JP2008251681A

JP2008251681A - Wafer stage

Info

Publication number: JP2008251681A
Application number: JP2007088733A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Sugano; 誠一郎菅野; Tsunehiko Tsubone; 恒彦坪根
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wafer stage which has improved temperature response and small heat capacity. <P>SOLUTION: The wafer stage includes a basic substance 51, made by pasting together two discs with surface grooves to form a cooling medium groove 82 between the two discs, and a dielectric film 26 formed on the surface of the basic substance 51. Inside a vacuum chamber, the wafer stage further includes an electrostatic chuck 50, which places a semiconductor wafer 9 on the dielectric film 26 for holding the semiconductor wafer 9 thereon, an insulating member 49 which holds the electrostatic chuck 50 via an heat-insulating member in the vacuum chamber, and a pipeline 58 which supplies a cooling medium into the cooling medium groove 82 formed between the two discs. The pipeline 58 is fitted in a direction parallel to a plane, on which the cooling medium groove 82 is formed so that the flow of cooling medium through the pipeline 58 is directed in the direction of axis of the cooling medium groove 82, formed within the discs. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ウエハステージに係り、特に処理中に、載置したウエハの温度を適切に管理することのできるウエハステージに関する。 The present invention relates to a wafer stage, and more particularly, to a wafer stage capable of appropriately managing the temperature of a mounted wafer during processing.

近年、半導体ウエハに加工される回路パターンは、半導体素子の高集積化にともない微細化の一途を辿り、要求される加工寸法精度はますます厳しくなってきている。このような状況では、加工処理中の半導体ウエハ（以下、ウエハ）の温度管理が極めて重要な課題となる。 In recent years, circuit patterns to be processed on a semiconductor wafer have been miniaturized as semiconductor elements have been highly integrated, and the required processing dimension accuracy has become increasingly severe. In such a situation, temperature management of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) being processed is an extremely important issue.

例えば、プラズマを用いてウエハをエッチングする場合には、通常、ウエハに高周波バイアス電圧を印加し、発生した電界でイオンを加速してウエハに引き込むことにより異方性形状のエッチングを実現している。このときウエハには入熱をともなうため、温度が上昇する。 For example, when etching a wafer using plasma, an anisotropic shape etching is usually realized by applying a high-frequency bias voltage to the wafer and accelerating ions with the generated electric field and drawing them into the wafer. . At this time, since the wafer is accompanied by heat input, the temperature rises.

このウエハ温度の上昇はエッチング結果に影響する。例えば、半導体デバイスの電極となるポリシリコンのエッチングでは、最終的に得られる線幅はエッチングに際して発生する反応生成物の再付着に大きく影響されるが、この反応生成物の付着率はウエハ温度により変化する。 This increase in wafer temperature affects the etching result. For example, in the etching of polysilicon used as an electrode of a semiconductor device, the finally obtained line width is greatly influenced by the re-adhesion of reaction products generated during the etching. The adhesion rate of the reaction products depends on the wafer temperature. Change.

すなわち、処理中のウエハの温度管理が十分でないと、所望のエッチング形状が得られないだけでなく、再現性が悪く面内ばらつきの大きなエッチング結果となる。 That is, if the temperature control of the wafer being processed is not sufficient, not only a desired etching shape can be obtained, but also etching results with poor reproducibility and large in-plane variation.

また、最近では素子の電気特性向上のため、微細化するだけでなくデバイス構造も複雑化してきており、異なる種類の材料が多層に積み上げられたいわゆる多層膜構造が増えてきている。例えば、反射防止膜とポリシリコンの積層膜などがこれにあたる。 In recent years, not only miniaturization but also device structures have become more complicated in order to improve electrical characteristics of elements, and so-called multilayer film structures in which different types of materials are stacked in multiple layers are increasing. For example, a laminated film of an antireflection film and polysilicon corresponds to this.

多層膜構造では材料毎に適正な処理温度が異なるほか、面内で均一な結果を得るためのウエハ面内の温度分布が異なる。一方、製造コストを低減するためには一貫処理することが必要となる。 In the multilayer structure, an appropriate processing temperature differs for each material, and the temperature distribution in the wafer surface for obtaining a uniform result in the surface differs. On the other hand, in order to reduce manufacturing costs, it is necessary to perform consistent processing.

そこで一貫処理するためには、膜毎に処理ガスの種類、圧力、プラズマ条件を変えるだけでなく、処理温度や温度分布を調整しながら処理することが必要になるが、この温度や温度分布を変更するに要する時間は極力短い方がよい。 Therefore, in order to perform consistent processing, it is necessary not only to change the processing gas type, pressure, and plasma conditions for each film, but also to adjust the processing temperature and temperature distribution. The time required for the change should be as short as possible.

以上のことから、プラズマ処理中のウエハ面内温度分布を自在に、ムラなくかつ応答性よく変更することが望ましい。 In view of the above, it is desirable to change the temperature distribution in the wafer surface during plasma processing freely, without unevenness, and with good responsiveness.

ウエハの平均的な温度分布を管理するためには、ウエハステージ（ウエハ載置台）を構成する静電チャックの温度をチラー（温度調節器）から排出される冷媒で一定温度に温調し、ウエハと静電チャック間にヘリウムなどの伝熱性ガスを導入して熱伝達を確保して管理するのが一般的である。 In order to manage the average temperature distribution of the wafer, the temperature of the electrostatic chuck constituting the wafer stage (wafer mounting table) is adjusted to a constant temperature with the refrigerant discharged from the chiller (temperature controller), and the wafer is adjusted. In general, a heat transfer gas such as helium is introduced between the electrostatic chuck and the heat transfer to ensure and manage the heat transfer.

図４は，従来の静電チャックを備えたウエハステージを説明する図、図５は、従来の静電チャックにおける冷媒溝を説明する図である。図４において、２は図示しない真空チャンバにウエハステージを固定するためのベースフランジであり、ベースフランジの中心に設けた貫通孔１６内を上下方向に可動なシャフト２０が導入されている。このシャフトの大気側はベローズ２１構造をしており、真空側を大気側から封じ切っている。このベローズの大気側の端面（下側端面）は図示しない駆動機構と接続されており、この駆動機構によりシャフト２０は上下方向に駆動される。 FIG. 4 is a diagram illustrating a wafer stage equipped with a conventional electrostatic chuck, and FIG. 5 is a diagram illustrating a coolant groove in the conventional electrostatic chuck. In FIG. 4, reference numeral 2 denotes a base flange for fixing the wafer stage to a vacuum chamber (not shown), and a shaft 20 that is movable up and down in a through hole 16 provided at the center of the base flange is introduced. The atmosphere side of the shaft has a bellows 21 structure, and the vacuum side is sealed from the atmosphere side. The end surface (lower end surface) of the bellows on the atmosphere side is connected to a drive mechanism (not shown), and the shaft 20 is driven in the vertical direction by this drive mechanism.

シャフト２０の真空側端面には円板状のベース２２が接続され、ベース２２上には、ベース２２と静電チャック２３間を電気的に絶縁するためのＰＴＦＥ（Poly Tetra Flouro Ethylene）製の絶縁部材２４が設けてある。 A disc-shaped base 22 is connected to the vacuum side end surface of the shaft 20. On the base 22, an insulation made of PTFE (Poly Tetra Flouro Ethylene) for electrically insulating the base 22 and the electrostatic chuck 23. A member 24 is provided.

静電チャック２３は凸状のチタン製基材２５の表面にアルミナ２６を溶射した構成となっている。すなわち、基材そのものが直流電圧を印加する電極となるいわゆる単極型の静電チャックとなっている。また、基材の内部にはチラー５６により温度調節され冷媒が循環可能なように冷媒溝２７が形成されている。チラーから排出された冷媒は配管２８を通り真空チャンバ内に導入されている。配管のうち、真空チャンバ内の配管部は静電チャックの上下動作に支障がないようにフレキシブル構造となっている。ベースと絶縁部材には貫通穴が設けてあり、この貫通穴内にはスリーブ３０が埋設してあり、冷媒が真空中に漏れ出さない構造となっている。 The electrostatic chuck 23 has a structure in which alumina 26 is thermally sprayed on the surface of a convex titanium substrate 25. That is, the substrate itself is a so-called monopolar electrostatic chuck that serves as an electrode for applying a DC voltage. In addition, a coolant groove 27 is formed inside the substrate so that the coolant can be circulated by adjusting the temperature by a chiller 56. The refrigerant discharged from the chiller is introduced into the vacuum chamber through the pipe 28. Among the pipes, the pipe part in the vacuum chamber has a flexible structure so as not to hinder the vertical movement of the electrostatic chuck. A through hole is provided in the base and the insulating member, and a sleeve 30 is embedded in the through hole so that the refrigerant does not leak into the vacuum.

図５は冷媒溝位置の断面を上からみた状態を示す。３１は冷媒入り口、３２は冷媒もどり口となる。なお、冷媒の流れる順序、つまり冷媒を外側の溝から内側の溝に流すか、その逆に流すかは必要とされる温度分布に応じて適宜決定されるべきものである。 FIG. 5 shows a state where the cross section of the refrigerant groove position is seen from above. 31 is a refrigerant inlet and 32 is a refrigerant return port. Note that the order in which the refrigerant flows, that is, whether the refrigerant flows from the outer groove to the inner groove or vice versa, should be appropriately determined according to the required temperature distribution.

静電チャック２３は外周をネジ３３により絶縁部材２４に固定されている。また、ベース２２と絶縁部材２４に設けた貫通穴３４にはプラグ３５を絶縁材で電気的に絶縁しつつ埋設する。ウエハ９に高周波バイアス電圧を印加するための高周波電源１０および静電チャックを動作させるための直流電源１１は、前記プラグ３５を介して基材に供給される。 The outer periphery of the electrostatic chuck 23 is fixed to the insulating member 24 with screws 33. A plug 35 is embedded in the through hole 34 provided in the base 22 and the insulating member 24 while being electrically insulated with an insulating material. A high frequency power source 10 for applying a high frequency bias voltage to the wafer 9 and a direct current power source 11 for operating the electrostatic chuck are supplied to the substrate via the plug 35.

シャフトの内部には絶縁パイプ３６を内蔵してあり、絶縁パイプ３６の中には装置の外部に設置されたヘリウムタンク３８と接続する配管３７を導入している。３９はヘリウムガスの流量を調節するマスフローコントローラ、４０は圧力計である。ヘリウム配管３７の真空側先端は、ベース２２、絶縁部材２４および静電チャックの中心を貫通するように設けた絶縁物４２に形成された貫通穴４１に接続してある。 An insulating pipe 36 is built in the shaft, and a pipe 37 connected to a helium tank 38 installed outside the apparatus is introduced into the insulating pipe 36. 39 is a mass flow controller for adjusting the flow rate of helium gas, and 40 is a pressure gauge. The vacuum-side tip of the helium pipe 37 is connected to a through hole 41 formed in an insulator 42 provided so as to penetrate the base 22, the insulating member 24, and the center of the electrostatic chuck.

圧力計４０の信号にもとづいてヘリウムの流量を調節することにより、静電チャック２３の表面とウエハ９の裏面間に圧力を調節したヘリウムガスを導入することができ、ウエハと静電チャック間の熱伝達率を制御することができる。なお、図４において、４３、４４はカバー、４５は石英カバー、４６はアルミナカバーである。４７はベースフランジに固定されたウエハ搬送用のプッシャピンであり、静電チャックの上下動作によりウェハを静電チャックから着脱することができる。 By adjusting the flow rate of helium based on the signal from the pressure gauge 40, helium gas whose pressure is adjusted can be introduced between the front surface of the electrostatic chuck 23 and the back surface of the wafer 9, and between the wafer and the electrostatic chuck. The heat transfer rate can be controlled. In FIG. 4, 43 and 44 are covers, 45 is a quartz cover, and 46 is an alumina cover. 47 is a wafer transfer pusher pin fixed to the base flange, and the wafer can be attached to and detached from the electrostatic chuck by the vertical movement of the electrostatic chuck.

４８はウエハの温度測定用の蛍光温度計であり、ベース、絶縁部材、静電チャックを貫通する貫通孔を通りウエハ裏面に先端が接触する。この温度計を用いて処理中のウエハ温度を監視することができる。 Reference numeral 48 denotes a fluorescent thermometer for measuring the temperature of the wafer. The tip contacts the back surface of the wafer through a base, an insulating member, and a through-hole penetrating the electrostatic chuck. This thermometer can be used to monitor the wafer temperature during processing.

以上の構成により、プラズマを発生させた状態で、直流電源１１により直流電圧を基材２５に印加し、ウエハ裏面にヘリウムガスを導入し、さらに高周波電源１０によりバイアス電圧を印加することにより、プラズマからの入熱によりウエハが過度に加熱されることなく温度調節しながらエッチング処理をおこなうことができる。 With the above configuration, in a state where plasma is generated, a DC voltage is applied to the substrate 25 by the DC power source 11, helium gas is introduced to the back surface of the wafer, and a bias voltage is applied by the high frequency power source 10, thereby generating plasma. Etching can be performed while adjusting the temperature without excessively heating the wafer due to heat input from.

また、このように形成された静電チャックは、静電チャックの熱容量だけでなく、静電チャックを固定するボルトおよび絶縁部材などの熱容量、さらにはチラーに内蔵される冷媒あるいは冷媒の配管の熱容量が比較的大きいために、プラズマからの入熱が大きい場合でもウエハの温度が急激に上昇することがなく、ウエハ温度を安定化することができる。 In addition, the electrostatic chuck formed in this way has not only the heat capacity of the electrostatic chuck, but also the heat capacity of bolts and insulating members for fixing the electrostatic chuck, and further the heat capacity of the refrigerant or refrigerant pipe built in the chiller. Therefore, even when the heat input from the plasma is large, the wafer temperature does not increase rapidly, and the wafer temperature can be stabilized.

一方、ウエハに温度分布を付与するために、静電チャック内に設けた独立した冷媒溝に異なる温度の冷媒を循環させて温度分布を持たせる方式、ウエハ温度を静電チャック内あるいは近接して配置したヒータに投入する電力を調節してウエハ温度分布を調節する方式が考案されている。また、ウエハに温度分布を与えながら応答性を改善する試みとしては、独立した冷媒溝に異なる温度の冷媒を循環させて応答性よく温度分布を調節する方法も提案されている。例えば、特許文献１には、一台のチラーユニットから排出された冷媒を分岐し、分岐した冷媒の温度を流路切替切ユニットあるいは加熱ユニットの動作により各冷媒通路に供給する冷媒毎に迅速に変更する方法が開示されている。
特開２００６−２８６７３３号公報 On the other hand, in order to give a temperature distribution to the wafer, a system in which a refrigerant having a different temperature is circulated in an independent refrigerant groove provided in the electrostatic chuck so as to have a temperature distribution. A method of adjusting the wafer temperature distribution by adjusting the electric power supplied to the arranged heater has been devised. As an attempt to improve the responsiveness while giving a temperature distribution to the wafer, a method of adjusting the temperature distribution with high responsiveness by circulating refrigerants of different temperatures in independent refrigerant grooves has been proposed. For example, in Patent Document 1, the refrigerant discharged from one chiller unit is branched, and the temperature of the branched refrigerant is quickly supplied to each refrigerant passage by the operation of the flow path switching unit or the heating unit. A method of changing is disclosed.
JP 2006-286733 A

前記従来技術によれば、静電チャックや冷媒の熱容量が大きいため、プラズマからの入熱量が大きい場合にもウエハ温度が急激に上昇することはない。このため、ウエハ温度が安定するメリットはある。しかし、条件に応じてウエハ温度を応答性よく変化させることには不向きである。 According to the prior art, since the heat capacity of the electrostatic chuck and the refrigerant is large, the wafer temperature does not rapidly increase even when the amount of heat input from the plasma is large. For this reason, there is an advantage that the wafer temperature is stabilized. However, it is not suitable for changing the wafer temperature with good responsiveness according to the conditions.

また、前記従来技術では、チラーから排出された冷媒（通常、毎分３リットルから１０リットル程度の流量）を静電チャックの裏面側から供給しているが、特に冷媒の入り口付近では冷媒の流路がほぼ直角に曲がるために乱流の度合いが強く、冷媒と基材表面間の熱伝達率が大きくなる傾向がある。その結果、冷媒入り口直上付近のウエハ温度が低くなり、温度ムラが発生する場合がある。この傾向は特に冷媒流量が大きいほど、また、プラズマからの入熱量が大きいほど顕著となりやすい。この温度ムラは、温度に敏感な材料ではエッチング結果のばらつきの原因となる。 In the prior art, the refrigerant discharged from the chiller (usually, a flow rate of about 3 to 10 liters per minute) is supplied from the back side of the electrostatic chuck. Since the path bends at a substantially right angle, the degree of turbulence is strong and the heat transfer coefficient between the refrigerant and the substrate surface tends to increase. As a result, the wafer temperature just above the refrigerant inlet may become low and temperature unevenness may occur. This tendency is more prominent especially as the refrigerant flow rate is larger and the heat input from the plasma is larger. This temperature unevenness causes variation in etching results in a temperature sensitive material.

本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、温度応答性を改善した熱容量の小さいウエハステージを提供するものである。 The present invention has been made in view of these problems, and provides a wafer stage having a small heat capacity and improved temperature responsiveness.

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.

表面に溝を形成した円板を貼り合わせて、貼り合わせた２枚の円板間に冷媒溝を形成した基体、および該基体表面に形成した誘電体膜を備え、真空チャンバ内において、前記誘電体膜上に半導体ウエハを載置して保持する静電チャックと、前記静電チャックを断熱部材を介して真空チャンバ内で保持する絶縁部材と、前記２枚の円板間に形成された前記冷媒溝に冷媒を供給する配管を備え、前記配管は、該配管による冷媒の流れが、前記円板内に形成された前記冷媒溝の軸方向を向くように前記冷媒溝が形成された平面に平行な方向に取り付けた。 A substrate having a groove formed on the surface thereof, and a substrate in which a coolant groove is formed between the two bonded plates, and a dielectric film formed on the surface of the substrate; An electrostatic chuck for mounting and holding a semiconductor wafer on a body film; an insulating member for holding the electrostatic chuck in a vacuum chamber via a heat insulating member; and the two disks formed between the two disks A pipe for supplying a refrigerant to the refrigerant groove is provided, and the pipe is formed on a plane on which the refrigerant groove is formed so that a refrigerant flow through the pipe faces an axial direction of the refrigerant groove formed in the disk. Installed in parallel direction.

本発明は、以上の構成を備えるため、温度応答性を改善した熱容量の小さいウエハステージを提供することができる。 Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to provide a wafer stage having a small heat capacity and improved temperature response.

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１ないし３は本発明の第１の実施形態を説明する図であり、図１はウエハステージの詳細を説明する図、図２はウエハステージを構成する静電チャックに形成した冷媒溝を説明する図、図３はウエハステージを搭載したプラズマ処理装置を示す図である。 Hereinafter, the best embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIGS. 1 to 3 are views for explaining a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a view for explaining details of a wafer stage, and FIG. 2 is a view for explaining a coolant groove formed in an electrostatic chuck constituting the wafer stage. FIG. 3 shows a plasma processing apparatus equipped with a wafer stage.

図３に示すように、プラズマ処理装置は、真空チャンバ３上部に石英窓１４を設置し、真空処理室１内にウエハステージ８を用いてウエハ９を固定する。このウエハステージ８に、図１に示す静電チャックを適用することになる。 As shown in FIG. 3, in the plasma processing apparatus, a quartz window 14 is installed above the vacuum chamber 3 and a wafer 9 is fixed in the vacuum processing chamber 1 using a wafer stage 8. The electrostatic chuck shown in FIG. 1 is applied to the wafer stage 8.

プラズマ処理に際しては、まず、真空処理室１内に処理ガス１３を導入する。処理ガスは、マイクロ波発振器１９で発生し導波管４を介して導入されるマイクロ波５および真空チャンバ３の周りに取り付けられたコイル６による磁場との相互作用によりプラズマ状態７となる。このプラズマにウエハを晒すことにより処理（ここではエッチング処理）が進行する。ここで、静電チャックにコンデンサ１８を介して高周波電源１０を印加することにより、ウエハに入射するイオンを制御してエッチングすることができる。また、静電チャックには吸着用の電源として直流電源１１が印加される。なお、１７は高周波電圧が直流電源に印加されるのを防止するコイルである。１２は真空ポンプであり、バルブ１５の開度調節により処理室内の圧力を適正な値に調節する。 In plasma processing, first, a processing gas 13 is introduced into the vacuum processing chamber 1. The processing gas is brought into the plasma state 7 by the interaction between the microwave 5 generated by the microwave oscillator 19 and introduced through the waveguide 4 and the magnetic field generated by the coil 6 attached around the vacuum chamber 3. Processing (here, etching processing) proceeds by exposing the wafer to this plasma. Here, by applying the high frequency power supply 10 to the electrostatic chuck via the capacitor 18, the ions incident on the wafer can be controlled and etched. A DC power source 11 is applied to the electrostatic chuck as a power source for adsorption. Reference numeral 17 denotes a coil for preventing a high frequency voltage from being applied to the DC power source. A vacuum pump 12 adjusts the pressure in the processing chamber to an appropriate value by adjusting the opening of the valve 15.

次に、図１，２を参照してウエハステージの詳細を説明する。なお、図１，２において図４，５に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。 Next, details of the wafer stage will be described with reference to FIGS. 1 and 2 that are the same as those shown in FIGS. 4 and 5 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

本実施形態では、ウエハ温度を応答性よく、しかも面内で温度ムラが発生することなく変更することができるように、静電チャックの熱容量は極力小さくし、かつ静電チャック５０を絶縁部材４９から極力熱的に絶縁した構成としている。例えば、従来技術では静電チャックの厚みは３０ｍから６０ｍｍ程度を標準としているが、本実施形態では１２ｍｍまで薄くしている。 In the present embodiment, the heat capacity of the electrostatic chuck is made as small as possible and the electrostatic chuck 50 is insulated from the insulating member 49 so that the wafer temperature can be changed with good responsiveness and without in-plane temperature unevenness. It is configured to be thermally insulated as much as possible. For example, in the prior art, the standard thickness of the electrostatic chuck is about 30 to 60 mm, but in this embodiment, the thickness is reduced to 12 mm.

また、基材５１の材質はチタンであるが、薄い基材の内部に冷媒溝を形成するための工夫がなされている。すなわち、本実施形態では、厚み約７ｍの下円板５２と厚み約５ｍの上円板５３のそれぞれに予め冷媒溝８２となる溝を加工しておき、これら２枚の円板をブレージング加工により一体化して基材を製作し、その表面に従来と同様にアルミナを溶射して静電チャックを構成としている。 Moreover, although the material of the base material 51 is titanium, the device for forming a refrigerant | coolant groove | channel in the thin base material is made | formed. That is, in this embodiment, a groove to be the coolant groove 82 is processed in advance in each of the lower disk 52 having a thickness of about 7 m and the upper disk 53 having a thickness of about 5 m, and these two disks are subjected to brazing processing. An electrostatic chuck is configured by integrally manufacturing a base material and spraying alumina on the surface in the same manner as in the past.

これにより、従来の静電チャックに比して熱容量を１／３から１／６に低減することができる。また、この静電チャックの絶縁部材への固定は、極力断熱するために熱伝導率の小さなジルコニア製のボルト５４で固定する。また、静電チャックと絶縁部材との直接接触も極力抑えるため、静電チャックは周方向に４箇所設けたジルコニア製のピン５５により支持する。 Thereby, the heat capacity can be reduced from 1/3 to 1/6 as compared with the conventional electrostatic chuck. The electrostatic chuck is fixed to the insulating member with a bolt 54 made of zirconia having a low thermal conductivity in order to insulate as much as possible. Further, in order to suppress direct contact between the electrostatic chuck and the insulating member as much as possible, the electrostatic chuck is supported by zirconia pins 55 provided at four locations in the circumferential direction.

また、前述のように、冷媒の入り口付近の直上ではウエハ温度が低くなりやすい。本実施形態のように静電チャックの厚みを薄くした場合には、冷媒溝の上面から静電チャック表面までの距離も短くなるため、この傾向がより顕著になる。 Further, as described above, the wafer temperature tends to be low immediately above the refrigerant entrance. When the thickness of the electrostatic chuck is reduced as in the present embodiment, the distance from the upper surface of the coolant groove to the surface of the electrostatic chuck is also shortened, and this tendency becomes more prominent.

そこで、本実施形態では冷媒の入り口およびもどり口における乱流の発生を低減するため、冷媒を静電チャックの側面側から導入する構成としている。 Therefore, in the present embodiment, the refrigerant is introduced from the side of the electrostatic chuck in order to reduce the occurrence of turbulent flow at the refrigerant inlet and return port.

図２に静電チャックの冷媒溝部断面を示す。図に示すように、冷媒を側面から導入するため、配管ネジ５７を円板（上円板５３あるいは下円板５２）の側面に前記冷媒溝に沿って設け、この配管ネジに配管５８を接続する。これにより、配管５８を、該配管による冷媒の流れが前記円板内に形成された前記冷媒溝の軸方向を向くように前記冷媒溝に取り付けることができる。 FIG. 2 shows a refrigerant groove section of the electrostatic chuck. As shown in the figure, in order to introduce the refrigerant from the side, a pipe screw 57 is provided on the side of the disc (upper disc 53 or lower disc 52) along the refrigerant groove, and the pipe 58 is connected to the pipe screw. To do. Accordingly, the pipe 58 can be attached to the refrigerant groove so that the refrigerant flow by the pipe faces the axial direction of the refrigerant groove formed in the disk.

また、配管５８は、チラーから排出された冷媒が静電チャック近傍で急激に流れの向きを変えると乱流の度合いが変化する。このため、これを防止する目的で配管５８はらせん状にしてある。これにより、チラーから配管５８を通り、静電チャックに至るまでの流れを一定にすることができる。なお、図中には示していないが、冷媒の排出側の配管も、入り口側と同様の構成としている。 In addition, the degree of turbulence in the pipe 58 changes when the refrigerant discharged from the chiller suddenly changes its direction of flow in the vicinity of the electrostatic chuck. For this reason, the pipe 58 has a spiral shape for the purpose of preventing this. Thereby, the flow from the chiller through the pipe 58 to the electrostatic chuck can be made constant. Although not shown in the drawing, the refrigerant discharge side pipe has the same configuration as the inlet side.

さらに、本実施形態では静電チャックの温度を短時間で切り替えることができるように、第１のチラー５９と第２のチラー６０を備えており、バルブ６１、６２、６３、６４を切り替えることにより異なる温度に設定した冷媒を任意に循環させることができる。すなわち、バルブ６１，６２を開放し、バルブ６３，６４を閉じたとき第１のチラー５９に設定された温度の冷媒が静電チャックを循環し、逆にバルブ６３，６４を開放し、バルブ６１，６２を閉じたとき第２のチラー６０に設定された温度の冷媒が静電チャックを循環する。 Furthermore, in the present embodiment, the first chiller 59 and the second chiller 60 are provided so that the temperature of the electrostatic chuck can be switched in a short time, and by switching the valves 61, 62, 63, 64, Refrigerants set at different temperatures can be circulated arbitrarily. That is, when the valves 61 and 62 are opened and the valves 63 and 64 are closed, the refrigerant having the temperature set in the first chiller 59 circulates through the electrostatic chuck, and conversely, the valves 63 and 64 are opened. , 62 is closed, the coolant having the temperature set in the second chiller 60 circulates through the electrostatic chuck.

図６は、温度の応答特性を比較して示す図である。図６において、特性６１は、従来のウエハステージにおいて、静電チャックの温度を１０℃で一定に保った状態から、チラーの設定温度を３０℃に変更した場合における静電チャック表面の温度の変化を示し、特性６２は、１０℃に設定している第１のチラーから冷媒を供給して静電チャックの温度を１０℃で一定に保った状態から、予め３０℃に設定している第２のチラーからの冷媒に切り替えた場合の静電チャック表面の温度の変化を示している。 FIG. 6 is a diagram showing a comparison of temperature response characteristics. In FIG. 6, characteristic 61 shows the change in the temperature of the surface of the electrostatic chuck when the temperature of the electrostatic chuck is kept constant at 10 ° C. and the set temperature of the chiller is changed to 30 ° C. in the conventional wafer stage. The characteristic 62 is a second value that is set to 30 ° C. in advance from the state in which the coolant is supplied from the first chiller set to 10 ° C. and the temperature of the electrostatic chuck is kept constant at 10 ° C. The change of the temperature of the electrostatic chuck surface at the time of switching to the refrigerant | coolant from this chiller is shown.

バルブ切り替えの操作に際しては、、まずバルブ６１を閉じて冷媒の排出を停止し、次にバルブ６２を閉じ冷媒の戻りを停止する。ついでバルブ６４を開放して冷媒が第２のチラーに循環可能にし、最後にバルブ６３を開けて冷媒を排出する。 In the valve switching operation, first, the valve 61 is closed to stop the discharge of the refrigerant, and then the valve 62 is closed to stop the return of the refrigerant. Next, the valve 64 is opened to allow the refrigerant to circulate to the second chiller, and finally the valve 63 is opened to discharge the refrigerant.

この操作を短時間内に行うことによりチラー間の冷媒の移動を最小限に抑え、かつ冷媒配管に過大な圧力が作用することを防止することができる。しかし、実際には、バルブの開閉タイミング、あるいはチラー設定温度の違いによる冷媒の粘度の違いによる流量差等により、冷媒がチラー間を若干移動することは避けられない。チラー間の移動により冷媒の内蔵量差が発生した場合には、チラー間に設けたバイパスライン６５を用いて冷媒を移動させることにより、冷媒不足などの不要なトラブルを未然に防止することができる。 By performing this operation within a short time, the movement of the refrigerant between the chillers can be minimized, and an excessive pressure can be prevented from acting on the refrigerant pipe. However, in actuality, it is inevitable that the refrigerant slightly moves between the chillers due to a valve opening / closing timing or a flow rate difference due to a difference in viscosity of the refrigerant due to a difference in chiller set temperature. When a difference in the amount of refrigerant built in occurs due to movement between chillers, unnecessary troubles such as lack of refrigerant can be prevented beforehand by moving the refrigerant using the bypass line 65 provided between the chillers. .

図６に示すように、従来の静電チャックはその熱容量が大きいだけでなく、チラーのタンクに蓄えられている冷媒そのものの熱容量も大きいため、３０分後にようやく２９．８℃まで到達することがわかる。これに対して、第実施形態の静電チャックでは５分後には３０℃に到達しており、従来技術に比して格段に応答性がよいことがわかる。 As shown in FIG. 6, the conventional electrostatic chuck not only has a large heat capacity, but also has a large heat capacity of the refrigerant itself stored in the tank of the chiller, so that it can finally reach 29.8 ° C. after 30 minutes. Recognize. On the other hand, the electrostatic chuck of the first embodiment reaches 30 ° C. after 5 minutes, and it can be seen that the responsiveness is much better than that of the conventional technique.

以上説明したように、本実施形態によれば、静電チャックの熱容量を極力小さくすることができ、かつ静電チャックを保持する部材（絶縁部材４９）との熱的な絶縁に優れ、更に異なる設定温度のチラーから排出される冷媒を任意に選択できる。このため、速やかに静電チャックの温度を変更することができる。したがって、異なる温度でウエハを処理する必要がある場合、待ち時間を少なくすることができ、スループットを向上することができる。 As described above, according to this embodiment, the heat capacity of the electrostatic chuck can be reduced as much as possible, and it is excellent in thermal insulation from the member (insulating member 49) that holds the electrostatic chuck, and is further different. The refrigerant discharged from the set temperature chiller can be arbitrarily selected. For this reason, the temperature of the electrostatic chuck can be quickly changed. Accordingly, when wafers need to be processed at different temperatures, the waiting time can be reduced and the throughput can be improved.

また、本実施形態ではチラーから排出された冷媒を、らせん状の配管を介して静電チャック位置まで導入し、更に静電チャックの側面から導入する。このため、冷媒入り口付近における冷媒と基材間の局所的な熱伝達率の上昇を抑えることができ、処理中のウエハ面内の温度ムラの発生を防止することが可能となる。これによりエッチングむらなどを抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the refrigerant discharged from the chiller is introduced to the electrostatic chuck position through the spiral pipe, and further introduced from the side surface of the electrostatic chuck. For this reason, it is possible to suppress an increase in the local heat transfer coefficient between the refrigerant and the base material in the vicinity of the refrigerant inlet, and to prevent the occurrence of temperature unevenness in the wafer surface during processing. Thereby, etching unevenness and the like can be suppressed.

本実施形態ではチラーの設定温度を１０℃から３０℃に変更する場合に、切り替え後のチラーである第２のチラーの設定温度を３０℃に設定していたが、必ずしも目標の設定温度に設定しなければならないわけではない。本実施形態のように１０℃から３０℃に設定変更をしたい場合において、例えば第２のチラー設定温度を４０℃と目標よりも高く設定しておき、切り替え直後はチラーに蓄えられた高い温度の冷媒を循環させることでより高速に３０℃に近づけ、その後徐々に温度を３０℃に近づけるようにすれば、より応答性よく温度を変更することが可能となる。 In this embodiment, when the set temperature of the chiller is changed from 10 ° C. to 30 ° C., the set temperature of the second chiller after switching is set to 30 ° C., but it is not necessarily set to the target set temperature. You don't have to. When it is desired to change the setting from 10 ° C. to 30 ° C. as in the present embodiment, for example, the second chiller set temperature is set to 40 ° C. higher than the target, and immediately after switching, the high temperature stored in the chiller is increased. If the temperature is brought closer to 30 ° C. by circulating the refrigerant and then gradually brought closer to 30 ° C., the temperature can be changed with higher responsiveness.

また、本実施形態では温度を上昇させる場合を例に説明したが、必ずしもこれに限るわけではなく、温度を下げる場合にも同様の効果を得ることができる。 In this embodiment, the case where the temperature is raised has been described as an example. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the same effect can be obtained when the temperature is lowered.

また、本実施形態では、静電チャックの誘電体膜としてはアルミナの溶射膜を利用した。この誘電体膜は製造工程が比較的簡便であり、製造コストを抑えることができる利点がある。吸着力の発生方式は、直流電圧の印加によるリーク電流がほとんどない、いわゆるクーロン型の吸着特性を示し、吸着力の値は安定しているが吸着力自体は比較的小さめである。なお、前記吸着膜としては、アルミナに金属酸化物、例えばチタニアを数％添加し、抵抗率を１×１０^１０Ωｃｍ前後に抑えた、いわゆるジョンソン・ラーペック型の誘電体膜であってもよい。このタイプでは、電圧を印加することにより数μＡから数ｍＡ程度のリーク電流が流れ、この電流がウエハと静電チャック表面にチャージして吸着力が発生し、クーロン型に比べて大きな吸着力が得られる利点がある。 In this embodiment, an alumina sprayed film is used as the dielectric film of the electrostatic chuck. This dielectric film has an advantage that the manufacturing process is relatively simple and the manufacturing cost can be reduced. The method of generating the adsorption force shows a so-called coulomb type adsorption characteristic in which there is almost no leakage current due to application of a DC voltage, and the value of the adsorption force is stable, but the adsorption force itself is relatively small. The adsorption film may be a so-called Johnson Lapeck type dielectric film in which a metal oxide, for example, titania is added to alumina in a few percent and the resistivity is suppressed to about 1 × 10 ¹⁰ Ωcm. In this type, when a voltage is applied, a leakage current of several μA to several mA flows, and this current charges the surface of the wafer and the electrostatic chuck to generate an adsorption force. There are benefits to be gained.

いずれの吸着力発生方式を採用するかは、例えばウエハ裏面に導入するヘリウムガスの使用圧力などによって決定すればよい。また、誘電体膜の主たる材料として本実施形態ではアルミナを採用したが、必ずしもこれに限るわけではなく、その他のセラミックス材料も適用可能である。 Which adsorbing force generation method is used may be determined by, for example, the working pressure of helium gas introduced into the back surface of the wafer. Further, although alumina is used as the main material of the dielectric film in this embodiment, the present invention is not necessarily limited to this, and other ceramic materials can also be applied.

また、誘電体膜は溶射により成膜するだけでなく、焼結体膜を基材にはり合わせたものを使用することができる。溶射膜は焼結体膜に比べて製造コストが低い利点があるが、製法の特性上、焼結体に比べると気孔率が大きいために耐電圧が焼結体に比べて低くなりがちである。したがって、大きな高周波バイアス電圧を印加することによりウエハに大きなＶｐｐ（ピーク間電圧）が発生し、耐電圧が重要になる場合には焼結体の膜を採用した方が有利である。 Moreover, the dielectric film can be used not only by thermal spraying but also by bonding a sintered body film to a base material. The thermal sprayed film has the advantage of lower manufacturing costs than the sintered body film, but due to the characteristics of the manufacturing method, the dielectric strength tends to be lower than that of the sintered body due to the higher porosity than the sintered body. . Therefore, when a large high-frequency bias voltage is applied, a large Vpp (peak-to-peak voltage) is generated on the wafer, and when withstand voltage becomes important, it is advantageous to employ a sintered body film.

また、本実施形態では静電チャックの構造はチタン基材そのものが電極の役割を果たす単極型のものを採用した。この方式は構造が単純であり、製造コストを抑えることができる利点があるが、プラズマの有無によりウエハの吸着、除電が左右されるため、プラズマ処理においてシーケンス上の制約がある。この制約が問題となるようなプロセス、例えば非常に温度に敏感な処理を行う必要があり、プラズマ開始直後からウエハ温度制御を厳密に管理する必要がある場合などには、直流電圧を印加する電極を２個内蔵したいわゆる双極型の静電チャックを採用することも可能である。いずれの方式の静電チャックを採用するかは前述したように、例えばプロセス対象の温度管理などを勘案して適宜決定すればよい。 In the present embodiment, the structure of the electrostatic chuck employs a monopolar type in which the titanium substrate itself serves as an electrode. This method is simple in structure and has an advantage that the manufacturing cost can be suppressed. However, since the wafer adsorption and charge removal are affected by the presence or absence of plasma, there are restrictions on the sequence in plasma processing. If this restriction becomes a problem, for example, if it is necessary to perform processing very sensitive to temperature, and if it is necessary to strictly control wafer temperature control immediately after the start of plasma, an electrode to which a DC voltage is applied It is also possible to employ a so-called bipolar electrostatic chuck with two built-in. As described above, which type of electrostatic chuck is used may be appropriately determined in consideration of, for example, temperature management of a process target.

また、本実施形態では、基材５１は２枚のチタン製の円板５２，５３板をブレージングにより貼り合わせることにより製作したが、接着材などを利用することも可能である。また、冷媒溝を形成する際に、２枚の板の双方に冷媒溝を形成したがかならずしも双方である必要はなく、いずれか一方のみであってもよい。この場合、製作が容易になり製造コストを抑えることができる。 In this embodiment, the substrate 51 is manufactured by bonding two titanium discs 52 and 53 by brazing, but an adhesive or the like can also be used. Moreover, when forming the coolant groove, the coolant groove is formed on both of the two plates, but it is not always necessary to have both, and only one of them may be used. In this case, manufacture becomes easy and manufacturing cost can be suppressed.

さらに、本実施形態では温度計として蛍光温度計を使用したが、測定する温度領域に応じて例えば放射温度計やシース熱電対を使用することも可能である。また、測定する位置も１箇所に限らない。例えば半径方向に３箇所測定すればより詳細なウエハ温度分布情報を得ることができる。また、ウエハ温度のモニタ結果を用いてチラーの設定温度を変更するほか、冷却用のヘリウムガス圧を調節することにより、ウエハ温度をフィードバック制御することも可能である。 Furthermore, although the fluorescence thermometer is used as the thermometer in the present embodiment, for example, a radiation thermometer or a sheath thermocouple can be used according to the temperature range to be measured. Moreover, the position to measure is not limited to one location. For example, more detailed wafer temperature distribution information can be obtained by measuring three locations in the radial direction. In addition to changing the set temperature of the chiller using the monitor result of the wafer temperature, it is also possible to feedback control the wafer temperature by adjusting the cooling helium gas pressure.

図７ないし１０は、第２の実施形態を説明する図であり、図７はウエハステージの詳細を説明する図、図８はウエハステージを構成する静電チャックに形成した冷媒溝を示す図、図９は静電チャックを裏面から見た図、図１０には冷媒の配管の接続部の構造を示す図である。なお、これらの図においては、図１で説明したウエハ搬送用のプッシャピン、高周波バイアス用電源、直流電源などは図示を省略している。 FIGS. 7 to 10 are views for explaining the second embodiment, FIG. 7 is a view for explaining details of the wafer stage, and FIG. 8 is a view showing refrigerant grooves formed on the electrostatic chuck constituting the wafer stage. FIG. 9 is a view of the electrostatic chuck as seen from the back side, and FIG. 10 is a view showing the structure of the connecting portion of the refrigerant pipe. In these figures, the pusher pins for wafer transfer, the power supply for high frequency bias, the DC power supply, etc. described in FIG. 1 are not shown.

本実施形態では、静電チャック温度を例えば１０℃から３０℃に変更するというように平均的なウエハ温度を応答性よく変更できるほか、ウエハ面内に積極的に温度分布を付与することが可能である。 In this embodiment, the average wafer temperature can be changed with good responsiveness, for example, the electrostatic chuck temperature is changed from 10 ° C. to 30 ° C., and a temperature distribution can be positively imparted in the wafer surface. It is.

このような機能は、例えば、エッチング処理中にウエハから発生する反応生成物の濃度分布がエッチング結果の面内分布に強く影響を及ぼすような処理において、ウエハ温度を調節することによりウエハに再付着する反応生成物の量を調節しようとする場合に有効である。このため、本実施形態では第１の実施形態に示す冷媒溝に相当する第１の冷媒溝６６の内径側に独立した第２の冷媒溝６７を形成する。また、前記第２の冷媒溝６７には前記第１および第２のチラーとは独立した第３および第４のチラー６８、６９を接続する。そして、これらのチラーを用いて第１の冷媒溝に循環させたものとは異なる温度に設定した冷媒を第２の冷媒溝に循環させる。 Such a function is, for example, reattached to the wafer by adjusting the wafer temperature in a process in which the concentration distribution of reaction products generated from the wafer during the etching process strongly affects the in-plane distribution of the etching result. This is effective when the amount of reaction product to be adjusted is to be adjusted. For this reason, in the present embodiment, an independent second refrigerant groove 67 is formed on the inner diameter side of the first refrigerant groove 66 corresponding to the refrigerant groove shown in the first embodiment. The second refrigerant groove 67 is connected with third and fourth chillers 68 and 69 independent of the first and second chillers. And the refrigerant | coolant set to the temperature different from what was circulated to the 1st refrigerant groove using these chillers is circulated to the 2nd refrigerant groove.

第３，第４チラー６８、６９は、第１，第２のチラー５９、６０とは異なる温度に設定をすることができ、バルブ７０、７１、７２、７３を第１の実施形態の場合と同様に切り替えることにより、第２の冷媒溝の温度を任意に設定することができる。 The third and fourth chillers 68 and 69 can be set to a temperature different from that of the first and second chillers 59 and 60, and the valves 70, 71, 72, and 73 are the same as in the first embodiment. By similarly switching, the temperature of the second refrigerant groove can be arbitrarily set.

なお、第２の冷媒溝に対する冷媒は、第１の冷媒溝が存在することにより静電チャックの側面側から導入することができない。このため、静電チャックの下面側より斜めに導入する構成としている。 Note that the refrigerant for the second refrigerant groove cannot be introduced from the side surface side of the electrostatic chuck due to the presence of the first refrigerant groove. For this reason, it is set as the structure introduce | transduced diagonally from the lower surface side of an electrostatic chuck.

図７に示すように、らせん状の配管７４を介して静電チャックの下側から上方向に冷媒を送る。配管７４の静電チャック側の終端は図１０に示すように、静電チャック裏面の導入口と迎合するように楕円状の排出口をしている。この排出口の周りには冷媒が漏れるのを防止するためのＯリングを固定するＯリング固定溝７５が設けてあり、ネジ穴７６部を貫通するネジを介して静電チャックの裏面に固定する。 As shown in FIG. 7, the refrigerant is sent upward from the lower side of the electrostatic chuck via a spiral pipe 74. As shown in FIG. 10, the end of the pipe 74 on the electrostatic chuck side has an elliptical discharge port so as to meet the inlet on the back surface of the electrostatic chuck. An O-ring fixing groove 75 for fixing an O-ring for preventing the refrigerant from leaking is provided around the discharge port, and is fixed to the back surface of the electrostatic chuck through a screw passing through the screw hole 76. .

このため、第１の実施形態と同様に冷媒の入り口付近での冷媒流れが急激に変化することを抑制することができ、この部分での冷媒と冷媒溝間の熱伝達率が極端に大きくなることによる温度ムラの発生を抑制することができる。 For this reason, it is possible to suppress a rapid change in the refrigerant flow in the vicinity of the refrigerant inlet as in the first embodiment, and the heat transfer coefficient between the refrigerant and the refrigerant groove in this portion becomes extremely large. The occurrence of temperature unevenness due to this can be suppressed.

以上説明したように、本実施形態によれば、熱容量の小さな静電チャックを、これを固定するための絶縁部材に極力熱的に絶縁した状態で固定し、さらに静電チャックの内部に独立した２系統の冷媒溝を内蔵させ、これらの冷媒溝に冷媒溝毎に異なる温度の冷媒を供給する。この際、冷媒を斜め方向から第２の冷媒溝に導入・排出するため冷媒溝の入り口および出口付近で冷媒の流れを急変させることなく循環させることができる。このため、面内温度を応答性よくかつ温度ムラがない状態で任意温度分布に設定することができる。したがって、静電チャックを一定温度に保った場合に反応性生物の分布等により不均一な処理結果となるような場合においても、温度分布を調節することにより均一な処理を行うことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the electrostatic chuck having a small heat capacity is fixed to the insulating member for fixing the electrostatic chuck in a state of being thermally insulated as much as possible, and is further independent inside the electrostatic chuck. Two refrigerant grooves are built in, and refrigerants having different temperatures are supplied to these refrigerant grooves for each refrigerant groove. At this time, since the refrigerant is introduced into and discharged from the second refrigerant groove from an oblique direction, the refrigerant flow can be circulated in the vicinity of the inlet and outlet of the refrigerant groove without sudden change. For this reason, the in-plane temperature can be set to an arbitrary temperature distribution with good responsiveness and no temperature unevenness. Therefore, even when the electrostatic chuck is kept at a constant temperature and the result of non-uniform processing is caused by the distribution of reactive organisms, uniform processing can be performed by adjusting the temperature distribution. .

なお、本実施形態では第１の冷媒溝、第２の冷媒溝のそれぞれに２台のチラーを接続したが必ずしも２台である必要はなく、例えば一台のチラーから排出される冷媒を分岐して第１、第２の冷媒溝に循環させ、温度分布を付与する必要があるときだけ、設定温度の異なるもう一台のチラーから排出される冷媒を第１または第２の冷媒溝に循環させることも
可能である。この場合、加熱・冷却能力は第２の実施形態に比して小さくなるが、必要なチラーの台数が少なくてすむため、装置コストを低減することができるとともに設置面積を低減することができる。 In the present embodiment, two chillers are connected to each of the first refrigerant groove and the second refrigerant groove. However, the two chillers are not necessarily required. For example, the refrigerant discharged from one chiller is branched. The refrigerant discharged from the other chiller having a different set temperature is circulated to the first or second refrigerant groove only when it is necessary to circulate through the first and second refrigerant grooves and impart a temperature distribution. It is also possible. In this case, the heating / cooling capacity is smaller than that of the second embodiment, but the number of necessary chillers can be reduced, so that the apparatus cost can be reduced and the installation area can be reduced.

図１１は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。本実施形態は、第２の実施形態と同様にウエハ面内の温度分布を任意に設定可能とすること目的としている。しかし、この例では、独立した冷媒溝に異なる温度の冷媒を循環させるかわりに、誘電体膜の内部の中央付近、中間付近、外周付近に独立した３系統のヒータ７７、７８、７９を内蔵した点で相違している。また、前記３系統のヒータにはそれぞれ独立にした直流電源８０を接続して電力を供給している。８１は高周波バイアス電圧がヒータ用の直流電源にまわりこむのを防止するフィルタユニットである。実際には、ヒータ毎に直流電源とフィルタが必要になるが、図を簡略化するために省略している。 FIG. 11 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention. The object of the present embodiment is to make it possible to arbitrarily set the temperature distribution in the wafer surface as in the second embodiment. However, in this example, three independent heaters 77, 78, and 79 are built in the vicinity of the center, the middle, and the outer periphery of the dielectric film, instead of circulating the refrigerant at different temperatures in the independent refrigerant grooves. It is different in point. The three heaters are connected to independent DC power supplies 80 to supply power. Reference numeral 81 denotes a filter unit that prevents the high-frequency bias voltage from flowing into the DC power supply for the heater. In practice, a DC power supply and a filter are required for each heater, but are omitted for the sake of simplicity.

静電チャックの冷却は、第１の実施形態と同様に内部に形成した１系統の冷媒溝に冷媒を循環させる方式であり、本実施形態においても冷媒の導入は温度ムラが発生しないように側面側から導入している。 The cooling of the electrostatic chuck is a system in which the refrigerant is circulated through a single system of refrigerant grooves formed inside as in the first embodiment, and in this embodiment as well, the introduction of the refrigerant has a side surface so that temperature unevenness does not occur. It is introduced from the side.

このような構成において、各ヒータに投入する電力を制御すれば、ヒータの存在する半径領域ごとに静電チャックの温度を応答性を調節しながら加熱することができるため、静電チャック表面の温度分布を適切に調節することが可能となる。このため、第１の実施形態が備える効果に加え、応答性をより改善することができる。また、第２の実施形態と同様に静電チャックの温度分布を任意に調節することができるため、生産性の高い処理装置を提供することが可能となる。なお、静電チャックに内蔵したヒータを３系統としたが、これに限定されるものではない。また、ヒータに印加する電圧は交流電圧であってもよい。 In such a configuration, if the electric power supplied to each heater is controlled, the temperature of the electrostatic chuck can be heated while adjusting the responsiveness for each radius region where the heater exists. The distribution can be adjusted appropriately. For this reason, in addition to the effect with which 1st Embodiment is provided, responsiveness can be improved more. Further, since the temperature distribution of the electrostatic chuck can be arbitrarily adjusted as in the second embodiment, it is possible to provide a processing apparatus with high productivity. In addition, although the heater built in the electrostatic chuck was made into 3 systems, it is not limited to this. The voltage applied to the heater may be an alternating voltage.

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、（１）静電チャックの基材となる２枚の板の少なくとも一方にあらかじめ冷媒溝を形成し、これら２枚の板をブレージング（ろう付け）等により張り合わせて基材を形成し、この基材の表面に溶射法によりセラミックスの誘電体膜を形成するか、焼結体の誘電体膜を接着する。これにより温度応答性を改善した熱容量の小さい静電チャックを備えたウエハステージを提供することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, (1) a refrigerant groove is formed in advance in at least one of two plates serving as a base material for an electrostatic chuck, and the two plates are brazed (waxed). A base material is formed by pasting together, etc., and a ceramic dielectric film is formed on the surface of the base material by a thermal spraying method, or a sintered dielectric film is adhered. Thus, it is possible to provide a wafer stage including an electrostatic chuck having a small heat capacity and improved temperature response.

（２）静電チャックを固定する絶縁部材との間にジルコニア等の熱伝導率の小さな材質からなるピンを挟み込んで熱的な接触を極力抑えながら、静電チャックの外周部をジルコニア等の熱伝導率の小さな材料製のネジを用いて絶縁部材に固定する。これにより、静電チャックの温度応答性を静電チャックを固定するための構造物により悪化されることを抑制することができる。すなわち断熱性のよい固定方法で固定されたウエハステージを提供することができる。 (2) A pin made of a material having a low thermal conductivity such as zirconia is sandwiched between the insulating member for fixing the electrostatic chuck, and the outer periphery of the electrostatic chuck is heated by zirconia or the like while suppressing thermal contact as much as possible. It fixes to an insulating member using the screw made of material with small conductivity. Thereby, it can suppress that the temperature responsiveness of an electrostatic chuck is deteriorated by the structure for fixing an electrostatic chuck. That is, it is possible to provide a wafer stage fixed by a fixing method with good heat insulation.

（３）静電チャックを冷却するためのチラーから排出された冷媒を、静電チャックの下面方向から、らせん状の配管を介して静電チャックの側面近傍まで送り込み、静電チャック内部に形成した冷媒溝の存在する平面とほぼ水平な面から導入できるように、静電チャックの側面に導入口および排出口を形成した。これにより、静電チャックを冷却するために導入する冷媒に起因する、ウエハ面内の局所的な温度ムラの発生がないウエハステージを提供することができる。 (3) The refrigerant discharged from the chiller for cooling the electrostatic chuck is fed from the lower surface direction of the electrostatic chuck to the vicinity of the side surface of the electrostatic chuck through a spiral pipe, and formed inside the electrostatic chuck. An introduction port and a discharge port were formed on the side surface of the electrostatic chuck so that the introduction can be made from a plane substantially parallel to the plane where the refrigerant groove exists. Accordingly, it is possible to provide a wafer stage that does not cause local temperature unevenness in the wafer surface due to the refrigerant introduced to cool the electrostatic chuck.

（４）静電チャックを備えたウエハステージに対し、異なる温度に設定した独立した２台のチラーをバルブを介して接続し、静電チャックの温度を変更する際にはバルブの切り替え操作により循環させる冷媒の温度を変更する。これにより、静電チャック、ひいてはウエハの温度を温度ムラなく応答性よく変更可能なウエハステージを提供することができる。（５）静電チャックの内部に独立した複数系統の冷媒溝を設け、各冷媒溝毎に循環させる温度を調節し、あるいは、静電チャックの内部に独立して電力を供給することができる複数系統のヒータを内蔵し、各ヒータ毎に供給する電力を調節する。これにより、静電チャックの温度分布、ひいてはウエハの温度分布を温度ムラなく応答性よく変更可能なウエハステージを提供することができる。 (4) Two independent chillers set at different temperatures are connected via a valve to a wafer stage equipped with an electrostatic chuck. When changing the temperature of the electrostatic chuck, it is circulated by switching the valve. Change the temperature of the refrigerant. Accordingly, it is possible to provide a wafer stage that can change the temperature of the electrostatic chuck, and thus the wafer, with high responsiveness without temperature unevenness. (5) A plurality of independent coolant grooves are provided inside the electrostatic chuck, and the temperature at which each coolant groove is circulated is adjusted, or power can be supplied independently to the inside of the electrostatic chuck. System heaters are built in and the power supplied to each heater is adjusted. Accordingly, it is possible to provide a wafer stage that can change the temperature distribution of the electrostatic chuck, and thus the temperature distribution of the wafer with high responsiveness without temperature unevenness.

このように、熱容量を極力小さくした静電チャックを、これを固定する部材から極力断熱して固定することができるので、例えばチラーなどの温度調節装置を用いて冷却・加熱する際に実質的な熱容量を小さくて済み、温度の応答性にすぐれたウエハステージを提供することができる。 As described above, the electrostatic chuck having the smallest heat capacity can be fixed by being insulated as much as possible from the member for fixing the electrostatic chuck. Therefore, the electrostatic chuck can be substantially cooled and heated using a temperature control device such as a chiller. A wafer stage having a small heat capacity and excellent temperature responsiveness can be provided.

また、静電チャックを冷却するためにチラーから排出した冷媒の導入を、静電チャック内部に設けた冷媒溝が形成された平面にほぼ平行な方向から導入することができるため、冷媒導入付近での極端な乱流発生を低減することができ、局所的な熱伝達率向上によるウエハ面内の温度ムラが発生しないウエハステージを提供することができる。 In addition, since the introduction of the refrigerant discharged from the chiller to cool the electrostatic chuck can be introduced from a direction substantially parallel to the plane in which the refrigerant groove provided in the electrostatic chuck is formed, Generation of extreme turbulence can be reduced, and a wafer stage can be provided in which temperature unevenness in the wafer surface due to local heat transfer coefficient improvement does not occur.

第１の実施形態にかかるウエハステージの詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of the wafer stage concerning 1st Embodiment. ウエハステージを構成する静電チャックに形成した冷媒溝を説明する図である。It is a figure explaining the refrigerant | coolant groove | channel formed in the electrostatic chuck which comprises a wafer stage. ウエハ載置台を搭載したプラズマ処理装置を示す図である。It is a figure which shows the plasma processing apparatus carrying a wafer mounting base. 従来の静電チャックを備えたウエハステージを説明する図である。It is a figure explaining the wafer stage provided with the conventional electrostatic chuck. 従来の静電チャックにおける冷媒溝を説明する図である。It is a figure explaining the refrigerant groove in the conventional electrostatic chuck. 温度の応答特性を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the response characteristic of temperature. 第２の実施形態にかかるウエハステージの詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of the wafer stage concerning 2nd Embodiment. ウエハステージを構成する静電チャックに形成した冷媒溝を示す図である。It is a figure which shows the coolant groove | channel formed in the electrostatic chuck which comprises a wafer stage. 静電チャックを裏面から見た図である。It is the figure which looked at the electrostatic chuck from the back. 冷媒の配管の接続部の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the connection part of piping of a refrigerant | coolant. 本発明の第３の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１真空処理室
２ベースフランジ
３真空チャンバ
４導波管
５マイクロ波
６コイル
７プラズマ
８ウエハステージ
９ウエハ
１０高周波電源
１１直流電源
１２真空ポンプ
１３処理ガス
１４石英窓
１５バルブ
１６貫通穴
１７コイル
１８コンデンサ
１９マイクロ波発振器
２０シャフト
２１ベローズ
２２ベース
２３静電チャック
２４絶縁部材
２５基材
２６アルミナ
２７冷媒溝
２８，２９配管
３０スリーブ
３１冷媒入り口
３２冷媒もどり口
３３ネジ
３４絶縁材
３５プラグ
３６絶縁パイプ
３７配管
３８ヘリウムタンク
３９マスフローコントローラ
４０圧力計
４１貫通孔
４２絶縁材
４３，４４カバー
４５石英カバー
４６アルミナカバー
４７プッシャピン
４８蛍光温度計
４９絶縁部材
５０静電チャック
５１基材
５２下円板
５３上円板
５４ジルコニア製ボルト
５５ジルコニア製ピン
５６チラー
５７配管ネジ
５８配管
５９第１のチラー
６０第２のチラー
６１〜６４バルブ
６５バイパスライン
６６第１の冷媒溝
６７第２の冷媒溝
６８第３のチラー
６９第４のチラー
７０〜７３バルブ
７４配管
７５０リング固定溝
７６ネジ穴
７７〜７９ヒータ
８０直流電源
８１フィルタユニット
８２冷媒溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum processing chamber 2 Base flange 3 Vacuum chamber 4 Waveguide 5 Microwave
6 Coil 7 Plasma 8 Wafer stage 9 Wafer 10 High frequency power supply 11 DC power supply 12 Vacuum pump 13 Processing gas 14 Quartz window 15 Valve 16 Through hole 17 Coil 18 Capacitor 19 Microwave oscillator 20 Shaft 21 Bellows 22 Base 23 Electrostatic chuck 24 Insulating member 25 Base Material 26 Alumina 27 Refrigerant Groove 28, 29 Piping 30 Sleeve 31 Refrigerant Inlet 32 Refrigerant Return Port 33 Screw 34 Insulating Material 35 Plug 36 Insulating Pipe 37 Piping
38 Helium tank 39 Mass flow controller 40 Pressure gauge 41 Through hole 42 Insulating material 43, 44 Cover 45 Quartz cover 46 Alumina cover 47 Pusher pin 48 Fluorescent thermometer 49 Insulating member 50 Electrostatic chuck 51 Base material
52 Lower disk 53 Upper disk 54 Zirconia bolt 55 Zirconia pin 56 Chiller 57 Piping screw 58 Piping 59 First chiller 60 Second chiller 61-64 Valve 65 Bypass line 66 First refrigerant groove 67 Second Refrigerant groove 68 Third chiller 69 Fourth chiller 70-73 Valve
74 Piping 75 0 Ring fixing groove 76 Screw hole 77 to 79 Heater 80 DC power supply 81 Filter unit 82 Refrigerant groove

Claims

表面に溝を形成した円板を貼り合わせて、貼り合わせた２枚の円板間に冷媒溝を形成した基体、および該基体表面に形成した誘電体膜を備え、真空チャンバ内において、前記誘電体膜上に半導体ウエハを載置して保持する静電チャックと、
前記静電チャックを断熱部材を介して真空チャンバ内で保持する絶縁部材と、
前記２枚の円板間に形成された前記冷媒溝に冷媒を供給する配管を備え、
前記配管は、該配管による冷媒の流れが、前記円板内に形成された前記冷媒溝の軸方向を向くように前記冷媒溝が形成された平面に平行な方向に取り付けたことを特徴とするウエハステージ。 A substrate having a groove formed on the surface thereof, and a substrate in which a coolant groove is formed between the two bonded plates, and a dielectric film formed on the surface of the substrate; An electrostatic chuck for placing and holding a semiconductor wafer on the body film;
An insulating member for holding the electrostatic chuck in a vacuum chamber via a heat insulating member;
A pipe for supplying a refrigerant to the refrigerant groove formed between the two discs;
The pipe is attached in a direction parallel to a plane in which the refrigerant groove is formed so that a flow of the refrigerant through the pipe faces an axial direction of the refrigerant groove formed in the disk. Wafer stage.

請求項１記載のウエハステージにおいて、
それぞれ異なる温度の冷媒をそれぞれバルブを介して供給する複数の温度調節器を備え、前記バルブを切り換えることにより、前記冷媒溝に異なる温度の冷媒を供給することを特徴とするウエハステージ。 The wafer stage according to claim 1,
A wafer stage comprising: a plurality of temperature regulators for supplying refrigerants having different temperatures through valves; and supplying the refrigerant grooves with different temperatures by switching the valves.

請求項１記載のウエハステージにおいて、
前記基体は複数の冷媒溝および各冷媒溝毎にそれぞれ備えられた温度調節器を有し、各温度調節器を制御することにより複数の冷媒溝に供給する冷媒の温度を個別に調整することを特徴とするウエハステージ。 The wafer stage according to claim 1,
The base has a plurality of refrigerant grooves and a temperature regulator provided for each refrigerant groove, and individually adjusts the temperature of the refrigerant supplied to the plurality of refrigerant grooves by controlling each temperature regulator. A featured wafer stage.

請求項１記載のウエハステージにおいて、
前記静電チャックは、内部に複数のヒータおよび各ヒータ毎に電源を有し、該電源の出力を調整することにより、静電チャック表面温度分布を調整することを特徴とするウエハステージ。 The wafer stage according to claim 1,
The electrostatic chuck has a plurality of heaters therein and a power source for each heater, and adjusts the surface temperature distribution of the electrostatic chuck by adjusting the output of the power source.

請求項１記載のウエハステージにおいて、
前記絶縁部材は静電チャックを複数のピン状の断熱部材を介して真空チャンバ内で保持することを特徴とするウエハステージ。 The wafer stage according to claim 1,
The wafer stage characterized in that the insulating member holds the electrostatic chuck in a vacuum chamber via a plurality of pin-shaped heat insulating members.