TW201009930A - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents

Description

201009930 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關電漿處理裝置及利用電漿處理裝置來進 行的電漿處理方法。 【先前技術】 電漿處理裝置是利用電漿來進行往基板之薄膜的堆積 或離子的注入等之裝置，主要是利用於半導體基板的製造 〇 電漿處理裝置的構造有各式各樣，一般是利用線圈來 使感應電流產生，使氣體電離之方式。 具體而言，電漿處理裝置是具備腔室、線圈、及保持 基板的吸盤，在將腔室內真空排氣後，導入氣體，利用線 圏來使感應電流產生，而將氣體電漿化。 然後，藉由偏壓用電源來對吸盤施加偏壓電位，利用 產生的電漿來電漿處理基板表面。 例如，在專利文獻1的段落〔0004〕中記載一處理裝 置，其係於腔室內配置一對的平行平板電極，將處理氣體 導入腔室內的同時，在電極間形成高頻電場，形成電漿。 [專利文獻1]國際公開第WO 2005/124844號小冊子 【發明內容】 (發明所欲解決的課題） 就如此的裝置而言，在基板上所被堆積、注入的離子 -5- 201009930 分布會受電漿的分布所左右，因此爲了使基板上的堆積物 或離子的分布形成均一，必須使基板上的電漿分布形成均 -- 〇 然而，電漿的分布在腔室內是不一樣，有濃淡，因此 在以往的電漿處理裝置爲了使基板上的電漿分布形成一樣 ，需要氣壓、電漿電源的輸出、氣體流量等的調整。 如此的調整是使電漿本身的電子密度或溫度等的特性 變化，因此有調整非常困難的問題。 本發明是有鑑於如此的問題而硏發者，其目的是在於 提供一種可不令電漿本身的特性變化，使基板上的電槳分 布形成一樣之電漿處理裝置。 (用以解決課題的手段） 爲了達成前述的目的，第1發明係對基板進行電漿處 理的電漿處理裝置，其特徵係具有： 使電漿產生的電漿產生裝置；及 調整上述基板與上述電漿產生裝置之間的距離之調整 手段。 上述電漿處理裝置更具有： 保持上述基板的保持手段；及 對上述保持手段施加偏壓電位的施加手段。 上述調整手段爲：以在電漿處理時產生於上述保持手 段的表面之鞘層的鞘層面能夠來到上述電漿的密度分布形 成均一的位置之方式來調整上述基板與上述電漿產生裝置 -6- 201009930 之間的距離之手段。 上述調整手段爲：根據上述施加手段施加於上述保持 手段的偏壓電位來調整上述基板與上述電漿產生裝置之間 的距離之手段。 上述調整手段爲：藉由使上述保持手段移動來調整上 述基板與上述電漿產生裝置之間的距離之手段。 第2發明係利用藉由電漿產生裝置所產生的電漿來對 基板進行電漿處理之電漿處理方法，其特徵係具有：調整 上述基板與上述電漿產生裝置之間的距離之工程。 上述工程爲：以產生於保持上述基板的保持手段的表 面之鞘層的鞘層面能夠來到上述電漿的密度分布形成均一 的位置之方式來調整上述基板與上述電漿產生裝置之間的 距離之工程。 上述工程爲：根據施加於上述保持手段的偏壓電位來 調整上述基板與上述電漿產生裝置之間的距離之工程。 上述工程爲：藉由使上述保持手段移動來調整上述基 板與上述電漿產生裝置之間的距離之工程。 在第1發明及第2發明中，電漿處理裝置係具有調整 基板與電漿產生裝置之間的距離之調整手段。 因此，即使不令電漿本身的特性變化，還是可使基板 移動至電漿的分布均一的位置。 [發明的效果] 若根據本發明，則可提供一種可不令電漿本身的特性 201009930 變化，使基板上的電漿分布形成一樣之電漿處理裝置。 【實施方式】 以下，根據圖面來詳細說明本發明較佳的實施形態。 首先，參照圖1來說明本實施形態的電漿處理裝置1 的槪略構成。 在此，電漿處理裝置1爲使用於半導體的電漿處理的 處理裝置。 如圖1所示，電漿處理裝置1是具有作爲腔室的真空 容器3。 在真空容器3的上面設有電介體8，在電介體8上設 有用以使電漿37產生的電漿產生用線圏7。 在電漿產生用線圈7連接電漿產生電源9。 然後，以電漿產生用線圈7、電介體8、電漿產生電 源9來構成電漿產生裝置1〇。 另一方面，在真空容器3的內部設有基板夾具11。 在基板夾具11設有藉由靜電吸引力來保持基板51的 靜電吸盤1 5。 在靜電吸盤15連接靜電吸盤15的動作用的靜電吸盤 用電源17。 在靜電吸盤15保持被電漿處理的基板51。 更在基板夾具11設有用以對靜電吸盤15 (電介體） 施加偏壓電位的交流電源或脈衝電源的偏壓用電源13作 爲施加手段。 -8- 201009930 然後，以基板夾具11、靜電吸盤15、靜電吸盤用電 源17、偏壓用電源13來構成保持手段2。 更在基板夾具11的底面連結支柱19。 支柱19與真空容器3是以真空密封材14來密封。 - 支柱1 9的一端是形成未圖示的螺絲狀，連結用以使 支柱19移動的滾珠螺桿之昇降機構21。 在昇降機構21連結滑輪23。 0 滑輪23是經由牙輪皮帶（timing belt) 25來連結滑 輪27，在滑輪27連結昇降用馬達29。 然後，以支柱19、昇降機構21、滑輪23、牙輪皮帶 25、滑輪27、昇降用馬達29來構成調整手段4。 一旦使昇降用馬達29旋轉，則可經由滑輪27、牙輪 皮帶25、滑輪23來驅動昇降機構21，使支柱19移動於 圖1的A、B方向。 —旦支柱19移動於圖1的A、B方向，則基板夾具 φ 11、靜電吸盤15會與支柱19成一體而移動於圖1的A、 B方向，靜電吸盤15上的基板51也會移動於圖1的A、 B方向。 亦即，藉由使昇降用馬達29旋轉，可調整基板51與 電漿產生裝置1〇(電介體8)之間的距離。 另外，昇降用馬達29是爲了調整基板51與電漿產生 裝置10(電介體8)之間的距離而被使用，因此最好是像 伺服馬達那樣可位置控制者。 另一方面，在真空容器3設有用以將真空容器3內排 -9- 201009930 氣的真空泵31。在真空泵31與真空容器3之間設有真空 閥3 3。 在真空容器3更設有儲藏電漿化的氣體之載流氣體源 35，在載流氣體源35與真空容器3之間設有氣閥34。 其次，利用圖2〜圖6來說明電漿處理的程序。 首先，使真空泵31作動，其次開放真空閥33來將真 空容器3內排氣。 其次，開放氣閥34，將載流氣體源35內的載流氣體 導入真空容器3內，藉由可開閉控制的真空閥33及氣閥 34來將真空容器3內的壓力保持於一定。 然後，利用電漿產生電源9來使電漿產生用線圈7作 動，藉由感應電流來使載流氣體電漿化。 並且，利用偏壓用電源13來對靜電吸盤15施加偏壓 電位。 在此，電漿產生用線圈7的最近區域是電流最容易流 動，因此在線圈最近的區域產生電漿37。 但，在電漿產生用線圈7與真空容器3之間存在電介 體8，所以因真空容器3的內部側的充電電位，產生的電 漿37的密度分布是形成圖2的電漿密度等分布線39所示 的形狀。 具體而言，電漿產生用線圈7的最近眼珠狀的區域是 形成密度最高的區域。 而且，隨著離開電漿產生用線圈7’而逐漸形成等向 擴散的形狀，密度變低。 -10 - 201009930 另外’圖3所示的均一高度42是高度方向的電漿37 的密度分布形成均一的位置（高度）。 另一方面’藉由偏壓電位施加於靜電吸盤15，在電 漿中靜電吸盤15是作爲具有偏壓電位的電極存在。 如此一來’如圖3所示，在靜電吸盤15的表面產生 依偏壓電位、電漿密度、溫度等所定的鞘層41。

在鞘層41的內部，因爲存在來自電極的電場，所以 電漿37不存在，僅沿著電場來進行荷電粒子的加速。 鞘層41的鞘層厚d是若將靜電吸盤15設爲平板電極 ，則以以下的數式1、數式2來表示。

[數式1]0.97d2 = V

(式1) [數式2] 在 0kTe 2 (式2)

Ne.e 2 λ〇:德拜長度（debye length) ε0:真空的介電常數 k :波兹曼常數（Boltzmann constant ) T e :電子溫度 Ne :電子密度 e :電子電荷 -11 - 201009930

Vp :所被施加的偏壓電位 在此，有關基板51的電漿處理的電漿37是依據被施 加於靜電吸盤15的偏壓電位所產生之鞘層41前的電漿 3 7° 因此，若在高度方向的電漿37的密度分布形成均一 的位置之均一高度42配置鞘層41的鞘層面41a，則可使 基板51上的電漿37的分布形成一樣，可均一地電漿處理 基板51的表面。 於是，利用調整手段4，如圖4所示，以稍層41的 鞘層面41a能夠來到均一高度42的方式調整保持手段2 的位置。 具體而言，根據施加電位（偏壓電位），依（式1) 來決定鞘層厚d，驅動昇降用馬達29，而以鞘層面41a能 夠來到均一高度42的方式使保持手段2移動於圖3的A 、B方向。 例如就圖3的狀態而言，鞘層面41a是位於比均一高 度42更低的位置，因此使保持手段2移動於圖3的A方 向，如圖4所示，使鞘層面41a能夠形成與均一高度42 同高度。 另外，像圖5那樣，施加電位（偏壓電位）要比圖3 的狀態高的狀態，是有時鞘層面41a的位置比均一高度 42更高。 此情況，可使保持手段2移動於圖5的B方向，如圖 201009930 6所示，鞘層面41a形成與均—高度42同高度。 然後，只要在圖4、圖6的狀態下進行電漿處理，便 可均一處理基板51的表面。 在此，無論哪個情況，氣壓、電漿電源的輸出、氣體 流量等之電漿37的調整皆未進行，因此電漿37的特性不 會變化，電漿密度等分布線3 9爲一定。 亦即，電漿處理裝置1是不改變電漿37的條件，僅 p 調整基板51與電漿產生裝置1〇之間的距離，便可均一處 理基板51的表面。 如此，若根據本實施形態，則電漿處理裝置1是具有 電漿產生裝置10、保持手段2、調整手段4，調整手段4 是以鞘層41的鞘層面41a能夠形成與均一高度42同高度 的方式來調整保持手段2的位置。 , 因此，可不改變電漿37的特性，來均一處理基板51 的表面。 φ 又，若根據本實施形態’則電漿處理裝置1是根據偏 壓用電源13施加於靜電吸盤15的偏壓電位來調整保持手 段2的位置》 因此，即使令偏壓電位變化，照樣可不改變電漿的特 性，來均一處理基板51的表面。 [實施例] 其次，根據具體的實施例，更詳細說明本發明。 利用圖1所示的電獎處理裝置1來使電獎37產生， -13- 201009930 使電漿產生裝置10與基板51的距離’ 3階段地變化’而 來電漿處理基板51的表面’測定基板51的面內電阻値的 不均，藉此評價基板表面的均一性。 偏壓用電源13的輸出是135W、800W的2種。 又，電漿產生裝置10與基板51的距離是135W之均 一性最高時的距離爲0的相對値。 將結果顯示於圖7。 由圖7可知，電漿產生裝置10-基板51的距離與基 g 板51的面內電阻値的不均之間是可見相關性，可藉由調 整距離來調整面內電阻値的不均。 特別是在1 3 5 W可見面內電阻値不均最小（均一性高 )的距離，可謀求電漿產生裝置1〇與基板51的距離的最 適化。 亦即，可知即使令偏壓電位變化，照樣可不改變電漿 的特性來均一處理基板51的表面。 [產業上的利用可能性] 上述的實施形態是針對將本發明適用於半導體的電漿 處理所使用的裝置時，但本發明並非限於該等，可使用於 需要利用電漿來處理試料表面的所有裝置。 【圖式簡單說明】 圖1是表示電槳處理裝置1。 圖2是表示使電漿產生時的電漿處理裝置1。 -14 - 201009930 圖3是表示使電漿產生時的電漿處理裝置1。 圖4是表示使電漿產生時的電漿處理裝置1。 圖5是表示使電漿產生時的電漿處理裝置1。 圖6是表示使電漿產生時的電漿處理裝置1。 ' 圖7是表示電漿產生裝置10-基板51間的距離與基 ' 板5 1的面內電阻値的不均的相關圖。 g 【主要元件符號說明】 1 :電漿處理裝置 2 :保持手段 3 :真空容器 4 :調整手段 7:電漿產生用線圏 8 :電介體 9 :電漿產生電源 φ 10:電漿產生裝置 11 :基板夾具 1 3 :偏壓用電源 ' 1 4 :真空密封材 15 :靜電吸盤 17:靜電吸盤用電源 19 :支柱 21 :昇降機構 23 :滑輪 -15- 201009930 25 :牙輪皮帶 27 :滑輪 29 :昇降用馬達 3 1 :真空栗 33 :真空閥 34 :氣閥 3 5 :載流氣體源 39:電漿密度等分布線 41 :鞘層 41a :鞘層面 42 :均一高度 5 1 :基板

-16-

Claims (1)

1. 201009930 七、申請專利範圍： 1- 一種電漿處理裝置，係對基板進行電漿處理的電 漿處理裝置，其特徵係具有： 使電漿產生的電漿產生裝置；及 調整上述基板與上述電漿產生裝置之間的距離之調整 ' 手段。 2·如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中， 0 更具有： 保持上述基板的保持手段；及 對上述保持手段施加偏壓電位的施加手段。 3.如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中， 上述調整手段爲：以在電漿處理時產生於上述保持手段的 表面之鞘層的鞘層面能夠來到上述電漿的密度分布形成均 一的位置之方式來調整上述基板與上述電漿產生裝置之間 的距離之手段。 ❹ 4-如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中， 上述調整手段爲：根據上述施加手段施加於上述保持手段 的偏壓電位來調整上述基板與上述電漿產生裝置之間的距 ' 離之手段。 5. 如申請專利範圍第4項之電漿處理裝置，其中， 上述調整手段爲：藉由使上述保持手段移動來調整上述基 板與上述電漿產生裝置之間的距離之手段。 6. —種電漿處理方法，係利用藉由電漿產生裝置所 產生的電漿來對基板進行電漿處理之電漿處理方法，其特 -17- 201009930 徵係具有：調整上述基板與上述電漿產生裝置之間的距離 之工程。 7 ·如申請專利範圍第6項之電漿處理方法，其中， 上述工程爲：以產生於保持上述基板的保持手段的表面之 鞘層的鞘層面能夠來到上述電漿的密度分布形成均一的位 置之方式來調整上述基板與上述電漿產生裝置之間的距離 之工程。 8. 如申請專利範圍第7項之電漿處理方法，其中， 上述工程爲：根據施加於上述保持手段的偏壓電位來調整 上述基板與上述電漿產生裝置之間的距離之工程。 9. 如申請專利範圍第8項之電漿處理方法，其中， 上述工程爲：藉由使上述保持手段移動來調整上述基板與 上述電漿產生裝置之間的距離之工程。 -18-