CN115398601A - 等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
在各向同性蚀刻时，控制晶片上的自由基分布，并且防止第二遮挡板上表面的异物飞扬。等离子体处理装置具备：处理室(106)，其对样品进行等离子体处理；高频电源(113)，其供给用于生成等离子体的高频电力；样品台(120)，其载置所述样品；以及第一平板(115)，其配置于所述样品台(120)的上方且具有多个贯通孔(170)，所述等离子体处理装置还具备：第二平板(116)，其配置于所述第一平板(115)与所述样品台(120)之间且与所述第一平板(115)对置；以及气体供给口(150)，其配置于所述第一平板(115)与所述第二平板(116)之间的所述处理室(106)的侧面且供给气体，所述贯通孔(170)配置于从中心离开规定的距离的部位的外侧。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置。
背景技术
在半导体器件的制造工序中，谋求对半导体装置所包含的组件的细微化、集成化的应对。例如，在集成电路、纳米电气机械系统中，进一步推进结构物的纳米级化。
通常，在半导体器件的制造工序中，为了成形细微图案而使用光刻技术。该技术是在抗蚀层上应用器件结构的图案并根据抗蚀层的图案将露出的基板选择性地蚀刻除去的技术。在之后的处理工序中，只要在蚀刻区域内堆积其他材料，就能够形成集成电路。
为了进行蚀刻，而使用干蚀刻装置。例如，在专利文献1中，公开有具有照射离子和自由基这两方的功能、以及用于遮挡离子而仅照射自由基的功能这两方的干蚀刻装置。另外，在专利文献2中，公开有能够通过向螺旋线圈供给高频电力来产生电感耦合等离子体的干蚀刻装置。
通过从配置于第一等离子体生成部内的第一高频电源向配置于第二等离子体生成部内并载置样品的样品台供给高频电力的第二高频电源切换，能够在金属制的多孔板与样品之间产生电容耦合等离子体。通过调整向螺旋线圈供给的电力与向样品供给的电力的比例，能够调整自由基与离子的比率。
另外，在专利文献3中，公开有能够利用由螺线管线圈产生的磁场和2.45GHz的微波的电子回旋共振(ECR)现象来产生等离子体的ECR等离子体式的干蚀刻装置。在该干蚀刻装置中，通过向样品施加高频电力，能够产生DC偏压，并利用该DC偏压将离子加速而向晶片照射。
另外，在专利文献4中，公开有能够通过设置将等离子体生成室与处理室隔开的隔壁构件来遮挡从等离子体产生的离子的作为干蚀刻装置的等离子体处理装置。在该干蚀刻装置中，通过将隔壁构件由不使紫外光通过的隔绝部材料构成，能够遮挡紫外光并仅将氢自由基向处理室供给。
另外，在专利文献5中，公开有作为能够通过供给的第二蚀刻气体将自由基置换为非活性气体的原子层蚀刻装置的干蚀刻装置。在该干蚀刻装置中，能够从置换出的非活性气体产生自由基，并进行蚀刻。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-176184号公报
专利文献2：日本特开2015-50362号公报
专利文献3：日本特开昭62-14429号公报
专利文献4：日本特开2009-016453号公报
专利文献5：日本特开2017-228791号公报
专利文献6：日本特开2010-21166号公报
发明内容
发明要解决的课题
在利用以往的方法实施这样的原子层蚀刻的情况下，需要在(1)能够仅将自由基向样品照射的装置与(2)如专利文献3等中记载那样能够将等离子体中的离子加速而向样品照射的装置之间，使样品通过真空搬运交替地移动而进行处理。因此，在利用该以往的方法进行的原子层蚀刻中，生产能力大幅下降成为问题。因此，期望利用一台干蚀刻装置进行仅将自由基向样品照射的第一步骤和将离子向样品照射的第二步骤这两方。
另外，例如在硅的各向同性加工中，需要照射离子和自由基这两方而除去硅表面的自然氧化膜，然后仅照射自由基而进行硅的各向同性蚀刻。在这样的加工中，自然氧化膜的除去所需的时间短至数秒，因此当利用不同的装置处理自然氧化膜除去和硅的各向同性蚀刻时，生产能力大幅下降。因此，期望利用一台干蚀刻装置进行照射离子和自由基这两方的自然氧化膜除去、以及仅利用自由基的硅的各向同性蚀刻这两方。
另外，例如，在以少量多品种生产为目的的中规模的半导体制造工序中，通常利用一台干蚀刻装置进行多个工序，因此通过使上述干蚀刻装置具有照射离子和自由基这两方的各向异性蚀刻、以及仅照射自由基的各向同性蚀刻这两方的功能，能够大幅降低装置成本。
鉴于这样的实际情况，在半导体器件加工中使用的干蚀刻装置中，要求照射离子和自由基这两方而进行加工的功能、以及仅照射自由基而进行加工的功能这两方。
从前，为了满足这样的要求，期待专利文献1的干蚀刻装置。其理由是由于在上述干蚀刻装置中，在第一步骤的自由基照射中，能够供给微波的高频电力而产生ECR等离子体，并且能够通过控制磁场形成机构而在遮挡板之上生成等离子体。由此，通过遮挡板遮挡离子的入射，从而从ECR等离子体仅将自由基向样品供给。但是，为了利用上述干蚀刻装置向样品照射自由基，需要将在处理室的上部区域生成的自由基通过贯通遮挡板的外周部的孔而供给。因此，在晶片中心部自由基不足，晶片的蚀刻速率在外周高，导致加工的不均匀性。
需要说明的是，专利文献1中公开的干蚀刻装置能够通过第二遮挡板而从在上部区域生成的等离子体中将自由基从遮挡板的中央供给，但也存在不具有主动地控制气流的功能这样的问题。
另外，专利文献5中公开的干蚀刻装置在利用第一气体的蚀刻结束后，供给第二气体，但存在未积极地控制第一蚀刻气体的气流这样的问题。在干蚀刻装置中，只不过是利用第二气体来置换第一气体的生成物。
并且，在专利文献6中，公开有使两张遮挡板的贯通孔错开半个节距而设为相互不重叠的配置的技术，但存在在这样的遮挡板的加工中耗费成本这样的问题。
于是，本发明的目的在于，提供能够利用一台装置实现自由基照射和离子照射这两方、并且能够控制第一遮挡版与第二遮挡板之间的自由基照射的等离子体处理装置。
用于解决课题的方案
为了达成上述目的，代表性的本发明的等离子体处理装置之一具备：处理室，其对样品进行等离子体处理；高频电源，其供给用于生成等离子体的高频电力；样品台，其载置所述样品；以及第一平板，其配置于所述样品台的上方且具有多个贯通孔，
所述等离子体处理装置还具备：第二平板，其配置于所述第一平板与所述样品台之间且与所述第一平板对置；以及气体供给口，其配置于所述第一平板与所述第二平板之间的所述处理室的侧面且供给气体，
所述贯通孔配置于从中心离开规定的距离的部位的外侧，从而达成上述目的。
发明效果
根据本发明，可以提供能够利用一台装置实现自由基照射和离子照射这两方、并且能够控制第一遮挡版与第二遮挡板之间的自由基照射的等离子体处理装置。
上述的以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明来明确。
附图说明
图1是示出等离子体处理装置的概要的剖视图。
图2是示意性地示出等离子体处理装置内的磁力线的图。
图3是示出ECR等离子体处理装置中的第一遮挡板的孔配置的例子的俯视图。
图4是示出ECR等离子体处理装置中的第二遮挡板的孔配置的例子的俯视图。
图5是用于说明利用多个气体来控制自由基流动的状态的装置剖视图。
图6A是用流线表示单张遮挡板结构的气流的模拟的图。
图6B是示出在比较例中样品上的径向位置与气体压力以及气体速度的关系的图。
图7A是将由单张遮挡板结构的等离子体处理装置进行的实际的蚀刻速率用等高线示出的图。
图7B是示出比较例的ER分布的曲线图。
图8A是将两张遮挡板结构的气流用流线示出的模拟的图。
图8B是示出在本实施方式中样品上的径向位置与气体压力以及气体速度的关系的图。
图9A是将在两张遮挡板结构中追加了第二气流的气流用流线示出的模拟的图。
图9B是示出在本实施方式中样品上的径向位置与气体压力以及气体速度的关系的图。
具体实施方式
以下，通过实施方式来说明本发明。
在图1中示出本实施方式的等离子体处理装置的概要整体结构剖视图。在本实施方式的等离子体处理装置中，通过从作为高频电源的磁控管113经由方形导波管112以及电介质窗117向真空处理室106供给的2.45GHz的微波(高频电力)与由作为磁场形成机构的螺线管线圈114形成的磁场之间的相互作用，利用电子回旋共振(Electron CyclotronResonance，ECR)而在真空处理室106内生成等离子体。将这样的等离子体处理装置称为ECR等离子体处理装置。
另外，在载置于样品台120的样品121经由匹配器122而连接有高频电源123。真空处理室106的内部经由阀125而与泵124连接，并能够通过阀125的开度来调节内部压力。
另外，本等离子体处理装置在真空处理室106的内部具有电介质制的第一遮挡板(第一平板)115以及第二遮挡板(第二平板)116。第二遮挡板116在第一遮挡板115的下方隔开间隔地平行设置。
在本实施方式中，第一遮挡板115以及第二遮挡板116由电介质形成。第一遮挡板115由非金属材料形成，因此能够使微波通过第一遮挡板115以及第二遮挡板116而传播到样品侧。
将第一遮挡板115的上方的真空处理室106内设为上部区域106-1，将第一遮挡板115以及第二遮挡板116之间的真空处理室106内设为中部区域106-2，将第二遮挡板116的下方的真空处理室106内设为下部区域106-3。
本实施方式中使用的等离子体处理装置在微波的频率为2.45GHz的情况下，具有能够在0.0875T的磁通密度的附近生成等离子体的特性。因此，若调整磁场以使得等离子体生成区域位于第一遮挡板115与电介质窗117之间(上部区域106-1)(设为第一控制)，则能够在第一遮挡板115的电介质窗117侧生成等离子体，产生的离子通过第一遮挡板115，通过了的离子沿着磁力线漂移，与壁面碰撞而消失，由此能够仅将自由基向样品121照射。此时，在样品121，进行以仅利用自由基的表面反应为主体的各向同性性蚀刻。
与此相对，若调整磁场以使得等离子体生成区域位于第二遮挡板116与样品121之间(下部区域106-3)(设为第二控制)，则能够在比第二遮挡板116靠样品121侧生成等离子体，能够将离子和自由基这两方向样品121供给。此时，在样品121中，进行通过离子来促进自由基的反应的、利用了离子辅助反应的各向异性蚀刻。
需要说明的是，相对于第一遮挡板115以及第二遮挡板116的高度位置的等离子体生成区域的高度位置的调整或者切换(上方或者下方)、保持各自的高度位置的期间的调整、另外在螺线管线圈为多个的情况下向各螺线管线圈供给的电力的切换等能够使用控制装置100来进行。
另外，在本等离子体处理装置中，能够经由第一气体供给口149(参照后述的图2)而供给第一气体。并且，在真空处理室106的周壁在整周范围内设置有第二气体供给口150，以使得与中部区域106-2连通。能够经由第二气体供给口150而向第一遮挡板115以及第二遮挡板116之间的中部区域106-2供给第二气体(蚀刻气体或者非活性气体)。由于该特征，在上部区域106-1生成等离子体时，能够在中部区域106-2控制气流，能够控制自由基分布。
在本实施方式中，在利用ECR等离子体时，离子向外侧漂移，因此能够自由地设定第一遮挡板115以及第二遮挡板116的贯通孔(参照后述的图3、4)的位置。
接下来，关于本实施方式的等离子体处理装置，说明遮挡板的贯通孔的配置对遮挡离子的性能给予的影响。
首先，对离子遮挡效果进行说明。已知在处于磁场的等离子体中离子沿着磁力线移动。图2是用于说明图1所示的等离子体处理装置中的磁力线140的状态的纵剖视图。在ECR等离子体的情况下，如图2所示磁力线140沿纵(上下)方向行进，并且随着接近样品，磁力线的间隔扩大。
因此，假如将贯通孔170在第一遮挡板115的整面均衡地配置，则通过了中央附近的贯通孔170的离子沿着磁力线140向样品121入射。与此相对，本实施方式的第一遮挡板115在样品121的直径以上的范围(从中心离开规定的距离的部位的外侧)具有多个贯通孔170。即通过制作在图3中虚线所示的与第一遮挡板115的中央部的样品直径相当的范围(沿上下方向将样品121投影而得到的范围)151没有贯通孔的结构(自由基遮挡区域)，能够完全遮挡在第一遮挡板115的电介质窗侧(上部区域106-1)生成的离子向样品的入射。需要说明的是，作为贯通孔170的直径，优选为
并且，假如不设置第二遮挡板116而仅使用如图3所示在中央部附近没有贯通孔的第一遮挡板115，则中部区域106-2的处理气体从在第一遮挡板115设置的径向外侧的贯通孔供给，因此在样品121附近存在自由基分布容易在外周侧变高的倾向。为了解决该问题，在本实施方式中，在第一遮挡板115的下方配置第二遮挡板116，该第二遮挡板116配置有图4所示那样的贯通孔171。
离子沿着磁力线漂移(随着接近样品121而向径向的外侧偏移)，因此第二遮挡板116在与样品直径相当的范围151的内外设置贯通孔171。在图4的例子中，仅在范围151的内侧配置有贯通孔171。另外，在使贯通孔171的大小均衡的情况下，在样品台附近在晶片的外侧自由基变多。为了消除该课题，优选使接近第二遮挡板116的中心的贯通孔171的直径大于接近外周的贯通孔171的直径(或者，随着远离中心而使贯通孔171的直径变小)。离子沿着磁力线漂移，因此若是在与晶片同等以上的直径的范围具有贯通孔的遮挡板，则能够遮挡离子。在图4中，多个贯通孔171设置于与样品121的直径对应的范围151内，但设置于样品121的直径以上的范围也没有问题。另外，贯通孔171设置于第一遮挡板115的阴影处也没有问题。
图6A是将作为比较例的具有单张遮挡板结构的等离子体处理装置的气流用流线表示的模拟的图，图6B是示出在比较例中样品121上的径向位置与气体压力以及气体速度的关系的图。
在比较例中，在真空处理室106内仅配置有图3所示那样的第一遮挡板115。在上述情况下，如图6A所示，气体的流线在样品附近通过样品(晶片半径)的外侧。自由基从晶片的外侧朝向中心供给，因此存在在外侧容易径向过剩而在中心侧容易不足的倾向。因此，蚀刻分布在外周侧容易变高。
图7A是将由作为比较例的具有单张遮挡板结构的等离子体处理装置进行的实际的蚀刻速率用等高线表示的图，图7B是示出该ER(蚀刻速率)分布的曲线图，在将图7A通过东西南北赋予了方位时，将西方向设为0度，西北方向设为45度，北方向设为90度，东北方向设为135度，按各方向示出半径与蚀刻速率的关系。根据图7A、7B可知，在晶片外侧容易径向过剩，而在中心容易不足。
于是，在本实施方式中，通过在第一遮挡板115的下方配置图4所示那样的第二遮挡板116而变更气体的流动路线。通过变更气体的流动路线，从而将所需的量的自由基从样品121的中心向外侧供给，多余的自由基乘着气流排出从而使蚀刻分布接近均匀。另外，通过供给充分的量的自由基，从而蚀刻速度上升。
图8A是将作为本实施方式的具有两张遮挡板结构的等离子体处理装置的气流用流线表示的模拟的图，图8B是示出在本实施方式中样品121上的径向位置与气体压力以及气体速度的关系的图。若与图6A、6B进行比较则可明确知晓，如图8A、8B所示气体的流动路线变更，所需的量的自由基从晶片的中心向外侧供给。
需要说明的是，在本等离子体处理装置中，离子沿着磁力线向外侧漂移，因此无需使第一遮挡板115与第二遮挡板116的贯通孔为相互不重叠的配置。
接下来，关于本实施方式的等离子体处理装置，说明配置于中部区域106-2的第二气流对自由基的分布给予的影响。
如上述那样，对使用两张遮挡板来变更气体的流线的实施方式进行了说明，但即使使第二遮挡板116的贯通孔171朝向中心增大，也存在真空处理室106内的晶片外侧的部位的压力差大而产生不能向中心导入气流的条件的可能性。在上述情况下，通过设置图1、2所示那样的第二气体供给口150，从而经由第二遮挡板116的中心的贯通孔171供给气体。
在此，为了使气体的压力均匀，优选使第二气体供给口150的形状为狭缝状。如图5所示，能够利用从第二气体供给口150喷出的气体来校正从第一遮挡板115供给的气体的流动。向上部处理室供给的气体等离子体化，分解出的自由基通过第一遮挡板115而向中部区域106-2移动，此时通过第二气流使气流从第二遮挡板116的上表面剥离。之后，校正了均匀性的气体经由第二遮挡板116的贯通孔而进入下部区域106-3。
特别是，在本实施方式中，为了校正自由基的流动，经由第二气体供给口150而进行气体供给。
接下来，关于本实施方式的等离子体处理装置，说明向中部区域106-2供给的第二气流对处理室内的异物给予的影响。
在第一遮挡板115的贯通孔170配置于第二遮挡板116的结构体部分的上方的情况下，认为在上部区域106-1产生的生成物通过贯通孔170而堆积于第二遮挡板116的结构体部分的上方。在该情况下，认为从第一遮挡板115供给的气体使上述生成物飞扬，在晶片上落下而成为异物。
于是，通过如图1、2所示，使第二气体供给口150的朝向向上方(使第二气体供给口150的轴线比水平方向朝向第一遮挡板115侧，换言之相对于真空处理室106的侧面的垂直方向倾斜规定的角度)，能够防止向贯通孔170正下方的气体喷出，并预防上述生成物的飞扬。
图9A是将在作为本实施方式的具有两张遮挡板结构的等离子体处理装置中从第二气体供给口150向上进行气体供给时的气流用流线表示的模拟的图，图9B是示出在本实施方式中样品121上的径向位置与气体压力以及气体速度的关系的图。
根据图9A、9B，确认了通过在中部区域106-2中追加朝向上方的气流，与未在中部区域追加气流的情况相比，存在将气流路线向上方抬起的效果。
特别是，在本实施方式中，能够为了防止异物而控制气流的方向。
上述的实施方式为了容易理解地说明本发明而详细进行了说明，但不一定限定于具备所说明的全部结构。另外，能够将某一实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也能够对某一实施方式的结构添加其他实施方式的结构。另外，能够对各实施方式的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。
附图标记说明：
106-1处理室的上部区域，106-2处理室的中部区域，106-3处理室的下部区域，112圆形导波管，113磁控管，114螺线管线圈，115第一遮挡板，116第二遮挡板，117电介质窗(顶板)，120样品台，121样品(晶片)，122匹配器，123高频电源，124泵，140磁力线，149第一气体供给口，150第二气体供给口，151未设置有贯通孔的范围(自由基遮挡区域)，170贯通孔，171贯通孔。
Claims (8)
1.一种等离子体处理装置，其具备：处理室，其对样品进行等离子体处理；高频电源，其供给用于生成等离子体的高频电力；样品台，其载置所述样品；以及第一平板，其配置于所述样品台的上方且具有多个贯通孔，
所述等离子体处理装置的特征在于，
所述等离子体处理装置还具备：第二平板，其配置于所述第一平板与所述样品台之间且与所述第一平板对置；以及气体供给口，其配置于所述第一平板与所述第二平板之间的所述处理室的侧面且供给气体，
所述贯通孔配置于从中心离开规定的距离的部位的外侧。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述气体供给口相对于所述处理室的侧面的垂直方向倾斜规定的角度。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述第二平板所具有的各个贯通孔配置为随着远离中心而直径变小。
4.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述第二平板所具有的各个贯通孔配置为随着远离中心而直径变小。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述等离子体处理装置还具备在所述处理室内形成磁场的磁场形成机构，
所述第一平板以及所述第二平板的材质为电介质。
6.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述等离子体处理装置还具备在所述处理室内形成磁场的磁场形成机构，
所述第一平板以及所述第二平板的材质为电介质。
7.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述等离子体处理装置还具备在所述处理室内形成磁场的磁场形成机构，
所述第一平板以及所述第二平板的材质为电介质。
8.根据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述等离子体处理装置还具备在所述处理室内形成磁场的磁场形成机构，
所述第一平板以及所述第二平板的材质为电介质。
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