JP2019207912A

JP2019207912A - 上部電極アセンブリ、処理装置及び上部電極アセンブリの製造方法

Info

Publication number: JP2019207912A
Application number: JP2018101428A
Authority: JP
Inventors: 根津　崇明; Takaaki Nezu; 崇明根津; 嘉隆田村; Yoshitaka Tamura
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2019-12-05
Also published as: US20190362947A1; US10978275B2; TW202004905A

Abstract

【課題】上部電極アセンブリからのパーティクルの発生を低減する。【解決手段】板状部材と、前記板状部材に形成された複数のガス穴とを有し、前記複数のガス穴のそれぞれは、前記ガス穴の開口部が漏斗形状又はベル形状に形成され、前記開口部の端部が丸く形成されている、上部電極アセンブリが提供される。【選択図】図３

Description

本開示は、上部電極アセンブリ、処理装置及び上部電極アセンブリの製造方法に関する。

例えば、特許文献１には、上部電極のプレートが少なくとも一つのガス穴を含み、ガス穴は上部電極のプレートを貫通する垂直方向の穴であることが開示されている。

特開２０１４−１２０７６４号公報

本開示は、上部電極アセンブリからのパーティクルの発生を低減することができる技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、板状部材と、前記板状部材に形成された複数のガス穴とを有し、前記複数のガス穴のそれぞれは、前記ガス穴の開口部が漏斗形状又はベル形状に形成され、前記開口部の端部が丸く形成されている、上部電極アセンブリが提供される。

一の側面によれば、上部電極アセンブリからのパーティクルの発生を低減することができる。

一実施形態に係る処理装置の一例を示す縦断面図。従来の上部電極に形成されたガス穴の一例を示す図。一実施形態に係るガス穴と比較例１，２に係るガス穴の一例を示す図。一実施形態に係るガス穴の形状を説明する図。一実施形態に係る上部電極アセンブリのガス穴の製造方法の一例を示す図。一実施形態に係る上部電極アセンブリのガス穴の製造方法の効果の一例を示す図。

以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

［処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係る処理装置１の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、処理装置１の一例を示す縦断面図である。本実施形態では、処理装置１の一例として容量結合型プラズマエッチング装置を挙げて説明する。

処理装置１を使用してウェハＷに対して実行可能な処理は特に限定されないが、原子層エッチング（ＡＬＥ：Atomic Layer Etching）処理、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）処理等が挙げられる。

処理装置１は、処理容器１０、ガス供給源１５及び排気装置６５とを有する。処理容器１０は例えばアルミニウム等の導電性材料からなり、電気的に接地されている。ガス供給源１５は、処理容器１０内にガスを供給する。

処理容器１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によって処理容器１０内が排気される。これによって、処理容器１０内は所定の真空度に維持される。

処理容器１０には下部電極１１と、下部電極１１に対向する上部電極２０とが設けられている。下部電極１１は、ウェハＷを載置する載置台としても機能する。下部電極１１には、プラズマ生成用の高周波ＨＦの電力を供給する高周波電源３２と、プラズマ生成用の高周波ＨＦの周波数よりも低い周波数のイオン引き込み用の高周波ＬＦの電力を供給する高周波電源３４が接続されている。高周波電源３２は、整合器３３を介して下部電極１１に接続される。高周波電源３４は、整合器３５を介して下部電極１１に接続される。整合器３３及び整合器３５は、各々、高周波電源３２及び高周波電源３４の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのものである。つまり、整合器３３及び整合器３５は、処理容器１０内にプラズマが生成されているときに、高周波電源３２及び高周波電源３４の各々について、内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。

上部電極２０は、その周縁部を被覆する絶縁性のシールドリング４０を介して処理容器１０の天井部に配置されている。上部電極２０は、上部電極アセンブリ２５及び支持体２４を有している。上部電極アセンブリ２５は、略円盤状の板状部材（天板）である。上部電極アセンブリ２５は、導電性を有し、例えば、シリコンから形成されている。ただし、上部電極アセンブリ２５は、シリコンに限られず、石英、シリコンカーバイトのいずれかを含んでもよい。上部電極アセンブリ２５の下部電極１１に対向する面２５ａには、耐プラズマ性のセラミックス皮膜が形成されていてもよい。上部電極アセンブリ２５には、等間隔に複数のガス穴２６が形成されている。複数のガス穴２６は、略鉛直方向に延び、上部電極アセンブリ２５を貫通している。

支持体２４は、上部電極アセンブリ２５を着脱自在に支持する。支持体２４は、例えば、アルミニウムから形成されている。支持体２４には、ガス拡散室４６が形成されている。ガス拡散室４６からは複数のガス穴２６が延びている。ガス拡散室４６にはガス配管４５が接続されている。ガス配管４５には、ガス供給源１５が接続されている。

ガスは、ガス供給源１５からガス配管４５を介してガス拡散室４６に供給され、複数のガス穴２６を通って複数の開口部２８から処理容器１０内に導入される。これにより、上部電極２０は、ガスを供給するシャワーヘッドとしても機能する。

処理容器１０の側壁には、ゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、処理容器１０からウェハＷを搬入又は搬出する際に搬出入口４９を開閉する。

処理装置１には、装置全体を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有している。ＲＡＭには、プロセスレシピが格納されている。プロセスレシピにはプロセス条件に対する処理装置１の制御情報が設定されている。制御情報には、プロセス時間、圧力、高周波電力、各種ガス及び流量、チャンバ内温度（ウェハ温度等）が含まれる。制御部１００は、ＲＡＭに格納されたプロセスレシピの手順に従い所定の処理を制御する。

かかる構成の処理装置１において、プラズマ処理が実行される際には、ゲートバルブＧの開閉が制御され、搬送アームに保持されたウェハＷが処理容器１０の内部に搬入され、リフターピンの昇降により載置台（下部電極１１）に載置される。

ガス供給源１５は処理に必要なガスを供給し、高周波電源３２はプラズマ生成用の高周波ＨＦの電力を下部電極１１に印加する。高周波電源３４は、イオン引き込み用の高周波ＬＦの電力を下部電極１１に印加する。高周波電力によりガスからプラズマが生成されると、生成されたプラズマの作用によりウェハＷにプラズマ処理が施される。プラズマ処理後、処理済のウェハＷは、リフターピンの昇降により搬送アームに受け渡され、ゲートバルブＧが開かれると処理容器１０の外部に搬出される。

［パーティクル］
上部電極アセンブリ２５は、プラズマ処理において生成されるプラズマ中の主にイオンにより削られる。そこで、所定以上削られた上部電極アセンブリ２５は、新品の上部電極アセンブリ２５と交換する必要がある。このようにして処理装置１のメンテナンス時に新品の上部電極アセンブリ２５をインストールした場合、インストールしてから所定時間の処理装置１の使用において、上部電極アセンブリ２５からパーティクルが発生する。新品の処理装置１を納入した場合においても同様に、所定時間、新品の上部電極アセンブリ２５からパーティクルが発生する。

つまり、新品の上部電極アセンブリ２５をインストールした場合、処理装置１を所定時間使用した後でないと、上部電極アセンブリ２５から発生するパーティクルが低減しない。例えば、新品の上部電極アセンブリ２５をインストールし、２５０時間程度、処理装置１を使用すると、上部電極アセンブリ２５から発生するパーティクルは、インストール当所のパーティクルの発生量の１／３程度に減ってくる。すなわち、全パーティクルの７０％程度は、新品の上部電極アセンブリ２５を処理装置１にインストールしてから２５０時間以内に発生する。以下、新品の上部電極アセンブリ２５をインストールしてから２５０時間程度の所定時間プラズマ処理を行うことを「初期段階」ともいう。パーティクルは、ウェハＷ上の配線パターンの断線等を生じさせ、ディフェクト（欠陥）の原因になり、生産性を低下させる。

そこで、パーティクル及びディフェクトの低減の一つの運用として、初期段階には、上部電極アセンブリ２５からパーティクルが発生しないプロセス条件のプラズマ処理を選別して実行することが考えられる。

しかしながら、このような運用は処理装置１の使用の自由度を狭め、効率が悪い。また、このような運用ができないプロセス条件の処理もある。そこで、一実施形態では、上部電極アセンブリ２５からのパーティクルの発生を低減することが可能な処理装置１を提供する。

上部電極アセンブリ２５から生じるパーティクルは、ガス穴の加工時にガス穴の内面に発生する破砕層が起因していると考えられる。このため、従来から薬液によるケミカルポリッシュ処理（ＣＰ（Chemical Polish）処理）により、ガス穴の内面の破砕層を除去することが対策手法として実施されていた。しかし、ケミカルポリッシュ処理によってもパーティクルの発生を改善することはできなかった。

そこで、発明者は、試行錯誤の結果、上部電極アセンブリ２５のガス穴の形状を適正化し、上部電極アセンブリ２５から発生するパーティクルを低減することに成功した。

図２は、従来の上部電極に形成されたガス穴１２６の断面の一例を示す図である。従来の上部電極に形成されたガス穴１２６は、図２（ａ）に示すように、新品の上部電極をインストールした直後では、垂直に上部電極を貫通する。図２（ａ）の領域Ａを拡大した図２（ｂ）を参照すると、ガス穴１２６の内面１２６ａは、ケミカルポリッシュ処理によっても破砕層が残り、やや滑らかさに欠けている。また、図２（ｂ）の領域Ｂに示すように、ガス穴１２６の開口部１２８の端部は尖っている。

図２（ｃ）は、発明者が、試行錯誤の結果適正化したガス穴１２６の断面を示す図である。図２（ｃ）の領域Ｃを拡大した図２（ｄ）を参照すると、ガス穴１２６の側面１２６ａに破砕層がなく、より滑らかになっている。また、図２（ｄ）の領域Ｄに示すように、ガス穴１２６の開口１２８の端部は丸くなっている。以上から、ガス穴１２６の開口部１２８は外側に向かって広がり、ガス穴１２６の側面は破砕層がなく滑らかであり、かつ、ガス穴１２６の開口１２８の端部は角がなく、丸くなっていることがわかる。

図３は、一実施形態に係るガス穴２６と比較例１，２に係るガス穴の一例を示す図である。図３（ａ）の比較例１に係るガス穴１２６は、上部電極を垂直に貫通する貫通穴を有し、貫通穴を形成した後にケミカルポリッシュ処理を行わなかった。図３（ｂ）の比較例２に係るガス穴１２６は、上部電極を垂直に貫通する貫通穴を有し、貫通穴を形成した後にケミカルポリッシュ処理を行った。これによれば、比較例２に係るガス穴１２６の内面１２６ａは、比較例１に係るガス穴１２６の内面１２６ａよりも滑らかになっているものの、多少の凹凸がある状態である。

これに対して、図３（ｃ）の一実施形態に係るガス穴２６の開口部２８の側面２７は、漏斗形状に形成されている。また、図３（ｃ）の領域Ｅ１及び領域Ｅ２の拡大図に示すように、開口部２８の端部２８ａ及び側面２７と貫通穴２９との接続部分は丸く形成されている。また、側面２７は、ケミカルポリッシュ処理において、側面２７が元の状態から４０μｍ程度削れるように、ケミカルポリッシュ処理の時間を延長させて制御した。これにより、ガス穴２６（貫通穴２９）の内面２６ａ及び側面２７は、比較例２よりも更に滑らかになった。

以上の処理により、上部電極アセンブリ２５の板状部材に形成される複数のガス穴２６を、開口部２８が漏斗形状に形成され、開口部２８の側面が滑らかで、かつ、開口部２８の端部２８ａに丸みのある形状に作製できた。

これにより、上部電極アセンブリ２５からのパーティクルの発生を低減することができた。また、一実施形態に係る上部電極アセンブリ２５の各ガス穴２６は、ケミカルポリッシュ処理により加工され、ケミカルポリッシュ処理の実行時間は、破砕層がなくなるまで延長して行うことが好ましい。例えば、ケミカルポリッシュ処理の実行時間は、ガス穴２６の内面が４０μｍ程度削られるまでの時間であってもよい。これにより、ガス穴２６の表面をより滑らかに形成し、上部電極アセンブリ２５からのパーティクルの発生を更に低減することができる。

[ガス穴の形状]
一実施形態に係るガス穴２６の形状の一例として漏斗形状のガス穴２６を図４（ａ）に示す。また、一実施形態の変形例に係るガス穴２６の形状の一例としてベル形状のガス穴２６の一例を図４（ｂ）に示す。図４（ａ）では、ガス穴２６の開口部２８は、先端部に向かって広がる円錐形の漏斗形状に形成され、その先端部は丸く形成されている。また、ガス穴２６は、ケミカルポリッシュ処理により破砕層が削れる程度まで加工され、ガス穴２６の表面はなめらかに形成されている。また、ガス穴２６の開口部２８の基端部は、上部電極アセンブリ２５を垂直方向に貫通する貫通穴２９に繋がっている。ガス穴２６の開口部２８と貫通穴２９とは中心軸は同軸になるように形成されている。

図４（ａ）に示すように、ガス穴２６の開口部２８は先端部において最も広くなり、開口部２８の先端の直径は、貫通穴２９の直径の約１．６倍〜約２．０倍の範囲内に形成してもよい。

また、貫通穴２９の延長線と開口部２８の傾きとのなす角度θは、３０°〜６０°の範囲に形成されてもよい。貫通穴２９の延長線と開口部２８の傾きとのなす角度θは、θは、４５°の角度に形成されると、さらに好ましい。

さらに、図４（ｂ）に示すように、ガス穴２６の開口部２８はホルンやトランペットの先端のベル形状（以下、「ベル形状」ともいう。）であってもよい。開口部２８が漏斗形状の場合には側面の傾きが概ね一律であるのに対して、ベル形状の開口部２８は先端部に向かって広がる側面の傾きが一律ではなく、先端部に向かうほど傾きが小さくなる。開口部２８の先端部は丸く形成されている。

ベル形状の開口部２８の場合にも、開口部２８の最も広い部分（先端）の直径、つまり、開口部２８の先端の直径は、貫通穴２９の直径の約１．６倍〜約２．０倍の範囲内に形成してもよい。

[ガス穴の製造方法]
次に、一実施形態に係るガス穴の製造方法の一例について、図５を参照しながら説明する。図５は、一実施形態に係るガス穴の製造方法の一例を示す図である。図５（ａ）〜（ｄ）は、一実施形態に係るガス穴の製造方法の一例を示す図である。図５（ｈ）〜（ｋ）は、一実施形態に係るガス穴の製造方法の他の一例を示す図である。

図５（ａ）〜（ｄ）に示す一実施形態に係るガス製造方法の一例では、図５（ａ）の上部電極アセンブリ２５の板状部材の表面２５ａ（プラズマ生成空間側に配置される面）に、図５（ｂ）に示すように、Ｃ面（面取り）の加工を行い、開口部２８を形成する。これにより、側面２７には、開口部２８の開口に向かって３０°〜６０°の範囲の角度の傾斜が形成される。これにより、漏斗形状に、ガス穴２６の開口部２８が形成される。次に、開口部２８に連通する貫通穴２９を形成する。これにより、図５（ｃ）に示すように、開口部２８と貫通穴２９が形成されたガス穴２６が制作される。

次に、貫通穴２９と開口部２８とを有するガス穴２６にケミカルポリッシュ処理（ＣＰ処理）を実行する。ケミカルポリッシュ処理を実行する際、ガス穴２６の内面が４０μｍ程度削られるまでの時間に設定することが好ましい。

かかる製造方法によって作成されたガス穴２６を有する上部電極アセンブリ２５は、開口部２８は漏斗形状に形成され、その内面は滑らかで、かつ、開口部２８のエッジ（端部）は尖っておらず丸みを持つように構成される。かかる構成の開口部２８と貫通穴２９とが連通するガス穴２６では、上部電極アセンブリ２５からのパーティクルの発生を抑え、ディフェクトを低減することができる。

図５（ｈ）〜（ｋ）に示す一実施形態に係るガス製造方法の他の一例では、図５（ｈ）の上部電極アセンブリ２５の板状部材の表面２５ａに、図５（ｉ）に示すように、板状部材を貫通する貫通穴２９を形成する。

次に、貫通穴２９に連通する開口部２８を形成する。その際、開口部２８の側面２７が３０°〜６０°の範囲内の傾きになるように、Ｃ面（面取り）の加工を行う。これにより、板状部材の表面２５ａに、貫通穴２９に連通する漏斗形状の開口部２８が形成される。これにより、図５（ｊ）に示すように、開口部２８と貫通穴２９が形成されたガス穴２６が制作される。

次に、貫通穴２９と開口部２８とを有するガス穴２６にケミカルポリッシュ処理を実行する。ケミカルポリッシュ処理を実行する際、ガス穴２６の内面が４０μｍ程度削られるまでの時間に設定することが好ましい。

なお、図５（ｃ）及び図５（ｊ）に示すように板状部材に漏斗形状の開口部２８を形成することに替えて、板状部材にベル形状の開口部２８を形成してもよい。

以上、板状部材に漏斗形状又はベル形状の開口部２８を形成する工程と、開口部２８に繋がる貫通穴２９を形成する工程と、開口部２８の端部を丸く形成する工程とを有する上部電極アセンブリ２５の製造方法について説明した。また、開口部２８の端部を丸く形成する工程の一例として、ガス穴２６をケミカルポリッシュ処理により加工することを説明した。

[ガス穴の製造方法の効果]
図６は、一実施形態に係るガス穴の製造方法の効果の一例を示す図である。図６（ａ）は、図５（ａ）〜（ｄ）に示す一実施形態に係るガス製造方法の一例により作製されたガス穴２６の開口部２８の側面２７ａ１を示す。図６（ｂ）は、図５（ｈ）〜（ｋ）に示す一実施形態に係るガス製造方法の他の一例により作製されたガス穴２６の開口部２８の側面２７ａ２を示す。

これによれば、図６（ｂ）の貫通穴２９を形成してから開口部２８を形成したときの開口部２８の表面２７ａ２及び開口部２８の端部２８ａよりも、図６（ａ）の開口部２８を形成してから貫通穴２９を形成したときの開口部８の表面２７ａ１及び開口部２８の端部２８ａのほうが滑らかに形成されることがわかった。

これは、貫通穴２９が形成された後に漏斗形状を加工すると、予め形成された貫通穴２９の内部空間によって漏斗形状を加工する際にぶれが生じるため、開口部２８の表面２７ａ２に凹凸が生じると考えられる。

一方、板状部材の表面２５ａに漏斗形状を加工して開口部２８を形成し、その後に開口部２８に連通する貫通穴２９を形成すると、開口部２８を加工する際に貫通穴２９の内部空間がなく、板状部材である固体のシリコンを漏斗形状に削ることになる。このため、ガス穴２６の開口部２８の表面２７ａ１が表面２７ａ２よりも更に滑らかになる。これにより、上部電極アセンブリ２５からのパーティクルの発生を低減することができる。

以上の結果から、板状部材に漏斗形状又はベル形状の開口部２８を形成する工程と、開口部２８を形成する工程の後に開口部２８に繋がる貫通穴２９を形成する工程と、開口部２８の端部を丸く形成する工程とを有する上部電極アセンブリ２５の製造方法により上部電極アセンブリ２５を作製することが好ましい。

更に、図５（ａ）〜（ｄ）に示す一実施形態に係る製造方法の一例により上部電極アセンブリ２５を作製することが好ましい。つまり、開口部２８に繋がる貫通穴２９を形成する工程は、板状部材に漏斗形状又はベル形状の開口部２８を形成する工程の後に行われることが好ましい。

かかる製造方法により作製されたガス穴２６を有する上部電極アセンブリ２５をインストールした処理装置１では、パーティクルの発生を低減することができる。この結果、パーティクルが発生し易いプロセス条件の処理を含めていずれの処理も実行することができる。

以上に説明したように、本実施形態の上部電極アセンブリ２５によれば、上部電極アセンブリ２５からのパーティクルの発生を低減することができる。

今回開示された一実施形態に係る上部電極アセンブリ、処理装置及び上部電極アセンブリの製造方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

本開示の処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。

本明細書では、基板の一例としてウェハＷを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。

１：処理装置
１０：処理容器
１１：下部電極
１５：ガス供給源
２０：上部電極
２４：支持体
２５：上部電極アセンブリ
２６：ガス穴
２７：開口部の側面
２８：開口部
２９：貫通穴
３２：高周波電源
３４：高周波電源
１００：制御部

Claims

板状部材と、
前記板状部材に形成された複数のガス穴とを有し、
前記複数のガス穴のそれぞれは、
前記ガス穴の開口部が漏斗形状又はベル形状に形成され、
前記開口部の端部が丸く形成されている、
上部電極アセンブリ。
前記複数のガス穴のそれぞれは、ケミカルポリッシュ処理により加工されている、
請求項１に記載の上部電極アセンブリ。
前記複数のガス穴のそれぞれは、
前記開口部に繋がる貫通穴を有し、
前記開口部の直径は、前記貫通穴の直径の１．６倍〜２．０倍の範囲内に形成されている、
請求項１又は２に記載の上部電極アセンブリ。
前記複数のガス穴のそれぞれは、
前記開口部に繋がる貫通穴を有し、
前記貫通穴の側面に対する前記開口部の側面の傾きは、３０°〜６０°の範囲内の角度に形成されている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリ。
前記貫通穴の側面に対する前記開口部の側面の傾きは、４５°の角度に形成されている、
請求項４に記載の上部電極アセンブリ。
前記上部電極アセンブリは、シリコン、石英、シリコンカーバイトのいずれかを含む、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の上部電極アセンブリ。
処理容器と、
前記処理容器内に配置され、基板を載置する載置台と、
前記載置台に対向する上部電極アセンブリを含む上部電極と、を有し、
前記上部電極アセンブリは、
板状部材と、
前記板状部材に形成された複数のガス穴とを有し、
前記複数のガス穴のそれぞれは、
前記ガス穴の開口部が漏斗形状又はベル形状に形成され、
前記開口部の端部が丸く形成されている、
処理装置。
複数のガス穴を有する板状部材の上部電極アセンブリを製造する方法であって、
前記複数のガス穴のそれぞれを作製する工程は、
前記板状部材に漏斗形状又はベル形状の開口部を形成する工程と、
前記開口部に繋がる貫通穴を形成する工程と、
前記開口部の端部を丸く形成する工程と、
を含む上部電極アセンブリの製造方法。
前記開口部の端部を丸く形成する工程は、
前記複数のガス穴をケミカルポリッシュ処理により加工する、
請求項８に記載の上部電極アセンブリの製造方法。
前記開口部に繋がる貫通穴を形成する工程は、前記板状部材に漏斗形状又はベル形状の開口部を形成する工程の後に行われる、
請求項８又は９に記載の上部電極アセンブリの製造方法。