JP7479236B2

JP7479236B2 - 基板処理装置

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Publication number: JP7479236B2
Application number: JP2020130998A
Authority: JP
Inventors: 大輔川田; 友美藤原
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2040-07-31
Also published as: JP2022027166A; KR20220015942A

Description

本開示は、基板処理装置に関する。

プラズマ処理装置の処理容器の側壁と載置台との間には、複数の穴を有する環状のバッフル板が設けられている。例えば、特許文献１は、アルミニウムで形成されたバッフル板の母材の表面にアルマイト層を形成し、アルマイト層を介してイットリアの膜を溶射し、これにより、プラズマに晒されるバッフル板の耐電圧を改善することを提案している。

特開２０１６－２８３７９号公報

本開示は、インピーダンス及びガスのコンダクタンスを調整することができる技術を提供する。

本開示の一の態様によれば、処理容器と、高周波電流を供給する高周波電源と、前記処理容器に電気的に接続された部材と、を有し、前記部材は、前記処理容器内の複数の特定の構成に対応する前記部材の複数の領域のそれぞれの単位体積あたりの表面積と、前記部材の複数の領域以外の領域である前記部材の第１の領域の単位体積あたりの表面積とが異なるように構成し、前記複数の特定の構成は、シャッター及び排気口を含み、前記部材の複数の領域は、前記シャッターに対応する第２の領域と、前記排気口に対応する第３の領域と、を有し、前記部材の複数の領域の各領域及び前記第１の領域は、領域毎に穴を有し、前記部材の複数の領域と前記第１の領域とは、前記穴の開口率が異なり、前記第２の領域に形成された穴は、前記第１の領域に形成された穴と形状及び／又は数が異なり、前記第３の領域に形成された穴は、前記第１の領域に形成された穴と形状及び／又は数が異なり、前記第２の領域に形成された穴と形状及び／又は数が異なる又は同じである、基板処理装置が提供される。

一の側面によれば、インピーダンス及びガスのコンダクタンスを調整することができる。

一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す断面模式図である。一実施形態に係るバッフル板、シャッター及びその周囲の一例を示す拡大図である。一実施形態に係るバッフル板の一例を示す斜視図である。一実施形態に係るバッフル板に設けられた穴を拡大して示す断面図である。一実施形態に係る特定の構成とバッフル板の各領域の一例を示す図である。一実施形態に係るエッチング処理とチルティング角度の実験結果の一例を示す図である。一実施形態に係るバッフル板の表面積とチルティング角度との関係の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

［基板処理装置の全体構成］
まず、一実施形態に係る基板処理装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、一実施形態に係る基板処理装置１の一例を示す断面模式図である。なお、本実施形態では、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）型の基板処理装置１を例に挙げて説明する。

基板処理装置１は、金属製、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼製の処理容器１０を有し、その内部は、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等のプラズマ処理が行われる処理空間Ｕとなっている。処理容器１０は接地されている。処理容器１０は、軸Ａｘを中心軸とする円筒型の容器である。

処理容器１０の内部には、基板Ｗを載置する円板状のステージ１１が配設されている。ステージ１１は、基材１１ａと静電チャック２５とを有する。基材１１ａは、例えば、アルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部材１２を介して処理容器１０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。

静電チャック２５は、基材１１ａの上に配置される。静電チャック２５は、基板Ｗが載置される円板状の中央部２５ａと、中央部２５ａの外側の環状の周縁部２５ｂとからなる。中央部２５ａの高さは周縁部２５ｂの高さよりも高くなっている。処理容器１０及びステージ１１は、軸Ａｘを共通にするように配置される。

中央部２５ａは、導電膜からなる電極２５ｃを有する。電極２５ｃには直流電源２６がスイッチ２７を介して電気的に接続されている。静電チャック２５は、直流電源２６から電極２５ｃに印加された直流電圧により静電力を発生させ、その静電力により基板Ｗを吸着保持する。周縁部２５ｂの上面には、基板の周囲を環状に囲むエッジリング３０（フォーカスリングともいう。）が載置されている。エッジリング３０は、例えばシリコンから形成されている。

ステージ１１の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室３１が設けられている。冷媒室３１には、チラーユニット３２から配管３３、３４を介して所定温度の熱媒体、例えば、冷却水が循環供給され、熱媒体の温度によって静電チャック２５上の基板Ｗの温度を制御する。

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を用いて、静電チャック２５の中央部２５ａの上面と、基板Ｗの下面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ガス等が好適に用いられる。

ステージ１１には、プラズマ生成用およびＲＩＥ用の第１高周波電源２１が整合器２１ａを介して電気的に接続されている。第１高周波電源２１は、第１の高周波、例えば、４０ＭＨｚの周波数の電力をステージ１１に印加する。

ステージ１１には、イオン引き込み用の第２高周波電源２２が整合器２２ａを介して電気的に接続されている。第２高周波電源２２は、第１高周波よりも低い第２高周波、例えば、３ＭＨｚの周波数の電力をステージ１１に印加する。

また、処理容器１０の天井部には、ガスシャワーヘッド２４が配設されている。処理容器１０及びガスシャワーヘッド２４は、軸Ａｘを共通にするように配置される。第１の高周波の電力及び／又は第２の高周波の電力が供給されることにより、ガスシャワーヘッド２４（上部電極）とステージ１１（下部電極）との間で高周波電界が生成される。処理ガス供給部４０から出力された所定のガスは、ガスシャワーヘッド２４からシャワー状に供給され、処理空間Ｕにて高周波電界によりプラズマ化する。

処理容器１０の内壁には、デポシールド５２が着脱自在に設けられている。デポシールド５２は、プラズマ処理中に生成される反応生成物が処理容器１０の内壁に付着することを防止する。デポシールド５２は、処理容器１０の内壁及びステージ１１の外周に設けられてもよい。

処理容器１０の内壁とステージ１１との間には、排気路１４が形成されている。排気路１４の上方であって基板Ｗの下方の位置には、コニカル形状（円錐台形状）のバッフル板１５が設けられている。バッフル板１５は、ステージ１１の外周に配置された部材５３に固定されている。バッフル板１５は、ガスの流れを整えるとともに、排気路１４の空間にプラズマが侵入することを抑制する。処理容器１０とバッフル板１５は、軸Ａｘを共通にするように配置される。

処理空間Ｕの搬送口１９に対応する部分は、シャッター５１により開閉可能となっている。シャッター５１は、シャッター５１に接続されたリフター５０の駆動により昇降し、処理容器１０に設けられた搬送口１９（開口）を開閉する。リフター５０の駆動によりシャッター５１が下降すると搬送口１９が開き、シャッター５１が上昇すると搬送口１９が閉じる。

排気路１４の底部には排気口１６が形成されている。排気口１６には、排気管１７を介して排気装置１８が接続されている。排気装置１８は、真空ポンプを有し、処理容器１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。また、排気管１７は可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（automatic pressure control valve）（以下、「ＡＰＣ」という）を有し（図示せず）、ＡＰＣは自動的に処理容器１０内の圧力制御を行う。さらに、処理容器１０の側壁には、基板Ｗの搬送口１９を開閉するゲートバルブ２０が取り付けられている。

排気口１６は、処理容器１０の底部であって処理容器１０の上部から視認した場合にシャッター５１の下方の左寄りの位置に偏在する。ただし、排気口１６は、シャッター５１の下方以外の位置で排気路１４に連通してもよい。

ガスシャワーヘッド２４は、絶縁部材４４を介して処理容器１０の天井部に支持されている。ガスシャワーヘッド２４は、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。電極板３７は、多数のガス通気孔３７ａを有する。電極支持体３８の内部にはバッファ室３９が設けられている。処理ガス供給部４０は、ガス供給配管４１を介してガス導入口３８ａに接続されている。処理ガス供給部４０から供給されたガスは、バッファ室３９に通され、多数のガス通気孔３７ａから処理容器１０内に供給される。

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。制御部４３は、基板処理装置１の各構成要素を制御する。各構成要素としては、例えば、排気装置１８、第１高周波電源２１、第２高周波電源２２、スイッチ２７、直流電源２６、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が挙げられる。

制御部４３は、ＣＰＵ４３ａ及びメモリ４３ｂ（記憶装置）を備え、メモリ４３ｂに記憶されたプログラム及び処理レシピを読み出して実行することで、基板処理装置１においてプラズマ処理を制御する。また、制御部４３は、プラズマ処理に応じて、シャッター５１の開閉処理、エッジリング３０を静電吸着するための静電吸着処理及び伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給処理等を制御する。

処理容器１０の周囲には、環状又は同心状に延びる磁石４２が配置されている。基板処理装置１の処理容器１０内では、磁石４２によって一方向に向かう水平磁界が形成される。また、ステージ１１とガスシャワーヘッド２４との間に印加された高周波電力によって鉛直方向のＲＦ電界が形成される。これにより、処理容器１０内において処理ガスを介したマグネトロン放電が行われ、ステージ１１の表面近傍において処理ガスから高密度のプラズマが生成される。

プラズマ処理において、基板処理装置１は、まず、ゲートバルブ２０を開状態にして基板Ｗを搬送口１９から搬入し、ステージ１１上に載置する。排気装置１８は処理容器１０内を排気する。処理ガス供給部４０は処理ガスを処理容器１０内に導入する。伝熱ガス供給部３５は、伝熱ガスを基板Ｗの裏面に供給する。第１高周波電源２１がプラズマ生成用の高周波電力をステージ１１に印加すると、処理ガスがプラズマ化し、プラズマ中のラジカルやイオンによって基板Ｗの表面に所定のプラズマ処理が行われる。第２高周波電源２２からイオン引き込み用の高周波電力をステージ１１に印加してもよい。

［バッフル板及びシャッターの構成］
次に、バッフル板１５、シャッター５１及びその周囲の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図２は、一実施形態に係るバッフル板１５、シャッター５１及びその周囲の一例を示す拡大図である。

図１を参照すると、デポシールド５２とステージ１１との間にバッフル板１５が設けられている。バッフル板１５の上部の開口は、下部の開口よりも大きく、コニカル形状を有する。バッフル板１５の上端の外側には、円周方向の一部の、搬送口１９に対応する位置にシャッター５１が昇降可能に設けられている。シャッター５１が上昇すると、デポシールド５２に当接し、これにより、搬送口１９が閉じられる。バッフル板１５の下端の内側には、ステージ１１の外周に配置された部材５３が設けられている。バッフル板１５は、部材５３を介して処理容器１０の底部に固定されている。図２に拡大して示すように、バッフル板１５の上端は環状のコンタクト部材５４に接合されている。コンタクト部材５４は、金属又は金属にセラミックスを被覆した構成である。

バッフル板１５、シャッター５１、デポシールド５２及び部材５３は、アルミニウム等の金属から形成されている。バッフル板１５、シャッター５１、デポシールド５２及び部材５３は、アルミニウム材に、アルミナ、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等のセラミックスを被覆したものを用いてもよい。

処理空間Ｕ（図１参照）の一部は、シャッター５１により開閉可能となっている。基板Ｗの搬入及び搬出時、図２（ａ）に示すように、シャッター５１に接続されたリフター５０の駆動によりシャッター５１を下降させてシャッター５１を開ける。この状態でゲートバルブ２０を開き、図示しない搬送アームを搬送口１９から処理容器１０内に差し入れ、基板Ｗを搬入又は搬出する。

プラズマ処理中、図２（ｂ）に示すように、リフター５０の駆動によりシャッター５１をデポシールド５２及びコンタクト部材５４に当接するまで上昇させ、シャッター５１を閉じる。

図２（ｂ）に示すように、シャッター５１を閉じると、シャッター５１は、バッフル板１５及びデポシールド５２と接続され、バッフル板１５及びデポシールド５２は、グランド（処理容器１０）へと高周波電流を流す経路となる。かかる構成により、処理空間Ｕには、高周波電力によりガスからプラズマが生成される。

処理容器１０の底部に設けられた排気口１６は、処理容器１０の上部から視認した場合にシャッター５１の下方の左寄りに偏って配置される（図５参照）。このため、排気口１６の位置によって、バッフル板１５の穴を通って排気口１６から排気されるガスのコンダクタンスに偏りが生じる。また、シャッター５１とデポシールド５２の接触部分、及び、シャッター５１とコンタクト部材５４の接触部分は、インピーダンスの変化点となり高周波電流の流れが悪くなる。

図３のバッフル板１５の斜視図に示すように、シャッター５１にオーバーラップするバッフル板１５の領域Ａｒ２及び領域Ａｒ２の左側に隣接し、排気口１６に対応する領域Ａｒ３は、インピーダンス及び／又はガスのコンダクタンスの状態が領域Ａｒ１と異なる。例えば、シャッター５１とコンタクト部材５４の接触部分は、インピーダンスの変化点となり高周波電流の流れが悪くなるため、領域Ａｒ２は、領域Ａｒ１よりもインピーダンスが高くなる。また、領域Ａｒ３は、下方に排気口１６があるため、領域Ａｒ１よりもガスのコンダクタンスがよくなる。

そこで、本実施形態に係るバッフル板１５は、各領域のインピーダンス及びガスのコンダクタンスを調整するために、バッフル板１５の領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３と、領域Ａｒ１との上面において穴の開口率を変える。例えば、バッフル板１５は高周波電流が流れる経路となり、シャッター５１が重なる部分にてコンタクト部材５４の接触部分等により高周波電流の流れが悪くなる。そこで、領域Ａｒ２の穴の上面（プラズマ側の面）の開口率を領域Ａｒ１の穴の上面の開口率よりも小さくする。これにより、領域Ａｒ２の上面の単位体積当たりの面積を領域Ａｒ１の上面の単位体積当たりの面積よりも大きくすることでインピーダンスを調整し、バッフル板１５の領域Ａｒ２と領域Ａｒ１とで高周波電流の流れ易さが同じになるように制御できる。

また、例えば、排気口１６に対応するバッフル板１５の領域Ａｒ３では、領域Ａｒ１よりもガスの流れが良くなる。そこで、領域Ａｒ３の穴の上面の開口率を領域Ａｒ１の穴の上面の開口率よりも小さくする。これにより、領域Ａｒ３と領域Ａｒ１のガスの流れ易さが同じになる。これにより、バッフル板１５の領域Ａｒ３と領域Ａｒ１とでガスのコンダクタンスが同じになるように制御できる。領域Ａｒ２の穴の上面の開口率と領域Ａｒ３の穴の上面の開口率は、インピーダンスの調整及びガスのコンダクタンスの調整ができれば、同じであってもよいし、異なってもよい。つまり、本実施形態では、バッフル板１５は、処理容器１０内の複数の特定の構成に対応するバッフル板１５の領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３のそれぞれの単位体積あたりの表面積が、領域Ａｒ１の単位体積あたりの表面積と異なる。これにより、本実施形態に係るバッフル板１５によれば、インピーダンスとガスのコンダクタンスを調整することができる。

なお、シャッター５１及び排気口１６は、処理容器１０内の複数の特定の構成の一例である。ただし、処理容器１０内の複数の特定の構成は、これらに限られず、シャッター５１、排気口１６、搬送口１９、ゲートバルブ２０、排気路１４、排気管１７、その他の処理容器１０内の構成（部品、部分）の少なくとも２つであればよい。

なお、バッフル板１５及びデポシールド５２は、処理容器に電気的に接続された部材の一例である。図３は、一実施形態に係るバッフル板１５の一例を示す斜視図である。図３に示すように、本例では、バッフル板１５の領域Ａｒ３は、領域Ａｒ２に隣接し、排気口１６の位置に対応するが（図５参照）、領域Ａｒ３は領域Ａｒ２に隣接した領域に限られない。例えば、排気口１６がシャッター５１の位置と離れている場合、領域Ａｒ３は領域Ａｒ２に隣接しない場合がある。このように処理容器１０内の特定の構成に応じてバッフル板１５の領域Ａｒ２、領域Ａｒ３が定められる。また、バッフル板１５は、処理容器１０内の特定の構成に応じて領域Ａｒ２、領域Ａｒ３以外の１又は２以上の領域を有してもよい。例えば、図３において破線で示す領域Ａｒ４のように、シャッター５１に応じた領域Ａｒ２、排気口１６に応じた領域Ａｒ３以外に処理容器１０内の特定の構成に応じたバッフル板１５の領域を有してもよい。特定の構成に応じたバッフル板１５の領域Ａｒ２、領域Ａｒ３・・・以外のバッフル板１５の領域が領域Ａｒ１となる。

領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の単位体積あたりの表面積は、特定の構成に対応するバッフル板１５の中心角θ２、θ３に基づき決定される。領域Ａｒ１の単位体積あたりの表面積は、中心角θ２、θ３以外の角度θ１に基づき決定される。図３の例では、特定の構成はシャッター５１と排気口１６である。

中心角θ２は、軸Ａｘからシャッター５１の一端部までの直線と、軸Ａｘからシャッター５１の他端部までの直線とにより形成される。中心角θ３は、中心角θ２に隣接して排気口１６側であって排気口１６の大きさに応じた所定角度である。

図３の例では、領域Ａｒ１に形成される複数の穴１５ｂと、領域Ａｒ２に形成される複数の穴１５ａと、領域Ａｒ３に形成される複数の穴１５ｃとは、各領域で穴の開口率は異なる。これにより、バッフル板１５の領域Ａｒ２、領域Ａｒ３のそれぞれの単位体積あたりの表面積と、領域Ａｒ１の単位体積あたりの表面積とを異なるように構成される。この場合には、領域Ａｒ２の単位体積あたりの表面積と領域Ａｒ３の単位体積あたりの表面積も異なるように構成される。

穴の開口率を異なるように構成するために、例えば、バッフル板１５の領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の穴１５ａ、１５ｃの形状を領域Ａｒ１の穴１５ｂの形状と異なる形状にしてもよい。また、領域Ａｒ２、領域Ａｒ３の穴１５ａ、１５ｃの数を領域Ａｒ１の穴１５ｂの数と異なるようにしてもよい。穴の形状と数を変えてもよい。なお、バッフル板１５の領域Ａｒ２と領域Ａｒ３との穴の形状及び／又は穴の数は同じであってもよいし、異なってもよい。

図３に示すように、バッフル板１５は、バッフル板１５を貫通する複数の穴１５ａ、１５ｂ、１５ｃが領域毎に概ね均等に配置されている。複数の穴１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、バッフル板１５の上面及び下面に対して垂直に貫通する。

本実施形態では、バッフル板１５はコニカル形状であり、処理容器１０に配置した場合、上端の直径が下端の直径よりも大きい。バッフル板１５をコニカル形状にすることで、穴１５ａ、１５ｂ、１５ｃの数を増やすことができ、バッフル板１５の表面積を増やすことができる。しかし、これに限られず、バッフル板１５は上端の直径と下端の直径とが同じ筒状に形成されてもよい。なお、図３では、各領域を明確に図示するために、バッフル板１５の上端が下向きに図示されている。

バッフル板１５は、領域毎に開口率が異なる穴１５ａ、１５ｂ、１５ｃからガスを排気口１６に向けて流す。これにより、ガスのコンダクタンスを調整し、円周方向のガスの流れを整え、ガスの排気の偏りをなくす機能を有する。また、バッフル板１５は、処理空間Ｕと排気路１４とを仕切り、プラズマを処理空間Ｕに閉じ込め、排気路１４にプラズマが侵入することを抑制する機能を有する。

図２（ｂ）に戻り、プラズマ処理中、シャッター５１が閉じられると、バッフル板１５、シャッター５１及びデポシールド５２は電気的に接続され、グランド電位の処理容器１０に高周波電流を流す経路となる。第１高周波電源２１及び／又は第２高周波電源２２から出力された高周波電流が流れる経路を図２（ｂ）に矢印で示す。

図２（ｂ）の状態では、シャッター５１の一端とデポシールド５２、及びシャッター５１の他端とコンタクト部材５４とが当接した状態である。この状態では、シャッター５１とデポシールド５２の接触部分、及び、シャッター５１とコンタクト部材５４の接触部分はインピーダンスの変化点となり、高周波ＲＦの電流の流れが悪くなり易い。

図３に示すように、軸Ａｘをバッフル板１５の中心としてバッフル板１５の円周方向の３６０°の領域のうち、シャッター５１を閉じたときにバッフル板１５とシャッター５１とが重なる中心角θ２の領域を領域Ａｒ２とする。シャッター５１がない領域のうち、排気口１６に対応する中心角θ３の領域を領域Ａｒ３とする。それ以外の中心角θ１の領域を領域Ａｒ１とする。

領域Ａｒ２は、特定の構成に対応するバッフル板１５の複数の領域の一つであり、第２の領域に相当する。領域Ａｒ３は、特定の構成に対応するバッフル板１５の複数の領域の一つであり、第３の領域に相当する。領域Ａｒ１は、バッフル板１５の複数の領域以外の領域であり、第１の領域に相当する。

シャッター５１とデポシールド５２の接触部分、及び、シャッター５１とコンタクト部材５４の接触部分で高周波ＲＦの電流の流れが悪くなると、領域Ａｒ２では、領域Ａｒ１及び領域Ａｒ３よりもインピーダンスが高くなる。つまり、領域Ａｒ２では、領域Ａｒ１及び領域Ａｒ３よりも第１高周波電源２１及び／又は第２高周波電源２２から出力された高周波電流の流れが悪くなる。

このため、基板Ｗにプラズマ処理を行った場合、各領域の穴の形状及び／又は数が同じであると、図３の上下方向に、シャッター５１がある側のプラズマエッチングにより形成されたホールのＣＤ（ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｔｉｏｎ）と、シャッター５１がない側のプラズマエッチングにより形成されたホールのＣＤに偏りが生じる。

そこで、領域Ａｒ２と領域Ａｒ２以外の領域（図３では領域Ａｒ１及び領域Ａｒ３）に分けて穴の形状及び／又は数を変え、領域Ａｒ１及び領域Ａｒ３では同じ穴の形状及び数にした場合、プラズマエッチングにより形成されたホールのチルティング角度に偏りが生じる。つまり、基板Ｗのプラズマエッチングで形成されるホールが異なる方向に傾く傾向が見られた。

そこで、本実施形態に係るバッフル板１５は、シャッター５１がある側の領域Ａｒ２において領域Ａｒ１よりも高周波電流を通り易くする構成を有する。これにより、バッフル板１５の領域Ａｒ２のインピーダンスとそれ以外の領域Ａｒ１、領域Ａｒ３のインピーダンスとが概ね同じになるようにインピーダンス調整をする。

加えて、排気口１６がある側の領域Ａｒ３に形成された穴は、領域Ａｒ１に形成された穴に対して穴の形状及び／又は数を変更する。これにより、領域Ａｒ３ガスのコンダクタンスを調整することで、ガスの排気の偏りを均等化する。この結果、バッフル板１５によりインピーダンス及びガスのコンダクタンスを調整することができる。

バッフル板１５のインピーダンスとガスのコンダクタンスを調整する構成について、図３及び図４を参照して説明する。図４は、一実施形態に係るバッフル板１５に設けられた各領域の穴を拡大して示す断面図である。

図４に示すように、バッフル板１５のプラズマに暴露される面（上面：プラズマ側）において、領域Ａｒ２の穴１５ａの上面１５ａ１の直径は、領域Ａｒ１の穴１５ｂの上面１５ｂ１の直径よりも小さい。図４の例では、穴１５ａの上面１５ａ１の直径は１．８ｍｍであり、穴１５ｂの上面１５ｂ１の直径２．５ｍｍよりも小さい。一方、領域Ａｒ２の穴１５ａの下面１５ａ２の直径は、領域Ａｒ１の穴１５ｂの下面１５ｂ２の直径と同じであり、図４の例では２．５ｍｍである。

更に、領域Ａｒ３の穴１５ｃの上面１５ｃ１の直径は、領域Ａｒ１の穴１５ｂの上面１５ｂ１の直径よりも小さい。図４の例では、穴１５ｃの上面１５ｃ１の直径は１．８ｍｍ～２．２ｍｍであり、穴１５ｂの上面１５ｂ１の直径２．５ｍｍよりも小さい。一方、領域Ａｒ３の穴１５ｃの下面１５ｃ２の直径は、領域Ａｒ１の穴１５ｂの下面１５ｂ２の直径と同じであり、図４の例では２．５ｍｍである。

また、領域Ａｒ２の穴１５ａ及び領域Ａｒ３の穴１５ｃは、バッフル板１５の厚さをＨ２とすると、バッフル板１５の上面からＨ１（Ｈ１＜Ｈ２）の距離に段差が設けられている。これに対して、領域Ａｒ１の穴１５ｂは段差を有さない。

このように、バッフル板１５の領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３に形成された穴１５ａ、１５ｃの下面の直径は、それぞれの穴１５ａ、１５ｃの上面の直径よりも大きい。なお、領域Ａｒ１、領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の上面の穴の直径は、領域毎に異なっていてもよいし、領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３が同じで、領域Ａｒ１のみ異なっていてもよい。

かかる構成により、領域Ａｒ２の上面及び穴１５ａの内壁面の総和に対する単位面積当たりの表面積と、領域Ａｒ１の上面及び穴１５ｂの内壁面の総和に対する単位面積当たりの表面積との比率を調整することができる。また、領域Ａｒ３の上面及び穴１５ｃの内壁面の総和に対する単位面積当たりの表面積を、領域Ａｒ１の上面及び穴１５ｂの内壁面の総和に対する単位面積当たりの表面積との比率を調整することができる。

これにより、シャッター５１を経由する高周波の伝搬経路と、シャッター５１を経由しない高周波の伝搬経路とを略同一のインピーダンスに調整することができる。これにより、図３にて上下方向の、シャッター５１がある側のプラズマエッチングにより形成されたホールのＣＤと、シャッター５１がない側のプラズマエッチングにより形成されたホールのＣＤの偏りを解消することができ、プロセス特性及び生産性を向上させることができる。

また、領域Ａｒ２の穴１５ａと領域Ａｒ３の穴１５ｃに段差を設け、バッフル板１５の下面における開口を広げることで、ガスのコンダクタンスを調整しつつ、穴１５ａ、１５ｃを通るガスのコンダクタンスを確保することができる。これにより、バッフル板１５によりインピーダンス及びガスのコンダクタンスを調整することができる。

図５では、各領域に形成された穴の図示を省略しているが、図５（ａ）の比較例では、バッフル板１５の領域Ａｒ２と領域Ａｒ１の穴の形状を変えることでインピーダンスを調整する。本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、シャッター５１に対応した領域Ａｒ２に加えて、排気口１６に対応した領域Ａｒ３にガスのコンダクタンス調整を考慮した適正な形状及び／又は数の穴１５ｃを設ける。これにより、ガスのコンダクタンスを最適化し、排気口１６の位置の偏りにより発生するガスの流れの偏りを改善できる。これにより、図５（ｂ）に示すＡ（９０度）からＢ（２７０度）への円周方向（以下、Ａ－Ｂ方向ともいう。）のガスのコンダクタンスの均等化を図ることができる。このようにして領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３によりインピーダンス及びガスのコンダクタンスを調整することで、プラズマの偏りを改善し、Ａ－Ｂ方向のプラズマ密度分布を均一にすることができる。これにより、Ａ－Ｂ方向のチルティング角度の偏りをなくし、円周方向（３６０度）におけるエッチング形状の垂直性を向上できる。また、図３にて上下方向の、シャッター５１がある側と内側のプラズマエッチングにより形成されたホールのＣＤの均一性を高めることができる。

［実施例１］
図５（ａ）の比較例に係るバッフル板１５と、図５（ｂ）の本実施形態に係るバッフル板１５を有する基板処理装置１において、ガスの流れを示すシミュレーションを行った。図５（ａ）の比較例は、領域Ａｒ１と領域Ａｒ２と有するバッフル板１５であり、図５（ａ）では、比較例のバッフル板１５の領域Ａｒ１には図４に示す複数の穴１５ｂが形成され、領域Ａｒ２には図４に示す複数の穴１５ａが形成されている。

また、図５（ｂ）では図示を省略しているが、本実施形態のバッフル板１５の領域Ａｒ１及び領域Ａｒ２には図５（ａ）と同じ穴１５ｂ、１５ａが形成され、さらに領域Ａｒ３には図４に示す穴１５ｃが形成されている。

本シミュレーションでは、板処理装置１にガスを流し、排気装置１８により排気口１６からガスを排気したときの基板Ｗ上の外周部の圧力を測定する。具体的には、図５（ａ）及び（ｂ）に円状の破線で示した円ＭＰ、すなわち、軸Ａｘを中心とした直径３００ｍｍの基板Ｗの端部の上方であって基板Ｗから５ｍｍ程度離れた位置における処理容器１０内の圧力を測定する。

本シミュレーションの結果、比較例では、円ＭＰ上の９０度及び２７０度の２点（Ａ、Ｂ）の基板Ｗから５ｍｍ離れた空間における圧力差が０．００９８ｍＴ（０．００１３Ｐａ）であった。これに対して、本実施形態では、圧力差が０．００６０ｍＴ（０．０００８０Ｐａ）と低下した。以上のシミュレーション結果から、本実施形態では、領域Ａｒ３を設け、領域Ａｒ３の穴１５ｃの上面の直径を領域Ａｒ１の穴１５ｂの上面の直径より小さくすることでガスのコンダクタンスを調整でき、これにより、ガスの流れの偏りを改善できることがわかった。つまり、領域Ａｒ３を設け、穴１５ｃの上面の直径を変更することでガスのコンダクタンスを調整する。なお、領域Ａｒ２においてグランド面を増やすために穴１５ａの上面の直径を領域Ａｒ１の穴１５ｂの直径より小さくすることでインピーダンスを調整する。これにより、シャッター５１に対応する領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３における穴の形状の最適化によって高周波電流の流れを良好にしてプラズマの偏りを改善し、プラズマ密度分布を均一にすることができる。これにより、プラズマエッチングにより形成されたホールのチルティング角度の偏りをなくし、エッチング形状の垂直性を向上できる。なお、以上の説明では、領域Ａｒ２の穴１５ａはインピーダンス調整のために領域Ａｒ１の穴１５ｂの形状と変え、領域Ａｒ３の穴１５ｃはガスのコンダクタンス調整のために領域Ａｒ１の穴１５ｂの形状と変えるように説明した。しかし、領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３のいずれのおいても穴の形状及び／又は数を変えることで、インピーダンス及びガスのコンダクタンスが変わる。よって、領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の穴の開口率により、適正なインピーダンス調整及びガスのコンダクタンス調整が実現される。

［実施例２］
図６は、一実施形態に係る基板処理装置１を用いた基板Ｗのエッチング処理により基板上に形成されたホールのチルティング角度の実験結果の一例を示す図である。図６（ａ）の比較例と、図６（ｂ）及び（ｃ）の本実施形態に係るバッフル板１５を有する基板処理装置１においてチルティング角度を測定する実験を行った。

図６（ａ）の比較例は、図５（ａ）に示す領域Ａｒ１と領域Ａｒ２と有するバッフル板１５を使用した場合である。比較例のバッフル板１５の領域Ａｒ１には図４に示す複数の穴１５ｂが形成され、領域Ａｒ２には図４に示す複数の穴１５ａが形成されている。

また、図６（ｂ）及び（ｃ）の本実施形態は、図５（ｂ）に示す領域Ａｒ１と領域Ａｒ２と領域Ａｒ３と有するバッフル板１５を使用した場合である。本実施形態のバッフル板１５の領域Ａｒ１及び領域Ａｒ２には、比較例と同じ穴が形成され、領域Ａｒ３には図４に示す複数の穴１５ｃが形成されている。

図６（ｂ）と図６（ｃ）との違いは、領域Ａｒ３に形成された複数の穴１５ｃの数である。本実施形態のうち、図６（ｂ）に示す実施例１では一定数の穴１５ｃを減らし、図６（ｃ）に示す実施例２では図６（ｂ）の実施例１で減らした数の約２倍の数の穴１５ｃを減らし、ガスのコンダクタンスを変えた点である。

図６の上段のエッチングレートのグラフでは、横軸の基板位置の「９０度」は図５の点Ａにおける所定膜のエッチングレートを示す。「２７０度」は図５の点Ｂにおける所定膜のエッチングレートを示す。

実験の結果、図６の上段のエッチングレートのグラフに示すように、図６（ａ）の比較例と比べて、図６（ｂ）及び（ｃ）の実施例１及び実施例２では、図５に示すＢ方向にてＡ方向よりもエッチングレートが高くなった。

また、図６の下段のチルティング角度のグラフに示すように、図６（ｂ）の実施例１では、点Ａにおけるチルティング角度と、点Ｂにおけるチルティング角度との差分が「０．１６」となった。この結果、本実施形態の実施例１及び実施例２では、図６（ａ）の比較例のチルティング角度の差分「０．３４」と比べてＡ－Ｂ方向のエッチング形状の相違が少なくなり、チルティング角度の偏りを改善できた。

更に、図６（ｃ）の実施例２では、左右のチルティング角度が逆転した。また、左右のチルティング角度の差分「０．２３」は、図６（ａ）の比較例のチルティング角度の差分「０．３４」と比べて小さく、チルティング角度の偏りを改善できた。

以上から、領域Ａｒ３の穴の個数又は形状を最適化することで、ガスのコンダクタンスを変え、これにより、チルティング角度のＡ－Ｂ方向における差異を小さくし、エッチング形状を改善できることがわかった。

本実施形態では、領域Ａｒ３の穴１５ｃの個数を減らすことで、領域Ａｒ３におけるガスのコンダクタンスが変わることが確認できた。従って、基板処理装置１では領域Ａｒ３の穴を図４に示す穴１５ｃの形状にすること、及び／又は穴の数を変えることにより、コンダクタンスを調整することで、エッチングレートを制御し、Ａ－Ｂ方向におけるチルティング角度を制御できる。

なお、図４の穴１５ａ～１５ｃの形状は一例であり、領域Ａｒ１～Ａｒ３の穴の形状はこれに限られない。例えば、穴１５ａ、１５ｃは段差を有していなくてもよいし、複数の段差を有してもよい。また、穴１５ｂに段差を設けてもよい。例えば、ガスのコンダクタンスを積極的に変えたい場合には、段差を有する穴を形成することが好ましい。

図７は、一実施形態に係るバッフル板１５の表面積（プラズマ側の面）とチルティング角度との関係の一例を示す図である。図７の横軸はバッフル板１５の表面積を示し、縦軸はチルティング角度を示す。バッフル板１５の表面積（％）は、領域Ａｒ１～領域Ａｒ３に穴１５ａ～穴１５ｃがなかったときの表面積を１００とし、領域Ａｒ１～Ａｒ３に穴１５ａ～穴１５ｃがあったときの上面の面積の割合をパーセンテージで示す。つまり、図７の横軸は領域Ａｒ１～Ａｒ３に形成された穴の開口率（％）を示す。

これによれば、領域Ａｒ３に形成された穴１５ｃの開口率とチルティング角度には比例関係があり、図７の例では、領域Ａｒ３に形成された穴１５ｃの開口率が５９．６（％）のとき、チルティング角度が９０°になり、エッチング形状が垂直となる。つまり、図７の例では、穴の開口率が５９．６（％）の範囲に含まることを条件に領域Ａｒ３の穴１５ｃの形状を最適化したり、穴の個数を決定したりすることが好ましい。

ただし、図７は一例であり、領域Ａｒ３に形成される穴１５ｃの開口率の最適値は、エッチング条件、排気口１６の位置や大きさ、その他の処理容器１０内の状態によって変化する。

なお、領域Ａｒ３に形成された穴１５ｃの開口率は、領域Ａｒ１に形成された穴１５ｂの開口率と異なるが、領域Ａｒ３に形成された穴１５ｃの開口率は、領域Ａｒ２に形成された穴１５ａの開口率と異なっていてもよいし、同じであってもよい。

以上、本実施形態に係るバッフル板１５を例に挙げて説明した。また、処理容器１０内の複数の特定の構成としてシャッター５１及び排気口１６を例に挙げ、シャッター５１及び排気口１６に対応するバッフル板１５の領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の穴形状について説明した。

しかしながら、シャッター５１及び排気口１６は特定の構成の一例であり、特定の構成は、処理容器１０に取り付けた観測窓、圧力計、排気口１６以外の排気口、搬送口１９、ゲートバルブ２０、排気路１４、排気管１７等であってもよい。係る特定の構成に対応するバッフル板１５の領域Ａｒ２、Ａｒ３、Ａｒ４、Ａｒ５・・・が存在し得る。

以上に説明したように、本実施形態の基板処理装置１によれば、シャッター５１に対応する領域Ａｒ２及び排気口１６に対応する領域Ａｒ３にそれぞれ形成される穴の形状を最適化する。これにより、バッフル板１５を一例とする処理容器１０に電気的に接続された部材におけるインピーダンスとガスのコンダクタンスを調整することができる。これにより、高周波電流の流れを良好にしてプラズマの偏りを改善し、プラズマ密度分布を均一にすることができる。また、処理容器１０内の特定の構成が存在する位置に応じた排気の偏りによるチルティング角度の偏りを改善し、エッチング形状の垂直性を向上できる。

上記実施形態では、領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の穴１５ａ、１５ｃの形状を領域Ａｒ１の穴１５ｂの形状と異ならせることで、バッフル板１５の領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の表面積を領域Ａｒ１の表面積と異なるように構成した。しかしながら、これに限られず、バッフル板１５の領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の表面形状を領域Ａｒ１の表面形状と変えることで、領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の表面積を領域Ａｒ１の表面積と異なるように構成してもよい。また、バッフル板１５の領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の厚さを領域Ａｒ１の厚さと変えることで、領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の表面積を領域Ａｒ１の表面積と異なるように構成してもよい。

また、バッフル板１５の領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３に酸化イットリウムやアルミナの溶射膜を形成し、表面処理を行うことでインピーダンス及びガスのコンダクタンスを調整してもよい。領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の表面に溶射やその他のコーティング技術を用いて絶縁膜を形成することで、領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３のインピーダンスを領域Ａｒ１のインピーダンスよりも高くすることができる。これにより、領域Ａｒ２及び領域Ａｒ３の表面積を領域Ａｒ１の表面積よりも大きくし過ぎた場合にシャッター５１側の領域Ａｒ２のインピーダンスが下がり過ぎた状態を改善し、インピーダンス及びガスのコンダクタンスを調整することができる。

今回開示された一実施形態に係る基板処理装置は、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、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna、 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
１０処理容器
１１ステージ
１４排気路
１５バッフル板
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ穴
１９搬送口
２０ゲートバルブ
２１第１高周波電源
２２第２高周波電源
２４ガスシャワーヘッド
２５静電チャック
３０エッジリング
４０処理ガス供給部
４３制御部
５１シャッター
５２デポシールド
Ａｘ軸
Ｕ処理空間
Ｗ基板

Claims

処理容器と、
高周波電流を供給する高周波電源と、
前記処理容器に電気的に接続された部材と、を有し、
前記部材は、
前記処理容器内の複数の特定の構成に対応する前記部材の複数の領域のそれぞれの単位体積あたりの表面積と、前記部材の複数の領域以外の領域である前記部材の第１の領域の単位体積あたりの表面積とが異なるように構成され、
前記複数の特定の構成は、シャッター及び排気口を含み、
前記部材の複数の領域は、前記シャッターに対応する第２の領域と、前記排気口に対応する第３の領域と、を有し、
前記部材の複数の領域の各領域及び前記第１の領域は、領域毎に穴を有し、
前記部材の複数の領域と前記第１の領域とは、前記穴の開口率が異なり、
前記第２の領域に形成された穴は、前記第１の領域に形成された穴と形状及び／又は数が異なり、
前記第３の領域に形成された穴は、前記第１の領域に形成された穴と形状及び／又は数が異なり、前記第２の領域に形成された穴と形状及び／又は数が異なる又は同じである、
基板処理装置。
処理容器と、
高周波電流を供給する高周波電源と、
前記処理容器に電気的に接続された部材と、を有し、
前記部材は、
前記処理容器内の複数の特定の構成に対応する前記部材の複数の領域のそれぞれの単位体積あたりの表面積と、前記部材の複数の領域以外の領域である前記部材の第１の領域の単位体積あたりの表面積とが異なるように構成され、
前記複数の特定の構成は、シャッター及び排気口を含み、
前記部材の複数の領域は、前記シャッターに対応する第２の領域と、前記排気口に対応する第３の領域と、を有し、
前記部材の複数の領域の各領域及び前記第１の領域は、領域毎に穴を有し、
前記部材の複数の領域の各領域に形成された穴の形状を前記第１の領域に形成された穴の形状と異ならせる、又は、前記部材の複数の領域の各領域に形成された穴の数を前記第１の領域に形成された穴の数と異ならせることにより、前記部材の複数の領域と前記第１の領域とは、上面において前記穴の開口率が異なり、
前記第２の領域に形成された穴は、前記第１の領域に形成された穴と形状及び／又は数が異なり、
前記第３の領域に形成された穴は、前記第１の領域に形成された穴と形状及び／又は数が異なり、前記第２の領域に形成された穴と形状及び／又は数が異なる又は同じである、
基板処理装置。
前記部材は、前記処理容器に電気的に接続されたバッフル板であり、
前記シャッターは、前記シャッターが閉まるとき、前記バッフル板と前記処理容器とに接触し、前記シャッターが開くとき、前記バッフル板の前記第２の領域から離隔するように構成され、
前記バッフル板は、
前記シャッターを介して前記バッフル板の前記第２の領域と前記処理容器とを通る高周波電流の経路のインピーダンスが、前記シャッターを介さずに前記バッフル板の前記第１の領域と前記処理容器とを通る高周波電流の経路のインピーダンス及び前記バッフル板の前記第３の領域と前記処理容器とを通る高周波電流の経路のインピーダンスに略等しくなるように構成される、
請求項１又は２に記載の基板処理装置。
前記部材は、バッフル板である、
請求項１又は２に記載の基板処理装置。
前記バッフル板は、コニカル形状である、
請求項３又は４に記載の基板処理装置。
前記部材の前記複数の領域の各領域に形成された穴の下面の直径は、前記穴の上面の直径よりも大きい、
請求項１～５のいずれか１項に記載の基板処理装置。