CN101276734A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够容易调节晶片周缘部温度的等离子体处理装置(1)，在处理室(10)将基板(W)载置于载置台(11)上，使供给处理室内的处理气体等离子体化对基板实施等离子体处理，载置台包括温度调节至规定温度的载置台主体(12)和配置在载置台主体上部的用于吸附基板的静电卡盘(13)，在静电卡盘上面形成有配置在中央的第一传热用气体扩散区域(47)和配置在周缘部的第二传热用气体扩散区域(48)，具有将传热用气体供给第一传热用气体扩散区域的第一传热用气体供给部(51)和将传热用气体供给第二传热用气体扩散区域的第二传热用气体供给部(52)，第二传热用气体扩散区域与第一传热用气体扩散区域的容积比为0.1以下。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及生成等离子体对基板进行蚀刻等处理的等离子体处理装置。
背景技术
例如，在半导体装置等的制造工艺中，使用下述的装置，即，利用高频电压在处理室内生成等离子体，对半导体基板(晶片)实施成膜蚀刻处理或者成膜处理等。在上述等离子体处理装置中，一般使制冷剂在处理室内在载置基板的载置台的内部形成的制冷剂流路中流动，从而使载置台成为规定温度，对载置于载置台上的晶片的温度进行调节。(例如参照专利文献1)
当对晶片实施等离子体处理时，在将晶片载置在载置台上后，使处理室内保持规定的真空度并且填充处理气体，例如由C4F8、O2、Ar构成的处理气体，并且施加高频电力在处理室内根据处理气体生成等离子体。通过该等离子体对晶片实施例如干式蚀刻(RIE)处理等的等离子体处理。此时，因实施干式蚀刻处理导致晶片温度上升，通过冷却载置台使载置台的热量传递至晶片来对晶片进行冷却。在进行该冷却时，通过使传热性优良的He气体等热传递用气体向晶片的背面流动，提高载置台上面和晶片之间的传热性，来有效地对晶片进行冷却。
专利文献1：日本特开2003-347283号公报
然而，对于上述等离子体处理装置而言，载置台的上面的面积形成为比晶片的面积小。其理由为：如果载置台的上面从处理室内露出，则在进行等离子体处理时，有可能因等离子体而损伤载置台的上面。因此，使载置台的上面的外周缘位于晶片的外周缘的内侧来配置，使晶片的外周缘突出至载置台的上面的外周缘的外侧，以此来回避因等离子体造成的损伤。
但是，在使晶片的外周缘突出至载置台的上面的外周缘的外侧的情况下，具有下述问题，即，载置台的热量难以充分传递至晶片的周缘部，晶片周缘部的冷却不充分。其结果，晶片的周缘部与内侧部相比为高温，周缘部的蚀刻特性恶化，穿孔性恶化，蚀刻的选择比降低。
另一方面，近年来随着晶片的大口径化，晶片的超细微加工化飞跃地发展，形成为利用一个晶片来生产多个设备。因此，有时也利用晶片的周缘部来生产设备。因此，有必要防止晶片的周缘部的温度上升来防止周缘部的蚀刻特性发生恶化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够很容易地对晶片周缘部的温度进行调节的等离子体处理装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种等离子体处理装置，在处理室内将基板载置于载置台上，使供给至所述处理室内的处理气体等离子体化，对基板实施等离子体处理，其特征在于：所述载置台包括：被温度调节至规定温度的载置台主体；以及配置在所述载置台主体上部的、用于吸附基板的静电卡盘，在所述静电卡盘的上面形成有配置在中央的第一传热用气体扩散区域以及配置在周缘部的第二传热用气体扩散区域，具有将传热用气体供给至所述第一传热用气体扩散区域的第一传热用气体供给部以及将传热用气体供给至所述第二传热用气体扩散区域的第二传热用气体供给部，所述第二传热用气体扩散区域相对于所述第一传热用气体扩散区域的容积比为0.1以下。
所述第二传热用气体扩散区域相对于所述第一传热用气体扩散区域的容积比优选为0.02～0.07。此外，根优选为0.03～0.06。
例如，所述第一传热用气体扩散区域是形成于所述静电卡盘上面的中央的一个或者两个以上的凹部，在所述第一传热用气体扩散区域形成有多个凸部。此外，所述第二传热用气体扩散区域是形成在所述静电卡盘上面的周缘部上的环状的凹部。
例如，所述第二传热用气体供给部相对于所述第一传热用气体供给部的供给压比为2以上。优选为2.5～4.0。
例如，利用所述第二传热用气体供给部进行的传热用气体的供给，比利用所述第一传热用气体供给部进行的传热用气体的供给先开始。
例如，所述静电卡盘利用丙烯酸类(acrylic)粘接剂与所述载置台主体的上部粘接。此外，例如在所述载置台主体的上部周缘部，绝缘材料被喷镀至所述静电卡盘的侧面的内侧。
根据本发明，通过分别对基板的周缘部和内侧部进行温度调节，而能够很容易对晶片的周缘部进行温度调节。特别是，通过使第二传热用气体扩散区域相对于所述第一传热用气体扩散区域的容积比为0.1以下，而能够局部地并且快速地对基板的周缘部进行冷却或者升温。
附图说明
图1表示的是本发明实施方式所涉及的等离子体处理装置的简要结构的截面图。
图2表示的是载置台的上面图(俯视图)。
图3是放大表示载置台的上部周缘部的部分截面图。
图4是放大表示载置台主体的上部周缘部的部分截面图。
图5表示的是本发明实施方式所涉及的等离子体处理装置的处理工序的说明图。
图6是处理工序的变形例的说明图。
图7是第一、第二传热用气体扩散区域的容积比的试算的说明图。
图8是用于确认各种粘接剂的耐等离子体性的排名评价结果图。
标号说明
W：晶片；1：等离子体处理装置；10：处理室；11：载置台；12：载置台本体；13：静电卡盘；18：排气装置；21：高频电源；24：喷淋头；30：处理气体供给部；35：制冷剂室；36：冷却单元；40：电极板；47：第一传热用气体扩散区域；48：第二传热用气体扩散区域；50：支撑部；51：第一传热用气体供给部；52：第二传热用气体供给部；55：粘接剂；56：绝缘材料；70：控制部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。其中，在说明书以及附图中，对实质上具有相同结构构成的构成要素标注相同的标号并省略其重复说明。
图1表示的是本发明实施方式所涉及的等离子体处理装置1的简要结构的截面图。图2表示的是该等离子体处理装置1所具有的载置台11的上面图(俯视图)。图3是放大表示载置台11的上部周缘部的部分截面图。图4是放大表示载置台主体12的上部周缘部的部分截面图。
等离子体处理装置1具有由金属制成的例如由铝或者不锈钢制成的电气接地的形成为密闭结构的圆筒型的处理室10。在该处理室10内配置有载置作为被处理基板的晶片W的圆柱形状的载置台(下部电极)11。该载置台11包括：例如由铝等导电性材料构成的载置台主体12；以及配置在载置台主体12的上部，用于吸附晶片W的例如由Al2O3等绝缘材料构成的静电卡盘13。载置台主体12经由绝缘件被支撑在从处理室10的底部垂直向上延伸的筒状支撑部15上。
在处理室10的侧壁与筒状支撑部15之间形成有排气路16，与该排气路16的底部连通的排气管17连接在排气装置18上。排气装置18具有真空泵，能够将处理室10内减压至规定真空度。此外，排气管17具有作为可变式蝶形阀的自动压力控制阀(automatic pressure controlvalve)19，利用该自动压力控制阀19对处理室10内的压力进行控制。
载置台主体12经由匹配器22以及供电棒23与施加等离子体生成以及离子引入用的高频电压的高频电源21电气连接。该高频电源21向载置台11施加规定频率例如60MHz的高频电力。
在处理室10的顶部配置有作为接地电极的喷淋头24。利用上述高频电源21向载置台11与喷淋头24之间施加高频电压。喷淋头24包括：具有多个气体通气孔25的下面的电极板26；以及可装卸地支撑电极板26的电极支撑体27。此外，在电极支撑体27的内部设置有缓冲室28，该缓冲室28的气体导入口29与来自于处理气体供给部30的气体供给配管31连接。
在载置台主体12的内部设置有例如沿着圆周方向配置的环状的制冷剂室35。从制冷单元36通过配管37、38向该制冷剂室35循环供给规定温度的制冷剂，例如冷却水。由此，将载置台主体12冷却至规定的温度。
配置在载置台主体12上部的静电卡盘13形成为具有适宜厚度的圆板形状，在静电卡盘13的内部埋入设置有由钨(tungsten)等导电材料构成的电极板40。电极板40与直流电源41电气连接。静电卡盘13通过从直流电源41向电极板40施加直流电压而利用库伦力对晶片W进行吸附保持。
如上所述，被冷却至规定温度的载置台主体12的热量经由静电卡盘13传递至吸附在静电卡盘13上面的晶片W。此时，为了对处理室10进行减压以使热量有效地传递至晶片W，通过第一气体供给管线45、第二气体供给管线46向吸附在静电卡盘13上面的晶片W的背面供给He等热传递用气体。
如图2、3所示，在静电卡盘13的上面形成有配置在中央的第一热传递用气体扩散区域47以及配置在周缘部的第二热传递用气体扩散区域48。在该实施方式中，第一热传递用气体扩散区域47是形成在静电卡盘13的上面中央的圆形的单一凹部，如后所述，在第一热传递用气体扩散区域47形成有多个用于喷出来自于第一气体供给管线45的传热用气体的第一气体孔102。此外，在该第一热传递用气体扩散区域47形成有多个凸部(突起部)50。该凸部50呈直径为1mm左右的圆柱形状，其数量形成为比第一气体孔102的数量多。
另一方面，第二热传递用气体扩散区域48是形成在静电卡盘13的上面的周缘部上的环状的凹部，如后所述，在第二热传递用气体扩散区域48形成有多个用于喷出来自于第二气体供给管线46的传热用气体的第二气体孔104。由此，第二热传递用气体扩散区域48被配置成在静电卡盘13的上面的周缘部包围第一热传递用气体扩散区域47的外侧。
若晶片W吸附在静电卡盘13的上面，则在与晶片W的背面之间，利用第一热传递用气体扩散区域47和第二热传递用气体扩散区域48形成传热用气体的供给空间。此时，第二热传递用气体扩散区域48相对于第一热传递用气体扩散区域47的容积比优选为0.1以下。其中，第一热传递用气体扩散区域47以及第二热传递用气体扩散区域48为距离静电卡盘13上面大致相同深度的凹部。因此，当从静电卡盘13的上面观察时，第二热传递用气体扩散区域48相对于第一热传递用气体扩散区域47的面积比也优选为0.1以下。此外，第二热传递用气体扩散区域48相对于第一热传递用气体扩散区域47的容积比(面积比)更优选为0.02～0.07，进一步优选为0.03～0.06。其中，第一热传递用气体扩散区域47的容积是除去凸部50的总体积的容积。
从第一热传递用气体供给部51经由第一气体供给管线45通过第一气体孔102向第一热传递用气体扩散区域47供给He等的传热用气体。另一方面，从第二热传递用气体供给部52经由第二气体供给管线46通过第二气体孔104向第二热传递用气体扩散区域48供给He等的传热用气体。由此，通过分别具有第一热传递用气体供给部51和第二热传递用气体供给部52，能够任意地设定相对于第一热传递用气体扩散区域47的传热用气体的供给压力以及相对于第二热传递用气体扩散区域48的传热用气体的供给压力。此时，优选第二热传递用气体供给部52相对于第一热传递用气体供给部51的供给压比为2以上，更优选供给压比为2.5～4.0。
静电卡盘13利用粘接剂55与载置台主体12的上部粘接。粘接剂55优选不采用硅类粘接剂而是丙烯酸类(acrylic)粘接剂。丙烯酸类粘接剂与硅类粘接剂相比，相对于等离子体中的自由基的消耗少，能够长时间固定在静电卡盘13上。
此外，如上所述，载置台主体12的热量经由静电卡盘13传递至晶片W，此时，因为温度变化，有时静电卡盘13产生变形，静电卡盘13上面的平面度产生恶化。若静电卡盘13上面的平面度产生恶化，则不能够可靠地吸附晶片W。因此，通过调整粘接剂55的厚度，利用粘接剂55吸收因温度变化产生的静电卡盘13的变形，由此能够防止静电卡盘13上面的平面度。因此，例如当晶片W的直径为200mm时，粘接剂55的厚度为60μm以上，当晶片W的直径为300mm时，优选粘接剂55的厚度为90～150mm。
此外，如图3所示，对于等离子体处理装置1而言，由载置台主体12和静电卡盘13构成的载置台11的上面的面积形成为比晶片W的面积小。由此，通过使晶片W的外周缘比载置台11的上面的外周缘进一步向外侧突出，而能够避免因等离子体损伤载置台11的表面(静电卡盘13的表面)。另一方面，在晶片W和聚焦环60以及静电卡盘13和聚焦环60之间的间隙1有时会进入等离子体。此时，当在上述载置台主体12的上部使用丙烯酸类的粘接剂55与静电卡盘13相接合时，因为丙烯酸类的粘接剂55与硅类的粘接剂相比其电阻值低，所以易于产生Vdc，利用该Vdc，静电卡盘13能够承受损伤。
因此，当使用丙烯酸类的粘接剂55将静电卡盘13粘接在载置台主体12的上部时，如图4所示，在载置台主体12的上部周缘部，至静电卡盘13的侧面的更内侧喷镀形成有Al2O3等的绝缘材料56，使载置台主体12的上部周缘部的电阻变高。此时，绝缘材料56的喷镀范围优选为从静电卡盘13的侧面至内侧例如5mm左右。
如图1所示，在载置台11的上部，配置有环状地包围静电卡盘13的外侧的聚焦环60。此外，在载置台11的周围设置有环状的缓冲板61。此外，在处理室10的侧壁安装有用于开闭晶片W的搬入搬出口62的门阀63。此外，在处理室10的周围配置有环状或者同心圆状延伸的磁铁64。
在该等离子体处理装置的处理室10内，利用磁铁64形成向着一定方向的水平磁场，并且通过向载置台11和喷淋头24之间施加高频电压形成铅直方向的RF电场，由此，在处理室10内进行通过处理气体的磁控管(magnetron)放电，在载置台11的表面附近基于处理气体生成高密度的等离子体。
等离子体处理装置1的各构成要素例如排气装置18、高频电源21、处理气体供给部30、静电卡盘13用的直流电源41、第一热传递用气体供给部51以及第二热传递用气体供给部52等，均通过控制部70控制动作。
当在以上构成的等离子体处理装置1中例如进行干式蚀刻处理时，首先，在门阀63处于打开的状态下，将作为加工对象的晶片W搬入至处理室10内，并载置在静电卡盘13之上。接着，首先如图5所示，直流电源41施加直流电压，利用库伦力将晶片W吸附保持在静电卡盘13上。
接着，利用排气装置18将处理室10内减压至规定的真空度，之后，从处理气体供给部30以规定的流量和流量比向处理室10内供给例如C4F8气体、O2气体以及Ar气体构成的混合气体等处理气体，利用排气装置18将处理室10内的压力维持在规定值。
借着，通过第一热传递用气体供给部51向形成于晶片W的背面中央的第一热传递用气体扩散区域47供给He等的传热用气体，同样，通过第二热传递用气体供给部52向形成于晶片W的背面周边部的第二热传递用气体扩散区域48供给He等的传热用气体。由此，通过有效地将载置台主体12的热量传递至晶片W，对晶片W的温度进行调节。
之后，从高频电源21向载置台主体12供给高频电力，使从喷淋头24喷出的处理气体等离子体化。然后，利用由该等离子体生成的自由基或者离子对晶片W的表面进行蚀刻。
当蚀刻处理结束时，首先，停止从高频电源21供给高频电力，接着，停止静电卡盘13的吸附保持，并停止向晶片W的背面供给热传递用气体。其中，当停止静电卡盘13的吸附保持时，也可以施加负电压来进行除电。之后，分别停止利用排气装置18进行的减压以及利用处理气体供给部30进行的处理气体的供给。
在该等离子体处理装置1中，通过分别具有第一热传递用气体供给部51和第二热传递用气体供给部52，而能够任意地设定相对于第一热传递用气体扩散区域47的传热用气体的供给压力以及相对于第二热传递用气体扩散区域48的传热用气体的供给压力。因此，能够任意地变更晶片W中央部和周缘部的冷却能力。例如，因为晶片W的外周缘比载置台11的上面外周缘更向外侧突出，因此，在现有技术中存在不能充分地冷却晶片W的外周缘的问题。与其相对，根据等离子体处理装置1，提高相对于第二热传递用气体扩散区域48的传热用气体的供给压力，与晶片W中央部的冷却能力相比，晶片W周缘部的冷却能力得到提高，由此，能够对晶片W的周缘部进行与晶片W中央部同等程度的温度的冷却。其中，通过使第二热传递用气体扩散区域48相对于第一热传递用气体扩散区域47的容积比为0.1以下，而能够局部并且高速地冷却晶片W的周缘部。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述例子。作为本领域技术人员，在权利要求记载的技术思想的范围内，能够想到各种变形例以及修正例，这些当然也属于本发明权利要求范围之内。
例如，当向晶片W的背面中央的第一热传递用气体扩散区域47和背面周缘部的第二热传递用气体扩散区域48供给热传递用气体时，如图6所示，也可以首先通过第二热传递用气体供给部52开始向第二热传递用气体扩散区域48供给热传递用气体，然后，通过第一热传递用气体供给部51向第一热传递用气体扩散区域47供给热传递用气体。这样，通过先冷却晶片W的背面周缘部，能够提高晶片W周缘部的冷冻能力。
此外，第一热传递用气体扩散区域47也可以是在单一的凹部上设置多个凸部50的结构。例如，第一热传递用气体扩散区域47也可以作为设置在静电卡盘13上面的槽。此时，第二热传递用气体扩散区域48相对于第一热传递用气体扩散区域47的容积比为与上述相同的0.1以下，优选为0.02～0.07，更优选为0.03～0.06。
其中，在上述实施方式中，对冷却晶片W的情况进行了说明，但是本发明也同样适用于使晶片W升温的情况。此外，在以上说明的本实施方式中，对下部电极施加单频的高频类型的装置进行了说明，但是也可以是施加双频的高频类型的装置。此外，在以上说明的实施方式中，以使用高频电压的等离子体处理装置为例进行了说明，但是并不局限于此，使用微波的等离子体处理装置也适用于本发明。此外，在以上实施方式中，本发明适用于进行蚀刻处理的等离子体处理装置1，但是本发明也能够适用于除蚀刻处理之外的等离子体处理装置。本发明的等离子体处理装置所处理的基板可以是半导体晶片、有机E1基板、FPD(平板显示器)用的基板等任意一种。
(第一、第二热传递用气体扩散区域的容积比的试算)
对在静电卡盘13的上面形成的中央的第一热传递用气体扩散区域47的容积β与周缘部的第二热传递用气体扩散区域48的容积α进行试算。如图7所示，设静电卡盘13的半径A为150mm，第二热传递用气体扩散区域48(环状)的外半径B为148mm、内半径C为145mm，第一热传递用气体扩散区域47(圆形状)的半径D为140mm，支撑部50(圆柱形状)的半径E为0.5mm，第一热传递用气体扩散区域47和第二热传递用气体扩散区域48的深度F为50μm(0.05mm)，支撑部50的个数G为250个，则
α＝π×B2×F-π×C2×F＝138.003
β＝π×D2×F-π×E2×F×G＝3067.3875
α/β＝0.045
以该尺寸在静电卡盘的上面形成第一热传递用气体扩散区域和第二热传递用气体扩散区域并进行蚀刻处理。其结果，能够使晶片整体的温度均匀，均匀至晶片的周缘部进行蚀刻。其中，根据上述公式，作为上限，当A＝150mm，B＝148mm。C＝144mm，D＝140mm，E＝0.5mm，F＝50μm(0.05mm)，G＝250时，α/β＝0.060。另一方面，作为下限，当A＝150mm，B＝147mm。C＝145mm，D＝140mm，E＝0.5mm，F＝50μm(0.05mm)，G＝250时，α/β＝0.030。
(粘接静电卡盘的粘接剂的研究)
图8示出确认各种粘接剂的耐等离子体性的排名评价结果图。与硅类的粘接剂相比，丙烯酸类粘接剂的寿命有飞越性的提高。此外，对于粘接剂的厚度而言，当进行高温槽级别评价时得知，优选当晶片的直径为200mm时，粘接剂的厚度为60μm以上，当晶片的直径为300mm时，粘接剂的厚度为90～150μm。当晶片的直径为200mm时，使粘接剂的厚度为60μm，平面度变化量最小；当晶片的直径为300mm时，使粘接剂的厚度为120μm，平面度变化量最小。此外，对于粘接剂的直径而言，当晶片的直径为200mm时，粘接剂的直径为195.6mm最合适，当晶片的直径为300mm时，粘接剂的直径为295.2mm最合适。
工业可利用性
本发明例如能够适用于对基板进行蚀刻处理等的等离子体处理装置。

Claims (10)

1.一种等离子体处理装置，在处理室内将基板载置于载置台上，使供给至所述处理室内的处理气体等离子体化，对基板实施等离子体处理，其特征在于：
所述载置台包括：被温度调节至规定温度的载置台主体；以及配置在所述载置台主体上部的、用于吸附基板的静电卡盘，
在所述静电卡盘的上面形成有配置在中央的第一传热用气体扩散区域以及配置在周缘部的第二传热用气体扩散区域，
具有将传热用气体供给至所述第一传热用气体扩散区域的第一传热用气体供给部以及将传热用气体供给至所述第二传热用气体扩散区域的第二传热用气体供给部，
所述第二传热用气体扩散区域相对于所述第一传热用气体扩散区域的容积比为0.1以下。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二传热用气体扩散区域相对于所述第一传热用气体扩散区域的容积比为0.02～0.07。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二传热用气体扩散区域相对于所述第一传热用气体扩散区域的容积比为0.03～0.06。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一传热用气体扩散区域是在所述静电卡盘上面的中央形成的一个或者两个以上的凹部，在所述第一传热用气体扩散区域形成有多个凸部。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二传热用气体扩散区域是在所述静电卡盘上面的周缘部上形成的环状的凹部。
6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
利用所述第二传热用气体供给部进行的传热用气体的供给，比利用所述第一传热用气体供给部进行的传热用气体的供给先开始。
7.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述静电卡盘利用丙烯酸类粘接剂与所述载置台主体的上部粘接。
8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述载置台主体的上部周缘部，绝缘材料被喷镀至所述静电卡盘的侧面的内侧。
9.如权利要求1～8中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二传热用气体供给部相对于所述第一传热用气体供给部的供给压比为2以上。
10.如权利要求9所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二传热用气体供给部相对于所述第一传热用气体供给部的供给压比为2.5～4.0。
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