JP2017084872A - フォーカスリング及びセンサチップ - Google Patents

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Abstract

【課題】フォーカスリングとウエハの位置関係の把握のために利用されるフォーカスリングを提供する。
【解決手段】一実施形態のフォーカスリングは、フォーカスリング本体、及び、複数のセンサチップを含んでいる。フォーカスリング本体は、第1環状部及び第2環状部を有している。第1環状部は、中心軸線に対して周方向に延在する上面を提供する内側部分、及び、内側部分よりも外側で延在する外側部分を有する。第2環状部は、第1環状部の外側部分の上に設けられている。複数のセンサチップは、フォーカスリング本体の第1環状部の内側部分内に設けられており、且つ、中心軸線に対して周方向に配列されている。複数のセンサチップの各々は、第1電極を有している。第1電極は、中心軸線に交差する方向に延在している。
【選択図】図4

Description

本発明の実施形態は、フォーカスリング及びセンサチップに関するものである。
半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては、ウエハを処理する処理システムが用いられている。処理システムは、ウエハを搬送するための搬送装置、及び、ウエハを処理するための処理装置を有している。処理装置は、一般的に、処理容器、及び、当該処理容器内に設けられた載置台を有している。載置台は、その上に載置されたウエハを支持するよう構成されている。搬送装置は、載置台上にウエハを搬送するよう構成されている。
処理装置におけるウエハの処理においては、載置台上におけるウエハの位置が重要である。したがって、載置台上におけるウエハの位置が所定位置からずれている場合には、搬送装置を調整する必要がある。
搬送装置を調整する技術しては、特許文献1に記載された技術が知られている。特許文献1に記載された技術では、載置台上に凹部が形成されている。また、特許文献1に記載された技術では、ウエハと同様の円盤形状を有し、静電容量測定のための電極を有する測定器が利用されている。特許文献1に記載された技術では、測定器が搬送装置によって載置台上に搬送され、凹部と電極との相対的な位置関係に依存する静電容量の測定値が測定され、当該測定値に基づいてウエハの搬送位置を修正するよう搬送装置が調整される。
特許第4956328号明細書
上述した処理システムの処理装置として、プラズマ処理装置が用いられることがある。プラズマ処理装置は、上述した処理装置と同様に、処理容器及び載置台を備えている。また、プラズマ処理装置では、ウエハのエッジを囲むように、フォーカスリングが載置台上に設けられる。フォーカスリングは、中心軸線に対して周方向に延在する環状の板であり、例えば、シリコンから形成されている。
プラズマ処理装置を用いたウエハに対するプラズマ処理では、フォーカスリングとウエハとの位置関係が重要である。例えば、フォーカスリングに対してウエハの位置がずれており、フォーカスリングとウエハのエッジとの間の間隙の大きさが周方向において変動していると、大きな間隙が発生している部分にプラズマが侵入し、ウエハ上にパーティクルを生じさせることがある。したがって、フォーカスリングとウエハの位置関係を把握することを可能にすることが必要である。
一態様においては、プラズマ処理装置においてウエハのエッジを囲むように配置されるフォーカスリングが提供される。フォーカスリングは、フォーカスリング本体、及び、複数のセンサチップを含んでいる。複数のセンサチップは、フォーカスリング本体に設けられている。フォーカスリング本体は、第1環状部及び第2環状部を有している。第1環状部は、中心軸線に対して周方向に延在している。第1環状部は、内側部分及び外側部分を有している。内側部分は、中心軸線に対して周方向に延在する上面を提供している。外側部分は、内側部分よりも中心軸線に対して径方向の外側で周方向に延在している。第2環状部は、第1環状部の外側部分に連続し、当該外側部分の上で中心軸線に対して周方向に延在している。複数のセンサチップは、フォーカスリング本体の第1環状部の内側部分内に設けられており、且つ、中心軸線に対して周方向に配列されている。複数のセンサチップの各々は、第1電極、第2電極、及び、第3電極を有している。第1電極は、中心軸線に交差する方向に延在している。第2電極は、第1電極から電気的に絶縁され、第1電極のエッジを囲むように延在している。第3電極は、第1電極及び第2電極から電気的に絶縁され、第2電極のエッジを囲むように延在している。
このフォーカスリングがプラズマ処理装置の載置台上に載置されている状態でウエハが載置台上に搬送されると、ウエハのエッジは当該フォーカスリングによって囲まれる。また、ウエハのエッジ領域の下面は、フォーカスリング本体の第1環状部の内側部分の上面に対面する。この内側部分には、複数のセンサチップが設けられている。これらのセンサチップの各々の第1電極とウエハとが鉛直方向において重なり合う面積は、フォーカスリングに対するウエハの位置関係に依存する。したがって、各センサチップの第1電極の上方における静電容量は、フォーカスリングに対するウエハの位置関係に依存する。故に、このフォーカスリングは、当該フォーカスリングとウエハとの位置関係を把握するために利用可能である。また、このフォーカスリングは、ウエハの加工時にも利用可能であるので、当該フォーカスリングと実際に加工されるウエハとの位置関係の把握のために利用することが可能である。
なお、各センサチップの第1電極には、高周波電圧が印加され得る。各センサチップの第1電極に高周波信号が供給されると、各センサチップの第1電極における電圧振幅は、フォーカスリングに対するウエハの位置関係、即ち静電容量に応じた電圧振幅になる。したがって、このフォーカスリングを用いて各センサチップの第1電極の電圧振幅を測定することにより、フォーカスリングとウエハの位置関係を特定するための測定値を得ることが可能となる。また、各センサチップの第2電極にも高周波信号を供給し、各センサチップの第3電極をグランド電位に設定することにより、各センサチップの第1電極の電圧振幅は、当該第1電極とウエハとが鉛直方向において重なり合う面積の変化に対して感度良く変化する。故に、フォーカスリングに対するウエハの位置関係を高精度に測定することが可能となる。
一実施形態では、フォーカスリング本体は、シリコンから形成されている。また、複数のセンサチップの各々は、ベース部を更に有する。ベース部は、下面、第1部分、第2部分、第3部分、及び、第4部分を有する。ベース部の下面は、中心軸線に交差する方向に延在しており、第1領域、第2領域、及び第3領域を含む。第2領域は、第1領域に対して間隔を有し当該第1領域を囲むように延在している。第3領域は、第2領域に対して間隔を有し当該第2領域を囲むように延在している。ベース部の第1部分は、シリコン製であり、下面の第1領域を提供する。ベース部の第2部分は、シリコン製であり、下面の第2領域を提供し、第1部分を囲むように設けられている。ベース部の第3部分は、シリコン製であり、下面の第3領域を提供し、第2部分を囲むように設けられている。第4部分は、石英又はホウケイ酸ガラス製であり、第1凹部、当該第1凹部を囲む第2凹部、当該及び、当該第2凹部を囲む第3凹部を提供している。第1部分は第1凹部内に設けられており、第2部分は第2凹部内に設けられており、第3部分は第3凹部内に設けられている。第1電極はベース部の下面の第1領域に沿って設けられており、第2電極はベース部の下面の第2領域に沿って設けられており、第3電極はベース部の下面の第3領域に沿って設けられている。第1電極、第2電極、第3電極、第1部分、第2部分、及び、第3部分は、フォーカスリング本体の第1環状部の内側部分とセンサチップのベース部の第4部分との間に設けられている。
上記実施形態では、シリコンの加工プロセスにおいてフォーカスリングを利用するために、フォーカスリング本体がシリコンから形成されている。したがって、各センサチップのベース部もシリコンから形成されることが望ましいが、上記加工プロセスによるベース部の削れを抑制する必要がある。そこで、このフォーカスリングでは、各センサチップのベース部の表面を構成する第4部分が石英又はホウケイ酸ガラスから形成されている。また、この第4部分とフォーカスリング本体の第1環状部の内側部分との間に、第1電極、第2電極、第3電極、第1部分、第2部分、及び、第3部分が設けられている。したがって、シリコンの加工プロセスにこのフォーカスリングが用いられても、第1電極、第2電極、及び、第3電極の損傷、並びに、シリコン製の第1部分、第2部分、及び、第3部分の削れが抑制される。また、第1部分と第2部分の間、及び、第2部分と第3部分の間において、絶縁体から形成された第4部分が設けられているので、第1部分と第2部分の間、及び、第2部分と第3部分の間における電気的な絶縁が確保される。なお、ホウケイ酸ガラスは、シリコンの線膨張係数に近い線膨張係数、及び、シリコンの密度(単位体積当りの質量)に近い密度を有しており、第4部分の材料として石英よりも望ましい材料である。
一実施形態では、第1電極は、中心軸線に対して接線方向に延在する略四角形の平面形状を有する。別の実施形態では、第1電極のエッジは、中心軸線に対して周方向に延在する該第1電極を画成する一対の円弧を含む。
別の態様においては、プラズマ処理装置においてウエハのエッジを囲むように配置されるフォーカスリングに設けられる静電容量測定のためのセンサチップが提供される。このセンサチップは、第1電極、第2電極、及び、第3電極を備えている。第1電極は、所定の平面に沿って延在している。第2電極は、第1電極から電気的に絶縁され、第1電極のエッジを囲むように延在している。第3電極は、第1電極及び第2電極から電気的に絶縁され、第2電極のエッジを囲むように延在している。
一実施形態では、センサチップは、ベース部を更に備える。ベース部は、下面、第1部分、第2部分、第3部分、及び、第4部分を有する。下面は、第1領域、第2領域、及び、第3領域を含む。第2領域は、第1領域に対して間隔を有し第1領域を囲むように延在している。第3領域は、第2領域に対して間隔を有し第2領域を囲むように延在している。第1部分は、シリコン製であり、下面の第1領域を提供している。第2部分は、シリコン製であり、下面の第2領域を提供しており、第1部分を囲むように設けられている。第3部分は、シリコン製であり、下面の第3領域を提供しており、第2部分を囲むように設けられている。第4部分は、石英又はホウケイ酸ガラス製であり、第1凹部、当該第1凹部を囲む第2凹部、及び、当該第2凹部を囲む第3凹部を提供している。第1部分は、第1凹部内に設けられており、第2部分は第2凹部内に設けられており、第3部分は第3凹部内に設けられている。第1電極はベース部の下面の第1領域に沿って設けられており、第2電極はベース部の下面の第2領域に沿って設けられており、第3電極はベース部の下面の第3領域に沿って設けられている。
一実施形態では、第1電極は略四角形の平面形状を有する。別の実施形態では、第1電極のエッジは、中心点に対して周方向に延在する該第1電極を画成する一対の円弧を含む。
以上説明したように、フォーカスリングとウエハの位置関係を把握することが可能となる。
搬送装置を有する処理システムを例示する図である。 プラズマ処理装置の一例を示す図である。 一実施形態に係るフォーカスリングの平面図である。 図3のIV−IV線に沿ってとったフォーカスリングの断面図であり、フォーカスリングと共に静電チャック及びウエハを示す図である。 一実施形態に係るセンサチップの下面側の平面図である。 図5のIV−IV線に沿ってとった断面図である。 一実施形態に係るセンサチップの製造方法を示す図である。 センサチップに接続される回路の構成を例示する図である。 静電容量の計算結果を示すグラフである。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
まず、ウエハを処理するためのプラズマ処理装置、及び当該プラズマ処理装置に被処理体を搬送するための搬送装置を有する処理システムについて説明する。図1は、搬送装置を有する処理システムを例示する図である。図1に示す処理システム1は、台2a〜2d、容器4a〜4d、ローダモジュールLM、アライナAN、ロードロックチャンバLL1,LL2、プロセスモジュールPM1〜PM6、及び、トランスファーチャンバTCを備えている。
台2a〜2dは、ローダモジュールLMの一縁に沿って配列されている。容器4a〜4dはそれぞれ、台2a〜2d上に搭載されている。容器4a〜4dはそれぞれ、ウエハWを収容するように構成されている。
ローダモジュールLMは、大気圧状態の搬送空間をその内部に画成するチャンバ壁を有している。ローダモジュールLMは、この搬送空間内に搬送装置TU1を有している。搬送装置TU1は、容器4a〜4dとアライナANとの間、アライナANとロードロックチャンバLL1〜LL2の間、及び、ロードロックチャンバLL1〜LL2と容器4a〜4dの間でウエハWを搬送するように構成されている。
アライナANは、ローダモジュールLMと接続されている。アライナANは、ウエハWの位置調整(位置の較正)を行うように構成されている。アライナANにおけるウエハWの位置調整は、ウエハWのオリエンテーションフラット又はノッチ等を利用して行われ得る。
ロードロックチャンバLL1及びロードロックチャンバLL2の各々は、ローダモジュールLMとトランスファーチャンバTCとの間に設けられている。ロードロックチャンバLL1及びロードロックチャンバLL2の各々は、予備減圧室を提供している。
トランスファーチャンバTCは、ロードロックチャンバLL1及びロードロックチャンバLL2にゲートバルブを介して接続されている。トランスファーチャンバTCは、減圧可能な減圧室を提供しており、当該減圧室に搬送装置TU2を収容している。搬送装置TU2は、ロードロックチャンバLL1〜LL2とプロセスモジュールPM1〜PM6との間、及び、プロセスモジュールPM1〜PM6のうち任意の二つのプロセスモジュール間において、ウエハWを搬送するように構成されている。
プロセスモジュールPM1〜PM6は、トランスファーチャンバTCにゲートバルブを介して接続されている。プロセスモジュールPM1〜PM6の各々は、ウエハWに対してプラズマ処理といった専用の処理を行うよう構成された処理装置である。
この処理システム1においてウエハWの処理が行われる際の一連の動作は以下の通り例示される。ローダモジュールLMの搬送装置TU1が、容器4a〜4dの何れかからウエハWを取り出し、当該ウエハWをアライナANに搬送する。次いで、搬送装置TU1は、位置調整されたウエハWをアライナANから取り出して、当該ウエハWをロードロックチャンバLL1及びロードロックチャンバLL2のうち一方のロードロックチャンバに搬送する。次いで、一方のロードロックチャンバが、予備減圧室の圧力を所定の圧力に減圧する。次いで、トランスファーチャンバTCの搬送装置TU2が、一方のロードロックチャンバからウエハWを取り出し、当該ウエハWをプロセスモジュールPM1〜PM6のうち何れかに搬送する。そして、プロセスモジュールPM1〜PM6のうち一以上のプロセスモジュールがウエハWを処理する。そして、搬送装置TU2が、処理後のウエハをプロセスモジュールからロードロックチャンバLL1及びロードロックチャンバLL2のうち一方のロードロックチャンバに搬送する。次いで、搬送装置TU1がウエハWを一方のロードロックチャンバから容器4a〜4dの何れかに搬送する。
この処理システム1は、制御部MCを更に備えている。制御部MCは、プロセッサ、メモリといった記憶装置、表示装置、入出力装置、通信装置等を備えるコンピュータであり得る。上述した処理システム1の一連の動作は、記憶装置に記憶されたプログラムに従った制御部MCによる処理システム1の各部の制御により、実現されるようになっている。
図2は、プロセスモジュールPM1〜PM6のうち一以上のプロセスモジュールに採用され得るプラズマ処理装置の一例を示す図である。図2に示すプラズマ処理装置10は、例えば、容量結合型プラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置10は、略円筒形状の処理容器12を備えている。処理容器12は、例えば、アルミニウムから形成されている。処理容器12の内壁面には、陽極酸化処理が施され得る。この処理容器12は保安接地されている。
処理容器12の底部上には、略円筒形状の支持部14が設けられている。支持部14は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部14は、処理容器12内において、処理容器12の底部から鉛直方向に延在している。また、処理容器12内には、載置台PDが設けられている。載置台PDは、支持部14によって支持されている。
載置台PDは、下部電極LE及び静電チャックESCを有している。下部電極LEは、第1プレート18a及び第2プレート18bを含んでいる。第1プレート18a及び第2プレート18bは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第2プレート18bは、第1プレート18a上に設けられており、第1プレート18aに電気的に接続されている。
第2プレート18b上には、静電チャックESCが設けられている。静電チャックESCは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有しており、略円盤形状を有している。静電チャックESCの電極には、直流電源22がスイッチ23を介して電気的に接続されている。この静電チャックESCは、直流電源22からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハWを吸着する。これにより、静電チャックESCは、ウエハWを保持することができる。
第2プレート18bの周縁部上には、ウエハWのエッジを囲むようにフォーカスリングFRが設けられている。このフォーカスリングFRの詳細については、後述する。第2プレート18bの内部には、冷媒流路24が設けられている。冷媒流路24には、処理容器12の外部に設けられたチラーユニットから配管26aを介して冷媒が供給される。冷媒流路24に供給された冷媒は、配管26bを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路24とチラーユニットとの間では、冷媒が循環される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックESCによって支持されたウエハWの温度が制御される。
また、プラズマ処理装置10には、ガス供給ライン28が設けられている。ガス供給ライン28は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばHeガスを、静電チャックESCの上面とウエハWの裏面との間に供給する。
また、プラズマ処理装置10は、上部電極30を備えている。上部電極30は、載置台PDの上方において、当該載置台PDと対向配置されている。上部電極30と載置台PDとの間には、ウエハWにプラズマ処理を行うための処理空間Sが提供されている。
上部電極30は、絶縁性遮蔽部材32を介して、処理容器12の上部に支持されている。上部電極30は、天板34及び支持体36を含み得る。天板34は処理空間Sに面しており、当該天板34には複数のガス吐出孔34aが設けられている。この天板34は、シリコン又は石英から形成され得る。或いは、天板34は、アルミニウム製の母材の表面に酸化イットリウムといった耐プラズマ性の膜を形成することによって構成され得る。
支持体36は、天板34を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この支持体36は、水冷構造を有し得る。支持体36の内部には、ガス拡散室36aが設けられている。このガス拡散室36aからは、ガス吐出孔34aに連通する複数のガス通流孔36bが下方に延びている。また、支持体36には、ガス拡散室36aに処理ガスを導くガス導入口36cが形成されており、このガス導入口36cには、ガス供給管38が接続されている。
ガス供給管38には、バルブ群42及び流量制御器群44を介して、ガスソース群40が接続されている。ガスソース群40は、複数種のガス用の複数のガスソースを含んでいる。バルブ群42は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群44はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群40の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群42の対応のバルブ及び流量制御器群44の対応の流量制御器を介して、ガス供給管38に接続されている。
また、プラズマ処理装置10では、処理容器12の内壁に沿ってデポシールド46が着脱自在に設けられている。デポシールド46は、支持部14の外周にも設けられている。デポシールド46は、処理容器12にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にY等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
処理容器12の底部側、且つ、支持部14と処理容器12の側壁との間には排気プレート48が設けられている。排気プレート48は、例えば、アルミニウム材にY等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。排気プレート48には、その板厚方向に貫通する複数の孔が形成されている。この排気プレート48の下方、且つ、処理容器12には、排気口12eが設けられている。排気口12eには、排気管52を介して排気装置50が接続されている。排気装置50は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器12内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器12の側壁にはウエハWの搬入出口12gが設けられており、この搬入出口12gはゲートバルブ54により開閉可能となっている。
また、プラズマ処理装置10は、第1の高周波電源PS1及び第2の高周波電源PS2を更に備えている。第1の高周波電源PS1は、プラズマ生成用の第1の高周波を発生する電源であり、例えば、27〜100MHzの周波数の第1の高周波を発生する。第1の高周波電源PS1は、整合器MU1を介して上部電極30に接続されている。整合器MU1は、第1の高周波電源PS1の出力インピーダンスと負荷側(上部電極30側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第1の高周波電源PS1は、整合器MU1を介して下部電極LEに接続されていてもよい。
第2の高周波電源PS2は、ウエハWにイオンを引き込むための第2の高周波を発生する電源であり、例えば、400kHz〜13.56MHzの範囲内の周波数の第2の高周波を発生する。第2の高周波電源PS2は、整合器MU2を介して下部電極LEに接続されている。整合器MU2は、第2の高周波電源PS2の出力インピーダンスと負荷側(下部電極LE側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
このプラズマ処理装置10では、複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスが処理容器12内に供給される。また、処理容器12内の空間の圧力が排気装置50によって所定の圧力に設定される。さらに、第1の高周波電源PS1からの第1の高周波によって処理容器12内のガスが励起される。これにより、プラズマが生成される。そして、発生した活性種によってウエハWが処理される。なお、必要に応じて、第2の高周波電源PS2の第2の高周波によってウエハWにイオンが引き込まれてもよい。
以下、図3及び図4を参照して、フォーカスリングFRについて詳細に説明する。図3は、一実施形態に係るフォーカスリングの平面図である。図3においては、プラズマ処理装置10の載置台PD上に載置されている状態のフォーカスリングFRを上から視たときの当該フォーカスリングFRの平面図が示されている。図4は、図3のIV−IV線に沿ってとったフォーカスリングの断面図であり、フォーカスリングと共に静電チャック及びウエハを示している。
フォーカスリングFRは、図2に示すように、載置台PD上に載置され、ウエハWが静電チャックESC上に載置されているときに、当該ウエハWのエッジを囲む。フォーカスリングFRは、ウエハW上のシース厚とウエハWの周囲におけるシース厚の不連続性を緩和し、ウエハに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させる機能を有している。図3及び図4に示すように、フォーカスリングFRは、フォーカスリング本体60及び複数のセンサチップSCを備えている。
フォーカスリング本体60は、略環形状の板材である。フォーカスリング本体60は、プラズマ処理装置10において実施されるプラズマ処理がシリコンの加工プロセスである場合には、シリコンから形成される。なお、フォーカスリング本体60は、他の材料から形成されていてもよい。このフォーカスリング本体60は、第1環状部61及び第2環状部62を有している。
第1環状部61は、中心軸線AXに対して周方向に延在する環形状を有している。この中心軸線AXは、フォーカスリングFRが載置台PD上に配置されている状態においては、載置台PDの中心及び静電チャックESCの中心を鉛直方向に通過する軸線Z(図2参照)に一致する。第1環状部61は、内側部分61a及び外側部分61bを含んでいる。内側部分61aは、中心軸線AXに対して周方向に延在している。内側部分61aは、上面61tを提供している。この上面61tは、中心軸線AXに対して周方向に延在する帯状の面であり、鉛直方向に略直交する面である。また、内側部分61aは、内縁面61pを提供している。内縁面61pは、フォーカスリングFRが載置台PD上に配置されている状態においては、静電チャックESCのエッジ面に対面する。
外側部分61bは、内側部分61aに連続しており、当該内側部分61aよりも中心軸線AXに対して径方向の外側で周方向に延在している。第2環状部62は、この外側部分61bに連続しており、当該外側部分61bの上で周方向に延在している。第2環状部62は、上面62t及び内縁面62pを提供している。上面62tは、第1環状部61の内側部分61aの上面61tよりも径方向において外側、且つ、上方において、周方向に延在する帯状の面である。また、内縁面62pは、上面62tの内側縁部と上面61tの外側縁部との間で延在している。この内縁面62pは、ウエハWのエッジに対面する面であり、周方向に延在している。一実施形態では、内縁面62pは、上面61tの外側縁部に近付くにつれて縮径するよう、傾斜している。
複数のセンサチップSCは、静電容量測定のためのチップである。複数のセンサチップSCは、フォーカスリング本体60の第1環状部61の内側部分61a内に設けられており、周方向に配列されている。また、一実施形態では、複数のセンサチップSCは、内側部分61aの全周において均等な間隔で配列されている。なお、図3においては、複数のセンサチップSCの個数は四つであるが、複数のセンサチップの個数は三つ以上であり得る。
以下、図4と共に図5及び図6を参照して、センサチップについて説明する。図5は、一実施形態に係るセンサチップの下面側の平面図である。図6は、図5のIV−IV線に沿ってとった断面図である。なお、複数のセンサチップSCの構成は共通であるので、以下の説明では、一つのセンサチップSCの構成を説明する。
図4〜図6に示すように、センサチップSCは、第1電極71、第2電極72、及び、第3電極73を有している。第1電極71、第2電極72、及び、第3電極73は、導体から構成されている。例えば、第1電極71、第2電極72、及び、第3電極73は、金属製の薄膜から構成されている。第1電極71、第2電極72、及び、第3電極73は、限定されるものではないが、ニッケル製であり得る。
第1電極71は、所定の平面に沿って延在している。即ち、第1電極71は、中心軸線AXに交差又は略直交する方向に延在している。一実施形態では、第1電極71の平面形状は、中心軸線AXに対して接線方向に延在する四角形である。即ち、第1電極71のエッジは、中心軸線AXに対して接線方向に延びる二つの縁71a,71bを含み得る。別の実施形態において、第1電極71は中心点、即ち、中心軸線AX上の点に対して周方向に延在していてもよく、当該第1電極71のエッジに含まれる二つの縁71a,71bは、周方向に延びる円弧であり得る。なお、縁71aは、縁71bよりも中心軸線AXの近くで延在している。また、センサチップSCは、例えば、ウエハWが適切な位置に配置されているとき、即ち、ウエハWのエッジと内縁面62pとの径方向における距離が周方向において略均一であるときに、ウエハWのエッジの鉛直直下に縁71aが位置するように、配置される。
第2電極72は、第1電極71から電気的に絶縁されており、当該第1電極71のエッジを囲むように延在している。この第2電極72と第1電極71のエッジとの間には、間隔が設けられている。第3電極73は、第1電極71及び第2電極72から電気的に絶縁されており、第2電極72のエッジを囲むように延在している。この第3電極73と第2電極72の外側のエッジとの間には、間隔が設けられている。
また、一実施形態において、センサチップSCは、ベース部80を更に有している。ベース部80は、第1部分81、第2部分82、第3部分83、及び、第4部分84を含んでいる。このベース部80は、下面80bを有している。下面80bは、中心軸線AXに交差又は略直交する方向に延在する面であり、平坦な面であり得る。
下面80bは、第1領域R1、第2領域R2、及び、第3領域R3を含んでいる。第1領域R1は、中心軸線AXに交差又は略直交する方向に延在する領域であり、第1電極71の平面形状と略同形状の平面形状を有している。第2領域R2は、第1領域R1に対して間隔を有し、当該第1領域R1を囲むように延在している。この第2領域R2は、第2電極72の平面形状と略同形状の平面形状を有している。第3領域R3は、第2領域R2の外側のエッジに対して間隔を有し、当該第2領域R2を囲むように延在している。この第3領域R3は、第3電極73の平面形状と略同形状の平面形状を有している。なお、下面80bは、第1領域R1と第2領域R2の間、第2領域R2と第3領域R3の間、及び第3領域R3の外側において、第4部分84から構成されている。
第1部分81、第2部分82、及び、第3部分83は、プラズマ処理装置10において実施されるプラズマ処理がシリコンの加工プロセスである場合には、シリコンから形成される。第1部分81は、ベース部80の下面80bの第1領域R1を提供しており、第1領域R1から上方に延びている。第2部分82は、ベース部80の下面80bの第2領域R2を提供しており、第2領域R2から上方に延びている。また、第3部分83は、ベース部80の下面80bの第3領域R3を提供しており、第3領域R3から上方に延びている。
第4部分84は、石英又はホウケイ酸ガラスから形成されており、絶縁性を有している。この第4部分84は、第1凹部84a、第2凹部84b、及び、第3凹部84cを提供している。この第1凹部84aには、第1部分81が設けられている。第2凹部84bは、第1凹部84aを囲むように形成されている。この第2凹部84bには、第2部分82が設けられている。第3凹部84cは、第2凹部84bを囲むように形成されている。この第3凹部84cには、第3部分83が設けられている。
第1部分81によって提供される下面80bの第1領域R1には、第1電極71が形成されている。第1電極71は、第1領域R1上に直接形成されていてもよい。或いは、第1電極71は、第1領域R1上に中間層を介して形成されていてもよい。また、第2部分82によって提供される下面80bの第2領域R2には、第2電極72が形成されている。第2電極72は、第2領域R2上に直接形成されていてもよい。或いは、第2電極72は、第2領域R2上に中間層を介して形成されていてもよい。また、第3部分83によって提供される下面80bの第3領域R3には、第3電極73が形成されている。第3電極73は、第3領域R3上に直接形成されていてもよい。或いは、第3電極73は、第3領域R3上に中間層を介して形成されていてもよい。なお、第1電極71と第1領域R1との間、第2電極72と第2領域R2との間、及び、第3電極73と第3領域R3との間に設けられる中間層は、各電極とベース部80の下面80bとの密着性を高めるための層である。
ここで、センサチップSCの製造方法について説明する。図7は、一実施形態に係るセンサチップの製造方法を示す図である。センサチップSCの製造においては、例えばシリコン製の基板SBが準備される。そして、図7の(a)に示すように、基板SBの一主面上にマスクM1が形成される。マスクM1は、第1部分81、第2部分82、及び、第3部分83に対応するパターンを有しており、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いて作成される。
次いで、マスクM1のパターンを基板SBに転写するために、基板SBがエッチングされる(図7の(b)を参照))。このエッチングには、プラズマエッチングが利用され得る。次いで、マスクMK1が除去される。そして、基板SBから作成された中間生産物P1と石英又はホウケイ酸ガラス製の部材B1とが、500℃といった高温環境下で互いに接合されることにより、図7の(c)に示す中間生産物P2が作成される。次いで、中間生産物P2が下面側から削られる。これにより、図7の(d)に示すように、ベース部80が形成される。
次いで、図7の(e)に示すように、ベース部80の下面上に電極用の薄膜TFが形成され、さらに、薄膜TF上にマスクM2が形成される。なお、薄膜TFは、スパッタリング、蒸着といった方法により形成される。また、マスクM2は、フォトリソグラフィ技術を用いて作成される。このマスクM2は、第1電極71、第2電極72、及び、第3電極73に対応するパターンを有する。
次いで、マスクM2のパターンを薄膜TFに転写するために、薄膜TFがエッチングされる。このエッチングには、プラズマエッチングが利用され得る。これにより、図7の(f)に示すように、第1電極71、第2電極72、及び、第3電極73が形成される。そして、マスクM2が除去されることにより、センサチップSCが製造される。
図4に戻り、センサチップSCは、第1電極71、第2電極72、第3電極73、第1部分81、第2部分82、及び、第3部分83が、第4部分84とフォーカスリング本体60の第1環状部61の内側部分61aとの間に位置するように、フォーカスリング本体60に搭載されている。一実施形態では、フォーカスリング本体60には、第1環状部61の内側部分61aから当該第1環状部61の外側部分61bにわたって配線部66が設けられている。配線部66は、配線66a、配線66b、及び、配線66cを含んでいる。配線66aは第1電極71に接続されており、配線66bは第2電極72に接続されており、配線66cは第3電極73に接続されている。この配線部66は、例えば、フレキシブルプリント基板から構成され得る。
配線部66の配線66a、配線66b、配線66cは、ケーブル68の配線68a、配線68b、配線68cにそれぞれ接続されている。このケーブル68は、例えば、同軸ケーブルであり、配線部66に対して着脱可能なように構成され得る。ケーブル68は、配線部66に接続する一端から、処理容器12の外部まで延びる。ケーブル68は、処理容器12の外部において、回路90に接続される。
図8は、センサチップに接続される回路の構成を例示する図である。図8に示すように、回路90は、高周波発振器92、複数のC/V変換回路94、及び、A/D変換器96を有している。以下、一つのセンサチップSCに関連して、回路90の構成を説明する。
配線68aは及び配線68bは、高周波発振器92に接続されている。したがって、第1電極71及び第2電極72は、高周波発振器92に接続されている。高周波発振器92は、高周波信号を発生するように構成されている。高周波発振器92は、発生した高周波信号を複数の出力線を介して、配線68a及び配線68bに与えるようになっている。したがって、高周波発振器92からの高周波信号は、センサチップSCの第1電極71及び第2電極72に与えられる。一方、配線68cは、回路90のグランド電位線に接続されている。したがって、配線68cに接続された第3電極73の電位はグランド電位に設定される。
C/V変換回路94の入力は、配線68aに接続している。C/V変換回路94は、その入力における電圧振幅から、当該入力に接続された電極が形成する静電容量を表す電圧信号を生成し、当該電圧信号を出力するよう構成されている。なお、C/V変換回路94に接続された電極が形成する静電容量が大きいほど、当該C/V変換回路94が出力する電圧信号の電圧の大きさは大きくなる。
A/D変換器96の入力には、C/V変換回路94の出力が接続している。また、A/D変換器96は、制御部MCに接続している。A/D変換器96は、制御部MCからの制御信号によって制御され、C/V変換回路94の出力信号(電圧信号)をデジタル値に変換する。即ち、A/D変換器96は、静電容量の大きさを表すデジタル値を生成し、当該デジタル値を制御部MCに出力する。
図4に示すように、フォーカスリングFRがプラズマ処理装置10の載置台PD上に載置されている状態でウエハWが載置台PD上に搬送されると、ウエハWのエッジは当該フォーカスリングFRによって囲まれる。また、ウエハWのエッジ領域の下面は、フォーカスリング本体60の第1環状部61の内側部分61aの上面61tに対面する。この内側部分61aには、複数のセンサチップSCが設けられている。これらのセンサチップSCの各々の第1電極71とウエハWとが鉛直方向において重なり合う面積は、フォーカスリングFRに対するウエハWの位置関係に依存する。したがって、各センサチップSCの第1電極71の上方における静電容量は、フォーカスリングFRに対するウエハWの位置関係に依存する。故に、このフォーカスリングFRは、当該フォーカスリングFRとウエハWとの位置関係を把握するために利用可能である。また、このフォーカスリングFRは、ウエハWの加工時にも利用可能であるので、当該フォーカスリングFRと実際に加工されるウエハWとの位置関係の把握のために利用することが可能である。
上述したように、各センサチップSCの第1電極71には、高周波電圧が印加される。各センサチップSCの第1電極71に高周波信号が供給されると、各センサチップSCの第1電極71における電圧振幅は、フォーカスリングFRに対するウエハWの位置関係、即ち静電容量に応じた電圧振幅になる。したがって、このフォーカスリングを用いて各センサチップSCの第1電極71の電圧振幅を測定することにより、フォーカスリングFRとウエハWの位置関係を特定するための測定値、即ち、上述したA/D変換器96から出力されるデジタル値を得ることが可能となる。そして、複数のセンサチップSCからの測定値(デジタル値)を取得した制御部MCが、これらの測定値を所定の基準値と比較することにより、フォーカスリングFRに対するウエハWの位置のずれを検出することができる。このように検出されたずれに対応した修正量を、搬送装置TU2の座標情報に反映させることにより、ウエハWの搬送位置を修正することが可能となる。
また、各センサチップSCの第2電極72にも高周波信号を供給し、各センサチップSCの第3電極73をグランド電位に設定することにより、各センサチップSCの第1電極71の電圧振幅は、当該第1電極71とウエハWとが鉛直方向において重なり合う面積の変化に対して感度良く変化する。故に、フォーカスリングFRに対するウエハWの位置関係を高精度に測定することが可能となる。
また、一実施形態では、シリコンの加工プロセスにおいてフォーカスリングFRを利用するために、フォーカスリング本体60がシリコンから形成されている。したがって、各センサチップSCのベース部もシリコンから形成されることが望ましいが、上記加工プロセスによるベース部の削れを抑制する必要がある。そこで、フォーカスリングFRでは、各センサチップSCのベース部80の表面を構成する第4部分84が石英又はホウケイ酸ガラスから形成されている。また、この第4部分84とフォーカスリング本体60の第1環状部61の内側部分61aとの間に、第1電極71、第2電極72、第3電極73、第1部分81、第2部分82、及び、第3部分83が設けられている。したがって、シリコンの加工プロセスにフォーカスリングFRが用いられても、第1電極71、第2電極72、及び、第3電極73の損傷、並びに、シリコン製の第1部分81、第2部分82、及び、第3部分83の削れが抑制される。また、第1部分81と第2部分82の間、及び、第2部分82と第3部分83の間において、絶縁体から形成された第4部分84が設けられているので、第1部分81と第2部分82の間、及び、第2部分82と第3部分83の間における電気的な絶縁が確保される。なお、ホウケイ酸ガラスは、シリコンの線膨張係数に近い線膨張係数、及び、シリコンの密度(単位体積当りの質量)に近い密度を有しており、第4部分84の材料として石英よりも望ましい材料である。
また、フォーカスリングFRは、センサチップSCを有しており、処理システム1のプラズマ処理装置10では、当該フォーカスリングFRが用いられないと、制御部MCに上述した測定値(デジタル値)が入力されない。したがって、このフォーカスリングFRによれば、プラズマ処理装置10における海賊版のフォーカスリングの利用が防止され得る。
以下、センサチップSCの評価のために行ったシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、第1電極71の平面形状を長方形に設定し、第1電極71の寸法、即ち、図5に示すW1×L1を、1.0mm×3.0mmに設定した。また、第2電極72の寸法、即ち、図5に示すW2×L2を、1.4mm×3.4mmに設定した。また、第3電極73の寸法、即ち、図5に示すW3×L3を、1.8mm×3.8mmに設定した。また、センサチップSCの寸法、即ち、図5に示すW4×L4を、2.0mm×4.0mmに設定した。なお、第1電極71と第2電極72との間、及び、第2電極72と第3電極73の間にはそれぞれ、0.1mmの間隔を設定した。さらに、ベース部80の厚さ(図6のT1+T2)を0.5mmに設定し、第1部分81上での第4部分84の厚さT2を0.1mmに設定した。また、第1部分81、第2部分82、及び、第3部分83の材料を、シリコンに設定し、第4部分84の材料をガラス(比誘電率=3.9)に設定した。
そして、ウエハWを中心軸線AXに対して径方向に移動させてウエハWと第1電極71とが鉛直方向において重なる面積を種々に変化させたときの第1電極71の上方における静電容量を求めた。図9に、その結果を示す。図9において、横軸は、ウエハWのずれ量を示しており、ずれ量が0.00mmであることは、ウエハWのエッジと第1電極71の縁71bが、図4において点線DLで示すように、揃っていることを示している。また、ずれ量が正の値であることは、ウエハWのエッジが点線DLよりも中心軸線AXから離れていることを示しており、ずれ量が負の値であることは、ウエハWのエッジが点線DLよりも中心軸線AXに近いことを示している。また、図9において、左側の縦軸は、静電容量を示しており、右側の縦軸は、静電容量の差分値を示している。なお、差分値は、図9の横軸において隣り合う二つのずれ量に対応した二つの静電容量の差分値である。
図9に示すように、センサチップSCによれば、ウエハWのずれ量が変化して、ウエハWと第1電極71とが鉛直方向において重なる面積が変化すると、第1電極71の上方における静電容量が変化する。図9に示す差分値を参照すると、ウエハWのずれ量が50μm変化すると、静電容量は約10(fF)変化する。ここで、上述した回路90では、5.0fF以上の静電容量変化を検出することができる。したがって、センサチップSCによれば、50μmの分解能で、ウエハWのずれ量を検出することが可能である。
1…処理システム、TU2…搬送装置、PM1〜PM6…プロセスモジュール、10…プラズマ処理装置、12…処理容器、PD…載置台、ESC…静電チャック、LE…下部電極、MC…制御部、FR…フォーカスリング、AX…中心軸線、60…フォーカスリング本体、61…第1環状部、61a…内側部分、61t…上面、61b…外側部分、62…第2環状部、66…配線部、68…ケーブル、SC…センサチップ、71…第1電極、71a,71b…縁、72…第2電極、73…第3電極、80…ベース部、80b…下面、R1…第1領域、R2…第2領域、R3…第3領域、81…第1部分、82…第2部分、83…第3部分、84…第4部分、90…回路、92…高周波発振器、94…C/V変換回路、96…A/D変換器。

Claims (8)

  1. プラズマ処理装置においてウエハのエッジを囲むように配置されるフォーカスリングであって、
    フォーカスリング本体と、
    前記フォーカスリング本体に設けられた複数のセンサチップと、
    を備え、
    前記フォーカスリング本体は、
    中心軸線に対して周方向に延在する第1環状部であり、該中心軸線に対して周方向に延在する上面を提供する内側部分、及び、該内側部分よりも前記中心軸線に対して径方向の外側で周方向に延在する外側部分を含む、該第1環状部と、
    前記外側部分に連続し、該外側部分の上で前記中心軸線に対して周方向に延在する第2環状部と、
    を有し、
    前記複数のセンサチップは、前記内側部分内に設けられており、且つ、前記中心軸線に対して周方向に配列されており、
    前記複数のセンサチップの各々は、
    前記中心軸線に交差する方向に延在する第1電極と、
    前記第1電極から電気的に絶縁され、前記第1電極のエッジを囲むように延在する第2電極と、
    前記第1電極及び前記第2電極から電気的に絶縁され、前記第2電極のエッジを囲むように延在する第3電極と、
    を有する、
    フォーカスリング。
  2. 前記フォーカスリング本体は、シリコンから形成されており、
    前記複数のセンサチップの各々は、ベース部を更に有し、
    前記ベース部は、
    前記中心軸線に交差する方向に延在する下面であり、第1領域、該第1領域に対して間隔を有し該第1領域を囲むように延在する第2領域、及び、該第2領域に対して間隔を有し該第2領域を囲むように延在する第3領域を含む、該下面と、
    前記第1領域を提供するシリコン製の第1部分と、
    前記第2領域を提供するシリコン製の第2部分であり、前記第1部分を囲むように設けられた該第2部分と、
    前記第3領域を提供するシリコン製の第3部分であり、前記第2部分を囲むように設けられた該第3部分と、
    石英又はホウケイ酸ガラス製の第4部分であり、第1凹部、該第1凹部を囲む第2凹部、及び、該第2凹部を囲む第3凹部を提供しており、該第1凹部内に前記第1部分が設けられ、該第2凹部内に前記第2部分が設けられ、該第3凹部内に前記第3部分が設けられた、該第4部分と、
    を有し、
    前記第1電極は前記第1領域に沿って設けられており、前記第2電極は前記第2領域に沿って設けられており、前記第3電極は前記第3領域に沿って設けられており、
    前記第1電極、前記第2電極、前記第3電極、前記第1部分、前記第2部分、及び、前記第3部分は、前記内側部分と前記第4部分との間に設けられている、
    請求項1記載のフォーカスリング。
  3. 前記第1電極は、前記中心軸線に対して接線方向に延在する四角形の平面形状を有する、請求項1又は2に記載のフォーカスリング。
  4. 前記第1電極のエッジは、前記中心軸線に対して周方向に延在する該第1電極を画成する一対の円弧を含む、請求項1又は2に記載のフォーカスリング。
  5. プラズマ処理装置においてウエハのエッジを囲むように配置されるフォーカスリングに設けられる静電容量測定のためのセンサチップであって、
    所定の平面に沿って延在する第1電極と、
    前記第1電極から電気的に絶縁され、前記第1電極のエッジを囲むように延在する第2電極と、
    前記第1電極及び前記第2電極から電気的に絶縁され、前記第2電極のエッジを囲むように延在する第3電極と、
    を備えるセンサチップ。
  6. ベース部を更に備え、
    前記ベース部は、
    第1領域、該第1領域に対して間隔を有し該第1領域を囲むように延在する第2領域、及び、該第2領域に対して間隔を有し該第2領域を囲むように延在する第3領域を含む下面と、
    前記第1領域を提供するシリコン製の第1部分と、
    前記第2領域を提供するシリコン製の第2部分であり、前記第1部分を囲むように設けられた該第2部分と、
    前記第3領域を提供するシリコン製の第3部分であり、前記第2部分を囲むように設けられた該第3部分と、
    石英又はホウケイ酸ガラス製の第4部分であり、第1凹部、該第1凹部を囲む第2凹部、及び、該第2凹部を囲む第3凹部を提供しており、該第1凹部内に前記第1部分が設けられ、該第2凹部内に前記第2部分が設けられ、該第3凹部内に前記第3部分が設けられた、該第4部分と、
    を有し、
    前記第1電極は前記第1領域に沿って設けられており、前記第2電極は前記第2領域に沿って設けられており、前記第3電極は前記第3領域に沿って設けられている、
    請求項5に記載のセンサチップ。
  7. 前記第1電極は、四角形の平面形状を有する、請求項5又は6に記載のセンサチップ。
  8. 前記第1電極のエッジは、中心点に対して周方向に延在する該第1電極を画成する一対の円弧を含む、請求項5又は6に記載のセンサチップ。
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