TWI459502B - Sample station and microwave plasma processing device - Google Patents

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TWI459502B
TWI459502B TW099135496A TW99135496A TWI459502B TW I459502 B TWI459502 B TW I459502B TW 099135496 A TW099135496 A TW 099135496A TW 99135496 A TW99135496 A TW 99135496A TW I459502 B TWI459502 B TW I459502B
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Kazuki Moyama
Nobuyuki Okayama
Kenji Sudou
Yasuhiro Otsuka
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Tokyo Electron Ltd
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Description

試料台及微波電漿處理裝置
本發明係關於一種將待施行基板處理之被處理基板加以保持之試料台，並關於一種微波電漿處理裝置，具備前述試料台，藉由微波於處理室內生成電漿，以該電漿對被處理基板施行電漿處理。
半導體製造裝置具備將待施行電漿處理之被處理基板(例如半導體晶圓)加以吸附保持之試料台。試料台具備將半導體晶圓作靜電吸附之陶瓷製吸附板，於該吸附板內部埋設有靜電吸附用電極、加熱用加熱器等。為了對半導體晶圓進行均勻處理，必須將該半導體晶圓之溫度分布均勻化。因此，與半導體晶圓接觸之吸附板之接觸面，係藉由研磨(lapping)加工來平滑化，使得該接觸面與半導體晶圓間之熱電阻能均勻化。
另一方面，於專利文獻1中揭示了一種試料台，其於支持半導體晶圓之基板支持面形成有凹部，而於半導體晶圓與基板支持面之間形成有既定之空間。該試料台係在半導體晶圓之中央部之溫度容易上昇之處，以凹部之中央部深度最大、而自中央朝端部變淺的方式形成，目的在於使得半導體晶圓之溫度分布能均勻化。
於專利文獻2揭示了一種試料台，係於板狀陶瓷體之一側主面，保留其外周部而形成深度3~10μm之凹部，將前述外周部頂面之起伏設定在1~3μm，並於前述凹部底面之 周緣部設置氣體溝槽，於前述凹部底面下方之板狀陶瓷體中配置靜電吸附用電極。
習知技術文獻
專利文獻1 日本特開2004-52098號公報
專利文獻2 日本特開2003-133401號公報
圖10係顯示習知試料台所存在之問題之說明圖。圖10A係示意顯示載置有半導體晶圓W之習知試料台102。圖10B係顯示於電漿環境下，載置於習知試料台102之半導體晶圓W之溫度分布測定結果。當為了使得於試料台所設之吸附板之接觸面平滑化而施行研磨加工之情況，接觸面會如圖10A所示般成為大致中央部彎曲成凸狀之形狀。因此，對吸附板以水平載置之半導體晶圓W由於如圖10A左圖所示般受到一點支持而不穩定，所以如圖10A右圖所示般容易朝一側傾斜，而於另一側則是在半導體晶圓W與吸附板之間產生大的間隙。其結果，如圖10B所示般，間隙大部位的熱電阻局部變高，散熱量減少，而於半導體晶圓W產生局部性高溫部位。依據某實驗，於半導體晶圓W檢測出約15℃之溫差△T。
此外，上述問題不限於對吸附板接觸面施行研磨加工之情況，即便是施行既定表面處理之結果於大致中央部彎曲成凸狀之情況一般也會發生。
此外，專利文獻1所記載之試料台，由於半導體晶圓與試料台並未面接觸，故要將半導體晶圓之溫度以高精度 控制有其困難。此外，於專利文獻2中並未揭示解決上述問題之手段。
本發明鑒於上述事情所得，其目的在於提供一種試料台，即便對吸附板接觸面施行既定之表面處理(例如研磨加工)之情況，藉由將該接觸面設定成為大致凹形狀，仍可將被處理基板穩定保持；另外提供一種具備該試料台之微波電漿處理裝置。
本發明之試料台，用以將待施行基板處理之被處理基板加以保持；其特徵在於，具備：吸附板，具有與被處理基板作面接觸之接觸面，而將與該接觸面作面接觸之被處理基板加以吸附；以及支持基板，具有接著著該吸附板非接觸面之凹面；該凹面之大致中央部之深度和自該中央部隔離之隔離部位之深度之差，比該吸附板與該中央部接觸之部位的厚度和該吸附板與該隔離部位接觸之部位的厚度之差為大。
本發明中，吸附板係接著於支持基板之凹面。此外，該凹面之大致中央部之深度和自該中央部隔離之隔離部位之深度之差，比該吸附板與該中央部接觸之部位的厚度和該吸附板與該隔離部位接觸之部位的厚度之差為大，故即便對吸附板之接觸面施行既定之表面處理而彎曲成為凸狀之情況，接著於凹面之吸附板之接觸面仍為凹狀。
本發明之試料台，該支持基板之凹面具有平坦之底面部。
於本發明中，由於凹面具有平坦底面部，故相較於形 成為研鉢狀之凹面，吸附板仍可穩定接著於支持基板。
本發明之試料台之該支持基板之凹面，側截面為梯形狀。
於本發明中，由於凹面之側截面為梯形狀，故相較於凹面加工成為球面狀之情況，可對凹面之深度進行高精度加工。其結果，吸附板之凹形狀亦可高精度地形成。
本發明之試料台，該支持基板係由鋁構件所構成，具備冷卻水流路而可通流用以冷卻被處理基板之冷卻水；該吸附板係由該接觸面施行過研磨加工之陶瓷構件所構成，於陶瓷構件之內部具備：用以加熱被處理基板之加熱器、以及用以將被處理基板作靜電吸附之電極。
於本發明中，藉由讓冷卻用液體通流於冷卻水流路，可將被處理基板加以冷卻。此外，藉由對吸附板之加熱器通電，可將被處理基板加熱。再者，藉由對吸附板之電極通直流電，可將被處理基板作靜電吸附。
本發明之微波電漿處理裝置，其特徵在於：具備上述試料台，藉由微波於處理室內生成電漿，以該電漿對被處理基板施行電漿處理。
於本發明中，可對保持於試料台之被處理基板作均勻的電漿處理。
依據本發明，即便對吸附板接觸面施行既定之表面處理(例如研磨加工)，藉由將該接觸面設定為大致凹形狀，可穩定保持被處理基板，而對被處理基板作均勻之電漿處理。
以下，就本發明依據顯示其實施形態之圖式來詳述。圖1係示意顯示本發明實施形態之微波電漿處理裝置之一例的截面圖。以下，說明微波電漿處理裝置之全體構成，接著說明試料台2之詳細部份。
本發明實施形態之微波電漿處理裝置為例如RLSA(Radial Line Slot Antenna)型，具備氣密構成且接地之大致圓筒狀處理室1。處理室1例如具有平板圓環狀之底壁1a(鋁製物，於大致中央部形成有圓形開口部10)以及圍設於底壁1a之側壁，上部呈開口狀態。此外，於處理室1之內周亦可設置由石英所構成之圓筒狀襯裏。
於處理室1之側壁設有環狀之氣體導入構件15，此氣體導入構件15連接著處理氣體供給系統16。氣體導入構件15係配置為例如淋灑狀。來自處理氣體供給系統16之既定處理氣體經由氣體導入構件15而導入處理室1內。在處理氣體方面係依據電漿處理之種類而使用適宜者。例如，試料台2可適用於為了進行高精度處理而需要精密溫度控制之多晶矽(Poly-Si)蝕刻處理，此情況下，係適用HBr氣體、02 氣體等。此外，當進行鎢系閘極之選擇性氧化處理般之氧化處理的情況下，係使用Ar氣體、H2 氣體、02 氣體等。
此外，於處理室1之側壁，在與微波電漿處理裝置鄰接之搬運室(未圖示)之間設有用以進行半導體晶圓W之搬出搬入的搬出搬入口25、以及開閉此搬出搬入口25之閘閥26。
於處理室1之底壁1a係以與開口部10連通的方式設有朝下方突出之有底圓筒狀排氣室11。於排氣室11之側壁設有排氣管23，於排氣管23連接著包含高速真空泵之排氣裝置24。藉由使得排氣裝置24運作，處理室1內之氣體會均勻地排出至排氣室11之空間11a內，經由排氣管23被排出。從而，可將處理室1內高速減壓至既定真空度(例如0.133Pa)。
於排氣室11之底部中央，由AlN等陶瓷所構成之柱狀構件3係大致垂直地突設，於柱狀構件前端部設有用以支持待施行電漿處理之被處理基板即半導體晶圓W之試料台2。試料台2呈圓盤狀，其外緣部設有用以引導半導體晶圓W之引導環4。於試料台2連接有：半導體晶圓W加熱用之加熱器電源6、以及靜電吸附用之DC電源8。此外，於試料台2，用以支持半導體晶圓W而使之昇降之晶圓支持銷(未圖示)相對於試料台2表面係以可突出沈入的方式被設置。關於試料台2之細部構成將於後述。此外，亦可將用以對被處理基板之半導體晶圓W施加偏壓之高頻電源(未圖示)設置於試料台2。
於處理室1上部所形成之開口部，沿其周緣部設有環狀支持部27。於支持部27，由介電體(例如石英、Al2 O3 等陶瓷)所構成之使得微波穿透之圓盤狀介電體窗28係經由密封構件29而成為氣密設置。
於介電體窗28上方，係以與試料台2對向的方式設有圓板狀槽板31。槽板31係在與介電體窗28作面接觸之狀 態下卡固於處理室1之側壁上端。槽板31係由導體(例如表面鍍金之鋼板或鋁板)所構成，複數之微波放射槽32以既定之圖案來貫通形成。亦即，槽板31係構成RLSA天線。微波放射槽32係呈現例如長溝槽狀，相鄰接之一對微波放射槽32彼此成為大致L字型來近接配置。成對之複數微波放射槽32係配置成同心圓狀。詳細而言，於內周側形成有7對微波放射槽32，於外周側形成有26對微波放射槽32。微波放射槽32之長度、排列間隔係依據微波波長等來決定。
於槽板31上面，具有介電係數較真空為大之介電體板33係以相互面接觸的方式設置著。介電體板33具有平板狀之介電體圓板部。介電體圓板部之大致中央部形成有孔部。此外自孔部周緣相對於介電體圓板部以大致垂直方式突出有圓筒狀微波入射部。
於處理室1上面係以覆蓋槽板31與介電體板33的方式設有圓盤狀密封蓋體34。密封蓋體34係例如鋁、不鏽鋼等金屬製品。於處理室1上面與密封蓋體34之間係藉由密封構件35作密封。
於密封蓋體34之內部形成有蓋體側冷卻水流路34a，藉由使得冷卻水流通於蓋體側冷卻水流路34a，來將槽板31、介電體窗28、介電體板33、密封蓋體34加以冷卻。此外，密封蓋體34呈接地狀態。
於密封蓋體34上壁中央形成有開口部36，於該開口部連接有導波管37。導波管37具有：截面圓形狀的同軸導波管37a，自密封蓋體34之開口部36朝上方延伸而出；以及， 截面矩形狀矩形導波管37b，連接於同軸導波管37a之上端部而朝水平方向延伸。於矩形導波管37b之端部經由匹配回路38連接有微波產生裝置39。以微波產生裝置39所產生之微波(例如頻率2.45GHz之微波)會經由導波管37而傳輸至上述槽板31。此外，在微波頻率方面可使用8.35GHz、1.98GHz、915MHz等。矩形導波管37b之與同軸導波管37a之連接部側的端部設有模式轉換器40。同軸導波管37a具有筒狀同軸外導體42以及沿該同軸外導體42中心線配置之同軸內導體41，同軸內導體41之下端部係連接固定於槽板31中心。此外，介電體板33之微波入射部係內嵌於同軸導波管37a。
此外，微波電漿處理裝置具備程序控制器50，對微波電漿處理裝置之各構成部進行控制。於程序控制器50連接著使用者介面51，該使用者介面51係由：製程管理者為了管理微波電漿處理裝置而進行指令之輸入操作等之鍵盤、將微波電漿處理裝置之運轉狀況予以可視化顯示之顯示器等所構成。此外，於程序控制器50連接著儲存部52，其儲存有程序控制程式(記錄著用以將微波電漿處理裝置所實行之各種處理利用程序控制器50之控制來實現之控制程式、以及處理條件數據等)。程序控制器50係自儲存部52呼叫對應於來自使用者介面51指示的任意程序控制程式並實行，於程序控制器50之控制下，以微波電漿處理裝置進行所需之處理。
其次說明本實施形態之試料台2之詳細內容。圖2係 示意顯示本實施形態之試料台2之一例的側截面圖，圖3A以及圖3B係示意顯示試料台2之一例的分解側截面圖。試料台2具備：支持基板21、以及利用接著劑22接著於支持基板21之吸附板23。
圖4係示意顯示支持基板21之一例的側截面圖。支持基板21係由比半導體晶圓W來得大直徑之形成為大致圓盤狀的鋁構件所構成，內部形成有冷卻水流路21a。冷卻水流路21a藉由流通冷卻水而將半導體晶圓W冷卻。於支持基板21之一端面側(上面側)形成有凹面21b，於凹面21b之徑向外側形成環狀溝槽部，於其更外側形成有圓環狀之外周部。於支持基板21之另一端面側，外周面的直徑擴大。凹面21b之側截面呈現梯形狀之淺平底器皿狀，包括有：形成於大致中央部的底面部21c、以及隨著從底面部21c往徑向外側離開(隔離)而使得凹面21b之深度變淺所形成之斜面部21d。凹面21b之中央部之深度和自該中央部離開(隔離)之斜面部21d之深度的差，較吸附板23與該中央部接觸之部位之厚度和吸附板23與斜面部21d接觸之部位之厚度的差要大。亦即，將吸附板23接著於凹面21b之情況，凹面21b具有使得吸附板23成為凹形狀的深度。
圖5係示意顯示吸附板23之一例的要部放大側截面圖。吸附板23係由陶瓷構件所構成。吸附板23具備有板構件23a，該板構件23a具有：接觸於半導體晶圓W做吸附之接觸面23c、以及該接觸面23c之相反側之面的非接觸面23b。接觸面23c藉由研磨加工被平滑化，非接觸面23b 如圖2所示，以接著劑22來接著於支持基板21之凹面21b。支持基板21之凹面21b之側截面為梯形狀，而於凹面21b與吸附板23之間隙有接著劑22，吸附板23之接觸面23c彎曲成為凹形狀。此外，吸附板23埋設有用以加熱半導體晶圓W之加熱器23e、以及用以靜電吸附半導體晶圓W之電極23d，於加熱器23e與電極23d分別連接著加熱器電源6以及DC電源8。
此外，圖2~圖5所示之凹面21b、吸附板23之凹形狀係被誇大描繪，接著於支持基板21之吸附板23的接觸面23c係無盡地接近平坦之凹形狀。
圖6係用以說明支持基板21之尺寸的說明圖。於支持基板21之一端面側形成有凹面21b之圓形部分的直徑Φ為例如300mm，凹面21b之底面部21c的直徑Φχ為150mm，凹面21b中央部之深度D為約20~25μm，底面部21c與斜面部21d所成角度θ為179.981°~179.985°。此外，直徑Φ、Φχ、深度D、角度θ之值為一例，只要依據半導體晶圓W以及吸附板23之尺寸以及厚度來適宜設定即可。其中，已確認當對於Φ為300mm、深度D=約20~25μm之凹面21b進行切削加工之情況，若將底面部21c之直徑Φχ設定為150mm，則相較於例如直徑Φχ為100mm之情況，可高精度進行加工。
圖7係用以說明於支持基板21所形成之凹面21b之尺寸形狀之圖。橫軸為直徑Φχ，縱軸為角度。以粗線表示之圖乃表示為了實現Φ為300mm、深度D=約20~25μm之凹部 之角度上限值，細線表示θ之下限值。基準值乃Φχ為150mm之情況下的θ下限值。
圖8係顯示於支持基板21所形成之凹面21b之深度之圖。橫軸表示凹面21b之徑向位置，縱軸表示深度D。四角符號以及菱形符號之繪圖分別表示經個別切削加工之凹面21b之深度，確認了凹面21b可高再現性地形成。
圖9係用以說明本實施形態之試料台2作用之說明圖。圖9A係與圖10同樣，示意顯示載置有半導體晶圓W之試料台2。圖9B係顯示於電漿環境下，載置於試料台2之半導體晶圓W之溫度分布的測定結果。於本實施形態，即使為了使得吸附板23之接觸面23c平滑化而進行了研磨加工之情況，由於在支持基板21形成有凹面21b，而於凹面21b接著有吸附板23，故接觸面23c係如圖9(a)所示般，成為大致中央部為平坦乃至彎曲成凹狀之形狀。此外，於圖9(a)所示之凹形狀係誇大描繪者，實際上乃無盡地接近於平坦之凹形狀。如此般，相對於吸附板23上被水平載置之半導體晶圓W穩定地受到線支持，其結果，如圖9(b)所示般，半導體晶圓W之熱電阻成為均勻，半導體晶圓W之溫度分布成為均勻。使用本實施形態之試料台2進行與習知技術同樣的實驗結果，可將半導體晶圓W之局部溫差OT抑制在約50℃。
以此方式所構成之微波電漿處理裝置以及試料台2，藉由研磨加工來保持接觸面23c之平滑性，且藉由將接觸面23c調整為大致凹形狀，可穩定保持半導體晶圓W。
此外，由於支持基板21之凹面21b係形成為側截面梯形狀，故相較於凹面21b形成為研鉢狀之凹面21b，可將吸附板23穩定地接著於支持基板21。若凹面21b形成為研鉢狀，則有吸附板23之中央部分浮起、吸附板23剝離之虞，但形成為側截面梯形狀之情況，可有效地抑制吸附板23之剝離。
再者，由於支持基板21之凹面21b為側截面梯形狀，故相較於加工成為圓弧狀之情況，可對凹面21b之深度以高精度輕易地進行加工。其結果，吸附板23之凹形狀亦可高精度形成。
再者，藉由對於埋設在吸附板23之電極23d通直流電流，可使得半導體晶圓W與吸附板23之接觸面23c作面接觸。此外，藉由在半導體晶圓W均勻地面接觸於吸附板23之狀態下對加熱器23e通電，可將半導體晶圓W加熱，而藉由對支持基板21之冷卻水流路21a流通冷卻水，可將半導體晶圓W冷卻。從而，可將半導體晶圓W之溫度均勻地控制，可對半導體晶圓W進行均勻的電漿處理。
此外，於實施形態所示之凹面形狀僅為一例，其形狀並無限定。例如，只要可確保加工精度，凹面亦可形成為圓弧狀。此外，只要可將吸附板接著於支持基板，凹面亦可形成為研鉢狀。
此外，本實施形態試料台可適用之半導體製造裝置並無特別限定，可適用於PVD、CVD、電漿CVD等成膜處理裝置，以及蝕刻裝置等各種處理裝置。
以上所揭示之實施形態的所有點皆為例示，並非用以限制本發明。本發明之範圍非意指上述說明內容，而是意圖包含申請專利範圍所揭示，與申請專利範圍為均等之範圍以及該範圍內之所有變更。
1‧‧‧處理室
2‧‧‧試料台
6‧‧‧加熱器電源
8‧‧‧DC電源
21‧‧‧支持基板
21a‧‧‧冷卻水流路
21b‧‧‧凹面
21c‧‧‧底面部
21d‧‧‧斜面部
22‧‧‧接著劑
23‧‧‧吸附板
23a‧‧‧板構件
23b‧‧‧非接觸面
23c‧‧‧接觸面
23d‧‧‧電極
23e‧‧‧加熱器
W‧‧‧半導體晶圓
圖1係示意顯示本發明實施形態之微波電漿處理裝置之一例的截面圖。
圖2係示意顯示本實施形態之試料台之一例的側截面圖。
圖3A係示意顯示試料台之一例的分解側截面圖。
圖3B係示意顯示試料台之一例的分解側截面圖。
圖4係示意顯示支持基板之一例的側截面圖。
圖5係示意顯示吸附板之一例的要部放大側截面圖。
圖6係用以說明支持基板尺寸之說明圖。
圖7係用以說明在支持基板所形成之凹面尺寸形狀之圖。
圖8係顯示於支持基板所形成之凹面深度之圖。
圖9A係用以說明本實施形態之試料台作用之說明圖。
圖9B係用以說明本實施形態之試料台2作用之說明圖。
圖10A係顯示習知試料台所存在之問題的說明圖。
圖10B係顯示習知試料台所存在之問題的說明圖。
2‧‧‧試料台
21‧‧‧支持基板
21a‧‧‧冷卻水流路
22‧‧‧接著劑
23‧‧‧吸附板

Claims (9)

  1. 一種試料台，係用以保持待施行基板處理之被處理基板；其特徵在於具備有：吸附板，係具有與被處理基板作面接觸之接觸面、以及該接觸面之相反側之面的非接觸面，而將與該接觸面作面接觸之被處理基板加以吸附；以及支持基板，係具有接著該吸附板非接觸面之凹面，用以支持該被處理基板；該吸附板係配置於該被處理基板與該支持基板之間，非接觸面因接著於該支持基板之凹面而成為凹形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項之試料台，其中該凹面之大致中央部之深度和自該中央部離開之周圍部位之深度的差，係比該吸附板與該中央部接觸之部位之厚度和該吸附板與該周圍部位接觸之部位之厚度的差要大。
  3. 如申請專利範圍第2項之試料台，其中該支持基板之凹面俯視為圓形，該吸附板與該中央部接觸之部位之厚度大於該吸附板與該周圍部位接觸之部位之厚度。
  4. 如申請專利範圍第2項之試料台，其中該凹面之中央部之深度係以相當於該凹面直徑之6.66×10-5 ~8.33×10-5 倍的方式形成。
  5. 如申請專利範圍第1項之試料台，其中該支持基板之凹面係具有平坦之底面部。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之試料台，其中該支持基板之凹面，側截面為梯形狀。
  7. 如申請專利範圍第6項之試料台，其中該支持基板之凹面與該吸附板之間隙存在有接著劑，該吸附板之接觸面呈現平順彎曲之凹形狀。
  8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之試料台，其中該支持基板係由鋁構件所構成，具備冷卻水流路而可流通用以冷卻被處理基板之冷卻水；該吸附板係由該接觸面施行過研磨加工之陶瓷構件所構成，於陶瓷構件之內部具備有：用以加熱被處理基板之加熱器與用以將被處理基板作靜電吸附之電極。
  9. 一種微波電漿處理裝置，其特徵在於：具備申請專利範圍第1至8項中任一項之試料台，藉由微波於處理室內生成電漿，以該電漿對被處理基板施行電漿處理。
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