TW201308423A - 電漿處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可抑制附著物的產生之電漿處理裝置。本發明之一實施形態的電漿處理裝置具備：處理容器、氣體供給部、導入部、固持構件、及對焦環。在以處理容器所區畫出之處理空間中，藉由自導入部導入之能量，產生由氣體供給部供給的處理氣體之電漿。於此一處理空間配置對焦環，該對焦環係以包圍用於固持被處理基體之固持構件、以及該固持構件之端面的方式設置。於固持構件之端面與對焦環之間，區畫350μm以下的間隙。

Description

電漿處理裝置

本發明係關於一種電漿處理裝置。

下述專利文獻1中，揭露一種電漿處理裝置。專利文獻1所記載之電漿處理裝置，具備：處理容器、第1及第2電極、高頻電力供給部、處理氣體供給部、主介電材料、對焦環、及周邊感應體。

第1電極之主面，安裝有包含主介電材料的靜電吸盤、及對焦環。對焦環，以覆蓋周邊部的方式安裝於第1電極，該周邊部於第1電極之主面上較靜電吸盤所配置之區域位於更外側。第1電極，為了確保電漿密度的面內均一性，具有較被處理基體更大一圈之外徑。對焦環，以覆蓋第1電極之周邊部的方式設置，藉以自電漿中保護第1電極表面。

[習知技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1 日本特開2008-244274號公報

專利文獻1所揭露之電漿處理裝置，具有在進行被處理基體之處理後，於靜電吸盤之外緣部等產生附著物的情況。

因此，該技術領域中，需要可抑制附著物產生之電漿處理裝置。

本發明之一面向的電漿處理裝置具備：處理容器，區畫出處理空間；氣體供給部，對處理空間供給處理氣體；導入部，導入用於產生處理氣體之電漿的能量；固持構件，用於固持被處理基體，具有介電材料製之表面，設置於處理空間內；以及對焦環，設置為包圍固持構件之端面，並以在固持構件的端面與該對焦環之間區畫出350μm以下的間隙之方式設置。

電漿處理裝置運作時，將固持構件及對焦環加熱至既定溫度。固持構件及對焦環一被加熱，則依據構成其等之材料各自具有的熱膨脹率，固持構件及對焦環產生變形。為了防止因此一變形而造成固持構件之端面與對焦環接觸，通常，於固持構件之端面與對焦環間設定較大的間隙。此等電漿處理裝置中，因清洗時等侵入固持構件之端面與對焦環之間的間隙之電漿而產生微粒子，有該微粒子附著於固持構件之外緣部等情況。

另一面向的電漿處理裝置中，將固持構件之端面與對焦環之內緣間的距離，即間隙的大小，設定為350μm以下，因而抑制電漿對間隙的侵入，其結果，抑制微粒子的產生。連帶地，可抑制附著於固持構件之外緣部等的附著物之產生。

一實施形態中，對焦環，具有包含該對焦環之內緣的第1區域、以及較第1區域更為外側的第2區域；第1區域，設置為沿著固持構件之頂面的延長面，或設置為較該延長面更為下方；第2區域，可設置為較固持構件之頂面更為上方。依此等對焦環，在藉由固持構件固持被處理基體時，固持構件之端面與對焦環間的間隙為被處理基體所覆蓋。因此，可抑制電漿侵入固持構件之端面與對焦環間的間隙之情形。因而，可更抑制微粒子的產生。

如同以上說明，依本發明，提供一種可抑制附著物產生之電漿處理裝置。

[實施本發明之最佳形態]

以下，參考附圖對各種實施形態進行詳細地說明。另，對各附圖中同一或相當的部分附加相同符號。

圖1為，概略顯示一實施形態之電漿處理裝置的圖。圖1所示之電漿處理裝置10具備：處理容器12、平台14、微波產生器16、天線18、及介電窗20。電漿處理裝置10為，以來自天線18之微波產生電漿的微波電漿處理裝置。另，電漿處理裝置亦可為與微波電漿處理裝置不同之其他任意電漿處理裝置。

處理容器12，區畫出用於對被處理基體W施行電漿處理的處理空間S。處理容器12，可包含側壁12a及底部12b。側壁12a，具有朝軸線X方向(即軸線X的延伸方向)延伸之略筒狀。底部12b，設於側壁12a之下端側。於底部12b，設置排氣用的排氣孔12h。側壁12a之上端部具有開口。

側壁12a之上端部開口，藉由介電窗20閉合。亦可於此介電窗20與側壁12a之上端部間夾設O型環21。藉由此一O型環21，使處理容器12之密閉更為確實。

微波產生器16，產生例如2.45GHz之微波。一實施形態中，電漿處理裝置10更具備：調諧器22、導波管24、模式轉換器26、及同軸導波管28。另，微波產生器16、調諧器22、導波管24、模式轉換器26、同軸導波管28、天線18、及介電窗20，構成用於將產生電漿所用之能量導入至處理空間S的導入部。

微波產生器16，介由調諧器22與導波管24相連接。導波管24，例如為矩形導波管。導波管24，與模式轉換器26相連接，該模式轉換器26，係連接於同軸導波管28之上端。

同軸導波管28，沿著軸線X延伸。此一同軸導波管28，包含外側導體28a及內側導體28b。外側導體28a，具有朝軸線X方向延伸之略圓筒形狀。內側導體28b，設置於外側導體28a之內部。此一內側導體28b，具有沿著軸線X延伸之略圓筒形狀。

以微波產生器16產生之微波，介由調諧器22及導波管24被導波至模式轉換器26。模式轉換器26，轉換微波的模式，將模式轉換後之微波供給至同軸導波管28。而來自同軸導波管28之微波，被供給至天線18。

天線18，依據以微波產生器16產生之微波，放射電漿激發用之微波。天線18可包含：槽孔板30、介電板32、及冷卻套34。

槽孔板30，以軸線X為中心於圓周方向配列複數槽孔。圖2為，自軸線X方向觀察一實施形態之槽孔板的平面圖。一實施形態中，如圖2所示，槽孔板30可為，構成輻射狀槽孔天線之槽孔板。槽孔板30，由具有導電性之金屬製的圓板所構成。槽孔板30，形成複數槽孔對30a。各槽孔對30a，包含互相往交叉或垂直之方向延伸的槽孔30b及槽孔30c。複數槽孔對30a，於徑方向以既定間隔配置，此外，於圓周方向以既定間隔配置。

介電板32，設置於冷卻套34之下側表面與槽孔板30間。介電板32，例如為石英製，具有略圓板形狀。冷卻套34之表面，可具有導電性。冷卻套34，將介電板32及槽孔板30冷卻。為此，於冷卻套34內，形成冷媒用之流路。此一冷卻套34之上部表面，與外 側導體28a之下端電性連接。此外，內側導體28b之下端，通過冷卻套34及介電板32之中央部分所形成的孔，與槽孔板30電性連接。

來自同軸導波管28之微波，往介電板32傳播，自槽孔板30之槽孔通過介電窗20，被導入至處理空間S內。介電窗20，具有略圓板形狀，例如以石英構成。此一介電窗20，設置於處理空間S與天線18之間，一實施形態中，於軸線X方向中將其設置在天線18之正下方。

一實施形態中，導管36通過同軸導波管28之內側導體28b的內孔。導管36，可沿著軸線X延伸，與氣體供給部38相連接。

氣體供給部38，對導管36供給用於處理被處理基體W之處理氣體。自氣體供給部38供給之處理氣體，含有碳。此一處理氣體，於一實施形態中為蝕刻氣體，例如CF₄氣體，或CH₂F₂氣體。氣體供給部38，可包含：氣體源38a、閥38b、及流量控制器38c。氣體源38a，為處理氣體之氣體源。閥38b，切換來自氣體源38a之處理氣體其供給及供給停止。流量控制器38c，例如為質量流量控制器，調整來自氣體源38a之處理氣體的流量。

一實施形態中，電漿處理裝置10，更具備噴注器41。噴注器41，對介電窗20所形成之貫通孔20h供給來自導管36之氣體。供給至介電窗20之貫通孔20h的氣體，被供給至處理空間S。

一實施形態中，電漿處理裝置10，更具備氣體供給部42。氣體供給部42，於平台14與介電窗20之間，自軸線X周圍將氣體供給至處理空間S。氣體供給部42，可包含導管42a。導管42a，於介電窗20與平台14之間以軸線X為中心地延伸為環狀。導管42a，形成有複數氣體供給孔42b。複數氣體供給孔42b，配列為環狀，朝向軸線X開口，將被供給至導管42a之氣體朝向軸線X供給。此一氣 體供給部42，介由導管46，與氣體供給部43相連接。

氣體供給部43，將用於處理被處理基體W之處理氣體供給至氣體供給部42。自氣體供給部43供給之處理氣體，與氣體供給部38之處理氣體同樣地，含有碳。此一處理氣體，於一實施形態中為蝕刻氣體，例如CF₄氣體，或CH₂F₂氣體。氣體供給部43，可包含：氣體源43a、閥43b、及流量控制器43c。氣體源43a，為處理氣體之氣體源。閥43b，切換來自氣體源43a之處理氣體其供給及供給停止。流量控制器43c，例如為質量流量控制器，調整來自氣體源43a之處理氣體的流量。

平台14，設置為在軸線X方向中與介電窗20面對。此一平台14，被設置為在介電窗20與該平台14間包夾處理空間S。於平台14上，載置被處理基體W。一實施形態中，平台14可包含：台14a、靜電吸盤15、及對焦環17。

台14a，係以筒狀支持部48支持。筒狀支持部48，以絶緣性之材料構成，自底部12b起往垂直上方延伸。此外，於筒狀支持部48之外周，設置導電性之筒狀支持部50。筒狀支持部50，沿著筒狀支持部48之外周自處理容器12的底部12b起往垂直上方延伸。於此一筒狀支持部50與側壁12a之間，形成環狀的排氣路51。

於排氣路51之上部，安裝設置有複數貫通孔之環狀擋板52。排氣孔12h之下部，介由排氣管54與排氣裝置56相連接。排氣裝置56，具有渦輪分子泵等之真空泵。藉由排氣裝置56，可將處理容器12內之處理空間S減壓至期望的真空度為止。

台14a，兼作高頻電極。台14a，介由匹配單元60及電力供給棒62，與RF偏壓用之高頻電源58電性連接。高頻電源58，以既定功率輸出在引入被處理基體W之離子的能量控制上適合之一定頻 率，例如輸出13.65MHz之高頻電力。匹配單元60收納匹配器，此匹配器對高頻電源58側的阻抗，以及主要用於在電極、電漿、處理容器12等負載側之阻抗間進行整合。此一匹配器中包含自偏壓產生用之阻隔電容器。

台14a之頂面，設有係用於固持被處理基體W之固持構件的靜電吸盤15。靜電吸盤15，以靜電吸附力固持被處理基體W。於靜電吸盤15之徑方向外側，設置環狀地包圍被處理基體W周圍及靜電吸盤15周圍的對焦環17。

靜電吸盤15包含：電極15d、絶緣膜15e、及絶緣膜15f。電極15d，以導電膜構成，設置於絶緣膜15e與絶緣膜15f之間。電極15d，介由開關66及被覆線68而與高壓的直流電源64電性連接。靜電吸盤15，可藉由自直流電源64施加之直流電壓所產生的庫侖力，固持被處理基體W。

台14a之內部，設有往圓周方向延伸之環狀的冷媒室14g。於此一冷媒室14g，以急冷器單元(未圖示)介由配管70、72循環供給既定溫度的冷媒，例如冷卻水。藉冷媒的溫度，介由氣體供給管74對靜電吸盤15的頂面與被處理基體W的背面之間，供給靜電吸盤15之熱傳氣體，例如He氣體。

如此地構成之電漿處理裝置10，介由導管36及噴注器41之貫通孔，自介電窗20之貫通孔20h起，沿著軸線X於處理空間S內供給氣體。此外，在較貫通孔20h更為下方處，自氣體供給部42起朝向軸線X供給氣體。進一步，自天線18起通過介電窗20將微波導入處理空間S及/或貫通孔20h內。藉此，於處理空間S及/或貫通孔20h中產生電漿。如此地，依電漿處理裝置10，可不施加磁場地產生電漿。此一電漿處理裝置10，可將載置於平台14上之被處理基體W，以處理氣體之電漿加以處理。

以下，參考圖3及圖4，對靜電吸盤15及對焦環17更詳細地進行說明。圖3為，自軸線X方向觀察一實施形態之靜電吸盤15及對焦環17的平面圖。

靜電吸盤15，例如為氧化鋁(Al₂O₃)或氧化釔(Y₂O₃)等介電材料所製，具有略圓板形狀。靜電吸盤15具有端面15a。一實施形態中，端面15a部分地包含平端面15b。靜電吸盤15，具有既定的外徑(直徑)D1。

對焦環17，以包圍靜電吸盤15之端面15a的方式搭載於台14a上。對焦環17，例如為氧化矽(SiO₂)製，為環狀板。於對焦環17，設置具有內徑D2之孔17a。區畫出孔17a之內壁面17b，部份地包含與靜電吸盤15之平端面15b面對的平壁面17c。

於靜電吸盤15之端面15a與內壁面17b，即對焦環17的內緣之間，區畫出間隙h。此一間隙h，以在如例如25℃之常溫溫度環境中為350μm以下的方式，設定靜電吸盤15之外徑D1及對焦環17之內徑D2。對焦環17，以對焦環17之中心軸17g的位置與靜電吸盤15之中心軸15g的位置略一致的方式，配置於台14a上。

於靜電吸盤15之平端面15b與對焦環17之平壁面17c之間，區畫出間隙g。在對焦環17之中心軸17g的位置與靜電吸盤15之中心軸15g一致時，間隙g，以距離d與距離c而決定。距離d，以自靜電吸盤15之平端面15b起，至與該平端面15b互為平行而包含中心軸15g之面為止的距離而決定。距離c，以自對焦環17之平壁面17c起，至與該平壁面17c互為平行而包含中心軸17g之面為止的距離而決定。此一間隙g，以在如例如25℃之常溫溫度環境中成為350μm以下的方式，設定靜電吸盤15之距離d及對焦環17之距離c。

圖4為，放大顯示一實施形態之靜電吸盤15及對焦環17的一部分之剖面圖，為沿著圖3的IV-IV線之剖面圖。對焦環17，包含含有內緣17f之第1區域17d、及較第1區域17d更為外側之第2區域17e。對焦環17之內壁面17b，與靜電吸盤15之端面15a面對。

於靜電吸盤15之表面15c上，固持被處理基體W。由於靜電吸盤15之外徑D1較被處理基體W之外徑D3更小，故被處理基體W之外緣部較靜電吸盤15之端面15a更往與軸線X垂直之方向突出。

對焦環17之第1區域17d，係沿著靜電吸盤15之表面15c的延長面而設。另，第1區域17d，亦可設於較靜電吸盤15之表面15c的延長面更為下方之位置。對焦環17之第1區域17d中的一部分區域，為被處理基體W所覆蓋。此外，位於靜電吸盤15與對焦環17之間的間隙h及間隙g，亦為被處理基體W所覆蓋。因此，若將被處理基體W載置於靜電吸盤15上，則抑制電漿往間隙h及間隙g侵入。

此外，對焦環17之第2區域17e，設於較靜電吸盤15之表面15c更為上方之位置。藉由如此地構成，可使被處理基體W之表面上的電漿分布均一。

參考圖5，對比較例中使用靜電吸盤92及對焦環93的情況所產生的現象進行說明。圖5(a)所示之靜電吸盤92與對焦環93之間的間隙95，為例如500μm。在被處理基體未被吸附於靜電吸盤92之表面92a的狀態中，實施清洗(WLDC：wafer less dry cleaning)。此時，使用六氟化硫及氧的混合氣體(SF₆/O₂)作為處理氣體。若電漿94侵入靜電吸盤92與對焦環93之間的間隙95，則由氧化鋁(Al₂O₃)構成的靜電吸盤92之端面92b，被處理氣體所含有之氟所氟化，產生氟化鋁(AlF)的微粒子96。此一微粒子96，被設想為堆積於間隙95，或附著於靜電吸盤92之外緣部的表面92a之微粒子。

如圖5(b)所示，在微粒子96附著於靜電吸盤92之外緣部的表面92a之狀態中，一旦被處理基體97被吸附於靜電吸盤92的表面92a，則微粒子96被包夾於被處理基體97與靜電吸盤92的表面92a之間。此時，若對台91施加高頻電力，則因電流介由微粒子96而集中地流通，固有產生電弧現象的疑慮。由於電弧現象的產生，若靜電吸盤92所包含之電極露出，則變得無法對靜電吸盤92施加直流電壓，故有無法以靜電吸盤92吸附被處理基體97的情況。

在使用比較例中的靜電吸盤92及對焦環93，處理被處理基體97後，確認靜電吸盤92之表面92a的狀態等。此一結果，吾人確認在靜電吸盤92與對焦環93之間的間隙95，附著包含鋁、氟及氧的微粒子。圖6(a)為拍攝靜電吸盤92之表面92a的一部分之照片。圖6(b)為，將圖6(a)之A部放大的照片。參考圖6(b)則確認，於表面92a形成被認為係因電弧現象而產生之孔92c。此外，圖6(c)為拍攝靜電吸盤92之表面92a的其他區域之一部分的照片。圖6(d)為，將圖6(c)之B部放大的照片。參考圖6(d)，則與在圖6(b)確認之孔92c同樣地，確認於表面92a形成被認為係因電弧現象而產生之孔92d。

一實施形態之電漿處理裝置10中，由於在靜電吸盤15與對焦環17之間區畫出350μm以下的間隙h及間隙g，故抑制電漿往此一間隙h及間隙g的侵入，此一結果，抑制微粒子的產生。因此，可抑制附著於靜電吸盤15之外緣部等的附著物的產生。進一步，由於可抑制附著物的產生，而可抑制電弧現象的產生。藉此，可防止靜電吸盤15之吸附不良的發生。

此處，對間隙h及間隙g之尺寸與電漿的關係進行說明。若欲使間隙h及間隙g中存在電漿，則間隙h及間隙g的距離必須較德拜長度λ_D(參考下述式(1))更大許多。

上述式(1)中T_e為電子溫度，n₀為電子密度。對電漿施加電場時，自由電子因熱運動動作而隔斷電場。德拜長度λ_D為，顯示隔斷此一電場之長度的等級之長度。因此，在較德拜長度λ_D更小的空間中無法確保電漿的電中性。若欲使間隙h及間隙g存在電漿，則靜電吸盤15與對焦環17之間的距離，即間隙h及間隙g的大小，考慮電漿鞘長度必須較德拜長度λ_D的2~3倍更大。亦即，若將間隙h及間隙g的大小，設定為德拜長度λ_D的2~3倍以下，則抑制電漿往間隙h及間隙g的侵入。如此，可抑制起因於電漿之微粒子的產生。

例如使T_e=1.5eV，n₀=6×10⁹cm^-3，則德拜長度λ_D=117μm。因此，若間隙h及間隙g的尺寸為德拜長度λ_D的3倍，即為350μm以下，則可抑制間隙h及間隙g中的電漿的產生。

對具體的實施例進行說明。本實施例中被處理基體W之外徑D3，為300mm。作為一實施例，於25℃之溫度環境中，將含有氧化鋁(Al₂O₃)之靜電吸盤15、及含有氧化矽(SiO₂)之對焦環17設定為以下尺寸。

靜電吸盤15之外徑D1：297.9mm

對焦環17之內徑D2：298.1mm

距離c：148.1mm

距離d：148mm

設定為上述尺寸時，間隙h為0.1mm(100μm)，間隙g為0.1mm(100μm)。進一步若將具有上述尺寸之靜電吸盤15及對焦環17加熱至80℃為止，則間隙h為0.029mm(29μm)，間隙g為0.029mm(29μm)。如此地，即便在將靜電吸盤15及對焦環17加熱至80℃為止時，靜電吸盤15仍不與對焦環17接觸。

在使用具有上述尺寸之靜電吸盤15及對焦環17，處理被處理基體W後，確認靜電吸盤15之表面15c的狀態等。圖7(a)~圖7(d)為拍攝靜電吸盤15及對焦環17的一部分之照片。一實施形態之靜電吸盤15及對焦環17中，未確認出如比較例中的靜電吸盤92之表面92a所確認到的孔92c、92d。此外，在肉眼檢查下，未於靜電吸盤15及對焦環17之表面確認出微粒子的附著。因此，確認藉由使間隙h及間隙g為0.1mm(100μm)，而可抑制附著於靜電吸盤15之外緣部等的附著物之產生。

以上，雖對各種實施形態進行說明，但本發明並不限為上述實施形態，可構成為各種變形態樣。例如，除了微波電漿處理裝置以外，平行平板電極型之電漿處理裝置等任意電漿處理裝置亦可應用本發明之思想。

此外，例如對焦環除了為氧化矽以外，亦可依處理氣體之種類為矽(Si)製。

10‧‧‧電漿處理裝置

12‧‧‧處理容器

12a‧‧‧側壁

12b‧‧‧底部

12h‧‧‧排氣孔

14‧‧‧平台

14a、91‧‧‧台

14g‧‧‧冷媒室

15、92‧‧‧靜電吸盤(固持構件)

15a、92b‧‧‧端面

15b‧‧‧平端面

15c、92a‧‧‧表面

15d‧‧‧電極

15e、15f‧‧‧絶緣膜

15g‧‧‧中心軸

16‧‧‧微波產生器(導入部)

17、93‧‧‧對焦環

17a、92c、92d‧‧‧孔

17b‧‧‧內壁面

17c‧‧‧平壁面

17d‧‧‧第1區域

17e‧‧‧第2區域

17f‧‧‧內緣

17g‧‧‧中心軸

18‧‧‧天線

20‧‧‧介電窗

20h‧‧‧貫通孔

21‧‧‧O型環

22‧‧‧調諧器

24‧‧‧導波管

26‧‧‧模式轉換器

28‧‧‧同軸導波管

28a‧‧‧外側導體

28b‧‧‧內側導體

30‧‧‧槽孔板

30a‧‧‧槽孔對

30b、30c‧‧‧槽孔

32‧‧‧介電板

34‧‧‧冷卻套

36、42a、46‧‧‧導管

38、42、43、74‧‧‧氣體供給部

38a、43a‧‧‧氣體源

38b、43b‧‧‧閥

38c、43c‧‧‧流量控制器

41‧‧‧噴注器

42b‧‧‧氣體供給孔

48、50‧‧‧筒狀支持部

51‧‧‧排氣路

52‧‧‧擋板

54‧‧‧排氣管

56‧‧‧排氣裝置

58‧‧‧高頻電源

60‧‧‧匹配單元

62‧‧‧電力供給棒

64‧‧‧直流電源

66‧‧‧開關

68‧‧‧被覆線

70、72‧‧‧配管

94‧‧‧電漿

95、h、g‧‧‧間隙

96‧‧‧微粒子

97、W‧‧‧被處理基體

S‧‧‧處理空間

圖1 概略顯示一實施形態之電漿處理裝置的剖面圖。

圖2 自軸線X方向觀察一實施形態之槽孔板的平面圖。

圖3 自軸線X方向觀察一實施形態之靜電吸盤及對焦環的平面圖。

圖4 放大顯示一實施形態之靜電吸盤及對焦環的一部分之剖面圖。

圖5(a)~(b) 用於說明附著物產生之要因的圖。

圖6(a)~(d) 比較例中之靜電吸盤及對焦環的照片。

圖7(a)~(d) 一實施形態之靜電吸盤及對焦環的照片。

15‧‧‧靜電吸盤(固持構件)

15a‧‧‧端面

15b‧‧‧平端面

15g‧‧‧中心軸

17‧‧‧對焦環

17a‧‧‧孔

17b‧‧‧內壁面

17c‧‧‧平壁面

17d‧‧‧第1區域

17e‧‧‧第2區域

17g‧‧‧中心軸

h、g‧‧‧間隙

Claims (2)

1. 一種電漿處理裝置，具備：處理容器，區畫出處理空間；氣體供給部，對該處理空間供給處理氣體；導入部，導入用於產生該處理氣體之電漿的能量；固持構件，用於固持被處理基體，具有介電材料製之表面，設置於該處理空間內；以及對焦環，設置為包圍於該固持構件之端面，並設置成在該固持構件的該端面與該對焦環之間區畫出350μm以下的間隙。
2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，該對焦環，具備包含該對焦環之內緣的第1區域、以及較該第1區域更為外側的第2區域；該第1區域，設置為沿著該固持構件之頂面的延長面，或設置為較該延長面更為下方；該第2區域，設置為較該固持構件之頂面更為上方。