CN101740298B - 等离子体处理装置及其构成部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置及其构成部件，该等离子体处理装置的构成部件能够防止沉积物在角部堆积。在利用等离子体对晶片(W)实施干蚀刻处理的等离子体处理装置(10)所具备的上部电极(33)的外侧电极(33b)，内周部(33c)和倾斜面(33d)所成的角部(33e)的角度(θ1)是140°，槽(41)的底面(41a)和倾斜面(41b)所成的角部(41c)的角度(θ2)是125°，槽(41)的底面(41a)和倾斜面(41d)所成的角部(41e)的角度(θ3)是125°，槽(41)的底面(41a)的宽度是鞘层长度的2倍以上。

Description

等离子体处理装置及其构成部件
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置及其构成部件，特别是涉及暴露于等离子体的等离子体处理装置的构成部件。
背景技术
等离子体处理装置具备收容作为基板的晶片的收容室，从被导入收容室内的处理气体生成等离子体，通过该等离子体对晶片实施所希望的等离子体处理。在等离子体处理为干蚀刻处理的情况下，由于等离子体和被蚀刻物质而产生反应生成物，该反应生成物作为沉积物堆积在构成收容室的构成部件的表面等。
另一方面，在收容室内沿着暴露于等离子体的各构成部件的表面70产生鞘层(sheath)71，经由该鞘层71向各构成部件的表面打入等离子体中的离子72(图7(A))。利用该被打入的离子72溅射除去堆积在各构成部件的表面的沉积物。通常，在各构成部件的表面，反应生成物所产生的沉积物的堆积量，与由离子溅射所引起的沉积物的除去量相等或少，因此几乎不会引起沉积物的堆积。
然而，近年来，为了实现晶片的等离子体处理的均匀化，要求对收容室中的等离子体分布、特别是电子密度进行严密地控制，与此对应，提出了在与晶片相对的上部电极设置突起、槽或台阶的方案(例如参考专利文献1)。
专利文献1：日本专利申请2008-83046号说明书
但是，如图7(B)所示，在大致为直角的角部73设有的突起或槽，产生沿该角部73弯曲的鞘层74，相对于该鞘层74大致垂直地打出离子75，但从弯曲的鞘层74，离子75会被扩散地打出。其结果是，与其他部分相比，在角部73，每单位面积打入的离子75的数量极少，从而使由离子75的溅射所引起的沉积物的除去量减少，因此，存在在角部73及其附近堆积沉积物76的情况。堆积后的沉积物76被剥离而成为微粒，附着在晶片上而成为缺点(缺陷)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够防止在角部堆积沉积物的等离子体处理装置及其构成部件。
为了达成上述目的，本发明第一方面的等离子体处理装置的构成部件，是利用等离子体对基板实施等离子体处理的等离子体处理装置的构成部件，其暴露于上述等离子体，其特征在于，具有两个面交叉而形成的角部，上述两个面的交叉角度是115°～180°中的任一角度。
本发明第二方面的等离子体处理装置的构成部件，其特征在于，在第一方面的构成部件中，具有形成有上述角部的槽，该槽的宽度是鞘层长度的2倍以上。
本发明第三方面的等离子体处理装置的构成部件，其特征在于，在第二方面的构成部件中，上述构成部件是以与上述基板相对的方式配置且被施加直流电压的电极，上述等离子体中的电子密度是2.0×1010～1011cm-3，当被施加于上述电极的直流电压的值为300V以下时，上述槽的宽度为8mm以上。
为了实现上述目的，本发明第四方面的等离子体处理装置，其利用等离子体对基板实施等离子体处理，其特征在于：具备暴露于上述等离子体的构成部件，上述构成部件具有两个面交叉而形成的角部，上述两个面的交叉角度是115°～180°中的任一角度。
根据本发明第一方面的等离子体处理装置的构成部件和第四方面的等离子体处理装置，暴露于等离子体的构成部件具有两个面交叉而形成的角部，该两个面的交叉角度是115°～180°中的任一角度，因此沿角部产生的鞘层的弯曲程度降低，由此，从该鞘层被打出的离子的扩散程度也降低。其结果是，可防止在角部打入每单位面积的离子数量极端减少，从而能够抑制由离子溅射所引起的沉积物的除去量减少，因此，能够防止沉积物在角部堆积。
根据本发明第二方面的等离子体处理装置的构成部件，形成有角部的槽的宽度是鞘层长度的2倍以上，因此，即使在槽的内部形成有鞘层，沿槽的各侧面产生的鞘层也不会重叠，从而能够防止产生将离子封入其中的空心部。其结果是，能够可靠地将离子从槽的内部的鞘层朝向槽的各表面打入，从而能够防止沉积物堆积在包含角部的槽的内部。
根据本发明第三方面的等离子体处理装置的构成部件，等离子体中的电子密度是2.0×1010～1011cm-3，当向以与基板相对的方式配置的电极施加的直流电压值为300V以下时，槽的宽度为8mm以上，因此能够确实地防止沉积物堆积在电极的槽的内部，并且能够确实地防止在槽的内部产生空心(hollow)部。
附图说明
图1是概略表示具备本发明的实施方式涉及的构成部件的等离子体处理装置结构的截面图。
图2是表示等离子体处理装置的腔室的构成部件的角部的角度与该构成部件的消耗量之间关系的图表。
图3是用于说明从沿构成部件的角部产生的鞘层打出的离子的扩散程度的降低的图。
图4是概略表示图1中的外侧电极附近的结构的放大截面图。
图5是表示构成部件的槽与鞘层的产生方式的关系的截面图，图5(A)是槽的宽度极小的情况下的截面图，图5(B)是槽的宽度不太大的情况下的截面图。
图6是表示将直流电压施加于上部电极时等离子体中的电子密度与沿上部电极的表面产生的鞘层长度之间关系的图表。
图7是用于说明从沿着现有的等离子体处理装置的构成部件的表面产生的鞘层打出的离子的扩散程度的图，图7(A)是不存在角部时的图，图7(B)是存在大致为直角的角部时的图。
符号说明
W晶片
10等离子体处理装置
15第二直流电源
33上部电极
33a内侧电极
33b外侧电极
33e、38、41c、41e、73角部
39、43、47、48、52、71、74鞘层
40、44、50、72、75离子
41、42、46槽
41a底面
41b、41d  倾斜面
45、51、76沉积物
49空心部
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是概略表示具备本实施方式涉及的构成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晶片实施干蚀刻处理。
在图1中，等离子体处理装置10具有收容例如直径为300mm的晶片W的腔室11，在该腔室11内配置有载置半导体设备用的晶片W的圆柱状基座12。此外，在等离子体处理装置10中，通过腔室11的内侧壁和基座12的侧面，形成作为向腔室11之外排出基座12上方的气体的通路起作用的侧方排气通路13。在该侧方排气通路13的中途配置有排气板14。
排气板14是具有多个孔的板状部件，作为将腔室11的内部分隔成上部和下部的隔板起作用。在由排气板14分隔的腔室11内部的上部(以下，称为“反应室”)17产生等离子体。此外，在腔室11内部的下部(以下，称为“排气室(歧管)”)18连接有将腔室11内的气体排出的排气管16。排气板14捕获或反射在反应室17产生的等离子体，防止向歧管18泄漏。
排气管16与TMP(Turbo Molecular Pump：涡轮分子泵)和DP(Dry Pump：干式泵)(均未图示)连接，这些泵将腔室11内抽真空减压。具体而言，DP将腔室11内从大气压减压至中真空状态(例如，1.3×10Pa(0.1Torr)以下)，TMP与DP协同作用将腔室11内减压至低于中真空状态的压力即高真空状态(例如1.3×10-3Pa(1.0×10-5Torr)以下)。另外，通过APC阀(未图示)对腔室11内的压力进行控制。
腔室11内的基座12，通过第一匹配器20与第一高频电源19连接，并通过第二匹配器30与第二高频电源31连接，第一高频电源19向基座12供给用于引入较低频率的离子的高频电力，第二高频电源31向基座12供给较高频率的等离子体生成用的高频电力。由此，基座12作为电极起作用。此外，第一匹配器20和第二匹配器30，使来自基座12的高频电力的反射降低，从而使高频电力向基座12的供给效率最大。
在基座12的上部配置有内部具有静电电极板21的静电卡盘22。静电卡盘22呈在具有某直径的下部圆板状部件的上面重叠有直径小于该下部圆板状部件的上部圆板状部件的形状。另外，静电卡盘22由陶瓷构成。
在静电卡盘22中，静电电极板21与第一直流电源23连接。在向静电电极板21施加正的直流电压时，在晶片W的静电卡盘22一侧的面(以下称为背面)产生负电位，从而在静电电极板21与晶片W的背面之间产生电位差，通过由该电位差引起的库伦力或约翰逊-拉别克(Johnson-Rahbek)力，晶片W被吸附保持在静电卡盘22的上部圆板状部件的上面。
此外，在静电卡盘22上，以包围被吸附保持的晶片W的方式载置有作为环状部件的聚焦环24。聚焦环24由导电体例如与构成晶片W的材料相同的单结晶硅构成。聚焦环24由导电体构成，因此等离子体的分布域不只限于晶片W上，还扩大至该聚焦环24上，使得晶片W周缘部上的等离子体的密度与该晶片W中央部上的等离子体的密度维持在相同程度。由此，能够维持实施于晶片W整个面上的干蚀刻处理的均匀性。
在基座12的内部设置有例如沿圆周方向延伸的环状制冷剂室25。从冷却单元(未图示)通过制冷剂用配管26向该制冷剂室25循环供给低温制冷剂例如冷却水或galden(注册商标)。由该低温制冷剂冷却的基座12通过静电卡盘22冷却晶片W和聚焦环24。
在静电卡盘22的上部圆板状部件的上表面的吸附保持晶片W的部分(以下称为吸附面)，开口有多个传热气体供给孔27。这些多个传热气体供给孔27，通过传热气体供给线28与传热气体供给部(未图示)连接，该传热气体供给部通过传热气体供给孔27向吸附面与晶片W背面的间隙供给作为传热气体的氦气(He)。供给至吸附面与晶片W背面的间隙的氦气，向静电卡盘22有效地传递晶片W的热。
在腔室11的顶部，与基座12相对地配置有喷淋头29。喷淋头29具有上部电极33、可装卸地悬挂该上部电极33的冷却板34、和覆盖该冷却板34的盖体35。在该冷却板34的内部设置有缓冲室36，该缓冲室36与处理气体导入管37连接。
第二直流电源15与上部电极33连接，向该上部电极33施加直流电压。此外，上部电极33由具有多个气孔32的导电性的圆板状部件即内侧电极33a、和以包围该内侧电极33a的方式配置的导电性的环状部件即外侧电极33b(构成部件)构成，外侧电极33b具有外周部比内周部向载置于基座12的晶片W(以下称为“载置晶片W”)突出的台阶构造，内周部和外周部在倾斜面连接。该倾斜面面向载置晶片W的外缘部。
在等离子体处理装置10中，通过气孔32向反应室17的内部导入从处理气体导入管37向缓冲室36供给的处理气体，该导入的处理气体被从第二高频电源31通过基座12向反应室17的内部施加的等离子体生成用的高频电力激励而形成等离子体。由第一高频电源19供向基座12的离子引入用的高频电力将该等离子体朝向载置晶片W引入，对该晶片W实施干蚀刻处理。
此外，在等离子体处理装置10中，在干蚀刻处理期间，第二直流电源15对上部电极33施加负的直流电压。此时，上部电极33射出二次电子，但由于外侧电极33b的倾斜面面向载置晶片W的外缘部，因此不仅从外侧电极33b的内周部射出的二次电子到达载置晶片W的外缘部附近，而且从上述倾斜面射出的二次电子也到达载置晶片W的外缘部附近。由此，能够防止在载置晶片W周缘部的正上方电子密度下降，从而能够对载置晶片W的整个面均匀地实施干蚀刻处理。
另外，为了控制载置晶片W附近的电子密度，外侧电极33b不仅具有上述倾斜面，还具有槽41(后面描述)。
等离子体处理装置10所具备的控制部(未图示)的CPU，根据与干蚀刻处理对应的程序，控制上述等离子体处理装置10的各构成部件的动作。
在等离子体处理装置10对载置晶片W实施干蚀刻处理的情况下，反应生成物作为沉积物堆积在构成腔室11的构成部件例如上部电极33的表面等。
在此，上部电极33具有台阶构造，还具有槽41，因此具备多个角部，但如上述那样，在沿角部产生的鞘层，基于其弯曲程度使由离子溅射引起的沉积物的除去量减少，从而使沉积物在角部及其附近堆积。
因此，本发明人应该把握角部的弯曲程度、和在角部及其附近的沉积物堆积之间的关系，在实行干蚀刻处理的情况下，对由硅构成的腔室的构成部件的角部的角度与该构成部件的消耗量的关系进行调查。如图2的图表所示，如果角部的角度是125°以上，则可确实地看出构成部件的消耗。构成部件消耗，因此，由离子溅射所引起的沉积物的除去量，必须超过堆积在该构成部件表面的沉积物的堆积量。因此，可知，当角部的角度为125°以上时，能够抑制由离子溅射所引起的沉积物的除去量减少，从而能够防止沉积物的堆积量超过由溅射引起的沉积物的除去量，即能够防止沉积物堆积。进而，从图2的图表还可知，虽然构成部件的消耗量为0以下的情况相当于沉积物堆积的情况，但当角部的角度为115°以上时，沉积物的堆积量会变得非常小，例如即使有沉积物堆积，该沉积物也不会成为晶片的缺陷的原因。
根据以上的调查结果，本发明人就关于除去角部的沉积物这一点得出以下结论。即，如图3所示，在构成部件的角部38，当该角部38的角度θ为115°以上，优选为125°以上时，使沿角部38产生的鞘层39的弯曲程度降低，从该鞘层39打出的离子40的扩散程度也降低。其结果是，防止在角部38打入每单位面积的离子40的数量极度降低，从而能够抑制由离子溅射所引起的沉积物的除去量减少。
另外，在图2的图表中，点划线和虚线分别是在不同的等离子体处理装置中基于不同的条件实行干蚀刻处理的结果，但二者均表示在角部的角度为125°以上时构成部件消耗的情况，因此可知，不论等离子体处理装置的种类或干蚀刻处理的条件，当角部的角度为125°以上时，都能够防止沉积物的堆积。
另一方面，如果角部的角度大于180°，则角部形成为突起部，以围绕该突起部的方式产生鞘层，因此，从鞘层被打入的离子集中，导致该突起部的消耗加剧。因而，优选角部的角度为180°以下。
在本实施方式中，基于上述观点，外侧电极33b具有的台阶构造或槽41中两个面交叉而形成的角部的角度(两个面的交叉角度)设定为115°～180°中的任一角度。
图4是概略表示图1中的外侧电极附近结构的放大截面图。
在图4中，内周部33c和倾斜面33d所成的角部33e的角度θ1被设定为140°，槽41的底面41a和倾斜面41b所成的角部41c的角度θ2被设定为125°，并且槽41的底面41a和倾斜面41d所成的角部41e的角度θ3被设定为125°。
然而，如上所述，在暴露于等离子体的构成部件中，沿其表面产生鞘层，但是如外侧电极33b那样，在构成部件具有槽的情况下，如图5(A)所示，当槽42的宽度极小时，鞘层43不会进入该槽42的内部，其结果是，从槽42的底部42a至鞘层43的距离变大，存在从鞘层43被打入槽42内部的离子44因失速而不能到达底部42a的情况。此时，在底部42a由离子44溅射所引起的沉积物的除去量减少，因此沉积物45堆积。
此外，如图5(B)所示，当槽46的宽度不太大时，存在沿该槽46的两侧面46a、46b产生的鞘层47、48在槽46的内部重叠的情况。鞘层47、48重叠的部分称为空心(hollow)部49，该空心部49将离子封入其中，因此不会从该空心部49打出离子50，其结果是，在槽46的内部离子50的溅射所引起的沉积物的除去量减少，沉积物51堆积。
在本实施方式中，与此对应，将槽41的最小宽度设定为鞘层厚度(鞘层长度)的2倍以上。具体而言，如图4所示，将槽41的底面41a的宽度L设定为鞘层长度的2倍以上。由此，在槽41的内部，即使分别沿倾斜面41b和倾斜面41d产生鞘层52，该鞘层52也不会在槽41的内部重叠。
如等离子体处理装置10那样，在对上部电极33施加直流电压的情况下，沿上部电极33的表面产生的鞘层长度由下述式(1)表示。
鞘层长度＝0.606×德拜长度×(2×Vdc/Te)3/4(mm)…(1)
其中，Vdc：施加于上部电极33的直流电压的值(V)、Te：电子温度(eV)、德拜长度：7.43×103×(Te/Ne)1/2(mm)、Ne：电子密度。
图6是表示基于上述式(1)的等离子体中的电子密度和沿上部电极33的表面产生的鞘层长度之间关系的图表。在图6中，在施加于上部电极33的直流电压值是150V的情况下，用“◇”表示，在该直流电压值是300V的情况下，用“□”表示，在该直流电压值是600V的情况下，用“△”表示，在该直流电压值是900V的情况下，用“×”表示。
在此，通常，施加于上部电极33的直流电压的值为300V以下，在干蚀刻处理中使用的等离子体的电子密度是2.0×1010～1011cm-3，因此，通过图6的图表，被设定产生的鞘层的长度为4.0mm以下。因而，设定槽41的底面41a的宽度L为8mm以上时，能够确实地防止在槽41的内部产生空心部49。
根据作为本实施方式的等离子体处理装置的构成部件的外侧电极33b，由于外侧电极33b的角部33e的角度θ1是140°，角部41c的角度θ2是125°，并且角部41e的角度θ3是125°，所以能够抑制由离子溅射引起的沉积物的除去量减少，从而能够防止沉积物在各角部33e、41c、41e堆积。
在上述外侧电极33b中，角部41c、41e的槽41的底面41a的宽度形成为鞘层长度的2倍以上，因此，即使在槽41的内部形成鞘层52，沿槽41的各倾斜面41b、41d产生的鞘层52也不会重叠，从而能够防止产生将离子封入其中的空心部。其结果是，能够确实地将离子从槽41内部的鞘层52打入槽41的各倾斜面41b、41d，从而能够防止在包含角部41c、41e的槽41的内部堆积沉积物。
在本实施方式中，对上部电极33的各角部33e、41c、41e的角度的设定和槽41的宽度的设定进行了说明，但是本发明也可以应用于其他暴露于等离子体的构成部件，具体而言，即使是其他构成部件，也优选将角部的角度设定为125°以上，而且，优选将槽的宽度设定为鞘层长度的2倍以上。此外，在本实施方式中，说明了关于对上部电极33施加直流电压的情况，但是本发明也可以应用于对上部电极不施加直流电压的情况，即使在该情况下，也优选将角部的角度设定为125°以上，而且，优选将槽的宽度设定为鞘层长度的2倍以上。
另外，在上述的本实施方式中，实施干蚀刻处理的基板为半导体设备用的晶片，但实施干蚀刻处理的基板并不限于此，也可以是例如LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)或FPD(Flat Panel Display：平板显示器)等的玻璃基板。

Claims (3)

1.一种利用等离子体对基板实施等离子体处理的等离子体处理装置的构成部件，其暴露于所述等离子体，其特征在于：
具有两个面交叉而形成的角部，
所述两个面的交叉角度是115°～180°中的任一角度，
在所述两个面中的内侧的面，在比按照包围所述基板的方式配置的聚集环更靠外侧的位置设置有槽，该槽的宽度是鞘层长度的2倍以上。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置的构成部件，其特征在于：
所述构成部件是以与所述基板相对的方式配置且被施加直流电压的电极，所述等离子体中的电子密度是2.0×1010～1011cm-3，当被施加于所述电极的直流电压的值为300V以下时，所述槽的宽度为8mm以上。
3.一种等离子体处理装置，其利用等离子体对基板实施等离子体处理，其特征在于：
具备暴露于所述等离子体的构成部件，
所述构成部件具有两个面交叉而形成的角部，所述两个面的交叉角度是115°～180°中的任一角度，
在所述两个面中的内侧的面，在比按照包围所述基板的方式配置的聚集环更靠外侧的位置设置有槽，该槽的宽度是鞘层长度的2倍以上。
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