CN112331545A - 等离子体处理装置及等离子体处理方法 - Google Patents

等离子体处理装置及等离子体处理方法 Download PDF

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Abstract

实施方式涉及一种等离子体处理装置及等离子体处理方法。实施方式的等离子体处理装置具备配置在处理室的上部电极、载置台、高频供电部、虚设环、及冷却部。载置台在处理室内与上部电极对向配置，具有下部电极，且载置晶片。高频供电部对下部电极与上部电极之间供给高频电力。虚设环为包围载置在载置台的晶片的环状周缘部的环状部件。在虚设环与晶片的交界区域中，从自晶片离开的方向侧由冷却部将虚设环冷却。

Description

等离子体处理装置及等离子体处理方法
[相关申请案]
本申请案享有以2019年8月5日申请的日本专利申请案编号2019-143654的优先权的利益，该日本专利申请案的所有内容被引用在本申请案中。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种等离子体处理装置及等离子体处理方法。
背景技术
在等离子体处理装置中，揭示了一种技术，即，通过在半导体晶片的外周配置包围该半导体晶片的外周的环状部件，来控制半导体晶片的外周附近的等离子体。另外，揭示了通过使环状部件上下驱动，来调整环状部件的上表面位置的技术。在这样的技术中，要求抑制等离子体处理时的向半导体晶片的热输入。
发明内容
实施方式提供一种能够抑制等离子体处理中的向被处理基板的热输入的等离子体处理装置及等离子体处理方法。
实施方式的等离子体处理装置具备：上部电极，配置在处理室；载置台，在所述处理室内与所述上部电极对向配置，具有下部电极，且载置被处理基板；高频供电部，对所述上部电极与所述下部电极之间供给高频电力；虚设环，包围载置在所述载置台的所述被处理基板的环状周缘部；及冷却部，在所述虚设环与所述被处理基板的交界区域中，从自所述被处理基板离开的方向侧冷却所述虚设环。
附图说明
图1是表示实施方式的等离子体处理装置的构成例的图。
图2是实施方式的晶片及虚设环的俯视图。
图3是将实施方式的等离子体处理装置的包含冷却部的部分放大表示的示意图。
图4A～D是实施方式的等离子体处理装置的一部分的示意图。
图5是表示实施方式的虚设环的冷却温度调整的流程的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照随附附图，详细地说明实施方式的等离子体处理装置及等离子体处理方法。此外，本发明并不由下述实施方式限定。另外，下述实施方式中的构成要素包含业者能够容易地设想者或实质上相同者。
图1是表示实施方式的等离子体处理装置100的构成例的图。
等离子体处理装置100具备处理室10、上部电极12、载置台14、高频供电部16、虚设环18、冷却部20、及控制部50。
处理室10是用来对晶片22执行等离子体处理的处理室。处理室10例如为铝或不锈钢等金属制的圆筒型真空容器。处理室10的内部作为进行等离子体处理的处理室发挥功能。
上部电极12配置在处理室10。上部电极12只要配置于在与下述的下部电极24之间能够产生等离子体的位置即可。具体来说，上部电极12配置在处理室10内。
晶片22为作为被等离子体处理的对象的被处理基板的一例。晶片22也存在被称为半导体晶片、半导体基板的情况。
载置台14为用来将晶片22载置在载置面14A上的台。载置台14配置在处理室10内，且相对于上部电极12对向配置。详细来说，载置台14的载置面14A相对于上部电极12隔着处理室10内的空间而对向配置。
载置台14具有下部电极24及绝缘部26。下部电极24相对于上部电极12，隔着绝缘部26及处理室10内的空间而对向配置。
绝缘部26为绝缘性的部件。绝缘部26的与上部电极12的对向面为用来载置晶片22的载置面14A。在本实施方式中，绝缘部26为将载置在载置面14A的晶片22利用静电吸附固定的静电吸盘。例如，绝缘部26由陶瓷组成，且通过对设置在内部的2个金属电极施加相互为相反极性的电压，而在载置面14A产生正负的电荷，利用库伦力吸附载置在载置面14A上的晶片22。
在绝缘部26内，设置着用来输送热输送流体(详细情况将在下文叙述)的独立的多个流路28。流路28例如沿着顺着绝缘部26内的载置面14A的二维平面配置为螺旋状。流路28的材质并不限定。例如，流路28由铜(Cu)构成，且在由陶瓷等具有导热性的材料覆盖的状态下埋入在绝缘部26内。流路28经由配管30而连接于供给部32。供给部32分别对多个流路28经由配管30而供给热输送流体。通过热输送流体的供给，而将载置在载置面14A上的晶片22冷却。
高频供电部16对上部电极12与下部电极24之间供给高频电力。详细来说，高频供电部16电连接于下部电极24，且将有助于等离子体的产生的规定的频率(例如，40MHz等的高频)的电力供给至下部电极24。
虚设环18为包围载置在载置台14的晶片22的环状周缘部的环状部件。也存在将虚设环18称为盖部件、聚焦环的情况。
虚设环18的内径只要为大于载置在载置面14A上的晶片22的直径的内径即可。虚设环18以包围晶片22的外周(也就是说，圆盘状的晶片22的外周的周缘)的方式配置。通过设置虚设环18，来控制晶片22的外周区域的等离子体强度。所谓晶片22的外周，是指圆盘状的晶片22的盘面的周缘(沿着外周的缘部)。所谓晶片22的外周区域，是指从晶片22的该周缘朝向晶片22的盘面的中心的规定的区域，且为不包含晶片22的盘面的中心的区域。
在本实施方式中，虚设环18包括内侧虚设环34、外侧虚设环36、及支撑环38。此外，虚设环18的构成并不限定于该构成。
图2是晶片22及虚设环18的俯视图。如图2所示，内侧虚设环34为包围晶片22的环状周缘部的环状部件。外侧虚设环36配置在内侧虚设环34的外周侧，且为以与内侧虚设环34成为同心圆状的方式配置的环状部件。支撑环38为以与内侧虚设环34及外侧虚设环36成为同心圆状的方式配置的环状部件。
返回至图1继续说明。详细来说，内侧虚设环34为配置在外侧虚设环36的内周侧的环状部件。在本实施方式中，内侧虚设环34以相对于圆柱状的载置台14成为同心圆状的方式，以包围该载置台14的外周的方式配置。另外，内侧虚设环34以内侧虚设环34的铅直方向(箭头ZB方向)的上游侧端面的一部分与载置在载置台14的晶片22的外周区域的下表面(铅直方向(箭头ZB方向)的下游侧端面)对向的方式配置。
支撑环38为支撑外侧虚设环36的环状部件。在本实施方式中，支撑环38在内侧虚设环34的外周侧以与内侧虚设环34成为同心圆状的方式配置。而且，支撑环38通过接触配置在外侧虚设环36的下表面(铅直方向(在图1中，为箭头ZB方向)的下游侧端面)的至少一部分的区域，来支撑外侧虚设环36。
支撑环38为铅直方向(箭头ZB方向)的上游侧端面接触配置在外侧虚设环36，且铅直方向(箭头ZB方向)的下游侧端面连接于驱动部40。
驱动部40通过使支撑环38上下移动，来使由支撑环38支撑的外侧虚设环36上下移动。此外，所谓上下移动，是指向反铅直方向(在图1中，为箭头ZA方向)及铅直方向(在图1中，为箭头ZB方向)的移动。此外，箭头Z方向(箭头ZA方向、箭头ZB方向)只要为相对于水平方向(箭头X方向、箭头Y方向)交叉的方向即可，并不限定于与铅直方向平行的方向。另外，在本实施方式中，由箭头X方向及与箭头X方向正交的箭头Y方向规定的二维平面设想与水平方向一致的平面而进行说明，但并不限定于与水平方向一致的平面。
冷却部20在虚设环18与晶片22的交界区域E中，从自晶片22离开的方向侧冷却虚设环18。
所谓交界区域E，是指处理室10内的虚设环18与晶片22之间的区域。所谓在交界区域E中，从自晶片22离开的方向侧冷却，是指从较该虚设环18的与该交界区域E的接触面更远离晶片22的方向侧向朝该接触面的方向(接近晶片22的方向)(箭头A方向)冷却虚设环18。
在本实施方式中，冷却部20具有流路42及供给部44。流路42设置在虚设环18的内部，且为用来输送热输送流体的流路。供给部44经由配管46而对流路42输送热输送流体。
热输送流体只要为具有输送热的功能的流体即可，也可为液体、气体的任一者。所谓输送热的功能，是指通过从热输送流体的外部夺取热来冷却热输送体的外部的功能。
在热输送流体为液体的情况下，热输送流体例如为冷却水、乙二醇等。另外，在热输送流体为气体的情况下，热输送流体例如为He(氦)气体等。
图3是将包含等离子体处理装置100中的冷却部20的部分放大表示的示意图。
在本实施方式中，流路42包括第1流路42A及第2流路42B。另外，供给部44包括第1供给部44A及第2供给部44B。
第1流路42A配置在内侧虚设环34的内侧。第1流路42A经由配管46A而连接于第1供给部44A。第1供给部44A经由配管46A而对第1流路42A供给热输送流体。
第2流路42B配置在支撑环38的内侧。第2流路42B经由配管46B而连接于第2供给部44B。第2供给部44B经由配管46B而对第2流路42B供给热输送流体。
通过利用第1供给部44A向第1流路42A供给热输送流体，在第1流路42A内输送热输送流体，由此将内侧虚设环34冷却。相同地，通过利用第2供给部44B向第2流路42B供给热输送流体，在第2流路42B内输送热输送流体，由此将支撑环38及由支撑环38支撑的外侧虚设环36冷却。
此外，流路42(第1流路42A、第2流路42B)的构成材料从将虚设环18(内侧虚设环34、外侧虚设环36、支撑环38)有效地冷却的观点而言，优选为由具有导热性的材料构成。另外，从虚设环18(内侧虚设环34、外侧虚设环36、及支撑环38)被在流路42输送的热输送流体有效地冷却的观点而言，优选为由具有导热性的材料构成。
此外，所谓具有导热性，是指具有能够使在流路42内输送的热输送流体的热(冷却热)经由虚设环18传导至载置在载置面14A上的晶片22的至少外周区域的程度的热导率。
具体来说，虚设环18(内侧虚设环34、外侧虚设环36、支撑环38)作为具有导热性的材料，优选为由陶瓷(氧化铝、碳化硅、氧化氟化钇等)、二氧化硅、氧化钇(以氧化钇涂布铝母材而成者)等构成。另外，虚设环18优选为具有导热性，并且即便因等离子体处理中的溅镀等而向附近飞散也不会对晶片22的等离子体处理带来实质性的影响的材料。
流路42的构成材料优选为具有导热性的材料，既可与虚设环18的构成材料相同，也可不同。在使流路42的构成材料为与虚设环18的构成材料相同的材料的情况下，能够将流路42设为设置在虚设环18内的贯通孔。另一方面，在使流路42的构成材料为与虚设环18的构成材料不同的材料的情况下，例如，只要由铜构成流路28，由陶瓷构成虚设环18即可。此外，虚设环18与流路28的材料的组合并不限定于该组合。
此外，构成虚设环18的内侧虚设环34、外侧虚设环36、及支撑环38既可由相同的材料构成，也可由不同的材料构成。另外，构成流路42的第1流路42A及第2流路42B既可由相同的材料构成，也可由不同的材料构成。
此外，在图3中，将在内侧虚设环34设置着第1流路42A，在支撑环38设置着第2流路42B的构成作为一例表示。然而，流路42只要配置在内侧虚设环34、外侧虚设环36、及支撑环38的至少一者内部即可。此外，存在将外侧虚设环36作为消耗零件及更换零件处理的情况。因此，从为消耗程度及更换次数更少的零件，且更有效地抑制向晶片22的外周区域的热输入的观点而言，优选为设为在内侧虚设环34、外侧虚设环36、及支撑环38中至少支撑环38设置着流路42的构成。
此外，设置在虚设环18的内部的流路42(第1流路42A、第2流路42B)的数量及形状并不限定。例如，流路42为螺旋状。
图4A、图4B、图4C、图4D是表示配置为螺旋状的流路42与虚设环18的位置关系的示意图。详细来说，图4A是等离子体处理装置100的一部分的示意图。图4B是晶片22及虚设环18的俯视图。图4C是表示第1流路42A的位置关系的鸟瞰图。图4D是表示第2流路42B的位置关系的鸟瞰图。
如图4A所示，在内侧虚设环34的内部配置第1流路42A，在支撑环38的内部配置第2流路42B。如图4B所示，内侧虚设环34配置在作为环状部件的支撑环38及外侧虚设环36的内侧。因此，第1流路42A成为配置在环状地配置的第2流路42B的内侧(内周侧)的状态。
如图4C所示，例如，第1流路42A在作为环状部件的内侧虚设环34的内部以沿着内侧虚设环34的圆周方向环绕的方式配置。另外，如图4D所示，例如，第2流路42B通过在作为环状部件的支撑环38的内部以沿着支撑环38的圆周方向环绕多次的方式配置，而配置为螺旋状。此外，第1流路42A及第2流路42B的环绕次数并不限定于1次或2次。
返回至图3继续说明。此外，在第1流路42A内输送的热输送流体、及在第2流路42B内输送的热输送流体既可为相同的材料，也可为不同的材料。另外，在第1流路42A内输送的热输送流体、及在第2流路42B内输送的热输送流体既可为相同的温度，也可为不同的温度。
此外，在内侧虚设环34及支撑环38中作为在上下方向移动的环状部件的支撑环38的内部输送的热输送流体优选为更低温。具体来说，优选为，第2供给部44B将比输送至第1流路42A的热输送流体低温的热输送流体输送至第2流路42B。
此外，等离子体处理装置100也可为具备可上下驱动的多个外侧虚设环36的构成。在该情况下，多个外侧虚设环36只要包括直径互不相同且同心圆状地配置的多个环状部件即可。在该情况下，只要设为在多个外侧虚设环36的至少一者设置第2流路42B的构成即可。而且，优选为，第2供给部44B针对设置在多个外侧虚设环36的至少一者的内部的第2流路42B，以越为在配置在更接近晶片22的位置的第2流路42B流动的热输送流体越低温的方式进行调整。
返回至图1继续说明。控制部50控制等离子体处理装置100。详细来说，控制部50电连接于驱动部40、高频供电部16、供给部44(第1供给部44A、第2供给部44B)等电子设备，且控制这些电子设备。
在本实施方式中，控制部50在对上部电极12与下部电极24之间供给高频电力时(也就是说对于晶片22执行等离子体处理的过程中)，以根据载置在载置面14A的晶片22的温度而调整虚设环18的冷却温度的方式控制供给部44。
例如，设为将用来测定晶片22的外周区域的温度的传感器设置在处理室10的构成。传感器既可为直接检测晶片22的外周区域的温度的温度传感器，也可为通过对晶片22的摄影图像进行图像解析来检测晶片22的外周区域的温度的设备。而且，控制部50通过以晶片22的外周区域的温度成为规定的温度的方式控制在流路42内输送的热输送流体的温度，来调整虚设环18的冷却温度。
另外，控制部50也可预先存储表示等离子体处理条件与晶片22的外周区域的温度的关系的关系信息，用于调整虚设环18的冷却温度。等离子体处理条件例如为从等离子体处理开始的经过时间等，但并不限定于此。在该情况下，控制部50只要通过将与等离子体处理条件对应的晶片22的外周区域的温度根据该关系信息进行特定，且以晶片22的外周区域的温度成为规定的温度的方式，控制在流路42内输送的热输送流体的温度，来调整虚设环18的冷却温度即可。
图5是表示虚设环18的冷却温度的调整的流程的一例的流程图。例如，控制部50对晶片22的外周区域的温度进行特定(步骤S200)。然后，控制部50根据所特定出的温度，调整虚设环18的冷却温度(步骤S202)。然后，本例行程序结束。控制部50只要在等离子体处理中重复执行图5所示的处理即可。
此外，虚设环18的冷却温度的调整处理既可由控制部50执行，也可分别由供给部44(第1供给部44A、第2供给部44B)执行。
返回至图1继续说明。在以如上的方式构成的等离子体处理装置100中，高频供电部16对下部电极24与上部电极12之间供给高频电力。通过高频电力的供给，开始对晶片22的等离子体处理。另外，在该等离子体处理中，供给部32将热输送流体向流路28供给。因此，晶片22的与载置面14A的接触面被冷却。另外，驱动部40以隔着支撑环38而提升外侧虚设环36的方式驱动。其驱动量相当于与由等离子体处理所致的外侧虚设环36的消耗量对应的距离。因此，能够抑制在等离子体处理中沿着晶片22及外侧虚设环36形成的离子鞘的应变。此外，驱动部40的驱动只要通过控制部50的控制来执行即可。
另外，在本实施方式中，在虚设环18与晶片22的交界区域E中，从自晶片22离开的方向侧由冷却部20将虚设环18冷却。
如上所述，在本实施方式中，第1供给部44A对配置在内侧虚设环34的内部的第1流路42A供给热输送流体，第2供给部44B对配置在支撑环38的内部的第2流路42B供给热输送流体。
通过对第2流路42B供给热输送流体，经由在内部具有第2流路42B的支撑环38，将接触配置在该支撑环38的外侧虚设环36冷却。通过将外侧虚设环36冷却，来抑制从外侧虚设环36向晶片22的热输入。
另外，通过对第1流路42A供给热输送流体，经由在内部具有第1流路42A的内侧虚设环34，将作为晶片22中的与该内侧虚设环34对向配置的区域的晶片22的外周区域的下表面冷却。因此，抑制从内侧虚设环34向晶片22的外周区域的热输入。
如以上所说明，本实施方式的等离子体处理装置100具备配置在处理室10的上部电极12、载置台14、高频供电部16、虚设环18、及冷却部20。载置台14在处理室10内与上部电极12对向配置，具有下部电极24，且载置晶片22。高频供电部16对下部电极24与上部电极12之间供给高频电力。虚设环18为包围载置在载置台14的晶片22的环状周缘部的环状部件。在虚设环18与晶片22的交界区域E中，从自晶片22离开的方向侧由冷却部20将虚设环18冷却。
这样，在本实施方式中，在虚设环18与晶片22的交界区域E中，从自晶片22离开的方向侧由冷却部20将虚设环18冷却。因此，抑制从虚设环18向晶片22的热输入。
因此，本实施方式的等离子体处理装置100能够抑制等离子体处理中的向晶片22(被处理基板)的热输入。
另外，在本实施方式的等离子体处理装置100中，由于能够抑制向晶片22的外周区域的热输入，所以能够抑制在等离子体处理中由于晶片22的表面温度不均匀而产生的蚀刻速率变化，能够抑制晶片22的加工形状不良的产生。因此，本实施方式的等离子体处理装置100能够谋求晶片22的加工工艺范围及元件的良率的提高。
另外，在本实施方式中，在虚设环18与晶片22的交界区域E中，从自晶片22离开的方向侧由冷却部20将虚设环18冷却。存在伴随因等离子体处理中的向虚设环18的热输入导致虚设环材料的介电常数变化而产生鞘应变的可能性，但在本实施方式中，通过利用虚设环冷却的温度维持(调整)效果，能够抑制鞘应变。
另外，在本实施方式中，驱动部40隔着支撑环38而使外侧虚设环36上下移动。因此，通过驱动部40以隔着支撑环38而提升外侧虚设环36的方式驱动与由等离子体处理所致的外侧虚设环36的消耗量对应的距离，除了能够获得所述效果以外，还能够抑制离子鞘的应变。
也就是说，在本实施方式的等离子体处理装置100中，能够抑制伴随在晶片22的外周区域产生的等离子体鞘的应变的倾斜的影响。
此外，在本实施方式中，以冷却部20为具有流路42及供给部44的构成的情况作为一例进行了说明。然而，只要为在虚设环18与晶片22的交界区域E中，从自晶片22离开的方向侧由冷却部20将虚设环18冷却的构成即可，并不限定于具有流路42及供给部44的构成。
例如，也可设为在虚设环18的外侧的相对于晶片22及交界区域E为非对向的侧的位置设置将虚设环18冷却的冷却功能的构成。例如，也可设为在虚设环18的外周面的相对于晶片22及交界区域E为非对向的区域，接触配置输送热输送流体的流路的构成。
此外，如上所述，对本发明的实施方式进行了说明，但所述实施方式是作为示例而提出的，并不旨在限定发明的范围。该新颖的实施方式能够以其它各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。所述实施方式及其变化包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围中。

Claims (9)

1.一种等离子体处理装置，具备：
上部电极，配置在处理室；
载置台，在所述处理室内与所述上部电极对向配置，具有下部电极，且载置被处理基板；
高频供电部，对所述上部电极与所述下部电极之间供给高频电力；
虚设环，包围载置在所述载置台的所述被处理基板的环状周缘部；及
冷却部，在所述虚设环与所述被处理基板的交界区域中，从自所述被处理基板离开的方向侧冷却所述虚设环。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其中
所述冷却部具有：
流路，设置在所述虚设环的内部且用来输送热输送流体；及
供给部，对所述流路输送所述热输送流体。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其中
所述虚设环包含：
内侧虚设环，包围所述被处理基板的所述环状周缘部；
外侧虚设环，在所述内侧虚设环的外周侧与所述内侧虚设环同心圆地配置；及
支撑环，接触配置在所述外侧虚设环，且支撑所述外侧虚设环；
所述流路，
配置在所述内侧虚设环、所述外侧虚设环、及所述支撑环中至少一者的内部，
该等离子体处理装置，
还具备隔着所述支撑环而使所述外侧虚设环上下移动的驱动部。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其中
所述流路，
配置在至少所述支撑环的内部。
5.根据权利要求3或4所述的等离子体处理装置，其中
所述流路包括：
第1流路，配置在所述内侧虚设环的内部；及
第2流路，配置在所述支撑环的内部；
所述供给部具有：
第1供给部，对所述第1流路供给所述热输送流体；及
第2供给部，对所述第2流路供给所述热输送流体。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其中
所述第2供给部，
将比输送至所述第1流路的所述热输送流体低温的所述热输送流体输送至所述第2流路。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的等离子体处理装置，其中
所述流路配置为螺旋状。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的等离子体处理装置，其中
所述虚设环具有导热性。
9.一种等离子体处理方法，其是利用等离子体处理装置执行的等离子体处理方法，且在对所述上部电极与所述下部电极之间供给高频电力时，根据载置在所述载置台的所述被处理基板的温度，调整所述虚设环的冷却温度，
上述等离子体处理装置具备：
上部电极，配置在处理室；
载置台，在所述处理室内与所述上部电极对向配置，具有下部电极，且载置被处理基板；
高频供电部，对所述上部电极与所述下部电极之间供给高频电力；
虚设环，包围载置在所述载置台的所述被处理基板的环状周缘部；及
冷却部，在所述虚设环与所述被处理基板的交界区域中，从自所述被处理基板离开的方向侧冷却所述虚设环。
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