CN100508117C - 等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置，对被处理基板进行等离子体处理，该等离子体处理装置具备：收容被处理体的腔室；具有以与腔室连通的方式设置在所述腔室上方的由电介质构成的钟罩和线圈状地卷绕在所述钟罩的外侧周围并在所述钟罩内形成感应电场的天线，向着所述钟罩的内侧使等离子体产生的等离子体发生部；设置在所述等离子体发生部和所述腔室之间，将等离子体形成用的气体导入由所述等离子体发生部和所述腔室划成的处理空间的气体导入机构；设置在所述腔室内的支撑被处理体的载置台；和由电介质构成的覆盖所述载置台并且载置所述被处理体的掩模，所述掩模形成载置所述被处理体的第一区域和所述第一区域的周围的第二区域具有相同高度的构成。

Description

等离子体处理装置

本申请是申请日为2004年4月28日、申请号为200480001036.6、发明名称为“处理气体导入机构和等离子体处理装置”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及导入用于基板处理的处理气体的处理气体导入机构和导入处理气体进行基板的等离子体处理的等离子体处理装置。

背景技术

在半导体制造工序中，例如，在作为被处理体的硅晶片中形成的接触孔的底部形成Ti膜，通过Ti和基板Si的相互扩散形成TiSi，在它上面形成TiN等的阻挡层，进一步在它上面形成Al层、W层、Cu层等而进行孔的埋入和配线的形成。至今，为了实施这样的一连串工序，用具有组合器具型那样的多个容器的金属成膜系统。在这种金属成膜系统中，为了得到良好的接触在成膜处理前，先实施除去在硅晶片上形成的自然氧化膜和蚀刻损伤层等的处理。作为除去这种自然氧化膜的装置，用氢气和氩气形成感应耦合等离子体的装置是众所周知的(日本特开平4-336426号公报)。

又，作为形成感应耦合等离子体进行处理的装置，已知有，在配置有作为被处理体的半导体晶片的腔室的上部设置由电介质构成的钟罩，在它的外周部卷绕与RF电源连接的线圈电感，产生感应耦合等离子体的构成(日本特开平10-258227号公报、日本特开平10-116826号公报、日本特开平11-67746号公报、日本2002-237486号公报)。

作为这种感应耦合等离子体处理装置，是如图1中所示的它的一部分那样，经过用于导入处理气体的气体导入环408用螺丝固定包含钟罩401、线圈403、图中未示出的RF电源等的等离子体发生部400和收容被处理体的腔室201的装置。具体地说，用螺钉部件410和钟罩按压件409将钟罩401固定在气体导入环408上。这时，钟罩按压件409和气体导入环408与钟罩401之间，例如，插入例如由PTFE(聚四氟乙烯)等的树脂构成的环状缓冲材料409a，保护钟罩401。

形成保持钟罩401的气体导入环408由盖基座407保持，将该盖基座407载置在腔室201上的构造。

在钟罩401与气体导入环408之间和盖基座407与腔室201之间插入例如O环等的密封材料413和414，保持气密性。

形成从气体导入槽408b，通过与该气体导入槽408b连通的气体孔408a将例如Ar气和H₂气等的处理气体导入处理空间402的构造。对这样导入的处理气体进行等离子体激励，对作为被处理基板的半导体晶片进行等离子体处理。

这时，通过等离子体处理，例如由溅射蚀刻产生的飞散的物质附着在气体导入环408和盖基座407的侧面形成堆积物。存在着当该堆积物增厚时，从堆积的地方剥离形成粒子，使装置的工作效率降低，半导体装置的成品率降低等的问题。

为此，形成在处理空间402内，以覆盖上述气体导入环408和盖基座407的方式用螺丝412安装保护罩411的构造。当在该保护罩411上附着有由蚀刻产生的飞散物质时，通过装上卸下螺丝412置换该保护罩411，防止由于堆积物的积储而产生粒子。

又，以不遮住从气体孔408a导入的处理气体的扩散的方式，在保护罩411中设置比气体孔408a的直径大的孔部411a。因此，在气体导入环408的气体孔408a的周围附着堆积物。从而，当维修时，需要与保护罩411一起也置换气体导入环408。

但是，存在着当置换保护罩411时，需要取出钟罩401、气体导入环408和盖基座407，维修需要花费时间的问题。又，气体导入环408是，形成气体流路408b等的构造复杂，成为置换部件的费用高、装置的运行成本上升、半导体装置的生产性降低的主要原因。

另一方面，在这种感应耦合型等离子体处理装置中，没有详细研究给予等离子体处理的处理空间的形状，存在着等离子体处理的均匀性不一定充分那样的问题。

又，作为在形成等离子体的容器内载置晶片的基座的构造，已知有将晶片的保持区域削成规定深度的凹状决定晶片的位置(日本特开2002-151412号公报)。

但是，当采用这种基座的构造时，也产生等离子体处理的均匀性不充分那样的问题。

发明内容

本发明的目的是提供能够削减维修时的置换部件的费用，降低运行成本的处理气体导入机构和等离子体处理装置。

本发明的其它目的是提供容易维修，可以缩短维修时间的等离子体处理装置。

本发明的另一个目的是提供在用感应耦合等离子体的等离子体处理中，可以提高被处理体的面内均匀性的等离子体处理装置。

本发明的又一个目的是提供不使设计和制作成本上升和不损害装置构成的通用性，可以提高被处理体的面内均匀性的等离子体处理装置。

如果根据本发明的第一观点，提供一种处理气体导入机构，其中，该处理气体导入机构，在具有等离子体发生部和在内部收容被处理基板的腔室的等离子体处理装置中，设置在上述等离子体发生部和上述腔室之间，将处理气体导入由上述等离子体发生部和上述腔室划成的处理空间中，其具有：支撑上述等离子发生部并且载置在上述腔室中，形成将处理气体导入上述处理空间的气体导入通路，在其中央具有成为上述处理空间的一部分的空穴部的气体导入基座；和可以取出地安装在上述气体导入基座的上述空穴部中，具有从上述气体导入通路连通到上述处理空间而将上述处理气体喷出到上述处理空间的多个气体喷出孔的形成大致环状的气体导入板。

如果根据本发明的第二观点，提供一种等离子体处理装置，具备：产生等离子体的等离子体发生部；在内部收容被处理基板的腔室；和设置在上述等离子体发生部和上述腔室之间，将等离子体形成用的处理气体导入由上述等离子体发生部和上述腔室划成的处理空间中的处理气体导入机构，上述处理气体导入机构具有：支撑上述等离子发生部并且载置在上述腔室中，形成将处理气体导入上述处理空间的气体导入通路，在其中央具有成为上述处理空间的一部分的空穴部的气体导入基座；和可以取出地安装在上述气体导入基座的上述空穴部中，具有从上述气体导入通路连通上述处理空间而将上述处理气体喷出到上述处理空间的多个气体喷出孔的、形成大致环状的气体导入板。

如果根据本发明的第三观点，则提供一种等离子体处理装置，具备：产生等离子体的等离子体发生部；在内部收容被处理基板的腔室；设置在上述等离子体发生部和上述腔室之间，支撑上述等离子发生部并且载置在上述腔室上，将等离子体形成用的处理气体导入由上述等离子体发生部和上述腔室划成的处理空间的处理气体导入机构；和将上述处理气体导入机构和上述等离子体发生部相对上述腔室而拆装的拆装机构。

如果根据本发明的第一和第二观点，则因为使气体导入基座构造为，支撑等离子发生部并载置在上述腔室中，形成将处理气体导入上述处理空间的气体导入通路，在其中央具有成为上述处理空间的一部分的空穴部，并且将气体导入板可以取出地安装在上述气体导入基座的上述空穴部中，该气体导入板具有从上述气体导入通路连通到上述处理空间而将上述处理气体喷出到上述处理空间的多个气体喷出孔并形成大致环状，所以处理气体导入机构的构造简单化，并且使消耗部件的置换变得容易。因此，能够缩短维修时间，提高等离子体处理装置的工作效率，改善生产性。又，因为使上述处理气体导入机构的构造简单化，所以可以压低该处理气体导入机构的制造成本，可以压低等离子体处理装置的制造成本。

如果根据本发明的第三观点，则因为设置了可以将处理气体导入机构和等离子体发生部相对上述腔室进行拆装的拆装机构，所以维修容易，可以缩短维修时间。

如果根据本发明的第四观点，则提供一种作为对被处理基板进行等离子体处理的等离子体处理装置，该等离子体处理装置包括：收容被处理体的腔室；具有以与腔室连通的方式设置在上述腔室上方的由电介质构成的钟罩和线圈状地卷绕在上述钟罩的外侧周围并在上述钟罩内形成感应电场的天线，向着上述钟罩的内侧使等离子体产生的等离子体发生部；设置在上述等离子体发生部和上述腔室之间，将等离子体形成用的处理气体导入由上述等离子体发生部和上述腔室划成的处理空间的气体导入机构；和设置在上述腔室内的载置被处理体的载置台，由上述钟罩的内径D和上述钟罩的中央部的内法线高度H之比D/H表示的扁平率K为1.60～9.25。

如果根据本发明的第五观点，则提供一种作为对被处理基板进行等离子体处理的等离子体处理装置，该等离子体处理装置包括：收容被处理体的腔室；具有以与腔室连通的方式设置在上述腔室上方的由电介质构成的钟罩和线圈状地卷绕在上述钟罩的外侧周围并在上述钟罩内形成感应电场的天线，向着上述钟罩的内侧使等离子体产生的等离子体发生部；设置在上述等离子体发生部和上述腔室之间，将等离子体形成用的气体导入由上述等离子体发生部和上述腔室划成的处理空间的气体导入机构；和设置在上述腔室内的载置被处理体的载置台，由上述钟罩的内径D与上述钟罩的从中央部的顶板部分到上述载置台的距离H1之比D/H1表示的扁平率K1为0.90～3.85。

上述本发明的第四和第五观点，本发明者们发现，在用上述那样的感应耦合等离子体的处理装置中，钟罩的高度大大影响等离子体分布密度相对被处理基板的差异，特别是，为了在对大口径的硅晶片进行上述那样的等离子体处理中提高面内均匀性，使钟罩的高度最佳化是有效。

如果根据本发明的第四观点，则因为令在其内部形成等离子体的钟罩的扁平率K为1.60～9.25的大值，所以在位于载置台上的被处理基板上方的钟罩内形成的等离子体沿被处理体的处理面扩展，等离子体的密度分布沿上述处理面均匀化。因此，提高了等离子体处理中的被处理体的面内均匀性。

如果根据本发明的第五观点，则因为令考虑了从载置台到钟罩顶板部的高度的钟罩扁平率K1为0.90～3.85的大值，所以在位于载置台上的被处理体上方的钟罩内形成的等离子体沿被处理体的处理面扩展，等离子体的密度分布沿上述处理面均匀化。因此，提高了等离子体处理中的被处理体的面内均匀性。

进一步，在上述第四和第五观点中，能够只使钟罩扁平，而除此以外的腔室部分原封不动地用已有的构成，能够不导致由腔室内部的设计变更等引起的成本增高和由腔室部分的外部连接构造的变更等引起的通用性降低地，提高等离子体处理中的被处理体的面内均匀性。

如果根据本发明的第六观点，则提供一种作为对被处理基板进行等离子体处理的等离子体处理装置，其包括：收容被处理体的腔室；具有以与腔室连通的方式设置在上述腔室上方的由电介质构成的钟罩和线圈状地卷绕在上述钟罩的外侧周围并在上述钟罩内形成感应电场的天线，向着上述钟罩的内侧使等离子体产生的等离子体发生部；设置在上述等离子体发生部和上述腔室之间，将等离子体形成用的气体导入由上述等离子体发生部和上述腔室划成的处理空间的气体导入机构；设置在上述腔室内的支撑被处理体的载置台；和由电介质构成、覆盖上述载置台并且载置上述被处理体的掩模，上述掩模构成为载置上述被处理体的第一区域和上述第一区域的周围的第二区域具有相同高度。

上述本发明的第六观点是为了解决在已有的基座的将晶片保持区域雕刻成凹形的形状中，凹形的外周部的阻抗比中央部高，对形成等离子体的偏压等施加影响使等离子体处理的面内均匀性降低那样的问题，因为在载置被处理体的载置台的掩模中，形成使载置被处理体的第一区域和它的周边部的第二区域的高度相同而平坦构成，所以等离子体形成时的阻抗在第一和第二区域中均匀化，在被处理体的周边部和中央部中等离子体的分布密度均匀化，能够提高等离子体处理中的被处理体的面内均匀性。

附图说明

图1是放大已有的等离子体处理装置的概略的一部分的图。

图2是表示与本发明的第一实施方式有关的等离子体处理装置的概略的截面图。

图3是表示放大与本发明的第一实施方式有关的等离子体处理装置的气体导入机构部分的截面图。

图4A是表示构成气体导入机构的气体导入基座的立体图。

图4B是表示该气体导入基座的截面图。

图5A是表示构成气体导入机构的气体导入板的立体图。

图5B是表示该气体导入板的截面图。

图6是表示放大气体导入机构的一部分的截面图。

图7是表示气体导入机构的变形例的截面图。

图8是表示与本发明的第一实施方式有关的等离子体处理装置的外观的立体图。

图9是表示与本发明的第二实施方式有关的等离子体处理装置的截面图。

图10A是表示已有的等离子体处理装置的Ar等离子体的Ar⁺的密度分布的模拟结果的图。

图10B是表示与本发明的第二实施方式有关的等离子体处理装置中的等离子体中的Ar⁺的密度分布的模拟结果的图。

图11是表示与本发明的第二实施方式有关的等离子体处理装置的钟罩形状的效果的一个例子的曲线图。

图12是表示与本发明的第二实施方式有关的等离子体处理装置的变形例的截面图。

图13是表示与本发明的第三实施方式有关的等离子体处理装置中的半导体晶片载置构造的概略截面图。

图14是放大表示图13的半导体晶片载置构造的截面图。

图15是表示图13的半导体晶片载置构造的平面图。

图16是表示本发明的第三实施方式中的半导体晶片载置部分的台阶差和蚀刻结果误差的关系的曲线图。

具体实施方式

下面，我们参照附图说明本发明的实施方式。

第一实施方式

图2是表示与本发明的第一实施方式有关的等离子体处理装置的构成的概略图。等离子体处理装置100是对被处理基板进行等离子体处理的装置，例如用于等离子体蚀刻除去在被处理基板上形成的金属膜上和在硅晶片上形成的自然氧化膜等的包含氧化膜的杂质层的工序中。

等离子体处理装置100具有收容作为被处理基板的半导体晶片的腔室10；在腔室10内保持半导体晶片的晶片保持部20；在以覆盖腔室10的方式设置的、对晶片实施等离子体处理的处理空间S内产生等离子体的等离子体发生部40；将用于产生等离子体的气体导入上述处理空间S的气体导入机构50；向气体导入机构50供给用于产生等离子体的气体的气体供给机构60。又，具有在图2中未示出的，可以装上卸下气体导入机构50和等离子体发生部40的后述的拆装机构。

腔室10由铝或铝合金等的金属材料构成，具有形成圆筒状的本体11、和设置在本体11下方的、直径比本体11小的形成圆筒状的排气室12。排气室12是为了均匀地对本体11内部进行排气而设置的。

在腔室10的上方，以与腔室10连续的方式，设置作为等离子体发生部40的构成要素的钟罩41。钟罩41形成由电介质构成的上部闭塞的圆筒状，例如圆顶型。而且，由腔室10和钟罩41构成处理容器，其内部成为上述处理空间S。

晶片保持部20具有用于水平地支撑作为被处理体的半导体晶片W的由电介质材料构成的基座(载置台)21，将该基座21配置在圆筒状的由电介质材料构成的支撑部件22支撑的状态中。此外，既可以在基座21的上面形成与晶片W大致相同形状的凹部，使晶片W落入该凹部，也可以在基座21的上面设置静电吸附机构进行静电吸附。作为构成基座21的电介质材料，能够举出陶瓷材料，例如AlN、Al₂O₃，其中热传导性高的AlN是优选的。

在基座21的外周，以覆盖载置在基座21上的晶片W的边缘的方式可以升降地设置屏蔽环(shadow ring)23。屏蔽环23起着聚焦等离子体，形成均匀的等离子体的作用。又，也具有保护基座21避开等离子体的作用。

在基座21内的上部，水平面状地埋设由Mo、W等金属构成的形成网状的电极24，用于经过匹配器26在晶片上加上高频偏压引入离子的高频电源25与该电极24连接。

又，在基座21内，形成在电极24的下方位置埋设加热器28，通过从加热器电源29向加热器28供电，可以使晶片W加热到规定温度的构成。此外，使到电极24和加热器28的供电线插通到支撑部件22的内部。

在基座21中，插通着用于支撑并升降晶片W的3根(图中只示出2根)的晶片升降销31，对基座21的上面可以突出没入地设置该销钉31。将这些晶片升降销31固定在支撑板32上，由气缸等的升降机构33经过支撑板32使它们升降。

在腔室10的本体11的内部，可以自由地装上卸下地设置用于防止沿其内壁在本体11的内壁上附着由等离子体蚀刻生成的副生成物等的形成大致圆筒状的腔室屏蔽件34。该腔室屏蔽件34由Ti材料(Ti或Ti合金)构成。作为屏蔽材料也可以用Al材料，但是因为用Al材料在处理中产生粒子，所以优选用与附着物的粘附性高能够大幅度减少粒子产生的Ti材料。又，也可以在Al材料的屏蔽件本体上涂上Ti进行使用。进一步，为了提高与附着物的粘附性，也可以用等离子体处理等使腔室屏蔽件34的表面成为微小的凹凸形状。通过数处(在图中2处)螺拴35将该腔室屏蔽件34安装在腔室10的本体11的底壁上，通过拧出螺拴35，能够从腔室10的本体11取出腔室屏蔽件34，能够容易地进行腔室10内的维修。

腔室10的侧壁具有开口36，用闸门阀37开闭该开口36。在打开该闸门阀37的状态中在邻接的负载锁定室(图中未示出)和腔室10内之间运送半导体晶片W。

以覆盖在本体11的底壁中央部形成的圆形空穴的方式向下方突出地设置腔室10的排气室12。排气管38与排气室12的侧面连接，排气装置39与该排气管38连接。而且通过使该排气装置39工作，可以使腔室10和钟罩41内均匀地减压到规定真空度。

上述等离子体发生部40具有上述的钟罩41、卷绕在钟罩41的外侧的作为天线部件的线圈43、向线圈43供给高频功率的高频电源44，和覆盖钟罩41和线圈43，屏蔽等离子体的紫外线和电磁波的屏蔽容器46。

钟罩41例如由石英或AlN等的陶瓷材料那样的电介质材料形成，具有圆筒状的侧壁部41a和在它上面的圆顶状的顶壁部41b。在形成该钟罩41的圆筒的侧壁部41a的外侧，在大致水平方向中使线圈与线圈之间具有5～10mm的间隙，优选是8mm的间隙地以规定的卷绕数卷绕线圈43，例如用氟树脂等的绝缘材料支撑并固定线圈43。在图示的例子中，线圈43的卷绕数为7圈。

上述高频电源44经过匹配器45与线圈43连接。高频电源44产生例如300kHz～60MHz频率的高频功率。频率优选是450kHz～13.56MHz。通过从高频电源44向线圈43供给高频功率，经过由电介质材料构成的钟罩41的侧壁部41a在钟罩41的内侧的处理空间S中形成感应电磁场。

气体导入机构50设置在腔室10和钟罩41之间，具有支撑钟罩41并且载置在腔室10上的气体导入基座48、安装在该气体导入基座48内侧的气体导入板49、和用于将钟罩41固定在气体导入基座48上的钟罩按压件47。而且，经过在后述的气体导入基座48内形成的气体导入通路48e和在气体导入板49中形成的气体喷出孔49a将来自气体供给机构60的处理气体喷出到处理空间S中。

气体供给机构60具有Ar气供给源61、H₂气供给源62，气体线路63、64分别与这些气供给源连接，这些气体线路63、64与气体线路65连接。而且，经过该气体线路65将这些气体导入到气体导入机构50中。在气体线路63、64中设置质量流量控制器66和在其前后的开闭阀67。

这样一来，经过气体导入机构50的气体导入通路48e和在气体导入板49中形成的气体喷出孔49a将经过气体供给机构60的气体线路65供给到气体导入机构50的作为处理气体的Ar气和H₂气等喷出到处理空间S中，如上所述地由在处理空间S中形成的感应电磁场进行等离子体化，形成感应耦合等离子体。

下面，我们详细说明气体导入机构50的构造。

如图3中放大地表示的那样，在气体导入基座48内形成与在腔室10的本体11的壁部形成的气体导入通路11b连接的第一气体流路48a，该第一气体流路48a与在气体导入基座48内形成大致环状或半圆状的第二气体流路48b连接。又，从第二气体流路48b向着内侧等间隔或对角地形成多条第三气体流路48c。另一方面，在气体导入基座48和气体导入板49之间，形成气体可以均匀扩散的大致环状的第四气体流路48d，上述第三气体流路48c与该第四气体流路48d连接。而且，这些第一～第四气体流路48a、48b、48c、48d连通起来构成气体导入通路48e。

从气体线路65导入的处理气体，经过气体导入通路11b，从在气体导入基座48内形成的第一气体流路48a，均匀地扩散到大致环状或半圆状地形成的第二气体流路48b中。而且，处理气体，经过与该第二气体流路48b连通，向着处理空间S的方向的多条第三气体流路48c，达到大致环状的第四气体流路48d。

另一方面，如上所述，在气体导入板49中，等间隔地形成多个与第四气体流路48d和处理空间S连通的气体喷出孔49a，从第四气体流路48d经过气体喷出孔49a将处理气体喷出到处理空间S中。又，在气体导入通路11b和第一气体流路48a的连接部分的周围，设置密封环52，保持供给处理气体的路径的气密性。

又，气体导入基座48如上所述地形成保持钟罩41并载置在腔室10的本体11上的构造。这时，在气体导入基座48和钟罩41之间及气体导入基座48和腔室10的本体11之间，分别经过例如O环等的密封材料53和54，保持处理空间S的气密性。

将钟罩41保持在气体导入基座48中，用钟罩按压件47固定它的端部。又用螺钉55将钟罩按压件47固定在气体导入基座48上。钟罩按压件47与气体导入基座48和钟罩41之间，插入由PTFE等构成的缓冲材料47a。这是为了防止由例如石英和Al₂O₃、AlN等的电介质材料构成的钟罩41与例如由Al等的金属材料等构成的钟罩按压件47和气体导入基座48发生冲突而破损。又，用螺钉56将气体导入基座48和气体导入板49固定在一起。

下面，我们更详细地说明构成上述处理气体导入机构50的气体导入基座48和气体导入板49。

图4A、4B是表示气体导入基座48的图，图4A是它的立体图，图4B是图4A中的A-A截面图。气体导入基座48例如由Al等的金属材料构成，如图4A所示，成为在它的中央形成大致圆形的空穴48f的构造，当安装到等离子体处理装置100中时，空穴48f形成处理空间S的一部分。在气体导入基座48中，如图4B的截面所示，形成上述第一～第三气体流路48a、48b、48c，第三气体流路48c与空间48d′连通。在气体导入基座48的内周面形成台阶部，气体导入板49的台阶部与该台阶部接合。而且，当将气体导入板49安装在气体导入基座48上时，在与空间48d′对应的部分中形成第四气体流路48d。

图5A、5B是表示气体导入板49的图，图5A是它的立体图，图5B是图5A中的B-B截面图。

气体导入板49成大致环状，例如由Ti或Al等的金属材料或者通过熔射等在Al母材上涂敷Ti的涂敷材料构成。气体导入板49备有具有台阶部的圆筒状的本体部49b和在其下端边缘部形成的锷部49c，沿本体49b的周面设置多个上述气体喷出孔49a。又，在锷部49c中，形成用于插通上述螺钉56而固定在气体导入基座48上的多个固定孔49d。

图6表示将气体导入基座48和气体导入板49接合起来，用螺钉56固定的状态。如图6所示，在使气体导入基座48的台阶部和气体导入板49的台阶部一致的状态中将它们组合起来，用螺钉56固定它们。而且，这时，在两者间形成第四气体流路48d，从与该第四气体流路48d连通的气体喷出孔49a喷出气体。气体导入板49具有通过螺钉56可以容易地安装在气体导入基座48上和从气体导入基座48卸下的构造。

如图7所示，也可以形成具有从第四气体流路48d一侧向处理空间S一侧扩展的形状，例如圆锥状、喇叭状的气体喷出孔49a′。因此，可以高效率均匀地将处理气体供给广大的处理空间S。

下面，我们参照表示等离子体处理装置100的外观的图8说明以上那样的气体导入机构50和等离子体发生部40的拆装机构。

如图8所示，拆装机构70具有用螺钉72c安装在规定气体导入机构50的外周的气体导入板48的一边侧的2个第一绞链部件72和设置在这2个第一绞链部件72之间，用螺钉73c固定在腔室10的本体11上的第二绞链部件73。在绞链部件72和73的中心部，分别设置通孔环72a、73a，在这些通孔环72a、73a中插通轴71。因此，可以从使外形为矩形的气体导入机构50和形成与腔室10的外形相同的矩形的本体11合在一起的安装状态，进入到将轴71作为转动中心，使气体导入机构50和等离子体发生部40转动到上方，从腔室10取出它们的状态。即，通过拆装机构70可以容易地对腔室10装上卸下气体导入机构50和等离子体发生部40，在使气体导入机构50和等离子体发生部40转动到上方的状态中，能够容易地进行维修。

又，拆装机构70具有减震器75。由固定部件75a将减震器75的一端固定在气体导入基座48上，另一端固定在腔室10的本体11上。

减震器75例如在内部具有油压机构等，形成可以伸缩的构造，当使气体导入机构50和等离子体发生部40向上方转动时，在伸长方向即旋转方向上施加作用力。因此，当使气体导入机构50和等离子体发生部40向上方转动时，能够使支撑气体导入机构50和等离子体发生部40的力减少该部分。进一步，当在气体导入基座48上装上卸下等离子体发生部40时，用螺钉74a将用于作业者把持的把柄74安装在气体导入基座48上。

下面，我们说明由如上构成的等离子体处理装置100进行的处理工作。

首先，打开闸门阀37，用图中未示出的运送臂将晶片W运入腔室10内，将晶片W送交给从基座21突出的晶片升降销31上。其次，使晶片升降销31下降将晶片W载置在基座21上面，使屏蔽环23下降。

此后，关闭闸门阀37，由排气装置39对腔室10和钟罩41内进行排气达到规定的减压状态，在该减压状态经过气体导入机构50将从气体供给机构60供给的Ar气和H₂气喷出到处理空间S。与此同时，通过从高频电源25和高频电源44，将高频功率分别供给基座21内的电极24和线圈43，在处理空间S中产生电场，激励导入钟罩41内的气体，点火产生等离子体。

在点火产生等离子体后，在钟罩41内流动感应电流，连续地生成等离子体，由该等离子体蚀刻除去在晶片W上形成的自然氧化膜，例如在硅晶片上形成的氧化硅和在金属膜上形成的金属氧化膜。这时，由高频电源25在基座21上加上偏压，由加热器28将晶片W保持在规定温度上。

这时的条件为，例如，处理空间S的压力：0.1～13.3Pa，优选0.1～2.7Pa、晶片温度：100～500℃、气体流量：Ar为0.001～0.03mL/min、H2为0～0.06L/min，优选0～0.03L/min、生成等离子体用的高频电源44的频率：300kHz～60MHz，优选450kHz～13.56MHz、功率：500～3000W、偏压用的高频电源25的功率：0～1000W(作为偏压电位-20～-200V)。这时的等离子体密度为0.7～10×10¹⁰atoms/cm³，优选1～6×10¹⁰atoms/cm³。在这种条件下通过约30秒的处理，例如除去硅氧化膜(SiO₂)约10nm。

这样一来通过除去自然氧化膜等的包含氧化物的杂质层，得到例如提高此后形成的膜的粘附性，降低电阻值等的效果。

这时，喷出处理气体的气体导入机构50，如上所述，兼备保持钟罩41的功能和一面载置在腔室10的本体11上保持气密性，一面将处理气体导入处理空间S的功能。因此，具有削减等离子体处理装置的部件数，使构造简单化，降低等离子体处理装置成本的效果。

又，当如上所述地对半导体晶片W进行等离子体处理实施溅射蚀刻时，由于溅射，在半导体晶片W周围的部件上堆积起飞散物质，成为产生粒子等的微粒子的原因，使半导体装置的生产成品率下降。例如，在半导体晶片W周围的部件上特别是积储堆积物的部分，例如在气体喷出口49a的周围容易堆积起飞散物质。

因此，在本实施方式中，形成用螺钉56将气体导入板49安装在气体导入基座48上，可以取出气体导入板49的构造。因此，容易置换气体导入板49，能够缩短维修时间。又，气体导入板49成为构造单纯廉价的部件，能够压低维修时的费用。

又，因为如上所述能够用拆装机构70能够容易地装上卸下气体导入机构50和等离子体发生部40，所以当重复等离子体处理需要维修时，能够缩短等离子体处理装置100的维修时间，提高工作率，从而提高半导体装置的生产性。

具体地说，在当交换钟罩41时和进行湿清洁等的作业时，进行腔室10的维修的情形中，需要取出等离子体发生部40，但是如上所述能够使等离子体发生部40与气体导入机构50一起转动地取出，能够在短时间内进行这些维修作业。

又，因为能够如此容易地装上卸下气体导入机构50和等离子体发生部40，所以当可以容易地并且在短时间内从腔室10取出气体导入机构50和等离子体发生部40，如上所述地置换气体导入机构的气体导入板49的作业。

进一步，拆装机构70具有减震器75，因为该减震器75对等离子体发生部40，在打开它的方向上施加作用力，所以当转动等离子体发生部40时，能够使支撑等离子体发生部40的力减少该部分，使维修作业变得容易，提高了作业效率。

第二实施方式

下面我们说明本发明的第二实施方式。

图9是与本发明的第二实施方式有关的等离子体处理装置的构成的概略图。等离子体处理装置100′，与第一实施方式有关的等离子体处理装置100同样，例如用于等离子体蚀刻除去在被处理基板上形成的金属膜上和硅晶片上形成的自然氧化膜等的包含氧化膜的杂质层的工序中，具有：收容作为被处理基板的半导体晶片的腔室10′；在腔室10′内保持半导体晶片的晶片保持部20′；在以覆盖腔室10′的方式设置的，对晶片实施等离子体处理的处理空间S内产生等离子体的等离子体发生部40′；将用于产生等离子体的气体导入上述处理空间S的气体导入机构50′；和向气体导入机构50供给用于产生等离子体的气体的气体供给机构60′。

在它们之中因为腔室10′、晶片保持部20′和其周边的部件具有与第一实施方式完全同样的构成，所以在与图2相同的部件上加上相同的标号并省略对它们的说明。

等离子体发生部40′具有钟罩141、卷绕在钟罩141的外侧的作为天线部件的线圈143、向线圈143供给高频功率的高频电源144和设置在钟罩141的顶壁上的作为对置电极的导电性部件147。

钟罩141例如由石英或Al₂O₃、AlN等的陶瓷材料那样的电介质材料形成，呈现具有圆筒状的侧壁部141a、在它上面的圆顶状的顶壁部141b(半径R1＝1600mm～2200mm)、和与侧壁部141a和顶壁部141b连接的弯曲状的角部141c(半径R2＝20mm～40mm)的多半径圆顶形状。在形成该钟罩141的圆筒的侧壁部141a的外侧，在大致水平方向中使线圈与线圈之间具有5～10mm的间隙，优选是8mm的间隙地以规定的卷绕数卷绕上述线圈143，例如用氟树脂等的绝缘材料支撑并固定线圈143。在图示的例子中，线圈143的卷绕数为4圈。上述高频电源144经过匹配器145与线圈143连接。高频电源144具有300kHz～60MHz的频率。优选是450kHz～13.56MHz。而且，通过从高频电源144向线圈143供给高频功率，经过由电介质材料构成的钟罩141的侧壁部141a在钟罩141的内侧的处理空间S中形成感应电磁场。

气体导入机构50′设置在腔室10′和钟罩141之间，具有成为环状的气体导入部件130。该气体导入部件130由Al等的导电性材料构成，接地。在气体导入部件130中，沿其内周面形成有多个气体喷出孔131。又在气体导入部件130的内部设置环状的气体流路132，从气体供给机构60′如后所述地将Ar气、H₂气等供给该气体流路132，从该气体流路132经过上述气体喷出孔131向处理空间S喷出这些气体。气体喷出孔131向着水平方向地形成，将处理气体供给钟罩141内。又，也可以使气体喷出孔131向着斜上方向形成，向钟罩141内的中央部供给处理气体。

气体供给机构60′将用于等离子体处理的气体导入处理空间S，例如与图2的气体供给机构60同样，具有气体供给源、开闭阀和用于控制流量的质量流量控制器(都没有在图中示出来)，经过气体配管161将规定气体供给上述气体导入部件130。此外，由图中未示出的控制器控制各配管的阀门和质量流量控制器。

作为等离子处理用的气体，可以例示Ar、Ne、He，能够分别用它们的单体。又，也可以将Ar、Ne、He中的任一个与H₂并用和将Ar、Ne、He中的任一个与NF₃并用。在这些气体中，与图2的情形同样，优选是Ar单独、Ar+H₂。与要蚀刻的靶材相应适当选择等离子处理用的气体。

上述导电性部件147起着对置电极的作用，并且具有按压钟罩141的功能，由表面经过阳极氧化的铝、铝、不锈钢、钛等形成。

下面，更详细地说明钟罩141。

在本实施方式中，为了通过提高等离子的均匀性提高蚀刻的面内均匀性，规定钟罩141的扁平度等。

即，形成由钟罩141的侧壁部141a的内径D和圆顶状的顶壁部141b的中央部分的高度H之比D/H定义的扁平率K(＝D/H)的值为1.60～9.25的构成。

当扁平率K比1.60小时不能够提高面内均匀性，当扁平率K比9.25大时实质上难以卷绕为了形成等离子体所需的线圈143。

又，形成由钟罩141的圆筒状的侧壁部141a的内径D和圆顶状的顶壁部141b的中央部分的、从基座21上面算起的高度H1之比D/H1定义的扁平率K1(＝D/H1)的值为0.90～3.85的构成。

当具有这种扁平率时，结果，线圈143的卷数在10次以下，希望为7～2次左右，更优选为4～2次左右。

该钟罩141的、圆顶状的顶壁部141b的中央部分的高度H的值、圆顶状的顶壁部141b的中央部分的从基座21上面算起的高度H1的值和圆筒状的侧壁部141a的内径D的值，作为一个例子，分别为H＝98mm、H1＝209mm和D＝450mm，这时的扁平率K＝4.59，扁平率K1＝2.15。

又，当表示其它各单元的尺寸关系的一个例子时，当令钟罩141的圆顶部的内法线高度为H2、钟罩2的圆筒部分的高度为H3(即，H＝H2+H3)、气体导入部件30的厚度为H4、从基座11的上面到腔室1的开口端上面(气体导入部件30的载置面)的高度为H5，从基座11的上面到气体导入部件30的上面的高度为H6时，各单元的尺寸值、比率，作为一个例子如下所示。

即，比率K2＝H/H6约为0.55～1.50。比率K3＝H2/H3在2.1以下，优选在0.85以下，更优选在0.67以下。

又，比率K4＝H2/(H3+H6)不到0.75，优选在0.65以下，更优选约在0.55以下。

又，当H2约为29～74mm时，H6+H3约为97～220mm。当H3约为35mm以上时，H5+H4约为62～120mm。当H2约为29mm时，H3约为35～100mm，H5约在0～72mm以下，优选约为22～72mm。

通过用以上那样的比率形成的钟罩141，在钟罩141内的外周部分，等离子体密度高的区域向晶片W侧移动，能够扩大等离子体密度均匀的区域。因此，在晶片W存在的部分形成均匀的等离子体，蚀刻的均匀性良好。从而，对于特别大口径的晶片(基板)是有效的。

下面，我们说明由这样构成的等离子体处理装置100′进行的处理工作。

首先，打开闸门阀37，用图中未示出的运送臂将晶片W运入腔室10′内，将晶片W送交给从基座21突出的晶片升降销31上。其次，使晶片升降销31下降将晶片W载置在基座21的上面，使屏蔽环23下降。

此后，关闭闸门阀37，由排气装置39对腔室10′和钟罩141内进行排气达到规定的减压状态，在该减压状态将从气体供给机构60′供给的规定气体，例如将Ar气从气体导入部件130的气体喷出孔131喷出到钟罩141内。与此同时，通过从偏压用的高频电源25和等离子体生成用的高频电源144，分别将0～1000W和500～3000W的高频功率供给基座21内的电极24和线圈143，在线圈143和导电性部件147之间等产生电场，激励导入钟罩141内的气体，点火等离子体。在点火等离子体后，在钟罩141内流动感应电流，连续地生成等离子体，由该等离子体蚀刻除去在晶片W上形成的自然氧化膜，例如在硅上形成的氧化硅或在金属膜上形成的金属氧化膜。这时，由高频电源25在基座21上加上偏压，由加热器28将晶片W维持在规定温度上。该温度为20～800℃，优选为20～200℃。

这时的等离子体密度为0.7～10×10¹⁰atoms/cm³，优选为1～6×10¹⁰atoms/cm³。在这种等离子体中通过约30秒的处理，例如除去硅氧化膜(SiO₂)约10nm。

这样一来通过除去自然氧化膜等的包含氧化物的杂质层，得到例如提高此后形成的膜的粘附性，降低电阻值等的效果。

这里，在本实施方式的情形中，因为如上所述地使钟罩141的扁平率K为1.60～9.25或者使扁平率K1为0.90～3.85，所以在钟罩141内形成的等离子体以沿晶片W的整个表面均匀地扩展的方式形成，因为在钟罩141内的外周部，等离子体密度高的区域向晶片侧移动，所以由等离子体对晶片W的蚀刻处理对表面全体均匀地进行，提高了蚀刻的面内均匀性。这时，通过规定R1＝1600mm～2200mm、R2＝20mm～40mm，特别是使R1大，钟罩141的截面形状成为接近长方形的扁平状，在钟罩141内形成的等离子体以沿晶片W的整个表面均匀地扩展的方式形成。所以，由等离子体对晶片W的蚀刻处理对表面全体均匀地进行，提高了蚀刻的面内均匀性。

图10A表示在已有的高度高的钟罩(高度H为137mm、内径D为450mm、线圈的卷绕数为10圈)的情形中的钟罩内的Ar等离子体的Ar⁺的密度分布的模拟结果，图10B表示在本实施方式的钟罩141(高度H为98mm、内径D为450mm、线圈的卷绕数为4圈)中的等离子体中的Ar⁺的密度分布的模拟结果。

从与图10A的已有情形比较，更加扁平形状的本实施方式的图10B，可以看到具有在晶片W的平面方向均匀扩展的Ar⁺的密度分布，从该模拟结果也保证了提高等离子体对晶片W的蚀刻的面内均匀性。

即，为了提高蚀刻的均匀性，需要在晶片面上区域中均匀地形成等离子体(Ar⁺离子密度)。从而，为了形成等离子体均匀的区域，优选使晶片W暴露在均匀地形成的Ar⁺离子密度的区域中。

即，如果横向扩展地形成钟罩141则等离子体扩展，但是装置变大，又，因为等离子体密度也减少，需要的功率增大，所以装置的成本增加。

在本实施方式的情形中，因为使钟罩141的扁平率K、K1和比率K2～K4、以及从载置台面到钟罩141内的顶部的高度H1等最佳化，所以不会导致装置的大型化和消耗电功率的增大，能够用低成本维持等离子体密度，提高均匀性。

图11是表示从载置台面到钟罩141内的顶板部的高度H1与蚀刻均匀性的关系的一个例子。如该图11中所例示的那样，直到H1为210mm蚀刻均匀性大致恒定，但是当超过250mm时蚀刻均匀性降低很多。因此，在本实施方式的情形中，如上所述，作为一个例子，使H1＝209mm，得到良好的蚀刻均匀性。

此外，在本实施方式中，削减线圈143的卷绕次数，缩减钟罩141的高度，使钟罩141扁平化，但是腔室10′原封不动地使用已有的构成。其理由是因为，通常，腔室10′，通过与其它成膜装置等的处理装置共通地设计基座和闸门阀等的机构，可以降低成本，并且通过在多种成膜装置和蚀刻装置等的处理装置中使与对腔室运入运出晶片的外部运送机构和负载锁定室的连接构造共同化，即，通过腔室与外部运送机构和负载锁定室的连接构造的标准化，使相互连接多个处理装置的多腔室化变得容易了。

换句话说，如果根据本实施方式的等离子体处理装置，则能够通过原封不动地使用已有的腔室，一面抑制成本，一面不损害通用性地，提高在对晶片的等离子体处理中的面内均匀性。

在本实施方式的等离子体处理装置中，作为气体导入机构，使用与上述第一实施方式相同的机构是优选的。图12表示该构成。该图的等离子体处理装置，代替图9的气体导入机构50′，用第一实施方式的气体导入机构50。其它与图9同样地构成。

此外，即便在本实施方式中，设置与第一实施方式的拆装机构70同样的拆装机构也是优选的。

第三实施方式

下面我们说明本发明的第三实施方式。该第三实施方式的特征是作为被处理基板的半导体晶片W的载置构造。

图13是表示与本发明的第三实施方式有关的等离子体处理装置中的半导体晶片载置构造的概略截面图。在本实施方式中可以自由装上卸下地将罩状的掩模板170设置在基座21的上面，构成晶片保持部20″，在该掩模板170的表面上载置晶片W。因为半导体晶片载置构造和腔室转动构造与第二实施方式相同，所以在图13中，在与第二实施方式的图10相同的部件上附加相同的标号，使说明简略化。

掩模板170是由石英(SiO₂)等的电介质构成的。该掩模板170是为了在没有载置晶片W的状态中进行等离子体处理实施腔室10′内的初始化，和为了防止污染物从基座21飞散到晶片W而设置的，特别当蚀刻除去硅上的氧化物时是有效的。

如图14的放大截面图所例示的那样，在掩模板170的上面平坦地，没有台阶差，相同厚度(高度)地形成与载置的晶片W的背面相接的晶片载置区域170a和其外侧的周边区域170b。

作为一个例子，当晶片W的直径为300mm时，掩模板170的外径，作为一个例子，为352mm。

在基座21和掩模板170中，在与晶片载置区域170a对应的位置上，穿过地设置插通用于支撑并升降晶片W的3根(图中只示出2根)的晶片升降销31的贯通孔31b和贯通孔170c，通过该贯通孔31b和贯通孔170c，晶片升降销31对掩模板170的上面可以突出或没入。

如图15例示的那样，在掩模板170的上面的周边区域170b中，以包围晶片W的外边缘部的方式，在周方向大致等间隔地配列多个(在本实施方式的情形中为6个)的定位突起171，防止载置在晶片载置区域170a上的晶片W的位置偏离。如图14例示的那样，以使配置在其内侧的晶片W的外周和各个定位突起171的间隙G为0.5～2mm，希望为1mm的方式，设定定位突起171的配列区域的直径。

该定位突起171的尺寸，高度比晶片W的厚度低是优选的，高度在0.775mm以下，较优选在0.7mm以下，更优选在0.05～0.3mm以下，直径为0.2～5mm。定位突起171的尺寸，作为一个例子，直径为2.4mm，高度为0.3mm，占据直径352mm的掩模板170的表面的面积能够忽视地小。即，掩模板170的表面的周边区域170b实质上具有与晶片载置区域170a相同的高度，是平坦的。

在掩模板170上面的晶片区载置区域170a中，从中心部辐射状地刻设通气槽172，该通气槽172的端部与插通晶片升降销31的贯通孔170c和贯通孔31b连通。而且，当将晶片W载置在掩模板170上的晶片区载置区域170a中时，晶片W的背面和掩模板170之间的氛围气体通过通气槽172和贯通孔170c、贯通孔31b迅速地排出到基座21的背面侧。因此，可以防止晶片W成为不稳定的浮动状态发生位置偏离，可以进行稳定并且快速的载置操作。相反地，当通过晶片升降销31的向上突起工作，使晶片W从掩模板170上面浮起时，通过贯通孔31b、贯通孔170c和通气槽172，基座21背面侧的气体流入到在晶片W的背面侧，能够防止晶片W的背面侧成为负压产生阻碍浮起的吸附力，实现晶片W的快速浮起操作。

这里，因为在图13～图15例示的掩模板170中，如上所述，没有台阶差，相同厚度(高度)地平坦地形成与载置的晶片W的背面相接的晶片载置区域170a和其外侧的周边区域170b，所以当形成等离子体时掩模板170(基座21)的上面内的阻抗分布在晶片载置区域170a和其外侧的周边区域170b中成为均匀的。因此，使等离子体密度分布，在晶片载置区域170a(晶片W的表面)上和其外侧的周边区域170b中均匀化。解除由阻抗分布的偏离等引起的在晶片W的中心部和周边部中蚀刻速度不同等的处理差异，提高在晶片W的整个面上蚀刻处理等的等离子体处理的面内均匀性。

图16是表示在掩模板170的晶片载置区域170a中形成用于定位晶片W的位置的台阶差的情形中，该台阶差的高度尺寸Ts(横轴：单位mm)的值和蚀刻结果的分散NU(纵轴：单位％，作为对从1σ的范围偏离的测定结果的个数的全部测定结果的百分率，越小越均匀)的曲线图。

如从该图16可以看到的那样，Ts的值越小，蚀刻的零散NU％也越小，在Ts＝0(即，如本实施方式那样，与晶片载置区域170a和周边区域170b的没有台阶差的平坦情形相当)，零散最小，面内均匀性最良好。

当如本实施方式那样，将备有掩模板170的晶片载置构造应用于备有与图10的与第二实施方式有关的扁平的钟罩141的等离子体处理装置100′时，通过与由该钟罩141的扁平化产生的等离子体密度分布的均匀化的相乘效果，能够期待进一步提高面内均匀性的效果。

又，即便在将备有本实施方式的掩模板170的晶片载置构造应用于备有线圈143的卷绕次数在7次以上的高度比较高的钟罩的已有的等离子体处理装置的情形中，也能够得到提高面内均匀性的效果。

此外，以上说明的实施方式是为了使本发明的技术内容变得很清楚，不能够解释为本发明只限定于这种实施方式，在本发明的思想范围内，能够实施种种变更。

例如，在上述实施方式中表示了将本发明应用于除去自然氧化膜的装置的情形，但是本发明也可以应用于进行接触蚀刻等的其它等离子体蚀刻装置，进一步，也可以将本发明应用于其它的等离子体处理装置。进一步，表示了作为被处理体用半导体晶片的例子，但是不限于此，也可以应用于LCD基板等的其它被处理体。

进一步，只要不脱离本发明的范围，适当地组合上述实施方式的构成要素，或者除去一部分上述实施方式的构成要素也都在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种等离子体处理装置，对被处理基板进行等离子体处理，其特征在于，该等离子体处理装置具备：

收容被处理体的腔室；

具有以与腔室连通的方式设置在所述腔室上方的由电介质构成的钟罩和线圈状地卷绕在所述钟罩的外侧周围并在所述钟罩内形成感应电场的天线，向着所述钟罩的内侧使等离子体产生的等离子体发生部；

设置在所述等离子体发生部和所述腔室之间，将等离子体形成用的气体导入由所述等离子体发生部和所述腔室构成的处理空间的气体导入机构；

设置在所述腔室内的支撑被处理体的载置台；和

由电介质构成的覆盖所述载置台并且载置所述被处理体的掩模，

所述掩模构成为：载置所述被处理体的第一区域和所述第一区域的周围的第二区域具有相同高度。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

在所述第二区域中设置有用于使所述被处理体定位于所述第一区域的位置中的多个突起。

3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

在所述第一区域中设置有使所述被处理体从所述载置台浮起用的升降销贯通的多个销孔和与所述销孔连通的槽图案。

4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

由所述钟罩的内径D与所述钟罩的中央部的内法线高度H之比D/H表示的扁平率K为1.60～9.25。

5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

由所述钟罩的内径D与从所述钟罩的中央部的顶板部分到所述载置台的距离H1之比D/H1表示的扁平率K1为0.90～3.85。

6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述钟罩呈现出由半径R1为1600mm～2200mm的顶壁部、圆筒状的侧壁部、连接所述顶壁部和所述侧壁部的半径R2为20mm～40mm的弯曲状的连接用角部构成的多半径圆顶形状。

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