CN102468155B - 等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制产生在簇射头的背面侧空间中异常放电等对等离子体处理造成不良影响的现象，能够稳定地进行良好的等离子体处理的等离子体处理装置。该装置具有：下部电极，设于处理腔室内并兼作基板载置台；上部电极，具有作为供给气体的簇射头的功能、且能够上下移动；盖体，设于上部电极的上侧、且气密地闭塞处理腔室的上部开口；隔离空间形成构件，以闭塞上部电极与盖体之间的空间的方式配置，在其内部形成与外部隔离了的隔离空间，并且具有用于向内部导入气体以及从内部排出气体的导入/排出口，能够根据上部电极的上下移动而改变隔离空间的容积；气体供给排出机构，向隔离空间形成构件的隔离空间供给气体以及从该隔离空间排出气体。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子体处理装置。
背景技术
以往，在半导体装置的制造领域等领域中，使用用于向半导体晶圆等基板簇射状地供给气体的簇射头。即，例如在对半导体晶圆等基板实施等离子体蚀刻处理的等离子体处理装置中，在处理腔室内设有用于载置基板的载置台，以与该载置台相对的方式设有簇射头。在该簇射头上，在与载置台相对的相对面上设有多个气体喷出孔，从这些气体喷出孔向基板簇射状地供给气体。
对于上述等离子体处理装置，为使处理腔室内的气体的流动均匀化，作为从载置台的周围向下方进行排气的结构为人所知。另外，构成为能够使作为上部电极发挥作用的簇射头与作为下部电极发挥作用的载置台之间的间隔改变的等离子体处理装置为人所知(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2000-100789号公报
在上述的等离子体处理装置中，例如，在通过使作为上部电极的簇射头上下移动而改变与作为下部电极的载置台之间的间隔的情况下，在隔着簇射头的与处理空间相反的一侧(背面侧)，需要大小伴随着处理空间大小的改变而改变的空间(背面侧空间)。可是，如上所述的背面侧空间有时对等离子体处理造成不良影响。
即，有时在该背面侧空间中产生异常放电，由于该异常放电，产生处理空间的等离子体的状态变化的问题、异常放电成为污染的原因的问题。另外，处理气体流入背面侧空间时，也会产生处理空间中等离子体的密度降低、离子的数量减少，或成为沉积物附着在背面侧空间的壁面上等问题。除了蚀刻处理的情况之外，对于成膜处理的情况下也同样地产生上述问题。
发明内容
本发明应对上述以往的情况，欲提供一种如下的等离子体处理装置，在通过使簇射头上下移动而能够改变与下部电极之间的间隔的结构中，能够抑制产生在簇射头的背面侧空间中异常放电等对等离子体处理造成不良影响的现象，能够稳定地进行良好的等离子体处理。
本发明的等离子体处理装置的特征在于，具有：处理腔室，用于容纳基板并实施等离子体处理；下部电极，设于上述处理腔室内，并作为用于载置上述基板的载置台兼用；上部电极，设于上述处理腔室内，与上述下部电极相对，与上述下部电极之间形成处理空间、并且具有作为簇射头的功能，且能够上下移动并能够改变与上述下部电极的间隔，该簇射头从设于与上述下部电极相对的相对面上的多个气体喷出孔朝向上述基板供给气体；盖体，设于上述上部电极的上侧，且气密地闭塞上述处理腔室的上部开口；隔离空间形成构件，以闭塞上述上部电极与上述盖体之间的空间的方式配置，在该隔离空间形成构件内部形成与该隔离空间形成构件外部隔离了的隔离空间，并且具有用于向该隔离空间形成构件内部导入气体以及从该隔离空间形成构件内部排出气体的导入/排出口，能够根据上述上部电极的上下移动而改变上述隔离空间的容积；气体供给排出机构，从上述导入/排出口向上述隔离空间形成构件的上述隔离空间供给气体以及从该隔离空间排出气体；高频电源，向上述上部电极与上述下部电极之间供给高频电力而产生上述处理气体的等离子体。
根据本发明，能够提供一种如下的等离子体处理装置，在作为通过使簇射头上下移动而能够改变与下部电极之间的间隔的结构中，能够抑制在簇射头的背面侧空间中异常放电等对等离子体处理造成不良影响的现象的产生，能够稳定地进行良好的等离子体处理。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的等离子体处理装置的结构的纵剖视图。
图2是放大表示图1的等离子体处理装置的主要部分结构的纵剖视图。
图3是表示使图1的等离子体处理装置的上部电极上升了的状态的纵剖视图。
图4是放大表示图3的状态的等离子体处理装置的主要部分结构的纵剖视图。
图5是表示本发明的第二实施方式所涉及的等离子体处理装置的结构的纵剖视图。
图6是放大表示图5的等离子体处理装置的主要部分结构的纵剖视图。
图7是表示使图5的等离子体处理装置的上部电极上升了的状态的纵剖视图。
图8是放大表示图7的状态的等离子体处理装置的主要部分结构的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图就实施方式说明本发明的详细内容。
图1是示意性地表示本发明的等离子体处理装置的第一实施方式所涉及的等离子体蚀刻装置100的结构的剖视图，图2是示意性地放大表示图1的等离子体蚀刻装置100的主要部分结构的剖视图。本实施方式的等离子体蚀刻装置100其主要部分构成为电极板上下平行地相对的连接有等离子体形成用电源(未图示)的电容耦合型平行平板等离子体蚀刻装置。
等离子体蚀刻装置100具有用于在内部容纳并处理基板的圆筒状的处理腔室10。该处理腔室10的主要部分由腔室主体11和盖体12构成，该腔室主体11具有上部开口、形成为圆筒容器状，该盖体12气密地闭塞该腔室主体11的上部开口。腔室主体11和盖体12例如由在表面实施有阳极氧化处理的铝等构成。
盖体12成为在中央部具有圆形的开口12a的环状的形状。此外，在处理腔室10内，以位于盖体12的下方的方式配置有具有作为上部电极的功能、整体形状形成为大致圆形板状的簇射头13。然后，在盖体12的开口12a的部分与簇射头13的上表面之间配置有圆筒状的金属波纹管14，该圆筒状的金属波纹管14用于气密地闭塞上述盖体12的开口12a的部分与簇射头13的上表面之间。
如上所述，通过在中央部配置具有圆形的开口12a的环状的盖体12、并在盖体12与簇射头13的上表面之间配置金属波纹管14，从而能够减小簇射头13暴露在大气中的表面积，能够减小作为减压气氛的处理腔室10内与外部(大气压)的气压差所施加的部分的面积，能够进一步减小在使簇射头13上下移动时需要的驱动力。
在簇射头13上表面的暴露在大气中气氛的部分连接有用于上下移动簇射头13的升降用驱动器30的驱动轴。对于本实施方式，使用电动缸作为升降用驱动器30。并且作为沿着处理腔室10的圆周方向等间隔地设有多个升降用驱动器30的多轴驱动方式。如上所述，通过作为使用了电动缸的多轴驱动方式，同例如作为空气压驱动的驱动机构的情况相比，能够更高精度地控制簇射头13的位置。此外，作为多轴驱动方式，也能够容易地电动地进行其协调控制。
此外，在簇射头13的上表面的大致中央设置有上部电极端子15，在上部电极端子15的侧方配置有第1气体导入部16、第2气体导入部17这两个气体导入部。上部电极端子15连接于未图示的高频电源等高频电力施加装置，或连接于接地电位。
在簇射头13的下表面配置有多个气体喷出孔18。此外，在簇射头13的内部，设置有与第1气体导入部16连接的第1气体流路19和与第2气体导入部17连接的第2气体流路20。第1气体流路19设于簇射头13的中央部分，用于从簇射头13的中央部分供给处理气体。另一方面，第2气体流路20设于簇射头13的周缘部，第2气体流路20用于从簇射头13的周缘部供给处理气体。
在处理腔室10内，在簇射头13的下方，以与簇射头13的下表面相对的方式配置有用于载置基板的载置台21。在载置台21上配置有用于静电吸附基板的未图示的静电吸盘以及用于将所载置的基板温度调节至规定温度的未图示的温度调节用介质循环流路。
该载置台21具有作为下部电极的功能，与作为上部电极的簇射头13构成一对相对电极。在载置台21上连接有未图示的高频电源等高频电力施加装置，载置台21与簇射头13之间成为产生用于处理基板的等离子体的处理空间22。
在载置台21的下方形成有排气空间23，该排气空间23形成为环状，利用未图示的真空泵等排气装置从该排气空间23下方将处理腔室10内排气至规定的真空度。此外，在载置台21的周围配置有用于分隔处理空间22与排气空间23的环状的隔板24。
在位于处理空间22侧方的处理腔室10的侧壁部，配置有用于向处理腔室10内搬入基板或将基板从基板处理腔室10内搬出的开口25。在该开口25处设有闸阀等未图示的开闭机构。此外，在处理腔室10的处理空间22的部分，以覆盖腔室10内壁的方式配置有密封环26。
如图2中也表示的那样，在簇射头13的背面侧(图1、2中上侧)的、簇射头13与盖体12之间，以闭塞形成在该簇射头13与盖体12之间的空间(背面侧空间)的方式配置有隔离空间形成构件31。该隔离空间形成构件31与由簇射头13、盖体12、处理腔室主体11侧壁和金属波纹管14围绕的空间的形状相匹配地形成为环状。
此外，对于本实施方式，隔离空间形成构件31由伸缩自如的材料构成，成为具有如气球一样功能的结构，在隔离空间形成构件31的内部形成有与该隔离空间形成构件31外部的空间隔离的隔离空间32。
另外，作为构成隔离空间形成构件31的材料，能够使用树脂等，特别是能够适宜地使用具有弹性的弹性体(例如，硅橡胶或者氟橡胶等)。此外，作为构成隔离空间形成构件31的材料，也可以使用绝缘性的材料或者导电性材料。
在隔离空间形成构件31的上表面配置有用于向内部导入气体和从内部排出气体的导入/排出口33，该导入/排出口33连接气体供给排出机构34。气体供给排出机构34连接于未图示的气体供给源和排气机构。
隔离空间形成构件31随着簇射头13的上下移动而变形，并且通过从气体供给排出机构34对该隔离空间32导入、排出非活性气体等气体，始终处于膨胀状态，在由簇射头13、盖体12、处理腔室主体11的侧壁和金属波纹管14围绕的空间的大小变化的情况下，也能够占据该空间的大致整体、维持利用隔离空间形成构件31使该空间闭塞的状态。
即，即使在上下移动簇射头13的情况下，利用隔离空间形成构件31，使由簇射头13、盖体12、处理腔室主体11的侧壁和金属波纹管14围绕的空间始终被闭塞，从而在隔离空间形成构件31的外侧没有形成有大的空间。另外，图3、4表示使簇射头13从图1、2表示的状态上升，将处理空间22扩大了的状态。对于图3、4表示的状态，配置于隔离空间形成构件31的高度方向的中间部分的折叠部31a处于向内侧折叠的状态。如上所述，隔离空间形成构件31通过被折叠，能够无间隙地配置于由于使簇射头13上升而使容积减小了的背面侧空间内。
如上所述，通过利用隔离空间形成构件31使簇射头13的背面侧的背面侧空间被闭塞，能够抑制在等离子体处理中在该背面侧空间内异常放电的产生。此外，也能够抑制由异常放电引起的污染的产生。此外，能够抑制处理气体流入背面侧空间，能够抑制因处理气体向这样的背面侧空间流入引起的处理空间22中的等离子体的密度降低、离子的数量减少、沉积物的附着等。
另外，在隔离空间形成构件31由绝缘性构件构成的情况下，通过在由导体构成的簇射头13、盖体12、处理腔室主体11的侧壁和金属波纹管14之间夹设绝缘性构件，能够防止异常放电。此外，在隔离空间形成构件31由导电性构件构成的情况下，通过导电性的隔离空间形成构件31与由导体构成的簇射头13、盖体12、处理腔室主体11的侧壁和金属波纹管14接触，抑制在各部产生大的电位差，由此能够防止异常放电。
在利用上述结构的等离子体蚀刻装置100进行半导体晶圆等基板的等离子体蚀刻的情况下，打开配置于在处理腔室10的侧壁形成的开口25的未图示的开闭机构，利用输送机器人的输送臂等，将基板从开口25搬入处理腔室10内，并载置于载置台21上，用未图示的静电吸盘吸附。
接着，使输送机器人的输送臂等从处理腔室10内退出，关闭开口25，利用未图示的排气机构从排气空间23排气，使处理腔室10内达到规定的真空度。然后，从簇射头13向处理腔室内供给规定流量的规定的处理气体(蚀刻气体)。
然后，处理腔室10内的压力维持在规定的压力，之后，在载置台21和簇射头13的至少一者例如只在载置台21上施加规定频率，例如13.56MHz的高频电力。由此，在作为上部电极的簇射头13与作为下部电极的载置台21之间生成高频电场，使蚀刻气体解离并等离子化。然后，利用该等离子体，对基板进行规定的蚀刻处理。
该蚀刻处理时，因为能够通过上下移动簇射头13，将簇射头13与载置台21之间的间隔设定为对于蚀刻处理最适合的间隔，所以能够对基板实施均匀且良好的蚀刻处理。此外，在该蚀刻处理中，能够抑制在簇射头13的背面侧的背面侧空间中异常放电产生，能够抑制由异常放电引起的处理空间22的等离子体的状态变化。而且，因为能够抑制在背面侧空间中产生沉积物，所以也能够抑制在处理中沉积物剥离并附着在基板上而污染基板。由此，能够稳定地进行良好的蚀刻处理。
然后，完成规定的蚀刻处理时，停止高频电力的施加和处理气体的供给，按照与上述步骤相反的步骤，将基板从处理腔室10内搬出。
接着，参照图5～8，对第2实施方式所涉及的等离子体蚀刻装置200的结构进行说明。另外，图7、8表示使簇射头13相对于图5、6而言进一步上升的情况的点与图1～4表示的上述第1实施方式的情况相同。
对于该第2实施方式的等离子体蚀刻装置200，在隔离空间形成构件31的侧面配置有用于向内部导入气体和从内部排出气体的导入/排出口33，在该导入/排出口33处经由处理腔室10的腔室主体11侧壁连接有气体供给排出机构34。如上所述，隔离空间形成构件31的导入/排出口33不限制于上表面，也可以设于侧面。另外，在该第2实施方式的等离子体蚀刻装置200中，对于其他的部分的结构，因为与上述该第1实施方式所涉及的等离子体蚀刻装置100同样地被构成，因此对于相对应的部分附以相同的附图标记，并省略重复的说明。
另外，毋庸置疑，本发明并不仅限定于上述实施方式，而是可以进行各种的变形。例如，对于上述实施方式，对在载置台(下部电极)供给1种频率的高频电的情况进行说明，但是对于在下部电极施加频率不同的多种高频电力的类型的装置等，也能够同样地应用。
附图标记的说明
10、处理腔室；11、处理腔室主体；12、盖体；13、簇射头(上部电极)；14、金属波纹管；21、载置台(下部电极)；22、处理空间；30、升降用驱动器；31、隔离空间形成构件；32、隔离空间；33、导入/排出口；34、气体供给排出机构；100、200、等离子体蚀刻装置。
Claims (10)
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，具有：
处理腔室，其用于容纳基板并实施等离子体处理；
下部电极，其设于上述处理腔室内并兼作为用于载置上述基板的载置台；
上部电极，其设于上述处理腔室内且与上述下部电极相对，在该上部电极与上述下部电极之间形成处理空间，并且该上部电极具有作为簇射头的功能，且能够上下移动并能够改变与上述下部电极之间的间隔，该簇射头从设于与上述下部电极相对的相对面上的多个气体喷出孔朝向上述基板供给处理气体；
盖体，其设于上述上部电极的上侧，且气密地闭塞上述处理腔室的上部开口；
隔离空间形成构件，其以闭塞上述上部电极与上述盖体之间的空间的方式配设，在该隔离空间形成构件内部形成与该隔离空间形成构件外部隔离了的隔离空间，并且具有用于向该隔离空间形成构件内部导入气体以及从该隔离空间形成构件内部排出气体的导入/排出口，能够根据上述上部电极的上下移动改变上述隔离空间的容积；
气体供给排出机构，其从上述导入/排出口向上述隔离空间形成构件的上述隔离空间供给气体以及从该隔离空间排出气体，并且被导入上述隔离空间内的气体不流入上述处理腔室；
高频电源，其向上述上部电极与上述下部电极之间供给高频电力而产生上述处理气体的等离子体。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
在上述盖体上形成有开口，该开口的周围与上述上部电极的上侧之间由伸缩自如的波纹管气密地闭塞。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
形成为环状的上述隔离空间形成构件配置于上述上部电极、上述盖体、上述处理腔室的侧壁和上述波纹管之间的环状的空间中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述隔离空间形成构件由弹性体构成。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述隔离空间形成构件由硅橡胶或氟橡胶构成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述气体供给排出机构供给非活性气体。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述隔离空间形成构件由绝缘性材料构成。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述隔离空间形成构件由导电性材料构成。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述导入/排出口设置于上述隔离空间形成构件的上表面。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述导入/排出口设置于上述隔离空间形成构件的侧面。
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