TWI517766B - A plasma processing apparatus, and an electrode for a plasma processing apparatus - Google Patents
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Description
本發明是有關使用於電漿處理裝置之電極的構造及使用該電極的電漿處理裝置。更詳細是有關用以控制在平行平板型的電極間被消費於電漿的生成之高頻的電場強度分布之電漿處理裝置用的電極的構造。
藉由電漿的作用，在被處理體上實施蝕刻或成膜等的微細加工之裝置，有電容耦合型(平行平板型)電漿處理裝置、感應耦合型電漿處理裝置、微波電漿處理裝置等被實用化。其中，平行平板型電漿處理裝置是在對向設置的上部電極及下部電極的至少任一施加高頻電力，藉由其電場能量來使氣體激發而生成電漿，藉由所被生成的放電電漿來微細加工被處理體。
近年來隨著微細化的要求，供給具有例如100MHz較高頻率的電力，生成高密度電漿是不可缺少的。一旦所被供給的電力頻率變高，則高頻的電流會藉由表皮效應在電極的電漿側的表面從端部側往中心側流動。藉此，電極的中心側的電場強度會比電極的端部側的電場強度高。因此，在電極的中心側被消費於電漿的生成之電場能量是比在電極的端部側被消費於電漿的生成之電場能量更大，比起電極的端部側，在電極的中心側，氣體的電離或解離會更被促進。其結果，中心側的電漿的電子密度Ne是比端部側的電漿的電子密度Ne還要高。在電漿的電子密度Ne高的電極的中心側，因為電漿的電阻率會變低，所以即使在對向電極，也會在電極的中心側集中高頻(電磁波)的電流，電漿密度的不均一會變更高。
對於此，為了提高電漿密度的均一性，而提案在電極的電漿面的中心部分埋設陶瓷等的電介體(dielectric)(例如參照專利文獻1)。
為了更提高電漿的均一性，而提案一將電介體形成傾斜狀，使電介體的厚度從中心往周邊變薄的方法。在圖16是顯示模擬對平行平板型電漿處理裝置的上部電極的構成A~D之電場強度的分布的結果。上部電極900的構成是模擬有關：(A)在藉由鋁(Al)等的金屬所形成的基材905的電漿側的表面熱噴塗氧化鋁(Al2O3)或氧化釔(Y2O3)的絕緣層910之情況，(B)除了基材905及絕緣層910以外，加上在基材910的中心埋入比介電常數ε=10，直徑240mm，厚度10mm的圓柱狀的電介體915之情況，(C)將電介體915形成傾斜狀(中心的厚度10mm，端部的厚度3mm)之情況，(D)將電介體915形成階差狀(第一段的直徑80mm，第二段的直徑160mm，第三段的直徑240mm)之情況。其結果，(A)之無電介體的情況，電介體的中心部的電場強度是形成比電極端部的電場強度高。一邊參照圖17A一邊予以說明，若將在各條件下的電場強度的最大值Emax時的電場強度分布設為E/Emax，則可知對於從電極900的端部側流至中心側的高頻電流而言，電極900的電漿側的電場強度分布E/Emax是在中心部變強。
另一方面，圖16的(B)所示之圓柱狀的電介體915的情況，電介體的下方的電場強度分布E/Emax會變低。若一邊參照圖17B一邊予以說明，則可知藉由電介體915的電容(Capacitance)成分C及未圖示的鞘層(Sheath)的電容成分，會產生分壓，電極900的中心部的電場強度分布E/Emax會降低。但，在電介體915的端部，電場強度分布E/Emax會產生不均一。
圖16的(C)之設置傾斜狀的電介體915的情況，從電極的端部往中央，電場強度分布E/Emax的均一性會被提高。若一邊參照圖17C一邊予以說明，則在電介體915的端部，比起中心部，電容成分會變大，因此可想像比起設置平坦的電介體915的情況，在電介體915的端部，電場強度分布E/Emax不會過度降低，可取得均一的電場強度分布。
圖16的(D)之設置階差狀的電介體915的情況，相較於圖16的(C)之傾斜狀的電介體915的情況，雖在電場強度分布E/Emax產生階差，但相較於圖16的(B)之圓形狀的電介體915的情況，可控制成均一的電場強度分布。模擬的結果，設置傾斜狀的電介體時的電場強度分布E/Emax最均等，因此電漿會被生成最均一。
[專利文獻]
[專利文獻1]特開2004-363552號公報
然而，在基材905中埋入傾斜狀的電介體915時，會產生其次那樣的課題。在電介體915與基材905的接合是使用黏著劑或螺絲。此時，基材905是由鋁等的金屬所形成，電介體915是由陶瓷等所形成，因此會產生線熱膨脹差。需要予以考量在構件間設置適當的間隙。
在此，若電介體915為傾斜狀，則因為機械加工上的精度，在傾斜部分的尺寸精度會變差。其結果，會產生熱膨脹差所造成的應力集中。因為接合界面的尺寸公差不均或電介體的厚度不同而產生熱傳導差，也會產生應力集中。因為此應力集中，接合界面的黏著劑會剝離。因為前述物質的熱膨脹係數的不同，熱膨脹差的間隙管理困難，所以剝離的黏著劑會從間隙跑出來，而成為污染的原因。並且，被熱噴塗至陶瓷等的電介體915的表面之絕緣層910與被熱噴塗至鋁等的基材905的表面之絕緣層910會因為黏著(adhesion)差而被熱噴塗於陶瓷表面的物質較容易剝離。其結果，被熱噴塗於電介體915的物質剝離也會產生污染。
有鑑於上述問題，本發明的目的是在於提供一種可控制平行平板型的電極的電漿側的面的電場強度分布之電漿處理裝置及電漿處理裝置用的電極。
為了解決上述課題，若根據本發明的某形態，則可提供一種電漿處理裝置，係具備：處理容器，其係於內部電漿處理被處理體；第1及第2電極，其係於前述處理容器的內部彼此對向，且其間形成處理空間；及高頻電源，其係連接至前述第1及第2電極的至少其中任一方，對前述處理容器內輸出高頻電力，其特徵為：前述第1及第2電極的至少其中任一方包含：基材，其係藉由金屬來形成；第1電介體，其係設於前述基材的電漿側的中央部；及第1電阻器，其係設於前述第1電介體與電漿之間，藉由金屬來形成所定的圖案。
藉此，在高頻的電流流動於基材的金屬表面時，藉由對應於設在電極的中心部的第1電介體的容積之電容，在高頻的能量產生分散。其結果，設置電介體時，在電極的中心部藉由高頻的傳播來產生的電磁場的電場強度，與無設置電介體時作比較，會變低。再者，若根據本發明的電極，則在第1電介體與電漿之間設有所定圖案的第1電阻器。藉此，高頻的電流會流動於基材的金屬表面，且在第1電阻器的表皮也會流動。高頻的能量的一部分是在電流流動於第1電阻器的期間變換成對應於第1電阻器的電阻值之焦耳熱，被消費，產生對應於電流及電阻的電位分布。藉此，在配置有第1電阻器的位置是可使高頻的電場強度慢慢地降低。
電極側的阻抗越大，可消費於電漿的電場能量越會變小。因此，若根據本發明的電極，則會以能夠使電極的中心側的阻抗比電極的端部側的阻抗還要慢慢地擴大的方式，決定第1電介體的配置位置與容積(電容C)的大小及第1電阻器的配置位置與電阻(電阻R)的大小。藉此，可在電極的下部使電場強度形成均一，可生成電漿密度Ne均一的電漿。
藉此，因為不必將第1電介體形成傾斜狀，所以在機械加工的點可降低成本。以往，因為在傾斜部分的尺寸公差的不均或電介體的厚度的不同，而產生應力集中，黏著劑或熱噴塗物質會剝離而成為污染的原因。但，若根據上述構成，則由於不必將第1電介體形成傾斜狀，所以可降低黏著劑或熱噴塗物質的剝離，抑制污染。
前述第1電介體可為板狀。前述第1電阻器可被埋設於緊貼在前述第1電介體的電漿側的面而設的第2電介體中。
前述第1電阻器的片電阻(sheet resistance)值可具有20Ω/□~2000Ω/□的範圍的值。
前述第1電阻器可具有被隔離成所定的間隔之複數個環狀的構件或被隔離成所定的間隔之複數個島狀的構件。
前述所定的間隔可以該間隔的阻抗1/Cω能夠比前述第1電阻器的電阻R大的方式設定。
可在前述第1電介體與電漿之間更具備金屬的第2電阻器。
前述第1電阻器與前述第2電阻器的片電阻值的總和可為20Ω/□~2000Ω/□的範圍的值。
可在前述被隔離的第1電阻器之間嵌入比前述第1電阻器的厚度薄的第3電阻器。
可對前述第1及第2電極的其中任一方供給13MHz~100MHz的範圍內的電漿生成用的高頻電力。
具有前述第1電阻器的電極為上部電極，可在前述第1電阻器之被隔離的部分通過氣體供給管。
為了解決上述課題，若根據本發明的其他形態，則可提供一種電漿處理裝置用的電極，係藉由被施加的高頻電力來從氣體生成電漿，利用所被生成的電漿來電漿處理被處理體之電漿處理裝置用的電極，其特徵為：前述電極為彼此對向，且在其間形成電漿處理空間之第1及第2電極的至少其中任一方，具有：基材，其係藉由金屬來形成；第1電介體，其係設於前述基材的電漿側的中央部；第1電阻器，其係設於前述第1電介體與電漿之間，藉由金屬來形成所定的圖案。
可更具備：設於前述第1電介體與電漿之間，一體化形成的第2電阻器。
前述電漿處理裝置用的電極為下部電極，前述第2電阻器可為設於前述下部電極的靜電吸盤。
為了解決上述課題，若根據本發明的其他形態，則可提供一種電漿處理裝置用的電極，係藉由被施加的高頻電力來從氣體生成電漿，利用所被生成的電漿來電漿處理被處理體之電漿處理裝置用的電極，其特徵為：前述電極為彼此對向，且在其間形成電漿處理空間之上部及下部電極的其中之上部電極，具有：基材，其係藉由金屬來形成；第1電介體，其係設於前述基材的電漿側的中央部；第1電阻器，其係設於前述第1電介體與電漿之間，藉由金屬來形成。
如以上說明，若根據本發明，則可控制平行平板型的電極的電漿側的面的電場強度分布。
以下，一邊參照附圖，一邊詳細說明有關本發明的各實施形態。另外，在以下的說明及附圖中，針對具有同一構成及機能的構成要素附上同一符號，省略重複說明。
另外，按照以下所示的順序來說明有關本發明的實施形態。
[1] 電漿處理裝置的全體構成
[2] 電阻器與電場強度分布的關係
[2-1] 無電介體及電阻器的情況
[2-2] 無電阻器的情況
[2-3] 電阻器為低電阻的情況
[2-4] 電阻器為中電阻的情況
[2-5] 電阻器為高電阻的情況
[3] 電阻器的形狀或組合與電場強度分布的關係
[3-1] 第1電阻器(被圖案化的電阻器)的情況
[3-2] 第1電阻器與第2電阻器(一體型電阻器)的情況
[3-3] 第1電阻器與第3電阻器(接頭電阻器)的情況
[3-3-1] 使頻率變化時的電場強度分布
[3-3-2] 厚度不同的電阻器(第1及第3電阻器)的電場強度分布
[3-4] 中央被開口的第1電阻器的情況
[4] 電介體的形狀與電阻器與電場強度分布的關係
首先，一邊參照圖1，一邊說明有關具有本發明之一實施形態的電極的電漿處理裝置的全體構成。圖1是表示將本發明之一實施形態的電極使用於上部電極的RIE電漿蝕刻裝置(平行平板型電漿處理裝置)。RIE電漿蝕刻裝置10是相當於藉由高頻的能量來產生電漿，電漿處理晶圓W的電漿處理裝置。
RIE電漿蝕刻裝置10是具有處理容器100，其係於內部電漿處理從閘閥V搬入的晶圓W。處理容器100是由小徑的上部圓筒狀腔室100a及大徑的下部圓筒狀腔室100b所形成。處理容器100是例如由鋁等的金屬所形成，且被接地。
在處理室的內部，上部電極105及下部電極110會對向配設，藉此構成一對的平行平板電極。上部電極105是具有基材105a、第1電介體105b、絕緣層105c及第1電阻器105d。基材105a是例如由鋁、碳、鈦、鎢等的金屬所形成。第1電介體105b是圓柱狀的平板，例如由氧化鋁或氧化釔等的陶瓷所形成。第1電介體105b是設於基材105a的電漿側的中央部。基材105a與第1電介體105b是藉由黏著劑來接合。
絕緣層105c是在基材105a及第1電介體105b的下面藉由熱噴塗來噴上氧化鋁或氧化釔而形成。熱噴塗時，在第1電介體105b露出的部分附近，在絕緣層105c之中埋入第1電阻器105d。第1電阻器105d是環狀地被3分割的片狀的電阻器。第1電阻器105d是例如由鋁、碳、鈦、鎢等的金屬所形成。另外，第1電阻器105d亦可在從絕緣層105c露出的狀態下緊貼在絕緣層105c的電漿側的面。
在上部電極105的表面熱噴塗氧化鋁。在上部電極105有複數的氣孔105e貫通，可作為淋浴板的機能。亦即，從氣體供給源115供給的氣體是在處理室內的氣體擴散空間S擴散之後，從複數的氣孔105e導入至處理室內。另外，圖1是只在上部電極105的端部側設置105e，但當然在中心部側也設有氣孔105e。此時是以能夠貫通基材105a、第1電介體105b、絕緣層105c及第1電阻器105d的方式設置氣孔105e。
下部電極110具有基材110a。基材110a是由鋁等的金屬所形成，隔著絕緣層110b來藉由支撐台110c所支撐。藉此，下部電極110是形成電性浮起的狀態。另外，支撐台110c的下方部分是以覆蓋物113所覆蓋。在支撐台110c的下部外周設有擋板120，而來控制氣體的流動。
在基材110a中設有冷媒室110a1，從冷媒導入管110a2的入側所導入的冷媒會循環於冷媒室110a1，從冷媒導入管110a2的出側排出，藉此可將基材110a控制於所望的溫度。
在基材110a的上面設有靜電吸盤機構125，可在其上載置晶圓W。在靜電吸盤機構125的外周設有例如以矽所形成的聚焦環130，達成維持電漿的均一性之任務。靜電吸盤機構125是具有使金屬片構件的電極部125b介於氧化鋁等的絕緣構件125a之構成。在電極部125b連接直流電源135。從直流電源135輸出的直流電壓會被施加於電極部125b，藉此晶圓W會被靜電吸附於下部電極110。
基材110a是經由第1給電線140來連接至第1整合器145及第1高頻電源150。處理容器內的氣體是藉由從第1高頻電源150輸出的高頻電場能量來激發，藉由藉此生成的放電型的電漿來對晶圓W實施蝕刻處理。
如圖2所示，若從第1高頻電源150施加例如100MHz的高頻電力至下部電極110，則藉由表皮效應(skin effect)，高頻的電流會傳播於下部電極110的表面，在下部電極110的上部表面從端部往中央部傳播。若根據此，則下部電極110的中心側的電場強度會比下部電極110的端部側的電場強度高，在下部電極110的中心側是比端部側更促進氣體的電離或解離。其結果，下部電極110的中心側的電漿的電子密度Ne是比端部側的電漿的電子密度Ne更高。在電漿的電子密度Ne高的下部電極110的中心側，因為電漿的電阻率會變低，所以在對向的上部電極105也是高頻的電流會集中於上部電極105的中心側，電漿密度的不均一會更高。然而，本實施形態的電漿蝕刻裝置10是在上部電極105設有第1電介體105b及第1電阻器105d。藉此，藉由第1電介體105b的電容成分及鞘層的電容成分來分壓，解消中心部的電漿密度比周邊部的電漿密度高的上述現象，進而能夠謀求電漿密度的均一性。有關此機構會在往後敘述。另外，傳播於上部電極105的金屬面的高頻電流會通過處理容器100來流至接地。
再回到圖1，在從第1給電線140分歧的第2給電線155連接第2整合器160及第2高頻電源165。從第2高頻電源165輸出之例如3.2MHz的高頻是作為偏壓電壓來使用於往下部電極110引入離子。
在處理容器100的底面設有排氣口170，可藉由驅動連接至排氣口170的排氣裝置175來將處理容器100的內部保持於所望的真空狀態。在上部腔室100a的周圍配置有多級環形磁石(multi pole Ring Magnet)180a、180b。多極環磁石180a、180b是複數的異方性片段柱狀磁石會被安裝於環狀的磁性體的外箱，配置成鄰接的複數個異方性片段柱狀磁石彼此間的磁極方向會彼此成逆向。藉此，磁力線會被形成於鄰接的片段磁石間，只在上部電極105與下部電極110之間的處理空間的周邊部形成磁場，作用成可將電漿關閉於處理空間。
其次，說明有關設於上部電極105的第1電介體105b及第1電阻器105d的機能。如前述般，第1電阻器105d是在第1電介體105b的電漿側的面的附近埋設於絕緣層105c(相當於第2電介體)。第1電阻器105d是對上部電極105的下部的電場強度分布有其次般的影響。為了證明此，而將發明者所進行的模擬結果顯示於圖3。另外，模擬條件是對於所有的模擬，把電漿的電阻ρ設定於1.5Ωm。並且，除非特別言及，不然是將所被供給的高頻電力的頻率設定於100MHz。而且，在以下，電阻器的片電阻是以片狀的電阻器的每單位面積的電阻值(Ω/□)來表示。
發明者是針對不具第1電介體105b及第1電阻器105d的情況，第1電阻器105d為低電阻(0.002Ω/□、2Ω/□)的情況，第1電阻器105d為中電阻(200Ω/□)的情況，第1電阻器105d為高電阻(20，000Ω/□)的情況來實行模擬。
在說明有關本實施形態的上部電極105的構成的作用及效果之前，說明有關不存在第1電介體105b及第1電阻器105d的以往電極的情況(圖17A)的電場強度分布。在以下是以E/Emax來表示將各條件下的電場強度的最大值設為Emax時的電場強度分布。由圖3的A群組所屬的無電介體/無電阻器的情況的模擬結果可明確，對於從上部電極900的端部側往中心側流動的高頻的電流，上部電極的下部的電場強度分布E/Emax是在中心部變強。
只設有電介體915，不存在電阻器的以往電極的情況(圖17B)，相較於無電介體/無電阻器的情況，上部電極900的中央部的電場強度分布E/Emax會變低。這是因為高頻的電流流動於上部電極900的金屬表面時，會依據對應於設在上部電極900的中心部的電介體915的容積之電容成分及鞘層的電容成分來產生分壓，在電介體下部，在高頻的電場強度產生分散。
為了改善電場強度分布，如圖16的(C)所示，使電介體915形成傾斜狀是已經被提案，為已知的技術。此情況，如圖17C所示，從上部電極900的端部朝向中央，電場強度分布E/Emax的均一性會被提高。這可想像是因為在電介體915的端部比起中心部，電容成分C會變大，所以比起設置平坦的電介體915時，在電介體915的端部，電場強度分布E/Emax不會過低，可取得均一的分布。
然而，一旦使電介體915形成傾斜狀，則電介體對鋁的基材之熱膨脹差大，應力會集中在接合面，且接合界面的尺寸公差的不均所造成的熱傳導不均會發生，而從接合面的間隙產生塵埃。並且，因為電介體面與金屬面的不同，而產生熱噴塗的附著性的差，熱噴塗物會剝離。該等是成為污染的原因，使得製品的良品率降低。於是，發明者是取代將電介體915形成傾斜狀，加上平坦形狀的第1電介體105b，且在絕緣層105c設置第1電阻器105d。以下說明有關第1電阻器105d的作用及效果。
第1電阻器105d為低電阻(0.002Ω/□、2Ω/□)的情況，圖3的模擬結果是形成與無電介體及電阻器的情況相同A群組的結果。此情況，如圖4A所示，高頻的電流I是在上部電極105的基材105a的金屬表面從端部朝向中心部流動。同時，高頻的電流I是在第1電阻器105d的金屬表面從端部朝向中心部流動。
在此，從基材105a的金屬表面到第1電阻器105d的端部的間隔是比高頻電力的集膚深度(skin depth)小。所謂集膚深度是在導電體的表面部分實質上高頻的電流通過的表皮厚度。因此，像本實施形態那樣，若從基材105a到第1電阻器105d的間隙比集膚深度小，則高頻的電流I可流動於第1電阻器105d的表面。另一方面，若前述間隙超過集膚深度，則高頻的電流I無法流動於第1電阻器105d的表面。另外，集膚深度是由其次的式子來定義。
δ=(2/ωσμ)1/2
ω=2πf(f：頻率)，σ：導電率，μ：透磁率
因為第1電阻器105d是低電阻，所以第1電阻器105d的中心位置PC與端部位置PE是大致形成等電位，可想像流動於第1電阻器105d的金屬表面的電流量是與流動於基材105a的金屬表面的電流量大致同等。此結果，若從電漿側來看，則基材105a與第1電阻器105d是可作為一體來看，等於第1電介體105b不存在。亦即，因為第1電介體105b是藉由第1電阻器105d而被遮斷，所以無法藉由第1電介體105b的電容成分C來使高頻的電場強度分布E/Emax降低，成為與無第1電介體105b及第1電阻器105d的情況(圖17A)同樣的電場強度分布E/Emax。
另一方面，當第1電阻器105d為中電阻(200Ω/□)時，圖3的模擬結果是與存在傾斜狀的電介體時(圖17C)同B群組的結果。此情況，如圖4B所示，高頻的電流I是在上部電極105的基材105a的金屬表面從端部往中心部流動。同時，高頻的電流I是在第1電阻器105d的金屬表面從端部往中心部流動。
此時，第1電阻器105d為中電阻。因此，在第1電阻器105d的中心位置PC與端部位置PE產生電位差，高頻的能量的一部分是在電流流動於第1電阻器105d的期間變換成對應於第1電阻器105d的電阻值R之焦耳熱，被消費，產生對應於電流與電阻的電位分布。如此一來，當第1電阻器105d為中電阻時，可慢慢地降低高頻的電場強度分布E/Emax。
亦即，藉由設置第1電阻器105d，可使上部電極105的中心側的阻抗Z(=C+R)慢慢地比上部電極105的端部側的阻抗Z(=C)大。電極側的阻抗越大，可消費於電漿的電場能量越小。藉此，如圖4B所示，可使上部電極105的中心側與端部的電場強度分布E/Emax形成均一。此結果，即使不使用傾斜狀的電介體，也可使用圓柱狀的第1電介體105b及第1電阻器105d來與使用傾斜狀的電介體時同樣地產生電子密度Ne一樣的電漿。
又，由於本實施形態的上部電極105是不必將第1電介體105b形成傾斜狀，因此不需要提高機械性的加工精度，可降低成本的同時，減少黏著劑或熱噴塗物質的剝離，抑止污染。
第1電阻器105d為高電阻(20,000Ω/□)時，圖3的模擬結果是與不存在電介體即電阻器時(圖17B)同C群組的結果。此情況，如圖4C所示般，高頻的電流I是在上部電極105的基材105a的金屬表面從端部往中心部流動。但，因為第1電阻器105d是高電阻，所以第1電阻器105d是與絕緣物同樣地作用，高頻的電流I是未流動於第1電阻器105d的金屬表面。此結果，從電漿側，與圖17B的只存在電介體時同樣地只見第1電介體105b的電容成分C，電場強度分布E/Emax是在電極中央變低，在電介體端部形成不均一。
由以上的結果，發明者的結論是若將第1電阻器105d的片電阻值設為比低電阻(2Ω/□)大，比高電阻(20000Ω/□)小的值，設定於20Ω/□~2000Ω/□的中電阻值，則可取得與將第1電介體105b形成傾斜狀的構造同等的效果。
其次，發明者為了謀求電阻器的形狀或組合的適當化，而實行電阻器的形狀或組合對電場強度分布造成如何影響的模擬。
首先，發明者是將第1電阻器105d如圖5及圖6(a)所示般圖案化。圖5的1-1剖面是表示圖6(a)的右半。第1電阻器105d是環狀地被3分割。外側的環狀構件105d1的直徑Φ是240mm，中央的環狀構件105d2的直徑Φ是160mm，內側的圓形構件105d3的直徑Φ是80mm。各構件是僅以所定的間隔隔離成等間隔。所定的間隔是設定成該間隔的阻抗1/Cω比第1電阻器105d的電阻R大。
若根據圖5(b)的模擬結果，則第1電阻器105d為低電阻(0.002Ω/□、2Ω/□)及中電阻(200Ω/□)時，形成接近圖16的(D)所示附階梯的電介體915時的電場強度分布。由電漿側可見第1電介體105b的電容成分C、第1電阻器105d的電阻成分R1及絕緣層105c的金屬間產生的電抗(Reactance)成分X1，藉此，藉由使上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax降低，可使分布全體如圖5(b)所示般均一地分布，產生均一的電漿。當第1電阻器105d為高電阻(20,000Ω/□)時，比起低電阻及中電阻的情況，在第1電介體105b的端部附近可見電場強度分布E/Emax的不均一。因此，特別是在第1電介體105b的厚度等有約制時，可藉由第1電阻器105d的圖案化來補正電場強度分布E/Emax的狀態。
另外，第1電阻器105d亦可為圖6(b)那樣隔離成所定間隔的大致正方形的複數個島狀構件，或如圖6(c)那樣隔離成所定間隔的圓形的複數個島狀構件，而取代如圖6(a)所示般隔離成所定間隔的複數個環狀構件。任何的情況皆如前述般，所定的間隔是以該間隔的阻抗1/Cω能夠形成比第1電阻器105d的電阻R大的方式設定。
其次，發明者是如圖7所示般，除了環狀地三分割的第1電阻器105d以外，還在第1電介體105b與電漿之間設置一體型(片狀)的第2電阻器105f。就圖7而言，第2電阻器105f是在第1電阻器105d的下方埋設於絕緣層105c，但亦可在第1電阻器105d的上方埋設於絕緣層105c。第2電阻器105f亦可在從絕緣層105c露出的狀態下緊貼於絕緣層105c的電漿側的面而設置。
若根據此，則當第2電阻器105f為低電阻(0.01Ωm)時，如圖7(a)所示，可從電漿側看見第1電介體105b的電容成分C、第1電阻器105d的電阻成分R1、第1電阻器105d的間隙部分的電抗成分X1及第2電阻器105f的電阻成分R2。藉此，如圖7(b)上面的圖表所示，可使上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax平穩地降低。特別是在第1電介體105b的厚度等有約制時，可在第2電阻器補正電場強度分布E/Emax的狀態。
又，第2電阻器105f為高電阻(1Ωm)時，亦如圖7(b)下面的圖表所示，藉由使上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax降低，可使分布全體形成均一。第2電阻器105f為高電阻時，因為電阻成分R2大，所以相較於第2電阻器105f為低電阻時，從電漿側可見第2電阻器105f絕緣物化。另外，亦可將第2電阻器105f組合複數個高電阻者與低電阻者使用。
如此，在第1電介體105b與電漿之間，和第1電阻器105d一起設置一體型的第2電阻器105f時，較理想是將第1電阻器105d與第2電阻器105f的片電阻值的總和設為比低電阻(2Ω/□)大，比高電阻(20000Ω/□)小的值，形成20Ω/□~2000Ω/□。
其次，說明有關第1電阻器與第3電阻器(接頭電阻器)的組合電極中使頻率變化時的電場強度分布E/Emax的變化。發明者是如圖8(a)所示般，除了環狀地三分割的第1電阻器105d以外，加上在被三分割的第1電介體105b的間隙嵌入第3電阻器105g。亦即，第3電阻器105g是被設於第1電阻器105d的接頭，連結鄰接的第1電阻器105d彼此間。
此時的條件是第1電阻器105d為寬度D1=200μm，直徑Φ=160mm，240mm，80mm的環狀或圓形狀構件，將其電阻值設定於2Ω/□。第3電阻器105g的電阻值是設定200Ω/□，2000Ω/□，20000Ω/□，針對各個的情況來進行模擬。將其結果顯示於圖8(b)。在圖8(b)是顯示將從電漿激發用的第1高頻電源150輸出的高頻電力的頻率設定於100MHz、13MHz、2MHz的情況。
若根據此，則隨著頻率變高(2MHz→13MHz→100MHz)，顯示上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax有降低的傾向。此傾向是即使令第3電阻器105g的電阻值變化成200Ω/□、2000Ω/□、20000Ω/□也不會改變。若針對此來作考察，則電容C是以1/jωC來表示，依存於頻率f(ω=2πf)，相對的，電阻R是不依存於頻率。因此，根據第1電介體105b的電容成分C之阻抗Z是一旦頻率上升則減少。另一方面，電阻R是無關頻率，為一定。因此，全體的阻抗Z的頻率特性是一旦頻率上升則減少，在第1電阻器105d及第3電阻器105g容易流動高頻的電流。圖8(b)的結果是第3電阻器105g越為高電阻，越會發揮根據電容C及電阻R之電場強度的降低，上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax會降低。並且，頻率越高，越會在第1及第3電阻器流動高頻的電流，發揮電場強度的降低，即使第3電阻器105g的電阻值變低，上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax也會降低，可謀求在電極下方的分布全體的均一性。
其次，發明者是如圖9(a)所示般，使環狀地三分割的第1電阻器105d的寬度L(間隙)變化，且使第3電阻器105g的厚度D2變化來進行模擬。此時的條件，第1電阻器105d是寬度D1=200μm，直徑Φ=160，240mm的環狀及直徑Φ=80的圓形狀，且將其電阻值設定於0.5Ω/□。高頻電力的頻率是100MHz。第3電阻器105g的厚度是可變地設定成0.1mm、0.05mm、0.01mm。
將其結果顯示於圖9(b)。有關第1電阻器105d的寬度L是由上面的圖表顯示設定成2mm、10mm、20mm的結果。由此來看任何的情況皆是上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax不會降低，無法謀求在電極下方的電場強度分布E/Emax的均一性。
於是，發明者以和圖9所示的模擬同構成，只將第1電阻器105d的電阻值設定成更高電阻的5Ω/□。高頻電力的頻率是100MHz，且將第3電阻器105g的厚度D2設定成0.1mm、0.05mm、0.01mm。
將其結果顯示於圖10。若由此來看，則寬度L為2mm時，上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax是未降低。另一方面，寬度L為10mm及20mm時，可見第3電阻器105g的厚度越薄，上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax越有降低的傾向。
又，發明者是只將上述構成，即第1電阻器105d的電阻值設定成更高電阻的50Ω/□。高頻電力的頻率是100MHz，且將第3電阻器105g的厚度D2設定成0.1mm、0.05mm、0.01mm。
將其結果顯示於圖11。若由此來看，則在寬度L為2mm、10mm及20mm的所有情況，可見上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax有降低的傾向，且第3電阻器105g的厚度越薄，此傾向越見顯著。
其次，發明者是將上述構成，即第1電阻器105d的電阻值設定成5Ω/□，將高頻電力的頻率變更成13MHz，將第3電阻器105g的厚度D2設定成0.1mm、0.05mm、0.01mm。
將其結果顯示於圖12。若由此來看，則在寬度L為2mm、10mm及20mm的所有情況，上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax不會降低，無法謀求在電極下方的電場強度分布E/Emax的均一性。
於是，發明者是將上述構成，即第1電阻器105d的電阻值變更成更高的50Ω/□，將高頻電力的頻率設定成13MHz，且將第3電阻器105g的厚度D2設定成0.1mm、0.05mm、0.01mm。
將其結果顯示於圖13。若根據此，則隨著寬度L變大，上部電極105的中央部分的電場強度分布E/Emax會降低，可謀求在電極下方的電場強度分布E/Emax的均一性。
由以上的結果可知，在對裝置供給13MHz~100MHz的範圍內的高頻電力，且將第1電阻器105d的片電阻值設定於5Ω/□~50Ω/□的範圍時，較理想是將環狀的第1電阻器105d的所定間隔設計於10mm~20mm的範圍。
其次，發明者如圖14(a)所示般，針對使第1電阻器105d在中央開口的1個環狀構件的情況進行模擬。此時的條件是最初將第1電阻器105d的中央開口設定於Φ=160mm，且將其電阻值設定於0.002Ω/□、2Ω/□、200Ω/□、20,000Ω/□。並且，將高頻電力的頻率設定於100MHz。將其結果顯示於圖14(b)。若根據此，則按照第1電阻器105d的開口徑來開口的部分附近的上部電極的電場強度分布E/Emax會降低。
於是，發明者是針對將第1電阻器105d的中央開口變更成Φ=80mm的情況進行模擬。其結果，果然按照第1電阻器105d的開口徑來開口的部分附近的上部電極105的電場強度分布E/Emax會降低。由圖14(b)的結果可知，金屬的電阻器(第1電阻器105d)的開口徑是可發揮與在第1電介體105b設置階差部或形成傾斜狀者同樣的效果。
最後，模擬在改變第1電介體105b的傾斜部分的角度時，具有一體型的第1電阻器105d的情況及無情況下，電場強度分布E/Emax的降低有怎樣程度的效果不同。
此時的條件，如圖15(a)所示，使用比介電常數ε為10，直徑Φ240mm，中心部的高度為10mm的第1電介體105b。並且，第1電介體105b的端部的高度t是使變化成1mm、5mm、10mm、15mm。而且，將高頻電力的頻率設定於100MHz。另外，上下電極的間隙是5mm。
將其結果顯示於圖15(b)。上圖是無設置第1電阻器105d的情況，下圖是設置第1電阻器105d的情況。皆是高度t越大，第1電介體105b端部的電容成分C越會變大，因此電場強度分布E/Emax的降低會變大。然而，設置第1電阻器105d的情況，相較於不設置的情況，上部電極105的電場強度分布E/Emax會順暢地變化。此結果，可知若在第1電介體105b與電漿之間夾著第1電阻器105d，則可取得不單靠第1電介體105b的形狀之均一的電場強度分布。
像以上說明那樣，若根據上述實施形態的電極，則會藉由第1電介體105b的電容及單數或複數個電阻器的電阻值來影響形成於上部電極105的電漿面的鞘層電場，藉此可令用以產生電漿的電場強度分布E/Emax降低。
以上，一邊參照附圖一邊說明有關本發明的較佳實施形態，但當然本發明並非限於該例。只要是該當業者，便可在申請專利範圍所記載的範疇內思及各種的變更例或修正例，當然該等亦屬本發明的技術範圍。
例如，本發明的電極的第1電阻器是設於第1電介體與電漿之間，但只要是藉由金屬來形成所定的圖案即可，例如可不埋設於絕緣層，露出於電漿側。
又，本發明的電極並非限於上部電極，亦可為下部電極。亦可適用於上部電極及下部電極的雙方。此時，上述第2電阻器亦可兼作藉由施加直流電壓來靜電吸附被載置於下部電極上的晶圓W之靜電吸盤的機能用。
第1電阻器被圖案化時，亦可在間隙部分通過貫通上述電極的複數個氣孔。
被處理體亦可為200mm或300mm以上的矽晶圓，或730mm×920mm以上的基板。
10‧‧‧電漿蝕刻裝置
105‧‧‧上部電極
105a，110a‧‧‧基材
105b‧‧‧第1電介體
105c、110b‧‧‧絕緣層
105d‧‧‧第1電阻器
105f‧‧‧第2電阻器
105g‧‧‧第3電阻器
110‧‧‧下部電極
150‧‧‧第1高頻電源
165‧‧‧第2高頻電源
W‧‧‧晶圓
圖1是本發明之一實施形態的RIE電漿蝕刻裝置10的縱剖面圖。
圖2是用以說明上述裝置的高頻的電流的圖。
圖3是表示對應於電阻器的電阻值之電場強度分布的圖。
圖4A是表示設置低電阻的電阻器時的電場強度分布的圖。
圖4B是表示設置中電阻的電阻器時的電場強度分布的圖。
圖4C是表示設置高電阻的電阻器時的電場強度分布的圖。
圖5是表示設置被圖案化的電阻器時的電場強度分布的圖。
圖6是表示電阻器的圖案化之一例的圖。
圖7是表示設置第1電阻器(被圖案化的電阻器)及第2電阻器(一體型電阻器)時的電場強度分布的圖。
圖8是表示設置第1電阻器及第3電阻器(接頭的電阻器)時的電場強度分布的圖。
圖9是表示相對於第1電阻器(0.5Ω/□)、100MHz，使第3電阻器的厚度變化時的電場強度分布的圖。
圖10是表示相對於第1電阻器(5Ω/□)、100MHz，使第3電阻器的厚度變化時的電場強度分布的圖。
圖11是表示相對於第1電阻器(50Ω/□)、100MHz，使第3電阻器的厚度變化時的電場強度分布的圖。
圖12是表示相對於第1電阻器(5Ω/□)、13MHz，使第3電阻器的厚度變化時的電場強度分布的圖。
圖13是表示相對於第1電阻器(50Ω/□)、13MHz，使第3電阻器的厚度變化時的電場強度分布的圖。
圖14是表示使第1電阻器的中央開口時的電場強度分布的圖。
圖15是表示第1電阻器的有無及使電介體的形狀變化時的電場強度分布的圖。
圖16是表示使電介體的形狀變化時的電場強度分布的以往例。
圖17A是表示無電介體及電阻器時的電場強度分布的以往例。
圖17B是表示有電介體，無電阻器時的電場強度分布的以往例。
圖17C是表示有傾斜狀的電介體，無電阻器時的電場強度分布的以往例。
Claims (13)
- 一種電漿處理裝置，係具備：處理容器，其係於內部電漿處理被處理體；上部及下部電極，其係於前述處理容器的內部彼此對向，且其間形成處理空間；及高頻電源，其係連接至前述上部及前述下部電極的至少上部電極，對前述處理容器內輸出高頻電力，其特徵為：前述上部及前述下部電極的至少上部電極包含：基材，其係藉由金屬來形成；第1電介體，其係設於前述基材的電漿側的中央部，縱剖面形狀為矩形狀；及第1電阻器，其係設於前述第1電介體與電漿之間，藉由金屬來形成所定的圖案，前述第1電阻器係被埋設於緊貼在前述第1電介體的電漿側的面而設的第2電介體中。
- 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述第1電介體為板狀。
- 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述第1電阻器的片電阻值為20Ω/□~2000Ω/□的範圍的值。
- 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述第1電阻器係具有被隔離成所定的間隔之複數個環狀的構件或被隔離成所定的間隔之複數個島狀的構件。
- 如申請專利範圍第4項之電漿處理裝置，其中，前述所定的間隔係以該間隔的阻抗1/C ω能夠比前述第1電阻器的電阻R大的方式設定。
- 如申請專利範圍第1~5項中任一項所記載之電漿處理裝置，其中，在前述第1電介體與電漿之間更具備金屬的第2電阻器，前述第2電阻器係在從前述第2電介體露出的狀態下設置於該第2電介體的電漿側的面，或設置於前述第1電介體與前述第2電介體的電漿側的面之間。
- 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中，前述第1電阻器與前述第2電阻器的片電阻值的總和為20Ω/□~2000Ω/□的範圍的值。
- 如申請專利範圍第4項之電漿處理裝置，其中，在前述被隔離的第1電阻器之間嵌入比前述第1電阻器的厚度薄的第3電阻器。
- 如申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中，對前述上部及前述下部電極的至少上部電極供給13MHz~100MHz的範圍內的電漿生成用的高頻電力。
- 如申請專利範圍第4項之電漿處理裝置，其中，在前述第1電阻器之被隔離的部分通過氣體供給管。
- 一種電漿處理裝置用的電極，係藉由被施加的高頻電力來從氣體生成電漿，利用所被生成的電漿來電漿處理被處理體之電漿處理裝置用的電極，其特徵為：前述電極為彼此對向，且在其間形成電漿處理空間之 上部及下部電極的至少上部電極，具有：基材，其係藉由金屬來形成；第1電介體，其係設於前述基材的電漿側的中央部，縱剖面形狀為矩形狀；第1電阻器，其係設於前述第1電介體與電漿之間，藉由金屬來形成所定的圖案，前述第1電阻器係被埋設於緊貼在前述第1電介體的電漿側的面而設的第2電介體中。
- 如申請專利範圍第11項之電漿處理裝置用的電極，其中，更具備：設於前述第1電介體與電漿之間，與前述第2電介體一體化形成的第2電阻器，前述第2電阻器係在從前述第2電介體露出的狀態下設置於該第2電介體的電漿側的面，或設置於前述第1電介體與前述第2電介體的電漿側的面之間。
- 如申請專利範圍第12項之電漿處理裝置用的電極，其中，前述電漿處理裝置用的電極為前述上部電極及前述下部電極，前述下部電極的前述第2電阻器亦作為靜電吸盤的機能。
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