專利名稱：基板保持部件及基板處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種載放并保持基板的基板保持部件以及具備該基板保持部件的基板處理裝置。
背景技術：
例如，在半導體設備的制造工藝中，使用等離子體進行蝕刻處理或成膜處理。
這些利用等離子體的等離子體處理，通常使用等離子體處理裝置來進行。這種等離子體處理裝置具備在處理容器內被施加用于生成等離子體的高頻電力的上部電極、用于保持基板的基座等。接著，將處理容器內減壓至規定的壓力，并向處理容器內供給處理氣體，向上部電極施加用于生成等離子體的高頻電力，于是在處理容器內生成等離子體，通過該等離子體來對基板上的膜進行蝕刻處理。
為了生成等離子體，上述等離子體處理要在高溫條件下進行。但是為了將基板的處理狀態保持固定，例如需要將基板的溫度保持一定。因此，通過循環供給制冷劑來調節用于保持基板的基座的溫度，從而控制基板的溫度。
同時，在基座上形成比基板小的用來保持基板的上面，在這種情況下，基板的外周部就會從基座的上面露出(例如參照專利文獻1)。采取這種方式的原因在于，防止當進行蝕刻處理時，基座的上面露出上部電極而被等離子體等削掉。
專利文獻1特開平11-121600號公報發明內容但是，如上所述，如果基板的外周部從基座露出，那么在處理過程中，對基板外周部的供熱較多，并且無法通過基座對基板的外周部進行充分冷卻。因此，基座上的基板越接近外周部其溫度越高，于是，無法將基板表面內的溫度保持均勻。如果基板表面的溫度不均勻，那么，基板表面內的蝕刻特性就會出現偏差，例如在基板中心部與外周部線寬度的差異較大。
本發明就是基于上述這種情況而做出的，其目的在于，在保持基板并對基板進行溫度控制的基座等基板保持部件中，將基板的面內溫度保持在均勻的溫度。
為了實現上述目的，本發明作為一種基板保持部件，其特征在于，它載放并保持基板，通過基板與基板保持面的傳熱來控制基板的溫度。它具有比基板小的基板保持面，前述基板與基板保持面的傳熱率分布方式為，基板保持面的中心區域和外周區域之間的中間區域比前述中心區域和前述外周區域低，前述外周區域比前述中心區域高。
根據本發明則能夠將保持在基板保持面上的基板的面內溫度保持在均勻的溫度。
前述基板保持面的中間區域也可以位于從所保持的基板的中心看處于基板半徑的80～90％的范圍之內。
也可以通過改變基板與基板保持面的接觸面積來設定前述基板與基板保持面的傳熱率。
在前述基板保持面上形成支承基板的多個凸部，也可以通過改變前述凸部的單位面積的數量或者凸部與基板的接觸面積來設定前述基板與基板保持面的傳熱率。
也可以通過改變基板保持面的材質來設定前述基板與基板保持面的傳熱率。
也可以通過改變基板保持面的表面粗糙程度來設定前述基板與基板保持面的傳熱率。
本發明的另一個方面在于提供一種基板處理裝置，其特征在于，具有基板保持部件，所述基板保持部件用于載放并保持基板，并且通過基板與基板保持面的傳熱來控制基板溫度，其具有比基板小的基板保持面，前述基板與基板保持面的傳熱率分布方式為，基板保持面的中心區域和外周區域之間的中間區域比前述中心區域和前述外周區域低，前述外周區域比前述中心區域高。
本發明的另一個方面在于提供一種基板處理裝置，其特征在于，具有基板保持部件，所述基板保持部件用于載放并保持基板，并且通過基板與基板保持面的傳熱來控制基板溫度，其具有比基板小的基板保持面，前述基板與基板保持面的傳熱率分布方式為，基板保持面的中心區域和外周區域之間的中間區域比前述中心區域和前述外周區域低，前述外周區域比前述中心區域高，從所保持的基板的中心看，前述基板保持面的中間區域位于基板半徑的80％～90％的范圍之內。
由于根據本發明可以把基板保持部件上的基板的表面內溫度保持為均勻溫度，因此，不僅可以在表面內對基板進行均勻的處理，還可以提高成品率。


圖1是等離子體處理裝置大致構造的縱截面圖。
圖2是基板保持面的平面圖。
圖3是基座的靜電卡盤的縱截面圖。
圖4是用來說明基板保持面的區域的基板保持面的模式圖。
圖5是基板保持面的傳熱率分布與基板的面內溫度分布的曲線圖。
圖6是基板保持面為平面時的靜電卡盤的縱截面圖。
符號說明1等離子體處理裝置；13基座；20基板保持面；21外周環；22凸部；R1中心區域；R2中間區域；R3外周區域；W基板。
具體實施例方式
下面對本發明的最佳實施方式進行說明。圖1是本發明所涉及的具備基板保持部件的平行平板式等離子體處理裝置1的大致結構的縱截面圖。
等離子體處理裝置1具有圓筒形狀的處理容器10。在處理容器10的內部形成處理室S。處理容器10例如使用鋁合金制成，它的內壁面被氧化鋁膜或者氧化釔膜所覆蓋。處理容器10被接地。
在處理容器10內的中央的底部，通過絕緣板11設置著圓柱形的基座支承臺12。基座支承臺12用來支承作為載放并保持基板W的基板保持部件的基座13。基座13構成下部電極。
在基座支承臺12的內部形成環形的制冷劑室14。制冷劑室14通過配管14a、14b與設置在處理容器10外部的冷卻裝置(Chiller Unit)(圖中未示)連通。通過配管14a、14b向制冷劑室14循環供給制冷劑，并通過該循環供給來調節基座13的溫度。通過這種方式對載放在基座13上的基板W的溫度進行控制。
基座13使用鋁合金，例如氧化鋁(Al2O3)制成。基座13形成其中央部向上突出的近似圓盤的形狀。該基座13中央部的突出部作為靜電卡盤15。在靜電卡盤15的內部設置著與直流電源16連接的電極層17，直流電壓從直流電源16施加在電極層17上并產生庫侖力，于是就可以吸附基板W。
在基座13的靜電卡盤15的上面形成用來載放基板W的基板保持面20。基板保持面20形成直徑比所載放的基板W小的圓形。這樣，如果基板W被載放在基板保持面20上，那么基板W的外周部就會從基板保持面20的端部朝外側突出。如圖2以及圖3所示，基板保持面20具備以環狀包圍最外周的外周環21、圓柱形的多個凸部22。外周環21與凸部22的上面高度相同，并且形成平坦的表面，當載放基板W時它們與基板W接觸。因此，基板W被基板保持面20的外周環21與凸部22所支承。
基板保持面20的形成方式在于，按照從中心部朝著外周部，它與基板W的傳熱率初始時為一定，之后下降，然后上升。例如，如圖4所示，基板保持面20被劃分為以下三個區域從所載放的基板W的中心至基板W的半徑K的80％的中心區域R1、從基板W的中心看而位于基板W的半徑K的80％～90％范圍的中間區域R2、從基板W的中心看而位于基板W的半徑K的90％～98％范圍的外周區域R3。在這些區域R1～R3中的每個區域都設定基板W與基板保持面20的傳熱率。此外，此處所說的傳熱率是在各個區域R1～R3中的平均傳熱率。
如圖2以及圖3所示，多個凸部22均等地設置在中心區域R1中，在中心區域R1表面內的傳熱率一定。在中間區域R2中，以多個凸部22的單位面積的個數比中心區域R1少的這種方式來配置凸部22。這樣，由于在中間區域R2中的凸部22與基板W的接觸率(“接觸的面積”/“區域內的總面積”)比中心區域R1減少，因此，中間區域R2中與基板W的傳熱率比中心區域R1低。此外，將中間區域R2中與基板W的傳熱率設定為中心區域R1的90％左右。
按照與中心區域R1和中間區域R2相比，與基板W的接觸率增大的方式，在外周區域R3中設置多個凸部22與外周環21。例如，通過增加凸部22的單位面積的個數或者增大外周環21的厚度來提高接觸率。這樣，與中心區域R1和中間區域R2相比，外周區域R3與基板W的傳熱率增高。
如圖1所示，通過基座13和基座支承臺12內的供氣管30在基板保持面20上通過。這樣，就可以向基板W被載放在基板保持面20上時而形成的、在基板W與靜電卡盤15之間的空間供給氦氣等傳熱氣體。
在基座13的靜電卡盤15的外周設置著環形的聚焦環31。聚焦環31以包圍載放在基座13上的基板W的方式而形成。聚焦環31例如使用導電性材料制成。
基座13通過匹配器40與第1高頻電源41電氣連接。第1高頻電源41可以輸出2～20MHz范圍的電力，例如它可以輸出2MHz頻率的高頻電力并施加在基座13上。通過第1高頻電源41可以生成用來將等離子體中的離子導入基板W一側的自偏置電位。
基座13與高通濾波器42電氣連接，該高通濾波器用來使來自后述上部電極50的第2高頻電源71的高頻通過地面。
在基座13的上方設置著與基座13平行相對的上部電極50。在基座13與上部電極50之間形成等離子體生成空間。
上部電極50構成向載放在基座13上的基板W上噴出處理氣體的噴頭。上部電極50由與基座13相對的電極板51、支承該電極板51的電極支承體52所構成。電極支承體52形成中空的略呈圓筒狀，在它的下面設置著電極板51。在電極板51上形成多個噴氣孔51a，導入電極支承體52內的處理氣體可以從噴氣孔51a噴出。
在上部電極50的電極支承體52上面的中央部連接著用來向上部電極50導入處理氣體的供氣管60。供氣管60貫穿處理容器10的上面而與氣體供給源61連接。在供氣管60與處理容器10的接觸部夾著絕緣部件62。
上部電極50通過匹配器70與第2高頻電源71電氣連接。第2高頻電源71輸出40M以上，例如60MHz頻率的高頻電力并施加在上部電極50上。通過該第2高頻電源71則能夠在處理容器10內生成處理氣體的等離子體。
在上部電極50上電氣連接著低通濾波器72，它用來把來自基座13一側的第1高頻電源41的高頻通過地面。
在處理容器10的底部形成排氣口80。排氣口80通過排氣管81與具備真空泵等設備的排氣裝置82連接。通過排氣裝置82可以將處理容器10內減壓至預期的壓力值。
在處理容器10的側壁上形成基板W的搬送口90，在該搬送口90上設置著閘閥90。通過開啟閘閥90就可以將基板W搬入或搬出處理容器10。
在使用上述構造的等離子體處理裝置1所進行的蝕刻處理中，首先，將基板W搬入處理容器10內，并使之載放吸附在基座13的基板保持面20上。此時，通過基座支承臺12的循環制冷劑將基座13調節為規定的溫度。通過該基座13的傳熱，基板保持面20上的基板W也被調節為規定的溫度。然后，通過排氣管81進行排氣，于是處理室S內被減壓至規定的壓力。處理氣體從上部電極50供給處理室S內。通過第2高頻電源71將高頻電力施加在上部電極50上，于是，處理室S內的處理氣體被等離子體化。此外，通過第1高頻電源41將高頻電力施加在基座13上，于是，等離子體中的帶電粒子被導向基板W一側。通過這些等離子體的作用，基板W上的膜就被蝕刻。
下面，對采用本實施方式中的基座13時基板面內溫度的均勻性進行驗證。圖5是基板W與基板保持面20的面內傳熱率分布、以及在基板保持面20上被調溫之后的基板W的面內溫度分布的曲線圖。
圖5的曲線A表示假設在整個區域內將基座13的基板W與基板保持面的傳熱率均勻化之后基板W的表面內溫度分布。在這種情況下，可以確認基板W外周部的溫度會顯著上升。曲線B表示假設使基板W與基板保持面的傳熱率從基板保持面的中心部朝著外周部逐漸增大時的傳熱率分布，曲線C表示在曲線B的傳熱率分布條件下基板W的表面內溫度分布。與曲線A相比，如果在曲線C所示的情況下，那么則可以抑制基板W外周部的溫度上升，與此相反，從基板W的中間部朝著外周部溫度大幅降低。
曲線D表示象本實施方式中基座13的基板保持面20那樣，使與基板W的傳熱率按照中間區域R2＜中心區域R1＜外周區域R3的順序增大時的傳熱率分布。曲線E表示本實施方式中基板保持面20上的基板W的面內溫度分布。可以確定，當在曲線E所示的情況下，可以改善曲線C所示的從基板W的中間部至外周部溫度下降的問題，并且也可以將基板面內的最大溫度差控制在±1℃左右的范圍。
根據本實施方式，通過改變基座13的基板保持面20的凸部22的單位面積的個數，并按照中間區域R2＜中心區域R1＜外周區域R3的方式來設定基板W與基板保持面20的傳熱率，因此，在等離子體處理1中的蝕刻處理中，可以使基板W的表面內溫度保持均勻，從而能夠在基板表面內均勻地進行蝕刻處理。
在上述實施方式中，根據凸部22的單位面積的個數來設定各個區域R1～R3中基板保持面20與基板W的傳熱率，除此之外，也可以在基板保持面20上均等地配置多個凸部22，通過改變各個凸部22與基板W的接觸面積，也就是通過改變各個凸部22上面的面積來設定各個區域R1～R3中基板保持面20與基板W的傳熱率。
此外也可以通過改變各個區域R1～R3中基板保持面20的材質來設定各個區域R1～R3中基板W與基板保持面20的傳熱率。例如，當基板保持面20采用主要成分為氧化鋁的材質而形成時，可以通過向在各個區域R1～R3中該基板保持面20的材料成分中添加不同量的氮化鋁(AlN)來設定各個區域R1～R3中的傳熱率。在這種情況下，按照中間區域R2、中心區域R1、外周區域R3的順序，依次添加更多量的氮化鋁，從而使傳熱率按照中間區域R2、中心區域R1、外周區域R3的順序依次變高。此外，在這種情況下，如圖6所示，基板保持面20也可以是沒有凹凸的平面。
另外，也可以通過改變各個區域R1～R3中基板保持面20的表面粗糙程度來設定各個區域R1～R3的傳熱率。在這種情況下，基板保持面20的表面粗糙程度按照中間區域R2、中心區域R1、外周區域R3的順序依次變小，傳熱率則按照中間區域R2、中心區域R1、外周區域R3的順序依次變大而設定。此外，在這種情況下，基板保持面20也可是沒有凹凸的平面。
以上參照附圖對本發明的最佳實施方式進行了說明，但是本發明并非局限于上述例子。對于本行業人員而言，能夠在權利要求書中所述的宗旨范圍之內顯而易見地獲得各種更改或者修改，對于這些更改或者修改當然亦應屬于本發明的技術范疇。本發明并非局限于本實施例，它可以采用其它各種各樣的方式。例如，在本實施方式中，基板保持面20的凸部22是圓筒形狀，除此之外，它也可以是四方體等其它形狀。此外，在基板保持面20上，也可以在外周環21的內側形成內周環。在作為下部電極的基座13上也可以同時連接用來生成自偏置電位的高頻電源和用來生成等離子體的高頻電源。在上述實施方式中，具有基板保持面20的基座13被安裝在用來實施蝕刻處理的等離子體處理裝置1上，但是，本發明的基板保持部件也可以適用于進行成膜處理的等離子體處理裝置或者不使用等離子體的其它的基板處理裝置。
工業上的可利用性在控制基板溫度的基板保持部件中，當使基板的表面內溫度保持均勻時，本發明非常有用。
權利要求
1.一種基板保持部件，其特征在于，它是一種用于載放并保持基板，并且通過基板與基板保持面的傳熱來控制基板溫度的基板保持部件，其具有比基板小的基板保持面，所述基板與基板保持面的傳熱率分布方式為，基板保持面的中心區域和外周區域之間的中間區域比所述中心區域和所述外周區域低，所述外周區域比所述中心區域高。
2.如權利要求1所述的基板保持部件，其特征在于，從所保持的基板的中心看，所述基板保持面的中間區域位于基板半徑的80％～90％的范圍之內。
3.如權利要求1或2任一項所述的基板保持部件，其特征在于，通過改變基板與基板保持面的接觸面積來設定所述基板與基板保持面的傳熱率。
4.如權利要求3所述的基板保持面，其特征在于，在所述基板保持面上形成支承基板的多個凸部，通過改變所述凸部的每單位面積的個數或者各個凸部與基板的接觸面積來設定所述基板與基板保持面的傳熱率。
5.如權利要求1或2任一項所述的基板保持部件，其特征在于，通過改變基板保持面的材質來設定所述基板與基板保持面的傳熱率。
6.如權利要求1或2任一項所述的基板保持部件，其特征在于，通過改變基板保持面的表面粗糙程度來設定所述基板與基板保持面的傳熱率。
7.一種基板處理裝置，其特征在于，具有基板保持部件，所述基板保持部件用于載放并保持基板，并且通過基板與基板保持面的傳熱來控制基板溫度，其具有比基板小的基板保持面，所述基板與基板保持面的傳熱率分布方式為，基板保持面的中心區域和外周區域之間的中間區域比所述中心區域和所述外周區域低，所述外周區域比所述中心區域高。
8.一種基板處理裝置，其特征在于，具有基板保持部件，所述基板保持部件用于載放并保持基板，并且通過基板與基板保持面的傳熱來控制基板溫度，其具有比基板小的基板保持面，所述基板與基板保持面的傳熱率分布方式為，基板保持面的中心區域和外周區域之間的中間區域比所述中心區域和所述外周區域低，所述外周區域比所述中心區域高，從所保持的基板的中心看，所述基板保持面的中間區域位于基板半徑的80％～90％的范圍之內。
全文摘要
本發明提供一種能夠使基板的表面內溫度保持均勻的基座。基座(13)具有比基板(W)小的基板保持面(20)。基板保持面(20)具備外周環(21)和多個凸部(22)。在基板保持面(20)的中心區域(R1)中均等地配置凸部(22)。在基板保持面(20)的中間區域(R2)中，按照單位面積的個數比中心區域(R1)少的方式配置凸部(22)。在基板保持面(20)的外周區域(R1)中配置凸部(22)與外周環(21)。由此使基板保持面(20)的中間區域(R2)中的傳熱率比中心區域(R1)低，使外周區域(R3)中的傳熱率比中心區域(R1)高。
文檔編號H01L21/3065GK1835203SQ20061005769
公開日2006年9月20日 申請日期2006年2月24日 優先權日2005年3月17日
發明者大橋薰, 速水利泰 申請人:東京毅力科創株式會社