TW201535465A - 介電體窗、天線、以及電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種介電體窗、天線以及電漿處理裝置，可改善電漿之面內均勻性。 於介電體窗16之一面側配置狹縫板20。於介電體窗16之另一面具備有：被環狀之第1凹部147所包圍之平坦面、以及在第1凹部147之底面所形成之複數第2凹部153(153a~153g)。本發明之天線具備有：介電體窗16、以及設置於介電體窗16之一面的狹縫板20，此可適用於電漿處理裝置。

Description

介電體窗、天線、以及電漿處理裝置
本發明之態樣係關於一種介電體窗、天線、以及電漿處理裝置。
以往之電漿處理裝置例如記載於專利文獻1。此電漿處理裝置係使用輻線狹縫天線之蝕刻裝置。天線具備有狹縫板與介電體窗，一旦對天線照射微波，則會產生電漿。
先前技術文獻
專利文獻1 日本特開2007-311668號公報
但是，所產生之電漿的面內均勻性有改良空間。本發明係鑑於如此之課題所得者，其目的在於提供一種可改善電漿面內均勻性之介電體窗、天線、以及電漿處理裝置。
為了解決上述課題，本發明之態樣之介電體窗，於一面側配置狹縫板；該介電體窗之另一面具備有：平坦面，為環狀的第1凹部所包圍；以及複數第2凹部，形成於該第1凹部之底面。
依據此構成，可藉由對天線照射微波來產生面內均勻性高的電漿。其理由在於，雖介電體窗之中央附近有電漿密度變高之傾向，但藉由在接近周邊之第1凹部的位置設置第2凹部153，則周邊電漿密度相對於中心附近可被增加，而可使得面內電漿密度均勻化。
此外，本發明之態樣之天線具備有上述介電體窗、以及設置於介電體窗之前述一面的前述狹縫板。
此外，較佳為：該狹縫板具有複數之狹縫對，而狹縫對係由2個狹縫所構成；該複數狹縫對係以該狹縫板之重心位置為中心而配置為同心圓狀；各狹縫對所設位置係不會和從該狹縫板之重心位置往各狹縫對延伸之軸線產生重疊。
微波朝狹縫板之重心位置入射而以放射狀輻射。當各狹縫對所配置之位置會和從狹縫板之重心位置往各狹縫對延伸之軸線產生重疊之位置處的情況下、亦即從狹縫板之重心位置往徑向外側觀看各狹縫對成為重疊之情況，由於最初從接近重心位置之狹縫對來釋放微波，故配置在從重心位置往該狹縫對延伸之軸線上的其他狹縫對會傳輸電場強度弱的微波。因此，會從其他狹縫對釋放電場強度弱的微波。另一方面，上述天線，以同心圓狀配置之各狹縫對所設置之位置係從狹縫板之重心位置往各狹縫對延伸之軸線不會重疊。亦即，藉由在從狹縫板之重心位置往該狹縫對延伸之軸線上不設置其他狹縫對，可排除微波放射效率相對於投入功率為低的狹縫對，相對地可提高投入功率對於其他狹縫對之分配。從而，可提高相對於投入功率之放射電場強度，可改善電漿安定性。
此外，較佳為狹縫板具有：第1狹縫群，相對於該狹縫板之重心位置位於第1距離；第2狹縫群，相對於該狹縫板之重心位置位於第2距離；第3狹縫群，相對於該狹縫板之重心位置位於第3距離；以及第4狹縫群，相對於該狹縫板之重心位置位於第4距離；滿足第1距離<第2距離<第3距離<第4距離之關係；該第1狹縫群之狹縫與該第2狹縫群之狹縫相互成組而形成複數狹縫對，且該第3狹縫群之狹縫與該第4狹縫群之狹縫相互成組而形成複數狹縫對；該第2狹縫群之狹縫位於從該狹縫板之重心位置往該第1狹縫群之狹縫延伸之第1軸線上；該第4狹縫群之狹縫位於從該狹縫板之重心位置往該第3狹縫群之狹縫延伸之第2軸線上；以該第1軸線與該第2軸線不致重疊的方式來配置各狹縫。
以此方式構成之情況，由於可排除微波放射效率相對於投入功率為低的狹縫，相對地可提高投入功率對於其他狹縫之分配。從而，可提高相對於投入功率之放射電場強度，改善電漿安定性。
此外，較佳為：從和該狹縫板之主表面為垂直方向來觀看之情況，被該第1凹部所包圍之平坦面係重疊位於該第1狹縫群處，該第2凹部係重 疊位於該第3狹縫群之狹縫或是該第4狹縫群之狹縫之至少一者。
亦即，藉由使得外側狹縫群(第3或是第4狹縫群)重疊於複數第2凹部，可產生安定之電漿。其理由在於，由於電漿可確實固定於第2凹部，故電漿之擺動變少，電漿對於各種條件變化之面內變動也變少之故。
此外，較佳為：該第1狹縫群之狹縫數與該第2狹縫群之狹縫數為同一數N1，該第3狹縫群之狹縫數與該第4狹縫群之狹縫數為同一數N2，N2為N1之整數倍。以此方式構成之情況，可產生面內對稱性高的電漿。
此外，較佳為：該第1狹縫群之狹縫寬度與該第2狹縫群之狹縫寬度相同；該第3狹縫群之狹縫寬度與該第4狹縫群之狹縫寬度相同；該第1狹縫群之狹縫寬度與該第2狹縫群之狹縫寬度大於該第3狹縫群之狹縫寬度以及該第4狹縫群之狹縫寬度。
以此方式構成之情況，可將和狹縫板之重心位置接近之第1狹縫群以及第2狹縫群之放射電場強度調整為較和狹縫板之重心位置遠離之第3狹縫群以及第4狹縫群之放射電場強度來得弱。由於微波經傳輸而衰減，故藉由採用上述構成，則微波之放射電場強度於面內均勻化，可產生面內均勻性高的電漿。
較佳為：從該狹縫板之重心位置朝成為對象之狹縫而延伸之徑與此狹縫之長邊方向所成角度在第1至第4狹縫群中個別的狹縫群都相同；位於從該狹縫板之重心位置延伸之相同徑上的第1狹縫群之狹縫與第2狹縫群之狹縫係延伸於不同方向；位於從該狹縫板之重心位置延伸之相同徑上的第3狹縫群之狹縫與第4狹縫群之狹縫係延伸於不同方向。
以此方式構成之情況，由於構成狹縫對的2個狹縫所造成之反射相抵消，可提高微波之放射電場強度之均勻性。
該第2凹部之平面形狀亦可為圓形。當面形狀為圓形之情況，由於相對於中心之形狀的等價性高，可產生安定之電漿。
本發明之態樣之電漿處理裝置具備：上述天線；處理容器，內部具有該天線；台，設置於該處理容器之內部，和該介電體窗之另一面呈對向，載放受處理之基板；以及微波產生器，對該天線供給微波。
此電漿處理裝置由於和上述天線同樣地可產生面內均勻性高的電漿，而可對於處理對象之基板在面內進行均勻的處理。
此外，本發明之天線具備有：上述介電體窗；以及該狹縫板，係設置於該介電體窗之該一面；該狹縫板具備有：內側狹縫群，係以包圍內周的方式來配置；以及外側狹縫群，係以包圍外周的方式來配置；該外側狹縫群係位於和該第2凹部重疊之位置以及和該第2凹部不重疊之位置雙方。
此外，此天線中，內側狹縫群之個別狹縫之寬度為6mm±6mm×20%。於此等情況下，可提高電漿之安定性與失火回避性能。
使用具備本發明之介電體窗的天線，可提高電漿處理裝置中電漿之面內均勻性。
1‧‧‧電漿處理裝置
2‧‧‧處理容器
3‧‧‧台
16‧‧‧介電體窗
20‧‧‧狹縫板
35‧‧‧微波產生器
58‧‧‧中央導入口
62‧‧‧周邊導入口
147‧‧‧第1凹部
153‧‧‧第2凹部
W‧‧‧晶圓(基板)
圖1係電漿處理裝置之概略圖。
圖2係實施形態之介電體窗之立體圖(A)以及縱截面圖(B)。
圖3係比較例之介電體窗之立體圖(A)以及縱截面圖(B)。
圖4係介電體窗上所設狹縫板之俯視圖。
圖5係用以說明第2凹部與狹縫之關係之圖。
圖6係介電體窗上所設其他狹縫板之俯視圖。
圖7係顯示對應於壓力與功率而有無電漿安定性之圖表(圖7(A)為圖4之實施例，圖7(B)為圖6之實施例)。
圖8係顯示對應於壓力與功率而是否成為不著火狀態之圖表(圖8(A)為圖4之實施例，圖8(B)為圖6之實施例)。
以下，針對實施形態之介電體窗、天線、以及電漿處理裝置來說明。同一要素係使用同一符號而省略重複說明。
圖1為電漿處理裝置之概略圖。
電漿處理裝置1具備圓筒形狀之處理容器2。處理容器2之天花板部被由介電體所構成之介電體窗16(頂板)所阻塞處理。容器2係例如由鋁所構成，成為電性接地。處理容器2之內壁面係由氧化鋁等絕緣性保護膜所被覆。
於處理容器2之底部中央設置有用以載置作為基板之半導體晶圓(以下成為晶圓)之台3。晶圓W被保持於台3之上面。台3係由例如氧化鋁、氮化氧化鋁等陶瓷材所構成。台3之內部埋設有和電源連接之加熱器(未圖示)，可將晶圓W加熱至既定溫度。
於台3之上面設有將載置於台3之晶圓W加以靜電吸附之靜電夾CK。靜電夾CK經由匹配器而連接可施加偏壓用直流或是高頻電力(RF功率)之偏壓用電源。
於處理容器2之底部設有排氣管，可從相對於載置於台3之晶圓W表面位於下方之排氣口來對處理氣體進行排氣，於排氣管連接著真空泵等排氣裝置10。處理容器2內之壓力藉由排氣裝置10而被調節為既定壓力。
於處理容器2之天花板部係經由用以確保氣密性之O型環等密封件而設有介電體窗16。介電體窗16係由例如石英、氧化鋁(Al2O3)、或是氮化鋁(AlN)等介電體所構成，對微波具有穿透性。
介電體窗16之上面設有圓板形狀之狹縫板20。狹縫板20係由具導電性之材質例如以Ag、Au等鍍敷或塗佈之銅所構成。狹縫板20有例如複數T字形狀或L字形狀的狹縫以同心圓狀配置排列著。
狹縫板20之上面配置有用以壓縮微波波長之介電體板25。介電體板25係由例如石英(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、或是氮化鋁(AlN)等介電體所構成。介電體板25係以導電性蓋體26來被覆。於蓋體26設有圓環狀熱媒流路，藉由流經此熱媒流路之熱媒將蓋體26以及介電體板25調節為既定溫度。以2.45GHz波長之微波為例，則真空中之波長為約12cm，於氧化鋁製之介電體窗16中的波長則為約3~4cm。
於蓋體26之中央連接著傳遞微波之同軸導波管(未圖示)，同軸導波管由內側導體與外側導體所構成，內側導體係貫通介電體板25之中央而連接於狹縫板20之中央。此同軸導波管經由模式轉換器以及矩形導波管而連接微波產生器35。微波除了2.45GHz以外也可使用860MHz、915MHz、8.35GHz等微波。
微波產生器35所產生之微波MW係經由作為微波導入路徑之矩形導波管、模式轉換器、同軸導波管而傳遞於介電體板25。傳遞於介電體板25之微波MW從狹縫板20之多數狹縫經由介電體窗16而供給於處理容器2內。 藉由微波於介電體窗16之下方形成電場，使得處理容器2內之處理氣體被電漿化。亦即，若從微波產生器35對天線供給微波MW則會產生電漿。
連接於狹縫板20之上述內側導體之下端形成為圓錐台形狀，使得微波高效率、無損失地從同軸導波管傳遞至介電體板25以及狹縫板20。
由輻線狹縫天線所生成之微波電漿之特徴在於：在介電體窗16正下方區域PSM(電漿激發區域)所生成之電子溫度相對高的能量電漿如大箭頭所示往下方擴散，在晶圓W正上方區域(擴散電漿區域)成為約1~2eV程度之電子溫度低的電漿。亦即，有別於平行平板等之電漿，特徵在於電漿電子溫度之分布係以相對於介電體窗16之距離的函數來明確發生。更詳細來說，於介電體窗16正下方區域之數eV~約10eV的電子溫度到晶圓W正上方區域則衰減為約1~2eV程度。由於晶圓W處理係於電漿電子溫度低的區域(擴散電漿區域)來進行，故不會對晶圓W造成凹處(recess)等大的損傷。若對於電漿電子溫度高的區域(電漿激發區域)供給處理氣體，則處理氣體容易被激發而解離。另一方面，若對於電漿電子溫度低的區域(電漿擴散區域)供給處理氣體，則相較於供給於電漿激發區域附近的情況，解離程度受到抑制。
於處理容器2之天花板部的介電體窗16中央設置有對晶圓W中心部導入處理氣體之中央導入部55(參見圖2(B))，此中央導入部連接於處理氣體之供給通路。處理氣體之供給通路為上述同軸導波管之內側導體內的供給通路。
此中央導入部具備有：圓柱形狀之塊體(未圖示)，係嵌入在介電體窗16之中央所設圓筒形狀之空間部143(參見圖2(B))；以及，圓錐狀之空間部143a(參見圖2(B))，前端部具有氣體噴出用開口之圓柱狀空間係呈連續。此塊體係由例如鋁等導電性材料所構成，處於電性接地。鋁製塊體能以陽極氧化被膜氧化鋁(Al2O3)、氧化釔(Y2O3)等來塗佈。塊體形成有朝上下方向貫通之複數中央導入口58，於塊體上面與同軸導波管之內側導體下面之間具有間隙(氣體儲留部)。此中央導入口58之平面形狀係考量必要之傳導等而形成為正圓或是長孔。
此外，空間部143a之形狀不限於圓錐狀，亦可單為圓柱形狀。
對於上述塊體上之氣體儲留部所供給之處理氣體在氣體儲留部內擴散後，從設置於塊體之複數中央導入口朝下方且為晶圓W中心部做噴射。
於處理容器2之內部係以包圍晶圓W上方周邊的方式配置有對晶圓W之周邊部供給處理氣體之環形狀的周邊導入部。周邊導入部相對於天花板部處所配置之中央導入口58配置於下方、且相對於載置在台3之晶圓W配置於上方。周邊導入部乃中空管做成環狀者，於其內周側在圓周方向上以一定間隔設置有複數周邊導入口62。周邊導入口62朝周邊導入部之中心噴射處理氣體。周邊導入部例如由石英所構成。於處理容器2之側面貫通有不鏽鋼製之供給通路，此供給通路係連接於周邊導入部之周邊導入口62。從供給通路對周邊導入部所供給之處理氣體係從複數周邊導入口62往周邊導入部之內側來噴射。從複數周邊導入口62所噴射之處理氣體供給至晶圓W之周邊上部。此外，亦可取代設置環形狀之周邊導入部，改為在處理容器2之內側面形成複數周邊導入口62。
對於上述中央導入口58以及周邊導入口62係從氣體供給源100供給處理氣體。氣體供給源100係由共通氣體源以及添加氣體源所構成，因應於電漿蝕刻處理、電漿CVD處理等各種處理來供給處理氣體。只要將來自複數氣體源之氣體的流量以設置在個別供給通路的流量控制閥進行控制並混合，即可作成所需處理氣體。此等流量控制閥可藉由控制裝置CONT來控制。此外，控制裝置CONT也控制微波產生器35之啟動、晶圓W之加熱、排氣裝置10之排氣處理等。
來自共通氣體源以及添加氣體源之處理氣體係以符合目的之適當比率做混合，而被供給至個別中央導入口58以及周邊導入口62。
例如，共通氣體源所用氣體可使用稀有氣體(Ar等)，但亦可使用其他添加氣體。此外，當蝕刻多晶矽等矽系膜時在添加氣體方面係供給Ar氣體、HBr氣體(或是Cl2氣體)、O2氣體，當蝕刻SiO2等氧化膜之時在添加氣體方面係供給Ar氣體、CHF系氣體、CF系氣體、O2氣體，當蝕刻SiN等氮化膜之時在添加氣體方面係供給Ar氣體、CF系氣體、CHF系氣體、O2氣體。
此外，CHF系氣體可舉出CH3(CH2)3CH2F、CH3(CH2)4CH2F、CH3(CH2)7CH2F、CHCH3F2、CHF3、CH3F以及CH2F2等。
CF系氣體可舉出C(CF3)4、C(C2F5)4、C4F8、C2F2、以及C5F8等，但從得到適合於蝕刻之解離源之觀點以C5F8為佳。
中央導入口58被供給中央導入氣體Gc，周邊導入口62被供給周邊導入氣體Gp。此裝置中，由於可對於供給至晶圓W中心部分的中央導入氣體Gc、供給至周邊部分之周邊導入氣體Gp之各種氣體的分壓、氣體種類本身進行變化，而可將電漿處理之特性做多樣變化。此裝置中，可利用共通氣體源與添加氣體源供給相同種類之氣體，亦可利用共通氣體源與添加氣體源供給不同種類之氣體。
為了抑制蝕刻氣體之解離，也可從共通氣體源供給電漿激發用氣體，從添加氣體源供給蝕刻氣體。例如，當蝕刻矽系膜之時，從共通氣體源僅供給作為電漿激發用氣體之Ar氣體，而從添加氣體源僅供給作為蝕刻氣體之HBr氣體、O2氣體等。共通氣體源可進而供給O2、SF6等潔淨氣體以及其他共通氣體。
上述氣體含有所謂的負性氣體。所謂負性氣體意指在電子能量為10eV以下具有電子附著截面積之氣體。例如，可舉出HBr、SF6等。
此處，基於均勻電漿生成、面內均勻之晶圓W處理的目的，而利用流量分流器來調節共通氣體之分歧比率，調整來自中央導入口58以及周邊導入口62之氣體導入量的技術稱為RDC(Radical Distribution Control)。RDC係以來自中央導入口58之氣體導入量、來自周邊導入口62之氣體導入量的比所表示。當從中央導入口58以及周邊導入口62供給至腔室內部之氣體種類為共通之情況為一般的RDC。最適RDC值係由蝕刻對象之膜種類、各種條件來實驗決定。
蝕刻處理中，隨著蝕刻而生成副產物(蝕刻後之殘渣、沉積物)。是以，為了改善處理容器2內之氣流、促進副產物往處理容器外排出，乃檢討了使得從中央導入口58之氣體導入與從周邊導入口62之氣體導入交互進行。此可藉由以時間性切換RDC值的方式來實現。例如，使得對晶圓W中心部分導入大量氣體之步驟與對周邊部導入大量氣體之步驟以既定周期來反覆而調整氣流藉以從處理容器2清出副產物，藉此達成均勻的蝕刻速率。
此外，圖1所示電漿處理裝置，在使用狹縫板之裝置方面為一般者，可為各種態樣。如此之狹縫板20係和介電體窗16共同構成天線。針對構成天線之介電體窗16來說明。
圖2為實施形態之介電體窗之立體圖(A)以及縱截面圖(B)。此外，圖2(A)中係以可看見凹部構造的方式顛倒上下來顯示介電體窗。
介電體窗16為略圓板狀而具有既定板厚。介電體窗16係以介電體所構成，在介電體窗16之具體材質方面可舉出石英、氧化鋁等。於介電體窗16之上面159上設有狹縫板20。
於介電體窗16之徑向中央設置有往板厚方向、亦即紙面上下方向貫通之貫通孔。貫通孔當中，下側區域成為中央導入部55之氣體供給口，上側區域成為配置中央導入部55之塊體的凹部143。此外，介電體窗16之徑向的中心軸144a係以圖2(B)中的一點鏈線來表示。
介電體窗16當中於設置於電漿處理裝置之際成為生成電漿側的下側之平坦面146之徑向外側區域設有環狀之第1凹部147，其為環狀相連而朝介電體窗16之板厚方向內方側凹陷為圓錐狀。平坦面146設置於介電體窗16之徑向中央區域處。於第1凹部147之底面149處，圓形之第2凹部153(153a~153g)係沿著圓周方向以等間隔形成。環狀之第1凹部147構成上包括：內側圓錐面148，係從平坦面146之外徑區域往外徑側形成為圓錐狀，具體而言，相對於平坦面146成為傾斜；平坦的底面149，從內側圓錐面148往外徑側在徑向上為平直，亦即，相對於平坦面146以平行延伸；以及外側圓錐面150，係從底面149往外徑側形成為圓錐狀，具體而言，相對於底面149成為傾斜延伸。
關於圓錐角度、亦即例如以內側圓錐面相對於底面149之延伸方向所規定之角度、以外側圓錐面150相對於底面149之延伸方向所規定之角度被任意決定，此實施形態中，於圓周方向之任一位置均以相同方式構成。內側圓錐面148、底面149、外側圓錐面150係以個別平滑曲面來相連而形成。此外，外側圓錐面150之外徑區域設置為朝外徑側於徑向上平直，亦即，和平坦面146為平行延伸之外周平面152。
此外周平面152成為介電體窗16之支撐面，而可阻塞處理容器2之開口端面。亦即，介電體窗16係以外周平面152被載置於圓筒形狀之處理容 器2上部側開口端面上的方式安裝於處理容器2。
藉由環狀之第1凹部147，於介電體窗16之徑向外側區域形成使得介電體窗16之厚度連續性變化之區域，而可形成所具有之介電體窗16之厚度適合於生成電漿之各種程序條件之共振區域。如此一來，可因應於各種程序條件而確保徑向外側區域之電漿的高安定性。
此處，於介電體窗16當中之環狀的第1凹部147底面設置有朝板厚方向內方側凹陷之第2凹部153(153a~153g)。第2凹部153之平面形狀為圓形，內側側面構成圓筒面，底面為平坦。由於圓形為具有無限邊角部之多角形，故第2凹部153之平面形狀也可成為具有有限邊角部之多角形，於微波導入時被認為會於凹部內產生電漿，但當平面形狀為圓形之情況，由於相對於中心之形狀等價性高，故可產生安定電漿。
第2凹部153於此實施形態中合計設置7個，此與外側狹縫對(參見圖4)的數量相同。7個第2凹部153a、153b、153c、153d、153e、153f、153g的形狀分別相等。亦即，第2凹部153a~153g之凹陷方式及其大小、孔徑等分別等同地構成。7個第2凹部153a~153g係以介電體窗16之徑向重心(圖2(B)的中心軸144a之位置)為中心而具有旋轉對稱性的方式分別保有間隔而配置著。關於圓孔狀的7個第2凹部153a~153g之個別重心(定為G2)，當從介電體窗16之板厚方向觀看之情況，係位於以介電體窗16之徑向中心(中心軸144a)為中心之圓上。亦即，當介電體窗16以徑向中心(中心軸144a)為中心在XY平面內旋轉51.42度(=360度/7)之情況，會和旋轉前成為相同形狀。
通過此各第2凹部153之全部重心的圓之直徑在此實施形態為約143mm，第2凹部153之直徑為50mm，以第1凹部147之底面為基準之第2凹部153之深度為10mm。此外，以第1凹部147之平坦面146為基準之深度L3係被適切設定，此實施形態中為32mm。
第2凹部153之直徑、以及從第2凹部153之底面至介電體窗163之上面為止的距離被設定為例如導入於此之微波波長λg的4分之1。此外，此實施形態中，介電體窗16之直徑為約460mm。此外，上述數值雖可容許±10%之變更，本裝置之動作條件不限定於此，只要是電漿被封入凹部內則可做為裝置發揮機能。
介電體窗16之中央附近有電漿密度變高之傾向，但本實施形態中，由於在靠近周邊之位置設有第2凹部153，而可使得周邊之電漿密度較中心附近來得增加，而可使得面內之電漿密度均勻化。
藉此第2凹部153a~153g，可使得微波電場集中於該凹部內，可於介電體窗16之徑向周邊區域進行強固的模式固定。於此情況，即便程序條件有各種變更，仍可確保徑向周邊區域之強固的模式固定之區域，可產生安定、均勻的電漿，可提高基板處理量之面內均勻性。尤其，由於第2凹部153a~153g具有旋轉對稱性，而可於介電體窗16之徑向內側區域確保強固的模式固定之高軸對稱性，所生成之電漿也具有高軸對稱性。
以上，具有如此構成之介電體窗16具有寬廣的程序邊限，所生成之電漿具有高軸對稱性。
圖3係比較例之介電體窗之立體圖(A)以及縱截面圖(B)。
比較例之介電體窗16係將圖2所示介電體窗16之第2凹部153之位置移動到中央之平坦面146上。其他構造則和圖2所示者相同。
比較例之情況，介電體窗16(圖3)之中央附近的電漿強度變高，電漿密度之面內均勻性不充分。
將實施形態之介電體窗(圖2)與比較例之介電體窗(圖3)分別組裝到電漿處理裝置，來進行氧化膜(SiO2)蝕刻。
此外，此實驗中，天線係使用個別之介電體窗與圖4之狹縫板所組合者處理容器內壓力定為20mTorr(2.6Pa)處理氣體使用Ar(流量：500sccm)、He(流量：500sccm)、C4F6(流量：20sccm)、O2(流量：3sccm)，此處理氣體之導入時之RDC值設為50(來自中央導入口58之氣體導入量設定為50%，來自周邊導入口62之氣體導入量設定為50%)，台3之溫度為50℃，對氧化膜進行蝕刻。此外，實施形態之介電體窗(圖2)與狹縫板20之位置關係係以第2凹部153(圖2)重疊於第3狹縫133’(圖4)或是第4狹縫134’(圖4)之至少一者的方式將之加以組合即可產生安定之電漿，而於此實驗則是以第2凹部153重疊於第3狹縫133’以及第4狹縫134’兩者的方式進行組合。
依據此實驗，實施形態中5次的實驗分別發生±1.9%、±2.0%、±1.8%、±1.6%之面內蝕刻量的差異((最大蝕刻量-最小蝕刻量)/(2×蝕刻量之平均值)×100)，相對於此，比較例則產生了±11.3%之差異。亦即，實施例僅產生 ±2%以下之蝕刻量之差異，相較於比較例可發揮極優異之效果。
圖4為介電體窗上所設狹縫板之俯視圖。
狹縫板20為薄板狀、圓板狀。狹縫板20之板厚方向的兩面分別為平坦。於狹縫板20設有往板厚方向貫通之複數狹縫。狹縫乃由於一方向上為長的第1狹縫133、在和第1狹縫133為正交的方向上為長的第2狹縫134相鄰成為一對的方式所形成。具體而言，相鄰的2個狹縫133、134成為一對，以成為中心部不連續之大致L字形的方式來配置構成。亦即，狹縫板20構成上具有狹縫對140，係由在一方向上延伸之第1狹縫133以及相對於一方向延伸於垂直方向上之第2狹縫134所構成。同樣地，由第3狹縫133’以及第4狹縫134’來構成狹縫140’。此外，關於狹縫對140、140’之一例係顯示於圖4中以虛線表示之區域。
狹縫對可大致區分為配置於內周側之內周側狹縫對群135、以及配置於外周側之外周側狹縫對群136。內周側狹縫對群135為設置在圖4中以一點鏈線表示之假想圓的內側區域處之7對的狹縫對140。外周側狹縫對群136為設置於圖4中以一點鏈線表示之假想圓的外側區域處之14對的狹縫對140’。如此般，狹縫對140,140’係以包圍狹縫板20之中心(重心位置)138(=介電體窗16之中心軸144a(參見圖2(B))的方式配置為同心圓狀。
此外，介電體窗16與狹縫板20係同軸配置著。
外周側狹縫對群136，14對的狹縫對140’係以在圓周方向上相鄰的2個狹縫對為一組，各組在圓周方向上等間隔配置著。藉由此構成，可在和設有圓形凹坑所構成之第2凹部的位置相對應之位置處，以和配置於外周側狹縫對群136處的14對狹縫對140’其中一狹縫相重複的方式來個別配置進行定位。
此外，外周側狹縫對群136從狹縫板20之徑向中心138往徑向外側觀看時，係以不致和內周側狹縫對群135成為重疊的方式受到配置。因此，外周側狹縫對群136係以2個狹縫對140’為一組，該組分別於圓周方向上以等間隔配置著。
此實施形態中，第1狹縫133之開口幅(亦即第1狹縫133當中，延伸於長邊方向之一側壁部130a與延伸於長邊方向之另一側壁部130b之間的長度W1係成為14mm。另一方面，圖4中以長度W2所示第1狹縫133之 長邊方向的長度、亦即第1狹縫133之長邊方向的一側端部130c與第1狹縫133之長邊方向的另一側端部130d之間的長度W2成為35mm。寬度W1、長度W2可容許±10%之變更，即便是此以外之範圍也可發揮裝置所需機能。關於第1狹縫133，短邊方向長度相對於長邊方向長度之比W1/W2為14/35=0.4。第1狹縫133之開口形狀與第2狹縫134之開口形狀相同。亦即，第2狹縫134係將第1狹縫133做90度旋轉者。此外，構成狹縫此一長孔之際，長度比W1/W2係成為未達1。
另一方面，第4狹縫134’之開口寬度W3形成為較第1狹縫133之開口寬度W1來得小。換言之，第1狹縫133之開口寬度W1形成為較第4狹縫134’之開口寬度W3來得大。此處，第4狹縫133’之開口寬度W3係以例如成為10mm的方式來構成。圖6中以長度W4表示之第4狹縫134’的長邊方向長度和第1狹縫133之長度W2相同。雖寬度W3、長度W4可容許±10%之變更，但即使是此以外之範圍也可做為裝置發揮機能。關於第4狹縫134’，短邊方向長度相對於長邊方向長度之比W3/W4係10/35=約0.29。第4狹縫134’之開口形狀與第3狹縫133’之開口形狀相同。亦即，第3狹縫133’係將第4狹縫134’做90度旋轉。此外，構成狹縫此一長孔之際，長度比W3/W4係成為未達1。
於狹縫板20之徑向中央也設有貫通孔137。此外，為使得狹縫板20之圓周方向上的定位變得容易，於外周側狹縫對群136之外徑側區域係以朝板厚方向貫通的方式設有基準孔139。亦即，以此基準孔139之位置作為記號，來進行狹縫板20相對於處理容器2、介電體窗16在圓周方向之定位。狹縫板20除了基準孔139以外，係以徑向中心138為中心而具有旋轉對稱性。
此外，若就狹縫板20之構造來詳細說明，則具備有：相對於狹縫板20之重心位置138位於第1距離K1(以圓K1表示)之第1狹縫群133、相對於重心位置138位於第2距離K2(以圓K2表示)之第2狹縫群134、相對於重心位置138位於第3距離K3(以圓K3表示)之第3狹縫群133’、以及相對於重心位置138位於第4距離K4(以圓K4表示)之第4狹縫群134’。
此處，滿足第1距離K1<第2距離K2<第3距離K3<第4距離K4之關係。從狹縫板之重心位置138朝成為對象之狹縫(133、134、133’、134’ 其中一者)延伸之軸線(第1軸線R1、第2軸線R2或是R3)與此狹縫之長邊方向所成角度在第1乃至第4狹縫群133、134、133’、134’中個別狹縫群均為相同。
位於從狹縫板20之重心位置138延伸之相同徑(第1軸線R1)上的第1狹縫群之狹縫133與第2狹縫群之狹縫134係於不同方向上延伸(本例中為正交著)，位於從狹縫板20之重心位置138延伸之相同徑(第2軸線R2或是R3)上之第3狹縫群之狹縫133’與第4狹縫群之狹縫134’於不同方向上延伸著(本例中為正交)。此處，軸線R1與軸線R2、或是軸線R1與軸線R3係以彼此不致成為重疊的方式來配置狹縫(133、134、133’、134’)。例如，軸線R1與軸線R2、或是軸線R1與軸線R3所成角度定為10°以上。依據此構成，由於可排除配置微波放射效率相對於投入功率為低的狹縫，相對地可提高投入功率相對於其他狹縫之分配。從而，可提高相對於投入功率之放射電場強度，改善電漿安定性。
第1狹縫群之狹縫133之數量與第2狹縫群之狹縫134之數量為同一數N1，第3狹縫群之狹縫133’之數量與第4狹縫群之狹縫134’之數量為同一數N2。此處，N2為N1之整數倍，可產生面內對稱性高的電漿。
如上述般，負性氣體由於在電子能量為10eV以下時具有電子附著截面積，故於電漿擴散區域有易於附著電子而負離子化之傾向。亦即，使用負性氣體之電漿處理會於電漿中同時存在作為負電荷之電子與負離子。從而，若以負性氣體來附著電子則會產生耗損，故為了保有電漿安定性，至少以填補該耗損的方式來增加生成之電子成為必要。因此，利用負性氣體之電漿處理中，相較於其他氣體被要求電場強度之提高。依據本實施形態之天線以及電漿處理裝置，由於可提高相對於投入功率之放射電場強度，故即便是使用負性氣體之情況，也可改善電漿安定性。尤其，於容易產生負離子之中壓(例如50mTorr(6.5Pa))~高壓中，可期待低損害之蝕刻程序等。
此外，依據本實施形態之天線以及電漿處理裝置，第1狹縫群以及第2狹縫群之狹縫寬度W1大於第3狹縫群以及第4狹縫群之狹縫寬度W3。關於狹縫之開口形狀，寬度愈寬則所導入之微波電場愈為降低。此外，狹縫之開口寬度愈窄則相對應地微波可愈強放射。從而，可使得接近狹縫板20之重心位置138處的第1狹縫群以及第2狹縫群之放射電場強度較遠離狹 縫板20之重心位置138處的第3狹縫群以及第4狹縫群之放射電場強度來得弱化。由於微波經傳輸而衰減，故藉由採用上述構成，則微波之放射電場強度可在面內均勻化，可產生面內均勻性高的電漿。
再者，依據本實施形態之天線以及電漿處理裝置，當從和狹縫板20之主表面成為垂直方向來觀看之情況，由於個別之第2凹部153之重心位置係重疊位於狹縫板20中個別的狹縫133內，而可產生均勻性高的電漿，可提高處理量之面內均勻性。如此之電漿處理裝置不限於蝕刻也可用於膜之沉積。
以上雖針對各種實施形態說明，但不限於上述實施形態可構成各種變形態樣。例如，上述實施形態中雖舉出狹縫對以同心圓方式配置為雙重圓環狀的例來說明，但亦可為配置為3重以上圓環狀之情況。
圖5係用以說明第2凹部與狹縫之關係的圖。
圖5(A)顯示將第2凹部153之重心G2之位置設定在選擇性導入來自狹縫133’之電場E的位置處之情況。藉由微波導入，電場E會產生在狹縫133’、134’之寬度方向。本例中，狹縫133’之重心位置G1與第2凹部153之重心G2一致，第2凹部153之重心位置G2重疊位於狹縫133’內。於此情況，由於電漿在第2凹部153被確實固定，故電漿之擺動變少，電漿對於各種條件變化之面內變動變少。尤其，由於第2凹部153之形成位置在第1凹部之底面，故於1個第2凹部153周圍之面的等價性高，電漿之固定程度變高。
另一方面，圖5(B)中顯示將第2凹部153之重心位置G2之位置設定於導入來自雙方狹縫133’、134’之電場E的位置處之情況。換言之，圖5(B)中顯示狹縫133’之重心位置G1與第2凹部153之重心G2為分離，第2凹部153之重心位置G2並未重疊位於狹縫133’內之情況。於此情況相較於圖5(A)之情況，微波變得難以進入凹部153內，從而電漿密度會降低。
此外，從和狹縫板20之主表面為垂直方向觀看之情況，被包圍於第1凹部147之平坦面146(參見圖2)係重疊位於第1狹縫群133(參見圖4)。
此外，第2凹部153係重疊位於第3狹縫群133’之狹縫或是第4狹縫群134’之狹縫。亦即，因外側狹縫群(第3或是第4狹縫群)重疊於複數第2凹部153，而可產生安定之電漿。其理由在於，如上述般，由於電漿確實固 定於第2凹部153，故電漿之擺動變少，對於各種條件變化之電漿面內變動變少。
如以上所說明般，於上述介電體窗16之一方面側配置狹縫板20。介電體窗16之另一面具備有被環狀第1凹部147所包圍之平坦面146、以及於第1凹部147之底面所形成之複數第2凹部153(153a~153g)。上述天線具備有：介電體窗16、以及在介電體窗16之一面所設之狹縫板20，此可適用於電漿處理裝置。
上述電漿處理裝置具備有：上述天線、內部具有天線之處理容器、台(設置於處理容器之內部，對向於介電體窗之另一面，可載放受處理之基板)、以及對天線供給微波之微波產生器。依據此電漿處理裝置，可改善電漿之面內均勻性。
此外，上述狹縫板也可使用其他者。
圖6係介電體窗上所設之其他狹縫板之俯視圖。
同圖所示狹縫板相較於圖4所示者有以下(1)、(2)之差異，其他構成則相同。
亦即，(1)內側狹縫133、134之寬度W1較圖4所示者變得更窄，而滿足W1=W3或是W1<W3。如此般，藉由將內側狹縫133、134之寬度變窄，至少可期待電漿模式之安定。此外，外側狹縫133’、134’之寬度也設定為相同程度。藉由將狹縫之寬度變窄、尤其將內側狹縫133、134之寬度W1變窄，可期待電漿模式之安定。其理由在於，若狹縫寬度變窄則該狹縫所形成之駐波的最大電場強度有變強之傾向。若電場強度變強意涵著該部分之電漿生成機率變高，而該部位之電漿生成機率變高會關連到結果上抑制其他的電漿生成，亦即變得不易產生模式之移位，亦即關連到電漿安定性之提高以及失火之抑制。其次，關於模式之數量，若決定性模式數量多則即便於該模式中也變得容易造成電場之強弱，依據電漿條件之不同，電漿生成位置變得難以限定而導致電漿不安定性。關於內側狹縫之數量少於外周狹縫之數量(亦即減少內側狹縫之寬度)一事，由於內側狹縫所致電漿生成將成為決定性因素而電漿生成部位也變少故有模式不易變換之傾向，而成為促進模式固定從而有助於安定性改善。雖以寬度W1=W3=6mm為佳，但即便包含20%的誤差而成為W1=W3=6mm±6mm×20%也可期待效果。 其理由在於，只要在此誤差範圍則利用該狹縫所形成之電場強度的最大值不易受到大幅影響之故。
此外，(2)將外側狹縫133’、134’之數量增加到一倍的28組，沿著圓周方向均等配置，外側狹縫133’、134’俯視上不僅與凹部153重疊，且位於形成有凹部之位置。藉此，即便是不存在凹部153之位置也可期待模式固定。
本形態中發現藉由共同使用此等(1)、(2)，可使得電漿安定、且可抑制電漿之失火。
圖7顯示使用圖4與圖6之狹縫板的情況下，電漿對應於壓力與功率有無安定性之圖表(圖7(A)為圖4之實施例，圖7(B)為圖6之實施例)。
圖4之實施例之構造中，內側狹縫之寬度W1定為14mm，外側狹縫之寬度W3定為10mm。圖6之實施例之構造中，內側狹縫之寬度W1定為6mm，外側狹縫之寬度W3也定為6mm。此外，對於電漿處理裝置之靜電夾所施加之RF功率為250W，對處理容器內之導入氣體為N2 300sccm、Cl2 100sccm，RDC值定為30%，基板溫度定為30℃，測量時間定為30秒。
於此情況，於圖7(A)之圖4之實施例中，當處理容器內之壓力(Pressure(mT))低、微波功率(MWPf(W))高的情況，觀察到電漿安定(OK)，除此以外之區域對電漿之目視觀察則時好時壞(NG)。此外，1mT(毫托)為133mPa。
另一方面，圖7(B)之圖6之實施例中，在壓力10mT~200mT、功率700~3000W之全部範圍內可觀察到電漿安定(OK)。
圖8係顯示使用圖6之狹縫板的情況下，對應於壓力與功率能否成為不著火狀態之圖表(圖8(A)為圖4之實施例，圖8(B)為圖6之實施例)。實驗條件和圖7之情況相同。
於此情況，圖8(A)之圖4之實施例中，不論是處理容器內之壓力(Pressure(mT))低而微波功率(MWPf(W))也低的情況、或是壓力(Pressure(mT))高且微波功率(MWPf(W))也高的情況，均有發生失火的情況(NG)。除此以外之範圍則未觀察到電漿的失火(OK)。
另一方面，圖8(B)之圖6之實施例中，於壓力10mT~200mT、功率700~3000W之全部範圍內均未觀察到電漿的失火(OK)。
如以上所說明，電漿之安定性與失火回避性能都是圖6之實施例的構造來得高，但圖4之實施例的構造仍舊可改善電漿之面內均勻性。
上述天線具備介電體窗、設置於介電體窗之一面的狹縫板，上述狹縫板具備有以包圍內周的方式來配置之內側狹縫群133、134以及以包圍外周的方式來配置之外側狹縫群，外側狹縫群133’、134’位於和第2凹部153相重疊的位置以及和第2凹部153不重疊的位置雙方。藉此，可提高電漿安定性與失火回避性能。
16‧‧‧介電體窗
55‧‧‧中央導入部
143,143a‧‧‧空間部
144a‧‧‧中心軸
146‧‧‧平坦面
147‧‧‧第1凹部
148‧‧‧內側圓錐面
149‧‧‧底面
150‧‧‧外側圓錐面
152‧‧‧外周平面
153(153a~153g)‧‧‧第2凹部
159‧‧‧上面

Claims (12)

  1. 一種介電體窗，於一面側配置狹縫板；該介電體窗之另一面具備有：平坦面，為環狀的第1凹部所包圍；以及複數第2凹部，形成於該第1凹部之底面。
  2. 一種天線，具備有：如申請專利範圍第1項之介電體窗；以及該狹縫板，係設置於該介電體窗之該一面。
  3. 如申請專利範圍第2項之天線，其中該狹縫板具有複數之狹縫對，而狹縫對係由2個狹縫所構成；該複數狹縫對係以該狹縫板之重心位置為中心而配置為同心圓狀；各狹縫對所設位置係不會和從該狹縫板之重心位置往各狹縫對延伸之軸線產生重疊。
  4. 如申請專利範圍第3項之天線，其中該狹縫板具有：第1狹縫群，相對於該狹縫板之重心位置位於第1距離；第2狹縫群，相對於該狹縫板之重心位置位於第2距離；第3狹縫群，相對於該狹縫板之重心位置位於第3距離；以及第4狹縫群，相對於該狹縫板之重心位置位於第4距離；滿足第1距離<第2距離<第3距離<第4距離之關係；該第1狹縫群之狹縫與該第2狹縫群之狹縫相互成組而形成複數狹縫對，且該第3狹縫群之狹縫與該第4狹縫群之狹縫相互成組而形成複數狹縫對；該第2狹縫群之狹縫位於從該狹縫板之重心位置往該第1狹縫群之狹縫延伸之第1軸線上；該第4狹縫群之狹縫位於從該狹縫板之重心位置往該第3狹縫群之狹縫延伸之第2軸線上；以該第1軸線與該第2軸線不致重疊的方式來配置各狹縫。
  5. 如申請專利範圍第4項之天線，其中從和該狹縫板之主表面為垂直方向來觀看之情況，被該第1凹部所包圍之平坦面係重疊位於該第1狹縫群 處，該第2凹部係重疊位於該第3狹縫群之狹縫或是該第4狹縫群之狹縫之至少一者。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之天線，其中該第1狹縫群之狹縫數與該第2狹縫群之狹縫數為相同數N1；該第3狹縫群之狹縫數與該第4狹縫群之狹縫數為相同數N2；N2為N1之整數倍。
  7. 如申請專利範圍第4或5項之天線，其中該第1狹縫群之狹縫寬度與該第2狹縫群之狹縫寬度相同；該第3狹縫群之狹縫寬度與該第4狹縫群之狹縫寬度相同；該第1狹縫群之狹縫寬度與該第2狹縫群之狹縫寬度大於該第3狹縫群之狹縫寬度以及該第4狹縫群之狹縫寬度。
  8. 如申請專利範圍第4或5項之天線，其中從該狹縫板之重心位置朝成為對象之狹縫而延伸之徑與此狹縫之長邊方向所成角度在第1至第4狹縫群中個別的狹縫群都相同；位於從該狹縫板之重心位置延伸之相同徑上的第1狹縫群之狹縫與第2狹縫群之狹縫係延伸於不同方向；位於從該狹縫板之重心位置延伸之相同徑上的第3狹縫群之狹縫與第4狹縫群之狹縫係延伸於不同方向。
  9. 如申請專利範圍第2至5項中任一項之天線，其中該第2凹部之平面形狀為圓形。
  10. 一種電漿處理裝置，具備：如申請專利範圍第2至9項中任一項之天線；處理容器，內部具有該天線；台，設置於該處理容器之內部，和該介電體窗之另一面呈對向，載放受處理之基板；以及微波產生器，對該天線供給微波。
  11. 一種天線，具備有：如申請專利範圍第1項之介電體窗；以及該狹縫板，係設置於該介電體窗之該一面； 該狹縫板具備有：內側狹縫群，係以包圍內周的方式來配置；以及外側狹縫群，係以包圍外周的方式來配置；該外側狹縫群係位於和該第2凹部重疊之位置以及和該第2凹部不重疊之位置雙方。
  12. 如申請專利範圍第11項之天線，其中內側狹縫群之個別狹縫之寬度為6mm±6mm×20%。
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