JP2011003730A - Silicon ring for plasma treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理装置において被処理基板を載置する支持リング、被処理基板の外側に設けられるフォーカスリング、上部電極を支持するシールドリング等のシリコンリングに関する。 The present invention relates to a silicon ring such as a support ring for mounting a substrate to be processed in a plasma processing apparatus, a focus ring provided on the outside of the substrate to be processed, and a shield ring for supporting an upper electrode.
半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマCVD装置等のプラズマ処理装置は、チャンバー内に、高周波電源に接続される上部電極と下部電極とを例えば上下に対向配置し、下部電極の上に被処理基板を配置した状態として、上部電極に形成した貫通孔からガスを被処理基板に向かって流通させながら高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、被処理基板にエッチング等の処理を行う構成とされている。 In a plasma processing apparatus such as a plasma etching apparatus or a plasma CVD apparatus used in a semiconductor device manufacturing process, an upper electrode and a lower electrode connected to a high-frequency power source are disposed in a chamber so as to face each other, for example, vertically. The substrate to be processed is placed in a state where a plasma is generated by applying a high-frequency voltage while flowing a gas from the through hole formed in the upper electrode toward the substrate to be processed, and the substrate to be processed is subjected to processing such as etching. It is configured to do.
この種のプラズマ処理装置において、処理対象となる被処理基板は支持リング上に載置される。この支持リングは、例えば特許文献1に記載されるように、下部電極の外周部にリング状に形成され、その内周部に形成した凹状の支持段部に被処理基板の外周部を載置するようになっている。また、この支持リングとは別に、あるいは支持リングと一体にフォーカスリングが設けられる。このフォーカスリングは、例えば特許文献2に記載されるように、被処理基板の周縁部におけるプラズマ処理を均一にするために、被処理基板の周囲を囲むように配置される。さらに、上部電極の周囲にも、電磁遮蔽のためのシールドリングが設けられ、石英リング(絶縁体)によってチャンバー壁に固定されている。
In this type of plasma processing apparatus, a substrate to be processed is placed on a support ring. For example, as described in
これら支持リング、フォーカスリング、シールドリングは、シリコンにより製作され、被処理基板や電極よりも大きい径のリング状に形成される。
これら支持リング、フォーカスリング、シールドリングは、一般には、単結晶シリコンや柱状晶シリコン等のインゴットを輪切りにスライスし、このスライスした円板を、その周縁部を残して中央の大部分を削除することによりリング状に機械加工して作製されるが、特許文献2に記載の発明では、複数の円弧状の分割片をリング状に並べて構成している。
These support ring, focus ring, and shield ring are made of silicon and are formed in a ring shape having a larger diameter than the substrate to be processed and the electrode.
These support ring, focus ring, and shield ring are generally sliced ingots such as single crystal silicon and columnar crystal silicon, and most of the center of this sliced disk is deleted except for its peripheral edge. However, in the invention described in
しかしながら、インゴットからスライスした大口径の円板をリング状に形成する方法では、材料のロスが多く、コスト高となる。特に、近年では、被処理基板が大口径化してきており、それに伴い各シリコンリングも大口径のものが必要で、ますます材料ロスが多くなり、一層のコスト高を招いている。
また、大口径のリング状部品は、その支持の仕方によっては折損等を生じ易く、取り扱い性が悪い。
特許文献2記載のもののように、リングを複数に分割して、それら円弧状部材(分割片)を周方向に連結してリング状に組み立てる方法の場合は、材料ロスを少なくすることができるが、各円弧状部材の接合面間から接着剤による不純物がプラズマ発生領域に放出されるおそれがある。
However, in the method of forming a large-diameter disk sliced from an ingot in a ring shape, the material loss is large and the cost is high. In particular, in recent years, the substrate to be processed has become larger in diameter, and accordingly, each silicon ring needs to have a larger diameter, resulting in an increase in material loss and an increase in cost.
Further, a large-diameter ring-shaped part is liable to be broken or the like depending on how it is supported, and the handleability is poor.
In the case of a method in which a ring is divided into a plurality of pieces and the arc-shaped members (divided pieces) are connected in the circumferential direction and assembled into a ring shape as in the case of the one described in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、プラズマ処理装置における支持リング、フォーカスリング、シールドリングなどのシリコンリングを、材料ロスを少なくして安価に製造することができ、かつ、その取り扱いも容易で、しかも不純物の発生の少ないシリコンリングを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and silicon rings such as a support ring, a focus ring, and a shield ring in a plasma processing apparatus can be manufactured at low cost with reduced material loss, and An object of the present invention is to provide a silicon ring that is easy to handle and generates less impurities.
本発明のシリコンリングは、表裏面の一方がプラズマ発生領域に向けられるプラズマ対向面とされたシリコンリングであって、複数の円弧状部材が周方向に並べられてリング状に固着されるとともに、隣接する両円弧状部材の端部間に、各円弧状部材の板厚の範囲の一部を前記プラズマ対向面に沿って切除してなる凹部と、該凹部に係合する凸部とが形成され、これら凹部及び凸部の係合面間に、各円弧状部材を固着する接着剤が、前記プラズマ対向面に露出する円弧状部材相互の突き合わせ面間を避けて設けられていることを特徴とする。 The silicon ring of the present invention is a silicon ring in which one of the front and back surfaces is a plasma facing surface directed toward the plasma generation region, and a plurality of arc-shaped members are arranged in the circumferential direction and fixed in a ring shape, A concave portion formed by cutting a part of the thickness range of each arc-shaped member along the plasma facing surface and a convex portion that engages with the concave portion are formed between the end portions of both adjacent arc-shaped members. In addition, an adhesive for fixing each arcuate member is provided between the engagement surfaces of the recesses and the projections so as to avoid between the butting surfaces of the arcuate members exposed on the plasma facing surface. And
複数の円弧状部材からなる構成としたことにより、円板からリング状に切り取るのに比べて材料ロスを大幅に少なくすることができる。この場合、その円弧状部材が周方向に並べて固着されていることにより、そのプラズマ対向面(消耗面)に、各円弧状部材の突き合わせ部分が配置されることになり、その突き合わせ面間にプラズマが進入するおそれがある。このため、その突き合わせ面間に接着剤が設けられていると、プラズマ領域に不純物が放出される場合があるが、そのプラズマ対向面に露出する突き合わせ面間を避けた位置に接着剤が設けられているため、万一プラズマが突き合わせ面間に進入したとしても、接着剤にまで到達することはない。
そして、このようにして固着された状態のシリコンリングは、各円弧状部材の間に介在している接着剤がクッション材として機能して応力を緩和し得るので、取り扱い時の破損の発生を防止することができる。
By adopting a configuration composed of a plurality of arc-shaped members, material loss can be greatly reduced as compared to cutting out from a disk into a ring shape. In this case, since the arc-shaped members are aligned and fixed in the circumferential direction, the abutting portions of the arc-shaped members are disposed on the plasma facing surface (consumable surface), and plasma is generated between the abutting surfaces. May enter. For this reason, if an adhesive is provided between the butted surfaces, impurities may be released into the plasma region, but the adhesive is provided at a position that avoids the space between the butted surfaces exposed on the plasma facing surface. Therefore, even if plasma enters between the butt surfaces, it does not reach the adhesive.
In the silicon ring thus fixed, the adhesive interposed between the arcuate members functions as a cushioning material to relieve stress, thus preventing the occurrence of breakage during handling. can do.
また、本発明のシリコンリングは、表裏面の一方がプラズマ発生領域に向けられるプラズマ対向面とされたシリコンリングであって、複数の円弧状部材を周方向に並べてなるリング列構成体が板厚方向に複数積層されるとともに、各円弧状部材間の突き合わせ面が、上下に隣接するリング列構成体相互間で周方向にずらした状態に配置され、これらリング列構成体の積層面間に、各円弧状部材を固着する接着剤が、前記プラズマ対向面に露出する円弧状部材相互の突き合わせ面間を避けて設けられているものとしてもよい。
いわゆるレンガ積み状態に構築されたものであり、積層段数は2段以上の任意に設定すればよい。
Further, the silicon ring of the present invention is a silicon ring in which one of the front and back surfaces is a plasma facing surface directed toward the plasma generation region, and a ring array structure in which a plurality of arc-shaped members are arranged in the circumferential direction has a plate thickness. A plurality of layers are stacked in the direction, and the butting surfaces between the respective arc-shaped members are arranged in a state shifted in the circumferential direction between the upper and lower adjacent ring row structural bodies, and between the stacked surfaces of these ring row structural bodies, The adhesive for fixing the arc-shaped members may be provided so as to avoid the space between the butted surfaces of the arc-shaped members exposed on the plasma facing surface.
What is necessary is just to set arbitrarily the number of lamination | stacking steps | paragraphs of 2 steps | paragraphs or more.
本発明のプラズマ処理装置用シリコンリングによれば、複数の円弧状部材を連結した構成としたことにより、円板からリング状に切り取るのに比べて材料ロスを大幅に少なくすることができ、大口径化する場合のコスト増を抑えることができる。また、固着面に介在している接着剤がクッション材として機能して応力を緩和し得るので、取り扱い時に破損することを防止することができる。しかも、プラズマ対向面に露出する各円弧状部材の突き合わせ面間を避けた位置に接着剤が設けられているため、万一プラズマが突き合わせ面間に進入したとしても、接着剤にまで到達することはなく、プラズマ領域への不純物の混入を防止して、高品質のプラズマ処理を施すことができる。 According to the silicon ring for a plasma processing apparatus of the present invention, the configuration in which a plurality of arc-shaped members are connected to each other can significantly reduce material loss compared to cutting out from a disk into a ring shape. It is possible to suppress an increase in cost when the diameter is increased. Moreover, since the adhesive agent intervening on the fixed surface functions as a cushioning material and can relieve stress, it can be prevented from being damaged during handling. Moreover, since the adhesive is provided at a position that avoids the space between the butted surfaces of each arcuate member exposed on the plasma facing surface, even if the plasma enters between the butted surfaces, it can reach the adhesive. Rather, impurities can be prevented from entering the plasma region, and high-quality plasma treatment can be performed.
以下、本発明のシリコンリングの実施形態を図面を参照しながら説明する。
まず、このシリコンリングが用いられるプラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置について説明する。
このプラズマエッチング装置1は、図5の概略断面図に示されるように、真空チャンバー2内の上部に電極板(上部電極)3が設けられるとともに、下部に上下動可能な架台(下部電極)4が電極板3と相互間隔をおいて平行に設けられている。この場合、上部の電極板3は絶縁体5により真空チャンバー2の壁に対して絶縁状態に支持されているとともに、架台4の上には、静電チャック6と、その周りを囲むシリコン製の支持リング7とが設けられており、静電チャック6の上に、支持リング7により周縁部を支持した状態でウエハ(被処理基板)8を載置するようになっている。また、真空チャンバー2の上部にはエッチングガス供給管9が設けられ、このエッチングガス供給管9から送られてきたエッチングガスは拡散部材10を経由した後、電極板3に設けられた貫通孔11を通してウエハ8に向って流され、真空チャンバー2の側部の排出口12から外部に排出される構成とされている。一方、電極板3と架台4との間には高周波電源13により高周波電圧が印加されるようになっている。
Hereinafter, embodiments of the silicon ring of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a plasma etching apparatus will be described as a plasma processing apparatus using this silicon ring.
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 5, this
また、電極板3は、シリコンによって円板状に形成されており、その背面には熱伝導性に優れるアルミニウム等からなる冷却板14が固定され、この冷却板14にも、電極板3の貫通孔11に連通するように、この貫通孔11と同じピッチで貫通孔15が形成されている。
In addition, the electrode plate 3 is formed in a disk shape with silicon, and a
このプラズマエッチング装置1では、高周波電源13から高周波電圧を印加してエッチングガスを供給すると、このエッチングガスは拡散部材10を経由して、電極板3に設けられた貫通孔11を通って電極板3と架台4との間の空間に放出され、この空間内でプラズマとなってウエハ8に当り、このプラズマによるスパッタリングすなわち物理反応と、エッチングガスの化学反応とにより、ウエハ8の表面がエッチングされる。
また、ウエハ8の均一なエッチングを行う目的で、発生したプラズマをウエハ8の中心部に集中させ、外周部へ拡散するのを阻止して電極板3とウエハ8との間に均一なプラズマを発生させるために、通常、プラズマ発生領域16がシリコン製のシールドリング17で囲われた状態とされている。
In this
Further, for the purpose of uniformly etching the
次に、本発明のシリコンリングの第1実施形態として、前述した支持リング7の詳細構造について説明する。
この支持リング7は、例えば、内径が450mm、外径が550mm、厚さが6〜8mmの大きさを有しており、図1から図4に示すように、複数の円弧状部材21を連結して構成されている。これら円弧状部材21は、上方に向けた突起部22を有する第1部材21Aと、下方に向けた突起部23を有する第2部材21Bとから構成されている。第1部材21Aは、図2に示すように、円弧形の帯状をなす平板部24の長さ方向の中間部に、上方に向けた突起部22が一体に形成されることにより、上向きの突起部22の両側に、上方を開放状態とした凹部25が配置されたものであり、その突起部22の内周部に、突起部22の上面より若干低い段部26が周方向に沿って形成されている。第2部材21Bは、図3に示すように、第1部材21Aとは逆に、円弧形の帯状をなす平板部27の長さ方向の中間部に、下方に向けた突起部23が一体に形成されることにより、下向きの突起部23の両側に、下方を開放状態とした凹部28が配置されたものであり、平板部27の内周部に、平板部27の上面より若干低い段部29が周方向に沿って形成されている。いずれの部材も、突起部22,23は円弧状部材21A,21Bの周方向長さのほぼ1/3の長さに形成され、その両側の平板部24,27の端部もそれぞれ周方向長さのほぼ1/3ずつの長さに形成されている。
Next, as a first embodiment of the silicon ring of the present invention, the detailed structure of the
The
そして、これら第1部材21A及び第2部材21Bが周方向に沿って交互に並べられることにより、第1部材21Aの突起部22の両側に配置される凹部25に、第2部材21Bの突起部23の両側に配置される平板部27の端部(凸部)が係合され、両部材21A,21Bの平板部24,27どうしが重ね合わせられた状態に連結されている。したがって、支持リング7全体の上面では、第1部材21Aの突起部22の上面と第2部材21Bの平板部27の上面とが交互に配置され、下面では、第1部材21Aの平板部24の下面と第2部材21Bの突起部23の下面とが交互に配置される。また、第1部材21Aにおける突起部22の周方向の両端面と、これに隣接する両第2部材21Bの平板部27の周方向の端面とが突き合わせられ、これらが突き合わせられることにより、これら第1部材21Aの突起部22の上面と第2部材21Bの平板部27の上面とが、プラズマ処理中にプラズマ発生領域16に対向するプラズマ対向面31として面一に形成される。また、このリング状に組み合わせられた状態では、その上面の内周部に、第1部材21Aの突起部22の段部26及び第2部材21Bの平板部27の段部29が環状に接続され、ウエハ8の周縁部を載置する支持段部32が形成される。
The
この場合、各円弧状部材21(21A,21B)は、金属ろうや導電性樹脂接着剤などの導電性の接着剤33によって固着されるが、プラズマ対向面31に平行な第1部材21Aの平板部24の上面と第2部材21Bの平板部27の下面との重ね合わせ面の間の特定領域内に接着剤33が介在される。具体的には、図4に示すように、第1部材21Aの突起部22と第2部材21Bの平板部27との突き合わせ面34から若干ずれた位置から、第1部材21Aの平板部24の端面付近までの領域が固着領域35とされている。したがって、この固着領域35は、各円弧状部材21Aの突き合わせ面34に対して直交し、その突き合わせ面34から例えば0.2〜0.5mm程度離間した位置にプラズマ対向面31と平行に延びており、突き合わせ面34に接着剤33が入り込まないようになっている。なお、この図4に示す例では、第1部材21Aの平板部24の端面と第2部材21Bの突起部23の端面との間にはわずかに隙間が形成されているが、上面(プラズマ対向面)31における突き合わせ面34どうしを隙間のない緊密接触状態とするためである。
なお、接着剤33としては、銀、銅、アルミニウム、インジウム等の金属ろう、エポキシ樹脂等の接着剤に銀、アルミニウム、ニッケル、カーボン等の導電フィラーを混入した導電性接着剤などが用いられる。
In this case, each arcuate member 21 (21A, 21B) is fixed by a conductive adhesive 33 such as a metal braze or a conductive resin adhesive, but is a flat plate of the
As the adhesive 33, a conductive adhesive in which a conductive filler such as silver, aluminum, nickel, or carbon is mixed with an adhesive such as a metal brazing material such as silver, copper, aluminum, or indium or an epoxy resin, or the like is used.
このように構成された支持リング7は、図5の架台4の上に、プラズマ対向面31を上方に向けて固定され、その内周部の支持段部32にウエハ8の周縁部が載置される。この場合、前述した内径450mm、外径550mm、厚さ6〜8mmの支持リングであると、1kgを超える重量となるが、連結状態の各円弧状部材21の間に接着剤33が介在しているので、その接着剤33がクッション材として機能し、プラズマ処理装置1への固定作業時等において生じる応力が緩和され、破損の発生が有効に防止される。
そして、プラズマ処理中には、プラズマ対向面31にプラズマが衝突するが、この場合、このプラズマ対向面31においては、前述したように各円弧状部材21の端面どうしが緊密に突き合わせられているので、その突き合わせ面34間へのプラズマの進入は防止される。万一突き合わせ面34間にプラズマが侵入したとしても、その突き合わせ面34間には接着剤33が介在していないので、プラズマが接着剤33に接触することはなく、プラズマ発生領域16が接着剤33により汚染されることはない。したがって、プラズマ処理を高品質で行うことができる。
The
During the plasma processing, the plasma collides with the
図6から図8は本発明のシリコンリングの第2実施形態を示している。これらの図において第1実施形態と共通する部分には同一符号を付して説明を簡略化する。
この第2実施形態のシリコンリングも支持リングである。この支持リング41は、円弧状部材42が上下2段に積層された構成とされ、各段毎に円弧状部材42がリング列構成体43,44を形成しており、上側のリング列構成体43の上面がプラズマ対向面31とされている。
上段のリング列構成体43は、図7に示すように内周部に段部44を有する円弧状部材42Aが周方向に複数並べられ、その段部44が接続されることにより、内周部にウエハ8の周縁部を載置する支持段部45が形成された構成であり、下段のリング列構成体44は、段部のない一様厚さの円弧状部材42Bが周方向に複数並べられた構成である。そして、これら両リング列構成体43,44の積層面の特定領域が固着領域35とされている。この場合、上段のリング列構成体43と下段のリング列構成体44とで、各円弧状部材42の突き合わせ面34が周方向にずらした状態に配置され、固着領域35における接着剤33は、第1実施形態の支持リング7と同様に、プラズマ対向面31に露出する上側のリング列構成体43における各突き合わせ面34から若干の距離を置いて設けられている。
6 to 8 show a second embodiment of the silicon ring of the present invention. In these drawings, portions common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is simplified.
The silicon ring of the second embodiment is also a support ring. The
As shown in FIG. 7, the upper
この第2実施形態の支持リング41は、各円弧状部材42がいわゆるレンガ積み状態に構築されて一体化されたものであり、この支持リング41においても、第1実施形態の支持リング7と同様、プラズマ対向面31に露出する円弧状部材42の突き合わせ面34間には接着剤33が介在していないので、不純物の発生を有効に防止することができる。
この支持リング41を組み立てる場合は、その一方の段のリング列構成体43について円弧状部材42Aを並べてリング状に組み立てておき、その上に接着剤33を塗布して、他方のリング列構成体44の円弧状部材42Bを並べながら固着すればよい。例えば、上段のリング列構成体43の各円弧状部材42Aを裏返し状態で並べながら、相互に緊密接触状態としてリング状に組み立て、その上に各円弧状部材42Aの突き合わせ面34を避けて接着剤33を塗布し、他方のリング列構成体44の円弧状部材42Bを並べて固着するとよい。
The
When the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、各円弧状部材の固着領域は、必ずしもプラズマ対向面と平行な平面でなくてもよく、プラズマ対向面に対して若干傾斜した面でもよいし、鋸歯状(セレーション状)の凹凸を有する面としてもよく、全体としてプラズマ対向面に沿って形成されていればよい。
また、第1実施形態では各円弧状部材の突起部と平板部との周方向長さを1/3ずつとしたが、その寸法関係は任意に設定すればよい。また、この第1実施形態の支持リングのように、円弧状部材に凹部と凸部(平板部の端部)を配設して、これらを係合する場合、第1実施形態では、円弧状部材の表裏面の一方(上面)側を突起部を残して切除することにより、その切除した部分を凹部とし、隣接する円弧状部材では、反対(下面)側に凹部を形成して他方側に残った平板部の端部を凸部とする形状としたが、円弧状部材の一方の端部では、板厚の中央部分を切除することにより、その切除した凹部の両側に凸部が形成される形状とし、他方の端部では、板厚の中央部分を凸部とするように両側に凹部を形成した形状としてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, the fixing region of each arc-shaped member does not necessarily have to be a plane parallel to the plasma facing surface, may be a surface slightly inclined with respect to the plasma facing surface, or a surface having serrated irregularities. And may be formed along the plasma facing surface as a whole.
In the first embodiment, the circumferential length between the projection and the flat plate of each arcuate member is 1/3, but the dimensional relationship may be arbitrarily set. In addition, as in the support ring of the first embodiment, when a concave portion and a convex portion (an end portion of the flat plate portion) are arranged on the arc-shaped member and engaged with each other, the arc-shaped member is arc-shaped in the first embodiment. By cutting off one side (upper surface) of the front and back surfaces of the member, leaving the protruding portion, the cut-off portion is made a concave portion. In the adjacent arc-shaped member, a concave portion is formed on the opposite (lower surface) side and the other side is formed. The end of the remaining flat plate portion is shaped as a convex portion, but at one end portion of the arc-shaped member, a convex portion is formed on both sides of the cut-out concave portion by cutting out the central portion of the plate thickness. It is good also as a shape which formed the recessed part in both sides so that the center part of plate | board thickness may be a convex part in the other edge part.
一方、第2実施形態の支持リングのように、レンガ積み構造とする場合、2段以上に積み重ねてもよい。また、一つのリング列構成体における円弧状部材の数は各段において同じでもよいし、各段毎に変えてもよい。プラズマ対向面を形成する側のリング列構成体と、他のリング列構成体とで円弧状部材の数を変えるようにしてもよい。
さらに、本発明の構成は支持リングだけでなく、フォーカスリング、シールドリングにも適用することができる。
On the other hand, when it is set as a brick stacked structure like the support ring of 2nd Embodiment, you may stack in two or more steps. Further, the number of arc-shaped members in one ring row structure may be the same in each stage, or may be changed for each stage. You may make it change the number of circular-arc-shaped members by the ring row structure on the side which forms a plasma opposing surface, and another ring row structure.
Furthermore, the configuration of the present invention can be applied not only to the support ring but also to the focus ring and the shield ring.
1 プラズマエッチング装置
2 真空チャンバ
3 電極板(上部電極)
4 架台(下部電極)
5 絶縁体
6 静電チャック
7 支持リング
8 ウエハ(被処理基板)
16 プラズマ発生領域
17 シールドリング
21,21A,21B 円弧状部材
22,23 突起部
24 平板部
25 凹部
27 平板部
28 凹部
31 プラズマ対向面
33 接着剤
34 突き合わせ面
35 固着領域
41 支持リング
42,42A.42B 円弧状部材
43,44 リング列構成体
DESCRIPTION OF
4 frame (lower electrode)
5
16
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Cited By (19)
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