TW201523786A - 溫度控制機構、溫度控制方法及基板處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明旨在提供一種溫度控制機構、溫度控制方法及基板處理裝置，可局部性地調整靜電吸盤之溫度。 其中，提供一種溫度控制機構，包含：複數組加熱器及閘流體，分別對應將載置基板之靜電吸盤細分化而成之複數之區域，至少逐一設置一組；1個電源，自該複數組閘流體對加熱器供給電流；及至少一組濾波器，設於自該1個電源對該複數之加熱器供給電力之電源線，去除由該電源施加之高頻電力。

Description

溫度控制機構、溫度控制方法及基板處理裝置
本發明，係關於一種溫度控制機構、溫度控制方法及基板處理裝置。
蝕刻等基板處理中，藉由控制載置基板之靜電吸盤（ESC：Electrostatic Chuck）之溫度，可控制蝕刻速率等。近年來，有人提倡加熱器內建型靜電吸盤，於靜電吸盤內組裝加熱器，以該加熱器加熱靜電吸盤，藉此，提高溫度控制之回應性。例如，專利文獻1～4中揭示一機構，於靜電吸盤之複數之區域分別逐一內建加熱器，以各加熱器獨立控制各區域之溫度。複數之電源以一對一方式連接複數之加熱器，自各電源對各加熱器分別供給電流。【先前技術文獻】【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2013－508968號公報【專利文獻2】日本特開2009－173969號公報【專利文獻3】日本特開2013－513967號公報【專利文獻4】日本特開2006－49844號公報
【發明所欲解決之課題】
然而，將靜電吸盤分割為例如同心圓狀之區域後，有時於1個區域內會局部性地產生高溫或低溫之部分，難以於該區域內均一地控制溫度。且有時欲局部性地調整溫度之際會無法因應。若針對此，將靜電吸盤分割為多數之區域，局部性地調整溫度，且為獨立控制各區域之溫度，於每一區域設置加熱器或電源，就電源之設置處增大或成本增加之面而言，不具現實性。
針對上述課題，本發明之一面向中，其目的在於提供一種溫度控制機構、溫度控制方法及基板處理裝置，可局部性地調整靜電吸盤之溫度。【解決課題之手段】
為解決上述課題，依一態樣，可提供一種溫度控制機構，包含：複數組加熱器及閘流體，分別對應將載置基板之靜電吸盤細分化而成之複數之區域，至少逐一設置一組；1個電源，自該複數組閘流體對加熱器供給電流；及至少一組濾波器，設於自該1個電源對該複數之加熱器供給電力之電源線，去除由該電源施加之高頻電力。
且為解決上述課題，依另一態樣，可提供一種溫度控制方法，使用一溫度控制機構，該溫度控制機構包含：複數組加熱器及閘流體，分別對應將載置基板之靜電吸盤細分化而成之複數之區域，至少逐一設置一組；1個電源，自該複數組閘流體對加熱器供給電流；及至少一組濾波器，設於自該1個電源對該複數之加熱器供給電力之電源線，去除由該電源施加之高頻電力；該溫度控制方法之特徵在於：根據輸入該複數之閘流體之複數之信號，控制分流至與該複數之閘流體為一組之複數之加熱器之電流。
且為解決上述課題，依另一態樣，可提供一種基板處理裝置，包含：複數組加熱器及閘流體，分別對應將載置基板之靜電吸盤細分化而成之複數之區域，至少逐一設置一組；1個電源，自該複數組閘流體對加熱器供給電流；及至少一組濾波器，設於自該1個電源對該複數之加熱器供給電力之電源線，去除由該電源施加之高頻電力。【發明之效果】
依一態樣，可局部性地調整靜電吸盤之溫度。
以下，參照圖式說明關於用來實施本發明之形態。又，關於本說明書及圖式中，實質上同一之構成，賦予同一之符號，藉此省略重複之說明。
［電漿處理裝置之整體構成］首先，參照圖1同時說明關於依本發明之一實施形態之電漿處理裝置1之整體構成。圖1，係依一實施形態之電漿處理裝置1之整體構成圖。電漿處理裝置1，係下部2頻波之電容耦合型電漿蝕刻裝置，具有例如表面經氧皮鋁處理（陽極氧化處理）之鋁所構成之圓筒形真空腔室（處理容器）10。腔室10，接地。
腔室10內，設置載置作為基板之一例之半導體晶圓W(以下，稱呼為晶圓W)之載置台12。載置台12，由例如鋁Al或鈦Ti、碳化矽SiC等材質構成，隔著絕緣性之筒狀固持部14，由自腔室10之底朝垂直上方延伸之筒狀支持部16支持。於載置台12之上表面，靜電吸盤40之周緣部，為提高蝕刻之面內均一性，配置例如由矽構成之聚焦環18。
於腔室10之側壁與筒狀支持部16之間形成排氣路20。於排氣路20安裝環狀之擋板22。於排氣路20之底部設置排氣口24，經由排氣管26連接排氣裝置28。排氣裝置28具有未圖示之真空泵，將腔室10內之處理空間減壓至既定之真空度。於腔室10之側壁，安裝使晶圓W之送入送出口開合之搬運用閘閥30。
載置台12，隔著匹配器33及匹配器34電性連接離子導入用第1高頻電源31及電漿產生用第2高頻電源32。第1高頻電源31，將適於對載置台12上之晶圓W導入電漿之離子之較低的頻率，例如0.8MHz之第1高頻電力，對載置台12施加之。第2高頻電源32，將適於在腔室10內產生電漿之頻率，例如60MHz之第2高頻電力，對載置台12施加之。如此載置台12亦用作為下部電極。於腔室10之頂棚部，作為接地電位之上部電極設置後述之噴淋頭38。藉此，於載置台12與噴淋頭38之間，以電容方式施加來自第2高頻電源32之高頻電力。
於載置台12之上表面，設置用來以靜電吸附力固持晶圓W之靜電吸盤40。靜電吸盤40中，導電膜所構成之電極40a包夾於一對絕緣層40b或絕緣片之間，電極40a隔著開關43電性連接直流電壓源42。靜電吸盤40，藉由來自直流電壓源42之電壓，以庫倫力在靜電吸盤上吸附固持晶圓W。
傳熱氣體供給源52，通過氣體供給線54，對靜電吸盤40之上表面與晶圓W之背面之間供給He氣體等傳熱氣體。
頂棚部之噴淋頭38，包含：電極板56，具有多數之氣體通氣孔56a；及電極支持體58，以可裝卸之方式支持此電極板56。氣體供給源62，經由氣體供給配管64，自氣體導入口60a對噴淋頭38內供給氣體，將其自多數之氣體通氣孔56a導入腔室10內。
於腔室10之周圍，配置呈環狀或同心圓狀延伸之磁石66，以磁力控制於腔室10內之電漿產生空間產生之電漿。
於載置台12之內部設置冷媒管70。自急冷器單元71經由配管72、73對此冷媒管70循環供給既定溫度之冷媒。且於靜電吸盤40埋入複數之加熱器75。加熱器75，在將靜電吸盤40分割為複數之區域（zone）時之每一區域至少設置一個。且多數之加熱器75，亦可不埋入靜電吸盤40內，代之以貼附於靜電吸盤40之背面。自交流電源44對加熱器75施加所希望之交流電壓。依該構成，可藉由以急冷器單元71冷卻與以加熱器75加熱調整晶圓W至所希望之溫度。且根據來自控制部80之指令，控制此等者之溫度。
控制部80，控制安裝於電漿處理裝置1之各部，例如排氣裝置28、交流電源44、直流電壓源42、靜電吸盤用開關43、第1及第2高頻電源31、32、匹配器33、34、傳熱氣體供給源52、氣體供給源62及急冷器單元71。且控制部80，取得以裝設於靜電吸盤40之背面之例如熱電偶等之溫度測定部77偵測之溫度。又，控制部80，亦連接未圖示之電腦主機。
控制部80，包含未圖示之CPU（Central Processing Unit），與ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）、HDD（Hard Disk Drive）等記憶區域。CPU，按照設定處理之順序或處理之條件之各種配方實行電漿處理。儲存配方之記憶區域，可使用例如半導體記憶體、磁碟、或光碟等作為RAM、ROM實現。配方，可儲存於記憶媒體而提供，透過未圖示之裝置讀入記憶區域，且亦可自未圖示之網路下載，儲存於記憶區域。且為實現上述各部之功能，亦可不使用CPU，代之以DSP（Digital Signal Processor）。又，控制部80之功能，可藉由使用軟體動作而實現，亦可藉由使用硬體動作而實現。
該構成之電漿處理裝置1中，為進行蝕刻，藉由以急冷器單元71冷卻與以加熱器75加熱調整晶圓W至所希望之溫度。根據來自控制部80之指令，控制此等者之溫度。
使閘閥30開口，將固持在搬運臂上之晶圓W送入腔室10內。晶圓W，由未圖示之推送銷固持，推送銷下降，藉此將其載置在靜電吸盤40上。送入晶圓W後，閘閥30關閉，自氣體供給源62以既定之流量及流量比將蝕刻氣體導入腔室10內，以排氣裝置28將腔室10內之壓力減壓至設定值。且自第1高頻電源31及第2高頻電源32將既定之功率之高頻電力對載置台12供給。且自直流電壓源42對靜電吸盤40之電極40a施加電壓，將晶圓W固定在靜電吸盤40上，自傳熱氣體供給源52對靜電吸盤40之上表面與晶圓W之背面之間供給氣體。將自噴淋頭38呈噴淋狀導入之蝕刻氣體，以來自第2高頻電源32之高頻電力電漿化，藉此，於上部電極（噴淋頭38）與下部電極（載置台12）之間之電漿產生空間產生電漿，以電漿中之自由基或離子蝕刻晶圓W之主面。且可藉由來自第1高頻電源31之高頻電力，朝晶圓W導入離子。
電漿蝕刻結束後，以推送銷推高並固持晶圓W，閘閥30開口，將搬運臂送入腔室10內後，推送銷下降，固持晶圓W在搬運臂上。接著，將該搬運臂朝腔室10外送出，以搬運臂將下一晶圓W送入腔室10內。重複此處理，藉此連續處理晶圓W。
以上，說明關於依本實施形態之電漿處理裝置之整體構成。
［靜電吸盤之溫度控制區域］其次，參照圖2同時說明關於靜電吸盤40經細分化之多數之區域（zone）之形狀。圖2，顯示將依一實施形態之靜電吸盤40細分化為多數之區域之例。本實施形態中，靜電吸盤40細分化為多數之區域Z，分別獨立控制各區域Z之溫度。
靜電吸盤40經細分化之多數之區域Z1 ～Zn（以下，亦總稱「區域Z」。），例如，圖2之（a）所示，亦可係64個圓弧狀之區域（Z1 、Z2 、・ ・・Zn：n＝64）。此時，各區域，呈將沿圓周方向呈環狀分割之區域，更細分化為均等之圓弧之形狀。此區域之形狀，適於均等地控制圓盤狀之晶圓之溫度。且此區域之形狀，不具有同心圓狀之區域。同心圓狀之區域中，有時於1個區域內局部性地產生高溫或低溫之部分（特異點），難以在同心圓狀之區域內均一地控制溫度。相對於此，此區域之形狀中，無環狀之區域，於同一區域內難以局部性地產生高溫或低溫之部分。藉此，提升靜電吸盤40之溫度之面內均一性，適於均等地控制晶圓之溫度。
圖2之（b），顯示靜電吸盤40細分化為81個矩形狀之區域（Z1 、Z2 、・ ・・Zn：n＝81）之例。形成在晶圓上之晶片呈矩形。藉此，此區域之形狀，藉由於形成在晶圓上之每一晶片設置矩形狀之區域Z，局部性地調整各區域Z之溫度，故可管理每一晶片之溫度，此點尤佳。
如以上說明，本實施形態中，將靜電吸盤40細分化為獨立而可控制溫度之多數之區域Z。藉此，可局部性地調整靜電吸盤40之面內之溫度。且本實施形態中，將靜電吸盤40分為非同心圓之多數之區域Z，獨立控制各區域Z之溫度。藉此，可實現靜電吸盤40之溫度之面內均一性。惟靜電吸盤40經細分化之多數之區域Z，只要係為同心圓狀以外之形狀，可呈任何形狀。惟為局部性地調整靜電吸盤40之溫度，或以提高靜電吸盤40之面內均一性之方式控制溫度，宜存在必要充分之個數。又，相對於區域Z之面積之加熱器75之電阻值（發熱量），雖宜於複數之區域Z無差異，但嚴密而言無須相同。
［靜電吸盤之溫度控制機構］其次，參照圖3同時說明關於控制靜電吸盤40之溫度之溫度控制機構100。圖3，顯示依一實施形態之溫度控制機構100之一例。溫度控制機構100，包含於基板處理裝置1。
依本實施形態之溫度控制機構100，分別獨立控制靜電吸盤40經細分化之多數之區域Z之溫度。為此，依本實施形態之溫度控制機構100，包含分別對應靜電吸盤40之多數之區域Z，至少各一組之加熱器75及光觸發閘流體76。且依本實施形態之溫度控制機構100，包含1個交流電源44與至少一組濾波器45。例如圖3所示，依本實施形態之溫度控制機構100中，為控制細分化為n個區域Za～Zn之靜電吸盤40之溫度，分別對應區域Za～Zn，設置一組加熱器75a～75n（以下，亦總稱「加熱器75」。）及光觸發閘流體76a～76n（以下，亦總稱「光觸發閘流體76」。）。惟加熱器75及光觸發閘流體76之個數，不限於此，只要於各區域設置至少1組加熱器75及光觸發閘流體76，亦可配置複數組加熱器75及光觸發閘流體76。
且依本實施形態之溫度控制機構100中，加熱器75埋入靜電吸盤40內，光觸發閘流體76埋入載置台12。惟加熱器75亦可不埋入，而係例如貼附於靜電吸盤40之背面等之片狀之加熱器。於靜電吸盤40之內部或背面等設置加熱器75，以該加熱器75調整靜電吸盤40之溫度，藉此可提高溫度控制之回應性。光觸發閘流體76，考慮到對載置台12施加之高頻電力之影響，宜埋入載置台12或靜電吸盤40內。
依本實施形態之溫度控制機構100中，例如圖2所示，可對分別組裝於50以上多數之區域Z之加熱器75供給電流，分別加熱各區域Z，局部性地控制每一區域Z之溫度。該機構中，對分別組裝於多數之區域Z之加熱器75以一對一方式設置電源，就電源之設置處增大或成本增加之面而言不具現實性。
在此，依本實施形態之溫度控制機構100中，相對於複數組加熱器75a～75n及光觸發閘流體76a～76n設置1個交流電源44。光觸發閘流體76，係具有使電流分流之開關功能之電晶體，可對應大電力。光觸發閘流體76，使對應輸入之光信號之自交流電源44輸出之電流分流，對加熱器75供給。光觸發閘流體76，係使對應輸入之信號而自交流電源44輸出之電流分流之閘流體（電晶體）之一例。光信號，宜使用排除高頻電力造成的雜訊，故可抑制誤動作之光觸發閘流體76。
如此，交流電源44，以光觸發閘流體76a～76n使輸出之電流分流，分別對加熱器75a～75n供給所希望之電流。於各區域Z至少埋入一個各加熱器75，藉此，可以所希望之電流造成各加熱器75發熱，獨立控制各區域Z之溫度。
且對複數之加熱器75以一對一方式設置複數之電源後，於某區域Z不需調整溫度之期間，連接組裝於該區域Z之加熱器75之電源即不運轉，無法實現資源之有效利用。
針對此，依本實施形態之溫度控制機構100中，自1個交流電源44輸出之電流，由光觸發閘流體76a～76n分流而對加熱器75a～75n供給。因此，交流電源44，大致會對複數之加熱器75中任一者供給電流，幾乎不產生不運轉之時間。藉此，依本實施形態之溫度控制機構100中，使用1個交流電源44並聯地控制多數之區域Z之溫度，藉此，可提高交流電源44之運轉率，實現資源之有效利用。
自交流電源44對複數之加熱器75供給電力之電源線Ln，連接濾波器45。至少一組濾波器45，由相對於加熱器75輸入側之濾波器45i，與輸出側之濾波器45o構成。
濾波器45，例如以線圈形成，去除由交流電源44施加之高頻電力，藉此，保護交流電源44。本實施形態中，逐一配置交流電源44與濾波器45即可，故可於載置台12之下方產生閒置空間，實現空間之有效利用。
以上，說明關於依本實施形態之溫度控制機構100。最後，參照圖4同時說明關於依本實施形態之溫度控制方法。
［靜電吸盤之溫度控制方法］圖4，係顯示依一實施形態之溫度控制方法之一例之流程圖。將靜電吸盤40分為n個區域Z1 ～Zn時，如以下說明，各區域Z，以由控制部80控制之光信號1～n獨立控制溫度。
開始圖4之溫度控制處理後，首先，於表示溫度控制對象之區域之變數i代入「1」（步驟S10）。其次，控制部80，取得以溫度測定部77偵測之溫度（步驟S11）。溫度測定部77，只要具有偵測各區域之溫度之功能，亦可係任何構成。例如，溫度測定部77，亦可掃描靜電吸盤40之背面，偵測各區域之溫度。例如，溫度測定部77，亦可係設於靜電吸盤50之各區域或既定位置之熱電偶或溫度感測器。
其次，控制部80，根據測定溫度與設定溫度（目標溫度）之差分，判定區域Z1 之溫度調整是否必要（步驟S12）。判定溫度調整不必要時，前進至步驟S14。另一方面，判定溫度調整必要時，控制部80，使輸入光觸發閘流體76a之光信號自斷開成為導通（步驟S13），前進至步驟S14。藉此，可對組裝於區域Z1 之加熱器75a供給既定之電流，藉由加熱器75a之加熱控制區域Z1 為既定之溫度。
其次，控制部80，判定變數i是否大於區域數n（步驟S14）。變數i小於或等於區域數n時，於變數i加上「1」（步驟S15），回到步驟S11，控制部80，實行步驟S11～S14，藉此，控制下一區域Z之溫度。
在此，變數i為1，小於區域數n。藉此，自步驟S14前進至步驟S15，變數i成為「2」。
其次，控制部80，實行步驟S11～S14，藉此，實行區域Z2 之溫度控制處理。如此，控制部80，重複實行步驟SS11～S14，直到變數i大於n，藉此，獨立調整區域Z1 ～Zn之溫度。變數i大於區域數n時，判斷就所有區域Z1 ～Zn已實行溫度調整，結束本溫度控制處理。
以上，說明關於依本實施形態之溫度控制機構100、使用溫度控制機構100之溫度控制方法及具有溫度控制機構100之基板處理裝置1。
依此，靜電吸盤40，細分化為不具有同心圓狀之區域之多數之區域Z。分別獨立控制靜電吸盤40之各區域Z之溫度。藉此，於同一區域內難以局部性地產生高溫或低溫之部分。
且溫度控制機構100中，對應各區域Z，設置至少一組加熱器75及光觸發閘流體76。控制部80，控制輸入各光觸發閘流體76之光信號。藉此，使用自1個交流電源44分流之電流加熱加熱器75，故可分別獨立調整靜電吸盤40之各區域Z之溫度。藉此，可局部性地調整各區域Z之溫度。藉此，可提高靜電吸盤40之溫度之面內均一性。且可於靜電吸盤40之面內產生所希望之溫度分布。
又，上述實施形態中，控制部80，控制光信號之脈衝，藉此，調整對各區域Z之加熱器75供給之電流。然而，輸入光觸發閘流體76之信號之控制方法，不限於此。例如，控制部80，亦可控制輸入光觸發閘流體76之光信號之脈衝，光信號之強度及光信號之頻率中至少任一者。藉此，可控制對各區域Z之加熱器75供給之電流。
且依本實施形態之溫度控制方法中，亦可根據例如，處理緊接在前之基板時偵測之溫度或即時偵測之溫度，控制分別輸入光觸發閘流體76a～76n之光信號。
以上，雖以上述實施形態說明溫度控制機構、溫度控制方法及基板處理裝置，但依本發明之溫度控制機構、溫度控制方法及基板處理裝置，不由上述實施形態限定，在本發明之範圍內可進行各種變形及改良。且可在不矛盾之範圍內組合上述實施形態及變形例。
且依本發明之基板處理裝置，可適用於蝕刻處理裝置、灰化處理裝置或成膜處理裝置等電漿處理裝置。此時，作為於電漿處理裝置產生電漿之機構，除圖1所示之電容耦合型電漿(CCP:Capacitively Coupled Plasma)產生機構外，可使用感應耦合型電漿(ICP:Inductively Coupled Plasma)產生機構、大喇叭波激發型電漿（HWP：Helicon Wave Plasma）產生機構、包含自輻射狀槽孔天線產生之微波電漿或SPA（Slot Plane Antenna）電漿之微波激發表面波電漿產生機構、電子迴旋共振電漿（ECR：Electron Cyclotron Resonance Plasma）產生機構、使用上述產生機構之遠距離電漿產生機構等。
於本發明施行處理之基板，不限於上述實施形態中使用於說明之（半導體）晶圓，亦可係例如，平面顯示器（Flat Panel Display)用大型基板、EL元件或太陽能電池用基板。
1‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧載置台
40‧‧‧靜電吸盤
44‧‧‧交流電源
45、45o、45i‧‧‧濾波器
75、75a、75b…75n‧‧‧加熱器
76、76a、76b…76n‧‧‧光觸發閘流體
80‧‧‧控制部
100‧‧‧溫度控制機構
Z、Za、Zb…Zn‧‧‧靜電吸盤之區域
Ln‧‧‧電源線
【圖1】係依一實施形態之電漿處理裝置之整體構成圖。【圖2】(a)(b)係顯示將依一實施形態之靜電吸盤細分化為多數之區域之例圖。【圖3】係顯示依一實施形態之溫度控制機構之一例圖。【圖4】係顯示依一實施形態之溫度控制方法之一例之流程圖。
12‧‧‧載置台
40‧‧‧靜電吸盤
44‧‧‧交流電源
45o、45i‧‧‧濾波器
75a、75b...75n‧‧‧加熱器
76a、76b...76n‧‧‧光觸發閘流體
80‧‧‧控制部
100‧‧‧溫度控制機構
Za、Zb...Zn‧‧‧靜電吸盤之區域
Ln‧‧‧電源線

Claims (7)

  1. 一種溫度控制機構，包含：複數組加熱器及閘流體，分別對應於將載置基板之靜電吸盤細分化而成之複數之區域，至少逐一區域各設置一組；1個電源，由該複數組閘流體對加熱器供給電流；及至少一組濾波器，設於自該1個電源對該複數之加熱器供給電力之電源線，用以去除由該電源所施加之高頻電力。
  2. 如申請專利範圍第1項之溫度控制機構，其中將該靜電吸盤細分化而成之複數之區域，係形成為同心圓狀以外之形狀。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之溫度控制機構，其中將該靜電吸盤細分化而成之複數之區域，形成為圓弧狀或矩形狀。
  4. 一種溫度控制方法，使用一溫度控制機構，該溫度控制機構包含：複數組加熱器及閘流體，分別對應於將載置基板之靜電吸盤細分化而成之複數之區域，至少逐一區域各設置一組；1個電源，由該複數組閘流體對加熱器供給電流；及至少一組濾波器，設於自該1個電源對該複數之加熱器供給電力之電源線，去除由該電源施加之高頻電力；該溫度控制方法之特徵在於：根據輸入該複數之閘流體的複數之信號，控制分流至與該複數之閘流體為一組的複數之加熱器之電流。
  5. 如申請專利範圍第4項之溫度控制方法，其中控制輸入該複數之閘流體的複數之信號之脈衝、強度及頻率中至少任一者。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之溫度控制方法，其中根據基板處理之際所偵測之溫度或即時偵測之溫度與各區域之設定溫度，控制輸入到該複數之閘流體的複數之信號。
  7. 一種基板處理裝置，包含：複數組加熱器及閘流體，分別對應於將載置基板之靜電吸盤細分化而成之複數之區域，至少逐一區域各設置一組；1個電源，自該複數組閘流體對加熱器供給電流；及至少一組濾波器，設於自該1個電源對該複數之加熱器供給電力之電源線，用以去除由該電源所施加之高頻電力。
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