JP2023127762A

JP2023127762A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2023127762A
Application number: JP2022031647A
Authority: JP
Inventors: 智洋田村; Tomohiro Tamura
Original assignee: Kioxia Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2022-03-02
Filing date: 2022-03-02
Publication date: 2023-09-14
Also published as: TW202336799A; US20230282456A1; CN116744529A; TWI834225B

Abstract

【課題】基板の中央部に対する処理と外縁部に対する処理とを同一の装置で実行可能にする。
【解決手段】実施形態のプラズマ処理装置は、下部電極と上部電極との間にプラズマを発生させる。プラズマ処理装置は、処理台と、中央天板と、外周天板と、駆動機構とを備える。処理台は、下部電極と電気的に接続し、処理対象となる基板が載置される載置面を有する。中央天板は、上部電極と電気的に接続し、載置面に対面する中央面を有する。外周天板は、上部電極と電気的に接続し、載置面に対面し且つ中央面の外周を囲繞するように設けられた外周面を有する。駆動機構は、中央天板及び外周天板を相対的に変位させる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関する。

半導体装置の製造工程等において、一対の電極間に発生するプラズマを利用して基板の表面処理を行うプラズマ処理装置が利用されている。このようなプラズマ処理装置は、例えば、基板の中央部にパターンを形成したり、基板の外縁部にベベル加工を施したりするために利用される。しかしながら、従来構造においては、基板の中央部に対する処理と外縁部に対する処理とを同一のプラズマ処理装置で行うことは困難である。

特開２００９－２１２０８５号公報

本発明の一つの実施形態は、基板の中央部に対する処理と外縁部に対する処理とを同一の装置で実行可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、下部電極と上部電極との間にプラズマを発生させる。プラズマ処理装置は、処理台と、中央天板と、外周天板と、駆動機構とを備える。処理台は、下部電極と電気的に接続し、処理対象となる基板が載置される載置面を有する。中央天板は、上部電極と電気的に接続し、載置面に対面する中央面を有する。外周天板は、上部電極と電気的に接続し、載置面に対面し且つ中央面の外周を囲繞するように設けられた外周面を有する。駆動機構は、中央天板及び外周天板を相対的に変位させる。

実施形態のプラズマ処理装置の構成の一例を示す断面図。実施形態の中央天板及び外周天板の構成の一例を示す下面図。実施形態のプラズマ処理装置の基板の外縁部に対する処理時における状態の一例を示す断面図。実施形態のプラズマ処理装置の基板の中央部に対する処理時における状態の一例を示す断面図。

以下に、添付図面を参照して、実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの又は実質的に同一のものが含まれる。

図１は、実施形態のプラズマ処理装置１の構成の一例を示す断面図である。プラズマ処理装置１は、チャンバ１１、下部電極１２、上部電極１３、処理台１４、中央天板１５、外周天板１６及び駆動機構１７を備える。本実施形態のプラズマ処理装置１は、一対の電極（下部電極１２及び上部電極１３）間に形成される処理空間にプラズマを発生させることにより基板Ｓに対して所定の表面処理を施すことが可能な容量結合型のプラズマ処理装置である。

チャンバ１１は、円筒形状の構造体であり、その内部にはプラズマを発生させる処理空間が形成される。チャンバ１１の上部は、中央天板１５、外周天板１６及び適宜なシール材により密閉されている。チャンバ１１の底部には、処理空間内の気体を排出可能な機構が備えられている。

下部電極１２は、チャンバ１１内の下部に配置され、高周波電圧を出力する電源装置と接続している。電源装置は、例えば、交流電源、周波数調整器、増幅器、インピーダンス整合器等を利用して構成され得る。上部電極１３は、チャンバ１１内の上部に配置され、接地している。なお、上部電極１３が電源装置と接続し、下部電極１２が接地していてもよい。

処理台１４は、処理対象となる基板Ｓを支持する構造体であり、導電性の材料から構成され、下部電極１２と電気的に接続している。処理台１４は、基板Ｓが載置される載置面２１と、載置面２１に載置された基板Ｓを固定する固定部材２３とを有する。

中央天板１５及び外周天板１６は、導電性の材料から構成され、上部電極１３と電気的に接続している。また、中央天板１５及び外周天板１６は、それぞれ独立した部材から構成され、駆動機構１７の作用により相対的に変位可能となっている。中央天板１５は、処理台１４の載置面２１に対面する中央面３１を有している。外周天板１６は、載置面２１に対面する外周面３２を有し、外周面３２は、中央天板１５の中央面３１の外周を囲繞するように設けられている。

本実施形態の中央天板１５は、上下方向の断面形状が凸形状であり、下方に突出する凸部３５の下面が中央面３１となっている。本実施形態の外周天板１６は、上下方向の断面形状が凹形状であり、底部３６の下面が外周面３２となっている。底部３６の中央部には上下方向に貫通する開口部３７が形成されている。中央天板１５の凸部３５は、外周天板１６の開口部３７に摺動可能に挿通されている。このような構造により、中央天板１５と外周天板１６とが上下方向に相対的に変位可能となる。なお、中央天板１５及び外周天板１６の構造は上記に限定されるものではない。また、本実施形態においては、上部電極１３、中央天板１５及び外周天板１６がそれぞれ個別の部材で構成されているが、例えば、上部電極１３と中央天板１５とが同一の部材で構成されてもよいし、上部電極１３と外周天板１６とが同一の部材で構成されてもよい。

図２は、実施形態の中央天板１５及び外周天板１６の構成の一例を示す下面図である。図２に示されるように、本実施形態の中央天板１５の中央面３１及び外周天板１６の外周面３２には、所定の表面処理（例えばドライエッチング等）に使用されるプロセスガス（例えばＣＦ_４等）を噴出する複数の噴出孔４１が形成されている。なお、図１においては当該噴出孔４１の記載が省略されている。図２に示される噴出孔４１の形成位置、個数、形状等は単なる例示であり、噴出孔４１の態様はこれに限定されるものではない。また、プロセスガスを噴出する機構は、例えば、チャンバ１１の壁面等に設けられてもよい。

ここで、中央面３１の直径をｒ、外周面３２の外径をＲ、処理対象となる基板Ｓの直径をＬとするとき、下記式（１）が成り立つ。これにより、中央面３１を利用することで基板Ｓの中央部に対する処理が可能となり、外周面３２を利用することで基板Ｓの外縁部に対する処理が可能となる。

ｒ＜Ｌ＜Ｒ …（１）

また、上記式（１）に加え、下記式（２）が成り立つことが好ましい。例えば、処理対象となる基板Ｓが３００ｍｍの円盤状基板である場合、中央面３１の直径ｒは１５０ｍｍ以上であることが好ましい。このように、中央面３１の面積がある程度大きくなるように設計することにより、基板Ｓの外縁部に対する処理の作業性を向上させることができる。

ｒ＞Ｌ／２ …（２）

駆動機構１７は、中央天板１５及び外周天板１６を上下方向に相対的に変位させる機構である。駆動機構１７の具体的構成は特に限定されるべきものではなく、モータ、アクチュエータ、電子制御装置等の適宜な機構を利用して構成され得る。また、駆動機構１７は、更に処理台１４（載置面２１）を上下方向に変位させてもよい。

上記のような構成のプラズマ処理装置１において、チャンバ１１内にプロセスガスが充満した状態で下部電極１２（又は上部電極１３）に高周波電圧が印加されると、載置面２１に載置された基板Ｓの上面と中央面３１又は外周面３２との間にプラズマが発生する。このとき、載置面２１（基板Ｓの上面）と中央面３１又は外周面３２との間の距離が所定の閾値より小さくなると、プラズマが発生しなくなる。

本実施形態の駆動機構１７は、上記のような現象を利用して、基板Ｓのどこを処理対象とするかに応じて、載置面２１と中央面３１との間の距離（第１距離）、及び載置面２１と外周面３２との間の距離（第２距離）を調節する。

図３は、実施形態のプラズマ処理装置１の基板Ｓの外縁部に対する処理時における状態の一例を示す断面図である。図３に示されるように、基板Ｓの外縁部に対する処理時においては、駆動機構１７は、載置面２１と中央面３１との間の距離（第１距離）が閾値より小さくなり、且つ載置面２１と外周面３２との間の距離（第２距離）が閾値以上となるように、中央天板１５及び外周天板１６の少なくとも一方を変位させる。このとき、処理台１４を変位させてもよい。これにより、基板Ｓの外縁部にのみプラズマ領域Ｐを形成することができ、基板Ｓの外縁部に対してのみ所定の処理（例えばベベル加工等）を施すことができる。

図４は、実施形態のプラズマ処理装置１の基板Ｓの中央部に対する処理時における状態の一例を示す断面図である。図４に示されるように、基板Ｓの中央部に対する処理時においては、駆動機構１７は、載置面２１と中央面３１との間の距離（第１距離）が閾値以上となり、且つ載置面２１と外周面３２との間の距離（第２距離）が閾値より小さくなるように、中央天板１５及び外周天板１６の少なくとも一方を変位させる。このとき、処理台１４を変位させてもよい。これにより、基板Ｓの中央部にのみプラズマ領域Ｐを形成することができ、基板Ｓの中央部に対してのみ所定の処理（例えばパターン形成等）を施すことができる。

以上のように、本実施形態によれば、基板Ｓの中央部に対する処理と基板Ｓの外縁部に対する処理とを同一のプラズマ処理装置１で実行することが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、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：プラズマ処理装置、１１：チャンバ、１２：下部電極、１３：上部電極、１４：処理台、１５：中央天板、１６：外周天板、１７：駆動機構、２１：載置面、２３：固定部材、３１：中央面、３２：外周面、４１：噴出孔、Ｐ：プラズマ領域

Claims

下部電極と上部電極との間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置であって、
前記下部電極と電気的に接続し、処理対象となる基板が載置される載置面を有する処理台と、
前記上部電極と電気的に接続し、前記載置面に対面する中央面を有する中央天板と、
前記上部電極と電気的に接続し、前記載置面に対面し且つ前記中央面の外周を囲繞するように設けられた外周面を有する外周天板と、
前記中央天板及び前記外周天板を相対的に変位させる駆動機構と、
を備えるプラズマ処理装置。
前記駆動機構は、前記基板の外縁部に対する処理時において、前記載置面と前記中央面との間の第１距離が閾値より小さくなり、且つ前記載置面と前記外周面との間の第２距離が閾値以上となるように前記中央天板及び前記外周天板の少なくとも一方を変位させ、前記基板の前記外縁部より内側の中央領域に対する処理時において、前記第１距離が閾値以上となり、且つ前記第２距離が閾値より小さくなるように前記中央天板及び前記外周天板の少なくとも一方を変位させる、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記中央面の直径をｒ、前記外周面の外径をＲ、前記基板の直径をＬとするとき、下記式（１）が成り立つ、
ｒ＜Ｌ＜Ｒ …（１）
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
更に下記式（２）が成り立つ、
ｒ＞Ｌ／２ …（２）
請求項３に記載のプラズマ処理装置。
前記中央天板は、下方に突出する凸部を有し、
前記中央面は、前記凸部の下面に形成され、
前記外周天板は、上下方向に貫通する開口部を有する底面を有し、
前記外周面は、前記底面の下面に形成され、
前記凸部は、前記開口部に摺動可能に挿通されている、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記駆動機構は、更に前記処理台を変位させる、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記中央面及び前記外周面の少なくとも一方に、ガスを噴出する噴出孔が形成されている、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。