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CN101236915A - 基板处理装置以及聚焦环 - Google Patents

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CN101236915A
CN101236915A CNA2008100030745A CN200810003074A CN101236915A CN 101236915 A CN101236915 A CN 101236915A CN A2008100030745 A CNA2008100030745 A CN A2008100030745A CN 200810003074 A CN200810003074 A CN 200810003074A CN 101236915 A CN101236915 A CN 101236915A
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CN
China
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heat conduction
focusing ring
conduction film
substrate
board treatment
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CNA2008100030745A
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宫川正章
西村荣一
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Abstract

本发明提供一种基板处理装置，其能够充分改良聚焦环和载置台之间的热传导效率。该基板处理装置(10)包括：收纳晶片W的腔室(11)；配置在该腔室(11)内的基座(12)；配置在基座(12)的上部并用于载置晶片W的静电卡盘(22)；和以包围所载置的晶片W的周边部的方式载置在静电卡盘(22)上的聚焦环(24)，通过印刷处理在聚焦环(24)与静电卡盘(22)的接触面(24a)上形成由树脂构成的热传导膜(39)。

Description

基板处理装置以及聚焦环
技术领域
本发明涉及基板处理装置以及聚焦环，特别涉及对载置台以及聚焦环的热传导效率进行改善的基板处理装置。
背景技术
在对作为基板的晶片实施等离子体处理(例如蚀刻处理)的情况下，通过蚀刻而在晶片表面形成的槽的宽度和深度受到晶片的温度的影响，因此要求在蚀刻处理中保持晶片的整个表面的温度均匀。
对晶片实施蚀刻处理的基板处理装置包括：用于收纳晶片的能够被减压的腔室；以及在蚀刻处理中用于载置晶片的载置台(以下称基座)，在被减压的腔室内产生等离子体，由该产生的等离子体对晶片进行蚀刻，基座具有调温机构，以用于对晶片的温度进行控制。在对晶片实施蚀刻处理时，晶片接收到来自等离子体的热量而温度上升，因此基座的调温机构对晶片进行冷却处理并将该温度维持一定。
另外，在基座上以包围晶片周边部的方式载置有例如由硅构成的环状的聚焦环。该聚焦环将腔室内的等离子体聚集到晶片上。在进行蚀刻处理时，聚焦环也接收到来自等离子体的热量而温度上升，例如上升至300℃～400℃。
在进行蚀刻处理时，虽然能够通过基座的调温机构将晶片的大部分冷却，但是由于晶片的周边部受到聚焦环的放射热的影响，所以难以保持晶片整个表面的温度均匀。
此外，在现有技术中，因为聚焦环不仅载置在基座上，因此不能密封聚焦环和基座，聚焦环以及基座的热传导效率低。其结果，聚焦环蓄积有热量，不能使聚焦环的热量一定，从而导致难以对同一组(lot)内的多个晶片进行均匀的蚀刻处理。
根据以上可知，有必要积极地控制聚焦环的温度。因此，开发出一种改良聚焦环和基座的热传导效率，并且通过基座的调温机构对聚焦环积极地进行调温的方案(例如参照专利文献1)。在该方案中，在聚焦环和基座之间配置传热板(sheet)来改良热传导效率。
专利文献1：日本特开2002-16126号公报
但是，在聚焦环和基座之间配置传热板的情况下，在聚焦环和基座之间，以及在传热板和基座之间分别产生界面。各界面的密接程度(紧密接触的程度)与聚焦环和基座直接接触的情况相比虽然有所提高，但是在各界面上仍然残留有若干微小的间隙。因为将聚焦环、传热板和基座放置在减压的环境下，因此微小的间隙形成真空绝热层，阻碍各界面的热传导。因此，仍然存在无法充分改良聚焦环和基座之间的热传导效率的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够充分改良聚焦环和载置台之间的热传导效率的基板处理装置以及聚焦环。
为了实现上述目的，本发明第一方面的基板处理装置，其特征在于，包括：收纳基板的收纳室；配置在该收纳室内的用于载置所述基板的载置台；和以包围所述被载置的基板的周边部的方式载置在所述载置台上的环状聚焦环，其中，所述收纳室内被减压，通过印刷处理在所述聚焦环与所述载置台的接触面上形成热传导膜。
第二方面的基板处理装置，其特征在于：在第一方面所述的基板处理装置中，上述印刷处理为丝网印刷处理、涂敷处理和喷涂印刷处理中的任一种。
第三方面的基板处理装置，其特征在于：在第一方面或第二方面所述的基板处理装置中，上述热传导膜由弹性部件构成。
第四方面的基板处理装置，其特征在于：在第三方面所述的基板处理装置中，上述弹性部件由树脂构成。
第五方面的基板处理装置，其特征在于：在第一方面～第四方面中任一方面所述的基板处理装置中，上述热传导膜的厚度为0.2mm～1.0mm。
第六方面的基板处理装置，其特征在于：在第一方面～第五方面中任一方面所述的基板处理装置中，上述载置台在与上述热传导膜接触的部分具有用于收纳上述热传导膜的槽。
为了实现上述目的，第七方面的聚焦环，其特征在于：在包括收纳基板的收纳室以及配置在该收纳室内的用于载置所述基板的载置台并且所述收纳室内被减压的基板处理装置中，所述聚焦环以包围所述被载置的基板的周边部的方式而被载置在所述载置台上并且所述聚焦环呈环状，其中，通过印刷处理在所述聚焦环与所述载置台的接触面上形成热传导膜。
根据第一方面的基板处理装置和第七方面的的聚焦环，因为通过印刷处理在聚焦环与上述载置台的接触面上形成热传导膜，因此能够使聚焦环和热传导膜充分紧贴，并且能够防止在聚焦环和热传导膜之间产生界面。其结果，当将聚焦环载置在载置台上时，仅在热传导膜与载置台之间产生界面，因此能够充分地改良聚焦环和载置台之间的热传导效率。
根据第二方面的基板处理装置，因为印刷处理为丝网印刷处理、涂敷处理和喷涂印刷处理的任何一种，因此能够可靠地防止在聚焦环和热传导膜之间产生微小的间隙，同时能够易于形成热传导膜。
根据第三方面的基板处理装置，因为热传导膜由弹性部件构成，因此其与载置台的密接程度提高，而且能够进一步地改良聚焦环与载置台之间的热传导效率。
根据第四方面的基板处理装置，因为弹性部件由树脂构成，所以容易印刷。
根据第五方面的基板处理装置，因为热传导膜的厚度为0.2mm～1.0mm，所以能够减小热传导膜的静电容量，而且能够通过热传导膜的形成防止载置台全体的阻抗变化。其结果，能够防止对使用等离子体的基板处理的结果的影响。
根据第六方面的基板处理装置，因为载置台在与上述热传导膜接触的部分具有用于收纳上述热传导膜的槽，因此，能够减少热传导膜露出的面积，而且能够在使用等离子体的基板处理期间防止等离子体接触热传导膜。其结果，能够防止热传导膜的消耗。
附图说明
图1为概略地表示本发明的实施方式所涉及的基板处理装置的结构的截面图。
图2为图1的聚焦环附近的放大截面图。
图3为概略地表示用于测定图1所示基座的阻抗的装置之结构的截面图。
图4为表示在聚焦环和静电卡盘之间配置有作为代替品的热传导板的情况和没有配置热传导板的情况下的各自频率的基座的阻抗的图表。
图5为表示在聚焦环和静电卡盘之间配置有作为代替品的热传导板的情况和没有配置热传导板的情况下的沿晶片直径方向的蚀刻速率的分布的图表，图5(A)为配置有热传导板的情况，图5(B)为没有配置热传导板的情况。
符号说明：
W：晶片；S：处理空间；10：基板处理装置；11：腔室；12：基座；22：静电卡盘；22a：聚焦环载置面；22b：收纳槽；24：聚焦环；24a：接触面；39：热传导膜；40：阻抗测定装置
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，对本发明的实施方式所涉及的基板处理装置进行说明。
图1为概略地表示本发明的实施方式所涉及的基板处理装置的结构的截面图。该基板处理装置以对作为基板的半导体晶片进行蚀刻处理的方式构成。
在图1中，基板处理装置10具有收纳例如直径为300mm的半导体晶片(以下简称为“晶片”)W的腔室11(收纳室)，在该腔室11内配置有作为载置晶片W的载置台的圆柱状的基座12(载置台)。在基板处理装置10中，通过腔室11的内侧壁和基座12的侧面，形成有作为将基座12上方的气体排出至腔室11外部的流路而发挥作用的侧面排气通路13。在该侧面排气通路13的中途配置有排气平板14。以石英或者氧化钇(Y2O3)覆盖腔室11的内壁面。
排气平板14为具有多个孔的板状部件，作为将腔室11分隔成上部和下部的隔板而发挥作用。在由排气平板14隔开的腔室11的上部(以下称为“反应室”)17，产生后述的等离子体。另外，在腔室11的下部(以下称为“排气室”(集管))18，用于排出腔室11内的气体的抽粗(rough)排气管15和主排气管16开口。在抽粗排气管15上连接有DP(Dry Pump：干式泵)(图中未示)，在主排气管16上连接有TMP(Turbo Molecular Pump：涡轮分子泵)(图中未示)。另外，排气平板14对在反应室17的后述处理空间S内产生的离子或者自由基(radical)进行捕捉或者反射，以防止这些的离子或者自由基向集管(manifold)18泄漏。
抽粗排气管15和主排气管16通过集管18将反应室17的气体排出至腔室11的外部。具体地说，抽粗排气管15将腔室11内从大气压减压至低真空状态，并且主排气管16与抽粗排气管15同时工作将腔室11减压至作为压力比低真空状态低的高真空状态(例如133Pa(1Torr)以下)。
下部高频电源19经由匹配器(Matcher)20连接在基座12上，该下部高频电源19向基座12施加规定的高频电力。由此，基座12作为下部电极发挥作用。另外，下部匹配器20降低来自基座12的高频电力的反射，使向基座12的高频电力的供给效率最大。
在基座12的上部配置有内部具有静电电极板21的静电卡盘22。静电卡盘22呈现为：在具有某直径的下部圆板状部件上，重叠有直径比该下部圆板状部件的直径小的上部圆板状部件的形状。另外，静电卡盘22由铝构成，在上部圆板状部件的上面喷镀陶瓷等。在将晶片W载置在基座12上时，该晶片W配置在静电卡盘22的上部圆板状部件的上面。
另外，在静电卡盘22中，直流电源23电连接在静电电极板21上。一旦向静电电极板21施加正的高直流电压，则在晶片W的静电卡盘22侧的面(以下称为“背面”)上产生负电位，在静电电极板21和晶片W的背面之间产生电位差，通过由该电位差引起的库伦力或者约翰逊·拉别克力，将晶片W吸附保持在静电卡盘22的上部圆板状部件的上面。
此外，在静电卡盘22的下部圆板状部件的上面的不与上部圆板状部件重叠的部分(以下称为“聚焦环载置面”)22a上配置有圆环状的聚焦环24。即，静电卡盘22直接载置聚焦环24。因此，静电卡盘22构成载置台的一部分。
聚焦环24由导电性部件例如硅所构成，其包围被吸附保持在静电卡盘22的上部圆板状部件的上面的晶片W的周围。另外，该聚焦环24使在处理空间S内的等离子体向晶片W的表面聚集，从而使蚀刻处理的效率提高。
另外，在基座12的内部设置有例如沿着圆周方向延伸的环状的制冷剂室25。将低温的制冷剂、例如冷却水或者GALDEN(ガルデン(注册商标))通过制冷剂用配管26从冷却装置(图未示出)循环供给到该制冷剂室25。通过该低温的制冷剂所冷却的基座12通过静电卡盘22对晶片W和聚焦环24进行冷却。另外，主要是通过循环供给到制冷剂室25的制冷剂的温度、流量，对晶片W和聚焦环24的温度进行控制。
在静电卡盘22的上部圆板状部件的上面的吸附保持晶片W的部分(以下称为“吸附面”)上，开设有多个传热气体供给孔27。该多个传热气体供给孔27通过传热气体供给管路28与传热气体供给部(图中未示)连接，该传热气体供给部将作为传热气体的氦气体(He)通过传热气体供给孔27供给到吸附面与晶片W背面的间隙。供给到吸附面与晶片W背面的间隙的氦气体能够有效地将晶片W的热量传递到静电卡盘22。
在腔室11的顶部以与基座12相对的方式配置有气体导入喷头29。上部高频电源31通过上部匹配器30连接在气体导入喷头29上，上述高频电源31向气体导入喷头29施加规定的高频电力，因此气体导入喷头29作为上部电极发挥作用。另外，上部匹配器30的功能与上述下部匹配器20的功能相同。
气体导入喷头29包括：具有多个气体孔32的顶部电极板33；和可装卸地支撑该顶部电极板33的电极支撑体34。另外，在该电极支撑体34的内部设置有缓冲室35，在该缓冲室35上连接有处理气体导入管36。气体导入喷头29将从处理气体导入管36供给到缓冲室35的气体通过气体孔32供给到反应室17内。
另外，在腔室11的侧壁上设置有在晶片W搬入搬出反应室17内时利用的搬入搬出口37，在该搬入搬出口37上安装有对该搬入搬出口37进行开闭的门阀38。
在该基板处理装置10的反应室17内，通过向基座12和气体导入喷头29施加高频电力，向基座12和气体导入喷头29之间的处理空间S施加高频电力，由此，在该处理空间S内高密度的等离子体作用，使从气体导入喷头29供给的处理气体产生离子或自由基，通过该离子等对晶片W实施蚀刻处理。
另外，基板处理装置10所具备的控制部(图中未示)的CPU根据与蚀刻处理对应的程序对上述基板处理装置10的各构成部件的动作进行控制。
在上述基板处理装置10中，在聚焦环24的与静电卡盘22的接触面(以下简称为“接触面”)24a上形成有作为弹性部件的由树脂构成的热传导膜39。在此，通过基座12对静电卡盘22进行冷却，因此在蚀刻处理期间，将其维持在比聚焦环24低的温度。此时，热传导膜39将聚焦环24的热量传递到静电卡盘22。此外，即使聚焦环24通过静电卡盘22冷却也上升至接近200℃的温度，因此构成热传导膜39的树脂有必要具有耐热性，有必要在高温下维持形状。因此，优选作为构成热传导膜39的树脂例如为硅树脂、环氧树脂、含氟橡胶、酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺、烯烃树脂、苯乙烯树脂、聚酯树脂、PVC(聚氯乙烯树脂)中的任何一个。
在聚焦环24的接触面24a上由印刷处理形成该热传导膜39。具体地说，构成热传导膜39的树脂，通过刷子等直接涂敷在接触面24a上(涂敷处理)，或者通过喷溅(spray)喷射而喷涂到接触面24a上(喷涂印刷处理)，或者通过丝网印刷涂敷在接触面24a上(丝网印刷处理)。此时，聚焦环24的接触面24a与树脂紧贴，因此，聚焦环24和热传导膜39充分紧贴。因此，在聚焦环24和热传导膜39之间不产生界面。其结果，在将聚焦环24载置在静电卡盘22上时，仅在热传导膜39和静电卡盘22之间产生界面。
图2为图1的聚焦环附近的放大截面图。
在图2中，在聚焦环载置面22a上形成有用于部分地收纳在聚焦环24的接触面24a上所形成的热传导膜39的收纳槽22b。将聚焦环24载置在静电卡盘22上，在收纳槽22b部分地收纳热传导膜39时，能够将聚焦环24的接触面24a和聚焦环载置面22a的间隙t设定为较小。具体地说，在本实施方式中将间隙t设定为约0.1mm。因此，能够防止反应室17的等离子体进入到收纳槽22b。
另外，在本实施方式中，在静电卡盘22侧形成有热传导膜39的收纳槽22b，但是也可以在聚焦环24的接触面24a上形成具有同样功能的收纳槽，也可以在该收纳槽内形成热传导膜39。此时，也能够将聚焦环24的接触面24a和聚焦环载置面22a的间隙t设定为较小。
但是，因为热传导膜39由树脂构成，所以其为绝缘性部件，因为聚焦环24和静电卡盘22为导电性部件，所以聚焦环24、热传导膜39和静电卡盘22构成电容器。若该电容器的电容量增大，则基座12的阻抗就发生变化。作为利用该现象的技术，例如，在日本特表2003-519907号公报中公开有在聚焦环的背面配置阻抗调节层使阻抗积极地变化的技术。基座12的阻抗的变化影响到处理空间S内的等离子体的分布，进一步地，影响到晶片W的蚀刻处理的面内均匀性。此处，因为热传导膜39较薄，上述电容器的电容量变小，因此优选热传导膜39的厚度小。
因此，本发明人为了确认热传导膜39对基座12的阻抗的影响量，采用由具有与该热传导膜39具有大致相同的介电常数的热传导凝胶构成的热传导板41代替热传导膜39，分别对在聚焦环24和静电卡盘22之间配置有绝缘性部件的情况以及没有配置绝缘性部件的情况下的基座12的阻抗进行测定。
图3为概略地表示测定图1所示基座的阻抗的装置之结构的截面图。
图3的阻抗测定装置40具有与基板处理装置10基本上相同的结构，因此，以下仅对不同点进行说明。
在图3中，阻抗测定装置40具有通过50Ω的电阻42连接在基座12上的阻抗分析器(impedance analyzer)43。另外，阻抗分析器43连接在PC(Personal Computer：个人计算机)44上。
阻抗分析器43向基座12发出规定频率例如为13MHz和40MHz的入射波，并观测各频率的反射波。PC44根据观测的反射波算出各频率时的阻抗。
本发明人使用阻抗测定装置40，分别对在聚焦环24和静电卡盘22之间配置有厚度为1mm的热传导板41的情况和没有配置的情况下的基座12的阻抗进行测定，各自的结果如图4的图表所示。
图4为表示在聚焦环和静电卡盘之间配置有作为代替品的热传导板的情况和没有配置的情况下的各频率时的基座的阻抗的图表。
虽然在图4中表示出在聚焦环24和静电卡盘22之间配置有厚度为1mm的热传导板41的情况和没有配置的情况下的各自的基座12的阻抗，但如该图表所示，没有观测配置有热传导板41的情况和没有配置的情况下的阻抗的差。因此，可以确认即使在聚焦环24和静电卡盘22之间配置有厚度为1mm的热传导板41，也不会影响到基座12的阻抗。另外，因为热传导板41具有与热传导膜39大致相同的比介电常数，所以可以类推即使在聚焦环24的接触面24a上形成有厚度为1mm的热传导膜39，也不会影响到基座12的阻抗。
另外，本发明人为了确认热传导板41对蚀刻处理的影响量，使用图1的基板处理装置10，在聚焦环24和静电卡盘22之间配置有取代热传导膜39的厚度为1mm的热传导板41的情况和没有配置的情况下，分别对晶片W实施蚀刻处理。然后，算出被实施蚀刻处理的晶片W的蚀刻速率，在图5中表示沿晶片W的直径方向(作为某方向的X方向，和与该X方向成直角的Y方向)的蚀刻速率的分布。
图5为表示在聚焦环和静电卡盘之间配置有热传导板的情况和没有配置的情况下的沿着晶片的直径方向的蚀刻速率的分布图表，图5(A)为配置有热传导板的情况，图5(B)为没有配置热传导板的情况。
如图5(A)和图5(B)的图表所示，没有观测到配置有热传导板41的情况和没有配置的情况下的蚀刻速率的差。因此，可以确认即使在聚焦环24和静电卡盘22之间配置有厚度为1mm的热传导板41，也不会影响到蚀刻处理。
根据以上阻抗的测定结果、蚀刻速率的分布的测定结果和热传导膜39的厚度优选为较小的这个事实，将本实施方式的热传导膜39的厚度的最大值设定为1.0mm。
此外，因为热传导膜39具有粘接性，因此，当为了进行维护而将聚焦环24从静电卡盘22剥离时，热传导膜39有时会破损并且其一部分密接残留在静电卡盘22上。因此，从防止热传导膜39破损的观点出发，优选将热传导膜39的厚度为某一规定值以上，本实施方式中将热传导膜39的厚度的最小值设定为0.5mm。
根据本实施方式所涉及的基板处理装置，通过印刷处理在聚焦环24的接触面24a上形成热传导膜39，因此聚焦环24和热传导膜39充分紧贴，并且能够防止在聚焦环24和热传导膜39之间产生界面。其结果，在将聚焦环24载置在静电卡盘22上时，仅在热传导膜39和静电卡盘22之间产生界面，因此能够充分改良聚焦环24和静电卡盘22之间的热传导效率。
另外，能够充分改良聚焦环24和静电卡盘22之间的热传导效率，因此与现有的传热板相比，能够扩大热传导膜39要求的硬度和热传导率的范围。其结果，能够增加作为热传导膜39可使用的材料的种类。
在上述基板处理装置10中，通过刷子等将树脂直接涂敷在接触面24a上，或者通过喷溅喷射将树脂喷到接触面24a上，或者通过丝网印刷将树脂涂敷在接触面24a上而形成热传导膜39，因此，能够可靠地防止在聚焦环24和热传导膜39之间产生微小的间隙，并且能够易于形成热传导膜39。另外，因为热传导膜39由树脂构成，所以易于印刷。
另外，在上述基板处理装置10中，因为热传导膜39由作为弹性部件的树脂构成，所以其与收容槽22b的底部的密接度提高，从而，能够进一步改善聚焦环24以及静电卡盘22之间的热传导效率。
而且，在上述基板处理装置10中，热传导膜39的厚度为0.2mm～1.0mm，因此能够缩小热传导膜39的静电容量，而且能够通过热传导膜39的形成防止静电卡盘22全体的阻抗发生变化。其结果，能够防止蚀刻速率的分布发生变化，能够防止对蚀刻处理产生影响。
另外，在上述基板处理装置10中，静电卡盘22在聚焦环载置面22a中，具有部分地收纳热传导膜39的收纳槽22b，因此能够减少热传导膜39露出反应室17的面积，并且能够将接触面24a和聚焦环载置面22a的间隙t设定为较小，能够防止反应室17的等离子体进入收纳槽22b。其结果，在蚀刻处理期间，能够防止等离子体接触热传导膜39，从而能够防止热传导膜39的消耗。
另外，在上述本实施方式中，基板为半导体晶片W，但基板并不限定于此，例如也可以为LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)或者FPD(Flat Panel Display：平面面板显示器)等的玻璃基板。

Claims (7)

1.一种基板处理装置，其特征在于，包括：
收纳基板的收纳室；配置在该收纳室内的用于载置所述基板的载置台；和以包围所述被载置的基板的周边部的方式载置在所述载置台上的环状聚焦环，其中，所述收纳室内被减压，
通过印刷处理在所述聚焦环与所述载置台的接触面上形成热传导膜。
2.如权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于：
所述印刷处理为丝网印刷处理、涂敷处理和喷涂印刷处理中的任一种。
3.如权利要求1或2所述的基板处理装置，其特征在于：
所述热传导膜由弹性部件构成。
4.如权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于：
所述弹性部件由树脂构成。
5.如权利要求1～4中任一项所述的基板处理装置，其特征在于：
所述热传导膜的厚度为0.2mm～1.0mm。
6.如权利要求1～5中任一项所述的基板处理装置，其特征在于：
所述载置台在与所述热传导膜接触的部分具有用于收纳所述热传导膜的槽。
7.一种聚焦环，其特征在于：
在包括收纳基板的收纳室以及配置在该收纳室内的用于载置所述基板的载置台并且所述收纳室内被减压的基板处理装置中，
所述聚焦环以包围所述被载置的基板的周边部的方式而被载置在所述载置台上并且所述聚焦环呈环状，其中，通过印刷处理在所述聚焦环与所述载置台的接触面上形成热传导膜。
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