TW201921421A - 電漿處理裝置 - Google Patents

電漿處理裝置

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橫田聡裕
奧西直彥
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Abstract

本發明提供一種能夠使電漿密度之分佈均勻化之電漿處理裝置。 一實施形態之電漿處理裝置於腔室本體之內部空間之中，具有包含下部電極之載置台。於載置台之上方設置有上部電極。於上部電極經由供電導體而電性連接有第1高頻電源。於下部電極電性連接有第2高頻電源。於腔室本體之上方，以覆蓋上部電極之方式設置有接地導體。供電導體通過由接地導體所包圍之空間而朝上方延伸。接地導體相對於其上端於內部空間之側提供外部空間。外部空間相對於上部電極朝上方離開，且藉由接地導體而對上部電極屏蔽。於該外部空間之中配置有電磁鐵。

Description

電漿處理裝置
本發明之實施形態係關於一種電漿處理裝置。
於電子器件之製造中，為了進行對被加工物之處理而使用電漿處理裝置。作為電漿處理裝置之一種，已知電容耦合型之電漿處理裝置。電容耦合型之電漿處理裝置具備腔室本體、載置台、上部電極、第1高頻電源、及第2高頻電源。
腔室本體提供內部空間並接地。載置台設置於腔室本體之內部空間中。載置台以對載置於其上之被加工物予以支持之方式構成。被加工物以使其中心位於腔室本體之中心軸線上之方式載置於載置台上。載置台包含下部電極。上部電極設置於載置台之上方。第1高頻電源產生主要用於生成電漿之第1高頻。第1高頻電源電性連接於下部電極或上部電極。第2高頻電源產生主要用於將離子引入至被加工物之第2高頻。第2高頻之頻率低於第1高頻之頻率。第2高頻電源電性連接於下部電極。
於第1高頻電源連接於上部電極之情形時，接地導體以覆蓋上部電極之方式設置。接地導體具有筒形狀，於上部電極之上方提供由該接地導體所包圍之空間。上部電極與第1高頻電源經由供電導體而連接。供電導體自上部電極通過由接地導體所包圍之空間而相對於接地導體延伸至外側，且連接於第1高頻電源。此種電漿處理裝置記載於專利文獻1中。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-270017號公報
[發明所欲解決之問題]
且說，於上述電漿處理裝置之內部空間中，形成如下之電場強度分佈，即，於被加工物之中心上具有較高之電場強度，且於被加工物之邊緣側上具有較低之電場強度。即，於內部空間中，形成電場強度相應於放射方向上之距中心軸線之距離之增加而減少之不均勻之電場強度之分佈。該傾向於第2高頻之頻率較高之情形時顯著。於此種電場強度之分佈下，電漿密度於中心軸線之附近較高，且於遠離中心軸線之部位變低。即，相對於中心軸線於放射方向上形成不均勻之電漿密度之分佈。
為了於上述電場強度之分佈下形成均勻之電漿密度之分佈，考慮於腔室本體之內部空間中形成於中心軸線之附近具有較小之水平成分、且於離開中心軸線之位置具有較大之水平成分之磁場之分佈。此種磁場之分佈可藉由將電磁鐵配置於上部電極上而形成。然而，若將電磁鐵配置於由接地導體所包圍之空間內，則第1高頻流入至電磁鐵、及/或連接電磁鐵與電源之配線。其結果，腔室本體之內部空間中之電場強度局部地變動。因此，需要藉由相對於接地導體配置於外側之電磁鐵而使電漿密度之分佈均勻化。 [解決問題之技術手段]
於一態樣中，提供一種電漿處理裝置。電漿處理裝置具備腔室本體、氣體供給部、載置台、上部電極、供電導體、第1高頻電源、第2高頻電源、電磁鐵、及接地導體。氣體供給部以對由腔室本體所提供之內部空間供給氣體之方式構成。載置台包含下部電極，提供被加工物之載置區域，並設置於內部空間之中。載置區域之中心位於腔室本體之中心軸線上。上部電極隔著腔室本體之內部空間而設置於載置台之上方。供電導體連接於上部電極，且自上部電極朝上方延伸。第1高頻電源以產生第1高頻之方式構成。第1高頻電源經由供電導體而電性連接於上部電極。第2高頻電源以產生具有較第1高頻之頻率低之頻率之第2高頻之方式構成。第2高頻電源電性連接於下部電極。電磁鐵配置於上部電極之上方。電磁鐵構成為在離開中心軸線之位置具有較該中心軸線上之水平成分更大之水平成分之磁場分佈。接地導體接地，且於腔室本體之上方以覆蓋上部電極之方式延伸。接地導體具有第1部分、第2部分、及第3部分。第1部分成筒狀，自腔室本體朝上方延伸。第2部分自上部電極朝上方離開，自且第1部分朝中心軸線延伸。第2部分與第1部分一起於上部電極上提供第1空間。第3部分成筒狀，設置於較第1部分更靠中心軸線之附近，且自第2部分朝上方延伸。第3部分於其中提供與第1空間連續之第2空間。供電導體通過第1空間及第2空間而朝上方延伸。電磁鐵配置於外部空間之中。外部空間於第3部分之外側、第2部分上、且內部空間之上方由接地導體提供。
於一態樣之電漿處理裝置中，於上部電極上提供第1空間，故可確保接地導體與上部電極之間之距離，抑制接地導體與上部電極之間之電容耦合。又，於區劃第1空間之接地導體之第2部分上、且第3部分之外側，由接地導體提供外部空間。即，外部空間位於較相對於接地導體之上端位於上方之空間更靠內部空間之附近，且位於內部空間之上方。該外部空間藉由接地導體而對上部電極及供電導體屏蔽。於該外部空間中配置有電磁鐵，故電磁鐵與內部空間之間之距離較短。又，該電磁鐵形成如下之磁場分佈，即，於中心軸線之附近具有較低之水平成分，且於離開中心軸線之位置具有較大之水平成分。因此，藉由相對於接地導體配置於外側之電磁鐵而可有效率地於內部空間中形成適宜獲得均勻之電漿密度分佈之磁場分佈。
於一實施形態中，接地導體進而具有第4部分、第5部分、及第6部分。第4部分於第2部分之上方，自第3部分相對於中心軸線朝放射方向延伸。第5部分成筒狀，較第3部分更遠離中心軸線，且自第4部分朝上方延伸。第6部分於第4部分之上方，自第5部分朝中心軸線延伸。供電導體進而通過與第2空間連續之第3空間而朝上方延伸。第3空間係由第4部分、第5部分、及第6部分所包圍之空間。
於一實施形態中，電漿處理裝置進而具備第1管。第1管自上部電極通過第1空間及第2空間而朝上方延伸，並通過第3空間相對於接地導體延伸至側方且外側。第1管係用於對上部電極供給冷媒之管。根據該實施形態，於第3空間內，第1管藉由接地導體之第4部分而實質上屏蔽上部電極。
於一實施形態中，上部電極構成將來自氣體供給部之氣體朝內部空間噴出之簇射頭。電漿處理裝置進而具備第2管。第2管自上部電極通過第1空間及第2空間而朝上方延伸，並通過第3空間相對於接地導體延伸至側方且外側。第2管係用於對簇射頭供給來自氣體供給部之氣體之管。根據該實施形態，於第3空間內，第2管藉由接地導體之第4部分而實質上屏蔽上部電極。
於一實施形態中，電漿處理裝置進而具備直流電源及配線。直流電源以產生施加於上部電極之負極性直流電壓之方式構成。配線將直流電源與上部電極相互連接。配線自上部電極通過第1空間及第2空間而朝上方延伸，並通過第3空間相對於接地導體延伸至側方且外側。根據該實施形態，於第3空間內，配線藉由接地導體之第4部分而實質上屏蔽上部電極。
於一實施形態中，電磁鐵具有繞中心軸線捲繞之線圈。於一實施形態中，線圈之內徑與外徑之平均值為中心軸線與被加工物之邊緣之間之距離以上。
於一實施形態中，第2高頻之頻率大於13.56 MHz。於一實施形態中，第2高頻之頻率為40 MHz以上。於一實施形態中，第2高頻之頻率為60 MHz以上。 [發明之效果]
如上所說明，提供一種藉由相對於接地導體配置於外側之電磁鐵而能夠使電漿密度之分佈均勻化之電漿處理裝置。
以下，參照圖式對各種實施形態詳細地進行說明。再者，於各圖式中，對於相同或相當之部分標註相同之符號。
圖1係概略地表示一實施形態之電漿處理裝置之圖。於圖1中，將一實施形態之電漿處理裝置以於鉛直方向延伸之面上部分地斷裂之狀態表示。圖1所示之電漿處理裝置10具備腔室本體12。腔室本體12具有筒形狀，並包含側壁12a及底部12b。腔室本體12提供內部空間12s。圖1所示之中心軸線AX係腔室本體12及內部空間12s之中心軸線。腔室本體12例如由鋁等金屬形成。於腔室本體12之內壁面，形成具有耐電漿性之膜。該膜可為氧化鋁膜、氧化釔製之膜等陶瓷製之膜。腔室本體12接地。
於側壁12a形成有通路12p。被加工物W於內部空間12s與腔室本體12之外部之間被搬送時通過通路12p。被加工物W如晶圓般可具有圓盤形狀。通路12p能夠藉由閘閥12g而開閉。閘閥12g沿著側壁12a設置。
於內部空間12s中設置有載置台14。載置台14由支持體15支持。支持體15具有圓筒形狀，且自腔室本體12之底部12b朝上方延伸。支持體15具有絕緣性，例如由陶瓷形成。
載置台14以支持被加工物W之方式構成。載置台14共有腔室本體12與中心軸線AX。載置台14提供載置區域14r。該載置區域14r之中心位於中心軸線AX上。被加工物W以使其中心位於中心軸線AX上之方式載置於載置區域14r上。
載置台14包含電極板16、下部電極18、及靜電吸盤20。電極板16具有大致圓盤形狀。電極板16具有導電性。電極板16係由鋁等金屬形成。下部電極18具有圓盤形狀。下部電極18具有導電性。下部電極18係由鋁等金屬形成。下部電極18搭載於電極板16上。下部電極18電性連接於電極板16。
於下部電極18中形成有流路18p。流路18p於下部電極18中，例如以螺旋狀延伸。自熱交換媒體之循環裝置22(例如冷卻器單元)對流路18p供給熱交換媒體(例如冷媒)。循環裝置22設置於腔室本體12之外部。供給至流路18p之熱交換媒體返回至循環裝置22。藉由熱交換媒體與下部電極18之熱交換而控制載置於載置台14上之被加工物W之溫度。
靜電吸盤20設置於下部電極18上。靜電吸盤20具有大致圓盤形狀。靜電吸盤20於陶瓷製之本體中具有膜狀之電極。於靜電吸盤20之電極上，經由開關而連接有直流電源24。靜電吸盤20提供上述載置區域14r。於將被加工物W載置於靜電吸盤20上(載置區域14r上)之狀態下，若將來自直流電源24之直流電壓施加至靜電吸盤20之電極，則於被加工物W與靜電吸盤20之間產生靜電引力。被加工物W藉由所產生之靜電引力而靠近靜電吸盤20，且由靜電吸盤20保持。於電漿處理裝置10上，亦可設置對靜電吸盤20與被加工物W之下表面之間供給傳熱氣體(例如He氣)之傳熱氣體供給線。
於靜電吸盤20之內部，亦可設置一個以上之加熱器(例如一個以上之電阻加熱元件)。藉由對一個以上之加熱器供給來自加熱器控制器之電力而使該一個以上之加熱器放熱，調整靜電吸盤20之溫度、進而被加工物W之溫度。
於腔室本體12之內部空間12s內，以包圍靜電吸盤20及被加工物W之邊緣之方式配置有聚焦環FR。聚焦環FR為環狀之板，且由矽、石英等含有矽之材料形成。聚焦環FR係為了獲得電漿處理之均勻性而利用。
於支持體15之周圍設置有筒狀之導體26。導體26接地。於導體26之上方，以包圍載置台14之方式設置有筒狀之絕緣體28。絕緣體28係由石英等陶瓷形成。於載置台14與腔室本體12之側壁12a之間形成有排氣路。於排氣路上設置有隔板30。隔板30為環狀之板。於隔板30上，形成有於其板厚方向貫通該隔板30之多數之孔。隔板30係藉由於由鋁等金屬所形成之母材之表面形成氧化釔等耐電漿性之被膜而構成。
於隔板30之下方，將排氣管32連接於腔室本體12之底部12b。排氣管32能夠連通於排氣路。於排氣管32上連接有排氣裝置34。排氣裝置34包含自動壓力控制閥、及渦輪分子泵等減壓泵。藉由排氣裝置34作動而將內部空間12s之壓力設定為所指定之壓力。
於載置台14之上方設置有上部電極36。於上部電極36與載置台14之間，介置有內部空間12s之一部分。上部電極36設置成將腔室本體12之上部開口關閉。於上部電極36與腔室本體12之上端部之間介置有構件37。構件37係由絕緣性材料形成。構件37可由陶瓷、例如石英而形成。再者，於一實施形態中，於上部電極36與腔室本體12之上端部之間，可介置構件37及下述接地導體之一部分。
於一實施形態中，上部電極36構成簇射頭。於一實施形態中，上部電極36包含頂板38及支持體40。頂板38例如由矽形成。或者頂板38藉由於由鋁所形成之母材之表面設置由氧化釔等陶瓷所形成之被覆而構成。於頂板38上，形成有於其板厚方向貫通該頂板38之複數個氣體噴出口38h。
支持體40設置於頂板38上。支持體40以裝卸自如地支持頂板38之方式構成。支持體40係由鋁等導電性材料形成。於支持體40之內部，形成有氣體擴散室40d。於支持體40上，形成有自氣體擴散室40d朝下方延伸之複數個孔40h。複數個孔40h分別連通於複數個氣體噴出口38h。
於氣體擴散室40d連接有氣體供給部41。氣體供給部41以對內部空間12s供給氣體之方式構成。於一實施形態中，氣體供給部41以能夠輸出第1氣體及第2氣體之方式構成。關於第1氣體及第2氣體將於以下敍述。又，氣體供給部41具有一個以上之流量控制器及一個以上之閥，且以個別地調整應輸出之一種以上之氣體之流量之方式構成。自氣體供給部41輸出之氣體經由氣體擴散室40d及複數個孔40h而自複數個氣體噴出口38h朝內部空間12s噴出。
於支持體40形成有流路40p。於流路40p連接有冷卻器單元42。冷卻水等冷媒於流路40p與冷卻器單元42之間循環。藉由自冷卻器單元42供給至流路40p之冷媒與上部電極36之間之熱交換而調整上部電極36之溫度。
電漿處理裝置10進而具備第1高頻電源43及第2高頻電源44。第1高頻電源43及第2高頻電源44設置於腔室本體12之外部。第1高頻電源43以產生主要用於生成電漿之第1高頻之方式構成。第1高頻例如可具有100 MHz之頻率，但並非限定於此。第1高頻電源43經由匹配器45及供電導體48而電性連接於上部電極36。匹配器45具有用於使第1高頻電源43之輸出阻抗與負載側(上部電極36側)之阻抗匹配之匹配電路。供電導體48於其下端連接於上部電極36。供電導體48自上部電極36朝上方延伸。供電導體48為筒狀或棒狀之導體，且其中心軸線與中心軸線AX大致一致。
第2高頻電源44以產生主要用於將離子引入至被加工物W之第2高頻、即偏壓用高頻之方式構成。第2高頻之頻率低於第1高頻之頻率。於一實施形態中，第2高頻之頻率高於13.56 MHz。於一實施形態中，第2高頻之頻率亦可為40 MHz以上。於一實施形態中，第2高頻之頻率亦可為60 MHz以上。第2高頻電源44經由匹配器46而電性連接於下部電極18。匹配器46具有用於使第2高頻電源44之輸出阻抗與負載側(下部電極18側)之阻抗匹配之匹配電路。
電漿處理裝置10進而具備接地導體50。接地導體50具有導電性。接地導體50係由鋁等金屬形成。接地導體50接地。接地導體50於腔室本體12之上方以覆蓋上部電極36之方式延伸。供電導體48通過由接地導體50所包圍之空間而朝上方延伸至接地導體50之外部，於接地導體50之外部經由匹配器45而連接於第1高頻電源43。
於電漿處理裝置10之腔室本體12之內部空間12s之中，形成如下之電場強度分佈，即，於被加工物W之中心上具有較高之電場強度，而於被加工物W之邊緣側上具有較低之電場強度。即，於內部空間12s之中，形成電場強度相應於放射方向(即徑向)上之對中心軸線AX之距離之增加而減少之不均勻之電場強度之分佈。圖2係表示腔室本體之內部空間之中之電場強度之分佈之計算結果之曲線圖。於圖2中，橫軸表示自中心軸線AX朝放射方向之距離，縱軸表示標準化之電場強度。於圖2中，表示使用複數個第2高頻之頻率f2各者之情形時的標準化之電場強度之分佈。如圖2所示，放射方向上之電場強度之不均勻性於第2高頻之頻率f2越高時越顯著。再者，若將第2高頻之頻率f2設定為較高之頻率，則照射於被加工物W之離子之能量變小。
於上述不均勻之電場強度之分佈下，電漿密度於中心軸線之附近較高，且於遠離中心軸線之部位變低。即，相對於中心軸線於放射方向上形成不均勻之電漿密度之分佈。電漿處理裝置10進而具備電磁鐵60，以便於形成上述不均勻之電場強度之分佈之處理、例如利用具有較高頻率之第2高頻之處理中，亦可獲得均勻之電漿密度之分佈。
如圖1所示，電磁鐵60配置於上部電極36之上方。電磁鐵60於腔室本體12之內部空間12s中，形成如下之磁場之分佈，即，於遠離中心軸線AX之位置具有較中心軸線AX上之水平成分大之水平成分。即，電磁鐵60於內部空間12s中形成具有電磁鐵60之大小相應於自中心軸線AX朝放射方向之距離之增加而增加之水平成分之磁場之分佈。於形成較大之水平成分之磁場之部位，電子之滯留時間變長。其結果，於形成較大之水平成分之磁場之部位，電漿之密度上升。因此，根據電漿處理裝置10，相對於中心軸線AX於放射方向上獲得均勻之電漿密度之分佈。因此，根據電漿處理裝置10，對被加工物W之處理之面內均勻性提高。
於一實施形態中，電磁鐵60具有磁軛62及線圈64。磁軛62係由磁性材料形成。磁軛62具有基底部62a及複數個筒狀部62b。基底部62a具有大致圓盤形狀，且朝相對於中心軸線AX正交之方向延伸。複數個筒狀部62b之各者具有筒形狀，且自基底部62a朝下方延伸。複數個筒狀部62b相對於中心軸線AX設置成同軸狀。線圈64繞中心軸線AX捲繞。線圈64於徑向上設置於相鄰之二個筒狀部62b之間。再者，電磁鐵60可具有一個以上之線圈64。於電磁鐵60之線圈64之個數為複數個之情形時，複數個線圈64相對於中心軸線AX設置成同軸狀。
電磁鐵60之線圈64經由配線68而連接於電流源66。若對線圈64賦予來自電流源66之電流，則由電磁鐵60形成磁場。於由電磁鐵60形成之磁場之向量之角度為45°之部位，良好地兼具放射方向(徑向)之電子之封閉效應(電子之擴散抑制效應)、與電子之湮滅抑制效應(抑制電子到達電極之效應)，故於該部位電漿之密度變高。因此，於被加工物W之半徑為150 mm之情形時，電磁鐵60可構成為，磁場之向量之角度為45°之部位與中心軸線AX之間之距離成為135 mm以上且185 mm以下。因此，於一實施形態中，電磁鐵60之一個線圈64之內徑與外徑之平均值為中心軸線AX與被加工物W之邊緣之間之距離以上。於被加工物W之半徑為150 mm之情形時，電磁鐵60之一個線圈64之內徑與外徑之平均值為150 mm以上且250 mm以下。再者，磁場之向量之角度於該磁場僅具有下方向之成分之情形時為0°，於僅具有放射方向之成分(水平成分)之情形時為90°。因此，於磁場之向量之角度為45°之情形時，該磁場具有水平成分與垂直成分之兩者。
若將電磁鐵60配置於由覆蓋上部電極之接地導體所包圍之空間內，則第1高頻流入至電磁鐵60、及/或連接電磁鐵60與電源(電流源)之配線。其結果，腔室本體12之內部空間12s中之電場強度局部變動。因此，電磁鐵60配置於接地導體之外側。但是，若將電磁鐵60相對於接地導體之上端配置於上方之空間，則自電磁鐵60至內部空間12s之鉛直方向之距離變長，若不對線圈64賦予較大之電流則於內部空間12s中無法有效率地形成具有足夠大小之磁場。又，若將電磁鐵60配置於接地導體之側方(自中心軸線起之放射方向上接地導體之外側)，則於內部空間12s中不會形成以下部位，即形成具有較大之水平成分之磁場之部位、或形成其向量具有45°之角度之磁場之部位。為了有效率地於內部空間12s中形成適宜獲得均勻之電漿密度分佈之磁場分佈，接地導體50提供將電磁鐵60配置於其中之外部空間ES。外部空間ES位於較接地導體50之上端更靠內部空間12s之側，相對於上部電極36朝上方離開，且由接地導體50對上部電極36屏蔽。
接地導體50具備第1部分51、第2部分52、及第3部分53。第1部分51具有筒形狀。第1部分51之中心軸線與中心軸線AX大致一致。第1部分51自腔室本體12朝上方延伸。於圖1所示之例中，第1部分51自腔室本體12之側壁12a之上端朝上方延伸。第1部分51之下端部分介置於構件37與側壁12a之上端之間。
第2部分52自上部電極36朝上方離開，且自第1部分51朝中心軸線AX延伸。第2部分52成朝相對於中心軸線AX交叉或正交之方向延伸之板狀。第1部分51與第2部分52於上部電極36之上提供第1空間IS1。第1空間IS1係接地導體50之內側(即，上部電極36側)之空間之一部分。藉由該第1空間IS1而確保鉛直方向上之上部電極36與接地導體50之間之距離。因此，可抑制接地導體50與上部電極36之間之電容耦合。上部電極36之上表面與接地導體50之第2部分52之下表面之間之鉛直方向之距離例如設定為60 mm以上之距離。
第3部分53具有筒形狀。第3部分53之中心軸線與中心軸線AX大致一致。第3部分53於較第1部分51更靠中心軸線之附近延伸。第3部分53自第2部分52朝上方延伸。第3部分53提供第2空間IS2。第2空間IS2係第2部分52之內側之空間，且係接地導體50之內側(即，上部電極36側)之空間之一部分。第2空間IS2與第1空間IS1連續。再者，供電導體48通過第1空間IS1及第2空間IS2而朝上方延伸。
外部空間ES於第3部分53之外側、第2部分52上、且內部空間12s之上方由接地導體50提供。外部空間ES於第3部分53之外側、且第2部分52上，以中心軸線AX為中心朝圓周方向延伸。於該外部空間ES配置有電磁鐵60。再者，配置於外部空間ES中之電磁鐵60之下端與上部電極36之上表面之間之鉛直方向之距離大於60 mm，電磁鐵60之下端與載置於載置台14上之被加工物W之間之鉛直方向之距離可為230 mm以下。
配置於外部空間ES中之電磁鐵60與內部空間12s之間之距離較短。又，如上所述，電磁鐵60於內部空間12s中形成如下之磁場分佈，即，於中心軸線AX之附近具有較低之水平成分，且於遠離中心軸線之位置具有較大之水平成分。因此，藉由相對於接地導體50配置於外側之電磁鐵60，可有效率地於內部空間12s中形成適宜獲得均勻之電漿密度分佈之磁場分佈。
於電磁鐵60之線圈64上，如上所述連接有電流源66。電磁鐵60及電流源66相對於接地導體50配置於外側。因此，於線圈64與電流源66之間亦可不設置用於防止高頻流入至電流源66之濾波器。
於一實施形態中，接地導體50進而具有第4部分54、第5部分55、及第6部分56。第4部分54於第2部分52之上方，自第3部分53相對於中心軸線AX朝放射方向延伸。第4部分54成朝相對於中心軸線AX交叉或正交之方向延伸之板狀。第5部分55具有筒形狀。第5部分55之中心軸線與中心軸線AX大致一致。第5部分55較第3部分53更遠離中心軸線，且自第4部分54朝上方延伸。第6部分56於第4部分54之上方，自第5部分55朝中心軸線AX延伸。第6部分56成朝相對於中心軸線AX交叉或正交之方向延伸之板狀。於一實施形態中，接地導體50進而具有自第6部分延伸至供電導體48之附近之蓋部57。
第4部分54、第5部分55、及第6部分56提供第3空間IS3。第3空間IS3係由第4部分54、第5部分55、及第6部分56所包圍之空間，且係接地導體50之內側之空間之一部分。第3空間IS3與第2空間IS2連續。供電導體48進而通過第3空間IS3而朝上方延伸。再者，於圖1所示之例中，第1～第6部分係由三個構件構成，但構成接地導體50之構件之個數可為任意個數。
以下，參照圖1與圖3。圖3係表示圖1所示之電漿處理裝置之接地導體之內部之構成之俯視圖。於圖3中，表示將接地導體50之第5部分55於水平之面斷裂之狀態。於一實施形態中，如圖1及圖3所示，電漿處理裝置10進而具備管71(第1管)。管71自上部電極36通過第1空間IS1及第2空間IS2而朝上方延伸，且通過第3空間IS3相對於接地導體50延伸至側方且外側。管71相對於接地導體50於外側連接於冷卻器單元42。來自冷卻器單元42之冷媒經由管71而供給至流路40p。於第3空間IS3內，管71藉由接地導體50之第4部分54而實質上屏蔽上部電極36。
電漿處理裝置10進而具備管72。管72通過第1空間IS1及第2空間IS2而朝上方延伸，且通過第3空間IS3相對於接地導體50延伸至側方且外側。管72相對於接地導體50於外側連接於冷卻器單元42。冷媒自流路40p經由管72而返回至冷卻器單元42。於第3空間IS3內，管72藉由接地導體50之第4部分54而實質上屏蔽上部電極36。
於一實施形態中，電漿處理裝置10進而具備管73(第2管)。管73自上部電極36通過第1空間IS1及第2空間IS2而朝上方延伸，且通過第3空間IS3相對於接地導體50延伸至側方且外側。管73相對於接地導體50於外側連接於氣體供給部41。自氣體供給部41輸出之氣體經由管73而供給至上部電極36、即簇射頭。於第3空間IS3內，管73藉由接地導體50之第4部分54而實質上屏蔽上部電極36。再者，氣體供給部41與上部電極36(即，簇射頭)亦可經由複數個管而相互連接。
於一實施形態中，電漿處理裝置10進而具備直流電源74及配線75。直流電源74以產生施加至上部電極36之負極性直流電壓之方式構成。配線75將直流電源74與上部電極36相互連接。配線75可包含線圈75c。線圈75c設置於第3空間IS3中。配線75自上部電極36通過第1空間IS1及第2空間IS2而朝上方延伸，且通過第3空間IS3相對於接地導體50延伸至側方且外側。配線75與第5部分55及接地導體50電性絕緣。配線75相對於接地導體50於外側連接於直流電源74。於第3空間IS3內，配線75藉由接地導體50之第4部分54而實質上屏蔽上部電極36。
於一實施形態中，電漿處理裝置10進而具備控制部80。控制部80以控制電漿處理裝置10之各部之方式構成。控制部80可為電腦裝置。控制部80可具有處理器、記憶體等記憶裝置、鍵盤、滑鼠、觸控面板等輸入裝置、顯示裝置、控制信號之輸入輸出介面等。於記憶裝置中，記憶有控制程式及製程配方資料。控制部80之處理器執行控制程式，並按照製程配方資料而送出控制信號以便控制電漿處理裝置10之各部。於一實施形態中，為了執行下述電漿處理方法(方法MT)，控制部80能夠控制電漿處理裝置10之各部。
以下，參照圖4。圖4係表示能夠由圖1所示之電漿處理裝置形成之磁場分佈之計算結果之曲線圖。於圖4中，橫軸表示距中心軸線AX之距離，縱軸表示磁通密度。於圖4中，顯示表示磁場BA之分佈之磁通密度之分佈、表示磁場BA之水平成分BH之分佈之磁通密度之分佈、及表示磁場BA之垂直成分BV之分佈之磁通密度之分佈。圖4所示之磁場及其二種成分之分佈係自電磁鐵60之下端朝下方離開174 mm之面內之分佈、即載置台14之上表面內之分佈。計算圖4所示之磁場及其二種成分之分佈時之條件如下。 ＜計算之條件＞ 線圈64之內徑(半徑)：132 mm 線圈64之外徑(半徑)：173 mm 線圈64之匝數：215匝 供給至線圈64之電流：4[A] 電磁鐵60之下端與載置於載置台14上之被加工物W之間之距離：174 mm
由圖4所示之磁場之分佈之計算結果可知，根據電磁鐵60，能夠形成於遠離中心軸線AX之部位具有較中心軸線AX上之水平成分大之水平成分之磁場分佈。
以下，參照圖5。圖5係表示圖1所示之電漿處理裝置之內部空間中之離子通量之分佈之測定結果之曲線圖。於用於獲得圖5所示之測定結果之實驗中，將圓盤狀之樣品載置於載置台14上之狀態下，於內部空間12s中生成電漿，藉由電磁鐵60而於內部空間12s中形成磁場。然後，於樣品之直徑上之複數個測定點求出樣品溫度之每單位時間之增加率(dT/dt)。再者，增加率(dT/dt)係反映離子通量之量之參數。於實驗中，將供給至電磁鐵60之線圈64之電流設定為0[A]、1[A]、4[A]、6.5[A]，測定離子通量之分佈。以下表示實驗之其他條件。 ＜實驗之條件＞ 內部空間12s之壓力：20 mTorr(2.67 Pa) 供給至內部空間12s之氣體：1000 sccm之Ar氣 第1高頻：60 MHz、100 W 第2高頻：40 MHz、100 W
於圖5中，橫軸係表示複數個測定點各者之位置之軸，其表示對中心軸線AX之距離。以正距離特定出之測定點於上述直徑上相對於中心軸線AX位於一側，以負距離特定出之測定點於上述直徑上相對於中心軸線AX位於另一側。於圖5中，縱軸表示增加率(dT/dt)。如圖5所示，於供給至電磁鐵60之線圈64之電流為0[A]之情形時，增加率(dT/dt)、即離子通量相應於對中心軸線AX之距離之增加而減少。即，於供給至線圈64之電流為0[A]之情形時，形成不均勻之電漿密度之分佈。若使供給至線圈64之電流增加，則複數個測定點之離子通量之差減少。即，經確認，藉由電磁鐵60於內部空間12s之中形成磁場，能夠形成均勻之電漿密度之分佈。
以下，參照圖6，對能夠使用電漿處理裝置10而執行之一實施形態之電漿處理方法進行說明。圖6係表示一實施形態之電漿處理方法之流程圖。圖6所示之電漿處理方法(以下，稱為「方法MT」)係於腔室本體12之內部空間12s之中收容有被加工物W之狀態下執行。方法MT包含步驟ST1及步驟ST2。
於步驟ST1中，對被加工物W執行第1電漿處理。於步驟ST1中，藉由供給至內部空間12s之第1氣體之電漿而對被加工物W進行處理。於步驟ST1中，第2高頻可供給至下部電極18，亦可不供給至下部電極18。步驟ST1中將第2高頻供給至下部電極18之情形時，於步驟ST1中設定之第2高頻之電力小於步驟ST2中供給至下部電極18之第2高頻之電力。
於步驟ST2中，對被加工物W執行第2電漿處理。於步驟ST2中，藉由供給至內部空間12s之第2氣體之電漿而對被加工物W進行處理。於步驟ST2中，對下部電極18供給第2高頻。於步驟ST2中，第2高頻之電力設定為較步驟ST1中之第2高頻之電力更大的電力。於一實施形態中，第2高頻之頻率大於13.56 MHz。第2高頻之頻率可為40 MHz以上，亦可為60 MHz以上。
於步驟ST2中，藉由電磁鐵60而於內部空間12s之中形成於被加工物W之邊緣側上具有較被加工物W之中心上之水平成分更大之水平成分之磁場分佈。
步驟ST1及步驟ST2亦可交替反覆。於步驟ST1及步驟ST2交替反覆之情形時，於步驟ST3中判定是否滿足停止條件。例如於包含步驟ST1及步驟ST2之序列之執行次數達到特定次數之情形時，判定為滿足停止條件。若於步驟ST3中判定為未滿足停止條件，則再次執行步驟ST1，其次執行步驟ST2。另一方面，若於步驟ST3中判定為滿足停止條件，則方法MT之執行結束。
於方法MT之步驟ST2中，將第2高頻之功率設定為較步驟ST1中所設定之第2高頻之功率更高的功率。因此，於步驟ST2之第2電漿處理之執行中，於被加工物W之中心上電場強度變高，於被加工物W之邊緣側上電場強度變低。即，於第2電漿處理之執行中，相對於中心軸線AX於放射方向上形成不均勻之電場強度之分佈。於第2電漿處理之執行中，於內部空間12s中形成上述之磁場分佈。於形成較大之水平成分之磁場之部位，電子之速度降低，電子之滯留時間變長。其結果，於形成有較大之水平成分之磁場之部位，電漿之密度上升。因此，第2電漿處理執行中之電漿密度之分佈得以均勻化。而且，藉由電磁鐵60形成之磁場之分佈而使電漿密度之分佈均勻化，故於將所要執行之電漿處理自第1電漿處理切換為第2電漿處理之時間點，可使電漿密度之分佈高速地均勻化。於步驟ST1及步驟ST2交替反覆之情形時，此種可將電漿密度之分佈高速均勻化之電磁鐵60之利用特別有利。
於一實施形態中，第1氣體包含氟碳氣體、例如C4 F8 氣體。第2氣體包含He氣、Ne氣、Ar氣、Kr氣、Xe氣等稀有氣體。該實施形態之方法MT可相對於由氮化矽形成之第2區域而將由氧化矽形成之第1區域選擇性地進行蝕刻。
圖7係能夠應用圖6所示之方法之一實施形態之一例之被加工物之一部分放大剖視圖。圖7所示之被加工物W具有底層區域UR、複數個隆起區域PR、第1區域R1、第2區域R2、及遮罩MK。該被加工物W例如可為鰭式場效電晶體之製造中獲得之產物。
底層區域UR例如可由多晶矽構成。於一例中底層區域UR為鰭區域，具有大致長方體形狀。複數個隆起區域PR設置於底層區域UR上，且相互大致平行地排列。該等隆起區域PR例如可為閘極區域。第2區域R2係由氮化矽形成。第2區域R2以覆蓋隆起區域PR及底層區域UR之方式設置。第2區域R2於二個相鄰之隆起區域PR之間提供凹部。第1區域R1係由氧化矽形成。第1區域R1設置於由第2區域R2提供之上述凹部中。又，第1區域R1以覆蓋第2區域R2之方式設置。於第1區域R1上設置有遮罩MK。遮罩MK以於由第2區域R2提供之凹部之上方提供開口之方式而圖案化。遮罩MK之開口之寬度大於由第2區域R2提供之凹部之寬度。遮罩MK係由有機膜形成之遮罩。遮罩MK能夠藉由光微影技術而製作。
以下，以應用於圖7所示之被加工物W之情形為例，對一實施形態之方法MT進行說明。然而，一實施形態之方法MT能夠應用於具有由氧化矽形成之第1區域及由氮化矽形成之第2區域之任意之被加工物。以下，除圖6及圖7外，還參照圖8、圖9(a)、圖9(b)、及圖10。圖8係自圖7所示之狀態所處理之被加工物之一部分放大剖視圖。圖9(a)係圖6所示之方法之一實施形態之步驟ST1執行後之狀態之被加工物之一部分放大剖視圖，圖9(b)係圖6所示之方法之一實施形態之步驟ST2執行後之狀態之被加工物之一部分放大剖視圖。圖10係應用圖6所示之方法之一實施形態後之被加工物之一部分放大剖視圖。
於一實施形態之方法MT中，亦可僅藉由步驟ST1及步驟ST2而對第1區域R1進行蝕刻。或者於最初執行步驟ST1之前，亦可藉由其他電漿蝕刻處理對第1區域R1進行蝕刻，直至第2區域R2露出(參照圖8)，或直至第2區域R2即將露出之前。例如，亦可藉由來自氟碳氣體之電漿之離子及/或自由基等活性種而對第1區域R1進行蝕刻，直至第2區域R2露出(參照圖8)，或直至第2區域R2即將露出之前。
於一實施形態之方法MT之步驟ST1中，藉由包含氟碳氣體之上述第1氣體之電漿而對被加工物W進行處理。第1氣體除氟碳氣體外，亦可包含氧氣、及Ar氣等稀有氣體。於該步驟ST1中，於被加工物W上形成包含氟碳之沈積物之膜DP。於步驟ST1中，以使第2區域R2上之膜DP之膜厚大於第1區域R1上之膜DP之膜厚之方式形成膜DP。
具體而言，於步驟ST1中，對內部空間12s供給第1氣體，藉由排氣裝置34將內部空間12s之壓力減壓至所指定之壓力。藉由供給第1高頻而使第1氣體於內部空間12s中激發。其結果，於內部空間12s中生成第1氣體之電漿。於步驟ST1中，第2高頻之電力設定為較步驟ST2中之第2高頻之電力低的電力。於步驟ST1中，第2高頻亦可不供給至下部電極18。
於步驟ST1中，被加工物W之溫度設定為20℃以上、250℃以下之溫度。被加工物W之溫度藉由供給至流路18p之熱交換媒體及設置於靜電吸盤20內之上述一個以上之加熱器而調整。若將被加工物W之溫度設定為相關溫度，則如圖9(a)所示，於被加工物W上形成包含氟碳之沈積物之膜DP。如圖9(a)所示，膜DP之膜厚於第2區域R2上較大，於第1區域R1上較小。再者，超過250℃之溫度為遮罩MK之玻璃轉移溫度，於該溫度下，形成於第1區域R1上之膜DP之膜厚與形成於第2區域R2上之膜DP之膜厚之差變少。又，於低於20℃之溫度下，亦為形成於第1區域R1上之膜DP之膜厚與形成於第2區域R2上之膜DP之膜厚之差變少。
於步驟ST2中，將步驟ST1中經處理之被加工物W藉由包含稀有氣體之上述第2氣體之電漿而處理。第2氣體可為僅包含稀有氣體之氣體。或者第2氣體除稀有氣體外亦可包含氧氣。於步驟ST2中，對內部空間12s供給第2氣體，藉由排氣裝置34將內部空間12s之壓力減壓成所指定之壓力。藉由供給第2高頻而將第2氣體於內部空間12s中激發。其結果，於內部空間12s中生成第2氣體之電漿。於步驟ST2中，將第2高頻供給至下部電極18。於步驟ST2中，第2高頻之電力設定為較步驟ST1中之第2高頻之電力高的電力。
於步驟ST2中，將稀有氣體之離子照射至被加工物W。若將稀有氣體之離子照射至膜DP，則藉由膜DP中包含之氟碳自由基而對第1區域R1進行蝕刻。另一方面，第2區域R2上之膜DP減少，但以抑制第2區域R2之蝕刻之方式保護第2區域R2。若執行步驟ST2，則如圖9(a)所示之被加工物W成為圖9(b)所示之狀態。然後，如圖10所示，藉由步驟ST1及步驟ST2之交替反覆而將由第2區域R2提供之凹部中之第1區域R1去除，形成開口HL。即，自對準地形成開口HL。
且說，於由第2區域R2提供之凹部之寬度較窄之情形時，藉由步驟ST1之執行而於存在於較窄之凹部中之第1區域R1上形成較厚之沈積物。若於第1區域R1上形成較厚之沈積物之膜，則於步驟ST2中不會推進第1區域R1之蝕刻。因此，於由第2區域R2提供之凹部之寬度較窄之情形時，需要將形成於被加工物W上之沈積物之膜DP之膜厚減小。於沈積物之膜DP之膜厚較小之情形時，為了抑制第2區域R2之蝕刻，需要將照射至被加工物W之稀有氣體之離子之能量降低。離子之能量藉由使用具有較高頻率之第2高頻而降低。例如，使用具有大於13.56 MHz之頻率、40 MHz以上之頻率、或60 MHz以上之頻率之第2高頻。若使用具有較高頻率之第2高頻，則步驟ST2中形成之上述電場強度之分佈之不均勻性更加顯著。該不均勻性可於步驟ST2中藉由電磁鐵60形成上述磁場被消除或抑制。
以上，對各種實施形態進行了說明，但並不限定於上述實施形態，而是能夠構成各種變化態樣。圖1中，電漿處理裝置被描繪成電磁鐵具有一個線圈，但電磁鐵亦可具有一個以上之線圈。
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧腔室本體
12a‧‧‧側壁
12b‧‧‧底部
12g‧‧‧閘閥
12p‧‧‧通路
12s‧‧‧內部空間
14‧‧‧載置台
14r‧‧‧載置區域
15‧‧‧支持體
16‧‧‧電極板
18‧‧‧下部電極
18p‧‧‧流路
20‧‧‧靜電吸盤
22‧‧‧循環裝置
24‧‧‧直流電源
26‧‧‧導體
28‧‧‧絕緣體
30‧‧‧隔板
32‧‧‧排氣管
34‧‧‧排氣裝置
36‧‧‧上部電極
37‧‧‧構件
38‧‧‧頂板
38h‧‧‧氣體噴出口
40‧‧‧支持體
40d‧‧‧氣體擴散室
40h‧‧‧孔
40p‧‧‧流路
41‧‧‧氣體供給部
42‧‧‧冷卻器單元
43‧‧‧第1高頻電源
44‧‧‧第2高頻電源
45‧‧‧匹配器
46‧‧‧匹配器
48‧‧‧供電導體
50‧‧‧接地導體
51‧‧‧第1部分
52‧‧‧第2部分
53‧‧‧第3部分
54‧‧‧第4部分
55‧‧‧第5部分
56‧‧‧第6部分
57‧‧‧蓋部
60‧‧‧電磁鐵
62‧‧‧磁軛
62a‧‧‧基底部
62b‧‧‧筒狀部
64‧‧‧線圈
66‧‧‧電流源
68‧‧‧配線
71‧‧‧管
72‧‧‧管
73‧‧‧管
74‧‧‧直流電源
75‧‧‧配線
75c‧‧‧線圈
80‧‧‧控制部
AX‧‧‧中心軸線
BA‧‧‧磁場
BH‧‧‧水平成分
BV‧‧‧垂直成分
DP‧‧‧膜
ES‧‧‧外部空間
FR‧‧‧聚焦環
HL‧‧‧開口
IS1‧‧‧第1空間
IS2‧‧‧第2空間
IS3‧‧‧第3空間
MK‧‧‧遮罩
MT‧‧‧電漿處理方法
PR‧‧‧隆起區域
R1‧‧‧第1區域
R2‧‧‧第2區域
ST1‧‧‧步驟
ST2‧‧‧步驟
UR‧‧‧底層區域
W‧‧‧被加工物
圖1係概略地表示一實施形態之電漿處理裝置之圖。 圖2係表示腔室本體之內部空間中之電場強度之分佈之計算結果之曲線圖。 圖3係表示圖1所示之電漿處理裝置之接地導體之內部之構成之俯視圖。 圖4係表示能夠由圖1所示之電漿處理裝置形成之磁場之分佈之計算結果之圖。 圖5係表示圖1所示之電漿處理裝置之內部空間中之離子束之分佈之測定結果之曲線圖。 圖6係表示一實施形態之電漿處理方法之流程圖。 圖7係能夠應用圖6所示之方法之一實施形態之一例之被加工物之一部分放大剖視圖。 圖8係自圖7所示之狀態處理後之被加工物之一部分放大剖視圖。 圖9(a)係圖6所示之方法之一實施形態之步驟ST1執行後之狀態之被加工物之一部分放大剖視圖，圖9(b)係圖6所示之方法之一實施形態之步驟ST2執行後之狀態之被加工物之一部分放大剖視圖。 圖10係應用圖6所示之方法之一實施形態後之被加工物之一部分放大剖視圖。

Claims (10)

  1. 一種電漿處理裝置，其具備： 腔室本體； 氣體供給部，其以對由上述腔室本體提供之內部空間供給氣體之方式構成； 載置台，其包含下部電極，提供被加工物之載置區域，並設置於上述內部空間中，且上述載置區域之中心位於上述腔室本體之中心軸線上； 上部電極，其隔著上述內部空間設置於上述載置台之上方； 供電導體，其連接於上述上部電極，且自該上部電極朝上方延伸； 第1高頻電源，其以產生第1高頻之方式構成，且經由上述供電導體而電性連接於上述上部電極； 第2高頻電源，其以產生具有較上述第1高頻之頻率更低之頻率之第2高頻之方式構成，且電性連接於上述下部電極； 電磁鐵，其配置於上述上部電極之上方，且構成為於上述內部空間中形成在離開上述中心軸線之位置具有較該中心軸線上之水平成分更大之水平成分之磁場分佈；及 接地導體，其接地，且於上述腔室本體之上方以覆蓋上述上部電極之方式延伸；且 上述接地導體具有： 筒狀之第1部分，其自上述腔室本體朝上方延伸； 第2部分，其自上述上部電極朝上方離開，且自上述第1部分朝上述中心軸線延伸，且與上述第1部分一起於上述上部電極上提供第1空間；及 筒狀之第3部分，其設置於較上述第1部分更靠上述中心軸線之附近，自上述第2部分朝上方延伸，且於該第3部分中提供與上述第1空間連續之第2空間；且 上述供電導體通過上述第1空間及上述第2空間而朝上方延伸， 上述電磁鐵於上述第3部分之外側、上述第2部分上、且上述內部空間之上方配置於由上述接地導體提供之外部空間之中。
  2. 如請求項1之電漿處理裝置，其中上述接地導體進而具有： 第4部分，其於上述第2部分之上方，自上述第3部分相對於上述中心軸線朝放射方向延伸； 筒狀之第5部分，其較上述第3部分更為離開上述中心軸線，且自上述第4部分朝上方延伸；及 第6部分，其於上述第4部分之上方，自上述第5部分朝上述中心軸線延伸；且 上述供電導體進而通過由上述第4部分、上述第5部分、及上述第6部分所包圍之與上述第2空間連續之第3空間而朝上方延伸。
  3. 如請求項2之電漿處理裝置，其進而具備第1管，該第1管自上述上部電極通過上述第1空間及上述第2空間而朝上方延伸，並通過上述第3空間相對於上述接地導體延伸至側方且外側，且對上述上部電極供給冷媒。
  4. 如請求項2或3之電漿處理裝置，其中 上述上部電極構成將來自上述氣體供給部之氣體朝上述內部空間噴出之簇射頭， 該電漿處理裝置進而具備第2管，該第2管自上述上部電極通過上述第1空間及上述第2空間而朝上方延伸，並通過上述第3空間相對於上述接地導體延伸至側方且外側，且對上述簇射頭供給來自上述氣體供給部之氣體。
  5. 如請求項2至4中任一項之電漿處理裝置，其進而具備： 直流電源，其產生施加於上述上部電極之負極性直流電壓；及 配線，其將上述直流電源與上述上部電極相互連接；且 上述配線自上述上部電極通過上述第1空間及上述第2空間而朝上方延伸，並通過上述第3空間相對於上述接地導體延伸至側方且外側。
  6. 如請求項1至5中任一項之電漿處理裝置，其中上述電磁鐵具有繞上述中心軸線捲繞之線圈。
  7. 如請求項6之電漿處理裝置，其中上述線圈之內徑與外徑之平均值為上述中心軸線與上述被加工物之邊緣之間之距離以上。
  8. 如請求項1至7中任一項之電漿處理裝置，其中上述第2高頻之上述頻率大於13.56 MHz。
  9. 如請求項8之電漿處理裝置，其中上述第2高頻之上述頻率為40 MHz以上。
  10. 如請求項8之電漿處理裝置，其中上述第2高頻之上述頻率為60 MHz以上。
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