CN1835203A - 基板保持部件及基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够使基板的表面内温度保持均匀的基座。基座(13)具有比基板(W)小的基板保持面(20)。基板保持面(20)具备外周环(21)和多个凸部(22)。在基板保持面(20)的中心区域(R1)中均等地配置凸部(22)。在基板保持面(20)的中间区域(R2)中，按照单位面积的个数比中心区域(R1)少的方式配置凸部(22)。在基板保持面(20)的外周区域(R1)中配置凸部(22)与外周环(21)。由此使基板保持面(20)的中间区域(R2)中的传热率比中心区域(R1)低，使外周区域(R3)中的传热率比中心区域(R1)高。

Description

基板保持部件及基板处理装置
技术领域
本发明涉及一种载放并保持基板的基板保持部件以及具备该基板保持部件的基板处理装置。
背景技术
例如，在半导体设备的制造工艺中，使用等离子体进行蚀刻处理或成膜处理。
这些利用等离子体的等离子体处理，通常使用等离子体处理装置来进行。这种等离子体处理装置具备：在处理容器内被施加用于生成等离子体的高频电力的上部电极、用于保持基板的基座等。接着，将处理容器内减压至规定的压力，并向处理容器内供给处理气体，向上部电极施加用于生成等离子体的高频电力，于是在处理容器内生成等离子体，通过该等离子体来对基板上的膜进行蚀刻处理。
为了生成等离子体，上述等离子体处理要在高温条件下进行。但是为了将基板的处理状态保持固定，例如需要将基板的温度保持一定。因此，通过循环供给制冷剂来调节用于保持基板的基座的温度，从而控制基板的温度。
同时，在基座上形成比基板小的用来保持基板的上面，在这种情况下，基板的外周部就会从基座的上面露出(例如参照专利文献1)。采取这种方式的原因在于，防止当进行蚀刻处理时，基座的上面露出上部电极而被等离子体等削掉。
【专利文献1】特开平11-121600号公报
发明内容
但是，如上所述，如果基板的外周部从基座露出，那么在处理过程中，对基板外周部的供热较多，并且无法通过基座对基板的外周部进行充分冷却。因此，基座上的基板越接近外周部其温度越高，于是，无法将基板表面内的温度保持均匀。如果基板表面的温度不均匀，那么，基板表面内的蚀刻特性就会出现偏差，例如在基板中心部与外周部线宽度的差异较大。
本发明就是基于上述这种情况而做出的，其目的在于，在保持基板并对基板进行温度控制的基座等基板保持部件中，将基板的面内温度保持在均匀的温度。
为了实现上述目的，本发明作为一种基板保持部件，其特征在于，它载放并保持基板，通过基板与基板保持面的传热来控制基板的温度。它具有比基板小的基板保持面，前述基板与基板保持面的传热率分布方式为，基板保持面的中心区域和外周区域之间的中间区域比前述中心区域和前述外周区域低，前述外周区域比前述中心区域高。
根据本发明则能够将保持在基板保持面上的基板的面内温度保持在均匀的温度。
前述基板保持面的中间区域也可以位于从所保持的基板的中心看处于基板半径的80～90％的范围之内。
也可以通过改变基板与基板保持面的接触面积来设定前述基板与基板保持面的传热率。
在前述基板保持面上形成支承基板的多个凸部，也可以通过改变前述凸部的单位面积的数量或者凸部与基板的接触面积来设定前述基板与基板保持面的传热率。
也可以通过改变基板保持面的材质来设定前述基板与基板保持面的传热率。
也可以通过改变基板保持面的表面粗糙程度来设定前述基板与基板保持面的传热率。
本发明的另一个方面在于提供一种基板处理装置，其特征在于，具有基板保持部件，所述基板保持部件用于载放并保持基板，并且通过基板与基板保持面的传热来控制基板温度，其具有比基板小的基板保持面，前述基板与基板保持面的传热率分布方式为，基板保持面的中心区域和外周区域之间的中间区域比前述中心区域和前述外周区域低，前述外周区域比前述中心区域高。
本发明的另一个方面在于提供一种基板处理装置，其特征在于，具有基板保持部件，所述基板保持部件用于载放并保持基板，并且通过基板与基板保持面的传热来控制基板温度，其具有比基板小的基板保持面，前述基板与基板保持面的传热率分布方式为，基板保持面的中心区域和外周区域之间的中间区域比前述中心区域和前述外周区域低，前述外周区域比前述中心区域高，从所保持的基板的中心看，前述基板保持面的中间区域位于基板半径的80％～90％的范围之内。
由于根据本发明可以把基板保持部件上的基板的表面内温度保持为均匀温度，因此，不仅可以在表面内对基板进行均匀的处理，还可以提高成品率。
附图说明
图1是等离子体处理装置大致构造的纵截面图。
图2是基板保持面的平面图。
图3是基座的静电卡盘的纵截面图。
图4是用来说明基板保持面的区域的基板保持面的模式图。
图5是基板保持面的传热率分布与基板的面内温度分布的曲线图。
图6是基板保持面为平面时的静电卡盘的纵截面图。
符号说明：1等离子体处理装置；13基座；20基板保持面；21外周环；22凸部；R1中心区域；R2中间区域；R3外周区域；W基板。
具体实施方式
下面对本发明的最佳实施方式进行说明。图1是本发明所涉及的具备基板保持部件的平行平板式等离子体处理装置1的大致结构的纵截面图。
等离子体处理装置1具有圆筒形状的处理容器10。在处理容器10的内部形成处理室S。处理容器10例如使用铝合金制成，它的内壁面被氧化铝膜或者氧化钇膜所覆盖。处理容器10被接地。
在处理容器10内的中央的底部，通过绝缘板11设置着圆柱形的基座支承台12。基座支承台12用来支承作为载放并保持基板W的基板保持部件的基座13。基座13构成下部电极。
在基座支承台12的内部形成环形的制冷剂室14。制冷剂室14通过配管14a、14b与设置在处理容器10外部的冷却装置(Chiller Unit)(图中未示)连通。通过配管14a、14b向制冷剂室14循环供给制冷剂，并通过该循环供给来调节基座13的温度。通过这种方式对载放在基座13上的基板W的温度进行控制。
基座13使用铝合金，例如氧化铝(Al2O3)制成。基座13形成其中央部向上突出的近似圆盘的形状。该基座13中央部的突出部作为静电卡盘15。在静电卡盘15的内部设置着与直流电源16连接的电极层17，直流电压从直流电源16施加在电极层17上并产生库仑力，于是就可以吸附基板W。
在基座13的静电卡盘15的上面形成用来载放基板W的基板保持面20。基板保持面20形成直径比所载放的基板W小的圆形。这样，如果基板W被载放在基板保持面20上，那么基板W的外周部就会从基板保持面20的端部朝外侧突出。如图2以及图3所示，基板保持面20具备以环状包围最外周的外周环21、圆柱形的多个凸部22。外周环21与凸部22的上面高度相同，并且形成平坦的表面，当载放基板W时它们与基板W接触。因此，基板W被基板保持面20的外周环21与凸部22所支承。
基板保持面20的形成方式在于，按照从中心部朝着外周部，它与基板W的传热率初始时为一定，之后下降，然后上升。例如，如图4所示，基板保持面20被划分为以下三个区域：从所载放的基板W的中心至基板W的半径K的80％的中心区域R1、从基板W的中心看而位于基板W的半径K的80％～90％范围的中间区域R2、从基板W的中心看而位于基板W的半径K的90％～98％范围的外周区域R3。在这些区域R1～R3中的每个区域都设定基板W与基板保持面20的传热率。此外，此处所说的传热率是在各个区域R1～R3中的平均传热率。
如图2以及图3所示，多个凸部22均等地设置在中心区域R1中，在中心区域R1表面内的传热率一定。在中间区域R2中，以多个凸部22的单位面积的个数比中心区域R1少的这种方式来配置凸部22。这样，由于在中间区域R2中的凸部22与基板W的接触率(“接触的面积”/“区域内的总面积”)比中心区域R1减少，因此，中间区域R2中与基板W的传热率比中心区域R1低。此外，将中间区域R2中与基板W的传热率设定为中心区域R1的90％左右。
按照与中心区域R1和中间区域R2相比，与基板W的接触率增大的方式，在外周区域R3中设置多个凸部22与外周环21。例如，通过增加凸部22的单位面积的个数或者增大外周环21的厚度来提高接触率。这样，与中心区域R1和中间区域R2相比，外周区域R3与基板W的传热率增高。
如图1所示，通过基座13和基座支承台12内的供气管30在基板保持面20上通过。这样，就可以向基板W被载放在基板保持面20上时而形成的、在基板W与静电卡盘15之间的空间供给氦气等传热气体。
在基座13的静电卡盘15的外周设置着环形的聚焦环31。聚焦环31以包围载放在基座13上的基板W的方式而形成。聚焦环31例如使用导电性材料制成。
基座13通过匹配器40与第1高频电源41电气连接。第1高频电源41可以输出2～20MHz范围的电力，例如它可以输出2MHz频率的高频电力并施加在基座13上。通过第1高频电源41可以生成用来将等离子体中的离子导入基板W一侧的自偏置电位。
基座13与高通滤波器42电气连接，该高通滤波器用来使来自后述上部电极50的第2高频电源71的高频通过地面。
在基座13的上方设置着与基座13平行相对的上部电极50。在基座13与上部电极50之间形成等离子体生成空间。
上部电极50构成向载放在基座13上的基板W上喷出处理气体的喷头。上部电极50由与基座13相对的电极板51、支承该电极板51的电极支承体52所构成。电极支承体52形成中空的略呈圆筒状，在它的下面设置着电极板51。在电极板51上形成多个喷气孔51a，导入电极支承体52内的处理气体可以从喷气孔51a喷出。
在上部电极50的电极支承体52上面的中央部连接着用来向上部电极50导入处理气体的供气管60。供气管60贯穿处理容器10的上面而与气体供给源61连接。在供气管60与处理容器10的接触部夹着绝缘部件62。
上部电极50通过匹配器70与第2高频电源71电气连接。第2高频电源71输出40M以上，例如60MHz频率的高频电力并施加在上部电极50上。通过该第2高频电源71则能够在处理容器10内生成处理气体的等离子体。
在上部电极50上电气连接着低通滤波器72，它用来把来自基座13一侧的第1高频电源41的高频通过地面。
在处理容器10的底部形成排气口80。排气口80通过排气管81与具备真空泵等设备的排气装置82连接。通过排气装置82可以将处理容器10内减压至预期的压力值。
在处理容器10的侧壁上形成基板W的搬送口90，在该搬送口90上设置着闸阀90。通过开启闸阀90就可以将基板W搬入或搬出处理容器10。
在使用上述构造的等离子体处理装置1所进行的蚀刻处理中，首先，将基板W搬入处理容器10内，并使之载放吸附在基座13的基板保持面20上。此时，通过基座支承台12的循环制冷剂将基座13调节为规定的温度。通过该基座13的传热，基板保持面20上的基板W也被调节为规定的温度。然后，通过排气管81进行排气，于是处理室S内被减压至规定的压力。处理气体从上部电极50供给处理室S内。通过第2高频电源71将高频电力施加在上部电极50上，于是，处理室S内的处理气体被等离子体化。此外，通过第1高频电源41将高频电力施加在基座13上，于是，等离子体中的带电粒子被导向基板W一侧。通过这些等离子体的作用，基板W上的膜就被蚀刻。
下面，对采用本实施方式中的基座13时基板面内温度的均匀性进行验证。图5是基板W与基板保持面20的面内传热率分布、以及在基板保持面20上被调温之后的基板W的面内温度分布的曲线图。
图5的曲线A表示：假设在整个区域内将基座13的基板W与基板保持面的传热率均匀化之后基板W的表面内温度分布。在这种情况下，可以确认基板W外周部的温度会显著上升。曲线B表示：假设使基板W与基板保持面的传热率从基板保持面的中心部朝着外周部逐渐增大时的传热率分布，曲线C表示：在曲线B的传热率分布条件下基板W的表面内温度分布。与曲线A相比，如果在曲线C所示的情况下，那么则可以抑制基板W外周部的温度上升，与此相反，从基板W的中间部朝着外周部温度大幅降低。
曲线D表示：象本实施方式中基座13的基板保持面20那样，使与基板W的传热率按照中间区域R2＜中心区域R1＜外周区域R3的顺序增大时的传热率分布。曲线E表示：本实施方式中基板保持面20上的基板W的面内温度分布。可以确定，当在曲线E所示的情况下，可以改善曲线C所示的从基板W的中间部至外周部温度下降的问题，并且也可以将基板面内的最大温度差控制在±1℃左右的范围。
根据本实施方式，通过改变基座13的基板保持面20的凸部22的单位面积的个数，并按照中间区域R2＜中心区域R1＜外周区域R3的方式来设定基板W与基板保持面20的传热率，因此，在等离子体处理1中的蚀刻处理中，可以使基板W的表面内温度保持均匀，从而能够在基板表面内均匀地进行蚀刻处理。
在上述实施方式中，根据凸部22的单位面积的个数来设定各个区域R1～R3中基板保持面20与基板W的传热率，除此之外，也可以在基板保持面20上均等地配置多个凸部22，通过改变各个凸部22与基板W的接触面积，也就是通过改变各个凸部22上面的面积来设定各个区域R1～R3中基板保持面20与基板W的传热率。
此外也可以通过改变各个区域R1～R3中基板保持面20的材质来设定各个区域R1～R3中基板W与基板保持面20的传热率。例如，当基板保持面20采用主要成分为氧化铝的材质而形成时，可以通过向在各个区域R1～R3中该基板保持面20的材料成分中添加不同量的氮化铝(AlN)来设定各个区域R1～R3中的传热率。在这种情况下，按照中间区域R2、中心区域R1、外周区域R3的顺序，依次添加更多量的氮化铝，从而使传热率按照中间区域R2、中心区域R1、外周区域R3的顺序依次变高。此外，在这种情况下，如图6所示，基板保持面20也可以是没有凹凸的平面。
另外，也可以通过改变各个区域R1～R3中基板保持面20的表面粗糙程度来设定各个区域R1～R3的传热率。在这种情况下，基板保持面20的表面粗糙程度按照中间区域R2、中心区域R1、外周区域R3的顺序依次变小，传热率则按照中间区域R2、中心区域R1、外周区域R3的顺序依次变大而设定。此外，在这种情况下，基板保持面20也可是没有凹凸的平面。
以上参照附图对本发明的最佳实施方式进行了说明，但是本发明并非局限于上述例子。对于本行业人员而言，能够在权利要求书中所述的宗旨范围之内显而易见地获得各种更改或者修改，对于这些更改或者修改当然亦应属于本发明的技术范畴。本发明并非局限于本实施例，它可以采用其它各种各样的方式。例如，在本实施方式中，基板保持面20的凸部22是圆筒形状，除此之外，它也可以是四方体等其它形状。此外，在基板保持面20上，也可以在外周环21的内侧形成内周环。在作为下部电极的基座13上也可以同时连接用来生成自偏置电位的高频电源和用来生成等离子体的高频电源。在上述实施方式中，具有基板保持面20的基座13被安装在用来实施蚀刻处理的等离子体处理装置1上，但是，本发明的基板保持部件也可以适用于进行成膜处理的等离子体处理装置或者不使用等离子体的其它的基板处理装置。
工业上的可利用性
在控制基板温度的基板保持部件中，当使基板的表面内温度保持均匀时，本发明非常有用。

Claims (8)

1.一种基板保持部件，其特征在于，
它是一种用于载放并保持基板，并且通过基板与基板保持面的传热来控制基板温度的基板保持部件，
其具有比基板小的基板保持面，
所述基板与基板保持面的传热率分布方式为，基板保持面的中心区域和外周区域之间的中间区域比所述中心区域和所述外周区域低，所述外周区域比所述中心区域高。
2.如权利要求1所述的基板保持部件，其特征在于，从所保持的基板的中心看，所述基板保持面的中间区域位于基板半径的80％～90％的范围之内。
3.如权利要求1或2任一项所述的基板保持部件，其特征在于，通过改变基板与基板保持面的接触面积来设定所述基板与基板保持面的传热率。
4.如权利要求3所述的基板保持面，其特征在于，在所述基板保持面上形成支承基板的多个凸部，通过改变所述凸部的每单位面积的个数或者各个凸部与基板的接触面积来设定所述基板与基板保持面的传热率。
5.如权利要求1或2任一项所述的基板保持部件，其特征在于，通过改变基板保持面的材质来设定所述基板与基板保持面的传热率。
6.如权利要求1或2任一项所述的基板保持部件，其特征在于，通过改变基板保持面的表面粗糙程度来设定所述基板与基板保持面的传热率。
7.一种基板处理装置，其特征在于，具有基板保持部件，所述基板保持部件用于载放并保持基板，并且通过基板与基板保持面的传热来控制基板温度，
其具有比基板小的基板保持面，
所述基板与基板保持面的传热率分布方式为，基板保持面的中心区域和外周区域之间的中间区域比所述中心区域和所述外周区域低，所述外周区域比所述中心区域高。
8.一种基板处理装置，其特征在于，具有基板保持部件，所述基板保持部件用于载放并保持基板，并且通过基板与基板保持面的传热来控制基板温度，
其具有比基板小的基板保持面，
所述基板与基板保持面的传热率分布方式为，基板保持面的中心区域和外周区域之间的中间区域比所述中心区域和所述外周区域低，所述外周区域比所述中心区域高，
从所保持的基板的中心看，所述基板保持面的中间区域位于基板半径的80％～90％的范围之内。
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