CN112614768A - 基板支承台和等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基板支承台和等离子体处理装置。提供用于响应性良好地控制载置于基板支承台的基板的温度的技术。在一个例示性的实施方式中提供一种基板支承台。基板支承台包括第1构件、第2构件、基板支承部以及一个以上的热电元件。第1构件在上部具有凹部，并为金属制。第2构件设于第1构件上，用于密封凹部，并为金属制。基板支承部设于第2构件上。热电元件配置于凹部。凹部由传热介质填满。

Description

基板支承台和等离子体处理装置
技术领域
本公开的例示性的实施方式涉及基板支承台和等离子体处理装置。
背景技术
专利文献1公开一种能够进行广泛的温度范围内的温度调整的载置台所涉及的技术。载置台具有烧结形成的中空的陶瓷的壳体、发热体或者热交换元件(珀耳帖元件)、内置于壳体的冷却板以及载置部。发热体或者热交换元件内置于壳体，该壳体提供能够进行广泛的温度范围内的温度调整的载置台。载置部形成于壳体上，在载置面载置基板。发热体或者热交换元件与冷却板压缩接合。
专利文献2公开一种被进行了温度控制的半导体的基板支架所涉及的技术。基板支架具有多个热电组件、温度传感器、供电接口、控制器。热电组件与包括利用射频进行了偏置的电极的基板支架面热传递接触。温度传感器获取基板的中心部和端部区域的温度信息。供电接口与多个热电组件连接，在基板的中心部和端部区域控制基板支架面的温度。控制器基于利用温度传感器获取的温度信息，控制利用电流供给接口相对于基板的中心部和端部区域的多个热电组件供给的电流。
专利文献1：日本特开2016－082077号公报
专利文献2：日本特表2000－508119号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种用于响应性良好地控制载置于基板支承台的基板的温度的技术。
用于解决问题的方案
在一个例示性的实施方式中提供一种基板支承台。基板支承台包括第1构件、第2构件、基板支承部以及一个以上的热电元件。第1构件在上部具有凹部，并为金属制。第2构件设于第1构件上，用于密封凹部，并为金属制。基板支承部设于第2构件上。热电元件配置于凹部。凹部由传热介质填满。
发明的效果
采用本公开，能够响应性良好地控制载置于基板支承台的基板的温度。
附图说明
图1是表示一个例示性的实施方式所涉及的等离子体处理装置的主要结构的一个例子的图。
图2是表示一个例示性的实施方式所涉及的基板支承台的主要结构的一个例子的图。
图3是表示一个例示性的实施方式所涉及的基板支承台的主要结构的另一例子的图。
图4是局部地表示图2所示的支承部的结构的图。
图5是用于说明一个以上的热电元件SP1a的配置的图。
图6是表示一个例示性的实施方式所涉及的方法的流程图。
具体实施方式
以下，说明各种例示性的实施方式。在一个例示性的实施方式中提供一种基板支承台。基板支承台包括第1构件、第2构件、基板支承部以及一个以上的热电元件。第1构件在上部具有凹部，并为金属制。第2构件设于第1构件上，用于密封凹部，并为金属制。基板支承部设于第2构件上。热电元件配置于凹部。凹部由传热介质填满。
在一个例示实施方式中，一个以上的热电元件沿着基板支承部分散配置。一个以上的热电元件在基板支承部的周向上以均匀的间隔配置。
在一个例示实施方式中，一个以上的热电元件在基板支承部的比其中心靠周缘侧的位置密集地配置。
在一个例示实施方式中，第1构件还包括供调温介质流通的流路。流路以能够切换第1冷机和第2冷机的方式连接于第1冷机和第2冷机。自第1冷机供给的调温介质与自第2冷机供给的调温介质彼此温度不同。
在一个例示实施方式中，基板支承部还包括加热器电极。
在一个例示实施方式中，加热器电极设于基板支承部与一个以上的热电元件之间。
在一个例示实施方式中，传热介质为液体。
在一个例示实施方式中，传热介质为非活性气体。
在一个例示实施方式中，第1构件包括一个以上的收纳区域。一个以上的收纳区域沿着基板支承部配置。一个以上的热电元件分别与传热介质一起收纳于一个以上的收纳区域的各个收纳区域。
在一个例示实施方式中，第2构件设于基板支承部与一个以上的凹部之间。一个以上的凹部利用第2构件密封。
在一个例示实施方式中，热电元件在凹部内使用传热性的粘接剂固定于第1构件。
在一个例示实施方式中，一个以上的热电元件在基板支承部的周向上串联地电连接。
在一个例示性的实施方式中提供一种等离子体处理装置。等离子体处理装置包括上述的任一基板支承台。
以下，参照附图详细地说明各种例示性的实施方式。其中，在各附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记。
主要参照图1和图2说明一个例示性的实施方式所涉及的等离子体处理装置1的结构。图1所示的等离子体处理装置1是电容耦合型的等离子体处理装置。此外，图1所示的一个实施方式所涉及的基板支承台WP并不限定于电容耦合型的等离子体装置，还可以应用于电感耦合型等各种等离子体处理装置。
等离子体处理装置1具有腔室10。腔室10例如具有圆筒形。腔室10的表面例如可以由施加了铝阳极化处理(阳极氧化处理)的铝构成。腔室10接地。
在腔室10的内部设有基板支承台WP。基板支承台WP设置在腔室10的底部。基板支承台WP具有壳体BD。壳体BD例如为烧结形成的中空的筒状构件。壳体BD的材料例如为陶瓷。基板支承台WP包括基板支承部WS、金属制的支承部SP、加热器EP2以及一个以上的热电元件SP1a。热电元件SP1a包括多个将P型的热电材料和N型的热电材料串联连接而成的元件。该热电元件SP1a是能够通过控制向该元件施加的直流电流的大小和方向，从而将基板支承部侧控制为高温、或相反地控制为低温的元件。热电元件具有当上表面和下表面中的任一者成为高温(散热)时另一者成为低温(吸热)的特性。热电元件的响应性良好。
基板支承部WS构成为支承半导体晶圆(以下称作“基板W”。)。基板支承部WS设于支承部SP上。图1～图4表示基板支承部WS为静电卡盘的例子。可以在基板支承台WP之上以包围基板支承部WS的方式配置边缘环ER。
静电卡盘包括电介质SB以及位于电介质SB内的吸附用电极EP1。
在吸附用电极EP1连接有直流电源12a。在通过自直流电源12a向吸附用电极EP1施加电压而产生的静电力作用下，基板W被吸附。
加热器EP2设于吸附用电极EP1与一个以上的热电元件SP1a之间。在一个例子中，加热器EP2也可以设于电介质SB内。在其他的例子中，加热器EP2还可以设于基板支承部WS与支承部SP之间。在另一其他的例子中，加热器EP2也可以埋入于支承部SP。
在加热器EP2连接加热器电源12c。加热器EP2构成为利用自加热器电源12c施加的直流电流而发热。
支承部SP具有第1构件SP1并且在第1构件SP1之上具有第2构件SP2。第1构件SP1和第2构件SP2由具有良好的传热性的金属、例如铝形成。由于第2构件SP2为金属制，因而能够达成基板W面内的良好的均热性。第1构件SP1和第2构件SP2不仅可以处于基板支承部WS之下，还可以延伸到边缘环ER之下。基板支承部WS设于第2构件SP2上。基板支承部WS可以使用粘接剂与第2构件SP2的上表面(第2构件SP2的与第1构件SP1侧相反的一侧的面)接合。在其他例子中，基板支承部WS还可以利用夹钳那样的机械方式固定于第2构件SP2。
第1构件SP1包括一个以上的收纳区域SP1b。另外，在第1构件SP1的上部形成有一个以上的凹部CP。在该实施方式中，示出了凹部CP在第1构件SP1的上部与第1构件SP1形成为一体的情况，但也可以由其他构件和第1构件SP1形成凹部。在一个以上的收纳区域SP1b与基板支承部WS之间设有第2构件SP2。一个以上的收纳区域SP1b分别利用一个以上的凹部CP的各个凹部和第2构件SP2划定形成，且被气密地密封。凹部CP利用第2构件SP2密封，收纳区域SP1b成为气密或者液密。在一个以上的收纳区域SP1b分别收纳有传热介质SP1c以及一个以上的热电元件SP1a的各个热电元件。在一个例子中，一个以上的收纳区域SP1b也可以沿着基板支承部WS配置。
在一个实施方式中，一个以上的热电元件SP1a分别配置于一个以上的凹部C的各个凹部，凹部CP由传热介质SP1c填满，并由第2构件SP2密封。在其他的方式中，如图3所示，在共用的凹部CP划分形成配置热电元件SP1a的区域，在划分出的各个区域配置热电元件SP1a。凹部CP由传热介质SP1c填满，并由第2构件SP2密封。而且，在任一方式中，均使热电元件SP1a与第2构件SP2之间的间隔设置得充分狭窄，或者也可以使热电元件SP1a与第2构件SP2接触，以使热电元件SP1a与第2构件SP2之间的热传导良好。另外，图3所示的第1构件SP1具有第1区域SP11和第2区域SP12。第1区域SP11设于第2区域SP12上。在第1区域SP11设有一个以上的凹部CP，在第2区域SP12设有流路SP1d。第1区域SP11和第2区域SP12也可以借助具有传热性的粘接剂接合。
传热介质SP1c可以是具有传热性的液体或者非活性气体。传热介质SP1c的例子包含纯水或者He气体。优选传热介质SP1c的导电性较低。在一个例子中，热电元件SP1a在第1构件SP1的内部使用传热性的粘接剂固定。该粘接剂可以含有填料。在其他例子中，也可以不使用粘接剂地将热电元件SP1a配置于支承部SP(凹部CP的内表面)。
如图4所示，第2构件SP2和第1构件SP1的主体SP1e借助螺钉等固定件BR和O形环RG等密封材料固定。固定件BR具有良好的传热性和导电性。
此外，在其他的例子中，第2构件SP2和主体SP1e也可以使用具有良好的传热性的粘接剂接合。
在一个以上的热电元件SP1a均连接有直流电源12b。热电元件SP1a根据自直流电源12b施加的电流的方向进行冷却或者加热。
如图5所示，一个以上的热电元件SP1a在基板支承部WS的周向DR上串联地电连接。更详细而言，一个以上的热电元件SP1a在基板支承部WS的各周向DR上串联连接。因而，能够在各周向DR上进行向热电元件SP1a供给的电流的控制。而且，还能够检测断线。
一个以上的热电元件SP1a沿着基板支承部WS分散配置。如图5所示，一个以上的热电元件SP1a在基板支承部WS的周向DR上以均匀的间隔配置。
一个以上的热电元件SP1a可以在基板支承部WS的比其中央部CE靠周缘侧的位置密集(高密度)地配置。图5所示的第1区域EA1和第2区域EA2为配置热电元件SP1a的区域的一个例子。还可以在第1区域EA1和第2区域EA2以外也配置热电元件SP1a。
第1区域EA1为在基板支承部WS的周缘CR之下沿着周缘CR延伸的区域。第2区域EA2位于基板支承部WS的中央部CE之下，为覆盖中央部CE的区域。
一个以上的热电元件SP1a配置为在第1区域EA1比在第2区域EA2密集(高密度)。
上述的密集(高密度)例如可以是指配置在沿着周向DR延伸的周(例如周缘CR)上的一个以上的热电元件SP1a在该周所占的长度相对于该周的长度的比例较高。
另外，考虑配置于第1区域EA1的一个以上的热电元件SP1a所占的面积相对于第1区域EA1的面积的第1比例和配置于第2区域EA2的一个以上的热电元件SP1a所占的面积相对于第2区域EA2的面积的第2比例。该情况下，密集(高密度)例如可以是指第1比例大于第2比例。
此外，热电元件SP1a不仅可以配置在基板支承部WS之下，还可以也配置在边缘环ER之下。
第1构件SP1包括供调温介质(载热体和制冷剂)流通的流路SP1d。流路SP1d以能够切换第1冷机107a和第2冷机107b的方式与第1冷机107a以及第2冷机107b连接。
自第1冷机107a供给的调温介质与自第2冷机107b供给的调温介质彼此温度不同。例如，在本实施方式中，自第1冷机107a供给的调温介质为载热体，自第2冷机107b供给的调温介质为制冷剂。该情况下，自第1冷机107a供给的调温介质(载热体)被温度控制为例如80℃，自第2冷机107b供给的调温介质(制冷剂)被控制为例如－30℃。
调温介质(载热体和制冷剂)自流路SP1d的入口105a在支承部SP内的流路SP1d中循环，并自流路SP1d的出口105b流出而再次返回到第1冷机107a和第2冷机107b。
上述的基板支承台WP通过控制向一个以上的热电元件SP1a供给的电流的方向、向支承部SP流动的调温介质的温度以及加热器EP2的温度，能够在较大的温度范围内调整载置于基板支承部WS上的基板W的温度。
此外，在基板支承台WP经由第1匹配器33连接有用于激发等离子体的第1高频电源32。在基板支承台WP经由第2匹配器35连接有用于向基板W引入等离子体中的离子的第2高频电源34。第1高频电源32可以连接于后述的喷头31。
喷头31作为接地电位的上部电极借助电介质40设于腔室10的顶部。因而，能够电容性地向基板支承台WP与喷头31之间施加来自第1高频电源32的高频电力。
喷头31包括具有多个气体通气孔55的电极板56和将电极板56支承为能够装卸的电极支承体58。气体供给源15构成为经由气体供给配管45向喷头31内供给气体。气体穿过分别配置于两个系统的气体供给路径的扩散室50a和扩散室50b自多个气体通气孔55向腔室10内导入。
在腔室10的底部设有形成排气口的排气管60。排气管60连接于排气装置65。排气装置65具有涡轮分子泵或者干式泵等真空泵，构成为将腔室10内的处理空间减压到预先设定的真空度并且将腔室10内的气体从排气管60的排气口向腔室10外排气。
可以将自传热气体供给源85供给的氦(He)等传热气体经由气体管130向基板W的背面供给。因而，促进从基板W的背面到支承部SP之间的传热。
腔室10内利用排气装置65减压到期望的真空度。
预先设定的气体自喷头31呈喷淋状向腔室10内导入。自第1高频电源32和第2高频电源34向基板支承台WP施加高频电力。利用高频电力自导入的气体生成等离子体，而对基板W进行蚀刻。
控制部Cnt包括CPU、ROM、RAM等，通过执行储存于ROM等的计算机程序，从而对等离子体处理装置1的各部分的动作进行整体控制。特别是，控制部Cnt通过控制向热电元件SP1a供给电流的直流电源12b、向加热器EP2施加电压的加热器电源12c、第1冷机107a、第2冷机107b的各动作，从而执行图6所示的方法MT。
根据以上说明的结构，热电元件SP1a经由传热介质SP1c与金属制的支承部SP热耦合，而且，支承部SP与基板支承部WS接触。支承部SP和传热介质SP1c在传热性方面优异，并具有良好的热响应性。因而，热电元件SP1a的吸热效果和加热效果良好地影响到基板支承部WS。能够响应性良好地控制载置于基板支承部WS的基板W的温度。
通过将由热电元件SP1a进行的冷却(吸热)和加热(散热)、由在流路SP1d中流动的调温介质进行的冷却和加热、由加热器EP2进行的加热组合，能够在较大的范围内调整基板支承台WP的温度。通过向流路SP1d流入调温介质(制冷剂)并且使热电元件SP1a进行吸热动作，能够将基板W的温度调整为更低温。通过向流路SP1d流入调温介质(载热体)并且使加热器EP2加热，能够将基板W的温度调整为更高温。
参照图6，说明温度控制方法的一个例示性的实施方式所涉及的方法MT。方法MT包括工序ST1和工序ST2。方法MT例如对基板W上的多层膜进行蚀刻。
在工序ST1中，控制部Cnt在基板支承台WP载置基板W。在接着工序ST1的工序ST2中，控制部Cnt对直流电源12b进行向配置在第1构件SP1的内部的一个以上的热电元件SP1a供给的电流的控制。
控制部Cnt在工序ST2中根据进行蚀刻的膜的种类来调整基板支承台的温度。具体而言，控制相对于一个以上的热电元件SP1a供给的电流值、向加热器EP2供给的电流值以及冷机。在此，相对于一个以上的热电元件SP1a供给的电流值的控制除了包含控制电流的大小以外，还包含控制电流的方向。另外，控制冷机的温度除了包含调整热介质的温度以外，还可以包含对第1冷机107a和第2冷机107b进行切换。
以如下情况为例进行说明：将基板支承部WS设定为第1温度而对多层膜中的第1膜进行蚀刻，在第1膜的蚀刻之后，将基板支承部WS设定为低于第1温度的第2温度而对下层的第2膜进行蚀刻。控制部Cnt控制加热器电源12c而使加热器EP2发热。而且，控制第1冷机107a而使载热体在基板支承台循环。由此，加热基板W，对第1膜进行蚀刻。此时，可以控制直流电源12b而向热电元件SP1a通电，从而使热电元件SP1a的靠基板支承部WS侧的部位成为高温。在对第1膜进行了蚀刻之后，对第2膜进行蚀刻。控制部Cnt控制直流电源12b而使热电元件SP1a的靠基板支承部WS侧的部位成为低温(吸热)。而且，切换到第2冷机107b，而使制冷剂在基板支承台循环。由此，冷却基板W，对第2膜进行蚀刻。也可以在对第2膜进行蚀刻之际控制相对于加热器EP2供给的电流而进行温度调整。由于使用热电元件SP1a、第1冷机107a、第2冷机107b以及加热器EP2，因而能够在较大的温度范围内响应性良好地进行温度调整。
以上，说明了各种例示性的实施方式，但并不限定于上述的实施方式，也可以进行各种各样的省略、置换以及变更。另外，能够组合不同的例示性的实施方式中的要素来形成其他例示性的实施方式。
根据以上的说明，以说明的目的在本说明书中对本公开的各种例示性的实施方式进行了说明，应该理解的是，在不脱离本公开的范围和主旨的情况下能够进行各种变更。因而，本说明书所公开的各种例示性的实施方式并不意图进行限定，真正的范围和主旨由权利要求书示出。

Claims (13)

1.一种基板支承台，其中，
该基板支承台包括：
第1构件，其在上部具有凹部，并为金属制；
第2构件，其设于所述第1构件上，用于密封所述凹部，并为金属制；
基板支承部，其设于所述第2构件上；以及
一个以上的热电元件，其配置于所述凹部，
所述凹部由传热介质填满。
2.根据权利要求1所述的基板支承台，其中，
一个以上的所述热电元件沿着所述基板支承部分散配置，
一个以上的所述热电元件在所述基板支承部的周向上以均匀的间隔配置。
3.根据权利要求1或2所述的基板支承台，其中，
一个以上的所述热电元件在所述基板支承部的比其中心靠周缘侧的位置密集地配置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的基板支承台，其中，
所述第1构件还包括供调温介质流通的流路，
所述流路以能够切换第1冷机和第2冷机的方式连接于所述第1冷机和所述第2冷机，
自所述第1冷机供给的调温介质与自所述第2冷机供给的调温介质彼此温度不同。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的基板支承台，其中，
该基板支承台还包括加热器电极。
6.根据权利要求5所述的基板支承台，其中，
所述加热器电极设于所述基板支承部与一个以上的所述热电元件之间。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的基板支承台，其中，
所述传热介质为液体。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的基板支承台，其中，
所述传热介质为非活性气体。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的基板支承台，其中，
所述第1构件包括一个以上的收纳区域，
一个以上的所述收纳区域沿着所述基板支承部配置，
一个以上的所述热电元件分别与所述传热介质一起收纳于一个以上的所述收纳区域的各个所述收纳区域。
10.根据权利要求9所述的基板支承台，其中，
所述第2构件设于所述基板支承部与一个以上的所述收纳区域之间，
一个以上的所述收纳区域由所述凹部和所述第2构件划定形成。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的基板支承台，其中，
所述热电元件在所述凹部内使用传热性的粘接剂固定于所述第1构件。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的基板支承台，其中，
一个以上的所述热电元件在所述基板支承部的周向上串联地电连接。
13.一种等离子体处理装置，其中，
该等离子体处理装置包括权利要求1～12中任一项所述的基板支承台。
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