KR20210125434A - 에지 링, 거치대 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20210125434A
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료 치바
아키라 나가야마
야스하루 사사키
다이키 사토
다케토시 도미오카
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시 내용에 의하면, 전열 가스의 누출을 저감시킬 수 있도록, 기판을 둘러싸도록 배치되는 에지 링으로서, 상기 에지 링의 중심축선 상의 한 점을 중심점으로 하며 상기 에지 링의 내경 이상이면서 외경 이하인 직경을 갖는 가상원을 기준으로 했을 때에, 상기 가상원 원주 상의 복수 개의 점으로부터 상기 에지 링의 하면까지의 수직 방향 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값이 소정의 상한값 이하로 형성되어 있는 에지 링이 제공된다.

Description

에지 링, 거치대 및 기판 처리 장치{EDGE RING, STAGE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시 내용은 에지 링, 거치대 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판 처리 장치의 처리실 내에서 정전 척 상에 거치되는 기판의 둘레 가장자리에는, 기판을 둘러싸도록 에지 링이 구비된다. 에지 링은 처리실 내에서 플라즈마 처리가 행해질 때에 플라즈마를 웨이퍼 표면 쪽으로 모아 웨이퍼 처리의 효율을 향상시킨다.
에지 링은 일반적으로 Si(실리콘)로 형성되며, 실리콘의 하면을 경사가 없는 플랫(flat)한 상태로부터 ±수㎛로 관리하고 있다. 근래에는, 에지 링의 수명을 연장시킬 목적으로, SiC(실리콘 카바이드)로 대표되는, 보다 강성이 좋은 재료가 에지 링 재료로서 사용되고 있다.
정전 척 외주의 거치면에 배치되는 에지 링의 하면과, 정전 척의 거치면 사이에는, He(헬륨) 등의 전열(傳熱) 가스가 공급되며, 이로써 에지 링의 온도가 제어된다. 예를 들어, 특허문헌 1에는 전열 가스가 에지 링과 정전 척 거치면 사이의 틈새로부터 새어 나오는 양(리크 양)의 증가를 억제하기 위해, 웨이퍼의 반출입시 그리고 웨이퍼리스 드라이 세정(WLDC: Wafer-Less Dry Cleaning) 시에 에지 링을 정전 흡착하는 것이 제안되고 있다.
일본국 공개특허공보 특개2016-122740호
본 개시 내용은, 전열 가스의 누출을 저감시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시 내용의 일 양태에 의하면, 기판을 둘러싸도록 배치되는 에지 링으로서, 상기 에지 링의 중심축선 상의 한 점을 중심점으로 하며 상기 에지 링의 내경 이상이면서 외경 이하인 직경을 갖는 가상원을 기준으로 했을 때에, 상기 가상원 상의 복수 개의 점으로부터 상기 에지 링의 하면까지의 수직 방향 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값이 소정의 상한값 이하로 형성되어 있는 에지 링이 제공된다.
일 측면에 의하면, 전열 가스의 누출을 저감시킬 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2a 및 도 2b는 일 실시형태에 따른 에지 링 주변의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시형태에 따른 에지 링 하면의 둘레 방향 굴곡의 일 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 굴곡과 전열 가스 누출량 간 상관 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 제2 실시형태에 따른 에지 링 거치면의 둘레 방향 굴곡의 일 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 제3 실시형태에 따른 에지 링 하면과 에지 링 거치면 간 틈새의 일 예를 모식적으로 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 구성]
먼저, 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 구성에 대해, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 일 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 개략적 구성을 나타내는 단면도이다. 본 실시형태에서는 RIE(Reactive Ion Etching)형 기판 처리 장치를 예로 들어 설명하나, 기판 처리 장치(1)는 이에 한정되지 않으며, 표면파 플라즈마를 이용한 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 CVD 장치 등에 적용될 수도 있다.
기판 처리 장치(1)는 금속제의, 예를 들어, 원통형 처리 용기(10)를 가지며, 그 내부는 플라즈마 에칭, 플라즈마 CVD 등과 같은 플라즈마 처리가 행하여지는 처리실로 되어 있다. 처리 용기(10)의 재질은 알루미늄 또는 스테인레스 강으로 되어 있으며 접지되어 있다.
처리 용기(10)의 내부에는, 웨이퍼를 일 예로 하는 기판(W)을 거치하는 원판 형상의 거치대(하부 전극, 11)가 배치되어 있다. 거치대(11)는 베이스 테이블(11a)을 가지며, 베이스 테이블(11a) 상에는 정전 척(25)이 구비되어 있다. 베이스 테이블(11a)은, 예를 들어, 알루미늄으로 이루어지며, 절연성의 통 형상 지지 부재(12)를 사이에 두고, 처리 용기(10) 바닥으로부터 수직 상방으로 연장되는 통 형상 지지부(13)에 의해 지지되고 있다.
처리 용기(10)의 측벽과 통 형상 지지부(13)의 사이에는 배기로(14)가 형성되어 있다. 배기로(14)의 입구 또는 도중에는 환형의 배플 플레이트(15)가 배치되며, 배기로(14)의 바닥부에는 배기구(16)가 구비되어 있다. 배기구(16)에는 배기관(17)을 통해 배기 장치(18)가 접속되어 있다. 배기 장치(18)는 진공 펌프를 가지며, 처리 용기(10) 내의 처리 공간을 소정의 진공도까지 감압시킨다. 또한, 배기관(17)은 가변식 버터플라이 밸브인 자동 압력 제어 밸브(automatic pressure control valve)(이하, "APC"라고 함)를 구비하며, APC는 자동적으로 처리 용기(10) 내 압력을 제어한다. 또한, 처리 용기(10)의 측벽에는, 기판(W)의 반출입구(19)를 개폐하는 게이트 밸브(20)가 설치되어 있다.
베이스 테이블(11a)에는, 플라즈마 생성 및 RIE용인 제1 고주파 전원(21)이 정합기(21a)를 사이에 두고 전기적으로 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(21)은 제1 주파수의 고주파 전력, 예를 들어, 40MHz의 주파수를 갖는 고주파 전력을 베이스 테이블(11a)에 인가한다.
베이스 테이블(11a)에는, 바이어스 인가용인 제2 고주파 전원(22)이 정합기(22a)를 사이에 두고 전기적으로 접속되어 있다. 제2 고주파 전원(22)은 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의 고주파 전력, 예를 들어, 3MHz의 주파수를 갖는 고주파 전력을 베이스 테이블(11a)에 인가한다.
또한, 처리 용기(10)의 천정부에는, 후술하는 접지 전위의 상부 전극으로서 가스 샤워 헤드(24)가 배치되어 있다. 이렇게 하여, 제1 고주파 전원(21)에서 출력된 고주파 전력이 거치대(11)와 가스 샤워 헤드(24) 사이로 인가된다.
거치대(11)의 상면에는, 기판(W)을 정전 흡착력으로 흡착하는 정전 척(25)이 배치되어 있다. 거치대(11)는 처리 용기(10)와 중심축선(Ax)을 공유하고 있다. 즉, 거치대(11)의 중심축선은 처리 용기(10)의 중심축선(Ax)과 대략 같다. 정전 척(25)은, 기판(W)이 거치되는 원판 형상의 중앙부(25a)와, 환형의 둘레 가장자리부(25b)로 이루어지며, 중앙부(25a)와 둘레 가장자리부(25b) 간에는 단차가 있어서 중앙부(25a)가 둘레 가장자리부(25b)보다 두껍다. 둘레 가장자리부(25b)의 상면인 에지 링 거치면에는, 기판(W)의 둘레 가장자리를 환형으로 둘러싸는 에지 링(30)이 거치되어 있다. 에지 링(30)은 "포커스 링"이라고도 한다. 에지 링(30)은 처리 용기(10)와 중심축선(Ax)을 공유하고 있다. 즉, 에지 링(30)의 중심축선은 처리 용기(10)의 중심축선(Ax)과 대략 같다.
또한, 정전 척(25)의 중앙부(25a)는, 도전막으로 이루어지는 전극 플레이트(25c)를 한 쌍의 유전막 사이에 끼움으로써 구성된다. 또한, 둘레 가장자리부(25b)는, 도전막으로 이루어지는 전극 플레이트(25d)를 한 쌍의 유전막 사이에 끼움으로써 구성된다. 전극 플레이트(25c)에는, 직류 전원(26)이 스위치(27)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 전극 플레이트(25d)에는, 직류 전원(28-1,28-2)이 스위치(29-1,29-2)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(25)은, 직류 전원(26)으로부터 전극 플레이트(25c)에 인가된 직류 전압에 의해 쿨롱 힘을 발생시켜, 기판(W)을 정전 척(25)에 흡착시킨다. 또한, 정전 척(25)은, 직류 전원(28-1,28-2)으로부터 전극 플레이트(25d)에 인가된 직류 전압에 의해 쿨롱 힘을 발생시켜, 에지 링(30)을 정전 척(25)에 흡착시킨다.
거치대(11)의 내부에는, 예를 들어, 둘레 방향으로 연장되는 환형의 냉매실(31)이 구비되어 있다. 냉매실(31)에는, 칠러 유닛(32)으로부터 배관(33,34)을 통해 소정 온도의 냉매, 예를 들어, 냉각수가 순환 공급되며, 냉매의 온도에 의해 정전 척(25) 상의 기판(W)의 온도를 제어한다.
전열 가스 공급부(35)는 가스 공급 라인(36)에 접속되어 있다. 가스 공급 라인(36)은, 정전 척(25)의 중앙부(25a)로 연결되는 웨이퍼쪽 라인(36a)과, 둘레 가장자리부(25b)로 연결되는 에지 링쪽 라인(36b)으로 분기되어 있다.
전열 가스 공급부(35)는, 웨이퍼쪽 라인(36a)을 이용하여, 정전 척(25) 중앙부(25a)의 기판 거치면과 기판(W)의 하면 사이의 공간으로 전열 가스를 공급한다. 또한, 전열 가스 공급부(35)는, 에지 링쪽 라인(36b)을 이용하여, 정전 척(25) 둘레 가장자리부(25b)의 에지 링 거치면과 에지 링(30)의 하면 사이의 공간으로 전열 가스를 공급한다. 전열 가스로는, 열전도성을 갖는 가스, 예를 들어, 헬륨(He) 가스 등이 필요에 따라 적절하게 사용된다.
천정부의 가스 샤워 헤드(24)는, 하면의 전극 플레이트(37)와, 당해 전극 플레이트(37)를 탈착 가능하게 지지하는 전극 지지체(38)를 구비한다. 전극 플레이트(37)는 다수 개의 가스 구멍(37a)을 갖는다. 또한, 당해 전극 지지체(38)의 내부에는 버퍼실(39)이 구비되어 있다. 버퍼실(39)의 가스 도입구(38a)에는, 처리 가스 공급부(40)가 가스 공급 배관(41)을 통해 접속되어 있다.
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, 배기 장치(18), 제1 고주파 전원(21), 제2 고주파 전원(22), 정전 척용 스위치(27,29-1,29-2), 직류 전원(26,28-1,28-2), 칠러 유닛(32), 전열 가스 공급부(35), 처리 가스 공급부(40) 등을 들 수 있다.
제어부(43)는, CPU(43a), 메모리(43b, 기억 장치)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 기판의 처리에 따라 에지 링(30)을 정전 흡착하기 위한 처리, 전열 가스를 공급하기 위한 처리 등을 제어한다.
처리 용기(10)의 주위에는 환형 또는 동심원으로 연장되는 자석(42)이 배치되며, 자석(42)에 의해, 한 방향을 향하는 수평 자계가 형성된다. 또한, 거치대(11)와 가스 샤워 헤드(24) 사이에 인가된 고주파 전력에 의해, 연직 방향의 RF 전계가 형성된다. 이렇게 하여, 처리 용기(10)에서 처리 가스를 통한 마그네트론 방전이 이루어져, 거치대(11)의 표면 근방에서 처리 가스로부터 플라즈마가 생성된다.
기판 처리 장치(1)에서는, 드라이 에칭 처리시에, 우선 게이트 밸브(20)를 열림 상태로 하여 가공 대상인 기판(W)을 처리 용기(10) 안으로 반입하고 정전 척(25) 상에 거치한다. 그리고, 처리 가스 공급부(40)로부터 처리 가스(예를 들어, 소정 유량 비율의 C4F8 가스, O2 가스 및 Ar 가스로 이루어지는 혼합 가스)를 처리 용기(10) 안으로 도입하고, 배기 장치(18) 등에 의해 처리 용기(10) 안을 감압한다. 또한, 제1 고주파 전원(21) 및 제2 고주파 전원(22)으로부터 고주파 전력을 거치대(11)에 공급하고, 직류 전원(26)으로부터 직류 전압을 전극 플레이트(25c)에 인가하여, 기판(W)을 정전 척(25) 상에 흡착시킨다. 전열 가스를 기판(W)의 하면 및 에지 링(30)의 하면으로 공급한다. 이로써, 처리 용기(10) 내로 공급된 처리 가스를 플라즈마화하여, 플라즈마 중의 라디칼, 이온에 의해 기판(W)의 처리가 이루어진다.
[에지 링 주변의 구성]
이어서, 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 에지 링(30) 및 그 주변의 구성에 대해 설명한다. 도 2a 및 도 2b는 일 실시형태에 따른 에지 링 주변의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 2a에서, 에지 링의 하면(30B)은 수평으로 형성되며, 에지 링(30)의 상면(30A)에 대략 평행한 면이 링 형상으로 형성되어 있다. 에지 링(30)의 하면(30B)은 처리 용기(10)와 중심축선(Ax)을 공유하고 있다.
정전 척(25) 중앙부(25a)의 상면은 기판이 거치되는 기판 거치면(25W)이며, 둘레 가장자리부(25b)의 상면은 에지 링이 거치되는 에지 링 거치면(25A)이다. 기판 거치면(25W) 및 에지 링 거치면(25A)은 처리 용기(10)와 중심축선(Ax)을 공유하고 있다. 에지 링의 하면(30B)과 에지 링 거치면(25A)은 대향하도록 구비되며, 그 사이(간극 G)로 헬륨 가스가 공급된다. 또한, 기판(W)의 하면과 기판 거치면(25W)은 대향하도록 구비되며, 그 사이로 헬륨 가스가 공급된다.
이하에서는, 정전 척(25)의 단차부(25E)의 연장선으로 나타내는, 중앙부(25a)와 둘레 가장자리부(25b)를 구획하는 가상의 면을, 설명의 편의상 둘레 가장자리부(25b)의 내경면(25C)이라고 한다. 다만, 중앙부(25a)와 둘레 가장자리부(25b)는 일체화되어 있다. 단차부(25E)와 에지 링(30) 내경면(30C) 사이에는 틈새(I)가 구비된다. 에지 링(30)의 내경면(30C)은 둘레 가장자리부(25b)의 내경면(25C)보다 틈새(I) 만큼 바깥쪽에 위치한다. 에지 링(30)의 외경면(30D)은 둘레 가장자리부(25b)의 외경면(25D)과 대략 동일한 면 상에 위치한다.
도 2a에 나타내는 바와 같이, 에지 링 거치면(25A)은 수평으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 정전 척(25)은 가장자리가 나사에 의해 고정되어 있으므로, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 에지 링 거치면(25A)이 외주 쪽으로 가면서 하강하도록 수평 방향에 대해 각도 θ만큼 아랫쪽으로 경사져 있다.
에지 링(30)이 규소(Si)로 형성되어 있는 경우, 에지 링의 하면(30B)은 정전 척(25)의 경사에 맞추어진다. 그러나, 에지 링(30)이 탄화규소(SiC)로 형성되어 있는 경우, 탄화규소는 규소보다 단단하므로 에지 링(30)이 잘 휘지 않게 된다. 따라서, 에지 링의 하면(30B)이 정전 척(25)의 경사에 맞추어지지 않아, 에지 링 거치면(25A)과의 간극(G)으로부터 전열 가스 누출이 일어나기 쉽다. 그러므로, 에지 링(30)이 탄화규소로 형성되어 있는 경우, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 에지 링의 하면(30B)을 각도 θ의 슬로프와 같이 경사시킴으로써, 전열 가스 누출을 억제한다.
[에지 링]
이어서, 도 2a의 구조를 이용하여, 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡에 대해 도 3a 및 도 3b를 참조하며 설명한다. 도 3a, 도 3b는 일 실시형태에 따른 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡(30H)의 일 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3a는 에지 링(30)을 에지 링 하면(30B) 쪽에서 평면시(平面視)로 본 도면이다. 도 3b는, 에지 링(30)의 중심축선(Ax)(처리 용기(10)의 중심축선(Ax)) 상의 한 점을 중심점(O)으로 했을 때에 반경 r의 가상원(S1)을 기준으로 한, 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡(30H)을 모식적으로 나타낸다. 가상원(S1)의 직경(반경(r)의 2배)은 에지 링(30)의 내경 이상이면서 외경 이하인 범위에서 설정된다.
도 3a에서 중심점(O)을 중심으로 한 가상원(S1)의 직경은, 도 2a 및 도 2b의 내경면(30C)이 나타내는 에지 링(30)의 내경 이상이면서, 외경면(30D)이 나타내는 에지 링(30)의 외경 이하로 되어 있다. 여기에서, 가상원(S1) 원주 상의 복수 개의 점은, 중심점(O)으로부터의 각도 0°를 점 P1이라 하고서 45° 간격으로 가상원(S1) 원주 상의 소정의 점(P1~P8)으로 한다. 그러나, 가상원(S1) 원주 상의 복수 개의 점이 8개에 한정되지는 않으며, 가상원(S1) 상에서 2개 이상이면 된다.
본 명세서에서 도 3b에 나타내는 에지 링(30)의 둘레 방향 굴곡(30H)은, 가상원(S1) 원주 상의 복수 개의 점으로부터 에지 링 하면(30B)까지의 수직 방향 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값으로 정의된다.
도 3b의 예에서 에지 링(30)의 둘레 방향 굴곡(30H)은, 중심축선(Ax)에서부터의 반경이 r인 가상원(S1)에 대한 에지 링 하면(30B)의 높이를 둘레 방향으로 곡선에 의해 모식적으로 나타내고 있다. 다만, 에지 링(30)의 둘레 방향 굴곡이 이에 한정되지는 않는다.
도 3a에 나타내는, 중심점(O) 기준으로 각도 0°에서부터 45° 간격으로 가상원(S1) 원주 상에 있는 소정의 점(P1~P8)으로부터, 에지 링 하면(30B)까지의 수직 방향 높이는, 일 예에서 도 3b의 H1~H8과 같이 된다. H1은 음의 값, H2는 음의 값, H3은 0, H4는 음의 값, H5는 양의 값, H6은 음의 값, H7은 양의 값, H8은 양의 값이다. H8이 최대값, H4이 최소값이라고 하면, 중심점(O)으로부터의 반경 r로 나타내어지는 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡(30H)은 |H8-H4|로 산출된다.
[에지 링 하면의 둘레 방향 굴곡과 전열 가스 누출량의 상관 관계]
이어서, 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡(30H)과 전열 가스 누출량의 상관 관계에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는, 일 실시형태에 따른 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡(30H)과 전열 가스 누출량의 상관 관계의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 4의 가로축은 반경 r의 가상원에 대한 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡(㎛)을 나타내며, 세로축은 간극 G로 공급된 헬륨 가스의 누출량(sccm)을 나타낸다. 도 4의 그래프는 도 1의 기판 처리 장치(1)를 이용하여 실험한 결과의 일 예이다. 한편, 헬륨 가스는 전열 가스의 일 예이다.
이에 의하면, 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡과 헬륨 가스 누출량 간에는, 상관 정보를 나타내는 점선 L로 나타내어지는 상관 관계가 있음을 알 수 있다. 즉, 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡을 부여된 범위 내로 억제함으로써 전열 가스 누출을 억제할 수 있음을 알 수 있다.
구체적으로는, 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡이 20㎛ 이하이면, 헬륨 가스 누출량이 2.0sccm에 근접하여 에지 링(30)의 흡착력이 안정되고, 이로써 헬륨 가스 누출량을 억제할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡이 15㎛ 이하이면, 에지 링(30)의 흡착력이 더욱 안정되어 헬륨 가스 누출량을 2.0sccm보다 적게 할 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 실시형태에 따른 에지 링(30)은, 가상원(S1) 상의 복수 개의 점으로부터 에지 링 하면(30B)까지의 수직 방향 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값을 20㎛ 이하로 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 에지 링 하면(30B)을 에지 링 거치면(25A)에 안정적으로 흡착시킴으로써 간극 G로 공급된 전열 가스의 누출량을 억제할 수가 있다.
또한, 더 바람직하게는, 본 실시형태에 따른 에지 링(30)은, 가상원(S1) 원주 상의 복수 개의 점으로부터 에지 링 하면(30B)까지의 수직 방향 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값을 15㎛ 이하로 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 에지 링 하면(30B)을 에지 링 거치면(25A)에 더 안정적으로 흡착시킴으로써 간극 G로 공급된 전열 가스의 누출량을 더 억제할 수가 있다. 즉, 소정의 상한값이란 20㎛ 이하이면 바람직하고, 15㎛ 이하이면 더 바람직하다.
이상의 설명에서는, 도 2a에 나타내는 바와 같이 에지 링의 하면(30B)이 경사 없이 형성되어 있는 경우를 설명하였다. 이 경우, 가상원(S1)은 중심축선(Ax)에 대해 수직인 원을 가상적으로 상정한다.
한편, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 에지 링(30)의 하면(30B)은 외주부의 하면이 내주부의 하면보다 낮도록(외경면(30D)쪽 하면이 내경면(30C)쪽 하면보다 낮도록) 경사지게 형성될 수도 있다. 이 경우에도, 가상원(S1) 상의 복수 개의 점으로부터 에지 링 하면(30B)까지의 수직 방향 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값을 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡이라고 정의한다.
이상에서는, 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡과 전열 가스 누출량의 상관 관계로부터, 반경 r의 가상원에 의해 정해지는 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡(30H)이 20㎛ 이하, 바람직하게는 15㎛ 이하인 에지 링(30)을 형성하는 것을 설명하였다. 즉, 가상원(S1) 원주 상의 복수 개의 점으로부터 에지 링 하면(30B)까지의 수직 방향 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값이 20㎛ 이하, 바람직하게는 15㎛ 이하인 에지 링(30)을 형성한다. 한편, 가상원의 직경(반경 r의 2배)이 취할 수 있는 값은 에지 링 하면(30B)의 내경에서 외경까지의 범위를 갖는다. 즉, 중심점(O)으로부터 내경면(30C)까지의 거리(내경의 1/2)를 r1, 중심점(O)으로부터 외경면(30D)까지의 거리(외경의 1/2)를 r2라고 했을 때에, 반경 r은 r1≤r≤r2의 범위 내에 있다. 그러므로, 에지 링 하면(30B)의 내주 끝(내경면(30C))에서 외주 끝(외경면(30D))까지의 범위 전체의 반경 r의 가상원에 대해, 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡이 20㎛ 이하, 바람직하게는 15㎛ 이하인 에지 링(30)을 형성한다. 이렇게 하여 간극 G로 공급된 전열 가스의 누출을 억제할 수가 있다.
[에지 링 거치면의 둘레 방향 굴곡과 전열 가스 누출량의 상관 관계]
도 4에 나타낸 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡과 전열 가스 누출량의 상관 관계는, 에지 링 하면(30B)의 대향면인 에지 링 거치면(25A)의 둘레 방향 굴곡과 전열 가스 누출량에도 마찬가지의 상관 관계가 있음을 시사한다.
도 5a 및 도 5b는 일 실시형태에 따른 에지 링 거치면(25A)의 둘레 방향 굴곡(25H)의 일 예를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5a는 거치대(11) 상면쪽에서 평면시(平面視)로 본 도면이다. 도 5b는, 거치대(11)의 중심축선(Ax) 상의 한 점을 중심점(O)으로 한 반경 r의 가상원(S2)을 기준으로 하여, 가상원(S2) 원주 상의 복수 개의 점으로부터 에지 링 거치면(25A)까지의 수직 방향 높이를 나타내는 도면이다. 가상원(S2)의 직경(반경 r의 2배)는 에지 링 거치면(25A)의 내경 이상이면서 외경 이하인 범위에서 설정된다.
도 5a에서 중심점(O)을 중심으로 한 가상원(S2)의 직경은, 내경면(25C)이 나타내는 에지 링 거치면(25A)의 내경 이상이면서 외경면(25D)이 나타내는 에지 링 거치면(25A)의 외경 이하로 되어 있다.
도 5b는, 에지 링 거치면(25A)에 있어, 중심점(O)으로부터의 반경 r로 나타내어지는 가상원(S2)에 대한, 에지 링 거치면(25A)의 둘레 방향 굴곡(25H)을 나타낸다. 에지 링 거치면(25A)의 둘레 방향 굴곡(25H)은, 가상원(S2) 상의 복수 개의 점으로부터 에지 링 거치면(25A)까지의 수직 방향 높이를 측정하여 그 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값이라고 정의된다.
도 4의 실험 결과로부터, 본 실시형태에 따른 거치대(11)의 에지 링 거치면(25A)은, 가상원(S2) 원주 상의 복수 개의 점으로부터 에지 링 거치면(25A)까지의 수직 방향 높이(H11~H18)의 최대값과 최소값의 차분의 절대값을 20㎛ 이하로 형성하면 바람직하다. 더 바람직하게는, 당해 절대값을 15㎛ 이하로 형성하면 바람직하다. 이렇게 하여 에지 링(30)을 에지 링 거치면(25A)에 안정되게 흡착시킴으로써, 간극 G로 공급된 전열 가스의 누출량을 억제할 수 있다.
이상에서는, 에지 링 거치면(25A)의 둘레 방향 굴곡과 전열 가스 누출량의 상관 관계로부터, 반경 r의 가상원에 의해 정해지는 에지 링 거치면(25A)의 둘레 방향 굴곡(25H)이 20㎛ 이하, 바람직하게는 15㎛ 이하인 거치대(11)를 형성하는 것을 설명하였다. 즉, 가상원(S2) 원주 상의 복수 개의 점으로부터 에지 링 거치면(25A)까지의 수직 방향 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값이 20㎛ 이하, 바람직하게는 15㎛ 이하인 거치대(11)를 형성한다. 한편, 가상원의 직경(반경 r의 2배)이 취할 수 있는 값은 에지 링 거치면(25A)의 내경에서 외경까지의 범위를 갖는다. 그러므로, 에지 링 거치면(25A)의 내주 끝(내경면(25C))에서 외주 끝(외경면(25D))까지의 범위 전체의 반경 r의 가상원에 대해, 에지 링 거치면(25A)의 둘레 방향 굴곡이 20㎛ 이하, 바람직하게는 15㎛ 이하인 거치대(11)를 형성한다. 이렇게 하여 간극 G로 공급된 전열 가스의 누출을 억제할 수가 있다. 즉, 소정의 상한값이란 20㎛ 이하이면 바람직하고, 15㎛ 이하이면 더 바람직하다.
한편, 거치대(11)는, 기판(W)을 기판 거치면(25W)에 정전 흡착하고 에지 링(30)을 에지 링 거치면(25A)에 정전 흡착하는 정전 척(25)을 구비하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 본 실시형태는, 예를 들어, 정전 척(25)을 구비하지 않고서 기계적으로 기판(W) 및 에지 링(30)을 고정하는 메커니컬 척을 구비하는 거치대(11)에 대해서도 적용할 수 있다.
[에지 링 하면과 에지 링 거치면 간 틈새와 전열 가스 누출량의 상관 관계]
이어서, 도 6을 참조하여 에지 링 하면(30B)과 에지 링 거치면(25A) 간 틈새와 전열 가스 누출에 대해 설명한다. 도 6은 일 실시형태에 따른 에지 링 하면(30B)과 에지 링 거치면(25A) 간 틈새의 일 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3b에 나타내는 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡(30H)을 갖는 에지 링(30)을 완전히 플랫한 에지 링 거치면(25A)에 거치하는 경우에 굴곡(30H)이 소정의 상한값 이하인 에지 링(30)을 형성하면 바람직하다. 마찬가지로, 도 5b에 나타내는 에지 링 거치면(25A)의 둘레 방향 굴곡(25H)을 갖는 거치대(11)의 에지 링 거치면(25A)에 완전히 플랫한 하면(30B)을 갖는 에지 링(30)을 거치하는 경우에 굴곡(25H)이 소정의 상한값 이하인 거치대(11)를 형성하면 바람직하다.
이하에서는, 도 3b에 나타내는 에지 링 하면(30B)의 둘레 방향 굴곡(30H)을 갖는 에지 링(30)을, 도 5b에 나타내는 에지 링 거치면(25A)의 둘레 방향 굴곡(25H)을 갖는 거치대(11)의 에지 링 거치면(25A)에 거치하는 경우에 대해 설명한다. 이 경우, 에지 링 하면(30B)과 에지 링 거치면(25A) 사이에는 도 6에 나타내는 틈새가 있다.
이 경우에도, 에지 링 거치면(25A)과 에지 링 하면(30B) 각각의 굴곡의 기준으로서, 중심축선(Ax) 상의 한 점을 중심점으로 한, 에지 링(30) 또는 에지 링 거치면(25A)의 내경 이상이면서 외경 이하인 직경의 가상원(S3)을 상정한다. 이 가상원(S3)을 기준으로 하여, 도 6에 나타내는 바와 같이, 가상원(S3) 상의 복수 개 점의 각 점을 지나는 에지 링 거치면(25A)과 에지 링 하면(30B) 간 틈새의 거리(G1~G8)의 최대값과 최소값의 차분의 절대값을 산출한다. 그리하여, 절대값이 소정의 상한값 이하로 되도록 에지 링 하면(30B) 및 에지 링 거치면(25A)을 형성한다. 한편, 가상원(S3)은 도 3a 및 도 3b의 가상원(S1)일 수도 있으며, 도 5a 및 도 5b의 가상원(S2)일 수도 있다.
가상원(S3) 상의 복수 개 점(도 3a 및 도 5a의 점 P1~P8)의 각 점을 지나는 에지 링 거치면(25A)과 에지 링 하면(30B) 간 틈새의 거리(G1~G8)의 최대값과 최소값의 차분의 절대값을 산출한다. 산출한 절대값이 20㎛ 이하이면, 에지 링(30)의 에지 링 거치면(25A)으로의 흡착력이 안정된다. 또한, 절대값이 15㎛ 이하이면, 에지 링(30)의 흡착력이 더 안정된다. 이로써, 간극 G로 공급된 전열 가스의 누출을 억제할 수가 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 에지 링(30), 거치대(11) 및 기판 처리 장치(1)에 의하면, 전열 가스의 누출을 저감시킬 수 있다.
이번에 개시된 일 실시형태에 따른 에지 링, 거치대 및 기판 처리 장치는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니다. 상기 실시형태는 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않으면서 다양한 형태로 변형 및 개량될 수 있다. 상기 복수 개의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성을 취할 수도 있으며, 또한 서로 모순되지 않는 범위에서 조합할 수도 있다.
본 개시 내용의 기판 처리 장치는 Atomic Layer Deposition(ALD), 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 장치의 일 예로서 플라즈마 처리 장치를 예로 들어 설명하였으나, 기판 처리 장치는 기판에 소정의 처리(예를 들어, 성막 처리, 에칭 처리 등)를 하는 장치이면 되며 플라즈마 처리 장치에 한정되는 것은 아니다.
본원은 일본 특허청에 2020년 4월 8일에 출원된 특허출원 2020-069797호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 참조로써 여기에 원용한다.

Claims (7)

  1. 기판을 둘러싸도록 배치되는 에지 링으로서,
    상기 에지 링의 중심축선 상의 한 점을 중심점으로 하며 상기 에지 링의 내경 이상이면서 외경 이하인 직경을 갖는 가상원을 기준으로 했을 때에, 상기 가상원 원주 상의 복수 개의 점으로부터 상기 에지 링의 하면까지의 수직 방향 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값이 소정의 상한값 이하로 형성되어 있는 에지 링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상한값이 20㎛인 에지 링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상한값이 15㎛인 에지 링.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에지 링의 하면은 상기 에지 링의 외주부가 내주부보다 낮도록 경사지게 형성되어 있는 것인 에지 링.
  5. 기판을 둘러싸도록 배치되는 에지 링을 거치하기 위한 에지 링 거치면을 갖는 거치대로서,
    상기 거치대의 중심축선 상의 한 점을 중심점으로 하며 상기 에지 링 거치면의 내경 이상이면서 외경 이하인 직경을 갖는 가상원을 기준으로 했을 때에, 상기 가상원 원주 상의 복수 개의 점으로부터 상기 에지 링 거치면까지의 수직 방향 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값이 소정의 상한값 이하로 형성되어 있는 거치대.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 에지 링을 상기 에지 링 거치면에 정전 흡착시키는 정전 척을 포함하는 것인 거치대.
  7. 기판을 둘러싸도록 배치되는 에지 링과,
    에지 링 거치면을 갖는 거치대를 포함하며,
    상기 에지 링 거치면과 상기 에지 링의 하면에 있어, 상기 에지 링 또는 상기 거치대의 중심축선 상의 한 점을 중심점으로 하며 상기 에지 링의 내경 이상이면서 외경 이하인 직경을 갖는 가상원 또는 상기 에지 링 거치면의 내경 이상이면서 외경 이하인 직경을 갖는 가상원을 기준으로 했을 때에, 상기 가상원 원주 상의 복수 개 점의 각 점을 지나는 상기 에지 링 거치면과 상기 에지 링의 하면 간 틈새의 높이의 최대값과 최소값의 차분의 절대값이 소정의 상한값 이하로 형성되어 있는 것인 기판 처리 장치.
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