JP7359000B2

JP7359000B2 - 基板を処理する装置、及び基板を処理する方法

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Publication number: JP7359000B2
Application number: JP2020006866A
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Inventors: 澄田中; 民宏小林
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Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
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Description

本開示は、基板を処理する装置、及び基板を処理する方法に関する。

例えば基板に処理を行う基板処理装置は、処理チャンバ内に設けられたステージに基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）を載置し、当該ウエハに向けて処理ガスを供給して、ウエハに成膜やエッチングなどの処理を行う。このような基板処理装置においては、処理チャンバの内面へのガスの吸着を避けるため処理チャンバが加熱されることがある。また処理チャンバ内に設けられ、処理対象のウエハが載置されるステージの周囲に、ステージの上方の空間と下方の空間とを区画するセパレーションリングやウエハの周縁をマスクするシャドウリング、ステージに対してウエハを固定するクランプリングなどが設けられる場合がある。以下、これらステージの周方向に沿って処理チャンバ内に設けられる部材をステージ周辺部材と呼ぶ。

特許文献１には、成膜処理を行う処理チャンバ内で、非成膜処理時には下降し、成膜処理時には上昇するペディスタルを有するＣＶＤ装置が記載されている。当該ＣＶＤ装置には、基板支持体上に支持されたウエハの外周部分の上方を覆うためのステージ周辺部材であるシャドウリングと、非成膜処理時にシャドウリングを処理チャンバ内の所定の位置に配置する位置決め手段とを備えたマスク装置が設けられている。

特開平１０－３２１５２４号公報

本開示は、基板処理装置において、処理チャンバの加熱状態と非加熱状態とにおける、ステージと、ステージ周辺部材と、の位置ずれを小さくする技術を提供する。

本開示の装置は、基板を処理する装置であって、
前記基板を処理するための処理室を備えた処理チャンバと、
前記処理チャンバを加熱する加熱部と、
前記処理チャンバと熱的に隔離され、前記処理チャンバに固定される基台と、前記処理チャンバに対して前記基台が固定される位置を基準位置としたときに、前記基準位置から水平方向に離れた位置にて、前記基台に支持された状態で前記処理室に向けて設けられた開口に挿入され、前記処理室内に前記基板を保持するステージと、を備えた支持部と、
前記開口に挿入された状態の前記ステージの周辺に沿って前記処理チャンバ内に設けられたステージ周辺部材と、
前記ステージ周辺部材の位置決めをするために前記処理チャンバに固定された第１の位置決めピンと、平面視したとき、前記基準位置から見て、前記第１の位置決めピンよりも遠い位置に固定された第２の位置決めピンとを備え、
前記ステージ周辺部材は、
前記処理チャンバに対して前記ステージ周辺部材を固定するために前記第１の位置決めピンが挿入される第１の孔部と、
前記第２の位置決めピンが挿入され、前記加熱部による加熱状態と非加熱状態との切り替えに伴う前記処理チャンバの膨張収縮に対応して、前記第２の位置決めピンの移動する方向に沿って長孔形状に形成された第２の孔部と、を備える。

本開示によれば、基板処理装置において、処理チャンバの非加熱状態と加熱状態とにおける、ステージと、ステージ周辺部材と、の位置ずれを小さくすることができる。

第１の実施形態に係る基板処理システムの構成を説明する平面図である。前記基板処理システムに設けられている基板処理装置の縦断側面図である。前記基板処理装置の平面図である。基板処理装置に設けられた比較形態に係るセパレーションリングの説明図である。基板処理装置に設けられた比較形態に係るセパレーションリングの説明図である。本開示にかかるセパレーションリングの説明図である。本開示にかかるセパレーションリングの説明図である。前記基板処理装置の作用を示す説明図である。セパレーションリングの他の例を示す平面図である。ステージを支持する支持部の他の例を示す平面図である。前記他の例に係る支持部の側面図である。第２の実施形態にかかる基板処理装置の縦断側面図である。第３の実施形態にかかる基板処理装置の縦断側面図である。第３の実施形態にかかる基板処理装置の縦断側面図である。

［第１の実施形態］
本開示の第１の実施形態に係る基板処理装置２を適用した基板処理システム１について図１の平面図を参照しながら説明する。この基板処理システム１は、搬入出ポート１１と、搬入出モジュール１２と、真空搬送モジュール１３と、基板処理装置２と、を備えている。図１において、Ｘ方向を左右方向、Ｙ方向を前後方向、搬入出ポート１１を前後方向の手前側として説明する。搬入出モジュール１２の手前側には搬入出ポート１１、搬入出モジュール１２の奥側には真空搬送モジュール１３が、夫々互いに前後方向に向けて接続されている。

搬入出ポート１１は、処理対象のウエハＷを収容した搬送容器であるキャリアＣが載置されるものであり、例えばウエハＷは、直径が３００ｍｍの円形基板である。搬入出モジュール１２は、キャリアＣと真空搬送モジュール１３との間でウエハＷの搬入出を行うためのモジュールである。搬入出モジュール１２は、搬送機構１２０により、常圧雰囲気中でキャリアＣとの間でウエハＷの受け渡しを行う常圧搬送室１２１と、ウエハＷが置かれる雰囲気を常圧雰囲気と真空雰囲気との間で切り替えるロードロック室１２２と、を備えている。

真空搬送モジュール１３は、真空雰囲気が形成された真空搬送室１４を備え、この真空搬送室１４の内部には基板搬送機構１５が配置されている。真空搬送室１４は、例えば平面視、前後方向に長辺を有する長方形をなす。真空搬送室１４の４つの側壁のうち、長方形の互いに対向する長辺には、各々、複数例えば３つの基板処理装置２が接続され、手前側の短辺には搬入出モジュール１２に設置されたロードロック室１２２が接続されている。図中の符号Ｇは、搬入出モジュール１２と真空搬送モジュール１３との間、真空搬送モジュール１３と基板処理装置２との間に夫々介在するゲートバルブである。このゲートバルブＧは、互いに接続されるモジュールに各々設けられるウエハＷの搬入出口を開閉する。

基板搬送機構１５は、真空雰囲気中で搬入出モジュール１２と各基板処理装置２との間でウエハＷの搬送を行うためのものであって、多関節アームよりなり、ウエハＷを保持する基板保持部１６を備えている。基板保持部１６は、第１の基板保持部１６１、第２の基板保持部１６２及び接続部１６３を備え、第１の基板保持部１６１、第２の基板保持部１６２に各々２枚ずつウエハＷを保持する。そして基板処理装置２に一括して４枚のウエハＷを受け渡すように、基板保持部１６は例えば４枚のウエハＷを保持できるように構成されている。

続いて、基板処理装置２について、例えばウエハＷに対し、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により成膜処理を行なう成膜装置として構成した例について、図２、図３を参照しながら説明する。図２は、基板処理装置２の縦断側面図、図３は基板処理装置２内に配置される後述のステージ２２及びセパレーションリング７の配置状態を示す平面図である。特に図２は、図３中に示すＡ－Ａ´の位置から矢視した状態を示している。なお、図２、図３には、基板処理装置２内の機器の配置関係を説明するための副座標（Ｘ´－Ｙ´－Ｚ´座標）を併記してある。副座標は、真空搬送モジュール１３と接続される位置を手前側として、Ｘ´方向を前後方向、Ｙ´方向を左右方向として説明する。

この例における基板処理装置２は、真空雰囲気中で複数枚、例えば４枚のウエハＷに対して一括でガス処理を行うものである。６つの基板処理装置２は互いに同様に構成され、基板処理装置２間で互いに並行してウエハＷの処理を行うことができる。基板処理装置２は、内部に載置されたウエハＷを処理するための平面視矩形の処理チャンバ２０を備えている。処理チャンバ２０は、例えばアルミニウムで構成され、内部雰囲気を真空排気することが可能な真空容器として構成されている。

図２中の符号２０１は、処理チャンバ２０の天井部材、符号２０２は容器本体である。容器本体２０２の手前側の側壁には、ゲートバルブＧを介して真空搬送室１４に接続される２つの搬入出口２１が、左右方向（Ｙ´方向）に並ぶように形成されている。この搬入出口２１はゲートバルブＧによって開閉される。また天井部材２０１及び容器本体２０２には、夫々処理チャンバ２０を加熱する加熱部であるヒーター２５が埋設されており処理チャンバ２０の内面を例えば１７０℃に加熱できるように構成している。

図３に示すように、処理チャンバ２０の内部には、各搬入出口２１（ゲートバルブＧ側）から見て右手側に２つの処理空間Ｓ１、Ｓ２が手前側から奥手側へ向けて１列に配置されている。また搬入出口２１から見て左手側にも同様に２つの処理空間Ｓ３、Ｓ４が１列に配置されている。従って、処理チャンバ２０内には、上面側から見たとき、２×２の行列状に、合計４つの処理空間Ｓ１～Ｓ４が配置されている。処理空間Ｓ１～Ｓ４は、本実施形態の処理室に相当している。

図２も参照しながら処理空間Ｓ１～Ｓ４を含む処理チャンバ２０の内部構造について説明する。４つの処理空間Ｓ１～Ｓ４は互いに同様に構成され、各々、ウエハＷが載置されるステージ２２と、このステージ２２と対向して配置されたガス供給部４と、の間に形成される。図２は、処理空間Ｓ３、Ｓ４の縦断側面を示している。以下、処理空間Ｓ３を例にして説明する。

ステージ２２は下部電極を兼用するものであり、例えば金属もしくは、金属メッシュ電極を埋め込んだ窒化アルミ(ＡｌＮ)からなる扁平な円板状に形成される。ステージ２２は、図２、図３に示すように支持部６により支持されている。図３に示すように本開示にかかる基板処理装置２では、処理空間Ｓ１、Ｓ２に設けられるステージ２２を支持する支持部６と、処理空間Ｓ３、Ｓ４に設けられるステージ２２を支持する支持部６と、の２台が設けられている。２台の支持部６は、Ｘ´－Ｚ´平面に対して互いに鏡面対称に構成されており、ここでは、図２の処理空間Ｓ３、Ｓ４に設けられるステージ２２を支持する支持部６を例に説明する。

支持部６は、処理チャンバ２０の下面の中央付近に固定される基台６０を備えている。基台６０は、例えば締結ピン６８により処理チャンバ２０に固定されている。この処理チャンバ２０と支持部６とが固定される締結ピン６８の位置が当該支持部６に支持される２台のステージ２２、及び後述するステージ周辺部材においての基準位置Ｐとなる。なお基台６０と処理チャンバ２０との接触部分には、断熱性の部材が配置され、処理チャンバ２０側と支持部６側とは熱的に隔離されている。

搬入出口２１側（ゲートバルブＧ側）から見て基台６０の右側面には、上下方向に延びる２本のガイドレール６５が形成されている。さらに当該ガイドレール６５に沿って、前後方向に向けて水平に設けられたアーム６２が昇降するように構成されている。ガイドレール６５及びアーム６２は昇降機構を構成する。

アーム６２の両端寄りの位置には、アーム６２から、処理空間Ｓ３、Ｓ４に設けられたステージ２２の下方まで延びる梁部６２ａが設けられている。各梁部６２ａの先端には、上方に延びる支持柱６１が設けられている。支持柱６１は、処理チャンバ２０の底面を貫通し、その頂部には、ウエハＷを保持するステージ２２が夫々設けられている。各ステージ２２は、処理空間Ｓ３、Ｓ４の下面に形成された開口２０４に挿入されて前記処理空間Ｓ３、Ｓ４内にウエハＷを保持した状態となる（図２）。

以上に説明した支持部６の構成によると、処理チャンバ２０に固定された基台６０は、基準位置Ｐから水平方向に離れた位置にて、ステージ２２が処理空間Ｓ３、Ｓ４の開口２０４に挿入されるように、当該ステージ２２を支持している（図３）。
また処理チャンバ２０の下方には、処理チャンバ２０内を気密に保つためのベローズ６３が支持柱６１を囲むように設けられている。このように構成された支持部６によりアーム６２が昇降することでステージ２２が処理チャンバ２０内を昇降する。また、支持柱６１の基端部に回転駆動機構を設け、鉛直軸回りにステージ２２を回転自在に構成してもよい。

図２には、実線にて処理位置にあるステージ２２を描き、点線にて受け渡し位置にあるステージ２２を夫々示している。処理位置とは、後述する基板処理（成膜処理）を実行するときの位置であり、各ステージ２２は、処理空間Ｓ３、Ｓ４の下面に形成された開口２０４に挿入された状態となる。受け渡し位置とは、既述の基板搬送機構１５とステージ２２との間でウエハＷの受け渡しを行う位置である。即ち支持部６の昇降機構は、ステージ２２を前記基台６０に対して昇降させることにより、前記処理空間Ｓ３、Ｓ４の下方側の基板の受け渡し位置と、上方側の基板の処理位置との間で前記ステージ２２を昇降させる。図２中の符号２４はステージ２２に各々埋設されたヒーターであり、ステージ２２に載置された各ウエハＷを５０℃～６００℃に加熱する。またステージ２２は図示しない整合器を介して接地されている。

さらに支持部６は、その内部に、不図示の流路が形成されており、例えばチラーなどの冷却機構６７から供給される冷却水を流路に通流させることで支持部６が冷却されるように構成されている。なお、流路は、基台６０、アーム６２、梁部６２ａ、支持柱６１に各々形成され、各部が冷却されるように構成されている。

また処理チャンバ２０内の底面には、複数本例えば３本の図示しない受け渡しピンがステージ２２に対応した位置に設けられる一方、ステージ２２には、この受け渡しピンの通過領域を形成するための貫通孔（不図示）が形成されている。

さらに、処理チャンバ２０の天井部材２０１における、ステージ２２の上方には、絶縁部材よりなる後述のガイド部材３４を介して上部電極をなすガス供給部４が設けられている。ガス供給部４は、蓋体４２と、ステージ２２の載置面と対向するように設けられた対向面をなすシャワープレート４３と、蓋体４２とシャワープレート４３との間に形成されたガスの通流室４４と、を備えている。蓋体４２には、ガス分配路５１が接続されると共に、シャワープレート４３には、厚さ方向に貫通するガス吐出孔４５が例えば縦横に配列され、ステージ２２に向けてシャワー状にガスが吐出される。

各処理空間Ｓ１～Ｓ４のガス供給部４に接続されたガス分配路５１の上流側は、共通のガス供給路５２に合流して、ガス供給系５３に接続されている。ガス供給系５３は、例えば反応ガス（処理ガス）の供給源、パージガスの供給源、処理チャンバ２０内に堆積した膜を除去するクリーニングガスの供給源や、配管、バルブ、流量調整部等を備えている。

またシャワープレート４３には、整合器４０を介して高周波電源４１が接続されている。シャワープレート（上部電極）４３とステージ（下部電極）２２との間に高周波電力を印加すると、容量結合により、シャワープレート４３から処理空間Ｓ３に供給されたガス（本例では反応ガス）をプラズマ化することができる。高周波電源４１に接続されたシャワープレート４３、及び接地されたステージ２２は、本実施形態のプラズマ形成部に相当する。

各処理空間Ｓ１～Ｓ４の周囲には、これらの処理空間Ｓ１～Ｓ４の周方向に沿って排気口を形成する環状のガイド部材３４が設けられている。ガイド部材３４は、ガス供給部４の周囲に嵌め込まれ、処理空間Ｓ１～Ｓ４から排出されたガスを通流させる通流路３５を形成する。通流路３５には、不図示の排気口が形成され、当該排気口に接続された不図示の排気流路を介して基板処理装置２内は真空排気される。

さらに処理チャンバ２０における各ステージ２２の下方には、ステージ２２の下方に反応ガスが流れ込むことを防ぐために、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスをステージ２２の下方の空間に供給するガス供給部２６が設けられている。図２中の符号２７は、Ａｒガス供給源である。

また容器本体２０２におけるガイド部材３４の下方には、ステージ２２の周囲を囲む平坦な棚部２０３が形成されている。そして棚部２０３には、処理位置にあるステージ２２の周囲を囲う環状部材であるセパレーションリング７が設けられている。セパレーションリング７は、ステージ２２の周辺に沿って処理チャンバ２０内に設けられたステージ周辺部材に相当する。セパレーションリング７は、複数の処理空間Ｓ１～Ｓ４に配置された各ステージ２２に対応して設けられている。

セパレーションリング７は、ウエハＷの処理時にステージ２２の周囲との間に形成される隙間の幅を狭くして、ステージ２２の上方の雰囲気と、下方の雰囲気と、を区画する。なお棚部２０３に載置したセパレーションリング７の外周面と処理チャンバ２０（容器本体２０２）を構成する部材との間には、十分な間隔が確保されている。このため、後述の作用説明で述べるように、処理チャンバ２０の膨張収縮に伴ってセパレーションリング７との間の位置関係が変化した場合であっても、セパレーションリング７の外周面が他の部材と接触しない配置状態となっている。

上述の構成を備える基板処理装置２において、セパレーションリング７のようにステージ２２の周辺に設けられるステージ周辺部材を配置する際の従来手法の問題点について、比較形態に係るセパレーションリング７００を参照して説明する。図４、図５は、夫々処理チャンバ２０の非加熱状態、及び加熱状態におけるステージ２２と、比較形態に係るセパレーションリング７００と、の位置関係を示している。なお図５、及び後述する本開示にかかるセパレーションリング７を示す図７では、図面が煩雑になることを避けるため、アーム６２の記載を一部省略した。また図４～図７においては、セパレーションリング７、７００の幅及びセパレーションリング７、７００と、ステージ２２との隙間の寸法を誇張して記載している。

セパレーションリング７００は、例えばアルミナなどにより構成され、処理位置にあるステージ２２の周囲を囲む平らな円環状に構成される。比較形態においては、棚部２０３上にステージ２２の周方向に沿って、例えば等間隔に３か所、セパレーションリング７００の位置決めをする位置決めピン７０１ａが設置されている。またセパレーションリング７００には各位置決めピン７０１ａに対応する孔部７０１が形成されている。そして各孔部７０１に、対応する位置決めピン７０１ａを挿入することで、セパレーションリング７００が、処理位置にあるステージ２２の周囲を囲むように位置決めされる。これは、既述の特許文献１に記載のアダプタリングに対するピンを用いたシャドウリングの取り付け手法と同様の手法である。

各孔部７０１は、セパレーションリング７００の径方向に延びるように長孔で構成されており、３本の位置決めピン７０１ａの互いの間隔が設計寸法からずれていても、各孔部７０１に各位置決めピン７０１ａを確実に挿入し、処理チャンバ２０に対してセパレーションリング７００を固定することができる。

ここで本例の基板処理装置２においては、装置を稼働していないときには、処理チャンバ２０の温度は、およそ室温（２３℃）である。一方で装置を稼働するときには、処理チャンバ２０の内面への原料ガスの吸着を抑制するため、処理チャンバ２０は例えば１７０℃に加熱される。従って既述のようにアルミニウムで構成される処理チャンバ２０は、加熱状態には、非加熱状態と比較して熱膨張する。

これに対してステージ２２、及びこれを支持する支持部６は、シール部材やモータ等を熱から保護するため、既述のように処理チャンバ２０に対して熱的に隔離されているとともに、内部に冷却水が通流されて冷却されている。従って処理チャンバ２０が加熱されて昇温したときにも支持部６の温度はほとんど変化せず熱膨張もほとんどしない。

そのため処理チャンバ２０と、支持部６との相対的な位置を考えたときに基準位置Ｐは、基台６０部分と、処理チャンバ２０とが締結ピン６８で固定されているため処理チャンバ２０の加熱状態、非加熱状態で位置の変化はない。また非加熱状態から加熱状態となると処理チャンバ２０は一様に膨張するため、基準位置Ｐから見ると、基準位置Ｐから離れた位置に配置された部材は、基準位置Ｐから放射状に離れるように位置がずれる。

一方で冷却水により冷却され、処理チャンバ２０が加熱状態となった際にも温度がほとんど変化しない支持部６やステージ２２は、基準位置Ｐから見て、いずれの位置においても位置が変化しない。
従ってセパレーションリング７００を含む処理チャンバ２０側の部材と、ステージ２２との位置関係に着目すると、ステージ２２から見て、処理チャンバ２０側の部材は、処理チャンバ２０の加熱時に、基準位置Ｐから放射方向に離れるように移動する。

上述のように処理チャンバ２０を非加熱状態から加熱状態に切り替えることにより、セパレーションリング７００とステージ２２との位置関係が変化してしまう場合には、さらなる問題が生じる。
既述のように、ステージ２２の上方の雰囲気と下方の雰囲気とを区画するため、処理位置において、ステージ２２は、セパレーションリング７００の開口部分７０の内側に配置される。一方で、処理チャンバ２０が非加熱状態、加熱状態のいずれの状態であっても、ステージ２２とセパレーションリング７００とは互いに接触しないように構成する必要がある。

ステージ２２の上下の雰囲気を区画する観点では、処理位置のステージ２２外周面とセパレーションリング７００の内周面との隙間の寸法は全周にわたって均等となることが好ましい。一方で、既述のように、ステージ２２とセパレーションリング７００との位置関係は、非加熱状態と加熱状態とで変化する。ウエハＷの処理は処理チャンバ２０が加熱状態で行われるところ、この条件下で、セパレーションリング７００の開口部分７０の中心Ｃ_ｒが、ステージ２２の中心Ｃ_ｓと揃った状態となることが好ましい（図５）。

処理チャンバ２０が加熱状態となった際に、セパレーションリング７００の開口部分７０の中心Ｃ_ｒと、ステージ２２の中心Ｃ_ｓとを揃える手法として、非加熱状態におけるステージ２２の中心Ｃ_ｓまたは開口部分７０の中心Ｃ_ｒのいずれかを偏心させて配置する手法が考えられる。本例では、セパレーションリング７００の本体の中心に対して、開口部分７０の中心Ｃ_ｒを偏心させて形成している。

例えば図５に示すように、処理チャンバ２０の非加熱状態と加熱状態との間のセパレーションリング７００の位置ずれの大きさ「位置ずれ寸法Ｄ」とする。この位置ずれ寸法Ｄを予め把握し、処理チャンバ２０の非加熱状態において、ステージ２２の中心Ｃ_ｓに対し、開口部分７０は、その中心Ｃ_ｒが基準位置Ｐ側に向けて位置ずれ寸法Ｄだけずれた位置に形成されている。この配置により、処理チャンバ２０が加熱状態となると、セパレーションリング７００は、その中心Ｃ_ｒがステージ２２の中心Ｃ_ｓ側へ向けて移動し、やがてこれらの中心Ｃ_ｓ、Ｃ_ｒが揃った状態となる。

一方で、上述のようにセパレーションリング７００の開口部分７０を偏心させて形成する場合には、非加熱状態においてもステージ２２とセパレーションリング７００とが、接触しないように開口部分７０の内径を調節する必要がある。理論上、開口部分７０の内径Ｒ_ｒが「Ｒ_ｒ＞Ｄ＋Ｒ_ｓ（Ｒ_ｓ＝ステージ２２の半径）」の条件を満たすようにすれば、これらの部材の接触は避けられるが、設計上は各部材の加工公差などに対応するためのマージンｍも考慮する必要がある（Ｒ_ｒ＞Ｄ＋Ｒ_ｓ＋ｍ）。

上述のように、この位置ずれ寸法Ｄを予め把握し、セパレーションリング７００に対して開口部分７０を偏心させて形成すれば、ウエハＷの処理を行う加熱状態において、前記開口部分７０の中心Ｃ_ｒと、ステージ２２の中心Ｃ_ｓとを揃え、ステージ２２の全周にわたって均等な隙間を形成することができる。
一方で、非加熱状態と加熱状態との間におけるセパレーションリング７００の移動に起因する位置ずれ寸法Ｄが大きいと、前記隙間の幅が広がってしまい、ステージ２２の上下の雰囲気を区画する効果が小さくなる。

この点について、比較形態のセパレーションリング７００は、既述のように等間隔に３か所設けられた位置決めピン７０１ａを用いて位置決めが行われている。しかしながら、この手法でセパレーションリング７００の取り付けを行うと、基準位置Ｐから見て、最も離れた位置に配置された位置決めピン７０１ａが処理チャンバ２０の膨張に伴って移動する際の影響が大きくなる。この結果、後述のように位置ずれ寸法Ｄが大きくなってしまう（後述の比較例では１ｍｍ）。この場合に、マージンを０．５ｍｍとすると、ステージ２２を処理位置に位置させたときに、ステージ２２と、セパレーションリング７００との間には、幅が１．５ｍｍにも達する隙間が形成されてしまう。

このような問題に対して、本開示にかかる基板処理装置２におけるセパレーションリング７は、マージンを含めた前記隙間の幅を例えば１ｍｍ以下とすることを目標とする。この目標を実現するためには、非加熱状態－加熱状態の状態変化に対応するセパレーションリング７の位置ずれ寸法Ｄを例えば０．５ｍｍ以下に小さくする必要がある。
図６、図７は夫々処理チャンバ２０の非加熱状態、及び加熱状態におけるステージ２２と、本開示にかかるセパレーションリング７と、の位置関係を示している。図６、図７に示すように基板処理装置２は、セパレーションリング７の位置決めをするために各々処理チャンバ２０に固定された横断面円形の第１の位置決めピン７１ａと、第２の位置決めピン７２ａと、を備えている。

平面視したとき、第１の位置決めピン７１ａは、円環状に形成されたセパレーションリング７の前記基準位置Ｐにできるだけ近い位置に設けられている。これに対して第２の位置決めピンは、基準位置Ｐから見て第１の位置決めピン７１ａよりも遠い位置、例えば開口部分７０を介して第１の位置決めピン７１ａと対向する位置に設けられている。本開示において基準位置Ｐから第１の位置決めピン７１ａまでの離間距離は、平面視（Ｘ´－Ｙ´平面）６０ｍｍである。

さらに本開示のセパレーションリング７は、各ピン７１ａ、７２ａを挿入する孔部７１、７２の形状に特徴がある。即ち、第１の位置決めピン７１ａを挿入する第１の孔部７１は、当該第１の位置決めピン７１ａの横断面形状に対応した丸孔となっている。一方、第２の位置決めピン７２ａを挿入する第２の孔部７２は、第２の位置決めピン７２ａが移動自在な長孔となっている。

第１の孔部７１の内径は、例えば第１の位置決めピン７１ａの横断面の外径に合わせるように設定されている。このように第１の位置決めピン７１ａが第１の孔部７１内を移動しない構成とすることで、処理チャンバ２０に対するセパレーションリング７の位置を固定できる。即ち第１の孔部７１は、前記第１の位置決めピン７１ａが挿入されて、前記処理チャンバ２０の非加熱状態と加熱状態とを切り替えて処理チャンバ２０が膨張収縮したときに、前記セパレーションリング７が前記処理チャンバ２０に対して、水平方向に大きく位置ずれしないように抑制する。

また第２の孔部７２には、前記第２の位置決めピン７２ａが挿入され、前記処理チャンバ２０の非加熱状態と加熱状態とを切り替えて処理チャンバ２０が膨張収縮したときに、前記第２の位置決めピン７２ａが移動する方向に沿った長孔形状に形成されている。本例では処理チャンバ２０が非加熱のときに、第２の孔部７２におけるもっとも基準位置Ｐ側の端部に第２の位置決めピン７２ａを位置させる。

以上に説明した構成を備えることにより、本開示にかかるセパレーションリング７は２つの孔部７１、７２のうち、基準位置Ｐに近い第１の位置決めピン７１ａのみにより位置がずらされる。第１の位置決めピン７１ａは、基準位置Ｐからの位置ずれの寸法が比較的小さいため、セパレーションリング７の位置ずれ寸法Ｄは小さく抑制される。
一方で、処理チャンバ２０の膨張に伴うずれ量が大きい第２の位置決めピン７２ａは、当該第２の位置決めピン７２ａの移動方向に沿って形成された長孔形状の第２の孔部７２内に配置されている。このため、処理チャンバ２０が加熱状態となる際に第２の位置決めピン７２ａが移動しても、セパレーションリング７を移動させる力は働かず、セパレーションリング７の回転方向のずれのみを抑制する。

以上に説明した構成を備えた基板処理システム１におけるウエハＷの処理について簡単に説明する。
処理対象のウエハＷを収容したキャリアＣが搬入出ポート１１に載置されると、ウエハＷは搬入出モジュール１２における搬送機構１２０により常圧雰囲気下で受け取られ、ロードロック室１２２内に搬送される。次いで、ロードロック室１２２内を常圧雰囲気から真空雰囲気に切り替えた後、ロードロック室１２２内のウエハＷを真空搬送モジュール１３の基板搬送機構１５が受け取り、真空搬送室１４を介して、所定の基板処理装置２に搬送される。なお処理チャンバ２０は、例えば１７０℃に加熱されている。

次いで、第１、第２の基板保持部１６１、１６２を基板処理装置２から後退させ、ゲートバルブＧを閉じる。続いて各ステージ２２を処理位置に上昇させると共に、ステージ２２の下方側の空間にＡｒガスを供給する。
さらに処理チャンバ２０内の圧力調節、ヒーター２４によるウエハＷの加熱を実施する。しかる後、各処理空間Ｓ１～Ｓ４において各ガス供給部４から成膜用の反応ガスを供給し、各高周波電源４１をオンにして反応ガスをプラズマ化することにより成膜処理を実行する。

このとき、反応ガスはシャワープレート４３を介して各処理空間Ｓ１～Ｓ４のステージ２２上に配置されたウエハＷに対してシャワー状に吐出される。しかる後、反応ガスは、ウエハＷの表面を径方向へ向けて流れた後、処理空間Ｓ１～Ｓ４の側周部に開口する通流路３５に流れ込み、排気される。

既述のように本開示にかかる基板処理装置２では、セパレーションリング７の位置ずれ寸法Ｄを小さくできることから、開口部分７０の内径も小さくでき、ステージ２２の周縁と、セパレーションリング７との間の隙間が比較形態のセパレーションリング７００に比べて狭くなっている。
そのため図８に示すように処理空間Ｓ１～Ｓ４側に供給される反応ガスがステージ２２とセパレーションリング７との隙間に侵入しにくく、反応ガスがステージ２２の下方に回り込みにくい（図８には処理空間Ｓ３を例示している）。また反応ガスがステージ２２の下方に回り込みにくくなることで、ステージ２２の下方に供給されるＡｒガスの流量も抑えることができる。従ってステージ２２の上方にＡｒガスが回り込みにくくなり、処理ガスがＡｒガスにより希釈されることを抑制できる。

またプラズマを形成させるために高周波電源４１をオンにした時もプラズマがステージ２２とセパレーションリング７との隙間を介してステージ２２の下方側に回り込むことが抑制でき、ステージ２２の下方側における放電を抑制することができる。プラズマの回り込みを確実に抑えるためのステージ２２とセパレーションリング７との隙間寸法は、０．５ｍｍと言われている。後述のようにセパレーションリング７の位置ずれ寸法Ｄは０．２ｍｍまで抑えることができることを把握している。このことからステージ２２とセパレーションリング７との接触を確実に避けるためのマージンｍを０．３ｍｍ以下に設定することで、ウエハＷの処理時のステージ２２とセパレーションリング７との隙間寸法を０．５ｍｍ以下にすることができる。

そして、所定の時間が経過し、成膜が完了したら、反応ガス、高周波電力の供給を停止し、処理チャンバ２０内の圧力調節を行った後、搬入時とは反対の手順で成膜処理後のウエハＷを処理チャンバ２０から同時に搬出する。

このように本開示にかかる基板処理装置２においては、ステージ周辺部材（セパレーションリング７）を処理チャンバ２０に設置するにあたって、基準位置Ｐに近い位置に配置された第１の位置決めピン７１ａにより処理チャンバ２０に対してステージ周辺部材を固定している。一方、基準位置Ｐから見て第１の位置決めピン７１ａよりも離れた位置にある第２の位置決めピン７２ａは、当該第２の位置決めピン７２ａの移動する方向に沿って長孔形状に形成された第２の孔部７２に挿入されている。この構成により、処理チャンバ２０を非加熱状態から加熱状態に切り替えたときのステージ周辺部材の位置ずれを第１の位置決めピン７１ａの移動量程度に抑え、位置ずれ寸法Ｄを小さくすることができる。

またステージ周辺部材がセパレーションリング７の場合、処理チャンバ２０の非加熱状態と、加熱状態と、を切り替えたときのセパレーションリング７の位置ずれ寸法Ｄが小さくなることで、セパレーションリング７の開口部分７０の内径を小さくすることができる。これによりウエハＷの処理時におけるステージ２２と、セパレーションリング７との隙間を狭くすることができ、ステージ２２の上方の空間と下方側の空間とをより確実に区画することができる。

ここで本開示にかかる技術は、複数のウエハＷを同時に処理する基板処理装置２に適用する場合に限定されない。例えば、処理チャンバ２０内に設けられた一台のステージ２２に、１枚のウエハＷを載置して処理を行う構成のものであってもよい。このような基板処理装置２においても、ステージ２２が支持部６と処理チャンバ２０が固定される基準位置Ｐから水平方向に離れた位置で支持される構造であれば適用することができる。

また第２の位置決めピン７２ａと第２の孔部７２のバリエーションとして、図９に示すように第２の孔部７２と第２の位置決めピン７２ａとの組を複数設けてもよい。またステージ周縁部材は環状の部材でなくてもよい。例えば、２つの半円状のステージ周縁部材を２つ組み合わせて、ステージ２２を囲む構成としてもよい。支持部６に支持されるステージ２２が昇降しない構成でもよい。ステージ周縁部材によって囲まれる高さ位置にステージ２２を固定配置して処理空間Ｓ１～Ｓ４を構成し、当該処理空間Ｓ１～Ｓ４に搬入出口を設けてウエハＷを直接、搬入出してもよい。

また第１の孔部７１と第１の位置決めピン７１ａは、第１の孔部７１の中心と、第１の孔部７１に挿入した第１の位置決めピン７１ａの中心とがずれない構成であればよい。そのため第１の孔部７１と、第１の位置決めピン７１ａと、の横断面が丸形には限らず例えば横断面が角形であってもよい。

また図１０、図１１に示すように、本開示にかかる基板処理装置２は、基台６０を処理チャンバ２０に固定するにあたって、基準位置Ｐの固定に加えて、さらに基台６０と処理チャンバ２０とを固定する場合もある。処理チャンバ２０と支持部６とを複数個所で固定した場合、処理チャンバ２０の非加熱状態と、加熱状態と、を切り替えたときに、支持部６側に応力が加わり歪みが生じるおそれもある。

例えば図１０、図１１に示す例では基台６０は、前記基準位置Ｐにて前記処理チャンバ２０に固定されている。さらに前記基台６０の基準位置Ｐから離れた位置に形成された孔部６９に、処理チャンバ２０に固定された締結ピン６９ａを挿入して基台６０を処理チャンバ２０に取り付けている。このとき、締結ピン６９ａが挿入される基台６０側の孔部（締結孔部）６９は長孔となっている。この孔部６９は、前記処理チャンバ２０の非加熱状態と加熱状態とを切り替えたときの処理チャンバ２０の膨張収縮によって前記締結ピン６９ａが移動する方向に沿って形成される。このように構成することで処理チャンバ２０が膨張したときに、基準位置Ｐから外れた位置の締結ピン６９ａから基台６０に負荷がかからず、支持部６の歪みを抑制できる。

［第２の実施形態］
本開示にかかる基板処理装置の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、ウエハＷの処理位置に位置したステージ２２の周囲の隙間がラビリンス構造となるように構成される。

例えば図１２に示すようにステージ２２の下面に、ステージ２２の周縁に沿った環状に構成され、ステージ２２の外周方向に水平に張り出し、周縁が上方に屈曲した屈曲部材２２ａを設ける。そして棚部２０３の上面にセパレーションリング７に代えて、屈曲部材２２ａの上方に組み合わされ、ステージ２２の側面の形状に対応するように形成された環状のラビリンス部材７３を設ける。ラビリンス部材７３は、屈曲部材２２ａとの間に、ラビリンス構造の隙間を形成する。このようなラビリンス部材７３を処理チャンバ２０に設置するにあたって、図６、図７に示したセパレーションリング７と同様に手法を用いる（図１２中、第１の位置決めピン７１ａと第１の孔部７１、第２の位置決めピン７２ａと第２の孔部７２の記載は省略してある）。この構成により、処理チャンバ２０の非加熱状態と、加熱状態と、におけるステージ２２に対するラビリンス部材７３の相対的な位置ずれを小さくすることができる。
そして、処理チャンバ２０の加熱によってラビリンス部材７３の位置が大きくずれないため、ラビリンス部材７３と屈曲部材との間に形成されるラビリンスの隙間を狭くすることができる。ラビリンス部材７３は本実施の形態のステージ周辺部材に相当する。

［第３の実施形態］
第３の実施形態にかかる基板処理装置について説明する。この基板処理装置は、
ウエハＷの周縁部を覆ってウエハＷの周縁部の膜の剥落を抑制するシャドウリング７４を備えている。
図１３に示すようにシャドウリング７４は、その内周縁がウエハＷの周縁にかかる大きさの環状の部材であり、ステージ２２が下降しているときには、第１の実施形態に示したステージ周辺部材であるセパレーションリング７の上に載置されている。そしてステージ２２が上昇したときに図１４に示すようにシャドウリング７４の内周側の領域がウエハＷ周縁部の上面を覆うように載置されステージ２２に持ち上げられる。

このようなシャドウリング７４を備えた基板処理装置２においても、シャドウリング７４がセパレーションリング７に載置されているため、処理チャンバ２０を加熱し、処理チャンバ２０が熱膨張すると、ステージ２２に対するシャドウリング７４の相対的位置がセパレーションリング７と共にずれる。

本開示にかかる基板処理装置２においては、処理チャンバ２０の非加熱状態と、加熱状態とでセパレーションリング７のずれ量を小さく抑えることができる。そのためウエハＷの処理温度によるシャドウリング７４の位置ずれ誤差を抑制することができる。なお、図１３中、第１の位置決めピン７１ａと第１の孔部７１、第２の位置決めピン７２ａと第２の孔部７２の記載は省略してある。また、既述の位置決めピン７１ａ、７２ａにより、処理チャンバ２０に対して固定されていないシャドウリング７４は、本例のステージ周辺部材には該当しない。

また、シャドウリング７４を本開示にかかるステージ周辺部材と同様に処理チャンバ２０に固定し、クランプリング(クランプ部材)としての役割も果たす構成としてもよい。このように構成することでシャドウリング７４の位置ずれを少なくし、ステージ２２に載置されたウエハＷとの位置の誤差を少なくすることができる。なお、この場合には、シャドウリング７４も本例のステージ周辺部材には該当することになる。なお、セパレーションリング７を使用せず、シャドウリング７４を直接設ける構成でもよい。
さらに本開示にかかるステージ周辺部材は、ステージ２２に載置されたウエハＷにプラズマを均一に供給するためのフォーカスリングであってもよい。
なお、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。例えば、セパレーションリング７に位置決めピン７１ａ、７２ａを設け、処理チャンバ２０（棚部２０３）に孔部７１、７２を形成した構成であってもよい。また、基台６０側に締結ピン６９ａを形成し、処理チャンバ２０側に締結孔部６９が形成される関係であってもよい。このようなピンとピンに対応した孔部との配置関係を実施の形態に示した例と逆の配置関係とした構成も本権利範囲に含まれるべきである。

［実施例］
本開示にかかる基板処理装置２の効果を検証するため、実施例として、第１の実施形態にて説明したセパレーションリング７を用い、処理チャンバ２０をウエハＷの処理時の温度に加熱し、ステージ２２を処理位置に移動させてステージ２２とセパレーションリング７との間の寸法を測定した。
また比較例として図４、図５に示した比較形態に係るセパレーションリング７００を用いたことを除いて実施例と同様に処理を行いステージ２２とセパレーションリング７００との間の寸法を測定した。
なお処理チャンバ２０の非加熱状態においてステージ２２とセパレーションリング７００との接触を避けるためのステージ２２の周縁とセパレーションリング７００の内縁との間のマージンｍは、実施例及び比較例ともに等距離（０．５ｍｍ）に設定した。

比較例のセパレーションリング７００では、セパレーションリング７００の位置ずれ寸法Ｄが１ｍｍに達していた。そしてウエハＷの処理時のステージ２２とセパレーションリング７００との間の隙間が全周にわたって１．５ｍｍに達していた。
実施例にかかるセパレーションリング７では、セパレーションリング７の位置ずれ寸法Ｄは、０．２ｍｍに抑えることができていた。そしてウエハＷの処理時のステージ２２とセパレーションリング７００との間の隙間を０．７ｍｍに抑えることができていた。

以上の検証結果から、本開示にかかるセパレーションリング７を用いることで、処理チャンバ２０の加熱状態と非加熱状態とにおけるセパレーションリング７の位置ずれを小さくし、ウエハＷの処理時における、ステージ２２とセパレーションリング７との隙間を狭くすることができると言える。

２基板処理装置
６支持部
７セパレーションリング
２０処理チャンバ
２２ステージ
２５ヒーター
７１第１の孔部
７２第２の孔部
７１ａ第１の位置決めピン
７２ａ第２の位置決めピン
Ｐ基準位置
Ｗウエハ

Claims

基板を処理する装置であって、
前記基板を処理するための処理室を備えた処理チャンバと、
前記処理チャンバを加熱する加熱部と、
前記処理チャンバと熱的に隔離され、前記処理チャンバに固定される基台と、前記処理チャンバに対して前記基台が固定される位置を基準位置としたときに、前記基準位置から水平方向に離れた位置にて、前記基台に支持された状態で前記処理室に向けて設けられた開口に挿入され、前記処理室内に前記基板を保持するステージと、を備えた支持部と、
前記開口に挿入された状態の前記ステージの周辺に沿って前記処理チャンバ内に設けられたステージ周辺部材と、
前記ステージ周辺部材の位置決めをするために前記処理チャンバに固定された第１の位置決めピンと、平面視したとき、前記基準位置から見て、前記第１の位置決めピンよりも遠い位置に固定された第２の位置決めピンとを備え、
前記ステージ周辺部材は、
前記処理チャンバに対して前記ステージ周辺部材を固定するために前記第１の位置決めピンが挿入される第１の孔部と、
前記第２の位置決めピンが挿入され、前記加熱部による加熱状態と非加熱状態との切り替えに伴う前記処理チャンバの膨張収縮に対応して、前記第２の位置決めピンの移動する方向に沿って長孔形状に形成された第２の孔部と、を備える装置。
前記第２の孔部及び当該第２の孔部に挿入される前記第２の位置決めピンとの組が、複数組設けられた、請求項１に記載の装置。
前記ステージ周辺部材は、環状部材により構成され、前記環状部材の開口は、前記処理チャンバが前記加熱状態となって膨張した際、前記基準位置に固定された前記基台を介して支持された前記ステージが、前記環状部材の中央に位置した状態となる位置に設けられている、請求項１または２に記載の装置。
前記処理チャンバは、各々前記ステージが配置されると共に、これらのステージに対応する前記ステージ周辺部材が配置される複数の前記処理室を備え、
前記支持部は、複数の前記ステージを支持する共通の前記基台を備えた、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
前記ステージ周辺部材は、前記ステージの上方の前記処理室の雰囲気と前記ステージの下方側の雰囲気とを区画するセパレーションリングである、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置。
前記ステージ周辺部材は、前記ステージの側面の形状に対応するように形成され、前記ステージの周縁と、前記処理チャンバとの間にラビリンス構造を形成するラビリンス部材である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置。
前記ステージ周辺部材は、前記ステージに保持された前記基板の周縁部の上面を覆うクランプ部材である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置。
前記基板を処理するために前記処理室に供給される処理ガスをプラズマ化するプラズマ形成部を備え、
前記ステージ周辺部材は、前記ステージに載置された前記基板に対して前記プラズマ形成部により形成されたプラズマを均一に供給するためのフォーカスリングである、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置。
前記支持部は、前記開口の下方側に設定された前記基板の受け渡し位置と、前記基板を処理するための処理位置との間で前記ステージを昇降させるため、前記基台に対して前記ステージを昇降させる昇降機構を備えた、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の装置。
前記基台は、前記基準位置に設けられた第１の締結ピンと、前記基準位置から離れた位置に設けられた第２の締結ピンとにより前記処理チャンバに締結され、前記第２の締結ピンは、前記基台を構成し、前記処理チャンバと締結される部材に形成され、前記処理チャンバの前記膨張収縮に対応して前記第２の締結ピンが移動する方向に沿って長孔形状に形成された締結孔部を貫通して前記処理チャンバに固定された、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の装置。
基板を処理する方法であって、
基板を処理するための処理室を備えた処理チャンバと、
前記処理チャンバを加熱する加熱部と、
前記処理チャンバと熱的に隔離され、前記処理チャンバに固定される基台と、前記処理チャンバに対して前記基台が固定される位置を基準位置としたときに、前記基準位置から水平方向に離れた位置にて、前記基台に支持された状態で前記処理室に向けて設けられた開口に挿入され、前記処理室内に前記基板を保持するステージと、を備えた支持部と、
前記開口に挿入された状態の前記ステージの周辺に沿って前記処理チャンバ内に設けられたステージ周辺部材と、前記ステージ周辺部材の位置決めをするために前記処理チャンバに固定された第１の位置決めピンと、平面視したとき、前記基準位置から見て、前記第１の位置決めピンよりも遠い位置に固定された第２の位置決めピンとを備え、
前記ステージ周辺部材は、前記処理チャンバに対して前記ステージ周辺部材を固定するために前記第１の位置決めピンが挿入される第１の孔部と、前記第２の位置決めピンが挿入され、前記加熱部による加熱状態と非加熱状態との切り替えに伴う前記処理チャンバの膨張収縮に対応して、前記第２の位置決めピンの移動する方向に沿って長孔形状に形成された第２の孔部と、を備える前記基板を処理する装置を用い、
前記処理チャンバを前記非加熱状態から前記加熱状態に切り替える工程と、
前記加熱状態への切り替えに伴う前記処理チャンバの膨張に対応して前記第２の位置決めピンを前記第２の孔部に沿って移動させると共に、前記基準位置に固定された前記基台を介して支持された前記ステージを、前記ステージ周辺部材の中央位置に位置させる工程と、
前記ステージを前記中央位置に位置させた状態で前記処理室に向けて前記基板を保持し、前記基板の処理を行う工程と、を有する方法。