JP2021064695A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の大型化に伴い同様に大型化する、基板の縁部を保護する保護枠の剛性を確保しつつ、面内均一な成膜を実現することのできる、基板処理装置及び基板処理方法を提供する。【解決手段】処理容器内において基板を処理する基板処理装置であって、無端状の本体部と、前記本体部の内側に張り出す無端状の庇部と、を有する保護枠と、基板を載置する載置面と、前記載置面の周囲において前記載置面から落ち込んだ無端状の段部と、を有し、前記段部に前記本体部が収容自在である基板載置台と、前記本体部を支持して前記基板載置台に対して前記保護枠を昇降する昇降機構と、を有し、前記段部に前記本体部が収容された際に、前記載置面に載置されている前記基板の縁部の上方に前記庇部の先端が位置決めされる。【選択図】図３

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。

特許文献１には、ウエハが載置される載置台の上面におけるウエハの外周側に薄板リング状のリング部材を昇降自在に設け、リング部材を載置台の周辺部への薄膜形成を防止する膜付着防止用カバーリングとし、基板にガスを供給して成膜する、成膜装置が開示されている。

特開２０１０−５９５４２号公報

本開示は、基板の大型化に伴い同様に大型化する、基板の縁部を保護する保護枠の剛性を確保しつつ、面内均一な成膜を実現することのできる、基板処理装置及び基板処理方法を提供する。

本開示の一態様による基板処理装置は、
処理容器内において基板を処理する基板処理装置であって、
無端状の本体部と、前記本体部の内側に張り出す無端状の庇部と、を有する保護枠と、
基板を載置する載置面と、前記載置面の周囲において前記載置面から落ち込んだ無端状の段部と、を有し、前記段部に前記本体部が収容自在である基板載置台と、
前記本体部を支持して前記基板載置台に対して前記保護枠を昇降する昇降機構と、を有し、
前記段部に前記本体部が収容された際に、前記載置面に載置されている前記基板の縁部の上方に前記庇部の先端が位置決めされる。

本開示によれば、基板の大型化に伴い同様に大型化する、基板の縁部を保護する保護枠の剛性を確保しつつ、面内均一な成膜を実現することができる。

実施形態に係る基板処理装置の一例を示す断面図である。 保護枠の一例の平面図である。 図２ＡのＢ−Ｂ矢視図であって、保護枠の一例の長手方向に直交する断面図である。 基板載置台の段部に保護枠の本体部が載置され、基板の縁部の上方に庇部の先端が位置決めされている状態を示す断面図である。 保護枠の形状依存性に関する実験において適用した、比較例の保護枠の一例を示す断面図である。 保護枠の形状依存性に関する実験において適用した、実施例の保護枠の一例を示す断面図である。 基板載置台の載置面から保護枠の上面までの高さ依存性と、保護枠の材質依存性に関する実験で用いた基板載置台と保護枠を模擬した断面図である。 高さ依存性に関する実験結果を示す図である。 保護枠の材質依存性に関する実験結果その１を示す図である。 保護枠の材質依存性に関する実験結果その２を示す図である。 実施形態に係る基板処理装置の他の例を示す断面図である。

以下、本開示の実施形態に係る基板処理装置及び基板処理方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［実施形態］
＜基板処理装置＞
はじめに、図１を参照して、本開示の実施形態に係る基板処理装置の一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係る基板処理装置の一例を示す断面図である。

図１に示す基板処理装置１００は、ＦＰＤ用の平面視矩形の基板（以下、単に「基板」という）Ｇに対して、各種の基板処理方法を実行する誘導結合型プラズマ（Inductive Coupled Plasma: ＩＣＰ）処理装置である。基板Ｇの材料としては、主にガラスが用いられ、用途によっては透明の合成樹脂などが用いられることもある。ここで、基板処理には、エッチング処理や、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜処理等が含まれる。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display: ＬＣＤ）やエレクトロルミネセンス（Electro Luminescence: ＥＬ）、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel;ＰＤＰ）等が例示される。基板Ｇは、その表面に回路がパターニングされる形態の他、支持基板も含まれる。また、ＦＰＤ用基板の平面寸法は世代の推移と共に大規模化しており、基板処理装置１００によって処理される基板Ｇの平面寸法は、例えば、第６世代の１５００ｍｍ×１８００ｍｍ程度の寸法から、第１０．５世代の３０００ｍｍ×３４００ｍｍ程度の寸法までを少なくとも含む。また、基板Ｇの厚みは０．２ｍｍ乃至数ｍｍ程度である。

図１に示す基板処理装置１００は、直方体状の箱型の処理容器２０と、処理容器２０内に配設されて基板Ｇが載置される平面視矩形の外形の基板載置台７０と、制御部９０とを有する。尚、処理容器は、円筒状の箱型や楕円筒状の箱型などの形状であってもよく、この形態では、基板載置台も円形もしくは楕円形となり、基板載置台に載置される基板も円形等になる。

処理容器２０は誘電体板５１により上下２つの空間に区画されており、上方空間であるアンテナ室Ａは上チャンバー１３により形成され、下方空間である処理領域Ｓは下チャンバー１７により形成される。ここで、処理容器２０の内部の処理領域Ｓに対して、処理容器２０の外部を外部領域Ｅとする。

処理容器２０において、下チャンバー１７と上チャンバー１３の境界となる位置には矩形環状の支持枠１４が処理容器２０の内側に突設するようにして配設されており、支持枠１４に誘電体板５１が載置されている。

アンテナ室Ａを形成する上チャンバー１３は、側壁１１と天板１２とにより形成され、全体としてアルミニウムやアルミニウム合金等の金属により形成される。

処理領域Ｓを内部に有する下チャンバー１７は、側壁１５（壁部の一例）と底板１６（壁部の一例）とにより形成され、全体としてアルミニウムやアルミニウム合金等の金属により形成される。また、側壁１５は、接地線２１により接地されている。

支持枠１４は、導電性のアルミニウムやアルミニウム合金等の金属により形成されており、金属枠と称することもできる。また、誘電体板５１は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスや石英により形成されている。

下チャンバー１７の側壁１５の上端には、矩形環状（無端状）のシール溝２２が形成されている。シール溝２２にＯリング等のシール部材２３が嵌め込まれ、シール部材２３を支持枠１４の当接面が保持することにより、下チャンバー１７と支持枠１４とのシール構造が形成される。

下チャンバー１７の側壁１５には、下チャンバー１７に対して基板Ｇを搬出入するための搬出入口１８が開設されており、搬出入口１８はゲートバルブ２４により開閉自在に構成されている。また、下チャンバー１７には搬送機構を内包する搬送室（いずれも図示せず）が隣接しており、ゲートバルブ２４を開閉制御し、搬送機構にて搬出入口１８を介して基板Ｇの搬出入が行われる。

誘電体板５１の下面には、誘電体板５１を支持するための支持梁が設けられており、支持梁はシャワーヘッド５７を兼ねている。シャワーヘッド５７は、アルミニウム等の金属により形成されており、陽極酸化による表面処理が施されていてよい。シャワーヘッド５７内には、水平方向に延設するガス流路５８が形成されており、ガス流路５８には、下方に延設してシャワーヘッド５７の下方にある処理領域Ｓに臨むガス吐出孔５９が連通している。

誘電体板５１の上面にはガス流路５８に連通するガス導入管６５が接続されており、ガス導入管６５は上チャンバー１３の天板１２に開設されている供給口１２ａを気密に貫通し、ガス導入管６５と気密に結合されたガス供給管６１を介して処理ガス供給源６４に接続されている。ガス供給管６１の途中位置には開閉バルブ６２とマスフローコントローラのような流量制御器６３が介在している。ガス導入管６５、ガス供給管６１、開閉バルブ６２、流量制御器６３及び処理ガス供給源６４により、処理ガス供給部６０が形成される。尚、ガス供給管６１は途中で分岐しており、各分岐管には開閉バルブと流量制御器、及び処理ガス種に応じた処理ガス供給源が連通している（図示せず）。プラズマ処理においては、処理ガス供給部６０から供給される処理ガスがガス供給管６１及びガス導入管６５を介してシャワーヘッド５７に供給され、ガス吐出孔５９を介して処理領域Ｓに吐出される。

アンテナ室Ａを形成する上チャンバー１３内には、高周波アンテナ５２が配設されている。高周波アンテナ５２は、銅等の良導電性の金属から形成されるアンテナ線を、環状もしくは渦巻き状に巻装することにより形成される。例えば、環状のアンテナ線を多重に配設してもよい。

アンテナ線の端子には上チャンバー１３の上方に延設する給電部材５３が接続されており、給電部材５３の上端には給電線５４が接続され、給電線５４はインピーダンス整合を行う整合器５５を介して高周波電源５６に接続されている。高周波アンテナ５２に対して高周波電源５６から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより、下チャンバー１７内に誘導電界が形成される。この誘導電界により、シャワーヘッド５７から処理領域Ｓに供給された処理ガスがプラズマ化されて誘導結合型プラズマが生成され、プラズマ中の成膜プリカーサが基板Ｇに提供される。

また、下チャンバー１７の有する底板１６には複数の排気口１９が開設されており、各排気口１９にはガス排気管２５が接続され、ガス排気管２５は開閉弁２６を介して排気装置２７に接続されている。

ガス排気管２５、開閉弁２６及び排気装置２７により、ガス排気部２８が形成される。排気装置２７はターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有し、プロセス中に下チャンバー１７内を予め設定された真空度まで真空引き自在に構成されている。尚、下チャンバー１７の適所には圧力計（図示せず）が設置されており、圧力計によるモニター情報が制御部９０に送信されるようになっている。

基板載置台９１は、ステージヒータ９２と、ステージ支持体９４と、リフトピン９５と、リフトピン昇降機構９６とを有する。搬送機構（図示せず）により搬出入口１８を通して下チャンバー１７に搬入された基板Ｇは、リフトピン昇降機構９６により上昇されたリフトピン９５に受け渡され、リフトピン昇降機構９６を下降させることにより基板載置台９１上に載置される。基板載置台９１に載置された基板Ｇは、ステージヒータ９２により、例えば３５０℃に加熱され、成膜処理が行われる。

ステージヒータ９２の平面視形状は矩形であり、基板載置台９１の載置面９８に載置される基板Ｇと同程度の平面寸法を有する。例えば、ステージヒータ９２の寸法は、長辺の長さを１８００ｍｍ乃至３４００ｍｍ程度に設定でき、短辺の長さを１５００ｍｍ乃至３０００ｍｍ程度に設定できる。

ステージヒータ９２は、矩形平面の全領域をカバーするようにその内部にヒータ線９３が設けられており、アルミニウムやアルミニウム合金等から形成される。

下チャンバー１７の底板１６の上には、絶縁材料により形成されたステージ支持体９４が固定されており、ステージ支持体９４の上に基板載置台９１が載置される。

基板載置台９１を構成するステージヒータ９２には、矩形平面の全領域をカバーするようにヒータ線９３が設けられている。ヒータ線９３は、ヒータコントローラ９７により制御されている。ヒータコントローラ９７は、基板Ｇに成膜処理を行う際には、ヒータ線９３を例えば３５０℃程度に維持できるように制御する。

尚、ヒータの代わりに、蛇行した温調媒体流路をステージヒータ９２の内部に設けて、高温の温調媒体を流通させることにより加熱を伴う温調を行ってもよい。ここで、抵抗体であるヒータは、タングステン、モリブデン、ニッケルやクロム、もしくはこれらの金属のいずれか一種とアルミナやチタン等との化合物から形成される。

ステージヒータ９２には熱電対等の温度センサが配設されており、温度センサによるモニター情報は、ヒータコントローラ９７及び制御部９０に随時送信される。そして、送信されたモニター情報に基づいて、ステージヒータ９２及び基板Ｇの温調制御がヒータコントローラ９７もしくは制御部９０により実行される。より具体的には、例えば、ヒータコントローラ９７により、ヒータ線９３を形成する抵抗体に供給する電流が調整される。

基板載置台９１を構成するステージヒータ９２の外周の縁部には、無端状（矩形枠状）の段部９９が形成され、この段部９９に保護枠３０の本体部３１が載置されるようになっている。

基板載置台９１の周囲には、無端状の保護枠３０が基板載置台９１に対して昇降自在に配設されている。ここで、図２Ａは、保護枠の一例の平面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂ矢視図であって、保護枠の一例の長手方向に直交する断面図である。また、図３は、基板載置台の段部に保護枠の本体部が載置され、基板の縁部の上方に庇部の先端が位置決めされている状態を示す断面図である。

保護枠３０は、平面視矩形で枠状（無端状）の本体部３１と、本体部３１の内側に張り出して同様に枠状（無端状）の庇部３５とを有する。ここで、本体部３１と庇部３５は一体に形成されている。尚、保護枠の線形は、保護枠が保護する基板Ｇの外形に応じて設定されるため、基板Ｇの外形に応じて、正方形、円形等、図示例の矩形（長方形）以外の無端状の線形が適用され得る。

保護枠３０は、アルミニウムやその合金、アルミナ等のセラミックス、ガラスなどにより形成されるが、可及的に軽量であり、弾性（可撓性）と剛性の双方を備えたアルミニウムもしくはその合金により形成されるのが好ましい。尚、保護枠３０がアルミニウムもしくはアルミニウム合金で形成される場合、腐食対策やプラズマ耐性の向上のために、保護枠３０の表面にアルマイト処理を施してもよく、また、イットリアなどを溶射して溶射膜を形成してもよい。

保護枠３０は、基板Ｇの縁部Ｇ１の上方に庇部３５の先端が位置決めされるようにして配設され、下チャンバー１７に導入された処理ガスがプラズマ化されることにより生じる成膜プリカーサが基板Ｇの外周の縁部Ｇ１に供給されたり、基板Ｇの裏面に回り込むことを防止する部材である。成膜プリカーサが基板Ｇの裏面に回り込み、基板Ｇの縁部Ｇ１や裏面に膜が付着すると、後工程において膜剥がれの原因となり得る。基板Ｇの外周の縁部Ｇ１を保護枠３０にて保護することにより、これらの課題が解消される。尚、この保護枠３０は、シャドウリングとも称される。

図１に示すように、保護枠３０は、昇降機構４０により上下方向であるＸ方向に昇降する支柱４２の上端に支持されており、昇降機構４０を駆動することにより、基板載置台９１に対して保護枠３０が相対移動するように構成されている。尚、図３に示すように、支柱４２に対して保護枠３０の本体部３１はボルト４３を介して固定されている。

下チャンバー１７の底板１６に開口１６ａが開設されており、開口１６ａを包囲するようにして底板１６の下面に筒状部材４１が固定され、筒状部材４１の内部を支柱４２が貫通し、筒状部材４１の下端に昇降機構４０が取り付けられている。筒状部材４１を貫通して下チャンバー１７の上方に突出した支柱４２は、基板載置台９１の上方まで延び、処理領域Ｓにおいて、支柱４２の上端に無端状の保護枠３０が支持されている。

ここで、昇降機構４０は、シリンダ機構、モータとラックによる機構など、様々な形態がある。昇降機構４０がシリンダ機構により形成される場合は、油圧シリンダやエアシリンダによりロッドである支柱４２がスライドする。一方、昇降機構４０がモータとラックによる機構である場合は、モータの駆動により、モータの駆動軸にあるピニオンギアが回転し、ピニオンギアに係合するラックからなる支柱４２がスライドする。

このように、基板処理装置１００においては、基板載置台９１が下チャンバー１７に固定され、保護枠３０が昇降機構４０の駆動により基板載置台９１に対して相対移動する。

ところで、図示例と異なり、例えば、保護枠が基板載置台の上方に保持され、基板載置台が昇降する形態の装置もある。しかしながら、上記するように、例えば第６世代以降の基板Ｇ（１５００ｍｍ×１８００ｍｍ程度以上の寸法を有する基板）に成膜処理を行う場合には、基板Ｇの大型化に伴い、基板載置台も大型化することになる。そして、このように大型の基板載置台を駆動する駆動機構は複雑化し易く、基板処理装置の製作コスト増加の要因となり得る。そこで、大型の基板Ｇを処理するべく、大型の基板載置台９１を備えた基板処理装置１００においては、基板載置台９１が下チャンバー１７に対して固定され、保護枠３０が基板載置台９１に対して相対移動する図示例の形態が好ましい。

一方、基板Ｇの大型化に応じて保護枠３０の寸法も同様に大型化することになるが、保護枠３０がスライドする形態においては、保護枠３０に十分な剛性（断面剛性）が必要になる。

そこで、図２Ｂに示すように、保護枠３０を、枠の外側に位置して厚みのある本体部３１と、本体部３１の内側にある庇部３５とにより構成し、本体部３１にて保護枠３０の剛性を担保することとした。ここで、大型の保護枠３０を対象とした場合、本体部３１の厚みｔ１は２０ｍｍ以上に設定されるのがよい。

図２Ｂに示すように、保護枠３０において、本体部３１と庇部３５の双方の上面３２は連続した平坦な面であり、庇部３５の先端３６は、平坦な上面３２から下方に傾斜して先鋭に形成されている。尚、図示例の庇部３５の先端３６は、平坦な上面３２から湾曲して徐々に先鋭となる形状を有しているが、その他、平坦な上面３２からテーパー状に先鋭となる形状であってもよい。庇部３５の厚みが薄い場合は、必ずしも傾斜形状となることを要しない。また、保護枠３０の上面３２の平坦な面は、実質的に平坦である場合を含む。すなわち、上面３２に、基板の処理結果に実用的な影響を及ぼさない程度の微小な凹凸を有する場合も、平坦であるとする。

図３に示すように、基板載置台９１の載置面９８に載置されている基板Ｇの縁部Ｇ１を保護枠３０が保護する際には、載置面９８から落ち込んだ矩形枠状（無端状）の段部９９に対して、本体部３１が収容されるようになっている。そして、段部９９に本体部３１が収容された状態において、庇部３５は基板Ｇと非接触で双方の間に隙間Ｃ（隙間高さｔ４）を有する。さらに、庇部３５の先端３６は基板Ｇの縁部Ｇ１に平面的にラップ（ラップ長ｔ３）して、矩形枠状の庇部３５が基板Ｇの全ての外周の縁部Ｇ１の上に位置決めされる。

ここで、ラップ長ｔ３は例えば５ｍｍ程度であり、隙間高さｔ４は例えば１ｍｍ程度に設定できる。このように、庇部３５が基板Ｇと非接触の状態で位置決めされることにより、庇部が基板に接触して基板内に内部応力が生じるのを防止することができる。また、庇部３５が基板Ｇに対して１ｍｍ程度の僅かな隙間Ｃを備え、かつ、平面的には５ｍｍ程度ラップした状態で位置決めされることにより、庇部３５が基板Ｇに接触しないながらも、処理空間Ｓに供給された処理ガスが基板Ｇの縁部Ｇ１へ供給されることを抑制することができる。尚、ラップ長ｔ３は、熱膨張を考慮し、基板処理時の温度環境において、例えば５ｍｍ程度となるように設計されている。

また、図３に示すように、段部９９に本体部３１が収容された状態において、基板載置台９１の載置面９８から保護枠３０の平坦な上面３２までの高さｔ２は３ｍｍ以下に設定されている。

段部９９に本体部３１が収容されることにより、保護枠３０が相対的に厚みの厚い本体部３１を有しながらも、図示例のように本体部３１と庇部３５の双方の上面３２を連続した平坦な面とすることができる。このことに加えて、上記するように、載置面９８から保護枠３０の平坦な上面３２までの高さｔ２が３ｍｍ以下に設定されていることにより、基板Ｇへの成膜の際の膜厚の面内均一性を高めることが可能になる。

尚、図示例の保護枠３０は、本体部３１と庇部３５が一体に矩形枠に形成されたものであるが、例えば、本体部３１の一部と庇部３５の一部を含む複数の分割部材が組み付けられることにより保護枠３０が形成されてもよい。例えば、矩形枠を構成する四本（長辺二本、短辺二本）の分割部材が組み付けられることにより、保護枠３０を形成してもよい。また、矩形枠の短辺の中央までの長さと長辺の中央までの長さを有する、四本のＬ型の分割部材が組み付けられることにより、保護枠３０を形成してもよい。上記するように保護枠３０の寸法が大きい場合は、このように複数の分割部材によって保護枠３０を形成することにより、保護枠３０の製作に際して過大なスペースが不要となり、製作効率が高まる。

制御部９０は、基板処理装置１００の各構成部、例えば、ヒータコントローラ９７や、高周波電源５６、処理ガス供給部６０、ガス排気部２８、昇降機構４０等の動作を制御する。ガス排気部２８の動作の制御は、圧力計から制御部９０に送信されるモニター情報に基づいて行われてもよい。制御部９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭやＲＯＭの記憶領域に格納されたレシピ（プロセスレシピ）に従い、予め設定された処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する基板処理装置１００の制御情報が設定されている。制御情報には、例えば、ガス流量や処理容器２０内の圧力、処理容器２０内の温度やステージヒータ９２の温度、プロセス時間等が含まれる。

レシピ及び制御部９０が適用するプログラムは、例えば、ハードディスクやコンパクトディスク、光磁気ディスク等に記憶されてもよい。また、レシピ等は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリカード等の可搬性のコンピュータによる読み取りが可能な記憶媒体に収容された状態で制御部９０にセットされ、読み出される形態であってもよい。制御部９０はその他、コマンドの入力操作等を行うキーボードやマウス等の入力装置、基板処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等の表示装置、及びプリンタ等の出力装置といったユーザーインターフェイスを有している。

＜基板処理方法＞
次に、実施形態に係る基板処理方法の一例について説明する。この基板処理方法は、処理容器２０の内部において基板Ｇを処理する方法である。

まず、処理容器２０の内部にある基板載置台９１の載置面９８に、基板Ｇを載置する。ここで、既に説明したように、基板載置台９１の載置面９８の周囲には、載置面９８から落ち込んだ無端状の段部９９が形成されている（以上、載置面に基板を載置する工程）。ここで、処理対象の基板Ｇは、例えば、第６世代以降の１５００ｍｍ×１８００ｍｍ程度以上の大寸法の基板である。

載置面９８への基板Ｇの載置に当たり、無端状の本体部３１と庇部３５を有する保護枠３０は支柱４２により支持され、載置面９８よりも上方の処理領域Ｓ内に位置決めされている。

次に、昇降機構４０を駆動して、保護枠３０を基板載置台９１に対して降下させる。そして、段部９９に本体部３１を収容し、載置面９８に載置されている基板Ｇの縁部Ｇ１の上方に庇部３５の先端３６を位置決めする（庇部の先端を位置決めする工程）。

段部９９に本体部３１が収容された状態において、庇部３５は基板Ｇと非接触で双方の間に隙間Ｃを有し、庇部３５の先端３６が基板Ｇの縁部Ｇ１に平面的にラップして、矩形枠状の庇部３５が基板Ｇの全ての外周の縁部Ｇ１の上に位置決めされる。

次に、処理容器２０の内部を予め設定された真空雰囲気とし、処理領域Ｓに処理ガスを供給してプラズマ化することにより、プラズマ中の成膜プリカーサを基板Ｇに提供しつつ成膜処理を行う（基板を処理する工程）。

この成膜処理には、ＣＶＤ法を用いた成膜処理やエッチング処理等が含まれ、様々なシリコン含有ガス等の処理ガスが適用される。

実施形態に係る基板処理方法によれば、大型の基板Ｇの縁部Ｇ１を保護枠３０にて保護しながら成膜処理を行うことにより、基板処理装置１００の製作コストを増加させることなく、基板Ｇの縁部Ｇ１や裏面への成膜プリカーサの供給が抑制された成膜を実現することができる。

［保護枠の形状依存性に関する実験］
次に、図４を参照して、本発明者等により実施された、保護枠の形状依存性に関する実験とその結果について説明する。ここで、図４Ａと図４Ｂはそれぞれ、保護枠の形状依存性に関する実験において適用した、比較例の保護枠の一例と実施例の保護枠の一例を示す断面図である。

図４Ａに示すように、保護枠ＳＲ１は、その剛性を確保するべく、一定の厚み（３０ｍｍ）を有する断面形状を備えている。より具体的には、基板Ｇ側にある台形断面と、その外側にある矩形断面とを合わせた合成断面を備えている。基板載置台ＳＵ１の載置面ＳＵ１１は端部まで平坦であり、従って、保護枠ＳＲ１が載置面ＳＵ１１に載置された状態において、保護枠ＳＲ１の上面ＵＳ１は、基板載置台ＳＵ１の上方に３０ｍｍ程度も突出する。

一方、図４Ｂに示すように、保護枠ＳＲ２は、剛性を確保するべく、厚み２０ｍｍの本体部Ｂを備えながら、基板載置台ＳＵ２の載置面ＳＵ２１の端部に載置面ＳＵ２１から落ち込んだ段部Ｄが設けられ、この段部Ｄに本体部Ｂが収容される。この構成により、本体部Ｂと庇部Ｎの連続した平坦な上面ＵＳ２は、載置面ＳＵ２１から３ｍｍ程度と僅かに突出するのみとなる。

図４Ａ及び図４Ｂから明らかなように、保護枠ＳＲ２と段部Ｄを備えた基板載置台ＳＵ２により、保護枠ＳＲ２が厚みのある本体部Ｂを備えながらも、載置面ＳＵ２１からの保護枠ＳＲ２の突出長を所望の低さに調整することができる。尚、保護枠ＳＲ１では、断面形状が大きなテーパー部を有する台形であるのに比べ、保護枠ＳＲ２では、本体部Ｂの断面形状が矩形であるため、保護枠ＳＲ１よりも厚みが薄くとも剛性を保つことができる。

本実験では、比較例と実施例の各保護枠が適用された基板処理装置を用いて、基板上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ_２膜）を成膜し、ＳｉＮ_２膜の膜厚を測定し、膜厚の面内均一性を検証した。ここで、膜厚均一性は、面内における最大膜厚Ｍａｘと最小膜厚Ｍｉｎの和に対する最大膜厚Ｍａｘと最小膜厚Ｍｉｎの差の比であり、式：膜厚均一性（％）＝｛（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）｝×１００により表される。尚、本実験では、保護枠がない基板処理装置を用いてＳｉＮ_２膜を成膜し、これを参考例とする。

実験の結果、参考例の膜厚面内均一性は±１０．２％であった。

一方、比較例の膜厚面内均一性は±１９．９％であり、参考例から大きく悪化する結果となり、参考例に比べて基板外周部の膜厚が大きく落ち込んだ。これは、保護枠ＳＲ１が基板Ｇから徐々に高くなり、基板の載置面からの突出高さが３０ｍｍであることが影響しているものと推察される。

これに対して、実施例の膜厚面内均一性は±９．６％であり、保護枠を備えていない参考例と同程度の膜厚面内均一性であることが分かった。これは、保護枠ＳＲ２の高さが載置面から３ｍｍと極めて低いこと、及び、保護枠ＳＲ２の庇部Ｎから本体部Ｂに亘る上面ＵＳ２が連続した平坦な面であることが影響しているものと推察される。

［保護枠の高さ依存性に関する実験］
次に、図５及び図６を参照して、本発明者等により実施された、保護枠の高さ依存性に関する実験とその結果について説明する。ここで、図５は、保護枠の高さ依存性に関する実験で用いた基板載置台と保護枠を模擬した断面図である。

図５に示すように、本実験では、基板載置台Ｓの載置面Ｓａ（寸法が２０００ｍｍ×１７００ｍ）に、厚みが１ｍｍ程度で寸法が１８００ｍｍ×１５００ｍｍの基板Ｇを載置し、基板Ｇの端辺から０．５ｍｍ離した位置に、厚みｔの枠部材Ｈ（保護枠を模擬した部材）を載置した。枠部材Ｈの厚みｔ（載置面Ｓａから保護枠Ｈの上面までの高さ）を変化させ、各枠部材を備えた基板処理装置において基板上にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の成膜を行い、基板端部から基板中心に向けて垂直方向に膜厚を測定し、膜厚の変化率を求めた。ここで、膜厚の変化率は、保護枠が無い場合の膜厚に対する保護枠が有る場合の膜厚、即ち、(保護枠有_膜厚)/(保護枠無_膜厚)にて定義される。変化率の値は、１に近いほど変化が小さく、１から離れるほど変化が大きいことを意味する。尚、基板Ｇの端辺から内側に１５ｍｍの位置を基準位置に設定し、この基準位置における膜厚の変化率の大小を中心に検証した。図６に、実験結果を示す。

図６に示す実験結果は、枠部材Ｈの材質をアルミニウムとし、厚みｔが１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍである枠部材Ｈが適用された基板処理装置を用いて成膜処理を行い、膜厚の変化率を求めた実験結果である。

図６に示す実験結果より、厚みｔが１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍの枠部材Ｈが適用された基板処理装置による膜厚の変化率の１からの乖離は僅かであった。一方、厚みｔが１０ｍｍの枠部材Ｈが適用された基板処理装置による膜厚の変化率は、基準位置である基板端から１５ｍｍの位置において０．９４程度と１からの乖離が若干大きくなっている。

以上、図６に示す実験結果より、基板載置台の載置面からの保護枠の高さとしては、５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下に設定されるのが望ましいことが実証されている。

［保護枠の材質依存性に関する実験］
次に、図５、図７及び図８を参照して、本発明者等により実施された、保護枠の材質依存性に関する実験とその結果について説明する。本実験においても、図５に示す基板載置台と保護枠を備えた基板処理装置を用いて成膜を行い、膜厚の変化率を測定した。

図７に示す実験結果は、平面視矩形の基板のうち、長辺の隅角端部（角）から２００ｍｍの位置において、基板端からの膜厚の変化率を測定したものである。一方、図８に示す実験結果は、平面視矩形の基板のうち、枠部材Ｈの隅角端部（角）から基板の対角線方向に亘って膜厚の変化率を測定したものである。

本実験では、保護枠Ｈの厚みｔを全て３ｍｍとした上で、図５に示す枠部材Ｈを材質がアルミナ、ガラス、及びアルミニウムによりそれぞれ形成した場合の基板処理装置を用いて成膜処理を行い、膜厚の変化率を求めた。

図７に示す実験結果より、全ての材質の保護枠において、基準位置である基板端から１５ｍｍの位置において変化率は０．９８以上と良好であったが、中でも、材質がアルミニウムの保護枠においては、変化率は１．０と極めて高い膜厚面内均一性が奏されることが分かった。図６を参照して既に説明するよう、厚みｔが１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍの枠部材Ｈが適用された基板処理装置による膜厚の変化率の１からの乖離は、僅かであった。その一方で、厚みｔが１０ｍｍの枠部材Ｈが適用された基板処理装置による膜厚の変化率は、基準位置である基板端から１５ｍｍの位置において０．９４程度と１からの乖離が若干大きくなっている。

一方、図８においては、基板角から２１ｍｍの位置が、辺部における基板端から１５ｍｍの基準位置に相当することから、この２１ｍｍの位置を基準位置とした。

図８に示す実験結果より、全ての材質の保護枠において、基準位置である基板端から２１ｍｍの位置において変化率は０．９７以上と良好であったが、中でも、材質がアルミニウムの保護枠においては、変化率は０．９９と極めて高い膜厚面内均一性が奏されることが分かった。

以上、図７及び図８に示す実験結果より、保護枠の材質はアルミニウム、もしくはその合金が望ましいことが実証されている。

＜基板処理装置の他の例＞
次に、図９を参照して、実施形態に係る基板処理装置の他の例について説明する。ここで、図９は、実施形態に係る基板処理装置の他の例を示す断面図である。

図１に示す基板処理装置では、基板Ｇを高温に加熱して成膜を行う場合について述べたが、基板上に有機膜を有する場合など高温で成膜することのできない材料については低温で成膜を行う必要がある。低温で成膜を行う場合に適用される基板処理装置について、図９を参照して説明する。尚、図１に示す基板処理装置と重複する説明については省略する。

基板処理装置１００Ａを構成する基板載置台７０は、基材７３と、基材７３の上面７３ａに形成されている静電チャック７６と、台座７８とリフタピン及びリフタピン昇降機構（いずれも図示しない）とを有する。

基材７３は、上方基材７１と下方基材７２の積層体により形成される。上方基材７１の平面視形状は矩形であり、基板載置台７０の載置面７７に載置される基板Ｇと同程度の平面寸法を有する。例えば、上方基材７１の寸法は、長辺の長さを１８００ｍｍ乃至３４００ｍｍ程度に設定でき、短辺の長さを１５００ｍｍ乃至３０００ｍｍ程度に設定できる。この平面寸法に対して、上方基材７１と下方基材７２の厚みの総計は、例えば５０ｍｍ乃至１００ｍｍ程度となり得る。

下方基材７２には、矩形平面の全領域をカバーするように蛇行した温調媒体流路７２ａが設けられており、下方基材７２は、ステンレス鋼やアルミニウム、アルミニウム合金等から形成される。一方、上方基材７１も、ステンレス鋼やアルミニウム、アルミニウム合金等により形成される。尚、温調媒体流路７２aは、例えば上方基材７１や静電チャック７６に設けられてもよい。また、基材７３が、図示例のように二部材の積層体でなく、アルミニウムもしくはアルミニウム合金等による一部材から形成されてもよい。

下チャンバー１７の底板１６の上には、絶縁材料により形成されて内側に段部を有する箱型の台座７８が固定されており、台座７８の段部の上に基板載置台７０が載置される。

上方基材７１の上面には、基板Ｇが直接載置される静電チャック７６が形成されている。静電チャック７６は、アルミナ等のセラミックスを溶射して形成される誘電体被膜であるセラミックス層７４と、セラミックス層７４の内部に埋設されて静電吸着機能を有する導電層７５とを有する。

導電層７５は、給電線８４を介して直流電源８５に接続されている。制御部９０により、給電線８４に介在するスイッチ（図示せず）がオンされると、直流電源８５から導電層７５に直流電圧が印加されることによりクーロン力が発生する。このクーロン力により、基板Ｇが静電チャック７６の上面に静電吸着され、上方基材７１の上面に載置された状態で保持される。

基板載置台７０を構成する下方基材７２には、矩形平面の全領域をカバーするように蛇行した温調媒体流路７２ａが設けられている。温調媒体流路７２ａの両端には、温調媒体流路７２ａに対して温調媒体が供給される送り配管７２ｂと、温調媒体流路７２ａを流通して昇温された温調媒体が排出される戻り配管７２ｃとが連通している。

図９に示すように、送り配管７２ｂと戻り配管７２ｃにはそれぞれ、送り流路８７と戻り流路８８が連通しており、送り流路８７と戻り流路８８はチラー８６に連通している。チラー８６は、温調媒体の温度や吐出流量を制御する本体部と、温調媒体を圧送するポンプとを有する（いずれも図示せず）。チラー８６と、送り流路８７及び戻り流路８８とにより、温調源８９が形成される。尚、温調媒体としては冷媒が適用され、この冷媒には、ガルデン（登録商標）やフロリナート（登録商標）等が適用される。図示例の温調形態は、下方基材７２に温調媒体を流通させる形態であるが、温度が低すぎる場合には、下方基材７２がヒータ等を内蔵し、ヒータにより温調する形態であってもよいし、適度な温度に制御するために温調媒体とヒータの双方により温調する形態であってもよい。また、図示例は、下方基材７２に温調媒体流路７２ａが形成されているが、例えば上方基材７１や静電チャック７６が温調媒体流路を有していてもよい。

上方基材７１には熱電対等の温度センサが配設されており、温度センサによるモニター情報は、制御部９０に随時送信される。そして、送信されたモニター情報に基づいて、上方基材７１及び基板Ｇの温調制御が制御部９０により実行される。より具体的には、制御部９０により、チラー８６から送り流路８７に供給される温調媒体の温度や流量が調整される。そして、温度調整や流量調整が行われた温調媒体が温調媒体流路７２ａに循環されることにより、基板載置台７０の温調制御が実行される。尚、熱電対等の温度センサは、例えば下方基材７２や静電チャック７６に配設されてもよい。

基板載置台７０を構成する台座７８の外周の縁部には、無端状（矩形枠状）の段部７９が形成され、この段部７９に保護枠３０の本体部３１が載置されるようになっている。尚、図示を省略するが、台座７８の上端に矩形枠状のフォーカスリングが載置される場合は、フォーカスリングの上面において矩形枠状の段部が形成される。

下方基材７２の下面には、給電部材８０が接続され、基板載置台７０が基板処理装置１００Ａにおける下部電極を形成する。給電部材８０の下端には給電線８１が接続されており、給電線８１はインピーダンス整合を行う整合器８２を介してバイアス電源である高周波電源８３に接続されている。基板載置台７０に対して高周波電源８３から例えば３．２ＭＨｚの高周波電力が印加されることにより、ＲＦバイアスを発生させ、プラズマ発生用のソース源である高周波電源５６にて生成されたイオンを基板Ｇに引き付けることができる。従って、成膜処理においてはイオンの衝撃エネルギーによって成膜プリカーサによる成膜反応を促進し、プラズマエッチング処理においては、エッチングレートとエッチング選択比を共に高めることが可能になる。尚、下方基材７２に貫通孔（図示せず）が開設され、給電部材８０が貫通孔を貫通して上方基材７１の下面に接続されていてもよい。このように、基板載置台７０は、基板Ｇを載置しＲＦバイアスを発生させるバイアス電極を形成し、このバイアス電極は下部電極となる。この時、チャンバー内部の接地電位となる部位がバイアス電極の対向電極として機能し、高周波電力のリターン回路を構成する。尚、成膜処理において、成膜反応にイオンの衝撃エネルギーを必要としない場合には基板載置台７０に高周波電力を供給する必要が無く、高周波電源８３及び整合器８２などで構成される高周波電力供給回路は不要となる。

制御部９０は、基板処理装置１００Ａの各構成部、例えば、チラー８６や、高周波電源５６，８３、処理ガス供給部６０、ガス排気部２８、昇降機構４０等の動作を制御する。

上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本開示はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

例えば、図示例の基板処理装置１００，１００Ａは誘電体窓を用いた誘導結合型のプラズマ処理装置として説明したが、誘電体窓の代わりに金属窓を用いた誘導結合型のプラズマ処理装置としてもよく、また、他の形態のプラズマ処理装置であってもよい。具体的には、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（Electron Cyclotron resonance Plasma; ＥＣＰ）やヘリコン波励起プラズマ（Helicon Wave Plasma; ＨＷＰ）、平行平板プラズマ（Capacitively coupled Plasma; ＣＣＰ）が挙げられる。また、マイクロ波励起表面波プラズマ（Surface Wave Plasma; ＳＷＰ）が挙げられる。これらのプラズマ処理装置は、ＩＣＰを含めて、いずれもイオンフラックスとイオンエネルギーを独立に制御でき、エッチング形状や選択性を自由に制御できると共に、１０^１１乃至１０^１３ｃｍ^−３程度と高い電子密度が得られる。

２０ 処理容器
３０ 保護枠
３１ 本体部
３５ 庇部
３６ 先端
４０ 昇降機構
７０、９１ 基板載置台
７７、９８ 載置面
７９、９９ 段部
１００，１００Ａ 基板処理装置
Ｇ 基板
Ｇ１ 縁部

Claims (12)

1. 処理容器内において基板を処理する基板処理装置であって、
   無端状の本体部と、前記本体部の内側に張り出す無端状の庇部と、を有する保護枠と、
   基板を載置する載置面と、前記載置面の周囲において前記載置面から落ち込んだ無端状の段部と、を有し、前記段部に前記本体部が収容自在である基板載置台と、
   前記本体部を支持して前記基板載置台に対して前記保護枠を昇降する昇降機構と、を有し、
   前記段部に前記本体部が収容された際に、前記載置面に載置されている前記基板の縁部の上方に前記庇部の先端が位置決めされる、基板処理装置。
2. 前記保護枠の上面が平坦である、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記段部に前記本体部が収容された際に、前記載置面から前記保護枠の上面までの高さが３ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
4. 前記本体部の厚みが２０ｍｍ以上である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. 前記庇部は、先端に向かって下方に傾斜して先鋭に形成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
6. 前記段部に前記本体部が収容された際に、前記基板の縁部の上方に前記庇部の先端が非接触の状態で位置決めされる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
7. 前記保護枠がアルミニウムもしくはアルミナにより形成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
8. 前記保護枠の平面視形状は矩形枠状であり、
   前記基板の平面視形状は矩形であり、前記基板の平面寸法は１５００ｍｍ×１８００ｍｍ以上であり、
   前記保護枠の前記庇部が前記基板の全ての外周の縁部の上に位置決めされる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
9. 前記保護枠が、前記本体部の一部と前記庇部の一部を含む複数の分割部材により形成されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の基板処理装置。
10. 処理容器内において基板を処理する基板処理方法であって、
    前記処理容器内にある基板載置台であって、前記基板を載置する載置面と、前記載置面の周囲において前記載置面から落ち込んだ無端状の段部と、を有する前記基板載置台の前記載置面に前記基板を載置する工程と、
    無端状の本体部と、前記本体部の内側に張り出す無端状の庇部と、を有する保護枠を、前記基板載置台に対して降下させ、前記段部に前記本体部を収容して、前記載置面に載置されている前記基板の縁部の上方に前記庇部の先端を位置決めする工程と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給してプラズマ化し、前記基板を処理する工程と、を有する、基板処理方法。
11. 前記段部に前記本体部が収容された際に、前記基板の縁部の上方に前記庇部の先端を非接触の状態で位置決めする、請求項１０に記載の基板処理方法。
12. 前記保護枠の平面視形状は矩形枠状であり、
    前記基板の平面視形状は矩形であり、前記基板の平面寸法は１５００ｍｍ×１８００ｍｍ以上であり、
    前記保護枠の前記庇部を前記基板の全ての外周の縁部の上に位置決めする、請求項１０又は１１に記載の基板処理方法。

Images