JP4754469B2 - 基板載置台の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、基板載置台の製造方法に係り、特に半導体基板等のプラズマ処理に好適な基板載置台の製造方法に関する。
従来から、例えば半導体基板等にプラズマエッチング等のプラズマ処理を施す基板処理装置等においては、基板を載置する基板載置台に、ヘリウムガス等の冷却ガスを基板裏面側に供給するための流体供給機構を具備したものが知られている。又、上記のような基板載置台においては、静電チャックを構成する絶縁層等として、基板載置面にＡｌ2Ｏ3等のセラミック溶射層を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−４７６５３号公報
上記のような基板載置台を製造する場合、セラミック溶射の際に、載置面に形成されたガス吐出孔からガス供給路内に溶射セラミックが侵入する。このため、ガス供給路の内部に侵入してその底部等に付着した溶射セラミックを、洗浄して洗い流す工程を行う必要がある。
しかし、本発明者等が精査したところ、ガス供給路の底部等に強固に付着した溶射セラミック等は、洗浄で完全に除去することが困難となる場合があり、溶射セラミックが溶射残渣として残る場合がある。そして、製品として使用している最中にこの溶射残渣が剥がれて半導体ウエハや処理チャンバー内を汚染したり、ガス供給孔の孔詰まりを発生させて冷却ガスの圧力低下による温度制御上の不具合の発生を招くことがあるという問題があった。
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、流体流路内に溶射残渣が残ることを防止することができ、溶射残渣による汚染の発生や、流体流路の孔詰まりの発生を防止することのできる基板載置台の製造方法を提供することを目的とする。
請求項１の基板載置台の製造方法は、基板が載置される載置面と、前記載置面に開口し当該載置面と前記基板との間にガスを供給する複数のガス吐出孔と、前記ガス吐出孔へガスを供給するためのガス供給路とを有し、前記載置面を覆うセラミック溶射層が設けられた基板載置台の製造方法であって、少なくとも前記ガス吐出孔と対向する部位の前記ガス供給路の内壁に除去可能な皮膜を形成する工程と、前記載置面にセラミック溶射層を形成するセラミック溶射工程と、前記皮膜を除去する皮膜除去工程とを具備し、前記セラミック溶射工程は、前記ガス吐出孔からガスを噴出させながら、前記載置面にセラミックを溶射することを特徴とする。
請求項２の基板載置台の製造方法は、請求項１記載の基板載置台の製造方法であって、前記ガス供給路は、複数の前記ガス吐出孔によって共有されていることを特徴とする。
請求項３の基板載置台の製造方法は、請求項１又は２記載の基板載置台の製造方法であって、前記皮膜が、アクリル樹脂からなることを特徴とする。
請求項４の基板載置台の製造方法は、請求項４記載の基板載置台の製造方法であって、前記有機溶剤がアセトンであることを特徴とする。
請求項５の基板載置台の製造方法は、請求項４記載の基板載置台の製造方法であって、前記有機溶剤がアセトンであることを特徴とする。
請求項６の基板載置台の製造方法は、基板が載置される載置面と、前記載置面に開口し当該載置面と前記基板との間にガスを供給する複数のガス吐出孔と、前記ガス吐出孔へガスを供給するためのガス供給路とを有し、前記載置面を覆うセラミック溶射層が設けられた基板載置台の製造方法であって、少なくとも前記ガス吐出孔と対向する部位の前記ガス供給路の内壁に除去可能な皮膜を形成する工程と、前記載置面にセラミック溶射層を形成するセラミック溶射工程と、前記皮膜を除去する皮膜除去工程とを具備し、前記ガス供給路内に洗浄用流体を導入及び排出するための複数の洗浄用開口部を予め設けておき、前記皮膜除去工程では、前記洗浄用開口部から前記ガス供給路内に洗浄用流体を導入及び排出することを特徴とする。
本発明によれば、流体流路内に溶射残渣が残ることを防止することができ、溶射残渣による汚染の発生や、流体流路の孔詰まりの発生を防止することのできる基板載置台の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る基板載置台を具備した基板処理装置としてのプラズマエッチング装置の断面構成を示すものである。まず、図１を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。
プラズマエッチング装置１は、電極板が上下平行に対向し、プラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。
プラズマエッチング装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなり円筒形状に成形された処理チャンバー（処理容器）２を有しており、この処理チャンバー２は接地されている。処理チャンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、被処理物、例えば半導体ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられている。さらに、このサセプタ支持台４の上には、下部電極を構成する基板載置台（サセプタ）５が設けられており、基板載置台５には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。この基板載置台５の詳細な構成については、後述する。
サセプタ支持台４の内部には、冷媒室７が設けられており、この冷媒室７には、冷媒が冷媒導入管８を介して導入されて循環し、その冷熱が基板載置台５を介して半導体ウエハＷに対して伝熱され、これにより半導体ウエハＷが所望の温度に制御される。
基板載置台５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に半導体ウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材（セラミック溶射膜からなる）１０の間に電極１２を配置して構成されている。そして、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷを静電吸着する。
絶縁板３、サセプタ支持台４、基板載置台５、静電チャック１１には、半導体ウエハＷの裏面に、伝熱媒体（例えばＨｅガス等）を供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介して基板載置台５の冷熱が半導体ウエハＷに伝達され半導体ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。
基板載置台５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置された半導体ウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５は、例えば、シリコンなどの導電性材料から構成されており、エッチングの均一性を向上させる作用を有する。
基板載置台５の上方には、この基板載置台５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、処理チャンバー２の上部に支持されている。上部電極２１は、電極板２４と、この電極板２４を支持する導電性材料からなる電極支持体２５とによって構成されている。電極板２４は、基板載置台５との対向面を構成し、多数の吐出孔２３を有する。この電極板２４は、例えば、シリコンから構成されるか、又は表面に陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムに石英カバーを設けて構成されている。基板載置台５と上部電極２１とは、その間隔を変更可能とされている。
上部電極２１における電極支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されている。さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガスとしてのエッチングガスを供給するための処理ガス供給源３０が接続されている。
処理チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、処理チャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、処理チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開にした状態で半導体ウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように高い周波数を印加することにより処理チャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができる。
下部電極としての基板載置台５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は、第１の高周波電源４０より低い周波数の範囲を有しており、このような範囲の周波数を印加することにより、被処理体である半導体ウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は１〜２０ＭＨｚの範囲が好ましい。
上記構成のプラズマエッチング装置１は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置１の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインタフェース部６２と、記憶部６３とが設けられている。
ユーザインタフェース部６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置１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、プラズマエッチング装置１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６３には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１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、ユーザインタフェース部６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置１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、或いは、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。
上記構成のプラズマエッチング装置１によって、半導体ウエハＷをプラズマエッチングする場合、まず、半導体ウエハＷは、ゲートバルブ３２が開放された後、図示しないロードロック室から処理チャンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置される。そして、直流電源１３から直流電圧が印加されることによって、半導体ウエハＷが静電チャック１１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉じられ、排気装置３５によって、処理チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。
その後、バルブ２８が開放されて、処理ガス供給源３０から所定の処理ガス（エッチングガス）が、マスフローコントローラ２９によってその流量を調整されつつ、ガス供給管２７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の中空部へと導入され、さらに電極板２４の吐出孔２３を通って、図１の矢印に示すように、半導体ウエハＷに対して均一に吐出される。
そして、処理チャンバー２内の圧力が、所定の圧力に維持される。その後、第１の高周波電源４０から所定の周波数の高周波電力が上部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と下部電極としての基板載置台５との間に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化する。
他方、第２の高周波電源５０から、上記の第１の高周波電源４０より低い周波数の高周波電力が下部電極である基板載置台５に印加される。これにより、プラズマ中のイオンが基板載置台５側へ引き込まれ、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。
そして、プラズマエッチングが終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー２内から搬出される。
次に、図２〜５を参照して、本実施形態に係る基板載置台（サセプタ）５について説明する。図２〜５に示すように、基板載置台５は、円板状に形成された第１の板状部材５１０と、円板状に形成された第２の板状部材５２０とを接合して構成され、全体として円板状に形成されている。本実施形態では、これらの第１の板状部材５１０及び第２の板状部材５２０は、アルミニウムから構成されている。
第１の板状部材５１０には、図３に示すように、多数のガス吐出孔５１１が設けられている。また、第１の板状部材５１０の裏面側には、図４に示すように、上記の各ガス吐出孔５１１にガスを供給するガス供給路を形成するための溝５１２が同心円状に形成されている。この溝５１２のうち、最外周部に設けられた溝５１２は、第１の板状部材５１０の最外周部に設けられた複数のガス吐出孔５１１によって共有されるようになっている。また、最外周部以外に設けられた複数の同心円状及びこれらを接続する径方向の溝５１２は、最外周部以外に設けられた複数のガス吐出孔５１１によって共有されるようになっている。これによって、冷却ガスのガス圧を、最外周部（エッヂ部）とその他の部位とで変更することができるようになっている。また、図３，４に示すように、第１の板状部材５１０には、半導体ウエハＷの載置時に半導体ウエハＷを昇降させるためのピンが夫々配置される３つのピン穴５１３が設けられている。
図５に示すように、第２の板状部材５２０の表面は平板状とされており、上記のピン穴５１３に対応する位置に、ピン穴５２３が設けられている。また、第２の板状部材５２０には、図４に示した最外周及びその他の溝５１２に夫々冷却ガスを供給するための２つのガス供給穴５２４、及び、図４に示した最外周及びその他の溝５１２の洗浄時に使用するための複数（図５に示す例では合計８つ）の洗浄用穴５２５が設けられている。なお、これらの洗浄用穴５２５は、後述する洗浄工程等の製造工程で使用されるものであり、基板載置台５の使用時には、閉塞部材によって閉塞される。
図２に示されるガス吐出孔５１１の径は、例えば１ｍｍ程度とされている。また、図２に示される溝５１２の幅は例えば３ｍｍ程度、深さは例えば２ｍｍ程度とされている。これらの溝５１２等によってガス吐出孔５１１へ冷却ガスを供給するガス供給路が構成されており、溝５１２内等のガス供給路の内壁は、陽極酸化皮膜（アルマイト皮膜）（図示せず。）によって覆われている。
また、図２に示すように、第１の板状部材５１０の上側の載置面には、静電チャック１１が設けられている。この静電チャック１１は、Ａｌ2Ｏ3等のセラミック溶射膜からなる絶縁材１０の間に、金属（本実施形態では、タングステンの金属溶射膜）からなる電極１２を配置して構成されている。
次に、図６，７を参照して、上記基板載置台５の製造方法について説明する。なお、以下に説明する基板載置台５の製造方法では、上述したように、アルミニウム製の円板に多数のガス吐出孔５１１、溝５１２、ピン穴５１３を形成した第１の板状部材５１０と、アルミニウム製の円板に、前記したピン穴５２３、ガス供給穴５２４、及び、洗浄用穴５２５等を形成した第２の板状部材５２０を使用した場合について説明するが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。
図６に示すように、まず、上記第１の板状部材５１０と、第２の板状部材５２０とを、ろう付け等によって溶接接合する（１０１）。この後ガス吐出孔５１１の内側面及び溝５１２の内側面等のガス供給路となる部分に陽極酸化処理（アルマイト処理）により、陽極酸化皮膜（アルマイト皮膜）を形成する（１０２）。この状態を図７（ａ）に示す。
次に、ガス供給路のうち、少なくともガス吐出孔５１１と対向する内壁部（底部（第２の板状部材の上面））に除去可能な皮膜５４０を形成する（１０３）。本実施形態では、図７（ｂ）に示されるように上記したガス吐出孔５１１と対向する内壁部（底部（第２の板状部材の上面））のみでなく、ガス吐出孔５１１の内側面及び溝５１２の内側面等のガス供給路となる部分に除去可能な皮膜５４０を形成している。この除去可能な皮膜５４０としては、例えば、樹脂等を用いることができ、アクリル樹脂等を好適に使用することができる。又、除去可能な皮膜５４０を形成する際には、ガス供給穴５２４、及び、洗浄用穴５２５等から、ガス供給路内に液体状のアクリル樹脂等を注入する方法等を使用することができる。
次に、ガス供給穴５２４、及び、洗浄用穴５２５等から、圧縮空気等の気体を供給して各ガス吐出孔５１１から圧縮空気等の気体を噴出しつつ、載置面にＡｌ2Ｏ3等のセラミックを溶射する（１０４）。そして、セラミック溶射膜１０、金属溶射膜（電極）１２、セラミック溶射膜１０を順次積層させて３層の静電チャック１１を形成する。この時、気体の噴出により、ガス吐出孔５１１内には溶射セラミック等が入り難くはなっているが、その一部はガス吐出孔５１１内に入り込み、図７（ｃ）に示すように、塊状の溶射セラミック５３０となって溝５１２の底部等の皮膜５４０の表面に付着する。
次に、溝５１２内に流体、例えば、アセトン等の有機溶媒、圧縮空気、水等を導入して皮膜５４０の除去及び洗浄を行い、セラミック溶射工程で付着した塊状の溶射セラミック５３０を除去する（１０５）。この洗浄工程は、図５に示した洗浄用穴５２５及びガス供給穴５２４を使用して行い、圧縮空気によるエアパージ工程、圧縮空気によるエアパージと通水を同時に行う工程、アセトン等の溶媒に浸漬する工程等を適宜組み合わせて行うことができる。この時、上述したとおり、ガス吐出孔５１１内に入り込んだ溶射セラミック等は、皮膜５４０の表面に付着しているので、皮膜５４０を除去することにより、溝５１２内に付着した塊状の溶射セラミック５３０を容易に剥離することができ、溶射残渣が残る確率を従来に比べて大幅に低減することができる。このような皮膜除去及び洗浄が終了した状態を図７（ｄ）に示す。
実際に、皮膜５４０としてアクリル樹脂を用い、セラミック溶射後に、アセトンを用いた皮膜５４０の除去工程及びエアパージ工程による洗浄工程を行ったところ、塊状の溶射セラミック５３０を全て除去することができ、溝５１２内の塊状の溶射セラミック５３０の残渣の個数をゼロとすることができた。一方、皮膜５４０を形成しない比較例については、セラミック溶射工程の後、エアパージ工程、エアパージと通水を同時に行う工程、アセトンに浸漬する工程、エアパージ工程、エアパージと通水を同時に行う工程、を順次実施して洗浄を行ったにもかかわらず、塊状の溶射セラミック５３０の残渣の個数が６個あり、ゼロとすることができなかった。
以上説明したとおり、本実施形態によれば、冷却ガス供給路内に溶射残渣が残ることを防止することができ、溶射残渣による汚染の発生や、流体流路の孔詰まりの発生を防止することができる。なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、上記の実施形態では、本発明をプラズマエッチング装置の基板載置台の製造に適用した場合について説明したが、本発明は、プラズマエッチング装置に限らず、例えばＣＶＤ装置等あらゆる基板処理装置の基板載置台の製造についても同様にして適用することができる。
５……基盤載置台、１０……絶縁材（セラミック溶射層）、１１……静電チャック、１２……電極、５１０……第１の板状部材、５１１……吐出孔、５１２……溝、５２０……第２の板状部材。
Claims (6)
- 基板が載置される載置面と、前記載置面に開口し当該載置面と前記基板との間にガスを供給する複数のガス吐出孔と、前記ガス吐出孔へガスを供給するためのガス供給路とを有し、前記載置面を覆うセラミック溶射層が設けられた基板載置台の製造方法であって、
少なくとも前記ガス吐出孔と対向する部位の前記ガス供給路の内壁に除去可能な皮膜を形成する工程と、
前記載置面にセラミック溶射層を形成するセラミック溶射工程と、
前記皮膜を除去する皮膜除去工程と
を具備し、
前記セラミック溶射工程は、前記ガス吐出孔からガスを噴出させながら、前記載置面にセラミックを溶射する
ことを特徴とする基板載置台の製造方法。 - 請求項１記載の基板載置台の製造方法であって、
前記ガス供給路は、複数の前記ガス吐出孔によって共有されていることを特徴とする基板載置台の製造方法。 - 請求項１又は２記載の基板載置台の製造方法であって、
前記皮膜が、アクリル樹脂からなることを特徴とする基板載置台の製造方法。 - 請求項３記載の基板載置台の製造方法であって、
前記皮膜除去工程では、有機溶剤を用いて前記皮膜を除去することを特徴とする基板載置台の製造方法。 - 請求項４記載の基板載置台の製造方法であって、
前記有機溶剤がアセトンであることを特徴とする基板載置台の製造方法。 - 基板が載置される載置面と、前記載置面に開口し当該載置面と前記基板との間にガスを供給する複数のガス吐出孔と、前記ガス吐出孔へガスを供給するためのガス供給路とを有し、前記載置面を覆うセラミック溶射層が設けられた基板載置台の製造方法であって、
少なくとも前記ガス吐出孔と対向する部位の前記ガス供給路の内壁に除去可能な皮膜を形成する工程と、
前記載置面にセラミック溶射層を形成するセラミック溶射工程と、
前記皮膜を除去する皮膜除去工程と
を具備し、
前記ガス供給路内に洗浄用流体を導入及び排出するための複数の洗浄用開口部を予め設けておき、前記皮膜除去工程では、前記洗浄用開口部から前記ガス供給路内に洗浄用流体を導入及び排出することを特徴とする基板載置台の製造方法。
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