JP2021111702A - エッジリング及び基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマ処理に用いられるエッジリングの交換頻度の低減、及び、プラズマ処理におけるパーティクルの発生の抑制を達成すること。【解決手段】エッジリングは、第一上面と第二上面とを有し、第一上面は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成され、第二上面は、第一上面より低い位置に形成され、ウエハの周縁部の下面と対向し、かつ、シリコンから形成される。【選択図】図３

Description

本開示は、エッジリング及び基板処理装置に関する。
基板に対するプラズマ処理において、所定の真空度にされたチャンバ内に配置された基板の外周に沿ってエッジリングを配置することがある。エッジリングを配置することにより、基板の面内で均一にプラズマ処理を行うことができる。
従来、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）で形成されたエッジリング（以下では「ＳｉＣエッジリング」と呼ぶことがある）が知られている。ＳｉＣエッジリングは耐プラズマ性が高いため、エッジリングの交換頻度を低減できる。
特開２０１０−２５１７２３号公報
本開示では、交換頻度を低減するとともにパーティクルの発生を抑制できるエッジリングを提案する。
開示の態様のエッジリングは、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される第一上面と、前記第一上面より低い位置に形成され、前記被処理基板の周縁部の下面と対向し、かつ、シリコンから形成される第二上面とを有する。
本開示のエッジリングをプラズマ処理に用いることにより、エッジリングの交換頻度を低減するとともにパーティクルの発生を抑制できる。
図１は、実施例１の基板処理装置の構成例を示す図である。 図２は、実施例１のエッジリング及びウエハの一例を示す図である。 図３は、実施例１のエッジリングの構成例を示す図である。 図４は、実施例２のエッジリングの構成例を示す図である。 図５は、実施例３のエッジリングの構成例を示す図である。
以下に、本開示の技術の実施例を図面に基づいて説明する。以下の実施例において同一の構成には同一の符号を付す。
［実施例１］
＜基板処理装置の構成＞
図１は、実施例１の基板処理装置の構成例を示す図である。
図１において、基板処理装置１００は、例えばアルミニウムまたはステンレス鋼等からなる金属製の処理容器であるチャンバ１０を有する。チャンバ１０は保安接地されている。
チャンバ１０内には、円盤状のサセプタ１１が水平に配置されている。サセプタ１１は、被処理基板としての半導体基板（以下では「ウエハＷ」と呼ぶことがある）と、エッジリングＥＲとが載置される静電チャック２５の下面に配置される。また、サセプタ１１は、高周波電圧が印加される下部電極として機能する。サセプタ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、チャンバ１０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。
チャンバ１０の側壁と筒状支持部１３との間には排気路１４が形成され、排気路１４の入口または途中に環状のバッフル板１５が配置されるとともに、チャンバ１０の底部には排気口１６が設けられ、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。排気装置１８は、真空ポンプを有し、チャンバ１０によって提供される処理空間を所定の真空度まで減圧する。また、排気管１７はＡＰＣ（Automatic Pressure Control Valve）を有し、ＡＰＣは自動的にチャンバ１０内の圧力制御を行う。また、チャンバ１０の側壁には、ウエハＷの搬入搬出口１９を開閉するゲートバルブ２０が取り付けられている。
サセプタ１１には、高周波電源２１−１，２１−２が整合器２２−１，２２−２を介して電気的に接続されている。高周波電源２１−１は、プラズマ生成用の高周波電圧をサセプタ１１に印加する。高周波電源２１−１は、２７〜１００ＭＨｚの高周波電圧をサセプタ１１に印加し、例えば４０ＭＨｚの高周波電圧をサセプタ１１に印加するのが好ましい。また、高周波電源２１−２は、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波電圧をサセプタ１１に印加する。高周波電源２１−２は、４００ｋＨｚ〜４０ＭＨｚの高周波電圧をサセプタ１１に印加し、例えば３ＭＨｚの高周波電圧をサセプタ１１に印加するのが好ましい。整合器２２−１は、高周波電源２１−１の出力インピーダンスとサセプタ１１側の入力インピーダンスとを整合させ、整合器２２−２は、高周波電源２１−２の出力インピーダンスとサセプタ１１側の入力インピーダンスとを整合させる。
チャンバ１０の天井部には、接地電位の上部電極としてのシャワーヘッド２４が配置されている。
静電チャック２５は、サセプタ１１の上面に配置され、静電チャック２５上に載置されたウエハＷ及びエッジリングＥＲを静電吸着力で吸着する。静電チャック２５は、円板状の中心部２５ａと、環状の外周部２５ｂとから形成され、中心部２５ａは外周部２５ｂに対して上方に突出している。中心部２５ａの上面にはウエハＷが載置され、外周部２５ｂの上面には、中心部２５ａを環状に囲むエッジリングＥＲが載置される。また、中心部２５ａは、導電膜からなる電極板２５ｃが一対の誘電膜の間に挟み込まれることによって形成される一方で、外周部２５ｂは、導電膜からなる電極板２５ｄが一対の誘電膜の間に挟み込まれることによって形成される。つまり、電極板２５ｃ，２５ｄは、静電チャック２５の内部に設けられる。また、電極板２５ｃは、静電チャック２５の内部においてウエハＷと対応する領域に設けられ、電極板２５ｄは、静電チャック２５の内部においてエッジリングＥＲと対応する領域に設けられる。電極板２５ｃには直流電源２６がスイッチ２７を介して電気的に接続されている一方で、電極板２５ｄには直流電源２８がスイッチ２９を介して電気的に接続されている。そして、静電チャック２５は、直流電源２６からの直流電圧により発生するクーロン力またはジョンソン・ラーベック力によってウエハＷを吸着保持するとともに、直流電源２８からの直流電圧により発生するクーロン力またはジョンソン・ラーベック力によってエッジリングＥＲを吸着保持する。つまり、図１を平面視した場合、静電チャック２５の内部には、ウエハＷと少なくとも一部重複する領域にウエハＷを静電吸着する電極が設けられるとともに、エッジリングＥＲと少なくとも一部重複する領域にエッジリングＥＲを静電吸着する電極が設けられる。
上記のように、静電チャック２５の中心部２５ａの上面にはウエハＷが載置され、静電チャック２５の外周部２５ｂの上面には、中心部２５ａを環状に囲むエッジリングＥＲが載置される。つまり、エッジリングＥＲは、ウエハＷの周囲を囲むように静電チャック２５上に配置される。また、静電チャック２５の下面とサセプタ１１の上面とが互いに接している。よって、サセプタ１１及び静電チャック２５は、ウエハＷ及びエッジリングＥＲが載置される載置台として形成される。
サセプタ１１の内部には、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、その冷媒の温度によって静電チャック２５上のウエハＷの処理温度が制御される。さらに、伝熱ガス供給部３５から伝熱ガス（例えば、Ｈｅガス）が、ガス供給ライン３６を介して、静電チャック２５の上面とウエハＷの下面との間、及び、静電チャック２５の上面とエッジリングＥＲの下面との間に供給される。伝熱ガス供給部３５からガス供給ライン３６を介して供給される伝熱ガスにより、ウエハＷと静電チャック２５との間の熱伝達性、及び、エッジリングＥＲと静電チャック２５との間の熱伝達性が向上する。
天井部のシャワーヘッド２４は、多数のガス通気孔３７ａを有する電極板３７と、電極板３７を支持する電極支持体３８とを有する。また、電極支持体３８の内部にバッファ室３９が設けられ、バッファ室３９のガス導入口３８ａには処理ガス供給部４０からのガス供給配管４１が接続されている。
基板処理装置１００にて例えばドライエッチング処理が行われる際には、先ずゲートバルブ２０が開状態にされ、ウエハＷがチャンバ１０内に搬入されて静電チャック２５の上に載置される。そして、処理ガス供給部４０より、例えば、所定の流量比率のＣ４Ｆ８ガス、Ｏ２ガス及びＡｒガスからなる混合ガスが処理ガスとして所定の流量及び流量比でチャンバ１０内に導入され、排気装置１８によりチャンバ１０内の圧力が所定値にされる。また、スイッチ２７，２９がオンにされ直流電源２６より直流電圧が電極板２５ｃに印加されるとともに、直流電源２８より直流電圧が電極板２５ｄに印加されることにより、ウエハＷ及びエッジリングＥＲが静電チャック２５上に静電吸着される。そして、高周波電源２１−１，２１−２より高周波電圧がサセプタ１１に印加される。これにより、シャワーヘッド２４より吐出される処理ガスがプラズマ化し、このプラズマによって生成されるラジカルやイオンによってウエハＷの表面がエッチングされる。
＜エッジリング及びウエハ＞
図２は、実施例１のエッジリング及びウエハの一例を示す図である。
図２に示すように、エッジリングＥＲは円環状の形状を有し、エッジリングＥＲの内周部５１はエッジリングＥＲの外周部５２よりも薄く形成されている。一例では、静電チャック２５の外周部２５ｂは、静電チャック２５の中心部２５ａよりも薄く形成されている。静電チャック２５の外周部２５ｂにエッジリングＥＲが載置され、静電チャック２５の中心部２５ａにウエハＷが載置される。一例では、エッジリングＥＲの内周部５１は、エッジリングＥＲの内周部５１の上面が静電チャック２５の中心部２５ａの上面よりも低くなるように形成されている。また一例では、エッジリングＥＲの外周部５２は、エッジリングＥＲの外周部５２の上面がウエハＷの上面と略同一の高さになる、または、ウエハＷの上面よりも高くなるように形成されている。また、ウエハＷは円盤状の形状を有し、ウエハＷの直径は、静電チャック２５の中心部２５ａの直径よりも大きい。よって、ウエハＷが静電チャック２５の中心部２５ａに載置された際には、ウエハＷの周縁部６１の下面とエッジリングＥＲの内周部５１の上面とが互いに対向する。
＜エッジリングの構成＞
図３は、実施例１のエッジリングの構成例を示す図である。図３に示すエッジリングＥＲ１は、図１及び図２に示すエッジリングＥＲに相当する。
図３において、エッジリングＥＲ１は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド（ＷＣ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、または、イットリア（Ｙ２Ｏ３）から形成される部材Ｍ１１と、シリコンから形成される部材Ｍ１２とが接着層Ｂ１を介して接合されることにより形成される。部材Ｍ１１は、上面Ｓ１１と、側面Ｓ１３と、下面Ｓ１４とを有し、部材Ｍ１２は、上面Ｓ１２を有する。また、部材Ｍ１１は、外周部１０１と内周部１０２とを有し、外周部１０１が上面Ｓ１１を含む。また、部材Ｍ１１において、内周部１０２の厚さＴ２は、外周部１０１の厚さＴ１よりも薄い。部材Ｍ１２は、部材Ｍ１１の内周部１０２の上に配置される。接着層Ｂ１は、シリコーン系接着剤を含む。また、接着層Ｂ１は、さらに導電性フィラーを含んでも良い。
よって、エッジリングＥＲ１は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される上面Ｓ１１と、シリコンから形成される上面Ｓ１２とを有する。また、上面Ｓ１２は、上面Ｓ１１より低い位置に形成され、ウエハＷの周縁部６１の下面と対向する。また、エッジリングＥＲ１は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される側面Ｓ１３を有し、側面１３により、上面Ｓ１１の端と上面Ｓ１２の端とが結ばれる。また、エッジリングＥＲ１は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される下面Ｓ１４を有し、下面Ｓ１４は、上面Ｓ１１及び上面Ｓ１２と対向する。
［実施例２］
＜エッジリングの構成＞
図４は、実施例２のエッジリングの構成例を示す図である。図４に示すエッジリングＥＲ２は、図１及び図２に示すエッジリングＥＲに相当する。
図４において、エッジリングＥＲ２は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される部材Ｍ２１と、シリコンから形成される部材Ｍ２２とが接着層Ｂ２を介して接合されることにより形成される。部材Ｍ２２は、部材Ｍ２１の下に配置される。部材Ｍ２１は、上面Ｓ２１と、側面Ｓ２３とを有し、部材Ｍ２２は、上面Ｓ２２と、下面Ｓ２４とを有する。接着層Ｂ２は、シリコーン系接着剤を含む。また、接着層Ｂ２は、さらに導電性フィラーを含んでも良い。
よって、エッジリングＥＲ２は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される上面Ｓ２１と、シリコンから形成される上面Ｓ２２とを有する。また、上面Ｓ２２は、上面Ｓ２１より低い位置に形成され、ウエハＷの周縁部６１の下面と対向する。また、エッジリングＥＲ２は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される側面Ｓ２３を有し、側面Ｓ２３により、上面Ｓ２１の端と上面Ｓ２２の端とが結ばれる。また、エッジリングＥＲ２は、シリコンから形成される下面Ｓ２４を有し、下面Ｓ２４は、上面Ｓ２１及び上面Ｓ２２と対向する。
静電チャック２５の外周部２５ｂの上面と接する下面Ｓ２４が、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、及び、イットリアよりも柔軟性に優れるシリコンから形成されることで、静電チャック２５とエッジリングＥＲ２との密着性が向上する。
［実施例３］
＜エッジリングの構成＞
図５は、実施例３のエッジリングの構成例を示す図である。図５に示すエッジリングＥＲ３は、図１及び図２に示すエッジリングＥＲに相当する。
図５において、エッジリングＥＲ３は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される部材Ｍ３１と、シリコンから形成される部材Ｍ３２とが接着層Ｂ３を介して接合されることにより形成される。部材Ｍ３１は、上面Ｓ３１と、側面Ｓ３３とを有し、部材Ｍ３２は、上面Ｓ３２と、下面Ｓ３４とを有する。接着層Ｂ３は、シリコーン系接着剤を含む。また、接着層Ｂ３は、さらに導電性フィラーを含んでも良い。
よって、エッジリングＥＲ３は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される上面Ｓ３１と、シリコンから形成される上面Ｓ３２とを有する。また、上面Ｓ３２は、上面Ｓ３１より低い位置に形成され、ウエハＷの周縁部６１の下面と対向する。また、エッジリングＥＲ３は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される側面Ｓ３３を有する。また、エッジリングＥＲ３は、シリコンから形成される下面Ｓ３４を有し、下面Ｓ３４は、上面Ｓ３１及び上面Ｓ３２と対向する。
静電チャック２５の外周部２５ｂの上面と接する下面Ｓ３４が、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、及び、イットリアよりも柔軟性に優れるシリコンから形成されることで、静電チャック２５とエッジリングＥＲ３との密着性が向上する。
また、図５に示す構成例では、エッジリングＥＲの内周部５１において、少なくともウエハＷの周縁部６１の下面と対向しない部分を、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアにより構成した。このように、ウエハＷの周縁部６１の下面と対向しない部分をシリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアにより構成することで、プラズマによるエッジリングの消耗をより抑制できるとともに、接着層もプラズマに直接触れないようにすることができる。
以上のように、本開示のエッジリング（エッジリングＥＲ１，ＥＲ２，ＥＲ３）は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される第一上面（上面Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１）と、第一上面より低い位置に形成され、ウエハＷの周縁部の下面と対向し、かつ、シリコンから形成される第二上面（上面Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２）とを有する。
プラズマ処理でプラズマに晒される第一上面が耐プラズマ性を有するシリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成されることにより、プラズマ処理によるエッジリングの消耗を抑制できる。一方で、ウエハＷの周縁部の下面と対向する第二上面がシリコンから形成されることにより、シリコンとプラズマとの反応生成物はパーティクルとならないため、ウエハＷの外周に発生するパーティクルを抑制できる。よって、プラズマ処理に本開示のエッジリングを用いることで、エッジリングの交換頻度を低減するとともにパーティクルの発生を抑制できる。
以上、エッジリング及び基板処理装置を上記実施形態により説明したが、本開示に係るエッジリング及び基板処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施例に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば、本開示に係るエッジリングは、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）装置だけでなく、その他の基板処理装置にも適用可能である。その他の基板処理装置としては、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）処理装置、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）装置等であっても良い。
本明細書では、プラズマ処理の対象として半導体基板について説明したが、プラズマ処理の対象は半導体基板に限定されない。プラズマ処理の対象は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
Ｗ ウエハ
ＥＲ エッジリング
Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１ 第一上面
Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２ 第二上面
１１ サセプタ
２５ 静電チャック

Claims (18)

  1. 被処理基板の周囲に配置されるエッジリングであって、
    シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される第一上面と、
    前記第一上面より低い位置に形成され、前記被処理基板の周縁部の下面と対向し、かつ、シリコンから形成される第二上面と、
    を有するエッジリング。
  2. 前記第一上面及び前記第二上面と対向し、かつ、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される下面、をさらに有する、
    請求項１に記載のエッジリング。
  3. 前記第一上面及び前記第二上面と対向し、かつ、シリコンから形成される下面、をさらに有する、
    請求項１に記載のエッジリング。
  4. 前記第一上面を有する第一部材と、前記第二上面を有する第二部材とを接合して形成される、
    請求項１に記載のエッジリング。
  5. 前記第一部材と前記第二部材とは、接着層を介して接合される、
    請求項４に記載のエッジリング。
  6. 前記接着層は、シリコーン系接着剤を含む、
    請求項５に記載のエッジリング。
  7. 前記接着層は、導電性フィラーをさらに含む、
    請求項６に記載のエッジリング。
  8. 前記第一上面を含む外周部と、前記外周部よりも厚さが薄い内周部とを有する第一部材と、
    前記内周部の上に配置され、前記第二上面を含む第二部材と、
    を具備する請求項１に記載のエッジリング。
  9. 前記第一部材は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成され、
    前記第二部材は、シリコンから形成される、
    請求項８に記載のエッジリング。
  10. 前記第一部材と前記第二部材とが接着層を介して接合される、
    請求項８または９に記載のエッジリング。
  11. 前記接着層は、シリコーン系接着剤を含む、
    請求項１０に記載のエッジリング。
  12. 前記接着層は、導電性フィラーをさらに含む、
    請求項１１に記載のエッジリング。
  13. 前記第一上面を含む第一部材と、
    前記第一部材の下に配置され、前記第二上面を含む第二部材と、
    を具備する請求項１に記載のエッジリング。
  14. 前記第一部材は、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成され、
    前記第二部材は、シリコンから形成される、
    請求項１３に記載のエッジリング。
  15. 前記第一部材と前記第二部材とが接着層を介して接合される、
    請求項１３または１４に記載のエッジリング。
  16. 前記接着層は、シリコーン系接着剤を含む、
    請求項１５に記載のエッジリング。
  17. 前記接着層は、導電性フィラーをさらに含む、
    請求項１６に記載のエッジリング。
  18. 処理空間を提供する処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、かつ、被処理基板が載置される載置台と、
    前記被処理基板の周囲を囲むように配置されるエッジリングと、を具備し、
    前記載置台は、平面視で前記エッジリングと少なくとも一部重複する領域に前記エッジリングを静電吸着する電極を有し、
    前記エッジリングは、
    シリコンカーバイド、タングステンカーバイド、酸化マグネシウム、または、イットリアから形成される第一上面と、
    前記第一上面より低い位置に形成され、前記被処理基板の周縁部の下面と対向し、かつ、シリコンから形成される第二上面と、を有する、
    基板処理装置。
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