CN110120329B - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的等离子体处理装置提高等离子体处理装置的合格率。具备：处理室；样品台，设置在该处理室内部，对被处理物进行载置；真空排气部，将处理室内部排气成真空；和等离子体产生部，在处理室内部产生等离子体，在处理室内部载置被处理物的样品台，具备：第1金属制基材，在内部形成有冷媒的流路；第2金属制基材，处于该第1金属制基材上部且热传导率比第1金属制基材小；和多个升降销钉，使被处理物相对于样品台上下地移动，在第1金属制基材和第2金属制基材形成穿过多个升降销钉的多个贯通孔，在多个贯通孔各自的内部构成为使升降销钉和第1金属制基材以及第2金属制基材电绝缘，且将由热传导率比第2金属制基材高的绝缘构件形成的凸台插入。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及使用在制造半导体设备的工序中采用的真空容器内部的处理室内形成的等离子体、对载置在配置于该处理室内的样品台上的半导体晶圆等基板状样品进行处理的等离子体处理装置，特别是有关在将载置在样品台上的样品的面内温度保持在期望的值并且进行处理的等离子体处理装置。
背景技术
伴随半导体设备微细化的趋势，为了制造半导体设备而需要的蚀刻处理所要求的精度正逐年变得严格。在使用真空容器内部的等离子体对半导体晶圆进行蚀刻处理的等离子体处理装置中，为了与这样的课题相对应，重要的是将蚀刻中的样品的表面温度控制在期望的值的范围内。
近年，出于对提高形状精度的更进一步的要求，在将一片样品保持在样品台上的状态下以多个步骤来进行蚀刻处理。需要在该处理中将样品的表面温度分布控制成最适合各个步骤条件的温度这样的技术。
等离子体处理装置所具备的样品台一般其上表面成为静电吸盘构造。即，构成为对配置在构成样品台上表面的膜状的电介质材料的内部的电极供给电力，通过静电对载置在膜上的晶圆进行吸附保持，从而进一步对晶圆的背面和膜表面之间供给He气体等热传递媒介，在真空中也可促进晶圆和样品台之间的热传递。
进一步地，为了将载置晶圆的样品台的载置面的温度控制在期望的范围内，在配置在样品台的内部的构件内，配置了使用使水、冷却剂等热传递媒介(冷媒)进行流通的冷媒流路等冷却部件、加热器等加热部件。通过使这些冷却部件作用下的排热量和加热部件作用下的加热量进行增减，从而控制样品台的载置面的温度，进而控制晶圆的温度。例如，在典型的等离子体蚀刻处理装置中，通过在样品台内的冷媒流路中流通利用冷机装置等冷媒温度调节装置将其温度调节成给定的范围内的值的冷媒，同时调节加热器的输出，从而进行将晶圆的温度调节成适于处理的范围内的值这样的处理。
通过来自等离子体的离子入射等使等离子体处理中的晶圆被加热。此外，在样品台内配置有加热器等加热部件的情况下，晶圆也从被载置的样品台上表面接受热而被加热。此时，在针对晶圆的面内方向将温度的值及其分布调节成期望的范围内的值的基础上，最好是样品台内部的热传递的大小的分布是使用者所期望的。但是，实际上，受到配置在上述样品台内部的冷媒流路的形状等内部构造的影响，热传递的大小的分布容易在面内方向上变得不均匀，这样的构造所达到的影响成为将晶圆的温度调节成适于处理的值的方面的阻碍要因。
具体来说明，在配置在圆筒形的样品台的内部的金属制的基材内部配置使冷媒流通的流路的情况下，针对样品台的具有圆形或者大致圆形的上表面的面内的方向，遍及整体地配置流路使其位置在半径或者周向上均等，这一点在物理上很困难。
原因是，包含基材在内在样品台的内部，不仅是配置有冷媒流路，而且配置有以其他目的配置的部件、构造，例如：供给用于通过静电来吸附载置在上表面的上方的半导体晶圆等基板状的处理对象的样品的电力、用于使上述加热器发热的电力的电缆、连接器；或者供给对配置在构成基材、样品所被载置的上表面的电介质制的膜内的电极提供的给定的频率的高频电力的电缆、连接器；用于供给对样品台上表面和载置在其上并被吸附的样品之间的间隙提供的He等具有热传递性的气体的通路；以及使得将样品载置在其前端并在由样品台上表面上方支承的状态下上升或者下降的多个销钉配置在内部并上下进行移动的贯通孔等，在配置这些部件的优选的位置和冷媒流路的优选的配置位置重叠的情况下，将一方或者两方配置在从优选的位置偏离的部位以便考虑样品的处理的性能并且满足顾客等的使用者所要求的规格。
以往以来，在决定应制造的装置的构造的基础上，始终要选择这样的设计上的折衷，在一般的等离子体处理装置中，针对样品台的上表面的面内方向，会出现冷媒流路关于径向或者周向不均等地配置的部位。作为这样的配置在附近等的冷媒流路的部位的代表例，列举冷媒的入口以及出口。在这些部位近旁的基材的内部以及上表面的区域，冷媒作用下的热交换量(在对样品进行冷却的情况下是排热的量)容易关于直径或者周向而变得不均匀。
作为用于解决这样的课题的技术，以往以来，已知JP特开2003-60019号公报(专利文献1)中公开的技术方案。本现有技术公开了载置有半导体晶圆的晶圆台，该晶圆台具备以下部分：具备流过温度调节用的冷媒的冷媒通路的基底基材；配置在基底基材的晶圆载置面侧且热膨胀系数比基底基材小的应力缓和构件；配置在应力缓和构件的晶圆载置面侧的电介质膜；以及配置在基底基材的晶圆非载置面侧且热膨胀系数比基底基材小的挠曲防止构件。
本现有技术通过将应力缓和构件配置在基底基材和电介质膜之间来抑制电介质膜因基底基材与电介质膜的线膨胀系数之差而产生破损。作为应力缓和构件的材料公开了钛，作为基底基材公开了铝，作为挠曲防止构件公开了钛。
此外，在JP特开2010-21405号公报(专利文献2)中，公开了具有容纳在配置于样品台的贯通孔内部且使被处理体进行升降的升降销钉的真空处理装置，升降销钉的前端部的皿上的部分的外周缘部在被处理体的处理中与样品台上表面的贯通孔周围接触并紧贴从而将贯通孔气密闭塞，由此抑制了贯通孔内部的空间和其上方的被处理体之间的热传导在局部与其他部位不同的特异点的形成，可得到偏差遍及样品台上表面整体都小的传热。
专利文献
专利文献1：JP特开2003-60019号公报
专利文献2：JP特开2010-21405号公报
但是，上述现有技术针对下面的点考虑不充分，所以出现了问题。
首先，专利文献1的现有技术，将冷媒流路配置在热传导率高的铝的基底基材内，能够对因流路形状的不均等的配置导致的局部的温度与所期待的温度的偏差进行某种程度的抑制，但是没有考虑配置在样品台的供电路径、为了供给流体、销钉用的上下方向的贯通孔的影响，在具备这样的构造的样品台中存在无法抑制温度的不均匀的担忧。
此外，在专利文献2的现有技术中，由于在配置在与样品台的上表面或者上部接触的销钉的前端部的皿状或者大径的部分，例如即使向销钉用的贯通孔内供给He等热传递性的气体，也存在由该前端部分的构件带来的热阻，所以在从等离子体供给的热量大的情况下，升降销钉部的温度会上升。进而，很难在销钉的大径部或者皿状部分内置静电吸盘用的电极，因此将该部分中的被处理体静电吸附于样品台的静电力会局部降低。此外，也很难在该部位的样品台配置加热器且通过使用了加热器的加热对被处理体的温度进行调节的结构中，反而会成为被处理体的温度无法局部地成为期望的值的区域，存在这样的担忧。
如上所述，在现有技术中，由于样品台的内部的构造，热传递的量会出现局部的大小，载置在样品台上表面的样品的处理中的温度的值及其分布就会从所期待的值偏离，从而晶圆的处理的精度、合格率就会受损，现有技术并未对这样的问题加以考虑。
发明内容
本发明的目的在于，提供提高了处理的合格率并且提高了处理的精度的等离子体处理装置。
为了解决上述的课题，在本发明中，是一种等离子体处理装置，该等离子体处理装置具备：处理室，由真空容器形成；样品台，设置在该处理室的内部，对被处理物进行载置；真空排气部，具备真空泵，将处理室的内部排气成真空；以及等离子体产生部，具备电源，在处理室的内部产生等离子体，在该等离子体处理装置中，样品台具备：第1金属制的基材，在内部形成有冷媒的流路；第2金属制的基材，处于该第1金属制的基材的上部且热传导率比第1金属制的基材小；绝缘膜层，由将第2金属制的基材的表面覆盖的绝缘构件形成且在内部形成电极，利用静电力吸附载置在上表面的被处理物；以及多个升降销钉，在停止了静电力作用下的吸附的状态下，使被处理物相对于绝缘膜层的上表面上下地移动，在第1金属制的基材、第2金属制的基材、和绝缘膜层形成穿过多个升降销钉的多个贯通孔，在多个贯通孔各自的内部，构成为使升降销钉和第1金属制的基材以及第2金属制的基材电绝缘，并且将由热传导率比第2金属制的基材大的绝缘构件形成的凸台插入。
发明效果
根据本发明，通过将样品台的基材设为多层构造，在高热传导材质的下部层形成流路，使设置于基材的贯通孔的绝缘性凸台与下部层热接触，并使绝缘性凸台的热传导率比上部层高，从而能够提高来自绝缘性凸台的排热量，抑制样品的面内的排热分布的不均匀。
此时，由于担心因基材的各层的热膨胀差导致的绝缘性凸台的破损，因此在线膨胀系数大的下部层和绝缘性凸台之间设置间隙，填充传热用的软质粘接层，由此能够抑制设置在多层基材的绝缘性凸台的破损，实现对等离子体处理装置所需的反复热循环具有耐性的样品台。
附图说明
图1是示意性说明本发明的实施例涉及的等离子体处理装置的结构的概况的等离子体处理装置的纵剖面图。
图2的(a)是示意性表示本发明的实施例涉及的等离子体处理装置的样品台的结构的概况的剖面图，(b)是表示由(a)的虚线包围的A部的详细情况的剖面图和表示该部分的晶圆W的温度分布的曲线图。
图3是示意性表示本发明的实施例的变形例1涉及的样品台的结构的概况的剖面图。
图4是示意性表示本发明的实施例的变形例2涉及的样品台的升降销钉近旁的结构的概况的剖面图。
图5是示意性表示本发明的实施例的变形例3中的样品台的升降销钉近旁的结构的概况的剖面图。
符号说明
11···冷媒流路；20···真空容器；21···高频电源；26···温度调节单元；31···处理室壁；32···盖构件；33···处理室；34···气体导入管；35···处理气体；36···排气口；37···压力调节阀；38···涡轮分子泵；39···微波振荡器；41···波导管；42···螺线管线圈；100···等离子体处理装置；101，3101，4101，5101···样品台；202，3202，4202，5202···电极块；202-1，4202-1，5202-1···下部层；202-2，3202-2，4202-2，5202-2···上部层；203···静电吸附层；203-1···内部电极；203-2···绝缘体；204···传热气体供给通路；204-1···电极块内通路；204-2···气体线路；206···流量控制阀；207···直流电源；208···供电线路；209···升降销钉；210-1，210-2，210-3，4210-3···绝缘性凸台；3202-3···中间层；3202-4···背面层；4210-31···内侧凸台；4210-32···外侧凸台；5212-3···硬质粘接层；5213-3···软质粘接层；5214-3···排气用槽；5215-3···排气孔；W···晶圆。
具体实施方式
本发明涉及具备以下部分的等离子体处理装置：处理室，由真空容器形成且在内侧形成等离子体；样品台，配置在该处理室的下方，将使用了所述等离子体的处理对象的晶圆载置在其上表面；以及金属制的基材，具有配置在该样品台的内部的圆板或者圆筒形状。
关于本发明的等离子体处理装置的金属制的基材具备：下构件，形成用于冷却该基材的冷媒所流通的冷媒流路且由热传导性比较大的材料构成；上构件，在该下构件的上方与上构件连接且由热传导性比较小的材料构成，在样品台的上表面配置了使晶圆上下的销钉的贯通孔将基材的下构件和上构件贯通而形成，在贯通孔的内部具有安装了由热传导率比上构件的热传导率大的绝缘性材料构成的凸台的结构。
使用以下附图来说明本发明的实施方式。在用于说明本实施方式的所有附图中，具有同一功能的部分附加同一符号，其重复的说明原则上省略。其中，本发明并不是限定于以下所示的实施方式的记载内容来解释。在不脱离本发明的思想乃至宗旨的范围内，对于本领域技术人员来说，容易理解其具体的结构是可以变更的。
【实施例】
使用图1乃至图5来说明本发明的实施例。
本实施例有关蚀刻处理装置等的离子体处理装置，且有关嵌入到配置在处理室内所使用的样品台内部的金属制电极块(基材)的升降销钉用孔等贯通孔中的凸台和电极块的相对的配置以及材料的结构。
具体来说，在为了抑制伴随温度变化的变形而由多层的构件来构成电极块并使得(上部层的热传递率)<(下部层的热传递率)的基础上，使得(凸台的热传导率)>(上部层的热传导率)来增大向下部层的热传递量，进而，使得插入到这样的多层设想的样品台电极块的凸台和贯通孔之间的粘接层的热传导率比上部层大、或者使得(上部层的凸台用的粘接层的刚性)>(下部层的粘接层的刚性)。
图1是示意性说明本发明的实施例涉及的等离子体处理装置的结构的概况的纵剖面图。特别地，本图的等离子体处理装置例示了如下的等离子体蚀刻装置，该等离子体蚀刻装置通过波导管在配置在真空容器内部的处理室内导入微波段的电场和由配置在真空容器周围的线圈形成的磁场，利用电场以及磁场的相互作用下的ECR(Electron CyclotronResonance：电子回旋谐振)对供给到该处理室内的处理用气体进行激励来形成等离子体。
在本图中，等离子体处理装置100构成为包含以下部分：真空容器20，在内部具有将其内侧减压成适于处理的给定的真空度的圆筒形的处理室33；等离子体形成单元，形成并供给配置在其上方以及侧方的周围且用于在处理室33内形成等离子体的电场或者磁场；以及排气单元，配置在真空容器20下方且经由处理室33下部的排气口36与处理室33内连通配置并包含涡轮分子泵38等真空泵。
真空容器20具备：包围具有圆筒形的处理室33的外周而配置的具有圆筒形的金属制的处理室壁31；以及具有圆板形状的盖构件32，载置在该圆形的上端部之上且包含石英玻璃等能透过微波段的电场的电介质而构成。
盖构件32的外周缘部下表面和处理室壁31的上端部在它们之间夹着O环等密封构件321而被连接或者连结，由此密封构件321发生变形，处理室33的内部相对于处理室33的外部被气密密封。
在处理室33的内侧下部，配置将作为处理对象的样品的半导体晶圆等的基板状的样品(以下，晶圆W)载置在该圆形的上表面上方的具有圆筒形的样品台101。作为其上方的处理室33的上部具有作为形成等离子体的空间的放电部。在包围放电部的真空容器20的上部连接具有将用于进行蚀刻处理的处理气体35导入到处理室33内的开口的气体导入管34。
在处理室33的样品台101下方的底面配置排气口36。排气口36经由排气用的管路与配置在真空容器101底部下方且构成排气单元的涡轮分子泵38的入口连通。通过排气口36对导入到处理室33的处理气体35、因蚀刻产生的反应生成物、等离子体43的生成粒子进行排气。
在将处理室33的排气口36和涡轮分子泵38相连的管路上配置压力调节阀37。按照来自未图示的控制装置的指令信号来对压力调节阀37的开度进行增减控制，由此对通过了排气口36的处理室33的排气的流量或者速度进行调节，将处理室33内的压力调节成给定的范围内的值。在本实施例中，处理室33内的压力被调节成数Pa程度乃至数十Pa的范围内的给定的值。
在处理室33的上方，具备构成等离子体形成单元的波导管41和配置在其端部且形成微波的电场40的磁控管等微波振荡器39。由微波振荡器39生成的微波的电场40被导入到波导管41，通过其剖面是矩形的部分和与其连接的剖面圆形的部分而传播从而在与波导管41下端部连接且具有直径比波导管41大的圆筒形的谐振用的空间将给定的电场的模式放大，该模式的电场透过配置在处理室33上方且构成真空容器20上部的盖构件32从上方导入到处理室33内。
在处理室盖32的上方和处理室壁31的外壁的周围具备包围它们配置的螺线管线圈42，螺线管线圈42与未图示的电源连接。若电流因该未图示的电源而在螺线管线圈42中流动，则螺线管线圈42会生成磁场，由该螺线管线圈42生成的磁场被导入到处理室33内。
导入到处理室33内的处理气体35的原子或者分子被微波的电场40和由螺线管线圈42生成的磁场的相互作用下的ECR(Electron Cyclotron Resonance)激励而发生电离或者离解，在样品台101或者其上表面上方的晶圆W的上方的处理室33的空间内生成等离子体43。
等离子体43面对晶圆W，如上所述，样品台101内的金属制的兼做电极块的基材与高频电源21电连接而被供给从该高频电源21输出的给定的频率的高频电力，等离子体43中的带电粒子被在晶圆W产生的偏置电位诱导到晶圆W上表面，从而进行针对预先配置在晶圆W上表面的膜构造的处理对象的膜层的蚀刻处理。
在本实施例中，在晶圆W的处理中，为了实现适于处理的范围内的晶圆W的温度，具备调节样品台101的温度的结构。配置在真空容器20外部且具备将冷媒的温度调节成设定的范围内的值的功能的冷机等温度调节单元26和配置在样品台101的金属制的基材202的内部的冷媒流路11通过管路261、262连接而构成循环路。
通过管路261将利用温度调节单元26调节了温度的冷媒供给到样品台101内的冷媒流路11，在通过冷媒流路11的内侧的冷媒和与晶圆W热连接的样品台101之间进行热交换，该冷媒通过管路262返回到温度调节单元26，由此将样品台101以及载置在其上方的晶圆W的温度调节成期望的范围内的值。
从具备在减压后的内部搬运晶圆W的搬运室的真空搬运容器的该搬运室中，在将晶圆W载置在配置在搬运室内且具备两端由关节部连接的多条臂构件的未图示的机器人臂的臂前端部的状态下，通过臂的伸长将晶圆W搬入到真空容器20的处理室33内并搬运到样品台101上表面的上方为止，其中，该真空搬运容器是以能与真空容器20连通的方式与其侧壁连接的未图示的其他的真空容器。
若晶圆W被交接到样品台101的未图示的升降销钉上，则臂收缩从处理室33退出，并且升降销钉保持载置晶圆W不变地下降而将其容纳到样品台33内，这样晶圆W就会被载置到作为样品台33的上表面的圆形或者以被视作圆形的程度相近似的形状的载置面上。图1表示这样将晶圆W载置到样品台101的状态。
图2的(a)表示样品台101的详细的结构。本实施例涉及的样品台101具备以下部分而形成：配置在内部且构成具有圆筒或者圆形状的金属制的基材的电极块202；以及作为覆盖该电极块202的上表面的电介质制的膜的静电吸附层203。
静电吸附层203具备：配置在内部的作为导电体制的膜状的构件的内部电极203-1；以及覆盖其上下地配置的膜状的绝缘体203-2。作为内部电极203-1的材料，在本实施例中使用钨，作为绝缘体的材料使用具有耐等离子体性的氧化铝陶瓷、氧化钇等陶瓷。
配置在作为构成搭载样品台101的晶圆W的载置面的电介质制的膜的静电吸附层203的内部的膜状的内部电极203-1与直流电源207电连接。从直流电源207向该内部电极203-1供给直流电力从而在配置在内部电极203-1的上方的绝缘膜203-2和其上方的晶圆W的内部积蓄电荷，结果是生成静电力，晶圆W通过该静电力而被吸附保持在作为电介质制的膜的静电吸附层203上。
向形成在作为样品台101的金属制的基材的电极块202的冷媒流路11循环供给在温度调节单元26内被调整成给定的范围内的温度的作为热交换媒介的冷媒。由此，样品台101或者作为金属制的基材的电极块202的温度被设定成使吸附保持在静电吸附层203上的晶圆W的温度适于开始该晶圆W的处理的值的范围内的温度。
在该状态下，向作为电介质制的膜的静电吸附层203的上表面和被静电吸附在该静电吸附层203的上表面的晶圆W之间的间隙G，通过形成在静电吸附层203的开口203-3供给He等具有热传递性的气体。He等具有热传递性的气体通过与开口203-3连通的气体供给路径204而从未图示的气体供给源被进行供给。
在这样的结构中，通过向静电吸附层203的上表面和被静电吸附在其上表面的晶圆W之间的间隙G供给He等具有热传递性的气体，从而促进晶圆W和包含静电吸附层203的样品台101之间的热传递。
在该状态下，在图1所示的结构中，由未图示的控制部进行控制，通过气体导入管34向处理室33内导入处理气体35，并且在处理室33内形成通过了盖构件32的微波的电场和来自螺线管线圈42的磁场。由此，通过它们的相互作用，在处理室33的内部形成使用了处理气体35的等离子体43。
在这样在处理室的内部产生等离子体43的状态下，向构成样品台101的电极块202施加来自高频电源21的给定的频率的高频电力。由此，在晶圆W的上表面上方形成偏置电位，相应于与等离子体43的电位的电位差对等离子体43中的离子等带电粒子进行诱导使其碰撞到晶圆W的上表面。由此，对晶圆W进行蚀刻处理。在晶圆W的上表面层叠形成包含最外表面的处理对象的膜层在内的多个膜层，在处理对象的膜层之上形成基于抗蚀剂的掩模图案。
若通过未图示的检测器使用等离子体43的发光分析等公知的技术来检测蚀刻处理到达了终点这一情况，则由未图示的控制部进行控制，停止高频电力从高频电源21向电极块202的供给以及来自微波发送器39的微波的电场40及基于螺线管线圈42的磁场的供给，而对处理室33内部的等离子体43进行灭火，停止蚀刻处理。之后，通过未图示的搬运部件将晶圆W从处理室33搬出，实施处理室33内的清洗。
如图2的(a)所示，电极块202由下部层202-1和上部层202-2这2层构造形成。上部层202-2形成有构成将晶圆W载置在其上的载置面的圆筒形的凸部202-21和直径比凸部202-21大的圆筒形的基部202-22。
上部层202-2的凸部202-21的上表面具有以圆形或者以视作圆形的程度相近似的形状，在该上表面，形成将其覆盖而配置且作为与凸部202-21的上表面接合的电介质制的膜的静电吸附层203。该静电吸附层203如上所述具备：作为配置在内部的导电体制的膜状的构件的内部电极203-1；以及将其上下覆盖而配置的膜状的绝缘体203-2。作为内部电极203-1的材料，在本实施例中使用钨，作为绝缘体的材料使用具有耐等离子体性的氧化铝陶瓷、氧化钇等陶瓷。
本实施例的静电吸附层203可以通过以将电极块202上表面覆盖的方式对通过等离子体等加热部件设为半熔融状态的陶瓷或者金属的材料的粒子进行喷涂而使其堆积形成为膜状的喷镀法来形成，此外，可以是在使将构成内部电极203-1的金属制的膜包含在内部的状态的陶瓷等材料形成为膜状后对其进行烧结使其成形为板状而形成的烧结板。
在前者的情况下，是通过喷涂粒子而将其堆积成膜状的工序，在后者的情况下，是通过配置在烧结板和电极块202上表面或者配置在其上的构件之间的粘接剂，将电极块202的上部层202-2的凸部202-21的上表面和静电吸附层203接合，来构成一体的构件。由喷镀法或者烧结板形成的静电吸附层203的表面(载置晶圆W的面)比较粗糙，且形成有凹凸。
在样品台101配置有传热气体供给通路204，使从静电吸附层203上表面的开口203-3供给的He等具有热传递性的传热气体205向晶圆W的背面和静电吸附层203的表面之间的、主要由静电吸附层203的表面的比较粗糙的凹凸形成的间隙G流通。传热气体供给通路204贯通电极块202以及静电吸附层203而形成。
在将晶圆W载置在静电吸附层203的晶圆W用的载置面上对其静电吸附而保持的状态下，向晶圆W的背面和静电吸附层203的表面之间的间隙G，供给从未图示的气体供给部件供给的传热气体205。本实施例的传热气体供给通路204具备：通向静电吸附层203的上表面的开口203-3的作为电极块202内部的部位的通路204-1；以及从样品台101的底面向下方延伸的气体线路204-2。
通过向晶圆W的背面和静电吸附层203的表面之间的间隙G供给传热气体205使其存在，从而即使在被排气而设定成给定的真空度的处理室33的内侧，也会促进品圆W和样品台101(电极块202)之间的热传递，从而可容易地将晶圆W的温度维持成期望的范围内的值。在本实施例中，传热气体205的供给的流量或者速度是通过使用来自用于探测传热气体205的流量的未图示的流量计的输出由未图示的控制部对配置在传热气体供给通路204上的流量控制阀206进行控制来调节的。
另外，本实施例的样品台101在电极块202的上部层202-2的圆筒形的凸部202-21的外周缘的台阶部202-22配置有石英、氧化铝、氧化钇等陶瓷制的盖体环202-3。通过该盖体环202-3来覆盖上部层202-2的圆筒形的凸部202-21的侧面以及台阶部202-22的上表面。此外，该盖体环202-3和电极块202的外周部由表面被绝缘体覆盖的盖体2021覆盖。
通过设为这样的结构，设置在处理室33内的电极块202就不会与等离子体43直接相接，可抑制电极块202因与等离子体43之间的相互作用被切削或生成物进行附着。
此外，配置在静电吸附层203的内部的内部电极203-1与配置在样品台101的外部的直流电源207经由供电线路208电连接。通过在被供给来自该直流电源207的直流电力的内部电极203-1产生的电压，在与晶圆W之间的绝缘体203-2内产生极化的电荷，由此在静电吸附层203和晶圆W之间产生静电力。通过该静电力，在晶圆W作用将其向静电吸附层203上表面方向吸附的力。
另外，直流电源207的电力通过配置在贯通电极块202的孔211-1、211-11的内部的中空的绝缘性凸台210并经由由电缆以及连接器构成的供电线路208而被供电到静电吸附层203的内部电极203-1。
内部电极203-1由在它们之间配置构成静电吸附层203-2的电介质材料而被绝缘的多个膜状的电极构成，且由在相邻的电极间赋予不同的极性的、所谓双极型的静电吸附用的电极构成。在将构成晶圆W的载置面的样品台101的圆筒形的凸部202-21的上表面覆盖的静电吸附层203中，对在与在该面内被分割成多个的区域相对应的内部的部位配置的多个电极赋予不同的极性。
由此，在晶圆W内的多个区域有不同的极性的电荷发生极化而被形成。其结果是，即使在处理室33内不形成等离子体43的状态下，也能产生将晶圆W吸附或者支承于静电吸附层203的静电力。
在从这样的样品台101的上方将晶圆W搬出到处理室33外的情况下，首先，在处理室33的内部停止了等离子体43的产生的状态下，实施将施加至以静电力保持有晶圆W的内部电极203-1的电压除去的除电的工序。之后，采用未图示的致动器对当从上观察圆筒形的凸部202-21时被以等间隔配置成同心圆状的3根升降销钉209进行驱动使其上升，将晶圆W抬起到静电吸附层203上表面上方，并与上表面保持给定的距离。
3根升降销钉209分别容纳在安装于在静电吸附层203的上表面具有开口并贯通静电吸附层203以及电极块202的贯通孔211-3内的中空的绝缘性凸台210的内部。通过由未图示的致动器驱动，使3根升降销钉209从直到其前端为止都容纳在贯通孔211-3的内部的状态(图2的(a)所示的状态)起，成为使该前端从静电吸附层203上表面向上方突出而与晶圆W背面抵接的状态，并进而向上方移动而成为使晶圆W从静电吸附层203上表面游离的状态，将晶圆W抬起到静电吸附层203上表面上方。
在该状态下，未图示的机器人臂的臂进入到处理室33内，前端的晶圆保持部移动到由升降销钉209抬起的晶圆W和静电吸附层203之间的间隙。之后，通过未图示的致动器的动作，升降销钉209下降而向未图示的该臂前端部下方移动，由此晶圆W被交接到未图示的臂前端部的晶圆保持部，升降销钉203被容纳到安装于样品台101的贯通孔211-3的中空的绝缘性凸台210的内部。之后，通过未图示的机器人臂的臂进行收缩，晶圆W在被机器人臂保持的状态下被向处理室33外部的未图示的真空搬运容器内的搬运室搬出。
上述传热气体供给通路204的电极块内通路204-1将安装于形成在电极块202的贯通孔211-2的中空的绝缘性凸台210-2内贯通来设置。此外，供电线路208将安装于形成在电极块202的贯通孔211-1的中空的绝缘性凸台210-1内贯通来设置。进而，升降销钉209设置在安装于形成在电极块202的贯通孔211-3的中空的绝缘性凸台210-3的内部。
安装于电极块202的贯通孔211-1乃至211-3的中空的绝缘性凸台210-1乃至210-3对贯通孔211-1乃至211-3的内部进行保护，同时具有与电极块202的电绝缘的功能。
热量经由在这样的贯通孔211-1乃至211-3具有某间隙地安装的中空的绝缘性凸台210-1乃至210-3向电极块202传递的效率与电极块202内部的热量的传递的效率相比较显著地小。其结果，针对位于这样的贯通孔211-1乃至211-3的上方的晶圆W的面内的方向，温度的值或者热传递的量的分布很容易变得局部不同。
特别是，在绝缘性凸台210-1乃至210-3的热传导率比电极块202的热传导率低的情况下，在位于晶圆W的绝缘性凸台210-1乃至210-3的正上的部分，从晶圆W经由正下的绝缘性凸台210-1乃至210-3流向电极块202的热的传递就会被绝缘性凸台210-1乃至210-3阻碍。
在使用热传导率低的陶瓷等作为绝缘性凸台210-1乃至210-3的结构材料，并在贯通孔211-1乃至211-3具有某间隙地安装绝缘性凸台210-1乃至210-3的情况下，热经由绝缘性凸台210-1乃至210-3从晶圆W向电极块202的传递量就会变小。因此，贯通孔211-1乃至211-3和其周围的电极块202之间的晶圆W的温度与期望的温度范围的偏差就会局部地变大。在图2的(b)的曲线图120示出这样的情况下的绝缘凸台210-3的正上的晶圆W的局部的温度分布。
相对于此，本实施例的样品台101如图2的(a)所示成为将电极块202形成多个层(在本实施例中是下部层202-1和上部层202-2这2层)的构造体在上下方向上配置并将它们接合而设为一体的构造。进而，下部层202-1是如下结构，即，由具有热传导率比在上方接合的上部层202-2高的热传导率的材料构成，且在其内部配置冷媒流路11。即，构成电极块202的构件的热传导率被设为(下部层202-1)>(上部层202-2)的关系。
此外，安装于电极块202的贯通孔211-1乃至211-3的绝缘性凸台210-1乃至210-3与贯通孔211-1乃至211-3当中形成在下部层202-1的贯通孔211-11乃至211-31紧贴。由此，绝缘性凸台210-1乃至210-3被安装成与下部层202-1热接触。并且，下部层202-1由热传导率比上部层202-2高的材料构成。作为结构材料的例子，下部层202-1能够使用铝、铜，上部层202-2能够使用钛、不锈钢，绝缘性凸台210-1乃至210-3能够使用A1N(氮化铝)、BN(氮化硼)等。
在本实施例中，在与配置在电极块202内部的贯通孔211-1乃至211-3当中贯通下部层202-1的部分的贯通孔211-11乃至211-31的内周壁面紧贴的状态下使得相接触地将圆筒形的绝缘性凸台210-1乃至210-3嵌入，成为两者相接触的结构。由此，将晶圆W和形成在下部层202-1的冷媒流路11之间连结的热传递的路径经由晶圆W下表面、绝缘性凸台210-1乃至210-3以及下部层202-1而到达冷媒流路11，如图2的(b)中箭头所示，从晶圆W那侧流向形成在上部层202-2的下侧的下部层202-1的冷媒流路11那侧的热量Q′也能够加大。
这样，能够减小从安装有热传递率比上部层202-2高的绝缘性凸台210-1乃至210-3的贯通孔211-1乃至211-3的上部处的晶圆W的部分、和由热传递率比这以外的绝缘性凸台210-1乃至210-3低的材料形成的上部层202-2的上部处的部分、的晶圆W向电极块202的热传递量之差。
通过设为这样的结构，与现有技术相比，可抑制针对晶圆W的面内方向的温度的值或者其分布在贯通孔和其周围与其他部位相比局部发生大的偏差。
其结果是，能够得到图2的(b)所示那样的晶圆W的温度分布110。在图2的(b)所示的表示温度分布的曲线图中，可知由本实施例得到的晶圆W的面内的温度分布110相对于未应用本实施例的情况下的温度分布120，峰值水平降低，晶圆W面内的温度分布的均匀化得到进一步改善。
此外，通过在上部层202-2使用具有比下部层202-1低的热传导率的构件，从而在上部层202-2和内部电极203-1之间配置了未图示的加热器的情况下，能够通过具有比较低的热传导率的上部层202-2使得该加热器和形成在具有比较高的热传导率的下部层202-1的内部的冷媒流路11之间的热阻增大。其结果是，能够高效地将未图示的加热器的加热能量传递到晶圆W，能够以比较短的时间且以更高的精度来调节晶圆W的温度。
[变形例1]
图3是示意性表示图1所示的实施例的等离子体处理装置的第1变形例涉及的样品台的结构的概况的纵剖面图。在图3中，针对附加了与图1或者2相同的符号的结构，省略必要的情况以外的说明。
本变形例1涉及的样品台3101由电极块3202在上下方向上将3个构件一体接合而成的3层构成。进而，由相对高的热传导率的材料构成的构件构成中间层3202-3，在该中间层3202-3的内部配置冷媒流路11。
进而，在中间层3202-3的上方，与其上表面连接的由相对低的热传导率的材料构成的构件形成为上部层3202-2。该上部层3202-2相当于在图2所示的实施例中说明的上部层202-2。
此外，在中间层3202-3的下方，相对于该中间层3202-3由相对低的热传导率的材料构成的构件与中间层3202-3的下表面相接而形成为背面层3202-4。
并且，构成各层的材料的热传导率成为(中间层3202-3)>(上部层3202-2)、以及(中间层3202-3)>(背面层3202-4)的关系。
此外，在贯通电极块3202整体的贯通孔内与其内周壁面相接地将其覆盖而嵌入配置的绝缘性凸台210-1乃至210-3与实施例中说明的情况是同样的，分别与形成在中间层3202-3的贯通孔3211-1乃至3211-3热接触。
作为该绝缘性凸台210-1乃至210-3的构件，采用热传导率比上部层3202-2高的材料。作为结构材料的例子，中间层3202-3能够使用铝、铜，上部层3202-2以及背面层3202-4能够使用钛、不锈钢，绝缘性凸台210-1乃至210-3能够使用AlN、BN等。由此，能够增大从晶圆W经由绝缘性凸台210-1乃至210-3以及中间层3202-3向冷媒流路11传导的热量，与实施例的情况同样地，能够抑制晶圆W的面内的排热分布的不均匀。
在本变形例中，通过在中间层3202-3的下方与中间层3202-3连接地配置背面层3202-4，从而能够抑制具有多层构造的电极块3202的热变形。即，通过在上部层3202-2的下方与其连接并在线膨胀系数更大的中间层3202-3的下方配置线膨胀系数与上部层3202-2大致相等的背面层3202-4，从而能够利用夹着中间层3202-3的上下且膨胀相对小的上部层3202-2、背面层3202-4来减轻因构成电极3块3202的材料的热膨胀之差产生的上下方向的翘曲，能够抑制电极块3202乃至样品台3101整体的变形。
其结果是，即使在电极块3202接受来自配置在等离子体43或者上部层3202-2和内部电极203-1之间的未图示的加热器的热而被加热的情况下，也可减轻针对载置在中间层3202-3的样品台3101的凸部或者其上方的晶圆W的面内的方向的相对大的膨胀和由此导致的上下方向的翘曲，可抑制电极块3202乃至样品台3101整体的变形。
样品台3101由于配置在形成等离子体43的处理室33内而被暴露于等离子体43，所以电极块3202的背面层3202-4优选由耐等离子体性高的材料构成。在本实施例中，使用耐等离子体性比中间层3202-3的铝、铜高的、与上部层3202-2同一构件的钛、不锈钢。
[变形例2]
接着，使用图4，作为本发明的实施例的第2变形例，说明绝缘性凸台210-1乃至210-3的另一结构。图4是在由图2所示的实施例说明的等离子体处理装置的本变形例涉及的样品台4101的结构中示意性示出设置升降销钉209的部分的周围的概况的图。
在上述说明的实施例以及变形例1中，要求起到以下功能，即，绝缘性凸台210-1乃至210-3对实施例中的电极块202的贯通孔211-1乃至211-3的内周壁、或者变形例1中的电极块3202的贯通孔3211-1乃至3211-3的内周壁进行保护，同时，将绝缘性凸台210-1乃至210-3的内部的空间以及容纳于此的升降销钉209和电极块202或者电极块3202之间电绝缘。
本变形例2涉及的绝缘性凸台4210-3具备将由热传导率低但绝缘性(介电常数或者相对介电常数)及耐等离子体性高的材料构成的内侧凸台4210-31、和由热传导率更高但绝缘性及耐等离子体性低的材料构成的外侧凸台4210-32与内侧凸台4210-31的外周壁面和外侧凸台4210-32的内周壁面抵接配置的同心状的多重的结构。
外侧凸台4210-32的外周壁面与形成于构成样品台4101的电极块4202的下部层4202-1和上部层4202-2的贯通孔4211-3紧贴，与实施例中说明的情况同样地与下部层4202-1热接触。
在本变形例的绝缘性凸台4210-3中，通过各自热传导性和绝缘性相反且不同的多个材料以同心状将边界相接而作为一体的构件来构成绝缘性凸台4210-3，从而能够使作为绝缘性凸台4210-3所需的热传导性、绝缘性、耐等离子体性等特性由不同的构件承担而确保作为整体所需的性能。
另外，在本变形例中，针对实施例1中说明的绝缘性凸台210-1以及210-2，也具有与绝缘性凸台4210-3同样的结构。
[变形例3]
接着，使用图5来说明本发明的实施例的进一步其他的第3变形例。图5是在图2所示的实施例的进一步其他的变形例涉及的等离子体处理装置的样品台5101的结构中示意性表示设置升降销钉209的部分的周围的概况的图。
如使用图2所说明的实施例那样，样品台101如下部层202-1和上部层202-2那样，将由线膨胀系数不同的材料构成的构件在上下方向上连接而由多层的构造来构成金属等具有相对高的导电性或者热传导性的电极块202。在这样的情况下，在对该电极块202施加了热量的情况下，因各层的热膨胀的大小之差，贯通这些多个层而紧贴嵌入的圆筒形的绝缘性凸台210存在在将其轴横切的方向上有剪切力作用而发生破损的可能性。
例如，在图2所示的实施例中，相比由钛或者不锈钢形成的上部层202-2，由铝或者铜形成的下部层202-1由线膨胀系数更高的材料形成。进而，绝缘性凸台210-1乃至210-3将其外周的壁面与电极块202的贯通孔211-1乃至211-3的内周壁相接地被嵌入。
在这样的结构中，通过在形成等离子体43而对晶圆W进行处理的期间进行加热，从而在电极块202的下部层202-1以及上部层202-2分别产生热膨胀。此时，因两者的热膨胀率之差，形成在从电极块202的中心部分向半径方向离开的位置的贯通孔211-1乃至211-3的位置在发生相对大的转移的下部层202-1和膨胀的量相对小且转移量比较小的上部层202-2是不同的。
其结果是，保持在膨胀的量相对小且转移量比较小的上部层202-2内的部位的绝缘性凸台210-1乃至210-3会受到往样品台101的外周侧去的方向的力(剪切力)。由此，若上述膨胀之差超出被允许的范围，则存在绝缘性凸台210产生破损的可能性。
在本变形例中的图5所示的例子中，绝缘性凸台5210-3被插入到将构成电极块5202的下部层5202-1贯通的贯通孔5211-31和将上部层5202-2贯通的贯通孔5211-3的内部，将两者贯通来配置。
具有圆筒形的绝缘性凸台5210-3的上部层5202-2内的部位在其外周壁面和形成于上部层5202-2的贯通孔5211-3的内周壁面之间经由硬质粘接层5212-3被连接固定。电极块5202的结构材料被设为(下部层5202-1的线膨胀系数)>(上部层5202-2的线膨胀系数)。
进而，圆筒形的绝缘性凸台5210-3的下部层5202-1内的部位在其外周壁面和下部层5202-1的贯通孔5211-31的内周壁面之间的间隙夹着软质粘接层5213-3而与下部层5202-1连接从而将其位置固定。
关于上述间隙的针对绝缘性凸台5210-3的半径方向的大小，在包含绝缘性凸台5210-3的电极块5202的组装时或者在利用来自外部的作用对样品台5101进行加热前的状态下，使绝缘性凸台5210-3和下部层5202-1之间的间隙比绝缘性凸台5210-3和上部层5202-2之间的间隙形成得大。进而，将软质粘接剂5213-3夹在贯通孔内的绝缘性凸台5210-3和下部层5202-1之间的间隙中。
通过这样的结构，在本变形例的样品台5101中，能够抑制因热膨胀导致的电极块5202和绝缘性凸台5210-3的物理的干涉并且实现两者之间的更高的热传递。即，在将针对绝缘性凸台5210-3或者贯通孔的半径方向的硬质粘接层5212-3的大小(厚度)设为t1，将软质粘接层5213-3的厚度设为t2的情况下，使得t2＞t1。
进而，此外，作为材料的这些硬质粘接层5212-3以及软质粘接层5213-3的硬度设为(硬质粘接层5212-3的硬度或者刚性)>(软质粘接层5213-3的硬度或者刚性)的关系。
作为这样的粘接剂的例子，硬质粘接层5212-3能够使用树脂系粘接剂、或者陶瓷系粘接剂，软质粘接层5213-3能够使用硅酮系粘接剂等。另外，由于期望软质粘接层5213-3是软质，同时热传导性出色，因此为了提高热传导率，可以添加陶瓷等热传导用的填料。通过设为这样的结构，从而本变形例中的构成电极块5202的各层和绝缘性凸台5210-3之间的热传递率的关系就成为(绝缘性凸台5210-3和软质粘接层5213-3之间的热传递率)>(绝缘性凸台5210-3和硬质粘接层5212-3之间的热传递率)。
与实施例1中说明的同样，绝缘性凸台5210-3由热传导率比构成上部层5202-2的构件的热传导率大的材料形成，下部层5202-1由热传导率比构成上部层5202-2的构件的热传导率大的材料形成。在本变形例中，大量的热通过绝缘性凸台5210-3从上部层5202-2进行传递，由此能够抑制在绝缘性凸台5210-3的上端部与其周围的上部层5202-2之间的温度之差，能够使得贯通孔5211-3的上方及其周围的晶圆W的温度的局部的变动。
此外，在对本变形例的样品台5101进行组装的工序中，在使用硬质粘接层5212-3将绝缘性凸台5210-3与上部层5202-2连接而将其位置固定后，在绝缘性凸台5210-3和下部层5202-1内的贯通孔5211-31的内周壁面之间配置软质粘接层5213-3时，在从下部层5202-1的下表面(底面)侧的贯通孔5211-31的开口填充了软质粘接层5213-3的情况下，会在硬质粘接层5212-3和软质粘接层5213-3之间产生间隙，存在绝缘性凸台5210的固定、热传递的性能因该间隙而受损的可能性。
为了抑制这种情况，在本变形例中，在下部层5202-1的贯通孔5211-31和上部层5202-2的贯通孔5211-3之间的边界部外周侧配置以环状包围该边界部而形成了使至少任一个接合面(在图5所示的结构中是上部层5202-2的侧)凹陷而成的凹陷部的排气用槽5214-3，且具备将该排气用槽5214-3和电极块5202的下表面的侧连通的排气孔5215-3。
通过该结构，在绝缘性凸台5210-3和下部层5202-1内的贯通孔5211-31的内周壁面的间隙填满软质粘接层5213-3时，能够抑制在该间隙内的软质粘接层5213-3和硬质粘接层5212-3之间产生空间、所谓空洞，能够将软质粘接层5213-3配置在绝缘性凸台5210-3的周围，抑制绝缘性凸台5210-3的位置的固定以及热传递的效率受损。
另外，在本变形例中，说明了设置升降销钉209的部分的周围的结构，但是关于对实施例1中说明的绝缘性凸台210-1以及210-2进行安装的部分，也安装与图5中说明的绝缘性凸台5210-3具有同样的结构的构件。
根据上述实施例以及变形例的结构，能够抑制在处理中的晶圆W的面内方向上的温度的值和其分布中局部变化大的部位(特异点的区域)产生，能够使晶圆W的处理中的期望的晶圆W或者样品台5101的温度的目标值精度良好而提高轴原子处理的合格率。
另外，上述的实施例说明了使用微波的电场以及磁场通过ECR产生等离子体43的等离子体处理装置，但是即使是其他形成等离子体的手段、例如通过电感耦合、电容耦合来形成等离子体的结构，本发明也能够不对其作用、效果产生制约地对其进行应用。
工业可利用性
本发明所提出的真空处理装置的样品台并不限定于上述等离子体处理装置的实施例，能够抑制异物的产生，并且还转用到需要精密的晶圆温度管理的其他装置。例如，认为在一面将晶圆加热成高温一面进行处理的、灰化装置、溅射装置、离子注入装置等中也是有用的。

Claims (8)

1.一种等离子体处理装置，该等离子体处理装置具备：
处理室，由真空容器形成；
样品台，设置在所述处理室的内部，对被处理物进行载置；
真空排气部，具备真空泵，将所述处理室的内部排气成真空；以及
等离子体产生部，具备电源，在所述处理室的内部产生等离子体，
该等离子体处理装置的特征在于，所述样品台具备：
第1金属制的基材，在内部形成有冷媒的流路；
第2金属制的基材，处于所述第1金属制的基材的上部且热传导率比所述第1金属制的基材小；
绝缘膜层，由将所述第2金属制的基材的表面覆盖的绝缘构件形成且在内部形成电极，利用静电力吸附载置在上表面的所述被处理物；以及
多个升降销钉，在停止了所述静电力作用下的吸附的状态下，使所述被处理物相对于所述绝缘膜层的上表面上下地移动，
在所述第1金属制的基材、所述第2金属制的基材和所述绝缘膜层形成穿过多个所述升降销钉的多个贯通孔，在多个所述贯通孔各自的内部，使所述升降销钉和所述第1金属制的基材以及所述第2金属制的基材电绝缘，并且将由热传导率比所述第2金属制的基材大的绝缘构件形成的凸台插入。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
使得在插入了所述凸台的状态下该凸台的外侧壁面和形成于所述第2金属制的基材的所述贯通孔的内侧壁面的间隙比所述凸台的外侧壁面和形成于所述第1金属制的基材的所述贯通孔的内侧壁面的间隙大，将第1粘接剂夹在所述凸台的外侧壁面和所述第1金属制的基材的内侧壁面的间隙中而将所述凸台的外侧壁面和所述第1金属制的基材的内侧壁面连接。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述第1粘接剂的热传导率比所述第2金属制的基材的热传导率大。
4.根据权利要求2或3所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述第1粘接剂的刚性比所述第2金属制的基材的刚性小。
5.根据权利要求2或3所述的等离子体处理装置，其特征在于，
将第2粘接剂夹在所述凸台的外侧壁面和形成于所述第2金属制的基材的所述贯通孔的内侧壁面的间隙中而将所述凸台的外侧壁面和所述第2金属制的基材连接，具备将所述凸台的外侧壁面和所述第2金属制的基材之间的间隙与所述第1金属制的基材的外部连通的连通路。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述凸台具有内侧和外侧这两层，所述内侧的层由绝缘性比所述外侧的层高且热传导率比所述外侧的层低的材料形成。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述第2金属制的基材以钛或者钛合金为材料来形成，所述第1金属制的基材以铝或者铝合金为材料来形成。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述凸台以氮化铝为材料来形成。
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