TW201448677A - 電漿產生裝置、電漿處理裝置、電漿產生方法及電漿處理方法 - Google Patents

Abstract

提供一種電漿產生裝置，能夠實質地消弭電漿激發區域的周邊存在之電極等構件材料因受到加速的電子而被濺鍍之情形。具備：電漿形成用的電極(10)，具有主面(10a)及背面(10b)；高頻供給部(100，70，60)，將頻率200MHz以上的高頻電力供給至電極(10)；及磁場形成機構(50)，設於電極(10)的背面側，包含N極與前述背面相向配置之第1固定磁鐵(56)，和S極與前述背面相向配置之第2固定磁鐵(58)，形成迴圈狀的磁場區域(LMR)，用以將被激發之電漿閉鎖於主面(10a)附近；磁場形成機構(50)所形成之迴圈狀的磁場區域(LMR)，在與主面(10a)平行之方向具有3000高斯以上的強磁場。

Description

電漿產生裝置、電漿處理裝置、電漿產生方法及電漿處理方法

本發明係有關電漿產生裝置及利用該電漿產生裝置之電漿處理裝置，以及電漿產生方法及利用該電漿產生方法之電漿處理方法。

在電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)等電漿處理過程中，為了將射入矽晶圓等基板表面的離子照射能量抑制得較低以減少離子照射損傷，需要電子溫度較低的電漿。一般而言，若提高電漿激發頻率，則電漿密度會增加，電子溫度降低。鑑此，目前有人將比通常的高頻電源頻率13.56MHz還高的30~300MHz之VHF(Very High Frequency)帶高頻，用於電漿處理(例如參照專利文獻1、2)。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

專利文獻1：日本特開平9-312268號公報

專利文獻2：日本特開2009-021256號公報

舉例來說，微波電漿技術中，目前的技術階段已經做到，只要如上述般提高電漿激發頻率，便能夠使被激發之電漿所擴散的擴散電漿區域中的離子照射能量充分降低，能夠幾乎消弭矽晶圓的離子照射損傷。然而，在電漿激發區域中，電子會因為強微波電場而受到加速，故離子照射能量會上昇至數十eV。其結果，電場形成用電極或處理腔室的內壁面等電漿激發區域的周邊存在之構件材料，會因受到加速的電子而被濺鍍，該被濺鍍之材料會附著於矽晶圓，造成污染(contamination)發生。

本發明之目的在於提供一種電漿產生裝置及方法，使電漿的電子溫度降低至能夠消弭矽晶圓等被處理體的離子照射損傷的程度，除此之外，還能夠實質地消弭電漿激發區域的周邊存在之電極等構件材料因受到加速的電子而被濺鍍之情形。此外，本發明的目的之一，在於提供一種利用該電漿產生裝置及方法之電漿處理裝置及方法。

本發明之電漿產生裝置，其特徵為，具備：電漿形成用的電極，具有主面及與該主面相對之背面；高 頻供給部，將頻率200MHz以上的高頻電力供給至前述電漿形成用的電極；及磁場形成機構，設於前述電極的背面側，包含N極與前述背面相向配置之第1固定磁鐵，和S極與前述背面相向配置之第2固定磁鐵，利用從前述第1固定磁鐵的N極伸出而通過前述電極而進入前述第2固定磁鐵的S極之磁力線，來形成迴圈狀的磁場區域，用以將被激發之電漿閉鎖於前述主面附近；前述磁場形成機構所形成之迴圈狀的磁場區域，在與前述主面平行之方向具有3000高斯以上的強磁場。

本發明之電漿處理裝置，係利用上述電漿產 生裝置，對與前述電極的主面相向而配置之被處理體做電漿處理之電漿處理裝置，其特徵為：前述電極，在與前述迴圈狀的磁場區域相對應之區域，具備原料氣體供給部，該原料氣體供給部是用來將欲電漿化之原料氣體供給至前述迴圈狀的磁場區域。

本發明之電漿產生方法，其特徵為：對於具 有主面及與該主面相對之背面的電漿形成用的電極，供給頻率200MHz以上的高頻電力，利用設於前述電極的背面側，包含N極與前述背面相向配置之第1固定磁鐵，和S極與前述背面相向配置之第2固定磁鐵的磁場形成機構，利用從前述第1固定磁鐵的N極伸出而穿透前述電極而進入前述第2固定磁鐵的S極之磁力線，來形成迴圈狀的磁場區域，用以將被激發之電漿閉鎖於前述主面附近；將前述迴圈狀的磁場區域形成為，前述迴圈狀的磁場區域，在 與前述主面平行之方向具有3000高斯以上的強磁場。

本發明之電漿處理方法，係利用上述電漿產 生方法，對與前述電極的主面相向而配置之被處理體做電漿處理之電漿處理方法，其特徵為：從設置於前述電極的與前述迴圈狀的磁場區域相對應之區域之原料氣體供給部，將欲電漿化之原料氣體供給至前述迴圈狀的磁場區域。

本發明中，對於電漿形成用電極，係供給頻 率200MHz以上的高頻電力來激發電漿，而將被激發的電漿閉鎖在形成於電極主面之迴圈狀磁場區域內。又，將迴圈狀磁場區域設計成，與主面平行之方向的磁場強度為具有3000高斯以上的強磁場，藉此使電漿強力地纏繞於磁力線而能進一步提高電漿密度，其結果，能夠使得被閉鎖的電漿的電子溫度，降低至不會濺鍍配置於電漿激發區域周邊的電漿形成用電極等構件的程度。

1‧‧‧電漿處理裝置

10‧‧‧電極

10a‧‧‧主面

10b‧‧‧背面

20‧‧‧噴氣板

21‧‧‧氣體供給孔

50‧‧‧磁場形成機構

56‧‧‧磁鐵(第1固定磁鐵)

58‧‧‧磁鐵(第2固定磁鐵)

70‧‧‧整合器

100‧‧‧電源

200‧‧‧處理腔室

LMR‧‧‧迴圈狀的磁場區域

MFL‧‧‧磁力線

PL‧‧‧電漿

[圖1]本發明一實施形態之電漿處理裝置概略示意截面圖。

[圖2A]圖1的圓IIA內的擴大圖。

[圖2B]噴氣板的氣體供給孔排列示意圖。

[圖3A]圖1裝置的磁場形成機構的構成示意平面圖。

[圖3B]磁場形成機構另一例示意平面圖。

[圖3C]磁場形成機構又另一例示意平面圖。

[圖4]固定磁鐵與迴圈狀磁場區域之關係示意截面圖。

[圖5]形成於主面的迴圈狀磁場區域的水平磁場強度分布示意圖表。

[圖6]圖1中VI-VI線之截面圖，示意供電部構造。

以下參照所附圖面，詳細說明本發明之實施形態。另，本說明書及圖面中，若遇實質上具有同一功能構成之構成要素，則標記同一符號，以省略重複說明。

在此，說明本發明之基本原理。本發明中，為了除去矽晶圓等被處理體因離子照射而造成之損傷，會進行過往即已實施之電漿激發頻率高頻化。除此之外，還利用磁場的閉鎖效果，所供給之高頻電力，並非用來加速電漿，而是轉換成用來增加電漿密度之能量。在此，依本發明團隊之新發現，將用來閉鎖電漿的磁場區域，設計成與電極主面平行之方向的磁場(以下稱為水平磁場)強度為具有3000高斯以上的強磁場，藉此，電漿會強力地纏繞於磁力線以提升電漿閉鎖效果，電漿密度會提高，能夠將電漿激發區域中電漿的電子溫度，降低至實質上在電漿形成用電極或其周邊構件不會發生濺鍍的程度。提高電漿 密度，意味著投入的高頻電力會消費於提升電漿密度，電漿的電子溫度會下降。本發明之電漿產生裝置亦可稱為「施加水平方向強磁場高頻激發電漿裝置」，然並非限定於此。

本實施形態之電漿處理裝置(以下稱為裝置 1)，如圖1所示，例如用於電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)等各種電漿處理。裝置1具有：金屬製的處理腔室200，用來劃定密閉空間201；及平台220，用來載置設置於處理腔室200內之，由氮化鋁等所形成之矽晶圓等基板W；及電漿形成用的電極10，設於平台220的上方；及磁場形成機構50，設置於電極10；及供電部60，與電極10電性連接；及整合器70，設於處理腔室200的上蓋202上；及電源100。平台220是以旋轉軸線C為中心而可旋轉基板W。

處理腔室200是由鋁合金、不鏽鋼等導電性 材料所形成，與基準電位連接。在處理腔室200的底部設有排氣口205，用來將處理腔室200內的環境排氣，在該排氣口205連接有設置於處理腔室200外部之未圖示的真空泵浦等排氣裝置。藉由該排氣裝置，密閉空間201會被減壓。

電極10是由導電性的板狀構件所形成，且由 非磁性材料，例如表面形成有陽極氧化膜的鋁合金所形成。電極10，其外周部係被由氧化鋁等絕緣體所形成之保持構件80所保持，在與平台220相向之側具備由平面 所構成之主面10a，在與主面10a相反側具備背面10b。保持構件80係固定於處理腔室200的上部，其與電極10之間藉由O型環82而被密封，與處理腔室200之間藉由O型環84而被密封。電極10，如圖2A所示，在背面10b形成有溝11，用來埋入磁場形成機構50之後述固定磁鐵56、58；在主面10a側形成有氣體通路12，例如用來供給SiH₄、N₂、O₂、N₂O等原料氣體，在內部形成有冷卻水通路14，供冷卻水通過以防止電極10過熱。在氣體通路12的主面10a側，於電極10一體地設有噴氣板(shower plate)20，而與主面10a成為同一平面。也就是說，噴氣板20的表面，係構成為主面10a的一部分。噴氣板20是由與電極10相同之材料所形成。在噴氣板20形成有多數個氣體供給孔21，氣體供給孔21係如圖2B所示般排列，例如孔徑0.2mm、間距0.5mm，可以壓力500mTorr，氣體流量1000sccm的條件或5m/s的氣體流速來供給氣體。另，噴氣板20之配置詳如後述。

磁場形成機構50具有：形成為平板狀的軛52；及設於軛52的下面，作為第1固定磁鐵之磁鐵56及作為第2固定磁鐵之磁鐵58。軛52是由鐵所形成，其下面以外的表面，係被由鋁合金等所形成之導電性罩53覆蓋。這是因為，當高頻電流流經電阻相對較高的鐵製的軛52時，會因發熱而發生能量損失，故藉由鋁合金等電阻較低的材料來覆蓋軛52以防範之。

磁鐵56、58是由板狀磁鐵所構成，為了使其 穩定地產生強磁場，係使用Sm-Co系燒結磁鐵、Nd-Fe-B系燒結磁鐵等殘留磁通量密度、保磁力(coercivity)、能量積(energy product)較高的磁鐵。磁鐵56、58是如圖2A所示，埋入形成於電極10背面側之溝11。在磁鐵56、58的表面，被覆有氟化碳樹脂(商品名：鐵氟龍(登錄商標))等絕緣材料，電極10與磁鐵56、58之間係被電性絕緣。各磁鐵56、58是在與其表面垂直之方向被磁化。磁鐵56，其N極與電極10的背面10b相向配置，如圖3A所示般，於Y軸方向延伸且於X軸方向等間隔排列。磁鐵58，其S極與電極10的背面10b相向配置，配置於相鄰兩個磁鐵56之間，且由沿著Y軸方向的複數個長邊部58a、及將複數個長邊部58a的兩端部彼此連接之連結部58b所構成。磁鐵56與磁鐵58的長邊部58a之間，形成有一定的間隙。磁鐵56與磁鐵58的連結部58b之間，也形成有一定的間隙。另，圖3A中，X軸方向的兩端部的兩個長邊部58a之寬度，係比其他長邊部58a之寬度還狹窄。磁鐵56例如具有寬度20mm、長度330mm的尺寸，磁鐵58例如具有X軸方向全寬410mm、Y軸方向全寬390mm、兩端以外的長邊部58a寬度20mm、兩端的長邊部58a寬度15mm、連結部58b寬度10mm的尺寸。

在此，如圖4概略所示，從磁鐵56的N極伸 出的磁力線的一部分MFL，由於磁鐵56的N極與磁鐵58的S極彼此相鄰，故會穿透電極10而通過電極10的主面 10a，然後再次穿透電極10，進入相鄰磁鐵58的S極。該磁力線MFL會形成於磁鐵56的全周圍，藉此，在圖3Ani虛線所示之區域，會形成迴圈狀的磁場區域LMR，用來將被激發的電漿閉鎖於主面10a附近。本發明中，磁場形成機構50係構成為，磁場區域LMR中與主面10a平行之方向具有3000高斯以上的強磁場。與主面10a平行方向之磁場，稱為水平磁場。圖5的圖表中，揭示了在與電極10的主面10a於垂直方向相距8mm之位置，X軸上的水平磁場強度分布。磁場區域LMR，係形成於水平磁場強度超過3000高斯之區域。迴圈狀的磁場區域LMR的寬度，例如為10mm左右。而上述噴氣板20，是設置於與該迴圈狀的磁場區域LMR相向之位置。如此一來，便能將欲電漿化之原料氣體，直接供給至迴圈狀的磁場區域LMR。

電源100是經由同軸纜線101，將200MHz以上的高頻電力透過整合器70及供電部60而供給至電極10。本實施形態中，係供給200MHz的高頻電力。供電部60具有：與整合器70電性連接之受電桿66；及與受電桿66電性連接之導電板62；及與導電板62電性連接之供電桿68；及相位調整板64。如圖6所示，導電板62，其中央部與受電桿66連接，且具有從中央部朝八方向分歧之第1及第2分歧部62a、62b。在各第1及第2分歧部62a、62b的先端部，分別連接供電桿68的一端。供電桿68的另一端，與電極10的背面10b電性連接。受電桿66 及導電板62例如是由銅合金所形成，供電桿68例如是由鋁合金所形成。四個第1分歧部62a具有電性相等之長度，而四個第2分歧部62a具有電性相等之長度，且比第1分歧部62a還短。相位調整板64例如是由石英等介電體所形成，設於四個第2分歧部62a上。相位調整板64設置之目的為，調整供給至第2分歧部62b的高頻電力之相位，以便對設置於八處的供電桿68供給同相位之高頻電力。

裝置1中，當200MHz的高頻電力透過整合 器70及供電部60供給至電極10，那麼在電極10的主面10a附近，電漿會被激發。由於在主面10a附近的電漿激發區域，特別是噴氣板20上，會形成迴圈狀的磁場區域LMR，故被激發的電漿，會因為迴圈狀的磁場區域LMR而被閉鎖在噴氣板20的表面附近，沿著迴圈移動。而從噴氣板20的氣體供給孔21供給之原料氣體會被電漿化。 此時，將迴圈狀的磁場區域LMR的水平磁場強度設計成3000高斯以上，藉此，電漿會強力地纏繞於磁力線，電漿閉鎖效果會提升而電漿密度提高。其結果可得知，能夠將被閉鎖於磁場區域LMR的電漿的電子溫度，降低至實質上在電極10、配置於其周邊之構件、處理腔室200的內壁面不會發生濺鍍的程度。如此一來可知，被濺鍍之材料便不會附著於受到電漿處理的基板W上，而能夠改善成膜品質。

此外，本實施形態中，如上述般，平台220 上的基板W，是以旋轉軸線C為中心而可旋轉。此時，如圖3A所示，如果使圓盤狀的基板W的中心相對於旋轉軸線C例如偏心10mm左右而旋轉，那麼圓盤狀的基板W便會在圓MW的區域內移動。如此一來，即使磁場區域LMR成為縱長的迴圈狀，仍能確保基板W上形成的膜的均一性。

上述實施形態中，係說明將磁場形成機構50 的磁鐵56、58配置成梯子狀之情形，但本發明並不限定於此。凡是能夠形成3000高斯以上的強磁場，則可採用任意構成。舉例來說，如圖3B所示，亦可採用如下構成：將圓柱狀的磁鐵56A及環狀的磁鐵56B、56C同心配置，以作為第1固定磁鐵；將環狀的磁鐵58A及58B配置於磁鐵56A與磁鐵56B與磁鐵56C之間，以作為第2固定磁鐵。此外，亦可如圖3C所示，將作為第1固定磁鐵的磁鐵156(156a、156b)、與作為第2固定磁鐵的磁鐵158，藉由氧化鋁等絕緣體59(59a、59b)加以分離。 具體而言，是在複數個磁鐵156a之間、磁鐵156a與156b之間、以及複數個磁鐵158之間，插入絕緣體59a、59b。

上述實施形態中，係示例以電漿CVD作為電 漿處理，但本發明並不限定於此，亦可運用於電漿蝕刻等其他電漿處理。

上述實施形態中，係說明將本發明之電漿產 生裝置用於電漿處理之情形，但本發明並不限定於此，凡 是需要電子溫度低至不會濺鍍電極等的程度且產生高密度電漿之狀況，均能應用。

以上已參照所附圖面詳細說明本發明之實施形態，但本發明並不受該例所限定。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在申請專利範圍記載之技術思想範疇內，自可思及各種變更例或修正例，應理解它們當然亦屬於本發明之技術範圍。

1‧‧‧電漿處理裝置

10‧‧‧電極

10a‧‧‧主面

50‧‧‧磁場形成機構

52‧‧‧軛

53‧‧‧導電性罩

56‧‧‧磁鐵(第1固定磁鐵)

58‧‧‧磁鐵(第2固定磁鐵)

60‧‧‧供電部

62‧‧‧導電板

64‧‧‧相位調整板

66‧‧‧受電桿

68‧‧‧供電桿

70‧‧‧整合器

80‧‧‧保持構件

82、84‧‧‧O型環

100‧‧‧電源

101‧‧‧同軸纜線

200‧‧‧處理腔室

201‧‧‧密閉空間

202‧‧‧上蓋

205‧‧‧排氣口

220‧‧‧平台

W‧‧‧基板

Claims (4)

1. 一種電漿產生裝置，其特徵為，具備：電漿形成用的電極，具有主面及與該主面相對之背面；高頻供給部，將頻率200MHz以上的高頻電力供給至前述電漿形成用的電極；及磁場形成機構，設於前述電極的背面側，包含N極與前述背面相向配置之第1固定磁鐵，和S極與前述背面相向配置之第2固定磁鐵，利用從前述第1固定磁鐵的N極伸出而通過前述電極而進入前述第2固定磁鐵的S極之磁力線，來形成迴圈狀的磁場區域，用以將被激發之電漿閉鎖於前述主面附近；前述磁場形成機構所形成之迴圈狀的磁場區域，在與前述主面平行之方向具有3000高斯以上的強磁場。
2. 一種電漿處理裝置，係利用申請專利範圍第1項之電漿產生裝置，對與前述電極的主面相向而配置之被處理體做電漿處理之電漿處理裝置，其特徵為：前述電極，在與前述迴圈狀的磁場區域相對應之區域，具備原料氣體供給部，該原料氣體供給部是用來將欲電漿化之原料氣體供給至前述迴圈狀的磁場區域。
3. 一種電漿產生方法，其特徵為：對於具有主面及與該主面相對之背面的電漿形成用的電極，供給頻率200MHz以上的高頻電力，利用設於前述電極的背面側，包含N極與前述背面相 向配置之第1固定磁鐵，和S極與前述背面相向配置之第2固定磁鐵的磁場形成機構，利用從前述第1固定磁鐵的N極伸出而穿透前述電極而進入前述第2固定磁鐵的S極之磁力線，來形成迴圈狀的磁場區域，用以將被激發之電漿閉鎖於前述主面附近；將前述迴圈狀的磁場區域形成為，前述迴圈狀的磁場區域，在與前述主面平行之方向具有3000高斯以上的強磁場。
4. 一種電漿處理方法，係利用申請專利範圍第3項之電漿產生方法，對與前述電極的主面相向而配置之被處理體做電漿處理之電漿處理方法，其特徵為：從設置於前述電極的與前述迴圈狀的磁場區域相對應之區域之原料氣體供給部，將欲電漿化之原料氣體供給至前述迴圈狀的磁場區域。