JP2014195047A - Mounting table and plasma processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の種々の側面及び実施形態は、載置台及びプラズマ処理装置に関するものである。 Various aspects and embodiments of the present invention relate to a mounting table and a plasma processing apparatus.
被処理体(ウェハ)及びフォーカスリングを載置するための載置台として、その内部に冷媒用の流路が形成されたベース部と、当該ベース部の上に設けられており、被処理体の裏面と接触する接触面を有し、被処理体を静電吸着する静電チャックと、を備えた載置台が開示されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の載置台では、ベース部が、その上に被処理体を静電吸着するための静電チャックが設けられた第1上面と、該第1上面よりも外方において該第1上面よりも低い位置に設けられ、その上方にフォーカスリングが設けられた環状の第2上面と、第1上面と第2上面との間において鉛直方向に延在する側面と、を有している。この載置台では、冷媒用の流路として、第1上面の下方に位置する第1流路と、第2上面の下方に位置する第2流路とが設けられている。
As a mounting table for mounting an object to be processed (wafer) and a focus ring, a base part in which a flow path for refrigerant is formed, and the base part are provided. A mounting table having a contact surface that comes into contact with a back surface and an electrostatic chuck that electrostatically attracts an object to be processed is disclosed (for example, see Patent Document 1). In the mounting table described in
また、被処理体の裏面と接触する静電チャックの上面には、被処理体裏面に伝熱ガスを均一に分散させるためのガス溝が設けられている。このガス溝により、静電チャックの上面には、凸部が形成されている。 Further, a gas groove for uniformly dispersing the heat transfer gas on the back surface of the object to be processed is provided on the upper surface of the electrostatic chuck that is in contact with the back surface of the object to be processed. Due to the gas groove, a convex portion is formed on the upper surface of the electrostatic chuck.
しかしながら、特許文献1に記載の載置台においては、フォーカスリングからの熱が第2流路の上方に存在する部材を介して載置台(例えば載置台内部の側面側)へ伝わるため、被処理体の端部領域の温度に影響を与えるおそれがある。このため、被処理体の中央部領域と端部領域とで温度が不均一となり、その結果、被処理体の品質を悪化させる場合がある。
However, in the mounting table described in
本技術分野では、被処理体の中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を抑制することが要請されている。 In this technical field, it is required to suppress uneven temperature in the central region and the end region of the object to be processed.
本発明の一側面に係る載置台は、被処理体及びフォーカスリングを載置する載置台に関するものである。この載置台は、その内部に冷媒用の流路が形成されたベース部と、ベース部の上に設けられており、被処理体を載置する載置面を有し、被処理体を静電吸着する静電チャックと、を備える。ベース部は、その上に静電チャックが設けられた第1上面、該第1上面よりも外方において該第1上面よりも低い位置に設けられ、その上方にフォーカスリングが設けられた環状の第2上面、及び第1上面と第2上面との間において鉛直方向に延在する側面を有する。流路は、中央流路及び周縁流路を有する。中央流路は、第1上面の下方において延在する。周縁流路は、第2上面の下方において延在し、且つ、第1上面の下方において側面に沿って第1上面が設けられた方向に延びる部分を含む。載置面は、中央部領域及び該中央部領域を取り囲む端部領域を有する。載置面には、被処理体の裏面と接触する複数の凸部がドット状に設けられ、複数の凸部は、端部領域の複数の凸部と被処理体の裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさが、中央部領域の複数の凸部と被処理体の裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさよりも大きくなるように形成されている。 A mounting table according to one aspect of the present invention relates to a mounting table on which an object to be processed and a focus ring are mounted. This mounting table is provided on the base part with a refrigerant channel formed therein, and a mounting surface on which the object to be processed is placed. An electrostatic chuck that performs electroadsorption. The base portion is provided with a first upper surface on which an electrostatic chuck is provided, and is provided at a position lower than the first upper surface outside the first upper surface, and an annular ring provided with a focus ring above the first upper surface. The second upper surface and a side surface extending in the vertical direction between the first upper surface and the second upper surface. The flow path has a central flow path and a peripheral flow path. The central flow path extends below the first upper surface. The peripheral flow path includes a portion that extends below the second upper surface and extends in the direction in which the first upper surface is provided along the side surface below the first upper surface. The mounting surface has a central region and an end region surrounding the central region. On the mounting surface, a plurality of convex portions that come into contact with the back surface of the object to be processed are provided in a dot shape, and the plurality of convex portions are areas in which the plurality of convex portions in the end region and the back surface of the object to be processed are in contact with each other. The size per unit area is larger than the size per unit area of the area where the plurality of convex portions in the central region contact the back surface of the object.
この載置台では、その内部に形成された周縁流路が、載置台の側面に沿って第1上面が設けられた方向に延びる部分を有している。これにより、載置台内部の側面側への入熱に対する流路の抜熱能力が向上されている。このため、フォーカスリングからの熱を被処理体に伝達させ難くすることができる。よって、被処理体の端部の温度の上昇が抑制できる。そして、この載置台では、静電チャックの載置面に複数の凸部がドット状に設けられ、当該複数の凸部と被処理体の裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさが、端部領域の方が中央部領域よりも大きくなるように形成されている。このため、載置面の中央部領域における被処理体の冷却性を低減し、被処理体の中央部領域の温度を、被処理体の端部領域の温度に合うよう上昇させることができる。以上より、被処理体の温度の調整が、流路を流れる冷媒及び複数の凸部によって行われることとなり、被処理体の中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を抑制することが可能となる。 In this mounting table, the peripheral flow path formed therein has a portion extending in the direction in which the first upper surface is provided along the side surface of the mounting table. Thereby, the heat removal capability of the flow path with respect to heat input to the side surface inside the mounting table is improved. For this reason, it is possible to make it difficult to transfer heat from the focus ring to the object to be processed. Therefore, an increase in temperature at the end of the object to be processed can be suppressed. In this mounting table, a plurality of convex portions are provided in a dot shape on the mounting surface of the electrostatic chuck, and the size per unit area of the contact area between the plurality of convex portions and the back surface of the object to be processed is small. The end region is formed so as to be larger than the central region. For this reason, the cooling property of the to-be-processed object in the center part area | region of a mounting surface can be reduced, and the temperature of the center part area | region of a to-be-processed object can be raised so that it may match the temperature of the edge part area | region of a to-be-processed object. As described above, the temperature of the object to be processed is adjusted by the refrigerant flowing through the flow path and the plurality of convex portions, and temperature unevenness in the central region and the end region of the object to be processed can be suppressed. It becomes possible.
一実施形態においては、複数の凸部のそれぞれは、同一形状且つ同じ大きさを呈し、端部領域の複数の凸部の単位面積当たりの数が、中央部領域の複数の凸部の単位面積当たりの数よりも多くてもよい。この形態によれば、載置面の中央部領域における被処理体の冷却性を低減し、被処理体の中央部領域の温度を、被処理体の端部領域の温度に合うよう上昇させることができる。 In one embodiment, each of the plurality of convex portions has the same shape and the same size, and the number per unit area of the plurality of convex portions in the end region is the unit area of the plurality of convex portions in the central region. It may be more than the number per hit. According to this aspect, the cooling performance of the object to be processed in the central area of the mounting surface is reduced, and the temperature of the central area of the object to be processed is increased to match the temperature of the end area of the object to be processed. Can do.
一実施形態においては、周縁流路の上端には、側面に沿って該周縁流路の上端から下端に向けて延びるフィン部が形成されていてもよい。この形態によれば、周縁流路の一部にフィン部が形成されているので、当該周縁流路の表面積が、従来の周縁流路の表面積よりも大きくなっている。その結果、被処理体の端部領域からの流路の抜熱能力を向上することができ、被処理体の中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を一層抑制することが可能となる。 In one embodiment, a fin portion extending from the upper end to the lower end of the peripheral channel along the side surface may be formed at the upper end of the peripheral channel. According to this aspect, since the fin portion is formed in a part of the peripheral flow path, the surface area of the peripheral flow path is larger than the surface area of the conventional peripheral flow path. As a result, it is possible to improve the heat removal ability of the flow path from the end region of the object to be processed, and to further suppress the uneven temperature in the center region and the end region of the object to be processed. Become.
一実施形態においては、周縁流路の上端と第1上面との間の距離が、中央流路の上端と第1上面との間の距離よりも小さくてもよい。この形態によれば、周縁流路は、中央流路よりもベース部の第1上面の近くに設けられることとなる。その結果、周縁流路の抜熱能力を、中央流路の抜熱能力よりも高めることができ、被処理体の中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を一層抑制することが可能となる。 In one embodiment, the distance between the upper end of the peripheral channel and the first upper surface may be smaller than the distance between the upper end of the central channel and the first upper surface. According to this aspect, the peripheral flow path is provided closer to the first upper surface of the base portion than the central flow path. As a result, the heat removal capacity of the peripheral flow path can be increased more than the heat removal capacity of the central flow path, and the temperature non-uniformity in the center area and the end area of the workpiece can be further suppressed. It becomes.
一実施形態においては、載置面には、被処理体を支持するためのリフターピンを通過させるリフターピン用孔が形成され、複数の凸部が形成される間隔がリフターピン用孔の口径よりも広くてもよい。この形態によれば、リフターピン用孔が形成される位置に依存せずに複数の凸部を形成することができる。その結果、リフターピン用孔の位置に依存することなく、被処理体の温度調整を行うことが可能となる。 In one embodiment, the mounting surface is formed with a lifter pin hole through which a lifter pin for supporting the object to be processed is passed, and the interval at which the plurality of convex portions are formed is larger than the diameter of the lifter pin hole. May be wide. According to this embodiment, it is possible to form a plurality of convex portions without depending on the position where the lifter pin hole is formed. As a result, the temperature of the object to be processed can be adjusted without depending on the position of the lifter pin hole.
本発明の別の一側面に係るプラズマ処理装置は、被処理体及びフォーカスリングを載置する載置台を備えるプラズマ処理装置に関する。このプラズマ処理装置が備える載置台は、その内部に冷媒用の流路が形成されたベース部と、ベース部の上に設けられており、被処理体を載置する載置面を含み、被処理体を静電吸着する静電チャックと、を有する。ベース部は、その上に静電チャックが設けられた第1上面、該第1上面よりも外方において該第1上面よりも低い位置に設けられ、その上方にフォーカスリングが設けられた環状の第2上面、及び第1上面と第2上面との間において鉛直方向に延在する側面を含む。流路は、中央流路及び周縁流路を含む。中央流路は、第1上面の下方において延在する。周縁流路は、第2上面の下方において延在し、且つ、側面に沿って第1上面が設けられた方向に延びる部分を含む。載置面は、中央部領域及び該中央部領域を取り囲む端部領域を含む。載置面には、被処理体の裏面と接触する複数の凸部がドット状に設けられ、複数の凸部は、端部領域の複数の凸部と被処理体の裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさが、中央部領域の複数の凸部と被処理体の裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさよりも大きくなるように形成されている。 The plasma processing apparatus which concerns on another one side of this invention is related with a plasma processing apparatus provided with the mounting base which mounts a to-be-processed object and a focus ring. The mounting table included in the plasma processing apparatus includes a base portion in which a flow path for refrigerant is formed and a mounting surface on which the target object is mounted. And an electrostatic chuck for electrostatically attracting the processing body. The base portion is provided with a first upper surface on which an electrostatic chuck is provided, and is provided at a position lower than the first upper surface outside the first upper surface, and an annular ring provided with a focus ring above the first upper surface. A second upper surface, and a side surface extending in a vertical direction between the first upper surface and the second upper surface. The flow path includes a central flow path and a peripheral flow path. The central flow path extends below the first upper surface. The peripheral flow path includes a portion that extends below the second upper surface and extends in the direction in which the first upper surface is provided along the side surface. The mounting surface includes a central region and an end region surrounding the central region. On the mounting surface, a plurality of convex portions that come into contact with the back surface of the object to be processed are provided in a dot shape, and the plurality of convex portions have an area in which the plurality of convex portions in the end region and the back surface of the object to be processed contact each other. The size per unit area is larger than the size per unit area of the area where the plurality of convex portions in the central region contact the back surface of the object.
このプラズマ処理装置では、載置台を備え、当該載置台の内部に形成された周縁流路が載置台の側面に沿って第1上面が設けられた方向に延びる部分を含んでいる。これにより、側面からの入熱に対する流路の抜熱能力が向上されている。このため、フォーカスリングからの熱を被処理体に伝達させ難くすることができる。よって、被処理体の端部の温度の上昇が抑制できる。そして、このプラズマ処理装置が備える載置台では、静電チャックの載置面に複数の凸部がドット状に設けられ、当該複数の凸部と被処理体の裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさが、端部領域の方が中央部領域よりも大きくなるように形成されている。このため、載置面の中央部領域における被処理体の冷却性を低減し、被処理体の中央部領域の温度を、被処理体の端部領域の温度に合うよう上昇させることができる。以上より、このプラズマ処理装置におけるプラズマ処理では、被処理体の温度の調整が、流路を流れる冷媒及び複数の凸部によって行われることとなり、被処理体の中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を抑制することが可能となる。 In this plasma processing apparatus, a mounting table is provided, and a peripheral channel formed in the mounting table includes a portion extending in a direction in which the first upper surface is provided along the side surface of the mounting table. Thereby, the heat removal capability of the flow path with respect to heat input from the side surface is improved. For this reason, it is possible to make it difficult to transfer heat from the focus ring to the object to be processed. Therefore, an increase in temperature at the end of the object to be processed can be suppressed. In the mounting table provided in the plasma processing apparatus, a plurality of convex portions are provided in a dot shape on the mounting surface of the electrostatic chuck, and a unit area of an area where the plurality of convex portions and the back surface of the object to be processed are in contact with each other. The size of the hit is such that the end region is larger than the central region. For this reason, the cooling property of the to-be-processed object in the center part area | region of a mounting surface can be reduced, and the temperature of the center part area | region of a to-be-processed object can be raised so that it may match the temperature of the edge part area | region of a to-be-processed object. As described above, in the plasma processing in this plasma processing apparatus, the temperature of the object to be processed is adjusted by the refrigerant flowing through the flow path and the plurality of convex portions, and in the central region and the end region of the object to be processed. It becomes possible to suppress temperature non-uniformity.
本発明の種々の側面及び実施形態によれば、被処理体の中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を抑制することが可能となる。 According to various aspects and embodiments of the present invention, it is possible to suppress uneven temperature in the central region and the end region of the object to be processed.
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。 Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。図1に示すプラズマ処理装置10は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器12を備えている。処理容器12の内壁面は、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器12は保安接地されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment. A
処理容器12の底部上には、絶縁材料から構成された略円筒上の支持部14が配置されている。支持部14は、処理容器12内において、処理容器12の底部から鉛直方向に延在している。支持部14は、処理容器12内に設けられた載置台18を支持している。具体的には、図1に示すように、支持部14は、当該支持部14の内壁面において載置台18を支持し得る。
On the bottom of the
載置台18は、ベース部18a及び静電チャック18bを備えている。ベース部18aは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。ベース部18aは、下部電極として構成されている。静電チャック18bは、ベース部18aの上に設けられている。静電チャック18bは、より詳細には後述するが、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャック18bの電極には、直流電源22が電気的に接続されている。この静電チャック18bは、直流電源22からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウェハWを吸着保持することができる。静電吸着された状態では、ウェハWの裏面は、静電チャック18bの上面である載置面19と接触することになる。
The mounting table 18 includes a
載置台18のベース部18aの周縁部上には、絶縁体からなるスペーサ部16が設けられている。スペーサ部16の上には、ウェハWの周縁及び静電チャック18bを囲むようにフォーカスリングFRが配置されている。フォーカスリングFRは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングFRは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。
A
ベース部18aの内部には、冷媒用の流路24が設けられている。流路24には、外部に設けられたチラーユニットから配管26a,26bを介して所定温度の冷媒が循環供給される。冷媒は、絶縁性の溶液であり、例えば、ガルデン(登録商標)溶液であり得る。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、載置台18上に支持されたウェハWの温度が制御される。
A
また、プラズマ処理装置10には、ガス供給ライン28が設けられている。ガス供給ライン28は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばHeガスを、静電チャック18bの上面とウェハWの裏面との間に供給する。
The
また、載置台18には、複数、例えば3つのリフターピン用孔200が設けられており(図には1つのみ示す。)、これらのリフターピン用孔200の内部には、夫々リフターピン61が配設されている。リフターピン61は、駆動機構62に接続されており、駆動機構62により上下動される。
In addition, a plurality of, for example, three lifter pin holes 200 are provided in the mounting table 18 (only one is shown in the figure), and the lifter pins 61 are respectively provided in the lifter pin holes 200. Is arranged. The
また、処理容器12内には、上部電極30が設けられている。この上部電極30は、載置台18の上方において、当該載置台18と対向配置されている。上部電極30とベース部18aとは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極30とベース部18aとの間には、ウェハWにプラズマ処理を行うための処理空間Sが画成されている。
An
上部電極30は、絶縁性遮蔽部材32を介して、処理容器12の上部に支持されている。上部電極30は、電極板34及び電極支持体36を含み得る。電極板34は、処理空間Sに面しており、複数のガス吐出孔34aを画成している。この電極板34は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。
The
電極支持体36は、電極板34を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体36は、水冷構造を有し得る。電極支持体36の内部には、ガス拡散室36aが設けられている。このガス拡散室36aからは、ガス吐出孔34aに連通する複数のガス通流孔36bが下方に延びている。また、電極支持体36には、ガス拡散室36aに処理ガスを導くガス導入口36cが形成されており、このガス導入口36cには、ガス供給管38が接続されている。ガス供給管38には、バルブ群42及び流量制御器群44を介して、ガスソース群40が接続されている。
The
プラズマ処理装置10は、接地導体12aを更に備え得る。接地導体12aは、略円筒状をなしており、処理容器12の側壁から上部電極30の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
The
また、プラズマ処理装置10では、処理容器12の内壁に沿ってデポシールド46が着脱自在に設けられている。デポシールド46は、支持部14の外周にも設けられている。デポシールド46は、処理容器12にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止するものであり、アルミニウム在にY2O3等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
In the
処理容器12の底部側においては、支持部14と処理容器12の内壁との間に排気プレート48が設けられている。排気プレート48は、例えば、アルミニウム材にY2O3等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート48の下方において処理容器12には、排気口12eが設けられている。排気口12eには、排気管52を介して排気装置50が接続されている。排気装置50は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器12内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器12の側壁にはウェハWの搬入出口12gが設けられており、この搬入出口12gはゲートバルブ54により開閉可能となっている。
On the bottom side of the
処理容器12の内壁には、導電性部材(GNDブロック)56が設けられている。導電性部材56は、高さ方向においてウェハWと略同じ高さに位置するように、処理容器12の内壁に取り付けられている。この導電性部材56は、グランドにDC的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。なお、導電性部材56はプラズマ生成領域に設けられていればよく、その設置位置は図1に示す位置に限られるものではない。
A conductive member (GND block) 56 is provided on the inner wall of the
また、プラズマ処理装置10は、ベース部18aに高周波電力を供給するための給電棒58を更に備えている。給電棒58は、同軸二重管構造を有しており、棒状導電部材58a及び筒状導電部材58bを含んでいる。棒状導電部材58aは、処理容器12外から処理容器12の底部を通って処理容器12内まで略鉛直方向に延在しており、当該棒状導電部材58aの上端は、ベース部18aに接続されている。また、筒状導電部材58bは、棒状導電部材58aの周囲を囲むように当該棒状導電部材58aと同軸に設けられており、処理容器12の底部に支持されている。これら棒状導電部材58a及び筒状導電部材58bの間には、略環状の2枚の絶縁部材58cが介在して、棒状導電部材58aと筒状導電部材58bとを電気的に絶縁している。
The
また、プラズマ処理装置10は、整合器MUを更に備え得る。整合器MUには、棒状導電部材58a及び筒状導電部材58bの下端が接続されている。この整合器MUには、電源システムPSが接続されている。また、電源システムPSには、上部電極30も接続されている。電源システムPSは、ベース部18aに二つの異なる高周波電力を供給し、上部電極30に直流電圧を印加し得る。
The
また、プラズマ処理装置10は、制御部Cntを更に備え得る。この制御部Cntは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置10の各部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、及び電源システムPS等を、制御する。この制御部Cntでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置10を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置10の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部Cntの記憶部には、プラズマ処理装置10で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置10の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
In addition, the
次に、プラズマ処理装置10の載置台18について、従来の載置台と対比しつつ、詳細に説明する。図2は図1に示すプラズマ処理装置の一実施形態の載置台を示す概略断面図であり、図3は従来の載置台を示す概略断面図である。図4は、図2の載置台における静電チャックの載置面を示す平面図である。図2に示すように、載置台18のベース部18aは、下面18d及び上面18uを有している。下面18dは略平坦な面であり、上面18uは、第1上面18u1及び第2上面18u2を含んでいる。第1上面18u1は、円形の面であり、第2上面18u2の内側に位置している。第2上面18u2は、第1上面の外方において環状に延在している。この第2上面18u2は、第1上面18u1よりも低い位置に設けられている。即ち、第2上面18u2と下面18dとの間の距離は、第1上面18u1と下面18dとの間よりも小さくなっている。かかる構成のベース部18aは、第1上面18u1と第2上面18u2との間を接続するよう略鉛直方向に延在する環状の側面18sを更に含む。
Next, the mounting table 18 of the
ベース部18aは、中央部18c及び周縁部18eを有している。第1上面18u1を中心領域と周縁領域とに分けた場合、中央部18cの上面は、第1上面18u1の中心領域となる。一方、周縁部18eの上面は、第1上面18u1の周縁領域及び第2上面18u2となる。周縁部18e及び中央部18cの内部には、冷媒用の流路24が形成されている。例えば、流路24は、ベース部18aの周縁部18eから螺旋状に延在してベース部18aの中央部18cの中心付近に至り、更に、ベース部18aの中央部18cの中心付近から螺旋状に延在してベース部18aの周縁部18eに至るように形成されている。
The
載置台18の第1上面18u1上には静電チャック18bが設けられている。静電チャック18bは、一対の絶縁膜21a,21b、及び、絶縁膜21aと絶縁膜21bとの間に設けられた電極20を有している。静電チャック18bは、ウェハWを載置する載置面19を有している。載置面19には、複数の凸部19dがドット状に設けられている。一実施形態においては、複数の凸部19dは、それぞれ同一形状且つ同じ大きさを呈している。ウェハWが静電吸着された状態では、複数の凸部19dの上面が、それぞれウェハWの裏面と接触することになる。また、第1上面18u1よりも低い位置に設けられた第2上面18u2上にはスペーサ部16を介してフォーカスリングFRが設けられている。これにより、フォーカスリングFRは、静電チャック18b上に載置されたウェハWを取り囲む。
An
以上説明した載置台18の構成は、図3に示す従来の載置台180においても同様であるが、載置台18と載置台180とでは、冷媒用の流路24及び載置面19の構成が異なっている。
The configuration of the mounting table 18 described above is the same as that of the conventional mounting table 180 shown in FIG. 3. However, in the mounting table 18 and the mounting table 180, the configuration of the
まず、冷媒用の流路24の構成について説明する。図3に示すように、従来の載置台180の流路24は、中央流路24c及び周縁流路24pを含んでいる。周縁流路24pは、ウェハWの端部領域の下方に設けられている。この周縁流路24pは、第1上面18u1の周縁領域及び第2上面18u2の下方において延在している。
First, the configuration of the
周縁流路24pの上方には上述したように第2上面18u2が位置しているため、周縁流路24pの上側内壁面(上端)は、中央流路24cの上側内壁面(上端)よりも下方に位置している。したがって、周縁流路24pと第1上面18u1との間の最短距離D2は、中央流路24cと第1上面18u1との間の最短距離D1よりも大きくなっている。その結果、従来の載置台180では、周縁流路24pの抜熱能力、即ちウェハWからの熱を吸熱する能力は、中央流路24cの抜熱能力よりも低くなっている。また、載置台180では、載置台180内部の側面18s側へプラズマからの熱が伝わるが、当該側面18sの側方に周縁流路24pが存在していないため、ウェハWのエッジ領域からの抜熱が不十分となり得る。したがって、従来の載置台180を有するプラズマ処理装置におけるプラズマ処理では、ウェハWのエッジ領域において、エッジに向かうにつれて温度が上昇する温度分布が生じる。
Since the second upper surface 18u2 is positioned above the
一方、一実施形態の載置台18の流路24は、図2に示すように、従来の載置台180の周縁流路24pとは異なる周縁流路24eを含んでいる。この周縁流路24eは、第1上面18u1の周縁領域及び第2上面18u2の下方において延在している。周縁流路24eの断面は、略L字状に形成されている。すなわち、周縁流路24eは、側面18sに沿って、第1上面18u1が設けられた方向に延在している。これにより、載置台18内部の側面18s側へ伝わる熱に対する流路24の抜熱能力が向上されている。周縁流路24eの上端には、側面18sに沿って周縁流路24eの上端から下端に向けて延びるフィン部25が形成されている。周縁流路24eがこのような形状を有するので、当該周縁流路24eの表面積は、従来の周縁流路24pの表面積よりも大きくなっており、その結果、ウェハWの端部領域からの流路24の抜熱能力が向上されている。なお、周縁流路24eは、第2上面18u2の全面の下方に位置するように、載置台18の径方向外側へ拡がっていてもよい。
On the other hand, the
次に、載置面の構成について説明する。図3に示すように、従来の載置台180の載置面19には、複数の凸部19dが、載置面19上において均一に設けられている。換言すると、凸部19dの上面とウェハWの裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさが、載置面19の領域によらず一定になるように凸部19dが形成されている。
Next, the configuration of the placement surface will be described. As shown in FIG. 3, the mounting
一方、一実施形態の載置台18の載置面19は、図2及び図4に示すように、載置面19の領域に応じて凸部19dの密度が変化している。載置面19は、ウェハWの中央部領域と接触する中央部領域19c及びウェハWの端部領域と接触する端部領域19eを含んでいる。端部領域19eは、中央部領域19cを取り囲むように位置している。複数の凸部19dの単位面積当たりの数は、端部領域19eの方が中央部領域19cよりも多くなるように形成されている。換言すると、複数の凸部19dは、端部領域19eの複数の凸部19dとウェハWの裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさ(以下、「接触面積率」という)が、中央部領域19cの複数の凸部19dとウェハWの裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさよりも大きくなるように形成されている。
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 4, the density of the
また、図4に示すように、中央部領域19cには、複数(本実施形態では3つ)のリフターピン用孔200及び複数(本実施形態では6つ)のガス孔29が形成されている。ガス孔29は、ガス供給ライン28を介してHeガスを載置面19とウェハWの裏面との間に供給するためのものである。一実施形態においては、複数の凸部19dがそれぞれ形成されている間隔D4が、リフターピン用孔200の口径D3よりも広くなっている。
As shown in FIG. 4, a plurality (three in the present embodiment) of lifter pin holes 200 and a plurality (six in the present embodiment) of
図5は、従来の載置台においてプラズマ処理を行った場合のウェハWの中心からの距離と温度との関係を説明するグラフである。その横軸はウェハWの中心からの距離、縦軸は温度である。ウェハWの熱は、複数の凸部19d、載置台18及び流路24と順に伝わることにより、抜熱される。ウェハWの端部領域では、載置台18からはみ出した部分があり、十分な冷却をすることができないため、ウェハWの中央部領域と比べて温度が高くなっている。一実施形態の載置台18によれば、中央部領域19cにおける載置面19とウェハWとが接触する面積の単位面積当たりの大きさが、端部領域19eにおけるものよりも小さくなっている。よって、中央部領域19cの方が、端部領域19eよりも熱抵抗が大きくなっている。その結果、中央部領域19cの方が、端部領域19eよりも熱が伝わりにくくなっている。このため、ウェハWの中央部領域の温度をウェハWの端部領域の温度に合うように図5の矢印の向きへと上昇させることができる。
FIG. 5 is a graph for explaining the relationship between the distance from the center of the wafer W and the temperature when the plasma processing is performed on the conventional mounting table. The horizontal axis is the distance from the center of the wafer W, and the vertical axis is the temperature. The heat of the wafer W is transferred to the plurality of
次に、従来の載置台180を用いた場合におけるウェハWのエッジ領域の温度上昇の要因、及び、当該要因に対する一実施形態に係る載置台18及びプラズマ処理装置10の作用及び効果について、詳細に説明する。なお、以下の説明において、ウェハWの半径は150mmとしている。
Next, the cause of the temperature rise in the edge region of the wafer W when the conventional mounting table 180 is used, and the action and effect of the mounting table 18 and the
(ウェハWのエッジ領域における温度上昇の要因)
上述のように、従来の載置台180において、ウェハWのエッジ領域における温度上昇が生じる要因は主に二つある。第1の要因は、フォーカスリングFR側からの入熱(第2上面18u2への入熱)が載置台180の内部又は側面を介して第1上面18u1側へ伝導することである。第2の要因は、ウェハWの端部領域の一部が載置台18からはみ出していることにより、当該部分が載置台180の載置面19と非接触となり、十分に冷却されないことである。
(Factor of temperature rise in edge region of wafer W)
As described above, in the conventional mounting table 180, there are mainly two factors that cause a temperature rise in the edge region of the wafer W. The first factor is that heat input from the focus ring FR side (heat input to the second upper surface 18u2) is conducted to the first upper surface 18u1 side through the inside or the side surface of the mounting table 180. The second factor is that a part of the end region of the wafer W protrudes from the mounting table 18, so that the portion is not in contact with the mounting
(第1の要因)
まず、第1の要因によって生じる温度分布についてシミュレーションした結果を説明する。図6は、従来の載置台180を用いた場合のウェハWのエッジ領域における温度分布を、第2上面18u2への入熱の有無によって比較したシミュレーション結果を示すグラフである。ここでは、ウェハWは入熱された状態であるとして、第2上面18u2への入熱の有無による温度分布の違いを確認した。
(First factor)
First, the result of simulating the temperature distribution caused by the first factor will be described. FIG. 6 is a graph showing a simulation result in which the temperature distribution in the edge region of the wafer W when the conventional mounting table 180 is used is compared according to whether heat is applied to the second upper surface 18u2. Here, assuming that the wafer W is in a heat input state, a difference in temperature distribution due to the presence or absence of heat input to the second upper surface 18u2 was confirmed.
図6の(a)は、ウェハW表面の温度分布を、第2上面18u2への入熱が有る場合と第2上面18u2への入熱が無い場合とで比較するためのグラフである。横軸はウェハWの中心(原点)からの距離、縦軸はウェハW表面の温度を示している。図6の(a)において、実線は第2上面18u2への入熱が有る場合のグラフであり、二点鎖線は第2上面18u2への入熱が無い場合のグラフである。図6の(a)に示すように、第2上面18u2への入熱の有無に関わらず、ウェハWの中心から離れるに従って、ウェハWの温度は、中心の温度と比べて大きくなった。第2上面18u2への入熱が無い場合には、中心から130mm程度離れた位置から温度が大きく上昇し始めた。すなわち、130mm〜150mmの範囲の領域において、中心における温度との温度差が大きいことが確認された。一方、第2上面18u2への入熱が有る場合には、中心から70mm〜80mm程度離れた位置から温度がなだらかに上昇し始め、中心から130mm程度離れた位置から温度が大きく上昇し始めた。すなわち、70mm〜150mmの範囲の領域において、中心における温度との温度差が大きいことが確認された。このように、第2上面18u2への入熱が有る場合の方が、第2上面18u2への入熱が無い場合よりも、中心の温度との差が生じ始める位置がより中心側へ移動していることが確認された。すなわち、第2上面18u2への入熱が有る場合の方が、第2上面18u2への入熱が無い場合よりも、ウェハW表面の温度が広い範囲で上昇する結果となった。 FIG. 6A is a graph for comparing the temperature distribution on the surface of the wafer W between the case where there is heat input to the second upper surface 18u2 and the case where there is no heat input to the second upper surface 18u2. The horizontal axis indicates the distance from the center (origin) of the wafer W, and the vertical axis indicates the temperature of the wafer W surface. In FIG. 6A, the solid line is a graph when heat input to the second upper surface 18u2 is present, and the two-dot chain line is a graph when there is no heat input to the second upper surface 18u2. As shown in FIG. 6A, the temperature of the wafer W becomes higher as compared with the temperature at the center as the distance from the center of the wafer W increases, regardless of whether heat is input to the second upper surface 18u2. When there was no heat input to the second upper surface 18u2, the temperature began to rise significantly from a position about 130 mm away from the center. That is, it was confirmed that the temperature difference from the temperature at the center was large in the region in the range of 130 mm to 150 mm. On the other hand, when there was heat input to the second upper surface 18u2, the temperature began to rise gently from a position about 70 mm to 80 mm away from the center, and the temperature began to rise greatly from a position about 130 mm away from the center. That is, it was confirmed that the temperature difference from the temperature at the center was large in the region in the range of 70 mm to 150 mm. Thus, when there is heat input to the second upper surface 18u2, the position where the difference from the center temperature starts to move more toward the center side than when there is no heat input to the second upper surface 18u2. It was confirmed that That is, when the heat input to the second upper surface 18u2 is present, the surface temperature of the wafer W increases in a wider range than when there is no heat input to the second upper surface 18u2.
図6の(b)は、従来の載置台180の第1上面18u1における温度分布を、第2上面18u2への入熱が有る場合と第2上面18u2への入熱が無い場合とで比較するためのグラフである。横軸は載置台180の第1上面18u1の中心(原点)からの距離、縦軸は載置台180の第1上面18u1の温度を示している。図6の(b)において、実線は第2上面18u2への入熱が有る場合のグラフであり、二点鎖線は第2上面18u2への入熱が無い場合のグラフである。図6の(b)に示すように、第2上面18u2への入熱が無い場合には、中心の温度と他の位置の温度とは略同様であった。一方、第2上面18u2への入熱が有る場合には、中心から50mm程度離れた位置から温度がなだらかに上昇し始め、中心から130mm程度離れた位置から温度が大きく上昇し始めた。このように、ウェハWだけでなく載置台180においても、第2上面18u2への入熱が有る場合の方が、第2上面18u2への入熱が無い場合よりも、中心の温度との差が顕著に生じることが確認された。 FIG. 6B compares the temperature distribution on the first upper surface 18u1 of the conventional mounting table 180 between the case where there is heat input to the second upper surface 18u2 and the case where there is no heat input to the second upper surface 18u2. It is a graph for. The horizontal axis indicates the distance from the center (origin) of the first upper surface 18u1 of the mounting table 180, and the vertical axis indicates the temperature of the first upper surface 18u1 of the mounting table 180. In FIG. 6B, the solid line is a graph when heat input to the second upper surface 18u2 is present, and the two-dot chain line is a graph when there is no heat input to the second upper surface 18u2. As shown in FIG. 6B, when there was no heat input to the second upper surface 18u2, the temperature at the center and the temperature at other positions were substantially the same. On the other hand, when there was heat input to the second upper surface 18u2, the temperature began to rise gently from a position about 50 mm away from the center, and the temperature began to rise greatly from a position about 130 mm away from the center. Thus, not only the wafer W but also the mounting table 180, when there is heat input to the second upper surface 18u2, it is different from the center temperature when there is no heat input to the second upper surface 18u2. It was confirmed that the phenomenon occurred remarkably.
第2上面18u2への入熱が有る場合の方が、第2上面18u2への入熱が無い場合よりも、ウェハW表面の温度が広い範囲で上昇する原因は、第2上面18u2への入熱により載置台180の温度が上昇したことに起因していると考えられる。図6の(c)は、従来の載置台180を用いた場合のウェハW及び第1上面18u1のそれぞれの温度分布について、第2上面18u2への入熱が有る場合の温度と第2上面18u2への入熱が無い場合の温度との差分(以下、「第2上面18u2への入熱の有無による温度差」という)を示すグラフである。図6の(c)において、実線はウェハWの結果を示すグラフであり、破線は第1上面18u1の結果を示すグラフである。すなわち、図6の(c)の実線のグラフは、図6の(a)に示した第2上面18u2への入熱の有無による2つのグラフの差分であり、ウェハWにおける、第2上面18u2への入熱の有無による温度差を示す。同様に、図6の(c)の破線のグラフは、図6の(b)に示した第2上面18u2への入熱の有無による2つのグラフの差分であり、載置台180の第1上面18u1における、第2上面18u2への入熱の有無による温度差を示す。図6の(c)に示すように、ウェハWと第1上面18u1とで、第2上面18u2への入熱の有無による温度差は略一致している。つまり、第2上面18u2への入熱によって載置台180の第1上面18u1のエッジ領域で温度が上昇することに対応して、ウェハW表面の温度が広い範囲で上昇することが示された。 The reason why the temperature of the surface of the wafer W rises in a wider range when there is heat input to the second upper surface 18u2 than when there is no heat input to the second upper surface 18u2 is that the heat input to the second upper surface 18u2 is greater. This is considered to be due to the temperature of the mounting table 180 being increased by heat. FIG. 6C shows the temperature distribution of the wafer W and the first upper surface 18u1 when the conventional mounting table 180 is used, the temperature when there is heat input to the second upper surface 18u2, and the second upper surface 18u2. 6 is a graph showing a difference from a temperature when there is no heat input to the heat source (hereinafter referred to as “temperature difference due to presence / absence of heat input to the second upper surface 18u2”). In FIG. 6C, the solid line is a graph showing the result of the wafer W, and the broken line is a graph showing the result of the first upper surface 18u1. That is, the solid line graph of FIG. 6C is the difference between the two graphs depending on the presence or absence of heat input to the second upper surface 18u2 shown in FIG. 6A, and the second upper surface 18u2 of the wafer W. The temperature difference with and without heat input is shown. Similarly, the broken line graph in FIG. 6C is the difference between the two graphs depending on the presence or absence of heat input to the second upper surface 18u2 shown in FIG. 6B, and the first upper surface of the mounting table 180. The temperature difference in 18u1 by the presence or absence of the heat input to the 2nd upper surface 18u2 is shown. As shown in FIG. 6C, the temperature difference between the wafer W and the first upper surface 18u1 depending on the presence or absence of heat input to the second upper surface 18u2 is substantially the same. That is, it is shown that the temperature of the surface of the wafer W rises in a wide range in response to the temperature rising in the edge region of the first upper surface 18u1 of the mounting table 180 due to heat input to the second upper surface 18u2.
以上、従来の載置台180においては、第2上面18u2への入熱が、ウェハWのエッジ領域における温度上昇の要因であることが確認された(第1要因)。 As described above, in the conventional mounting table 180, it has been confirmed that the heat input to the second upper surface 18u2 is a factor of the temperature increase in the edge region of the wafer W (first factor).
(一実施形態に係る載置台18の作用及び効果)
続いて、一実施形態に係る載置台18及びプラズマ処理装置10の作用及び効果について、シミュレーション結果を用いて説明する。
(Operation and effect of the mounting table 18 according to the embodiment)
Next, operations and effects of the mounting table 18 and the
まず、シミュレーションに用いた構成を説明する。図7は、従来の載置台180における周縁流路24pと、一実施形態の載置台18における周縁流路24eとを示す図である。図7の(a)は、従来の載置台180における周縁流路24pを示し、図7の(b)及び(c)は、一実施形態に係る略L字状の周縁流路24eを示している。ここで、図7の(c)で示す周縁流路24eは、図7の(b)で示す周縁流路24eよりも、載置台18の第1上面18u1、第2上面18u2、及び側面18sに近い位置に配置されている。ここでは一例として、図7の(c)で示す周縁流路24eは、図7の(b)で示す周縁流路24eよりも、載置台18の第1上面18u1、第2上面18u2、及び側面18sに対してそれぞれ2mmほど近い位置に配置されている。図7の(b)と図7の(c)との違いは、断熱位置における厚さの違いになる。断熱位置とは、フォーカスリングFR側からの入熱を断熱する位置である。図8は、一実施形態の載置台18における断熱位置を示す図である。図8に示すように、断熱位置18xは、載置台18の第1上面18u1と周縁流路24eとの間、断熱位置18yは載置台18の側面18sと周縁流路24eとの間、断熱位置18zは載置台18の第2上面18u2と周縁流路24eとの間である。図7の(b)で示す載置台18における各断熱位置18x,18y,18zの厚みは、後述の通り5mm以下であればよく、ここでは約3mmとしている。
First, the configuration used for the simulation will be described. FIG. 7 is a view showing the
図9は、図8の断熱位置18yの厚みに対するウェハWの端部(ウェハWの中心(原点)からの距離が150mmの位置)の温度上昇値を示すグラフである。図9において、横軸は断熱位置18yの厚み、縦軸はウェハWの端部の温度上昇値を示している。一点破線は、従来の載置台180におけるウェハWの端部の温度上昇値である約6.6℃の値を示している。図9に示すように、断熱位置18yの厚みが5mm以下である場合には、ウェハWの端部の温度上昇値が従来の載置台180における場合に比して下がる。したがって、断熱位置18yの厚みが5mm以下であれば、ウェハWの温度の上昇値を抑えることができる。さらに、ウェハWの端部の温度上昇値は従来の載置台180における場合に比して、断熱位置18yの厚みが3mmの場合では約25%、断熱位置18yの厚みが1mmの場合では約50%低減することが確認された。なお、図示は省略するが、断熱位置18xの厚みに対するウェハWの温度上昇値及び断熱位置18zの厚みに対するウェハWの端部の温度上昇値も、図9と同様である。したがって、図8に示す各断熱位置の厚みは、5mm以下とすることができる。なお、図7の(b)及び(c)においては、一実施形態における周縁流路24eのフィン部25の形状を簡略化している。以下、図7に示すような従来の周縁流路24e及び一実施形態の周縁流路24pを有する載置台を用いて、第2上面18u2のみへ入熱された場合、ウェハWのみへ入熱された場合、及び、第2上面18u2及びウェハWへ入熱された場合のシミュレーション結果について、それぞれ説明する。
FIG. 9 is a graph showing a temperature rise value of the end portion of the wafer W (position where the distance from the center (origin) of the wafer W is 150 mm) with respect to the thickness of the
最初に、第2上面18u2へ入熱された場合のシミュレーション結果について説明する。図10は、図7の(a)〜(c)で示す周縁流路を有する載置台のそれぞれについて、ウェハWへ入熱せずに第2上面18u2のみへ入熱された場合におけるウェハWの温度分布を示すグラフである。図10において、横軸はウェハWの中心(原点)からの距離、縦軸はウェハWの温度上昇値を示している。ここで、ウェハWの温度上昇値とは、ウェハWの表面の温度と、図7の(a)で示す従来の周縁流路24pを有する載置台180におけるウェハWの中心(原点)の温度との差分である。図10において、グラフ300aは、図7の(a)で示す周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合の温度上昇値、グラフ300bは図7の(b)で示す略L字状の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合の温度上昇値、グラフ300cは図7の(c)で示す略L字状の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合の温度上昇値を示している。
First, a simulation result when heat is input to the second upper surface 18u2 will be described. FIG. 10 shows the temperature of the wafer W when heat is applied only to the second upper surface 18u2 without heat input to the wafer W for each of the mounting tables having the peripheral flow paths shown in FIGS. It is a graph which shows distribution. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the distance from the center (origin) of the wafer W, and the vertical axis indicates the temperature rise value of the wafer W. Here, the temperature rise value of the wafer W refers to the temperature of the surface of the wafer W and the temperature of the center (origin) of the wafer W in the mounting table 180 having the conventional
図10に示すように、図7の(a)の従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合では、ウェハWの端部(ウェハWの中心(原点)からの距離が150mmの位置)における温度上昇値が6.6℃であった。これに対して、図7の(b)の一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合では、ウェハWの端部におけるウェハWの温度上昇値が5.2℃であった。すなわち、一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合は、従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合と比べてウェハWの温度上昇値が1.4℃低減された。従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合を基準とすると21%の温度低減効果が確認された。更に、図7の(c)の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合では、ウェハWの端部におけるウェハWの温度上昇値が3.3℃であった。すなわち、一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合は、従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合と比較してウェハWの温度上昇値が3.3℃低減された。従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合を基準とすると50%の温度上昇値の低減効果が確認された。
As shown in FIG. 10, in the case of using the mounting table 180 having the conventional
図11は、図10の縦軸値を規格化し、縦軸を対数軸で示したグラフである。図11は、図10の(a)の縦軸値を、図7の(a)で示す従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合のウェハWの温度差で規格化した値(以下、「温度上昇率」という)として示すグラフである。図11において、グラフ300aは、図7の(a)で示す周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合の温度上昇率を示している。グラフ300bは、図7の(b)で示す略L字状の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合の温度上昇率を示している。グラフ300cは、図7の(c)で示す略L字状の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合の温度上昇率を示している。図11に示すように、図7の(a)の従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合には、ウェハWの温度上昇率が10%を超える領域(図中の縦軸0.1よりも大きい温度上昇率となる領域)が、ウェハWの端部から中心へ約71mmの位置に至るまでの範囲であった。すなわち、ウェハWの中心(原点)からの距離が79mm〜150mmの範囲の領域であった。これに対し、図7の(b)の一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、ウェハWの温度上昇率が10%を超える領域が、ウェハWの端部から中心へ約62mmの位置に至るまでの範囲であった。すなわち、ウェハWの中心(原点)からの距離が88mm〜150mmの範囲の領域であった。上記結果より、図7の(b)で示す一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、ウェハWの中心(原点)の温度に対して温度上昇率が10%を超える領域が従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合と比較して約13%狭くなった。更に、図7の(c)の一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、ウェハWの温度上昇率が10%を超える領域がウェハWの端部から中心へ約60mmの位置に至るまでの範囲であった。即ち、図7の(c)で示す一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、温度上昇率が10%を超える領域が周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合に比して約14%狭くなった。なお、図11における61mmとは、図7の(b)載置台18を用いた場合の温度上昇率が10%を超える領域と、図7の(c)の載置台18を用いた場合の温度上昇率が10%を超える領域との平均値を示している。
FIG. 11 is a graph in which the vertical axis value in FIG. 10 is normalized and the vertical axis is indicated by a logarithmic axis. FIG. 11 is a value obtained by normalizing the vertical axis value of FIG. 10A with the temperature difference of the wafer W when using the mounting table 180 having the conventional
以上、一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、第2上面18u2への入熱すなわちフォーカスリングFR側からの入熱による温度上昇値を低減することができる効果、及び、温度上昇するウェハWの領域を狭くすることができる効果が確認された。
As described above, when the mounting table 18 having the
続いて、ウェハWのみへ入熱された場合のシミュレーション結果について説明する。図12は、従来の周縁流路24pを有する載置台180の場合と一実施形態に係る周縁流路24eを有する載置台18の場合とで、ウェハWのエッジ領域における温度分布を比較するグラフである。すなわち、第2上面18u2への入熱は行われず、ウェハWのみ入熱された状態とした。図12の(a)は、ウェハW表面の温度分布を、図7の(a)で示す従来の周縁流路24pを有する載置台180の場合と図7の(b)で示す一実施形態に係る周縁流路24eを有する載置台18の場合とで比較するグラフである。図12において、横軸はウェハWの中心(原点)からの距離を示し、縦軸はウェハWの温度上昇値(ウェハW表面の温度を、図7の(a)で示す従来の周縁流路24pを有する載置台180におけるウェハWの中心(原点)の温度で差分した値)を示している。また、実線は図7の(a)で示す周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合のグラフ、破線は図7の(b)で示す一実施形態に係る周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合のグラフである。図12の(b)は、図12の(a)における、実線で示す値から破線で示す値を差分した値を示すグラフである。図12の(b)において、横軸はウェハWの中心(原点)からの距離を示し、縦軸は図7の(a)で示す従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合におけるウェハW表面の温度と図7の(b)で示す一実施形態に係る周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合におけるウェハW表面の温度との差分を示している。図12に示すように、図7の(b)で示す一実施形態に係る周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合は、図7の(a)で示す従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合に比してウェハWの温度上昇値が2.1℃低減された。
Subsequently, a simulation result when heat is applied only to the wafer W will be described. FIG. 12 is a graph comparing the temperature distribution in the edge region of the wafer W in the case of the mounting table 180 having the conventional
図13は、図12の(a)の縦軸値を規格化したグラフである。即ち、図13は、図12の(a)の縦軸値を、温度上昇率として示すグラフである。図13において、実線は図7の(a)で示す周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合のグラフ、破線は図7の(b)で示す一実施形態に係る周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合のグラフである。図13に示すように、図7の(a)の従来の周縁流路24pの場合には、温度上昇率が10%を超える領域(図中の縦軸0.1よりも大きい温度上昇率となる領域)が、ウェハWの端部から中心へ約18mmの位置に至るまでの範囲であった。これに対して、図7の(b)の一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、ウェハWの温度上昇率が10%を超える領域がウェハWの端部から中心へ約10mmの位置へ至るまでの範囲であった。つまり、一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、ウェハWの中心(原点)の温度に対して温度上昇率が10%を超える領域が従来の周縁流路24pの場合に比して約45%狭くなった。
FIG. 13 is a graph obtained by normalizing the vertical axis value in FIG. That is, FIG. 13 is a graph showing the vertical axis value of FIG. In FIG. 13, the solid line is a graph when the mounting table 180 having the
以上、一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、ウェハWへの入熱による温度上昇値を低減することができる効果、及び、温度上昇するウェハWの領域を狭くすることができる効果が確認された。
As described above, when the mounting table 18 having the
続いて、第2上面18u2及びウェハWへ入熱された場合について説明する。図14は、図7の(a)〜(c)で示す周縁流路を有する載置台のそれぞれについて、第2上面18u2及びウェハWへの入熱をいずれも行った場合におけるウェハWの温度分布を示すグラフである。図14において、横軸はウェハWの中心(原点)からの距離、縦軸はウェハWの温度上昇値(ウェハW表面の温度を、図7の(a)で示す従来の周縁流路24pを有する載置台180におけるウェハWの中心(原点)の温度で差分した値)を示している。また、グラフ300aは図7の(a)で示す従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合の温度上昇値、グラフ300bは図7の(b)で示す一実施形態に係る周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合の温度上昇値、グラフ300cは図7の(c)で示す一実施形態に係る周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合の温度上昇値を示している。
Next, a case where heat is input to the second upper surface 18u2 and the wafer W will be described. FIG. 14 shows the temperature distribution of the wafer W when heat is applied to the second upper surface 18u2 and the wafer W for each of the mounting tables having the peripheral flow paths shown in FIGS. It is a graph which shows. In FIG. 14, the horizontal axis is the distance from the center (origin) of the wafer W, the vertical axis is the temperature rise value of the wafer W (the temperature of the surface of the wafer W, and the conventional
図14に示すように、図7の(a)の従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合では、ウェハWの端部における温度上昇値が約18.6℃であるのに対し、図7の(b)の一実施形態に係る周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合では、ウェハWの端部におけるウェハWの温度上昇値が約15.2℃であり、従来の周縁流路24pに比してウェハWの温度上昇値が約3.4℃(約18%)低減された。更に、図7の(c)の一実施形態に係る周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合では、ウェハWの端部におけるウェハWの温度上昇値が約13.4℃であり、従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合に比してウェハWの温度上昇値が約5.2℃(28%)低減された。
As shown in FIG. 14, when the mounting table 180 having the conventional
また、図14に示すように、図7の(a)の従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合には、ウェハWの温度上昇率が10%を超える領域が、がウェハWの端部から中心へ約56mmの位置に至るまでの範囲であった。これに対し、図7の(b)の一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、ウェハWの温度上昇率が10%を超える領域がウェハWの端部から中心へ約30mmの位置に至るまでの範囲であった。即ち、図7の(b)で示す一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、温度上昇率が10%を超える領域が従来の周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合に比して約46%狭くなった。更に、図7の(c)の一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、ウェハWの温度上昇率が10%を超える領域がウェハWの端部から中心へ約28mmの位置に至るまでの範囲であった。即ち、図7の(c)で示す一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、温度上昇率が10%を超える領域が周縁流路24pを有する載置台180を用いた場合に比して約50%狭くなった。なお、図14における29mmとは、図7の(b)載置台18を用いた場合の温度上昇率が10%を超える領域と、図7の(c)の載置台18を用いた場合の温度上昇率が10%を超える領域との平均値を示している。
Further, as shown in FIG. 14, when the mounting table 180 having the conventional
以上、一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、ウェハWへの入熱を考慮した場合であっても、フォーカスリングFR側からの入熱による温度上昇値を低減することができる効果、及び、温度上昇するウェハWの領域を狭くすることができる効果が確認された。フォーカスリングFR側からの入熱によるウェハWの温度不均一性を改善する手法として、フォーカスリングFR側の載置台部分を載置台本体とは別体の構造とすることでフォーカスリングFR側からの入熱を伝熱させない手法も考えられる。しかしながら、別体構造にした場合には、フォーカスリングFR側の載置台部分を冷却する機構が必要になる。また、フォーカスリングFRと第2上面18u2との間に断熱層を介在させる手法も考えられる。しかしながら、この手法では、温度を制御することはできない。さらに、フォーカスリングFRの直下に流路を形成する手法も考えられる。しかしながら、この手法では、フォーカスリングFRの直下にフォーカスリングFR特有の構成を設けることが困難となる場合がある。一実施形態の周縁流路24eを有する載置台18を用いた場合には、上述した課題を解決することができる。
As described above, when the mounting table 18 having the
(第2の要因)
次に、第2の要因によって生じる温度分布についてシミュレーションした結果を説明する。図15は、ウェハWの端部が載置台180の載置面19に接触している場合のウェハWの温度と、ウェハWの端部が載置台180の載置面19に接触していない場合のウェハWの温度とを比較するグラフである。図15において、横軸はウェハWの中心(原点)からの距離、縦軸はウェハWの温度を示している。また、実線はウェハWの端部が載置台180の載置面19と接触している場合の温度分布を示すグラフ、一点鎖線はウェハWの端部が載置台180の載置面19と接触していない場合の温度分布を示すグラフである。図15に示すように、ウェハWの端部が載置台180の載置面19と接触している場合にはウェハWの端部の温度が上昇しないが、ウェハWの端部が載置台180の載置面19と接触していない場合にはウェハWの端部の温度が上昇した。つまり、従来の載置台180においては、ウェハWの端部が載置台180の載置面19に接していないことに起因して、ウェハWの端部の温度が上昇することが確認された。上記結果は、ウェハWと載置台との接触面積が温度制御に大きく寄与することを示唆している。
(Second factor)
Next, a simulation result of the temperature distribution caused by the second factor will be described. FIG. 15 shows the temperature of the wafer W when the end of the wafer W is in contact with the mounting
(一実施形態に係る載置台18の作用及び効果)
続いて、一実施形態に係る載置台18及びプラズマ処理装置10の作用及び効果について、シミュレーション結果を用いて説明する。
(Operation and effect of the mounting table 18 according to the embodiment)
Next, operations and effects of the mounting table 18 and the
載置面19の中央部領域19cの接触面積率が3%、端部領域19eの接触面積率が15%の載置台18を用いた場合を例にシミュレーションした。ここでは、載置面19における中央部領域19cと端部領域19eとの境界位置が異なる複数の載置台18を用いた場合における、ウェハWの温度分布をシミュレーションした。結果を図16に示す。図16において、横軸はウェハWの中心(原点)からの距離、縦軸はウェハWの温度上昇値を示している。図16に示すウェハWの温度上昇値は、載置面19における中央部領域19cと端部領域19eとの境界位置(以下、「境界位置rC/E」という。)が、ウェハWの中心(原点)から100〜145mmの範囲に位置した場合をシミュレーションした結果である。図17は、載置面19における中央部領域19cと端部領域19eとの境界位置に応じた温度分布の変化幅ΔTの低減率を示す表である。ここで、温度分布の変化幅ΔTとは、それぞれの境界位置rC/Eにおける、ウェハWの温度上昇値の最小値と最大値との差分である。また、接触面積率が一様とは、載置面19全面で接触面積率が同一の場合を意味する。ここでは、載置面19全面の接触面積率が15%とした。
A simulation was performed by using as an example a case where the mounting table 18 having a contact area ratio of 3% in the
図16及び図17に示すように、ウェハWの中心(原点)からの距離が110mmよりも大きい境界位置rC/Eの場合には、接触面積率を一様とした場合を基準とすると、温度分布の変化幅ΔTが15%以上低減された。したがって、ウェハWの端部よりも内側に40mm以上内側の位置で接触面積率を小さくすると、接触面積率を一様とした場合に比して温度分布の変化幅ΔTを15%以上低減することが確認された。また、120〜145mmの範囲では、20%以上の低減が確認され、135〜140mmの範囲では、40%以上の低減が確認された。
As shown in FIGS. 16 and 17, in the case of the boundary position r C / E where the distance from the center (origin) of the wafer W is larger than 110 mm, when the contact area ratio is uniform, The change width ΔT of the temperature distribution was reduced by 15% or more. Therefore, if the contact area ratio is reduced at a
温度分布の変化幅ΔTを効果的に低減するための、中央部領域19cの接触面積率(以下、「接触面積率SC」という)及び端部領域19eの接触面積率(以下、「接触面積率SE」という)の数値範囲は、He圧によって異なる。ウェハWと載置面19との間の熱抵抗は、Heガスによる熱伝達と、載置面19への固体接触による熱伝達で決定される。想定されるHe圧の使用領域(10〜50Torr:1.33×103〜6.66×103Pa)において、高He圧(50Torr(6.66×103Pa))の場合には、低He圧(10Torr(1.33×103Pa))の場合に比べて、接触面積率SCと接触面積率SEとに大きな差を与えなければ、中央部領域19cの熱抵抗と端部領域19eの熱抵抗との間に適切な差を与えることができない。すなわち、高He圧の条件において、中央部領域19cの熱抵抗と端部領域19eの熱抵抗との間に適切な差を与えることが可能な接触面積率SCと接触面積率SEとの差の最大値を決定することができる。これに対し、低He圧の場合には、中央部領域19cの接触面積率SCと端部領域19eの接触面積率SEとの差が小さくても中央部領域19cの熱抵抗と端部領域19eの熱抵抗との間に適切な差を与えることができる。すなわち、低He圧の条件において、中央部領域19cの熱抵抗と端部領域19eの熱抵抗との間に適切な差を与えることが可能な接触面積率SCと接触面積率SEとの差の最小値を決定することができる。なお、接触面積率SCと接触面積率SEとの差が0の場合とは、載置面19全面において一様な接触面積率となっている場合である。
In order to effectively reduce the change width ΔT of the temperature distribution, the contact area ratio of the
上記知見に基づいて、高He圧の場合及び低He圧の場合のそれぞれについて、接触面積率SC,SEを一様とした場合よりも温度分布の変化幅ΔTを改善することができる接触面積率についてシミュレーションした。結果を図18に示す。図18は、温度分布の変化幅ΔTを効果的に低減することが可能な接触面積率SC,SEの最大領域を示す図である。図18に示すように、下限を示す線320a、上限を示す線320b、及び、座標軸で規定される領域Aにおいては、He圧を調整することで、接触面積率SC,SEを一様とした場合に比して温度分布の変化幅ΔTを15%以上低減することが確認された。ここで、下限である線320aは、He圧が低He圧、載置面19と非接触となるウェハW端部の長さが1.8mm、境界位置rC/EがウェハWの中心(原点)から110mmの位置となる条件で求められ、以下の式1で示される。
一方、上限である線bは、He圧が高He圧、載置面19と非接触となるウェハW端部の長さが2.8mm、境界位置rC/EがウェハWの中心(原点)から144.2mmの位置となる条件で算出された。
On the other hand, the upper limit line b indicates that the He pressure is a high He pressure, the length of the end of the wafer W that is not in contact with the mounting
以上、一実施形態に係る載置台18及びプラズマ処理装置10では、その内部に形成された周縁流路24eが、載置台18の側面18sに沿って第1上面18u1が設けられた方向に延びる部分を有している。これにより、載置台18内部の側面18s側への入熱に対する流路24の抜熱能力が向上されている。このため、フォーカスリングFRからの熱をウェハWに伝達させ難くすることができる。よって、ウェハWの端部の温度の上昇が抑制できる。そして、この載置台18では、静電チャック18bの載置面19に複数の凸部19dがドット状に設けられ、当該複数の凸部19dとウェハWの裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさが、端部領域19eの方が中央部領域19cよりも大きくなるように形成されている。よって、中央部領域19cの方が、端部領域19eよりも熱抵抗が大きくなっている。その結果、中央部領域19cの方が、端部領域19eよりも熱が伝わりにくくなっている。ウェハWの熱は、複数の凸部19d、載置台18及び流路24と順に伝わることにより、抜熱される。このため、中央部領域19cの方が、端部領域19eよりもウェハWからの熱を抜熱する能力(ウェハWの冷却性)が低くなっている。すなわち、載置面19の中央部領域19cにおけるウェハWの冷却性を低減し、ウェハWの中央部領域の温度を、ウェハWの端部領域の温度に合うよう上昇させることができる。以上より、ウェハWの温度の調整が、流路24を流れる冷媒及び複数の凸部19dによって行われることとなり、ウェハWの中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を抑制することが可能となる。
As described above, in the mounting table 18 and the
また、一実施形態に係る載置台18では、複数の凸部19dのそれぞれが、同一形状且つ同じ大きさを呈し、端部領域19eの複数の凸部19dの単位面積当たりの数が、中央部領域19cの複数の凸部19dの単位面積当たりの数よりも多くなっている。このため、載置面19の中央部領域19cにおけるウェハWの冷却性を低減し、ウェハWの中央部領域の温度を、ウェハWの端部領域の温度に合うよう上昇させることができる。
In the mounting table 18 according to the embodiment, each of the plurality of
また、一実施形態に係る載置台18では、周縁流路24eの上端には、側面18sに沿って該周縁流路24eの上端から下端に向けて延びるフィン部25が形成されている。この形態によれば、周縁流路24eの一部にフィン部25が形成されているので、当該周縁流路24eの表面積が、従来の周縁流路24pの表面積よりも大きくなっている。その結果、ウェハWの端部領域からの流路24の抜熱能力を向上することができ、ウェハWの中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を一層抑制することが可能となる。
Further, in the mounting table 18 according to the embodiment, a
また、一実施形態に係る載置台18では、周縁流路24eの上端と第1上面18u1との間の最短距離D2が、中央流路24cの上端と第1上面18u1との間の最短距離D1よりも小さくなっている。この形態によれば、周縁流路24eは、中央流路24cよりもベース部18aの第1上面18u1の近くに設けられることとなる。その結果、周縁流路24eの抜熱能力を、中央流路24cの抜熱能力よりも高めることができ、ウェハWの中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を一層抑制することが可能となる。
In the mounting table 18 according to the embodiment, the shortest distance D2 between the upper end of the
また、一実施形態に係る載置台18では、載置面19には、ウェハWを支持するためのリフターピン61を通過させるリフターピン用孔200が形成され、複数の凸部19dが形成される間隔D4がリフターピン用孔200の口径D3よりも広くなっている。この形態によれば、リフターピン用孔200が形成される位置に依存せずに複数の凸部19dを形成することができる。その結果、リフターピン用孔200の位置に依存することなく、ウェハWの温度調整を行うことが可能となる。
Further, in the mounting table 18 according to the embodiment, the mounting
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, It changed within the range which does not change the summary described in each claim, or applied to the other thing It may be a thing.
例えば、周縁流路24eの上端には、フィン部25が形成されていなくてもよく、フィン部25の代わりに種々の形状を設けてもよい。図19は、一実施形態に係る載置台18の変形例に係る載置台の周縁流路24eの形状を示す図である。図19に示すように、周縁流路24eの表面の全体又は外周側面部に、伝熱促進のための凹凸を有する形状を設けてもよい。
For example, the
また、最外周の周縁流路24eは、中央流路24cとは別のチラーユニットを用いて冷媒を循環供給してもよい。この場合、周縁流路24eにおける冷媒の温度を中央流路24cにおける冷媒の温度とは独立して制御することができる。
Further, the outermost peripheral
また、複数の凸部19dは、同一形状でなくてもよく、同じ大きさでなくてもよい。
Further, the plurality of
また、プラズマ処理装置は、マイクロ波を用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置を用いてもよい。 The plasma processing apparatus may be a microwave plasma processing apparatus that generates plasma using microwaves.
[実施例]
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べるが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[Example]
Hereinafter, examples and comparative examples carried out by the inventor to describe the above-described effects will be described, but the present invention is not limited to the following examples.
(フィン部が形成された流路の冷却効果の確認)
プラズマ処理装置の載置台において、周縁流路の上端に、フィン部が形成された流路を有する載置台と、フィン部が形成されていない流路を有する載置台とを用いて、プラズマ処理を行い、ウェハの温度を計測した。処理条件は、以下に示す。
(Confirmation of cooling effect of flow path with fins)
In the mounting table of the plasma processing apparatus, plasma processing is performed using a mounting table having a channel in which fin portions are formed at the upper end of the peripheral channel and a mounting table having a channel in which fin portions are not formed. The wafer temperature was measured. The processing conditions are shown below.
(処理条件1)
処理空間Sの圧力:20mTorr(2.67Pa)
プラズマ生成用電力:8300W
処理ガスの流量:500sccm(処理ガスの主成分はAr)
処理時間:120秒
He圧:40Torr(5.33×103Pa)
(Processing condition 1)
Pressure in the processing space S: 20 mTorr (2.67 Pa)
Power for plasma generation: 8300W
Process gas flow rate: 500 sccm (the main component of the process gas is Ar)
Processing time: 120 seconds He pressure: 40 Torr (5.33 × 10 3 Pa)
上記の処理条件1でプラズマ処理されたウェハの温度を測定した結果を図20に示す。図20は、処理条件1でプラズマ処理された場合におけるウェハの中心からの距離とウェハの温度との関係を示すグラフである。横軸はウェハの中心(原点)からの距離、縦軸はウェハの温度を示している。図20の(a)は、フィン部が形成されていない流路を有する載置台を用いた結果である。図20の(b)は、フィン部が形成された流路を有する載置台を用いた結果である。図20の(a)に示すように、フィン部が形成されていない流路を有する載置台では、ウェハの中央部領域(0〜110mm)の平均温度と比較して、ウェハの端部(147mm)において上昇した温度は15.2℃であった。一方、図20の(b)に示すように、フィン部が形成されている流路を有する載置台では、ウェハの中央部領域(0〜110mm)の平均温度と比較して、ウェハの端部(147mm)において上昇した温度は9.3℃であった。このように、フィン部が形成されている流路を有する載置台は、フィン部が形成されていない流路を有する載置台に比べて、ウェハの端部領域の温度上昇を抑制することが確認された。
FIG. 20 shows the result of measuring the temperature of the wafer that has been plasma-treated under the
(接触面積率と温度との関係性の確認)
プラズマ処理装置の載置台において、静電チャックの載置面に設けられた複数の凸部がウェハの裏面と接触している面積と接触していない面積との比(以降、接触面積率という。)を変化させて、プラズマ処理を行い、ウェハの温度を測定した。He圧は40Torr、20Torr及び10Torr(5.33×103Pa、2.67×103Pa及び1.33×103Pa)とした。その他の処理条件は、以下に示す。
(Confirmation of relationship between contact area ratio and temperature)
In the mounting table of the plasma processing apparatus, the ratio between the area where the plurality of convex portions provided on the mounting surface of the electrostatic chuck are in contact with the back surface of the wafer and the area where it is not in contact (hereinafter referred to as the contact area ratio). ), Plasma processing was performed, and the temperature of the wafer was measured. The He pressure was 40 Torr, 20 Torr and 10 Torr (5.33 × 10 3 Pa, 2.67 × 10 3 Pa and 1.33 × 10 3 Pa). Other processing conditions are shown below.
(処理条件2)
処理空間Sの圧力:20mTorr(2.67Pa)
プラズマ生成用電力:8300W
処理ガスの流量:500sccm(処理ガスの主成分はAr)
処理時間:120秒
(Processing condition 2)
Pressure in the processing space S: 20 mTorr (2.67 Pa)
Power for plasma generation: 8300W
Process gas flow rate: 500 sccm (the main component of the process gas is Ar)
Processing time: 120 seconds
上記の処理条件2によりプラズマ処理されたウェハの温度を測定した結果を図21に示す。図21は、載置面の接触面積率とウェハの温度との関係をHe圧毎に示すグラフである。その横軸は載置面の接触面積率であり、縦軸はウェハの温度である。図21に示すように、接触面積率が大きくなるほどウェハの温度は下降し、接触面積率が小さくなるほどウェハの温度が上昇した。よって、載置面の接触面積率を低減させると、ウェハに対する冷却性を低減できることが確認された。また、He圧が小さくなるほど、接触面積率が最も小さい部分におけるウェハの温度の立ち上がり方が大きくなった。よって、He圧が小さくなるほど、接触面積率の低減がウェハの温度調整に与える影響が大きくなることが確認された。
FIG. 21 shows the result of measuring the temperature of the wafer subjected to the plasma processing under the
(フィン部を有する流路及び接触面積率の変化の組合せによる温度均一効果の確認)
実施例1〜3では、フィン部が形成された流路を有し、且つ、載置面の接触面積率を低減させた載置台を用いて、プラズマ処理を行い、ウェハの温度を測定した。比較例1では、フィン部が形成されていない流路を有し、且つ、載置面の接触面積率を従来のものとする載置台を用いて、プラズマ処理を行い、ウェハの温度を測定した。実施例1〜3については、He圧は40Torr、30Torr、20Torr及び10Torr(5.33×103Pa、4.00×103Pa、2.67×103Pa及び1.33×103Pa)とした。比較例1については、He圧は、40Torr、20Torr及び10Torr(5.33×103Pa、2.67×103Pa及び1.33×103Pa)とした。その他の処理条件は、以下に示す。以降、接触面積率は100mm2を基準面積(単位面積)としたものとして述べる。
(Confirmation of temperature uniformity effect by combination of flow path with fin and change in contact area ratio)
In Examples 1 to 3, plasma processing was performed using a mounting table having a flow path in which fin portions are formed and the contact area ratio of the mounting surface was reduced, and the temperature of the wafer was measured. In Comparative Example 1, the temperature of the wafer was measured by performing plasma treatment using a mounting table having a flow path in which no fin portion is formed and having a conventional contact area ratio on the mounting surface. . For Examples 1 to 3, the He pressure was 40 Torr, 30 Torr, 20 Torr and 10 Torr (5.33 × 10 3 Pa, 4.00 × 10 3 Pa, 2.67 × 10 3 Pa and 1.33 × 10 3 Pa). ). For Comparative Example 1, the He pressure was 40 Torr, 20 Torr, and 10 Torr (5.33 × 10 3 Pa, 2.67 × 10 3 Pa, and 1.33 × 10 3 Pa). Other processing conditions are shown below. Hereinafter, the contact area ratio will be described assuming that 100 mm 2 is a reference area (unit area).
(処理条件3)
処理空間Sの圧力:20mTorr(2.67Pa)
プラズマ生成用電力:8300W
処理ガスの流量:500sccm(処理ガスの主成分はAr)
処理時間:120秒
(Processing condition 3)
Pressure in the processing space S: 20 mTorr (2.67 Pa)
Power for plasma generation: 8300W
Process gas flow rate: 500 sccm (the main component of the process gas is Ar)
Processing time: 120 seconds
上記の処理条件3によりプラズマ処理を行い、ウェハの温度を測定した実施例1〜3及び比較例1の実験結果を図22に示す。図22は、実施例1〜3及び比較例1で測定されたウェハの中心からの距離と温度との関係をHe圧毎に示すグラフである。横軸はウェハの中心(原点)からの距離、縦軸はウェハの温度である。図22の(a)は、比較例1で測定されたものであり、フィン部が形成されていない流路を有し、且つ、単位面積当たりの接触面積率が17%の載置台を用いた結果である。図22の(b),(c)は、実施例1及び2で測定されたものであり、フィン部が形成されている流路を有し、且つ、接触面積率を比較例1より小さくした載置台を用いた結果である。より具体的には、図22の(b)は、実施例1で測定されたものであり、載置面の全体領域において単位面積当たりの接触面積率を3%とした載置台を用いた結果である。図22の(c)は、実施例2で測定されたものであり、載置面の中央部領域、すなわち載置面の中心を原点として、載置面の中心から外周端より10mm中心側の位置までの長さを半径とする円の領域(例えば載置面の直径が300mmの場合、0〜140mm)のみ単位面積当たりの接触面積率を3%とし、端部領域、すなわち載置面の中心を原点として、載置面の中心から外周端までの長さを半径とする円の領域から中央部領域を差分した領域(例えば載置面の直径が300mmの場合、140〜146mm)においては単位面積当たりの接触面積率を17%とした載置台を用いた結果である。
FIG. 22 shows the experimental results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 in which plasma processing was performed under the
図22の(a)で示すように、比較例1においては、He圧が10Torrの場合、ウェハの中心からの距離が0〜147mmの間におけるウェハの温度差が33.6℃であった。同様に、比較例1においては、He圧が20Torr及び40Torrの場合、ウェハの中心からの距離が0〜147mmの間におけるウェハの温度差が、それぞれ26.0℃及び23.9℃であった。また、ウェハの平均温度はHe圧が小さくなるほど大きくなったが、その違いに大差はなく、グラフはほぼ重なった。 As shown in FIG. 22A, in Comparative Example 1, when the He pressure was 10 Torr, the temperature difference of the wafer was 33.6 ° C. when the distance from the center of the wafer was 0 to 147 mm. Similarly, in Comparative Example 1, when the He pressure was 20 Torr and 40 Torr, the temperature difference of the wafer when the distance from the center of the wafer was 0 to 147 mm was 26.0 ° C. and 23.9 ° C., respectively. . The average temperature of the wafer increased as the He pressure decreased, but there was no significant difference, and the graphs almost overlapped.
図22の(b)で示すように、実施例1においては、He圧が10Torrの場合、ウェハの中心からの距離が0〜147mmの間におけるウェハの温度差が12.6℃であった。同様に、実施例1においては、He圧が20Torr、30Torr及び40Torrの場合、ウェハの中心からの距離が0〜147mmの間におけるウェハの温度差が、それぞれ9.2℃、8.3℃、及び7.2℃であった。また、ウェハの平均温度はHe圧が小さくなるほど大きくなり、He圧が10Torrの場合には平均96.6℃であったのに対し、He圧が40Torrの場合には81.9℃であった。よって、比較例1とは異なりグラフが重ならなかった。 As shown in FIG. 22B, in Example 1, when the He pressure was 10 Torr, the temperature difference of the wafer was 12.6 ° C. when the distance from the center of the wafer was 0 to 147 mm. Similarly, in Example 1, when the He pressure is 20 Torr, 30 Torr, and 40 Torr, the temperature difference of the wafer at a distance from the center of the wafer of 0 to 147 mm is 9.2 ° C., 8.3 ° C., respectively. And 7.2 ° C. Further, the average temperature of the wafer increased as the He pressure decreased, and the average was 96.6 ° C. when the He pressure was 10 Torr, whereas it was 81.9 ° C. when the He pressure was 40 Torr. . Therefore, unlike Comparative Example 1, the graphs did not overlap.
図22の(c)で示すように、実施例2においては、He圧が10Torrの場合、ウェハの中心からの距離が0〜147mmの間におけるウェハの温度差が9.3℃であった。同様に、実施例2においては、He圧が20Torr、30Torr及び40Torrの場合、ウェハの中心からの距離が0〜147mmの間におけるウェハの温度差が、それぞれ7.4℃、8.7℃、及び8.2℃であった。また、ウェハの平均温度はHe圧が小さくなるほど大きくなり、実施例1同様、グラフは重ならなかった。 As shown in FIG. 22 (c), in Example 2, when the He pressure was 10 Torr, the temperature difference of the wafer was 9.3 ° C. when the distance from the center of the wafer was 0 to 147 mm. Similarly, in Example 2, when the He pressure is 20 Torr, 30 Torr, and 40 Torr, the temperature difference of the wafer when the distance from the center of the wafer is 0 to 147 mm is 7.4 ° C., 8.7 ° C., respectively. And 8.2 ° C. Further, the average temperature of the wafer increased as the He pressure decreased, and the graphs did not overlap as in Example 1.
以上に述べたように、ウェハの中心からの距離が0〜147mmの間におけるウェハの温度差は、いずれのHe圧においても、実施例1及び2の方が比較例1よりも小さくなることが確認された。このように、載置面の接触面積率を実施例1及び2のように低減させることで、ウェハの中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を抑制できることが確認された。すなわち、フィン部が形成された流路を有し、且つ、載置面の接触面積率を上記実施例1及び2のように低減させた載置台によって、ウェハの端部における温度上昇を抑制し、且つ、ウェハの中央部における冷却性を低減させることができ、結果としてウェハの中央部領域と端部領域とにおける温度の不均一を抑制できるという効果が示唆された。また、実施例1及び2では、比較例1とは異なり、He圧毎にウェハの平均温度が相違することが確認された。これにより、実施例1及び2の載置台によれば、Heによるウェハの温度に対する制御性が拡大できることが示唆された。 As described above, the temperature difference of the wafer when the distance from the center of the wafer is 0 to 147 mm is smaller in Examples 1 and 2 than in Comparative Example 1 at any He pressure. confirmed. Thus, it was confirmed that by reducing the contact area ratio of the mounting surface as in Examples 1 and 2, temperature nonuniformity in the central region and the end region of the wafer can be suppressed. That is, a temperature rise at the edge of the wafer is suppressed by the mounting table having the flow path in which the fin portion is formed and the contact area ratio of the mounting surface being reduced as in the first and second embodiments. And the cooling property in the center part of a wafer can be reduced, As a result, the effect that the nonuniformity of the temperature in the center part area | region and edge part area | region of a wafer can be suppressed was suggested. Further, in Examples 1 and 2, unlike Comparative Example 1, it was confirmed that the average temperature of the wafer was different for each He pressure. Thereby, according to the mounting table of Example 1 and 2, it was suggested that the controllability with respect to the temperature of the wafer by He can be expanded.
(接触面積率低減による温度特異点に対する効果)
実施例3〜5では、リフターピン用孔とヘリウム穴とを有する載置台において、載置面の中央部領域における接触面積率を従来よりも低減させた載置台を用いて、プラズマ処理を行った。比較例2では、当該接触面積率を従来のままとした載置台を用いて、プラズマ処理を行った。そして、ウェハの方位に対応するエッチングレートを測定した。被エッチング材はポリシリコンとした。He圧は40Torr、20Torr及び10Torr(5.33×103Pa、2.67×103Pa及び1.33×103Pa)とした。その他の処理条件は、以下に示す。
(Effect on temperature singularity due to contact area ratio reduction)
In Examples 3 to 5, in the mounting table having the lifter pin hole and the helium hole, the plasma treatment was performed using the mounting table in which the contact area ratio in the central region of the mounting surface was reduced as compared with the conventional example. . In Comparative Example 2, plasma treatment was performed using a mounting table in which the contact area ratio was kept as before. Then, the etching rate corresponding to the orientation of the wafer was measured. The material to be etched was polysilicon. The He pressure was 40 Torr, 20 Torr and 10 Torr (5.33 × 10 3 Pa, 2.67 × 10 3 Pa and 1.33 × 10 3 Pa). Other processing conditions are shown below.
(処理条件4)
処理空間Sの圧力:20mTorr(2.67Pa)
プラズマ生成用電力:8300W
処理ガスの流量:500sccm(処理ガスの主成分はAr)
処理時間:300秒
(Processing condition 4)
Pressure in the processing space S: 20 mTorr (2.67 Pa)
Power for plasma generation: 8300W
Process gas flow rate: 500 sccm (the main component of the process gas is Ar)
Processing time: 300 seconds
上記の処理条件4によりプラズマ処理を行い、エッチングレートを測定した比較例2及び実施例3〜5の実験結果を図23〜図26に示す。図23〜図26は、それぞれ比較例2及び実施例3〜5で測定されたウェハの方位とエッチングレートとの関係をHe圧毎に示すグラフである。その横軸はウェハの方位、縦軸はエッチングレートである。図23は、比較例2で測定されたものであり、載置面の中央部領域(0〜130mm)における単位面積当たりの接触面積率が17%の載置台を用いた結果である。図24は、実施例3で測定されたものであり、載置面の中央部領域(0〜130mm)における単位面積当たりの接触面積率を3%とした載置台を用いた結果である。図25は、実施例4で測定されたものであり、載置面の中央部領域(0〜140mm)における単位面積当たりの接触面積率を0.52%としたものである。図26は、実施例5で測定されたものであり、載置面の中央部領域(0〜130mm)における単位面積当たりの接触面積率を0.2%とした載置台を用いた結果である。
FIG. 23 to FIG. 26 show the experimental results of Comparative Example 2 and Examples 3 to 5 in which the plasma treatment was performed under the
図23で示すように、比較例2においては、エッチングレートが安定しておらず、図中の矢印で示す6つの特異点が測定された。これら6つの特異点は、載置面においてリフターピン用孔が位置する方位とちょうど重なった。これは、接触面積率が高い場合、リフターピン用孔の口径よりも凸部同士の間隔の方が小さくなるため、リフターピン用孔の位置と凸部が設けられるべき位置とが重なってしまい、接触できない部分が特異点として現れることを示している。一方、図24〜26で示すように、載置面の中央部領域における単位面積当たりの接触面積率が比較例2の12.3%よりも小さい場合には、特異点が目立たなくなり、エッチングレートが安定することが確認された。 As shown in FIG. 23, in Comparative Example 2, the etching rate was not stable, and six singular points indicated by arrows in the figure were measured. These six singular points overlapped the orientation in which the lifter pin hole is located on the mounting surface. This is because, when the contact area ratio is high, the distance between the convex portions is smaller than the diameter of the lifter pin hole, so that the position of the lifter pin hole and the position where the convex portion should be provided overlap. It shows that the part that cannot be touched appears as a singular point. On the other hand, as shown in FIGS. 24 to 26, when the contact area ratio per unit area in the central region of the mounting surface is smaller than 12.3% of Comparative Example 2, the singularity becomes inconspicuous, and the etching rate Was confirmed to be stable.
また、図23で示すように、比較例2においては、He圧に依存せず、エッチングレートは同じ傾向を示し、グラフはほぼ重なった。一方、図24〜26で示すように、実施例3〜5においては、エッチングレートはHe圧が小さくなるほど大きくなり、グラフは重ならなかった。よって、実施例3〜5では、比較例2とは異なり、He圧毎にエッチングレートが相違することが確認された。これにより、実施例3〜5の載置台によれば、エッチングレートに対する制御性が拡大できることが示唆された。 Further, as shown in FIG. 23, in Comparative Example 2, the etching rate showed the same tendency without depending on the He pressure, and the graphs almost overlapped. On the other hand, as shown in FIGS. 24 to 26, in Examples 3 to 5, the etching rate increased as the He pressure decreased, and the graphs did not overlap. Therefore, in Examples 3 to 5, unlike Comparative Example 2, it was confirmed that the etching rate was different for each He pressure. Thereby, according to the mounting base of Examples 3-5, it was suggested that the controllability with respect to an etching rate can be expanded.
10…プラズマ処理装置、18…載置台、18a…ベース部、18b…静電チャック、18u1…第1上面、18u2…第2上面、18s…側面、19…載置面、19c…中央部領域、19e…端部領域、19d…凸部、24…冷媒用の流路、24c…中央流路、24e…周縁流路、25…フィン部、61…リフターピン、200…リフターピン用孔、W…ウェハ(被処理体)、FR…フォーカスリング、D1…中央流路の上端と第1上面との間の距離、D2…周縁流路の上端と第1上面との間の距離、D3…リフターピン用孔の口径、D4…複数の凸部が形成される間隔。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
その内部に冷媒用の流路が形成されたベース部と、
前記ベース部の上に設けられており、前記被処理体を載置する載置面を有し、前記被処理体を静電吸着する静電チャックと、
を備え、
前記ベース部は、その上に前記静電チャックが設けられた第1上面、該第1上面よりも外方において該第1上面よりも低い位置に設けられ、その上方に前記フォーカスリングが設けられた環状の第2上面、及び前記第1上面と前記第2上面との間において鉛直方向に延在する側面を有し、
前記流路は、前記第1上面の下方において延在する中央流路、及び、前記第2上面の下方において延在し、且つ、前記第1上面の下方において前記側面に沿って前記第1上面が設けられた方向に延びる部分を含む周縁流路を有し、
前記載置面は、中央部領域及び該中央部領域を取り囲む端部領域を有し、
前記載置面には、前記被処理体の裏面と接触する複数の凸部がドット状に設けられ、
前記複数の凸部は、前記端部領域の前記複数の凸部と前記被処理体の裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさが、前記中央部領域の前記複数の凸部と前記被処理体の裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさよりも大きくなるように形成されている、
載置台。 A mounting table for mounting the object to be processed and the focus ring,
A base part in which a flow path for refrigerant is formed;
An electrostatic chuck which is provided on the base portion and has a mounting surface on which the object to be processed is mounted, and which electrostatically attracts the object to be processed;
With
The base portion is provided at a first upper surface on which the electrostatic chuck is provided, at a position lower than the first upper surface outside the first upper surface, and the focus ring is provided above the first upper surface. An annular second upper surface, and a side surface extending in a vertical direction between the first upper surface and the second upper surface,
The flow path includes a central flow path extending below the first upper surface, a lower flow extending below the second upper surface, and the first upper surface along the side surface below the first upper surface. A peripheral channel including a portion extending in the direction in which
The mounting surface has a central region and an end region surrounding the central region,
The placement surface is provided with a plurality of convex portions in contact with the back surface of the object to be processed in a dot shape,
The plurality of convex portions has a size per unit area of an area where the plurality of convex portions in the end region and the back surface of the object to be processed are in contact with the plurality of convex portions in the central region. It is formed to be larger than the size per unit area of the area in contact with the back surface of the object to be processed.
Mounting table.
前記端部領域の前記複数の凸部の単位面積当たりの数が、前記中央部領域の前記複数の凸部の単位面積当たりの数よりも多い、請求項1に記載の載置台。 Each of the plurality of convex portions has the same shape and the same size,
The mounting table according to claim 1, wherein the number of the plurality of convex portions per unit area of the end region is larger than the number per unit area of the plurality of convex portions of the central region.
前記複数の凸部が形成される間隔が前記リフターピン用孔の口径よりも広い、請求項1〜4の何れか一項に記載の載置台。 The mounting surface is formed with a lifter pin hole through which a lifter pin for supporting the object to be processed passes.
The mounting table according to any one of claims 1 to 4, wherein an interval at which the plurality of convex portions are formed is wider than a diameter of the lifter pin hole.
前記載置台は、その内部に冷媒用の流路が形成されたベース部と、
前記ベース部の上に設けられており、前記被処理体を載置する載置面を含み、前記被処理体を静電吸着する静電チャックと、
を有し、
前記ベース部は、その上に前記静電チャックが設けられた第1上面、該第1上面よりも外方において該第1上面よりも低い位置に設けられ、その上方に前記フォーカスリングが設けられた環状の第2上面、及び前記第1上面と前記第2上面との間において鉛直方向に延在する側面を含み、
前記流路は、前記第1上面の下方において延在する中央流路、及び、前記第2上面の下方において延在し、且つ、前記第1上面の下方において前記側面に沿って前記第1上面が設けられた方向に延びる部分を含む周縁流路を含み、
前記載置面は、中央部領域及び該中央部領域を取り囲む端部領域を含み、
前記載置面には、前記被処理体の裏面と接触する複数の凸部がドット状に設けられ、
前記複数の凸部は、前記端部領域の前記複数の凸部と前記被処理体の裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさが、前記中央部領域の前記複数の凸部と前記被処理体の裏面とが接触する面積の単位面積当たりの大きさよりも大きくなるように形成されている、
プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus including a mounting table on which a target object and a focus ring are mounted,
The mounting table includes a base portion in which a flow path for refrigerant is formed;
An electrostatic chuck which is provided on the base portion and includes a mounting surface on which the object to be processed is mounted, and which electrostatically attracts the object to be processed;
Have
The base portion is provided at a first upper surface on which the electrostatic chuck is provided, at a position lower than the first upper surface outside the first upper surface, and the focus ring is provided above the first upper surface. An annular second upper surface, and a side surface extending in a vertical direction between the first upper surface and the second upper surface,
The flow path includes a central flow path extending below the first upper surface, a lower flow extending below the second upper surface, and the first upper surface along the side surface below the first upper surface. A peripheral flow path including a portion extending in the direction in which
The mounting surface includes a central region and an end region surrounding the central region,
The placement surface is provided with a plurality of convex portions in contact with the back surface of the object to be processed in a dot shape,
The plurality of convex portions has a size per unit area of an area where the plurality of convex portions in the end region and the back surface of the object to be processed are in contact with the plurality of convex portions in the central region. It is formed to be larger than the size per unit area of the area in contact with the back surface of the object to be processed.
Plasma processing equipment.
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