特開 2023-75652 基板支持体及び基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023075652

(43)【公開日】2023-05-31

(54)【発明の名称】基板支持体及び基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230524BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20230524BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

H01L21/68 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021188686

(22)【出願日】2021-11-19

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(74)【代理人】

【識別番号】100212059

【弁理士】

【氏名又は名称】三根 卓也

(72)【発明者】

【氏名】小岩 真悟

【テーマコード（参考）】

5F004

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F004AA16

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB25

5F004BB26

5F004BB28

5F004BB29

5F004CA06

5F131AA02

5F131BA19

5F131CA02

5F131CA04

5F131EA03

5F131EB12

5F131EB13

5F131EB16

5F131EB18

5F131EB22

5F131EB79

5F131EB82

(57)【要約】

【課題】基台に形成された流路を通流する伝熱媒体により、適切に基板の温度を調節できる基板支持体を提供する。
【解決手段】基板を支持する基板支持体であって、前記基板の温調用流体が流れる流路が内部に形成された導電性の基台部と、前記基台部の上面に配置され、前記基板の支持面を上面に備える静電吸着部と、前記基台部と前記静電吸着部とを相互に接合する金属接合部と、を有し、前記基台部は、前記流路の側面の少なくとも一部、及び前記流路の底面を形成する本体部材と、前記流路の天面を形成し、前記温調用流体と前記静電吸着部との間で熱伝達を行う伝熱部材と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を支持する基板支持体であって、
前記基板の温調用流体が流れる流路が内部に形成された導電性の基台部と、
前記基台部の上面に配置され、前記基板の支持面を上面に備える静電吸着部と、
前記基台部と前記静電吸着部とを相互に接合する金属接合部と、を有し、
前記基台部は、
前記流路の側面の少なくとも一部、及び前記流路の底面を形成する本体部材と、
前記流路の天面を形成し、前記温調用流体と前記静電吸着部との間で熱伝達を行う伝熱部材と、を備える、基板支持体。

【請求項2】

前記伝熱部材は、前記静電吸着部との線膨張係数差が３ｅ－６以下の部材により構成される、請求項１に記載の基板支持体。

【請求項3】

前記伝熱部材は、ＡｌとＳｉの複合材、ＡｌとＳｉＣの複合材又はＴｉ合金の少なくともいずれかにより構成される、請求項２に記載の基板支持体。

【請求項4】

前記本体部材が、前記伝熱部材と同一の部材により構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板支持体。

【請求項5】

前記本体部材が、Ａｌ合金により構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板支持体。

【請求項6】

前記金属接合部は、接合温度が７００℃以下の金属ロウである、請求項１～５のいずれか一項に記載の基板支持体。

【請求項7】

前記金属ロウは、Ａｌロウ又はＡｒロウの少なくともいずれかである、請求項６に記載の基板支持体。

【請求項8】

前記本体部材と前記伝熱部材とを電気的に接続するコンタクトバンドを更に備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の基板支持体。

【請求項9】

前記本体部材と前記伝熱部材とが、樹脂材料からなる接着剤により相互に接合される、請求項１～８のいずれか一項に記載の基板支持体。

【請求項10】

前記流路の内部には、内部を通流する温調用流体の、前記樹脂材料に対する接触流速を低減する堰が形成される、請求項９に記載の基板支持体。

【請求項11】

前記温調用流体と前記樹脂材料とを間を遮断する封止部材を備える、請求項９又は１０に記載の基板支持体。

【請求項12】

基板を処理する基板処理装置であって、
前記基板の処理空間を画成する処理チャンバと、
前記処理空間の内部に配置される請求項１～１１のいずれか一項に記載の基板支持体と、
前記処理空間に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理ガスにより前記処理空間にプラズマを生成するプラズマ生成部と、を有する基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板支持体及び基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、入口及び出口まで延在する冷媒用の流路がその内部に設けられた基台、及び、基台の上面に接着剤を介して設けられ、その内部又は下面にヒータが設けられた静電チャックを有する載置台、を備える基板処理装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１７２０１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示にかかる技術は、基台に形成された流路を通流する伝熱媒体により、適切に基板の温度を調節できる基板支持体を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、基板を支持する基板支持体であって、前記基板の温調用流体が流れる流路が内部に形成された導電性の基台部と、前記基台部の上面に配置され、前記基板の支持面を上面に備える静電吸着部と、前記基台部と前記静電吸着部とを相互に接合する金属接合部と、を有し、前記基台部は、前記流路の側面の少なくとも一部、及び前記流路の底面を形成する本体部材と、前記流路の天面を形成し、前記温調用流体と前記静電吸着部との間で熱伝達を行う伝熱部材と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、基台に形成された流路を通流する伝熱流体により、適切に基板温度を調節できる基板支持体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成例を示す縦断面図である。

【図2】第１の実施形態にかかる基板支持体の構成例を示す縦断面図である。

【図3】従来の基板支持体の構成例を示す縦断面図である。

【図4】本実施形態にかかる基板支持体の構成部材の組み合わせを示す表である。

【図5】第２実施形態にかかる基板支持体の構成例を示す縦断面図である。

【図6】第３実施形態にかかる基板支持体の構成例を示す縦断面図である。

【図7】基板支持体の他の構成例を示す縦断面図である。

【図8】基板支持体の他の構成例を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

半導体デバイスの製造工程では、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の表面に積層して形成されたエッチング対象層（例えばシリコン含有膜）に対して、予めパターンが形成されたマスク層（例えばレジスト膜）をマスクとしたエッチング処理が行われている。このエッチング処理は、一般的に静電力を利用して基板を吸着保持する基板支持体を備えるプラズマ処理装置において行われる。

【0009】

特許文献１には、かかる基板支持体（載置台）を備える基板処理装置が開示されている。特許文献１に記載の基板支持体は、冷媒用の流路が形成された基台と、基板の加熱用のヒータが設けられた静電チャックと、が接着剤を介して接合されることにより形成されている。

【0010】

ところで近年のプラズマ処理装置においては、前述のエッチング処理として、積層して形成された基板に対して孔を深掘り形成する、３ＤのＮＡＮＤ ＨＡＲＣ（Ｈｉｇｈ Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｎｔａｃｔ）工程（以下、単に「ＨＡＲＣ工程」という。）が行われる場合がある。しかしながら、かかるＨＡＲＣ工程においては、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力をハイパワー化することで適切に孔を深掘り形成する要求がある一方、ＲＦ電力のハイパワー化に起因する基板の高温化により孔を適切に形成できなくなるおそれがある。例えば、基板の高温化により基板上に形成された孔が閉塞される場合があり、これにより適切に孔を深掘りできなくなるおそれがある。

【0011】

ここで、孔の閉塞を抑制してＨＡＲＣ工程を適切に行うための対策方法としては、例えば処理対象の基板を所望の温度以下に保つこと、すなわち基板の冷却を適切に行うことが考えられる。

【0012】

基板支持体に支持された基板の冷却は、特許文献１にも開示されるように、一般的に基板支持体の基台内部に形成された流路を通流する冷媒により行われる。しかしながら、特許文献１に開示される基板支持体（載置台）のように、流路が形成された基台と基板を支持する静電チャックとが接着剤を介して接合される場合、基板の冷却が適切に行われない場合がある。具体的には、基台と静電チャックとを接合する接着剤としては、熱抵抗の大きな樹脂材料からなる接着剤（以下、「樹脂製接着剤」という。）が用いられる場合が多く、当該樹脂製接着剤により冷媒から基板への熱伝達が阻害されることで、適切に基板を冷却できないおそれがある。

【0013】

そこで本発明者らが鋭意検討を行ったところ、流路が形成された基台と基板を支持する静電チャックを、上記した樹脂製接着剤による接着に代えて、熱抵抗の小さい金属ロウを用いて接合することで、熱伝導を促進して基板を適切に冷却できる可能性を見出した。しかしながら、この一方で、一般的に基台と静電チャックとは線膨張係数の異なる部材でそれぞれ構成されるため、当該金属接合時に生じる熱応力に起因してこれら基台や静電チャックに破損が生じることが懸念される。

【0014】

本開示にかかる技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基台に形成された流路を通流する伝熱流体により、適切に基板冷却ができる基板支持体を提供する。以下、本実施形態にかかる基板処理装置としてのプラズマ処理システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0015】

＜プラズマ処理装置＞
先ず、本実施形態にかかるプラズマ処理システムについて説明する。図１は本実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成の概略を示す縦断面図である。

【0016】

プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持体１１及びガス導入部を含む。基板支持体１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。シャワーヘッド１３は、基板支持体１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０の内部には、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持体１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓが形成される。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間１０ｓからガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持体１１は、プラズマ処理チャンバ１０とは電気的に絶縁される。

【0017】

基板支持体１１は、本体部材１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部材１１１の上面は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域１１１ａ（基板支持面）と、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂ（リング支持面）とを有する。環状領域１１１ｂは、平面視で中央領域１１１ａを囲んでいる。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含み、１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。

【0018】

図２に示すように、一実施形態において本体部材１１１は、基台１１３及び静電チャック１１４を含む。基台１１３と静電チャック１１４は、金属接合層１１５を介して積層して接合されている。

【0019】

一実施形態において基台１１３は、本体部材１１３ａ及び伝熱部材１１３ｂを含む。本体部材１１３ａと伝熱部材１１３ｂは、接着部材１１３ｃを介して積層して接合される。

【0020】

本体部材１１３ａは、例えばＡｌ合金等の導電性部材により構成される。本体部材１１３ａの導電性部材は下部電極として機能する。伝熱部材１１３ｂが接合される側の面である本体部材１１３ａの上面には、流路Ｃが形成される。換言すれば、本体部材１１３ａは、断面視において流路Ｃが形成された凹凸形状を有する。流路Ｃにはチラーユニット（図示せず）からの伝熱媒体（温調用流体）が循環供給される。そして流路Ｃに伝熱媒体を循環させることにより、リングアセンブリ１１２、後述の静電チャック１１４、及び基板Ｗを所望の温度に調整する。なお、伝熱媒体としては、一例として、冷却水等の冷媒を用いることができる。

【0021】

なお、図２においては流路Ｃが本体部材１１３ａにおける中央領域１１１ａ（基板Ｗ）の下部に形成される場合を例に図示を行っているが、流路Ｃは、リングアセンブリ１１２に対応して環状領域１１１ｂの下部に更に形成されてもよい。

【0022】

伝熱部材１１３ｂは、例えばＡｌとＳｉの複合材やＡｌとＳｉＣの複合材（以下、これらを併せて「Ａｌ系複合材」という場合がある。）等の導電性部材、より具体的には、後述の静電チャック１１４と同程度の線膨張係数を有する導電性部材により構成される。伝熱部材１１３ｂは、例えば本体部材１１３ａと略同一径の円板形状で成形され、本体部材１１３ａに形成された流路Ｃを上面から閉塞するように、当該本体部材１１３ａの上面に接合される。換言すれば、伝熱部材１１３ｂは、本体部材１１３ａに形成された流路Ｃの天面として機能し得る。

【0023】

接着部材１１３ｃは本体部材１１３ａと伝熱部材１１３ｂとを接合する。接着部材１１３ｃの材料は特に限定されないが、例えば上述の樹脂製接着剤のように、熱抵抗の大きな接着剤が用いられ得る。

【0024】

また、一実施形態において基台１１３には、本体部材１１３ａと伝熱部材１１３ｂとを電気的に接続する金属製のコンタクトバンド１１３ｄが設けられている。コンタクトバンド１１３ｄは、例えばＴｉとＡｌの複合材、ステンレス又はＢｅＣｕの少なくともいずれかにより構成することができる。

【0025】

静電チャック１１４は、基台１１３（より具体的には伝熱部材１１３ｂ）の上面に、後述の金属接合層１１５を介して接合される。静電チャック１１４の上面は前述の中央領域１１１ａ及び環状領域１１１ｂを有する。静電チャック１１４の内部には、基板Ｗを吸着保持するための第１の電極１１４ａと、リングアセンブリ１１２を吸着保持するための第２の電極１１４ｂとが設けられている。静電チャック１１４は、例えばセラミックス等の誘電体からなる一対の誘電膜の間に第１の電極１１４ａ及び第２の電極１１４ｂを挟んで構成される。

【0026】

なお、図２においては、静電チャック１１４における、基板Ｗを上面に保持する中央領域１１１ａとリングアセンブリ１１２を上面に保持する環状領域１１１ｂとが一体に構成される場合を例に図示を行った。しかしながら、静電チャック１１４の構成はこれに限られず、静電チャック１１４の中央領域１１１ａと環状領域１１１ｂとは、独立して構成されてもよい。このように中央領域１１１ａと環状領域１１１ｂとを独立して構成することにより、基板Ｗの温度調整とリングアセンブリ１１２の温度調整とを熱的に分離して独立して行うことができる。

【0027】

金属接合層１１５は、基台１１３の伝熱部材１１３ｂと静電チャック１１４とを接合する。金属接合層１１５としては、伝熱部材１１３ｂと静電チャック１１４との間での熱伝達が適切に行われるように、熱抵抗の小さい（熱伝導率の大きい）材料、例えばＡｌロウやＡｇロウ等の金属ロウが選択され得る。

【0028】

なお、図示は省略するが、基板支持体１１は、リングアセンブリ１１２、静電チャック１１４及び基板Ｗのうち少なくとも１つを加熱するヒータ等の加熱モジュールが更に設けられてもよい。加熱モジュールとしてのヒータは、例えば静電チャック１１４の内部において、第１の電極１１４ａ及び／又は第２の電極１１４ｂの下部に設けられ得る。また、基板支持体１１は、基板Ｗの裏面と静電チャック１１４の上面との間に伝熱ガス（バックサイドガス）を供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

【0029】

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給部２０からガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓに導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる、１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

【0030】

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

【0031】

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持体１１の導電性部材（下部電極）及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材（上部電極）に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

【0032】

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して下部電極及び／又は上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、下部電極及び／又は上部電極に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

【0033】

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、下部電極に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック１１４内の吸着用電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、上部電極に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

【0034】

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓの内部圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

【0035】

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

【0036】

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

【0037】

＜プラズマ処理装置による基板の処理方法＞
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１における基板Ｗの処理方法の一例について説明する。なお、プラズマ処理装置１においては、基板Ｗに対してエッチング処理（例えばＨＡＲＣ工程）が行われる。

【0038】

先ず、プラズマ処理チャンバ１０の内部に基板Ｗが搬入され、基板支持体１１の静電チャック１１４上に基板Ｗが載置される。次に、静電チャック１１４の吸着用電極に電圧が印加され、これにより、静電力によって基板Ｗが静電チャック１１４に吸着保持される。

【0039】

静電チャック１１４に基板Ｗが吸着保持されると、次に、プラズマ処理チャンバ１０の内部が所定の真空度まで減圧される。次に、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してプラズマ処理空間１０ｓに処理ガスが供給される。また、第１のＲＦ生成部３１ａからプラズマ生成用のソースＲＦ電力が下部電極に供給され、これにより、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。この際、第２のＲＦ生成部３１ｂからバイアスＲＦ電力が供給されてもよい。そして、プラズマ処理空間１０ｓにおいて、生成されたプラズマの作用によって、基板Ｗにエッチング処理が施される。

【0040】

エッチング処理を終了する際には、第１のＲＦ生成部３１ａからのソースＲＦ電力の供給及びガス供給部２０からの処理ガスの供給が停止される。エッチング処理中にバイアスＲＦ電力を供給していた場合には、当該バイアスＲＦ電力の供給も停止される。

【0041】

次いで、静電チャック１１４による基板Ｗの吸着保持が停止され、エッチング処理後の基板Ｗ、及び静電チャック１１４の除電が行われる。その後、基板Ｗを静電チャック１１４から脱着し、プラズマ処理装置１から基板Ｗを搬出する。こうして一連のエッチング処理が終了する。

【0042】

＜基板支持体に支持された基板の冷却方法＞
図３は、例えば特許文献１に開示される基板処理装置等に設けられる、従来の基板支持体２００の構成の一例を示す縦断面図である。なお、以下の説明において、本開示の技術にかかる基板支持体１１と同様の構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。

【0043】

図３に示すように、従来の基板支持体２００は、静電チャック１１４及び基台２０１を含む。静電チャック１１４と基台２０１は、接着剤２０２を介して積層して接合されている。

【0044】

静電チャック１１４は、図２に示した本実施形態に係る基板支持体１１に用いられる静電チャック１１４と同様の構成を有している。すなわち、例えばセラミック等の絶縁材料からなる絶縁材の間に第１の電極１１４ａ及び第２の電極１１４ｂを挟んで構成されている。また、静電チャック１１４の上面には基板Ｗ及びリングアセンブリ１１２が吸着保持される。

【0045】

基台２０１は、例えばＡｌ合金等の導電性部材により構成される。基台２０１の導電性部材は、下部電極として機能する。基台２０１内には流路Ｃが形成される。

【0046】

接着剤２０２は、静電チャック１１４と基台２０１とを接合する。上述したように、接着剤２０２としては、一般的に、熱抵抗が大きい（熱伝導率の小さい）樹脂製接着剤が用いられる。

【0047】

ここで、このように構成された従来の基板支持体２００により基板Ｗを支持して、エッチング処理としてのＨＡＲＣ工程を行った場合、適切に基板Ｗに対して孔を深掘り形成できないおそれがある。具体的には、上述したように、下部電極にＲＦをハイパワーで印加すると、これに起因して静電チャック１１４に吸着保持された基板Ｗが高温になり、これにより、形成された孔が閉塞してエッチングが進行しなくなるおそれがある。

【0048】

かかる孔の閉塞を抑制するための手法としては、基台２０１に形成された流路Ｃを通流する冷媒からの熱伝達により、静電チャック１１４に保持された基板Ｗを冷却することが考えられる。しかしながら、従来の基板支持体２００のように、流路Ｃが形成された基台２０１と、基板Ｗを吸着保持する静電チャック１１４とが熱抵抗が大きい樹脂製接着剤（熱伝導率：０．２～０．３Ｗ／ｍＫ）である接着剤２０２により接合されていると、当該樹脂製接着剤により冷媒から基板Ｗへの熱伝達が阻害され、適切に基板Ｗを冷却できないおそれがある。

【0049】

そこで本実施形態にかかる基板支持体１１においては、図２に示したように、流路Ｃが形成された基台１１３と静電チャック１１４とを、熱抵抗の小さな金属接合層１１５、例えばＡｌロウやＡｇロウ等の金属ロウ（熱伝導率：１００～１６０Ｗ／ｍＫ）により接合する。更に本実施形態に係る基板支持体１１では、流路Ｃが形成された基台１１３を、流路Ｃの底面及び側面の少なくとも一部を形成し、導電性部材により構成される本体部材１１３ａと、流路Ｃの天面を形成し、静電チャック１１４と同程度の線膨張係数を有する導電性部材により構成される伝熱部材１１３ｂと、に分割して構成する。本体部材１１３ａと伝熱部材１１３ｂは、一例において熱抵抗の小さい樹脂製接着剤により接着する。

【0050】

本実施形態のように基台１１３と静電チャック１１４とを金属ロウ（金属接合層１１５）により接合する場合、溶融した金属ロウにより基台１１３と静電チャック１１４とが加熱されることとなる。この際、基台１１３と静電チャック１１４の熱膨張係数差が大きいと、接合時に生じる熱応力によってもたらされる残留応力により、基台１１３又は静電チャック１１４が破損する可能性がある。

【0051】

例えば、図３に示した従来の基板支持体２００のように、アルミニウム合金（線膨張係数：約２３ｅ－６／℃）製の基台２０１と、セラミックス（線膨張係数：約７～８ｅ－６／℃）製の静電チャック１１４とを金属ロウにより接合した場合、静電チャック１１４と比べて基台２０１の線膨張量が大きいため、金属接合層（金属ロウ）が残留応力を十分に緩和することができないと、静電チャック１１４が破損してしまう。

【0052】

そこで本実施形態においては、上述したように、少なくとも静電チャック１１４と直接的に接合される基台１１３の伝熱部材１１３ｂを、静電チャック１１４（セラミックス）と同程度の線膨張係数を有する導電性部材、例えばＡｌ系複合材（線膨張係数：約７～９ｅ－６／℃）により形成する。このように、金属接合層１１５を介して接合される静電チャック１１４と伝熱部材１１３ｂの線膨張係数差を小さくすることにより、静電チャック１１４と基台１１３との接合時に生じる熱応力を小さくすることができる。すなわち、静電チャック１１４と伝熱部材１１３ｂとの間で発生する残留応力を小さくすることができ、これにより線膨張係数差に起因する基台１１３や静電チャック１１４の破損を適切に抑制することができる。

【0053】

本実施形態によれば、このように基台１１３を本体部材１１３ａと伝熱部材１１３ｂに分割して構成し、静電チャック１１４と直接的に接合される伝熱部材１１３ｂと、接合対象の当該静電チャック１１４の線膨張係数差を小さくすることで、適切に基台１１３と静電チャック１１４とを金属ロウを用いて接合し、本実施形態に係る基板支持体１１を形成できる。

【0054】

そして本実施形態によれば、このように基台１１３と静電チャック１１４とを金属ロウ（金属接合層１１５）により接合することで、従来と比較して流路Ｃを通流する冷媒から静電チャック１１４（基板Ｗ）への熱伝達が促進され、金属接合層１１５を介して適切に基板Ｗを冷却することができる。すなわち、下部電極に印加するＲＦのハイパワー化と、基板Ｗの低温化の両立が可能になる。

【0055】

またこの時、伝熱部材１１３ｂは、流路Ｃの天面として機能することで直接的に冷媒と接触することに加え、熱容量の大きな本体部材１１３ａとは熱抵抗の小さい樹脂製接着剤により接合されている。これにより、冷媒から伝熱部材１１３ｂに対する熱伝達が直接的に行われるとともに、当該伝熱部材１１３ｂから本体部材１１３ａに対する熱伝達が抑制されるため、冷媒から静電チャック１１４（基板Ｗ）への熱伝達を更に適切に行うことができる。

【0056】

なお、伝熱部材１１３ｂを構成する導電性部材は、本実施形態に示したようなＡｌ系複合材に限定されるものではなく、静電チャック１１４（セラミックス）との線膨張係数差が小さい導電性部材であれば任意に選択することが可能である。具体的には、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、例えば静電チャック１１４（セラミックス）との線膨張係数差が３ｅ－６／℃以下である導電性部材で伝熱部材１１３ｂを構成することで、適切に線膨張係数差に起因する破損を抑制することができる。
なお、セラミックスとの線膨張係数差が３ｅ－６／℃以下となる他の導電性部材としては、例えばＴｉ合金（線膨張係数差：２ｅ－６／℃）等が挙げられる。

【0057】

ここで、上述のように伝熱部材１１３ｂを静電チャック１１４との線膨張係数差が小さい導電性部材で形成する場合であっても、伝熱部材１１３ｂと静電チャック１１４との接合温度が高い金属ロウを選択して接合を行った場合、接合時に発生する熱応力により静電チャック１１４に損傷を与えるおそれがある。具体的には、伝熱部材１１３ｂと静電チャック１１４との線膨張係数差が小さい場合であっても、接合温度が高い場合には当該接合時における伸縮変形量の差が大きくなり、これにより静電チャック１１４に破損が生じるおそれがある。

【0058】

そこで本実施形態においては、かかる接合時に発生する熱応力に起因する静電チャック１１４の損傷を抑制するため、金属接合層１１５として使用する金属ロウとしては、接合温度が例えば７００℃以下の金属ロウを選択することが望ましい。このように接合温度が所望の温度以下の金属ロウを選択することにより、接合時において発生する伸縮変形量の差を小さくすることができ、すなわち静電チャック１１４の破損を抑制して基台１１３（伝熱部材１１３ｂ）と静電チャック１１４とを適切に接合できる。

【0059】

図４は、以上の基台１１３と静電チャック１１４との関係、具体的には線膨張係数差と金属ロウの接合温度との対応を示す表である。

【0060】

上述したように、本実施形態にかかる基板支持体１１においては、流路Ｃが形成される基台１１３を静電チャック１１４との線膨張係数差が３ｅ－６／℃以下の導電性部材で形成し、かつ、当該基台１１３を静電チャック１１４と熱伝導率の高く接合温度が７００℃以下の金属ロウにより接合することが望ましい。
かかる場合、例えば図４に示すように、少なくとも基台１１３の伝熱部材１１３ｂをＡｌ系複合材（線膨張係数差：１ｅ－６／℃）で形成し、かつ、金属接合層１１５としてＡｌロウやＡｇロウ（接合温度：５００～７００℃）を用いることが望ましい。

【0061】

＜本開示にかかる基板支持体の作用効果＞
以上、本実施形態にかかる基板支持体１１によれば、流路Ｃが形成される基台１１３と、基板Ｗを吸着保持する静電チャック１１４とを、熱抵抗の小さな金属接合層１１５により接合する。
この時、静電チャック１１４と接合される基台１１３の上面側（実施の形態における伝熱部材１１３ｂ）を、静電チャック１１４と線膨張係数差が小さい、好ましくは３ｅ－６／℃以下である導電性部材を用いて構成することで、金属接合時の熱応力に起因する基台１１３や静電チャック１１４の破損を適切に抑制できる。

【0062】

そして、このように基台１１３と静電チャック１１４を金属接合すること、すなわち熱抵抗の小さな金属接合層１１５で接合することで、冷媒から基板Ｗに対して熱伝達が適切に行われるため、基板Ｗの冷却を適切に行うことができる。
またこの時、静電チャック１１４と直接的に接合される伝熱部材１１３ｂを流路Ｃの天面として機能させ、かつ、伝熱部材１１３ｂと本体部材１１３ａとは熱抵抗の大きな樹脂製接着剤により接合するため、冷媒から基板Ｗへの熱伝達を更に適切に行うことができる。

【0063】

また、このように本実施形態においては冷媒と基板Ｗとの間での熱伝達を適切に行うことができるため、例えばエッチング処理としてのＨＡＲＣ工程を行う場合であっても、適切に基板Ｗの冷却を行うことができる。換言すれば、本実施形態にかかる基板支持体１１においてはＲＦのハイパワー化と基板Ｗの低温化を両立することが可能であり、適切に基板Ｗに対して孔を深掘り形成することができる。

【0064】

またＨＡＲＣ工程に際してＲＦをハイパワーで印加し、伝熱部材１１３ｂ及び静電チャック１１４が高温化した場合であっても、伝熱部材１１３ｂと静電チャック１１４との間における伸縮変形量の差、すなわち発生する残留応力を小さくできる。そして、このように発生する残留応力が小さくなることで、ＨＡＲＣ工程に際しての基台１１３と静電チャック１１４との線膨張係数差に起因して破損が生じることが適切に抑制される。換言すれば、金属接合時のみならず、ＨＡＲＣ工程に際しても基台１１３や静電チャック１１４の破損を抑制できる。

【0065】

更に本実施形態によれば、基台１１３と静電チャック１１４とを接合する金属接合層１１５として、接合温度が７００℃以下の金属ロウ（例えばＡｌロウやＡｇロウ）を選択する。
これにより、基台１１３と静電チャック１１４との接合時において発生する熱応力を小さくすることができ、すなわち、熱応力に起因して静電チャック１１４に破損が生じることを適切に抑制し、基台１１３と静電チャック１１４とを適切に接合できる。

【0066】

また本実施形態にかかる基板支持体１１によれば、このように基台１１３と静電チャック１１４とを金属接合層１１５により相互に接合することで、エッチング処理に際しての基板支持体１１、及び基板Ｗの熱応答性が向上する。すなわち、例えばエッチング処理に際してＲＦをハイパワーとローパワーで交互に印加するハイブリッド運転に際しての熱追従性を向上させることができるため、かかるＲＦのパワー切替をより短時間で繰り返し行うことが可能になる。

【0067】

なお、以上の実施形態においては、基台１１３を断面視において凹凸形状を有する本体部材１１３ａと、略平板形状を有する伝熱部材１１３ｂと、を接合することにより構成したが、基台１１３の構成はこれに限定されるものではない。

【0068】

図５は、第２の実施形態にかかる基板支持体の構成の概略を示す縦断面図である。

【0069】

図５に示すように、第２の実施形態にかかる基板支持体２１１においては、基台２１３と静電チャック１１４とが、金属接合層１１５を介して相互に接合されている。また基台２１３においては、例えば断面視において上方に向けて凹凸形状を有する本体部材２１３ａと、断面視において下方に向けて凹凸形状を有する伝熱部材２１３ｂとが、接着部材２１３ｃを介して相互に接続されている。

【0070】

本体部材２１３ａは、例えばＡｌ合金等の導電性部材により構成され、下部電極として機能する。また、上述したように、本体部材２１３ａは断面視において上方に向けて凹凸形状を有する。当該凹凸形状は、後述の伝熱部材２１３ｂに形成された凹凸形状と対向して配置されることで、流路Ｃを形成する。換言すれば、本体部材２１３ａに形成された凹凸形状は、流路Ｃの底面と、流路Ｃの側面の少なくとも一部を画成する。

【0071】

伝熱部材２１３ｂは、例えば静電チャック１１４と同程度の線膨張係数を有する導電性部材（例えばＡｌ系複合材）により構成される。また、上述したように、伝熱部材２１３ｂは断面視において下方に向けて凹凸形状を有する。当該凹凸形状は、本体部材２１３ａに形成された凹凸形状と対向して配置されることで、流路Ｃを形成する。換言すれば、伝熱部材２１３ｂに形成された凹凸形状は、流路Ｃの天面と、流路Ｃの側面の少なくとも一部を画成する。

【0072】

接着部材２１３ｃは本体部材２１３ａと伝熱部材２１３ｂとを接合する。接着部材２１３ｃとしては、例えば熱抵抗の大きな樹脂製接着剤を用いることができる。

【0073】

第２の実施形態にかかる基板支持体２１１によれば、静電チャック１１４と金属接合層１１５を介して接続される伝熱部材２１３ｂを断面視において凹凸形状を有するように形成することで、当該伝熱部材２１３ｂと流路Ｃとの接触面積を大きくできる。
これにより、冷媒から伝熱部材２１３ｂへの熱伝達量、換言すれば伝熱部材２１３ｂによる静電チャック１１４（基板Ｗ）の冷却能力を向上させることができ、基板Ｗの冷却をより適切に行うことができる。

【0074】

また本実施形態においては、第１の実施形態にかかる基板支持体１１と同様に、本体部材２１３ａと伝熱部材２１３ｂとが熱抵抗の大きな樹脂製接着剤により接着される。これにより、伝熱部材２１３ｂと熱容量の大きな本体部材２１３ａとの間における熱伝達を抑制することができ、すなわち、より適切に基板Ｗの冷却を行うことができる。

【0075】

続いて図６は、第３の実施形態にかかる基板支持体の構成の概略を示す縦断面図である。

【0076】

図６に示すように、第３の実施形態にかかる基板支持体３１１においては、基台３１３と静電チャック１１４とが、金属接合層１１５を介して相互に接合されている。また基台３１３においては、例えば断面視において上方に向けて凹凸形状を有する本体部材３１３ａと、略円板形状を有する伝熱部材３１３ｂとが、接着部材３１３ｃを介して接合されている。

【0077】

本体部材３１３ａは、例えば静電チャック１１４と同程度の線膨張係数を有する導電性部材（例えばＡｌ系複合材）により構成され、下部電極として機能する。また、上述したように、本体部材３１３ａは断面視において上方に向けて凹凸形状を有する。当該凹凸形状は、後述の伝熱部材３１３ｂにより閉塞されることで、流路Ｃを形成する。換言すれば、本体部材３１３ａに形成された凹凸形状は、流路Ｃの底面と、流路Ｃの側面を画成する。

【0078】

伝熱部材３１３ｂは、例えば静電チャック１１４と同程度の線膨張係数を有する導電性部材（例えばＡｌ系複合材）により構成される。伝熱部材３１３ｂは、本体部材３１３ａに形成された凹凸形状を閉塞するように、当該本体部材３１３ａと積層して配置される。換言すれば、伝熱部材３１３ｂは、流路Ｃの天面を画成する。

【0079】

接着部材３１３ｃは本体部材３１３ａと伝熱部材３１３ｂとを接合する。接着部材３１３ｃとしては、例えば熱抵抗の大きな樹脂製接着剤を用いることができる。

【0080】

第３の実施形態にかかる基板支持体３１１によれば、上述のように基台３１３を形成する本体部材３１３ａと伝熱部材３１３ｂとを、それぞれ同一の導電性材料で構成する。
これにより。例えばＨＡＲＣ工程においてＲＦをハイパワーで印加することで本体部材３１３ａと伝熱部材３１３ｂとがそれぞれ高温化した場合であっても、当該本体部材３１３ａと伝熱部材３１３ｂとの間において伸縮変形量に差が生じることが抑制される。すなわち、ＨＡＲＣ工程に際して基台３１３に破損が生じることが抑制され、基板支持体３１１による基板Ｗの吸着保持をより安定的に行うことができる。

【0081】

以上、第１～第３の実施形態に示したように、少なくとも静電チャック１１４と金属接合層１１５を介して接合される伝熱部材を、静電チャック１１４と同程度の線膨張係数を有する導電性部材で構成することにより、静電チャック１１４と伝熱部材との線膨張係数差に起因して発生する残留応力による基板支持体の損傷を抑制できる。

【0082】

一方、第１～第３の実施形態に示したように、伝熱部材の下方に配置される本体部材は、静電チャック１１４と同程度の線膨張係数を有するＡｌ系複合材や、従来基板支持体に用いられるＡｌ合金等、任意の部材により構成することができる。
例えば本体部材を静電チャック１１４と同程度の線膨張係数を有するＡｌ系複合材で構成することにより、ＨＡＲＣ工程における高温化に起因する基台の損傷を抑制することができる。
また例えば、従来基板支持体に用いられるＡｌ合金等は、Ａｌ系複合材と比較して安価で加工が容易な部材である。すなわち、本体部材をＡｌ合金等で構成することにより、当該本体部材に対して流路Ｃを容易に形成できるとともに、基板支持体の形成にかかるコストを低減することができる。

【0083】

なお、以上の第１～第３の実施形態に示したように、基台を構成する本体部材と伝熱部材とは、例えば熱抵抗の大きな樹脂製接着剤により接合を行った。しかしながら、当該樹脂製接着剤は、流路Ｃを通流する冷媒の種類によっては、当該冷媒に対して可溶性を有する場合がある。かかる場合、図２や図５、図６に示したように樹脂製接着剤が流路Ｃに面して設けられることで、当該樹脂製接着剤が冷媒と接触すると、冷媒を通流させた際に樹脂製接着剤が損傷し、本体部材と伝熱部材とが剥離してしまうおそれがある。

【0084】

そこで、このように冷媒による樹脂製接着剤の損傷を抑制するため、例えば図７に示すように、接着部材１１３ｃ（樹脂製接着剤）と流路Ｃとの接触面には、冷媒と接着部材１１３ｃとの接触を防止するための封止部材１１３ｅ（例えばＯリング等）が設けられてもよい。
このように封止部材１１３ｅを設けて冷媒と接着部材１１３ｃとの接触を防止することで、適切に接着部材１１３ｃの損傷を抑制することができる。

【0085】

また例えば図８に示すように、冷媒による樹脂製接着剤の損傷を抑制するため、接着部材１１３ｃと流路Ｃとの接触面の近傍には、流路Ｃを通流する冷媒の流速を低下させるための堰１１３ｆが形成されていてもよい。堰１１３ｆの形状や配置は特に限定されるものではないが、例えば接着部材１１３ｃに対して流路Ｃにおける冷媒の通流方向上流側に設けられ、接着部材１１３ｃに接触する冷媒の流速を低下させる。
これにより、単位時間当たり／単位流量当たりの冷媒に対する接着部材１１３ｃの溶解量を減少させることができ、すなわち、接着部材１１３ｃの損傷を抑制できる。

【0086】

なお、図７に示した封止部材１１３ｅと、図８に示した堰１１３ｆは、いずれか一方のみが設けられていてもよいし、その両方が設けられていてもよい。具体的には、一の基板支持体に形成された流量Ｃには、図７、図８に示したようにいずれか一方のみが設けられていてもよいし、図示は省略するが封止部材１１３ｅと堰１１３ｆの両方が設けられていてもよい。

【0087】

なお、以上の実施形態においては基台と静電チャックとを、ＡｌロウやＡｇロウ等の金属ロウである金属接合層を介して接合する場合を例に説明を行ったが、基台と静電チャックとの接合部材はこのような金属ロウに限定されるものではない。
具体的には、少なくとも従来の基板支持体において基台と静電チャックとを接合していた樹脂製接着剤（熱伝導率：０．２～０．３Ｗ／ｍＫ）と比較して熱伝導率の高い接合部材を用いて基台と静電チャックとの接合を行うことができればよい。
これにより、少なくとも従来の基板支持体と比較して冷媒から基板Ｗに対する熱伝達量を増加させることができ、すなわち、少なくとも基板Ｗの冷却を適切に行うことができる。

【0088】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0089】

１１ 基板支持体
１１３ 基台
１１３ａ 本体部材
１１３ｂ 伝熱部材
１１４ 静電チャック
１１５ 金属接合層
Ｃ 流路
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】