JP2010045170A - Sample mounting electrode - Google Patents
Sample mounting electrode Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010045170A JP2010045170A JP2008207899A JP2008207899A JP2010045170A JP 2010045170 A JP2010045170 A JP 2010045170A JP 2008207899 A JP2008207899 A JP 2008207899A JP 2008207899 A JP2008207899 A JP 2008207899A JP 2010045170 A JP2010045170 A JP 2010045170A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- mounting electrode
- electrode
- sample mounting
- base material
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
本発明は、試料載置電極に係り、特に、表面温度の均一性を改善した試料載置電極に関する。 The present invention relates to a sample mounting electrode, and more particularly to a sample mounting electrode with improved surface temperature uniformity.
エッチング装置などのプラズマ処理装置は、真空処理容器内に処理すべき試料を載置する電極を配置し、該電極に高周波バイアスを印加するとともに、マイクロ波等の高周波を真空容器内に導入してプラズマを形成し、生成したプラズマにより前記試料に処理を施す。 A plasma processing apparatus such as an etching apparatus arranges an electrode on which a sample to be processed is placed in a vacuum processing container, applies a high frequency bias to the electrode, and introduces a high frequency such as a microwave into the vacuum container. Plasma is formed and the sample is treated with the generated plasma.
前記載置電極は試料を静電的に吸着する静電吸着用電極を備える。また、試料に対するエッチングの均一性あるいはエッチング形状をコントロールするために、電極の平均温度あるいは電極表面上の径方向温度分布を調整して、試料表面温度を調整する。 The placement electrode includes an electrostatic adsorption electrode that electrostatically adsorbs a sample. In addition, in order to control the etching uniformity or etching shape with respect to the sample, the sample surface temperature is adjusted by adjusting the average temperature of the electrode or the radial temperature distribution on the electrode surface.
近年では、半導体デバイスの微細化と複雑化に伴い、多層膜を一括エッチングするニーズが多くなっている。ここで、多層膜とは、例えばレジストマスク／反射防止膜／カーボン膜／金属膜（Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ）／ポリＳｉ膜／酸化絶縁膜（ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、ポーラスＬｏｗ−ｋ材など）などの多種多様の材料が複数層積層されている膜である。また、一括エッチングとは、上記のような多層膜の全てあるいは小グループに分けた多層膜部分を、ひとつのエッチング処理装置で、エッチング処理することを指す。 In recent years, with the miniaturization and complexity of semiconductor devices, there is an increasing need for batch etching of multilayer films. Here, the multilayer film is, for example, a resist mask / antireflection film / carbon film / metal film (Ti, W, Ta, Mo) / poly Si film / oxide insulating film (SiO 2 , SiOC, porous Low-k material, etc.) ) And the like are films in which a plurality of layers are laminated. The batch etching means that all the multilayer films as described above or a multilayer film portion divided into small groups is etched with one etching processing apparatus.
一括エッチングを行う場合、それぞれの膜毎に、試料（ウエハ）面内エッチング均一性を良好に保つとともにエッチングの形状（垂直性、エッチングマスクに対する寸法精度）を良好に保ちつつエッチングしなければならない。この場合、それぞれの膜毎に好適なウエハ温度と、その径方向温度分布が存在し、それらは膜種ごとに異なる。このため、エッチングすべき膜種が切り替わるごとに、ウエハ温度を高速、高精度に変更することが望ましい。 When performing batch etching, each film must be etched while maintaining good sample (wafer) in-plane etching uniformity and good etching shape (verticality, dimensional accuracy with respect to the etching mask). In this case, there is a wafer temperature suitable for each film and its radial temperature distribution, which differs for each film type. For this reason, it is desirable to change the wafer temperature at high speed and high accuracy each time the film type to be etched is switched.
試料（ウエハ）表面上に温度分布を付与するためには、（１）温度の異なる複数の冷媒を載置電極本体内に通流させる方法、（２）電極表面と試料との熱伝達のために配されるＨｅ供給路を複数系統設け、各系統毎にＨｅの圧力を調整する方法、（３）載置電極本体上に薄いヒータ電極を薄い誘電体層を介して配置する方法がある。 In order to provide a temperature distribution on the surface of the sample (wafer), (1) a method of allowing a plurality of refrigerants having different temperatures to flow through the mounting electrode main body, and (2) heat transfer between the electrode surface and the sample. There are a method of providing a plurality of He supply paths arranged in the system and adjusting the He pressure for each system, and (3) a method of disposing a thin heater electrode on the mounting electrode body via a thin dielectric layer.
しかし、（１）の方法は、電極温度分布を高速で変化させることができない。（２）の方法は、例えばＬＳＩゲート加工用のエッチング装置のようにプラズマからの入熱が小さいときには十分な温度変化が得られない。（３）の方法はこのような問題を避けることができるので、近年採用されることが多い。 However, the method (1) cannot change the electrode temperature distribution at high speed. In the method (2), a sufficient temperature change cannot be obtained when the heat input from the plasma is small as in an etching apparatus for LSI gate processing, for example. Since the method (3) can avoid such a problem, it is often adopted in recent years.
図３は、従来の載置電極の例を説明する図である。図に示すように、冷媒溝１２２を有するＴｉ製基材部１２１の上面に、溶射法によって、高抵抗アルミナ膜、ヒータ層、吸着層および静電吸着膜で構成する多層膜１２３が形成されている（特許文献１参照）。なお、電極を構成する基材部１２１にＴｉを用いる理由は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする前記溶射膜の線膨張係数とほぼ等しく、電極温度の変化に伴う熱応力を軽減することができるためと、Ｔｉの熱伝導率が低い（１７Ｗ・ｍ／Ｋ）ことを利用して冷媒溝と基材上面との間に適度な断熱性能を付与するためである。
しかしながら、上述のように試料載置電極を構成する基材としてＴｉを用いると、熱伝導率の低さが次の２点に関して問題となる。ひとつは、冷媒溝の配置の不均一に伴う伝熱の不均一が基材表面においても緩和されず、電極表面上での温度分布が不均一になる点である。もうひとつは、電極表面に配置されるヒータの配置が不均一であることに伴い電極表面上における温度分布が不均一になる点である。 However, when Ti is used as the base material constituting the sample mounting electrode as described above, low thermal conductivity becomes a problem with respect to the following two points. One is that the non-uniform heat transfer due to the non-uniform arrangement of the refrigerant grooves is not relaxed even on the substrate surface, and the temperature distribution on the electrode surface becomes non-uniform. The other is that the temperature distribution on the electrode surface becomes non-uniform due to the non-uniform arrangement of the heaters arranged on the electrode surface.
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、表面温度の均一性を改善した試料載置電極を提供するものである。 The present invention has been made in view of these problems, and provides a sample mounting electrode with improved surface temperature uniformity.
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.
内部が減圧排気される処理室内に処理ガスを供給し、さらに該処理室内に高周波エネルギを供給してプラズマを生成し前記処理室内に配置された試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に用いられ、試料を前記処理室内に載置して保持する試料載置電極において、該試料載置電極は、温度調節された冷媒を通流させるための冷媒溝を備えた基材部と、該基材部の試料を載置する面上に順次配置された均熱部材および多層誘電体膜を備え、前記均熱部材はＡｌＳｉＣ合金であり、前記均熱部材上に配置した多層誘電体膜は誘電体膜間に狭持されたヒータ層および静電吸着用電極層を具備する。 Used in a plasma processing apparatus for supplying a processing gas into a processing chamber whose inside is evacuated and further supplying high-frequency energy into the processing chamber to generate plasma and performing plasma processing on a sample placed in the processing chamber, In the sample mounting electrode for mounting and holding the sample in the processing chamber, the sample mounting electrode includes a base material portion having a coolant groove for allowing a temperature-controlled coolant to flow, and the base material portion. A soaking member and a multilayer dielectric film sequentially disposed on the surface on which the sample is placed, wherein the soaking member is an AlSiC alloy, and the multilayer dielectric film disposed on the soaking member is a dielectric film. A heater layer and an electrostatic adsorption electrode layer sandwiched between the electrodes are provided.
本発明は、以上の構成を備えるため、冷媒溝あるいはヒータ密度に局所的不均一がある場合においても試料の表面温度の均一性を確保することができる。 Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to ensure the uniformity of the surface temperature of the sample even when there is local nonuniformity in the coolant groove or the heater density.
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は、本発明の第１の実施形態にかかる試料載置電極が適用されるエッチング装置を説明する図である。図１において、マイクロ波源１０１から出力されたマイクロ波は導波管１０４を介して処理室１１１に導入される。処理室１１１には図示しない真空排気系とガス導入系が接続され、プラズマ処理に適した雰囲気、圧力に保持することができる。 Hereinafter, the best embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a view for explaining an etching apparatus to which a sample mounting electrode according to the first embodiment of the present invention is applied. In FIG. 1, the microwave output from the microwave source 101 is introduced into a processing chamber 111 through a waveguide 104. A vacuum exhaust system (not shown) and a gas introduction system (not shown) are connected to the processing chamber 111 and can be maintained in an atmosphere and pressure suitable for plasma processing.
処理室に導入されたマイクロ波により、処理室１１１内のガスはプラズマ化され、被処理材である試料（ウエハ）１１２に所定のプラズマ処理を行うことができる。なお、プラズマの生成手段は、マイクロ波源によるもののみではなく、高周波を用いた誘導結合手段、または高周波を用いた静電結合手段によるものであって良い。 By the microwaves introduced into the processing chamber, the gas in the processing chamber 111 is turned into plasma, and a predetermined plasma process can be performed on the sample (wafer) 112 that is a material to be processed. The plasma generating means is not limited to a microwave source, but may be an inductive coupling means using a high frequency or an electrostatic coupling means using a high frequency.
試料１１２は、試料載置電極１１３上に設置され、自動整合器１１４を介してバイアス電源１１５によるバイアス電位が印加される。バイアス電位によりプラズマ中のイオンを試料表面に引き込み、プラズマエッチングを実行する。載置電極１１３には、試料１１２と電極１１３表面との熱伝導を確実にするためのＨｅ導入系１１６、静電チャックのための吸着用直流電源１１７、ヒータ温度制御のためのヒータ電源１１８、電極１１３を構成する基材を冷却するための冷媒を温調し、循環させるための温調器１１９が接続されている。また、ヒータ電源１１８には、載置電極１１３内の複数個所の温度をモニタし、ヒータ電源にその出力指令値を供給する試料温度制御部１２０が接続される。 The sample 112 is placed on the sample mounting electrode 113, and a bias potential from the bias power source 115 is applied via the automatic matching unit 114. Plasma etching is performed by attracting ions in the plasma to the sample surface by the bias potential. The mounting electrode 113 includes a He introduction system 116 for ensuring heat conduction between the sample 112 and the surface of the electrode 113, a suction DC power source 117 for electrostatic chuck, a heater power source 118 for heater temperature control, A temperature controller 119 for controlling the temperature of the coolant for cooling the base material constituting the electrode 113 and circulating it is connected. The heater power supply 118 is connected to a sample temperature control unit 120 that monitors temperatures at a plurality of locations in the mounting electrode 113 and supplies output command values to the heater power supply.
図２は、試料載置電極１１３の詳細を説明する図であり、図２（ａ）は試料載置電極を示す図、図２（ｂ）は多層誘電体膜２３の詳細を示す図である。 2A and 2B are diagrams illustrating details of the sample mounting electrode 113, FIG. 2A is a diagram illustrating the sample mounting electrode, and FIG. 2B is a diagram illustrating details of the multilayer dielectric film 23. FIG. .
試料載置電極は、Ｔｉで構成される基材部１２１を備え、基材部１２１内には基材を冷却するための冷媒を流す冷媒溝１２２が設けられる。冷媒溝１２２は、載置電極上面での温度均一性を確保するために、ほぼ等間隔に配置される。冷媒溝を流れる冷媒は、たとえばフロン系の冷媒を用い、この冷媒を、流量４〜１０ｌ／ｍｉｎ、冷凍能力１〜５ＫＷ程度のサーキュレータを用いて循環させる。 The sample mounting electrode includes a base material part 121 made of Ti, and a coolant groove 122 through which a coolant for cooling the base material flows is provided in the base material part 121. The coolant grooves 122 are arranged at substantially equal intervals in order to ensure temperature uniformity on the top surface of the placement electrode. As the refrigerant flowing in the refrigerant groove, for example, a fluorocarbon refrigerant is used, and this refrigerant is circulated using a circulator having a flow rate of 4 to 10 l / min and a refrigerating capacity of about 1 to 5 kW.
基材部１２１の上面には、ＡｌＳｉＣ合金で形成された均熱部材１２７を配置する。均熱部材を構成するＡｌＳｉＣ合金は下地の基材にブレージングまたは金属接着剤により接合する。ＡｌＳｉＣからなる均熱部材１２７は、厚さ１ｍｍないし４ｍｍの範囲が好適である。後述の計算例では２ｍｍを用いた。 On the upper surface of the base member 121, a heat equalizing member 127 made of an AlSiC alloy is disposed. The AlSiC alloy constituting the soaking member is joined to the underlying base material by brazing or a metal adhesive. The soaking member 127 made of AlSiC is preferably in the range of 1 mm to 4 mm in thickness. In the calculation example described later, 2 mm was used.
均熱部材１２７を構成するＡｌＳｉＣは線膨張係数が、７．８×１０−６／℃であり、上層に形成される溶射多層膜（主としてＡｌ２Ｏ３）の線膨張係数７．３×１０−６／℃、およびＴｉ基材の線膨張係数８．４×１０−６／℃］と似通っている。このため、これら三者間に温度差が生じても、熱膨張の違いによる熱応力は小さく、溶射膜に剥がれ等が起こりにくく機械的信頼性を向上することができる。 AlSiC constituting the soaking member 127 has a linear expansion coefficient of 7.8 × 10 −6 / ° C., and the thermal expansion multilayer film (mainly Al 2 O 3) formed on the upper layer has a linear expansion coefficient of 7.3 × 10 −6 / And the linear expansion coefficient of the Ti substrate is 8.4 × 10 −6 / ° C.]. For this reason, even if a temperature difference occurs between these three components, the thermal stress due to the difference in thermal expansion is small, and the thermal spraying film is unlikely to peel off and the mechanical reliability can be improved.
また、均熱部材１２７を構成するＡｌＳｉＣは、熱伝導率が２５０Ｗ・ｍ／Ｋと、Ｔｉ基材の１７Ｗ・ｍ／Ｋに比べて大きい。このため、水平方向の温度均一化能力が大きい。なお、ＡｌＳｉＣは、電気伝導性を有し、かつ高熱伝導、低線膨張係数を有する他の材料、たとえば、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、純Ｍｏ、純Ｗ等で置換することができる。これらの材料は、高発熱密度の半導体用ヒートシンクに良く用いられる材料であり、工業的信頼度は確立されている。 Further, AlSiC constituting the soaking member 127 has a thermal conductivity of 250 W · m / K, which is larger than that of the Ti base material of 17 W · m / K. For this reason, the ability to equalize the temperature in the horizontal direction is large. AlSiC can be replaced with other materials having electrical conductivity, high thermal conductivity, and low linear expansion coefficient, such as Cu—W alloy, Cu—Mo alloy, pure Mo, pure W, and the like. . These materials are frequently used for heat sinks for semiconductors having a high heat generation density, and industrial reliability has been established.
ＡｌＳｉＣからなる均熱部材１２７上には、溶射法によって、静電吸着機能、ヒータ機能を有する多層誘電体膜１２３を形成する。多層誘電体膜１２３は、ヒータ電極機能を備えたヒータ層１２４、静電吸着用電極１２５、表面吸着層１２６を備え、ヒータ層の上下は層間絶縁のためのＡｌ２Ｏ３層が配設されている。 On the soaking member 127 made of AlSiC, a multilayer dielectric film 123 having an electrostatic adsorption function and a heater function is formed by a thermal spraying method. The multilayer dielectric film 123 includes a heater layer 124 having a heater electrode function, an electrostatic adsorption electrode 125, and a surface adsorption layer 126, and Al 2 O 3 layers for interlayer insulation are disposed above and below the heater layer. ing.
ヒータ層１２４は、ウエハの中心から径方向に、順次、中央部分、ミドル部分、エッジ部分の３領域に分割されており、温度の径方向分布を任意にリアルタイムで調整できるようになっている。なお、前記３領域を構成する各ヒータは、ほぼ等面積なるように形成する。各ヒータへの通電電力は、たとえば１．５ＫＷの電源を３個用いて給電する。また、前記誘電体層１２３は、ヒータ金属等を挟み込んだ例えばＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｙ２Ｏ３等からなる焼結セラミックスで構成することができる。 The heater layer 124 is divided into three regions of a central portion, a middle portion, and an edge portion sequentially from the center of the wafer in the radial direction, and the temperature radial distribution can be arbitrarily adjusted in real time. In addition, each heater which comprises the said 3 area | region is formed so that it may become substantially equal area. The energization power to each heater is supplied using, for example, three 1.5 kW power supplies. The dielectric layer 123 can be made of a sintered ceramic made of Al 2 O 3, AlN, Y 2 O 3 or the like with a heater metal or the like sandwiched therebetween.
図３は、従来技術として説明した載置電極の構造を示す図であり、Ｔｉで構成される基材部１２１の上面に、溶射法によって、図２と同様の構成の多層膜１２３が形成されている。 FIG. 3 is a diagram showing the structure of the mounting electrode described as the prior art, and a multilayer film 123 having the same configuration as that of FIG. 2 is formed on the upper surface of the base material portion 121 made of Ti by a thermal spraying method. ing.
以下、図２に示す本実施形態の載置電極による作用効果を、図２に示す従来の載置電極による作用効果と定量的に比較して説明する。なお、本実施形態による効果については、以下に述べる数値計算によって確認した。数値計算は、電極基材、試料（ウエハ）、電極基材の上面に配置する誘電体溶射薄膜、誘電体溶射薄膜層内に埋め込んだＷヒータ層、ウエハと電極表面との間に存在するＨｅ層の各層を、半径方向８４メッシュ、高さ方向１４メッシュに分割し、軸対称２次元の熱伝導方程式を数値計算するものである。なお、この数値解析手法は、別途実験データとベンチマークされており、計算は一定の信頼度を有する。ウェハと電極との間に封入するＨｅ圧力は１．０ＫＰａ一定とした。静電吸着によるウエハの電極への押し付け力は、約１０ＫＰａとした。また冷媒の温度は２０℃とした。 Hereinafter, the operational effects of the mounting electrode of the present embodiment shown in FIG. 2 will be described in quantitative comparison with the operational effects of the conventional mounting electrode shown in FIG. In addition, the effect by this embodiment was confirmed by the numerical calculation described below. The numerical calculation includes an electrode substrate, a sample (wafer), a dielectric sprayed thin film disposed on the upper surface of the electrode substrate, a W heater layer embedded in the dielectric sprayed thin film layer, and a He existing between the wafer and the electrode surface. Each layer is divided into 84 meshes in the radial direction and 14 meshes in the height direction, and an axisymmetric two-dimensional heat conduction equation is numerically calculated. This numerical analysis method is separately benchmarked with experimental data, and the calculation has a certain level of reliability. The He pressure sealed between the wafer and the electrode was constant at 1.0 KPa. The pressing force of the wafer against the electrode by electrostatic adsorption was about 10 KPa. The temperature of the refrigerant was 20 ° C.
Ｔｉからなる載置電極１１３に配置する冷媒溝は、図４に示すように、ほぼ等間隔で配置するが、配置される冷媒溝が局所的に不均一に配置される場合がある。すなわち、載置電極には、例えば、ヒータに給電するための給電シャフト、静電吸着膜に給電するための給電シャフト、ウエハ搬送のためのプッシャピン用のシャフト等の縦シャフトが存在する。冷媒溝はこれらを避けて配置しなければならないため、冷媒溝は局所的に不均等に配置されることになる。 As shown in FIG. 4, the refrigerant grooves arranged on the mounting electrode 113 made of Ti are arranged at substantially equal intervals, but the arranged refrigerant grooves may be locally unevenly arranged. That is, the mounting electrode includes a vertical shaft such as a power supply shaft for supplying power to the heater, a power supply shaft for supplying power to the electrostatic adsorption film, and a pusher pin shaft for wafer transfer. Since the refrigerant grooves must be arranged avoiding these, the refrigerant grooves are locally unevenly arranged.
このような場合には、載置電極表面に温度ムラが発生し、仮にヒータ発熱密度が均一であっても、表面温度は不均一になる。 In such a case, temperature unevenness occurs on the surface of the mounting electrode, and even if the heater heat generation density is uniform, the surface temperature becomes non-uniform.
図５および図６は、冷媒溝が不均一に配置されたときの、電極表面での温度不均一の改善の様子を示すための図であって、図５が従来技術の場合、図６が第１の実施形態の電極（図２に示す電極）の場合における温度分布を示す。 FIGS. 5 and 6 are diagrams for illustrating a state of temperature non-uniformity improvement on the electrode surface when the refrigerant grooves are non-uniformly arranged. FIG. The temperature distribution in the case of the electrode (electrode shown in FIG. 2) of 1st Embodiment is shown.
図５および図６は、図４に示すように冷媒溝が均等に並んでいるＡ−Ａ断面と、冷媒溝が不均等に並んでいるＢ−Ｂ断面で、それぞれ温度分布を計算したものであり、図５の従来技術においては、冷媒溝均等部分では、電極表面（ウエハ表面）温度ははほぼ均一であるが、溝が不均一であるＢ−Ｂ断面部分では、温度差が１．４℃あり、電極表面温度は不均一である。これに対して、図６に示す本実施形態の電極の場合は、温度差が０．６℃と改善されていることがわかる。
次に、ヒータ層の局所不均一配置について述べる。溶射ヒータは、図７に示すように、線幅１．５〜３ｍｍのヒータ線を、ほぼ等間隔で配置するが、載置電極には、例えば、ヒータへの給電シャフト、静電吸着膜への給電シャフト、ウエハ搬送のためのプッシャピン用のシャフト、Ｈｅ供給のためのシャフト等のさまざまな縦シャフトが存在する。このために、ヒータは局所的にシャフト部を迂回して配置する必要が生じる。このとき、前記迂回に起因する温度ムラが発生し、表面温度は不均一になる。
FIG. 5 and FIG. 6 show temperature distributions calculated on the AA cross section where the refrigerant grooves are evenly arranged and the BB cross section where the refrigerant grooves are non-uniformly arranged as shown in FIG. In the prior art of FIG. 5, the temperature of the electrode surface (wafer surface) is substantially uniform at the coolant groove uniform portion, but the temperature difference is 1.4 at the BB cross section where the groove is non-uniform. The electrode surface temperature is non-uniform. On the other hand, in the case of the electrode of this embodiment shown in FIG. 6, it can be seen that the temperature difference is improved to 0.6 ° C.
Next, the local non-uniform arrangement of the heater layer will be described. As shown in FIG. 7, the thermal spray heater has heater wires with a line width of 1.5 to 3 mm arranged at almost equal intervals. For the mounting electrode, for example, a feeding shaft to the heater or an electrostatic adsorption film There are various vertical shafts such as a power feeding shaft, a pusher pin shaft for wafer transfer, and a He supply shaft. For this reason, the heater needs to be locally disposed around the shaft portion. At this time, temperature unevenness due to the detour occurs, and the surface temperature becomes non-uniform.
図８および図９は、図７に示すヒータ迂回部における電極表面での温度不均一の様子を示す図であり、図８が第１の実施形態に示す電極の場合、図９が従来技術の電極の場合の温度分布を示す。 FIGS. 8 and 9 are diagrams showing a state of temperature non-uniformity on the electrode surface in the heater bypass portion shown in FIG. 7. FIG. 8 shows the case of the electrode shown in the first embodiment, and FIG. The temperature distribution in the case of an electrode is shown.
図８および図９においては、シャフト中心からの径方向位置を横軸にとり、ヒータが存在しない直径１１ｍｍの円形の迂回領域が生じていると仮定して計算している。図９に示す従来技術における載置電極の冷媒溝均等部分では、シャフト中心部とシャフトから遠方との間の温度差が、ウエハ表面上で約１．０℃生じる。これに対して、図８に示す第１に実施形態の場合には、前記温度差が０．３℃に改善されていることがわかる。 In FIGS. 8 and 9, the calculation is performed assuming that a circular detour region having a diameter of 11 mm in which the heater is not present occurs with the radial position from the shaft center as the horizontal axis. In the refrigerant groove equivalent portion of the mounting electrode in the prior art shown in FIG. 9, a temperature difference between the central portion of the shaft and the distance from the shaft is about 1.0 ° C. on the wafer surface. On the other hand, in the first embodiment shown in FIG. 8, it can be seen that the temperature difference is improved to 0.3 ° C.
図１０は、従来技術の載置電極におけるウエハ昇温時の応答性を示す図である。凡例のｃｅｎｔｅｒ，ｍｉｄｄｌｅ，ｅｄｇｅは、それぞれＲ＝０，１１０，１４７ｍｍの地点における計算値を示す。時間２０秒の時点で、ヒータパワーを投入して、昇温を始め、目標値（Ｃ（センター）／Ｍ（ミドル）／Ｅ（エッジ）＝７０／７０／７０℃）に達すると、温度を維持すべくフィードバック制御が働くと仮定して計算している。温度上昇時の速度は１．７５℃／Ｓ、であった。 FIG. 10 is a diagram showing the responsiveness when the wafer is heated in the conventional mounting electrode. Legend center, middle, and edge indicate calculated values at points R = 0, 110, and 147 mm, respectively. At the time of 20 seconds, the heater power is turned on to start the temperature increase. When the target value (C (center) / M (middle) / E (edge) = 70/70/70 ° C.) is reached, the temperature is It is calculated assuming that feedback control works to maintain. The speed at the time of temperature rise was 1.75 ° C./S.
図１１は、第１の実施形態における応答性を示す図である。この例では昇温時の温度上昇速度は１．７０℃／Ｓと、従来技術に対してやや性能の劣る結果となった。このような場合、すなわち表面温度の均一性と同時に、応答速度の向上を実現したい場合には、以下に示す第２の実施形態にかかる電極構成を用いるのが好ましい。 FIG. 11 is a diagram illustrating responsiveness in the first embodiment. In this example, the temperature increase rate at the time of temperature increase was 1.70 ° C./S, which was slightly inferior to the prior art. In such a case, that is, when it is desired to improve the response speed simultaneously with the uniformity of the surface temperature, it is preferable to use the electrode configuration according to the second embodiment described below.
図１２は、第２実施形態にかかる載置電極を説明する図である。試料載置電極１１３は、Ｔｉで構成される基材部１２１を備え、基材部１２１内には基材を冷却するための冷媒を流す冷媒溝１２２が設けられる。基材部１２１の上面には、適度な断熱部材として機能するＴｉＡｌＶ合金層１２９を配置する。断熱部材を構成するＴｉＡｌＶ合金は下地の基材にブレージングまたは金属接着剤により接合する。また、ＴｉＡｌＶ合金層１２９上にＡｌＳｉＣ合金で形成された均熱部材１２７を配置する。また、均熱部材１２７上には、溶射法によって、静電吸着機能、ヒータ機能を有する多層誘電体膜１２３を形成する。また、ヒータ層１２４、および静電吸着用電極層１２５には給電線１２５が配設される。なお、図において図２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。 FIG. 12 is a diagram for explaining the mounting electrode according to the second embodiment. The sample mounting electrode 113 includes a base material portion 121 made of Ti, and a coolant groove 122 for flowing a coolant for cooling the base material is provided in the base material portion 121. A TiAlV alloy layer 129 that functions as an appropriate heat insulating member is disposed on the upper surface of the base member 121. The TiAlV alloy constituting the heat insulating member is bonded to the underlying base material by brazing or a metal adhesive. A soaking member 127 made of an AlSiC alloy is disposed on the TiAlV alloy layer 129. On the soaking member 127, a multilayer dielectric film 123 having an electrostatic adsorption function and a heater function is formed by a thermal spraying method. In addition, a power supply line 125 is disposed on the heater layer 124 and the electrostatic adsorption electrode layer 125. In the figure, the same parts as those shown in FIG.
ＴｉＡｌＶ合金は、熱伝導率が８．１Ｗ・ｍ／Ｋと、Ｔｉ金属のそれ（１７〜２０Ｗ・ｍ／Ｋ）に比べ小さく、適度な断熱部材として機能する。また線膨張係数はＴｉと同一であるので、熱応力ひずみの問題は回避できる。また、層の厚さは４ｍｍないし８ｍｍが好適である。後述の計算例では６ｍｍを用いた。 The TiAlV alloy has a thermal conductivity of 8.1 W · m / K, which is smaller than that of Ti metal (17 to 20 W · m / K), and functions as an appropriate heat insulating member. Further, since the linear expansion coefficient is the same as that of Ti, the problem of thermal stress strain can be avoided. The layer thickness is preferably 4 mm to 8 mm. In the calculation example described later, 6 mm was used.
図１３は第２の実施形態にかかる載置電極の昇温時の応答性を示す計算結果である。昇温速度は２．２８℃／Ｓと改善される。温度上昇速度は、基材上部と下部の間の熱コンダクタンスが小さいほど、大きくとれるので、低熱伝導部材であるＴｉＡｌＶ」合金を用いたことにより温度上昇性能が向上したものである。
図１４は、冷媒溝が不均一に配置されたときの、電極表面での温度不均一の改善の様子を示すための図であって、図６に示す第１の実施形態の電極（図２に示す電極）の場合に比して温度の制御精度および温度分布が改善されていることが分かる。
FIG. 13 is a calculation result showing the responsiveness of the mounting electrode according to the second embodiment when the temperature is raised. The heating rate is improved to 2.28 ° C./S. Since the temperature increase rate increases as the thermal conductance between the upper part and the lower part of the base material decreases, the temperature increase performance is improved by using the TiAlV alloy which is a low heat conductive member.
FIG. 14 is a diagram for illustrating a state of temperature non-uniformity improvement on the electrode surface when the refrigerant grooves are non-uniformly arranged, and is an electrode according to the first embodiment shown in FIG. 6 (FIG. 2). It can be seen that the temperature control accuracy and temperature distribution are improved as compared with the case of the electrode shown in FIG.
水平方向の温度均一性は均一板（ここではＡｌＳｉＣ部材）の熱伝導率が高ければ高いほど、またその下の断熱部材（ここではＴｉＡｌＶ合金部材）の熱伝導率が低ければ低いほど、改善傾向になる。図１３は図６に比して、断熱部材をＴｉＡｌＶにした分、水平方向の均一性も向上したものである。 The temperature uniformity in the horizontal direction tends to improve as the thermal conductivity of the uniform plate (here AlSiC member) is higher and as the thermal conductivity of the thermal insulation member (here TiAlV alloy member) is lower. become. Compared to FIG. 6, FIG. 13 shows an improvement in the uniformity in the horizontal direction as much as the heat insulating member is TiAlV.
図１５は、図７に示すヒータ迂回部における電極表面での温度不均一の様子を示す図である。図１５に示すように電極表面（ウエハ表面）での、温度不均一性は０．３℃となり、第１の実施形態の場合と同様に、均一性が改善されることがわかる。 FIG. 15 is a diagram showing a state of temperature non-uniformity on the electrode surface in the heater bypass portion shown in FIG. As shown in FIG. 15, the temperature non-uniformity on the electrode surface (wafer surface) is 0.3 ° C., and it can be seen that the uniformity is improved as in the case of the first embodiment.
以上説明したように、本実施形態によれば、冷媒溝あるいはヒータ密度の局所的不均一がある場合においても試料表面温度を均一に保持することができる。 As described above, according to the present embodiment, the sample surface temperature can be kept uniform even when there is local nonuniformity in the coolant groove or the heater density.
１０１ マイクロ波源
１１１ 処理室
１１２ 試料（ウエハ）
１１３ 試料載置電極
１１４ 自動整合器
１１５ バイアス電源
１１６ Ｈｅ供給系
１１７ 静電吸着用電源
１１８ ヒータ電源
１１９ 冷媒温調器
１２０ ウエハ温度制御部
１２１ 基材部
１２２ 冷媒溝
１２３ 多層誘電体膜
１２４ ヒータ層
１２５ 静電吸着用電極層
１２６ 表面吸着層
１２７ 均熱部材
101 Microwave source 111 Processing chamber 112 Sample (wafer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 113 Sample mounting electrode 114 Automatic matching device 115 Bias power supply 116 He supply system 117 Power supply for electrostatic adsorption 118 Heater power supply 119 Refrigerant temperature controller 120 Wafer temperature control part 121 Base material part 122 Refrigerant groove 123 Multilayer dielectric film 124 Heater layer 125 Electrostatic adsorption electrode layer 126 Surface adsorption layer 127 Heat equalizing member
Claims (6)
該試料載置電極は、温度調節された冷媒を通流させるための冷媒溝を備えた基材部と、
該基材部の試料を載置する面上に順次配置された均熱部材および多層誘電体膜を備え、
前記均熱部材はＡｌＳｉＣ合金であり、前記均熱部材上に配置した多層誘電体膜は誘電体膜間に狭持されたヒータ層および静電吸着用電極層を具備することを特徴とする試料載置電極。 Used in a plasma processing apparatus for supplying a processing gas into a processing chamber whose inside is evacuated and further supplying high-frequency energy into the processing chamber to generate plasma and performing plasma processing on a sample placed in the processing chamber, In the sample mounting electrode for mounting and holding the sample in the processing chamber,
The sample mounting electrode includes a base material portion provided with a coolant groove for allowing a temperature-controlled coolant to flow therethrough,
A heat equalizing member and a multilayer dielectric film sequentially disposed on a surface on which the sample of the base material is placed;
The soaking member is an AlSiC alloy, and the multilayer dielectric film disposed on the soaking member includes a heater layer and an electrostatic adsorption electrode layer sandwiched between the dielectric films. Mounting electrode.
該試料載置電極は、温度調節された冷媒を通流させるための冷媒溝を備えた基材部と、
該基材部の試料を載置する面上に順次配置された断熱部材、均熱部材および多層誘電体膜を備え、
前記断熱部材はＴｉＡｌＶ合金であり、均熱部材はＡｌＳｉＣからなり、前記均熱部材上に配置した多層誘電体膜は誘電体膜間に狭持されたヒータ層および静電吸着用電極層を具備することを特徴とする試料載置電極。 Used in a plasma processing apparatus for supplying a processing gas into a processing chamber whose inside is evacuated and further supplying high-frequency energy into the processing chamber to generate plasma and performing plasma processing on a sample placed in the processing chamber, In the sample mounting electrode for mounting and holding the sample in the processing chamber,
The sample mounting electrode includes a base material portion provided with a coolant groove for allowing a temperature-controlled coolant to flow therethrough,
A heat insulating member, a heat equalizing member, and a multilayer dielectric film sequentially disposed on a surface on which the sample of the base material is placed;
The heat insulating member is a TiAlV alloy, the soaking member is made of AlSiC, and the multilayer dielectric film disposed on the soaking member includes a heater layer sandwiched between the dielectric films and an electrostatic adsorption electrode layer. A sample mounting electrode.
断熱部材を構成するＴｉＡｌＶ合金は下地の基材にブレージングまたは金属接着剤により接合されていることを特徴とする試料載置電極。 In the sample mounting electrode according to claim 2,
A sample mounting electrode, wherein a TiAlV alloy constituting a heat insulating member is bonded to an underlying base material by brazing or a metal adhesive.
均熱部材を構成するＡｌＳｉＣ合金は下地の基材にブレージングまたは金属接着剤により接合されていることを特徴とする試料載置電極。 In the sample mounting electrode according to claim 1,
A sample mounting electrode, wherein the AlSiC alloy constituting the heat equalizing member is joined to a base material by brazing or a metal adhesive.
前記均熱部材はＣｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｍｏ、Ｗのいずれかで構成されていることを特徴とする試料載置電極。 In the sample mounting electrode according to claim 1 or 2,
The soaking member is made of any one of a Cu-W alloy, a Cu-Mo alloy, Mo, and W.
前記断熱部材の熱伝達率は８．１Ｗ・ｍ／Ｋ、厚さは４ｍｍないし８ｍｍであることを特徴とする試料載置電極。 In the sample mounting electrode according to claim 2,
The sample mounting electrode, wherein the heat insulating member has a heat transfer coefficient of 8.1 W · m / K and a thickness of 4 mm to 8 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008207899A JP2010045170A (en) | 2008-08-12 | 2008-08-12 | Sample mounting electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008207899A JP2010045170A (en) | 2008-08-12 | 2008-08-12 | Sample mounting electrode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010045170A true JP2010045170A (en) | 2010-02-25 |
Family
ID=42016325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008207899A Pending JP2010045170A (en) | 2008-08-12 | 2008-08-12 | Sample mounting electrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010045170A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012147931A1 (en) * | 2011-04-27 | 2012-11-01 | 住友大阪セメント株式会社 | Electrostatic chuck device |
| JP2014053481A (en) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Tokyo Electron Ltd | Plasma etching device |
| JP2015035446A (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-19 | 日本特殊陶業株式会社 | Electrostatic chuck |
| JP2018530921A (en) * | 2015-10-04 | 2018-10-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Pressurized chamber with low thermal mass |
| US10573510B2 (en) | 2015-10-04 | 2020-02-25 | Applied Materials, Inc. | Substrate support and baffle apparatus |
| US10777405B2 (en) | 2015-10-04 | 2020-09-15 | Applied Materials, Inc. | Drying process for high aspect ratio features |
| US11133174B2 (en) | 2015-10-04 | 2021-09-28 | Applied Materials, Inc. | Reduced volume processing chamber |
-
2008
- 2008-08-12 JP JP2008207899A patent/JP2010045170A/en active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9269600B2 (en) | 2011-04-27 | 2016-02-23 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Electrostatic chuck device |
| WO2012147931A1 (en) * | 2011-04-27 | 2012-11-01 | 住友大阪セメント株式会社 | Electrostatic chuck device |
| JP6052169B2 (en) * | 2011-04-27 | 2016-12-27 | 住友大阪セメント株式会社 | Electrostatic chuck device |
| US10153138B2 (en) | 2012-09-07 | 2018-12-11 | Tokyo Electron Limited | Plasma etching apparatus |
| JP2014053481A (en) * | 2012-09-07 | 2014-03-20 | Tokyo Electron Ltd | Plasma etching device |
| JP2015035446A (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-19 | 日本特殊陶業株式会社 | Electrostatic chuck |
| JP2018530921A (en) * | 2015-10-04 | 2018-10-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Pressurized chamber with low thermal mass |
| KR102062873B1 (en) * | 2015-10-04 | 2020-01-06 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | Small thermal mass pressurized chamber |
| US10573510B2 (en) | 2015-10-04 | 2020-02-25 | Applied Materials, Inc. | Substrate support and baffle apparatus |
| US10777405B2 (en) | 2015-10-04 | 2020-09-15 | Applied Materials, Inc. | Drying process for high aspect ratio features |
| US11133174B2 (en) | 2015-10-04 | 2021-09-28 | Applied Materials, Inc. | Reduced volume processing chamber |
| JP2021184479A (en) * | 2015-10-04 | 2021-12-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials, Incorporated | Small thermal mass pressurized chamber |
| US11424137B2 (en) | 2015-10-04 | 2022-08-23 | Applied Materials, Inc. | Drying process for high aspect ratio features |
| JP7223075B2 (en) | 2015-10-04 | 2023-02-15 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Pressurized chamber with low thermal mass |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100802667B1 (en) | Upper electrode, plasma processing apparatus and method, and recording medium having a control program recorded therein | |
| TWI481297B (en) | Method and apparatus for controlling spatial temperature distribution | |
| US8295026B2 (en) | Electrostatic chuck and substrate processing apparatus having same | |
| US8282769B2 (en) | Shower head and plasma processing apparatus having same | |
| JP2022020732A (en) | Extreme uniformity heated substrate support assembly | |
| US20060291132A1 (en) | Electrostatic chuck, wafer processing apparatus and plasma processing method | |
| JP6196095B2 (en) | Electrostatic chuck | |
| JP2010045170A (en) | Sample mounting electrode | |
| JP2016027601A (en) | Placing table and plasma processing apparatus | |
| JP2011009351A (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
| KR101613950B1 (en) | Plasma processing apparatus | |
| JP2006261541A (en) | Substrate mounting board, substrate processor and method for processing substrate | |
| JP6239894B2 (en) | Electrostatic chuck | |
| TW201936014A (en) | Plasma processing apparatus | |
| JP2013008987A (en) | Plasma processing device and plasma processing method | |
| JPH11265931A (en) | Vacuum processor | |
| JP2007067036A (en) | Vacuum processing device | |
| JPH10223621A (en) | Vacuum treating apparatus | |
| JP2010157559A (en) | Plasma processing apparatus | |
| KR101898079B1 (en) | Plasma processing apparatus | |
| JP2008251681A (en) | Wafer stage | |
| JP5654083B2 (en) | Electrostatic chuck and substrate processing apparatus | |
| CN111261571A (en) | Substrate fixing device | |
| JP6392961B2 (en) | Electrostatic chuck | |
| JP2004014752A (en) | Electrostatic chuck, work piece placement table, and plasma treating apparatus |