CN109559968A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够使等离子体密度的分布均匀化的等离子体处理装置。一个实施方式的等离子体处理装置在腔室主体的内部空间中具有载置台，该载置台包括下部电极。在载置台的上方设置有上部电极。上部电极经由供电导体而与第一高频电源电连接。下部电极与第二高频电源电连接。在腔室主体的上方，以覆盖上部电极的方式设置有接地导体。供电导体经过由接地导体围成的空间而向上方延伸。在接地导体的上端的靠内部空间的一侧提供外部空间。外部空间在上方与上部电极隔开间隔，并且在该外部空间与上部电极之间隔着接地导体。在该外部空间中配置有电磁体。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本公开的实施方式涉及一种等离子体处理装置。
背景技术
在电子器件的制造中，将等离子体处理装置使用于对被加工物进行处理。作为等离子体处理装置的一种，已知一种电容耦合型的等离子体处理装置。电容耦合型的等离子体处理装置具备腔室主体、载置台、上部电极、第一高频电源以及第二高频电源。
腔室主体提供内部空间，并且接地。载置台设置在腔室主体的内部空间中。载置台构成为对载置于其上的被加工物进行支承。被加工物以其中心位于腔室主体的中心轴线上的方式被载在载置台上。载置台包括下部电极。上部电极设置于载置台的上方。第一高频电源主要产生用于生成等离子体的第一高频。第一高频电源与下部电极或上部电极电连接。第二高频电源主要产生用于向被加工物引入离子的第二高频。第二高频的频率比第一高频的频率低。第二高频电源与下部电极电连接。
在第一高频电源与上部电极连接的情况下，以覆盖上部电极的方式设置接地导体。接地导体具有筒形状，并且在上部电极的上方提供由该接地导体围成的空间。上部电极与第一高频电源经由供电导体连接。供电导体从上部电极经过由接地导体围成的空间而延伸到接地导体的外侧，并且与第一高频电源连接。在专利文献1中记载了这样的等离子体处理装置。
专利文献1：日本特开2006-270017号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，在上述的等离子体处理装置的内部空间中，形成在被加工物的中心的上方具有高的电场强度且在被加工物的边缘侧的上方具有低的电场强度的电场强度的分布。即，在内部空间中形成电场强度相应于辐射方向上的距中心轴线的距离的增加而减少的不均匀的电场强度的分布。在第二高频的频率高的情况下，该倾向明显。在这样的电场强度的分布下，中心轴线的附近的等离子体密度高，远离中心轴线的部位的等离子体密度低。即，形成在从中心轴线辐射的辐射方向上不均匀的等离子体密度的分布。
为了在上述的电场强度的分布下形成均匀的等离子体密度的分布，考虑在腔室主体的内部空间中形成在中心轴线的附近具有小的水平分量且在远离中心轴线的位置具有大的水平分量的磁场分布。通过将电磁体配置在上部电极的上方，能够形成这样的磁场分布。然而，当将电磁体配置在由接地导体围成的空间内时，第一高频流入电磁体和/或将电磁体与电源连接的配线。其结果是，腔室主体的内部空间中的电场强度局部地发生变动。因而，需要利用配置于接地导体的外侧的电磁体来使等离子体密度的分布均匀化。
用于解决问题的方案
在一个方式中，提供一种等离子体处理装置。等离子体处理装置具备腔室主体、气体供给部、载置台、上部电极、供电导体、第一高频电源、第二高频电源、电磁体以及接地导体。气体供给部构成为向由腔室主体提供的内部空间供给气体。载置台设置在内部空间中，提供被加工物的载置区域，包括下部电极。载置区域的中心位于腔室主体的中心轴线上。上部电极隔着腔室主体的内部空间设置于载置台的上方。供电导体与上部电极连接，并且从上部电极向上方延伸。第一高频电源构成为产生第一高频。第一高频电源经由供电导体而与上部电极电连接。第二高频电源构成为产生具有比第一高频的频率低的频率的第二高频。第二高频电源与下部电极电连接。电磁体配置于上部电极的上方。电磁体构成为形成在远离中心轴线的位置具有比该中心轴线上的水平分量大的水平分量的磁场的分布。接地导体接地，并且在腔室主体的上方以覆盖上部电极的方式延伸。接地导体具有第一部分、第二部分以及第三部分。第一部分呈筒状，并且从腔室主体向上方延伸。第二部分在上方与上部电极隔开间隔，并且从第一部分朝向中心轴线延伸。第二部分与第一部分一同在上部电极上提供第一空间。第三部分呈筒状，设置于比第一部分更靠近中心轴线的位置，并且从第二部分向上方延伸。第三部分在其中提供与第一空间连续的第二空间。供电导体经过第一空间和第二空间而向上方延伸。电磁体配置在外部空间中。在第三部分的外侧、第二部分上且内部空间的上方，由接地导体提供外部空间。
在一个方式所涉及的等离子体处理装置中，在上部电极的上方提供第一空间，因此能够确保接地导体与上部电极之间的距离，从而能够抑制接地导体与上部电极之间的电容耦合。另外，利用限定第一空间的接地导体，在接地导体的第二部分上且第三部分的外侧提供外部空间。即，外部空间处于比接地导体的上端的上方的空间更靠近内部空间的位置，并且处于内部空间的上方。在该外部空间与上部电极及供电导体之间隔着接地导体。在该外部空间中配置有电磁体，因此电磁体与内部空间之间的距离比较短。另外，该电磁体形成在中心轴线的附近具有低的水平分量、在远离中心轴线的位置具有大的水平分量的磁场分布。因而，通过配置于接地导体的外侧的电磁体，能够在内部空间中高效地形成适于得到均匀的等离子体密度的分布的磁场分布。
在一个实施方式中，接地导体还具有第四部分、第五部分以及第六部分。第四部分在第二部分的上方从第三部分向从中心轴线辐射的辐射方向延伸。第五部分呈筒状，相比于第三部分更加远离中心轴线，并且从第四部分向上方延伸。第六部分在第四部分的上方从第五部分朝向中心轴线延伸。供电导体还经过与第二空间连续的第三空间而向上方延伸。第三空间为由第四部分、第五部分以及第六部分围成的空间。
在一个实施方式中，等离子体处理装置还具备第一管。第一管从上部电极经过第一空间和第二空间而向上方延伸，并且经过第三空间而延伸到接地导体的侧方且外侧。第一管为用于向上部电极供给制冷剂的管。根据该实施方式，在第三空间内的第一管与上部电极之间实际上隔着接地导体的第四部分。
在一个实施方式中，上部电极构成将来自气体供给部的气体向内部空间喷出的喷淋头。等离子体处理装置还具备第二管。第二管从上部电极经过第一空间和第二空间而向上方延伸，并且经过第三空间而延伸到接地导体的侧方且外侧。第二管为用于向喷淋头供给来自气体供给部的气体的管。根据该实施方式，在第三空间内的第二管与上部电极之间实质上隔着接地导体的第四部分。
在一个实施方式中，等离子体处理装置具备直流电源和配线。直流电源构成为产生向上部电极施加的负极性的直流电压。配线将直流电源与上部电极彼此连接。配线从上部电极经过第一空间和第二空间而向上方延伸，并且经过第三空间而延伸到接地导体的侧方且外侧。根据该实施方式，在第三空间内的配线与上部电极之间实质上隔着接地导体的第四部分。
在一个实施方式中，电磁体具有绕中心轴线卷绕的线圈。在一个实施方式中，线圈的内径与外径的平均值为中心轴线与被加工物的边缘之间的距离以上。
在一个实施方式中，第二高频的频率比13.56MHz大。在一个实施方式中，第二高频的频率为40MHz以上。在一个实施方式中，第二高频的频率为60MHz以上。
发明的效果
如以上所说明的那样，提供一种能够利用配置于接地导体的外侧的电磁体使等离子体密度的分布均匀化的等离子体处理装置。
附图说明
图1是概要性地示出一个实施方式所涉及的等离子体处理装置的图。
图2是示出腔室主体的内部空间中的电场强度的分布的计算结果的曲线图。
图3是示出图1所示的等离子体处理装置的接地导体的内部结构的俯视图。
图4是示出图1所示的等离子体处理装置所能够形成的磁场分布的计算结果的图。
图5是示出图1所示的等离子体处理装置的内部空间中的离子束的分布的测定结果的曲线图。
图6是示出一个实施方式所涉及的等离子体处理方法的流程图。
图7是能够应用图6所示的方法的一个实施方式的一例的被加工物的局部放大截面图。
图8是自图7所示的状态起被进行处理后的被加工物的局部放大截面图。
图9的(a)是执行图6所示的方法的一个实施方式中的工序ST1后的状态的被加工物的局部放大截面图，图9的(b)是执行图6所示的方法的一个实施方式中的工序ST2后的状态的被加工物的局部放大截面图。
图10是应用图6所示的方法的一个实施方式后的被加工物的局部放大截面图。
附图标记说明
10：等离子体处理装置；12：腔室主体；12s：内部空间；14：载置台；14r：载置区域；18：下部电极；20：静电卡盘；36：上部电极；41：气体供给部；42：冷却装置；43：第一高频电源；44：第二高频电源；48：供电导体；50：接地导体；51：第一部分；52：第二部分；53：第三部分；60：电磁体；64：线圈；AX：中心轴线；ES：外部空间；IS1：第一空间；IS2：第二空间；IS3：第三空间；W：被加工物；R1：第一区域；R2：第二区域；DP：膜。
具体实施方式
下面，参照附图来详细地说明各种实施方式。此外，在各附图中，对相同或相当的部分标注相同的标记。
图1是概要性地示出一个实施方式所涉及的等离子体处理装置的图。在图1中，将一个实施方式的等离子体处理装置的一部分以用沿铅垂方向延伸的面剖断的状态示出。图1所示的等离子体处理装置10具备腔室主体12。腔室主体12具有筒形状，并且包括侧壁12a和底部12b。腔室主体12提供内部空间12s。图1所示的中心轴线AX为腔室主体12和内部空间12s的中心轴线。腔室主体12例如由铝之类的金属形成。在腔室主体12的内壁面形成有具有耐等离子体性的膜。该膜能够是氧化铝膜、氧化钇制的膜之类的陶瓷制的膜。腔室主体12接地。
在侧壁12a形成有通路12p。被加工物W在内部空间12s与腔室主体12的外部之间被搬送时通过通路12p。被加工物W能够如晶圆那样具有圆盘形状。通路12p能够通过闸阀12g而开闭。闸阀12g沿着侧壁12a设置。
在内部空间12s中设置有载置台14。载置台14被支承体15支承。支承体15具有圆筒形状，并且从腔室主体12的底部12b向上方延伸。支承体15具有绝缘性，例如由陶瓷形成。
载置台14构成为对被加工物W进行支承。载置台14与腔室主体12共用中心轴线AX。载置台14提供载置区域14r。该载置区域14r的中心位于中心轴线AX上。被加工物W以其中心位于中心轴线AX上的方式被载置在载置区域14r上。
载置台14包括电极板16、下部电极18以及静电卡盘20。电极板16具有大致圆盘形状。电极板16具有导电性。电极板16由铝之类的金属形成。下部电极18具有圆盘形状。下部电极18具有导电性。下部电极18由铝之类的金属形成。下部电极18被搭载在电极板16上。下部电极18与电极板16电连接。
在下部电极18中形成有流路18p。流路18p在下部电极18中例如以螺旋状延伸。从换热介质的循环装置22(例如冷却装置)向流路18p供给换热介质(例如制冷剂)。循环装置22设置于腔室主体12的外部。供给到流路18p的换热介质返回循环装置22。通过换热介质与下部电极18之间的热交换，载置在载置台14上的被加工物W的温度得到控制。
静电卡盘20设置在下部电极18上。静电卡盘20具有大致圆盘形状。静电卡盘20在陶瓷制的主体中具有膜状的电极。静电卡盘20的电极经由开关而与直流电源24连接。静电卡盘20提供上述的载置区域14r。当在静电卡盘20上(载置区域14r上)载置有被加工物W的状态下向静电卡盘20的电极施加来自直流电源24的直流电压时，在被加工物W与静电卡盘20之间产生静电引力。通过所产生的静电引力，被加工物W被吸附于静电卡盘20，从而被静电卡盘20保持。也可以是，在等离子体处理装置10设置有用于向静电卡盘20与被加工物W的下表面之间供给传热气体(例如He气体)的传热气体供给线。
也可以是，在静电卡盘20的内部设置有一个以上的加热器(例如一个以上的电阻加热元件)。通过向一个以上的加热器供给来自加热器控制器的电力，使该一个以上的加热器发热，来调整静电卡盘20的温度和被加工物W的温度。
在腔室主体12的内部空间12s内，以包围静电卡盘20和被加工物W的边缘的方式配置聚焦环FR。聚焦环FR为环状的板，并且由硅、石英之类的含硅材料形成。聚焦环FR用于得到等离子体处理的均匀性。
在支承体15的周围设置有筒状的导体26。导体26接地。在导体26的上方，以包围载置台14的方式设置有筒状的绝缘体28。绝缘体28由石英之类的陶瓷形成。在载置台14与腔室主体12的侧壁12a之间形成有排气路。在排气路设置有挡板30。挡板30为环状的板。在挡板30形成有将该挡板30沿其板厚度方向贯通的多个孔。通过在由铝之类的金属形成的母材的表面形成氧化钇之类的耐等离子体性的覆膜来构成挡板30。
在挡板30的下方，排气管32与腔室主体12的底部12b连接。排气管32能够与排气路连通。排气管32与排气装置34连接。排气装置34包括自动压力控制阀和涡轮分子泵之类的减压泵。通过使排气装置34工作来将内部空间12s的压力设定为指定的压力。
在载置台14的上方设置有上部电极36。在上部电极36与载置台14之间存在内部空间12s的一部分。上部电极36以关闭腔室主体12的上部开口的方式设置。在上部电极36与腔室主体12的上端部之间存在构件37。构件37由绝缘性材料形成。构件37能够由陶瓷、例如石英形成。此外，在一个实施方式中，在上部电极36与腔室主体12的上端部之间能够存在构件37和后述的接地导体的一部分。
在一个实施方式中，上部电极36构成喷淋头。在一个实施方式中，上部电极36包括顶板38和支承体40。顶板38例如由硅形成。或者，通过在由铝形成的母材的表面设置由氧化钇之类的陶瓷形成的覆盖层来构成顶板38。在顶板38形成有将该顶板38沿其板厚度方向贯通的多个气体喷出口38h。
支承体40设置在顶板38上。支承体40构成为将顶板38以装卸自如的方式支承。支承体40由铝之类的导电性材料形成。在支承体40的内部形成有气体扩散室40d。在支承体40形成有从气体扩散室40d向下方延伸的多个孔40h。多个孔40h与多个气体喷出口38h分别连通。
气体扩散室40d与气体供给部41连接。气体供给部41构成为向内部空间12s供给气体。在一个实施方式中，气体供给部41构成为能够输出第一气体和第二气体。在后文中叙述第一气体和第二气体。另外，气体供给部41构成为具有一个以上的流量控制器和一个以上的阀，针对应该输出的一种以上的气体的流量单独地进行调整。从气体供给部41输出的气体经由气体扩散室40d和多个孔40h而从多个气体喷出口38h被喷出到内部空间12s。
在支承体40形成有流路40p。流路40p与冷却装置42连接。冷却水之类的制冷剂在流路40p与冷却装置42之间循环。通过从冷却装置42向流路40p供给的制冷剂与上部电极36之间的热交换，来调整上部电极36的温度。
等离子体处理装置10还具备第一高频电源43和第二高频电源44。第一高频电源43和第二高频电源44设置于腔室主体12的外部。第一高频电源43构成为主要产生用于生成等离子体的第一高频。第一高频例如能够具有100MHz这样的频率，但并无限定。第一高频电源43经由匹配器45及供电导体48而与上部电极36电连接。匹配器45具有用于使第一高频电源43的输出阻抗与负载侧(上部电极36侧)的阻抗匹配的匹配电路。供电导体48通过其下端而与上部电极36连接。供电导体48从上部电极36向上方延伸。供电导体48为筒状或棒状的导体，并且其中心轴线与中心轴线AX大致一致。
第二高频电源44构成为主要产生用于向被加工物W引入离子的第二高频、即偏压用的高频。第二高频的频率比第一高频的频率低。在一个实施方式中，第二高频的频率比13.56MH高。在一个实施方式中，第二高频的频率可以为40MHz以上。在一个实施方式中，第二高频的频率还可以为60MHz以上。第二高频电源44经由匹配器46而与下部电极18电连接。匹配器46具有用于使第二高频电源44的输出阻抗与负载侧(下部电极18侧)的阻抗匹配的匹配电路。
等离子体处理装置10还具备接地导体50。接地导体50具有导电性。接地导体50由铝之类的金属形成。接地导体50接地。接地导体50在腔室主体12的上方以覆盖上部电极36的方式延伸。供电导体48经过由接地导体50围成的空间而向上方延伸到接地导体50的外部，并且在接地导体50的外部经由匹配器45而与第一高频电源43连接。
在等离子体处理装置10的腔室主体12的内部空间12s中形成如下的电场强度的分布：在被加工物W的中心的上方具有高的电场强度，在被加工物W的边缘侧的上方具有低的电场强度。即，在内部空间12s中形成电场强度相应于辐射方向(即径向)上的距中心轴线AX的距离的增加而减少的不均匀的电场强度的分布。图2是示出腔室主体的内部空间中的电场强度的分布的计算结果的曲线图。在图2中，横轴表示辐射方向上的距中心轴线AX的距离，纵轴表示标准化后的电场强度。在图2中示出分别使用多个第二高频的频率f2的情况下的标准化后的电场强度的分布。如图2所示，第二高频的频率f2越高，则辐射方向上的电场强度的不均匀性越明显。此外，当将第二高频的频率f2设定为高的频率时，向被加工物W照射的离子的能量变小。
在上述的不均匀的电场强度的分布下，中心轴线的附近的等离子体密度高，远离中心轴线的部位的等离子体密度低。即，形成在从中心轴线辐射的辐射方向上不均匀的等离子体密度的分布。等离子体处理装置10还具备电磁体60，以在形成上述的不均匀的电场强度的分布的处理、例如利用具有高的频率的第二高频的处理中得到均匀的等离子体密度的分布。
如图1所示，电磁体60配置于上部电极36的上方。电磁体60在腔室主体12的内部空间12s中形成在远离中心轴线AX的位置具有比中心轴线AX上的水平分量大的水平分量的磁场分布。即，电磁体60在内部空间12s中形成所具有的水平分量的大小相应于辐射方向上的距中心轴线AX的距离的增加而增加的磁场的分布。在形成有大的水平分量的磁场的部位，电子的停留时间变长。其结果是，在形成有大的水平分量的磁场的部位，等离子体的密度上升。因而，根据等离子体处理装置10，能够得到在从中心轴线AX辐射的辐射方向上均匀的等离子体密度的分布。因而，根据等离子体处理装置10，针对被加工物W的处理的面内均匀性提高。
在一个实施方式中，电磁体60具有磁轭62和线圈64。磁轭62由磁性材料形成。磁轭62具有基部62a和多个筒状部62b。基部62a具有大致圆盘形状，沿与中心轴线AX正交的方向延伸。多个筒状部62b各自具有筒形状，并且从基部62a向下方延伸。多个筒状部62b相对于中心轴线AX以同轴状设置。线圈64绕中心轴线AX卷绕。线圈64设置于在径向上相邻的两个筒状部62b之间。此外，电磁体60能够具有一个以上的线圈64。在电磁体60中的线圈64的个数为多个的情况下，多个线圈64相对于中心轴线AX以同轴状设置。
电磁体60的线圈64经由配线68而与电流源66连接。当将来自电流源66的电流提供给线圈64时，通过电磁体60形成磁场。在由电磁体60形成的磁场的向量的角度为45°的部位，能够良好地兼顾实现辐射方向(径向)上的电子的捕获(日语：閉じ込め)效果(抑制电子的扩散的效果)与抑制电子的消失的效果(抑制电子到达电极的效果)，因此该部位的等离子体的密度变高。因而，在被加工物W的半径为150mm的情况下，电磁体60能够构成为磁场的向量的角度为45°的部位与中心轴线AX之间的距离为135mm以上且185mm以下。因此，在一个实施方式中，电磁体60的一个线圈64的内径与外径的平均值为中心轴线AX与被加工物W的边缘之间的距离以上。在被加工物W的半径为150mm的情况下，电磁体60的一个线圈64的内径与外径的平均值为150mm以上且250mm以下。此外，在该磁场只具有下方向的分量的情况下，磁场的向量的角度为0°，在该磁场只具有辐射方向的分量(水平分量)的情况下，磁场的向量的角度为90°。因而，在磁场的向量的角度为45°的情况下，该磁场具有水平分量和垂直分量这双方。
当电磁体60配置在由覆盖上部电极的接地导体围成的空间内时，第一高频流入电磁体60和/或将电磁体60与电源(电流源)连接的配线。其结果是，腔室主体12的内部空间12s中的电场强度局部地变动。因而，电磁体60配置于接地导体的外侧。但是，当将电磁体60配置于接地导体的上端的上方的空间时，铅垂方向上的从电磁体60到内部空间12s的距离变长，如果不向线圈64提供大的电流则无法在内部空间12s中高效地形成具有足够大小的磁场。另外，当电磁体60配置于接地导体的侧方(在从中心轴线辐射的辐射方向上位于接地导体的外侧)时，在内部空间12s中不存在形成有具有大的水平分量的磁场的部位或者形成该向量具有45°的角度的磁场的部位。为了能够在内部空间12s中高效地形成适于得到均匀的等离子体密度的分布的磁场分布，接地导体50提供外部空间ES，在该外部空间ES中配置电磁体60。外部空间ES处于比接地导体50的上端更靠内部空间12s的一侧，在上方与上部电极36隔开间隔，在外部空间ES与上部电极36之间隔着接地导体50。
接地导体50具备第一部分51、第二部分52以及第三部分53。第一部分51具有筒形状。第一部分51的中心轴线与中心轴线AX大致一致。第一部分51从腔室主体12向上方延伸。在图1所示的例子中，第一部分51从腔室主体12的侧壁12a的上端向上方延伸。第一部分51的下端部分存在于构件37与侧壁12a的上端之间。
第二部分52在上方与上部电极36隔开间隔，并且从第一部分51朝向中心轴线AX延伸。第二部分52呈沿与中心轴线AX交叉或正交的方向延伸的板状。第一部分51和第二部分52在上部电极36的上方提供第一空间IS1。第一空间IS1为接地导体50的内侧(即上部电极36侧)的空间的一部分。通过该第一空间IS1，能够确保铅垂方向上的、上部电极36与接地导体50之间的距离。因而，接地导体50与上部电极36之间的电容耦合得到抑制。上部电极36的上表面与接地导体50的第二部分52的下表面之间的在铅垂方向上的距离例如设定为60mm以上的距离。
第三部分53具有筒形状。第三部分53的中心轴线与中心轴线AX大致一致。第三部分53在比第一部分51更靠近中心轴线的位置延伸。第三部分53从第二部分52向上方延伸。第三部分53提供第二空间IS2。第二空间IS2为第二部分52的内侧的空间，并且是接地导体50的内侧(即上部电极36侧)的空间的一部分。第二空间IS2与第一空间IS1连续。此外，供电导体48经过第一空间IS1和第二空间IS2而向上方延伸。
由接地导体50在第三部分53的外侧、第二部分52上且内部空间12s的上方提供外部空间ES。外部空间ES在第三部分53的外侧且第二部分52上以中心轴线AX为中心沿周向延伸。在该外部空间ES配置有电磁体60。此外，配置在外部空间ES中的电磁体60的下端与上部电极36的上表面之间的在铅垂方向上的距离比60mm大，电磁体60的下端与载置在载置台14上的被加工物W之间的铅垂方向上的距离能够为230mm以下。
配置在外部空间ES中的电磁体60与内部空间12s之间的距离比较短。另外，如上述的那样，电磁体60在内部空间12s中形成如下的磁场分布：在中心轴线AX的附近具有低的水平分量，在远离中心轴线的位置具有大的水平分量。因而，通过配置于接地导体50的外侧的电磁体60，能够在内部空间12s中高效地形成适于得到均匀的等离子体密度的分布的磁场分布。
电磁体60的线圈64如上述的那样与电流源66连接。电磁体60和电流源66配置于接地导体50的外侧。因而，可以不在线圈64与电流源66之间设置用于防止高频流向电流源66的滤波器。
在一个实施方式中，接地导体50还具有第四部分54、第五部分55以及第六部分56。第四部分54在第二部分52的上方从第三部分53向从中心轴线AX辐射的辐射方向延伸。第四部分54呈沿与中心轴线AX交叉或正交的方向延伸的板状。第五部分55具有筒形状。第五部分55的中心轴线与中心轴线AX大致一致。第五部分55相比于第三部分53更加远离中心轴线，并且从第四部分54向上方延伸。第六部分56在第四部分54的上方从第五部分55朝向中心轴线AX延伸。第六部分56呈沿与中心轴线AX交叉或正交的方向延伸的板状。在一个实施方式中，接地导体50还具有从第六部分延伸到供电导体48的附近的盖部57。
第四部分54、第五部分55以及第六部分56提供第三空间IS3。第三空间IS3为由第四部分54、第五部分55以及第六部分56围成的空间，是接地导体50的内侧的空间的一部分。第三空间IS3与第二空间IS2连续。供电导体48还经过第三空间IS3而向上方延伸。此外，在图1所示的例子中，第一部分～第六部分由三个构件构成，但构成接地导体50的构件的个数能够是任意的个数。
下面，一并参照图1和图3。图3是示出图1所示的等离子体处理装置的接地导体的内部结构的俯视图。在图3中示出将接地导体50的第五部分55用水平的面剖断后的状态。如图1和图3所示，在一个实施方式中，等离子体处理装置10还具备管71(第一管)。管71从上部电极36经过第一空间IS1和第二空间IS2而向上方延伸，并且经过第三空间IS3而延伸到接地导体50的侧方且外侧。管71在接地导体50的外侧与冷却装置42连接。来自冷却装置42的制冷剂经由管71被供给到流路40p。在第三空间IS3内的管71与上部电极36之间实质上隔着接地导体50的第四部分54。
等离子体处理装置10还具备管72。管72经过第一空间IS1和第二空间IS2而向上方延伸，并且经过第三空间IS3而延伸到接地导体50的侧方且外侧。管72在接地导体50的外侧与冷却装置42连接。制冷剂从流路40p经由管72返回冷却装置42。在第三空间IS3内的管72与上部电极36之间实质上隔着接地导体50的第四部分54。
在一个实施方式中，等离子体处理装置10还具备管73(第二管)。管73从上部电极36经过第一空间IS1和第二空间IS2而向上方延伸，并且经过第三空间IS3而延伸到接地导体50的侧方且外侧。管73在接地导体50的外侧与气体供给部41连接。从气体供给部41输出的气体经由管73被供给到上部电极36、即喷淋头。在第三空间IS3内的管73与上部电极36之间实质上隔着接地导体50的第四部分54。此外，也可以是，气体供给部41与上部电极36(即喷淋头)经由多个管彼此连接。
在一个实施方式中，等离子体处理装置10还具备直流电源74和配线75。直流电源74构成为产生要向上部电极36施加的负极性的直流电压。配线75将直流电源74与上部电极36彼此连接。配线75能够包括线圈75c。线圈75c设置在第三空间IS3中。配线75从上部电极36经过第一空间IS1和第二空间IS2而向上方延伸，并且经过第三空间IS3而延伸到接地导体50的侧方且外侧。配线75相对于第五部分55及接地导体50电绝缘。配线75在接地导体50的外侧与直流电源74连接。在第三空间IS3内的配线75与上部电极36之间实质上隔着接地导体50的第四部分54。
在一个实施方式中，等离子体处理装置10还具备控制部80。控制部80构成为对等离子体处理装置10的各部进行控制。控制部80能够是计算机装置。控制部80能够具有处理器、存储器之类的存储装置、键盘、鼠标、触摸面板之类的输入装置、显示装置、控制信号的输入输出接口等。在存储装置中存储有控制程序和制程数据。控制部80的处理器执行控制程序，并且按照制程数据来发送控制信号，以使控制等离子体处理装置10的各部。在一个实施方式中，控制部80能够控制等离子体处理装置10的各部，以使执行后述的等离子体处理方法(方法MT)。
下面，参照图4。图4是示出图1所示的等离子体处理装置所能够形成的磁场分布的计算结果的曲线图。在图4中，横轴表示距中心轴线AX的距离，纵轴表示磁通密度。在图4中示出代表磁场BA的分布的磁通密度的分布、代表磁场BA的水平分量BH的分布的磁通密度的分布、代表磁场BA的垂直分量BV的分布的磁通密度的分布。图4所示的磁场及其两个分量的分布为从电磁体60的下端起向下方离开174mm处的面内的分布、即载置台14的上表面内的分布。计算图4所示的磁场及其两个分量的分布时的条件如下所示。
<计算条件>
线圈64的内径(半径)：132mm
线圈64的外径(半径)：173mm
线圈64的匝数：215匝
供给到线圈64的电流：4[A]
电磁体60的下端与载置在载置台14上的被加工物W之间的距离：174mm
根据图4所示的磁场分布的计算结果可知，根据电磁体60，能够形成在远离中心轴线AX的部位具有比中心轴线AX上的水平分量大的水平分量的磁场分布。
下面，参照图5。图5是示出图1所示的等离子体处理装置的内部空间中的离子通量的分布的测定结果的曲线图。在用于得到图5所示的测定结果的实验中，在载置台14上载置有圆盘状的样本的状态下，在内部空间12s中生成等离子体，通过电磁体60在内部空间12s中形成磁场。而且，针对样本的直径上的多个测定点求出样本的温度的每单位时间的增加率(dT/dt)。此外，増加率(dT/dt)为反映离子通量的量的参数。在实验中，将向电磁体60的线圈64供给的电流设定为0[A]、1[A]、4[A]、6.5[A]来测定离子通量的分布。下面，示出其它的实验条件。
<实验条件>
内部空间12s的压力：20mTorr(2.67Pa)
供给到内部空间12s的气体：1000sccm的Ar气体
第一高频：60MHz、100W
第二高频：40MHz、100W
在图5中，横轴为表示多个测定点各自的位置的轴，代表距中心轴线AX的距离。确定为正的距离的测定点在上述的直径上处于中心轴线AX的一侧，确定为负的距离的测定点在上述的直径上处于中心轴线AX的另一侧。在图5中，纵轴表示増加率(dT/dt)。如图5所示，在向电磁体60的线圈64供给的电流为0[A]的情况下，増加率(dT/dt)即离子通量相应于距中心轴线AX的距离的增加而减少。即，在向线圈64供给的电流为0[A]的情况下，形成了不均匀的等离子体密度的分布。当使向线圈64供给的电流增加时，多个测定点处的离子通量的差减少。即，确认出：通过利用电磁体60在内部空间12s中形成磁场，能够形成均匀的等离子体密度的分布。
下面，参照图6来说明使用等离子体处理装置10所能够执行的一个实施方式的等离子体处理方法。图6是示出一个实施方式所涉及的等离子体处理方法的流程图。在腔室主体12的内部空间12s中收容有被加工物W的状态下执行图6所示的等离子体处理方法(以下称作“方法MT”)。方法MT包括工序ST1和工序ST2。
在工序ST1中，对被加工物W执行第一等离子体处理。在工序ST1中，利用被供给到内部空间12s的第一气体的等离子体对被加工物W进行处理。在工序ST1中，既可以向下部电极18供给第二高频，也可以不供给第二高频。在工序ST1中向下部电极18供给第二高频的情况下，在工序ST1中设定的第二高频的电力比在工序ST2中向下部电极18供给的第二高频的电力小。
在工序ST2中，对被加工物W执行第二等离子体处理。在工序ST2中，利用被供给到内部空间12s的第二气体的等离子体对被加工物W进行处理。在工序ST2中，向下部电极18供给第二高频。在工序ST2中，将第二高频的电力设定为比工序ST1中的第二高频的电力大的电力。在一个实施方式中，第二高频的频率比13.56MHz大。第二高频的频率可以为40MHz以上，也可以为60MHz以上。
在工序ST2中，通过电磁体60在内部空间12s中形成在被加工物W的边缘侧的上方具有比被加工物W的中心的上方的水平分量大的水平分量的磁场分布。
可以交替地重复工序ST1和工序ST2。在交替地重复工序ST1和工序ST2的情况下，在工序ST3中判定是否满足停止条件。例如，在包括工序ST1和工序ST2的定序的执行次数达到规定次数的情况下，判定为满足停止条件。当在工序ST3中判定为没有满足停止条件时，再次执行工序ST1，接着执行工序ST2。另一方面，当在工序ST3中判定为满足停止条件时，方法MT的执行结束。
在方法MT的工序ST2中，将第二高频的功率设定为比在工序ST1中设定的第二高频的功率高的功率。因而，在执行工序ST2的第二等离子体处理期间，被加工物W的中心的上方的电场强度高，被加工物W的边缘侧的上方的电场强度低。即，在执行第二等离子体处理期间，形成在从中心轴线AX辐射的辐射方向上不均匀的电场强度的分布。在执行第二等离子体处理期间，在内部空间12s中形成上述的磁场的分布。在形成有大的水平分量的磁场的部位，电子的速度下降，电子的停留时间变长。其结果是，在形成有大的水平分量的磁场的部位，等离子体的密度上升。因而，执行第二等离子体处理期间的等离子体密度的分布均匀化。而且，通过由电磁体60形成的磁场分布使得等离子体密度的分布均匀化，因此在将执行的等离子体处理从第一等离子体处理切换为第二等离子体处理的时点，能够快速地使等离子体密度的分布均匀化。在交替地重复工序ST1和工序ST2的情况下，利用能够快速地使等离子体密度的分布均匀化的电磁体60是尤其有利的。
在一个实施方式中，第一气体包括碳氟化合物气体、例如C4F8气体。第二气体包括He气体、Ne气体、Ar气体、Kr气体、Xe气体之类的稀有气体。该实施方式的方法MT能够针对由氮化硅形成的第二区域选择性地蚀刻由氧化硅形成的第一区域。
图7是能够应用图6所示的方法的一个实施方式的一例的被加工物的局部放大截面图。图7所示的被加工物W具有基底区域UR、多个隆起区域PR、第一区域R1、第二区域R2以及掩膜MK。该被加工物W例如能够是在制造鳍式场效应晶体管期间得到的生产物。
基底区域UR例如能够由多晶硅构成。在一例中，基底区域UR为鳍形区域，具有大致长方体形状。多个隆起区域PR设置在基底区域UR上，并且以彼此大致平行的方式排列。这些隆起区域PR例如能够是栅极区域。第二区域R2由氮化硅形成。第二区域R2以覆盖隆起区域PR和基底区域UR的方式设置。第二区域R2在相邻的两个隆起区域PR之间提供凹部。第一区域R1由氧化硅形成。第一区域R1设置在由第二区域R2提供的上述的凹部中。另外，第一区域R1以覆盖第二区域R2的方式设置。在第一区域R1上设置有掩膜MK。使掩膜MK以在由第二区域R2提供的凹部的上方提供开口的方式形成图案。掩膜MK的开口的宽度比由第二区域R2提供的凹部的宽度大。掩膜MK为由有机膜形成的掩膜。能够通过光刻技术来制作掩膜MK。
下面，以应用于图7所示的被加工物W的情况为例对一个实施方式的方法MT进行说明。然而，能够针对具有由氧化硅形成的第一区域和由氮化硅形成的第二区域的任意的被加工物应用一个实施方式的方法MT。下面，除了参照图6和图7以外，还参照图8、图9的(a)、图9的(b)以及图10。图8是自图7所示的状态起进行处理后的被加工物的局部放大截面图。图9的(a)是执行图6所示的方法的一个实施方式中的工序ST1后的状态的被加工物的局部放大截面图，图9的(b)是执行图6所示的方法的一个实施方式中的工序ST2后的状态的被加工物的局部放大截面图。图10是应用图6所示的方法的一个实施方式后的被加工物的局部放大截面图。
在一个实施方式的方法MT中，可以只通过工序ST1和工序ST2来蚀刻第一区域R1。或者，也可以是，在最初执行工序ST1之前通过其它等离子体蚀刻处理来蚀刻第一区域R1，直到第二区域R2露出为止(参照图8)或者第二区域R2即将露出为止。例如，可以利用来自碳氟化合物气体的等离子体的离子和/或自由基之类的活性种来蚀刻第一区域R1，直到第二区域R2露出为止(参照图8)或者第二区域R2即将露出为止。
在一个实施方式的方法MT的工序ST1中，利用包含碳氟化合物气体的上述的第一气体的等离子体对被加工物W进行处理。第一气体除了包含碳氟化合物气体以外，还可以包含氧气体和Ar气体之类的稀有气体。在该工序ST1中，包含碳氟化合物的沉积物的膜DP形成在被加工物W上。在工序ST1中，将膜DP形成为第二区域R2上的膜DP的膜厚度比第一区域R1上的膜DP的膜厚度厚。
具体地说，在工序ST1中，向内部空间12s供给第一气体，并且利用排气装置34将内部空间12s的压力减压到指定的压力。通过供给第一高频，第一气体在内部空间12s中被激励。其结果是，在内部空间12s中生成第一气体的等离子体。在工序ST1中，将第二高频的电力设定为比工序ST2中的第二高频的电力低的电力。在工序ST1中，也可以不向下部电极18供给第二高频。
在工序ST1中，将被加工物W的温度设定为20℃以上且250℃以下的温度。通过向流路18p供给的换热介质和设置在静电卡盘20内的上述的一个以上的加热器，来调整被加工物W的温度。如图9的(a)所示，当被加工物W的温度被设定为所述温度时，包含碳氟化合物的沉积物的膜DP形成在被加工物W上。如图9的(a)所示，第二区域R2上的膜DP的膜厚度大，第一区域R1上的膜DP的膜厚度小。此外，超过250℃的温度为掩膜MK的玻璃化转变温度，在该温度下，形成在第一区域R1上的膜DP的膜厚度与形成在第二区域R2上的膜DP的膜厚度之差变少。另外，即使在比20℃低的温度下，形成在第一区域R1上的膜DP的膜厚度与形成在第二区域R2上的膜DP的膜厚度之差也少。
在工序ST2中，利用包含稀有气体的上述的第二气体的等离子体对在工序ST1中处理后的被加工物W进行处理。第二气体能够是只包含稀有气体的气体。或者，也可以是，第二气体除了包含稀有气体以外还包含氧气体。在工序ST2中，向内部空间12s供给第二气体，并且利用排气装置34将内部空间12s的压力减压到指定的压力。通过供给第二高频，第二气体在内部空间12s中被激励。其结果是，在内部空间12s中生成第二气体的等离子体。在工序ST2中，向下部电极18供给第二高频。在工序ST2中，第二高频的电力被设定为比工序ST1中的第二高频的电力高的电力。
在工序ST2中，向被加工物W照射稀有气体的离子。当向膜DP照射稀有气体的离子时，利用膜DP中包含的碳氟化合物的自由基蚀刻第一区域R1。另一方面，第二区域R2上的膜DP减少，但保护第二区域R2以使抑制第二区域R2的蚀刻。当执行工序ST2时，图9的(a)所示的被加工物W成为图9的(b)所示的状态。而且，如图10所示，通过交替地重复工序ST1和工序ST2，由第二区域R2提供的凹部中的第一区域R1被去除而形成开口HL。即，自对准地形成开口HL。
另外，在由第二区域R2提供的凹部的宽度窄的情况下，通过执行工序ST1，在存在于窄的凹部中的第一区域R1上较厚地形成沉积物。当在第一区域R1上形成厚的沉积物的膜时，在工序ST2中，第一区域R1的蚀刻不再进行。因而，在由第二区域R2提供的凹部的宽度窄的情况下，需要减小形成在被加工物W上的沉积物的膜DP的膜厚度。在沉积物的膜DP的膜厚度小的情况下，为了抑制第二区域R2的蚀刻，需要降低向被加工物W照射的稀有气体的离子的能量。通过使用具有高的频率的第二高频来降低离子的能量。例如，使用具有大于13.56MHz的频率、40MHz以上的频率或者60MHz以上的频率的第二高频。当使用具有高的频率的第二高频时，在工序ST2中形成的上述的电场强度的分布的不均匀性更明显。通过在工序ST2中利用电磁体60形成上述的磁场，能够消除或抑制所述的不均匀性。
以上对各种实施方式进行了说明，但不限定于上述的实施方式，能够构成各种变形方式。在图1中，关于等离子体处理装置，以电磁体具有一个线圈的方式描绘出，但电磁体也可以具有一个以上的线圈。

Claims (10)

1.一种等离子体处理装置，具备：
腔室主体；
气体供给部，其构成为向由所述腔室主体提供的内部空间供给气体；
载置台，其设置在所述内部空间中，提供被加工物的载置区域，包括下部电极，所述载置区域的中心位于所述腔室主体的中心轴线上；
上部电极，其隔着所述内部空间设置于所述载置台的上方；
供电导体，其与所述上部电极连接，并且从该上部电极向上方延伸；
第一高频电源，其构成为产生第一高频，并且经由所述供电导体而与所述上部电极电连接；
第二高频电源，其构成为产生具有比所述第一高频的频率低的频率的第二高频，并且与所述下部电极电连接；
电磁体，其配置于所述上部电极的上方，并且构成为在所述内部空间中形成在远离所述中心轴线的位置具有比该中心轴线上的水平分量大的水平分量的磁场分布；
接地导体，其接地，并且在所述腔室主体的上方以覆盖所述上部电极的方式延伸，
其中，所述接地导体具有：
筒状的第一部分，其从所述腔室主体向上方延伸；
第二部分，其在上方与所述上部电极隔开间隔，并且从所述第一部分朝向所述中心轴线延伸，所述第二部分与所述第一部分一同在所述上部电极上提供第一空间；以及
筒状的第三部分，其设置于比所述第一部分更靠近所述中心轴线的位置，并且从所述第二部分向上方延伸，在所述第三部分中提供与所述第一空间连续的第二空间，
所述供电导体经过所述第一空间和所述第二空间而向上方延伸，
所述电磁体配置于第三部分的外侧、第二部分上且所述内部空间的上方的、由所述接地导体提供外部空间中。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述接地导体还具有：
第四部分，其在所述第二部分的上方从所述第三部分向从所述中心轴线辐射的辐射方向延伸；
筒状的第五部分，其相比于所述第三部分更加远离所述中心轴线，并且从所述第四部分向上方延伸；以及
第六部分，其在所述第四部分的上方从所述第五部分朝向所述中心轴线延伸，
所述供电导体还经过由所述第四部分、所述第五部分以及所述第六部分围成的与所述第二空间连续的第三空间而向上方延伸。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述等离子体处理装置还具备用于向所述上部电极供给制冷剂的第一管，所述第一管从所述上部电极经过所述第一空间和所述第二空间而向上方延伸，并且经过所述第三空间而延伸到所述接地导体的侧方且外侧。
4.根据权利要求2或3所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述上部电极构成将来自所述气体供给部的气体向所述内部空间喷出的喷淋头，
该等离子体处理装置还具备用于向所述喷淋头供给来自所述气体供给部的气体的第二管，所述第二管从所述上部电极经过所述第一空间和所述第二空间而向上方延伸，并且经过所述第三空间而延伸到所述接地导体的侧方且外侧。
5.根据权利要求2～4中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，还具备：
直流电源，其产生向所述上部电极施加的负极性的直流电压；以及
配线，其将所述直流电源与所述上部电极彼此连接，
其中，所述配线从所述上部电极经过所述第一空间和所述第二空间而向上方延伸，并且经过所述第三空间而延伸到所述接地导体的侧方且外侧。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述电磁体具有绕所述中心轴线卷绕的线圈。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述线圈的内径与外径的平均值为所述中心轴线与所述被加工物的边缘之间的距离以上。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述第二高频的所述频率比13.56MHz大。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述第二高频的所述频率为40MHz以上。
10.根据权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述第二高频的所述频率为60MHz以上。
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