JP2020077654A - 載置台及び基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エッジリングと静電チャックとの対向する側壁の隙間を管理する。【解決手段】基板の周囲に配置されるエッジリングと、前記基板を載置する第１載置面と前記エッジリングを載置する第２載置面とを有する静電チャックと、前記静電チャックの前記第１載置面と前記第２載置面との間の側面と、前記エッジリングの内径面との間であって、前記第１載置面よりも低い位置に配置される伸縮性のある部材と、を有する載置台が提供される。【選択図】図５

Description

本開示は、載置台及び基板処理装置に関する。
例えば、特許文献１は、上面のウエハ載置部と、ウエハ載置部の外側に延在する環状の周辺部とを有する載置台を開示する。ウエハ載置部の上には処理対象のウエハが載置され、環状周辺部の上にはフォーカスリングが取り付けられる。エッジリングと静電チャックとの対向する側壁の間には所定の隙間が設けられている。
特開２００８−２４４２７４号公報
本開示は、エッジリングと静電チャックとの対向する側壁の隙間を管理することが可能な技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、基板の周囲に配置されるエッジリングと、前記基板を載置する第１載置面と前記エッジリングを載置する第２載置面とを有する静電チャックと、前記静電チャックの前記第１載置面と前記第２載置面との間の側面と、前記エッジリングの内径面との間であって、前記第１載置面よりも低い位置に配置される伸縮性のある部材と、を有する載置台が提供される。
一の側面によれば、エッジリングと静電チャックとの対向する側壁の隙間を管理することができる。
一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す図。 温度変化による伸縮に基づくエッジリングの位置の偏りを説明するための図。 パーティクルの発生を説明するための図。 パーティクルの発生を説明するための図。 一実施形態に係るエッジリングの位置決め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。
［基板処理装置の全体構成］
図１は、一実施形態に係る基板処理装置１の一例を示す図である。本実施形態にかかる基板処理装置１は、容量結合型の平行平板処理装置であり、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる円筒状の処理容器１０を有している。処理容器１０は接地されている。
処理容器１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して円柱状の支持台１４が配置され、この支持台１４の上に例えばアルミニウムからなる載置台１６が設けられている。載置台１６は、静電チャック２０と基台１６ａとエッジリング２４とシート部材２５とを有する。静電チャック２０は、基板の一例であるウエハＷを載置する。静電チャック２０は、導電膜からなる第１の電極２０ａを絶縁層２０ｂで挟んだ構造を有し、第１の電極２０ａには直流電源２２が接続されている。静電チャック２０は、ヒータを有し、温度制御が可能であってもよい。
ウエハＷの周囲には、例えばシリコンからなる導電性のエッジリング２４が配置されている。エッジリング２４は、フォーカスリングとも呼ぶ。静電チャック２０、基台１６ａ及び支持台１４の周囲には、例えば石英からなる環状のインシュレータリング２６が設けられている。
静電チャック２０のエッジリング２４と対向する位置には、第２の電極２１が埋め込まれている。第２の電極２１には、直流電源２３が接続されている。直流電源２２および直流電源２３は、それぞれ個別に直流電圧を印加する。静電チャック２０の中央部は、直流電源２２から第１の電極２０ａ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２０にウエハＷを吸着保持する。また、静電チャック２０の周辺部は、直流電源２３から第２の電極２１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２０にエッジリング２４を吸着保持する。
静電チャック２０の側面とエッジリング２４の内径面との間には、伸縮性部材の一例であるシート部材２５が配置されている。シート部材２５は、円周方向に対して等間隔に複数設けられてもよいし、環状に１つ設けられてもよい。シート部材２５は、エッジリング２４の位置決めを行う機能を有する。エッジリング２４の位置決めについては後述される。
支持台１４の内部には、例えば円周上に冷媒室２８が設けられている。冷媒室２８には、外部に設けられたチラーユニットより配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によって載置台１６上のウエハＷの温度が制御される。さらに、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック２０の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。
載置台１６の上方には、載置台１６と対向して上部電極３４が設けられている。上部電極３４と載置台１６の間はプラズマ処理空間となる。
上部電極３４は、絶縁性の遮蔽部材４２を介して処理容器１０の天井部の開口を閉塞するように設けられる。上部電極３４は、載置台１６との対向面を構成し、かつ多数のガス吐出孔３７を有する電極板３６と、この電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる電極支持体３８とを有する。電極板３６は、シリコンやＳｉＣ等のシリコン含有物で構成されることが好ましい。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０ａ、４０ｂが設けられ、このガス拡散室４０ａ、４０ｂからはガス吐出孔３７に連通する多数のガス通流孔４１ａ、４１ｂが下方に延びている。
電極支持体３８には、ガス拡散室４０ａ、４０ｂへガスを導くガス導入口６２が形成されており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続され、ガス供給管６４には処理ガス供給源６６が接続されている。ガス供給管６４には、処理ガス供給源６６が配置された上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８および開閉バルブ７０が設けられている。そして、処理ガス供給源６６から、処理ガスがガス供給管６４を介してガス拡散室４０ａ、４０ｂ、ガス通流孔４１ａ、４１ｂを通り、ガス吐出孔３７からシャワー状に吐出される。
上部電極３４には、可変直流電源５０が接続され、可変直流電源５０からの直流電圧が上部電極３４に印加される。上部電極３４には、給電棒８９及び整合器８８を介して第１の高周波電源９０が接続されている。第１の高周波電源９０は、ＨＦ（High Frequency）電力を上部電極３４に印加する。整合器８８は、第１の高周波電源９０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。これにより、プラズマ処理空間においてガスからプラズマが生成される。なお、第１の高周波電源９０から供給されるＨＦ電力を、載置台１６に印加してもよい。
ＨＦ電力を上部電極３４に印加する場合、ＨＦの周波数は、３０ＭＨｚ〜７０ＭＨｚの範囲であればよく、例えば４０ＭＨｚであってもよい。ＨＦ電力を載置台１６に印加する場合、ＨＦの周波数は、３０ＭＨｚ〜７０ＭＨｚの範囲であればよく、例えば６０ＭＨｚであってもよい。
載置台１６には、給電棒４７及び整合器４６を介して第２の高周波電源４８が接続されている。第２の高周波電源４８は、ＬＦ（Low Frequency）電力を載置台１６に印加する。整合器４６は、第２の高周波電源４８の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。これにより、載置台１６上のウエハＷにイオンが引き込まれる。第２の高周波電源４８は、２００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波電力を出力する。整合器４６は第２の高周波電源４８の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。載置台１６には、所定の高周波をグランドに通すためのフィルタが接続されてもよい。
ＬＦの周波数はＨＦの周波数よりも低く、ＬＦの周波数は、２００ｋＨｚ〜４０ＭＨｚの範囲であればよく、例えば１２．８８ＭＨｚであってもよい。ＬＦ及びＨＦの電圧又は電流は、連続波であってもよく、パルス波であってもよい。このように、ガスを供給するシャワーヘッドは、上部電極３４として機能し、載置台１６は下部電極として機能する。
処理容器１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１０内を所望の真空度まで減圧する。また、処理容器１０の側壁にはウエハＷの搬入出口８５が設けられており、この搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能である。
環状のインシュレータリング２６と処理容器１０の側壁との間には、環状のバッフル板８３が設けられている。バッフル板８３には、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆したものを用いることができる。
かかる構成の基板処理装置１においてエッチング処理等の所定の処理を行う際には、まず、ゲートバルブ８６を開状態とし、搬入出口８５を介してウエハＷを処理容器１０内に搬入し、載置台１６の上に載置する。そして、処理ガス供給源６６からエッチング等の所定の処理のためのガスを所定の流量でガス拡散室４０ａ、４０ｂへ供給し、ガス通流孔４１ａ、４１ｂおよびガス吐出孔３７を介して処理容器１０内へ供給する。また、排気装置８４により処理容器１０内を排気する。これにより、内部の圧力は例えば０．１〜１５０Ｐａの範囲内の設定値に制御される。
このように処理容器１０内に所定のガスを導入した状態で、第１の高周波電源９０からＨＦ電力を上部電極３４に印加する。また、第２の高周波電源４８からＬＦ電力を載置台１６に印加する。また、直流電源２２から直流電圧を第１の電極２０ａに印加し、ウエハＷを載置台１６に保持する。また、直流電源２３から直流電圧を第２の電極２１に印加し、エッジリング２４を載置台１６に保持する。可変直流電源５０から直流電圧を上部電極３４に印加してもよい。
上部電極３４のガス吐出孔３７から吐出されたガスは、主にＨＦの高周波電力により解離及び電離しプラズマとなり、プラズマ中のラジカルやイオンによってウエハＷの被処理面にエッチング等の処理が施される。また、載置台１６にＬＦの高周波電力を印加することで、プラズマ中のイオンを制御し、エッチング等の処理が促進される。
基板処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部２００が設けられている。制御部２００に設けられたＣＰＵは、ＲＯＭ及びＲＡＭ等のメモリに格納されたレシピに従って、エッチング等の所望のプラズマ処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、ＨＦ及びＬＦの高周波電力や電圧、各種ガス流量が設定されてもよい。また、レシピには、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウエハＷ温度、静電チャック温度等）、チラーから出力される冷媒の温度などが設定されてもよい。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
［エッジリングの位置の偏り］
次に、温度変化による伸縮に基づくエッジリング２４の位置の偏りについて、図２を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｄ）の上段は、ウエハＷを載置する静電チャック２０の載置面１２０とエッジリング２４とを平面視した図である。図２（ａ）〜（ｄ）の下段は、図２（ａ）〜（ｄ）の上段のＩ−Ｉ面で示した、静電チャック２０とエッジリング２４との断面の一部を拡大した図である。
静電チャック２０は、ウエハＷを載置する載置面１２０と段差を有し、エッジリング２４を載置する載置面１２１を有する。載置面１２０は、基板を載置する第１載置面に相当し、載置面１２１は、エッジリング２４を載置する第２載置面に相当する。
図２（ａ）〜（ｄ）の上段は、静電チャック２０とエッジリング２４との位置関係を、載置面１２０とエッジリング２４との位置で示す。図２（ａ）は載置面１２０とエッジリング２４との位置の初期状態を示す。エッジリング２４は、静電チャック２０の中心軸Ｏと略同心円状に位置決めされている。以下、エッジリング２４が、静電チャック２０の中心軸Ｏと略同心円状に位置決めされることを「調芯」ともいう。このとき、静電チャック２０とエッジリング２４との隙間Ｓは等しく管理されている。
図２（ｂ）はウエハのプラズマ処理中にプラズマからの入熱によりエッジリング２４の温度が上昇して第１の温度に設定されたときの状態の一例である。ここでは、静電チャック２０よりも線膨張係数の大きいエッジリング２４が外周側に膨張して隙間Ｓが大きくなっている。なお、静電チャック２０も、エッジリング２４と同様に膨張するが、エッジリング２４の膨張よりも小さい。
図２（ｃ）はプラズマ処理後、プラズマの消失によりエッジリング２４が第１の温度よりも低い第２の温度に設定されたときの状態の一例である。ここでは、静電チャック２０よりも線膨張係数の大きいエッジリング２４が内周側に収縮して隙間Ｓに偏りが生じた状態の一例を示す。図２（ａ）〜（ｃ）に示すプラズマ処理の前後において、エッジリング２４は、直流電圧（ＨＶ）を印加したまま静電チャック２０に吸着した状態で伸縮し、静電チャック２０と略同心円状の位置（図２（ａ））からずれる。これにより、エッジリング２４は、調芯されていない位置（図２（ｃ））に移動している。図２（ｃ）の例では、隙間Ｓは左側で大きく、右側で小さくなっている。ただし、図２（ｃ）に示すずれは一例であり、これに限られない。
図２（ｃ）の状態のままで次のプラズマ処理が始まると、図２（ｄ）に示すように、エッジリング２４は、調芯されていない状態で膨張し、隙間Ｓはさらに左側で大きくなる。図２（ａ）〜（ｄ）に示す処理の間、第１の電極２０ａ及び第２の電極２１には直流電圧（ＨＶ）が印加され、ウエハＷを載置面１２０に静電吸着するとともにエッジリング２４を載置面１２１に静電吸着している。しかしながら、これによっても、図２（ａ）〜（ｄ）の工程を繰り返すことでエッジリング２４が静電チャック２０（中心軸Ｏ）と略同心円状の位置からずれてしまう。
このようにウエハ毎にプラズマ処理が実行される度に静電チャック２０とエッジリング２４との隙間Ｓが管理できずに、特に静電チャック２０とエッジリング２４との隙間Ｓが狭い箇所にてマイクロアーキングと呼ばれる異常放電が発生する。この異常放電により静電チャック２０とエッジリング２４の間からパーティクルが生じ、ウエハＷの上に飛来して、ウエハＷの処理に影響を与え、歩留まりを低下させる要因となる。
［実験結果１］
図２の例の実験結果１について図３を参照して説明する。例えば、図３（ｂ）に示す静電チャック２０の載置面１２０と載置面１２１との間の側面と、エッジリング２４の内径面との間の隙間Ｓの径方向の間隔をＡとする。図３（ａ）に示すように、間隔Ａが０．５ｍｍよりも大きい場合、静電チャック２０とエッジリング２４の間からパーティクルは生じなかった。
一方、図３（ａ）の右斜め上に示すように、間隔Ａが０．５ｍｍ以下になると、静電チャック２０とエッジリング２４の間からパーティクルが発生し、付着物Ｂが生じた。付着物Ｂの組成についてエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ分析）を行った結果、付着物Ｂにはアルミニウムが多く含有されていた。これにより、図４（ａ）に示すように間隔Ａが０．５ｍｍよりも大きい場合には、付着物Ｂが隙間Ｓ付近に付着せず、マイクロアーキングは発生しないことがわかった。一方、間隔Ａが０．５ｍｍ以下になると、図４（ｂ）に示すように、付着物Ｂが隙間Ｓ付近に付着し、この付着物Ｂは載置台１６の表面から飛び出したアルミニウムを含有することがわかった。これにより、間隔Ａが０．５ｍｍ以下に狭くなると、隙間Ｓにて高周波電力の電界が強くなる。更にアルミニウムを含有する付着物Ｂの影響によって、図４（ｃ）に示すように隙間Ｓの付近にてマイクロアーキングが発生し、ディフェクト（欠陥）が生じると考えられる。
なお、実験により、エッジリング２４がＳｉＣにより形成されている場合、エッジリング２４がＳｉにより形成されている場合と比較してディフェクトが発生しやすいことが分かった。
［エッジリングの調芯動作］
これに対して、本実施形態では、シート部材２５によりエッジリング２４の調芯動作を可能とし、エッジリング２４が静電チャック２０と略同心円状の位置からずれることを防止する。これにより、静電チャック２０とエッジリング２４との隙間Ｓを管理し、マイクロアーキング程度の異常放電が生じることを防止することでパーティクルの発生を回避する。
［実験結果２］
図５を参照して、本実施形態に係るエッジリング２４の調芯動作の実験結果２について、比較例と比較して説明する。図５の比較例は、図２にて説明したエッジリング２４と静電チャック２０との隙間Ｓに何も設けない場合の実験結果の一例を示す。図５の本実施形態は、エッジリング２４と静電チャック２０との隙間Ｓにシート部材２５を設けた場合の実験結果の一例を示す。
両グラフの横軸は、「Measurement point」に示すエッジリング２４と静電チャック２０との隙間Ｓを、真上の方向を０°（３６０°）として、右横方向（９０°）、下方向（１８０°）、左横方向（２７０°）に対して４５°の間隔で測定する。そして、その測定値を、縦軸のクリアランスに示す。縦軸には各角度における隙間Ｓの測定値が任意単位（arbitrary unit）で示されている。
実験の結果、比較例ではＣ線にて示す初期状態の隙間Ｓは各角度で一定であるのに対して、Ｄ線にて示す５０時間のプラズマ処理を実行した後の隙間Ｓは一定に管理されておらず、エッジリング２４が静電チャック２０（中心軸Ｏ）に対して左右方向にずれている。
これに対して、本実施形態では、Ｅ線にて示す初期状態の隙間Ｓは各角度で概ね一定であるのに対して、Ｆ線にて示す８０時間のプラズマ処理を実行した後の隙間Ｓについても各角度で概ね一定である。
以上から、本実施形態にかかる載置台１６では、シート部材２５の伸縮性によりエッジリング２４が静電チャック２０に対して調芯できていることがわかる。なお、本実施形態では、所定時間（例えば５０〜８０時間）プラズマ処理を実行した後の各角度の隙間Ｓの最大値が閾値Ｔｈ（０．５ｍｍ）より大きければ許容範囲内、すなわち、エッジリング２４が静電チャック２０に対して調芯できていると判定する。
[伸縮性のある部材]
シート部材２５は、載置面１２０よりも低い位置に配置される。更に、シート部材２５は、図５の本実施形態に示すように、エッジリング２４の段差部２４ａの底面から出ないように配置されることが好ましい。エッジリング２４の段差部２４ａの底面から上に出っ張るとプラズマに暴露され、消耗し易くなり、シート部材２５の寿命が短くなるためである。
ただし、シート部材２５を下げ過ぎると、シート部材２５が更に隙間Ｓの下側へ潜り込み、静電チャック２０の静電吸着力に影響を及ぼす場合がある。このため、静電チャック２０の第２の電極２１に直流電圧を印加して、エッジリング２４を静電チャック２０に静電吸着してからシート部材２５を設定することが好ましい。
本実施形態において説明したシート部材２５は、伸縮性のある部材の一例であり、伸縮性のある部材はシート状に限られず、フィルム状であってもよいし、バネ状であってもよい。シート部材２５がバネ状である場合、径方向（法線方向）に伸縮性のある部材であってもよいし、周方向に伸縮性のある部材であってもよい。いずれの場合にも、エッジリング２４を静電チャック２０と略同心円状に調芯することができる。
シート部材２５は、周方向に均等に複数配置されてもよいし、環状に１つ設けられてもよい。なお、伸縮性部材は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：polytetrafluoroethylene）等の樹脂により形成されてもよい。シート部材２５を樹脂により形成することで、エッジリング２４及び静電チャック２０を傷つけないようにすることができる。
シート部材２５がＰＴＦＥにより形成されている場合、ＰＴＦＥはプラズマ耐性があるため好ましい。ただし、シート部材２５を隙間Ｓに配置したときに、下側に配置される部分はプラズマに暴露されない。よって、シート部材２５は、シート部材２５を隙間Ｓに配置したときに上部に位置する部分のみプラズマ耐性のある材料により形成し、その他の部分はプラズマ耐性を有しない樹脂又はその他の材料により形成してもよい。
更に、載置面１２１とエッジリング２４の裏面との間にシート部材２５と異なるシート部材を設けてもよい。これにより、エッジリング２４と静電チャック２０との伝熱効果を高め、温度変化によるエッジリング２４の膨張及び収縮量を減らし、エッジリング２４の調芯を効率的に行うことができる。
更に、エッジリング２４が第１の温度から第１の温度と異なる第２の温度に変化した後、第２の電極２１への直流電圧（ＨＶ）の印加を停止してもよい。これにより、エッジリング２４は、静電チャック２０の静電吸着力から解放され、自由に動ける状態となる。この結果、エッジリング２４の調芯を効率的に行うことができる。
以上に説明したように、本実施形態のシート部材２５によれば、エッジリング２４と静電チャック２０との隙間Ｓを管理することができる。これにより、異常放電の発生を防止し、パーティクルの発生を回避することができる。
今回開示された一実施形態に係る載置台及び基板処理装置は、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。
本開示の基板処理装置は、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
１６ 載置台
１６ａ 基台
２０ 静電チャック
２０ａ 第１の電極
２１ 第２の電極
２２、２３ 直流電源
２４ エッジリング
２５ シート部材
２６ インシュレータリング
３４ 上部電極
４８ 第２の高周波電源
５０ 可変直流電源
９０ 第１の高周波電源
１２０、１２１ 載置面
２００ 制御部

Claims (6)

  1. 基板の周囲に配置されるエッジリングと、
    前記基板を載置する第１載置面と前記エッジリングを載置する第２載置面とを有する静電チャックと、
    前記静電チャックの前記第１載置面と前記第２載置面との間の側面と、前記エッジリングの内径面との間であって、前記第１載置面よりも低い位置に配置される伸縮性のある部材と、
    を有する載置台。
  2. 前記伸縮性のある部材は、
    シート状、フィルム状又はバネ状である、
    請求項１に記載の載置台。
  3. 前記伸縮性のある部材は、
    樹脂により形成される、
    請求項１又は２に記載の載置台。
  4. 前記伸縮性のある部材は、
    プラズマ耐性のある材料により形成される、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の載置台。
  5. 前記伸縮性のある部材は、
    周方向に１つ又は複数設けられる、
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の載置台。
  6. 基板の周囲に配置されるエッジリングと、
    前記基板を載置する第１載置面と前記エッジリングを載置する第２載置面とを有する静電チャックと、
    前記静電チャックの前記第１載置面と前記第２載置面との間の側面と、前記エッジリングの内径面との間であって、前記第１載置面よりも低い位置に配置される伸縮性のある部材と、を有する載置台、を備えた基板処理装置。
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