CN101720503A - 等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及等离子体处理装置。等离子体监测装置(100)具备测定部(101)和与该测定部(101)连接的同轴电缆(102)。同轴电缆(102)的一端被插入到处理室(2)内的等离子体生成区域内。同轴电缆(102)的前端部分为探针，该部分是芯线露出的状态。测定部(101)检测由同轴电缆(102)的探针部分检测出的等离子体中存在的电磁波的频率分布，并显示该检测出的频率分布。
Description
技术领域
本发明涉及用于基板的等离子体处理的等离子体处理装置。
背景技术
在以往的半导体装置的制造工序中，使用等离子体处理装置，该等离子体处理装置在处理室(chamber)内产生处理气体的等离子体，并利用该等离子体对在处理容器内配置的基板、例如半导体晶片或液晶显示装置用的玻璃基板进行等离子体处理、例如蚀刻或成膜处理。
在上述那样的等离子体处理装置中，利用等离子体的状态左右实施于基板上的处理的状态。因此，例如测定被等离子体中的电子吸收的电磁波频率、测定等离子体中的电子密度的技术已是众所周知的(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2004-103264公报
发明内容
在上述那样的以往的技术中，通过测定等离子体中的电子密度等来监测等离子体的状态。但是，等离子体的状态并不是仅用电子密度这一个因素就可表示其整体的，进而希望开发能够从别的角度多角度地详细把握等离子体的状态的等离子体监测方法。
本发明正是鉴于上述情况而做出的、目的在于提供一种能够多角度地详细把握等离子体的状态的等离子体处理装置。
用于解决课题的手段
技术方案1所记载的等离子体处理装置，其特征在于，具备：处理室，其内部配置被处理基板；气体供给机构，其向所述处理室内供给规定的处理气体；排气机构，其从所述处理室内排气；等离子体产生机构，其在所述处理室内产生所述处理气体的等离子体；等离子体监测装置，其具备：将探针配置于所述处理室内的同轴电缆；与所述同轴电缆连接、并检测被所述探针检测出的等离子体中存在的电磁波的频率分布的测定部。
技术方案2所记载的等离子体处理装置是技术方案1所记载的等离子体处理装置，其特征在于，所述测定部检测等离子体中存在的不同频率成分以及边带成分中的至少一方。
技术方案3所记载的等离子体处理装置是技术方案1所记载的等离子体处理装置，其特征在于，具备多个所述处理室，并具有控制部，该控制部基于所述等离子体监测装置的检测结果，控制等离子体以便使多个所述处理室内的等离子体的状态一致。
技术方案4所记载的等离子体处理装置是技术方案3所记载的等离子体处理装置，其特征在于，所述控制部控制所述气体供给机构、所述排气机构以及所述等离子体产生机构中的至少一个。
技术方案5所记载的等离子体处理装置，其特征在于，具备：处理室，其内部配置被处理基板；气体供给机构，其向所述处理室内供给规定流量的处理气体；排气机构，其将所述处理室内设定为规定的真空度；等离子体产生机构，其具有高频电源，在所述处理室内产生所述处理气体的等离子体；测定部，其将探针插入到所述等离子体中来检测等离子体中存在的不同频率成分以及边带成分中的至少一方；控制单元，其基于所述检测结果，控制所述气体供给机构、所述排气机构以及所述等离子体产生机构中的至少一个。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的等离子体蚀刻装置的构成的图。
图2是放大表示同轴电缆的构成的图。
图3是表示等离子体监测结果的例子的图表。
图4是表示等离子体监测结果的例子的图表。
图5是表示等离子体监测结果的例子的图表。
图6是表示等离子体监测结果的例子的图表。
图7是表示等离子体监测结果的例子的图表。
图8是表示本发明的其他实施方式的等离子体处理装置的构成的图。
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是表示作为本发明涉及的等离子体处理装置的等离子体蚀刻装置的构成的图。
等离子体蚀刻装置1构成为电极板上下平行地对置，并且连接等离子体形成用电源的电容耦合型平行平板蚀刻装置。
等离子体蚀刻装置1具有例如由对表面进行了阳极氧化处理的铝等形成并成型为圆筒形状的处理室(处理容器)2，该处理室2接地。在处理室2的底部隔着陶瓷等绝缘板3设置有用于载置被处理物例如半导体晶片W等的大致圆柱状的基座支承台4。并且，在该基座支承台4上设置有构成下部电极的基座5。该基座5上连接有高通滤波器(HPF)6。
基座支承台4的内部设置有制冷剂室7，在该制冷剂室7中制冷剂通过制冷剂导入管8被导入后进行循环并从制冷剂排出管9排出。于是，其冷热通过基座5传递给半导体晶片W，由此将半导体晶片W控制在希望的温度。
基座5将其上侧中央部成型为凸状的圆板状，并在其上设置有与半导体晶片W大致相同形状的静电卡盘11。静电卡盘11构成为在绝缘材料之间配置电极12。并且，通过从连接于电极12的直流电源13施加例如1.5V的直流电压，从而例如利用库仑力对半导体晶片W进行静电吸附。
在绝缘板3、基座支承台4、基座5、静电卡盘11上形成有用于向半导体晶片W背面供给导热介质(例如He气体等)的气体通路14，通过该导热介质基座5的冷热被传递到半导体晶片W而将半导体晶片W维持在规定的温度。
基座5的上端周缘部以围绕载置于静电卡盘11上的半导体晶片W的方式配置有环状的聚焦环15。该聚焦环15例如由硅等导电性材料构成，具有使蚀刻的均匀性提高的作用。
在基座5的上方与该基座5平行对置地配置有上部电极21。该上部电极21隔着绝缘材料22被处理室2的上部支承。上部电极21由电极板24和电极支承体25构成，该电极支承体25由支承该电极板24的导电性材料构成。电极板24例如由Si或SiC等导电体或半导体构成，具有多个吐出孔23。该电极板24形成与基座5的对置面。
在上部电极21中的电极支承体25的中央设置有气体导入口26，该气体导入口26上连接气体供给管27。并且该气体供给管27通过阀门28以及质量流量控制器29连接有处理气体供给源30。从处理气体供给源30供给用于等离子体蚀刻处理的蚀刻气体。
处理室2的底部连接有排气管31，该排气管31连接有排气装置35。排气装置35具有涡轮分子泵等真空泵，能够将处理室2内吸真空到规定的减压环境例如1Pa以下的规定压力。另外，在处理室2的侧壁上设置有闸阀32，在打开该闸阀32的状态下在处理室2与邻接的预真空室(load lock chamber)(未图示)之间输送半导体晶片W。
在上部电极21上连接有第一高频电源40，在其供电线上插入有匹配器41。而且，上部电极21连接有低通滤波器(LPF)42。该第一高频电源40具有50～150MHz范围的频率。通过施加这样的高频能够在处理室2内以优选的分离状态形成高密度的等离子体。
作为下部电极的基座5上连接有第二高频电源50，在其供电线上插入有匹配器51。该第二高频电源50具有比第一高频电源40低的频率范围，通过施加这种范围的频率，能够对作为被处理基板的半导体晶片W赋予适当的离子作用而不至于损坏。第二高频电源50的频率优选例如1～20MHz的范围。
另外，在该等离子体蚀刻装置1中设置有等离子体监测装置100。该等离子体监测装置100具有测定部101以及与该测定部101连接的同轴电缆102。同轴电缆102的一端被插入到处理室2内的等离子体生成区域内，同轴电缆102配置于处理室2内的部分被石英管103覆盖。另外，该石英管103是用于在处理室2内进行半导体晶片W的等离子体蚀刻时，防止构成同轴电缆102的金属等作为杂质混入半导体晶片W中的部件。因此，在不进行半导体晶片W的处理而试验地进行等离子体的监测时，也可在没有石英管103的状态、即同轴电缆102露出的状态下进行等离子体的监测。
如图2所示，在同轴电缆102被配置于处理室2内的一侧的前端部分是探针102a，该部分是从由铝等导体形成的芯线(内部导体)102b露出的状态。在同轴电缆102的外周部设置有由铜导管等构成的外部导体102c，在芯线(内部导体)102b和外部导体102c之间设置有由树脂等形成的绝缘材料102d。
连接上述同轴电缆102的测定部101由具有FFT(Fast FourierTransform：快速傅立叶变换)分析功能的示波器或频谱分析仪等构成。并且，能够检测由同轴电缆102的探针102a部分检测出的等离子体中存在的电磁波的频率分布，并且显示该检测出的频率分布。
如图1所示，上述构成的等离子体蚀刻装置1通过控制部60整体控制其动作。在该控制部60中设置有具备CPU并控制等离子体蚀刻装置1的各部的过程控制器61、用户接口部62以及存储部63。
用户接口部62由工序管理者为了管理等离子体蚀刻装置1而进行指令的输入操作的键盘、对等离子体蚀刻装置1的工作状况进行可视化显示的显示器等构成。
存储部63存储有配方(Recipe)，该配方是存储了用于通过过程控制器61的控制实现在等离子体蚀刻装置1中执行的各种处理的控制程序(软件)、处理条件数据等。并且，根据需要利用来自用户接口部62的指示等从存储部63调用任意的配方使之在过程控制器61进行执行，从而在过程控制器61的控制下在等离子体蚀刻装置1中进行希望的处理。另外，控制程序、处理条件数据等的配方是还能够利用存储在计算机能够读取的计算机存储介质(例如硬盘、CD、软盘、半导体存储器等)等的状态下的配方，或者是从其他装置例如通过专用线路进行随时传送而能够在线利用的配方。
通过上述构成的等离子体蚀刻装置1，在进行半导体晶片W的等离子体蚀刻时，首先，半导体晶片W在打开闸阀32之后，从未图示的预真空室被输送到处理室2内，并载置于静电卡盘11上。然后，通过从直流电源13施加直流电压，半导体晶片W被静电吸附到静电卡盘11上。接着，关闭闸阀32，通过排气装置35将处理室2内抽真空到规定的真空度。
之后，打开阀门28，从处理气体供给源30将规定的蚀刻气体一边通过质量流量控制器29调整其流量一边经由处理气体供给管27、气体导入口26导入到上部电极21的中空部，进而通过电极板24的吐出孔23如图1的箭头所示向半导体晶片W均匀地吐出。
然后，处理室2内的压力被维持在规定的压力。之后，从第一高频电源40向上部电极21施加规定频率的高频电力。由此，在上部电极21和作为下部电极的基座5之间产生高频电场，蚀刻气体离解而等离子体化。
另一方面，从第二高频电源50向作为下部电极的基座5施加比上述第一高频电源40低的频率的高频电力。由此，等离子体中的离子被引向基座5侧，通过离子辅助提高蚀刻的各向异性。
然后，若规定的等离子体蚀刻处理结束，则停止高频电力的供给及处理气体的供给，通过与上述的顺序相反的顺序将半导体晶片W从处理室2内搬出。
在上述的等离子体蚀刻工序等中，当处理室2内产生等离子体时，利用等离子体监测装置100进行等离子体的监测。此时，在测定部101中如图3所示被插入到处理室2内的探针102a检测出的电磁波的频率分布(频谱)通过将纵轴设为强度(intensity)、横轴设为频率的图表等进行显示。
图3表示在处理气体：Ar＝350sccm、压力：13.3Pa(100mTorr)、高频：60MHz/2MHz＝1500/1000W的条件下产生等离子体时由等离子体监测装置100监测的等离子体的监测状态。此时，如图3(a)所示，由于频率高的60MHz的高频的原因，除了60MHz的峰值(1)外，还示出了从第2～19共18个该60MHz的整数倍的谐波峰值。另外，如图3(b)所示，由于频率低的2MHz的高频的原因，除了2MHz的峰值(1)外还示出了从第2～4共3个该2MHz的整数倍的谐波的峰值。
另外，图3(c)是放大表示图3(a)的一部分，在峰值(1)、峰值(2)的周围示出了从高频率的60MHz加减低频率的2MHz的整数倍而成的被称为边带的多个峰值。并且，在在峰值(1)(60MHz)和峰值(2)(120MHz)之间的80MHz附近及20MHz附近也显示了原因不明的异频率的峰值。
另外，图4表示在处理气体：Ar/O2＝500/500sccm、压力：26.6Pa(200mTorr)、高频：60MHz/2MHz＝2000/1000W的条件下产生等离子体时由等离子体监测装置100监测的等离子体的监测状态。此时，如图4(a)所示，由于频率高的60MHz谐波的原因，除60MHz的峰值(1)外，还示出了峰值(2)(120MHz)、峰值(3)(180MHz)、峰值(5)(300MHz)3个谐波的峰值。另外，如图4(b)所示，由于频率低的2MHz的高频的原因，除了2MHz的峰值(1)外仅示出了峰值(2)(4MHz)这一个谐波峰值。
另外，图5表示在处理气体：CF4＝200sccm、压力：26.6Pa(200mTorr)、高频：60MHz/2MHz＝500/100W的条件下产生等离子体时由等离子体监测装置100监测的等离子体的监测状态。此时，如图5(a)所示，由于频率高的60MHz的高频的原因，除了60MHz的峰值(1)外，还示出了峰值(2)(120MHz)、峰值(3)(180MHz)、峰值(5)(300MHz)、峰值(6)(360MHz)、峰值(7)(420MHz)5个谐波的峰值。另外，如图5(b)所示，由于频率低的2MHz的高频的原因，除了示出了2MHz的峰值(1)外仅示出了峰值(2)(4MHz)这一个谐波峰值。
如上所述，若使用的处理气体的种类、流量、压力、高频电力等不同，则由等离子体监测装置100监测的等离子体的监测结果中的峰值的出现位置、高度等就会不同。
图6表示在处理气体：Ar＝350sccm、压力：13.3Pa(100mTorr)、高频：60MHz/2MHz＝1000/500、1000、2000W的条件下产生等离子体时由等离子体监测装置100监测的等离子体的监测状态。此时，在图6的上段是2MHz的高频的施加电力为500W的情况、图6的中段是2MHz的高频的施加电力为1000W的情况、图6的下段是2MHz的高频的施加电力为2000W的情况。另外，图7表示在处理气体：Ar＝350sccm、压力：13.3Pa(100mTorr)、高频：60MHz/2MHz＝500、1000、2000/0W的条件下产生等离子体时由等离子体监测装置100监测的等离子体的监测状态。此时，在图7的上段是60MHz的高频的施加电力为500W的情况，图7的中段是60MHz的高频的施加电力为1000W的情况，图7的下段是60MHz的高频的施加电力为2000W的情况。
根据图6可知，在2MHz、4MHz、6MHz，8MHz处出现谐波的峰值，如关注2MHz的频谱强度则以在电力值500W时约为0.2(Arb.Units.)、在电力值1000W时约为0.4(Arb.Units.)、在电力值1500W时约为0.6(Arb.Units.)这样的方式，谐波的强度与电力值成正比例地增加。同样，如图7所示，60MHz的谐波在60MHz、120MHz、180MHz处出现谐波峰值，并随着电力值的增加强度也增加。如这些图6、7所示，在气体种类、气体流量、压力条件为一定而仅改变施加的高频电力时，峰值的出现位置大致相同，以与电力值大致成正比例的方式峰值的高度增高。因此，利用峰值的高度能够检测高频电力的施加状态。
在图3(a)、(b)所示的60MHz的谐波和2MHz的谐波多次出现的状态下以及在如图3(c)所示的边带和20MHz和80MHz的不同频率出现的状态下，不能高效地利用施加的高频电力，可推测为是高频电力损耗较多的状态。即、若比较图3(a)和图4(a)，则图3(a)的60MHz的谐波峰值多达19个，且高频电力分散，与此相对图4(a)的高频峰值少到4，可以说高频电力的损耗很少。并且，若图3(b)和图4(b)比较，则相对图3(b)的2MHz的高频峰值为4个，图4(b)的高频峰值为两个，另外，若比较各自的强度则尽管施加于下部电极5的高频电力值是1000W为相同的情况，图4(b)也都是图3(b)的约10倍，图3所示的工艺条件下施加于下部电极5的高频电力的损耗大。如上所述，如图3所示那样在示出了多个谐波的状态以及在示出了不同频率及边带的峰值的状态下，不能高效地利用被施加的高频电力，高频电力的损耗大。因此，通过调整产生等离子体的条件(例如处理气体的供给状态、排气的状态、高频电力的施加状态中的至少一个)以便成为如图4、5所示那样的监测状态，由此能够高效地进行处理速度快的等离子体处理。
另外，若继续进行由等离子体监测装置100进行的等离子体的监测的话，能够检测由任何的装置的错误的发生、消耗部件的消耗引起的等离子体产生状态的变化等。此时，例如低频率侧的高频成分的峰值降低时，由于能够预测蚀刻率的下降的发生，因此通过实施提高低频率侧的高频的施加电力等对策，能够避免蚀刻率的下降。
进而，也可根据由等离子体监测装置100监测的等离子体的监测结果，进行多个装置的机器差别的评价。此时，例如与实际地执行工艺、使用SEM等计测其结果的情况相比，能够通过监测等离子体发生中的等离子体以短时间容易地进行评价。
另外例如图8所示，能够进行针对在大气中输送半导体晶片的一个输送机构210，通过各个预真空室211连接了多个(图8例子为3个)处理室2的等离子体处理装置200的各处理室2中的机器差别的评价及机器差别的抑制。
此时，在各处理室2中设置有上述的等离子体监测装置100的探针102a，根据由这些探针102a及测定部101测定的等离子体的监测结果，控制部60进行控制使得各处理室2内的等离子体的状态成为相同。由此，可抑制由各处理室2的机器差别引起的处理状态的差别。另外，在图8中212是载置容纳了半导体晶片的盒或晶片盒(FOUP)的载置台。
在上述那样的设置有多个处理室2时的具体的控制例如如下那样进行。即、按照每个处理室2求出各处理室2中的实际的工艺中的频率分布，比较例如频率为60MHz的频谱强度。然后，通过控制高频电力的功率、压力、处理气体的流量等使得该60MHz的频谱强度一致，而使各处理室2中的等离子体状态相同来减少机器差别。
如以上说明的那样，根据本实施方式能够多角度地详细把握等离子体的状态。另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，等离子体处理装置不限于图1所示的平行平板型的上下部高频施加型，能够适用于各种等离子体处理装置。
产业上的可利用性
本发明的等离子体处理装置能够在半导体装置的制造领域等中使用。因此具有产业上的可利用性。
Claims (5)
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，具备：
处理室，其在内部配置被处理基板；
气体供给机构，其向所述处理室内供给规定的处理气体；
排气机构，其从所述处理室内排气；
等离子体产生机构，其在所述处理室内产生所述处理气体的等离子体；
等离子体监测装置，其具备：将探针配置于所述处理室内的同轴电缆；与所述同轴电缆连接、并检测被所述探针检测出的等离子体中存在的电磁波的频率分布的测定部。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述测定部检测等离子体中存在的不同频率成分以及边带成分中的至少一方。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
具备多个所述处理室，并具有控制部，该控制部基于所述等离子体监测装置的检测结果，控制等离子体以便使多个所述处理室内的等离子体的状态一致。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述控制部控制所述气体供给机构、所述排气机构以及所述等离子体产生机构中的至少一个。
5.一种等离子体处理装置，其特征在于，具备：
处理室，其在内部配置被处理基板；
气体供给机构，其向所述处理室内供给规定流量的处理气体；
排气机构，其将所述处理室设定为规定的真空度；
等离子体产生机构，其具有高频电源，在所述处理室内产生所述处理气体的等离子体；
测定部，将探针插入到所述等离子体中来检测等离子体中存在的不同频率成分以及边带成分中的至少一方；
控制单元，其基于所述检测结果，控制所述气体供给机构、所述排气机构以及所述等离子体产生机构中的至少一个。
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