CN109841476A - 半导体制造装置用的部件以及半导体制造装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及半导体制造装置用的部件以及半导体制造装置，目的在于使对蚀刻率和倾斜中的至少一项的控制性提高。提供半导体制造装置用的部件，所述部件被通电，在所述部件的一部分设置有绝缘构件。

Description

半导体制造装置用的部件以及半导体制造装置
技术领域
本发明涉及半导体制造装置用的部件以及半导体制造装置。
背景技术
聚焦环在半导体制造装置的处理室内被配置于载置台上的晶圆的周缘部，在处理室内进行等离子体处理时，使等离子体朝向晶圆W的表面聚敛。此时，聚焦环曝露于等离子体，发生消耗。
其结果是，在晶圆的边缘部处，离子的照射角度变斜，蚀刻形状发生倾斜(tilting)。另外，晶圆的边缘部的蚀刻率变动，晶圆W的面内的蚀刻率变得不均匀。因而，聚焦环在发生了规定以上消耗时更换为新的聚焦环。但是，此时发生的更换时间成为生产率降低的一个要因。
与此相对，提出了将从直流电源输出的直流电流施加于聚焦环，由此控制蚀刻率的面内分布的方案(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2009-239222号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，专利文献1中，在聚焦环的表面形成的鞘层的变化大，等离子体的状态变化变大，因此存在对蚀刻率或者倾斜的控制性欠缺的问题。
同样，在聚焦环以外的在半导体制造装置中使用的、因暴露于等离子体而发生消耗的构件中，因构件的消耗而在构件的表面形成的鞘层发生变化，与该变化相应地等离子体的状态发生变化。
针对所述课题，本发明的一方面的目的在于，使对蚀刻率和倾斜中的至少一项的控制性提高。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，根据一方式，提供一种半导体制造装置用的部件，所述部件被通电，在所述部件的一部分设置有绝缘构件。
发明的效果
根据一方面，能够使对蚀刻率和倾斜中的至少一项的控制性提高。
附图说明
图1是示出一实施方式所涉及的半导体制造装置的截面的一例的图。
图2是用于说明聚焦环的消耗导致的蚀刻率以及倾斜的变动的图。
图3是示出一实施方式所涉及的聚焦环的截面的一例的图。
图4是示出一实施方式所涉及的聚焦环的上表面的一例的图。
图5是示出一实施方式所涉及的绝缘构件的特性的一例的图。
图6是示出一实施方式的变形例所涉及的聚焦环的截面的一例的图。
附图标记说明
1：半导体制造装置；10：处理容器；11：载置台；15：隔板；18：排气装置；21：第一高频电源；22：第二高频电源；23：隔直电容器；25：静电卡盘；25a：吸附电极；25b：介电层；25c：基台；26：直流电源；28：直流电源；30：聚焦环；30a、30b：构件；30a1：凸部；30c：绝缘构件；30d：间隙；31：制冷剂室；35：传热气体供给部；43：控制部；50：铝环。
具体实施方式
以下，参照附图说明用于实施本发明的方式。此外，在本说明书以及附图中，关于实质上相同的结构附加相同的符号并省略重复的说明。
[半导体制造装置]
首先，参照图1说明本发明的一实施方式所涉及的半导体制造装置1的一例。图1是示出一实施方式所涉及的半导体制造装置1的截面的一例的图。本实施方式所涉及的半导体制造装置1是RIE(Reactive Ion Etching：反应离子刻蚀)型的半导体制造装置。
半导体制造装置1具有金属制、例如铝或者不锈钢制的圆筒型的处理容器10，其内部成为进行等离子体蚀刻、等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)等等离子体处理的处理室。处理容器10接地。
处理容器10的内部配设有圆板状的载置台11。载置台11载置作为被处理体一例的半导体晶圆W(以下称为“晶圆W”)。载置台11具有静电卡盘25。载置台11隔着由氧化铝(Al2O3)形成的筒状保持构件12被从处理容器10的底向垂直上方延伸的筒状支承部13支承。
静电卡盘25具有由铝形成的基台25c、基台25c上的介电层25b。在静电卡盘25的周缘部载置有聚焦环30。静电卡盘25以及聚焦环30的外周被绝缘环32包覆。在绝缘环32的内侧面，以与聚焦环30以及基台25c接触的方式设置有铝环50。
在介电层25b埋设有由导电膜构成的吸附电极25a。直流电源26经由开关27来与吸附电极25a连接。利用从直流电源26向吸附电极25a施加的直流电流使静电卡盘25产生库仑力等静电力，静电卡盘25利用该静电力吸附保持晶圆W。
第一高频电源21经由匹配器21a来与载置台11连接。第一高频电源21向载置台11施加用于生成等离子体以及RIE的第一频率(例如，13MHz的频率)的高频电力。另外，第二高频电源22经由匹配器22a来与载置台11连接。第二高频电源22向载置台11施加比第一频率低的用于施加偏压的第二频率(例如，3MHz的频率)的高频电力。由此，载置台11也作为下部电极发挥功能。
另外，直流电源28经由开关29来与供电线21b连接。在直流电源28同供电线21b的连接点与第一高频电源21之间设置有隔直电容器23。隔直电容器23将来自直流电源28的直流电流隔断，使得直流电流不会向第一高频电源21流动。利用从直流电源28施加的直流电流使静电卡盘25产生库仑力等静电力，静电卡盘25利用该静电力吸附保持聚焦环30。
在基台25c的内部，例如设置有沿周向延伸的环状的制冷剂室31。对制冷剂室31，从冷却单元经由配管33、34来循环供给规定温度的制冷剂、例如冷却水，来对静电卡盘25进行冷却。
另外，静电卡盘25经由气体供给线路36来与传热气体供给部35连接。传热气体供给部35经由气体供给线路36向静电卡盘25的上表面与晶圆W的背面之间的空间供给传热气体。作为传热气体，优选使用具有导热性的气体、例如He气等。
在处理容器10的侧壁与筒状支承部13之间形成有排气路径14。在排气路径14的入口配设有环状的隔板15，并且在底部设置排气口16。排气口16经由排气管17来与排气装置18连接。排气装置18具有真空泵，将处理容器10内的处理空间减压至规定的真空度。另外，排气管17具有作为可变蝶形阀的自动压力控制阀(automatic pressure control valve)(以下称为“APC”)，APC自动地对处理容器10内进行压力控制。并且，在处理容器10的侧壁安装有对晶圆W的搬入搬出口19进行开闭的闸阀20。
在处理容器10的顶部设置有气体喷淋头24。气体喷淋头24具有电极板37、以使该电极板37能够安装拆卸的方式支承该电极板37的电极支承体38。电极板37具有很多气体通气孔37a。在电极支承体38的内部设置有缓冲室39，该缓冲室39的气体导入口38a经由气体供给配管41与处理气体供给部40连接。另外，在处理容器10的周围配置以环状或者同心状延伸的磁体42。
半导体制造装置1的各结构部件与控制部43连接。控制部43控制半导体制造装置1的各结构部件。作为各结构部件，例举有排气装置18，匹配器21a、22a，第一高频电源21，第二高频电源22，开关27、29，直流电源26、28，传热气体供给部35以及处理气体供给部40等。
控制部43具备CPU 43a以及存储器43b，通过读出并执行存储器43b所存储的、半导体制造装置1的控制程序以及处理制程，来使半导体制造装置1执行蚀刻等规定的处理。另外，控制部43根据规定的处理，对用于静电吸附晶圆W、聚焦环30的静电吸附处理等进行控制。
在半导体制造装置1中，在例如进行蚀刻处理时，首先打开闸阀20，将晶圆W搬入到处理容器10内，载置到静电卡盘25上。将来自直流电源26的直流电流向吸附电极25a施加，使静电卡盘25吸附晶圆W，将来自直流电源28的直流电流向基台25c施加，使静电卡盘25吸附聚焦环30。另外，将传热气体供给到静电卡盘25与晶圆W之间。而且，将来自处理气体供给部40的处理气体向处理容器10内导入，利用排气装置18等对处理容器10内进行减压。并且，从第一高频电源21以及第二高频电源22向载置台11供给第一高频电力以及第二高频电力。
在半导体制造装置1的处理容器10内，因磁体42而形成朝向一个方向的水平磁场，因施加到载置台11的高频电力而形成铅垂方向的RF电场。由此，从气体喷淋头24喷出的处理气体等离子体化，利用等离子体中的自由基、离子对晶圆W进行规定的等离子体处理。
[聚焦环的消耗]
然后，参照图2说明因聚焦环30的消耗而产生的鞘层的变化、蚀刻率以及倾斜的变动。如图2的(a)所示，在聚焦环30是新品的情况下，以使晶圆W的上表面与聚焦环30的上表面成为相同的高度的方式设计聚焦环30的厚度。此时，等离子体处理中的晶圆W上的鞘层与聚焦环30上的鞘层成为相同的高度。该状态下，来自等离子体的离子向晶圆W上以及聚焦环30上照射的照射角度成为垂直，其结果是，在晶圆W上形成的孔等的蚀刻形状成为垂直，不会产生蚀刻形状变斜的倾斜(tilting)。另外，在晶圆W的面内整体，均匀地控制蚀刻率。
但是，在等离子体处理中，聚焦环30曝露于等离子体而发生消耗。这样，如图2的(b)所示，聚焦环30的上表面变得比晶圆W的上表面低，聚焦环30上的鞘层的高度变得比晶圆W上的鞘层的高度低。
在该鞘层的高度产生有高度差的晶圆W的边缘部处，离子的照射角度变斜，产生蚀刻形状的倾斜(tilting)。另外，晶圆W的边缘部的蚀刻率发生变动，晶圆W的面内的蚀刻率发生不均匀。
与此相对，在本实施方式中，向聚焦环30施加从直流电源28输出的直流电流，由此控制蚀刻率的面内分布以及倾斜。但是，当直流电流从聚焦环30的上表面整面通到等离子体空间时，由于聚焦环30的上表面整面的鞘层发生变化，等离子体的状态变化变大，对蚀刻率以及倾斜的控制性变得欠缺。
因而，在本实施方式所涉及的聚焦环30中，为了使对蚀刻率以及倾斜的控制性提高，以使聚焦环30的上表面的一部分的鞘层发生变化的方式来构成聚焦环30。
[聚焦环的结构]
以下，参照图3以及图4说明本实施方式所涉及的聚焦环30的结构的一例。图3是示出本实施方式所涉及的聚焦环30及其周边的截面的一例的图。图4是示出本实施方式所涉及的聚焦环的上表面的一例的图。
本实施方式所涉及的聚焦环30被分割为由硅形成的两个环状的构件30a、30b。构件30a在聚焦环30的内周侧具有向上表面突出的凸部30a1。聚焦环30以凸部30a1靠近晶圆W的周缘部的方式被配置在静电卡盘25上。构件30a的凸部30a1的外周侧具有比凸部30a1薄的平坦的形状。
由环状的绝缘构件30c形成聚焦环30的一部分。在本实施方式中，在凸部30a1的外周侧，在构件30a的上部隔着环状的绝缘构件30c载置有构件30b。
绝缘构件30c也可以是将分割聚焦环30而成的构件30a与构件30b以不电连接的方式接合的接合剂。绝缘构件30c是由无机物的SiO2、有机物的有机硅化合物、丙烯酸类树脂、环氧树脂中的任一项形成的。在构件30a与构件30b之间存在间隙30d，绝缘构件30c从聚焦环30的上表面的间隙30d环状地露出。
通过这样设为利用绝缘构件30c和间隙30d使构件30a与构件30b不接触的结构，能够使构件30a与构件30b不电连接。
但是，绝缘构件30c的形状不限于环状。例如，绝缘构件30c也可以是在聚焦环30的一部分设置为狭缝状或者岛状。在该情况下，以使构件30a与构件30b不接触或者使构件30a与构件30b尽可能不接触的方式设置绝缘构件30c以及间隙，由此能够使构件30a与构件30b不电连接或者将电连接设为最小限度。
如图4所示，聚焦环30的外径为内径为但不限于此。例如，聚焦环30的外径也可以是也可以是除此以外的大小。另外，例如，聚焦环30的内径也可以是也可以是除此以外的大小。图3以及图4所示的凸部30a1的上表面的环状的宽度L为0.5mm以上即可，优选为在0.5mm～30mm的范围内。
当构件30a与构件30b之间的间隙30d成为100μm以上时，有可能在聚焦环30以及晶圆W的上方生成的等离子体进入间隙30d从而发生异常放电的风险。因此，将间隙30d管理为例如为100μm或者100μm以下。
绝缘构件30c可以是体积电阻率在1×1012～1×1017[Ω·cm]的范围内的物质。例如，绝缘构件30c可以是无机物的SiO2、或有机物的有机硅化合物、丙烯酸类树脂、环氧树脂中的任一项的膜。当参照图5时，SiO2的体积电阻率为1×1017[Ω·cm]。另外，环氧树脂的体积电阻率为1×1012～1×1017[Ω·cm]，丙烯酸类树脂的体积电阻率为1×1015[Ω·cm]，有机硅化合物的体积电阻率为1×1014～1×1015[Ω·cm]。由此，SiO2、有机硅化合物、丙烯酸类树脂、环氧树脂中的任一物质均为体积电阻率在1×1012～1×1017[Ω·cm]的范围内的物质。
图3所示的绝缘构件30c的厚度H可以是处于2μm～750μm的范围的厚度。例如，在绝缘构件30c为SiO2的情况下，绝缘构件30c的厚度H可以是2μm～30μm的范围中的任一厚度。在绝缘构件30c为有机硅化合物、丙烯酸类树脂、环氧树脂中的任一项的情况下，绝缘构件30c的厚度H可以是2μm～750μm的范围中的任一厚度。
也可以是，在聚焦环30的内周侧、外周侧或者内周侧与外周侧之间的规定的高度配置一个或者多个绝缘构件30c。规定的高度既可以是聚焦环30的上表面，也可以是聚焦环30的内部。
[直流电流的路径]
从直流电源28向静电卡盘25施加直流电流。如图3所示，聚焦环30与基台25c经由铝环50来稳定地电连接。本实施方式中，与铝环50接触的聚焦环30的侧面是成为直流电流的入口的接点。但是，接点的位置不限于此。
直流电流按基台25c、铝环50、聚焦环30的顺序流动。在聚焦环30的内部，绝缘构件30c成为电阻层，直流电流被绝缘构件30c隔绝，不会流到与构件30a分离的构件30b侧。
由此，直流电流在聚焦环30的内部，从成为直流电流的入口的接点，通向通过绝缘构件30c的配置所划定的路径。也就是说，直流电流从构件30a的外周侧面侧流入，朝向内周侧流动，从成为直流电流的出口的内周上表面(环状的凸部30a1的上表面)通向等离子体空间。成为直流电流的出口的环状的凸部30a1的上表面的宽度L优选为0.5mm以上。
如以上所说明那样，根据本实施方式所涉及的聚焦环30，成为直流电流的路径的构件30a的凸部30a1设置为在聚焦环30的内周侧向上部突出。另外，绝缘构件30c在聚焦环30的外周侧将构件30a与构件30b分离。另外，在内周侧，以使构件30a与构件30b不接触的方式设置有间隙30d。根据所述结构，能够使直流电流从图4所示的聚焦环30的上表面中的内周侧的凸部30a1的上表面通向等离子体空间，使直流电流不从外周侧的构件30b的上表面流向等离子体空间。
在将直流电流从聚焦环30的上表面整面通向等离子体空间的情况下，在聚焦环上形成的鞘层的变化变大。由此，等离子体的状态变化变大，对蚀刻率以及倾斜的控制性变差。与此相对，根据本实施方式，直流电流在通过绝缘构件30c的配置所划定的聚焦环30的路径通过，从聚焦环30的上表面的一部分通向等离子体空间。由此，能够使聚焦环30上的鞘层部分地发生变化，并且能够仅使想要使鞘层变化的区域发生变化。因此，等离子体的状态变化为部分的变化并且变化变小，能够使对蚀刻率以及倾斜的控制性提高。其结果，能够抑制倾斜的发生，能够使蚀刻形状为垂直。另外，能够使晶圆W的面内的蚀刻率均匀。
此外，在图3中，聚焦环30与基台25c之间存在间隙，直流电流按电连接的基台25c、铝环50、聚焦环30的顺序流动，但不限于此。例如，使聚焦环30的下表面与基台25c接触，由此聚焦环30的下表面成为作为直流电流的入口的接点。
另外，例如，在使铝环50与聚焦环30在聚焦环30的下表面处接触的情况下，与铝环50接触的聚焦环30的下表面成为作为直流电流的入口的接点。
另外，优选用热喷涂氧化钇(Y2O3)等而成的热喷涂膜包覆在基台25c的侧面的不想通直流电流的部位。
[变形例]
最后，参照图6说明本实施方式的变形例所涉及的聚焦环30。图6是示出本实施方式所涉及的聚焦环30的截面的一例的图。
(变形例1)
关于图6的(a)的变形例1所涉及的聚焦环30，在环状的聚焦环30的外周侧设置有成为直流电流的出口的构件30a的凸部30a1。另外，绝缘构件30c在聚焦环30的内周侧将构件30a与构件30b分离。在外周侧，以使构件30a与构件30b不接触的方式设置有间隙30d。其它的结构与图3的本实施方式所涉及的聚焦环30相同。
在变形例1中，直流电流从构件30a的外周侧流入并在外周侧流动，从成为直流电流的出口的环状的凸部30a1的上表面通向等离子体空间。
(变形例2)
关于图6的(b)的变形例2所涉及的聚焦环30，在环状的聚焦环30的中央设置有成为直流电流的出口的构件30a的凸部30a1。绝缘构件30c1、30c2在聚焦环30的外周侧以及内周侧将构件30a与构件30b1、以及构件30a与构件30b2分离。在中央处，以使构件30a与构件30b1以及构件30b2不接触的方式设置有间隙。其它的结构与图3的本实施方式所涉及的聚焦环30相同。
在变形例2中，直流电流从构件30a的外周侧流入，朝向中央流动，从中央的环状的凸部30a1的上表面通向等离子体空间。
(变形例3)
关于图6的(c)的变形例3所涉及的聚焦环30，在环状的聚焦环30的外周侧与中央之间以及内周侧与中央之间设置有两个成为直流电流的出口的构件30a的凸部30a1、30a2。绝缘构件30c1、30c2、30c3在聚焦环30的外周侧、中央以及内周侧，将构件30a与构件30b1、构件30a与构件30b2、以及构件30a与构件30b3分离。以使构件30a与构件30b1、构件30a与构件30b2以及构件30a与构件30b3不接触的方式设置有间隙。其它的结构与图3的本实施方式所涉及的聚焦环30相同。
在变形例3中，直流电流从构件30a的外周侧流入，朝向中央流动，从外周侧与内周侧与中央之间的环状的凸部30a1、30a2的上表面通向等离子体空间。变形例3中，凸部30a1以及凸部30a2的上表面的合计的宽度为0.5mm以上即可，优选为在0.5mm～30mm的范围内。
(变形例4)
关于图6的(d)的变形例4所涉及的聚焦环30，在聚焦环30的内周侧设置有成为直流电流的出口的构件30a的凸部30a1。在聚焦环30的上表面设置有绝缘构件30c。在该情况下，关于绝缘构件30c，既可以是贴附薄片状的SiO2等构件，也可以是通过热喷涂来将SiO2等热喷涂膜形成为绝缘构件30c。但是，在该情况下，由于绝缘构件30c在聚焦环30的上表面暴露于等离子体，需要利用氧化钇(Y2O3)包覆聚焦环30来提高对等离子体的耐性。在本实施方式中，不需要将聚焦环30分割为多个构件。
在变形例4中，直流电流从构件30a的外周侧流入，朝向内周侧流动，从环状的凸部30a1的上表面通向等离子体空间。
在变形例1～变形例4中的任一项中，直流电流从聚焦环30的上表面的一部分通向等离子体空间，由此能够减小在聚焦环30上形成的鞘层的变化。由此，通过减小等离子体的状态变化，能够使对蚀刻率以及倾斜的控制性提高。此外，半导体制造装置用的部件优选为硅等半导体。
以上，基于所述实施方式说明了半导体制造装置用的部件以及半导体制造装置，但是本发明所涉及的半导体制造装置用的部件以及半导体制造装置并不限定于所述实施方式，在本发明的范围内能够进行各种变形以及改良。多个所述实施方式所记载的事项能够在不矛盾的范围内进行组合。
在所述实施方式以及变形例中，说明了聚焦环30，但本发明所涉及的半导体制造装置用的部件不限于此。半导体制造装置用的部件只要是被施加高频电力以及直流电流且是半导体制造装置所使用的部件即可。作为一例能够应用于被施加高频电力以及直流电流的上部电极。在该情况下，根据本发明，即使上部电极暴露于等离子体因而发生消耗，也能够使对蚀刻率以及倾斜的控制性提高。其中，只要能够使对蚀刻率以及倾斜中的至少一项的控制性提高即可。
本发明所涉及的半导体制造装置也能够应用于Capacitively Coupled Plasma(电容耦合等离子体、CCP)、Inductively Coupled Plasma(电感耦合等离子体、ICP)、Radial Line Slot Antenna(径向线缝隙天线)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(电子回旋共振等离子体、ECR)、Helicon Wave Plasma(螺旋波等离子体、HWP)等类型。
另外，在本说明书中，作为在半导体制造装置1中被处理的被处理体的一例，举出晶圆W进行了说明。但是，被处理体不限于此，也可以是LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示)、FPD(Flat Panel Display：平板显示)所使用的各种基板、CD基板、印刷基板等。

Claims (14)

1.一种半导体制造装置用的部件，
所述部件被通电，在所述部件的一部分设置有绝缘构件。
2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，
所述绝缘构件在所述部件的一部分处以环状、狭缝状或者岛状设置。
3.根据权利要求2所述的部件，其特征在于，
所述绝缘构件从所述部件以环状、狭缝状或者岛状露出。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述部件的构成所述绝缘构件以外的部分的物质是半导体。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述绝缘构件是体积电阻率在1×1012～1×1017[Ω·cm]的范围内的物质。
6.根据权利要求5所述的部件，其特征在于，
所述绝缘构件是硅氧化物、有机硅化合物、丙烯酸类树脂和环氧树脂中的任一项。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述部件使直流电流从成为直流电流的入口的接点起沿通过所述绝缘构件的配置所划定的所述部件的路径通过。
8.根据权利要求7所述的部件，其特征在于，
成为通过所述部件的路径的直流电流的出口的、所述部件的环状的表面的宽度为0.5mm以上。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述绝缘构件的厚度处于2μm～750μm的范围。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述部件是聚焦环。
11.根据权利要求10所述的部件，其特征在于，
在所述聚焦环的内周侧、外周侧或者内周侧与外周侧之间，在规定的高度配置有一个或者多个所述绝缘构件。
12.根据权利要求1～11中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述绝缘构件是将分割所述部件而得到的两个以上的构件以不电连接的方式接合的接合剂。
13.根据权利要求1～12中的任一项所述的部件，其特征在于，
所述绝缘构件是通过热喷涂在所述部件的表面形成的热喷涂膜。
14.一种半导体制造装置，其具有：
处理室内的载置台；
在所述载置台上设置的静电卡盘；以及
载置在所述静电卡盘上并且配置在被处理体的周缘部的聚焦环，
其中，所述聚焦环被通电，在所述聚焦环的一部分设置有绝缘构件。
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