JP2021068782A - 載置台アセンブリ、基板処理装置、及びシール部材 - Google Patents

Abstract

【課題】静電チャックと基台とを接着する接着剤の消耗を防止する載置台アセンブリを提供する。【解決手段】基板処理装置において、処理室内にてプラズマ処理を施す基板を載置する載置大及びリング部材７０を有する載置台アセンブリであって、基台１１と、基台上に接着層５０を介して設けられ、基板と基板を囲むエッジリング３０とが載置される静電チャック２５と、エッジリングの裏面に接触し、接着層が露出した空間をシールするシール部材６１と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、載置台アセンブリ、基板処理装置、及びシール部材に関する。

例えば、特許文献１には、プラズマにより生じた活性種により静電チャック層と支持部とを接着する接合層が劣化することを抑制するために、接合層の周囲に被覆部材が設けられることが開示されている。特許文献２には、フォーカスリング（エッジリング）を静電チャックに静電吸着するための静電チャックが開示されている。

特開２００５−０３３１８１号公報 特開２０１０−１８３０７４号公報

本開示は、静電チャックと基台とを接着する接着剤の消耗を防止する技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、処理室内にてプラズマ処理を施す基板を載置する載置台アセンブリであって、基台と、前記基台上に接着層を介して設けられ、前記基板と前記基板を囲むエッジリングとが載置される静電チャックと、前記エッジリングの裏面に接触し、前記接着層が露出した空間をシールするシール部材と、を備える載置台アセンブリが提供される。

本開示によれば、静電チャックと基台とを接着する接着剤の消耗を防止する技術を提供する。

本実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図。 本実施形態に係る基板処理装置の載置台アセンブリを説明する図。 本実施形態に係る基板処理装置におけるプラズマ処理を行った時のプラズマ中のラジカル挙動を説明する図。 本実施形態に係る基板処理装置の載置台アセンブリの変形例１を説明する図。 本実施形態に係る基板処理装置の載置台アセンブリの変形例２を説明する図。 本実施形態に係る基板処理装置の載置台アセンブリの変形例３を説明する図。 比較例の基板処理装置の載置台アセンブリを説明する図。 比較例の基板処理装置におけるプラズマ処理を行った時のプラズマ中のラジカル挙動を説明する図。

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、本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、アルミニウム製又はステンレス鋼製の接地された円筒型の処理容器２を有し、該処理容器２内に、基板Ｗを載置する円板状の載置台１０が配設されている。処理容器２の内部が、基板が配置される処理室の一例である。載置台１０は、基台１１と、静電チャック２５と、を備える。また、載置台１０と、後述する環状シール部材６１（図２）との組み合わせ、又は、載置台１０と、後述する環状シール部材６１と、リング部材７０との組み合わせを載置台アセンブリ５という。エッジリング３０は、フォーカスリングともいう。基台１１は、下部電極として機能する。基台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２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。基台１１は、静電チャック２５が載置される中心部１１ａと、中心部１１ａを取り囲むように形成された環状の外周部１１ｂを備える。基台１１の外周部１１ｂには、絶縁性のリング部材７０が載置されている。また、エッジリング３０と、リング部材７０の外側には、カバーリング部材８０が備えられている。なお、リング部材７０は、後述するように第１リング部材７１と第２リング部材７２を備えるが、図１では、リング部材７０として記載した。リング部材７０と、カバーリング部材８０については、後で詳細を述べる。

処理容器２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２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２内の圧力制御を行う。さらに、処理容器２の側壁には、基板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。

基台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、基台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基台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基台１１に供給する。

処理容器２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、基台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つの周波数の高周波電圧が印加される。

基台１１の上面には静電吸着力により基板Ｗを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、接着層５０を介して基台１１に固定される（図２）。静電チャック２５は、基板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の載置面２５ｂ１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。電極板２６には、直流電源２７が電気的に接続されている。電極板２９には、直流電源２８が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、制御部４３からの制御により、電極板２９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に基板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。

基台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上の基板Ｗの処理温度を制御する。なお、冷媒は、配管３３、３４に循環供給される温度調整用の媒体である。温度調整用の媒体は、基台１１及び基板Ｗを冷却するだけでなく、加熱する場合もあり得る。

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。伝熱ガス供給部３５は、ガス供給ライン３６を用いて、静電チャック２５の中心部２５ａと基板Ｗ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。

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の内部にはバッファ室３９が設けられ、バッファ室３９と連通するガス導入口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。

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、直流電源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基板Ｗを処理容器２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_４Ｆ_８ガス、Ｏ_２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２内に導入し、排気装置１８により処理容器２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からそれぞれ周波数の異なる高周波電力を基台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、基板Ｗを静電チャック２５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プラズマ化され、プラズマ中のラジカルやイオンによって基板Ｗにエッチング処理が施される。

＜エッジリング３０のシール部材＞
図２は、本実施形態に係るエッジリング３０のシール部材を説明する図である。図２は、基板処理装置１のエッジリング３０の部分を拡大した断面図である。

エッジリング３０は、静電チャック２５の上に載置され、静電保持される。静電チャック２５は、接着層５０を介して基台１１に接着され、固定される。

以下において、各部分について詳細を説明する。

基台１１は、中心部１１ａと、中心部１１ａの上面１１ａ１に対して低く形成されている外周部１１ｂを備える。基台１１の中心部１１ａの上面１１ａ１には、静電チャック２５が載置される。静電チャック２５は、基台１１の中心部１１ａの上面１１ａ１に、接着層５０により固定される。このように、静電チャック２５は、基台１１上に接着層５０を介して設けられる。なお、図１のように、静電チャック２５は、電極板２６と電極板２９を備え、それぞれの電極板に直流電圧が印加されることにより、それぞれ基板Ｗとエッジリング３０を静電吸着する。

基台１１の外周部１１ｂの上面１１ｂ１には、リング部材７０が載置される。リング部材７０は、第１リング部材７１と、第２リング部材７２を備える。第１リング部材７１は、傾斜面７１ａを有する。また、第２リング部材７２は、傾斜面７２ａを有する。第１リング部材７１の傾斜面７１ａと第２リング部材７２の傾斜面７２ａは下から上に外側に広がるように垂直方向に対して同じ傾斜角で傾斜している。第１リング部材７１は、第２リング部材７２に、環状シール部材６１を傾斜面７１ａと傾斜面７２ａの間に挟み込むようにして、載置される。

環状シール部材６１は、環状シール部材６１の中央を通る断面がテーパー状を有し、下から上に向かって外側に広がるように傾斜している環状の部材である。ただし、環状シール部材６１は、環状シール部材６１の中央を通る断面がテーパー状を有し、上から下に向かって外側に広がるように傾斜している環状の部材であってもよい。また、環状シール部材６１は、上部で繋がった２重構造を有し、傾斜している又は傾斜していない環状の部材であってもよい。環状シール部材６１は、プラズマのラジカル対して耐ラジカル性を有する材料、例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロビニルエーテル系（ＦＦＫＭ）のフッ素ゴムにより形成されている。環状シール部材６１を第１リング部材７１と第２リング部材７２で挟み込むことにより、環状シール部材６１が固定される。

カバーリング部材８０は、リング部材７０の第２リング部材７２の一部を基台１１に挟み込んで保持する部材である。リング部材７０は、カバーリング部材８０により、基台１１に固定される。カバーリング部材８０がリング部材７０の第２リング部材７２の一部を挟み込むことにより、リング部材７０と、カバーリング部材８０とが接触している部分の隙間を小さくすることができる。また、カバーリング部材８０により基台１１にリング部材７０を固定することにより、リング部材７０の第２リング部材７２と、基台１１との間の隙間を小さくすることができる。このように隙間を小さくすることによって、ラジカルがリング部材７０とカバーリング部材８０との間の隙間、リング部材７０と基台１１との間の隙間を通ることを防止することができる。

エッジリング３０は、静電チャック２５により静電保持される。それにより、リング部材７０に設けられた環状シール部材６１がエッジリング３０の裏面３０ａに斜めに傾いた状態で接触する。さらに、環状シール部材６１がエッジリング３０により押圧されることにより、環状シール部材６１は変形前の状態６１ｘから弾性変形する。それにより、環状シール部材６１がエッジリング３０の裏面３０ａを押圧することにより、シールすることができる。このようにして、環状シール部材６１は、エッジリング３０の裏面３０ａと、エッジリング３０の裏面３０ａに対向する部材であるリング部材７０との間をシールする。これにより、環状シール部材６１は、接着層５０が露出した空間Ｓをシールする。

なお、本実施形態においては、エッジリング３０は、静電チャック２５により静電保持されるが、例えば、自重によりエッジリング３０を保持するようにしてもよい。また、例えば、エッジリング３０は、エッジリング３０の裏面３０ａと静電チャック２５の載置面２５ｂ１とを粘着シートで貼りあわせることによって保持するようにしてもよい。

＜作用・効果＞
本実施形態の効果を説明するために、比較例の基板処理装置について説明する。図７は、比較例である基板処理装置の載置台アセンブリを説明する図である。

比較例の基板処理装置は、本実施形態の基板処理装置１と比較して、環状シール部材６１を備えていない点が異なる。また、それに伴って、リング部材７０と構造が異なるリング部材７９を備える。

本実施形態の基板処理装置１と、比較例の基板処理装置とのそれぞれにおいて、プラズマ処理を行った時のプラズマ中のラジカル挙動について説明する。

図３は、本実施形態の基板処理装置１におけるプラズマ処理を行った時のプラズマ中のラジカル挙動を説明する図である。図８は、比較例の基板処理装置におけるプラズマ処理を行った時のプラズマ中のラジカル挙動を説明する図である。

本実施形態の基板処理装置１では、プラズマ中のラジカルが矢印Ａのように、エッジリング３０とカバーリング部材８０との隙間と、エッジリング３０とリング部材７０との隙間を通って進入しても、環状シール部材６１によってそれ以上の進入が妨げられる。すなわち、環状シール部材６１は、接着層５０が露出した空間Ｓをシールする。したがって、ラジカルが接着層５０まで到達することを防止することができる。また、ラジカルが接着層５０まで到達しないことから、ラジカルによる接着層５０の劣化を防止することができる。

それに対して、比較例の基板処理装置では、プラズマ中のラジカルが矢印Ｂのように、エッジリング３０とカバーリング部材８０との隙間と、エッジリング３０とリング部材７９との隙間を通って、接着層５０が露出した空間Ｓまで進入する。したがって、ラジカルにより接着層５０が劣化する。また、接着層５０が劣化することにより、例えば、静電チャック２５の電極等が破損して、処理エラーが発生する可能性がある。

＜変形例１＞
図４は、本実施形態に係るエッジリングのシール部材の変形例１を説明する図である。

変形例１においては、環状シール部材６２を備える。それに伴い、リング部材７０とは形状が異なるリング部材７３を備える。環状シール部材６２は、円環状の部材６２ｂの上部に下から上に外側に広がるように傾斜した板状の傾斜部６２ｓを備える。また、環状シール部材６２は、プラズマのラジカル対して耐ラジカル性を有する材料、例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロビニルエーテル系（ＦＦＫＭ）のフッ素ゴムにより形成されている。エッジリング３０は、静電チャック２５により静電保持される。それにより、リング部材７３に載置された環状シール部材６２の傾斜部６２ｓがエッジリング３０の裏面３０ａに斜めに傾いた状態で接触する。さらに、環状シール部材６２がエッジリング３０により押圧されることにより、環状シール部材６２は変形前の状態６２ｘから弾性変形する。それにより、環状シール部材６２がエッジリング３０の裏面３０ａを押圧することにより、シールすることができる。このようにして、環状シール部材６２は、エッジリング３０の裏面３０ａと、エッジリング３０の裏面３０ａに対向する部材であるリング部材７３との間をシールする。これにより、環状シール部材６２は、接着層５０が露出した空間Ｓをシールする。

＜変形例２＞
図５は、本実施形態に係るエッジリングのシール部材の変形例２を説明する図である。

変形例２においては、環状シール部材６３を備える。それに伴い、リング部材７０とは形状が異なるリング部材７４を備える。環状シール部材６３は、基台１１の外周部１１ｂの上面１１ｂ１に載置される。また、環状シール部材６３は、基台１１の中心部１１ａの周囲を取り囲むように設けられる。環状シール部材６３は、プラズマに対して耐性を有する材料、例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロビニルエーテル系（ＦＦＫＭ）のフッ素ゴムにより形成されている。環状シール部材６３の高さは、基台１１の外周部１１ｂの上面１１ｂ１から静電チャック２５の載置面２５ｂ１より高くなっている。なお、環状シール部材６３は、基台１１の中心部１１ａに接触するようにしてもよい。さらには、接着層５０や静電チャック２５に接触するようにしてもよい。その際には、環状シール部材６３により中心部１１ａの側面を締め付けるようにしてもよい。

エッジリング３０は、静電チャック２５により静電保持される。それにより、リング部材７３に載置された環状シール部材６３がエッジリング３０の裏面３０ａに接触する。さらに、環状シール部材６３がエッジリング３０により押圧されることにより、変形前の状態から弾性変形する。それにより、環状シール部材６３がエッジリング３０の裏面３０ａを押圧することにより、シールすることができる。このようにして、環状シール部材６３は、エッジリング３０の裏面３０ａと、エッジリング３０の裏面３０ａに対向する部材である基台１１との間をシールする。これにより、環状シール部材６３は、接着層５０が露出した空間Ｓをシールする。

＜変形例３＞
図６は、本実施形態に係るエッジリングのシール部材の変形例３を説明する図である。

変形例３においては、変形例１の環状シール部材６２に加えて、ラビリンスシール部材を備える。エッジリング３０Ａの裏面３０Ａａには、円周方向に溝３０Ａｚが形成されている。また、リング部材７５のエッジリング３０Ａの溝３０Ａｚに対応する部分には、円周方向に環状凸部７５ｚが形成されている。エッジリング３０Ａが静電チャック２５に載置されることにより、エッジリング３０Ａの溝３０Ａｚと、リング部材７５の環状凸部７５ｚとが、組み合わされることにより、ラビリンスシール部材が形成される。これにより、さらにラジカルの進入を防止することができる。なお、ラビリンスシール部材は、変形例１に限らず、図２の実施形態や図５の変形例２に形成してもよい。

＜その他の変形例＞
環状シール部材の形状については、環状シール部材の一部とエッジリングが接触して、環状シール部材がエッジリングを押圧していればどのような形状でもよい。例えば、環状シール部材６１の傾斜方向について、下から上に内側に狭まるように傾斜してもよい。この場合、第１リング部材７１の傾斜面７１ａと第２リング部材７２の傾斜面７２ａは、下から上に内側に狭まるように垂直方向に対して同じ傾斜角で傾斜している。第２リング部材７２は、第１リング部材７１に、環状シール部材６１を傾斜面７１ａと傾斜面７２ａの間に挟み込むようにして、載置される。また、環状シール部材６２の傾斜部６２ｓの傾斜方向についても、下から上に内側に狭まるように傾斜してもよい。また、環状シール部材とエッジリングが接触する部分についても、板状の部位の端部ではなく、端部から離れた部分で接触するようにしてもよい。例えば、リング部材又はエッジリングにＯリング溝を設けて、環状シール部材としてＯリングを用いてもよい。なお、環状シール部材は、フォーカスリングに押圧されて変形する際に、環状シール部材の反力により、フォーカスリングが静電チャックから浮かないような材料や形状等にする。

今回開示された本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。

１ 基板処理装置
２ 処理容器
５ 載置台アセンブリ
１０ 載置台
１１ 基台
２５ 静電チャック
３０ エッジリング
３０ａ 裏面
３０Ａ エッジリング
５０ 接着層
６１〜６３ 環状シール部材
７０、７３〜７５ リング部材
Ｗ 基板

Claims (7)

1. 処理室内にてプラズマ処理を施す基板を載置する載置台アセンブリであって、
   基台と、
   前記基台上に接着層を介して設けられ、前記基板と前記基板を囲むエッジリングとが載置される静電チャックと、
   前記エッジリングの裏面に接触し、前記接着層が露出した空間をシールするシール部材と、を備える、
   載置台アセンブリ。
2. 前記エッジリングと、前記基台との間に設けられるリング部材を更に備え、
   前記シール部材は、前記エッジリングと前記リング部材の間に設けられる、
   請求項１に記載の載置台アセンブリ。
3. 前記シール部材の端部が、前記エッジリングの裏面に接触する、
   請求項１又は請求項２に記載の載置台アセンブリ。
4. 前記シール部材は、斜めに傾いた状態で前記エッジリングの裏面に接触する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の載置台アセンブリ。
5. 前記シール部材は、内側又は外側に斜めに傾いた状態で前記エッジリングの裏面に接触する、
   請求項４に記載の載置台アセンブリ。
6. 処理室内に基板を配置し、前記基板に対するプラズマ処理を施す基板処理装置であって、
   前記基板を載置する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の載置台アセンブリを備える、
   基板処理装置。
7. 基板を載置する載置台アセンブリに用いられるシール部材であって、
   前記基板と前記基板を囲むエッジリングとが載置される静電チャックと基台とを接着する接着層が露出した空間をシールするために、前記エッジリングの裏面に斜めに傾いた状態で接触し、前記接着層をシールする、シール部材。

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