CN102573263B - 等离子体处理装置及其处理气体供给结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种与现有技术相比能够提高处理的面内均一性的等离子体处理装置及其处理气体供给结构。一种使发生感应耦合等离子体进行基板的处理的等离子体处理装置,包括:以覆盖处理腔室的上部开口的方式设置的、具有电介体窗的上盖;在上盖上设置的多个气体导入口;在处理腔室外的电介体窗的上部设置的高频线圈;和气体供给机构,其具有为使位于电介体窗的内侧而在上盖上支承的、具有透孔的一块板体,在板体和电介体窗之间设置的端部在透孔的缘部开口,同时通过与气体导入口连通的多个槽状的气体流路向处理腔室内从多个部位向水平方向供给处理气体。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置及其处理气体供给结构。
背景技术
历来,在半导体装置的制造领域等中,作为在半导体晶片等的基板上进行成膜处理或者蚀刻处理等的处理的装置,已知使用感应耦合等离子体(ICP)的等离子体处理装置。
作为使用ICP的等离子体处理装置的处理气体供给结构,已知在处理腔室的上部设置有高频线圈的等离子体处理装置中,例如在基板的周围的、在高频线圈与基板之间的空间内设置由环状的中空管组成的处理气体供给机构,从在中空管的内侧设置的多个气体吹出口向基板上部的空间喷出处理气体的方式(例如参照专利文献1)。
另外,已知在处理腔室的侧壁部设置有高频线圈的等离子体处理装置中,例如,从处理腔室的上部中央向基板上部的空间喷出处理气体的方式(例如参照专利文献2)。
所述的处理气体供给结构,均是使用通过孔或缝的开口的喷嘴状的结构的方式。在处理腔室的上部设置高频线圈的等离子体处理装置的情况下,当在基板的上部存在用于气体导入的大的结构物时,存在因该结构物遮挡而基板的处理状态不均一的可能。另外,在基板的上部且在高频线圈的下部设置有气体扩散室的情况下,需要采取措施防止在该空间内的放电现象。因此,使气体喷出的部位,基本上被限制在基板的中央部以及外周部。
专利文献:
专利文献1:日本特开2001-85413号公报
专利文献2:日本特许第3845154号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述,在现有的等离子体处理装置及其处理气体供给结构中,因为喷出气体的部位被限制,所以存在难以控制处理气体的供给状态、提高处理的面内均一性这样的问题。
本发明鉴于所述现有的问题而做出,目的在于提供一种与现有技术相比能够提高处理的面内均一性的等离子体处理装置及其处理气体供给结构。
解决问题的方法
本发明的等离子体处理装置,是使在处理腔室内发生感应耦合等离子体、对收纳在所述处理腔室内的基板进行处理的等离子体处理装置,其特征在于,包括:用于覆盖所述处理腔室的上部开口所设置的具有电介体窗的上盖;设置于所述上盖的、用于向所述处理腔室内供给处理气体的多个气体导入口;设置在所述处理腔室外的所述电介体窗的上部设置的高频线圈;和气体供给机构,其具有以位于所述电介体窗的内侧的方式被支承于所述上盖、具有透孔的一块板体,设置在所述板体与所述电介体窗之间的端部在所述透孔的缘部开口,并且经由与所述气体导入口连通的多个槽状的气体流路从多个部位向水平方向将处理气体供给至所述处理腔室内。
本发明的等离子体处理装置的处理气体供给结构,包括:为覆盖处理腔室的上部开口而设置的、具有电介体窗的上盖;设置于所述上盖的、用于向所述处理腔室内供给处理气体的多个气体导入口;和设置在所述处理腔室外的所述电介体窗的上部的高频线圈,通过向所述高频线圈施加高频电力,使在所述处理腔室内发生感应耦合等离子体,对收纳在所述处理腔室内的基板进行处理,所述处理气体供给结构的特征在于,具有:以位于所述电介体窗的内侧的方式而被支承于所述上盖的、具有透孔的一块板体,设置在所述板体与所述电介体窗之间的端部在所述透孔的缘部开口,并且经由与所述气体导入口连通的多个槽状的气体流路,从多个部位向水平方向将处理气体供给至所述处理腔室内。
根据本发明,能够提供与现有技术相比能够提高处理的面内均一性的等离子体处理装置及其处理气体供给结构。
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剖面概略结构的图。
图2是表示图1的等离子体蚀刻装置的主要部分的结构的图。
图3是表示图1的等离子体蚀刻装置的主要部分的剖面结构的图。
图4是表示图1的等离子体蚀刻装置的主要部分的剖面结构的图。
符号说明
1...等离子体蚀刻装置,
10...处理腔室,
11...处理腔室主体,
12...上盖,
13...电介体窗,
14...高频线圈,
15...载置台,
30...处理气体供给机构,
31...板体,
32透孔
51~54...槽状气体流路。
具体实施方式
下面,参照附图针对实施方式详细说明本发明。
图1是表示作为本发明的一个实施方式的等离子体处理装置的等离子体蚀刻装置1的结构的模式图。如该图所示,等离子体蚀刻装置1具有处理腔室10。处理腔室10由表面被阳极氧化处理过的铝等形成为大致圆筒状,由形成在上部具有开口的容器状的处理腔室主体11、和以覆盖该处理腔室主体11的上部开口的方式设置的上盖12构成其主要部分。
在上盖12设置有由石英等形成的电介体窗13,以位于处理腔室10的外侧的、电介体窗13的上部附近的方式,设置有高频线圈14。该高频线圈14与未图示的高频电源连接,供给规定频率(例如13.5MHz)的高频电力。
在处理腔室10的内部,以位于电介体窗13的下方的方式设置有用于载置半导体晶片等的基板的载置台15。在载置台15的基板载置面,设置有用于吸附基板的未图示的静电吸盘。另外,在该载置台15连接有用于施加偏置电压的未图示的高频电源。在载置台15的周围,设置用于向下方排气的环状的排气空间16,在排气空间16中,设置有与未图示的排气装置连通的排气口17。
在载置台15的周围,设置有用于将载置台15的上方的处理空间18、和排气空间16分隔的挡板19。另外,在处理腔室主体11的侧壁部分,设置有用于搬入·搬出要处理的基板的搬入·搬出口20。在该搬入·搬出口20设置有闸阀等未图示的开闭机构。
在电介体窗13的内侧设置有处理气体供给机构30。该处理气体供给机构30,如图3、图4放大表示的那样,具有一块板体31。如图2所示,在板体31上形成有多个圆形的透孔32,因为在其中央部也形成有透孔32,所以全体形状成环状。
板体31由电介体例如石英或者陶瓷形成。该板体31的厚度优选为3mm以上例如6mm左右。在板体31的上表面,以从外周部到达内周侧的任一透孔32的周缘部的方式沿径向形成有多个槽,通过该槽在电介体窗13与板体31之间形成槽状气体流路51~54。
如图3、图4所示,以围绕所述电介体窗13和板体31的周围的方式,设置有形成为环状的环状部件40。在该环状部件40的下侧内周部,设置有成环状向内周侧突出的突出部45。在该突出部45以外周侧高、内周侧低的方式形成有台阶,外周侧的高台阶部成为用于支承电介体窗13的下侧面周缘部的电介体窗支承部45a,内侧的低台阶部成为用于支承板体31的下侧面周缘部的板体支承部45b。此外,在电介体窗支承部45a设置有用于将电介体窗13与环状部件40之间气密地密封的O形环46。
在与板体31的下侧面周缘部抵接的板体支承部45b的上表面一侧,形成有多条(在本实施方式中为4条)环状槽,通过使板体31与板体支承部45b抵接,环状槽的上侧通过板体31被气密地闭塞,环状槽的部分成为环状气体流路41~44。此外,在这些环状气体流路41~44彼此之间,以及最内周侧的环状气体流路44的内周侧,分别设置有O形环47。
如图2所示,在作为上盖12的结构部件的环状部件40的上表面,设置有多个(在本实施方式中为4个)气体导入口61~64。在这些气体导入口61~64中,如图1所示,气体导入口61、62经由形成在环状部件40的处理气体导入路径81、82与环状气体流路41、42连通。在图1中,虽然未图示,但是关于气体导入口63、64,也同样地经由形成在环状部件40的处理气体导入路径83、84与环状气体流路43、44连通。
另外,如图3所示,在槽状气体流路51~54中,在槽状气体流路51的外周侧端部,设置有外周侧透孔51a,通过该外周侧透孔51a,槽状气体流路51与环状气体流路41连通。
同样,如图4所示,在槽状气体流路51~54中,在槽状气体流路54的外周侧端部,设置有外周侧透孔54a,通过该外周侧透孔54a,槽状气体流路54与环状气体流路44连通。此外,关于槽状气体流路52、53,虽然未图示,但是同样地与环状气体流路42、43连通。
如图2所示,槽状气体流路51~54分别沿圆周方向以等间隔设置有多条(在图2表示的例子中每种4条,合计16条),而且以在圆周方向上不重合的方式设置。在本实施方式中,构成为与形成在最外周的环状气体流路41连通的槽状气体流路51的长度最长,延伸至板体31的内周部,按照槽状气体流路52、槽状气体流路53、槽状气体流路54的顺序长度依次缩短。
这些槽状气体流路51~54设置成分别与环状的高频线圈14正交,通过由高频线圈14感生的电磁场,成为在槽状气体流路51~54内难以发生放电的结构。此外,用于形成这些槽状气体流路51~54的槽,例如深度优选做成1mm~2mm左右。
板体31以及电介体窗13的固定可以如下进行。在将板体31载置于板体支承部45b后,以位于板体31上的方式将电介体窗13载置于电介体窗支承部45a,接着,在电介体窗13上配置环状的按压部件65,通过螺栓等将按压部件65固定于环状部件40,将电介体窗13的周围向下方按压。
在所述结构的处理气体供给机构30中,从气体导入口61~64导入的处理气体,通过处理气体导入路径81~84、环状气体流路41~44、槽状气体流路51~54,从槽状气体流路51~54开口的透孔32的部分向水平方向供给至处理腔室10内。
在该处理气体供给机构30中,因为成为在高频线圈14的紧跟前没有气体扩散室的结构,所以没有必要采取措施应对气体扩散室内放电的发生。另外,因为不限定于基板的中央部和周边部,能够把处理气体的喷出位置设置在基板的径向的任意多个位置,所以能够向基板上方的处理空间18内均一地供给处理气体,提高处理的面内均一性。另外,也可以根据希望向处理空间18内不均一地供给处理气体,任意控制等离子体处理的状态。
另外,在处理气体供给机构30中,因为在电介体窗13与基板之间存在的部件实质上仅是厚度薄的一块板体31,所以将电介体窗13(板体31)与载置台15上的基板之间的间隔设定得窄(例如10mm~40mm左右),将处理空间18做得窄,能够合适地进行通过实质上使高频线圈14与基板的距离接近的窄隙(narrow gap)处理。
亦即,如所述在电介体窗13和基板之间存在的部件,因为实质上仅是厚度薄的一块板体31,所以容易使高频线圈14和基板的距离接近。另外,在处理气体供给机构30中,因为处理气体向处理腔室10内的供给位置的高度全部不变,从不变的高度位置供给处理气体,所以即使在进行通过窄隙处理的情况下,也能够提高处理的面内均一性。进而,因为在电介体窗13与基板之间存在的部件实质上仅是平面状的板体31,因为不成为凹凸形状,所以能够把基板与板体31的间隔遍及基板整个面做成大致不变的间隔,即使在进行通过窄隙处理的情况下,也能够提高处理的面内均一性。
如上所述,以与高频线圈14正交的方式设置槽状气体流路51~54,所以在槽状气体流路51~54内发生放电的可能性低。但是,为确实防止在槽状气体流路51~54内放电的发生,也可以在槽状气体流路51~54的部分上设置金属膜,把该金属膜设定为接地电位或者其他电位。
通过所述结构的等离子体蚀刻装置1,在进行半导体晶片的等离子体蚀刻的情况下,打开未图示的开闭机构,从搬入·搬出口20将基板搬入至处理腔室10内,并载置于载置台15,通过静电吸盘吸附。
接着,关闭搬入·搬出口20的未图示的开闭机构,从排气口17通过未图示的真空泵等,把处理腔室10内抽真空至规定的真空度。
其后,通过处理气体供给机构30向处理腔室10内供给规定流量的规定的处理气体(蚀刻气体)。此时,从气体导入口61~64导入的处理气体,通过处理气体导入路径81~84、环状气体流路41~44、槽状气体流路51~54,从槽状气体流路51~54开口的透孔32的部分向水平方向供给处理腔室10内。
然后,在处理腔室10内的压力维持在规定的压力后,在高频线圈14上施加规定频率的高频电力。由此,在处理腔室10内的基板的上方的处理空间18内,发生蚀刻气体的ICP等离子体。另外,根据需要,从未图示的高频电源施加偏压用的高频电压,进行通过ICP等离子体的对基板的等离子体蚀刻。
此时,因为通过处理气体供给机构30,从处理腔室10内的分散的多个地方并且从同一位置供给处理气体,所以能够使向基板供给的处理气体更加均一化。另外,因为处理气体供给机构30由用电介体组成的一块板体31形成,与电介体窗13构成一体,所以也能够通过电介体窗13遮蔽在处理空间内感生的电磁场,抑制基板的处理状态变得不均一。由此,能够使等离子体的状态均一化,能够对于基板的各部分施行均一的蚀刻处理。亦即,能够提高处理的面内均一性。
然后,当规定的等离子体蚀刻处理结束时,停止高频电力的施加以及处理气体的供给,以与所述步骤相反的步骤从处理腔室10内将基板搬出。
此外,本发明不限于所述实施方式,当然能够进行各种变形。例如,处理气体供给机构30的环状气体流路41~44、槽状气体流路51~54等的数目不限于所述实施方式的数目,几个都可以。
Claims (8)
1.一种等离子体处理装置,其在处理腔室内产生感应耦合等离子体,对被收纳在所述处理腔室内的基板进行处理,该等离子体处理装置的特征在于,包括:
以覆盖所述处理腔室的上部开口的方式设置的、具有电介体窗的上盖;
设置于所述上盖的、用于向所述处理腔室内供给处理气体的多个气体导入口;
设置于所述处理腔室外的所述电介体窗的上部的高频线圈;和
气体供给机构,其具有以位于所述电介体窗的内侧的方式被支承于所述上盖的、具有透孔的一块板体,经由设置在所述板体与所述电介体窗之间且端部在所述透孔的周缘部开口并且与所述气体导入口连通的多个槽状的气体流路从多个部位向水平方向将处理气体供给至所述处理腔室内,
所述多个槽状的气体流路,通过在所述板体的上表面以从所述板体的外周部到达内周侧的任一所述透孔的所述周缘部的方式沿径向形成的槽,而形成在所述电介体窗与所述板体之间,以与所述高频线圈正交的方式设置。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置,其特征在于,
具有与所述板体的下侧周缘部抵接的、在与所述板体之间形成多条环状气体流路的环状部件,
所述气体导入口和所述气体流路经由所述环状气体流路连通。
3.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于,
所述板体由电介体形成。
4.如权利要求3所述的等离子体处理装置,其特征在于,
所述板体由石英或者陶瓷形成。
5.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于,
所述板体为环状。
6.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于,
在所述槽状的气体流路的部分形成有金属薄膜。
7.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于,
所述处理腔室内的所述板体与所述基板的间隔为10mm~40mm的范围。
8.一种等离子体处理装置的处理气体供给结构,所述等离子体处理装置包括:以覆盖处理腔室的上部开口的方式设置的、具有电介体窗的上盖;设置于所述上盖的、用于向所述处理腔室内供给处理气体的多个气体导入口;和设置于所述处理腔室外的所述电介体窗的上部的高频线圈,通过向所述高频线圈施加高频电力,使得在所述处理腔室内产生感应耦合等离子体,对被收纳在所述处理腔室内的基板进行处理,所述等离子体处理装置的处理气体供给结构的特征在于,
具有以位于所述电介体窗的内侧的方式被支承于所述上盖的、具有透孔的一块板体,经由设置在所述板体与所述电介体窗之间且端部在所述透孔的周缘部开口并且与所述气体导入口连通的多个槽状的气体流路,从多个部位向水平方向将处理气体供给至所述处理腔室内,
所述多个槽状的气体流路,通过在所述板体的上表面以从所述板体的外周部到达内周侧的任一所述透孔的所述周缘部的方式沿径向形成的槽,而形成在所述电介体窗与所述板体之间,以与所述高频线圈正交的方式设置。
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