CN111293027A - 等离子体处理装置以及等离子体处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供等离子体处理装置以及等离子体处理方法，在向上部电极的中心部分供给高频电力时，对于处理气体的供给来说，也自中央均匀地供给处理气体。该等离子体处理装置具有：上部电极；供电棒；气体扩散板，其具有多个喷出孔；以及气体导入构件，其具有在内部形成有气体流路并包围供电棒的形状的圆环部，在圆环部的下侧设有筒状的绝缘导入构件，在绝缘导入构件的内部形成有与气体流路连通并在上下方向上形成的两个以上的气体供给路径，在上部电极和供电棒之间的连接部的正下方设有使来自于气体供给路径的处理气体合流的合流部，构成为利用该合流部合流后的处理气体向形成于气体扩散板的上侧且与喷出孔连通的空间流动。

Description

等离子体处理装置以及等离子体处理方法

技术领域

本公开涉及等离子体处理装置以及等离子体处理方法。

背景技术

专利文献1记载有以下等离子体处理装置，该等离子体处理装置具备：下部电极，其兼用作载置台；以及上部电极，其兼用作与该下部电极相对的处理气体供给用的气体喷头，向下部电极以及上部电极之间施加电压而使处理气体等离子体化，利用该等离子体对载置台上的基板进行处理。专利文献1记载有：还在所述上部电极的中心部分连接有供给高频电力的电极棒，处理气体的供给管连接于上部电极的偏心位置。

专利文献1：日本特开2003-257937

发明内容

发明要解决的问题

在本公开的技术中，在向上部电极的中心部分供给高频电力时，对于处理气体的供给来说，也自中央均匀地供给处理气体。

用于解决问题的方案

本公开的一技术方案是对处理容器内的基板进行等离子体处理的等离子体处理装置，该等离子体处理装置具有：上部电极，其配置在所述处理容器内的上方；供电棒，其用于经由匹配器向所述上部电极的中心供给来自于等离子体源的高频电力；气体扩散板，其具有多个喷出孔，该气体扩散板配置在所述上部电极的下方；以及气体导入构件，其向所述处理容器内导入处理气体，

所述气体导入构件配置在所述上部电极的上方，且具有在内部形成有气体流路并包围所述供电棒的形状的圆环部，

在所述圆环部的下侧设有筒状的绝缘导入构件，在所述绝缘导入构件的内部形成有与所述气体流路连通并在上下方向上形成的两个以上的气体供给路径，在所述上部电极和所述供电棒之间的连接部的正下方设有使来自于所述气体供给路径的处理气体合流的合流部，该等离子体处理装置构成为，利用该合流部合流后的处理气体向形成于所述气体扩散板的上侧且与所述喷出孔连通的空间流动。

发明的效果

根据本公开的技术，在向上部电极的中心部分供给高频电力时，对于处理气体的供给来说，也能够自中央均匀地供给处理气体。

附图说明

图1是示意地表示实施方式的等离子体处理装置的结构的侧剖面的说明图。

图2是图1的等离子体处理装置的气体导入构件的立体图。

图3是图1的等离子体处理装置的气体导入构件的俯视的说明图。

图4是图1的等离子体处理装置的绝缘导入构件的纵剖视图。

图5是能够在图1的等离子体处理装置中使用的其他绝缘导入构件的纵剖视图。

图6是其他实施方式的等离子体处理装置的上部电极的侧剖面的说明图。

图7是能够在图1的等离子体处理装置中使用的其他气体导入构件的俯视的说明图。

具体实施方式

在半导体器件的制造工艺中，对半导体晶圆(以下有时称为“晶圆”)进行使用了等离子体处理装置的以蚀刻处理、成膜处理为代表的各种等离子体处理。在该情况下，例如经由匹配器对处理容器内的上部电极施加来自于高频电源的高频电力，在处理容器内产生等离子体。此外，自被称为喷淋板的气体扩散板向处理容器内供给等离子体处理所使用的处理气体，该喷淋板隔着空间配置在处理容器内的上部电极的下侧。

在进行这样的等离子体处理时，高频电源使用频率为60.0MHz的电源，但为了等离子体均匀性以及工艺性能的提高、高频电力的稳定供给，在专利文献1中，在上部电极的中心轴线上连接供电棒。因此，处理气体在相对于中心轴线偏心的位置向喷淋板的上表面侧供给。

因而，若考虑到最近的精细处理，在自相对于中心轴线偏心的位置向喷淋板的上表面侧供给处理气体的方法中，在向处理容器内均匀地供给处理气体的方面也存在极限。因此，存在以下课题：向上部电极的中心部分供给高频电力，并且，如何也自中心部分向处理容器内均匀地供给处理气体。

因此，对于本公开的技术，在使用等离子体处理装置进行等离子体处理时，向上部电极的中心部分供给高频电力，并且，对于处理气体的供给来说，也自中央向处理容器内均匀地供给处理气体，使等离子体处理的均匀性进一步提高。

以下，参照附图对本实施方式的等离子体处理装置的结构进行说明。另外，在本说明书中，对于实质上具有相同功能结构的要素，标注相同的附图标记而省略重复说明。

图1表示本实施方式的等离子体处理装置1的结构的概略。该等离子体处理装置1具有收容作为基板的晶圆W并进行处理的真空容器即处理容器11。处理容器11由导电性的金属例如作为含铝金属的A5052形成。处理容器11被接地。

该等离子体处理装置1构成为例如从晶圆W上去除自然氧化膜、金属氧化膜这样的蚀刻装置。即，根据该等离子体处理装置1，能够使用例如由含卤素的气体等公知的处理气体和非活性气体等形成的等离子体，对晶圆W进行蚀刻处理。

处理容器11构成为大致扁平的圆筒形，侧壁的位于处理容器11的下方的部分形成有晶圆的送入送出口12。在送入送出口12设有对送入送出口12开闭自如的闸阀13。在比送入送出口12靠上侧的位置设有排气管道14，该排气管道14形成处理容器11的侧壁的一部分，是使纵截面的形状具有通道槽形状的管道弯曲为圆环状而构成的。在排气管道14的内周面形成有沿周向延伸的狭缝状的排气口15。在排气口15连接有排气管16的一端部。而且，排气管16的另一端部与例如由真空泵构成的排气装置17连接。

在处理容器11内设有将晶圆W载置为水平的俯视呈圆形的载置部21。该载置部21构成为下部电极。在载置部21的上表面设有静电卡盘22。在载置部21的内部设有用于加热晶圆W的加热器(未图示)。

自设于处理容器11的外部的高频电源23，经由匹配器24向载置部21供给偏压用的高频电力例如13.56MHz的高频电力。自设于处理容器11的外部的直流電源25向静电卡盘22施加直流电压。由开关26进行直流电压的接通、断开。

在载置部21的下表面侧中央部连接有贯穿处理容器11的底部并在上下方向上延伸的支承构件31的上端部。支承构件31的下端部与升降机构32连接。在升降机构32的驱动下，载置部21能够在图1的虚线所示的下方侧的位置和图1的实线所示的上方侧的位置之间上下移动。载置部21的下方侧的位置为用于在与自所述的送入送出口12进入处理容器11内的晶圆W的输送机构(未图示)之间进行晶圆W的交接的交接位置。此外，上方侧的位置为对晶圆W进行处理的处理位置。

在支承构件31的比处理容器11靠外侧的部分设有凸缘33。而且，在该凸缘33和处理容器11的底部的供支承构件31贯通的贯通部之间以包围支承构件31的外周的方式设有波纹管34。由此，保持处理容器11内的气密。

在处理容器11内的下方配置有具备多根例如三根支承销41的晶圆升降构件42。在晶圆升降构件42的下表面侧设有支承柱43，支承柱43贯穿处理容器11的底部，并与设于处理容器11的外侧的升降机构44连接。因而，晶圆升降构件42在升降机构44的驱动下上下移动自如。

在载置部21处于交接位置时，能够通过使晶圆升降构件42上升，而经由在载置部21、静电卡盘22形成的贯通孔45，使支承销41自载置部21以及静电卡盘22上突出。由此，能够将晶圆W载置于支承销41上，能够在该状态下在与输送臂等输送机构(未图示)之间进行晶圆W的交接。

在升降机构44和处理容器11的底部的供支承柱43贯通的贯通部之间以包围支承柱43的外周的方式设有波纹管46。由此，保持处理容器11内的气密。

在排气管道14的上侧设有圆环状的绝缘支承构件51。在绝缘支承构件51的下表面侧设有由石英形成的电极支承构件52。在该电极支承构件52设有圆盘状的上部电极53。在上部电极53的下方与上部电极53平行地设有喷淋板54。在上部电极53和喷淋板54之间形成有空间S。多个喷出孔54a形成于喷淋板54，并与空间S连通。

在上部电极53的中心内部设有合流部55。更详细地说，在上部电极53的内部，两个流路56、57以隔着中心部相对的方式形成，该两个流路56、57的一端部在上部电极53的上表面侧开口，该两个流路56、57的另一端部与上述的合流部55连通。而且，在合流部55的下侧形成有与上述的空间S连通的流路58。

在排气管道14的上侧设有圆筒状的屏蔽构件61。屏蔽构件61由导电性的金属例如作为含铝金属的A5052形成，经由排气管道14与处理容器11电导通。即，屏蔽构件61被接地。屏蔽构件61用于防止高频泄露。在屏蔽构件61和排气管道14的上侧之间的连接时，利用螺旋连接来加强电导通。

在屏蔽构件61之上支承有匹配器62。而且，来自于作为等离子体生成用的等离子体源的高频电源63的高频电力经由匹配器62向在匹配器62的下表面侧配置的供电棒64供给。供电棒64与上部电极53的中心连接。因而，来自于高频电源63的高频电力经由匹配器62向上部电极53的中心部分供给。

在屏蔽构件61的内侧设有作为气体导入构件的进气块71。也如图2所示，进气块71具有圆环部72以及一端部与圆环部72连接的方筒状的导入部73。进气块71由导电性的金属例如作为含铝金属的A5052形成。

如图1、图3所示，圆环部72以供电棒64位于其中心部的方式配置，并且具有在圆环部72的内周面和供电棒64的外周面之间产生预定距离那样的大小。

在进气块71的导入部73的另一端部连接有已述的处理气体的供给源74。此外，也如图3所示，在导入部73的内部形成有气体流路75。在圆环部72的内部形成有与气体流路75连通并分支为两个的气体流路76、77。圆环部72内的气体流路76、77沿着圆环部72形成，形成为俯视呈半圆弧状。

在进气块71的导入部73的比屏蔽构件61靠外侧的部分设有加热部81，在该加热部81设有用于加热处理气体的加热器82。能够利用该加热器82使来自于供给源74的处理气体加热至例如100℃以上的预定的温度。

如图3所示，在进气块71的导入部73的比屏蔽构件61靠外侧的部分且是导入部73和屏蔽构件61之间的贯通部附近设有凸缘部91。凸缘部91的材质为与进气块71的导入部73的材质相同的含铝金属的A5052。而且，在该凸缘部91和屏蔽构件61处的贯通部的壁面之间设有与导入部73的外形相匹配的矩形的框形状的密封构件92。即，密封构件92夹持在屏蔽构件61的壁体和凸缘部91之间，来密封贯通部。

密封构件92的材质具有导电性，此外，使用导热率比导入部73、凸缘部91、屏蔽构件61的导热率低的材质。在本实施方式中，使用不锈钢的SUS304。

如图1、图2所示，在进气块71的圆环部72的下侧，在与上部电极53之间配置有具有与圆环部72的内外径相同的内外径的筒状的绝缘导入构件93。绝缘导入构件93由具有绝缘性的材质构成。

在绝缘导入构件93的内部形成有与圆环部72的气体流路76、77连通的气体供给路径94、95。更详细地说，如图4所示，在圆环部72的气体流路76、77的终端部形成有向下方延伸的气体流路76a、77a，该气体流路76a、77a与气体供给路径94、95的上端部连接。

在绝缘导入构件93的内部形成的气体供给路径94、95在上下方向上贯穿绝缘导入构件93，但具有在中途向外侧弯折的弯折部94a、95a。弯折部94a、95a形成在气体供给路径94、95的长度的1/2左右的位置。更详细地说，气体供给路径94、95以随着朝向下方而朝向外侧的方式倾斜，并以弯折部94a、95a为界，形成为以朝向内侧的方式倾斜。

而且，由于弯折部94a、95a的存在，气体供给路径94、95形成为虽然其上下端部彼此间连通但无法呈直线状看穿。

气体供给路径94、95的各下端部与上述的上部电极53的流路56、57的一端部连接。因而，来自于供给源74的处理气体经由导入部73的气体流路75、圆环部72的气体流路76、77、绝缘导入构件93的气体供给路径94、95、上部电极53的流路56、57在位于上部电极53和供电棒64之间的连接部的正下方的合流部55合流。

而且，在合流部55合流的处理气体经由流路58向上部电极53和喷淋板54之间的空间S供给。而且，空间S内的处理气体自喷淋板54的喷出孔54a向载置部21上的晶圆W均匀地供给。

以上的结构的等离子体处理装置1利用控制部100控制各动作。即，控制部100为例如计算机，具有程序存储部(未图示)。在程序存储部储存有进行等离子体处理装置1中的晶圆W的处理例如处理气体的供给、停止、加热、载置部21的升降动作、静电卡盘22的动作、晶圆升降构件42的升降动作、高频电源23、63的启动停止、输出控制等的等离子体处理所需的程序。另外，上述程序是记录在计算机可读取的存储介质中的程序，也可以是从该存储介质加载到控制部100中的程序。

实施方式的等离子体处理装置1具有以上的结构，接下来对其动作以及作用效果进行说明。

在将处理容器11内设为预定的真空气氛的状态下打开闸阀13，利用输送机构(未图示)从与处理容器11相邻的真空气氛的输送室(未图示)将晶圆W输送至位于交接位置的载置部21上。接下来，将晶圆W交接至上升了的支承销41之上，之后，输送机构自处理容器11退出，并关闭闸阀13。与此同时，支承销41下降，使晶圆W载置于载置部21上。然后，利用载置部21的静电卡盘22吸附晶圆W，并利用载置部21的加热器(未图示)将晶圆W加热至预定的温度。

之后，使高频电源23、63工作，从进气块71导入加热后的处理气体，向晶圆W上供给，从而通过利用了等离子体的处理例如蚀刻处理，去除在晶圆W的表面形成的自然氧化膜、金属氧化膜等。

在这样的等离子体处理中，对于实施方式的等离子体处理装置1，在上部电极53和供电棒64之间的连接部的正下方设有使来自于气体供给路径94、95的处理气体合流的合流部55。因而，能够向上部电极53的中心部分供给高频电力，并且，自上部电极53的中央经由空间S、喷头54向晶圆W上均匀地供给处理气体。因而，确保由来自于上部电极53的中心部分的供电带来的等离子体均匀性、工艺性能的提高、高频电力的稳定供给，并且实现来自于上部电极53的中央的处理气体的均匀的供给。因而，能够比以往提高等离子体处理的均匀性。

此外，在实施方式的等离子体处理装置1中，由于弯折部94a、95a的存在，在绝缘导入构件93的内部形成的气体供给路径94、95形成为其上下端部彼此间无法呈直线状看穿。因而，能够抑制例如上部电极53和圆环部72之间的异常放电的产生，能够抑制由异常放电引起的成膜不良等。

而且，弯折部94a、95a朝向外侧弯折，即，向远离供电棒64的方向弯折，因此，在由绝缘材料构成的绝缘导入构件93中，能够在弯折部94a、95a的位置确保充分的绝缘性能。因而，与供电棒64的外周和绝缘导入构件93的内周之间的距离共同作用，能够抑制自供电棒64释放的高频的影响。

此外，通过从绝缘导入构件93的上下端面向倾斜方向穿孔，能够易于形成弯折部94a、95a。

另外，在所述实施方式中，弯折部94a、95a形成在气体供给路径94、95的长度的1/2左右的位置，不言而喻并不限于此，也可以设定在靠近圆环部72的位置，或者设定在靠近上部电极53的位置。此外，在所述实施方式中，由于弯折部94a、95a，气体供给路径94、95构成为其上下端部彼此间无法呈直线状看穿，但不言而喻并不限于该例子。

此外，气体供给路径94、95只要最终在上下方向上贯穿绝缘导入构件93即可，也可以在中途具有螺旋状的流路。只要为气体供给路径94、95的上下端部彼此间无法呈直线状看穿那样的形状即可。

另外，虽然也取决于等离子体处理装置1的结构，但只要能够充分确保气体供给路径94、95的上下方向上的长度，则如图5所示，也可以在绝缘导入构件93形成直线状的气体供给路径94、95。从利用在上部电极53和供电棒64之间的连接部的正下方设置的合流部55来实现来自于中央的处理气体的均匀的供给这样的观点来看，也能够采用图4、图5中的任意的形状的气体供给路径94、95。

另外，在所述实施方式中，在导入部73和屏蔽构件61之间的贯通部的周缘部设有导热率比这些构件的导热率低的密封构件92，因此，抑制向匹配器62的热传递。

在所述实施方式的等离子体处理装置1中，使处理气体从在上部电极53和供电棒64之间的连接部的正下方设置的合流部55经由流路58向空间S流动，但本公开的技术并不限于此。

例如，如图6所示，也可以是，在流路58的下侧设置有分散部110，设有与该分散部110连通并向空间S开口的多个分散流路111、112、113、114。分散部110既可以为一个单一的空间，或者也可以为呈放射状分散的独立的流路。而且，对于分散流路111、112、113、114，也是只要为自中心呈放射状且均等地分散而使处理气体向空间S流动的结构，分散流路的数量为任意。在图6的例子中，为了方便图示，描绘了四个分散流路111、112、113、114，但实质上具有8个流路。

如图6所示，在上部电极53内形成分散部110、分散流路111、112、113、114的情况下，不言而喻也可以在单一的上部电极53内形成上述构件，但若考虑到形成这些分散部110、分散流路111、112、113、114时的加工的难易度等，则不言而喻也可以层叠适当的导电性的板而构成上部电极53。另外，分散部、分散流路的数量也并不限于此，另外也可以在下侧设置其他分散部、分散流路。

此外，在所述的实施方式的等离子体处理装置1中，在圆环部72内形成的气体流路为分支为两个的气体流路76、77，但并不限于此。

例如，如图7所示，也可以是，气体流路76、77进一步各自分支为两个，在圆环部72内形成气体流路76a、76b和气体流路77a、77b。而且，也可以是，上述四个气体流路76a、76b、77a、77b构成为，与在绝缘导入构件93内以等间隔在上下方向上贯穿绝缘导入构件93内的独立的四个气体供给路径(未图示)连接。这样通过在不改变绝缘导入构件93内的一个气体供给路径的截面积的前提下增加气体供给路径的数量，从而能够一次均匀地供给大量的气体。不言而喻也可以在任意的气体供给路径中也设置以上述的弯折部构成的弯折部。

在该情况下，上部电极53的与上述四个气体供给路径连接的流路形成在四处。之后，来自于该四个流路的处理气体在合流部55处合流。

这样，与上述实施方式相比，通过在不改变一个气体供给路径的截面积的前提下增加在绝缘导入构件93内形成的气体供给路径的数量，从而能够在以固定的流量流动的情况下，降低一个气体供给路径的流路内的压力值。而且，如果这样降低流路中的压力值，虽然也取决于气体的类型，但通常在达到某一低压区域的情况下，难以产生异常放电(帕邢定律)，因此，使等离子体稳定。其结果，提高面内均匀性。

此外，上述实施方式构成为进行蚀刻处理的等离子体处理装置，但本公开的技术也能够具体化为其他等离子体处理例如等离子体成膜装置。

应该认为此次所公开的实施方式在全部的点均是例示，并非限制性的。上述的实施方式也可以在不脱离所附的权利要求书及其主旨的情况下以各种形态省略、置换、变更。

另外，以下的这样的结构也属于本公开的技术范围。

(1)一种等离子体处理装置，其对处理容器内的基板进行等离子体处理，其中，

该等离子体处理装置具有：

上部电极，其配置在所述处理容器内的上方；

供电棒，其用于经由匹配器向所述上部电极的中心供给来自于等离子体源的高频电力；

气体扩散板，其具有多个喷出孔，该气体扩散板配置在所述上部电极的下方；以及

气体导入构件，其向所述处理容器内导入处理气体，

所述气体导入构件配置在所述上部电极的上方，且具有在内部形成有气体流路并包围所述供电棒的形状的圆环部，

在所述圆环部的下侧设有筒状的绝缘导入构件，

在所述绝缘导入构件的内部形成有与所述气体流路连通并在上下方向上形成的两个以上的气体供给路径，

在所述上部电极和所述供电棒之间的连接部的正下方设有使来自于所述气体供给路径的处理气体合流的合流部，

该等离子体处理装置构成为，利用该合流部合流后的处理气体向形成于所述气体扩散板的上侧且与所述喷出孔连通的空间流动。

根据该结构的等离子体处理装置，在进行等离子体处理时，能够实现向上部电极的中心部分供给高频电力，并且，对于处理气体的供给来说，也自中央向处理容器内均匀地供给处理气体，与以往相比，提高处理的均匀性。

(2)根据(1)所记载的等离子体处理装置，所述气体流路沿着所述圆环部呈圆弧状分支，分别与所述绝缘导入构件的所述气体供给路径连接。

(3)根据(1)或(2)所记载的等离子体处理装置，所述气体供给路径以所述气体供给路径的上下端部彼此间无法呈直线状看穿的方式形成在所述绝缘导入构件的内部。

根据该结构的等离子体处理装置，能够抑制气体供给路径内的异常放电的产生。

(4)根据(3)所记载的等离子体处理装置，所述气体供给路径在所述绝缘导入构件中具有在中途向外侧弯折的弯折部。

根据该结构的等离子体处理装置，通过例如从绝缘导入构件的上下向倾斜方向穿孔，能够易于构成具有弯折部的气体供给路径。

(5)根据(1)～(4)中任一项所记载的等离子体处理装置，在所述合流部和所述空间之间设置有使来自于所述合流部的处理气体分散并向所述空间流动的分散流路。

根据该结构的等离子体处理装置，能够进一步向基板均匀地供给处理气体。

(6)一种等离子体处理方法，其中，使用(1)～(5)中任一项所记载的等离子体处理装置对所述处理容器内的基板进行等离子体处理。

Claims (6)

1.一种等离子体处理装置，其对处理容器内的基板进行等离子体处理，其中，

该等离子体处理装置具有：

上部电极，其配置在所述处理容器内的上方；

供电棒，其用于经由匹配器向所述上部电极的中心供给来自于等离子体源的高频电力；

气体扩散板，其具有多个喷出孔，该气体扩散板配置在所述上部电极的下方；以及

气体导入构件，其向所述处理容器内导入处理气体，

所述气体导入构件配置在所述上部电极的上方，且具有在内部形成有气体流路并包围所述供电棒的形状的圆环部，

在所述圆环部的下侧设有筒状的绝缘导入构件，

在所述绝缘导入构件的内部形成有与所述气体流路连通并在上下方向上形成的两个以上的气体供给路径，

在所述上部电极和所述供电棒之间的连接部的正下方设有使来自于所述气体供给路径的处理气体合流的合流部，

该等离子体处理装置构成为，利用该合流部合流后的处理气体向形成于所述气体扩散板的上侧且与所述喷出孔连通的空间流动。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，

所述气体流路沿着所述圆环部呈圆弧状分支，分别与所述绝缘导入构件的所述气体供给路径连接。

3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其中，

所述气体供给路径以所述气体供给路径的上下端部彼此间无法呈直线状看穿的方式形成在所述绝缘导入构件的内部。

4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其中，

所述气体供给路径在所述绝缘导入构件中具有在中途向外侧弯折的弯折部。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理装置，其中，

在所述合流部和所述空间之间设置有使来自于所述合流部的处理气体分散并向所述空间流动的分散流路。

6.一种等离子体处理方法，其中，使用权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置对所述处理容器内的基板进行等离子体处理。

Images