JP2019216176A - 載置台、基板処理装置及びエッジリング - Google Patents

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Abstract

【課題】エッジリングの熱交換を行うための熱媒体を供給する供給孔における放電を抑制する。【解決手段】プラズマ処理が施される基板を載置する載置台であって、前記基板の周辺に配置されるエッジリングと該基板とを吸着する静電チャックと、前記静電チャックと前記エッジリングとの間に熱媒体を供給する供給孔とを有し、前記エッジリング及び前記載置台の少なくともいずれかには溝が設けられ、前記溝は、前記供給孔の上部には設けられていない、載置台が提供される。【選択図】図4

Description

本開示は、載置台、基板処理装置及びエッジリングに関する。
例えば、特許文献1は、ウエハを載置する静電チャックと、ウエハの周辺において静電チャック上に配置されるエッジリングと、エッジリングの熱交換を行うための熱媒体が充填される伝熱ガス導入溝とを有する基板処理装置を提案する。該基板処理装置は、エッジリングを静電チャックに静電吸着するために静電チャックに設けられた電極板に印加するチャック電圧を制御する制御部を備える。
特開2010−183074号公報
本開示は、エッジリングの熱交換を行うための熱媒体を供給する供給孔における放電を抑制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、プラズマ処理が施される基板を載置する載置台であって、前記基板の周辺に配置されるエッジリングと該基板とを吸着する静電チャックと、前記静電チャックと前記エッジリングとの間に熱媒体を供給する供給孔とを有し、前記エッジリング及び前記載置台の少なくともいずれかには溝が設けられ、前記溝は、前記供給孔の上部には設けられていない、載置台が提供される。
一の側面によれば、エッジリングの熱交換を行うための熱媒体を供給する供給孔における放電を抑制することができる。
一実施形態に係る載置台を含む基板処理装置の一例を示す図。 一実施形態に係る電極板の設置態様の一例を示す図。 パッシェンの法則による放電開始電圧の曲線を示す図。 本実施形態及び比較例1,2の供給孔からの伝熱ガスの流量の実験結果の一例を示す図。 一実施形態に係る溝の変形例を示す図。 一実施形態に係る溝の変形例を示す図。
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。
[基板処理装置の全体構成]
まず、図1を参照しながら基板処理装置1の全体構成の一例について説明する。図1は、一実施形態に係る基板処理装置1の概略構成を示す断面図である。なお、本実施形態では、基板処理装置1がRIE(Reactive Ion Etching)型の基板処理装置である例について説明する。ただし、基板処理装置1は、プラズマエッチング装置やプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置等であってもよい。
図1において、基板処理装置1は、金属製、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼製の接地された円筒型の処理容器10を有し、該処理容器10内に、ウエハWを載置する円板状の載置台11が配設されている。載置台11は、下部電極としても機能する。載置台11は、例えばアルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部材12を介して処理容器10の底から垂直上方に延びる筒状支持部13に支持されている。
処理容器10の側壁と筒状支持部13の間には排気路14が形成され、排気路14の入口又は途中に環状のバッフル板15が配設されると共に、底部に排気口16が設けられ、該排気口16に排気管17を介して排気装置18が接続されている。ここで、排気装置18は、ドライポンプ及び真空ポンプを有し、処理容器10内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。また、排気管17は可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁(automatic pressure control valve)(以下、「APC」という)を有し、該APCは自動的に処理容器10内の圧力制御を行う。さらに、処理容器10の側壁には、ウエハWの搬入出口19を開閉するゲートバルブ20が取り付けられている。
載置台11には、第1の整合器22aを介して第1の高周波電源21aが接続されている。また、載置台11には、第2の整合器22bを介して第2の高周波電源21bが接続されている。第1の高周波電源21aは、所定周波数(例えば100MHz)のプラズマ発生用の高周波電力を載置台11に供給する。第2の高周波電源21bは、第1の高周波電源21aよりも低い所定周波数(例えば、13MHz)のイオン引き込み用の高周波電力を載置台11に供給する。
処理容器10の天井部には、上部電極としても機能するシャワーヘッド24が配設されている。これにより、載置台11とシャワーヘッド24の間に、第1の高周波電源21a及び第2の高周波電源21bからの2周波の高周波電圧が印加される。
載置台11の上面にはウエハWを静電吸着力で吸着する静電チャック25が設けられている。静電チャック25は、ウエハWが載置される円板状の中心部25aと、中心部25aを囲むように形成された環状の外周部25bとを有する。中心部25aは、外周部25bに対して図中上方に突出している。外周部25bの上面には、中心部25aを環状に囲むエッジリング30が載置されている。また、中心部25aは、導電膜からなる電極板26を一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。
外周部25bは、導電膜からなる電極板29を一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。本実施形態では、環状の軸方向に2つの電極板29を並べて配置している。電極板26には、直流電源27が電気的に接続されている。2つの電極板29には、直流電源28がそれぞれ個別に電気的に接続されている。直流電源27および直流電源28は、供給する直流電圧のレベルおよび極性の変更が可能とされている。直流電源27は、後述する制御部43からの制御により、電極板26に直流電圧を印加する。直流電源28は、後述する制御部43からの制御により、2つの電極板29にそれぞれ個別に直流電圧を印加する。静電チャック25は、直流電源27から電極板26に印加された電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、静電力により静電チャック25にウエハWを吸着保持する。また、静電チャック25は、直流電源28から電極板29に印加された電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、静電力により静電チャック25にエッジリング30を吸着保持する。
なお、直流電源27は、載置台11に載置されたウエハWを吸着する第1の電極に電圧を印加する方法の一例である。直流電源28は、エッジリング30を吸着する第2の電極に電圧を印加する方法の一例である。
載置台11の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室31が設けられている。冷媒室31には、チラーユニット32から配管33,34を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給され、当該冷媒の温度によって静電チャック25上のウエハWの処理温度を制御する。
また、静電チャック25には、ガス供給ライン36を介して伝熱ガス供給部35が接続されている。ガス供給ライン36は、静電チャック25の中心部25aに至るウエハ側ライン36aと、静電チャック25の外周部25bに至るエッジリング側ライン36bとに分岐されている。
伝熱ガス供給部35は、ウエハ側ライン36aを用いて、静電チャック25の中心部25aとウエハWとで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する。また、伝熱ガス供給部35は、エッジリング側ライン36bを用いて、静電チャック25の外周部25bとエッジリング30とで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する。伝熱ガスとしては、熱伝導性を有するガス、例えば、Heガス等が好適に用いられる。伝熱ガスは、熱媒体の一例であり、伝熱ガス供給部35は、熱媒体を供給する供給部の一例である。
天井部のシャワーヘッド24は、多数のガス通気孔37aを有する下面の電極板37と、該電極板37を着脱可能に支持する電極支持体38とを有する。電極支持体38の内部にバッファ室39が設けられ、バッファ室39のガス導入口38aには、ガス供給配管41を介して処理ガス供給部40が接続されている。また、処理容器10の周囲には、環状又は同心状に延びる磁石42が配置されている。
基板処理装置1の各構成要素は、制御部43に接続されている。例えば、排気装置18、第1の高周波電源21a、第2の高周波電源21b、直流電源27,28、チラーユニット32、伝熱ガス供給部35および処理ガス供給部40は、制御部43に接続されている。制御部43は、基板処理装置1の各構成要素を制御する。
制御部43は、図示しない中央処理装置(CPU)及びメモリといった記憶装置を備え、記憶装置に記憶されたプログラム及び処理レシピを読み出して実行することで、基板処理装置1において所望の処理を実行する。例えば、制御部43は、エッジリング30を静電吸着するための静電吸着処理を行う。
基板処理装置1の処理容器10内では、磁石42によって一方向に向かう水平磁界が形成されると共に、載置台11とシャワーヘッド24の間に印加された高周波電圧によって鉛直方向のRF電界が形成される。これにより、処理容器10内において処理ガスを介したマグネトロン放電が行われ、載置台11の表面近傍において処理ガスからプラズマが生成される。
基板処理装置1では、ドライエッチング処理の際、先ずゲートバルブ20を開状態にして加工対象のウエハWを処理容器10内に搬入し、静電チャック25の上に載置する。そして、基板処理装置1では、処理ガス供給部40より処理ガス(例えば、Cガス、Oガス及びArガスから成る混合ガス)を所定の流量および流量比で処理容器10内に導入し、排気装置18等により処理容器10内の圧力を所定値にする。
さらに、基板処理装置1では、第1の高周波電源21a及び第2の高周波電源21bからそれぞれ高周波電力を載置台11に供給する。また、基板処理装置1では、直流電源27より直流電圧を静電チャック25の電極板26に印加して、ウエハWを静電チャック25上に吸着する。また、基板処理装置1では、直流電源28より直流電圧を静電チャック25の電極板29に印加して、エッジリング30を静電チャック25上に吸着する。シャワーヘッド24より吐出された処理ガスは上述したようにプラズマ化し、プラズマで生成されるラジカルやイオンによってウエハWの表面がエッチングされる。
[溝の構造]
次に、図1に示した電極板29の設置態様の一例について、図2を参照しながら説明する。図2は、電極板の設置態様の一例を示す図である。図2に示す2つの電極板29は、静電チャック25の外周部25bの内部の、エッジリング30に対応する領域に設けられている。以下では、2つの電極板29のうち、内側の電極板29を内周側電極板29−1とし、外側の電極板29を外周側電極板29−2とする。
内周側電極板29−1は、エッジリング30の内周側に環状に配置されている。外周側電極板29−2は、エッジリング30の外周側に環状に配置されている。内周側電極板29−1及び外周側電極板29−2は、直流電源28に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、1つの直流電源28から内周側電極板29−1及び外周側電極板29−2に電力を供給する場合を説明するが、内周側電極板29−1及び外周側電極板29−2に対応して直流電源28を2つ設け、個別に電力を供給してもよい。
静電チャック25の外周部25bに至るエッジリング側ライン36bは、内周側電極板29−1と外周側電極板29−2の間に設けられ、伝熱ガスを供給する。伝熱ガスは、エッジリング側ライン36bを通り、供給孔136から静電チャック25とエッジリング30の間に供給される。
エッジリング30の裏面には溝50が設けられている。溝50は、第1の高周波電源21a及び第2の高周波電源21bからの高周波電力(RF電力)に対するインピーダンスを変え、ウエハW側に流れる高周波電流とエッジリング30側に流れる高周波電流のバランスを調整する。これにより、ウエハW上のプラズマの状態とエッジリング30上のプラズマの状態を同じにすることで、プラズマエッチングにおけるウエハWのエッジ部に生じるチルティングの改善を図ることができる。
例えば、ウエハW側よりもエッジリング30側のインピーダンスが低いと、ウエハW側に流れる高周波電流に対するエッジリング30側に流れる高周波電流の割合が高くなり、エッジリング側のプラズマ密度が高くなる。このため、ウエハWのエッジ部に入射するイオンの入射角が傾き、チルティングが生じる。よって、本実施形態では、エッジリング30側のインピーダンスを調整するためにエッジリング30に溝50を形成し、ウエハW側に流れる高周波電流とエッジリング30側に流れる高周波電流のバランスを調整する。
ところが、伝熱ガスの供給孔136の上部に溝50を形成すると、エッジリング側ライン36b内を通り供給孔136から出る電子の直進距離が伸びるため、異常放電が生じ易くなる。
図3のパッシェンの法則による放電開始電圧の曲線によれば、極小値P1が最も放電し易い圧力(P)×電極間距離(T)である。よって、極小値P1を避けることで放電開始電圧が上がり放電し難くすることができる。
例えば、極小値P1よりも左側の曲線では、圧力を一定としたとき、電極間距離(T)が短いほど放電開始電圧が上がり放電し難くなる。エッジリング30の供給孔136の上部に溝50を設けると、溝50の空間(長さ)だけ電極間距離が長くなり、圧力×電極間距離の値が、極小値P1に近くなり、放電し易くなる。
異常放電が発生すると、エッジリング30の裏面と静電チャック25の表面の間で電子の移動が発生してエッジリング30の裏面と静電チャック25の表面の間が瞬間的にショートし、エッジリング30の静電吸着力が低下する。静電吸着力が低下することで、エッジリング30の裏面の伝熱ガスの流量が徐々に増大する。そうすると、エッジリング30の裏面を流れる伝熱ガスの圧力が一定にならないため、エッジリング30の処理温度が均一にならず、エッチングの均一性が悪くなる。
以上から、本実施形態にかかる載置台11では、溝50は、供給孔136の上部には設けない。これにより、供給孔136から導出される電子の直進距離が、溝50の空間だけ伸びることを防止できる。この結果、エッジリング30の裏面における異常放電を抑制でき、エッジリング30の静電吸着力の低下を防ぐことができる。これにより、エッジリング30の裏面を流れる伝熱ガスの圧力を一定にし、エッジリング30の処理温度を均一に制御する。これにより、エッチングの均一性を図り、安定したプロセスを実現できる。
[実験結果]
図4は、溝の形態の異なる比較例1,2と本実施形態に設けられた供給孔136からの伝熱ガス(ここではHeガス)の流量の実験結果の一例を示す図である。図4の(a−1)のエッジリング断面図は、(a−2)のエッジリング裏面図のA−A断面を示す。図4の(b−1)のエッジリング断面図は、(b−2)のエッジリング裏面図のB−B断面を示す。図4の(c−1)のエッジリング断面図は、(c−2)のエッジリング裏面図のC−C断面を示す。
(a)の比較例1では、図4の(a−1)のエッジリング断面図及び(a−2)のエッジリング裏面図に示すように、静電チャック25の外周部25bにはエッジリング側ライン36bが設けられ、その先端の供給孔136は、外周部25bの表面にて円周上に等間隔に6つ開口している。エッジリング30の裏面には溝が設けられていない。
(b)の比較例2では、(b−1)及び(b−2)に示すように、エッジリング30の裏面には、供給孔136が配置される円周上に環状の溝49が設けられている。溝49と供給孔136とは連通する。
(c)の本実施形態では、(c−1)及び(c−2)に示すように、エッジリング30の裏面には、供給孔136が配置される円周上に扇状に溝50が設けられる。本実施形態では、エッジリング30の裏面の溝50は、供給孔136の上部には設けられていない。かかる構造により、溝50と供給孔136とは連通しない構造となっている。
比較例1,2及び本実施形態のいずれの場合にも、静電チャック25の電極板29(29−1,29−2)に印加する直流電圧は、それぞれ3.25kVに設定した。また、比較例1,2及び本実施形態について、任意のロットの3枚のウエハをSlot1、Slot2、Slot3で示し、それぞれのスロットにおけるエッジリング側ライン36bから供給されるHeガスの流量の平均値を測定した。
この結果、比較例1では、Slot1〜Slot3から供給されるHeガスの流量は、1.4(sccm)、1.5(sccm)、1.6(sccm)であった。また、比較例2では、Slot1〜Slot3から供給されるHeガスの流量は、3.6(sccm)、4.7(sccm)、5.0(sccm)であった。これに対して、本実施形態では、Slot1〜Slot3から供給されるHeガスの流量は、いずれも0.9(sccm)であった。
つまり、比較例1,2の実験結果から、比較例2の場合、エッジリング30の裏面に溝49を設けたため、エッジリング30の裏面に溝がない比較例1と比較して、Heガスの流量が増加した。
比較例1では、エッジリング30の裏面に溝がないため、電子の直進距離は比較例2のように長くならない。よって、異常放電は生じ難い。ただし、比較例1では、第1の高周波電源21a及び第2の高周波電源21bからの高周波電力に対するインピーダンスを変えることができない。よって、ウエハW側に流れる高周波電流とエッジリング30側に流れる高周波電流のバランスを調整することができない。これにより、ウエハW上とエッジリング30上のプラズマが異なる状態になり、プラズマエッチングにおけるウエハWのエッジ部に生じるチルティングを抑制できない。
比較例2では、供給孔136が溝49と連通するため、供給孔136から出る電子の直進距離が比較例1の場合の電子の直進距離よりも伸び、異常放電が生じ易くなる。異常放電が発生すると、エッジリング30の裏面と静電チャック25の表面の間で電子の移動が発生して瞬間的にショートし、エッジリング30の静電吸着力が低下する。静電吸着力が低下することで、エッジリング30の裏面のHeガスの流量が徐々に増大する。
これに対して、本実施形態に示すように扇状に溝50を形成し、溝50が供給孔136の上部には設けられていない構造とすることで、エッジリング30の静電吸着力の低下を回避し、各スロットからのHeガスの流量を均一にすることができた。
エッジリング側ライン36b内の電子は、第1の高周波電源21a及び第2の高周波電源21bからの高周波電力によって加速される。比較例2のように供給孔136が溝49と連通し、電子の飛行距離が長い場合には、電子が加速される距離が長いので、加速された電子はHeガスを電離させる。電離するHeガスの数が多くなると、エッジリング30の裏面と静電チャック25の表面の間で電子の移動が発生して瞬間的にショートし、エッジリング30の静電吸着力が低下する。これにより、エッジリング30の裏面と静電チャック25の表面の間を流れるHeガスの流量制御が増大し、エッジリング30の処理温度が均一にならず、エッチングの均一性が悪くなる。
一方、本実施形態のように供給孔136が溝50と連通せず、比較例2と比べて電子の飛行距離が短い場合、電子が加速される距離が短いので、Heガスを電離させる程電子が加速する前に電子は壁等にぶつかり吸収され、放電現象は生じない。これにより、エッジリング30の裏面と静電チャック25の表面の間の電子の移動が発生せず、エッジリング30の静電吸着力が保持される。
本実施形態に示すエッジリング30では、溝50間の間隔は、Heガスの供給孔136の直径よりも大きく、供給孔136の上部には溝50は設けられていない。このため、比較例2のように電子の直進距離が伸びない。このため、エッジリング30の裏面において、エッジリングの熱交換を行うためのHeガスを供給する供給孔136における放電を抑制することができる。これにより、エッジリング30の裏面と静電チャック25の外周部25bの表面の間を流れるHeガスの圧力を一定にし、エッジリング30の処理温度を均一に制御する。これにより、エッチングの均一性を図り、安定したプロセスを実現できる。
なお、溝50が供給孔136の上部に設けられていないことを条件に、溝50の形状はどのようなものであってもよい。溝50は、エッジリング30の裏面に設けられた第1の溝の一例である。
[変形例]
本実施形態に示すエッジリング30では、溝50がエッジリング30の裏面に形成される。これにより、第1の高周波電源21a及び第2の高周波電源21bからの高周波電力に対するインピーダンスを変えることができる。このため、ウエハW側に流れる高周波電流とエッジリング30側に流れる高周波電流のバランスを調整することができる。この結果、ウエハW上とエッジリング30上のプラズマの状態を同一に制御でき、プラズマエッチングにおけるウエハWのエッジ部に生じるチルティングを改善できる。
ただし、溝は、エッジリング30の裏面に形成されることに限らない。例えば、一実施形態に係る溝の変形例について、図5及び図6を参照して説明する。図5及び図6は、一実施形態に係る溝の変形例を示す図である。
図5の左側のエッジリング断面図は、図5の右側の静電チャック表面図のD−D断面図である。エッジリング断面図に示すように、溝51を載置台11側のエッジリング30が配置される面に設けてもよい。この場合、エッジリング30の裏面には、溝50がなくてもよい。この場合にも、静電チャック表面図に示すように、溝51は供給孔136の上部には設けられていない。溝51は、静電チャック25の表面にて供給孔136が配置される円周上に扇状に形成されている。
なお、溝51が供給孔136の上部に設けられていないことを条件に、溝51の形状はどのようなものであってもよい。溝51は、載置台11のエッジリング30が配置される面に設けられた第2の溝の一例である。
図6に示すように、エッジリング30の裏面に溝50を設け、かつ、載置台11のエッジリング30が配置される面に溝51を設けてもよい。この場合にも、溝50及び溝51は供給孔136の上部には設けられていない。つまり、溝50と供給孔136とは連通しない。同様に、溝51と供給孔136とは連通としない。
このため、電子が加速される距離が溝50,51により長くならず、Heガスを電離させる程電子が加速する前に電子は壁等にぶつかり吸収され、放電現象は生じない。これにより、エッジリング30の裏面と静電チャック25の表面の間の電子の移動が発生せず、エッジリング30の静電吸着力が保持される。これにより、エッジリング30の裏面と静電チャック25の外周部25bの間を流れる伝熱ガスの圧力を一定にし、エッジリング30の処理温度を均一に制御する。これにより、エッチングの均一性を図り、安定したプロセスを実現できる。
なお、エッジリング30は、内側、中央及び外側に環状に三分割されたエッジリングや内側及び外側に環状に二分割されたエッジリングであってもよい。この場合においても、溝は、Heガスの供給孔136の上部には設けられず、溝と供給孔136とは連通しない。これにより、エッジリングの熱交換を行うためのHeガスを供給する供給孔における放電を抑制することができる。
今回開示された一実施形態に係る載置台、基板処理装置及びエッジリングは、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エハWを挙げて説明した。しかし、基板は、これに限らず、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、プリント基板等であっても良い。
1 基板処理装置
10 処理容器
11 載置台
21a 第1の高周波電源
21b 第2の高周波電源
25 静電チャック
25a 中心部
25b 外周部
26 電極板
27 直流電源
28 直流電源
29 電極板
29−1 内周側電極板
29−2 外周側電極板
30 エッジリング
36a ウエハ側ライン
36b エッジリング側ライン
43 制御部
50 溝
51 溝
136 供給孔
W ウエハ

Claims (6)

  1. プラズマ処理が施される基板を載置する載置台であって、
    前記基板の周辺に配置されるエッジリングと該基板とを吸着する静電チャックと、
    前記静電チャックと前記エッジリングとの間に熱媒体を供給する供給孔とを有し、
    前記エッジリング及び前記載置台の少なくともいずれかには溝が設けられ、
    前記溝は、前記供給孔の上部には設けられていない、
    載置台。
  2. 前記溝は、前記エッジリングの裏面に設けられた第1の溝を含む、
    請求項1に記載の載置台。
  3. 前記溝は、前記載置台の前記エッジリングが配置される面に設けられた第2の溝を含む、
    請求項1又は2に記載の載置台。
  4. 前記静電チャックは、前記載置台に載置された基板を吸着する第1の電極と、前記エッジリングを吸着する第2の電極とを含む、
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の載置台。
  5. 基板を載置する載置台と、
    基板の周辺に配置されるエッジリングと、
    前記エッジリングと前記基板とを吸着する静電チャックと、
    前記静電チャックと前記エッジリングとの間に熱媒体を供給する供給孔とを有し、
    前記エッジリング及び前記載置台の少なくともいずれかには溝が設けられ、
    前記溝は、前記供給孔の上部には設けられていない、
    基板処理装置。
  6. プラズマ処理が施される基板の周辺に配置されるエッジリングであって、
    前記エッジリングには溝が設けられ、
    前記溝は、前記エッジリングを吸着する静電チャックと前記エッジリングとの間に熱媒体を供給する供給孔の上部には設けられていない、
    エッジリング。
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