TWI387402B - A plasma processing apparatus, a plasma processing method, and a manufacturing method of an electronic component - Google Patents
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Description
本發明係關於電漿處理裝置、電漿處理方法及電子元件之製造方法。
利用電漿之乾式製程，被活用於電子元件之製造、金屬零件之表面硬化、塑膠零件之表面活性化、無藥劑殺菌等廣泛的技術領域中。例如，製造半導體裝置或液晶顯示裝置等之電子元件時，進行灰化、乾蝕刻、薄膜堆積或表面改質等之各種電漿處理。利用電漿之乾式製程，因成本低、高速且不用藥劑，故在可降低環境污染之點亦較為有利。
又，用以進行如此之電漿處理之各種電漿處理裝置被提出。該電漿處理裝置之處理容器內設有用以載置被處理物(如半導體晶圓等)的載置台。且，於載置台設有用以進行被處理物之交接的升降栓。又，於載置台有設置用以加熱被處理物之加熱器的情形。
此處，已知藉由升降栓將被處理物由載置台之上面抬起、處理被處理物的技術。
例如，藉由升降栓將被處理物由載置台之上面抬起而進行電漿處理時，由交接位置使被處理物進一步上升後使電漿產生(參照專利文獻1)。
該情形，若被處理物之上升量過多而過度分離被處理物與載置台之間，則導入處理容器內之微波將被被處理物吸收，有電漿之點火率降低之情形。
相反，若被處理物之上升量過少，則來自設於載置台之加熱機構的熱影響變強，有被處理物被不必要加熱的情形。又，由於過度分離被處理物與產生之電漿之間，故處理速度降低、或處理之面內均勻性惡化等，亦存在電漿處理之控制性惡化之虞。
專利文獻1：日本特開平10-22276號公報
本發明提供一種可提高電漿之點火率之電漿處理裝置、電漿處理方法及電子元件之製造方法。
根據本發明之一樣態，係提供一種電漿處理裝置，其特徵為包含：處理容器，其係可維持比大氣更減壓之氣體環境；排氣機構，其係將上述處理容器之內部減壓至特定壓力；氣體導入機構，其係於上述處理容器之內部導入製程氣體；微波導入機構，其係於上述處理容器之內部導入微波；及升降栓，其係升降自由地插通於上述處理容器之內部所設置之載置台，並於端面支撐被處理物；且，導入上述微波進行電漿之點火時，藉由上述升降栓將上述被處理物支撐於上述載置台之上面附近的第1位置，並於上述電漿之點火後，藉由上述升降栓將上述被處理物支撐於比上述第1位置遠離上述載置台的第2位置。
又，根據本發明之另一樣態，係提供一種電漿處理方法，其特徵為：於升降自由地插通於處理容器之內部所設置之載置台之升降栓的端面支撐被處理物，且將上述處理容器之內部減壓至大氣以下，並於上述處理容器之內部導入製程氣體，於上述處理容器之內部導入微波而產生電漿，對上述被處理物實施電漿處理，且進行上述電漿之點火時，藉由上述升降栓將上述被處理物支撐於上述載置台之上面附近的第1位置，並於上述電漿之點火後，藉由上述升降栓將上述被處理物支撐於比上述第1位置遠離上述載置台的第2位置。
再者，根據本發明之又一樣態，係提供一種電子元件之製造方法，其特徵為：使用上述電漿處理裝置進行被處理物之電漿處理。
根據本發明，可提供一種可提高電漿之點火率之電漿處理裝置、電漿處理方法及電子元件之製造方法。
以下，茲參照圖式例示本發明之實施形態。另，各圖式中，於相同之構成要素賦與相同符號，並且適宜省略詳細之說明。
圖1係用以例示本發明之實施形態之電漿處理裝置的模式圖。如圖1所示，電漿處理裝置1中設有大致圓筒形狀之處理容器2。處理容器2可維持比大氣更減壓之氣體環境。又，處理容器2係以不銹鋼或鋁合金等之金屬材料形成。
於處理容器2之上部設有開口部，於該開口部包含介質窗3。介質窗3係以石英玻璃或氧化鋁等之介電質材料形成。又，處理容器2之開口部與介質窗3之間設有未圖示之O形環等密封構件，可維持氣密。
含有介質窗3之處理容器2之上部設有導波管4。導波管4之剖面呈矩形。且，相對介質窗3之面(H面)成垂直於微波M之電場方向的面。又，相對H面於垂直方向延伸之面(E面)成平行於微波之電場方向的面，設於微波M之前進側且垂直於H面及E面的面成為反射面(短路面；R面)。又，於H面有狹縫(天線機構)5沿E面開口。再者，導波管4連接有未圖示之微波產生機構，可經由導波管4導波藉由未圖示之微波產生機構產生的微波M。本實施形態中，狹縫5為將微波M導入處理容器2之內部的微波導入機構。
處理容器2之側壁上部設有氣體導入口6，且經由配管6a與未圖示之氣體導入機構連接。由未圖示之氣體導入機構供給之製程氣體G，經由配管6a被導入處理容器2之內部。又，氣體導入口6被設於可向位於介質窗3之下方之電漿P的產生區域導入製程氣體G的位置。
製程氣體G根據電漿處理之種類等可適宜選擇。例如，進行被處理物W之蝕刻之情形，可使用氧氣(O2
)單體、或於氧氣中添加CF4
、NF3
、SF6
等之氟類氣體之混合氣體、於該等氣體中添加氫氣之氣體等。另，製程氣體G並非限定於例示者，可適宜更改。
處理容器2之底面設有排氣口7。排氣口7經由排氣管7a連接有未圖示之排氣機構。真空泵等之未圖示之排氣機構，可將處理容器之內部減壓至特定壓力。又，排氣口7與未圖示之排氣機構之間，適宜設有如未圖示之開閉閥或APC閥之壓力控制閥等。且，藉由控制未圖示之排氣機構、開閉閥、壓力控制閥等將處理容器2之內部排氣EX，成為比大氣壓更減壓之氣體環境，可維持該狀態。
處理容器2之側壁設有搬入搬出口10，用以將被處理物W搬入、搬出於處理容器2內部。且，相對搬入搬出口10設有加載互鎖室11。該加載互鎖室11設有連通於搬入搬出口10之開口部11a，及可將開口部11a氣密閉止之閘閥12。又，設有開閉機構12a，其藉由使閘閥12升降而進行開口部11a之開閉。
處理容器2之內部設有載置台8。載置台8內藏有未圖示之靜電吸盤或加熱器等之加熱機構。且，藉由未圖示之靜電吸盤可保持被載置於載置台8之上面的被處理物W。又，藉由未圖示之加熱機構可實施被處理物W之加熱。
載置台8之上面之下方，於載置台8之外周設有整流板9。整流板9設有多數之孔。整流板9藉由控制由被處理物W之表面排氣之氣體的流動，控制被處理物W之表面氣體的流動。
載置台8設有複數之貫通孔，用以插通升降栓13，升降栓13可由載置台8之上面突出及埋沒。且，於由載置台8之上面突出之複數之升降栓13的上端面支撐被處理物W之背面。即，升降栓升降自由地插通處理容器2之內部所設置之載置台8，且可於端面支撐被處理物W之背面。升降栓13之下端被升降板15保持。又，升降板15連接有升降機構16，可使升降板15升降。因此，藉由升降機構16使升降板15升降，可使升降栓13由載置台8之上面突出及埋沒。
電漿處理裝置1設有未圖示之控制機構，可控制設於電漿處理裝置1之各要件的動作及處理條件等。例如，可控制升降栓13之升降、製程氣體G或微波M之導入、處理容器2內部之壓力、載置台8之溫度等。
此處，若使升降栓13由載置台8之上面突出，將被處理物W由載置台8之上面抬起，則可同時處理被處理物W之兩面。又，藉由使被處理物W升降，改變載置台8與被處理物W的距離，亦可進行被處理物W之溫度控制。
圖2係用以例示被處理物之上升量與溫度之關係的圖表。另，縱軸表示被處理物W之溫度，橫軸表示處理時間。又，A1係上升量為0 mm之情形(被載置於載置台8之上面之狀態)，A2為1 mm，A3為2 mm，A4為3 mm，A5為4 mm，A6為5 mm，A7為23 mm之情形。又，作為此時之處理條件，使製程氣體G為氟類氣體與氧氣之混合氣體，使處理壓力為120 Pa，使微波輸出為2700 W，使載置台之溫度為275°。
如圖2所示，由於被處理物W之上升量越多，由設於載置台8之加熱機構所接收之熱量越少，故被處理物W之溫度上升被抑制。因此，藉由被處理物W之位置(上升量)可進行被處理物W之溫度控制。如此，與藉由設於載置台8之加熱機構來進行溫度控制之情形相比，可進行應答性高的溫度控制，亦可進行低溫下的處理。
藉由升降栓13將被處理物W由載置台8之上面抬起進行電漿處理時，例如，可例示將表面形成有變質層之抗蝕劑進行灰化處理之情形。
將表面形成有變質層之抗蝕劑進行灰化處理之情形，若被處理物W之溫度過度上升，則有產生濺躍之虞。因此，於不產生濺躍之溫度的位置(上升量)進行灰化處理。
此處，若被處理物W之上升量過多，則有阻礙電漿P之產生之情形。即，有不進行電漿P之點火，不能產生電漿P之情形。
根據本發明者所得之見解，若被處理物W與載置台8之間過度分離(上升量過多)，則導入處理容器2內之微波M被被處理物W吸收，故阻礙電漿P之點火。該情形，若被處理物W吸收有微波M，則被處理物W之溫度亦上升。其結果，不僅阻礙被處理物W之溫度控制性，亦有因熱而產生被處理物W之變形或破損等之虞。
另一方面，若上升量過少，則被處理物W與載置台8之距離靠近，使得由設於載置台8之加熱機構接受之熱量增加，被處理物W之溫度上升，有產生上述之濺躍等之虞。
因此，本實施形態中，於電漿P之點火時與電漿處理時改變被處理物W之位置(上升量)。即，藉由導入微波M進行電漿P之點火時，藉由升降栓13將被處理物W支撐於載置台8之上面附近的位置，並於電漿P之點火後，藉由升降栓13將被處理物W支撐於比上述位置更遠離載置台8的位置，即靠近電漿P側之位置。
如此，電漿P之點火時，在謀求電漿P確實點火之同時，亦可藉由減少對被處理物W之微波M之吸收量來抑制不必要的溫度上升。
又，電漿P之點火後，藉由使被處理物W上升至較靠近產生電漿P的位置，即適於電漿處理之位置，可提高電漿處理之控制性。
另，如後述，電漿P之點火後，微波M被反射於由介質窗3之下面至進入一定距離(穿透深度)之間，形成微波M之駐波。且，微波M之反射面成為電漿激發面，藉由該電漿激發面激發穩定的電漿P。因此，藉由使被處理物W上升，即使使其移動至更靠近產生之電漿P之位置，亦較少影響電漿P之產生。
圖3係用以例示被處理物W之上升量與電漿之點火率之關係的圖表。另，縱軸表示1秒以內之點火率(可於1秒以內點火之概率)，橫軸表示被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離(被處理物W之上升量)。
如圖3所示，若被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離(被處理物W之上升量)為7 mm以下，則可進行確實之點火。該情形，被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離越小(被處理物W之上升量越小)，接受來自載置台8所設之加熱機構的熱越多。因此，為抑制不必要的溫度上升，使被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離(被處理物W之上升量)為1 mm以上較好。即，較好的是，升降栓之端面位於由載置台8之上面突出1 mm以上、7 mm以下之位置。
圖4係用以例示電漿處理之被處理物之溫度的圖表。另，縱軸表示被處理物之溫度，橫軸表示處理時間。又，B1係將被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離設為23 mm，於該位置進行電漿P之點火與電漿處理之情形。B2係將被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離設為23 mm，不進行電漿處理而放置於該位置之情形。B3係電漿P之點火時，於載置台8之上面附近支撐被處理物W，於電漿P之點火後，使被處理物W上升至適於電漿處理之位置的情形。即，B3係電漿P之點火時將被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離設為4 mm，電漿P之點火後將被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離設為23 mm的情形。又，作為此時之處理條件，設製程氣體G為氟類氣體與氧氣之混合氣體，處理壓力為20 Pa，微波輸出為2700 W，載置台之溫度為275°。
B2之情形，由於不進行電漿處理而放置，故僅藉由來自載置台8所設之加熱機構的熱使被處理物W之溫度上升。該情形，若將被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離設為23 mm，則可基本上消除因來自載置台8所設之加熱機構的熱所致之溫度上升。如此，若以一定程度增大被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離(被處理物W之上升量)，則可抑制來自載置台8所設之未圖示之加熱機構的熱影響。
B1之情形，由於點火時被處理物W之背面與載置台8上面之間亦過度分離，故微波M被被處理物W吸收使被處理物W之溫度上升。另，由於如B2所示，來自載置台8所設之加熱機構之熱影響較少，故B1之情形之溫度上升伴隨微波M之吸收。另，點火時被處理物W之背面與載置台8上面之間過度分離時，電漿P之點火較困難，而點火後因來自電漿P之熱所致之溫度上升增加。
B3之情形，由於點火時被處理物W之背面與載置台8上面之間的距離較小，故被被處理物W吸收之微波M的量受到抑制。該情形，電漿P點火之可能性較高，被處理物W之溫度上升主要因來自電漿P之熱。
如此，若進行電漿P之點火時，將被處理物W支撐於載置台8之上面附近之位置，於電漿P之點火後使被處理物W上升至適於電漿處理之位置，則可抑制被處理物W之無意圖的溫度上升。又，可提高電漿之點火率，又可提高電漿處理之控制性。
又，較好的是，電漿P之點火後之被處理物W的位置為來自載置台8所設之未圖示之加熱機構之熱影響受到抑制的位置。藉此，可抑制被處理物W之變形或破損。且，較好的是，將表面形成有變質層之抗蝕劑進行灰化處理時，為可抑制抗蝕劑之濺躍之位置。
其次，例示電漿處理裝置1之作用。
首先，藉由未圖示之搬送機構，將被處理物W經由加載互鎖室11搬入處理容器2之內部。將搬入之被處理物W交接於升降栓13之上端面後，未圖示之搬送機構退避於處理容器2之外。其後，處理容器2藉由閘閥12被氣密密閉。
氣密密閉之處理容器2之內部藉由未圖示之排氣機構減壓至特定壓力，且導入特定之製程氣體G。其後，經由狹縫5，微波M被導入介質窗3。微波M傳搬於介質窗3之表面，並放射於處理容器2內之處理空間。如此藉由放射於處理空間之微波M的能量，形成製程氣體G之電漿P。當電漿P中之電子密度成為可遮蔽透過介質窗3導入之微波M的密度(截止密度)以上時，微波M將被反射於由介質窗3之下面至進入一定距離(穿透深度)之間。因此，形成微波M之駐波。
於是，微波M之反射面成為電漿激發面，藉由該電漿激發面穩定地激發電漿P。藉由該電漿激發面激發之穩定的電漿P中，藉由離子或電子與製程氣體G之分子相碰撞，產生激發之原子或分子、游離原子(游離基)等之激發活性種(電漿產生物)。該等電漿產生物，藉由在處理容器2內向下方擴散且飛濺至被處理物W之表面，來進行蝕刻、灰化、薄膜堆積、表面改質、電漿摻雜等之各種電漿處理。
電漿處理完成之被處理物W經由加載互鎖室11搬出至處理容器2之外部。之後，亦可同樣地進行其他被處理物W之電漿處理。
此處，電漿處理裝置1中，實施以下例示之本實施形態之電漿處理方法。
本實施形態之電漿處理方法中，於電漿P之點火時與電漿處理時改變被處理物W的位置(上升量)。
首先，如上述將被處理物W交接於升降栓13之上端面並予以支撐。其次，使處理容器2之內部成為比大氣更減壓之特定壓力，並導入特定之製程氣體G。
其後，藉由使升降栓13下降，於載置台8之上面附近支撐被處理物W。其後，經由狹縫5將微波M導入介質窗3，並藉由使傳搬於介質窗3之表面之微波M放射於處理空間，產生(點火)電漿P。此時，藉由於載置台8之上面附近支撐被處理物W，可減少被被處理物W吸收之微波M的量，故可謀求確實的點火。又，由同理由亦可抑制無意圖之不必要的溫度上升。該情形，較好的是，如上所述使升降栓之端面位於由載置台8之上面突出1 mm以上、7 mm以下之位置。
電漿P點火後，使被處理物W上升至適於電漿處理之位置。即，電漿P點火後，藉由升降栓13將被處理物W支撐於比上述位置更靠近電漿之側的位置。如此，可謀求處理速度之提高、處理之面內均勻性之提高等電漿處理的控制性提高。又，由於來自載置台8所設之未圖示之加熱機構的熱影響受到抑制，故可抑制被處理物W之變形或破損。又，將表面形成有變質層之抗蝕劑進行灰化處理時，可抑制抗蝕劑之濺躍。另，升降栓13之升降控制，係藉由上述之未圖示之控制機構；而電漿之點火，例如可藉由感測器檢測電漿之發光，亦可藉由實驗求得的時間進行控制(時間控制)。
其後，例示本發明之實施形態之電子元件的製造方法。
另，為方便說明，以半導體裝置之製造方法為例來例示本發明之實施形態之電子元件的製造方法。
半導體裝置之製造方法，係藉由反復進行藉由成膜．抗蝕劑塗布．曝光．顯影．蝕刻．抗蝕劑去除等在基板(晶圓)表面形成圖案之步驟、檢查步驟、清洗步驟、熱處理步驟、雜質導入步驟、擴散步驟、平坦化步驟等之複數之步驟來實施。
且，例如，藉由用本實施形態之電漿處理裝置1於基板表面形成圖案或去除抗蝕劑，可製造半導體裝置。又，例如，藉由用本實施形態之電漿處理方法於基板表面形成圖案或去除抗蝕劑，可製造半導體裝置。
本實施形態之電漿處理裝置，若使用電漿處理方法，則可謀求生產率之提高，以及製品品質之提高。
另，本實施形態之電漿處理裝置、電漿處理方法以外，亦可使用已知之各步驟的技術，因此省略其等之說明。
另，為方便說明，作為本發明之實施形態之電子元件的製造方法係例示半導體裝置之製造方法，然而並非限定於此。例如，亦可適用於液晶顯示裝置之製造、燃料電池之製造、太陽電池之製造、及其他各種電子零件等之製造。
又，作為電漿處理裝置1係例示使用表面波電漿者，然而並非限定於此。可適用於藉由於處理容器之內部導入微波而形成電漿之各種電漿處理裝置。又，不僅可適用於蝕刻處理或灰化處理，亦可適用於表面改質處理等。
以上例示了本發明之實施形態。然而，本發明並非限定於該等記述。
關於上述實施形態，當業者加以適當設計更改者，只要包含本發明之特徵，則亦視其為包含於本發明之範圍。
例如，電漿處理裝置1所包含之各要件之形狀、尺寸、材質、配置等，並非限定於所例示者，亦可進行適宜更改。
又，上述各實施形態所包含之各要件，在可能之範圍內可將其組合，其等組合者只要含有本發明之特徵，則亦視其為包含於本發明之範圍。
如上詳述，根據本發明，可提供一種可提高電漿之點火率之電漿處理裝置、電漿處理方法及電子元件之製造方法。
1．．．電漿處理裝置
2．．．處理容器
3．．．介質窗
4．．．導波管
8．．．載置台
13．．．升降栓
G．．．製程氣體
M．．．微波
P．．．電漿
W．．．被處理物
圖1係用以例示本發明之實施形態之電漿處理裝置的模式圖；圖2係用以例示被處理物之上升量與溫度之關係的圖表圖；圖3係用以例示被處理物之上升量與電漿之點火率之關係的圖表圖；及圖4係用以例示電漿處理之被處理物之溫度的圖表。
1．．．電漿處理裝置
2．．．處理容器
3．．．介質窗
4．．．導波管
5．．．狹縫
6．．．氣體導入口
6a．．．配管
7．．．排氣口
7a．．．排氣管
8．．．載置台
9．．．整流板
10．．．搬入搬出口
11．．．加載互鎖室
11a．．．開口部
12．．．閘閥
12a．．．開閉機構
13．．．升降栓
15．．．升降板
16．．．升降機構
EX．．．內部排氣
G．．．製程氣體
M．．．微波
P．．．電漿
W．．．被處理物
Claims (9)
- 一種電漿處理裝置，其特徵為包含：處理容器，其係可維持比大氣更減壓之氣體環境；排氣機構，其係將上述處理容器之內部減壓；氣體導入機構，其係於上述處理容器之內部導入製程氣體；微波導入機構，其係於上述處理容器之內部導入微波；及升降栓，其係升降自由地插通於上述處理容器之內部所設置之載置台，並於端面支撐被處理物；且於導入上述微波進行電漿之點火時，藉由上述升降栓將上述被處理物支撐於上述載置台之上面附近的第1位置；於上述電漿之點火後，藉由上述升降栓將上述被處理物支撐於比上述第1位置遠離上述載置台的第2位置。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中上述第1位置為上述升降栓之端面由上述載置台之上面突出1 mm以上、7 mm以下之位置。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其係進一步包含設於上述載置台之加熱機構；上述第2位置為抑制來自上述加熱機構之熱影響的位置。
- 如請求項3之電漿處理裝置，其中上述抑制熱影響之位置為抑制設置於上述被處理物之抗蝕劑之濺躍(hopping)的位置。
- 一種電漿處理方法，其特徵為：於升降栓的端面支撐被處理物，該升降栓係升降自由地插通於處理容器之內部所設置之載置台之；將上述處理容器之內部減壓至大氣以下；於上述處理容器之內部導入製程氣體，並於上述處理容器之內部導入微波而產生電漿；對上述被處理物實施電漿處理；且於進行上述電漿之點火時，藉由上述升降栓將上述被處理物支撐於上述載置台之上面附近的第1位置；於上述電漿之點火後，藉由上述升降栓將上述被處理物支撐於比上述第1位置遠離上述載置台的第2位置。
- 如請求項5之電漿處理方法，其中上述第1位置為上述升降栓之端面由上述載置台之上面突出1 mm以上、7 mm以下之位置。
- 如請求項5或6之電漿處理方法，其中上述第2位置為可抑制來自上述載置台所設置之加熱機構之熱影響的位置。
- 如請求項7之電漿處理方法，其中上述可抑制熱影響之位置為可抑制設置於上述被處理物之抗蝕劑之濺躍的位置。
- 一種電子元件之製造方法，其特徵為：使用請求項1至4中任一項之電漿處理裝置進行被處理物之電漿處理。
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