专利名称：基板支撑装置和等离子体处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够在如半导体晶片等基板的温度分布均 一化的状态下支撑基板的基板支撑装置以及在内部气氛可以被 抽成真空的处理室中设置有基板支撑装置的等离子体处理设 备。
背景技术：
迄今为止，已经提出了用于在蚀刻、CVD和溅射处理的过 程中支撑基板的各种技术。
例如，已经提出了一种基板支撑装置，该基板支撑装置的 载置基板的载置台具有用于由静电力吸附地保持基板的静电吸 附机构(参照日本特开2000-299288号公报)。该基板支撑装置 设置有基台，该基台在基板的载置台的另 一侧具有冷却部件， 从而能够将载置台冷却到预定温度。
载置台的表面形成为凹凸状，以在载置台和置于载置台上 的基板之间产生间隙。使惰性气体在该间隙之间循环以使基板 的温度均 一 化，从而防止整个基板上的成膜条件和蚀刻条件不 均一。类似地，为了使整个基板上的温度均一化，将导热性高 的碳片(carbon sheet)置于基台和载置台之间。
专利文献l:曰本4争开2000-299288号^^艮
日本特开2000-299288号公报中所公开的基板支撑装置将 导热性高的碳片置于基台和载置台之间，以使基板上的温度分 布均一化，然而，存在碳片易于产生粉尘的问题。
换句话说，为了向载置台的表面供给惰性气体，需要设置 用于使惰性气体通过被置于基台和载置台之间的碳片的流路。在该情况下，惰性气体可能将碳粉输送到基板的另一侧。如果 发生该现象，即使使惰性气体循环，基板的另一侧也不能被保 持为预定压力，这阻止了温度均一化。
另外，可能引起如由于室内的污染导致的粒子的产生以及 最终真空度的降低等不利影响。
考虑到上述情况作出了本发明，本发明的目的是提供一种 能够防止粉尘的产生以使基板上的温度均 一化的基板保持装置 以及设置有该基板保持装置的等离子体处理设备。
发明内容
为了实现上述目的，根据本发明， 一种基板保持装置，其 设置有用于向基板的背面供给惰性气体的结构，该基板支撑装
置包括基台，其具有穿过基台并且与惰性气体的流路连通的 孔通路；基板支撑台，其被布置在基台上并且具有穿过基板支 撑台的孔通路；导热性中间构件，其被置于基台和基板支撑台 之间并且具有连通孔通路，该连通孔通路用于使基台的孔通路
与基板支撑台的孔通路连通；以及弹性构件，其被布置在导热 性中间构件的连通孔通路中，用于使导热性中间构件与流过连 通孔通路的惰性气体隔离。
根据本发明的一方面， 一种基板支撑装置，其设置在等离 子体处理设备的真空室内，该基板支撑装置包括基台，其设 置有气体流出口；基板支撑台，其被布置在基台上，用于在基 板支撑台的正面上支撑基板，其中，第一孔通路从基板支撑台 的背面穿过基板支撑台到达基板支撑台的正面；以及碳片构件， 其被布置在基台和基板支撑台之间，其中，第二孔通路从碳片 的背面穿过碳片到达碳片的正面，从而使基台的气体流出口与 基板支撑台的第一孔通路连通，其中，在第二孔通路的内壁上，设置筒状金属构件，该筒状金属构件的在碳片构件的厚度方向 上的弹性系数小于碳片构件的在厚度方向上的弹性系数，从而 当气体从基台的气体流出口流过基板支撑台的第一孔通路然后 喷出到基板支撑台的正面上时，流动的气体不与碳片构件接触。 基台包括加热部件，基板支撑台包括利用静电吸附基板的 静电卡盘，基板支撑台的表面是凹凸状的，当由静电卡盘将基 板吸附到基板支撑台时，从第二孔通路排出的气体在基板和基
板支撑台之间的间隙中循环。筒状金属构件是波紋管(b e 11 o w ) 状的金属制筒体。
根据本发明，弹性构件提供用作气体用流路的连通孔通路，
件与连通孔通路隔离。这防止了由气体在中间构件中产生的粉 尘被输送到基板的背面侧，从而将基板的背面侧保持在预定压 力，从而能够使基板上的温度均一化。
图l是示出设置有根据本发明的基板支撑装置的溅射设备 的一般构造的示意图。
图2A是根据第 一 实施方式的基板支撑装置的示意性俯视图。
图2B是沿着图2A的线B-B截取的剖视图。
图2C是沿着图2A的线C-C截取的示意性剖视图。
图3是示出本实施方式的基台的俯视图。视图。
图4B是上侧碳片的俯视图。
图5A是根据本实施方式的微波紋管的俯视图。图5B是微波紋管的侧视图。
图6是示出根据第二实施方式的基板支撑装置的构造的示 意图。
图7是示出碳片的配置的另 一例子的示意图。
具体实施例方式
下面将参照
本发明的实施方式。本发明不限于这 些实施方式。
第一实施方式
图l是示出设置有根据本发明的基板支撑装置的溅射设备 的一般构造的示意图。图2A是根据第一实施方式的基板支撑装 置的示意性俯视图。图2B是沿着图2A的线B-B截取的剖视图。 图2C是沿着图2A的线C-C截取的示意性剖视图。图3是示出本 实施方式的基台的俯视图。图4A是根据本实施方式的形成中间 构件的下侧碳片的俯视图。图4B是用于形成中间构件的上侧碳 片的俯视图。图5A是根据本实施方式的微波紋管的俯视图。图 5B是微波紋管的侧视图。
图1示例性示出了根据本发明的用作等离子体处理设备的 賊射i殳备。该溅射i殳备包括处理室901，该处理室901可以纟皮真 空泵911抽真空到预定的真空度。
经由环状隔离构件902将耙材903设置在处理室901的天花 板部上，并且将用于支撑基板2的基板支撑装置D设置在与靶材 903相对的位置。
在耙材903的另 一侧设置磁扼板(yoke board ) 904，并且 将磁体905固定到该磁轭板。磁体905产生用于在耙材903上形 成高密度的等离子体的磁场。溅射电源被连接到靶材903并且 在成膜时对靶材903施加与直流电力叠加的高频电力。经由设置在处理室901中的缝阀(slit valve,未示出)将基板2载置于 基板支撑装置D上。
基板支撑装置D包括静电卡盘3，其用作通过吸引作用来 保持基板2的基板支撑台；基台510，其用于支撑静电卡盘3; 以及惰性气体(例如氩气)用流路72A、 72B,该惰性气体被 供给到通过静电卡盘3的吸引作用而被保持的基板2的背面。另 外，基板支撑装置D还包括多个作为弹性构件的微波紋管6以及 位于静电卡盘3和基台510之间的导热性中间构件4，该中间构 件4的弹性比基台510和静电卡盘3的弹性高。
本实施方式中的静电卡盘3以单极吸引原理起作用并且包 括盘状介电体板310和设置在介电体板310的内部的单一 电极
电吸引用直流电源916,并且向电极320供给预定的正电压或负 电压，该静电吸引用直流电源916用于供给静电吸引用直流电 压。介电体板310由如陶瓷等介电体形成，当对电极320施加电 压时，介电体板310产生静电力以通过吸引作用来保持基板2。 顺便提及，本发明不限于吸引原理，而是也可以使用双极性静 电卡盘。
如图2A所示，静电卡盘3具有穿过介电体板310的表面的多 个孔通路330和340。多个孔通路330和340形成在静电卡盘3的 内周和外周处。在外周圆上以等间隔形成的多个孔通路330形 成用于将惰性气体供给到基板2的背面上的外周的流路72A(下 文中有时被称为"外周流路")的一部分。类似地，在内周圆上 以等间隔形成的多个孔通路340形成用于将惰性气体供给到基 板2的背面上的内周的流路72B (下文中有时被称为"内周流 路")的一部分。
虽然未示出，但是，介电体板310的整个表面是凹凸状的。凸部通过吸引作用来保持基板2 。从流路7 2 A至7 2 D供给的惰性 气体沿着凹部流动，以在基板2的背面上扩散。
基台510由如不锈钢(SUS)或铜(Cu)等导热性和耐热 性优异的材料制成。在基台510的内部设置如封装加热器 (sheath heater )等加热部件520，以在成膜时将基台加热到 预定温度。另外，在基台510的内部设置用于检测温度的温度 传感器(未示出)。温度传感器的输出端子被电连接到外部单元 (未示出)的温度控制单元，以传递温度检测信号。温度控制 单元基于温度检测信号由预定反馈控制系统、即PID (比例-积 分-微分)控制系统来控制被供给到基台510的加热电力的输出。
多个固定弹簧530被固定到基台510的外周表面。在图2A 和图2B中，利用螺栓Bt将多个固定弹簧530等间隔地固定到基 台510的外周的整个表面。固定弹簧530是弯曲的板簧材料，用 于使静电卡盘3压靠基台510的表面。
如图3所示，基台510具有与形成在静电卡盘3中的多个孔 通路330禾口340连通6勺多个孑L通i 各513禾口514。孑L通i 各513禾口514 形成在基台510的内周和外周处。在外周圓上等间隔地形成的 多个孔通路513形成外周流路72A的一部分。在内周圆上等间隔 地形成的多个孔通路514形成内周流路72B的一部分。穿过图3 的中央的两个孔通路是导体棒用孔通路512,导体棒913被插入 到该孔通^各512中。
流路72A至72D被连接到图l所示的惰性气体供给源71。设 置以预定流量供给气体所需的气体流量计915和用于监视将被 供给的惰性气体的压力的压力计914。在成膜期间，惰性气体 供给源71经由流路72A至72D向基板2的背面上的内周和外周 供给惰性气体，以在静电卡盘3和基板2之间进行热交换。
在本实施方式中，如上所述，基台510被加热。从基台510传递到静电卡盘3的热经由惰性气体被进 一 步传递到基板2,以 将基板2控制在预定温度。此时，基于压力计914的测量结果来 控制惰性气体的压力，以控制静电卡盘3和基板2之间的间隙或 接触面的热阻，从而能够控制基板2的温度。
使用中间构件4和流路72A至72D中的微波紋管6将静电卡 盘3接合到基台510。弹性材料的那些部件的使用允许在具有不 同的热膨胀特性的静电卡盘3和基台510不变形的情况下将静 电卡盘3接合到基台510。
在本实施方式中，中间构件4使用与基台510和静电卡盘3 面-面接触以传递热的导热性构件。作为中间构件4，可优选使 用导热率和附着性优异的构件。在本实施方式中，中间构件4
使用弹性材料以在基台510和静电卡盘3之间产生表面压力，从 而密封通过流路72A至72D的惰性气体。在本实施方式中，中 间构件4的中央部是凹状的，使得中间构件4的内侧的弹性系数 较小。
如图4A和图4B所示，本实施方式中的中间构件4包括布置 在基台510上的下侧碳片410和位于下侧碳片410上的上侧碳片 420。碳片是含有石墨的片状构件。例如，对石墨进行酸化处 理以制成膨胀的石墨，然后，将石墨滚压成片。
下侧碳片410是圆形的并且直径比基台510的直径稍小。导 电棒用孔通路411形成在下侧碳片410的中央，导电棒913被插 入通过该孔通路411。在与基台510的孔通路513和514连续的 位置，形成直径比孔通路513和514的直径稍大的波紋管用孔通 路412A、 423A和412B。
上侧碳片420是大致环状并且其外径与下侧碳片410的直 径相同。碳片4的中央部是凹状的。如图4B所示，上侧碳片的 内周端421间歇地突出到与下侧碳片410的波紋管用孔通路412A连续的位置的周围。在突出部，形成有与下侧碳片410的 波紋管用孔通路412A连续的上侧碳片的波纹管用孔通路 423A。在本实施方式中，碳片410的厚度与碳片420的厚度相 同。如图2C所示，在下侧碳片410上堆叠上侧碳片420,在中 央形成了大致圆形的凹部4A。
如图2C所示，在碳片的波紋管用孔通路412A、 412B和 423A的内侧，布置有如图5A和图5B所示的作为弹性构件的微 波紋管6 。微波紋管6是可沿高度方向伸缩的金属制的波紋管状 的筒体。可以对高熔点的金属例如镍(Ni)进行电沉积来形成 微波紋管6。例如，可使用内径为2.3mm、长度为5.7mm、伸 缩量为0.75mm的微波紋管作为本实施方式中的微波紋管6。微 波紋管6的材料不限于高熔点的金属，而是也可以使用合成橡 胶或合成树脂。然而，如果在高温下使用微波紋管，则优选金 属。
微波紋管6被设计成比中间构件4的高度厚并且在微波紋 管弹性变形的状态下被布置在波紋管用孑L通路412A、 412B和 423A内。微波紋管6的中空部61将基台510的孔通路联接到静 电卡盘3的孔通路，并且形成流i 各72A和72B的一部分。埋头孔 515被形成在基台510的布置微波紋管6的部分。微波紋管6被装 配到埋头孔515中。
只要弹性构件是可以是筒状板簧的弹性体，弹性构件就不 必总是形成为如微波紋管6的波紋管状。弹'性构件不必总是具 有产生足够强的表面压力来密封惰性气体的强弹性力，如果弹 性构件可以跟随基台510和静电卡盘3之间的间隙的变化就足 够了 。弹性构件的弹性系数优选比中间构件4的弹性系数小， 使得弹性构件令人满意地跟随基台510和静电卡盘3之间的间 隙的变化。下面说明根据本实施方式的基板支撑装置D的作用。
在加热基台510之前，例如，在成膜处理之前，在基板支 撑装置D中，通过固定弹簧5 3 0紧紧地压靠中间构件4和静电卡 盘3的外周并且将中间构件4和静电卡盘3固定到基台510。在该 状态下，中间构件4在静电卡盘3和基台510之间保持由凹部4A 产生的间隙，并且在微波紋管6变形到两个碳片410和420的高 度的状态下保持微波紋管6。
在开始成膜处理时，将基台510加热到预定温度，并且从 惰性气体供给源71供给惰性气体。此时，碳片410和420将热从 基台510传递到静电卡盘3。惰性气体通过流路72A和72B并且 被循环到基板2的整个背面以将热从静电卡盘3传递到基板2。 从而，中间构件4和惰性气体的使用提高了热传递效率，从而 能够产生优异的响应性和正确的温度控制。
由微波紋管6联接静电卡盘3和基台510中的流路72A至 72D以及在中间构件4和静电卡盘3之间产生间隙的部分。这防 止了构成碳片410和420的碳(C)的粉尘绕到基板2的背面， 从而避免了成膜时的杂质的产生和温度控制的劣化。
由基台510和静电卡盘3之间的中间构件4产生的表面压力 来密封惰性气体。如上所述，上侧碳片420的内周端421的突出 部被构造成覆盖形成外周流路72A的微波紋管6的周围，从而完 全密封惰性气体。
加热基台510使得其内周由于内外周之间的热膨胀差异而 向上巻曲(或者其外周向下巻曲)。此时，如果整个中间构件4 的厚度均一，则基台510在外周处与静电卡盘3分离，使得热不 能传递到外周，这使得基板2的内周和外周之间的温度不均一 。
在本实施方式中，如果基台510的内周向上巻曲，则由中 间构件4的凹部4A在中间构件4的中央附近预先形成的间隙倒塌，并且使中间构件4在包括中央附近的整个表面上与基台510 和静电卡盘3紧密接触。从而，热被均一地传递到内周和外周， 从而防止了温度分布变得不均一。
此时，布置在凹部4A处的孩i波紋管6纟皮凹部4A的高度压 缩。微波紋管6由波紋管状的金属制成，使得伸缩量可以增加， 因此，微波紋管6例如不会被破坏或者不会塑性变形。
由于凹部4A未残留空间并且跟随变形，因此，中间构件4 可以在其整个表面上与基台510和静电卡盘3完全接触，从而有 助于温度的均一化。当微波紋管6被压缩时，微波紋管6的径向 变形小，使得微波紋管6不会因为变形堵塞流路72A和72B而使 气体压力的控制性劣化。
根据上述第一实施方式的基板支撑装置D,微波紋管6提供 用作惰性气体用流路72A至72D的连通孔通路，该连通孔通路 使得基台510的孔通路513和514与静电卡盘3的孔通路330和 340连通。另外，微波紋管6使连通孔通路与碳片410和420分离。 这防止了由惰性气体产生的碳粉被输送到基板2的背面，使得 基板2的背面上的压力可以被保持在预定压力内，从而使基板 的温度均一化。
第二实施方式
图6是示出根据第二实施方式的基板支撑装置D的构造的 示意图。用相同的附图标记表示与第一实施方式中的部件相同 的部件。
如图6所示，在第二实施方式中，i殳置加热部件和冷却部 件二者来加热和冷却基板2。具体地，在基台510的内部设置作 为冷却部件的冷却通路541。冷却剂被循环到冷却通路541从而 能够冷却基台510。在静电卡盘3的内部设置用作加热部件的电 阻加热元件351，该电阻加热元件351由如钼或钨等高熔点的金属形成。向电阻加热元件351供给电力使得对静电卡盘3进行加热。
在静电卡盘3和基台510的内部，还设置有用于将惰性气体 供给到基板2的背面的中央附近的流路72。由厚度均一的单一 碳片形成的中间构件4被置于静电卡盘3和基台510之间，微波 紋管6被布置在形成中间构件4的流路7 2的部分。
从而，可设置单一流路72,另外，可在静电卡盘3侧设置 加热部件，并且可在基台510侧设置冷却部件。
图6中的静电卡盘3是双极性吸引型。 一对片状电极352A 和352B被连接到直流电源923并且向该对电极352A和352B供 给静电吸引用直流电压。电极352A和352B经由匹配箱 (matching box )920被连接到高频电源921并且在溅射时向电 极352A和352B供给吸引等离子体用的高频电压。图6中的附图 标记S表示隔离套。
第二实施方式的基板支撑装置D基本上提供与第一实施方 式的作用效果相同的作用效果。即使通过加热和冷却基板2来 改变基台510和静电卡盘3之间的间隙，也可以防止碳粉粘着到 基板2的背面。具体地，加热时，在由电阻加热元件351加热静 电卡盘3的同时，使惰性气体循环到基板2的背面，从而增强了 加热效果。冷却时，使冷却剂循环到基台510并且使惰性气体 循环到基板2的背面以加速从基板2到静电卡盘3的热传递，从 而增强了冷却效果。从而，即使通过加热和冷却基板2改变了 基台510和静电卡盘3之间的间隙，微波紋管6也使惰性气体的 流路72与碳片分离，使得可以防止碳粉粘着到基板2的背面。
根据上述实施方式的基板支撑装置D不限于上述实施方 式。例如，上述基板支撑装置D可适用于干蚀刻设备、等离子 体诱导(usher)设备、CVD设备、液晶显示制造设备以及示例为等离子体处理设备的溅射设备。
加热部件520不仅可以设置在基台510中，而且也可以设置 在静电卡盘3中。类似地，冷却部件可以设置在静电卡盘3中， 或者，如第二实施方式的情况那样，可设置冷却部件和加热部 件二者。
中间构件4不限于堆叠多个碳片的模式，而是可使用外周 弯曲的单一碳片，可使用厚度局部不同的单一碳片，或者可使 用厚度从内周向外周逐步或逐渐增加的三个以上的碳片。换句 话说，可以使碳片的内侧的弹性系数较小。惰性气体用流路可 仅形成在外周或内周上。此外，微波紋管6的弹性模量和高度 在内周和外周之间是不同的。例如，可使用高度方向上的弹性 模量较小的微波紋管，使得变形较大的内周容易跟随。除了中 间构件4之外，还可以配置其它密封构件。
如图7所示，为了提供密封功能，可在形成内侧流路72B的 微波紋管6的周围设置与进行密封功能所需的部分相当的上侧 碳片或另 一弹性体444。
权利要求
1.一种基板支撑装置，其设置有用于向基板的背面供给惰性气体的结构，该基板支撑装置包括基台(510)，其具有穿过所述基台并且与惰性气体的流路连通的孔通路；基板支撑台(3)，其被布置在所述基台上并且具有穿过所述基板支撑台的孔通路；导热性中间构件(4)，其被置于所述基台和所述基板支撑台之间并且具有连通孔通路，该连通孔通路用于使所述基台的孔通路与所述基板支撑台的孔通路连通；以及弹性构件，其被布置在所述导热性中间构件的连通孔通路中，用于使所述导热性中间构件与流过所述连通孔通路的惰性气体隔离。
2. 根据权利要求l所迷的基板支撑装置，其特征在于，所述弹性构件是板簧材料的筒状构件。
3. 根据权利要求l所述的基板支撑装置，其特征在于，所述弹性构件是波紋管状的筒体。
4. 根据权利要求l所述的基板支撑装置，其特征在于，所述导热性中间构件的弹性比所述基台和所述基板支撑台的弹性高。
5. 根据权利要求l所述的基板支撑装置，其特征在于，所述导热性中间构件由碳制成。
6. 根据权利要求l所述的基板支撑装置，其特征在于，所述导热性中间构件包围所述弹性构件的外表面。
7. 根据权利要求l所述的基板支撑装置，其特征在于，所述弹性构件的弹性系数小于所述导热性中间构件的弹性系数。
8. 根据权利要求l所述的基板支撑装置，其特征在于，所述基板支撑台具有用于通过静电力吸附保持所述基板的静电力吸附才几构。
9. 一种包括处理室和权利要求l所述的基板支撑装置的等离子体处理设备，该处理室的内部气氛能够被抽成真空，该基板支撑装置被设置在所述处理室内。
10. —种基板支撑装置，其设置在等离子体处理设备的真空室内，该基板支撑装置包括基台(510),其设置有气体流出口；基板支撑台(3),其被布置在所述基台上，用于在所述基板支撑台的正面上支撑基板，其中，第一孔通路从所述基板支撑台的背面穿过所述基板支撑台到达所述基板支撑台的正面；以及碳片构件，其被布置在所述基台和所述基板支撑台之间，其中，第二孔通路从所述碳片的背面穿过所述碳片到达所述碳片的正面，从而使所述基台的气体流出口与所述基板支撑台的第一孔通路连通，其中，在所述第二孔通路的内壁上，设置筒状金属构件，该筒状金属构件的在所述碳片构件的厚度方向上的弹'性系数小于所述碳片构件的在厚度方向上的弹性系数，从而当气体从所述基台的气体流出口流过所述基板支撑台的第一孔通路然后喷出到所述基板支撑台的正面上时，流动的气体'不与所述碳片构件接触。
11. 根据权利要求10所述的基板支撑装置，其特征在于，所述基台包括加热部件，所述基板支撑台包括利用静电保持基板的静电卡盘，所述基板支撑台的表面是凹凸状的，当由所述静电卡盘将所述基板保持到所述基板支撑台时，从所述第二孔通路排出的气体在所述基板和所述基板支撑台之间的间隙中循环。
12.根据权利要求10所述的基板支撑装置，其特征在于，所述筒状金属构件是波紋管状的筒体。
全文摘要
一种基板支撑装置和等离子体处理设备。该基板支撑装置能够防止粉尘的产生。导热性中间构件被置于基台和基板支撑台之间并且具有连通孔通路，该连通孔通路用于使基台的孔通路与基板支撑台的孔通路连通。如波纹管状的筒体等弹性构件被布置在导热性中间构件的连通孔通路中，用于使导热性中间构件与流过连通孔通路的惰性气体隔离。
文档编号H01L21/683GK101604654SQ200910202959
公开日2009年12月16日 申请日期2009年5月22日 优先权日2008年6月13日
发明者中村准二, 浅沼博文, 涩谷阳介, 白井泰幸 申请人:佳能安内华股份有限公司