JP2002016126A - 被処理体の載置装置 - Google Patents
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Abstract
真空細隙があり、両者間での熱伝達が悪く、フォーカス
リング2をウエハWのようには冷却することができず、
フォーカスリング2がウエハWの温度よりもかなり高く
なり、この温度の影響によりウエハWの外周縁部のエッ
チング特性が悪くなる。 【解決手段】 本発明の被処理体の載置装置は、ウエハ
Wを載置する冷媒流路11Cを内蔵したウエハチャック
11と、このウエハチャック11の載置面の外周縁部に
配置されたフォーカスリング12とを備え、ウエハチャ
ック11とフォーカスリング12との間に熱伝達媒体1
5を介在させると共にフォーカスリング12をウエハチ
ャック11に対して押圧、固定する固定手段16を設け
たことを特徴とする。
Description
置に関し、更に詳しくは、例えばプラズマ処理装置に用
いられる被処理体の載置装置に関する。
装置、エッチング装置あるいはアッシング装置等が半導
体製造装置として広く用いられている。プラズマ処理室
内にはウエハ等の被処理体を載置する装置が設置されて
いる。この載置装置は、例えば図8に示すように、ウエ
ハWを載置する載置台(ウエハチャック)1と、このウ
エハチャック1上面の外周縁部に配置されたフォーカス
リング2とを備えている。
処理室内のウエハチャック1上にウエハWを載置した
後、処理室を所定の真空度に保持した状態でウエハチャ
ック1上にウエハWを載置、固定し、例えばウエハチャ
ック1に高周波電力を印加して処理室内でプラズマを発
生させる。プラズマはウエハチャック1上のフォーカス
リング2を介してウエハW上に収束し、ウエハWに対し
所定のプラズマ処理(例えば、エッチング処理)を施
す。エッチングによりウエハWの温度が高くなるが、冷
却機構を用いてウエハチャック1を介してウエハWを冷
却する。この際、ウエハチャック1上面から熱伝導性に
優れたヘリウムガス等のバックサイドガスをウエハWの
裏面に向けて流し、ウエハチャック1とウエハW間の熱
伝達効率を高めウエハWを効率良く冷却する。
被処理体の載置装置の場合には、フォーカスリング2が
ただ単にウエハチャック1上に載置した構造であるた
め、フォーカスリング2とウエハチャック1間に真空細
隙があり、両者間での熱伝達が悪く、フォーカスリング
2をウエハWのようには冷却することができず、フォー
カスリング2がウエハWの温度よりもかなり高くなり、
この影響でウエハWの外周縁部がその内側よりも高温に
なってこの部分でのエッチング特性が悪くなり、ホール
抜け性が悪化したり、エッチングの選択比が低下したり
する等の問題が生じてきた。尚、ホール抜け性とは所定
の深さまでエッチングにより確実に堀込むことができる
特性を云う。ホール抜け性が悪いと堀込みが足りず、所
定深さまでエッチングできない。
細化が飛躍的に進み、しかも一枚のウエハWの無駄をな
くし1個でも多くのデバイスを取る努力がなされている
ため、ウエハWの外周間際までデバイスを取るようにな
ってきている。そのため、フォーカスリング2の温度上
昇はデバイスの歩留りに大きく影響するようになってき
た。
れたもので、フォーカスリングの温度上昇を抑制しその
近傍でのプラズマ処理特性の経時的変化をなくし、被処
理体全面を均一に処理することができる被処理体の載置
装置を提供することを目的としている。
の被処理体の載置装置は、被処理体を載置する冷却機構
を内蔵した載置台と、この載置台の載置面の外周縁部に
配置されたフォーカスリングとを備えた被処理体の載置
装置において、上記載置台と上記フォーカスリングとの
間に熱伝達媒体を介在させたことを特徴とするものであ
る。
の載置装置は、請求項1に記載の発明において、上記フ
ォーカスリングを上記載置台に対して押圧、固定する押
圧手段を設けたことを特徴とするものである。
の載置装置は、請求項2に記載の発明において、上記押
圧手段は上記フォーカスリング上面の外周縁部に接触す
る接触部と、この接触部から下方に延びて上記載置台を
囲む延設部と、この延設部を上記載置台に対して固定す
る固定部材とを有することを特徴とするものである。
の載置装置は、請求項3に記載の発明において、上記接
触部及び上記延設部をセラミックにより形成したことを
特徴とするものである。
の載置装置は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記
載の発明において、上記熱伝達媒体を耐熱性弾性部材に
より形成したことを特徴とするものである。
の載置装置は、請求項5に記載の発明において、上記熱
伝達媒体を導電性シリコンゴムにより形成したことを特
徴とするものである。
の載置装置は、被処理体を載置する冷却機構を内蔵した
載置台と、この載置台の載置面の外周縁部に配置された
フォーカスリングとを備えた被処理体の載置装置におい
て、上記載置台と上記フォーカスリングとの間に金属ま
たはセラミックスからなる熱伝達媒体を介在させ、上記
熱伝達媒体と上記フォーカスリングを熱伝達性接着剤を
介して接合したことを特徴とするものである。
の載置装置は、請求項7に記載の発明において、上記載
置台の外周縁部にリング状の凹部を設け、上記凹部に熱
伝達性に優れたガスを供給するガス供給部を設けたこと
を特徴とするものである。
に基づいて本発明を説明する。本実施形態の被処理体の
載置装置10は、例えば図1に示すように、被処理体
(例えば、ウエハ)Wを載置する載置台(ウエハチャッ
ク)11と、このウエハチャック11の外周縁部に配置
されたフォーカスリング12とを備え、ウエハチャック
11にはブロッキンブコンデンサ13を介して800K
Hzの高周波電源14が接続されている。このウエハチ
ャック11は例えばアルミアルマイト、アルミナセラミ
ック等によって電極として形成され、フォーカスリング
12は例えばシリコン、シリコンカーバイト等の導電性
材料によって形成されている。この被処理体の載置装置
10は処理室(図示せず)内に配置されている。被処理
体の載置装置10の上方にはプラズマ発生手段が配置さ
れている。プラズマ発生手段として被処理体の載置装置
10の上方に上部電極を配置した場合には、この上部電
極に下部電極より周波数の高い高周波電力(例えば、2
7.12MHz)を印加してプラズマを発生させる。従
って、下部電極ではその高周波電力により自己バイアス
電位が発生し、上部電極ではその高周波電力によりプラ
ズマを発生する。
流路11Cが形成され、この冷媒流路11C内を冷却媒
体(例えば、エチレングリコール)が循環し、ウエハチ
ャック11を介してウエハWを冷却する。冷媒流路11
Cとは別にウエハチャック11内には熱伝達媒体として
のヘリウムガス等のバックサイドガスが通るガス流路
(図示せず)が載置面11Aで開口して形成され、バッ
クサイドガスを載置面11AからウエハWの裏面に向け
てヘリウムガスを供給しウエハチャック11によりウエ
ハWを効率よく冷却するようにしてある。
置面11Aとして形成されている。ウエハ載置面11A
の外側には段差を持ってリング状載置面11Bが形成さ
れ、このリング状載置面11B上にフォーカスリング1
2が配置されている。フォーカスリング12とリング状
載置面11Bの間にはリング状に形成された熱伝達媒体
15が介在し、この熱伝達媒体15はリング状載置面1
1Bとフォーカスリング12間の熱伝達を円滑にしてい
る。この熱伝達媒体15は例えば導電性シリコンゴム等
の耐熱性のある弾性部材により形成され、後述の押圧手
段16を介してリング状載置面11B及びフォーカスリ
ング12と密着している。フォーカスリング12の上面
はウエハ載置面11A上のウエハWの上面よりも僅かに
高くなっている。フォーカスリング12の内側には図2
に示すようにその上面と段差のある薄肉部12Aが形成
され、載置面11A上のウエハWの外周縁部が第1薄肉
部12Aに張り出すようになっている。また、同図に示
すようにフォーカスリング12の外側には内側と同様に
第2薄肉部12Bが形成され、この薄肉部12Bを後述
の押圧手段16によって押圧し、フォーカスリング12
をリング状載置面12B上に固定するようにしてある。
を持って張り出し部11Dが形成され、この張り出し部
11Dに押圧手段16が取り付けられている。リング状
載置面11Bと張り出し部11Dの間の外周面は例えば
石英等の発塵し難い耐熱性材料によって形成された円筒
状の第1カバー部材17によって被覆されている。この
第1カバー部材17の下端にはフランジ17Aが形成さ
れ、このフランジ17Aは張り出し部11Dの内側に形
成された溝内に収納され、張り出し部11Dと面一にな
っている。
第1カバー部材17の外面を被覆する筒状部材18と、
この筒状部材18の下端に配置されたリング状部材19
と、このリング状部材19に筒状部材18を連結する第
1ネジ部材20と、リング状部材19を張り出し部11
Dに締結する第2ネジ部材21とを有し、フォーカスリ
ング12をリング状載置面12Bに向けて押圧するよう
にしている。図1、図2に示すように筒状部材18の上
端の内側にはフランジ18Aが形成され、このフランジ
18Aがフォーカスリング12の第2薄肉部12Bと係
合する。筒状部材18は例えばアルミナセラミック製の
発塵し難い耐熱性材料によって形成され、リング状部材
19はアルミアルマイトによって形成されている。
方向に貫通する貫通孔が形成されている。各貫通孔は、
上半部が下半部より半径が大きく形成されている。ま
た、リング状部材19には上記貫通孔に対応する雌ネジ
が形成され、貫通孔の下半部に装着された第1ネジ部材
20がリング状部材19の雌ネジと螺合している。ま
た、貫通孔の上半部には柱状部材22が装着され、柱状
部材22によって貫通孔の上半部を埋め、筒状部材18
を補強している。この柱状部材22は筒状部材18と同
一の材料によって形成されている。
は第2カバー部材23が固定され、第2カバー部材23
によってリング状部材19の外側に形成された薄肉部1
9Aを被っている。そして、第2ネジ部材21を介して
リング状部材19を第2カバー部材23へ締結し、ひい
ては押圧手段16をウエハチャック11に固定してい
る。そして、上記押圧手段16の外面は第3カバー部材
24によって被覆されている、このカバー部材24はウ
ルテム(商品名)等の耐熱性樹脂によって形成されてい
る。
載置装置10においてウエハWを受け取ると、処理室が
他から遮断されて密閉される。処理室内を所定の真空度
に保ち、高周波電源14からブロッキングコンデンサ1
3を介してウエハチャック11に高周波電力を印加する
と共に上部電極により周波数の高い高周波電力を印加し
てエッチング用ガスを導入すると、処理室内ではエッチ
ング用ガスのプラズマを発生する。プラズマはウエハチ
ャック11のフォーカスリング12によりウエハチャッ
ク11上のウエハWに収束し、ウエハWの表面に所定に
エッチング処理を施す。
エッチングが施されると共にその温度が上昇する。この
際、冷却機構を構成する冷媒流路11Cを流れるエチレ
ングリコールによってウエハチャック11を冷却してい
るために、ウエハチャック11を介してウエハWを冷却
する。しかもバックサイドガスの働きによりウエハチャ
ック11の載置面11AとウエハW間の熱伝達を円滑に
行い、ウエハWを効率良く冷却し、所定温度以上に上昇
させることなく一定の温度に維持する。
ォーカスリング12もウエハ同様にプラズマの攻撃を受
け、温度が上昇する。この際、フォーカスリング12と
リング状載置面11B間に弾性のある導電性シリコンゴ
ムによって形成された熱伝達媒体15が介在し、しかも
押圧手段16によってフォーカスリング12をリング状
載置面11Bに向けて押圧しているため、熱伝達媒体1
5の上下両面がフォーカスリング12及びリング状載置
面11Bと密着し、フォーカスリング12とウエハチャ
ック11間の熱伝達を促し、フォーカスリング12をウ
エハWと同様に冷却し、ウエハWと略同一の温度に維持
し、両者間で殆ど温度差を生じることがないか、温度差
があるとしても極めて僅かである。
リング12の温度による影響を受けることがなく、ウエ
ハW全面で一定のエッチング処理を行うことができ、従
来のようにホール抜け性が悪化したり、エッチングの選
択比が悪化したりすることがない。
ウエハチャック11とフォーカスリング12との間に熱
伝達媒体15を介在させると共にフォーカスリング12
をウエハチャック11に対して押圧、固定する押圧手段
16を設けたため、冷却されたウエハチャック11が熱
伝達媒体15を介してフォーカスリング12から熱を円
滑に奪い、フォーカスリング12を効率良く冷却し、フ
ォーカスリング12とウエハWと殆ど温度差がなく、ウ
エハW外周縁部でのホール抜け性やエッチングの選択比
の悪化を防止し、ウエハWの外周縁部をその内側と同様
に均一にエッチングすることができ、歩留りを高めるこ
とができる。
5を導電性シリコンゴム等の耐熱性のある弾性部材によ
り形成したため、ウエハチャック11のリング状載置面
11Bとフォーカスリング12を熱伝達媒体15を介し
て密着させることができ、ウエハチャック11によるフ
ォーカスリング12の冷却効率を一層高めることができ
る。また、押圧手段16はフォーカスリング12の第2
薄肉部12Bの上面に接触するフランジ18Aと、この
フランジ18Aから下方に延びてウエハチャック11を
囲む筒状部材18と、この筒状部材18をリング状部材
19を介してウエハチャック11の張り出し部11Bに
対して固定する第2ネジ部材21とを有するため、押圧
手段16によってフォーカスリング12を全周に亘って
リング状載置面11Bに対して押圧固定することができ
る。また、フランジ18Aを有する筒状部材18、リン
グ状部材19を耐熱性のあるセラミックにより形成した
ため、高温下でもフォーカスリング12を安定的に固定
することができ、高周波放電を確実に防止することがで
きる。
高周波電力を印加し、載置装置10を用いて下記条件で
ウエハのエッチングを行って直径0.6μmの穴を形成
した。エッチング中のフォーカスリングの表面温度は図
3のグラフに示すように50℃前後で推移し、25枚
目のウエハの穴の断面を図4の(b)に示した。また、
比較のために図4の(a)は標準的なフォーカスリング
を装着した従来の載置装置を用いてウエハに穴を形成し
た時の1枚目(フォーカスリングの温度が上昇する前)
の穴の断面を示している。尚、同図の(a)、(b)に
おいては、左側はウエハの中心の穴のエッチング状態を
示し、中央は中心と外周との中間位置の穴のエッチング
状態を示し、右側はフォーカスリングから5mm離れた
位置に形成された穴のエッチング状態を示している。図
3のグラフ及び図4の(b)に示す結果から本実施形
態のフォーカスリングを用いた載置装置はフォーカスリ
ングの表面温度がウエハWの温度と殆ど温度差がなく、
また、フォーカスリングの表面温度が上昇する前の穴を
示す(a)と同様にウエハW全面で均一なエッチング処
理を行うことができた。 上部電極の印加電力 :27.12MHz、2000W 下部電極の印加電力 :800KHz、1400W 上下電極の間隔 :17mm ウエハチャック :アルミナセラミック製 ウエハチャック設定温度:30℃(但し、底部は−20
℃) ウエハ設定温度 :50℃ フォーカスリング :導電性シリコン製 フォーカスリング温度 :図3にグラフで示す 処理室内の真空度 :5.33Pa(=40mTorr) エッチング用ガスの条件:C4H8/Ar/O2=21
/510/11(sccm)
の場合と同一の条件で後続のウエハに穴を形成した。こ
の場合にはフォーカスリングの表面温度が図3のグラフ
に示すように急激にフォーカスリングの表面温度が上
昇し、フォーカスリングの表面温度は200〜250℃
の範囲で推移した。また、図4の(c)に示すように2
5枚目の穴はフォーカスリングの近傍ではホール抜けせ
ず、途中でエッチングが停止した。
断面図である。本実施形態の被処理体の載置装置30
は、図5に示すように、ウエハWを載置するウエハチャ
ック31と、このウエハチャック31の外周縁部に配置
されたフォーカスリング32とを備え、図1に示す装置
に準じて構成されている。ウエハチャック31の上面は
ウエハ載置面31Aとして形成されている。ウエハ載置
面31Aの外側には段差を持ってリング状載置面31B
が形成され、このリング状載置面31B上にフォーカス
リング32が配置されている。このフォーカスリング3
2の内周縁部には図5に示すように上面側が欠けた薄肉
部32Aが形成され、この薄肉部32Aの厚さがウエハ
載置面31Aの高さと概ね等しくなっている。フォーカ
スリング32の厚肉部32Bはウエハ載置面31A上の
ウエハWと略面一になっている。
面31Bの間にはリングプレート状に形成された熱伝達
媒体35が介在し、この熱伝達媒体35はリング状載置
面31Bとフォーカスリング32間の熱伝達を円滑にし
ている。この熱伝達媒体35は導電性シリコンゴム等の
耐熱性のある導電性部材により形成され、リング状載置
面31Bに貼着されている。従って、ウエハチャック3
1、熱伝達媒体35、フォーカスリング32を同電位と
してウエハW上に均一なプラズマを形成することができ
る。このフォーカスリング32はリング状載置面31B
に配置された状態でその内周面とウエハ載置面31Aと
の間に隙間が形成されている。この隙間には充填部材3
5Aが充填され、この充填部材35Aによってプラズマ
の隙間への回り込みを防止し、ウエハ載置面31Aの外
周面及び熱伝達媒体35がプラズマにより損傷しないよ
うにしてある。充填部材35Aは熱伝達媒体35と同一
材料または適宜の合成樹脂によって形成されている。充
填部材35Aは予め隙間を埋めるリング形状に形成され
たものであっても、コンパウンドのように埋めるもので
あっても良い。本実施形態においても図1に示す被処理
体の載置装置10に準じた作用効果を期することができ
る。
示す断面図である。本実施形態の被処理体の載置装置4
0はフォーカスリング42の断面形状が図5に示すもの
と相違する以外は図5に準じて構成されている。フォー
カスリング42の内周縁部には図6に示すように上面側
及び下面側がそれぞれ欠けた薄肉部42Aが形成され、
この薄肉部42Aの上面の高さがウエハ載置面41Aの
高さと概ね等しくなっている。このフォーカスリングの
内径はウエハ載置台41Aの外径より若干大きく形成さ
れているが、両者間には隙間が殆どない状態になってい
る。フォーカスリング42の厚肉部42Bはウエハ載置
面41A上のウエハWと略面一になっている。そして、
リング状載置面41Bとフォーカスリング42間に介在
する熱伝達媒体45はリング状載置面41Bに対して貼
着されている。また、フォーカスリング42の内周縁部
とリング状載置面41Bの間には図6に示すように隙間
が形成され、この隙間に充填部材45Aが充填され、ウ
エハ載置面41Aとフォーカスリング42間にプラズマ
が回り込まないようになっている。本実施形態において
も図1に示す被処理体の載置装置10に準じた作用効果
を期することができる。
示す断面図である。本実施形態の被処理体の載置装置5
0はフォーカスリング52の取付構造が図6に示す実施
形態と異にしている。即ち、フォーカスリング52の裏
面には熱伝導性に優れたアルミニウム等の金属あるいは
窒化アルミニウム等のセラミックからなる補強材55が
熱伝導性に優れたエポキシ系またはシリコン系等の接着
剤を介して貼り合わされている。従って、フォーカスリ
ング52は熱伝達媒体からなる補強材55によって機械
的強度が補強されている。補強材55は外径がフォーカ
スリング52の外径よりも大きく、フォーカスリング5
2からはみ出した部分でネジ部材56Aを介してリング
状載置面51Bに締結されている。また、リング状載置
面51Bにはヘリウムガス等のバックサイドガスの流路
51Cが開口している。この開口部51Dは補強材55
全周に渡って形成され、バックサイドガスが補強材55
で封止された空間に充満し、冷却された載置台51の冷
熱でフォーカスリング52を効率良く冷却する。開口部
51DはOリング51Eによってシールされている。更
に、フォーカスリング52の外周縁部及び補強材55の
外周縁部は石英製のカバー部材54によって被覆され、
カバー部材54によって載置台51、フォーカスリング
52及び補強材55の外周面をプラズマから保護してい
る。尚、図7において、56Bはウエハチャック51を
冷却、加熱を有する温調機構に締結するネジ部材であ
る。本実施形態においても図1に示す被処理体の載置装
置10に準じた作用効果を期することができる。
れるものではない。要は、フォーカスリングとウエハチ
ャック間に熱伝達媒体が介在し、両者間の熱伝達を円滑
に行うようにしてあれば良い。従って、熱伝達媒体はリ
ング状載置面に対して貼着しても良く、また単にリング
状載置面上に載置するだけでも良い。フォーカスリング
と熱伝達媒体はフォーカスリングに対して貼着してもし
なくても良い。充填部材も熱伝達媒体に準じてリング状
載置面に取り付けることができる。
明によれば、フォーカスリング近傍でのプラズマ処理特
性の経時的変化をなくし、被処理体全面を均一に処理す
ることができる被処理体の載置装置を提供することがで
きる。
す要部断面図である。
示した断面図である。
経時的変化を示すグラフである。
最初のエッチング状態を示す断面図、(b)は図1、図
2に示すフォーカスリングを用いた時の25枚目のウエ
ハのエッチング状態を示す(a)に相当する断面図、
(c)は従来のフォーカスリングを用いた時の25枚目
のウエハのエッチング状態を示す(a)に相当する断面
図である。
示す要部断面図である。
態を示す要部断面図である。
態を示す要部断面図である。
相当する断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 被処理体を載置する冷却機構を内蔵した
載置台と、この載置台の載置面の外周縁部に配置された
フォーカスリングとを備えた被処理体の載置装置におい
て、上記載置台と上記フォーカスリングとの間に熱伝達
媒体を介在させたことを特徴とする被処理体の載置装
置。 - 【請求項2】 上記フォーカスリングを上記載置台に対
して押圧、固定する押圧手段を設けたことを特徴とする
請求項1に記載の被処理体の載置装置。 - 【請求項3】 上記押圧手段は上記フォーカスリング上
面の外周縁部に接触する接触部と、この接触部から下方
に延びて上記載置台を囲む延設部と、この延設部を上記
載置台に対して固定する固定部材とを有することを特徴
とする請求項2に記載の被処理体の載置装置。 - 【請求項4】 上記接触部及び上記延設部をセラミック
により形成したことを特徴とする請求項3に記載の被処
理体の載置装置。 - 【請求項5】 上記熱伝達媒体を金属、セラミックスま
たは耐熱性弾性部材により形成したことを特徴とする請
求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の被処理体の載
置装置。 - 【請求項6】 上記耐熱性弾性部材を導電性シリコンゴ
ムにより形成したことを特徴とする請求項5に記載の被
処理体の載置装置。 - 【請求項7】 被処理体を載置する冷却機構を内蔵した
載置台と、この載置台の載置面の外周縁部に配置された
フォーカスリングとを備えた被処理体の載置装置におい
て、上記載置台と上記フォーカスリングとの間に金属ま
たはセラミックスからなる熱伝達媒体を介在させ、上記
熱伝達媒体と上記フォーカスリングを熱伝達性接着剤を
介して接合したことを特徴とする被処理体の載置装置。 - 【請求項8】 上記載置台の外周縁部にリング状の凹部
を設け、上記凹部に熱伝達性に優れたガスを供給するガ
ス供給部を設けたことを特徴とする請求項7に記載の被
処理体の載置装置。
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