JP7471810B2 - リングアセンブリ、基板支持体及び基板処理装置 - Google Patents

リングアセンブリ、基板支持体及び基板処理装置 Download PDF

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Description

本開示は、リングアセンブリ、基板支持体及び基板処理装置に関する。
例えば、特許文献1には、処理容器と、処理容器の内部に設けられ、被処理体が載置される載置台とを有するプラズマ処理装置が開示されている。特許文献1に記載のプラズマ処理装置は、被処理体を囲むように載置台上に設けられたフォーカスリングと、フォーカスリングの外周面を囲むように配置され環状部材とを有する。特許文献2には、半導体製造プロセスプラズマチャンバー内でワークピースの付近に取り付けられるプロセスキットが開示されている。特許文献2に記載のプロセスキットは、誘電体材料で構成され、中央開口部を有すると共に、その外縁がワークピースの外縁よりも外側にある誘電体シールドと、中央開口部を有すると共に、その外縁がワークピースの外縁よりも外側にある導電性カラーとを備える。特許文献2に記載の導電性カラーは、誘電体シールドの少なくとも一部分の上に横たわる。
特開2018-129386号公報 特開2014-090177号公報
本開示は、イオンの入射角の調整可能な技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、導電性のエッジリングと、前記エッジリングの上に少なくとも内周部が配置される絶縁性の環状部材と、上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面の少なくとも一部に配置される導電性部材と、を備える、リングアセンブリが提供される。
本開示によれば、イオンの入射角の調整を図る。
本実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図。 本実施形態に係るリングアセンブリの断面図。 本実施形態に係るリングアセンブリの変形例の断面図。 本実施形態に係るリングアセンブリの変形例の断面図。 比較例のリングアセンブリの断面図。
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一又は対応する符号を付することにより重複した説明を省く。
<基板処理装置の全体構成>
まず、図1を参照しながら基板処理装置1の全体構成の一例について説明する。図1は、本実施形態に係る基板処理装置1の概略構成を示す断面図である。なお、本実施形態では、基板処理装置1がRIE(Reactive Ion Etching)型の基板処理装置である例について説明する。ただし、基板処理装置1は、プラズマエッチング装置やプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置等であってもよい。
図1において、基板処理装置1は、金属製、例えば、アルミニウム製又はステンレス鋼製の接地された円筒型の処理容器2(チャンバ)を有し、該処理容器2内に、基板Wを載置する円板状の載置台10が配設されている。載置台10は、基台11と、静電チャック25と、を備える。基台11は、下部電極として機能する。基台11は、例えばアルミニウムからなる。基台11は、絶縁性の筒状保持部材12を介して処理容器2の底から垂直上方に延びる筒状支持部13に支持されている。
処理容器2の側壁と筒状支持部13の間には排気路14が形成され、排気路14の入口又は途中に環状のバッフル板15が配設されると共に、底部に排気口16が設けられ、該排気口16に排気管17を介して排気装置18が接続されている。ここで、排気装置18は、ドライポンプ及び真空ポンプを有し、処理容器2内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。また、処理容器2の側壁には、基板Wの搬入出口19を開閉するゲートバルブ20が取り付けられている。
基台11には、第1の整合器22aを介して第1の高周波電源21aが接続されている。また、基台11には、第2の整合器22bを介して第2の高周波電源21bが接続されている。第1の高周波電源21aは、所定周波数(例えば100MHz)のプラズマ発生用の高周波電力を基台11に供給する。第2の高周波電源21bは、第1の高周波電源21aよりも低い所定周波数(例えば、13MHz)のイオン引き込み用の高周波電力を基台11に供給する。
処理容器2の天井部には、上部電極としても機能するシャワーヘッド24が配設されている。これにより、基台11とシャワーヘッド24の間に、第1の高周波電源21a及び第2の高周波電源21bからの2つの周波数の高周波電圧が印加される。
基台11の上面には静電吸着力により基板Wを吸着する静電チャック25が設けられている。静電チャック25は、導電膜からなる電極板26を一対の誘電膜の間に挟み込むことによって構成される。電極板26には、直流電源27が電気的に接続されている。直流電源27は、後述する制御部43からの制御により、電極板26に直流電圧を印加する。静電チャック25は、直流電源27から電極板26に印加された電圧によりクーロン力等の静電力を発生させ、静電力により静電チャック25に基板Wを吸着保持する。
基台11の内部には、流路31が設けられている。流路31には、チラーユニット32から配管33、34を介して熱交換媒体(例えば、冷媒)が供給され、当該熱交換媒体の温度によって静電チャック25上の基板Wの処理温度を制御する。
また、静電チャック25には、ガス供給ライン36を介して伝熱ガス供給部35が接続されている。伝熱ガス供給部35は、ガス供給ライン36を介して静電チャック25と基板Wとで挟まれる空間に伝熱ガスを供給する。伝熱ガスとしては、熱伝導性を有するガス、例えば、Heガス等が用いられる。
天井部のシャワーヘッド24は、多数のガス通気孔37aを有する下面の電極板37と、電極板37を着脱可能に支持する電極支持体38とを有する。電極支持体38の内部にはバッファ室39が設けられ、バッファ室39と連通するガス導入口38aには、ガス供給配管41を介して処理ガス供給部40が接続されている。
基板処理装置1の各構成要素は、制御部43に接続されている。例えば、排気装置18、第1の高周波電源21a、第2の高周波電源21b、直流電源27、チラーユニット32、伝熱ガス供給部35および処理ガス供給部40は、制御部43に接続されている。制御部43は、基板処理装置1の各構成要素を制御する。
制御部43は、図示しない中央処理装置(CPU)及びメモリといった記憶装置を備え、記憶装置に記憶されたプログラム及び処理レシピを読み出して、基板処理装置1に各処理を実行させる。
基板処理装置1では、エッジリング30の外側に、絶縁性の環状部材80を備える。また、絶縁性の環状部材80の上面には、導電性部材81を備える。エッジリング30と、絶縁性の環状部材80と、導電性部材81と、を組み合わせたものをリングアセンブリ5という場合がある。なお、リングアセンブリ5の詳細については、後述する。リングアセンブリ5と載置台10の組み合わせたものを基板支持体6という場合がある。
基板処理装置1では、ドライエッチング処理の際、先ずゲートバルブ20を開状態にして加工対象の基板Wを処理容器2内に搬入し、静電チャック25の上に載置する。そして、基板処理装置1では、処理ガス供給部40より処理ガス(例えば、Cガス、Oガス及びArガスから成る混合ガス)を所定の流量および流量比で処理容器2内に導入し、排気装置18等により処理容器2内の圧力を所定値にする。
さらに、基板処理装置1では、第1の高周波電源21a及び第2の高周波電源21bからそれぞれ周波数の異なる高周波電力を基台11に供給する。また、基板処理装置1では、直流電源27より直流電圧を静電チャック25の電極板26に印加して、基板Wを静電チャック25に吸着する。シャワーヘッド24より吐出された処理ガスはプラズマ化され、プラズマ中のラジカルやイオンによって基板Wにエッチング処理が施される。
<リングアセンブリ5>
本実施形態のリングアセンブリ5について、詳細を説明する。図2は、本実施形態に係るリングアセンブリ5の断面図である。
リングアセンブリ5は、エッジリング30と、環状部材80と、導電性部材81と、を備える。
エッジリング30は、環状の部材である。エッジリング30は、導電性の部材で構成される。エッジリング30は、例えば、基板Wと同じ部材で構成される。具体的には、エッジリング30は、例えば、ケイ素(Si)や炭化ケイ素(SiC)により構成される。エッジリング30の各面について説明する。エッジリング30の上面30aは、プラズマに露出する側の面である。エッジリング30の内周面30bは、静電チャック25に載置された基板W側の面である。エッジリング30の下面30cは、載置台10に載置される面である。エッジリング30の外周面30dは、静電チャック25に載置された基板Wに対して反対側の面である。
環状部材80は、エッジリング30の外周面30d側の部分である外周部301を覆うように配置される環状の部材である。環状部材80がエッジリング30の外周部301上を覆うように、環状部材80の内径はエッジリング30の内径よりも大きくなっている。いいかえると、エッジリング30の外周部301の内側は、環状部材80に覆われていない。環状部材80は、絶縁性の部材で構成される。具体的には、環状部材80は、例えば、酸化ケイ素(Si0)により構成される。環状部材80の各面について説明する。環状部材80の上面80aは、プラズマに露出する側の面である。環状部材80の内周面80b1は、静電チャック25に載置された基板W側の面である。環状部材80の下面80c1は、エッジリング30の上面30aと対向し、エッジリング30の上面30aに載置される面である。環状部材80の内周面80b2は、エッジリング30の外周面30dを覆う面である。環状部材80の下面80c2は、載置台10に載置される面である。環状部材80の外周面80dは、静電チャック25に載置された基板Wに対して反対側の面である。
導電性部材81は、環状部材80の上面80aの基板W側に載置される環状の部材である。導電性部材81は、上面80aの環状部材80の内周面80b1側の端部から設けられている。すなわち、環状部材80の内径と導電性部材81の内径は等しくなっている。このように、導電性部材81は、エッジリング30にオーバーラップする環状部材80の上面80aを内径側から所定の範囲覆うようになっている。また、導電性部材81の径方向の幅は、エッジリング30と環状部材80のオーバーラップする部分の径方向の幅と等しくなっている。これにより、導電性部材81の外径は、環状部材80の外径より小さくなっている。エッジリング30と環状部材80のオーバーラップする部分の径方向の寸法を長さLol、導電性部材81の内周面80b1側の端部からの径方向の寸法を長さLとする。本実施形態のリングアセンブリ5では、長さLolと長さLは等しくなっている。なお、長さLは、長さLolと同じでなくてもよく、例えば、長さLolの半分以上であることが好ましい。導電性部材81は、導電性の材料で構成される。具体的には、導電性部材81は、ケイ素(Si)や炭化ケイ素(SiC)などにより構成される。
<作用・効果>
図2に示すように、エッジリング30の外周部301の上面30aは、環状部材80により覆われている。つまり、環状部材80は、エッジリング30の上に内周部801が配置される。エッジリング30が他の部材によって覆われていない場合、内周面30b側に比べて外周面30d側が特に消耗がはやい。本実施形態のリングアセンブリ5では、エッジリング30の外周面30d側(外周部301)が環状部材80で覆われている。それによって、エッジリング30の外周面30d側(外周部301)の消耗を抑制することができる。
また、環状部材80の上に導電性部材81を設けることで、環状部材80の消耗を小さくすることができる。特に、導電性部材81は、少なくとも環状部材80の上面80aを内径側から覆っている。このようにして、プラズマによる環状部材80やエッジリング30の消耗を抑制できる。
さらに、上面視でエッジリング30にオーバーラップする環状部材80の上面80aの少なくとも一部に導電性部材81が配置される。それにより、環状部材80の上面80a及び導電性部材81の上面81aの載置台10からの高さは、エッジリング30の上面30aの高さより高くなっている。環状部材80の上面80a及び導電性部材81の上面81aの載置台10からの高さを高くすることにより、エッジリング30及び環状部材80におけるシースの高さをエッジリング30の上面30a上に形成されるシースよりも高くすることができる。このようにしてシースの高さを調整することにより、基板Wの端部周辺に入射するイオンの入射角を調整し、基板Wの端部のエッチング形状を制御できる。例えば、初期状態でイオンの入射角が内側に傾いている場合に、本実施形態のリングアセンブリ5を適用することで、イオンの入射角を垂直に調整することができる。
また、導電性部材81を環状部材80の上に置くことで、導電性部材81の上面81aと上部電極(シャワーヘッド24)との距離を狭めることができる。これにより、プラズマを基板W側に閉じこめ、プラズマ密度の低下防止を行うことができる。
基板処理装置1において、エッジリング30と環状部材80は、使用時間に応じて交換作業を行う必要がある消耗パーツである。消耗パーツの交換作業の間は装置が停止しているため生産性が低下する。本実施形態のリングアセンブリ5では、プラズマによる環状部材80やエッジリング30の消耗を抑制することにより、交換サイクルを長くし、消耗パーツの長寿命化することができる。また、装置の稼働率を上げて生産性を向上させることができる。
ここで、比較例のリングアセンブリ5Zについて説明する。図5は、比較例のリングアセンブリ5Zの断面図である。比較例のリングアセンブリ5Zでは、エッジリング30Zの外側に並んで環状部材80Zが設けられている。エッジリング30Zの上面30Zaと環状部材80Zの上面80Zaそれぞれの載置台10からの高さは、等しくなっている。その場合には、例えば、エッジリング30Zの上面30Zaが消耗すると、シースの高さが低くなる。そして、エッジリング30Zの上面30Zaが消耗して、シースの高さが低くなると、基板Wの端部周辺におけるイオンの入射角が変化する。それに対して、本実施形態のリングアセンブリ5は、イオンの入射角を略垂直の所望の角度に調整するとともに、環状部材80及び導電性部材81を設ける。これにより、環状部材80及び導電性部材81を設けない場合と比較して環状部材80及び導電性部材81と上部電極(シャワーヘッド24)との間の距離を短くすることができる。これにより、プラズマをエッジリング30の内側に閉じこめる作用を高め、プラズマ密度が低下することを抑制することができる。かかるイオンの入射角の調整及びプラズマ密度の低下防止の両立を図ることができる。
また、例えば、環状部材80の材料である酸化ケイ素は、導電性部材81の材料であるケイ素と比較して、プラズマに対してエッジング速度が8倍程度速い。従って、酸化ケイ素である環状部材80が消耗しやすい。特に、環状部材80がエッジリング30とオーバーラップする基板W側(内周部801)が、エッチングされやすい。これは、エッジリング30とオーバーラップする部分が、プラズマの衝突エネルギーが大きいためである。本実施形態のリングアセンブリ5では、エッジリング30とそのオーバーラップする部分に、導電性部材81を設けることにより、環状部材80の消耗を防止することができる。それによって、環状部材80やエッジリング30の交換周期を長くすることができる。
<変形例1>
図3は、本実施形態に係るリングアセンブリ5の変形例であるリングアセンブリ5Aの断面図である。
リングアセンブリ5Aでは、エッジリング30Aの外周部301Aが薄くなっている。具体的には、上面30Aa1は上面30Aa2よりも高くなっている。環状部材80Aは、環状部材80に対して、エッジリング30Aとオーバーラップする部分(内周部801A)が厚くなっている。また、環状部材80Aの上面80Aaに導電性部材81Aを備える。導電性部材81Aは、上面視でエッジリング30Aにオーバーラップする環状部材80Aの上面の全てを覆っている。
このように、エッジリング30Aの外周部301Aが薄くして段差を設けることによって、上記実施形態と同じようにイオンの入射角の調整及びプラズマ密度の低下防止を図ることができる。さらに、エッジリング30Aと環状部材80Aの位置あわせを容易に行うことできる。
<変形例2>
図4は、本実施形態に係るリングアセンブリ5の変形例であるリングアセンブリ5Bの断面図である。
リングアセンブリ5Bでは、エッジリング30Bの上面30Ba上に、環状部材80Bを備える。また、環状部材80Bの上面80Baに導電性部材81Bを備える。
このように、エッジリング30Bの上面30Ba上に、環状部材80Bを備えることにより、よりエッジリング30Bの径方向の大きさを大きくすることができる。導電性部材81Bは、上面視でエッジリング30Bにオーバーラップする環状部材80Bの上面の一部を覆っている。導電性部材81Bが環状部材80Bを覆う範囲は、環状部材80Bの消耗状態により定めてもよい。環状部材80Bのエッジリング30とオーバーラップする基板W側が、エッチングされやすい。そこで、導電性部材81Bの内側のエッチングされやすい部分を導電性部材81Bで覆う。また、環状部材80Bの外側は、プロセスで発生した生成物が堆積することから、環状部材80Bの外側は、導電性部材81Bで覆わないようにしてもよい。
<変形例>
本実施形態の導電性部材81は、円環状の形状であったが、形状はそれに限らない。例えば、イオンの入射角や環状部材80の消耗度合いに応じて、円周方向の一部にたとえば円弧状の導電性部材81を設けてもよい。また、導電性部材81の内周面80b1側の端部からの径方向の寸法を長さLについても、環状部材80の消耗状況から、消耗している部分を覆うように定めてもよい。また、エッジリング30と環状部材80は、それぞれ一体の部材である場合に限らず、複数の部材で構成するようにしてもよい。
今回開示された本実施形態に係るリングアセンブリ、載置台及び基板処理装置は、すべての点において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主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示の基板処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。
1 基板処理装置
2 処理容器
5、5A、5B リングアセンブリ
6 基板支持体
10 載置台
25 静電チャック
30、30A、30B エッジリング
80、80A、80B 環状部材
80a 上面
801、801A 内周部
81、81A、81B 導電性部材
W 基板

Claims (20)

  1. 導電性のエッジリングと、
    前記エッジリングの上に少なくとも内周部が配置される絶縁性の環状部材と、
    上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面の少なくとも一部に配置される導電性部材と、を備え、
    前記環状部材の内径は、前記エッジリングの内径よりも大きく
    前記環状部材は、前記内周部の外側に配置され、前記内周部の厚さより厚い外周部を有する、
    リングアセンブリ。
  2. 導電性のエッジリングと、
    前記エッジリングの上に少なくとも内周部が配置される絶縁性の環状部材と、
    上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面の少なくとも一部に配置される導電性部材と、を備え、
    前記導電性部材の内径は、前記環状部材の内径と等しく、
    前記環状部材は、前記内周部の外側に配置され、前記内周部の厚さより厚い外周部を有する、
    リングアセンブリ。
  3. 導電性のエッジリングと、
    前記エッジリングの上に少なくとも内周部が配置される絶縁性の環状部材と、
    上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面の少なくとも一部に配置される導電性部材と、を備え、
    前記導電性部材の外径は、前記環状部材の外径よりも小さく、
    前記環状部材は、前記内周部の外側に配置され、前記内周部の厚さより厚い外周部を有する、
    リングアセンブリ。
  4. 前記エッジリングは、ケイ素または炭化ケイ素で形成されている、
    請求項1~のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  5. 前記環状部材は、酸化ケイ素で形成されている、
    請求項1~のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  6. 前記導電性部材は、ケイ素または炭化ケイ素で形成されている、
    請求項1~のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  7. 前記導電性部材は、環状又は円弧状である、
    請求項1~のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  8. 前記導電性部材は、上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面を覆う、
    請求項1~のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  9. 前記導電性部材は、上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面を内径側から所定の範囲覆う、
    請求項1~のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  10. 前記導電性部材は、前記内周部に配置される、
    請求項1~のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  11. 前記導電性部材の径方向の長さは、前記環状部材における前記エッジリングと重なる部分の径方向の長さに対して半分以上である、
    請求項1~1のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  12. 前記導電性部材の径方向の長さは、前記環状部材における前記エッジリングと重なる部分の径方向の長さに等しい、
    請求項1~1のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  13. 前記導電性部材は、前記内周部より薄い、
    請求項1~1のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  14. 前記導電性部材は、前記エッジリングより薄い、
    請求項1~1のいずれか一項に記載のリングアセンブリ。
  15. 基板を載置する載置台と、
    リングアセンブリと、を備え、
    前記リングアセンブリは、
    前記載置台の外周に載置され、基板を囲む導電性のエッジリングと、
    前記エッジリングの上に少なくとも内周部が配置される絶縁性の環状部材と、
    上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面の少なくとも一部に配置される導電性部材と、を備え、
    前記環状部材の内径は、前記エッジリングの内径よりも大きく
    前記環状部材は、前記内周部の外側に配置され、前記内周部の厚さより厚い外周部を有する、
    基板支持体。
  16. 基板を載置する載置台と、
    リングアセンブリと、を備え、
    前記リングアセンブリは、
    前記載置台の外周に載置され、基板を囲む導電性のエッジリングと、
    前記エッジリングの上に少なくとも内周部が配置される絶縁性の環状部材と、
    上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面の少なくとも一部に配置される導電性部材と、を備え、
    前記導電性部材の内径は、前記環状部材の内径と等しく、
    前記環状部材は、前記内周部の外側に配置され、前記内周部の厚さより厚い外周部を有する、
    基板支持体。
  17. 基板を載置する載置台と、
    リングアセンブリと、を備え、
    前記リングアセンブリは、
    前記載置台の外周に載置され、基板を囲む導電性のエッジリングと、
    前記エッジリングの上に少なくとも内周部が配置される絶縁性の環状部材と、
    上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面の少なくとも一部に配置される導電性部材と、を備え、
    前記導電性部材の外径は、前記環状部材の外径よりも小さく、
    前記環状部材は、前記内周部の外側に配置され、前記内周部の厚さより厚い外周部を有する、
    基板支持体。
  18. チャンバと、基板支持体とを有する基板処理装置であって、
    前記基板支持体は、
    基板を載置する載置台と、
    リングアセンブリと、を備え、
    前記リングアセンブリは、
    前記載置台の外周に載置され、基板を囲む導電性のエッジリングと、
    前記エッジリングの上に少なくとも内周部が配置される絶縁性の環状部材と、
    上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面の少なくとも一部に配置される導電性部材と、を備え、
    前記環状部材の内径は、前記エッジリングの内径よりも大きく
    前記環状部材は、前記内周部の外側に配置され、前記内周部の厚さより厚い外周部を有する、
    基板処理装置。
  19. チャンバと、基板支持体とを有する基板処理装置であって、
    前記基板支持体は、
    基板を載置する載置台と、
    リングアセンブリと、を備え、
    前記リングアセンブリは、
    前記載置台の外周に載置され、基板を囲む導電性のエッジリングと、
    前記エッジリングの上に少なくとも内周部が配置される絶縁性の環状部材と、
    上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面の少なくとも一部に配置される導電性部材と、を備え、
    前記導電性部材の内径は、前記環状部材の内径と等しく、
    前記環状部材は、前記内周部の外側に配置され、前記内周部の厚さより厚い外周部を有する、
    基板処理装置。
  20. チャンバと、基板支持体とを有する基板処理装置であって、
    前記基板支持体は、
    基板を載置する載置台と、
    リングアセンブリと、を備え、
    前記リングアセンブリは、
    前記載置台の外周に載置され、基板を囲む導電性のエッジリングと、
    前記エッジリングの上に少なくとも内周部が配置される絶縁性の環状部材と、
    上面視で前記エッジリングにオーバーラップする前記環状部材の上面の少なくとも一部に配置される導電性部材と、を備え、
    前記導電性部材の外径は、前記環状部材の外径よりも小さく、
    前記環状部材は、前記内周部の外側に配置され、前記内周部の厚さより厚い外周部を有する、
    基板処理装置。
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