TW550703B - Microwave plasma treatment device, plasma treating method, and microwave radiation member - Google Patents
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Description
550703 A7 B7 五、發明說明（] 技術 本發明係關於電漿處理裝置，特別是，對半導體晶圓等 之被處理基板以微波所生成的電漿作用以施以處理之電蒙 處理裝置及電漿處理方法。 背景後发 近年，伴隨著半導體產品之高密度化及高細微化，於半 導體產品之製造工序，成膜、餘刻、去光阻等處理利用電 漿處理裝置。特別是，利用以微波以產生電漿之微波電聚 處理裝置，於〇·卜數10 HiTorr左右相對較低壓力之高真空 狀態亦可安定地產生電漿。因此，利用例如2· 45 GHz的微 波之微波電漿處理裝置受到矚目。 於微波電衆處理裝置，一般，於可抽真空之處理容器之 頂部設置可穿透微波之介電體板，於介電體板上裝有圓盤 狀的平坦天線構件（微波放射構件）。於天線構件形成有多 數的貫通孔（狹縫），於天線構件供給由該中心向放射方向 傳播的微波，藉由狹缝導入處理容器内。以導入處理容器 内之微波產生處理氣體之電漿，對載置於處理容器内之半 導體晶圓施以電漿處理。 於曰本專利編號第27220709號公報、及日本專利編號第 2928577號公報，揭示微波電漿處理裝置，其包含將微波導 入處理容器之天線構件。於此些特許公報所揭示之天線構 件為’圓形狀，且有多數之狹缝或狹缝對沿著複數個同心 圓形成。又，多數之狹缝或狹缝對螺旋狀地排列之天線構 件亦被揭示。 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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-線 550703 A7 ___ B7 五、發明説明（2 ) 如上述地於圓形天線構件之中央部份供給之微波，向放 射方向傳播以狹縫將方向變為直角方向穿透介電體板導入 處理容器。此時，於天線構件與電漿之間（介電體板）向放 射方向傳播之表面波，被介電體板之外周面反射，回到中 央部份。在此，天線構件之狹縫沿著複數個同心圓排列形 成時’由介電體板全周所反射之表面波將集中於相當於天 線構件之中央部份之一點。以此，該表面波之電場，於天 線中央部份變大，而向周圍部份減少。 圖1為表示有同心圓狀之狹缝之天線構件之表面波傳播 ，與於電漿空間之電子密度之分布之圖表。圖1(a)為將介 電體板表面波傳播對應於天線構件表示、圖1(b)為表示於 天線構件徑方向之電漿空間之電子密度之分布之圖。如圖 1(b)所示’於天線構件之中央部份電漿空間之電子密度l 成最大，而向天線構件周圍電子密度心將減少。因此，於 有同心圓排列的狹縫之天線構件則，相當於天線構件之中 央部份之電漿濃度較周圍的電漿濃度為高，有電漿密度不 均一的問題。 發明之竭而 本發明之總括的目的為，提供解除改良上述問題而有用 的微波電漿處理裝置及電漿處理方法。 本發明之具體的目的為，提供可使於天線構件之徑方向 之電裝密度分布均一之微波電漿處理裝置、電漿處理方法 及天線構件。 為達成上述目的，依本發明之其中一面，提供微波電漿 本紙張尺度適用中間豕標準(CNS)' --
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線 550703 A7 __ B7 五、發明説明（3 ) 處理裝置，其對被處理基體施以電漿處理，其具有：處理容 器，其内部設有載置該被處理基體之載置台；微波產生器， 其產生微波以供給處理容器；微波放射構件，其設於該微波 產生器與處理容器之間，將微波向處理容器内之空間放射； 微波放射構件，其具有沿著複數個圓周排列之複數個狹缝 ，該複數個圓周相互為非同心圓之微波電漿處理裝置。 於上述之發明，複數個圓周中心，亦可對微波放射構件 之中心相互對相異方向偏心。又，複數個圓周中心之偏心 量’向微波放射構件之外周變大亦可。再者，以一個狹缝 ，與接近該一個狹缝之狹缝排列成T字狀以構成狹缝對，而 該狹縫對沿著複數個圓周排列亦可。 又，依本發明之另外一面則，提供電漿處理方法，其利 用具有：處理容器，其内部設有載置該被處理基體之載置台 ;微波產生器，其產生微波以供給處理容器；微波放射構件 ，其設於該微波產生器與處理容器之間，將微波向處理容 器内之空間放射；微波放射構件，其具有沿著複數個圓周排 列之複數個狹縫，該複數個圓周相互為非同心圓之微波電 漿處理裝置之電漿處理方法，將被處理基體之處理面相對 於微波放射構件地載置於載置台，為微波放射構件供給微 波，由被非同心圓排列之狹縫將微波導入處理容器内，以 導入之微波於處理容器内產生電漿，以產生之電漿對被處 理基體施以電漿處理。 又，依本發明之另外一面則，提供微波放射構件，其用 於微波電漿處理裝置，其具有：處理容器，其施以電漿處理 -6 - 本紙張尺度適用中國a家標準(CNS) Α4規格(21GX297公I) ~' ' ------------ 550703 A7 B7 五、發明説明（4 ;微波產生器’其產生電漿以供給處理容器，而該微波放射 構件’裝於處理容器且連接於微波產生器，具有複數個狹 縫’其沿著複數個同心圓排列，以該複數個狹缝將微波導 入處理谷器之微波玫射構件。 於上述發明’複數個圓周中心，亦可對微波放射構件之 中心相互對相異方向偏心。又，複數個圓周中心之偏心量 ，向微波放射構件之外周變大亦可。再者，以一個狹缝與 接近該一個狹縫之狹缝排列成T字狀以構成狹縫對，而該狹 縫對沿著複數個圓周排列亦可。 依上述發明’將微波放射構件之複數個狹縫，排列成複 數個個非同心圓狀，可將產生的電漿密度均一化。將複數 個非同心圓向相異方向偏心，可將微波放射構件之中央部 份變高的電子密度降低，可將電漿密度均一化。 本發明之其他的目的、特徵及優點則，參照添付之圖示 閱讀以下之詳細說明，則可更深一層的了解。 圖式之簡要說明 圖1(a)、1(b)為表示於具有同心圓狀之天線構件之介電 體板中之表面波之傳播，與於電漿空間之電子密度分布之 圖。 圖2為表示本發明之第1實施例之設有天線構件之微波電 漿處理裝置之概略構成之剖面圖。 圖3為示於圖2之平面天線構件之平面圖。 圖4為表示本發明之第1實施例利用平面天線構件時之電 子密度之分布之圖表。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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線 550703 A7 B7 五、發明説明（S ) 圖5A〜5F為表示狹縫之平面形狀之圖。 圖6為利用T字狀狹缝對之平面天線構件之平面圖。 圖7為本發明之第2實施例之平面天線構件之平面圖。 圖8為表示由示於圖7之平面天線構件所產生之電子密度 分布之圖表。 圖9為說明修正示於圖7之平面天線構件之電子密度之偏 差之構成之圖表。 為實施發明之悬祛形雜 以下’將本發明之實施例參照圖示說明。再者，圖中同 等的構成零件付以相同符號。 圖2為表示本發明之第1實施例之設有天線構件之微波電 漿處理裝置之概略構成之剖面圖。再者，示於圖2之微波電 漿處理裝置，以電漿CVD處理裝置為例表示。 示於圖2之電漿CVD裝置20，具有處理容器22，其全體以 筒狀形成。處理容器22以鋁等導體所構成，於内部構成密 閉的處理空間S 〇 於處理容器22内，於其上面收容有載置作為被處理對之 半導體晶圓W之載置台。載置台24,例如以氧皮鋁處理之紹 等中央部為凸狀地平坦之略圓柱狀地被形成。載置台24之 下部為，同樣以鋁等圓柱狀形成之支持台26所支持。支持 台26則，藉由絕緣材28設至於處理容器22内之底部。 設置台24上面，設有保持半導體晶圓w之靜電吸盤或夾具 機構（為示於圖）。載置台24，藉由供電線30與相配箱32及 偏壓用高頻電源34連接。偏壓用高頻電源34為，雖然有產 -8 -
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本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 550703 A7
生供給例如13· 56 MHz者， 支持載置台24之支持台 之會流冷卻水之冷卻套36 中埋入加熱用加熱器。 但並不一定必要設置。 26叹有為冷卻電漿處理時晶圓冒 再者’依需要亦可於載置台24 處理容器22之側壁，設有作為氣體供給手段，於容器内 將電裝用氣體，例如供給氬氣之石英管製之電裝氣體供給 喷頭38或處理氣體，例如為導入沈積氣體之例如石英管製 之處理氣體供給喷頭4G。喷頭38、4()以其個別之供給管路 42、44藉由質流控制器46、48及開關閥5〇、52，與其個別 之電漿氣體源54及處理氣體源56連接。作為處 積氣體，制口4、〇212氣體等。 ^ 又，處理容器22之側壁之外周，設有對該内部搬入·搬出 時開關之門閥58。又，處理容器22之底部，設有連接於真 空幫浦（未示於圖）之排氣口 6〇，依需要可將處理容器Μ内 抽真空致所定壓力。然而，處理容器22之頂部為開口，而 於此藉由密封材64氣密地設有氮化鋁αιν或氧化鋁α 1 203等 之陶瓷材或氧化矽Si 02等所成之介電體板62。介電體板62 之厚度為例如20 mm左右，對微波具有穿透性。 介電體板6 2之上面，設有圓盤狀之平面天線構件（微波放 射構件）66。具體地為，該平面天線構件66,以與處理容器 22 —體地形成之中空圓筒狀容器所成之導波箱68作為底板 構成。平面天線構件66與處理容器22内之載置台24相對地 設置。導波箱68之上部之中心，連接有同轴導波管70之外 導體70A，内部之内導體70B則，連接於天線構件66之中心 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 550703
部。然而，同軸導波管7〇，藉由模式變換器72及導波管74 與例如2.45 GHz之微波產生器76連接，而向平面天線構件 66傳播微波以構成。微波之頻率，並不限定為2. 45 GHz , 亦可利用例如8. 35 GHz。作為導波管，可利用斷面為圓形 或矩行之導波管，或同轴導波管。圖2所示之微波電漿處理 裝置則，利用同轴導波管。然而，於導波箱68内，平面天 線構件66之上面，設例如以αι2〇3所成擁有所定介電常數與 所定厚度之遲波材82，以該波長短縮效果將微波之管内波 長變短。再者，遲波材82亦可依需要設置。 其次’本發明之第1實施例關於作為微波放射構件之平面 天線構件66，參照圖3詳述。圖3為平面天線構件66之平面 圖。平面天線構件6 6，對應於8英吋尺寸之晶圓時，例如直 為30〜40 cm、厚度為卜數mm之金屬圓盤所成。更具體地 則’平面天線構件66，以表面鍍銀之銅板或鋁板等金屬板 所成。 於平面天線構件66,形成有貫通其厚度方向，平面形狀 為曲線之多數狹縫84。如圖3所示，各個狹縫84為細長的橢 圓狀，沿著三個相異圓周P1、p2、P3配置。再者，狹縫84 於圓周PI、P2、P3之各個全周上設置，但為簡化圖3只顯示 其中一部分。在此，於圓周pi、p2、p3之中心，由平面天 線構件66之外形之中心偏離（有偏心），其各個之偏離方向 (偏心方向）相異。 即’相對於内侧之圓周Pi之中心由平面天線構件66之外 形中心偏離之方向，中央圓周P2之中心由平面天線構件66 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) 550703 A7 __ B7 、發明説明（8 Γ "~~ 之外形中心偏離之方向相異120度。又，相對於中央圓周ρ2 之中心由平面天線構件66之外形中心偏離之方向，外側圓 周Ρ3之中心由平面天線構件66之外形中心偏離之方向相異 120度。如此地，圓周ρ 1、Ρ2、Ρ3之中心，向相互相異之方 向偏離。 如此地，沿著複數個非同心圓排列狹縫84則，將介電體 板62之表面向放射方向傳播而由外周面所反射之表面波， 雖會向平面天線構件66之中央部返回，但不會集中於平面 天線構件66之中心一點。即，依照圓周P1、ρ2、ρ3之偏離 量返回到某種程度大的範圍。因此，依照本實施例之形態 之平面天線構件66之狹缝84之配置則，相較於圓周P1、p2 、P3為同心圓時表面波集中於一點而使電漿空間之電子密 度不均一性產生之先前之平面天線構件，不均一性被改善 ，使電漿密度分布在某種程度均一。 圖4為表不利用本發明之第1實施例之平面天線構件“時 之電子密度ne分布之圖表，而先前之狹縫以同心圓排列時 之電子雄、度分布以虛線表示。由圖4可知，依本發明之第1 實施例具有非同心圓狀排列之狹縫之平面天線構件66則， 較先前之同心圓狀排列之狹縫時之電子密度分布，於相當 於平面天線構件66中央部份區域之電子密度降低，相當於 周圍部份區域之電子密度上升。因此，依照本發明之第i 實施例之平面天線構件66則，平面天線構件66之徑方向 (即，晶圓W之徑方向）之電漿密度較先前被均一化，可對晶 圓W施以均一的電漿處理。
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550703 A7 B7 五、發明説明（9 如圖3所示之例則，狹缝84之平面形狀雖以細長之橢圓形 ’但並非限定於此，例如圖5A所示之圓形亦可，如圖5B所 示之離心率不同之橢圓形狀亦可。又，如圖5C所示，長方 形的一對短邊形成為橢圓形亦可，圖5D、圖5E、圖5F所示 三角形、正方形或將長方形之各角部84B形成為曲線形狀亦 可。又，雖未示於圖，五角形以上之多角形之各角部形成 為曲線形狀亦可。 於以上的情形，因在狹縫84之平面形狀不含容易發生電 場集中之角部，因此亦可發揮抑制異常放電可投入大電力 之效果。 又，圖3所示狹縫84,雖如延在於圓周切線方向地配置， 但亦可對圓周之切線方向如例如以45度以所定之角度配置 亦可。 又’ T字狀配置之一對狹縫以非同心圓狀排列亦可。圖6 所示平面天線構件66A則，由沿著4對的圓周（圖中一點虛線 表示）T字型地配置之狹縫92 A及92B所成之狹縫對92被排列 。再者，圖6中，一點虛線所示之圓周之中，相互近接之2 個圓周成對’成對之圓周為同心圓。以該一對之圓周上所 配置之狹缝92A及狹縫92B構成狹缝對92。 在此’ 4對之圓周’相互偏離方向（偏心方向）相異度。 即，最内周圓周之之中心由平面邊天線構件66a之外形中心 0向下方偏移，其外側圓周對之中心由平面邊天線構件之外 形中心0向圖中左側偏移。又，其外側圓周對之中心對平面 邊天線構件66A之外形中心〇向上方偏移。再者，最外周圓 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董）
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線 550703 A7 __ B7 五、發明説明（10 ) 周對之中心對平面邊天線構件66A之外形之中心0向右偏移 。因此，與圖3所示平面天線66同樣地，於平面天線構件側 面反射之表面波不會集中於平面天線66之中心一點，可抑 制中心部份電漿密度變大。 在此，狹縫92A之長邊方向與狹缝92B之長邊方向相互直 交，而狹缝92B之一端則，與狹缝92A之長邊方向之中央近 接。又，狹缝92A之長邊方向，對連接狹缝92A之中央部份 與排列了狹缝92A之圓周中心之線傾斜45度，同樣地，狹缝 92B之長邊方向，對連接狹缝92B之中央部份與排列了狹缝 92B之圓周中心之線傾協45度。依如此的T字型之狭缝92則 ，可將向放射方向傳播之微波高效率地變換為圓偏波之電 場，可高效率地產生一致的電漿。 其次，本發明之第2實施例參照圖7說明。圖7為本發明第 2實施例之平面天線構件66B之平面圖。 在此’如圖2所示，對電漿處理裝置内之晶圓由側面供給 電漿用氣體時，電漿空間之電子密度將產生如圖8所示之偏 斜。即，電漿用氣體被供給之方向之上流側之電子密度變 低，下流側之電子密度變高。因此電漿密度變不均一。 本發明之第2實施例之平面天線構件66B，以考慮狹缝之 排列解決上述問題。即，狹缝之排列擁有偏斜，意圖地使 微波放射分布擁有偏斜，將起因於電漿氣體供給方法之電 漿密度分布之偏斜，以平面天線構件之微波放射之偏斜修 正。 如圖7所示平面天線構件66B，擁有與如圖6所示平面天線 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 550703 A7 _ B7 五、發明説明（11 ) 構件66A同樣地T字狀之狹缝92，而排列的圓周對之中心對 平面天線構件66B之中心0偏移。但，平面天線構件66B則， 4對的圓周中心全向同一方向偏移。於圖7，最内周之圓周 對之中心，與平面天線構件66B之中心一致，但其外側之圓 周對之中心則全向左偏移，其偏移量也隨向外周側變大。 因此，於圖7所示平面天線構件66B，則於右側部分狹缝 對92之密度變大，而在左側部分變小。以此，將放射之微 波電場強度，於平面天線構件66B之右側部分（狹縫密度大 的部分）變大，而於平面天線構件66B之左側部分（狹缝密度 小的部分）變小。 於此，如圖9所示利用非同心圓狀狹缝配置之天線構件時 ，對起因於電漿用氣體之供給方法之電子密度變小的部分 ’以平面天線構件之狹缝排列使之與微波強度變強的部分 對應，可修正電子密度之偏斜。 如以上地，於本實施例，以非同心圓之複數個圓周狀配 置狹縫所構成之平面天線構件，以使各個圓周之偏移方向 一致，意圖地產生電子密度的偏斜，以修正其他原因所產 生之電子密度之偏斜，可達成均一的電漿。 再者，於本發明之第2實施例，亦與第1實施例同樣地， 不是狹縫對而利用單獨狭缝，將其平面形狀以如圖5A〜5F 所示種種的平面形狀亦可。 本發明並非限定於上述具體的揭示之實施例，可於本發 明之範圍内作各樣的變形例及改良例。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂
線
Claims (1)
- A B c D 550703 六、申請專利範圍 1· 一種微波電漿處理裝置，其係為對被處理基體施以電聚 處理者’其特徵在於包含： 處理容器，其内部設有載置該被處理基體之載置台； 微波產生器，其產生微波以供給前述處理容器； 及微波放射構件，其設於該微波產生器與前述處理容 器之間’將微波向前述處理容器内之空間放射； 其中前述微波放射構件包含沿著複數個圓周排列之複 數個狹缝，而該複數個圓周相互為非同心圓。 2·如申請專利範圍第1項之微波電漿處理裝置， 其中前述複數個圓周之中心，對前述微波放射構件之 中心相互向不同方向偏心。 3·如申請專利範圍第1項之微波電漿處理裝置， 其中前述複數個圓周之中心，對前述微波放射構件之 中心相互向相同方向偏心，前述複數個圓周之中心之偏 心量隨向前述微波放射構件之外周而變大。 4·如申請專利範圍第1至3項中任一項之微波電漿處理裝 置， 其中前述狹縫之一個與接近該一個狹縫之狹縫排列成 T字狀以構成狹縫對，該狹缝對沿著前述複數個圓周排 列。 5. —種微波處理方法，其特徵在於使用微波電漿處理裝置 ，其包含： 處理容器，其内部設有載置該被處理基體之載置台； 微波產生器，其產生微波以供給前述處理容器； -15- ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 550703 A8 B8 C8 ----- - D8 六、申請專利範園 I 及微波放射構件，其設於該微波產生器與前述處理容 器之間’將微波向前述處理容器内之空間放射； 前述微波放射構件包含沿著複數個圓周排列之複數個 狹縫，而該複數個圓周相互為非同心圓， 其_將前述被處理基體之處理面相對於前述微波發射 構件地載置於前述載置台， 對前述微波放射構件供給微波，自前述非 同心 圓狀地 排列之狹缝將微波導入前述處理容器内， 以導入之微波於前述處理容器内產生電漿，以產生之 電漿對前述被處理基體施以電漿處理。 6. —種微波放射構件，其係使用於微波電漿處理裝置其 包含：處理容器，其施以電漿處理；與微波產生器，其產 生電漿以供給前述處理容器； 該微波放射構件，係安裝於前述處理容器且連接於前 述微波產生器，具有沿著相互為非同心圓之複數個圓周 排列之複數個狹缝，以該複數個狹縫將微波導入處理容 7·如申請專利範圍第6項之微波放射構件， 其中前述複數個圓周中心，對前述微波放射構件之中 心相互向相異方向偏心。 8·如申請專利範圍第6項之微波放射構件， 其中别述複數個圓周中心， 對前述微波放射構件之中 心相互向相同方向偏心，前述複數個圓周中心之偏心量 ，隨向前述微波放射構件之外周變大。 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) " ' ------ 8 8 8 8 A B c D 550703 申請專利範圍 I •如申請專利範圍第6至8項中之任一項之微波放射構件， 其中前述一個狹缝與接近該一個狹縫之狹縫排列成T 字狀以構成狹縫對，而該狹縫對沿著前述複數個圓周排 列0 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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