KR20210070912A - 에지 링 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20210070912A
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쇼이치로 마츠야마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시 내용의 일 양태에서는, 에지 링과, 에지 링을 거치하는 정전 척 거치면 사이로 공급되는 전열 가스의 누설을 억제하여 전열 특성을 향상시키기 위해, 기판 처리 장치의 챔버 내 정전 척 상에 기판의 둘레 가장자리를 둘러싸도록 거치된 에지 링으로서, 하면에 상기 정전 척에 접촉하는 복수 개의 접촉부를 가지며, 상기 복수 개의 접촉부가 상기 정전 척의 거치면에 환형으로 선 접촉하는 에지 링이 제공된다.

Description

에지 링 및 기판 처리 장치{EDGE RING AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시 내용은 에지 링 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 특허문헌 1은, 포커스 링(focus ring)의 흡착 특성을 안정화시키는 것을 목적으로 하는데, 하부 전극 부재와 접촉하는 포커스 링으로서 포커스 링의 접촉면과 하부 전극 부재의 접촉면 중 적어도 어느 한쪽은 0.1㎛ 이상의 표면 조도를 갖는 것을 제안하고 있다.
일본국 공개특허공보 특개2017-050509호
본 개시 내용은, 에지 링("포커스 링"이라고도 함)과, 에지 링을 거치하는 정전 척 거치면 사이로 공급되는 전열(傳熱) 가스의 누설을 억제하여, 전열 특성을 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시 내용의 일 양태에 의하면, 기판 처리 장치의 챔버 내 정전 척 상에 기판의 둘레 가장자리를 둘러싸도록 거치된 에지 링으로서, 하면에 상기 정전 척에 접촉하는 복수 개의 접촉부를 가지며, 상기 복수 개의 접촉부가 상기 정전 척의 거치면에 환형(環形)으로 선 접촉하는 에지 링이 제공된다.
일 측면에 의하면, 에지 링과, 에지 링을 거치하는 정전 척 거치면 사이로 공급되는 전열 가스의 누설을 억제하여, 전열 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 종래의 경우에 에지 링과 정전 척 사이의 전하 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 실시형태에 따른 에지 링의 구성을 나타내며, 도 3b는 실시형태의 변형예 1에 따른 에지 링의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시형태 및 비교예의 에지 링에 의한 전열 가스 유량 측정의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 5a는 실시형태의 변형예 2에 따른 에지 링의 구성을 나타내며, 도 5b는 실시형태의 변형예 3에 따른 에지 링의 구성을 나타내는 도면이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 개시 내용을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에 있어, 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이며 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
[기판 처리 장치의 전체 구성]
도 1은 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 한편, 실시형태에서는, 본원이 개시하는 기판 처리 장치(1)가 RIE(Reactive Ion Etching)형 기판 처리 장치(1)인 예에 대해 설명한다. 다만, 기판 처리 장치(1)는 표면파 플라즈마를 이용한 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치 등에 적용될 수도 있다.
기판 처리 장치(1)는 금속제 예를 들어 알루미늄 또는 스테인레스강제의 원통형 챔버(10)를 구비하며, 그 내부는 플라즈마 에칭, 플라즈마 CVD 등의 플라즈마 처리가 행해지는 처리실로 되어 있다. 챔버(10)는 접지되어 있다.
챔버(10)에는 내부에 기판(W)을 거치하는 원판 형상의 스테이지(11)가 배치되어 있다. 스테이지(11)는 하부 전극으로서도 기능한다. 스테이지(11)는 베이스 테이블(11a)과 정전 척(25)을 가지며, 베이스 테이블(11a) 상에 정전 척(25)이 배치된다. 베이스 테이블(11a)은, 예를 들어, 알루미늄으로 이루어지며, 절연성의 통 형상 유지 부재(12)를 사이에 두고 챔버(10) 바닥으로부터 수직 상방으로 연장되는 통 형상 지지부(13)에 의해 지지된다.
정전 척(25)은, 기판(W)이 거치되는 원판 형상의 중앙부(25a)와, 환형의 둘레 가장자리부(25b)로 이루어지며, 중앙부(25a)의 높이는 둘레 가장자리부(25b)의 높이보다 높게 되어 있다. 둘레 가장자리부(25b)의 상면에는, 기판(W)의 둘레 가장자리를 둘러싸는 에지 링(30)이 거치된다. 다만, 중앙부(25a)의 높이와 둘레 가장자리부(25b)의 높이가 같은 경우도 있다.
중앙부(25a)는, 도전막으로 이루어지는 전극(25c)을 한 쌍의 유전막 사이에 끼움으로써 구성된다. 둘레 가장자리부(25b)는, 도전막으로 이루어지는 전극(25d)을 한 쌍의 유전막 사이에 끼움으로써 구성된다. 전극(25d)은 내주쪽 전극(25d1)과 외주쪽 전극(25d2)을 갖는 쌍극 타입의 전극 구조이다.
전극(25c)에는, 전원(26)이 스위치(27)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 전극(25d1)에는, 전원(28a1)이 스위치(29a1)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 전극(25d2)에는, 전원(28a2)이 스위치(29a2)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(25)은 전원(26)으로부터 전극(25c)에 공급된 전압(이하, "HV 전압"이라고도 함)에 의해 쿨롱 힘을 발생시키며, 이로써 기판(W)을 정전 척(25)에 정전 흡착시켜 홀딩한다.
정전 척(25)은, 전원(28a1)으로부터 전극(25d1)에 공급된 전압과, 전원(28a2)으로부터 전극(25d2)에 공급된 전압에 의해, 쿨롱 힘을 발생시키고, 이로써 에지 링(30)을 정전 척(25)에 정전 흡착시켜 홀딩한다. 쌍극 타입인 경우, 한쪽 전극(25d1)과 다른쪽 전극(25d2)에 극성이 서로 다른 전하를 공급할 수 있다. 다만, 전극(25d)은 전극(25d1)과 전극(25d2)을 일체화시킨 단극 타입의 전극 구조일 수도 있다.
베이스 테이블(11a)의 내부에는, 예를 들어, 둘레 방향으로 연장되는 환형 또는 소용돌이 형상의 냉매실(31)이 구비되어 있다. 예를 들어, 냉각수 등과 같은 소정 온도의 온도 조절 매체가 칠러 유닛(32)으로부터 배관(33,34)을 통해 냉매실(31)로 순환 공급되어, 온도 조절 매체의 온도에 의해 정전 척(25) 상의 기판(W)의 온도를 제어한다.
전열 가스 공급부(35)는 전열 가스 라인(36)을 통해 정전 척(25) 중앙부(25a)와 기판(W) 사이의 공간으로 전열 가스를 공급한다. 또한, 전열 가스 공급부(35)는 전열 가스 라인(37)을 통해 정전 척(25)의 둘레 가장자리부(25b)와 에지 링(30) 사이의 공간으로 전열 가스를 공급한다. 전열 가스로는, 열전도성을 갖는 가스, 예를 들어, 헬륨 가스 등을 필요에 따라 적절하게 사용할 수 있다. 전열 가스 라인(37)의 베이스 테이블(11a) 입구에는 압력 조정 가능한 유량계(23)가 구비되어, 둘레 가장자리부(25b)와 에지 링(30) 사이의 공간으로 공급되는 전열 가스의 유량을 측정하도록 구성된다. 에지 링(30)이 정전 척(25)에 흡착되는 흡착력이 감소하여, 둘레 가장자리부(25b)와 에지 링(30) 사이의 공간으로부터 전열 가스가 누설되는 양이 증가하면, 유량계(23)가 측정하는 전열 가스의 유량이 증가한다. 한편, 유량계는, 전열 가스 라인(37)을 흐르는 전열 가스의 유량을, 둘레 가장자리부(25b)와 에지 링(30) 사이의 공간으로 공급되는 전열 가스의 유량으로서 측정할 수 있는 위치라면, 어느 위치에라도 배치될 수 있다.
스테이지(11)에는, 플라즈마 생성용 제1 고주파 전원(21)이 정합기(21a)를 사이에 두고 전기적으로 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(21)은, 예를 들어, 40MHz의 고주파 HF 전력을 스테이지(11)에 공급한다. 또한, 스테이지(11)에는, 바이어스용 제2 고주파 전원(22)이 정합기(22a)를 사이에 두고 전기적으로 접속되어 있다. 제2 고주파 전원(22)은 고주파 HF보다 낮은, 예를 들어, 3MHz의 고주파 LF 전력을 스테이지(11)에 공급한다.
챔버(10)의 측벽과 통 형상 지지부(13)의 외주벽 사이에 배기로(14)가 형성되어 있다. 배기로(14)의 입구 또는 도중에 환형의 배플 플레이트(15)가 구비되며, 바닥부에는 배기구(16)가 구비되어 있다. 배기구(16)는 배기관(17)을 통해 배기 장치(18)에 접속된다. 배기 장치(18)는 진공 펌프를 구비하여, 챔버(10) 내 처리 공간을 소정 진공도까지 감압시킨다. 또한, 배기관(17)은 가변식 버터플라이 밸브인 자동 압력 제어 밸브(automatic pressure control valve: APC, 미도시)를 구비한다. 자동 압력 제어 밸브는 자동적으로 챔버(10) 내 압력을 제어한다.
반출입구(19)는 챔버(10) 측벽에서 기판(W)을 반입 및 반출하며, 게이트 밸브(20)에 의해 개폐한다. 챔버(10)의 상부 개구는, 절연성 부재(44)를 사이에 두고 가스 샤워 헤드(24)가 배치되며, 이것에 의해 폐색된다. 가스 샤워 헤드(24)는 상부 전극으로서도 기능한다. 이러한 구성에 의해, 제1 고주파 전원(21)으로부터의 고주파 HF 전력이 스테이지(11)와 가스 샤워 헤드(24) 사이로 공급된다.
가스 샤워 헤드(24)는, 천정벽(40)과, 천정벽(40)을 탈착 가능하게 지지하는 전극 지지체(38)를 구비한다. 천정벽(40)은 다수 개의 가스 통기 구멍(40a)을 구비한다. 전극 지지체(38)의 내부에는 버퍼실(39)이 구비되며, 가스 도입구(38a)는 버퍼실(39)로부터 전극 지지체(38)를 관통하는 관통 구멍에 접속된다. 가스 공급부(45)로부터 출력된 가스는 가스 공급 배관(41)을 통해 가스 도입구(38a)로부터 버퍼실(39)로 도입되어, 다수 개의 가스 통기 구멍(40a)을 통해 가스 샤워 헤드(24) 하면으로부터 챔버(10) 안으로 가스가 도입된다.
스테이지(11)의 중심축을 Z축이라고 정의한다. 가스 샤워 헤드(24), 정전 척(25), 베이스 테이블(11a), 전극(25c)은 Z축과 동심원 형상으로서 대략 원반 형상으로 형성된다. 에지 링(30), 전극(25d1,25d2), 통 형상 유지 부재(12)는 Z축과 동심원 형상으로서 원통 형상 또는 환형으로 형성된다.
기판 처리 장치(1)의 각 구성 요소는 제어부(43)에 접속되어 있다. 제어부(43)는 기판 처리 장치(1)의 각 구성 요소를 제어한다. 각 구성 요소로는, 예를 들어, 배기 장치(18), 제1 고주파 전원(21), 제2 고주파 전원(22), 정전 척용 스위치(27,29a1,29a2), 전원(26,28a1,28a2), 칠러 유닛(32), 전열 가스 공급부(35), 가스 공급부(45) 등을 들 수 있다.
제어부(43)는, CPU(43a)와 메모리(43b)를 구비하며, 메모리(43b)에 기억된 프로그램 및 처리 레시피를 읽어들여 실행함으로써, 기판 처리 장치(1)에서 원하는 기판 처리를 제어한다. 또한, 제어부(43)는 기판 처리에 맞추어 기판(W) 및 에지 링(30)의 정전 흡착을 제어하기 위한 처리, 전열 가스를 공급하기 위한 처리 등을 제어한다.
챔버(10) 주위에는 환형 또는 동심원 형상으로 연장되는 자석(42)이 배치되어 있다. 챔버(10) 안에서는, 자석(42)에 의해 일 방향을 향하는 수평 자계가 형성된다. 또한, 스테이지(11)와 가스 샤워 헤드(24) 사이로 공급된 고주파 전력에 의해 연직 방향의 RF 전계가 형성된다. 이로써, 챔버(10) 안에서 처리 가스를 통한 마그네트론 방전이 일어나, 스테이지(11)의 표면 근방에서 처리 가스로부터 고밀도의 플라즈마가 생성된다.
기판 처리 장치(1)에서는, 기판 처리시에 먼저 게이트 밸브(20)를 열어 기판(W)을 반출입구(19)로부터 챔버(10) 안으로 반입하고서, 정전 척(25) 상에 거치한다. 그리고, 가스 공급부(45)로부터 출력된 가스를 챔버(10) 안으로 도입하고서, 제1 고주파 전원(21) 및 제2 고주파 전원(22)으로부터 고주파 HF, LF 전력을 스테이지(11)로 공급한다. 또한, 전원(26)으로부터의 전압을 전극(25c)에 공급하여 기판(W)을 정전 척(25) 거치면에 흡착시키고, 전원(28a1,28a2)으로부터의 전압을 전극(25d1,25d2)에 공급하여 에지 링(30)을 정전 척(25) 거치면에 흡착시킨다. 전열 가스를 기판(W)와 정전 척(25) 거치면 사이의 공간으로 공급하고, 또한 에지 링(30)과 정전 척(25) 거치면 사이의 공간으로 공급한다. 가스 샤워 헤드(24)로부터 도입된 가스가 플라즈마화하여, 플라즈마 중의 라디칼, 이온 등에 의해 기판(W) 표면에 소정의 플라즈마가 이루어진다.
[종래에 에지 링과 정전 척 간의 전하 이동]
종래의 에지 링(130)의 구성에서 발생하는, 에지 링(130)과 정전 척(25) 사이의 전하 이동에 대해, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다. 도 2a 및 도 2b는 종래의 에지 링(130)과 정전 척(25) 사이의 전하 이동을 설명하기 위한 도면이다.
종래에 에지 링(130)의 하면(130g)은 평평하여, 정전 척(25)의 둘레 가장자리부(25b)의 거치면(25f)과는, 정전 척(25)에 구비된 전열 가스 라인(37)의 전열 가스 공급 홈(25e) 이외의 부분에서 면접촉하고 있다. 이러한 구성에서는, 에지 링(130)과 둘레 가장자리부(25b)의 거치면(25f) 사이의 공간으로부터 누설되는 전열 가스의 누설량이 서서히 증가한다. 그 이유에 대해 설명한다.
일반적으로, 전극(25d1,25d2)에 HV 전압이 공급되면, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 에지 링(130)의 하면(130g) 근방에 쌓인 전하와, 전극(25d1,25d2)에 쌓인 극성이 다른 전하에 의해 쿨롱 힘이 발생한다. 이로써, 에지 링(130)이 정전 척(25)에 흡착된다.
이 경우, 에지 링(130)의 하면(130g)과 정전 척(25)의 거치면(25f)은 면 접촉하는데, 선 접촉보다 접촉 면적이 크므로, 에지 링(130)과 정전 척(25) 간에 전하가 이동하기 쉽다. 그래서, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 기판의 처리 시간이 길어지면 전하가 에지 링(130)과 세라믹 정전 척(25) 간에 서서히 이동하며, 이로써 에지 링(130)의 흡착력은 저하된다. 그리하여, 기판 처리 시간이 길어져 에지 링(130)을 정전 척(25)에 정전 흡착시키는 시간이 길수록, 에지 링(130)의 흡착력 저하가 커지는 것이라고 생각된다.
이러한 에지 링(130)과 정전 척(25) 간의 전하 이동은, 기판 처리 시간이 긴 경우 뿐 아니라, 에지 링(130)과 정전 척(25)의 온도가 높은 경우, 고주파 LF 전력이 높은 경우 등에도 일어나기 쉽다. 따라서, 근래의 애스펙트 비가 높은 에칭 처리에서는, 에칭 처리 시간이 길어지므로, 전하의 이동이 발생하기 쉽다. 또한, 근래의 기판 처리에서는, 고주파 LF 전력을 높게 제어하여 스테이지(11)로의 이온 끌어당김을 크게 하는 경향이 있는 바, 이 경우에도 전하의 이동이 발생하기 쉽다. 또한, 고전력의 고주파 HF를 공급함으로써 플라즈마로부터의 입열(入熱)에 의해 에지 링(130)이 고온이 되는 경향이 있는 바, 이 경우에도 전하의 이동이 발생하기 쉽다. 이러한 현상에 의해 에지 링(130)의 흡착력이 저하됨으로 인해, 에지 링(130)과 둘레 가장자리부(25b)의 거치면(25f) 사이의 공간으로부터 전열 가스가 누설되어, 전열 가스의 누설량이 서서히 증가하는 것이라고 생각된다.
전열 가스가 누설되고 있는 부분에서는 압력이 저하되고, 에지 링(130)의 온도가 국소적으로 고온이 되어, 에지 링(130)의 온도 제어성이 나빠진다. 이로써, 기판(W)의 둘레 방향 온도 분포에 불균일이 발생하여 기판 처리에 악영향을 주는 요인이 된다.
따라서, 실시형태에 따른 에지 링(30)에서는, 에지 링(30)과 정전 척(25) 간의 전하 이동을 억제하는 대책으로서, 에지 링(30) 하면과 정전 척(25) 거치면의 접촉을 면 접촉이 아니라 선 접촉으로 한다. 이로써, 애스펙트 비가 높은 기판 처리 또는 고주파 LF의 고전력을 사용하는 기판 처리 등에 있어서도, 에지 링(30)을 안정적으로 정전 척(25)에 흡착시키는 것을 가능하게 한다.
<실시형태에 따른 에지 링>
이하에서, 실시형태에 따른 에지 링(30)의 구성에 대해, 도 3a를 참조하여 설명한다. 도 3a는 실시형태에 따른 에지 링(30)의 구성을 나타내는 도면이다. 실시형태에 따른 에지 링(30)은 하면(30a)에 정전 척(25)의 거치면(25f)에 접촉하는 접촉부(C1,C2)를 갖는다. 접촉부(C1,C2)는 거치면(25f)에 환형으로 선 접촉한다.
에지 링(30)의 하면(30a)은 중앙의 단차(30b) 전후에서 수평으로 형성된 하면(30a1,30a2)을 가지며, 하면(30a2)은 하면(30a1)보다 아랫쪽에 위치한다.
에지 링(30)은 계단 형상으로 가공되는데, 하면(30a)의 가공 전 경사면(131)은 수평면에 대해 아랫쪽으로 경사각 θ만큼 경사져 있다. 예를 들어, 경사각 θ는 수평 방향에 대해 아랫쪽으로 0.03°~0.06° 정도이다. 실시형태에서는 경사면(131)을 가공하여 하면(30a1,30a2)을 수평면으로 하였는데, 가공 방법은 이에 한정되지 않는다. 이로써, 에지 링(30)의 하면(30a)은 외주쪽을 향해 계단 형상으로 형성된다. 한편, 단차(30b)의 높이는 15~30㎛ 정도일 수 있다.
접촉부(C1)는 에지 링(30)의 하면(30a) 중 내주쪽 하면(30a1)의 안쪽 단부에 환형으로 형성되며, 접촉부(C2)는 외주쪽 하면(30a2)의 안쪽 단부에 환형으로 형성된다. 접촉부(C1,C2)는 중심축인 Z축(도 1 참조)과 동심원의 형상으로 형성된다. 거치면(25f)에는 전열 가스 공급 홈(25e)이 복수 개소에 형성되어 있다. 또한, 전열 가스의 경로로 되는 공급 홈이 형성되는 경우가 있다. 접촉부(C1,C2)는 공급 홈(25e)이나 공급 홈의 위를 최대한 피하여 환형으로 거치면(25f)에 선 접촉하도록 구성된다. 다만, 접촉부(C1,C2)의 일부가 공급 홈(25e)이나 공급 홈 위에 형성된 경우에는, 환형의 선 접촉이 일부 끊어지게 되는 바, 접촉부(C1,C2)의 환형 선 접촉에는 환형이 일부 끊어진 것도 포함된다. 접촉부(C1,C2)의 선 접촉은 ㎛ 단위의 폭을 갖는다. 즉, 접촉부(C1,C2)와 거치면(25f)은 ㎛ 단위의 폭으로 선 접촉하고 있다.
접촉부(C1)는 전열 가스 공급 홈(25e)보다 직경 방향 안쪽에 배치되며, 접촉부(C2)는 전열 가스 공급 홈(25e)보다 직경 방향 바깥쪽에 배치될 수 있다. 접촉부(C2)는 접촉부(C1)보다 아랫쪽에 위치한다. 접촉부(C1,C2)는 에지 링(30)의 하면(30a)에 구비된 모서리부이다. 접촉부(C1)는 제1 접촉부의 일 예이다. 접촉부(C2)는 제2 접촉부의 일 예이다.
이와 같이 에지 링(30)은, 에지 링(30)과 정전 척(25) 간에 환형으로 선 접촉하고 있어서, 종래의 에지 링(130)의 면 접촉에 비해 접촉 면적이 작다. 그러므로, 전하가 에지 링(30)과 세라믹 정전 척(25) 간에 거의 이동하지 않는다. 이상으로부터, 실시형태에 따른 에지 링(30)에서는, 흡착 시간이 길어지더라도 에지 링(30)의 정전 척(25)에 대한 흡착력이 저하되지 않는다. 이로써, 에지 링(30)과 정전 척(25) 사이로 공급되는 전열 가스의 누설을 억제하여, 안정적이고 양호한 전열 특성을 얻을 수가 있다. 따라서, 안정적으로 에지 링(30)의 열을 제거할 수 있으며, 에지 링(30)의 온도 제어성을 향상시킬 수 있다. 즉, 에지 링(30)에 국소적인 고온 부분이 발생하지 않아, 기판(W)의 둘레 방향 라디칼 공급 분포를 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 기판 처리의 균일성을 향상시킬 수 있다.
[실험 결과]
이어서, 도 1에 나타내는 기판 처리 장치(1)를 이용한 기판 처리시, 전열 가스 라인(37)으로부터 전열 가스를 공급했을 때의 전열 가스 유량의 측정 결과에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 실시형태의 에지 링(30)과 비교예의 에지 링(130)에 의한 전열 가스 유량 측정 실험 결과를 나타내는 도면이다. 실시형태에 따른 에지 링(30)은 도 3a에 나타내는 에지 링(30)의 구성을 가지며, 비교예에 따른 에지 링(30)은 도 2a 및 도 2b에 나타내는 종래의 에지 링(130)의 구성을 가진다.
도 4의 가로축은 시간(s)을 나타내며, 세로축은 전열 가스 유량의 측정값(a.u.)을 나타낸다. 전열 가스 유량의 측정값은 유량계(23, 도 1 참조)에 의해 전열 가스 라인(37)을 흐르는 전열 가스의 유량을 측정한 값이다.
실험 결과, 비교예에 따른 에지 링(130)에서는, 시간이 흐름에 따라 전열 가스 유량 측정값이 증가하였다. 이것은, 에지 링(130)의 하면(130g)이 거치면(25f)에 면 접촉하고 있으므로, 에지 링(130)과 정전 척(25) 간에 전하가 이동하여 에지 링(130)의 흡착력이 시간의 경과와 함께 약해졌기 때문이다. 그리하여, 에지 링(130)의 하면(130g)과 거치면(25f) 사이로부터의 전열 가스 누설량이 증가하였다.
이에 대해, 실시형태에 따른 에지 링(30)에서는, 시간이 경과하더라도 전열 가스 유량 측정값이 대체적으로 일정하였다. 이것은, 에지 링(30)의 하면(30a)이 거치면(25f)에 선 접촉하고 있으므로, 에지 링(30)과 정전 척(25) 간에 전하가 이동하지 않아, 에지 링(30)의 흡착력이 시간의 경과에 관계없이 변화하지 않았기 때문이다. 그러므로, 에지 링(30)의 하면(30a)과 거치면(25f) 사이로부터의 전열 가스 누설량이 일정하였다.
이상의 결과로부터, 실시형태에 따른 에지 링(30)에서는, 전열 가스 누설량의 변화가 거의 일어나지 않으므로, 에지 링(30)의 열 제거를 안정적으로 실행할 수 있으며, 에지 링(30)의 온도 제어성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 기판 처리의 균일성을 향상시킬 수 있다.
<변형예>
(변형예 1)
이어서, 실시형태의 변형예 1에 따른 에지 링(30)의 구성에 대해, 도 3b를 참조하여 설명한다. 도 3b는 실시형태의 변형예 1에 따른 에지 링의 구성을 나타내는 도면이다.
실시예 1에 따른 에지 링(30)의 하면(30a)은, 거치면(25f)에 접촉하는 접촉부(C1,C2)를 구비한다. 접촉부(C1,C2)는 거치면(25f)에 환형으로 선 접촉한다.
에지 링(30)의 하면(30a)은, 외주쪽을 향해 계단 형상으로 형성되며, 톱니 파형의 단면을 가진다. 하면(30a)에서 중앙의 단차(30b) 내주쪽에는 윗쪽으로 경사진 하면(30a1)이 구비되며, 외주쪽에는 윗쪽으로 경사진 하면(30a2)을 가진다. 하면(30a1)의 경사각 θ와 하면(30a2)의 경사각 θ는, 같은 각도일 수도 있고, 다른 각도일 수도 있다. 예를 들어, 경사각 θ는 수평 방향에 대해 윗쪽으로 0.03°~0.06° 정도이며, 수평면을 가공하여 경사각 θ의 경사면인 하면(30a1,30a2)을 형성한다.
접촉부(C1)는, 에지 링(30)의 하면(30a) 중 내주쪽 하면(30a1)의 안쪽 단부에서 환형으로 거치면(25f)에 선 접촉한다. 또한, 접촉부(C2)는, 외주쪽 하면(30a2)의 안쪽 단부에서 환형으로 거치면(25f)에 선 접촉한다. 접촉부(C1)와 거치면(25f), 그리고 접촉부(C2)와 거치면(25f)은 ㎛ 단위의 폭으로 선 접촉하고 있다. 접촉부(C1)는 전열 가스 공급 홈(25e)보다 직경 방향 안쪽에 배치되며, 접촉부(C2)는 전열 가스 공급 홈(25e)보다 직경 방향 바깥쪽에 배치될 수 있다. 접촉부(C2)는 접촉부(C1)와 같은 높이에 위치한다. 접촉부(C1,C2)는 에지 링(30)의 하면(30a)에 구비된 모서리부이다.
변형예 1에 따른 에지 링(30)에 의해서도, 에지 링(30)과 정전 척(25)의 거치면(25f) 사이로 공급되는 전열 가스의 누설을 억제하여 전열 특성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 실시형태의 변형예 2, 3에 따른 에지 링(30)의 구성에 대해, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다. 도 5a는 실시형태의 변형예 2에 따른 에지 링(30)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5b는 실시형태의 변형예 3에 따른 에지 링(30)의 구성을 나타내는 도면이다.
(변형예 2)
도 5a에 나타내는 변형예 2에 따른 에지 링(30)의 하면(30a)은, 정전 척(25)의 거치면(25f)에 접촉하는 접촉부(C1,C2)를 구비한다. 접촉부(C1,C2)는 거치면(25f)에 환형으로 선 접촉한다.
에지 링(30)의 하면(30a)은, 에지 링(30)의 외주쪽을 향해 내려가는 슬로프 형상으로 형성되며, 돌출부(30c)를 구비한다. 에지 링(30) 하면(30a)의 수평면과의 경사각 θ는 수평 방향에 대해 아랫쪽으로 0.03°~0.06° 정도이다.
돌출부(30c)는, 내측에 단면이 반원 형상인 돌출부(30c1)와, 외측에 단면이 반원 형상인 돌출부(30c2)를 구비한다. 돌출부(30c1,30c2)는 둘레 방향에 있어 기판 처리 장치(1) 중앙의 축 Z(도 1 참조)와 동심원 형상으로 형성된다.
따라서, 접촉부(C1)는 돌출부(30c1)의 선단에서 환형으로 거치면(25f)에 선 접촉한다. 또한, 접촉부(C2)는 돌출부(30c2)의 선단에서 환형으로 거치면(25f)에 선 접촉한다. 접촉부(C1)와 거치면(25f), 그리고 접촉부(C2)와 거치면(25f)은 ㎛ 단위의 폭으로 선 접촉하고 있다. 접촉부(C1)는 전열 가스 공급 홈(25e)보다 직경 방향 안쪽에 배치되며, 접촉부(C2)는 전열 가스 공급 홈(25e)보다 직경 방향 바깥쪽에 배치될 수 있다. 접촉부(C2)는 접촉부(C1)보다 아랫쪽에 위치한다. 접촉부(C1,C2)는 에지 링(30)의 하면(30a)에 구비된 돌출부이다.
(변형예 3)
도 5b에 나타내는 변형예 3에 따른 에지 링(30)의 하면(30a)은, 정전 척(25)의 거치면(25f)에 접촉하는 접촉부(C1,C2)를 구비한다. 접촉부(C1,C2)는 정전 척(25)의 거치면(25f)에 환형으로 선 접촉한다.
에지 링(30)의 하면(30a)은, 에지 링(30)의 외주쪽을 향해 수평면이며, 돌출부(30c)를 구비한다. 돌출부(30c)는, 내측에 단면이 반원 형상인 돌출부(30c1)와, 외측에 단면이 반원 형상인 돌출부(30c2)를 구비한다. 돌출부(30c1,30c2)는 둘레 방향에 있어 기판 처리 장치(1) 중앙의 축 Z(도 1 참조)와 동심원 형상으로 형성된다.
따라서, 접촉부(C1)는 돌출부(30c1)의 선단에서 환형으로 거치면(25f)에 선 접촉한다. 또한, 접촉부(C2)는 돌출부(30c2)의 선단에서 환형으로 거치면(25f)에 선 접촉한다. 접촉부(C1)와 거치면(25f), 그리고 접촉부(C2)와 거치면(25f)은 ㎛ 단위의 폭으로 선 접촉하고 있다. 접촉부(C1)는 전열 가스 공급 홈(25e)보다 직경 방향 안쪽에 배치되며, 접촉부(C2)는 전열 가스 공급 홈(25e)보다 직경 방향 바깥쪽에 배치될 수 있다. 접촉부(C2)는 접촉부(C1)과 같은 높이에 위치한다. 접촉부(C1,C2)는 에지 링(30)의 하면(30a)에 구비된 돌출부이다.
한편, 변형예 2 및 변형예 3에서, 돌출부(30c)의 단면이 반원 형상에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 돌출부(30c)는, 정전 척(25)에 선 접촉하는 형상이라면, 단면이 삼각형일 수도 있고, 그 밖의 다각형 등과 같이 다른 형상일 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 및 변형예 1~3에 따른 에지 링(30)에 의하면, 에지 링(30)과 정전 척(25) 간에 환형으로 선 접촉하여, 종래의 에지 링(130)의 면 접촉에 비해 접촉 면적이 작다. 그러므로, 기판의 처리 시간이 늘어나더라도, 에지 링(30)과 정전 척(25) 간에 전하 이동이 발생하지 않는다. 따라서, 에지 링(30)의 흡착력이 저하되지 않는다. 이로써, 에지 링(30)과 정전 척(25) 사이의 공간으로부터 전열 가스가 누설되는 것을 억제하여 전열 특성을 향상시킬 수가 있다.
한편, 실시형태 및 변형예 1~3에 따른 에지 링(30)에 있어, 정전 척(25)에 선 접촉하는 접촉부의 갯수는, 2개에 한정되지 않으며, 복수 개라면 3개 이상일 수도 있다.
이번에 개시된 실시형태에 따른 에지 링 및 기판 처리 장치는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 이해되어야 한다. 상기 실시형태는, 첨부의 청구범위 및 그 요지를 일탈하지 않으면서 여러 형태로 변형 및 개량 가능하다. 상기 복수 개의 실시형태에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있으며, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수도 있다.
본 개시 내용의 기판 처리 장치는 Atomic Layer Deposition(ALD) 장치, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna(RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP) 중 어느 타입의 장치에도 적용 가능하다.
또한, 기판 처리 장치는, 기판에 에칭 처리를 실행하는 에칭 장치에 한정되지 않으며, 성막 처리를 실행하는 성막 장치, 애싱 장치, 클리닝 장치 등일 수도 있다.
본원은 일본 특허청에 2019년 12월 5일에 출원된 특허출원 2019-220661호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 참조로써 여기에 원용한다.

Claims (10)

  1. 기판 처리 장치의 챔버 내 정전 척 상에 기판의 둘레 가장자리를 둘러싸도록 거치된 에지 링으로서,
    하면에, 상기 정전 척에 접촉하는 복수 개의 접촉부를 가지며,
    상기 복수 개의 접촉부가 상기 정전 척의 거치면에 환형으로 선 접촉하는 에지 링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 접촉부는 제1 접촉부와 제2 접촉부를 포함하며,
    상기 제2 접촉부가 상기 제1 접촉부보다 아랫쪽에 위치하는 에지 링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 접촉부는 제1 접촉부와 제2 접촉부를 포함하며,
    상기 제2 접촉부가 상기 제1 접촉부와 같은 높이에 위치하는 에지 링.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    하면이 외주쪽을 향해 계단 형상으로 형성되어 있는 에지 링.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 개의 접촉부가 모서리부인 에지 링.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    하면이 외주쪽을 향해 슬로프 형상으로 형성되어 있는 에지 링.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 접촉부가 돌출부인 에지 링.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 개의 접촉부가 상기 정전 척의 거치면에 ㎛ 단위의 폭으로 선 접촉하는 것인 에지 링.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 접촉부는 상기 정전 척에 구비된 전열 가스 공급 홈보다 직경 방향 안쪽에 배치되며,
    상기 제2 접촉부는 상기 정전 척에 구비된 전열 가스 공급 홈보다 직경 방향 바깥쪽에 배치되는 것인 에지 링.
  10. 챔버와,
    상기 챔버 내의 정전 척과,
    상기 정전 척 상에 기판의 둘레 가장자리를 둘러싸도록 거치된 에지 링을 포함하며,
    상기 에지 링은 하면에 상기 정전 척과 접촉하는 복수 개의 접촉부를 가지며,
    상기 복수 개의 접촉부는 상기 정전 척의 거치면에 환형으로 선 접촉하는 것인 기판 처리 장치.
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