TWI445114B - A substrate processing device and a focusing ring - Google Patents
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Description
本發明是關於基板處理裝置及聚焦環,尤其關於改善載置台及聚焦環之熱傳達效率之基板處理裝置。
因於對當作基板之晶圓施予電漿處理,例如蝕刻處理之時,藉由蝕刻形成在晶圓表面之溝之寬度或深度受到晶圓溫度之影響,故在蝕刻處理中要求將晶圓之全表面溫度保持均勻。
對晶圓施予蝕刻處理之基板處理裝置,具備收容晶圓之可減壓腔室,和於蝕刻處理中載置晶圓之載置台(以下,稱為「承載器」),在被減壓之腔室內產生電漿,該電漿蝕刻晶圓,承載器具有調溫機構,並且控制晶圓之溫度。由於對晶圓施予蝕刻處理之時,晶圓自電漿受熱,溫度上昇,故承載器之調溫機構冷卻晶圓將其溫度維持一定。
再者,在承載器上,以包圍晶圓之邊緣部之方式,載置例如由矽所構成之環狀聚焦環。該聚焦環使腔室內之電漿收束於晶圓上。聚焦環也於蝕刻處理時,自電漿受熱,溫度上昇至300℃~400℃。
於蝕刻處理之時,晶圓之大部份雖然藉由承載器之調溫機構被冷卻,但是晶圓之邊緣部因受到聚焦環之放射熱影響,故難以將晶圓全表面之溫度保持均勻。
再者,以往,因聚焦環僅載置在承載器,故聚焦環及承載器無密接,聚焦環及承載器之熱傳達效率低。其結果,因於聚焦環蓄積熱,聚焦環之溫度無法成為一定,故難以對相同批量內之多數晶圓施予均等之蝕刻處理。
由此,必須積極性控制聚焦環之溫度。在此,開發出改善聚焦環及承載器之熱傳達率,藉由承載器之調溫機構,積極性調溫聚焦環之手法(例如參照專利文獻1)。該手法是在聚焦環及承載器之間配置傳熱薄片改善熱傳達效率。
[專利文獻1]日本特開2002-16126號公報
但是,在聚焦環及承載器之間配置傳熱薄片之時,則在聚焦環及傳熱薄片之間,以及傳熱薄片及承載器之間各產生界面。雖然各界面中之密接度較聚焦環及承載器直接接觸之時強,但是依然在各界面殘留一些微小間隙。因聚焦環、傳熱薄片及承載器被置放在減壓環境下,故微小間隙形成真空隔熱層,各界面阻礙熱傳達。因此,依然有無法充分改善聚焦環及承載器之間之熱傳達之問題。
本發明之目的是提供可以充分改善聚焦環及載置台之間之熱傳達效率之基板處理裝置及聚焦環。
為了達成上述目的,申請專利範圍第1項所記載之基板處理裝置,屬於具備收容基板之收容室;被配置在該收容室內而載置上述基板之載置台;和以包圍上述被載置之基板之周緣部的方式,被載置在上述載置台之環狀聚焦環,上述收容室內被減壓的基板處理裝置,其特徵為:在上述聚焦環中與上述載置台接觸之接觸面,藉由印刷處理形成有熱傳達膜,上述熱傳達膜是由彈性構件所構成,上述彈性構件是由樹脂所構成,上述熱傳達膜之厚度為0.2mm~1.0mm。
申請專利範圍第2項所記載之基板處理裝置是申請專利範圍第1項所記載之基板處理裝置中,上述印刷處理為網版印刷處理、塗佈處理及噴霧印刷處理中之任一者。
申請專利範圍第3項所記載之基板處理裝置是申請專利範圍第1或2項所記載之基板處理裝置中,上述載置台在與上述熱傳達膜接觸之部份,具有收容上述熱傳達膜之溝。
為了達成上述目的,申請專利範圍第4項所記載之聚焦環,屬於在具備收容基板之收容室和被配置在該收容室內而載置上述基板之載置台,且上述收容室內被減壓之基板處理裝置中,以包圍上述被載置之基板之周緣部的方式,被載置在上述載置台之環狀聚焦環,其特徵為:在與上述載置台接觸之接觸面,藉由印刷處理形成有熱傳達膜,上述熱傳達膜是由彈性構件所構成,上述彈性構件是由樹脂所構成,上述熱傳達膜之厚度為0.2mm~1.0mm。
若藉由申請專利範圍第1項所記載之基板處理裝置及申請專利範圍第4項所記載之聚焦環,因在與聚焦環中之載置台接觸之接觸面,藉由印刷處理形成有熱傳達膜,故聚焦環及熱傳達膜充分密接,可以防止在聚焦環及熱傳達膜之間產生界面。其結果,於將聚焦環載置在載置台之時,界面因僅產生於熱傳達膜及載置台之間,故可以充分改善聚焦環及載置台之間的熱傳達效率。且因熱傳達膜由彈性構件所構成,故提升與載置台之密接度,並且可以更改善聚焦環及載置台之間的熱傳達效率。並且,因彈性構件由樹脂所構成,故可以容易印刷。又,因熱傳達膜之厚度為0.2mm~1.0mm,故可以縮小熱傳達膜之靜電電容,並且藉由熱傳達膜之形成,可以防止載置台全體之阻抗變化。其結果,可以防止使用電漿之基板處理的結果受到影響。
若藉由申請專利範圍第2項所記載之基板處理裝置,印刷處理因為網版印刷處理、塗佈處理及噴霧印刷處理中之任一者,故可以確實防止聚焦環及熱傳達膜之間產生微小間隙,並且可以簡便形成熱傳達膜。
若藉由申請專利範圍第3項所記載之基板處理裝置,因在與熱傳達膜接觸之部份,具有收容熱傳達膜之溝,故可以減少熱傳達膜露出之面積,並且可以防止使用電漿之基板處理之期間,電漿接觸於熱傳達膜。其結果,可以防
止熱傳達膜消耗。
以下,針對本發明之實施形態一面參照圖面,一面予以說明。
首先,針對本發明之實施形態所涉及之基板處理裝置予以說明。
第1圖為概略性表示本實施形態所涉及之基板處理裝置之構成的剖面圖。該基板處理裝置是構成在當作基板之半導體晶圓上施予蝕刻處理。
在第1圖中,基板處理裝置10具有收容例如直徑為300mm之半導體晶圓(以下單稱為「晶圓」)W之腔室11(收容室),在該腔室11內配置有當作載置晶圓W之載置台之圓柱狀之承載器12(載置台)。在基板處理裝置10中,藉由腔室11之內側壁和承載器12之側面,形成當作將承載器12上方之氣體排出至腔室11外之流路而發揮功能之側方排氣路13,在該側方排氣路13之途中配置排氣板14。腔室11之內壁面是由石英或氧化釔(Y2
O3
)所覆蓋。
排氣板14為具有多數孔之板狀構件,當作將腔室11隔成上部和下部之區隔板而發揮功能。在藉由排氣板14而所區隔之腔室11之上部(以下,稱為「反應室」)17,產生後述之電漿。再者,在腔室11之下部(以下,稱為排氣室(分歧裝置:Manifold))18,開口用以排出
腔室11內之氣體的粗抽排氣管15及本排氣管16。粗抽排氣管15連接著DP(Dry Pump)(無圖示),本排氣管16連接著TMP(Turbo Molecular Pump)(無圖式)。再者,排氣板14是捕捉或反射在反應室17中之後述之處理空間S所產生之離子或自由基而防止洩漏至該些分歧裝置18。
粗抽排氣管15及本排氣管16經分歧裝置18將反應室17之氣體排出至腔室11之外部。具體而言,粗抽排氣管15是將腔室11內從大氣壓減壓至低真空狀態,本排氣管16是與粗抽排氣管15一起動作將腔室11內減壓至較低真空狀態低之壓力的高真空狀態(例如,133Pa(1Torr)以下)。
在承載器12經整合器(Matcher)20連接有下部高頻電源19,該下部高頻電源19是將特定之高頻電力施加至承載器12。依此,承載器12當作下部電極發揮功能。再者,下部整合器20降低來自承載器12之高頻電力之反射使供給至高頻電力之承載器12之供給效率成為最大。
在承載器12之上部配置有在內部具有靜電電極板21之靜電夾具22。靜電夾具22是在具有某直徑之下部圓板狀構件上,呈現重疊直徑較該下部圓板狀構件小之上部圓板狀構件之形狀。並且,靜電夾具22是由鋁所構成,在上部圓板狀構件之上面溶射有陶瓷等。當在承載器12載置晶圓W時,該晶圓W則配置在靜電夾具22中之上部圓板狀構件上。
再者,在靜電夾具22中,直流電源23電性連接於靜電電極板21。當在靜電電極板21施加正之高直流電壓時,則在晶圓W中之靜電夾具22側之面(以下稱為「背面」),產生負電位,而在靜電電極板21及晶圓W之背面之間產生電位差,藉由該電位差所引起之庫倫力或是詹生拉別克(Johnsen-Rahbek)力,吸附保持在靜電夾具22中之上部板狀構件上。
再者,於靜電夾具22中之下部圓板狀構件之上面不重疊上部圓板狀構件之部份(以下,稱為「聚焦環載置面」)22a,配置有圓環狀之聚焦環24。即是,靜電夾具22直接性載置聚焦環24。因此,靜電夾具22構成載置台之一部份。
聚焦環24是由導電性構件,例如矽所構成,包圍吸附保持於靜電夾具22中之上部圓板狀構件上之晶圓W之周圍。再者,聚焦環24是在處理空間S將電將朝向晶圓W表面收斂,使蝕刻處理之效率提高。
再者,於承載器12之內部設置例如延伸於圓周方向之環狀冷煤室25。該冷煤室25自冷卻單元(無圖式)經冷煤用配管26循環供給低溫冷煤例如冷卻水或抗凍液(Galden,註冊商標)。藉由該低溫之冷煤而被冷卻之承載器12經靜電夾具22冷卻晶圓W及聚焦環24。並且,晶圓W及聚焦環24之溫度主要藉由循環供給至冷煤室之冷煤之溫度、流量而被控制。
吸附保持靜電夾具22中之上部圓板狀構件之上之晶
圓W之部份(以下,稱為「吸附面」,開口有多數傳熱氣體供給孔27。該些多數傳熱氣體供給孔27經傳熱氣體供給管線28連接於傳熱氣體供給部(無圖式),該傳熱體供給部經傳熱氣體供給孔27將當作傳熱氣體之氦(He)氣供給至吸附面及晶圓W之背面之間隙。供給至吸附面及晶圓W之背面之間隙的氦氣是將晶圓W之熱有效果傳達至靜電夾具22。
在腔室11之頂棚部,以與承載器12對向之方式配置有氣體導入噴淋頭29。氣體導入噴淋頭29經上部整合器30連接有上部高頻電源31,上部高頻電源31因將特定高頻電力施加於氣體導入噴淋頭29,故氣體導入噴淋頭29當作上部電極發揮功能。並且,上部整合部30之功能是與下部整合器20之功能相同。
氣體導入噴淋頭29具有擁有多數氣體孔32之頂棚電極板33,和可拆裝支撐該頂棚電極板33之電極支撐體34。再者,在該電極支撐體34之內部設置緩衝室35,在該緩衝室35連接有處理氣體導入管36。氣體導入噴淋頭29是經氣體孔32將自處理氣體導入管36供給至緩衝室35之處理氣體供給至反應室17內。
再者,在腔室11之側壁,設置於晶圓W搬出搬入於反應室17內之時所利用之搬出入口37,搬出入口37安裝有開關該搬出入口37之閘閥38。
在該基板處理裝置10之反應室17內,對承載器12及氣體導入噴淋頭29施加高頻電力,藉由對承載器12及
氣體導入噴淋頭29之間的處理空間S施加高頻電力,在該處理空間S中,使自氣體導入噴淋頭29所供給之處理氣體成為高密度之電漿而使產生離子或自由基,藉由該離子等對晶圓W施予蝕刻處理。
並且,上述基板處理裝置10之各構成零件之動作,是因應基板處理裝置10所具備之控制部(無圖式)之CPU因應對應於蝕刻處理之程式而加以控制。
在上述基板處理裝置10中,於與聚焦環24中之靜電夾具22之接觸面(以下,單稱為「接觸面」)24a形成有由當作彈性構件之樹脂所構成之熱傳達膜39。在此,靜電夾具22因藉由承載器12被冷卻,故在蝕刻處理之期間,維持較具聚焦環24低之溫度。此時,熱傳達膜39將聚焦環24之熱傳達至靜電夾具22。再者,因聚焦環24即使藉由靜電夾具22被冷卻,溫度亦上昇至200℃左右,故構成熱傳達膜39之樹脂必須具有耐熱性,在高溫下必須維持形狀。因此,作為構成熱傳達膜39之樹脂,是以例如矽樹脂、環氧樹脂、氟樹脂、酚樹脂、聚氨酯樹脂、聚醯亞胺、烯烴樹脂、苯乙烯樹脂、聚酯樹脂、PVC(聚氯乙烯樹脂)中之任一者為佳。
該熱傳達膜39是藉由印刷處理而形成在聚焦環24之接觸面24a。具體而言,構成熱傳達膜39之樹脂藉由刷毛等直接塗佈於接觸面24a(塗佈處理),或藉由噴霧噴射吹向接觸面24a(噴霧印刷處理),或是藉由網版印刷塗佈於接觸面24a(網版印刷處理)。此時,因聚焦環24之
接觸面24a及樹脂密接,故聚焦環24及熱傳達膜39充分密接。因此,在聚焦環24及熱傳達膜39之間不產生界面。其結果,於靜電夾具22載置聚焦環24之時,界面僅在熱傳達膜39及靜電夾具22之間產生。
第2圖為第1圖中之聚焦環附近之放大剖面圖。
於第2圖中,在聚焦環載置面22a形成有部份性收容形成於與聚焦環24接觸之接觸面24a上之熱傳達膜39之收容溝22b。聚焦環24載置於靜電夾具22,熱傳達膜39部份性被收容於收容溝22b時,可以縮小設定聚焦環24之接觸面24a及聚焦環載置面22a之間隙t。具體而言,在本實施形態中,間隙t設定為0.1mm。因此,防止反應室17中電漿進入收容溝22b。
並且,在本實施形態中,雖然在靜電夾具22側形成熱傳達膜39之收容溝22b,但是在聚焦環24之接觸面24a形成具有相同功能之收容溝,即使在該收容溝內形成熱傳達膜39亦可。此時亦可以縮小設定聚焦環24之接觸面24a及聚焦環載置面22a之間隙t。
但是,熱傳達膜39因由樹脂所構成,故為導電性構件,聚焦環24、熱傳達膜39及靜電夾具22構成電容器。當該電容器之靜電電容變大時,承載器12之阻抗則變化。作為利用該現象之技術,則有例如日本特表2003-519907號公報揭示著在聚焦環之背面配置阻抗調節層,使阻抗積極性變化之技術。承載器12之阻抗變化對處理空間S中之電漿分佈造成影響,並且對晶圓W之蝕刻處理
之面內均勻性造成影響。在此,上述電容器之靜電電容因當熱傳達膜39為薄則變小,故熱傳達膜39之厚度越小為佳。
在此,本發明者為了確認對熱傳達膜39之承載器12之阻抗影響範圍,以由具有幾乎與該熱傳達膜39相同具有介電常數之熱傳導凝膠所構成之熱傳導薄片41取代熱傳導膜39,測定在聚焦環24及靜電夾具22之間配置有絕緣性構件之時及無配置絕緣性構件時之各個承載器12之阻抗。
第3圖為概略性表示測量第1圖中之承載器之阻抗之裝置的構成剖面圖。因第3圖之阻抗測定裝置40具有基本上與基板處理裝置10相同之構成,故以下僅針對不同點予以說明。
於第3圖中,阻抗測定裝置40具有經50Ω之電阻42而連接於承載器12之阻抗分析器43。再者,阻抗分析器43連接於PC(Personal Computer)44。
阻抗分析器43是根據朝向承載器12振盪特定頻率例如13MHz及40MHz之射入波,觀測各頻率的反射波。PC44根據所觀測之反射波算出各頻率中之阻抗。
本發明者使用阻抗測定裝置40,針對在聚焦環24及靜電夾具22之間配置及不配置厚度1mm之熱傳導薄片41之時的各個,測定承載器12之阻抗,將各個結果表示於第4圖之曲線圖。
第4圖為表示在聚焦環及靜電夾具之間配置及不配置
所替用之熱傳導薄片時之各頻率的承載器之阻抗的曲線圖。
在第4圖中,表示在聚焦環24及靜電夾具22之間配置及無配置厚度1mm之熱傳導薄片41時之各個的承載器12之阻抗的曲線圖,如該曲線圖所示般,無觀測到配置及無配置熱傳導薄片41時之阻抗之差。因此,確認出即使在聚焦環24及靜電夾具22之間配置厚度1mm之熱傳導薄片41,亦不會對承載器12之阻抗造成影響。再者,因熱傳導薄片41具有幾乎與熱傳導膜39相同之介電常數,故可類推即使在聚焦環24之接觸面24a形成厚度1mm之熱傳達膜39,亦不會對承載器12之阻抗造成影響。
並且,本發明者為了確認對熱傳導薄片41之蝕刻處理的影響範圍,使用第1圖之基板處理裝置10,在聚焦環24及靜電夾具22之間配置及無配置厚度1mm之熱傳導薄片41取代熱傳達膜39時之各個中,對晶圓W施予蝕刻處理。然後,算出施予蝕刻處理之晶圓W的蝕刻率,第5圖表示沿著晶圓W直徑方向(某方向為X方向,及以該X方向成直角的為Y方向)之蝕刻率之分佈。
第5圖為在聚焦環及靜電夾具之間配置及無配置熱傳導薄片時之沿著晶圓直徑方向之蝕刻率分佈的曲線圖,第5圖(A)為配置有熱傳導薄片之時,第5圖(B)為無配置熱傳導薄片之時。
如第5圖(A)及第5圖(B)之曲線圖所示般,無觀測到配置及無配置熱傳導薄片41時之蝕刻率分佈之差。
因此,確認即使在聚焦環24及靜電夾具22之間配置厚度1mm之熱傳導薄片41,亦不會對蝕刻處理造成影響。
以上之阻抗測定結果,蝕刻分佈之測定結果及熱傳達膜39之厚度越小越佳,根據該事實本實施形態中之熱傳達膜39之厚度之大最值設定為1.0mm。
再者,熱傳達膜39因具有黏著性,故於為了維修自靜電夾具22拆開聚焦環24時,有熱傳達膜39破損,其一部份密接殘留於靜電夾具22。在此,從防止熱傳達膜39破損之觀點,熱傳達膜39之厚度以某值以上為佳,本實施形態中之熱傳達膜39之厚度之最小值設定為0.5mm。
若藉由本實施形態所涉及之基板處理裝置時,因藉由印刷處理在聚焦環24之接觸面24a形成熱傳達膜39,故聚焦環24及熱傳達膜39充分密接,可以防止在聚焦環24及熱傳達膜39之間產生界面。其結果,於在靜電夾具22載置聚焦環24之時,界面因僅產生於熱傳達膜39及靜電夾具22之間,故可以充分改善聚焦環24及靜電夾具22之間之熱傳達效率。
再者,由於充分改善聚焦環24及靜電夾具22之間的熱傳達效率,故較以往之傳熱薄片,可以擴大熱傳達膜39所要求之硬度或熱傳達率之範圍。其結果,可以增加可使用之材料之種類以當作熱傳達膜39。
在上述之基板處理裝置10中,因熱傳達膜39藉由刷毛等直接在接觸面24a塗佈樹脂,或藉由噴霧噴射將樹脂
噴在接觸面24a,或是藉由網版印刷在接觸面24a塗佈樹脂而所形成,故可以確實防止在聚焦環24及熱傳達39之間產生微小間隙,並且可以簡便形成熱傳達膜39。再者,因熱傳達膜39由樹脂所構成,故可以容易印刷。
再者,上述基板處理裝置10中,熱傳達膜39因由當作彈性構件之樹脂所構成,故與收容溝22b底部之密接度變強,而且可以更改善聚焦環24及靜電夾具22之間的熱傳達效率。
並且,在上述基板處理裝置10中,熱傳達膜39之厚度為0.2mm~1.0mm,故可以縮小熱傳達膜39之靜電電容,並且藉由熱傳達膜39之形成可以防止電夾具22全體之阻抗變化。其結果,可以防止蝕刻率產生變化,並且可以防止對蝕刻處理造成影響。
再者,在上述基板處理裝置10中,靜電夾具22是在聚焦環載置面22a,具有部份性收容熱傳達膜39之收容溝22b,故可以減少熱傳達膜39露出至反應室17之面積,並且可以縮小設定接觸面24a及聚焦環載置面22a之間隙t,並且可以防止反應室17中之電漿進入收容溝22b。其結果,可以防止蝕刻處理之期間,電漿接觸至熱傳達膜39,並可以防止熱傳達膜39消耗。
並且,在上述本實施形態中,雖然基板為半導體晶圓W,但是基板並不限定於此,例如即使為LCD(Liquid Crystal Display)或FPD(Flat Panel Display)等之玻璃基板亦可。
W‧‧‧晶圓
S‧‧‧處理空間
10‧‧‧基板處理裝置
11‧‧‧腔室
12‧‧‧承載器
22‧‧‧靜電夾具
22a‧‧‧聚焦環載置面
22b‧‧‧收容溝
24‧‧‧聚焦環
24a‧‧‧接觸面
39‧‧‧熱傳達膜
40‧‧‧阻抗測定裝置
第1圖為概略性表示本發明之實施形態所涉及之基板處理裝置之構成的剖面圖。
第2圖為第1圖中之聚焦環附近之放大剖面圖。
第3圖為概略性表示測定第1圖中之承載器之阻抗的裝置之構成的剖面圖。
第4圖為表示於聚焦環及靜電夾具之間配置及無配置所代用之熱傳導薄片配置之時的各頻率中之承載器之阻抗的曲線圖。
第5圖為表示在聚焦環及靜電夾具之間配置及無配置熱傳導薄片之時的沿著晶圓直徑方向之蝕刻率分佈的曲線圖,第5圖(A)為配置熱傳導薄片之時,第5圖(B)為無配置熱傳導薄片之時。
W‧‧‧晶圓
22‧‧‧靜電夾具
22a‧‧‧聚焦環載置面
22b‧‧‧收容溝
24‧‧‧聚焦環
24a‧‧‧接觸面
39‧‧‧熱傳達膜
Claims (4)
- 一種基板處理裝置,屬於具備收容基板之收容室;被配置在該收容室內而載置上述基板之載置台;和以包圍上述被載置之基板之周緣部的方式,被載置在上述載置台之環狀聚焦環,上述收容室內被減壓的基板處理裝置,其特徵為:在上述聚焦環中與上述載置台接觸之接觸面,藉由印刷處理形成有熱傳達膜,上述熱傳達膜是由彈性構件所構成,上述彈性構件是由樹脂所構成,上述熱傳達膜之厚度為0.2mm~1.0mm。
- 如申請專利範圍第1項所記載之基板處理裝置,其中,上述印刷處理為網版印刷處理、塗佈處理及噴霧印刷處理中之任一者。
- 如申請專利範圍第1或2項所記載之基板處理裝置,其中,上述載置台在與上述熱傳達膜接觸之部份,具有收容上述熱傳達膜之溝。
- 一種聚焦環,屬於在具備收容基板之收容室和被配置在該收容室內而載置上述基板之載置台,且上述收容室內被減壓之基板處理裝置中,以包圍上述被載置之基板之周緣部的方式,被載置在上述載置台之環狀聚焦環,其特徵為:在與上述載置台接觸之接觸面,藉由印刷處理形成有熱傳達膜, 上述熱傳達膜是由彈性構件所構成,上述彈性構件是由樹脂所構成,上述熱傳達膜之厚度為0.2mm~1.0mm。
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