专利名称：等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体处理装置。
背景技术：
在等离子体处理装置中，不仅将基板自身收容于腔室内进行处理，也通过利用能够搬运多个基板的托盘而实现分批处理。伴随基板或托盘的大型化，导致等离子体处理装置尤其是腔室大型化。若基板或托盘大型化，则向腔室内导入及排出的气体的流动或压力在基板或托盘上的分布产生偏差而出现不均化，在处理特性(例如蚀刻特性)方面分布不均。已知有如下作为使基板或托盘上的气体的流动或压力分布偏差消失的主要対策。第一对策是在腔室的载置基板或托盘的下部电极的正下方配置包含TMP (涡轮式分子泵)的排气机构(专利文献I)。第二对策为设置多个排气机构(专利文献2)。第三对策是在腔室内设置与配置下部电极的处理室独立的大型的排气室(专利文献3)。在先技术文献专利文献专利文献I日本特开平4-53126号专利文献2日本特开2004-47558号专利文献3日 本特开平11-40544号最近，尤其是在LED制造等领域，更加谋求装置的低价化。然而，第一对策导致装置结构复杂及大型化以及由其引起的设置成本等的高成本化。另外，在第一对策中，存在产生故障时异物侵入排气机构的TMP内的危险性。进而，第二及第三对策也导致装置结构复杂及大型化以及由其引起的设置成本等的高成本化。如上所述，对于第一至第三对策的任ー种而言，都无法避免装置结构的复杂化及大型化导致的高成本化。
发明内容
本发明的课题在于，提供ー种具有简单的装置结构且小型化，并且能够有效降低在作为基板或托盘的处理对象物上的气体的流动或压力分布的不均的等离子体处理装置。本发明提供一种等离子体处理装置，具备:一体结构的腔室主体，其具备:在上下方向上相互对置的顶壁及底壁、相互对置的ー对侧壁、设置有等离子体处理的处理对象物的搬入搬出ロ的一端侧的端壁、另一端侧的开ロ端；盖体，其固定在所述腔室主体上且以划分产生等离子体的腔室的方式封闭所述开ロ端；处理对象物支承台，其在作为所述腔室的所述端壁侧的区域的处理室内对配置在所述底壁上的所述处理对象物进行保持；气体供给ロ，其设置在所述处理对象物支承台的上方，用于向所述腔室内供给等离子体产生用的气体；排气ロ，其在作为所述腔室的所述开ロ端侧的区域的排气室中设置在所述底壁上，用于排出所述腔室内的所述气体；第一凹部，其设置在所述处理对象物支承台的侧部的至少与所述端壁及所述侧壁对置的部位。
通过在处理对象物支承台的侧部的至少与端壁及侧壁对置的部位设置凹部，从而能够在不扩大腔室的外形尺寸的情况下，确保气体在处理对象物支承台的侧部和端壁以及侧壁间顺畅流动的空间。其结果是，能够使在处理对象物(基板或托盘)上从气体供给口向排气口的气体流动或气体压力分布没有偏差而实现均匀化。另外，即使为在一体结构的腔室主体上固定盖体的简单结构，也能够将腔室的外形尺寸抑制为最小必要限度。即，能够在具有简单的装置结构且小型化的同时，有效降低处理对象物上的气体流动或压力分布的偏差。优选具备第二凹部，该第二凹部设置在所述端壁的内侧面的比所述搬入搬出口靠下方侧的位置。根据该结构，能够在不扩大腔室的外形尺寸的情况下，进一步扩大气体在处理对象物支承台的侧部与端壁之间流动的空间。其结果是，能够使处理对象物支承台的侧部与端壁之间的气体的流动更顺畅。优选所述排气室中的所述一对侧壁的内表面之间的间隔固定。根据该结构，由于排气室中朝向气体排气口的气体的流动更顺畅，因此，能够更有效地降低处理对象物上的气体的流动或压力分布的偏差。发明效果根据本发明，在处理对象物支承台的侧部设有凹部，且在一体结构的腔室主体上固定盖体而构成腔室。由此，能够具备简单的装置结构且实现小型化，并且能够有效降低在处理对象物(基板或托盘)上的气体的流动或压力分布的不均，从而能够实现处理对象物上的等离子体处理特性均匀化的等离子体处理装置。
图1是表示本发明的实施方式涉及的干式蚀刻装置的剖视图。图2是沿图1的I1-1I线的剖视图。图3是沿图1的II1-1II线的剖视图。图4是处理对象物支承台周边的放大剖视图。图5A是托盘位于基板载置部的上方的状态的示意剖视图。图5B是托盘向基板载置部下降过程中的状态的示意剖视图。图5C是托盘向基板载置部载置后的状态的示意剖视图。图6是本发明的实施方式涉及的干式蚀刻装置的示意性横向剖视图。图7是表示托盘及基板的分解立体图。图8是比较例涉及的等离子体处理装置的示意性横向剖视图。图9是表不基板上的蚀刻流量的测定位置的不意俯视图。图10是用于高度差D1、D2、D3的示意图。图11是表示流速分布的模拟结果的图表。图12是表示压力分布的模拟结果的图表。符号说明I干式蚀刻装置2 托盘
2a基板收容孔2b基板支承部3 基板5 腔室6腔室主体7 底壁7a 排气 口8 顶壁8a安装孔9 侧壁11 端壁Ila搬入搬出口Ilb 凹部12 开口端13 门14搬运室16 盖体17 腔室18内腔室18a筒状部18b凸缘状部19电介质板19a气体喷嘴21 天线22A、22B 高频电源23气体源25 处理室26处理对象物支承台27排气室28排气机构31 基座31a 侧部31b下侧大径部31c上侧大径部32绝缘板33金属块33a制冷剂流路34载物台34a上表面
34b基板载置部34c基板载置面34d供给孔35罩36导向环38静电吸附用电极39驱动电源41冷却装置42制冷剂循环装置43导热气体源44抬升销45驱动杆46驱动源47波纹管48升降机构51、52 凹部100 GaN 层101光致抗蚀剂
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1至图3表示本发明的实施方式涉及的干式蚀刻装置I。该干式蚀刻装置I以与托盘一起搬入到后述的腔室17内的基板作为处理对象。参照图7，在托盘2上以沿厚度方向贯通的方式设有7个基板收容孔2a。另外，基板支承部2b从基板收容孔2a的孔壁突出。收容到基板收容孔2a中的基板3的下表面的外周缘附近被基板支承部2b支承。参照图1至图3，干式蚀刻装置I的腔室5具备一体结构的腔室主体6。本实施方式的腔室主体6为大致比较细长的矩形箱状，具备内表面平坦的底壁7和在该底壁7的上方隔开间隔对置配置的内表面平坦的顶壁8。另外，腔室主体6具备在水平方向上隔开间隔而相互对置的一对侧壁9、9。进而，腔室主体6在一端具备端壁11。该端壁11上设有搬入搬出口 11a，该搬入搬出口 IIa用于从相邻设置的搬运室14搬入搬出收容有基板3 (处理对象物)的托盘2。并且，设置有对搬入搬出口 Ila进行开闭的门13。在腔室主体6的另一端(与端壁11相反侧的端部)未设置壁而形成有开口端12。腔室主体6的开口端12在本实施方式中通过仅为板状的盖体16封闭。盖体16固定在腔室主体6上。通过盖体16封闭开口端12，从而在腔室主体6的内部划分出产生等离子体的能够减压的腔室17。在腔室主体6的顶壁8， 在端壁11侧的位置设有安装孔8a，在该安装孔8a安装有内腔室18。内腔室18在薄壁的筒状部18a的上端具备凸缘状部18b，整体成为两端开口的筒状。对于内腔室18而言，在将筒状部18a插入腔室17内的状态下，凸缘状部18b固定在腔室5的顶壁8上。
对于内腔室18的筒状部18a而言，下端位于比腔室主体6的底壁7的内表面充分靠上方的位置，另ー方面，上端的开ロ通过电介质板19封闭。在电介质板19的上方配置有作为上部电极的天线(等离子体源)21。天线21与第一高频电源22A电连接。另外，在电介质板19的下表面形成有作为气体供给ロ发挥作用的多个气体喷嘴19a。这些气体喷嘴19a经由形成在电介质板19内的流路与处理气体的气体源23连接。在腔室17中的端壁11侧的区域即处理室25内设有将基板3与托盘2 —起保持的处理对象物支承台26。另ー方面，在腔室17中，在开ロ端12(由盖体16封闭的)ー侧的区域即排气室27中，设有用于排出腔室17内的气体的贯通底壁7的排气ロ 7a。在排气ロ7a连接有包含TMP的排气机构28。进ー步參照图4，处理对象物支承台26配置在底壁7上。处理对象物支承台26的基座31整体为短圆柱状，下端固定在底壁7的内表面上。在基座31的上端层叠有绝缘板32 (本实施方式中为陶瓷制)、金属块33 (本实施方式中为铝制)以及载物台34 (本实施方式中为陶瓷制)。金属块33与第二高频电源22B电连接，作为下部电极发挥作用。绝缘板32、金属块33以及载物台34收容在筒状的罩35 (本实施方式中为铝制)中，最上层的载物台34从罩35的上端向外部露出。在罩35的上端固定有包围载物台34的外周的导向环36。在载物台34的上表面34a设有与托盘2的基板收容孔2a对应的俯视下以岛状鼓起的7个基板载置部34b。如图5A至图5C所示，收容了基板3的托盘2从上方朝向载物台34下降，由载物台34的上表面34a支承托盘2的下表面，并且，各个基板载置部34b从托盘2的下面侧进入到对应的基板收容孔2a中。基板载置部34b的上端面作为载置从基板收容孔2a的基板支承部2b接受的基板3的基板载置面34c发挥作用。即，如图5C所示，载置在基板载置面34c上的基板3的下表面从托盘2侧的基板支承部2b浮起。如仅在图4中示意地示出那样，在载物台34上，在基板载置部34b的上端面(基板载置面34c)附近具备用于静电吸附基板3的静电吸附用电极38。该静电吸附用电极38与驱动电源39电连接。另外，设有载物台34的冷却装置41。该冷却装置41具备:形成在金属块33内的制冷剂流路33a、使被调温的制冷剂在制冷剂流路33a中循环的制冷剂循环装置42。进而，在各个基板载置部34b的基板载置面34c设有导热气体(例如He)的供给孔34d。这些供给孔34d与共用的导热气体源43连接。此外，设有贯通载物台34、金属块33以及绝缘板32的抬升销44。该抬升销44被包括驱动杆45、驱动源46及波纹管47的升降机构48驱动而升降，所述驱动杆45贯通基座31和底壁7，所述驱动源46使驱动杆45升降，所述波纹管47包围驱动杆45贯通底壁7的部分。该抬升销44与托盘2的下表面抵接而使托盘2相对于载物台34的上表面34a升降。參照图1至图4，处理对象物支承台26的基座31不是单纯的圆柱状，在侧部31a设有具有固定深度和宽度的凹部(第一凹部)51。该凹部51以绕作为圆筒面的侧部31a —周的方式设置。通过设置凹部51，基座31具备:固定在底壁7上的下侧大径部31b ;绝缘板32、金属块33及载物台34在其上层叠的上侧大径部31c。參照图1及图2，腔室主体6的端壁11的内侧面为半圆筒状。更具体而言，腔室主体6的端壁11的内侧面在俯视下为在处理对象物支承台26的基座31的周围隔开固定间隔配置的半圆弧状。如上所述，在端壁11上设有搬入搬出ロ 11a，但在比该搬入搬出ロ Ila更靠下方侧的部分，在端壁11的内侧面设有具有固定深度和宽度的凹部(第二凹部)52。从干式蚀刻装置I的小型化观点考虑，在图1中用符号a表示的处理对象物支承台26和端壁11的内侧面的间隔优选设定得狭窄。另外，尤其为了在设有搬入搬出口 Ila的上方侧确保强度，在图1中符号b所示的端壁11的厚度需要设定为充分的厚度。在从干式蚀刻装置I的小型化的观点考虑而将腔室主体6的外形尺寸设定为固定的情况下，端壁11的厚度越厚，处理对象物支承台26与端壁11的内侧面的间隔a越窄。另一方面，当考虑到从气体喷嘴19a向腔室17 (处理室25)供给而通过排气口 7a从腔室17 (排气室27)排出的处理气体的流动的顺畅性时，优选在处理对象物支承台26与端壁11的内侧面之间形成某种程度大小的空间。在本实施方式中，首先，通过在处理对象物支承台26的基座31的侧部31a设置凹部51，从而扩大腔室主体6的外形尺寸，由此，在不扩大间隔a的情况下确保处理气体在处理对象物支承台26与端壁11的内侧面之间流动的充分空间。另外，不仅处理对象物支承台26的基座31，通过在端壁11的内侧面的比搬入搬出口 Ila靠下方侧也设置凹部52，从而在不降低确保强度所需的搬入搬出口 Ila的部分的端壁11的厚度b的情况下，确保处理气体在处理对象物支承台26与端壁11的内侧面之间流动的充分空间。如图6中最明确所示，腔室主体6的侧壁9、9的内侧面相互并行，腔室17的处理室25与排气室27在俯视下的宽度Wa、Wb均固定。即，从处理对象物支承台26到排气口 7a的腔室17的宽度Wa、Wb固定。其次，对本实施方式的干式蚀刻装置I的动作进行说明。首先，在托盘2的基板收容孔2a分别收容基板3。由托盘2的基板支承部2b支承的基板3通过基板收容孔2a从托盘2的下表面露出。结束对基板3的收容的托盘2通过未图示的搬运机器人从搬入搬出口 Ila搬入腔室17 (处理室25)内，交付到前端突出到比载物台34的上表面34a充分靠上方的位置的抬升销44。接着，通过使抬升销44下降，托盘2的外周被导向环36引导且同时向载物台34下降。如前所述，当托盘2配置在载物台34的上表面34a时，从托盘2的基板支承部2b接受基板3而载置在基板载置部34b的上端面(基板载置面34c)上。接下来，相对于静电吸附用电极38从驱动电源39施加直流电压，在基板载置部34b的基板载置面34c分别静电吸附基板3。接着，通过供给孔34d从导热气体源43供给导热气体。然后，来自气体源23的处理气体通过气体喷嘴19a向腔室2内供给，利用排气机构28将腔室17内控制成维持为规定压力。接着，从高频电源22A向天线21施加高频电压而在腔室17 (处理室25)产生等离子体，并且，利用高频电源22B向处理对象物支承台26侧的金属块33供给偏置电力。处理气体通过电感耦合而等离子体化，从而使基板3被蚀亥IJ。在蚀刻过程中，通过制冷剂循环装置42使制冷剂在制冷剂流路33a中循环而使金属块33冷却，由此，对保持在载物台34所具备的基板载置部27A 27C的基板载置面34c上的基板3进行冷却。向基板3与基板载置面34c之间供给导热气体，由于热传导性良好，因此能够高效冷却基板3且能够以高精度进行温度控制。如前所述，通过在处理对象物支承台26的基座31的侧部31a与端壁11的内侧面设置凹部51、52，从而在不扩大腔室主体6的外形尺寸的情况下，确保处理气体在处理对象物支承台26与端壁11的内侧面之间流动的充分空间。因此，从气体喷嘴19a向腔室17内供给的处理气体如图6中虚线箭头所示，在俯视下大致一样地从处理室25向排气室27流动而从排气口 7a排出。其结果是，能够使与托盘2 —起配置在处理对象物支承台26上的各个基板5间以及各个基板5不同的位置间的处理气体的流动和处理气体的压力分布不存在偏差而实现均匀化。如此，通过使流动或压力分布均匀化，从而能够使各个基板5间以及各个基板5的不同位置间的干式蚀刻特性均匀化。另外，如前所述，腔室17的处理室25与排气室27在俯视下的宽度Wa、Wb均固定，因此，可以说从处理室25向排气室27从流动排气口 7a排出的空气的流动的流路的流路宽度固定。这一点也与处理气体的流动大致一样，能够使各个基板5间以及各个基板5的不同的位置间的处理气体的流动和处理气体的压力分布均匀化。进而，如前所述，腔室5即便为将盖体16固定在一体结构的腔室主体6上的简易结构，也能够将腔室5的外形尺寸抑制为最小必要限度。如上所述，本实施方式的干式蚀刻装置I具有简单的结构且小型，并且有效降低各个基板5间以及各个基板5的不同的位置间的气体的流动或压力分布的不均，进而能够实现蚀刻特性的均匀化。在本实施方式中，在处理对象物支承台26的基座31与端壁11的内侧面这双方设置有凹部51、52。然而，即使为仅在处理对象物支承台26的基座31设置凹部51的结构，也有效确保处理气体在处理对象物支承台26与端壁11的内侧面之间流动的空间。另外，在本实施方式中，在基座31的侧部31a的整周设置凹部51，但若在侧部31a的至少与端壁11对置的部位和与侧壁9、9对置的部位设置凹部，则有效确保处理气体在处理对象物支承台26与端壁11的内侧面之间流动的空间。另外，本发明并没有限定为收容于托盘而搬运基板的结构，也能够应用于不使用托盘而将基板搬入搬出的通常的等离子体处理装置。进而，本发明并没有限定为实施方式那样的ICP型的干式蚀刻装置，也能够应用于平行平板型的干式蚀刻装置，例如CVC装置之类的其他等离子体处理装置。进行了用于确保本发明的效果的实验。在实验中，如实施方式的干式蚀刻装置I那样，在处理对象物支承台26与端壁11上形成凹部51、52，并且，腔室17的处理室25与排气室27使用在俯视下宽度Wa、Wb均固定的结构(实验例)。另外，为了进行比较，如图8所示，使用了不在处理对象物支承台26与端壁11设置凹部且腔室17的处理室25的宽度朝向排气室27逐渐变窄的结构(比较例)。如图9所示，在托盘2 (直径340mm，材质SiC)收容有7片基板3而用于实验。7片基板3用编号N0.1 7来识别。N0.1的基板3位于中央，在其周围以等角度间隔包围编号N0.2 N0.7的基板3。另夕卜，N0.2和N0.7位于搬入搬出口 Ila侦牝N0.4和N0.5的基板3位于排气口 7a侧。N0.1 7的基板3均为直径4inch，且材质为蓝宝石。参照图10，在材质为蓝宝石的基板3上以5.0 μ m的厚度形成GaN层100，在其上以3.0 μ m的厚度局部地形成光致抗蚀剂101。GaN层101利用MOCVD成膜，因此基板3整体在凸方向上具有最大IOOym左右的翘曲。从气体源23供给的处理气体使用Cl2和Ar的混合气体(C12/Ar = 100/50sccm、
0.6Pa)，将从高频电源22A向天线21供给的高频电力设为1500W，将从高频电力22B向处理对象物支承台26 (作为下部电极的金属块33)供给的直流电力设为1500W。对静电吸附用电极38施加2000V的电压。利用冷却装置41作为制冷剂供给的He的供给压为2000Pa。绝缘板(石英顶板)的温度为100°C，内腔室18的温度为100°C，处理对象物支承台(下部电极)26的温度为15°C。进行等离子体处理的时间(蚀刻时间)为两分钟。參照图10，在上述条件下，对实验例和实施例进行等离子体处理，对蚀刻前的光致抗蚀剂初期高度差D1、蚀刻结束后剥离光致抗蚀剂101前的蚀刻高度差D2以及剥离光致抗蚀剂101后的剥离后高度差D3进行了測定。在測定中使用了表面高度差測定器(KLATencor P-10)。更具体而言,对实验例和比较例这两者而言,针对N0.1的基板3 (位于托盘2的中央)、N0.2的基板3 (位于托盘2的排气ロ 7a即TMP侧)以及N0.5的基板3 (位于托盘2的搬入搬出ロ Ila侧)測定了高度差Dl D3。更具体而言，针对N0.1、2、5分别在5个测定位置(Pl P5)测定了高度差Dl D3。测定位置P3位于基板3的中央，在其周围以等角度间隔包围4个测定位置PU P2、P4、P5。另外，测定位置P1、P2、P4、P5从基板3的端面离开5mm。对于实验例及比较例，根据N0.1、2、5的基板3的测定位置Pl P3的測定结果在后续的表I和表2中表示GaN蚀刻流量(nm/min)、基板内均匀性(± % )以及托盘内均匀性(±%)的计算結果。GaN蚀刻流量(nm/min)为剥离后高度差除以蚀刻时间的值。基板内均匀性(±%)为将从各个基板3的GaN蚀刻流量(nm/min)的最大值减去GaN蚀刻流量(nm/min)的最小值而得到的差乘以100，再用除以2而得到的值。托盘内均匀性(±%)是指从N0.1、2、5的基板3的GaN蚀刻流量(nm/min)的平均的最大值减去N0.1、2、5的基板3的GaN蚀刻流量(nm/min)的平均值的最小值得到的差乘以100，再除以2得到的值。表I实施例
权利要求
1.种等离子体处理装置，具备: 一体结构的腔室主体，其具备:在上下方向上相互对置的顶壁及底壁、相互对置的一对侧壁、设置有等离子体处理的处理对象物的搬入搬出口的一端侧的端壁、另一端侧的开口端; 盖体，其固定在所述腔室主体上且以划分产生等离子体的腔室的方式封闭所述开口端; 处理对象物支承台，其在作为所述腔室的所述端壁侧的区域的处理室内保持配置在所述底壁上的所述处理对象物； 气体供给口，其设置在所述处理对象物支承台的上方，用于向所述腔室内供给等离子体产生用的气体； 排气口，其在作为所述腔室的所述开口端侧的区域的排气室内设置在所述底壁上，用于排出所述腔室内的所述气体； 第一凹部，其设置在所述处理对象物支承台的侧部的至少与所述端壁及所述侧壁对置的部位。
2.据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于， 具备第二凹部，该第二凹部设置在所述端壁的内侧面的比所述搬入搬出口靠下方侧的位置。
3.据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述排气室的所述一对侧壁的内表面之间的间隔固定。
4.据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述处理对象物支承台具备:配置在所述底壁上的圆柱状的基座、设置在所述基座的上端而配置所述处理对象物的载物台， 所述第一凹部设置成绕作为圆筒面的所述基座的侧部一周。
5.据权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述端壁的内侧面的俯视下的形状为在所述处理对象物支承台的所述基座的周围隔开固定间隔配置的半圆状。
6.据权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于， 还具备内腔室，该内腔室安装于所述腔室主体的所述顶壁的安装孔， 所述内腔室具备筒状部，该筒状部插入所述腔室内，并且下端位于比所述底壁的内表面靠上方处，上端的开口被电介质板封闭，所述载物台配置在所述筒状部内。
7.据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述筒状部与所述载物台同轴配置。
8.据权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述第一凹部具有固定的深度和宽度。
9.据权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于， 所述第二凹部具有固定的深度和宽度。
全文摘要
本发明提供一种具有简单的装置结构而实现小型化，且能够有效降低基板或托盘上的气体的流动或压力分布偏差的等离子体处理装置。干式蚀刻装置(1)的腔室(5)具备具有顶壁(8)、底壁(7)、侧壁(9)、端壁(11)及开口端(12)的一体结构的腔室主体(6)；封闭开口端(12)的盖体(16)。在处理对象物支承台(26)的基座(31)的侧部(31a)设有凹部(51)，该凹部(51)确保气体在端壁(11)和处理对象物支承台(26)间流动的充分空间。
文档编号H01J37/20GK103094043SQ20121043657
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月5日 优先权日2011年11月7日
发明者置田尚吾, 渡边彰三, 岩井哲博 申请人:松下电器产业株式会社