边缘环、载置台以及基板处理装置的制作方法

1.本发明涉及边缘环、载置台以及基板处理装置。


背景技术：

2.在基板处理装置的处理室内,在载置于静电卡盘之上的基板的周缘，以包围基板的方式设有边缘环。边缘环在处理室内进行等离子体处理时使等离子体朝向晶圆的表面收敛,从而使晶圆处理的效率提高。
3.边缘环一般由si(硅)形成,将硅的下表面的倾斜管理为自不倾斜的平坦的状态增减数μm。近年来,以边缘环的寿命的延长为目的,以sic(碳化硅)为代表的、刚性更强的材料作为边缘环的材料被采用。
4.在配置于静电卡盘的外周的载置面的边缘环的下表面与静电卡盘的载置面之间,供给有he(氦)等的导热气体,由此,对边缘环的温度进行控制。例如,在专利文献1中,为了抑制导热气体自边缘环与静电卡盘的载置面之间的间隙泄漏的量(泄露量)的增大,提出了在晶圆搬入搬出时以及无晶圆干式清洁(wldc:wafer
‑
less dry cleaning)时,对边缘环进行静电吸附。
5.<现有技术文献>
6.<专利文献>
7.专利文献1:日本国特开2016
‑
122740号公报


技术实现要素：

8.<本发明要解决的问题>
9.本发明提供一种能够降低导热气体的泄露的技术。
10.<用于解决问题的手段>
11.根据本发明的一个方式,提供一种边缘环,其配置于基板的周缘,该边缘环以如下方式形成:以将上述边缘环的中心轴线上的一点设定为中心点的、上述边缘环的内径以上外径以下的直径的假想圆为基准,自上述假想圆上的多个点至上述边缘环的下表面的垂直方向的高度的最大值与最小值的差值的绝对值为预定的上限值以下。
12.<发明的效果>
13.根据一个侧面,能够降低导热气体的泄露。
附图说明
14.图1是示出一个实施方式的基板处理装置的一个例子的剖面示意图。
15.图2是示出一个实施方式的边缘环周边的构成的一个例子的图。
16.图3是示出一个实施方式的边缘环下表面的周向的起伏的一个例子的示意图。
17.图4是示出一个实施方式的起伏与导热气体的泄露量的相关性的一个例子的图。
18.图5是示出第二实施方式的边缘环载置面的周向的起伏的一个例子的示意图。
19.图6是示出第三实施方式的边缘环的下表面与边缘环载置面之间的的间隙的一个例子的示意图。
具体实施方式
20.以下,参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中,对于相同构成部分付与相同附图标记,有时省略重复的说明。
21.[基板处理装置的构成]
[0022]
首先,参照图1对一个实施方式的基板处理装置1的进行说明。图1是示出一个实施方式的基板处理装置1的概略构成的剖视图。在本实施方式中,虽然以rie(reactive ion etching)型的基板处理装置为例进行说明,但是基板处理装置1不限于此,也可以适用于利用表面波等离子体的等离子体蚀刻装置、以及等离子体cvd装置等。
[0023]
基板处理装置1具有金属制且例如为圆筒型的处理容器10,其内部成为用于进行等离子体蚀刻、以及等离子体cvd等的等离子体处理的处理室。处理容器10的材质为铝或不锈钢制,并且接地。
[0024]
在处理容器10的内部,配设有用于载置以晶圆为一个例子的基板w的圆板状的载置台(下部电极)11。载置台11具有基台11a,在基台11a之上具有静电卡盘25。基台11a例如由铝构成,其借助绝缘性的筒状保持部件12支承于自处理容器10的底部向垂直上方延伸的筒状支承部13。
[0025]
在处理容器10的侧壁与筒状支承部13之间形成有排气通路14。在排气通路14的入口或途中配设有环状的挡板15,并且在底部设有排气口16。排气口16借助排气管17与排气装置18连接。排气装置18具有真空泵,从而将处理容器10内的处理空间降压至规定的真空度。另外,排气管17具有作为可变式蝶阀的自动圧力控制阀(automatic pressure control valve)(以下,称为“apc”),apc自动进行处理容器10内的圧力控制。而且,在处理容器10的侧壁上安装有用于开闭基板w的搬入搬出口19的门阀20。
[0026]
等离子体生成以及rie用的第一高频电源21经由整合器21a与基台11a电连接。第一高频电源21用于向基台11a施加第一频率的高频电力,例如向基台11a施加40mhz的频率的高频电力。
[0027]
偏压施加用的第二高频电源22经由整合器22a与基台11a电连接。第二高频电源22用于向基台11a施加比第一频率低的第二频率的高频电力,例如向基台11a施加3mhz的频率的高频电力。
[0028]
另外,在处理容器10的顶部配设有作为后述接地电位的上部电极的气体喷头24。由此,自第一高频电源21输出的高频电力施加于载置台11和气体喷头24之间。
[0029]
在载置台11的上表面配设有用于以静电吸附力吸附基板w的静电卡盘25。载置台11与处理容器10共有中心轴线ax。也就是说,载置台11的中心轴线与处理容器10的中心轴线ax大致相同。静电卡盘25由供基板w载置的圆板状的中央部25a、以及环状的周缘部25b构成,在中央部25a与周缘部25b之间具有阶梯差,中央部25a比周缘部25b厚。在作为周缘部25b的上表面的边缘环载置面上载置有用于以环状包围基板w的周缘的边缘环30。边缘环30也称为聚焦环。边缘环30与处理容器10共有中心轴线ax。也就是说,边缘环30的中心轴线与处理容器10的中心轴线ax大致相同。
[0030]
另外,静电卡盘25的中央部25a通过将由导电膜构成的电极板25c夹入一对介电膜之间而构成。周缘部25b通过将由导电膜构成的电极板25d夹入一对介电膜之间而构成。直流电源26经由开关27与电极板25c电连接。直流电源28
‑
1、28
‑
2经由开关29
‑
1、29
‑
2与电极板25d电连接。静电卡盘25在自直流电源26施加于电极板25c的直流电圧作用下产生库仑力,从而将基板w吸附于静电卡盘25。另外,静电卡盘25在自直流电源28
‑
1、28
‑
2施加于电极板25d的直流电圧作用下产生库仑力,从而将边缘环30吸附于静电卡盘25。
[0031]
在载置台11的内部,例如设有在周向延伸的环状的制冷剂室31。规定温度的制冷剂、例如冷却水自冷却单元32经由配管33、34循环供给至制冷剂室31,从而通过制冷剂的温度对静电卡盘25上的基板w的温度进行控制。
[0032]
导热气体供给部35与气体供给线路36连接。气体供给线路36分支为至静电卡盘25的中央部25a的晶圆侧线路36a、以及至周缘部25b的边缘环侧线路36b。
[0033]
导热气体供给部35使用晶圆侧线路36a,向静电卡盘25的中央部25a的基板载置面与基板w的下表面之间的空间供给导热气体。另外,导热气体供给部35使用边缘环侧线路36b,向静电卡盘25的周缘部25b的边缘环载置面与边缘环30的下表面之间的空间供给导热气体。作为导热气体,适用具有导热性的气体,例如氦(he)气等。
[0034]
顶部的气体喷头24具有下表面的电极板37、以及用于能够装卸地支承该电极板37的电极支承体38。电极板37具有许多气体孔37a。另外,在该电极支承体38的内部设有缓冲室39。处理气体供给部40经由气体供给配管41与缓冲室39的气体导入口38a连接。
[0035]
基板处理装置1的各构成要素与控制部43连接。控制部43用于控制基板处理装置1的各构成要素。作为各构成要素,可以举出排气装置18、第一高频电源21、第二高频电源22、静电卡盘用的开关27、29
‑
1、29
‑
2、直流电源26、28
‑
1、28
‑
2、冷却单元32、导热气体供给部35以及处理气体供给部40等。
[0036]
控制部43包括cpu43a以及存储器43b(存储装置),通过读取并执行存储于存储器43b中的程序以及处理方案,在基板处理装置1中对期望的基板处理进行控制。另外,控制部43与基板处理相应地对用于静电吸附边缘环30的处理、以及用于供给导热气体的处理进行控制。
[0037]
在处理容器10的周围,配置环状或同心状延伸的磁铁42,通过磁铁42形成朝向一个方向的水平磁场。另外,在施加于载置台11和气体喷头24之间的高频电力作用下形成铅垂方向的rf电场。由此,在处理容器10内,进行借助处理气体的磁控管放电,从而在载置台11的表面附近自处理气体生成等离子体。
[0038]
在基板处理装置1中,干式蚀刻处理时,首先将门阀20设定为开状态而将加工对象的基板w搬入处理容器10内,并且载置于静电卡盘25之上。然后,通过处理气体供给部40将处理气体(例如,由规定的流量比的c4f8气体、o2气体以及ar气体构成的混合气体)导入处理容器10内,并且通过排气装置18等对处理容器10内进行减压。并且,通过第一高频电源21以及第二高频电源22将高频电力供给至载置台11,通过直流电源26将直流电圧施加至电极板25c,从而将基板w吸附于静电卡盘25上。将导热气体供给至基板w的下表面以及边缘环30的下表面。由此使供给至处理容器10内的处理气体等离子体化,通过等离子体中的自由基以及离子进行基板w的处理。
[0039]
[边缘环周边的构成]
[0040]
接下来,参照图2对边缘环30及其周边的构成进行说明。图2是示出一个实施方式的边缘环周边的构成的一个例子的图。在图2的(a)中,边缘环的下表面30b形成为水平,其是与边缘环30的上表面30a大致平行的面形成为环状。边缘环的下表面30b和处理容器10共有中心轴线ax。
[0041]
静电卡盘25的中央部25a的上表面是供基板载置的基板载置面25w,周缘部25b的上表面是供边缘环载置的边缘环载置面25a。基板载置面25w以及边缘环载置面25a和处理容器10共有中心轴线ax。边缘环的下表面30b与边缘环载置面25a相对设置,并且在两者之间供给(间隙g)氦气。另外,基板w的下表面与基板载置面25w相对设置,并且在两者之间供给氦气。
[0042]
以下,为了方便说明,将由静电卡盘25的阶梯差部25e的延长线表示的用于划分中央部25a和周缘部25b的假想的面设定为周缘部25b的内径面25c。但是,中央部25a和周缘部25b一体化。在阶梯差部25e与边缘环30的内径面30c之间设有间隙i。边缘环30的内径面30c相对于周缘部25b的内径面25c离开间隙i地位于外侧。边缘环30的外径面30d与周缘部25b的外径面25d位于大致同一面之上。
[0043]
如图2的(a)所示,优选边缘环载置面25a形成为水平。但是,由于静电卡盘25通过螺钉固定周围,因此如图2的(b)所示,边缘环载置面25a以越向外周侧越下降的方式相对于水平方向向下侧倾斜角度θ。
[0044]
在边缘环30由硅(si)形成的情况下,边缘环的下表面30b适合静电卡盘25的倾斜。但是,在边缘环30由碳化硅(sic)形成的情况下,由于碳化硅比硅硬,因此难以在边缘环30产生弯曲。因此,边缘环的下表面30b不适合静电卡盘25的倾斜,从而自其与边缘环载置面25a的间隙g容易产生导热气体的泄露。于是,在边缘环30由碳化硅形成的情况下,图2的(b)所示,使边缘环的下表面30b如斜面那样以角度θ倾斜,从而抑制导热气体的泄露。
[0045]
[边缘环]
[0046]
接下来,使用图2的(a)的构造,参照图3对边缘环的下表面30b的周向的起伏进行说明。图3是示出一个实施方式的边缘环的下表面30b的周向的起伏30h的一个例子的示意图。
[0047]
图3的(a)是自边缘环的下表面30b侧俯视边缘环30的图。图3的(b)示意性地示出以将边缘环30的中心轴线ax(处理容器10的中心轴线ax)上的一点设定为中心点o的、以半径r的假想圆s1为基准的边缘环的下表面30b的周向的起伏30h。假想圆s1的直径(半径r的二倍)在边缘环30的内径以上外径以下的范围内设定。
[0048]
在图3的(a)中,将中心点o设定为中心的假想圆s1的直径为图2的内径面30c所示边缘环30的内径以上,并且为外径面30d所示边缘环30的外径以下。在此,对于假想圆s1的圆周上的多个点,将自中心点o的角度0
°
设定为点p1,将以每45
°
而在假想圆s1的圆周上确定的点设定为点p1～点p8。但是,假想圆s1的圆周上的多个点不限于八个点,假想圆s1上存在两个点以上即可。
[0049]
在本说明书中,如图3的(b)所示边缘环30的周向的起伏30h定义为自假想圆s1的圆周上的多个点至边缘环的下表面30b的垂直方向的高度的最大值与最小值的差值的绝对值。
[0050]
在图3的(b)的例子中,边缘环30的周向的起伏30h将边缘环的下表面30b相对于距
中心轴线ax半径r的假想圆s1的周向的高度示意性地以曲线示出。但是,边缘环30的周向的起伏不限于此。
[0051]
图3的(a)所示自中心点o的自角度0
°
在每个45
°
在假想圆s1的圆周上确定的点p1～p8至边缘环的下表面30b的垂直方向的高度在一个例子中为图3的(b)的h1～h8。h1是负值,h2是负值,h3是0,h4是负值,h5是正值,h6是负值,h7是正值,h8是正值。若设定h8是最大值,h4是最小值,则由距中心点o半径r表示的边缘环的下表面30b的周向的起伏30h计算为|h8
‑
h4|。
[0052]
[边缘环的下表面的周向的起伏与导热气体的泄露量的相关性]
[0053]
接下来,参照图4对边缘环的下表面30b的周向的起伏30h与导热气体的泄露量的相关性进行说明。图4是示出一个实施方式的边缘环的下表面30b的周向的起伏30h与导热气体的泄露量的相关性的一个例子的图。图4的横轴表示相对于半径r的假想圆的边缘环的下表面30b的周向的起伏(μm),纵轴表示供给至间隙g的氦气的泄露量(sccm)。图4的曲线图是使用图1的基板处理装置1进行实验的结果的一个例子。需要说明的是,氦气是导热气体的一个例子。
[0054]
由此,得知边缘环的下表面30b的周向的起伏与氦气的泄露量之间存在表示相关性信息的点线l所示出的相关性关系。也就是说,得知通过将边缘环的下表面30b的周向的起伏抑制在给定的范围内,能够抑制导热气体的泄露。
[0055]
具体而言,得知若边缘环的下表面30b的周向的起伏为20μm以下,则氦气的泄露量接近2.0(sccm),边缘环30的吸附力稳定,由此能够抑制氦气的泄露量。
[0056]
进一步,得知若边缘环的下表面30b的周向的起伏为15μm以下,则边缘环30的吸附力进一步稳定,能够使氦气的泄露量比2.0(sccm)少。
[0057]
因此,优选本实施方式的边缘环30将自假想圆s1上的多个点至边缘环的下表面30b的垂直方向的高度的最大值与最小值的差值的绝对值形成为20μm以下。由此,通过使边缘环的下表面30b稳定地吸附于边缘环载置面25a,能够抑制供给至间隙g的导热气体的泄露量。
[0058]
另外,更优选本实施方式的边缘环30将自假想圆s1的圆周上的多个点至边缘环的下表面30b的垂直方向的高度的最大值与最小值的差值的绝对值形成为15μm以下。由此,通过使边缘环的下表面30b更稳定地吸附于边缘环载置面25a,能够进一步抑制供给至间隙g的导热气体的泄露量。也就是说,预定的上限值为20μm以下即可,更优选为15μm以下。
[0059]
在以上的说明中,如图2的(a)所示,对边缘环的下表面30b未形成倾斜的情况进行了说明。该情况下,假想圆s1假定为相对于中心轴线ax垂直的圆。
[0060]
另一方面,如图2的(b)所示,边缘环的下表面30b以边缘环30的外周部的下表面变得比内周部的下表面低的方式(以外径面30d侧的下表面比内径面30c侧的下表面低的方式)倾斜地形成。该情况下,也将自假想圆s1上的多个点至边缘环的下表面30b的垂直方向的高度的最大值与最小值的差值的绝对值定义为边缘环的下表面30b的周向的起伏。
[0061]
以上,由边缘环的下表面30b的周向的起伏与导热气体的泄露量的相关性,对形成以半径r的假想圆确定的边缘环的下表面30b的周向的起伏30h为20μm以下、优选为15μm以下的边缘环30的情况进行了说明。也就是说,形成自假想圆s1的圆周上的多个点至边缘环的下表面30b的垂直方向的高度的最大值与最小值的差值的绝对值为20μm以下,优选为15μ
m以下的边缘环30。另外,假想圆的直径(半径r的二倍)的可取值具有自边缘环的下表面30b的内径至外径的幅度。即，将自中心点o至内径面30c的距离(内径的一半)设定为r1，并且将自中心点o至外径面30d的距离(外径的一半)设定为r2的情况下，半径r在r1≤r≤r2的范围内。由此,形成相对于自边缘环的下表面30b的内周端(内径面30c)至外周端(外径面30d)的任一半径r的假想圆,边缘环的下表面30b的周向的起伏为20μm以下、优选为15μm以下的边缘环30。由此,能够抑制供给至间隙g的导热气体的泄露。
[0062]
[边缘环载置面的周向的起伏与导热气体的泄露量的相关性]
[0063]
图4所示边缘环的下表面30b的周向的起伏与导热气体的泄露量的相关性关系给出了作为边缘环的下表面30b的相对面的边缘环载置面25a的周向的起伏与导热气体的泄露量具有相同的相关性关系的启示。
[0064]
图5是示出一个实施方式的边缘环载置面25a的周向的起伏25h的一个例子的示意图。图5的(a)是自上表面侧俯视载置台11的图。图5的(b)是示出以将载置台11的中心轴线ax上的一点设定为中心点o的、以半径r的假想圆s2为基准,自假想圆s2上的多个点至边缘环载置面25a的垂直方向的高度的图。假想圆s2的直径(半径的二倍)在边缘环载置面25a的内径以上外径以下的范围内设定。
[0065]
在图5的(a)中,将中心点o设定为中心的假想圆s2的直径为内径面25c所示边缘环载置面25a的内径以上且为外径面25d所示边缘环载置面25a的外径以下。
[0066]
图5的(b)示出了边缘环载置面25a中的、相对于由距中心点o半径r所示的假想圆s2的边缘环载置面25a的周向的起伏25h。边缘环载置面25a的周向的起伏25h定义为对自假想圆s2上的多个点至边缘环载置面25a的垂直方向的高度进行测定时其高度的最大值与最小值的差值的绝对值。
[0067]
由图4的实验结果,本实施方式的载置台11的边缘环载置面25a形成为自假想圆s2的圆周上的多个点至边缘环载置面25a的垂直方向的高度h11～h18的最大值与最小值的差值的绝对值为20μm以下即可。更优选形成为该绝对值为15μm以下。由此,通过使边缘环30可靠地吸附于边缘环载置面25a,能够抑制供给至间隙g的导热气体的泄露量。
[0068]
以上,由边缘环载置面25a的周向的起伏与导热气体的泄露量的相关性,对形成由半径r的假想圆确定的边缘环载置面25a的周向的起伏25h为20μm以下、优选为15μm以下的载置台11的情况进行了说明。也就是说,形成自假想圆s2上的多个点至边缘环载置面25a的垂直方向的高度的最大值与最小值的差值的绝对值为20μm以下、优选为15μm以下的载置台11。需要说明的是,假想圆的直径(半径r的二倍)的可取值具有自边缘环载置面25a的内径至外径的幅度。由此,对于自边缘环载置面25a的内周端(内径面25c)至外周端(外径面25d)的任一半径r的假想圆,均形成边缘环载置面25a的周向的起伏为20μm以下、优选为15μm以下的载置台11。由此,能够抑制供给至间隙g的导热气体的泄露。也就是说,预定的上限值为20μm以下即可,更优选为15μm以下。
[0069]
需要说明的是,对于载置台11,以具有将基板w静电吸附于基板载置面25w,并且将边缘环30静电吸附于边缘环载置面25a的静电卡盘25的情况为例进行了说明,但是不限于此。本实施方式也可以适用于例如不具有静电卡盘25,而是具有机械地将基板w以及边缘环30固定的机械卡盘的载置台11。
[0070]
[边缘环的下表面和边缘环载置面之间的间隙与导热气体的泄露量的相关性]
[0071]
接下来,参照图6,对边缘环的下表面30b和边缘环载置面25a之间的间隙与导热气体的泄露进行说明。图6是示出一个实施方式的边缘环的下表面30b与边缘环载置面25a之间的间隙的一个例子的示意图。
[0072]
将具有图3的(b)所示边缘环的下表面30b的周向的起伏30h的边缘环30载置于完全平坦的边缘环载置面25a的情况下,形成起伏30h为预定的上限值以下的边缘环30即可。同样地,在具有图5的(b)所示边缘环载置面25a的周向的起伏25h的载置台11的边缘环载置面25a上载置具有完全平坦的下表面30b的边缘环30的情况下,形成起伏25h为上限值以下的载置台11即可。
[0073]
以下,对将具有图3的(b)所示边缘环的下表面30b的周向的起伏30h的边缘环30载置于具有图5的(b)所示边缘环载置面25a的周向的起伏25h的载置台11的边缘环载置面25a的情况进行说明。在该情况下,在边缘环的下表面30b与边缘环载置面25a之间产生图6所示间隙。
[0074]
在该情况下,作为边缘环载置面25a与边缘环的下表面30b的各起伏的基准,假定将中心轴线ax上的一点设定为中心点的、边缘环30或边缘环载置面25a的内径以上外径以下的直径的假想圆s3。以该假想圆s3为基准,如图6所示,计算通过假想圆s3上的多个点的各点的边缘环载置面25a与边缘环的下表面30b之间的间隙的距离g1～g8的最大值与最小值的差值的绝对值。并且,以绝对值为预定的上限值以下的方式形成边缘环的下表面30b以及边缘环载置面25a。需要说明的是,假想圆s3可以是图3的假想圆s1,也可以是图5的假想圆s2。
[0075]
计算通过假想圆s3上的多个点(图3的(a)以及图5的(a)的点p1～p8)的各点的边缘环载置面25a与边缘环的下表面30b之间的间隙的距离g1～g8的最大值与最小值的差值的绝对值。若计算出的绝对值为20μm以下,则边缘环30向边缘环载置面25a的吸附力稳定。进一步,若绝对值为15μm以下,则边缘环30的吸附力进一步稳定。由此,能够抑制供给至间隙g的导热气体的泄露。
[0076]
如上所述,根据本实施方式的边缘环30、载置台11以及基板处理装置1,能够降低到导热气体的泄露。
[0077]
对于此次公开的一个实施方式的边缘环、载置台以及基板处理装置,应认为所有点均为例示,不对其进行限制。上述实施方式能够不脱离附上的权利要求书及其主旨地以各种方式进行变形以及改良。上述多个实施方式中记载的事项在不矛盾的范围内也可取其他构成,另外,在不矛盾的范围内可以进行组合。
[0078]
本发明的基板处理装置可以适用于atomic layer deposition(ald)装置、capacitively coupled plasma(ccp)、inductively coupled plasma(icp)、radial line slot antenna(rlsa)、electron cyclotron resonance plasma(ecr)、helicon wave plasma(hwp)中的任一类型的装置。
[0079]
另外,作为基板处理装置的一个例子举出等离子体处理装置进行了说明,但是基板处理装置为对基板实施规定的处理(例如,成膜处理、蚀刻处理等)的装置即可,不限于等离子体处理装置。