[发明专利]控制基板温度的方法

说明书

本申请是申请日为2009年7月9日、申请号为200910150087.X、发明名称为基板保持装置的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种在等离子处理装置的真空容器内通过静电吸附来保持基板、并能控制基板温度的基板保持装置。

背景技术

在溅射装置、蚀刻装置等等离子处理装置的真空容器内设有用于保持基板(晶圆)的基板保持装置(基板支承装置)，通常能够控制基板的温度。

例如、提出有这样一种基板支承装置：其包括内置有加热器或冷却器的基座构件、以及静电吸盘，该静电吸盘隔着传热用薄片将晶圆吸附保持在其上部(参照专利文献1)。在基座构件上设有用于导入传热用气体的气体导入通路，在基座构件的上表面部形成有与该气体导入通路相连通而使传热用气体静止的气体静止用槽。在将传热用气体供给到气体静止用槽中时，在基座构件与静电吸盘之间的非接触部分中产生传热用气体的热耦合(参照专利文献1)。

另外，提出有一种晶圆处理装置，其具有基板保持装置，该基板保持装置具有加热器功能和静电吸盘功能，该晶圆处理装置借助具有弹性的热传导构件将向基板保持装置上的晶圆的热量输入传递到水冷套(参照专利文献2以及3)。

另外，还提出了一种在基板保持装置上包括加热机构以及冷却机构的蚀刻装置(参照专利文献4)。在该蚀刻装置中，进行控制，使得在蚀刻开始之前为了使基板温度达到工艺温度而预先加热基板保持装置，在蚀刻开始时或开始后停止动作而切换成利用等离子体进行的加热，利用等离子体的加热和冷却这双方使热平衡温度达到工艺温度。

并且，提出了一种等离子处理装置，其在将加热器内置于能产生静电吸附力的载置台的内侧、将下部冷却套和热传导性薄片构件压靠在载置台的背面的状态下供给高频电压(参照专利文献5)。

先行技术文献

专利文献1：日本特开2001-110883号公报

专利文献2：日本特开2004-088063号公报

专利文献3：日本特开2004-087869号公报

专利文献4：日本特开平10-303185号公报

专利文献5：日本特开2000-299288号公报

但是，在专利文献1的技术中，基座构件与静电吸盘之间、静电吸盘与晶圆之间是连通的，导入共用供给源(供给系统)的传热气体。因而，无法独立地控制传热气体，从而晶圆的温度根据温度控制条件一次性地决定。例如在200～500℃的高温下控制晶圆温度的情况下，由于由等离子体输入的热能的变化、基座构件的加热器或冷却器的加热或排热，使总能量难以控制且晶圆的温度不稳定。因而，在该温度范围内进行使用的情况下，并未使用传热气体。

另外，关于基座构件与静电吸盘之间、以及静电吸盘与晶圆之间的气体静止用槽，只规定冷却气体的压力为1～30Torr。因而，对于因工艺条件的变更导致的等离子输入热能的变化，很难通过调整传热气体的压力来控制传热率，从而晶圆温度的控制性较差。

在专利文献2的技术中，为了将基板温度控制成设定温度，采用导热系数为0.3～1W/K的构件作为基板保持装置与冷却套之间的热传导构件。例如，在该文献中公开了在冷却套温度为50℃、基板保持装置的温度为200～500℃时、能够控制307W～1168W的热量输入量。采用该控制方法，能够在稳定状态下控制上述热量输入，但是在瞬态地产生等离子体等的热量输入的环境下，由于热传递构件的导热系数小到0.3～1W/K，因此基板的温度暂时上升到接近设定温度的2倍。另外，到稳定地控制成设定温度为止，需要10秒以上的时间。

另外，在该温度控制方法中，存在如下问题：在工艺处理过程中因基板温度改变而无法获得期望的工艺性能。根据借助冷却套排出向基板保持装置输入的热量的能力即基板保持装置与冷却套的热传导率来规定该温度控制性能。因而，由于热传导构件的导热系数0.3～1W/K对排热能力控制速度，所以在热量输入稳定的状态下设定温度的控制响应性很好。但是，在热量输入是瞬态的环境下，由于热传导率很小，因此控制响应性较差，在工艺处理开始时的热量输入为瞬态的状态下，基板温度发生改变。

因而，为了基板保持装置在没有等离子体等的热量输入的状态、或瞬态地产生来自等离子体等的热量输入的状态、热量输入稳定地产生的状态中的任意一种状态下，在10秒以内将基板温度控制为设定温度±10℃，并在100℃以下使用水冷套的循环水温度，必须具有能够改变从基板保持装置到水冷套间的热传导率的功能。