等離子體處理裝置的制作方法

專利名稱：等離子體處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子體處理裝置。
背景技術：
以往以來，在半導體裝置的制造工序等工序中，使用利用等離子體對半導體晶圓、 液晶顯示裝置用玻璃基板等基板進行處理的等離子體處理裝置，例如等離子體蝕刻裝置、 等離子體CVD裝置等。作為上述的等離子體處理裝置，例如在處理腔室內設置載置基板的載置臺，在該載置臺上配置有用于吸附基板的靜電吸盤的等離子體處理裝置為人所知。對于如上述地在載置臺上配置有靜電吸盤的等離子體處理裝置，為了保護靜電吸盤免受等離子體影響，使載置臺的載置面的形狀呈凸狀，并使該凸狀的載置面的大小比基板稍小，配置于載置面的靜電吸盤的吸附面不暴露在等離子體中的結構為人所知。此外，對于在半導體晶圓等基板的周圍設有聚焦環的結構的等離子體處理裝置， 除設置半導體晶圓吸附用的靜電吸盤之外，還設置聚焦環吸附用的靜電吸盤，通過將聚焦環吸附在載置臺上，利用在載置臺內循環的調溫介質也進行聚焦環的溫度調節的方法為人所知(例如參照專利文獻1)。另外，對于處理例如直徑300mm的半導體晶圓的等離子體處理裝置，形成為凸狀的載置臺的載置面的直徑(靜電吸盤的吸附面的直徑)例如設為 ^Smm左右，通過使靜電吸盤的吸附面處于全部被半導體晶圓覆蓋的狀態，從而在處理中使靜電吸盤的吸附面不暴露在等離子體中。另外，在該情況下，使埋設于靜電吸盤的吸附面內的靜電吸盤用電極的直徑比吸附面的直徑更小。此外，將薄板狀的聚焦環載置在與半導體晶圓同一平面上，使聚焦環的阻抗接近半導體晶圓的阻抗的等離子體處理裝置也為人所知(例如參照專利文獻2)。專利文獻1 日本特開平10_303觀8號公報專利文獻2 日本特開2004-235623號公報如上所述，以往以來，在等離子體處理裝置中，通過使載置基板的載置臺的載置面和配置于該載置面的靜電吸盤的吸附面的直徑比進行等離子體處理的半導體晶圓的直徑小，靜電吸盤的吸附面不暴露在等離子體中。可是，對于上述結構的等離子體處理裝置，因為半導體晶圓的周緣部沒有被靜電吸盤吸附，所以半導體晶圓的周緣部的溫度與其他的部分相比有變高的傾向。因此，由于半導體晶圓的中央部與周緣部之間的溫度的差，在半導體晶圓的中央部與周緣部的等離子體處理的狀態有時不同。例如，在蝕刻對象膜上形成孔的情況下，有時孔的穿透性在半導體晶圓的中央部與周緣部不同，或蝕刻對象膜相對于光致抗蝕劑的選擇比在半導體晶圓的中央部與周緣部不同，該蝕刻對象膜利用等離子體蝕刻形成在半導體晶圓上。因此，存在等離子體處理的面內均勻性變差的問題。另外，上述的專利文獻2的技術是關注于阻抗的技術，而對溫度沒有考慮。

發明內容
本發明應對上述以往的情況，目的在于提供一種通過抑制被處理基板的周緣部的溫度上升，能夠提高等離子體處理的面內均勻性，能夠進行均勻的等離子體處理的等離子體處理裝置。本發明的等離子體處理裝置的一技術方案的特征在于，具有處理腔室，能夠將該處理腔室的內部氣密地閉塞；處理氣體供給機構，用于向上述處理腔室內供給處理氣體； 排氣機構，用于從上述處理腔室內排氣；等離子體生成機構，用于生成上述處理氣體的等離子體；載置臺，設于上述處理腔室內，且構成為將被處理基板和以圍繞該被處理基板的周圍的方式配置的聚焦環載置在同一平面上；調溫機構，用于調節上述載置臺的溫度；靜電吸盤，配置于上述載置臺的上表面，且具有延伸至上述聚焦環的下部的吸附用電極。根據本發明，能夠提供一種通過抑制被處理基板的周緣部的溫度上升，能夠提高等離子體處理的面內均勻性，能夠進行均勻的等離子體處理的等離子體處理裝置。


圖1是示意性地表示本發明的一實施方式所涉及的等離子體蝕刻裝置的概略結構的圖。圖2是表示圖1的等離子體蝕刻裝置的主要部分結構的圖。圖3是表示變形例所涉及的等離子體蝕刻裝置的主要部分結構的圖。圖4是表示測量半導體晶圓的溫度分布的結果的曲線圖。圖5是表示測量半導體晶圓的各部的光致抗蝕劑的蝕刻速率的結果的曲線圖。圖6表示以往裝置的主要部分結構的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖就實施方式說明本發明的詳細內容。圖1是示意性地表示本實施方式所涉及的等離子體蝕刻裝置的主要部分概略結構的圖。等離子體蝕刻裝置1構成為電極板上下平行地相對且連接有等離子體形成用電源的電容耦合型平行平板蝕刻裝置。等離子體蝕刻裝置1包括例如由表面被陽極氧化處理過的鋁等構成且成形為圓筒形狀的處理腔室2，該處理腔室2接地。借助由陶瓷等絕緣性的材料形成為圓筒狀的支承構件3，在處理腔室2內的底部設有呈大致圓柱狀的基座(載置臺)5。在基座5上，載置作為被處理基板的半導體晶圓W和圍繞該半導體晶圓W周圍的環狀的聚焦環15。該聚焦環15例如由硅等構成，具有提高蝕刻的面內均勻性的作用。此夕卜，基座5發揮下部電極的作用，在基座5上連接有高通濾波器(HPF)6。在基座5的內部設有冷卻介質室7，在該冷卻介質室7中，冷卻介質經由冷卻介質導入管8被導入而循環并從冷卻介質排出管9被排出。然后，在冷卻介質室7中循環的冷卻介質的冷熱通過基座5向半導體晶圓W傳導，由此將半導體晶圓W控制至所要的溫度。基座5的上側成形為平面狀，在其平面狀的上側面設有靜電吸盤11。如圖2所示， 通過在絕緣層Ila之間夾設作為導電層的吸附用電極lib而構成靜電吸盤11。靜電吸盤11配置為覆蓋基座5的上側面整體，吸附用電極lib配置為從半導體晶圓W的周緣部向外側延伸，并延伸至聚焦環15的下部。從圖1所示的直流電源13對該靜電吸盤11的吸附用電極lib施加例如1. 5kV的直流電壓。由此，利用例如庫侖力靜電吸附半導體晶圓W和聚焦環15。在基座5、靜電吸盤11中，形成有用于向半導體晶圓W的背面供給傳熱介質(例如 He氣體等)的氣體通路14，借助該傳熱介質將基座5的冷熱經由靜電吸盤11傳導至半導體晶圓W，使半導體晶圓W維持在規定的溫度。如上所述，對于本實施方式的等離子體蝕刻裝置1，基座5的上側不呈凸狀而是成形為平面狀，靜電吸盤11的吸附用電極lib配置為從半導體晶圓W的周緣部向外側延伸， 并延伸至聚焦環15的下部。因而，半導體晶圓W處于直到其周緣部為止其整體被靜電吸盤 11吸附的狀態。由此，利用基座5的冷熱對半導體晶圓W的整體進行溫度調節，能夠抑制半導體晶圓W的周緣部的溫度上升。此外，對于本實施方式，因為吸附用電極lib延伸至聚焦環15的下部，所以成為能夠利用1個吸附用電極lib靜電吸附半導體晶圓W和硅制的聚焦環15的結構。如上述地使基座5的上表面包括至聚焦環15的載置部地成為平面狀，成為通過1個吸附用電極lib 吸附半導體晶圓W和聚焦環15的結構，因此能夠無需另外形成用于吸附聚焦環15的吸附用電極的工序地容易實現聚焦環15的吸附結構。構成靜電吸盤11的絕緣層Ila和吸附用電極lib能夠在構成基座5的、由鋁等形成的基材上利用噴鍍形成。如上述地利用噴鍍形成絕緣層Ila等時，絕緣層Ila被等離子體切削，在其厚度減少的情況下，能夠利用噴鍍進行修補。此外，因為能夠通過一次的噴鍍而形成用于吸附半導體晶圓W和聚焦環15的吸附用電極，所以能夠廉價地實現聚焦環15 的吸附結構。作為構成絕緣層Ila的材料，能夠使用例如Al2O3J2O3等陶瓷。^O3具有對等離子體的抵抗性高、難于被等離子體切削的特性。此外，在使用與半導體晶圓相同材質的硅的情況下，能夠防止半導體晶圓被不同材質的物質污染。此外，作為構成聚焦環15的材料，能夠使用硅、氮化硅。如圖2所示，在靜電吸盤11上載置半導體晶圓W時，在半導體晶圓W的周緣部與聚焦環15的內周部之間，根據與半導體晶圓W的輸送精度等的關系，形成例如0. 5mm 2mm 左右的間隔C。然后，等離子體從該間隔C的部分進入，該部分的靜電吸盤11的絕緣層Ila 被等離子體切削得最為嚴重。于是，吸附用電極lib的上部的絕緣層Ila的厚度變薄，一旦失去絕緣抗性，該靜電吸盤11將無法再繼續使用。因此，如圖3所示，優選設置彎曲部11c，該彎曲部Ilc在吸附用電極lib的、位于半導體晶圓W與聚焦環15之間的交界部分的部分(位于間隔C的下方的部分)上，成為朝向下方彎曲的形狀。通過如上述地在吸附用電極lib上設置彎曲部11c，能夠延長直到失去絕緣抗性為止的使用時間，能夠謀求靜電吸盤11的長壽命化。另外，吸附用電極lib的上部的絕緣層Ila的厚度例如為幾百微米左右，在該情況下優選使從吸附用電極lib在彎曲部Ilc向下方彎曲幾十微米到一百微米左右。如圖1所示，在基座5的上方，與該基座5平行相對地設有上部電極21。該上部電極21借助絕緣材22被支承于處理腔室2的上部。上部電極21由電極板M、電極支承體25構成，該電極支承體25支承該電極板24、且由導電性材料構成。電極板M例如由導電體或半導體構成，具有多個噴出孔23。該電極板M形成與基座5的相對面。在上部電極21的電極支承體25的中央設置氣體導入口沈，在該氣體導入口沈上連接有氣體供給管27。而且在該氣體供給管27上，經由閥觀以及質量流量控制器四，連接有處理氣體供給源30。從處理氣體供給源30供給用于等離子體蝕刻處理的處理氣體。在處理腔室2的底部連接有排氣管31，在該排氣管31上連接有排氣裝置35。排氣裝置35包括渦輪分子泵等真空泵，且構成為能夠將處理腔室2內抽真空至規定的減壓氣氛，例如IPa以下的規定的壓力。此外，在處理腔室2的側壁上設有閘閥32，在打開該閘閥 32的狀態下，半導體晶圓W在相鄰的加載互鎖真空室(未圖示)之間被輸送。在上部電極21上連接有第1高頻電源40，在該第1高頻電源40的供電線的中途插入有匹配器41。此外，在上部電極21上連接有低通濾波器(LPF)42。該第1高頻電源40 例如構成為，輸出50MHz 150MHz的范圍的頻率的高頻電力。通過如上述地對上部電極21 施加頻率高的高頻電力，能夠在處理腔室2內形成較為理想的解離狀態且高密度的等離子體。在作為下部電極的基座5上連接有第2高頻電源50，在該第2高頻電源50的供電線的中途插入有匹配器51。該第2高頻電源50輸出比第1高頻電源40頻率低的高頻電力，通過施加如上述的低頻率的高頻電力，能夠對作為被處理基板的半導體晶圓W不造成損傷地施加適當的離子作用。作為第2高頻電源50的頻率，可以使用20MHz以下左右的頻率(對于本實施方式為13. 56MHz)。上述結構的等離子體蝕刻裝置1由控制部60統一控制其動作。在該控制部60中， 設有包括CPU且用于控制等離子體蝕刻裝置1的各部的過程控制器(process control)6U 用戶界面部62和存儲部63。用戶界面部62由工程管理人員為了管理等離子體蝕刻裝置1而進行輸入命令的操作的鍵盤、可視化地顯示等離子體蝕刻裝置1的運轉狀況的顯示器等構成。在存儲部63中存儲有制程程序，該制程程序存儲有用于利用過程控制器61的控制實現在等離子體蝕刻裝置1中進行的各種處理的控制程序(軟件)、處理條件數據等。然后，根據需要，通過按照來自用戶界面部62的指示等從存儲部63調用任意的制程程序并使過程控制器61執行，從而在過程控制器61的控制下，在等離子體蝕刻裝置1中進行所希望的處理。此外，對于控制程序、處理條件數據等制程程序而言，也可以利用存儲在能夠通過計算機讀取的計算機存儲介質(例如硬盤、CD、軟盤、半導體存儲器等)等中的狀態下的制程程序，或者從其他裝置，例如經由專用線路而進行隨時傳輸地聯機地利用。在利用圖1所示的等離子體處理裝置1進行半導體晶圓W的等離子體蝕刻的情況下，首先，在打開閘閥32之后，從未圖示的加載互鎖真空室將半導體晶圓W搬入處理腔室2 內，并載置于靜電吸盤11上。然后，通過由直流電源13施加直流電壓，半導體晶圓W被靜電吸附于靜電吸盤11上。接著，關閉閘閥32，利用排氣裝置35將處理腔室2內抽真空至規定的真空度。之后，打開閥觀，一邊利用質量流量控制器四調整來自處理氣體供給源30的規定的處理氣體的流量，一邊通過處理氣體供給管27、氣體導入口沈向上部電極21的中空部導入該處理氣體，如圖1的箭頭所示，進一步通過電極板對的噴出孔23，對半導體晶圓W均勻地噴出該處理氣體。然后，將處理腔室2內的壓力維持在規定的壓力。之后，由第1高頻電源40對上部電極21施加規定的頻率的高頻電力。由此，在上部電極21與作為下部電極的基座5之間生成高頻電場，使處理氣體解離并等離子化。另一方面，由第2高頻電源50對作為下部電極的基座5施加頻率比上述的第1高頻電源40低的高頻電力。由此，向基座5 —側拉入等離子體中的離子，利用離子輔助沉積提高蝕刻的各向異性。在該等離子體蝕刻時，對于本實施方式的等離子體蝕刻裝置1，半導體晶圓W直到周緣部都被靜電吸盤11吸附，能夠抑制半導體晶圓W的周緣部的溫度上升，所以與以往相比能夠提高等離子體蝕刻處理的面內均勻性，能夠進行均勻的等離子體蝕刻處理。然后，完成規定的等離子體蝕刻處理時，停止高頻電力的供給和處理氣體的供給， 按照與上述步驟相反的步驟，將半導體晶圓W從處理腔室2內搬出。圖4的曲線圖表示，在直徑300mm(半徑150mm)的半導體晶圓上，使等離子體作用 60秒而進行蝕刻時，測量半導體晶圓各部的溫度的結果。圖4的縱軸表示溫度，橫軸表示距晶圓中心的距離，虛線(標記 )表示以往的裝置的情況，實線(標記Δ)、點劃線(標記X)、雙點劃線(標記□)表示本實施方式的情況。此外，實線(標記Δ )為使用Al2O3的噴鍍被膜的ESC和厚度為1. 4mm的硅制聚焦環的情況，點劃線(標記X)為使用^O3的噴鍍被膜的ESC和厚度為1. 4mm的硅制聚焦環的情況，雙點劃線(標記口)為使用^O3的噴鍍被膜的ESC和厚度為2. Omm的硅制聚焦環的情況。如圖6所示，所謂的虛線(標記 )的以往的裝置的情況為，載置臺(基座)105 形成為中央部向上方突出的凸狀，由絕緣層Illa和作為導電層的吸附用電極Illb構成的靜電吸盤111的直徑設為比半導體晶圓W的直徑小，聚焦環115配置于形成在載置臺(基座)105周圍的臺階部上。如圖4所示，可以看出，相對于在以往的裝置的情況下半導體晶圓W的周緣部的溫度大幅上升，在本實施方式中能夠抑制半導體晶圓W的周緣部的溫度的上升。圖5的(a)、(b)的曲線圖表示在以往的裝置與本實施方式的等離子體蝕刻裝置 (使用Al2O3的噴鍍被膜的ESC和厚度為1. 4mm的硅制聚焦環)進行等離子體蝕刻處理時， 測量半導體晶圓的各部的光致抗蝕劑的蝕刻速率的結果。在這些曲線圖中，縱軸表示蝕刻速率，橫軸表示距晶圓中心的距離。此外，虛線表示沿著X軸的位置的蝕刻速率，實線表示沿著與X軸正交的Y軸的位置的蝕刻速率。如圖5的(a)所示，在以往的裝置的情況下，在半導體晶圓W的周緣部中光致抗蝕劑的蝕刻速率急劇地上升。相對于此，如圖5的(b)所示，在本實施方式的情況下，能夠抑制在半導體晶圓W的周緣部中光致抗蝕劑的蝕刻速率的上升。由此，能夠抑制在半導體晶圓W 的周緣部，光致抗蝕劑與例如蝕刻對象的硅氧化膜等的選擇比下降。另外，在圖5的(a)所示的以往的裝置的情況下，面內的平均蝕刻速率為57. 4nm/min (面內的均勻性為士 10% )， 而在圖5的(b)所示的實施方式的情況下，面內的平均蝕刻速率為57. Snm/min(面內的均勻性為士6. 1%)，與以往的裝置的情況相比，本實施方式能夠提高面內的均勻性。由此，通過抑制半導體晶圓W的周緣部的溫度上升，能夠提高光致抗蝕劑的選擇比的面內均勻性。此外，本發明并不僅限定于上述的實施方式，可以進行各種的變形。例如，等離子體蝕刻裝置不限于圖1所示的平行平板型的上下部高頻施加型，也能夠應用于只對下部電極施加1種或2種頻率的高頻電力的類型的等離子體蝕刻裝置等。此外，不限于等離子體蝕刻裝置，例如只要是成膜裝置等使用等離子體的處理裝置，都能夠應用本發明。附圖標記的說明1、等離子體蝕刻裝置；2、處理腔室；5、基座；11、靜電吸盤；11a、絕緣層；lib、吸附用電極；15、聚焦環；W、半導體晶圓。
權利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，具有處理腔室，其能夠將該處理腔室的內部氣密地閉塞；處理氣體供給機構，其用于向上述處理腔室內供給處理氣體；排氣機構，其用于從上述處理腔室內排氣；等離子體生成機構，其用于生成上述處理氣體的等離子體；載置臺，其設于上述處理腔室內，且構成為將被處理基板和以圍繞該被處理基板的周圍的方式配置的聚焦環載置在同一平面上；調溫機構，其用于調節上述載置臺的溫度；靜電吸盤，其配置于上述載置臺的上表面，且具有延伸至上述聚焦環的下部的吸附用電極。
2.根據權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于，上述靜電吸盤的上述吸附用電極的位于上述被處理基板與上述聚焦環之間的交界部分的部分成為朝向下方彎曲的形狀。
3.根據權利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，上述靜電吸盤具有在絕緣層之間夾設有上述吸附用電極的結構，上述絕緣層和上述吸附用電極利用噴鍍形成。
4.根據權利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，上述等離子體生成機構通過向上述載置臺與上部電極之間供給高頻電力而生成上述處理氣體的等離子體，該上部電極以與該載置臺相對的方式配置。
5.根據權利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于，上述靜電吸盤的絕緣層是由IO3或Al2O3構成的噴鍍被膜。
全文摘要
本發明提供一種通過抑制被處理基板的周緣部的溫度上升，能夠提高等離子體處理的面內均勻性，能夠進行均勻的等離子體處理的等離子體處理裝置。該等離子體處理裝置具有處理腔室，能夠將該處理腔室的內部氣密地閉塞；處理氣體供給機構，用于向處理腔室內供給處理氣體；排氣機構，用于從處理腔室內排氣；等離子體生成機構，用于生成處理氣體的等離子體；載置臺，設于處理腔室內，且構成為將被處理基板和以圍繞該被處理基板的周圍的方式配置的聚焦環載置在同一平面上；調溫機構，用于調節載置臺的溫度；靜電吸盤，配置于載置臺的上表面且具有延伸至聚焦環的下部的吸附用電極。
文檔編號H01J37/32GK102468106SQ201110353550
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月9日 優先權日2010年11月9日
發明者菊池英一郎, 長山將之 申請人:東京毅力科創株式會社