JP4677474B2

JP4677474B2 - Temperature control method for characteristic correction ring in substrate holder for plasma processing apparatus and substrate holder for plasma processing apparatus

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Publication number: JP4677474B2
Application number: JP2008193144A
Authority: JP
Inventors: 米一小河原
Original assignee: Canon Anelva Corp; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Canon Anelva Corp; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2017-04-26
Also published as: JP2008288611A

Description

本願の発明は、プラズマによって基板の表面に所定の処理を施すプラズマ処理装置に使用される基板ホルダーに関する。 The present invention relates to a substrate holder used in a plasma processing apparatus that performs a predetermined process on the surface of a substrate with plasma.

プラズマによって基板の表面に所定の処理を施すことは、ＤＲＡＭを始めとする各種半導体集積回路の製作や液晶ディスプレイの製作等の際に頻繁に行われている。例えば、基板の表面に微細回路を形成する場合には、レジストパターンをマスクとしたエッチング工程において、プラズマによって基板をエッチングするプラズマエッチングが行われている。また、各種導電膜や絶縁膜の作成においては、プラズマ中での気相反応を利用したプラズマＣＶＤ（化学蒸着）の手法が実用化されている。 Applying a predetermined treatment to the surface of the substrate by plasma is frequently performed when manufacturing various semiconductor integrated circuits including a DRAM and a liquid crystal display. For example, when a fine circuit is formed on the surface of a substrate, plasma etching is performed in which the substrate is etched by plasma in an etching process using a resist pattern as a mask. Further, in the production of various conductive films and insulating films, a plasma CVD (chemical vapor deposition) technique using a gas phase reaction in plasma has been put into practical use.

このようなプラズマ処理装置では、処理チャンバー内にプラズマを形成して処理を行うが、プラズマによって処理される位置に基板を保持する基板ホルダーが必要になる。図４は、参考例の従来のプラズマ処理装置用基板ホルダーの構造を説明する正面断面概略図である。 In such a plasma processing apparatus, processing is performed by forming plasma in a processing chamber. However, a substrate holder that holds the substrate at a position to be processed by the plasma is required. FIG. 4 is a schematic front sectional view for explaining the structure of a conventional substrate holder for a plasma processing apparatus of a reference example.

プラズマ処理装置用基板ホルダー（以下、単に基板ホルダー）は、基板を保持して保持する「台」としての機能と、基板の温度を調節する「温度調節手段」としての機能を果たすよう構成される。即ち、図４に示す基板ホルダーは、「台」として機能するほぼ円柱状のホルダー本体１と、ホルダー本体１内に温媒を流通させて温度調節する基板温度調節機構５とを有している。 A substrate holder for a plasma processing apparatus (hereinafter simply referred to as a “substrate holder”) is configured to function as a “base” for holding and holding a substrate and as a “temperature adjusting means” for adjusting the temperature of the substrate. . That is, the substrate holder shown in FIG. 4 has a substantially cylindrical holder main body 1 that functions as a “base”, and a substrate temperature adjusting mechanism 5 that adjusts the temperature by circulating a heating medium in the holder main body 1. .

まず、ホルダー本体１は、基板１０が直接保持される部材である基板保持板２と、基板保持板２を載せた主ブロック３と、基板保持板２と主ブロック３との間に介在された接触シート材４とから構成されている。基板保持板２は、上面が基板保持面２０になっている。この基板保持面２０は、基板１０の直径より少し小さい円形である。そして、基板保持面２０より少し下の位置から外側向けて鍔部２１が形成されている。 First, the holder body 1 is interposed between a substrate holding plate 2 that is a member that directly holds the substrate 10, a main block 3 on which the substrate holding plate 2 is placed, and the substrate holding plate 2 and the main block 3. It is comprised from the contact sheet material 4. The substrate holding plate 2 has a substrate holding surface 20 on the upper surface. The substrate holding surface 20 has a circular shape that is slightly smaller than the diameter of the substrate 10. And the collar part 21 is formed toward the outer side from the position slightly lower than the substrate holding surface 20.

主ブロック３は、アルミニウム又はスレンレス等の金属製である。主ブロック３は、上側部分が若干径が太くなっている略円柱状の部材である。また、接触シート材４は、主ブロック３と基板保持板２との熱接触性を向上させるための部材である。接触シート材４はインジウム等の金属で形成され、主ブロック３と基板保持板２の間のすき間に埋めて両者の熱接触性を向上させるようになっている。尚、ホルダー本体１の周囲は、絶縁ブロック１１で覆われている。絶縁ブロック１１は、プラズマによるホルダー本体１の損傷を防止するためのものであり、フッ素樹脂等の耐熱性の絶縁体で形成されている。 The main block 3 is made of a metal such as aluminum or slenless. The main block 3 is a substantially cylindrical member whose upper portion has a slightly larger diameter. The contact sheet material 4 is a member for improving the thermal contact between the main block 3 and the substrate holding plate 2. The contact sheet material 4 is formed of a metal such as indium, and is buried in a gap between the main block 3 and the substrate holding plate 2 to improve the thermal contact between them. The periphery of the holder body 1 is covered with an insulating block 11. The insulating block 11 is for preventing damage to the holder main body 1 due to plasma, and is formed of a heat resistant insulator such as a fluororesin.

基板温度調節機構５は、主ブロック３内に温度制御媒体（本明細書では温媒と略す）を導入して温度調節するよう構成されている。主ブロック３の内部には、温媒が導入される温媒用空洞５１が形成されている。温媒用空洞５１は、基板１０よりも少し大きな外径の円環状の空間である。そして、この温媒用空洞５１に温媒を供給する温媒供給路５２と、温媒用空洞５１から温媒を排出する温媒排出路５３とが主ブロック３に形成されている。 The substrate temperature adjusting mechanism 5 is configured to adjust the temperature by introducing a temperature control medium (abbreviated as a heating medium in this specification) into the main block 3. Inside the main block 3, a warm medium cavity 51 into which a warm medium is introduced is formed. The heating medium cavity 51 is an annular space having an outer diameter slightly larger than that of the substrate 10. A heating medium supply path 52 for supplying a heating medium to the heating medium cavity 51 and a heating medium discharge path 53 for discharging the heating medium from the heating medium cavity 51 are formed in the main block 3.

そして、基板温度調節機構５は、温媒供給路５２に接続された温媒供給管５４と、温媒排出路５３に接続された温媒排出管５５と、温媒供給管５４と温媒排出管５５とを繋ぐようにして設けられたサーキュレーター５６とから主に構成されている。サーキュレーター５６は、温媒供給管５４から供給する温媒を所定の温度に維持するサーモスタット等の温度調節部を有する。ホルダー本体１には、不図示の温度センサが設けられており、この温度センサからの信号がフィードバックされて温媒の温度を所定温度に維持するようになっている。尚、温媒は、調節する温度にもよるが、典型的には水道水が使用されることが多い。 The substrate temperature adjusting mechanism 5 includes a heating medium supply pipe 54 connected to the heating medium supply path 52, a heating medium discharge pipe 55 connected to the heating medium discharge path 53, the heating medium supply pipe 54, and the heating medium discharge. It is mainly composed of a circulator 56 provided so as to connect the tube 55. The circulator 56 includes a temperature control unit such as a thermostat that maintains the temperature medium supplied from the temperature medium supply pipe 54 at a predetermined temperature. The holder body 1 is provided with a temperature sensor (not shown), and a signal from the temperature sensor is fed back to maintain the temperature of the heating medium at a predetermined temperature. The heating medium is typically tap water, although it depends on the temperature to be adjusted.

上記基板温度調節機構５による温度調節の精度を良くするため、基板保持面２０への基板１０の面接触を向上させる接触性向上手段が設けられている。この接触性向上手段は、基板１０を基板保持面２０に静電吸着させる静電吸着機構６と、基板１０と基板保持面２０との間のすき間に所定のガスを供給するガス供給機構７とによって形成されている。 In order to improve the accuracy of temperature adjustment by the substrate temperature adjusting mechanism 5, contact improvement means for improving the surface contact of the substrate 10 with the substrate holding surface 20 is provided. The contact improving means includes an electrostatic adsorption mechanism 6 that electrostatically adsorbs the substrate 10 to the substrate holding surface 20, and a gas supply mechanism 7 that supplies a predetermined gas between the substrate 10 and the substrate holding surface 20. Is formed by.

まず、静電吸着機構６について説明すると、基板保持板２は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の誘電体で形成されている。そして、静電吸着機構６は、基板保持板２内に埋設された吸着電極６１と、吸着電極６１に所定の電圧を印加する高周波電源６２や直流電源６３等によって主に構成されている。具体的には、吸着電極６１から接触シート材４に達するように導体６２が埋設されている。そして、主ブロック３には、高周波電源６３と直流電源６４とが接続されている。このうち、高周波電源６３は、プラズマと高周波との相互作用により基板１０にセルフバイアス電圧を与えるものである。 First, the electrostatic attraction mechanism 6 will be described. The substrate holding plate 2 is formed of a dielectric such as alumina (Al ₂ O ₃ ). The electrostatic adsorption mechanism 6 is mainly configured by an adsorption electrode 61 embedded in the substrate holding plate 2, a high-frequency power source 62 that applies a predetermined voltage to the adsorption electrode 61, a DC power source 63, and the like. Specifically, a conductor 62 is embedded so as to reach the contact sheet material 4 from the adsorption electrode 61. A high frequency power supply 63 and a DC power supply 64 are connected to the main block 3. Among these, the high frequency power source 63 applies a self-bias voltage to the substrate 10 by the interaction between plasma and high frequency.

即ち、基板１０の上方にはプラズマＰが供給される。この際、誘電体製の基板保持板２をコンデンサとして基板１０に高周波電圧が印加されると、プラズマ中の荷電粒子が周期的に基板１０に引き寄せられる。このうち、移動度の高い電子はイオンに比べて多く基板１０に引き寄せられ、この結果、基板１０の電位は、高周波の上に負の直流電圧が重畳されたのと同じ状態になってセルフバイアスされる。 That is, the plasma P is supplied above the substrate 10. At this time, when a high frequency voltage is applied to the substrate 10 using the dielectric substrate holding plate 2 as a capacitor, charged particles in the plasma are periodically attracted to the substrate 10. Among these, electrons with high mobility are attracted to the substrate 10 more than ions, and as a result, the potential of the substrate 10 becomes the same state as a negative DC voltage superimposed on a high frequency and self-biased. Is done.

このセルフバイアス電圧によって基板保持板２の表面に静電気が誘起されて基板１０の静電吸着が可能になる場合もあるが、さらに吸着を確実にするため、直流電源６４が直流電圧を印加するようになっている。直流電源６４は、吸着電極６１に所定の正の電圧を印加するようになっている。基板保持板２の表面が負にバイアスされ、吸着電極６１が正の電位になるから、吸着電極６１と基板保持面２０との間の誘電体に大きな電位差が生じて強く誘電分極する。この結果、基板保持面２０に大きな静電気が誘起されてクーロン力によって基板１０が静電吸着される。 In some cases, static electricity is induced on the surface of the substrate holding plate 2 by the self-bias voltage, and electrostatic adsorption of the substrate 10 becomes possible. However, in order to further secure the adsorption, the DC power supply 64 applies a DC voltage. It has become. The DC power source 64 applies a predetermined positive voltage to the adsorption electrode 61. Since the surface of the substrate holding plate 2 is negatively biased and the suction electrode 61 becomes a positive potential, a large potential difference is generated in the dielectric between the suction electrode 61 and the substrate holding surface 20 and the dielectric holding is strongly dielectrically polarized. As a result, large static electricity is induced on the substrate holding surface 20 and the substrate 10 is electrostatically attracted by the Coulomb force.

また、基板１０と基板保持面２０との間にはジョンソンラーベク力なる力も発生し、このジョンソンラーベク力によっても基板１０は吸着される。ジョンソンラーベク力は、基板１０と基板保持面２０との間の小さなギャップに微小電流が流れて帯電分極することによって生ずる力である。どちらの力が支配的であるかは、基板保持板２を形成する誘電体の体積抵抗によって決まってくる。体積抵抗が大きい場合にはクーロン力によって吸着される割合が高くなり、体積抵抗が小さい場合にはジョンソンラーベク力によって吸着される割合が高くなる。 In addition, a force that is a Johnson rabe force is also generated between the substrate 10 and the substrate holding surface 20, and the substrate 10 is also adsorbed by this Johnson rabe force. The Johnson rabe force is a force generated by a small current flowing in a small gap between the substrate 10 and the substrate holding surface 20 and charging and polarization. Which force is dominant is determined by the volume resistance of the dielectric forming the substrate holding plate 2. When the volume resistance is large, the rate of adsorption by the Coulomb force increases. When the volume resistance is small, the rate of adsorption by the Johnson rabe force increases.

一方、図４に示すように、主ブロック３と基板保持板２に貫通するようにしてガス供給路７１が形成されている。そして、ガス供給機構７は、ガス供給路７１に接続されたガス供給管７２と、ガス供給管７２を通してガス供給路に供給するガスを溜めたガスボンベ７３等によって構成されている。ガス供給管７２には、流量調整器７３が設けられ、所定の流量でガスを供給するようになっている。ガス供給路７１の先端は基板保持面２０に形成された開口になっており、先端開口からガスが流れ出て、基板１０と基板保持面２０との間に供給されるようになっている。尚、供給されるガスは、ヘリウム等の熱伝導性の高いガスである。 On the other hand, as shown in FIG. 4, a gas supply path 71 is formed so as to penetrate the main block 3 and the substrate holding plate 2. The gas supply mechanism 7 includes a gas supply pipe 72 connected to the gas supply path 71, a gas cylinder 73 that stores gas to be supplied to the gas supply path through the gas supply pipe 72, and the like. The gas supply pipe 72 is provided with a flow rate regulator 73 so as to supply gas at a predetermined flow rate. The tip of the gas supply path 71 is an opening formed in the substrate holding surface 20, and gas flows out from the tip opening and is supplied between the substrate 10 and the substrate holding surface 20. The supplied gas is a gas having high thermal conductivity such as helium.

基板１０の裏面にしても基板保持面２０にしても、物理的に完全に平坦な面であることはなく、両者の間には微小な空間が形成される。従って、この微小な空間では基板１０と基板保持面２０との間の直接的な熱の伝導伝達は行われない。そして、多くの場合、基板ホルダーは真空中に配置されるので、ガスの対流による熱の伝達も困難である。ガス供給機構７によって供給されるガスは、この問題を解消し、微小な空間に供給されて基板１０と基板保持面２０との間の熱交換を媒介するよう作用する。 Neither the back surface of the substrate 10 nor the substrate holding surface 20 is a physically completely flat surface, and a minute space is formed between them. Therefore, direct heat conduction between the substrate 10 and the substrate holding surface 20 is not performed in this minute space. In many cases, since the substrate holder is disposed in a vacuum, it is difficult to transfer heat by gas convection. The gas supplied by the gas supply mechanism 7 solves this problem and acts to mediate heat exchange between the substrate 10 and the substrate holding surface 20 by being supplied to a minute space.

図５は、図４に示す基板ホルダーを搭載したプラズマ処理装置の概略構成を説明する正面図である。図５に示すプラズマ処理装置は、排気系８１１を備えた処理チャンバー８１と、処理チャンバー８１内にプラズマＰを供給するプラズマ供給手段８２と、供給されたプラズマＰによって処理される位置に基板１０を保持する基板ホルダー８３とから主に構成されている。 FIG. 5 is a front view illustrating a schematic configuration of the plasma processing apparatus on which the substrate holder shown in FIG. 4 is mounted. The plasma processing apparatus shown in FIG. 5 includes a processing chamber 81 provided with an exhaust system 811, plasma supply means 82 for supplying plasma P into the processing chamber 81, and a substrate 10 at a position where processing is performed by the supplied plasma P. It mainly comprises a substrate holder 83 to be held.

このプラズマ処理装置は、ヘリコン波プラズマを形成するものである。即ち、プラズマ供給手段８２は、処理チャンバー８１に気密に接続された誘電体容器８２１と、誘電体容器８２１内に所定のプロセスガスを供給するガス供給手段８２２と、誘電体容器８２１内に高周波電力を供給してガスをプラズマ化させる電力供給手段８２３と、誘電体容器８２１内に磁場を設定する電磁石８２４とから主に構成されている。 This plasma processing apparatus forms helicon wave plasma. That is, the plasma supply means 82 includes a dielectric container 821 hermetically connected to the processing chamber 81, a gas supply means 822 for supplying a predetermined process gas into the dielectric container 821, and a high frequency power in the dielectric container 821. Is mainly composed of a power supply means 823 that converts the gas into plasma and an electromagnet 824 that sets a magnetic field in the dielectric container 821.

電力供給手段８２３は、ループ状アンテナを介して誘電体容器８２１内に円偏波の高周波（ヘリコン波）を誘起するようになっており、これによって誘電体容器８２１内に高密度プラズマが形成されるようになっている。高密度プラズマは、電磁石８２４が設定する磁場によって導かれて処理チャンバー８１内に拡散し、基板１０への処理に使用されるようになっている。 The power supply means 823 induces a circularly polarized high frequency (helicon wave) in the dielectric container 821 via the loop antenna, and thereby high density plasma is formed in the dielectric container 821. It has become so. The high-density plasma is guided by the magnetic field set by the electromagnet 824, diffuses into the processing chamber 81, and is used for processing on the substrate 10.

処理の内容について説明すると、例えばプラズマエッチングを行う場合、プロセスガスとして四沸化炭素（ＣＦ_４）等の沸化炭素系ガスを使用する。プラズマ中では沸素系イオンや沸素系活性種が生成され、これらのイオンや活性種が基板１０に到達することによって基板１０の表面の材料（例えば酸化シリコン）がエッチングされる。また例えばアモルファスシリコン薄膜をプラズマＣＶＤによって作成する場合、プロセスガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）等のシラン系ガスと水素ガスとの混合ガスを導入してプラズマを形成し、プラズマ中でのシラン系ガスの分解を利用して基板１０の表面にアモルファスシリコン薄膜を堆積させる。
特開平７−３１０１８７号公報特開平８−１８６０７７号公報特開平８−１１５９０１号公報特開平９−２１９４４２号公報特開平９−２２９３４号公報特開平９−１７８５０号公報 The contents of the treatment will be described. For example, when plasma etching is performed, a fluorinated carbon-based gas such as carbon tetraboride (CF ₄ ) is used as a process gas. In the plasma, fluorine-based ions and fluorine-based active species are generated, and when these ions and active species reach the substrate 10, the material (for example, silicon oxide) on the surface of the substrate 10 is etched. For example, when an amorphous silicon thin film is formed by plasma CVD, a plasma is formed by introducing a mixed gas of a silane-based gas such as monosilane (SiH ₄ ) and hydrogen gas as a process gas, and the silane-based gas in the plasma is formed. An amorphous silicon thin film is deposited on the surface of the substrate 10 using decomposition.
JP 7-310187 A JP-A-8-186077 JP-A-8-115901 JP-A-9-219442 Japanese Patent Laid-Open No. 9-22934 Japanese Patent Laid-Open No. 9-17850

さて、このような処理を基板に施す場合、基板の表面内での処理の特性にばらつきが生ずる場合がある。このばらつきは、基板の周辺部における特性の変化となって現れることが多い。この原因は、一般的には「端面効果」と表現できるが、基板の周囲に基板とは異なる材料（真空雰囲気の場合も含む）が存在していると、基板の周辺部で処理特性が変化する。例えば、基板はプラズマからの輻射やプラズマからの荷電粒子の照射によってある程度加熱される。この場合、基板の周辺部では、基板の端面の熱輻射による熱放散があるため中央部に比べてある程度温度が低下する傾向がある。多くの処理は温度依存性があり、周辺部で温度が低下すると処理の特性にばらつきが生ずる。 When such processing is performed on a substrate, there may be variations in processing characteristics within the surface of the substrate. This variation often appears as a change in characteristics in the periphery of the substrate. This cause can be generally expressed as an “end face effect”, but if a material different from the substrate (including a vacuum atmosphere) exists around the substrate, the processing characteristics change at the periphery of the substrate. To do. For example, the substrate is heated to some extent by radiation from plasma or irradiation of charged particles from plasma. In this case, in the peripheral part of the substrate, there is a tendency for the temperature to decrease to some extent as compared with the central part because there is heat dissipation due to thermal radiation of the end face of the substrate. Many processes are temperature dependent, and variations in process characteristics occur when the temperature decreases in the periphery.

このような問題を未然に防止するためには、基板の周囲に基板と同一の材質か又はそれに近い材質の部材を配置することが有効である。この部材には、基板の周囲を取り囲むリング状の部材（以下、特性補正用リング）が採用される。特性補正用リングは、基板と同一の材質又はそれに近い材質で形成されている。例えば、基板がシリコンウェーハである場合、特性補正用リングはシリコン、炭化珪素、炭素、石英、アルミナニウム又はアルミアルマイト等の材料で形成される。 In order to prevent such a problem in advance, it is effective to arrange a member made of the same material as or close to the substrate around the substrate. As this member, a ring-shaped member (hereinafter referred to as a characteristic correction ring) surrounding the periphery of the substrate is employed. The characteristic correction ring is formed of the same material as the substrate or a material close thereto. For example, when the substrate is a silicon wafer, the characteristic correction ring is formed of a material such as silicon, silicon carbide, carbon, quartz, alumina, or aluminum alumite.

特性補正用リングによって温度の不均一性を補正する場合について説明すると、特性補正用リングは基板と同様にプラズマによって加熱される。このため、特性補正用リングから基板に向けて輻射熱が与えられ、この輻射熱は基板の端面からの輻射熱を相殺するよう作用する。このため、基板の周辺部での温度低下が抑制され、温度均一性が向上する。この結果、温度不均一性に起因した特性のばらつきが無くなり、均一性の高い処理が可能となる。 The case of correcting the temperature non-uniformity by the characteristic correction ring will be described. The characteristic correction ring is heated by plasma in the same manner as the substrate. For this reason, radiant heat is applied from the characteristic correction ring toward the substrate, and this radiant heat acts to cancel out the radiant heat from the end face of the substrate. For this reason, the temperature fall in the peripheral part of a board | substrate is suppressed and temperature uniformity improves. As a result, variations in characteristics due to temperature non-uniformity are eliminated, and highly uniform processing is possible.

また、プラズマ中で生成される化学種を消費しながら処理する場合や基板の表面反応によって特定の化学種を生成しながら処理する場合、基板の周辺部では基板の中央部に比べて化学種の消費や化学種の生成が少なくなったりする問題がある。これが原因で周辺部において処理の特性にばらつきが生ずる場合がある。この場合、上記のような特性補正用リングを設けておくと、特性補正用リングでも同様に化学種を消費したり化学種を生成したりすることになるので、特性のばらつきが補正され、均一な処理が行われる。 In addition, when processing while consuming chemical species generated in plasma, or when processing while generating specific chemical species by the surface reaction of the substrate, the chemical species in the peripheral part of the substrate are smaller than the central part of the substrate. There is a problem that consumption and generation of chemical species are reduced. This may cause variations in processing characteristics in the peripheral portion. In this case, if the characteristic correction ring as described above is provided, the characteristic correction ring also consumes chemical species or generates chemical species in the same manner. Processing is performed.

特性補正用リングを採用する場合の構成について、図４を使用してさらに詳しく説明する。図４には、使用が検討されている特性補正用リング９の構成が従来の基板ホルダーの構成とともに示されている。特性補正用リング９は、保持された基板１０の周囲を取り囲むように配置される。具体的には、特性補正用リング９は、下面が主ブロック３の周縁の上に載っている。そして、特性補正用リング９は、内側に向かう凸部を有し、この凸部が基板保持板２の鍔部２１の上に載っている。 The configuration when the characteristic correction ring is employed will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 4 shows the structure of the characteristic correction ring 9 that is being considered for use, together with the structure of a conventional substrate holder. The characteristic correction ring 9 is arranged so as to surround the periphery of the held substrate 10. Specifically, the lower surface of the characteristic correction ring 9 is placed on the periphery of the main block 3. The characteristic correction ring 9 has a convex portion directed inward, and this convex portion is placed on the flange portion 21 of the substrate holding plate 2.

尚、凸部の上面には図４に示すような段差が形成されているが、これは、基板ホルダーに基板１０を受け渡す搬送機構の基板支持爪（不図示）の形状に合わせたものである。また、特性補正用リング９の断面形状は、基板支持板２の周端に係合して基板１０に対して同軸上に配置されるようにする意味がある。 Note that a step as shown in FIG. 4 is formed on the upper surface of the convex portion, and this is in accordance with the shape of the substrate support claw (not shown) of the transport mechanism that delivers the substrate 10 to the substrate holder. is there. Further, the cross-sectional shape of the characteristic correction ring 9 is meaningful in that it is disposed coaxially with the substrate 10 by engaging with the peripheral end of the substrate support plate 2.

特性補正用リング９は、ホルダー本体１の一部として設けたり、ホルダー本体１に一体に設けたりすることはない。これは、特性補正用リング９はメンテナンスのため交換する必要があるからである。即ち、特性補正用リング９も、基板１０に対する処理と同様の処理がある程度進行する。例えば、プラズマエッチングを基板１０に対して行う場合、特性補正用リング９もある程度エッチングされ、経時的に厚さが薄くなる等の変形を生ずる。従って、ある程度処理を繰り返した後、特性補正用リング９は新品のものと交換する必要がある。 The characteristic correction ring 9 is not provided as a part of the holder body 1 or provided integrally with the holder body 1. This is because the characteristic correction ring 9 needs to be replaced for maintenance. That is, the characteristic correction ring 9 also proceeds to some extent in the same process as the process for the substrate 10. For example, when plasma etching is performed on the substrate 10, the characteristic correction ring 9 is also etched to some extent, and deformation such as a decrease in thickness over time occurs. Therefore, after repeating the process to some extent, it is necessary to replace the characteristic correction ring 9 with a new one.

上述のように特性補正用リング９を使用すると処理特性の均一性が向上するのであるが、発明者の研究によると、相当回数処理を繰り返していくと、基板の周辺部で処理特性にばらつきが生じ、特性補正用リング９が正常に作用しなっていくことが判明した。この原因について発明者が鋭意調査を行ったところ、特性補正用リング９が経時的に蓄熱して温度上昇することが原因であることが判明した。即ち、特性補正用リング９はプラズマＰからの熱によって加熱されるが、処理を繰り返すうちにこの熱を蓄積し、経時的に温度上昇してしまう。 As described above, the use of the characteristic correction ring 9 improves the uniformity of the processing characteristics. However, according to the inventor's research, when the processing is repeated a considerable number of times, the processing characteristics vary at the periphery of the substrate. As a result, it has been found that the characteristic correcting ring 9 works normally. As a result of an extensive investigation by the inventor regarding this cause, it has been found that the characteristic correction ring 9 accumulates heat over time and the temperature rises. That is, the characteristic correction ring 9 is heated by the heat from the plasma P, but this heat is accumulated as the processing is repeated, and the temperature rises with time.

例えば、プラズマエッチングの場合、基板１０の温度は１００℃程度に調節される。この場合、１０^１０〜１０^１１個／ｃｍ^３（１立方センチメートルあたりの電子の個数）程度の高密度プラズマによってエッチングを行うと、特性補正用リング９は経時的に蓄熱し、数枚程度処理を繰り返した後には、２００〜３００℃程度まで温度上昇してしまう。このように特性補正用リング９が温度上昇すると、基板１０に向けての輻射熱も多くなるため、基板１０の周辺部の温度も上昇してしまう。この結果、処理を繰り返すうちに、基板１０の周辺部の温度が中央部に比べて高くなり、これが原因で処理特性のばらつきが生ずる。 For example, in the case of plasma etching, the temperature of the substrate 10 is adjusted to about 100 ° C. In this case, if etching is performed with high-density plasma of about 10 ¹⁰ to 10 ¹¹ pieces / cm ³ (number of electrons per cubic centimeter), the characteristic correction ring 9 stores heat over time, and the process is repeated several times. After that, the temperature rises to about 200 to 300 ° C. Thus, when the temperature of the characteristic correction ring 9 rises, the radiant heat toward the substrate 10 also increases, and the temperature of the peripheral portion of the substrate 10 also rises. As a result, as the processing is repeated, the temperature of the peripheral portion of the substrate 10 becomes higher than that of the central portion, which causes variations in processing characteristics.

本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、特性補正用リングの経時的な温度上昇を抑制して処理特性のばらつきを無くすことを目的とする。 The invention of the present application has been made in order to solve such a problem, and an object thereof is to suppress the temperature rise of the characteristic correction ring over time and eliminate variations in processing characteristics.

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、プラズマ処理装置の処理チャンバー内のプラズマによって処理される位置に基板を保持するプラズマ処理装置用基板ホルダーであって、表面が基板保持面になっているホルダー本体と、基板保持面を通して熱交換を行って基板を所定温度に維持する基板温度調節機構と、保持された基板の周囲を取り囲むリング状の部材であって基板の周辺部での処理特性のばらつきを補正する特性補正用リングとを備えたプラズマ処理装置用基板ホルダーにおいて、
特性補正用リングがプラズマからの熱を蓄えて経時的に温度上昇するのを、ホルダー本体内に設けられたリング冷却手段により特性補正用リングを冷却することで防止するとともに、
特性補正用リングをホルダー本体に静電吸着機構により静電吸着させるか、又は静電吸着機構とメカクランプ機構により静電吸着させるとともに機械的に押し付けることで、ホルダー本体に対する特性補正用リングの熱接触性を向上させ、
当該熱接触性を向上させた特性補正用リングの冷却により、処理中の前記特性補正用リングの温度を、処理中に維持すべき基板の温度であるプロセス温度に一致させる方法であり、
ホルダー本体内には、基板をホルダー本体に静電吸着するための吸着電極とは別に特性補正用リングを静電吸着するためのリング用吸着電極が設けられており、このリング用吸着電極によって特性補正用リングをホルダー本体に静電吸着しながら行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記特性補正用リングと前記ホルダー本体との間に熱交換用ガスを供給して両者の熱交換効率を向上させながら行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、前記基板をホルダー本体に静電吸着するための吸着電源に吸着用の電圧を印加する電源により、前記リング用吸着電極にも電圧を印加することで、前記特性補正用リングを前記ホルダー本体に静電吸着しながら行うというを構成する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記ホルダー本体内に形成された空洞内に温度制御媒体を供給することで前記特性補正用リングを冷却しながら行う方法であり、
空洞は、保持される前記基板の直下の位置と、特性補正用リングの直下の位置とを含んでおり、
供給される温度制御媒体により前記基板を冷却して前記基板の温度を所定の温度に調節しながら行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、上記請求項２の構成において、前記ホルダー本体の基板保持面と前記基板との間に熱交換用ガスを供給しながら行う方法であり、
前記ホルダー本体内には、熱交換用ガスのガス供給路が設けられており、このガス供給路は、前記特性補正用リングと前記ホルダー本体との間に達するものと、前記基板と前記基板保持面との間に達するものとに分岐しており、このガス供給路を通して熱交換用ガスを供給することで、前記特性補正用リングと前記ホルダー本体との間の熱交換効率を向上させるとともに前記基板と前記基板保持面との間の熱交換効率を向上させながら行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至５いずれかに記載の方法に使用されるプラズマ処理装置用基板ホルダーであって、請求項１乃至５いずれかに記載の方法に使用されるプラズマ処理装置用基板ホルダーであって、処理チャンバー内のプラズマによって処理される位置に基板を保持するプラズマ処理装置用基板ホルダーであり、
表面が基板保持面になっているホルダー本体と、
基板保持面を通して熱交換を行って基板を所定温度に維持する基板温度調節機構と、
保持された基板の周囲を取り囲むリング状の部材であって基板の周辺部での処理特性のばらつきを補正する特性補正用リングと、
特性補正用リングがプラズマからの熱を蓄えて経時的に温度上昇するのを防止するリング冷却手段と、
特性補正用リングのホルダー本体に対する熱接触性を向上させる接触性向上手段と
を備えており、
接触性向上手段は、特性補正用リングをホルダー本体に静電吸着させる静電吸着機構又は当該静電吸着機構と特性補正用リングを機械的にホルダー本体に押しつけるメカクランプ機構との双方によって構成されており、
静電吸着機構は、基板保持面に基板を静電吸着するための吸着電極とは別に、特性補正用リングをホルダー本体に静電吸着するための吸着電極を備えているという構成を有する。 In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 of the present application is a substrate holder for a plasma processing apparatus that holds a substrate at a position to be processed by plasma in a processing chamber of the plasma processing apparatus, the surface of which is held by the substrate A holder body which is a surface, a substrate temperature adjusting mechanism for exchanging heat through the substrate holding surface and maintaining the substrate at a predetermined temperature, and a ring-shaped member surrounding the held substrate and surrounding the substrate In a substrate holder for a plasma processing apparatus provided with a characteristic correction ring for correcting variations in processing characteristics at
The characteristic correction ring accumulates heat from the plasma and rises over time by cooling the characteristic correction ring by the ring cooling means provided in the holder body,
The characteristic correction ring is electrostatically attracted to the holder main body by the electrostatic adsorption mechanism , or electrostatically adsorbed by the electrostatic adsorption mechanism and the mechanical clamp mechanism and mechanically pressed. Improve contact,
By cooling the characteristic correction ring with improved thermal contact property, the temperature of the characteristic correction ring during processing is matched with the process temperature, which is the temperature of the substrate to be maintained during processing ,
In the holder body, there is a ring suction electrode for electrostatically attracting the characteristic correction ring in addition to the suction electrode for electrostatically attracting the substrate to the holder body. The correction ring is configured to be electrostatically attracted to the holder body.
Further, in order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 2 is the structure according to claim 1, wherein heat exchange gas is supplied between the characteristic correction ring and the holder body to exchange heat between the two. It has a configuration in which it is performed while improving efficiency.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 3 is the power source for applying a suction voltage to the suction power source for electrostatically attracting the substrate to the holder body in the configuration of claim 1 or 2. Thus, by applying a voltage also to the ring attracting electrode, the characteristic correcting ring is performed while being electrostatically attracted to the holder body.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 4 is characterized in that, in the structure according to any one of claims 1 to 3, the temperature control medium is supplied into a cavity formed in the holder body. It is a method that is performed while cooling the correction ring,
The cavity includes a position immediately below the substrate to be held and a position directly below the characteristic correction ring;
The substrate is cooled by a supplied temperature control medium, and the temperature of the substrate is adjusted to a predetermined temperature.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 5 is the method according to claim 2, wherein the heat exchange gas is supplied between the substrate holding surface of the holder body and the substrate. Yes,
A gas supply path for heat exchange gas is provided in the holder body, and the gas supply path reaches between the characteristic correction ring and the holder body, and the substrate and the substrate holder. Branching between the surface and the surface, and supplying the heat exchange gas through the gas supply path improves the heat exchange efficiency between the characteristic correction ring and the holder body, and The structure is such that the heat exchange efficiency between the substrate and the substrate holding surface is improved.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 6 is a substrate holder for a plasma processing apparatus used in the method according to any one of claims 1 to 5, and is any one of claims 1 to 5. A substrate holder for a plasma processing apparatus used in the method described in claim 1, wherein the substrate holder is held in a position to be processed by plasma in a processing chamber,
A holder body whose surface is a substrate holding surface;
A substrate temperature adjusting mechanism for exchanging heat through the substrate holding surface and maintaining the substrate at a predetermined temperature;
A ring-shaped member that surrounds the periphery of the held substrate, and a characteristic correction ring that corrects variations in processing characteristics at the periphery of the substrate;
A ring cooling means for preventing the characteristic correction ring from accumulating heat from the plasma and increasing the temperature over time;
Contact improvement means for improving thermal contact with the holder body of the characteristic correction ring,
The contact improvement means is constituted by both an electrostatic adsorption mechanism that electrostatically attracts the characteristic correction ring to the holder body or a mechanical clamp mechanism that mechanically presses the electrostatic correction mechanism and the characteristic correction ring against the holder body. And
The electrostatic adsorption mechanism has a configuration in which an adsorption electrode for electrostatically adsorbing the characteristic correction ring to the holder body is provided separately from the adsorption electrode for electrostatically adsorbing the substrate to the substrate holding surface.

以下に説明する通り、本願発明によれば、特性補正用リングがリング冷却手段によって冷却されて特性補正用リングの蓄熱による経時的な温度上昇が抑制され、特性補正用リングの温度とプロセス温度が一致するので、均一性の高いプラズマ処理を常時行うことが可能となる。 As described below, according to the present invention, the characteristic correction ring is cooled by the ring cooling means, and the temperature rise over time due to heat storage of the characteristic correction ring is suppressed, and the temperature of the characteristic correction ring and the process temperature are reduced. Since they coincide, it becomes possible to always perform plasma processing with high uniformity.

次に、本願発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）について説明する。まず、図１は、本願発明の実施形態の方法が適用される基板ホルダーの第一の例の構成を説明する正面断面概略図である。図１に示す基板ホルダーは、図４に示すものと同様に、基板保持面２０に基板１０を保持するホルダー本体１と、基板保持面２０を通して基板１０の温度制御を行うためにホルダー本体１に設けられた基板温度調節機構５と、基板１０の周辺部での処理特性のばらつきを補正するために基板１０の周囲を取り囲むように配置された特性補正用リング９とから主に構成されている。尚、ホルダー本体１を構成する基板保持板２、主ブロック３及び接触シート材４の機械的な構成は、従来のものとほぼ同様である。 Next, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described. First, FIG. 1 is a schematic front cross-sectional view illustrating a configuration of a first example of a substrate holder to which a method according to an embodiment of the present invention is applied. The substrate holder shown in FIG. 1 has a holder main body 1 that holds the substrate 10 on the substrate holding surface 20 and a holder main body 1 that controls the temperature of the substrate 10 through the substrate holding surface 20 in the same manner as that shown in FIG. The substrate temperature adjustment mechanism 5 provided and a characteristic correction ring 9 disposed so as to surround the periphery of the substrate 10 in order to correct variations in processing characteristics in the peripheral portion of the substrate 10 are mainly configured. . The mechanical structure of the substrate holding plate 2, the main block 3, and the contact sheet material 4 constituting the holder body 1 is substantially the same as that of the conventional one.

この第１の例の基板ホルダーの大きな特徴点は、特性補正用リング９がプラズマからの熱を蓄えて経時的に温度上昇するのを防止するリング冷却手段を設けている点である。この第１の例の基板ホルダーでは、リング冷却手段は、基板温度調節機構５によって兼用されている。即ち、基板温度調節機構５は、基板１０を冷却して所定の温度に調節するものになっている。プラズマによる処理を行う場合、プラズマからのかなり熱が与えられ、冷却を行わないと、処理中に維持すべき温度（以下、プロセス温度）以上に基板１０が加熱されてしまう場合がある。このような場合、基板１０をある程度冷却して、プラズマからの熱の一部を除去して基板１０をプロセス温度に維持する。例えば、プラズマエッチングでは、冷却を行わない場合、基板１０の温度は２００〜３００℃程度に達するが、温媒の温度を１０℃程度に設定して冷却を行い、１００℃程度のプロセス温度に基板１０を維持するようにする。 A major feature of the substrate holder of the first example is that a ring cooling means is provided for preventing the characteristic correction ring 9 from accumulating heat from plasma and increasing its temperature over time. In the substrate holder of the first example, the ring cooling means is also used by the substrate temperature adjusting mechanism 5. That is, the substrate temperature adjusting mechanism 5 is configured to cool the substrate 10 and adjust it to a predetermined temperature. When processing by plasma is performed, considerable heat from the plasma is applied, and if cooling is not performed, the substrate 10 may be heated to a temperature that should be maintained during the processing (hereinafter referred to as process temperature). In such cases, the substrate 10 is cooled to some extent to remove some of the heat from the plasma and maintain the substrate 10 at the process temperature. For example, in plasma etching, when cooling is not performed, the temperature of the substrate 10 reaches approximately 200 to 300 ° C., but the substrate is cooled to a process temperature of approximately 100 ° C. by setting the temperature of the heating medium to approximately 10 ° C. 10 is maintained.

基板温度調節機構５による特性補正用リング９の冷却を可能にするため、この例の基板ホルダーは、ホルダー本体１に特性補正用リング９を熱伝導性良く接触させる接触性向上手段が採用されている。接触性向上手段は、この例では、静電吸着機構６を備えており、特性補正用リング９をホルダー本体１に静電吸着させて接触性を向上させている。具体的には、基板保持板２のうちの鍔部２１内には、リング用吸着電極９１が埋設されている。リング用吸着電極９１は、吸着電極６１と同様に導体９２によって接触シート材４に導通されている。この結果、リング用吸着電極９１についても、吸着電極６１と同様の電圧が印加されるようになっている。 In order to enable cooling of the characteristic correction ring 9 by the substrate temperature adjusting mechanism 5, the substrate holder of this example employs contact improvement means for bringing the characteristic correction ring 9 into contact with the holder body 1 with good thermal conductivity. Yes. In this example, the contact improvement means includes an electrostatic adsorption mechanism 6, and the characteristic correction ring 9 is electrostatically adsorbed to the holder body 1 to improve the contact. Specifically, a ring adsorption electrode 91 is embedded in the flange portion 21 of the substrate holding plate 2. Similarly to the suction electrode 61, the ring suction electrode 91 is electrically connected to the contact sheet material 4 by the conductor 92. As a result, the same voltage as that of the adsorption electrode 61 is applied to the ring adsorption electrode 91.

図１に示すように、鍔部２１の上には特性補正用リング９の凸部が載っており、この凸部の部分が鍔部２１に静電吸着されることになる。即ち、高周波電源６３とプラズマとの相互作用によるセルフバイアス電圧と直流電源６４による電圧とによって鍔部２１の誘電体が誘電分極し、クーロン力やジョンソンラーベク力によって特性補正用リング９が鍔部２１に吸着される。この結果、基板保持板２と特性補正用リング９との接触性が向上し、基板温度調節機構５が基板保持板２を介して特性補正用リング９を効率良く冷却できることになる。このため、特性補正用リング９が経時的に蓄熱して温度上昇するのが防止され、処理を多く繰り返した際に見られる基板１０の周辺部の処理特性のばらつきが未然に防止される。 As shown in FIG. 1, a convex portion of the characteristic correction ring 9 is placed on the flange portion 21, and this convex portion portion is electrostatically attracted to the flange portion 21. That is, the dielectric of the collar 21 is dielectrically polarized by the self-bias voltage generated by the interaction between the high-frequency power supply 63 and the plasma and the voltage by the DC power supply 64, and the characteristic correction ring 9 is caused by the Coulomb force or the Johnson rabe force. 21 is adsorbed. As a result, the contact between the substrate holding plate 2 and the characteristic correction ring 9 is improved, and the substrate temperature adjusting mechanism 5 can efficiently cool the characteristic correction ring 9 via the substrate holding plate 2. For this reason, it is prevented that the characteristic correction ring 9 accumulates heat over time and the temperature rises, and the variation in the processing characteristics of the peripheral portion of the substrate 10 that is observed when the processing is repeated many times is prevented.

具体的な冷却条件について説明すると、基板ホルダーの上方に供給されるプラズマＰの密度が１０^１０〜１０^１１個／ｃｍ^３で、プロセス温度が１００℃である場合、温媒の温度は＋１０℃程度に設定され、毎分２４０カロリー程度の熱量をホルダー本体１から奪うよう構成される。そして、高周波電源６３が与える高周波の周波数が１．６ＭＨｚで出力が１４００Ｗであり、直流電源６４が与える電圧が−１４００Ｖの条件にしておくと、特性補正用リング９は基板保持板２に充分静電吸着されて１００℃程度に冷却され、プロセス温度に充分一致した温度が処理中に維持される。 Explaining specific cooling conditions, when the density of the plasma P supplied above the substrate holder is 10 ¹⁰ to 10 ¹¹ pieces / cm ³ and the process temperature is 100 ° C., the temperature of the heating medium is about + 10 ° C. It is configured to deprive the holder body 1 of heat of about 240 calories per minute. When the high frequency supplied by the high frequency power supply 63 is 1.6 MHz, the output is 1400 W, and the voltage supplied by the DC power supply 64 is −1400 V, the characteristic correcting ring 9 is sufficiently static on the substrate holding plate 2. It is electroadsorbed and cooled to about 100 ° C., and a temperature that sufficiently matches the process temperature is maintained during processing.

次に、本願発明の実施形態の方法が適用される第２の例の基板ホルダーについて説明する。図２は、第２の例の基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。この第２の例でも、リング冷却手段は、基板温度調節機構５が兼用されている。第１の例の基板ホルダーと異なるのは、接触性向上手段が、静電吸着機構６とメカクランプ機構とによって構成されている点である。
静電吸着機構６は、上述の第１の例のものと同様である。そして、メカクランプ機構は、特性補正用リング９を機械的にホルダー本体１に押しつけるものである。具体的には、メカクランプ機構９３は、特性補正用リング９の上側に設けられるクランパ９３１と、クランパ９３１を駆動してクランパ９３１が特性補正用リング９を押さえつけるようにする駆動系９３２とから構成されている。 Next, a second example of the substrate holder to which the method of the embodiment of the present invention is applied will be described. FIG. 2 is a schematic front sectional view illustrating the configuration of the substrate holder of the second example. Also in the second example, the substrate cooling mechanism 5 is also used as the ring cooling means. The difference from the substrate holder of the first example is that the contact improvement means is composed of an electrostatic adsorption mechanism 6 and a mechanical clamp mechanism.
The electrostatic adsorption mechanism 6 is the same as that in the first example described above. The mechanical clamp mechanism mechanically presses the characteristic correction ring 9 against the holder body 1. Specifically, the mechanical clamp mechanism 93 includes a clamper 931 provided above the characteristic correction ring 9 and a drive system 932 that drives the clamper 931 so that the clamper 931 presses the characteristic correction ring 9. Has been.

クランパ９３１は、特性補正用リング９より若干大きな径のリング状である。クランパ９３１の断面形状は、図２に示すように、垂直部と垂直部の上端から内側に延びる水平部とから構成されている。そして、水平部が特性補正用リング９の上に載って特性補正用リング９を押しつけるよう構成されている。駆動系９３２は、詳細な構成の図示は省略するが、クランパ９３１が特性補正用リング９に押しつける向きに弾性力を作用させるようクランパ９３１に取付けられたバネ部材と、バネ部材の弾性力に抗してクランパ９３１を持ち上げることが可能なエアシリンダのような直線運動源とから主に構成される。 The clamper 931 is a ring shape having a slightly larger diameter than the characteristic correction ring 9. As shown in FIG. 2, the cross-sectional shape of the clamper 931 includes a vertical portion and a horizontal portion extending inward from the upper end of the vertical portion. The horizontal portion is placed on the characteristic correction ring 9 so as to press the characteristic correction ring 9. Although the detailed illustration of the drive system 932 is omitted, a spring member attached to the clamper 931 so as to apply an elastic force in a direction in which the clamper 931 presses against the characteristic correction ring 9, and an elastic force of the spring member are resisted. Thus, the clamper 931 is mainly composed of a linear motion source such as an air cylinder capable of lifting the clamper 931.

クランパ９３１は、駆動系９３２のバネ部材によって常時特性補正用リング９に押しつけられている。前述したように、特性補正用リング９はメンテナンスの際に交換する必要があり、この際には、駆動系９３２はクランパ９３１を持ち上げ、特性補正用リング９を開放して交換を可能にする。このようなメカクランプ機構９３は、例えば５ｋｇ／ｃｍ^２程度の圧力で特性補正用リング９をホルダー本体１に押しつける。これによって、静電吸着機構６による吸着と併せて特性補正用リング９のホルダー本体１への接触性が向上し、リング冷却手段による冷却の効果がより高く得られる。 The clamper 931 is always pressed against the characteristic correction ring 9 by the spring member of the drive system 932. As described above, the characteristic correction ring 9 needs to be replaced at the time of maintenance. At this time, the drive system 932 lifts the clamper 931 and opens the characteristic correction ring 9 to enable replacement. Such a mechanical clamp mechanism 93 presses the characteristic correction ring 9 against the holder body 1 with a pressure of, for example, about 5 kg / cm ² . This improves the contact property of the characteristic correction ring 9 to the holder body 1 together with the adsorption by the electrostatic adsorption mechanism 6, and the effect of cooling by the ring cooling means can be further enhanced.

次に、本願発明の実施形態の方法が適用される第３の例の基板ホルダーについて説明する。図３は、第３の例の基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。この第３の例でも、リング冷却手段は、基板温度調節機構５が兼用されている。第１の例や第２の例の基板ホルダーと異なるのは、接触性向上手段が、静電吸着機構６及びメカクランプ機構９３に加えてガス供給機構によって構成されている点である。 Next, a third example of the substrate holder to which the method of the embodiment of the present invention is applied will be described. FIG. 3 is a schematic front sectional view illustrating the configuration of the substrate holder of the third example. Also in the third example, the substrate temperature adjusting mechanism 5 is also used as the ring cooling means. The difference from the substrate holders of the first and second examples is that the contact improvement means is constituted by a gas supply mechanism in addition to the electrostatic adsorption mechanism 6 and the mechanical clamp mechanism 93.

まず、静電吸着機構６は第１の例におけるものと同様であり、メカクランプ機構９３は第２の例におけるものと同様である。そして、ガス供給機構は、基板１０と基板保持面２０との間にガスを供給するガス供給機構７が兼用されている。即ち、図３に示すように、この例では、ガス供給路７１はホルダー本体１の中心を上下に延びて先端が基板保持面２０の開口に達するとともに、主ブロック３内で水平方向に分岐し、基板保持板２の鍔部２１の下方で上方に折れ曲がって鍔部２１を貫通して形成されている。このため、鍔部２１とその上の特性補正用リング９との間にもガスが供給され、ガスを介した熱伝導により特性補正用リング９と基板保持板２との熱交換の効率が向上するようになっている。この結果、基板温度調節機構５による特性補正用リング９の冷却の効率がさらに向上し、特性補正用リング９の経時的な温度上昇の抑制による処理特性の改善の効果がより高く得られる。 First, the electrostatic adsorption mechanism 6 is the same as that in the first example, and the mechanical clamp mechanism 93 is the same as that in the second example. The gas supply mechanism 7 also serves as the gas supply mechanism 7 that supplies gas between the substrate 10 and the substrate holding surface 20. That is, as shown in FIG. 3, in this example, the gas supply path 71 extends vertically from the center of the holder body 1, the tip reaches the opening of the substrate holding surface 20, and branches horizontally in the main block 3. The substrate holding plate 2 is formed so as to be bent upward below the flange 21 and penetrate the flange 21. For this reason, gas is also supplied between the flange portion 21 and the characteristic correction ring 9 thereabove, and the efficiency of heat exchange between the characteristic correction ring 9 and the substrate holding plate 2 is improved by heat conduction through the gas. It is supposed to be. As a result, the cooling efficiency of the characteristic correction ring 9 by the substrate temperature adjusting mechanism 5 is further improved, and the effect of improving the processing characteristics by suppressing the temperature rise of the characteristic correction ring 9 over time can be further enhanced.

尚、ガス供給機構７が供給するガスは同様にヘリウム等の熱伝導性の高いガスであるが、このガスを所定圧力に上げておくと、ガスとの熱交換による冷却効果も得られ好適である。例えば、プラズマ密度が１０^１０〜１０^１１個／ｃｍ^３程度で、プロセス温度が１００℃程度である場合、ヘリウムガスの圧力を３０Ｔｏｒｒ程度に維持する。特性補正用リング９の温度は１００℃程度に抑えられ、蓄熱による経時的な温度上昇は見られない。 The gas supplied by the gas supply mechanism 7 is also a gas having high thermal conductivity such as helium. However, if this gas is raised to a predetermined pressure, a cooling effect due to heat exchange with the gas can be obtained, which is preferable. is there. For example, when the plasma density is about 10 ¹⁰ to 10 ¹¹ atoms / cm ³ and the process temperature is about 100 ° C., the pressure of the helium gas is maintained at about 30 Torr. The temperature of the characteristic correction ring 9 is suppressed to about 100 ° C., and no temperature rise with time due to heat storage is observed.

上述した各例の基板ホルダーにおいて、接触性向上手段の構成は、メカクランプ機構９３のみでも良いし、静電吸着機構６とガス供給機構７の組み合わせ、メカプランプ機構９３とガス供給機構７の組み合わせでもよい。 In the substrate holder of each example described above, the structure of the contact improvement means may be only the mechanical clamp mechanism 93, the combination of the electrostatic adsorption mechanism 6 and the gas supply mechanism 7, or the combination of the mechanical plump mechanism 93 and the gas supply mechanism 7. Good.

尚、特性補正用リング９を冷却するリング冷却手段が基板温度調節機構５によって兼用される構成は、コスト的に安価にでき、ホルダー本体１内の構造も簡略化できるメリットがある。また、接触性向上手段についても同様であり、基板保持面２０に対する基板１０の接触性を向上させる手段と、ホルダー本体１に対する特性補正用リング９の接触性を向上させる手段とが兼用されている構成は、コストを安価にし、ホルダー本体１内の構造を簡略化させる。 The configuration in which the ring cooling means for cooling the characteristic correction ring 9 is also used by the substrate temperature adjusting mechanism 5 has the advantage that the cost can be reduced and the structure inside the holder body 1 can be simplified. The same applies to the contact improvement means, and the means for improving the contact of the substrate 10 to the substrate holding surface 20 and the means for improving the contact of the characteristic correction ring 9 to the holder body 1 are combined. The configuration reduces the cost and simplifies the structure inside the holder body 1.

また、各例では、基板１０を基板保持板２の上に載置して水平な姿勢で基板１０を保持するものであったが、基板ホルダー全体を横向きにし、基板保持板２を垂直な姿勢で保持するようにしても良い。または、基板ホルダー全体の逆さまにして、基板１０の被処理面が下向きになるようにして保持する場合もあり得る。 In each example, the substrate 10 is placed on the substrate holding plate 2 and the substrate 10 is held in a horizontal posture. However, the entire substrate holder is turned sideways and the substrate holding plate 2 is held in a vertical posture. You may make it hold with. Alternatively, the entire substrate holder may be held upside down so that the surface to be processed of the substrate 10 faces downward.

上述した各例の基板ホルダーは、前記ヘリコン波プラズマを利用するプラズマ処理装置のみならず、他の各種のプラズマ処理装置に利用することができる。例えば、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ処理装置や放電空間の容量で高周波回路を結合した高周波プラズマ処理装置、さらには二極直流放電によってプラズマを形成するプラズマ処理装置等の各種プラズマ処理装置に使用できる。 The substrate holder of each example described above can be used not only for the plasma processing apparatus using the helicon wave plasma but also for various other plasma processing apparatuses. For example, it can be used in various plasma processing apparatuses such as an ECR (electron cyclotron resonance) plasma processing apparatus, a high-frequency plasma processing apparatus in which a high-frequency circuit is coupled with the capacity of a discharge space, and a plasma processing apparatus that forms plasma by bipolar DC discharge. .

本願発明の実施形態の方法が適用される第１の例の基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。It is a front section schematic diagram explaining composition of a substrate holder of the 1st example to which a method of an embodiment of the invention of this application is applied. 第２の例の基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。It is a front section schematic diagram explaining the composition of the substrate holder of the 2nd example. 第３の例の基板ホルダーの構成を説明する正面断面概略図である。It is a front sectional schematic diagram explaining the composition of the substrate holder of the 3rd example. 参考例のプラズマ処理装置用基板ホルダーの構造を説明する正面断面概略図である。It is a front sectional schematic diagram explaining the structure of the substrate holder for plasma processing apparatuses of a reference example. 図４に示す基板ホルダーを搭載したプラズマ処理装置の概略構成を説明する正面図である。It is a front view explaining schematic structure of the plasma processing apparatus carrying the substrate holder shown in FIG.

Explanation of symbols

１ホルダー本体
１０基板
２基板保持板
２０基板保持面
３主ブロック
４接触シート材
５基板温度調節機構
５１温媒用空洞
５２温媒供給路
５３温媒排出路
５４温媒供給管
５５温媒排出管
５６サーキュレーター
６静電吸着機構
６１吸着電極
６２導体
６３高周波電源
６４直流電源
７ガス供給機構
７１ガス供給路
７２ガス供給管
７３ガスボンベ
９特性補正用リング
９１リング用吸着電極
９３メカクランプ機構
９３１クランパ
９３２駆動系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Holder body 10 Substrate 2 Substrate holding plate 20 Substrate holding surface 3 Main block 4 Contact sheet material 5 Substrate temperature adjusting mechanism 51 Warm medium cavity 52 Warm medium supply path 53 Warm medium discharge path 54 Heat medium supply pipe 55 Heat medium discharge pipe 56 Circulator 6 Electrostatic Suction Mechanism 61 Suction Electrode 62 Conductor 63 High Frequency Power Supply 64 DC Power Supply 7 Gas Supply Mechanism 71 Gas Supply Path 72 Gas Supply Pipe 73 Gas Cylinder 9 Characteristic Correction Ring 91 Ring Suction Electrode 93 Mechanical Clamp Mechanism 931 Clamper 932 Drive system

Claims

A substrate holder for a plasma processing apparatus for holding a substrate at a position to be processed by plasma in a processing chamber of the plasma processing apparatus, and performing heat exchange through the substrate holding surface with a holder body whose surface is a substrate holding surface A substrate temperature adjusting mechanism that maintains the substrate at a predetermined temperature, and a ring for surrounding the periphery of the held substrate, and a characteristic correction ring that corrects variations in processing characteristics at the periphery of the substrate In the substrate holder for plasma processing equipment,
The characteristic correction ring accumulates heat from the plasma and rises over time by cooling the characteristic correction ring by the ring cooling means provided in the holder body,
The characteristic correction ring is electrostatically attracted to the holder main body by the electrostatic adsorption mechanism , or electrostatically adsorbed by the electrostatic adsorption mechanism and the mechanical clamp mechanism and mechanically pressed. Improve contact,
By cooling the characteristic correction ring with improved thermal contact property, the temperature of the characteristic correction ring during processing is matched with the process temperature, which is the temperature of the substrate to be maintained during processing ,
In the holder body, there is a ring suction electrode for electrostatically attracting the characteristic correction ring in addition to the suction electrode for electrostatically attracting the substrate to the holder body. A temperature control method for a characteristic correction ring in a substrate holder for a plasma processing apparatus, wherein the correction ring is electrostatically attracted to a holder body.

2. The characteristic correction in the substrate holder for a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a heat exchange gas is supplied between the characteristic correction ring and the holder body to improve the heat exchange efficiency of the two. Ring temperature control method.

By applying a voltage to the ring suction electrode using a power source that applies a suction voltage to a suction power source for electrostatically attracting the substrate to the holder body, the characteristic correction ring is statically attached to the holder body. 3. The temperature control method for a characteristic correction ring in a substrate holder for a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the temperature correction is performed while performing electroadsorption.

The method is performed while cooling the characteristic correction ring by supplying a temperature control medium into a cavity formed in the holder body,
The cavity includes a position immediately below the substrate to be held and a position directly below the characteristic correction ring;
4. The characteristic correction in the substrate holder for a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate is cooled by a supplied temperature control medium and the temperature of the substrate is adjusted to a predetermined temperature. Ring temperature control method.

It is a method performed while supplying a heat exchange gas between the substrate holding surface of the holder body and the substrate,
A gas supply path for heat exchange gas is provided in the holder body, and the gas supply path reaches between the characteristic correction ring and the holder body, and the substrate and the substrate holder. Branching between the surface and the surface, and supplying the heat exchange gas through the gas supply path improves the heat exchange efficiency between the characteristic correction ring and the holder body, and The temperature control method for a characteristic correction ring in a substrate holder for a plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the temperature exchange is performed while improving the heat exchange efficiency between the substrate and the substrate holding surface.

A substrate holder for a plasma processing apparatus used in the method according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate holder for the plasma processing apparatus holds a substrate at a position to be processed by plasma in a processing chamber,
A holder body whose surface is a substrate holding surface;
A substrate temperature adjusting mechanism for exchanging heat through the substrate holding surface and maintaining the substrate at a predetermined temperature;
A ring-shaped member that surrounds the periphery of the held substrate, and a characteristic correction ring that corrects variations in processing characteristics at the periphery of the substrate;
A ring cooling means for preventing the characteristic correction ring from accumulating heat from the plasma and increasing the temperature over time;
Contact improvement means for improving thermal contact with the holder body of the characteristic correction ring,
The contact improvement means includes an electrostatic adsorption mechanism that electrostatically attracts the characteristic correction ring to the holder body, or both of the electrostatic adsorption mechanism and a mechanical clamp mechanism that mechanically presses the characteristic correction ring against the holder body. And
The electrostatic attraction mechanism includes a suction electrode for electrostatically attracting the characteristic correction ring to the holder body separately from the attraction electrode for electrostatically attracting the substrate to the substrate holding surface. Substrate holder for processing equipment.