JP6442296B2 - 載置台及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、載置台及びプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置を用いた被処理体（例えば半導体ウェハ、ガラス基板等）の微細加工においては、被処理体の温度制御が重要である。被処理体の温度制御が適正に行われないと、被処理体表面の反応の均一性が確保できなくなり、被処理体の加工の面内均一性が低下する。このため、載置台に被処理体の温度調整機能を備えたプラズマ処理装置が利用されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１のプラズマ処理装置では、処理容器内の下部に被処理体を載置する載置台が設けられている。この載置台は、高周波電力を印加するためのＲＦプレートと、当該ＲＦプレート上に配置され、冷媒を流通させる流路が形成された冷却プレートと、当該冷却プレート上に配置され、被処理体の載置面を提供するセラミックプレートとを有している。このセラミックプレートは、その中央領域及び周縁領域を個別に加熱する温調用ヒータ電極を備えており、冷却プレートの上面に接着剤を用いて接着されている。温調用ヒータ電極には、ＲＦプレート及び冷却プレートに形成された貫通孔を介して延びる給電機構が接続されている。この給電機構は、温調用ヒータ電極を加熱するための電力を温調用ヒータに供給する。また、セラミックプレートの周縁領域上方には、被処理体の外周を囲うようにフォーカスリングが設けられている。

特開２０１３−１７５５７３号公報

ところで、被処理体面内の加工精度の均一性を実現するためには、被処理体の温度のみならず、フォーカスリングの温度を調整することが要求されることがある。例えば近年、処理性能向上のために、被処理体の設定温度に比べてフォーカスリングの設定温度をより高温度帯域に設定することが望まれている。例えばフォーカスリングの設定温度と被処理体の設定温度との間に１００度以上の温度差を設けることが望まれている。

被処理体の設定温度とフォーカスリングの設定温度との間に差異を設けるためには、被処理体用の第１の支持部とは別個にフォーカスリング用の第２の支持部を設け、当該第２の支持部に独立したヒータ電極を設けることが考えられる。しかし、フォーカスリング用の第２の支持部が接着剤を介して冷却プレートに接着されている場合には、ヒータ電極の発熱量が大きくなって接着剤の温度が耐熱温度を超えるようになると、接着剤の接着力が低下して第２の支持部が剥離する恐れがある。したがって、このような載置台においては、接着剤の温度が耐熱温度を超えないようにヒータ電極の発熱量を制限する必要があるので、被処理体の設定温度とフォーカスリングの設定温度との差異を大きくすることが困難となる。

したがって、本技術分野では、被処理体の設定温度とフォーカスリングの設定温度との差異を大きくすることができる載置台及びプラズマ処理装置が要請されている。

一側面においては、被処理体を載置するための載置台が提供される。この載置台は、被処理体を吸着するための静電チャックと、フォーカスリングを支持するための支持部と、静電チャックを支持する第１領域、及び、第１領域を囲む第２領域であり、支持部を支持する該第２領域を有する金属性の基台と、を備え、支持部は、セラミック焼結体からなり、接着剤を介して第２領域に支持される中間層と、中間層上に溶射法によって形成されたセラミック溶射層と、セラミック溶射層の内部に設けられたヒータ電極であり、溶射法により形成された該ヒータ電極と、を備える。

この載置台は、フォーカスリングを支持するための支持部を備えている。この支持部は、ヒータ電極と基台の第２領域との間にセラミック焼結体からなる中間層を介在させている。この中間層は、ヒータ電極と基台の第２領域との間の熱抵抗を増加させるので、ヒータ電極と基台との間の温度勾配を大きくすることができる。これにより、ヒータ電極による接着剤の温度上昇を抑制することができる。その結果、接着剤の耐熱温度に起因するヒータ電極の発熱量の制限が緩和されるので、フォーカスリングの設定温度を高くすることができる。また、ヒータ電極と基台の第２領域との間の熱抵抗を増加することにより、ヒータ電極から基台側に向かう熱流束が減少し、ヒータ電極からフォーカスリングに向かう熱流束が増加する。このため、フォーカスリングを効率的に加熱することができる。したがって、本載置台によれば、被処理体とフォーカスリングとの設定温度の差異を大きくすることが可能となる。

一形態では、第１領域及び第２領域は、該第１領域と該第２領域との間で環状に延在する溝により分割されていてもよい。本形態では、第１領域と第２領域とが溝により物理的に分割されているので、第１領域と第２領域との間の熱の移動が抑制される。その結果、ヒータ電極において生じた熱を基台の第１領域に逃がすことなくフォーカスリングの加熱に利用することができるので、フォーカスリングの設定温度を高くすることができる。したがって、被処理体とフォーカスリングとの設定温度の差異を更に大きくすることが可能となる。

一形態では、中間層には、ヒータ電極に電気的に接続された給電用のコンタクトが設けられており、該給電用のコンタクトは、導電性のセラミックから構成されていてもよい。プラズマ処理においては、フォーカスリングを支持する支持部には大きな温度変化が生じる。このため、金属接合を用いてヒータ電極に給電した場合には、金属の熱膨張や熱収縮といった変形により接合不良が生じる恐れがある。これに対し、本形態では、中間層の内部に給電用のコンタクトを設けている。このコンタクトは、導電性のセラミックから構成されているので、コンタクトが接する中間層及びセラミック溶射層との熱膨張差を小さくすることができる。これにより、熱応力ひずみに起因する接合不良の発生を抑制することができる。

一形態では、セラミック溶射層は、ヒータ電極と中間層との間に、溶射法によって形成されたジルコニア製の膜を含んでいてもよい。ジルコニアは、熱伝導率が低いセラミック材料であるので、ヒータ電極と中間層との間にジルコニア製の膜を介在させることで、ヒータ電極と基台との間の温度勾配を更に大きくすることができる。その結果、被処理体とフォーカスリングとの設定温度の差異を更に大きくすることが可能となる。

本発明の別の一側面に係るプラズマ処理装置は、上述した載置台を備える。

本発明の一側面及び実施形態によれば、被処理体の設定温度とフォーカスリングとの設定温度の差異を大きくすることができる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。 図１のプラズマ処理装置における載置台を示す概略断面図である。 一実施形態の載置台の給電機構付近の拡大断面図である。 一実施形態の載置台の作用効果を説明する概要図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。なお、本明細書において「上」「下」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器１を有している。この処理容器１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理容器１は、プラズマが生成される処理空間を画成する。処理容器１内には、被処理体（work-piece）である半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という。）Ｗを水平に支持する載置台２が収容されている。一実施形態の載置台２は、基台３、静電チャック６、及び支持部７を含んでいる。基台３は、略円柱状を呈し、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されている。基台３は、下部電極として機能する。基台３は、絶縁体の支持台４に支持されており、支持台４が処理容器１の底部に設置されている。基台３は、例えばねじを介して支持台４に裏面側から締結されている。静電チャック６は、平面視において載置台２の中央に設けられており、ウェハＷを静電吸着するための機能を有している。

静電チャック６は、電極６ａ及び絶縁体６ｂを有している。電極６ａは、絶縁体６ｂの内部に設けられており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。静電チャック６は、電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウェハＷを吸着するように構成されている。静電チャック６には、加熱素子である１以上のヒータ６ｃが設けられている。ヒータ６ｃは、ヒータ電源１４に接続されている。ヒータ６ｃは、例えば載置台２の中心を囲むよう環状に延在している。このヒータ６ｃは、例えば中心領域を加熱するヒータと、中心領域の外側を囲むように環状に延在するヒータとを含んでもよい。この場合、ウェハＷの温度を、当該ウェハＷの中心に対して放射方向に位置する複数の領域ごとに、制御することができる。

また、静電チャック６の外側には、環状のフォーカスリング５が設けられている。フォーカスリング５は、例えば単結晶シリコンで形成されており、支持部７を介して基台３に支持されている。支持部７の内部には、加熱素子であるヒータ電極２２が設けられている。ヒータ電極２２は、フォーカスリング５の温度を制御する。ヒータ電極２２は、後述する給電機構を介してヒータ電源１４に接続されている。このように、ウェハＷの温度とフォーカスリング５の温度は、異なるヒータによって独立に制御される。

基台３には、給電棒５０が接続されている。給電棒５０には、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ発生用の電源であり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定の周波数の高周波電力が載置台２の基台３に供給されるように構成されている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）の電源であり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数の高周波電力が載置台２の基台３に供給されるように構成されている。

基台３の内部には、冷媒流路２ｄが形成されており、冷媒流路２ｄには、冷媒入口配管２ｂ、冷媒出口配管２ｃが接続されている。そして、冷媒流路２ｄの中に冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、載置台２を所定の温度に制御可能に構成されている。なお、載置台２等を貫通するように、ウェハＷの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのガス供給管が設けられてもよい。ガス供給管は、ガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持されたウェハＷを、所定の温度に制御する。

一方、載置台２の上方には、載置台２に平行に対面するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能する。

シャワーヘッド１６は、処理容器１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材９５を介して処理容器１の上部に支持される。本体部１６ａは、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り、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。

本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられ、このガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。

本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｇが形成されている。このガス導入口１６ｇにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続される。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。そして、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理容器１内にシャワー状に分散されて供給される。

上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して可変直流電源７２が電気的に接続されている。この可変直流電源７２は、オン・オフスイッチ７３により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源７２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ７３のオン・オフは、後述する制御部９０によって制御される。なお、後述のように、第１のＲＦ電源１０ａ、第２のＲＦ電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部９０によりオン・オフスイッチ７３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。

また、処理容器１の側壁からシャワーヘッド１６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１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。

処理容器１の底部には、排気口８１が形成されており、この排気口８１には、排気管８２を介して第１排気装置８３が接続されている。第１排気装置８３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器１内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器１内の側壁には、ウェハＷの搬入出口８４が設けられており、この搬入出口８４には、当該搬入出口８４を開閉するゲートバルブ８５が設けられている。

処理容器１の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド８６が設けられている。デポシールド８６は、処理容器１にエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止する。このデポシールド８６のウェハＷと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）８９が設けられており、これにより異常放電が防止される。また、デポシールド８６の下端部には、載置台２に沿って延在するデポシールド８７が設けられている。デポシールド８６，８７は、着脱自在に構成されている。

上記構成のプラズマ処理装置は、制御部９０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部９０には、ＣＰＵを備えプラズマ処理装置の各部を制御するプロセスコントローラ９１と、ユーザインターフェース９２と、記憶部９３とが設けられている。

ユーザインターフェース９２は、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部９３には、プラズマ処理装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ９１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、又は、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使用したりすることも可能である。

次に、図２を参照して、載置台２の要部構成について説明する。図２は、図１のプラズマ処理装置における載置台２を示す概略断面図である。

基台３は、例えば略円柱状を呈し、裏面３ｃ及び裏面３ｃに対向する表面側（上面３ｄ、上面３ｅ）を有する。基台３の表面側には、基台３の軸線Ｚを囲むように環状の溝１３が形成されている。すなわち、溝１３は基台３の表面に直交する方向からみて環状に形成されている。なお、溝１３は、連続的に環状に形成されていてもよいし、断続的に環状に形成されていてもよい。基台３の上部は、溝１３を介して、基台３の表面に直交する方向からみて円形の基台中央部（第１領域）３ａと、基台３の表面に直交する方向からみて環状の基台周縁部（第２領域）３ｂとに分離されている。円柱状の基台中央部３ａの軸線は、基台３の軸線Ｚに一致する。また、基台周縁部３ｂは、基台３の軸線Ｚすなわち基台中央部３ａの軸線を囲むように形成されている。基台中央部３ａは、静電チャック６を支持する円形の上面３ｄを有している。基台周縁部３ｂは、フォーカスリング５を支持する環状の上面３ｅを有している。このように、基台３の表面は、溝１３によって、円形の上面３ｄ及び環状の上面３ｅに分割されている。

上面３ｄ及び上面３ｅの高さは、ウェハＷの厚さ、フォーカスリング５の厚さや、ウェハＷと基台中央部３ａとの間に介在する材料の厚さや物性、フォーカスリング５と基台周縁部３ｂとの間に介在する材料の厚さや物性に応じて、ウェハＷへの熱の伝達やＲＦ電力と、フォーカスリング５への熱の伝達やＲＦ電力とが一致するように適宜調整される。すなわち、図では、上面３ｄ及び上面３ｅの高さが一致しない場合を例示しているが、両者が一致してもよい。

基台３の内部に形成された冷媒流路２ｄは、溝１３よりも基台３の内側に位置する内側の冷媒流路２ｅと、溝１３よりも基台３の外縁に位置する外側の冷媒流路２ｆとを含む。内側の冷媒流路２ｅは、基台中央部３ａの上面３ｄの下方に形成される。外側の冷媒流路２ｆは、基台周縁部３ｂの上面３ｅの下方に形成される。すなわち、内側の冷媒流路２ｅは、ウェハＷの下方に位置してウェハＷの熱を吸熱するように機能し、外側の冷媒流路２ｆは、フォーカスリング５の下方に位置してフォーカスリング５の熱を吸熱するように機能する。なお、内側の冷媒流路２ｅと、外側の冷媒流路２ｆとを異なる冷却機構に接続し、異なる温度の冷媒を流通させてもよい。

溝１３は、基台３の内部にて底面１３ａを有する。すなわち、基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂは、溝１３の下方で互いに接続されている。基台３の裏面３ｃの高さ位置Ｐを基準とすると、底面１３ａの高さ位置Ｂは、冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さと同一位置、又は、冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面のうち最も上方に位置する上端面の高さよりも下方とされる。図２では、冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面の高さは同一の高さＨ１である場合を図示している。このため、溝１３の底面１３ａの高さ位置Ｂは、高さＨ１と同一か、高さＨ１よりも下方になればよい。このように、少なくとも冷媒流路２ｅ、２ｆの上端面まで溝１３が形成されていることで、冷媒流路２ｅ、２ｆの上方において空間を設け、物理的な連続性を断つことにより、基台３内部において水平方向の熱流束を遮断することができる。当該空間は、プラズマ処理中には真空空間となるため、真空断熱が可能である。

基台３の基台中央部３ａは、その上面３ｄ上に静電チャック６を支持する。静電チャック６は、上面３ｄ上に接着剤９ｂを介して設けられている。静電チャック６は、円板状を呈し、基台３の軸線Ｚと同軸となるように設けられている。静電チャック６の上端には、ウェハＷを載置するための載置面６ｄが形成されている。載置面６ｄは、円形を呈し、ウェハＷの裏面と接触して円板状のウェハＷを支持する。さらに、静電チャック６の下端には、静電チャック６の径方向外側へ突出したフランジ部６ｅが形成されている。すなわち、静電チャック６は、側面の位置に応じて外径が異なる。また、静電チャック６は、絶縁体６ｂの間に電極６ａ及びヒータ６ｃを介在させて構成されている。図中では、電極６ａの下方にヒータ６ｃが介在している。ヒータ６ｃによって載置面６ｄが加熱制御される。なお、ヒータ６ｃは、静電チャック６内部に存在しなくてもよい。例えば、接着剤９ｂによって静電チャック６の裏面に貼り付けられてもよく、載置面６ｄと冷媒流路２ｅとの間に介在すればよい。

フォーカスリング５は、支持部７を介して基台周縁部３ｂに支持されている。フォーカスリング５は、円環状の部材であって、基台３の軸線Ｚと同軸となるように設けられている。フォーカスリング５の内側側面には、径方向内側へ突出した凸部５ａが形成されている。すなわち、フォーカスリング５は、内側側面の位置に応じて内径が異なる。例えば、凸部５ａが形成されていない箇所の内径は、ウェハＷの外径及び静電チャック６のフランジ部６ｅの外径よりも大きい。一方、凸部５ａが形成された箇所の内径は、静電チャック６のフランジ部６ｅの外径よりも小さく、かつ、静電チャック６のフランジ部６ｅが形成されていない箇所の外径よりも大きい。

フォーカスリング５は、凸部５ａが静電チャック６のフランジ部６ｅの上面と離間し、かつ、静電チャック６の側面からも離間した状態となるように支持部７上面に配置される。すなわち、フォーカスリング５の凸部５ａの下面と静電チャック６のフランジ部６ｅの上面との間、フォーカスリング５の凸部５ａの側面と静電チャック６のフランジ部６ｅが形成されていない側面との間には、隙間が形成されている。そして、フォーカスリングの凸部５ａは、溝１３の上方に位置する。すなわち、載置面６ｄと直交する方向からみて、凸部５ａは、溝１３と重なる位置に存在し該溝１３を覆っている。これにより、プラズマが溝１３へ進入することを防止することができる。

基台３の基台周縁部３ｂは、その上面３ｅ上に支持部７を介してフォーカスリング５を支持している。支持部７は、中間層１８、セラミック溶射層２０及びヒータ電極２２を含んでいる。中間層１８は、基台３の軸線Ｚと同軸となるように設けられる環状の部材であり、上面１８ａ及び下面１８ｂを有している。中間層１８は、例えば加圧成形により形成されたセラミック焼結体から構成されている。一例では、中間層１８は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）セラミックの焼結体である。なお、中間層１８の構成材料は、高い脆性を有するセラミック焼結体であれば、アルミナセラミック焼結体に限定されない。例えば、中間層１８は、アルミナ、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チッ化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のうち少なくとも一種の材料を含む焼結体であればよい。

中間層１８の下面１８ｂは、接着剤９ａを介して基台周縁部３ｂの上面３ｅに接着されている。接着剤９ａとしては、例えばシリコーン系、エポキシ系、又はアクリル系の接着剤が用いられる。接着剤９ａは、例えば０．１Ｗ／ｍＫ〜０．５Ｗ／ｍＫの熱抵抗率を有し、８０℃〜１５０℃の耐熱温度を有している。この接着剤９ａは、中間層１８と基台周縁部３ｂとの間の熱抵抗を増加させると共に、応力ひずみを吸収する層としても機能する。なお、中間層１８及び接着剤９ａの厚さは、基台３の要求性能に応じて適宜設定し得る。例えば、中間層１８がアルミナセラミック焼結体により構成されている場合には、中間層１８の厚さを、１ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。また、例えば接着剤９ａがシリコーン系の接着剤である場合には、接着剤９ａの厚さを、０．０７ｍｍ以上１．８ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。

セラミック溶射層２０は、中間層１８の上面１８ａ上に溶射法によって形成されるセラミック製の層であり、中間層１８と同軸の環状を呈している。セラミック溶射層２０は、その上にフォーカスリング５を載置する。セラミック溶射層２０は、第１の膜２０ａ及び第２の膜２０ｂを含み得る。これら第１の膜２０ａ及び第２の膜２０ｂは、何れも溶射法を用いて形成されるセラミック製の膜である。溶射法は、粒子状の溶射材料を基材の表面に吹き付けることで溶射材料に応じた膜を形成する成膜法である。

第１の膜２０ａは、例えば中間層１８の上面１８ａに対してジルコニア（ＺｒＯ_２）粒子を吹き付けることで形成されたジルコニア製の溶射膜である。第２の膜２０ｂは、例えば第１の膜２０ａに対してイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）粒子を吹き付けることで形成されたイットリア製の溶射膜である。セラミック溶射層２０は、中間層１８の上面１８ａ上に溶射法により形成されることによって、中間層１８の上面１８ａに密着して中間層１８と一体化する。なお、第１の膜２０ａ及び、第２の膜２０ｂは、必ずしも異なる材料により構成される必要はなく、同一の材料により構成されていてもよい。

第１の膜２０ａ及び第２の膜２０ｂの構成材料は、中間層１８の構成材料よりも熱伝導率が低く、且つ、中間層１８の構成材料に熱膨張率が近似している材料であれば限定されない。例えば、第１の膜２０ａは、アルミナ、イットリア、ジルコニア、炭化ケイ素のうち少なくとも一種の材料を含む溶射膜であればよい。同様に、第２の膜２０ｂも、アルミナ、イットリア、ジルコニア、炭化ケイ素のうち少なくとも一種の材料を含む溶射膜であればよい。また、第１の膜２０ａ及び第２の膜２０ｂの厚さは、基台３の要求性能に応じて適宜設定し得る。例えば、第１の膜２０ａがジルコニア製の溶射膜である場合には、第１の膜２０ａの厚さを、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。また、例えば第２の膜２０ｂがイットリア製の溶射膜である場合には、第２の膜２０ｂの厚さを、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内に設定することができる。さらに、セラミック溶射層２０は、必ずしも積層構造をなしている必要はなく、単層構造をなしていてもよい。

ヒータ電極２２は、セラミック溶射層２０の内部、具体的には第１の膜２０ａと第２の膜２０ｂとの間に設けられている。ヒータ電極２２は、中間層１８と同軸な環状を呈している。ヒータ電極２２は、溶射法により形成された溶射ヒータ電極である。このヒータ電極２２は、フォーカスリング５を加熱するための加熱素子として機能する。ヒータ電極２２は、例えば第１の膜２０ａ上にタングステン（Ｗ）粒子を吹き付けることで形成されたタングステン製の膜である。

また、基台３の基台周縁部３ｂには、ヒータ電源１４で発生した電力をヒータ電極２２に供給する給電機構が設けられている。図３を参照して、この給電機構について説明する。図３は、載置台２の給電機構付近の拡大断面図である。図３に示すように、基台の３の基台周縁部３ｂには、当該基台周縁部３ｂを裏面３ｃから上面３ｅまで貫く貫通孔ＨＬが形成されている。貫通孔ＨＬの内壁は、筒状体２４によって覆われている。

中間層１８の内部には、給電用のコンタクトＣＴが設けられている。コンタクトＣＴは、中間層１８の上面１８ａと下面１８ｂとの間で延在しており、その一端面が配線ＥＷを介してヒータ電極２２に電気的に接続される。コンタクトＣＴの他端面は、貫通孔ＨＬに面しており、接点部２５に電気的に接続されている。コンタクトＣＴは、導電性のセラミック、例えばタングステンを含有するアルミナセラミックから構成されている。このコンタクトＣＴは、中間層１８を形成する際に、中間層と共に焼成されることで形成され得る。

接点部２５は、配線２６を介してヒータ電源１４に電気的に接続されている（図１参照）。配線２６は、接点部２５に接続される第１の部分２６ａと、第１の部分２６ａよりもヒータ電源１４側に位置する第２の部分２６ｂを含んでいる。第１の部分２６ａは、例えば複数の導線をより合わせて構成されるより線であり、屈曲可能な柔軟な導電性材料から構成されている。第２の部分２６ｂは、コンタクトＣＴと第２の部分２６ｂとの間において第１の部分２６ａが屈曲するように、第１の部分２６ａを支持する。このように、第１の部分２６ａが屈曲していることにより、プラズマ処理中の温度変化に伴う配線２６の変形を当該屈曲部分で吸収することが可能となる。ヒータ電源１４から供給された電力は、配線２６、接点部２５、コンタクトＣＴ、配線ＥＷを介してヒータ電極２２に供給される。ヒータ電極２２は、供給電力に応じた発熱量で加熱される。これらの配線ＥＷ、コンタクトＣＴ、接点部２５及び配線２６は給電機構を構成する。なお、この給電機構は、基台周縁部３ｂに少なくとも１つ設けられていればよい。

次に、図４を参照して、載置台２の作用効果を説明する。図４は、載置台２の作用効果を説明する概要図である。図４に示すように、載置台２では、静電チャック６が基台中央部３ａによって支持され、フォーカスリング５が支持部７を介して基台周縁部３ｂによって支持される。支持部７のヒータ電極２２と基台周縁部３ｂとの間には、中間層１８が介在している。中間層１８が介在することにより、ヒータ電極２２と基台周縁部３ｂとの間の熱抵抗が増加するので、ヒータ電極２２と基台周縁部３ｂとの間の温度勾配が大きくなる。すなわち、矢印Ａ２で示すヒータ電極２２から基台周縁部３ｂに向かう熱流束は減少する。このため、中間層１８と基台周縁部３ｂとの間に介在する接着剤９ａの温度上昇が抑制される。したがって、接着剤９ａの耐熱温度に起因するヒータ電極２２の発熱量の制限が緩和されるので、フォーカスリング５の設定温度を高くすることができる。

一方、ヒータ電極２２と基台周縁部３ｂとの間の熱抵抗が増加することにより、矢印Ａ１で示すヒータ電極２２からフォーカスリング５に向かう熱流束は増加する。このため、少ない電力でヒータ電極２２を加熱させて、フォーカスリング５の温度を高くすることができる。すなわち、フォーカスリング５を効率よく加熱することが可能となる。このように、一実施形態の載置台２では、ヒータ電極２２において発生した熱流束のうち、基台周縁部３ｂに向かう熱流束を減少させ、フォーカスリング５に向かう熱流束を増加させることができるので、フォーカスリング５の設定温度を高くすることが可能となる。このため、載置台２よれば、ウェハＷの設定温度とフォーカスリング５との設定温度の差異を大きくすることが可能となる。

特に、上記実施形態では、第１の膜２０ａの材料として熱伝導率の低いジルコニアを用いるので、ヒータ電極２２と基台周縁部３ｂとの間の熱抵抗を更に大きくすることができる。これにより、ヒータ電極２２と基台周縁部３ｂとの間の温度勾配を更に大きくすることができ、その結果、ウェハＷの設定温度とフォーカスリング５との設定温度の差異を更に大きくすることが可能となる。なお、中間層１８及びセラミック溶射層２０は、何れもセラミック材料により構成されているので、熱膨張差は小さい。例えば、中間層１８を構成するアルミナセラミック焼結体の熱膨張係数は７．１×１０^−６／℃であり、セラミック溶射層２０の第１の膜２０ａを構成するジルコニア溶射膜の熱膨張係数は１０×１０^−６／℃である。よって、中間層１８とセラミック溶射層２０との間に温度勾配が生じた場合であっても、熱応力ひずみに起因する構成部材の破損を防止することができる。

また、載置台２において、基台中央部３ａの上部及び基台周縁部３ｂの上部は、溝１３によって分割されている。この溝１３により、静電チャック６及びフォーカスリング５は熱的に分離されている。このため、矢印Ｄで示す水平方向（載置台２の径方向）の熱の移動が抑制される。よって、静電チャック６のヒータ６ｃにおいて発生した熱の一部は、矢印Ｅ１で示すように静電チャック６の載置面６ｄに向かって移動し、他の一部は矢印Ｅ２に示すように、基台中央部３ａ内の冷媒流路２ｅに向かって移動する。同様に、支持部７のヒータ電極２２において発生した熱の一部は、矢印Ａ１で示すようにフォーカスリング５に向かって移動し、他の一部は矢印Ａ２に示すように、基台周縁部３ｂ内の冷媒流路２ｆに向かって移動する。すなわち、静電チャック６のヒータ６ｃで生じた熱、及び、支持部７のヒータ電極２２で生じた熱は、垂直方向に移動する。

このように、溝１３の底面１３ａよりも上方に存在する部材間にて熱の移動が抑制される。例えば、ウェハＷ、静電チャック６、接着剤９ｂ、及び、基台中央部３ａの上面３ｄから内側の冷媒流路２ｅの上端面に介在する基台部分と、フォーカスリング５、支持部７、接着剤９ａ及び基台周縁部３ｂの上面３ｅから外側の冷媒流路２ｆの上端面に介在する基台部分とが、空間を隔てて分離され、熱の移動が抑制される。このため、ウェハＷの温度制御とフォーカスリング５の温度制御を正確に独立させることができる。

また、基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂが溝１３によって空間を隔てて分離していることで、ヒータ電極２２において生じた熱を基台中央部３ａに逃がすことなくフォーカスリング５の加熱に利用することができる。その結果、フォーカスリング５をより効率的に加熱することができるので、フォーカスリング５の設定温度を更に高くすることができる。

更に、基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂが溝１３によって空間を隔てて分離しているため、基台中央部３ａ及び静電チャック６と、基台周縁部３ｂ及びフォーカスリング５との熱膨張に違いが生じた場合であっても、熱応力ひずみによって構成部材が破壊されることがない。結果として、熱応力ひずみによって制限されるウェハＷとフォーカスリング５との設定可能温度差を大きくすることができる。このように、溝１３は、断熱機能のみならず応力ひずみを吸収する機能をも有する。

また、従来、ヒータ電極と給電端子とは金属接合で接続されることが一般的であった。かかる構成を採用した場合、フォーカスリングの支持部と金属製の基台との間の温度差が大きくなると、各構成部材の温度変化に伴う変形により接合部分が破損して、接合不良が生じる場合がある。これに対し、上記実施形態では、中間層１８にヒータ電極２２に接続するコンタクトＣＴが設けられている。このコンタクトＣＴは、導電性のセラミックから構成されているので、このコンタクトＣＴの熱膨張率と中間層１８及びセラミック溶射層２０の熱膨張率との差は非常に小さいものとなる。したがって、温度変化によって支持部７の構成部材に膨張や収縮といった変形が生じた場合であっても、熱応力が生じにくくなるので、接合不良が発生することを抑制することができる。

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述したプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置であったが、載置台２は任意のプラズマ処理装置に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波によってガスを励起させるプラズマ処理装置のように、任意のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。

また、上述した実施形態では、基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂが溝１３により分割されているが、必ずしも基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂは分割されている必要はない。例えば、基台中央部３ａ及び基台周縁部３ｂが物理的に連続しており、基台周縁部３ｂが支持部７を介してフォーカスリング５を支持していてもよい。この場合であっても、ヒータ電極２２と基台周縁部３ｂとの間に介在する中間層１８によってヒータ電極２２と基台周縁部３ｂとの間の温度勾配を大きくすることができる。その結果、接着剤９ａの耐熱温度に起因するヒータ電極２２の発熱量の制限が緩和されるので、フォーカスリング５の設定温度を高くすることが可能である。

１…処理容器、２…載置台、３…基台、３ａ…基台中央部、３ｂ…基台周縁部、４…支持台、５…フォーカスリング、５ａ…凸部、６…静電チャック、６ａ…電極、６ｂ…絶縁体、６ｃ…ヒータ、６ｄ…載置面、６ｅ…フランジ部、７…支持部、９ａ,９ｂ…接着剤、１０…プラズマ処理装置、１３…溝、１４…ヒータ電源、１５…処理ガス供給源、１６…シャワーヘッド、１８…中間層、２０…セラミック溶射層、２０ａ…第１の膜、２０ｂ…第２の膜、２２…ヒータ電極、２４…筒状体、２５…接点部、２６…配線、９０…制御部、ＣＴ…コンタクト、ＥＷ…配線、ＨＬ…貫通孔、Ｗ…ウェハ。

Claims (6)

1. 被処理体を載置するための載置台であって、
   その上端に載置面を有し、前記載置面に前記被処理体を吸着するための静電チャックと、
   フォーカスリングを支持するための支持部と、
   前記静電チャックを支持する第１領域、及び、前記載置面に直交する方向から見て前記載置面の外側の位置で前記第１領域を囲む第２領域であり、前記支持部を支持する該第２領域を有する金属製の基台と、
   を備え、
   前記支持部は、
   セラミック焼結体からなり、接着剤を介して前記第２領域に支持される中間層と、
   前記中間層上に溶射法によって形成されたセラミック溶射層と、
   前記セラミック溶射層の内部に設けられたヒータ電極であり、溶射法により形成された該ヒータ電極と、を備え、
   前記支持部が、前記第１領域に支持されないように、前記第２領域によって支持されている、載置台。
2. 前記第１領域及び前記第２領域は、該第１領域と該第２領域との間で環状に延在する溝により分割されている、請求項１に記載の載置台。
3. 前記中間層には、前記ヒータ電極に電気的に接続された給電用のコンタクトが設けられており、該給電用のコンタクトは、導電性のセラミックから構成されている、請求項１又は２に記載の載置台。
4. 前記セラミック溶射層は、前記ヒータ電極と前記中間層との間に、溶射法によって形成されたジルコニア製の膜を含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の載置台。
5. 被処理体を載置するための載置台であって、
   前記被処理体を吸着するための静電チャックと、
   フォーカスリングを支持するための支持部と、
   前記静電チャックを支持する第１領域、及び、前記第１領域を囲む環状の第２領域であり、前記支持部を支持する該第２領域を有する金属製の基台と、
   を備え、
   前記支持部は、
   セラミック焼結体からなり、接着剤を介して前記第２領域に支持される環状の中間層であり、前記第１領域の外径以上の内径を有する、該中間層と、
   前記中間層上に溶射法によって形成されたセラミック溶射層と、
   前記セラミック溶射層の内部に設けられたヒータ電極であり、溶射法により形成された該ヒータ電極と、
   を備える載置台。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の載置台を備えるプラズマ処理装置。

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