TWI540943B - 電漿處理裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於電漿處理裝置。
自以往，在半導體裝置之製造領域等中，使用用來對半導體晶圓等基板呈噴淋狀供給氣體之噴淋頭。亦即，在對例如半導體晶圓等基板施行電漿蝕刻處理之電漿處理裝置中，於處理腔室內設有用來載置基板之載置台，設置噴淋頭，俾與此載置台對向。於此噴淋頭與載置台對向之對向面設有複數氣體噴吐孔，自此等氣體噴吐孔朝基板呈噴淋狀供給氣體。
上述電漿處理裝置中，已知一構成，其為使處理腔室內之氣流均一化，自載置台周圍朝下方排氣。且已知一種電漿處理裝置，可變更用作為上部電極之噴淋頭，與用作為下部電極之載置台之間隔(參照例如專利文獻1。)。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2000-100789號公報
上述電漿處理裝置中，例如使作為上部電極之噴淋頭上下移動，變更與作為下部電極之載置台之間隔時，在包夾噴淋頭而與處理空間相反之一側(背面側)，需一伴隨處理空間大小變動大小變動之空間(背面側空間)。然而，如此之背面側空間有時會對電漿處理造成不良影響。
亦即，於此背面側空間有時會發生異常放電，因此異常放電會產生處理空間之電漿狀態變化，或異常放電成污染原因之問題。且處理氣體若流入背面側空間，即亦會產生處理空間中電漿密度或離子量降低，或其成為沉積物而附著背面側空間壁面等問題。如此之問題除蝕刻處理時外，就成膜處理時而言，亦會同樣地發生。
鑑於以往之情事，為因應上述問題，本發明欲提供一種電漿處理裝置，在可使噴淋頭上下移動以變更與下部電極之間隔之構成中，可抑制噴淋頭背面側空間內異常放電等對電漿處理造成不良影響之現象的發生，可穩定進行良好的電漿處理。
本發明之電漿處理裝置包含：處理腔室，用來收納基板並施行電漿處理；下部電極，設於該處理腔室內，兼作為用來載置該基板之載置台；上部電極，設於該處理腔室內，與該下部電極對向，在與該下部電極之間形成處理空間，並具有作為自設於與該下部電極對向之對向面之複數氣體噴吐孔朝該基板供給氣體之噴淋頭之功能，且可上下移動，可變更與該下部電極之間隔；蓋體，設於該上部電極上側，以氣密方式封閉該處理腔室上部開口；隔離空間形成構件，以封閉該上部電極與該蓋體之間之空間之方式配置，於內側形成與外側隔離之隔離空間，並具有用來相對於內部導入、排出氣體之導入排出口，可隨著該上部電極之上下移動使該隔離空間之容積變動；氣體供給排出機構，相對於該隔離空間形成構件之該隔離空間，由該導入排出口供給或排出該氣體；及高頻電源，對該上部電極與該下部電極之間供給高頻電力以產生該處理氣體之電漿。
依本發明可提供一種電漿處理裝置，在可使噴淋頭上下移動以變更與下部電極之間隔之構成中，可抑制噴淋頭背面側空間內異常放電等對電漿處理造成不良影響之現象的發生，可穩定進行良好的電漿處理。
以下，就實施形態參照圖式說明本發明之詳細情形。
圖1係示意顯示依本發明電漿處理裝置第1實施形態之電漿蝕刻裝置100構成之剖面圖，圖2係放大並示意顯示圖1電漿蝕刻裝置100主要部位構成之剖面圖。本實施形態之電漿蝕刻裝置100作為電極板上下平行對向，連接有電漿形成用電源(未經圖示。)之電容耦合型平行平板電漿蝕刻裝置構成其主要部。
電漿蝕刻裝置100具備用來於內部收納並處理基板之圓筒狀處理腔室10。此處理腔室10由下列者構成其主要部：腔室本體11，具有上部開口，呈圓筒容器狀形成；及蓋體12，以氣密方式封閉此腔室本體11上部開口。
腔室本體11及蓋體12例如由在表面經施行陽極酸化處理之鋁等構成。
蓋體12呈於中央部具有圓形開口12a之環狀形狀。且於處理腔室10內配置有用作為上部電極，整體形狀大致呈圓板狀形成之噴淋頭13，俾位於蓋體12下方。又，在蓋體12開口12a部分與噴淋頭13上表面之間配置有用來以氣密方式封閉此等者之間之圓筒狀金屬伸縮囊14。
如上述，配置於中央部具有圓形開口12a之環狀蓋體12，在蓋體12與噴淋頭13上表面之間配置金屬伸縮囊14，藉此可縮小在大氣中露出之噴淋頭13之表面積，可縮小係減壓環境之處理腔室10內與外部(大氣壓)之氣壓差所及部分之面積，可更減小使噴淋頭13上下移動時所需之驅動力。
露出於大氣中環境之噴淋頭13上表面部分連接用來使噴淋頭13上下移動之昇降用致動器30之驅動軸。作為昇降用致動器30，本實施形態中使用電動缸筒。又，其為沿處理腔室10周方向以等間隔設置複數昇降用致動器30之多軸驅動方式。如此為使用電動缸筒之多軸驅動方式，藉此相較於為例如空氣壓驅動之驅動機構之情形可高精度控制噴淋頭13之位置。且即使為多軸驅動方式，亦可以電性方式輕易進行其協調控制。
且於噴淋頭13上表面大致中央配置有上部電極端子15，於上部電極端子15側方配置有第1氣體導入部16與第2氣體導入部172個氣體導入部。上部電極端子15連接未圖示之高頻電源等高頻電力施加裝置，或連接接地電位。
於噴淋頭13下表面配置有多數氣體噴吐孔18。且於噴淋頭13內部配置有下列者：第1氣體流路19，連接第1氣體導入部16；及第2氣體流路20，連接第2氣體導入部17。
第1氣體流路19設於噴淋頭13中央部分，以自噴淋頭13中央部分供給處理氣體。另一方面，第2氣體流路20設於噴淋頭13周緣部，第2氣體流路20係用來自噴淋頭13周緣部供給處理氣體。
於處理腔室10內噴淋頭13下部配置有用來載置基板之載置台21，俾與噴淋頭13下表面對向。於載置台21配置有：未圖示之靜電吸盤，用來在其上靜電吸附基板；及未圖示之調溫用媒體循環流路，用來對所載置之基板調溫至既定溫度。
此載置台21用作為下部電極，與作為上部電極之噴淋頭13構成一對對向電極。載置台21連接未圖示之高頻電源等高頻電力施加裝置，載置台21與噴淋頭13之間係產生用來處理基板之電漿之處理空間22。
於載置台21下方形成有呈環狀形成之排氣空間23，可藉由未圖示之真空泵等排氣裝置自此排氣空間23下方使處理腔室10內排氣至既定真空度。且於載置台21周圍配置有用來分隔處理空間22與排氣空間23之環狀擋板24。
在位於處理空間22側方之處理腔室10側壁部配置有用來使基板相對於處理腔室10內送入、送出之開口25。於此開口25設有閘閥等未圖示之開合機構。且於處理腔室10處理空間22部分配置有屏蔽環26，俾包覆腔室10內壁。
亦如圖2所示，在噴淋頭13背面側(圖1、2中上側)噴淋頭13與蓋體12之間配置有隔離空間形成構件31，俾封閉於此等噴淋頭13與蓋體12之間所形成之空間(背面側空間)。此隔離空間形成構件31配合由噴淋頭13、蓋體12、處理腔室本體11側壁、金屬伸縮囊14包圍之空間形狀呈環狀形成。
且本實施形態中，隔離空間形成構件31由可任意伸縮之材料構成，具有如氣球之功能，於隔離空間形成構件31內側形成有與外側空間隔離之隔離空間32。
又，作為構成隔離空間形成構件31之材料可使用樹脂等，特別是適合使用具彈性之合成橡膠(例如矽氧橡膠或氟橡膠等)。且作為構成隔離空間形成構件31之材料，亦可使用絕緣性材料或導電性材料其中之一。
於隔離空間形成構件31上表面配置有用來相對於內部導入或排出氣體之導入排出口33，此導入排出口33連接氣體供給排出機構34。氣體供給排出機構34連接未圖示之氣體供給源及排氣機構。
隔離空間形成構件31伴隨噴淋頭13之上下移動變形，且藉由相對於該隔離空間32自氣體供給排出機構34導入、排出惰性氣體等氣體，持續呈膨脹狀態，在由噴淋頭13、蓋體12、處理腔室本體11側壁、金屬伸縮囊14包圍之空間大小變化時，亦可大致佔據此空間整體，維持此空間由隔離空間形成構件31封閉之狀態。
亦即，即使在噴淋頭13上下移動時，亦可藉由隔離空間形成構件31持續封閉由噴淋頭13、蓋體12、處理腔室本體11側壁、金屬伸縮囊14包圍之空間，使較大的空間不形成於隔離空間形成構件31外側。又，圖3、4顯示自圖1、2所示之狀態令噴淋頭13上昇，擴大處理空間22之狀態。圖3、4所示之狀態中，隔離空間形成構件31其配置於高度方向中間部分之摺疊部31a呈朝內側摺疊之狀態。如此，藉由摺疊隔離空間形成構件31，可無間隙地配置其於因噴淋頭13上昇而導致容積縮小之背面側空間內。
如上述，藉由以隔離空間形成構件31封閉噴淋頭13背面側之背面側空間，可抑制於電漿處理中在此背面側空間內發生異常放電。且亦可抑制發生起因於異常放電之污染。且可抑制處理氣體流入背面側空間，可抑制起因於如此處理氣體流入背面側空間處理空間22中電漿密度之減低或離子量之降低、沉積物之附著等。
又，以絕緣性構件構成隔離空間形成構件31時，可藉由將絕緣性構件夾設在由導體構成之噴淋頭13、蓋體12、處理腔室本體11側壁、金屬伸縮囊14之間防止異常放電。且以導電性構件構成隔離空間形成構件31時，可藉由令導電性隔離空間形成構件31接觸由導體構成之噴淋頭13、蓋體12、處理腔室本體11側壁、金屬伸縮囊14，抑制於各部產生較大的電位差，藉此可防止異常放電。
藉由上述構成之電漿蝕刻裝置100進行半導體晶圓等基板之電漿蝕刻時，開啟在形成於處理腔室10側壁之開口25所配置之未圖示之開合機構，以運送機器人之運送臂等將基板自開口25送入處理腔室10內，載置於載置台21上，由未圖示之靜電吸盤吸附之。
其次，令運送機器人之運送臂等自處理腔室10內退避，關閉開口25，藉由未圖示之排氣機構自排氣空間23排氣，使處理腔室10內呈既定真空度。又，自噴淋頭13朝處理腔室10內供給既定流量之既定處理氣體(蝕刻氣體)。
又，維持處理腔室10內之壓力於既定壓力後，對載置台21與噴淋頭13至少其中任一方，例如僅載置台21施加既定頻率，例如13.56MHz之高頻電力。藉此，在作為上部電極之噴淋頭13與作為下部電極之載置台21之間產生高頻電場，蝕刻氣體解離而電漿化。又，藉由此電漿，對基板進行既定蝕刻處理。
進行此蝕刻處理時，藉由令噴淋頭13上下移動，可將噴淋頭13與載置台21之間之間隔設定為最適合蝕刻處理之間隔，故可對基板施行均一且良好的蝕刻處理。且於此蝕刻處理中，可抑制於噴淋頭13背面側之背面側空間發生異常放電，可抑制因異常放電導致處理空間22之電漿狀態變化。且可抑制於背面側空間產生沉積物，故亦可抑制於處理中沉積物剝離而附著基板導致污染基板。藉此，可穩定進行良好的蝕刻處理。
又，既定蝕刻處理一旦結束，即停止施加高頻電力及供給處理氣體，以與上述順序相反之順序自處理腔室10內送出基板。
其次，參照圖5~8，說明關於依第2實施形態之電漿蝕刻裝置200之構成。又，相對於圖5、6，圖7、8顯示令噴淋頭13更上昇之情形之特點與圖1~4所示前述第1實施形態之情形相同。
此第2實施形態之電漿蝕刻裝置200中，於隔離空間形成構件31側面配置有用來相對於內部導入或排出氣體之導入排出口33，此導入排出口33經由處理腔室10之腔室本體11側壁連接氣體供給排出機構34。如此，隔離空間形成構件31之導入排出口33不限於上表面，亦可設於側面。又，第2實施形態之電漿蝕刻裝置200中關於其他部分之構成與前述依第1實施形態之電漿蝕刻裝置100相同，故對對應部分賦予同一符號，省略重複說明。
又，本發明當然不限定於上述實施形態，可進行各種變形。例如上述實施形態中，雖已說明關於對載置台(下部電極)供給一頻率之高頻電力之情形，但亦可同樣地適用於對下部電極施加頻率不同之複數高頻電力之類型的裝置等。
10．．．處理腔室
11．．．處理腔室本體
12．．．蓋體
12a．．．開口
13．．．噴淋頭(上部電極)
14．．．金屬伸縮囊
15．．．上部電極端子
16．．．第1氣體導入部
17．．．第2氣體導入部
18．．．氣體噴吐孔
19．．．第1氣體流路
20．．．第2氣體流路
21．．．載置台(下部電極)
22．．．處理空間
23．．．排氣空間
24．．．擋板
25．．．開口
26．．．屏蔽環
30．．．昇降用致動器
31．．．隔離空間形成構件
31a．．．摺疊部
32．．．隔離空間
33．．．導入排出口
34．．．氣體供給排出機構
100、200．．．電漿蝕刻裝置
圖1係顯示依本發明第1實施形態之電漿處理裝置構成之縱剖面圖。
圖2係放大顯示圖1電漿處理裝置主要部位構成之縱剖面圖。
圖3係顯示令圖1電漿處理裝置上部電極上昇之狀態之縱剖面圖。
圖4係放大顯示圖3狀態之電漿處理裝置主要部位構成之縱剖面圖。
圖5係顯示依本發明第2實施形態之電漿處理裝置構成之縱剖面圖。
圖6係放大顯示圖5電漿處理裝置主要部位構成之縱剖面圖。
圖7係顯示令圖5電漿處理裝置上部電極上昇之狀態之縱剖面圖。
圖8係放大顯示圖7狀態之電漿處理裝置主要部位構成之縱剖面圖。
10．．．處理腔室
11．．．處理腔室本體
12．．．蓋體
12a．．．開口
13．．．噴淋頭(上部電極)
14．．．金屬伸縮囊
15．．．上部電極端子
16．．．第1氣體導入部
17．．．第2氣體導入部
18．．．氣體噴吐孔
19．．．第1氣體流路
20．．．第2氣體流路
21．．．載置台(下部電極)
22．．．處理空間
23．．．排氣空間
24．．．擋板
25．．．開口
26．．．屏蔽環
30．．．昇降用致動器
31．．．隔離空間形成構件
31a．．．摺疊部
32．．．隔離空間
33．．．導入排出口
34．．．氣體供給排出機構
100．．．電漿蝕刻裝置
Claims (9)
- 一種電漿處理裝置，包含：處理腔室，用來收納基板並施行電漿處理；下部電極，設於該處理腔室內，兼作為用來載置該基板之載置台；上部電極，與該下部電極對向設置於該處理腔室內，在與該下部電極之間形成處理空間，並具有作為自設在與該下部電極對向之對向面的複數氣體噴吐孔朝該基板供給氣體之噴淋頭的功能，且可上下移動，而可變更與該下部電極之間隔；蓋體，設於該上部電極上側，以氣密方式封閉該處理腔室上部開口；隔離空間形成構件，以封閉該上部電極與該蓋體之間之空間之方式配置，於其內側形成與外側隔離之隔離空間，並具有用來對於內部導入、排出氣體之導入排出口，可隨著該上部電極之上下移動使該隔離空間之容積變動；氣體供給排出機構，對於該隔離空間形成構件之該隔離空間，由該導入排出口供給或排出該氣體；及高頻電源，對該上部電極與該下部電極之間供給高頻電力以產生該處理氣體之電漿；於該蓋體形成開口，藉由可任意伸縮之伸縮囊以氣密方式封閉該開口周圍與該上部電極上側之間，在該上部電極、該蓋體、該處理腔室側壁與該伸縮囊之間之環狀空間，配置形成為環狀之該隔離空間形成構件。
- 一種電漿處理裝置，包含：處理腔室，用來收納基板並施行電漿處理；下部電極，設於該處理腔室內，兼作為用來載置該基板之載置台；上部電極，與該下部電極對向設置於該處理腔室內，在與該下部電極之間形成處理空間，並具有作為自設在與該下部電極對向之對向面的複數氣體噴吐孔朝該基板供給氣體之噴淋 頭的功能，且可上下移動，而可變更與該下部電極之間隔；蓋體，設於該上部電極上側，以氣密方式封閉該處理腔室上部開口；伸縮囊，可任意伸縮，設於該蓋體與該上部電極頂面之間；隔離空間形成構件，設於由該上部電極、該蓋體、該處理腔室側壁及該伸縮囊所圍成之環狀空間，其中具有由該處理腔室所分離而成之隔離空間且具有摺疊部，並具有用以對該隔離空間及/或從該隔離空間將氣體導入及/或排出之導入排出口，俾使該隔離空間之容積為可變動，且於藉由該上部電極上下移動而使該環狀空間之大小變動時，該隔離空間形成構件之該隔離空間實質地填滿該環狀空間；氣體供給排出機構，對於該隔離空間形成構件之該隔離空間，由該導入排出口供給或排出該氣體；及高頻電源，對該上部電極與該下部電極之間供給高頻電力以產生該處理氣體之電漿。
- 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，該隔離空間形成構件係由合成橡膠構成。
- 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中，該隔離空間形成構件係由矽氧橡膠或氟橡膠構成。
- 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，該氣體供給排出機構供給惰性氣體。
- 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，該隔離空間形成構件由絕緣性材料構成。
- 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，該隔離空間形成構件由導電性材料構成。
- 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，該導入排出口配置於該隔離空間形成構件上表面。
- 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中，該導入排出口配置於該隔離空間形成構件的側面。
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