TW201537610A

TW201537610A - 電漿處理裝置及所使用之開閉機構

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Publication number: TW201537610A
Application number: TW103111744A
Authority: TW
Inventors: Toshihiro Hayami
Original assignee: Spp Technologies Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-10-01

Abstract

電漿蝕刻裝置1，係配備有電漿生成部3、處理部4、排氣部5及設有岐管部6的處理腔2、及可排出處理腔2內氣體的排氣機構30，而排氣機構則由吸氣口，及吸氣口與開口部8連接的真空幫浦31、與上述開口部9連通的閥體32、及讓閥體32可上下移動的移動機構34所組成。在構成處理腔2一部份之第3腔2c所形成之開口部8，則以配管等為媒介，與真空幫浦31的吸氣口相連接。

Description

電漿處理裝置及所使用之開閉機構

本發明為，供給規定之處理氣體至已排氣的處理腔中予以電漿化，再以已經過電漿化的處理氣體，對處理腔內的基板進行電漿處理的電漿處理裝置及本電漿裝置所使用的開閉機構之相關內容。

上述電漿處理，係為以電漿處理氣體中所含離子及不對電子，將基板(矽基板及碳化矽基板)施以蝕刻的電漿蝕刻處理，及在基板上形成薄膜的電漿CVD處理等。

通常，在進行上述電漿處理時所使用的電漿處理裝置，內部空間需具備有處理部、電漿生成部、排氣部及歧管部經設定的處理腔，處理腔中配置於電漿生成部外部的線圈、配設於處理部的基台、可供應給線圈高周波電力的線圈電力供給機構、排出處理腔內氣體的排氣機構等，上述處理腔內部的上部領域需設有電漿生成部，在該電漿生成部下方，則需設有與此電漿生成部連通的處理部。在上述處理部下方，則需設有與該處理部連通的排氣部，在鄰接該排氣部的位置上，需設有與該排氣部已連通的歧管部。

以此種電漿處理裝置進行電漿處理時，在供給處理氣體至電漿生成部中的同時，也需藉由排氣機構一邊調整排氣速度，一邊將處理腔內氣體排出，以確保該處理腔內的真空狀態。

上述電漿處理裝置的排氣機構，一般來說，係由調整處理腔內壓力的真空閥、及以配管為媒介，連接對應處理腔部份的真空幫浦(渦輪分子幫浦及冷凝幫浦、油份擴散幫浦等)所構成。

此種排氣機構所使用的真空閥，若舉例，即為日本專利公報特許第5243201號所揭示之真空閥等。

此真空閥在內部形成閥室的同時，也備有以閥室為媒介，形成相互直向交錯彼此連通的2處連接埠，及在此兩處連接埠內的一側開口邊緣部形成閥座的本體、可在上述閥座的閥室內自由進出的閥體、及可給予該閥體驅動力的驅動部等，上述連接埠內的一側與歧管部連接，另一側則與真空幫浦的吸氣口連接。

此真空閥，可藉由驅動部讓閥體及閥座連接及分離，2處連接埠的通道，也就是可藉由處理腔及真空幫浦間的通道開閉，進行排氣速度的調整。

【先前技術文獻】【專利文獻】

【專利文獻1】日本專利特許第5243201號公報

因此，依據上述真空閥進行處理腔內排氣作業時，從開始排氣到處理腔內到達低真空狀態的期間，若與以平均速度自由動作的氣體分子及閥體內壁(以下，單稱「壁」)衝突的頻度相較，氣體分子本身的衝突頻度壓倒性較高，而氣體分子的平均自由行程狀態(以下，稱為「粘性流領域」)，在排氣進行中，處理腔內成為中真空狀態及高真空狀態時，氣體分子與壁衝突的頻度會較氣體分子本身彼此衝突頻度高，氣體分子的平均自由行程將變為較長狀態(以下，稱為「分子流領域」)。

在分子流領域方面，平均自由行程的較長氣體分子將以一定的準確率到達真空幫浦的吸氣口，藉由該氣體分子從處理腔內被排出，以達到處理腔內氣體被排出的目的。因此，氣體分子到達真空幫浦的準確率越高，則排氣效率也越高，準確率越低則排氣效率也越低。

因此，裝設有上述真空閥的電漿處理設備，特別是在處理腔內部到達高真空狀態時進行減壓時，將出現下列問題。

也就是，如圖7所示，上述備有以往的真空閥之電漿處理裝置100，因係以在處理腔101的歧管部102，以真空閥103為媒介，與真空幫浦連接為構造，因此氣體分子M在到達真空幫浦104前的移動距離也會變長，為了岐管部102內的氣體分子M可到達真空幫浦的吸氣口，首先，以歧管部102起，以連接埠103a為媒介，以到達閥室130b內部。另自閥室103b起，以另一側連接埠103為媒介，使其到達真空幫浦的吸氣口也是必要的。因此，氣體分子M到達真空幫浦的準確率將大為下降，可到達真空幫浦的氣體分子M的數量較少，排氣效率極度惡劣。

另外，以2處連接埠103a，103c介入閥室 103b，形成直向交錯並連接，也就是，自歧管部102起到真空幫浦的吸氣口為止的通路將變彎或曲折。歧管部102及閥室103介入法蘭部105使其連接，氣體分子m自歧管部102起到達法蘭部105內的準確率將降低，這幾點，也是氣體分子M自歧管部102起，至真空幫浦的到達準確率大幅下降的要因。

另外，處理腔內的壓力調整機構，可在上述真空閥上採用振子式閥體，這樣做的話，雖可縮短歧管部及真空幫浦間的距離，但此振子式閥，即使能適用於處理小徑基板(如直徑為1英吋以下的基板)的小型電漿處理裝置，卻無法得到很好的效果。也就是，即使在小型電漿處理裝置採用振子式閥，振子式閥的尺寸相對於裝置整體尺寸相對較大，因此歧管部及真空幫浦間的距離將變長，因而衍生出氣體分子到達真空幫浦的準確率降低的問題。

本發明即為鑑於上述實情，提供給為使處理腔內在達到高真空前可有效減壓，並可在高真空狀態下控制處理腔內壓力之電漿處理裝置及電漿處理裝置中的開閉機構使用為目的。

為解決上述課題的本發明，係為將供應給設定於處理腔內處理部的處理氣體予以電漿化，並藉由已經過電漿化處理氣體，將配設於上述處理部內基台上的基板予以電漿處理的電漿處理裝置，上述處理腔，與上述處理部有連通空間的排氣部，在被設定於該處理部下方的同時，與上述排氣部已有連通空間的歧管部會與該排氣部鄰接，在對應上述歧管部份形成開口，上述歧管部的流通管道，較上述開口部具備較寬的斷面積，該電漿處理裝備，係以備有吸氣口，該可讓吸氣口在上述開口部連接的真空幫浦及可進行上述開口部開閉的開閉機構，上述開閉機構，則與在與上述開口部對向位置，設置於上述多岐管內可自由移動的閥體，及可將上述閥體以接近及離開方向予以移動的移動機構所組成的電漿處理設備所用。

依據此電漿處理裝置，首先先在基台上設置基板。之後，在閥體自開口部起關閉狀態下，啟動真空幫浦，開始進行處理腔內氣體的排氣作業。

本發明所揭示之電漿處理裝置，在處理閥的對應多歧管部份所形成的開口部連接了真空幫浦的吸氣口，將多歧管至真空幫浦的距離極力縮短，更將多歧管的流通管路的有效斷面積處理成較開口部的斷面積更大。因此，處理腔內可成為高真空狀態(分子流領域)，即使氣體分子到達真空幫浦的準確率會對排氣效率產生影響，因該氣體分子到達真空幫浦的準確率已提高，氣體分子到達真空幫浦的難度已降低，因此可達到抑制排氣效率低落並進行處理腔內排氣作業的功效。

此外，與以往的真空閥不同，開口部與真空幫浦的吸氣口連接，自多岐管至真空幫浦吸氣口的管路變彎或曲折的部份將消失，氣體分子到達真空幫浦準確率下降的問題將不會產生。

另，在過去，因在多歧管部連接真空閥，需要使用法蘭接頭等連接用零件，但上述電漿裝置因不需使用連接零件，所以多歧管部至真空幫浦的吸氣口的距離也將變短，在氣體分子到達真空幫浦的準確率提高的同時，也可用小型電漿裝置對直徑1英吋以下的基板進行電漿處理。

上述電漿處理裝置，可藉由將閥體設置於多岐管內的方式，形成小型電漿處理裝置的構造。

將處理氣體供應入處理部內予以電漿化，藉由已經過電漿處理的氣體，將基台上的基板進行電漿處理。

此外，在對基板進行電漿處理時，可藉由上述移動機構，調整閥體的接近、離開方向位置，依據變更閥體與開口部的空間大小，調整氣體分子自多歧管部內到達真空幫浦吸氣口的準確率，將處理腔內的壓力保持為一定程度。

另，上述電漿處理裝置的開口部，其邊緣部一般多是在自設有上述岐管部部份的上述處理腔內壁起空出間隔處形成。如此做的話，可將從開口部起看到的立體角變廣，可提高氣體分子自岐管部起到真空幫浦吸氣口的到達準確率。另，開口部邊緣部與上述處理腔內部之間的間隔方面，一般來說，為充份提高氣體分子到達真空幫浦吸氣口的準確率，間隔通常會達到開口部直徑的20%以上，達到25%以上則更佳。

此外，上述電漿裝置，上述真空幚浦的吸氣口，需直接與開口部連接較佳。也就是不藉由其他媒介，使其直接連結。具體來說，也就是處理腔的岐管對應部不會形成法蘭接頭，只有在真空幫浦側形成法蘭接頭，再將法蘭接頭使用螺絲將其固定於岐管對應部，讓真空幫浦的吸氣口與上述開口部形成更佳的連接狀況。如此一來，自岐管部內至真空幫浦的距離將更為縮短，更能提升氣體分子到達真空幫浦的準確率，也能讓電漿裝置設備的機體更輕巧。

此外，上述電漿處理裝置的開閉機構，為了提升維修方便性，通常採用讓開閉機構可沿著處理腔，以接近及離開之方向自由拆裝的設計。

本專利中所謂「管路之有效斷面積」，即為沿著與流向直接交錯面切斷時的切斷面積，沿著流動方向的切斷面有變化時，則為最小面積。

本專利中稱為「真空幫浦」，意為具高真空吸力的真空幫浦，可用來舉例渦輪分子幫浦及冷凝幫浦、油脂擴散幫浦等。

本專利中之基板，可舉例為矽基板、碳化矽、藍寶石、化合物半導體、玻璃、樹脂等材質所製成基板。

如上述，藉由本發明所記載之電漿處理裝置，除了可將處理腔在達到高真空狀態前予以減壓外，也可在高真空狀態下對處理腔內的壓力進行控制，更可讓裝置體積更輕巧。

1‧‧‧電漿蝕刻裝置

2‧‧‧處理腔

2a‧‧‧第1腔

2b‧‧‧第2腔

2c‧‧‧第3腔

3‧‧‧電漿生成部

4‧‧‧處理部

5‧‧‧排氣部

6‧‧‧歧管部

7‧‧‧分散板

8‧‧‧開口部

8a‧‧‧法蘭接頭

10‧‧‧蓋體

15‧‧‧處理氣體供給機構

18‧‧‧線圈

19‧‧‧線圈電力供給機構

25‧‧‧基台

27‧‧‧基台電力供給機構

30‧‧‧排氣機構

31‧‧‧真空幫浦

31a‧‧‧法蘭接頭

32‧‧‧閥體

34‧‧‧移動機構

【圖1】圖1為顯示本發明實施狀態之一的電漿蝕刻裝置的組成概略之正斷面圖。

【圖2】圖1之A-A間的斷面圖。

【圖3】圖1之B-B間的斷面圖。

【圖4】顯示實施形態之一的電漿蝕刻裝置的部份組成概略之斜視圖。

【圖5】為說明實施形態之一的電漿蝕刻裝置的動作之圖示。

【圖6】圖6為顯示與本發明其他實施型態相關的電漿裝置之組成概要正面斷面圖。

【圖7】圖7為顯示以往的電漿處理裝置的部份組成概要的斜視圖。

下列，將本發明的具體型態，以圖面說明。此外，本範例中的電漿處理裝置，係為處理直徑1英吋以下基板的裝置。

如圖1~圖4所示，本範例中的電漿蝕刻裝置 1上，配備已在處理腔2內部空間設定完成之電漿生成部3、處理部4、排氣部5及歧管部6，及供應處理氣體給上述電漿生成部3的供氣機構15、配置於處理腔2之電漿生成部3外部的線圈18與供應線圈18高周波電力的供電機構，及配設於上述處理部4，為搭載基板K的基台25及供給基台25高周波電力的基台供電機構、及為了排出上述處理腔2氣體，可與圖中未顯示的壓力計連動後，進而調整處理腔2內壓力的排氣機構30。

上述處理腔2，係由第1腔2a、連結於第1 腔2a下方的第2腔2b、及連結於第2處理腔2b的側邊的第3腔2c所組成。上述第1處理腔2a的內部空間設有電漿生成部3，除第2腔2b內部空間的上部領域配設有與上述電漿生成部3連接的處理部4以外，下部領域也設有連接該處理部4的排氣部5，第3處理腔2c的內部空間則配設有與前述排氣部5連結的岐管部6，形成第3腔2c的內部至岐管部6止為連通狀態。

上述第一腔2a，其內徑為以符合直徑1英吋以下的基板K尺寸15mm以上50mm以下，第2腔2b，其內徑則較第1腔2a的內徑更大。此外，第2腔2b的內壁，在上述處理部及排氣部5間的位置上安裝有分散板7，藉由該分散板，將可對自處理部4流至排氣部5的氣體進行流向控制。

上述第3腔2c，係自前述第2腔2b的側壁起，沿著水平方向延長，去除先端部的上方目視半圓形狀0，下面形成開口部8的同時，形成開口部8部份將形成法蘭接頭，開口部9則將在上方開口部8的對向位置形成。此外，上述岐管部6，其管道之有效斷面積，換言之，也就是切斷與岐管部6長手方向直向交會垂直面時的斷面積(圖3中的網狀部份)會較開口部8的開口面積更大。另，前述開口部8，其邊緣部，係在與第3腔2c的先端部間的內壁面，以空出一定間隔L狀態所形成，此間隔L的寬度，通常須為開口部8的直徑的20%以上，若是25%以上的寬度則更佳。

另，岐管部6管路的有效斷面積則為，若岐管部6的形狀為自排氣部5側起朝向先端部方向呈逐漸變窄時(圓錐狀等)，最窄的部份稱為斷面積。

前述處理氣體供給機構15，係為供應SF6氣體等蝕刻氣體的蝕刻氣體供給部16、及一端與前數第1腔2a的複數吐出口連接，另一端備有與上述蝕刻氣體供給部16連接的供給管17，可藉由供給管17為媒介，將蝕刻氣體自前述蝕刻供給部16供應至電漿生成部3中。另，蝕刻氣體並非只限於SF6氣體，也可使用其他氟系氣體，如CF4、NF3、IF5等。

上述線圈18，圍繞於前述第1腔2a的外部，藉由後述之線圈電力供給機構，供應線圈高周波電力。

前述線圈電力供給機構19，係以連接前述線圈18的阻抗匹配整合器20、及連接於阻抗匹配整合器的高周波21所組成，為供應線圈18高周波電力的供給機構。

前述基台25，如上述，係配設於處理部4內，藉由昇降氣缸26使其昇降。

前述基台電力供給機構27，係由連接於上述基台的阻抗匹配整合器28，及連接於此阻抗匹配整合器之高周波電源29所組成，為供應前述基台25高周波電力的供給機構。

前述排氣機構30，有吸氣口，係以與該吸氣口於開口部8連接的真空幫浦，與前述開口部9連通的閥體32，及可使閥體以上下方向移動的移動機構34所組成，閥體32及移動機構34具備開閉機構的機能。

前述真空幫浦31，在吸氣口處形成法蘭接頭31a，此法蘭接頭31a則藉由連接在上述第3腔2c所形成的法蘭接頭8a，使吸氣口與開口部8連接。此外，在真空幫浦方面，一般偏好使用可對應高真空吸引的幫浦，如渦輪分子幫浦及冷凝幫浦、油脂擴散幫浦等。

前述閥體32，係自設於軸部32a及該軸部32a前端的平板狀連接部32b起，在連接部32b下方，安裝環狀密封圈部材33。此外，上述環狀密封圈部材33，其內徑較開口部8的直徑大，在連接部32b接近開口部8時，此環狀密封圈部材33將與開口部8周圍接觸，藉以確保第3腔2c與連接部32間的氣密性。另，第3腔2c的開口部9，在與閥體32為連接狀態下，該閥體32的軸部32上已形成貫通穴的蓋體10，以可自由裝卸的方式安裝，而在蓋體10與第3腔2c上方間，安裝有環狀密封圈部材11，在安裝了蓋體10的狀態下，可保持蓋體10與第3腔2c間的氣密性。

前述移動機構34，係為將前述閥體以上下方向，換言之，即為沿著軸方向使其移動的機構，藉由設於上述蓋體10上方的支撐部材12來支撐的狀態下，設於蓋體10上方。此外，可做為移動機構34，可以空壓氣缸及電動氣缸為範例。

若藉由排氣機構30，可利用移動機構34，在使閥體32的連接部32b以相反方向移動到開口部8狀態下，驅動真空幫浦31，藉以進行處理腔2內(電漿生成部3、處理部4、排氣部5及歧管部6)氣體的排氣作業，使閥體32可因移動機構34以上下方向移動，以連接部32b與開口部之間的空間大小變化，來變換排氣速度，達到調整處理腔2內部壓力的目的。圖5即為顯示閥體32接近開口部8的狀態。

此外，藉由將閥體及移動機構與蓋體10一起往上拉提，可達到輕鬆拆下處理腔2的目的。

以下，將說明以利用備有上述構造之電漿裝置，在基板K(如：矽基板)上進行蝕刻處理的過程。

首先，在位於下降位置的基台25上，安裝在表面已形成既定模式外罩的基板K，接下來，以昇降氣缸26將基台25上升至處理位置後，以排氣機構30，開始進行處理腔內(電漿生成部3、處理部4、排氣部5及歧管部6的氣體排氣作業。

之後，在處理腔2內的排氣作業開始後，在該處理腔內形成低真空狀態前，氣體分子彼此的衝突具有支配性，為將氣體分子的平均自由行程符合較短黏性流領域，在此狀態下，氣體分子被處理腔2壓出後，將到達真空幫浦31的吸氣口，因此氣體分子將自處理腔內2被排出，進而開始處理腔2內的排氣作業。但若處理腔內的真空度變高時，氣體分子與處理腔2內壁產生之衝突將較氣體分子彼此的衝突更具支配性，氣體分子的平均自由行程將變長，也就是會自黏性流領域移動至分子流領域。之後，在分子流領域方面，若以平均速度自由活動的氣體分子，無法到達真空幫浦31的吸氣口時，氣體分子就無法自處理腔2內被排出，若無法提升氣體分子到達真空幫浦31吸氣口的準確率時，排氣效率也將顯著降低。

因此，本範例中的電漿蝕刻裝置1，上述歧管部6的有效斷面積需調整至較開口部8的開口面積大。藉此，黏性流領域及分子流領域兩方，氣體自岐管部6流至開口部8止時的傳導性將更為提升。

此外，為使在第3腔2c所形成的開口部8，不藉由配管等媒介，可與真空幫浦31的吸氣口連接，將處理腔2內與真空幫浦31吸氣口間的距離盡量縮短，提升處理腔2內的氣體分子到達真空幫浦31吸氣口的準確率，以提升分子流領域的排氣效率。

此外，也以在開口部8邊緣部與第3腔2c的前端部內壁面間空出間隔L，使自開口部可看到的立體角變寬的方式，如圖2所示，以第3腔2c的前端部為媒介，使氣體分子M可到達開口部8，以提高氣體分子自處理腔2內到達真空幫浦31吸氣口的準確率。

因此，藉由本範例的電漿蝕刻裝置1，可提升處理腔2內的排氣效率，在達到高真空狀態前可快速減壓。

自高周波電源21供應給線圈18高周波電力，使電漿生成部生成誘導電界，以此種狀態，將蝕刻氣體自蝕刻氣體供給部16供應至電漿生成部3內，將該蝕刻氣體予以電漿化。另，供應給線圈18的高周波電力，一般來說偏好40MHz以上周波數，及50W以下大小。

之後，自高周波電源29供應高周波電力至基台25。接下來，已在電漿生成部3內經電漿化的蝕刻氣體，將往處理部4下降到達基板K上方，因此基板K的表面將被蝕刻，在該基板的表面形成蝕刻構造。本例中的蝕刻處理，因供應高周波電力至基台25，將給予基板K bias電位，電漿中的離子將朝向基板K方向被照射，也就是所謂的進行離子輔助蝕刻。

此外，在基板K進行蝕刻處理時，可監視處理腔2內的壓力，此為使該處理腔2內的壓力可成為所規定之壓力(如、3Pa程度)，可使用移動機構34，讓閥體32的上下方下位置變化，來調整排氣速度。

如上述，若使用本例的電漿蝕刻裝置1，氣體自岐管部6流至開口部8止時的傳導性將提升，黏性流領域及分子流領域兩方的排氣效率低落狀況將可獲得控制，此外，為提升處理腔2內的氣體分子到達真空幫浦31的吸氣口的準確率，特別是提高分子流領域的排氣效率，在處理腔2內達到高真空狀態前，需可快速減壓。且，更可藉由調整閥體32的位置，對處於高真空狀態的處理腔2內部，進行壓力控制。

此外，閥體32因設置於第3腔2c的歧管部 6內，較以往相較，過去設於歧管部與真空閥間的法蘭接頭等部件將不再需要，因此裝置體積能夠更輕巧，可符合處理直徑1英吋以下基板蝕刻作業的小型電漿蝕刻裝置的要求。

另，本例的電漿蝕刻裝置1方面，將更易自處理腔2將閥體32及移動機構34拆下，更易進行保維修。

如以上，已說明本發明的一種實施形態，但本發明可採用的形態並不侷限於此。

於上例中，第3腔2c上形成了法蘭接頭8a，真空幫浦31的法蘭接頭31a可與法蘭接頭8a連接，讓吸氣口與開口部8形成連結，如圖6所示之電漿蝕刻裝置50，第3腔2c上不設置法蘭接頭，而是將真空幫浦31的法蘭接頭31a以螺絲固定於第3腔2c的下方，如此將可連接吸氣口及開口部8。

此外，在上例，係以將本發明相關之電漿處理裝置做為電漿蝕刻裝置，並予以具體化的範例，但並不侷限於此，例如，也可用做基板形成薄膜時使用之電漿CVD裝置，及去除光阻時使用之電漿裝置等。

此外，在上例中，也可當作配有線圈18的所謂誘導結合形(ICP)的電漿蝕刻裝置1，但不只侷限於此，本發明也可做為備有平行平板電極的所謂容量結合形(CCP)的電漿蝕刻裝置。

另外，在基板K方面，並無任何限制，舉例來說，矽、碳化矽、藍寶石基板、化合物半導體、玻璃、樹脂等基板。

1‧‧‧電漿蝕刻装置