等离子体处理装置用的电极和等离子体处理装置的制作方法

1.本发明涉及等离子体处理装置用的电极和等离子体处理装置。


背景技术：

2.例如，专利文献1公开了一种平行平板型的电容耦合等离子体处理装置。该等离子体处理装置的上部电极具有与载置台相对且在等离子体空间露出的电极板。电极板为一块板，由si或sic的单一材质构成。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2020-109838号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的技术问题
7.本发明提供一种能够控制等离子体电子密度的技术。
8.用于解决技术问题的手段
9.根据本发明的一个方式，提供一种等离子体处理装置用的电极，其特征在于，包括：导电性的第一部件；和设置在所述第一部件的内部的第二部件，其由二次电子发射系数与所述第一部件不同的材质形成。
10.发明效果
11.采用本发明的一个方面，能够控制等离子体电子密度。
附图说明
12.图1是表示实施方式的等离子体处理系统的图。
13.图2是表示实施方式的电极板的截面的一个例子的图。
14.图3是表示实施方式的电极板的截面、上表面和下表面的一个例子的图。
15.图4是表示物质(element：元素)的二次电子发射系数(δ
max
)等的图。
16.图5是表示物质(compound：化合物)的二次电子发射系数(δ
max
)等的图。
17.图6是表示实施方式和比较例的等离子体电子密度的一个例子的图。
18.附图标记说明
19.1等离子体处理装置，2控制部，2a计算机，2a1处理部，2a2存储部，2a3通信接口，10等离子体处理腔室，10s等离子体处理空间，11基片支承部，13喷淋头，13e电极板，13d第一部件，14a、14b第二部件，16接地部件，20气体供给部，30电源，31rf电源，31a第一rf生成部，31b第二rf生成部，32a第一dc生成部，32b第二dc生成部，40排气系统，111主体部，112环组件。
具体实施方式
20.下面，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中，对于相同的构成部分，有时标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
21.[等离子体处理系统]
[0022]
下面，参照图1对等离子体处理系统的构成例进行说明。
[0023]
等离子体处理系统包括电容耦合型的等离子体处理装置1和控制部2。等离子体处理装置1包括等离子体处理腔室10、气体供给部20、电源30和排气系统40。另外，等离子体处理装置1包括基片支承部11和气体导入部。气体导入部能够将至少1种处理气体导入到等离子体处理腔室10内。气体导入部包括喷头13。基片支承部11配置在等离子体处理腔室10内。喷头13配置在基片支承部11的上方。在一个实施方式中，喷头13构成等离子体处理腔室10的顶部(ceiling)的至少一部分。等离子体处理腔室10具有由喷头13、等离子体处理腔室10的侧壁10a和基片支承部11规定的等离子体处理空间10s。等离子体处理腔室10具有：用于向等离子体处理空间10s供给至少1种处理气体的至少1个气体供给口；和用于从等离子体处理空间排出气体的至少1个气体排出口。侧壁10a被接地。基片支承部11与等离子体处理腔室10的壳体电绝缘。
[0024]
基片支承部11包括主体部111和环组件112。主体部111具有：用于支承基片(晶片)w的中央区域(基片支承面)111a；和用于支承环组件112的环状区域(环支承面)111b。主体部111的环状区域111b在俯视时包围主体部111的中央区域111a。基片w配置在主体部111的中央区域111a上，环组件112以包围主体部111的中央区域111a上的基片w的方式配置在主体部111的环状区域111b上。在一个实施方式中，主体部111包括基台和静电卡盘。基台包括导电性部件。基台的导电性部件作为下部电极发挥作用。静电卡盘配置在基台之上。静电卡盘的上表面具有基片支承面111a。环组件112包括1个或多个环状部件。1个或多个环状部件中的至少1个是边缘环。另外，虽然省略了图示，但是基片支承部11可以包括温度调节模块，该温度调节模块能够将静电卡盘、环组件112和基片中的至少一者调节为目标温度。温度调节模块可以包括加热器、传热介质体、流路或者它们的组合。可在流路中流动盐水(brine)或气体那样的传热流体。另外，基片支承部11可以包括传热气体供给部，该传热气体供给部能够向基片w的背面与基片支承面111a之间供给传热气体。
[0025]
喷头13能够将来自气体供给部20的至少1种处理气体导入到等离子体处理空间10s内。喷头13具有至少1个气体供给口13a、至少1个气体扩散室13b和多个气体导入口13c。被供给到气体供给口13a的处理气体，通过气体扩散室13b而从多个气体导入口13c被导入到等离子体处理空间10s内。
[0026]
喷头13具有电极板13e和用于支承电极板13e的电极支承部13f。电极板13e作为等离子体处理装置用的电极(上部电极)发挥作用。在电极板13e和电极支承部13f的周围设置有环状的绝缘性部件15，由此，上部电极与等离子体处理腔室10的壳体电绝缘。在绝缘性部件15的下部设置有环状的接地部件16。
[0027]
电极板13e包括：与基片支承部11相对的第一部件13d，其下表面在等离子体处理空间10s露出；和设置在第一部件13d的内部的第二部件14a、14b。
[0028]
此外，气体导入部可以除了喷头13以外，还包括安装在形成于侧壁10a上的1个或多个开口部中的1个或多个侧面气体注入部(sgi：side gas injector)。
[0029]
气体供给部20可以包括至少1个气体源21和至少1个流量控制器22。在一个实施方式中，气体供给部20能够将至少1种处理气体从各自对应的气体源21经由各自对应的流量控制器22供给到喷头13。各流量控制器22例如可以包括质量流量控制器或压力控制式的流量控制器。另外，气体供给部20可以包括用于对至少1种处理气体的流量进行调制或脉冲化的1个或1个以上的流量调制器件。
[0030]
电源30包括经由至少1个阻抗匹配电路与等离子体处理腔室10耦合的rf电源31。rf电源31能够向基片支承部11的导电性部件和/或喷头13的导电性部件(电极板13e)供给电源rf信号和偏置rf信号那样的至少1个rf信号(rf电功率)。由此，能够从被供给到等离子体处理空间10s的至少1种处理气体形成等离子体。因此，rf电源31能够作为等离子体生成部的至少一部分发挥作用，该等离子体生成部能够在等离子体处理腔室10中从1种或1种以上的处理气体生成等离子体。另外，通过向基片支承部11的导电性部件供给偏置rf信号，能够在基片w产生偏置电位，将所形成的等离子体中的离子成分引入到基片w。
[0031]
在一个实施方式中，rf电源31包括第一rf生成部31a和第二rf生成部31b。第一rf生成部31a构成为经由至少1个阻抗匹配电路与基片支承部11的导电性部件和/或喷头13的导电性部件耦合，能够生成等离子体生成用的电源rf信号(电源rf电功率)。在一个实施方式中，电源rf信号具有13mhz～150mhz的范围内的频率。在一个实施方式中，第一rf生成部31a可以构成为能够生成具有不同频率的多个电源rf信号。所生成的1个或多个电源rf信号被供给到基片支承部11的导电性部件和/或喷头13的导电性部件。第二rf生成部31b构成为经由至少1个阻抗匹配电路与基片支承部11的导电性部件耦合，能够生成偏置rf信号(偏置rf电功率)。在一个实施方式中，偏置rf信号具有比电源rf信号低的频率。在一个实施方式中，偏置rf信号具有400khz～13.56mhz的范围内的频率。在一个实施方式中，第二rf生成部31b可以构成为能够生成具有不同频率的多个偏置rf信号。所生成的1个或多个偏置rf信号被供给到基片支承部11的导电性部件。另外，在各种实施方式中，也可以使电源rf信号和偏置rf信号中的至少一者脉冲化。
[0032]
另外，电源30可以包括与等离子体处理腔室10耦合的dc电源32。dc电源32包括第一dc生成部32a和第二dc生成部32b。在一个实施方式中，第一dc生成部32a构成为与基片支承部11的导电性部件连接，能够生成第一dc信号。所生成的第一偏置dc信号被施加于基片支承部11的导电性部件。在一个实施方式中，也可以是第一dc信号被施加于静电卡盘内的电极那样的其它电极。在一个实施方式中，第二dc生成部32b构成为与喷头13的导电性部件连接，能够生成第二dc信号。所生成的第二dc信号被施加于喷头13的导电性部件。在各种实施方式中，也可以使第一dc信号和第二dc信号中的至少一者脉冲化。此外，可以是除了rf电源31以外还设置第一dc生成部32a和第二dc生成部32b，也可以是设置第一dc生成部32a代替第二rf生成部31b。
[0033]
排气系统40例如能够与设置在等离子体处理腔室10的底部的气体排出口10e连接。排气系统40可以包括压力调节阀和真空泵。利用压力调节阀对等离子体处理空间10s内的压力进行调节。真空泵可以包括涡轮分子泵、干式泵或它们的组合。
[0034]
控制部2能够对用于使等离子体处理装置1执行本发明中所说的各种工序的计算机可执行的命令进行处理。控制部2能够控制等离子体处理装置1的各要素执行在此所说的各种工序。在一个实施方式中，控制部2的一部分或全部可以包含在等离子体处理装置1中。
控制部2例如可以包括计算机2a。计算机2a例如可以包括处理部(cpu：central processing unit(中央处理器))2a1、存储部2a2和通信接口2a3。处理部2a1能够基于存储部2a2中存储的程序和方案来进行各种控制动作。存储部2a2可以包括ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)、hdd(hard disk drive：硬盘驱动器)、ssd(solid state drive：固态驱动器)、或者它们的组合。通信接口2a3可以经由lan(local area network：局域网)等通信线路而与等离子体处理装置1之间进行通信。
[0035]
[等离子体处理装置用的电极]
[0036]
接下来，参照图2和图3对本实施方式的等离子体处理装置用的电极的结构进行说明。图2和图3的(a)表示实施方式的电极板13e的截面的一个例子。图3的(b)和(c)表示实施方式的电极板13e的上表面和下表面的一个例子。
[0037]
参照图2的(a)和(b)，电极板13e的第一部件13d是相对于中心轴o呈圆盘状的一块板，作为导电性部件由硅构成。第一部件13d也可以是由sic构成。第一部件13d的下表面在等离子体处理空间10s露出，被暴露于等离子体。
[0038]
第二部件14a、14b设置在第一部件13d的内部，由二次电子发射系数与第一部件13d不同的材质构成。在图2的(a)中，第二部件14a、14b被接合或嵌入在设置于第一部件13d的下表面的孔中，从而被固定在第一部件13d的内部。在图2的(b)中，第二部件14a、14b被接合或嵌入在设置于第一部件13d的贯通孔中，从而被固定在第一部件13d的内部。第二部件14a、14b可以由石英形成。
[0039]
第二部件14a、14b的二次电子发射系数大于第一部件13d的二次电子发射系数。第二部件14a、14b配置在电极板13e的内部，第二部件14a、14b的表面的至少一部分被暴露于等离子体。
[0040]
在图2和图3的例子中，第二部件14a、14b的至少一部分在等离子体处理空间10s侧露出。在图2的(a)的例子中，第二部件14a、14b的下表面从第一部件13d的下表面露出。在图2的(b)和图3的(a)的例子中，第二部件14a、14b的上表面和下表面从第一部件13d的下表面和上表面露出。
[0041]
第二部件14a、14b具有存在台阶的圆柱形状，在图2的(a)的例子中，第二部件14a、14b的上侧的直径小于下侧的直径。在图2的(b)和图3的(a)的例子中，第二部件14a、14b的上侧的直径大于下侧的直径。因此，形成为第二部件14a、14b难以从第一部件13d脱离的结构。但是，第二部件14a、14b的形状并不限于此，也可以是没有台阶的圆柱形状。另外，也可以是如图2的(a)那样第二部件14a、14b不贯穿电极板13e的结构，但第二部件14a、14b的上侧的直径大于下侧的直径。另外，也可以是如图2的(b)那样第二部件14a、14b贯穿电极板13e的结构，但第二部件14a、14b的上侧的直径小于下侧的直径。
[0042]
图3的(b)和(c)表示图3的(a)所示的电极板13e的第一部件13d和第二部件14a、14b的配置的一个例子。图3的(b)是表示电极板13e的上表面的图，图3的(c)是使电极板13e的上下反转来表示电极板13e的下表面的图。图3的(a)是表示图3的(b)的c-c截面的图。
[0043]
第二部件14a、14b贯穿第一部件13d，在第一部件13d的内部具有多个第二部件14a、14b。多个第二部件14a、14b彼此等间隔地配置。多个第二部件14a可以在周向上彼此等间隔地配置。同样地，多个第二部件14b可以在周向上彼此等间隔地配置。在本发明中，当将第一部件13d从中心起在径向上依次划分为内周区域、中间区域和外周区域时，第二部件
14a、14b配置在外周区域。
[0044]
内周区域、中间区域和外周区域，例如如图3的(a)所示，是将第一部件13d从中心轴o起在径向上3等分时的中央(内侧)、中间和外侧的区域。在本发明中，第二部件14a、14b设置在外周区域，但是并不限于此。也可以是第二部件14a、14b与在等离子体处理空间10s中形成的等离子体的电子密度分布的特性相应地，设置在内周区域、中间区域和外周区域中的至少任一者。
[0045]
第二部件14a、14b并不限于在径向上成为2段并在周向上等间隔地配置。也可以是第二部件14a、14b在径向上配置1段或3段以上。另外，第二部件14a、14b并不限于圆柱形状，也可以是环状。也可以是第二部件14a、14b在周向上不是等间隔地配置，而是局部地配置。
[0046]
[二次电子发射系数]
[0047]
第一部件13d的二次电子发射系数与第二部件14a、14b的二次电子发射系数不同。优选第二部件14a、14b的二次电子发射系数大于第一部件13d的二次电子发射系数。
[0048]
图4和图5是表示元素或化合物(element或compound)的二次电子发射系数(δ
max
)等的图。出处是“handbook of chemistry and physics,david r.lide”。图4的右侧所示的元素(element)为硅(si)的二次电子发射系数(δ
max
)为1.1。
[0049]
作为二次电子发射系数比硅大的物质，作为图5的右侧所示的化合物(compound)可以列举石英(sio2(quartz))。石英的二次电子发射系数(δ
max
)为2.1～4，大于硅的二次电子发射系数。因此，优选第一部件13d为硅且第二部件14a、14b为石英的组合。
[0050]
另外，第二部件14a、14b也可以是图5的右侧所示的氧化镁(mgo(crystal：晶体))。氧化镁的二次电子发射系数(δ
max
)为20～25，大于硅的二次电子发射系数。因此，也可以是第一部件13d为硅且第二部件14a、14b为氧化镁的组合。
[0051]
另外，第二部件14a、14b也可以是图5的左侧所示的氧化铝(al2o3)。氧化铝的二次电子发射系数(δ
max
)为2～9。因此，也可以是第一部件13d为硅且第二部件14a、14b为氧化铝的组合。
[0052]
第一部件13d和第二部件14a、14b的下表面被暴露于等离子体。此时，等离子体中的离子会入射到第一部件13d和第二部件14a、14b的下表面，会从第一部件13d和第二部件14a、14b产生电子发射。
[0053]
从第一部件13d和第二部件14a、14b发射的二次电子的量，由二次电子发射系数决定。即，二次电子发射系数越大的材质(元素(element)或化合物(compound))，在等离子体中的离子入射时能够发射越多的二次电子。另一方面，作为电极板13e所使用的材质，考虑等离子体耐性等，代表性的是单晶硅、sic、石英。
[0054]
因此，在本发明的等离子体处理装置1中，作为电极板13e的主要材质的第一部件13d使用硅，设置在第一部件13d的内部的第二部件14a、14b使用二次电子发射系数比硅大的石英。由此，与电极板13e仅由硅形成的情况相比，通过在电极板13e的一部分设置石英，能够利用二次电子发射系数比硅大的石英使二次电子的发射量增加。
[0055]
因此，将石英的第二部件14a、14b配置在想要提高硅的第一部件13d内的等离子体的电子密度的位置。例如，在想要提高外周区域的等离子体的电子密度的情况下，将第二部件14a、14b配置在第一部件13d的外周区域。由此，与第一部件13d的下方相比，在第二部件14a、14b的下方能够发射更多的电子。由此，能够控制等离子体中的电子密度，能够提高等
离子体密度的均匀性，实现基片w的等离子体处理的均匀性。
[0056]
[等离子体的电子密度]
[0057]
参照图6对在等离子体处理空间10s内的等离子体的电子密度相对较低的部位的上方配置二次电子发射系数比第一部件13d的硅大的第二部件14a、14b的一个例子进行说明。图6是表示实施方式和比较例的等离子体电子密度的一个例子的图。
[0058]
图6的横轴表示将电极板13e的中央设为0时的径向的位置，纵轴表示等离子体的电子密度ne。横轴的0也是基片w的中心，横轴的150mm的位置表示基片w的边缘(外周端部)的位置。用圆圈(〇)的集合体表示的曲线a，表示第一部件13d仅由硅形成的电极板的情况下的等离子体的电子密度。
[0059]
等离子体的电子密度由作为下部电极发挥作用的基片支承部11的结构和在基片支承部11中流动的rf信号来决定。图6的曲线a表示使用第一部件13d仅由硅形成的电极板生成等离子体的情况下的等离子体的电子密度。在该情况下，等离子体电子密度ne以基片w的中心0为峰而呈现山形的分布，在作为基片w的边缘的150mm左右，等离子体电子密度有下降的趋势。
[0060]
因此，将二次电子发射系数比硅大的石英的第二部件14a、14b配置在包含距中心150mm左右的位置的外周区域。用三角形(
△
)的集合体表示的曲线b，表示使用像本实施方式的图3的(a)那样在第一部件13d的外周区域配置有第二部件14a、14b的电极板13e来生成等离子体的情况下的等离子体的电子密度。
[0061]
在该情况下，能够利用二次电子发射系数比第一部件13d大的第二部件14a、14b使外周区域的等离子体的电子密度增加，能够实现等离子体的电子密度的均匀化。由此，能够提高蚀刻速率的均匀性，提高等离子体处理的均匀性。此外，在图6中，表示本实施方式的曲线b相对于表示比较例的曲线a，等离子体的电子密度ne整体地降低。这是因为，用于得到曲线a、b的结果的等离子体生成条件各自不同，当等离子体生成条件相同时，曲线b将具有与曲线a同等的等离子体的电子密度ne，并且能够使等离子体的电子密度均匀。
[0062]
上面说明的第二部件14a、14b的配置是一个例子，并不限于此。只要二次电子发射系数比第一部件大的第二部件配置在等离子体电子密度比其它区域低的部分即可。例如，也可以是第二部件局部地配置在等离子体电子密度比其它区域低的部分。在第二部件的下方，与第一部件相比，二次电子的发射量相对地增加，由此，能够提高等离子体电子密度ne的均匀性。
[0063]
此外，上面列举第二部件14a、14b的下表面在等离子体处理空间10s露出的例子进行了说明，但是第二部件14a、14b也可以不在等离子体处理空间10s露出。例如，当第二部件14a、14b在电极板13e的具有气体导入口13c(参照图1)的贯通孔中露出的情况下，存在下述情况：电子进入贯通孔的内部而与第二部件碰撞，产生从第二部件发射二次电子的现象。在该情况下，第二部件14a、14b的下表面不一定在等离子体处理空间10s露出。
[0064]
但是，当等离子体进入贯通孔时，有可能在贯通孔的内部产生异常放电。因此，使贯通孔的尺寸为等离子体不会进入的大小，以使得等离子体不会进入贯通孔的内部。另外，当在第一部件13d与第二部件14a、14b之间存在规定尺寸以上的间隙时，能够在该间隙产生二次电子的发射，当等离子体进入该间隙时，有可能在内部产生异常放电。因此，使间隙的尺寸为等离子体不会进入的大小，以使得等离子体不会进入第一部件13d与第二部件14a、
14b之间。
[0065]
如上面说明的那样，本实施方式的等离子体处理装置用的电极具有：导电性的第一部件；和设置在第一部件的内部的第二部件，其由二次电子发射系数与第一部件不同的材质形成。采用该结构的等离子体处理装置用的电极和等离子体处理装置1，能够控制等离子体电子密度。由此，能够实现等离子体电子密度的均匀性。其结果是，能够提高等离子体处理的均匀性。
[0066]
此外，在本发明中，对于等离子体处理装置用的电极，列举上部电极为例进行了说明。但是，并不限于此，等离子体处理装置用的电极能够应用于设置在等离子体处理腔室10的上部的部件。例如，等离子体处理装置用的电极也可以是设置在等离子体处理腔室10的上部的环状的接地部件16。在该情况下，接地部件16具有：导电性的第一部件；和设置在第一部件的内部的二次电子发射系数不同的第二部件。由此，特别是能够控制基片w的主要是外周区域的等离子体电子密度。另外，由此，能够在等离子体处理腔室10的侧壁10a附近使等离子体的电子密度上升。因此，在向等离子体处理空间10s供给清洁气体来生成等离子体的情况下，能够提高侧壁10a附近的清洁效果，有可能连以往无法清洁的部位等也能够清洁。
[0067]
此外，接地部件16设置在绝缘性部件15的下部，且被接地。本发明的等离子体处理装置用的电极也能够应用于上部电极和接地部件16两者。
[0068]
本次公开的实施方式的等离子体处理装置用的电极和等离子体处理装置，在所有方面均应认为是例示性的而不是限制性的。实施方式可以在不脱离所附的权利要求书及其主旨的情况下，以各种方式进行变形和改良。上述多个实施方式中记载的事项，在不矛盾的范围内也可以采用其它构成，而且，可以在不矛盾的范围内进行组合。
[0069]
本发明的等离子体处理装置也能够应用于原子层沉积(atomic layer deposition(ald))装置、电容耦合等离子体(capacitively coupled plasma(ccp))、电感耦合等离子体(inductively coupled plasma(icp))、径向线缝隙天线(radial line slot antenna(rlsa))、电子回旋共振等离子体(electron cyclotron resonance plasma(ecr))、螺旋波等离子体(helicon wave plasma(hwp))中的任一类型的装置。