JP2020205317A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に処理を施した際の偏りを抑制する基板処理装置及び基板処理方法を提供する。【解決手段】ガスを排気する排気口を有するチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、基板を載置する載置台と、ガスの流れ方向にみて前記載置台と前記排気口との間に配置される排気調整機構と、を備え、前記排気調整機構は、複数の貫通孔を有する排気プレートと、前記貫通孔を開閉する駆動プレートと、前記駆動プレートを駆動する駆動機構と、を有する、基板処理装置。【選択図】図１

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。

チャンバ内に処理ガスを導入して基板にエッチング処理等の所望の処理を施す基板処理装置が知られている。

特許文献１には、チャンバ内にガスを導入し、チャンバの底部に設けられた排気口から排気する基板処理装置が開示されている。

特開２００７−１２３７９６号公報

一の側面では、本開示は、基板に処理を施した際の偏りを抑制する基板処理装置及び基板処理方法を提供する。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、ガスを排気する排気口を有するチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、基板を載置する載置台と、ガスの流れ方向にみて前記載置台と前記排気口との間に配置される排気調整機構と、を備え、前記排気調整機構は、複数の貫通孔を有する排気プレートと、前記貫通孔を開閉する駆動プレートと、前記駆動プレートを駆動する駆動機構と、を有する、基板処理装置が提供される。

一の側面によれば、基板に処理を施した際の偏りを抑制する基板処理装置及び基板処理方法を提供することができる。

一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す断面模式図。 排気プレートと排気口との配置関係の一例を示す上方視図。 駆動プレートの一例を示す上方視図。 排気プレートの開口状態の一例における排気プレート及び駆動プレートの上方視図。 排気プレートの開口状態の他の一例における排気プレート及び駆動プレートの上方視図である。 全開時における流速のシミュレーション結果の一例を示す図。 ２つのプロセスに対して、排気プレートの開口状態を変化させた場合における処理の偏りの一例を示す図。 基板処理装置における基板処理の処理フローの一例。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜基板処理装置＞
一実施形態に係る基板処理装置１について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係る基板処理装置１の一例を示す断面模式図である。

基板処理装置１は、チャンバ１０を備える。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供する。チャンバ１０はチャンバ本体１２を含む。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有する。チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成される。チャンバ本体１２の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。当該膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどのセラミックであってよい。

チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、通路１２ｐを通して内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送される。通路１２ｐは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられるゲートバルブ１２ｇにより開閉される。

チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成される。支持部１３は、略円筒形状を有する。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、上部に支持台１４を有する。支持台１４は、内部空間１０ｓの中において、基板Ｗを支持するように構成されている。

支持台１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有する。支持台１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、アルミニウムなどの導体から形成され、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムなどの導体から形成されて、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。

静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面に基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有し、誘電体から形成される。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間に静電引力が発生する。その静電引力により、基板Ｗが静電チャック２０に保持される。

下部電極１８の周縁部上には、基板Ｗのエッジを囲むように、エッジリング２５が配置される。エッジリング２５は、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させる。エッジリング２５は、シリコン、炭化シリコン、又は石英などから形成され得る。

下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１０の外部に設けられているチラーユニット（図示しない）から配管２２ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニットに戻される。基板処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。

基板処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２４は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス（例えばＨｅガス）を、静電チャック２０の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。

基板処理装置１は、上部電極３０を更に備える。上部電極３０は、支持台１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成される。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。

上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成する。天板３４は、発生するジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３４は、天板３４をその板厚方向に貫通する複数のガス吐出孔３４ａを有する。

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムなどの導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６は、ガス拡散室３６ａから下方に延びる複数のガス孔３６ｂを有する。複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、バルブ群４２、流量制御器群４４、及びガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０、バルブ群４２、及び流量制御器群４４、は、ガス供給部を構成している。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含む。バルブ群４２は、複数の開閉バルブを含む。流量制御器群４４は、複数の流量制御器を含む。流量制御器群４４の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４２の対応の開閉バルブ、及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。
なお、基板処理装置１は、バルブ群４２の開閉を制御してチャンバ１０内に導入するガス種を切り替えることにより、基板Ｗに複数の処理を施すことができるように構成されていてもよい。

基板処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面及び支持部１３の外周に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２に反応副生物が付着することを防止する。シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムなどのセラミックから形成され得る。

支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、排気調整機構９０が設けられている。排気調整機構９０は、排気プレート９１と、駆動プレート９２と、駆動機構９３と、を備えている。排気プレート９１は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜（酸化イットリウムなどの膜）を形成することにより構成される。排気プレート９１には、複数の貫通孔９１ａ（後述する図２参照）が形成されている。排気プレート９１は、チャンバ１０内の空間を、基板Ｗに処理を施す際にプラズマが生成される側の処理空間と、後述する排気口１２ｅと接続される側の排気空間と、に分ける。排気プレート９１は、処理空間から排気空間にプラズマがリークすることを抑制する。また、排気空間からのパーティクルが処理空間に入ることを抑制して、支持台１４に載置された基板Ｗの表面に影響を与えることを抑制する。また、処理空間内のガスは、貫通孔９１ａを介して、排気空間へと排気される。駆動プレート９２は、排気プレート９１の下方に配置され、貫通孔９１ａを開閉する。駆動プレート９２は、例えば、アルミニウムから形成された母材により構成される。なお、駆動プレート９２は、排気プレート９１の下方に配置されるため、酸化イットリウムなどの膜処理を省略してもよい。また、例えば、駆動プレート９２が駆動する際に発生したパーティクルが支持台１４に載置された基板Ｗの表面に影響を与えることを抑制するために、駆動プレート９２は排気プレート９１の下方に配置されることが好ましい。駆動機構９３は、駆動プレート９２を駆動する。排気プレート９１の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを含む。

基板処理装置１は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を備えている。第１の高周波電源６２は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、上部電極３０に接続されていてもよい。第１の高周波電源６２は、一例のプラズマ生成部を構成している。

第２の高周波電源６４は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。

なお、第１の高周波電力を用いずに、第２の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、第２の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きな周波数、例えば４０ＭＨｚであってもよい。基板処理装置１は、第１の高周波電源６２及び整合器６６を備えなくてもよい。第２の高周波電源６４は一例のプラズマ生成部を構成する。

基板処理装置１においてガスが、ガス供給部から内部空間１０ｓに供給されて、プラズマを生成する。また、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給されることにより、上部電極３０と下部電極１８との間で高周波電界が生成される。生成された高周波電界がプラズマを生成する。

基板処理装置１は、電源７０を備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は内部空間１０ｓ内に存在する正イオンを天板３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。

基板処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部８０は、基板処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータが基板処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、基板処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、基板処理装置１で各種処理を実行するために、プロセッサによって実行される。プロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従って基板処理装置１の各部を制御する。

＜排気調整機構９０＞
次に、排気調整機構９０の構造について、図２から図５を用いて更に説明する。図２は、排気プレート９１とチャンバ本体１２の底部に設けられた排気口１２ｅとの配置関係の一例を示す上方視図である。図３は、駆動プレート９２の一例を示す上方視図である。図４は、排気プレート９１の開口状態の一例（全開時）における排気プレート９１及び駆動プレート９２の上方視図である。図５は、排気プレート９１の開口状態の他の一例における排気プレート９１及び駆動プレート９２の上方視図である。

図２に示すように、排気プレート９１は、周方向及び径方向に複数の貫通孔９１ａを有する。なお、図２及び後述する図４，５において、排気プレート９１には、ドットのパターンを付して図示している。また、排気プレート９１は模式的に図示しており、貫通孔９１ａの配置はこれに限られるものではない。また、図２において、チャンバ本体１２の底部に設けられた排気口１２ｅの位置を破線で示す。排気口１２ｅはシンメトリに設けられておらず、偏りを有している。

図３に示すように、駆動プレート９２は、周方向に対して複数（図３の例では、７つの駆動プレート９２ａ〜９２ｇ）に分割されている。なお、図３及び後述する図４，５において、駆動プレート９２には、ドットのパターン（排気プレート９１よりも細かいパターン）を付して図示している。駆動プレート９２ａ〜９２ｇは、図３において矢印で示すように、駆動機構９３（図１参照）によって、径方向に個別に移動させることができる。

図４に示すように、全ての駆動プレート９２ａ〜９２ｇを径方向内側に移動させることにより、排気プレート９１の貫通孔９１ａの全てを開放する。また、貫通孔９１ａの下に駆動プレート９２を配置させることにより、貫通孔９１ａを閉塞することができる。例えば、図５に示す例において、駆動プレート９２ａ，９２ｂは径方向３列目全ての貫通孔９１ａを閉塞するように配置されている。駆動プレート９２ｃは径方向１列目まで貫通孔９１ａを閉塞するように配置されている。駆動プレート９２ｄ，９２ｅは全ての貫通孔９１ａを開放するように配置されている。駆動プレート９２ｆ，９２ｇは径方向２列目まで貫通孔９１ａを閉塞するように配置されている。このように、駆動プレート９２ａ〜９２ｇの配置を変更することにより、排気プレート９１の開口状態を変更することができる。具体的には、排気プレート９１の全体における開口面積（開口率）変更することができる。また、排気プレート９１の開口状態における周方向に対する開口の偏りを形成することができる。

次に、チャンバ１０の内部空間１０ｓにおける流速について、図６を用いて説明する。図６は、全開時における流速のシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、シミュレーションにおいて、図２に示すように、排気口１２ｅの配置は周方向に対して偏りを有している。また、流速が速い領域ほど濃いハッチングを付して示し、流速が遅い領域ほど薄いハッチングを付して示している。また、支持台１４に載置される基板Ｗの位置を実線で示している。

排気口１２ｅが偏りを有して設けられていることにより、図６に示すように、周方向においてガスの排気速度に差が生じる。これに対し、一実施形態の基板処理装置１は、駆動プレート９２ａ〜９２ｇを個別に駆動することで排気プレート９１の開口状態を周方向に対して異ならせることができる。例えば、流速の速い領域における貫通孔９１ａの開口率を下げ、流速の遅い領域における貫通孔９１ａの開口率を上げるように駆動プレート９２ａ〜９２ｇを配置することで、流速の周方向の偏りを低減するような排気プレート９１の開口状態とすることができる。これにより、ガスの排気速度の偏りを低減することができる。

次に、排気プレート９１の開口状態と、各プロセスにおける処理の偏りとの関係について、図７を用いて説明する。図７は、２つのプロセスに対して、排気プレート９１の開口状態を変化させた場合における処理の偏りの一例を示す図である。上段に第１のプロセス（Ａｓｈ；アッシング処理）の場合を示し、下段に第２のプロセス（Ｄｅｐｏ；デポ処理）の場合を示す。また、左から順に開口率１００％、開口率８０％（均等）、開口率５０％（不均等）、開口率８０％（不均等）の場合を示す。ここで、均等とは、排気プレート９１の開口状態が周方向に対して均等の状態、即ち、駆動プレート９２ａ〜９２ｇを径方向に均等に動かした状態である。また、不均等とは、流速の周方向の偏りを低減するように駆動プレート９２ａ〜９２ｇを異ならせて動かした状態である。また、それぞれについて、基板Ｗの表面における処理の状態（アッシング処理においてはアッシング量。デポ処理においては堆積量）を正規化して、処理量の高い領域ほど濃いハッチングを付して示し、処理量低い領域ほど薄いハッチングを付して示している。また、それぞれについて、各処理の状態における処理の偏り（ｓｋｅｗ）を数値で併記する。また、各プロセスにおいて、最もｓｋｅｗの小さい場合を枠で強調表示する。

第１のプロセス（Ａｓｈ）においては、貫通孔９１ａの開閉を周方向に対して均等とし、排気プレート９１全体の開口率を８０％としたものが、処理の偏り（ｓｋｅｗ）が最も小さくなった。また、第１のプロセス（Ａｓｈ）においては、不均等配置の方が、均等配置よりも処理の偏りが大きくなることが確認できた。

一方、第２のプロセス（Ｄｅｐｏ）においては、貫通孔９１ａの開閉を周方向に対して不均等とし、排気プレート９１全体の開口率を５０％としたものが、処理の偏り（ｓｋｅｗ）が最も小さくなった。また、第２のプロセス（Ｄｅｐｏ）においては、不均等配置の方が、均等配置よりも処理の偏りが小さくなることが確認できた。

図７の一例に示すように、プロセスに応じて、処理の偏りを低減する排気プレート９１の開口状態（全体の開口率、均等／不均等）が異なる。一実施形態に係る基板処理装置１は、プロセスに応じて、排気プレート９１の開口状態を変更する。

図８は、基板処理装置１における基板処理の処理フローの一例である。ここでは、基板処理装置１は、基板Ｗに対して、２つのプロセスにより基板Ｗに処理を施すものとして説明する。

ステップＳ１において、基板処理装置１に基板Ｗを搬入する。まず、制御部８０は、ゲートバルブ１２ｇを開ける。図示しない搬送装置は、通路１２ｐを介して、基板Ｗを支持台１４に載置する。搬送装置が通路１２ｐから退避すると、制御部８０は、ゲートバルブ１２ｇを閉じる。

ステップＳ２において、排気プレート９１の開口状態を変更する。制御部８０は、駆動機構９３を制御して、駆動プレート９２を駆動することにより、排気プレート９１の開口状態を変更する。ここでは、例えば、後段の第１プロセスにおける処理の偏りが低減するように、駆動プレート９２を移動させる。

ステップＳ３において、第１プロセスを実行して、基板Ｗに第１の処理を施す。例えば、ガスソース群４０、バルブ群４２、流量制御器群４４から第１プロセスに用いる処理ガスをチャンバ１０内に導入し、基板Ｗに第１の処理を施す。なお、処理に際して、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を用いて、プラズマを生成してもよい。

ステップＳ４において、排気プレート９１の開口状態を変更する。制御部８０は、駆動機構９３を制御して、駆動プレート９２を駆動することにより、排気プレート９１の開口状態を変更する。ここでは、例えば、後段の第２プロセスにおける処理の偏りが低減するように、駆動プレート９２を移動させる。

ステップＳ５において、第２プロセスを実行して、基板Ｗに第２の処理を施す。例えば、ガスソース群４０、バルブ群４２、流量制御器群４４から第２プロセスに用いる処理ガスをチャンバ１０内に導入し、基板Ｗに第２の処理を施す。なお、処理に際して、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を用いて、プラズマを生成してもよい。

ステップＳ６において、基板処理装置１から処理済の基板Ｗを搬出する。まず、制御部８０は、ゲートバルブ１２ｇを開ける。図示しない搬送装置は、通路１２ｐを介して、支持台１４にさいちされた処理済の基板Ｗを搬出する。搬送装置が通路１２ｐから退避すると、制御部８０は、ゲートバルブ１２ｇを閉じる。

以上、一実施形態に係る基板処理装置１によれば、各プロセスに応じて排気プレート９１の開口状態を変更することができる。これにより、各プロセスにおいて好ましい排気プレート９１の開口状態とすることができるので、各プロセスにおける処理の偏りを低減することができる。

以上、基板処理装置１の実施形態等について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

図８において、基板処理装置１は、基板Ｗに対して２つのプロセスによる処理を施すものとして説明したが、これに限られるものではなく、３つ以上のプロセスによる処理を施す構成であってもよい。また、１つのプロセスによる処理を施す構成であってもよい。

図３において、複数の駆動プレート９２は等間隔に７分割されるものとして説明したが、これに限られるものではない。等分割でなくてもよい。また、分割数は７に限られない。また、駆動プレート９２は、排気プレート９１に対して内側に駆動するものとして説明したが、これに限られるものではなく、外側に駆動する構成であってもよい。なお、内側に駆動する構成とすることにより、基板処理装置１の大型化を抑制できるので好ましい。

駆動プレート９２は、径方向に駆動するものとして説明したが、これに限られるものではなく、周方向に駆動する構成であってもよい。

Ｗ 基板
１ 基板処理装置
１０ チャンバ
１０ｓ 内部空間
１２ チャンバ本体
１２ｅ 排気口
１４ 支持台（載置台）
８０ 制御部
９０ 排気調整機構
９１ 排気プレート
９１ａ 貫通孔
９２ 駆動プレート
９３ 駆動機構

Claims (6)

1. ガスを排気する排気口を有するチャンバと、
   前記チャンバ内に設けられ、基板を載置する載置台と、
   ガスの流れ方向にみて前記載置台と前記排気口との間に配置される排気調整機構と、を備え、
   前記排気調整機構は、
   複数の貫通孔を有する排気プレートと、
   前記貫通孔を開閉する駆動プレートと、
   前記駆動プレートを駆動する駆動機構と、を有する、基板処理装置。
2. 前記駆動プレートは、複数に分割される、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記駆動プレートは、周方向に対して複数に分割される、
   請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記駆動プレートは、径方向に駆動する、
   請求項３に記載の基板処理装置。
5. 制御部と、を更に備え、
   前記制御部は、
   前記駆動機構を制御して、前記排気プレートの開口状態を第１の開口状態へと変更する工程と、
   前記基板に第１の処理を施す工程と、
   前記駆動機構を制御して、前記排気プレートの開口状態を第２の開口状態へと変更する工程と、
   前記基板に第２の処理を施す工程と、を実行する、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
6. ガスを排気する排気口を有するチャンバと、
   前記チャンバ内に設けられ、基板を載置する載置台と、
   ガスの流れ方向にみて前記載置台と前記排気口との間に配置される排気調整機構と、
   制御部と、を備え、
   前記排気調整機構は、
   複数の貫通孔を有する排気プレートと、
   前記貫通孔を開閉する駆動プレートと、
   前記駆動プレートを駆動する駆動機構と、を有する基板処理装置の基板処理方法であって、
   前記駆動機構を制御して、前記排気プレートの開口状態を第１の開口状態へと変更する工程と、
   前記基板に第１の処理を施す工程と、
   前記駆動機構を制御して、前記排気プレートの開口状態を第２の開口状態へと変更する工程と、
   前記基板に第２の処理を施す工程と、を有する、基板処理方法。