等离子体处理装置和聚焦环的制作方法

专利名称：等离子体处理装置和聚焦环的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对例如半导体晶片等被处理基板实施蚀刻处理等的等离子体处理的等离子体处理装置与等离子体处理方法，还涉及等离子体处理装置中使用的聚焦环与 聚焦环部件。
背景技术：
一直以来，使用通过施加高频电压而产生的等离子体进行蚀刻等的等离子体处理 的等离子体处理装置，在例如半导体装置中的微细电路的制造工序等中用得很多。在这样 的等离子体处理装置中，将半导体晶片配置在内部被气密地密封的处理腔室内，通过施加 高频电压，使处理腔室内产生等离子体，使该等离子体作用于半导体晶片，以实施蚀刻等的 等离子体处理。在这样的等离子体处理装置中，有的以包围半导体晶片的周围的方式配置有被称 为聚焦环的环状部件。该聚焦环，例如在绝缘膜的蚀刻的情况下等，由硅等导电性材料构 成，设置该聚焦环的目的是将等离子体封闭；以及缓和半导体晶片面内的偏置电位因边 面效应造成的不连续性，在半导体晶片的周边部也与半导体晶片的中央部同样，能够进行 均勻、良好的处理等。此外，为了利用该聚焦环提高半导体晶片的周边部的处理的均勻性，本发明人公 开了将聚焦环的上面构成为包围半导体晶片的倾斜面部和与该倾斜面部的外侧连续形成 的水平面部的聚焦环(参照专利文献1)。专利文献1 特开2005-277369号公报(例如图1、2)上述专利文献1的发明中，通过在聚焦环的上面形状上想办法，抑制半导体晶片 的周边部的电场的倾斜，以实现蚀刻处理的均勻性，并且，通过使半导体晶片的周边与聚焦 环的内周面之间形成电位差，抑制等离子体向半导体晶片的周边部下方蔓延。但是，即使这样利用半导体晶片的周边与聚焦环的内周面之间的电位差，抑制等 离子体的蔓延，有时还会发生CF系聚合物等附着在半导体晶片的周边部下面的所谓的沉 积。

发明内容
本发明的目的是在对半导体晶片等被处理基板进行等离子体处理时，进一步减少 沉积物向周边部下面的附着。本发明人如上所述对在被处理基板的周边部下面产生的沉积物的主要原因进行 了各种研究。结果发现，在如专利文献1那样使半导体晶片的周边与聚焦环的内周面之间 具有电位差的情况下，等离子体中的离子在通过半导体晶片的周边与聚焦环的内周面的间隙时，由于两者间的电位差，向着半导体晶片的周边或聚焦环的内周面中的某一个被吸引， 因此，不会到达被处理基板的周边部下方，但CF系聚合物等不带电荷的等离子体生成物直 接通过半导体晶片的周边与聚焦环的内周面的间隙，到达被处理基板的周边部下方，这是 产生沉积物的主要原因。此外，另一方面，认识到为了抑制这样在被处理基板的周边部下 面产生的沉积物，使等离子体中的离子到达被处理基板的周边部下方、并使该离子与被处 理基板的周边部下面碰撞是有效的。本发明根据上述认识而做出。即，根据本发明，提供一种等离子体处理装置，使被 处理基板载置在配置于处理腔室内的载置台上，通过施加高频电压，使处理腔室内产生等 离子体，对被处理基板进行处理，其特征在于，包括以包围上述载置台上载置的被处理基板 的周围的方式配置的聚焦环，上述聚焦环具有配置在上述载置台上载置的被处理基板的 周围外侧的、由导电性材料构成的外侧环部；以及在上述载置台上载置的被处理基板的周 边部下方，隔开规定间隔配置的、由导电性材料构成的内侧环部，上述内侧环部与上述载置 台之间电绝缘。在该等离子体处理装置中，例如，上述外侧环部与上述内侧环部电导通，上述外侧 环部与上述载置台之间绝缘。在这种情况下，在上述外侧环部与上述载置台之间以及上述 内侧环部与上述载置台之间可以配置有绝缘部件。此外，上述外侧环部和上述内侧环部可 以一体地形成。此外，上述载置台上载置的被处理基板的外周面和与其相对的上述聚焦环 的内周面的间隔，可以比上述内侧环部的上面和上述载置台上载置的被处理基板的周边部 的下面的间隔宽。此外，在该等离子体处理装置中，上述外侧环部和上述内侧环部可以与地线电绝 缘。在这种情况下，可以构成为使上述外侧环部与地线之间的静电容量以及上述内侧环部 与地线之间的静电容量可变。此外，可以将可变直流电源与上述外侧环部和上述内侧环部 电连接。此外，在该等离子体处理装置中，例如，上述外侧环部与上述内侧环部电绝缘。在 这种情况下，上述外侧环部可以与上述载置台电导通。此外，上述外侧环部的上面可以具有配置在上述载置台上载置的被处理基板的 周围的、向外侧逐渐升高的倾斜面部；和与上述倾斜面部的外侧连续形成的水平面部。此 夕卜，构成上述外侧环部和上述内侧环部的导电性材料可以是例如Si、C、SiC中的任一种。根据本发明，提供一种聚焦环，在通过施加高频电压，使处理腔室内产生等离子 体，对被处理基板进行处理的等离子体处理装置中，以包围配置在上述处理腔室内的载置 台上的被处理基板的周围的方式配置，其特征在于，具有配置在上述载置台上载置的被处 理基板的周围外侧的、由导电性材料构成的外侧环部；以及在上述载置台上载置的被处理 基板的周边部下方，隔开规定间隔配置的、由导电性材料构成的内侧环部，上述内侧环部与 上述载置台之间电绝缘。在该聚焦环中，例如，上述外侧环部与上述内侧环部电导通，在上述外侧环部与上 述载置台之间以及上述内侧环部与上述载置台之间设置有用于绝缘的绝缘部件。在这种情 况下，上述外侧环部与上述内侧环部可以一体地形成。此外，可以在与上述载置台上载置的 被处理基板的外周面相对的内周面上形成有凹部。此外，在该聚焦环中，可以具有用于使上述外侧环部与地线之间的静电容量以及上述内侧环部与地线之间的静电容量可变的静电容量可变单元。此外，可以具有与上述外 侧环部和上述内侧环部电连接的可变直流电源。此外，在该聚焦环中，例如具有使上述外侧环部与上述内侧环部电绝缘的绝缘部 件。在这种情况下，上述外侧环部可以与上述载置台电导通而设置。此外，在该聚焦环中，上述外侧环部的上面可以具有配置在上述载置台上载置的 被处理基板的周围的、向外侧逐渐升高的倾斜面部；和与上述倾斜面部的外侧连续形成的 水平面部。此外，构成上述外侧环部和上述内侧环部的导电性材料可以是例如Si、C、SiC中 的任一种。此外，根据本发明，提供一种聚焦环部件，其特征在于，包括这些聚焦环；以及使 上述聚焦环在上述处理腔室内以包围上述载置台上的被处理基板的周围的方式配置的支 撑部件。此外，根据本发明，提供一种等离子体处理方法，使被处理基板载置在配置于处理 腔室内的载置台上，通过施加高频电压，使处理腔室内产生等离子体，对被处理基板进行处 理，其特征在于在上述载置台上载置的被处理基板的周边部下方，形成使由上述等离子体 生成的离子向被处理基板的周边部下面加速的电场，由此使离子与被处理基板的周边部下 面碰撞。在该等离子体处理方法中，例如，在上述载置台上载置的被处理基板的周边部下 方，隔开规定的间隔配置由导电性材料构成的内侧环部，并使被处理基板与内侧环部之间 具有电位差，由此形成上述电场。此外，可以通过改变上述电场的强度，调整与被处理基板 的周边部下面碰撞的离子量。此外，可以使得上述电场中的等电位面，在上述载置台上载置 的被处理基板的外周面的外侧疏，在上述载置台上载置的被处理基板的周边部的下方密。根据本发明，使等离子体中的离子到达被处理基板的周边部下方，并使其与被处 理基板的周边部下面碰撞，由此，与以往相比，能够减少被处理基板的周边部下面的沉积物 的产生。


图1是表示本发明的实施方式的等离子体处理装置的简要结构的说明图。图2是将聚焦环放大表示的纵截面图。图3是半导体晶片(载置台)与导电性部件之间产生的电位差的说明图。图4是由半导体晶片与导电性部件之间的电位差形成的电场的说明图。图5是表示半导体晶片周边部下面的聚合物附着量(右纵轴)和半导体晶片的周 边部上面的离子入射角(左纵轴)，相对于半导体晶片与导电性部件之间的静电容量的变 化的关系的模拟结果的图。图6是将在与半导体晶片的外周面相对的外侧环部的内周面上形成有凹部的聚 焦环放大表示的纵截面图。图7是将与地线导通的第二导电性部件通过绝缘部件(电介质)与导电性部件靠 近配置的聚焦环的放大表示的纵截面图。图8是图7的聚焦环中的半导体晶片(载置台)与导电性部件之间产生的电位差 的说明图。
图9是表示图7的聚焦环的在等离子体处理中的半导体晶片、导电性部件和地线 的电位的变化的图。图10是表示半导体晶片周边部下面的聚合物附着量(右纵轴)和半导体晶片的 周边部上面的离子入射角(左纵轴)，相对于图7的聚焦环中的半导体晶片与导电性部件之 间的电位差(静电容量比(Cg/(Cg+Ce)))的变化的关系的模拟结果的图。图11是将导电性部件通过电容可变的电容器与地线电连接的聚焦环 的放大表示 的纵截面图。图12是将可变直流电源与导电性部件电连接的聚焦环的放大表示的纵截面图。图13是表示图12的聚焦环中的等离子体处理中的半导体晶片、导电性部件和地 线的电位的变化的图。图14是将外侧环部与内侧环部相互电绝缘的结构的聚焦环放大表示的纵截面 图。图15是表示将等离子体生成用的高频电源和偏置用的高频电源两者与载置台连 接的等离子体处理装置的简要结构的说明图。符号说明1 等离子体处理装置10处理腔室11载置台12 绝缘板15热介质流路16气体流路29 匹配器21 高频电源22 地线25聚焦环26环状绝缘部件27 导电性部件30 外侧环部31 内侧环部30a倾斜面部30b水平面部35 排气环40 喷头41 匹配器42 高频电源45 气体喷出口47气体扩散用空隙46气体导入部50气体供给配管
51 气体供给系统52质量流量控制器53处理气体供给源
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。图1是表示本发明的实施方 式的等离子体处理装置1的简要结构的说明图。图2是将该等离子体处理装置1具有的聚 焦环25放大表示的纵截面图。此外，在本说明书和附图中，实质上具有相同的功能结构的 结构要素，使用相同的符号表示，省略重复说明。在气密地构成的圆筒形状的处理腔室10的内部，配置有用于载置作为被处理基 板的半导体晶片W的兼作下部电极的载置台11。这些处理腔室10和载置台11例如由铝等 导电性材料构成。但是，载置台11通过陶瓷等的绝缘板12，被支撑在处理腔室10的底面 上，处理腔室10和载置台11成为相互电绝缘的状态。载置台11具有用于吸附保持被放置在其上面的半导体晶片W的未图示的静电卡 盘。此外，在载置台11的内部设置有用于使作为温度控制用的热介质的绝缘性流体循环 的热介质流路15 ；和用于将氦气等温度控制用的气体供给至半导体晶片W的背面的气体流 路16。这样，通过使被控制为规定温度的绝缘性流体在热介质流路15中循环，能够将载置 台11控制为规定温度，并且能够将温度控制用的气体通过气体流路16供给至该载置台11 与半导体晶片W的背面之间，促进它们之间的热交换，能够高精度地、有效地将半导体晶片 W控制为规定温度。偏置用的高频电源(RF电源)21通过匹配器20与载置台11连接。从高频电源21 向载置台11提供规定频率的高频电压。另一方面，处理腔室10与地线22电导通。在处理腔室10的内部，在载置台11的上面的周围，以包围载置台11上载置的半 导体晶片W的周围的方式，配置有聚焦环25。该聚焦环25由直接载置在载置台11上的环 状的绝缘部件26、以及配置在该绝缘部件26的上方的环状的导电性部件27构成。绝缘部 件26例如由石英、氧化铝等陶瓷、Vespel (注册商标)等树脂等绝缘材料(电介质)构成。 导电性部件27例如由Si (为了产生导电性而掺杂有B等的Si)、C、SiC等导电性材料构成。如图2所示，导电性部件27包括配置在载置台11上载置的半导体晶片W的周围 外侧的外侧环部30 ；和在载置台11上载置的半导体晶片W的周边部下方，隔开规定的间隔 配置的环状的内侧环部31。在图示的例子中，外侧环部30与环状的内侧环部31 —体地形 成为由导电性材料构成的导电性部件27，因此，外侧环部30与内侧环部31为相互电导通 的状态。但是，如上所述，在环状的导电性部件27与载置台11之间设置有绝缘部件26，因 此，外侧环部30和内侧环部31相对于载置台11电绝缘。此外，将外侧环部30与内侧环部 31的边界在图2中记作虚线31’。如该边界31’所示，在一体地形成的导电性部件27中， 配置在载置台11上载置的半导体晶片W的周围外侧的部分，是外侧环部30，在半导体晶片 W的周边部下方，隔开规定间隔配置的部分成为环状的内侧环部31。 此外，这样与载置台11绝缘的环状的导电性部件27，在处理腔室10的内部，除了 绝缘部件26以外，不进行电接触。因此，外侧环部30与内侧环部31相对于地线22也成为 电气浮起的状态。
外侧环部30的上面由配置在载置台11上载置的半导体晶片W的周围的向外侧逐 渐升高的倾斜面部30a、以及与该倾斜面部30a的外侧连续形成的水平面部30b形成。水平 面部30b被设定成比载置台11上载置的半导体晶片W的上面高，倾斜面部30a被设定成内 边缘与载置台11上载置的半导体晶片W的上面的高度大致相等、向外侧逐渐升高到水平面 部30b的高度。此外，在处理腔室10的内部，在聚焦环25的外侧，设置有形成有 多个排气孔的环 状的排气环35。利用与排气口 36连接的排气系统37的真空泵等，通过该排气环35，进行 处理腔室10内的处理空间的真空排气。另一方面，在载置台11上方的处理腔室10的顶部，以与载置台11平行相对的方 式设置有喷头40，载置台11和喷头40作为一对电极(上部电极和下部电极)起作用。此 夕卜，等离子体生成用的高频电源42通过匹配器41与该喷头40连接。喷头40在其下面设置有多个气体喷出孔45。喷头40的内部形成为气体扩散用 空隙47，在它的上部有气体导入部46。气体供给配管50与该气体导入部46连接，气体供 给系统51与该气体供给配管50的另一端连接。该气体供给系统51由用于控制气体流量 的质量流量控制器(MFC)52、用于供给例如蚀刻用的处理气体等的处理气体供给源53等构 成。接着，对上述那样构成的等离子体处理装置1的等离子体处理的步骤进行说明。首先，打开处理腔室10上设置的未图示的闸阀，通过与该闸阀相邻配置的负载锁 定室(未图示)，利用搬送机构(未图示)将半导体晶片W搬入处理腔室10内，载置在载置 台11上。然后，使搬送机构退避到处理腔室10外以后，关闭闸阀，使处理腔室10内成为密 闭状态。此后，利用排气系统37的真空泵，通过排气口 36，将处理腔室10内排气至规定的 真空度，并从处理气体供给源53，通过喷头40，向处理腔室10内供给规定的处理气体。然后，在该状态下，从高频电源21供给频率比较低的偏置用的高频电力、并且从 高频电源42供给频率比较高的等离子体生成用的高频电力，由此，如图2所示，在半导体晶 片W的上方，在处理腔室10内生成等离子体P。这样，将在半导体晶片W的上方生成的等 离子体P中的自由基分子、离子引向半导体晶片W上面，通过它们的作用，进行半导体晶片 W上面的等离子体处理。然后，当规定的等离子体处理结束时，停止从高频电源21、42供给高频电力，由此 停止等离子体处理，按与上述的步骤相反的步骤，将半导体晶片W搬出到处理腔室10外。在进行这样的等离子体处理时，在该实施方式的等离子体处理装置1中，如前所 述，采用了将导电性部件27通过绝缘部件26配置在载置台11上的聚焦环25，因此，如图3 所示，成为在半导体晶片W(载置台11)与导电性部件27之间产生电位差Ve的状态。在这 种情况下，如果设半导体晶片W与导电性部件27之间的静电容量为Ce，则电位差Ve与静电 容量Ce成反比。此外，在等离子体处理中，通过这样在半导体晶片W与导电性部件27之间产生电 位差Ve，在半导体晶片W与导电性部件27之间形成图4所示的电场E。该电场E的等电位 面e，如图4所示，在半导体晶片W的外周面与外侧环部30的内周面30c之间，大致成为垂 直方向，在半导体晶片W的周边部下面与内侧环部31的上面之间，大致成为水平方向。通过具有这样的等电位面e的电场E的作用，在半导体晶片W的外周面与外侧环部30的内周 面30c之间，能够使向着半导体晶片W的表面向下吸引的等离子体P中的离子I，在向着半 导体晶片W的外周面的方向上加速，此外，在半导体晶片W的周边部下面与内侧环部31的 上面之间，能够使等离子体中的离子I在向着半导体晶片W的周边部下面的方向上加速。这样，在等离子体处理中，通过由半导体晶片W与导电性部件27之间的电位差Ve 形成的电场E的作用，使等离子体中的离子I与半导体晶片W的外周面和周边部下面碰撞， 由此，能够减少半导体晶片W的外周面和周边部下面的沉积物的产生。此外，为了减少半导体晶片W的周边部下面的沉积物的产生，在半导体晶片W的外 周面与外侧环部30的内周面30c之间，不是使等离子体中的全部离子I与半导体晶片W的 外周面碰撞，使等离子体中的离子I的至少一部分直接向下方通过半导体晶片W的外周面 与外侧环部30的内周面30c之间，需要使离子I通过，直到半导体晶片W的周边部下方。因 此，如图2所示，将载置台11上载置的半导体晶片W的外周面和与其相对的外侧环部30的 内周面30c的间隔L1,形成得比内侧环部31的上面和半导体晶片W的周边部的下面的间隔
Lg JaL Ο
通过形成这样的结构，能够使图4所示的等电位面e之间的间隔，在半导体晶片W 的外周面与外侧环部30的内周面30c之间较疏，在半导体晶片W的周边部下面与内侧环部 31的上面之间较密。由此，在半导体晶片W的外周面与外侧环部30的内周面30c之间，能 够使向着朝向半导体晶片W的外周面的方向的加速比较小，从而能够使离子I通过，直到半 导体晶片W的周边部下方。此外，另一方面，在半导体晶片W的周边部下面与内侧环部31 的上面之间，能够使向着朝向半导体晶片W的周边部下面的方向的加速比较大，使离子I与 半导体晶片W的周边部下面碰撞，从而能够可靠地减少半导体晶片W的周边部下面的沉积 物的产生。此外，半导体晶片W的外周面与外侧环部30的内周面30c的间隔L1以及内侧环部 31的上面与半导体晶片W的周边部的下面的间隔L2的优选的范围，因半导体晶片W与导电 性部件27之间形成的电位差Ve的大小、半导体晶片W的直径和厚度、内周面30c的高度等 而变化，因此不能一概地确定，但是，例如，半导体晶片W的外周面与外侧环部30的内周面 30c的间隔L1为1 5mm，优选为2 2. 5mm。如果该间隔L1过小，则有时在半导体晶片W 的外周面与外侧环部30之间会产生异常放电，相反，如果过大，则后述的半导体晶片W上的 等离子体鞘与外侧环部30上的等离子体鞘可能变得不连续。此外，例如，内侧环部31的上面与半导体晶片W的周边部的下面的间隔L2为 0. 2 1mm，优选为0. 2 0. 5mm。如果该间隔L2过小，则有时在内侧环部31的上面与半导 体晶片W的周边部之间会产生异常放电，相反，如果过大，则不能使等电位面e之间的间隔 在半导体晶片W的周边部下面与内侧环部31的上面之间较密，从而不能使离子I向着朝向 半导体晶片W的周边部下面的方向充分加速，不能充分减少半导体晶片W的周边部下面的 沉积物的产生。此外，这样隔开间隔L2相对的内侧环部31与半导体晶片W的周边部重叠 的部分的距离L4优选为0. 05 0. 5mm。 此外，在图示的实施方式中，在等离子体处理中，在半导体晶片W与导电性部件27 之间产生电位差Ve，因此，在半导体晶片W上产生的等离子体鞘与在导电性部件27的外侧 环部30上形成的等离子体鞘的厚度不同。但是，在该实施方式的聚焦环25中，像上述那样，将外侧环部30的上面形成为向外侧逐渐升高的倾斜面部30a、以及与该倾斜面部30a的外 侧连续形成的比半导体晶片W的上面高的水平面部30b，因此，能够使半导体晶片W上与外 侧环部30上的边界的等离子体鞘的厚度的变化缓和。由此，能够抑制半导体晶片W周边部 的电场的急剧变化，即使在半导体晶片W的周边部，也能够将等离子体中的离子I大致垂直 地吸引至半导体晶片W的上面，从而能够提高等离子体处理的均勻性。此外，通过由倾斜面 部30a和水平面部30b形成外侧环部30的上面，也能够延长聚焦环25本身的寿命。此外，在外侧环部30的上面形成的倾斜面部30a的高度方向的范围h，优选距半导 体晶片W的上面的高度为0 6mm的范围，更优选为2mm 4mm。此外，倾斜面部30a的水 平方向的长度h’ (半导体晶片W的直径方向的长度)优选为0. 5 9mm的范围，更优选的 范围是1 6mm。此外，倾斜面部30a的水平方向的长度h’因半导体晶片W的外周面与外 侧环部30的内周面30c的间隔L1而不同，也可以为0。在这种情况下，成为没有倾斜面部 30a的形状，但通过调节间隔L1，也能够抑制半导体晶片W的周边部的电场急剧变化。此外，在等离子体处理中，在载置台11与导电性部件27之间产生电位差Ve，因此，如果内侧环部31的内边缘过于接近载置台11，则有可能在两者之间产生异常放电。另一方 面，如果使内侧环部31的内边缘离开载置台11过远，则不能使内侧环部31充分进入到半 导体晶片W的周边部下方，不能像上述那样使等离子体中的离子I与半导体晶片W周边部 下面碰撞，不能充分得到减少沉积物的作用效果。因此，图2所示的内侧环部31的内边缘 与载置台11的间隔L3优选为0. 5 Imm的范围。使半导体晶片W与导电性部件27之间的静电容量Ce达到什么程度，需要根据实 际的每个等离子体处理装置而确定。通常，如果使静电容量Ce减小，则在半导体晶片W与 导电性部件27之间形成的电位差Ve变大。因此，在半导体晶片W的周边部下面与内侧环 部31的上面之间，使等离子体中的离子I向着朝向半导体晶片W的周边部下面的方向加速 的力增强，使半导体晶片W的周边部下面的沉积物的产生减少的效果有增加的趋势。相反， 如果使静电容量Ce增大，则在半导体晶片W与导电性部件27之间形成的电位差Ve变小。 因此，在半导体晶片W的周边部下面与内侧环部31的上面之间，使等离子体中的离子I向 着朝向半导体晶片W的周边部下面的方向加速的力减弱，使半导体晶片W的周边部下面的 沉积物的产生减少的效果有减小的趋势。此外，如上所述，在等离子体处理中，在半导体晶片W上产生的等离子体鞘与在导 电性部件27的外侧环部30上形成的等离子体鞘的厚度不同，由此，半导体晶片W的周边部 的离子I的入射角受到影响。通常，如果使静电容量Ce减小，则在半导体晶片W与导电性 部件27之间形成的电位差Ve变大，在外侧环部30上形成的等离子体鞘的厚度变薄，离子 I的入射角有在朝向半导体晶片W的中心的方向上倾斜(入射角>90° )的趋势。相反， 如果使静电容量Ce增加，则在半导体晶片W与导电性部件27之间形成的电位差Ve变小， 在外侧环部30上形成的等离子体鞘的厚度变厚，离子I的入射角有在从半导体晶片W的中 心朝向外侧的方向上倾斜(入射角<90° )的趋势。在此，在图5中表示半导体晶片W周边部下面的聚合物附着量(右纵轴)和半导 体晶片W的周边部上面的离子I的入射角(左纵轴)，相对于半导体晶片W与导电性部件 27之间的静电容量Ce的变化的关系的模拟结果。在本发明人的模拟结果中，分别确认了上 述的趋势。
于是，根据该实施方式的等离子体处理装置1，与以往相比，能够减少半导体晶片 W的周边部下面一侧的沉积物的产生，并且，通过抑制半导体晶片W的周边部的电场的倾 斜，即使在半导体晶片W的周边部，也能够进行大致垂直的蚀刻，从而能够提高处理的面内 均勻性。以上，表示了本发明的优选实施方式的一个例子，但本发明不限于在此例示的方式。例如，为了使载置台11上载置的半导体晶片W的外周面与外侧环部30的内周面30c 的间隔L1变宽，可以如图6所示的聚焦环25a那样，在与半导体晶片W的外周面相对的外侧 环部30的内周面30c上形成凹部30d。通过这样形成凹部30d以充分扩大与半导体晶片W 的外周面的间隔L1，能够使离子I更平滑地通过，直到半导体晶片W的周边部下方。此外， 在该图6中说明的聚焦环25a的情况下，优选在外侧环部30的上面，省略倾斜面部30a。此外，也可以如图7所示的聚焦环25b那样，使与地线22电连接的第二导电性部 件60靠近通过绝缘部件26与载置台11绝缘的导电性部件27而配置，在导电性部件27与 导电性部件60之间设置有第二绝缘部件(电介质)61。此外，在该图7所示的例子中，在导 电性部件27的外侧设置有由绝缘材料构成的覆盖环(cover ring)62。在该聚焦环25b中，如图8所示，在等离子体处理中，成为在半导体晶片W(载置台 11)与导电性部件27之间产生电位差Ve、并且在导电性部件27与地线22 (导电性部件60) 之间产生电位差Vg的状态。在这种情况下，如果设半导体晶片W与导电性部件27之间的静 电容量为Ce、导电性部件27与地线22之间的静电容量为Cg，则半导体晶片W(载置台11) 与导电性部件27之间的电位差Ve与静电容量Ce成反比，导电性部件27与地线22之间的 电位差Vg与静电容量Cg成反比。这些电位差Ve、Vg、静电容量Ce、Cg之间，下述式⑴ (3)的关系成立。Ve+Vg = Vtotal(1)CeXVe = CgXVg(2)Ve = CgXVtotal/(Cg+Ce)(3)从式(3)可知，通过改变导电性部件27与地线22之间的静电容量Cg，能够使半 导体晶片w(载置台11)与导电性部件27之间的电位差Ve改变。例如在图7所示的聚焦 环25b中，通过改变导电性部件27与第二导电性部件60的靠近距离、改变设置在导电性部 件27与导电性部件60之间的第二绝缘部件(电介质)61的介电常数等方法，来改变导电 性部件27与地线22之间的静电容量Cg，由此，能够使半导体晶片W(载置台11)与导电性 部件27之间的电位差Ve改变。参照图9对该关系进行说明。在图9中，曲线W’表示等离子体处理中的半导体晶 片W的电位的变化，曲线27’表示等离子体处理中的导电性部件27的电位的变化，直线22’ 表示地线22的电位。在图中，曲线W’与曲线27’之间的宽度是半导体晶片W(载置台11) 与导电性部件27之间的电位差Ve，曲线27’与直线22’之间的宽度是导电性部件27与地 线22之间的电位差Vg。如该图9所示，在使导电性部件27与地线22之间的电位差Vg增 大的情况下(图9的单点划线27’的情况下)，半导体晶片W(载置台11)与导电性部件27 之间的电位差Ve变小。相反，在使导电性部件27与地线22之间的电位差Vg减小的情况 下(图9的两点划线27’的情况下)，半导体晶片W(载置台11)与导电性部件27之间的电 位差Ve变大。这样，通过改变导电性部件27与地线22之间的电位差Vg，能够改变半导体晶片w(载置台11)与导电性部件27之间的电位差Ve。在此，在图中10表示在使用图7所示的聚焦环27b的等离子体处理装置1中，半导体晶片W周边部下面的聚合物附着量(右纵轴)和半导体晶片W的周边部上面的离子I 的入射角(左纵轴)，相对于半导体晶片w(载置台11)与导电性部件27之间的电位差Ve 的变化的关系的模拟结果。此外，半导体晶片W(载置台11)与导电性部件27之间的电位 差Ve和导电性部件27与地线22(导电性部件60)之间的电位差Vg的总和(Vtotal)是一定 的，根据式(3)，半导体晶片W(载置台11)与导电性部件27之间的电位差Ve与静电容量比 (Cg/(Cg+Ce))成比例，因此，图10中的横轴使用静电容量比(Cg/(Cg+Ce))代替电位差Ve。根据本发明人的模拟结果，如果使在半导体晶片W与导电性部件27之间形成的电 位差Ve增大(使静电容量比(Cg/(Cg+Ce))增大)，则半导体晶片W的周边部下面的沉积物 的产生减少，离子I的入射角有在朝向半导体晶片W的中心的方向上倾斜(入射角>90° ) 的趋势。相反，如果使在半导体晶片W与导电性部件27之间形成的电位差Ve减小(使静 电容量比(Cg/(Cg+Ce))减小)，则半导体晶片W的周边部下面的沉积物的产生增加，离子I 的入射角有在从半导体晶片W的中心朝向外侧的方向上倾斜(入射角< 90° )的趋势。此外，为了更容易地使在半导体晶片W与导电性部件27之间形成的电位差Ve改 变，可以如图11所示的聚焦环25c那样，将通过绝缘部件26与载置台11绝缘的导电性部 件27，通过电容可变的电容器65与地线22电连接。在该聚焦环25c中，与前面在图7、8中说明的聚焦环25b同样，在等离子体处理 中，成为在半导体晶片W(载置台11)与导电性部件27之间产生电位差Ve、在导电性部件 27与地线22 (导电性部件60)之间产生电位差Vg的状态。根据该聚焦环25c，能够通过操 作电容可变的电容器65，改变导电性部件27与地线22之间的静电容量Cg，因此，能够容易 地改变半导体晶片W(载置台11)与导电性部件27之间的电位差Ve。通过这样改变半导体 晶片W与导电性部件27之间形成的电位差Ve，能够容易地调整与半导体晶片W的周边部下 面碰撞的离子I的量。此外，为了改变在半导体晶片W与导电性部件27之间形成的电位差Ve，可以如图 12所示的聚焦环25d那样，将可变直流电源66与通过绝缘部件26与载置台11绝缘的导电 性部件27电连接。在该聚焦环25d中，与前面在图7、8中说明的聚焦环25b同样，在等离子体处理 中，成为在半导体晶片W(载置台11)与导电性部件27之间产生电位差Ve、在导电性部件27 与地线22 (导电性部件60)之间产生电位差Vg的状态。根据该聚焦环25d，当操作可变直 流电源66时，如图13所示，能够使导电性部件27与地线22之间的电位差Vg在图中向上 下移动。在使电位差Vg向图中的下方移动的情况下(图13中的单点划线27’的情况下)， 半导体晶片W(载置台11)与导电性部件27之间的电位差Ve变小。相反，在使电位差Vg向 图中的上方移动的情况下(图13中的两点划线27’的情况下)，半导体晶片W(载置台11) 与导电性部件27之间的电位差Ve变大。这样，通过操作与导电性部件27连接的可变直流 电源66，能够容易地改变半导体晶片W(载置台11)与导电性部件27之间的电位差Ve。此外，以上说明的聚焦环25、25a、25b、25c、25d都表示了将配置在载置台11上的 半导体晶片W周围外侧的外侧环部30和配置在半导体晶片W的周边部下方的内侧环部31， 作为导电性部件27 —体地形成的形态，但外侧环部30与内侧环部31也可以构成为相互分开的部件。此外，在构成为这样相互分开的部件的情况下，外侧环部30与内侧环部31可以相互电导通，也可以相互电绝缘。图14所示的聚焦环25e中，配置在载置台11上的半导体晶片W周围外侧的外侧环部30和配置在半导体晶片W的周边部下方的内侧环部31，作为相互分开的部件而构成， 外侧环部30和内侧环部31成相互电绝缘状态。在该聚焦环25e中，外侧环部30在与载置 台11电导通的状态下放置在其上。另一方面，在内侧环部31与外侧环部30和载置台11 之间，设置有绝缘部件26，因此内侧环部31与外侧环部30和载置台11电绝缘。在具有该图14所示的聚焦环25e的等离子体处理装置1中，在等离子体处理中，外侧环部30与载置台11总是为相同的电位，在半导体晶片W与外侧环部30之间不产生电 位差，但因为在内侧环部31与载置台11之间设置有绝缘部件26，所以对施加在载置台11 上的高频电力的阻抗变高，因此，成为仅在半导体晶片W与内侧环部31之间产生电位差Ve 的状态。因此，在半导体晶片W的周边部下面与内侧环部31的上面之间，形成使等离子体 中的离子I在朝向半导体晶片W的周边部下面的方向上加速的电场，能够减少半导体晶片W 的周边部下面的沉积物的产生。此外，在该图14所示的聚焦环25e中，在半导体晶片W的 外周面与外侧环部30的内周面之间不产生电位差，因此，能够使等离子体中的离子I平滑 地通过半导体晶片W的外周面与外侧环部30的内周面30c之间，使这样通过并到达半导体 晶片W的周边部下方的离子I，与半导体晶片W的周边部下面碰撞，能够进一步减少半导体 晶片W的周边部下面的沉积物的产生。此外，在图1中表示了将等离子体生成用的频率比较高的高频电力供给处理腔室 10的顶部的喷头40 (上部电极)的例子，但也可以如图15所示，构成为将供给等离子体生 成用的频率比较高的高频电力的高频电源42和匹配器41、以及供给偏置用的频率比较低 的高频电力的高频电源21和匹配器20双方均与载置台11连接。此外，本发明也可应用于包含使以上说明的聚焦环25、25a、25b、25C、25d、25e以 包围载置台11上的半导体晶片W的周围的方式配置在处理腔室10内的适当的支撑部件的 聚焦环部件。在这种情况下，作为支撑聚焦环25、25a、25b、25C、25d、25e的支撑部件，例如 可以举出载置台11、排气环35等。此外，也可以将在图7中说明的第二导电性部件60、第 二绝缘部件61用于支撑部件。产业上的可利用性本发明能够在半导体装置的制造产业中使用。
权利要求
一种等离子体处理装置，使被处理基板载置在配置于处理腔室内的载置台上，通过施加高频电压，使处理腔室内产生等离子体，对被处理基板进行处理，其特征在于包括以包围所述载置台上载置的被处理基板的周围的方式配置的聚焦环，所述聚焦环具有配置在所述载置台上载置的被处理基板的周围外侧的、由导电性材料构成的外侧环部；和在所述载置台上载置的被处理基板的周边部下方，隔开规定间隔配置的、由导电性材料构成的内侧环部，所述内侧环部与所述载置台之间通过绝缘部件电绝缘，与地线电连接的第二导电性部件靠近通过所述绝缘部件与所述载置台绝缘的所述外侧环部而配置，在所述外侧环部与所述第二导电性部件之间设置有第二绝缘部件。
2.一种聚焦环，在通过施加高频电压，使处理腔室内产生等离子体，对被处理基板进行 处理的等离子体处理装置中，以包围配置在所述处理腔室内的载置台上的被处理基板的周 围的方式配置，其特征在于，包括配置在所述载置台上载置的被处理基板的周围外侧的、由导电性材料构成的外侧环 部；和在所述载置台上载置的被处理基板的周边部下方，隔开规定间隔配置的、由导电性材 料构成的内侧环部，所述内侧环部与所述载置台之间通过绝缘部件电绝缘，与地线电连接的第二导电性部件靠近通过所述绝缘部件与所述载置台绝缘的所述外 侧环部而配置，在所述外侧环部与所述第二导电性部件之间设置有第二绝缘部件。
全文摘要
本发明提供等离子体处理装置和聚焦环。本发明的目的是在对半导体晶片等被处理基板进行等离子体处理时，进一步减少周边部下面的沉积物的产生。当使被处理基板(W)载置在配置于处理腔室(10)内的载置台(11)上，通过施加高频电压，使处理腔室(10)内产生等离子体，对被处理基板(W)进行处理时，在载置台(11)上载置的被处理基板(W)的周边部下方，形成使由等离子体生成的离子向被处理基板(W)的周边部下面加速的电场，由此使离子与被处理基板(W)的周边部下面碰撞，从而减少沉积物的产生。
文档编号H01J37/32GK101807509SQ20101014750
公开日2010年8月18日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年3月17日
发明者舆石公 申请人:东京毅力科创株式会社