专利名称：基板载置台、基板处理装置及基板的温度控制方法
技术领域：
本发明涉及载置半导体晶片等基板的基板载置台、对载置在基板载置台上的基板进行干蚀刻等处理的基板处理装置、以及控制载置在基板载置台上的基板之温度的基板的温度控制方法。
背景技术：
例如，在半导体器件的制造过程中，通常对作为被处理基板的半导体晶片进行干蚀刻或溅射、CVD(化学气相成长)等的等离子体处理。
例如，在等离子体蚀刻处理中，在腔室内设置载置半导体晶片(下面仅记为晶片)的载置台，通过构成该载置台的上部的静电卡盘进行静电吸附、保持晶片，形成处理气体的等离子体，对晶片进行等离子体蚀刻处理。
在这样的处理时，需要将作为被处理基板的晶片控制为希望的温度，为此，在载置台内设置冷媒流路，同时，在载置晶片的载置台和晶片背面之间导入He气等热传导用气体，改变其压力，从而来进行晶片的温度控制。
另一方面，已经知道如下这样的技术在这样使用热传导用气体来进行晶片的温度控制时，在吸附面设置多个突起，通过控制其高度和热传导用的气体压力，来自由地控制被处理基板的温度(专利文献1)。
另外，也已经知道如下这样的技术将这样的突起的高度控制为1～10μm，使得突起的接触面积的合计值为载置台表面积的1％以下，由此使作为被处理基板的晶片的温度控制性良好(专利文献2)。
但是，在上述专利文献1、2的技术中，具有如下这样的问题在突起的高度小的情况下，热传导用的He气难以均匀地扩散，难以确保被处理基板的温度控制响应性和均匀性，如果为了防止这样的问题而加高突起，在宽的温度范围控制被处理基板温度的温度控制性降低。
专利文献1特开2000-317761号公报。
专利文献2特开2001-274228号公报。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而作出的，本发明的目的在于提供一种能够提高被处理基板的温度均匀性和温度控制响应性、且能够得到充分的温度控制性的基板载置台、使用这样载置台的基板处理装置、和基板的温度控制方法。
为了解决上述问题，在本发明的第一观点中，提供一种基板载置台，在基板处理装置中用来载置基板，其特征在于，包括载置台本体；周缘环状凸部，它形成于上述载置台本体的基板载置侧的基准面上，使得在载置基板时与基板的周缘部接触，此时，在基板的下方部分形成填充热传导用气体的密闭空间；多个第一突起部，它设置在上述基准面的上述周缘环状凸部的内侧部分，使得在载置基板时与基板接触；多个第二突起部，它设置在上述基准面的上述周缘环状凸部的内侧部分，与上述第一突起部独立，在载置基板时，不与基板接触地接近。
在这种情况下，优选上述第二突起部和上述所载置的基板之间的距离是约5μm以下。另外，优选上述第一突起部的与上述所载置的基板的接触面积及上述第二突起部的与上述所载置的基板的相对向面的面积，都是约0.8mm2以下。
另外，上述第一突起部和上述第二突起部可以具有圆柱形状。在这种情况下，优选上述第一突起部和上述第二突起部的直径是约1mm以下。
上述第一突起部的与上述所载置的基板接触的面积总和，相对于上述基准面的上述周缘环状凸部的内侧部分的面积，优选是约0.04～5％的面积比率。在这种情况下，优选上述第一突起部在上述基准面的上述周缘环状凸部的内侧部分整个面上均匀地形成。
上述第二突起部的与上述所载置的基板相对向的面积总和，相对于上述基准面的形成第二突起部的区域的面积，优选是约15％以上的面积比率。在这种情况下，上述第二突起部，根据上述所载置的基板的温度分布，在上述基准面的上述周缘环状凸部的内侧部分，以规定的分布来形成。
上述周缘环状凸部和上述第一突起部距上述基准面的高度，优选是约30μm。
另外，优选还具有内侧环状凸部，该内侧环状凸部设置在上述基准面的上述周缘环状凸部的内侧，在载置基板时与基板接触，将上述密闭空间分离为内侧部分和外侧部分。
在这种情况下，优选将上述内侧环状凸部形成为双重构造，该双重构造具有第一内侧环状凸部、和与该第一内侧环状凸部接近地设置的第二内侧环状凸部。在这种情况下，在由上述内侧环状凸部分离的上述密闭空间的内侧部分和外侧部分，分别设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，同时，在上述第一内侧环状凸部和上述第二内侧环状凸部的间隙，还设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，这是更优选的。
另外，上述内侧环状凸部优选具有相互接近地设置的第一环状壁及第二环状壁、和在这些第一环状壁和第二环状壁之间形成的环状的凹部。这种情况下，在由上述内侧环状凸部分离的上述密闭空间的内侧部分和外侧部分，分别设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，同时，在上述环状的凹部内，还设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，这是更优选的。
另外，优选在上述内侧环状凸部和上述周缘环状凸部之间，同心圆状地配备多个中间环状凸部。这种情况下，在由上述内侧环状凸部分离的上述密闭空间的内侧部分，设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，同时，在上述同心圆状地形成的多个中间环状凸部之间所形成的多个间隙中，还分别设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，这是优选的。
而且，上述载置台本体可以具有静电卡盘，该静电卡盘使用静电力来吸附基板。
在本发明的第二观点中，提供一种基板处理装置，其特征在于，包括处理室，该处理室收容基板，将内部维持减压；基板载置台，设置在上述处理室内，载置上述基板，具有上述任何一种构成；处理机构，在上述处理室内对基板施行规定的处理；热传导用气体供给机构，该热传导用气体供给机构向在上述基板载置台和基板之间形成的上述密闭空间供给热传导用气体。
在这种情况下，优选还具有控制机构，控制从上述热传导用气体供给机构供给的热传导用气体的压力。
在本发明的第三观点中，提供一种基板的温度控制方法，使用上述任何一种构成的基板载置台来控制基板的温度，其特征在于通过控制向在上述基板载置台和基板之间形成的上述密闭空间导入的热传导用气体的压力，来控制基板的温度。
在此，优选在由上述内侧环状凸部分离的上述密闭空间的内侧部分和外侧部分，分别设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，对上述密闭空间的内侧部分和外侧部分独立地进行压力控制，由此控制基板的温度。
在这种情况下，优选为，将上述内侧环状凸部形成为双重构造，该双重构造具有第一内侧环状凸部、和与该第一内侧环状凸部接近地设置的第二内侧环状凸部，在上述第一内侧环状凸部和上述第二内侧环状凸部的间隙中，还设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，将上述间隙内的压力控制为比上述密闭空间的内侧部分和外侧部分低。
另外，优选为，将上述内侧环状凸部形成为具有相互接近地设置的第一环状壁及第二环状壁、和在这些第一环状壁和第二环状壁之间形成的环状的凹部，在上述环状的凹部内还设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，将该凹部的压力控制为比上述密闭空间的内侧部分和外侧部分低。
此外，优选为，在由上述内侧环状凸部分离的上述密闭空间的内侧部分，设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，对上述密闭空间的内侧部分进行压力控制，同时，在上述内侧环状凸部和上述周缘环状凸部之间同心圆状地配备多个中间环状凸部，在多个中间环状凸部之间所形成的多个间隙中，还分别设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，对该多个间隙内的压力分别独立地进行控制，由此控制基板的温度。
在本发明的第四观点中，提供一种基板处理装置，其特征在于，包括处理室，该处理室收容基板，将内部保持减压；基板载置台，该基板载置台设置在上述处理室内，载置上述基板；处理机构，该处理机构在上述处理室内对基板施行规定的处理；热传导用气体供给机构，该热传导用气体供给机构向在上述基板载置台和基板之间形成的上述密闭空间供给热传导用气体；控制部，该控制部控制上述基板载置台，以便进行上述任一种基板的温度控制方法。
另外，在本发明的第五观点中，提供一种控制程序，其特征在于在计算机上执行，在执行时，控制上述基板载置台，以便进行上述任一种基板的温度控制方法。
另外，在本发明的第六观点中，提供一种计算机存储介质，存储了在计算机上执行的控制程序，其特征在于上述控制程序在执行时，控制上述基板载置台，以便进行上述任一种基板的温度控制方法。
发明效果根据本发明，在载置台本体的基板载置侧的基准面上形成周缘环状凸部，使得在载置基板时与基板的周缘部接触，在基板的下方部分形成密闭空间，在基准面的周缘环状凸部的内侧部分设置多个第一突起部，支持基板，使得在载置基板时与基板接触，在向密闭空间内导入He气体等热传导用气体来进行基板的温度控制时，在上述基准面的上述周缘环状凸部的内侧部分，与上述第一突起部独立地、在载置基板时不与基板接触地、邻近基板设置多个第二突起部，所以，将密闭空间维持为不损害热传导用气体的均匀性的高度，能够通过第二突起部维持良好的温度控制性。
图1是表示本发明的一实施方式的设置了晶片载置台的等离子体处理装置的剖面图。
图2是放大地表示本发明的一实施方式的晶片载置台的主要部分的剖面图。
图3是表示本发明的一实施方式的晶片载置台中的第一突起部和第二突起部的配置状态的一个例子的平面图。
图4是表示在本发明的一实施方式的晶片载置台中向晶片下方的密闭空间供给作为热传导用气体的He气体时的各密闭空间高度下的气压和热传导系数之关系的图。
图5是表示对空间内的He气体的均匀性进行模拟时的模型的图。
图6是表示使用图5所示的模型进行模拟的结果的图。
图7是表示改变第一突起部的全体接触面积比率时的He气体压力和晶片温度之关系的图。
图8是表示改变第一突起部的高度时的He气体压力和晶片温度之关系的图。
图9是表示改变第二突起部64和晶片W之间的距离时的He气体压力和晶片温度之关系的图。
图10是表示改变第一突起部的面积比率时的第二突起部的面积比率和晶片温度之关系的图。
图11是表示改变第一突起部的面积比率时的第二突起部的面积比率和晶片温度差之关系的图。
图12是放大地表示本发明的其它实施方式的晶片载置台的主要部分的剖面图。
图13是本发明的其它实施方式的晶片载置台的主要部分的水平剖面图。
图14是放大地表示本发明的其它实施方式的晶片载置台的主要部分的剖面图。
图15是本发明的其它实施方式的晶片载置台的主要部分的水平剖面图。
图16是放大地表示本发明的其它实施方式的晶片载置台的主要部分的剖面图。
图17是放大地表示本发明的其它实施方式的晶片载置台的主要部分的剖面图。
图18是本发明的其它实施方式的晶片载置台的主要部分的水平剖面图。
图19是用于说明间隙部的气体压力的示意图。
图20是表示晶片的面内温度分布的测定结果的曲线图。
符号说明1等离子体处理装置(等离子体蚀刻装置)，2腔室(处理室)，4晶片载置台(基板载置台)，10喷头，20处理气体供给源，30第一高频电源，41电极板，42静电卡盘(载置台本体)，52、52a、52b气体流路，55He供给机构，60基准面，61周缘环状凸部，62密闭空间，62a内侧部分，62b外侧部分，63第一突起部，64第二突起部，67内侧环状凸部，67a第一内侧环状凸部，67b第二内侧环状凸部，68内侧环状凸部，68a内周壁，68b外周壁，68c槽，69a、69b、69c、69d中间环状凸部，70第二高频电源，80过程控制器。
具体实施例方式
下面，参照附图来说明本发明的一个实施方式。
这里，说明将本发明的基板载置台应用于等离子体处理装置的例子。图1是表示本发明的一个实施方式的设置晶片载置台的等离子体处理装置的剖面图，图2是放大地表示本发明的一个实施方式的晶片载置台的主要部分的剖面图。
该等离子体处理装置1以平行平板蚀刻装置的形式来构成，该平行平板蚀刻装置是，电极板上下平行相对向，通过在它们之间所形成的高频电场来形成电容耦合等离子体。
该蚀刻处理装置1具有腔室2，该腔室是，例如由表面经阳极氧化处理的铝构成，并成形为圆筒形状。在腔室2内的底部，通过陶瓷等绝缘部件3，设置载置作为被处理基板的半导体晶片(下面仅记为“晶片”)W的本实施方式的晶片载置台4。在本实施方式中，该晶片载置台4如后述那样具有作为下部电极的功能。
在晶片载置台4的上方，与该晶片载置台4平行相对向，设置作为上部电极功能的喷头(shower head)10，该喷头10由下列部件构成电极板11，该电极板构成与晶片载置台4的相对面的同时，还具有多个排出孔12；水冷构造的电极板支持体13，该电极板支持体支持该电极板11，由导电性材料例如表面经阳极氧化处理的铝构成。在电极板支持体13内形成气体扩散空间13a。
在该喷头10和腔室2的侧壁之间环状地设置绝缘材料15，该绝缘材料15安装在腔室2的侧壁上，另外，在绝缘材料15的下端，沿着其周围安装向内侧延伸的绝缘性支持部件16，喷头10由支持部件16来支持。而且，喷头10和晶片载置台4离开例如10～60mm左右的距离。
在上述喷头10的电极支持体13中设置导至气体扩散空间13a的气体导入口18，气体供给管19的一端与该气体导入口18连接，气体供给管19的另一端与处理气体供给源20连接。而且，用于蚀刻的处理气体从处理气体供给源20通过气体供给管19提供给喷头10，经过电极板支持体13的气体扩散空间13a，从排出孔12向晶片W上排出。在气体供给管19上，设置阀门21和质量流量控制器22。
作为处理气体来说，能够采用目前所使用的各种气体，例如能够合适地使用氟碳气体(CxFy)或氢氟碳气体(CpHqFr)这样的含有卤元素的气体。另外，也可以添加Ar、He等稀有气体或N2气体、O2气体等。
排气管25与腔室2的底部连接，排气装置26与该排气管25连接。排气装置26具有涡轮分子泵等真空泵，构成为使得通过它能够将腔室2内抽真空为规定的减压气氛、例如1Pa以下的规定压力。另外，在腔室2的侧壁上设置闸阀27，使得在将该闸阀27打开的状态下，在与相邻的装载锁定室(未图示)之间搬送晶片W。
第一高频电源30通过匹配器31与喷头10连接，此时的供电通过与喷头10的电极板支持体13的上面中央部连接的供电棒33来进行。另外，低通滤波器(LPF)35与喷头10连接，通过从该第一高频电源30提供高频电力，在作为晶片W的上部电极的喷头10和作为下部电极的晶片载置台4之间，形成高频电场，生成处理气体的等离子体，该第一高频电源30具有例如27MHz以上的频率，作为具体例子，使用60MHz。通过施加这样比较高的频率，能够在腔室2内形成较好的解离状态且高密度的等离子体，能够在低压条件下进行等离子体处理。
本实施方式的晶片载置台4为大致圆柱形，具有在绝缘部件3上设置的金属制的电极板41；在电极板41上设置的静电卡盘42。静电卡盘42形成比电极板41小的直径，在电极板41的上端周缘部配置环状的聚焦环43，使之包围静电卡盘42。该聚焦环43例如由绝缘材料形成，由此提高了蚀刻的均匀性。
在电极板41的内部，设置冷媒循环路45，冷媒导入管46和冷媒排出管47与该冷媒循环路45连接，例如氟不活泼性液体等冷媒从冷媒供给机构48通过冷媒导入管46提供给该冷媒循环路45内，进行循环，利用其冷热将晶片W控制为所希望的温度。冷媒温度低时，其冷却能力高，但如果过低会引起结露，所以20℃左右为优选，在后面所示的模拟(simulation)中使用20℃。
静电卡盘42形成为比晶片W小一些的直径，具有由绝缘材料构成的本体42a和插在其中的电极42b。直流电源50与电极42b连接，从该直流电源50施加例如1.5kV的直流电压，由此，通过静电力、例如库仑力、约翰逊·拉别克力来静电吸附载置在其上的晶片W。直流电源50通过开关51来接通、关闭。作为构成本体42a的绝缘材料说，例示了Al2O3、Zr2O3、Si3N4、Y2O3等陶瓷。
在载置在晶片载置台4上的晶片W的背面侧，连接用于提供作为热传导气体的He气体的多个气体流路52。气体流路52从在绝缘部件3的上面形成的环状凹部53延伸，在该环状凹部53连接有He供给机构55，该He供给机构55通过气体供给配管54供给作为热传导气体的He气。而且，从He供给机构55经过气体供给配管54暂时存留在环状凹部53的He气体，经过气体流路52提供给晶片W的背面，借助He气体向晶片W传导冷媒的冷热，进行晶片W的温度控制。
如图2所示，构成晶片载置台4的上部的静电卡盘42，在以构成晶片载置台本体的绝缘材料42a的晶片载置侧的表面作为基准面60的情况下，沿着其基准面60的周缘部形成周缘环状凸部61。该周缘环状凸部61形成为在载置晶片W时与晶片W的周缘部接触，此时，在基板的下方部分形成填充热传导用He气体的密闭空间62。另外，在基准面60的周缘环状凸部61的内侧部分，设置多个第一突起部63，该多个第一突起部63在载置晶片W时与晶片W接触，支持晶片W。此外，在基准面60的周缘环状凸部61的内侧部分，与第一突起部63独立地设置多个第二突起部64，使得在载置晶片W时不与晶片W接触地接近。在密闭空间62中，通过上述气体流路52，导入热传导用的He气体。
图3例示了第一突起部63和第二突起部64的配置。在图3的例子中，第一突起部63和第二突起部64形成为圆柱状，在等间隔配置的第一突起部63之间，等间隔设置多个第二突起部64。
在静电卡盘42的上面埋入热电偶66，通过这样来检测晶片W的温度，如后面所描述的那样，基于该检测值来控制密闭空间62的He气体压力。
在作为下部电极起作用的晶片载置台4的电极板41上，连接第二高频电源70，在该供电线中安装有匹配器71。该第二高频电源70的频率是例如100kHz～13.56MHz的范围，作为具体的例子，使用2MHz。通过施加这样范围的频率，能够对于作为被处理体的晶片W给予不造成损害的合适的离子作用。
等离子体处理装置1的各构成部形成为与过程控制器80连接被控制的构成。具体地说，控制冷媒供给机构48、He供给机构55、排气装置26、用于静电卡盘42的直流电源50的开关51、阀门21、质量流量控制器22等。特别是，关于He供给机构55，基于来自作为温度传感器的热电偶66的检测信号，从过程控制器80向He供给机构55发送控制信号，使得晶片W成为所希望的温度，控制密闭空间62内的He气体压力。而且，高通滤波器72与电极板41连接。
另外，用户接口81与过程控制器80连接，该用户接口81由为了工程管理者管理等离子体处理装置1而进行命令输入操作等的键盘、可视化显示等离子体处理装置1的运转状况的显示器等构成。
此外，存储部82与过程控制器80连接，该存储部82存储着制法(recipe)，该制法记录着为了由过程控制器80的控制实现由等离子体处理装置1执行的各种处理的控制程序和处理条件数据等。
而且，根据需要，由来自用户接口81的指示等，从存储部82提取任意的制法，由程序控制器80来执行，在程序控制器80的控制下，利用等离子体处理装置1进行所希望的处理。另外，上述控制程序或处理条件数据等制法，可利用存储在计算机可读取的存储介质、例如CD-ROM、硬盘、软盘、闪速存储器等中的状态的制法，或，也可以是来自其它装置，例如通过专用线路随时传送的联机使用。
接着，说明以上这样构成的等离子体蚀刻装置1的处理动作。
首先，在闸阀27打开后，作为被处理基板的晶片W从未图示的装载锁定室搬入腔室2内，载置在晶片载置台4的静电卡盘42上。接着，关闭闸阀27，利用排气装置26，将腔室2内抽真空到规定的真空度。
之后，打开阀门21，来自处理气体供给源20的处理气体通过质量流量控制器22调整其流量，通过气体供给管19、气体导入口18向喷头10内部的气体扩散空间13a导入，此外，通过电极板11的排出孔12，如图1的箭头所示，对晶片W均匀地排出，将腔室2内的压力维持为规定值。
此时，从第一高频电源30对作为上部电极的喷头10施加27MHz以上例如60MHz的高频，通过这样，在作为上部电极的喷头10和作为下部电极的晶片载置台4之间产生高频电场，处理气体解离，进行等离子体化，通过该等离子体对晶片W进行蚀刻处理。这样，在生成等离子体的同时，从直流电源50对静电卡盘42的电极42b施加直流电压，由此，晶片W静电吸附在静电卡盘11上。此时，晶片W吸附在静电卡盘42的绝缘材料42a的基准面上所形成的周缘环状凸部61上，同时由第一突起部63支持，在晶片W的下方形成密闭空间。
另外，从第二高频电源70对作为下部电极的晶片载置台4施加100kHz～13.56MHz例如2MHz的高频。通过这样，等离子体中的离子被拉至晶片载置台4一侧，通过离子助推提高了蚀刻的各向异性。
为了利用这样形成的等离子体高精度地进行蚀刻，需要高精度地控制晶片W的温度，为此，向晶片W下方的密闭空间62供给作为热传导用气体的He气体，将该气体压力控制为规定值，由此将晶片控制为所希望的温度。
这里，目前是在由周缘环状凸部61所规定的密闭空间62内，只不过设置与第一突起部63相当的用于支持晶片的部件。
向这样的密闭空间中供给作为热传导用气体的He气体时的气体压力和热传导系数的关系如图4所示。该图4是使用传宝等人在(IEEETRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING，VOL.11，No.1，1998 pp25-29)中记载的晶片和载置台间的稀薄的气体的热传导的模型试验，利用DSCM(Direct Simulation Monte Carlo)法并基于实测数据，进行模拟而求出的。如该图所示，在低压区域，热传导系数与密闭空间的高度(距离)无关与压力成比例地上升，但在高压区域，如果密闭空间的高度高，既使压力上升热传导率具有饱和的倾向。即，例如密闭空间的高度在30μm以上，由气体压力的变化导致的热传导率的变化范围(margin)变窄，晶片温度可控制的范围具有变窄的倾向。
由此可理解为，为了使因改变气体压力而导致的晶片的温度控制性为良好，将密闭空间的高度变窄为例如5μm以下左右较好。
另一方面，关于空间内的He气的均匀性，是在图5所示的半径为50mm、高度为30μm或10μm的容器中，从其中央下部的半径为0.5mm的供给口填充1333Pa的He气体的过程作为模型，将容器壁面温度设为300K进行模拟而计算出。其结果如图6所示，图6是将横轴设为时间，将纵轴设为容器内分子数，表示它们之关系的图，但从该图可知，容器内分子数达到一定所需要的时间在高度为30μm时是0.6sec，与此相对，在高度为10μm时是1.5sec。即，在空间高度小到10μm的情况下，分子移动的阻力大，与30μm的情况相比，分子的填充性变差，气体分布容易变得不均匀，晶片的温度均匀性和温度控制响应性降低。
从以上的结果可知，如现有技术那样，在由周缘环状凸部61所规定的密闭空间62内，在仅设置相当于第一突起部件63的用于支持晶片的部件的情况下，如果使供给He气体的密闭空间的高度变大，温度控制性具有变差的倾向，如果减小密闭空间的高度，就具有气体的填充性变差、晶片温度的均匀性降低的倾向，兼顾两者是困难的。
与此相对，在本实施方式中，在基准面60的周缘环状凸部61的内侧部分，设置在载置晶片W时与晶片W接触并进行支持的多个第一突起部63，此外，不与晶片W接触而是接近地独立地设置多个第二突起部64，使得通过该第二突起部64进行实际的热传导，所以成为与从热传导的面开始算起的密闭空间62的高度变小的情况同等的状态，因改变气体压力而导致的热传导率的变化范围(margin)变大，能够使得晶片W的温度控制性变好，另一方面，通过周缘环状凸部61和第一突起部63充分地确保实际的密闭空间62的高度，由此使得密闭空间62内的气体分布均匀，能够确保晶片温度的均匀性。
如本实施方式这样，在使用作为热传导气体的He气体来对等离子体处理(等离子体蚀刻)中的晶片W进行温度控制的情况下，从静电卡盘的吸附力方面来看，He气体的压力能够使用0～6650Pa左右的范围。而且，从等离子体处理的控制性的观点来看，在上述He气体压力的范围，能够在大约50～200℃的范围控制晶片的温度。在这种情况下，由于第一突起部63与晶片W进行固体接触，所以通过第一突起部63的热传导比通过He气体的热传导多。但是，如果第一突起部63与晶片W的接触面积过多的话，确保200℃是困难的。因此，求出改变第一突起部63的全体接触面积比率(相当于对基准面60的周缘环状凸部61内侧的面积的比率)时的He气体压力和晶片温度的关系，在图7中表示该结果。图7是在不设置第二突起部64、作为第一突起部63均等地配置直径为0.5mm、高度为30μm的圆柱状的突起部、载置台直径为300mm、晶片直径为300mm、输入热量为2400W的条件下，基于上述传宝等人的方法进行模拟而求出的曲线图。由图7可知，为了将最高温度控制到约200℃，需要将第一突起部63的接触面积比率设定为2～5％左右。但是，如果最高温度比它低，则与此对应，可以加大接触面积比率，例如在最高温度是80℃左右就可以的情况下，也可以将面积比率设为25％左右的大的值。
第一突起部63的接触面积的下限，从温度控制的观点来看不必设置，但第一突起部63的直径为0.5mm、均等地配置时，在压力为16630Pa时，最大挠曲量是3μm，如以均等压力与全部第一突起部63接触，是充分的，所以，考虑高度的制造精度为±2.5μm，如果计算满足这样条件的第一突起部63的间隔是21.2mm，由该值求出接触面积0.04％，所以，优选第一突起部63的接触面积是0.04％。
在这种情况下，优选第一突起部63均匀地设置在基准面60的周缘环状凸部61的内侧部分整个面上。
为了降低晶片温度，需要加大He气体的压力，为了在6650Pa条件下得到大约50℃的最低温度，需要将密闭空间62的高度、即第一突起部63的高度设定为适当的值。因此，求出改变第一突起部的高度时的He气体压力与晶片温度的关系。在图8中表示其结果，图8是利用与图7相同的条件、方法进行模拟而求出的曲线图。从图8可知，如果第一突起部63的高度(即密闭空间62的高度)为50μm以上时，在压力为6650Pa左右的条件下，降低到50℃附近是困难的，在50℃附近进行高精度地温度控制是困难的。在第一突起部63的高度为5μm以下时，如上述那样，He气体的均匀填充性变差，晶片温度均匀性、温度控制响应性变差，所以认为第一突起部63的高度为大致30μm是适当的。
第二突起部64和晶片W间的距离，由于对He气体的热传导性有影响，所以优选设定为适当的值。因此，求出改变第二突起部64和晶片W间的距离时的He气体压力与晶片温度的关系。在图9表示该结果。图9是利用与图7相同的条件、方法进行模拟而求出的曲线图。从图9可知，通过使第二突起部64和晶片W之间的距离为大致5μm以下，热传导性更好，在压力为6650Pa左右，能够降低到50℃附近。因此，优选第二突起部64与晶片W之间的距离约为5μm以下。
在等离子体处理中，需要快速改变晶片温度，但通过将第一突起部63的高度设为大致30μm、将第二突起部64和晶片W间的距离设为大致5μm以下，能够提高第一突起部63和第二突起部64的周围的空间的He气体的压力改变的响应性。
另外，从第一突起部63和第二突起部64的周围空间的He气体压力改变的响应性的观点来看，优选第一突起部63与晶片W的接触面积以及第二突起部64与晶片W的相对向面的面积，哪一个都是约0.8mm2以下(或其直径为晶片的厚度以下)。如果在该范围，就难以产生上述He气体压力变化的响应延迟。而且，与第一及第二突起部63、64对应的晶片部分，横方向的热传导距离和厚度方向的热传导距离大致相同，所以，在温度控制的通常状态下，也难以产生温度不均匀。
第二突起部64如上述那样具有调整热传导性的功能，所以通过局部地设置第二突起部64，能够提高由He气体导致的该部分的温度控制性，即能够进一步降低该部分的温度。例如，如果对晶片W进行等离子体处理，则晶片W的周缘部比中心部温度高，所以仅在与晶片W的周缘部对应的部分设置第二突起部64、或使该部分的第二突起部64的配置密度比其它部分高，由此，能够降低晶片W的周缘部的温度。这样，根据晶片W的温度分布来形成第二突起部64，能够进一步提高晶片温度的均匀性。
第二突起部64的面积比率对晶片温度控制性有直接影响。图10是表示在改变第一突起部的面积比率的情况下第二突起部的面积比率与晶片温度之关系的图，图11是在同样的情况下第二突起部的面积比率与晶片温度差之关系的图。这些图是将第一突起部63的高度设为30μm、将第二突起部64和晶片W之间的距离设为5μm、与图7同样地进行模拟而求出的曲线图。如图10所示，具有第一突起部63的面积比率越小晶片温度越高的倾向，但如图11所示，晶片温度差、即因第二突起部64的存在而导致的温度控制性也是面积比率越小越好。而且，在第一突起部63的面积比率是作为优选范围的2～5％的情况下，第二突起部64的面积比率是15％左右，温度差为-0.6～-0.7℃左右，得到比较高的温度控制性。因此，第二突起部64的面积比率为大致15％以上为优选。另外，由于在20％左右时温度差为-0.8～-1.0℃左右，所以大致20％以上为更优选。如果提高第二突起部64的面积比率，则越高温度控制性越提高，但是，在以相同的大小和形状均匀地配置的情况下，由于加工性等观点，25％是事实上的上限。但是，通过不均匀配置第二突起部64，或通过在加工方面下功夫，能够进一步提高面积比率。
而且，第一突起部63和第二突起部64，从加工性或温度控制性的观点来看，优选的是圆柱形状，其直径优选是1mm以下。
下面，说明本发明的其它实施方式。
图12是放大地表示本发明的其它实施方式的晶片载置台的主要部分的剖面图，图13是其水平剖面图。在本实施方式中，在基准面60的周缘环状凸部61的内侧，设置内侧环状凸部67，该内侧环状凸部67在载置晶片W时与晶片W接触，将密闭空间62分离为内侧部分62a和外侧部分62b。而且，在内侧部分62a和外侧部分62b，分别连接气体流路52a、52b，内侧部分62a和外侧部分62b的He气体压力能够独立控制。而且，图13是用于说明周缘环状凸部61和内侧环状凸部67的配置关系的图，其它部件省略。
这样，将密闭空间62分离为内侧部分62a和外侧部分62b，独立地控制它们的He气体压力，由此能够分别对等离子体处理时温度容易上升的晶片W的周缘部和除此之外的部分进行温度控制，能够进一步提高晶片温度的均匀性。具体地说，相对地提高外侧部分62b的压力，使热传导性良好，进一步冷却晶片W的周缘部分，由此能够提高晶片温度的均匀性。而且，图12的基本构成与图2所示的实施方式相同，所以对于相同的构成赋予相同的符号，省略了说明。
图14和图15是表示图12的实施方式的晶片载置台的变型例的图。图14是放大地表示该实施方式的晶片载置台的主要部分的剖面图，图15是其水平剖面图。在本实施方式中，用于将密闭空间62分离为内侧部分62a和外侧部分62b的内侧环状凸部67被设为双重构造，使得在其间形成的第三密闭空间(间隙部62c)中能够导入气体。
内侧环状凸部67由第一内侧环状凸部67a、与其外侧邻近设置的第二内侧环状凸部67b构成，它们都以在载置晶片W时与晶片W接触的高度来设置。而且，成为如下这样的构成在这些第一内侧环状凸部67a和第二内侧环状凸部67b之间形成的间隙部62c，连接着气体流路52c。通过这样，内侧部分62a、外侧部分62b和间隙部62c，分别通过气体流路52a、52b、52c导入He气体，同时，能够独立控制气体压力。而且，图15是用于说明周缘环状凸部61和内侧环状凸部67(67a、67b)的配置关系的图，其它部件省略。
优选间隙部62c的气体压力比内侧部分62a、外侧部分62b低。在通常情况下，将静电卡盘42的直径设计得比晶片W的直径小，使得它不会受到等离子体的直接影响。因此，晶片W以如图所示那样其周端比静电卡盘42沿横向突出的状态来配置。因此，晶片W的周缘部与中央部相比，温度容易上升。因此，如前所述，在图12的实施方式中，设置内侧环状凸部67，将密闭空间62分离为内侧部分62a和外侧部分62b，而且，分别通过气体流路52a、52b，独立地进行气体导入，通过使与晶片W的周缘部对应的外侧部分62b的压力比与晶片W的中央部对应的内侧部分62a的压力高，可提高冷却效率，实现晶片面内的温度均匀化。
但是，在图12的实施方式中，有时存在如下这种情况超过内侧环状凸部67的顶部，从气体压力高的外侧部分62b向内侧部分62a泄漏气体。如果超过内侧环状凸部67，从外侧部分62b向内侧部分62a侵入气体，则内侧部分62a的气体压力变动，压力变得不稳定，均匀地控制晶片W的面内温度变得困难。因此，在本实施方式中，将内侧环状凸部67设计双重结构，在它们之间设置间隙62c，同时，使间隙部62c的气体压力比其两侧的内侧部分62a和外侧部分62b低。如果这样，既使从气体压力相对高的外侧部分62b超过第二内侧环状凸部67b泄漏气体，也是向气体压力低的间隙部62c流入，这里具有作为缓冲空间的功能，所以能够防止内侧部分62a的压力变动。
这样，将内侧环状凸部67作成双重结构，在它们之间形成间隙部62c，由此，能够缓和内侧部分62a和外侧部分62b的相互气体压力的影响。
在图14和图15中，改变第一内侧环状凸部67a及第二内侧环状凸部67b的厚度和间隙部62c的宽度来进行表示，但是，它们的厚度和宽度可以相同也可以不同，可以根据内侧部分62a、外侧部分62b和间隙部62c的气体压力等适当设定，例如，可以将第一内侧环状凸部67a和第二内侧环状凸部67b的厚度同时设为2mm，将间隙部62c的宽度设定为1mm。而且，图14的基本构成与图2所示的实施方式相同，所以对于相同的构成赋予相同的符号，省略了说明。
图16表示图12的实施方式的晶片载置台的其它变形例，是放大在表示晶片载置台的主要部分的剖面图，在本实施方式中，配备在上面刻有槽的内侧环状凸部68。
即，内侧环状凸部68，具有以在载置晶片W时与晶片W接触的高度环状突出地设置的内周壁68a和外周壁68b；在其间形成的作为凹部的槽68c。在槽68c的底部，连接着气体流路52d。在本实施方式中，通过将槽68c内的气体压力设定得比内侧部分62a和外侧部分62b低，与图14和图15所示的实施方式中所说明的结构同样地能够缓和内侧部分62a和外侧部分62b的相互气体压力的影响。
在本实施方式中，内侧环状凸部68的内周壁68a及外周壁68b的厚度和槽68c的宽度可以相同也可以不同，可适当地进行设定。而且，图16的基本构成与图2所示实施方式相同，所以对于相同构成赋予相同的符号，省略了说明。
图17和图18是表示晶片载置台的其它变形例的图。图17是放大地表示该实施方式的晶片载置台的主要部分的剖面图，图18是其水平剖面图。在本实施方式中，在周缘环状凸部61和内侧环状凸部67之间，以在载置晶片W时与晶片W接触的高度同心圆状地设置多个中间环状凸部69a、69b、69c、69d，在其间形成的多个(在本例中是5个)间隙部62d、62e、62f、62g、62h中，分别连接导入He气体的气体流路52e，能够独立控制气体压力。通过这样的构成，在将间隙部62h的气体压力设定得高的情况下，能够将相邻的间隙部62g的气体压力设定得低，使得间隙部62d～62h的气体压力交互地为高、低、高、低…。而且，图18是用于说明周缘环状凸部61和内侧环状凸部67以及中间环状凸部69a～69d的配置关系的图，其它部件省略。
如前述那样，由于晶片W的周缘部的温度容易上升，所以，例如在图12所示的实施方式中，相对地将内侧环状凸部67和周缘环状凸部61之间的外侧部分62b的气体压力设定得比内侧部分62a高，可使得热传导性好，提高了He气体的冷却效率。但是，由于晶片W本身的热传导率比较大，所以既使仅冷却周缘部，冷热也向邻近的内侧区域传导。如果考虑这样的晶片W本身的热传导率，可进行更细致的气体压力的控制，这在提高晶片W的面内温度均匀性方面较好。
在本实施方式中，通过上述构成，例如图19所示，将气体压力设定得最高，在与强冷却的间隙部62h相邻的间隙部62g，考虑晶片W的热传导，将气体压力设定得相对低，弱化冷却，使得不会过度冷却，而且在其内侧的间隙部62f中，将气体压力设定得比间隙部62g高，稍微加强冷却，这样细致地改变气体压力，能够提高冷却精度。通过这样，能够由He气体进行精密的温度控制，以高精度来控制晶片W的面内温度分布，能够实现均匀性。
在使用具有与图17同样的构成的晶片载置台来加热晶片W的情况下，测定晶片面内的温度分布的结果如图20所示。图20的横轴表示φ300mm的晶片W的中心设为0时的距离(半径)。通常，在相同尺寸的晶片W中，面内温度产生±5℃左右之差，但在图20中，可以看到既使晶片W的周缘部附近的大约120mm～150mm的距离，温度分布(偏差)可抑制在±1℃以内。因此，可以确认了通过使用本实施方式的晶片载置台，能够以极高精度使晶片面内温度均匀化。
在图17～图19中，分别改变内侧环状凸部67及周缘环状凸部61的厚度、中间环状凸部69a～69d的厚度、和间隙部62d～62h的宽度来进行表示，但是，这些厚度和宽度可以相同也可以不同，能够适当地来进行设定。另外，中间环状凸部和间隙部的个数也可以适当地进行设定。而且，图17和图19的基本构成与图2所示的实施方式相同，所以对于相同的构成赋予相同的符号，省略了说明。
而且，本发明不限于上述实施方式，可以在本发明的思想范围内进行各种变形。例如，在上述实施方式中，以带有静电卡盘的晶片载置台为对象，但静电卡盘不是必须的。另外，表示了向上部电极和下部电极施加高频电力之类型的平行平板型等离子体蚀刻装置，但高频电力的施加方式不限于此，另外，不限于平行平板型，例如，也可以是电感耦合型等离子体处理装置等，也可以是其它方式的等离子体装置，不限于蚀刻处理，也可以是灰化或CVD等，也可以是其它处理。此外，如果是将处理容器内进行减压的处理，也可以是等离子体处理以外的处理。而且，表示了作为热传导气体使用He气体的例子，但也可以使用Ar气体、He气体与Ar气体的混合气体等，也可以使用其它气体。再者，被处理基板不限于半导体晶片，也可以是平板显示基板等，也可以是其它基板。
权利要求
1.一种基板载置台，在基板处理装置中用于载置基板，其特征在于，包括载置台本体；周缘环状凸部，它形成于所述载置台本体的基板载置侧的基准面上，使得在载置基板时与基板的周缘部接触，此时，在基板的下方部分形成填充热传导用气体的密闭空间；多个第一突起部，它设置在所述基准面的所述周缘环状凸部的内侧部分，使得在载置基板时与基板接触；多个第二突起部，它设置在所述基准面的所述周缘环状凸部的内侧部分，与所述第一突起部独立，在载置基板时，不与基板接触地接近。
2.如权利要求1所述的基板载置台，其特征在于所述第二突起部和所述载置的基板之间的距离是约5μm以下。
3.如权利要求1所述的基板载置台，其特征在于所述第一突起部的与所述载置的基板的接触面积和所述第二突起部的与所述载置的基板的相对向面的面积，都是约0.8mm2以下。
4.如权利要求1所述的基板载置台，其特征在于所述第一突起部和所述第二突起部具有圆柱形状。
5.如权利要求4所述的基板载置台，其特征在于所述第一突起部和所述第二突起部的直径是约1mm以下。
6.如权利要求1所述的基板载置台，其特征在于所述第一突起部的与所述载置的基板接触的面积总和，相对于所述基准面的所述周缘环状凸部的内侧部分的面积，是约0.04～5％的面积比率。
7.如权利要求6所述的基板载置台，其特征在于所述第一突起部，在所述基准面的所述周缘环状凸部的内侧部分整个面上均匀地形成。
8.如权利要求1所述的基板载置台，其特征在于所述第二突起部的与所述载置的基板相对向的面积的总和，相对于所述基准面的形成第二突起部的区域的面积，是约15％以上的面积比率。
9.在权利要求8所述的基板载置台，其特征在于所述第二突起部，根据所述载置的基板的温度分布，在所述基准面的所述周缘环状凸部的内侧部分，以规定的分布来形成。
10.如权利要求1所述的基板载置台，其特征在于所述周缘环状凸部和所述第一突起部距所述基准面的高度，是约30μm。
11.如权利要求1所述的基板载置台，其特征在于还具有内侧环状凸部，该内侧环状凸部设置在所述基准面的所述周缘环状凸部的内侧，在载置基板时与基板接触，将所述密闭空间分离为内侧部分和外侧部分。
12.如权利要求11所述的基板载置台，其特征在于将所述内侧环状凸部形成为双重构造，该双重构造具有第一内侧环状凸部、和与该第一内侧环状凸部接近地设置的第二内侧环状凸部。
13.如权利要求12所述的基板载置台，其特征在于在由所述内侧环状凸部分离的所述密闭空间的内侧部分和外侧部分，分别设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，同时，在所述第一内侧环状凸部和所述第二内侧环状凸部的间隙，还设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部。
14.如权利要求11所述的基板载置台，其特征在于所述内侧环状凸部具有相互接近地设置的第一环状壁及第二环状壁；和，在这些第一环状壁和第二环状壁之间形成的环状的凹部。
15.如权利要求14所述的基板载置台，其特征在于在由所述内侧环状凸部分离的所述密闭空间的内侧部分和外侧部分，分别设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，同时，在所述环状的凹部内，还设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部。
16.如权利要求11所述的基板载置台，其特征在于在所述内侧环状凸部和所述周缘环状凸部之间，同心圆状地配备多个中间环状凸部。
17.如权利要求14所述的基板载置台，其特征在于在由所述内侧环状凸部分离的所述密闭空间的内侧部分，设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，同时，在所述同心圆状地形成的多个中间环状凸部之间形成的多个间隙中，还分别设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部。
18.如权利要求1所述的基板载置台，其特征在于所述载置台本体具有静电卡盘，该静电卡盘使用静电力来吸附基板。
19.一种基板处理装置，其特征在于，包括处理室，该处理室收容基板，将内部维持减压；基板载置台，该基板载置台设置在所述处理室内，载置所述基板，具有权利要求1所述的构成；处理机构，该处理机构在所述处理室内对基板进行规定的处理；热传导用气体供给机构，该热传导用气体供给机构向在所述基板载置台和基板之间形成的所述密闭空间供给热传导用气体。
20.如权利要求19所述的基板处理装置，其特征在于具有控制机构，该控制机构控制从所述热传导用气体供给机构供给的热传导用气体的压力。
21.一种基板的温度控制方法，使用权利要求1所述的基板载置台来控制基板的温度，其特征在于通过控制向在所述基板载置台与基板之间形成的所述密闭空间导入的热传导用气体的压力，来控制基板的温度。
22.一种基板的温度控制方法，使用权利要求11所述的基板载置台来控制基板的温度，其特征在于在由所述内侧环状凸部分离的所述密闭空间的内侧部分和外侧部分，分别设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，对所述密闭空间的内侧部分和外侧部分独立地进行压力控制，由此控制基板的温度。
23.如权利要求22所述的基板的温度控制方法，其特征在于将所述内侧环状凸部形成为双重构造，该双重构造具有第一内侧环状凸部、和与该第一内侧环状凸部接近地设置的第二内侧环状凸部，在所述第一内侧环状凸部和所述第二内侧环状凸部的间隙中，还设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，将所述间隙内的压力控制为比所述密闭空间的内侧部分和外侧部分低。
24.如权利要求22所述的基板的温度控制方法，其特征在于将所述内侧环状凸部形成为具有相互接近地设置的第一环状壁及第二环状壁、和在这些第一环状壁和第二环状壁之间形成的环状凹部，在所述环状凹部内还设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，将该凹部内的压力控制为比所述密闭空间的内侧部分和外侧部分低。
25.一种基板的温度控制方法，使用权利要求11所述的基板载置台来控制基板的温度，其特征在于在由所述内侧环状凸部分离的所述密闭空间的内侧部分，设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，对所述密闭空间的内侧部分进行压力控制，同时，在所述内侧环状凸部和所述周缘环状凸部之间同心圆状地配备多个中间环状凸部，在该多个中间环状凸部之间所形成的多个间隙中，还分别设置导入热传导用气体的热传导用气体导入部，对该多个间隙内的压力分别独立地进行控制，由此控制基板的温度。
26.一种基板处理装置，其特征在于，包括处理室，该处理室收容基板，将内部维持减压；基板载置台，该基板载置台设置在所述处理室内，载置所述基板；处理机构，该处理机构在所述处理室内对基板进行规定的处理；热传导用气体供给机构，该热传导用气体供给机构向在所述基板载置台和基板之间所形成的所述密闭空间供给热传导用气体；和控制部，该控制部控制所述基板载置台，以便进行权利要求21所述的基板的温度控制方法。
27.一种控制程序，其特征在于在计算机上执行，在执行时，控制所述基板载置台，以便进行权利要求21所述的基板的温度控制方法。
28.一种计算机存储介质，其存储了在计算机上执行的控制程序，其特征在于所述控制程序在执行时，控制所述基板载置台，以便进行权利要求21所述的基板的温度控制方法。
全文摘要
本发明提供一种基板载置台，它能够提高被处理基板的温度均匀性和温度控制响应性，且能够得到充分的温度控制性。在基板处理装置中用来载置基板的基板载置台(4)包括静电卡盘(42)，构成载置台本体；周缘环状凸部(61)，形成在静电卡盘(42)的基准面(60)上，在载置晶片(W)时与晶片的周缘部接触，此时，在晶片(W)的下方部分形成填充热传导用气体的密闭空间(62)；多个第一突起部(63)，设置在基准面(60)的周缘环状凸部(61)的内侧部分，在载置晶片(W)时与晶片(W)接触；多个第二突起部(64)，设置在基准面(60)的周缘环状凸部(61)的内侧部分，与第一突起部(63)独立，在载置晶片(W)时不与晶片(W)接触地接近。
文档编号G05B19/04GK1779939SQ200510116968
公开日2006年5月31日 申请日期2005年10月28日 优先权日2004年10月29日
发明者木村英利 申请人:东京毅力科创株式会社