JP4399396B2 - Mounting table - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理されるガラス等の基板の載置台(ステージ)に関する。 The present invention relates to a stage for placing a substrate such as glass to be plasma-treated.
プラズマ処理される基板の載置台として、下記特許文献1には、載置台本体の上面にOリングを介して第1の誘電体プレ−トを設け、この上にヒ−タが埋設された第2の誘電体プレ−トを設け、第1の誘電体プレ−トの表面は凹凸加工されており、第2の誘電体プレ−トとの間に凹部による隙間が形成されるように構成されて、Oリングの熱による変質が抑えられる真空処理装置が記載されている。 As a mounting table for a substrate to be plasma-processed, Patent Document 1 below discloses that a first dielectric plate is provided on the upper surface of a mounting table main body via an O-ring, and a heater is embedded on the first dielectric plate. Two dielectric plates are provided, the surface of the first dielectric plate is processed to be uneven, and a gap is formed between the second dielectric plate and the second dielectric plate. Thus, a vacuum processing apparatus is described in which alteration of the O-ring due to heat is suppressed.
また、下記特許文献2には、半導体基板を載置するための表面を有するサセプタと、このサセプタの下側に設置した加熱ブロックと、この加熱ブロックとサセプタを接合するための弾性クリップ部材とからなり、加熱ヒータブロック表面とサセプタ裏面との間に空隙を存在させて、半導体基板の温度分布を均一にすることができる半導体基板保持装置が記載されている。 Patent Document 2 below includes a susceptor having a surface for mounting a semiconductor substrate, a heating block installed below the susceptor, and an elastic clip member for joining the heating block and the susceptor. Thus, a semiconductor substrate holding device is described in which a gap exists between the front surface of the heater block and the back surface of the susceptor so that the temperature distribution of the semiconductor substrate can be made uniform.
基板をプラズマ処理するプラズマ装置の要件として、図4の右側に示すように、プラズマ着火と同時に、載置台(以下「ステージ」ともいう。)の基板41へプラズマ入熱が発生するため、ステージ温度を安定化するために、入熱分をプロセス時に補正する必要がある。 As a requirement of the plasma apparatus for plasma processing the substrate, as shown in the right side of FIG. 4, plasma heat is generated on the substrate 41 of the mounting table (hereinafter also referred to as “stage”) at the same time as the plasma ignition. In order to stabilize the heat input, it is necessary to correct the heat input during the process.
このように、ステージ温度を一定に制御するには、ステージ下面へのヒータ脱熱を面内で常に一定に保ち、図4の左側に示すように、プラズマ入熱(例えば、2145W)の際には、ヒータブロック14内のヒータ42のパワーを、例えば、25000Wから22855Wに減少させて、プラズマ入熱とヒータ脱熱とを等しくして温度変動を補償する必要がある。 Thus, in order to control the stage temperature at a constant level, the heat removal from the heater to the lower surface of the stage is always kept constant in the plane, and as shown on the left side of FIG. 4, during the plasma heat input (for example, 2145 W) For example, it is necessary to reduce the power of the heater 42 in the heater block 14 from 25000 W to 22855 W, for example, to equalize the plasma heat input and the heat removal from the heater to compensate for temperature fluctuations.
図4は、ステージ温度を一定に制御するためのタイムチャートであって、ステージ設定温度を一定化し、プラズマ着火時には、基板温度をプロセス温度とする。プラズマ着火時に、プラズマ入熱に相当する分のヒータ入熱を下げ、プラズマ入熱とヒータ脱熱とを等価にすると、ステージ設定温度が一定化される。 FIG. 4 is a time chart for controlling the stage temperature to be constant. The stage setting temperature is made constant, and the substrate temperature is set as the process temperature at the time of plasma ignition. At the time of plasma ignition, if the heater heat input corresponding to the plasma heat input is lowered so that the plasma heat input and the heater heat release are equivalent, the stage set temperature is made constant.
そこで、プラズマ入熱とヒータ脱熱とを等価にするために、面内均一の脱熱を行う。図5は、ヒータブロック14と載置台本体12との間に熱インシュレータ13を介在させた例を示す図であって、この熱インシュレータ13による面内均一の脱熱を行うには、脱熱の際の熱抵抗が入熱条件や環境によらず面内で常に均一であることが必要である。もちろん、熱インシュレータ13を介在させない場合でも、脱熱の入熱条件は常に均一であることが必要である。 Therefore, in-plane uniform heat removal is performed in order to make plasma heat input and heater heat removal equivalent. FIG. 5 is a view showing an example in which a thermal insulator 13 is interposed between the heater block 14 and the mounting table body 12. In order to perform uniform in-plane heat removal by the heat insulator 13, It is necessary that the thermal resistance is always uniform in the plane regardless of the heat input conditions and the environment. Of course, even when the thermal insulator 13 is not interposed, it is necessary that the heat input conditions for heat removal are always uniform.
この熱抵抗を安定化させるためには、以下の条件(1)(2)(3)が必要である。(1)接触熱抵抗の安定化(例えば、接触率が面内一定で接触荷重が一定)、(2)ガス熱伝達率の安定化(例えば、ガス圧力が面内一定で伝達面間距離が面内一定)、(3)熱輻射の安定化(例えば、伝達面の面状態(放射率)が面内一定)。 In order to stabilize this thermal resistance, the following conditions (1), (2) and (3) are necessary. (1) Stabilization of contact thermal resistance (for example, constant contact rate and constant contact load), (2) Stabilization of gas heat transfer rate (for example, constant gas pressure and in-plane distance between transmission surfaces) (3) Stabilization of thermal radiation (for example, the surface state (emissivity) of the transmission surface is constant within the surface).
図5において、上記条件を満たすためには、ヒータブロック14を支持している熱インシュレータ13との接触面が浮き上がったりしないよう固定すること、また、ヒータブロック14と載置台本体12との距離(以下「スペース」ともいう。)が変わらないよう固定することが必要である。 In FIG. 5, in order to satisfy the above condition, the contact surface with the thermal insulator 13 supporting the heater block 14 is fixed so as not to float, and the distance between the heater block 14 and the mounting table body 12 ( (Hereinafter also referred to as “space”), it is necessary to fix so that it does not change.
しかし、ヒータブロック14の構成部材としては、各種の材料を使用しているため、高温時には、材料の熱膨張率の違いから、お互いの材料間で自由に収縮・膨張するために、ヒータブロック14自体が収縮・膨張により移動することになる。 However, since various materials are used as the constituent members of the heater block 14, the heater block 14 contracts and expands freely between materials due to the difference in thermal expansion coefficient of the materials at high temperatures. It moves by contraction and expansion.
図6は、支持部11に固定された載置台本体12上のヒータブロック14を外周クランプ61で拘束した例を示す図であって、プラズマ入熱があるとヒータブロック14が、同図(a)から(b)に示すように、熱膨張で凸状態となり熱伝達率界面の面内不均一が発生する。なお、 FIG. 6 is a diagram showing an example in which the heater block 14 on the mounting table main body 12 fixed to the support portion 11 is restrained by the outer periphery clamp 61. When there is plasma heat input, the heater block 14 is shown in FIG. As shown in (b) to (b), it becomes convex due to thermal expansion, and in-plane non-uniformity occurs at the heat transfer coefficient interface. In addition,
また、図7は、載置台本体12上に配置されたスペーサ22上のヒータブロック14が自立型の例を示す図であって、この場合もヒータブロックの熱膨張、載置台本体の熱膨張等により載置台の相対位置が不定に動く。 FIG. 7 is a diagram showing an example in which the heater block 14 on the spacer 22 arranged on the mounting table main body 12 is a self-supporting type. In this case, too, the thermal expansion of the heater block, the thermal expansion of the mounting table main body, etc. As a result, the relative position of the mounting table moves indefinitely.
そこで、ヒータブロックの支持機能として、接触部を安定化するためには、ヒータブロックを、スペース方向に拘束し、熱膨張する方向には、自由に移動できる支持機能が必要となる。 Thus, as a support function of the heater block, in order to stabilize the contact portion, a support function that restrains the heater block in the space direction and can freely move in the direction of thermal expansion is required.
本発明は、プラズマ処理装置のステージ構造に関し、特に、ヒータ支持構造において、プラズマ入熱の熱流束の方向に対して、一定荷重以上でヒータを保持固定し、ヒータの熱膨張で移動する方向(熱流束の直角方向)には自由に動けるよう弾性体にてヒータを固定することを特徴とする。 The present invention relates to a stage structure of a plasma processing apparatus, and in particular, in a heater support structure, a direction in which a heater is held and fixed at a certain load or more with respect to the direction of heat flux of plasma heat input and moved by thermal expansion of the heater ( The heater is fixed by an elastic body so that it can move freely in the direction perpendicular to the heat flux.
プラズマ入熱とヒータ脱熱とを面内で等価とすることで、面内で均一なプラズマ処理を行うことができ、特に、大型の基板に対して均一なプラズマ処理を行うことができる。 By making plasma heat input and heater heat removal equivalent in the plane, it is possible to perform a uniform plasma process in the plane, and in particular, it is possible to perform a uniform plasma process on a large substrate.
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る載置台10の概略構成図であって、同図(b)は、同図(a)の円内に示す部分の拡大図である。支持部11に固定された載置台本体12と、この載置台本体12上に、順次、熱インシュレータ13とヒータブロック14が配置される。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a mounting table 10 according to the present invention, and FIG. 1 (b) is an enlarged view of a portion shown in a circle of FIG. 1 (a). A mounting base body 12 fixed to the support portion 11, and a thermal insulator 13 and a heater block 14 are sequentially disposed on the mounting base body 12.
熱インシュレータ13には、複数の貫通孔15が設けられ、この貫通孔15を通して、ヒータブロックに設けられたネジ穴16に、ボルト17の先端部が固定される。また、載置台本体12にも複数の貫通孔15に対応した開孔18が設けられ、これら貫通孔15と開孔18の中をボルト17が通される。 The thermal insulator 13 is provided with a plurality of through holes 15, and through the through holes 15, the tip ends of the bolts 17 are fixed to the screw holes 16 provided in the heater block. The mounting table main body 12 is also provided with openings 18 corresponding to the plurality of through holes 15, and bolts 17 are passed through the through holes 15 and the openings 18.
このボルト17の頭部と載置台本体12との間には、コイルスプリング19が介在し、このコイルスプリング19は、載置台本体12に設けられたスプリング受溝20に収納される。 A coil spring 19 is interposed between the head of the bolt 17 and the mounting table body 12, and the coil spring 19 is accommodated in a spring receiving groove 20 provided in the mounting table body 12.
図1において、コイルスプリング19は、ボルト17がねじ込まれることで圧縮されており、この圧縮に反発するバネ力で、ヒータブロック14と熱インシュレータ13及び載置台本体12を弾性的に保持することになる。 In FIG. 1, the coil spring 19 is compressed by screwing a bolt 17, and the heater block 14, the thermal insulator 13, and the mounting table body 12 are elastically held by a spring force repelling the compression. Become.
なお、載置台本体12と熱インシュレータ13には、スペーサ受溝21が設けられ、ここにスペーサ22が置かれる。このスペーサ22によって、載置台本体12と熱インシュレータ13及びヒータブロック14が所定の間隔(スペース)に保たれている。また、ここでは、熱インシュレータ13を1つ配置しているが、必要に応じて、ヒータブロック14と載置台本体12の温度勾配を確保するために、スペーサ22を介して複数枚配置することができる。 The mounting table main body 12 and the thermal insulator 13 are provided with spacer receiving grooves 21, and the spacers 22 are placed here. The spacer 22 keeps the mounting table main body 12, the thermal insulator 13, and the heater block 14 at a predetermined interval (space). Further, here, the heat insulator 13 are arranged one, if necessary, in order to ensure the temperature gradient of the table body 12 mounting a heater block 14, placing several sheets double through the spacer 22 Can do.
図2は、プラズマ入熱の際に、ヒータブロック14が熱膨張して左右に移動する場合の例を示す図であって、同図(a)は、左に移動した場合、同図(b)は、右側に移動した場合である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the case where the heater block 14 is thermally expanded and moves left and right during plasma heat input. FIG. 2A illustrates the case where the heater block 14 moves to the left. ) Is when moved to the right.
図2に示すように、ヒータブロック14は、コイルスプリング19のバネ力によりプラズマ入熱の熱流束の方向(図では垂直方向)に一定荷重で保持され、コイルスプリング19のよじれを利用して熱流束とは直角方向(図では水平方向)に自由に動けるようになっている。 As shown in FIG. 2, the heater block 14 is held at a constant load in the direction of the heat flux of the plasma heat input (vertical direction in the figure) by the spring force of the coil spring 19, and the heat flow using the twist of the coil spring 19 The bundle can move freely in a right angle direction (horizontal direction in the figure).
このように、載置台本体12とヒータブロック14とのスペースを一定に保つことで、信頼性の高いプラズマ処理が行える。なお、ここでは、ヒータブロック14が移動する場合を説明したが、ヒータブロック14と載置台本体12とが共に水平方向に移動する場合にも同様のことがいえる。 As described above, by maintaining a constant space between the mounting table main body 12 and the heater block 14, highly reliable plasma processing can be performed. Although the case where the heater block 14 moves is described here, the same can be said when both the heater block 14 and the mounting table body 12 move in the horizontal direction.
図3は、図1に示すコイルスプリング19に代えてゴムリング31としたもので、ゴムリング受溝32に収納されたゴムリング31もコイルスプリング19と同様に、ヒータブロック14をゴムリング31により垂直方向に一定荷重で保持し、ヒータブロック14が水平方向に自由に動けるようにしている。ここでも、ヒータブロック14と載置台本体12とが共に水平方向に移動する場合にも同様のことがいえる。 FIG. 3 shows a rubber ring 31 in place of the coil spring 19 shown in FIG. 1, and the rubber ring 31 housed in the rubber ring receiving groove 32 also has the heater block 14 attached to the rubber ring 31 in the same manner as the coil spring 19. The heater block 14 is held at a constant load in the vertical direction so that the heater block 14 can move freely in the horizontal direction. The same applies to the case where both the heater block 14 and the mounting table body 12 move in the horizontal direction.
10…載置台(ステージ)、11…支持部、12…載置台本体、13…熱インシュレータ、14…ヒータブロック、15…貫通孔、16…ネジ穴、17…ボルト、18…開孔、19…コイルスプリング、20…スプリング受溝、21…スペーサ受溝、22…スペーサ、31…ゴムリング、32…ゴムリング受溝、41…基板、42…ヒータ、61…外周クランプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Mounting stand (stage), 11 ... Support part, 12 ... Mounting stand main body, 13 ... Thermal insulator, 14 ... Heater block, 15 ... Through-hole, 16 ... Screw hole, 17 ... Bolt, 18 ... Opening hole, 19 ... Coil spring, 20 ... spring receiving groove, 21 ... spacer receiving groove, 22 ... spacer, 31 ... rubber ring, 32 ... rubber ring receiving groove, 41 ... substrate, 42 ... heater, 61 ... outer periphery clamp
Claims (3)
前記ヒータブロックと前記載置台本体とを連結する複数のボルトと、
前記載置台本体と前記ヒータブロックの間に設けた熱インシュレータと、
前記載置台本体と前記熱インシュレータのそれぞれに設けたスペーサ受け溝との間に置かれたスペーサと、
前記載置台本体に設けた開口と前記熱インシュレータに設けた貫通孔を通して前記ヒータブロックに設けたネジ穴に前記ボルトの先端部が固定され、前記ボルトの頭部と前記載置台本体の前記開口との間に介在する弾性体とを有し、
前記弾性体は、プラズマ入熱方向に一定荷重で前記ヒータブロックを保持し、前記ヒータブロックが熱膨張して自由に移動する方向をプラズマ入熱方向とは直角方向とすることを特徴とする載置台。 In the mounting table main body fixed to the support member, and the mounting table of the substrate to be plasma processed, comprising a heater block disposed on the mounting table main body,
A plurality of bolts connecting the table body and the heater block,
A thermal insulator provided between the mounting table main body and the heater block;
A spacer placed between the mounting table main body and a spacer receiving groove provided in each of the thermal insulators;
Tip of the bolt into the threaded hole formed in the heater block is fixed through the through hole formed in the heat insulator and an opening provided in the mounting table body, and the opening of the mounting table main body and the head of the bolt and an elastic body interposed between,
Said elastic body includes a feature that holds the heater block at a constant load to the plasma heat input way direction, the heater block and the thermally expanded freely plasma heat input way direction a direction to move the perpendicular direction The mounting table.
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