JP2013258270A - 基板載置台及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電チャックと基台とを接着する接着層を適切に保護することができる基板載置台及び基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置は、処理容器及び基板載置台を備える。処理容器は、処理空間を画成する。基板載置台は、基台及び静電チャックを有し、処理空間内に配置される。基台は、冷媒用の流路がその内部に設けられている。静電チャックは、基台の上面に液状接着剤を硬化してなる接着層を介して設けられ、その内部に電極が設けられている。ここで、基台の上面には、静電チャックと接着層を介して接着する第１接着領域が形成されている。第１接着領域の中央部は、第１接着領域の端部に比べて凹んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、基板載置台及び基板処理装置に関するものである。

従来、静電吸着用の電極を内臓する静電チャックと、静電チャックの温度を調整する基台とを備える基板載置台が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の基板載置台では、静電チャックと基台とが接着層を介して接着一体化されている。基台の上面は、略メサ形状となっており、メサ台地の上面（載置面）に静電チャックが配置される。静電チャックの上面は、載置面よりも大きな面積を有している。このため、静電チャックは、静電チャックの縁部が載置面から径方向外側に突出した状態で配置される。接着層の側周面には、耐プラズマ性を有する柔軟な被覆部材が設けられる。この被覆部材は、静電チャックの側面、静電チャックの下面の端部、及び、基台のメサ台地以外の上面（縁）に密着させて設けられる。他の例として、被覆部材は、静電チャックの側面、静電チャックの下面の端部、基台のメサ台地以外の上面（縁）及び基台のメサ台地の側面に密着させて設けられる。これにより、接着層の側周面が被覆部材によってプラズマにより生じた活性種等から保護されるため、接着層の劣化を防止することができる。

特開２００５−３３１８１号公報

しかしながら、特許文献１記載の基板載置台に熱が加わると、被覆部材の材料によっては大きく熱伸縮するおそれがある。被覆部材が大きく熱膨張した場合には、静電チャックの下面の端部を上方向に押し上げる力が働くため、接着層が剥離するおそれがある。また、被覆部材が大きく熱収縮した場合には、静電チャックの下面の端部と被覆部材との間に隙間が形成されてプラズマ等が入り込むおそれがある。このため、本技術分野においては、静電チャックと基台とを接着する接着層を適切に保護することができる基板載置台及び基板処理装置が望まれている。

本発明の一側面に係る基板処理装置は、処理容器及び基板載置台を備える。処理容器は、処理空間を画成する。基板載置台は、基台、静電チャック及び封止部材を有する。基台は、冷媒用の流路がその内部に設けられ、その上面の縁部に上方向に突出した凸部が周方向に沿って環状に形成されている。静電チャックは、基台の凸部の内側の上面に凸部から離間した状態で接着層を介して設けられ、その内部に電極が設けられる。封止部材は、環状を呈し、基台の上面であって凸部の側面と静電チャックの側面との間に、凸部の側面及び静電チャックの側面に密着して配置される。

この基板処理装置では、基台の上面の縁部に設けられた凸部と静電チャックとの間に、環状の封止部材が凸部の側面及び静電チャックの側面に密着して配置される。このように水平方向に封止して接着層を保護することができる。そして、熱によって静電チャックと凸部との間が狭くなった場合であっても、封止部材は、上方向には密着されていないため、静電チャックや他の部材に対して上方向への力を加えることを回避することができる。このため、接着層を剥離することなく適切に保護することができる。また、熱によって静電チャックと凸部との間が広くなった場合であっても、封止部材は、凸部の側面及び静電チャックの側面に密着することで水平方向に押力が加わるように配置されているため、静電チャックと凸部との間の広がりに追従して水平方向に伸びて封止状態を維持することができる。よって、プラズマ等に接着層が晒されることを回避し、接着層を適切に保護することができる。

一実施形態では、凸部の側面と静電チャックの側面とが平行となるように構成されてもよい。一実施形態では、封止部材の横断面が楕円形状であり、封止部材は、楕円形状の長手方向の一端部が凸部の側面と密着し、楕円形状の長手方向の他端部が静電チャックの側面と密着してもよい。このように構成することで、静電チャックと凸部との間隔を大きく確保して部材間の熱膨張に対処しつつ、上方向への膨張を緩和する形状を採用することができる。

一実施形態では、封止部材が、凸部の側面と静電チャックの側面との間に加わる応力を緩和する応力緩和部を有してもよい。このように構成することで、上方向への膨張を一層緩和することができる。

一実施形態では、応力緩和部は、楕円形状の長手方向に直交する方向に形成された凹部であってもよい。一実施形態では、凹部は、楕円形状の長手方向に直交する方向に対向して複数形成されてもよい。一実施形態では、凹部は、楕円形状の長手方向に沿って複数形成されてもよい。このように楕円形状の長手方向に直交する方向に凹部を形成することで、静電チャックと凸部との間が狭くなることで長手方向に力が加わった場合であっても、凹部に応力を逃がして封止部材を上方向へ膨張させることを回避することができる。

一実施形態では、封止部材は、楕円形状の長手方向に直交する方向の厚さが凸部の突出幅よりも薄くてもよい。このように構成することで、静電チャックと凸部との間が狭くなることで長手方向に力が加わった場合に凸部を超えて上方向に突出しにくくさせることができる。

本発明の他の側面に係る基板載置台は、基台、静電チャック及び封止部材を有する。基台は、冷媒用の流路がその内部に設けられ、その上面の縁部に上方向に突出した凸部が周方向に沿って環状に形成されている。静電チャックは、基台の凸部の内側の上面に凸部から離間した状態で接着層を介して設けられ、その内部に電極が設けられる。封止部材は、環状を呈し、基台の上面であって凸部の側面と静電チャックの側面との間に、凸部の側面及び静電チャックの側面に密着して配置される。

この基板載置台では、基台の上面の縁部に設けられた凸部と静電チャックとの間に、環状の封止部材が凸部の側面及び静電チャックの側面に密着して配置される。このように水平方向に封止して接着層を保護することができる。そして、熱によって静電チャックと凸部との間が狭くなった場合であっても、封止部材は、上方向には密着されていないため、静電チャックや他の部材に対して上方向への力を加えることを回避することができる。このため、接着層を剥離することなく適切に保護することができる。また、熱によって静電チャックと凸部との間が広くなった場合であっても、封止部材は、凸部の側面及び静電チャックの側面に密着することで水平方向に押力が加わるように配置されているため、静電チャックと凸部との間の広がりに追従して水平方向に伸びて封止状態を維持することができる。よって、プラズマ等に接着層が晒されることを回避し、接着層を適切に保護することができる。

以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、静電チャックと基台とを接着する接着層を適切に保護することができる。

一実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す図である。 一実施形態に係る基板載置台の一部拡大断面図である。 変形例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。

図１は、一実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す図である。図１では、一実施形態に係る基板処理装置の断面が示されている。図１に示す基板処理装置１０は、平行平板型のプラズマ処理装置である。

プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有しており、その内部空間として処理空間Ｓを画成している。プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に、略円板形状のベース（基台）１４を備えている。ベース１４は、処理空間Ｓの下方に設けられている。ベース１４は、例えばアルミニウム製であり、第２の電極を構成している。ベース１４は、プロセスにおいて後述する静電チャック５０の熱を吸熱して、静電チャック５０を冷却する機能を有する。

ベース１４の内部には、冷媒用の冷媒流路１５が形成されており、冷媒流路１５には、冷媒入口配管、冷媒出口配管が接続される。そして、冷媒流路１５の中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、ベース１４及び静電チャック５０を所定の温度に制御可能な構成とされている。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、筒状保持部１６及び筒状支持部１７を更に備えている。筒状保持部１６は、ベース１４の側面及び底面の縁部に接して、ベース１４を保持している。筒状支持部１７は、処理容器１２の底部から垂直方向に延在し、筒状保持部１６を介してベース１４を支持している。プラズマ処理装置１０は、この筒状保持部１６の上面に載置されるフォーカスリング１８を更に備えている。フォーカスリング１８は、例えば、シリコン又は石英から構成され得る。

一実施形態においては、処理容器１２の側壁と筒状支持部１７との間には、排気路２０が形成されている。排気路２０の入口又はその途中には、バッフル板２２が取り付けられている。また、排気路２０の底部には、排気口２４が設けられている。排気口２４は、処理容器１２の底部に嵌め込まれた排気管２８によって画成されている。この排気管２８には、排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、真空ポンプを有しており、処理容器１２内の処理空間Ｓを所定の真空度まで減圧することができる。処理容器１２の側壁には、被処理基体（基板）Ｗの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。

ベース１４には、プラズマ生成用の高周波電源３２が整合器３４を介して電気的に接続されている。高周波電源３２は、所定の高周波数（例えば２７ＭＨｚ以上）の高周波電力を第２の電極、即ち、ベース１４に印加する。

プラズマ処理装置１０は、更に、処理容器１２内にシャワーヘッド３８を備えている。シャワーヘッド３８は、処理空間Ｓの上方に設けられている。シャワーヘッド３８は、電極板４０及び電極支持体４２を含んでいる。

電極板４０は、略円板形状を有する導電性の板であり、電極支持体４２にネジなどで固定されている。これら電極支持体４２及び電極板４０により、第１の電極を構成している。電極支持体４２には、プラズマ生成用の高周波電源３５が整合器３６を介して電気的に接続されている。高周波電源３５は、所定の高周波数（例えば２７ＭＨｚ以上）の高周波電力を電極支持体４２に印加する。高周波電源３２及び高周波電源３５によってベース１４及び電極板４０に高周波電力がそれぞれ与えられると、ベース１４と電極板４０との間の空間、即ち、処理空間Ｓには高周波電界が形成される。

電極板４０には、複数のガス通気孔４０ｈが形成されている。電極板４０は、電極支持体４２によって着脱可能に支持されている。電極支持体４２の内部には、バッファ室４２ａが設けられている。プラズマ処理装置１０は、ガス供給部４４を更に備えており、バッファ室４２ａのガス導入口２５にはガス供給導管４６を介してガス供給部４４が接続されている。ガス供給部４４は、処理空間Ｓに処理ガスを供給する。ガス供給部４４は、例えば、ＣＦ系のエッチングガス等を供給し得る。電極支持体４２には、複数のガス通気孔４０ｈにそれぞれ連続する複数の孔が形成されており、当該複数の孔はバッファ室４２ａに連通している。したがって、ガス供給部４４から供給されるガスは、バッファ室４２ａ、ガス通気孔４０ｈを経由して、処理空間Ｓに供給される。

一実施形態においては、処理容器１２の天井部に、環状又は同心状に延在する磁場形成機構４８が設けられている。この磁場形成機構４８は、処理空間Ｓにおける高周波放電の開始（プラズマ着火）を容易にして放電を安定に維持するよう機能する。

一実施形態においては、ベース１４の上面に静電チャック５０が設けられている。静電チャック５０は、略円板状の部材である。この静電チャック５０は、電極５２、並びに、一対の絶縁膜５４ａ及び５４ｂを含んでいる。絶縁膜５４ａ及び５４ｂは、セラミック等の絶縁体により形成される膜である。電極５２は、導電膜であり、絶縁膜５４ａと絶縁膜５４ｂの間に設けられている。すなわち、静電チャック５０は、その内部に電極５２を備える。この電極５２には、スイッチＳＷを介して直流電源５６が接続されている。直流電源５６から電極５２に直流電圧が与えられると、クーロン力が発生し、当該クーロン力によって被処理基体Ｗが静電チャック５０上に吸着保持される。静電チャック５０の下面には、加熱素子であるヒータが配置され、被処理基体Ｗを所定温度に加熱できるようになっている。ヒータは、配線を介してヒータ電源（不図示）に接続される。ベース１４及び静電チャック５０は、載置台（基板載置台）７０を構成している。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、ガス供給ライン５８及び６０、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４を更に備えている。伝熱ガス供給部６２は、ガス供給ライン５８に接続されている。このガス供給ライン５８は、静電チャック５０の上面まで延びて、当該上面の中央部分において環状に延在している。伝熱ガス供給部６２は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック５０の上面と被処理基体Ｗとの間に供給する。また、伝熱ガス供給部６４はガス供給ライン６０に接続されている。ガス供給ライン６０は、静電チャック５０の上面まで延びて、当該上面においてガス供給ライン５８を囲むように環状に延在している。伝熱ガス供給部６４は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック５０の上面と被処理基体Ｗとの間に供給する。

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部６６を更に備えている。この制御部６６は、排気装置２６、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４に接続されている。制御部６６は、排気装置２６、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４のそれぞれに制御信号を送出する。制御部６６からの制御信号により、排気装置２６による排気、スイッチＳＷの開閉、高周波電源３２からの電力供給、整合器３４のインピーダンス調整、高周波電源３５からの電力供給、整合器３６のインピーダンス調整、ガス供給部４４による処理ガスの供給、伝熱ガス供給部６２及び６４それぞれによる伝熱ガスの供給が制御される。また、制御部６６は、ヒータ電源（不図示）にも接続されており、後述するヒータへの供給電流を制御して被処理基体Ｗの温度を制御する。

このプラズマ処理装置１０では、ガス供給部４４から処理空間Ｓに処理ガスが供給される。また、電極板４０とベース１４との間、即ち処理空間Ｓにおいて高周波電界が形成される。これにより、処理空間Ｓにおいてプラズマが発生し、処理ガスに含まれる元素のラジカル等（例えば、酸素ラジカル）により、被処理基体Ｗのエッチングが行われる。

以下、載置台７０の構成について詳細に説明する。図２は、図１に示す載置台７０の一部拡大断面図である。図２に示すように、ベース１４の上面には、静電チャック５０が接着層７１を介して設けられている。接着層７１は、液状接着剤を硬化して形成される。液状接着剤として、例えば、例えばシリコーン系材料、アクリルベースもしくはアクレラートベースのアクリル系材料、又はポリイミドシリカ系材料を含む有機系接着剤が用いられる。

ベース１４の上面の縁部には、上方（径方向に直交する方向）に凸状に突出された凸部１４ｂが形成されている。ベース１４の上面であって周方向に環状に形成された凸部１４ｂの内側には、静電チャック５０が、凸部１４ｂから離間した状態で接着層７１を介して接着されている。なお、ベース１４の表面は、溶射によって保護層７５が設けられていてもよい。

静電チャック５０は、その下部５０ｂが径方向外側に突出した円板状の部材である。下部５０ｂの厚さは、凸部１４ｂの突出幅（高さ）よりも薄く又は略同一とされ、凸部１４ｂの上面に載置されたフォーカスリング１８が静電チャック５０の上部側面５０ｃの近傍に配置できる構成とされている。下部５０ｂの側面５０ａと、凸部１４ｂの側面１４ａとは平行である。

ベース１４の上面であって凸部１４ｂの側面１４ａと静電チャック５０の側面５０ａとの間には、接着層７１を保護するための封止部材７４が配置されている。封止部材７４は、環状部材であって、その横断面が略楕円形状である。封止部材７４は、楕円形状の長手方向に直交する方向の厚さが凸部１４ｂの突出幅（高さ）より薄く形成されている。封止部材７４は、弾力及び耐プラズマ性を有する材料で形成され、例えばフッ素系樹脂、パーフロロエラストマが用いられる。

封止部材７４には、凸部１４ｂの側面１４ａと静電チャック５０の側面５０ａとの間に加わる応力を緩和する応力緩和部が形成されている。ここでは応力緩和部の一例として、封止部材７４の中央部分に凹部（くびれ部）７４ａが形成されている。中央部分は、封止部材７４の楕円形状の長手方向に力が加わった場合に、楕円形状の長手方向に直交する方向へ最も膨張する部分である。中央部分に凹部７４ａを形成することで、長手方向に直交する方向の膨張を抑制させることができる。凹部７４ａは、楕円形状の長手方向に直交する方向に対向して複数形成されている。なお、凹部７４ａの深さは、静電チャック５０、ベース１４及び封止部材７４に加わる応力が最適値となるようにシミュレーション等によって決定される。

封止部材７４は、封止部材７４は、凸部１４ｂの側面１４ａ及び静電チャック５０の側面５０ａに密着するように、側面１４ａと側面５０ａとの間に圧入される。ここでは、封止部材７４が、楕円形状の長手方向の一端部７４ｃが凸部１４ｂの側面１４ａと密着し、楕円形状の長手方向の他端部７４ｂが静電チャック５０の側面５０ａと密着する。すなわち、封止部材７４は、凸部１４ｂの側面１４ａ及び静電チャック５０の側面５０ａに押力が加わるように配置される。これにより、側面５０ａと封止部材７４との間にシール面Ｓ１が形成され、側面１４ａと封止部材７４との間にシール面Ｓ２が形成される。また、断面が楕円形状の封止部材７４を上記のように配置することで、円形の場合と比べて、静電チャック５０と凸部１４ｂとの間隔を大きく確保しつつ、上方向への膨張を緩和することができる。

一実施形態では、接着層７１は、ヒータ５３を備えている。ヒータ５３は、静電チャック５０の下面に配置される。ヒータ５３は、例えばエポキシ等の樹脂系の接着剤によって静電チャック５０の下面に接着される。

以上説明したように、本実施形態に係る基板処理装置１０では、ベース１４の上面の縁部に設けられた凸部１４ｂと静電チャック５０との間に、環状の封止部材７４が凸部１４ｂの側面１４ａ及び静電チャック５０の側面５０ａに密着して配置される。このように水平方向に封止して接着層７１を保護することができる。そして、熱によって静電チャック５０と凸部１４ｂとの間が狭くなった場合であっても、封止部材７４は、上方向には密着されていないため、静電チャックや他の部材に対して上方向への力を加えることを回避することができる。このため、接着層７１を剥離することなく適切に保護することができる。また、熱によって静電チャック５０と凸部１４ｂとの間が広くなった場合であっても、封止部材７４は、凸部１４ｂの側面１４ａ及び静電チャック５０の側面５０ａに密着することで水平方向に押力が加わるように配置されているため、静電チャック５０と凸部１４ｂとの間の広がりに追従して水平方向に伸びて封止状態を維持することができる。よって、プラズマ等に接着層７１が晒されることを回避し、接着層７１を適切に保護することができる。

また、本実施形態に係る基板処理装置１０では、封止部材７４の断面を略楕円形状とし、その長手方向に直交する方向に凹部７４ａを形成することで、静電チャック５０と凸部１４ｂとの間が狭くなることで長手方向に力が加わった場合であっても、凹部７４ａに応力を逃がして封止部材７４を上方向へ膨張させることを回避することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。図３は、変形例を示す概要図である。上記実施形態では、凹部７４ａが対向するように２つ形成されている例を説明したが、図３の（Ａ）に示すように、上部のみに形成されていてもよい。また、図３の（Ｂ）に示すように、凹部７４ａを備えていなくてもよい。あるいは、図３の（Ｃ）に示すように、凹部７４ａが楕円形状の長手方向に沿って複数形成されていてもよい。

また、上記実施形態においては基板処理装置の一例として、プラズマ処理装置を説明したが、これに限られるものではなく、熱ＣＶＤ装置やその他の蒸着装置であってもよい。また、エッチング装置、成膜装置等であってもよく、要は基板を処理する装置であれば装置の用途や構成に限定されることはない。

また、上記実施形態では、接着層７１がヒータ５３を有する例を説明したが、ヒータ５３は設けなくてもよい。また、ヒータ５３は、静電チャック５０の内部に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、接着層７１が単一の接着剤で形成される例を説明したが、複数の接着剤を用いて多層に形成してもよい。また、シート状の接着剤と組み合わせて静電チャック５０とベース１４とを接着してもよい。

１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…ベース（基台）、１４ｂ…凸部、冷媒流路…１５、５０…静電チャック、５２…電極、５３…ヒータ、５４ａ，５４ｂ…絶縁膜、５６…直流電源、５８…ガス供給ライン、６０…ガス供給ライン、６２…伝熱ガス供給部、６４…伝熱ガス供給部、６６…制御部、７０…載置台、７１…接着層、７４…封止部材、Ｓ…処理空間、Ｗ…被処理基体（基板）。

Claims (9)

1. 処理空間を画成する処理容器と、
   前記処理空間内に配置された基板載置台と、
   を備え、
   前記基板載置台は、
   冷媒用の流路がその内部に設けられ、その上面の縁部に上方向に突出した凸部が周方向に沿って環状に形成された基台と、
   前記基台の前記凸部の内側の上面に前記凸部から離間した状態で接着層を介して設けられ、その内部に電極が設けられた静電チャックと、
   前記基台の上面であって前記凸部の側面と前記静電チャックの側面との間に、前記凸部の側面及び前記静電チャックの側面に密着して配置された環状の封止部材と、
   を有する基板処理装置。
2. 前記凸部の側面と前記静電チャックの側面とが平行となるように構成された請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記封止部材の横断面が楕円形状であり、
   前記封止部材が、楕円形状の長手方向の一端部が前記凸部の側面と密着し、楕円形状の長手方向の他端部が前記静電チャックの側面と密着する請求項１又は２に記載の基板処理装置。
4. 前記封止部材が、前記凸部の側面と前記静電チャックの側面との間に加わる応力を緩和する応力緩和部を有する請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記応力緩和部が、楕円形状の長手方向に直交する方向に形成された凹部である請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記凹部は、楕円形状の長手方向に直交する方向に対向して複数形成される請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記凹部は、楕円形状の長手方向に沿って複数形成される請求項５又は６に記載の基板処理装置。
8. 前記封止部材は、楕円形状の長手方向に直交する方向の厚さが前記凸部の突出幅よりも薄い請求項１〜７の何れか一項に記載の基板処理装置。
9. 冷媒用の流路がその内部に設けられ、その上面の縁部に上方向に突出した凸部が周方向に沿って環状に形成された基台と、
   前記基台の前記凸部の内側の上面に前記凸部から離間した状態で接着層を介して設けられ、その内部に電極が設けられた静電チャックと、
   前記基台の上面であって前記凸部の側面と前記静電チャックの側面との間に、前記凸部の側面及び前記静電チャックの側面に密着して配置された環状の封止部材と、
   を有する基板載置台。

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