JP2006261541A - 基板載置台、基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板載置台による温度制御を高精度なものとし、ウエハ面内での処理の均一化を図る。
【解決手段】 基板載置台１７の内側の冷媒室２８と、外側の冷媒室２９との間に、空隙部３０が円筒状に設けられる。空隙部３０に接続する配管３０ａは、基板載置台１７の下方まで延伸しており、バルブ７１を介して真空ポンプ７２が接続されている。この真空ポンプ７２を用い、空隙部３０内を所定の真空状態まで減圧した後でバルブ７１を閉じ、空隙部３０内を真空状態にすることによって、空隙部３０の熱伝導性を低下させ、断熱部として機能させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハなどの被処理基板に各種処理を行なう際に、被処理基板を載置するための基板載置台、この基板載置台を備えた基板処理装置、およびこの基板処理装置を用いて被処理基板の処理を行なう基板処理方法に関する。

近年、半導体装置の製造に際しては、基板載置台に被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記すことがある）を載置した状態で一枚ずつ目的の処理を行なう枚葉処理が主流となっている。この枚葉処理においては、複数のウエハ間の処理の再現性とともに、１枚のウエハの面内における処理の均一性を確保することが重要である。例えば、ウエハに対し、プラズマエッチング処理を行なう場合には、基板載置台に温度制御機能を持たせ、ウエハ面内での温度分布をコントロールすることよって、化学反応などを均一に進行せしめ、面内での処理の均一性を目指している。

そして、基板載置台の温度制御に関する従来技術としては、基板載置台の内部に、内側と外側の２系統の冷媒流路を設け、これら二つの領域に温度格差を持たせることによって、ウエハ上の不均一な温度分布と相殺させて、ウエハ面内の温度の均一化を図るプラズマ処理方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平９−１７７７０号公報（要約など）

一般に、ウエハを載置する基板載置台には、熱伝導性に優れたＡｌなどの金属材料が用いられる。このため、特許文献１のように２系統の冷媒流路を設け、基板載置台内で温度格差を持たせようとしても熱の移動が生じてしまい、温度の制御性や、応答性が悪く、意図するような温度格差を生じさせることは困難であった。つまり、せっかく２系統の冷媒流路を設けても、二つの領域の境界が不明確であり、また、双方からの熱の移動によって素早い温度調節も困難であることから、基板載置台の温度分布を高精度に制御することは出来ない。その結果として、ウエハ面内温度の均一化、さらには処理の均一化も十分に実現できないという課題があった。
従って、本発明の目的は、基板載置台による温度制御を高精度なものとし、ウエハ面内における処理の均一化を図ることである。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、被処理基板を温度制御しつつ載置するための基板載置台であって、
前記基板載置台に、温度調節用媒体を通流させる流路を互いに独立的に複数内設するとともに、
少なくとも二つの前記流路の間に、断熱部を設けたことを特徴とする、基板載置台が提供される。

第１の観点のように、温度調節用媒体を通流させる流路と流路の間に断熱部を設けることによって、これら二つの流路による温度調節の独立性を高め、温度調節時間を短縮できる。

上記第１の観点においては、前記断熱部を、円筒形状に形成することができる。また、前記流路を、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設け、これら二つの領域を、前記断熱部によって熱的に区画してもよい。

本発明の第２の観点によれば、被処理基板を温度制御しつつ載置するための基板載置台であって、
前記基板載置台に、温度調節用媒体を通流させる流路を互いに独立的に複数内設するとともに、
少なくとも二つの前記流路の間に、空隙部を設けたことを特徴とする、基板載置台が提供される。

上記第２の観点のように、温度調節用媒体を通流させる流路と流路の間に空隙部を設け、この部分の伝熱性を調節することにより、これら二つの流路による温度調節の独立性を高め、温度調節時間を短縮できる。従って、基板処理条件に応じた基板面内の温度コントロールが可能になる。

上記第２の観点において、前記空隙部を円筒形状に形成することができる。また、前記流路を、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設け、これら二つの領域を、前記空隙部によって熱的に区画してもよい。
また、前記空隙部は、前記基板載置台の下部から上方へ向けて円筒状に立ち上がり、その上部が横方向へ拡大した形状であってもよい。

また、前記空隙部内を、減圧状態と、流体を導入した状態とに切替え可能にすることもできる。また、前記空隙部に、その内部を排気する排気手段を接続してもよい。また、前記空隙部に、その内部へ流体を供給する流体供給手段を接続してもよい。また、前記空隙部内の圧力を調節する圧力調節手段を備えた構成としてもよい。また、前記空隙部の内部に温度調節手段を配備することもできる。

本発明の第３の観点によれば、上記第１の観点または第２の観点の基板載置台を備えた基板処理装置が提供される。この場合、被処理基板に対してプラズマを作用させて目的の処理を行なうプラズマ処理装置であってもよい。

本発明の第４の観点によれば、基板処理装置内の基板載置台に載置した被処理基板を温度制御しつつ、目的の処理を行なう基板処理方法であって、
前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設されているとともに、少なくとも二つの前記流路の間には断熱部が設けられており、前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させることにより被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法が提供される。

上記第４の観点において、前記流路は、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設けられており、これら二つの領域を、前記断熱部により断熱してもよい。

本発明の第５の観点によれば、基板処理装置内の基板載置台に載置された被処理基板を温度制御しつつ目的の処理を行なう基板処理方法であって、
前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設されているとともに、少なくとも二つの前記流路の間には空隙部が設けられており、前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させることにより被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法が提供される。

上記第５の観点において、前記流路は、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設けられていてもよい。この場合、前記空隙部を真空引きして真空状態とすることにより、前記二つの領域を断熱してもよく、あるいは、前記空隙部に流体を導入して前記二つの領域間の伝熱性を調整してもよく、あるいは、前記空隙部に流体を導入し、かつ内部の圧力を調整して前記二つの領域間の伝熱性を調整してもよい。

本発明の第６の観点によれば、基板処理装置内の基板載置台に載置された被処理基板に対して第１ステップの処理を行なう工程と、該第１ステップの処理の後に第２ステップの処理を行なう工程と、を少なくとも含む基板処理方法であって、
前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設され、かつ少なくとも二つの前記流路の間には空隙部が設けられており、
前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させるとともに、前記第１ステップの処理と前記第２ステップの処理と、の間で前記空隙部の伝熱性を変化させて被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法が提供される。

上記第６の観点において、前記空隙部を、真空状態と流体を導入した状態とに切替えることにより伝熱性を変化させてもよい。

また本発明の第７の観点によれば、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第４の観点から第６の観点のいずれかの基板処理方法が行なわれるように前記基板載置台を制御することを特徴とする、制御プログラムが提供される。

また、本発明の第８の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第４の観点から第６の観点のいずれかの基板処理方法に用いられる前記基板処理装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体が提供される。

また、本発明の第９の観点によれば、被処理基板を収容する処理容器と、
被処理基板を載置する基板載置台と、
前記処理容器内で、被処理基板に対し上記第４の観点から第６の観点のいずれかの基板処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、基板処理装置が提供される。

本発明によれば、基板載置台による温度制御性を向上させることができるので、基板処理条件に応じて適切な温度コントロールが可能になり、被処理基板の面内における処理の均一性を確保できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板処理装置としてのプラズマエッチング装置１００を示す概略断面図である。

このプラズマエッチング装置１００は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ（処理容器）１０を有している。このチャンバ１０は保安接地されている。

チャンバ１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して下側から、円柱状の第１のサセプタ板１３、第２のサセプタ板１４、第３のサセプタ板１５が積層され、さらにその上に第４のサセプタ板１６が積層されている。これら第１〜第４のサセプタ板１３，１４，１５，１６は例えばアルミニウムからなり、一体に接合されて基板載置台１７を形成しており、その上に被処理基板である半導体ウエハＷが載置される。また、基板載置台１７は下部電極としても機能する。

基板載置台１７の上面には、半導体ウエハＷを静電力で吸着保持する静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は、導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。そして、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷが静電チャック１８に吸着保持される。

静電チャック１８（半導体ウエハＷ）の周囲で第４のサセプタ板１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング（補正リング）２４が配置されている。基板載置台１７の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材２６が設けられている。

基板載置台１７の内部には、環状をした内側の冷媒室２８と、該内側の冷媒室２８を囲むように環状をした外側の冷媒室２９と、が設けられている。これらの冷媒室２８，２９には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管２８ａ，２９ａを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が供給され、ここでは図示しない配管２８ｂ，２９ｂを通じて排出されることにより、冷媒の循環が行なわれる。そして、循環される冷媒の温度によって基板載置台１７上の半導体ウエハＷの処理温度を制御することができる。基板載置台１７の内側の冷媒室２８と、外側の冷媒室２９との間には、空隙部３０が円筒状に設けられ、この空隙部３０は、バルブ７１を介して排気手段としての真空ポンプ７２に接続されている。この空隙部３０の詳細な構成については後述する。

さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。

下部電極である基板載置台１７の上方には、基板載置台１７と対向するように平行に上部電極３４が設けられている。そして、上部電極３４および下部電極である基板載置台１７の間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極３４は、下部電極である基板載置台１７上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。

この上部電極３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、チャンバ１０の上部に支持されており、基板載置台１７との対向面を構成しかつ多数の吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体３８とによって構成されている。電極板３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、レジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板３６はシリコンやＳｉＣで構成されるのが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、このガス拡散室４０からはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１が下方に延びている。

電極支持体３８にはガス拡散室４０へ処理ガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている。そして、処理ガス供給源６６から、エッチングのための処理ガスがガス供給管６４からガス拡散室４０に至り、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極３４は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。

上部電極３４には、整合器４６および給電棒４４を介して、第１の高周波電源４８が電気的に接続されている。第１の高周波電源４８は、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数、例えば１３．５６〜６０ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合器４６は、第１の高周波電源４８の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。整合器４６の出力端子は給電棒４４の上端に接続されている。

一方、上記上部電極３４には、第１の高周波電源４８の他、可変直流電源５０が電気的に接続されている。可変直流電源５０はバイポーラ電源で構成するのが好ましい。具体的には、この可変直流電源５０は、上記整合器４６および給電棒４４を介して上部電極３４に接続されており、オン・オフスイッチ５２により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５０の極性および電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５２のオン・オフはコントローラ５１により制御されるようになっている。

整合器４６は、図２に示すように、第１の高周波電源４８の給電ライン４９から分岐して設けられた第１の可変コンデンサ５４と、給電ライン４９のその分岐点の下流側に設けられた第２の可変コンデンサ５６を有しており、これらにより上記機能を発揮する。また、整合器４６には、直流電圧電流（以下、単に直流電圧という）が上部電極３４に有効に供給可能なように、第１の高周波電源４８からの高周波（例えば６０ＭＨｚ）および後述する第２の高周波電源からの高周波（例えば２ＭＨｚ）をトラップするフィルタ５８が設けられている。すなわち、可変直流電源５０からの直流電流がフィルタ５８を介して給電ライン４９に接続される。このフィルタ５８はコイル５９とコンデンサ６０とで構成されており、これらにより第１の高周波電源４８からの高周波および第２の高周波電源からの高周波がトラップされる。

チャンバ１０の側壁から上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１０ａが設けられており、この円筒状接地導体１０ａの天壁部分は筒状の絶縁部材４４ａにより上部給電棒４４から電気的に絶縁されている。

下部電極である基板載置台１７には、整合器８８を介して第２の高周波電源９０が電気的に接続されている。この第２の高周波電源９０から下部電極である基板載置台１７に高周波電力が供給されることにより、半導体ウエハＷ側にイオンが引き込まれる。第２の高周波電源９０は、２〜１３．５６ＭＨｚ未満の範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電力を出力する。整合器８８は第２の高周波電源９０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に第２の高周波電源９０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。

上部電極３４には、第１の高周波電源４８からの高周波（６０ＭＨｚ）は通さずに第２の高周波電源９０からの高周波（２ＭＨｚ）をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されるが、１本の導線だけでも第１の高周波電源４８からの高周波（６０ＭＨｚ）に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、下部電極である基板載置台１７には、第１の高周波電源４８からの高周波（６０ＭＨｚ）をグランドに通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９４が電気的に接続されている。

チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能となっている。また、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド１１が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド１１がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド１１は、内壁部材２６の外周にも設けられている。チャンバ１０の底部のチャンバ壁側のデポシールド１１と内壁部材２６側のデポシールド１１との間には、排気プレート８３が設けられている。デポシールド１１および排気プレート８３としては、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。

プラズマエッチング装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ９５に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ９５には、工程管理者がプラズマエッチング装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース９６が接続されている。

また、プロセスコントローラ９５には、プラズマエッチング装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ９５の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部９７が接続されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース９６からの指示等にて任意のレシピを記憶部９７から呼び出してプロセスコントローラ９５に実行させることで、プロセスコントローラ９５の制御下で、プラズマエッチング装置１００での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

このように構成されるプラズマエッチング装置１００においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してエッチング対象である半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、基板載置台１７上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室４０へ供給し、ガス通流孔４１およびガス吐出孔３７を介してチャンバ１０内へ供給しつつ、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し、その中の圧力を例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値とする。

このようにチャンバ１０内にエッチングガスを導入した状態で、第１の高周波電源４８からプラズマ生成用の高周波電力（例えば、６０ＭＨｚ）を所定のパワーで上部電極３４に印加するとともに、第２の高周波電源９０よりイオン引き込み用の高周波（例えば、２ＭＨｚ）を所定のパワーで下部電極である基板載置台１７に印加する。そして、可変直流電源５０から所定の直流電圧を上部電極３４に印加する。さらに、静電チャック１８のための直流電源２２から直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷを基板載置台１７に固定する。

上部電極３４の電極板３６に形成されたガス吐出孔３７から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極３４と下部電極である基板載置台１７間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面がエッチングされる。

このプラズマエッチング装置１００では、上部電極３４に高い周波数領域（イオンが動けない５〜１０ＭＨｚ以上）の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい解離状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。このようにプラズマが形成される際に、上部電極３４に可変直流電源５０から所定の極性および大きさの直流電圧を印加する。

また、印加電極である上部電極３４の表面つまり電極板３６の表面に対する所定の（適度な）スパッタ効果が得られる程度にその表面の自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃが深くなるように、つまり上部電極３４表面での自己バイアス電圧Ｖ_ｄｃの絶対値が大きくなるように、可変直流電源５０からの印加電圧をコントローラ５１により制御することが好ましい。第１の高周波電源４８から印加される高周波のパワーが低い場合に、上部電極３４にポリマーが付着するが、可変直流電源５０から適切な直流電圧を印加することにより、上部電極３４に付着したポリマーをスパッタして上部電極３４の表面を清浄化することができる。それとともに、半導体ウエハＷ上に最適な量のポリマーを供給してフォトレジスト膜の表面荒れを解消することができる。

次に、基板載置台１７の詳細について説明する。
図３は、図１のプラズマエッチング装置１００における基板載置台１７を中心とする要部断面図であり、図４は、図３におけるI−I'線矢視における水平断面図である。前記のとおり、基板載置台１７の内部には、内側の冷媒室２８と外側の冷媒室２９とがそれぞれ環状に形成されている。これらの冷媒室２８，２９には、供給用の配管２８ａ，２９ａを介して冷却水などの冷媒が供給され、排出用の配管２８ｂ，２９ｂを介して排出されることにより、それぞれ独立的に冷媒の循環が行なわれる。

このため、基板載置台１７において、内側の冷媒室２８の周囲と、外側の冷媒室２９の周囲とは、熱的にそれぞれ独立した二つの領域、つまり中央部の領域と、周辺部の領域と、を形成している。そして、基板載置台１７の内側の冷媒室２８と、外側の冷媒室２９との間には、空隙部３０が設けられ、これら二つの領域を区画する境界をなしている。

空隙部３０は、基板載置台１７の内部に形成された円筒状の空隙であり、第１のサセプタ板１３〜第４のサセプタ板１６を積層して基板載置台１７を形成する前に各サセプタ板１３，１４，１５，１６を加工しておくことによって形成できる。

本実施形態において、空隙部３０に接続する配管３０ａは、基板載置台１７の下方まで延伸しており、さらにこの配管３０ａには、バルブ７１を介して真空ポンプ７２が接続されている。この真空ポンプ７２を用い、空隙部３０内を所定の真空状態まで減圧した後でバルブ７１を閉じることによって、空隙部３０内を所望の真空状態にすることができる。真空状態は、空隙部３０の熱伝導性を低下させ、断熱部として機能させることができる。例えば基板載置台１７の中央部の領域と周辺部の領域とに温度差をつけたい場合には、空隙部３０を真空引きして断熱部とすることにより、冷媒室２８および２９による温度調節の独立性を向上させ、冷媒室２８，２９内を通流させる冷媒からの熱伝導の応答性を高め、かつ二つの領域を明瞭に区画することができる。このように空隙部３０は、冷媒室２８，２９による基板載置台１７内の温度分布を明確にし、温度の制御性を高めるように機能する。従って、想定されるウエハＷの面内温度分布に応じて、空隙部３０の配置を設定することが好ましい。

図５は、第２の実施形態に係るプラズマエッチング装置における基板載置台１７を中心とした要部断面の構造を示す図面である。図１に示す実施形態では、空隙部３０に真空ポンプ７２を接続して空隙部３０の内部を真空引きできる構成としたが、本実施形態では、真空ポンプ７２に加え、空隙部３０へ任意のガスを供給する流体供給手段としての熱媒体供給源７４を接続配備する構成とした。真空ポンプ７２による真空引きと、熱媒体供給源７４からの熱媒体の供給は、バルブ７１およびバルブ７３の切替えにより行なうことができる。そして、例えば基板載置台１７の中央部の領域と周辺部の領域とに温度差をつけたい場合には、空隙部３０を真空引きして断熱性を高め、中央部の領域と周辺部の領域との間で伝熱性を高めたい場合には、熱媒体供給源７４から例えばＨｅガス、Ｎ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ａｒガス、ＳＦ_６ガスなどの熱媒体を導入する。熱媒体の導入により、空隙部３０による断熱作用を緩和し、基板載置台１７における中央部の領域と周辺部の領域との間で熱の移動を生じさせることが可能になる。

また、熱媒体供給源７４からの供給経路上に冷却器（不図示）などの熱媒体温度調節手段を配備し、例えば導入される熱媒体を所定の温度まで冷却して導入することも可能である。

さらに、必要に応じ、熱媒体供給源７４からの供給経路上に加圧ポンプなどの圧力調節手段（不図示）を配備し、熱媒体導入時の空隙部３０内を加圧状態に設定することにより、熱伝達性を調節することもできる。この場合、空隙部３０の配管３０ａに圧力測定手段７５を配備することにより、空隙部３０内の圧力をモニターできる。第２実施形態のプラズマエッチング装置における他の構成は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、熱媒体としては、ガスに限らず、例えば液体を用いることも可能である。

このように第２実施形態の基板載置台１７においては、空隙部３０の内部を真空状態と熱媒体の充填状態とに切替えることにより、基板載置台１７の中央部の領域と周辺部の領域との間で、高精度かつ目的に応じた自由度の高い温度制御が可能になる。従って、例えばウエハＷに対しエッチング等の処理を、複数ステップに分けてステップ毎に異なる設定温度で行なう場合に、各ステップの処理条件に応じて空隙部３０の伝熱性を変えることにより、基板載置台１７の温度分布を素早く制御し、最適な温度条件で処理を行なうことが可能になる。

図６は、第２実施形態のプラズマエッチング装置を用い２ステップのエッチング処理を行なう場合の温度制御に関する処理手順の一例を示すフロー図である。ここでは、第１ステップのプラズマエッチング処理では、基板載置台１７の中央部と周辺部（つまり、ウエハＷの中央部と周辺部に相当する領域）に温度差を持たせて処理を行ない、第２ステップのプラズマエッチング処理では、基板載置台１７の中央部と周辺部を均一な温度で処理する場合を例に挙げる。

まず、エッチング処理に先立ち、ステップＳ１１では、空隙部３０内を真空引きする。具体的には、バルブ７３を閉じ、バルブ７１を開放した状態で、真空ポンプ７２を作動させ、配管３０ａを介して空隙部３０内を減圧する。空隙部３０内が所定の真空度に達したら、バルブ７１を閉じることにより、空隙部３０は所定の真空状態に維持され、断熱層として機能する。

ステップＳ１２では、冷媒室２８と２９に、配管２８ａと２８ｂを通じて、温度の異なる冷媒をそれぞれ導入する。例えば、プラズマエッチングの処理時に、ウエハＷの周辺部の方が加熱しやすい場合には、冷媒室２８と冷媒室２９に導入する冷媒に温度差を持たせ、基板載置台１７の周辺部に設けられた冷媒室２９に温度の低い冷媒を導入する。前記したように、真空状態の空隙部３０内は断熱層として機能するので、基板載置台１７の中央部の領域と周辺部の領域の熱の移動が抑制され、これら二つの領域の温度制御を応答性良く、独立的に行なうことができる。

次に、ステップＳ１３では、第１ステップのプラズマエッチング処理を実施する。この第１ステップのプラズマエッチング処理においては、ウエハＷの周辺部に対応する基板載置台１７の周辺部の温度が低く制御されるため、ウエハＷの周辺部の温度上昇が抑制され、ウエハＷの面内での温度分布の均一性、さらにはエッチング処理のウエハ面内均一性が図られる。

ステップＳ１４では、バルブ７１を閉じた状態で、バルブ７３を所定のコンダクタンスに設定し、空隙部３０に熱媒体供給源７４から熱媒体を導入する。この際、圧力測定手段７５により空隙部３０内の圧力を測定し、空隙部３０内が設定圧力に達したらバルブ７３を閉じる。空隙部３０内に熱媒体を導入することにより、また、空隙部３０内の圧力を変化させることにより、熱伝導率を調節することができる。なお、必要に応じて図示しない加圧ポンプを作動させて、空隙部３０内がより高圧になるまで熱媒体を充填することもできる。

次に、ステップＳ１５では、冷媒室２８，２９に同一温度の冷媒をそれぞれ導入する。ステップＳ１４で空隙部３０には熱媒体が所定圧力で充填されているため、空隙部３０を介して基板載置台１７の中央部と周辺部の二つの領域間で熱の移動がスムーズに行なわれる。そして、ステップＳ１６では、第２ステップのプラズマエッチング処理を実施する。この第２ステップのプラズマエッチング処理は、ウエハＷの面内における温度分布が生じにくい条件で行なわれるため、基板載置台１７の温度を均一に制御することで効率的なプラズマエッチング処理が可能になる。

次に、図７および図８を参照しながら、本発明の第３実施形態について説明する。図７は、第３実施形態に係るプラズマエッチング装置における基板載置台１５０を中心とする要部断面図であり、図８はそのII−II'線矢視の水平断面図である。なお、図７および図８では、説明の便宜上、ガス供給ライン３２は図示を省略している。

本実施形態では、環状の空隙部１０１，１０２を二重に配設するとともに、各空隙部１０１，１０２が、基板載置台１５０の下部から上方へ向けて円筒状に立ち上がり、その上部が横方向へ拡大した拡大部１０１ｂ，１０２ｂを有する形状とした。

図７から見て取れるように、基板載置台１５０は、下から第１のサセプタ板１５１、第２のサセプタ板１５２、第３のサセプタ板１５３、第４のサセプタ板１５４が接合された積層構造をしている。基板載置台１５０の内部には、内側から外側へ向けて、第１冷媒室１３１と、その外側の第２冷媒室１３２と、さらにその外側の第３冷媒室１３３とがそれぞれ環状に形成されており、第１冷媒室１３１と第２冷媒室１３２との間に空隙部１０１を配設し、第２冷媒室１３２と第３冷媒室１３３との間に、空隙部１０２を配設している。そして、各空隙部１０１，１０２の上部の拡大部１０１ｂ，１０２ｂには、温度調節手段としてのヒーター１０３および１０４をそれぞれ個別に内設している。ヒーター１０３，１０４は、それぞれヒーター電源１４１，１４２に電気的に接続され、空隙部１０１，１０２の内部を加熱できるように構成されている。

空隙部１０１には、配管１０１ａを介して真空ポンプ１１２と熱媒体供給源１１４がそれぞれ接続されており、空隙部１０２には、配管１０２ａを介して真空ポンプ１２２と熱媒体供給源１２４が接続されている。真空ポンプ１１２と熱媒体供給源１１４は、バルブ１１１とバルブ１１３の開閉により、また、真空ポンプ１２２と熱媒体供給源１２４は、バルブ１２１とバルブ１２３の開閉により、それぞれ切替え可能に構成されており、第２実施形態（図５）と同様に空隙部１０１，１０２の内部を、真空状態と熱媒体の充填状態とに切替えることにより、高精度な温度調節を可能にしている。

さらに、本実施形態の基板載置台１５０では、必要な場合にヒーター１０３および１０４にヒーター電源１４１，１４２から、それぞれ電力供給を行なうことによって、空隙部１０１および／または空隙部１０２内を加熱し、空隙部１０１，１０２内の温度を短時間で変化させることが可能である。このような構成により、例えば温度変化を伴う複数ステップのエッチング処理を行なう場合などにおいて、空隙部１０１および空隙部１０２の内部の温度の応答性を高め、効率良くウエハＷの面内温度を制御することが可能になる。第３実施形態のプラズマエッチング装置における他の構成は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、図１の実施形態では、平行平板型のプラズマエッチング装置を例に挙げたが、これに限るものではなく、永久磁石を用いたマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置や、誘導結合型プラズマエッチング装置等の種々のプラズマエッチング装置に適用できる。さらに、本発明は、エッチング装置に限るものではなく、例えば成膜装置など、温度制御が要求される種々の半導体製造装置に適用することができる。

本発明の第１実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図。 図１のプラズマエッチング装置における整合器の構造を示す図。 基板載置台付近の要部断面を示す図。 図３におけるI-I'線矢視の断面図。 第２実施形態に係るプラズマエッチング装置の要部断面を示す図。 第２実施形態のプラズマエッチング装置を用いた２ステップ処理の一例を示すフロー図。 第３実施形態に係るプラズマエッチング装置の要部断面を示す図。 図７におけるII-II'線矢視の断面図。

符号の説明

１０…チャンバ（処理容器）
１３…第１のサセプタ板
１４…第２のサセプタ板
１５…第３のサセプタ板
１６…第４のサセプタ板
１７…基板載置台（下部電極）
２８…冷媒室（内側）
２９…冷媒室（外側）
３０…空隙部
３０ａ…配管
３４…上部電極
４４…給電棒
４６，８８…整合器
４８…第１の高周波電源
５０…可変直流電源
５１…コントローラ
５２…オン・オフスイッチ
６６…処理ガス供給源
８４…排気装置
９０…第２の高周波電源
Ｗ…半導体ウエハ（被処理体）

Claims (25)

1. 被処理基板を温度制御しつつ載置するための基板載置台であって、
   前記基板載置台に、温度調節用媒体を通流させる流路を互いに独立的に複数内設するとともに、
   少なくとも二つの前記流路の間に、断熱部を設けたことを特徴とする、基板載置台。
2. 前記断熱部を、円筒形状に形成したことを特徴とする、請求項１に記載の基板載置台。
3. 前記流路を、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設け、これら二つの領域を、前記断熱部によって熱的に区画したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の基板載置台。
4. 被処理基板を温度制御しつつ載置するための基板載置台であって、
   前記基板載置台に、温度調節用媒体を通流させる流路を互いに独立的に複数内設するとともに、
   少なくとも二つの前記流路の間に、空隙部を設けたことを特徴とする、基板載置台。
5. 前記空隙部を円筒形状に形成したことを特徴とする、請求項４に記載の基板載置台。
6. 前記流路を、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設け、これら二つの領域を、前記空隙部によって熱的に区画したことを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の基板載置台。
7. 前記空隙部は、前記基板載置台の下部から上方へ向けて円筒状に立ち上がり、その上部が横方向へ拡大した形状であることを特徴とする、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の基板載置台。
8. 前記空隙部内を、減圧状態と、流体を導入した状態とに切替え可能にしたことを特徴とする、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の基板載置台。
9. 前記空隙部に、その内部を排気する排気手段を接続したことを特徴とする、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の基板載置台。
10. 前記空隙部に、その内部へ流体を供給する流体供給手段を接続したことを特徴とする、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の基板載置台。
11. 前記空隙部内の圧力を調節する圧力調節手段を備えたことを特徴とする、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の基板載置台。
12. 前記空隙部の内部に温度調節手段を配備したことを特徴とする、請求項４から請求項１１のいずれか１項に記載の基板載置台。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の基板載置台を備えた基板処理装置。
14. 被処理基板に対してプラズマを作用させて目的の処理を行なうプラズマ処理装置であることを特徴とする、請求項１３に記載の基板処理装置。
15. 基板処理装置内の基板載置台に載置した被処理基板を温度制御しつつ、目的の処理を行なう基板処理方法であって、
    前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設されているとともに、少なくとも二つの前記流路の間には断熱部が設けられており、前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させることにより被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法。
16. 前記流路は、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設けられており、これら二つの領域を、前記断熱部により断熱することを特徴とする、請求項１５に記載の基板処理方法。
17. 基板処理装置内の基板載置台に載置された被処理基板を温度制御しつつ目的の処理を行なう基板処理方法であって、
    前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設されているとともに、少なくとも二つの前記流路の間には空隙部が設けられており、前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させることにより被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法。
18. 前記流路は、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設けられており、前記空隙部を真空引きして真空状態とすることにより、前記二つの領域を断熱することを特徴とする、請求項１７に記載の基板処理方法。
19. 前記流路は、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設けられており、前記空隙部に流体を導入して前記二つの領域間の伝熱性を調整することを特徴とする、請求項１７に記載の基板処理方法。
20. 前記流路は、前記基板載置台の中央部の領域と、該中央部より外側の周辺部の領域と、にそれぞれ設けられており、前記空隙部に流体を導入し、かつ内部の圧力を調整して前記二つの領域間の伝熱性を調整することを特徴とする、請求項１７に記載の基板処理方法。
21. 基板処理装置内の基板載置台に載置された被処理基板に対して第１ステップの処理を行なう工程と、該第１ステップの処理の後に第２ステップの処理を行なう工程と、を少なくとも含む基板処理方法であって、
    前記基板載置台には、温度調節用媒体を通流させる流路が互いに独立的に複数内設され、かつ少なくとも二つの前記流路の間には空隙部が設けられており、
    前記流路にそれぞれ温度調節用媒体を通流させるとともに、前記第１ステップの処理と前記第２ステップの処理と、の間で前記空隙部の伝熱性を変化させて被処理基板を温度制御しながら処理することを特徴とする、基板処理方法。
22. 前記空隙部を、真空状態と流体を導入した状態とに切替えることにより伝熱性を変化させることを特徴とする、請求項２１に記載の基板処理方法。
23. コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１５から請求項２２のいずれか１項に記載の基板処理方法が行なわれるように前記基板載置台を制御することを特徴とする、制御プログラム。
24. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項１５から請求項２２のいずれか１項に記載の基板処理方法に用いられる前記基板処理装置を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。
25. 被処理基板を収容する処理容器と、
    被処理基板を載置する基板載置台と、
    前記処理容器内で、被処理基板に対し請求項１５から請求項２２のいずれか１項に記載された基板処理方法が行なわれるように制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする、基板処理装置。

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