TW201802934A - 電漿處理裝置 - Google Patents

電漿處理裝置

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Abstract

本發明用以降低射至腔室本體的離子能量。其解決手段在於，使一實施形態的電漿處理裝置具備腔室本體、載置台、及射頻電源部。腔室本體用以提供腔室。腔室本體接地。載置台具有下部電極，設置於腔室內。射頻電源部與下部電極電性連接。射頻電源部用以產生供應至下部電極的偏壓用輸出波。射頻電源部係構成為可產生已降低基頻的射頻波的電壓波形的正電壓成分的輸出波。

Description

電漿處理裝置
本發明之實施形態係有關於電漿處理裝置。
在半導體元件之類的電子元件之製造中，有使用電漿處理裝置。電漿處理裝置一般而言具備有腔室本體、載置台、及射頻電源。腔室本體提供其內部空間以作為腔室使用。腔室本體接地。載置台設置於腔室內，構成為可在其上保持所載置的被加工物。載置台包含下部電極。射頻電源連接於下部電極。該電漿處理裝置中，在腔室內產生處理氣體之電漿，將來自射頻電源的偏壓用射頻波供應至下部電極。該電漿處理裝置中，藉由偏壓用射頻波所產生的下部電極之電位與電漿電位間的電位差，而驅使離子加速，將加速的離子射至被加工物。
電漿處理裝置中，在腔室本體與電漿之間亦產生電位差。當腔室本體與電漿之間有大的電位差時，射至腔室本體的離子能量將變高，而從腔室本體釋放出粉塵。從腔室本體所釋放之粉塵，會污染已載置於載置台上的被加工物。為防止此類粉塵的發生，在專利文獻1中，有提出利用調整機構以調整腔室之接地電容之技術。在專利文獻1所記載之調整機構，係以調整面向腔室的陽極與陰極之面積比率、亦即A/C比的方式而進行。A/C比越大，亦即，陽極相對於陰極之面積越大，則腔室本體與電漿之間的電位差變小，射到腔室本體的離子能量將變低。射到腔室本體的離子能量變低的話，能抑制粉塵的發生。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-228694號公報
[發明所欲解決的問題] 蝕刻係作為對被加工物施以電漿處理的一種方式，其中，有需要在被加工物形成更大的深寬比的形狀。為了要在被加工物形成更大的深寬比的形狀，有必要提高射到被加工物的離子能量。降低偏壓用射頻波的頻率，係能夠提高射至被加工物的離子能量之一個方法。然而，偏壓用射頻波的頻率降低的話，則電漿的電位將變高。電漿的電位變高的話，則電漿與腔室本體的電位差會變大，使得射至腔室本體的離子能量變高。基於上述背景，有必要降低射至腔室本體的離子能量。 [解決問題的手段]
本發明的一態樣係提供一電漿處理裝置，該電漿處理裝置具備腔室本體、載置台、及射頻電源部。腔室本體提供腔室，且該腔室本體接地。載置台具有下部電極，設置在腔室內。射頻電源部與下部電極呈電性連接，該射頻電源部可產生供應至下部電極的偏壓用輸出波。射頻電源部構成為可產生已降低基頻的射頻波的正電壓成分的輸出波。
本發明的一態樣的電漿處理裝置係將已降低正電壓成分的輸出波供應至下部電極，因而能使電漿的電位變低。因之，可降低在電漿與腔室本體之間的電位差。其結果，能使射至腔室本體的離子能量變低。因而可抑制來自腔室本體之粉塵的發生。又，藉由降低輸出波的頻率(基頻)，則能既降低射至腔室本體的離子能量，亦能提高射至被加工物的離子能量。
一實施形態中，射頻電源部具備複數個射頻電源及合成器。複數個射頻電源係構成為可分別產生複數個射頻波而使具有基頻之n倍或2n倍之彼此相異的頻率。此處之n為1以上的整數。合成器之構成係能將複數個射頻波予以合成而產生輸出波。依照該實施形態，既可抑制來自複數個射頻電源之射頻電力的損失，亦可產生輸出波。
一實施形態中，射頻電源部具備：射頻電源，能產生基頻的射頻波；及半波整流器，可去除來自射頻電源的射頻波的正電壓成分。依照該實施形態，可大致完全地去除正電壓成分。
一實施形態中的電漿處理裝置，係電容耦合型的電漿處理裝置。該實施形態的電漿處理裝置，更具備上部電極及第1射頻電源。上部電極設置於下部電極的上方。第1射頻電源連接至上部電極，構成為可產生射頻波以供產生電漿。當電漿處理裝置中係由上部電極作為產生電漿用的射頻波之供應電極時，陽極的面積較小，A/C比較小。因此，在本實施形態的電漿處理裝置中，上述輸出波能更有效地利用。
一實施形態中，基頻為1.4MHz以下。
一實施形態中，電漿處理裝置更具備連接於下部電極之第2射頻電源。第2射頻電源構成為可產生較基頻的頻率為高的偏壓用射頻波。依照該實施形態的電漿處理裝置，能因應於製程，將上述的輸出波或來自第2射頻電源的偏壓用射頻波，選擇性地供應至下部電極。 [發明的功效]
如以上所述，可降低射至腔室本體的離子能量。
以下參照圖式，以詳細說明各種實施形態。再者，對於各圖式中相同或相當之部分，係賦與同一符號。
圖1係一實施形態的電漿處理裝置之概略圖。圖1中，概略示出一實施形態的電漿處理裝置之縱剖面的構造。圖1的電漿處理裝置10係電容耦合型電漿處理裝置，可用於例如電漿蝕刻。
電漿處理裝置10具備腔室本體12，該腔室本體12呈大致圓筒形狀，提供其內部空間而作為腔室12c。該腔室本體12例如可由鋁所構成，其內壁面、亦即隔出該腔室12c的壁面中，形成具有耐電漿性的膜。該膜可為藉陽極氧化處理而形成的膜，或是由氧化釔所形成的膜之類的陶瓷膜。又，腔室本體12的側壁12s，設有用以搬送被加工物W之開口12g。該開口12g可藉由閥門14而開閉。該腔室本體12連接於接地電位。
在腔室12c內，支持部15係從腔室本體12之底部朝上方延伸。支持部15呈大致圓筒形狀，係由石英之類的絕緣材料所構成。又，在腔室12c內設有載置台16，該載置台16構成為能在其頂面保持被加工物W，被加工物W可為晶圓般的圓盤形狀，該載置台16包含下部電極18及靜電夾頭20，由支持部15所支持。
下部電極18包含第1板材18a及第2板材18b，該第1板材18a及第2板材18b例如可由鋁之類的金屬所形成，呈大致圓盤形狀；第2板材18b係設置在第1板材18a上，與第1板材18a電性連接。
在第2板材18b上，形成有靜電夾頭20，該靜電夾頭20具有絕緣層，以及內藏於該絕緣層內的電極。直流電源22透過開關23而電性連接於靜電夾頭20的電極。對於靜電夾頭20的電極施加來自直流電源22的直流電壓的話，靜電夾頭20會產生庫侖力等靜電力。靜電夾頭20由於該靜電力而吸附被加工物W，以保持該被加工物W。
第2板材18b之周緣部上，係以包圍被加工物W的邊緣及靜電夾頭20的方式而配置有聚焦環24。聚焦環24係為了提升電漿處理之均勻性而設置，可因應電漿處理而由適當選擇之材料所構成，例如可由石英構成。
第2板材18b的內部，設置有流道18f。冷媒從設置於腔室本體12外部的冷卻單元透過配管26a而供應至流道18f。供應至流道18f的冷媒透過配管26b而回到冷卻單元。如上述，在流道18f中，冷媒係以可在該流道18f中循環的方式而供應。藉由控制冷媒的溫度，而控制被靜電夾頭20所支持的被加工物W的溫度。
又，在電漿處理裝置10中設有氣體供應管線28。氣體供應管線28係將來自導熱氣體供應機構之導熱氣體，例如氦氣，供應至靜電夾頭20的頂面與被加工物W的內面之間。
電漿處理裝置10更具備上部電極30，該上部電極30設置在載置台16的上方， 與下部電極18成大致平行而設置，上部電極30將構件32連同腔室本體12的上部開口予以閉合。構件32具有絕緣性，上部電極30透過該構件32而被支持於腔室本體12的上部。
上部電極30包含頂板34及支持體36。頂板34面向腔室12c，設有複數個氣體吐出孔34a。該頂板34的構成方式並未限定，例如可由矽而構成。或者，頂板34可設置成在鋁製底材的表面具有耐電漿性膜的結構。再者，該膜可為由陽極氧化處理而形成的膜，或是由氧化釔所形成的膜之類的陶瓷膜。
支持體36係以可裝卸自如的方式而支持著頂板34，可由例如鋁之類的導電性材料而構成。在支持體36的內部設有氣體擴散室36a，從該氣體擴散室36a使複數個氣體孔36b朝下方延伸，該複數個氣體孔36b分別與複數個氣體吐出孔34a連通。又，支持體36中形成有用以將處理氣體導至氣體擴散室36a的氣體導入口36c， 氣體供應管38連接於該氣體導入口36c。
氣體源組40透過閥門組42及流量控制器組44而連接至氣體供應管38。氣體源組40具有複數個氣體源，閥門組42包含複數個閥門，流量控制器組44包含質流控制器之類的複數個流量控制器。氣體源組40的複數個氣體源，分別透過閥門組42中相對應的閥門及流量控制器組44中相對應的流量控制器，而連接至氣體供應管38。該電漿處理裝置10係將氣體源組40的複數個氣體源中所選出的一個以上的氣體源所發出的氣體，以個別調整的流量，供應至腔室本體12內。
在腔室12c內，以及支持部15與腔室本體12的側壁12s之間，設有擋板48。擋板48的構成方式可舉例為，對於鋁製底材被覆氧化釔等陶瓷物。在該擋板48，形成有複數個貫通孔。在擋板48的下方，排氣管52連接於腔室本體12的底部。排氣裝置50連接於該排氣管52。排氣裝置50具有渦輪分子泵等真空泵，可使腔室12c減壓。
電漿處理裝置10更具備射頻電源部60，該射頻電源部60與下部電極18電性連接。該射頻電源部60產生供應至下部電極18的偏壓用輸出波。射頻電源部60所產生的輸出波，係已降低基頻的射頻波的正電壓成分的輸出波。基頻在一實施形態中可為1.4MHz以下。該射頻電源部60的細節容待後述。
在一實施形態中，電漿處理裝置10更具備第1射頻電源62。第1射頻電源62係用以產生電漿生成用第1射頻波的電源，可產生頻率為27~100MHz範圍內的射頻波。第1射頻電源62透過匹配器63而連接至上部電極30。匹配器63具有用以將第1射頻電源62的輸出阻抗與負載側(在此實施形態中係上部電極30側)的輸入阻抗進行匹配的電路。再者，第1射頻電源62亦可透過匹配器63而連接至下部電極18。第1射頻電源62連接至下部電極18的情形時，將上部電極30接地。
一實施形態中的電漿處理裝置10，更具備第2射頻電源64，該第2射頻電源64係用以產生偏壓用第2射頻波以將離子引入被加工物W的電源。第2射頻波的頻率較第1射頻波的頻率為低，且，所具有的頻率較射頻電源部60所產生的輸出波的基頻為高。第2射頻波的頻率可在3.2kHz~13.56MHz範圍內的頻率。第2射頻電源64係透過匹配器65而連接至下部電極18。匹配器65係用以將第2射頻電源64的輸出阻抗與負載側(下部電極18之側)的輸入阻抗予以匹配的電路。藉由將該第2射頻電源64加入射頻電源部60而使用，可因應於製程而將來自射頻電源部60的輸出波，或是來自第2射頻電源64的偏壓用射頻波，選擇性地供應至下部電極18。
一實施形態中的電漿處理裝置10，可更具備控制部Cnt。控制部Cnt係具備處理器、記憶裝置、輸入裝置、及顯示裝置等的電腦，可控制電漿處理裝置10的各部分。具體而言，控制部Cnt執行記憶於記憶裝置的控制程式，根據記憶於該記憶裝置的配方資料，以控制電漿處理裝置10的各部分。藉此，電漿處理裝置10可執行由配方資料所指定的程式。
在使用該電漿處理裝置10而實施電漿處理時，從氣體源組40的複數個氣體源中所被選出的氣體源所發出的氣體，被供應至腔室12c。又，排氣裝置50使腔室12c被減壓。又，被供應至腔室12c的氣體，被來自第1射頻電源62的射頻波所產生的射頻電場所活化。藉此，在腔室12c內產生電漿。又，將偏壓用輸出波或第2射頻波選擇性地供應至下部電極18。藉此，電漿中的離子朝著被加工物W而加速。承上述，藉著加速的離子、及/或自由基，而使被加工物W受到處理。
以下，詳細說明射頻電源部60。圖2係顯示一實施形態的射頻電源部之圖。圖2所示的射頻電源部60A係作為電漿處理裝置10的射頻電源部60而使用。射頻電源部60A具有複數個射頻電源70、複數個匹配器72、及合成器74。複數個射頻電源70各自產生基頻之n倍或2n倍的彼此頻率相異的複數個射頻波。此處，n為1以上的整數。在一實施形態中，複數個射頻電源70至少包含：用以產生基頻的射頻波之射頻電源；以及用以產生頻率為基頻2倍的射頻波之射頻電源。再者，複數個射頻電源70的數目，可為2以上的任意數目。
複數個射頻電源70透過複數個匹配器72而連接至合成器74，該複數個匹配器72的各者，具有用以將複數個射頻電源70中相對應的射頻電源的輸出阻抗與負載側的阻抗予以匹配的電路。合成器74將來自複數個射頻電源70且透過複數個整合器72傳送而來的複數個射頻波予以合成(亦即加算)。合成器74將複數個射頻波合成後產生的輸出波(合成波)，供應至下部電極18。
在一實施形態中，射頻電源部60A更具備複數個相位檢測器76及電源控制部78。複數個相位檢測器76設置於複數個匹配器72與合成器74之間。複數個相位檢測器76的各者構成為對於發自複數個射頻電源70中之相對應的射頻電源且透過相對應的匹配器72所傳送而來的射頻波予以檢測其相位。電源控制部78將複數個射頻電源70控制成：能以預設的相位輸出射頻波。又，電源控制部78根據複數個相位檢測器76所檢出的相位，進行複數個射頻電源70的控制，使得從複數個射頻電源70所輸出的射頻波的相位成為預設的相位。
該射頻電源部60A產生擬似半波整流波，以作為上述輸出波。亦即，射頻電源部60A藉由複數個射頻波的合成，以產生能降低基頻的射頻波的正電壓成分的輸出波(合成波)。藉此，射頻電源部60A產生波形類似於半波整流波形的輸出波(合成波)。該射頻電源部60A既可抑制源自複數個射頻電源70的射頻波之電力損耗，亦可產生輸出波(合成波)。
圖3係圖2所示的射頻電源部可產生的輸出波之示例圖。在圖3中所表示者，係將基頻的射頻波RF1與具有該基頻的2倍頻率的射頻波RF2經過合成後，所產生的輸出波(合成波)的電壓。射頻波RF1及射頻波RF2均為正弦波，射頻波RF2的峰值(波峰至波峰電壓)，為射頻波RF1的峰值Vpp的A倍，射頻波RF1與射頻波RF2的相位差為270˚。在圖3中，橫軸表示時間，縱軸表示輸出波的電壓。在圖3中，0V上方的電壓為正電壓，0V下方的電壓為負電壓。再者，在圖3中的基本波表示射頻波RF1，亦即表示基頻的射頻波。如圖3所示，只要「A」為0.23以上0.4以下，藉由二個射頻電源的使用，亦即，藉由能產生基頻的射頻波RF1之射頻電源，以及能產生頻率為基頻2倍的射頻波RF2之射頻電源，能產生較為良好的近似半波整流波形的輸出波(合成波)。
圖4係顯示其他實施形態的射頻電源部之圖。圖4所示的射頻電源部60B，係作為電漿處理裝置10的射頻電源部60而使用。射頻電源部60B具有射頻電源80、匹配器82、及半波整流器84。射頻電源80可產生基頻的射頻波。匹配器82連接於射頻電源80，具有用以將射頻電源80的輸出阻抗與負載側的阻抗予以匹配的電路。又，在匹配器82與下部電極18之間的節點與接地之間連接著半波整流器8 4。半波整流器84例如由二極體所構成，二極體的陽極連接至匹配器82與下部電極18之間的節點，二極體的陰極接地。再者，在二極體的陰極與接地之間，亦可設有虛擬負載86。虛擬負載86可為將射頻波轉換成熱的元件。
圖5係顯示射頻電源部所產生的輸出波之示例圖。在圖5中，橫軸表示時間，縱軸表示輸出波的電壓。在圖5中，0V上方的電壓為正電壓，0V下方的電壓為負電壓。再者，在圖5中的基本波係射頻電源80所輸出的射頻波。在射頻電源部60B，射頻電源80所產生的射頻波的電壓為正電壓時，藉由半波整流器84之整流作用，射頻波被導向接地。另一方面，射頻電源80所產生的射頻波的電壓為負電壓時，射頻波被供應至下部電極18。因此，藉由射頻電源部60B，可產生具有圖5所示之半波整流波形的輸出波，亦即產生正電壓成分大致被完全去除的輸出波(半波)。
根據以上所說明的電漿處理裝置10，係將降低了正電壓成分的輸出波供應至下部電極18，因此，在腔室12c內所產生的電漿之電位會降低。故電漿與腔室本體12之間的電位差會變低。其結果，可使射至腔室本體12的離子能量變低。因之，可抑制來自腔室12之粉塵的發生。又，藉由降低射頻電源部60的輸出波的頻率(基頻)，既可降低射至腔室本體的離子能量，亦可提高射至被加工物的離子能量。
以下將說明，用以評量實施形態的電漿處理裝置而進行的數種模擬。在以下所說明的模擬中，射頻電源部60及第1射頻電源62係連接至下部電極18，以進行對具有射頻電源60B作為射頻電源60的電漿處理裝置之有關計算。
首先說明模擬#1及模擬#2。在模擬#1及模擬#2中，係求取射至被加工物W的離子能量分布(IED：Ion Energy Distribution)，及射至腔室本體12的離子能量分布(IED)。在模擬#1中的設定，係從射頻電源部60將400kHz的基頻的輸出波LF1 (半波)供應至下部電極，以進行計算。在模擬#2中的設定，係將400kHz的頻率的射頻波LF2(正弦波)供應至下部電極，以進行計算。又，對於模擬#1的輸出波LF1 (半波)的Vpp及模擬#2的射頻波LF2(正弦波)的Vpp，係將此雙方模擬中射至被加工物W的離子的最大能量設定成相等。再者，模擬#1及模擬#2的其他設定，為以下所示的共通設定。此處的A/C比，係接觸於腔室的陽極面積被接觸於腔室的陰極面積作為除數時，所得的除值。
＜模擬#1~#2的共通設定＞ •腔室12c的直徑：30mm •上部電極30與載置台16之間的距離：20mm •腔室12c的壓力：30m Torr(4Pa) •A/C比：7 •供應至腔室12c的氣體的分子量：40 •第1射頻電源62的射頻波頻率：100MHz
圖6(a)係表示在模擬#1所計算之射至被加工物W的離子能量分布；圖6(b)係表示在模擬#1所計算之射至腔室本體12的離子能量分布。圖7(a)係表示在模擬#2所計算之射至被加工物W的離子能量分布；圖7(b)係表示在模擬#2所計算之射至腔室本體12的離子能量分布。
如圖6(a)及圖7(a)所示，在模擬#1中射至被加工物W的離子的最大能量，與模擬#2中射至被加工物W的離子的最大能量係大致相同。因而可以確認，藉著調整射頻電源部60輸出之供應至下部電極18以作為偏壓用射頻波的輸出波LF1 (半波)的Vpp，則射至被加工物W時的離子能量，將會相等於在將與該輸出波LF1 (半波)的基頻有相同頻率之正弦波、亦即射頻波LF2(正弦波)供應至下部電極18的情形時，所射至被加工物W的離子能量。又，將圖6(b)與圖7(b)相較後，在模擬#1中射至腔室本體12的離子能量之最大值，相較於在模擬#2中射至腔室本體12的離子能量之最大值，係降低了相當程度。因而可以確認，藉著將來自射頻電源部60的輸出波LF1(半波)作為偏壓用射頻波而供應至下部電極18，相較於將頻率與該輸出波LF1(半波)的基頻相同之正弦波(亦即射頻波LF2)供應至下部電極18的情形時，可大幅降低射至腔室本體12的離子能量。
接著說明模擬#3及模擬#4。模擬#3中，係從模擬#1的設定，將第1射頻電源62之電漿生成用射頻波的頻率變更成50MHz，然後求取射至被加工物W的離子能量分布(IED)，以及射至腔室本體12的離子能量分布(IED)。又，在模擬#4中，係從模擬#2的設定，將第1射頻電源62之電漿生成用射頻波的頻率變更成50 MHz，然後求取射至被加工物W的離子能量分布(IED)，以及射至腔室本體12的離子能量分布(IED)。
圖8(a)係表示在模擬#3所計算之射至被加工物W的離子能量分布；圖8(b)係表示在模擬#3所計算之射至腔室本體12的離子能量分布。圖9(a)係表示在模擬#4所計算之射至被加工物W的離子能量分布；圖9(b)係表示在模擬#4所計算之射至腔室本體12的離子能量分布。
如圖8(a)及圖9(a)所示，模擬#3中射至被加工物W的離子能量之最大值，與模擬#4中射至被加工物W的離子能量之最大值相等。又，將圖8(b)與圖9(b)相較後，在模擬#3中射至腔室本體12的離子能量之最大值，相較於在模擬#4中射至腔室本體12的離子能量之最大值，已低了相當程度。因而可確認得知，根據模擬#1~#4的結果，射頻電源部60的效果，亦即，既可抑制射至被加工物W的離子能量的降低，且能降低射至腔室本體12的離子能量的效果，大致無關於第1射頻電源62之電漿生成用射頻波的頻率。
接著說明模擬#5及模擬#6。在模擬#5中，係以相同於模擬#1的設定，求取入射至被加工物W的離子的入射角。又，在模擬#6中，係以相同於模擬#2的設定，求取入射至被加工物W的離子的入射角。
圖10所示，係模擬#5及模擬#6所求出的離子的入射角。在圖10中的橫軸，表示射頻電源部60的輸出波LF1(半波)之周期以及射頻波LF2(正弦波)之周期，縱軸表示離子的入射角。再者，垂直入射至被加工物W的離子的入射角為0°。如圖10所示，藉由將來自射頻電源部60的輸出波LF1(半波)作為偏壓用射頻波而供應至下部電極18，相較於將頻率與該輸出波LF1(半波)的基頻相同之正弦波(即射頻波LF2)，供應至下部電極18的情形時，可使離子對被加工物W的入射角更接近於垂直。
接著說明模擬#7及模擬#8。在模擬#7中，係從模擬#1的設定，將供應至腔室12c的氣體的分子量變更成160，以求出射至被加工物W的離子能量分布(IED)， 以及射至腔室本體12的離子能量分布(IED)。在模擬#8中，係從模擬#2的設定，將供應至腔室12c的氣體的分子量變更成160，以求出射至被加工物W的離子能量分布(IED)，以及射至腔室本體12的離子能量分布(IED)。
圖11(a)係表示在模擬#7所計算之射至被加工物W的離子能量分布；圖11(b)係表示在模擬#7所計算之射至腔室本體12的離子能量分布。圖12(a)係表示在模擬#8所計算之射至被加工物W的離子能量分布；圖12(b)係表示在模擬#8所計算之射至腔室本體12的離子能量分布。
如圖11(a)及圖12(a)所示，模擬#7中射至被加工物W的離子能量之最大值，與模擬#8中射至被加工物W的離子能量之最大值相等。又，將圖11(b)與圖12(b)相較後，在模擬#7中射至腔室本體12的離子能量之最大值，相較於在模擬#8中射至腔室本體12的離子能量之最大值，已低了相當程度。因而可確認得知，根據模擬#1~#2以及模擬#7~#8的結果，射頻電源部60的效果，亦即，既可抑制射至被加工物W的離子能量的降低，且能降低射至腔室本體12的離子能量的效果， 大致無關於氣體的分子量。
接著說明模擬#9~#14。模擬#9~#11，分別係從模擬#1的設定，將A/C比變更成3.5、7、10，以求出射至被加工物W的離子能量分布(IED)，以及射至腔室本體12的離子能量分布(IED)。在模擬#12~#14中，分別係從模擬#2的設定，將A/C比變更成3.5、7、10，以求出射至被加工物W的離子能量分布(IED)，以及射至腔室本體12的離子能量分布(IED)。又，在模擬#9~#14中，係各求出將射至被加工物W的離子能量之最大值E1作為被除數且以射至腔室本體12的離子能量之最大值E2作為除數，所求出之數值，亦即求出E1/E2。再者，當E1/E2越大，則射至被加工物W的離子能量越高，且射至腔室本體12的離子能量越低。又，一般而言，A/C比越小，則電漿的電位越高，因而E1/E2有變小的傾向。
將模擬#9~#14的結果，示於圖13的表。如圖13所示，在模擬#9~#11所求出之E1/E2，較模擬#12~#14所求出之E1/E2大了很多。亦即，在模擬#9~#11，使用射頻電源部60發出的輸出波LF1(半波)作為偏壓用射頻波而供應至下部電極18，相較於將頻率與該輸出波LF1(半波)的基頻相同之正弦波、亦即射頻波LF2，供應至下部電極18的情形(模擬#12~#14)，E1/E2係相當的大。因而可以確認，射頻電源部60的效果，亦即，既能抑制射至被加工物W的離子能量，且能降低射至腔室本體12的離子能量的效果，即使在A/C比相當小的情形，亦能發揮效果。根據此點而能確認，即使在增大A/C比並不容易的電漿處理裝置，例如將電漿生成用射頻波供應至上部電極30的電漿處理裝置中，亦能發揮射頻電源部60的效果。
接著說明模擬#15~模擬#30。在模擬#15~模擬#18中，係從模擬#1的設定，各將射頻電源部60的輸出波LF1(半波)的基頻，變更成0.4MHz、0.8MHz、1.6MHz、 及3.2MHz，求出射至腔室本體12的離子能量之最大值Eh。在模擬#19~#22中，係從模擬#1的設定，將氣體的分子量變更成160，各將射頻電源部60的輸出波LF1 (半波)的基頻變更成0.4MHz、0.8MHz、1.6MHz、及3.2MHz，以求出射至腔室本體12的離子能量之最大值Eh。在模擬#23~模擬#26中，係從模擬#2的設定，各將射頻波LF2(正弦波)的頻率變更成0.4MHz、0.8MHz、1.6MHz、及3.2MHz，求出射至腔室本體12的離子能量之最大值Ef。在模擬#27~模擬#30中，係從模擬#2的設定，將氣體的分子量變更成160，各將射頻波LF2(正弦波)的頻率變更成0.4 MHz、0.8MHz、1.6MHz、及3.2MHz，以求出射至腔室本體12的離子能量之最大值Ef。又，各求出以下之各數值，亦即：模擬#15的Eh以模擬#23的Ef作為除數時所得的除值；模擬#16的Eh以模擬#24的Ef作為除數時所得的除值；模擬#17的Eh以模擬#25的Ef作為除數時所得的除值；模擬#18的Eh以模擬#26的Ef作為除數時所得的除值；模擬#19的Eh以模擬#27的Ef作為除數時所得的除值；模擬#20的Eh以模擬#28的Ef作為除數時所得的除值； 模擬#21的Eh以模擬#29的Ef作為除數時所得的除值；及，模擬#22的Eh以模擬#30的Ef作為除數時所得的除值。
將結果示於圖14。在圖14的曲線圖中，橫軸表示輸出波LF1(半波)的基頻及射頻波LF2(正弦波)的頻率，縱軸表示Eh/Ef。再者，若Eh/Ef小於1，則能發揮射頻電源部60的效果。亦即，若是Eh/Ef較1為小，藉由將射頻電源部60發出的輸出波LF1(半波)作為偏壓用射頻波而供應至下部電極18，相較於將頻率相同於該輸出波的基頻之正弦波、即射頻波LF2，供應至下部電極18的情形時，可降低射至腔室本體12的離子能量。參照圖14可以確認，當偏壓用輸出波的基頻為1.4MHz以下時，則能有效發揮射頻電源部60的效果。
以下將說明，為了評量實施形態的電漿處理裝置而進行的模擬#31及模擬#3 2。在模擬#31及模擬#32中，係將射頻電源部60及第1射頻電源62連接至下部電極18，以進行對具有射頻電源部60A作為射頻電源60的電漿處理裝置之相關計算。在模擬#31及模擬#32中，作為來自射頻電源部60A的輸出波，係將基頻(400 kHz)的射頻波RF1，與具有該基頻2倍頻率(800kHz)且具有射頻波RF1的峰值的A倍峰值的射頻波RF2予以合成，而使用所產生的輸出波(合成波)。射頻波RF1與射頻波RF2的相位為270˚。在模擬#31中，射頻波RF2的峰值為射頻波RF1的峰值的0.23倍，在模擬#32中，射頻波RF2的峰值為射頻波RF1的峰值的0.4倍。在模擬#31及模擬#32中，求出射至被加工物W的離子能量分布(IED)，以及射至腔室本體12的離子能量分布(IED)。再者，模擬#31及模擬#32的其他設定，為以下所示的共通設定。
＜模擬#31~#32的共通設定＞ •腔室12c的直徑：30mm •上部電極30與載置台16之間的距離：20mm •腔室12c的壓力：30m Torr(4Pa) •A/C比：7 •供應至腔室12c的氣體的分子量：40 •第1射頻電源62的射頻波頻率：100MHz
圖15(a)係表示在模擬#31所計算之射至被加工物W的離子能量分布；圖15(b)係表示在模擬#31所計算之射至腔室本體12的離子能量分布。圖16(a)係表示在模擬#32所計算之射至被加工物W的離子能量分布；圖16(b)係表示在模擬#32所計算之射至腔室本體12的離子能量分布。
如圖7(a)、圖15(a)、及圖16(a)所示，在模擬#31中射至被加工物W的離子能量之最大值，以及在模擬#32中射至被加工物W的離子能量之最大值，與在模擬#2中射至被加工物W的離子能量之最大值相等。又，經比較圖7(b)、圖15(b)、及圖16(b)後，在模擬#31中射至腔室本體12的離子能量之最大值，以及在模擬#32中射至腔室本體12的離子能量之最大值，相較於在模擬#2中射至腔室本體12的離子能量之最大值，低了很多。因而可以確認，即使在採用射頻電源部60A的情形，亦能發揮射頻電源部60的效果，亦即既能抑制射至被加工物W的離子能量，且能降低射至腔室本體12的離子能量的效果。
以下將說明可作為射頻電源部60而使用之數種其他射頻電源部。以下所說明之數種其他射頻電源部係構成為可選擇輸出第1輸出波或第2輸出波。第1輸出波係降低基頻的射頻波的正電壓成分的輸出波。第2輸出波係降低基頻的射頻波的負電壓成分的輸出波。
圖17係顯示其他實施形態的射頻電源部。圖17所示的射頻電源部60C係作為電漿處理裝置10的射頻電源部60而使用。射頻電源部60C與射頻電源部60A的相異處在於：具有電源控制部78C以取代電源控制部78。
射頻電源部60C構成為可選擇輸出第1輸出波或第2輸出波。第1輸出波與射頻電源部60A所產生的上述輸出波為相同的輸出波，亦即，係將複數個射頻電源70所輸出的複數個射頻波予以合成而產生的輸出波(合成波)，係降低基頻的射頻波的正電壓成分的輸出波。第2輸出波係將複數個射頻電源70所輸出的複數個射頻波予以合成而產生的輸出波(合成波)，係降低基頻的射頻波的負電壓成分的輸出波。
電源控制部78C由控制部Cnt而控制。當被控制成從控制部Cnt產生第1輸出波的情形時，控制部78C將複數個射頻電源70控制成：以該第1輸出波所使用之預設的相位輸出射頻波，以產生第1輸出波。又，電源控制部78C根據複數個相位檢測器76所檢測的相位，而將複數個射頻電源70控制成：將複數個射頻電源70所輸出的射頻波的相位設定成第1輸出波所使用之預設的相位。
再者，在將基頻的射頻波RF1與具有該基頻2倍頻率的射頻波RF2予以合成而產生第1輸出波(合成波)的情形，係將射頻波RF1與射頻波RF2的相位差設定成270˚，將射頻波RF2的峰值，設定成射頻波RF1的峰值之A倍的峰值。「A」被設定為0.23以上0.4以下。
當被控制成從控制部Cnt產生第2輸出波的情形時，控制部78C將複數個射頻電源70控制成：以該第2輸出波所使用之預設的相位輸出射頻波，以產生第2輸出波。又，電源控制部78C根據複數個相位檢測器76所檢測的相位，而將複數個射頻電源70控制成：將複數個射頻電源70所輸出的射頻波的相位，設定成第2輸出波所使用之預設的相位。
圖18係圖17所示的射頻電源部可產生的輸出波之示例圖。在圖18中係表示， 將基頻的射頻波RF1與具有該基頻2倍頻率的射頻波RF2予以合成所產生的第2輸出波(合成波)。射頻波RF1及射頻波RF2均為正弦波，射頻波RF2的峰值(波峰對波峰電壓)為射頻波RF1的峰值Vpp的A倍，射頻波RF1與射頻波RF2的相位差為90˚。在圖18中，橫軸表示時間，縱軸表示第2輸出波的電壓。在圖18中，0V上方的電壓為正電壓，0V下方的電壓為負電壓。再者，在圖18中的基本波，表示射頻波RF1，亦即表示基頻的射頻波。如圖18所示，只要「A」為0.23以上0.4以下，射頻電源部60C可藉由二個射頻電源的使用，亦即，藉由能產生基頻的射頻波RF1之射頻電源，以及能產生其頻率為基頻2倍的射頻波RF2之射頻電源，而能產生已去除負電壓成分之較為良好的近似半波整流波形的第2輸出波(合成波)。
圖19係其他實施形態的射頻電源部。圖19所示的射頻電源部60D，係作為電漿處理裝置10的射頻電源部60而使用。射頻電源部60D與射頻電源部的相異處在於，更具備半波整流器85、開關88、及開關89。
射頻電源部60D係構成為可選擇性的輸出第1輸出波或第2輸出波。第1輸出波係與射頻電源部60B所產生的上述輸出波為相同的輸出波，亦即，係大致去除射頻電源80所輸出的射頻波的正電壓成分的輸出波(半波)。第2輸出波係大致去除射頻電源80所輸出的射頻波的負電壓成分的輸出波(半波)。
射頻電源部60D中，係在匹配器82與下部電極18之間的節點N1與半波整流器84之間設有開關88。開關88例如由場效電晶體(FET)所構成。又，在射頻電源部60D中，在匹配器82與下部電極18之間的另個節點N2與接地之間，連接著半波整流器85。半波整流器85例如由二極體所構成。二極體的陽極接地，二極體的陰極係透過開關89而連接至節點N2。開關89係例如由場效電晶體(FET)所構成。再者，在半波整流器85之二極體的陽極與接地之間，亦可設有虛擬負載87。虛擬負載87可為將射頻波變換成熱的元件。
開關88及開關89由控制部Cnt控制。具體而言，由射頻電源部60D輸出第1輸出波的情形時，將開關88及開關89控制成：使節點N1與半波整流器84導通，將節點N2與半波整流器85的連接切斷。又，在由射頻電源部60D輸出第2輸出波的情形，將開關88及開關89控制成：將節點N1與半波整流器84的連接切斷，使節點N2與半波整流器85導通。
圖20係圖19所示的射頻電源部所產生的第2輸出波之示例圖。在圖20中，橫軸表示時間，縱軸表示第2輸出波的電壓。圖20中，0V上方的電壓為正電壓，0V下方的電壓為負電壓。再者，圖20中，基本波係射頻電源80所輸出的射頻波。於以產生第2輸出波的方式而受控的射頻電源部60D，當射頻電源80所產生的射頻波的電壓為負電壓時，係藉半波整流器85的整流作用，使射頻波被導向接地。另一方面，射頻電源80所產生的射頻波的電壓為正電壓時，射頻波被供應至下部電極18。因此，藉由射頻電源部60D，可產生具有圖20所示之半波整流波形的第2輸出波，亦即，可產生負電壓成分大致被完全去除的輸出波(半波)。
以下將說明模擬#33及模擬#34，以進行實施形態的電漿處理裝置之評量。在模擬#33及模擬#34中，射頻電源部60及第1射頻電源62係連接至下部電極18，以進行對具有射頻電源部60D作為射頻電源部60的電漿處理裝置之相關計算。在模擬#33及模擬#34中的設定，係從射頻電源部60朝下部電極供應400kHz的基頻的第2輸出波(半波)，以進行計算。再者，在模擬#33中，係將第2輸出波的Vpp(峰值)設定成：使射至被加工物W的離子能量，大致相同於在模擬#2中射至被加工物W的離子的最大能量。在模擬#34中，係將第2輸出波的Vpp設定成較模擬#33的第2輸出波的Vpp為低。在模擬#33及#34中，係求出射至被加工物W的離子能量分布(IED)，以及射至腔室本體12的離子能量分布(IED)。再者，模擬#33及模擬#34的其他設定，如以下所示的共通設定。
＜模擬#33~#34的共通設定＞ •腔室12c的直徑：30mm •上部電極30與載置台16之間的距離：20mm •腔室12c的壓力：30m Torr(4Pa) •A/C比：7 •供應至腔室12c的氣體的分子量：40 •第1射頻電源62的射頻波頻率：100MHz
圖21(a)係表示在模擬#33所計算之射至被加工物W的離子能量分布；圖21(b)係表示在模擬#33所計算之射至腔室本體12的離子能量分布。圖22(a)係表示在模擬#34所計算之射至被加工物W的離子能量分布；圖22(b)係表示在模擬#34所計算之射至腔室本體12的離子能量分布。
在模擬#33中，如上述，係設定第2輸出波的Vpp(峰值)，因此，如圖7(a)及圖21(a)所示，在模擬#33中射至被加工物W的離子的最大能量，與在模擬#2中射至被加工物W的離子的最大能量大致相同。另一方面，經比較圖7(b)與圖21(b)後，在模擬#33中射至腔室本體12的離子能量，相較於在模擬#2中射至腔室本體12的離子能量，大了很多。因而可以確認，藉由將射頻電源部60發出的第2輸出波作為偏壓用射頻波而供應至下部電極18，相較於將頻率相同於該第2輸出波的基頻之正弦波(射頻波)供應至下部電極18的情形時，能增加射至腔室本體12的離子能量。
又，如圖7(a)及圖22(a)所示，在模擬#34中射至被加工物W的離子的最大能量，相較於在模擬#2中射至被加工物W的離子的最大能量，係相當的小。另一方面，經比較圖7(b)與圖22(b)後，在模擬#34中射至腔室本體12的離子能量，相較於在模擬#2中射至腔室本體12的離子能量，大了很多。因而可以確認，藉由將射頻電源部60發出的第2輸出波作為偏壓用射頻波而供應至下部電極18，可減少射至被加工物W的離子能量，且能增大射至腔室本體12的離子能量。
根據以上的模擬#33及模擬#34的結果而可以得知，以利用第2輸出波的方式，既可抑制射至載置台16的離子能量，亦可提高射至腔室本體12的離子能量。因此，第2輸出波可用於例如無晶圓的乾式潔淨，亦即，在載置台16上不載置虛擬晶圓即進行的腔室本體12的內壁面之潔淨。
以上，雖已說明各種實施形態，然而，本發明並不侷限於上述實施形態而可構成為各種變形形態。例如，電漿處理裝置10雖為電容耦合型的電漿處理裝置，然而，射頻電源60亦可運用於感應耦合型的電漿處理裝置、或是使用微波之類表面波的電漿處理裝置。
又，射頻電源部60C及射頻電源部60D係構成為可選擇性輸出第1輸出波或第2輸出波，然而，亦能構成為僅可輸出第2輸出波。構成為僅可輸出第2輸出波的情形時，係從射頻電源部60D去除半波整流器84、虛擬負載、開關88、及開關89，使半波整流器85直接連接至節點N2。
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧腔室本體
12c‧‧‧腔室
12s‧‧‧側壁
12g‧‧‧開口
14‧‧‧閥門
15‧‧‧支持部
16‧‧‧載置台
18‧‧‧下部電極
18a‧‧‧第1板材
18b‧‧‧第2板材
18f‧‧‧流道
20‧‧‧靜電夾頭
22‧‧‧直流電源
23‧‧‧開關
24‧‧‧聚焦環
26a‧‧‧配管
26b‧‧‧配管
28‧‧‧氣體供應管線
30‧‧‧上部電極
32‧‧‧構件
34‧‧‧頂板
34a‧‧‧氣體吐出孔
36‧‧‧支持體
36a‧‧‧氣體擴散室
36b‧‧‧氣體孔
36c‧‧‧氣體導入口
38‧‧‧氣體供應管
40‧‧‧氣體源組
42‧‧‧閥門組
44‧‧‧流量控制器組
48‧‧‧擋板
50‧‧‧排氣裝置
52‧‧‧排氣管
60‧‧‧射頻電源部
60A‧‧‧射頻電源部
60B‧‧‧射頻電源部
60C‧‧‧射頻電源部
60D‧‧‧射頻電源部
62‧‧‧第1射頻電源
63‧‧‧匹配器
64‧‧‧第2射頻電源
65‧‧‧匹配器
70‧‧‧射頻電源
72‧‧‧匹配器
74‧‧‧合成器
76‧‧‧相位檢測器
78‧‧‧電源控制部
78C‧‧‧電源控制部
80‧‧‧射頻電源
82‧‧‧匹配器
84‧‧‧半波整流器
85‧‧‧半波整流器
86‧‧‧虛擬負載
87‧‧‧虛擬負載
88‧‧‧開關
89‧‧‧開關
Cnt‧‧‧控制部
W‧‧‧被加工物
【圖1】係一實施形態的電漿處理裝置之概略圖示。 【圖2】係一實施形態的射頻電源部之圖。 【圖3】係圖2所示的射頻電源部可產生的輸出波之示例圖。 【圖4】係其他實施形態的射頻電源部之圖。 【圖5】係由圖4的射頻電源部所產生的輸出波之示例圖。 【圖6】(a)係在模擬#1中所計算之射至被加工物的離子能量分布圖；(b)係在模擬#1所計算之射至腔室本體12的離子能量分布圖。 【圖7】(a)係在模擬#2中所計算之射至被加工物的離子能量分布圖；(b)係在模擬#2所計算之射至腔室本體12的離子能量分布圖。 【圖8】(a)係在模擬#3中所計算之射至被加工物的離子能量分布圖；(b)係在模擬#3所計算之射至腔室本體12的離子能量分布圖。 【圖9】(a)係在模擬#4中所計算之射至被加工物的離子能量分布圖；(b)係在模擬#4所計算之射至腔室本體12的離子能量分布圖。 【圖10】係在模擬#5及模擬#6所求出的離子的入射角之圖。 【圖11】(a)係在模擬#7中所計算之射至被加工物的離子能量分布圖；(b)係在模擬#7所計算之射至腔室本體12的離子能量分布圖。 【圖12】(a)係在模擬#8中所計算之射至被加工物的離子能量分布圖；(b)係在模擬#8所計算之射至腔室本體12的離子能量分布圖。 【圖13】係模擬#9~#14的結果之表。 【圖14】係根據模擬#15~#30的結果所算出的Eh/Ef之曲線圖。 【圖15】(a)係在模擬#31中所計算之射至被加工物的離子能量分布圖；(b)係在模擬#31所計算之射至腔室本體12的離子能量分布圖。 【圖16】(a)係在模擬#32中所計算之射至被加工物的離子能量分布圖；(b)係在模擬#32所計算之射至腔室本體12的離子能量分布圖。 【圖17】係其他實施形態的射頻電源部之圖。 【圖18】係圖17的射頻電源部可產生的第2輸出波之示例圖。 【圖19】係其他實施形態的射頻電源部之圖。 【圖20】係圖19的射頻電源部所產生的第2輸出波之示例圖。 【圖21】(a)係在模擬#33中所計算之射至被加工物的離子能量分布圖；(b)係在模擬#33所計算之射至腔室本體12的離子能量分布圖。 【圖22】(a)係在模擬#34中所計算之射至被加工物的離子能量分布圖；(b)係在模擬#34所計算之射至腔室本體12的離子能量分布圖。
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧腔室本體
12c‧‧‧腔室
12s‧‧‧側壁
12g‧‧‧開口
14‧‧‧閥門
15‧‧‧支持部
16‧‧‧載置台
18‧‧‧下部電極
18a‧‧‧第1板材
18b‧‧‧第2板材
18f‧‧‧流道
20‧‧‧靜電夾頭
22‧‧‧直流電源
23‧‧‧開關
24‧‧‧聚焦環
26a‧‧‧配管
26b‧‧‧配管
28‧‧‧氣體供應管線
30‧‧‧上部電極
32‧‧‧構件
34‧‧‧頂板
34a‧‧‧氣體吐出孔
36‧‧‧支持體
36a‧‧‧氣體擴散室
36b‧‧‧氣體孔
36c‧‧‧氣體導入口
38‧‧‧氣體供應管
40‧‧‧氣體源組
42‧‧‧閥門組
44‧‧‧流量控制器組
48‧‧‧擋板
50‧‧‧排氣裝置
52‧‧‧排氣管
60‧‧‧射頻電源部
62‧‧‧第1射頻電源
63‧‧‧匹配器
64‧‧‧第2射頻電源
65‧‧‧匹配器
Cnt‧‧‧控制部
W‧‧‧被加工物

Claims (7)

  1. 一種電漿處理裝置，其具備： 腔室本體，其提供腔室，且與接地電位連接； 載置台，其具有下部電極，係設置在該腔室內；及 射頻電源部，其係與該下部電極電性連接，係用以產生供應至該下部電極的偏壓用輸出波； 該射頻電源部係構成為可產生能降低基頻的射頻波的正電壓成分之該輸出波。
  2. 如申請專利範圍第1項的電漿處理裝置，其中該射頻電源部具有： 複數個射頻電源，分別產生具有該基頻之n倍或2n倍之彼此相異頻率的射頻波，其中n為1以上的整數；及 合成器，係將該複數個射頻波予以合成，以產生該輸出波。
  3. 如申請專利範圍第1項的電漿處理裝置，其中該射頻電源部具備： 射頻電源，可產生該基頻的射頻波；及 半波整流器，係構成為可去除該射頻電源的射頻波的正電壓成分。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項的電漿處理裝置，其中該電漿處理裝置係電容耦合型的電漿處理裝置，更具備： 上部電極，係設置於該下部電極的上方；及 第1射頻電源，其係連接至該上部電極，用以產生電漿生成用射頻波。
  5. 如申請專利範圍第1~4項中任一項的電漿處理裝置，其中該基頻為1.4MHz以下。
  6. 如申請專利範圍第1~5項中任一項的電漿處理裝置，更具備第2射頻電源，該第2射頻電源係連接至該下部電極，用以產生頻率較該基頻為高的偏壓用射頻波。
  7. 如申請專利範圍第1~6項中任一項的電漿處理裝置，其中該射頻電源部係構成為可選擇性的朝該下部電極供應作為該輸出波之第1輸出波、或是已降低該基頻的射頻波的負電壓成分的第2輸出波。
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