專利名稱：等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
以往，在半導(dǎo)體裝置的制造工序中，使用一種對配置在處理腔室內(nèi)的載置臺(tái)上的基板(例如半導(dǎo)體晶圓)作用等離子體來進(jìn)行各種處理、例如蝕刻、成膜的等離子體處理裝置。另外，作為這樣的等離子體處理裝置，公知有一種電容耦合型的等離子體處理裝置，其中，與用于載置基板的載置臺(tái)相對地在處理腔室的頂部等配置上部電極，從而構(gòu)成與作為下部電極的載置臺(tái)成對的對置電極。 作為上述電容耦合型的等離子體處理裝置，公知有這樣的構(gòu)造的等離子體處理裝置作為對上部電極和下部電極之間施加的高頻電力，對作為下部電極的載置臺(tái)施加頻率比較高的等離子體生成用的第I高頻電力和頻率比第I高頻電力的頻率低的離子引入用的第2高頻電力。并且，也公知有以對下部電極施加高頻電力、并對上部電極施加直流電壓的方式構(gòu)成的等離子體處理裝置。另外，在這樣對上部電極施加直流電壓的等離子體處理裝置中，作為直流電壓用接地構(gòu)件，公知有以包圍載置臺(tái)的四周的方式將導(dǎo)電性的環(huán)狀構(gòu)件、例如硅制的環(huán)狀構(gòu)件以該環(huán)狀構(gòu)件暴露于處理腔室內(nèi)的方式設(shè)置(例如參照專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)I :日本特開2008-251744號(hào)公報(bào)近年來，在半導(dǎo)體裝置的制造領(lǐng)域中，多層膜構(gòu)造的成批蝕刻正在成為主流，因此，需要在一個(gè)處理腔室內(nèi)實(shí)施多個(gè)等離子體蝕刻工序等。因此，需要能夠與各個(gè)工藝條件相對應(yīng)地更細(xì)致地控制等離子體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是應(yīng)對上述以往的情況而做成的，其目的在于提供一種與以往相比能夠更細(xì)致地控制等離子體的等離子體處理裝置。本發(fā)明的等離子體處理裝置的一個(gè)技術(shù)方案提供一種等離子體處理裝置，其特征在于，該等離子體處理裝置包括處理腔室，其在內(nèi)部形成處理空間；下部電極，其配置在上述處理腔室內(nèi)，兼作為用于載置被處理基板的載置臺(tái)；上部電極，其與上述下部電極相對地配置在上述處理腔室內(nèi)；高頻電源,其用于對上述下部電極施加高頻電力；處理氣體供給機(jī)構(gòu)，其用于向上述處理空間中供給被等離子體化的處理氣體；第一接地構(gòu)件，其由導(dǎo)電性材料形成，整體形狀形成為環(huán)狀，以至少一部分暴露于上述處理空間的方式配置在上述處理腔室內(nèi)，用于形成接地電位；第二接地構(gòu)件，其與上述第一接地構(gòu)件相對地設(shè)置在形成于上述處理腔室下部的排氣空間內(nèi)，由導(dǎo)電性材料形成，整體形狀形成為環(huán)狀，至少一部分暴露于上述排氣空間，用于形成接地電位；接地棒，其在上述第一接地構(gòu)件與第二接地構(gòu)件之間上下運(yùn)動(dòng)，與上述第一接地構(gòu)件及第二接地構(gòu)件中的任一個(gè)接觸，能夠調(diào)整上述第一接地構(gòu)件及第二接地構(gòu)件的接地狀態(tài)。
采用本發(fā)明，能夠提供一種與以往相比能夠更細(xì)致地控制等離子體的等離子體處
理裝置。


圖I是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示意地表示圖I中的等離子體蝕刻裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是示意地表示圖I中的等離子體蝕刻裝置的上側(cè)接地環(huán)及下側(cè)接地環(huán)的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖I是表示作為本實(shí)施方式的等離子體處理裝置的等離子體蝕刻裝置10的概略結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。等離子體蝕刻裝置10具有氣密地構(gòu)成且在內(nèi)部形成處理空間P S的處理腔室11。該處理腔室11為圓筒狀，由例如在表面形成有陽極氧化覆膜的鋁等構(gòu)成。在該處理腔室11內(nèi)設(shè)有用于將作為被處理基板的半導(dǎo)體晶圓W支承得水平的圓柱狀的載置臺(tái)12。處理腔室11的內(nèi)壁側(cè)面被側(cè)壁構(gòu)件13覆蓋，處理腔室11的內(nèi)壁上表面被上壁構(gòu)件14覆蓋。側(cè)壁構(gòu)件13和上壁構(gòu)件14例如由鋁構(gòu)成，其面向該處理空間PS的面涂敷有氧化釔、具有規(guī)定的厚度的陽極氧化覆膜。由于處理腔室11電接地，因此，側(cè)壁構(gòu)件13和上壁構(gòu)件14的電位是接地電位。另外，載置臺(tái)12具有由導(dǎo)電性材料、例如鋁構(gòu)成的導(dǎo)電體部15、用于覆蓋該導(dǎo)電體部15的側(cè)面的、由絕緣性材料構(gòu)成的側(cè)面包覆構(gòu)件16、載置在側(cè)面包覆構(gòu)件16上的、由石英(Qz)構(gòu)成的罩(enclosure)構(gòu)件17、由絕緣性材料構(gòu)成的、位于導(dǎo)電體部15的下部的載置臺(tái)基部15a。在處理腔室11的內(nèi)部，在處理腔室11的內(nèi)壁與載置臺(tái)12的側(cè)面之間形成有排氣流路18，該排氣流路18起到將導(dǎo)入到處理空間PS內(nèi)的處理氣體排出到處理腔室11外的流路的作用。在該排氣流路18中配置有作為具有多個(gè)通氣孔的板狀構(gòu)件的排氣板19。利用該排氣板19將排氣流路18和作為處理腔室11的下部空間的排氣空間ES分隔開。在排氣空間ES上開口有粗排排氣管20和主排氣管21，在粗排排氣管20上連接有未圖示的干式泵，在主排氣管21上連接有未圖示的渦輪分子泵。利用該干式泵和渦輪分子泵能夠?qū)⑻幚砜臻gPS設(shè)定為規(guī)定的壓力的減壓氣氛。另一方面，在處理腔室11的側(cè)壁設(shè)有半導(dǎo)體晶圓W的輸入輸出口 44。在該輸入輸出口 44上設(shè)有用于開閉該輸入輸出口 44的閘閥46。在載置臺(tái)12的導(dǎo)電體部15上經(jīng)由第I匹配器23連接有第I高頻電源22。第I高頻電源22是等離子產(chǎn)生用的電源，用于對導(dǎo)電體部15供給比較高的規(guī)定頻率(27MHz以上、例如40MHz)的高頻電力。另外,第I匹配器23用于降低高頻電力自導(dǎo)電體部15的反射來提高高頻電力向?qū)щ婓w部15的供給效率。另外，在導(dǎo)電體部15上還經(jīng)由第2匹配器25連接有第2高頻電源24。第2高頻電源24是離子引入用(偏壓用)的電源，用于對導(dǎo)電體部15供給頻率比第I高頻電源22所供給的高頻電力的頻率低的規(guī)定頻率(13.56MHz以下、例如3.2MHz)的高頻電力。
在載置臺(tái)12的上部配置有在電介體內(nèi)收容有電極板26的構(gòu)造的靜電吸盤27。在靜電吸盤27的電極板26上電連接有靜電吸盤用直流電源28。通過自該靜電吸盤用直流電源28對電極板26施加直流電壓，半導(dǎo)體晶圓W在庫倫力或者約翰遜 拉別克力(Johnson-Ranbec)的作用下被吸附保持在靜電吸盤27的上表面。另外，在載置臺(tái)12的上部以對吸附保持在載置臺(tái)12的上表面的半導(dǎo)體晶圓W的四周進(jìn)行包圍的方式配置有環(huán)狀的聚焦環(huán)(focus ring) 29。該聚焦環(huán)29由娃(Si)、二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)等構(gòu)成。另外，在聚焦環(huán)29的四周配置有用于保護(hù)聚焦環(huán)29的側(cè)面的、由石英構(gòu)成的環(huán)狀的蓋環(huán)(cover ring) 30。在載置臺(tái)12的內(nèi)部設(shè)有例如沿著圓周方向延伸的環(huán)狀的制冷劑室31。自冷卻單元(未圖示)經(jīng)由制冷劑用配管32向該制冷劑室31中循環(huán)供給規(guī)定溫度的制冷劑、例如冷卻水、Galden(注冊商標(biāo))液，利用該制冷劑來對吸附保持在載置臺(tái)12的上表面的半導(dǎo)體晶圓W的處理溫度進(jìn)行控制。

在載置臺(tái)12的上表面的用于吸附保持半導(dǎo)體晶圓W的吸附面中開口有多個(gè)導(dǎo)熱氣體供給孔33。該多個(gè)導(dǎo)熱氣體供給孔33經(jīng)由配置在載置臺(tái)12內(nèi)部的導(dǎo)熱氣體供給管線34連接于未圖示的導(dǎo)熱氣體供給部，該導(dǎo)熱氣體供給部將例如將氦(He)氣作為導(dǎo)熱氣體經(jīng)由導(dǎo)熱氣體供給孔33供給到吸附面與晶圓W背面之間的間隙中。另外，在載置臺(tái)12上配置有能自載置臺(tái)12的上表面突出的作為提升銷的多個(gè)推升銷(pusher pin)35。在將半導(dǎo)體晶圓W吸附保持于吸附面而實(shí)施蝕刻處理時(shí)，這些推升銷35收容在載置臺(tái)12內(nèi)。而且，在相對于載置臺(tái)12輸入、輸出半導(dǎo)體晶圓W時(shí)，推升銷35自吸附面突出而將半導(dǎo)體晶圓W支承在載置臺(tái)12的上方。在處理腔室11的頂部，與載置臺(tái)12相對地配置有具有作為上部電極的功能的簇射頭36。該簇射頭36和載置臺(tái)12起到一對電極(上部電極和下部電極)的作用。簇射頭36包括在內(nèi)部形成有緩沖室37的、由絕緣性材料構(gòu)成的圓板狀的冷卻板38、被支承在該冷卻板38的下部的上部電極板39、用于覆蓋冷卻板38的上部的蓋體40。上部電極板39的下表面暴露于處理空間PS。該上部電極板39為是由導(dǎo)電性材料、例如硅制的，形成為圓板狀。上部電極板39的周緣部被由絕緣性材料構(gòu)成的屏蔽環(huán)41覆蓋。即，上部電極板39利用冷卻板38和屏蔽環(huán)41而與作為接地電位的處理腔室11電絕緣。另外，上部電極板39與上部直流電源42電連接。通過自該上部直流電源42對上部電極板39施加負(fù)的直流電壓，對處理空間PS施加直流電壓。在冷卻板38的緩沖室37上連接有處理氣體導(dǎo)入管43。該處理氣體導(dǎo)入管43連接于未圖示的處理氣體供給部。另外，在簇射頭36上配置有用于使緩沖室37連通于處理空間PS的多個(gè)貫穿氣孔48。簇射頭36將自處理氣體導(dǎo)入管43供給到緩沖室37中的處理氣體經(jīng)由貫穿氣孔48供給到處理空間PS中。也如圖2所示，在處理腔室11內(nèi)的、比排氣板19靠上側(cè)的處理空間PS內(nèi)配置有作為第一接地構(gòu)件的上側(cè)接地環(huán)61 (接地電極)。上側(cè)接地環(huán)61由導(dǎo)電性材料、例如硅或者碳化硅或者純鋁材料形成，整體形狀形成為環(huán)狀(參照圖3)，上側(cè)接地環(huán)61以其外側(cè)面暴露于處理空間PS、且其內(nèi)側(cè)部分被埋設(shè)在側(cè)面包覆構(gòu)件16內(nèi)的方式配置。在上側(cè)接地環(huán)61的下方、且比排氣板19靠下側(cè)的排氣空間ES內(nèi)，以與上側(cè)接地環(huán)61上下相對的方式配置有作為第二接地構(gòu)件的下側(cè)接地環(huán)62(接地電極)。與上側(cè)接地環(huán)61相同，下側(cè)接地環(huán)62由導(dǎo)電性材料、例如硅或者碳化硅或者純鋁材料形成，整體形狀形成為環(huán)狀(參照圖3)，下側(cè)接地環(huán)62以其外側(cè)面暴露于排氣空間ES、且其內(nèi)側(cè)部分被埋設(shè)在側(cè)面包覆構(gòu)件16內(nèi)的方式設(shè)置。另外，上側(cè)接地環(huán)61及下側(cè)接地環(huán)62既可以由單一構(gòu)件構(gòu)成為環(huán)狀，也可以將多個(gè)被分割開的構(gòu)件組合起來而整體形狀構(gòu)成為環(huán)狀。在上側(cè)接地環(huán)61與下側(cè)接地環(huán)62之間配置有連接于接地電位的接地棒66，該接地棒66收容在形成于側(cè)面包覆構(gòu)件16內(nèi)的圓孔65的內(nèi)部。接地棒66在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)67的驅(qū)動(dòng)下上下自由運(yùn)動(dòng)，能夠設(shè)定成與上側(cè)接地環(huán)61接觸但與下側(cè)接地環(huán)62非接觸的狀態(tài)、或是與下側(cè)接地環(huán)62接觸但與上側(cè)接地環(huán)61非接觸的狀態(tài)這兩個(gè)狀態(tài)。如圖I所示，在本實(shí)施方式中，在載置臺(tái)12的周圍，在分開180°的位置各配置有I個(gè)、合計(jì)為兩個(gè)該接地棒66。但是，接地棒66的數(shù)量既可以是I個(gè)，也可以是3個(gè)以上。

在上述接地棒66與上側(cè)接地環(huán)61接觸但與下側(cè)接地環(huán)62非接觸的狀態(tài)下，呈上側(cè)接地環(huán)61電接地、下側(cè)接地環(huán)62電懸浮狀態(tài)(懸浮狀態(tài))。另外，在接地棒66與下側(cè)接地環(huán)62接觸而與上側(cè)接地環(huán)61非接觸的狀態(tài)下，呈下側(cè)接地環(huán)62電接地、上側(cè)接地環(huán)61電懸浮狀態(tài)(懸浮狀態(tài))。在自上部直流電源42對上部電極板39施加直流電壓時(shí)，上側(cè)接地環(huán)61和下側(cè)接地環(huán)62起到該直流電壓的接地電極的作用。即，在這種情況下，自上部電極板39放出來的電子到達(dá)作為接地電位的上側(cè)接地環(huán)61或者下側(cè)接地環(huán)62，由此，直流電壓在處理空間PS內(nèi)流動(dòng)。因而，在設(shè)定成使接地棒66位于上側(cè)，上側(cè)接地環(huán)61電接地，下側(cè)接地環(huán)62呈電懸浮狀態(tài)的情況下，能夠抑制等離子體泄漏到比排氣板19靠下側(cè)的排氣空間ES內(nèi)，能成為處理空間PS內(nèi)的等離子體密度較高的狀態(tài)。另一方面，在設(shè)定成使接地棒66位于下側(cè)，上側(cè)接地環(huán)61呈電懸浮狀態(tài)，下側(cè)接地環(huán)62電接地的情況下，能夠促進(jìn)等離子體泄漏到比排氣板19靠下側(cè)的排氣空間ES內(nèi)，能成為處理空間PS內(nèi)的等離子體密度較低的狀態(tài)。通過這樣使接地棒66上下運(yùn)動(dòng)，能夠更加細(xì)致地控制等離子體的狀態(tài)。另外，在未對上部電極板39施加直流電壓的情況下，上側(cè)接地環(huán)61和下側(cè)接地環(huán)62對于等離子體起到接地電極的作用。在上述結(jié)構(gòu)的等離子體蝕刻裝置10中，通過對處理空間PS供給高頻電力，在該處理空間PS中由從簇射頭36供給來的處理氣體生成高密度的等離子體，并且，利用處理空間PS的直流電流將生成的等離子體保持成所希望的狀態(tài)，利用該等離子體對晶圓W實(shí)施蝕刻處理。接著，說明在上述結(jié)構(gòu)的等離子體蝕刻裝置中對形成于半導(dǎo)體晶圓W的薄膜進(jìn)行等離子體蝕刻的順序。首先，打開閘閥46，利用未圖示的輸送機(jī)器人等將半導(dǎo)體晶圓W經(jīng)由未圖不的加載互鎖室自輸入輸出口 44輸入到處理腔室11內(nèi)，載置在載置臺(tái)12上。之后，使輸送機(jī)器人退避到處理腔室11外，關(guān)閉閘閥46。然后，利用未圖示的真空泵，經(jīng)由粗排排氣管20和主排氣管21對處理腔室11內(nèi)進(jìn)行排氣。在處理腔室11內(nèi)成為規(guī)定的真空度之后，經(jīng)由簇射頭36向處理腔室11內(nèi)導(dǎo)入規(guī)定的處理氣體(蝕刻氣體)，將處理腔室11內(nèi)保持成規(guī)定的壓力，在該狀態(tài)下，自第I高頻電源22對載置臺(tái)12供給頻率例如為40MHz的高頻電力。另外，為了引入離子，自第2高頻電源24對載置臺(tái)12供給頻率例如為3. 2MHz的高頻電力(偏壓用)。此時(shí)，自靜電吸盤用直流電源28對靜電吸盤27的電極板26施加規(guī)定的直流電壓(例如正2500V的直流電壓)，利用庫侖力或者約翰遜 拉別克力將半導(dǎo)體晶圓W吸附在靜電吸盤27上。通過如上所述對作為下部電極的載置臺(tái)12施加高頻電力，在作為上部電極的簇射頭36與作為下部電極的載置臺(tái)12之間形成電場。利用該電場在半導(dǎo)體晶圓W所存在的處理空間PS中產(chǎn)生放電，利用由此形成的處理氣體的等離子體對形成在半導(dǎo)體晶圓W上的薄膜進(jìn)行蝕刻處理。另外，由于能夠在等離子體處理過程中自上部直流電源42對簇射頭36施加直流電壓，因此存在如下這樣的效果。即，根據(jù)工藝的不同，有時(shí)要求較高的電子密度且較低的離子能量的等離子體。在這種情況下，只要使用直流電壓，通過抑制被射入到半導(dǎo)體晶圓W中的離子能量并增加等離子體的電子密度，半導(dǎo)體晶圓W的作為蝕刻對象的膜的蝕刻速率 上升，并且，向設(shè)置在蝕刻對象的上部的作為掩模的膜的濺射速率降低，選擇性提高。此時(shí)，通過利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)67使接地棒66上下移動(dòng)來使對施加于簇射頭36的直流電壓起到接地電極的作用的上側(cè)接地環(huán)61和下側(cè)接地環(huán)62的電狀態(tài)變更，能夠設(shè)定成等離子體密度較高的狀態(tài)和等離子體密度較低的狀態(tài)中的任一種。即，例如，為了進(jìn)行多層膜構(gòu)造的成批蝕刻，存在在處理腔室11內(nèi)實(shí)施多個(gè)工序那樣的情況、必須實(shí)施在等離子體密度較高的條件下進(jìn)行蝕刻處理的工序和在等離子體密度較低的條件下進(jìn)行蝕刻處理的工序的情況。在這種情況下，通過使接地棒66上下移動(dòng)，能夠針對每個(gè)工序設(shè)定成適當(dāng)?shù)牡入x子體密度的狀態(tài)而實(shí)施所希望的蝕刻處理。然后，在上述蝕刻處理結(jié)束時(shí)，停止高頻電力的供給、直流電壓的供給及處理氣體的供給，利用與上述順序相反的順序?qū)雽?dǎo)體晶圓W從處理腔室11內(nèi)輸出。像以上說明的那樣，采用本實(shí)施方式，通過使接地棒66上下移動(dòng)來變更上側(cè)接地環(huán)61和下側(cè)接地環(huán)62的電狀態(tài)，與以往相比能夠更加細(xì)致地控制等離子體。另外，不言而喻，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，能夠進(jìn)行各種變形。附圖標(biāo)記說明W、半導(dǎo)體晶圓；10、等離子體蝕刻裝置；11、處理腔室；12、載置臺(tái)(下部電極)；36、簇射頭(上部電極)；42、上部直流電源；61、上側(cè)接地環(huán)(第一接地構(gòu)件)；62、下側(cè)接地環(huán)(第二接地構(gòu)件)；66、接地棒。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于， 該等離子體處理裝置包括 處理腔室，其在內(nèi)部形成處理空間； 下部電極，其配置在上述處理腔室內(nèi)，兼作為用于載置被處理基板的載置臺(tái)； 上部電極，其與上述下部電極相對地配置在上述處理腔室內(nèi)； 高頻電源，其用于對上述下部電極施加高頻電力； 處理氣體供給機(jī)構(gòu)，其用于向上述處理空間中供給被等離子體化的處理氣體； 第一接地構(gòu)件，其由導(dǎo)電性材料形成，整體形狀形成為環(huán)狀，以至少一部分暴露于上述處理空間的方式配置在上述處理腔室內(nèi)，用于形成接地電位； 第二接地構(gòu)件，其與上述第一接地構(gòu)件相對地設(shè)置在形成于上述處理腔室下部的排氣空間內(nèi)，由導(dǎo)電性材料形成，整體形狀形成為環(huán)狀，至少一部分暴露于上述排氣空間，用于形成接地電位； 接地棒，其在上述第一接地構(gòu)件與第二接地構(gòu)件之間上下運(yùn)動(dòng)，與上述第一接地構(gòu)件及第二接地構(gòu)件中的任一個(gè)接觸，能夠調(diào)整上述第一接地構(gòu)件及第二接地構(gòu)件的接地狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 該等離子體處理裝置具有用于對上述上部電極施加直流電壓的直流電源，上述第一接地構(gòu)件及第二接地構(gòu)件對自直流電源施加的直流電壓起到接地電極的作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 上述第一接地構(gòu)件及第二接地構(gòu)件由硅、碳化硅、純鋁材料中的任一種形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 上述第一接地構(gòu)件及第二接地構(gòu)件以包圍上述下部電極的四周的方式配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于， 配置有多個(gè)上述接地棒。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置。該等離子體處理裝置與以往相比能夠更細(xì)致地控制等離子體。該等離子體處理裝置包括第一接地構(gòu)件，其由導(dǎo)電性材料形成，整體形狀形成為環(huán)狀，以至少一部分暴露于處理空間的方式配置在處理腔室內(nèi)，用于形成接地電位；第二接地構(gòu)件，其與第一接地構(gòu)件相對地設(shè)置在形成于處理腔室下部的排氣空間內(nèi)，由導(dǎo)電性材料形成，整體形狀形成為環(huán)狀，至少一部分暴露于排氣空間，用于形成接地電位；接地棒，其在第一接地構(gòu)件與第二接地構(gòu)件之間上下運(yùn)動(dòng)，與第一接地構(gòu)件及第二接地構(gòu)件中的任一個(gè)接觸，能夠調(diào)整第一接地構(gòu)件及第二接地構(gòu)件的接地狀態(tài)。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102683148SQ20121003972
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者保坂勇貴, 古谷直一, 大秦充敬 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社