TWI641065B - 基板處理裝置 - Google Patents

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TWI641065B
TWI641065B TW103144193A TW103144193A TWI641065B TW I641065 B TWI641065 B TW I641065B TW 103144193 A TW103144193 A TW 103144193A TW 103144193 A TW103144193 A TW 103144193A TW I641065 B TWI641065 B TW I641065B
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佐佐木信峰
北澤貴
吉村章弘
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東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種精度良好地測定處理室內的壓力之基板處理裝置。 基板處理裝置,具備:腔室,具有藉由導入的氣體實行對於基板的處理之處理室、與將該處理室內的氣體排氣之排氣室;屏蔽構件,設置於該腔室的側壁附近之至少一部分,將該處理室與該排氣室分隔;以及中空的中繼構件,貫通該屏蔽構件,將與該腔室之外部的壓力計連接之配管和該處理室連通;該中繼構件,係以使自該處理室起流入該中繼構件內的氣體之氣導值C1,變得較自該排氣室起流入該中繼構件與該腔室的側壁之間隙的氣體之氣導值C2更大的方式形成。

Description

基板處理裝置
本發明係關於一種基板處理裝置。
基板處理裝置具備腔室,腔室具有:處理室,藉由導入的氣體對基板實行蝕刻等期望之處理;以及排氣室,將該處理室內的氣體排氣。蝕刻處理等過程產生沉積物。所產生的沉積物附著於腔室之內壁,成為微粒等發塵的產生源。
因而,在腔室之內壁附近配置防沉積遮蔽構件,藉由防沉積遮蔽構件覆蓋內壁以使沉積物不附著在腔室之內壁。防沉積遮蔽構件,在清洗腔室內時更換,藉此,可抑制腔室內產生發塵的情形。
另一方面,在基板處理裝置施行期望的處理時,必須控制腔室內的壓力,以使處理條件一致。因此進行如下步驟:使用設置在腔室外之壓力計測定腔室內的壓力,並依據該壓力値控制腔室內的壓力(例如參考專利文獻1、2)。 [習知技術文獻] 【專利文獻】
專利文獻1:日本特開2010-251464號公報 專利文獻2:日本特開2009-123946號公報
[本發明所欲解決的問題]
然而,配置防沉積遮蔽構件之位置,依腔室內所實行的處理而改變。而依配置防沉積遮蔽構件之位置,而有在防沉積遮蔽構件與腔室的內壁之間產生距離,於其間產生排氣室側的空間之情況。
此一情況,在使用腔室外之壓力計測定處理室內的壓力時,隔著排氣室側之空間測定處理室的壓力。此一結果,在進行壓力計之測定時,受到排氣室的壓力之影響,有壓力計所產生的測定値,成為與處理室之實際壓力偏離的値之情況。
對於上述問題,本發明之一形態的目的為,提供一種精度良好地測定處理室的壓力之基板處理裝置。 [解決問題之技術手段]
為了解決上述問題,依本發明之一態樣,則提供一種基板處理裝置,具備: 腔室,具有藉由導入的氣體實行對於基板的處理之處理室、與將該處理室內的氣體排氣之排氣室; 屏蔽構件,設置於該腔室的側壁附近之至少一部分,將該處理室與該排氣室分隔;以及 中空的中繼構件,貫通該屏蔽構件,將與該腔室之外部的壓力計連接之配管和該處理室連通; 該中繼構件, 係以使自該處理室起流入該中繼構件內的氣體之氣導值C1,變得較自該排氣室起流入該中繼構件與該腔室的側壁之間隙的氣體之氣導值C2更大的方式形成。 [本發明之效果]
若依本發明中之一態樣,則可提供一種精度良好地測定處理室內之處理空間的壓力之基板處理裝置。
以下,參考附圖而對實施本發明之最佳形態加以說明。另,本說明書及附圖中,對於實質上相同的構成給予相同符號,藉而省略重複之說明。
[基板處理裝置的全體構成] 首先,列舉本發明之一實施形態的基板處理裝置1為例而進行說明。圖1為,一實施形態的基板處理裝置1之縱剖面圖。本實施形態之基板處理裝置1,例如具有由鋁等導電性材料形成之腔室10。使腔室10電性接地。
於腔室10內的側壁附近,沿著側壁配置以鋁、氧皮鋁,或電漿耐受性高的氧化鎂(MgO)、氧化釔(Y2 O3 )等塗布之防沉積遮蔽構件27。防沉積遮蔽構件27,在清洗腔室10內時更換,藉此,抑制腔室10內微粒等之發塵發生。防沉積遮蔽構件27,將藉由導入腔室10內之氣體實行對於半導體晶圓W(以下單稱作「晶圓W」)的處理之處理室U、及將處理室U內的氣體排氣之排氣室Ex分離。
於基板處理裝置1,將下部電極20與上部電極25對向而平行配置。下部電極20,亦作為載置晶圓W之載置台而作用。下部電極20與上部電極25對向的處理空間,係對晶圓W施行期望之處理的處理室U。於上部電極25,連結對腔室10內供給氣體的氣體供給源15,藉由自氣體供給源15導入處理室U內的氣體而對晶圓W施行蝕刻處理等。
在處理室U與排氣室Ex之間設置擋板28。擋板28,調整自處理室U排出至排氣室Ex之氣體的流動。防沉積遮蔽構件27,配置於較擋板28更為上方,且配置於腔室10的側壁10a。防沉積遮蔽構件27,設置於排氣室Ex的側壁附近之至少一部分即可。防沉積遮蔽構件27,係將處理室U與排氣室Ex分隔之屏蔽構件的一例。
於載置台(下部電極20)的頂面,設置供將晶圓W靜電吸附所用之靜電吸盤106。靜電吸盤106,成為在絶緣體106b之間夾入吸盤電極106a的構造。於吸盤電極106a連接直流電壓源112。若自直流電壓源112對電極106a施加直流電壓,則藉由庫侖力將晶圓W吸附於靜電吸盤106。
載置台(下部電極20),藉由支持體104而支持。在支持體104之內部,形成冷媒流路104a。使適宜冷媒,例如冷卻水等循環於冷媒流路104a。
熱傳氣體供給源85,將氦氣(He)或氬氣(Ar)等熱傳氣體通過氣體供給線130而對靜電吸盤106上之晶圓W的背面供給。藉由此一構成,使靜電吸盤106,藉由循環於冷媒流路104a的冷卻水、及對晶圓W之背面供給的熱傳氣體而進行溫度控制。此一結果,可將晶圓控制為既定的溫度。
於下部電極20,連接供給雙頻重疊電力之電力供給裝置30。電力供給裝置30,具備供給第1頻率的第1高頻電力(電漿產生用高頻電力)之第1高頻電源32、以及供給較第1頻率更低之第2頻率的第2高頻電力(偏電壓產生用高頻電力)之第2高頻電源34。第1高頻電源32,隔著第1匹配器33而與下部電極20相連接。第2高頻電源34,隔著第2匹配器35而與下部電極20相連接。第1高頻電源32,供給例如40MHz之第1高頻電力。第2高頻電源34,供給例如3.2MHz之第2高頻電力。
第1匹配器33及第2匹配器35,分別將第1高頻電源32及第2高頻電源34之內部(或輸出)阻抗與負載阻抗匹配。第1匹配器33及第2匹配器35,以在腔室10內產生電漿時使第1高頻電源32與第2高頻電源34之內部阻抗與負載阻抗外觀上一致的方式作用。
上部電極25,隔著被覆其邊緣部之遮蔽環40而安裝於腔室10的頂棚部。上部電極25,可如圖1所示地電性接地,此外亦可構成為與未圖示之可變直流電源連接而對上部電極25施加既定的直流(DC)電壓。
於上部電極25,形成用於自氣體供給源15將氣體導入之氣體導入口45。此外,在上部電極25之內部設置中心側的擴散室50a及邊緣側的擴散室50b,此等擴散室自氣體導入口45分支而使導入的氣體擴散。藉由此一構成,而可控制對中心側的擴散室50a及邊緣側的擴散室50b供給之氣體的比例。
於上部電極25形成多個氣體供給孔55,將來自擴散室50a、50b的氣體對腔室10內供給。各氣體供給孔55,對載置於下部電極20的晶圓W與上部電極25之間供給氣體。
在腔室10的底面形成排氣口60,於排氣口60連接排氣裝置65。排氣室Ex,使用排氣裝置65將處理室U內的氣體往外部排氣。藉此,可將腔室10內維持在既定的真空度。於腔室10的側壁設置閘閥GV。閘閥GV,在進行自腔室10搬入及搬出晶圓W時,將搬出入口開啟、關閉。
於基板處理裝置1,設置控制裝置全體之動作的控制部100。控制部100,具有CPU(Central Processing Unit, 中央處理單元)105、ROM(Read Only Memory, 唯讀記憶體)110、及RAM(Random Access Memory, 隨機存取記憶體)115。CPU105,依據收納在ROM110或RAM115之各種配方,而實行蝕刻處理或清洗處理等期望的處理。於配方記載係對於處理條件之裝置的控制資訊之處理時間、壓力(氣體的排氣)、高頻電力與電壓、各種處理氣體流量、處理室內溫度(上部電極溫度、處理室的側壁溫度、ESC溫度等)等。另,此等程式或表示處理條件的配方,可記憶於硬碟或半導體記憶體,抑或以收納在CD-ROM、DVD等可移動式之電腦可讀取的記憶媒體之狀態安裝至記憶區域的既定位置亦可。此外,控制部100的功能,可使用軟體運作而藉以實現,亦可使用硬體運作而藉以實現。
於腔室10的側壁10a之外側,設置二個電容式壓力計75a、75b(亦通稱作電容式壓力計75)。電容式壓力計75a,可測定0mT~10T(0Pa~1333Pa)之範圍的壓力。電容式壓力計75b,可測定250mT~0m(33.3Pa~0Pa)T之範圍的壓力。本實施形態中,雖設置有測定範圍相異之二個電容式壓力計75a、75b,但壓力計並未限於此一形態,亦可設置一個或三個以上的電容式壓力計75。
電容式壓力計75a、75b,與氣體配管72相連接。氣體配管72,隔著套筒70而與處理室U連通。套筒70,配置於較擋板28更為上方,且配置於腔室10的側壁10a。藉此,電容式壓力計75a、75b,隔著氣體配管72及套筒70而測定處理室U內的壓力。控制部100,取得測定到的壓力,依據該壓力將處理室U內的壓力控制為目標的壓力。
以上,對本實施形態之基板處理裝置1的全體構成之一例加以說明。然則,基板處理裝置1之構成,並不限於此一形態。例如,基板處理裝置1之構成,亦可為在圖1的基板處理裝置1之構成以外,更於腔室10之外部設置磁石的裝置。此外,基板處理裝置1之構成,亦可為對下部電極施加雙頻的高頻電力,對上部電極施加單頻的高頻電力與DC電力,並於基板處理裝置1之外部設置電漿控制用的磁石之裝置。其他,基板處理裝置1之構成,亦可為對上部電極或下部電極中之至少任一電極施加高頻電力的裝置。
(套筒) 接著,參考圖2及圖3,並對套筒70之構成及配置的細節加以說明。圖2為,本實施形態的套筒70及其周邊之放大圖。圖3為,主要顯示本實施形態的套筒70之氣體導入口的圖。
自腔室10的側壁安裝電容式壓力計75之情況,有在自安裝有電容式壓力計75的位置起至處理室U為止產生既定距離之情形。具體而言,如圖2所示,有在防沉積遮蔽構件27與腔室10的側壁10a之間,形成與排氣室Ex連結的空間之情況。此一情況,藉由電容式壓力計75測定的壓力,受到排氣室Ex側之壓力的影響,此一結果,有電容式壓力計75的測定値,成為與處理室U之實際壓力偏離的値之情況。另一方面,防沉積遮蔽構件27之配置位置,依處理室U內實行的處理而改變。
而本實施形態中,將電容式壓力計75用的套筒70安裝於既定位置。藉此,可使用電容式壓力計75精度良好地測定處理室U的實際壓力。
套筒70,係連結電容式壓力計75與處理室U之中空的中繼構件之一例。如圖2及圖3(a)所示,套筒70,具有管狀構件70a。管狀構件70a之前端部70b成為厚管壁,貫通形成在防沉積遮蔽構件27的貫通口,插入形成在腔室10之側壁10a的貫通口。藉此,將套筒70之末端部與氣體配管72連通。於前端部70b設置複數個氣體孔h,藉此,將處理室U,與套筒70及氣體配管72之內部連通。
於前端部70b,設置段差部70b1與突起部70b2。段差部70b1,與形成在防沉積遮蔽構件27之貫通口的段差部卡合。此一狀態中,套筒70,在藉由使前端部70b之裡側的突起部70b2勾掛在防沉積遮蔽構件27之狀態下,藉由設置在段差部70b1與突起部70b2之間的固定構件70c而固定於防沉積遮蔽構件27。另,套筒70之固定方法,除了將套筒70以插銷等勾掛在防沉積遮蔽構件27之方法以外,亦有於套筒70設置螺紋構造,將套筒70鎖入防沉積遮蔽構件27之固定方法。然則,套筒70之固定方法,並未限於此一形態,若以除了基板處理裝置1之維修等任意情況以外,使套筒的位置不變動的方式固定,則使用何種構造及固定方法皆可。
(氣導值) 設置於腔室10之外部的電容式壓力計75,隔著氣體配管72及套筒70而測定處理室U的壓力。此一構成如圖2所示,電容式壓力計75所測定之壓力,係依據自二條通道隔著氣體配管72檢測的氣體之氣導值而決定。
第一條通道R1,係自複數個氣體孔h起通過套筒70及氣體配管72以電容式壓力計75檢測之氣體的通道。以「氣導值C1」表示自通道R1流入的氣體之氣導值。
第二條通道R2,係自插入至形成在腔室10的側壁10a之貫通口的管狀構件70a與腔室10的側壁10a(貫通口)之間的間隙S起,通過氣體配管72而以電容式壓力計75檢測之氣體的通道。以「氣導值C2」表示自通道R2流入的氣體之氣導值。
通過通道R1的氣體,為自處理室U流入的氣體。通過通道R2的氣體,為自排氣室Ex流入的氣體。電容式壓力計75,依據流入的氣體之氣導值而測定壓力。因此,若相對於通過通道R1的氣體之氣導值C1,通過通道R2的氣體之氣導值C2的比率變高,則電容式壓力計75的測定値,受到排氣室Ex側之壓力的影響,成為與處理室U之實際壓力偏離的値。因此,氣體之氣導值C2宜為接近「0」的値。
另一方面,為了進行維修等而難以使間隙S為「0」。因此,難以使氣體之氣導值C2為「0」。
氣導值C1,為與處理室U的壓力成比例之氣導值;氣導值C2,為與排氣室Ex的壓力成比例之氣導值。因此,若氣導值C2較氣導值C1變得更大,則以電容式壓力計75測定之壓力成為主要測定排氣空間的壓力,而變得無法測定處理室U的實際壓力。
是故,為了測定處理室U的實際壓力,而必須使自處理室U側起往電容式壓力計75側流動的氣體之氣導值C1,較自排氣室Ex側起通過間隙S往電容式壓力計75側流動的氣體之氣導值C2更大。
為了提高電容式壓力計75的測定値之精度,宜使相對於氣體之氣導值C2的氣體之氣導值C1的比率,為1.1以上。進一步,為了提高電容式壓力計75的測定値之精度,宜使相對於氣體之氣導值C2的氣體之氣導值C1的比率,為2.0以上。
(氣體孔之形狀及個數) 本實施形態中,以使氣體之氣導值C1較氣體之氣導值C2更大的方式,決定套筒70之氣體孔h的個數及形狀。作為氣體孔h之形狀的一例,例如可如圖3(a)及圖3(b)所示,將中心一個,外周等間隔四個之圓形的氣體孔h形成於套筒70。此外,作為氣體孔h之形狀的其他例,例如可如圖3(c)所示,將狹縫狀的氣體孔h形成於套筒70。另外,作為氣體孔h之形狀的其他例,例如亦可如圖3(d)所示,將金屬網篩形狀的氣體孔h形成於套筒70。
然則,氣體孔h的個數與形狀,不限為此等例子。氣體孔h,若以使相對於氣體之氣導值C2的氣體之氣導值C1的比率為1.1以上之方式形成,則為何種形狀皆可,氣體孔h的個數亦無限制。 (氣導值之算出) 最後,對氣導值之算出方法加以說明。於分子流之情況,20℃的溫度,若以20℃的空氣之氣導值為C,則空氣以外的氣體之氣導值為Ca,由以下的式子表示。
【數1】(20℃空氣) 此數式中的T為目的之氣體的溫度,M為該氣體之分子量。以下列舉使用上式而實際算出氣導值C1、C2的例子。
基板處理裝置1之構成,係在對下部電極施加雙頻的高頻電力,對上部電極施加單頻的高頻電力與DC電力,並於基板處理裝置1之外部設置電漿控制用的磁石之裝置,安裝如圖2所示之套筒70。
此一情況,在氣體種類為氬氣(Ar)、氣體的溫度為20℃等條件中,依據上述(1),算出氣導值C1為4.62(l/s)。此外,算出氣導值C2為0.23(l/s)。
自此等計算結果,算出氣導值C1、C2的比率(C1/C2)為20.09。此一計算結果,對於「最佳條件之氣導值C1、C2的比率為2以上」可確保10倍以上之安全係數。藉此,證明藉由在本實施形態的基板處理裝置1設置套筒70,而能夠以電容式壓力計75正確地測定處理室U的壓力。
以上,雖藉由上述實施形態說明基板處理裝置,但本發明並未限定於上述實施形態,可在本發明之範圍內進行各種變形及改良。此外,可將上述實施形態及變形例在不矛盾之範圍內予以組合。
例如,本發明之安裝有套筒70的基板處理裝置,可為例如:使用輻射狀槽孔天線之CVD裝置、電容耦合型電漿(CCP: Capacitively Coupled Plasma)裝置、電感耦合型電漿(ICP: Inductively Coupled Plasma)裝置、螺旋波激發型電漿(HWP:Helicon Wave Plasma)裝置、電子迴旋共振電漿(ECR:Electron Cyclotron Resonance Plasma)裝置等。
本發明之安裝有套筒70的基板處理裝置,可使用:電容耦合型電漿(CCP: Capacitively Coupled Plasma)產生機構、電感耦合型電漿(ICP: Inductively Coupled Plasma)產生機構、螺旋波激發型電漿(HWP:Helicon Wave Plasma)產生機構、含有自輻射狀槽孔天線產生的微波電漿或SPA(Slot Plane Antenna, 槽孔平面天線)電漿之微波激發表面波電漿產生機構、電子迴旋共振電漿(ECR:Electron Cyclotron Resonance Plasma)產生機構、使用上述產生機構之遠距離電漿產生機構等。
本發明之基板處理裝置中施行處理的基板,並未限於上述實施形態中用於說明的(半導體)晶圓,例如,亦可為平板顯示器(Flat Panel Display)用之大型基板、EL元件或太陽電池用之基板。
1‧‧‧基板處理裝置
2‧‧‧BSP(Bevel/Backside Polymer,斜角/背面聚合物)
10‧‧‧腔室
10a‧‧‧側壁
15‧‧‧氣體供給源
20‧‧‧載置台(下部電極)
25‧‧‧上部電極
27‧‧‧防沉積遮蔽構件
28‧‧‧擋板
30‧‧‧電力供給裝置
32‧‧‧第1高頻電源
33‧‧‧第1匹配器
34‧‧‧第2高頻電源
35‧‧‧第2匹配器
40‧‧‧遮蔽環
45‧‧‧氣體導入口
50a、50b‧‧‧擴散室
55‧‧‧氣體供給孔
60‧‧‧排氣口
65‧‧‧排氣裝置
70‧‧‧套筒
70a‧‧‧管狀構件
70b‧‧‧前端部
70b1‧‧‧段差部
70b2‧‧‧突起部
70c‧‧‧固定構件
72‧‧‧氣體配管
75、75a、75b‧‧‧電容式壓力計
85‧‧‧熱傳氣體供給源
100‧‧‧控制部
104‧‧‧支持體
104a‧‧‧冷媒流路
105‧‧‧CPU
106‧‧‧靜電吸盤
106a‧‧‧電極
106b‧‧‧絶緣體
110‧‧‧ROM
112‧‧‧直流電壓源
115‧‧‧RAM
130‧‧‧氣體供給線
C1、C2‧‧‧氣體之氣導值
Ex‧‧‧排氣室
GV‧‧‧閘閥
h‧‧‧氣體孔
R1、R2‧‧‧通道
S‧‧‧間隙
U‧‧‧處理室
W‧‧‧晶圓
【圖1】係一實施形態的基板處理裝置之縱剖面圖。 【圖2】係一實施形態的套筒及周邊之放大圖。 【圖3】(a)~(d)係顯示一實施形態的套筒之氣體導入口的圖。

Claims (10)

  1. 一種基板處理裝置,具備:腔室,具有藉由導入的氣體實行對於基板的處理之處理室、與將該處理室內的氣體排氣之排氣室,該排氣室係設置於該處理室之外部,該排氣室包含具有貫通口的側壁,該貫通口具有第一直徑;配管,設置於該腔室之外部,並連接至該排氣室之該側壁,以與該排氣室的該貫通口連通,該配管係連接至該腔室外部的壓力計;屏蔽構件,設置於該排氣室的該側壁附近,將該處理室與該排氣室分隔,由該排氣室提供的排氣空間之上部延伸於該屏蔽構件與該排氣室之該側壁之間;以及中空的中繼構件,貫通該屏蔽構件及該排氣室之該側壁,以與連接至該腔室之外部的該壓力計之該配管連通,該中繼構件包含具有第二直徑之圓柱部,該第二直徑係該圓柱部之外直徑,且小於該排氣室的該貫通口之該第一直徑,該圓柱部係設置於該排氣室的該貫通口中,該中繼構件中形成與該處理室連通的第一通道,該中繼構件之外表面與該排氣室的該貫通口之內表面之間的間隙形成與該排氣室連通的第二通道。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置,其中,自該第一通道流入的氣體之氣導值C1相對於自該第二通道流入的氣體之氣導值C2的比率為1.1以上。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之基板處理裝置,其中,自該第一通道流入的氣體之氣導值C1相對於自該第二通道流入的氣體之氣導值C2的比率為2.0以上。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之基板處理裝置,其中,用以調整自該處理室往該排氣室排出之氣體的流動之擋板係設置於該處理室與該排氣室之間,且該中繼構件,配置於較該擋板更上方,且配置於該排氣室的該側壁。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置,其中,該第二直徑大於該中繼構件之該外表面與該排氣室的該貫通口之該內表面之間的該間隙之寬度。
  6. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置,其中該配管係連接至該排氣室的該側壁,使得該配管的內壁與該排氣室的該貫通口相符合,其中該第二直徑小於該配管的內直徑,且其中該第二通道與該排氣室及該配管連通。
  7. 如申請專利範圍第6項之基板處理裝置,其中,設置於該腔室之外部的該配管具有等於該第一直徑的內直徑。
  8. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置,其中,該中繼構件係藉由卡合構造固定至該屏蔽構件。
  9. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置,更包含:端部構件,設置於該中繼構件在該屏蔽構件側的端部,該端部構件具有複數孔,以容許該圓柱部的內部與該處理室互相連通。
  10. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置,更包含:固定構件,固持該中繼構件的該圓柱部之端部,並將該端部固定至該屏蔽構件,使得該間隙形成於該中繼構件之外表面與該排氣室的該貫通口之內表面之間。
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