CN112992642A - 边缘环和基片处理装置 - Google Patents

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佐藤充明
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Abstract

本发明提供能够降低用于等离子体处理的边缘环的更换频率并且抑制传热气体的泄漏的边缘环和基片处理装置。边缘环具有环状的第一部件和环状的第二部件，第一部件在下表面具有凹部并且由具有耐等离子性的第一材料形成，第二部件配置在第一部件的凹部并且由与第一材料相比刚性低的第二材料形成。

Description

边缘环和基片处理装置
技术领域
本发明涉及边缘环和基片处理装置。
背景技术
在对基片的等离子体处理中，有时沿配置于规定真空度的腔室内的基片的外周配置边缘环。通过配置边缘环，能够在基片的面内均匀地进行等离子体处理。
此外，对基片的等离子体处理，在载置于静电吸盘上的基片和边缘环通过静电吸附力被吸附于静电吸盘的状态下进行。此外，为了提高基片与静电吸盘之间的热传递性以及边缘环与静电吸盘之间的热传递性，对静电吸盘与基片之间以及静电吸盘与边缘环之间供给He气等的传热气体。
现有技术中，已知有由碳化硅(SiC)形成的边缘环(以下有时称为“SiC边缘环”)。由于SiC边缘环具有较高的耐等离子性，因此能够降低边缘环的更换频率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-251723号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明提出一种能够降低更换频率并且抑制传热气体的泄漏的边缘环。
用于解决技术问题的技术方案
所公开的方式的边缘环具有环状的第一部件和环状的第二部件。第一部件在下表面具有凹部并且由具有耐等离子性的第一材料形成。第二部件配置在第一部件的凹部并且由与第一材料相比刚性低的第二材料形成。
发明效果
通过将本发明的边缘环用于等离子体处理，能够降低边缘环的更换频率并且抑制传热气体的泄漏。
附图说明
图1是表示基片处理装置的结构例的图。
图2是表示边缘环和晶片的一个例子的图。
图3是表示边缘环的结构例的图。
附图标记说明
W 晶片
ER、ER1 边缘环
M1、M2 部件
11 基座
25 静电吸盘
100 基片处理装置。
具体实施方式
在下文中，基于附图，对本发明的技术的实施方式进行说明。在以下实施方式中，对相同的结构标注相同的附图标记。
<基片处理装置的结构>
图1是表示基片处理装置的结构例的图。
在图1中，基片处理装置100具有腔室10，腔室10是由例如铝或不锈钢等制成的金属制的处理容器。腔室10安全接地。
在腔室10内，水平地配置有圆盘形的基座11。基座11配置在静电吸盘25的下表面，静电吸盘25能够载置作为被处理基片的半导体基片(以下有时称为“晶片W”)和边缘环ER。此外，基座11作为被施加高频电压的下部电极发挥作用。基座11由例如铝制成，经由绝缘性的筒状保持部件12支承于从腔室10的底部垂直向上地延伸的筒状支承部13。
在腔室10的侧壁与筒状支承部13之间形成有排气通路14，在排气通路14的入口或中途配置环状的挡板15，并且在腔室10的底部设置排气口16，排气口16经由排气管17连接有排气装置18。排气装置18具有真空泵，将由腔室10提供的处理空间减压至规定的真空度。排气管17具有APC(Automatic Pressure Control Valve：自动压力控制阀)，APC自动控制腔室10内的压力。此外，在腔室10的侧壁安装有用于开闭晶片W的送入送出口19的闸阀(gate valve)20。
高频电源21-1、21-2经由匹配器22-1、22-2电连接至基座11。高频电源21-1将等离子体生成用的高频电压施加到基座11。高频电源21-1将27～100MHz的高频电压施加至基座11，优选将例如40MHz的高频电压施加至基座11。此外，高频电源21-2将用于将离子吸附到晶片W的高频电压施加到基座11。高频电源21-2将400kHz～40MHz的高频电压施加至基座11，优选将例如3MHz的高频电压施加至基座11。匹配器22-1使高频电源21-1的输出阻抗与基座11侧的输入阻抗相匹配，匹配器22-2使高频电源21-2的输出阻抗与基座11侧的输入阻抗相匹配。
在腔室10的顶部配置有作为接地电位的上部电极的喷淋头24。
静电吸盘25配置在基座11的上表面，通过静电吸附力吸附载置于静电吸盘25上的晶片W和边缘环ER。静电吸盘25具有圆板状的中心部25a、环状的外周部25b和与中心部25a相比直径大的圆盘状的基底部25f，中心部25a相对于外周部25b向上方突出。中心部25a和外周部25b的下表面，与基底部25f的上表面相接合而形成静电吸盘25。在中心部25a的上表面载置晶片W，在外周部25b的上表面载置环状地包围中心部25a的边缘环ER。此外，中心部25a通过将由导电膜制成的电极板25c夹在一对电介质膜之间而形成，而外周部25b通过将由导电膜制成的电极板25d、25e夹在一对电介质膜之间而形成。即，电极板25c、25d、25e设置在静电吸盘25的内部。此外，电极板25c设置在静电吸盘25内部与晶片W对应的区域，电极板25d、25e设置在静电吸盘25内部与边缘环ER对应的区域。电极板25c与直流电源26电连接，电极板25d与直流电源28电连接，电极板25e与直流电源29电连接。静电吸盘25通过由从直流电源26施加到电极板25c的直流电压产生的库仑力或约翰逊·拉别克力吸附保持晶片W，并且通过由从直流电源28、29施加到电极板25d、25e的直流电压产生的库仑力或约翰逊·拉别克力吸附保持边缘环ER。即，在俯视图1时，在静电吸盘25的内部，在与晶片W至少一部分重叠的区域设置静电吸附晶片W的电极，并且在与边缘环ER至少一部分重叠区域设置静电吸附边缘环ER的电极。
如上所述，在静电吸盘25的中心部25a的上表面载置晶片W，在静电吸盘25的外周部25b的上表面载置环状地包围中心部25a的边缘环ER。即，边缘环ER以包围晶片W的周围的方式配置在静电吸盘25上。此外，静电吸盘25的下表面与基座11的上表面彼此接触。因此，基座11和静电吸盘25形成为载置晶片W和边缘环ER的载置台。
在基座11的内部，设置有沿圆周方向延伸的环状的致冷剂室31。将规定温度的致冷剂(例如，冷却水)从冷却单元32经由配管33、34循环供给到致冷剂室31，利用致冷剂的温度来控制静电吸盘25上的晶片W的处理温度。
此外，来自传热气体供给部35的传热气体(例如，He气体)经由气体供给管36和气体导入孔101、102、103供给到静电吸盘25的上表面与晶片W的下表面之间以及静电吸盘25的上表面与边缘环ER的下表面之间。气体供给管36以贯穿基座11和静电吸盘25的基底部25f的方式配置。此外，在静电吸盘25的中心部25a设置与气体供给管36连接的气体导入孔101、102，在静电吸盘25的外周部25b设置与气体供给管36连接的气体导入孔103。电极板25d和电极板25e这两个电极板以在电极板25d与电极板25e之间隔着气体导入孔103的方式配置在静电吸盘25的外周部25b。利用从传热气体供给部35经由气体供给管36和气体导入孔101、102、103供给的传热气体，晶片W与静电吸盘25之间的热传递性以及边缘环ER与静电吸盘25之间的热传递性提高。
顶部的喷淋头24包括具有大量通气孔37a的电极板37和支承电极板37的电极支承体38。此外，在电极支承体38的内部设置缓冲室39，在缓冲室39的气体导入口38a连接有来自处理气体供给部40的气体供给管41。
当在基片处理装置100中执行例如干式蚀刻处理时，首先使闸阀20成为打开状态，将晶片W送入腔室10内并载置在静电吸盘25上。然后，从处理气体供给部40将例如由具有规定流量比的C4F8气体、O2气体和氩气Ar构成的混合气体作为处理气体以规定流量和流量比导入到腔室10内，通过排气装置18使腔室10内的压力成为规定值。此外，通过从直流电源26将直流电压施加到电极板25c，并且从直流电源28、29将直流电压施加到电极板25d、25e，晶片W和边缘环ER被静电吸附到静电吸盘25上。然后，用高频电源21-1、21-2将高频电压施加到基座11。由此，使从喷淋头24释放的处理气体成为等离子体，通过用该等离子体生成的自由基和离子对晶片W的表面进行蚀刻。
<静电吸盘、边缘环和晶片的位置关系>
图2是表示静电吸盘、边缘环和晶片的位置关系的一个例子的图。
如图2所示，边缘环ER具有环状的形状，边缘环ER的内周部51形成得比边缘环ER的外周部52薄。而且，静电吸盘25的外周部25b形成得比静电吸盘25的中心部25a薄。在静电吸盘25的外周部25b载置边缘环ER，在静电吸盘25的中心部25a载置晶片W。在一个例子中，边缘环ER的内周部51以边缘环ER的内周部51的上表面低于静电吸盘25的中心部25a的上表面的方式形成。此外，在一个例子中，边缘环ER的外周部52以边缘环ER的外周部52的上表面具有与晶片W的上表面大致相同的高度或高于晶片W的上表面的高度的方式形成。此外，晶片W具有圆盘状的形状，晶片W的直径大于静电吸盘25的中心部25a的直径。因此，当将晶片W载置于静电吸盘25的中心部25a时，晶片W的周缘部61比静电吸盘25的中心部25a向外侧突出，晶片W的周缘部61的下表面与边缘环ER的内周部51的上表面彼此相对。
此外，在静电吸盘25的中心部25a设有例如六个气体导入孔101和六个气体导入孔102，在静电吸盘25的外周部25b设置例如六个气体导入孔103。因此，传热气体通过气体导入孔101、102被导入到静电吸盘25的中心部25a的上表面与晶片W的下表面之间，并且通过气体导入孔103被导入到静电吸盘25的外周部25b的上表面与边缘环ER的外周部52的下表面之间。
<边缘环的结构>
图3是表示边缘环的结构例的图。图3所示的边缘环ER1相当于图1和图2所示的边缘环ER。
在图3中，边缘环ER1通过将环状部件M1和环状部件M2借助粘合层B2接合而形成。部件M1由具有耐等离子体性的第一材料形成，部件M2由与第一材料相比刚性低的第二材料形成。换言之，形成部件M2的第二材料与形成部件M1的第一材料相比更柔软。作为形成部件M1的第一材料的一个例子，能够例举出碳化硅、碳化钨(WC)、氧化镁(MgO)或氧化钇(Y2O3)。此外，作为形成部件M2的第二材料的一个例子，能够例举出硅。
部件M1在部件M1的下表面S11具有凹部C1，部件M2配置于部件M1的凹部C1。
部件M2的厚度T2例如大于凹部C1的深度D1。在这种情况下，部件M2的下表面S21与部件M1的下表面S11相比向静电吸盘25侧突出，因此部件M1和部件M2中仅部件M2与静电吸盘25的外周部25b的上表面接触。其结果，当将边缘环ER1静电吸附到静电吸盘25时，边缘环ER1对静电吸盘25的紧贴性进一步提高。
粘合层B2设置在凹部C1的底面U1与部件M2的上表面S22之间。此外，在部件M2的上表面S22形成例如深度为40μm程度的凹部C2，粘合层B2设置在形成于部件M2的上表面S22的凹部C2。粘合层B2包含例如有机硅类粘合剂。
此外，粘合层B2还可以包含导电性填料。由于粘合层B2包含导电性填料，部件M1与部件M2之间的导热性提高。作为导电性填料的一个例子，能够例举出氧化铝。
在静电吸盘25的中心部25a，形成有环状的凸形状的密封带(seal band)SB11、SB12，借助密封带SB11、SB12将晶片W支承在中心部25a上。因此，在中心部25a的上表面与晶片W的下表面之间，形成与密封带SB11、SB12的高度相应的空间SP1。由于空间SP1与气体导入孔102相连，因此从传热气体供给部35供给的传热气体通过气体导入孔102被导入到空间SP1。
此外，在静电吸盘25的外周部25b，形成有具有环状的凸形状的密封带SB21、SB22，借助密封带SB21、SB22将边缘环ER1支承在外周部25b上。因此，在外周部25b的上表面与部件M2的下表面S21之间，形成与密封带SB21、SB22的高度相应的空间SP2。由于空间SP2与气体导入孔103相连，因此从传热气体供给部35供给的传热气体通过气体导入孔103被导入空间SP2。
在上述的实施方式中，以将部件M1和部件M2借助粘合层B2接合的情况为例，但也可以通过扩散接合将部件M1和部件M2接合。
如上所述，本发明的边缘环(边缘环ER1)包括：环状的第一部件(部件M1)，其由具有耐等离子体性的第一材料形成：和环状的第二部件(部件M2)，其由与第一材料相比刚性低的第二材料形成。第二部件配置在形成于第一部件的下表面的凹部(凹部C1)。
在本发明的边缘环中，由于在等离子体处理中暴露于等离子体的第一部件由具有耐等离子体性的第一材料形成，因此能够使边缘环具有耐等离子体性。而且，由于与静电吸盘接触的第二部件由与第一材料相比刚性小(即，比第一材料更柔软)的第二材料形成，因此能够改善边缘环与静电吸盘之间的紧贴性。因此，通过使用本发明的边缘环，可以降低边缘环的更换频率并且抑制传热气体的泄漏。
以上，利用上述实施方式对边缘环和基片处理装置进行了说明，但是本发明的边缘环和基片处理装置并不限定于上述实施方式，在本发明的范围内能够进行各种变形和改进。
例如，本发明的边缘环不仅能够应用于电容耦合型等离子体(CCP：CapacitivelyCoupled Plasma)装置，而且能够应用于其他基片处理装置。作为其他基片处理装置，可以为电感耦合型等离子体(ICP：Inductively Coupled Plasma)处理装置、使用径向线缝隙天线的等离子体处理装置、螺旋波激发型等离子体(HWP：Helicon Wave Plasma)装置、电子回旋共振等离子体(ECR：Electron Cyclotron Resonance Plasma)装置等。
另外，在本实施方式的基片处理装置100中，在静电吸盘25的外周部25b设置有两个用于静电吸附的电极板，不过为静电吸附而设置在外周部25b的电极板的数量例如可以为一个，也可以为三个以上。
在本说明书中，作为等离子体处理的对象对半导体基片进行了说明，但是等离子体处理的对象并不限定于半导体基片。等离子体处理的对象可以是用于LCD(液晶显示器)、FPD(平板显示器)等的各种基片、光掩模、CD基片、印刷电路板等。

Claims (11)

1.一种配置在被处理基片的周围的边缘环，其特征在于，包括：
环状的第一部件，其在下表面具有凹部，并且由具有耐等离子性的第一材料形成；和
环状的第二部件，其配置在所述凹部，并且由与所述第一材料相比刚性低的第二材料形成。
2.如权利要求1所述的边缘环，其特征在于：
所述第一材料是碳化硅、碳化钨、氧化镁或氧化钇，
所述第二材料是硅。
3.如权利要求1或2所述的边缘环，其特征在于：
所述第二部件的厚度大于所述凹部的深度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的边缘环，其特征在于：
所述第一部件和所述第二部件借助设置在所述凹部的底面与所述第二部件的上表面之间的粘合层接合。
5.如权利要求4所述的边缘环，其特征在于：
所述粘合层包含有机硅类粘合剂。
6.如权利要求4或5所述的边缘环，其特征在于：
所述粘合层还包括导电性填料。
7.如权利要求4至6中任一项所述的边缘环，其特征在于：
所述粘合剂层设置在形成于所述第二部件的所述上表面的凹部。
8.一种基片处理装置，其特征在于，包括：
提供处理空间的处理容器；
载置台，其设置于所述处理容器内，能够载置被处理基片；和
以包围所述被处理基片的周围的方式配置的边缘环，
所述载置台在俯视时与所述边缘环至少一部分重叠的区域具有静电吸附所述边缘环的电极，
所述边缘环包括：
环状的第一部件，其在下表面具有凹部，并且由具有耐等离子性的第一材料形成；和
配置在所述凹部的环状的第二部件，其由与所述第一材料相比刚性低的第二材料形成，并且具有与所述载置台的上表面接触的下表面。
9.如权利要求8所述的基片处理装置，其特征在于：
在所述载置台的所述上表面与所述第二部件的所述下表面之间还具有被供给传热气体的空间。
10.如权利要求9所述的基片处理装置，其特征在于：
所述载置台具有将所述传热气体导入所述空间的导入孔，
所述电极是隔着所述导入孔配置的两个电极。
11.如权利要求8至10中任一项所述的基片处理装置，其特征在于：
所述第一部件和所述第二部件中仅所述第二部件与所述载置台的上表面接触。
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