TWI490942B - Plasma processing device - Google Patents

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TWI490942B
TWI490942B TW099131368A TW99131368A TWI490942B TW I490942 B TWI490942 B TW I490942B TW 099131368 A TW099131368 A TW 099131368A TW 99131368 A TW99131368 A TW 99131368A TW I490942 B TWI490942 B TW I490942B
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Yuki Mochizuki
Jun Abe
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Description

電漿處理裝置
本發明係關於一種電漿處理裝置。
習知，於半導體裝置之製造領域等中，會使用一種朝向半導體晶圓等基板而淋灑狀地供給氣體用的淋氣頭。即，例如針對半導體晶圓等基板實施電漿蝕刻處理的電漿處理裝置中，係於處理室內設置有載置基板用的載置台，且面向該載置台般地設置有淋氣頭。該淋氣頭係於面向載置台之對向面處設置有複數個氣體噴出孔，而從該等氣體噴出孔朝向基板呈淋灑狀地供給氣體。
前述電漿處理裝置中，為了讓處理室內之氣流均勻化，已知有一種從載置台周圍朝下方排氣之結構。又，為了提高電漿處理之面內均勻性，已知有一種除了前述淋氣頭之外，於載置台之基板周圍部分處，設置有朝向基板而供給氣體用之氣體噴出部的電漿處理裝置(例如，參考專利文獻1：日本專利特開2006-344701號公報)。又，亦已知有一種從淋氣頭周圍朝向處理室上方進行排氣之結構的電漿處理裝置(例如，參考專利文獻2：日本專利第2662365號公報)。
前述習知技術中，皆為從載置台(基板)周圍朝向處理室下方排氣，抑或從淋氣頭周圍朝向處理室上方排氣之結構。因此，從淋氣頭所供給之氣體會形成從基板中央部朝向周邊部流動之流動樣態，而於基板中央部與周邊部處之處理狀態容易產生差異，會有處理之面內均勻性低下的問題。又，由於需在載置台(基板)周圍或淋氣頭周圍處設置排氣流道，因此相較於所收納之基板，處理室內部之容積會變得相當大型而不必要之空間變多，故亦會有難以達成裝置整體之小型化的問題。
本發明係有鑑於前述習知問題，而提供一種電漿處理裝置，其相較於習知技術可提高處理之面內均勻性，並減少處理室內之不必要的空間以達到裝置小型化。
本發明之電漿處理裝置係具備有在於內部對基板進行處理之處理室內，面向載置該基板用之載置台而設置之淋氣頭，而能從複數個設置於面向該載置台之對向面的氣體噴出孔來朝向該基板呈淋灑狀地供給氣體，其中具備有：複數個排氣孔，係形成於該對向面處而用以排氣；環狀組件，係沿著該載置台周緣部設置而可上下移動，位於上昇位置時，藉由該載置台與該淋氣頭與該環狀組件而包圍形成處理空間；複數個環狀組件側氣體噴出孔，係於該環狀組件之內壁部分處開口，而用以將氣體供給至該處理空間內；以及複數個環狀組件側排氣孔，係於該環狀組件之內壁部分處開口，而用以對該處理空間內部進行排氣。
依本發明可提供一種電漿處理裝置，其相較於習知技術可提高處理之面內均勻性，並減少處理室內之不必要的空間以達到裝置小型化。
以下，參考圖式來說明本發明之詳細實施形態。
圖1係本發明電漿處理裝置之一實施形態之電漿蝕刻裝置200的剖面結構示意圖，圖2係圖1中電漿蝕刻裝置200所設置之淋氣頭100的結構示意剖面圖。該電漿蝕刻裝置200為電容耦合型平行平板電漿蝕刻裝置之結構，即，電極板為上下平行而相互對向，且連接有電漿形成用電源(圖中未顯示)。
如圖2所示，淋氣頭100由層積體10所構成，該層積體10係由下側組件1與設置在該下側組件1上側的上側組件2等2片板狀組件所層積形成。該等下側組件1及上側組件2係例如由在表面處施有陽極氧化處理的鋁等所構成。該淋氣頭100如圖1所示般，係於電漿蝕刻裝置200之處理室201內，而面向載置有半導體晶圓(基板)的載置台202般地加以設置。即，使得圖2所示下側組件1側成為面向圖1所示載置台202之對向面14的方式來進行設置。
前述層積體10之中，成為面向載置台202之對向面14的下側組件1處，形成有多數個氣體噴出孔11，於下側組件1與上側組件2之間處則形成連通該等氣體噴出孔11的氣體流道12。該等氣體噴出孔11係如圖2中箭頭所示般，可用來朝向基板(圖2中下側)呈淋灑狀地供給氣體。另外，層積體10之周緣部則設置有用以將氣體導入至氣體流道12內的氣體導入部12a。
又，前述層積體10處，貫穿該層積體10(即，貫穿下側組件1與上側組件2)而形成有多數個排氣孔13。該等排氣孔13係如圖2中虛線箭頭所示般，構成了會形成從基板側(圖2中下側)朝向基板之相反側(圖2中上側)的氣流以進行排氣的排氣機構。該等排氣孔13之直徑為例如1.2mm左右，除了淋氣頭100之周緣部(即，固定至處理室201用的固定部)處以外，係約略均等地設置於該整體區域。例如針對直徑12inch(300mm)之半導體晶圓進行處理用的淋氣頭100之情況，排氣孔13之個數為2000～2500個左右。另外，本實施形態中，淋氣頭100之外形係配合被處理基板(半導體晶圓)之外形而形成圓板狀。
如圖1所示之電漿蝕刻裝置200的處理室(處理容器)201係例如由表面經陽極氧化處理之鋁等材料而形成圓筒形狀，且該處理室201形成接地。於處理室201內，載置有作為被處理基板的半導體晶圓，且，設置有構成下部電極的載置台202。該載置台202連接有圖中未顯示之高頻電源等高頻電功率施加裝置。
於載置台202上側，設置有用以將半導體晶圓靜電吸著於其上的靜電夾持器203。靜電夾持器203係於絕緣材之間設置有電極的結構，藉由以直流電壓施加至該電極處，便可利用庫倫力來靜電吸著半導體晶圓。又，載置台202處形成有讓溫度調節媒體循環用的流道(圖中未顯示)，而可將被吸著於靜電夾持器203上的半導體晶圓之溫度調整至特定溫度。又，處理室201之側壁部處，形成有用以將半導體晶圓搬出/搬入至處理室201內的開口部205。
載置台202上方如圖2所示般配置有淋氣頭100，使其與載置台202相隔特定間隔且相互對向。然後，淋氣頭100作為上部電極，載置台202作為下部電極，而形成一對之對向電極。
淋氣頭100之氣體導入部12a會連接至處理室201所設置的氣體供給部207處。並從圖中未顯示之氣體供給源將特定處理氣體(蝕刻氣體)供給至氣體供給部207。
又，淋氣頭100上部設置有筒狀排氣管210，該排氣管210經由開關控制閥及開關機構等而連接有渦輪分子泵等真空泵(圖中未顯示)。
載置台202周圍設置有沿著載置台202周緣部而形成圓環狀的環狀組件220。該環狀組件220係例如由被覆有絕緣性被覆膜之鋁等所構成，且連接至昇降機構221而可上下移動。圖1係顯示環狀組件220位於上昇位置的狀態，該狀態下，用以將半導體晶圓搬出/搬入至處理室201內的開口部205係藉由環狀組件220而封閉。然後，當環狀組件220位於上昇位置之狀態下，於載置台202上方處，係藉由載置台202與淋氣頭100與環狀組件220而包圍形成有處理空間222。如此，利用可上下移動的環狀組件220來分隔處理空間222，藉以使得處理空間222僅會形成於載置台202上方，故可抑制從載置台202周緣部朝向外側沿水平方向擴張之不必要空間的形成。
如圖3所示，環狀組件220會成為藉由複數個螺絲250等來固定上側環狀組件220a與下側環狀組件220b之構造。然後，上側環狀組件220a處，沿其內周面開口而設置有複數個環狀組件側排氣孔230。該等環狀組件側排氣孔230會連通至上側環狀組件220a內所設置的環狀排氣路231，而為可經由環狀組件側排氣孔230及環狀排氣路231來針對處理空間222內部進行排氣的結構。
亦如圖4所示，前述環狀排氣路231於上側環狀組件220a內會形成環狀，而連通至環狀排氣路231的環狀組件側排氣孔230則會沿著環狀組件220之圓周方向以特定間隔均勻地形成。然後，如圖3所示般，構成了可經由下側環狀組件220b所設置之1個或複數個排氣部232從下方進行排氣的結構。另外，圖3係顯示形成有搬出/搬入至處理室201內用之開口部205之部分的剖面結構，藉由讓上側環狀組件220a之傾斜外側面220c抵接於開口部205之內側端部205a處，以構成將開口部205封閉的結構。又，下側環狀組件220b之徑向寬度較上側環狀組件220a更寬，其內周側及外周側係較上側環狀組件220a更突出之狀態。然後，藉由讓該突出部位的上側面抵接至處理室201之凸緣部201a，以形成將處理空間222內部電性封閉之迴路構造。另外，下側環狀組件220b與凸緣部201a之抵接部處，例如，設置有由渦卷狀導電性組件等組成而能使得該等之間確實形成電性連接用的外周側電性連接組件223a及內周側電性連接組件223b。內周側電性連接組件223b之目的為環狀組件220之高頻回程(return)，外周側電性連接組件223a之目的則為上部電極(淋氣頭100)之高頻回程。
又，如圖4所示，上側環狀組件220a於其內周面開口而設置有複數個環狀組件側噴出孔240。該等環狀組件側噴出孔240會沿著環狀組件220之圓周方向以特定間隔均勻地形成，並經由上側環狀組件220a內部所設置的縱孔部241而連通至下側環狀組件220b內部所形成的環狀氣體流道242處。環狀氣體流道242如圖3所示，係於下側環狀組件220b內部形成環狀結構，如圖4所示，會經由貫通下側環狀組件220b及上側環狀組件220a內部所設置的1個或複數個處理氣體供給部243，而連接有從外部供給處理氣體用的處理氣體供給機構244。然後，從處理氣體供給機構244所供給之處理氣體便可從上側環狀組件220a各部處所設置之環狀組件側噴出孔240供給至處理空間222內部。另外，圖4係顯示環狀組件側噴出孔240呈約略水平般形成之情況，但亦可與水平方向夾特定角度般的方式來形成環狀組件側噴出孔240，例如，從上方朝向下方(即，朝向基板表面)供給處理氣體。
如前述，電漿蝕刻裝置200係具備有可上下移動的環狀組件220，可使得處理空間222僅形成於載置台202上方，故可抑制朝水平外側方向擴張之不必要空間的形成。藉此，可達到處理氣體之使用的減少等。又，由於係從環狀組件220進行處理氣體之供給及排氣，故可更精細地控制處理空間222內部的處理氣體狀態，而進行均勻的處理。
再者，處理空間222為對稱之物理形狀，可抑制因為開口部205(將半導體晶圓搬出/搬入至處理室201內)之存在而產生之非對稱形狀對電漿的影響，故可進行更均勻的處理。再者，藉由讓環狀組件220上下移動，便可進行開口部205之開關，相較於額外設置開關機構之情況，可簡化結構。
藉由前述結構之電漿蝕刻裝置200來進行半導體晶圓之電漿蝕刻之情況，首先，如圖5所示，讓環狀組件220降下，而形成將開口部205開啟之狀態。該狀態下，從開口部205將半導體晶圓搬入處理室201內，並將半導體晶圓載置於靜電夾持器203上，且靜電吸著於靜電夾持器203上。
其次，讓環狀組件220上昇以將開口部205關閉，而於半導體晶圓上方形成處理空間222之狀態下，藉由真空泵等來對處理室201內之處理空間222抽真空直到達成特定真空度。
然後，從氣體供給部207將特定流量之特定處理氣體(蝕刻氣體)供給至淋氣頭100之氣體導入部12a。該處理氣體會經由淋氣頭100之氣體流道12而從氣體噴出孔11呈淋灑狀地供給至載置台202上的半導體晶圓處。隨之，從氣體供給部244將特定流量之特定處理氣體(蝕刻氣體)供給至環狀組件220之環狀氣體流道242。該處理氣體會經由環狀組件220之縱孔部241而從環狀組件側氣體噴出孔240朝向載置台202上之半導體晶圓進行供給。
然後，將處理室201內部壓力維持於特定壓力之後，將特定頻率(例如13.56MHz)之高頻電功率施加至載置台202。藉此，於作為上部電極之淋氣頭100與作為下部電極之載置台202之間處產生高頻電場，藉以將蝕刻氣體解離而電漿化。藉由該電漿來對半導體晶圓進行特定之蝕刻處理。
前述蝕刻處理中，從淋氣頭100之氣體噴出孔11及環狀組件220之環狀組件側氣體噴出孔240所供給的處理氣體會從於淋氣頭100所分散形成之多數個排氣孔13及環狀組件220所形成的環狀組件側排氣孔230處進行排氣，而不會如同從處理室201下部進行排氣一般，形成從半導體晶圓中央部朝向周邊部的氣流。因此，可讓供給至半導體晶圓之處理氣體更均勻化。藉此，可讓電漿狀態均勻化，而可對半導體晶圓各部位施以均勻的蝕刻處理。即，可提高處理之面內均勻性。
然後，完成特定電漿蝕刻處理後，停止高頻電功率之施加及處理氣體之供給，並依前述步驟之相反順序，從處理室201內將半導體晶圓搬出。
如前述般，依本實施形態之電漿蝕刻裝置200，可從淋氣頭100及環狀組件220進行處理氣體之供給及排氣，故可使得供給至半導體晶圓的處理氣體更均勻化。藉此，可對半導體晶圓之各部位施以均勻的蝕刻處理。
又，前述電漿蝕刻裝置200係從淋氣頭100所設置之排氣孔13及環狀組件220所設置之環狀組件側排氣孔230處進行排氣，故無需如同習知裝置般，於載置台202周圍或淋氣頭100周圍設置排氣流道。因此，處理室201之直徑會更接近被處理基板(半導體晶圓)之外徑，故可達成裝置之小型化。又，將真空泵設置於處理室201上方，而可從較靠近處理室201之處理空間的部分處進行排氣，故可有效率地進行排氣，再者，由於係設置有2個排氣系統，故可降低單一真空泵之泵容量(capacity)，而可達到更加小型化。
另外，本發明並不限定於前述實施形態，當然亦可有各種變形。例如，前述實施形態係針對將1種頻率之高頻電功率供給至載置台(下部電極)之情況來進行說明，但亦可同樣地適用於對上部電極與下部電極各自施加相異頻率之高頻電功率型式的裝置、抑或將頻率相異之複數種高頻電功率施加至下部電極型式的裝置等。
1．．．下側組件
2．．．上側組件
10．．．層積體
11．．．氣體噴出孔
12．．．氣體流道
12a．．．氣體導入部
13．．．排氣孔
14．．．對向面
100．．．淋氣頭
200．．．電漿蝕刻裝置
201．．．處理室
201a．．．凸緣部
202．．．載置台
203．．．靜電夾持器
205．．．開口部
205a．．．內側端部
207．．．氣體供給部
210．．．排氣管
220．．．環狀組件
220a．．．上側環狀組件
220b．．．下側環狀組件
220c．．．傾斜外側面
221．．．昇降機構
222．．．處理空間
223a．．．外周側電性連接組件
223b．．．內周側電性連接組件
230．．．環狀組件側排氣孔
231．．．環狀排氣路
232．．．排氣部
240．．．環狀組件側供給孔
241．．．縱孔部
242．．．環狀氣體流道
243．．．處理氣體供給部
244．．．處理氣體供給機構
圖1係本發明一實施形態之電漿處理裝置結構的縱剖面圖。
圖2係圖1中電漿處理裝置之主要部位結構的放大縱剖面圖。
圖3係圖1中電漿處理裝置之主要部位結構的放大縱剖面圖。
圖4係圖1中電漿處理裝置之主要部位結構的放大縱剖面圖。
圖5係將圖1中電漿處理裝置之環狀組件下降後狀態的縱剖面圖。
1．．．下側組件
2．．．上側組件
10．．．層積體
11．．．氣體噴出孔
12．．．氣體流道
12a．．．氣體導入部
13．．．排氣孔
14．．．對向面
100．．．淋氣頭
200．．．電漿蝕刻裝置
201．．．處理室
202．．．載置台
203．．．靜電夾持器
205．．．開口部
207．．．氣體供給部
210．．．排氣管
220．．．環狀組件
221．．．昇降機構
222．．．處理空間
244．．．處理氣體供給機構

Claims (5)

  1. 一種電漿處理裝置，係具備有在於內部對基板進行處理之處理室內，面向載置該基板用之載置台而設置之淋氣頭，而能從複數個設置於面向該載置台之對向面的氣體噴出孔來朝向該基板呈淋灑狀地供給氣體，其中具備有：複數個排氣孔，係形成於該對向面處而用以排氣；環狀組件，係沿著該載置台周緣部設置而可上下移動，位於上昇位置時，藉由該載置台與該淋氣頭與該環狀組件而包圍形成處理空間；複數個環狀組件側氣體噴出孔，係於該環狀組件之內壁部分處開口，而用以將氣體供給至該處理空間內；以及複數個環狀組件側排氣孔，係於該環狀組件之內壁部分處開口，而用以對該處理空間內部進行排氣。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中在該處理室側壁中，於該載置台與該淋氣頭之間的位置處設置有用以將該基板搬出‧搬入而可自由開關的開口部，且在將該環狀組件降下之狀態下，來進行該基板之搬出‧搬入。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該環狀組件係由被絕緣性被覆膜所覆蓋之鋁所構成。
  4. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中該環狀組件係由被絕緣性被覆膜所覆蓋之鋁所構成。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之電漿處理裝置，其中該環狀組件側氣體噴出孔之至少一部分係相對於水平方向而設計呈特定角度。
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