JP6308858B2 - 静電チャック、載置台、プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、静電チャック、載置台、及びプラズマ処理装置に関するものである。

半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、半導体基板といった被処理体に対して種々の処理が施される。被処理体に対する処理の一例としては、プラズマエッチングといったプラズマ処理がある。プラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置は、処理容器内において被処理体を静電力によって吸着する静電チャックを備えている。

静電チャックは、下記の特許文献１に記載されているように、誘電体内の内層として静電吸着用の電極を有している。また、静電チャックの表面、即ち、被処理体の載置領域は、複数の突出部を有している。これら突出部は、一般的には、格子点に配置されている。このような静電チャックでは、被処理体は、これら突出部の頂面に接するように、静電チャック上に載置される。

特開２０１２−２１２７３５号公報

ところで、静電チャックを含むプラズマ処理装置の載置台には、被処理体の温度を調整するための温度調整機構が設けられている。このような載置台において、静電チャックの複数の突出部は、被処理体に接して当該被処理体と載置台との間の熱伝達経路を構成している。

一方、被処理体には複数のチップが同時に形成される。即ち、被処理体は略矩形の複数のチップ形成領域を含むことがある。これら複数のチップ形成領域を同様に処理するためには、これらチップ形成領域の処理中の温度のバラツキを低減させる必要がある。このためには、複数のチップ形成領域のそれぞれに接する突出部の個数のバラツキを低減させる必要がある。

一側面においては、静電チャックが提供される。この静電チャックは、被処理体を載置するための円形の載置領域を有する。載置領域は、底面、及び、該底面から突き出た複数の突出部を有している。複数の突出部は、載置領域の中心に対して同心状且つ等間隔に設定された複数の円（円周）上において等間隔に設定された複数の位置に設けられている。これら複数の位置のうち任意の二つの隣接する円（円周）上に設定された複数の位置は、前記中心から延びる同一の直線上に位置しないように、設定されている。

複数の突出部が格子状に配列されている場合、即ち突出部が格子線上に配列されている場合には、複数のチップ形成領域のそれぞれの下方に位置する格子線の数が異なる状況が生じ、複数のチップ形成領域のそれぞれに接する突出部の個数が異なる状況が生じ得る。一方、一側面に係る静電チャックでは、複数の突出部が、格子状に配置されていない。即ち、一側面に係る静電チャックでは、複数の突出部が設けられている位置は、等間隔の複数の同心円（即ち、複数の同心円の円周）上において等間隔に設定されている。また、これら複数の位置のうち任意の二つの隣接する同心円の円周上に設定された複数の位置は、載置領域の中心から延びる同一の直線上に位置しないように設定されている。このように設定された位置に複数の突出部が設けられているので、一側面に係る静電チャックによれば、複数のチップ形成領域のそれぞれに接する突出部の個数のバラツキを低減することが可能である。

一形態において、載置領域は、前記中心に配置された突出部を更に含んでいてもよい。

一形態において、前記複数の円のうち最も内側の円を除く任意の二つの隣接する円に含まれる内側の円上に設定された前記複数の位置のうちの一つの位置を通過し前記中心から延びる直線に対して所定角度をなし前記中心から延びる直線と該二つの隣接する円に含まれる外側の円との交点に、前記複数の位置のうちの別の一つの位置が設定されていてもよい。一形態では、所定角度は１．６度であってもよい。また、一形態において、複数の突出部の個数は、前記外側の円上に設けられる突出部の個数が前記内側の円上に設けられる突出部の個数よりも６個多くなるように、設定されていてもよい。

また、別の一側面では、上述した一側面又は種々の実施形態の何れかを備える載置台が提供される。この載置台は、静電チャックに加えて、当該静電チャックに設けられた三つの貫通孔内を移動可能な三つのリフターピンを備える。これら三つのリフターピンは、静電チャックと被処理体との距離を調整するために設けられている。即ち、これら三つのリフターピンは、被処理体の搬入時には、静電チャックの上方において被処理体を受け、その後に下降して、被処理体を静電チャックの複数の突出部上に載置する。また、被処理体の搬出時には、これら三つのリフターピンが上昇して、被処理体を静電チャックの上方に移動させる。

一形態の載置台では、静電チャックは、上述した種々の形態のうち、前記一方の円上に設けられる突出部の個数が前記他方の円上に設けられる突出部の個数よりも６個多くなるように、設定された静電チャックであってもよい。この形態によれば、三つの貫通孔を、当該三つの貫通孔が複数の凸部に干渉しないように、周方向に等間隔に設けることが可能である。

また、更に別の一側面においては、プラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、処理容器、及び、上述した載置台を備えている。このプラズマ処理装置によれば、複数のチップ形成領域に対する処理のバラツキを低減させることが可能となる。

以上説明したように、被処理体の複数のチップ形成領域のそれぞれの下方に位置する静電チャックの突出部の個数のバラツキを低減させることが可能となる。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。 一実施形態に係る載置台の断面図である。 一実施形態に係る載置台の平面図である。 図３に示す載置台の一部を拡大して示す平面図である。

以下、図面を参照して種々の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、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略的に示す図である。図１には、プラズマ処理装置１０の縦断面構造が概略的に湿されている。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２の内壁面は、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。

処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された略円筒上の支持部１４が配置されている。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。支持部１４は、処理容器１２内に設けられた載置台１８を支持している。具体的には、図１に示すように、支持部１４は、当該支持部１４の内壁面において載置台１８を支持し得る。

載置台１８は、基台ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有している。基台ＬＥは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。基台ＬＥは、下部電極を構成されている。静電チャックＥＳＣは、基台ＬＥの上に設けられている。静電チャックＥＳＣは、より詳細には後述するが、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、スイッチＳＷ１を介して直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により被処理体（以下、「ウエハＷ」という）を吸着する。

載置台１８の基台ＬＥの周縁部上には、絶縁体からなるスペーサ部１６が設けられている。スペーサ部１６の上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、実施するプラズマ処理によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。

基台ＬＥの内部には、冷媒といった熱交換媒体用の流路２４が設けられている。流路２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して熱交換媒体が供給される。流路２４に供給された熱交換媒体は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように循環される熱交換媒体の温度を制御することにより、載置台１８上に支持されたウエハＷの温度が制御される。

また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

一実施形態の載置台１８には、三つのリフターピン用の貫通孔２００が設けられている。なお、図１には一つのリフターピン用の貫通孔２００のみが示されている。これら三つの貫通孔２００は、図３に示すように、後述する載置領域ＰＲの中心Ｃ１を中心とする円上の等間隔の三つの位置を通過するように形成されている。これら貫通孔２００内には、リフターピン６１がそれぞれ移動可能に設けられている。リフターピン６１は、駆動機構６２に接続されており、駆動機構６２により上下動される。

また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、載置台１８の上方において、当該載置台１８と対向配置されている。また、上部電極３０と基台ＬＥとは、互いに略平行に設けられている。

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａを画成している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。

電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。

バルブ群４２は複数の開閉バルブを有しており、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を有している。また、ガスソース群４０は、プラズマ処理に必要な複数種のガス用のガスソースを有している。ガスソース群４０の複数のガスソースは、対応の開閉バルブ及び対応のマスフローコントローラを介してガス供給管３８に接続されている。

また、プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状をなしており、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。

また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム在にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方において処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

また、プラズマ処理装置１０は、基台ＬＥに高周波電力を供給するための給電棒５８を更に備えている。給電棒５８は、同軸二重管構造を有しており、棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂを含んでいる。棒状導電部材５８ａは、処理容器１２外から処理容器１２の底部を通って処理容器１２内まで略鉛直方向に延在しており、当該棒状導電部材５８ａの上端は、基台ＬＥに接続されている。また、筒状導電部材５８ｂは、棒状導電部材５８ａの周囲を囲むように当該棒状導電部材５８ａと同軸に設けられており、処理容器１２の底部に支持されている。これら棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂの間には、略環状の２枚の絶縁部材５８ｃが介在して、棒状導電部材５８ａと筒状導電部材５８ｂとを電気的に絶縁している。

また、プラズマ処理装置１０は、整合器ＭＵを更に備え得る。整合器ＭＵには、棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂの下端が接続されている。この整合器ＭＵには、電源システムＰＳが接続されている。電源システムＰＳは、基台ＬＥに二つの異なる高周波電力を供給する。二つの異なる高周波電力のうち一方は、プラズマ生成用の高周波電力であり、例えば、２７〜１００ＭＨｚの周波数を有する。また、二つの異なる高周波電力のうち他方は、イオン引き込み用の高周波バイアス電力であり、例えば、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。なお、プラズマ生成用の高周波電力は、上部電極３０に供給されてもよい。

また、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部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、プラズマ処理装置１０の各部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、及び電源システムＰＳ等を、制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０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、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０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や、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。

以下、プラズマ処理装置１０の載置台１８について、図２、図３及び図４を参照して、詳細に説明する。図２は、一実施形態に係る載置台の断面図である。図３は、一実施形態に係る載置台の平面図である。図４は、図３に示す載置台の一部を拡大して示す平面図である。なお、図２においては、概ね図３のＩＩ−ＩＩ線に沿ってとった載置台の断面が示されており、同図においては、流路２４は省略されている。

図２に示すように、載置台１８の基台ＬＥは、略円盤状をなしており、下面１８ｄ及び上面１８ｕを有している。下面１８ｄは略平坦な面であり、上面１８ｕは、第１上面１８ｕ１及び第２上面１８ｕ２を含んでいる。第１上面１８ｕ１は、円形の面であり、第２上面１８ｕ２の内側に位置している。第２上面１８ｕ２は、第１上面１８ｕ１の外方において環状に延在している。この第２上面１８ｕ２は、第１上面１８ｕ１よりも低い位置に設けられている。即ち、第２上面１８ｕ２と下面１８ｄとの間の距離は、第１上面１８ｕ１と下面１８ｄとの間よりも小さくなっている。

基台ＬＥの第１上面１８ｕ１上には静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、一対の絶縁膜２１ａ，２１ｂ、及び、絶縁膜２１ａと絶縁膜２１ｂとの間に設けられた電極２０を有している。静電チャックＥＳＣは、その上にウエハＷが載置される載置領域ＰＲを有している。載置領域ＰＲは、平面視において円形の領域であり、静電チャックＥＳＣの表面のうち処理空間Ｓ側の表面を構成している。この載置領域ＰＲは、ウエハＷの直径と略同一の直径、又は、ウエハＷの直径よりも僅かに小さい直径を有している。

載置領域ＰＲは、底面１９ａ、及び複数の突出部１９ｂを有している。底面１９ａは、鉛直方向に略垂直な面に沿って延在している。複数の突出部１９ｂは、底面１９ａから上方に突出しており、載置領域ＰＲ内において分散配置されている。これら突出部１９ｂは、略柱状をなしている。これら突出部１９ｂの頂面は、静電チャックＥＳＣの上面を構成している。したがって、ウエハＷが載置台１８上に載置されると、当該ウエハＷは複数の突出部１９ｂの頂面に接する。なお、突出部１９ｂの頂面と底面１９ａとの間の距離は、例えば、１０μｍ〜５０μｍであり、底面の面積と複数の突出部１９ｂの頂面の面積との合計面積中に占める複数の突出部の頂面の面積の割合は、５％以上４０％以下である。

図３及び図４に示すように、載置領域ＰＲの中心Ｃ１には、一つの突出部１９ｂが設けられている。また、複数の突出部１９ｂは、載置領域ＰＲの中心Ｃ１に対して同心状且つ等間隔に設定された複数の円ＣＬの円周上の全てにおいて等間隔に設定された複数の位置に設けられている。これら複数の円ＣＬは、中心と最も内側の円ＣＬ１との間の間隔、及び隣接する二つの円ＣＬの間隔が、例えば、４．５ｍｍとなるように、設定されている。また、これら複数の位置は、当該複数の位置のうち任意の二つの隣接する円ＣＬ上に設定された複数の位置が中心Ｃ１から延びる同一の直線上に位置しないように、設定されている。

一実施形態においては、複数の円ＣＬのうち最も内側の円ＣＬ１を除く任意の二つの隣接する円に含まれる内側の円上に設定された複数の位置のうちの一つの位置を通過し中心Ｃ１から延びる直線に対して所定角度θ１をなし当該中心Ｃ１から延びる直線と当該二つの隣接する円に含まれる外側の円との交点に、複数の位置のうちの別の一つの位置が設定されている。即ち、中心Ｃ１から延びる二つの直線であり互いの間に所定角度θ１をなす二つの直線を仮想すると、二つの隣接する円のうち一方の円と当該二つの直線のうち一方との交点に複数の突出部１９ｂのうち一つが設けられる位置が設定され、二つの隣接する円のうち他方の円と当該二つの直線のうち他方との交点に複数の突出部１９ｂのうち別の一つが設けられる位置が設定されている。所定角度θ１は、例えば、１．６度である。

また、一実施形態においては、最も内側の円ＣＬ１上に設定された複数の位置のうちの一つの位置を通過し中心Ｃ１から延びる直線に対して所定角度θ２をなし当該中心Ｃ１から延びる直線と円ＣＬ１に隣接する円ＣＬとの交点に、複数の位置のうちの別の一つの位置が設定されている。即ち、中心Ｃ１から延びる二つの直線であり互いの間に所定角度θ２をなす二つの直線を仮想すると、円ＣＬ１と当該二つの直線のうち一方との交点に複数の突出部１９ｂのうち一つが設けられる位置が設定され、円ＣＬ１に隣接する円ＣＬと当該二つの直線のうち他方との交点に複数の突出部１９ｂのうち別の一つが設けられる位置が設定されている。この所定角度θ２は、所定角度θ１とは異なっていてもよい。例えば、所定角度θ２は、１．２度である。

また、一実施形態においては、複数の円ＣＬ上に設けられている突出部１９ｂの個数は６の倍数である。また、任意の二つの隣接する円ＣＬのうち外側の円ＣＬ上に設けられる突出部１９ｂの個数は、当該二つの隣接する円ＣＬのうち内側の円ＣＬ上に設けられた突出部の個数よりも６個多くなるように、設定されている。例えば、最も内側の円ＣＬ１上に設けられた突出部１９ｂの個数は６個であり、円ＣＬ１に隣接する外側の円ＣＬに設けられた突出部１９ｂの個数は１２個である。このように円ＣＬ上に突出部１９ｂを配置することにより、突出部１９ｂに干渉しないように、リフターピン用の貫通孔２００を設けることが可能となる。

ここで、従来の静電チャックについて考察する。従来の静電チャックにおいては、載置領域内において複数の突出部が格子状に配列されている。即ち、従来の静電チャックでは、突出部が格子線上に配列されている。このような従来の静電チャックでは、ウエハＷの略矩形の複数のチップ形成領域のそれぞれの下方に位置する格子線の数が異なる状況が生じ、複数のチップ形成領域のそれぞれに接する突出部の個数が異なる状況が生じ得る。

一方、実施形態の静電チャックＥＳＣでは、複数の突出部１９ｂが、格子状に配置されていない。即ち、静電チャックＥＳＣでは、複数の突出部１９ｂは、等間隔の複数の同心円ＣＬ上において等間隔に配置されており、且つ、任意の二つの隣接する同心円ＣＬ上では、載置領域ＰＲの中心Ｃ１から延びる同一半径上に位置しないように配置されている。換言すると、静電チャックＥＳＣでは、複数の突出部１９ｂは、中心Ｃ１を共有し且つ等間隔に設定された複数の同心円ＣＬと載置領域ＰＲの中心Ｃ１から延びる複数の曲線との交点に設定された複数の位置であり、全ての円ＣＬ上において等間隔に設定された当該位置に設けられている。この静電チャックＥＳＣによれば、ウエハＷの複数のチップ形成領域のそれぞれに接する突出部１９ｂの個数のバラツキが低減される。したがって、この静電チャックＥＳＣを有する載置台１８によれば、ウエハＷの複数のチップ形成領域に対してプラズマ処理を行う際に、当該複数のチップ形成領域間の温度の差異を低減させることが可能となる。また、かかる載置台１８を有するプラズマ処理装置１０によれば、ウエハＷの複数のチップ形成領域に対する処理のバラツキを低減させることが可能となる。

以上、幾つかの実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述した実施形態では、プラズマ処理装置は容量結合型のプラズマ処理装置であったが、静電チャックＥＳＣを有する載置台１８を採用し得るプラズマ処理装置は容量結合型のプラズマ処理装置に限定されるものではない。例えば、載置台１８は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波をプラズマ源として利用するプラズマ処理装置のように、任意のプラズマ源を利用するプラズマ処理装置に採用され得る。

１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１８…載置台、ＬＥ…基台、ＥＳＣ…静電チャック、ＰＲ…載置領域、１９ａ…底面、１９ｂ…突出部、２０…電極、２１ａ，２１ｂ…絶縁膜、３０…上部電極、６１…リフターピン、２００…貫通孔、Ｃ１…載置領域の中心、ＣＬ…複数の円（同心円）。

Claims (7)

1. 被処理体を載置するための円形の載置領域を有する静電チャックであり、
   前記載置領域は、
   底面と、
   該底面から突き出た複数の突出部と、
   を有しており、
   前記複数の突出部は、前記載置領域の中心に対して同心状且つ等間隔に設定された複数の円上において等間隔に設定された複数の位置に設けられており、
   前記複数の位置のうち任意の二つの隣接する円上に設定された複数の位置は、前記中心から延びる同一の直線上に位置しないように、設定されており、
   前記複数の円のうち最も内側の円を除く任意の二つの隣接する円に含まれる内側の円上に設定された前記複数の位置のうちの各位置を通過し前記中心から延びる各直線に対して所定角度をなし前記中心から延びる直線と該二つの隣接する円に含まれる外側の円との交点に、前記複数の位置のうちの別の一つの位置が設定されている、
   静電チャック。
2. 前記載置領域は、前記中心に配置された突出部を更に含む、請求項１に記載の静電チャック。
3. 前記所定角度は１．６度である、請求項１又は２に記載の静電チャック。
4. 前記複数の突出部の個数は、前記外側の円上に設けられる前記突出部の個数が前記内側の円上に設けられる前記突出部の個数よりも６個多くなるように、設定されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の静電チャック。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の静電チャックであり、前記載置領域を通過する三つの貫通孔が設けられた該静電チャックと、
   前記三つの貫通孔内を移動可能な三つのリフターピンと、
   を更に備える載置台。
6. 前記静電チャックが請求項４に記載された静電チャックである、請求項５に記載の載置台。
7. 処理容器と、
   該処理容器内に設けられた請求項５又は６に記載の載置台と、
   を備えるプラズマ処理装置。

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