CN101527258B - 盖部件、处理气体扩散供给装置及基板处理装置 - Google Patents

盖部件、处理气体扩散供给装置及基板处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种确保基板等离子体处理的面内均匀性的基板处理装置用盖部件、处理气体扩散供给装置和基板处理装置。等离子体处理装置(10)具备收容晶片(W)的处理室(11)；向该处理室(11)扩散供给处理气体的喷淋头(13)；和用于将处理气体导入到喷淋头(13)的处理气体导入管(40)。喷淋头(13)具有形成于其内部且与收容在处理室(11)内的晶片(W)的表面平行地扩展的内部空间(38)；使该内部空间(38)与处理室(11)内连通的多个气体孔(42)；和盖部件(50)。处理气体导入管(40)通过开口部(39)与内部空间(38)连接，开口部(39)与多个气体供给孔(42)的一部分相对置，盖部件(50)包括配置在内部空间(38)且具有与开口部(39)相对置的面的底部(51)和将底部(51)支承在规定的位置的侧壁(52)。

Description

盖部件、处理气体扩散供给装置及基板处理装置
技术领域
本发明涉及盖部件、处理气体扩散供给装置以及基板处理装置，特别是涉及对基板实施等离子体处理的基板处理装置用的盖部件。
背景技术
通常，基板处理装置具备收容作为基板的半导体设备用的晶片(以下简称“晶片”)的处理室，和配置在盖处理室的上部的喷淋头。在这种基板处理装置中，处理气体通过喷淋头的多个气体孔被供给到处理室内的处理空间，在该处理空间利用由处理气体产生的等离子体对晶片实施等离子体处理。
图7是概略地表示现有的基板处理装置具备的喷淋头的构造的截面图。
喷淋头70具有，由导电材料构成的顶部电极板71、悬挂支承该顶部电极板71的电极板支承体72、和设置在该电极板支承体72内的内部空间73。向内部空间73内导入处理气体的气体导入管74的一端与该内部空间73连接。此外，在顶部电极板71上形成有贯通该顶部电极板71并使内部空间73和处理室内(图中未示)连通的多个气体供给孔75、76。在喷淋头70中，从气体导入管74导入到内部空间73的处理气体通过气体孔75、76供给到处理空间。
但是，在喷淋头70中，由于在内部空间73中处理气体从气体导入管74朝向图中下方喷出，所以通过位于气体导入管74的正下方的气体孔75的处理气体的量相对多，通过气体孔76的处理气体的量相对少。在这种情况下，由于无法从各气体孔75、76向处理空间均匀地供给处理气体，所以由处理气体产生的等离子体在晶片上分布不均匀。因此，无法对晶片实施均匀的等离子体处理，结果，难以确保等离子体处理的面内均匀性。
针对与此，例如提案有具备在内部空间配置有缓冲板的喷淋头的基板处理装置(例如参照专利文献1)。在这样的喷淋头中，在内部空间73以与气体导入管74的开口部相对置的方式配置缓冲板77(参照图8。)，该缓冲板77防止从气体导入管74喷出的处理气体原封不动地向气体孔75流动，并且使该处理气体在内部空间73向图中横方向扩散。由此，防止通过气体孔75的处理气体的量变得非常多，并能够使处理气体从气体孔75、76向处理空间均匀地供给。
【专利文献1】日本特开平11-054440号公报
但是，存在喷淋头70的厚度(图中上下方向)受到限制，无法充分确保内部空间73的高度的情况。在这种情况下，如果在内部空间73配置上述缓冲板77，则虽然该内部空间73被分割成上部空间和下部空间，但由于任一个空间的高度均变得非常低，所以难以增大与向处理气体的横方向的流动(扩散)相关的流导。结果，由于无法使处理气体在内部空间73沿横方向充分扩散，所以不能向处理空间均匀地供给处理气体，依然难以确保晶片中的等离子体处理的面内均匀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够确保基板中的等离子体处理的面内均匀性的盖部件、处理气体扩散供给装置以及基板处理装置。
为了达到上述目的，第一方面记载的基板处理装置中的盖部件，在该基板处理装置中包括：收容基板的处理室；向该处理室内扩散供给处理气体的处理气体扩散供给装置；和用于将上述处理气体导入到上述处理气体扩散供给装置的至少一个处理气体导入管，上述处理气体扩散供给装置具有：形成于其内部且与收容在上述处理室内的基板的表面平行地扩展的内部空间，和使该内部空间与上述处理室内连通的多个气体孔，上述处理气体导入管经开口部与上述内部空间连接，上述开口部与上述多个气体孔的一部分相对置，上述盖部件覆盖上述开口部，其特征在于：上述盖部件包括：配置在上述内部空间且具有与上述开口部相对置的面的遮蔽部；和将上述遮蔽部支承于规定的位置的支承部。
第二方面记载的盖部件，其特征在于，在第一方面记载的盖部件中，上述遮蔽部的面与收容在处理室内的基板的表面平行。
第三方面记载的盖部件，其特征在于，第一或第二方面记载的盖部件，上述内部空间的与上述处理气体的扩散方向相关的高度为8mm以上。
第四方面记载的盖部件，其特征在于，第一或第二方面记载的盖部件，由以上述遮蔽部为底部且以上述支承部为侧壁的圆筒形状部件构成，上述侧壁具有至少一个以上的贯通孔。
为了达到上述目的，第五方面记载的基板处理装置的处理气体扩散供给装置，上述基板处理装置包括：具有收容基板的处理室，和至少一个处理气体导入管，上述气体扩散供给装置具有：形成于其内部且与收容在上述处理室内的基板的表面平行地扩展的内部空间；使该内部空间与上述处理室内连通的多个气体孔；和与该多个气体孔的一部分相对置且设置在上述处理气体导入管和上述内部空间之间，使上述处理气体导入管内与上述内部空间连通的开口部，上述气体扩散供给装置向上述处理室内扩散供给处理气体，其特征在于：上述气体扩散供给装置具有覆盖上述开口部的盖部件，上述盖部件包括：配置在上述内部空间且具有与上述开口部相对置的面的遮蔽部；和将上述遮蔽部支承于规定的位置的支承部。
第六方面记载的处理气体扩散供给装置，其特征在于，在第五方面记载的处理气体扩散供给装置中，划分上述内部空间的壁部、上述遮蔽部和上述支承部一体地形成。
为了达到上述目的，第七方面记载的基板处理装置，其特征在于：包括：收容基板的处理室；向该处理室内扩散供给处理气体的处理气体扩散供给装置；和用于将上述处理气体导入到上述处理气体扩散供给装置的至少一个处理气体导入管，上述处理气体扩散供给装置具有：形成于其内部且与收容在上述处理室内的基板的表面平行地扩展的内部空间，和使该内部空间与上述处理室内连通的多个气体孔，上述处理气体导入管经开口部与上述内部空间连接，上述开口部与上述多个气体孔的一部分相对置，上述处理气体扩散供给装置具有覆盖上述开口部的盖部件，上述盖部件包括：配置在上述内部空间且具有与上述开口部相对置的面的遮蔽部；和将上述遮蔽部支承于规定的位置的支承部。
根据第一方面记载的盖部件、第五方面记载的处理气体扩散供给装置、以及第七方面记载的基板处理装置，由于在与基板的表面平行地扩展的内部空间内遮蔽部与处理气体导入管的开口部相对置，所以从处理气体导入管的开口部导入的处理气体与遮蔽部冲撞从而在内部空间内与基板的表面大致平行地扩散。即，由于处理气体与基板的表面大致平行地扩散，所以不需要将内部空间分割成上部空间和下部空间。结果，能够确保与处理气体的扩散方向相关的高度并增大流导，能够向处理室内均匀地供给处理气体，因此，能够确保基板中的等离子体处理等的面内均匀性。
根据第二方面记载的盖部件，由于遮蔽部的面与收容在处理室内的基板的表面平行，因此，该遮蔽部能够使从处理气体导入管的开口导入的处理气体在内部空间中确实地与基板的表面平行地扩散，因而，能够确实地向处理室内均匀地供给处理气体。
根据第三方面记载的盖部件，能由于使与处理气体的扩散方向相关的高度为8mm以上，因此，能能够确实地处理气体的流导。
根据第四方面记载的盖部件，由于在覆盖开口部的圆筒形状部件的侧壁上具有一个以上的贯通孔，因此，能够使处理气体从处理气体导入管向内部空间与圆筒形状部件的侧面大致垂直地喷出。其结果是，能够使处理气体在内部空间确实地与基板的表面大致平行地扩散。
根据第六方面记载的处理气体扩散装置，由于划分内部空间的壁部、遮蔽部和支承部一体地形成，因此能够在不增加处理气体扩散供给装置的构成部件的数量的条件下确保基板的等离子体处理的面内均匀性。
附图说明
图1是概略地表示具备本发明的实施方式的盖部件的等离子体处理装置的结构的截面图。
图2是概略地表示图1中的处理气体扩散供给装置的结构的截面图。
图3是概略地表示图1中的盖部件的结构的立体图。
图4是用于说明关于气体的流动的流导的图。
图5是概略地表示盖部件的第一变形例的立体图。
图6是概略地表示盖部件的第二变形例的立体图。
图7是概略地表示现有的喷淋头的结构的截面图。
图8是概略地表示具备缓冲板的现有的喷淋头的结构的截面图。
符号说明
W   晶片
10  基板处理装置
11  处理室
12  载置台
13  喷淋头
38  内部空间
39  开口部
40  处理气体导入管
42  气体供给孔
50  盖部件
51  底部
52  侧壁
53  贯通孔
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是概略地表示具备本发明的实施方式的盖部件的等离子体处理装置的结构的截面图。该等离子体处理装置构成为对直径为例如300mm的半导体晶片(基板)实施等离子体蚀刻等例如RIE(ReactiveIon Etching)、灰化。
在图1中，等离子体处理装置10(基板处理装置)具备例如由真空腔室构成的处理室11、配设在该处理室11内的底面中央部分的载置台12、和在该载置台12的上方以与载置台12相对置的方式设置的喷淋头13(处理气体扩散供给装置)。
处理室11具有小径的圆筒状的上部室11a、和大径的圆筒状的下部室11b。上部室11a和下部室11b相互连通，整个处理室11气密地构成。在上部室11a内容纳有载置台12和喷淋头13，在下部室11b内容纳有支承壳14，其支承载置台12并收容制冷剂或背侧气体用的配管。
在下部室11b的底面设置有排气口15，排气装置17通过排气管16与该排气口15连接。该排气装置17具有APC(Adaptive PressureControl)阀、DP(干泵Dry Pump)、TMP(涡轮分子泵：Turbo MolecularPump)(均未图示)，APC阀等利用来自控制部(未图示)的信号进行控制，对处理室11内整体进行真空排气从而维持所希望的真空度。另一方面，在上部室11a的侧面设置有晶片W的搬出搬入口18，该搬出搬入口18可由闸阀19开闭。此外，上部室11a和下部室11b由铝等导电性部件构成，并且接地。
载置台12例如具有：由导电体的铝构成的台形部件的等离子体生成用的下部电极20；为了在后述的处理空间内使电场强度均匀而埋设在下部电极20的上面中央部分的、例如由电介质的陶瓷构成的电介质层21；和用于将晶片W静电吸附并固定在载置面上的静电卡盘22。在载置台12中，下部电极20、电介质层21和静电卡盘22按该顺序依次层叠。此外，下部电极20通过绝缘部件24固定于设置在支承壳14上的支承台23，相对于处理室11处于充分的电浮起状态。
在下部电极20内形成有用于流通制冷剂的制冷剂流路25，通过在制冷剂流路中流动制冷剂来冷却下部电极20，将载置在静电卡盘22上面的载置面的晶片W冷却到所希望的温度。
静电卡盘22由电介质构成，内含导电性的电极膜26。该电极膜26由例如在氧化铝(Al2O3)中含有碳化钼(MoC)的电极材料构成。在该电极膜26上连接有高压直流电源27，供给到电极膜26的高压直流电力在静电卡盘22的载置面和晶片W之间产生库伦力，静电吸附并固定晶片W。
此外，在静电卡盘22上开口有用于提高载置面和晶片W背面之间的热传递性的放出背侧气体的贯通孔28。该贯通孔28与在下部电极20内等形成的气体流路29连通，通过该气体流路29放出从气体供给部(未图示)供给的氦(He)等背侧气体。
在下部电极20上分别通过匹配器32、33连接有例如供给100MHz的高频电力的第一高频电源30，和供给比第一高频电源30的频率低的例如3.2MHz的高频电力的第二高频电源31。从第一高频电源30供给的高频电力使处理气体产生等离子体，从第二高频电源31供给的高频电力形成朝向晶片W的偏置电压并将等离子体中的离子引入到晶片W的表面。
此外，在下部电极20的上面边缘部以包围静电卡盘22的方式配置有聚焦环34。聚焦环34，在后述的处理空间内，使等离子体扩散得比晶片W相对的空间广，使晶片W面内的蚀刻速度的均匀性提高。
在支承台23的下部外侧以包围该支承台23的方式设置有挡板35。挡板35使上部室11a内的处理气体经形成在挡板35和上部室11a壁部之间的间隙向下部室11b流通，由此起到对处理气体的流动进行整流的整流板的作用，并且防止后述的处理空间内的等离子体向下部室11b泄漏。
此外，作为上部电极的喷淋头13具有：面向上部室11a的由导电材料构成的顶部电极板36；悬挂支承该顶部电极板的电极板支承体37(壁部)；设置在该电极板支承体37内的内部空间38；和后述的盖部件50。内部空间38被收容在处理室11内且与载置在载置台12上的晶片W的表面平行地扩展。内部空间38通过开口部39与处理气体导入管40的一端连接，该处理气体导入管40的另一端与处理气体供给源41连接。处理气体供给源41具有处理气体供给量的控制机构(未图示)，进行处理气体的供给量的控制。此外，在顶部电极板36上形成有贯通该顶部电极板36而使内部空间38和上部室11a连通的多个气体供给孔42(气体孔)。喷淋头13将从处理气体导入管40导入到电极支承体37内的内部空间38的处理气体通过气体供给孔42向上部室11a内分散供给。
在等离子体处理装置10中，在上部室11a的周围在闸阀19的上下配置有两个多极环(multipole ring)磁铁43a、43b。在多极环磁铁43a、43b中，在环状的磁性体的壳体(图中未示)内收容有多个各向异性扇形柱状磁铁(图中未示)，在该壳体内相邻的多个扇形柱状磁铁的磁极的朝向配置成相互反向。由此，在相邻的扇形柱状磁铁之间形成磁力线，在位于作为上部电极的喷淋头13和下部电极20之间的处理空间的周边形成磁场，通过该磁场将等离子体关在处理空间内。另外，也可以将等离子体处理装置10的装置结构设成不具备多极环磁铁43a、43b的装置结构。
在等离子体处理装置10中，当对晶片W实施RIE或灰化时，在将处理室11内的压力调整到所希望的真空度后，将处理气体导入上部室11a内并从第一高频电源30和第二高频电源31供给高频电力，由此使处理气体产生等离子体，并且将该等离子体中的离子吸引到晶片W。
图2是概略地表示图1中的处理气体供给装置的结构的截面图。
在图2中，盖部件50具备：底部51(遮蔽部)，该其配置在内部空间38，与开口部39相对置并覆盖该开口部39；和侧壁52(支承部)，其在内部空间38在规定的位置、例如在内部空间38的关于图中上下方向的正中支承该底部51，从整体上来看呈一端开口的中空圆筒形状(参照图3)。在此，底部51呈圆板状，侧壁52与该底部51垂直。此外，侧壁52以将底部51的面收容在处理室11内且与载置在载置台12上的晶片W平行的方式支承该底部51。在盖部件50的开口一端和电极板支承体37之间配置有O形环54，通过该O形环将盖部件50和电极板支承体37之间密闭。此外，在侧壁52上形成有贯通孔53a、53b，从开口部39导入到盖部件50内的处理气体，通过该贯通孔53a、53b导入到内部空间38。
在等离子体处理装置10中，导入到盖部件50内的处理气体，冲撞该盖部件50的底部51。由于该底部51与开口部39相对置，并且被导入的处理气体的流动因冲撞而发生较大弯曲，所以被导入的处理气体不会朝向开口部39的正下方的气体供给孔42直接喷出。进而，冲撞底部51的处理气体沿着底部51的面流动，通过贯通孔53a、53b扩散到内部空间38。在此，如上所述，由于底部51的面与载置在载置台上的晶片W的表面平行，所以从贯通孔53a、53b扩散的处理气体与侧壁52大致垂直地喷出，在内部空间38内与晶片W的表面大致平行地扩散。
根据本实施方式的等离子体处理装置10，不需要将内部空间38分割成上部空间和下部空间(参照图8)。结果，在内部空间38内，能够确保与处理气体的扩散方向相关的充分的高度，能够增大与处理气体的扩散方向相关的流导。以下，使用图4对内部空间38的高度越大则流导越大的情况进行说明。
图4是用于说明与气体的流动方向相关的流导的图。
在图4中，长方体表示气体流动的空间，图中空白箭头表示气体的流动方向。此外，令上述空间的高度为ε，宽度为ω，以面(i)和面(i-1)划分的空间的长度为L。面(i)和面(i-1)中的压力分别用Psi和Ps(i-1)表示，气体的粘性系数用μ表示，与以面(i)和面(i-1)划分的空间的气体的流动方向相关的流导Csi用下述式子(1)表示。
Csi＝ε3ω/12μL·(Psi+Ps(i-1))/2    (1)
由式子(1)可知，由于流导Csi与空间的高度的立方成正比，所以空间的高度越大则与流动方向相关的流导越大。
此外，在以面(i)和面(i-1)划分的空间中流动的气体的流量Qsi用下述式子(2)表示。
Qsi＝Csi(Psi-Ps(i-1))    (2)
由式子(1)和(2)可知，由于在规定空间流动的气体的流量与流导成正比，并且该流导与空间的高度的立方成正比，所以气体的流量对空间的高度依赖较大，高度越大则气体的流量越大。
在此，假设将用长方体表示的空间置换成等离子体处理装置10的内部空间38，多个气体供给孔42位于长方体的底面(参照图4)，作为该气体供给孔42中的一部分的气体供给孔42a位于开口部39和盖部件50的正下方，气体供给孔42c位于内部空间38的外边缘。如上所述，如果能够充分确保空间的高度，则与气体的扩散方向相关的流路变大，因此不将内部空间38分割成上部空间和下部空间，处理气体从开口部39的正下方的内部空间38(气体供给孔42a的正上方的空间)充分地扩散至离开图4中右方向的内部空间38(气体供给孔42c的正上方的空间)。由此，能够从各气体供给孔42a、42c向处理室11内均匀地供给处理气体，因此能够确保晶片W中的等离子体处理的面内均匀性。另外，本发明人确认了在内部空间38的高度为8mm以上时，处理气体能够更有效地扩散。
在上述的本实施方式中，盖部件50呈圆筒形状，但盖部件50的形状并不限定于此，侧壁52可以是如图5所示的板状，也可以是如图6所示的棒状。此外，底部51只要是覆盖开口部39的面即可，并不限定于圆板状。
此外，也可以一体形成该盖部件50和喷淋头13，由此，不需要增加构成喷淋头的部件数量，因此，不会使喷淋头13和等离子体处理装置10的制造工序变得复杂。
(实施例)
接着，对本发明的实施例进行说明。
首先，本发明人准备在整个表面形成有氧化膜的晶片Wox，将晶片Wox收容在具备图2所示的盖部件50的等离子体处理装置10的处理室11内，对该晶片Wox实施RIE。在RIE结束之后，测定晶片Wox的整个表面的氧化膜厚，计算出蚀刻速率以及蚀刻速率的不均匀度(实施例1)。此外，准备在整个表面形成有光致抗蚀剂膜的晶片Wpr，实施与实施例1同样的处理，计算出蚀刻速率以及蚀刻速率的不均匀度(实施例2)。
比例1、2
其次，本发明人将在整个表面形成有氧化膜的晶片Wox收容等离子体处理装置10中，该等离子体处理装置10设置有，代替喷淋头13而具有缓冲板77(参照图8)的喷淋头70，对该晶片Wox实施与实施例1同样的RIE。在RIE结束之后，测定晶片Wox的整个表面的氧化膜厚，计算出蚀刻速率以及蚀刻速率的不均匀度(实施例1)。此外，使用在整个表面形成有光致抗蚀剂膜的晶片Wpr，实施与实施例1同样的处理，计算出蚀刻速率以及蚀刻速率的不均匀度(实施例2)。
在表1中表示实施例1、2以及比较例1、2的结果。
(表1)
Figure G2009101263569D00101
从实施例1、2以及比较例1、2可确认无论是晶片Wox和晶片Wpr的哪一个，在使用代替缓冲板而具备盖部件50的等离子体处理装置10实施等离子体处理的情况下蚀刻速率的不均匀度低(均匀性高)。从该结果可知，在具备盖部件50的等离子体处理装置10中，晶片W的表面的蚀刻速率的不均匀性变低，能够确保晶片W的面内均匀性。

Claims (6)

1.一种基板处理装置中的盖部件，
在该基板处理装置中包括：收容基板的处理室；向该处理室内扩散供给处理气体的处理气体扩散供给装置；和用于将所述处理气体导入到所述处理气体扩散供给装置的至少一个处理气体导入管，
所述处理气体扩散供给装置具有：形成于其内部且与收容在所述处理室内的基板的表面平行地扩展的内部空间，和使该内部空间与所述处理室内连通的多个气体孔，
所述处理气体导入管经开口部与所述内部空间连接，所述开口部与所述多个气体孔的一部分相对置，
所述盖部件覆盖所述开口部，其特征在于：
所述盖部件包括：
配置在所述内部空间且具有与所述开口部相对置的面的遮蔽部；和
支承所述遮蔽部，使所述遮蔽部覆盖所述开口部地形成的支承部，
所述内部空间的与所述处理气体的扩散方向相关的高度为8mm以上，
所述盖部件具有至少一个使所述开口部与所述内部空间连通的连通部。
2.如权利要求1所述的盖部件，其特征在于：
所述遮蔽部的面与收容在处理室内的基板的表面平行。
3.如权利要求1或2所述的盖部件，其特征在于：
由以所述遮蔽部为底部且以所述支承部为侧壁的圆筒形状部件构成，所述侧壁具有作为所述连通部的贯通孔。
4.一种基板处理装置的处理气体扩散供给装置，
所述基板处理装置包括：具有收容基板的处理室，和至少一个处理气体导入管，
所述气体扩散供给装置具有：形成于其内部且与收容在所述处理室内的基板的表面平行地扩展的内部空间；使该内部空间与所述处理室内连通的多个气体孔；和与该多个气体孔的一部分相对置且设置在所述处理气体导入管和所述内部空间之间，使所述处理气体导入管内与所述内部空间连通的开口部，所述气体扩散供给装置向所述处理室内扩散供给处理气体，其特征在于：
所述气体扩散供给装置具有覆盖所述开口部的盖部件，
所述盖部件包括：配置在所述内部空间且具有与所述开口部相对置的面的遮蔽部；和支承所述遮蔽部，使所述遮蔽部覆盖所述开口部地形成的支承部，
所述内部空间的与所述处理气体的扩散方向相关的高度为8mm以上，
所述盖部件具有至少一个使所述开口部与所述内部空间连通的连通部。
5.如权利要求4所述的处理气体扩散供给装置，其特征在于：
划分所述内部空间的壁部、所述遮蔽部和所述支承部一体地形成。
6.一种基板处理装置，其特征在于：
包括：收容基板的处理室；向该处理室内扩散供给处理气体的处理气体扩散供给装置；和用于将所述处理气体导入到所述处理气体扩散供给装置的至少一个处理气体导入管，
所述处理气体扩散供给装置具有：形成于其内部且与收容在所述处理室内的基板的表面平行地扩展的内部空间，和使该内部空间与所述处理室内连通的多个气体孔，
所述处理气体导入管经开口部与所述内部空间连接，所述开口部与所述多个气体孔的一部分相对置，
所述处理气体扩散供给装置具有覆盖所述开口部的盖部件，
所述盖部件包括：配置在所述内部空间且具有与所述开口部相对置的面的遮蔽部；和支承所述遮蔽部，使所述遮蔽部覆盖所述开口部地形成的支承部，
所述内部空间的与所述处理气体的扩散方向相关的高度为8mm以上，
所述盖部件具有至少一个使所述开口部与所述内部空间连通的连通部。
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