JP2019176032A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2019176032A
JP2019176032A JP2018063605A JP2018063605A JP2019176032A JP 2019176032 A JP2019176032 A JP 2019176032A JP 2018063605 A JP2018063605 A JP 2018063605A JP 2018063605 A JP2018063605 A JP 2018063605A JP 2019176032 A JP2019176032 A JP 2019176032A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
flow path
mounting table
plasma processing
processing apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018063605A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7066479B2 (ja
Inventor
聡史 鈴木
Satoshi Suzuki
聡史 鈴木
石川 聡
Satoshi Ishikawa
聡 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2018063605A priority Critical patent/JP7066479B2/ja
Priority to US16/367,588 priority patent/US11133203B2/en
Priority to KR1020190036117A priority patent/KR102661830B1/ko
Publication of JP2019176032A publication Critical patent/JP2019176032A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7066479B2 publication Critical patent/JP7066479B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715Workpiece holder
    • H01J37/32724Temperature
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50Substrate holders
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/541Heating or cooling of the substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4586Elements in the interior of the support, e.g. electrodes, heating or cooling devices
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C23C16/463Cooling of the substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/20Means for supporting or positioning the objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063Apparatus for fluid treatment for etching
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248Temperature monitoring
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H01L21/6833Details of electrostatic chucks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6838Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping with gripping and holding devices using a vacuum; Bernoulli devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68785Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by the mechanical construction of the susceptor, stage or support
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/20Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
    • H01J2237/2001Maintaining constant desired temperature

Abstract

【課題】載置台の載置面の温度の均一性を向上する。【解決手段】プラズマ処理装置は、プラズマ処理の対象となる被処理体が載置される載置面を有する載置台と、載置台の載置面に沿って載置台の内部に形成された冷媒流路と、冷媒流路に載置台の載置面に対する裏面側から接続され、冷媒流路に冷媒を導入する導入流路と、を有し、導入流路は、当該導入流路の延伸方向が冷媒流路を通流する冷媒の流れ方向に対して90度よりも大きい角度で傾斜するように載置台の載置面に対する裏面側から延伸し、冷媒流路に接続される。【選択図】図2

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関するものである。
従来から、半導体ウエハなどの被処理体に対してプラズマを用いて、エッチングなどのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置では、被処理体の温度制御を行うために、被処理体を載置する載置台の内部に載置台の載置面に沿って冷媒流路が形成される。冷媒流路には、載置台の載置面に対する裏面側から導入流路が接続され、導入流路から冷媒流路に冷媒が導入される。
特開2006−261541号公報 特開2011−151055号公報 特開2014−11382号公報
本開示は、載置台の載置面の温度の均一性を向上することができる技術を提供する。
開示するプラズマ処理装置は、1つの実施態様において、プラズマ処理の対象となる被処理体が載置される載置面を有する載置台と、前記載置台の載置面に沿って前記載置台の内部に形成された冷媒流路と、前記冷媒流路に前記載置台の載置面に対する裏面側から接続され、前記冷媒流路に冷媒を導入する導入流路と、を有し、前記導入流路は、当該導入流路の延伸方向が前記冷媒流路を通流する冷媒の流れ方向に対して90度よりも大きい角度で傾斜するように前記載置台の載置面に対する裏面側から延伸し、前記冷媒流路に接続される。
開示するプラズマ処理装置の1つの態様によれば、載置台の載置面の温度の均一性を向上することができるという効果が得られる。
図1は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。 図2は、一実施形態に係る載置台の要部構成を示す概略断面図である。 図3は、載置台を上方向から見た平面図である。 図4は、導入流路と冷媒流路との接続態様の一例を示す図である。 図5は、冷媒流路を通流する冷媒の状態を模式的に示した図である。 図6は、角度θと、冷媒流路の内壁のうち、接続部分に対向する領域と他の領域との間で発生する冷媒の流速の差との関係をシミュレーションするためのモデルの一例を示す図である。 図7は、角度θと、冷媒流路の内壁のうち、接続部分に対向する領域と他の領域との間で発生する冷媒の流速の差との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。 図8は、導入流路と冷媒流路との接続態様の他の一例を示す図である。
以下に、開示するプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示技術が限定されるものではない。
従来から、半導体ウエハなどの被処理体に対してプラズマを用いて、エッチングなどのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置では、被処理体の温度制御を行うために、被処理体を載置する載置台の内部に載置台の載置面に沿って冷媒流路が形成される。冷媒流路には、載置台の載置面に対する裏面側から導入流路が接続され、導入流路から冷媒流路に冷媒が導入される。
しかしながら、冷媒流路に載置台の載置面に対する裏面側から導入流路が接続される場合、冷媒流路の内壁のうち、導入流路と冷媒流路との接続部分に対向する領域近傍で冷媒の流速が局所的に増大するため、熱抵抗となる温度境界層が形成されない、又は薄くなる。このため、冷媒流路の内壁のうち、導入流路と冷媒流路との接続部分に対向する領域近傍では、載置台の載置面から冷媒への熱伝達が局所的に促進され、結果として、載置台の載置面の温度の均一性が低下する虞がある。
(第1実施形態)
[プラズマ処理装置の構成]
図1は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。プラズマ処理装置100は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理容器1を有している。この処理容器1は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理容器1は、プラズマが生成される処理空間を画成する。処理容器1内には、被処理体(work-piece)である半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という。)Wを水平に支持する載置台2が設けられている。載置台2は、基材(ベース)2a及び静電チャック(ESC:Electrostatic chuck)6を含んで構成されている。基材2aは、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。静電チャック6は、ウエハWを静電吸着するための機能を有する。載置台2は、支持台4に支持されている。支持台4は、例えば石英等からなる支持部材3に支持されている。また、載置台2の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング5が設けられている。さらに、処理容器1内には、載置台2及び支持台4の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材3aが設けられている。
基材2aには、第1の整合器11aを介して第1のRF電源10aが接続され、また、第2の整合器11bを介して第2のRF電源10bが接続されている。第1のRF電源10aは、プラズマ発生用のものであり、この第1のRF電源10aからは所定の周波数の高周波電力が載置台2の基材2aに供給されるように構成されている。また、第2のRF電源10bは、イオン引き込み用(バイアス用)のものであり、この第2のRF電源10bからは第1のRF電源10aより低い所定周波数の高周波電力が載置台2の基材2aに供給されるように構成されている。このように、載置台2は電圧印加可能に構成されている。一方、載置台2の上方には、載置台2と平行に対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド16が設けられている。シャワーヘッド16と載置台2は、一対の電極(上部電極と下部電極)として機能する。
静電チャック6は、上面が平坦な円盤状に形成され、当該上面がウエハWが載置される載置面6eとされている。静電チャック6は、絶縁体6bの間に電極6aを介在させて構成されており、電極6aには直流電源12が接続されている。そして電極6aに直流電源12から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハWが吸着されるよう構成されている。
基材2aの内部には、冷媒流路2dが形成されている。冷媒流路2dの一方の端部には、導入流路2bが接続され、他方の端部には、排出流路2cが接続されている。導入流路2b及び排出流路2cは、それぞれ冷媒入口配管2e及び冷媒出口配管2fを介して、図示しないチラーユニットに接続されている。冷媒流路2dは、ウエハWの下方に位置してウエハWの熱を吸熱するように機能する。プラズマ処理装置100は、冷媒流路2dの中にチラーユニットから供給される冷媒、例えば冷却水やガルデンなどの有機溶剤等を循環させることによって、載置台2を所定の温度に制御可能に構成されている。冷媒流路2d、導入流路2b、及び排出流路2cの構造については、後述される。
なお、プラズマ処理装置100は、ウエハWの裏面側に冷熱伝達用ガスを供給して温度を個別に制御可能な構成としてもよい。例えば、載置台2等を貫通するように、ウエハWの裏面にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス(バックサイドガス)を供給するためのガス供給管が設けられてもよい。ガス供給管は、図示しないガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台2の上面に静電チャック6によって吸着保持されたウエハWを、所定の温度に制御する。
上記したシャワーヘッド16は、処理容器1の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド16は、本体部16aと電極板をなす上部天板16bとを備えており、絶縁性部材95を介して処理容器1の上部に支持される。本体部16aは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板16bを着脱自在に支持できるように構成されている。
本体部16aは、内部にガス拡散室16cが設けられている。また、本体部16aは、ガス拡散室16cの下部に位置するように、底部に、多数のガス通流孔16dが形成されている。また、上部天板16bは、当該上部天板16bを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔16eが、上記したガス通流孔16dと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室16cに供給された処理ガスは、ガス通流孔16d及びガス導入孔16eを介して処理容器1内にシャワー状に分散されて供給される。
本体部16aには、ガス拡散室16cへ処理ガスを導入するためのガス導入口16gが形成されている。ガス導入口16gには、ガス供給配管15aの一端が接続されている。このガス供給配管15aの他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源(ガス供給部)15が接続される。ガス供給配管15aには、上流側から順にマスフローコントローラ(MFC)15b、及び開閉弁V2が設けられている。ガス拡散室16cには、ガス供給配管15aを介して、処理ガス供給源15からプラズマエッチングのための処理ガスが供給される。処理容器1内には、ガス拡散室16cからガス通流孔16d及びガス導入孔16eを介して、シャワー状に分散されて処理ガスが供給される。
上記した上部電極としてのシャワーヘッド16には、ローパスフィルタ(LPF)71を介して可変直流電源72が電気的に接続されている。この可変直流電源72は、オン・オフスイッチ73により給電のオン・オフが可能に構成されている。可変直流電源72の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ73のオン・オフは、後述する制御部90によって制御される。なお、後述のように、第1のRF電源10a、第2のRF電源10bから高周波が載置台2に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部90によりオン・オフスイッチ73がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド16に所定の直流電圧が印加される。
処理容器1の側壁からシャワーヘッド16の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体1aが設けられている。この円筒状の接地導体1aは、その上部に天壁を有している。
処理容器1の底部には、排気口81が形成されている。排気口81には、排気管82を介して第1排気装置83が接続されている。第1排気装置83は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理容器1内を所定の真空度まで減圧することができるように構成されている。一方、処理容器1内の側壁には、ウエハWの搬入出口84が設けられており、この搬入出口84には、当該搬入出口84を開閉するゲートバルブ85が設けられている。
処理容器1の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド86が設けられている。デポシールド86は、処理容器1にエッチング副生成物(デポ)が付着することを防止する。このデポシールド86のウエハWと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材(GNDブロック)89が設けられており、これにより異常放電が防止される。また、デポシールド86の下端部には、内壁部材3aに沿って延在するデポシールド87が設けられている。デポシールド86,87は、着脱自在とされている。
上記構成のプラズマ処理装置100は、制御部90によって、その動作が統括的に制御される。この制御部90には、CPUを備えプラズマ処理装置100の各部を制御するプロセスコントローラ91と、ユーザインターフェース92と、記憶部93とが設けられている。
ユーザインターフェース92は、工程管理者がプラズマ処理装置100を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部93には、プラズマ処理装置100で実行される各種処理をプロセスコントローラ91の制御にて実現するための制御プログラム(ソフトウェア)や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース92からの指示等にて任意のレシピを記憶部93から呼び出してプロセスコントローラ91に実行させることで、プロセスコントローラ91の制御下で、プラズマ処理装置100での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体(例えば、ハードディスク、CD、フレキシブルディスク、半導体メモリ等)などに格納された状態のものを利用したり、又は、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。
[載置台の構成]
次に、図2を参照して、載置台2の要部構成について説明する。図2は、一実施形態に係る載置台2の要部構成を示す概略断面図である。
載置台2は、基材2a及び静電チャック6を有する。静電チャック6は、円板状に形成され、基材2aと同軸となるように基材2aに固定されている。静電チャック6の上面は、ウエハWが載置される載置面6eとされている。
基材2aの内部には、載置面6eに沿って冷媒流路2dが設けられている。プラズマ処理装置100は、冷媒流路2dに冷媒を通流させることにより、載置台2の温度を制御可能に構成されている。
図3は、載置台2を上方向から見た平面図である。図3には、載置台2の載置面6eが円板状に示されている。冷媒流路2dは、例えば図3に示すように、基材2aの内部の載置面6eに対応する領域に渦巻き状に形成されている。これにより、プラズマ処理装置100は、載置台2の載置面6e全域において、ウエハWの温度を制御することができる。
図2の説明に戻る。冷媒流路2dには、導入流路2b及び排出流路2cが載置台2の載置面6eに対する裏面側から接続されている。導入流路2bは、冷媒流路2dに冷媒を導入し、排出流路2cは、冷媒流路2dを通流する冷媒を排出する。
ここで、導入流路2bと冷媒流路2dとの接続態様について説明する。図4は、導入流路2bと冷媒流路2dとの接続態様の一例を示す図である。図4は、図3に示した載置台2の基材2aのA−A線における断面図に相当する。導入流路2bは、導入流路2bの延伸方向が冷媒流路2dを通流する冷媒の流れ方向(図4の矢印で示される方向)に対して90度よりも大きい角度θで傾斜するように載置台2の載置面6eに対する裏面側から延伸し、冷媒流路2dに接続されている。角度θは、90度よりも大きい角度であればよいが、135度以上で且つ180度以下の範囲内であることが好ましい。
ところで、プラズマ処理装置100では、冷媒流路2dに載置台2の載置面6eに対する裏面側から導入流路2bが接続される場合、載置台2の載置面6eの温度の均一性が低下する虞がある。
図5は、冷媒流路2dを通流する冷媒の状態を模式的に示した図である。図5に示すように、基材2aの内部には、載置台2の載置面6eに沿って冷媒流路2dが設けられている。また、冷媒流路2dには、導入流路2bが載置台2の載置面6eに対する裏面側から接続されている。導入流路2bは、導入流路2bの延伸方向が冷媒流路2dを通流する冷媒の流れ方向に直交するように載置台2の載置面6eに対する裏面側から延伸し、冷媒流路2dに接続されている。冷媒流路2dに載置台2の載置面6eに対する裏面側から導入流路2bが接続されるプラズマ処理装置100では導入流路2bと冷媒流路2dとの間での冷媒の流れの方向転換が行われる。導入流路2bと冷媒流路2dとの間での冷媒の流れの方向転換が行われると、冷媒流路2dの内壁のうち、導入流路2bと冷媒流路2dとの接続部分2gに対向する領域近傍で冷媒の流速が局所的に増大するため、熱抵抗となる温度境界層が形成されない、又は薄くなる。一方、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域以外の他の領域では、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域と比較して冷媒の流速が低いため、熱抵抗となる温度境界層が形成される。図5では、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域以外の他の領域に形成される温度境界層が破線の層で示されている。例えば、プラズマ処理装置100では、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域と他の領域との間で発生する冷媒の流速の差が過度に大きくなると、温度境界層の厚さの差が過度に大きくなる。このため、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域近傍では、載置面6eから冷媒への熱伝達が局所的に促進され、結果として、載置台2の載置面6eの温度の均一性が低下する。
そこで、プラズマ処理装置100では、図4に示したように、冷媒流路2dを通流する冷媒の流れ方向に対して90度よりも大きい角度θで傾斜するように導入流路2bを冷媒流路2dに接続している。
[導入流路の傾斜による冷媒の流速分布の変化]
図6及び図7を用いて、冷媒流路2dを通流する冷媒の流れ方向に対して90度よりも大きい角度θで傾斜するように導入流路2bを冷媒流路2dに接続したことよる冷媒の流速分布の変化を説明する。図6は、角度θと、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域と他の領域との間で発生する冷媒の流速の差との関係をシミュレーションするためのモデルの一例を示す図である。図7は、角度θと、冷媒流路2dのうち、内壁の接続部分2gに対向する領域と他の領域との間で発生する冷媒の流速の差との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。図7は、図6に示すモデルを用いたシミュレーションにより得られたものである。
図6には、冷媒流路2dを通流する冷媒の流れ方向に対して角度θで傾斜するように導入流路2bを冷媒流路2dに接続した状態が示されている。また、図6に示すモデルでは、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域及び他の領域における冷媒の流速を測定するために、冷媒流路2dの内壁の上面から1mmだけ離れた位置に250mmの間隔で測定点111及び測定点112が設定された。測定点111において測定された冷媒の流速は、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域における冷媒の流速に相当する。測定点112において測定された冷媒の流速は、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域以外の他の領域における冷媒の流速に相当する。なお、図6に示すモデルを用いたシミュレーションでは、条件として、冷媒:水、冷媒の質量流量:0.6kg/s、導入流路2b及び冷媒流路2dの幅:21.5mmが用いられた。
図7は、例えば、角度θを90度、120度、135度、150度及び180度の各々に変化させて、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域と他の領域との間で発生する冷媒の流速の差を測定したものである。図7に示すように、角度θが90度よりも大きい場合、角度θが90度である場合と比較して、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域と他の領域との間で発生する冷媒の流速の差が小さくなる。特に、角度θが135度以上で且つ180度以下の範囲内である場合、角度θが90度である場合と比較して、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域と他の領域との間で発生する冷媒の流速の差が1/2以下まで小さくなる。このように、冷媒流路2dを通流する冷媒の流れ方向に対し90度よりも大きい角度θで傾斜するように導入流路2bを冷媒流路2dに接続すると、冷媒流路2dの内壁のうち、接続部分2gに対向する領域と他の領域との間で発生する冷媒の流速の差が緩和される。これにより、冷媒流路2dの内壁近傍における温度境界層の厚さの差が緩和される。これにより、載置台2の載置面6e全面において冷媒への熱伝達が均等に行われ、結果として、載置台2の載置面6eの温度の均一性を向上することができる。
以上のように、一実施形態に係るプラズマ処理装置100は、載置台2と、冷媒流路2dと、導入流路2bとを有する。載置台2は、プラズマ処理の対象となるウエハWが載置される載置面6eを有する。冷媒流路2dは、載置台2の載置面6eに沿って載置台2の内部に形成されている。導入流路2bは、冷媒流路2dに載置台2の載置面6eに対する裏面側から接続され、冷媒流路2dに冷媒を導入する。プラズマ処理装置100では、導入流路2bは、当該導入流路2bの延伸方向が冷媒流路2dを通流する冷媒の流れ方向に対して90度よりも大きい角度θで傾斜するように載置台2の載置面6eに対する裏面側から延伸し、冷媒流路2dに接続される。これにより、プラズマ処理装置100は、載置台2の載置面6eの温度の均一性を向上することができる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、開示の技術は、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。
例えば、上記の実施形態では、導入流路2b全体の延伸方向が冷媒流路2dを通流する冷媒の流れ方向に対して90度よりも大きい角度θで傾斜する例を示したが、導入流路2b全体が90度よりも大きい角度θで傾斜していなくてもよい。導入流路2bは、図8に例示するように、導入流路2bの終端部の延伸方向が冷媒流路2dを通流する冷媒の流れ方向に対して90度よりも大きい角度θで傾斜するように載置台2の載置面6eに対する裏面側から螺旋状に延伸し、冷媒流路2dに接続されてもよい。なお、図8は、導入流路2bと冷媒流路2dとの接続態様の他の一例を示す図である。
また、上述したプラズマ処理装置100は、容量結合型のプラズマ処理装置であったが、任意のプラズマ処理装置に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置100は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波によってガスを励起させるプラズマ処理装置のように、任意のタイプのプラズマ処理装置であってもよい。
また、上述した実施形態では、基材2aに第1のRF電源10a及び第2のRF電源10bが接続される場合を例に説明したが、プラズマ源の構成はこれに限定されるものではない。例えば、プラズマ発生用の第1のRF電源10aは、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド16に接続されてもよい。また、イオン引き込み用(バイアス用)の第2のRF電源10bが基材2aに接続されていなくてもよい。
また、上述したプラズマ処理装置100は、プラズマ処理としてエッチングを行うプラズマ処理装置であったが、任意のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に採用され得る。例えば、プラズマ処理装置100は、化学気層成長(CVD)、原子層堆積(ALD)、物理気層成長(PVD)などを行う枚葉式堆積装置であってもよく、プラズマアニール、プラズマインプランテーションなどを行うプラズマ処理装置であってもよい。
2 載置台
2a 基材
2b 導入流路
2d 冷媒流路
2e 接続部分
6 静電チャック
6e 載置面
100 プラズマ処理装置
W ウエハ(被処理体)

Claims (3)

  1. プラズマ処理の対象となる被処理体が載置される載置面を有する載置台と、
    前記載置台の載置面に沿って前記載置台の内部に形成された冷媒流路と、
    前記冷媒流路に前記載置台の載置面に対する裏面側から接続され、前記冷媒流路に冷媒を導入する導入流路と、
    を有し、
    前記導入流路は、当該導入流路の延伸方向が前記冷媒流路を通流する冷媒の流れ方向に対して90度よりも大きい角度で傾斜するように前記載置台の載置面に対する裏面側から延伸し、前記冷媒流路に接続されることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記角度は、135度以上で且つ180度以下の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記導入流路は、当該導入流路の終端部の延伸方向が前記冷媒流路を通流する冷媒の流れ方向に対して90度よりも大きい角度で傾斜するように前記載置台の載置面に対する裏面側から螺旋状に延伸し、前記冷媒流路に接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。
JP2018063605A 2018-03-29 2018-03-29 プラズマ処理装置 Active JP7066479B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018063605A JP7066479B2 (ja) 2018-03-29 2018-03-29 プラズマ処理装置
US16/367,588 US11133203B2 (en) 2018-03-29 2019-03-28 Plasma processing apparatus
KR1020190036117A KR102661830B1 (ko) 2018-03-29 2019-03-28 플라즈마 처리 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018063605A JP7066479B2 (ja) 2018-03-29 2018-03-29 プラズマ処理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019176032A true JP2019176032A (ja) 2019-10-10
JP7066479B2 JP7066479B2 (ja) 2022-05-13

Family

ID=68053845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018063605A Active JP7066479B2 (ja) 2018-03-29 2018-03-29 プラズマ処理装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11133203B2 (ja)
JP (1) JP7066479B2 (ja)
KR (1) KR102661830B1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7364822B1 (ja) 2022-09-27 2023-10-18 日本碍子株式会社 ウエハ載置台

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019176030A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US11594401B2 (en) 2020-02-25 2023-02-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor wafer with wafer chuck having fluid guiding structure

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016082206A (ja) * 2014-10-22 2016-05-16 新光電気工業株式会社 静電チャック及びその静電チャックに使用されるベース部材

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006261541A (ja) 2005-03-18 2006-09-28 Tokyo Electron Ltd 基板載置台、基板処理装置および基板処理方法
DE102005049598B4 (de) 2005-10-17 2017-10-19 Att Advanced Temperature Test Systems Gmbh Hybrid Chuck
JP2011151055A (ja) 2010-01-19 2011-08-04 Tokyo Electron Ltd 温度測定方法及び基板処理装置
JP5863582B2 (ja) 2012-07-02 2016-02-16 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、及び温度制御方法
JP5980147B2 (ja) * 2013-03-08 2016-08-31 日本発條株式会社 基板支持装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016082206A (ja) * 2014-10-22 2016-05-16 新光電気工業株式会社 静電チャック及びその静電チャックに使用されるベース部材

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7364822B1 (ja) 2022-09-27 2023-10-18 日本碍子株式会社 ウエハ載置台
WO2024069742A1 (ja) * 2022-09-27 2024-04-04 日本碍子株式会社 ウエハ載置台

Also Published As

Publication number Publication date
US11133203B2 (en) 2021-09-28
KR102661830B1 (ko) 2024-04-30
KR20190114870A (ko) 2019-10-10
JP7066479B2 (ja) 2022-05-13
US20190304815A1 (en) 2019-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI553729B (zh) Plasma processing method
US11967511B2 (en) Plasma processing apparatus
TWI651798B (zh) 載置台及電漿處理裝置
JP6203476B2 (ja) 基板温度制御方法及びプラズマ処理装置
JP2011210958A (ja) プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法
US11569073B2 (en) Assembly provided with coolant flow channel, method of controlling assembly provided with coolant flow channel, and substrate processing apparatus
JP2018110216A (ja) プラズマ処理装置
JP5982206B2 (ja) 下部電極、及びプラズマ処理装置
JP2008244233A (ja) プラズマ処理装置
JP2019149422A (ja) プラズマ処理装置及び載置台の製造方法
WO2019244631A1 (ja) 載置台及び基板処理装置
KR20140092257A (ko) 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치
KR102661830B1 (ko) 플라즈마 처리 장치
JP2020120081A (ja) 基板処理装置
JP2018206989A (ja) プラズマ処理装置、プラズマ制御方法、及びプラズマ制御プログラム
JP2019033231A (ja) プラズマ処理装置
JP7270494B2 (ja) 温度調整装置
JP2023053335A (ja) 載置台及び基板処理装置
JP2022094023A (ja) プラズマ処理装置
TWI835847B (zh) 載置台及基板處理裝置
US20220157578A1 (en) Temperature regulator and substrate treatment apparatus
JP2022068768A (ja) リフターピンの突出量測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210108

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211116

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211118

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220111

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220405

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220427

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7066479

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150