特許 5936361 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5936361

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20160609BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20160609BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   H01L21/302 101G

   H02N13/00 D

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-3691(P2012-3691)

(22)【出願日】2012年1月12日

(65)【公開番号】特開2013-143512(P2013-143512A)

(43)【公開日】2013年7月22日

【審査請求日】2015年1月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100100310

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 学

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(74)【代理人】

【識別番号】100091720

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 重美

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 浩平

(72)【発明者】

【氏名】中本 和則

(72)【発明者】

【氏名】大本 豊

【審査官】 鈴木 和樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２８２６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１６２５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０７８１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０７４２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１８８３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１５５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５１７０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５２４８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１６８４３９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空容器内部に配置され減圧された内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内の下部に配置されその上面に前記プラズマを用いた処理の対象の試料が載置される試料台と、この試料台上部の前記試料がその上に載せられる載置面を構成する誘電体製の絶縁膜及びこの絶縁膜の内部に配置され前記試料を吸着保持するための電力が供給される電極とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記試料台が下部材と前記絶縁膜がその上面上方に配置された金属製の上部材とに分割可能に構成され、
前記上部材を貫通する貫通孔の内部に、前記電極に電気的に接続されたソケット及びこれの内側に下側から挿入されて接触するピンを含む給電部と、前記ソケットの外周に装着されたシール部材であって、前記貫通孔の内部の空間において前記ソケット上方で当該ソケットと前記電極とを接続する接続部を含む上側の空間と前記ピンが前記ソケットに接触した部分を含む略大気圧にされた下側の空間との間を気密に区画するシール部材とを備え、前記上側の空間が前記減圧された前記処理室に通路を介して連通されたプラズマ処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記貫通孔が前記上部材と下部材とを貫通するものであって、この貫通孔の内部に前記下部材の下方から挿入されてこれに取り付けられた円筒状のスリーブを備え、前記シール部材がこのスリーブの内周壁面と前記ソケットの外周側面との間に挟まれて前記上側の空間と下側の空間との間を気密に区画するプラズマ処理装置。

【請求項3】

請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記スリーブが前記貫通孔に挿入された状態で前記貫通孔の内周壁面と前記スリーブとの外周壁面との間に挟まれて保持され、前記減圧された処理室内と連通した上方の空間と前記処理室外である略大気圧側に連通した下方の空間との間を区画してこれらの間を気密に区画する別のシール部材を備えたプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空容器内の処理室内で形成したプラズマを用いてこの処理室内で半導体ウエハ等の基板状の試料をエッチング処理するプラズマ処理装置に係る。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハなどの試料を試料台に載せて、その上部に発生させたプラズマによりエッチングなどの処理を行うプラズマ処理装置であって、前記試料の温度は処理性能に大きく影響するため、前記試料台の温度は所望の温度分布に制御されている。

【0003】

試料台温度の制御手段としては、試料台内部に温度制御された熱交換液体を流したり、試料台内部にヒータを内蔵させて加熱制御したりしている。

【0004】

ここで、試料は前記試料台の上に載置され、静電気を用いて試料台に吸着されている。前記試料台の試料を載置する表面には極めて薄い絶縁膜が形成されている。この絶縁膜は溶射で形成されたり、あるいは、極めて薄い絶縁性のプレートが接着剤等によって貼り付けられたりする。ここで、前記絶縁膜の下面側に電極を形成し、電圧を印加することで、前記絶縁膜を挟んで試料内で分極が発生し、静電気により試料と前記試料台が吸着する構成をとっている。この静電気による吸着力（静電吸着力）により、試料と前記試料台の間の熱伝達効率が高められ、試料温度の制御性を高めている。

【0005】

このような従来の技術の例としては、特開昭５７−６４９５０号公報に開示のものが知られている。この従来技術では、絶縁膜の厚みは十分な静電気力が得られるように十分に薄くされ、５０〜２００μｍ程度の膜厚にされている。

【0006】

さらに、ヒータについても静電吸着用の電極と同様に絶縁膜の下面側に配置することで、絶縁膜の厚みを薄くするほどヒータの配置された表面から試料載置面までの熱抵抗が小さくなり試料載置面の温度制御性は向上する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭５７−６４９５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、上記のようなプラズマ処理装置の試料台には、一般的に、試料を試料台上に静電吸着して保持するための電極あるいはヒータが配置されている。このような静電吸着用の電極あるいはヒータは、試料台の外部に配置された特定の電源からの電力が同軸ケーブルや配線等の給電線やソケットやプラグ等の接続部から構成された給電経路を介して供給される。一方で、このような電極あるいはヒータは上記給電経路を一体として試料台上に形成することは困難である。

【0009】

また、ヒータや静電吸着用の電極を含んだ試料台の部分は、試料台の使用時間が長くなるにつれて、腐食や汚染、あるいは試料台の外表面が損傷、消耗するため、これを交換する必要が生じる場合がある。このような保守、点検の際には、ヒータや静電吸着用の電極を含んだ試料台の部分と上記給電経路の一部分との接続を離脱させる構成を備える必要がある。

【0010】

このため、試料台への給電経路として、ヒータや静電吸着用の電極の下方に抜き差し可能な給電コンタクト部品が備え付けられたものが従来より考えられてきた。このような給電コンタクト部では、使用者の作業内容や要求に応じて給電経路が切り離されて試料台を分解し、必要な部分を取り外して交換可能に構成することが可能となる。

【0011】

しかし、このような従来の技術の構成では、次の点で考慮が不十分であり問題が生じていた。すなわち、給電コンタクト部分がプラズマ処理雰囲気に晒され相互作用により腐食等の導通を損なう物質が形成されて電力の伝達に悪影響が生じてしまい、長い使用期間中に給電の能力が損なわれ、ひいては試料台の機能が低下してしまう虞があった。

【0012】

また、上記の給電部の導通の性能の低下は給電部に処理室内のガスや生成物等の粒子が進入することを抑制する構成、例えば試料台内部を処理室内部の空間に対して気密に区画して、内部を高い圧力にすることで当該粒子の進入を防ぐことができ問題の生起を抑制することが考えられる。しかし、一般的に、試料台の載置面を構成する表面の絶縁膜により厚さの小さいもので形成することで、温度の調節や吸着の性能を向上させ処理の性能を向上することが行われており、内部を高圧（例えば、略大気圧）にした内部から高い真空度にされる真空容器内の処理室の試料台上方の空間に向けて縁膜内を気体分子が通過してしまう。特に、絶縁膜を溶射法でセラミクスにより形成した場合には膜内に多数の孔が形成されることは避けられず、この多孔性部材を介して処理室内と試料台内部の高圧部とが連通して処理室内を高い真空度に維持することが困難となるという虞があった。

【0013】

あるいは、上記絶縁膜として気密性の高い絶縁プレートを接着剤を用いて接合したとしても、接着剤の気密性が十分でなく接着剤内部を気体分子が通過したり、あるいは、接着剤がプラズマ処理雰囲気に晒されることで気密性が低下して製品寿命が短くなったりするという虞があった。

【0014】

本発明の目的は、長期間の使用においても試料台の性能を高く維持し高い信頼性を備えたプラズマ処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記目的は、真空容器内部に配置され減圧された内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内の下部に配置されその上面に前記プラズマを用いた処理の対象の試料が載置される試料台と、この試料台上部の前記試料がその上に載せられる載置面を構成する誘電体製の絶縁膜及びこの絶縁膜の内部に配置され前記試料を吸着保持するための電力が供給される電極とを備えたプラズマ処理装置であって、前記試料台が下部材と前記絶縁膜がその上面上方に配置された金属製の上部材とに分割可能に構成され、前記上部材を貫通する貫通孔の内部に、前記電極に電気的に接続されたソケット及びこれの内側に下側から挿入されて接触するピンを含む給電部と、前記ソケットの外周に装着されたシール部材であって、前記貫通孔の内部の空間において前記ソケット上方で当該ソケットと前記電極とを接続する接続部を含む上側の空間と前記ピンが前記ソケットに接触した部分を含む略大気圧にされた下側の空間との間を気密に区画するシール部材とを備え、前記上側の空間が前記減圧された前記処理室に通路を介して連通されたことにより達成される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を備えた真空処理装置の全体の構成の概略を示す図である。

【図2】図１に示す実施例のプラズマ処理装置の処理容器の構成の概略を示す縦断面図である。

【図3】図２に示すプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を拡大して模式的に示す縦断面図である。

【図4】従来の技術に係るプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。

【図5】図３に示す試料台の静電吸着用の電極への給電経路における接続部の構成を模式的に拡大して示す縦断面図である。

【図6】図５に示す試料台が分解された状態を模式的に示す縦断面図である。

【図7】図３に示す試料台の静電吸着用の電極への給電経路における接続部の別の例の構成を模式的に拡大して示す縦断面図である。

【図8】図５に示す試料台の静電吸着用の電極への給電経路における接続部を形成する工程を模式的に示す図である。

【図9】図５に示す試料台の静電吸着用の電極への給電経路における接続部のソケット及びコンタクトピンの構成を拡大して模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施の形態を以下図面を参照して説明する。
本発明の実施の形態は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台であって、半導体ウエハ等の基板状の試料を吸着させて保持しつつ、試料台上方の処理室内の空間に形成したプラズマを用いて試料の処理を行う試料台を含むプラズマ処理装置である。一般的にこのようなプラズマ処理装置では、試料が載せられる試料台は処理中に温度を所望の範囲内の値となるように調節されている。このような温度の制御は、試料台の内部に配置された流路に所定の値の範囲の温度に調節された熱交換媒体を流したり、試料台の内部にヒータを内蔵させヒータの発熱量を調節したりして行われている。

【0018】

また、本実施の形態では、試料は試料台の上部に配置された試料と同じ径かわずかに小さい直径を有した円形または一部が特定の形状に欠けた円形の載置面の上に載置され、試料と試料台との間に形成された静電気を用いて載置面上で吸着され保持される。このような試料台の試料を載置する載置面は絶縁膜が配置されて構成されている。

【0019】

この絶縁膜は溶射で形成されたり、あるいは、極めて薄い絶縁性のプレートが接着剤等によって貼り付けられたりする。ここで、前記絶縁膜の下面側に電極を形成し、電圧を印加することで、前記絶縁膜を挟んで試料内で分極が発生し、静電気により試料と前記試料台が吸着する構成をとっている。この静電気による吸着力（静電吸着力）により、試料と前記試料台の間の熱伝達効率が高められ、試料温度の制御性を高めている。

【0020】

このような従来の技術の例としては、特開昭５７−６４９５０号公報に開示のものが知られている。この従来技術では、絶縁膜の厚みは十分な静電気力が得られるように十分に薄くされ、５０〜２００μｍ程度の膜厚にされている。

【0021】

さらに、ヒータについても静電吸着用の電極と同様に絶縁膜の下面側に配置することで、絶縁膜の厚みを薄くするほどヒータの配置された表面から試料載置面までの熱抵抗が小さくなり試料載置面の温度制御性は向上する。

【0022】

ところで、前記静電吸着用の電極あるいはヒータへの給電部には、抜き差し可能な給電コンタクト部品が備え付けられており、この給電コンタクト部で給電ラインを切り離して、前記試料台を解体、交換可能な設計となっている。

【0023】

ここで、試料台は真空容器内に配置されており、給電コンタクト部品もプラズマ処理雰囲気内に配置される場合と給電コンタクト部品はプラズマ処理雰囲気外に配置される場合とが考えられる。このような試料台の構成を模式的に図４に示す。

【0024】

図４は、このようなプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。図４（ａ）は前者の構成を、図４（ｂ）は後者の構成を示している。

【0025】

図４（ａ）において、試料台は、金属製の部材である基材４０３とその上面に配置されたセラミクス等の絶縁性の材料による絶縁膜４０１と基材４０３の下方に配置され外周部分のボルト４０５によって締結されて上面が基材４０３の下面と接続される試料台ベース４０４とを備えている。また、絶縁膜４０１の内部には膜状に形成され試料Ｗが絶縁膜４０１上に載せられた状態で静電吸着するための電極４０２が配置されている。

【0026】

さらに基材４０３の内部には貫通孔が配置されており、貫通孔内部に収納された給電コンタクトソケット４０７が配置され、その上端部が貫通孔上部の開口から上方に突出して電極４０２の裏面に結合されている。これにより、電極４０２の裏面とが接続されて電極４０２と給電コンタクトソケット５０２は電気的に接続されている。

【0027】

さらに、試料台ベース４０４は、基材４０３に配置された上記貫通孔にその中心軸を合わせて配置された貫通孔を有しており、基材４０３と試料台ベース４０４とが基材４０３の高さが低くされた凸部の外周部において締結用のボルトによって締結され両者の下面と上面とが接触された状態で、両者を貫通する貫通孔も１つの孔として連結される。試料台ベース４０４の上記連結された貫通孔の下方から貫通孔内に挿入された給電コンタクトピン４０８の先端部は、給電コンタクトソケット４０７の凹み部内に差し込まれて前者の表面と後者の内側表面とが接触して両者が電気的に接続されることで、給電コンタクトピン４０８と電極４０２との間が電気的に接続される。この状態で、静電吸着用電源４１２からの所定の直流電圧が給電コンタクトピン４０８に印加されることで、給電コンタクトソケット４０７を経由して電極４０２に試料Ｗを吸着可能にするに足る所期の電圧が供給される。

【0028】

また、給電コンタクトピン４０８は下端部において円板状の絶縁スリーブ４１１と接合されており、絶縁スリーブ４１１の上面が試料台ベース４０４の下面と当接することで、連結された貫通孔内での給電コンタクトピン４０８の位置が定められて試料台２０７内で保持される。図４（ａ）の例では、絶縁スリーブ４１１の当接する面の給電コンタクトピン４０８の外周側の部分にリング状に配置された溝を有しこの溝内に嵌め込まれた状態で絶縁スリーブ４１１が試料台ベース４０４下面と当接することでリングの内外を気密に区画するＯリング等の真空シール４０９を備えている。

【0029】

しかし、真空シール４０９により気密に区画された試料台ベース４０４及び基材４０３の貫通孔の内側の真空空間４１０は、試料台ベース４０４と基材４０３との接続面の外周側で気密に区画されていない場合には処理室内と連通されていることになり、処理室内のガスやプラズマの成分の粒子が貫通孔内に進入してしまうことになる。

【0030】

一方、図４（ｂ）の場合には、基材４０３と試料台ベース４０４との当接面において上記貫通孔の外周を囲んで内外を気密に区画する真空シール４０９が配置されている。より具体的には、貫通孔の外周側の試料台ベース４０４の上面にＯリング等真空シール４０９が嵌め込まれる溝が配置され、真空シール４０９が嵌め込まれた状態で基材４０３と試料台ベース４０４とを当接させて締結することで、真空シール４０９を上下から挟んでシール性能を発揮させる。このことにより、貫通孔内部と試料台２０７外部との間が気密に封止されて上記粒子の進入が低減される。

【0031】

図４（ａ）の場合では、給電コンタクトソケット４０７と給電コンタクトピン４０８との接触部分が処理室内の反応性の高い粒子や付着性の高い粒子と相互反応、例えば腐食等を生じて、長期間に渡り使用すると徐々に導通が損なわれて給電の性能が低下する虞があった。一方、図４（ｂ）の場合には、真空シール４０９の性能が発揮されていれば基材４０３と試料台ベース４０４との間のすき間で処理室内と連通することは抑制できるものの、これらが組み立てられた際の圧力が処理室内の圧力と大きく異なる（一般的には大気圧またはこれに近似した圧力で試料台２０７の組み立て、製造がなされることが一般的である）と、貫通孔内部と試料台２０７外部（処理室内）との間の気密を維持し気圧差に耐える部分は貫通孔の上端であって基材４０３上面を覆う絶縁膜４０１となり、絶縁膜４０１を溶射法で形成した場合には、膜の内部に必然的に形成される多数の気孔を通し貫通孔内と処理室内部との間が絶縁膜４０１を介して連通してしまい粒子が通過してしまうという問題が生じていた。さらには、これを解決するために気密性の高い絶縁性の材料から構成されたプレートを接着剤で接着する場合についても、接着剤の気密性が十分でなく接着剤内部を気体分子が通過したり、あるいは、接着剤がプラズマ処理雰囲気に晒されることで気密性が低下して製品寿命が短くなったりすることが問題だった。

【0032】

本発明は、このような問題点を解決するために、試料台の上部に配置された静電吸着用の電極あるいはヒータといった電力が供給される膜状の部材とこれらに電力を供給する給電ラインとの間を電気的に接続する部分を気密に区画して当該部分内を高圧、例えば大気圧と同等またはこれをわずかに上回る圧力にして、処理室内部からのガスや粒子の進入を低減して腐食や相互作用による生成物の生起を抑制し、かつ内外の高い圧力差を長期に渡り維持できる構成を備えて、試料台の上記電極やヒータによる機能が損なわれることを抑制して長期間に渡り高い信頼性を維持する作用・効果を奏するものである。

【0033】

〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を備えた真空処理装置の全体の構成の概略を示す図である。図１（ａ）は上方から見た横断面図であり、（ｂ）は斜視図である。

【0034】

この図において、真空処理装置１００は、その前方側の大気ブロック１０１とその背面側に配置されてこれと連結された真空ブロック１０２に分けられている。真空処理装置１００の前方側の部分を構成する大気ブロック１０１は、大気圧下で試料を搬送、収納位置決め等をする部分であり、その後方に配置された真空ブロック１０２は大気圧から減圧された圧力下でウエハ等の試料を搬送し、処理等を行う部分である。真空ブロック１０２の大気ブロック１０１側の端部には、内部に収納された試料を内部に配置された台上に載置した状態で当該内部の圧力を大気圧と処理室や真空搬送室と同等の圧力まで減圧可能なロック室を備え、このロック室は大気ブロック１０１と真空ブロック１０２の真空搬送室とをゲートバルブ等の気密に区画できる手段により連通可能に構成されており、ロック室をインターフェースとして真空ブロック１０２は大気ブロック１０１と連結されている。

【0035】

大気ブロック１０１は内部に搬送ロボット１０９を備えた筐体１０６を有し、この筐体１０６の前面側には処理用又はクリーニング用の試料が収納されているカセットがその上に載せられるカセット台１０７が複数配置されている。搬送ロボット１０９は、筐体１０６内部の略大気圧にされた空間をカセット台１０７上に載せられたカセット内から処理前のウエハ取り出してロック室へ搬送する、あるいはロック室から処理済のウエハと取り出して元のカセットの元の位置に戻す動作を行う。

【0036】

真空ブロック１０２は内部が減圧される処理室を各々が有し、その処理室内部に配置された試料を処理室内に形成されたプラズマを用いて処理される処理ユニット１０３−１，１０３−２，１０３−３，１０３−４と、これらの処理ユニットに試料が減圧下で搬送される真空搬送室１０４及びこの真空搬送室１０４と大気ブロック１０１を接続するロック室１０５−１，１０５−２を備えている。真空搬送室１０４の内部の中央部には、試料をロック室１０５−１または１０５−２と処理ユニット１０３−１，１０３−２，１０３−３，１０３−４との間で搬送する搬送ロボット１０８が配置されている。この真空ブロック１０２は減圧されて高い真空度の圧力に維持可能なユニットである。

【0037】

図２に処理ユニット１０３における処理容器内部の構成の略図を示す。図２は、図１に示す実施例のプラズマ処理装置の処理容器の構成の概略を示す縦断面図である。

【0038】

本図において、処理容器は内部の円筒形状の処理室を覆う円板形状の蓋２０１及びその周囲を覆う円筒形状部分を備えた真空容器２０４を備えて構成されている。この処理室内部の空間は真空容器２０４の下方に配置された真空ポンプ２０６等の排気手段の動作により高い真空度に維持される。

【0039】

プラズマの形成に使用するガスが内部を流れて処理室内に供給されるガス経路が真空容器２０４に連結されている。ガス経路はその上にガス流量制御器２０８及び経路を開閉するバルブ２０９を備え、図示しないガス源からのガスは経路を流れつつガス流量制御器２０８によって流量を制御され、ガス経路の端部側で連結されたガス拡散板２０２の上方の空間で分散した後、ガス拡散板２０２に配置された複数個の貫通孔を通り下方の処理室内に導入される。処理室内の圧力は真空計２１３からの出力に基づいて図示しない制御装置が指令信号を、コンダクタンス調整バルブ２０５あるいは真空ポンプ２０６等の排気手段に発信し、排気手段による排気とガス経路からのガスの供給量との調節により処理室内が所望の圧力に調節される。

【0040】

処理室内部に導入された処理用のガスは、マグネトロン２１０から発生されるマイクロ波帯の電界とソレノイドコイル２１２により発生する磁場による共鳴現象により励起されプラズマ２０３が生成される。このとき、処理用ガス分子はイオンと電子に電離、あるいは、ラジカルに解離される。本実施例では、上記電界と磁界との相互作用によりプラズマ２０３を形成するものであるが、本発明はこのプラズマ形成の手段に限定されない。

【0041】

プラズマ２０３が形成される処理室は略円筒形状を有しており、その内部には試料がその上面に載置される円筒形状を有した試料台２０７が配置されている。被処理物である試料はその処理の際に試料台２０７の上面を構成する載置面上に載せられた状態で保持されてその位置が固定された状態で、試料の裏面と載置面との間に熱伝達ガスが供給されつつプラズマ２０３により処理が行われる。

【0042】

試料台２０７内部に配置された導電体製の円板上の電極には高周波バイアス電源２１１が接続されており、高周波バイアス電源２１１から供給されて電極に印加される高周波電圧により、プラズマ２０３の形成中に試料の表面に形成される電位とプラズマ２０３との電位差によってプラズマ中に形成されるイオン等の荷電粒子を載置面に載せられた試料の表面に引き込むことにより粒子と表面の材料との物理反応あるいはプラズマ２０３中に形成される高エネルギー状態の活性種（ラジカル）と試料表面との化学反応との相互反応によりエッチング処理が進行する。

【0043】

試料台２０７の上表面には絶縁膜が配置されており、処理の前に試料は絶縁膜で構成された載置面上に載置される。この絶縁膜を形成する方法としては、溶射法や薄型プレートの接着等の方法が挙げられる。

【0044】

試料台２０７の構成を図３を用いてより詳細に説明する。図３は、図２に示すプラズマ処理装置の試料台の構成の概略を拡大して模式的に示す縦断面図である。試料台２０７は、金属等導電性の材料で構成された円板状の部材である基材３１１とその下方で基材３１１の下面に当接し外周側部においてボルト３０６により締結される円板状の試料台ベース３１２とに上下に大きく分けられる。

【0045】

本図において、試料Ｗは図示のように、試料台２０７を構成する金属製の円筒形の部材である基材３１１の円形の上面に配置された絶縁膜３０１で構成された載置面の上面に載置される。基材３１１の内部には、熱交換流体が内部を通流する流路３０５が配置され、流路３０５内部を循環する熱交換流体を所定の温度の範囲に調節することにより、前記試料台２０７の上面の温度を試料に適切な範囲となるように調節している。この熱交換流体の温度はサーキュレーター３０８によって所望の温度、流量に制御されている。

【0046】

さらに本実施例では、絶縁膜３０１の内部には膜状のヒータ３０２が配置されており、当該ヒータ３０２に電力をヒータ用電源３０７からの直流電力を供給することにより形成される熱量によって試料の載置面を加熱しその温度を調節している。試料台２０７の基材３１１の温度は基材３１１内部に配置された温度センサ３０４により検知され、温度センサ３０４と通信可能に接続されその出力を受信するコントローラー３０９は、検知結果の出力信号を受けて、これに基づいて、前記試料台２０７の載置面の温度、あるいは、試料Ｗの温度が所望の温度になるように、熱交換流体の温度、および、ヒータ３０２に供給される電力の大きさを調節している。

【0047】

さらに、絶縁膜３０１の内部には、試料Ｗが絶縁膜３０１上に載せられた状態でこれを静電気により吸着して保持するための静電吸着用の膜状の電極３０３が形成されている。この電極３０３に直流電圧を印加することで前記絶縁膜３０１を挟んで試料Ｗに分極が発生し、静電気力により試料Ｗは試料台に吸着（静電吸着）する。

【0048】

ここで、前記絶縁膜３０１の厚みは十分な静電気力が得られるように十分に薄くすることが好ましい。また前記絶縁膜３０１の前記絶縁膜の厚みを薄くするほど、ヒータ位置から試料載置面までの熱抵抗が小さくなり、試料載置面の温度制御性が向上する。本実施例に示す例では５０〜２００μｍ程度の膜厚としている。

【0049】

静電吸着用の膜状電極に直流電力を供給するための構成を図５を用いて説明する。本実施例では、断面が中央部が外周部より高さの大きな凸形状を有した円板状の基材の当該中央部上の載置面を構成する絶縁膜内に溶射法により形成された膜状電極は、基材の上下方向に延びる貫通孔内に配置された給電用の配線（例えば同軸ケーブル等）との接続部をその裏面側に備えている。図５は、このような接続部の構成の例を示す縦断面図である。なお、ここでは静電吸着用の電極について説明するが、絶縁膜内に溶射によりヒータを膜状に形成した場合のヒータにおいても同様である。

【0050】

本図に示す例では、試料台２０７を構成する基材４０３の凸部の上表面に所定の厚さの絶縁膜４０１が配置され、その内部には静電吸着用の電極４０２が配置されている。この図では、絶縁膜４０１の厚みを実際の厚みよりも厚く描いているが、その実際にはその厚みは薄くすることが好ましい。

【0051】

電極４０２の裏面側には、基材４０３の凸部上面に開口を備えた貫通孔内部に収納された給電コンタクトソケット５０２が配置され、その上端部が開口から上方に突出して電極４０２の裏面に結合されている。本例の給電コンタクトソケット５０２は、異なる径の複数の円筒形部分が同軸に繋がった一体の導電製の部材であり、外形はその上部の径が小さくされている。径が大きな下部の円筒部の中央部は円筒の下面に開口を有する円筒形空間を構成する凹み部５０２′が配置されている。本例では、凹み部５０２′の円筒形状の軸も上部、下部の円筒形状と同軸に配置されている。

【0052】

上部の円筒の上面と電極４０２の裏面とが接続されて電極４０２と給電コンタクトソケット５０２は電気的に接続されている。さらに、基材４０３の上記貫通孔の下方から貫通孔内に挿入された給電コンタクトピン５０６の先端部が凹み部５０２′内部に差し込まれて前者の表面と後者の内側表面とが接触して両者が電気的に接続されることで、給電コンタクトピン５０６と電極４０２との間が電気的に接続される。この状態で、所定の直流電圧が給電コンタクトピン５０６に印加されることで、給電コンタクトソケット５０２を経由して電極４０２に試料Ｗを吸着可能にするに足る所期の電圧が供給される。

【0053】

試料台２０７は、その上面に絶縁膜４０１を備えた基材４０３と当該基材４０３の円板形状の下面に接触して接続される円板形状を有した試料台ベース４０４とを備えている。試料台ベース４０４は、基材４０３に配置された上記貫通孔にその中心軸を合わせて配置された貫通孔を有しており、基材４０３と試料台ベース４０４とが基材４０３の高さが低くされた凸部の外周部において締結用のボルト４０５によって締結され両者の下面と上面とが接触されたた状態で、両者を貫通する貫通孔も１つの孔として連結される。

【0054】

基材４０３の貫通孔の内部には、内壁と接してこれを覆って挿入される絶縁性材料から構成された円筒形状の絶縁スリーブ５０３が挿入されて接着されている。この絶縁スリーブ５０３は後述の通り貫通孔に挿入された後に給電コンタクトソケット５０２がその中央部の凹み部内に挿入されて両者が接着され位置が固定される。給電コンタクトソケット５０２の下部の円筒部の外側壁は絶縁スリーブ５０３の円筒形状の凹み部内で位置が固定された状態で、絶縁スリーブ５０３の凹み部の内側壁との間にすき間が開けられるように配置されている。

【0055】

上記の給電コンタクトピン５０６は、複数の異なる径の円筒形状を有しその内部に円筒形の貫通孔が配置された絶縁スリーブ５０１が連結された貫通孔の内部に下方から挿入された状態で、絶縁スリーブ５０１の貫通孔内に絶縁スリーブ５０１の下方から挿入される。絶縁スリーブ５０１は上方から下方に向かって径が大きくなる円筒形状が連なった一体の絶縁性材料から構成された部材であって、その下部は試料台ベース４０４の貫通孔の径よりも大きくされた円筒または円板形状のフランジ部を備えている。当該フランジ部のリング状の上面は絶縁スリーブ５０１が連結された貫通孔内に挿入された状態で試料台ベース４０４の下面の当該貫通孔の開口外周の部分と当接する部分である。

【0056】

この当接により絶縁スリーブ５０１の高さ方向の位置が定められ、その上端部は基材４０３の貫通孔内において絶縁スリーブ５０３の凹み部の内側壁と給電コンタクトソケット５０２の下部の外側壁との間のすき間内に進入してこれらの間に所定のすき間を開けて位置が定められる。すなわち、絶縁スリーブ５０１の上部の円筒部が絶縁スリーブ５０３で覆われた基材４０３の貫通孔の内部に挿入されると共に絶縁スリーブ５０１の貫通孔の内部に給電コンタクトソケット５０２の下部の円筒部が挿入された、謂わば入れ子の状態となる。

【0057】

一方、給電コンタクトピン５０６は、その下部において円板状の絶縁性材料から構成された絶縁スリーブ５０７の中心部に挿入されており、この状態で両者の間が絶縁されると共に結合されている。絶縁スリーブ５０７の円板形状部分の上面は、給電コンタクトピン５０６が絶縁スリーブ５０１の貫通孔内に挿入された状態で絶縁スリーブ５０１の下部のフランジ部の下面に当接する面である。

【0058】

この絶縁スリーブ５０１，５０７が当接した状態で、絶縁スリーブ５０１に対する給電コンタクトピン５０６の先端部の位置、または基材４０３の貫通孔内において給電コンタクトソケット５０２、凹み部５０２′内表面に対する給電コンタクトピン５０６の高さ位置が、凹み部５０２′の底面（図上凹み部５０２′内の空間を覆う天井面に相当する面）との間に所定のすき間を開けた位置で定められる。また、凹み部５０２′の円筒形の空間の内側面は、円筒形状を有した給電コンタクトピン５０６の先端部であってその上下の円筒形状部分より径が大きくされた大径部または突起部の表面と接触して横方向（図上左右方向）の位置が決められるとともに両者の電気的な接触が実現される。

【0059】

給電コンタクトピン５０６及びこれに接続された絶縁スリーブ５０７が、試料台ベース４０４及び基材４０３の貫通孔内に挿入された絶縁スリーブ５０１の中央部の貫通孔内に挿入されて両者の位置が定まった状態で、円板または円筒形状のカバー５１１が絶縁スリーブ５０７の下方からこれを覆って配置され、カバー５１１は中央部の凹みの内側に絶縁スリーブ５０７を収納してこれを下方から覆うとともに凹み部の外周縁部の上面が試料台ベース４０４の絶縁スリーブ５０１，５０７の外周側の下面と当接する。この状態でボルト５０８がカバー５１１を貫通して試料台ベース４０４の下面に差し込まれて締めつけられることで両者が締結される。

【0060】

このとき、給電コンタクトソケット５０２及びこれに挿入されて接続された給電コンタクトピン５０６は絶縁スリーブ５０１の貫通孔の内側壁との間はすき間を開けてその位置が保持されている。また、基材４０３及び試料台ベース４０４の連結された貫通孔の内部で絶縁スリーブと基材４０３及び試料台ベース４０４の各々間はすき間が開けられて絶縁スリーブ５０１がその位置を保持されている。この構成により絶縁スリーブ５０１，５０３によって基材４０３または試料台ベース４０４と給電コンタクトソケット５０２または給電コンタクトピン５０６との間、ひいては電極４０２との間が電気的に絶縁される。

【0061】

さらに、この絶縁スリーブ５０１は、その貫通孔の内側壁であって給電コンタクトソケット５０２の下部円筒部の外側壁の外周側の壁にリング状に当該下部円筒部を囲んでリング状に配置された溝を備え、この溝内に嵌入されたＯリング等の真空シール５０４を有している。この真空シール５０４が溝の絶縁スリーブ５０１の表面と給電コンタクトソケット５０２の下部円筒部の外側壁とに当接してこれらに押圧されて変形することで真空シール５０４の上下（図上上下）の空間の間を気密に区画する。

【0062】

さらには、絶縁スリーブ５０１と基材４０３または試料台ベース４０４との間にもこれらの間に挟まれて押圧されて気密に区画する真空シール５０５を有している。本実施例では、試料台ベース４０４の貫通孔の内側壁と絶縁スリーブ５０１の外側壁との間で絶縁スリーブ５０１の外側壁に配置されたリング状の溝部内に貫入されたＯリング等の真空シール５０５が備えられている。

【0063】

これらの真空シール５０４，５０５によって、給電コンタクトソケット５０２及び給電コンタクトピン５０６の接触部を含む絶縁スリーブ５０１の貫通孔内部の空間５１０と基材４０３、試料台ベース４０４及び絶縁スリーブ５０１の間のすき間を含むすき間空間５０９とは、気密に区画される。基材４０３と試料台ベース４０４との間がその接触面の外周側部においてシールされていなければ、通常すき間空間５０９は処理室と同じ真空状態となる一方で、空間５１０は処理室内から区画された空間となり内部の圧力はカバー５１１が締結されて空間５１０内外が区画された際の大気圧またはこれに近い圧力となる。

【0064】

すなわち、給電コンタクトソケット５０２と給電コンタクトピン５０６の接触部は、処理室から区画されプラズマを形成して行われるエッチング等の処理に使用される腐食ガスや処理中に形成された処理室内の生成物が空間５１０内に進入することが抑制され、接触部の腐食や反応生成物の形成による電気的接続の性能の低下が低減される。これにより、給電性能は長期使用期間に渡り高い信頼性を維持することができる。

【0065】

さらに、すき間空間５０９は処理室内と同等の圧力となるため、図４（ｂ）に示す例のように、絶縁膜４０１や当該絶縁膜４０１と基材４０３との間を接合するための接着剤を挟んで大気圧と真空処理室の間を気密に封止することなく長期安定的に高真空を形成可能である。また、絶縁膜４０１において試料台２０７内部の空間と外部の処理室との間のシールするために膜厚を大きくする必要がなくなり、膜厚を薄くして、電極４０２による静電吸着力を高めるあるいは同じ吸着力を実現するために要する電力を小さくすることができる。本実施例では、絶縁膜４０１の基材４０３側の下面から試料Ｗと接する上面との間の厚さは、例えば５０〜２００μｍ程度にされている。

【0066】

本実施例の試料台において、これを保守、点検や部品交換等を行う際にこれを分解した状態を図６に示す。図６に示すように、プラズマ処理に長期使用した試料台２０７を分解して、部品を取り外し、処理室外に取り出して洗浄したり、あるいは、新品に交換したりすることができる。

【0067】

この際、上記のように本実施例の試料台２０７は、上方に配置された基材４０３と下方に配置されて締結された試料台ベース４０４とを備えて、これらの間を締結する外周側部分に配置されたボルト４０５を緩め外すことで、基材４０３を含む上部６０１と試料台ベース４０４を含む下部６０２に大きく分解される。この分解の際に、給電コンタクトソケット５０２とその先端部が凹み部５０２′内に挿入されてこれに接触していた給電コンタクトピン５０６は接触部分が上下に遊離して電気的、物理的接続が解消される。

【0068】

また、上部６０１は、基材４０３とともに絶縁膜４０１、絶縁スリーブ５０３とこれに接合された給電コンタクトソケット５０２とが上方に一体に取り外され、この一体を一式として交換可能となる。また、下部６０２は、ボルト５０８によりカバー５１１が試料台ベース４０４に締結された状態で、試料台ベース４０４とともに絶縁スリーブ５０１，５０７、給電コンタクトピン５０６、カバー５１１が一体に分離される。

【0069】

前記給電部の構造としては、図５に示す方法は一例であり、例えば、図７に示すようにしてもよい。本実施例では、給電コンタクトソケット７０２と絶縁スリーブ７０１の真空シール方法、および、絶縁スリーブ１と試料台ベース４０４の真空シール方法を変えた変更例である。いずれの場合においても、前記給電コンタクトソケットに真空シール面を形成している。その結果、給電コンタクトソケットと給電コンタクトピンの電気接続部はプラズマ処理雰囲気に触れず、かつ、試料載置面にある絶縁膜はすべてプラズマ処理室内に配置され絶縁膜に圧力差による負荷がかからない構造となっている。

【0070】

給電コンタクトソケット５０２を前記静電吸着用電極と結合させるための製作の工程について図８に示す。本図では、絶縁膜４０１、および静電吸着用の電極４０２を共に溶射で形成する場合について示している。

【0071】

図８（ａ）では、まず基材４０３の貫通孔内に絶縁スリーブ５０３、および給電コンタクトソケット５０２を挿入し、これらを接着剤で接着して接合する。円筒形を有する貫通孔の内壁の形状は絶縁スリーブ５０３の外側の円筒形状部分の表面と同一か特定の公差の範囲で同じ形状に構成されている。基材４０３の貫通孔は、基材４０３の凸部の上面に配置された小径の円筒形貫通孔とこれに連通した下方の大径の円筒形の貫通孔とを備えており、絶縁スリーブ５０３は、これら大、小の内径を有する円筒形の内面に合致してこれらに合わせて大径、小径を有する円筒形の外形を備えており、貫通孔に挿入された状態で貫通孔の内壁の全体を覆うことができる。

【0072】

また、絶縁スリーブ５０３の中央部の円筒形の凹み部の底面（図上は上面）の中央には、給電コンタクトソケット５０２の上部の円筒部が挿入される貫通孔が上部円筒部と同一または特定の公差の範囲で同じ形状に絶縁スリーブ５０３の小径の円筒部の上面の開口まで連通されて配置されており、給電コンタクトソケット５０２の上部円筒部は上記の挿入がされた状態でその上端が基材４０３の凸部の上面より十分なだけ上方の突出する高さを有している。また、給電コンタクトソケット５０２の径の大きさが異なる上部、下部の円筒部が繋がる部分には段差部があり、段差部のリング状の上面は絶縁スリーブ５０３の凹み部のリング状の底面（上面）と当接して接着されることで、両者の接合の強度が大きくなる。

【0073】

次に、基材４０３の表面に絶縁膜８０１が溶射法により形成される。基材４０３の上面の上方に突出した給電コンタクトソケット５０２の上端部も当該絶縁膜８０１により基材４０３の上面と同様に覆われる（図８（ｂ））。

【0074】

次に、溶射法により形成された絶縁膜８０１の上面を研磨して基材４０３の底面からの絶縁膜８０１の上面高さが一定に近くなるようにする。この際、給電コンタクトソケット５０２の側面は溶射された絶縁膜８０１の溶融した各粒子と接着されており、その位置がズレたり周囲の膜の粒子が剥がれたりすることが抑制される。研磨の結果、得られた上面に給電コンタクトソケット５０２の先端部が露出している（図８（ｃ））。

【0075】

次に、平坦に近くされた絶縁膜８０１の上面の全体に静電吸着用の電極８０２の膜が溶射法により形成される。この際、給電コンタクトソケット５０２の先端部の上面にも電極８０２の膜が形成されることにより両者は機械的・電気的に結合される（図８（ｄ））。

【0076】

次に、絶縁膜８０１の上面全体に形成された静電吸着用の電極８０２用の膜を任意の電極用のパターン形状に加工する（図８（ｅ））。この後に、絶縁膜８０１及び電極８０２の上面に絶縁膜８０３を溶射法により形成した後、その上面を基材４０３の上面からの絶縁膜全体の厚さが所定の範囲の値となるように研磨して上面を平坦に近づける。この研磨の後に絶縁膜８０１，８０３が試料Ｗの載置面を構成する絶縁膜４０１となる（図８（ｆ））。

【0077】

絶縁膜８０３は絶縁膜８０１と同一の材料でも良く、別の絶縁性の材料を用いても良い。また、絶縁膜８０３の上面は、完全な平坦面に研磨することは時間と費用とを大きく要することから、この上に載せられる試料Ｗとの間に十分な熱伝達の量あるいは接触の面積を確保できるだけの表面粗さにする、あるいは特定の溝や突起の形状を形成することができる。このような方法で製作することにより、給電コンタクトソケット５０２は基材４０３に強固に密着し、電気的に導通される。

【0078】

給電コンタクトソケット５０２と、給電コンタクトピン５０６の変形例の構成を図９に示す。図９（ａ）は給電コンタクトピン５０６の先端部の突起部９０１は丸く膨らんだ形状になっておりその内部に空洞を有している。突起部９０１が給電コンタクトソケット５０２の凹み部５０２′の内部に挿入されて内側壁に接して中央側（ピンの中心軸側）に押圧されるとバネのように十分な反力をもって潰れるようになっている。

【0079】

また、図９（ｂ）の例では、給電コンタクトピン５０６の先端部の側壁には中心軸周りに溝が形成され、その溝の内部にコイルスプリングによる導電リング９０２が嵌め込まれている。これを給電コンタクトソケット５０２に差し込むことによって、導電リング９０２が押しつぶされて、電気的に接続される。

【0080】

図９（ｃ）の例では、給電コンタクトピン５０６先端を給電コンタクトソケット５０２の凹み部５０２′の底面に押し付けて導通する。給電コンタクトピン５０６には先端部９０３を凹み部５０２′底面に押し付けて付勢する弾性体であるバネ９０４がついており、このバネ９０４の付勢力により給電コンタクトソケット５０２と給電コンタクトピン５０６との両者を確実に接触、導通させることができる。

【0081】

図９（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合においても、給電コンタクトソケット５０２、給電コンタクトピン５０６は電気抵抗の小さな素材で製作される。あるいは、電気抵抗の小さな素材の表面メッキが施されている。

【符号の説明】

【0082】

１０１ 大気ブロック
１０２ 真空ブロック
１０３ 処理ユニット
１０４ 真空搬送室
１０５ ロック室
１０６ 筐体
１０７ カセット台
１０８，１０９ 搬送ロボット
２０１ 蓋
２０２ ガス拡散板
２０３ プラズマ
２０４ 真空容器
２０５ コンダクタンス調整バルブ
２０６ 真空ポンプ
２０７， 試料台
２０８ ガス流量制御器
２０９ バルブ
２１０ マグネトロン
２１１ 高周波バイアス電源
２１２ ソレノイドコイル
２１３ 真空計
３０１，４０１，８０１，８０３ 絶縁膜
３０２ ヒータ
３０３，４０２ 電極
３０４ 温度センサ
３０５ 流路
３０６，４０５，５０８，７０８ ボルト
３０７ ヒータ用電源
３０８ サーキュレーター
３０９ コントローラー
３１０，４１２ 静電吸着用電源
３１１，４０３ 基材
３１２，４０４ 試料台ベース
４０６，４１１，５０１，５０３，５０７，７０１，７０３，７０７ 絶縁スリーブ
４０７，５０２，７０２ 給電コンタクトソケット
４０８，５０６ 給電コンタクトピン
４０９，５０４，５０５，７０４，７０５ 真空シール
４１０，７０６ 真空空間
５０９ すき間空間
５１０ 空間
６０１ 上部
６０２ 下部
７０９ 略大気圧空間
８０２ 静電吸着用電極膜
９０１ 突起部
９０２ 導電リング
９０３ 先端部
９０４ バネ
Ｗ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】