聚焦環和基板載置系統的製作方法

2023-04-30 08:40:41 2

專利名稱：聚焦環和基板載置系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及聚焦環和基板載置系統，特別是涉及配置與基板載置系統用於包圍基板的外周的聚焦環。
背景技術：
在對作為基板的晶片實施等離子體處理、例如蝕刻處理的情況下，由於晶片的各部位的蝕刻速率分別受到各部位的溫度的影響，所以要求在蝕刻處理中均勻地保持晶片的整個表面的溫度。對晶片實施蝕刻處理的基板處理裝置具備收納晶片的能夠減壓的腔室和配置在該腔室內用於載置晶片的基板載置系統。在被減壓的腔室內產生等離子體，該等離子體對晶片進行蝕刻。基板載置系統具有在頂部載置晶片的圓柱狀的基座和包圍載置於該基座的晶片的外周的聚焦環。聚焦環由與晶片大致相同的材質形成，使在晶片上方產生的等離子體的分布區域不僅僅在晶片上方而且擴大至該聚焦環上方，確保對晶片的整個面所實施的蝕刻處理的均勻性。對晶片實施蝕刻處理時，晶片從等離子體接受熱，溫度產生變化。晶片的溫度對存在於晶片的上方的等離子體中的自由基的分布產生影響，所以若在同一批量中晶片的溫度產生變動，則難以對同一批量內的多個晶片實施均勻的蝕刻處理。所以，基板載置系統的基座具有溫度調節機構，在同一批量的晶片的蝕刻處理中通過溫度調節機構對晶片進行冷卻，將各晶片的溫度調整至所要求的溫度。對晶片實施蝕刻處理時，聚焦環也從等離子體接受熱而使溫度產生變動。在聚焦環的溫度產生變動時，由於晶片的周邊部的溫度也受到聚焦環的溫度變動的影響而產生變動，所以需要在同一批量的晶片的蝕刻處理中通過基座的溫度調節機構也將聚焦環的溫度調整至所要求的溫度。但是，由於聚焦環僅載置在基座上，所以聚焦環和基座的緊貼度較低，聚焦環和基座的熱傳導效率較低。其結果，將聚焦環調整至所要求的溫度比較困難。對此，近年來，由本發明人開發出改善聚焦環和基座的熱傳導效率，通過基座的溫度調節機構積極地對聚焦環進行溫度調節的方法(例如，參照專利文獻1)。在該方法中，在聚焦環和基座之間配置導熱片，來改善熱傳導效率。專利文獻1 日本特開2002-161 號公報

發明內容
由於導熱片是以矽橡膠為基材，所以厚度增加則導熱片的熱阻增加，產生聚焦環的溫度不能降低至所要求的溫度等的問題。即，尚未找到適合等離子體處理的導熱片的膜厚。本發明的目的是提供具有適合等離子體處理的膜厚的導熱片的聚焦環和基板載置系統。為了達到上述目的，技術方案1所述的聚焦環是包圍在具有溫度調節機構的載置臺上載置的基板的外周，並具有與所述基板載置臺接觸的接觸面和形成在該接觸面上的導熱片，該聚焦環的特徵在於所述導熱片包含有機材料和混入該有機材料的導熱材料，導熱片的膜厚是40 μ m以上且不足100 μ m。技術方案2所述的聚焦環，其特徵在於技術方案1所述的聚焦環中，所述導熱片的熱傳導率在0. 5 5. Off/m · K的範圍內，所述有機材料是在成分中含有矽的耐熱性粘合劑和橡膠，所述導熱材料是氧化物、氮化物或碳化物的陶瓷填充劑，所述填充劑以25 60 容積％包含在所述耐熱性的粘合劑和橡膠中。為了達到上述目的，技術方案3所述的基板載置系統具備載置用於實施規定處理的基板的載置臺和包圍載置在所述載置臺的基板的外周的聚焦環，該基板載置系統的特徵在於所述載置臺具有溫度調節機構，所述聚焦環具有與所述載置臺接觸的接觸面和形成在該接觸面上的導熱片，所述導熱片包含有機材料和混入有機材料的導熱材料，所述導熱片的膜厚是40 μ m以上且不足100 μ m。發明效果根據技術方案1記載的聚焦環和技術方案3記載的基板載置系統，形成在與具有溫度調節機構的載置臺的接觸面上的聚焦環的導熱片的膜厚是40 μ m以上且不足100 μ m。 若導熱片的膜厚是40 μ m以上，即使在載置臺的與聚焦環的接觸面上存在起伏和表面粗糙度，也能夠使導熱片可靠地緊貼在載置臺上，並且，通過載置臺的溫度調節機構能夠調整聚焦環的溫度。另外，若導熱片的膜厚不足100 μ m，即使聚焦環和導熱片的合成熱容量增加， 也能夠防止聚焦環的升溫方式發生變化，能夠防止合成熱容量的增加對基板的等離子體處理的結果產生影響。因此，若導熱片的膜厚是40 μ m以上且不足100 μ m,能夠使導熱片的膜厚適合等離子體處理。根據技術方案2記載的聚焦環，由於導熱片的有機材料是成分中含有矽的耐熱性的粘合劑和橡膠，所以導熱片能夠柔軟地變形，即使載置臺的與聚焦環的接觸面稍微存在起伏，也能夠可靠地緊貼。另外，導熱片的導熱材料是氧化物、氮化物或碳化物的陶瓷填充劑，由於填充劑以25 60容積％包含在所述耐熱性的粘合劑和橡膠中，所以導熱片能夠在整體上大致均勻地傳導熱，其結果，能夠大致均勻地對聚焦環整體進行溫度調整。進一步地，若導熱片的熱傳導率在0. 5 5. Off/m ·Κ的範圍內，則能夠通過載置臺的溫度調整機構順利地調整聚焦環的溫度。特別是，熱傳導率在1. O 2. Off/m · K的範圍內時，由於通過載置臺的溫度調整機構能夠順利地調整聚焦環的溫度的同時，能夠獲得對載置臺的與聚焦環的接觸面所存在的起伏和表面粗糙度的追隨性也特別良好的導熱片，所以更加優選。另外，本發明的在成分中含有矽的耐熱性的粘合劑和橡膠只要是含有矽的材料並無特別限制，優選主鏈結構是由矽氧烷單元構成的聚有機矽氧烷，列舉有具有交聯機構的材料。優選在聚有機矽氧烷內熱硬化的材料，優選在主材的聚有機矽氧烷基礎上，使用硬化劑(交聯性有機矽氧烷)。聚有機矽氧烷的重複單元的構造列舉有琥珀酸二甲酯單元、乙酸苯仲乙酯單元、二苯基硫脲單元等。另外，也可以使用具有乙烯基、環氧基等的官能基的變性聚有機矽氧烷。雖然導熱片中的導熱材料是氧化物、氮化物或碳化物的陶瓷填充劑，具體例示，作為氧化物列舉有氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化矽等，作為氮化物列舉有氮化鋁、氮化硼、氮化矽等，作為碳化物列舉有炭化矽等。該陶瓷填充劑優選具有球形結構，優選在形狀上具有各向異性的單元取向為使導熱特性最大。作為特別優選的陶瓷填充劑，列舉有氧化鋁、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼、氮化矽、碳化矽等。另外，導熱材料的含有率在本發明的導熱片中是25 60容積％。當導熱材料的含有率在該範圍內時，導熱片柔軟至即使載置臺的與聚焦環的接觸面稍微起伏也能夠可靠地緊貼的程度，並且能夠使熱傳導性在導熱片的整體大致均一，並且均勻地傳導熱。


圖1是概略地表示具有本發明的實施方式涉及的聚焦環的等離子體處理裝置的結構的截面圖。圖2是概略地表示圖1的等離子體處理裝置的聚焦環、導熱片和聚焦環載置面附近的結構的放大截面圖。圖3表示在改變了導熱片的膜厚的情況下各晶片的蝕刻速率的測定部位。圖4是用於說明現有的聚焦環的消耗部位的截面圖。圖5是表示導熱片的膜厚與聚焦環和聚焦環的載置面的溫度差的關係的圖表。符號說明W 晶片10等離子體處理裝置12 基座25聚焦環26製冷劑室38導熱片39聚焦環載置面40接觸器接觸面
具體實施例方式下面，參照附圖對本發明的實施方式詳細地進行說明。圖1是概略地表示具有本實施方式涉及的聚焦環的等離子體處理裝置的結構的截面圖。該等離子體處理裝置對作為基板的半導體裝置用的晶片(以下，簡稱為「晶片」) 實施等離子體蝕刻處理。圖1中，等離子體處理裝置10例如具有收納直徑300mm的晶片W的腔室11，在該腔室11內配置有載置半導體裝置用的晶片W的圓柱狀的基座12 (載置臺)。在等離子體處理裝置10中通過腔室11的內側壁和基座12的側面形成有側方排氣通道13。在該側方排氣通道13的中途配置有排氣板14。排氣板14是具有多個貫通孔的板狀部件，作為將腔室11內部分隔為上部和下部的分隔板發揮作用。在由排氣板14分隔出的腔室11的內部的上部(以下稱為「處理室」)15 如後文所述產生等離子體。另外，在腔室11內部的下部(以下稱為「排氣室(總管)」。)16 連接有用於排出腔室11內的氣體的排氣管17。排氣板14捕捉或反射在處理室15產生的等離子體，防止向總管16洩露。
在排氣管17 連接有 TMP (Turbo Molecular Pump)和 DP (Dry Pump)(均未圖示)， 這些泵對腔室11內抽真空而進行減壓。具體而言，DP將腔室11內從大氣壓減壓至中真空狀態(例如1. 3X IOPa(0. ITorr)以下)，TMP與DP協助運行將腔室11內減壓至比中真空狀態更低的壓力的高真空狀態(例如1.3 X 10_3Pa (1.0 X I(T5Torr)以下)。另外，腔室11內的壓力通過APC閥(未圖示)進行控制。在腔室11內的基座12經由第一耦合器19與第一高頻電源18連接，並且經由第二耦合器21與第二高頻電源20連接，第一高頻電源18向基座12施加較低的頻率例如2MHz 的離子引入用的高頻電力，第二高頻電源20向基座12施加較高的頻率例如60MHz的等離子體生成用的高頻電力。由此，基座12作為電極發揮功能。另外，第一耦合器19和第二耦合器21降低來自基座12的高頻電力的反射，使對基座12施加高頻電力的效率最大。基座12的上部呈小徑的圓柱從大徑的圓柱的頂端沿著同心軸突出的形狀，在該上部以包圍小徑的圓柱的方式形成臺階。在小徑的圓柱的頂端配置有由內部具有靜電電極板22的陶瓷形成的靜電卡盤23。靜電電極板22與直流電源M連接，若在靜電電極板22 上施加正的直流電壓，則在晶片W的靜電卡盤23側的表面(以下稱為「背面」)產生負電位，在靜電電極板22和晶片W的背面之間形成電位差，通過該電位差導致的庫侖力或詹森拉貝克(Johnson Rahbek)力，將晶片W吸附保持在靜電卡盤23上。另外，在基座12的上部，以包圍吸附保持在晶片卡盤23上的晶片W的方式，將聚焦環25載置到基座12的上部的臺階上。聚焦環25由矽(Si)和碳化矽(SiC)等構成。艮口， 由於聚焦環25由半導體構成，所以使等離子體的分布區域不僅僅在晶片W的上方而且擴大至該聚焦環25上方，使晶片W的周邊部上方的等離子體密度維持在與該晶片W的中央部上方的等離子體密度相同的程度。由此，確保在晶片W的整個面實施的等離子體處理的均勻性。在基座12的內部，例如設置有在圓周方向上延伸的環狀的製冷劑室沈(溫度調節機構)。從冷卻單元(未圖示)通過製冷劑用配管27向該製冷劑室沈循環供給低溫的製冷劑，例如冷卻水或伽魯代(另^ r > )(註冊商標)。通過該低溫的製冷劑冷卻的基座12 對晶片W和聚焦環25進行冷卻。靜電卡盤23具有向著靜電吸附的晶片W開口的多個導熱氣體供給孔觀。這些導熱氣體供給孔觀通過導熱氣體供給管路四連接到導熱氣體供給部(未圖示)，該導熱氣體供給部通過導熱氣體供給孔28，向吸附面和晶片W的背面的間隙供給作為導熱氣體的 He (氦)氣。向吸附面和晶片W的背面的間隙供給的氦氣有效地向基座12傳達晶片W的熱。另外，聚焦環25在其與基座12的上部的臺階的接觸面(以下稱為「基座接觸面」)40上具有後述的導熱片38。導熱片38填充基座接觸面40與臺階(更加具體而言，臺階的聚焦環載置面39)之間產生的微小的間隙中，改善聚焦環25和基座12的熱傳導效率， 將聚焦環25的熱有效地傳導給基座12。在本實施方式中，基座12、靜電卡盤23和聚焦環25構成基板載置系統。在腔室11的頂部，以與基座12相對的方式配置有噴淋頭30。噴淋頭30具有上部電極板31和能夠自由裝卸地吊掛該上部電極板31的冷卻板32、和覆蓋該冷卻板32的蓋體 33。上述電極板31由在厚度方向具有貫通的多個氣孔34的圓板狀部件構成，通過作為半導體的矽構成。另外，冷卻板32的內部設置有緩衝室35，在該緩衝室35預處理氣體導入管 36連接。另外，噴淋頭30的上部電極板31與直流電源37連接，向上部電極板31施加負的直流電壓。此時，上部電極板31放出二次電子，防止處理室15內部的電子密度降低。在等離子體處理裝置10中，從處理氣體導入管36向緩衝室35供給的處理氣體通過氣孔34導入處理室15內部，該導入的處理氣體通過從第二高頻電源20經由基座12向處理室15內部施加的等離子體生成用的高頻電力激勵成為等離子體。該等離子體中的離子，通過第一高頻電源18施加到基座12的離子引入用的高頻電力被引向晶片W，對該晶片 W實施等離子體蝕刻處理。上述的等離子體處理裝置10的各構成部件的動作，通過等離子體處理裝置10具備的控制部(未圖示)的CPU根據等離子體蝕刻處理的程序進行控制。圖2是概略地表示圖1的等離子體處理裝置的聚焦環、導熱片和聚焦環載置面附近的結構的放大截面圖。在圖2中，基座12的臺階的平面部構成載置聚焦環25並與該聚焦環25接觸的聚焦環載置面39。在聚焦環25載置在聚焦環載置面39上時，聚焦環25的導熱片38與聚焦環載置面39接觸並填充基座接觸面40與聚焦環載置面39之間產生的微小的間隙。由此， 聚焦環25和基座12的熱傳導效率被改善，聚焦環25的熱有效地被傳導給基座12，其結果， 聚焦環25被冷卻。在此，由於聚焦環25即使通過基座12被冷卻，溫度也上升到接近200°C，所以導熱片38需要具有耐熱性並且在高溫時維持形狀。因此，作為導熱片38的基材採用耐熱性的有機材料，例如成分中含有耐熱性的矽的耐熱性的粘合劑和橡膠(以下稱為「含矽耐熱劑」)。另外，在導熱片38中摻入有多種導熱性填充劑，導熱性填充劑分散在導熱片38中。 導熱性填充劑例如由氧化物、氮化物或碳化物的陶瓷填充劑形成，改善導熱片38的熱傳導率。另外，耐熱性的有機材料可以是耐熱性的環氧樹脂，也可以根據等離子體處理的種類選擇合適的有機材料。基座12的上部，特別是聚焦環載置面39通過切削加工而形成，因此存在起伏或殘留有一定程度的表面粗糙度。因為起伏或表面粗糙度，可能會在基座接觸面40與聚焦環載置面39之間產生局部較大的間隙。此時，若導熱片38過薄，則該導熱片38則不能填充基座接觸面40與聚焦環載置面39之間的間隙，換言之，導熱片38不能緊貼在聚焦環載置面 39上。若導熱片38變厚，則聚焦環25與導熱片28的合成熱容量變大，具有在等離子體蝕刻處理中聚焦環25的升溫方式不能適應該等離子體蝕刻處理的問題。因此，本發明者進行深刻研究，發現如果導熱片38的厚度是40 μ m以上且不足 100 μ m,則能夠使導熱片38可靠地緊貼在聚焦環載置面39上，同時能夠維持聚焦環25的升溫方式適合等離子體蝕刻處理。本發明是基於該想法的發明。首先，關於設定導熱片38的厚度的下限的想法進行說明。由於導熱片38過薄則不能緊貼到聚焦環載置面39，所以與導熱片38過薄的部位對應的聚焦環25的部位的溫度不降低。此時，與溫度不降低的聚焦環25的部位相對的晶片W的部位通過來自聚焦環25的放射熱被加熱，該晶片W的部位的上方的等離子體中的自由基分布發生變化。其結果，該晶片W的部位的等離子體蝕刻處理的蝕刻速率與其他部位的蝕刻速率相比，具有產生偏差的傾向。因此，本發明者為了找出能將蝕刻速率的偏差控制在允許值(lOnm/min)的導熱片38的膜厚，準備4種膜厚(25 μπι,26μ m、27 μ m、40)的導熱片38，針對各膜厚的導熱片 38在等離子體處理裝置10中對一批量(25枚)的晶片W實施等離子體蝕刻處理，並對一批量的各部位的蝕刻速率的偏差進行測定。對於該晶片W，在等離子體蝕刻處理中對該晶片W 上形成的矽氧化膜進行蝕刻，在該等離子體蝕刻處理中處理氣體使用C5F8/Ar/02。另外，各導熱片38以如下方式製成。即，聚有機矽氧烷使用ΧΕ14-Β8530(Α) ( ^
>r 7.· 「 7 才一 > 7 於 >J 了義文制)禾口 XE14-B8530 (B) ( 乂 > r 7.· 「 7 才一
>7 7 f U τ· X制)，調製以重量比1 1混合兩者的液體(該液體以下稱為「混合液 A」)。然後，以使混合液A 氧化鋁填充劑=60 40(體積比)的方式向混合液A添加作為氧化鋁填充劑的DAM5 (電氣化學工業制，平均粒徑5 μ m)，進而，以對混合液A和氧化鋁填充劑的重量的合計為0. 04重量％的方式添加作為交聯性聚有機矽氧烷系固化劑的RD-I (東
夕'々二一二二一 >制)，充分攪拌。將這樣得到的液體(該液體以下稱為「混
合液B」)塗敷到聚焦環上，以達到所要求的膜厚，以150°C加熱30小時使其硬化，形成各導熱片38。另外，該導熱片38的熱傳導率，使用僅使混合液B硬化的試驗片通過雷射閃光法測定的結果是1. 2ff/m · K。圖3表示在改變了導熱片的膜厚的情況下各晶片的蝕刻速率的測定部位。如圖3 所示，蝕刻速率在以90度間距配置於各晶片的周邊部的四個點(圖中用「眷」表示)處進行測定。然後，在下述表1表示測定結果。另外，表中蝕刻速率省略為「E/R」進行表示。表 權利要求
1.一種聚焦環，其包圍在具有溫度調節機構的載置臺上載置的基板的外周，並具備與所述載置臺接觸的接觸面、和在該接觸面形成的導熱片，所述聚焦環的特徵在於所述導熱片包含有機材料和混入到該有機材料中的導熱材料，所述導熱片的膜厚是 40 μ m以上且不足100 μ m。
2.如權利要求1所述的聚焦環，其特徵在於所述導熱片的熱傳導率在0. 5 5. Off/m · K的範圍內，所述有機材料是在成分中含有矽的耐熱性粘合劑和橡膠，所述導熱材料是氧化物、氮化物或碳化物的陶瓷填充劑，所述填充劑以25 60體積％包含在所述耐熱性的粘合劑和橡膠中。
3.一種基板載置系統，其具備載置被實施規定處理的基板的載置臺和包圍在所述載置臺上載置的基板的外周的聚焦環，該基板載置系統的特徵在於所述載置臺具有溫度調節機構，所述聚焦環具有與所述載置臺接觸的接觸面和在該接觸面形成的導熱片，所述導熱片包含有機材料和混入到該有機材料中的導熱材料，所述導熱片的膜厚是40 μ m以上且不足 100 μ m0
全文摘要
本發明提供一種具有適合等離子體處理的膜厚的導熱片的聚焦環。在等離子體處理裝置(10)中，聚焦環(25)包圍在具有製冷劑室(26)的基座(12)上載置的晶片W的外周，並具備與基座(12)接觸的基座接觸面(40)、和形成在該基座接觸面(40)上的導熱片(38)；導熱片(38)的熱傳導率在0.5～5.0W/m·K的範圍內，導熱片(38)包含成分中含有矽的耐熱性的粘合劑和橡膠，在該粘合劑和橡膠中以25～60容積％含有混入該粘合劑和橡膠的氧化物、氮化物或碳化物的陶瓷填充劑，導熱片(38)的膜厚是40μm以上且不足100μm。
文檔編號H01J37/32GK102194634SQ20111005093
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月1日 優先權日2010年3月1日
發明者岡田拓也, 北島次雄, 小林義之, 渡邊淳 申請人:東京毅力科創株式會社