JP2022134839A - 基板処理装置、これに用いられる天板及び環状部材 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、基板処理装置、これに用いられる天板及び環状部材に関する。
例えばプラズマを利用したエッチング装置等の基板処理装置では、チャンバ内部に高濃度のプラズマに晒される部分がある。そのような部分としては、例えばチャンバの天井面がある。プラズマによる摩耗を低減するため、チャンバの上部には、プラズマ耐性を有する材料で形成された平板が取り付けられることがある。しかし、それでも尚、プラズマ密度の高い特に中央部分で平板の摩耗を避けることはできず、平板の交換頻度の更なる低減が望まれる。
一つの実施形態は、チャンバ内の上部に取り付けられる天板の交換頻度を低減できる基板処理装置を提供する。
一つの実施形態による基板処理装置は、チャンバの内部に設けられ、処理対象の基板を支持する支持テーブルと、前記支持テーブルに高周波電力を供給する電源と、前記支持テーブルに対向するように前記チャンバの内部に設けられ、内側に開口を有する第1の部材と、前記開口に嵌り込む第2の部材とを含む天板とを備える。前記第1の部材の前記支持テーブルに対向する第1の面に露出する第1の材料の第1の結晶面と、前記第2の部材の前記支持テーブルに対向する第2の面に露出する前記第1の材料の第2の結晶面とが異なる。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の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、または、種々の層の厚さの間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な厚さや寸法は、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るべきものである。
図1を参照しながら、本実施形態による基板処理装置について説明する。図1は、本実施形態による基板処理装置を模式的に示す断面図である。本実施形態による基板処理装置1は容量結合型のプラズマエッチング装置であり、図示のとおり、基板処理装置1はチャンバ11、支持テーブル13、及び天板12を有している。
チャンバ11は、トッププレート11Pとチャンバ本体11Mを有し、これらは例えばアルミニウムで形成されている。トッププレート11Pとチャンバ本体11Mは例えばO-リングなどにより気密に結合されている。トッププレート11Pは、チャンバ11内部に向かって開口する凹部11Rを有しており、この凹部11Rの底面(チャンバ11の内部から見た天井面)には複数の開口部が設けられる。これらの開口部にはガス供給管14が接続され、ガス供給管14にはガス供給源から所定のガスが供給される。また、チャンバ本体11Mの下方にはガス排気口が設けられ、ここに排気配管15が接続される。排気配管15は真空ポンプ(不図示)に接続され、これにより、チャンバ11内部が減圧に維持され得る。なお、図示を省略するが、チャンバ本体11Mの側面には、ウエハWをチャンバ11内に搬入し搬出する搬送口が設けられ、搬送口にはゲートバルブが設けられている。
次に、図1に加えて図2を参照しながら、天板12について説明する。図2(a)は、天板12を示す上面図(トッププレート11P側から見た図)であり、図2(b)は、図2(a)のL-L線に沿った断面図である。天板12は、図1に示されているように、チャンバ11内において支持テーブル13の上方に支持テーブル13に対向するように配置されている。また、図2(a)に示すように、天板12は、環状形状を有する第1の部材12Rと、その内側の第2の部材12Dとを有している。第2の部材12Dは、外周面が傾斜しており、したがって扁平な円錐台形状を有している。一方、第1の部材12Rは内側に開口12OPを有し、開口12OPは、第1の部材12Rの上面(トッププレート11Pに対向する面)において大きい内径LDを有し、下面(天板12に対向する面)において内径LDよりも小さい内径SDを有している。内径SDと内径LDは互いに同心円状に位置し、したがって、第1の部材12Rの開口12OPの内周面は円錐台状に傾斜している。
また、図2(b)に示すように、第1の部材12Rの内周面の傾斜角θbと、第2の部材12Dの外周面の傾斜角θaとは、実質的に(例えば製造上の誤差等を含むことはあっても)互いに等しい。また、第2の部材12Dは、第1の部材12Rの厚さdと実質的に等しい厚さを有している。さらに、第2の部材12Dの下面での外径と、第1の部材12Rの下面での内径SDは互いに等しい。このため、第2の部材12Dは、第1の部材12Rの開口12OPに殆ど隙間なく嵌り込み、両者の上面は同一面を形成し、下面もまた同一面を形成する。
図1に示すように、第2の部材12Dが第1の部材12Rに嵌め込まれた状態で、第1の部材12Rの縁部がトッププレート11Pの下面に所定の治具で固定される。これにより、天板12は、上面でトッププレート11Pに対向し、下面で支持テーブル13に対向するようにチャンバ11内に取り付けられる。第2の部材12Dは、第1の部材12Rに嵌り込んでいるため、落下することなく第1の部材12Rにより保持される。また、第2の部材12Dを例えば治具や接着剤を用いて第1の部材12Rに取り付ける必要がないため、不要な汚染を防止することが可能となる。
第2の部材12Dには、図2(a)に示すように、複数の吐出孔12Hが設けられている。吐出孔12Hは、例えば複数の同心円に沿って配列されてよい。天板12がトッププレート11Pに取り付けられた場合、トッププレート11Pの凹部11Rは第2の部材12Dに塞がれ、ここに空間11Sが形成される。上述のとおり、空間11Sにはガス供給管14が連通しており、したがってガス供給源から空間11Sにガスが供給される。天板12は複数の吐出孔12Hを有しているため、いわゆるシャワーヘッドとして機能することができる。すなわち、空間11Sに供給されたガスは、空間11S内でほぼ均一に広がり、天板12の複数の吐出孔12Hから支持テーブル13上のウエハWに対して、均一に供給され得る。また、第2の部材12Dが第1の部材12Rの内側に殆ど隙間なく嵌り込むため、両者間を通したガスの流通も防止される。さらに、上述のとおり、第2の部材12Dと第1の部材12Rの上面が同一面となるため、空間11S内でのガスの流れや均一性が低下することを防止できる。また、第2の部材12Dと第1の部材12Rの下面もまた同一面となることから、天板12と、支持テーブル13上のウエハWとの間隔が均一になり得る。
また、本実施形態による基板処理装置1が例えば金属や窒化シリコン膜、酸化シリコン膜のエッチングに用いられる場合、天板12は例えばシリコンで形成されてよい。ただし、第2の部材12Dの下面(チャンバ11内で支持テーブル13に対向する面)には、シリコンの(111)結晶面(以下、単に「面」という)が露出しており、第1の部材12Rの下面には、(111)面と異なるシリコンの(001)面が露出している。第2の部材12D及び第1の部材12Rは、例えば、チョクラルスキー法により引き上げられたインゴットから形成され得る。具体的には、インゴットを(001)面でスライスすることにより得られた板状体(又はシリコンウエハ)から第1の部材12Rを形成することができ、(111)面でスライスすることにより得られた板状体から第2の部材12Dを形成することができる。なお、以下の説明においては、等価な面を含めるため、(001)面を<100>面と総称し、(111)面を<111>面と総称する。
次に、図1に加えて図3を参照しながら、支持テーブル13について説明する。図3は、支持テーブル13を模式的に示す上面図である。図1に示すように、支持テーブル13は、上から見てチャンバ11内部のほぼ中央において、例えば複数の支柱11SPにより保持されている。また、支持テーブル13は、サセプタ13C、外周リング部材13OR、及び内周リング部材13IRを有している。サセプタ13Cは、例えばアルミニウムで形成され、ウエハWの外径よりも大きな外径を有し、その上面にウエハWを支持する。サセプタ13Cの上には、ウエハWを静電的に保持する静電チャックなどの図示しない保持機構が設けられてよい。また、サセプタ13Cの表面は例えば酸化アルミニウム(Al2O3)や酸化イットリウム(Y2O3)などで被覆されてよい。さらに、サセプタ13Cの内部には、ウエハWを所定の温度に維持する加熱機構が設けられてもよい。
サセプタ13Cは下部電極を兼ねている。具体的には、サセプタ13C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には、整合器33を介して高周波電源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サセプタ13Cに供給される。これに対して、支持テーブル13に対向し、チャンバ10を介して接地される天板12が上部電極として機能する。すなわち、サセプタ13Cに供給された高周波電力により、チャンバ10内でサセプタ13C(支持テーブル13)と天板12との間に電界が生じ、これによりプラズマが生じる。
外周リング部材13ORはサセプタ13Cの側面に沿って設けられ、内周リング部材13IRは、外周リング部材13ORの内側に、外周リング部材13ORに位置決めされ、サセプタ13Cの上面に載置されている。外周リング部材13OR及び内周リング部材13IRは、ウエハWのエッチング時に、ウエハWの周縁部において電界が偏向しないように調整するために設けられる。
内周リング部材13IRは全体として扁平なリング状の形状を有し、小径部13Sと大径部13Lを含む。小径部13Sと大径部13Lは例えばシリコンで形成されてよい。小径部13Sは大径部13Lの内側に嵌り込む。大径部13Lの内径は、小径部13Sが大径部13Lの内側に密接に収容され得るよう、小径部13Sの外径より僅かに大きい。また、小径部13Sの内径はウエハWの外径より大きい。これにより、サセプタ13C上の内周リング部材13IRの内側がウエハWの載置領域となる。
また、本実施形態においては、小径部13Sの上面(天板12に向かい合う面)にはシリコン結晶の<111>面が露出しており、大径部13Lの上面には<100>面が露出している。
外周リング部材13ORは、例えばセラミック材料や樹脂などの絶縁性材料で形成されてよい。また、プラズマ耐性が高いAl2O3やY2O3などの絶縁性材料で形成されることが望ましい。さらに、外周リング部材13ORは、電界分布を調整するため、駆動機構(不図示)により上下動可能に設けられてよい。これによれば、外周リング部材13ORの上面が摩耗し、当該上面と天板12の間の距離が大きくなった場合であっても、外周リング部材13ORを上昇させることにより、その距離が調整され得、よって電界分布(ひいてはプラズマ分布)が変わるのを防止できる。
以下、上記のように構成される基板処理装置1により奏される効果について説明する。上述のとおり、天板12は第2の部材12Dと第1の部材12Rとを有し、第2の部材12Dの下面には<111>面が露出し、第1の部材12Rの下面には<100>面が露出している。基板処理装置1のチャンバ10に対して、所定のエッチングガス、補助ガス、及び希釈ガスを含む処理ガスが供給され、チャンバ10内が所定の圧力に維持され、下部電極としてのサセプタ13Cに高周波電力が供給されると、基板処理装置1のチャンバ10内においてプラズマが発生する。このとき、発生したプラズマは、支持テーブル13の中央を含む所定の範囲では略等しい密度で分布し得るが、その範囲の外側ではプラズマ密度が次第に低下する。すなわち、第1の部材12Rは比較的低い密度のプラズマに晒される一方で、第2の部材12Dは高密度のプラズマに晒されることとなる。このため、第2の部材12Dは、第1の部材12Rに比べ、プラズマにより摩耗され易い。
仮に、第1の部材12Rと同様に第2の部材12Dの下面にも<100>面が露出している場合、プラズマによって第2の部材12Dが第1の部材12Rよりも大きく摩耗してしまい、天板12の中央部が窪んでしまう可能性がある。すなわち、天板12と支持テーブル13(又はその上のウエハW)との間隔は、天板12の中央付近で大きくなり、天板12の周辺に向かうに従って小さくなる。このため、天板12と支持テーブル13の間に生じるプラズマの分布が変化し、ウエハWに対する処理(エッチング)のウエハWの面内均一性が悪化するおそれがある。これを防止するためには(たとえ第1の部材12Rがあまり摩耗していない場合であっても)天板12を定期的に交換しなければならない。
しかし、本実施形態における天板12では、上述のとおり、内側の第2の部材12Dの下面が<111>面が露出し、第1の部材12Rの下面に<100>面が露出しており、<111>面は<100>面よりもプラズマ耐性が高い。このため、天板12の中央部は窪み難い。したがって、天板12の交換頻度を低減でき、ひいては基板処理装置1の保守に要する手間や費用を低減することが可能となる。
また、高密度のプラズマに晒される第2の部材12Dでは、<100>面よりも高いエッチング耐性を有する<111>面が下面に露出し、比較的低い密度のプラズマに晒される第1の部材12Rでは、<100>面が下面に露出するため、両者の下面が均一に摩耗し得る。このため、天板12と支持テーブル13との間の間隔が不均一になることによる(すなわち、中央部で大きくなり、周辺部で小さくなることによる)プロセスの均一性の悪化を低減することが可能となる。
また、本実施形態においては、内周リング部材13IRにおいても、内側の小径部13Sに<111>面が露出し、外側の大径部13Lに<100>面が露出している。内周リング部材13IRの外周部から内周部に向かってプラズマ密度が増大する傾向があるため、外周部よりも内周部の方が摩耗され易い傾向にある。しかし、小径部13Sに<111>面が露出しているため、そのような傾向は相殺され得る。
さらに、天板12の第2の部材12Dと第1の部材12Rについて説明したのと同様に、内周リング部材13IRの小径部13Sと大径部13Lとは、プラズマ密度の分布(相違)にかかわらず、均一に摩耗され得る。仮に、小径部13Sにも<100>面が露出している場合には、小径部13Sが早く摩耗し、小径部13Sと天板12との間の距離が、大径部13Lと天板との間の距離よりも大きくなる。その結果、支持テーブル13上でのプラズマ分布が変わってしまうことにもなる。しかしながら、内周リング部材13IRが均一に摩耗されれば、内周リング部材13IRの内周部と外周部での摩耗の相違に起因するプラズマ分布の変化を防止できる。
また、仮に小径部13Sにも大径部13Lにも<100>面が露出している場合には、内周リング部材13IRの内周部がプラズマにより摩耗されやすいことを考慮し、小径部13Sを昇降可能とすることにより、小径部13Sが摩耗により薄くなった分だけ小径部13Sを上昇させることも考えられる。しかし、この場合には、小径部13Sに対してだけ駆動機構を設ける必要が生じ、その結果、エッチング装置が複雑になり、費用や保守に手間がかかることになる。これに対して、本実施形態における内周リング部材13IRでは、<100>面よりもエッチング耐性が高い<111>面が小径部13Sの上面に露出しているので、高密度のプラズマに晒される小径部13Sでの摩耗を低減できる。したがって、保守の頻度を低下でき、基板処理装置1が不要に複雑になることもない。
なお、外周リング部材13ORの上面に、内周リング部材13IRとほぼ同心円状にシリコン製のリングが載置されてもよい。外周リング部材13ORの上面がプラズマにより摩耗した場合には、外周リング部材13ORの全体を交換しなければならない一方、外周リング部材13ORの上面にそのようなリングが載置されていれば、仮にリングが摩耗してもそのリングだけを交換するだけでよい。すなわち、保守作業にかかる手間を低減することが可能となる。
(変形例)
上述の天板12は、シリコンで形成されていたが、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、又は炭化ケイ素(SiC)のいずれかで形成されてもよい。これらの材料で天板12を形成した場合においても、第2の部材12Dと第1の部材12Rは、上述の構成と同じ構成を有することができる。第2の部材12Dの下面と第1の部材12Rの下面とにおいては異なる結晶面が露出している。具体的には、第2の部材12Dの下面には、第1の部材12Rの下面よりも、高いプラズマ耐性を有する結晶面が露出する。なお、一般に、結晶面に現れる結合手が少ないとエッチング耐性が高く、多いとエッチング耐性が低い傾向があるため、このような傾向や作成の容易さなどを考慮し、具体的な結晶面を決定してよい。
上述の天板12は、シリコンで形成されていたが、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、又は炭化ケイ素(SiC)のいずれかで形成されてもよい。これらの材料で天板12を形成した場合においても、第2の部材12Dと第1の部材12Rは、上述の構成と同じ構成を有することができる。第2の部材12Dの下面と第1の部材12Rの下面とにおいては異なる結晶面が露出している。具体的には、第2の部材12Dの下面には、第1の部材12Rの下面よりも、高いプラズマ耐性を有する結晶面が露出する。なお、一般に、結晶面に現れる結合手が少ないとエッチング耐性が高く、多いとエッチング耐性が低い傾向があるため、このような傾向や作成の容易さなどを考慮し、具体的な結晶面を決定してよい。
また、内周リング部材13IRもまたシリコンに限らず、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、又は炭化ケイ素(SiC)のいずれかで形成されてよい。この場合にも、小径部13Sの上面には、大径部13Lの上面よりも、高いプラズマ耐性を有する結晶面が露出する。
なお、本実施形態による基板処理装置1の天板12の第2の部材12D及び第1の部材12Rは、上述のとおり、シリコン、酸化イットリウム、蛍石型結晶構造、又は炭化ケイ素のいずれかで形成されてよい。すなわち、天板12は全体として単一の材料で形成される。仮に、第2の部材12Dと第1の部材12Rとが異なる材料で形成された場合には、両者の導電率が異なり、プラズマ分布の均一性が影響を受けるおそれがある。そのため、導電率の相違を相殺するような調整が必要となり得る。これに対して、本実施形態によれば、天板12が全体として単一の材料で形成され、よって導電率が一定となるため、そのような調整は不要となる。
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。
1…基板処理装置、11…チャンバ、11P…トッププレート、11M…チャンバ本体、11R…凹部、11S…空間、14…ガス供給管、15…排気配管、12…天板、12R…第1の部材、12D…第2の部材、12H…吐出孔、13…支持テーブル、13C…サセプタ、13OR…外周リング部材、13IR…内周リング部材、13S…小径部、13L…大径部、31…給電線、33…整合器、34…高周波電源、W…ウエハ。
Claims (9)
- チャンバの内部に設けられ、処理対象の基板を支持する支持テーブルと、
前記支持テーブルに高周波電力を供給する電源と、
前記支持テーブルに対向するように前記チャンバの内部に設けられ、内側に開口を有する第1の部材と、前記開口に嵌り込む第2の部材とを含む天板と
を備え、
前記第1の部材の前記支持テーブルに対向する第1の面に露出する第1の材料の第1の結晶面と、前記第2の部材の前記支持テーブルに対向する第2の面に露出する前記第1の材料の第2の結晶面とが異なる、基板処理装置。 - 前記第2の結晶面は、前記第1の結晶面よりも高いプラズマ耐性を有する、請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記第1の材料がシリコンであり、前記第1の結晶面が<100>面であり、前記第2の結晶面が<111>面である、請求項1又は2に記載の基板処理装置。
- 前記第1の材料が酸化アルミニウム、酸化イットリウム、又は炭化ケイ素の少なくとも一つで形成される、請求項1又は2に記載の基板処理装置。
- 前記第1の部材の前記開口の内側面が傾斜し、前記第2の部材の外側面が傾斜し、当該外側面が前記内側面に接するように前記第2の部材が前記第1の部材の前記開口に嵌り込む、請求項1から4のいずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記支持テーブルの上面における前記基板が支持される領域を囲むように当該支持テーブルの上に載置される環状部材であって、外環部と、当該外環部の内側に設けられる内環部とを含む当該環状部材を更に備え、
前記内環部の前記天板に対向する第3の面に露出する第2の材料の第1の結晶面と、前記外環部の前記天板に対向する第4の面に露出する前記第2の材料の第2の結晶面とが異なる、請求項1から5のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 前記チャンバは、前記天板を挟んだ前記支持テーブルの反対側にガスが供給され得るガス供給口を有し、
前記天板の少なくとも前記第2の部材は、前記支持テーブルに向けて前記ガスを通過させる複数の吐出口を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - 内側に開口を有する第1の部材と、
前記開口に嵌り込む第2の部材と
を含み、
前記第1の部材の表面に露出する材料の第1の結晶面と、前記第2の部材の表面に露出する前記材料の第2の結晶面とが異なる、天板。 - 外環部と、
前記外環部の内側に収まる内環部と
を含み、
前記内環部の表面に露出する材料の第1の結晶面と、前記外環部の表面に露出する前記材料の第2の結晶面とが異なる、環状部材。
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