CN1294636C - 基板台及其制造方法以及等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

等离子体处理装置的基座(10)、即基板台的静电吸盘(12)通过陶瓷喷涂形成。陶瓷喷涂层(12A)被甲基丙烯酸树脂(12D)进行封孔。通过使以甲基丙烯酸甲酯为主要成分的树脂原料液涂覆含浸在陶瓷喷涂层中并使其硬化，陶瓷喷涂层的陶瓷粒子之间的气孔被甲基丙烯酸树脂充填。由于甲基丙烯酸树脂原料液不在硬化时产生气孔，所以可以进行完全的封孔处理。

Description

基板台及其制造方法以及等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及在等离子体处理装置的腔室内搭载半导体晶片等的基板的基板台的改良，具体地说就是有关通过陶瓷喷涂法在基板台上形成静电吸盘的技术，以及该静电吸盘的封孔技术。
背景技术
等离子体处理装置是在被配置于腔室内且被称为基座的基板台上搭载半导体晶片等的基板，由在这个状态下被导入腔室内的处理气体生成等离子体，通过这个等离子体在基板上进行成膜等的处理。如图8(a)所示，被用于等离子体处理装置的基座具备：本体1、配置在该本体1上的静电吸盘2、以及围着该静电吸盘2而被配置在本体1的外周缘部上的聚焦环3。基座通过静电吸盘2而吸持固定晶片W。使腔室内达到所规定的真空度，通过经由匹配器4A连接到本体1上的高频电源4施加所规定的高频电。在与上部电极(未被图示)之间产生的处理气体的等离子体被聚焦环集中到晶片W上。在本体1的内部形成制冷剂通道1A，本体1被在制冷剂通道1A内循环的制冷剂所冷却，从而在等离子体处理中升温的晶片W被冷却而保持在一定的处理温度上。在本体1内部形成热传导性气体(例如，He气)的气体通道1B，气体通道1B在本体1上面的多个部位开口。在静电吸盘2上形成与气体通道1B相对应的贯通孔2A。He气通过气体通道1B以及静电吸盘2的贯通孔2A被供给到静电吸盘2和晶片W之间，作为在静电吸盘2和晶片之间的细间隙中的热传导介质而起作用。由此，从晶片W到静电吸盘2进而到本体1的热流动得到促进，晶片W被高效率地冷却。静电吸盘2将氧化铝等的陶瓷烧结而被形成板状。在静电吸盘2上内含被接在直流电源上的电极板2B。静电吸盘2通过从直流电源5施加的高电压而产生的静电力，吸持晶片W。
因为难于通过陶瓷烧结制作大面积的薄板，所以难于制作适合大口径的晶片W尺寸的静电吸盘2。所以，最近使用陶瓷喷涂技术制作静电吸盘部(例如，参照日本专利第2971369号)。通过陶瓷喷涂而得到的静电吸盘，具有由陶瓷粒子间的气孔而产生的吸水性，所以使用硅酮树脂进行封孔处理。使将甲基甲硅烷基三异氰酸酯溶解于醋酸乙脂中而得到的硅酮树脂原料液含浸静电吸盘的氧化铝喷涂层，然后在大气中以70℃的温度加热8小时，而进行封孔处理。甲基甲硅烷基三异氰酸酯聚合·硬化而成为硅酮树脂。多次反复进行上述的含浸处理以及硬化处理，结束封孔处理。
但是，使用通过硅酮树脂进行了封孔处理的陶瓷喷涂制成的静电吸盘，如在高真空区域(例如，100mTorr)施加高频电压而进行晶片W的处理，则如图7②所示的那样随着施加高频电压时间的加长，出现了进行等离子体处理中的晶片表面温度逐渐下降的现象。
发明内容
本发明是为了解决上述课题，目的在于提供可以在稳定的温度下处理基板的基板台以及其制造方法。
本发明者对于在处理中晶片温度下降的原因进行研究的结果，得到了以下的结论。使硅酮树脂原料液含浸氧化铝喷涂层后，聚合·硬化的话，则氧化铝粒子表面被硅酮树脂涂覆，而形成硅酮树脂层。这时，作为稀释用有机溶媒的醋酸乙脂从氧化铝喷涂层内蒸发。这样，如在图8(b)示意性地表示的那样，气孔2C作为蒸发痕残留在氧化铝粒子之间。另外，如图9(a)所示的那样，也在静电吸盘2的吸持面上形成由硅酮树脂组成的膜2D。在处理完晶片W以后将其从基座除去时，静电吸盘表面的硅酮树脂膜2D的一部分2E，产生如图9(b)所示的那样附着在晶片W上而被剥离的现象。在这时，在静电吸盘2的吸持面上出现氧化铝粒子间的气孔2C。在这个表面上出现气孔2C作为原因，而得到随着时间的加长被处理体的表面温度下降的结论。另外，在图9(a)(b)中用黑点示意地表示硅酮树脂，用硅酮树脂示意地表示涂覆陶瓷粒子的状态。
本发明是根据以上的发现而得到的，本发明提供一种基板台，具备：台本体、形成在前述台本体上且由内部包含电极层的陶瓷喷涂层构成的静电吸盘层，前述陶瓷喷涂层通过甲基丙烯酸树脂进行封孔。
由于甲基丙烯酸树脂在硬化时不形成气孔，可以避免由静电吸盘上的气孔引起的对基板温度控制的不良影响。
理想的是，前述甲基丙烯酸树脂是通过使以甲基丙烯酸甲酯为主要成分的树脂原料液硬化而形成的。作为树脂原料液，在使用主要成分的甲基丙烯酸甲酯以外，还使用了包括稳定剂以及添加剂等的原料。
前述陶瓷喷涂层可以由氧化铝、氮化铝，氮化硅以及氧化钛中的至少一个组成。
根据本发明的基板台可以适宜使用于各种各样的等离子体处理装置上。
本发明还提供了基板台的制造方法。这个方法是准备基板台本体的工序；静电吸盘层形成工序，该工序是在前述台本体上形成由在内部包含电极层的陶瓷层组成的静电吸盘层的工序，包括通过喷涂陶瓷材料而形成含有前述陶瓷层的步骤；以及通过甲基丙烯酸树脂对在前述陶瓷层中存在的气孔进行封孔的工序。
前述封孔工序优选包括使以甲基丙烯酸甲酯为主要成分的树脂原料液含浸在前述陶瓷层中的步骤和使前述树脂原料液硬化的步骤。
另外，在通过喷涂形成前述陶瓷层的步骤中，在台本体被加热的状态下适宜地进行喷涂。
在前述台本体上形成用于向基板供给气体的气体通道的情况下，在通过喷涂形成前述陶瓷层的步骤中，一边使加压气体从前述气体通道喷出一边进行喷涂是适宜的。由此，喷涂后不用进行机械加工等，即可以在陶瓷喷涂层中形成与前述台本体的气体通道相连通的气体通道。
附图说明
图1是表示本发明的基板台的一实施方式的图，(a)为其截面图，(b)为将(a)的静电吸盘层示意性地表示的截面图；
图2为图1所示的基板台的制造工序的图，为在本体上面形成构成了静电吸盘层的氧化铝喷涂层的状态的截面图；
图3是表示图1所示的基板台制造工序的图，表示形成构成了静电吸盘层的电极层状态的截面图；
图4是表示在图1所示的基板台制造工序的图，表示形成静电吸盘层的状态的截面图；
图5是表示在图1所示的基板台制造工序的图，表示在本体的外周面上形成氧化铝喷涂层的状态的截面图；
图6是表示在图1所示的基板台制造工序的图，表示将氧化铝喷涂层研磨处理后的状态的截面图；
图7是表示使用在图1中所示的基板台和现有的基板台，对于晶片进行等离子体处理时施加高频电的时间与晶片温度的关系图；
图8是表示现有基板台的一个例子的、与图1相当的图，(a)为其截面图，(b)为将(a)的静电吸盘的氧化铝喷涂层示意性地表示的截面图；
图9是将图8中所示静电吸盘的氧化铝喷涂层的一部分示意性地表示的截面图，(a)为其截面图，(b)为表示剥取(a)的静电吸盘层的氧化铝喷涂层表面的一部分的状态的截面图；
图10是表示装备有图1中所示基板台的等离子体处理装置的一个例子的概略截面图。
具体实施方式
基座10，即基板台如图1(a)所示，具备上面的外周边缘部比中央部低那样形成的氧化铝制的本体11、通过喷涂在本体11上形成的静电吸盘12和包围静电吸盘12的聚焦环13。本体11的外周面被通过喷涂而形成的氧化铝喷涂层14所覆盖。构成静电吸盘层12的氧化铝喷涂层与氧化铝喷涂层14形成一体。
静电吸盘层12具有氧化铝喷涂层12A和设在氧化铝喷涂层12A内部的由钨组成的电极层12B。静电吸盘层12的整体厚度为600μm。通过钨的喷涂形成电极层12B，厚度为50μm。
另外，构成喷涂层12A、14的陶瓷材料不限于氧化铝。作为陶瓷材料可以使用氧化铝、氮化铝、氮化硅以及氧化钛等任何单独一种，或者将2种以上混合使用。如后述的那样，氧化铝喷涂层12A被甲基丙烯酸树脂进行封孔处理。
在本体11的内部形成制冷剂通道11A以及气体通道11B。在静电吸盘层12中，形成与气体流动通道11B相对应的贯通孔12C。从贯通孔12C向晶片W和静电吸盘层12之间供给He气体等热传导气体。依靠热传导气体而提高晶片W和静电吸盘层12之间的热传导性能，所以可以通过本体11高效率地冷却晶片W。高频电源被通过与目前一样的匹配器15A与本体11相连接，直流电源16被连接在静电吸盘层12的电极层12B上。
接下来，参照图2-图6，对于基座10的制造方法进行说明。
首先准备形成了制冷剂通道11A以及气体通道11B的本体11。
本体11上面的较低的外周边缘部被遮掩。在将本体11加热到150℃的状态下，将计示压力为98KPa的压缩空气向本体11的气体流动通道11B供给，使压缩空气从气体的流动通道11B的开口喷出。在这个状态下，将氧化铝向本体11喷涂，如图2所示形成450μm的氧化铝喷涂层12A。通过使压缩空气喷出，可以与喷涂同时在氧化铝喷涂层12A上形成与气体流动通道11B相对应的贯通孔12C。在那之后，氧化铝喷涂层12A被研磨到厚度为300μm。
接下来，形成电极层12B。在氧化铝喷涂层12A表面上，遮掩形成电极层12B以外的部分。在那之后，在常温下一边将压缩空气供给到气体通道11B，一边将钨向氧化铝喷涂层12A上喷涂，从而如图3所示形成500μm的电极层12B。在电极层12B上与喷涂同时形成贯通孔12C。在那之后，用60号的研磨剂对贯通孔12C的周围进行冲击处理使得贯通孔12C不会堵塞。
接下来，将本体加热到150℃。在这个状态下，一边使压缩空气从气体流通通道11B的开口喷出，一边喷涂氧化铝，如图4所示的那样还在电极层12B上形成400μm的氧化铝喷涂层12A。与喷涂同时，在氧化铝喷涂层12A上形成贯通孔12C。
通过以上的喷涂工序，在如图4所示的氧化铝喷涂层12A内形成插有电极层12B的静电吸盘层12，与本体11一体化。
接下来，进行氧化铝喷涂层12A的封孔处理。首先，使用滚子将以液体的甲基丙烯酸甲酯为主要成分的甲基丙烯酸树脂原料液涂覆在静电吸盘层12上。由此甲基丙烯酸树脂原料液渗透到静电吸盘层12的氧化铝喷涂层12A的气孔内。
在那之后，在真空容器内投入带静电吸盘层12的本体11，在0.1Torr的真空状态下进行脱气处理。在真空脱气中，在氧化铝喷涂层12A内通过在甲基丙烯酸树脂原料液中含有的聚合催化剂而进行共聚合从而形成甲基丙烯酸树脂。由此，如图1(b)所示氧化铝喷涂层12A内的气孔被甲基丙烯酸树脂12D所充填。
由于上述甲基丙烯酸树脂原料液中不含挥发成分，所以可以如图1(b)所示的那样用甲基丙烯酸树脂(斜线部分)12D完全地充填氧化铝粒子之间的气孔。由此，不会象在通过硅酮树脂进行的封孔处理时那样，形成因有机溶媒的蒸发而产生的气孔。
另外，也可以替代上述的脱气处理方法，通过将本体11在60～70℃的温度下加热5～8小时进行烧制，来进行甲基丙烯酸树脂原料液的硬化。
另外，在上述的实施方式中，仅对电极层12B上侧的氧化铝喷涂层12A进行封孔处理，但是也可以在形成电极层12B之前，对于下侧的氧化铝喷涂层12A进行封孔处理。由此，可以以大的概率防止在静电吸盘层12内形成气孔。
在通过甲基丙烯酸树脂进行的封孔处理后，在将静电吸盘层12的外周边缘部以外进行遮掩的同时，除去本体11上面的外周边缘的遮掩材料，在常温下在本体11的外周面上喷涂氧化铝，如图5所示形成厚度为750μm的氧化铝喷涂层14。由此，如图5所示氧化铝喷涂层12A与氧化铝喷涂层14形成一体。
接下来，在静电吸盘12的外周面的氧化铝喷涂层14A上涂覆上述的甲基丙烯酸树脂原料液而使其含浸，在另一个氧化铝喷涂层14B上涂覆例如硅酮树脂原料液而使其含浸。然后，使这些原料液硬化。另外，也可在另一个氧化铝喷涂层14B上涂覆上述的甲基丙烯酸树脂原料液而使其含浸。
在那之后，从静电吸盘层12的表面除去遮掩后，在使用研磨机研磨处理静电吸盘层12以及氧化铝喷涂层14而将表面如图6所示的那样平滑地加工的同时，也将本体11的周面平滑地加工。在这时，静电吸盘层12的表面，即晶片接触的表面被加工为平面度为Ra＝0.2～0.3。在电极层12B上侧的氧化铝喷涂层12A的厚度为250μm以下是适宜的。
接下来，在按上述顺序得到的基座10上，为了确认通过甲基丙烯酸树脂12D而进行的氧化铝喷涂层12A的气孔填充情况进行了红液渗透探伤。
而所谓红液渗透探伤是染色渗透探伤法的一种，通过涂红色染料，在拭去表面的染料后喷上白色显像液那样进行。被检查的对象物的表面上有缺陷(在这种情况下，是未被封孔的气孔)的话，残留在那个缺陷内部的红色染料浮到干燥后的白色显像液上，由此可以用目视确认缺陷。另外，不用白色显像液而涂红色染料，通过其浓淡可以确认气孔是否进行了封孔处理。
使用甲基丙烯酸树脂原料液对于实施了3次封孔处理的对象进行检查。对静电吸盘层12表面进行红液渗透探伤时，没有发现未被封孔的气孔。另外将静电吸盘层12从表面削下75μm后，对其表面进行红液渗透探伤时，没有发现未被封孔的气孔。另外，再进而按阶段地削下100μm、150μm、200μm、250μm，在各阶段进行红液渗透探伤时，没有发现未被封孔的气孔。可知静电吸盘层12至少在到达250μm的深度为止气孔确实地被甲基丙烯酸树脂12D进行了封孔处理。
另外，作为比较例，准备用硅酮树脂进行了5次、10次、15次、20次封孔处理的静电吸盘层，分别对其进行了红液渗透探伤。其结果是虽然封孔次数愈多着色愈薄，但是所有的静电吸盘层都发现了着色。
另外，切断封孔处理后的各静电吸盘层，从其截面调查红色染料渗透情况的结果是，与表面着色情况同样，封孔次数愈多则截面着色愈薄。
所以，可知在用硅酮树脂进行封孔处理的情况下，静电吸盘层内残留气孔。
接下来，使用由上述制法制造的基座10对晶片进行等离子体处理，求出施加高频电的时间和晶片W的表面温度。其结果是如图7的①所示的那样，即使施加高频电的时间变长，晶片W的表面温度也为恒定而不下降。即，如果用甲基丙烯酸树脂将静电吸盘层12进行封孔的话，由于不象从前那样在氧化铝粒子之间残留气孔，所以可以防止在高真空区域下的等离子体处理中晶片温度随时间的变长而下降。
特别是，在将晶片W的温度从100℃切换到120℃的控制过程中，即使将热传导气体的供应压力从10～40Torr切换到5～10Torr的低压而设定的情况下，低压的热传导气体也不会渗透到氧化铝喷涂层12A的氧化铝粒子之间，由于热传导气体毫无浪费地充分地到达晶片W的里面，所以可以高精度地控制晶片W的温度。
根据本实施方式，即使在高真空区域下长时间地进行晶片W的处理，晶片W的表面温度也不下降，所以可以进行在所规定温度下的等离子体处理。
另外，目前由于氧化铝基体材料与陶瓷喷涂膜的热膨胀系数的不同而有构成静电吸盘的陶瓷喷涂膜裂开的可能，对于基座的使用温度有限制，但是，在上述实施方式中，在将本体11加热而使氧化铝基体材料发生热膨胀的状态下进行陶瓷喷涂。所以可以降低在基座升温时的氧化铝基体材料与陶瓷喷涂层之间的热应力，可以提高基座10的耐热温度。
根据本发明提供的基座10即基板台，可以广泛地用于电容耦合型等离子体处理装置、感应耦合型等离子体处理装置、微波等离子体处理装置等各种等离子体处理装置上。图10是表示可以使用上述基座的微波等离子体处理装置的整体构成的一个例子的图。
在由氧化铝等的导电性材料组成的处理容器20内，设置依靠气缸等的升降机构21进行升降的基座10。基座10与图1中记载的基座结构相同，用参照图3到图6说明的方法而形成静电吸盘层12。被调节到适当温度的制冷剂从导入管22导入本体11上形成的制冷剂通道11A，热交换后的制冷剂被从排出管23排出。在静电吸盘层12内的钨电极层12B上施加通过滤波器16A以及引出线16B而来自直流电源的直流高电压，由此静电吸盘层12吸持晶片W。
包围被吸持保持在静电吸盘层12上的晶片W而配置环状的聚焦环13。聚焦环13由相应于依靠等离子体处理装置进行的工艺过程而由绝缘性或者导电性的材料形成，将反应性离子(等离子体)封入或者使其扩散。在基座10和处理容器20之间，设置有穿设了未被图示的排气孔的排气环24。通过排气环24调整来自处理空间的排气的气流，而且作为下部电极而起作用的基座10和在被配置在其上方的上部电极25之间适当地封入等离子体。
基座对应于所进行的工艺过程而升降，调整上部电极25和基座10之间的距离。通过阻抗匹配器15A从高频电源15在基座10的本体11上施加2～13.56MHz的高频电。通过阻抗匹配器26从高频电源27在上部电极25上施加13.56～100MHz的高频电。
从处理气体供给源29，通过处理气体供给管28以及流量控制装置30，向上部电极25供给处理气体。处理气体由高频电而被等离子体化，通过该等离子体对晶片W进行所规定的处理。真空预备室32通过闸阀31被连接在处理容器11的侧面上。通过被设在真空预备室32内的搬运臂33在真空处理室32和处理容器之间进行晶片W的交接。

Claims (13)

1.一种基板台，其特征在于，具备：
台本体；和
设置在所述台本体上的静电吸盘层，该静电吸盘层包括：其上载置有被处理体的上侧陶瓷层、下侧陶瓷层、配置在所述上侧陶瓷层和所述下侧陶瓷层之间的电极层；
所述上侧陶瓷层和所述下侧陶瓷层通过喷涂形成，所述上侧陶瓷层的所有气孔被甲基丙烯酸树脂进行封孔，封孔深度达到250μm。
2.如权利要求1所述的基板台，其特征在于，所述甲基丙烯酸树脂是通过使以甲基丙烯酸甲酯为主要成分的树脂原料液硬化而形成的。
3.如权利要求1所述的基板台，其特征在于，所述上侧陶瓷层由氧化铝、氮化铝、氮化硅以及氧化钛中的至少一种构成。
4.如权利要求1所述的基板台，其特征在于，所述上侧陶瓷层的表面平坦度为Ra＝0.2～0.3。
5.如权利要求1所述的基板台，其特征在于，所述下侧陶瓷层用甲基丙烯酸树脂封孔。
6.如权利要求1所述的基板台，其特征在于，所述台本体的外周面通过喷涂形成，并且，被与所述上侧陶瓷层一体化的陶瓷层所覆盖。
7.如权利要求6所述的基板台，其特征在于，所述台本体的外周面的陶瓷层用甲基丙烯酸树脂封孔。
8.一种等离子体处理装置，其特征在于，具备权利要求1所述的基板台。
9.一种基板台的制造方法，其特征在于，具备：
准备基板台本体的工序；
形成静电吸盘层的工序，该工序是在所述台本体上形成由内部包含电极层的陶瓷层构成的静电吸盘层，包括在加热所述台本体的状态下，通过喷涂陶瓷材料而形成所述陶瓷层的步骤；以及
用甲基丙烯酸树脂将存在于所述陶瓷层中的气孔封孔的封孔工序。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在所述台本体上形成用于向基板供给气体的气体通道，
在通过喷涂形成所述陶瓷层的步骤中，一边使加压气体从所述气体通道喷出一边进行喷涂，由此在陶瓷喷涂层中形成与所述台本体的气体通道连通的气体通道。
11.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述封孔工序包括使以甲基丙烯酸甲酯为主要成分的树脂原料液含浸在所述陶瓷层中的步骤和使所述树脂原料液硬化的步骤。
12.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，使所述树脂原料液硬化的步骤是通过脱气处理而进行的。
13.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述脱气处理在0.1Torr以下进行。
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