JP4218822B2 - Mounting mechanism having a vacuum heat insulating layer - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ処理装置等の真空処理装置に用いられる被処理体の載置機構に関し、更に詳しくは、真空断熱層を有する載置機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
プラズマ処理装置としては例えばCVD装置、エッチング装置あるいはアッシング装置等の真空処理装置が半導体製造装置として広く用いられている。プラズマ処理装置は、例えば、真空処理容器と、真空処理容器内にウエハを載置するように配置され且つ下部電極を兼ねる載置機構と、載置機構の上方に配置された上部電極と、少なくとも下部電極に高周波電力を印加する高周波電源とを備え、下部電極に高周波電力を印加して真空処理容器内にプラズマを発生させて載置機構上のウエハに所定のプラズマ処理を施すように構成されている。
【0003】
載置機構は、例えば図3に示すように、静電チャック1と、静電チャック1の下面に密着する給電板2と、この給電板2に整合器3Aを介して接続された高周波電源3とを備えている。また、給電板2には高圧直流電源4が接続されている。給電板2には給電棒(図示せず)を介して高周波電力及び直流電圧を印加する。更に、静電チャック1上面の外周縁部にはフォーカスリング5が配置され、フォーカスリング5を介してウエハW上にプラズマを集束させる。
【0004】
静電チャック1は、例えばアルミニウムによって形成され、その下面を除く表面にセラミックコーティング1Aが施されている。また、給電板2は例えばアルミニウムによって形成され、その上面の外周縁部2A(図4参照)以外の表面にはアルマイト加工によるアルミナ被膜が形成されている。そして、給電板2の上面の外周縁部2Aは無垢のアルミニウムによって形成され、この外周縁部2Aが静電チャック1と密着して静電チャック1に高周波電力及び直流電圧を給電する。従って、以下では外周縁部を給電部と称する。図4に示すように給電板2の給電部2Aの内側の内側領域2Bにはアルミナ被膜が形成され、内側領域2Bと静電チャック1がアルミナ被膜を介して接触している。また、給電板2の上面には給電部2Aと内側領域2Bを分割するシール用溝2Cが全周に渡って円形状に形成されている。このシール用溝2CにはOリング8が装着され、Oリング8を介して内側領域2Bを給電部2Aから遮断して内側領域2Bを大気側に開放している。
【0005】
また、図3に示すように静電チャック1内には熱媒体として、例えばエチレングリコール水溶液、フロリナート、ガルテン等の冷媒が循環する流路1Bが形成され、この流路1Bには給電板2の貫通孔を貫通する配管6が接続され、この配管6を介して冷媒が静電チャック1内の流路1Bを循環してウエハWを冷却する。尚、図3において、7はヘリウムガスを供給するガス流路で、このガス流路7から静電チャック1とウエハW間にヘリウムガスを供給し、ウエハを効率良く冷却するようにしてある。
【0006】
次に、ウエハを処理する時の動作について説明する。真空処理容器内を所定の真空度に維持すると共に冷媒を供給して載置機構を冷却し、高周波電源3から給電板2に高周波電力を印加すると、真空処理空間内でプラズマを発生して静電チャック1上のウエハWに対してプラズマ処理を施す。この際ウエハWに対して大量の入熱があり、ウエハ温度が上昇するが、冷媒による静電チャック1の冷却によりウエハWを所定の温度に維持してウエハWを処理する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の載置機構の場合には、静電チャック1と給電板2とが広い範囲で密着していて静電チャック1と給電板2間の熱伝導性が良く、静電チャック1と給電板2間での大量の熱移動により給電板2が静電チャック1の温度に追随して変動し、載置機構からの熱損失が大きくなるため、冷媒による静電チャック1の冷却効率が悪化し、冷却設備が大型化するという課題があった。また、ウエハWの処理を繰り返す度毎に給電板2が静電チャック1の温度に追随して変動するため、給電板2が膨張、収縮を繰り返す間に母材であるアルミニウムとアルミナ被膜間の熱膨張率の差に起因してアルミナ被膜にマイクロクラックが発生して絶縁破壊が起きるという課題があった。更に、給電板2のシール用溝2Cに形成されたアルミナ被膜でもマイクロクラックが発生し、このマイクロクラックから真空漏れを発生する虞すらあった。
【0008】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、処理時の熱損失を抑制して温度調節設備を小型化することができると共に、絶縁破壊や真空漏れを防止することができる真空断熱層を有する載置機構を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に記載の真空断熱層を有する載置機構は、載置面上の被処理体の温度を調節するための熱媒体が循環する流路を有する載置体と、この載置体の流路に連通する連通路を有し且つ上記載置体に高周波電力を給電する給電板とを真空処理容器内に備え、上記熱媒体で上記載置体を温度調節しながら上記給電板に高周波電力を印加して上記被処理体を処理する載置機構において、上記給電板の外周縁部に上記載置体の外周縁部と電気的に導通自在に接触する給電部を設け且つ上記載置体と上記給電板の間で上記給電部の内側領域に上記連通路を含む複数の貫通孔を囲むシール部材を設けると共に、上記シール部材によって上記連通路を含む複数の貫通孔を上記真空処理容器内の処理空間から遮断することを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明の請求項2に記載の真空断熱層を有する載置機構は、載置面上の被処理体の温度を調節するための熱媒体が循環する流路を有する載置体と、この載置体の流路に連通する連通路を有し且つ上記載置体に高周波電力を給電する給電板とを真空処理容器内に備え、上記熱媒体で上記載置体を温度調節しながら上記給電板に高周波電力を印加して上記被処理体を処理する載置機構において、上記給電板の外周縁部に上記載置体の外周縁部と電気的に導通自在に接触する給電部を設け且つ上記載置体と上記給電板の間で上記給電部の内側領域に上記連通路を含む複数の貫通孔を囲むシール部材を設けると共に、上記シール部材と上記給電部の間に上記真空処理容器内の処理空間と連通する空間層を設けたことを特徴とするものである。
【0011】
また、本発明の請求項3に記載の真空断熱層を有する載置機構は、請求項2に記載の発明において、上記処理空間と上記空間層を連通させる手段として上記載置体と上記給電板の接触部に少なくとも一つの通路を設けたことを特徴とすることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明の請求項4に記載の真空断熱層を有する載置機構は、請求項3に記載の発明において、上記空間層及び上記通路を上記給電板側に設けたことを特徴とする ものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図1及び図2に示す実施形態に基づいて本発明について説明する。
本実施形態の載置機構10は、例えば図1に示すように、アルミニウム製の載置体(静電チャック)11と、この静電チャック11の下面に密着して高周波電力を給電するアルミニウム製の給電板12と、この給電板12を支持する絶縁材料からなる支持体13、14とを備えている。静電チャック11の表面にはセラミックコーティングが施され、給電板12の表面にはアルマイト加工が施されている。しかし、静電チャック11の下面及び給電板12の上面の外周縁部(給電部)12Aはそれぞれ無垢のアルミニウムによって形成され、これら両者が給電部12Aを介して互いに密着して電気的に接続されている。
【0014】
そして、図1に示すように静電チャック11の内部には従来と同様に流路11Aが形成され、この流路11Aには冷却設備(図示せず)が配管15を介して接続され、この配管15を介して冷却設備と流路内11Aの間で熱媒体(従来と同様の冷媒)が循環して静電チャック11を冷却する。但し、図1では冷媒の流入配管のみを図示してある。
【0015】
また、図1に示すように給電板12には給電棒16が接続され、この給電棒16には高周波電源17が整合器17Aを介して接続されている。従って、高周波電源17から給電棒16を介して給電板12に所定(例えば、13.56MHz)の高周波電力を印加する。また、給電棒16には高圧直流電源18が接続され、高圧直流電源18から給電板12に対して給電棒16を介して直流電圧を印加する。このように給電板12に高周波電力及び直流電圧を印加することによって給電板12の給電部12Aから静電チャック11へ高周波電力及び直流電圧を給電し、静電チャック11において自己バイアス電位を発生すると共にウエハWを吸着する静電吸着力が発生する。
【0016】
また、静電チャック11の内部には昇降ピン19が設けられ、静電チャック11上でウエハWの受け渡しを行う時に昇降ピン19が駆動軸19Aを介して昇降する。
【0017】
次に、静電チャック11と給電板12の関係について図2の(a)、(b)をも参照しながら更に説明する。静電チャック11と給電板12は上述のように給電部12Aを介して電気的に接続されている。即ち、給電板12の上面の給電部12A(図2に斜線で示す部分)は無垢のアルミニウムによって形成され、この給電部12Aが静電チャック11のアルミニウム母材と密着し、従来と同様に給電部12Aを介してこれら両者11、12が電気的に導通自在に構成されている。
【0018】
更に、図1、図2の(a)、(b)に示すように給電板12の上面には給電部12Aと内側領域12Bが形成され、給電部12Aが内側領域12Bよりも突出して形成されている。また、この内側領域12Bには大気側に通じる冷媒の配管15及び昇降ピン19の駆動軸19A等が貫通する複数の貫通孔が形成され、これらの貫通孔の周囲には図2の(a)、(b)に示すようにシール用溝を形成するための突起部12Cが内側領域12Bの平坦面から給電部12Aと同一高さまで突出して形成されている。そして、この突起部12Cには全周に渡ってシール用溝が形成され、このシール用溝にOリング20が装着されている。従って、給電板12は給電部12A、突起部12C及びOリング20を介して静電チャック11と密着し、内側領域12Bに狭い二つの空間12D、12EがOリング20を境界にして形成されている。外側の空間12Dは給電部12AとOリング20の間に形成され、他の一つの空間12EはOリング20の内側に形成されている。
【0019】
また、図2の(a)において、シール用溝の形成された突起部12Cは昇降ピンの駆動軸19Aを囲む略十字状の突起部等まで延設され、これらの部分は静電チャック11と密着する。但し、これらの突起部はアルマイト加工されてアルミナ被膜によって形成されているため、これらの部分では静電チャック11と給電板12は互いに電気的に絶縁されている。
【0020】
また、給電部12Aには真空処理容器内の真空領域と内側領域12BのOリング20の外側の空間12Dを繋ぐ連通溝12Fが周方向等間隔を空けて複数箇所(例えば、8箇所)に径方向に形成され、これらの連通溝12Fを介して一つの空間12Dは真空断熱層12Dとして形成される。また、他の一つの空間12Eは大気側に開放された大気層12Eとして形成されている。尚、以下では、空間12Dを必要に応じて真空断熱層12Dとして説明する。
【0021】
次に、動作について説明する。真空処理容器内を真空引きして所定の真空度に維持すると共に、冷媒設備から静電チャック11の流路11A内に冷媒を循環させて静電チャック11を冷却する。真空処理容器内を真空引きすると、載置機構10では給電板12の連通溝12Fを介して静電チャック11と給電板12間に真空断熱層12Dを形成し、この真空断熱層12Dを介して給電板12と静電チャック11間を広範囲に渡って断熱する。この状態で静電チャック11上にウエハ(図示せず)を載置し、プロセスガスを真空処理容器内に供給し、プロセスガスを一定の圧力に維持する。この状態で高周波電源17から給電棒16を介して給電板12に高周波電力を印加すると、給電板12の給電部12Aを介して静電チャック11に高周波電力及び直流電圧を給電し、真空処理容器内でプロセスガスのプラズマを発生すると共に静電チャック11上面でウエハを静電吸着して固定する。この状態でプラズマによってウエハに対して所定のプラズマ処理を施す。
【0022】
プラズマ処理時にウエハへのイオン衝撃等によってウエハ内に大量の入熱があり、ウエハ温度が急激に上昇する。しかし、静電チャック11の流路11A内には冷媒が循環しているため、この冷媒によって静電チャック11を介してウエハを冷却し、ウエハ温度を例えば80〜100℃に維持する。この際、図2の(a)で示すように静電チャック11と給電板12の間には真空断熱層12Dが形成されて、給電板12は静電チャック11から広範囲に渡って断熱されているため、静電チャック11と給電板12間の熱移動を抑制して給電板12からの熱損失を格段に抑制して冷媒の冷却効率を格段に高めることができる。従って、冷媒の冷却能力を高めることができ、延いては冷却設備の小型化を実現することができる。
【0023】
ウエハのプラズマ処理が終了して処理後のウエハを真空処理容器内から搬出すると、静電チャック11の温度は冷媒の働きで一気に低下する。そして、次のウエハを真空処理容器内に搬入して静電チャック11上で次のウエハを処理すると再び静電チャック11の温度が上昇する。このように複数のウエハを処理する間に静電チャック11は温度上昇と温度降下とを周期的に繰り返す。
【0024】
ところが、給電板12は静電チャック11から広い範囲で断熱されているため、静電チャック11ほどの大きな温度変動がないため、給電板11では母材であるアルミニウムとアルミナ被膜間の熱膨張差を抑制することができ、複数のウエハを処理してもアルミナ被膜でのマイクロクラックの発生を防止することができ、延いては給電板12でのマイクロクラックに起因する絶縁破壊を防止することができる。また、Oリング20が装着されたシール用溝においてもアルミナ被膜のマイクロクラックを防止することができ、Oリング20でのマイクロクラックに起因する真空漏れを防止することができる。
【0025】
以上説明したように本実施形態によれば、冷媒が循環する流路11Aを有する静電チャック11と、静電チャック11の流路11Aに連通する配管15を有し且つ静電チャック11に高周波電力を給電する給電板12とを真空処理容器内に備え、冷媒で静電チャック11を冷却しながら給電板12に高周波電力を印加してウエハを処理する際に、静電チャック11と給電板12の間に配管15を含む複数の貫通孔を囲むOリング20を設けると共にOリング20の外側に真空処理容器内の処理空間と連通する真空断熱層12Dを設けたため、真空断熱層12Dによって静電チャック11から給電板12への熱移動を抑制して冷媒による静電チャック11の冷却効率高めることができ、延いては冷却設備の小型化を実現することができる。また、複数のウエハを処理する間も給電板12の温度変化を抑制して給電板12の母材であるアルミニウムとアルミナ被膜間の熱膨張差を抑制することができ、延いてはアルミナ被膜でのマイクロクラックの発生を防止し、マイクロクラックに起因する絶縁破壊を防止することができる。更に、シール用溝でのアルミナ被膜のマイクロクラックの発生も防止することができ、この部分での真空漏れを防止することができる。
【0026】
また、本実施形態によれば、真空処理空間と空間12Dを連通させる手段として静電チャック11と給電板12の接触部に8箇所の連通溝12Fを設けたため、真空処理容器内を真空引きするだけで真空断熱層12Dを形成することができる。また、真空断熱層12D及び連通溝12Fを給電板12側に設けたため、給電板12を製造する際に空間12D及び連通溝12Fを給電板12と一体的に形成することができる。
【0027】
尚、上記実施形態では空間12D及び連通溝12Fを給電板12に設けた場合について説明したが、これらの空間及び連通溝は静電チャック側に設けても良い。また、連通溝12Dに代えて給電部12Aに径方向の貫通孔を設けても良い。また、上記実施形態では冷媒を供給する冷却設備について説明したが、加熱用の熱媒体を供給する加熱設備についても本発明を適用することができる。また、本発明の載置機構はプラズマ処理装置以外の真空処理装置にも広く適用することができる。
【0028】
【発明の効果】
本発明の請求項1〜請求項4によれば、処理時の熱損失を抑制して温度調節設備を小型化することができると共に、絶縁破壊や真空漏れを防止することができる真空断熱層を有する載置機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の載置機構の一実施形態を示す断面図である。
【図2】図1に示す載置機構に用いられた給電板を示す図で、(a)はその上面の形態を示す平面図、(b)はその要部を示す断面図である。
【図3】従来の載置機構の一例を概念的に示す断面図である。
【図4】従来の載置機構に用いられた給電板の具体的な上面の形態を示す平面図である。
【符号の説明】
10 載置機構
11 静電チャック(載置体)
11A 冷媒の流路
12 給電板
12A 給電部
12D 空間(真空断熱層)
12F 連通溝(通路)
15 冷媒用の配管
16 給電棒[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a mounting mechanism for an object to be processed used in a vacuum processing apparatus such as a plasma processing apparatus, and more particularly to a mounting mechanism having a vacuum heat insulating layer.
[0002]
[Prior art]
As the plasma processing apparatus, for example, a vacuum processing apparatus such as a CVD apparatus, an etching apparatus or an ashing apparatus is widely used as a semiconductor manufacturing apparatus. The plasma processing apparatus includes, for example, a vacuum processing container, a mounting mechanism that is disposed to place a wafer in the vacuum processing container and also serves as a lower electrode, an upper electrode that is disposed above the mounting mechanism, and at least A high-frequency power source that applies high-frequency power to the lower electrode, and is configured to apply high-frequency power to the lower electrode to generate plasma in the vacuum processing container to perform predetermined plasma processing on the wafer on the mounting mechanism. ing.
[0003]
For example, as shown in FIG. 3, the mounting mechanism includes an electrostatic chuck 1, a
[0004]
The electrostatic chuck 1 is made of, for example, aluminum, and a
[0005]
Further, as shown in FIG. 3, a
[0006]
Next, the operation when processing a wafer will be described. When the inside of the vacuum processing container is maintained at a predetermined degree of vacuum and the cooling mechanism is supplied to cool the mounting mechanism and high frequency power is applied from the high
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the conventional mounting mechanism, the electrostatic chuck 1 and the
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to reduce the temperature control equipment by suppressing heat loss during processing, and to prevent insulation breakdown and vacuum leakage. It is an object to provide a mounting mechanism having a layer.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The mounting mechanism having a vacuum heat insulating layer according to claim 1 of the present invention includes a mounting body having a flow path through which a heat medium for adjusting the temperature of the target object on the mounting surface circulates, A vacuum processing vessel having a communication path communicating with the flow path of the mounting body and supplying high-frequency power to the mounting body, and supplying the power while adjusting the temperature of the mounting body with the heat medium. In the mounting mechanism for processing the object to be processed by applying high-frequency power to a plate, a power feeding unit is provided on the outer peripheral edge of the power feeding plate so as to be in electrical conduction with the outer peripheral edge of the mounting body. Rutotomoni provided a seal member above described mounting body and the feeding plates surrounding a plurality of through-holes comprising said communication passage in the inner area of the feed section, the vacuum a plurality of through holes including the communication passage by the seal member It is characterized by being cut off from the processing space in the processing container .
[0010]
Moreover, the mounting mechanism having the vacuum heat insulating layer according to
[0011]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a mounting mechanism having the vacuum heat insulating layer according to the second aspect of the present invention, wherein the mounting body and the power supply plate are used as means for communicating the processing space with the spatial layer. The contact portion is provided with at least one passage.
[0012]
The mounting mechanism having a vacuum heat insulating layer according to
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, for example, the mounting mechanism 10 according to the present embodiment is made of an aluminum mounting body (electrostatic chuck) 11 and an aluminum body that is in close contact with the lower surface of the
[0014]
As shown in FIG. 1, a
[0015]
Further, as shown in FIG. 1, a
[0016]
Further, an elevating
[0017]
Next, the relationship between the
[0018]
Further, as shown in FIGS. 1 and 2 (a) and 2 (b), a
[0019]
Further, in FIG. 2A, the protruding portion 12C in which the seal groove is formed extends to a substantially cross-shaped protruding portion or the like surrounding the
[0020]
In addition, a
[0021]
Next, the operation will be described. The inside of the vacuum processing container is evacuated to maintain a predetermined degree of vacuum, and the
[0022]
During plasma processing, there is a large amount of heat input in the wafer due to ion bombardment to the wafer, and the wafer temperature rises rapidly. However, since the coolant circulates in the
[0023]
When the plasma processing of the wafer is completed and the processed wafer is unloaded from the vacuum processing container, the temperature of the
[0024]
However, since the
[0025]
As described above, according to the present embodiment, the
[0026]
Further, according to the present embodiment, since the eight
[0027]
In the above embodiment, the case where the
[0028]
【The invention's effect】
According to the first to fourth aspects of the present invention, the vacuum heat insulating layer capable of minimizing the temperature control equipment by suppressing the heat loss during the processing, and preventing the dielectric breakdown and the vacuum leakage. A mounting mechanism can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a mounting mechanism of the present invention.
2A and 2B are diagrams showing a power feeding plate used in the mounting mechanism shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a plan view showing the form of the upper surface, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing the main part thereof.
FIG. 3 is a cross-sectional view conceptually showing an example of a conventional placement mechanism.
FIG. 4 is a plan view showing a form of a specific upper surface of a power feeding plate used in a conventional mounting mechanism.
[Explanation of symbols]
10
11A Flow path of
12F Communication groove (passage)
15 Piping for refrigerant 16 Feed rod
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