CN111261511A - 等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法。等离子体处理装置具备处理容器、下部电极、环状构件、内侧上部电极、外侧上部电极、处理气体供给部、第一高频供电部以及第一直流供电部。下部电极载置被处理基板。环状构件载置在下部电极的外周部上。内侧上部电极配置于下部电极的正对面。外侧上部电极以与内侧上部电极电绝缘的方式呈环状地配置于该内侧上部电极的径向外侧。第一高频供电部将用于生成处理气体的等离子体的第一高频施加于下部电极或内侧上部电极和外侧上部电极。第一直流供电部对外侧上部电极施加可变的第一直流电压。外侧上部电极的在处理空间中露出的面的至少一部分处于比内侧上部电极的在处理空间中露出的面靠上方的位置。

Description

等离子体处理装置和等离子体处理方法
技术领域
以下的公开涉及一种等离子体处理装置和等离子体处理方法。
背景技术
在半导体制造中广泛地利用使用等离子体进行的处理(以下也称为等离子体处理)。为了提高半导体制造的成品率以使质量提高，研究在作为处理对象的半导体晶圆的面内提高等离子体的均匀性来使蚀刻等的等离子体处理的均匀性提高。
例如，在专利文献1中提出了以下结构：为了使蚀刻速率的均匀性提高，将等离子体处理装置内的上部电极分割为两个部分，将对各个部分施加的直流电压设为可独立地变更。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-239012号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供通过控制等离子体处理时的电子密度的峰位置能够提高等离子体处理的均匀性的技术。
用于解决问题的方案
在公开的实施方式中，等离子体处理装置具备处理容器、下部电极、环状构件、内侧上部电极、外侧上部电极、处理气体供给部、第一高频供电部以及第一直流供电部。处理容器能够进行真空排气。下部电极在处理容器内载置被处理基板。环状构件被载置在下部电极的外周部上。内侧上部电极在处理容器内配置于下部电极的正对面。外侧上部电极在处理容器内以与内侧上部电极电绝缘的方式呈环状地配置于该内侧上部电极的径向外侧。处理气体供给部向内侧上部电极及外侧上部电极与下部电极之间的处理空间供给处理气体。第一高频供电部将用于通过高频放电来生成处理气体的等离子体的第一高频施加于下部电极或者内侧上部电极和外侧上部电极。第一直流供电部对外侧上部电极施加可变的第一直流电压。外侧上部电极的在处理空间中露出的面的至少一部分处于比内侧上部电极的在处理空间中露出的面靠上方的位置。
发明的效果
根据公开的实施方式，起到通过控制等离子体处理时的电子密度的峰位置能够提高等离子体处理的均匀性的效果。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的等离子体处理装置的结构的一例的图。
图2是进一步详细地表示实施方式所涉及的等离子体处理装置的上部电极的构造的一例的图。
图3A是用于说明等离子体处理中的倾角(外倾角)的图。
图3B是用于说明等离子体处理中的倾角(内倾角)的图。
图4是表示比较例1的等离子体处理装置中的外侧上部电极的施加电压与电子密度之间的关系的模拟结果的图表。
图5是用于说明比较例1的等离子体处理装置的处理空间内的电子密度分布的模拟结果的图。
图6是用于说明倾角的变动的图。
图7是用于说明使电子密度的峰位置处于晶圆面外的情况下的对倾角的变动的改善效果的图。
图8是用于说明比较例1至比较例3以及实施例1的等离子体处理装置中的电子密度的分布的模拟结果的图。
图9是用于说明实施例1至4的等离子体处理装置中的电子密度的分布的模拟结果的图。
图10是表示由实施方式所涉及的等离子体处理装置得到的对倾角的变动的改善效果的实验结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本申请公开的等离子体处理装置的实施方式。此外，本公开并不被以下所示的各实施方式限定。另外，需要注意的是，附图是示意性的，各要素的尺寸的关系、各要素的比率等有时与实际不同。并且，附图之间有时也包括彼此的尺寸的关系、比率不同的部分。另外，各实施方式能够在处理内容不矛盾的范围内适当地进行组合。
<实施方式>
在实施方式所涉及的等离子体处理装置中，将上部电极分割为内侧上部电极和外侧上部电极这两个部分，对施加电压进行独立控制。实施方式所涉及的等离子体处理装置还构成为：外侧上部电极的在处理空间中露出的面的至少一部分位于比内侧上部电极的在处理空间中露出的面靠上方的位置。例如，在外侧上部电极设置相对于在处理空间中露出的内侧上部电极的面向上方凹下的凹部。通过设置这样的凹部，能够在垂直方向上扩大用于执行等离子体处理的处理空间。
根据所述构造，实施方式所涉及的等离子体处理装置在进行等离子体处理时使处理空间内的电子密度的峰产生在晶圆的外周上，更优选的是使该峰产生在比晶圆的外周更靠径向外侧的位置。通过使电子密度的峰处于晶圆的外周上或比外周更靠外侧的位置，晶圆面内的倾角的变动不易具有拐点。因此，根据实施方式所涉及的等离子体处理装置，能够扩大对外侧上部电极施加的电压范围来改善倾斜的控制性。另外，根据所述的构造，也能够抑制比晶圆的边缘部靠内侧的部分的倾斜的影响。
并且，优选的是，实施方式所涉及的等离子体处理装置具备直径相比于以往大的聚焦环。例如，实施方式所涉及的等离子体处理装置具备具有与外侧上部电极的凹部位置对应的外径的聚焦环。实施方式所涉及的等离子体处理装置通过所述的构造能够使处理空间内的电子密度的峰产生于晶圆的更靠径向外侧的位置。下面，参照附图来说明实施方式所涉及的等离子体处理装置。
此外，在本实施方式中，作为一例，晶圆的大小设为直径300mm，半径150mm。另外，晶圆的边缘部是指晶圆的半径约为从135mm至150mm的环状的部分。
[实施方式的等离子体处理装置的结构例]
图1是表示第一实施方式所涉及的等离子体处理装置1的结构的一例的图。该等离子体处理装置构成为采用下部双频施加方式的阴极对的电容耦合型等离子体蚀刻装置，具有例如由铝或不锈钢等构成的金属制的圆筒型腔室(处理容器)10。腔室10被安全接地。
在腔室10内水平地配置有圆盘状的基座12来作为下部电极，该基座12用于载置作为被处理基板的例如半导体晶圆W(以下为晶圆W)。该基座12例如由铝构成，并且以绝缘性的筒状的第一支承部14包围基座12的方式设置。在腔室10的底部上设置有例如由石英等绝缘材料构成的大致圆筒状的第二支承部15。第二支承部15在腔室10内从腔室10的底部沿铅垂方向延伸。第二支承部15支承基座12。在沿着第一支承部14和第二支承部15的外周从腔室10的底部向垂直上方延伸的导电性的筒状支承部(内壁部)16与腔室10的侧壁之间形成有环状的排气路径18，在该排气路径18的入口处安装有环状的隔板(排气环)20，在排气路径18的底部设置有排气口22。排气装置26经由排气管24而与排气口22连接。排气装置26具有涡轮分子泵等真空泵，能够将腔室10内的处理空间减压到期望的真空度。在腔室10的侧壁安装有闸阀28，该闸阀28对晶圆W的搬入搬出口进行开闭。
第一高频电源30及第二高频电源32经由匹配单元34及供电棒36而与基座12电连接。在此，第一高频电源30主要输出有助于生成等离子体的频率(通常为40MHz以上)的第一高频。第二高频电源32主要输出有助于向基座12上的晶圆W吸引离子的频率(通常为13.56MHz以下)的第二高频。在匹配单元34收容有第一匹配器和第二匹配器，其中，该第一匹配器用于使第一高频电源30侧的阻抗与负载(主要是电极、等离子体、腔室)侧的阻抗之间取得匹配，该第二匹配器用于使第二高频电源32侧的阻抗与负载侧的阻抗之间取得匹配。
在基座12上载置有作为处理对象的晶圆W，并以包围该晶圆W的方式设置有聚焦环(也称为环状构件)FR。聚焦环FR由对工艺产生的坏影响少的导电材料例如Si、SiC等构成，该聚焦环FR作为消耗部件以能够装卸的方式安装于基座12的上表面。另外，在聚焦环FR的外周侧以包围聚焦环FR的方式设置有盖环CR。盖环CR例如由石英等绝缘体构成。盖环CR保护第一支承部14的上表面不受等离子体的影响。
在基座12的上表面设置有用于吸附晶圆的静电卡盘40。该静电卡盘40形成为在膜状或板状的电介质中夹有片状或网格状的导电体。配置于腔室10之外的直流电源42经由开/闭切换开关44及供电线46而与该导电体电连接。通过从直流电源42施加的直流电压，能够通过库仑力将晶圆W吸附保持在静电卡盘40上。
在基座12的内部例如设置有沿圆周方向延伸的环状的制冷剂室48。通过冷却单元(未图示)使规定温度的制冷剂例如冷却水经由配管50、52被循环供给至该制冷剂室48。能够通过制冷剂的温度来控制静电卡盘40上的晶圆W的温度。并且，为了进一步地提高晶圆温度的精度，经由气体供给管54和基座12内部的气体通路56将来自传热气体供给部(未图示)的传热气体例如He气体供给至静电卡盘40与晶圆W之间。
在腔室10的顶部，以与基座12平行且相对的方式呈同心圆状地设置有圆盘状的内侧(或中心)上部电极60和环状的外侧(或周边)上部电极62。作为径向上的优选的尺寸，内侧上部电极60的下表面具有与晶圆W同等程度的口径(直径)，外侧上部电极62具有与聚焦环FR同等程度的口径(内径/外径)。此外，优选外侧上部电极62的口径比聚焦环FR的口径大。内侧上部电极60与外侧上部电极62彼此电绝缘(更准确地说是DC绝缘)。在图示的结构例中，在两个电极64、62之间设置有间隙。在其它例中，也可以在间隙中插入环状的绝缘体。
内侧上部电极60具有电极板64和电极支承体66(散热板)，其中，所述电极板64与基座12面对面，所述电极支承体66(散热板)将该电极板64以能够从所述电极板64的背后(上侧)进行装卸的方式支承。电极板64的材质优选为对工艺的坏影响少且能够维持良好的DC施加特性的Si或SiC等含硅导电材料。电极支承体66可以由进行了铝阳极化处理的铝构成。电极板64通过与夹持构件CL1卡合来固定于电极支承体66。夹持构件CL1例如由陶瓷形成。
外侧上部电极62以与基座12相对的方式配置。外侧上部电极62可以由与内侧上部电极60的材质相同的材质构成。外侧上部电极62通过配置于外周侧的夹持构件CL2固定于腔室10的顶侧。夹持构件CL2例如由陶瓷形成。此外，虽然在图1中没有明示，但是夹持构件CL2与相邻的接地用构件96(后述)之间具有规定的空隙。另外，在夹持构件CL1与外侧上部电极62及电极板64之间也设置有规定的空隙。另外，在外侧上部电极62与接地用构件96之间具有规定的空隙(参照图2)。
在该实施方式中，为了对设定于上部电极(60、62)与基座12之间的处理空间PS供给处理气体，将内侧上部电极60兼用作喷头。更详细地说，在电极支承体66的内部设置有气体扩散室72，在电极支承体66和电极板64形成有从该气体扩散室72贯通至基座12侧的多个气体喷出孔74。来自处理气体供给部76的气体供给管78与设置于气体扩散室72的上部的气体导入口72a连接。此外，可以设为不仅在内侧上部电极60设置喷头也在外侧上部电极62设置喷头的结构。
在腔室10之外配备有分别能够输出在-2000V～+1000V的范围内可变的直流电压VC、VE的两个可变直流电源80、82。
一个可变直流电源80的输出端子经由开/闭切换开关84及滤波电路86而与内侧上部电极60电连接。滤波电路86构成为：将由可变直流电源80输出的第一直流电压VC施加于内侧上部电极60，另一方面，使从基座12通过处理空间PS和内侧上部电极60后进入到直流供电线88的高频流向接地线，不流向可变直流电源80侧。
另一个可变直流电源82的输出端子经由开/闭切换开关90及滤波电路92而与外侧上部电极62电连接。滤波电路92构成为：将由可变直流电源82输出的第二直流电压VE施加于外侧上部电极62，另一方面，使从基座12通过处理空间PS和外侧上部电极62后进入到直流供电线94的高频流向接地线，不流向可变直流电源82侧。
另外，在腔室10内，在面对处理空间PS的适当的部位例如外侧上部电极62的径向外侧安装有例如由Si、SiC等导电性构件构成的环状的接地用构件(直流接地电极)96。接地用构件96例如安装于由陶瓷构成的环状的绝缘体98，并且也与腔室10壁连接，始终经由腔室10接地。在等离子体处理中，当从可变直流电源80、82对上部电极(60、62)施加直流电压(VC、VE)时，经由等离子体在上部电极(60、62)与接地用构件96之间流过直流的电子电流。
该等离子体蚀刻装置内的各部例如排气装置26、高频电源30、32、静电卡盘用的开/闭切换开关44、处理气体供给部76、DC施加用的开/闭切换开关84、90、冷却单元(未图示)、传热气体供给部(未图示)等各部分的动作和装置整体的动作(序列)例如通过由微计算机构成的控制部(未图示)进行控制。
在该等离子体处理装置中，为了进行蚀刻，首先，将闸阀28设为开状态后将作为加工对象的晶圆W搬入腔室10内，并载置到静电卡盘40上。然后，通过处理气体供给部76将蚀刻气体(一般来说是混合气体)以规定的流量导入腔室10内，通过排气装置26将腔室10内的压力调节为设定值。并且，将第一高频电源30和第二高频电源32打开以分别以规定的功率输出第一高频(40MHz以上)和第二高频(13.56MHz以下)，经由匹配单元34和供电棒36将这些高频施加于基座12。另外，将开关44接通，通过静电吸附力将传热气体(He气体)限制在静电卡盘40与晶圆W之间的接触界面。从喷头60喷出的蚀刻气体在两个电极12、(60、62)之间通过高频的放电而等离子体化，利用通过该等离子体生成的自由基、离子将晶圆W表面的被加工膜蚀刻为期望的图案。
等离子体处理装置1对基座12施加40MHz以上这样的适于生成等离子体的较高的频率的第一高频，由此使等离子体在优选的解离状态下高密度化，即使在更低压的条件下也能够形成高密度等离子体。与此同时，对基座12施加13.56MHz以下这样的适于吸引离子的较低的频率的第二高频，由此能够对晶圆W的被加工膜实施选择性高的各向异性的蚀刻。可是，虽然用于生成等离子体的第一高频是在任何等离子体处理中都一定会使用的，但是，根据工艺的不同，有时不使用用于吸引离子的第二高频。
在该等离子体处理装置1中，从两个可变直流电源80、82同时向内侧上部电极60和外侧上部电极62分别施加第一直流电压VC和第二直流电压VE。通过适当地选择两个直流电压VC、VE的组合，能够提高等离子体处理的均匀性。
[上部电极的构造的一例]
图2是进一步详细地表示实施方式所涉及的等离子体处理装置1的上部电极60、62的构造的一例的图。此外，虽然在图2中没有特别地图示，但是在各构件间设置有规定的空隙。
如图2所示，在实施方式中，外侧上部电极62的在处理空间PS中露出的面的至少一部分位于比内侧上部电极60的在处理空间PS中露出的面靠上方的位置。例如，外侧上部电极62具有向上方凹下的凹部68d。
如图2所示，内侧上部电极60的电极板64通过夹持构件CL1固定于电极支承体66。在夹持构件CL1的下方以包围内侧上部电极60的外周的方式配置外侧上部电极62。外侧上部电极62在外周侧被夹持构件CL2固定于绝缘体63。考虑到由于等离子体处理的热引起的各构件的热膨胀等，夹持构件CL1和CL2不通过螺钉等紧固于内侧上部电极60和外侧上部电极62，构成为与内侧上部电极60和外侧上部电极62卡合的形状。并且，以使从外侧上部电极62的外周侧且夹持构件CL2的下方起向径向外侧延伸的方式配置有接地用构件96。接地用构件96的外周侧与腔室10的侧壁相连。
在上部电极60、62的下方配置有基座12。在基座12上的静电卡盘40的外周部载置聚焦环FR。在聚焦环FR的外周侧配置有盖环CR，在盖环CR之下延伸出第一支承部14、筒状支承部16。
图2的外侧上部电极62的径向内侧相对于径向外侧向腔室12的顶侧凹下而形成凹部68d。凹部68d例如在上部电极60、62的直径约为340mm～385mm的范围内形成为环状的槽。另外，凹部68d例如形成为相对于内侧上部电极60的电极板64的面凹下3mm左右的形状。另外，外侧上部电极62的外周侧形成为随着去向径向外侧而逐渐向处理空间PS侧突出的锥形状。锥形状例如形成于直径约为385mm～405mm的位置。锥形状的外周侧形成为比内侧上部电极60的电极板64的表面更向处理空间PS侧伸出的形状。外侧上部电极62的锥形状直接与接地用构件96的表面平缓地相连。
另外，在图2的例子中，内侧上部电极60的电极板64在外周部处具有随着从内周侧去向外周侧而远离处理空间PS的锥形状。电极板64的锥形状直接与外侧上部电极62的凹部68d的表面平缓地相连。
像这样，在图2的构造中，通过内侧上部电极60的锥形状和外侧上部电极62的凹部68d，在聚焦环FR的上方沿垂直方向扩展出处理空间PS。因此，在聚焦环FR的上方形成有容易使等离子体进入的宽广的空间。
像这样，在实施方式所涉及的等离子体处理装置1中，通过外侧上部电极62的凹部68d，用于形成等离子体的处理空间PS的垂直方向长度变长。而且，通过在外侧上部电极62的凹部68d的径向外侧形成的锥形状，在聚焦环FR的外周侧，处理空间PS的垂直方向长度变窄。像这样，根据实施方式，在聚焦环FR之上形成有容易使等离子体聚集的宽广的空间。另外，根据实施方式，通过在聚焦环FR的径向外侧使处理空间PS在垂直方向上变窄，来将等离子体限制在基座12上。
通过外侧上部电极62的所述的构造，本实施方式所涉及的等离子体处理装置1能够控制等离子体的峰位置来提高等离子体处理的均匀性。下面，说明本实施方式所涉及的效果。
<实施方式的效果>
首先，作为通过实施方式所涉及的外侧上部电极62的构造得到的效果的说明的前提，说明等离子体处理中的倾角(外倾角、内倾角)。
[倾角(外倾角、内倾角)的说明]
已知在使用相同的等离子体处理装置对不同的晶圆进行了等离子体处理例如蚀刻处理时，形成于作为处理对象的晶圆的边缘部的图案的角度有时会发生变动。
图3A是用于说明等离子体处理中的倾角(外倾角)的图。图3A示出在对晶圆W实施蚀刻的情况下产生的外倾角。在晶圆W的外周配置有聚焦环FR。聚焦环FR的上表面高于晶圆W的上表面。在该情况下，在等离子体处理中生成的离子鞘S1的边界面BR1有时在晶圆W的边缘部随着去向径向内侧而变低。根据离子鞘S1的边界面BR1的倾斜，向晶圆W的边缘部入射的离子I的入射方向形成随着从晶圆W的上表面去向下表面而从晶圆W的中心朝向边缘方向倾斜的角度。因此，通过蚀刻而形成的图案随着从晶圆W的上表面去向下表面而从中心朝向径向外侧倾斜。将所述的倾斜的角度称为倾角。另外，将以在晶圆W的边缘部随着从上表面去向下表面而从中心朝向径向外侧倾斜了的角度形成图案称为外倾角。
图3B是用于说明等离子体处理中的倾角(内倾角)的图。在图3B的例子中，聚焦环FR的上表面低于晶圆W的上表面。在该情况下，在等离子体处理中形成的离子鞘S2的边界面BR2有时在晶圆W的边缘部随着从晶圆W的中心去向径向外侧而逐渐变低。根据离子鞘S2的边界面BR2，等离子体中的离子I的入射方向随着从晶圆W的上表面去向下表面而从晶圆W的径向外侧朝向中心倾斜。因此，通过蚀刻而形成的图案形成为随着从晶圆W的上表面去向下表面而从径向外侧朝向中心倾斜的角度。像这样，将以在晶圆W的边缘部随着从上表面去向下表面而从径向外侧朝向中心倾斜了的角度形成图案称为内倾角。
[电子密度的峰位置与倾角的关系]
另外，离子鞘的厚度是由电子密度(Ne)、电子温度(Te)、直流电压(Vdc)来决定的。例如，电子密度越低则离子鞘越厚，另外，电子温度越高则离子鞘越厚。而且，在Ne、Te固定的情况下，直流电压的值越高则离子鞘越厚。
图4是表示比较例1的等离子体处理装置中的外侧上部电极OUTER的施加电压与电子密度的关系的模拟结果的图表。另外，图5是用于说明比较例1的等离子体处理装置的处理空间内的电子密度分布的模拟结果的图。比较例1的等离子体处理装置的外侧上部电极不具有如实施方式那样相对于内侧上部电极(INNER)的面向上方凹下的表面，形成为随着去向外周而向处理空间侧伸出的结构(参照图5)。
如图4所示，在比较例1的等离子体处理装置中，无论施加于侧上部电极OUTER的直流电压的值为多少，电子密度都在晶圆W(直径300mm)的半径约为125mm的位置处成为峰。而且，随着从峰位置去向径向内侧和外侧，电子密度变低。因此，在晶圆W的边缘附近，电子密度的值产生了拐点。
图5的(A)表示对外侧上部电极OUTER施加的施加电压为0V的情况。图5的(B)表示对外侧上部电极OUTER施加的施加电压为-500V的情况。图5的(C)表示对外侧上部电极OUTER施加的施加电压为-1000V的情况。图5的(D)表示对外侧上部电极OUTER施加的施加电压为-1500V的情况。图5示出处理空间PS中的特别是晶圆W的边缘部附近、即以夹在外侧上部电极OUTER与聚焦环FR之间的位置为中心的电子密度的分布。另外，在图5中，阴影部分的颜色越深则表示电子密度越高。
根据图5可知：无论施加电压的值为多少，等离子体在处理空间PS内都聚集在晶圆W的边缘部。另外，在外侧上部电极OUTER的正下方，等离子体的密度变低。在此，认为在外侧上部电极OUTER的正下方等离子体密度变低的理由是：在该部分，处理空间PS在垂直方向上变窄。也就是说，认为等离子体具有向宽广的空间聚集的倾向。
在图5的比较例1的等离子体处理装置中，在外侧上部电极OUTER之下，与载置台侧即晶圆W侧的构造物之间的空间比晶圆W中心侧的该空间窄。因此，认为等离子体会进行逃向更宽广的空间(晶圆W中心侧)的行为。如根据图5的(A)～(D)可知的那样，无论施加电压的绝对值为多少，电子密度都会在外侧上部电极OUTER的下方暂时变低，在外侧上部电极OUTER的径向外侧再次变高。另外，根据图4可知，电子密度的峰值伴随所施加的直流电压的绝对值而发生变化。
图6是用于说明倾角的变动的图。如图6的上部所示，以包围晶圆W的径向外侧的方式配置有聚焦环FR。而且，当对上部电极施加电压时，电子密度(等离子体)的峰位置大致处于晶圆W的边缘部上。在该情况下，晶圆W的边缘部上的离子鞘变薄。因此，在比电子密度的峰位置朝向径向外侧的位置产生外倾角，在比电子密度的峰位置朝向径向内侧的位置产生内倾角。
图6的下部示出以下情况：相比于图6的上部的例子，电子密度的峰移动到晶圆W的径向内侧。随着电子密度的峰位置的移动，离子鞘变薄的位置也向晶圆W的径向内侧移动。于是，在与图6的上部的例子进行比较的情况下，产生内倾角的位置向晶圆W的径向内侧移动，并且在图6的上部的例子中的没有产生倾角的晶圆W的边缘部产生外倾角。另外，在产生了外倾角的位置，倾角变大。另外，在图6的上部的例子中的产生了内倾角的位置，内倾角的角度发生变动。另外，也可以存在内倾角变化为外倾角的位置。像这样，当电子密度的峰位置发生变动时，倾角的变动变大。
另外，如图4所示，伴随所施加的直流电压的绝对值的变动，电子密度的峰值也发生变动。因此，在使施加电压的绝对值发生变动来进行控制的情况下，在晶圆W的相同的位置处，不仅是倾角的方向(内倾角或外倾角)，倾角的量也发生变动。因此，为了使晶圆W间的处理质量均匀，限制能够对外侧上部电极施加的直流电压的控制范围。
图7是用于说明使电子密度的峰位置处于晶圆面外的情况下的对倾角的变动的改善效果的图。实施方式所涉及的等离子体处理装置1在外侧上部电极62形成凹部68d，由此使电子密度的峰位置产生在晶圆W的边缘部的外周侧，更优选的是产生在比晶圆W的边缘部更靠径向外侧的位置。参照图7来说明电子密度的峰位置产生于晶圆W的径向外侧的情况下的效果。
图7的上方的例子与图6的上方的例子相同。但是，在图7的上方的例子中，等离子体的电子密度的峰不位于晶圆W面内，位于晶圆W的径向外侧。由于电子密度的峰位置位于晶圆W的径向外侧，因此在晶圆W的边缘附近产生内倾角，但是对边缘附近以外的位置没有大的影响。
在图7的下方的例子中，所生成的等离子体的电子密度的峰位置移动至晶圆W的径向内侧。但是，在图7的下方的例子中，电子密度的峰位置不位于晶圆W面上。因此，在晶圆W的边缘附近产生内倾角，但不产生外倾角。像这样，通过进行使电子密度的峰产生在比晶圆W的外侧更靠径向外侧的位置的控制，即使在峰向晶圆W的中心方向发生了偏离的情况下，也能够抑制倾角从内倾向外倾变化。
[外侧上部电极的凹部的效果]
图8是用于说明比较例1至比较例3以及实施例1的等离子体处理装置中的电子密度的分布的模拟结果的图。
实施例1的等离子体处理装置具备外侧上部电极62，该外侧上部电极62具有上述凹部68d。但是，实施例1的等离子体处理装置不具备上述大径的聚焦环FR。实施例1的等离子体处理装置的聚焦环与比较例1至比较例3的等离子体处理装置同样，内径约为300mm，外径约为360mm。
比较例1至比较例3的等离子体处理装置意在通过使外侧上部电极的内径和外径分别变大来使电子密度的峰产生在外周侧。
比较例1至比较例3的等离子体处理装置的结构的区别如下。
·比较例1
外侧上部电极的大小：内径约为340mm，外径约为400mm
外侧上部电极的下表面位置：相对于内侧上部电极的下表面向基座侧突出约5mm
外侧上部电极与聚焦环的位置关系：外侧上部电极的内周侧端部位于比聚焦环的径向中央靠外侧的位置
·比较例2
外侧上部电极的大小：内径约为370mm，外径约为400mm
外侧上部电极的下表面位置：相对于内侧上部电极的下表面向基座侧突出约5mm(与比较例1相同)
外侧上部电极与聚焦环的位置关系：外侧上部电极的内径比聚焦环的外径大
·比较例3
外侧上部电极的大小：内径约为400mm，外径约为430mm
外侧上部电极的下表面位置：相对于内侧上部电极的下表面向基座侧突出约5mm(与比较例1、比较例2相同)
外侧上部电极与聚焦环的位置关系：外侧上部电极的内径比聚焦环的外径大
此外，在比较例1至比较例3的等离子体处理装置中，伴随外侧上部电极的大小的变更来调整内侧上部电极的大小(直径)。
实施例1的等离子体处理装置的结构如下所示。
·外侧上部电极的大小：内径约为340mm，外径约为400mm
·凹部的位置：从外侧上部电极的内径约为340mm的位置起至内径约为380mm的位置
外周侧的锥位置为直径为约380mm～约400mm的位置
图8是通过模拟来调查如上述的那样构成的实施例1和比较例1～比较例3的等离子体处理装置中的电子密度的分布所得到的结果。如图8所示，在比较例1中，电子密度的峰产生在径向约125mm的位置。在比较例2中，与比较例1进行比较，峰位置稍向径向外侧偏离，但是处于比边缘(半径150mm的位置)靠径向内侧的位置。在比较例3中也与比较例1、比较例2进行比较，峰位置几乎没有发生变化。
另一方面，关于实施例1，电子密度的峰大致移动至边缘(半径150mm的位置)。此外，在实施例1中，凹部68d为相对于内侧上部电极的面向腔室12的顶部方向凹下3mm左右的形状。另外，凹部68d形成于直径约为340mm～385mm的位置。另外，外侧上部电极62的锥形状形成于直径约为385mm～405mm的位置。另外，锥形状的倾角度设为约30°。但是，凹部68d的大小并不限定于此。
[聚焦环的大径化的效果]
图9是用于说明实施例1至实施例4的等离子体处理装置中的电子密度的分布的模拟结果的图。实施例1至实施例4的等离子体处理装置的结构如下。
·实施例1(与图8的实施例1相同)
聚焦环的大小：内径约为300mm，外径约为360mm
外侧上部电极的构造：具备实施方式的凹部68d
·实施例2(大径FR)
聚焦环的大小：内径约为300mm，外径约为380mm
外侧上部电极的构造：具备实施方式的凹部68d(与实施例1相同)
·实施例3(小径FR)
聚焦环的大小：内径约为300mm，外径约为330mm
外侧上部电极的构造：具备实施方式的凹部68d(与实施例1、实施例2相同)
·实施例4(大径FR，大径/上方突出CR)
聚焦环的大小：内径约为300mm，外径380mm
外侧上部电极的构造：具备实施方式的凹部68d(与实施例1～实施例3相同)
盖环(CR)的构造：外径相比于实施例1～实施例3扩大(约460mm)
CR的外周端向上方突出
(与实施例1～实施例3相比，CR端的处理空间的上下方向长度短)
实施例2、实施例3的等离子体处理装置意在通过使聚焦环的大小、特别是外径发生变化来确认是否对电子密度的分布造成影响。实施例3的等离子体处理装置使聚焦环的外径变小，在聚焦环与盖环之间设置槽来使与上方的构造物之间的间隔变长。另外，实施例4的等离子体处理装置意在确认盖环CR的结构是否影响电子密度。实施例2、实施例3的等离子体处理装置分别为聚焦环的外径比实施例1大和比实施例1的聚焦环的外径小。另外，实施例4的等离子体处理装置的聚焦环的大小与实施例2的聚焦环的大小相同的，但实施例4意在通过使盖环的外径变大且使外周端向上方突出来将等离子体限制在晶圆面内。
图9是通过对如上述那样构成的实施例1至实施例4的等离子体处理装置中的电子密度的分布进行模拟而调查出的结果。如图9所示，在如实施例3那样使聚焦环的外径变小了的情况下，峰位置相比于实施例1几乎不变。另外，在实施例4的情况下，与实施例3相比较，峰位置稍靠晶圆W的边缘，但是仍位于晶圆W的面内。与此相对地，在实施例2的情况下，峰位置移动至比晶圆W的边缘更靠径向外侧的位置。因此，可知通过使聚焦环的外径变大能够使电子密度的峰向晶圆W的径向外侧移动。另外，上述实施例1的聚焦环的外径为360mm，实施例2的聚焦环的外径为380mm。因此，为了使电子密度的峰移动，例如考虑优选聚焦环的外径为360mm～380mm，更优选为370mm～380mm左右。
[倾角的变动的抑制]
图10是表示通过实施方式所涉及的等离子体处理装置得到的对倾角的变动的改善效果的实验结果的图。图10是在比较例1的等离子体处理装置和实施例2的等离子体处理装置的各等离子体处理装置中进行蚀刻并且调查倾角的变动所得到的结果。
首先，在晶圆的边缘(端)的内侧距边缘(端)3mm的位置，一边使施加电压的值变动一边测定倾角。此外，施加电压全部为负的电压，但是在图10中记载有其绝对值。在比较例1的情况下，产生外倾角和内倾角，倾角的值在约0.43度的范围发生了变动。在实施例2的情况下，施加电压的绝对值为400V至1150V之间，倾角的变动没有拐点。在晶圆的边缘的内侧距边缘5mm、15mm、35mm的位置的任意情况下也是同样的，在比较例1中，倾角的变动产生了拐点，与此相对地，在实施例2中，即使改变施加电压，倾角的变动也是平缓的，特别是在距边缘15mm、35mm的位置处。像这样，根据实施例2确认出：即使在使施加电压发生了变动的情况下，倾角的变动趋势不易具有拐点。另外，确认出：关于晶圆的边缘部以外的部分，倾斜的影响也降低。
如上述那样，实施方式所涉及的等离子体处理装置具备处理容器、下部电极、环状构件、内侧上部电极、外侧上部电极、处理气体供给部、第一高频供电部以及第一直流供电部。处理容器构成为能够进行真空排气。下部电极在处理容器内载置被处理基板。环状构件被载置在下部电极的外周部上。内侧上部电极在处理容器内以与所述下部电极相向的方式配置。外侧上部电极在处理容器内以与内侧上部电极电绝缘的方式呈环状地配置于内侧上部电极的径向外侧。处理气体供给部向内侧上部电极及外侧上部电极与下部电极之间的处理空间供给处理气体。第一高频供电部将用于通过高频放电来生成所述处理气体的等离子体的第一高频施加于所述下部电极或者所述内侧上部电极和外侧上部电极。第一直流供电部对外侧上部电极施加可变的第一直流电压。外侧上部电极的在处理空间中露出的面的至少一部分处于比所述内侧上部电极的在所述处理空间中露出的面靠上方的位置。因此，实施方式所涉及的等离子体处理装置能够控制进行等离子体处理时的电子密度的峰位置，来使电子密度的峰产生在被处理基板的外周上或比外周更靠径向外侧的位置。因此，实施方式所涉及的等离子体处理装置仅改善对晶圆的边缘部的倾斜的控制性，并且能够减少边缘部以外的倾斜的影响。因此，实施方式所涉及的等离子体处理装置能够提高等离子体处理的均匀性，并且能够改善腔室的MTBWC(Mean Time between Wet Cleaning：平均湿洗间隔时间)。
另外，在实施方式所涉及的等离子体处理装置中，外侧上部电极的外周部具有随着去向径向外侧而向所述处理空间侧突出的锥形状。因此，等离子体处理装置通过在外侧上部电极的外周侧使处理空间的垂直方向长度变窄，能够将等离子体限制在晶圆面上。
另外，在实施方式所涉及的等离子体处理装置中，内侧上部电极的外周部具有随着从内周侧去向外周侧而远离处理空间的锥形状。因此，等离子体处理装置能够使晶圆的边缘部附近的处理空间与外侧上部电极的构造一同扩大，能够控制电子密度的峰位置。
另外，实施方式所涉及的等离子体处理装置还具备夹持构件和接地用构件。夹持构件保持外侧上部电极。接地用构件配置于比夹持构件靠处理空间侧的位置。
另外，在实施方式所涉及的等离子体处理装置中，外侧上部电极例如具有凹部，该凹部具有相对于内侧上部电极的表面凹下大约3mm的底面。
另外，在实施方式所涉及的等离子体处理装置中，环状构件的外径例如处于360mm至380mm的范围内。
另外，实施方式所涉及的等离子体处理装置还具备第二直流供电部，该第二直流供电部对内侧上部电极施加可变的第二直流电压。
另外，实施方式所涉及的等离子体处理装置还具备第二高频供电部，该第二高频供电部将用于向被处理基板吸引等离子体中的离子的第二高频施加于下部电极。
根据使用了上述实施方式所涉及的等离子体处理装置的等离子体处理方法，能够使进行等离子体处理时的电子密度的峰位置产生在被处理基板的外周上或比外周更靠径向外侧的位置。
应该认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示，而非限制性的。实际上，上述的实施方式能够具体实现为多种方式。另外，上述的实施方式可以在不脱离所附的权利要求书及其主旨的范围内以各种方式进行省略、置换、变更。

Claims (9)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，具有：
处理容器，其能够进行真空排气；
下部电极，其在所述处理容器内载置被处理基板；
环状构件，其被载置在所述下部电极的外周部上；
内侧上部电极，其在所述处理容器内以与所述下部电极相向的方式配置；
外侧上部电极，其在所述处理容器内以与所述内侧上部电极电绝缘的方式呈环状地配置于所述内侧上部电极的径向外侧；
处理气体供给部，其向所述内侧上部电极及所述外侧上部电极与所述下部电极之间的处理空间供给处理气体；
第一高频供电部，其将用于通过高频放电来生成所述处理气体的等离子体的第一高频施加于所述下部电极或者所述内侧上部电极和所述外侧上部电极；以及
第一直流供电部，其对所述外侧上部电极施加可变的第一直流电压，
其中，所述外侧上部电极的在所述处理空间中露出的面的至少一部分处于比所述内侧上部电极的在所述处理空间中露出的面靠上方的位置。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述外侧上部电极的外周部具有随着去向径向外侧而向所述处理空间侧突出的锥形状。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述内侧上部电极的外周部具有随着从内周侧去向外周侧而远离所述处理空间的锥形状。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，还具备：
夹持构件，其保持所述外侧上部电极；以及
接地用构件，其配置于比所述夹持构件靠所述处理空间侧的位置。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述外侧上部电极具有凹部，所述凹部具有相对于所述内侧上部电极的表面凹下约3mm的底面。
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，
所述环状构件的外径处于360mm至380mm的范围内。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
还具备第二直流供电部，所述第二直流供电部对所述内侧上部电极施加可变的第二直流电压。
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，
还具备第二高频供电部，所述第二高频供电部将用于向所述被处理基板吸引等离子体中的离子的第二高频施加于所述下部电极。
9.一种等离子体处理方法，使用根据权利要求1～8中的任一项所述的等离子体处理装置，使进行等离子体处理时的电子密度的峰产生在所述被处理基板的外周上或比外周更靠径向外侧的位置。
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