专利名称：区域温度控制结构体的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种具有表面温度被控制为各自不同的温度的区域的区域温度控制结构体。
背景技术：
在对作为基板的半导体晶圆(以下，简称为“晶圆”。)实施等离子体处理的基板处理装置中，作为载置晶圆的载置台(基座)，公知有将载置面分割成多个环状温度区域来控制并利用各环状温度区域支承晶圆的基座。如利用各环状温度区域支承晶圆的基座那样，在表面被多个温度区域控制的区域温度控制结构体或者具有被调整为不同的温度的多个组合温度区域构件的组合结构体中，存在以下的问题在分别调节各区域的温度时，热在相邻的不同的环状温度区域的交界面或者连结面中发生移动，热效率降低。并且，存在不能确保区域彼此之间的温度差这样的另 一问题。因此，为了防止调节该区域温度控制结构体或者组合结构体的温度时的热效率的降低，并且确保区域彼此之间的温度差，开发出有在相邻的区域彼此之间配置绝热件或者利用热导率不同的原材料构成相邻的区域的技术(例如，參照专利文献I)。先行技术文献专利文献专利文献I :日本特开2004 — 292297号公报但是，在区域温度控制结构体中在被控制为不同的温度的区域彼此之间配置有绝热件的情况下，虽然能够防止热在隔着绝热件的区域彼此之间传导，但存以下的问题对于从与各区域的排列方向交叉的方向输入热，绝热件的正上部的温度变得高于周围的温度，形成温度的异常点(以下称作“热点(hot spot)”。)。热点不仅阻碍被调整、控制为规定的温度的该区域的温度均匀性，而且也成为使热效率降低的原因。
发明内容
_9] 发明要解决的问题本发明的目的在于提供ー种区域温度控制结构体，其是具有被控制为不同的温度的两个以上的区域的结构体，能够抑制沿着各区域的排列方向的导热来保持温度差，并且对于来自与各区域的排列方向交叉的方向的输入热能够确保顺畅地导热来抑制产生热点。用于解决问题的方案为了达到上述目的，本发明的区域温度控制结构体的特征在于，该区域温度控制结构体具有表面温度被控制为各自不同的温度的两个以上的区域和配置在上述两个以上的区域彼此之间的各向异性导热材料层，上述各向异性导热材料层沿着上述两个以上的区域的排列方向的热导率小于与上述两个以上的区域的排列方向交叉的方向上的热导率。采用本发明的技术方案，区域温度控制结构体具有表面温度被控制为各自不同的温度的两个以上的区域和配置在该两个以上的区域彼此之间的各向异性导热材料层，各向异性导热材料层沿着该两个以上的区域的排列方向的热导率小干与该两个以上的区域的排列方向交叉的方向上的热导率，因此，能够抑制热沿着两个以上的区域的排列方向移动来保持温度差，并且对于来自与两个以上的区域的排列方向交叉的方向的输入热能够确保顺畅地传导热来抑制产生热点。在本发明的技术方案中，优选的是，在沿着上述两个以上的区域的排列方向的导热和与排列方向交叉的方向上的导热之间的相对关系中，上述各向异性导热材料层对于沿着上述两个以上的区域的排列方向的导热作为绝热层发挥作用，对于与上述两个以上的区域的排列方向交叉的方向上的导热作为导热层发挥作用。在本发明的技术方案中，优选的是，上述各向异性导热材料层的与上述两个以上的区域的排列方向交叉的方向上的热导率与沿着上述两个以上的区域的排列方向的热导率之比是7以上。在本发明的技术方案中，优选的是，上述各向异性导热材料层由从钛ー碳、铝ー碳 纤维、钛一铝及玻碳一碳之中选择的复合材料构成。在本发明的技术方案中，优选的是，上述两个以上的区域由各向同性导热材料形成。在本发明的技术方案中，优选的是，上述区域温度控制结构体是上述两个以上的区域在规定方向上排列而成的板状体，上述各向异性导热材料层在上述板状体的厚度方向上贯穿上述板状体。在本发明的技术方案中，优选的是，在上述两个以上的区域中分别设有温度调整部件，上述各向异性导热材料层配置在相邻的温度调整部件彼此之间。在本发明的技术方案中，优选的是，上述温度调整部件是供换热介质流通的环状介质流路、帕尔贴元件或者电阻加热体。在本发明的技术方案中，优选的是，上述区域温度控制结构体是基板处理装置的载置台、上部电极板及沉积屏蔽件之中的任ー个。
图I是表示将本发明的实施方式的区域温度控制结构体用作构成构件的基板处理装置的概略结构的剖视图。图2是表示本发明的实施方式的区域温度控制结构体的一例的概略结构的剖视图。图3A是表示配置在图2中的第I环状温度区域与第2环状温度区域之间的环状交界构件的截面切片的立体图。图3B是表示配置在图2中的第I环状温度区域与第2环状温度区域之间的环状交界构件的截面切片的立体图。图3C是表示配置在图2中的第I环状温度区域与第2环状温度区域之间的环状交界构件的截面切片的立体图。图3D是表示配置在图2中的第I环状温度区域与第2环状温度区域之间的环状交界构件的截面切片的立体图。
图4是表示图3A 图3D所示的环状交界构件的水平半径方向上的导热特性的图。图5是表示图3A 图3D所示的环状交界构件的铅垂方向上的导热特性的图。图6是表示作为本发明的第I实施方式的区域温度控制结构体的基座的概略结构的剖视图。图7是表示图6的基座的变形例的剖视图。图8是表示作为本发明的第2实施方式的区域温度控制结构体的沉积屏蔽件的概略结构的剖视图。图9是表示作为本发明的第3实施方式的区域温度控制结构体的上部电极板的概略结构的剖视图。
具体实施例方式以下使用附图详细说明本发明的实施方式。图I是表示将本发明的实施方式的区域温度控制结构体用作构成构件的基板处理装置的概略结构的剖视图。在图I中，该基板处理装置用于对晶圆实施规定的等离子体蚀刻处理。基板处理装置10具有用于容纳晶圆W的腔室11，在腔室11内配置有用于载置晶圆W的圆板状的基座12。由腔室11的内侧壁和基座12的侧面形成了侧方排气通路13。在侧方排气通路13的中途配置有排气板14。排气板14是具有多个通孔的板状构件，作为将腔室11的内部分隔成上部和下部的分隔板发挥作用。在由排气板14分隔开的腔室11内部的上部(以下称作“处理室”。)15中如后述那样产生等离子体。另外，在腔室11的内部的下部(以下称作“排气室(歧管)”。)16上连接有用于排出腔室11内的气体的排气管17。排气板14捕捉或者反射在处理室15内产生的等离子体，防止等离子体向歧管16泄漏。在排气管17 上连接有 TMP(Turbo Molecular Pump :润轮分子泵)及 DP(Dry Pump 干式泵)(都省略图示)，上述的泵对腔室11内进行抽真空而减压至规定压力。另外，腔室11内的压カ由APC阀(省略图示)控制。在腔室11内的基座12上经由第I整合器19连接有第I高频电源18，并且经由第2整合器21连接有第2高频电源20，第I高频电源18用于对基座12施加较低的频率、例如2MHz的偏压用的高频电力，第2高频电源20用于对基座12施加较高的高频、例如60MHz的等离子体生成用的高频电力。由此，基座12作为电极发挥作用。另外，第I整合器19及第2整合器21减少来自基座12的高频电カ的反射来使向基座12施加高频电カ的施加效率最大。在基座12的上部配置有静电吸盘23，该静电吸盘23在其内部具有静电电极板
22。静电吸盘23具有台阶，由陶瓷等构成。在静电电极板22上连接有直流电源24，若向静电电极板22施加正的直流电压，则在晶圆W的靠静电吸盘23侧的表面(以下称作“背面”。)产生负电位，在静电电极板22和晶圆W的背面之间产生电位差，利用因该电位差产生的库仑カ或者约翰逊·拉别克カ将晶圆W吸附保持于静电吸盘23。
另外，在静电吸盘23上，聚焦环25以包围被吸附保持的晶圆W的方式载置于静电吸盘23的台阶的水平部。聚焦环25由例如硅(Si)、碳化硅(SiC)构成。在基座12的内部设有例如在后述的在圆周方向上延伸的环状的环状介质流路。从冷却単元(省略图示)经由介质用配管向环状介质流路循环供给低温的换热介质、例如冷却水、ガルデン(galden，注册商标)。被换热介质冷却的基座12经由静电吸盘23冷却晶圆W及聚焦环25。另外，环状介质流路的用途不限于冷却，有时也能够以常温进行保持或者进行加热。因而，在环状介质流路中流动的流通介质是通常用作换热介质的介质即可，将环状介质流路用作换热环状介质流路。在静电吸盘23的吸附保持有晶圆W的部分(以下称作“吸附面”。)开设有多个导热气体供给孔28。导热气体供给孔28经由导热气体供给管线29连接于导热气体供给部(省略图示)，导热气体供给部将作为导热气体的He (氦)气体经由导热气体供给孔28向吸附面与晶圆W的背面之间的间隙供给。被供给到吸附面与晶圆W的背面之间的间隙中的He气体将晶圆W的热有效地传导到静电吸盘23。 在腔室11的顶部，隔着处理室15的处理空间S与基座12相对地配置有簇射头30。簇射头30具有上部电极板31、用于将该上部电极板31能够装卸地悬吊的冷却板32以及覆盖冷却板32的盖体33。上部电极板31由圆板状构件构成，该圆板状构件具有在其厚度方向上将其贯穿的多个气体孔34，由作为半导体的Si或SiC构成。另外，在冷却板32的内部设有缓冲室35，在缓冲室35上连接有处理气体导入管36。另外，簇射头30的上部电极板31接地。在这样的结构的基板处理装置10中，从处理气体导入管36向缓冲室35供给的处理气体被经由上部电极板31的气体孔34向处理室15内部导入，所导入的处理气体被从第2高频电源20经由基座12向处理室15的内部施加的等离子体生成用的高频电カ激发而成为等离子体。等离子体中的离子由于第I高频电源18向基座12实施的偏压用的高频电源而被朝向晶圆W吸引，对晶圆W实施等离子体蚀刻处理。基板处理装置10所具有的控制部(省略图示)的CPU根据与等离子体蚀刻处理相对应的程序对基板处理装置10的各构成构件的动作进行控制。在这样的基板处理装置中，为了谋求处理空间S中的自由基密度的均匀化，将基座12的表面分割成中心区和包围该中心区的边缘区，边缘区的温度调整得低于中心区的温度。此时，为了防止因在基座12的中心区与边缘区之间的环状交界部发生的导热导致的热效率降低，可考虑在中心区与边缘区之间的交界部配置绝热件。绝热件能够防止热在中心区和边缘区之间移动，但是存在以下的问题该绝热件对于处理空间S内的伴随等离子体的产生而来自上方输入热也作为绝热件发挥作用，因此在该绝热件的上部形成热点，由此处理空间S内的自由基密度不均匀，而且不能提高热效率。本发明人对表面被控制为多个区域温度的区域温度控制结构体中的、相邻的区域彼此之间的沿着各区域的排列方向的导热和与各区域的排列方向交叉的方向上的导热进行了专心研究，结果发现通过在多个区域彼此之间配置各向异性导热材料层，能够抑制多个区域彼此之间的导热而维持温度差，并且能够促进与多个区域的排列方向交叉的方向上的导热而避免形成热点，从而达成了本发明。即，本发明的实施方式的区域温度控制结构体的特征在于，该区域温度控制结构体具有表面温度被控制为各自不同的温度的两个以上的区域和配置在该两个以上的区域彼此之间的各向异性导热材料层，各向异性导热材料层沿着该两个以上的区域的排列方向的热导率小于与该两个以上的区域的排列方向交叉的方向上的热导率。接着使用附图对本发明的原理进行说明。图2是表示本发明的实施方式的区域温度控制结构体的一例的概略结构的剖视图。在图2中，构成基座12的一部分的区域温度控制结构体40主要包括图2中的结构体主体45，其具有在水平半径方向上相邻地配置的第I环状温度区域41及第2环状温度区域42 ;作为第I温度调整部件的第I环状介质流路43，其设在第I环状温度区域41内；作为第2温度调整部件的第2环状介质流路44，其设在第2环状温度区域42内；以及环状交界构件46 (各向异性导热材料层)，其配置在第I环状温度区域41及第2环状温度区域42之间。结构体主体45由各向同性导热材料、例如碳构成。另外，以下，为了方便，将表面温度被调整为不同的温度的区域的排列方向称作水平半径方向，将与区域的排列方向交叉 的方向称作铅垂方向。环状交界构件46的与环状介质流路43、44中的换热介质的流通方向正交的截面呈T字型(在图3A 图3D中表示为切片)，截面T字型的铅垂部分(以下称作“分隔部分”。)配置在第I环状温度区域41与第2环状温度区域42之间，截面T字型的水平部分的两端部以架设在第I环状介质流路43及第2环状介质流路44的上部的方式配置。在这样的结构的区域温度控制结构体40中，作为环状交界构件46，设想分别应用了图3A 图3D所示的四个环状交界构件46a 46d (切片)的模拟模型。图3A 图3D是表示配置在图2的第I环状温度区域41及第2环状温度区域42之间的环状交界构件的立体图。在图3A的环状交界构件46a中，例如，截面T字型的水平部分的长度是10mm，宽度是5mm，分隔部分的全长是10mm，宽度是I. 7mm。环状交界构件46a的截面T字型的整体由各向同性地显示出导热性的各向同性导热材料、例如碳构成。在图3B的环状交界构件46b中，例如，截面T字型的水平部分的长度是10mm，宽度是5mm,分隔部分的全长是IOmm,宽度是O. 5mm。环状交界构件46b的水平部分由碳构成并且分隔部分全部由绝热材料、例如钛构成。图3C的环状交界构件46c的截面T字型的各尺寸与图3A的环状交界构件46a相同，水平部分由碳构成并且分隔部分全部由绝热材料、例如钛构成。该环状交界构件46c与图3A的环状交界构件46a的不同之处在于，在分隔部分在分隔部分的宽度方向(水平半径方向)上以规定间隔、例如O. 3mm的间隔设有例如5层规定宽度、例如O. Imm的宽度的绝热材料层。作为绝热材料，使用图3B的分隔部分所应用的钛。该环状交界构件46c的分隔部分具有作为各向异性导热件(以下称作“倾斜件”。)的性质，对于水平半径方向上的导热例如作为绝热件发挥作用，对于铅垂方向上的导热例如作为导热件发挥作用。图3D的环状交界构件46d的截面T字型的各尺寸与图3A的环状交界构件46a相同，截面丁字形的整体由碳构成。该环状交界构件46d与图3A的环状交界构件46a的不同点在于，在水平部分及分隔部分的整体上在水平半径方向上以规定间隔、例如O. 3mm的间隔设有多个规定宽度、例如O. Imm的宽度的绝热材料层。该环状交界构件46d的截面T字型的整体具有作为倾斜件的性质，对于水平半径方向上的导热例如作为绝热件发挥作用，对于铅垂方向上的导热例如作为导热件发挥作用。作为图2的区域温度控制结构体40的环状交界构件46，设想分别应用了图3A 图3D的各环状交界构件46a 46d的模拟模型，在第I环状温度区域41的第I环状介质流路43中流通达到308 (K)(开尔文)的换热介质、并且在第2环状温度区域42的第2环状介质流路44中流通达到323 (K)的换热介质的情况下，求出了第I环状温度区域41及第2环状温度区域42的表面的图2中的水平半径方向上的温度分布，在图4中表示其結果。另外，在第I环状介质流路43及第2环状介质流路44中一同流动达到308 (K)的换热介质的状态下，从上部照射通过施加28000 (ff / m2)的电カ而生成的等离子体所产生的热，求出第I环状温度区域41及第2环状温度区域42的表面的图2中的水平半径方向上的温度分布，在图5中表示其結果。图4是表示图3A 图3D所示的环状交界构件的水平半径方向上的导热特性的 图。在图4中，纵轴表示区域的温度(K)，横轴表示距第I环状温度区域41与第2环状温度区域42之间的交界面(O)的距离。在图4中，如虚线所示，在使用了图3A的环状交界构件46a的结构体中，第I环状温度区域41的表面温度被第2环状温度区域42的表面温度带动而上升，而第2环状温度区域42的表面温度被第I环状温度区域41的表面温度带动而降低，第I环状温度区域41的表面温度与第2环状温度区域42的表面温度之间的交界不清晰。另外，第I环状温度区域41和第2环状温度区域42如上所述地都是由各向同性导热材料构成的，所以可以认为各区域的表面温度和内部温度是均匀的。因而，以下，有时不特意地区分各区域的表面温度和内部温度而简称为区域的温度。如单点划线所示，在使用了图3B的环状交界构件46b的结构体中，第I环状温度区域41与第2环状温度区域42之间的温度的交界清晰，可知对于沿着第I环状温度区域41和第2环状温度区域42的排列方向的导热，环状交界构件46b作为绝热件发挥了作用。另外，如实线所示，在使用了图3C的环状交界构件46c的结构体中，与使用了图3B的环状交界构件46b的结构体同样，第I环状温度区域41与第2环状温度区域42之间的温度的交界清晰，可知对于沿着区域排列方向的导热，环状交界构件46c作为绝热件发挥了作用。另ー方面，如双点划线所示，在使用了图3D的环状交界构件46d的结构体中，第I环状温度区域41与第2环状温度区域42之间的温度差大于使用了环状交界构件46b、46c的结构体中的第I环状温度区域41与第2环状温度区域42之间的温度差，可知对于沿着区域排列方向的导热，环状交界构件46d的作为绝热件的作用増大。由此，在使用了环状交界构件46d的情况下，有效地显现出在第I环状介质流路43中流动的第I换热介质及在第2环状介质流路44中流动的第2换热介质的冷却作用。从图4的结果可知作为维持第I环状温度区域41与第2环状温度区域42之间的温度差的环状交界构件，优选环状交界构件46b、环状交界构件46c及环状交界构件46d。另ー方面，图5是表示图3A 图3D的环状交界构件的铅垂方向上的导热特性的图。
在图5中，纵轴表示区域的温度(K)，横轴表示距第I环状温度区域41与第2环状温度区域42之间的交界面(O)的距离。在图5中，如虚线所示，在应用了环状交界构件46a的结构体中，铅垂方向上的热的移动变得顺畅，结构体主体45的表面温度为309 (K)，大致均匀。这是因为，环状交界构件46a整体由各向同性导热材料构成，各向同性地显现出导热性。而如单点划线所示，在应用了环状交界构件46b的结构体中，环状交界构件46b的上部成为温度高于周围的温度的热点。这是因为，配置在分隔部分的绝热材料层对于铅垂方向上的导热也作为绝热件发挥作用，在环状交界构件46b的上部形成温度的异常点。另外，如实线所示，在应用了环状交界构件46c的结构体中，在环状交界构件46c的上部可看到温度比周围部分的温度高ー些的部分，但可以说与环状交界构件46b的相应 的部位的温度相比足够低。因而可知在应用了环状交界构件46c的结构体中，对于铅垂方向上的导热，构成分隔部分的倾斜件不是作为绝热件而是作为导热件发挥了作用。另ー方面，如双点划线所示，在应用了环状交界构件46d的结构体中，看不到产生热点，但铅垂方向上的热的扩散被整体地阻碍，与应用了其他的环状交界构件的结构体相比，结构体主体45的表面整体的温度上升。由此可知环状交界构件46d作为不能经受铅垂方向上的导热的绝热件发挥了作用。在下表I中汇总表示图4及图5的结果的评价。表I汇总表示图3A 图3D的环状交界构件46a 46d的水平半径方向上的绝热性及铅垂方向上的导热性的评价。这里，“〇”表示其性质良好，“Δ”表示既非良好但也非不良；“X”表示不良。另外，本实施方式的绝热性的意思是热难以传导，不是热完全不传导的意思。[表 I]
权利要求
1.ー种区域温度控制结构体，其特征在干， 该区域温度控制结构体具有表面温度被控制为各自不同的温度的两个以上的区域和配置在上述两个以上的区域彼此之间的各向异性导热材料层， 上述各向异性导热材料层沿着上述两个以上的区域的排列方向的热导率小干与上述两个以上的区域的排列方向交叉的方向上的热导率。
2.根据权利要求I所述的结构体，其特征在干， 在沿着上述两个以上的区域的排列方向的导热和与排列方向交叉的方向上的导热之间的相对关系中，上述各向异性导热材料层对于沿着上述两个以上的区域的排列方向的导热作为绝热层发挥作用，对于与上述两个以上的区域的排列方向交叉的方向上的导热作为导热层发挥作用。
3.根据权利要求I所述的结构体，其特征在干， 上述各向异性导热材料层的与上述两个以上的区域的排列方向交叉的方向上的热导率与沿着上述两个以上的区域的排列方向的热导率之比是7以上。
4.根据权利要求I所述的结构体，其特征在干， 上述各向异性导热材料层由从钛ー碳、铝ー碳纤维、钛ー铝及玻碳ー碳之中选择的复合材料构成。
5.根据权利要求I所述的结构体，其特征在干， 上述两个以上的区域由各向同性导热材料形成。
6.根据权利要求I所述的结构体，其特征在干， 上述区域温度控制结构体是上述两个以上的区域在规定方向上排列而成的板状体，上述各向异性导热材料层在上述板状体的厚度方向上贯穿上述板状体。
7.根据权利要求I所述的结构体，其特征在干， 在上述两个以上的区域中分别设有温度调整部件，上述各向异性导热材料层配置在相邻的温度调整部件彼此之间。
8.根据权利要求7所述的结构体，其特征在干， 上述温度调整部件是供换热介质流通的环状介质流路、帕尔贴元件或者电阻加热体。
9.根据权利要求I所述的结构体，其特征在干， 上述区域温度控制结构体是基板处理装置的载置台、上部电极板及沉积屏蔽件之中的任ー个。
全文摘要
本发明提供一种区域温度控制结构体。该区域温度控制结构体为具有被控制为不同的温度的两个以上的区域的结构体，其抑制沿着各区域的排列方向的导热来保持温度差，并且对于来自与各区域的排列方向交叉的方向的输入热确保顺畅地传导热来抑制产生热点。该区域温度控制结构体具有表面温度被控制为各自不同的温度的两个以上的区域和配置在上述两个区域彼此之间的各向异性导热材料层。该各向异性导热材料层沿着两个以上的区域的排列方向的热导率小于与两个以上的区域的排列方向交叉的方向上的热导率。
文档编号H05B3/10GK102822948SQ20118001556
公开日2012年12月12日 申请日期2011年3月24日 优先权日2010年3月25日
发明者佐佐木康晴 申请人:东京毅力科创株式会社