JP3155802U - Wafer mounting device - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ処理中のウエハーの均熱性を高めるウエハー載置装置を提供する。【解決手段】リングヒーター４２が冷却板３０と離間しているため、冷却板３０とリングヒーター４２との間の熱伝導が防止される。また、リングヒーター４２と冷却板３０との間に冷却板側３０から第１樹脂シール層４０ａ，リング状部材４１，第２樹脂シール層４０ｂがこの順で積層されるとともに、第１樹脂シール層４０ａ及び第２樹脂シール層４０ｂの熱伝導率が冷却板３０，リング状部材４１及びリングヒーター４２と比べて低くなっている。このため、リングヒーター４２とリング状部材４１との間の熱伝導よりもリングヒータ４２内での熱伝導の方が起こりやすくなり、リングヒーター４２の温度分布がより均一化される。以上により、リングヒーター４２の温度が安定化すなわちウエハーＷ外周部の温度が安定化して、ウエハーＷの均熱性が高まる。【選択図】図２Provided is a wafer mounting device that improves the thermal uniformity of a wafer during plasma processing. Since the ring heater is separated from the cooling plate, heat conduction between the cooling plate and the ring heater is prevented. The first resin seal layer 40a, the ring-shaped member 41, and the second resin seal layer 40b are laminated in this order from the cooling plate side 30 between the ring heater 42 and the cooling plate 30, and the first resin sealing layer The thermal conductivity of 40a and the second resin seal layer 40b is lower than that of the cooling plate 30, the ring-shaped member 41, and the ring heater. For this reason, heat conduction in the ring heater 42 occurs more easily than heat conduction between the ring heater 42 and the ring-shaped member 41, and the temperature distribution of the ring heater 42 is made more uniform. As described above, the temperature of the ring heater 42 is stabilized, that is, the temperature of the outer peripheral portion of the wafer W is stabilized, and the thermal uniformity of the wafer W is increased. [Selection] Figure 2
Description
本考案は、ウエハー載置装置に関する。 The present invention relates to a wafer mounting apparatus.
プラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置などのプラズマ処理装置では、通常、真空チャンバー内にウエハーを載置するためのウエハー載置装置が用いられる。ウエハー載置装置は、プラズマ処理を施すウエハーを吸着固定するための静電チャックと、この静電チャックを冷却する冷却板とを備えている。また、プラズマから冷却板を保護するためやウエハーの外周部までのプラズマ状態を安定化するために、ウエハーの外周側に保護リングを設置することがある。例えば、特許文献１には、載置台及びリング体がそれぞれ温度調節手段を備えており、温度調節手段の発熱を制御することでウエハーとリング体との表面温度を一様にすることでウエハーの中央部と外周部とのプラズマの濃度を均一にすることが記載されている。 In plasma processing apparatuses such as a plasma CVD apparatus and a plasma etching apparatus, a wafer mounting apparatus for mounting a wafer in a vacuum chamber is usually used. The wafer mounting apparatus includes an electrostatic chuck for attracting and fixing a wafer to be subjected to plasma processing, and a cooling plate for cooling the electrostatic chuck. Further, in order to protect the cooling plate from the plasma and to stabilize the plasma state up to the outer peripheral portion of the wafer, a protective ring may be provided on the outer peripheral side of the wafer. For example, in Patent Document 1, each of the mounting table and the ring body includes a temperature adjusting unit, and the surface temperature of the wafer and the ring body is made uniform by controlling the heat generation of the temperature adjusting unit. It is described that the plasma concentration in the central portion and the outer peripheral portion is made uniform.
ここで、従来はプラズマ処理中のウエハー温度は数十℃〜１００℃以下であったが、ウエハー上に形成する回路を微細化するため近年では１００℃〜１５０℃という高温での処理も行われている。このような高温でのプラズマ処理においては、プラズマからウエハーへの入熱が大きくなるため、ウエハー内のプラズマの濃度を均一にするべくウエハー内の温度をより均一に保つ必要が出てきた。例えば、エッチング工程でウエハーの中央と外周部との間に温度ムラが生じると、エッチング速度がウエハー全体で一定にならず、半導体回路におけるエッチング深さにばらつきが発生し、所望の回路を形成できないという問題が発生する。また、高温でのプラズマ処理を繰り返すことで長期的な装置の温度分布劣化が生じ、これによりウエハー内の温度が不均一になるという問題も発生している。 Conventionally, the wafer temperature during plasma processing is several tens of degrees C. to 100 degrees C., but in recent years, processing at a high temperature of 100.degree. C. to 150.degree. C. has been performed in order to miniaturize the circuit formed on the wafer. ing. In such plasma processing at a high temperature, the heat input from the plasma to the wafer increases, and it has become necessary to keep the temperature in the wafer more uniform in order to make the plasma concentration in the wafer uniform. For example, if temperature unevenness occurs between the center and the outer periphery of the wafer during the etching process, the etching rate will not be constant throughout the wafer, resulting in variations in the etching depth in the semiconductor circuit, and the desired circuit cannot be formed. The problem occurs. In addition, repeated plasma processing at a high temperature causes long-term temperature distribution deterioration of the apparatus, thereby causing a problem that the temperature in the wafer becomes non-uniform.
本考案はこのような課題を解決するためになされたものであり、ウエハーの均熱性を高めることを主目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and its main purpose is to increase the thermal uniformity of the wafer.
本考案のウエハー載置装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The wafer mounting apparatus of the present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
本考案のウエハー載置装置は、
真空中でウエハーを載置するウエハー載置装置であって、
ウエハーを吸着可能なセラミックス製のプレートと、
該プレートが絶縁樹脂層を介して接着された柱状部と該柱状部より外径が大きく該柱状部と中心軸が同じである大径円盤部とが連なった形状に形成され、前記大径円盤部の前記柱状部側の平面としての第１段差面を有する金属製の冷却板と、
前記第１段差面に第１樹脂シール層を介して一方の面が接着されたリング状部材と、
内部に抵抗加熱素子を有し、前記リング状部材の他方の面に第２樹脂シール層を介して接着されたリングヒーターと、
を備え、
前記第１樹脂シール層及び前記第２樹脂シール層は、前記冷却板，前記リング状部材及び前記リングヒーターと比べて熱伝導率が低い材料で形成されており、
前記リングヒーターは、前記冷却板と離間している、
ものである。
The wafer mounting device of the present invention is
A wafer mounting apparatus for mounting a wafer in a vacuum,
A ceramic plate capable of adsorbing a wafer;
The large-diameter disk is formed by connecting a columnar part to which the plate is bonded via an insulating resin layer and a large-diameter disk part having a larger outer diameter than the columnar part and the same central axis as the columnar part. A metal cooling plate having a first step surface as a plane on the columnar part side of the part;
A ring-shaped member having one surface bonded to the first step surface through a first resin seal layer;
A ring heater having a resistance heating element therein and bonded to the other surface of the ring-shaped member via a second resin seal layer;
With
The first resin seal layer and the second resin seal layer are formed of a material having a lower thermal conductivity than the cooling plate, the ring-shaped member, and the ring heater,
The ring heater is spaced apart from the cooling plate;
Is.
このウエハー載置装置では、リングヒーターが冷却板と離間しているため、冷却板とリングヒーターとの間の熱伝導が防止される。そして、リングヒーターと冷却板とが接触していると、リングヒーターや冷却板の膨張・収縮により、リングヒーターと冷却板との一部が接触し一部が離間することでリングヒーターと冷却板との間の熱伝導が不均一になる場合があるが、リングヒーターと冷却板とが離間しているためこのような不均一な熱伝導も防止できる。また、リングヒーターと冷却板との間に冷却板側から第１樹脂シール層，リング状部材，第２樹脂シール層がこの順で積層されるとともに、第１樹脂シール層及び第２樹脂シール層の熱伝導率が冷却板，リング状部材及びリングヒーターと比べて低くなっている。このため、リングヒーターとリング状部材との間の熱伝導よりもリングヒータ内での熱伝導及びリング状部材内での熱伝導の方が起こりやすく、冷却板とリング状部材との間の熱伝導よりもリング状部材内での熱伝導の方が起こりやすくなる。これにより、リングヒーター及びリング状部材の温度分布がより均一化される。また、リングヒーターと冷却板との間に温度分布の良いリング状部材があることで冷却板の温度分布がリングヒーターに転写されにくくなり、リングヒーターの温度分布がさらに均一化される。以上により、ウエハー外周部の温度が安定化して、ウエハーの均熱性が高まる。さらに、リングヒーターと冷却板との間のリング状部材が熱応力のバッファーとして作用するため、リングヒーターと冷却板とが直接樹脂シール層を介して接着されている場合と比べて、繰り返し熱応力による第１樹脂シール層及び第２樹脂シール層の剥離が起こりにくい。これにより樹脂シール層の一部が剥離することに起因するリングヒーターや冷却板の長期的な温度分布の劣化を防止できる。さらに、リングヒーターが冷却板と離間しているため加熱や冷却によるリングヒーターの径方向への膨張や収縮が妨げられず、リングヒーターの径方向に冷却板が接触している場合と比べてリングヒーターが破損しにくい。なお、柱状部と大径円盤部との中心軸は同じであるものとしたが、製造上の誤差による軸のずれや径のずれは許容される。 In this wafer mounting apparatus, since the ring heater is separated from the cooling plate, heat conduction between the cooling plate and the ring heater is prevented. When the ring heater and the cooling plate are in contact with each other, the ring heater and the cooling plate are partly brought into contact with each other due to expansion and contraction of the ring heater and the cooling plate. However, since the ring heater and the cooling plate are separated from each other, such non-uniform heat conduction can be prevented. A first resin seal layer, a ring-shaped member, and a second resin seal layer are laminated in this order from the cooling plate side between the ring heater and the cooling plate, and the first resin seal layer and the second resin seal layer The thermal conductivity of is lower than that of the cooling plate, ring-shaped member and ring heater. For this reason, heat conduction in the ring heater and heat conduction in the ring member are more likely to occur than heat conduction between the ring heater and the ring member, and heat between the cooling plate and the ring member is likely to occur. Heat conduction in the ring-shaped member is more likely to occur than conduction. Thereby, the temperature distribution of a ring heater and a ring-shaped member is made more uniform. In addition, since there is a ring-shaped member having a good temperature distribution between the ring heater and the cooling plate, the temperature distribution of the cooling plate is hardly transferred to the ring heater, and the temperature distribution of the ring heater is made more uniform. As described above, the temperature of the outer peripheral portion of the wafer is stabilized, and the thermal uniformity of the wafer is increased. Furthermore, since the ring-shaped member between the ring heater and the cooling plate acts as a buffer for thermal stress, the thermal stress is repeatedly applied compared to when the ring heater and the cooling plate are directly bonded via the resin seal layer. Peeling of the first resin seal layer and the second resin seal layer is less likely to occur. As a result, it is possible to prevent the deterioration of the long-term temperature distribution of the ring heater and the cooling plate due to the separation of a part of the resin seal layer. Furthermore, since the ring heater is separated from the cooling plate, the ring heater is not prevented from expanding or contracting in the radial direction due to heating or cooling, and compared to the case where the cooling plate is in contact with the radial direction of the ring heater. The heater is not easily damaged. Although the central axes of the columnar part and the large-diameter disk part are the same, the deviation of the axis and the deviation of the diameter due to manufacturing errors are allowed.
本考案のウエハー載置装置において、前記柱状部は、前記大径円盤部より外径が小さい中径円盤部と該中径円盤部より外径が小さく該中径円盤部と中心軸が同じである小径円盤部とが連なった形状に形成され、前記中径円盤部の前記小径円盤部側の平面としての第２段差面を有しており、前記リング状部材は、内径が前記中径円盤部の外径と同じであり、前記リングヒーターは、内径及び外径が前記リング状部材と同じであり、前記リング状部材と前記第１樹脂シール層と前記第２樹脂シール層とを積層した厚さは前記中径円盤部の厚さ以上であるものとしてもよい。こうすれば、本発明のウエハー載置装置の製造時において、リング状部材とリングヒーターとを接着したうえでそれらをリング状部材の内周部が中径円盤部の外周部と接するように冷却板に接着することで、確実にリングヒーターと小径円盤部の外周部との間（第２段差面から小径円盤部側の空間）に均一な隙間を生じさせることができる。また、リング状部材と第１樹脂シール層と第２樹脂シール層とを積層した厚さは中径円盤部の厚さ以上であるため、リングヒーターが中径円盤部と接触することもない。これにより、リングヒーターと冷却部とが離間している本考案のウエハー載置装置を容易に製造することができる。なお、中径円盤部と小径円盤部との中心軸は同じであり、リング状部材の内径と中径円盤部の外径とは同じであり、リング状部材とリングヒーターとは内径及び外径が同じであるものとしたが、製造上の誤差による軸のずれや径のずれは許容される。 In the wafer mounting apparatus of the present invention, the columnar portion has an intermediate diameter disk portion having an outer diameter smaller than that of the large diameter disk portion and an outer diameter smaller than the medium diameter disk portion, and the central axis is the same as the central diameter disk portion. It is formed in a shape connected to a certain small-diameter disk portion, has a second step surface as a plane on the small-diameter disk portion side of the medium-diameter disk portion, and the ring-shaped member has an inner diameter of the medium-diameter disk The ring heater has the same inner diameter and outer diameter as the ring-shaped member, and the ring-shaped member, the first resin seal layer, and the second resin seal layer are laminated. The thickness may be equal to or greater than the thickness of the medium diameter disk portion. In this way, at the time of manufacturing the wafer mounting apparatus of the present invention, the ring-shaped member and the ring heater are bonded and then cooled so that the inner peripheral portion of the ring-shaped member is in contact with the outer peripheral portion of the medium-diameter disk portion. By adhering to the plate, a uniform gap can be reliably generated between the ring heater and the outer peripheral portion of the small diameter disk portion (the space on the small diameter disk portion side from the second step surface). Moreover, since the thickness which laminated | stacked the ring-shaped member, the 1st resin seal layer, and the 2nd resin seal layer is more than the thickness of a medium diameter disk part, a ring heater does not contact a medium diameter disk part. Thereby, the wafer mounting apparatus of the present invention in which the ring heater and the cooling unit are separated can be easily manufactured. The central axis of the medium diameter disk portion and the small diameter disk portion are the same, the inner diameter of the ring-shaped member and the outer diameter of the medium-diameter disk portion are the same, and the ring-shaped member and the ring heater have the inner diameter and the outer diameter. Are assumed to be the same, but deviations in the axis and diameter due to manufacturing errors are allowed.
本考案のウエハー載置装置において、前記リングヒーターはセラミックス製であり、前記リング状部材は金属製であり、前記第１樹脂シール層及び前記第２樹脂シール層は、シリコーン樹脂で形成されているものとしてもよい。シリコーン樹脂はセラミックスや金属と比べて熱伝導率が非常に低いため、リングヒーター及び冷却板の温度分布の均一化にとって好ましい。 In the wafer mounting apparatus of the present invention, the ring heater is made of ceramics, the ring-shaped member is made of metal, and the first resin seal layer and the second resin seal layer are made of silicone resin. It may be a thing. Silicone resin has a very low thermal conductivity compared to ceramics and metals, and is preferable for uniform temperature distribution of the ring heater and the cooling plate.
本考案のウエハー載置装置において、前記リングヒーターのうち前記第２樹脂シール層とは反対側の平面上に保護リング、を備え、前記保護リングは、前記冷却板と離間している部材であるものとしてもよい。こうすれば、ウエハーのプラズマ処理時にリングヒーターをプラズマから保護できる。そして、保護リングは冷却板と離間しているため冷却板と保護リングとの間の熱伝導が防止でき、リングヒーターの温度分布は均一化されているため、保護リングの温度分布も均一化される。これにより保護リングを備えていてもウエハー外周部の温度を均一にできる。 In the wafer mounting apparatus of the present invention, a protective ring is provided on a plane opposite to the second resin seal layer in the ring heater, and the protective ring is a member separated from the cooling plate. It may be a thing. In this way, the ring heater can be protected from plasma during plasma processing of the wafer. And since the protection ring is separated from the cooling plate, heat conduction between the cooling plate and the protection ring can be prevented, and the temperature distribution of the ring heater is made uniform, so the temperature distribution of the protection ring is also made uniform. The Thereby, even if the protection ring is provided, the temperature of the outer peripheral portion of the wafer can be made uniform.
本考案のウエハー載置装置において、前記大径円盤部のうち前記第１段差面の反対側の面に設けられた座繰り孔と、前記座繰り孔に連通し、前記大径円盤部，前記第２樹脂シール層，前記リング状部材及び前記第１樹脂シール層を貫通する貫通孔と、前記リングヒーターに埋設されると共に前記抵抗加熱素子と電気的に接続され前記貫通孔内に露出面を持つ導電端子と、前記貫通孔内に挿入され該貫通孔と同じ長さをもつ絶縁管と、前記絶縁管内及び前記座繰り孔内に挿入されて前記導電端子と電気的に接続されることにより前記抵抗加熱素子への電力供給路となる導電部材と、前記座繰り孔内に配置されるとともに前記導電部材が貫通している絶縁部材と、前記絶縁部材の外周部と前記座繰り孔の内周部との間を封止する第１のＯリングと、前記絶縁部材の内周部と前記導電部材の外周部との間を封止する第２のＯリングとを備えたものとしてもよい。こうすれば、外気が導電部材と絶縁管との隙間に侵入するのを絶縁部材，第１のＯリング，第２のＯリングが防止し、さらに導電部材と絶縁管との隙間から大気が真空中に侵入するのを第１樹脂シール層及び第２樹脂シール層によって封止するため、絶縁部材，第１のＯリング，第２のＯリングがない場合と比べてよりリークを防止できる。 In the wafer mounting apparatus of the present invention, the large-diameter disk portion communicates with the counterbore hole provided in the surface opposite to the first step surface of the large-diameter disk portion, the large-diameter disk portion, A through hole penetrating the second resin seal layer, the ring-shaped member and the first resin seal layer; and an embedded surface embedded in the ring heater and electrically connected to the resistance heating element; A conductive terminal, an insulating tube inserted into the through-hole and having the same length as the through-hole, and inserted into the insulating tube and the countersink hole and electrically connected to the conductive terminal. A conductive member serving as a power supply path to the resistance heating element; an insulating member disposed in the countersink hole and penetrating through the conductive member; an outer periphery of the insulating member; A first O-ring that seals between the periphery and Wherein between an outer peripheral portion of the inner peripheral portion of the insulating member and the conductive member may be that a second O-ring for sealing the. In this way, the insulating member, the first O-ring, and the second O-ring prevent outside air from entering the gap between the conductive member and the insulating tube, and the atmosphere is evacuated from the gap between the conductive member and the insulating tube. Since the intrusion into the inside is sealed by the first resin seal layer and the second resin seal layer, it is possible to prevent leakage as compared with the case where there is no insulating member, first O-ring, and second O-ring.
本考案のウエハー載置装置において、前記リングヒーターは、モリブデン製の前記抵抗加熱素子を埋設し窒化アルミニウムを主成分とするか、又は、炭化タングステン粉体とアルミナ粉体との混合焼結体からなる前記抵抗加熱素子を埋設しアルミナを主成分とするものとしてもよい。窒化アルミニウム又はアルミナは熱伝導率が高いので好ましい。特に窒化アルミニウムは熱伝導率が高く温度分布が良好となるのでより好ましい。また、モリブデンは窒化アルミニウムと熱膨張係数が近く、炭化タングステン粉体とアルミナ粉体との混合焼結体はアルミナと熱膨張係数が近いため、いずれもリングヒーターの加熱冷却のサイクルにおいてクラックが生じにくい。 In the wafer mounting apparatus according to the present invention, the ring heater is composed of the resistance heating element made of molybdenum and mainly composed of aluminum nitride, or a mixed sintered body of tungsten carbide powder and alumina powder. The resistance heating element may be embedded to have alumina as a main component. Aluminum nitride or alumina is preferable because of its high thermal conductivity. In particular, aluminum nitride is more preferable because of its high thermal conductivity and good temperature distribution. In addition, molybdenum has a thermal expansion coefficient close to that of aluminum nitride, and a mixed sintered body of tungsten carbide powder and alumina powder has a thermal expansion coefficient close to that of alumina. Hateful.
本考案のウエハー載置装置において、前記リングヒーターは、モリブデン製の前記抵抗加熱素子及び前記導電端子を埋設し窒化アルミニウムを主成分とするか、又は、炭化タングステン粉体とアルミナ粉体との混合焼結体からなる前記抵抗加熱素子及び炭化タンタル粉体とアルミナ粉体との混合焼結体からなる前記導電端子を埋設しアルミナを主成分とするものとしてもよい。窒化アルミニウム又はアルミナは熱伝導率が高いので好ましい。特に窒化アルミニウムは熱伝導率が高く温度分布が良好となるのでより好ましい。また、モリブデンは窒化アルミニウムと熱膨張係数が近く、炭化タングステン粉体とアルミナ粉体との混合焼結体や炭化タンタル粉体とアルミナ粉体との混合焼結体はアルミナと熱膨張係数が近いため、いずれもリングヒーターの加熱冷却のサイクルにおいてクラックが生じにくい。 In the wafer mounting apparatus of the present invention, the ring heater is composed of the resistance heating element made of molybdenum and the conductive terminal and mainly composed of aluminum nitride, or a mixture of tungsten carbide powder and alumina powder. The resistance heating element made of a sintered body and the conductive terminal made of a mixed sintered body of a tantalum carbide powder and an alumina powder may be embedded to have alumina as a main component. Aluminum nitride or alumina is preferable because of its high thermal conductivity. In particular, aluminum nitride is more preferable because of its high thermal conductivity and good temperature distribution. Molybdenum has a thermal expansion coefficient close to that of aluminum nitride, and a mixed sintered body of tungsten carbide powder and alumina powder or a mixed sintered body of tantalum carbide powder and alumina powder has a thermal expansion coefficient close to that of alumina. For this reason, cracks hardly occur in the heating / cooling cycle of the ring heater.
次に、本考案を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本実施形態のウエハー載置装置２０を含むプラズマ処理装置１０の構成の概略を示す断面図、図２は、ウエハー載置装置２０の部分断面図である。
Next, the form for implementing this invention is demonstrated using drawing. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a
プラズマ処理装置１０は、図１に示すように、内圧を調整可能な金属製（例えばアルミニウム合金製）の真空チャンバー１２の内部に、ウエハ載置装置２０とプラズマを発生させるときに用いる上部電極６０とが設置されている。上部電極６０には、反応ガスをウエハ面に供給するための多数の***６０ａが開いている。
As shown in FIG. 1, the
真空チャンバー１２は、反応ガス導入路１４から反応ガスを上部電極６０に導入可能であると共に、排気通路１６に接続された真空ポンプによって真空チャンバー１２の内圧を所定の真空度まで減圧可能である。
The
ウエハ載置装置２０は、プラズマ処理を施すシリコン製のウエハーＷを吸着可能な静電チャック２２と、静電チャック２２の裏面に配置された静電チャック冷却用の冷却板３０と、この冷却板３０に載置された外周リング部４０と、を備えている。
The
静電チャック２２は、外径がウエハーＷの外径よりも小さいセラミックス製のプレートであり、静電電極２４と抵抗加熱素子２６とを内蔵している。静電電極２４は、図示しない外部電源により直流電圧を印加可能な平面状の電極である。この静電電極２４に直流電圧が印加されるとウエハーＷはクーロン力又はジョンソン・ラーベック力によりウエハー載置面２３に吸着固定され、直流電圧の印加を解除するとウエハーＷのウエハー載置面２３への吸着固定が解除される。抵抗加熱素子２６は、静電チャック２２の全面にわたって配線されるように例えば一筆書きの要領でパターン形成され、電圧を印加すると発熱してウエハーＷを加熱する。抵抗加熱素子２６には、冷却板３０の裏面から抵抗加熱素子２６の一端及び他端にそれぞれ到達する棒状端子（図示せず）によって電圧を印加可能である。なお、静電チャック２２のうち静電電極２４より上側の部分を誘電体層２２ａと称し、静電電極２４を含む下側且つ抵抗加熱素子２６より上側の部分を中間層２２ｂと称し、抵抗加熱素子２６を含む下側の部分を基体２２ｃと称するものとする（図２参照）。また、この静電チャック２２をアルミナで形成した場合には、体積抵抗率が高いためクーロン型の静電チャックとして機能し、窒化アルミニウムで形成した場合には、アルミナよりも体積抵抗率が低いためジョンソン・ラーベック型の静電チャックとして機能する。
The
冷却板３０は、アルミニウム製の部材であり、図１及び図２に示すように、表面がシリコーン樹脂からなる絶縁樹脂層２８を介して静電チャック２２の裏面と接着されている小径円盤部３１と、小径円盤部３１より外径が大きく小径円盤部３１と中心軸が同じである中径円盤部３２と、中径円盤部３２より外径が大きく中径円盤部と中心軸が同じである大径円盤部３３と、が静電チャック２２側からこの順に連なった形状に形成されている。この冷却板３０は、大径円盤部３３の中径円盤部３２側の平面としての第１段差面３０ａと、中径円盤部３２の小径円盤部３１側の平面としての第２段差面３０ｂと、を有している。また、小径円盤部３１の外径は静電チャック２２の外径と同じ大きさである。さらに、冷却板３０は、図示しない外部冷却装置で冷却された冷媒（例えば水）が循環する冷媒通路３６を有し、この冷媒通路３６を循環する冷媒の温度や流量を調節することにより静電チャック２２を介してウエハーＷの温度を制御可能となっている。さらにまた、冷却板３０は、真空チャンバー１２の底面に図示しないボルトにより固定されている。これにより、ウエハー載置装置２０の全体が真空チャンバー１２内に固定されている。なお、小径円盤部３１の外径と中径円盤部３２の外径差は、本実施形態では１ｍｍとしたが、リングヒーター４２の内周部と小径円盤部３１の外周部との間に隙間Ａが存在すればよく、例えば外径差は０．１ｍｍなど１ｍｍより小さくてもよいし、１ｍｍより大きくてもよい。
The cooling
外周リング部４０は、第１段差面３０ａにシリコーン樹脂製の第１樹脂シール層４０ａを介して一方の面が接着されたアルミニウム製のリング状部材４１と、リング状部材４１の他方の面にシリコーン樹脂製の第２樹脂シール層４０ｂを介して一方の面が接着されると共にモリブデン製の抵抗加熱素子４６を内蔵した窒化アルミニウム製のリングヒーター４２とを有している。なお、リングヒーター４２の他方の面には保護リング４３が載置されている。ここで、第１樹脂シール層４０ａ及び第２樹脂シール層４０ｂはシリコーン樹脂製で熱伝導率は０．２〜２Ｗ／ｍＫ程度であり、アルミニウム製の冷却板３０，リング状部材４１や窒化アルミニウム製のリングヒーター４２と比べて熱伝導率は低くなっている（アルミニウムの熱伝導率は１７０〜２２０Ｗ／ｍＫ程度、窒化アルミニウムの熱伝導率は７０〜１３０Ｗ／ｍＫ程度）。
The outer
リング状部材４１は、内径が中径円盤部３２の外径と同じ大きさであり、外径が大径円盤部３３の外径と同じ大きさになっている。
The ring-shaped
リングヒーター４２は、内径及び外径がリング状部材４１と同じ大きさである。このため、リングヒーター４２の内周部と小径円盤部３１の外周部との間には隙間Ａが存在している。また、第１樹脂シール層４０ａ，リング状部材４１，第２樹脂シール層４０ｂを積層した厚さは、中径円盤部３２の中心軸方向の厚さ以上となっており、リングヒーター４２と中径円盤部３２とは離間している。すなわちリングヒーター４２は冷却板３０と離間している。抵抗加熱素子４６は、リングヒーター４２の全面にわたって配線されるように例えば一筆書きの要領でパターン形成され、電圧を印加すると発熱してリングヒーター４２を加熱し、これによりウエハーＷの外周部の温度を調整するものである。抵抗加熱素子４６には、抵抗加熱素子４６の一端及び他端に接続された導電端子５１及びそれに接続された導電部材５５を介して、図示しない真空チャンバー１２の外部に配置された外部電源から電圧を印加可能である。なお、図２は、抵抗加熱素子４６の一端の導電端子５１及び導電部材５５を含む断面を示しており、図示はしないが他端についても同様である。図２に示すように、大径円盤部３３の裏面には座繰り孔５２が設けられており、座繰り孔５２に連通するとともに大径円盤部３３，第１樹脂シール層４０ａ，リング状部材４１，第２樹脂シール層４０ｂを貫通する貫通孔５３が設けられている。そして、貫通孔５３内には、貫通孔５３と同じ長さをもつ絶縁管５４が挿入されており、導電部材５５はこの絶縁管５４内及び座繰り孔５２内に挿入されている。また、導電部材５５は、先端に雄ネジが切られている。一方、導電端子５１は、リングヒーター４２に埋設され表面が第２樹脂シール層４０ｂとの接着面側に露出しているモリブデン製の埋設端子５１ａと、埋設端子５１ａに例えば金によりロウ付けされ導電部材５５の先端と螺合するように雌ネジが切られているモリブデン製の接続端子５１ｂと、を有している。接続端子５１ｂは、外径が絶縁管５４の内径以下であり、絶縁管５４内に突出して導電部材５５の先端に形成された雄ネジと螺合するようになっている。また、座繰り孔５２内には、外径が座繰り孔５２の内径以下であり内径が導電部材５５の外径以上であるリング状の絶縁部材５６が配置されており、導電部材５５はこの絶縁部材５６を貫通している。そして、絶縁部材５６には内周部及び外周部に溝を有しており、内周部の溝及び外周部の溝にはそれぞれ第１Ｏリング５７，第２Ｏリング５８が配置されている。この第１Ｏリング５７，第２Ｏリング５８はゴムなどの弾性をもつ絶縁体であり、第１Ｏリング５７が絶縁部材５６の外周部と座繰り孔５２の内周部との間を封止し、第２Ｏリング５８が絶縁部材５６の内周部と導電部材５５の外周部との間を封止している。
The
保護リング４３は、外径がリングヒーター４２の外径と同じ大きさである。また、保護リング４３は、内径が静電チャック２２の外径よりもわずかに大きく形成されているとともに、静電チャック２２に載置されたウエハーＷと接触しないように上面の内周側に切欠溝４３ａが形成されている。さらに、第１樹脂シール層４０ａ，リング状部材４１，第２樹脂シール層４０ｂ，リングヒーター４２を積層した厚さは、小径円盤部３１，中径円盤部３２の中心軸方向の合計厚さ以上となっており、保護リング４３は冷却板３０と離間している。この保護リング４３は、ウエハーＷのプラズマ処理時にリングヒーター４２及び冷却板３０をプラズマから保護するためのものであり、必要に応じて交換が可能である。保護リング４３の材質としては、石英、アルミナ、金属シリコン等が使用できる。
The
上部電極６０は、静電チャック２２のウエハー載置面２３の上方に離間して配置されている。この上部電極６０と静電チャック２２の静電電極２４との間には、図示しない高周波電源が接続され、反応ガスをプラズマ化する際にこの高周波電源より高周波電力が供給されるようになっている。
The
次に、こうして構成されたプラズマ処理装置１０の使用例について説明する。まず、冷媒通路３６に図示しない外部冷却装置で所定温度（例えば２５℃）に冷却された冷媒を循環させる。続いて、ウエハーＷを静電チャック２２のウエハー載置面２３に載置する。そして、真空チャンバー１２内を真空ポンプにより減圧して所定の真空度になるように調整し、静電チャック２２の静電電極２４に直流電圧をかけてクーロン力又はジョンソン・ラベック力を発生させ、ウエハーＷを静電チャック２２のウエハー載置面２３に吸着固定する。次に、真空チャンバー１２内を所定圧力（例えば数１０〜数１００Ｐａ）の反応ガス雰囲気とし、この状態で、真空チャンバー１２内の上部電極６０と静電チャック２２の静電電極２４との間に高周波電圧を印加し、プラズマを発生させる。なお、静電電極２４には静電気力を発生させるための直流電圧と高周波電圧の両方が印加されるものとしたが、高周波電圧は静電電極２４の代わりに冷却板３０に印加されるものとしてもよい。そして、発生したプラズマによってウエハーＷの表面がエッチングされる。このとき、抵抗加熱素子２６に電圧を印加して加熱したり、冷却板３０の冷媒通路３６に冷媒を循環したり、抵抗加熱素子４６に導電部材５５及び導電端子５１を介して電圧を印加して加熱したりすることにより、ウエハーＷの温度を一定に制御する。
Next, a usage example of the
以上詳述した本実施形態のウエハー載置装置２０によれば、リングヒーター４２が冷却板３０と離間しているため、冷却板３０とリングヒーター４２との間の熱伝導が防止される。そして、リングヒーター４２と冷却板３０とが接触していると、リングヒーター４２や冷却板３０の膨張・収縮により、リングヒーター４２と冷却板３０との一部が接触し一部が離間することでリングヒーター４２と冷却板３０との間の熱伝導が不均一になる場合があるが、リングヒーター４２と冷却板３０とが離間しているためこのような不均一な熱伝導も防止できる。また、リングヒーター４２と冷却板３０との間に冷却板３０側から第１樹脂シール層４０ａ，リング状部材４１，第２樹脂シール層４０ｂがこの順で積層されるとともに、第１樹脂シール層４０ａ及び第２樹脂シール層４０ｂの熱伝導率が冷却板３０，リング状部材４１及びリングヒーター４２と比べて低くなっている。このため、リングヒーター４２とリング状部材４１との間の熱伝導よりもリングヒータ４２内での熱伝導及びリング状部材４１内での熱伝導の方が起こりやすく、冷却板３０とリング状部材４１との間の熱伝導よりもリング状部材４１内での熱伝導の方が起こりやすくなる。これにより、リングヒーター４２及びリング状部材４１の温度分布がより均一化される。また、リングヒーター４２と冷却板３０との間に温度分布の良いリング状部材４１があることで冷却板３０の温度分布がリングヒーター４２に転写されにくくなり、リングヒーター４２の温度分布がさらに均一化される。以上により、リングヒーター４２の温度が安定化すなわちウエハーＷ外周部の温度が安定化して、ウエハーＷの均熱性が高まる。さらに、リングヒーター４２と冷却板３０との間にリング状部材４１が配置されていることによりリング状部材４１がリングヒーター４２と冷却板３０との中間的な温度となる。これによりリング状部材４１が熱応力のバッファーとして作用するため、リングヒーター４２と冷却板３０とが直接樹脂シール層を介して接着されている場合と比べて、繰り返し熱応力による第１樹脂シール層４０ａ及び第２樹脂シール層４０ｂの剥離が起こりにくい。これにより第１，第２樹脂シール層４０ａ，４０ｂの一部が剥離することに起因するリングヒーター４２や冷却板３０の長期的な温度分布の劣化を防止できる。さらに、リングヒーター４２が冷却板３０と離間しているため加熱や冷却によるリングヒーター４２の径方向への膨張や収縮が妨げられず、リングヒーター４２の径方向に冷却板３０が接触している場合と比べてリングヒーター４２が破損しにくい。
According to the
また、リング状部材４１は、内径が中径円盤部３２の外径と同じであり、リングヒーター４２は、内径及び外径がリング状部材４１と同じであり、リング状部材４１と第１樹脂シール層４０ａと第２樹脂シール層４０ｂとを積層した厚さは中径円盤部３２の厚さ以上である。これにより、ウエハー載置装置２０の製造時において、リング状部材４１とリングヒーター４２とを接着したうえでそれらをリング状部材４１の内周部が中径円盤部３２の外周部と接するように冷却板３０に接着することで、確実にリングヒーター４２と小径円盤部３１の外周部との間に均一な隙間Ａを生じさせることができる。また、第１樹脂シール層４０ａとリング状部材４１と第２樹脂シール層４０ｂとを積層した厚さは中径円盤部３２の厚さ以上であるため、リングヒーター４２が中径円盤部３２と接触することもない。これにより、リングヒーター４２と冷却部３０とが離間している本実施形態のウエハー載置装置２０を容易に製造することができる。
Further, the ring-shaped
また、リングヒーター４２は窒化アルミニウム製であり、リング状部材４１はアルミニウム製であり、前記第１樹脂シール層及び前記第２樹脂シール層はシリコーン樹脂で形成されている。シリコーン樹脂は窒化アルミニウムやアルミニウムと比べて熱伝導率が非常に低いため、リングヒーター３２及び冷却板３０の上述した温度分布の均一化にとって好ましい。
The
さらに、リングヒーター４２上に保護リング４３が配置されているため、ウエハーＷのプラズマ処理時にリングヒーター４２をプラズマから保護できる。そして、保護リング４３は冷却板３０と離間しているため冷却板３０と保護リング４３との間の熱伝導が防止でき、リングヒーター４２の温度分布は均一化されているため保護リング４３の温度分布も均一化される。これにより保護リング４３を備えていてもウエハーＷ外周部の温度を均一にできる。
Furthermore, since the
さらにまた、真空チャンバー１２の外部から大気が導電部材５５と絶縁管５４との隙間などの貫通孔５３内に侵入するのを絶縁部材５６，第１Ｏリング５７，第２Ｏリング５８が防止し、さらに貫通孔５３内の隙間に侵入した大気が真空チャンバー１２内の真空中に侵入するのを第１樹脂シール層４０ａ及び第２樹脂シール層４０ｂによって封止するため、絶縁部材５６，第１Ｏリング５７，第２Ｏリング５８がない場合と比べてより真空漏れ（リーク）を防止できる。
Furthermore, the insulating
そしてまた、リングヒーター４２は、窒化アルミニウム製であるとともにモリブデン製の抵抗加熱素子４６及び導電端子５１を埋設している。窒化アルミニウムはプラズマ耐性に優れており、熱伝導率が高いので上述した温度分布の均一化にとっても好ましい。また、モリブデンは窒化アルミニウムと熱膨張係数が近いため、リングヒーター４２の加熱冷却のサイクルにおいてクラックが生じにくい。
The
なお、本考案は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本考案の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した実施形態では、冷却板３０は小径円盤部３１，中径円盤部３２，大径円盤部３３を備えるものとしたが、例えば、図３のウエハー載置装置１２０における冷却板１３０のように、中径円盤部を備えず小径円盤部１３１と大径円盤部１３３のみで形成された形状としてもよい。このようにしても、リングヒーター４２の内周部と小径円盤部１３１の外周部との間には隙間Ｂが存在し、リングヒーター４２と冷却板１３０とを離間させることができる。
For example, in the above-described embodiment, the cooling
上述した実施形態では、保護リング４３は内径が静電チャック２２の外径よりわずかに大きく形成されているものとしたが、内径が静電チャック２２の外径と同じであり静電チャック２２と接しているものとしてもよいし、内径がリングヒーター４２の内径と同じとしてもよい。ただし、保護リング４３と静電チャック２２との熱伝導を防止するためには、保護リング４３が静電チャック２２と離間していることが好ましい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、導電端子５１は埋設端子５１ａと接続端子５１ｂとを有しているものとしたが、導電端子５１は埋設端子５１ａと接続端子５１ｂとが一体となった１つの部材であるものとしてもよい。また、接続端子５１ｂが貫通孔５４内に突出しておらず、導電部材５５がリングヒーター４２内に挿入されて接続端子５１ｂと接続されるものとしてもよい。
In the embodiment described above, the
上述した実施形態では、リングヒーター４２は窒化アルミニウム製とし、抵抗加熱素子４６及び導電端子５１はモリブデン製であるものとしたが、リングヒーターは他のセラミックス製であってもよく、抵抗加熱素子及び導電端子は他の導電性の部材であってもよい。例えば、リングヒーターはアルミナを主成分とし、抵抗加熱素子は炭化タングステン粉体とアルミナ粉体との混合焼結体からなるものとし、導電端子は炭化タンタル粉体とアルミナ粉体との混合焼結体からなるものとしてもよい。アルミナは熱伝導率が高いので上述した温度分布の均一化にとって好ましく、炭化タングステン粉体とアルミナ粉体との混合焼結体や炭化タンタル粉体とアルミナ粉体との混合焼結体はアルミナと熱膨張係数が近いため、リングヒーターの加熱冷却のサイクルにおいてクラックが生じにくいため好ましい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、冷却板３０及びリング状部材はアルミニウム製としたが、アルミニウム合金など他の熱伝導率の高い金属であってもよい。ただし、重金属を含む材質はメタルコンタミネーションの問題があるため好ましくない。また、冷却板とリング状部材とが異なる金属であってもよい。さらに、第１樹脂シール層４０ａ及び第２樹脂シール層４０ｂはシリコーン樹脂で形成されているものとしたが、冷却板，リング状部材及びリングヒーターと比べて熱伝導率が低い材料で形成されていればよく、例えば他の樹脂であってもよい。さらにまた、第１樹脂シール層４０ａと第２樹脂シール層４０ｂとが異なる材料であってもよい。例えば、第２樹脂シール層は第１樹脂シール層よりも熱伝導率が低い材料であってもよい。この場合、リングヒーターとリング状部材との間の熱伝導よりもリングヒータ内での熱伝導がさらに起こりやすくなり、リングヒーターの温度分布がより均一化される。
In the above-described embodiment, the cooling
［実施例１］
実施例１として、図１及び図２に示した実施形態のウエハー載置装置２０に相当する一具体例を以下の手順により作成した。なお、図２に示したウエハー載置装置２０のうち、保護リング４３については従来ある金属シリコン製のものを用いた。
[Example 1]
As Example 1, a specific example corresponding to the
はじめに、誘電体層２２ａを形成した。具体的には、セラミックス原料粉末として、平均粒径が１μｍで、純度９９．５％のアルミナ粉末に、酸化マグネシウム０．０４重量％となるように平均粒径が１μｍの酸化マグネシウムを混ぜた混合粉末を準備した。セラミック原料粉末にバインダーであるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、水及び分散材を添加し、トロンメルを用いて１６時間混合し、スラリーを得た。噴霧造粒法により造粒顆粒を作製した。具体的には、得られたスラリーをスプレードライヤーにより噴霧乾燥し、平均粒径８０μｍの造粒顆粒を作製した。得られた造粒顆粒をゴム型に入れて冷間等方圧加圧（ＣＩＰ）の設備で１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力により加圧成形し、誘電体層２２ａとなる成形体を得た。誘電体層２２ａとなる成形体を大気焼成炉で焼成し、焼結体を得た。具体的には、アルミナサヤに入れて、５００℃まで１０℃／時間の昇温速度で温度を上昇させ、５００℃で５時間保持した。５００℃で保持し、成形体に含まれるバインダーを除去後、１００℃から１６５０℃まで３０℃／時間の昇温速度で温度を上昇させ、１６５０℃で４時間焼成し、焼結体を得た。この焼結体を研削加工し、直径３１０ｍｍ、厚さ６ｍｍの円盤を作製し、誘電体層２２ａとした。表面は、研削加工により、表面粗さ（Ｒａ）を０．８μｍ以下にした。
First, the
次に、静電電極２４を形成した。具体的には、平均粒径０．３μmのタングステンカーバイド（ＷＣ）粉末に、テルピネオールと、平均粒径０．５μmのアルミナ４０％を混合して印刷ペーストを作製した。誘電体層２２ａの片面にスクリーン印刷法により、直径２９０ｍｍ、厚さ１０μｍの静電電極２４を形成し、乾燥させた。
Next, the
次に、中間層２２ｂを形成した。具体的には、静電電極２４を形成した誘電体層２２ａを金型にセットした。そして、静電電極２４上に、別途準備した平均粒径１μｍ、純度９９．５％のアルミナ粉末の造粒顆粒を充填して２０ＭＰａで加圧し、プレス成形を行った。一体に成形された誘電体層２２ａ、静電電極２４、中間層２２ｂとなる成形体をカーボン製のサヤにセットし、窒素ガス雰囲気でホットプレス法により焼成した。具体的には、１５０ｋＰａの窒素ガス雰囲気で、１０ＭＰａで一軸加圧しながら、最高温度１６００℃まで３００℃／時間の昇温速度で温度を上昇させ、この最高温度１６００℃で２時間保持して、中間層２２ｂと、静電電極２４と、誘電体層２２ａとからなる第１中間体を作製した。
Next, the
第１中間体のうちウエハーＷを支持する面とその反対側の面とをダイアモンド砥石にて平面研削加工と円筒研削加工とを行い、直径３１０ｍｍの静電チャック２２の中途材を形成した。ウエハーＷを支持する面の反対側の面に静電電極２４と同じ印刷ペーストを用いて、抵抗加熱素子回路２６をスクリーン印刷法で印刷形成し、乾燥させた。さらにこの抵抗加熱素子２６上に別途準備した平均粒径１μｍ、純度９９．５％のアルミナ粉末の造粒顆粒を充填して２０ＭＰａで加圧し、プレス成形を行い、中途材と抵抗加熱素子２６を埋設した基体２２ｃとなる成形体とからなる一体成形体を作成した。一体成形体をカーボン製のサヤにセットし、窒素ガス雰囲気でホットプレス法により焼成した。具体的には、１５０ｋＰａの窒素ガス雰囲気で、１０ＭＰａで一軸加圧しながら、最高温度１６００℃まで３００℃／時間の昇温速度で温度を上昇させ、この最高温度１６００℃で２時間保持して、静電電極２４と、抵抗加熱素子２６を埋設した第２中間体を作製した。この第２中間体にダイアモンド砥石にて平面研削加工と円筒研削加工を行い、静電電極２４と抵抗加熱素子２６とを共に備えた静電チャック２２を作製した。静電チャック２２の直径は２９９ｍｍであり、誘電体層２２ａの厚みは０．５ｍｍ、中間層２２ｃ及び基体２２ｂの厚みは併せて１．５ｍｍ、静電チャック２２の全体の厚みは２．０ｍｍとなった。次に、ダイヤモンドドリルで静電電極２４および抵抗加熱素子２６に到達する座繰り孔（図示せず）をウエハーＷを支持する面の反対側の面から穿設した。インジウムロウ箔とともにチタン製の接続端子を各座繰り孔に挿入し、真空中２００℃で加熱して接続端子を静電電極２４、抵抗加熱素子２６に取り付けた。
Of the first intermediate, the surface supporting the wafer W and the opposite surface were subjected to surface grinding and cylindrical grinding with a diamond grindstone to form an intermediate material of the
続いて、アルミニウム製で内部に冷媒通路３６を備え、小径円盤部３１の外径が２９９ｍｍで軸方向厚さが６ｍｍ，中径円盤部３２の外径が３００ｍｍで軸方向厚さが３ｍｍ，大径円盤部３３の外径が３４４ｍｍで軸方向厚さが２６ｍｍとなる部材を用意し、これを冷却板３０とした。この冷却板３０には、内部の冷媒通路３６に通じる図示しない冷媒の供給口及び排出口や、上述した静電チャック２２の座繰り孔に連なる図示しない貫通孔を形成した。ここで、冷却板３０の大径円盤部３３には、図２の座繰り孔５２及び貫通孔５３が２箇所に設けられており、座繰り孔５２は径が１６ｍｍで軸方向深さが８ｍｍ，貫通孔５３は径が７ｍｍとした。そして、厚さ０．１２ｍｍ，熱伝導率０．２５Ｗ／ｍＫのシリコーン樹脂シートを絶縁樹脂層２８として、静電チャック２２と冷却板３０の小径円盤部３１とを接着した。
Subsequently, it is made of aluminum and has a
次に、外周リング部４０のリングヒーター４２を作製した。まず、焼結助剤としての酸化イットリウム粉末と窒化アルミニウム粉末とを重量比５：９５でスラリー混合スプレードライして造粒粉を製作し、金型に入れて一軸加圧成形してリング状の成形体としたのち、その成形体の上に抵抗加熱素子４６を置いた。抵抗加熱素子４６は、モリブデン製のメッシュ（直径０．３ｍｍのモリブデン製の細線を金網状に編み込んだシート）をリングヒーター４２の全面にわたって配線されるように一筆書きの要領で形成されたパターンにレーザー加工で切り出して作成した。次に、抵抗加熱素子４６の一端及び他端にモリブデン製の直径３ｍｍ，厚さ１．５ｍｍの円盤を埋設端子５１ａとして糊で接着した。そして、抵抗加熱素子の上から金型内に先の造粒粉をさらに充填し、再度一軸加圧成形して抵抗加熱素子４６を埋設したリング成形体を得た。これをリングヒーター４２と同形状の黒鉛ダイにはめ込み、押圧ダイと一緒に一軸ホットプレス装置に設置し、１．０２気圧の窒素ガス雰囲気で１８５０℃で３時間焼成して焼結体を得た。この焼結体を研削加工して、内径３００ｍｍ，外径３４４ｍｍ，厚さ３ｍｍのリングヒーター４２を形成した。なお、研削によって埋設された埋設端子５１ａの一底面を表面に露出させた。そして、直径３ｍｍ，高さ２．５ｍｍでＭ２の雌ネジ穴を一端に開けたモリブデン製の接続端子５１ｂを埋設端子５１ａに金ロウで接続した。金ロウでの接続は金箔を埋設端子５１ａと接続端子５１ｂとの間に挟んで、真空中で１０５０℃に加熱することで行った。
Next, the
続いて、外周リング部４０のリング状部材４１を形成した。リング状部材４１は、アルミニウム製で内径３００ｍｍ，外径３４４ｍｍ，厚さ２．８ｍｍのリング体を加工して得た。リング状部材４１のうち、導電部材５５を挿入する２箇所には直径７ｍｍの貫通孔を開けた。
Then, the ring-shaped
続いて、外周リング部４０の作成及び冷却板３０への組付けを行った。まず、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍＫであり、室温（２５℃）における粘度４０Ｐａ・ｓｅｃのシリコーン樹脂接着剤を第２樹脂シール層４０ｂとしてリング状部材４１とリングヒーター４２とを接着し、１２０℃で１時間硬化させて外周リング部４０とした。なお、第２樹脂シール層４０ｂの厚さは０．１ｍｍであり、リング状部材４１とリングヒーター４２との同心度は０．０２ｍｍであった。次に、得られた外周リング部４０のリング状部材４１側の平面上に、内径３００ｍｍ，外径３４４ｍｍ，厚さ０．１２ｍｍのシリコーン樹脂シートを第１樹脂シール層４０ａとして一方の面を貼り付け、第１樹脂シール層４０ａの他方の面が冷却板３０の第１段差面３０ａに接合するように、外周リング部４０を大径円盤部３３に嵌合して大径円盤部３３に均等に押圧して接着させた。なお、外周リング部４０の内径と中径円盤部３２の外径とが一致しているため、外周リング部４０を位置がずれることなく確実に嵌合することができた。また、第１樹脂シール層４０ａであるシリコーン樹脂シートには、予め導電部材５５を挿入する２箇所に直径７ｍｍの貫通孔が開けられている。従って、組み付け後の冷却板３０，第１樹脂シール層４０ａ，リング状部材４１，第２樹脂シール層４０ｂには２箇所に貫通孔５３が形成されており、リングヒーター４２の埋設端子５１ａにロウ付けされた接続端子５１ｂは貫通孔５３内に突出した状態になっている。
Subsequently, the outer
続いて、貫通孔５３と同じ長さの絶縁管５４を外周部にシリコーン接着剤を塗布して貫通孔５３内に挿入し、第１Ｏリング５７，第２Ｏリング５８をはめ込んだ絶縁部材５６を冷却板３０の座繰り孔５２に挿入し、ニッケル製の直径３ｍｍで先端にＭ２の雄ネジを加工してつけた導電部材５５を絶縁部材５６及び絶縁管５４の内部に挿入して、先端の雄ネジを接続端子５１ｂの雌ネジにねじ込んで導通させた。また、上述した静電チャック２２の接続端子に連なる冷却板３０の貫通孔内及び静電チャック２２の座繰り孔内にも絶縁管及び導電部材を挿入して、静電電極２４及び抵抗加熱素子２６の接続端子と導電部材とを導通させた。以上により、ウエハー載置装置２０の試験体を完成した。
Subsequently, an insulating
［比較例１］
比較例１では、図４に示すように、冷却板２３０が中径円盤部を備えず外径が３００ｍｍで軸方向厚さが６ｍｍの小径円盤部２３１と外径が３４４ｍｍで軸方向厚さが２９ｍｍの大径円盤部２３３とを連ねた形状である点、リング状部材４１及び第２樹脂シール層４０ｂがなくリングヒーター４２と第１段差面３０ａとが第１樹脂シール層４０ａを介して直接接着されている点、リングヒーター４２の内径が小径円盤部３１の外径と同じ大きさであり隙間Ａが形成されない点、座繰り孔５２，絶縁部材５６，第１Ｏリング５７，第２Ｏリング５８がなく貫通孔２５３，絶縁管２５４が冷却板２３０の裏面まで到達している点、が異なるが、それ以外は実施例１と同様にしてウエハー載置装置２２０の試験体を作成した。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, as shown in FIG. 4, the
［評価試験１］
実施例１及び比較例１の試験体を真空チャンバー１２内に図１のように設置した。なお、保護リング４３，２４３は載置しない状態で設置した。そして、真空ポンプにより真空チャンバー１２内を８０Ｐａにし、冷却板３０，２３０の冷却通路３６には２５℃一定の水を毎分３０リットルの流量で流した。また、静電電極２４には電圧を印加せず、プラズマは発生させないものとした。この状態で、静電チャック２２内の抵抗加熱素子２６への投入電力を１．２ｋＷ一定とするとともに、リングヒーター４２内の抵抗加熱素子４６への投入電力を０．５ｋＷ，１．０ｋＷ，１．５ｋＷ，２．０ｋＷの４段階に変化させ、静電チャック２２のウエハー載置面２３の外周部の温度分布及びリングヒーター４２の表面の温度分布の変化を測定した。なお、真空チャンバー１２の上部には内部を観察するための図示しない覗き窓があり、ここを通して真空チャンバー１２外に設置された赤外線放射温度計（ＩＲカメラ）により温度分布の測定を行った。温度分布は、温度の最小値，最大値，及びその差△Ｔとして数値化した。結果を表１に示す。
[Evaluation Test 1]
The specimens of Example 1 and Comparative Example 1 were placed in the
表１から明らかなように、リングヒーター４２の表面における△Ｔは、比較例１ではリ
ングヒーター４２への投入電力が大きいほど大きくなっているのに対し、実施例１ではリングヒーター４２への投入電力にかかわらず一定値となっており、△Ｔの絶対値も比較例
１より小さい。これは、実施例１ではリングヒーター４２と冷却板３０とが離間しているとともに、リングヒーター４２と冷却板３０との間に冷却板側３０から第１樹脂シール層４０ａ，リング状部材４１，第２樹脂シール層４０ｂがこの順で積層され、第１樹脂シール層４０ａ及び第２樹脂シール層４０ｂの熱伝導率が冷却板３０，リング状部材４１及びリングヒーター４２と比べて低くなっていることで、リングヒーター４２と冷却板３０との間の熱伝導よりもリングヒータ４２内での熱伝導の方が起こりやすくなっているためと考えられる。このように、実施例１では、リングヒーター４２の表面における均熱性が比較例１と比べて向上する。
As is apparent from Table 1, ΔT on the surface of the
また、表１から明らかなように、静電チャック２２の外周部における△Ｔは、比較例１
ではリングヒーター４２への投入電力が大きいほど大きくなっているのに対し、実施例１ではリングヒーター４２への投入電力にかかわらず一定値となっており、△Ｔの絶対値も
比較例１より小さい。これは、比較例１では隙間Ａがないため、リングヒーター４２の熱膨張によりリングヒーター４２の内周部と冷却板２３０の小径円盤部２３１の外周部とが接触する部分と離間する部分とができ、リングヒーター４２の内周部から小径円盤部２３１の外周部への熱伝導が不均一になることと、比較例１のリングヒーター４２の温度分布自体が実施例１と比べて均一ではないことと、に起因すると考えられる。一方、実施例１では隙間Ａがあるため熱膨張が起きてもリングヒーター４２と小径円盤部３１とが接することがなく、静電チャック２２の外周部における△Ｔに影響を及ぼさないと考えられる。
このように、実施例１は比較例１と比べて静電チャック２２の外周部の均熱性が向上し、これにより、静電チャック２２に載置されるウエハーＷの外周部の均熱性が向上する。
Further, as apparent from Table 1, ΔT at the outer peripheral portion of the
In Example 1, the larger the input power to the
As described above, in Example 1, the thermal uniformity of the outer peripheral portion of the
［評価試験２］
評価試験１と同様の条件において、リングヒーター４２への投入電力を０ｋＷ→２ｋＷ→０ｋＷと１０分間かけて変化させる制御を１サイクルとし、これを２０００サイクル行った。そしてその後、評価試験１と同様の試験を行った。結果を表２に示す。
[Evaluation Test 2]
Under the same conditions as in the evaluation test 1, the control for changing the input power to the
表２から明らかなように、比較例１では評価試験１と比べてリングヒーター４２の表面の△Ｔが５〜１６℃増大している。ここで、評価試験２を行った後の比較例１のリングヒ
ーター４２と冷却板２３０との接合面を超音波により観察したところ、接合面すなわち第１樹脂シール層２４０ａが一部剥離していることがわかった。すなわち、比較例１では、第１樹脂シール層２４０ａが剥離した部分ではリングヒーター４２と冷却板２３０との熱伝導が起こりにくくなり、その部分がホットスポットとなることでこのような△Ｔの増大
が起きていると考えられる。一方、実施例１では、リングヒーター４２と冷却板３０との間にリング状部材４１があり、これが熱応力のバッファーとして作用することにより、第１樹脂シール層４０ａ及び第２樹脂シール層４０ｂの剥離が起きず△Ｔの変化がないもの
と考えられる。このように、実施例１は比較例１と比べて樹脂シール層の繰り返し熱応力による剥離を防ぐことができ、リングヒーター４２の長期的な温度分布の劣化を防止でき、長期間に渡ってリングヒーター４２の均熱性を保つことができる。また、比較例１では第１樹脂シール層２４０ａが剥離して貫通孔２５３の内部と真空チャンバー１２内の真空となっている空間とが導通すると、外部から大気が貫通孔２５３内を経由して侵入し真空漏れを起こす可能性がある。これに対して実施例１では、第１樹脂シール層４０ａ及び第２樹脂シール層４０ｂの剥離が起きにくい上に、剥離が起きたとしても絶縁部材５６，第１Ｏリング５７，第２Ｏリング５８が外気と貫通孔５３内との間を封止しているため真空漏れは起こらない。すなわち、実施例１は比較例１と比べてより真空漏れを防止できる。
As is apparent from Table 2, in Comparative Example 1, ΔT on the surface of the
なお、評価試験１，２で示されたようにリングヒーター４２の表面における均熱性が向上すると、リングヒーター４２の測定温度が目標値になるように抵抗加熱素子４６への入力電力をフィードバック制御するような場合に、測定温度と表面温度との誤差が少なくなり、リングヒーター４２の温度制御の精度が向上する。これにより、ウエハーＷの外周部の温度制御の精度が向上し、ウエハーＷの均熱性を高めることができるという効果も実施例１では得られる。
As shown in the
また、比較例１ではリングヒーター４２の長期的な温度分布の劣化が起こることで、ウエハーＷ面内の温度分布も劣化し、２０００サイクル後の使用におけるウエハーＷ面内のエッチング速度分布が作製直後よりも劣化する問題が生じた。一方、実施例１では２０００サイクル後においてもリングヒーターの温度分布が劣化せず、ウエハーＷにおけるエッチング速度分布は作製直後と２０００サイクル後とで変化しなかった。すなわち、実施例１ではウエハーＷの長期的なエッチング速度分布の劣化を防止することができる。
Further, in Comparative Example 1, the long-term temperature distribution of the
１０ プラズマ処理装置、１２ 真空チャンバー、１４ 反応ガス導入路、１６ 排気通路、２０，１２０，２２０ ウエハー載置装置、２２ 静電チャック、２２ａ 静電体層、２２ｂ 中間層、２２ｃ 基体、２３ ウエハー載置面、２４ 静電電極、２６ 抵抗加熱素子、２８ 絶縁樹脂層、３０，１３０，２３０ 冷却板、３０ａ，１３０ａ，２３０ａ 第１段差面、３０ｂ 第２段差面、３１，１３１，２３１ 小径円盤部、３２ 中径円盤部、３３，１３３，２３３ 大径円盤部、３６ 冷媒通路、４０，２４０ 外周リング部、４０ａ，２４０ａ 第１樹脂シール層、４０ｂ 第２樹脂シール層、４１ リング状部材、４２ リングヒーター、４３，２４３ 保護リング、４３ａ，２４３ａ 切欠溝、４６ 抵抗加熱素子、５１ 導電端子、５１ａ 埋設端子、５１ｂ 接続端子、５２ 座繰り孔、５３，２５３ 貫通孔、５４，２５４ 絶縁管、５５ 導電部材、５６ 絶縁部材、５７ 第１Ｏリング、５８ 第２Ｏリング、６０ 上部電極、６０ａ ***、Ａ，Ｂ 隙間、Ｗ ウエハー。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ウエハーを吸着可能なセラミックス製のプレートと、
該プレートが絶縁樹脂層を介して接着された柱状部と該柱状部より外径が大きく該柱状部と中心軸が同じである大径円盤部とが連なった形状に形成され、前記大径円盤部の前記柱状部側の平面としての第１段差面を有する金属製の冷却板と、
前記第１段差面に第１樹脂シール層を介して一方の面が接着されたリング状部材と、
内部に抵抗加熱素子を有し、前記リング状部材の他方の面に第２樹脂シール層を介して接着されたリングヒーターと、
を備え、
前記第１樹脂シール層及び前記第２樹脂シール層は、前記冷却板，前記リング状部材及び前記リングヒーターと比べて熱伝導率が低い材料で形成されており、
前記リングヒーターは、前記冷却板と離間している、
ウエハー載置装置。 A wafer mounting apparatus for mounting a wafer in a vacuum,
A ceramic plate capable of adsorbing a wafer;
The large-diameter disk is formed by connecting a columnar part to which the plate is bonded via an insulating resin layer and a large-diameter disk part having a larger outer diameter than the columnar part and the same central axis as the columnar part. A metal cooling plate having a first step surface as a plane on the columnar part side of the part;
A ring-shaped member having one surface bonded to the first step surface through a first resin seal layer;
A ring heater having a resistance heating element therein and bonded to the other surface of the ring-shaped member via a second resin seal layer;
With
The first resin seal layer and the second resin seal layer are formed of a material having a lower thermal conductivity than the cooling plate, the ring-shaped member, and the ring heater,
The ring heater is spaced apart from the cooling plate;
Wafer mounting device.
前記リング状部材は、内径が前記中径円盤部の外径と同じであり、
前記リングヒーターは、内径及び外径が前記リング状部材と同じであり、
前記リング状部材と前記第１樹脂シール層と前記第２樹脂シール層とを積層した厚さは前記中径円盤部の厚さ以上である、
請求項１に記載のウエハー載置装置。 The columnar part has a shape in which an intermediate diameter disk part having an outer diameter smaller than that of the large diameter disk part and a small diameter disk part having an outer diameter smaller than the medium diameter disk part and the same central axis as the intermediate diameter disk part. And has a second step surface as a plane on the small-diameter disk part side of the medium-diameter disk part,
The ring-shaped member has an inner diameter that is the same as the outer diameter of the medium-diameter disk portion,
The ring heater has the same inner diameter and outer diameter as the ring-shaped member,
The thickness obtained by laminating the ring-shaped member, the first resin seal layer, and the second resin seal layer is equal to or greater than the thickness of the medium-diameter disk portion.
The wafer mounting apparatus according to claim 1.
前記リング状部材は金属製であり、
前記第１樹脂シール層及び前記第２樹脂シール層は、シリコーン樹脂で形成されている、
請求項１又は２に記載のウエハー載置装置。 The ring heater is made of ceramics,
The ring-shaped member is made of metal,
The first resin seal layer and the second resin seal layer are formed of silicone resin,
The wafer mounting apparatus according to claim 1 or 2.
前記大径円盤部のうち前記第１段差面の反対側の面に設けられた座繰り孔と、
前記座繰り孔に連通し、前記大径円盤部，前記第２樹脂シール層，前記リング状部材及び前記第１樹脂シール層を貫通する貫通孔と、
前記リングヒーターに埋設されると共に前記抵抗加熱素子と電気的に接続され、前記貫通孔内に露出面を持つ導電端子と、
前記貫通孔内に挿入され、該貫通孔と同じ長さをもつ絶縁管と、
前記絶縁管内及び前記座繰り孔内に挿入されて前記導電端子と電気的に接続されることにより前記抵抗加熱素子への電力供給路となる導電部材と、
前記座繰り孔内に配置されるとともに前記導電部材が貫通している絶縁部材と、
前記絶縁部材の外周部と前記座繰り孔の内周部との間を封止する第１のＯリングと、
前記絶縁部材の内周部と前記導電部材の外周部との間を封止する第２のＯリングと、
を備えたウエハー載置装置。 The wafer mounting apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A countersink hole provided in a surface opposite to the first step surface of the large-diameter disk portion;
A through-hole communicating with the counterbore hole, penetrating the large-diameter disk portion, the second resin seal layer, the ring-shaped member, and the first resin seal layer;
A conductive terminal embedded in the ring heater and electrically connected to the resistance heating element, having an exposed surface in the through hole;
An insulating tube inserted into the through hole and having the same length as the through hole;
A conductive member that becomes a power supply path to the resistance heating element by being inserted into the insulating tube and the countersink hole and electrically connected to the conductive terminal;
An insulating member disposed in the counterbore and through which the conductive member passes;
A first O-ring that seals between an outer peripheral portion of the insulating member and an inner peripheral portion of the counterbored hole;
A second O-ring that seals between the inner periphery of the insulating member and the outer periphery of the conductive member;
A wafer mounting apparatus comprising:
請求項１〜３のいずれか１項に記載のウエハー載置装置。 The ring heater is formed by embedding the resistance heating element made of molybdenum and containing aluminum nitride as a main component, or by embedding the resistance heating element made of a mixed sintered body of tungsten carbide powder and alumina powder. The main component,
The wafer mounting apparatus of any one of Claims 1-3.
請求項４に記載のウエハー載置装置。 The ring heater includes the resistance heating element made of molybdenum and the conductive terminal embedded therein, the main component being aluminum nitride, or the resistance heating element made of a mixed sintered body of tungsten carbide powder and alumina powder. Embedded in the conductive terminal made of a mixed sintered body of tantalum carbide powder and alumina powder, and mainly composed of alumina,
The wafer mounting apparatus according to claim 4.
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