TWI276174B - Magnetic field generator for magnetron plasma - Google Patents

Description

1276174 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種磁控管電漿用磁場發生裝置’尤其 是關於一種使用於在半導體晶圓等的被處理基板施以蝕刻 等電漿處理的磁控管電漿處理裝置的磁場發生裝置。 【先前技術】 以往在半導體裝置的製造領域中，在處理室內發生電 漿，並將該電漿作用於配置在處理室內的如半導體晶圓等 的被處理基板，眾知有進行如蝕刻，成膜等所定處理的電 漿處理裝置。 在此種電漿處理裝置中，爲了進行良好處理，必須將 電漿狀態維持在適合於電漿處理的良好狀態。所以，習知 大都具備形成用以控制電漿的磁場的磁場發生裝置的磁控 管電漿用磁場發生裝置。 如第7圖所示地，作爲此種磁場發生裝置，眾知有在 朝上方水平地配置被處理面的半導體晶圓等被處理基板的 周圍形成多極磁場的多極型磁場發生裝置。該裝置是在處 理室外部環狀地配置複數永久磁鐵2成爲使該磁極交互地 變更，而在半導體晶圓4上方未形成磁場（或作成弱磁場 狀態），在半導體晶圓4的緣部周圍形成多極磁場關住電 漿而在被處理基板上進行電漿處理者。在多極磁鐵（磁場 發生裝置，很少使用耗電的電磁鐵的例子，通常使用永久 磁鐵；在使用永久磁鐵的情形至今並沒有控制多極磁場本 • 4 - 1276174 (2) 體的提案。又，即使在使用永久磁鐵時，如第8圖所示地 ，也使用環狀磁性體片之故，因而無法適當地調整磁場強 度。 然而，依據本案發明人等的硏究，獲知在如電漿蝕刻 等的電漿處理等，被處理基板面上的鈾刻速度是依存於多 極磁場的強度。多極磁場的強度是若以電磁鐵構成磁場發 生裝置，則可容易地進行調整磁場強度，惟如上所述，若 使用電磁鐵則產生耗電增加的缺點問題，又即使使用電磁 鐵的裝置，至今並未提案控制多極磁場本體者。 【發明內容】 本發明是在使用永久磁鐵的多極磁鐵（磁場發生裝置 )中，提供一種因應於蝕刻等的處理而藉由適當地設定多 極磁場的強度能容易地實現良好的電漿處理的磁控管電漿 用磁場發生裝置。 本發明的實施形態，屬於環狀地配置永久磁鐵所構成的 複數磁鐵段，而在處理室內的被處理基板的周圍形成多極磁 場的磁控管電漿用磁場發生裝置，其特徵爲：該磁場發生 裝置是使用被分割的磁性體片；又上述磁場發生裝置是具 有安裝於段磁鐵的磁性體片與未安裝段磁鐵的磁性體片，爲 其特徵者。又，上述磁性體片是被安裝於架台，並從該架台 可拆下；又，正交於上述磁場發生裝置的中心軸的上述磁性 體片的斷面形狀是台形或扇形，將磁性體片安裝於架台之際 相鄰接的磁性體片是分別以面接觸，爲其特徵者，又，將上 1276174 (3) 述磁性體片藉由朝上述磁場發生裝置的徑向移動，進行磁場 調整，爲其特徵者。 式 方 施 極 多 的 態 形 施 實 示 表 是 ’圖 下 1 以第 的 明 發 本 明 說 式 圖 照 參 置 裝 生 發 。 場 態磁 形C 施鐵 實磁 地 式 模 是 圖 11 第 該 又 圖 視 俯 的 腔 空 ， 真第 的。 側14 內 圓 10晶 鐵體 壁 直 垂 的 第 示 表 略 槪 是 圖 磁導。 極半面 多的斷 該內的 於腔線 置該剖 配於 示放 表置 及 a 2 切 B I A 的 圖 具 持 支 的 片 澧 Μβ, 第性 在磁 ， ΓΝ 又台 中 圖 式 圖 化 簡 了 爲 架 的 圖 2 第 於 示 表 了 略 省 式 圖 的 如上所述地，在多極磁鐵1 0的內側有真空腔1 2，在該 真空腔1 2的內部，施以電漿處理的電漿處理裝置設於半導 體晶圓14。該電漿處理裝置本體是公知，本案發明是並不 被限定於特定的電漿處理裝置之故，因而在第2圖中，除 了半導體晶圓1 4之外，還圖示上部電極板1 6及下部電極板 1 8並僅簡單地說明，又省略了整體電漿處理裝置的詳細說 明。如眾知，在上部及下部電極板1 6，1 8施加有高頻電壓 ，而使得兩電極板間的電場方向有變化，藉由電場與磁場 的互相作用而發生高密度的電漿。箭號1 9是表示發生在上 咅β及下部電極1 6，1 8之間的瞬間電場的方向。 如第1圖所示地，多極磁鐵1 0是具備互相鄰接並環狀 地分割加以配置的複數磁性體片20;在此些磁性體片20， 每隔一片地安裝有永久磁鐵的段磁鐵22 (被黏接）。由第 -6- 1276174 (4) 1圖及第2圖雖未明瞭，惟環狀地配置的磁性體片20，是藉 由以非磁性材料所製作的複數架台1 3 (與磁性體片20同樣 地環狀地配置）被支持。 在表示於第1圖的多極磁鐵1 〇，磁性體片2 0被分割成 3 2個，並設有16個段磁鐵22，惟本發明是並不限定於此種 個所者，磁性體片被分割成複數就可以，較理想爲被分割 成8至64個，而段磁鐵也形成與磁性體片相同數或其以下 數目的構成。直角方向於多極磁鐵1 〇的中心軸（垂直於紙 面）的段磁鐵22的斷面形狀是任意，例如圓，正方形，長 方形，台形或瓦形都可以。在表示於第一實施形態中，段 磁鐵22的斷面形狀是長方形。被描繪在段磁鐵22的箭號是 表示段磁鐵的磁化方向。 如第1圖所示地，配置段磁鐵22成爲該磁極交互地形 成N及S，則在真空腔內的壁12a近旁生成有以箭號24所表 示的方向的磁場（磁力線）。該磁場強度是如0.005至 0.2T ( 200 至 2000G)，較理想爲 0.03 至 0.045T ( 300 至 4 5 0G )。這時候，半導體晶圓14的中心部係實質上成爲 無磁場狀態（或磁場變弱的狀態）此形成有多極磁場。 例如第1圖及第2圖所示地，內接於段磁鐵22的圓是 D=0 450mm，而作成段磁鐵的寬W = 40mm，厚度TM = 7mm ，高度L=120mm，磁性體片20的厚度TY = 9mm及高度 L= 12 0 mm時，則在真空腔12的內壁近旁形成有0.03 T ( 3 00G )的磁場，由此發揮關住電漿的功能。又，段磁鐵 22是殘留磁化密度爲1.3 T的稀上類磁鐵，而磁性體片20是 1276174 (5) 使用低碳鋼S 1 5 C，在架台i 3使用鋁的情形。 段磁鐵22是並不特別加以限定者，例如可使用稀土類 磁鐵’鐵酸鹽磁體磁鐵，鋁鎳鈷合金磁鐵等。磁性體片2〇 是使用具有強磁性性質的純鐵，碳鋼，鐵-鈷鋼，不銹鋼 等’作爲架台的材料，可使用具有非磁性性質的鋁，不銹 鋼，黃銅，樹脂等。 如上述地’在半導體晶圓1 4的中心部實質上爲無磁場 (零τ )較理想。但是，實際上，在半導體晶圓1 4的配置 部分未形成有對蝕刻處理給予影響的磁場，實質上對晶圓 處理不會有影響的數値就可以。在表示於第1圖的狀態下 ，在晶圓周邊部存有的磁通密度4 2 Ο μ Τ ( 4.2 G )以下的磁 場。 又’如上述地，多極磁鐵1 0是具備互相鄰接且環狀地 配置的複數磁性體片2 0 ;在此些磁性體片2 0，每隔一個安 裝有永久磁鐵的段磁鐵22 (被黏接）。但是，在本實施形 態中，並不被限定於此者有各種變形例。 如第3圖所示地，從多極磁鐵1 〇拆下來黏接（未安裝 )有段磁鐵22的磁性體片20，則可變更真空腔12的內壁近 旁的磁場強度。又，在表示於第3圖的變形例中，環狀地 配置的磁性體2 0，是相同地被支持在環狀地設置的架台1 3 ，惟架台1 3的圖示是被省略。依照本發明人的實驗，如第 3圖地構成多極磁鐵1 〇，而使用與在第1圖所說明的段磁鐵 及磁性體片者時，則可將真空腔1 2 (第1圖）的內壁近旁 的磁場可減少至0.023 Τ ( 23 0G)。 1276174 (6) 又，藉由變更構成表示於第1圖的多極磁鐵1 〇的「磁 性體片20與黏接於該磁性體片的段磁鐵22」的配置位置，也 可變更真空腔1 2的內壁近旁的磁場強度。如第4圖所示地， 交互地配置兩個「一體化的磁性體片20與段磁鐵22」，及兩 個「未安裝段磁鐵的磁性體片也可形成8極的多極磁場。如 此地減少極數，則在真空腔1 2 (參照第1圖）內延伸著磁力 線，而可增大真空腔1 2的內壁近旁及半導體晶圓外周近旁的 磁場。又雖未圖示，交互地配置四個「一體化的磁性體片20 與段磁鐵22」，及四個「未安裝段磁性體片20」，也可形成 4極的多極磁場。如此地圖示於蝕刻處理，可將適當的磁場 形成在真空腔12的內壁近旁。 又，在第1圖，第3圖及第4圖所說明的多極磁鐵1 〇中， 即使將安裝段磁鐵22的磁性體片20，沿著從多極磁鐵（磁場 發生裝置）1 0的中心軸延伸的徑向朝外側或內側，也可變更 真空腔12的內壁近旁的磁場強度。第5 (a)圖是表示將安裝 於架台1 3的磁性體片20的位置當成與第1圖，第3圖及第4圖 同樣的情形（亦即，移動磁性體片20之前的狀態）；第5 ( b )圖是表示將安裝於架台1 3的磁性體片20朝徑向且外側移動 的狀態。 根據本發明人的實驗，將構成表示於第丨圖的多極磁鐵 10的「黏接段磁鐵22的磁性體片20」的全部朝徑向且外側移 動20mm時’則可將真空腔12的內壁近旁的磁場減少成〇.〇 1T (1 00G )。又，第1圖的多極磁鐵1 0內，僅將未黏接有段磁 鐵22的磁性體片20朝徑向且外側移動20mm，而在相鄰接的 1276174 (7) 磁性體片20之間製作間隙’則可減少真空腔1 2的內壁近旁的 磁場強度。這時候，具有與拆下未黏接有段磁鐵22的磁性體 片20同樣的效果。 又，與上述情形相反地，將安裝於架台1 3的磁性體片20 朝徑向且內側地移動，也可調整真空腔1 2的內壁近旁的磁場 強度。 如此地，在本實施形態中，爲了變更多極磁場的強度， 除了最初所設置的段磁鐵之外也不必準備新的段磁鐵，藉由 拆下磁性體片20，或變更固定段磁鐵22的磁性體片20的配置 位置，或將固定段磁鐵22的磁性體片20朝徑向移動，或將未 安裝段磁鐵22的磁性體片20朝徑向移動，可調節設在真空腔 1 2內的半導體晶圓1 4周圍的多極磁場強度。 如第6 ( a )圖及第6 ( b )圖所示地，上述的磁性體片20 的斷面形狀（正交於磁場發生裝置的多極磁鐵的中心軸的平 面的斷面形狀），是作成台形或扇形，藉由將相鄰接的磁性 體片20作成面接觸，可極力減少接觸面的磁通損失較理想。 亦即，以架台13支持磁性體片20之狀態（第1圖及第4圖）時 ，則在相鄰接的磁性體片20之間作成未形成間隙較理想。如 表示於第6 ( c )圖的比較例地，將磁性體片的斷面形狀作成 長方形，則在相鄰接的磁性體片20之間會形成間隙，藉由磁 性飽和使得磁通數減少，結果，發生形成有真空腔1 2內的磁 通數會減少的不方便。如上述地，藉由將相鄰接的磁性體片 20作成面接觸，極力減少接觸面的磁通損失，則可減少接觸 面的磁通損失，結果，即使使用相同量的段磁鐵，也可增大 -10- 1276174 (8) 多極磁場的強度之故，因而具有有效地使用昂貴的磁鐵的優 點。 又，在上述實施形態中，說明了將本發明應用在進行半 導體晶圓的蝕刻的裝置的情形。惟本發明是並不被限定於此 種應用例者，例如也可以爲處理半導體晶圓以外的基板者， 也可應用於如CVD等蝕刻以外的電漿處理的成膜處理裝置。 (發明之效果） 如上所述，依照本發明，在使用永久磁鐵的磁場發生裝 置進行蝕刻等的電漿之際，可適當地設定多極磁場的強度之 故，因而具有能容易地實現良好的電漿處理的效果。 【圖式簡單說明】 第1圖是表示本發明的多極磁鐵（磁場發生裝置）的 實施形態的槪略圖式。 第2圖是表示第1圖的切剖線A-B的斷面的圖式。 第3圖是表示圖示於第1圖的實施形態的變形例的槪略 圖式。 第4圖是表示圖示於第1圖的實施形態的其他變形例的 槪略圖式。 第5圖是表示圖示於第1圖的實施形態的另一變形例的 槪略圖式。 第6圖是表示使用在本發明的實施形態的磁極片及作 爲比較例所列舉的磁極片的剖視圖。 -11 - 1276174 (9) 第7圖是表示說明習知的多極磁鐵（磁場發生裝置） 所需的圖式。 第8圖是表示說明習知的多極磁鐵（磁場發生裝置） 所需的圖式。 (主要元件對照表） 10 多 極 磁 鐵 (磁場 發 生 裝 置） 12 真 空 腔 14 半 導 體 晶 圓（被 處 理 基 板） 20 磁 性 體 片 22 段 磁 鐵 -12-

Claims (1)

1276174 (1) 拾、申請專利範圍 1 . 一種磁控管電漿用磁場發生裝置，屬於環狀地配 置永久磁鐵所構成的複數磁鐵段’而在處理室內的被處理基 板的周圍形成多極磁場的磁控管電漿用磁場發生裝置，其特 徵爲：該磁場發生裝置是使用被分割的磁性體片。 2. 如申請專利範圍第1項所述的磁控管電漿用磁場發 生裝置，其中，上述磁場發生裝置是具有安裝於段磁鐵的磁 性體片與未安裝段磁鐵的磁性體片。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的磁控管電漿 用磁場發生裝置，其中，上述磁性體片是被安裝於架台，並 從該架台可拆下。 4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的磁控管電漿 用磁場發生裝置，其中，正交於上述磁場發生裝置的中心軸 的上述磁性體片的斷面形狀是台形或扇形，將磁性體片安裝 於架台之際相鄰接的磁性體片是分別以面接觸。 5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的磁控管電漿 用磁場發生裝置，其中，將上述磁性體片藉由朝上述磁場發 生裝置的徑向移動，進行磁場調整。 •13-