TW201703101A - 電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

提供構造簡單且具有高響應性的電漿處理裝置。 一種電漿處理裝置，具備配置於真空容器內部且可將內側減壓的處理室、配置於此處理室內並載置而保持處理對象的樣品的樣品台、及利用前述處理用氣體而形成電漿的電漿形成手段，並利用前述電漿而處理前述樣品，該電漿處理裝置具備構成前述樣品台並配置於接地的金屬製的基材的上方且具備對內側供應高頻電力的膜狀的電極的介電體的膜、配置於前述基材內的空間並具備發熱或冷卻的功能的複數個元件、及對此等複數個元件供應電力的供電路徑，在此供電路徑上不具有抑制前述高頻的濾波器。

Description

電漿處理裝置
本發明，係有關在配置在配置於真空容器內部並內側被減壓的處理室內的樣品台上載置處理對象的半導體晶圓等的基板狀的樣品而保持並利用在處理室內所形成的電漿對在樣品上表面所預先配置的包含遮罩的具有複數個膜層的膜構造的處理對象的膜層進行處理的電漿處理裝置及電漿處理方法，尤其有關邊在載置於樣品台上的樣品與樣品台之間傳熱而調節樣品的溫度邊進行處理的電漿處理裝置。
在製造半導體裝置的程序方面，係一般而言進行利用電漿對半導體晶圓等的基板的上表面的膜層以成為期望的形狀的方式進行處理的例如針對在其上方形成抗蝕遮罩層的多晶矽等的處理對象的膜層將未以遮罩覆蓋之處進行蝕刻而加工成按照該遮罩層的形狀的電漿處理。
如此之電漿處理裝置，於一般情況下，係包含以下而構成：在內部具有處理室的真空容器、連接於此並供應供在處理室內形成電漿而處理樣品用的處理用氣體 的氣體供應裝置、將處理室內的氣體、粒子排出而使其內部減壓至既定的真空度的包含渦輪分子泵浦、粗抽用旋轉式泵浦等的真空泵浦的真空排氣裝置、作為樣品的晶圓載置於配置有介電體膜的上表面的樣品台、將供激發供應至處理室內的處理用氣體而予以產生電漿用的電場或磁場供應至處理室內的電漿產生裝置。在將載置於構成樣品台上表面的介電體膜上的樣品利用藉供應至樣品台內部的吸附用電極的電力所形成的靜電力而吸附保持於介電體膜上的狀態下，在藉電漿產生裝置利用所形成的電場或磁場而激發從構成處理室的頂面並配置於上部的噴灑板的導入孔供應至處理室內的處理氣體的原子或分子而形成電漿下，利用藉供應至配置於樣品台內的金屬製的電極的高頻電力而形成的偏壓電位而形成與電漿的電位的電位差並依此將電漿中的帶電粒子引誘至樣品上表面的處理對象的膜層表面而予以衝撞而促進與電漿內的反應性粒子的相互作用而進行該膜層的蝕刻處理。
依進一步提升近年來的半導體裝置的積體度的要求，要求微細加工亦即要求進一步提升加工精度，同時要求應對半導體裝置的電路的線寬度微細化並對於加工後的線寬度等的尺寸造成大的影響的處理中的樣品的表面的溫度以更高的精度進行調節而實現。另一方面，近年來，為了抑制半導體裝置元件的製造單價的增加，要求使用令徑更大的半導體晶圓等的樣品，要將如此之樣品的溫度在該基板的面內以高的精度進行調節，係需要按在該面 內所分割的區域與樣品表面的溫度一起以高的精度將在面內的溫度的值的分布實現為所望者。為了此課題的達成，係考量將樣品台的樣品載置面的區域分割成複數個而分別可變地調節溫度。
在如此之技術之例方面，係自歷來已知揭露於日本發明專利公開2014-150160(專利文獻1)者。在專利文獻1，係已揭露以下技術：在構成樣品台的載置半導體晶圓的載置面的介電體膜內具備配置在對應於將該載置面分割成複數個的區域的位置的複數個加熱器，將環狀地配置於載置面的外周側部分的加熱器分割成複數個圓弧狀的區域，在加熱器的圓弧狀的部分分別配置與此並聯連接的電流控制元件而使流過加熱器的電流旁通而調整流於該圓弧狀的部分的電流量，而將在環狀的外周側的部分的圓周方向上的載置面的溫度以及樣品的外周側部分的溫度調成期望者。再者，在此現有技術，係已揭露以加熱器用電源的電力成為一定的方式在旁通側亦使電力消耗並利用位於加熱器的下方的配置於樣品台的內部的溫度感測器而藉觀測者預測加熱器上方的樣品的溫度的結果而調節供應至加熱器的電力或該發熱的量與樣品的溫度。
再者，在日本發明專利公開2014-112672(專利文獻2)，係已揭露以下技術：在供靜電吸附樣品用的電極配置於內部的陶瓷製的膜內部配置複數個加熱器陣列(包含帕耳帖)，將藉時間平均控制而控制的電力對各個的陣列供應，從而在膜的上表面的面內方向上將溫度 的值與其分布調節成適於處理者。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本發明專利公開2014-150160號公報
〔專利文獻2〕日本發明專利公開2014-112672號公報
上述的先前技術，係在以下方面由於考量不充分故產生問題。
亦即，依發明人，此等先前技術，係儘管皆可針對晶圓的表面調解在面內方向上所分割的各個的區域方面的溫度，惟得知僅可使用於限定的用途、所得的性能存在極限等。
例如，專利文獻1，係針對藉位於配置在配置於樣品台的內部的是由金屬製的構材而構成的電極的基材上的介電體膜內的加熱器的上方的該加熱器的加熱而增減的介電體膜的上表面的溫度，利用來自配置在加熱器下方的基材內的溫度感測器的輸出而預測而進行檢測而調節加熱器的加熱的程度者。在如此之構成方面，係產生隨著溫度感測器的元件的個數增加而在溫度的檢測方面需要時間 而導致溫度的控制的響應性降低如此的問題。
此外，在專利文獻2，係對樣品台內部的基材施加高頻電力，故具有供於防止高頻電力重疊於配置在陶瓷製的膜內部的加熱器陣列用的屏蔽構造。為此，配置於加熱器陣列的一次側的濾波器會複雜化，發生製造、保養等的成本增加如此的問題。
本發明之目的，係在於提供構造簡單且具有高響應性的電漿處理裝置。
上述目的，係藉以下而達成：一種電漿處理裝置，具備配置於真空容器內部且可將內側減壓的處理室、配置於此處理室內並載置而保持處理對象的樣品的樣品台、及利用前述處理用氣體而形成電漿的電漿形成手段，並利用前述電漿而處理前述樣品，該電漿處理裝置具備構成前述樣品台並配置於接地的金屬製的基材的上方且具備對內側供應高頻電力的膜狀的電極的介電體的膜、配置於前述基材內的空間並具備發熱或冷卻的功能的複數個元件、及此等複數個元件供應電力的供電路徑，在此供電路徑上不具有抑制前述高頻的濾波器。
依本發明時，高頻電力與樣品台的溫度調節用的元件被隔絕，往元件的供電的構成作成簡潔。此外， 可使將樣品台內外氣密地密封的構成為簡潔的構成。
101‧‧‧真空容器
102‧‧‧噴灑板
103‧‧‧介電體窗
104‧‧‧處理室
105‧‧‧導波管
106‧‧‧電源
107‧‧‧線圈
109‧‧‧晶圓
110‧‧‧真空排氣口
111‧‧‧介電體膜
112‧‧‧接地電極
113‧‧‧基座蓋
114‧‧‧基材
115‧‧‧樣品台
116‧‧‧電漿
124‧‧‧高頻電源
125‧‧‧高頻截止濾波器
126、132‧‧‧直流電源
129‧‧‧整合器
200‧‧‧調溫陣列
201‧‧‧隔熱性配置台
202‧‧‧隔熱層
203‧‧‧大氣供電部
204‧‧‧大氣站
206‧‧‧旁通繼電器
207‧‧‧定電流電源
208‧‧‧極性切換器
210‧‧‧乾燥空氣導入口
211‧‧‧乾燥空氣排出口
212‧‧‧大氣壓保持螺栓
213‧‧‧平坦度保持面
214‧‧‧熱的流動
215‧‧‧O環
216‧‧‧蓋型構造體
217‧‧‧冷卻板
218‧‧‧溫度感測器
220‧‧‧導電膜
221‧‧‧導電膜
300‧‧‧調溫陣列
301‧‧‧膜狀構造體
318‧‧‧溫度感測器
400、401‧‧‧調溫陣列
〔圖1〕示意性針對本發明的實施例相關之電漿處理裝置的構成的概略作繪示的縱剖面圖。
〔圖2〕將示於圖1的實施例相關之電漿處理裝置的樣品台的調溫陣列的配置放大而示意性地繪示的橫剖面圖。
〔圖3〕將示於圖1的實施例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略放大而示意性地繪示的剖面圖。
〔圖4〕將示於圖1的實施例的變化例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略放大而示意性地繪示的剖面圖。
〔圖5〕在示於圖2的實施例的樣品台方面示意性針對調溫陣列的配置作了繪示的橫剖面圖。
〔圖6〕示意性針對示於圖2的實施例的樣品台的調溫陣列的動作進行繪示的圖。
〔圖7〕繪示在示於圖1的實施例相關之電漿處理裝置方面控制裝置針對各調溫陣列作為目標的溫度進行檢測的程序的流程圖。
以下，利用圖式說明本發明的實施形態。
本發明，係具有不具有高頻截止濾波器的複數個調溫陣列，具有簡易的供電構造。
〔實施例1〕
以下，針對本發明的實施例，依圖1及圖3進行說明。圖1，係示意性針對本發明的實施例相關之電漿處理裝置的構成的概略作繪示的縱剖面圖。尤其，在本實施例的電漿處理裝置方面，係說明利用特定的頻率的微波的電場與適合於此的強度的磁場而產生ECR(Electron Cyclotron Resonance)而形成電漿而針對處理對象的半導體晶圓等的基板狀的樣品進行蝕刻處理的電漿處理裝置。
本實施例的電漿處理裝置100，係在具有圓筒狀而其上部開放的真空容器101的該圓筒形狀的側壁上端上方，載置微波會透射的石英等的介電體製的介電體窗103的外周緣部而將內外氣密地密封，從而構成作為在內部被減壓而形成電漿的具有圓筒狀的空間的處理室104。此外，真空容器101的下部，係與處理室104連通並配置真空排氣口110，在真空容器101的下方與經由該真空排氣口110而配置的包含真空泵浦的真空排氣裝置(圖示省略)連結。
再者，在構成真空容器101上部的介電體窗103的下方，亦即在構成處理室104的頂面之處，係配置有蝕刻用的氣體導入處理室104內的複數個貫通孔配置於中央部並具有圓形的石英製的噴灑板102。
在真空容器101的上方，為了將供於在處理室104內生成電漿用的電場傳送至處理室104，在介電體窗103的上方係配置有傳送電場的圓筒形的空洞與連接於此上部中央的剖面具有圓形的導波管105。導波管105係具備其中心軸延伸於上下方向的圓筒形的部分、及其一端部與圓筒形部分的上端連接而軸延伸於水平方向的剖面具有矩形的方形部分。在內部傳播的電場，係藉配置於方形部分的另一端部的電源106而振盪並供應至方形部分內。
於本實施例中，電漿形成用的電場的頻率雖未特別限定，惟在本實施例係採用2.45GHz的微波。再者，在連接於導波管105的圓筒形部分的下端且其徑被作成比導波管105大且作成與處理室104相等的空洞部的上方及該空洞與處理室104的側方的外周側，係供於形成磁場用的線圈107包圍空洞與處理室104而配置，於電源106所形成並在導波管105傳播而通過空洞部而透射介電體窗103並供應至處理室104內的電場，係與藉線圈107形成並供應至處理室104內的磁場相對作用而激發導入至處理室104內的處理用氣體的原子或分子。藉所激發的處理用氣體的粒子而於處理室104產生高密度的電漿116。
利用圖1至3說明本發明的實施例相關之樣品台的構成。圖2，係將示於圖1的實施例相關之電漿處理裝置的樣品台的調溫陣列的配置放大而示意性地繪示的橫剖面圖。圖3，係將示於圖1的實施例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略放大而示意性地繪示的剖面 圖。圖3(a)係繪示縱剖面的圖，圖3(b)係繪示橫剖面的圖。
在示於圖1的處理室104內的下部，係配置有相對於介電體窗103或噴灑板102的下表面使其上表面對向而配置，並在其上表面載置作為樣品的晶圓109的樣品台115。樣品台115係具有圓筒形，以介電體膜111遮蓋構成載置晶圓109的上表面的上部表面。
於介電體膜111的內部，係配置有供應直流電力而形成因介電體膜111與晶圓109之間的電荷而產生的靜電力的靜電吸附用的導電膜220。本實施例的導電膜220，係各者配置為具有複數個齒的具有梳形者以使齒相互嚙合的方式插入齒間。
圖1上左側的導電膜220經由高頻濾波器125而電氣連接於具有負極性的直流電源132。此外，圖上右側的導電膜220經由高頻濾波器125而電氣連接於具有正極性的直流電源126。
此外，在介電體膜111內部的導電膜220的下方配置導電膜221，此與高頻電源124經由整合電路129而電氣連接，從晶圓109的中心下方供應偏壓電位形成用的高頻電力。被供應高頻電力的導電膜221及靜電夾具用的導電膜220，係被構成介電體膜111的氧化鋁或氧化釔等陶瓷等的介電體的材料所包圍並配置於減壓至既定的真空度的處理室104的氣體內。
本例的2個導電膜220，係配置在視為相對於 圓板形或具有近似於視為此的程度的形狀的晶圓109的中心或通過此的軸而對稱的位置。此係考量了供應至導電膜221的該高頻電力通過上方的導電膜220的供電位置而流過時在導電膜220產生高頻電場的可能性者。亦即，即使在導電膜220產生由於高頻電力的電場，2個膜相對於晶圓109中心而對稱地配置，使得在左右方面吸附的強度、性能等的差異被減低之故。
於本實施例中，將高頻電力從晶圓109的中心施加係基於以下的理由。電漿處理裝置100的處理室104內的氣體係從其軸配置在視為與樣品台115的圓筒形的軸相符合的位置的真空排氣口110排出。
晶圓109係配置在視為使其中心符合於樣品台109上部的介電體膜111的具有圓形的晶圓載置面的中心的位置，在晶圓109上表面上方係處理用氣體或反應生成物、電漿中的粒子的壓力(分壓)的分布繞中心軸成為同心圓狀者，在蝕刻處理的結果方面的加工形狀、蝕刻的特性等的性能亦成為同心圓狀的分布。為此，高頻電力的電場的分布亦作成從中心而同心圓狀地分布從而將處理用氣體等的粒子的壓力分布修正同心圓狀，晶圓109的加工形狀的分布亦相對於圓周方向使變異性減低而作成接近均等。
此外，本實施例的樣品台115，係需要將從直流電源126、132、高頻電源124所供應的高頻電力、或配置於基材114內的調溫陣列220所致的發熱冷卻，故在 基材114的內部配置有冷媒在內部流過的冷媒流路219。在此基材114係設置在使晶圓109的背面與其前端接觸而將此保持的狀態下使晶圓109在介電體膜111上方進行上升或下降的銷用的上下感測器(圖示省略)等。此等感測器在有電噪的狀態下存在故障之虞。
此外，流過上述冷媒流路的冷媒亦具有在電場內帶靜電之虞。所以，在本實施例，係基材114如圖示係電氣連接於接地電極112。依此構成，即使不採用氟利昂系的冷媒等的絕緣性冷媒，可使用例如水、乙二醇等而供應冷媒而使予以循環的管路的構成為簡潔，另外可減低對於環境的負載。
在本實施例，係配置於基材114的內部的調溫陣列200亦配置於為設成接地電位的構材所包圍的空間內，可省略供於抑制偏壓形成用的高頻電力流過對調溫陣列200供應電力的一次側的電源用的高頻截止濾波器，包含調溫陣列200的樣品台115的構成變簡潔。
搬送至處理室104內的晶圓109，係藉由於從直流電源126及132所施加的直流電壓而形成於介電體膜111與晶圓109之間的靜電力而吸附保持於介電體膜111上表面。在此狀態下，蝕刻用的氣體經由質流控制器(圖示省略)而導入介電體窗103與噴灑板102之間的間隙而在該間隙內擴散而充滿，通過配置於噴灑板102的中央部的是貫通孔的氣導入孔從上方朝向樣品台115而導入至處理室104內。
如上所述，從導波管105及線圈107供應電場及磁場使得處理用氣體被激發而在處理室104內生成電漿116。依從連接至配置於樣品台115的介電體膜111內的導電膜221的高頻電源124供應高頻電力而形成在晶圓109上表面上方的偏壓電位與電漿116的電位差，而使得電漿116中的帶電粒子被引誘至預先形成於晶圓109表面的由包含遮罩的複數個膜層所構成的裝置電路用的膜構造的處理對象的膜表面而衝撞，進行該膜層的蝕刻處理。蝕刻氣體、因蝕刻而產生的反應生成物的粒子係沿著處理室104內的流動而朝下方流動並通過與處理室104下部連通的真空排氣口110，流入真空泵浦(未圖示)入口而排出。
於本實施例中，樣品台115係一方面配置在經減壓至適於處理的真空度的處理室104內，另一方面調溫陣列200係配置於金屬製的基材114內部並配置於內側經保持為大氣壓的空間的內部。如此之空間，係由是構成基材114的上下的構材的金屬製的蓋型構造體216與金屬製的圓板狀的冷卻板217所夾住而形成。
蓋型構造體216係在圓板狀的外周壁的內側具有在下表面具有開口而形成的至少一個凹部並在該凹部的內部收納複數個調溫陣列200的狀態下夾著冷卻板217的平面狀的上表面與O環等的密封構材作抵接而連接。此外，由於連接於接地電極112而平時設成接地電位而具有一定的電位並防止往內部的凹部內的空間的高頻的電場的 傳達。為此，在本實施例，係在調溫陣列200的供電路徑上未使用複雜的高頻截止濾波器，配置複數個調溫陣列200的本實施例的包含樣品台115的電漿處理裝置100的構成可變簡潔。
此外，為了蓋型構造體216的凹部內係保持為大氣壓，同時以使晶圓109上表面的溫度成為所望的值的方式以高精度實現複數個調溫陣列200各者與晶圓109之間的傳熱，晶圓109與調溫陣列200之間的厚度，係可保持構造上的強度下盡可能小者為優選。為了符合此等之相反的要求，在本實施例係在蓋型構造體216的凹部的內側配置複數個突起。此等突起的前端係配置在對應於在連接於下方的冷卻板217的與該蓋型構造體216的抵接面所配置的貫通孔的開口的位置。
在蓋型構造體216與冷卻板217抵接的狀態下螺絲或螺栓212從冷卻板217的下方通過貫通孔而插入配置於蓋型構造體216的凹部內的突起部前端的螺母的孔而使得兩者被緊固。另外，為在具有圓筒狀或圓板狀的蓋型構造體216的圓筒徑側壁的下表面外周側部分係夾著供於將內外氣密地密封用的O環而保持的構成，故蓋型構造體216的凹部內的突起部前端及下表面外周側部分表面，係構成為以與冷卻板217上表面以均等的壓力而抵接的方式位於同平面213上。
在蓋型構造體216與冷卻板217被連接並緊固的狀態下，在為蓋側構造體216的凹部內壁與冷卻板 217上表面所包圍的空間內各調溫陣列200與配置於各者的下方並具有彈性而由絕緣性的材料所構成的隔熱性配置台201，係夾於蓋側構造體216的凹部的內壁上表面與冷卻板217上表面而其位置被固定。在此狀態下，作為隔熱性配置台201壓縮於上下方向而變形的結果的斥力係使載於上方的調溫陣列200朝向蓋型構造體216內壁的上表面而壓住而將其予以接觸，在調溫陣列200與蓋型構造體216之間形成獲得在以高精度調節依調溫陣列200的蓋型構造體216上表面或樣品台115上表面的溫度方面充分的傳熱的量的接觸的壓力。
為了實現如此之構成，本實施例的蓋型構造體216的下表面，係在形成凹部及複數個突起後，包含外周側部分的密封面而同時進行研磨加工而形成。在藉螺栓212而緊固兩者的狀態下維持連接面的平坦度，同時介電體膜111配置於其上的蓋型構造體216上表面亦作成平坦，使得各者具備溫度感測器218的調溫陣列200與各調溫陣列200上方的晶圓109的距離的變異性被減低。藉此，調溫陣列200各者的溫度與位於上方的晶圓109的對應處的溫度的斜率的變異性受到抑制，在晶圓109的面內方向上的的熱導、吸附性能的偏差受到抑制而可將該溫度以高精度進行調節。此外，凹部內設成視為大氣壓的壓力，故不需要或簡略化各調溫陣列200的供電部的密封構造，裝置的成本減低。
再者，調節溫度或發熱量的調溫陣列200係 配置於設成接地電位的構材內部的空間，故抑制高頻電力洩漏因而不需要使用是絕緣系的冷媒的氟利昂系冷媒而可使用導電性的水、乙二醇等作為冷媒，減低對於配置裝置的環境的負載同時亦具有可使冷媒的循環裝置的配管構材成為簡潔的優點。
此外，夾著如示於圖3般配置於蓋型構造體216的下表面外周側的O環215而與冷卻板217抵接的密封部222係包圍凹部與其內部的複數個調溫陣列200而存在於整個一周。經由此密封部222使得蓋型構造體216的熱傳達至冷卻板217的冷媒流路219的冷媒，存在蓋型構造體216外周部的溫度從所望者偏差之虞。在本實施例，係在蓋型構造體216的凹部內的調溫陣列200外側環狀地配置在內部具有隔熱性高的材料的隔熱層214而抑制在其外周部的熱的傳達而抑制晶圓109上的溫度的從所望者的偏差。依如此之隔熱層214仍無法充分抑制在晶圓109外周側部分從所望的值的溫度的偏差的情況下，係代替隔熱層214或在其內部配置加熱器等的加熱手段而積極地調節在晶圓109的外周側的區域的溫度亦可。
此外，如示於圖2，在本實施例中複數個調溫陣列200，係在垂直於圓筒形的蓋型構造體216的圖上紙面的方向的中心軸的周圍在複數個半徑位置配置為多重的同心狀，各半徑位置的複數個調溫陣列200係相互電氣連接。如示於本圖，在本實施例的樣品台115的中心，係為了對介電體膜111內的圓形的導電膜221的中心供應偏壓 形成用的高頻電力，而配置供電路徑，故再蓋型構造體216的凹部的中心部係未配置調溫陣列200。
本實施例的調溫陣列200的各者係具有帕耳帖元件而對該元件供電從而對元件於2面之間產生溫度差，從而可增減連接於其中一面的構材的溫度。並且，在本實施例的複數個調溫陣列200，係各者存在電流旁通繼電器206(圖上僅圖示1個)使得可將各者的溫度個別地調節成期望的值。再者，本實施例的各半徑位置的配置於圓周方向的調溫陣列200的集合係在圓周方向上鄰接的2者電氣連接，串聯連接的此等調溫陣列200的集合的兩端的2者經由發送在帕耳帖模式與加熱器模式之間切換模式的信號的極性切換器208的正負的端子電極而與定電流電源207連接。
在本圖，係僅針對最外周的半徑位置的調溫陣列200的集合示出與定電流電源207及極性切換器208的連接，惟在內周側的半徑位置方面，亦配置於該位置的至少一個集合係與此等定電流電源207及極性切換器208之對連接。在本實施例，係按在各半徑位置在圓周方向上對應於上方的晶圓109的既定的圓弧狀的區域而配置的此等調溫陣列200的集合，依所連接的定電流電源207及極性切換器208之對的動作，進行該集合的冷卻與加熱的運轉的切換及藉此所產生的發熱或冷卻的量的調節。
如此在本實施例，係在對應於複數個半徑位置的區域配置於圓周方向的調溫陣列200集合的複數個方 面，係鄰接者彼此電氣串聯連接。藉此，應對於在晶圓109上方的處理室104的氣體的粒子、自由基等的密度係分布成同心圓狀，依該分布使晶圓109或介電體膜111上表面的溫度的分布在半徑方向上不同並可修正為在圓周方向上抑制變化。為了如此之作用的奏效，調溫陣列200的帕耳帖元件的極性亦每個集合毎在圓周方向上係作成共通，在不同半徑位置的集合係可作成不同者。
於本實施例中，在構成基材114的狀態下為蓋型構造體216的凹部及冷卻板217所包圍而區劃的空間內係作成視為大氣壓的壓力的空間並空氣被密封而包含水分，故於圖3中將調溫陣列200以帕耳帖模式驅動而以冷卻運轉使用的情況下有可能在空間的內部產生結露，存在水滴使調溫陣列的帕耳帖元件短路而發生故障或障礙之虞。為了抑制結露，在本實施例的上述凹部係將加熱至既定的溫度而使相對濕度減低的空氣、稀有氣體等的氣體等從導入口210導入並從空間通過排出口211排出而予以循環。
此外，本實施例的各調溫陣列200係具有溫度感測器218，從分別配置於調溫陣列200的溫度感測器所輸出的信號發送至未圖示的控制裝置。於該控制裝置中基於表示從信號所檢測出的溫度的值而算出的指令信號發送至包含之前的調溫陣列200各者或其他調溫陣列200的複數個而調節該帕耳帖元件或加熱器元件的驅動。
如此之調溫陣列200的調節，係亦藉由以連 接於各調溫陣列200的無極性的旁通繼電器206使電流旁通而進行。本實施例的旁通繼電器206為無極性之理由，係調溫陣列200因電流的方向(極性)的切換而切換為帕耳帖模式與加熱器模式，故為了在任何情況下皆作成使電流旁通之故。
此外，要使該旁通繼電器206的旁通性能提升係需要具有比調溫陣列200的電阻充分低的電阻值。依發明人的檢討，得知在如此之電阻值方面係設成調溫陣列200的大約1/5以下使得可實用地使用。
利用圖4說明本發明的實施例的電極構造的變化例。圖4，係將示於圖1的實施例的變化例相關之電漿處理裝置的樣品台的構成的概略放大而示意性地繪示的剖面圖。圖4(a)係繪示縱剖面的圖，圖4(b)係繪示橫剖面的圖。
如示於本圖，在本例係各調溫陣列300與溫度感測器318成對而配置於上下，蓋型構造體216與冷卻板217被連接而緊固而構成基材114的狀態下，溫度感測器318夾於下方的調溫陣列300與上方的蓋型構造體216的凹部的內壁上表面而接於兩者。於如此之構成，未圖示的控制裝置基於來自各個的溫度感測器318的所輸出的信號而檢測出溫度並針對對應的調溫陣列300各者或複數個調溫陣列300的元件的驅動，利用無極性的旁通繼電器306使電流旁通從而調節。
在本例中，溫度感測器318與調溫陣列300 係以膜狀的構材而構成。溫度感測器318，係構成為具有與配置在檢測出溫度的元件的周圍的元件同厚度的膜狀構造體301，傳達至在蓋型構造體216的凹部內壁與調溫陣列300之間所夾住的溫度感測器318的熱在具有的膜的面內方向上減低偏差、變異性等。
本例的調溫陣列300係僅以加熱器模式而運轉。為此，電漿處理裝置100的運轉中流於各個的元件的電流的方向不變化，故可使用具有作為旁通繼電器的極性者。此外，依發明人的檢討，得知在如此之電阻值方面係設成調溫陣列200的大約1/5以下使得可實用地使用。
再者，為了獲得在可使調溫陣列300以充分壓力接觸於蓋型構造體216的凹部內壁的上表面並以期望的精度實現溫度的調節方面充分的相互的熱的傳導，於凹部的空間內在調溫陣列300與冷卻板217上表面之間配置由具有彈性的構材所構成的隔熱性構造體311。於此構成中，在蓋型構造體216與冷卻板217被連接並緊固的狀態下，調溫陣列300及其上方的溫度感測器318與隔熱性構造體311，係夾於蓋型構造體216與冷卻板217之間而相互接觸，同時調溫陣列300及其上方的溫度感測器318係由於具有彈性的隔熱性構造體311被壓縮而變形因而產生的斥力或從冷卻板217所傳達的按壓力而從隔熱性構造體311壓住於蓋型構造體216的凹部的內壁上表面，在溫度感測器318與蓋型構造體216之間形成上述充分的接觸的壓力。
隔熱性構造體311，雖具有視為圖上長方體的形狀惟形狀係不限於此，此外由於具有隔熱性，使得抑制調溫陣列300的加熱器產生的熱往冷卻板217傳達而可有效地以高精度調節蓋構造體216的上表面的溫度。為了實現如此之熱的傳達或溫度的調節，故本例的隔熱性構造體311的熱導率係採取5W/mK以下為理想。
利用圖5說明上述實施例中的調溫陣列的動作的控制。圖5，係在示於圖2的實施例的樣品台方面示意性針對調溫陣列的配置作了繪示的橫剖面圖。於本圖中，配置在具有圓形的剖面的樣品台115的蓋型構造體216的內部的調溫陣列200，係構成在3個半徑位置的各者以視為與圓周方向相同的角度之間隔從中心而放射狀地配置於半徑方向而相互串聯電氣連接的3個集合。
在最內側之周的調溫陣列200的集合使所連接的陣列之列的一端作為第1個而朝向另一端依序附加號碼。並且，將最內周者全部(本例係1至4)附加號碼時，重複對1個外周側之周的列的一端附加下個號碼而朝向另一端對調溫陣列200的全部(本例係5至12)依序附加號碼直到對最外周的調溫陣列200的集合的全部陣列附加號碼，而對樣品台115的全部的調溫陣列200附加號碼。
在以下說明供於調節如此附加號碼1至h的調溫陣列200的各者的動作而調節基材115或介電體膜111上表面的溫度用的程序。於如此之構成，設定作為調 節的目標的溫度時，各調溫陣列200的動作係藉依接收從溫度感測器218所輸出的信號的未圖示的控制裝置所發送的指令信號而調節的PID控制等回授控制而實施。
以下，說明檢測出任意的號碼n(第幾個)的元件的作為目標的溫度(感測器回饋溫度)Tn。在位於第n個的調溫陣列200的元件上方的晶圓109上表面之處的溫度Twn，係例如從表示代表晶圓109的形狀的CD(Critical Dimension)的值的資料以如下述方式求出。
知悉CD的值與溫度的相關關係為1：1，從該相關的係數與CD的值求出作為目標的溫度而設定。亦即，第n個的元件供予第k個的元件的影響係數λkn係取決於調溫陣列間的距離與位置，故例如在事前的實驗使第n個的調溫陣列的溫度上升1℃時在第k個的調溫陣列200的溫度於既定的時間的經過後上升10%的情況下，係將影響係數λkn判定為0.1。唯一地判定如此之係數的情況下，係認定第n個的調溫陣列200的溫度與其周圍的調溫陣列200的溫度係存在比例關係。
此外，晶圓109的溫度係由於來自電漿116的熱輸入而上升。來自此電漿116的熱輸入的量，係知悉與偏壓形成用的高頻電力的大小具有既定的相關關係，對於偏壓形成用的高頻電力的大小乘上相關係數K者求出為來自該電漿116的熱輸入。此情形係在偏壓形成用的高頻電力值相對大的情況下，要使晶圓109的溫度成為既定的值時以帕耳帖模式或加熱器模式的任一者而驅動的任意的 調溫陣列200的上表面的溫度係需要予以相對地降低，故該調溫陣列200的作為目標的溫度與熱輸入的量或高頻電力的大小係具有反比例的關係。
此外，表示如此之相關的關係的程度的係數，係亦因處理用氣體的種類、處理室104內的壓力、構成樣品台115的構材的材料等而變化。使此等影響代表為係數Z，於本實施例的控制裝置，第k個的調溫陣列200的作為目標的溫度係基於以下的數式而檢測出。
在本例中，係此數式(1)的各係數被預先藉實驗等而檢測出並記憶於控制裝置內的RAM、ROM等的記憶裝置而設定，於控制裝置在晶圓109的處理中利用此等值檢測出1至h的調溫陣列200各者的目標的溫度。在如此之構成方面，係晶圓109的溫度非由觀測者等所預測者，如本例為針對在多處的溫度對分別配置於此等處分別的同數的調溫陣列200的動作進行調節者，仍可充分提高該調節的響應性而作成切合實際者。
利用圖6，而說明本實施例的調溫陣列的動作之例。圖6，係示意性針對示於圖2的實施例的樣品台的調溫陣列的動作進行繪示的圖。
於本圖中，調溫陣列400、401，係與示於圖2的調溫陣列200同構成者。調溫陣列400、401係經由極性切換器208的正負的端子電極而與定電流電源207電氣串聯連接，另外各調溫陣列係具有與供應電力的路徑並聯連接的旁通繼電器206，各陣列的元件係顯示在加熱器模式下被作動的情況。
相對於藉示於圖5的手段所檢測出的目標的溫度，在從調溫陣列401的溫度感測器所檢測出的信號而檢測出的溫度的值較大的情況下，係需要使供應至調溫陣列400的電流降低、或停止而使產生的熱量降低，故依來自控制裝置的指令信號而為了將往調溫陣列400的電流旁通而使並聯連接於此的旁通繼電器206為ON。此外，在調溫陣列401的監視器溫度較低的情況下，為了使電流流過調溫陣列400，旁通繼電器206係設為OFF。旁通繼電器206的ON或OFF的期間，係利用控制裝置接收來自溫度感測器218的輸出而檢測出的溫度的值與目標的溫度之差，而設定為與此差予以成比例、予以成比例於差的積分值、予以成比例於差的微分值。
利用圖7說明從所檢測出的CD值的分布而檢測出目標的溫度的程序。圖7，係繪示在示於圖1的實施例相關之電漿處理裝置方面控制裝置針對各調溫陣列作為 目標的溫度進行檢測的程序的流程圖。
於本圖中，在為了製造作為產品的半導體裝置而處理晶圓109前，預先針對在上表面具有視為與該晶圓109相同的構成且視為相同的膜構造的測試用的晶圓109，調節成在全調溫陣列200的溫度成為既定的第1溫度，而以與產品用的晶圓109的處理相同的處理室104的壓力、處理用氣體的組成、流量等的處理的條件(所謂配方)進行處理後，測定測試用的晶圓109的表面的形狀並檢測出CD平均值1(步驟701)。接著，將調溫陣列200調節成與第1溫度不同值的第2溫度而處理別的測試用的晶圓109後，測定該別的測試用的晶圓109的表面的形狀並檢測出CD平均值2(步驟702)。
接著，檢測出CD平均值1及CD平均值2的差與第1、第2溫度的差的相關而檢測出CD值的溫度相關係數(步驟703)。利用該溫度相關係數而算出對應於所測定或作為加工形狀的規格的CD值的各調溫陣列200的目標的溫度(步驟704)。將所算出的溫度值設定為目標的溫度而實施產品用的晶圓109的處理(步驟705)。
例如，亦可作成在連接於電漿處理裝置100的CRT、液晶監視器等的顯示裝置的顯示部上利用GUI(Graphical User Interface)而以使裝置的使用者輸入CD測定值1與第1溫度及CD測定值2與第2溫度的方式進行顯示，基於所輸入的值使電漿處理裝置100藉控制裝置而運轉。控制裝置，係基於通過與未圖示的通訊手段所連 接的通訊介面而接收的成為目標的溫度的值而將旁通繼電器206進行PWM控制。此外，控制裝置內的半導體製的微處理器等的運算器，係針對記載了依所接收的目標的溫度的值及從來自溫度感測器218的信號所檢測出的溫度的值而調節各調溫陣列200的動作的演算法的軟體從預先記憶有此等的RAM、ROM、硬碟等記憶裝置讀出，而算出控制用的指令信號。
示出複數個溫度感測器218的校準方法。溫度感測器218亦隨時間劣化，故例如冷媒溫度220℃下檢測出大致上接近配置有溫度監視器的位置的樣品台115的表面的溫度，而校正從溫度感測器218所檢測出的溫度的值亦可。使用於此校正的作為基準的溫度感測器係可為晶圓型的感測器亦可為接觸式溫度計，只要為測定時已校正的溫度測定器則可為任意者。此外，在本實施例，雖使溫度感測器為熱敏電阻，惟亦可為PT感測器、熱電偶、螢光溫度計等。
此外，在本實施例，係使被蝕刻材料為矽氧化膜，在蝕刻氣體及清潔氣體方面例如，雖採用前述的四氟甲烷氣體、氧氣、三氟甲烷氣體，惟在被蝕刻材料方面，係不僅矽氧化膜，在多晶矽膜、光阻膜、反射防止有機膜、反射防止無機膜、有機系材料、無機系材料、矽氧化膜、氮化矽氧化膜、氮化矽膜、Low-k材料、High-k材料、非晶碳膜、Si基板、金屬材料等方面亦獲得同等的效果。另外在實施蝕刻的氣體方面，係例如，可使用氯氣、 溴化氫氣體、四氟甲烷氣體、三氟甲烷、二氟甲烷、氬氣、氦氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、一氧化碳、氫、氨、八氟丙烷、三氟化氮、六氟化硫氣體、甲烷氣體、四氟化矽氣體、四氯化矽氣體、氯氣、溴化氫氣體、四氟甲烷氣體、三氟甲烷、二氟甲烷、氬氣、氦氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、一氧化碳、氫、氨、八氟丙烷、三氟化氮、六氟化硫氣體、甲烷氣體、四氟化矽氣體、四氯化矽氣體、氦氣、氖氣、氪氣、氙氣、氡氣等。
在以上的實施例雖以利用了微波ECR放電的蝕刻裝置為例進行說明，惟在利用了其他放電(有磁場UHF放電、電容耦合型放電、感應耦合型放電、磁控放電、表面波激發放電、轉移/耦合放電)的乾式蝕刻裝置方面亦有同樣的作用效果。另外在上述各實施例，雖論述有關蝕刻裝置，惟在進行電漿處理的其他電漿處理裝置如電漿CVD裝置、灰化裝置、表面改質裝置等方面亦有同樣的作用效果。
100‧‧‧電漿處理裝置
101‧‧‧真空容器
102‧‧‧噴灑板
103‧‧‧介電體窗
104‧‧‧處理室
105‧‧‧導波管
106‧‧‧電源
107‧‧‧線圈
109‧‧‧晶圓
110‧‧‧真空排氣口
111‧‧‧介電體膜
112‧‧‧接地電極
113‧‧‧基座蓋
115‧‧‧樣品台
116‧‧‧電漿
124‧‧‧高頻電源
125‧‧‧高頻截止濾波器
126、132‧‧‧直流電源
129‧‧‧整合器
200‧‧‧調溫陣列
201‧‧‧隔熱性配置台
202‧‧‧隔熱層
203‧‧‧大氣供電部
204‧‧‧大氣站
220‧‧‧導電膜

Claims (6)

  1. 一種電漿處理裝置，具備配置於真空容器內部且可將內側減壓的處理室、配置於此處理室內並載置而保持處理對象的樣品的樣品台、及利用前述處理用氣體而形成電漿的電漿形成手段，並利用前述電漿而處理前述樣品，該電漿處理裝置具備構成前述樣品台並配置於接地的金屬製的基材的上方且具備對內側供應高頻電力的膜狀的電極的介電體的膜、配置於前述基材內的空間並具備發熱或冷卻的功能的複數個元件、及具備對此等複數個元件供應電力的供電路徑，在此供電路徑上不具有抑制前述高頻的濾波器。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述複數個元件係在前述基材的內部彼此串聯連接而配置於前述樣品的圓周方向並具有被供應前述電力的至少一個集合。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中，構成前述集合的前述複數個元件，係於前述樣品的複數個半徑位置上圓弧狀地配置於圓周方向而經由前述供電路徑連接於供應前述電力的電源。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之電漿處理裝置，其構成為前述元件可實施加熱及冷卻的運轉。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之電漿處理裝置，其具備配置於前述基材內的前述複數個元件的下方並調節該基材的溫度的冷媒流通的冷媒流路。
  6. 如申請專利範圍第5項之電漿處理裝置，其中，前述冷媒為水或乙二醇或絕緣性的冷媒。
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