CN102024694A - 等离子处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种等离子处理装置。该等离子处理装置与以往相比能够谋求提高处理的面内均匀性、并且能够削减处理室内的浪费空间来谋求装置小型化。等离子处理装置包括簇射头，自设于该簇射头的与载置台相对的相对面上的多个气体喷出孔朝向基板以喷淋状供给气体，该等离子处理装置还包括：多个排气孔，其形成于相对面，用于进行排气；环状构件，其沿着载置台的周缘部设置且能够上下运动，在其处于上升位置时形成由载置台、簇射头和该环状构件围成的处理空间；多个环状构件侧气体喷出孔，其开口于环状构件的内壁部分，用于向处理空间内供给气体；多个环状构件侧排气孔，其开口于环状构件的内壁部分，用于对处理空间进行排气。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子处理装置。
背景技术
以往，在半导体装置的制造领域等中，采用用于朝向半导体晶圆等基板以喷淋状供给气体的簇射头。即，例如在对半导体晶圆等基板实施等离子蚀刻处理的等离子处理装置中，在处理室内设有用于载置基板的载置台，与该载置台相对地设有簇射头。在该簇射头的与载置台相对的相对面上设有多个气体喷出孔，自这些气体喷出孔朝向基板以喷淋状供给气体。
在上述等离子处理装置中，为了使处理室内的气体流动均匀化，公知有从载置台的周围向下方排气的构造。另外，为了提高等离子处理的面内均匀性，还公知有除上述簇射头之外、还在载置台的基板周围的部分设有朝向基板供给气体的气体喷出部的等离子处理装置(例如参照专利文献1)。另外，也公知有构成为从簇射头的周围朝向处理室的上方排气的等离子处理装置(例如参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2006-344701号公报
专利文献2：日本专利第2662365号公报
在以上述以往的技术中，形成从载置台(基板)的周围向处理室的下方排气、或者从簇射头的周围朝向处理室的上方排气的构造。因此，存在如下问题：自簇射头供给来的气体形成从基板的中央部朝向周边部流动的气流，在基板的中央部和周边部，处理状态易于产生差异，处理的面内均匀性降低。另外，由于需要在载置台(基板)的周围或者簇射头的周围设置排气流路，因此，也存在如下问题：处理室内部的容积与收容的基板相比要大出许多，浪费的空间变多，难以谋求装置整体小型化。
发明内容
本发明即是应对上述以往情况而做成的，其目的在于提供一种与以往相比能够谋求提高处理的面内均匀性、并且能够削减处理室内的浪费空间来谋求装置小型化的等离子处理装置。
本发明等离子处理装置包括簇射头，该簇射头与用于载置基板的载置台相对地设置于处理室中，在该处理室的内部对上述基板进行处理，从设于该簇射头的与上述载置台相对的相对面上的多个气体喷出孔朝向上述基板以喷淋状供给气体，其特征在于，该等离子处理装置还包括：多个排气孔，其形成于上述相对面，用于进行排气；环状构件，其沿着上述载置台的周缘部分设置且能够上下移动，在环状构件处于上升位置时形成由上述载置台、上述簇射头和该环状构件围成的处理空间；多个环状构件侧气体喷出孔，其开口于上述环状构件的内壁部分，用于向上述处理空间内供给气体；多个环状构件侧排气孔，其开口于上述环状构件的内壁部分，用于对上述处理空间进行排气。
采用本发明，能够提供一种与以往相比能够谋求提高处理的面内均匀性、并且能够削减处理室内的浪费空间来谋求装置小型化的等离子处理装置。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的等离子处理装置的构造的纵剖视图。
图2是将图1的等离子处理装置的主要部分构造放大表示的纵剖视图。
图3是将图1的等离子处理装置的主要部分构造放大表示的纵剖视图。
图4是将图1的等离子处理装置的主要部分构造放大表示的纵剖视图。
图5是表示使图1的等离子处理装置的环状构件下降后的状态的纵剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是示意性地表示本发明的等离子处理装置的一个实施方式的等离子蚀刻装置200的截面构造的图，图2是示意性地表示设置于图1的等离子蚀刻装置200中的簇射头100的构造的剖视图。该等离子蚀刻装置200构成为电极板上下平行地相对、连接有等离子形成用电源(未图示)的电容耦合型平行平板等离子蚀刻装置。
如图2所示，簇射头100由层叠体10构成，该层叠体10是由下侧构件1和配置在该下侧构件1的上侧的上侧构件2这两张板状构件层叠而成的。这些下侧构件1及上侧构件2例如由对表面实施了阳极氧化处理后的铝等构成。如图1所示，该簇射头100以与用于载置半导体晶圆(基板)的载置台202相对的方式配设在等离子蚀刻装置200的处理室201中。即，以图2所示的下侧构件1侧形成与图1所示的载置台202相对的相对面14的方式配设。
在上述层叠体10中的、形成与载置台202相对的相对面14的下侧构件1中形成有许多个气体喷出孔11，在下侧构件1与上侧构件2之间形成有与这些气体喷出孔11连通的气体流路12。如图2中箭头所示，这些气体喷出孔11用于朝向基板(图2中下侧)以喷淋状供给气体。在层叠体10的周缘部还设有用于向气体流路12内导入气体的气体导入部12a
另外，在上述层叠体10中还形成有许多个贯穿该层叠体10、即贯穿下侧构件1和上侧构件2的排气孔13。如图2中虚线箭头所示，这些排气孔13构成排气机构，该排气机构以形成从基板侧(图2中下侧)朝向基板的相反侧(图2中下侧)的气流的方式进行排气。这些排气孔13的直径例如为1.2mm左右，除簇射头100的周缘部(作为用于固定于处理室201的固定部)之外，这些排气孔13沿簇射头100的整个区域大致均等地设置。例如在用于处理12英寸(300mm)直径的半导体晶圆的簇射头100的情况下，排气孔13的数量为2000～2500个左右。另外，在本实施方式中，簇射头100的外形与作为被处理基板的半导体晶圆的外形相配合地构成为圆板状。
图1所示的等离子蚀刻装置200的处理室(处理容器)201例如由表面被阳极氧化处理后的铝等形成为圆筒形状，该处理室201被接地。在处理室201内设有载置作为被处理基板的半导体晶圆、且构成下部电极的载置台202。在该载置台202上连接有未图示的高频电源等高频电力施加装置。
在载置台202的上侧设有用于将半导体晶圆静电吸附在其上的静电吸盘203。静电吸盘203是在绝缘材料之间配置电极而构成的，通过对该电极施加直流电压，利用库伦力来静电吸附半导体晶圆。在载置台202上形成有用于使温度调节介质循环的流路(未图示)，能够将吸附在静电吸盘203上的半导体晶圆的温度调整为规定温度。在处理室201的侧壁部形成有用于向处理室201内搬入或自处理室201内搬出半导体晶圆的开口205。
在载置台202的上方，以与载置台202隔开规定间隔地相对的方式配置有图2所示的簇射头100。于是，形成有簇射头100作为上部电极、载置台202作为下部电极的一对相对电极。
簇射头100的气体导入部12a与设置于处理室201中的气体供给部207相连接。自未图示的气体供给源向气体供给部207中供给规定的处理气体(蚀刻气体)。
在簇射头100的上部还设有筒状的排气管210，涡轮分子泵等真空泵(未图示)借助于开闭控制阀及开闭机构等连接于该排气管210。
在载置台202的周围设有以沿着载置台202的周缘部的方式形成为圆环状的环状构件220。该环状构件220例如由被绝缘性的覆膜覆盖的铝等构成，其连接于升降机构221且能够上下运动。图1表示环状构件220处于上升位置的状态，在该状态下，用于向处理室201内搬入或自处理室201内搬出半导体晶圆的开口205处于被环状构件220封闭的状态。于是，在环状构件220处于上升位置的状态下，在载置台202的上方形成有由载置台202、簇射头100和环状构件220围成的处理空间222。这样，通过能够上下移动的环状构件220来分隔处理空间222，从而使处理空间222仅形成于载置台202的上方，因此能够抑制自载置台202的周缘部沿水平方向朝向外侧扩展而成的浪费空间的形成。
如图3所示，环状构件220为利用多个螺钉250等将上侧环状构件220a和下侧环状构件220b牢固结合的构造。而且，在上侧环状构件220a中设有开口于其内周面的多个环状构件侧排气孔230。这些环状构件侧排气孔230与设置在上侧环状构件220a内的环状排气通路231相连通，通过环状构件侧排气孔230及环状排气通路231来对处理空间222内进行排气。
也如图4所示，上述环状排气通路231呈环状形成于上侧环状构件220a内，与环状排气通路231连通的环状构件侧排气孔230沿着环状构件220的圆周方向以规定间隔地均匀形成。于是，如图3所示，经由设置于下侧环状构件220b的1个或多个排气部232从下方排气。另外，图3表示形成有用于向处理室201内搬入或自处理室201内搬出的开口205的那部分的截面构造，通过使上侧环状构件220a的倾斜的外侧面220c抵接于开口205的内侧端部205a来封闭开口205。另外，下侧环状构件220b的径向宽度大于上侧环状构件220a的径向宽度，其内周侧及外周侧成为自上侧环状构件220a突出的状态。于是，通过使该突出部位的上侧面抵接于处理室201的凸缘部201a，处理空间222内形成为导电的闭合回路。在下侧环状构件220b的与凸缘部201a抵接的抵接部设有例如由形成为螺旋状的导电性构件等构成的、用于保证它们之间可靠地电连接的外周侧电连接构件223a、内周侧电连接构件223b。内周侧电连接构件223b用于形成环状构件220的高频回路，外周侧电连接构件223a用于形成作为上部电极的簇射头100的高频回路。
如图4所示，在上侧环状构件220a中设有开口于其内周面的多个环状构件侧喷出孔240。这些环状构件侧喷出孔240沿着环状构件220的圆周方向以规定间隔均匀形成，这些环状构件侧喷出孔240借助于设置在上侧环状构件220a内的纵孔部241与形成在下侧环状构件220b内的环状气体流路242相连通。也如图3所示，环状气体流路242以环状方式形成于下侧环状构件220b内，如图4所示，环状气体流路242经由以在下侧环状构件220b及上侧环状构件220a内穿过的方式设置的1个或多个处理气体供给部243与从外部供给处理气体的处理气体供给机构244相连接。于是，自设置于上侧环状构件220a的各部位的环状构件侧喷出孔240向处理空间222内供给自处理气体供给机构244供给来的处理气体。另外，图4示出了环状构件侧喷出孔240大致水平地形成的情况，但也可以与水平方向成规定角度地形成环状构件侧喷出孔240，例如从上方向下方、即朝向基板表面地供给处理气体。
如上所述，在等离子蚀刻装置200中，由于具有能够上下移动的环状构件220，因此，能够使处理空间222仅形成于载置台202的上方，从而能够抑制沿水平方向外侧扩展而成的浪费空间的形成。由此，能够谋求削减消耗的处理气体等。另外，由于自环状构件220供给并排出处理气体，因此，能够更加精细地控制处理空间222内的处理气体的状态，能够进行均匀的处理。
并且，处理空间222的物理形状对称，能够抑制对等离子体施加由于用于向处理室201内搬入或自处理室201内搬出半导体晶圆的开口205的存在而导致的非对称形状的影响，因此，能够进行更均匀的处理。并且，由于能够利用环状构件220的上下移动来打开或关闭开口205，因此，与另行设置开闭机构的情况相比，能够简化构造。
在利用上述构造的等离子蚀刻装置200对半导体晶圆进行等离子蚀刻的情况下，首先，如图5所示，使环状构件220下降，成为开口205打开的状态。在该状态下，自开口205将半导体晶圆搬入到处理室201内，将半导体晶圆载置在静电吸盘203上而将半导体晶圆静电吸附在静电吸盘203上。
接下来，通过使环状构件220上升来关闭开口205，成为在半导体晶圆的上方形成有处理空间222的状态，利用真空泵等将处理室201内的处理空间222抽真空至规定的真空度。
之后，将规定的处理气体(蚀刻气体)按规定的流量自气体供给部207供给到簇射头100的气体导入部12a。该处理气体自气体喷出孔11经由簇射头100的气体流路12以喷淋状被供给至载置台202上的半导体晶圆。与此同时，将规定的处理气体(蚀刻气体)按规定的流量自处理气体供给机构244供给到环状构件220的环状气体流路242中。该处理气体经由环状构件220的纵孔部241自环状构件侧气体喷出孔240朝向载置台202上的半导体晶圆供给。
然后，在处理室201内的压力维持在规定压力之后，对载置台202施加规定频率、例如13.56MHz的高频电力。由此，在作为上部电极的簇射头100与作为下部电极的载置台202之间产生高频电场，蚀刻气体被离解而等离子化。利用该等离子体对半导体晶圆进行规定的蚀刻处理。
在上述蚀刻处理中，自簇射头100的气体喷出孔11及环状构件220的环状构件侧喷出孔240供给来的处理气体自分散地形成于簇射头100中的许多个排气孔13及形成于环状构件220的环状构件侧排气孔230被排出，因此，不会像自处理室201的下部进行排气的情况那样形成自半导体晶圆的中央部朝向周边部流动的气流。因此，能够使供给到半导体晶圆的处理气体更加均匀化。由此，能够使等离子体的状态均匀化，从而能够对半导体晶圆的各部分实施均匀的蚀刻处理。即，能够提高处理的面内均匀性。
然后，在规定的等离子蚀刻处理结束时，停止施加高频电力及供给处理气体，按照与上述过程相反的过程自处理室201内搬出半导体晶圆。
如上所述，采用本实施方式的等离子蚀刻装置200，由于自簇射头100及环状构件220供给并排出处理气体，因此，能够使供给至半导体晶圆的处理气体更加均匀化。由此，能够对半导体晶圆的各部分实施均匀的蚀刻处理。
另外，在上述等离子蚀刻装置200中，由于自设置于簇射头100的排气孔13及设置于环状构件220的环状构件侧排气孔230进行排气，因此，不必像以往装置那样在载置台202的周围或簇射头100的周围设置排气路径。因此，能够使处理室201的直径更加接近于作为被处理基板的半导体晶圆的外径，能够谋求装置的小型化。另外，将真空泵设置在处理室201的上方，自更加靠近处理室201的处理空间的部分排气，因此，能够高效地排气，并且，设有2个排气系统，因此，能够减小1个真空泵的容量，从而能够进一步谋求小型化。
另外，不言而喻，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，对向载置台(下部电极)供给1个频率的高频电力的情况进行了说明，但也同样适用于向上部电极和下部电极分别施加不同频率的高频电力的类型的装置、对下部电极施加不同频率的多个高频电力的类型的装置等。
Claims (4)
1.一种等离子处理装置，该等离子处理装置包括簇射头，该簇射头与用于载置基板的载置台相对地设置于处理室中，在该处理室的内部对上述基板进行处理，自设于该簇射头的与上述载置台相对的相对面上的多个气体喷出孔朝向上述基板以喷淋状供给气体，其特征在于，该等离子处理装置还包括：
多个排气孔，其形成于上述相对面，用于进行排气；
环状构件，其沿着上述载置台的周缘部设置且能够上下移动，在其处于上升位置时形成由上述载置台、上述簇射头和该环状构件围成的处理空间；
多个环状构件侧气体喷出孔，其开口于上述环状构件的内壁部分，用于向上述处理空间内供给气体；
以及多个环状构件侧排气孔，其开口于上述环状构件的内壁部分，用于对上述处理空间进行排气。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
在上述处理室侧壁的、上述载置台与上述簇射头之间的位置设有用于搬入、搬出上述基板的开闭自由的开口部，在使上述环状构件下降后的状态下搬入、搬出上述基板。
3.根据权利要求1或2所述的等离子处理装置，其特征在于，
上述环状构件由被绝缘性覆膜覆盖的铝构成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于，
上述环状构件侧气体喷出孔的至少一部分相对于水平方向成规定角度地形成。
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