載置台構造及びプラズマ成膜装置
【課題】処理容器内の脱気処理を十分に行って高真空にできると共に、高温に耐え得る載置台構造を提供する。
【解決手段】被処理体Ｗに対して金属を含む薄膜を形成するために被処理体を載置する載置台構造３２において、内部にチャック用電極３４と加熱ヒータ３６とが埋め込まれたセラミック製の載置台３８と、載置台の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部１００と、フランジ部とネジ１２６により接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路４０が形成された金属製の基台部４２と、フランジ部と基台部との間に介在された金属シール部材１３０とを備える。
【解決手段】被処理体Ｗに対して金属を含む薄膜を形成するために被処理体を載置する載置台構造３２において、内部にチャック用電極３４と加熱ヒータ３６とが埋め込まれたセラミック製の載置台３８と、載置台の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部１００と、フランジ部とネジ１２６により接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路４０が形成された金属製の基台部４２と、フランジ部と基台部との間に介在された金属シール部材１３０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して金属を含む薄膜をプラズマを用いて形成するプラズマ成膜装置及びこれに用いる載置台構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスの更なる高集積化及び高微細化の要請より、線幅やホール径が益々微細化されている。そして、配線材料や埋め込み材料としては、従来は主としてアルミニウム合金が用いられていたが、最近は線幅やホール径が益々微細化されて、且つ動作速度の高速化が望まれていることからタングステン（Ｗ）や銅（Ｃｕ）等も用いられる傾向にある。
【０００３】
また、上記Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ等の金属材料を配線材料やコンタクトのためのホールの埋め込み材料として用いる場合には、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２ ）等の絶縁材料と上記金属材料との間で例えばシリコンの拡散が生ずることを防止したり、膜の密着性を向上させる目的で、上記絶縁層や下層の導電層との間の境界部分にバリヤ層を介在させることが行われており、このバリヤ層としてはＴａ膜、ＴａＮ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜等が広く知られている。そして、上記Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属を含む薄膜の形成は一般的にはプラズマ成膜装置を用いてプラズマスパッタ法により行われる（例えば特許文献１又は２）。
【０００４】
このプラズマ成膜装置では、例えば真空引き可能になされた処理容器内に、チャック用電極と加熱ヒータを内蔵する載置台が設けられており、この載置台上に半導体ウエハを載置してこれをチャック用電極に印加した高電圧により発生する静電力で吸着保持し、この状態でプラズマにより金属ターゲットから発生した金属イオンを高周波のバイアス電力によって載置台側へ引き寄せることによって上記半導体ウエハ上に例えば金属の薄膜を形成するようになっている。そして、上記載置台には、上記した加熱ヒータと冷却ジャケットが設けられており、上記プラズマ側より半導体ウエハに対して供給される熱量の大小に応じて上記加熱ヒータと冷却ジャケットとをそれぞれ調整し、半導体ウエハが常に成膜に最適な温度を維持するようにコントロールされる。
【０００５】
この場合、図１０に示す従来の載置台構造のように、上記載置台２は上記冷却ジャケット４を有する金属製の基台部６と、この基台部６上に設置される薄いセラミックヒータ８とよりなり、このセラミックヒータ８内にチャック用電極１０と加熱ヒータ１２とが埋め込まれており、この上に半導体ウエハＷを載置して静電力により吸着保持する。そして、上記セラミックヒータ８は、上記基台部６の上面に接着剤１４により強固に取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５０８１６号公報
【特許文献２】特開２００７−２１４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のような装置例にあっては、設計基準がそれ程厳しくない従来にあっては特に問題は生じなかったが、微細化及び高集積化がより進んで設計基準がより厳しくなると、形成される金属膜に対する品質乃至特性についてもより高いものが求められる。例えば成膜される金属膜に対しては、異種の金属や元素が混入する汚染を防止するために、処理容器内の表面や内部構造物の表面等に付着している不純物を、成膜処理に先立って処理容器内を高真空に真空引きすることによってアウトガスとして排出するようにしているが、上記接着剤１４からは常にシリコン化合物であるシロキサン等の不純物ガスがアウトガスとして脱気していので、処理容器内を高真空状態にすることができず、従って、処理容器内を清浄な状態にすることが困難であった。
【０００８】
また、上述したように薄膜の品質や特性を高めるために、例えば４００℃程度の高いプロセス温度下で成膜処理を行うことも要請されるが、上記接着剤の耐熱温度はかなり低くて例えば８０℃程度であるので、この接着剤を用いることができない、といった問題もあった。
【０００９】
また、載置台の上面に、溶射によってチャック電極や加熱ヒータを埋め込むようにした載置台構造も知られてはいるが、この場合にも、この容射部分の耐熱温度はせいぜい８０℃程度であり、上述したような高温に耐えることはできない。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理容器内の脱気処理を十分に行って高真空にできると共に、高温に耐え得る載置台構造及びプラズマ成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、被処理体に対して金属を含む薄膜を形成するために前記被処理体を載置する載置台構造において、内部にチャック用電極と加熱ヒータとが埋め込まれたセラミック製の載置台と、前記載置台の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部と、前記フランジ部とネジにより接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路が形成された金属製の基台部と、前記フランジ部と前記基台部との間に介在された金属シール部材と、を備えたことを特徴とする載置台構造である。
【００１２】
このように、金属を含む薄膜を形成するための被処理体を載置する載置台構造を、内部にチャック用電極と加熱ヒータとが埋め込まれたセラミック製の載置台と、載置台の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部と、フランジ部とネジにより接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路が形成された金属製の基台部と、フランジ部と基台部との間に介在された金属シール部材とにより構成するようにしたので、処理容器内の脱気処理を十分に行って高真空にできると共に、高温に耐え得ることが可能となる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記フランジ部は、前記載置台の下面より下方へ延在させて設けられていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記基台部は、円板状のベース板と、前記ベース板上に設けられて内部に前記冷媒通路が形成されると共に前記フランジ部の内側に位置された冷却ジャケット部と、よりなることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記冷却ジャケット部は、水平方向に沿って上下に２分割された２つのブロック体よりなることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記２つのブロック体の内、上方に位置する上ブロック体は、下方に位置する下ブロック体側から弾発部材により上方へ付勢されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記弾発部材には、断熱材料よりなる押し上げピンが介在されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項５又は６の発明において、前記上ブロック体と前記下ブロック体との対向面には、互いに嵌め合わされる凹凸部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記上ブロック体と前記下ブロック体との対向面間の隙間は、熱伝達を緩和するための気体熱伝導緩和層として形成されていることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の前記載置台は、中空状になされた金属製の支柱により支持されていることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記支柱内には、前記冷媒通路に接続された冷媒管が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項９又は１０の発明において、前記基台部の中央部には、前記中空状の支柱内に連通される貫通孔が形成されていることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１１の発明において、前記支柱内及び貫通孔内には、前記チャック用電極に接続される電極ライン、前記加熱ヒータに接続される給電ライン、前記載置台の温度を測定する熱電対ライン及び前記載置台の上面と前記被処理体の下面との間に気体を供給する裏面ガスラインの内のいずれか１以上のラインが挿通させて設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、前記電極ラインは、導電性材料である金属パイプよりなり、前記金属パイプは前記裏面ガスラインとして兼用されていることを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１２又は１３の発明において、前記載置台の下面の中央部には、絶縁材料よりなる中空状のキャップ部が接合されており、前記キャップ部内に前記電極ラインの上端部が挿通されていると共に前記キャップ部の外側に前記給電ラインの上端部及び前記熱電対ラインの上端部が位置されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１５に係る発明は、被処理体に対して金属を含む薄膜を形成するプラズマ成膜装置において、真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するため請求項１乃至１４のいずれか一項に記載された載置台構造と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内へプラズマを発生させるためのプラズマ発生源と、前記金属を含む金属ターゲットと、前記金属ターゲットへ前記ガスのイオンを引きつけるための電圧を供給するターゲット電源と、前記載置台構造のチャック電極に対してバイアス電力を供給するバイアス電源と、前記載置台構造のチャック電極に対してチャック用の電圧を印加するチャック用電源と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る載置台構造及びプラズマ処理装置によれば、次にように優れた作用効果を発揮することができる。
金属を含む薄膜を形成するための被処理体を載置する載置台構造を、内部にチャック用電極と加熱ヒータとが埋め込まれたセラミック製の載置台と、載置台の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部と、フランジ部とネジにより接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路が形成された金属製の基台部と、フランジ部と基台部との間に介在された金属シール部材とにより構成するようにしたので、処理容器内の脱気処理を十分に行って高真空にできると共に、高温に耐え得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の載置台構造を有するプラズマ成膜装置の一例を示す断面図である。
【図２】載置台構造の第１実施例の主要部を示す拡大断面図である。
【図３】載置台構造の第１実施例の主要部を示す組立分解図である。
【図４】図３中のＡ部を示す部分断面図である。
【図５】載置台の凹凸部の断面形状の変形例を示す図である。
【図６】載置台構造の載置台の加熱後の経過時間と温度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の載置台構造の第２実施例の主要部を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の載置台構造の第３実施例の主要部を示す拡大断面図である。
【図９】沿面放電の電圧と沿面放電の距離との関係を示すグラフである。
【図１０】従来の載置台構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る載置台構造及びプラズマ成膜装置の一実施態様を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の載置台構造を有するプラズマ成膜装置の一例を示す断面図、図２は載置台構造の第１実施例の主要部を示す拡大断面図、図３は載置台構造の第１実施例の主要部を示す組立分解図、図４は図３中のＡ部を示す部分断面図である。ここではプラズマ成膜装置としてＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）型プラズマスパッタ装置を例にとって説明する。
【００２２】
まず、このプラズマ成膜装置２０は、図１に示すように例えばアルミニウム等により筒体状に成形された処理容器２２を有している。この処理容器２２は接地され、この底部２４には排気口２６が設けられて、圧力調整を行うスロットルバルブ２８を介して真空ポンプ３０により真空引き可能になされている。
【００２３】
この処理容器２２内には、その上に被処理体としての半導体ウエハＷを載置するために本発明に係る載置台構造３２が設けられる。この載置台構造３２は、内部にチャック用電極３４と加熱ヒータ３６とが埋め込まれたセラミック製の載置台３８と、この載置台３８を支持して内部に冷媒を流すための冷媒通路４０が形成された金属製の基台部４２とにより主に構成されている。この載置台構造３２の詳細については後述する。
【００２４】
この基台部４２は、この下面の中心部より下方へ延びる中空状になされた支柱４４により支持されており、この支柱４４の下部は、上記容器底部２４を貫通している。この支柱４４は金属、例えばステンレススチール、アルミニウム、或いはアルミニウム合金等により形成されている。そして、この支柱４４は、図示しない昇降機構により上下移動可能になされており、上記載置台３８自体を昇降できるようにしている。上記支柱４４を囲むようにして伸縮可能になされた蛇腹状の金属ベローズ４６が設けられており、この金属ベローズ４６は、その上端が上記基台部４２の下面に気密に接合され、また下端が上記容器底部２４の上面に気密に接合されており、処理容器２２内の気密性を維持しつつ上記載置台構造３２の全体の昇降移動を許容できるようになっている。
【００２５】
また容器底部２４には、これより上方に向けて例えば３本（図示例では２本のみ記す）の支持ピン４８が起立させて設けられており、また、この支持ピン４８に対応させて上記載置台構造３２には上下動可能になされたリフタピン５０が設けられている。従って、上記載置台構造３２を降下させた際に、上記支持ピン４８によりリフタピン５０を押し上げてその上端を載置台３８の上面より上方へ突出させ、このリフタピン５０の上端部で半導体ウエハＷを受けて、この半導体ウエハＷを外部より侵入する搬送アーム（図示せず）との間で移載ができるようになっている。このため、処理容器２２の下部側壁には、搬出入口５２が設けられると共にこの搬出入口５２には、搬送アームを侵入させるために開閉可能になされたゲートバルブ５４が設けられており、このゲートバルブ５４の反対側には、例えば真空になされた搬送室５５が連結されている。
【００２６】
また上記載置台３８に設けた上記チャック用電極３４には、支柱４４内に挿通された電極ライン５６を介して高圧直流のチャック用電源５８及び例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を発生する高周波電源よりなるバイアス電源６０がそれぞれ接続されており、半導体ウエハＷを静電力により吸着保持すると共に、上記載置台３８に対してイオン引き込み用の所定のバイアス電力を印加できるようになっている。ここでは上記電極ライン５６は、導電性材料よりなる金属パイプ、例えばステンレススチール製パイプにより構成されている。
【００２７】
また、載置台３８に設けた加熱ヒータ３６には、支柱４４内に挿通された給電ライン６２の一端が接続され、この給電ライン６２の他端は供給電力が制御可能になされたヒータ電源６４に接続されている。また、上記基台部４２の冷媒通路４０には、上記支柱４４内に挿通された２本の冷媒管６６Ａ、６６Ｂが入口側と出力側とにそれぞれ接続されており、上記冷媒通路４０に冷媒、例えばガルデン（登録商標）をコントロールしつつ流すことができるようになっている。
【００２８】
また、上記金属パイプよりなる電極ライン５６は、載置台３８の上面と半導体ウエハＷの下面との間に伝熱性の気体を供給する裏面ガスライン６８と兼用されており、この電極ライン５６の中に流量制御されたガス（気体）を、バックサイドガスとして流すことができるようになっている。このガスとしては、例えばＡｒ等の希ガスを用いることができる。尚、この裏面ガスライン６８を電極ライン５６とは別体で設けるようにしてもよい。更に、この支柱４４内には、載置台３８の温度を測定する熱電対ライン７０が挿通されている。
【００２９】
一方、上記処理容器２２の天井部には、例えば酸化アルミニウム等の誘電体よりなる高周波に対して透過性のある透過板７２がＯリング等のシール部材７４を介して気密に設けられている。そして、この透過板７２の上部に、処理容器２２内の処理空間Ｓに例えばプラズマ励起用ガスとしてのＡｒガスをプラズマ化してプラズマを発生するためのプラズマ発生源７６が設けられる。
【００３０】
尚、このプラズマ励起用ガスとして、Ａｒに代えて他の不活性ガス、例えばＨｅ、Ｎｅ等の希ガスを用いてもよい。具体的には、上記プラズマ発生源７６は、上記透過板７２に対応させて設けた誘導コイル部７８を有しており、この誘導コイル部７８には、プラズマ発生用の例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源８０が接続されて、上記透過板７２を介して処理空間Ｓに高周波を導入できるようになっている。
【００３１】
また上記透過板７２の直下には、導入される高周波を拡散させる例えばアルミニウムよりなるバッフルプレート８２が設けられる。そして、このバッフルプレート８２の下部には、上記処理空間Ｓの上部側方を囲むようにして例えば断面が内側に向けて傾斜されて環状（截頭円錐殻状）になされた金属ターゲット８４が設けられており、この金属ターゲット８４にはＡｒイオンを引きつけるための電圧を供給するターゲット用の可変になされた直流電源よりなるターゲット用電源８６が接続されている。尚、この直流電源に代えて交流電源を用いてもよい。
【００３２】
また、金属ターゲット８４の外周側には、これに磁界を付与するための磁石８８が設けられている。ここでは金属ターゲット８４として高融点金属である例えばＴｉ（チタン）が用いられ、このＴｉはプラズマ中のＡｒイオンにより金属原子、或いは金属原子団としてスパッタされると共に、プラズマ中を通過する際に多くはイオン化される。尚、上記金属ターゲット８４としては、Ｔｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｎ（マンガン）、Ｔａ（タンタル）よりなる群より選択される１の材料を用いることができる。
【００３３】
またこの金属ターゲット８４の下部には、上記処理空間Ｓを囲むようにして例えばアルミニウムよりなる円筒状の保護カバー９０が設けられており、この保護カバー９０は接地されると共に、この下部は内側へ屈曲されて上記載置台３８の側部近傍に位置されている。また処理容器２２の底部２４には、この処理容器２２内へ必要とされる所定のガスを導入するガス導入手段９１が設けられる。具体的には、このガス導入手段９１は、ガス導入口９２を有し、このガス導入口９２からは、プラズマ励起用ガスとして例えばＡｒガスや他の必要なガス例えばＮ２ ガス等が、ガス流量制御器、バルブ等よりなるガス制御部９４を通して供給される。
【００３４】
ここでプラズマ成膜装置２０の各構成部は、例えばコンピュータ等よりなる装置制御部９６に接続されて制御される構成となっている。具体的には装置制御部９６は、バイアス電源６０、プラズマ発生用の高周波電源８０、可変直流電源よりなるターゲット用電源８６、ガス制御部９４、スロットルバルブ２８、真空ポンプ３０等の動作を制御するようになっている。そして、上記装置制御部９６は、上記制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体９８を有している。この記憶媒体９８は、フレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。
【００３５】
次に、本発明の載置台構造３２について詳述する。前述したように、この載置台構造３２は、セラミック製の載置台３８と、これを上面側で支持する金属製の基台部４２とを主に有している。図２及び図３にも示すように、上記載置台３８は全体が薄い円板状のセラミック材により形成され、その内部の上側に上記チャック用電極３４が埋め込まれ、その下部に上記加熱ヒータ３６が埋め込まれており、共に載置台３８の全面に亘って形成されている。このセラミック材としては、ＡｌＮ、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＣ等を用いることができる。
【００３６】
そして、この載置台３８の周辺部の下面には金属製のフランジ部１００が接続されている。このフランジ部１００は、上記下面より下方へ延在されており、このフランジ部１００は、円形のリング状に形成されたフランジ本体１００Ａと、このフランジ本体１００Ａの内周側に接続される高さの低い円筒状の接続リング１００Ｂとにより構成されている。また、このフランジ本体１００Ａと載置台３８の周辺部との間には、吸熱性を高めるために黒アルマイト処理されたアルミニウム材料の円形リング状のプレート１０１が挿入されている。この円形リング状のプレート１０１は、周方向に沿って所定の長さで複数、例えば３分割されており、フランジ部１００にネジ（図示せず）により固定されている。この場合、このプレート１０１と載置台３８との間に僅かな隙間が設けられている。尚、上記分割数は３つに限定されず、また一体形状でもよい。そして、図３中のＡ部を拡大して記す図４にも示すように、上記接続リング１００Ｂの上端部が、上記載置台３８の周辺部の下面に、例えばろう付け材１０２により接続固定されている。またこの接続リング１００Ｂの下端部と上記フランジ本体１００Ａの内周端とは例えば溶接材１０４により接続固定されていると共に、その外周端は上記載置台３８の外周端より半径方向外方へ位置するように長く設定されている。
【００３７】
従って、上記載置台３８と上記フランジ部１００とは一体的に接続固定されていることになる。ここで上記フランジ本体１００Ａの材料は、金属として例えばステンレススチール、アルミニウム、アルミニウム合金等が用いられ、上記接続リング１００Ｂの材料は金属として例えばコバール（登録商標）を用いることができる。
【００３８】
そして、上記載置台３８及びフランジ本体１００Ａの周辺部には、前記リフタピン５０を挿通するためのリフタピン孔１０６がそれぞれ形成されると共に、フランジ本体１００Ａの更に外周側にはネジ孔１０７が形成されている。また、フランジ本体１００Ａの下面の内周側には、その周方向に沿ってリング状にシール溝１０８が形成されている。
【００３９】
また載置台３８の中央部においては、上下方向に貫通させてガス孔１１０が形成されており、このガス孔１１０に対応させて、載置台３８の下面には前記金属パイプよりなる電極ライン５６の上端部が例えばろう付けにより接続され、バックサイドガスを上記ガス孔１１０より放出できるようになっている。そして、この電極ライン５６の上端部からは接続端子１１２が分岐させて設けられると共に、この接続端子１１２の上端は上記チャック用電極３４に接続されており、上記チャック用電極３４にバイアス電圧とチャック用の直流高電圧を必要に応じて印加できるようになっている。
【００４０】
また、この載置台３８の中央部の下面においては、上記給電ライン６２の上端が接続端子１１４を介して上記加熱ヒータ３６に接続されると共に、この下面に前記熱電対ライン７０の上端部である熱電対の測温接点１１６が取り付けられている。尚、上記給電ライン６２は、図示例では１本しか記載していないが、実際には電気を流すために複数本設けられている。
【００４１】
また、上記載置台３８の下方に取り付けられる上記基台部４２は、金属製の円板状のベース板１１８と、このベース板１１８の上に設けられる円板状の冷却ジャケット部１２０とにより主に構成されており、これらのベース板１１８と冷却ジャケット部１２０とは図示しないボルトにより一体的に接続固定されている。上記ベース板１１８及び冷却ジャケット部１２０を構成する金属としては、ステンレススチール、アルミニウム或いはアルミニウム合金等を用いることができる。
【００４２】
上記冷却ジャケット部１２０の直径は、ベース板１１８の直径よりも少し小さく設定され、且つ上記フランジ部１００の内側に密接して納まるような大きさに設定されている。また、この冷却ジャケット部１２０の厚さは、これらを組み付けた時に上記載置台３８の下面に略接することができるような厚さに設定されている。
【００４３】
上記ベース板１１８の中央部の下面には、上記中空状の支柱４４及びこれを囲むベローズ４６の各上端部がそれぞれ溶接等により気密に接合されている。更に、このベース板１１８及び冷却ジャケット部１２０の中央部には、上記各ライン５６、６２、７０を挿通するための貫通孔１２２が上記中空状の支柱４４内に連通させて形成されている。
【００４４】
また、ベース板１１８の周辺部には、前記リフタピン５０が上下方向へ出没可能に設けられると共に、このリフタピン５０の外周側には上記フランジ本体１００Ａのネジ孔１０７に連通するネジ穴１２４が形成されており、ネジ１２６により上記フランジ本体１１０Ａとベース板１１８とを接続固定して一体的に組み付けることができるようになっている。このネジ１２６は、フランジ本体１００Ａの周方向に沿って例えば１５本程度設けられている。そして、上記リフタピン５０の内周側には、上記フランジ本体１００Ａのシール溝１０８に対向するようにしてシール溝１２８が周方向に沿ってリング状に設けられている。そして、このシール溝１０８、１２８に沿って本発明の特徴とするリング状の金属シール部材１３０が嵌装されており、上記フランジ本体１００Ａとベース板１１８との間を気密にシールできるようになっている。
【００４５】
このようにフランジ部１００と基台部３８の間に介在された金属シール部材１３０により、上記支柱４４内が大気圧になされても、高温に耐え且つ高真空に耐え得るシール性を実現することが可能となる。この金属シール部材１３０としては、例えばアルミニウムの被覆をもったステンレススチール製のメタルシールを用いることができる。
【００４６】
また上記冷却ジャケット部１２０には、前述したように、冷媒通路４０がその全面に亘って形成されており、この冷媒通路４０の入口及び出口には、支柱４４内を挿通された前記冷媒管６６Ａ、６６Ｂがそれぞれ接続されて冷却用の冷媒を流すようになっている。そして、この冷却ジャケット部１２０は、水平方向に沿って上下に２分割されて２つのブロック体、すなわち上ブロック体１３２Ａと下ブロック体１３２Ｂとに分けられており、下ブロック体１３２Ｂに上記冷却通路４０が設けられている。
【００４７】
ここで上記冷却ジャケット部１２０の分割面、すなわち上ブロック体１３２Ａと下ブロック体１３２Ｂの両対向面には、互いに遊嵌状態で嵌め合わされる凹凸部１３４Ａ、１３４Ｂがその周方向に沿って例えば同心円状に形成されており、その伝熱面積（対向面積）が大きくなるように設計されている。尚、これらの凹凸部１３４Ａ、１３４Ｂは同心円状でなく、例えば直線状に並列させて設けるようにしてもよいし、その配列方向は特に限定されない。またここでは上記凹凸部１３４Ａ、１３４Ｂは断面方形状に形成されているが、これに限定されず、この凹凸部１３４Ａ、１３４Ｂの断面形状を図５（Ａ）に示すように断面三角形のジグザグ形状や図５（Ｂ）に示すようにサイン曲線のような蛇行形状としてもよく、いずれにしても伝達面積を広くし得るならば、その断面形状は問わない。
【００４８】
そして、上記下ブロック体１３２Ｂの上面の周辺部にはバネ凹部１３６が形成されている。このバネ凹部１３６は、下ブロック体１３２Ｂの周方向に沿って複数個、例えば４個程度等間隔で設けられている。そして、各バネ凹部１３６内には弾発部材として例えばコイルバネ１３８が収容されると共に、このコイルバネ１３８には押し上げピン１４０が嵌装されており、この押し上げピン１４０により上ブロック体１３２Ａを上方へ付勢して押し上げ、この上ブロック体１３２Ａの上面を上記載置台３８の下面へ密接状態で接触させ得るようになっている。尚、上記弾発部材としてはコイルバネに限定されず、板バネ、皿バネ等を用いてもよい。ここで上記押し上げピン１４０は、断熱材料、例えばＺｒＯ２ により形成されており、押し上げピン１４０の接触部分の熱伝導性が局部的に高くなることを防止している。
【００４９】
このように、押し上げピン１４０で上記上ブロック体１３２Ａを上方へ押し上げた結果、上記上ブロック体１３２Ａと下ブロック体１３２Ｂとの対向面間には僅かな隙間が生じ、この隙間部分には大気圧の空気が中空状の支柱４４内を介して侵入してくるので、上記隙間は上下方向への熱伝達を緩和するための気体熱伝導緩和層１４２として機能することになる。この気体熱伝導緩和層１４２により、半導体ウエハＷの裏面側を面内均一に熱伝導して均一に冷却することが可能となり、半導体ウエハＷが局所的に冷却されることを防止することができるようになっている。
【００５０】
そして、上記載置台３８の周辺部の外側には、例えばアルミナ等よりなる断面四角形の断熱材１４４がリング状に設けられており、更にこの断熱材１４４とこの下方の基台部３８の側面を囲むようにして、例えばアルミニウム等よりなるシールド１４６がリング状に設けられている。
【００５１】
次に、以上のように構成されたプラズマ成膜装置２０を用いて行われる成膜方法の一例について説明する。まず装置制御部９６の支配下で、真空ポンプ３０を動作させることにより真空にされた処理容器２２内に何らガスを流すことなくこの処理容器２２内の雰囲気を排気して高真空度になるまで真空引きし、この状態をある程度の期間だけ保持する。これにより、処理容器２２の内壁や内部構造物の表面に付着しているガスや水分等を排出してデガス処理が行われる。この時の処理容器２２内の圧力は、後述するように例えば１０−８Ｔｏｒｒ程度の高真空まで真空引きすることができる。
【００５２】
このようにして、デガス処理を完了したならば、この処理容器２２内に搬送室５５側から図示しない搬送アームを用いて半導体ウエハＷを搬入して、これを下方へ降下されている載置台構造３２の載置台３８上に載置し、この載置台構造３２を成膜ポジションまで上昇させる。これと同時に、チャック用電源５８から電極ライン５６を介して載置台３８のチャック用電極３４に直流の高電圧、例えば４０００ボルト程度を印加し、これにより発生する静電力により上記半導体ウエハＷを載置台３８に吸着保持し、半導体ウエハＷの脱落を防止すると共に両者間の熱伝導を良好にして温度コントールを行い易くする。
【００５３】
次に、ガス制御部９４を動作させてＡｒガスを流し、スロットルバルブ２８を制御して処理容器２２内を所定の成膜用の真空度に維持する。その後、ターゲット用電源８６から直流電力を金属ターゲット８４に印加し、更に高周波電源８０より誘導コイル部７８に高周波電力（プラズマ電力）を印加する。これと同時に、ヒータ電源６４も制御されて加熱手段である加熱ヒータ３６に電力を印加することによって半導体ウエハＷを所定の温度に加熱し、例えばこの温度を維持する。
【００５４】
一方、装置制御部９６はバイアス電源６０にも指令を出し、載置台３８のチャック用電極３４に対して所定の高周波、例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス電力を印加する。このように制御された処理容器２２内においては、誘導コイル部７８に印加されたプラズマ電力によりアルゴンプラズマが形成されてアルゴンイオンが生成され、これらイオンは金属ターゲット８４に印加された電圧に引き寄せられて金属ターゲット８４に衝突し、この金属ターゲット８４がスパッタされて金属粒子が放出される。
【００５５】
また、スパッタされた金属ターゲット８４からの金属粒子である金属原子、金属原子団はプラズマ中を通る際に多くはイオン化される。ここで金属粒子は、イオン化された金属イオンと電気的に中性な中性金属原子とが混在する状態となって下方向へ飛散して行く。特に、この処理容器２２内の成膜時の圧力は、例えば５ｍＴｏｒｒ程度になされており、これによりプラズマ密度を高めて、金属粒子を高効率でイオン化できるようになっている。
【００５６】
そして、金属イオンは、載置台３８のチャック用電極３４に印加されたバイアス電力により発生した半導体ウエハＷ面上の厚さ数ｍｍ程度のイオンシースの領域に入ると、強い指向性をもって半導体ウエハＷ側に加速するように引き付けられて半導体ウエハＷに堆積することになる。そして、成膜中においては、プラズマ中から半導体ウエハＷの表面に衝突するイオンにより半導体ウエハＷ自体は加熱されるので、半導体ウエハＷの温度を均一に保つために、プラズマから半導体ウエハＷに入る熱量と、この半導体ウエハＷがこれより下方へ出て行く熱が均衝するように加熱ヒータ３６からの熱供給量を制御する。
【００５７】
例えば半導体ウエハＷの温度を一定に保つためにプラズマから半導体ウエハＷへの入熱量が少なくなれば、その分、加熱ヒータ３２から供給する熱量を増大させ、逆にプラズマからの入熱量が多過ぎれば、その分、加熱ヒータ３２から供給する熱量を減少させる。また基台部４２の冷却ジャケット部１２０の冷媒通路４０には常に冷媒を流して冷却ジャケット部１２０自体を冷却しており、上記加熱ヒータ３６側に発生している余分な熱を取り除いて半導体ウエハＷの温度のコントロールを行い易くしている。
【００５８】
ここで、載置台３８を支持する中空状の支柱４４の下端は大気に開放されているので、この支柱４４内及び載置台３８の下方の領域は大気圧状態になされており、冷却ジャケット部１２０を構成する上下ブロック体１３２Ａ、１３２Ｂの隙間も大気圧雰囲気になって、この隙間が気体熱伝導緩和層１４２となっている。従って、上方に位置する上ブロック体１３２Ａを局部的に冷却することがなく、この上ブロック体１３２Ａから面内方向に亘って均等に、或いは均一に熱を奪って冷却することができる。
【００５９】
この結果、上ブロック体１３２Ａは面内方向において温度が均一になされているので、この上方に位置する載置台３８の面内方向の温度を均一にでき、更に、この載置台３６の上面に載置されている半導体ウエハＷの温度の面内温度を均一に維持することができる。そして、上記上ブロック体１３２Ａは、断熱性材料よりなる押し上げピン１４０により上方へ付勢されているので、この上記上ブロック体１３２Ａの上面と載置台３８の下面とが面で接触するので、両者間の熱伝導は非常に良好な状態となっている。
【００６０】
この場合、上ブロック体１３２Ａの温度はプロセス温度である例えば４００℃程度の高温になるが、上記気体熱伝導緩和層１４２を間に挟んで位置する下ブロック体１３２Ｂの温度は、例えば５０〜６０℃程度である。また、上記気体熱伝導緩和層１４２を区画する上下ブロック体１３２Ａ、１３２Ｂの対向面は凹凸状になされて伝熱面積が広くなされているので、上述のように温度の面内均一性を維持しつつ両者間の効率的な熱伝導及び熱伝達を行うことができる。
【００６１】
また、上述のように気体熱伝導緩和層１４２の機能により、上ブロック体１３２Ａが局部的に冷却されることがないので、この上のセラミック製の載置台３８も局部的に冷却されることがなくなり、これにより破損を防止することができる。また、このように載置台３８の破損を防止できるので、載置台３８の急速な昇温が可能となり、その分、半導体ウエハ処理のスループットを向上させることができる。
【００６２】
更には、上述のように上ブロック体１３２Ａや載置台３８及びこれに接続されるフランジ部１００も４００℃程度の高温になるが、このフランジ部１００とこの下部のベース板１１８との間は耐熱性の金属シール部材１３０によりシールされているので、Ｏリングを用いた場合とは異なって耐熱性があり、処理容器２２内の気密性を高く維持することができる。
【００６３】
また、この金属シール部材１３０を用いていることから、成膜処理の前に行われる前述したようなデガス処理の場合にも処理容器２２内を高真空、例えば１０−８Ｔｏｒｒ程度まで真空引きすることができる。従って、デガス処理（脱気処理）を十分に行うことができるので、コンタミ（汚染）のない純粋な金属膜を形成することができる。この点に関して、実験の結果、シール部材としてＯリングを用いた従来のプラズマ処理装置ではせいぜい１０−４Ｔｏｒｒ程度までしか真空引きできなかったが、本発明装置のように金属シール部材（メタルシール）１３０を用いた場合には略１０−８Ｔｏｒｒ程度の高真空を達成することができた。
【００６４】
このように、本発明によれば、金属を含む薄膜を形成するための被処理体、例えば半導体ウエハＷを載置する載置台構造を、内部にチャック用電極３４と加熱ヒータ３６とが埋め込まれたセラミック製の載置台３８と、載置台３８の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部１００と、フランジ部１００とネジ１２６により接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路４０が形成された金属製の基台部４２と、フランジ部１００と基台部４２との間に介在された金属シール部材１３０とにより構成するようにしたので、処理容器２２内の脱気処理を十分に行って高真空にできると共に、高温に耐え得ることができる。
【００６５】
＜本発明の載置台構造の昇温実験＞
ここで本発明に係る載置台構造の昇温実験を行ったので、その評価結果について説明する。図６は載置台構造の載置台の加熱後の経過時間と温度との関係を示すグラフである。ここでは載置台の加熱ヒータ３６の電流は、上限値である１５Ａ以下を維持した。
【００６６】
図６に示すグラフによれば、載置台３８の温度を載置台３８の加熱の開始から略６５分程度で常温から３５０℃まで昇温することができ、略５℃／ｍｉｎの昇温レートを達成できた。従って、この載置台構造によれば、半導体ウエハ処理のスループットを大幅に向上できることが判った。ちなみに、従来のプラズマ成膜装置の場合には、載置台を急速昇温するとセラミック製の載置台に割れが生じたので、昇温レートはせいぜい２〜３℃／ｍｉｎ程度であり、上記したように本発明の優位性が判った。
【００６７】
＜第２実施例＞
次に本発明の載置台構造の第２実施例について説明する。図７は本発明の載置台構造の第２実施例の主要部を示す拡大断面図である。尚、図７において図２に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６８】
先の第１実施例の場合には、冷却ジャケット部１２０を上下に上ブロック体１３２Ａと下ブロック体１３２Ｂとに２分割したが、これに限定されず、図７に示すように、冷却ジャケット部１２０を分割されていない一体構造としてもよい。この場合には、上記冷却ジャケット部１２０の上面と載置台３８の下面との間に僅かな隙間を設け、ここに平面状に気体熱伝導緩和層１４２を形成するようにする。
【００６９】
この場合には、上記冷却ジャケット部１２０の上面と載置台３８の下面との間の伝熱面積は、先の第１実施例の場合よりは少なくなるが、第１実施例と略同様な作用効果を発揮することができる。
【００７０】
＜第３実施例＞
次に本発明の載置台構造の第３実施例について説明する。図８は本発明の載置台構造の第３実施例の主要部を示す拡大断面図、図９は沿面放電の電圧と沿面放電の距離との関係を示すグラフである。尚、図８において図２に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００７１】
先の実施例１、２の場合には、例えば４０００ボルトもの直流高圧が印加される電極ライン５６と略ゼロ電位に近い熱電対ライン７０や給電ライン６２との間で、これらの各ラインの上端と載置台３８の下面との接続部において、載置台３８の下面に沿って放電が発生する沿面放電が生ずる恐れがある。このため、先の第１及び第２実施例においては、冷却ジャケット部１２０の中央部に設けた貫通孔１２２の直径Ｈ１（図２参照）を比較的大きく設定し、上記電極ライン５６と他のライン、すなわち熱電対ライン７０や給電ライン６２との間の距離を、上記沿面放電が生じないような距離まで離間させて設けなければならなかった。
【００７２】
そのため、直径Ｈ１が大きくなるので、その分、冷却ジャケット部１２０の有効面積が少なくなって熱的に不感帯となる部分が増大し、この上側に位置する載置台３８の中心部に対する冷却効果が低下し、半導体ウエハＷに対する面内温度の均一性を劣化させる危惧がある。この場合、図９に示すグラフより、沿面放電を防止するためには、例えば４０００ボルトが印加される電極ライン５６と他のラインとの間を１６ｍｍ以上離間させる必要があることが判る。
【００７３】
そこで、この第３実施例では、図８に示すように、上記載置台３８の下面の中央部に、絶縁材料よりなる中空状のキャップ部１５０が接着剤等により接合させて設けられている。そして、このキャップ部１５０内に上記電極ライン５６の上端部を挿通して沿面放電が生ずることを防止するようになっている。このキャップ部１５０を構成する絶縁材料としては、例えばＡｌＮ等のセラミック材を用いることができ、この直径は例えば５ｃｍ程度である。そして、このキャップ部１５０の外側に上記給電ライン６２の上端部や熱電対ライン７０の上端部を位置させている。
【００７４】
この結果、上記電極ライン５６の上端と、他のライン、すなわち給電ライン６２や熱電対ライン７０の上端との間の距離を小さくすることができるので、その分、貫通孔１２２の直径Ｈ２の大きさを小さくできる。従って、冷却ジャケット部１２０の有効面積を増加させることができるので熱的に不感帯となる部分が少なくなり、半導体ウエハＷの面内温度の均一性を高めることができる。
【００７５】
尚、この場合にも、他の点においては第１実施例と同様な作用効果を発揮することができるのは勿論であり、この第３実施例の内容を第２実施例にも適用することができる。また、上記各実施例においては、金属を含む薄膜として金属膜であるＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、Ｃｕ膜、Ｔａ膜等の他の金属膜、これらの金属の窒化膜や酸化膜等の薄膜を形成する場合にも本発明を適用することができるのは勿論である。
【００７６】
また、ここでは載置台構造として、ここでは支柱を設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、支柱を設けないで基台部を直接的に容器底部に設置するようにした載置台構造にも本発明を適用することができる。
【００７７】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
２０ プラズマ成膜装置
２２ 処理容器
３２ 載置台構造
３４ チャック用電極
３６ 加熱ヒータ
３８ 載置台
４０ 冷媒通路
４２ 基台部
４４ 支柱
５６ 電極ライン
５８ チャック用電源
６０ バイアス電源
６２ 給電ライン
６８ 裏面ガスライン
７４ シール部材
７６ プラズマ発生源
８４ 金属ターゲット
８６ ターゲット用電源
９１ ガス導入手段
１００ フランジ部
１１８ ベース板
１２０ 冷却ジャケット部
１３０ 金属シール部材
１３２Ａ 上ブロック体
１３２Ｂ 下ブロック体
１３４Ａ，１３４Ｂ 凹凸部
１３８ コイルバネ（弾発部材）
１４０ 押し上げピン
１４２ 気体熱伝導緩和層
１５０ キャップ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して金属を含む薄膜をプラズマを用いて形成するプラズマ成膜装置及びこれに用いる載置台構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスの更なる高集積化及び高微細化の要請より、線幅やホール径が益々微細化されている。そして、配線材料や埋め込み材料としては、従来は主としてアルミニウム合金が用いられていたが、最近は線幅やホール径が益々微細化されて、且つ動作速度の高速化が望まれていることからタングステン（Ｗ）や銅（Ｃｕ）等も用いられる傾向にある。
【０００３】
また、上記Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ等の金属材料を配線材料やコンタクトのためのホールの埋め込み材料として用いる場合には、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２ ）等の絶縁材料と上記金属材料との間で例えばシリコンの拡散が生ずることを防止したり、膜の密着性を向上させる目的で、上記絶縁層や下層の導電層との間の境界部分にバリヤ層を介在させることが行われており、このバリヤ層としてはＴａ膜、ＴａＮ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜等が広く知られている。そして、上記Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属を含む薄膜の形成は一般的にはプラズマ成膜装置を用いてプラズマスパッタ法により行われる（例えば特許文献１又は２）。
【０００４】
このプラズマ成膜装置では、例えば真空引き可能になされた処理容器内に、チャック用電極と加熱ヒータを内蔵する載置台が設けられており、この載置台上に半導体ウエハを載置してこれをチャック用電極に印加した高電圧により発生する静電力で吸着保持し、この状態でプラズマにより金属ターゲットから発生した金属イオンを高周波のバイアス電力によって載置台側へ引き寄せることによって上記半導体ウエハ上に例えば金属の薄膜を形成するようになっている。そして、上記載置台には、上記した加熱ヒータと冷却ジャケットが設けられており、上記プラズマ側より半導体ウエハに対して供給される熱量の大小に応じて上記加熱ヒータと冷却ジャケットとをそれぞれ調整し、半導体ウエハが常に成膜に最適な温度を維持するようにコントロールされる。
【０００５】
この場合、図１０に示す従来の載置台構造のように、上記載置台２は上記冷却ジャケット４を有する金属製の基台部６と、この基台部６上に設置される薄いセラミックヒータ８とよりなり、このセラミックヒータ８内にチャック用電極１０と加熱ヒータ１２とが埋め込まれており、この上に半導体ウエハＷを載置して静電力により吸着保持する。そして、上記セラミックヒータ８は、上記基台部６の上面に接着剤１４により強固に取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５０８１６号公報
【特許文献２】特開２００７−２１４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のような装置例にあっては、設計基準がそれ程厳しくない従来にあっては特に問題は生じなかったが、微細化及び高集積化がより進んで設計基準がより厳しくなると、形成される金属膜に対する品質乃至特性についてもより高いものが求められる。例えば成膜される金属膜に対しては、異種の金属や元素が混入する汚染を防止するために、処理容器内の表面や内部構造物の表面等に付着している不純物を、成膜処理に先立って処理容器内を高真空に真空引きすることによってアウトガスとして排出するようにしているが、上記接着剤１４からは常にシリコン化合物であるシロキサン等の不純物ガスがアウトガスとして脱気していので、処理容器内を高真空状態にすることができず、従って、処理容器内を清浄な状態にすることが困難であった。
【０００８】
また、上述したように薄膜の品質や特性を高めるために、例えば４００℃程度の高いプロセス温度下で成膜処理を行うことも要請されるが、上記接着剤の耐熱温度はかなり低くて例えば８０℃程度であるので、この接着剤を用いることができない、といった問題もあった。
【０００９】
また、載置台の上面に、溶射によってチャック電極や加熱ヒータを埋め込むようにした載置台構造も知られてはいるが、この場合にも、この容射部分の耐熱温度はせいぜい８０℃程度であり、上述したような高温に耐えることはできない。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理容器内の脱気処理を十分に行って高真空にできると共に、高温に耐え得る載置台構造及びプラズマ成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、被処理体に対して金属を含む薄膜を形成するために前記被処理体を載置する載置台構造において、内部にチャック用電極と加熱ヒータとが埋め込まれたセラミック製の載置台と、前記載置台の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部と、前記フランジ部とネジにより接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路が形成された金属製の基台部と、前記フランジ部と前記基台部との間に介在された金属シール部材と、を備えたことを特徴とする載置台構造である。
【００１２】
このように、金属を含む薄膜を形成するための被処理体を載置する載置台構造を、内部にチャック用電極と加熱ヒータとが埋め込まれたセラミック製の載置台と、載置台の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部と、フランジ部とネジにより接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路が形成された金属製の基台部と、フランジ部と基台部との間に介在された金属シール部材とにより構成するようにしたので、処理容器内の脱気処理を十分に行って高真空にできると共に、高温に耐え得ることが可能となる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記フランジ部は、前記載置台の下面より下方へ延在させて設けられていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記基台部は、円板状のベース板と、前記ベース板上に設けられて内部に前記冷媒通路が形成されると共に前記フランジ部の内側に位置された冷却ジャケット部と、よりなることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記冷却ジャケット部は、水平方向に沿って上下に２分割された２つのブロック体よりなることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記２つのブロック体の内、上方に位置する上ブロック体は、下方に位置する下ブロック体側から弾発部材により上方へ付勢されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記弾発部材には、断熱材料よりなる押し上げピンが介在されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項５又は６の発明において、前記上ブロック体と前記下ブロック体との対向面には、互いに嵌め合わされる凹凸部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記上ブロック体と前記下ブロック体との対向面間の隙間は、熱伝達を緩和するための気体熱伝導緩和層として形成されていることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の前記載置台は、中空状になされた金属製の支柱により支持されていることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記支柱内には、前記冷媒通路に接続された冷媒管が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項９又は１０の発明において、前記基台部の中央部には、前記中空状の支柱内に連通される貫通孔が形成されていることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１１の発明において、前記支柱内及び貫通孔内には、前記チャック用電極に接続される電極ライン、前記加熱ヒータに接続される給電ライン、前記載置台の温度を測定する熱電対ライン及び前記載置台の上面と前記被処理体の下面との間に気体を供給する裏面ガスラインの内のいずれか１以上のラインが挿通させて設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、前記電極ラインは、導電性材料である金属パイプよりなり、前記金属パイプは前記裏面ガスラインとして兼用されていることを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１２又は１３の発明において、前記載置台の下面の中央部には、絶縁材料よりなる中空状のキャップ部が接合されており、前記キャップ部内に前記電極ラインの上端部が挿通されていると共に前記キャップ部の外側に前記給電ラインの上端部及び前記熱電対ラインの上端部が位置されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１５に係る発明は、被処理体に対して金属を含む薄膜を形成するプラズマ成膜装置において、真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するため請求項１乃至１４のいずれか一項に記載された載置台構造と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内へプラズマを発生させるためのプラズマ発生源と、前記金属を含む金属ターゲットと、前記金属ターゲットへ前記ガスのイオンを引きつけるための電圧を供給するターゲット電源と、前記載置台構造のチャック電極に対してバイアス電力を供給するバイアス電源と、前記載置台構造のチャック電極に対してチャック用の電圧を印加するチャック用電源と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る載置台構造及びプラズマ処理装置によれば、次にように優れた作用効果を発揮することができる。
金属を含む薄膜を形成するための被処理体を載置する載置台構造を、内部にチャック用電極と加熱ヒータとが埋め込まれたセラミック製の載置台と、載置台の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部と、フランジ部とネジにより接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路が形成された金属製の基台部と、フランジ部と基台部との間に介在された金属シール部材とにより構成するようにしたので、処理容器内の脱気処理を十分に行って高真空にできると共に、高温に耐え得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の載置台構造を有するプラズマ成膜装置の一例を示す断面図である。
【図２】載置台構造の第１実施例の主要部を示す拡大断面図である。
【図３】載置台構造の第１実施例の主要部を示す組立分解図である。
【図４】図３中のＡ部を示す部分断面図である。
【図５】載置台の凹凸部の断面形状の変形例を示す図である。
【図６】載置台構造の載置台の加熱後の経過時間と温度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の載置台構造の第２実施例の主要部を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の載置台構造の第３実施例の主要部を示す拡大断面図である。
【図９】沿面放電の電圧と沿面放電の距離との関係を示すグラフである。
【図１０】従来の載置台構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る載置台構造及びプラズマ成膜装置の一実施態様を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の載置台構造を有するプラズマ成膜装置の一例を示す断面図、図２は載置台構造の第１実施例の主要部を示す拡大断面図、図３は載置台構造の第１実施例の主要部を示す組立分解図、図４は図３中のＡ部を示す部分断面図である。ここではプラズマ成膜装置としてＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）型プラズマスパッタ装置を例にとって説明する。
【００２２】
まず、このプラズマ成膜装置２０は、図１に示すように例えばアルミニウム等により筒体状に成形された処理容器２２を有している。この処理容器２２は接地され、この底部２４には排気口２６が設けられて、圧力調整を行うスロットルバルブ２８を介して真空ポンプ３０により真空引き可能になされている。
【００２３】
この処理容器２２内には、その上に被処理体としての半導体ウエハＷを載置するために本発明に係る載置台構造３２が設けられる。この載置台構造３２は、内部にチャック用電極３４と加熱ヒータ３６とが埋め込まれたセラミック製の載置台３８と、この載置台３８を支持して内部に冷媒を流すための冷媒通路４０が形成された金属製の基台部４２とにより主に構成されている。この載置台構造３２の詳細については後述する。
【００２４】
この基台部４２は、この下面の中心部より下方へ延びる中空状になされた支柱４４により支持されており、この支柱４４の下部は、上記容器底部２４を貫通している。この支柱４４は金属、例えばステンレススチール、アルミニウム、或いはアルミニウム合金等により形成されている。そして、この支柱４４は、図示しない昇降機構により上下移動可能になされており、上記載置台３８自体を昇降できるようにしている。上記支柱４４を囲むようにして伸縮可能になされた蛇腹状の金属ベローズ４６が設けられており、この金属ベローズ４６は、その上端が上記基台部４２の下面に気密に接合され、また下端が上記容器底部２４の上面に気密に接合されており、処理容器２２内の気密性を維持しつつ上記載置台構造３２の全体の昇降移動を許容できるようになっている。
【００２５】
また容器底部２４には、これより上方に向けて例えば３本（図示例では２本のみ記す）の支持ピン４８が起立させて設けられており、また、この支持ピン４８に対応させて上記載置台構造３２には上下動可能になされたリフタピン５０が設けられている。従って、上記載置台構造３２を降下させた際に、上記支持ピン４８によりリフタピン５０を押し上げてその上端を載置台３８の上面より上方へ突出させ、このリフタピン５０の上端部で半導体ウエハＷを受けて、この半導体ウエハＷを外部より侵入する搬送アーム（図示せず）との間で移載ができるようになっている。このため、処理容器２２の下部側壁には、搬出入口５２が設けられると共にこの搬出入口５２には、搬送アームを侵入させるために開閉可能になされたゲートバルブ５４が設けられており、このゲートバルブ５４の反対側には、例えば真空になされた搬送室５５が連結されている。
【００２６】
また上記載置台３８に設けた上記チャック用電極３４には、支柱４４内に挿通された電極ライン５６を介して高圧直流のチャック用電源５８及び例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を発生する高周波電源よりなるバイアス電源６０がそれぞれ接続されており、半導体ウエハＷを静電力により吸着保持すると共に、上記載置台３８に対してイオン引き込み用の所定のバイアス電力を印加できるようになっている。ここでは上記電極ライン５６は、導電性材料よりなる金属パイプ、例えばステンレススチール製パイプにより構成されている。
【００２７】
また、載置台３８に設けた加熱ヒータ３６には、支柱４４内に挿通された給電ライン６２の一端が接続され、この給電ライン６２の他端は供給電力が制御可能になされたヒータ電源６４に接続されている。また、上記基台部４２の冷媒通路４０には、上記支柱４４内に挿通された２本の冷媒管６６Ａ、６６Ｂが入口側と出力側とにそれぞれ接続されており、上記冷媒通路４０に冷媒、例えばガルデン（登録商標）をコントロールしつつ流すことができるようになっている。
【００２８】
また、上記金属パイプよりなる電極ライン５６は、載置台３８の上面と半導体ウエハＷの下面との間に伝熱性の気体を供給する裏面ガスライン６８と兼用されており、この電極ライン５６の中に流量制御されたガス（気体）を、バックサイドガスとして流すことができるようになっている。このガスとしては、例えばＡｒ等の希ガスを用いることができる。尚、この裏面ガスライン６８を電極ライン５６とは別体で設けるようにしてもよい。更に、この支柱４４内には、載置台３８の温度を測定する熱電対ライン７０が挿通されている。
【００２９】
一方、上記処理容器２２の天井部には、例えば酸化アルミニウム等の誘電体よりなる高周波に対して透過性のある透過板７２がＯリング等のシール部材７４を介して気密に設けられている。そして、この透過板７２の上部に、処理容器２２内の処理空間Ｓに例えばプラズマ励起用ガスとしてのＡｒガスをプラズマ化してプラズマを発生するためのプラズマ発生源７６が設けられる。
【００３０】
尚、このプラズマ励起用ガスとして、Ａｒに代えて他の不活性ガス、例えばＨｅ、Ｎｅ等の希ガスを用いてもよい。具体的には、上記プラズマ発生源７６は、上記透過板７２に対応させて設けた誘導コイル部７８を有しており、この誘導コイル部７８には、プラズマ発生用の例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源８０が接続されて、上記透過板７２を介して処理空間Ｓに高周波を導入できるようになっている。
【００３１】
また上記透過板７２の直下には、導入される高周波を拡散させる例えばアルミニウムよりなるバッフルプレート８２が設けられる。そして、このバッフルプレート８２の下部には、上記処理空間Ｓの上部側方を囲むようにして例えば断面が内側に向けて傾斜されて環状（截頭円錐殻状）になされた金属ターゲット８４が設けられており、この金属ターゲット８４にはＡｒイオンを引きつけるための電圧を供給するターゲット用の可変になされた直流電源よりなるターゲット用電源８６が接続されている。尚、この直流電源に代えて交流電源を用いてもよい。
【００３２】
また、金属ターゲット８４の外周側には、これに磁界を付与するための磁石８８が設けられている。ここでは金属ターゲット８４として高融点金属である例えばＴｉ（チタン）が用いられ、このＴｉはプラズマ中のＡｒイオンにより金属原子、或いは金属原子団としてスパッタされると共に、プラズマ中を通過する際に多くはイオン化される。尚、上記金属ターゲット８４としては、Ｔｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｎ（マンガン）、Ｔａ（タンタル）よりなる群より選択される１の材料を用いることができる。
【００３３】
またこの金属ターゲット８４の下部には、上記処理空間Ｓを囲むようにして例えばアルミニウムよりなる円筒状の保護カバー９０が設けられており、この保護カバー９０は接地されると共に、この下部は内側へ屈曲されて上記載置台３８の側部近傍に位置されている。また処理容器２２の底部２４には、この処理容器２２内へ必要とされる所定のガスを導入するガス導入手段９１が設けられる。具体的には、このガス導入手段９１は、ガス導入口９２を有し、このガス導入口９２からは、プラズマ励起用ガスとして例えばＡｒガスや他の必要なガス例えばＮ２ ガス等が、ガス流量制御器、バルブ等よりなるガス制御部９４を通して供給される。
【００３４】
ここでプラズマ成膜装置２０の各構成部は、例えばコンピュータ等よりなる装置制御部９６に接続されて制御される構成となっている。具体的には装置制御部９６は、バイアス電源６０、プラズマ発生用の高周波電源８０、可変直流電源よりなるターゲット用電源８６、ガス制御部９４、スロットルバルブ２８、真空ポンプ３０等の動作を制御するようになっている。そして、上記装置制御部９６は、上記制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体９８を有している。この記憶媒体９８は、フレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。
【００３５】
次に、本発明の載置台構造３２について詳述する。前述したように、この載置台構造３２は、セラミック製の載置台３８と、これを上面側で支持する金属製の基台部４２とを主に有している。図２及び図３にも示すように、上記載置台３８は全体が薄い円板状のセラミック材により形成され、その内部の上側に上記チャック用電極３４が埋め込まれ、その下部に上記加熱ヒータ３６が埋め込まれており、共に載置台３８の全面に亘って形成されている。このセラミック材としては、ＡｌＮ、Ａｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＣ等を用いることができる。
【００３６】
そして、この載置台３８の周辺部の下面には金属製のフランジ部１００が接続されている。このフランジ部１００は、上記下面より下方へ延在されており、このフランジ部１００は、円形のリング状に形成されたフランジ本体１００Ａと、このフランジ本体１００Ａの内周側に接続される高さの低い円筒状の接続リング１００Ｂとにより構成されている。また、このフランジ本体１００Ａと載置台３８の周辺部との間には、吸熱性を高めるために黒アルマイト処理されたアルミニウム材料の円形リング状のプレート１０１が挿入されている。この円形リング状のプレート１０１は、周方向に沿って所定の長さで複数、例えば３分割されており、フランジ部１００にネジ（図示せず）により固定されている。この場合、このプレート１０１と載置台３８との間に僅かな隙間が設けられている。尚、上記分割数は３つに限定されず、また一体形状でもよい。そして、図３中のＡ部を拡大して記す図４にも示すように、上記接続リング１００Ｂの上端部が、上記載置台３８の周辺部の下面に、例えばろう付け材１０２により接続固定されている。またこの接続リング１００Ｂの下端部と上記フランジ本体１００Ａの内周端とは例えば溶接材１０４により接続固定されていると共に、その外周端は上記載置台３８の外周端より半径方向外方へ位置するように長く設定されている。
【００３７】
従って、上記載置台３８と上記フランジ部１００とは一体的に接続固定されていることになる。ここで上記フランジ本体１００Ａの材料は、金属として例えばステンレススチール、アルミニウム、アルミニウム合金等が用いられ、上記接続リング１００Ｂの材料は金属として例えばコバール（登録商標）を用いることができる。
【００３８】
そして、上記載置台３８及びフランジ本体１００Ａの周辺部には、前記リフタピン５０を挿通するためのリフタピン孔１０６がそれぞれ形成されると共に、フランジ本体１００Ａの更に外周側にはネジ孔１０７が形成されている。また、フランジ本体１００Ａの下面の内周側には、その周方向に沿ってリング状にシール溝１０８が形成されている。
【００３９】
また載置台３８の中央部においては、上下方向に貫通させてガス孔１１０が形成されており、このガス孔１１０に対応させて、載置台３８の下面には前記金属パイプよりなる電極ライン５６の上端部が例えばろう付けにより接続され、バックサイドガスを上記ガス孔１１０より放出できるようになっている。そして、この電極ライン５６の上端部からは接続端子１１２が分岐させて設けられると共に、この接続端子１１２の上端は上記チャック用電極３４に接続されており、上記チャック用電極３４にバイアス電圧とチャック用の直流高電圧を必要に応じて印加できるようになっている。
【００４０】
また、この載置台３８の中央部の下面においては、上記給電ライン６２の上端が接続端子１１４を介して上記加熱ヒータ３６に接続されると共に、この下面に前記熱電対ライン７０の上端部である熱電対の測温接点１１６が取り付けられている。尚、上記給電ライン６２は、図示例では１本しか記載していないが、実際には電気を流すために複数本設けられている。
【００４１】
また、上記載置台３８の下方に取り付けられる上記基台部４２は、金属製の円板状のベース板１１８と、このベース板１１８の上に設けられる円板状の冷却ジャケット部１２０とにより主に構成されており、これらのベース板１１８と冷却ジャケット部１２０とは図示しないボルトにより一体的に接続固定されている。上記ベース板１１８及び冷却ジャケット部１２０を構成する金属としては、ステンレススチール、アルミニウム或いはアルミニウム合金等を用いることができる。
【００４２】
上記冷却ジャケット部１２０の直径は、ベース板１１８の直径よりも少し小さく設定され、且つ上記フランジ部１００の内側に密接して納まるような大きさに設定されている。また、この冷却ジャケット部１２０の厚さは、これらを組み付けた時に上記載置台３８の下面に略接することができるような厚さに設定されている。
【００４３】
上記ベース板１１８の中央部の下面には、上記中空状の支柱４４及びこれを囲むベローズ４６の各上端部がそれぞれ溶接等により気密に接合されている。更に、このベース板１１８及び冷却ジャケット部１２０の中央部には、上記各ライン５６、６２、７０を挿通するための貫通孔１２２が上記中空状の支柱４４内に連通させて形成されている。
【００４４】
また、ベース板１１８の周辺部には、前記リフタピン５０が上下方向へ出没可能に設けられると共に、このリフタピン５０の外周側には上記フランジ本体１００Ａのネジ孔１０７に連通するネジ穴１２４が形成されており、ネジ１２６により上記フランジ本体１１０Ａとベース板１１８とを接続固定して一体的に組み付けることができるようになっている。このネジ１２６は、フランジ本体１００Ａの周方向に沿って例えば１５本程度設けられている。そして、上記リフタピン５０の内周側には、上記フランジ本体１００Ａのシール溝１０８に対向するようにしてシール溝１２８が周方向に沿ってリング状に設けられている。そして、このシール溝１０８、１２８に沿って本発明の特徴とするリング状の金属シール部材１３０が嵌装されており、上記フランジ本体１００Ａとベース板１１８との間を気密にシールできるようになっている。
【００４５】
このようにフランジ部１００と基台部３８の間に介在された金属シール部材１３０により、上記支柱４４内が大気圧になされても、高温に耐え且つ高真空に耐え得るシール性を実現することが可能となる。この金属シール部材１３０としては、例えばアルミニウムの被覆をもったステンレススチール製のメタルシールを用いることができる。
【００４６】
また上記冷却ジャケット部１２０には、前述したように、冷媒通路４０がその全面に亘って形成されており、この冷媒通路４０の入口及び出口には、支柱４４内を挿通された前記冷媒管６６Ａ、６６Ｂがそれぞれ接続されて冷却用の冷媒を流すようになっている。そして、この冷却ジャケット部１２０は、水平方向に沿って上下に２分割されて２つのブロック体、すなわち上ブロック体１３２Ａと下ブロック体１３２Ｂとに分けられており、下ブロック体１３２Ｂに上記冷却通路４０が設けられている。
【００４７】
ここで上記冷却ジャケット部１２０の分割面、すなわち上ブロック体１３２Ａと下ブロック体１３２Ｂの両対向面には、互いに遊嵌状態で嵌め合わされる凹凸部１３４Ａ、１３４Ｂがその周方向に沿って例えば同心円状に形成されており、その伝熱面積（対向面積）が大きくなるように設計されている。尚、これらの凹凸部１３４Ａ、１３４Ｂは同心円状でなく、例えば直線状に並列させて設けるようにしてもよいし、その配列方向は特に限定されない。またここでは上記凹凸部１３４Ａ、１３４Ｂは断面方形状に形成されているが、これに限定されず、この凹凸部１３４Ａ、１３４Ｂの断面形状を図５（Ａ）に示すように断面三角形のジグザグ形状や図５（Ｂ）に示すようにサイン曲線のような蛇行形状としてもよく、いずれにしても伝達面積を広くし得るならば、その断面形状は問わない。
【００４８】
そして、上記下ブロック体１３２Ｂの上面の周辺部にはバネ凹部１３６が形成されている。このバネ凹部１３６は、下ブロック体１３２Ｂの周方向に沿って複数個、例えば４個程度等間隔で設けられている。そして、各バネ凹部１３６内には弾発部材として例えばコイルバネ１３８が収容されると共に、このコイルバネ１３８には押し上げピン１４０が嵌装されており、この押し上げピン１４０により上ブロック体１３２Ａを上方へ付勢して押し上げ、この上ブロック体１３２Ａの上面を上記載置台３８の下面へ密接状態で接触させ得るようになっている。尚、上記弾発部材としてはコイルバネに限定されず、板バネ、皿バネ等を用いてもよい。ここで上記押し上げピン１４０は、断熱材料、例えばＺｒＯ２ により形成されており、押し上げピン１４０の接触部分の熱伝導性が局部的に高くなることを防止している。
【００４９】
このように、押し上げピン１４０で上記上ブロック体１３２Ａを上方へ押し上げた結果、上記上ブロック体１３２Ａと下ブロック体１３２Ｂとの対向面間には僅かな隙間が生じ、この隙間部分には大気圧の空気が中空状の支柱４４内を介して侵入してくるので、上記隙間は上下方向への熱伝達を緩和するための気体熱伝導緩和層１４２として機能することになる。この気体熱伝導緩和層１４２により、半導体ウエハＷの裏面側を面内均一に熱伝導して均一に冷却することが可能となり、半導体ウエハＷが局所的に冷却されることを防止することができるようになっている。
【００５０】
そして、上記載置台３８の周辺部の外側には、例えばアルミナ等よりなる断面四角形の断熱材１４４がリング状に設けられており、更にこの断熱材１４４とこの下方の基台部３８の側面を囲むようにして、例えばアルミニウム等よりなるシールド１４６がリング状に設けられている。
【００５１】
次に、以上のように構成されたプラズマ成膜装置２０を用いて行われる成膜方法の一例について説明する。まず装置制御部９６の支配下で、真空ポンプ３０を動作させることにより真空にされた処理容器２２内に何らガスを流すことなくこの処理容器２２内の雰囲気を排気して高真空度になるまで真空引きし、この状態をある程度の期間だけ保持する。これにより、処理容器２２の内壁や内部構造物の表面に付着しているガスや水分等を排出してデガス処理が行われる。この時の処理容器２２内の圧力は、後述するように例えば１０−８Ｔｏｒｒ程度の高真空まで真空引きすることができる。
【００５２】
このようにして、デガス処理を完了したならば、この処理容器２２内に搬送室５５側から図示しない搬送アームを用いて半導体ウエハＷを搬入して、これを下方へ降下されている載置台構造３２の載置台３８上に載置し、この載置台構造３２を成膜ポジションまで上昇させる。これと同時に、チャック用電源５８から電極ライン５６を介して載置台３８のチャック用電極３４に直流の高電圧、例えば４０００ボルト程度を印加し、これにより発生する静電力により上記半導体ウエハＷを載置台３８に吸着保持し、半導体ウエハＷの脱落を防止すると共に両者間の熱伝導を良好にして温度コントールを行い易くする。
【００５３】
次に、ガス制御部９４を動作させてＡｒガスを流し、スロットルバルブ２８を制御して処理容器２２内を所定の成膜用の真空度に維持する。その後、ターゲット用電源８６から直流電力を金属ターゲット８４に印加し、更に高周波電源８０より誘導コイル部７８に高周波電力（プラズマ電力）を印加する。これと同時に、ヒータ電源６４も制御されて加熱手段である加熱ヒータ３６に電力を印加することによって半導体ウエハＷを所定の温度に加熱し、例えばこの温度を維持する。
【００５４】
一方、装置制御部９６はバイアス電源６０にも指令を出し、載置台３８のチャック用電極３４に対して所定の高周波、例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス電力を印加する。このように制御された処理容器２２内においては、誘導コイル部７８に印加されたプラズマ電力によりアルゴンプラズマが形成されてアルゴンイオンが生成され、これらイオンは金属ターゲット８４に印加された電圧に引き寄せられて金属ターゲット８４に衝突し、この金属ターゲット８４がスパッタされて金属粒子が放出される。
【００５５】
また、スパッタされた金属ターゲット８４からの金属粒子である金属原子、金属原子団はプラズマ中を通る際に多くはイオン化される。ここで金属粒子は、イオン化された金属イオンと電気的に中性な中性金属原子とが混在する状態となって下方向へ飛散して行く。特に、この処理容器２２内の成膜時の圧力は、例えば５ｍＴｏｒｒ程度になされており、これによりプラズマ密度を高めて、金属粒子を高効率でイオン化できるようになっている。
【００５６】
そして、金属イオンは、載置台３８のチャック用電極３４に印加されたバイアス電力により発生した半導体ウエハＷ面上の厚さ数ｍｍ程度のイオンシースの領域に入ると、強い指向性をもって半導体ウエハＷ側に加速するように引き付けられて半導体ウエハＷに堆積することになる。そして、成膜中においては、プラズマ中から半導体ウエハＷの表面に衝突するイオンにより半導体ウエハＷ自体は加熱されるので、半導体ウエハＷの温度を均一に保つために、プラズマから半導体ウエハＷに入る熱量と、この半導体ウエハＷがこれより下方へ出て行く熱が均衝するように加熱ヒータ３６からの熱供給量を制御する。
【００５７】
例えば半導体ウエハＷの温度を一定に保つためにプラズマから半導体ウエハＷへの入熱量が少なくなれば、その分、加熱ヒータ３２から供給する熱量を増大させ、逆にプラズマからの入熱量が多過ぎれば、その分、加熱ヒータ３２から供給する熱量を減少させる。また基台部４２の冷却ジャケット部１２０の冷媒通路４０には常に冷媒を流して冷却ジャケット部１２０自体を冷却しており、上記加熱ヒータ３６側に発生している余分な熱を取り除いて半導体ウエハＷの温度のコントロールを行い易くしている。
【００５８】
ここで、載置台３８を支持する中空状の支柱４４の下端は大気に開放されているので、この支柱４４内及び載置台３８の下方の領域は大気圧状態になされており、冷却ジャケット部１２０を構成する上下ブロック体１３２Ａ、１３２Ｂの隙間も大気圧雰囲気になって、この隙間が気体熱伝導緩和層１４２となっている。従って、上方に位置する上ブロック体１３２Ａを局部的に冷却することがなく、この上ブロック体１３２Ａから面内方向に亘って均等に、或いは均一に熱を奪って冷却することができる。
【００５９】
この結果、上ブロック体１３２Ａは面内方向において温度が均一になされているので、この上方に位置する載置台３８の面内方向の温度を均一にでき、更に、この載置台３６の上面に載置されている半導体ウエハＷの温度の面内温度を均一に維持することができる。そして、上記上ブロック体１３２Ａは、断熱性材料よりなる押し上げピン１４０により上方へ付勢されているので、この上記上ブロック体１３２Ａの上面と載置台３８の下面とが面で接触するので、両者間の熱伝導は非常に良好な状態となっている。
【００６０】
この場合、上ブロック体１３２Ａの温度はプロセス温度である例えば４００℃程度の高温になるが、上記気体熱伝導緩和層１４２を間に挟んで位置する下ブロック体１３２Ｂの温度は、例えば５０〜６０℃程度である。また、上記気体熱伝導緩和層１４２を区画する上下ブロック体１３２Ａ、１３２Ｂの対向面は凹凸状になされて伝熱面積が広くなされているので、上述のように温度の面内均一性を維持しつつ両者間の効率的な熱伝導及び熱伝達を行うことができる。
【００６１】
また、上述のように気体熱伝導緩和層１４２の機能により、上ブロック体１３２Ａが局部的に冷却されることがないので、この上のセラミック製の載置台３８も局部的に冷却されることがなくなり、これにより破損を防止することができる。また、このように載置台３８の破損を防止できるので、載置台３８の急速な昇温が可能となり、その分、半導体ウエハ処理のスループットを向上させることができる。
【００６２】
更には、上述のように上ブロック体１３２Ａや載置台３８及びこれに接続されるフランジ部１００も４００℃程度の高温になるが、このフランジ部１００とこの下部のベース板１１８との間は耐熱性の金属シール部材１３０によりシールされているので、Ｏリングを用いた場合とは異なって耐熱性があり、処理容器２２内の気密性を高く維持することができる。
【００６３】
また、この金属シール部材１３０を用いていることから、成膜処理の前に行われる前述したようなデガス処理の場合にも処理容器２２内を高真空、例えば１０−８Ｔｏｒｒ程度まで真空引きすることができる。従って、デガス処理（脱気処理）を十分に行うことができるので、コンタミ（汚染）のない純粋な金属膜を形成することができる。この点に関して、実験の結果、シール部材としてＯリングを用いた従来のプラズマ処理装置ではせいぜい１０−４Ｔｏｒｒ程度までしか真空引きできなかったが、本発明装置のように金属シール部材（メタルシール）１３０を用いた場合には略１０−８Ｔｏｒｒ程度の高真空を達成することができた。
【００６４】
このように、本発明によれば、金属を含む薄膜を形成するための被処理体、例えば半導体ウエハＷを載置する載置台構造を、内部にチャック用電極３４と加熱ヒータ３６とが埋め込まれたセラミック製の載置台３８と、載置台３８の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部１００と、フランジ部１００とネジ１２６により接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路４０が形成された金属製の基台部４２と、フランジ部１００と基台部４２との間に介在された金属シール部材１３０とにより構成するようにしたので、処理容器２２内の脱気処理を十分に行って高真空にできると共に、高温に耐え得ることができる。
【００６５】
＜本発明の載置台構造の昇温実験＞
ここで本発明に係る載置台構造の昇温実験を行ったので、その評価結果について説明する。図６は載置台構造の載置台の加熱後の経過時間と温度との関係を示すグラフである。ここでは載置台の加熱ヒータ３６の電流は、上限値である１５Ａ以下を維持した。
【００６６】
図６に示すグラフによれば、載置台３８の温度を載置台３８の加熱の開始から略６５分程度で常温から３５０℃まで昇温することができ、略５℃／ｍｉｎの昇温レートを達成できた。従って、この載置台構造によれば、半導体ウエハ処理のスループットを大幅に向上できることが判った。ちなみに、従来のプラズマ成膜装置の場合には、載置台を急速昇温するとセラミック製の載置台に割れが生じたので、昇温レートはせいぜい２〜３℃／ｍｉｎ程度であり、上記したように本発明の優位性が判った。
【００６７】
＜第２実施例＞
次に本発明の載置台構造の第２実施例について説明する。図７は本発明の載置台構造の第２実施例の主要部を示す拡大断面図である。尚、図７において図２に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６８】
先の第１実施例の場合には、冷却ジャケット部１２０を上下に上ブロック体１３２Ａと下ブロック体１３２Ｂとに２分割したが、これに限定されず、図７に示すように、冷却ジャケット部１２０を分割されていない一体構造としてもよい。この場合には、上記冷却ジャケット部１２０の上面と載置台３８の下面との間に僅かな隙間を設け、ここに平面状に気体熱伝導緩和層１４２を形成するようにする。
【００６９】
この場合には、上記冷却ジャケット部１２０の上面と載置台３８の下面との間の伝熱面積は、先の第１実施例の場合よりは少なくなるが、第１実施例と略同様な作用効果を発揮することができる。
【００７０】
＜第３実施例＞
次に本発明の載置台構造の第３実施例について説明する。図８は本発明の載置台構造の第３実施例の主要部を示す拡大断面図、図９は沿面放電の電圧と沿面放電の距離との関係を示すグラフである。尚、図８において図２に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００７１】
先の実施例１、２の場合には、例えば４０００ボルトもの直流高圧が印加される電極ライン５６と略ゼロ電位に近い熱電対ライン７０や給電ライン６２との間で、これらの各ラインの上端と載置台３８の下面との接続部において、載置台３８の下面に沿って放電が発生する沿面放電が生ずる恐れがある。このため、先の第１及び第２実施例においては、冷却ジャケット部１２０の中央部に設けた貫通孔１２２の直径Ｈ１（図２参照）を比較的大きく設定し、上記電極ライン５６と他のライン、すなわち熱電対ライン７０や給電ライン６２との間の距離を、上記沿面放電が生じないような距離まで離間させて設けなければならなかった。
【００７２】
そのため、直径Ｈ１が大きくなるので、その分、冷却ジャケット部１２０の有効面積が少なくなって熱的に不感帯となる部分が増大し、この上側に位置する載置台３８の中心部に対する冷却効果が低下し、半導体ウエハＷに対する面内温度の均一性を劣化させる危惧がある。この場合、図９に示すグラフより、沿面放電を防止するためには、例えば４０００ボルトが印加される電極ライン５６と他のラインとの間を１６ｍｍ以上離間させる必要があることが判る。
【００７３】
そこで、この第３実施例では、図８に示すように、上記載置台３８の下面の中央部に、絶縁材料よりなる中空状のキャップ部１５０が接着剤等により接合させて設けられている。そして、このキャップ部１５０内に上記電極ライン５６の上端部を挿通して沿面放電が生ずることを防止するようになっている。このキャップ部１５０を構成する絶縁材料としては、例えばＡｌＮ等のセラミック材を用いることができ、この直径は例えば５ｃｍ程度である。そして、このキャップ部１５０の外側に上記給電ライン６２の上端部や熱電対ライン７０の上端部を位置させている。
【００７４】
この結果、上記電極ライン５６の上端と、他のライン、すなわち給電ライン６２や熱電対ライン７０の上端との間の距離を小さくすることができるので、その分、貫通孔１２２の直径Ｈ２の大きさを小さくできる。従って、冷却ジャケット部１２０の有効面積を増加させることができるので熱的に不感帯となる部分が少なくなり、半導体ウエハＷの面内温度の均一性を高めることができる。
【００７５】
尚、この場合にも、他の点においては第１実施例と同様な作用効果を発揮することができるのは勿論であり、この第３実施例の内容を第２実施例にも適用することができる。また、上記各実施例においては、金属を含む薄膜として金属膜であるＴｉ膜を成膜する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、Ｃｕ膜、Ｔａ膜等の他の金属膜、これらの金属の窒化膜や酸化膜等の薄膜を形成する場合にも本発明を適用することができるのは勿論である。
【００７６】
また、ここでは載置台構造として、ここでは支柱を設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、支柱を設けないで基台部を直接的に容器底部に設置するようにした載置台構造にも本発明を適用することができる。
【００７７】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
２０ プラズマ成膜装置
２２ 処理容器
３２ 載置台構造
３４ チャック用電極
３６ 加熱ヒータ
３８ 載置台
４０ 冷媒通路
４２ 基台部
４４ 支柱
５６ 電極ライン
５８ チャック用電源
６０ バイアス電源
６２ 給電ライン
６８ 裏面ガスライン
７４ シール部材
７６ プラズマ発生源
８４ 金属ターゲット
８６ ターゲット用電源
９１ ガス導入手段
１００ フランジ部
１１８ ベース板
１２０ 冷却ジャケット部
１３０ 金属シール部材
１３２Ａ 上ブロック体
１３２Ｂ 下ブロック体
１３４Ａ，１３４Ｂ 凹凸部
１３８ コイルバネ（弾発部材）
１４０ 押し上げピン
１４２ 気体熱伝導緩和層
１５０ キャップ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に対して金属を含む薄膜を形成するために前記被処理体を載置する載置台構造において、
内部にチャック用電極と加熱ヒータとが埋め込まれたセラミック製の載置台と、
前記載置台の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部と、
前記フランジ部とネジにより接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路が形成された金属製の基台部と、
前記フランジ部と前記基台部との間に介在された金属シール部材と、
を備えたことを特徴とする載置台構造。
【請求項２】
前記フランジ部は、前記載置台の下面より下方へ延在させて設けられていることを特徴とする請求項１記載の載置台構造。
【請求項３】
前記基台部は、
円板状のベース板と、
前記ベース板上に設けられて内部に前記冷媒通路が形成されると共に前記フランジ部の内側に位置された冷却ジャケット部と、
よりなることを特徴とする請求項２記載の載置台構造。
【請求項４】
前記冷却ジャケット部は、水平方向に沿って上下に２分割された２つのブロック体よりなることを特徴とする請求項３記載の載置台構造。
【請求項５】
前記２つのブロック体の内、上方に位置する上ブロック体は、下方に位置する下ブロック体側から弾発部材により上方へ付勢されていることを特徴とする請求項４記載の載置台構造。
【請求項６】
前記弾発部材には、断熱材料よりなる押し上げピンが介在されていることを特徴とする請求項５記載の載置台構造。
【請求項７】
前記上ブロック体と前記下ブロック体との対向面には、互いに嵌め合わされる凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の載置台構造。
【請求項８】
前記上ブロック体と前記下ブロック体との対向面間の隙間は、熱伝達を緩和するための気体熱伝導緩和層として形成されていることを特徴とする請求項７記載の載置台構造。
【請求項９】
前記載置台は、中空状になされた金属製の支柱により支持されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の載置台構造。
【請求項１０】
前記支柱内には、前記冷媒通路に接続された冷媒管が設けられていることを特徴とする請求項９記載の載置台構造。
【請求項１１】
前記基台部の中央部には、前記中空状の支柱内に連通される貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項９又は１０記載の載置台構造。
【請求項１２】
前記支柱内及び貫通孔内には、前記チャック用電極に接続される電極ライン、前記加熱ヒータに接続される給電ライン、前記載置台の温度を測定する熱電対ライン及び前記載置台の上面と前記被処理体の下面との間に気体を供給する裏面ガスラインの内のいずれか１以上のラインが挿通させて設けられていることを特徴とする請求項１１記載の載置台構造。
【請求項１３】
前記電極ラインは、導電性材料である金属パイプよりなり、前記金属パイプは前記裏面ガスラインとして兼用されていることを特徴とする請求項１２記載の載置台構造。
【請求項１４】
前記載置台の下面の中央部には、絶縁材料よりなる中空状のキャップ部が接合されており、前記キャップ部内に前記電極ラインの上端部が挿通されていると共に前記キャップ部の外側に前記給電ラインの上端部及び前記熱電対ラインの上端部が位置されていることを特徴とする請求項１２又は１３記載の載置台構造。
【請求項１５】
被処理体に対して金属を含む薄膜を形成するプラズマ成膜装置において、
真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するため請求項１乃至１４のいずれか一項に記載された載置台構造と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内へプラズマを発生させるためのプラズマ発生源と、
前記金属を含む金属ターゲットと、
前記金属ターゲットへ前記ガスのイオンを引きつけるための電圧を供給するターゲット電源と、
前記載置台構造のチャック電極に対してバイアス電力を供給するバイアス電源と、
前記載置台構造のチャック電極に対してチャック用の電圧を印加するチャック用電源と、
を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項１】
被処理体に対して金属を含む薄膜を形成するために前記被処理体を載置する載置台構造において、
内部にチャック用電極と加熱ヒータとが埋め込まれたセラミック製の載置台と、
前記載置台の周辺部の下面に接続された金属製のフランジ部と、
前記フランジ部とネジにより接合されると共に内部に冷媒を流すための冷媒通路が形成された金属製の基台部と、
前記フランジ部と前記基台部との間に介在された金属シール部材と、
を備えたことを特徴とする載置台構造。
【請求項２】
前記フランジ部は、前記載置台の下面より下方へ延在させて設けられていることを特徴とする請求項１記載の載置台構造。
【請求項３】
前記基台部は、
円板状のベース板と、
前記ベース板上に設けられて内部に前記冷媒通路が形成されると共に前記フランジ部の内側に位置された冷却ジャケット部と、
よりなることを特徴とする請求項２記載の載置台構造。
【請求項４】
前記冷却ジャケット部は、水平方向に沿って上下に２分割された２つのブロック体よりなることを特徴とする請求項３記載の載置台構造。
【請求項５】
前記２つのブロック体の内、上方に位置する上ブロック体は、下方に位置する下ブロック体側から弾発部材により上方へ付勢されていることを特徴とする請求項４記載の載置台構造。
【請求項６】
前記弾発部材には、断熱材料よりなる押し上げピンが介在されていることを特徴とする請求項５記載の載置台構造。
【請求項７】
前記上ブロック体と前記下ブロック体との対向面には、互いに嵌め合わされる凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の載置台構造。
【請求項８】
前記上ブロック体と前記下ブロック体との対向面間の隙間は、熱伝達を緩和するための気体熱伝導緩和層として形成されていることを特徴とする請求項７記載の載置台構造。
【請求項９】
前記載置台は、中空状になされた金属製の支柱により支持されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の載置台構造。
【請求項１０】
前記支柱内には、前記冷媒通路に接続された冷媒管が設けられていることを特徴とする請求項９記載の載置台構造。
【請求項１１】
前記基台部の中央部には、前記中空状の支柱内に連通される貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項９又は１０記載の載置台構造。
【請求項１２】
前記支柱内及び貫通孔内には、前記チャック用電極に接続される電極ライン、前記加熱ヒータに接続される給電ライン、前記載置台の温度を測定する熱電対ライン及び前記載置台の上面と前記被処理体の下面との間に気体を供給する裏面ガスラインの内のいずれか１以上のラインが挿通させて設けられていることを特徴とする請求項１１記載の載置台構造。
【請求項１３】
前記電極ラインは、導電性材料である金属パイプよりなり、前記金属パイプは前記裏面ガスラインとして兼用されていることを特徴とする請求項１２記載の載置台構造。
【請求項１４】
前記載置台の下面の中央部には、絶縁材料よりなる中空状のキャップ部が接合されており、前記キャップ部内に前記電極ラインの上端部が挿通されていると共に前記キャップ部の外側に前記給電ラインの上端部及び前記熱電対ラインの上端部が位置されていることを特徴とする請求項１２又は１３記載の載置台構造。
【請求項１５】
被処理体に対して金属を含む薄膜を形成するプラズマ成膜装置において、
真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するため請求項１乃至１４のいずれか一項に記載された載置台構造と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内へプラズマを発生させるためのプラズマ発生源と、
前記金属を含む金属ターゲットと、
前記金属ターゲットへ前記ガスのイオンを引きつけるための電圧を供給するターゲット電源と、
前記載置台構造のチャック電極に対してバイアス電力を供給するバイアス電源と、
前記載置台構造のチャック電極に対してチャック用の電圧を印加するチャック用電源と、
を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２１９３５４（Ｐ２０１０−２１９３５４Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６５２３６（Ｐ２００９−６５２３６）
【出願日】平成２１年３月１７日（２００９．３．１７）
【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２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１７日（２００９．３．１７）
【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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