專利名稱：噴淋頭和等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)置于在內(nèi)部處理基板的處理腔室中的、用于向基板以噴淋狀供給氣體的噴淋頭和等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
近來，在半導體裝置的制造領(lǐng)域中，使用了用于向半導體晶片等基板以噴淋狀供 給氣體的噴淋頭。即，在對例如半導體晶片等基板實施等離子體蝕刻處理的等離子體處理 裝置中，在處理腔室內(nèi)設(shè)置有用于載置基板的載置臺，以與該載置臺相對的方式設(shè)置有噴 淋頭。在該噴淋頭的與載置臺相對的相對面上設(shè)置有多個氣體噴出孔，從這些氣體噴出孔 向基板以噴淋狀供給氣體。此外，在上述等離子體處理裝置中，因為在處理腔室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，所以噴淋頭 的溫度升高。由此，以設(shè)置風扇等空氣冷卻噴淋頭的部分的方式構(gòu)成的等離子體處理裝置 已眾所周知。(例如，參照專利文獻1)。此外，在噴淋頭部分，以使溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)循環(huán)進行 冷卻的方式構(gòu)成的等離子體處理裝置也已眾所周知(例如，參照專利文獻2)。專利文獻1 日本特開2003-68710號公報專利文獻2 日本特開2006-352040號公報上述的利用空氣冷卻或者使溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)循環(huán)對噴淋頭進行冷卻的等離子體處 理裝置構(gòu)成為從處理腔室的下部對處理腔室內(nèi)進行排氣。另一方面，本發(fā)明的發(fā)明人根據(jù) 現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)了一種能夠從噴淋頭供給氣體的同時，從設(shè)置在該噴淋頭上的多個排氣孔進 行排氣，實現(xiàn)均勻氣體流的噴淋頭。在這種噴淋頭中，如果設(shè)置用于使冷卻介質(zhì)循環(huán)來進行 冷卻的機構(gòu)等，則排氣孔的路徑變長，存在排氣性能惡化這樣的問題。此外，因為需要在噴 淋頭的上方設(shè)置構(gòu)成排氣路徑的筒狀體(排氣管)，因此，存在難以設(shè)置用于直接冷卻噴淋 頭的空氣冷卻機構(gòu)等這樣的問題。由此，存在噴淋頭的溫度升高，并且噴淋頭的溫度分布不 均勻，使處理均勻性惡化這樣的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有的狀況，提供一種能夠抑制噴淋頭的溫度升高，并且能夠使 噴淋頭的溫度分布均勻，提高處理的均勻性的噴淋頭和等離子體處理裝置。本發(fā)明第一方面的噴淋頭，以與用于載置基板的載置臺相對的方式設(shè)置于在內(nèi)部 處理上述基板的處理腔室中，用于從設(shè)置在與上述載置臺相對的相對面上的多個噴出孔向 上述基板以噴淋狀供給氣體，其特征在于在與上述相對面相反側(cè)的面上設(shè)置有多個構(gòu)成 為棒狀的熱傳導柱。本發(fā)明第二方面的噴淋頭的特征在于在本發(fā)明第一方面記載的噴淋頭中，能夠 改變上述熱傳導柱的長度和/或粗細來調(diào)整熱容量。本發(fā)明第三方面的噴淋頭的特征在于在本發(fā)明第一或第二方面記載的噴淋頭 中，上述熱傳導柱由鋁、不銹鋼和銅中的任一種構(gòu)成。
本發(fā)明第四方面的噴淋頭的特征在于在本發(fā)明第一到第三任一方面記載的噴淋 頭中，該噴淋頭包括多個貫通上述相對面和上述相反側(cè)的面之間設(shè)置的、用于從上述相對 面向上述相反側(cè)的面進行排氣的排氣孔，上述熱傳導柱被設(shè)置在排氣路徑中。本發(fā)明第五方面的噴淋頭的特征在于在本發(fā)明第四方面記載的噴淋頭中，上述 熱傳導柱通過熱傳遞部件與構(gòu)成上述排氣路徑的筒狀體的側(cè)壁部連接。本發(fā)明第六方面的噴淋頭的特征在于在本發(fā)明第五方面記載的噴淋頭中，上述 熱傳導柱構(gòu)成為在常溫下與上述熱傳遞部件呈非接觸狀態(tài)，在熱膨脹時與上述熱傳遞部件 接觸。本發(fā)明第七方面的噴淋頭的特征在于，在本發(fā)明第四至第六任一方面記載的噴淋 頭中，在上述筒狀體的側(cè)壁部設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)單元。本發(fā)明第八方面的等離子體處理裝置其具有噴淋頭，該噴淋頭以與用于載置基板 的載置臺相對的方式設(shè)置于在內(nèi)部處理上述基板的處理腔室內(nèi)，用于從設(shè)置在與上述載置 臺相對的相對面上的多個噴出孔向基板以噴淋狀供給氣體，該等離子體處理裝置的特征在 于在上述噴淋頭的與上述相對面相反側(cè)的面上立設(shè)有多個構(gòu)成為棒狀的熱傳導柱。本發(fā)明第九方面的等離子體處理裝置的特征在于在本發(fā)明第八方面記載的等離 子體處理裝置中，上述噴淋頭具有多個貫通上述相對面和上述相反側(cè)的面之間設(shè)置的、用 于從上述相對面向上述反側(cè)的面進行排氣的排氣孔，上述熱傳導柱被設(shè)置在排氣路徑中。本發(fā)明第十方面的等離子體處理裝置的特征在于在本發(fā)明第八或第九方面記載 的等離子體處理裝置中，上述噴淋頭形成為與上述載置臺相對的相對電極。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠抑制噴淋頭的溫度的升高，并且能夠使噴淋頭的 溫度分布均勻，且能夠提高處理均勻性的噴淋頭和等離子體處理裝置。附圖的簡要說明
圖1是表示涉及本發(fā)明的一種實施方式的等離子體處理裝置的構(gòu)成的縱截面圖。圖2是表示涉及本發(fā)明的一種實施方式的噴淋頭的構(gòu)成的縱截面圖。圖3是涉及本發(fā)明的一種實施方式的噴淋頭的立體圖。圖4是涉及本發(fā)明的一種實施方式的噴淋頭的俯視圖。圖5是涉及本發(fā)明的一種實施方式的噴淋頭的仰視圖。圖6是表示涉及本發(fā)明的另一實施方式的等離子體處理裝置的構(gòu)成的縱截面圖。圖7是圖6的等離子體處理裝置的主要部分構(gòu)成的放大圖。符號說明11氣體噴出孔 13排氣孔 16熱傳導柱100噴淋頭 200等離子體處理裝置201處理腔室 202載置臺
具體實施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。圖1表示涉及本發(fā)明等離子體處理裝置的一種實施方式的等離子體蝕刻裝置200 的主要部分截面的構(gòu)成，圖2是表示圖1的等離子體蝕刻裝置200中設(shè)置的噴淋頭100的 構(gòu)成的截面圖，圖3是表示噴淋頭100的構(gòu)成的立體圖，圖4是噴淋頭100的俯視圖，圖5是噴淋頭100的仰視圖。如圖2所示，噴淋頭100由使下側(cè)部件1和配置在該下側(cè)部件的上側(cè)的上側(cè)部件2 的兩層板狀部件層疊的層疊體10構(gòu)成。該板狀部件由例如對表面實施了陽極氧化處理的 鋁等構(gòu)成。如圖1所示，該噴淋頭100以與載置半導體晶片(基板)的載置臺202相對的 方式設(shè)置在等離子體蝕刻裝置200的處理腔室201內(nèi)。S卩，圖2所示的下側(cè)部件1側(cè)被配 設(shè)為形成與圖1所示的載置臺202相對的相對面14。在上述層疊體10中，在形成與載置臺202相對的相對面14的下側(cè)部件1上，形成 有多個氣體噴出孔11，在下側(cè)部件1和上側(cè)部件2之間，形成有連通這些氣體噴出孔11的 氣體流路12。如圖2中的箭頭所示，這些氣體噴出孔11用于以噴淋狀向基板(圖2中的下 側(cè))供給氣體。此外，在層疊體10的周緣部，設(shè)置有用于向氣體流路12內(nèi)導入氣體的氣體 導入部12a。此外，在上述層疊體10上，形成有貫通該層疊體10即下側(cè)部件1和上側(cè)部件2的 多個排氣孔13。該排氣孔13構(gòu)成排氣機構(gòu)，在圖2中如虛線箭頭所示，該排氣機構(gòu)以從基 板側(cè)(圖中的下側(cè))向與基板相反側(cè)(圖中的上側(cè))形成氣體流的方式進行排氣。該排氣 孔13的直徑為例如3mm左右，如圖3所示，其被大致均勻地設(shè)置在除噴淋頭100的周緣部 (為用于固定在處理腔室201中的固定部)以外的整個區(qū)域內(nèi)。對于排氣孔13的數(shù)量，例 如在處理直徑為10英寸的半導體晶片的噴淋頭100的情形中，為700 1000個左右。此 夕卜，如圖3所示，在本實施方式中，噴淋頭100的外形對照作為被處理基板的半導體晶片的 外形構(gòu)成為圓板狀。此外，在上述層疊體10的上側(cè)部件2側(cè)，即與載置臺202相對的相對面14相反側(cè) 的面15上，立設(shè)有多個構(gòu)成為棒狀的熱傳導柱16。如圖3所示，該熱傳導柱16大致均勻地 被設(shè)置在除噴淋頭100的周緣部(為用于固定在處理腔室201中的固定部)外的整個區(qū)域 內(nèi)。此外，該熱傳導柱16由熱傳導性能良好的材料例如銅、不銹鋼、鋁等構(gòu)成。對于鋁、銅 而言，其包括了添加少量其它元素而改善機械性能和熱傳導性能的這類金屬的合金。此外， 在使用銅作為熱傳導柱16的材料時，為了防止銅從表面飛散對半導體晶片W產(chǎn)生惡劣的影 響，優(yōu)選對其表面進行表面處理。在用于處理直徑為10英寸的半導體晶片的噴淋頭100的 情況下，優(yōu)選設(shè)置例如從幾十個到一百多個左右的該熱傳導柱16。對于上述熱傳導柱16，在噴淋頭100的相對面14側(cè)暴露在等離子體中并接受來自 等離子體的熱量時，熱量向熱傳導柱16傳遞，從而防止了噴淋頭100的溫度過度升高，并且 防止了在噴淋頭100的中央部和周緣部產(chǎn)生溫度分布不均的現(xiàn)象。S卩，如圖1所示，因為噴淋頭100為其周緣部為被支撐固定在等離子體蝕刻裝置 200的處理腔室201中的結(jié)構(gòu)，因此，在噴淋頭100的周緣部，熱量容易傳遞(逃逸)到處理 腔室201中，而在中央部為不傳遞熱量的地方(在中央部并沒有形成熱逃逸場所的結(jié)構(gòu))。 由此，存在下述傾向，即、噴淋頭100的中央部溫度變高，周緣部溫度變低，溫度分布產(chǎn)生偏 差。而且，如上所述，若在噴淋頭100的溫度分布產(chǎn)生偏差，則圖1所示的等離子體P 的狀態(tài)也變得不均勻，并且等離子體蝕刻的狀態(tài)也變得不均勻。熱傳導柱16為使這種噴淋 頭100的溫度分布均勻，使等離子體蝕刻狀態(tài)也變得均勻的部件。由此，熱傳導柱16被設(shè) 定成配置在噴淋頭100的周緣部附近的高度比配置在中央部的高度低(熱容量小)。此外，除熱傳導柱16的高度外，改變其粗細或者高度和粗細兩者，也可以調(diào)整熱容量。下面，參照圖1對作為具有上述構(gòu)成的噴淋頭100的基板處理裝置的等離子體蝕 刻裝置200的構(gòu)造進行說明。該等離子體蝕刻裝置200構(gòu)成為電極板上下平行相對、連接 等離子體形成用電源的電容耦合型平行平板等離子體蝕刻裝置。等離子體蝕刻裝置200具有由例如表面被陽極氧化處理的鋁等構(gòu)成的形成為圓 筒狀的處理腔室(處理容器)201，該處理腔室201與地連接。在處理腔室201內(nèi)設(shè)置有載 置作為被處理基板的半導體晶片且構(gòu)成下部電極的載置臺202。該載置臺202與未圖示的 高頻電源等的高頻電力施加裝置連接。在載置臺202的上側(cè)設(shè)置有用于將半導體晶片靜電吸附在其上的靜電卡盤203。 靜電卡盤203在絕緣材料之間配置電極而構(gòu)成，通過對該電極施加直流電壓，利用庫侖力 靜電吸附半導體晶片。此外，在載置臺202上形成有用于使溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)循環(huán)的流路204， 能夠?qū)⑽皆陟o電卡盤203上的半導體晶片的溫度調(diào)整為規(guī)定的溫度。此外，在處理腔室 201的側(cè)壁部，形成有用于將半導體晶片搬入、搬出處理腔室201的開口 205，這里，設(shè)置有 用于氣密地閉塞開口 205的開閉機構(gòu)206。在載置臺202的上方，以與載置臺202間隔規(guī)定距離且相對的方式配置有如圖2 所示的噴淋頭100。而且，形成噴淋頭100為上部電極，載置臺202為下部電極的一對相對 電極。噴淋頭100的氣體導入部12a與設(shè)置在處理腔室201內(nèi)的氣體供給部207連接。 從未圖示的氣體供給機構(gòu)向氣體供給部207供給規(guī)定的處理氣體(蝕刻氣體)。此外，在噴淋頭100的上部設(shè)置有向上方直徑變小的筒狀(喇叭狀)的筒狀體 210，該筒狀體210通過開閉控制閥和開閉機構(gòu)等連接于渦輪分子泵等真空泵(未圖示)。 這樣，筒狀體210的內(nèi)側(cè)成為排氣路，熱傳導柱16被配設(shè)在筒狀體210內(nèi)側(cè)的排氣路內(nèi)。此 夕卜，在筒狀體210的外側(cè)設(shè)置有用于使溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)循環(huán)來進行溫度調(diào)節(jié)的溫度調(diào)節(jié)機構(gòu) 211。當利用上述構(gòu)成的等離子體蝕刻裝置200進行半導體晶片蝕刻時，首先，將半導 體晶片從開口 205搬入處理腔室201內(nèi)，并將其載置到靜電卡盤203上。于是，半導體晶片 被吸附在靜電卡盤203上。接著，關(guān)閉開口 205，利用真空泵等，將處理腔室201內(nèi)抽真空至 規(guī)定真空度。之后，將規(guī)定流量的規(guī)定處理氣體(蝕刻氣體)從氣體供給部207向噴淋頭100 的氣體導入部12a進行供給，該處理氣體經(jīng)過噴淋頭100的氣體流路12，從氣體噴出孔11 呈噴淋狀供給到載置臺202上的半導體晶片上。然后，將處理腔室201內(nèi)的壓力維持在規(guī)定的壓力，之后，對載置臺202施加規(guī)定 頻率例如13. 56MHz的高頻電力。這樣，在作為上部電極的噴淋頭100與作為下部電極的載 置臺202之間產(chǎn)生高頻電場，蝕刻氣體發(fā)生離解而等離子體化。在上述蝕刻處理中，從噴淋頭100的氣體噴出孔11呈噴淋狀供給的處理氣體因為從分散在噴淋頭100中形成的多個排氣孔13被排出，因此，不會如同從處理腔室201的下 部進行排氣的情況那樣地形成從半導體晶片的中央部向周邊部的氣體流。由此，能夠使向 半導體晶片供給的處理氣體更加均勻。此外，噴淋頭100接收來自等離子體P的熱量而使 其溫度升高，但是，通過熱傳導柱16的作用，能夠抑制噴淋頭100的中央部與周緣部在溫度分布方面產(chǎn)生偏差。這樣，能夠使等離子體P的狀態(tài)均勻，能夠?qū)Π雽w晶片的各部分實施 均勻的蝕刻處理。即，能夠使處理面的均勻性提高。而且，當規(guī)定的等離子體蝕刻處理完成時，停止高頻電力的施加和處理氣體的供 給，以與上述順序相反的順序，將半導體晶片從處理腔室201內(nèi)搬出。如上所述，根據(jù)本實施方式的等離子體蝕刻裝置200，因為是從噴淋頭100向上部 排氣的結(jié)構(gòu)，因此，能夠使向半導體晶片供給的處理氣體更加均勻。此外，能夠抑制噴淋頭 100的中央部與周緣部在溫度分布方面產(chǎn)生偏差，能夠使等離子體P的狀態(tài)均勻。這樣，能 夠?qū)Π雽w晶片的各部分實施均勻的蝕刻處理。此外，因為噴淋頭100不具有層疊設(shè)置使 溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)循環(huán)的機構(gòu)，因此，不會使排氣孔13的路徑變長，也不會使排氣性能惡化。
此外，通過上述的等離子體蝕刻裝置200，因為從設(shè)置在噴淋頭100中的排氣孔13 進行排氣，因此，不必與現(xiàn)有的裝置一樣在載置臺202的周圍或噴淋頭100的周圍設(shè)置排氣 路徑。由此，處理腔室201的直徑能夠進一步與作為被處理基板的半導體晶片的外徑相近， 能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。此外，將真空泵設(shè)置在處理腔室201的上方，因為從比處理腔室 201的處理空間更近的部分排氣，所以能夠高效地排氣，且能夠減少真空泵的容量而進一步 實現(xiàn)小型化。然而，在上述實施方式中，如果發(fā)生超過熱傳導柱16的熱容量而從等離子體P向 噴淋頭100傳熱的情況，則會產(chǎn)生噴淋頭100的溫度分布不均。這種情況下，如圖6所示， 設(shè)置與筒狀體210和熱傳導柱16連接的熱傳遞部件212，也能夠使熱量從熱傳導柱16通過 傳遞部件212向利用溫度調(diào)節(jié)機構(gòu)211被調(diào)節(jié)溫度的筒狀體210傳遞。此外，如圖7所示，在這種結(jié)構(gòu)的情況下，也可以在熱傳遞部件212上設(shè)置有在常 溫下比熱傳導柱16的直徑稍大的通孔213，構(gòu)成為在常溫下熱傳遞部件212與熱傳導柱16 成為非接觸的狀態(tài)，只在熱傳導柱16的溫度升高發(fā)生熱膨脹時，熱傳導柱16才與熱傳遞部 件212接觸，通過熱傳遞部件212進行放熱。在這種情況下，熱傳導柱16與熱傳遞部件212 變成接觸狀態(tài)，一旦進行放熱之后，熱傳導柱16的溫度降低，熱傳導柱16與熱傳遞部件212 再次成為非接觸狀態(tài)，能夠只在熱傳導柱16的溫度升高時通過熱傳導部件212進行放熱。 在這種結(jié)構(gòu)的情況下，優(yōu)選使用比熱傳遞部件212的線膨脹系數(shù)大的金屬材料作為熱傳導 柱16。
權(quán)利要求
一種噴淋頭，該噴淋頭以與用于載置基板的載置臺相對的方式設(shè)置于在內(nèi)部處理所述基板的腔室內(nèi)，用于從設(shè)置在與所述載置臺相對的相對面上的多個噴出孔向所述基板以噴淋狀供給氣體，該噴淋頭的特征在于在與所述相對面相反側(cè)的面上立設(shè)有多個構(gòu)成為棒狀的熱傳導柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴淋頭，其特征在于能夠改變所述熱傳導柱的長度和/或粗細來調(diào)整熱容量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噴淋頭，其特征在于所述熱傳導柱由鋁、不銹鋼和銅中的任一種構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噴淋頭，其特征在于該噴淋頭包括多個貫通所述相對面和所述相反側(cè)的面之間設(shè)置的、用于從所述相對面 向所述相反側(cè)的面進行排氣的排氣孔，所述熱傳導柱被設(shè)置在排氣路徑內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述噴淋頭，其特征在于所述熱傳導柱通過熱傳遞部件與構(gòu)成所述排氣路徑的筒狀體的側(cè)壁部連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴淋頭，其特征在于所述熱傳導柱構(gòu)成為在常溫下與所述熱傳遞部件呈非接觸狀態(tài)，在熱膨脹時與所述熱 傳遞部件接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴淋頭，其特征在于在所述筒狀體的側(cè)壁部設(shè)置有溫度調(diào)節(jié)單元。
8.一種等離子體處理裝置，其具有噴淋頭，該噴淋頭以與用于載置基板的載置臺相對 的方式設(shè)置于在內(nèi)部處理所述基板的腔室內(nèi)，用于從設(shè)置在與所述載置臺相對的相對面上 的多個噴出孔向所述基板以噴淋狀供給氣體，該等離子體處理裝置的特征在于在所述噴淋頭的與所述相對面相反側(cè)的面上立設(shè)有多個構(gòu)成為棒狀的熱傳導柱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述噴淋頭包括多個貫通所述相對面和所述相反側(cè)的面之間設(shè)置的、用于從所述相對 面向所述相反側(cè)的面進行排氣的排氣孔，所述熱傳導柱被設(shè)置在排氣路徑內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的等離子體處理裝置中，其特征在于所述噴淋頭形成與所述載置臺相對的相對電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種噴淋頭和等離子體處理裝置，其能夠抑制噴淋頭的溫度升高，并且能夠使噴淋頭的溫度分布均勻，實現(xiàn)處理均勻性的提高。本發(fā)明的噴淋頭以與用于載置基板的載置臺相對的方式設(shè)置于在內(nèi)部處理基板的腔室內(nèi)，用于從設(shè)置在與所述載置臺相對的相對面上的多個氣體噴出孔向所述基板以噴淋狀供給氣體，在與相對面相反側(cè)的面上立設(shè)有多個構(gòu)成為棒狀的熱傳導柱。
文檔編號H01L21/00GK101834120SQ20101013239
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者飯塚八城 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社