CN115249625A - 干蚀刻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无须变更喷淋板，不改变激发后的蚀刻气体的生成条件，就能调节蚀刻对象物表面上的激发后的蚀刻气体的浓度分布的干蚀刻装置(EM)。其具备：第一喷淋板(4)，其在真空室(1)内与蚀刻对象物(Sw)相向配置，设置有多个第一喷出口(4a)；气体供给装置(5、6)，其向与真空室内隔绝、并与第一喷淋板的各第一喷出口接续的空间(Sp)中供给激发了的蚀刻气体。上述空间(Sp)被划分成多个，在这些划分出的各空间(S1、S2)中还设置有可导入进行了流量控制的惰性气体的惰性气体导入装置(51、52、71、72、71a、72a)，通过按空间导入的惰性气体的流量控制，自由调节向各空间导入的蚀刻气体的分配比例。
Description
技术领域
本发明涉及干蚀刻装置。
背景技术
这种干蚀刻装置例如在专利文献1中是已知的。该装置具有真空室，在真空室内，以硅基板或表面形成了硅氧化物膜的基板作为蚀刻对象物(以下也称为“基板”)，具有：台架，其设置有基板，基板以其蚀刻面朝上方的姿态设置；喷淋板，其与台架上的基板相向配置，设置有多个喷出口；以及蚀刻气体的气体供给装置。喷淋板配置于与真空室内隔绝、在该真空室的上壁部形成的筒状壁的下端。气体供给装置具有与筒状壁内的空间相连通的气体供给管，气体供给管上间置微波等离子体生成用的施加器(アプリケータ)，通过施加器使与蚀刻对象物对应的蚀刻气体等离子体化(激发)，将此激发了的蚀刻气体提供到与喷淋板的各喷出口相接续的筒状壁内的空间中。
上述干蚀刻装置通常在台架周围设置各向同性排气通道，从喷淋板的各喷出口朝基板喷出的蚀刻气体在基板表面进行反应并被消耗后，经各向同性排气通道排出到真空室外。由此，喷淋板上设置的喷出口的数量、各喷出口的口径及各喷出口的排列等通常设置为使得蚀刻对象物和蚀刻气体在基板整个面上大致均质地反应(换言之，基板表面上的蚀刻气体的浓度分布有梯度)。一方面，将蚀刻对象物蚀刻为规定形状所需的蚀刻气体的消耗量(在基板表面上需要的蚀刻气体的浓度分布)因蚀刻对象物的种类而有变化。此时，可考虑准备喷出口的数量、各喷出口的口径及各喷出口的排列等不同的多片喷淋板，根据蚀刻对象物的种类，而区分使用作为真空室内配置的部件的喷淋板，但这会导致装置使用不便。
另一方面，可考虑将与喷淋板的各喷出口接续的空间划分成多个，同时在施加器下游侧将气体供给管分支为多个，这些分支出的气体分支管上间置质量流量控制器等流量调节装置，按这些区分开的空间分别提供已进行了流量调节的激发了的蚀刻气体，调节基板表面上的蚀刻气体的浓度分布。但是，在这样的结构中，由于在任意一个流量调节装置处的流量调节导致的流导变化，施加器内的压力发生变动，引发激发了的蚀刻气体的生成条件发生变化这一问题。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利公开2010-16139号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
鉴于以上内容，本发明的技术问题是提供一种无须变更喷淋板，不改变激发了的蚀刻气体的生成条件，就能调节蚀刻对象物表面上的激发后的蚀刻气体浓度分布的干蚀刻装置。
解决技术问题的手段
为解决上述技术问题，本发明的干蚀刻装置，具备：第一喷淋板，其在真空室内与蚀刻对象物相向配置，设置有多个第一喷出口；气体供给装置，其向与真空室内隔绝并与第一喷淋板的各第一喷出口接续的空间中供给激发了的蚀刻气体；其特征在于，所述空间被划分成多个，在这些划分出的各空间中还设置有可导入进行了流量控制的惰性气体的惰性气体导入装置，通过按空间导入的惰性气体的流量控制，自由调节向各空间导入的蚀刻气体的导入量的比例。
采用本发明，在真空气氛的真空室内对蚀刻对象物进行蚀刻时，通过惰性气体导入装置按区分开的空间以规定流量导入惰性气体(按空间预先改变惰性气体的分压)。并且，通过气体供给装置提供激发了的蚀刻气体。此时，到达与各空间分别接续的上游空间内的蚀刻气体以与各空间中的惰性气体的分压对应的规定流量分别导入(流入)到各空间内。例如，当以惰性气体的分压最低的空间中导入的蚀刻气体的导入量为基准导入量时，向惰性气体分压较高的空间中以比基准导入量少的流量导入蚀刻气体，随着分压升高，以更少的流量导入蚀刻气体(即调节到达上游空间内的蚀刻气体向各空间导入的蚀刻气体的导入量的比例(到达上游空间内的蚀刻气体的分配比例))。如此各空间中导入的蚀刻气体因与真空室内的压力(具体而言是喷淋板和蚀刻对象物之间的蚀刻空间的压力)的差而通过各第一喷出口朝蚀刻对象物喷出，此时，基板表面上的蚀刻气体的浓度分布与各空间中导入的蚀刻气体的量对应。
像这样，在本发明中，由于根据各空间内导入的惰性气体的分压，按不同空间调节流向其中的蚀刻气体的导入量，将此调节了的蚀刻气体经各第一喷出口朝蚀刻对象喷出，因此，即使不将第一喷淋板变更为第一喷出口的数量、各第一喷出口的口径及各第一喷出口的排列等不同的另一喷淋板，也能调节蚀刻对象物表面上的激发了的蚀刻气体的浓度分布。而且，例如即使在通过施加器将蚀刻气体等离子体化(激发)，将此激发了的蚀刻气体经第一喷淋板的各第一喷出口导入时，也不会给施加器内的压力带来改变，因此也不会产生激发了的蚀刻气体的生成条件改变这类的问题。
在本发明中，可采用的结构为在所述气体供给装置的气体供给管所连接的所述真空室的上壁部上设置筒状壁并在筒状壁的下端设置所述第一喷淋板，在筒状壁内第一喷淋板的上方还设置第二喷淋板，通过第一喷淋板、第二喷淋板、和间隔在两喷淋板间的分隔部件限定出所述各空间，在第二喷淋板上设置多个第二喷出口，经这些第二喷出口以同等流量向各空间内供给激发了的蚀刻气体。由此，可调节对各空间的蚀刻气体的导入量的比例，是有利的。
此处，由于各空间经第一喷淋板的第一喷出口与蚀刻空间总是连通着的，因此当向各空间内导入惰性气体时如果惰性气体导入得偏的话，则有空间内产生压力不均，不能调节蚀刻气体的导入量的可能。在本发明中，优选所述惰性气体导入装置具有：设置在第二喷淋板上的惰性气体通道；以及多个第三喷出口，其与该惰性气体通道相连通，向各空间的第二喷淋板的投影面上开口；经各第三喷出口向各空间导入惰性气体。由此，通过从与蚀刻气体的导入方向相同的方向经多个第三喷出口导入惰性气体，能尽量抑制空间内发生压力不均，是有利的。
再有，在真空室内具有与第一喷淋板正对并保持蚀刻对象物的台架，台架周围设置有各向同性排气通道这类情况下，优选例如所述划分出的各空间沿以第一喷淋板为中心的同心圆设置。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的干蚀刻装置的结构的剖视示意图。
具体实施方式
以下参照附图，将硅基板或其表面形成了硅氧化物膜的基板(以下也称“基板Sw”)作为蚀刻对象物，以通过激发了的蚀刻气体蚀刻基板Sw的情况为例，说明本发明的干蚀刻装置的实施方式。以下表示上、下这类方向的术语以干蚀刻装置的设置姿态所示的图1为基准。
参照图1，干蚀刻装置EM具有真空室1。在真空室1的下壁11内表面上，间隔支撑体Io设置有圆筒状的台架2，台架2上以蚀刻面朝上方的姿态设置有基板Sw。此外，台架2中也可内置有静电卡盘用的电极，可通过向电极施加电压时的静电力吸附保持基板Sw。在台架2的外周面和真空室1的侧壁内表面之间的间隙处设置有圆盘状的分隔板3。分隔板3上沿环形设置有贯通上下方向的排气孔31，由排气孔31构成各向同性排气通道。再有，在真空室1的下壁11上形成排气口11a，排气口11a上连接有来自真空泵单元Pu的排气管12，真空泵单元Pu由干泵、涡轮分子泵等构成。由此，不但可将真空室1内真空排气到规定压力，而且像下文提到的那样，当将激发了的蚀刻气体经第一喷淋板4导入到该喷淋板4和基板Sw之间的处理空间1a中时，将蚀刻气体大致均等地引导到基板Sw周围，经各向同性排气通道31排出到真空室1外。
在真空室1的上壁部13上位于中心线Cl上设置气体导入口13a，气体导入口13a的下方设置有朝基板Sw喷出蚀刻气体的第一喷淋板4。在第一喷淋板4上表面的外周边部处形成朝上方立起的筒状壁41，以在筒状壁41的上表面和真空室1的上壁部13内表面之间，间隔了与第一喷淋板4具有相同轮廓的第二喷淋板5的状态，在真空室1的上壁部13内表面上安装第一喷淋板4，其中心位于中心线Cl上。由此，以第一和第二两喷淋板4、5划分出与真空室1内隔绝并与下文提到的第一喷淋板4的各第一喷出口4a接续的空间Sp。
在真空室1的上壁部13内表面上形成与气体导入口13a连通的漏斗状的凹部13b，当安装第二喷淋板5时，在上壁部13内表面和第二喷淋板5的上表面之间划分出蚀刻气体的扩散空间Sd。再有，在筒状壁41内第一喷淋板4上表面和第二喷淋板5下表面之间，设置分隔部件42，将空间Sp划分成彼此隔绝的多个空间Sp1、Sp2。在本实施方式中，为了便于说明，将分隔部件42设置为其孔轴与中心轴Cl一致并间隔在第一喷淋板4和第二喷淋板5之间的圆筒状部材，分割为与基板Sw的中央区域相对的第一空间S1和第一空间S1周围的第二空间S2。
气体导入口13a上连接着间置有施加器6的气体供给管61。由于可使用公知产品作为施加器6，故未特别详细图示，但施加器6上连接有：气管62，其来自供给第一气体的气源(省略图示)；以及波导管63，其连通微波产生装置。气体供给管61上连接有气管64，其来自供给第二气体的气源(省略图示)。第一气体根据蚀刻对象物而适当选择，例如可使用的气体为：以氨气、氢气等包含氢元素的气体(含氢气体)作为主气体包括至少一种气体，并根据需要添加氩气等稀有气体、氧气及氮气等。第二气体根据蚀刻对象物而适当选择，例如可使用的气体为：以含有选自CHF3、CF4、SF6及NF3等中的至少一种氟系气体作为主气体，并根据需要添加氩气等稀有气体、氢气、氧气及氮气等。将进行了流量控制的第一气体导入施加器6，通过照射微波，使第一气体等离子体化生成氢自由基。该氢自由基在气体供给管61处与第二气体混合并发生反应，生成激发了的蚀刻气体。将激发了的蚀刻气体经气体导入口13a引导到扩散空间Sd。
在第一喷淋板4上设置贯通上下方向的多个第一喷出口4a，第一喷出口4a的数量、各第一喷出口4a的口径及各第一喷出口4a的排列没有特殊限制，以主要的蚀刻对象物为基准适当设计。另一方面，也在第二喷淋板5上设置贯通上下方向的多个第二喷出口5a，经这些第二喷出口5a，将引导到扩散空间Sd中的蚀刻气体以相同流量引导到第一和第二各空间S1、S2内。在本实施方式中，由第二喷淋板5、施加器6和气体供给管61构成气体供给装置。进而，避开第二喷出口5a，在第二喷淋板5上设置有从其外周面的规定位置向其内侧延伸的第一惰性气体通道51和第二惰性气体通道52。设置为一方面第一惰性气体通道51与多个第三喷出口53连通，第三喷出口53设置为向第一空间S1的第二喷淋板5的投影面上开口，另一方面第二惰性气体通道52与多个第三喷出口54连通，第三喷出口54设置为向第二空间S2的第二喷淋板5的投影面上开口，经各第三喷出口53、54，从与蚀刻气体导入方向相同的方向分别向第一空间S1和第二空间S2中导入进行了流量控制的惰性气体，提高分压。第三喷出口53、54的数量、第三喷出口53、54的口径及各第三喷出口53、54的排列适当设置为使得在分别导入惰性气体时，不在第一空间S1或第二空间S2内产生压力不均。第一和第二各惰性气体通道51、52上分别连接与省略图示的惰性气体的气源连通的第一和第二各惰性气体导入管71、72，第一和第二各惰性气体导入管71、72上分别间置有质量流量控制器71a、72a。作为惰性气体，例如可使用氩气等稀有气体、氮气等。在本实施方式中，由各惰性气体通道51，52、第三喷出口53，54、各惰性气体导入管71，72以及质量流量控制器71a，72a来构成惰性气体导入装置。
上述干蚀刻装置EM具有控制装置，其包括省略图示的公知的微机、定序器、存储器等，通过控制装置，除统一控制施加器6的运转、真空泵单元Pu的运转等外，还控制质量流量控制器71a，72a的运转。以下对使用上述干蚀刻装置EM的蚀刻方法进行说明。
在进行蚀刻前，通过实验、模拟，对表面材料、蚀刻形状等不同的基板Sw按种类预先取得基板Sw表面上的激发了的蚀刻气体的最佳浓度分布与为实现该最佳浓度分布而导入到第一和第二各空间S1、S2中的惰性气体的流量之间的相关关系，将取得的相关关系预先存储在控制装置的存储器中。
在启动真空泵单元Pu将真空室1内真空排气了的状态下，使用图外的运输机器人将基板Sw设置到台架2上。当处理空间1a达到规定压力时，从存储器读取与基板Sw的种类对应的给各空间S1、S2的惰性气体的流量，分别控制质量流量控制器71a、72a，分别对第一和第二各空间S1、S2导入进行了流量控制的惰性气体(例如氮气)，从而按各空间S1、S2预先改变惰性气体的分压。另一方面，将来自气管62的第一气体导入到施加器6，从波导管63对导入的第一气体照射微波产生氢自由基。将该氢自由基和来自气管64的第二气体在气体供给管61中混合，生成激发了的蚀刻气体(激发步骤)。
将像这样在激发步骤激发了的蚀刻气体在从气体供给管61导入到扩散空间Sd内之后，经各第二喷出口5a导入到第一和第二各空间S1、S2。此时，导入第一和第二各空间S1、S2的蚀刻气体的导入量与在上述惰性气体导入步骤中经控制的第一和第二各空间S1、S2的惰性气体的分压相对应。即如果以向惰性气体分压低的第一空间S1中导入的蚀刻气体的导入量为基准导入量，则向惰性气体分压高的第二空间S2中以小于基准导入量的流量导入蚀刻气体。由此，调节导入到扩散空间Sd中的蚀刻气体向第一和第二各空间S1、S2的蚀刻气体的导入量的比例(蚀刻气体的分配比例)。在上述分配比例调节步骤中，导入第一和第二各空间S1、S2内的蚀刻气体因真空室1内的压力(具体而言是与处理空间1a的差压)经各第一喷出口4a向基板Sw喷出，此时，基板Sw表面上的蚀刻气体的浓度分布与各空间S1、S2中导入的蚀刻气体的量对应。
通过上述实施方式，由于采用了根据第一和第二各空间S1、S2内导入的惰性气体的分压，按空间S1、S2调节向该空间S1、S2的蚀刻气体的导入量，将调节了导入量的蚀刻气体经各第一喷出口4a朝基板Sw喷出的结构，因此可根据基板Sw的种类调节基板Sw表面上的激发了的蚀刻气体的浓度分布。此外，无需将第一喷淋板4变更为第一喷出口4a的数量、各第一喷出口4a的口径及各第一喷出口4a的排列等不同的另一第一喷淋板。而且，由于不对用施加器6激发了的蚀刻气体在其下游侧通过质量流量控制器等流量控制装置进行流量调节，因此不会给施加器6内的压力带来变动，不会产生激发了的蚀刻气体的生成条件改变这类的问题。再有，由于通过第二喷淋板5的各第二喷出口5a以同等流量将激发了的蚀刻气体供给到第一和第二各空间S1、S2内，因此可精度良好地调节导入到各空间S1、S2的蚀刻气体的导入量的比例。此外，通过从与蚀刻气体的导入方向相同的方向经第二喷淋板5的各第三喷出口53、54导入惰性气体到第一和第二各空间S1、S2内，能尽量抑制空间S1、S2内发生压力不均，是有利的。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述方式，可在不脱离本发明技术思想的范围内进行适当变形。在上述实施方式中，以将与各第一喷出口4a接续的空间Sp划分为同心状扩展的两个空间S1、S2的情况为例进行了说明，但并不限于此，例如也可划分为同心状扩展的三个以上的空间，或者也可划分为格子状的多个空间。再有，在上述实施方式中，以经各第三喷出口53、54向各空间S1、S2中从其上方导入惰性气体的情况为例进行了说明，但并不限于此，在根据各空间S1、S2的形状、容积等难于在各空间S1，S2发生压力不均这样的情况下，向各空间S1、S2内导入惰性气体的导入方法在不对处理空间1a造成影响的范围内可以是任意的，例如也可向各空间S1、S2中从其侧方、下方导入惰性气体。
附图标记说明
EM.干蚀刻装置，Sw.基板(蚀刻对象物)，Sp.与各第一喷出口接续的空间，S1.第一空间，S2.第二空间，1.真空室，2.台架，31.排气孔(各向同性排气通道)，4.第一喷淋板，4a.第一喷出口，41.筒状壁，42.分隔部件，5.第二喷淋板(气体供给装置的构成要素)，5a.第二喷出口，51.第一惰性气体通道(惰性气体通道的构成要素)，52.第二惰性气体通道(惰性气体通道的构成要素)，53、54.第三喷出口，6.施加器(气体供给装置的构成要素)，61.气体供给管(气体供给装置的构成要素)，71.第一惰性气体导入管(惰性气体导入装置的构成要素)，72.第二惰性气体导入管(惰性气体导入装置的构成要素)，71a、72a.质量流量控制器(惰性气体导入装置的构成要素)。
Claims (4)
1.一种干蚀刻装置，具备：
第一喷淋板，其在真空室内与蚀刻对象物相向配置，设置有多个第一喷出口；气体供给装置，其向与真空室内隔绝并与第一喷淋板的各第一喷出口接续的空间中供给激发了的蚀刻气体；其特征在于：
所述空间被划分成多个，在这些划分出的各空间中还设置有可导入进行了流量控制的惰性气体的惰性气体导入装置，通过按空间导入的惰性气体的流量控制，自由调节向各空间导入的蚀刻气体的导入量比例。
2.根据权利要求1所述的干蚀刻装置，其特征在于：
在所述气体供给装置的气体供给管所连接的所述真空室的上壁部上设置筒状壁，并在筒状壁的下端设置所述第一喷淋板，在筒状壁内第一喷淋板的上方还设置第二喷淋板，通过第一喷淋板、第二喷淋板和间隔在两喷淋板间的分隔部件限定出所述各空间；
在第二喷淋板上设置多个第二喷出口，经这些第二喷出口以同等流量向各空间内供给激发了的蚀刻气体。
3.根据权利要求2所述的干蚀刻装置，其特征在于：
所述惰性气体导入装置具有：
设置在第二喷淋板上的惰性气体通道；以及多个第三喷出口，其与该惰性气体通道相连通，向各空间的第二喷淋板的投影面上开口；经各第三喷出口向各空间导入惰性气体。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的干蚀刻装置，其特征在于：
在真空室内具有与第一喷淋板正对并保持蚀刻对象物的台架，台架周围设置有各向同性排气通道；
所述划分出的各空间沿以第一喷淋板为中心的同心圆设置。
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