TWI518735B - Upper electrode and plasma processing device - Google Patents

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TWI518735B
TWI518735B TW101104753A TW101104753A TWI518735B TW I518735 B TWI518735 B TW I518735B TW 101104753 A TW101104753 A TW 101104753A TW 101104753 A TW101104753 A TW 101104753A TW I518735 B TWI518735 B TW I518735B
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Shoichiro Matsuyama
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Tokyo Electron Ltd
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Description

上部電極及電漿處理裝置
本發明係關於一種平行平板型電漿處理裝置用的上部電極及具備該上部電極之電漿處理裝置。
藉由電漿的作用來對被處理體上施予蝕刻或成膜等微細加工之裝置已有平行平板型(電容耦合型)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實用化。當中,平行平板型電漿處理裝置係針對對向設置的上部電極與下部電極至少其中一者施加高頻電功率,並藉由其電場能量來激發氣體而生成電漿,再藉由生成的放電電漿來對被處理體施予微細加工。
隨著近年來更加微細化的要求,供應具有100MHz左右的較高頻率之電功率,來生成高密度、低離子能量的電漿一事變得不可或缺。若所供應之電功率的頻率變高,則高頻電流便會因表層效果而在電極(上部或下部)的電漿側表面從端部側朝向中心側流動。藉此,電極中心側的電場強度便會高於電極端部側的電場強度。於是,電極中心側處因電漿生成而消耗的電場能量便會大於電極端部側處因電漿生成而消耗的電場能量,而較電極端部側要更促進電極中心側處的氣體電離或解離。其結果,中心側的電漿電子密度便會高於 端部側的電漿電子密度。由於在電漿的電子密度較高之電極中心側處,電漿的電阻率會變低,故縱使是對向電極,仍會因高頻(電磁波)使得電流集中在電極中心側,而導致電漿密度變得不均勻。
相對於此,已提出有一種將陶瓷等介電體埋設在電極之電漿面的中心部分來提高電漿密度均勻性之方案(參照例如專利文獻:日本特開2000-323456號公報)。
然而,若將陶瓷等介電體埋設在電極,由於製程中會重複進行加熱及冷卻,因此便會因熱膨脹差導致應力施加在兩者的接合部分,而有介電體產生裂隙或污染腔室內的情況。
亦提出有一種將埋設於電極之介電體形成為錐狀來更加提高電漿均勻性之方案。此情況下,由於電容成分在介電體端部處會較中心部處要大,因此相較於埋設平面構造介電體的情況,可使電場強度不會在介電體端部處降得過低,從而可獲得更均勻的電場強度。
然而,若介電體為錐狀,便會因機械加工上的精確度而導致錐狀部分的尺寸精確度變差。結果便會因熱膨脹差或接合界面之尺寸公差的誤差等,而導致應力集中發生在介電體的錐狀部分。而因該應力集中,會導致電極更容易產生裂隙,且腔室內會因微粒或金屬等而容易受到污染。
有鑑於上述問題,本發明之目的在於提供一種可提高電漿均勻性之上部電極及電漿處理裝置。
為解決上述課題,本發明其中一樣態提供一種上部電極,係平行平板型電漿處理裝置用的上部電極;其特徵為具備有:基材,係由介電體所形成;及導電體層,係形成於該基材表面當中至少該電漿處理裝置之下部電極側表面的一部分;其中該導電體層係具有從該下部電極側表面的外側區域愈往內側區域則愈密之疏密圖案。
依據上述結構,上部電極係具有介電體形成的基材,與形成於該基材的下部電極側表面之導電體層,導電體層係具有從該上部電極外側愈往內側則愈密之疏密圖案。藉此,上部電極和生成於上部電極與電漿之間的鞘層之合成電容在上部電極外側處便會較內側處要大。藉此,可獲得和將形成為錐狀之介電體埋設於上部電極情況同樣的效果,從而可更加提高電漿均勻性。
該導電體層可具有從該上部電極外側朝內側突出之櫛齒狀圖案、從該上部電極外側朝內側突出之新月狀圖案、以及從該上部電極外側朝內側具有開口之圖案當中的任一疏密圖案。
該導電體層之疏密圖案與該導電體層的交界可位在較該下部電極所載置之晶圓的外端部要靠內側處。
該導電體層與該導電體層之疏密圖案的交界可形成有從該上部電極內側愈往外側而該導電體層會連續地變密之轉移部。
該導電體層可為接地電位。
該導電體層可藉由該櫛齒狀齒部的根數、該齒部的長度以及該齒部間的距離當中至少一者而形成疏密圖案。
該疏密圖案可由至少3種相異長度的該櫛齒狀齒部所形成,從該上部電極中心到最長櫛齒前端的距離為35~50mm,從該上部電極中心到中間長度櫛齒前端的距離為60~90mm,從該上部電極中心到最短櫛齒前端的距離為100~125mm。
該基材可由氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)所形成。
可另具備覆蓋該基材與該導電體層之保護層。
該上部電極的基材可貫穿有複數氣體導入管。
為解決上述課題,本發明其他樣態提供一種電漿處理裝置,係上部電極與下部電極呈對向配置之平行平板型電漿處理裝置;其特徵為該上部電極具備有:基材,係由介電體所形成;及導電體層,係形成於該基材表面當中至少該下部電極側表面的一部分;其中該導電體層係具有從該下部電極側表面的外側愈往內側則愈密之疏密圖案。
該基材可由氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)所形成。
如以上的說明,依據本發明之上部電極及電漿處 理裝置,可提高電漿均勻性。
以下,參照添附圖式來詳細說明本發明各實施形態。此外,以下的說明及添附圖式中,針對具有相同結構及功能的結構要素則賦予相同符號而省略重複說明。
(電漿處理裝置的整體結構)
首先,就具有本發明一實施形態的上部電極之電漿處理裝置加以說明。
圖1係顯示本實施形態之電漿蝕刻裝置。電漿蝕刻裝置10為平行平板型電漿處理裝置的一例,其上部電極與下部電極係呈對向配置。
電漿蝕刻裝置10具有可被減壓之處理容器100。處理容器100係由直徑較小的上部腔室100a與直徑較大的下部腔室100b所形成。處理容器100係由例如鋁等金屬所形成,且為接地狀態。
處理容器100內部係對向配置有上部電極105與下部電極210,藉此便形成一對平行平板電極。晶圓W會從閘閥V被搬入至處理容器100內部並載置於下部電極210。處理容器100內部係導入有處理氣體,而藉由高頻電功率的功率來生成電漿。下部電極210上的晶圓W會因該電漿而受到蝕刻處理。
上部電極105係具有上部基材105a,以及在該上 部基材105a正上方處連同上部基材105a一起形成淋氣頭之氣體擴散部(導電體的基底板)105b。處理氣體從氣體供應源215被供應並在氣體擴散部105b擴散後,會經過連通於氣體擴散部105b之複數氣體通道,並透過貫穿上部基材105a之複數氣體導入管從複數氣體孔105c被導入至處理容器內。
下部電極210的結構為鋁等金屬形成的基材210a係透過絕緣層210b被支撐在支撐台210c,而成為自處理容器100電性地浮起之狀態。支撐台210c的下方部分係受到罩體216覆蓋。支撐台210c的下部外周係設置有隔板220來控制氣體流動。
下部電極210係設置有冷媒室210a1,從冷媒導入管210a2入口側導入的冷媒會在冷媒室210a1循環,再從冷媒導入管210a2出口側被排出。藉以將下部電極210控制為所欲溫度。
下部電極210上的靜電夾具機構225係於絕緣組件225a埋置有電極部(金屬片組件)225b。電極部225b係透過配線而連接有直流電源235,藉由從直流電源235輸出的直流電壓被施加在電極部225b,則晶圓W便會被靜電吸附在下部電極210。靜電夾具機構225外周係設置有例如矽所形成的聚焦環230,而具有維持電漿均勻性之功用。
下部電極210係透過匹配器245而連接至高頻電源250。高頻電源250為電漿產生用高頻電源,會輸 出例如100MHz的高頻。供應至處理容器100內之處理氣體會因從高頻電源250輸出的高頻電場能量而被激發生成放電型電漿。藉由生成的上述電漿來對晶圓W施予蝕刻處理。
又,下部電極210係透過匹配器260而連接至高頻電源265。高頻電源265為偏壓控制用高頻電源,會輸出例如3MHz或13MHz的高頻。從高頻電源265輸出的高頻係作為偏壓電壓使用,而施加在晶圓W來將離子吸引至下部電極210。
處理容器100的底面係設置有排氣口270,藉由驅動連接至排氣口270的排氣裝置275,來將處理容器100內部排氣以保持在所欲真空狀態。
上部腔室100a周圍係配置有多極性磁石280a,280b。多極性磁石280a,280b係配置為複數異向性節柱狀磁石被安裝在環狀磁性體的殼體,來使鄰接之複數異向性節柱狀磁石彼此的磁極方向為相互逆向。藉此,磁力線便會形成於鄰接之節柱狀磁石間,且僅有上部電極105與下部電極210間的處理空間周邊部形成磁場,而具有將電漿封閉於處理空間之作用。
接下來,說明上部電極105與下部電極210所形成之電場強度分佈。一般來說,施加在平行平板電極之高頻會在下部電極下方處從中央部朝端部傳遞A波,而在下部電極上方的電漿側則會從端部朝中央部傳遞B波。然後,由於A波與B波的重疊點會生成駐 波,因此便會形成電極中心部的電位(電場)特別高之分佈。於是,如圖2(a)所示,若從高頻電源250對下部電極210施加例如100MHz的高頻電功率,則會因表層效果而導致高頻電流在下部電極210的下部表面從中央部朝端部傳遞,且在下部電極210的上部表面從端部朝中央部傳遞。藉此,下部電極210中心側的電場強度便會高於下部電極210端部側的電場強度,而較端部側處要更加促進下部電極210中心側處的氣體電離或解離。其結果,下部電極210中心側的電漿電子密度便會高於端部側的電漿電子密度。由於在電漿的電子密度較高之下部電極210中心側處,電漿的電阻率會變低,故縱使是對向之上部電極105,仍會因高頻使得電流集中在上部電極105中心側,而導致電漿密度變得更加不均勻。其結果,會如圖2(b)所示般,頻率愈高則晶圓中心部的電場強度便會高於周邊部。特別是,100MHz的高頻電功率會導致電場強度的不均勻性變高,故電漿密度會生成為更加不均勻。
為提高電漿均勻性,圖3(a)係顯示本案發明的基本結構。針對將錐狀介電體920b埋設於電極(上部電極)920所形成的構造之情況加以說明,其中電極(上部電極)920係將導電體925覆蓋在介電體(基材)920a所構成。此情況下,係將錐狀介電體920b嵌合埋設於構成電極920之基材920a的電漿面中心部分(凹部),再以金屬性接著劑來將其之間加以接著,其中該電極920 係使介電體(基材)920a的中心部呈凹狀,再將導電體925覆蓋在介電體(基材)920a表面所形成。然後,將耐電漿性高的氧化釔(Y2O3)等熱噴塗在該電極920表面而形成絕緣性保護層930。圖3(b)之曲線Ea’、Eb’、Ec’係顯示將厚度相同但漸縮比(Taper ratio)φA/φB相異的介電體920b插入至基材920a情況下,電場強度E(a.u.)相對於自晶圓中心的距離r(mm)之關係。曲線Ea’、Eb’、Ec’之介電體920b的漸縮比φA/φB具有Ea’<Eb’<Ec’的關係。此處,錐狀介電體920b係由氧化鋁所形成,且下部電極係施加有100MHz的電漿激發用高頻電功率。此情況下,由於電容成分在介電體920b端部處會較中心部處要大,因此可降低介電體920b端部處的電阻。由其結果可知相較於埋設圓筒狀介電體的情況,電場強度不會在介電體端部處降得過低,從而可獲得更均勻的電場強度。
然而,接合基材與介電體的難易度很高。例如當利用接著劑來接合金屬的基材與陶瓷的介電體時,接著劑會露出在表面。若為了不使接著劑露出而在表面再貼上介電體,便會因線膨脹係數差而產生間隙。
又,例如利用接著劑來接合介電體的基材與覆蓋有金屬被膜之介電體時,接著劑會露出在表面。例如利用焊接來接合時,由於焊材收縮時的應力會累積,故會有破裂之虞。
相對於此,不須進行介電體的接合便可提高電場 強度均勻性之方法,舉圖4(a)所示之電極905為例來加以說明。電極905的結構為介電體所構成之基材905a的外周部係受到導電體覆蓋。此情況下,係以導電體層910來覆蓋基材905a的外周部表面,再將耐電漿性高的氧化釔(Y2O3)等熱噴塗在該導電體層910表面而形成絕緣性保護層915。此外,基材905a的中心部並未受到導電體覆蓋。亦即,導電體層910並非形成於基材905a的電漿面內側,而是甜甜圈狀地形成於電漿面外周側。圖4(b)之曲線Ea、Eb、Ec係顯示於大小及厚度相同的基材905a形成有不同內徑的甜甜圈狀導電體層910情況下之電場強度。曲線Ea、Eb、Ec的內徑具有Ea<Eb<Ec的關係。此情況下,基材亦係由氧化鋁所形成,且下部電極係施加有100MHz的電漿激發用高頻電功率。
如圖4(b)所示,相較於未設置有導電體層之平面狀基材(FlatUEL)的情況,在電極905的電漿面內中央處電場強度會受到抑制,而提高電極905之電漿面內的電場強度均勻性。但可見到其電場強度分佈會在具有導電體層910部分與不具導電體層910部分的交界附近發生急遽變化。是以,藉由容易製作的表面處理(形成方法),而僅在具有導電體層910部分與不具導電體層910部分的交界處形成甜甜圈狀導電體層910,關於電場強度均勻性,並無法獲得與埋置圖3錐狀介電體情況同樣的效果。
(電極構造)
於是,本實施形態之上部電極105係在介電體之上部基材105a電漿側一面的外周部被覆有導電體層,藉以形成導電體層。再者,朝向基材105a內側而在導電體層表面形成特定圖案。圖5(a)係顯示上部電極105之電漿側(下部電極側)一面之圖式。圖5(b)為圖5(a)之1-1剖視圖。
參照圖5(b),上部基材105a的外周部表面係受到導電體層110覆蓋,再將耐電漿性高的氧化釔(Y2O3)等熱噴塗在其上部基材105a表面整體而形成保護層115。如此地,保護層115便會覆蓋上部基材105a與導電體層110。
以下,將上部電極105的電漿面分為外周部、內周部及其之間的過渡部來加以說明。導電體層110係覆蓋外周部整體。另一方面,導電體層110並未形成於內周部(電極中心部)。
本實施形態之上部電極105的結構為圖5(a)所示之導電體層110的疏密圖案係從上部電極105外側朝向內側突出之櫛齒狀圖案。具體來說,3種長度相異的線狀櫛齒係朝向內側突出。此處,1根的寬度為1°之64根櫛齒係從外周部的內周面側360°等間隔地朝向內側呈放射狀設置。3種櫛齒的配置位置具有對稱性,此處,係依最長櫛齒、最短櫛齒、中間長度櫛齒、最短櫛齒、最長櫛齒的順序配置。例如圖5(a)中,外 周部處的金屬密度為100%,在過渡部處,到最短櫛齒的金屬密度為80%,到中間長度櫛齒的金屬密度為60%,到最長櫛齒的金屬密度為40%,內周部處的金屬密度為0%。如此地,電漿面側的導電體層110便會形成有從外側愈往內側則愈密之疏密圖案。
圖5(c)係顯示使用具有上述圖案的導電體層110之上部電極105情況下,電場強度E(a.u.)相對於自晶圓中心的距離r(mm)之關係。此情況下,基材亦係由氧化鋁所形成,且下部電極係施加有100MHz的電漿激發用高頻電功率。藉此,藉由在上部電極105電漿側的中間部(過渡部)重疊長度相異的突起狀導電體層110,便會如圖5(c)之曲線Ep1所示般地,與埋置有上述錐狀介電體情況同樣地,可使電場強度的分佈平穩且均勻。本實施形態之上部電極105的效果相較於顯示平面狀基材情況的電場強度分佈之曲線Er1亦非常顯著。藉此,可使晶圓的蝕刻率均勻。又,本實施形態之上部電極105的製造中不需要接合步驟。藉此,可防止因熱膨脹差或接合界面之尺寸公差的誤差等導致應力集中,而於電極產生裂隙或污染腔室內。
如圖5(b)所示,導電體層110雖可被覆在上部基材105a的側面或上面,但不限於此。例如導電體層110只要是形成於上部基材105a表面當中至少該電漿處理裝置之下部電極側表面的一部分,且藉由連接於接地狀態的處理容器100,或透過電容而電容地耦合成 為接地電位,則亦可不被覆在上部基材105a的側面或上面。
(圖案評估1)
接下來,說明導電體層110的圖案評估。發明人針對了形成於導電體層110的過渡層之3種圖案,調查其電場強度分佈。將其結果顯示於圖6。
圖6係顯示使用具有上述導電體層110之上部電極105的情況下,電場強度E(a.u.)相對於自晶圓中心的距離r(mm)之關係。此情況下,基材亦係由氧化鋁所形成,且下部電極係施加有100MHz的電漿激發用高頻電功率。具體來說,3種圖案皆係3種長度相異的線狀櫛齒為朝向內側突出。3種櫛齒的配置位置具有對稱性。此處,係依最長櫛齒、最短櫛齒、中間長度櫛齒、最短櫛齒、最長櫛齒的順序配置。三角記號Ep1係與圖5(c)同樣地,顯示1根的寬度為1°之64根櫛齒圖案情況下的電場強度分佈。四角記號Ep2係顯示1根的寬度為2°之32根櫛齒圖案情況下的電場強度分佈。×記號Ep3係顯示1根的寬度為4°之16根櫛齒圖案情況下的電場強度分佈。
又,圖6係顯示作為比較例之圖5(c)所示平面狀電極的電場強度Er1分佈,以及形成於圖4(a)所示基材905a(施有例如熱噴塗或表面處理)之電極的電場強度Er2分佈。藉此,具有櫛齒圖案之電極的電場強度Ep1、Ep2、Ep3分佈便會較平面狀電極的電場強度Er1 分佈要在電極中央處降低電場強度,而均勻性提高。又,該同電場強度Ep1、Ep2、Ep3分佈會較施有表面處理之電極的電場強度Er2分佈平穩且均勻性提高。再比較櫛齒圖案的電場強度Ep1、Ep2、Ep3,則櫛齒根數係依Ep1、Ep2、Ep3的順序減少,當櫛齒的根數愈少,則電場強度並非從外周朝向內周單純地減少,而是呈W型分佈的傾向變強,且電漿均勻性變差。由其結果,為了使電漿在徑向上均勻來確保無變異的良好蝕刻率,則形成於導電體層110之圖案的各櫛齒較佳為2°以下,32根以上。
又,四角記號Ep2及×記號Ep3的曲線係在圓周方向上具有圖表所示寬度的變異。由其結果,為了使電漿在徑向上均勻來確保無變異的良好蝕刻率,則形成於導電體層110之圖案的各櫛齒更佳為1°以下,根數為64根以上。
(圖案評估2)
接下來,發明人針對了導電體層110的其他3種圖案,調查其電場強度分佈。將圖案形狀顯示於圖7,將其電場強度分佈顯示於圖8。
圖7(a)所示之導電體層110的疏密圖案係從上部電極105外側朝向內側突出之櫛齒僅為長短2種。圖7(a)中,8根長櫛齒及8根短櫛齒係從外周部的內周面側360°等間隔地朝向內側交互形成。
圖7(b)及圖7(c)所示之導電體層110的疏密圖案 係與圖5(a)說明的圖案同樣地,3種長度相異的線狀櫛齒為朝向內側突出。此處,64根櫛齒係從外周部的內周面側360°等間隔地朝向內側形成。3種櫛齒的配置位置具有對稱性,此處,係依最長櫛齒、最短櫛齒、中間長度櫛齒、最短櫛齒、最長櫛齒的順序配置。圖7(c)之最長櫛齒的長度係較圖7(b)之最長櫛齒的長度要長,這一點與圖7(b)及圖7(c)所示圖案相異。
圖8係顯示使用具有上述導電體層110之上部電極105的情況下,電場強度E(a.u.)相對於自晶圓中心的距離r((mm)之關係。此情況下,基材亦係由氧化鋁所形成,且下部電極係施加有100MHz的電漿激發用高頻電功率。藉此,櫛齒根數最少之圖7(a)圖案之電極的電場強度Ep4分佈會稍呈W型,且電漿均勻性差。另一方面,櫛齒根數多之圖7(b)及圖7(c)圖案之電極由於電場強度Ep5、Ep6分佈均勻,故會較使用圖7(a)圖案的電極而電漿均勻性提高。由其結果,為了使電漿均勻來確保無變異的良好蝕刻率,則形成於導電體層110之圖案的各櫛齒根數必須多於16根。
(圖案評估3)
接下來,發明人針對了改變導電體層110之疏密圖案的櫛齒長度情況下,調查其電場強度分佈的變化。將其結果顯示於圖9。圖9係顯示設置有64根圖7(b)或圖7(c)所示3種長度相異的櫛齒,並將圖10所示之上部電極105中心到各櫛齒前端的距離GR1、 GR2、GR3加以改變的情況下之電場強度E(a.u.)變化之圖表。
圖9之曲線Ed1係顯示到圖10所示最長櫛齒前端的距離GR1為47.5mm,到中間長度櫛齒前端的距離GR2為80mm,到最短櫛齒前端的距離GR3為105mm情況下之電場強度分佈。曲線Ed2係顯示到最長櫛齒前端的距離GR1為55mm,到中間長度櫛齒前端的距離GR2為90mm,到最短櫛齒前端的距離GR3為105mm情況下之電場強度分佈。曲線Ed3係顯示從上部電極105中心到最長櫛齒前端的距離GR1與到中間長度櫛齒前端的距離GR2皆為100mm,而到最短櫛齒前端的距離GR3為120mm情況下,亦即櫛齒長度為2種類情況下之電場強度分佈。此外,任一情況皆係上部電極105外周部之到被導電體層110完全覆蓋之區域為止的距離GR0為125mm。曲線FlatUEL(Flat狀上部電極)係如圖4(b)所示般,使用未設置導電體層的平面狀基材情況下之電場強度分佈。
如圖9所示,可得知能夠獲得與若縮短上部電極105中心到各櫛齒前端的距離,換言之即增加櫛齒長度,則上述錐狀介電體920b的漸縮比便會相對地變大,若減少櫛齒長度,則漸縮比便會相對地變小情況同樣的效果。具體來說,可得知櫛齒長度愈長,則上部電極105中心附近的電場強度便會降低,而可獲得更均勻的電場強度。
(圖案評估4)
接下來,發明人針對了改變導電體層110之疏密圖案的櫛齒形狀情況下,調查於晶圓W形成氧化膜時的電場強度分佈變化。將其結果顯示於圖11。此時的處理容器100內條件為壓力20mTorr,處理氣體C4F8/Ar/O2=60/400/20sccm,電漿產生用高頻電功率為100MH/1000W,偏壓控制用高頻電功率為3MHz/5500W。
圖11的四角◇記號Ef1係顯示導電體層110之疏密圖案中到各櫛齒前端的距離GR1、GR2、GR3分別為40mm、75mm、100mm情況下之電場強度分佈。四角□記號Ef2雖然GR1、GR2、GR3分別為40mm、75mm、100mm這一點與Ef1相同,但係顯示於導電體層110之疏密圖案形成有導電體層110面積會連續變化的轉移部情況下之電場強度分佈。
轉移部如圖12所示,係形成於導電體層110與該導電體層110之疏密圖案的交界,換言之,即介電體之上部基材105a與導電體層110的交界。該轉移部係形成為從上部電極105內側愈往外側,則導電體層110會連續地變密,例如圖12所示,係形成為在導電體層110之疏密圖案最外部的區域X處,導電體層110的櫛齒寬度會慢慢地變大。此時,導電體層110之疏密圖案與導電體層110的交界係位在較下部電極210所載置之晶圓W的外端部要靠內側處。亦即,從上部電 極105中心到導電體層110之疏密圖案外周端部的距離會較晶圓W的半徑要來得小。
如圖11所示,僅有櫛齒圖案處的電場強度Ef1分佈會在晶圓W外周端部附近處存在有急遽電場強度的尖峰。另一方面,具有轉移部之電場強度Ef2分佈在晶圓W外周端部附近處的電場強度會降低,而均勻性更加提高。由其結果,為了使電場強度分佈均勻,來確保無變異的良好蝕刻率,較佳係在導電體層110與該導電體層110之疏密圖案的交界設置有轉移部。又,轉移部的外周端部較佳地係位在較晶圓W的外周端部要靠內側處。此外,本實施形態中的轉移部雖係在疏密圖案的交界處形成為三角形狀,但只要是導電體層110的比率會連續變化,則其形狀可任意設定,並未限定於本實施形態。
(圖案評估5)
接下來,發明人調查了導電體層110之有無對蝕刻率的影響。蝕刻條件係處理容器100內條件為壓力20mTorr,處理氣體O2=200sccm,電漿產生用高頻電功率100MH/1000W,來蝕刻形成於晶圓W上的光阻膜。將其結果顯示於圖13。
圖13的四角記號FlatUEL係顯示使用未設置有導電體層之上述平面狀基材的上部電極905情況下的蝕刻率,三角記號Eg1係顯示使用具有轉移部之上部電極105情況下的蝕刻率。具有轉移部之導電體層110 之疏密圖案中到各櫛齒前端的距離GR1、GR2、GR3分別為40mm、75mm、100mm,而與圖11之Ef2的情況同樣地,顯示了使轉移部的外周端部位在較晶圓W的外周端部要靠內側處情況下之電場強度分佈。
如圖13所示,未設置有導電體層情況(FlatUEL)下,中心部的蝕刻率會高於外周部的蝕刻率。另一方面,設置有疏密圖案的導電體層110情況下,中心部的蝕刻率相較於FlatUEL情況會降低,可獲得良好的均勻性。由其結果確認了藉由在上部電極105設置櫛齒圖案,則關於蝕刻率的分佈,亦可獲得與埋置上述錐狀介電體情況同樣的效果。
此外,依據發明人,為了獲得均勻的電場分佈及蝕刻率,較佳係使到各櫛齒前端的距離GR1為35~50mm,GR2為60~90mm,GR3為100~125mm,而設置有轉移部的情況,較佳係使GR0為140~145mm,區域X的長度為15~20mm。再者,較佳係使轉移部中之導電體層110與上部基材105a的平均比率為,40%~60%。
(間隙造成的影響)
接下來,發明人針對圖5(a)所示圖案,調查了間隙對其電場強度分佈所造成的影響。圖5(a)所示疏密圖案係1根的寬度為1°之64根櫛齒從外周部的內周面側360°等間隔地朝向內側呈放射狀設置者。
圖14係顯示使用具有圖5(a)導電體層110之上部 電極105情況下,電場強度E(a.u.)相對於自晶圓中心的距離r(mm)之關係。但是,圖14所示電場強度E/E0係以晶圓中心的值來加以規格化。又,三角記號係表示上部電極105與下部電極210的間隙為10(mm),×記號係表示上部電極105與下部電極210的間隙為30(mm),米字記號係表示上部電極105與下部電極210的間隙為50(mm)。
藉此,當間隙為30(mm)及50(mm)時,圓周方向上的變異較小。相對於此,當間隙為10(mm)時,圓周方向上會有圖表所示幅度的變異。如此地當間隙為10(mm)時,則圓周方向上的變異便會變得明顯。一般的蝕刻處理裝置中,由於間隙為20~50mm左右,因此可證明若為1根的寬度為1°之64根櫛齒的圖案,則可充分獲得電場強度分佈的均勻性。又,若電極間距離愈短,則必須將電極更加細分化。
(變形例)
圖15係顯示導電體層110所具有圖案的變形例。圖15(a)係顯示從上部電極105外側朝向內側新月狀地突出之圖案。新月狀突出部分可朝向相同方向,或是具有對稱性但朝向不同方向。此處,係依最長櫛齒、最短櫛齒、中間長度櫛齒、最短櫛齒、最長櫛齒的順序配置。藉此亦可形成從上部電極105外側愈往內側則愈密之導電體層110的疏密圖案。
圖15(b)係顯示從上部電極105外側朝向內側突出 之類似櫛齒狀的圖案。該圖案具有對稱性。又,此圖案亦係依最長櫛齒、最短櫛齒、中間長度櫛齒、最短櫛齒、最長櫛齒的順序配置。藉此亦可形成從上部電極105外側愈往內側則愈密之導電體層110的疏密圖案。
圖15(c)為圖15(b)的進一步變形例。該圖案亦具有對稱性。又,此圖案亦係依最長櫛齒、最短櫛齒、中間長度櫛齒、最短櫛齒、最長櫛齒的順序配置。藉此亦可形成從上部電極105外側愈往內側則愈密之導電體層110的疏密圖案。
圖15(d)係顯示從上部電極105外側朝內側具有開口之圖案。開口的口徑為從上部電極105外側愈往內側則愈大。藉此亦可形成從上部電極105外側愈往內側則愈密之導電體層110的疏密圖案。又,藉由使得不存在有導體的開口數量呈現疏密狀態,則亦可形成導電體層110的疏密圖案。
如以上的說明,依據本實施形態及其變形例,上部電極105係具有介電體形成的基材105a,與形成於基材105a的下部電極210側表面之導電體層110。導電體層110係形成有從上部電極105外側愈往內側則愈密之疏密圖案。於是,上部電極105和上部電極105與電漿之間所生成之鞘層的合成電容便會在上部電極105外側而較內側要大。藉此,便與將形成為錐狀之介電體埋設於上部電極105之情況同樣地,可更加提 高電漿均勻性。又,可較將錐狀介電體埋設於上部電極105之情況要更加高精確度地控制電場(電位)分佈,從而可形成均勻電漿。
以上,雖已參照添附圖式來加以說明本發明較佳實施形態,但無需贅言本發明當然不限於上述範例。只要是本發明所屬技術領域中具通常知識者,應當可在申請專利範圍所記載之範疇內,思及各種變化例或修正例,且可明瞭該等當然亦屬於本發明之技術範圍。
例如導電體層110的圖案不限於上述範例,可由櫛齒狀齒部的根數、該齒部的長度以及該齒部間的距離當中至少一者而形成疏密圖案。
又,上部電極的基材可由氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)來形成。導電體層可為鋁(Al)或鎢(W)。
又,導電體層及保護層皆可藉由熱噴塗法形成來降低製造成本。例如導電體層可藉由對基材施予特定的遮蔽後,再熱噴塗厚度100μm左右的鋁圖案而形成。然而,導電體層及保護層不限於此,亦可藉由CVD或金屬化來形成。此外,亦可以厚度5mm左右的板材來形成保護層,而具有相同的功能。
又,電漿產生用高頻電源所施加之高頻電功率可使用最佳設定,例如只要為40MHz以上即可。
又,被處理體亦可使任何尺寸的矽晶圓。
E‧‧‧電場強度
V‧‧‧閘閥
W‧‧‧晶圓
10‧‧‧電漿蝕刻裝置
100‧‧‧處理容器
100‧‧‧處理容器
100a‧‧‧上部腔室
100b‧‧‧下部腔室
105‧‧‧上部電極
105a‧‧‧上部基材
105b‧‧‧氣體擴散部
105c‧‧‧氣體孔
110‧‧‧導電體層
115‧‧‧保護層
210‧‧‧下部電極
210a‧‧‧基材
210a1‧‧‧冷媒室
210a2‧‧‧冷媒導入管
210b‧‧‧絕緣層
210c‧‧‧支撐台
215‧‧‧氣體供應源
216‧‧‧罩體
220‧‧‧隔板
225‧‧‧靜電夾具機構
225a‧‧‧絕緣組件
225b‧‧‧電極部
230‧‧‧聚焦環
235‧‧‧直流電源
245‧‧‧匹配器
250‧‧‧高頻電源
260‧‧‧匹配器
265‧‧‧高頻電源
270‧‧‧排氣口
275‧‧‧排氣裝置
280a,280b‧‧‧磁石
905‧‧‧電極
905a‧‧‧基材
910‧‧‧導電體層
915‧‧‧保護層
920‧‧‧電極(上部電極)
920a‧‧‧介電體(基材)
920b‧‧‧錐狀介電體
925‧‧‧導電體
930‧‧‧保護層
圖1為本發明一實施形態之電漿蝕刻裝置的縱剖視圖。
圖2(a)、(b)係用以說明流經電極的高頻之圖式。
圖3(a)、(b)係顯示將錐狀介電體埋設於電極情況下的電場強度之圖式。
圖4(a)、(b)係顯示與電極埋設有矩形介電體情況之同等電極的電場強度之圖式。
圖5(a)~(c)係顯示於一實施形態之上部電極的導電體層形成有疏密圖案情況下的電場強度之圖式。
圖6係顯示3種疏密圖案的電場強度之圖式。
圖7(a)~(c)係形成於一實施形態上部電極的導電體層之各種疏密圖案。
圖8係顯示圖7各種疏密圖案的電場強度之圖式。
圖9係顯示改變疏密圖案之櫛齒長度情況下的電場強度之圖式。
圖10係顯示疏密圖案的櫛齒長度之圖式。
圖11係顯示改變疏密圖案之櫛齒形狀情況下的電場強度之圖式。
圖12係顯示疏密圖案的轉移部之圖式。
圖13係顯示於一實施形態之上部電極的導電體層形成有疏密圖案情況下的蝕刻率之圖式。
圖14係顯示上下電極間之間隙與電場強度的關係之圖式。
圖15(a)~(d)為變形例之各種疏密圖案。
105‧‧‧上部電極
105a‧‧‧上部基材
105c‧‧‧氣體孔
110‧‧‧導電體層
115‧‧‧保護層

Claims (12)

  1. 一種上部電極,係平行平板型電漿處理裝置用的上部電極;其特徵為具備有:基材,係由介電體所形成;及導電體層,係形成於該基材表面當中至少該電漿處理裝置之下部電極側表面的一部分;其中該導電體層係具有從該下部電極側表面的外側區域愈往內側區域則愈密之疏密圖案。
  2. 如申請專利範圍第1項之上部電極,其中該導電體層係具有從該上部電極外側朝內側突出之櫛齒狀圖案、從該上部電極外側朝內側突出之新月狀圖案、以及從該上部電極外側朝內側呈開口之圖案當中的任一疏密圖案。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之上部電極,其中該導電體層之疏密圖案與該導電體層的交界係位在較該下部電極所載置之晶圓的外端部要靠內側處。
  4. 如申請專利範圍第3項之上部電極,其中該導電體層與該導電體層之疏密圖案的交界係形成有從該上部電極內側愈往外側而該導電體層會連續地變密之轉移部。
  5. 如申請專利範圍第1項之上部電極,其中該導電體層為接地電位。
  6. 如申請專利範圍第2項之上部電極,其中該導 電體層係藉由該櫛齒狀圖案之齒部的根數、該齒部的長度以及該齒部間的距離當中至少一者而形成疏密圖案。
  7. 如申請專利範圍第6項之上部電極,其中該疏密圖案係由至少3種相異長度的該櫛齒狀齒部所形成,從該上部電極中心到最長櫛齒前端的距離為35~50mm,從該上部電極中心到中間長度櫛齒前端的距離為60~90mm,從該上部電極中心到最短櫛齒前端的距離為100~125mm。
  8. 如申請專利範圍第1項之上部電極,其中該基材係由氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)所形成。
  9. 如申請專利範圍第1項之上部電極,其另具備覆蓋該基材與該導電體層之保護層。
  10. 如申請專利範圍第1項之上部電極,其中該上部電極的基材係貫穿有複數氣體導入管。
  11. 一種電漿處理裝置,係上部電極與下部電極呈對向配置之平行平板型電漿處理裝置;其特徵為該上部電極具備有:基材,係由介電體所形成;及導電體層,係形成於該基材表面當中至少該下部電極側表面的一部分;其中該導電體層係具有從該下部電極側表面的外側愈往內側則愈密之疏密圖案。
  12. 如申請專利範圍第11項之電漿處理裝置,其中該基材係由氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)所形成。
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