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    • 专利摘要:
    本發明提供一種可進行較以往更為精密之電漿控制的電漿處理裝置。此電漿處理裝置具備：第一接地構件，由導電性材料將整體形狀形成為環狀，以至少一部分露出處理空間的方式配置於處理腔室內以供形成接地電位所用；第二接地構件，以在處理腔室下方所形成之排氣空間內與第一接地構件對向的方式設置，由導電性材料將整體形狀形成為環狀，且至少一部分露出該排氣空間，供形成接地電位所用；以及接地棒，於第一及第二接地構件之間上下動作，與第一及第二接地構件之任一接觸，可調整第一及第二接地構件之接地狀態。
    公开号:TW201301334A
    申请号:TW101106708
    申请日:2012-03-01
    公开日:2013-01-01
    发明作者:Yuki Hosaka；Naokazu Furuya；Mitsunori Ohata
    申请人:Tokyo Electron Ltd；
    IPC主号:H05H1-00
    专利说明:
    電漿處理裝置
    本發明係關於一種電漿處理裝置。
    既往以來，於半導體裝置之製程中，可使用電漿處理裝置，使電漿作用在配置於處理腔室內之載置台的基板(例如半導體晶圓)，對該基板進行各種處理，例如蝕刻或成膜之電漿處理裝置。此外，作為此等電漿處理裝置，已知一種電容耦合型電漿處理裝置，與載置基板之載置台對向而在處理腔室之頂棚部等配置上部電極，和作為下部電極之載置台構成一對對向電極。
    作為上述之電容耦合型電漿處理裝置，已知有如下構成之裝置：作為對上部電極與下部電極之間施加的高頻電力，可對作為下部電極之載置台，施加相對頻率較高之電漿產生用第1高頻電力、及較第1高頻電力頻率更低之離子導入用第2高頻電力。
    進一步更知一種電漿處理裝置，對下部電極施加高頻電力，並對上部電極施加直流電壓地構成。此外，吾人已知在如此地對上部電極施加直流電壓之電漿處理裝置中，作為直流電壓用接地構件，將包圍載置台周圍的導電性環狀構件，例如矽製之環狀構件，以此一環狀構件於處理腔室內露出的方式設置(參考例如專利文獻1。)。
    [習知技術文獻]
    [專利文獻]
    專利文獻1 日本特開2008-251744號公報
    近年，半導體裝置之製造領域中，由於多層膜構造之整批蝕刻漸成為主流，而產生在1個處理腔室內實施複數電漿蝕刻步驟等的必要性。因此，要求可適合各個製程條件的更為精密之電漿控制。
    鑑於上述情事，本發明之目的在於提供一種電漿處理裝置，可進行較以往更為精密之電漿控制。
    本發明之電漿處理裝置的一態樣，其特徵為具備：處理腔室，於內部形成處理空間；下部電極，配置於該處理腔室內，兼作為載置被處理基板之載置台；上部電極，配置為在該處理腔室內與該下部電極對向；高頻電源，供對該下部電極施加高頻電力所用；處理氣體供給機構，供對該處理空間供給電漿化之處理氣體所用；第一接地構件，由導電性材料將整體形狀形成為環狀，以至少一部分露出該處理空間的方式配置於該處理腔室內以供形成接地電位所用；第二接地構件，以在該處理腔室下方所形成之排氣空間內與該第一接地構件對向的方式設置，由導電性材料將整體形狀形成為環狀，且至少一部分露出該排氣空間，供形成接地電位所用；以及接地棒，於該第一及第二接地構件之間上下動作，與該第一及第二接地構件之任一接觸，可調整該第一及第二接地構件之接地狀態。
    依本發明，可提供一種電漿處理裝置，可進行較以往更為精密之電漿控制。
    [實施本發明之最佳形態]
    以下，參考圖面對本發明之實施形態進行說明。圖1為，顯示作為本實施形態之電漿處理裝置的電漿蝕刻裝置10其概略構造之縱剖面圖。
    電漿蝕刻裝置10係氣密性地構成，內部具有形成處理空間PS之處理腔室11。此一處理腔室11呈圓筒狀，由例如表面形成陽極氧化被膜之鋁等構成。此一處理腔室11內，設有水平支持係被處理基板之半導體晶圓W的圓柱狀載置台12。
    處理腔室11之內壁側面以側壁構件13包覆，而處理腔室11之內壁頂面以上壁構件14包覆。側壁構件13及上壁構件14，由例如鋁所構成，其面對處理空間PS的面係以氧化釔或具有既定厚度之陽極氧化被膜所塗布。因處理腔室11電性接地，故側壁構件13及上壁構件14之電位為接地電位。
    此外，載置台12具有：導電體部15，以導電性材料，例如鋁構成；側面被覆構件16，包覆該導電體部15之側面，由絕緣性材料構成；封閉構件17，載置於側面被覆構件16之上，由石英(Qz)構成；以及載置台基部15a，由絕緣性材料構成，位於導電體部15之下部。
    處理腔室11之內部，在處理腔室11內壁與載置台12側面之間，形成排氣流路18，作為將導入至處理空間PS內的處理氣體往處理腔室11外排氣之流路而運作。此一排氣流路18，配置有係具備多數通氣孔之板狀構件的排氣板19。藉由此一排氣板19，分隔排氣流路18、與係處理腔室11其下部空間的排氣空間ES。於排氣空間ES將初步抽吸排氣管20及主排氣管21開口，初步抽吸排氣管20與未圖示之乾式真空泵連接，主排氣管21與未圖示之渦輪分子泵連接。藉由此等乾式真空泵及渦輪分子泵，可將處理空間PS設定為既定壓力的減壓氣體環境。
    另一方面，於處理腔室11之側壁，設有半導體晶圓W之搬入出口44。此一搬入出口44，設有開關該搬入出口44之閘閥46。
    載置台12之導電體部15，介由第1匹配器23與第1高頻電源22連接。第1高頻電源22係用於電漿產生，對導電體部15供給相對較高的既定頻率(27MHz以上例如40MHz)之高頻電力。另，第1匹配器23，降低來自導電體部15之高頻電力的反射，以提高高頻電力對導電體部15之供給效率。
    此外，導電體部15，更介由第2匹配器25與第2高頻電源24連接。第2高頻電源24，係為離子導入用(偏壓用)，對導電體部15供給較第1高頻電源22供給的高頻電力更低之既定頻率(13.56MHz以下，例如3.2MHz)的高頻電力。
    載置台12之頂部，配置在介電材料內收納有電極板26之構造的靜電吸盤27。靜電吸盤27之電極板26與靜電吸盤用直流電源28電性連接。藉由自此一靜電吸盤用直流電源28對電極板26施加直流電壓，以庫侖力或強森．拉貝克力(Johnsen-Rahbeck force)將半導體晶圓W吸附固持於靜電吸盤27之頂面。
    此外，於載置台12之頂部配置環狀的對焦環29，其包圍吸附固持於載置台12頂面之半導體晶圓W周圍。此一對焦環29，由矽(Si)、二氧化矽(SiO2)、碳化矽(SiC)所構成。此外，於對焦環29之周圍，配置保護對焦環29側面之由石英構成的環狀包覆環30。
    載置台12之內部，設有例如沿圓周方向延伸之環狀的冷媒室31。自急冷器單元(未圖示)，介由冷媒用配管32對此一冷媒室31循環供給既定溫度之冷媒，例如冷卻水或GALDEN(註冊商標)，藉由該冷媒控制被吸附固持於載置台12頂面之半導體晶圓W其處理溫度。
    載置台12頂面之吸附固持半導體晶圓W的吸附面，形成複數傳熱氣體供給孔33開口。此等複數傳熱氣體供給孔33，介由配置於載置台12內部的傳熱氣體供給線34與未圖示之傳熱氣體供給部連接，此一傳熱氣體供給部，介由傳熱氣體供給孔33，將作為傳熱氣體之例如氦(He)氣供給至吸附面與晶圓W背面之間隙。
    此外，載置台12配置複數推升銷35，以作為自載置台12頂面任意突出的升降銷。此等推升銷35，在將半導體晶圓W吸附固持於吸附面以施行蝕刻處理時，係收納於載置台12內。而在將半導體晶圓W於載置台12搬入‧搬出時，推升銷35自吸附面突出以在載置台12上支持半導體晶圓W。
    處理腔室11之頂棚部，以與載置台12對向的方式配置具有作為上部電極之功能的沖淋頭36。此一沖淋頭36與載置台12，作為一對電極(上部電極與下部電極)而作用。沖淋頭36具備：圓板狀之冷卻板38，由絕緣性材料構成，內部形成有緩衝室37；上部電極板39，由此一冷卻板38之底部所支持；以及蓋體40，包覆冷卻板38之上部。
    上部電極板39，在處理空間PS露出其底面。此一上部電極板39，由導電性材料例如矽所製作，被形成為圓板狀。上部電極板39之邊緣部係藉由絕緣性材料構成之環狀的遮蔽環41所包覆。亦即，上部電極板39，自係接地電位之處理腔室11壁部藉由冷卻板38及遮蔽環41電性絶緣。
    此外，上部電極板39與上部直流電源42電性連接。自此一上部直流電源42對上部電極板39施加負的直流電壓，藉以對處理空間PS施加直流電壓。
    冷卻板38之緩衝室37，與處理氣體導入管43連接。此一處理氣體導入管43，與未圖示之處理氣體供給部連接。此外，沖淋頭36，配置有使緩衝室37連通處理空間PS之複數貫通氣體孔48。沖淋頭36，將自處理氣體導入管43供給往緩衝室37之處理氣體，介由貫通氣體孔48向處理空間PS供給。
    亦如圖2所示，於處理腔室11內之較排氣板19更為上側的處理空間PS內，配置作為第一接地構件之上側接地環61(接地電極)。上側接地環61，由導電性材料，例如矽、碳化矽或鋁之無垢材將整體形狀形成為環狀(參考圖3)，並以其外側面於處理空間PS露出，內側部分被埋設於側面被覆構件16內的方式配置。
    上側接地環61之下方，較排氣板19更為下側之排氣空間ES內，以與上側接地環61上下對向的方式，配置作為第二接地構件之下側接地環62(接地電極)。下側接地環62，與上側接地環61同樣地，由導電性材料，例如矽、碳化矽、或鋁之無垢材將整體形狀形成為環狀(參考圖3)，並以其外側面於排氣空間ES露出，內側部分被埋設於側面被覆構件16內的方式配置。
    另，上側接地環61及下側接地環62，可藉一構件構成為環狀，亦可組合被複數分割之構件並使整體形狀成為環狀地構成。
    上側接地環61與下側接地環62之間，以收納在側面被覆構件16內所形成的圓孔65其內部的方式，配置與接地電位連接之接地棒66。接地棒66，藉驅動機構67可上下任意動作，可設定為2種狀態：與上側接地環61接觸而不與下側接地環62接觸之狀態、及與下側接地環62接觸而不與上側接地環61接觸之狀態。如圖1所示，本實施形態中，此一接地棒66，係於載置台12周圍分離180°之位置逐一配置合計2個。然而，接地棒66之數目，亦可為1個，抑或3個以上。
    上記接地棒66，在與上側接地環61接觸而不與下側接地環62接觸之狀態下，上側接地環61電性接地，而下側接地環62成為電性浮動狀態(floating狀態)。此外，接地棒66，在與下側接地環62接觸而不與上側接地環61接觸之狀態下，下側接地環62電性接地，而上側接地環61成為電性浮動狀態(floating狀態)。
    上側接地環61及下側接地環62，在自上部直流電源42將直流電壓施加於上部電極板39時，作為此一直流電壓之接地電極作用。亦即，此一情況，自上部電極板39放出之電子到達作為接地電位之上側接地環61或下側接地環62，藉此，使直流電流流通於處理空間PS內。
    連帶地，在使接地棒66位於上側，上側接地環61電性接地，而下側接地環62成為電性浮動狀態的設定情況，抑制較排氣板19更為下側之排氣空間ES內的電漿漏洩，成為處理空間PS內之電漿密度高的狀態。
    另一方面，在使接地棒66位於下側，上側接地環61成為電性浮動狀態，下側接地環62電性接地的設定情況，促進較排氣板19更為下側之排氣空間ES內的電漿漏洩，成為處理空間PS內之電漿密度低的狀態。如此，藉由使接地棒66上下動作，變得可將電漿狀態更精密地控制。
    另，在未對上部電極板39施加直流電壓的情況，上側接地環61及下側接地環62，作為對於電漿之接地電極而作用。
    上述構成之電漿蝕刻裝置10，藉由對處理空間PS供給高頻電力，於該處理空間PS中從自沖淋頭36供給之處理氣體產生高密度電漿，進一步，藉由處理空間PS之直流電流，將產生的電漿維持在期望的狀態，並以該電漿對晶圓W施行蝕刻處理。
    其次，對上述構成之電漿蝕刻裝置中，將形成於半導體晶圓W之薄膜進行電漿蝕刻之順序加以說明。首先，開啟閘閥46，將半導體晶圓W藉由未圖示之搬運機械臂等，經由未圖示之真空預備室自搬入出口44往處理腔室11內搬入，並載置於載置台12上。之後，使搬運機械臂退避至處理腔室11外，關閉閘閥46。而後，以未圖示之真空泵介由初步抽吸排氣管20及主排氣管21使處理腔室11內排氣。
    處理腔室11內呈既定真空度後，於處理腔室11內介由沖淋頭36導入既定處理氣體(蝕刻氣體)，使處理腔室11內保持既定壓力，此一狀態下自第1高頻電源22，對載置台12供給頻率例如為40MHz之高頻電力。此外，為了離子導入，自第2高頻電源24對載置台12供給頻率為例如3.2MHz之高頻電力(偏壓用)。此時，自靜電吸盤用直流電源28對靜電吸盤27之電極板26施加既定直流電壓(例如，正2500V之直流電壓)，以庫侖力或強森．拉貝克力將半導體晶圓W吸附於靜電吸盤27。
    如同上述對係下部電極之載置台12施加高頻電力，藉而在係上部電極之沖淋頭36與係下部電極之載置台12之間形成電場。藉由此一電場，於半導體晶圓W存在之處理空間PS產生放電，並以藉此形成之處理氣體的電漿，對形成於半導體晶圓W上之薄膜進行蝕刻處理。
    此外，於電漿處理中可自上部直流電源42於沖淋頭36施加直流電壓故具有如下效果。亦即，依程序，而有要求電子密度高且離子能量低之電漿的情況。若於此一情況使用直流電壓，則抑制植入半導體晶圓W之離子能量並增加電漿之電子密度，藉以使作為半導體晶圓W之蝕刻對象的膜其蝕刻率上升，並對蝕刻對象上部所設之作為遮罩的膜降低濺鍍率，以提高選擇性。
    此時，可藉由以驅動機構67使接地棒66上下移動，變更對施加於沖淋頭36之直流電壓作為接地電極作用的上側接地環61及下側接地環62其電性狀態，設定為高電漿密度狀態或低電漿密度狀態之任一狀態。亦即，例如，為了多層膜構造之整批蝕刻，而在處理腔室11內實施複數步驟時，有必須實施以電漿密度高之條件進行蝕刻處理的步驟、以電漿密度低的條件進行蝕刻處理的步驟之情況。此一情況，藉由使接地棒66上下移動，可於各步驟設定適當的電漿密度狀態，實施期望之蝕刻處理。
    而上述蝕刻處理結束，即停止高頻電力之供給、直流電壓之供給及處理氣體之供給，並以與上述順序相反的順序，將半導體晶圓W自處理腔室11內搬出。
    如同以上說明，依本實施形態，藉由使接地棒66上下移動，變更上側接地環61及下側接地環62之電性狀態，可進行較以往更為精密之電漿控制。另，本發明自然不為上述實施形態所限定，可進行各種變形。
    ES‧‧‧排氣空間
    PS‧‧‧處理空間
    W‧‧‧半導體晶圓
    10‧‧‧電漿蝕刻裝置
    11‧‧‧處理腔室
    12‧‧‧載置台(下部電極)
    13‧‧‧側壁構件
    14‧‧‧上壁構件
    15‧‧‧導電體部
    15a‧‧‧載置台基部
    16‧‧‧側面被覆構件
    17‧‧‧封閉構件
    18‧‧‧排氣流路
    19‧‧‧排氣板
    20‧‧‧初步抽吸排氣管
    21‧‧‧主排氣管
    22‧‧‧第1高頻電源
    23‧‧‧第1匹配器
    24‧‧‧第2高頻電源
    25‧‧‧第2匹配器
    26‧‧‧電極板
    27‧‧‧靜電吸盤
    28‧‧‧靜電吸盤用直流電源
    29‧‧‧對焦環
    30‧‧‧包覆環
    31‧‧‧冷媒室
    32‧‧‧冷媒用配管
    33‧‧‧傳熱氣體供給孔
    34‧‧‧傳熱氣體供給線
    35‧‧‧推升銷
    36‧‧‧沖淋頭(上部電極)
    37‧‧‧緩衝室
    38‧‧‧冷卻板
    39‧‧‧上部電極板
    40‧‧‧蓋體
    41‧‧‧遮蔽環
    42‧‧‧上部直流電源
    43‧‧‧處理氣體導入管
    44‧‧‧搬入出口
    46‧‧‧閘閥
    48‧‧‧貫通氣體孔
    61‧‧‧上側接地環(第一接地構件)
    62‧‧‧下側接地環(第二接地構件)
    65‧‧‧圓孔
    66‧‧‧接地棒
    67‧‧‧驅動機構
    圖1 本發明實施形態之電漿蝕刻裝置的概略構造示意圖。
    圖2 示意圖1之電漿蝕刻裝置的主要部位構造之圖。
    圖3 示意圖1之電漿蝕刻裝置其上側接地環及下側接地環之構造的圖。
    ES‧‧‧排氣空間
    PS‧‧‧處理空間
    W‧‧‧半導體晶圓
    10‧‧‧電漿蝕刻裝置
    11‧‧‧處理腔室
    12‧‧‧載置台(下部電極)
    13‧‧‧側壁構件
    14‧‧‧上壁構件
    15‧‧‧導電體部
    15a‧‧‧載置台基部
    16‧‧‧側面被覆構件
    17‧‧‧封閉構件
    18‧‧‧排氣流路
    19‧‧‧排氣板
    20‧‧‧初步抽吸排氣管
    21‧‧‧主排氣管
    22‧‧‧第1高頻電源
    23‧‧‧第1匹配器
    24‧‧‧第2高頻電源
    25‧‧‧第2匹配器
    26‧‧‧電極板
    27‧‧‧靜電吸盤
    28‧‧‧靜電吸盤用直流電源
    29‧‧‧對焦環
    30‧‧‧包覆環
    31‧‧‧冷媒室
    32‧‧‧冷媒用配管
    33‧‧‧傳熱氣體供給孔
    34‧‧‧傳熱氣體供給線
    35‧‧‧推升銷
    36‧‧‧沖淋頭(上部電極)
    37‧‧‧緩衝室
    38‧‧‧冷卻板
    39‧‧‧上部電極板
    40‧‧‧蓋體
    41‧‧‧遮蔽環
    42‧‧‧上部直流電源
    43‧‧‧處理氣體導入管
    44‧‧‧搬入出口
    46‧‧‧閘閥
    48‧‧‧貫通氣體孔
    61‧‧‧上側接地環(第一接地構件)
    62‧‧‧下側接地環(第二接地構件)
    66‧‧‧接地棒
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] 一種電漿處理裝置，其特徵為具備：處理腔室，於內部形成處理空間；下部電極，配置於該處理腔室內，兼作為載置被處理基板之載置台；上部電極，在該處理腔室內配置成與該下部電極對向；高頻電源，用以對該下部電極施加高頻電力；處理氣體供給機構，用以對該處理空間供給電漿化之處理氣體；第一接地構件，由導電性材料將整體形狀形成為環狀，以至少一部分露出該處理空間的方式配置於該處理腔室內以供形成接地電位；第二接地構件，以在該處理腔室下方所形成之排氣空間內與該第一接地構件對向的方式設置，由導電性材料將整體形狀形成為環狀，且至少一部分露出該排氣空間，用以形成接地電位；以及接地棒，在該第一與第二接地構件之間上下動作，與該第一及第二接地構件中之一者接觸，可調整該第一及第二接地構件之接地狀態。
    [2] 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中：具備供對於該上部電極施加直流電壓用之直流電源，該第一及第二接地構件使用作為對於自直流電源施加之直流電壓的接地電極。
    [3] 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中：該第一及第二接地構件，係由矽、碳化矽、鋁的無垢材中之任一者所形成。
    [4] 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿處理裝置，其中：該第一及第二接地構件，係配置為包圍該下部電極之周圍。
    [5] 如申請專利範圍第1~4項中任一項之電漿處理裝置，其中：配置有複數該接地棒。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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