TWI837396B - 溫度調整裝置 - Google Patents

溫度調整裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI837396B
TWI837396B TW109123704A TW109123704A TWI837396B TW I837396 B TWI837396 B TW I837396B TW 109123704 A TW109123704 A TW 109123704A TW 109123704 A TW109123704 A TW 109123704A TW I837396 B TWI837396 B TW I837396B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
flow path
temperature
substrate
component
heat transfer
Prior art date
Application number
TW109123704A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202119526A (zh
Inventor
莫雲
Original Assignee
日商東京威力科創股份有限公司
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 日商東京威力科創股份有限公司 filed Critical 日商東京威力科創股份有限公司
Publication of TW202119526A publication Critical patent/TW202119526A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI837396B publication Critical patent/TWI837396B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus 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
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/15—Devices for holding work using magnetic or electric force acting directly on the work
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical 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
    • C23C16/46—Chemical 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32522—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus 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
    • H01L21/683—Apparatus 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
    • H01L21/6831—Apparatus 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus 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
    • H01L21/683—Apparatus 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
    • H01L21/687—Apparatus 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
    • H01L21/68714—Apparatus 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
    • H01L21/68785—Apparatus 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00—Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical 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
    • C23C16/458—Chemical 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
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4586—Elements in the interior of the support, e.g. electrodes, heating or cooling devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/002—Cooling arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/20—Means for supporting or positioning the object or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus 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
    • H01L21/683—Apparatus 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
    • H01L21/6831—Apparatus 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
    • H01L21/6833—Details of electrostatic chucks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本發明使第1面之面內之溫度差縮小。 本發明之溫度調整裝置具有第1構件及流路。第1構件形成有作為溫度控制之對象之第1面。流路沿著第1面形成於第1構件之內部，一端作為導入傳熱介質之導入口，另一端作為排出上述傳熱介質之排出口。流路以與第1面之間之熱阻自排出口朝向導入口增加之方式形成。

Description

溫度調整裝置
本發明係關於一種溫度調整裝置。
專利文獻1揭示一種電漿處理裝置，該電漿處理裝置係為了對載置台上所載置之基板進行溫度調整，而使冷媒在設置於載置台之內部之流路中流動，藉此使基板冷卻。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2014-011382號公報
本發明提供一種可使第1面之面內之溫度差縮小之技術。
本發明之一形態之溫度調整裝置具有第1構件及流路。第1構件形成有作為溫度控制之對象之第1面。流路沿著第1面形成於第1構件之內部，一端作為導入傳熱介質之導入口，另一端作為排出上述傳熱介質之排出口。流路以與第1面之間之熱阻自排出口朝向導入口增加之方式形成。
根據本發明，可使第1面之面內之溫度差縮小。
1:處理容器
1a:接地導體
2:載置台
2a:基材
2b:上表面
3:支持構件
3a:內壁構件
4:支持台
5:聚焦環
6:靜電吸盤
6a:電極
6b:絕緣體
6e:載置面
6f:凸部
7:接著層
8:晶圓
9:空間
10a:第1RF電源
10b:第2RF電源
11a:第1匹配器
11b:第2匹配器
12:直流電源
15:處理氣體供給源
15a:氣體供給配管
15b:質量流量控制器
16:簇射頭
16a:本體部
16b:上部頂板
16c:氣體擴散室
16d:氣體流經孔
16e:氣體導入孔
16g:氣體導入口
20:流路
20a:導入口
20b:排出口
21a:冷媒入口配管
21b:冷媒出口配管
71:低通濾波器
72:可變直流電源
73:啟閉開關
81:排氣口
82:排氣管
83:排氣裝置
84:搬入搬出口
85:閘閥
86:積存物遮罩
87:積存物遮罩
89:導電性構件
90:控制部
91:製程控制器
92:使用者介面
93:記憶部
95:絕緣性構件
100:電漿處理裝置
120:流路
120a:導入口
200:管
200a:導入口
201:溫度交界層
220:流路
220a:導入口
220b:排出口
221a:冷媒入口配管
221b:冷媒出口配管
LT:區間
V2:開閉閥
圖1係表示實施形態之電漿處理裝置之構成之一例的概略剖視圖。
圖2係表示實施形態之載置台之主要部分構成之一例的概略剖視圖。
圖3係表示自上方觀察實施形態之載置台之構成之一例的俯視圖。
圖4(A)、(B)係表示實施形態之載置台之流路之構成之一例的概略剖視圖。
圖5(A)、(B)係表示比較例之載置台之流路之構成的概略剖視圖。
圖6係對冷媒於流路中流動時之熱入口區間及發達區域進行說明之圖。
圖7係表示沿著比較例之載置台之流路之溫度變化之一例的圖。
圖8係表示實施形態之模擬結果之一例之圖。
圖9係表示實施形態之模擬結果之另一例之圖。
圖10係對實施形態之載置台之熱阻進行說明之圖。
圖11係表示實施形態之熱傳係數之變化之一例的圖。
圖12係表示實施形態之電漿處理裝置之構成之另一例的概略剖視 圖。
以下，基於圖式，對所揭示之溫度調整裝置之實施形態詳細地進行說明。再者，並非利用本實施形態來限定發明技術。
自先前起，電漿處理裝置藉由使冷媒在設置於載置台之內部之流路中流動而冷卻基板。然而，於電漿處理裝置中，來自電漿之熱通過基板、載置台並傳遞至冷媒，從而因來自電漿之熱，導致於流路內冷媒之溫度發生變化。結果導致於電漿處理裝置中，於載置台內部之流路之入口與出口間，冷媒產生溫度差，而於載置面之面內產生溫度差，從而載置台之上所載置之基板產生溫度差。因此，期待使面內之溫度差縮小。
(實施形態)
[電漿處理裝置之構成]
圖1係表示實施形態之電漿處理裝置100之構成之一例的概略剖視圖。電漿處理裝置100具有氣密地構成且電性地成為接地電位之處理容器1。處理容器1係設為圓筒狀，例如包含鋁等。處理容器1劃分形成產生電漿之處理空間。於處理容器1內，設置有水平地支持作為基板之半導體晶圓(以下簡稱為「晶圓」)8之載置台2。於本實施形態中，載置台2對應於溫度調整裝置。
載置台2包含基材(基座)2a及靜電吸盤(ESC：Electrostatic chuck)6 而構成。基材2a含有導電性之金屬例如鋁等，具有作為下部電極之功能。靜電吸盤6具有用以靜電吸附晶圓8之功能。載置台2由支持台4支持。支持台4例如由含有石英等之支持構件3支持。又，於載置台2上方之外周，例如設置有由單晶矽形成之聚焦環5。進而，於處理容器1內，以包圍載置台2及支持台4之周圍之方式，設置有例如含有石英等之圓筒狀之內壁構件3a。
於基材2a經由第1匹配器11a連接有第1RF(radio frequency，射頻)電源10a。又，於基材2a經由第2匹配器11b連接有第2RF電源10b。第1RF電源10a用於產生電漿。第1RF電源10a將特定頻率之高頻電力供給至載置台2之基材2a。第2RF電源10b用於饋入離子(用於偏壓)。第2RF電源10b將較第1RF電源10a低之特定頻率之高頻電力供給至載置台2之基材2a。如此，載置台2構成為可自第1RF電源10a及第2RF電源10b施加頻率不同之2種高頻電力。另一方面，於載置台2之上方，以與載置台2平行地對向之方式，設置有具有作為上部電極之功能之簇射頭16。簇射頭16與載置台2作為一對電極(上部電極與下部電極)而發揮功能。
靜電吸盤6之上表面形成為平坦之圓盤狀。靜電吸盤6之上表面設為載置晶圓8之載置面6e。靜電吸盤6係使電極6a介置於絕緣體6b之間而構成。於電極6a連接有直流電源12。靜電吸盤6藉由自直流電源12向電極6a施加直流電壓而產生庫侖力，並藉由該庫侖力吸附晶圓8。
於基材2a之內部形成有流路20。於流路20之一端部連接有冷媒入口 配管21a。於流路20之另一端部連接有冷媒出口配管21b。冷媒入口配管21a及冷媒出口配管21b連接於未圖示之冷卻器單元。流路20位於晶圓8之下方以吸收晶圓8之熱之方式發揮功能。電漿處理裝置100構成為：可藉由使冷媒例如冷卻水、或熱傳導液等有機溶劑等自冷卻器單元經由冷媒入口配管21a及冷媒出口配管21b於流路20之中循環，而將載置台2控制為特定溫度。
再者，電漿處理裝置100亦可設為如下構成：向晶圓8之背面側供給傳熱用氣體，而可個別地控制溫度。例如，亦能夠以貫通載置台2等之方式，設置用以向晶圓8之背面供給氦氣等傳熱用氣體(背面氣體)之氣體供給管。氣體供給管連接於未圖示之氣體供給源。藉由該等構成，將藉由靜電吸盤6吸附保持於載置台2之上表面之晶圓8控制為特定溫度。
簇射頭16設置於處理容器1之頂壁部分。簇射頭16具備本體部16a、及形成電極板之上部頂板16b。簇射頭16經由絕緣性構件95支持於處理容器1之上部。本體部16a含有導電性材料、例如表面經陽極氧化處理之鋁，且構成為可將上部頂板16b裝卸自如地支持於下部。
本體部16a於內部設置有氣體擴散室16c。又，本體部16a於氣體擴散室16c之下部形成有多個氣體流經孔16d。上部頂板16b以如下方式設置：氣體導入孔16e以於厚度方向貫通該上部頂板16b之方式與氣體流經孔16d重疊。藉由此種構成，供給至氣體擴散室16c之處理氣體經由氣體流經孔16d及氣體導入孔16e，而呈簇射狀地分散並供給至處理容器1內。
於本體部16a形成有用以將處理氣體導入至氣體擴散室16c之氣體導入口16g。於氣體導入口16g連接有氣體供給配管15a之一端。氣體供給配管15a之另一端連接供給處理氣體之處理氣體供給源(氣體供給部)15。於氣體供給配管15a中，自上游側依序設置有質量流量控制器(MFC)15b、及開閉閥V2。將用以進行電漿蝕刻之處理氣體自處理氣體供給源15經由氣體供給配管15a供給至氣體擴散室16c。將處理氣體自氣體擴散室16c經由氣體流經孔16d及氣體導入孔16e呈簇射狀地分散並供給至處理容器1內。
於簇射頭16經由低通濾波器(LPF)71電性地連接有可變直流電源72。可變直流電源72構成為可藉由啟閉開關73而開啟、關閉供電。可變直流電源72之電流、電壓以及啟閉開關73之開啟、關閉由下述控制部90進行控制。再者，於自第1RF電源10a、第2RF電源10b向載置台2施加高頻，而於處理空間產生電漿時，根據需要藉由控制部90將啟閉開關73開啟，而將特定之直流電壓施加於簇射頭16。
以自處理容器1之側壁延伸至較簇射頭16之高度位置更上方之方式，設置有圓筒狀之接地導體1a。圓筒狀之接地導體1a於上部具有頂壁。
於處理容器1之底部形成有排氣口81。於排氣口81經由排氣管82連接有排氣裝置83。排氣裝置83具有真空泵。排氣裝置83藉由使真空泵作動，將處理容器1內減壓至特定之真空度。另一方面，於處理容器1內之側壁設置有晶圓8之搬入搬出口84。於搬入搬出口84設置有將該搬入搬出口 84開閉之閘閥85。
於處理容器1之側部內側，沿著內壁面設置有積存物遮罩86。積存物遮罩86防止蝕刻副產物(積存物)附著於處理容器1。於積存物遮罩86之與晶圓8大致相同之高度位置，設置有以可控制相對於地面之電位之方式連接之導電性構件(GND塊)89，藉此防止異常放電。又，於積存物遮罩86之下端部設置有沿著內壁構件3a延伸之積存物遮罩87。積存物遮罩86、87設為裝卸自如。
關於上述構成之電漿處理裝置100，藉由控制部90總括地控制其動作。於控制部90中，設置有具備CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)而控制電漿處理裝置100之各部之製程控制器91、使用者介面92、及記憶部93。
使用者介面92包含製程管理者為了管理電漿處理裝置100而進行指令之輸入操作之鍵盤、或將電漿處理裝置100之運轉狀況可視化地顯示之顯示器等。
記憶部93中儲存有配方，該配方中記憶有用以藉由製程控制器91之控制實現由電漿處理裝置100執行之各種處理的控制程式(軟體)或處理條件資料等。繼而，根據需要，藉由來自使用者介面92之指示等將任意配方自記憶部93叫出並使製程控制器91執行該配方，藉此於製程控制器91之控制下，進行電漿處理裝置100中之所需處理。
[載置台之構成]
其次，參照圖2，對載置台2之主要部分構成進行說明。圖2係表示實施形態之載置台2之主要部分構成之一例的概略剖視圖。
載置台2具有基材2a及靜電吸盤6。靜電吸盤6形成為圓板狀。靜電吸盤6以與基材2a為同軸之方式，由接著層7固定於基材2a。靜電吸盤6之上表面設為載置晶圓8之載置面6e。於載置面6e形成有凸部6f。於載置面6e載置晶圓8。於載置面6e與晶圓8之間，藉由凸部6f形成空間9。向空間9供給氦氣等傳熱用氣體。電漿處理裝置100進行電漿處理時，來自電漿之熱經由晶圓8及空間9熱輸入至載置台2。
於基材2a之內部，沿著載置面6e設置有流路20。電漿處理裝置100構成為藉由使冷媒流經流路20而可控制載置台2之溫度。
[流路之構成]
其次，對載置台2之流路20之構成進行說明。圖3係自上方觀察實施形態之載置台2之構成之一例的俯視圖。於圖3中，將載置台2之載置面6e表示為圓板狀。流路20例如圖3所示，於基材2a之內部之對應於載置面6e之區域形成為螺旋狀。流路20於一端設置有導入冷媒之導入口20a，於另一端設置有排出冷媒之排出口20b。導入口20a連接於冷媒入口配管21a。排出口20b連接於冷媒出口配管21b。流路20供自冷媒入口配管21a導入至導入口20a之冷媒通過內部，且通過內部之冷媒自排出口20b排出至冷媒 出口配管21b。藉此，電漿處理裝置100於載置台2之載置面6e全域控制晶圓8之溫度。
圖4係表示實施形態之載置台2之流路20之構成之一例的概略剖視圖。圖4(A)模式性地表示沿著流路20之基材2a之剖面。圖4(B)模式性地表示相對於冷媒之流向垂直之平面中之基材2a之剖面。圖4(A)中，沿著流路20示出水平之座標軸x。以下，藉由座標軸x上之位置對流路20之位置進行說明。將沿著流路20之導入口20a之位置設為位置xi。將沿著流路20之排出口20b之位置設為位置xe。將下述熱入口區間(thermal entrance region)與發達區域之交界設為位置xo。又，將流路20之位置x處之流路20上部之內壁與上表面2b之間之厚度設為tw(x)。將位置x處之冷媒之溫度設為溫度Tm(x)。將位置x處之上表面2b之溫度設為溫度Tw(x)。將位置x處之自電漿熱輸入之熱通量設為q"(x)。再者，於將電漿之分佈視為均勻之情形時，電漿之熱通量q"(x)亦可設為固定之熱通量q"。
基材2a之上表面2b形成為平坦。流路20於基材2a之內部沿著上表面2b而形成。流路20之一端設為導入冷媒之導入口20a，另一端設為排出冷媒之排出口20b。如圖4(B)所示，流路20之剖面形狀為矩形狀，自導入口20a至排出口20b以相同剖面形狀形成。
流路20以與上表面2b之間之熱阻自排出口20b朝向導入口20a增加之方式形成。於本實施形態中，藉由改變流路20上部之內壁與上表面2b之間的厚度tw(x)，而改變與載置面6e之間之熱阻。於本實施形態中，流路 20以厚度tw(x)自排出口20b朝向導入口20a增加之方式形成。
此處，對作為比較例之流路120之構成進行說明。圖5係表示比較例之載置台2之流路120之構成的概略剖視圖。圖5(A)模式性地表示沿著流路120之基材2a之剖面。圖5(B)模式性地表示相對於冷媒之流向垂直之平面中的基材2a之剖面。於比較例中，於基材2a形成有與上表面2b之厚度tw固定之流路120。
於電漿處理裝置100中，來自電漿之熱通過晶圓8、載置台2並傳遞至流路120內之冷媒，冷媒之溫度沿著流路120上升。因此，基材2a之上表面2b之溫度沿著流路120上升。因此，載置台2於載置面6e之面內產生溫度差，而於所載置之晶圓8之面內產生溫度差。
又，冷媒於流路120中流動時，於冷媒中存在熱輸入之區間，上游側形成溫度交界層未發達之熱入口區間，熱入口區間之後形成溫度交界層發達之發達區域。圖6係對冷媒於流路中流動時之熱入口區間及發達區域進行說明的圖。於圖6中，示出使冷媒自模仿流路20、120之管200之一端之導入口200a流動之情形。於管200中存在來自周圍之熱輸入之情形時，於管200中流動之冷媒沿著內壁形成溫度之溫度交界層201。溫度交界層201自導入口200a越靠下游則越朝向中心逐漸發達，並於管200之中心部合流。自該導入口20a至溫度交界層201合流之位置的區間Lt為熱入口區間。於熱入口區間之後，形成冷媒之流動發達之發達區域。相較於發達區域，熱入口區間之冷媒之熱傳係數更高。
返回至圖5。冷媒於流路120中流動時，於冷媒中，導入口120a附近形成熱入口區間，熱入口區間之後形成發達區域。將熱入口區間與發達區域之交界設為位置xo。冷媒之溫度Tm(x)沿著流路120上升，基材2a之上表面2b之溫度Tw(x)亦沿著流路120上升。
圖7係表示沿著比較例之載置台2之流路120之溫度變化之一例的圖。圖7之橫軸表示沿著流路120之位置x。縱軸表示溫度T。自位置xi至位置xo為熱入口區間。自位置xo至位置xe為發達區域。冷媒之溫度Tm(x)沿著自位置xi至位置xe上升，基材2a之上表面2b之溫度Tw(x)亦上升。熱入口區間之熱傳係數較發達區域高。因此，於流路120之導入口200a附近，基材2a之上表面2b之溫度Tw(x)變得更低。
冷媒於流路20、120中流動時，於冷媒中，形成熱入口區間作為物理現象。因此，難以形成熱傳係數均勻之流路。因此，如圖5所示，於基材2a以與上表面2b固定之厚度tw形成有流路120之情形時，晶圓8之溫度沿著自流路120之冷媒流動之位置xi至位置xe上升。又，於流路120之導入口200a附近，形成熱傳係數較高之熱入口區間，故而產生冷點。
因此，於本實施形態之電漿處理裝置100中，如圖4(A)所示，以與上表面2b之厚度tw(x)自排出口20b朝向導入口20a增加之方式形成流路20。
其次，對本實施形態之流路20之設計方法之一例進行說明。由通過 流路20而產生之冷媒之溫度上升△Tm如以下式(1-1)所示。又，冷媒之溫度上升△Tm與冷媒之質量流量m及冷媒之比熱Cp之間存在以下式(1-2)之關係。
Figure 109123704-A0305-02-0014-1
此處，
Tm(xi)係位置xi處之冷媒之溫度[℃]或[K]。
Tm(xe)係位置xe處之冷媒之溫度[℃]或[K]。
m係冷媒之質量流量[kg/s]。
Cp係冷媒之比熱[J/kg‧K]。
q係自電漿熱輸入之熱量[W]。
根據式(1-1)、(1-2)，冷媒之質量流量m如以下式(2)所示。因此，根據式(2)，可由自電漿熱輸入之熱量q及冷媒之溫度上升△Tm求出冷媒之質量流量m。
Figure 109123704-A0305-02-0014-2
於設計流路20之位置x處之與上表面2b相距之厚度tw(x)之情形時，首 先，決定流路20一端之位置處之與上表面2b相距之厚度。繼而，以流路20一端之位置之厚度作為基準，自流路20一端起決定與上表面2b相距之厚度。於本實施形態中，首先決定流路20之排出口20b處之與上表面2b相距之厚度tw(xe)。例如，厚度tw(xe)可根據以下式(3)求出。再者，於式(3)中，將電漿之熱通量設為固定之熱通量q"。
Figure 109123704-A0305-02-0015-3
此處，
tw(xe)係位置xe處之流路20與上表面2b相距之厚度。
Tw(xe)係位置xe處之流路20之上表面2b之溫度[℃]或[K]。
Tm(xe)係位置xe處之冷媒之溫度[℃]或[K]。
q"係自電漿熱輸入之熱通量[W/m2]。
h(x)係位置x處之流路20之熱傳係數[W/m2‧K]。
h(xe)係位置xe處之流路20之熱傳係數[W/m2‧K]。
kw(x)係位置x處之基材2a之熱導率[W/m‧K]。
kw(xe)係位置xe處之基材2a之熱導率[W/m‧K]。
例如，由排出口20b之位置xe處之上表面2b之溫度Tw(xe)、冷媒之溫度Tm(xe)、熱傳係數h(xe)、基材2a之熱導率kw(xe)、及熱通量q"，根據式(3)，決定厚度tw(xe)。
其次，根據冷媒之流動狀態求出流路20之熱入口區間(位置xo~xi)及發達區域(位置xo~xe)。冷媒根據冷媒之雷諾數Re，於流路20內成為層流或亂流而流動。冷媒之雷諾數Re可根據以下式(4)求出。
Figure 109123704-A0305-02-0016-4
此處，
ρ係冷媒之密度[kg/m3]。
um係冷媒之平均流速[m/s]。
μ係冷媒之黏度[Pa‧s]。
A係流路20之剖面面積[m2]。
DH係流路20之水力直徑。DH根據DH=4A/Pwet而求出。
Pwet係流路20之潤濕周長[m]，例如係相對於冷媒之流向垂直之平面的流路20之剖面中與冷媒相接之壁面之長度。
理論上，流路20之熱入口區間之長度△xoi根據冷媒之雷諾數Re，成為如下之式(5-1)、(5-2)。
Figure 109123704-A0305-02-0016-5
此處，
Pr係冷媒之蔔然托數。
△xoi係流路20之熱入口區間之長度[m]。
實際上，於亂流之情形時，熱入口區間之長度△xoi處於流路20之水力直徑DH之2倍至10倍之間。於亂流之情形時，熱入口區間係決定為自導入口20a之位置xi例如至成為水力直徑DH之2倍至10倍之間之任一長度之位置xo的範圍。又，於層流之情形時，熱入口區間係確定為自導入口20a之位置xi至成為式(5-1)之長度之位置xo的範圍。發達區域係決定為流路20之熱入口區間以後之自位置xo至位置xe之範圍。
其次，關於流路20之熱入口區間(位置xo~xi)與發達區域(位置xo~xe)，以與上表面2b之厚度自排出口20b朝向導入口20a增加之方式，決定流路20之各位置之與上表面2b之厚度。
關於發達區域，流路20之位置x處之與上表面2b相距之厚度tw(x)能夠以位置xe處之厚度tw(xe)作為基準，根據以下之式(6)求出。
Figure 109123704-A0305-02-0017-6
例如，成為熱入口區間與發達區域之交界之位置xo處之厚度tw(xo)根據式(6)，如以下式(7)而求出。
Figure 109123704-A0305-02-0018-7
例如，關於發達區域(位置xo~xe)，流路20之位置x處之厚度tw(x)係以自式(6)所示之位置xe處之厚度tw(xe)線性地增加至式(7)所示之位置xo處之厚度tw(xo)之方式決定。
關於熱入口區間，流路20之位置x處之厚度tw(x)能夠以位置xe處之厚度tw(xe)為基準，根據以下式(8)求出。
Figure 109123704-A0305-02-0018-8
於發達區域中，熱傳係數h(x)為固定之h。發達區域之熱傳係數h例如可根據以下式(9)求出。
Figure 109123704-A0305-02-0018-9
此處，
Pr係冷媒之蔔然托數。
DH係流路20之水力直徑。
k係冷媒之熱導率[W/m‧K]。
熱入口區間(位置xo~xi)之熱傳係數h(x)於h(xi)~h之間變化。理論上，熱傳係數h(xi)=∞，但由於導入口20a附近之厚度較大，而無法忽視向橫向之熱擴散，故而需要適當地估算h(xi)。於冷媒為亂流之區域，若h(xi)=1.1h~2.0h，則流路之厚度tw(x)可根據式(8)求出。
於冷媒為亂流之區域，熱入口區間非常短。因此，於冷媒為亂流之區域，熱入口區間之位置x處之厚度tw(x)係以自位置xi處之厚度tw(xi)線性地增加至位置xo處之厚度tw(xo)之方式決定。
於此種本實施形態之設計方法中，若將來自電漿之熱輸入設為可能之最大值來設計流路20，則對於較最大值小之熱輸入，可獲得更良好之溫度均勻性。
基材2a於使用鈦、不鏽鋼等熱導率較低之材料之情形時，導入口20a處之厚度tw(xi)不會較排出口20b處之厚度tw(xe)過大。另一方面，基材2a於使用氧化鋁等熱導率較高之基台材料之情形時，導入口20a處之厚度tw(xi)明顯大於排出口20b之厚度tw(xe)。於此種情形時，只要於流路20之頂部設置不鏽鋼、鈦、氧化鋁之陶瓷等熱導率較低之材料或熔射膜即可。
又，於除靜電吸盤6以外，流路20之上下表面、或4面受熱之情形時，若利用本實施形態之設計方法設計流路20周圍之壁之厚度，則可使流 路20之外壁溫度沿著流路20均勻。又，於剖面形狀為圓形或其他剖面形狀之流路20之情形時，若利用本實施形態之設計方法設計受熱面之壁之厚度，則可使流路之外壁溫度沿著流路20自導入口20a至排出口20b均勻。
其次，對流路20之構成之具體之一例進行說明。於圖4所示之流路20中，將流路20之寬度及高度設為12mm，將流路20之長度(位置xi~xe)設為4.5m，將自電漿向流路20熱輸入之加熱面之寬度W設為22mm。又，將自電漿熱輸入之熱量設為4950[W]，將來自電漿之熱通量設為50000[W/m2]。將冷媒之溫度上升△Tm設為5.84℃。將冷媒設為3M公司之Novec7200，將冷媒之質量流量m設為0.821[kg/s]。將基材2a之材料設為鈦。將排出口20b之厚度tw(xe)設為1mm。將熱入口區間(位置xo~xi)之長度設為3‧DH=36mm。將導入口20a之位置xi設為x=0mm之位置，將排出口20b之位置xe設為x=4500mm之位置。排出口20b之位置xi為x=36mm之位置，自排出口20b之位置xi起4500-36=4461mm成為上游側。
若使用如上所述之本實施形態之設計方法，則位置xo處之厚度tw(xo)算出為3.50mm。又，位置xi處之厚度tw(xi)算出為6.04mm。
於本實施形態之載置台2，以流路20之與上表面2b之厚度tw(x)自排出口20b朝向導入口20a增加之方式形成流路20。例如，以自位置xi至位置xo之間(x=4500mm~36mm)，厚度tw(x)自1mm線性地增加至3.50mm之方式形成流路20。又，以自位置xo至位置xi之間(x=36mm~0mm)，厚度tw(x)自3.50mm線性地增加至6.04mm之方式形成流路20。
進行如下模擬：將陶瓷板貼附於形成有此種流路20之載置台2，並使用氦氣冷卻晶圓8。將自電漿熱輸入之熱量設為4950[W]，將來自電漿之熱通量設為50000[W/m2]。進而，作為比較例，對於如圖5所示將與上表面2b之厚度tw設為固定之流路120之情形，進行相同之模擬。
圖8係表示實施形態之模擬結果之一例之圖。圖8之橫軸表示與導入口20a相距之位置x。縱軸表示載置台2之上表面之溫度。關於比較例之流路120，載置台2之上表面之溫度於位置xi~xe之範圍內上升。因此，載置台2於載置面6e之面內產生溫度差，而於所載置之晶圓8之面內產生溫度差。
另一方面，本實施形態之流路20可使載置台2之上表面之溫度變得大致均勻。藉此，載置台2可使所載置之晶圓8之溫度變得大致均勻，從而可使晶圓8之面內之溫度差縮小。
又，將自電漿熱輸入之熱量設為4950[W]之一半即2475[W]，並對形成有本實施形態之流路20之載置台2、及形成有比較例之流路120之載置台2進行相同之模擬。
圖9係表示實施形態之模擬結果之另一例之圖。圖9之橫軸表示與導入口20a相距之位置x。縱軸表示載置台2之上表面之溫度。於將自電漿熱輸入之熱量設為一半之情形時，本實施形態之流路20亦可使載置台2之上 表面之溫度變得大致均勻。另一方面，關於比較例之流路120，載置台2之上表面之溫度沿著流路120上升。
如此，形成有本實施形態之流路20之載置台2可使所載置之晶圓8之面內之溫度差縮小。
此處，於上述載置台2之構成中，藉由改變流路20上部之內壁與上表面2b之間之厚度，而改變流路20與載置面6e之間之熱阻。然而，載置台2亦可藉由改變流路20與載置面6e之間之構件之厚度或材質，而改變流路20與載置面6e之間之熱阻。
對載置台2之熱阻進行說明。圖10係對實施形態之載置台2之熱阻進行說明之圖。於圖10中，概略性地示出相對於位置x處之冷媒之流向垂直之平面的載置台2之剖面。
載置台2係將基材2a、接著層7、靜電吸盤6等複數個構件積層而構成。於靜電吸盤6上配置晶圓8。於圖10中，將位置x處之流路20與基材2a之上表面2b間之熱阻表示為熱阻R1(x)。又，將位置x處之接著層7之熱阻表示為熱阻R2(x)。又，將位置x處之靜電吸盤6之熱阻表示為熱阻R3(x)。又，將位置x處之靜電吸盤6與晶圓8之間之熱阻表示為熱阻R4(x)。又，將位置x處之靜電吸盤6與晶圓8之間之熱阻表示為熱阻R4(x)。又，將位置x處之晶圓8之熱阻表示為熱阻R5(x)。又，示出位置x處之來自電漿之熱通量q"(x)。又，示出位置x處之晶圓8之溫度Tw(x)。又，示出位置x處之冷 媒之溫度Tm(x)。又，將位置x處之熱輸入至冷媒之熱通量表示為q"inner(x)。
於藉由自電漿之熱輸入及利用冷媒所進行之冷卻，晶圓8或載置台2之溫度固定之熱平衡狀態下，自電漿熱輸入之熱量與利用冷媒而冷卻之熱量為大致相等之狀態。即，q"(x)≒q"inner(x)。又，位置x處之晶圓8之溫度Tw(x)於晶圓8之溫度均勻之情形時，於位置xe亦為相同溫度，故而Tw(x)=Tw(xe)=Tw。
位置x處之晶圓8與流路20之間之熱阻係將晶圓8與流路20之間之各構件的熱阻Rn分別進行累加所得之值，如以下式(10)所示。例如，於圖10中，設為n=5，位置x處之晶圓8與流路20之間之熱阻為將熱阻R1~R5累加所得之值。
Figure 109123704-A0305-02-0023-10
位置x處之冷媒之溫度Tm(x)如以下式(11)所示。
Figure 109123704-A0305-02-0023-11
此處，
Tm(xi)係位置xi處之冷媒之溫度([℃]或[K])。
W係自電漿向流路20熱輸入之加熱面之寬度[m]。例如於以固定之間隔螺旋狀地形成有流路20之情形時，W係與相鄰之流路20之中點間之寬度。
排出口20b之位置xe處之晶圓8與流路20之間之熱阻如以下式(12)所示。
Figure 109123704-A0305-02-0024-12
此處，
Tw係晶圓8之溫度([℃]或[K])。
Tm(xe)係位置xe處之冷媒之溫度([℃]或[K])。
q"(xe)係位置xe處之來自電漿之熱通量[W/m2]。
h(xe)係位置xe處之流路之熱傳係數[W/m2‧K]。
於發達區域中，熱傳係數h(x)為固定之h∞。因此，於發達區域中，位置x處之晶圓8與流路20之間之熱阻只要滿足以下式(13)即可。
[數13]
Figure 109123704-A0305-02-0025-13
另一方面，於流路20之熱入口區間或熱傳係數h(x)發生變化之區域中，位置x處之晶圓8與流路20之間之熱阻只要滿足以下式(14)即可。
Figure 109123704-A0305-02-0025-14
於來自電漿之熱通量q"(x)存在分佈之情形時，使用上述式(11)~(14)。另一方面，於來自電漿之熱通量q"(x)為固定之q"之情形時，上述式(12)所示之排出口20b之位置xe處之晶圓8與流路20之間的熱阻為以下式(15)。
Figure 109123704-A0305-02-0025-15
又，於來自電漿之熱通量q"(x)為固定之q"之情形時，上述式(13)所示之位置x處之晶圓8與流路20之間的熱阻為以下式(16)。
Figure 109123704-A0305-02-0025-16
式(16)之右邊之第2項為式(15)之左邊。因此，於發達區域中，位置x處之晶圓8與流路20之間之熱阻根據與流路20之排出口20b相距之位置xe之距離(|xe-x|)而增加。
又，於來自電漿之熱通量q"(x)為固定之q"之情形時，於流路20之熱入口區間或熱傳係數h(x)發生變化之區域中，上述式(14)所示之位置x處之晶圓8與流路20之間的熱阻為以下式(17)。
Figure 109123704-A0305-02-0026-17
式(17)之右邊之第1項及第3項為式(16)之右邊。因此，於流路20之熱入口區間或熱傳係數h(x)發生變化之區域中，位置x處之晶圓8與流路20之間之熱阻相較於發達區域增加。
熱傳係數h(x)於導入口20a為非常大之值，與導入口20a相距越遠則越急遽下降，若超過熱入口區間則不再變化。圖11係表示實施形態之熱傳係數之變化之一例的圖。圖11之橫軸表示沿著流路20之位置x。縱軸表示熱傳係數。熱傳係數h(x)於導入口20a之位置xi為非常大之值，若超過熱入口區間，則成為h∞。如上所述，熱入口區間之長度△xoi根據冷媒之雷諾數Re，成為如式(5-1)、(5-2)。
於層流之情形時，發達區域之熱傳係數h∞依存於剖面形狀。例如，於剖面形狀為圓形之情形時，熱傳係數h∞根據以下式(18)求出。
h∞=4.36(k/DH)…(18)
此處，
k係冷媒之熱導率[W/m‧K]。
DH係流路20之水力直徑。
發達區域之熱傳係數h∞於剖面形狀為圓形以外之情形時，可根據示有熱傳係數之算出方法之手冊、或實驗結果、或者熱流動模擬求出。又，於亂流之情形時，發達區域之熱傳係數h∞例如可根據上述式(9)求出。
於層流之情形時，熱入口區間之熱傳係數h(x)依存於剖面形狀，可根據示有熱傳係數之算出方法之手冊、或實驗結果、或者熱流動模擬求出。又，於亂流之情形時，熱入口區間之熱傳係數h(x)亦可根據示有熱傳係數之算出方法之手冊、或實驗結果、或者熱流動模擬求出。
藉由求出熱入口區間之熱傳係數h(x)及發達區域之熱傳係數h∞，並將其等代入至上述式(11)~(17)，可求出使載置台2之上表面之溫度變得大致均勻之晶圓8與流路20之間之各構件之熱阻的條件。例如，於圖10中，於R2(x)~R5(x)確定之情形時，流路20與基材2a之上表面2b間之熱阻R1(x)以滿足條件之方式進行變更。例如，以部分地改變流路20上部之內 壁與上表面2b之間之厚度或基材2a之材質，而將熱阻R1(x)~R5(x)累加所得之值滿足條件之方式進行變更。藉此，流路20可使載置台2之上表面之溫度變得大致均勻。結果，載置台2可使所載置之晶圓8之溫度變得大致均勻，故而可使晶圓8之面內之溫度差縮小。
如上所述，本實施形態之載置台2具有基材2a及流路20。流路20於基材2a之內部沿著上表面2b形成，一端設為導入冷媒之導入口20a，另一端設為排出冷媒之排出口20b。流路20以與上表面2b之間之熱阻自排出口20b朝向導入口20a增加之方式形成。藉此，載置台2可使上表面2b之面內之溫度差縮小。結果，載置台2可使所載置之晶圓8之溫度變得大致均勻，故而可使晶圓8之面內之溫度差縮小。
又，本實施形態之基材2a於上表面2b存在來自電漿之熱輸入。流路20以如下方式形成：根據自導入口20a流向排出口20b流動之冷媒之溫度梯度，與上表面2b之間之熱阻自排出口20b朝向導入口20a增加。藉此，載置台2可使上表面2b之面內之溫度差縮小。
又，本實施形態之流路20以如下方式形成：藉由自導入口20a導入之冷媒，溫度交界層未發達之熱入口區間相較於溫度交界層發達之發達區域，熱阻之增加之程度增大。藉此，載置台2可抑制於上表面2b之對應於熱入口區間之區域中產生冷點。
又，本實施形態之流路20以於發達區域中滿足上述式(13)之方式形 成。藉此，載置台2可使上表面2b之與發達區域對應之區域之溫度差縮小。
又，本實施形態之流路20以於熱入口區間中滿足上述式(14)之方式形成。藉此，載置台2可使上表面2b之與熱入口區間對應之區域之溫度差縮小。
又，本實施形態之流路20以厚度tw(x)自排出口20b朝向導入口20a增加之方式形成。載置台2藉由改變厚度tw(x)可變更與上表面2b之間之熱阻，而可使上表面2b之面內之溫度差縮小。
以上，對實施形態進行了說明，但應考慮此次所揭示之實施形態於所有方面皆為例示，並非限制性者。實際上，上述實施形態能夠以各種形態實現。又，上述實施形態可於不脫離申請專利範圍及其主旨之情況下，以各種形態進行省略、置換、變更。
例如，於上述實施形態中，作為溫度調整裝置以載置台2為例，並以如下情形為例進行了說明：對於晶圓8或載置面6e、基材2a之上表面2b，使面內之溫度差縮小。然而，並非限定於此。亦可應用於電漿處理裝置100之其他部分。例如，電漿處理裝置100存在如下情形：為了冷卻上部電極，而於上部電極設置流路，並使冷媒循環以進行溫度控制。又，電漿處理裝置100存在如下情形：為了均勻地冷卻處理容器1，而於處理容器1之側壁內設置流路，並使冷媒循環以進行溫度控制。如此，亦可將實施形 態之設計方法應用於進行溫度控制之流路。圖12係表示實施形態之電漿處理裝置100之構成之另一例的概略剖視圖。電漿處理裝置100設置有具有作為上部電極之功能之簇射頭16。於圖12中，簇射頭16對應於溫度調整裝置。簇射頭16具備本體部16a及上部頂板16b。本體部16a之下表面平坦，沿著下表面設置有流路220。流路220於一端設置有連接於冷媒入口配管221a之導入口220a，於另一端設置有連接於冷媒出口配管221b之排出口220b。簇射頭16因來自電漿之熱輸入而變成高溫。電漿處理裝置100構成為藉由使冷媒流經流路220而可控制簇射頭16之溫度。亦可將實施形態之設計方法應用於此種流路220，以與本體部16a之下表面之厚度自排出口220b朝向導入口220a增加之方式形成。藉此，流路220可使本體部16a之下表面之溫度變得大致均勻，從而可使簇射頭16之面內之溫度差縮小。
又，於上述實施形態中，以將向載置台2進行熱輸入之熱源設為電漿並藉由流路20冷卻來自電漿之熱之情形為例進行了說明。然而，並非限定於此。熱源亦可為電漿以外之熱源。存在如下情形：載置台2中，為了對晶圓8進行溫度控制，而於載置面6e整面設置加熱器作為熱源。於此情形時，包含來自加熱器之熱輸入在內對流路20進行設計，藉此於設置有加熱器之情形時，對於晶圓8或載置面6e、基材2a之上表面2b，亦可使面內之溫度差縮小。
又，於上述實施形態中，以使冷媒等溫度較載置台2低之傳熱介質於流路20中循環而冷卻載置台2之情形為例進行說明。然而，並非限定於 此。亦可進行使溫度較載置台2高之傳熱介質於流路20中循環而加熱載置台2之調溫。於此情形時，藉由適當變更熱通量q"、q"(x)之符號等，而於進行加熱之調溫之情形時，對於晶圓8或載置面6e、基材2a之上表面2b，亦可使面內之溫度差縮小。
又，於上述實施形態中，以形成於載置台2之流路20為1個之情形為例進行說明。然而，並非限定於此。流路20亦可為於基材2a之內部自載置台2之中心呈同心圓狀地分為中心部、中間部、外周部之複數個。於此情形時，藉由對各流路使不同溫度之冷媒循環，可實現如下溫度分佈：自載置台2之中心於徑向上具有溫度之梯度，並且於環繞方向上溫度差變小。
又，上述電漿處理裝置100係電容耦合型電漿處理裝置，可用於任意電漿處理裝置。例如，電漿處理裝置100可為任意類型之電漿處理裝置，如感應耦合型電漿處理裝置、利用微波等表面波使氣體激發之電漿處理裝置。
又，於上述實施形態中，以於基材2a連接第1RF電源10a及第2RF電源10b之情形為例進行了說明，但電漿源之構成並非限定於此。例如，用於產生電漿之第1RF電源10a亦可連接於具有作為上部電極之功能之簇射頭16。又，亦可將用於饋入離子(用於偏壓)之第2RF電源10b連接於基材2a。
又，上述電漿處理裝置100係進行蝕刻作為電漿處理之電漿處理裝 置，可用於進行任意電漿處理之電漿處理裝置。例如，電漿處理裝置100可為進行化學氣相沈積(CVD)、原子層沈積(ALD)、物理氣相沈積(PVD)等之單片式沈積裝置，亦可為進行電漿退火、電漿離子植入等之電漿處理裝置。
又，於上述實施形態中，以將基板設為半導體晶圓之情形為例進行了說明，但並非限定於此。基板亦可為玻璃基板等其他基板。
2:載置台
2a:基材
2b:上表面
20:流路
20a:導入口
20b:排出口

Claims (12)

  1. 一種溫度調整裝置，其特徵在於具有：第1構件，其形成有作為溫度控制之對象之第1面；及流路，其沿著上述第1面形成於上述第1構件之內部，一端作為導入傳熱介質之導入口，另一端作為排出上述傳熱介質之排出口；且上述流路係以如下方式形成：與上述第1面之間之熱阻自上述排出口朝向上述導入口增加，且藉由自上述導入口導入之傳熱介質，溫度交界層未發達之熱入口區間(thermal entrance region)相較於上述溫度交界層發達之發達區域，熱阻之增加程度變大。
  2. 如請求項1之溫度調整裝置，其中上述第1構件於上述第1面存在來自熱源之熱輸入，且上述流路以如下方式形成：根據自上述導入口流向上述排出口之傳熱介質之溫度梯度，與上述第1面之間之熱阻自上述排出口朝向上述導入口增加。
  3. 如請求項1之溫度調整裝置，其中上述第1構件係於載置基板之載置面與上述第1面之間積層複數個構件而設置，且將沿著上述流路之位置x處的包含上述第1構件及上述複數個構件之上述基板與上述流路之間之構件i之熱阻設為Ri(x)，將上述基板之溫度設為Tw，將傳熱介質之溫度設為Tm(x)，將流向上述基板之熱通量設為 q"(x)，將上述流路之熱傳係數設為h∞時，上述流路以於上述發達區域中滿足以下式(1)之方式形成：
    Figure 109123704-A0305-02-0037-18
  4. 如請求項2之溫度調整裝置，其中上述第1構件係於載置基板之載置面與上述第1面之間積層複數個構件而設置，且將沿著上述流路之位置x處的包含上述第1構件及上述複數個構件之上述基板與上述流路之間之構件i之熱阻設為Ri(x)，將上述基板之溫度設為Tw，將傳熱介質之溫度設為Tm(x)，將流向上述基板之熱通量設為q"(x)，將上述流路之熱傳係數設為h∞時，上述流路以於上述發達區域中滿足以下式(1)之方式形成：
    Figure 109123704-A0305-02-0037-19
  5. 如請求項1之溫度調整裝置，其中上述第1構件係於載置基板之載置面與上述第1面之間積層複數個構件而設置，且將沿著上述流路之位置x處的包含上述第1構件及上述複數個構件之上述基板與上述流路之間之構件i之熱阻設為Ri(x)，將上述基板之溫度設為Tw，將傳熱介質之溫度設為Tm(x)，將流向上述基板之熱通量設為 q"(x)，將上述流路之熱傳係數設為h(x)時，上述流路以於上述熱入口區間中滿足以下式(2)之方式形成：
    Figure 109123704-A0305-02-0038-20
  6. 如請求項2之溫度調整裝置，其中上述第1構件係於載置基板之載置面與上述第1面之間積層複數個構件而設置，且將沿著上述流路之位置x處的包含上述第1構件及上述複數個構件之上述基板與上述流路之間之構件i之熱阻設為Ri(x)，將上述基板之溫度設為Tw，將傳熱介質之溫度設為Tm(x)，將流向上述基板之熱通量設為q"(x)，將上述流路之熱傳係數設為h(x)時，上述流路以於上述熱入口區間中滿足以下式(2)之方式形成：
    Figure 109123704-A0305-02-0038-21
  7. 如請求項3之溫度調整裝置，其中上述第1構件係於載置基板之載置面與上述第1面之間積層複數個構件而設置，且將沿著上述流路之位置x處的包含上述第1構件及上述複數個構件之上述基板與上述流路之間之構件i之熱阻設為Ri(x)，將上述基板之溫度設為Tw，將傳熱介質之溫度設為Tm(x)，將流向上述基板之熱通量設為 q"(x)，將上述流路之熱傳係數設為h(x)時，上述流路以於上述熱入口區間中滿足以下式(2)之方式形成：
    Figure 109123704-A0305-02-0039-22
  8. 如請求項4之溫度調整裝置，其中上述第1構件係於載置基板之載置面與上述第1面之間積層複數個構件而設置，且將沿著上述流路之位置x處的包含上述第1構件及上述複數個構件之上述基板與上述流路之間之構件i之熱阻設為Ri(x)，將上述基板之溫度設為Tw，將傳熱介質之溫度設為Tm(x)，將流向上述基板之熱通量設為q"(x)，將上述流路之熱傳係數設為h(x)時，上述流路以於上述熱入口區間中滿足以下式(2)之方式形成：
    Figure 109123704-A0305-02-0039-23
  9. 如請求項1至8中任一項之溫度調整裝置，其中上述流路以與上述第1面之厚度自上述排出口朝向上述導入口增加之方式形成。
  10. 如請求項9之溫度調整裝置，其中於上述流路之途中，上述流路與上述第1面之厚度之增加率改變。
  11. 如請求項9之溫度調整裝置，其中於上述流路之途中，具有上述流路與上述第1面之厚度之增加率不連續地改變之部分。
  12. 如請求項11之溫度調整裝置，其中以上述厚度之增加率不連續地改變之部分為界，靠近上述排出口之側之上述厚度之增加率小於靠近上述導入口之側之上述厚度之增加率。
TW109123704A 2019-07-24 2020-07-14 溫度調整裝置 TWI837396B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019136176A JP7270494B2 (ja) 2019-07-24 2019-07-24 温度調整装置
JP2019-136176 2019-07-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202119526A TW202119526A (zh) 2021-05-16
TWI837396B true TWI837396B (zh) 2024-04-01

Family

ID=74189198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109123704A TWI837396B (zh) 2019-07-24 2020-07-14 溫度調整裝置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11715654B2 (zh)
JP (1) JP7270494B2 (zh)
KR (1) KR20210012953A (zh)
CN (1) CN112289670A (zh)
TW (1) TWI837396B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7114763B1 (ja) * 2021-02-15 2022-08-08 株式会社Kokusai Electric 半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラム、および基板処理方法
JP7522089B2 (ja) * 2021-11-10 2024-07-24 日本碍子株式会社 ウエハ載置台
US20230238258A1 (en) * 2022-01-27 2023-07-27 Ngk Insulators, Ltd. Wafer placement table, and member for semiconductor manufacturing apparatus, using the same
CN117253773B (zh) * 2023-11-10 2024-01-23 雅安宇焜芯材材料科技有限公司 一种用于半导体制造的加热制备系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09312281A (ja) * 1996-05-22 1997-12-02 Sony Corp ウエハ保持用電極体

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5974632A (ja) * 1982-10-21 1984-04-27 Nec Corp ドライエツチング装置
JP2734908B2 (ja) * 1992-10-28 1998-04-02 住友金属工業株式会社 プラズマ処理装置
JP5210706B2 (ja) 2008-05-09 2013-06-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
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
KR20140118670A (ko) * 2013-03-29 2014-10-08 세메스 주식회사 지지 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치
CN104078387A (zh) * 2013-03-29 2014-10-01 细美事有限公司 支撑单元及包括该单元的基板处理装置
JP6349228B2 (ja) * 2014-10-22 2018-06-27 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
TWI829367B (zh) * 2017-11-16 2024-01-11 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理裝置、溫度控制方法及溫度控制程式
CN109207964A (zh) * 2018-10-19 2019-01-15 济南大学 一种用于电阻加热式mocvd反应室的加热装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09312281A (ja) * 1996-05-22 1997-12-02 Sony Corp ウエハ保持用電極体

Also Published As

Publication number Publication date
JP7270494B2 (ja) 2023-05-10
US20210028029A1 (en) 2021-01-28
JP2021022587A (ja) 2021-02-18
TW202119526A (zh) 2021-05-16
CN112289670A (zh) 2021-01-29
US11715654B2 (en) 2023-08-01
KR20210012953A (ko) 2021-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI837396B (zh) 溫度調整裝置
JP6812224B2 (ja) 基板処理装置及び載置台
TWI684238B (zh) 載置台及基板處理裝置
JP5008478B2 (ja) 基板処理装置およびシャワーヘッド
US11967511B2 (en) Plasma processing apparatus
JP6203476B2 (ja) 基板温度制御方法及びプラズマ処理装置
KR20180080996A (ko) 플라즈마 처리 장치
KR20140108141A (ko) 탑재대 및 플라즈마 처리 장치
JP7531641B2 (ja) 載置台及び基板処理装置
CN113178375B (zh) 载置台和等离子体处理装置
JP2018063974A (ja) 温度制御装置、温度制御方法、および載置台
KR20120049823A (ko) 플라즈마 처리 장치
US11133203B2 (en) Plasma processing apparatus
US20210313202A1 (en) Substrate support
US20210183631A1 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
TW202114024A (zh) 載置台及基板處理裝置
CN111192824A (zh) 真空处理装置
JP7507662B2 (ja) 温度調整装置及び基板処理装置
JP2023099342A (ja) 基板処理装置及び基板処理方法
CN114068279A (zh) 载置台和等离子体处理装置
JP2012195595A (ja) 基板処理装置およびシャワーヘッド