CN111755312B - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置。该等离子体处理装置能够减少在覆盖环的外侧附着的反应副产物。等离子体处理装置具有载置台、导电性构件以及第1绝缘构件。载置台为具有用于载置基板的载置部和设于比载置部低的位置的台阶部的导电性的载置台。导电性构件配设于台阶部，延伸到比载置台的外缘靠外侧的位置。第1绝缘构件配置于导电性构件的上表面。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本公开涉及一种等离子体处理装置。
背景技术
在半导体装置的制造工序中，存在使用处理气体的等离子体对基板施加蚀刻等处理的工序。在这样的工序中所使用的等离子体处理装置中，通过在腔室内的载置台载置基板，并在该载置台的上方的空间使处理气体等离子体化，来对基板进行等离子体处理。为了使基板的边缘附近处的等离子体的均匀性提高，在载置台上的基板的周围配置有被称作聚焦环的构件。另外，在聚焦环的周围配置有覆盖环。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－138497号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种能够减少在覆盖环的外周侧附着的反应副产物(以下也称作沉积物)的等离子体处理装置。
用于解决问题的方案
本公开的一技术方案的等离子体处理装置具有载置台、导电性构件以及第1绝缘构件。载置台为具有用于载置基板的载置部、设于比载置部低的位置的台阶部的导电性的载置台。导电性构件配设于台阶部，并延伸到比载置台的外缘靠外侧的位置。第1绝缘构件配置于导电性构件的上表面。
发明的效果
根据本公开，能够减少在覆盖环的外周侧附着的反应副产物。
附图说明
图1是表示本公开的一实施方式的处理系统的一个例子的图。
图2是表示本实施方式的载置台的构造的一个例子的局部放大图。
图3是表示比较例1的载置台的构造的一个例子的局部放大图。
图4是表示比较例1的电场强度的模拟结果的一个例子的图。
图5是表示本实施方式的电场强度的模拟结果的一个例子的图。
图6是表示比较例1的覆盖环的外观的一个例子的图。
图7是表示本实施方式的覆盖环的外观的一个例子的图。
图8是表示比较例1的覆盖环的消耗量的一个例子的图。
图9是表示本实施方式的覆盖环的消耗量的一个例子的图。
图10是表示变形例的载置台的构造的一个例子的局部放大图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明所公开的等离子体处理装置的实施方式。此外，所公开的技术并不被以下的实施方式限定。
以往，公知有在载置台周围配置了绝缘构件的等离子体处理装置。在这样的等离子体处理装置中，存在这样的情况：沉积物在作为绝缘构件的覆盖环的外周侧堆积，堆积的沉积物成为微粒而附着于晶圆。推测：在覆盖环的内周侧存在电位差，因而离子被向覆盖环侧吸引，而覆盖环和沉积物被蚀刻。另一方面，推测：在覆盖环的外周侧不存在电位差，因而覆盖环和沉积物未被蚀刻。于是，期望减少在覆盖环的外周侧附着的沉积物。
[处理系统1的结构]
图1是表示本公开的一实施方式的处理系统1的一个例子的图。处理系统1包括等离子体处理装置10和控制装置11。本实施方式的等离子体处理装置10为具备平行平板的电极的等离子体蚀刻装置。等离子体处理装置10包括具有大致圆筒形状的处理腔室12。处理腔室12例如由铝等构成，对其内壁面施加了阳极氧化处理。处理腔室12安全接地。
在处理腔室12的底部上设有例如由石英等绝缘材料构成的大致圆筒状的支承构件15。支承构件15在处理腔室12内自处理腔室12的底部沿着铅垂方向延伸。在处理腔室12内设有载置台PD。载置台PD利用支承构件15支承。
载置台PD具有覆盖环CR、聚焦环FR、静电卡盘ESC、下部电极LE、硅环SR以及第2绝缘构件14。下部电极LE例如由铝、铝合金、钛、钛合金或不锈钢等金属形成为大致圆盘状。在下部电极LE的周围以包围下部电极LE的方式设有第2绝缘构件14。
在下部电极LE上设有静电卡盘ESC。下部电极LE和静电卡盘ESC为载置部的一个例子。静电卡盘ESC具有将导电膜即电极配置于一对绝缘层之间或一对绝缘片之间而成的构造。静电卡盘ESC的电极经由开关23与直流电源22电连接。静电卡盘ESC在由于自直流电源22经由开关23施加的直流电压产生的库仑力等静电力的作用下，在静电卡盘ESC的上表面吸附大致圆形的板状的基板W。基板W为被处理体的一个例子。由此，静电卡盘ESC能够在静电卡盘ESC的上表面保持基板W。
在下部电极LE的周缘部上以包围基板W的边缘和静电卡盘ESC的方式设有聚焦环FR。聚焦环FR以覆盖静电卡盘ESC与覆盖环CR之间的边界部分的方式配置。由于聚焦环FR，蚀刻等对基板W进行的处理的均匀性得到提高。聚焦环FR由根据处理对象的膜的材料而适当选择的材料构成，例如能够由硅、碳化硅(SiC)等导电体构成。此外，聚焦环FR也称作边缘环。另外，下部电极LE的周缘部具有设于比静电卡盘ESC低的位置的台阶部。在下部电极LE的台阶部配设有硅环SR。硅环SR能够由硅等导电体构成。而且，在下部电极LE的台阶部配设有第2绝缘构件14的凸缘。硅环SR以覆盖第2绝缘构件14的局部的方式配设。
在硅环SR和第2绝缘构件14上的、聚焦环FR的外周侧以包围聚焦环FR的方式设有覆盖环CR。覆盖环CR例如由石英、氧化铝等绝缘体构成。覆盖环CR为第1绝缘构件的一个例子。覆盖环CR防止硅环SR的上表面和第2绝缘构件14的上表面与等离子体接触。另外，覆盖环CR的内周侧的上部被聚焦环FR的外周部分覆盖。而且，覆盖环CR以覆盖硅环SR和第2绝缘构件14的上部侧面的方式配设。
第2绝缘构件14在内周侧具有凸缘，该凸缘通过与下部电极LE的台阶部接触而被支承。第2绝缘构件14例如由石英等绝缘材料构成。
在下部电极LE的内部设有用于使制冷剂循环的流路24。自设于处理腔室12的外部的冷却装置80经由配管26a向流路24供给制冷剂。经由配管26a供给至流路24的制冷剂在流路24内流动，并经由配管26b返回至冷却装置80。
另外，在静电卡盘ESC的内部设有作为加热元件的加热器HT。加热器HT与加热器电源HP连接。通过自加热器电源HP向加热器HT供给电力，从而加热静电卡盘ESC。利用由在下部电极LE的流路24内循环的制冷剂进行的冷却和由静电卡盘ESC内部的加热器HT进行的加热来将静电卡盘ESC上的基板W的温度控制为规定温度。此外，加热器HT也可以设于下部电极LE内。
在等离子体处理装置10设有供给例如He气体等导热气体的配管27。经由配管27供给来的导热气体被向静电卡盘ESC的上表面与基板W的背面之间供给。控制装置11控制向静电卡盘ESC的上表面与基板W的背面之间供给的导热气体的压力，从而能够控制静电卡盘ESC与基板W之间的热传导率。
等离子体处理装置10包括上部电极30。上部电极30位于载置台PD的上方且配置于与载置台PD相对的位置。下部电极LE和上部电极30互相大致平行地设置。上部电极30与下部电极LE之间为生成用于对基板W进行等离子体处理的等离子体的处理空间S。
上部电极30例如隔着石英等第3绝缘构件32支承于处理腔室12的上部。上部电极30包含电极板34和电极支承体36。电极板34例如由含有硅的材料构成，电极板34的下表面面向处理空间S。在电极板34设有多个气体喷出孔34a。
电极支承体36例如由铝等导电性材料构成，以电极板34装卸自如的方式支承该电极板34。电极支承体36也可以具有水冷构造。在电极支承体36的内部设有气体扩散室36a。自气体扩散室36a向下方延伸有与气体喷出孔34a连通的多个气体流通孔36b。在电极支承体36形成有向气体扩散室36a导入处理气体的气体导入口36c，气体导入口36c与配管38的第1端连接。
配管38的第2端经由阀组42和流量控制器组44与气体源组40连接。气体源组40、阀组42以及流量控制器组44为供给部的一个例子。气体源组40具有多个气体源。多个气体源可包含H2气体、CH2F2气体、NF3气体、HBr气体以及CxFy气体(x和y为自然数)等。另外，多个气体源还可包含He气体、Ar气体等稀有气体。
阀组42包含多个阀，流量控制器组44包含质量流量控制器等多个流量控制器。气体源组40的多个气体源分别经由阀组42中的对应的阀和流量控制器组44中的对应的流量控制器连接于配管38。因而，等离子体处理装置10能够将来自从气体源组40中的气体源中选出的一个以上的气体源的气体以单独地进行了调整的流量向处理腔室12内供给。
在处理腔室12内沿着处理腔室12的内壁以装卸自如的方式设有沉积物屏蔽件46。沉积物屏蔽件46还设于第2绝缘构件14的外周和支承构件15的外周。沉积物屏蔽件46例如能够通过在铝材覆盖Y2O3等陶瓷而构成。
在处理腔室12的底部侧的、支承构件15与处理腔室12的内侧壁之间设有排气板48。排气板48例如能够通过在铝材覆盖Y2O3等陶瓷而构成。在处理腔室12内的排气板48的下方设有排气口12e。排气口12e经由排气管52与排气装置50连接。排气装置50具有涡轮分子泵等真空泵，能够将处理腔室12内的空间减压到期望的真空度。在处理腔室12的侧壁设有用于送入或送出基板W的开口12g，开口12g能够利用闸阀54开闭。
等离子体处理装置10包括第1高频电源62和第2高频电源64。第1高频电源62为产生等离子体生成用的第1高频电力的电源。第1高频电源62产生27MHz～100MHz的范围内的频率，在一个例子中产生40MHz的频率的高频电力。第1高频电源62经由匹配器66连接于下部电极LE。匹配器66为用于使第1高频电源62的输出阻抗和负荷(下部电极LE)侧的输入阻抗匹配的电路。此外，第1高频电源62也可以经由匹配器66连接于上部电极30。第1高频电源62和下部电极LE为等离子体生成部的一个例子。
第2高频电源64为产生用于向基板W吸引离子的第2高频电力、即高频偏压电力的电源。第2高频电源64产生200kHz～13.56MHz的范围内的频率，在一个例子中产生400kHz的频率的高频偏压电力。第2高频电源64经由匹配器68连接于下部电极LE。匹配器68为用于使第2高频电源64的输出阻抗与负荷(下部电极LE)侧的输入阻抗匹配的电路。
等离子体处理装置10包括电源70。电源70连接于上部电极30。电源70对上部电极30施加用于将存在于处理空间S内的正离子向电极板34吸引的电压。在一个例子中，电源70为产生负的直流电压的直流电源。通过自电源70对上部电极30施加这样的电压，而使存在于处理空间S的正离子与电极板34碰撞。由此，自电极板34放出二次电子、硅原子或这两者。
控制装置11具有处理器、存储器以及输入输出接口。在存储器存储有由处理器执行的程序和包含各处理的条件等的制程。处理器执行自存储器读取的程序，并基于存储在存储器内的制程，经由输入输出接口控制等离子体处理装置10的各部分。具体而言，控制装置11控制开关23、排气装置50、第1高频电源62、匹配器66、第2高频电源64、匹配器68、电源70、冷却装置80以及加热器电源HP等。
具体而言，控制装置11以在例如下述的处理条件下进行对基板W的蚀刻的方式控制等离子体处理装置10的各部分。
处理腔室12内的压力：3.333Pa(25mTorr)
处理气体：包含H2、CH2F2、NF3、HBr、CxFy等的气体
基板W的温度：60℃
第1高频电力(40MHz)：4.5kW
第2高频电力(400kHz)：7kW
[载置台PD的详细]
图2是表示本实施方式的载置台PD的构造的一个例子的局部放大图。在设于下部电极LE的周缘部的台阶部101形成有耐等离子体性的保护膜，例如形成有Y2O3等电介质的保护膜。在台阶部101上接触的硅环SR经由该保护膜与下部电极LE高频导通。硅环SR的外周侧部分延伸到比下部电极LE的外缘靠外侧的位置，硅环SR覆盖第2绝缘构件14的局部。
第2绝缘构件14以包围支承构件15和下部电极LE的方式设置，第2绝缘构件14的上表面与硅环SR接触。另外，第2绝缘构件14的下部与沉积物屏蔽件46接触。而且，第2绝缘构件14的设于上部内周侧的凸缘与台阶部101接触。
覆盖环CR配置于硅环SR的上表面，并通过外周侧的侧面向下部延伸而覆盖硅环SR和第2绝缘构件14的侧面上部。另外，关于覆盖环CR的内周侧的上部被聚焦环FR的外周部分覆盖的部分，具有在沿厚度方向观察时与聚焦环FR和硅环SR重叠的部分。该情况下，通过变更硅环SR的厚度、重叠的程度，能够控制聚焦环FR的内周侧与外周侧的阻抗。也就是说，能够二次改变聚焦环FR的内周侧与外周侧的阻抗。由此，能够改善蚀刻时聚焦环FR的变形。
另外，覆盖环CR的外周侧的、位于硅环SR的上部的部分的厚度能够根据高频偏压电力的频率和覆盖环CR的介电常数来决定。例如，在覆盖环CR为石英且高频偏压电力为3MHz的情况下，该厚度期望设为25mm以下。另外，在覆盖环CR为石英且高频偏压电力为400kHz的情况下，该厚度期望设为10mm以下。若覆盖环CR为介电常数高于石英的介电常数的氧化铝，则能够使该厚度更薄。
在本实施方式中，由于硅环SR延伸到比下部电极LE的外缘靠外侧的位置，因而在覆盖环CR的外周侧也产生电位差，而覆盖环CR的外周侧也被蚀刻。由此，能够减少在覆盖环CR的外侧附着的沉积物。
[比较例1]
在此，说明比较例1的载置台PD＇。图3是表示比较例1的载置台PD＇的构造的一个例子的局部放大图。图3中例示的载置台PD＇与图2中例示的本实施方式的载置台PD的不同之处在于，使用覆盖环CR＇和第2绝缘构件14a代替覆盖环CR和第2绝缘构件14以及不存在硅环SR。此外，聚焦环FR、静电卡盘ESC、下部电极LE、支承构件15以及沉积物屏蔽件46与载置台PD的相同。
比较例1的第2绝缘构件14a为这样的形状：第2绝缘构件14a的凸缘配置于下部电极LE的整个台阶部101。因此，在比下部电极LE的外缘靠外侧的位置不存在导电性构件，在覆盖环CR＇的外周侧不存在电位差，存在沉积物堆积的情况。
在此，使用图4和图5说明载置台PD＇的电场强度和载置台PD的电场强度。图4是表示比较例1的电场强度的模拟结果的一个例子的图。如图4所示，在比较例1的载置台PD＇的情况下，在覆盖环CR＇的外周侧，表示电位0[V]的线与覆盖环CR＇的表面大致相同。即，在覆盖环CR＇的外周侧不存在电位差，因此离子不会被吸引到覆盖环CR＇侧。
图5是表示本实施方式的电场强度的模拟结果的一个例子的图。另一方面，如图5所示，在本实施方式的载置台PD的情况下，由于硅环SR而电场向载置台PD的外侧方向扩展，因而表示电位0[V]的线穿过覆盖环CR的外周侧的边缘附近。即，在覆盖环CR的外周侧也产生有电位差，因而离子被吸引到覆盖环CR侧。
[实验结果]
使用比较例1的载置台PD＇和本实施方式的载置台PD，对覆盖环的在等离子体处理后的沉积物和消耗量进行了实验。图6是表示比较例1的覆盖环的外观的一个例子的图。图7是表示本实施方式的覆盖环的外观的一个例子的图。如图6所示，在比较例1的覆盖环CR＇的情况下，大量的沉积物附着于外周侧的区域110。此时，基板W上的微粒数在等离子体处理时间为250小时的情况下为133个。另一方面，在本实施方式的覆盖环CR的情况下，在外周侧的区域111几乎未附着沉积物。此时，基板W上的微粒数在等离子体处理时间为300小时的情况下为22个。
图8是表示比较例1的覆盖环的消耗量的一个例子的图。图9是表示本实施方式的覆盖环的消耗量的一个例子的图。如图8所示可知，在比较例1的覆盖环CR＇的情况下，外周侧未消耗。另一方面，可知，在本实施方式的覆盖环CR的情况下，连外周侧都有消耗。也就是说，在本实施方式中，在覆盖环CR的外周侧也有离子被吸引过来，覆盖环和沉积物被蚀刻。
[变形例]
在等离子体处理中，存在沉积物不附着在覆盖环CR的外周侧的处理条件的情况。该情况下，通过使电场强度的分布与图4所示的载置台PD＇的情况相同，能够防止覆盖环CR的消耗。图10是表示变形例的载置台PD＂的构造的一个例子的局部放大图。在图10所示的变形例的载置台PD＂中，在硅环SRb的上部设有空间123并且硅环SRb能够上下移动，在这一方面，与图2所示的本实施方式的载置台PD不同。此外，聚焦环FR、静电卡盘ESC、沉积物屏蔽件46以及覆盖环CR与载置台PD的相同。
变形例的硅环SRb与驱动销121接触，该驱动销121贯通在下部电极LE和支承构件15内设置的孔120。驱动销121能够利用设于处理腔室12的底部的驱动机构122上下移动。驱动销121例如由石英、氧化铝等绝缘体构成。另外，驱动销121和驱动机构122以能够均等地抬起硅环SRb的方式例如设于硅环SRb的圆周上的多个部位，例如设于4个部位。
在变形例的载置台PD＂中，第2绝缘构件14b的上端成为与下部电极LE的台阶部124相同的高度，并设有硅环SRb能够上下移动的空间123。此外，第2绝缘构件14b的下端和本实施方式的第2绝缘构件14相同地与沉积物屏蔽件46接触。
在驱动销121下降了的状态下，硅环SRb与下部电极LE的台阶部124接触，而成为硅环SRb和下部电极LE高频导通的状态。该情况下，与图2所示的本实施方式的载置台PD相同，能够抑制沉积物在覆盖环CR的外周侧的附着。
接着，使驱动机构122工作，使驱动销121上升，在该状态下，例如，硅环SRb的上表面移动到与覆盖环CR接触的位置，成为硅环SRb自台阶部124浮起的状态。也就是说，在硅环SRb与台阶部124之间例如空出1mm～2mm的空间。于是，成为硅环SRb和下部电极LE未高频导通的状态。该情况下，与图3所示的比较例1的载置台PD＇相同，覆盖环CR的外周侧成为不存在电位差的状态，能够防止覆盖环CR的消耗。
以上，根据本实施方式，等离子体处理装置10具有载置台PD、导电性构件(硅环SR)以及第1绝缘构件(覆盖环CR)。载置台PD为具有用于载置基板的载置部和设于比载置部低的位置的台阶部101的导电性的载置台。导电性构件配设于台阶部101，延伸到比载置台PD的外缘靠外侧的位置。第1绝缘构件配置于导电性构件的上表面。由此，能够减少在第1绝缘构件(覆盖环CR)的外侧附着的反应副产物(沉积物)。
另外，根据本实施方式，第1绝缘构件以覆盖导电性构件的方式配置。其结果，能够对第1绝缘构件的外周侧也进行蚀刻。
另外，根据本实施方式，等离子体处理装置10还具有覆盖载置台PD的侧面的第2绝缘构件14。其结果，能够防止导电性构件暴露于等离子体。
另外，根据本实施方式，在台阶部101形成有电介质的保护膜。其结果，能够使载置台PD的下部电极LE与导电性构件高频导通。
另外，根据本实施方式，在第1绝缘构件之上载置导电性的聚焦环FR。其结果，能够控制聚焦环FR的内周侧与外周侧的阻抗。
另外，根据变形例，在载置台PD＂中，在导电性构件(硅环SRb)与第1绝缘构件(覆盖环CR)之间设有导电性构件能够上下移动的空间。等离子体处理装置10还具有驱动导电性构件而使其上下的驱动机构122。其结果，能够控制对第1绝缘构件的外周侧的蚀刻量。
须知此次公开的实施方式全部用于例示，并非用于限定本发明。对于上述的实施方式，也可以不脱离权利要求书及其主旨地以各种形态进行省略、置换、变更。
另外，在上述的实施方式中，以使用电容耦合型等离子体作为等离子体源对基板W进行蚀刻等处理的等离子体处理装置10为例进行了说明，但公开的技术并不限定于此。只要是使用等离子体对基板W进行处理的装置，等离子体源就不限定于电容耦合等离子体，能够使用例如电感耦合等离子体、微波等离子体、磁控等离子体等任意的等离子体源。
另外，在上述的实施方式的处理系统1中，对保持为0℃以下的温度的状态下的基板W进行等离子体处理，但公开的技术并不限定于此。对保持为0℃以上的温度的状态下的基板W进行等离子体处理的处理系统1也能够应用公开的技术。

Claims (5)

1.一种等离子体处理装置，其中，
该等离子体处理装置具有：
导电性的载置台，其具有用于载置基板的载置部和设于比所述载置部低的位置的台阶部；
导电性构件，其配设于所述台阶部，延伸到比所述载置台的外缘靠外侧的位置；以及
第1绝缘构件，其配置于所述导电性构件的上表面的上方，
其中，在所述导电性构件与所述第1绝缘构件之间设有所述导电性构件能够上下移动的空间，
该等离子体处理装置还具有驱动所述导电性构件而使其上下的驱动机构。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中，
所述第1绝缘构件以覆盖所述导电性构件的方式配置。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其中，
该等离子体处理装置还具有覆盖所述载置台的侧面的第2绝缘构件。
4.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其中，
在所述台阶部形成有电介质的保护膜。
5.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其中，
在所述第1绝缘构件之上载置导电性的聚焦环。
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