等离子体处理装置、处理方法及上部电极构造与流程

[0001]
本公开涉及一种等离子体处理装置、处理方法及上部电极构造。


背景技术：

[0002]
当因聚焦环的消耗而在聚焦环与基板之间的边界附近在鞘(sheath)处产生倾斜时，离子的入射会变为倾斜，使得蚀刻形状在基板的边缘区域处并非垂直而是倾斜。将倾斜的蚀刻形状也称作倾斜形状。专利文献1提出了一种对倾斜形状进行抑制的方法。
[0003]
<现有技术文献>
[0004]
<专利文献>
[0005]
专利文献1：(日本)特开2017-212051号公报


技术实现要素：

[0006]
<本发明要解决的问题>
[0007]
在基板的边缘区域产生的倾斜形状的随时间的变化有时会成为使产额(yield)降低的因素。
[0008]
本公开提供一种等离子体处理装置、处理方法及上部电极构造，其用于对在基板的边缘区域产生的倾斜形状的随时间的变化进行抑制。
[0009]
<用于解决问题的手段>
[0010]
根据本公开的一个实施方式，提供一种等离子体处理装置，包括：腔室；下部电极，用于在所述腔室内放置基板；边缘环，布置于所述下部电极的周围；部件，布置于在所述腔室内与所述下部电极相对的上部电极的周围；气体供给部，向所述部件与所述下部电极之间的处理空间供给处理气体；以及高频供电部，向所述下部电极或所述上部电极施加用于生成所述处理气体的等离子体的高频电力，其中，所述部件具有内侧部件、以及位于所述内侧部件的外侧的外侧部件，所述外侧部件在径向上相对于所述边缘环位于外侧，所述外侧部件的至少一部分能够根据所述边缘环的消耗而在上下方向上移动。
[0011]
<发明的效果>
[0012]
根据一个方面，能够对在基板的边缘区域产生的倾斜形状的随时间的变化进行抑制。
附图说明
[0013]
图1是示出根据一个实施方式的等离子体处理装置的一个示例的剖面示意图。
[0014]
图2是示出与根据一个实施方式的外侧部件的厚度相对应的倾斜形状的一个示例的图。
[0015]
图3是示出根据一个实施方式的外侧部件的动作的一个示例的图。
[0016]
图4是示出根据一个实施方式的外侧部件的动作的一个示例的图。
[0017]
图5是示出根据一个实施方式的外侧部件的动作的一个示例的图。
[0018]
图6是示出根据一个实施方式的处理方法的一个示例的流程图。
具体实施方式
[0019]
以下，参照附图对本公开的实施方式中进行说明。在各附图中，针对相同的构成部分赋予相同的符号，并且有时会省略重复的说明。
[0020]
[等离子体处理装置]
[0021]
图1是概要性地示出根据一个实施方式的等离子体处理装置1的图。图1所示的等离子体处理装置1是电容耦合型的装置。等离子体处理装置1具有腔室10。腔室10在其内部提供内部空间10s。
[0022]
腔室10包括腔室主体12。腔室主体12具有大致圆筒形的形状。内部空间10s被提供在腔室主体12的内侧。腔室主体12例如由铝形成。在腔室主体12的内壁面上设置有对等离子体具有耐腐蚀性的膜。具有耐腐蚀性的膜具有由氧化钇、莫来石等陶瓷、树脂形成的多层膜结构。关于多层膜结构稍后将作说明。
[0023]
在腔室主体12的侧壁上形成有通路12p。通路12p能够由闸阀12g打开和关闭。闸阀12g沿着腔室主体12的侧壁设置。
[0024]
当在内部空间10s与腔室10的外部之间搬送基板w时，将闸阀12g打开，并将基板w从通路12p搬送至腔室10内。
[0025]
在腔室主体12的底部上设置有支承部17。支承部17由绝缘材料形成。支承部17具有大致圆筒形的形状。支承部17在内部空间10s中从腔室主体12的底部向上方延伸。在支承部17上设置有部件15。部件15由石英等绝缘体形成。部件15可以具有大致圆筒形的形状。或者，部件15可以是具有环形形状的板状体。
[0026]
等离子体处理装置1还包括基板支承台，即，根据一个示例性的实施方式的下部电极14。下部电极14由支承部17支承。下部电极14设置在内部空间10s中。下部电极14被构成为在腔室10内，即，在内部空间10s中对基板w进行支承。
[0027]
下部电极14具有基台18及根据一个示例性的实施方式的静电卡盘20。下部电极14可以进一步具有电极板16。电极板16例如由铝等导体形成，并且具有大致圆盘形的形状。基台18设置在电极板16上。基台18例如由铝等导体形成，并且具有大致圆盘形的形状。基台18与电极板16电连接。基台18的外周面及电极板16的外周面被支承部17包围。
[0028]
静电卡盘20设置在基台18上。在静电卡盘20中嵌入有电极。静电卡盘20的电极经由开关20s与直流电源20p连接。当对静电卡盘20的电极施加来自直流电源20p的电压时，在静电卡盘20与基板w之间产生静电吸引力。通过该静电吸引力，将基板w保持在静电卡盘20上。
[0029]
静电卡盘20的边缘及基台18的外周面被部件15包围。静电卡盘20对基板w及根据一个示例性的实施方式的边缘环26进行支撑。边缘环26也被称作聚焦环。基板w例如具有大致圆盘形的形状，并且被放置在静电卡盘20上。边缘环26以包围基板w的边缘的方式被安装在静电卡盘20上。边缘环26的外缘部分可以在部件15上延伸。
[0030]
在基台18的内部设置有流路18f。经由管道22a从设置在腔室10外部的冷却器单元22向流路18f供给热交换介质(例如制冷剂)。供给至流路18f的热交换介质经由管道22b回到冷却器单元22。在等离子体处理装置1中，通过热交换介质与基台18之间的热交换，对放
置在静电卡盘20上的基板w的温度进行调节。
[0031]
在等离子体处理装置1中设置有气体供给管线24。气体供给管线24向静电卡盘20的上表面与基板w的背面之间供给来自传热气体供给机构的传热气体(例如he气体)。
[0032]
等离子体处理装置1进一步包括上部电极30。上部电极30设置在下部电极14的上方。上部电极30是下部电极14的对电极(counter electrode)。上部电极30经由部件32被支承在腔室主体12的上部。部件32由石英等具有绝缘性的材料形成。上部电极30和部件32将腔室主体12的上部开口封闭。
[0033]
上部电极30可以包括顶板34及支承体36。顶板34的下表面为内部空间10s侧的下表面，并且划分出内部空间10s。顶板34可以由焦耳热较少的低电阻的导电体或半导体形成。在顶板34上形成有多个气体排出孔34a。多个气体排出孔34a在顶板34的厚度方向上贯穿顶板34。
[0034]
需要说明的是，下部电极14是连接有第二高频电源62的电极，并且是用于放置基板的载置台。
[0035]
支承体36以拆装自如的方式对顶板34进行支承。支承体36由铝等导电材料形成。在支承体36的内部设置有气体扩散室36a。在支承体36上形成有多个气体孔36b。多个气体孔36b从气体扩散室36a向下方延伸。多个气体孔36b分别与多个气体排出孔34a连通。在支承体36上形成有气体导入口36c。气体导入口36c与气体扩散室36a连接。在气体导入口36c上连接有气体供给管38。
[0036]
在气体供给管38上连接有气体供给部gs。气体供给部gs向上部电极30与下部电极14之间的处理空间供给处理气体。气体供给部gs包括气体源组40、阀组41、流量控制器组42、以及阀组43。气体源组40经由阀组41、流量控制器组42以及阀组43与气体供给管38连接。气体源组40包括多个气体源。阀组41及阀组43分别包括多个开闭阀。流量控制器组42包括多个流量控制器。流量控制器组42的多个流量控制器中的各个流量控制器为质量流量控制器或压力控制式的流量控制器。气体源组40的多个气体源中的各个气体源经由阀组41的相应的开闭阀、流量控制器组42的相应的流量控制器、以及阀组43的相应的开闭阀被连接至气体供给管38。
[0037]
在等离子体处理装置1中，沿着腔室主体12的内壁面以拆装自如的方式设置有沉积屏蔽部件46。沉积屏蔽部件46还设置在支承部17的外周。沉积屏蔽部件46用于防止蚀刻副产物附着到腔室主体12上。沉积屏蔽部件46例如通过在由铝所形成的部件的表面上形成具有耐腐蚀性的膜而构成。具有耐腐蚀性的膜可以是由氧化钇等陶瓷形成的膜。
[0038]
在支承体17与腔室主体12的侧壁之间设置有挡板48。挡板48例如通过在由铝所形成的部件的表面上形成具有耐腐蚀性的膜而构成。具有耐腐蚀性的膜可以是由氧化钇等陶瓷形成的膜。在挡板48上形成有多个通孔。在挡板48的下方且在腔室主体12的底部设置有排气口12e。在排气口12e上，经由排气管52连接有排气装置50。排气装置50包括压力调节阀及涡轮分子泵等真空泵。
[0039]
等离子体处理装置1还包括第一高频电源61。第一高频电源61被构成为产生等离子体生成用的第一高频电力。第一高频电力的频率例如是27mhz～100mhz范围内的频率。
[0040]
第一高频电源61经由匹配器63与基台18电连接。匹配器63具有匹配电路。匹配器63的匹配电路被构成为使第一高频电源61的负载侧(下部电极侧)的阻抗与第一高频电源
61的输出阻抗匹配。在其他的实施方式中，第一高频电源61可以经由匹配器63与上部电极30电连接。第一高频电源61是向下部电极14或上部电极30施加用于生成处理气体的等离子体的第一高频电力的高频供电部的一个示例。
[0041]
等离子体处理装置1还可以包括第二高频电源62。第二高频电源62被构成为产生离子吸引用的第二高频电力。换言之，第二高频电力主要具有适合于将正离子吸引至基板w的频率。第二高频电力的频率例如是400khz～13.56mhz范围内的频率。
[0042]
第二高频电源62经由匹配器64与基台18电连接。匹配器64具有匹配电路。匹配器64的匹配电路被构成为使第二高频电源62的负载侧的阻抗与第二高频电源62的输出阻抗匹配。
[0043]
等离子体处理装置1还可以包括控制部80。控制部80可以是具有处理器、存储器等存储部、输入装置、显示装置、信号的输入输出接口等的计算机。控制部80对等离子体处理装置1的各个单元进行控制。在控制部80中，操作者能够使用输入装置进行命令的输入操作等操作以对等离子体处理装置1进行管理。另外，在控制部80中，能够利用显示装置以可视化的方式对等离子体处理装置1的工作状态进行显示。此外，在控制部80的存储部中存储有控制程序和配方数据。控制程序由控制部80的处理器执行以在等离子体处理装置1中执行各种处理。控制部80的处理器通过执行控制程序，并根据配方数据对等离子体处理装置1的各个单元进行控制，从而在等离子体处理装置1中执行各种工艺、例如处理方法。
[0044]
[上部电极构造]
[0045]
上部电极构造具有上部电极30、以及布置在上部电极30的周围的部件55。布置在上部电极30的周围的部件55具有内侧部件55a、以及位于内侧部件55a的外侧的外侧部件55b。
[0046]
内侧部件55a和外侧部件55b可以为环形，也可以为分割成多个的圆弧形，也可以为阶梯(台阶)形。另外，关于内侧部件55a和外侧部件55b各自布置在周向上的位置，只要其相对于上部电极30的中心轴为大致同心圆状，则可以为任意位置。
[0047]
内侧部件55a和外侧部件55b由硅形成。但是，内侧部件55a和外侧部件55b的材料不限于此，可以是sic等半导体或具有导电性的部件。例如，内侧部件55a和外侧部件55b的材料可以是铝等金属，也可以是能够在腔室10内使用的其他的具有导电性的部件。在本实施方式中，虽然内侧部件55a和外侧部件55b的剖面为矩形形状，但是其剖面也可以为锥形形状。
[0048]
上部电极30与内侧部件55a之间通过石英的部件32而被电绝缘。同样地，内侧部件55a与外侧部件55b之间通过部件32而被电绝缘。上部电极30与内侧部件55a之间、以及内侧部件55a与外侧部件55b之间可以通过真空空间而被电绝缘，也可以通过除了石英以外的绝缘部件而被电绝缘。
[0049]
内侧部件55a被固定到部件32。外侧部件55b在径向上相对于边缘环26位于外侧。换言之，外侧部件55b位于边缘环26的端部的外侧的区域(参见图3的区域e)。由此，外侧部件55b与边缘环26在平面视图中不重叠。
[0050]
外侧部件55b能够根据边缘环26的消耗而在上下方向上移动。具体地，部件32在相对于内侧部件55a被嵌入的位置的外侧具有通孔。通孔与在部件32的下表面处形成的槽连通，该槽具有能够容纳外侧部件55b的尺寸。槽的高度与外侧部件55b的厚度大致相等。但
是，槽的高度也可以为大于或等于外侧部件55b的厚度的高度，或者也可以为小于或等于外侧部件55b的厚度的高度。支撑部件56与外侧部件55b的上表面连接，贯穿通孔，并向腔室10的外部突出。支撑部件56与驱动部57连接。驱动部57根据边缘环26的消耗量，使外侧部件55b在上下方向上移动。需要说明的是，驱动部57可以根据边缘环26的消耗量，使被分割的多个外侧部件55b的至少一部分在上下方向上移动。
[0051]
驱动部57通过在控制部80的控制下在上下方向上对支撑部件56进行驱动，从而对外侧部件55b的高度进行调节。外侧部件55b的高度(位置、移动量)根据边缘环26的消耗量来控制。预先对与边缘环26的消耗量相对应的值和外侧部件55b的高度之间的相关信息进行测定，并将该相关信息存储在设置于控制部80中的存储部中。以通过根据边缘环26的消耗量使外侧部件55b移动至适当的高度，从而对倾斜形状进行校正，并使在基板的边缘区域处所形成的蚀刻形状垂直或接近垂直的方式，对相关信息的值进行设定。
[0052]
控制部80基于预先存储的相关信息对驱动部57的驱动量进行控制。由此，驱动部57能够根据边缘环26的消耗量，使外侧部件55b在上下方向上移动至适当的位置。
[0053]
与边缘环26的消耗量相对应的值可以是与边缘环26为新的边缘环时的厚度相比所消耗的厚度，也可以是边缘环26在该时刻的厚度本身，也可以是间接地表示边缘环26的消耗量的值。在本实施方式中，作为间接地表示边缘环26的消耗量的值，虽然以等离子体生成用的高频电力(hf)的施加时间为例进行说明，但是不限于此。
[0054]
边缘环26因暴露于等离子体而被消耗。另外，通过向下部电极14等施加等离子体生成用的高频电力hf，从而生成等离子体。因此，边缘环26的消耗量与高频电力hf的施加时间成比例。
[0055]
如上所述，可以将高频电力hf的施加时间用作间接地表示边缘环26的消耗量的值。作为一个示例，以当高频电力hf的施加时间为0～200h(小时)的期间，外侧部件55b处于初始状态，即，如图1所示外侧部件55b位于相对于内侧部件55a的下方的方式进行控制。并且，可以当高频电力hf的施加时间为200～300h中的任意时刻时使外侧部件55b向上方移动，并且当其为300～400h中的任意时刻时使外侧部件55b移动至最高位置看，并将其容纳在部件32的槽内。但是，该高频电力hf的施加时间仅是用于使外侧部件55b在上下方向上移动的控制时刻的一个示例，不限于此。
[0056]
当生成等离子体时，因腔室10内的部件的移动使得等离子体受其影响。对此，外侧部件55b经由腔室10的壁面而接地。因此，即使外侧部件55b在上下方向上移动，也会以不受其影响的方式稳定地生成等离子体。
[0057]
[外侧部件的高度和实验结果]
[0058]
图2是示出在蚀刻对象膜上所形成的孔h的倾斜形状与根据一个实施方式的外侧部件55b的高度相对应地变化的一个示例的图。图2的上部示出了通过使用等离子体处理装置1进行通过蚀刻从而从基板的边缘沿径向在3mm的边缘区域中形成的孔h的蚀刻形状(倾斜形状)的实验结果。
[0059]
图2的下部示出了3种模式的上部电极构造。为了实验的方便，在图2的示例中，将外侧部件55b固定到部件32的下表面，并改变其厚度。换言之，图2中的(a)～(c)的上部电极构造的差异仅在于外侧部件55b的高度不同。具体地，以图2中的(a)的外侧部件55b的厚度t为基准，将图2中的(b)的外侧部件55b的厚度设为t+7.5mm，将图2中的(c)的外侧部件55b的
厚度设为t+15mm。
[0060]
作为实验的结果，当图2中的(a)的外侧部件55b为厚度t时，表示在蚀刻对象膜中所形成的孔h的侧壁相对于垂直轴的倾斜的“倾斜角度θ”为0.02(度)。当图2中的(b)的外侧部件55b为厚度t+7.5mm时，倾斜角度θ为0.49(度)。当图2中的(c)的外侧部件55b为厚度t+15mm时，倾斜角度θ为1.00(度)。如上所述可以看出：外侧部件55b的下表面的位置越低，则倾斜角度θ越大。换言之，可以看出：通过以使外侧部件55b在上下方向上移动以使外侧部件55b的下表面位于适当位置的方式进行控制，从而能够以使倾斜角度θ为0或接近0的方式进行控制。
[0061]
当边缘环26被消耗时，边缘环26上的鞘变得低于基板上的鞘，因此离子的入射角度在基板的边缘区域处变得倾斜。因此，蚀刻形状在基板的边缘区域处变得倾斜(产生倾斜形状)。并且，边缘环26的消耗量越大，则离子的入射角度变得越倾斜，使得倾斜角度变得越大。
[0062]
基于上述实验结果，通过根据边缘环26的消耗量使外侧部件55b的位置在上下方向上移动，从而能够在基板的边缘区域处根据边缘环26的消耗使所产生的离子的入射角度更垂直。由此可以看出：能够以使蚀刻形状垂直或接近垂直的方式进行控制。
[0063]
因此，根据上述实验结果，边缘环26的消耗量越大，则越使外侧部件55b向上方移动。由此，能够对离子相对于基板的边缘区域的入射角度随着边缘环26的消耗量而倾斜的情况进行抑制。因此，能够对因边缘环26的消耗而导致的倾斜形状的随时间的变化进行抑制。
[0064]
[处理方法]
[0065]
接着，参照图6对根据一个实施方式的处理方法的一个示例进行说明。图6是示出根据一个实施方式的处理方法的一个示例的流程图。当开始本处理时，控制部80将外侧部件55b控制为初始状态的高度(步骤s1)。作为一个示例，将外侧部件55b控制为图3所示的初始状态的高度。但是，图3仅示出了被控制为初始状态的高度的外侧部件55b的一个示例，不限于此。
[0066]
接着，在图6中，控制部80对等离子体生成用的高频电力hf的施加时间是否达到200小时以上进行判定(步骤s2)。控制部80不使外侧部件55b的位置移动直到高频电力hf的施加时间达到200小时以上。并且，在判定为高频电力hf的施加时间为200小时以上的情况下，控制部80将外侧部件55b升高至预定高度(步骤s3)。
[0067]
作为一个示例，如图4所示，将外侧部件55b控制为图3的初始状态的高度与图5的最上方位置的高度之间的高度。但是，图4仅示出了被控制为预定高度的外侧部件55b的一个示例，不限于此。
[0068]
接着，在图6中，控制部80对高频电力hf的施加时间是否达到300小时以上进行判定(步骤s4)。控制部80不使外侧部件55b的位置移动直到高频电力hf的施加时间达到300小时以上。并且，在判定为高频电力hf的施加时间为300小时以上的情况下，控制部80将外侧部件55b升高至最上方位置的高度(步骤s5)，并结束本处理。作为一个示例，将外侧部件55b控制为图5所示的最上方位置的高度。但是，图5仅示出了被控制为最上方位置的高度的外侧部件55b的一个示例，不限于此。
[0069]
如上所述，根据本实施方式的等离子体处理装置1、处理方法及上部电极构造，能
够对在基板的边缘区域产生的倾斜形状的随时间的变化进行抑制。
[0070]
但是，如图3～图5所示，外侧部件55b的高度不限于以3个阶段来控制。换言之，外侧部件55b的移动仅是根据边缘环26的消耗使外侧部件55b在上下方向上移动的一个示例，不限于此。
[0071]
应当认为，根据本次公开的一个实施方式的等离子体处理装置、处理方法及上部电极构造在所有方面均是示例性的，而非限制性的。在不脱离所附的权利要求书及其主旨的情况下，可以对上述实施方式以各种方式进行变形及改进。对于上述多个实施方式所记载的内容，在不产生矛盾的情况下也可以采用其他结构，并且在不产生矛盾的情况下可以进行组合。
[0072]
本公开的等离子体处理装置可以应用于原子层沉积(ald：atomic layer deposition)装置、电容耦合等离子体(ccp：capacitively coupled plasma)、电感耦合等离子体(icp：inductively coupled plasma)、径向线缝隙天线(rlsa：radial line slot antenna)、电子回旋共振等离子体(ecr：electron cyclotron resonance plasma)、以及螺旋波等离子体(hwp：helicon wave plasma)中的任意类型的装置。