JP6184760B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
を備えている。
このプラズマエッチング装置100は、表面が陽極酸化処理(アルマイト処理)されたアルミニウムからなる角筒形状に成形された処理容器1を有している。処理容器1は、底壁1a、4つの側壁1b(側壁1b1,1b2の2つのみ図示)により構成されている。また、処理容器1の上部には、蓋体1cが接合されている。
処理容器1内には、基板Sを載置する載置台5が設けられている。処理容器1内の底部には、絶縁部材6と、この絶縁部材6上に設けられた下部基材7が配置されている。この下部基材7の上に、基板Sを載置可能な載置台5が設けられている。下部電極でもある載置台5は、アルミニウムやステンレス鋼(SUS)などの導電性材料からなる基材5aを有している。基材5a、下部基材7及び絶縁部材6の側部は、絶縁部材8により囲まれている。絶縁部材8により載置台5の側面の絶縁性が確保され、プラズマ処理の際の異常放電が防止されている。
載置台5の上方には、この載置台5と平行に、かつ対向して上部電極として機能するシャワーヘッド15が設けられている。シャワーヘッド15は処理容器1の上部の蓋体1cに支持されている。シャワーヘッド15は中空状をなし、その内部には、ガス拡散空間15aが設けられている。また、シャワーヘッド15の下面(載置台5との対向面)には、処理ガスとしてのエッチングガスを吐出する複数のガス吐出孔15bが形成されている。このシャワーヘッド15は接地されており、載置台5とともに一対の平行平板電極を構成している。
前記処理容器1内の4隅に近い位置には、底壁1aに貫通開口部としての排気用開口27が4箇所に形成されている(2つのみ図示)。各排気用開口27には、排気管29が接続されている。排気管29は、その端部にフランジ部29aを有しており、このフランジ部29aと底壁1aとの間にOリング(図示省略)を介在させた状態で固定されている。排気管29は排気装置31に接続されている。排気装置31は、例えばターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これにより処理容器1内を所定の減圧雰囲気まで真空引きすることが可能に構成されている。また、排気管29には、排気路のコンダクタンスを可変に調節するAPCバルブ32が設けられている。
処理容器1の側壁1b1には、基板搬送用開口33が設けられている。この基板搬送用開口33は、ゲートバルブ35によって開閉され、基板Sを隣接する搬送室(図示省略)との間で搬送できるようになっている。ゲートバルブ35は、側壁1b1との間に第1のシール部材であるOリング37を介在させた状態で、螺子等の固定手段を用いて側壁1b1に固定されている。
下部基材7には、給電線39が接続されている。この給電線39には、マッチングボックス(M.B.)41を介して高周波電源43が接続されている。これにより、高周波電源43から例えば13.56MHzの高周波電力が、下部基材7を介して下部電極としての載置台5に供給される。なお、給電線39は、底壁1aに形成された貫通開口部としての給電用開口45を介して処理容器1内に導入されている。
底壁1a、絶縁部材6および下部基材7には、これらを貫通するガス通路77が形成されている。このガス通路77は、伝熱ガス供給管78を介して、ガス供給源25に接続されている。この伝熱ガス供給管78には、2つのバルブ21B,21B、マスフローコントローラ(MFC)23BおよびPCV(Pressure Control Valve)24が設けられている。そして、ガス通路77を介して伝熱ガス、例えばHeガスなどを基板Sの裏面側の伝熱空間50に供給することができる。すなわち、載置台5は、基板Sの裏面に伝熱ガスを供給して冷却するバッククーリング機構を備えている。ガス通路77に供給された伝熱ガスは、下部基材7と基材5aとの境界に形成されたガス溜り79を介して一旦水平方向に拡散した後、基材5a、第1の絶縁膜67及び第2の絶縁膜71を貫通して形成された複数のガス孔81から基板Sの裏側に噴出する。このようにして、載置台5の冷熱が基板Sに伝達され、基板Sが所定の温度に維持される。従って、載置台5から基板Sへの熱伝達を基板Sの面内で均一にすることが可能になり、エッチングむらの発生を防止できる。
プラズマエッチング装置100には、処理容器1内の圧力を計測する圧力計88が設けられている。圧力計88は、後述する制御部90と接続されており、処理容器1内の圧力の計測結果をリアルタイムで制御部90へ提供する。
プラズマエッチング装置100の各構成部は、制御部90に接続され、制御部90によって統括して制御される構成となっている。制御部90は、プラズマエッチング装置100の各構成部を制御するモジュールコントローラ(Module Controller)である。制御部90は、図示しないI/Oモジュールに接続されている。このI/Oモジュールは、複数のI/O部を有しており、プラズマエッチング装置100の各エンドデバイスに接続されている。I/O部には、デジタル信号、アナログ信号およびシリアル信号の入出力を制御するためのI/Oボードが設けられている。各エンドデバイスに対する制御信号は、それぞれI/O部から出力される。また、各エンドデバイスからの出力信号は、それぞれI/O部に入力される。プラズマエッチング装置100において、I/O部に接続されたエンドデバイスとしては、例えば、マスフローコントローラ(MFC)23A,23B、APCバルブ32、排気装置31、高周波電源43などが挙げられる。
次に、以上のように構成されるプラズマエッチング装置100における処理動作について説明する。図4は、プラズマエッチング装置100において行われる本発明の一実施の形態にかかる基板処理方法の処理手順を示すタイミングチャートである。また、図5〜10は、この処理手順の主要な工程における処理容器1内の状態を説明する工程図である。本実施の形態における好ましい処理手順は、図4に示したように、工程1〜工程5を含むことができる。
まず、前段階の処理として、ゲートバルブ35を開放した状態で、基板Sを、図示しない搬送装置のフォークによって、基板搬送用開口33を介して処理容器1内へ搬入し、リフタピン85に受け渡す。
工程1では、図5に示したように、リフタピン85によって基板Sを載置台5の上面から離間させた状態で、処理容器1内を真空状態である圧力P0に調節する。すなわち、基板搬入後、ゲートバルブ35を閉じ、排気装置31を作動させて、処理容器1内を圧力P0(引き切り状態)となるまで真空引きする。図4に示したように、この工程1の段階では、調圧ガスG1、伝熱ガスG2、エッチングガスG3のいずれも供給しない。
工程2では、図6に示したように、リフタピン85によって基板Sを載置台5の上面から離間させた状態で、第1のガス供給路としてのガス供給管19を介して処理容器1内に調圧ガスG1を導入し、処理容器1内を圧力P0よりも大きい圧力P1に調節する。すなわち、基板Sをリフタピン85によって保持した状態で、排気装置31を作動させながら、バルブ21A,21Aを開放して、ガス供給源25から調圧ガスG1をガス供給管19、ガス導入口17を介してシャワーヘッド15のガス拡散空間15aへ導入する。この際、マスフローコントローラ23Aによって調圧ガスG1の流量制御が行われる。また、APCバルブ32によって排気路のコンダクタンスを調節する。ガス拡散空間15aに導入された調圧ガスG1は、さらに複数の吐出孔15bを介して処理容器1内に均一に吐出され、処理容器1内が圧力P1に維持される。なお、図4に示したように、この工程2の段階では、伝熱ガスG2及びエッチングガスG3は供給しない。また、工程2では、排気装置31の排気強度は工程1よりも弱い調圧に設定する。
工程3では、図7に示したように、処理容器1内を圧力P1に保持した状態で、リフタピン85を下降させて載置台5に基板Sを載置する。これによって、基板Sは、載置台5上にセットされる。基板Sの裏面と載置台5の上面との間には、伝熱空間50が形成される。また、基板Sの裏面側の伝熱空間50には、調圧ガスG1が封入された状態となるため、基板Sと載置台5との間の伝熱空間50内の圧力は、圧力P1とほぼ同等になる。なお、図4に示したように、この工程3の段階では、伝熱ガスG2及びエッチングガスG3は供給しない。また、工程3では、排気装置31の排気強度は工程1よりも弱い調圧に設定する。
工程4では、図8に示したように、処理容器1内への調圧ガスG1の導入を停止するとともに、基板Sを静電吸着させた後、伝熱ガスG2の供給を開始する。基板Sの静電吸着は、第1の絶縁層67と第2の絶縁層71との間の電極69に、直流電源73から給電線75を介して直流電圧を印加することにより行う。そして、バルブ21B,21Bを開放して、ガス供給源25の伝熱ガスG2を第2のガス供給路としての伝熱ガス供給管78、ガス通路77、ガス溜り79を介して、複数のガス孔81から基板Sの裏面側へ噴射し、基板Sと載置台5との間の伝熱空間50を圧力P2に調節する。この際、マスフローコントローラ23B及びPCV24によって伝熱ガスG2の流量制御が行われ、伝熱空間50の圧力がP2に調圧される。ここで、前段の工程3において、基板Sの裏面側の伝熱空間50に調圧ガスG1が封入されており、伝熱空間50内の圧力は、ほぼ圧力P1に近い状態にあるため、圧力P2への調節を短時間で速やかに行うことが可能になる。また、調圧ガスG1と伝熱ガスG2が異なる種類のガスである場合でも、容易に伝熱ガスG2へ置換される。なお、この工程4では、調圧ガスG1として、プラズマエッチング処理に影響を与える可能性があるガス種を用いる場合には、図4及び図8に示したように、排気装置31によって処理容器1内の調圧ガスG1の排気を行い、処理容器1内の伝熱空間50以外の空間を圧力P0まで低下させることが好ましい。図4に示したように、この工程4の段階では、未だエッチングガスG3は供給しない。また、工程4では、排気装置31の排気強度は、工程1と同等の引き切りに設定する。
工程5では、工程4の後で、伝熱ガスG2の供給を続け、伝熱空間50の圧力P2を維持しながら、図9に示したように、処理容器1内にエッチングガスG3を導入し、伝熱空間50を除く処理容器1内を圧力P3に調節して、基板Sをプラズマエッチング処理する。この工程5では、バルブ21A,21Aを開放して、ガス供給源25からエッチングガスG3をガス供給管19、ガス導入口17を介してシャワーヘッド15のガス拡散空間15aへ導入する。この際、マスフローコントローラ23AによってエッチングガスG3の流量制御が行われる。ガス拡散空間15aに導入されたエッチングガスG3は、さらに複数のガス吐出孔15bを介して載置台5上に載置された基板Sに対して均一に吐出される。このとき、処理容器1内の伝熱空間50以外の空間の圧力P3は、目的とするエッチング処理の内容に応じて適宜設定できる。この状態で高周波電源43から高周波電力が載置台5に印加する。これにより、下部電極としての載置台5と上部電極としてのシャワーヘッド15との間に高周波電界が生じ、エッチングガスG3が解離してプラズマ化する。このプラズマにより、基板Sに対してエッチング処理が施される。なお、工程5では、排気装置31の排気強度は工程1よりも弱い調圧に設定する。
基板Sに対して所定時間のエッチング処理を施した後、高周波電源43からの高周波電力の印加を停止する。また、バルブ21A,21Aを閉じて、エッチングガスG3の導入を停止した後、図10に示したように、処理容器1内を所定の圧力まで減圧するとともに、リフタピン85によって基板Sを搬送位置まで上昇させる。なお、本工程では、処理容器1内を圧力P0まで低下させることが好ましい。次に、ゲートバルブ35を開放し、載置台5から図示しない搬送装置のフォークに基板Sを受け渡し、処理容器1の基板搬送用開口33から基板Sを搬出する。以上の操作により、基板Sに対するプラズマエッチング処理が終了する。
Claims (17)
- 基板の裏面側に伝熱ガスを供給しながら処理を行う基板処理方法であって、
被処理体を収容するとともに、内部を真空に保持することが可能な処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を載置するとともに、前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを噴射する複数のガス孔を有する載置台と、
前記載置台の上面に対して突没変位可能に設けられ、前記基板を、前記載置台の上面から離間させた位置に支持する支持部材と、
前記処理容器内にガスを供給する第1のガス供給路と、
前記ガス孔に連通する第2のガス供給路と、
前記第1のガス供給路に設けられ、前記ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、
前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、
前記処理容器に接続された排気路と、
前記排気路のコンダクタンスを可変に調節するバルブと、
前記排気路に接続された排気装置と、
を備えた処理装置を用い、
前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記処理容器内を真空状態である圧力P0に調節するステップと、
前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記第1のガス供給路を介して前記処理容器内に調圧ガスを導入し、前記処理容器内を前記圧力P0よりも高い圧力P1に調節するステップと、
前記処理容器内を前記圧力P1に保持した状態で、前記支持部材を下降させて前記載置台に前記基板を載置するステップと、
前記載置台に前記基板を載置した状態で、前記処理容器内への調圧ガスの導入を停止し、前記第2のガス供給路及び前記ガス孔を介して前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを供給し、前記基板と前記載置台との間の伝熱空間を圧力P2に保持するステップと、
前記伝熱空間の前記圧力P2を維持しながら、前記第1のガス供給路を介して前記処理容器内に処理ガスを導入し、前記伝熱空間を除く前記処理容器内を圧力P3に調節して、前記基板を処理するステップと、
を含む基板処理方法。 - 前記伝熱空間を圧力P2に保持するステップにおいて、前記処理容器内から前記調圧ガスを排気する請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記圧力P0、P1、P2の関係が、
P1≧P2>P0
である請求項1又は2に記載の基板処理方法。 - 前記調圧ガスとして、前記伝熱ガスと同じ種類のガスを用いる請求項1から3のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記調圧ガス及び前記伝熱ガスが、ヘリウムガスである請求項4に記載の基板処理方法。
- 前記調圧ガスとして、前記伝熱ガスと異なる種類のガスを用いる請求項1から3のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記調圧ガスが窒素ガス又はヘリウムガスであり、前記伝熱ガスが、ヘリウムガス又は窒素ガスである請求項6に記載の基板処理方法。
- 前記伝熱空間を圧力P2に保持するステップでは、前記処理容器内を前記圧力P0まで低下させる請求項2に記載の基板処理方法。
- 前記ガス孔から、前記基板の裏面の外周部に向けて前記伝熱ガスを噴射する請求項1から8のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 前記ガス孔は、前記基板の端部から5mm以上20mm以下の範囲内の裏面に向けて前記伝熱ガスを噴射する請求項9に記載の基板処理方法。
- 前記基板をプラズマ処理するものである請求項1から10のいずれか1項に記載の基板処理方法。
- 基板の裏面側に伝熱ガスを供給しながら処理を行う基板処理装置であって、
被処理体を収容するとともに、内部を真空に保持することが可能な処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を載置するとともに、前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを噴射する複数のガス孔を有する載置台と、
前記載置台の上面に対して突没変位可能に設けられ、前記基板を、前記載置台の上面から離間させた位置に支持する支持部材と、
前記処理容器内にガスを供給する第1のガス供給路と、
前記ガス孔に連通する第2のガス供給路と、
前記第1のガス供給路に設けられ、前記ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、
前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、
前記処理容器に接続された排気路と、
前記排気路のコンダクタンスを可変に調節するバルブと、
前記排気路に接続された排気装置と、
前記基板処理装置の各構成部を制御して前記基板を処理する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記処理容器内を真空状態である圧力P0に調節するステップと、
前記支持部材によって前記基板を前記載置台の上面から離間させた状態で、前記第1のガス供給路を介して前記処理容器内に調圧ガスを導入し、前記処理容器内を前記圧力P0よりも高い圧力P1に調節するステップと、
前記処理容器内を前記圧力P1に保持した状態で、前記支持部材を下降させて前記載置台に前記基板を載置するステップと、
前記載置台に前記基板を載置した状態で、前記処理容器内への調圧ガスの導入を停止し、前記第2のガス供給路及び前記ガス孔を介して前記基板の裏面側へ向けて前記伝熱ガスを供給し、前記基板と前記載置台との間の伝熱空間を圧力P2に保持するステップと、
前記伝熱空間の前記圧力P2を維持しながら、前記第1のガス供給路を介して前記処理容器内に処理ガスを導入し、前記伝熱空間を除く前記処理容器内を圧力P3に調節して、前記基板を処理するステップと、
が行われるように制御することを特徴とする基板処理装置。 - 前記伝熱空間を圧力P2に保持するステップにおいて、前記処理容器内から前記調圧ガスを排気する請求項12に記載の基板処理装置。
- 前記圧力P0、P1、P2の関係が、
P1≧P2>P0
である請求項13に記載の基板処理装置。 - 前記ガス孔が、前記基板の裏面の外周部に対向する領域に偏在して設けられている請求項12から14のいずれか1項に記載の基板処理装置。
- 前記ガス孔は、前記基板の端部から5mm以上20mm以下の範囲内の裏面に対向する領域に偏在して設けられている請求項15に記載の基板処理装置。
- 前記基板処理装置は、前記処理容器内でプラズマを生成させるための高周波電源をさらに備えたプラズマ処理装置である請求項12から16のいずれか1項に記載の基板処理装置。
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