JP2021052032A - 誘電体部品、構造体及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基台の流路に供給する熱交換媒体の温度を変更しても、熱応力による破損を防止する誘電体部品、構造体及び基板処理装置を提供する。【解決手段】熱交換媒体が通流する基台流路を有する基台を含む載置台の下面側に配置される誘電体部品であって、前記基台の基台流路と接続される流路を含む少なくとも１つの第１部品と、前記第１部品を囲む第２部品と、を備える、誘電体部品。【選択図】図２

Description

本開示は、誘電体部品、構造体及び基板処理装置に関する。

載置台に載置した基板にプラズマ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、電極支持部の間隙に緩衝剤を設けて、熱膨張や熱収縮による応力を緩和する静電吸着装置が開示されている。

特開２０００−３９０４号公報

一の側面では、本開示は、基台の流路に供給する熱交換媒体の温度を変更しても、熱応力による破損を防止する誘電体部品、構造体及び基板処理装置を提供する。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、熱交換媒体が通流する基台流路を有する基台を含む載置台の下面側に配置される誘電体部品であって、前記基台の基台流路と接続される流路を含む少なくとも１つの第１部品と、前記第１部品を囲む第２部品と、を備える、誘電体部品が提供される。

一の側面によれば、基台の流路に供給する熱交換媒体の温度を変更しても、熱応力による破損を防止する誘電体部品、構造体及び基板処理装置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。 誘電体プレートの一例を示す分解斜視図。

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、上部に載置台１４を有する。載置台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。

載置台１４は、下部電極（基台）１８及び静電チャック２０を有する。載置台１４は、電極プレート（基台）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（図示せず）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。また、静電チャック２０には、ヒータ（図示せず）が設けられている。

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（基台流路）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、及び、ヒータ（図示せず）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、載置台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。

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、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８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。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８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。

第１の高周波電力及び第２の高周波電力は、電極プレート１６の中央下方から印加されて、電極プレート１６の表面を伝搬しながら、下部電極１８へと給電される。このため、電極プレート１６の下面表面を覆う誘電体プレート（誘電体部品）２６が設けられている。

誘電体プレート２６について、更に説明する。図２は、誘電体プレート２６の一例を示す分解斜視図である。誘電体プレート２６は、プレート本体（第２部品）２７と、ブロック（第１部品）２８と、を備えている。誘電体プレート２６（プレート本体２７、ブロック２８）は、誘電体、具体的には、セラミックで形成されている。

プレート本体２７は、底板部１００と、側壁部１１０と、を有する。電極プレート１６は、底板部１００及び側壁部１１０で囲われる空間内に配置される。底板部１００から上方に向かって立設部１２０が複数形成されている。立設部１２０は、電極プレート１６と当接する。プレート本体２７は、立設部１２０によって、電極プレート１６に固定される。プレート本体２７は、底板部１００の略中央に開口（第２開口部）１３０が形成されている。開口１３０には、一端が電極プレート１６と接続され、他端が第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４から接続される給電棒（図示せず）が挿通される。

プレート本体２７には、径方向の片側に偏在して、ブロック２８を配置するための開口（第１開口部）１４０が形成されている。換言すれば、ブロック２８を配置するための開口１４０は、プレート本体２７の略中央に形成される開口１３０を避けて形成される。これにより、電極プレート１６の略中央から高周波電力を給電することができ、下部電極１８へ伝搬する高周波電力の周方向の均一性を向上させることができる。

ブロック２８には、流路２８ａ，２８ｂが形成されている。熱交換媒体は、チャンバ１０外から配管２２ａを介して、流路２８ａを通り、下部電極１８の流路１８ｆの一端へ供給される。下部電極１８の流路１８ｆの他端から流出した熱搬送媒体は、流路２８ｂを通り、配管２２ｂを介して、チャンバ１０外へと排出される。

開口１４０は、ブロック２８の外径よりも大きく形成されている。ブロック２８は、開口１４０内に配置され、電極プレート１６に固定される。ブロック２８と開口１４０との間には、隙間（例えば、１ｍｍ）が形成されている。このため、ブロック２８の側壁と開口１４０の側壁とは接しておらず、熱伝導を抑制するように構成されている。

ところで、基板Ｗの処理に際して、基板Ｗの温度（載置台１４の温度）を変更するために、下部電極１８の流路１８ｆに供給する熱交換媒体の温度を変更することが求められている。例えば、熱交換媒体の温度を第１温度（例えば、０℃）で供給した場合、定常状態となると基台及び誘電体プレート２６の温度は第１温度と略等しくなる。ここで、熱交換媒体の温度を第１温度よりも高温の第２温度（例えば、１５０℃）に変更して供給した場合、金属（例えば、アルミニウム）で形成されている基台は、速やかに熱が伝搬し、基台内の温度差は小さくなる。

これに対し、誘電体で形成される誘電体プレート２６では、基台よりも熱伝導性が低くなっている。このため、高温の熱交換媒体が通流する流路２８ａ，２８ｂ付近では温度が上昇し、誘電体プレート２６の外周側では、温度が上昇せず、定常状態のままとなっている。このため、誘電体プレート２６内の温度差によって、熱応力の応力集中が発生するおそれがある。

これに対し、図２に示す誘電体プレート２６では、流路２８ａ，２８ｂを有するブロック２８がプレート本体２７とは別体に設けられている。高温の熱交換媒体が流路２８ａ，２８ｂを通流することにより、ブロック２８の温度が上昇する。ここで、ブロック２８は、プレート本体２７と比較して小さく形成されており、熱容量が小さくなっている。このため、熱交換媒体の熱は、ブロック２８全体に伝搬する。これにより、ブロック２８内の温度差を抑制して、熱応力の応力集中を抑制することができる。

また、プレート本体２７の開口１４０とブロック２８との間には隙間を有しており、プレート本体２７の開口１４０付近の急激な温度上昇を抑制することができる。これにより、プレート本体２７内の温度差を抑制して、熱応力の応力集中を抑制することができる。

また、開口１４０は、ブロック２８よりも大きく形成されており、ブロック２８が熱膨張しても開口１４０を広げようとする応力が発生することを抑制している。これにより、ブロック２８の熱膨張によるプレート本体２７の応力の発生を抑制し、応力集中を抑制することができる。

また、高温の熱交換媒体をブロック２８を介して、下部電極１８の流路１８ｆに供給することにより、下部電極１８の温度が上昇し、電極プレート１６の温度も上昇する。そして、電極プレート１６と接する立設部１２０からプレート本体２７に入熱する。このように、電極プレート１６からプレート本体２７に入熱することにより、プレート本体２７が局所的に加熱されることを抑制することができる。これにより、熱応力による応力集中を小さくすることができる。

このように、載置台１４及び誘電体プレート２６を備える構造体は、熱交換媒体の温度を急激に変更しても、誘電体プレート２６における温度差による応力集中を抑制して、誘電体プレート２６の変形や破損を抑制することができる。また、誘電体プレート２６を備える基板処理装置１は、流路１８ｆに供給する熱交換媒体の温度レンジを拡大することができる。これにより、基板処理装置１において、処理時における載置台１４の温度（基板Ｗの温度）が異なる処理を基板Ｗに施すことができる。また、熱交換媒体の温度を急激に切り替えたとしても誘電体プレート２６の変形や破損を抑制することができるので、熱交換媒体の温度を切り替える際の切り替え時間を短くすることができる。

以上、基板処理装置１による本実施形態の成膜方法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。

誘電体プレート２６において、プレート本体２７とは別体に設けられるブロック２８は、１つであるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、載置台１４に載置される基板Ｗの温度をゾーン（例えば、同心円状のゾーン）に分けて制御する場合、下部電極１８には各ゾーンごとに系統の異なる流路１８ｆが形成されている。このように、下部電極１８に形成される流路１８ｆが２系統以上ある場合、各系統に対応してブロック２８がそれぞれ設けられていてもよい。また、ブロック２８に対応してプレート本体２７に複数の開口１４０が形成されていてもよい。これにより、系統ごとに異なる温度の熱交換媒体を供給したとしても、各ブロック２８内における温度差を抑制することができるので、熱応力の応力集中を抑制することができる。

Ｗ 基板
１ 基板処理装置
１０ チャンバ
１４ 載置台
１６ 電極プレート（基台）
１８ 下部電極（基台）
１８ｆ 流路（基台流路）
２０ 静電チャック
２２ａ 配管
２２ｂ 配管
６２ 第１の高周波電源
６４ 第２の高周波電源
８０ 制御部
２６ 誘電体プレート（誘電体部品）
２７ プレート本体（第２部品）
２８ ブロック（第１部品）
２８ａ，２８ｂ 流路
１００ 底板部
１１０ 側壁部
１２０ 立設部
１３０ 開口（第２開口部）
１４０ 開口（第１開口部）

Claims (6)

1. 熱交換媒体が通流する基台流路を有する基台を含む載置台の下面側に配置される誘電体部品であって、
   前記基台の基台流路と接続される流路を含む少なくとも１つの第１部品と、
   前記第１部品を囲む第２部品と、を備える、
   誘電体部品。
2. 前記誘電体部品は、セラミックで形成される、
   請求項１に記載の誘電体部品。
3. 前記第２部品は、前記第１部品を配置する少なくとも１つの第１開口部を有し、
   前記第１開口部は、周縁部に偏位している、
   請求項１または請求項２に記載の誘電体部品。
4. 前記第１部品は、前記流路を２つ有する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の誘電体部品。
5. 熱交換媒体が通流する基台流路を有する基台を含む載置台と、
   前記載置台の下面側に配置される誘電体部品と、を備え、
   前記誘電体部品は、
   前記基台の基台流路と接続される流路を含む少なくとも１つの第１部品と、
   前記第１部品を囲む第２部品と、を有する、
   構造体。
6. 請求項５に記載の構造体を備える、
   基板処理装置。

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