JP2021150424A - エッジリング及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板を支持する支持テーブルの外周に沿って設けられる上下可動域を増加可能なエッジリング、及びこれを備えるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、半導体基板を支持可能な上面を有する支持部の外周に沿って設けられ、前記上面に垂直な方向に移動可能な第１の可動部と、前記第１の可動部の外周に沿って設けられ、前記垂直な方向に移動可能な第２の可動部と、前記第２の可動部を介して前記第１の可動部を前記方向に移動可能な駆動部とを備えるエッジリングが提供される。【選択図】図３
Description
本発明の実施形態は、エッジリング及びプラズマ処理装置に関する。
プラズマ処理装置のチャンバでは、半導体基板を支持する支持テーブルの外周に沿ってエッジリングが設けられることがある。エッジリングは、支持テーブルに対して上下に移動可能に設けられており、エッジリングの高さを調整することにより、支持テーブル上のプラズマを均一にすることが可能となる。
エッジリングを上昇させ過ぎると、その下面が支持テーブルの上面より高くなると、エッジリングと支持テーブルとの間に隙間が生じることになる。そうすると、この隙間を通して、エッジリングの下方にプラズマが進入し、アーク放電が発生する場合がある。これを防ぐため、エッジリングは、その下面が支持テーブルの上面を超えない範囲で上下動されることが求められる。このため、エッジリングを更に上昇させることにより、プラズマのより一層の均一化が可能な場合であっても、エッジリングの高さの制約により、一層の均一化が実現され得ないことがある。
本発明の一つの実施形態は、基板を支持する支持テーブルの外周に沿って設けられる上下可動域を増加可能なエッジリングを提供する。
本発明の一つの実施形態によれば、半導体基板を支持可能な上面を有する支持部の外周に沿って設けられ、前記上面に垂直な方向に移動可能な第１の可動部と、前記第１の可動部の外周に沿って設けられ、前記垂直な方向に移動可能な第２の可動部と、前記第２の可動部を介して前記第１の可動部を前記方向に移動可能な駆動部とを備えるエッジリングが提供される。
以下、添付の図面を参照しながら、限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の寸法の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されて良い。
図１は、実施形態によるプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図である。図示のとおり、プラズマ処理装置１０は、チャンバ１１を有し、チャンバ１１にはプラズマ処理に使用される処理ガスが供給されるガス供給口１３と、処理ガスが排気されるガス排気口１４とが設けられている。ガス供給口１３は処理ガス供給源（不図示）と所定の配管により接続され、ガス排気口１４には、真空ポンプなどの排気装置（不図示）が接続されている。また、チャンバ１１は、アルミニウムなどの金属や、ステンレススチールなどの合金により形成される。このチャンバ１１は接地されている。
チャンバ１１の内部には支持プレート２１が設けられている。支持プレート２１は、静電チャックを有して良い。これによれば、支持プレート２１の上面にプラズマ処理の対象となる基板１００を保持することができる。
支持プレート２１は、チャンバ１１内の中央付近に位置するように、支持部１２によって固定されている。また、支持プレート２１の側周面に沿って、エッジリング２２が設けられる。エッジリング２２は、基板１００のエッチング時に、電界が基板１００の周縁部で鉛直方向（被処理基板面に垂直な方向）に対して偏向しないように電界を調整するために設けられる。支持プレート２１及びエッジリング２２の具体的な構成については後述する。
また、支持プレート２１には、高周波電力を供給する給電線３１が接続されており、この給電線３１にブロッキングコンデンサ３２、整合器３３および高周波電源３４が接続されている。高周波電源３４からは所定の周波数の高周波電力が支持プレート２１に供給される。すなわち、支持プレート２１は下部電極としても機能する。
支持プレート２１の上方には、支持プレート２１に面するように上部電極４２が設けられる。上部電極４２は支持プレート２１と平行に面するように、支持プレート２１から所定の距離を隔てて、チャンバ１１内部の天板に設けられた部材４１に固定される。このような構造によって、上部電極４２と支持プレート２１とは、一対の平行平板電極を構成している。上部電極４２は、例えば円板状を有している。上部電極４２は、例えばシリコンにより形成された電極である。なお、上部電極４２及び部材４１には、これらを厚さ方向に貫通する複数のガス供給路（不図示）が設けられている。これにより、処理ガスがガス供給口１３からガス供給路を通してチャンバ１１内に導入される。
チャンバ１１の側面には、例えば基板１００を出し入れする開口部１５が設けられ、開口部１５にはシャッタ５２が設けられる。シャッタ５２は、チャンバ１１の外部と内部との間を仕切る役割を有し、基板１００を出し入れする際に、開口部１５とチャンバ１１内とを接続するように開かれる。開口部１５には、チャンバ１１内に搬送アーム（不図示）によって搬送される基板１００の搬送アームに対する位置を検出するセンサ５３が設けられる。センサ５３は、例えば距離センサである。また、図１では省略しているが、チャンバ１１の底面には昇降装置２３が設けられている。昇降装置２３については後述する。
次に、図２及び図３を参照しながら、支持プレート２１とエッジリング２２について説明する。図２は、支持プレート２１とエッジリング２２を模式的に示す上面図であり、図３は、図２のＩ−Ｉ線に沿った断面の一部拡大図である。
図２には、支持プレート２１の上板２１Ｕの小径部２１１が図示されている。小径部２１１は、図示のとおり平面視で円形形状を有しており、その上面に基板１００を支持する支持部として働く。限定はされないが例えば、図３に示すように、小径部２１１は、基板１００の直径よりもわずかに小さい直径を有している。このため、基板１００が小径部２１１に支持されるとき、基板１００の周縁部（例えばべベル部）が小径部２１１の外側に延出する。
また、図３に示すように、上板２１Ｕは、小径部２１１の下方に、小径部２１１に対して同心円状に大径部２１２を有している。これにより、小径部２１１と大径部２１２の間に段差が生じ、大径部２１２の上面が露出する。このような形状を有する上板２１Ｕは、例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ等のセラミック材料により形成され得る。また、上板２１Ｕには、基板１００を静電的に保持可能な静電チャックが設けられて良い。
上板２１Ｕは、図３に示すように基台２１Ｂ上に例えば接着剤等により固定されている。基台２１Ｂは、アルミニウムなどの金属や、ステンレススチールなどの合金により形成され得る。また、基台２１Ｂの内部には導管が形成されて良い。所定の温度に調整された流体を導管に流すことにより、基台２１Ｂひいては上板２１Ｕやその上に支持される基板１００の温度を調整することができる。
エッジリング２２は、支持プレート２１を取り囲むように配置されている。エッジリング２２は、固定リング２２１、インナー可動リング２２２（第１の可動部）、アウター可動リング２２３（第２の可動部）、及びリフター２２Ｌ（駆動部）を有している。固定リング２２１、インナー可動リング２２２、及びアウター可動リング２２３は、例えばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などにより形成されて良い。また、リフター２２Ｌは、本実施形態では、アルミニウム（Ａｌ）により形成され、その表面はイットリア（Ｙ２Ｏ３）によりコーティングされている。このコーティングにより、リフター２２Ｌはチャンバ１１内に生成されるプラズマ中の荷電粒子等から保護され得る。
固定リング２２１は、円筒部２２１Ｃと、円筒部２２１Ｃの下端から外側に延出する鍔部２２１Ｆとから構成される。これにより、固定リング２２１は、平面視でリング形状を有し、Ｌ字状の断面形状を有する。固定リング２２１は、円筒部２２１Ｃの内周面が上板２１Ｕの小径部２１１の外周面と向き合うように、上板２１Ｕの小径部２１１に対して同心円状に配置される。また、固定リング２２１の鍔部２２１Ｆは、上板２１Ｕの大径部２１２に載置される。円筒部２２１Ｃの上面は、上板２１Ｕにより支持される基板１００に接触しないように、上板２１Ｕの小径部２１１の上面よりも低く設けられている。鍔部２２１Ｆは、上板２１Ｕの大径部２１２から直径方向に延出しない程度の寸法を有する。
インナー可動リング２２２は、円筒部２２２Ｃと、円筒部２２２Ｃの上端から外側に延出する鍔部２２２Ｆとから構成される。これにより、インナー可動リング２２２は、平面視でリング形状を有し、逆Ｌ字状の断面形状を有する。インナー可動リング２２２は、円筒部２２２Ｃが、固定リング２２１の円筒部２２１Ｃと、アウター可動リング２２３との間において、固定リング２２１の鍔部２２１Ｆに載置されるように配置される。したがって、インナー可動リング２２２は、上板２１Ｕの小径部２１１と、固定リング２２１の円筒部２２１Ｃとに対して、同心円状に配置される。また、インナー可動リング２２２の高さは、アウター可動リング２２３の高さとほぼ等しい。このため、インナー可動リング２２２とアウター可動リング２２３が固定リング２２１の鍔部２２１Ｆ上に載置されるとき、インナー可動リング２２２の上面は、アウター可動リング２２３の上面と同一面になる。
アウター可動リング２２３は、円盤部２２３Ｃと、円盤部２２３Ｃの下端から内側に延出する鍔部２２３Ｆとから構成される。アウター可動リング２２３は、固定リング２２１の鍔部２２１Ｆの上面に載置されるとともに、リフター２２Ｌにより支持される。これにより、アウター可動リング２２３は、上板２１Ｕ、固定リング２２１、及びインナー可動リング２２２に対して同心円状に配置される。また、アウター可動リング２２３の鍔部２２３Ｆは、インナー可動リング２２２の鍔部２２２Ｆの下方に位置する。ここで、図３に示すように、アウター可動リング２２３の鍔部２２３Ｆの上面と、インナー可動リング２２２の鍔部２２２Ｆの下面とは、距離Ｌだけ離間している。
リフター２２Ｌは円筒形状を有し、支持プレート２１と固定リング２２１の外側を囲むように配置されている。また、図３に示すように、リフター２２Ｌは、その上面で、アウター可動リング２２３を支持している。また、リフター２２Ｌの裏面には、例えば３つの凹部２２Ｄが形成されており（図２）、それぞれの凹部２２Ｄには、図３に示すように、昇降装置２３のシャフト２３Ｓが挿入されている。昇降装置２３がシャフト２３Ｓを上下動することにより、リフター２２Ｌとアウター可動リング２２３が上下動することができる。
以上の構成によれば、昇降装置２３がシャフト２３Ｓを上昇させると、リフター２２Ｌがシャフト２３Ｓにより持ち上げられ、アウター可動リング２２３もまた上方向に移動していく。アウター可動リング２２３の上方移動に伴い、アウター可動リング２２３の鍔部２２３Ｆがインナー可動リング２２２の鍔部２２２Ｆに接触するに至ると、図４に示すように、インナー可動リング２２２もまた持ち上げられていく。すなわち、インナー可動リング２２２は、アウター可動リング２２３を介して、昇降装置２３により上昇可能である。インナー可動リング２２２がアウター可動リング２２３により持ち上げられると、その円筒部２２２Ｃの下端は、アウター可動リング２２３の下面よりも距離Ｌだけ下方に位置することとなる。
ここで、昇降装置２３によるリフター２２Ｌの上方向への移動距離は、インナー可動リング２２２の下端が、固定リング２２１の上端以下となるように規制されている。これにより、固定リング２２１、インナー可動リング２２２、アウター可動リング２２３、及びリフター２２Ｌで囲まれた閉空間ＳＰが維持される。
次に、比較例を参照しながら、上記の構成により奏される効果について説明する。図５は、比較例によるエッジリング２２０を模式的に示す一部拡大断面図である。図５の（Ａ）に示すとおり、比較例によるエッジリング２２０は、固定リング２２０Ｓ、可動リング２２０Ｍ、及びリフター２２０Ｌを有し、上板２１０Ｕ及び基台２１０Ｂから構成される支持プレート２１０の外周に配置されている。また、図５（Ａ）と図３を対比すると明らかなように、比較例によるエッジリング２２０は、上述の実施形態によるエッジリング２２のインナー可動リング２２２に相当する部材を有していない。
ここで、支持プレート２１０及びエッジリング２２０が設けられたプラズマ処理チャンバ（不図示）内に生成されるプラズマの分布を調整するために、リフター２２０Ｌにより可動リング２２０Ｍを上方向に移動させる場合を考える。この場合、可動リング２２０Ｍが上昇していくと、図５の（Ｂ）に示すように、固定リング２２０Ｓと可動リング２２０Ｍの間に隙間Ｇが生じる。このような隙間Ｇが生じると、この隙間Ｇを通したアーク放電が発生する可能性がある。また、隙間Ｇにより、支持プレート２１０の周囲での電位が変化することから、エッジリング２２の位置を変えることにより調整しようとしたプラズマ分布が実現されない事態ともなり、またプラズマの均一性が阻害されることにもなる。
これに対し、実施形態によるエッジリング２２によれば、上述のとおり、アウター可動リング２２３が上昇しても、閉空間ＳＰが維持されているため、比較例のように隙間Ｇによるアーク放電が発生することが殆どない。したがって、アウター可動リング２２３を広い範囲で移動させることにより、意図どおりにプラズマを分布させることが可能となるという効果が奏される。
また、比較例によるエッジリング２２０の固定リング２２０Ｓと、実施形態によるエッジリング２２の固定リング２２１とが同じ寸法を有し、比較例によるエッジリング２２０の可動リング２２０Ｍと実施形態によるエッジリング２２のアウター可動リング２２３とが同じ厚さを有していると仮定すると、アウター可動リング２２３の可動域は、可動リング２２０Ｍに対して、距離Ｌだけ増加される。すなわち、本実施形態によれば、アーク放電を生じさせることなく、より広い範囲でのプラズマ分布の調整が可能となる。
さらに、プラズマ処理装置内でエッジリングを用いる場合において、その表面はプラズマに晒されるときは、エッジリングが消耗していくこともある。そうすると、エッジリングが薄くなってしまう。その結果、例えば比較例によるエッジリング２２０では、可動リング２２０Ｍが上昇されるときに、隙間Ｇが生じるまでの上昇距離が短くなってしまう。隙間Ｇを通したアーク放電等を避けるために、更なる上昇ができなくなれば、プラズマの分布を十分に調整できない事態ともなる。このため、エッジリング２２０を相当の頻度で交換する必要が生じ、プラズマ処理装置の保守費用が増加するおそれがある。また、エッジリング２２０の交換により、プラズマ処理装置のダウンタイムが増加してしまうおそれもある。
実施形態によるエッジリング２２では、仮にインナー可動リング２２２及びアウター可動リング２２３が消耗しても、インナー可動リング２２２の円筒部２２２Ｃにより閉空間ＳＰが維持されるため、上昇距離（可動域）の減少が低減される。したがって、比較例によるエッジリング２２０の交換頻度に比べて、エッジリング２２の交換頻度を長くすることが可能となる。これに伴い、プラズマ処理装置の保守費用やダウンタイムの低減が可期待される。
（変形例）
次に、図６を参照しながら、実施形態の変形例によるエッジリングについて説明する。図６は、実施形態の変形例による支持プレート及びエッジリングの一部を拡大して模式的に示す図である。変形例によるエッジリングは、固定リング及びインナー可動リングの形状が、実施形態によるエッジリングの固定リング２２１及びインナー可動リング２２２の形状とそれぞれ異なり、その他の構成は同一である。以下、相違点を中心に、変形例によるエッジリングを説明する。
次に、図６を参照しながら、実施形態の変形例によるエッジリングについて説明する。図６は、実施形態の変形例による支持プレート及びエッジリングの一部を拡大して模式的に示す図である。変形例によるエッジリングは、固定リング及びインナー可動リングの形状が、実施形態によるエッジリングの固定リング２２１及びインナー可動リング２２２の形状とそれぞれ異なり、その他の構成は同一である。以下、相違点を中心に、変形例によるエッジリングを説明する。
図６に示すように、変形例によるエッジリング２２Ｍ１は、固定リング２２１Ｍ１を有している。固定リング２２１Ｍ１は、円筒形状を有しており、支持プレート２１と同心円状に配置されている。すなわち、実施形態によるエッジリング２２の固定リング２２１とは、鍔部２２１Ｆを有していない点で異なる。これにより、アウター可動リング２２３は、鍔部２２１Ｆに載置されずにリフター２２Ｌによって支持される。
また、エッジリング２２Ｍ１のインナー可動リング２２２は、円筒部２２２Ｃと鍔部２２２Ｆを有しているが、円筒部２２２Ｃの下面が上板２１Ｕの大径部２１２に接している。ここで、インナー可動リング２２２の円筒部２２２Ｃは、アウター可動リング２２３の下面から距離Ｌ１だけ長い。また、インナー可動リング２２２の鍔部２２２Ｆの下面は、アウター可動リング２２３の鍔部２３３Ｆの上面に接している。
このような構成によれば、リフター２２Ｌによるアウター可動リング２２３の上昇に伴って、インナー可動リング２２２が持ち上げられていく。ここで、昇降装置２３（図３）によるリフター２２Ｌの上方向への移動距離は、インナー可動リング２２２の下端が、固定リング２２１の上端以下となるように規制されている。これにより、上板２１Ｕの大径部２１２、固定リング２２１Ｍ１、インナー可動リング２２２、アウター可動リング２２３、及びリフター２２Ｌで囲まれた閉空間ＳＰが維持される。
したがって、変形例によるエッジリング２２Ｍ１によっても実施形態によるエッジリング２２と同様の効果が奏される。なお、変形例においては、アウター可動リング２２３の可動域は、比較例によるエッジリング２２０の可動リング２２０Ｍの可動域よりも距離Ｌ１だけ増大される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０ プラズマ処理装置、１１ チャンバ、１３ ガス供給口、１４ ガス排気口、２１ 支持プレート、２１Ｕ 上板、２１Ｂ 基台、２１１ 小径部、２１２ 大径部、２２ エッジリング、２２１ 固定リング、２２１Ｃ 円筒部、２２１Ｆ 鍔部、２２２ インナー可動リング、２２２Ｃ 円筒部、２２２Ｆ 鍔部、２２３ アウター可動リング、２２３Ｃ 円盤部、２２３Ｆ 鍔部、２２Ｌ リフター、２２Ｄ 凹部、３１ 給電線、３２ ブロッキングコンデンサ、３３ 整合器、３４ 高周波電源、４２ 上部電極、１５ 開口部、５２ シャッタ、１００ 基板、５３ センサ、２３ 昇降装置、２２Ｍ１ エッジリング、２２１Ｍ１ 固定リング、ＳＰ 閉空間、 ２２０ エッジリング、２２０Ｓ 固定リング、２２０Ｍ 可動リング、２２０Ｌ リフター、Ｇ 隙間。
Claims (6)
- 半導体基板を支持可能な上面を有する支持部の外周に沿って設けられ、前記上面に垂直な方向に移動可能な第１の可動部と、
前記第１の可動部の外周に沿って設けられ、前記垂直な方向に移動可能な第２の可動部と、
前記第２の可動部を介して前記第１の可動部を前記方向に移動可能な駆動部と
を備える、エッジリング。 - 前記第１の可動部は、前記駆動部により前記第２の可動部を介して前記垂直な方向の上向きに移動されるときに、前記第２の可動部の下端より下方に延在する、請求項１に記載のエッジリング。
- 前記第１の可動部の外周部から外側に延出する第１の延出部と、
前記第２の可動部の内周部から内側に延出し、前記第１の延出部に接触可能な第２の延出部と
を更に備える、請求項１又は２に記載のエッジリング。 - 前記第１の延出部と前記第２の延出部は、互いに間隔を空けて配置され、前記駆動部による前記第２の可動部の移動により接触するに至る、請求項３に記載のエッジリング。
- 前記駆動部は前記第１の可動部の外側に設けられ、上端で前記第２の可動部を支持する、請求項１から４のいずれか一項に記載のエッジリング。
- チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、半導体基板を支持可能な上面を有する支持部と、
前記支持部の外周に沿って設けられ、前記上面に垂直な方向に移動可能な第１の可動部、前記第１の可動部の外周に沿って設けられ、前記垂直な方向に移動可能な第２の可動部、及び前記第２の可動部を介して前記第１の可動部を前記方向に移動可能な駆動部を備えるエッジリングと、
高周波電源から高周波電力が供給される電極と
を備える、プラズマ処理装置。
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