JP2022120984A - 基板処理装置、基板支持器、及び基板処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の温度制御を高速に行う技術を提供する。【解決手段】開示される基板処理装置は、チャンバ及び基板支持器を備える。基板支持器は、チャンバ内に設けられている。基板支持器は、その上面の上に載置される基板の裏面に熱交換媒体が直接的に接するように形成された一つ以上の熱交換領域を提供している。熱交換媒体は、基板支持器上に載置された基板に対する基板処理における該基板の設定温度において、該基板処理におけるチャンバ内の設定圧力の10-2倍以下の蒸気圧を有する。【選択図】図3
Description
本開示の例示的実施形態は、基板処理装置、基板支持器、及び基板処理方法に関するものである。
基板処理装置が、基板処理のために用いられている。基板処理装置は、チャンバ及び基板支持器を備える。基板支持器は、チャンバ内に設けられている。基板は、基板支持器上に載置された状態で処理される。
下記の特許文献1に記載された基板処理装置は、基板支持器としてステージを備えている。ステージは、静電チャックを有している。基板は、静電チャックの上面の上に載置される。ステージは、基板の温度を制御するために、静電チャックの裏面に熱交換媒体を供給するように構成されている。
本開示は、基板の温度制御を高速に行う技術を提供する。
一つの例示的実施形態において、基板処理装置が提供される。基板処理装置は、チャンバ及び基板支持器を備える。基板支持器は、チャンバ内に設けられている。基板支持器は、その上面の上に載置される基板の裏面に熱交換媒体が直接的に接するように形成された一つ以上の熱交換領域を提供している。熱交換媒体は、基板支持器上に載置された基板に対する基板処理における該基板の設定温度において、該基板処理におけるチャンバ内の設定圧力の10-2倍以下の蒸気圧を有する。
一つの例示的実施形態によれば、基板の温度制御を高速に行うことが可能となる。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、基板処理装置が提供される。基板処理装置は、チャンバ及び基板支持器を備える。基板支持器は、チャンバ内に設けられている。基板支持器は、その上面の上に載置される基板の裏面に熱交換媒体が直接的に接するように形成された一つ以上の熱交換領域を提供している。熱交換媒体は、基板支持器上に載置された基板に対する基板処理における該基板の設定温度において、該基板処理におけるチャンバ内の設定圧力の10-2倍以下の蒸気圧を有する。
上記実施形態では、熱交換媒体が直接的に基板の裏面に接するように供給されるので、基板の温度が高速に制御される。また、基板の温度は、効率的に制御され得る。さらに、上述の熱交換媒体は、基板処理時のその蒸発を抑制し得る。
一つの例示的実施形態において、基板支持器は、一つ以上の熱交換領域として、互いに分離された複数の熱交換領域を提供していてもよい。
一つの例示的実施形態において、基板処理装置は、基板支持器の上面において基板を保持するように構成された保持機構を更に備えていてもよい。
一つの例示的実施形態において、基板支持器は、一つ以上の第1の管及び一つ以上の第2の管を含んでいてもよい。一つ以上の第1の管はそれぞれ、一つ以上の熱交換領域に熱交換媒体を供給するように一つ以上の熱交換領域に接続されている。一つ以上の第2の管はそれぞれ、一つ以上の熱交換領域から熱交換媒体を排出するように一つ以上の熱交換領域に接続されている。保持機構は、一つ以上の第1の管、一つ以上の第2の管、及び一つ以上のポンプを含んでいてもよい。一つ以上のポンプはそれぞれ、該一つ以上のポンプと一つ以上の熱交換領域との間で熱交換媒体を循環させるために、一つ以上の第1の管と一つ以上の第2の管との間で接続されている。一つ以上の熱交換領域の各々に対する熱交換媒体の排出側の圧力が、一つ以上の熱交換領域の各々に対する熱交換媒体の供給側の圧力よりも低い圧力に設定される。この実施形態によれば、一つ以上の熱交換領域の各々に対する熱交換媒体の排出側の吸込圧力により、基板を基板支持器の上面の上で保持することが可能となる。また、熱交換媒体が基板のエッジから漏れ出すことが抑制される。
一つの例示的実施形態において、基板支持器は、該基板支持器上での基板の上下動のために、フランジを有するリフトピンを更に含んでいてもよい。基板支持器は、その中にリフトピンが設けられた孔を提供していてもよい。孔は、フランジから上方で延在する第1の部分とフランジから下方で延在する第2の部分を含んでいてもよい。基板処理装置は、ポンプを更に含んでいてもよい。ポンプは、流体を供給するように構成されている。ポンプは、孔の第1の部分における流体の圧力と孔の第2の部分における流体の圧力との間の差によりリフトピンを上下動させるように構成されていてもよい。この実施形態によれば、基板のリフト機構を小型化することが可能となる。
一つの例示的実施形態において、熱交換媒体はイオン液体であってもよい。
別の例示的実施形態において、基板支持器が提供される。基板支持器は、基板を支持するように構成されている。基板支持器は、上面及び一つ以上の熱交換領域を備える。一つ以上の熱交換領域は、基板支持器の上面の上に載置される基板に熱交換媒体が直接的に接するように形成されている。熱交換媒体は、基板支持器上に載置された基板に対する基板処理における基板の設定温度において、該基板処理がその中で行われるチャンバ内の設定圧力の10-2倍以下の蒸気圧を有する。
一つの例示的実施形態において、基板支持器は、一つ以上の熱交換領域として、互いに分離された複数の熱交換領域を備えていてもよい。
一つの例示的実施形態において、基板支持器は、一つ以上の第1の管及び一つ以上の第2の管を含んでいてもよい。一つ以上の第1の管はそれぞれ、一つ以上の熱交換領域に熱交換媒体を供給するように一つ以上の熱交換領域に接続されている。一つ以上の第2の管はそれぞれ、一つ以上の熱交換領域から熱交換媒体を排出するように一つ以上の熱交換領域に接続されている。一つ以上の熱交換領域の各々に対する熱交換媒体の排出側の圧力が、一つ以上の熱交換領域の各々に対する熱交換媒体の供給側の圧力よりも低い圧力に設定される。
一つの例示的実施形態において、基板支持器は、該基板支持器上での基板の上下動のために、フランジを有するリフトピンを更に備えていてもよい。基板支持器は、その中にリフトピンが設けられた孔を提供していてもよい。孔は、フランジから上方で延在する第1の部分及びフランジから下方で延在する第2の部分を含んでいてもよい。基板支持器は、孔の第1の部分における流体の圧力と孔の第2の部分における流体の圧力との間の差によりリフトピンを上下動させるように構成されていてもよい。
更に別の例示的実施形態において、基板処理方法が提供される。基板処理方法は、チャンバ内に設けられた基板支持器の上面の上に基板を載置する工程を含む。基板支持器は、基板の裏面に熱交換媒体が直接的に接するように形成された一つ以上の熱交換領域を提供する。基板処理方法は、基板が基板支持器の上面の上に載置されている状態で、基板を処理する工程を更に含む。基板処理方法は、基板支持器の上面から基板を持ち上げる工程を更に含む。基板を処理する工程が行われている間、熱交換媒体が一つ以上の熱交換領域に供給される。
一つの例示的実施形態において、基板支持器は、一つ以上の第1の管及び一つ以上の第2の管を含んでいてもよい。一つ以上の第1の管はそれぞれ、一つ以上の熱交換領域に熱交換媒体を供給するように一つ以上の熱交換領域に接続されている。一つ以上の第2の管はそれぞれ、一つ以上の熱交換領域から熱交換媒体を排出するように一つ以上の熱交換領域に接続されている。一つ以上のポンプがそれぞれ、該一つ以上のポンプと一つ以上の熱交換領域との間で熱交換媒体を循環させるために、一つ以上の第1の管と一つ以上の第2の管との間で接続されていてもよい。基板を処理する工程が行われている間、一つ以上の熱交換領域の各々に対する熱交換媒体の排出側の圧力が、一つ以上の熱交換領域の各々に対する熱交換媒体の供給側の圧力よりも低い圧力に設定されてもよい。
一つの例示的実施形態において、基板支持器は、該基板支持器上での基板の上下動のために、フランジを有するリフトピンを更に含んでいてもよい。基板支持器は、その中にリフトピンが設けられた孔を提供していてもよい。孔は、フランジの上方で延在する第1の部分及びフランジの下方で延在する第2の部分を含んでいてもよい。基板を載置する工程は、基板支持器の上面から突き出されたリフトピン上に基板を載置する工程を含む。基板を載置する工程は、基板支持器の上面の上に基板を載置するためにリフトピンを下方に移動させる工程を更に含む。リフトピンを下方に移動させる工程において、第1の部分における流体の圧力が第2の部分における該流体の圧力よりも高くなるように、流体が基板支持器の孔に供給されてもよい。基板を持ち上げる工程において、リフトピンを上方に移動させるために、第1の部分における流体の圧力が第2の部分における流体の圧力よりも低くなるように、流体が基板支持器の孔に供給されてもよい。
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図1は、一つの例示的実施形態に係る基板処理装置を概略的に示す図である。図1では、一つの例示的実施形態に係る基板処理装置が、部分的に破断された状態で示されている。図1に示す基板処理装置1は、容量結合型のプラズマ処理装置である。
基板処理装置1は、チャンバ2を備えている。チャンバ2は、内部空間2sを提供している。チャンバ2は、チャンバ本体2mを含んでいてもよい。チャンバ本体2mは、略円筒形状を有している。内部空間2sは、チャンバ本体2mの内側に提供されている。チャンバ本体2mは、アルミニウムといった金属から形成されている。チャンバ本体2mの内部空間2s側の表面は、耐プラズマ性の膜で覆われていてもよい。この膜は、酸化アルミニウム又は酸化イットリウムから形成され得る。チャンバ本体2mは接地されている。チャンバ本体2mの側壁からは、接地導体2aが上方に延びていてもよい。接地導体2aは、略円筒形状を有しており、その上端において閉じられている。
基板処理装置1は、基板支持器10を更に備えている。基板支持器10は、その上に載置された基板Wを支持するよう構成されている。基板支持器10は、エッジリングERを更に支持するように構成されていてもよい。基板Wは、エッジリングERによって囲まれた領域内に配置される。一実施形態において、基板支持器10は、第1の部材12、ケース14、第2の部材16、及び第3の部材18を含んでいてもよい。第1の部材12は、第2の部材上に設けられている。第2の部材16は、第3の部材18上に設けられている。第2の部材16及び第3の部材18は、ケース14内に収容されている。基板Wは、第1の部材12上に載置される。なお、基板支持器10の詳細については、後述する。
基板処理装置1は、上部電極60を更に備えている。上部電極60は、基板支持器10の上方に設けられている。上部電極60は、部材62を介して、チャンバ本体2mの上部に支持されている。上部電極60は、天板64及び支持体66を含み得る。天板64の下面は、内部空間2sを画成している。天板64は、複数のガス孔64aを提供している。複数のガス孔64aは、内部空間2sに向けて開口している。天板64は、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64は、接地されていてもよい。天板64が接地される場合には、部材62は、導電性を有し、接地されていてもよい。一方、高周波電源が上部電極60に接続される場合には、部材62は、絶縁性を有する材料から形成される。
支持体66は、天板64を着脱自在に支持し得る。支持体66は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成され得る。支持体66は、水冷構造を有し得る。支持体66は、その中にガス拡散室66aを提供している。また、支持体66は、複数の孔66bを更に提供している。複数の孔66bはそれぞれ、ガス拡散室66aから下方に延びて、複数のガス孔64aに接続している。また、支持体66は、ポート66cを更に提供している。ポート66cは、ガス拡散室66aに接続されている。ポート66cには、ガス供給管68が接続されている。
ガス供給管68には、一つ以上のバルブ72及び一つ以上の流量制御器74を介して、一つ以上のガスソース70が接続されている。なお、一つ以上の流量制御器74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。一つ以上のガスソース70は、基板処理装置1での基板処理に用いられる処理ガスのソースである。一つ以上のガスソース70からの処理ガスは、ガス供給管68、ガス拡散室66a、複数の孔66b、及び複数のガス孔64aを介して内部空間2sに吐出される。
チャンバ2の側壁は、開口2pを提供している。基板Wは、チャンバ2の内部と外部との間で開口2pを経由して搬送される。開口2pは、ゲートバルブ2gによって開閉可能となっている。チャンバ2の側壁と基板支持器10との間には、バッフル板51が設けられている。バッフル板51は、複数の貫通孔を提供している。
チャンバ2は、バッフル板51の下方において排気口2eを提供している。排気口2eには、排気管53を介して排気装置54が接続されている。排気装置54は、圧力制御器及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。
基板処理装置1は、高周波電源44、整合器45、高周波電源46、及び整合器47を更に備えていてもよい。高周波電源44は、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源である。高周波電源44によって発生される高周波電力の周波数は、27MHz以上の周波数であり、例えば40MHzである。高周波電源44は、整合器45を介して第1の部材12に接続されている。高周波電源44によって発生される高周波電力は、整合器45を介して第1の部材12に供給される。整合器45は、高周波電源44の負荷側のインピーダンスを高周波電源44の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含んでいる。なお、高周波電源44は、整合器45を介して上部電極60に接続されていてもよい。
高周波電源46は、基板Wにイオンを引き込むための高周波電力を発生する電源である。高周波電源46によって出力される高周波電力の周波数は、13.56MHz以下の周波数であり、例えば3MHzである。高周波電源46は、整合器47を介して第1の部材12に接続されている。高周波電源46によって発生される高周波電力は、整合器47を介して第1の部材12に供給される。整合器47は、高周波電源46の負荷側のインピーダンスを高周波電源46の出力インピーダンスに整合させるための整合回路を含んでいる。
一実施形態において、基板処理装置1は、制御部Cntを更に備えている。制御部Cntは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり得る。制御部Cntは、基板処理装置1の各部、例えば電源系やガス供給系、駆動系等を制御する。この制御部Cnt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、この制御部Cnt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ことができる。また、制御部Cntの記憶部には、基板処理装置1で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラム、及び、処理レシピが記憶されている。
以下、図1、図2、及び図3を参照して、基板支持器10について詳細に説明する。図2は、一つの例示的実施形態に係る基板支持器の分解斜視図である。図3は、一つの例示的実施形態に係る基板支持器の部分拡大断面図である。
一実施形態において、基板支持器10は、上面12a及び複数の熱交換領域10rを提供している。基板Wは、その裏面が上面12aに接するように、上面12aの上に載置される。一実施形態において、上面12aは、第1の部材12によって提供されている。
複数の熱交換領域10rは、基板支持器10において熱交換媒体の複数の流路それぞれの一部を構成している。複数の熱交換領域10rは、上面12aの上に載置される基板Wの裏面に熱交換媒体が直接的に接するように形成されている。また、基板支持器10では、熱交換媒体が直接的に基板Wの裏面に接するように供給される。したがって、基板Wの温度が高速に制御される。また、基板Wの温度が効率的に制御される。
熱交換媒体は、低い蒸気圧を有する液体である。熱交換媒体は、基板支持器10上に載置された基板Wに対する基板処理における基板Wの設定温度において、当該基板処理におけるチャンバ2内の設定圧力の10-2倍以下の蒸気圧を有する。かかる熱交換媒体は、基板処理時のその蒸発を抑制し得る。
熱交換媒体は、常温(25℃)において10-6Pa以下の蒸気圧を有していてもよい。熱交換媒体は、例えば、350℃といった高温、且つ、1Paといった高真空環境下において殆ど蒸発しない液体であってもよい。熱交換媒体は、基板Wの設定温度、且つ、0.5Paの高真空環境下において、殆ど揮発しない液体であってもよい。基板Wの設定温度は、250℃以上であってもよい。基板Wの設定温度は、約600℃であってもよい。
一実施形態において、上述の熱交換媒体は、イオン液体であってもよい。イオン液体は、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-n-オクチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1-n-ブチル-1-メチルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1,1,1-トリ-n-ブチル-1-n-ドデシルホスホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリブチルヘキサデシルホスホニウム3-トリメチルシリル-1-プロパンスルホネート(BHDP・DSS)、N,N-ジエチル-N-メチル-N-(2-メトキシエチル)アンモニウム テトラフルオロボラート(DEME・BF4)、N-(2-メトキシエチル)-N-メチルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(MEMP・TFSI)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアセテート(EMI・AcO)、コリンクロライドウレア等であってもよい。これらのイオン液体は、基板Wの設定温度が-50℃以上、450℃以下である場合に、液体の状態を維持し得る。なお、450℃以下の温度で熱分解をしない他のイオン液体が、熱交換媒体として用いられてもよい。
別の実施形態において、上述の熱交換媒体は、テトラフェニルテトラメチルトリシロキサン、ペンタフェニルトリメチルトリシロキサン等のシリコン油、ペンタフェニルエーテル、テトラッフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル等のフェニルエーテル油、パーフロロポリエーテル等のフッ素油などであってもよい。これらの熱交換媒体は、基板Wの設定温度が-20℃以上、80℃以下である場合に、液体の状態を維持し得る。
図3に示すように、基板支持器10は、複数の第1の管161及び複数の第2の管162を含んでいる。複数の第1の管161はそれぞれ、複数の熱交換領域10rに接続されている。熱交換媒体は、複数の第1の管161を通って複数の熱交換領域10rに供給される。複数の第2の管162はそれぞれ、複数の熱交換領域10rに接続されている。熱交換媒体は、複数の熱交換領域10rから複数の第2の管162を通って排出される。
以下、図1~図3に加えて、図4を参照する。図4は、一つの例示的実施形態に係る基板処理装置における供給システムの一部を示す図である。基板処理装置1は、供給システム42を更に備えている。供給システム42は、複数のユニット421を含んでいる。複数のユニット421の各々は、バルブ421a、温調器421b、ポンプ421p、バルブ421c、圧力計421d、圧力計421e、及びバルブ421fを含んでいる。
ポンプ421pは、複数の第1の管161のうち一つの第1の管と複数の第2の管162のうち一つの第2の管との間で接続されている。具体的に、ポンプ421pは、温調器421b、バルブ421a、及び配管40aを介して、複数の第1の管161のうち一つに接続されている。また、ポンプ421pは、バルブ421c及び配管40bを介して、複数の第2の管162のうち一つに接続されている。ポンプ421pは、温調器421b、バルブ421a、配管40a、及び対応の第1の管161を介して、熱交換媒体を対応の熱交換領域10rに供給する。ポンプ421pは、対応の第2の管162、配管40b、及びバルブ421cを介して、対応の熱交換領域10rから熱交換媒体を回収する。即ち、複数のユニット421の各々は、熱交換媒体の循環回路の一部を構成している。なお、複数のユニット421の各々は、複数の熱交換領域10rのうち二つ以上の熱交換領域に熱交換媒体を供給し、当該二つ以上の熱交換領域から熱交換媒体を回収してもよい。
温調器421bは、熱交換媒体の温度を調整するように構成されている。圧力計421dは、配管40a内の圧力、即ち対応の熱交換領域10rに対する熱交換媒体の供給側の圧力を測定するように構成されている。圧力計421eは、配管40b内の圧力、即ち対応の熱交換領域10rに対する熱交換媒体の排出側の圧力を測定するように構成されている。バルブ421fは、配管40bとタンク42tとの間で接続されている。タンク42tは、熱交換媒体用のタンクである。タンク42t内の熱交換媒体は、必要に応じて、上述の循環回路に補充される。
一実施形態において、複数のユニット421のポンプ421p、複数の第1の管161、及び複数の第2の管162は、基板Wの保持機構を構成している。複数のユニット421の各々において、ポンプ421pは、対応の熱交換領域10rに対する熱交換媒体の排出側の圧力が、当該対応の熱交換領域10rに対する熱交換媒体の供給側の圧力よりも低くなるように、吐出圧力及び吸込圧力を調整する。供給側の圧力は、圧力計421dによって測定され得る。排出側の圧力は、圧力計421eによって測定され得る。この実施形態によれば、複数の熱交換領域10rの各々に対する熱交換媒体の排出側の吸込圧力により、基板Wを基板支持器10の上面12aの上で保持することが可能となる。また、熱交換媒体が基板Wのエッジから漏れ出すことが抑制される。
以下、図5及び図6を参照する。図5は、一つの例示的実施形態に係る基板支持器の別の部分拡大断面図である。図6は、一つの例示的実施形態に係る基板処理装置における供給システムの別の一部を示す図である。基板支持器10は、流体を用いた基板Wのリフト機構を備えている。具体的に、基板支持器10は、複数のリフトピン80を有していてもよい。基板支持器10において、複数のリフトピン80は、それらの上端の上に載置される基板Wを支持可能であるように配置されている。複数のリフトピン80の各々は、主部80mを有している。主部80mは、柱状(例えば円柱状)をなしており、鉛直方向に延びている。複数のリフトピン80の各々において、主部80mは、上端と下端を提供している。複数のリフトピン80の各々は、その上端と下端との間にフランジ80fを有している。フランジ80fは、柱状(例えば円柱状)をなしており、主部80mの幅よりも大きい幅を有する。
基板支持器10は、複数の孔10hを提供している。複数の孔10hは、鉛直方向に延在している。一実施形態においては、複数の孔10hは、第1の部材12及び第2の部材16によって提供されている。複数のリフトピン80はそれぞれ、複数の孔10hの中に配置されている。複数の孔10hの各々は、第1の部分101及び第2の部分102を含んでいる。第1の部分101は、フランジ80fよりも上方で延在している。第2の部分102は、フランジ80fよりも下方で延在している。基板支持器10は、複数の流路10fを更に提供している。複数の流路10fの各々は、対応の孔10hの第1の部分101に接続している。一実施形態において、複数の流路10fは、第1の部材12及び第2の部材16によって提供されている。
図6に示すように、供給システム42は、ユニット422を更に含んでいてもよい。ユニット422は、バルブ422a、ポンプ422p、バルブ422b、圧力計422d、圧力計422e、及びバルブ422fを含んでいる。ポンプ422pは、二方向に流体を出力するように構成されている。一実施形態においては、ポンプ422pから出力される流体は、上述の熱交換媒体である。なお、ポンプ422pから出力される流体は、上述の熱交換媒体とは別の流体であってもよい。ポンプ422pは、複数の孔10hの各々の第1の部分101と第2の部分102との間で接続されている。具体的に、ポンプ422pは、バルブ422a及び配管40aを介して、第2の部分102に接続されている。また、ポンプ422pは、バルブ422b及び流路10fを介して、第1の部分101に接続されている。
圧力計422dは、配管40a内の圧力、即ち第2の部分102における圧力を測定するように構成されている。圧力計422eは、配管40b内の圧力、即ち第1の部分101における圧力を測定するように構成されている。バルブ422fは、ポンプ422pとタンク42tとの間で接続されている。タンク42tは、補充用の流体として、上述の熱交換媒体を補充している。流体が、上述の熱交換媒体とは別の流体である場合には、タンク42tに代えて、補充用の流体を貯蔵している別のタンクが、バルブ422fを介してポンプ422pに接続される。
ポンプ422pは、孔10hの第1の部分101における流体の圧力と孔10hの第2の部分102における流体の圧力との間の差により複数のリフトピン80を上下動させるように構成されている。例えば、ポンプ422pは、孔10hの第2の部分102に向かう方向に流体を供給することにより、複数のリフトピン80を上方に移動させることができる。複数のリフトピン80を上方に移動させることにより、基板Wを基板支持器10から上方に持ち上げることができる。
また、複数のリフトピン80の上端が基板支持器10の上面12aから上方に突き出している状態では、チャンバ2内に搬送されてきた基板Wを複数のリフトピン80の上端に受け渡すことができる。また、ポンプ422pは、孔10hの第1の部分101に向かう方向に流体を供給することにより、複数のリフトピン80を下方に移動させることができる。複数のリフトピン80を下方に移動させることにより、複数のリフトピン80の上端の上に載置されている基板Wを基板支持器10の上面12aの上に載置することができる。
かかるリフト機構は、流体を動力源として基板Wを複数のリフトピン80を上下に移動させることができる。したがって、基板Wのリフト機構を小型化することが可能である。
以下、図1~図6と共に図7、図8、図9の(a)、図9の(b)、図9の(c)、及び図10を参照して、基板支持器10の第1の部材12、ケース14、第2の部材16、及び第3の部材18について詳細に説明する。図7は、一つの例示的実施形態に係る基板支持器の第1の部材の斜視図である。図8は、一つの例示的実施形態に係る基板支持器の第2の部材の斜視図である。図9の(a)は、図8に示す第2の部材のセル部の平面図であり、図9の(b)は、図8に示す第2の部材のセル部の斜視図であり、図9の(c)は、図8に示す第2の部材のセル部の別の斜視図である。図10は、一つの例示的実施形態に係る基板支持器の第3の部材の斜視図である。
図7に示すように、第1の部材12は、略円盤形状を有している。第1の部材12は、上面12a及び下面12bを含んでいる。一実施形態において、第1の部材12は、主部121と周縁部122を含み得る。主部121は、略円形の平面形状を有する。周縁部122は、環状の平面形状を有するフランジであり、主部121の外周を囲むように主部121に連続している。第1の部材12の主部121は、複数の貫通孔12hを提供している。複数の貫通孔12hは、第1の部材12の厚さ方向に延びている。複数の貫通孔12hは、上述の複数の熱交換領域10rをそれぞれ含んでいる。複数の貫通孔12hの各々は、平面視において、第1の部材12の中心から外側に向かうにつれてその幅が広くなる略矩形の平面形状を有し得る。複数の貫通孔12hは、それらが互いに内包しないように2次元的に配列されている。なお、複数の貫通孔12hの平面形状は、他の形状、例えば円形又は三角形、六角形といった多角形であってもよい。
第1の部材12は、金属から形成され得る。第1の部材12は、例えば、ステンレス材(例えば、SUS304)、アルミニウム、又はチタン含有物質から形成されていてもよい。第1の部材12は、その上面12aを構成するセラミック(例えば、酸化イットリウム)の溶射膜を含んでいてもよい。なお、第1の部材12が高周波電力のための電極として用いられない場合には、第1の部材12は窒化アルミニウムのようなセラミックから形成されていてもよい。この第1の部材12は、第2の部材16上に設けられている。
図8に示すように、第2の部材16は、略円盤形状を有している。第2の部材16は、複数の第1の管161、複数の第2の管162、及び隔壁163を含んでいる。一実施形態において、第2の部材16は、主部164及び周縁部165を含んでいてもよい。主部164は、略円形の平面形状を有する。周縁部165は、環状の平面形状を有するフランジであり、主部164の外周を囲むように主部164に連続している。図3に示すように、第1の部材12の周縁部122は、第2の部材16の周縁部165上に配置されている。第2の部材16の周縁部165と第1の部材12の周縁部122との間には、Oリングのような封止部材21が挟持されていてもよい。
第2の部材16の主部164は、複数のセル部16cを提供している。複数のセル部16cの各々は、平面視において、第2の部材16の中心から外側に向かうにつれてその幅が広くなる略矩形の平面形状を有し得る。複数のセル部16cは、複数の空間16sをそれぞれ提供している。複数の空間16sの各々は、略矩形の平面形状を有し得る。複数の空間16sは、隔壁163によって画成されている(図3及び図5を参照)。複数の空間16sはそれぞれ、第1の部材12の複数の貫通孔12hの下方に位置しており、複数の貫通孔12hに連続している。なお、複数のセル部16c及び複数の空間16sの各々の平面形状は、他の形状、例えば、円形又は三角形、六角形といった多角形であってもよい。
図8、図9の(a)、図9の(b)、及び図9の(c)に示すように、複数のセル部16cの各々は、複数の第1の管161のうち一つ、及び、複数の第2の管162のうち一つを含んでいる。各セル部16cにおいて、第1の管161は、空間16sの中心線にその中心軸線が一致するように、延在している。複数の第1の管161は、互いに平行に延在している。複数の第1の管161の各々は、第1の開口端161a及び第2の開口端161bを有している。複数の第1の管161の各々は、第2の開口端161bから第1の開口端162aに向けて上方に延在している。第1の開口端161aは、対応の貫通孔12hの内部に配置されている。第1の開口端161aは、基板Wの裏面に対面するよう、対応の熱交換領域10rに向けて開口している。
各セル部16cにおいて、隔壁163は、第1の管161の外周面の周りに空間16sを提供するよう、当該第1の管161の外周面を囲んでいる。各セル部16cにおいて、隔壁163は、第1の開口端161aと第2の開口端161bとの間で第1の管161の外周面に接続して、第1の管161の周りで空間16sの底部を閉じている。各セル部16cにおいて、隔壁163は、空間16sの底部と反対側で当該空間16sを開口させている。また、各セル部16cにおいて、第1の管161の第2の開口端162bは、空間16sの外側に配置されている。
複数の第2の管162の各々は、第1の開口端162a及び第2の開口端162bを有している。各セル部16cにおいて、第2の管162の第1の開口端162aは、空間16sの底部において、当該空間16sに接続している。各セル部16cにおいて、第2の管162の第2の開口端162bは、空間16sの外側に配置されている。
一実施形態において、第2の部材16は、樹脂、セラミック、又は、金属を主成分として含む材料から形成され得る。第2の部材16は、隣り合うセル部16cの互いからの影響を抑制するために、低い熱伝導率を有する材料、例えば、セラミック又は樹脂から形成されていてもよい。第2の部材16は、当該第2の部材16の強度及び/又は熱伝導率を部分的に変更するために、部分的に異なる材料から形成されていてもよい。第2の部材16は、例えば3Dプリンタを用いて形成され得る。この第2の部材16と第3の部材18は、ケース14内に収容されている。
ケース14は、例えばステンレスといった金属から形成されている。図2に示すように、ケース14は、側壁14aと底壁14bとを有しており、その内部に収容空間14sを画成している。側壁14aは、円筒形状を有しており、その上端面14cで第1の部材12を支持する。側壁14aは、筒状部142及び筒状部144を提供している。筒状部142は、側壁14aの径方向に沿って延びており、第1の開口146を介して収容空間14sに連通している。筒状部144は、側壁14aの径方向に沿って延びており、第2の開口148を介して収容空間14sに連通している。第2の部材16と第3の部材18は、収容空間14sの中に配置される。
図3に示すように、Oリングのような封止部材19が、第1の部材12の周縁部122と側壁14aの上端面14cとの間で挟持されていてもよい。第1の部材12の周縁部122は、ケース14にねじ23で締結されてもよい。これにより、封止部材19は、第1の部材12の周縁部122と側壁14aの上端面14cとの間で押圧される。
第3の部材18は、複数の第1の管161に熱交換媒体を供給するための流路、及び、複数の第2の管162から熱交換媒体を回収するための流路を提供する。図10に示すように、第3の部材18は、略円柱形のブロック体である。第3の部材18は、上面18a及び側面18bを有している。
第3の部材18は、複数の第1の流路181及び複数の第2の流路182を提供している。複数の第1の流路181及び複数の第2の流路182の各々は、第3の部材18の内部を貫通する小径の空洞から構成されている。複数の第1の流路181の各々は、一端181a及び他端181bを有しており、一端181aと他端181bとの間で延在している。複数の第1の流路181の一端181aはそれぞれ、第3の部材18の上面18aにおいて複数の第1の管161の第2の開口端161bに対応する位置に形成されている。複数の第1の流路181の一端181aは、複数の第1の管161の第2の開口端161bにそれぞれ接続される。複数の第1の流路181の他端181bは、側面18bに形成された第1の集合部18dに局所的に集められている。第1の集合部18dは、ケース14の第1の開口146に対応する位置に形成されている。第1の集合部18dは、第3の部材18がケース14内に収容された状態において、第1の開口146に対面する。
複数の第2の流路182の各々は、一端182a及び他端182bを有しており、一端182aと他端182bとの間で延在している。複数の第2の流路182の一端182aはそれぞれ、第3の部材18の上面18aにおいて複数の第2の管162の第2の開口端162bに対応する位置に形成されている。複数の第2の流路182の一端182aは、複数の第2の管162の第2の開口端162bにそれぞれ接続される。複数の第2の流路182の他端182bは、側面18bに形成された第2の集合部18eに局所的に集められている。第2の集合部18eは、ケース14の第2の開口148に対応する位置に形成されている。第2の集合部18eは、第3の部材18がケース14内に収容された状態において、第2の開口148に対面する。
複数の第1の流路181及び複数の第2の流路182は、互いに連通しない独立した流路として形成されている。一実施形態では、複数の第1の流路181は互いに等しいコンダクタンスを有しており、複数の第2の流路182は互いに等しいコンダクタンスを有している。ここで、コンダクタンスとは、流体の流れやすさを示す指標であり、流路の径、長さ、及び屈曲率によって定まる値である。複数の第1の流路181及び複数の第2の流路182の各々は、その長さに応じて調整された径及び屈曲率を有している。これにより、複数の第1の流路181のコンダクタンスが、互いに等しくなるよう調整される、また、複数の第2の流路182のコンダクタンスが、互いに等しくなるよう調整される。なお、一実施形態では、第3の部材18は、樹脂を主成分として構成され得る。このようにブロック状の第3の部材18に複数の第1の流路181及び複数の第2の流路182を形成することにより、それらの径を最大化することができる。したがって、複数の第1の流路181及び複数の第2の流路182のそれぞれのコンダクタンスを大きくすることができる。
図1に示すように、ケース14の筒状部142には、複数の配管40aが挿入されている。また、筒状部144には、複数の配管40b一端が挿入されている。複数の配管40aの各々は、対応の第1の流路181と対応のバルブ421aとの間で接続されている。複数の配管40bの各々は、対応の第2の流路182と対応のバルブ421cとの間で接続されている。
図6及び図10に示すように、第3の部材18は、複数の流路183及び複数の流路184を更に提供し得る。複数の流路183及び複数の流路184の各々は、第3の部材18の内部を貫通する小径の空洞から構成されている。複数の流路183の各々は、一端183a及び他端183bを有しており、一端183aと他端183bとの間で延在している。複数の流路183の一端183aはそれぞれ、第3の部材18の上面18aにおいて複数の孔10hの下端(第2の部分102の下端)に対応する位置に形成されている。複数の流路183の一端183aは、複数の孔10hの第2の部分102にそれぞれ接続されている。複数の流路183の他端183bは、第1の集合部18dに局所的に集められていてもよい。複数の流路183の他端183bの各々は、複数の配管40aのうち一つに接続されている。
複数の流路184の各々は、一端184a及び他端184bを有しており、一端184aと他端184bとの間で延在している。複数の流路184の一端184aはそれぞれ、第3の部材18の上面18aにおいて複数の流路10fに対応する位置に形成されている。複数の流路184の一端184aは、複数の流路10fにそれぞれ接続されている。複数の流路184の他端184bは、第2の集合部18eに局所的に集められていてもよい。複数の流路184の他端184bの各々は、複数の配管40bのうち一つに接続されている。
以下、図11を参照しつつ、一つの例示的実施形態に係る基板処理方法について説明する。図11は、一つの例示的実施形態に係る基板処理方法の流れ図である。以下では、図11に示す基板処理方法(以下、「方法MT」という)について、それが基板処理装置1を用いて行われる場合を例にとって、説明する。なお、方法MTにおいて、基板処理装置1の各部は、制御部Cntによって制御され得る。
方法MTは、工程STaで開始する。工程STaでは、基板Wが、基板支持器10の上面12aの上に載置される。工程STaは、工程STa1及び工程STa2を含む。工程STa1では、基板Wが複数のリフトピン80の上端の上に載置される。具体的に、工程STa1では、基板Wが、搬送装置によってチャンバ2内に搬送される。基板Wは、基板支持器10の上方の領域に配置される。そして、工程STa1では、バルブ422a及びバルブ422bが開かれる。また、工程STa1では、複数の孔10hの各々において第2の部分102の中の圧力が第1の部分101の中の圧力よりも高くなるように、ポンプ422pから第2の部分102に向かう方向に流体が出力される。その結果、工程STa1では、複数のリフトピン80は、それらが基板支持器10の上面12aから上方へ突き出すように、上方へ移動される。これにより、基板Wは、搬送装置から複数のリフトピン80に受け渡される。
続く工程STa2では、複数のリフトピン80が下方に移動される。具体的に、工程STa2では、バルブ422a及びバルブ422bが開かれる。また、工程STa2では、複数の孔10hの各々において第1の部分101の中の圧力が第2の部分102の中の圧力よりも高くなるように、ポンプ422pから第1の部分101に向かう方向に流体が出力される。その結果、工程STa2では、複数のリフトピン80は、それらが基板支持器10の上面12aから下方に退避するように、下方へ移動される。これにより、基板Wは、複数のリフトピン80から基板支持器10の上面12aに受け渡される。
次いで、方法MTでは、工程STbが行われる。工程STbでは、基板支持器10による基板Wの保持が開示される。一実施形態の工程STbでは、複数のユニット421の各々のバルブ421a及びバルブ421cが開かれる。そして、複数の熱交換領域10rの各々に対する熱交換媒体の排出側の圧力が、複数の熱交換領域10rの各々に対する熱交換媒体の供給側の圧力よりも低い圧力となるように、複数のユニット421の各々のポンプ421pから熱交換媒体が出力される。これにより、基板Wは、基板支持器10によって保持される。基板支持器10による基板Wの保持は、後述の工程STdにおいてそれが停止されまで継続する。なお、基板Wが基板支持器10によって保持されている間、複数の熱交換領域10rの各々に対する熱交換媒体の供給側の圧力は、チャンバ2の内部空間2sの中の圧力と略同じ圧力に設定され得る。
次いで、方法MTでは、工程STcが行われる。工程STcでは、基板処理が行われる。工程STcでは、基板Wは、基板支持器10上に載置されている状態で、処理される。基板Wの処理は、上述の処理ガスを用いて行われる。基板Wの処理は、エッチング、成膜、表面処理といった如何なる処理であってもよい。基板Wの処理においては、プラズマが、チャンバ2内で処理ガスから生成されてもよい。或いは、基板Wの処理においては、プラズマは、チャンバ2内で生成されなくてもよい。工程STcが行われている間、基板Wの温度が調整される。基板Wの温度は、複数の熱交換領域10rに供給される熱交換媒体により調整される。複数の熱交換領域10rに供給される熱交換媒体の温度は、複数のユニット421各々の温調器421bによって調整される。
次いで、方法MTでは、工程STdが行われる。工程STdでは、基板支持器10による基板Wの保持が停止される。一実施形態の工程STdでは、複数のユニット421の各々のバルブ421a及びバルブ421cが閉じられる。
次いで、方法MTでは、工程STeが行われる。工程STeでは、基板Wを基板支持器10から上方に移動させるために、複数のリフトピン80が上方に移動される。具体的に、工程STeでは、バルブ422a及びバルブ422bが開かれる。また、工程STeでは、複数の孔10hの各々において第2の部分102の中の圧力が第1の部分101の中の圧力よりも高くなるように、ポンプ422pから第2の部分102に向かう方向に流体が出力される。その結果、工程STeでは、複数のリフトピン80が上方へ移動され、基板Wが基板支持器10から上方に移動される。基板Wは、基板支持器10から上方に移動された後に、複数のリフトピン80から搬送装置に受け渡されて、搬送装置によってチャンバ2から搬出される。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
例えば、基板支持器10の熱交換領域10rの個数は、一つであってもよい。また、基板支持器10は、基板Wの保持機構として、静電チャック又は他のクランプ機構を有していてもよい。また、別の例示的実施形態において、基板処理装置は、容量結合型以外の他のタイプのプラズマ処理装置であってもよく、プラズマ処理装置以外の他の基板処理装置であってもよい。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
1…基板処理装置、2…チャンバ、10…基板支持器、10r…熱交換領域。
Claims (14)
- チャンバと、
前記チャンバ内に設けられた基板支持器と、
を備え、
前記基板支持器は、その上面の上に載置される基板の裏面に熱交換媒体が直接的に接するように形成された一つ以上の熱交換領域を提供しており、
前記熱交換媒体は、前記基板支持器上に載置された基板に対する基板処理における該基板の設定温度において、該基板処理における前記チャンバ内の設定圧力の10-2倍以下の蒸気圧を有する、
基板処理装置。 - 前記基板支持器は、前記一つ以上の熱交換領域として、互いに分離された複数の熱交換領域を提供している、請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記上面において前記基板を保持するように構成された保持機構を更に備える、請求項1又は2に記載の基板処理装置。
- 前記基板支持器は、一つ以上の第1の管及び一つ以上の第2の管を含み、
前記一つ以上の第1の管はそれぞれ、前記一つ以上の熱交換領域に前記熱交換媒体を供給するように前記一つ以上の熱交換領域に接続されており、
前記一つ以上の第2の管はそれぞれ、前記一つ以上の熱交換領域から前記熱交換媒体を排出するように前記一つ以上の熱交換領域に接続されており、
前記保持機構は、前記一つ以上の第1の管、前記一つ以上の第2の管、及び一つ以上のポンプを含み、
前記一つ以上のポンプはそれぞれ、該一つ以上のポンプと前記一つ以上の熱交換領域との間で前記熱交換媒体を循環させるために、前記一つ以上の第1の管と前記一つ以上の第2の管との間で接続されており、
前記一つ以上の熱交換領域の各々に対する前記熱交換媒体の排出側の圧力が、前記一つ以上の熱交換領域の各々に対する前記熱交換媒体の供給側の圧力よりも低い圧力に設定される、
請求項3に記載の基板処理装置。 - 前記基板支持器は、該基板支持器上での基板の上下動のためにフランジを有するリフトピンを更に含み、その中に前記リフトピンが設けられた孔を提供し、
流体を供給するように構成されたポンプであり、前記フランジから上方で延在する前記孔の第1の部分における該流体の圧力と前記フランジから下方で延在する前記孔の第2の部分における該流体の圧力との間の差により前記リフトピンを上下動させるように構成された、該ポンプを更に備える、請求項1~4の何れか一項に記載の基板処理装置。 - 前記熱交換媒体と同じ液体が、前記流体として用いられる、請求項5に記載の基板処理装置。
- 前記熱交換媒体はイオン液体である、請求項1~6の何れか一項に記載の基板処理装置。
- 基板を支持するように構成された基板支持器であって、
上面と、
前記上面の上に載置される基板に熱交換媒体が直接的に接するように形成された一つ以上の熱交換領域と、
を備え、
前記熱交換媒体は、前記基板支持器上に載置された基板に対する基板処理における該基板の設定温度において、該基板処理がその中で行われるチャンバ内の設定圧力の10-2倍以下の蒸気圧を有する、
基板支持器。 - 前記一つ以上の熱交換領域として、互いに分離された複数の熱交換領域を備える、請求項8に記載の基板支持器。
- 一つ以上の第1の管及び一つ以上の第2の管を含み、
前記一つ以上の第1の管はそれぞれ、前記一つ以上の熱交換領域に前記熱交換媒体を供給するように前記一つ以上の熱交換領域に接続されており、
前記一つ以上の第2の管はそれぞれ、前記一つ以上の熱交換領域から前記熱交換媒体を排出するように前記一つ以上の熱交換領域に接続されており、
前記一つ以上の熱交換領域の各々に対する前記熱交換媒体の排出側の圧力が、前記一つ以上の熱交換領域の各々に対する前記熱交換媒体の供給側の圧力よりも低い圧力に設定される、
請求項8又は9に記載の基板支持器。 - 該基板支持器上での基板の上下動のためにフランジを有するリフトピンを更に備え、
該基板支持器は、
その中に前記リフトピンが設けられた孔を提供し、
前記フランジから上方で延在する前記孔の第1の部分における流体の圧力と前記フランジから下方で延在する前記孔の第2の部分における該流体の圧力との間の差により前記リフトピンを上下動させるように構成されている、
請求項8~10の何れか一項に記載の基板支持器。 - チャンバ内に設けられた基板支持器の上面の上に基板を載置する工程であり、該基板支持器は、該基板の裏面に熱交換媒体が直接的に接するように形成された一つ以上の熱交換領域を提供している、該工程と、
前記基板が前記上面の上に載置されている状態で、前記基板を処理する工程と、
前記基板支持器の前記上面から前記基板を持ち上げる工程と、
を含み、
前記基板を処理する工程が行われている間、熱交換媒体が前記一つ以上の熱交換領域に供給される、
基板処理方法。 - 前記基板支持器は、一つ以上の第1の管及び一つ以上の第2の管を含み、
前記一つ以上の第1の管はそれぞれ、前記一つ以上の熱交換領域に前記熱交換媒体を供給するように前記一つ以上の熱交換領域に接続されており、
前記一つ以上の第2の管はそれぞれ、前記一つ以上の熱交換領域から前記熱交換媒体を排出するように前記一つ以上の熱交換領域に接続されており、
一つ以上のポンプがそれぞれ、該一つ以上のポンプと前記一つ以上の熱交換領域との間で前記熱交換媒体を循環させるために、前記一つ以上の第1の管と前記一つ以上の第2の管との間で接続されており、
前記基板を処理する前記工程が行われている間、前記一つ以上の熱交換領域の各々に対する前記熱交換媒体の排出側の圧力が、前記一つ以上の熱交換領域の各々に対する前記熱交換媒体の供給側の圧力よりも低い圧力に設定される、
請求項12に記載の基板処理方法。 - 前記基板支持器は、該基板支持器上での基板の上下動のためにフランジを有するリフトピンを更に含み、その中に前記リフトピンが設けられた孔を提供し、
前記孔は、前記フランジの上方で延在する第1の部分及び該フランジの下方で延在する第2の部分を含み、
基板を載置する前記工程は、
前記基板支持器の前記上面から突き出された前記リフトピン上に前記基板を載置する工程と、
前記上面の上に前記基板を載置するために前記リフトピンを下方に移動させる工程と、
を含み、
前記リフトピンを下方に移動させる前記工程において、前記第1の部分における流体の圧力が前記第2の部分における該流体の圧力よりも高くなるように、該流体が前記孔に供給され、
前記基板を持ち上げる前記工程において、前記リフトピンを上方に移動させるために、前記第1の部分における前記流体の圧力が前記第2の部分における該流体の圧力よりも低くなるように、該流体が前記孔に供給される、
請求項12又は13に記載の基板処理方法。
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