TW201030796A - Focus ring, plasma processing appratus and palasma processing method - Google Patents

Description

201030796 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關聚焦環、電漿處理裝置及電漿處理方法 【先前技術】 就以往半導體裝置的製造領域等而言，有使處理氣體 Ο 電漿化，對被處理基板例如半導體晶圓或LCD用玻璃基 板等實施所定的處理例如蝕刻處理或成膜處理等的電漿處 理裝置爲人所知。 就上述電漿處理裝置而言，例如對半導體晶圓實施電 漿蝕刻處理的電漿處理裝置而言，有在被載置於下部電極 上的半導體晶圓的周圍設置聚焦環，提高半導體晶圓的面 内之電漿處理的均一性者爲人所知（例如參照專利文獻1、 專利文獻2)。 ® [專利文獻1]特開2008-78208號公報 [專利文獻2]特開2003-229408號公報 【發明內容】 (發明所欲解決的課題） 就上述那樣使用聚焦環的電漿處理裝置而言，因爲聚 焦環被暴露於電漿，所以聚焦環本身也會被蝕刻而消耗。 隨著如此的聚焦環消耗，半導體晶圓的面内之處理的均一 性也會惡化’因此在某程度聚焦環消耗的時間點，必須將 -5- 201030796 消耗的聚焦環更換成新的聚焦環。 然而，上述那樣的聚焦環更換是成爲使電漿處理裝置 的操業率降低之一因素，且形成使運行成本増大的要因。 所以，會被要求使聚焦環的壽命更長期化來謀求電漿處理 裝置的操業率提升及運行成本的降低。 本發明是有鑑於上述以往的情事而硏發者，提供一種 相較於以往可使聚焦環的壽命長期化，可謀求電漿處理裝 置的操業率的提升與運行成本的降減之聚焦環、電漿處理 @ 裝置及電漿處理方法。 (用以解決課題的手段） 請求項1的聚焦環，係於用以收容被處理基板來實施 所定的電漿處理的處理腔室内之載置前述被處理基板的下 部電極上，且以能夠包圍前述被處理基板的周圍之方式配 置的環狀聚焦環，其特徵爲： 以在最初使用於電漿處理的時間點，前述被處理基板 © 的緣部下面與和該被處理基板的緣部下面對向的部位之間 的距離能夠形成〇.4mm以上的方式構成。 請求項2的聚焦環，係如請求項1記載的聚焦環，其 中，以在最初使用於電漿處理的時間點，前述被處理基板 的緣部下面與和該被處理基板的緣部下面對向的部位之間 的距離能夠形成0.6mm以下的方式構成。 請求項3的聚焦環，係如請求項1或2記載的聚焦環 ，其中，由矽所構成。 -6- 201030796 請求項4的電漿處理裝置，其特徵係具備： 處理腔室，其係用以收容被處理基板來施以所定的電 漿處理； 下部電極，其係設於前述處理腔室内，載置前述被處 理基板； 高頻電源，其係用以對前述下部電極供給高頻電力而 使電漿發生； 上部電極，其係與前述下部電極對向設置；及 聚焦環，其係於前述下部電極，以能夠包圍前述被處 理基板的周圍之方式載置的聚焦環，以在最初使用於電漿 處理的時間點，前述被處理基板的緣部下面與和該被處理 基板緣部下面對向的部位之間的距離能夠形成〇.4mm以上 的方式構成。 請求項5的電漿處理裝置，係如請求項4記載的電漿 處理裝置，其中，前述聚焦環係以在最初使用於電漿處理 ® 的時間點，前述被處理基板的緣部下面與和該被處理基板 的緣部下面對向的部位之間的距離能夠形成0.6mm以下的 方式構成。 請求項6的電漿處理裝置，係如請求項4或5記載的 電漿處理裝置，其中，前述聚焦環係由矽所構成。 請求項7的電漿處理裝置，係如請求項6記載的電漿 處理裝置，其中，前述聚焦環係經由石英製的構件來配置 於前述下部電極上。 請求項8的電漿處理方法，係於對向配置有上部電極 201030796 與下部電極的處理腔室内的前述下部電極上載置被處理基 板，且在前述下部電極上以能夠包圍前述被處理基板的周 圍之方式配置環狀的聚焦環，在前述上部電極與下部電極 之間施加高頻電力，而對前述被處理基板施以所定的電漿 處理之電漿處理方法，其特徵爲： 前述聚焦環係以在最初使用於電漿處理的時間點，前 述被處理基板的緣部下面與和該被處理基板的緣部下面對 向的部位之間的距離能夠形成〇.4mm以上的方式構成。 ® 請求項9的電漿處理方法，係如請求項8記載的電漿 處理方法，其中，前述聚焦環係以在最初使用於電漿處理 的時間點，前述被處理基板的緣部下面與和該被處理基板 的緣部下面對向的部位之間的距離能夠形成〇.6mm以下的 方式構成。 請求項10的電漿處理方法，係如請求項8或9記載 的電漿處理方法，其中，前述聚焦環係由矽所構成。 請求項11的電漿處理方法，係如請求項1〇記載的電 ® 漿處理方法，其中，前述聚焦環係經由石英製的構件來配 置於前述下部電極上。 [發明的效果] 若根據本發明，則可提供一種相較於以往可使聚焦環 的壽命長期化，進而能夠謀求電漿處理裝置的操業率的提 升及運行成本的降低之聚焦環、電漿處理裝置及電漿處理 方法。 -8 - 201030796 【實施方式】 以下，參照圖面針對實施形態來說明本發明的聚焦環 、電槳處理裝置及電漿處理方法的詳細。 圖1是表示本發明之一實施形態的電漿處理裝置的電 漿蝕刻裝置1的全體構成，圖2是表示本發明之一實施形 態的聚焦環15及電漿鈾刻裝置1的要部構成。首先，參 ® 照圖1來說明電漿蝕刻裝置1的全體構成。 電漿蝕刻裝置1是電極板爲上下平行對向，連接電漿 形成用電源的電容耦合型平行平板蝕刻裝置。 電漿蝕刻裝置1是具有形成圓筒形狀的處理腔室（處 理容器）2，其係例如表面被陽極氧化處理，由鋁等所構成 ，此處理腔室2是被接地。在處理腔室2内的底部是隔著 陶瓷等的絕緣板3而設有用以載置被處理基板例如半導體 晶圓W之大致圓柱狀的基座支持台4。更在此基座支持台 W 4上設有構成下部電極的基座（載置台）5。在此基座5連接 高通濾波器（HPF)6。 在基座支持台4的内部設有冷媒室7，在此冷媒室7 中，冷媒是經由冷媒導入管8來導入循環且從冷媒排出管 9排出。而且，其冷熱會經由基座5來對半導體晶圓W傳 熱，藉此半導體晶圓W會被控制於所望的温度。 基座5是其上側中央部形成凸狀的圓板狀，在其上設 有與半導體晶圓W大致同形的静電吸盤11。静電吸盤11 是在絕緣材10之間配置電極12來構成者。而且，從連接 -9 - 201030796 至電極12的直流電源13來施加例如1.5 kV的直流電壓 ，藉此例如藉由庫倫力來靜電吸附半導體晶圓W 。 在絕緣板3、基座支持台4、基座5、静電吸盤11中 形成有用以對半導體晶圓W的背面供給傳熱媒體（例如He 氣體等）的氣體通路14，經由該傳熱媒體來將基座5的冷 熱傳達至半導體晶圓W，使半導體晶圓W能夠維持於所 定的温度。 在基座5的上端周緣部，以能夠包圍載置於静電吸盤 @ 11上的半導體晶圓W之方式配置有環狀的聚焦環15。此 聚焦環15是具有使蝕刻的均一性提升的作用。在本實施 形態中，此聚焦環15是由矽所構成。 如圖2所示，在該聚焦環15的外側設有由石英所構 成的外側構件1 6，在聚焦環1 5的下側設有石英製的下側 構件17。並且，聚焦環15的内周部15a是其厚度形成薄 ，構成延伸至半導體晶圓W的周緣部下側。因此，在聚 焦環15的内周部15a的上面是配置成與半導體晶圓W的 Θ 周緣部下面成對向。就本實施形態而言，該聚焦環15的 内周部15a的上面與半導體晶圓w的周緣部下面的距離（ 圖2所示的距離a)是以在最初聚焦環15使用於電漿處理 的時間點（開始使用新品的聚焦環1 5的時間點）能夠形成 0.4mm以上的方式構成。有關其理由會在往後敘述。 在上述聚焦環15的内周部15a的外側形成有厚度逐 漸變厚的傾斜部1 5 c。並且，在該傾斜部1 5 c的外側形成 有其厚度厚的上側被形成平坦的平坦部15b，在平坦部 -10- 201030796 1 5 b的外側形成有用以卡止外側構件i 6的階部i 5 d。 如圖1所示，在基座5的上方，與該基座5平行對向 而設有上部電極21。此上部電極21是隔著絕緣材22來被 處理腔室2的上部所支持。上部電極21是藉由電極板24 及支持該電極板24的電極支持體25 (由導電性材料形成 )所構成。電極板24是例如以導電體或半導體所構成， 具有多數的吐出孔23。此電極板24是形成與基座5的對 ❹向面。 在上部電極21的電極支持體25的中央設有氣體導入 口 26’在此氣體導入口 26連接氣體供給管27。更在此氣 體供給管27經由閥28及質量流控制器29來連接處理氣 體供給源30。從處理氣體供給源30供給電漿蝕刻處理用 的蝕刻氣體。 在處理腔室2的底部連接排氣管31，在此排氣管31 連接排氣裝置35。排氣裝置35是具備渦輪分子栗等的真 ® 空泵，可將處理腔室2内抽真空至所定的減壓環境、例如 1 Pa以下的所定壓力。並且，在處理腔室2的側壁設有閘 閥32，在開啓此閘閥32的狀態下，半導體晶圓W可在與 隣接的裝載鎖定室（Load-lock chamber )(未圖示）之間 搬送。 在上部電極21連接第1高頻電源40，在其給電線間 介入有整合器41。並且，在上部電極21連接低通濾波器 (LPF)42。此第1高頻電源40是具有50〜150MHz的範圍 的頻率（本實施形態是60MHz)。藉由施加如此高的頻率， -11 - 201030796 可在處理腔室2内形成較理想的解離狀態且高密度的電漿 〇 在作爲下部電極的基座5連接第2高頻電源50，在其 給電線間介入有整合器51。此第2高頻電源50是具有比 第1高頻電源40低的頻率的範圍，藉由施加如此範圍的 頻率的高頻電力’不會有對被處理基板的半導體晶圓W 造成損傷的情形’可賦予適當的離子作用。亦即，第2高 頻電源50是用以施加偏壓用高頻電力者。第2高頻電源 @ 50的頻率較理想是1〜20MHz的範圍（本實施形態是 2MHz)。 上述構成的電漿蝕刻裝置1是藉由控制部60來統括 性地控制其動作、在此控制部60設有：具備CPU控制電 漿飩刻裝置1的各部之製程控制器61、使用者介面部62 、及記憶部63。 使用者介面部62是由鍵盤及顯示器等所構成。該鍵 盤是工程管理者爲了管理電漿蝕刻裝置1而進行指令的輸 Θ 入操作等。該顯示器是使電漿蝕刻裝置1的操業狀況可視 化顯示。 在記憶部63中保存有用以藉由控制器6 1的控制來實 現執行於電漿蝕刻裝置1的各種處理的控制程式（軟體）或 記錄有處理條件資料等的處方。然後，因應所需，以來自 使用者介面部62的指示等來從記憶部63叫出任意的處方 ，而使執行於控制器6 1，藉此在控制器6 1的控制下，進 行電漿蝕刻裝置1的所望處理。並且，控制程式或處理條 -12- 201030796 件資料等的處方，可利用儲存於電腦可讀取的記憶媒體（ 例如硬碟、CD、軟碟、半導體記憶體等）等的狀態者。或 ，可由其他的裝置例如經由專用線路使隨時傳送上線利用 〇 藉由上述構成的電漿蝕刻裝置1，進行半導體晶圓w 的電漿蝕刻時，首先，半導體晶圓w是在閘閥3 2開放後 ，從未圖示的裝載鎖定室搬入至處理腔室2内，載置於静 φ 電吸盤11上。然後，從直流電源13施加直流電壓，藉此 半導體晶圓W會被靜電吸附於静電吸盤11上。其次’閘 閥32會被關閉，藉由排氣裝置35來將處理腔室2内抽真 空至所定的真空度。 然後，閥28會被開放’從處理氣體供給源30將所定 的蝕刻氣體藉由質量流控制器29來一面調整其流量一面 通過處理氣體供給管27、氣體導入口 26來導入至上部電 極21的中空部，更通過電極板24的吐出孔23，如圖1的 ® 箭號所示，對半導體晶圓W均一地吐出。 而且，處理腔室2内的壓力會被維持於所定的壓力。 然後，從第1高頻電源40將所定頻率的高頻電力施加至 上部電極21。藉此，在上部電極21與作爲下部電極的基 座5之間產生高頻電場，蝕刻氣體會解離而電漿化。 另一方面，從第2高頻電源50將比上述第1高頻電 源40低的頻率的高頻電力施加於下部電極的基座5。藉此 ，電漿中的離子會被引入至基座5側，藉由離子輔助來提 高蝕刻的異方性。 -13- 201030796 然後，一旦所定的電漿蝕刻處理終了，則高頻電力的 供給及處理氣體的供給會被停止，以和上述程序相反的程 序，從處理腔室2内搬出半導體晶圓W。 其次，說明有關在本實施形態中以圖2所示的距離a 能夠形成〇.4mm以上的方式構成聚焦環15的理由。圖3 是表示調查開始使用新品的聚焦環15時的使用時間與半 導體晶圓W的蝕刻速率（形成於半導體晶圓W上的矽氧化 膜的蝕刻速率的平均値，以下相同）的結果。如該圖3所 © 示，從聚焦環15的使用開始到使用時間形成300小時程 度爲止的蝕刻速率的變化量會變大》 在此，使用聚焦環15時，藉由電漿的作用被鈾刻消 耗，厚度變化的部分是圖2所示的内周部15a的厚度A， 平坦部15b的厚度B，且傾斜部15c的角度C也會變化。 於是，調查該等部分的厚度A、B及角度C的變化影響蝕 刻速率的結果爲圖4。此圖4是在開始使用新品的聚焦環 15時，其使用時間每1〇〇小時，調查厚度A (初期値 ® 3mm)，B(初期値8.3mm)及角度C(初期値75° )對蝕刻速 率造成的影響（蝕刻速率増加量）者，由各棒狀圖的下側起 依序表示A，B，C的蝕刻速率増加量。 如圖4所示般，剛開始使用聚焦環15之後，最影響 蝕刻速率變化的是厚度A，特別是從使用開始到使用時間 形成300小時程度的蝕刻速率的變化量變大。 圖5的圖表是表示調查上述厚度A爲〇.2mm變化時 的蝕刻速率（nm/min)的變化量（縱軸）與使用開始前的厚度 14- 201030796 A (mm)(橫軸）的關係的結果。如該圖5的圖表所示般’使 用開始前的厚度A從3mm到2.9mm程度’厚度A爲 0.2mm變化時的蝕刻速率的變化量大。並且’使用開始前 的厚度A大致2.8mm時，蝕刻速率的變化量是形成 程度，大致2.6mm時，蝕刻速率的變化量是形成Inm程 度。然後，一旦使用開始前的厚度A小於2.6mm，則蝕刻 速率的變化量幾乎不變。 # 此情況，使用開始前的厚度A爲3mm時’圖1所示 的聚焦環15的内周部15a的上面與半導體晶圓W的周緣 部下面的距離a爲0.2mm，厚度A爲2.8mm時，距離a爲 0.4mm，厚度A爲2.6mm時，距離a爲0.6mm。因此，本 實施形態是在最初聚焦環1 5被使用於電漿處理的時間點（ 亦即開始使用新品的聚焦環1 5的時間點），將聚焦環1 5 的内周部15a的上面與半導體晶圓W的周緣部下面的距離 a設爲0.4mm以上，抑制因聚焦環15的消耗所產生之蝕 Φ 刻速率的變化量。 藉此，即使聚焦環15消耗，蝕刻速率也幾乎不會變 化，因此可更長期使用聚焦環15，相較於以往，可使聚焦 環15的壽命長期化，可謀求電漿處理裝置1的操業率的 提升及運行成本的降低。另外，如圖5所示，即使將距離 a形成大於〇_6mm，蝕刻速率的變化量也幾乎不會變化， 因此距離a較理想是0.4mm以上0.6mm以下。 如上述般，之所以聚焦環15的内周部15a的上面與 半導體晶圓W的周緣部下面的距離a的不同會對蝕刻速率 -15- 201030796 的變化量造成大的影響，可推測是基於以下那樣的理由。 亦即，可想像雖之間夾著石英製的下側構件1 7，但因 爲矽製的聚焦環15是配置於被施加高頻電力的基座（下部 電極）5上，所以形成從基座（下部電極）5經由聚焦環15的 高頻電力的路徑，在聚焦環15的内周部15a的上面與半 導體晶圓W的周緣部下面之間形成電容器。而且，此電 容器的電容是與距離a成反比例，所以若距離a短，則電 容大，且距離a的變化所造成的電容變動也會變大。因此 ❹ ，可想像若距離a短，則半導體晶圓W的蝕刻速率會變低 ，且隨距離a的變化，蝕刻速率的變動也會變大。 另一方面，可想像若距離a某程度長，則上述電容器 的電容會變小，因此經由聚焦環15的高頻電力的流動會 變少，從基座（下部電極）5直接流至半導體晶圓W的高頻 電力會變多，蝕刻速率會上昇，且即使距離a變化，也會 因爲上述電容器的電容的變化小，所以蝕刻速率的變化會 變小。 另外，本發明並非限於上述的實施形態，當然可實施 各種的變形。例如，上述實施形態是說明有關將本發明適 用於對上部電極及下部電極施加2種類的高頻之型式的電 漿蝕刻裝置時，但例如有關只對下部電極施加1種類的高 頻電力之型式的電漿鈾刻裝置、或對下部電極施加2種類 的高頻電力之型式的電漿蝕刻裝置等也可同樣地適用。 【圖式簡單說明】 -16- 201030796 圖1是表示本發明之一實施形態的電漿蝕刻裝置的全 體槪略構成圖。 圖2是表示圖1的電漿蝕刻裝置及聚焦環的要部構成 圖。 圖3是表示調査使用時間與蝕刻速率的變化結果的圖 表。 圖4是表示調查厚度A，B及角度C的變化對蝕刻速 φ 率造成的影響結果的圖表。 圖5是表示厚度a爲〇.2mm變化時的蝕刻速率的變 化量與使用開始前的厚度A的關係的結果圖表。 【主要元件符號說明】 1 :電漿蝕刻裝置 2 :處理腔室 5 :基座（下部電極） φ 15 :聚焦環 2 1 :上部電極 W :半導體晶圓 -17-

Claims (1)

1. 201030796 七、申請專利範困： 1· 一種聚焦環，係於用以收容被處理基板來實施所定 的電漿處理的處理腔室内之載置前述被處理基板的下部電 極上’且以能夠包圍前述被處理基板的周圍之方式配置的 環狀聚焦環，其特徵爲： 以在最初使用於電漿處理的時間點，前述被處理基板 的緣部下面與和該被處理基板的緣部下面對向的部位之間 的距離能夠形成0.4mm以上的方式構成。 Θ 2·如申請專利範圍第1項之聚焦環，其中，以在最初 使用於電漿處理的時間點，前述被處理基板的緣部下面與 和該被處理基板的緣部下面對向的部位之間的距離能夠形 成0.6mm以下的方式構成。 3. 如申請專利範圍第1或2項之聚焦環，其中，由矽 所構成。 4. 一種電漿處理裝置，其特徵係具備： 處理腔室，其係用以收容被處理基板來施以所定的電 Θ 漿處理； 下部電極，其係設於前述處理腔室内，載置前述被處 理基板； 高頻電源，其係用以對前述下部電極供給高頻電力而 使電漿發生； 上部電極，其係與前述下部電極對向設置；及 聚焦環，其係於前述下部電極，以能夠包圍前述被處 理基板的周圍之方式載置的聚焦環，以在最初使用於電漿 -18- 201030796 處理的時間點，前述被處理基板的緣部下面與和該被處理 基板緣部下面對向的部位之間的距離能夠形成0.4mm以上 的方式構成。 5.如申請專利範圍第4項之電漿處理裝置，其中，前 述聚焦環係以在最初使用於電漿處理的時間點，前述被處 理基板的緣部下面與和該被處理基板的緣部下面對向的部 位之間的距離能夠形成0.6mm以下的方式構成。 φ 6.如申請專利範圍第4或5項之電槳處理裝置，其中 ，前述聚焦環係由矽所構成。 7 ·如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中，前 述聚焦環係經由石英製的構件來配置於前述下部電極上。 8. —種電漿處理方法，係於對向配置有上部電極與下 部電極的處理腔室内的前述下部電極上載置被處理基板， 且在前述下部電極上以能夠包圍前述被處理基板的周圍之 方式配置環狀的聚焦環，在前述上部電極與下部電極之間 ® 施加高頻電力，而對前述被處理基板施以所定的電漿處理 之電漿處理方法，其特徵爲： 前述聚焦環係以在最初使用於電漿處理的時間點，前 述被處理基板的緣部下面與和該被處理基板的緣部下面對 向的部位之間的距離能夠形成0.4 mm以上的方式構成。 9. 如申請專利範圍第8項之電漿處理方法，其中，前 述聚焦環係以在最初使用於電漿處理的時間點，前述被處 理基板的緣部下面與和該被處理基板的緣部下面對向的部 位之間的距離能夠形成〇. 6mm以下的方式構成。 -19- 201030796 10. 如申請專利範圍第8或9項之電漿處理方法，其 中，前述聚焦環係由矽所構成。 11. 如申請專利範圍第1〇項之電漿處理方法，其中， 前述聚焦環係經由石英製的構件來配置於前述下部電極上

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