TWI476829B - 電漿蝕刻裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種能使蝕刻氣體電漿化來蝕刻例如矽基板或玻璃基板等之基板表面的電漿蝕刻裝置。
先前,作為電漿蝕刻矽基板之裝置,已知於日本專利特開2006-80504號公報(先前技術1)及日本專利特開2006-60089號公報(先前技術2)中所揭示之裝置。
如圖6所示,上述先前例1之電漿蝕刻裝置101包括:圓筒狀之腔室102,其上側設定有電漿生成空間109,其下側設定有處理空間110;線圈103,其在與電漿生成空間109對應之腔室102之外方以纏繞於其上之方式而配設;對線圈103供給高頻電力之高頻電力供給機構104;對電漿生成空間109供給蝕刻氣體之蝕刻氣體供給機構105;配設於處理空間110中之基板載置用之基台106;對基台106供給高頻電力之高頻電力供給機構107;及對腔室102內之氣體進行排氣之排氣機構108。
於該電漿蝕刻裝置101中,因對上述線圈103施加高頻電力而在電漿生成空間109中產生感應電場,供給至該電漿生成空間109中之蝕刻氣體會因該感應電場而電漿化,從而基台106上之基板K藉由所生成之電漿而被蝕刻。
又,如圖7所示,上述先前例2之電漿蝕刻裝置201包括含有上側之小徑部202a及下側之大徑部202b之同為圓筒狀的腔室202。於小徑部202a上,在其外方,設置有以纏繞於其上之方式而配設之線圈203,該小徑部202a內被設定為電漿生成空間209。又,大徑部202b內被設定為處理空間210,於該處理空間210內配設有基板載置用之基台206。
然後,將高頻電力從高頻電力供給機構204供給至線圈203,另一方面,將高頻電力從高頻電力供給機構207供給至基台206。又,將蝕刻氣體從蝕刻氣體供給機構205供給至電漿生成空間209,並藉由排氣機構208來對腔室202內之氣體進行排氣。
根據該電漿蝕刻裝置201,與上述先前例1之電漿蝕刻裝置101同樣地因對上述線圈203施加高頻電力而在電漿生成空間209中產生感應電場,供給至該電漿生成空間209中之蝕刻氣體會因該感應電場而電漿化,從而基台206上之基板K藉由所生成之電漿而被蝕刻。
且說近年來,作為處理對象之基板正朝大型化方向發展,從而要求能夠對如此大型之基板之整個面進行均勻的蝕刻之電漿蝕刻裝置。
但是,利用上述先前之電漿蝕刻裝置101、201來處理該大型基板時,分別存在以下所說明之問題。
即,對於上述電漿蝕刻裝置101而言,由於電漿生成空間109較大,故而在結構上容易與相對較大之基板對尖,但在與基板K之大型化對應地使腔室102變大,且使電漿生成空間109變大後,電漿生成空間109中所生成之電漿之平面內密度Pm會成為在接近於線圈103之部分高而中央部低的中凹之密度分布,如此密度之電漿直接作用於基板K,因而導致基板K之表面不會被均勻地蝕刻。
特別是對於基板K之外周部,即便電漿之平面內密度Pm為均勻,但因蝕刻速率高於中央部而有蝕刻容易進行之傾向,所以在成為如上所述之中凹之密度分布時,更容易進行基板K外周部之蝕刻,因而無法均勻地蝕刻基板K之整個表面。
又,在外周部之電漿密度較高時,例如,於基板K上形成有深穴的情況下,如圖8所示,穴300之入口部周緣藉由高密度離子而被蝕刻,該入口部之形狀成為楔狀,此外,其表面因濺鍍而成為粗糙者,從而產生蝕刻形狀惡化之問題。
另一方面,對於電漿蝕刻裝置201而言,由於電漿生成空間209之容積小,故而即便施加於線圈203上之高頻電力較小,亦能生成高密度之電漿,且由於其平面內密度Pm亦變為中凸狀,因此對於相對較小的基板K而言,能均勻地蝕刻其整個面,但若讓電漿生成空間209維持原樣而僅使處理空間210對應於基板K之大型化而變大,則電漿生成空間209中所生成之電漿難以作用於基板K之外周部,於此情形時亦無法均勻地蝕刻基板K之整個面。
對此,若使電漿生成空間209亦對應於基板K之大型化而變大,則會產生與上述的電漿蝕刻裝置101之情形相同之問題。本發明係鑒於以上實情而完成者,其目的在於提供一種對於大型之基板亦能均勻地蝕刻其整個表面、且可防止因離子而導致形狀惡化之基板處理裝置。
用以解決上述問題之本發明係一種電漿蝕刻裝置,其包括:腔室,該腔室包含圓筒狀之主體部、閉塞該主體部之上部之頂板、及閉塞該主體部之底部之底板,且具有設定於該主體部內之上部區域中之電漿生成空間、及設定於該電漿生成空間下方之處理空間;線圈,其係在上述腔室之與上述電漿生成空間對應之部分之外方以纏繞於其上之方式而配設;基台,其配設於上述腔室內之處理空間中,載置作為處理對象之基板;處理氣體供給機構,其對上述腔室內之電漿生成空間供給處理氣體;線圈電力供給機構,其對上述線圈供給高頻電力;基台電力供給機構,其對上述基台供給高頻電力;及電漿密度調整構件,其包含上部及下部形成有開口之圓筒狀之構件,且其上端部固設在上述電漿生成空間與上述基台之間的上述腔室內壁上,對上述電漿生成空間中所生成之電漿之平面內密度加以調整並導引至上述基台上之基板;且形成上述電漿生成空間之主體部之內徑形成為較上述基板外徑大,上述電漿密度調整構件係由接地的導電性材料所構成,並且形成為其下端部之內徑較其上端部之內徑及形成上述電漿生成空間之主體部之內徑小的漏斗狀。
根據該電漿蝕刻裝置,首先,由線圈電力供給機構對線圈施加高頻電力。藉此,腔室內之電漿生成空間中會產生感應電場,於該狀態下若利用處理氣體供給機構對電漿生成空間供給處理氣體,則所供給之處理氣體會因上述感應電場而電漿化。
以此方式生成之電漿之平面內密度成為具有線圈周圍之外周部之密度高而中央部之密度低的中凹狀之密度分布者。
然後,具有上述中凹狀之密度分布之電漿向下方流下,流通於上部及下部形成有開口之圓筒狀之電漿密度調整構件內,並且流至載置於其下方基台上之基板上,對該基板之表面進行蝕刻。
由於電漿密度調整構件形成為其下端部之內徑較上端部之內徑及形成電漿生成空間之主體部之內徑小的漏斗狀,故而電漿會流通於該電漿密度調整構件內,因此其極端的中凹狀之平面內密度能得以平準化,或者能相反地調整成稍微中凸狀之密度分布並流至基板上。其中,上述上端部構成之平面與上述下端部構成之平面略呈平行,且其兩平面與上述漏斗狀構件之夾角係介於59度至81度之間。
又,如上所述,電漿生成空間中已生成之電漿之外周部為高密度,即,離子密度亦為高密度,但本發明之電漿密度調整構件係由接地的導電性材料所構成,故而在上述電漿通過電漿密度調整構件時,位於電漿外周部之高密度離子會與電漿密度調整構件接觸而被除電、中和,從而外周部之離子密度降低。
因此,可改善上述的因高密度離子而導致蝕刻形狀惡化之問題。
再者,本發明之目的在於對於大型之基板亦能均勻地蝕刻其整個表面,即,使整個表面之蝕刻速率均勻,因此,根據本發明者等之見解,由基板之遮罩開口率及基板之大小等諸條件得知,必需使電漿之平面內密度為平緩的中凹狀,或者相反為平緩的中凸狀,使用上述電漿密度調整構件,並適當地設定其長度及下端部之內徑,藉此可將電漿之平面內密度調整成上述狀態,其結果可對基板之整個表面進行均勻的蝕刻。
再者,上述電漿蝕刻裝置中,較好的是於上述頂板之中心部,設置有從此處向下方垂下之圓筒狀之芯構件,將上述電漿生成空間形成為環狀(doughnut)。
藉此,可減小電漿生成空間之容積,並且藉由對線圈供給
相對較小的高頻電力而可生成高密度之電漿,從而可提高能量效率。
進而,該芯構件較好的是由非導電性材料所構成。若設置成由導電性材料構成芯構件,則於上述電漿生成空間所生成之電漿中之離子會消失,結果導致電漿密度降低,但由非導電性材料來構成芯構件,則可防止電漿密度之降低。
根據本發明之電漿蝕刻裝置,藉由使電漿流通於電漿密度調整構件內而可將電漿之平面內密度調整為最佳的狀態,其結果能均勻地蝕刻基板表面之整個區域。
以下,根據圖式來說明本發明之較佳的實施形態。
如圖1所示,本例之電漿蝕刻裝置1包括腔室2,該腔室2係由下主體部3、上主體部7、底板4、中間板5及頂板8所構成。該等下主體部3、上主體部7、底板4、中間板5及頂板8分別係由非導電性材料(例如陶瓷)構成,上主體部7及下主體部3形成為圓筒狀。
底板4固設於下主體部3之下端部,中間板5固設於下主體部3之上端部,藉由該等下主體部3、底板4及中間板5而形成處理空間6。
於該處理空間6內,配設有用以載置基板K之基台10,該基台10可藉由升降機構而適當升降。於該基台10上經由匹配單元14而連接有高頻電源13,利用該高頻電源13對該基台10供給高頻電力。再者,符號11係指覆蓋基台10外周部之罩,符號12係指支持基台10進行升降的支持台。
又,於下主體部3上,形成有用以使基板K出入之開口部3a、及用以對處理空間6內之氣體進行排氣之排氣口3b,開口部3a藉由擋板機構21而開閉,另一方面,於排氣口3b上連接有排氣裝置22,利用該排氣裝置22對處理空間6內之氣體進行排氣。
上述上主體部7固設於上述中間板5上,於該上主體部7之上端部固設有頂板8,於頂板8之中心部,以從此處向下方垂下之方式固設有杯狀之芯構件15。如此一來,藉由該等上主體部7、頂板8及芯構件15而形成環狀之電漿生成空間9。再者,該上主體部7之內徑較基板K之外徑大。
又,於上述中間板5上形成有開口部5a,在其下表面上,固設有上部及下部形成有開口之漏斗狀之電漿密度調整構件20,經由該開口部5a及電漿密度調整構件20而成為上述電漿生成空間9與處理空間6連通之狀態。該電漿密度調整構件20位於電漿生成空間9與基板K之間,由具有導電性之材料(例如鋁)所構成,並適當接地。又,該電漿密度調整構件之下端部之內徑較上主體部7之內徑小。
於上述上主體部7之外方,以纏繞於其上之方式配設有線圈16,並且於該線圈16上經由匹配單元18而連接有高頻電源17,利用該高頻電源17對線圈16供給高頻電力。
又,於上述頂板8上,連接有與蝕刻氣體供給源19連接之供給管19a,將蝕刻氣體從該蝕刻氣體供給源19供給至上述電漿生成空間9內。
根據包括以上構成之本例之電漿蝕刻裝置1,首先,在處於下降位置之基台10上經由上述開口部3a而載置基板K(例如矽基板)。接著,基台10上升至處理位置,藉由排氣裝置22而使
處理空間6及電漿生成空間9成為負壓,並且由高頻電源13對基台10供給高頻電力。
而且,由高頻電源17對上述線圈16供給高頻電力,於電漿生成空間9內產生感應電場。然後,於該狀態下,由蝕刻氣體供給源19對電漿生成空間9內供給蝕刻氣體(例如SF6
氣體),並藉由上述感應電場而使蝕刻氣體電漿化。
如上所述,上述電漿生成空間9因上述圓筒狀之芯構件15而形成為環狀,故而其容積小,又,僅線圈16附近的外周部分成為電漿生成空間9,故而即便對線圈16施加之電力為相對較小的電力,亦可生成高密度之電漿。
然後,以此方式生成之高密度之電漿向下方流下,流通於電漿密度調整構件20內,並且流至其下方之基板K上,對基板K之表面進行蝕刻。再者,從電漿生成空間9流下之電漿之平面內密度成為其外周部之密度極高而中央部之密度低的中凹狀態。
並且,在上述密度狀態之電漿通過上述電漿密度調整構件20時,由於該電漿密度調整構件20形成為其下部開口部之內徑較上主體部7之內徑小的漏斗狀,故而電漿會逐漸聚集,其平面內密度逐漸平準化而被調整成平緩的中凹狀態、或平坦的均勻狀態、或者平緩的中凸狀態並流至基板上。
如此一來,經上述調整後之高密度電漿作用於基板表面,因而基板表面之整個區域被均勻地蝕刻。
又,於本例中,對基台10施加高頻電力並對基板K賦予偏壓電位。因此,朝向基板K照射電漿中之離子來進行所謂離子輔助蝕刻。
上述電漿密度調整構件20係由接地的導電性材料構成,故而在電漿通過電漿密度調整構件20內時,位於電漿外周部之高
密度離子會與電漿密度調整構件20接觸而被除電、中和並消失,因此於高密度離子之作用下,蝕刻形狀惡化之問題得以解決。
另外,圖2中圖示出使用本例之電漿蝕刻裝置1於基板K中形成深穴之結果。如圖2所示,穴30之入口部並未形成楔狀,且其表面亦未粗糙。
又,圖4中圖示出以下結果:使用圖1所示之本例之電漿蝕刻裝置1,並將SF6
氣體用作蝕刻氣體,將供給至電漿生成空間9中之SF6
氣體之供給流量設為500ml/min,將施加於線圈16上之高頻電力設為2000W,將施加於基台10上之高頻電力設為70W,且將圖3所示之電漿密度調整構件20之尺寸,即:下端部內徑D1
設為172mm,上端部內徑D2
設為270mm,長度L設為106mm,以此來蝕刻6英吋矽基板上之SiO2
膜所得的結果。
如圖4所示,於本例中,可對基板K之整個面以其蝕刻速率為15.5nm/min±3.1%之極高的均勻度進行蝕刻。
又,圖5中圖示出於以上所述中將電漿密度調整構件20之上述D1
設為165mm與242mm、且將長度L設為86mm時之蝕刻結果。如該圖5所示,當D1
為165mm時,基板K之整個面之蝕刻速率為17.8nm/min±10.1%;當D1
為242mm時,基板K之整個面之蝕刻速率為23.9nm/min±11.1%。
由第3圖可知,漏斗狀之電漿密度調整構件20之上端部構成之平面與下端部構成之平面係略呈平行。根據前述,可以由其中所提到之範例,而計算出這些範例之上端部構成之平面及下端部構成之平面與漏斗狀之電漿密度調整構件20之夾角角度。
即,如前述範例,a)D1
=172mm,D2
=270mm,L=106mm;b)D1
=165mm,D2
=270mm,L=86mm;c)D1
=242mm,D2
=270mm,L=86mm。假設各範例之角度為θ:a)範例之θ=tan-1
(2×106/(270-172))≒65度;b)範例之θ=tan-1
(2×86/(270-165))≒59度;c)範例之θ=tan-1
(2×86/(270-242))≒81度。
由該等例可知,適當調整電漿密度調整構件20之諸尺寸,便可遍及基板K之整個面來均勻地處理該基板。又,由圖4可知,將電漿密度調整構件20之諸尺寸設定成最佳的條件,便能以極高的均勻度來蝕刻基板K之整個面。
再者,上述芯構件15較好的是由非導電性材料所構成。若設置成由導電性材料構成芯構件15,則於上述電漿生成空間9所生成之電漿中之離子會消失,結果導致電漿密度降低,但由非導電性材料來構成芯構件15,則可防止電漿密度之降低。
以上說明了本發明之一實施形態,但本發明可採取的具體態樣並非限定於此。例如,於上例中設置有芯構件15,但未必需要設置此構件。
如上所說明,本發明可適合用作能以極高的均勻度來蝕刻基板表面之整個面的電漿蝕刻裝置。
1‧‧‧電漿蝕刻裝置
2‧‧‧腔室
3‧‧‧下主體部
4‧‧‧底板
5‧‧‧中間板
6‧‧‧處理空間
7‧‧‧上主體部
8‧‧‧頂板
9‧‧‧電漿生成空間
10‧‧‧基台
13‧‧‧高頻電源
15‧‧‧芯構件
16‧‧‧線圈
17‧‧‧高頻電源
19‧‧‧蝕刻氣體供給源
20‧‧‧電漿密度調整構件
圖1係表示本發明之一實施形態之電漿蝕刻裝置之正剖面圖。
圖2係用以說明藉由本實施形態之電漿蝕刻裝置進行溝槽蝕刻所成之蝕刻形狀的說明圖。
圖3係表示本實施形態之電漿密度調整構件之剖面圖。
圖4係關於藉由本實施形態之電漿密度調整構件來調整電
漿密度以進行蝕刻之蝕刻速率的座標圖。
圖5係關於藉由本實施形態之電漿密度調整構件來調整電漿密度以進行蝕刻之蝕刻速率的座標圖。
圖6係表示先前例之電漿蝕刻裝置之正剖面圖。
圖7係表示先前例之電漿蝕刻裝置之正剖面圖。
圖8係用以說明藉由先前例之電漿蝕刻裝置進行溝槽蝕刻所成之蝕刻形狀的說明圖。
1...電漿蝕刻裝置
2...腔室
3...下主體部
3a...開口部
3b...排氣口
4...底板
5...中間板
6...處理空間
7...上主體部
8...頂板
9...電漿生成空間
10...基台
11...罩
12...支持台
13...高頻電源
14...匹配單元
15...芯構件
16...線圈
17...高頻電源
18...匹配單元
19...蝕刻氣體供給源
19a...供給管
20...電漿密度調整構件
22...排氣裝置
K...基板
Claims (3)
- 一種電漿蝕刻裝置,其特徵在於,包括:腔室,該腔室包含圓筒狀之主體部、閉塞該主體部之上部之頂板、及閉塞該主體部之底部之底板,且具有設定於該主體部內之上部區域中之電漿生成空間、及設定於該電漿生成空間下方之處理空間;線圈,其係在上述腔室之與上述電漿生成空間對應之部分之外方以纏繞於其上之方式而配設;基台,其配設於上述腔室內之處理空間中,載置作為處理對象之基板;處理氣體供給機構,其對上述腔室內之電漿生成空間供給處理氣體;線圈電力供給機構,其對上述線圈供給高頻電力;基台電力供給機構,其對上述基台供給高頻電力;及電漿密度調整構件,其包含上部及下部形成有開口之圓筒狀之構件,且其上端部固設在上述電漿生成空間與上述基台之間的上述腔室內壁上,對上述電漿生成空間中所生成之電漿之平面內密度加以調整並導引至上述基台上之基板;且形成上述電漿生成空間之主體部之內徑形成為較上述基板外徑大,上述電漿密度調整構件係由接地的導電性材料所構成,並且形成為其下端部之內徑較其上端部之內徑及形成上述電漿生成空間之主體部之內徑小的漏斗狀;其中,於上述頂板之中心部,設置有從此處向下方垂下之圓筒狀之芯構件,將上述電漿生成空間形成為環狀。
- 如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻裝置,其中: 上述芯構件係由非導電性材料所構成。
- 一種電漿蝕刻裝置,其特徵在於,包括:腔室,該腔室包含圓筒狀之主體部、閉塞該主體部之上部之頂板、及閉塞該主體部之底部之底板,且具有設定於該主體部內之上部區域中之電漿生成空間、及設定於該電漿生成空間下方之處理空間;線圈,其係在上述腔室之與上述電漿生成空間對應之部分之外方以纏繞於其上之方式而配設;基台,其配設於上述腔室內之處理空間中,載置作為處理對象之基板;處理氣體供給機構,其對上述腔室內之電漿生成空間供給處理氣體;線圈電力供給機構,其對上述線圈供給高頻電力;基台電力供給機構,其對上述基台供給高頻電力;及電漿密度調整構件,其包含上部及下部形成有開口之圓筒狀之構件,且其上端部固設在上述電漿生成空間與上述基台之間的上述腔室內壁上,對上述電漿生成空間中所生成之電漿之平面內密度加以調整並導引至上述基台上之基板;且形成上述電漿生成空間之主體部之內徑形成為較上述基板外徑大,上述電漿密度調整構件係由接地的導電性材料所構成,並且形成為其下端部之內徑較其上端部之內徑及形成上述電漿生成空間之主體部之內徑小的漏斗狀;其中,上述上端部構成之平面與上述下端部構成之平面略呈平行,且其兩平面與上述漏斗狀構件之夾角係介於59度至81度之間。
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