JP6308165B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハのエッチング処理を行う際に利用されるプラズマ処理装置に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２０１４−００７２１５号公報がある。この公報に記載されたプラズマ処理装置には、静電チャックと、静電チャックの外周部に設けられたフォーカスリングと、フォーカスリングを外側から静電チャックに押圧する押圧部が配置されている。

このフォーカスリングには、外側面の全周にわたって中央方向に向かって凹に窪む係止部が形成されており、押圧部の接触部が係止部と係止する。この接触部は、フォーカスリングの上部から視野に入らないように庇部により覆われている。これにより、プラズマ処理を行う際に、押圧部の接触部がプラズマ領域に露出していない。したがって、押圧部がエッチングされず、プラズマの分布の経時的な変化を抑制することができる。

特開２０１４−００７２１５号公報

しかしながら、前述した従来のプラズマ処理装置において、搬送ハンドを用いてウエハを搬送する際に、ウエハをステージ上に載置する際の搬送ハンドの位置決め用に、あらかじめフォーカスリングの上部に切り欠きを設けておく場合がある。ここで、切り欠きを有していることにより、切り欠きからガスが漏れる気流が生じ、均一な処理ができない可能性がある。
本発明は、フォーカスリングに形成された切り欠きからのガス漏れを抑制し、プラズマ処理の均一性を向上させたプラズマ処理装置を提供するものである。

本発明にかかるプラズマ処理装置は、側面に爪部を有するハンドを用いて搬送されたウエハが載置されるステージと、前記ステージの周囲に配置され、前記ステージに前記ウエハが載置される際に前記ハンドの前記爪部が挿入される切欠き部を有するフォーカスリングと、前記ステージが内部に配置されるチャンバと、を備えるプラズマ処理装置であって、前記チャンバには、前記フォーカスリングの前記切欠き部を閉塞する突起部を有する閉塞部材を備える。
これにより、プラズマ処理を行う際に、フォーカスリングの切欠き部を閉塞して気流の発生を抑制することができる。

これにより、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。

実施の形態１にかかるプラズマ処理装置の斜視断面図である。 実施の形態１にかかるベルヌーイハンドの斜視図である。 実施の形態１にかかるベルヌーイハンドの立面図である。 実施の形態１にかかるウエハ載置前のステージ及びベルヌーイハンドの斜視図である。 実施の形態１にかかるウエハが載置される際のステージ及びベルヌーイハンドの斜視図である。 実施の形態１にかかるシールドリングに設けられた突起部により切欠き部が閉塞された状態を示す斜視断面図である。 実施の形態２にかかるプラズマ処理装置の斜視断面図である。 実施の形態２にかかるプラズマ処理装置の断面図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、プラズマ処理装置１は、ウエハＷを載置するステージ１１と、ステージ１１の外周に設けられ、切欠き部１２ｂを有するフォーカスリング１２と、ウエハＷが載置されたステージ１１が挿入されて処理を実行する処理室であるチャンバ１３と、を備える。

ウエハＷは、ベルヌーイハンド２を用いて、ステージ１１上に載置される。ウエハＷは、略円盤状であり、周上に直線状のオリエンタルフラットが形成されている。

図２及び図３に示すように、ベルヌーイハンド２は、略円盤状のハンド部２ａと、ハンド部２ａの側面に連結する連結部２ｂと、を有する。ハンド部２ａには、側面において下方に突出する爪部２ｃを有する。例えば、ハンド部２ａの側面には、３つの爪部２ｃが、等間隔で配置されている。なお、ベルヌーイハンド２がウエハＷを搬送する際には、ハンド部２ａの下面に設けられたエア噴出口（図示せず）からエアを噴出することで、ベルヌーイ効果によりウエハＷを非接触で保持する。ここで爪部２ｃの１つは、ウエハＷの周上に形成されているオリエンタルフラットの箇所に配置されることにより、ハンド部２ａに対するウエハＷの回転を規制する。

また、ハンド部２ａと連結する連結部２ｂの端部は、モータなどの駆動部（図示せず）に連結されている。ベルヌーイハンド２は、駆動部が動作することにより、ハンド部２ａの位置が変更される。例えばベルヌーイハンド２は、駆動部の動作により水平方向及び上下方向に動作する。これによりベルヌーイハンド２は、保持したウエハＷをステージ１１まで搬送することや、ステージ１１にウエハＷを載置した後に、ステージ１１の上方から退避することができる。

図４及び図５に示すように、ステージ１１は略円柱状であり、下部に設けられた長径部１１ａと、長径部１１ａの上部に短径で形成された載置部１１ｂを備える。載置部１１ｂの上面には、ベルヌーイハンド２により搬送されたウエハＷが載置される。また載置部１１ｂの周囲に、フォーカスリング１２が配置されている。例えばフォーカスリング１２は、長径部１１ａと載置部１１ｂにより形成された段差上に配置されていてもよい。

フォーカスリング１２は、載置部１１ｂの周囲に配置されている矩形の環状体である。フォーカスリング１２の上面１２ａは、載置部１１ｂの上面より僅かに高い位置に配置されている。また、フォーカスリング１２は、上面１２ａ側において、内外方向に延在する溝状に設けられた複数の切欠き部１２ｂを有する。切欠き部１２ｂは、ステージ１１の上方からベルヌーイハンド２が下降したときに、ベルヌーイハンド２の爪部２ｃの位置と対応するように、等間隔の３箇所に形成されている。

図１に示すように、チャンバ１３には、チャンバ本体１４と、チャンバ本体１４の挿入部に挿入されたステージ１１と、チャンバ本体１４の間に配置されるシールドリング１５と、を有する。チャンバ１３は、例えば、内部が不活性気体ガスや反応性ガス圧力を一定の減圧状態に保たれる容器である。チャンバ１３では、直流電圧や高周波電圧やマイクロ波などによる電界によって加速された電子と、ガス分子との衝突電離を利用してプラズマが生成される。

チャンバ本体１４は、上下方向に貫通する挿入部が形成されている本体部１４ａと、本体部１４ａの上部に連結し、挿入部側に突出している円環状の突出部１４ｂを有する。本体部１４ａに形成されている挿入部は円形で開口されており、ウエハＷが載置されたステージ１１が下方から挿入可能である。なお、チャンバ本体１４の挿入部にステージ１１が挿入された場合に、突出部１４ｂの下面には、後述するシールドリングの本体部１５ａの上部が当接する。

シールドリング１５はリング状の本体部１５ａと、本体部１５ａの上部において内側に突出した突起部１５ｂと、を備える。ここで、シールドリング１５は、突起部１５ｂにより、フォーカスリング１２の切欠き部１２ｂを閉塞する閉塞部材である。シールドリング１５は、チャンバ本体１４の挿入部内に配置されている。具体的には、シールドリング１５の本体部１５ａの外側面１５ｃは、チャンバ本体１４の挿入部を形成している壁部１４ｃに当接している。本体部１５ａは、上部が周方向に厚く形成されており、下部が薄く形成されている。突起部１５ｂは、本体部１５ａの内側の３箇所に等間隔で形成されている。シールドリング１５の内径は、フォーカスリング１２の外径と略同一に形成されており、本体部１５ａの内側面１５ｄは、挿入部にステージ１１が挿入された場合に、フォーカスリング１２の外側面１２ｃと当接する。これにより、ステージ１１上におけるプラズマのフォーカス性の向上及び電気的絶縁性を確保する。

より具体的には、突起部１５ｂは、フォーカスリング１２の切欠き部１２ｂと、隙間無く係合する形状である。すなわち、突起部１５ｂの周方向の長さは、切欠き部１２ｂの切り欠きの周方向の長さと同様の長さで形成されている。また、突起部１５ｂの内外方向の長さは、切欠き部１２ｂの切り欠きの内外方向の長さと同様の長さで形成されている。なお、突起部１５ｂの先端部１５ｅは、フォーカスリング１２と同様のＲを有するように形成されていてもよい。

次に、ステージ１１上にウエハＷが載置する動作と、ステージ１１をチャンバ本体１４の挿入部にセットする動作について説明する。

ベルヌーイハンド２は、ハンド部２ａの下面側に気流を発生させ、ベルヌーイ効果によりウエハＷを非接触で保持する。これにより図２及び図３に示すように、ベルヌーイハンド２は、下面側にウエハＷを保持した状態でウエハＷを搬送する。その後、図４に示すように、ハンド部２ａは、ステージ１１の載置部１１ｂの上方に配置される。

次に、図５に示すように、ベルヌーイハンド２は、ステージ１１の載置部１１ｂにウエハＷを載置する。このとき、ベルヌーイハンド２は、切欠き部１２ｂに対して爪部２ｃの位置を合わせた状態にし、エア噴出口からの気流の発生を停止することで、ウエハＷを重力により下降させてステージ１１上に載置する。これにより、ステージ１１上のウエハＷの位相を所定の方向に合わせることができる。

このとき、切欠き部１２ｂと爪部２ｃとの位置を合わせて挿入することにより、フォーカスリング１２に対してハンド部２ａが干渉しない状態で、ベルヌーイハンド２を下降させることができる。ベルヌーイハンド２は、ウエハＷをステージ１１上に載置した後に、ステージ１１の上部から退避する。

次に、ステージ１１が、チャンバ１３の下方に配置される。その後、ステージ１１は、上昇し、チャンバ本体１４の挿入部内に挿入される。

ここで、チャンバ本体１４の挿入部内には、あらかじめシールドリング１５が配置されている。ステージ１１がチャンバ本体１４の挿入部に挿入されると、図６に示すように、フォーカスリング１２の外側面１２ｃが、シールドリング１５の内側面１５ｄと当接した状態となる。これにより、シールドリング１５により、ステージ１１の周囲がシールドされた状態となる。

このとき、シールドリング１５は、突起部１５ｂが、フォーカスリング１２の切欠き部１２ｂに対応する位置にとなるようにあらかじめ配置されている。したがって、チャンバ本体１４の挿入部にステージ１１が挿入されると、突起部１５ｂは切欠き部１２ｂに挿入される。これにより切欠き部１２ｂは、突起部１５ｂにより閉塞された状態になる。

その後、チャンバ１３には、アルゴンガスやフロンガス等が充填され、プラズマ処理が実行される。このプラズマ処理とは、例えばウエハＷの表面のシリコン酸化膜を削るエッチング処理である。

これにより、フォーカスリング１２の切欠き部１２ｂは突起部１５ｂにより閉塞された状態で、ステージ１１上にガス充填される。充填されたガスは切欠き部１２ｂから流出しないため、ステージ１１上において切欠き部１２ｂにガスが流れるような気流が発生せず、図６の矢印で示すように、充填されるガスの流速を均一化することができる。これにより、ウエハＷ上において、均一なプラズマを得ることができ、プラズマ処理を均一化することができる。

実施の形態２
次に、フォーカスリング１２の切欠き部１２ｂを閉塞する突起部がシールドリング１５ではなく、チャンバ本体１４に形成されている場合について説明する。言い換えると、チャンバ本体１４を閉塞部材として用いる。なお、実施の形態１に示したプラズマ処理装置１に用いた構成物品と同様の機能を奏する構成物品については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図７及び図８に示すように、プラズマ処理装置３は、ウエハＷを載置するステージ１１と、ステージ１１の外周に設けられ、切欠き部１２ｂを有するフォーカスリング１２と、ウエハＷが載置されたステージ１１が挿入されるチャンバ２３と、を備える。

チャンバ２３は、チャンバ本体２４と、チャンバ本体２４の挿入部において、フォーカスリング１２とチャンバ本体２４の間に配置されるシールドリング２５と、を有する。ステージ１１は、チャンバ本体２４下方から、挿入部に挿入される。

シールドリング２５は、リング状の本体部２５ａを備える。シールドリング２５の本体部２５ａの外側面２５ｃは、チャンバ本体２４の挿入部を形成している壁部２４ｄに当接している。

チャンバ本体２４は、上下方向に貫通する挿入部が形成された本体部２４ａと、本体部２４ａの上部に連結し、挿入部側に突出している円環状の突出部２４ｂと、を有する。突出部２４ｂの先端の下方には、突起部２４ｃが形成されている。ステージ１１がチャンバ本体２４の挿入部に挿入された場合には、突起部２４ｃは、フォーカスリング１２の切欠き部１２ｂに挿入される。

これにより、フォーカスリング１２の切欠き部１２ｂを、チャンバ本体２４に形成されている突起部２４ｃにより閉塞する。その後、チャンバ２３には、アルゴンガスやフロンガス等が充填され、プラズマ処理が実行される。

このとき、フォーカスリング１２の切欠き部１２ｂは、突起部２４ｃにより閉塞されているため、ステージ１１に充填されるガスは、切欠き部１２ｂから流出しない。したがってステージ１１上では、充填されるガスの流速を均一化することができる。これによりステージ１１において、均一なプラズマを得ることができ、プラズマ処理を均一化することができる。このように、シールドリング２５ではなく、チャンバ本体２４を、切欠き部１２ｂを閉塞する閉塞部材として用いることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、フォーカスリング１２の切欠き部１２ｃは、３箇所に等間隔に形成されているものとして説明したが、個数や位置はこれに限られない。また、実施の形態２に示したチャンバ本体２４に設けられた突起部２４ｃは、フォーカスリング１２の切欠き部１２ｃと合致する形状であることが望ましい。すなわち、突起部２４ｃは、周方向及び内外方向の長さがフォーカスリング１２の切欠き部１２ｃと略同一の寸法で形成されている。また、突起部２４ｃは、フォーカスリング１２の内側方向に配置される箇所が、フォーカスリング１２と同様のＲを有するように形成されていてもよい。

１,３ プラズマ処理装置
２ フォーカスリング
２ａ ハンド部
２ｂ 連結部
２ｃ 爪部
１１ ステージ
１１ａ 長径部
１１ｂ 載置部
１２ フォーカスリング
１２ａ 上面
１２ｂ 切欠き部
１２ｃ 外側面
１３ チャンバ
１４ チャンバ本体
１４ａ 本体部
１４ｂ 突出部
１４ｃ 壁部
１５ シールドリング
１５ａ 本体部
１５ｂ 突起部
１５ｃ 外側面
１５ｄ 内側面
１５ｅ 先端部
２３ チャンバ
２４ チャンバ本体
２４ａ 本体部
２４ｂ 突出部
２４ｃ 突起部
２４ｄ 壁部
２５ シールドリング
２５ａ 本体部
２５ｃ 外側面

Claims (1)

1. 側面に爪部を有するハンドを用いて搬送されたウエハが載置されるステージと、
   前記ステージの周囲に配置され、前記ステージに前記ウエハが載置される際に前記ハンドの前記爪部が挿入される切欠き部を有するフォーカスリングと、
   前記ステージが内部に配置されるチャンバと、を備えるプラズマ処理装置であって、
   前記チャンバは、前記フォーカスリングの前記切欠き部を閉塞する突起部を有する閉塞部材を備える、
   プラズマ処理装置。

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