JP7358084B2 - 基板処理装置、基板処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は基板処理装置と、その基板処理装置を用いた基板処理方法に関する。
半導体又は液晶の製造工程において、基板の外周部又は裏面が搬送ロボットのハンドと機械的に接触する。搬送ロボットのハンドが、例えば基板の側面部に堆積した薄膜に接触すると、当該薄膜が剥離しパーティクルの原因となる。この微小パーティクルは、高集積化したデバイスに電気的な不具合をもたらし、深刻な歩留りの低下を招く。加えて、基板の裏面の外周部に回り込んで形成された導電性の膜は、その後の工程において、基板の静電吸着を妨げたり、基板を縦に貫く直流電流を発生させたりして、素子へダメージを与える。
特表２０１１－５１１４３７号公報
基板外周部に対する機械的接触により発生するパーティクルを防止する方法として、基板外周の膜を選択的に取り除くことが考えられる。例えば、基板の外周部へ反応ガスを流し、当該外周部の上下に設けた電極の一方に高周波電力を印加し、当該外周部の周辺にプラズマを発生させる。この方法では、基板中心に向けたガスの拡散とプラズマの回り込みとを防ぐため、極端に狭い電極間隔を設定することになる。プラズマの点火電圧はパッシェンの法則に従い、反応炉内圧力ｐと電極間隔ｄの積ｐｄの関数となる。プラズマ点火電圧は１／ｄに比例するので、ｄが極端に小さいと、点火電圧が上がり均一で安定したプラズマを得ることが難しくなる。そのため、基板外周部の成膜又は膜の除去が不均一となり、歩留まりに悪影響を及ぼす。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、基板のエッジ又はエッジに近い部分に安定したプラズマ処理を施すことができる基板処理装置と基板処理方法を提供することを目的とする。
本願の発明に係る基板処理装置は、ステージと、該ステージを回転させる駆動部と、該ステージの外縁の一部だけに対向する電極と、該電極に高周波電力を供給する高周波電力供給部と、該電極と該ステージの間にガスを供給するガス供給装置と、を備えたことを特徴とする。
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
本発明によれば、基板に安定したプラズマ処理を施すことができる。
基板処理装置の構成例を示す図である。 ステージ、基板及び電極などの平面図である。 電極の形状が処理結果に与える影響を示す図である。 別の例に係る基板処理装置の構成例を示す図である。 別の例に係る基板処理装置の構成例を示す図である。 別の例に係る基板処理装置の構成例を示す図である。
実施の形態．
実施の形態に係る基板処理装置と基板処理方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
図１は、基板処理装置２の構成例を示す図である。この基板処理装置はチャンバ１１に格納されたステージ１０を備えている。ステージ１０は例えば静電チャック電極（ＥＳＣ電極）とすることができる。ステージ１０は温度調整が可能なサセプタとすることができる。このステージ１０は駆動部１２によって回転させることができる。駆動部１２は、ｙ軸を回転軸としてステージ１０を回転させる。駆動部１２は例えばモータである。様々な方法でステージ１０を回転させることができる。
ステージ１０には、基板処理の対象となる基板１４がのせられている。基板１４の直径はステージ１０の直径より大きい。例えば、基板１４の直径はステージ１０の直径より大きい３００ｍｍとすることができる。そのため、基板１４のエッジ及びその近傍である外周部１４ａはステージ１０に支持されていない。基板１４は例えば半導体装置または液晶を製造する材料である。
基板処理装置２はステージ１０の横にある電極１６を備えている。電極１６の形状は例えば弧状である。電極１６には、例えば、電極１６に高周波電力を与える交流電源１８が接続されている。図２は、図１に示すステージ１０、基板１４及び電極１６などの平面図である。ステージ１０の外縁が破線で示されている。電極１６は、ステージ１０の外縁の一部だけに対向する。言いかえれば、電極１６はステージ１０を囲んでいない。電極１６とステージ１０の距離は１０ｍｍ以上とし得る。一例によれば、電極１６はステージ１０の外縁の１／２０以下の部分に対向する。図２には、電極１６に高周波電力を印加するために、例えば、システム１７、ＲＦジェネレータなどの交流電源１８及び整合回路１９を設けたことが示されている。システム１７からの指令を受けた交流電源１８が、整合回路１９を介して電極１６に高周波電力を提供する。システム１７、交流電源１８及び整合回路１９は、電極１６に高周波電力を供給する高周波電力供給部の一例である。基板処理装置２は別の高周波電力供給部を備えることができる。
図１には処理中に基板１４の一部から材料が除去されることを防止するためのマスクブロック２０が示されている。マスクブロック２０は、ステージ１０の上にステージ１０と離れて設けられている。マスクブロック２０の材料は例えばセラミックなどの絶縁体又は他の材料とすることができる。マスクブロック２０とステージ１０の間の距離は例えば基板１４の厚みより大きい。当該距離は、例えば少なくとも１ｍｍ、１～３ｍｍ又は１～５ｍｍとすることができる。マスクブロック２０には、マスクブロック２０を縦に貫通する貫通孔２０ａがある。この貫通孔２０ａには、パージガス供給装置２２から、例えばパージガス供給装置２２と貫通孔２０ａを連結するチューブを介してパージガスが供給される。そうすると、貫通孔２０ａを通じて、ステージ１０とマスクブロック２０の間の空間２０ｂにパージガスが提供される。このパージガスは、空間２０ｂを平面視でステージ１０に対して放射状に進むガス流を生じさせる。パージガス供給装置２２が供給するガスは、例えばＡｒ、Ｎ２又はＨｅである。
ガス供給装置２４は、電極１６とステージ１０の間隙２３に例えばチューブを介してガスを供給する装置である。ガス供給装置２４は例えばＯ２、ＮＦ３、Ｈｅ若しくはＡｒなどのエッチングガス、又は成膜に用いる材料ガスを間隙２３へ提供する。なお、ガス供給装置２４と前述のパージガス供給装置２２から供給されるガス流量は例えばマスフローコントローラ、システム１７、コントローラ２６又は他のコントローラなどで制御することができる。そのようなマスフローコントローラは、ガス供給装置２４とパージガス供給装置２２に設けることができる。
パージガス供給装置２２から提供されたガスと、ガス供給装置２４から提供されたガスは、例えば排気ダクト２５を経由して外部に排気される。排気経路に制御弁２７と排気ポンプ２８を設けてこれらの少なくとも一部をコントローラ２６で制御することで、チャンバ１１の中の圧力を最適化する。例えば、チャンバ１１の中が主にガス供給装置２４から提供されたガスによって満たされるように、制御弁２７と排気ポンプ２８を制御する。排気ダクト２５、制御弁２７及び排気ポンプ２８は排気路を構成する。
電極１６に対向する位置に、インピーダンス調整電極３０が設けられている。インピーダンス調整電極３０は、可変容量３２を介して接地されている。インピーダンス調整電極３０は、ステージ１０の上方に設けられている。インピーダンス調整電極３０は、ステージ１０の下方に設けてもよい。インピーダンス調整電極３０によって、放電プラグとして機能する電極１６の近傍にステージ１０とは別の接地ラインが提供される。可変容量３２の容量を調整することで、放電安定に最適な高周波インピーダンスを作りだすことができる。
ステージ１０の上方には測定器３４が設けられている。測定器３４は、たとえばカメラ、温度計又は膜厚測定器とし得る。測定器３４は、基板１４の外周部１４ａを上方より観察するために設けられている。外周部とは、基板１４のうちエッジに沿った環状の部分である。図１には基板１４の外周部１４ａが示されている。例えば、測定器３４によって、外周部１４ａの膜の除去完了又は成膜完了をリアルタイムでモニターする。
上述の基板処理装置を用いた基板処理方法の一例を説明する。まず、ステージ１０の上に、ステージ１０よりも直径の大きい基板１４をのせる。そうすると、図１、２に示されるように、基板１４の外周部１４ａがステージ１０の外縁から突出する。例えば、ステージ１０の静電チャックによりステージ１０に基板１４を密着させることで、基板１４の位置精度を高め、電極１６からの放電を安定化させることができる。
次に、電極１６とステージ１０の間にプラズマ１６ａを生成しつつ、ステージ１０を回転させる。たとえば、交流電源１８から電極１６に高周波電力を供給するとともに、ガス供給装置２４から電極１６とステージ１０の間隙２３にガスを供給することで、プラズマを生成させる。電極１６とステージ１０が容量結合された２つの電極を構成し、これにより容量結合プラズマを生成する。電極１６は小型の放電プラグとして機能する。ステージ１０の直径を基板１４の外径よりも小さくすることで、基板１４の裏面の外周部１４ａは、プラズマによく曝される。
この電極１６に最適な放電条件を整え安定したプラズマを発生させる。インピーダンス調整電極３０及び可変容量３２によって、局所的にインピーダンスを変えることでプラズマの発生を容易にし、かつプラズマを安定させることができる。可変容量３２の調整は、インピーダンスの最適化を可能とする。
少なくともプラズマ処理が行われている間、パージガス供給装置２２からマスクブロック２０の貫通孔２０ａにパージガスを提供し、ステージ１０とマスクブロック２０の間の空間２０ｂに平面視で放射状に進むガス流を生じさせる。そうすると、ガス供給装置２４から提供されたガスが、基板１４の上面に及ぶことを防ぐことができる。マスクブロック２０とパージガス供給装置２２から提供されるガスによって、基板１４の上面側に有意なプラズマ処理が及ぶことを抑制又は防止できる。マスクブロック２０とパージガス供給装置２２は必要に応じて提供され、省略することもできる。
そして、駆動部１２によって、図２の矢印に示すように基板１４を回転させることで、基板１４の外周部１４ａが順次プラズマ処理される。プラズマ処理によって、基板１４の側面と裏面に形成された膜を除去してもよいし、基板１４の側面と裏面に成膜処理を施してもよい。安定したプラズマによって、基板１４の外周部１４ａをプラズマ処理することで、均一若しくは均一性を改善した成膜又は均一若しくは均一性を改善した膜の除去が可能となる。
さらに、測定器３４によって、基板１４の外周部１４ａの状態を監視することができる。例えば、外周部１４ａの膜が除去されたか確認したり、外周部１４ａに成膜されたか確認したり、リアルタイムでモニターことができる。そのようなモニターを可能とするために、例えば、マスクブロック２０は外周部１４ａの直上を避けて設けられる。
図３は、電極の形状が処理結果に与える影響を示す図である。図３の例では、接地側電極として機能するステージ１０の外径を２９５ｍｍとした。ステージ１０の上には、直径３００ｍｍのシリコンを材料とする基板１４をのせた。基板１４として非結晶炭素被膜が成膜された基板を用いた。この例では、基板１４の外周部１４ａの膜を、１０分間の酸素ガスのプラズマにて除去した。電極１６は、幅４０ｍｍのアルミ製の放電プラグとした。電極１６に高周波電力を印加して、放電を起こし、ステージ１０を回転させることで、基板１４の外周部１４ａ全体にプラズマ処理を施した。その結果、図３の実線で示す膜厚プロファイルが得られた。
図３の破線は、平面視でステージ１０の外縁の全体と対向するアルミ製のリング状電極を設け、そのリング状電極に高周波電力を印加してステージを回転又は静止させて外周部全体に対してプラズマ処理した場合の膜厚プロファイルを示す。つまり、図３の破線のデータは、ステージ１０を囲むリング状電極で放電をさせた場合のプラズマ処理後の膜厚プロファイルを示す。
図３の実線のデータと破線のデータはどちらも基板１４の外縁から２ｍｍ内側の位置で測定された。また、どちらの場合も、電極（放電プラグ又はリング状電極）とステージ１０の距離は１２ｍｍとし、電極に印加する高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚとした。
図３の実線と破線の比較から、ステージ１０の外縁の一部だけに対向する電極１６を設けることで、ステージ１０を囲むリング状電極を用いる場合よりも、膜厚の面内均一性が高まることが分かる。したがって、一例によれば、電極１６はステージ１０の外縁の一部だけに対向させるべきであり、ステージを囲むべきではない。電極でステージ１０を囲むリング状電極を用いる場合、電極とステージ１０が対向した部分全体において均等なガス流とプラズマを得ることが難しく、位置に応じて炭素膜の厚さが大きくばらつく。これに対し、電極を小さくして、ステージ１０の外縁の一部だけに対向させることで、一か所で安定した放電を起こすことが可能となり、均一な膜の除去ができる。
図４は、別の例に係る基板処理装置２´の構成例を示す図である。この例では、可変容量５０を介してステージ１０を接地した。可変容量５０の容量を調整することで、プラズマ生成時のインピーダンスを最適化することができる。
図５は、別の例に係る基板処理装置２´´の構成例を示す図である。この例では、ガス供給装置５２で、ステージ１０の下側から、電極１６とステージ１０の間隙２３にガスを供給する。これにより、ガス供給装置５２から基板１４の裏面側に十分なガスが提供されるので、特に基板１４の裏面に意図するプラズマ処理を施すことができる。
図６は、別の例に係る基板処理装置２´´´の構成例を示す図である。電極１６Ａは、基板１４と同じレベル（位置）、ステージ１０の上端と同じレベル、又はそれらより下のレベルにだけ設けることができる。図６の例では、基板１４上端と同レベル又は当該上端より下にだけ電極１６Ａを設けた。そうすると、プラズマは、主として基板１４の側面の横と、基板１４の裏面の下に生じる。この場合、基板１４の上面へのプラズマ処理を十分抑制しつつ、基板１４の側面及び裏面にプラズマ処理を施すことができる。別の方法で電極の形状を変更したり、電極とステージ１０の距離を調整したりすることができる。
１０ ステージ、 １２ 駆動部、 １４ 基板、 １６ 電極

Claims (9)

  1. ステージと、
    前記ステージを回転させる駆動部と、
    前記ステージの外縁の一部だけに対向する電極と、
    前記電極に高周波電力を供給する高周波電力供給部と、
    前記電極と前記ステージの間にガスを供給するガス供給装置と、
    前記電極に対向し、可変容量を介して接地されたインピーダンス調整電極と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記ステージの上に前記ステージと離れて設けられたマスクブロックと、
    前記ステージと前記マスクブロックの間の空間にパージガスを提供し、平面視で放射状に進むガス流を生じさせるパージガス供給装置と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記電極の形状は弧状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記インピーダンス調整電極は、前記ステージの上方に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記ステージの上方に設けられた測定器を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  6. 前記測定器は、カメラ、温度計又は膜厚測定器であることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
  7. ステージの上に、前記ステージよりも直径の大きい基板をのせることと、
    前記ステージの外縁の一部だけに対向する電極に高周波電力を供給するとともに前記電極と前記ステージの間にガスを供給することで、前記電極と前記ステージの間にプラズマを生成しつつ、前記ステージを回転させることと、
    前記電極に対向し、可変容量を介して接地されたインピーダンス調整電極のインピーダンスを調整することと、を備えたことを特徴とする基板処理方法。
  8. 前記プラズマによって、前記基板の側面と裏面に形成された膜を除去することを特徴とする請求項７に記載の基板処理方法。
  9. 前記プラズマによって、前記基板の側面と裏面に成膜処理を施すことを特徴とする請求項７に記載の基板処理方法。
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