処理基板支持構造３１は、処理容器１２の底壁部１３側から上方に延びる円筒状のシャフト部３２と、シャフト部３２の上端に連結される円板状の支持台３３とを備える。
【００３７】
シャフト部３２は、所定の肉厚を有する円筒状部材であって、単一の素材から構成されている。シャフト部３２は、底壁部１３の一部を貫通するようにして、処理容器１２外から垂直上方に延びるように設けられている。シャフト部３２は、具体的には、処理容器１２内に配置されたときに、上方側に位置する一方端部が、支持台３３の下面に連結するように設けられている。
【００３８】
ここで、シャフト部３２を構成する円筒状部材の熱伝導率は、第一の熱伝導率λ１である。なお、本実施形態に係るシャフト部３２は、シャフト部３２の内部においてより効果的に熱を伝導させるために、従来と比べて、より大きな直径および厚みと、より小さな上下方向高さを有するように構成されている。これについては、後述する。
【００３９】
支持台３３は、円板状部材であって、単一の素材から構成されている。支持台３３は、その上面に被処理基板Ｗが載置される構成である。支持台３３は、シャフト部３２に下方側から支えられるようにして、処理容器１２内に配置される構成である。支持台３３は、その内部に、被処理基板吸着用の静電チャック３５と、支持台３３を加熱するためのヒータ３６とを有する。静電チャック３５は、ヒータ３６よりも上方側、すなわち、被処理基板Ｗが載置される側に設けられている。静電チャック３５は、電極棒（図示せず）を介して外部電源（図示せず）から供給される電圧により静電力を発生させ、これにより被処理基板Ｗを支持台３３の上面に吸着させている。ヒータ３６は、求められるプロセス条件に応じて、支持台３３を適切な温度に保つために支持台３３を加熱する装置である。ヒータ３６は、外部電源（図示せず）から電線（図示せず）を介して電力を供給される。
【００４０】
支持台３３を構成する円板状部材の熱伝導率は、第二の熱伝導率λ２である。シャフト部３２を介してより効果的に支持部３３から抜熱を行う、すなわち、熱を抜くために、第一の熱伝導率λ１を、第二の熱伝導率λ２よりも高くなるように設定している。また、支持部３３からシャフト部３２への熱伝導効率を高めるために、支持部３３とシャフト部３２とは、拡散接合により連結されている。
【００４１】
シャフト部３２の他方端部となる下方側の端部は、処理容器１２外に配置されている。そして、シャフト部３２の他方端部には、冷却装置３９が設けられている。冷却装置３９は、処理容器１２の底壁部１３の下方側において、シャフト部３２の他方端部の端面に接するように取り付けられ、設けられている。
【００４２】
本実施形態に係る冷却装置３９は、水冷式の冷却装置であって、シャフト部３２の下方端部を冷却可能となるように設けられている。具体的には、シャフト部３２の他方端部の端面に接するように冷却水用の配管が敷設され、この配管に冷却水が循環供給される。この冷却装置３９によって、シャフト部３２の他方端部となる下部を冷却することができる。すなわち、冷却装置３９は、求められるプロセス条件に応じて、シャフト部３２を介して支持台３３から取り除かれた熱をシャフト部３２の他方端部で冷却するための装置である。なお、本実施形態における支持台３３からの抜熱のメカニズムについては、後述する。
【００４３】
本実施形態において、支持台３３の内部であって、シャフト部３２の一方端部が支持台３３に取り付けられる連結部４０に対して距離を開けて連結部４０の上側に位置する部分には、第一の熱伝導率λ１よりも低い第三の熱伝導率λ３である断熱部４１が設けられている。断熱部４１は、支持台３３の内部に形成された円環状の空隙であって、連結部４０の上方に設けられている。
【００４４】
より具体的には、断熱部４１は、円環状の水平面である底面４２と、底面４２の内径側縁から垂直に立ち上がる円筒面である内径側面４３と、底面４２の外径側縁から垂直に立ち上がる円筒面である外径側面４４と、内径側面４３および外径側面４４に直交する円環状の水平面である天面４５とによって画定される空隙である。この空隙内は、真空となるように構成されている。
【００４５】
断熱部４１は、連結部４０と径方向の位置が重なるように、連結部４０の上方に設けられている。すなわち、内径側面４３の径が、シャフト部３２の内周面４６の径よりも小さくなるように設定され、且つ、外径側面４４の径が、シャフト部３２の外周面４７の径よりも大きくなるように設定されている。
【００４６】
このような構成によると、シャフト部３２を構成する円筒状部材の熱伝導率λ１は、支持台３３を構成する円板状部材の熱伝導率λ２よりも高いため、シャフト部３２を介して支持台３３の熱を抜く、すなわち、支持台３３からのシャフト部３２への熱の流れ込みを多くして、支持台３３の熱を効率的に取り除くことができる。この場合、支持台３３の内部であって、支持台３３とシャフト部３２との連結部４０に対して間隔を開けて、第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部４１が設けられているため、断熱部４１の周縁を迂回しながら連結部４０、さらにはシャフト部３２に熱が流れていくことになり、シャフト部３２へ流れ込む熱の流れを分散させることができる。そうすると、支持台３３からの局部的な熱のシャフト部３２への流れ込みを防止することができ、支持台３３の温度を面内において均一に維持することができる。さらに、このような機構においては、シャフト部３２を介して支持台３３の熱を取り除く構成であるため、支持台３３自体を冷却させる冷却機構を設ける必要がない。そうすると、真空程度に減圧される処理容器１２内への配置が必要であった支持台３３の冷却機構を省略することができ、装置構成が単純になる。したがって、このような構成の被処理基板支持構造３１は、安価な構成であり、被処理基板Ｗにおけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。
【００４７】
また、この場合、シャフト部３２の他方端部は、処理容器１２外に配置されており、処理容器１２外に配置されたシャフト部３２の冷却を行う冷却装置３９を備える構成である。すなわち、シャフト部３２を介して熱を取り除く構造であり、シャフト部３２のうちの他方端部で冷却を行う構成であるため、冷却装置３９は、処理容器１２外に配置されることになる。そうすると、冷却装置３９が高温環境下に配置されることはなく、かつ、プラズマに曝されることはないので、冷却装置３９をより簡易な機構とすることができる。具体的には、耐熱性や耐プラズマ性を考慮せずに冷却装置３９を構成することができる。したがって、安価な構成とすることができる。
【００４８】
さらに、この場合、冷却装置は、水冷式であるため、より安価な構成とすることができる。なお、冷却装置において、水を冷媒とせず、例えば、Ｈｅ（ヘリウム）を用いることとしてもよい。
【００４９】
ここで、図１および図１６を用いて、本実施形態に係るシャフト部３２について説明する。図１６は、従来のプラズマ処理装置における被処理基板支持構造１０１を示す概略断面図であって、図１に対応する図である。
【００５０】
図１６に示すように、従来の被処理基板支持構造１０１は、処理容器１１２の下方から、処理容器１１２の底壁部１１３を通過するように上方へ延びるシャフト部１０２と、シャフト部１０２の上端に連結された支持台１０３と、支持台１０３の下方に隣接して設けられ、支持台１０３を直接冷却する支持台冷却装置１０４とを備えている。
【００５１】
これに対して、本実施形態においては、上記構成とした。さらに、シャフト部３２は、従来のものと比べて、より大きな直径および厚みと、より小さな上下方向高さを有するように構成されている。ここで、本願発明者は、以下に示す熱伝導の式に基づいて、このような特徴を有するシャフト部３２を構成した。
【００５２】
所定時間ｔの間に、距離Ｌだけ離隔した２地点間において、断面積Ｓの領域内を伝わる熱量Ｑは、以下の式によって表わされる。
【００５３】
Ｑ＝（λ・Ｓ・ΔＴ・ｔ）／Ｌ ・・・・・ （式１）
なお、λは、熱伝導率を示し、ΔＴは２点間の温度差を示す。
【００５４】
この式１に示すように、物体内を通過する熱量Ｑは、熱伝導率λおよび熱が通過する通路の断面積Ｓに比例し、且つ熱が伝達する距離Ｌに反比例する。本願発明者は、これらのパラメータに着目し、シャフト部３２の内部をより効果的に熱が伝導する構造を採用した。すなわち、シャフト部３２の第一の熱伝導率λ１を、支持台３３の第二の熱伝導率λ２よりも高く設定した。さらに、より本実施形態の効果をより顕著に享受する観点から、シャフト部３２の直径および厚みをより大きくすることによって、熱の通路の断面積Ｓを増大させるとともに、シャフト部３２の上下方向高さをより低く設定することによって、熱が伝達する距離Ｌをより小さくした。
【００５５】
このように、本実施形態に係るシャフト部３２は、上記特徴を備えることから、シャフト部３２の内部の熱流を増大させることができるため、より効率的に、シャフト部３２から支持台３３の抜熱を行うことができる。
【００５６】
次に、図５を用いて、本実施形態に係る被処理基板支持構造３１において、シャフト部３２から支持台３３の抜熱を行った場合における温度分布のシミュレーション結果について説明する。図５は、本実施形態に係る被処理基板支持構造３１のシミュレーション結果を示す図であって、図３に示す領域に対応する。図６は、図５に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。所定の領域については、領域４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、４８ｅ、４８ｆ、４８ｇ、４８ｈの８段階に分割しており、領域４８ａが最も温度が低い領域を示し、順に温度が高い領域を示し、最も温度が高い領域は、領域４８ｈとなる。なお、以下の図面に示す領域４８ａ〜４８ｈについても、同様である。
【００５７】
なお、このシミュレーション試験は、支持台３３の温度を１００℃に設定し、シャフト部３２の下端から２００Ｗの熱量を抜熱した場合における、支持台３３およびシャフト部３２の温度分布をシミュレーションしたものである。また、シャフト部３２の第一の熱伝導率λ１を１７０[Ｗ／ｍ・Ｋ]とし、支持台３３の第二の熱伝導率λ２を１００[Ｗ／ｍ・Ｋ]とした。
【００５８】
図５および図６を参照して、本実施形態に係る被処理基板支持構造３１においては、シャフト部３２から抜熱を行うことによって、支持台３３における断熱部４１の下方側領域の温度が低くなっており、図５および図６中の領域Ａに示すように、断熱部４１の内径側端部および外径側端部近辺において急な温度差が形成されていることが分かる。そして、断熱部４１の上方領域においては、比較的、温度差が小さくなっている。このときの支持台３３の上部表面における最大温度Ｔｍａｘは、Ｔｍａｘ＝１００．６℃であり、最小温度Ｔｍｉｎは、Ｔｍｉｎ＝９８．９３℃であった。すなわち、支持台３３の上部表面に生じた温度差ΔＴは、ΔＴ＝１．６７℃であった。
【００５９】
ここで、本実施形態に係る被処理基板支持構造３１に対する比較対象として、図７に、支持台３３に断熱部４１を設けなかった場合のシミュレーション結果を示す。図８は、図７に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。なお、このシミュレーション試験は、断熱部４１の有無の他は全て上記シミュレーションと同じ条件で行っている。
【００６０】
図７および図８を参照して、断熱部４１が設けられていない場合、支持台３３とシャフト部３２との連結部４０の上方領域一帯の温度が、その他の領域に比して著しく低下してしまっている。このときの支持台３３の上部表面における最大温度Ｔｍａｘは、Ｔｍａｘ＝１００．５℃であり、最小温度Ｔｍｉｎは、Ｔｍｉｎ＝９６．５５℃であった。すなわち温度差ΔＴは、ΔＴ＝３．９５℃であった。
【００６１】
このように、支持台３３に断熱部４１が設けられていることによって、シャフト部３２から支持台３３の抜熱をした場合における支持台３３に生じる温度差ΔＴを小さくすることができる。これについて以下に説明する。
【００６２】
支持台３３に断熱部４１が設けられていない場合、図７および図８中の矢印Ｃに示すように、シャフト部３２へ流れ込む熱流が、連結部４０付近の領域Ｂに集中する。すなわち、この領域Ｂから熱が積極的にシャフト部３２に流れ込むため、この領域の温度が特に低下してしまうこととなる。すなわち、連結部４０付近の領域の温度と、連結部４０から離隔した領域の温度との間に、大きな差が生じてしまう。
【００６３】
これに対して、本実施形態のように支持台３３に断熱部４１が設けられていると、支持台３３の上方領域からシャフト部３２へと流れ込む熱流が、図５および図６中の矢印Ｄに示すように、断熱部４１の外径側縁を迂回してシャフト部３２へ流れ込む熱流と、断熱部４１の内径側縁を迂回してシャフト部３２へ流れ込む熱流とに分散されることとなる。且つ、内径側または外径側を流れるように分散されたそれぞれの熱流は、図７および図８の領域Ｂに生じる熱流よりも、小さくなる。すなわち、図５および図６中の領域Ａの温度が大きく低下することが防止される。これにより、支持台３３の上部に生じる温度差ΔＴを、比較的小さく抑えることができるため、シャフト部３２を介して支持台３３の抜熱をした場合における支持台３３上部の均熱性を確保することができる。
【００６４】
また、本実施形態によれば、断熱部４１は、連結部４０より小さい内径と、連結部４０より大きい外径とを有する円環形状に形成されている。これにより、円筒状のシャフト部３２の周方向のすべての位置において断熱部４１が設けられる構成となるため、支持台３３の温度を面内においてより均一に維持することができる。したがって、より被処理基板におけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。また、支持台３３からシャフト部３２へと流れ込む熱流が、断熱部４１の内径側縁を迂回する流れと、外径側縁を迂回する流れとに分散されることとなる。したがって、シャフト部３２を介して支持台３３から抜熱した場合において、支持台３３の均熱性をより効果的に確保することが可能となる。
【００６５】
なお、断熱部４１は、その内部が空気で満たされた空隙によって構成されていてもよい。こうすることによっても、安価に構成することができる。
【００６６】
次に、本発明の他の実施形態に係る被処理基板支持構造５１について、図９および図１０を用いて説明する。なお、上記実施形態と同様の部材に関しては同じ符号を付し、詳しい説明を省略する。
【００６７】
図９および図１０を参照して、本発明の他の実施形態に係る被処理基板支持構造５１は、上記実施形態に係るシャフト部と、シャフト部３２の上端に連結される支持台５３とを備える。
【００６８】
支持台５３は、上記実施形態と同様に、シャフト部３２との連結部４０から上方に離隔した位置において、空隙からなる断熱部４１を有する。支持台５３は、シャフト部３２側に位置する第一の円板状部分５４と、第一の円板状部分５４の上方側に位置し、その上に被処理基板Ｗを載置するようにして支持する第二の円板状部分５５と、第一の円板状部分５４および第二の円板状部分５５の間に介在し、被処理基板Ｗを吸着支持する吸着支持機構である静電チャック３５とを含む。ここで、第一の円板状部分５４を構成する部材の熱伝導率λ４は、第二の円板状部分５５を構成する部材の熱伝導率λ５よりも高く構成する。
【００６９】
このように構成することにより、被処理基板Ｗを載置する上層側の部分において、熱の伝導をより効率的にし、支持台５３の温度を面内においてより均一に維持することができる。したがって、被処理基板Ｗにおけるプラズマ処理の面内均一性を良好にすることができる。これについて、説明する。
【００７０】
図１１および図１２を用いて、本実施形態に係る被処理基板支持構造５１において、シャフト部３２から支持台５３の抜熱を行った場合における温度分布のシミュレーション結果について説明する。図１１は、シャフト部から支持台の抜熱を行った場合における温度分布のシミュレーション結果を示す図であって、図１０に示す領域に対応する。図１１に示すシミュレーション結果を、所定の領域毎に分割して示した図である。
【００７１】
このシミュレーション試験においては、第一の円板状部材５４の熱伝導率λ４＝１７０[Ｗ／ｍ・Ｋ]、第二の円板状部分５５の熱伝導率λ５＝１００[Ｗ／ｍ・Ｋ]とし、それ以外の条件については、図５に示すシミュレーションと同様とした。
【００７２】
図１１および図１２を参照して、シャフト部３２から抜熱を行うと、第一の円板状部材５４において、断熱部４１の内径側端部および外径側端部の下方領域に急な温度差が形成され、断熱部４１の上方領域においては、温度差が小さくなっている。このときの支持台５３の上部表面における最大温度Ｔｍａｘは、Ｔｍａｘ＝１００．６℃であり、最小温度Ｔｍｉｎは、Ｔｍｉｎ＝９９．５７℃であった。すなわち温度差ΔＴは、ΔＴ＝１．０３℃であった。
【００７３】
このように、本実施形態に係る被処理基板支持構造５１は、シャフト部３２から支持台５３の抜熱をした場合における支持台５３上部に生じる温度差ΔＴを、さらに小さくすることができた。すなわち、上記実施形態と同様に、断熱部４１が設けられていることによって、シャフト部３２へと流れ込む熱流が分散されることとなるため、支持台５３上部に生じる温度差ΔＴを小さく抑えることができる。さらに、シャフト部３２に係る第一の熱伝導率λ１と、第一の円板状部材５４に係る第四の熱伝導率λ４とを同等に設定したことによって、支持台５３からシャフト部３２への熱伝導効率がより高められ、温度差ΔＴをより小さくすることができたものと考えられる。すなわち、本実施形態によれば、上記構成を備えることから、シャフト部３２を介して支持台５３から均一に抜熱することが可能である。
【００７４】
なお、静電チャック３５の上方に配置されている第二の円板状部材５５は、他の特性、例えば、電気抵抗率ρを有する材料によって構成されている。この電気抵抗率ρが大きすぎると、被処理基板Ｗにおける残留電荷が高くなり、好ましくない。また、この電気抵抗値ρが小さすぎると、リーク電流が発生するおそれが高くなることになり、好ましくない。したがって、適切な電気抵抗率ρが採用される。また、誘電率についても、吸着力と相関関係があるため、要求される吸着力との関係において、適切な誘電率のものが採用される。
【００７５】
なお、上記した実施形態においては、支持台が、円環状に連なるように設けられた一つの断熱部を有する場合について述べたが、これに限らず、断熱部が複数に分割されている構成であってもよい。図１３〜図１５に本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造６１、７１を示す。
【００７６】
図１３および図１４を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造６１は、支持台６３において、内径側に位置する円環状の第一断熱部６４と、第一断熱部６４の外径側に位置する円環状の第二断熱部６５と、第二断熱部６５の外径側に位置する円環状の第三断熱部６６とを有する。すなわち、断熱部は、シャフト部の外径よりも大きい内径である第一の円環状部分と、シャフト部の内径よりも小さい外径である第二の円環状部分とを含む構成である。この実施形態に係る断熱部は、図２〜図４に示す断熱部４１を、径方向に三つに分割した構成となっている。
【００７７】
また、図１５を参照して、本発明のさらに他の実施形態に係る被処理基板支持構造７１は、支持台７３において、第一断熱部７４、第二断熱部７５、第三断熱部７６、第四断熱部７７、第五断熱部７８、第六断熱部７９、および第七断熱部８０の七個の断熱部が、周方向に配列するように設けられている。すなわち、この実施形態に係る断熱部は、図２〜図４に示す断熱部４１を、周方向に七つに分割した構成となっている。
【００７８】
このように、断熱部が支持台に複数設けられている構成であっても、本願発明の効果を得ることは可能である。すなわち、支持台からシャフト部へと流れ込む熱流は、これら複断熱部の周縁を迂回してシャフト部へと流れ込むように分散されるため、支持台の温度差を小さくすることができるからである。
【００７９】
なお、上記実施形態においては、断熱部を空隙によって構成した場合について述べたが、これに限らず、支持台に係る第二の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料であれば、如何なる材料を適用してもよい。また、断熱部は如何なる形状であってもよい。
【００８０】
また、上記の実施の形態において、支持台を構成する部材よりも熱伝導率の低い他の部材で空隙の内部を満たすよう構成してもよい。
【００８１】
なお、上記の実施の形態においては、円筒状部材から構成されるシャフト部や、円板状部材から構成される支持台については、単一の素材から構成されることとしたが、これに限らず、複数の素材から構成されるようにしてもよい。
【００８２】
また、上記の説明においては、本発明に係る被処理基板支持構造を、マイクロ波を処理容器内に放射するスロットアンテナ板を用いてプラズマを励起するプラズマ処理装置に関して述べた。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、平行平板型、ＥＣＲ型、ＩＣＰ型等といった如何なる半導体製造装置にも適用可能である。
【００８３】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本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。
【符号の説明】
【００８４】
１１ プラズマ処理装置、１２，１１２ 処理容器、１３，１１３ 底壁部、１４ 側壁部、１５ 天壁部、１６ マイクロ波発生装置、１７ 導波管、１８ 誘電体部材、１９ スロットアンテナ板、１９ｓ スロット、２０ 誘電体窓、２０ｓ 下面、２０ｃ 凹部、２１ ガス供給部、２２，３４ ガス供給孔、２３ プラズマ生成装置、３１，５１，６１，７１，１０１ 被処理基板支持構造、３２，１０２ シャフト部、３３，５３，６３，７３，１０３ 支持台、３５ 静電チャック、３６ ヒータ、３９ 冷却装置、４０ 連結部、４１，６４，６５，６６，７４，７５，７６，７７，７８，７９，８０ 断熱部、４２ 底面、４３ 内径側面、４４ 外径側面、４５ 天面、４６ 内周面、４７ 外周面、４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ，４８ｅ，４８ｆ，４８ｇ，４８ｈ 領域、５４ 第一の円板状部分、５５ 第二の円板状部分、５６ 境界部、１０４ 支持台冷却装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に備えられ、被処理基板を支持する被処理基板支持構造であって、
円板状の部材であって、その上に被処理基板を載置するようにして支持する支持台と、
円筒状の部材であって、前記支持台の下方側に一方端部が取り付けられるシャフト部と、
前記支持台内に設けられるヒータとを備え、
前記支持台は、第一の熱伝導率である部材から構成されており、
前記シャフト部は、前記第一の熱伝導率以上の第二の熱伝導率である部材から構成されており、
前記支持台の内部であって、前記シャフト部の一方端部が前記支持台に取り付けられる連結部に対して距離を開けて前記連結部の上側に位置する部分には、前記第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられている、被処理基板支持構造。
【請求項２】
前記断熱部は、円環状である、請求項１に記載の被処理基板支持構造。
【請求項３】
前記断熱部は、前記シャフト部の外径よりも大きい内径である第一の円環状部分と、前記シャフト部の内径よりも小さい外径である第二の円環状部分とを含む、請求項２に記載の被処理基板支持構造。
【請求項４】
前記断熱部は、その内部が空気で満たされた空隙によって構成される、請求項１〜３のいずれかに記載の被処理基板支持構造。
【請求項５】
前記支持台は、前記シャフト部側に位置する第一の円板状部分と、前記第一の円板状部分の上方側に位置し、その上に被処理基板を載置するようにして支持する第二の円板状部分と、前記第一の円板状部分および前記第二の円板状部分の間に介在し、前記被処理基板を吸着支持する吸着支持機構とを含み、
前記第一の円板状部分を構成する部材の熱伝導率は、前記第二の円板状部分を構成する部材の熱伝導率よりも高い、請求項１〜４のいずれかに記載の被処理基板支持構造。
【請求項６】
その内部に被処理基板を収容して、プラズマ処理を行う処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、被処理基板を支持する被処理基板支持構造とを備えるプラズマ処理装置であって、
前記被処理基板支持構造は、円板状の部材であって、その上に被処理基板を載置するようにして支持する支持台と、円筒状の部材であって、前記支持台の下方側に一方端部が取り付けられるシャフト部と、
前記支持台の内部に設けられるヒータとを備え、
前記支持台は、第一の熱伝導率である部材から構成されており、
前記シャフト部は、前記第一の熱伝導率以上の第二の熱伝導率である部材から構成されており、
前記支持台の内部であって、前記シャフト部の一方端部が前記支持台に取り付けられる連結部に対して距離を開けて前記連結部の上側に位置する部分には、前記第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられている、プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記シャフト部の他方端部は、前記処理容器外に配置されており、
前記処理容器外に配置された前記シャフト部の冷却を行う冷却装置を備える、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記冷却装置は、水冷式である、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
被処理基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に備えられ、被処理基板を支持する被処理基板支持構造であって、
円板状の部材であって、その上に被処理基板を載置するようにして支持する支持台と、
円筒状の部材であって、前記支持台の下方側に一方端部が取り付けられるシャフト部と、
前記支持台内に設けられるヒータとを備え、
前記支持台は、第一の熱伝導率である部材から構成されており、
前記シャフト部は、前記第一の熱伝導率以上の第二の熱伝導率である部材から構成されており、
前記支持台の内部であって、前記シャフト部の一方端部が前記支持台に取り付けられる連結部に対して距離を開けて前記連結部の上側に位置する部分には、前記第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられている、被処理基板支持構造。
【請求項２】
前記断熱部は、円環状である、請求項１に記載の被処理基板支持構造。
【請求項３】
前記断熱部は、前記シャフト部の外径よりも大きい内径である第一の円環状部分と、前記シャフト部の内径よりも小さい外径である第二の円環状部分とを含む、請求項２に記載の被処理基板支持構造。
【請求項４】
前記断熱部は、その内部が空気で満たされた空隙によって構成される、請求項１〜３のいずれかに記載の被処理基板支持構造。
【請求項５】
前記支持台は、前記シャフト部側に位置する第一の円板状部分と、前記第一の円板状部分の上方側に位置し、その上に被処理基板を載置するようにして支持する第二の円板状部分と、前記第一の円板状部分および前記第二の円板状部分の間に介在し、前記被処理基板を吸着支持する吸着支持機構とを含み、
前記第一の円板状部分を構成する部材の熱伝導率は、前記第二の円板状部分を構成する部材の熱伝導率よりも高い、請求項１〜４のいずれかに記載の被処理基板支持構造。
【請求項６】
その内部に被処理基板を収容して、プラズマ処理を行う処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、被処理基板を支持する被処理基板支持構造とを備えるプラズマ処理装置であって、
前記被処理基板支持構造は、円板状の部材であって、その上に被処理基板を載置するようにして支持する支持台と、円筒状の部材であって、前記支持台の下方側に一方端部が取り付けられるシャフト部と、
前記支持台の内部に設けられるヒータとを備え、
前記支持台は、第一の熱伝導率である部材から構成されており、
前記シャフト部は、前記第一の熱伝導率以上の第二の熱伝導率である部材から構成されており、
前記支持台の内部であって、前記シャフト部の一方端部が前記支持台に取り付けられる連結部に対して距離を開けて前記連結部の上側に位置する部分には、前記第一の熱伝導率よりも低い第三の熱伝導率である断熱部が設けられている、プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記シャフト部の他方端部は、前記処理容器外に配置されており、
前記処理容器外に配置された前記シャフト部の冷却を行う冷却装置を備える、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記冷却装置は、水冷式である、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図５】
【図７】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図５】
【図７】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１１５２６４（Ｐ２０１３−１１５２６４Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６０７１２（Ｐ２０１１−２６０７１２）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【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２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【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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