CN118053727A - 等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够在基片上生成等离子体来对基片实施处理的等离子体处理装置。本发明的等离子体处理装置的特征在于,包括:处理容器;能够插入到所述处理容器中的基片保持件,其能够分多层载置多块基片;能够使所述基片保持件在所述处理容器内旋转的旋转轴;用于向所述处理容器内供给处理气体的气体供给管;用于对所述处理容器内进行排气的排气部;配置在所述处理容器的外侧的一对电极,其与所述处理容器的中心相对地配置;和高频电源,其用于向一对所述电极施加高频电功率从而在所述处理容器内生成电容耦合等离子体。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置。
背景技术
专利文献1公开了一种等离子体处理装置,其包括:处理容器;晶舟,其能够保持多个晶片并插入到处理容器内或从处理容器内脱离;和等离子体产生部,其通过使处理容器的侧壁的一部分呈凹部状向外侧凹陷而一侧在处理容器内开口并与处理容器内连通,并且沿着处理容器的高度方向设置,在等离子体产生部产生的自由基从等离子体产生部的开口向处理容器内的中心方向释放并扩散,从而在晶片彼此间以层流状态流动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许4329403号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在一个方面,本发明提供一种能够在基片上生成等离子体来对基片实施处理的等离子体处理装置。
用于解决技术问题的手段
为了解决上述技术问题,根据一个方式,提供一种等离子体处理装置,其特征在于,包括:处理容器;能够插入到所述处理容器中的基片保持件,其能够分多层载置多块基片;能够使所述基片保持件在所述处理容器内旋转的旋转轴;用于向所述处理容器内供给处理气体的气体供给管;用于对所述处理容器内进行排气的排气部;配置在所述处理容器的外侧的一对电极,其与所述处理容器的中心相对地配置;和高频电源,其用于向一对所述电极施加高频电功率从而在所述处理容器内生成电容耦合等离子体。
发明效果
根据本发明的一个方面,能够提供一种能够在基片上生成等离子体来对基片实施处理的等离子体处理装置。
附图说明
图1是表示等离子体处理装置的一个例子的纵截面结构图。
图2是A向视图,是表示等离子体处理装置的一个例子的纵截面结构图。
图3是表示B-B截面中的等离子体处理装置的一个例子的横截面结构图。
图4是表示对各电极施加的高频电功率的图的一个例子。
图5是表示电极间的配置基片的区域中的等离子体密度的一个例子的图。
附图标记说明
W基片,1处理容器,2顶板,3晶舟(基片保持件),4杆,5保温筒,6工作台,7盖体,8旋转轴,9磁性流体密封件,10密封部件,11臂,12排气口,20气体供给管,20g气孔,31、31A、31B电极,32阻抗匹配器,33高频电源,50加热机构,51加热线材,60屏蔽件,70控制部。
具体实施方式
下面,参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中,存在对相同的构成部分标注相同的附图标记,并省略重复说明的情况。
[等离子体处理装置]
使用图1至图3对本实施方式的等离子体处理装置(基片处理装置)进行说明。图1是表示等离子体处理装置的一个例子的纵截面结构图。图2是图1所示的A向视图,是表示等离子体处理装置的一个例子的纵截面结构图。图3是表示图2所示的B-B截面中的等离子体处理装置的一个例子的横截面结构图。图1至图3所示的等离子体处理装置是对多块基片W实施基片处理(例如成膜处理等)的批量式的等离子体处理装置。
等离子体处理装置具有下端开口的有顶的圆筒体状的处理容器1。处理容器1的整体例如由石英形成。在处理容器1内的上端附近设置有由石英形成的顶板2,顶板2的下侧的区域被密封。
处理容器1的下方开口,分多层载置有作为被处理基片的多块(例如几块~100块左右)的半导体晶片(下面称为“基片W”)的晶舟(基片保持件)能够从处理容器1的下方插入到处理容器1内。这样,在处理容器1内,能够沿着上下方向具有间隔LW的空间1c而大致水平地收纳多块基片W。晶舟3例如由石英形成。晶舟3具有4根杆(rod)4(参照图3,在图1、2中图示了2根),能够利用在杆4形成的槽(未图示)支承多块基片W。
晶舟3隔着由石英形成的保温筒5被载置在工作台6上。工作台6被支承在旋转轴8上,该旋转轴8贯穿用于对处理容器1的下端的开口进行开闭的金属(不锈钢)制的盖体7。
在旋转轴8的贯穿部设置有磁性流体密封件9,将旋转轴8气密地密封并且可旋转地支承。在盖体7的周边部与处理容器1的下端之间,设置有用于保持处理容器1内的气密性的密封部件10。
旋转轴8例如安装在由晶舟升降机等升降机构(未图示)支承的臂11的前端,晶舟3与盖体7能够一体地升降,插入到处理容器1内或从处理容器1内脱离。另外,也可以是将工作台6固定设置在盖体7侧,不使晶舟3旋转地进行基片W的处理。
另外,等离子体处理装置具有用于向处理容器1内供给处理气体、吹扫气体等规定的气体的气体供给部。
气体供给部具有气体供给管20。气体供给管20例如由石英形成,向内侧贯穿处理容器1的侧壁并向上方弯曲而垂直地延伸。在气体供给管20的垂直部分,在与晶舟3的晶片支承范围对应的上下方向的长度的范围,以规定间隔形成有多个气孔20g。各气孔20g能够在水平方向上喷出气体。能够从气体供给源(未图示)经由气体配管向气体供给管20供给处理气体。在气体配管上设置有流量控制器(未图示)和开闭阀(未图示)。由此,能够将来自气体供给源的处理气体经由气体配管和气体供给管20供给到处理容器1内。流量控制器能够控制从气体供给管20向处理容器1内供给的气体的流量。开闭阀能够控制从气体供给管20向处理容器1内供给的气体的供给/停止。
另外,在图3中,图示了4个气体供给管20,但是气体供给管20的数量并不限于此。另外,4个气体供给管20可以是分别向处理容器1内供给不同的气体的结构,也可以是至少2个以上的气体供给管20向处理容器1内供给相同的气体的结构。
在处理容器1的外侧设置有一对电极31A、31B。一对电极31A、31B分别由平板形成,设置于在处理容器1的外侧设置的电极设置部1a、1b。另外,一对电极31A、31B与处理容器1的中心(被晶舟3支承的基片W的中心)相对地配置。即,电极31A、31B配置于在处理容器1的周向上旋转180°的位置。另外,一对电极31A、31B彼此平行地配置。另外,电极设置部1a、1b可以与处理容器1一体形成,也可以与处理容器1分体形成。
电极31A、31B由金属等良导体形成。另外,电极31A、31B的材料优选使用镍合金。通过使用镍合金作为电极31A、31B的材料,与使用铜作为电极31A、31B的材料的情况相比,能够抑制金属污染(金属原子向由石英形成的处理容器1的扩散)对处理容器1的影响。另外,镍合金具有能够在等离子体处理装置的可使用温度范围(由后述的加热机构50加热的温度,例如从室温到900℃的范围)内使用的高耐热性。另外,镍合金具有耐氧化性。
各电极31A、31B经由阻抗匹配器32与高频电源33连接。高频电源33和阻抗匹配器32构成高频控制系统。高频控制系统能够对各电极31A、31B分别施加进行了阻抗匹配的高频电功率。此外,在图1、2中,图示了从1组的阻抗匹配器32和高频电源33向各电极31A、31B供给高频电功率的情况,但是并不限于该结构。也可以是分别设置用于向电极31A供给高频电功率的阻抗匹配器32和高频电源33、和用于向电极31B供给高频电功率的阻抗匹配器32和高频电源33的结构。
电极31A、31B的供电线优选与电极中央连接。由此,能够对电极31A、31B的中央施加高频电功率。
对电极31A、31B施加的高频电功率的频率可以使用1kHz~100MHz的范围内的频率。另外,为了抑制在电极上产生的电压驻波的波长对成膜处理(基片处理)造成影响,对电极31A、31B施加的高频电功率的频率优选使用40MHz以下的频率。
处理容器1的内侧由后述的排气装置42进行了排气、减压(形成真空气氛)。另外,能够从气体供给管20向处理容器1的内侧供给处理气体。另一方面,处理容器1的外侧成为大气气氛。电极31A、31B配置在处理容器1的外侧的大气气氛的空间中。
通过从各高频电源33向各电极31A、31B施加高频电功率,能够在处理容器1内形成电场,在处理容器1内生成电容耦合等离子体(CCP:Capacitively Coupled Plasma)。
如图1和图2所示,电极31A、31B在高度方向上配置在比被载置在晶舟3中的多块基片W的高度方向的范围大的范围。换言之,电极31A、31B的高度方向的宽度LE大于被载置在晶舟3中的多块基片W的高度方向的范围。即,电极31A、31B形成至比被载置在晶舟3中的最上层的基片W高的位置,并且电极31A、31B形成至比被载置在晶舟3中的最下层的基片W低的位置。
如图3所示,就电极31A而言,在宽度方向(水平方向)上,连结电极31A的水平方向的两端和处理容器1的中心(被晶舟3支承的基片W的中心)而形成的角度θW在20°~60°的范围内。另外,角度θW更优选在25°~40°的范围内。
另外,电极31B的宽度与电极31A的宽度相等。另外,一对电极31A、31B与处理容器1的中心(被晶舟3支承的基片W的中心)相对地配置,并且彼此平行地配置。由此,在图3中用箭头表示由2个电极31A、31B形成的电场方向300。如图3所示,能够在基片W上形成均匀的电场。
另外,在后述的加热机构50(加热线材51)与处理容器1的关系中,电极31A、31B会遮蔽从加热机构50(加热线材51)向处理容器1的辐射热。因此,被电极31A、31B遮蔽的处理容器1的周向的长度例如优选为整周的1/3以下。换言之,角度θW优选为60°以下。另外,考虑到电极31A、31B的电功率密度等,角度θW优选在25°~60°的范围内。
在处理容器1的侧壁部分设置有用于对处理容器1内进行真空排气的排气口12。包括用于控制处理容器1内的压力的压力控制阀41和真空泵等的排气装置(排气部)42与排气口12连接,能够利用排气装置42经由排气管对处理容器1内进行排气。
另外,在处理容器1内,沿着处理容器1的内壁面配置有热电偶13。热电偶13在高度方向上设置有多个。控制部70能够利用热电偶13检测温度,将检测出的温度用于基片W的温度控制。
另外,如图3所示,气体供给管20和热电偶13以避开由电极31A、31B形成的电场(电场方向300的范围)的方式配置。
在处理容器1的周围设置有圆筒体状的加热机构50。加热机构50具有卷绕的加热线材51。加热线材51以包围处理容器1和多个电极31A、31B的方式配置。此外,加热机构50与处理容器1之间的空间为大气气氛,在该空间配置电极31A、31B。加热机构50用于对处理容器1及其内部的基片W进行加热。加热机构50以使处理容器1的温度成为期望的温度的方式进行控制。由此,能够利用来自处理容器1的壁面的辐射热等对处理容器1内的基片W进行加热。另外,由加热机构50加热的处理容器1的温度例如在室温~900℃的范围内。另外,在成膜处理中,处理容器1的温度例如在150℃~600℃的范围内。另外,在成膜处理中,处理容器1的温度例如优选在200℃~500℃的范围内。
另外,在加热机构50的外侧设置有屏蔽件60。即,屏蔽件60以包围处理容器1、多个电极31A、31B和加热机构50的方式配置。屏蔽件60例如由金属等良导体形成,并被接地。
另外,等离子体处理装置具有控制部70。控制部70例如进行等离子体处理装置的各部的动作的控制,例如通过开闭阀的开闭进行的各气体的供给/停止、通过流量控制器进行的气体流量的控制、通过排气装置42进行的排气控制。另外,控制部70例如进行通过高频电源33进行的高频电功率的接通/断开控制、通过加热机构50进行的处理容器1及其内部的基片W的温度的控制。
控制部70例如可以是计算机等。另外,用于进行等离子体处理装置的各部的动作的计算机的程序存储在存储介质中。存储介质例如可以是软盘、光盘、硬盘、闪存、DVD等。
通过这样的构成,等离子体处理装置能够利用排气装置42对处理容器1内进行减压,从气体供给管20向处理容器1内供给处理气体,对电极31A、31B施加高频电功率,从而在处理容器1内生成电容耦合等离子体(CCP),对基片W实施处理(成膜处理、蚀刻处理等)。另外,在基片W之间的空间1c也生成电容耦合等离子体。由此,在基片W的中心部和外周部,能够提高由等离子体生成的自由基/或活性种的均匀性。另外,在基片W的中心部和外周部,能够生成对基片处理而言足够的浓度的自由基和/或活性种,并向基片W供给。
图4是表示对各电极31A、31B施加的高频电功率的一个例子的图。在上段的图中,横轴表示时间,纵轴表示对电极31A施加的电压。在下段的图中,横轴表示时间,纵轴表示对电极31B施加的电压。
如图4所示,从阻抗匹配器32向电极31A、31B施加的高频电功率,具有相反相位(相位差为180°)的电压,并且具有相同的电压振幅和频率。换言之,决定阻抗匹配器32的匹配电路以使得电压成为相反相位(相位差为180°)并且成为相同的电压振幅和频率。由此,能够以低电功率得到高Vpp(电极电压的最大振幅差)。
图5是表示电极间的配置基片的区域中的等离子体密度的一个例子的图。在此,表示在处理容器1内没有收纳基片W的状态下向电极31A、31B施加13.56MHz的高频电功率而在处理容器1内生成氩(Ar)等离子体的情况下的等离子体密度(电子密度)的一个例子。横轴表示距基片W的中心的距离,正方向是向一个电极(31A)去的方向,负方向是向另一个电极(31B)去的方向。纵轴表示所生成的等离子体的密度。另外,省略了电极31A、31B附近的等离子体密度。
实线表示压力1时的等离子体密度。虚线表示与压力1不同的压力2时的等离子体密度。另外,具有“压力1<压力2”的大小关系。如图5所示,通过使压力变化,能够使基片W的径向上的等离子体密度的分布变化。换言之,通过控制压力,能够提高基片W的径向上的等离子体密度的均匀性。
具体而言,在生成氢等离子体的情况下,优选使处理容器1内的压力为25Pa以下,优选15Pa以下。由此,能够提高基片W的径向上的等离子体密度的均匀性。
另外,能够利用旋转轴8使保温筒5和晶舟3旋转。由此,能够提高基片W的周向上的基片处理(等离子体处理)的均匀性。
处理容器1内的多个基片W由晶舟3在高度方向上具有空间地保持。另外,通过对电极31A、31B施加高频电功率,能够在处理容器1内生成电容耦合等离子体。即,能够在基片W之间的空间生成等离子体。在此,基片W的间隔LW优选为10mm以上。由此,能够提高在基片W间的空间生成的等离子体的面内均匀性。另外,考虑到利用等离子体处理装置进行的基片处理的生产率和处理容器1的大小,优选基片间隔在15mm~40mm的范围内。
另外,在使用氢或氨等含氢(H)的气体作为处理气体来生成等离子体的情况下,优选至少电极设置部1a、1b的材质使用OH基浓度为200ppm以上的合成石英玻璃。
在此,电极设置部1a、1b处的处理容器1的内壁会被在含氢(H)的气体的等离子体中生成的离子和/或含氢的活性种溅射和/或蚀刻,改性为富硅的表面。在改性了的内壁部分(电极设置部1a、1b)与其它的没有改性的内壁部分的边界,会产生大的应力,有可能导致处理容器1破损。而通过至少在电极设置部1a、1b使用OH基浓度为200ppm以上的合成石英玻璃,能够抑制溅射和/或蚀刻,抑制改性为富硅的表面,抑制由应力引起的处理容器1的破损。
另外,电极设置部1a、1b处的处理容器1内壁会被等离子体溅射和/或蚀刻,因此,通过在电极设置部1a、1b处的处理容器1的内壁或处理容器1整体使用OH基浓度为200ppm以上的合成石英玻璃,与使用以天然石英为原料的熔融石英玻璃的情况相比,能够相对地降低源自石英的金属污染水平。
另外,本发明并不限于在上述实施方式所列举的构成等的基础上与其它要素的组合等在此所示的构成。关于这些点,可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行改变,可以与其应用方式相应地适当确定。
Claims (11)
1.一种等离子体处理装置,其特征在于,包括:
处理容器;
能够插入到所述处理容器中的基片保持件,其能够分多层载置多块基片;
能够使所述基片保持件在所述处理容器内旋转的旋转轴;
用于向所述处理容器内供给处理气体的气体供给管;
用于对所述处理容器内进行排气的排气部;
配置在所述处理容器的外侧的一对电极,其与所述处理容器的中心相对地配置;和
高频电源,其用于向一对所述电极施加高频电功率从而在所述处理容器内生成电容耦合等离子体。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置,其特征在于:
能够向一对所述电极施加相位相反且振幅相同的高频电功率。
3.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于:
连结所述电极的水平方向的两端和所述处理容器的中心而形成的角度在20°~60°的范围内。
4.如权利要求3所述的等离子体处理装置,其特征在于:
连结所述电极的水平方向的两端和所述处理容器的中心而形成的角度在25°~40°的范围内。
5.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于:
多个所述电极配置在比被载置在所述基片保持件的多块所述基片的高度方向的范围大的范围。
6.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于:
被所述基片保持件保持的所述基片间的高度方向的间隔为10mm以上。
7.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于:
被所述基片保持件保持的所述基片间的高度方向的间隔在15mm~40mm的范围内。
8.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于:
在所述处理容器内生成氢等离子体时,所述处理容器内的压力为25Pa以下。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置,其特征在于:
在所述处理容器内生成氢等离子体时,所述处理容器内的压力为15Pa以下。
10.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于:
一对所述电极由镍合金形成。
11.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置,其特征在于:
还具有包围所述处理容器和多个所述电极的加热机构。
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JP2022-184424 | 2022-11-17 |
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