CN115552586A - 静电卡盘 - Google Patents

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Abstract

静电卡盘20具备：圆盘状的陶瓷板22，其在表面具有晶片载放面22a；静电电极30，其植入于陶瓷板22；以及气体沟25a～25g，它们在从上方观察陶瓷板22时被分为多个区段Z1～Z7，按在各区段从一对气体供排口26、27中的一个至另一个的方式独立地设置于晶片载放面22a。

Description

静电卡盘
技术领域
本发明涉及静电卡盘。
背景技术
以往，已知有如下静电卡盘，其具备：在表面具有晶片载放面的圆盘状的陶瓷板、以及植入于该陶瓷板的静电电极。作为此种静电卡盘，例如专利文献1、2所示，已知在晶片载放面设置有气体沟的静电卡盘。专利文献1中公开如下静电卡盘，其具备：沿着厚度方向贯穿陶瓷板的中心的1个气体导入口、按从该气体导入口呈辐射状延伸的方式设置于晶片载放面的4条气体分配沟、以及按与气体分配沟分别连通的方式设置于陶瓷板的外周附近的排气口。专利文献2中公开如下静电卡盘，其中，在从上方观察陶瓷板时被分为2个半圆区段，并在各半圆区段设置有气体沟。具体而言，在一个半圆区段中，气体自在陶瓷板的外周附近所设置的气体导入口开始，从同心圆状的多个间隔壁的切口部通过，然后，向在陶瓷板的中心所设置的气体排出口流动。另外，在另一个半圆区段中，气体自在陶瓷板的外周附近所设置的另一气体导入口开始，从同心圆状的多个间隔壁的切口部通过，然后，向在陶瓷板的中心所设置的通用的气体排出口流动。流通于一个半圆区段的气体和流通于另一个半圆区段的气体没有被完全隔开，在中途混合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10－275854号公报
专利文献2：日本特开2012－129547号公报
发明内容
然而，专利文献1中，流通于4条气体分配沟的气体是被供给至相同的气体导入口的气体，因此，无法针对各气体分配沟分别控制气体。专利文献2中，流通于一个半圆区段的气体和流通于另一个半圆区段的气体在中途混合，因此，无法针对各区段分别控制气体。
本发明是为了解决上述课题而实施的，其主要目的在于，能够针对各区段分别控制静电卡盘的背面气体。
本发明的静电卡盘具备：
圆盘状的陶瓷板，该陶瓷板在表面具有晶片载放面；
静电电极，该静电电极植入于所述陶瓷板；以及
气体沟，该气体沟在从上方观察所述陶瓷板时被分为多个区段，按在各所述区段从一对气体供排口中的一个气体供排口至另一个气体供排口的方式独立地设置于所述晶片载放面。
该静电卡盘中，气体沟按在各区段从一对气体供排口中的一个气体供排口至另一个气体供排口的方式独立地设置于晶片载放面。气体沟用于向载放于晶片载放面的晶片的背面供给气体(背面气体)。由于上述气体沟在各区段独立地设置，所以能够针对各区段分别控制静电卡盘的背面气体。
本发明的静电卡盘中，所述多个区段可以包括：中心与所述陶瓷板相同的圆形区段、以及中心与所述陶瓷板相同且设置于所述圆形区段的外侧的1个以上的环状区段。据此，能够分别控制流通于圆形或环状的区段的气体。这种情况下，在各所述气体沟所设置的所述一对气体供排口可以沿着所述陶瓷板的规定的半径方向并排，在彼此相邻的区段所设置的2个气体沟中，流通于一个气体沟的气体的方向设定为顺时针，流通于另一个气体沟的气体的方向设定为逆时针。据此，能够抑制在向例如相邻的区段所设置的2个气体沟供给相同温度的气体时产生由气体所引起的温度分布。
本发明的静电卡盘中，所述多个区段可以为由所述陶瓷板的半径区隔开的多个扇形区段。据此，能够分别控制流通于多个扇形区段的气体。
本发明的静电卡盘中，所述多个区段可以为由从所述陶瓷板的中心趋向外缘延伸的曲线区隔开的多个弯曲区段。据此，能够分别控制流通于多个弯曲区段的气体。
本发明的静电卡盘中，可以为能够向在各所述区段所设置的所述气体沟分别供给特性不同的气体。据此，能够供给适合各区段的特性的气体。应予说明，作为“特性”，例如可以举出：温度、流量、压力、气体种类等。
本发明的静电卡盘中，可以为向在各所述区段所设置的所述气体沟供给气体的模式能够选择下述模式中的任一模式：气体从所述一对气体供排口中的一个气体供排口向另一个气体供排口流动的第一模式、以及气体从所述一对气体供排口中的另一个气体供排口向一个气体供排口流动的第二模式。据此，能够针对各气体沟确定以第一模式使气体流动还是以第二模式使气体流动。
本发明的静电卡盘可以具备电阻发热体，该电阻发热体按在各所述区段从一对端子中的一个端子至另一个端子的方式植入于所述陶瓷板。据此，能够针对各区段分别控制加热程度。
附图说明
图1是表示等离子体处理装置10的构成的概要说明图。
图2是静电卡盘20的立体图。
图3是静电卡盘20的平面图。
图4是图3的A－A截面图。
图5是表示静电卡盘20的电连接的说明图。
图6是与气体沟25a连接的气体路径78a的说明图。
图7是与气体沟25a连接的气体路径78a的说明图。
图8是与气体沟25a连接的气体路径78a的说明图。
图9是静电卡盘120的平面图。
图10是图9的局部放大图。
图11是图9的B－B截面图。
图12是静电卡盘220的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。图1是表示等离子体处理装置10的构成的概要说明图，图2是静电卡盘20的立体图，图3是静电卡盘20的平面图，图4是图3的A－A截面图，图5是表示静电卡盘的电连接的说明图。应予说明，图4中，为了方便，以阴影线表示电阻发热体31～37。此外，以下说明中，上下、左右、前后只不过是相对的位置关系。
如图1所示，对于等离子体处理装置10，在能够调整内压的金属制(例如铝合金制)的真空腔室12的内部设置有静电卡盘20和使等离子体产生时使用的上部电极60。静电卡盘20设置于真空腔室12的内部。在上部电极60的与静电卡盘20对置的面设置有用于将反应气体向晶片面供给的大量小孔。对于真空腔室12，能够从反应气体导入路14将反应气体向上部电极60供给，并且，能够通过与排气通路16连接的真空泵而将真空腔室12的内压减压至规定的真空度。
静电卡盘20具备：陶瓷板22，其上表面设置有能够吸附保持晶片W的晶片载放面22a；静电电极30(参照图4)，其植入于陶瓷板22；以及电阻发热体31～37(参照图3及图4)，其植入于陶瓷板22。陶瓷板22为外径比晶片W的外径小的陶瓷制(例如氧化铝制、氮化铝制)的圆盘状板。
如图2～4所示，晶片载放面22a具备：圆形突起29，其中心与陶瓷板22相同；以及环状突起23a～23g，其按包围圆形突起29的方式设置成与陶瓷板22呈同心圆状。另外，晶片载放面22a具备间隔壁28。间隔壁28从陶瓷板22的中心侧沿着半径方向呈直线延伸，将圆形突起29和环状突起23a连结，并将环状突起23a～23g中的相邻的两者彼此连结。载放于晶片载放面22a的晶片W支撑于圆形突起29、环状突起23a～23g及间隔壁28的上表面。
陶瓷板22的晶片载放面22a在从上方观察时被分为区段Z1～Z7(参照图3及图4)。区段Z1为环状突起23a的内侧的区域。亦即，区段Z1为中心与陶瓷板22相同的圆形的区段。区段Z1在圆形突起29的外侧的区域具备C字状的气体沟25a。在气体沟25a设置有将气体相对于区段Z1进行供给或排出的一对供排口26a、27a。一个供排口26a设置于C字状的气体沟25a的一端(间隔壁28的附近)，另一个供排口27a设置于C字状的气体沟25a的另一端(间隔壁28的附近)。区段Z2为环状突起23a与环状突起23b之间的区域，区段Z3为环状突起23b与环状突起23c之间的区域，区段Z4为环状突起23c与环状突起23d之间的区域，区段Z5为环状突起23d与环状突起23e之间的区域，区段Z6为环状突起23e与环状突起23f之间的区域，区段Z7为环状突起23f与环状突起23g之间的区域。亦即，区段Z2～Z7为与陶瓷板22呈同心圆状地设置于区段Z1的外侧的环状的区段。区段Z2～Z7具有分别对应的C字状的气体沟25b～25g。气体沟25b～25g设置于分别对应的区段Z2～Z7的大致整个区域。对于C字状的气体沟25b～25g，分别在一端设置有供排口26b～26g，在另一端设置有供排口27a～27g。间隔壁28位于供排口26a～26g与供排口27a～27g之间。一个供排口26a～26g和另一个供排口27a～27g均沿着间隔壁28设置。因此，一对供排口26a～26g、27a～27g沿着陶瓷板22的规定的半径方向并排。
静电电极30为能够利用图5所示的ESC电源71施加直流电压的平面状的电极，与晶片载放面22a平行地设置。当对该静电电极30施加电压时，晶片W利用库仑力或约翰森·拉别克力而吸附保持于晶片载放面22a；当解除直流电压的施加时，晶片W相对于晶片载放面22a的吸附保持得以解除。
电阻发热体31～37为在与晶片载放面22a平行的同一平面与区段Z1～Z7分别对应地以一笔画的要领形成的电阻发热体。在电阻发热体31的两端所设置的端子借助从陶瓷板22的背面插入的未图示的供电部件而与图5所示的加热器电源81连接。当对电阻发热体31施加加热器电源81的电压时，电阻发热体31发热而对区段Z1进行加热。其他电阻发热体32～37也分别与加热器电源82～87连接，当施加电压时，将区段Z2～Z7分别加热。电阻发热体31～37由包含例如W、WC、Mo等的导电性材料形成。电阻发热体31～37的形状没有特别限定，例如可以为线圈状，也可以为带状。另外，可以为印刷导电性材料的糊料而得到的。
控制装置70内置有具备CPU、ROM、RAM等的周知的微型计算机。如图5所示，向控制装置70输入从测温传感器62a～62g输出的信号、操作员从输入装置80(键盘、鼠标等)输入的指令。测温传感器62a～62g设置成：对与气体沟25a～25g分别对应的位置的温度进行测定。另外，控制装置70借助ESC电源71而向静电电极30输出电力，或者借助加热器电源81～87而向电阻发热体31～37输出电力。此外，控制装置70对气体供给源74a～74g进行控制，变更向气体沟25a～25g供给的气体的种类、温度、压力、流量，或者，对三通阀76a～76g、77a～77g进行控制，从而控制流通于气体沟25a～25g的气体的方向。应予说明，也可以向静电电极30供给交流电，在使等离子体产生时，可以借助高频电源72而向静电电极30施加高频电压。
此处，对控制流通于气体沟25a～25g的气体的方向的情形进行说明。以下，以气体沟25a为例进行说明。图6～图8是与气体沟25a连接的气体路径78a的说明图。在陶瓷板22设置有沿着厚度方向贯穿陶瓷板22的贯通孔46a、47a。贯通孔46a、47a分别与在气体沟25a所设置的供排口26a、27a连通。贯通孔46a与第一三通阀76a连接。贯通孔47a与第二三通阀77a连接。第一三通阀76a的3个端口中的第1个端口与贯通孔46a连结，第2个端口与气体供给口连结，第3个端口与将气体排出口和第二三通阀77a连接的气体管的中途连结。第二三通阀77a的3个端口中的第1个端口与贯通孔47a连结，第2个端口与气体排出口连结，第3个端口与将气体供给口和第一三通阀76a连接的气体管的中途连结。应予说明，图6～图8的以○包围的数字1～3表示三通阀的第1～3个端口。
对于向气体沟25a供给气体的模式，通过控制装置70对第一三通阀76a及第二三通阀77a的位置进行调节，能够在使气体从供排口26a向供排口27a流动的第一模式与使气体从供排口27a向供排口26a流动的第二模式之间切换。
具体而言，如下调节第一三通阀76a及第二三通阀77a，以将气体从供排口26a供给并使其在气体沟25a中按图3以逆时针流动而从供排口27a排出。即，如图6所示，按第一三通阀76a的第1个端口和第2个端口连通且第3个端口截断的方式对第一三通阀76a进行调节，并且，按第二三通阀77a的第1个端口和第2个端口连通且第3个端口截断的方式对第二三通阀77a进行调节。
如下调节第一三通阀76a及第二三通阀77a，以将气体从供排口27a供给并使其在气体沟25a中按图3以顺时针流动而从供排口26a排出。即，如图7所示，按第一三通阀76a的第1个端口和第3个端口连通且第2个端口截断的方式对第一三通阀76a进行调节，并且，按第二三通阀77a的第1个端口和第3个端口连通且第2个端口截断的方式对第二三通阀77a进行调节。
如下调节第一三通阀76a及第二三通阀77a，以将气体填充(封闭)于气体沟25a内。即，如图8所示，按第一三通阀76a的第1个端口截断且第2个端口和第3个端口连通的方式对第一三通阀76a进行调节，并且，按第二三通阀77a的第2个端口截断且第2个端口和第3个端口连通的方式对第二三通阀77a进行调节。这种情况下，可以使气体供给源74a停止。
控制流通于气体沟25b～25g的气体的方向的情形也与气体沟25a同样地，对第一三通阀76b～76g及第二三通阀77b～77g进行调节即可。
接下来，对这样构成的等离子体处理装置10的使用例进行说明。首先，在真空腔室12内设置有静电卡盘20的状态下，将晶片W载放于陶瓷板22的晶片载放面22a。然后，将真空腔室12内利用真空泵进行减压，调整为规定的真空度，对陶瓷板22的静电电极30施加直流电压，使其产生库仑力或约翰森·拉别克力，将晶片W吸附保持于陶瓷板22的晶片载放面22a。据此，气体沟25a～25g与晶片W一同形成气体空间。接下来，使真空腔室12内为规定压力(例如数10～数100Pa)的反应气体气氛，以该状态，向真空腔室12内的上部电极60与陶瓷板22的静电电极30之间施加高频电压，使其产生等离子体。然后，利用所产生的等离子体，对晶片W的表面进行蚀刻。在进行蚀刻时，预先设定晶片W的目标温度T。控制装置70以使得测温传感器62a～62g的输出值与目标温度T一致的方式对向各区段Z1～Z7的电阻发热体31～37施加的电压进行调节，或者对流通于各区段Z1～Z7的气体沟25a～25g的气体的朝向、气体的特性(温度、流量、压力、气体种类等)进行调节。对于变更流通于气体沟25a～25g的气体的朝向，如上所述对第一三通阀76a～76g及第二三通阀77a～77g进行调节即可。对于变更气体的温度、流量、压力、气体种类，对气体供给源74a～74g进行控制即可。
在晶片W产生了热点的情况下，向与该热点对应的区段的气体沟导入温度较低的气体，或者供给热传导率较高的气体(例如He气体)，从而使热点的热效率良好地向陶瓷板22传递。或者，可以使向气体沟供给的气体的封装压力升高。或者，使向与该热点对应的区段的电阻发热体供给的电力降低，从而抑制发热量。
另一方面，在晶片W产生了冷点的情况下，向与该冷点对应的气体沟导入温度较高的气体，或者使气体的流速加快，或者供给热传导率较低的气体(例如Ar气体)，从而冷点的热不易向陶瓷板22传递。或者，可以使向气体沟供给的气体的封装压力降低。或者，使向与该冷点对应的区段的电阻发热体供给的电力升高，从而提高发热量。
想要抑制由气体所引起的温度分布的情况下，利用三通阀76a、77a、76c、77c、76e、77e、76g、77g对气体的流路进行切换，以使得气体沟25a、25c、25e、25g中气体流动的方向为第一模式。与此同时，利用三通阀76a、77a、76c、77c、76e、77e、76g、77g对气体的流路进行切换，以使得气体沟25b、25d、25f中气体流动的方向为第二模式。据此，在流通于相邻区段的气体彼此之间进行热交换，使得温度均匀的气体流通于气体沟25a～25g。
以上详细说明的静电卡盘20中，气体沟25a～25g按在各区段从一对供排口中的一个供排口至另一个供排口的方式独立地设置于晶片载放面22a。气体沟25a～25g用于向载放于晶片载放面22a的晶片W的背面供给气体(背面气体)。由于上述气体沟25a～25g在各区段Z1～Z7独立地设置，所以能够针对各区段Z1～Z7分别控制静电卡盘20的背面气体。
另外，静电卡盘20中，包括：中心与陶瓷板22相同的圆形的区段Z1、以及设置于区段Z1的外侧的环状的区段Z2～Z7。因此，能够分别控制流通于圆形的区段Z1或环状的区段Z2～Z7的气体。此外，在相邻的区段所设置的2个气体沟中，可以将流通于一个气体沟的气体的方向设定为顺时针，将流通于另一个气体沟的气体的方向设定为逆时针。因此，能够抑制在向例如相邻的区段所设置的2个气体沟供给相同温度的气体时产生由气体所引起的温度分布。
此外，静电卡盘20中，能够向在区段Z1～Z7对应地设置的气体沟25a～25g分别供给温度、流量、压力、气体种类不同的气体。因此，能够供给适合各区段的特性的气体。
并且，静电卡盘20中，向各气体沟25a～25g供给气体的模式能够选择：气体从供排口26向供排口27流动的第一模式、以及气体从供排口27向供排口26流动的第二模式中的任一模式。因此，能够针对各气体沟确定以第一模式使气体流动还是以第二模式使气体流动。
另外，静电卡盘20中，与区段Z1～Z7对应的电阻发热体31～37植入于陶瓷板22。因此，能够针对各区段Z1～Z7分别控制加热程度。
应予说明，本发明并不受上述实施方式的任何限定，当然，只要属于本发明的技术范围，就可以以各种方案进行实施。
例如，上述实施方式中，晶片载放面22a在从上方观察时被分为圆形的区段Z1和环状的区段Z2～Z7，但不限于此。例如，各区段可以像图9～11所示的静电卡盘120那样，陶瓷板122的晶片载放面122a在从上方观察时被分为由陶瓷板122的半径区隔开的多个扇形的区段Z12。各区段Z12在大致整个区域具备扇形的气体沟125。在各气体沟125的中心侧设置有供排口126，在外周侧设置有供排口127。在各区段Z12中的相邻两者彼此之间设置有从晶片载放面122a的中心侧趋向外周侧延伸的间隔壁128。可以向各气体沟125分别独立地进行气体供给。据此，能够分别控制流通于多个区段Z12的气体。
或者，可以像图12所示的静电卡盘220那样，陶瓷板222的晶片载放面222a在从上方观察时被分为由从陶瓷板222的中心趋向外缘延伸的曲线区隔开的多个弯曲的区段Z22。各区段Z22在大致整个区域具有弯曲的气体沟225。在各气体沟225的中心侧设置有供排口226，在外周侧设置有供排口227。在各区段Z22中的相邻两者彼此之间设置有从晶片载放面222a的中心侧趋向外周侧延伸且随着从中心侧趋向外周侧而弯曲的间隔壁228。可以向各气体沟225分别独立地进行气体供给。据此，能够分别控制流通于多个区段Z22的气体。
上述实施方式中，在陶瓷板22中植入有电阻发热体31～37，不过，可以不植入电阻发热体31～37。这种情况下，主要通过流通于气体沟25a～25g的气体而对晶片W的温度进行控制。
上述实施方式中，可以在静电卡盘20的背面粘接或接合金属制(例如铝制、铝合金制)的冷却板。在冷却板的内部可以设置供冷媒(例如冷却水)循环的冷媒流路。通过冷媒也能够对晶片W的温度进行控制。
本申请以2020年5月25日申请的日本专利申请第2020－090932号为主张优先权的基础，其全部内容通过引用而包含在本说明书中。
产业上的可利用性
本发明可利用于半导体制造装置。
符号说明
10等离子体处理装置，12真空腔室，14反应气体导入路，16排气通路，20、120、220静电卡盘，22、122、222陶瓷板，22a、122a、222a晶片载放面，23a～23g环状突起，25a～25g、125、225气体沟，26a～26g、27a～27g、126、127、226、227供排口，28、128间隔壁，29圆形突起，30静电电极，31～37电阻发热体，46a、47a贯通孔，60上部电极，62a～62g测温传感器，70控制装置，71 ESC电源，72高频电源，74a～74g气体供给源，76a～76g第一三通阀，77a～77g第二三通阀，78a气体路径，80输入装置，81～87加热器电源，W晶片，Z1～Z7、Z12、Z22区段。

Claims (8)

1.一种静电卡盘，其中，具备：
圆盘状的陶瓷板，该陶瓷板在表面具有晶片载放面；
静电电极，该静电电极植入于所述陶瓷板；以及
气体沟，该气体沟在从上方观察所述陶瓷板时被分为多个区段，按在各所述区段从一对气体供排口中的一个气体供排口至另一个气体供排口的方式独立地设置于所述晶片载放面。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，
所述多个区段包括：中心与所述陶瓷板相同的圆形区段、以及中心与所述陶瓷板相同且设置于所述圆形区段的外侧的1个以上的环状区段。
3.根据权利要求2所述的静电卡盘，其中，
在各所述气体沟所设置的所述一对气体供排口沿着所述陶瓷板的规定的半径方向并排，在彼此相邻的区段所设置的2个气体沟中，流通于一个气体沟的气体的方向设定为顺时针，流通于另一个气体沟的气体的方向设定为逆时针。
4.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，
所述多个区段为由所述陶瓷板的半径区隔开的多个扇形区段。
5.根据权利要求1所述的静电卡盘，其中，
所述多个区段为由从所述陶瓷板的中心趋向外缘延伸的曲线区隔开的多个弯曲区段。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的静电卡盘，其中，
能够向在各所述区段所设置的所述气体沟分别供给特性不同的气体。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的静电卡盘，其中，
向在各所述区段所设置的所述气体沟供给气体的模式能够选择下述模式中的任一模式：气体从所述一对气体供排口中的一个气体供排口向另一个气体供排口流动的第一模式，以及气体从所述一对气体供排口中的另一个气体供排口向一个气体供排口流动的第二模式。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的静电卡盘，其中，
具备电阻发热体，该电阻发热体按在各所述区段从一对端子中的一个端子至另一个端子的方式植入于所述陶瓷板。
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