TWI522013B - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents

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TWI522013B
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Naohiko Okunishi
Hironobu Misawa
Hidehito Soeta
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Tokyo Electron Ltd
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Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明係關於一種在具備高頻電極之處理容器內對被處理體施行電漿處理之技術,特別係關於施加高頻到高頻電極且利用高頻放電來產生電漿之電容耦合型電漿處理裝置及電漿處理方法。
在半導體裝置與FPD(Flat Panel Display,平面顯示器)的製程中之蝕刻、沉積、氧化、濺鍍等微細加工或處理方面,為了使處理氣體以較低溫來產生良好的反應而利用電漿。一般而言,係利用放電來產生電漿,而在電漿處理裝置有利用高頻放電及利用微波放電之2種大的差別。高頻放電方式可再分為於處理容器中設置平行平板電極之電容耦合型,以及於處理容器周圍裝設螺旋狀或漩渦狀電極之誘導耦合型。在上述幾個電漿產生方式中,電容耦合型為量產用裝置及元件開發用裝置的主流。
電容耦合型電漿處理裝置,係將上部電極與下部電極平行地配置在可減壓之處理容器或反應容器內,且在下部電極上載置被處理體(例如半導體晶圓),並透過匹配器來將特定頻率的高頻施加在上部電極或下部電極。藉由透過此高頻所產生的高頻電場來加速電子,並藉由電子與處理氣體的分子、原子之解離、電離碰撞而產生電漿,且藉由電漿中的自由基與離子來在晶圓表面施加所欲電漿處理(例如蝕刻加工)。
在電漿製程中,製程的(面內)均勻性係提高良率之基本要件,同時伴隨半導體元件的微細化之進展與半導體晶圓的大口徑化,其重要性越益增加,並且對其要求的水準變高。
由於半導體晶圓上之電漿密度的均勻性大大地左右製程的均勻性,因此習知的電容耦合型電漿處理裝置針對供作產生電漿之電極,特別是在被施加高頻之電極(高頻電極)的結構上下了很大的工夫。具體而言,電容耦合型容易變成如電漿密度相對上在電極中心部為最高而在其周圍為較低般的山形輪廓。在此,藉由採用在徑向上將高頻電極分割為2之電極結構,以及在高頻電極的主面或表面設置介電體,且該介電體的厚度從電極中心部朝向電極邊緣部係逐漸變小之類的電極結構,以相對來說在電極的邊緣部將電極上的高頻電場予以強化,而在電極的中心部將電極上的高頻電場予以弱化,來達到電漿密度分布的均勻化。
專利文獻1:日本特開2004-193565號公報
專利文獻2:日本特開2004-363552號公報
然而,在電容耦合型電漿處理裝置中,如上述般使得高頻電極的結構具有電漿密度控制的功能之方式,不僅高頻電極的製作非常繁雜且成本高以外,電漿密度分布控制的自由度低,特別是在方位角方向上使得電漿的密度均勻化之能力亦是個課題。
一般而言,在方位角方向上電漿密度不均勻的原因係因裝置結構為非對稱性。亦即,半導體製程用之電漿處理裝置雖在圓筒形處理容器之中心部設置有圓盤形平行平板電極,但在電極周圍係採用非軸對稱的結構。例如,設置在處理容器的側壁之半導體晶圓搬入/搬出用的擋板會對電極周圍之裝置而言造成非軸對稱性的結構。此外,在兼作為晶圓載置台之電極(基座)上軸對稱地裝設有於製程中用以吸附保持半導體晶圓之靜電夾具,或在晶圓溫度控制中對半導體晶圓加熱之電阻發熱體。但是,由於靜電夾具或電阻發熱體的供電端子乃至於供電線係非軸對稱地裝設或連接於基座,故上述亦會造成在基座周圍為非軸對稱結構的一個因素。
上述非軸對稱的裝置結構(特別是電極周圍的結構)容易使電極上之電漿密度分布在方位角方向上產生偏差,在電漿處理裝置方面備受期待之高性能化中,此事近來已成為一個課題。
本發明係為解決上述習知技術的問題點而研創者,其目的在於提供一種電漿處理裝置及電漿處理方法,可大幅改善電漿密度分布控制的性能及自由度,並改善電漿密度分布以及製程特性,以確切達成均勻性的提高。
本發明第1觀點之電漿處理裝置係於處理容器裝設有高頻電極,且於該處理容器內對被處理體進行所欲電漿處理時,第1高頻係從該高頻電極的背面被施加至該高頻電極,且該高頻電極的表面係暴露在處理氣體的電漿,該電漿處理裝置具有:第1導體,其具有相互逆向之第1面及第2面,該第1面係與該高頻電極的背面之所欲部位相對,而關於該第1高頻,係電連接於該高頻電極的背面;以及第2導體,其具有第1連接部與第2連接部,其中第1連接部關於該第1高頻,係電連接於該第1導體之該第2面的所欲部位,而第2連接部係電連接於一位在高頻電極的附近而為電接地狀態之導電性組件。
上述裝置結構中,高頻電極的表面係於處理空間內暴露在電漿,且將高頻電源所施加之高頻的大部分朝電漿放射。另一方面,高頻電極的背面雖未暴露在電漿,但關於上述高頻,係透過第1及第2導體而電連接於附近的導電性接地組件,而來自高頻電源之高頻的一部分則會從高頻電極的背面經由第1及第2導體而流至上述導電性接地組件。此時,會因高頻電極上之電漿分布特性或被處理體上之電漿分布特性,而於以第1導體之第1連接部的配置位置為基點之二維方向(尤其是方位角方向)產生偏差,此偏差的程度係依導體板之空間輪廓(位置、面積等)而不同。
因此,因高頻電極周圍的裝置結構之非對稱性等而對高頻電極上之電漿分布特性或被處理體上的製程特性造成一定的偏差(尤其是方位角方向上之一定的偏差)時,透過上述之類的第1及第2導體之加乘功能或作用可有效地消除或補正該偏差。
在本發明一較佳實施様態中,第1導體係該第1面及第2面為相互略呈平行的導體板,並在高頻電極的背面進行電容耦合。此外,於高頻電極背面的中心部連接有用以將第1高頻供電到第1電極之高頻供電棒,該第1及第2導體係避開該高頻供電棒而配置在其半徑方向外側。
在較佳實施様態中,第2導體較佳為柱狀體,且其一端構成第1連接部,而另一端或一端與另一端之間的中間部則構成第2連接部。另一實施様態的第2導體為板狀體或筒狀體,其一端面構成第1連接部,而其相反側的另一端面或一端面與另一端面之間的中間部則構成第2連接部。
在另一較佳實施様態中,第2導體具有1個或複數個第1連接部,且將全部的第1連接部配置在方位角方向上之半圓周區域內。
在另一較佳實施様態中,係設置有複數個第1導體,且可單獨地調整或設定該等高度位置。此時,第2導體係針對各個第1導體而具有第1連接部。
設置複數個第2導體時,或於1個第2導體設置複數個第1連接部時,較佳係採用係沿著方位角方向而以幾乎一定的間隔來配置複數個第1連接部之結構。此時,可獲得對高頻電極上之鞘層電場的強度分布特性、電漿密度的分布特性或被處理體上的製程特性不會造成偏差,而是能提供對均勻化之強制力或均衡保持力,且得到藉由該均勻化強制力將裝置結構之非對稱性等所造成的偏差予以抑制或補正之效果。
在另一較佳實施様態中,係採用具有可使第1導體相對於高頻電極改變位置的第1導體移動機構之結構。此第1導體移動機構可相對於高頻電極而在垂直於其背面之方向、方位角方向或半徑方向上改變第1導體的位置。
此外,亦可為具有相對於高頻電極而使第2導體的第1連接部之位置產生變化的2導體移動機構之結構。此第2導體移動機構係相對於高頻電極而在垂直於其背面之方向、方位角方向或半徑方向使第2導體之第1連接部的位置產生變化。
特別是,於電漿處理之執行中,在高頻電極的方位角方向上以一定的速度使第2導體旋轉移動之結構中,不僅於方位角方向且於半徑方向上亦可獲得使鞘層的電場強度分布、電漿密度的分布特性或製程特性予以均勻化之效果。
本發明尤其可適用於平行平板電極結構的電容耦合型電漿處理裝置,特別是於高頻電極的表面設置有靜電夾具或電阻發熱體之裝置結構中,在靜電夾具之接線位置結構或電阻發熱體的接線位置結構對電漿密度的分布特性或製程特性會造成二維方向的偏差時,可有效地消除該偏差。
本發明的第2觀點之電漿處理方法,係在上述第1觀點之電漿處理裝置中,將該第1導體的位置相對於高頻電極的背面予以改變或調節,且將形成在該高頻電極的背面與該第1導體之間的電容器之容量予以改變或調節,或將該第2導體的該第1連接部之位置相對於該高頻電極的背面予以改變或調節,來控制高頻電極上之電漿密度分布或被處理體上之電漿特性。
本發明的第3觀點之電漿處理裝置,係於可減壓的處理容器內設置有相隔所欲電極間距離且平行相向之高頻電極與對向電極,並在該處理容器內對被處理體進行所欲電漿處理時,第1高頻係從該高頻電極的背面被施加至該高頻電極,且該高頻電極及該對向電極各別的表面係暴露於處理氣體的電漿,其具有:第1導體,其具有相互逆向之第1面及第2面,且該第1面係與該高頻電極的背面之所欲部位相對,而關於該第1高頻,係電連接於該高頻電極的背面;以及第2導體,其具有第1連接部與第2連接部,其中第1連接部關於該第1高頻,係電連接於該第1導體之該第2面的所欲部位,而第2連接部係電連接於一位在高頻電極的附近而為電接地狀態之導電性組件。
在上述裝置結構中,對向電極的表面係於處理空間內暴露在電漿,且從高頻電極側流入有高頻電流。另一方面,對向電極的背面雖未暴露在電漿,但關於上述高頻,係透過第1及第2導體而電連接於附近的導電性接地組件,且流入至表面側之高頻電流的一部分會從對向電極之背面經由第1及第2導體而流至上述導電性接地組件。此時,會因對向電極上之電漿分布特性而於以導體棒的第1連接部之配置位置為基點之二維方向(尤其是方位角方向)產生偏差,此偏差之程度會依導體板之空間輪廓(位置、面積等)而不同。透過此種第1及第2導體之加乘功能或作用,便可對對向電極上之電漿分布特性施予一定的控制。
本發明之第4觀點之電漿處理方法,係在上述第3觀點之電漿處理裝置中,將該第1導體的位置相對於高頻電極的背面予以改變或調節,且將形成在該高頻電極的背面與該第1導體之間之電容器的容量予以改變或調節,或將該第2導體的該第1連接部之位置相對於該對向電極的背面予以改變或調節,來控制對向電極上之電漿密度分布或被處理體上之電漿特性。
本發明之電漿處理裝置透過如上述的結構及作用,可大幅改善電漿密度分布控制的性能及自由度,且確切達成提高電漿密度分布之均勻性。此外,本發明的電漿處理方法藉由如上述結構及作用,可確切達成提高製程特性之均勻性。
以下,參照添附圖式加以說明本發明之較佳實施形態。
第1圖係顯示本發明一實施形態之電漿處理裝置的結構。該電漿處理裝置係構成為陰極耦合之電容耦合型電漿蝕刻裝置,例如具有鋁或不鏽鋼等之金屬製圓筒型反應室(處理容器)10。反應室10進行有保安接地。
在反應室10內,用以載置被處理基板(例如半導體晶圓W)之圓板狀基座12係作為下部電極而水平地設置。此基座12係由導電性金屬(例如鋁)所構成,並藉由從反應室10的底部垂直延伸至上方之圓筒狀絕緣體14而非接地地予以支撐。沿著該圓筒狀絕緣體14的外周而從反應室10之底部垂直延伸至上方之圓筒狀導體16與反應室10的內壁之間形成有環狀排氣通道18,並在此排氣通道18的底部設置有排氣孔20。該排氣孔20係經由排氣管22而連接有排氣裝置24。排氣裝置24具有渦輪分子幫浦等真空幫浦,可將反應室10內之處理空間減壓到所欲真空度。在反應室10之側壁10a裝設有用以開閉半導體晶圓W的搬入/搬出口之閘閥26。
基座12下形成有非減壓氣氛(一般為大氣壓氣氛)之反應室下方空間25,其係由基座12的背面與圓筒狀絕緣體14之內壁與反應室10之底壁10b所包圍。在該反應室下方空間25中設置有該蝕刻裝置的特徴部分之電漿密度分布控制器72之全部或主要部分。以下就電漿密度分布控制器72的結構及作用詳細說明。
高頻電源28係透過匹配單元30及供電棒32而電連接於基座12。供電棒32係由將其周圍進行電接地之圓筒形導體罩或外導體34所包圍。高頻電源28係在反應室10內按照製程而以所欲功率將適合於利用高頻放電來產生處理氣體的電漿之特定頻率(一般為13.56MHz以上)的高頻RF予以輸出。匹配單元30收容有用以在高頻電源28之內部阻抗與負荷側的阻抗之間進行整合之匹配器(未圖示)。
基座12的直徑或口徑係較半導體晶圓W要大上一圈。基座12的主面亦即上面係在半徑方向上被區隔為與晶圓W大致相同形狀(圓形)且大致相同尺寸之中心區域(亦即晶圓載置部),以及向該晶圓載置部的外側延伸之環狀周邊部,晶圓載置部上載置有處理對象的半導體晶圓W,並在環狀周邊部上裝設有內徑僅較半導體晶圓W的口徑要稍大一點之對焦環36。該對焦環36係配合半導體晶圓W之被蝕刻材料,而例如由Si、SiC、C、SiO2中之任一材質所構成。
在基座12上面之晶圓載置部設置有晶圓吸附用之靜電夾具38。該靜電夾具38係將DC電極38b封入於膜狀或板狀的介電體38a中,而一體成型或一體地固定於基座12的上面。DC電極38b係透過開關42及DC高壓線44而電連接於配置在反應室10外之直流電源40。藉由將來自直流電源40之高壓的DC電壓施加在DC電極38b,而可利用靜電吸附力來將半導體晶圓W吸附保持在靜電夾具38上。
基座12內部設置有例如向圓周方向延伸之環狀冷媒室或冷媒通道46。該冷媒室46係從冷卻器單元(未圖示)透過冷媒供給管48、50而循環供給有特定溫度之冷媒(例如冷卻水CW)。然後,作為透過基座來控制半導體晶圓W溫度的傳熱用氣體之He氣體係從傳熱氣體供給部(未圖示)透過氣體供給管52及基座12內部的氣體通路54而被供給至靜電夾具38與半導體晶圓W之間。
反應室10的頂板設置有淋氣頭56,該淋氣頭56係與基座12平行相向並兼作為平行平板的上部電極(對向電極),且係直接裝設(陽極接地)於反應室10。該淋氣頭56具有電極板58與電極支撐體60,其中電極板58係與基座12相向,而電極支撐體60係將該電極板58從其背後(上)可裝卸地予以支撐,而在電極支撐體60的內部設置有氣體室62,並且於電極支撐體60及電極板58處形成有從該氣體室62貫穿至晶座12側之多個氣體噴出孔64。由電極板58與晶座12所包夾之空間則成為電漿產生空間乃至處理空間。於設置在氣體室62上部的氣體導入口62a處連接有來自處理氣體供給部66之氣體供給管68。電極板58係由例如Si、SiC或C所構成,電極支撐體60係由例如經耐酸鋁處理之鋁所構成。
控制部70例如由微電腦所構成,係對該電漿蝕刻裝置內之各部分例如排氣裝置24、高頻電源28、匹配單元30、靜電夾具38用之開關42、冷卻器單元(未圖示)、傳熱氣體供給部(未圖示)、處理氣體供給部66、電漿密度分布控制器72等之各動作及整體裝置的動作(連續動作)進行控制。
在該電漿蝕刻裝置中,為了進行蝕刻,首先將閘閥26設為開啟狀態且將加工對象之半導體晶圓W搬入到反應室10內,並載置在靜電夾具38上。然後,從處理氣體供給部66以特定的流量及流量比將蝕刻氣體(一般為混合氣體)導入到反應室10內,並利用排氣裝置24使反應室10內的壓力達到設定值。接著,開啟高頻電源28,以所欲功率輸出高頻RF,並透過匹配單元30內的匹配器、供電棒32將此高頻RF施加到基座12。接著,從傳熱氣體供給部將傳熱氣體(He氣體)供給至靜電夾具38與半導體晶圓W之間的接觸界面,並開啟開關42而利用靜電夾具38的靜電吸附力使傳熱氣體被封進上述接觸界面。利用淋氣頭56噴出的蝕刻氣體在兩電極12、56間進行高頻放電來進行電漿化,並藉由包含在該電漿之自由基與離子將半導體晶圓W表面之被加工膜蝕刻為所欲圖案。
如此地,在該電漿蝕刻裝置中,藉由電容耦合型高頻放電,則在反應室10之減壓處理空間會產生有處理氣體之電漿。更詳細而言,如第2圖所示,在陰極耦合之平行平板電極構造中,當來自高頻電源28之高頻RF被施加到基座12的背面時,在基座12與上部電極56及反應室側壁10a之間(更確切言為鞘層SH(sheath))會形成有高頻電場(鞘層電場),該等鞘層電場(特別是基座12上之鞘層電場)所加速之電子會與處理氣體之分子、原子發生解離、電離碰撞,而產生電漿PR。
然後,半導體晶圓W上的製程特性(蝕刻率,CD等)會大大取決於基座12上之電漿密度,當電漿密度之面內均勻性愈高則製程特性之面內均勻性亦愈高。
在此實施形態中,如上述在電容耦合型高頻放電中作為用以控制基座12上之電漿密度分布的機構而言,係在反應室下方空間25設置有電漿密度分布控制器72。
(第1實施例)
第1實施例之電漿密度分布控制器72,如第1圖及第2圖所示,在基座12的背面之所欲部位具有:導體板(第1導體)74,係朝上面而略呈平行(水平)地配置;以及導體棒(第2導體)76,係將該導體板74於其下予以保持,且為電接地狀態。導體板74及導體棒76兩者皆由具有導電性之金屬(例如銅或鋁等)所構成。
更詳細而言,導體板74係相對於基座12的背面隔著一定距離d之空隙,並沿著供電棒320之環繞方向,或沿著絕緣性筒狀支撐部14的內壁,而延伸成圓弧狀。導體棒76係在導體板74下鉛直地延伸。導體棒76的上端(第1連接部),係固設在導體板74下面之任意部位,例如如第3A圖所示,固設於導體板74下面的中心附近之部位,或如第3B圖所示,固設在導體板74下面的一端附近之部位。導體棒76的下端(第2連接部)係以固定或接觸之方式裝設在反應室10的底壁10b。
此種結構之電漿密度分布控制器72,關於從高頻電源28施加到基座12之高頻RF,導體板74係在該位置以電容耦合方式而電連接於正上方的基座12背面,而導體棒76的下端(第2連接部)係電連接於接地電位之反應室10的底壁10b。藉此方式,關於高頻RF,基座12的表面係在減壓氣氛中,透過電漿PR而以電容耦合方式電連接於接地電位之上部電極56及反應室側壁10a。另一方面,基座12的背面係在大氣壓氣氛中,經由包含有供電棒32及匹配單元30之高頻供電線而電連接於高頻電源28,並經由電漿密度分布控制器72而電連接於反應室底壁10b(導電性接地組件)。
接下來,參照第4圖至第7圖來針對電漿密度分布控制器72的具體作用加以說明。
第1實驗例係在搭載有電漿密度分布控制器72之第1圖的電漿蝕刻裝置(第1實施例裝置),以及不具電漿密度分布控制器72之同機種的電漿蝕刻裝置(比較例裝置)中分別對直徑300mm之半導體晶圓W進行配方(以下,簡稱「配方A」。)之電漿蝕刻,並在半導體晶圓W上之複數個部位測量蝕刻率。將在比較例裝置所得到之蝕刻率分布特性顯示在第4圖,且將在第1實施例裝置所得到之蝕刻率分布特性顯示在第5圖。
在第1實施例裝置中,電漿密度分布控制器72係以第3B圖之佈局所構成,以導體棒76之X-Y面內的座標位置為Xo、Yo,r-θ面內的半徑距離為ro,角度位置為θo時,則Xo=-85mnm,Yo=85mm,ro=120mm,θo=315°。
如第4圖及第5圖所示,在比較例裝置及第1實施例裝置中,配方A的電漿蝕刻之蝕刻率皆顯示了相對來說,在半導體晶圓W的中心部及邊緣部蝕刻率較高,而於中間部較低的傾向。
但比較例裝置(第4圖)之蝕刻率的分布特性(輪廓)為在Y軸上左右(±)之對稱性佳,而相反地,在X軸上左(-)側係較右(+)側要稍高,以此點而言有些許方位角方向的偏差。
另一方面,在第1實施例裝置(第5圖)中,以電漿密度分布控制器72的配置位置為基點,尤其以導體棒76的配置位置為基點,則蝕刻率的分布特性(輪廓)有明顯變形。更詳細而言,在X軸上,以導體棒76的配置位置(-85mm)為中心,其附近的蝕刻率係如同被往下拉引般大為下降,而另一方面,以其相反側(點對稱)位置(85mm)附近為中心,其附近的蝕刻率係如同被往上提升般大為上升。在Y軸上,以導體棒76之配置位置(85mm)附近為中心,其附近的蝕刻率係如同被往下拉引般大為下降,而另一方面,以其相反側(點對稱)位置(-85mm)的附近為中心,其附近的蝕刻率係如同被往上提升般大為上升。重要的是,藉由配置導體棒76可改變方位角方向的蝕刻率之輪廓。
即便如此,蝕刻率之平均值及面內均勻性,相對於比較例裝置(第4圖)之847.3nm/min±8.2%,在第1實施例裝置(第5圖)中為865.6nm/min±7.0%,而在第1實施例裝置(第5圖)中為較高。
第6圖係顯示於第1實施例裝置中,透過電磁場模擬所求得之基座12表面上的電場,亦即鞘層電場Ez的強度分布。在此電磁場模擬中,未對靜電夾具38的DC電極38b施加DC電壓,且係將形成在反應室10內的處理空間之電漿PR視為介電體圓盤。
如第6圖所示,沿著環繞方向或方位角方向描繪大致的正弦曲線,則基座12上之鞘層電場Ez係在與電漿密度分布控制器72的導體棒76之配置位置相對應的位置(315°)附近為極小且最小,而在相距180°的相反側(點對稱)位置(135°)附近為極大且最大。
雖省略圖式,但本發明人以上述電磁場模擬來求得電漿密度分布控制器72的導體板74上之電場強度後,確認了在與導體棒76的配置位置相對應之位置為極小且最小,且距離導體棒76愈遠則愈高。導體棒76中的重要部分為與導體板74的下面電連接之上端(第1連接部),此部分係成為上述電場強度分布特性的極端。導體棒76的中間部至下端(第2連接部)僅係提供用以使上端(第1連接部)及導體板74電接地之路徑,而對該空間上或位置上的輪廓並無特別意義。
如此地,在此實施形態之電漿蝕刻裝置中,藉由在反應室下方空間25設置電漿密度分布控制器72之結構,則可使基座12上之鞘層電場強度的特性及電漿密度分布的特性及半導體晶圓W上的製程特性,於二維方向(尤其是方位角方向)上,以電漿密度分布控制器72之配置位置(特別是導體棒76的上端(第1連接部)之配置位置)為基點而具有任意(亦即可控制的)偏差。
電漿密度分布控制器72之導體板74藉由與基座12的背面進行電容耦合,而具有可針對上述電漿密度分布控制器72之作用效果進行強弱的調整之功能。
第7圖係顯示於上述第1實驗例(配方A)中,使第1實施例裝置之導體板74上的空隙大小d為10mm、23mm、35mm之3種方式時的蝕刻率分布特性。此外,在第7圖中,左端比較例裝置的數據係與第4圖之比較例裝置的數據相同。
如第7圖所示,蝕刻率之平均值及面內均勻性,相對於在比較例裝置中為847.3nm/min±8.2%,而在第1實施例裝置中,當d=35mmn時為847.4nm/min±7.2%,當d=23mm時為851.5nm/min±7.2%,當d=10mm時為870.3nm/min±13.1%。
亦即,相較於比較例裝置,在第1實施例裝置中,當d=35mm時,蝕刻率的平均值幾乎不變但面內均勻性會提高,當d=10mm時,面內均勻性雖降低但平均值會提高,當d=23mm時,平均值及面內均勻性皆會提高。
再者,從第7圖的輪廓可知,在第1實施例裝置中,導體板74上之空隙大小d愈窄,則電漿密度分布控制器72之作用效果的程度,亦即使半導體晶圓W上的製程特性在二維方向(尤其是方位角方向)上,以導體棒76之上端(第1連接部)的配置位置為基點而具有偏差的效果之程度愈強。
總之,基座12的背面與導體板74之間的電容耦合之電容量愈大,則電漿密度分布控制器72之作用效果的程度會愈強。因此,取代縮小導體板74上之空隙大小d,而是以加大導體板74的面積,或提高間隙內之介電率等來提高電容量,則電漿密度分布控制器72的作用效果之程度便會愈強。相反地,擴大空隙大小d、減小導體板74的面積,或降低間隙內的介電率等來減小電容量,則電漿密度分布控制器72之作用效果的程度便會愈弱。
此第1實施例之作用特徴為因基座12之周圍裝置結構的非對稱性等而使得基座12上之電漿密度的分布特性或半導體晶圓W上的製程特性產生一定的偏差(尤其在方位角方向上之一定的偏差)時,能藉由上述般電漿密度分布控制器72的運作來有效地消除或補正該偏差。並且,如上述,亦可達成蝕刻率的提高。
第8圖係概略顯示電漿密度分布控制器72之上述第1實施例的替代例。此構成例係將導體板74環繞供電棒32的周圍一圈而形成為圓環狀。
在第9圖係概略顯示第1實施例的其他替代例。此構成例係在環繞方向設置有複數組(圖式之例中為3組)導體板74與導體棒76。在此,分別形成有第1組(導體板74(1)與導體棒76(2)),第2組(導體板74(2)與導體棒76(2)),第3組(導體板74(3)與導體棒76(3))。
3根導體棒76(1)、76(2)、76(3)係在半周(180°)內以等間隔(90°間隔)而配置。3片導體板74(1)、74(2)、74(3)具有相互分離且各自獨立之高度(空隙間隔),且係相互靠近地配置,並形成有閒置空間78。此閒置空間78例如可有效利用於用以使冷卻用配管類48、52、54或電線類44等(第1圖)電力系統管線通過。
在作用上,第1組[74(1),76(1)]、第2組[74(2),76(2)]及第3組[74(3),76(3)]個別的作用可在電磁學上獲得相加乘的作用。在此構成例中,由於在作用上為基點位置之全部的導體棒76(1)、76(2)、76(3)係於方位角方向上配置在單側一半的區域(180°區域)內,故基本上可獲得與第3A圖或第3B圖之單一型態相同的作用效果,亦即可獲得一種使得基座12上之鞘層電場強度的分布特性、電漿密度的分布特性或半導體晶圓W上的製程特性,在二維方向(尤其是方位角方向)上具有任意(可控制)偏差之作用效果。
再者,在第9圖的佈局中,亦可為將導體板74(1)、74(2)、74(3)相連結而形成為一體之結構,或單一的導體板74之結構,或將導體棒76(1)、76(2)、76(3)的配置位置適當地錯開之結構。
(第2實施例)
作為上述第1實施例之第9圖的佈局之特異的或發展性的形態,亦即第2實施例可適當地採用一種將複數組導體棒76(1)、76(2)...遍及方位角的一周(360°)而等間隔地配置之結構。
例如,如第10圖所示之3組型態的情況,3根導體棒76(1)、76(2)、76(3)係以120°之等間隔配置在供電棒32的周圍。第11圖所示之4組型態的情況,係以90°之等間隔將4根導體棒76(1)、76(2)、76(3)、76(4)配置在供電棒32的周圍。
第12圖係顯示在具有第2實施例的電漿密度分布控制器72(第10圖之3組型態)之第1圖的電漿蝕刻裝置(第2實施例裝置)中,將上述第1實驗例(配方A)所得到之蝕刻率分布特性與上述比較例裝置及上述第1實施例裝置之蝕刻率分布特性相比較。此外,第1實施例裝置為空隙大小d=35mm的情況,而第2實施例裝置係導體板74(1)與基座之間的空隙大小d1為d1=17mm、導體板74(2)與基座之間的空隙大小d2為d2=10mm、導體板74(3)與基座之間的空隙大小d3為d3=17mm的情況。
如第12圖所示,第2實施例裝置之蝕刻率的平均值及面內均勻性為865.6nm/min±7.0%,相對於比較例裝置(847.3nm/min±8.2%),當然亦比第1實施例裝置(847.4nm/min±7.2%)更為提高。
在第2實施例裝置中,並非藉由遍及一周而以等間隔將成為電漿密度分布控制器72之作用上的基點位置之導體棒76(1)、76(2)...予以配置之結構,來使得基座12上之電漿密度的分布特性或半導體晶圓W上的製程特性具有任意偏差,而是提供對均勻化之強制力或均衡保持力,而藉由該均勻化強制力來抑制或補正裝置結構之非對稱性等所造成的偏差。
第13圖係顯示將第2實驗例中,於比較例裝置、第1實施例裝置及第2實施例裝置中進行另一配方(以下,簡稱「配方B」。)之電漿蝕刻所分別獲得的蝕刻率分布特性予以比較。
如第13圖所示,配方B的情況在第2實施例裝置中,蝕刻率的面向均勻性為±7.5%,與比較例裝置(±7.4%)幾乎一樣,而平均值為211.5nm/min,係較比較例裝置(206.7nm/min)要高。另一方面,第1實施例裝置的蝕刻率平均值為207.1nm/mmn,與比較例裝置(206.7nm/min)幾乎一樣,而面內均勻性為±7.9%,係較比較例裝置(±7.4%)要低。
如此地,第2實施例裝置可在將電漿密度分布控制器72的各部分固定之情況下應用於任何製程配方,以此點而言汎用性高。相對於此,第1實施例裝置則必須針對各個製程配方來進行最適化調整(例如導體板74及/或導體棒76的位置調整或佈局調整等)。
(其他實施例)
以上已根據第1圖至第13圖而針對本實施形態的電漿蝕刻裝置所裝設之電漿密度分布控制器72的基本結構及作用效果加以說明,但可根據本發明的技術思想進行電漿密度分布控制器72之進一步的變化、擴張或應用。
例如,如第14A圖及第14B圖所示,在電漿密度分布控制器72中,亦可為將導體板74形成為圓環狀來作為第1導體,並具備導體板(未圖示)或圓筒狀導體筒76'來取代導體棒76而作為第2導體之結構。
在圖式之構成例中,導體筒76'係以圍繞供電棒32的周圍之方式直立地設置,且將該上端面(第1連接部)連接在環狀導體板74的下面,而將該下端面(第2連接部)以固定或接觸之方式裝設在反應室底壁10b。各部分的結構,例如環狀導體板74的內徑、外徑、高度位置、導體筒76'之口徑、板厚等可任意選擇。
此外,如第15A圖及第15B圖所示,電漿密度分布控制器72亦可為具備有可改變或調整導體板74及導體棒76的高度位置(或空隙大小d)之升降機構80的結構。此升降機構80係由例如氣缸或電動式致動器所構成,而在控制部70(第1圖)的控制下進行動作。導體棒76係將形成在反應室10的底壁10b的孔洞予以貫穿而結合於室外之升降機構80。在反應室底壁10b之貫穿孔設置有可滑動地支撐導體棒76的中間部至下端部之導電性滑動軸承82。關於高頻RF,導體板74的上面側係以電容耦合方式而電連接於晶座12的背面,其下面側係透過導體棒76及滑動軸承82而電連接於反應室底壁10b(導電性接地組件)。
上述電漿密度分布控制器72所具備之升降機構80的結構不限於第1實施例裝置,而如第16A圖及第16B圖所示,在第2實施例裝置(4組型態之範例)亦可具備該結構。
第17A圖及第17B圖之電漿密度分布控制器72在第1實施例裝置中,其特徵為一種在供電棒32的周圍並沿著方位角方向,一體地使導體板74及導體棒76旋轉變位或旋轉運動之結構。在反應室下方空間25中或其附近,係設置有用以使導體板74及導體棒76旋轉變位或旋轉運動之旋轉機構84。
旋轉機構84例如如第17A圖及第17B圖所示,可採用一種在反應室10的底壁10b鋪設環狀滑軌86,並在旋轉棒76的下端裝設旋轉滾輪(或球體)88,且在環狀滑軌86上使旋轉滾輪88轉動之結構。此時,例如亦可由小型氣缸來構成導體棒76,而在反應室下方空間25內裝設升降機構80。
抑或如第18A圖及第18B圖所示,旋轉機構84可採用一種在反應室10的底壁10b上以水平姿勢可旋轉地設置平齒輪90,並透過齒輪92將馬達94連接在此平齒輪90,且於平齒輪90上固定裝設有導體板74及導體棒76之結構。此時,可藉由馬達94的旋轉驅動力使平齒輪90旋轉,來使導體板74及導體棒76向任意角度位置進行旋轉變位,或以一定的速度連續性地旋轉運動。關於高頻RF,導體板74的上面側係以電容耦合方式而電連接於基座12的背面,且其下面側係透過導體棒76及平齒輪90而電連接於反應室底壁10b(導電性接地組件)。
在執行電漿蝕刻當中,以如上述之一定速度使導體板74及導體棒76進行旋轉運動時,如第6圖所示之正弦曲線的鞘層電場強度分布會在方位角方向上移動,因此不僅是方位角方向,在徑向上,鞘層電場強度的亦會變得均勻。藉此,與第2實施例裝置同樣地,或較第2實施例裝置更大程度地,可針對鞘層電場強度的分布特性、電漿密度分布及製程特性提供對均勻化之強制力,並有效地抑制因裝置結構的非對稱性等所造成之偏差。並且,可更有效地使基座12上之電漿密度分布均勻化,並更有效地降低半導體晶圓W上的製程特性的面內特性差。
此外,在第2實施例裝置中,亦可使電漿密度分布控制器72具有與上述相同的旋轉功能。
此外,旋轉功能之一替代例,如第19A圖及第19B圖所示,亦可為將導體板74與導體棒76分離,且利用旋轉棒76以外之絕緣性維持組件(未圖示)來將導體板74固定在所欲高度位置,並僅將導體棒76裝設於平齒輪90而使其進行旋轉變位或旋轉運動之結構。此時,關於高頻RF,導體板74的下面與導體棒76之上端(第1連接部)係相互地以電容耦合方式電連接。
此外,亦可具備有使導體板74與導體棒76為一體成型,或固定導體板74而僅使導體棒76於徑向上變位或移動之導體移動機構(未圖示)。
第20圖所示之構成例係顯示在電漿密度分布控制器72中,透過可變電容器94而將導體棒76的下端(第2連接部)電連接於反應室底壁10b(接地組件)之形態。
第21圖所示之構成例係顯示在導體板74與基座12背面之間挿入任意介電體96之形態。使用例如陶瓷的介電體96時,相較於空隙間隔,介電率會上升約9倍,故可提高電漿密度分布控制器72之作用效果的程度。再者,亦有可防止異常放電之優點。
第22圖所示之構成例係顯示並非以水平方式,而是以任意的傾斜度角度來斜向地配置導體板74之形態。圖式之構成例係以徑向方向傾斜,但亦可為以方位角方向傾斜之形態。如圖所示,使導體棒74的上面在導體棒76的上端(第1連接部)之位置處為最高時,在導體板74上之電場強度分布中,可使基點位置之電場強度(最小值)相對地更加弱化。
第23圖係顯示在第1圖的陰極耦合型電漿蝕刻裝置中,除了在基座12背後(亦即反應室下方空間25內)設置有上述將電漿密度分布控制器72的結構之外,更進一步地在上部電極56背後(亦即反應室頂板內室102內)亦設置有具有相同結構或功能的其他電漿密度分布控制器100之形態。
在第23圖中,上部電極56係透過環形絕緣體104而裝設在反應室10的頂板面。反應室側壁10a係較反應室頂板面要更向上方高高地延伸,且其上端結合有反應室頂板10c之外周緣部,並形成有反應室頂板內室102。上部電極56的背面中心部與反應室頂板10c之間具有中心導體棒106。
上部電漿密度分布控制器100係在避開中心導體棒106的位置處具有導體板(第1導體)108與導體棒(第2導體)110,其中該導體板(第1導體)108係朝向下面而平行(或傾斜)地配置於上部電極56背面之所欲部位,而導體棒(第2導體)110係將該導體板108保持於其上且為電接地狀態。導體棒110的下端(第1連接部)係電連接於導體板108上面之任意部位處。導體棒110的上端(第2連接部)係以固定或接觸之方式裝設在反應室頂板10c。
在此種結構之上部電漿密度分布控制器100中,關於從高頻電源28施加在基座12之高頻RF,導體板108係以電容耦合方式而電連接於其位置正下方的上部電極56背面,並且導體棒110之上端(第2連接部)係電連接於反應室頂板10c(導電性接地組件)。
從基座12透過電漿PR進入到上部電極56之高頻電流中,一部分會經由中心導體棒106而返回到接地電位之反應室10,而其他一部分則經由上部電漿密度分布控制器100而返回到接地電位的反應室10。藉由將經由上部電漿密度分布控制器100之高頻電流的比例予以調節,便可控制上部電極56正下方的電漿密度分布。
上述之第20圖至第23圖的構成例可適用於第1實施例裝置及第2實施例裝置之任一者。
第24A圖及第24B圖之構成例為第15A圖的構成例之一替代例,係顯示將由導體板74(n)、導體棒76(n)及升降機構80(n)所構成的升降型電漿密度分布控制單元72(n)於二維方向上複數並列之形態。其中,n=1,2,3‧‧‧。各個單元72(n)係藉由分別進行升降動作,而可分別改變各導體板74(n)上之空隙間格。
第25A圖及第25B圖所示之構成例,其特徴為導體球112係兼具有第1及第2導體的功能之結構。此時,在反應室底壁10b鋪設有用以使導體球112轉動之圓環狀軌道114,例如可藉由於各處設置之頂料銷116等,而從下方局部地提起軌道114並使整個軌道114稍微傾斜之方法,以於方位角方向上改變或調整導體球112之位置。
第26A圖及第26B圖所示之構成例的特徴為例如液體金屬或油化金屬粉等之流體金屬118係兼具有第1及第2導體的功能。此時,亦可在反應室下方空間25內設置有複數個(例如2個)絕緣體所構成之圓弧狀流體金屬室120A、120B,並利用幫浦(未圖示)等來個別調整該等流體金屬室120A、120B內之流體金屬118的容積或液面高度。
第27A圖及第27B圖係顯示使導體板74具有擋板葉片之功能的形態之一構成例。圖式之例為6片葉片的結構,其係利用導體棒76(n)來支撐各葉片(亦即導體板74(n)的外周端),且透過絕緣體的頂料銷120(n)並利用致動器122(n)來上升或下降內周端以進行擋板的開閉動作。
第28A圖及第28B圖係顯示一種透過導體棒76(n)且利用馬達124(n)來使以傾斜姿勢所配置之1個或複數個導體板74(n)進行旋轉之形態的一構成例。在圖式之構成例中,係將各導體板74(n)形成為上面呈傾斜的圓柱體,並使各導體棒76(n)連結於各馬達124(n)之旋轉軸,並透過各旋轉軸承126(n)而電連接於反應室底壁10b(導電性接地組件)。
然而,在上述實施形態之電漿蝕刻裝置(第1圖)中,針對基座12的主面(表面)所裝設之靜電夾具38,DC高壓線44的接線位置結構係在晶座12上之電漿密度的分布特性或半導體晶圓W上的製程特性上成為主要的非對稱結構之要因。
實際上,在上述第1實驗例中,比較例裝置及第1實施例裝置之DC高壓線44的接線位置結構為相同,係配置在與第3B圖中電漿密度分布控制器72(特別是導體棒76)相反側之X-Y座標位置(X=85mm、Y=-85mm)。
此時,在第4圖之電漿蝕刻特性(比較例裝置)中,於X軸上,以DC高壓線44之接線位置(85mm)附近為中心,其附近的蝕刻率係如同被往下拉引般地大為下降,而在以其相反側(點對稱)位置(-85mm)附近為中心,其附近的蝕刻率係如同被往上提升般地大為上升。另一方面,在Y軸上,左右(±)的輪廓雖近似,但嚴格來說,以DC高壓線44之接線位置(-85mm)附近為中心,其附近的蝕刻率係如同被往下拉引般地大為下降,而另一方面,以其相反側(點對稱)位置(85mm)附近為中心,其附近的蝕刻率係如同被往上提升般地稍微上升。重要的是,藉由DC高壓線44之接線位置可改變方位角方向的蝕刻率之輪廓。
總之,有關使得基座12上之電漿密度的分布特性或半導體晶圓W上的製程特性產生偏差之效果或影響力,可知係顯示了與電漿密度分布控制器72的導體棒76非常類似的性質或等價的性質。
依據此見解或假設,可說為了消除DC高壓線44的接線位置結構所造成之電漿密度分布的不均勻性或製程特性之面內特性差,最好係將電漿密度分布控制器72之導體棒76配置在與DC高壓線44的接線位置呈點對稱之位置處。
第29圖係顯示為了控制被處理體的溫度,而將本發明應用在於基座12設置有可發熱之電阻發熱體的電漿蝕刻裝置之一實施形態。圖式中,與第1圖的裝置具有相同結構或功能的部分則賦予相同的元件符號。
在此實施形態中,係與靜電夾具38一體地將例如漩渦狀電阻發熱線130埋入於該絕緣膜38a中。此電阻發熱線130的端子係透過覆蓋供電線132而連接於加熱器電源134的輸出端子。加熱器電源134為例如使用SSR進行商用頻率的切換(ON/OFF)動作之交流輸出型電源。
在該電漿蝕刻裝置中,不僅相對於對靜電夾具38之DC高壓線44的接線位置結構,相對於電阻發熱線130之覆蓋供電線132的接線位置結構亦會在基座12周圍形成非對稱結構,而具有使得電漿密度的分布特性或半導體晶圓W上的製程特性產生偏差之效果或影響力。上述複數個偏差的要因會相加乘,故可選擇電漿密度分布控制器72之各部分的結構、佈局或功能來消除上述全部要因。
此外,如上述,相對於靜電夾具38之DC高壓線44的接線位置結構以及相對於電阻發熱線130之覆蓋供電線132的接線位置結構分別成為使得電漿密度的分布特性或製程特性產生偏差的要因時,藉由使兩者的配置位置結構為相互點對稱之方式予以構成,則可相互消除各個偏差效果。此時,亦可省去電漿密度分布控制器72。
又,雖省略圖式,但在電漿密度分布控制器72中,作為一種導體板74的特殊配置形態,亦可為使導體板74貼合或埋入於高頻電極或對向電極的背面之結構。
上述實施形態之電漿蝕刻裝置係使上部電極56為電接地狀態並對基座(下部電極)12施加高頻RF之陰極耦合的電容耦合型電漿蝕刻裝置,但亦可將本發明應用於使基座(下部電極)12為電接地狀態並對上部電極56施加高頻RF之陽極耦合的電容耦合型電漿蝕刻裝置,或將適於產生電漿的頻率(第1高頻RF1)與適於離子導入控制的第2高頻RF2加以重疊地施加至基座(下部電極)12之下部RF雙頻率重疊式電容耦合型電漿蝕刻裝置。
此外,亦可將本發明應用於對上部電極56施加適於產生電漿的頻率(第1高頻RF1),而對基座(下部電極)12施加適於離子導入控制的第2高頻RF2之上下部RF雙頻率施加式電容耦合型電漿蝕刻裝置,或將適於產生電漿的頻率(第1高頻RF1)與適於離子導入控制的第2高頻RF2再加上第3高頻RF3加以重疊地施加至基座(下部電極)12之下部RF3頻率重疊式電容耦合型電漿蝕刻裝置。
並且,本發明在誘導耦合型電漿處理裝置或微波電漿處理裝置等中,即使是在將離子導入用高頻施加至用以持定被處理體之基座時,亦可將基座作為高頻電極而加以應用,且亦可應用於電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍等其他的電漿處理裝置。此外。本發明之被處理基板不限於半導體晶圓,而亦可為平面顯示器用之各種基板、光罩、CD基板、印刷基板等。
d...距離
CW...冷卻水
PR...電漿
RF...高頻
SH...鞘層
W...半導體晶圓
10...反應室(處理容器)
10a...反應室側壁
10b...反應室底壁
10c...反應室頂板
12...基座(下部電極)
14...圓筒狀絕緣體
16...圓筒狀導體
18...環狀排氣通道
20...排氣孔
22...排氣管
24...排氣裝置
25...反應室下方空間
26...閘閥
28...高頻電源
30...匹配單元
32...供電棒
34...外導體
36...對焦環
38...靜電夾具
38a...介電體膜
38b...DC電極
40...直流電極
42...開關
44...DC高壓線
46...冷媒室
48、50...冷媒供給管
52...氣體供給管
54...氣體通路
56...淋氣頭(上部電極)
58...電極板
60...電極支撐體
62...氣體室
62a...處理氣體供給部
64...氣體噴出孔
66...處理氣體供給部
68...氣體供給管
70...控制部
72...電漿密度分布控制器
74...導體板
76...導體棒
76'...導體筒
78...閒置空間
80...升降機構
82...滑動軸承
84...旋轉機構
86...環狀滑軌
88...旋轉滾輪(或球)
90...平齒輪
92...齒輪
94...馬達
96...介電體
100...上部電漿密度分布控制器
102...反應室頂板內室
108...導體板
110...導體棒
112...導體球
114...軌道
116...頂料銷
112‧‧‧導體球
114‧‧‧軌道
116‧‧‧頂料銷
118‧‧‧流體金屬
120‧‧‧頂料銷
120A、120B‧‧‧流體金屬室
122‧‧‧致動器
124‧‧‧馬達
126‧‧‧旋轉軸承
130‧‧‧電阻發熱線
132‧‧‧供電線
134‧‧‧加熱器電源
第1圖係顯示本發明一實施形態之電漿處理裝置的結構之剖面圖。
第2圖係概略顯示實施形態的電漿處理裝置之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第3A圖係概略顯示第1實施例之電漿密度分布控制器於X-Y方向的配置結構(第1佈局)之示意橫剖面圖。
第3B圖係概略顯示第1實施例的電漿密度分布控制器於X-Y方向的配置結構(第2佈局)之示意橫剖面圖。
第4圖係顯示在第1實驗例中於比較例裝置所獲得之蝕刻率分布特性之圖式。
第5圖係顯示於第1實驗例中在第1實施例裝置所獲得之蝕刻率分布特性之圖式。
第6A圖係顯示在第1實驗例中於第1實施例裝置所獲得之蝕刻率分布特性之等高線分布圖。
第6B圖係顯示在第1實驗例中於第1實施例裝置所獲得之電漿密度的分布特性之軌道圖。
第7圖係顯示在第1實施例裝置中以電漿密度分布控制器之導體板上的空隙大小作為參數的情況之蝕刻率分布特性之圖式。
第8圖係顯示第1實施例之一替代例的主要部分之示意平面圖。
第9圖係顯示第1實施例之別的替代例之主要部分的示意平面圖。
第10圖係概略顯示第2實施例的電漿密度分布控制器之二維方向的配置結構(3組型態)之示意平面圖。
第11圖係概略顯示第2實施例的電漿密度分布控制器之二維方向的配置結構(4組型態)之示意平面圖。
第12圖係在第1實驗例中將於第2實施例裝置所獲得之蝕刻率分布特性與比較例裝置及第1實施例裝置作比較所表示之圖式。
第13圖係在配方不同的第2實驗例中將各別在比較例裝置、第1實施例裝置及第2實施例裝置所獲得之蝕刻率分布特性予以比較所表示之圖式。
第14A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器的主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第14B圖係顯示上述實施例(第14A圖)之主要構成的二維佈局之示意橫剖面圖。
第15A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器的主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第15B圖係顯示上述實施例(第15A圖)之主要部分的結構之二維佈局之示意橫剖面圖。
第16A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第16B圖係顯示上述實施例(第16A圖)之主要部分的結構之二維佈局之示意橫剖面圖。
第17A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器的主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第17B圖係顯示上述實施例(第17A圖)之主要部分的結構之二維佈局之示意橫剖面圖。
第18A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第18B圖係顯示上述實施例(第18A圖)之主要部分的結構之二維佈局之示意橫剖面圖。
第19A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第19B圖係顯示上述實施例(第19A圖)之主要部分的結構之二維佈局之示意橫剖面圖。
第20圖係顯示一實施側之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第21圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第22圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第23圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第24A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第24B圖係顯示上述實施例(第24A圖)之主要部分的結構之二維佈局之部分剖面示意平面圖。
第25A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第25B圖係顯示上述實施例(第25A圖)之主要部分的結構之二維佈局的部分剖面示意平面圖。
第26A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第26B圖係顯示上述實施例(第26A圖)之主要部分的結構之二維佈局的示意橫剖面圖。
第27A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第27B圖係顯示上述實施例(第27A圖)之主要部分的結構之二維佈局之示意橫剖面圖。
第28A圖係顯示一實施例之電漿密度分布控制器之主要部分的結構之示意縱剖面圖。
第28B圖係顯示上述實施例(第28A圖)之主要部分的結構之二維佈局之示意橫剖面圖。
第29圖係顯示其他實施形態之電漿處理裝置的結構之縱剖面圖。
CW...冷卻水
W...半導體晶圓
10...反應室(處理容器)
10a...反應室側壁
10b...反應室底壁
12...基座(下部電極)
14...圓筒狀絕緣體
16...圓筒狀導體
18...環狀排氣通道
20...排氣孔
22...排氣管
24...排氣裝置
25...反應室下方空間
26...閘閥
28...高頻電源
30...匹配單元
32...供電棒
34...外導體
36...對焦環
38...靜電夾具
38a...介電體膜
38b...DC電極
40...直流電極
42...開關
44...DC高壓線
46...冷媒室
48、50...冷媒供給管
52...氣體供給管
54...氣體通路
56...淋氣頭(上部電極)
58...電極板
60...電極支撐體
62...氣體室
62a...處理氣體供給部
64...氣體噴出孔
66...處理氣體供給部
68...氣體供給管
70...控制部
72...電漿密度分布控制器
74...導體板
76...導體棒

Claims (31)

  1. 一種電漿處理裝置,係於處理容器內裝設有載置被處理體的高頻電極,且於該處理容器內對該被處理體進行所欲電漿處理時,第1高頻係從該高頻電極的背面被施加至該高頻電極,且該高頻電極的表面係暴露在處理氣體的電漿,該電漿處理裝置具有:至少一個非對稱性組件,係包含相對於該高頻電極而非軸對稱地電性連接至該高頻電極所設置之靜電夾具或電阻發熱體的供電線,而在該高頻電極附近讓電漿密度產生方位角方向的不均勻性;電漿密度分布控制器,係含有:第1導體,其具有相互逆向之第1面及第2面,讓該第1面與該高頻電極的背面之所欲部位相對,而電連接於該高頻電極的背面;以及,第2導體,其具有第1連接部與第2連接部,其中第1連接部係電連接於該第1導體之該第2面的所欲部位,而第2連接部係電連接於一位在該高頻電極的附近而為電接地狀態之導電性組件;並以會修正.該高頻電極附近之電漿密度的方位角方向不均勻性的方式來構成該第1及第2導體的配置。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中該第1導體係電容耦合於該高頻電極的背面。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中該高頻電極的背面的中心部連接有用以將該第1高頻供電到該高頻電極之高頻供電棒; 該第1及第2導體係避開該高頻供電棒而配置在其半徑方向外側。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中該第1導體係該第1面及第2面為相互略呈平行的導體板。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中該第2導體僅具有1個該第1連接部;該第1導體之該第1面上的電場強度於面內並不均勻,而在與該第1連接部相對應的位置為極小且最小。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中該第2導體具有複數個該第1連接部;該第1導體之該第1面上的電場強度於面內並不均勻,而在分別與複數個該第1連接部相對應的複數位置為極小。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置,其係設置有複數個相互分離之該第1導體;該第2導體與各個該第1導體之間具有該第1連接部。
  8. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置,其係設置有複數個相互分離之該第2導體;各個該第2導體與該第1導體之間具有該第1連接部。
  9. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置,其中複數個該第1連接部係沿著該高頻電極之方位角方向且以大致一定的間隔而配置。
  10. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中該第2導體為柱狀體,其一端構成該第1連接部,而其另一端或該一端與該另一端之間的中間部則構成該第2連接部。
  11. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中該第2導體為板狀體或筒狀體,其一端面構成該第1連接部,而其相反側的另一端面或該一端面與該另一端面之間的中間部則構成該第2連接部。
  12. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其係具有可相對於該高頻電極改變該第1導體的位置之第1導體移動機構。
  13. 如申請專利範圍第12項之電漿處理裝置,其中該第1導體移動機構可於垂直於該高頻電極背面的方向改變該第1導體的位置。
  14. 如申請專利範圍第12項之電漿處理裝置,其中該第1導體移動機構可於該高頻電極的方位角方向上改變該第1導體的位置。
  15. 如申請專利範圍第12項之電漿處理裝置,其中該第1導體移動機構可於該高頻電極的半徑方向上改變該第1導體的位置。
  16. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其係具有可相對於該高頻電極改變該第2導體之該第1連接部位置的第2導體移動機構。
  17. 如申請專利範圍第16項之電漿處理裝置,其中該第2導體移動機構可於垂直於該高頻電極背面的方向改變該 第1連接部的位置。
  18. 如申請專利範圍第16項之電漿處理裝置,其中該第2導體移動機構可於該高頻電極之方位角方向上改變該第1連接部的位置。
  19. 如申請專利範圍第18項之電漿處理裝置,其中該第2導體移動機構係於電漿處理執行中,於該高頻電極之方位角方向上以一定速度使該第2導體旋轉移動。
  20. 如申請專利範圍第16項之電漿處理裝置,其中該第2導體移動機構可於該高頻電極之半徑方向上改變該第1連接部的位置。
  21. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中在該高頻電極的背面與該第1導體之間設置有介電體。
  22. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中於該處理容器內設置有對向電極,其係與該高頻電極相隔所欲電極間距離而平行相向,並為電接地狀態;該高頻電極載置有該被處理體。
  23. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中該靜電夾具係為了利用靜電吸附力來保持該被處理體而設置在該高頻電極的表面,並具有介電體膜與密封於該介電體膜內部之DC電極;該供電線係來自用以施加DC電壓到該DC電極之直流電源的供電線,並在經絕緣覆蓋後之狀態下,將該高頻電極從其背面予以貫穿而連接至該DC電極。
  24. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中該電阻發 熱體係為了控制該被處理體的溫度而透過介電體來裝設於該高頻電極的表面;該供電線係來自用以供給產生焦耳熱之電流到該電阻發熱體的加熱器電源之供電線,並在經絕緣覆蓋後的狀態下,將該高頻電極從其背面予以貫穿而連接至該電阻發熱體。
  25. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中進行該電漿處理時,係從該高頻電極的背面將與該第1高頻不同頻率的第2高頻施加到該高頻電極;關於該第2高頻,該第1導體亦電連接於該高頻電極的背面,且介由該第2導體而為電接地狀態。
  26. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置,其中該高頻電極的背面、該第1導體及該第2導體係配置在自該處理容器的減壓空間所隔離之氣氛區域。
  27. 如申請專利範圍第26項之電漿處理裝置,其中該第1導體及該第2導體係設置在從該處理容器的底壁延伸到該高頻電極的外周緣部之筒狀絕緣體的內側。
  28. 如申請專利範圍第27項之電漿處理裝置,其中該處理容器係由電接地狀態之導電性金屬所構成;該第2導體之第2連接部係電連接於該處理容器的底壁。
  29. 一種電漿處理方法,係使用如申請專利範圍第1至28項任何一項之電漿處理裝置來對被處理體施行所欲電漿處理;其中 係相對於該高頻電極的背面來改變或調節該第1導體的位置,以控制該高頻電極上的電漿密度分布。
  30. 一種電漿處理方法,係使用如申請專利範圍第1至28項任何一項之電漿處理裝置來對被處理體施行所欲電漿處理;其中係改變或調節形成於該高頻電極的背面與該第1導體之間之電容器的容量,以控制該高頻電極上的電漿密度分布。
  31. 一種電漿處理方法,係使用如申請專利範圍第1至28項任何一項之電漿處理裝置來對被處理體施行所欲電漿處理;其中係相對於該高頻電極的背面來改變或調節該第2導體之該第1連接部的位置,以控制該高頻電極上的電漿密度分布。
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