保持部件、上部电极组件以及等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及保持部件、上部电极组件以及等离子体处理装置。

背景技术

公知有使用通过将由单晶硅构成的电极板和由其他材质构成的保持板组合而形成的上部电极组件的基板处理装置。

在专利文献1中,在圆板状的等离子体蚀刻用电极中,公开了具有由单晶硅构成的电极中央部、以及由其他材质构成的电极外周部而成的等离子体蚀刻用电极。

<现有技术文献>

<专利文献>

专利文献1:日本国特开平11-162940号公报

发明内容

<本发明要解决的问题>

外周部被固定的单晶硅电极在蚀刻工艺中成为高温,产生起因于温度的不均匀的变形,从而在与安装有电极板的保持板之间产生间隙。由于该间隙,产生进一步的温度不均匀、反应复制物的堆积等的不良情况。另外,由于等离子体处理装置的RF信号(RF电力)的高输出化、处理时间的增加,自等离子体进入上部电极组件的热量增大,从而热应力、热膨胀量增大。

在一个方面,本发明提供一种能够将电极板悬挂保持于保持板的保持部件、上部电极组件以及等离子体处理装置。

<用于解决问题的手段>

为了解决上述课题,根据一个方式,提供一种保持部件,其在使电极板保持于保持板时使用,该保持部件包括:第一部件,其具有轴部和卡定部,该轴部具有内螺纹部,该卡定部与上述轴部相比扩大形成；以及第二部件,其具有在一个方向延伸的长孔部,上述轴部穿过该长孔部,上述第一部件构成为能够相对于上述第二部件进行滑动。

<发明的效果>

根据一个方面,能够提供一种将电极板悬挂保持于保持板的保持部件、上部电极组件以及等离子体处理装置。

附图说明

图1是示出一个实施方式的等离子体处理系统的构成例的图。

图2是等离子体处理腔室的顶部的部分扩大剖视图的一个例子。

图3是电极板的俯视图的一个例子。

图4是电极板的A-A剖视图的一个例子。

图5是上部电极组件中的A-A剖视图的一个例子。

图6是衬套的第一部件的立体图的一个例子。

图7是衬套的第二部件的立体图的一个例子。

图8是用于固定部件的图的一个例子。

图9是用于说明在电极板的凹部中安装衬套以及圆环部件的安装方法的剖视图的一个例子。

具体实施方式

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,有时对相同构成部分付与相同附图标记,并且省略重复的说明。

以下,对等离子体处理系统的构成例进行说明。图1是示出一个实施方式的等离子体处理系统的构成例的图。

等离子体处理系统包括电容耦合等离子体处理装置1以及控制部2。电容耦合等离子体处理装置1包括等离子体处理腔室10、气体供给部20、电源30以及排气系统40。另外,等离子体处理装置1包括基板支承部11以及气体导入部。气体导入部构成为将至少一种处理气体导入等离子体处理腔室10内。气体导入部包括喷头13。基板支承部11配置于等离子体处理腔室10内。喷头13配置于基板支承部11的上方。在一个实施方式中,喷头13构成等离子体处理腔室10的顶部(ceiling)的至少一部分。等离子体处理腔室10具有由喷头13、等离子体处理腔室10的侧壁10a以及基板支承部11界定的等离子体处理空间10s。等离子体处理腔室10具有用于将至少一种处理气体供给至等离子体处理空间10s的至少一个气体供给口、以及用于自等离子体处理空间10s排出气体的至少一个气体排出口10e。侧壁10a接地。喷头13以及基板支承部11与等离子体处理腔室10壳体电绝缘。

基板支承部11包括主体部111以及环组件112。主体部111具有用于支承基板(晶圆)W的中央区域(基板支承面)111a、以及用于支承环组件112的环状区域(环支承面)111b。主体部111的环状区域111b在俯视下包围主体部111的中央区域111a。基板W配置于主体部111的中央区域111a之上,环组件112以包围主体部111的中央区域111a之上的基板W的方式配置于主体部111的环状区域111b之上。在一个实施方式中,主体部111包括基台以及静电卡盘。基台包括导电性部件。基台的导电性部件作为下部电极起作用。静电卡盘配置于基台之上。静电卡盘的上表面具有基板支承面111a。环组件112包括一个或多个环状部件。一个或多个环状部件中的至少一个为边缘环。另外,虽然省略了图示,但是基板支承部11可以包括温度调节模块,其构成为将静电卡盘、环组件112以及基板W中的至少一个调节为目标温度。温度调节模块可以包括加热器、导热介质、流路、或其组合。流路中流过载冷剂、气体那样的导热流体。另外,基板支承部11可以包括导热气体供给部,其构成为将导热气体供给至基板W的背面和基板支承面111a之间。

喷头13构成为将来自气体供给部20的至少一种处理气体导入等离子体处理空间10s内。喷头13具有至少一个气体供给口13a、至少一个气体扩散室13b、以及多个气体导入口13c。被供给至气体供给口13a的处理气体通过气体扩散室13b自多个气体导入口13c被导入等离子体处理空间10s内。另外,喷头13包括导电性部件。喷头13的导电性部件作为上部电极起作用。需要说明的是,气体导入部除了包括喷头13,还可以包括安装于在侧壁10a形成的一个或多个开口部的一个或多个侧部气体注入部(SGI:Side Gas Injector)。

气体供给部20可以包括至少一个气体源21以及至少一个流量控制器22。在一个实施方式中,气体供给部20构成为将至少一种处理气体从与各自对应的气体源21经由与各自对应的流量控制器22供给至喷头13。各流量控制器22可以包括例如质量流量控制器或圧力控制式的流量控制器。而且,气体供给部20可以包括对至少一种处理气体的流量进行调制或脉冲化的一个以上的流量调制设备。

电源30包括经由至少一个阻抗匹配电路与等离子体处理腔室10连接的RF电源31。RF电源31构成为将源RF信号以及偏压RF信号那样的至少一个RF信号(RF电力)供给至基板支承部11的导电性部件和/或喷头13的导电性部件。由此,自供给至等离子体处理空间10s的至少一种处理气体形成等离子体。因此,RF电源31能够作为以在等离子体处理腔室10中自一种或两种以上的处理气体生成等离子体的方式构成的等离子体生成部的至少一部分起作用。另外,通过将偏压RF信号供给至基板支承部11的导电性部件,在基板W中产生偏压电位,从而能够将形成的等离子体中的离子成分引入基板W。

在一个实施方式中,RF电源31包括第一RF生成部31a以及第二RF生成部31b。第一RF生成部31a构成为经由至少一个阻抗匹配电路与基板支承部11的导电性部件和/或喷头13的导电性部件连接,从而生成用于等离子体生成的源RF信号(源RF电力)。在一个实施方式中,源RF信号具有13MHz～150MHz的范围内的频率。在一个实施方式中,第一RF生成部31a可以构成为生成具有不同频率的多个源RF信号。生成的一个或多个源RF信号被供给至基板支承部11的导电性部件和/或喷头13的导电性部件。第二RF生成部31b构成为经由至少一个阻抗匹配电路与基板支承部11的导电性部件连接,从而生成偏压RF信号(偏压RF电力)。在一个实施方式中,偏压RF信号具有比源RF信号低的频率。在一个实施方式中,偏压RF信号具有400kHz～13.56MHz的范围内的频率。在一个实施方式中,第二RF生成部31b可以构成为生成具有不同频率的多个偏压RF信号。生成的一个或多个偏压RF信号被供给至基板支承部11的导电性部件。另外,在各种实施方式中,源RF信号以及偏压RF信号中的至少一者可以被脉冲化。

另外,电源30可以包括与等离子体处理腔室10连接的DC电源32。DC电源32包括第一DC生成部32a以及第二DC生成部32b。在一个实施方式中,第一DC生成部32a构成为与基板支承部11的导电性部件连接,从而生成第一DC信号。生成的第一偏压DC信号被施加于基板支承部11的导电性部件。在一个实施方式中,第一DC信号可以施加于静电卡盘内的电极那样的其他的电极。在一个实施方式中,第二DC生成部32b构成为与喷头13的导电性部件连接,从而生成第二DC信号。生成的第二DC信号被施加于喷头13的导电性部件。在各种实施方式中,第一以及第二DC信号中的至少一者可以被脉冲化。需要说明的是,第一以及第二DC生成部32a、32b可以在RF电源31的基础上设置,也可以设置第一DC生成部32a来代替第二RF生成部31b。

排气系统40例如可以与设于等离子体处理腔室10的底部的气体排出口10e连接。排气系统40可以包括圧力调整阀以及真空泵。通过圧力调整阀对等离子体处理空间10s内的圧力进行调整。真空泵可以包括涡轮分子泵、干式泵或其组合。

控制部2用于处理使等离子体处理装置1执行在本发明中描述的各种工序的计算机可执行的命令。控制部2可以构成为以执行在此描述的各种工序的方式对等离子体处理装置1的各元件进行控制。在一个实施方式中,控制部2的一部分或全部可以包含于等离子体处理装置1中。控制部2例如可以包括计算机2a。计算机2a例如可以包括处理部(CPU:Central Processing Unit)2a1、存储部2a2、以及通信接口2a3。处理部2a1可以构成为基于储存在存储部2a2中的程序进行各种控制动作。存储部2a2可以包括RAM(Random AccessMemory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、或其组合。通信接口2a3可以经由LAN(Local Area Network)等的通信线路在与等离子体处理装置1之间进行通信。

接下来,使用图2进一步对等离子体处理腔室10的顶部的构成进行说明。图2是等离子体处理腔室10的顶部的部分扩大剖视图的一个例子。

等离子体处理腔室10的顶部具有上部电极组件200、以及圆环部件250、260、270、280。

电极板210和保持板220层叠构成上部电极组件200。电极板210例如由硅等形成。保持板220例如由铝等的导电性部件形成。如此,电极板210和保持板220的材质不同。

另外,在电极板210的上表面形成有凹部(容纳部)211。在保持板220中,在与电极板210的凹部211对应的位置形成有沉孔221。另外,电极板210和保持板220通过配置于凹部211以及沉孔221中的固定部件300进行固定。

在上部电极组件200和等离子体处理腔室10的侧壁10a之间配置有圆环部件250、260、270、280。圆环部件250用于支承上部电极组件200。圆环部件250例如由氧化铝等的非导电性部件形成。圆环部件260覆盖上部电极组件200的外周部。圆环部件260例如由石英等形成。圆环部件270用于支承圆环部件250、260。圆环部件270例如由铝等形成。圆环部件280覆盖圆环部件270、圆环部件260以及上部电极组件200的外周部。圆环部件280例如由硅等形成。

使用图3和图4进一步对电极板210的凹部211进行说明。图3是电极板210的俯视图的一个例子。图4是电极板210的A-A剖视图的一个例子。需要说明的是,虽然在电极板210中形成有在板厚方向贯通的气体导入口13c(参照图1),但是在图3中省略了图示。

凹部211具有开口部212和扩大部213。开口部212在电极板210的上表面开口形成。开口部212例如俯视时形成为圆形。扩大部213在开口部212之下与开口部212连通形成。扩大部213在俯视时与开口部212相比在至少一个方向(长度方向)扩大形成。开口部212例如在俯视时形成为长圆形(跑道形状)。在开口部212的内周面和扩大部213的内周面之间,具有扩大部213的顶面(卡定面)214(参照图4)。

如图3所示,凹部211在电极板210的径向以及周向配置有多个。在图3所示例子中,例如,沿点划线所示外周侧的圆形成八个凹部211,沿点划线所示内周侧的圆形成八个凹部211,在电极板210的中心形成凹部211。

凹部211配置为扩大部213的长度方向朝向电极板210的周向。由此,能够将凹部211接近电极板210的外周侧进行配置。需要说明的是,扩大部213的长度方向不限于朝向电极板210的周向的情况,其可以朝向电极板210的径向,也可以朝向其他方向。

接下来,使用图5,对基于固定部件300的电极板210与保持板220的固定构造进行说明。图5是上部电极组件200中的A-A剖视图的一个例子。需要说明的是,上述的图2示出了衬套310的短边方向的剖视图(上部电极组件200的径向的剖视图),图5示出了衬套310的长度方向的剖视图。

固定部件300具有衬套(保持部件)310、圆环部件(环状部件)320、以及螺栓组件(螺栓部件)330。

衬套310容纳于电极板210的凹部211(开口部212、扩大部213),其是与顶面(卡定面)214卡定的部件。衬套310由例如铝、不锈钢等的金属、聚酰亚胺等的树脂形成。另外,衬套310具有第一部件410和第二部件420。需要说明的是,对于衬套310(第一部件410和第二部件420)的形状,使用图6至图8后述。

圆环部件320容纳于电极板210的凹部211(开口部212),其是配置于衬套310(后述轴部411的外周面)与开口部212的内周面之间的部件。圆环部件320例如由聚酰亚胺等的树脂形成。

螺栓组件330具有螺栓331、弹性部件332、以及球面座333。螺栓331、弹性部件332以及球面座333由例如铝、不锈钢等的金属形成。

螺栓331具有外螺纹部331a、轴部331b以及头部331c。外螺纹部331a与衬套310(后述轴部411的内螺纹部411a)螺纹结合。

弹性部件332例如为碟形弹簧垫圈(spring washer),其配置为在螺栓331的头部331c与球面座333之间被压缩。需要说明的是,弹性部件332的构成不限于此,也可以在螺栓331的轴向重叠多个碟形弹簧垫圈和垫圈而构成。

球面座333包括垫圈334和垫圈335。螺栓331的轴部331b穿过垫圈334。垫圈334的上表面与弹性部件332抵接。螺栓331的轴部331b穿过垫圈335。垫圈335的下表面与沉孔221的接触面222抵接。另外,在垫圈334的下表面形成凸球面,在垫圈335的上表面形成凹球面(参照图2以及图5的双点划线)。垫圈334的凸球面与垫圈335的凹球面成为滑动面。

通过这样的构成,螺栓331以能够使螺栓331的轴向的朝向沿球面座333的球面(参照图2以及图5的双点划线)倾斜的方式被支承。即,如图2所示,螺栓331能够在上部电极组件200的径向摇动。另外,如图5所示,螺栓331能够在上部电极组件200的周向摇动。另外、螺栓331以能够在螺栓331的轴向移动的方式被弹性部件332支承。

需要说明的是,可以在螺栓331的轴部331b设置橡胶环(未图示)等的保持部件,其用于在将螺栓组件330自衬套310取下时防止弹性部件332以及球面座333自螺栓331的轴部331b脱落。例如,保持部件的内径比外螺纹部331a小,保持部件的外径比垫圈335的孔径大。由此,能够提高将螺栓组件330插入沉孔221时、将螺栓组件330自沉孔221拔出时的操作性。

接下来,使用图6至图8对衬套310进一步进行说明。图6是衬套310的第一部件410的立体图的一个例子。(a)是自上方观察的立体图,(b)是自下方观察的立体图。

第一部件410具有轴部411和卡定部412。

轴部411是圆柱形状的部件。在轴部411的中央形成有用于与螺栓331的外螺纹部331a螺纹结合的内螺纹部411a。另外,在轴部411的外周面,形成有两个与卡定部412的长度方向垂直的平面部411b(一并参照图8的(c))。另外,平面部411b的两个面的宽度形成为比轴部411的直径短。

卡定部412具有使大致长圆锥台上下反转的形状。即,卡定部412与轴部411相比在至少一个方向扩大形成,并且具有长圆形状，该长圆形状具有长度方向和宽度方向。另外,在侧视中,卡定部412具有上边比底边长的大致梯形形状(参照图2、5)。卡定部412的上表面成为与第二部件420的底面420c卡定的卡定面412a。另外,卡定面412a形成为以卡定部412的长度方向为轴的凸的圆柱面(参照后述图8的(b)的双点划线)。

另外,卡定部412形成有锥形面412b以及底面412c。锥形面412b以自卡定部412的上表面(卡定面412a)朝向卡定部412的底面412c缩窄的方式形成。底面412c形成为比卡定部412的上表面(卡定面412a)小的长圆形状。

图7是衬套310的第二部件420的立体图的一个例子。(a)是自上方观察的立体图,(b)是自下方观察的立体图。

第二部件420具有使大致长圆锥台上下反转的形状。即,在俯视中,第二部件420在至少一个方向扩大形成,其具有长圆形状，该长圆形状具有长度方向和宽度方向。另外,在侧视中,第二部件420具有上边比底边长的大致梯形形状(参照图2、5)。第二部件420的上表面成为与顶面214(参照图4、5)卡定的卡定面420a。

另外,第二部件420形成有锥形面420b以及底面420c。锥形面420b以自第二部件420的上表面(卡定面420a)朝向第二部件420的底面420c缩窄的方式形成。底面420c形成为比第二部件420的上表面(卡定面420a)小的长圆形状。另外,底面420c的宽度方向中央形成为以第二部件420的长度方向为轴的凹的圆柱面(参照后述图8的(b)的双点划线)。另外,底面420c的宽度方向两侧可以为平面。

另外,在第二部件420的中央形成有大致矩形的长孔部421,其自上表面(卡定面420a)朝向底面420c贯通,并且在一个方向(第二部件420的宽度方向)延伸。第一部件410的轴部411穿过长孔部421,卡定部412与第二部件420的底面420c抵接。长孔部421具有一对平面部421a和一对平面部421b。一对平面部421a是与第二部件420的宽度方向垂直的面。一对平面部421b是与第二部件420的长度方向垂直的面。需要说明的是,平面部421a与平面部421b的角部可以被倒圆(圆角)。

一对平面部421a的宽度形成为比第一部件410的轴部411的直径长。一对平面部421b的宽度形成为比第一部件410的轴部411的直径短,另外,形成为比平面部411b的二个面的宽度略长。

图8是用于说明固定部件300的图的一个例子。图8的(a)是固定部件300(衬套310、螺栓组件330)的立体图的一个例子。图8的(b)是衬套310的B-B剖视图的一个例子。图8的(c)是衬套310的C-C剖视图的一个例子。

第一部件410的轴部411插入第二部件420的长孔部421,使得第一部件410的卡定部412的长度方向与第二部件420的长度方向平行,从而形成衬套310。以下,将第一部件410的卡定部412的长度方向以及第二部件420的长度方向也称为衬套310的长度方向。另外,将第一部件410的卡定部412的宽度方向以及第二部件420的宽度方向也称为衬套310的宽度方向。

如图8的(a)以及图8的(b)所示,在将第一部件410的中心与第二部件420的中心对准时,由第一部件410的卡定部412和第二部件420形成上下反转的大致长圆锥台形状。

另外,如图8的(c)所示,长孔部421的一对平面部421b的宽度形成为比平面部411b的两个面的宽度略长。由此,第一部件410相对于第二部件420以轴部411的中心轴线为旋转轴的旋转被限制。由此,在使螺栓331旋转时,对第一部件410一起旋转进行卡定。

另外,如图8的(b)所示,长孔部421的一对平面部421a的宽度形成为比轴部411的直径长。由此,构成为第一部件410相对于第二部件420能够在衬套310的宽度方向(上部电极组件200的径向)进行滑动。

另外,如图8的(b)所示,第一部件410的上表面(卡定面412a)形成为以衬套310的长度方向为轴的凸的圆柱面(参照双点划线)。另外,第二部件420的底面420c形成为以衬套310的长度方向为轴的凹的圆柱面(参照双点划线)。通过这样的构成,衬套310能够使轴部411的轴向的朝向沿圆柱面(参照双点划线)倾斜。即,轴部411能够在上部电极组件200的径向摇动。

这里,在等离子体处理装置1中,在对基板W实施处理时,等离子体的热量进入上部电极组件200(电极板210、保持板220)。由于电极板210与保持板220的材质不同,因此担心由于电极板210与保持板220的热膨胀差而导致电极板210的凹部(容纳部)211的中心与保持板220的沉孔221的中心的位置关系产生偏差。

如图8的(d)所示,固定部件300能够通过螺栓组件330的球面座333以及第一部件410的卡定面412a与第二部件420的底面420c的圆筒面形状,以使螺栓331倾斜的方式对上部电极组件200进行支承。另外,固定部件300能够通过螺栓组件330的弹性部件332来吸收热膨胀量。另外,通过第一部件410的轴部411在第二部件420的长孔部421内在衬套310的宽度方向(上部电极组件200的径向)进行滑动,从而固定部件300能够吸收热膨胀量。

接下来,使用图9和图5,对使用固定部件300将电极板210固定于保持板220的固定方法进行说明。图9是用于说明将衬套310以及圆环部件320安装于电极板210的凹部211的安装方法的剖视图的一个例子。

这里,电极板210的开口部212的直径比第二部件420(卡定面420a)的宽度方向长度大,并且比第二部件420(卡定面420a)的长度方向长度小。另外,扩大部213的宽度方向长度比第二部件420(卡定面420a)的宽度方向长度大,并且扩大部213的长度方向长度比第二部件420(卡定面420a)的长度方向长度大,形成为能够在凹部211的扩大部213中容纳衬套310的第二部件420以及第一部件410的卡定部412。

如图9的(a)所示,操作者在使衬套310的长度方向倾斜的状态下将其插入凹部211,并且以其长度方向的一个卡定面420a配置于顶面214之下的方式使其移动。然后,操作者使衬套310在凹部211内旋转(在图9的(a)中为顺时针)。由此,如图9的(b)所示,将衬套310配置于凹部211内。在该状态下,在将衬套310向上方提起的情况下,衬套310的卡定面420a与顶面214抵接,从而能够将电极板210悬挂。

接下来,操作者将圆环部件320插入轴部411的外周面与开口部212的内周面之间。图9的(c)是将圆环部件320插入后的图。由此,限制了衬套310水平方向的移动以及以水平方向为旋转轴的旋转。由此,防止衬套310自凹部211脱离。

接下来,操作者使电极板210与保持板220重合,将螺栓组件330插入沉孔221,使外螺纹部331a与内螺纹部411a螺纹结合。由此、如图5所示,电极板210被固定于保持板220。需要说明的是,对于配置于凹部211内的衬套310,由于长圆形状的衬套310的第二部件420抵接于长圆形状的凹部211的扩大部213的内周面,因此限制了以垂直方向为旋转轴的旋转。另外,由于第一部件410的轴部411平面部411b抵接于第二部件420的长孔部421的平面部421b,因此限制了以垂直方向为旋转轴的旋转。

以上,根据使用本实施方式的固定部件300的电极板210与保持板220的固定方法,如图3所示,由于能够在电极板210的径向以及周向的多个部位进行固定,因此能够防止在电极板210与保持板220之间产生间隙而除热性能降低。由此,等离子体处理空间10s内的来自等离子体的热量集中于电极板210的中心,从而能够防止因热应力引起电极板210破损。

另外,通过设定为悬挂构造,能够吸收电极板210与保持板220的热膨胀差。这里,螺栓331的头部331c隔着弹性部件332以及球面座333被支承于沉孔221的接触面222。在弹性部件332的弹性力以及球面座333的作用下,允许螺栓331的倾斜。另外,螺栓331的外螺纹部331a与衬套310的内螺纹部411a螺纹结合。通过第一部件410以及第二部件420,允许螺栓331的倾斜。在凹部211的中心位置与沉孔221的中心位置因电极板210与保持板220的热膨胀差而产生位置偏差的情况下,能够通过螺栓331倾斜而吸收热膨胀差(位置偏差)。

以上,对等离子体处理系统的实施方式等进行了说明,但是本发明不限于上述实施方式等,在权利要求书中记载的本发明的主旨的范围内,各种变形、改良是可能的。