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：
以往，在半导体装置的制造领域等中，采用用于朝向半导体晶圆等基板以簇射状供给气体的簇射头。即，在用于对例如半导体晶圆等基板实施等离子体蚀刻处理的等离子体处理装置中，在处理室内设置用于载置基板的载置台，且以与该载置台相对的方式设置簇射头。在该簇射头上，在与载置台相对的相对面上设置多个气体喷出孔，从而自这些气体喷出孔朝向基板以簇射状供给气体。在上述的等离子体处理装置中，为了使处理室内的气体的流动均勻化，公知一种具有用于自载置台的周围向下方排气的结构的装置。另外，还公知一种以自簇射头的周围朝向处理室的上方进行排气的方式构成的等离子体处理装置(例如，参照专利文献1。)。另外，公知一种具有设在处理室中的相对电极和设在处理室的外侧的侧壁部分的、用于使电感耦合型等离子体(ICP)产生的线圈的等离子体处理装置(例如，参照专利文献2。)。此外，公知一种将用于使电感耦合型等离子体产生的线圈呈被电介质围绕的状态地配置在处理室内的等离子体处理装置(例如，参照专利文献3。)专利文献1 日本专利第沈62365号公报专利文献2 日本特开平8-64540号公报专利文献3 日本特开平10-98033号公报在上述以往的技术中，形成自载置台(基板)的周围向处理室的下方排气或者自簇射头的周围朝向处理室的上方排气的结构。因此存在如下问题自簇射头供给的气体形成为自基板的中央部朝向周边部流动的气流、在基板的中央部和周边部容易在处理的状态方面产生差异、处理的面内均勻性下降。另外，由于需要在载置台(基板)的周围或者簇射头的周围设置排气流路，因此，存在处理室内部的容积比所收容的基板大好多、无用的空间变多而导致难以实现装置整体的小型化的问题。另外，随着装置的这种大型化，会存在启动时的待机时间变长，并且初始时产生的处理变动变大、处理效率下降的问题。此外，在簇射头兼作上部电极、载置台兼作下部电极的电容耦合型的等离子体处理装置中，希望该上部电极(簇射头)和下部电极(载置台)之间的间隔是可变的。但是， 由于处理室内形成为减压气氛，因此，存在如下问题为了克服处理室内外的压力差而使上部电极(簇射头)或者下部电极(载置台)上下移动，则驱动源需要较大的力、驱动时所需的能量也会变多。
发明内容
本发明是应对上述以往的问题而做出的，目的在于提供一种与以往相比能够实现提高处理的面内均勻性，并且能够实现装置的小型化和处理效率的提高，而且能够容易地改变上部电极和下部电极之间的间隔的等离子体处理装置。
本发明的等离子体处理装置包括下部电极，其设在处理室内，且兼作用于载置基板的载置台；上部电极，其以与上述下部电极相对的方式设在上述处理室内，且具有作为自设在与上述下部电极相对的相对面上的多个气体喷出孔朝向上述基板以簇射状供给气体的簇射头的功能，且能够上下移动和能够改变与上述下部电极之间的间隔；盖体，其设在上述上部电极的上侧且用于气密地闭塞上述处理室的上部开口 ；多个排气孔，其形成于上述相对面上；环状构件，其以沿上述上部电极的周缘部向下方突出的方式设置且能够与上述上部电极联动地上下移动，且在下降位置处形成由上述下部电极、上述上部电极和该环状构件围成的处理空间；线圈，其在收容于电介质制的容器内且与上述处理空间气密地隔离的状态下被配置在上述环状构件的内壁部分，且通过施加高频电力而使感应等离子体产生。根据本发明，可以提供一种与以往相比能够实现提高处理的面内均勻性，并且能够实现装置的小型化和处理效率的提高，而且能够容易地改变上部电极和下部电极之间的间隔的等离子体处理装置。
图1是表示本发明的一实施方式的等离子体处理装置的结构的纵剖视图。图2是将图1的等离子体处理装置的主要部分结构放大表示的纵剖视图。图3是将图1的等离子体处理装置的主要部分结构放大而表示的纵剖视图。图4是表示使图1的等离子体处理装置的簇射头上升后的状态的纵剖视图。
具体实施例方式下面，参照附图来详细说本发明的实施方式。图1是示意性地表示本发明的等离子体处理装置的一实施例的等离子体蚀刻装置200的截面结构的图，图2是示意性地表示设在图1的等离子体蚀刻装置200中的簇射头100的结构的剖视图。将本实施方式的等离子体蚀刻装置200作为电极板上下平行地相对、且与等离子体形成用电源(未图示)相连接的电容耦合型平行平板等离子体蚀刻装置并构成其主要部分。如图2所示，簇射头100由使下侧构件1和配置在该下侧构件1的上侧的上侧构件2这两片板状构件层叠而成的层叠体10构成。上述下侧构件1和上侧构件2例如由表面实施了阳极氧化处理的铝等构成。如图1所示，以使该簇射头100在等离子体蚀刻装置 200的处理室201中与用于载置半导体晶圆(基板)的载置台202相对的方式配置该簇射头100。S卩，以使图2所示的下侧构件1侧形成与图1所示的载置台202相对的相对面14 的方式配置簇射头100。在上述层叠体10中的形成有与载置台202相对的相对面14的下侧构件1上形成有多个气体喷出孔11，在下侧构件1和上侧构件2之间形成有与上述气体喷出孔11相连通的气体流路12。如图2中的箭头所示，上述气体喷出孔11是用于朝向基板(图2中下侧) 以簇射状供给气体的构件。另外，在层叠体10的周缘部设有用于将气体导入到气体流路12 内的气体导入部(未图示。)。另外，在上述层叠体10上，贯通该层叠体10，即下侧构件1和上侧构件2地形成有多个排气孔13。如图2中的虚线所示，就这些排气孔13而言，以自基板侧(图2中下侧) 朝向与基板相反的一侧(图2中上侧)地形成气体的流动的方式构成用于排气的排气结构。上述排气孔13的直径为例如1. 2mm左右，且将排气孔13大致均等地设在簇射头 100的除周缘部(作为用于固定后述的环状构件220的固定部)之外的整个区域中。在簇射头100是用于处理例如直径是12英尺(300mm)的半导体晶圆的情况下，排气孔13的数量为2000 2500个左右。排气孔13的形状并不限定为圆形也可以形成为例如椭圆形状等，这些排气孔13还起到将反应生成物排出的作用。另外，在本实施方式中，与作为被处理基板的半导体晶圆的外形相对应而将簇射头100的外形构成为圆板状。图1所示的等离子体蚀刻装置200的处理室(处理容器)201例如由表面被实施了阳极氧化处理的铝等形成为圆筒形状，且该处理室201接地。在处理室201内载置有作为被处理基板的半导体晶圆，且设有用于构成下部电极的载置台202。在该载置台202上连接有未图示的高频电源等高频电力施加装置。在载置台202的上侧，在载体台202之上设有用于静电吸附半导体晶圆的静电吸盘203。静电吸盘203是通过在绝缘材料之间配置电极而构成的，通过向该电极施加直流电压，而利用库仑力来静电吸附半导体晶圆。另外，在载置台202上形成有用于使调温用介质循环的流路(未图示。)，从而能够将吸附在静电吸盘203之上的半导体晶圆温度调整到规定的温度。另外，如图4所示，在处理室201的侧壁部上形成有用于将半导体晶圆搬入到处理室201内或者将半导体晶圆自处理室201搬出的开口 215。在载置台202的上方，以与载置台202隔开间隔地相对的方式配置有图2所示的簇射头100。然后，形成将簇射头100作为上部电极、将载置台202作为下部电极的一对的相对电极。自未图示的气体供给源将规定的处理气体(蚀刻气体)供给到簇射头100的处理流路12内。另外，在簇射头100的上部设置有将处理室201的上部开口气密地闭塞且用于构成处理室201的顶部的盖体205，在该盖体205的中央部配置有筒状的排气管210。在该排气管210上，借助开闭控制阀和开闭机构等而连接有涡轮分子泵等真空泵(未图示。)在簇射头100的下表面设有以沿簇射头100的周缘部向下方突出的方式形成为圆环状(圆筒状)的环状构件220。该环状构件220例如由被绝缘性的覆膜(阳极氧化覆膜等)覆盖的铝等构成，且以与作为上部电极的簇射头100电导通的状态被固定。如图3所示，环状构件220包括用于构成环状构件220的侧壁的主要部分的上侧构件221和安装在该上侧构件221的下部的下侧构件222。在上侧构件221的内壁的上端部设有朝向内侧突出的突出部221a。并且，以夹在该突出部221a和下侧构件222的上表面之间的方式，沿环状构件220的内壁设有石英容器230，该石英容器230的整体形状为圆环状、纵截面形状为倒U字形，是电介质制的容器，在本实施方式中由石英构成。在石英容器230的下端部和下侧构件222的上表面之间配置有作为气密密封构件的0型密封圈231。另一方面，石英容器230的上端部维持在被上侧构件221的突出部221a 朝向下方按压的状态，由此，能够在将石英容器230内部和处理室201内部的处理空间气密地隔离的状态下将石英容器230固定在环状构件220上。在石英容器230的内部配置有ICP线圈M0。该ICP线圈240的整体形状呈圆环
5状，在本实施方式中以多圈缠绕在处理空间的周围的方式设置。在本实施方式中，ICP线圈 240由中空的管状的金属构成。在该ICP线圈240上连接有未图示的调温用介质循环机构， 从而能够使调温用介质在该ICP线圈MO的中空的空间中循环。另外，该ICP线圈240与未图示的高频电源相连接。并且，该ICP线圈240构成为能够通过自该高频电源施加规定频率(例如450KHz 2MHz的范围)的高频电力而使I CP等离子体产生在比石英容器230靠内侧的处理空间212内。石英容器230的内部形成为被大气或者非活性气体置换的气氛，且在内部形成不产生放电的压力(例如，1330Pa(10Torr) 以上且大气压以下的压力)。利用上述的ICP线圈M0，能够使ICP等离子体产生在处理空间212内的周边部， 且控制处理空间212内的周边部的等离子体密度。这时，ICP线圈240的温度有上升的趋势，通过使调温用介质在内部循环能够防止该ICP线圈MO的温度上升。另外，在为了维修等而暂时将处理室201内部大气开放，然后再次开始处理的情况下，在用于开始处理的准备工序中，通过利用ICP线圈240产生等离子体，能够使吸附在处理室201内的零件上的水分等脱离。由此，能够缩短待机时间，并且能够降低在启动时的初期产生的处理变动。环状构件220与升降机构270相连接，且能够与簇射头100 —起上下移动。该环状构件220的内径被设定得比载置台202的外径稍大，从而能够使该环状构件220的下侧部分下降至呈围绕载置台202的周围的状态的位置。图1表示使环状构件220和簇射头 100处于下降位置的状态。在该下降位置处，在载置台202的上方形成有由载置台(下部电极)202、簇射头(上部电极)100和环状构件220围成的处理空间212。这样一来，通过利用能够上下移动的环状构件220来分隔处理空间212，能够仅在载置台202的上方形成处理空间212，从而能够抑制自载置台202的周缘部朝向外侧形成沿水平方向扩宽的无用的空间的情况。另一方面，图4表示使环状构件220和簇射头100处于上升位置时的状态。在该上升位置处，用于将半导体晶圆搬入到处理室201内和将半导体晶圆自处理室201内搬出的开口 215呈打开的状态，在该状态下，能够向处理室201搬入半导体晶圆和将半导体晶圆自处理室201搬出。如图1所示，在使环状构件220和簇射头100处于下降位置时，该开口 215呈被环状构件220覆盖且闭塞的状态。作为升降机构270的驱动源，在本实施方式中采用电动缸沈0。而且，采用多个升降机构270沿处理室201的周向等间隔地设置的多轴驱动方式。如此，通过以采用了电动缸沈0的多轴驱动方式，例如，与作为空气压驱动的驱动机构的情况相比，能够高精度地控制环状构件220和簇射头100的位置。另外，作为多轴驱动方式，也能够通过电动方式容易地对升降机构270进行协调控制。如图1所示，电动汽缸沈0的驱动轴与升降轴261相连接，该升降轴以贯通圆筒状的固定轴262内的方式配置，该圆筒状的固定轴沈2以自处理室201的底部朝向处理室201内的上部延伸的方式竖立设置。此外，在气密密封部263上，利用例如双重的0型密封圈等将升降轴261的驱动部分气密密封。在本实施方式中，簇射头100配置在用于气密地将处理室201的上部开口闭塞的盖体205的内侧的减压气氛内，从而对簇射头100自身不会施加减压气氛与大气气氛之间的压力差，而仅对升降轴261的部分施加压力差。因此，用较少的驱动力就能够容易地使簇射头100上下移动，从而能够实现节能化。另外，由于能够减轻驱动机构的机械强度，所以能够实现装置成本的降低。在环状构件220和载置台202下部的高频侧线(line)的接地侧设有用于电连接环状构件220和载置台202的薄片状电缆(sheet Cable)250。该薄片状电缆250沿环状构件220的周向以等间隔设置有多个。薄片状电缆250是通过用绝缘层覆盖由铜等构成的薄片状的导体的表面而构成的，在薄片状电缆250的两侧端部附近设有连接部，该连接部形成有用于供导体暴露且将导体螺纹固定的通孔。该薄片状电缆250构成为，厚度例如为数百微米左右，具有挠性，且与环状构件220和簇射头100的上下移动相对应地自由变形。薄片状电缆250是以环状构件220和作为上部电极的簇射头100的高频的返回 (return)为目的的电缆。环状构件220和作为上部电极的簇射头100由薄片状电缆250电连接，且与高频侧线的接地侧电连接。如此，在本实施方式中，不是利用处理室壁等而是利用薄片状电缆250，在短路径中使环状构件220和作为上部电极的簇射头100与高频侧线的接地侧电连接。由此，能够将由等离子体引起的各部位的电位差抑制得极其低。另外，环状构件220和作为上部电极的簇射头100虽然是能够上下移动的结构，但环状构件220和作为上部电极的簇射头100利用薄片状电缆250而始终与高频侧线的接地侧电连接，因而不会形成电浮接(floating)状态。如上所述，在等离子体蚀刻装置200中具有能够上下移动的环状构件220，所以能够仅在载置台202的上方形成处理空间212，且能够抑制形成向水平方向外侧扩宽的无用的空间的情况。由此，能够实现削减所消耗的处理气体等。另外，由于利用被配置在环状构件220上的ICP线圈240能够使ICP等离子体产生在处理空间内的周边部，且控制处理空间内的周边部的等离子体密度，所以能够更加细致地控制处理空间212内的等离子体的状态，且能够进行均勻的处理。此外，可以根据处理的条件等改变载置台202与作为上部电极的簇射头100之间的距离。此外，处理空间212的物理形状为对称的，且能够抑制由于存在有用于将半导体晶圆搬入到处理室201内和用于将半导体晶圆自处理室201内搬出的开口 215而引起的非对称的形状的影响施加给等离子体，所以能够进行更加均勻的处理。在利用具有上述结构的等离子体蚀刻装置200对半导体晶圆进行等离子体蚀刻的情况下，首先，如图4所示那样使环状构件220和簇射头100上升，且将开口 215打开。 在该状态下，自开口 215向处理室201内搬入半导体晶圆，且将半导体晶圆载置到静电吸盘 203之上，从而将半导体晶圆静电吸附在静电吸盘203之上。接着，在使环状构件220和簇射头100下降的同时将开口 215关闭，从而呈在半导体晶圆的上方形成有处理空间212的状态。然后，利用真空泵等经由排气孔13将处理室 201内的处理空间212抽真空至规定的真空度。然后，自未图示的气体供给源供给规定流量的规定的处理气体(蚀刻气体)。该处理气体经由簇射头100的气体流路12自气体喷出孔11以簇射状被供给给载置台202之上的半导体晶圆。然后，在将处理室201内的压力维持为规定的压力之后，向载置台202施加规定的频率、例如13. 56MHz的高频电力。由此，在作为上部电极的簇射头100和作为下部电极的载置台202之间产生高频电场，使蚀刻气体离解而等离子化。此外，在例如欲使处理空间212 的周缘部的等离子体密度上升的情况等时，根据需要而向ICP线圈240施加高频电力，从而使ICP等离子体产生在处理空间内的周边部。然后，利用上述的等离子体对半导体晶圆进行规定的均勻的蚀刻处理。在上述蚀刻处理中，自簇射头100的气体喷出孔11供给的处理气体从分散在簇射头100上并形成为多个的排气孔13排气，所以，不会像自处理室201的下部进行排气的情况那样形成自半导体晶圆的中央部朝向周边部那样的气流。因此，能够使被供给到半导体晶圆的处理气体进一步均勻化。由此，能够使等离子体的状态均勻化，从而能够对半导体晶圆的各部实施均勻的蚀刻处理。即，能够提高处理的面内均勻性。并且，规定的等离子体蚀刻处理结束时，则停止施加高频电力和停止供给处理气体，且以与上述顺序相反的顺序将半导体晶圆自处理室201内搬出。如上述那样，采用本实施方式的等离子体蚀刻装置200，由于形成为用于自簇射头 100供给处理气体和排出处理气体的结构，所以能够使被供给到半导体晶圆的处理气体进一步均勻化。由此，能够对半导体晶圆的各部实施均勻的蚀刻处理。另外，在上述的等离子体蚀刻装置200中，自设在簇射头100上的排气孔13进行排气，所以无需像以往的装置那样在载置台202的周围或者簇射头100的周围设置排气路径。因此，能够使处理室201的直径更接近作为被处理基板的半导体晶圆的外径，从而能够实现装置的小型化。另外，由于能够将真空泵设在处理室201的上方，且能够自距处理室 201的处理空间更近的部分进行排气，所以能够高效率地进行排气。另外，由于能够根据处理来改变簇射头(上部电极)100和载置台(下部电极)202 之间的间隔，并且能够以较少的驱动力容易使簇射头100上下移动，因而能够实现节能化、 装置成本的降低。另外，自不待言的一点是，本发明并不限定于上述实施方式，还可以是各种变形。 例如，在上述实施方式中，对于向载置台(下部电极)供给1个频率的高频电力的情况进行了说明，但对于向下部电极供给频率不同的多个高频电力的类型的装置等也同样适用。
权利要求
1.一种等离子体处理装置，其特征在于，其包括下部电极，其设在处理室内，且兼作用于载置基板的载置台；上部电极，其以与上述下部电极相对的方式设在上述处理室内，且具有作为自设在与上述下部电极相对的相对面上的多个气体喷出孔朝向上述基板以簇射状供给气体的簇射头的功能，且能够上下移动和能够改变与上述下部电极之间的间隔；盖体，其设在上述上部电极的上侧且用于气密地闭塞上述处理室的上部开口；多个排气孔，其形成于上述相对面上；环状构件，其以沿上述上部电极的周缘部向下方突出的方式设置且能够与上述上部电极联动地上下移动，且在下降位置处形成由上述下部电极、上述上部电极和该环状构件围成的处理空间；线圈，其在收容于电介质制的容器内且与上述处理空间气密地隔离的状态下被配置在上述环状构件的内壁部分，且通过施加高频电力而使感应等离子体产生。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，在上述处理室的侧壁的、上述下部电极和上述上部电极之间的位置处设有用于搬入、 搬出上述基板的、开关自如的开口部，在使上述环状构件上升后的状态下将上述基板搬入、 搬出。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述环状构件由被绝缘性的覆膜覆盖的铝构成。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述电介质制的容器内为大气或者非活性气体气氛，并形成1330 以上且大气压以下的压力。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述线圈由管状的中空的导体构成，且向上述线圈的内部导入有调温用介质。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，施加于上述线圈的高频电力的频率在450KHz 2MHz的范围内。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，上述环状构件和上述上部电极在导电的状态下被固定，且利用由表面被绝缘层覆盖的金属薄片构成且具有挠性的薄片状电缆将上述环状构件连接到接地电位。
8.根据权利要求1 7中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，用于使上述环状构件和上述上部电极上下移动的驱动方式是由电动缸进行的多轴驱
全文摘要
本发明涉及一种等离子体处理装置。其与以往相比能够提高处理的面内均匀性，并且能够实现装置的小型化和处理效率的提高，而且能够容易地改变上部电极和下部电极之间的间隔。该等离子体处理装置包括下部电极，其设在处理室内；上部电极，其具有作为簇射头的功能且能够上下移动；盖体，其设在上部电极的上侧且用于气密地闭塞处理室的上部开口；多个排气孔，其形成于上部电极的相对面上；环状构件，其以沿上部电极的周缘部向下方突出的方式设置且能够与上部电极联动地上下移动，且在下降位置处形成由下部电极、上部电极和该环状构件围成的处理空间；线圈，其以收容于电介质制的容器内的方式被配置在环状构件的内壁部分。
文档编号H01L21/67GK102254847SQ201110127888
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月17日 优先权日2010年5月17日
发明者饭塚八城 申请人:东京毅力科创株式会社