TWI595807B - Plasma processing equipment - Google Patents

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TWI595807B
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Chishio Koshimizu
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Description

電漿處理裝置
本發明關於一種對被處理體實施電漿處理的電漿處理裝置，特別是關於高頻天線。
作為激發電漿而對被處理體進行微細加工的裝置，已知有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。其中，感應耦合型電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)處理裝置係在設置於處理容器頂面的介電體窗處設置高頻天線，天線之線圈流通有高頻電流而於線圈周圍產生電磁場，電場能量經由介電體窗導入處理容器內，並藉由該電場能量來激發氣體以產生電漿(參考例如專利文獻：日本專利特開2007-311182號公報)。
專利文獻中，高頻天線係由外周側與內周側的2個渦卷狀線圈而形成為平面狀。2個渦卷狀線圈會分割電功率，藉以調整處理室內所形成之感應耦合電漿的電漿密度分佈。
然而，前述形狀之高頻天線中，藉由外周側與內周側的2個線圈所獲得之圓形電流組態會產生出2個甜甜圈狀的電漿，該2個甜甜圈狀的電漿與電漿之間處，電漿密度會降低，其結果，會使得對被處理體進行電漿處理之面內均勻性降低。另外，根據壓力等電漿條件會使電漿密度產生變化，難以確保電漿的均勻性。
特別是，近年來，隨著被處理體之大型化，裝置亦大型化。因此，大型電漿處理裝置中，需於更寬廣的電漿激發空間來均勻地產生電漿，而電漿均勻性之確保卻成為更加困難的狀況。
有鑑於前述問題，本發明之目的係提供一種能提高電漿密度乃至提高電漿處理特性之面內均勻性的電漿處理裝置。
為了解決前述問題，依本發明之一樣態係提供一種電漿處理裝置，具備有：處理容器，係可於內部對被處理體施以電漿處理；第1高頻電源，係輸出高頻；高頻天線，係於該處理容器外部處，將外側線圈、內側線圈及設置於該等之間的n個(n為1以上之整數)中間線圈相對中心軸呈同心狀捲繞所形成；以及介電體窗，係設置於該處理容器之開口部，以將從該高頻天線所產生之電磁場能量導入該處理容器內。
依前述結結構，高頻天線具有相對中心軸呈同心狀捲繞而成的外側線圈、內側線圈以及設置於該等之間的n個(n為1以上的整數)中間線圈。其結果，於電漿激發區域內除了內側線圈及外側線圈之外，亦可藉由n個(n≧1)中間線圈來產生電漿。因此，僅由2個線圈來產生電漿之情況下所產生之線圈間的中間區域處，其電漿密度不會衰弱，可達成全體之電漿的均勻化。藉此，可確保被處理體之處理面內均勻性。
亦可具備有電功率分割部，係至少設置於該外側線圈及該內側線圈之間，將從該第1高頻電源所輸出之高頻電功率以所期望之比例進行分割並供給至各線圈。
例如，最初於外側線圈施加最大電功率的高頻電力，其次，於內側線圈施加較小的高頻電力，最後於中間線圈施加剩餘之高頻電功率。
於被處理體邊緣側，電漿中之電子或離子會擴散至壁而消滅，故電漿密度會有偏低的傾向。考慮此點，最初便於外側線圈施加最大電功率的電功率，以使得外側電漿密度為最高。藉此，可防止被處理體邊緣部之蝕刻率下降等。藉由電功率分割部所分割後的殘餘高頻電功率再分割並施加給內側線圈及中間線圈。
其結果，可進行控制以使得電漿激發區域中，外側之電漿密度較全體電漿密度偏高，同時可防止內側與外側之間的中央部分處的電漿密度降低，以達成全體電漿之均勻化。藉此，可保持被處理體之處理面內均勻性。
該電功率分割部亦可設置於該各線圈之間，將從該第1高頻電源所輸出之高頻電功率各自以所期望之比例進行分割並供給至各線圈。
該各線圈之至少任一者亦可為能改變與該介電體窗之間距離的可動式結構。
於2個線圈之間未設置有該電功率分割部之情況，該2個線圈中任一者亦可為可動式結構。
該2個以上之電功率分割部亦可相對該中心軸而呈對稱之方式設置。
該2個以上之電功率分割部亦可相對該中心軸而呈非對稱之方式設置，且藉由遮蔽組件來加以遮蔽。
該外側線圈、該內側線圈及該中間線圈可各自由複數個線圈所形成；形成該外側線圈之複數個線圈的各供電點可設置於相對該中心軸而呈對稱之位置處；形成該中間線圈之複數個線圈的各供電點可設置於相對該中心軸而呈對稱之位置處；形成該內側線圈之複數個線圈的各供電點可設置於相對該中心軸而呈對稱之位置處。
該各線圈之供電點亦可相對該中心軸呈180°、120°、90°、72°、60°中任一種間隔方式而加以設置。
該各線圈亦可各自介設有阻隔電容。
該2個以上之電功率分割部亦可具有可變電容。
亦可具備有：測量器，係針對供給至該各線圈之高頻電流、電壓、相位中至少任一者進行測量；以及控制裝置，係根據該測量器所測量出之高頻電流、電壓、相位中至少任一者來控制於該電功率分割部進行分割之電功率比例。
該控制裝置亦可具有記憶體，會根據預先記憶於該記憶體之製程配方來控制於該電功率分割部進行分割之電功率比例。
亦可具備有輸出高頻之第2高頻電源；該外側線圈、該內側線圈及該中間線圈中任一者可連接至該第1高頻電源；未連接至該第1高頻電源的剩餘2個線圈則可連接至該第2高頻電源；更可具備有將從該第2高頻電源所輸出之高頻電功率以所期望之比例進行分割並供給至該剩餘2個線圈的電功率分割部。
該第1高頻電源可連接至該外側線圈，該第2高頻電源可連接至該內側線圈及該中間線圈。
亦可具備有輸出高頻之第2及第3高頻電源；該外側線圈、該內側線圈及該中間線圈中任一者可連接至該第1高頻電源；未連接至該第1高頻電源的剩餘2個線圈中的一者可連接至該第2高頻電源，剩餘2個線圈中的另一者則可連接至該第3高頻電源。
依以上說明之本發明，可提高電漿密度乃至電漿處理特性之面內均勻性。
以下參考添附圖式來詳細說明本發明之較佳實施形態。
另外，本說明書及圖式中，對於具有實質相同功能結構之構成要件，係賦予相同符號並省略重複說明。
＜第1實施形態＞
(電漿處理裝置之整體結構)
首先，參考圖1及圖2來說明本發明第1實施形態之電漿處理裝置的整體結構。圖1係感應耦合型電漿處理裝置之概略縱剖面圖。圖2係高頻天線結構的說明圖。
如圖1所示，例如，蝕刻裝置等電漿處理裝置10具有處理容器100，可針對從閘閥GV所搬入之晶圓W進行電漿處理。處理容器100為圓筒狀形狀，由例如鋁等金屬所形成，並呈接地狀態。處理容器100內壁經陽極氧化處理。另外，處理容器100內壁亦可由石英或氧化釔(Yttria)等介電體加以覆蓋。
處理容器100頂面於處理容器100之開口部嵌入有介電體窗105，藉以維持處理容器100內部空間的氣密性。介電體窗105為氧化鋁或石英等所形成的正圓形板。介電體窗105能讓高頻天線120所產生的電磁場能量穿透，以將該能量導入至處理容器100內。
介電體窗105下方面埋設有淋氣板110。淋氣板110設置有氣體導入管110a。氣體導入管110a可藉由於晶圓W側形成開口之多數個氣體孔110b來將氣體噴出至處理容器100內。氣體導入管110a係從處理容器100頂面中央處朝向外部延伸且貫穿，以連接至氣體供給源115。
介電體窗105於大氣側設置有高頻(RF)天線120。如圖2所示，將介電體窗105表面假想地畫分成外側區域、內側區域以及中間區域，且將通過介電體窗105中心的軸定義為中心軸O。
高頻天線120具有：設置於外側區域之外側線圈120a、設置於內側區域的內側線圈120c、以及設置於中間區域的中間線圈120b。外側線圈120a、中間線圈120b、內側線圈120c係相對於中心軸O而呈同心圓狀設置。
另外，各線圈120a～120c雖為繞行各區域約一圈之樣態，但並非限定於此，亦可繞行複數圈。又，本實施形態中，中間區域係設置有1個，但並非限定於此，亦可分割成2個以上之區域，且於各中間區域一對一地設置有中間線圈。
各線圈120a～120c之一端各自連接有供電棒125a～125c。供電棒125a～125c則經由匹配器135連接至第1高頻電源140。從第1高頻電源140輸出之高頻電功率會通過匹配器135、各供電棒125a～125c而施加給各線圈120a～120c，藉以讓高頻電流流通至各線圈120a～120c。
各線圈120a～120c之間介設有電功率分割部130。電功率分割部130具有可變阻抗電路(例如可變電容)130a、130b。外側天線電路係僅具有外側線圈120a之結構。中間天線電路係由可變阻抗(impedance)電路130a與中間線圈120b所構成。內側天線電路則由可變阻抗電路130a與可變阻抗電路130b與內側線圈120c所構成。
可變阻抗電路130a、130b具有作為阻抗調整部的功能。即，藉由調節可變阻抗電路130a之電容，以如後述般地調整中間及內側天線電路的阻抗，便可控制流通於外側天線電路、以及流通於中間與內側天線電路的電流之比例。同樣地，藉由調節可變阻抗電路130b之電容，以控制中間天線電路與內側天線電路之阻抗，便可控制流通於中間天線電路與內側天線電路的電流之比例。
如此，可變阻抗電路130a、130b便具有分割電功率的功能，能將從第1高頻電源140所輸出之高頻電功率以所期望之比例進行分割而供給至各線圈。另外，雖然可變電容至少是設置於外側線圈120a及內側線圈120c之間處即可，但如本實施形態般地設置於各線圈之間，則可提高電功率之分割控制的精度。
依前述結構，電漿處理中，將來自第1高頻電源140之例如13.56MHz的高頻電功率供給至高頻天線120，使高頻電流流通至高頻天線120之各線圈120a～120c。藉此，於線圈周圍會產生電磁場，並經由介電體窗105將電場能量導入至處理容器100內。導入後之能量會將氣體激發，藉以產生電漿。此時之電漿密度分佈可藉由以可變阻抗電路130a、130b來控制外側線圈120a、中間線圈120b、內側線圈120c的阻抗之方式來加以控制，關於此點如後詳述。
外側線圈120a、中間線圈120b、內側線圈120c之另一端部則各自經由阻隔電容145a～145c而形成接地狀態。關於阻隔電容145a～145c之功能容待後述。
處理容器100內部設置有載置晶圓W的載置台150。載置於載置台150之晶圓W係藉由圖中未顯示之靜電夾具來加以吸著保持。載置台150係經由匹配器155而連接至高頻偏壓電源160。高頻偏壓電源160會在電漿處理中，將偏壓用高頻電功率(例如頻率2MHz之高頻電功率)施加給載置台150。藉由該偏壓用高頻電功率，可將處理容器100內所產生的電漿中之離子有效地吸引至晶圓W。
處理容器100底部則經由排氣管165而連接有包含真空泵的排氣裝置170，以將處理容器100內部抽真空達所期望的真空度(例如1.33Pa左右)。
電功率分割部130與控制裝置220相連接。控制裝置220具有CPU220a、記憶體220b、以及介面部(I/F)220c，各部可經由內部匯流排(bus)220d來進行訊號的傳遞。
記憶體220b預先記憶有製程配方，可用以控制電功率分割部130之可變阻抗電路130a、130b中各自的電容。製程配方可根據製程來設定可變阻抗電路130a、130b中各自的電容。CPU220a則會選擇與製程相符的製程配方，並依該製程配方來控制可變阻抗電路130a、130b中各自的電容。製程配方可記憶於硬碟等中，亦可記憶於CDROM等記憶媒體中，抑或經由網路來下載。
(天線結構)
例如，高頻天線係由外周側與內周側的2個渦卷狀線圈所形成時，則藉由外周側與內周側的2個線圈所獲得之圓形電流組態會產生出2個甜甜圈狀的電漿，該2個甜甜圈狀的電漿之間處，電漿密度會降低。例如，圖3(a)之曲線Np，即為藉由外周側與內周側的2個渦卷狀線圈所獲得之電漿密度分佈的一範例。直徑為300mm晶圓的外周部及內周部處的電漿密度較高，而其中間處的電漿密度較低。依此，對晶圓進行電漿處理的面內均勻性會惡化，而造成良率下降、生產性降低。
相對於此，本實施形態之高頻天線120係將外側線圈120a、中間線圈120b及內側線圈120c等3個線圈相對於中心軸O呈同心狀捲繞而成。藉此，如圖3(a)中曲線Nc所示，藉由外側線圈120a、中間線圈120b及內側線圈120c等3個線圈所獲得之電漿密度分佈中，晶圓之外周部及內周部處的電漿密度較高，且由於具有中間線圈120b故於其中間處的電漿密度亦不會降低。藉此，可對晶圓以良好的電漿處理之面內均勻性來提高良率與生產性。
特別是，現狀主要是以直徑300mm之晶圓為對象，但將來亦可對直徑450mm之晶圓進行電漿處理。FPD用基板年年不斷大型化，而該等基板亦須進行電漿處理。因此，為了達成良率、生產性的提高，於大面積之均勻化電漿越顯重要。本實施形態中，係對應於大型化之被處理體尺寸，而增加中間線圈的個數n(n≧1)。如此，可將高頻天線120之形狀最佳化，使得外周側與內周側之間處的電漿密度不會降低。
(電功率分割/阻抗調整)
又，施加於各線圈之高頻電功率係藉由電功率分割部130來分割成所期望的比例。參考圖4來說明關於高頻天線120之阻抗調整功能。
圖4係顯示高頻天線120的供電部分的等效電路。如前述，從第1高頻電源140所輸出之高頻會經由匹配器135而供給至外側線圈120a、中間線圈120b及內側線圈120c。外側線圈120a直接供給有高頻電功率。中間線圈120b經由可變阻抗電路(例如可變電容)130a而供給有高頻電功率。內側線圈120c則經由可變阻抗電路(例如可變電容)130a及可變阻抗電路(例如可變電容)130b而供給有高頻電功率。
說明外側線圈120a、中間線圈120b及內側線圈120c之阻抗Zo、Zc、Zi的調整方法。外側線圈120a僅係由線圈所形成，故阻抗Zo為固定值。中間線.圈120b之阻抗Zc能藉由改變可變阻抗電路130a的電容來加以變更。內側線圈120c之阻抗Zi則可藉由各自改變可變阻抗電路130a及可變阻抗電路130b的電容來加以變更。
高頻電流Ii與高頻電流Ic與高頻電流Io會根據阻抗Zi與阻抗Zc與阻抗Zo之間的比例而產生變化。利用此點，本實施形態中，則根據控制裝置220的指令，來各別控制可變阻抗電路130a及可變阻抗電路130b的電容。藉此，藉由改變阻抗Zi與阻抗Zc來改變各阻抗Zi、Zc、Zo的比例。藉此，可調整流通於各線圈之高頻電流Ii、Ic、Io的比例。
晶圓W之周緣側，電漿中之電子或離子會撞擊至壁而消滅，故電漿密度會有偏低的傾向。考慮此點，於外側線圈120a施加最大電功率的電功率，以使得外側電漿密度為最高。藉由電功率分割部130分割後之剩餘高頻電功率則分割並施加給內側線圈120c及中間線圈120b。如此，便可藉由高頻天線120之3個線圈120a～120c與電功率分割部130來調整高頻天線120與電漿之間的感應耦合狀態。其結果，可進行控制以使得電漿激發區域中，外側之電漿密度較全體電漿密度偏高，同時可防止內側與外側之間的中間部分處的電漿密度降低，而達成全體電漿之均勻化。其結果，可保持被處理體之處理面內均勻性。
特別是，近年來使用者希望能在1個處理室進行多種製程。然而，至今為止的電漿處理裝置中，會因不同電漿製程之氣體種類、壓力、RF電功率而造成電漿均勻性的變化，難以確保均勻性。另一方面，依本實施形態之電漿處理裝置，根據製程對3個區域以上之天線實施電功率分割控制，便可對應於多種製程來適當地進行供電，可確保不同製程之電漿均勻性。
(回饋控制)
控制裝置220亦可對施加至各線圈的高頻電功率比例進行回饋(feedback)控制。此時，各供電棒125a、125b、125c連接有測量器250a、250b、250c，而可對流通於各線圈120a、120b、120c之高頻電流、電壓、相位中至少任一者進行測量。
控制裝置220會根據測量器250a～250c所測量出的高頻電流、電壓、相位，來控制電功率分割部130所分割的電功率比。更具體說明，控制裝置220會根據P=VI×cosθ(V：電壓、I：電流、θ：相位)來計算，由流通於各線圈120a、120b、120c之電流、電壓、相位來求出施加於該線圈的高頻電功率之大小，再對可變阻抗電路130a、130b進行回饋控制，以縮小應施加給各線圈120a～120c的高頻電功率與目前已施加的電功率之間的差值。作為測量器250a～250c可使用電壓計、探針、CT(Current Transfer)。
藉由前述回饋控制，如圖3(a)所示，可將電漿密度之不均勻由曲線Np→曲線Nc→曲線Nu般地進行補正，故可產生更均勻的電漿。
另外，控制裝置220亦可具有記憶體220b，並根據預先記憶於記憶體220b的製程配方來控制於電功率分割部130處所進行之電功率比分割。此時，記憶體220b預先記憶有複數個製程配方，可用以控制於電功率分割部130處所進行之電功率比分割。製程配方預先設定有可變阻抗電路130a、130b中各自的電容。CPU220a則會選擇與所欲執行之製程相符的製程配方，並依該製程配方來控制可變阻抗電路130a、130b中各自的電容。
由於感應耦合型電漿處理裝置係使用高頻電磁場來產生電漿，為了對電漿供給均等的能量，裝置的對稱性非常重要。因此，本實施形態中，如圖1及圖2所示，可變阻抗電路130a、130b於裝置之中心軸O上係呈串聯設置，並維持3個區域所設置之3個線圈之高頻天線120與可變阻抗電路130a、130b之間的對稱性。即，高頻天線120係相對於中心軸O而具有對稱性，且電功率分割部130亦相對於中心軸O而具有對稱性。
(阻隔電容)
各線圈120a～120c之終端部介設有阻隔電容145a～145c。參考圖3(b)，相較於未使用阻隔電容145a～145c之情況下的各線圈120a、120b、120c之供電點Sa、Sb、Sc的電壓Vp1，在使用了阻隔電容145a～145c之情況下，可將供電點Sa、Sb、Sc的電壓Vp2下降至電壓Vp1的一半左右。藉此，可避免供電點Sa、Sb、Sc附近的頂板因電子加速而受到激烈撞擊。
＜第1實施形態之變形例＞
第1實施形態之變形例如圖5～圖7所示。圖5～圖7之電漿處理裝置10雖然省略繪出處理容器100內部，但其結構與圖1相同。圖5之電漿處理裝置10係相對於外側線圈120a、中間線圈120b的供電點Sa、Sb，而將內側線圈120c的供電點Sc設置於偏移180°的位置處。圖6之電漿處理裝置10係相對於外側線圈120a之供電點Sa，而將中間線圈120b、內側線圈120c的供電點Sb、Sc設置於偏移180°的位置處。
圖7之電漿處理裝置10係相對於外側線圈120a、中間線圈120b的供電點Sa、Sb，而將內側線圈120c之供電點Sc設置於偏移180°的位置處。除此之外，圖5及圖6中，可變阻抗電路130a、130b為串聯，相對地，圖7中，可變阻抗電路130a、130b則為並聯。但是，相對於中心軸O皆具有對稱性。
依變形例，亦可藉由將電功率適當地分割後的高頻電功率供給至具有3個以上區域之高頻天線120，來提高電漿的均勻性。
＜第2實施形態＞
一般來說，感應耦合型電漿處理裝置中，並非是僅考慮(1)使用來自高頻天線120之電磁場能量來加速電子以產生電漿，亦需要考慮到(2)通過電容而與電漿耦合之電子，來達成電漿的均勻性。因此，不僅是(1)的天線之設計，亦需考慮到(2)之電容成分來設計裝置。
第1實施形態之電漿處理裝置10已達到了相對於晶圓W徑向的電漿密度之均勻性。即，第1實施形態係考慮到(1)，而將高頻天線120假想地分割成外側區域、內側區域、中間區域等3個區域，並於各區域設置線圈，以提高徑向的電漿密度之均勻性。
又，第1實施形態係考慮到(2)，而使用阻隔電容以降低供電點之電壓。藉此，由於供電點之電壓較高，可避免供電點附近的介電體窗105受到來自電漿的攻擊。
除前述之外，第2實施形態更可達到相對於晶圓W圓周方向的電漿密度之均勻性。即，第2實施形態係藉由設置具有對稱性的複數個供電點，來提高圓周方向的電漿密度之均勻性。
將1條線圈捲繞1層或2層以上而成的高頻天線於圓周方向具有非對稱之電壓分佈。圖9係顯示將線圈捲繞1圈(360°)時之線圈的電壓Vp1分佈。此時，線圈之電壓Vp1於供電點P處最高，而後逐漸下降。因此，於圓周方向的電漿密度於供電點P處最高，而後逐漸下降。如此，僅將1條線圈捲繞1層時，並無法達到圓周方向的電漿密度之均勻性。
於是，本實施形態中，於各區域各自設置2條線圈，藉以達成圓周方向的電漿密度之均勻性。圖8(a)係本實施形態之電漿處理裝置10的概略縱剖面圖。電漿處理裝置10雖然省略繪出處理容器100內部，但其結構與圖1相同。圖8(b)係本實施形態之電漿處理裝置10的供電部分之概略圖。
外側區域之外側線圈係由第1外側線圈120a1及第2外側線圈120a2等2條線圈所形成。第1外側線圈120a1及第2外側線圈120a2之一端係各自於供電點Sa1、Sa2處連接至供電棒125a1、125a2。從第1高頻電源140所輸出的高頻電功率會通過匹配器135、各供電棒125a1與125a2而施加給第1外側線圈120a1及第2外側線圈120a2。第1外側線圈120a1及第2外側線圈120a2係在相對於中心軸O而沿相同方向繞行一圈後，經由阻隔電容145a1、145a2而形成接地狀態。供電點Sa1、Sa2係相互偏離180°而設置於相對中心軸O呈對向的位置點。
回到圖9，係顯示將線圈捲繞1圈(360°)時之第1外側線圈120a1的電壓Vpl1分佈及第2外側線圈120a2的電壓Vpl2分佈。此時，各線圈之電壓Vpl1及電壓Vpl2中，於供電點Sa1、Sa2處最高，而後逐漸下降。但是，供電點Sa1、Sa2處的電壓Vpl1、Vpl2較以1條線圈捲繞而成時之供電點P的電壓Vpl更低。此外，供電點Sa1、Sa2係相互偏離180°。因此，相較於1條線圈周圍所產生的電磁場能量，第1外側線圈120a1及第2外側線圈120a2之2條線圈周圍所產生的電磁場能量於圓周方向較均勻。
同樣地，中間區域之中間線圈係由第1中間線圈120b1及第2中間線圈120b2等2條線圈所形成。第1中間線圈120b1及第2中間線圈120b2之一端係各自於供電點Sb1、Sb2處連接至供電棒125b1、125b2。從第1高頻電源140所輸出的高頻電功率會通過各供電棒125b1、125b2而施加給第1中間線圈120b1及第2中間線圈120b2。第1中間線圈120b1及第2中間線圈120b2係在繞行一圈後，經由阻隔電容145b1、145b2而形成接地狀態。
同樣地，內側區域之內側線圈係由第1內側線圈120c1及第2內側線圈120c2等2條線圈所形成。第1內側線圈120c1及第2內側線圈120c2之一端係各自於供電點Sc1、Sc2處連接至供電棒125c1、125c2。從第1高頻電源140所輸出的高頻電功率會通過各供電棒125c1、125c2而施加給第1內側線圈120c1及第2內側線圈120c2。第1內側線圈120c1及第2內側線圈120c2係在繞行一圈後，經由阻隔電容145c1、145c2而形成接地狀態。
藉此，相對於僅以1條線圈捲繞1層之情況下無法達到圓周方向的電漿密度之均勻性，藉由將2條線圈朝同一方向捲繞，且各線圈之供電點設置於相互偏離180°位置，則如圖9所示，可提高2條線圈於圓周方向上的電壓均勻性，並可提高導入至處理容器100內部的電場能量之均勻性。其結果，可降低於供電點附近之介電體窗105所受攻擊力道，並可提高各區域於圓周方向的電漿密度之均勻性。
除此之外，第2實施形態如第1實施形態所述亦可藉由至少分割成3個區域及電功率來達成徑向的電漿密度之均勻。由以上第2實施形態之電漿處理裝置10中，可於電漿激發區域全體處產生均勻的電漿，亦可對應於電漿處理裝置的大型化。
另外，外側線圈、內側線圈及中間線圈係各自由複數個線圈所形成，形成外側線圈之複數個線圈的各供電點只要設置於相對中心軸O呈對稱之位置處即可。例如，本實施形態之高頻天線120，係各線圈會從兩側導入，繞行一圈後，終止於接電點的結構，而供電點之2點具有180°之對稱性。如前述，亦可具有3點供電點並呈120°對稱，亦可具有4點供電點而呈90°對稱。
各線圈之供電點可相對中心軸O而呈180°、120°、90°、72°、60°中任一間隔般來設置。對稱設置之供電點的個數越多，則於圓周方向上的電漿密度便越均勻，可降低供電點附近之介電體窗105所受的攻擊力道。又，當供電點越多，不但可藉由電磁場分佈來讓電漿分佈均勻，亦可藉由電容分佈來讓電漿分佈均勻。
＜第3實施形態＞
第1實施形態中，電功率分割部130內的可變阻抗電路(例如可變電容)130a、130b係相對於中心軸O而呈對稱設置。相對於此，第3實施形態中，可變阻抗電路130a、130b係相對中心軸O而呈非對稱設置。前述情況如圖10所示，電功率分割部130與存在有高頻天線120之空間係藉由遮蔽組件300來加以遮蔽。遮蔽組件300係由鋁等導電性組件所形成。高頻天線120則內藏於天線室310內。
藉此，可避免電功率分割部130與高頻天線120之間的非對稱之耦合(coupling)，以維持雜散電容(Stray Capacity)成分的對稱性。藉此，可使得電漿之產生不會受到天線周圍之磁場狀態等的影響。又，電功率分割部130與高頻天線120之間的電場不會相互干涉，可使得天線內之電壓與振幅等的均勻性不會受到影響。
＜第4實施形態＞
第4實施形態中，藉由改變高頻天線120與電漿之間的距離來控制與電漿之間的耦合狀態。圖11中，電功率分割部130之可變阻抗電路130a為1個，以進行外側線圈120a2與中間線圈120b2之間的電功率分割。本實施形態中，供電點為Sa1、Sa2、Sb1、Sb2等4個。
中間線圈120b1與內側線圈120c1係經由導線125c1相互連接。中間線圈120b2與內側線圈120c2係經由導線125c2相互連接。外側線圈120a1、120a2以及內側線圈120c1、120c2的端部設置有阻隔電容145a1、145a2、145c1、145c2。
內側線圈120c1、120c2為可動式結構，可改變與介電體窗105之間的距離。內側線圈120c1、120c2與介電體窗105之間則形成空間400。
依此，如讓高頻天線120下降，由於縮短了與電漿之間的距離，則可讓電子之加速變好。另一方面，如讓高頻天線120上昇，由於增加了與電漿之間的距離，則會讓電子之加速變差。
藉由介電體窗105與線圈之間距離的遠近，可獲得與改變線圈與線圈之間電功率比般的相同效果。例如，使得一側之線圈與電漿之間的距離較另一側之線圈與電漿之間的距離更大，即使流通有相同的電流，仍可使得一側之線圈與電漿之間的耦合度較另一側之線圈與電漿之間的結合度更小。
以上範例中，雖然內側線圈120c1、120c2為可動式結構，但亦可使得外側線圈120a1與120a2、中間線圈120b1與120b2及內側線圈120c1與120c2中至少任一者為可動式結構，來改變與介電體窗105之間的距離。外側線圈、內側線圈、中間線圈亦可全部皆為可動式結構。
另外，高頻天線120與介電體窗105之間的空間400亦可夾設有介電體，抑或以熱傳導液(Galden)來填滿該空間400。增加高頻天線120與介電體窗105之間的距離、於該等之間夾入介電體、以熱傳導液來填滿高頻天線120與介電體窗105之間的空間400等，皆係加入電容成分，而為在不使用電容之情況下改變電容性分佈的方法。所夾設之介電體以介電率高者為佳。
又，藉由改變高頻天線120與介電體窗105之間的介電體之厚度，可改變與電漿之間的耦合狀態。由於能以簡單之機構來改變電漿分佈，故成本低廉。
＜第5實施形態＞
第5實施形態中，如圖12所示，除了第1高頻電源140之外，亦設置有能輸出所期望高頻的第2高頻電源141。本實施形態中，第1高頻電源140係經由匹配器135而連接至外側線圈120a。第2高頻電源141係經由匹配器136而連接至內側線圈120c及中間線圈120b。可變阻抗電路130a會將從第2高頻電源141所輸出的高頻電功率以所期望比例進行分割，並供給至內側線圈120c及中間線圈120b。
依本實施形態，可提高製程之控制性而於3個區域各自施加最佳化之電功率，且能以高精度地分割電功率。
另外，本實施形態中，雖係於第1高頻電源140連接有外側線圈120a，於第2高頻電源141則連接有剩餘的2個線圈(內側線圈120c及中間線圈120b)，但並非限定於此，亦可將外側線圈120a、內側線圈120c及中間線圈120b中任一者連接至第1高頻電源140，再將未連接至第1高頻電源140的剩餘2個線圈連接至第2高頻電源141。
＜第6實施形態＞
第6實施形態中，如圖13所示，除了第1高頻電源140之外，亦設置有能輸出所期望高頻的第2及第3高頻電源141、142。本實施形態中，第1高頻電源140係經由匹配器135而連接至外側線圈120a。第2高頻電源141係經由匹配器136而連接至中間線圈120b。第3高頻電源142係經由匹配器137而連接至內側線圈120c。
如此，本實施形態中，將外側線圈120a、內側線圈120c及中間線圈120b中任一者連接至第1高頻電源140，再將未連接至第1高頻電源140的剩餘2個線圈中的一者連接至第2高頻電源141，並將該剩餘2個線圈中的另一者連接至第3高頻電源142。
依本實施形態，可提高製程之控制性而於3個區域各自施加最佳化之電功率，且能以高精度地分割電功率。
如以上說明，依各實施形態，可對3個區域以上的天線，藉由可變電容來改變電功率之施加比率以施加高頻電功率。藉此，將供給至各捲繞線圈的電功率進行分割。藉此，可達成晶圓W徑向的電漿之均勻性。
又，藉由於各區域之天線(線圈)各自對稱地設置複數個供電點，可達成晶圓W圓周方向的電漿之均勻性。雖然不同線圈各自使用複數個電源的成本會變高，但如將電功率分割部130應用於各線圈來分割電功率，則成本低廉。
以上，已參考添附圖式來詳細說明本發明之較佳實施形態，但無須贅言本發明並不限定於前述範例。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，明顯地可於專利申請範圍所記載的技術思想範疇內，想到各種變更例或修正例，該等當然亦屬於本發明的技術範圍。
例如，本發明之高頻天線的各區域之線圈捲繞數，亦可捲繞2層以上而呈平面狀，抑或將各線圈縱向堆疊。
雖然圖中未顯示，但在將氣體噴出至處理容器內時，外側區域、內側區域、中間區域所組成的同心圓之複數區域中，亦可對氣體流量或氣體種類進行控制。
又，本發明電漿處理裝置不限定為蝕刻裝置，亦可為進行灰化、表面處理、CVD(Chemical Vapor Deposition)等電漿處理用的裝置。
又，藉由本發明電漿處理裝置來進行電漿處理的被處理體不限定為矽晶圓，亦可為FPD(Flat Panel Display)用基板或太陽能電池用基板等。作為FPD可舉例如液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)顯示器、電致發光(Electro Luminescence；EL)顯示器、螢光管顯示器(Vacuum Fluorescent Display；VFD)、電漿顯示面板(PDP)等。
10．．．電漿處理裝置
100．．．處理容器
105．．．介電體窗
110．．．淋氣板
110a．．．氣體導入管
110b．．．氣體孔
115．．．氣體供給源
120．．．高頻天線
120a．．．外側線圈
120a1．．．第1外側線圈
120a2．．．第2外側線圈
120b．．．中間線圈
120b1．．．第1中間線圈
120b2．．．第2中間線圈
120c．．．內側線圈
120c1．．．第1內側線圈
120c2．．．第2內側線圈
125a、125a1、125a2．．．供電棒
125b、125b1、125b2．．．供電棒
125c、125c1、125c2．．．供電棒
130．．．電功率分割部
130a、130b．．．可變阻抗電路
135．．．匹配器
140．．．第1高頻電源
141．．．第2高頻電源
142．．．第3高頻電源
145a、145a1、145a2．．．阻隔電容
145b、145b1、145b2．．．阻隔電容
145c、145c1、145c2．．．阻隔電容
150．．．載置台
155．．．匹配器
160．．．第1高頻偏壓電源
165．．．排氣管
170．．．排氣裝置
220．．．控制裝置
220a．．．CPU
220b．．．記憶體
220c．．．介面部
220d．．．匯流排
250a、250b、250c．．．測量器
300．．．遮蔽組件
310．．．天線室
GV．．．閘閥
Sa、Sb、Sc．．．供電點
W．．．晶圓
圖1係本發明第1實施形態之電漿處理裝置的縱剖面圖。
圖2係第1實施形態之高頻天線結構的說明圖。
圖3中，圖3(a)係顯示晶圓徑向的電漿密度，圖3(b)係阻隔電容作用的說明圖。
圖4係第1實施形態之等效電路圖。
圖5係第1實施形態之電漿處理裝置的變形例之圖式。
圖6係第1實施形態之電漿處理裝置的其他變形例之圖式。
圖7係第1實施形態之電漿處理裝置的其他變形例之圖式。
圖8中，圖8(a)係本發明第2實施形態之電漿處理裝置的縱剖面圖，圖8(b)係第2實施形態之高頻天線結構的說明圖。
圖9係晶圓圓周方向之電壓狀態的說明圖。
圖10係本發明第3實施形態之電漿處理裝置的縱剖面圖。
圖11中，圖11(a)係本發明第4實施形態之電漿處理裝置的縱剖面圖，圖11(b)係第4實施形態之高頻天線結構的說明圖。
圖12係本發明第5實施形態之電漿處理裝置的縱剖面圖。
圖13係本發明第6實施形態之電漿處理裝置的縱剖面圖。
10．．．電漿處理裝置
100．．．處理容器
105．．．介電體窗
110．．．淋氣板
110a．．．氣體導入管
110b．．．氣體孔
115．．．氣體供給源
120．．．高頻天線
120a．．．外側線圈
120b．．．中間線圈
120c．．．內側線圈
125a、125b、125c．．．供電棒
130．．．電功率分割部
130a、130b．．．可變阻抗電路
135．．．匹配器
140．．．第1高頻電源
145a、145b、145c．．．阻隔電容
150．．．載置台
155．．．匹配器
160．．．第1高頻偏壓電源
165．．．排氣管
170．．．排氣裝置
220．．．控制裝置
220a．．．CPU
220b．．．記憶體
220c．．．介面部
220d．．．匯流排
GV．．．閘閥
Sa、Sb、Sc．．．供電點
W．．．晶圓

Claims (12)

  1. 一種電漿處理裝置，具備有：處理容器，係可於內部對被處理體施以電漿處理；第1高頻電源，係輸出高頻；高頻天線，係於該處理容器外部處，將外側線圈、內側線圈及設置於該等之間的n個，且n為1以上之整數的中間線圈相對中心軸呈同心狀捲繞所形成；介電體窗，係設置於該處理容器之開口部，以將從該高頻天線所產生之電磁場能量導入該處理容器內；以及電功率分割部，係至少設置於該外側線圈及該內側線圈之間，將從該第1高頻電源所輸出之高頻電功率以所期望之比例進行分割並供給至各線圈；其中該電功率分割部係相對該中心軸而呈對稱之方式設置有2個以上；該電功率分割部係不介設於該外側線圈與該第1高頻電源之間，而介設於該內側線圈與該第1高頻電源之間以及於該中間線圈與該第1高頻電源之間。
  2. 一種電漿處理裝置，具備有：處理容器，係可於內部對被處理體施以電漿處理；第1高頻電源，係輸出高頻；高頻天線，係於該處理容器外部處，將外側線圈、 內側線圈及設置於該等之間的n個，且n為1以上之整數中間線圈相對中心軸呈同心狀捲繞所形成；介電體窗，係設置於該處理容器之開口部，以將從該高頻天線所產生之電磁場能量導入該處理容器內；以及電功率分割部，係至少設置於該外側線圈及該內側線圈之間，將從該第1高頻電源所輸出之高頻電功率以所期望之比例進行分割並供給至各線圈其中該電功率分割部係相對該中心軸而呈對稱之方式設置有2個以上；該電功率分割部與存在有高頻天線之空間係藉由遮蔽組件來加以遮蔽；該電功率分割部係不介設於該外側線圈與該第1高頻電源之間，而介設於該內側線圈與該第1高頻電源之間以及於該中間線圈與該第1高頻電源之間。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中該各線圈之至少任一者係可改變與該介電體窗之間距離的可動式結構。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中於2個線圈之間未設置有該電功率分割部之情況，該2個線圈中任一者為可動式結構。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中該外側線圈、該內側線圈及該中間線圈係各自由複 數個線圈所形成；形成該外側線圈之複數個線圈的各供電點係設置於相對該中心軸而呈對稱之位置處；形成該中間線圈之複數個線圈的各供電點係設置於相對該中心軸而呈對稱之位置處；形成該內側線圈之複數個線圈的各供電點係設置於相對該中心軸而呈對稱之位置處。
  6. 如申請專利範圍第5項之電漿處理裝置，其中該各線圈之供電點係相對該中心軸呈180°、120°、90°、72°、60°中任一種間隔方式加以設置。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中該2個以上之電功率分割部係具有可變電容。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其具備有：測量器，係針對供給至該各線圈之高頻電流、電壓、相位中至少任一者進行測量；以及控制裝置，係根據該測量器所測量出之高頻電流、電壓、相位中至少任一者來控制於該電功率分割部進行分割之電功率比例。
  9. 如申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中該控制裝置具有記憶體，會根據預先記憶於該記憶體之製程配方來控制於該電功率分割部進行分割之電功率比例。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其具備有輸出高頻之第2高頻電源； 該外側線圈、該內側線圈及該中間線圈中任一者係連接至該第1高頻電源；未連接至該第1高頻電源的剩餘2個線圈則連接至該第2高頻電源；更具備有將從該第2高頻電源所輸出之高頻電功率以所期望之比例進行分割並供給至該剩餘2個線圈的電功率分割部。
  11. 如申請專利範圍第10項之電漿處理裝置，其中該第1高頻電源係連接至該外側線圈，該第2高頻電源係連接至該內側線圈及該中間線圈。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其具備有輸出高頻之第2及第3高頻電源；該外側線圈、該內側線圈及該中間線圈中任一者係連接至該第1高頻電源；未連接至該第1高頻電源的剩餘2個線圈中的一者連接至該第2高頻電源，剩餘2個線圈中的另一者則連接至該第3高頻電源。
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