TWI724258B - 電漿處理裝置 - Google Patents

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TWI724258B TW106141545A TW106141545A TWI724258B TW I724258 B TWI724258 B TW I724258B TW 106141545 A TW106141545 A TW 106141545A TW 106141545 A TW106141545 A TW 106141545A TW I724258 B TWI724258 B TW I724258B
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Abstract

一態樣之電漿處理裝置具備：腔室本體，其提供腔室；氣體供給部，其將處理氣體供給至腔室內；載台，其配置於腔室內；上部電極，其具有介隔腔室內之空間而對向於載台之圓形之表面；導體，其連接於上部電極；高頻電源，其產生100 MHz以上且1000 MHz以下之頻率之第1高頻，且經由導體連接於上部電極；偏壓電源，其將低於第1高頻之頻率之第2高頻、或直流偏壓施加至上部電極；環狀之絕緣環，其沿著上部電極之表面之外緣延伸；波導，其傳播基於第1高頻於導體之周圍產生之電磁波，且於上部電極之外側連接於絕緣環；及控制部，其控制施加至上部電極之第2高頻或直流偏壓。

Description

電漿處理裝置
本發明之實施形態係關於一種電漿處理裝置。
於半導體元件等之製造中，進行藉由使被處理體曝露於電漿而處理被處理體之電漿處理。於電漿處理中，根據製程時間之縮短及被處理體之損傷降低之觀點，較理想為使用高密度且低電子溫度之電漿。 為產生高密度且低電子溫度之電漿，已知有使用VHF(Very High Frequency，特高頻)頻段或UHF(Ultra High Frequency，超高頻)頻段之高頻作為電漿產生用之功率之方法。例如，於專利文獻1中，記載有對作為下部電極之陰極電極施加20 MHz以上且200 MHz以下之高頻產生電漿的平行板型之電漿處理裝置。又，於專利文獻2中，記載有對作為下部電極之基座施加100 MHz之高頻功率產生電漿之平行板型之電漿處理裝置。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開平9-312268號公報 [專利文獻2]日本專利特開2009-021256號公報
[發明所欲解決之問題] 若對電極施加VHF頻段或UHF頻段之高頻，則藉由該高頻而產生之電磁波於電極表面作為表面波傳播。因該表面波相互干擾導致於電極表面產生電壓之強度分佈，使電漿密度之均一性變差。尤其，於以表面波自圓形之電極表面之外緣朝向電極表面之中心傳播之方式構成電漿處理裝置的情形時，於電極表面之中心附近產生表面波之干擾，故而產生於電極表面之徑向內側之電漿之密度較產生於電極表面之徑向外側之電漿之密度變得更高。相對於此，於專利文獻1中記載之電漿裝置中，為提高電漿密度之均一性，而使下部電極之厚度隨著靠近該下部電極之外緣而變厚，藉此上部電極與下部電極之間之距離隨著朝向外緣而變小。 然而，於專利文獻1所記載之裝置中，下部電極之形狀被固定，故而難以依據製程條件靈活地控制電漿之密度分佈。因此，於本技術領域中，要求一種即便於例如使用VHF頻段或UHF頻段之高頻作為電漿產生用之高頻之情形時，亦可靈活地控制電漿之密度分佈之電漿處理裝置。 [解決問題之技術手段] 一態樣之電漿處理裝置具備：腔室本體，其提供腔室；氣體供給部，其將處理氣體供給至腔室內；載台，其配置於腔室內；上部電極，其具有介隔腔室內之空間對向於載台之圓形之表面；導體，其連接於上部電極；高頻電源，其產生100 MHz以上且1000 MHz以下之頻率之第1高頻，且經由導體連接於上部電極；偏壓電源，其將頻率低於第1高頻之第2高頻、或直流偏壓施加至上部電極；環狀之絕緣環，其沿著上部電極之表面之外緣延伸；波導，其傳播基於第1高頻產生於導體之周圍之電磁波，且於上部電極之外側連接於絕緣環；及控制部，其控制施加至上部電極之第2高頻或直流偏壓。 上述一態樣之電漿處理裝置係藉由將第1高頻經由導體施加至上部電極而於導體之周圍產生電磁波。該電磁波通過波導及絕緣環，作為自上部電極之表面之外緣朝向中心之表面波沿著上部電極之表面傳播。該表面波係一邊對產生於腔室內之空間之電漿傳遞能量，一邊逐漸衰減。此處，表面波之衰減係數依存於形成於電漿與上部電極之表面之間之鞘層之厚度。該鞘層之厚度可藉由施加至上部電極之偏電壓進行控制。例如，若施加至上部電極之負極性之偏電壓之絕對值變大，則鞘層之厚度增加，表面波之衰減係數變小。反之，若施加至上部電極之負極性之偏電壓之絕對值變小，則鞘層之厚度減少，表面波之衰減係數變大。於一態樣之電漿處理裝置中，藉由控制部，控制施加至上部電極之第2高頻或直流偏壓，藉此可使表面波之衰減係數變化，故而可使自上部電極之外緣導入之表面波中之到達上部電極之徑向之中心的表面波之能量之比率產生變化。因此，根據一態樣之電漿處理裝置，可靈活地控制電漿密度之徑向之分佈。 於一實施形態中，亦可腔室本體具有側壁，且於側壁設置有扼流圈部，該扼流圈部繞腔室本體之中心軸線環狀地延伸，抑制於載台與側壁之間傳播之電磁波。 於一實施形態中，如技術方案2中記載之電漿處理裝置，扼流圈部具有沿著腔室本體之徑向延伸之第1部分、及沿著與中心軸線平行之方向延伸之第2部分。 於一實施形態中，亦可將第1部分之沿著徑向之長度與第2部分之沿著平行之方向之長度之和設定為將於載台與側壁之間傳播之電磁波抵消之長度。 於一實施形態中，亦可於上部電極，設置有檢測與自空間朝向上部電極之熱通量對應之參數之複數個感測器，且複數個感測器配置於上部電極之徑向之不同位置，控制部基於複數個感測器之檢測結果，控制第2高頻或直流偏壓。 於一實施形態中，亦可上部電極包含：本體部，其形成有冷媒用之流路；及簇射板，其配置於本體部之下方，具有表面，且形成有複數個氣體噴出孔；複數個感測器之各者將與本體部與簇射板之間之溫度差對應之輸出信號輸出，控制部基於輸出信號，控制第2高頻或直流偏壓。 [發明之效果] 根據本發明之一態樣及各種實施形態，可提供一種能夠靈活地控制電漿之密度分佈之電漿處理裝置。
以下，參照圖式，對各種實施形態詳細地進行說明。再者，對於各圖式中相同或相符之部分標註相同符號，且省略對於相同或相符之部分重複之說明。又，各圖式之尺寸比率並非一定與實際之尺寸比率一致。 對於一實施形態之電漿處理裝置進行說明。圖1係概略性地表示一實施形態之電漿處理裝置10A之剖視圖。電漿處理裝置10A具備腔室本體12。腔室本體12係包含例如鋁，且其表面經陽極氧化處理。腔室本體12係對其內部提供腔室C。該腔室本體12接地。 於一實施形態中，腔室本體12可包含側壁12a、底部12b及蓋部12c。側壁12a具有大致圓筒形狀。側壁12a之中心軸線與腔室本體12之中心軸線Z一致。底部12b連接於側壁12a之下端。於底部12b形成有排氣口12e，於該排氣口12e連接有真空泵之類排氣裝置14。排氣裝置14係以腔室本體12內之壓力成為特定壓力之方式，將腔室本體12內之氣體排出。蓋部12c以將形成於側壁12a之上部之開口阻塞之方式連接於側壁12a之上端。 於腔室C內之下部設置有載台20。於載台20之上表面，支持有被處理體W。 電漿處理裝置10A更具備上部電極30。上部電極30具有大致圓盤形狀。上部電極30係設置於載台20之上方，且介隔腔室C內之空間S而與載台20對向配置。於一實施形態中，上部電極30可包含本體部32及簇射板34。 本體部32具有大致圓板形狀，且包含例如鋁合金。於一實施形態中，亦可於本體部32之內部形成有冷媒流路32p。於冷媒流路32p，連接有冷媒入口配管、及冷媒出口配管，且該等冷媒入口配管及冷媒出口配管連接於冷卻器單元。冷媒係以自冷卻器單元經由冷媒入口配管供給至冷媒流路32p，且自冷媒流路32p經由冷媒出口配管返回至冷卻器單元之方式循環。上部電極30可藉由使適當之冷媒例如冷卻水等於冷媒流路32p之中循環，而將上部電極30控制為特定溫度。 簇射板34設置於本體部32之下方。簇射板34具有大致圓板形狀，且包含例如鋁合金。於簇射板34形成有複數個貫通孔34h、即複數個氣體噴出孔。簇射板34中之與載台20之上表面對向之表面35於空間S露出。表面35包含內側部35a及外側部35b。內側部35a係位於載台20之上方之大致圓形之區域。外側部35b係於表面35之徑向上位於較載台20更靠外側，且將內側部35a之外側包圍之環狀之區域。表面35之外緣35c位於外側部35b之最外周。 於簇射板34與本體部32之間設置有複數個間隔件36。簇射板34與本體部32介隔該複數個間隔件36於中心軸線Z方向上相互隔開。於本體部32與簇射板34之間，形成有與複數個貫通孔34h連通之氣體擴散室38。氣體擴散室38連接於設置於腔室本體12之外部之氣體供給部GS。氣體供給部GS包含氣體源、流量控制器、及閥。氣體源經由流量控制器及閥，對氣體擴散室38供給處理氣體。自氣體供給部GS供給至氣體擴散室38之處理氣體經由複數個貫通孔34h供給至空間S。 又，於側壁12a之上部，形成有自側壁12a之內表面向徑向內側突出之環狀之支持部16。即，側壁12a之形成有支持部16之部分之內徑小於未形成支持部16之部分之內徑。該支持部16可具有以隨著朝向上方而靠近徑向內側之方式傾斜之傾斜面16t。 電漿處理裝置10A更具備絕緣環40。絕緣環40係包含氧化鋁之類絕緣體。絕緣環40係繞中心軸線Z延伸之環狀體，且被支持於支持部16上。絕緣環40沿著表面35之外緣35c延伸，自下方支持上部電極30。 於一實施形態中，絕緣環40可具有以隨著朝向上方而靠近徑向內側之方式傾斜之傾斜面40t。絕緣環40之傾斜面40t及支持部16之傾斜面16t亦可具有相同之傾斜角，且以自通過中心軸線Z之縱剖面觀察，傾斜面40t及傾斜面16t位於同一直線上之方式配置。又，於絕緣環40與上部電極30之間、及絕緣環40與支持部16之間分別設置有O型環。藉此，保持腔室C之氣密性。 電漿處理裝置10A更具備同軸波導管42。同軸波導管42包含內側導體42a及外側導體42c。內側導體42a之一端連接於本體部32。內側導體42a之另一端經由整合器44連接於高頻電源46。高頻電源46係產生電漿產生用之第1高頻之電源，產生具有100 MHz以上且1000 MHz以下之範圍內之頻率之第1高頻。第1高頻經由整合器44及內側導體42a施加至上部電極30。整合器44以調整高頻電源46之負載阻抗之方式構成。 又，內側導體42a之另一端經由低通濾波器47亦連接於偏壓電源48。偏壓電源48產生供給至上部電極30之偏壓用之輸出波。藉由偏壓電源48而產生之輸出波係具有較第1高頻之頻率更低之頻率之第2高頻。第2高頻係具有正或負之直流成分之高頻，例如具有500 kHz之頻率。偏壓電源48將第2高頻經由低通濾波器47及內側導體42a施加至上部電極30。即，第2高頻係與第1高頻重疊地施加至上部電極30。再者，偏壓電源48亦可將直流偏壓取代第2高頻而施加至上部電極30。 又，同軸波導管42之外側導體42c係連接於蓋部12c。內側導體42a及外側導體42c係劃分形成下述波導42b之一部分。 電漿處理裝置10更具備波導42b。波導42b將基於來自高頻電源46之第1高頻產生於內側導體42a之周圍之電磁波傳播至空間S。波導42b係包含例如絕緣體。波導42b具有彼此連續之第1部分43a及第2部分43b。第1部分43a沿著內側導體42a與外側導體42c之間延伸。第2部分43b沿著上部電極30與蓋部12c之間延伸，且於上部電極30之外側連接於絕緣環40。 電漿處理裝置10A更具備控制部50。控制部50係包含具備處理器、記憶部等之電腦裝置等。控制部50係連接於偏壓電源48，藉由對偏壓電源48輸出控制信號，而控制來自偏壓電源48之偏電壓(第2高頻或直流偏壓之直流電壓)。又，控制部50除了控制偏壓電源48以外，亦可具有控制電漿處理裝置10A之各部之功能。例如，控制部50可對高頻電源46、排氣裝置14、氣體供給部GS供給控制信號，以控制供給至上部電極30之第1高頻、腔室本體12內之壓力、供給至腔室本體12內之氣體種類及氣體流量。 參照圖2，對電漿處理裝置10A之功能進行說明。若自高頻電源46對上部電極30施加第1高頻，則於內側導體42a之周圍產生電磁波。如圖2之箭頭所示，於內側導體42a之周圍產生之電磁波一邊於波導42b之內部反射一邊朝向絕緣環40傳播。絕緣環40接收於波導42b傳播而來之電磁波，且使該電磁波透過至空間S。透過絕緣環40之電磁波沿著形成於空間S中產生之電漿與表面35之間之鞘層，作為自表面35之外緣35c朝向表面35之中心之表面波傳播。即，表面波沿著金屬製之表面35傳播。如以圖2之箭頭之長度所示，該表面波一邊對於產生於空間S之電漿傳遞能量，一邊隨著朝向表面35之徑向之內側不斷地逐漸衰減。 此處，表面波之衰減係數係依存於鞘層之厚度。鞘層之厚度可藉由施加至上部電極30之偏電壓而進行控制。例如，若施加至上部電極30之負極性之偏電壓之絕對值變大，則鞘層之厚度增加。若鞘層之厚度增加，則表面波之衰減係數變小。反之，若施加至上部電極之負極性之偏電壓之絕對值變小，則鞘層之厚度減少。若鞘層之厚度減少，則表面波之衰減係數變大。於電漿處理裝置10A中，藉由控制部50而控制施加至上部電極30之第2高頻或直流偏壓，藉此可使表面波之衰減係數產生變化，故而可使自上部電極30之外緣35c導入之表面波中之到達表面35之徑向之中心的表面波之能量之比率產生變化。藉此，可調整表面波之干擾之程度，故而可靈活地控制電漿密度之徑向之分佈。 再次參照圖1。於一實施形態中，電漿處理裝置10A亦可更具備扼流圈部52。扼流圈部52具有抑制於載台20與側壁12a之間傳播之電磁波之功能。即，扼流圈部52抑制於載台20與側壁12a之間產生多餘之電漿。扼流圈部52係包括包含氧化鋁、氮化鋁等之陶瓷或石英之類具有較高耐熱性之材料，且呈現以中心軸線Z為中心之環狀。 如圖1所示，於一實施形態中，扼流圈部52亦可具有沿著腔室本體12之徑向延伸之第1部分52a、及沿著與中心軸線Z平行之方向延伸之第2部分52b。第1部分52a及第2部分52b係彼此連續。該扼流圈部52之第1部分52a之沿著徑向之長度與第2部分之沿著與中心軸線Z平行之方向之長度之和設定為將於載台20與側壁12a之間傳播之電磁波抵消之長度。具體而言，扼流圈部52之第1部分52a之沿著徑向之長度與第2部分52b之沿著與中心軸線Z平行之方向之長度之和具有於扼流圈部52內傳播之電磁波之波長之大致1/4的長度。因將扼流圈部52之長度設定為於扼流圈部52內傳播之電磁波之波長之大致1/4之長度，故扼流圈部52之阻抗自絕緣環40觀察變得無限大，因此，可藉由扼流圈部52而抵消於載台20與側壁12a之間傳播之電磁波。但，為使扼流圈部52之端面之位置與電性短路面之位置一致，扼流圈部52之長度亦可設計為略微大於在扼流圈部52內傳播之電磁波之波長之1/4之長度。再者，於一實施形態中，亦可扼流圈部52僅於徑向上延伸，將扼流圈部52之徑向之長度設定為將於載台20與側壁12a之間傳播之電磁波抵消之長度、即於扼流圈部52內傳播之電磁波之波長之大致1/4之長度。又，亦可於扼流圈部52與側壁12a之間設置O型環。 又，於一實施形態中，電漿處理裝置10A亦可更具備複數個感測器60。複數個感測器60分別設置於上部電極30之徑向之不同位置。於圖1所示之實施形態中，於上部電極30設置有作為複數個感測器60之2個感測器60a、60b。感測器60a係設置於上部電極30之徑向之中心位置、即中心軸線Z上。感測器60b係設置於較感測器90a更靠徑向之外側位置。該等複數個感測器60檢測與自空間S朝向上部電極30之熱通量對應之參數。 產生於空間S之電漿中之離子及高能量電子係入射至簇射板34，將簇射板34加熱。伴隨著離子及電子入射至簇射板34而產生之熱通量係與產生於空間S之電漿之密度成正比。因此，可藉由利用複數個感測器60檢測自空間S朝向上部電極30之熱通量之分佈而推定產生於空間S之電漿之密度分佈。 複數個感測器60係藉由計測本體部32與簇射板34之間之溫度差，而獲取與熱通量對應之參數。以下，參照圖3，對複數個感測器60詳細地進行說明。圖3係將感測器60b放大表示之剖視圖。再者，感測器60a具有與感測器60b相同之構成。 如圖3所示，感測器60b具備珀爾帖元件62。珀爾帖元件62包含第1電極62a及第2電極62b，藉由席貝克效應而輸出與第1電極62a與第2電極62b之溫度差相應之電壓。第1電極62a係經由金屬管64而與簇射板34接觸。金屬管64包含例如不鏽鋼等金屬。因此，第1電極62a與簇射板34熱連接，且與簇射板34及本體部32電性連接。再者，為更準確地獲取表面35之溫度，亦可使金屬管64如圖3所示地於較簇射板34之上表面之高度位置更低之位置、即靠近表面35之位置處與簇射板34接觸。進而，亦可於金屬管64之上部與本體部32之間設置有O型環。 第2電極62b係經由絕緣管66而與本體部32接觸。絕緣管66包含氮化鋁等熱導率較高之絕緣體。因此，第2電極62b與本體部32熱連接，但與本體部32電性絕緣。於金屬管64與絕緣管66之間，填充有包含環氧樹脂等熱導率較低之絕緣體之填充材料68。藉此，將金屬管64與絕緣管66電性絕緣及熱絕緣。 又，於第2電極62b連接有金屬棒70。金屬棒70係包含銅等熱導率較高之金屬。再者，於一實施形態中，亦可於本體部32之上表面之一部分形成有凹部，且該凹部劃分形成收容複數個感測器60之一部分及下述電壓計測電路78之收容空間HS。金屬棒70通過形成於本體部32之貫通孔TH延伸至收容空間HS。金屬棒70之上部藉由螺帽74而相對本體部32緊固。於螺帽74與本體部32之上表面之間設置有絕緣墊圈72。絕緣墊圈72係包含例如氮化鋁等絕緣體。又，於絕緣墊圈72與螺帽74之間設置有壓接端子76。壓接端子76係經由金屬棒70電性連接於第2電極62b，且與本體部32電性絕緣。 如圖1所示，可於收容空間HS設置電壓計測電路78。電壓計測電路78係經由配線77電性連接於複數個感測器60之壓接端子76。電壓計測電路78係測定配線77與本體部32之間之電壓、即珀爾帖元件62之輸出電壓，將與來自複數個感測器60之各者之輸出電壓對應之輸出信號送出至控制部50。 控制部50基於來自電壓計測電路78之輸出信號，控制偏壓電源48。例如，於來自感測器60a之輸出電壓大於來自感測器60b之輸出電壓之情形時，推測產生於空間S之徑向內側之電漿之密度較產生於徑向外側之電漿之密度更高。因此，於此情形時，控制部50以自偏壓電源48施加至上部電極30之負極性之偏電壓之絕對值變小之方式，控制偏壓電源48。藉此，鞘層變薄，而表面波之衰減係數變大，故而自表面35之外緣35c供給之表面波之能量中之到達表面35之徑向之中心位置的表面波之能量之比率變小。其結果，於空間S之徑向內側產生之電漿之密度降低，故而電漿之面內均一性提高。反之，於來自感測器60a之輸出電壓小於來自感測器60b之輸出電壓之情形時，推測於空間S之徑向內側產生之電漿之密度較於徑向外側產生之電漿之密度低。因此，於此情形時，控制部50以自偏壓電源48施加至上部電極30之負極性之偏電壓之絕對值變大之方式，控制偏壓電源48。藉此，鞘層變厚，表面波之衰減係數變小，故而自表面35之外緣35c供給之表面波之能量中之到達表面35之徑向之中心位置的表面波之能量之比率變大。其結果，產生於空間S之徑向之內側位置處之電漿之密度增加，故而電漿密度之面內均一性提高。 其次，對另一實施形態之電漿處理裝置進行說明。圖4所示之電漿處理裝置10B具備複數個感測器80而取代複數個感測器60。以下，以與圖1所示之電漿處理裝置10A之不同之處為中心進行說明，且省略重複之說明。 複數個感測器80係分別設置於上部電極30之徑向之不同位置。於圖4所示之實施例中，於上部電極30，設置有2個感測器80a、80b作為複數個感測器80。感測器80a係設置於上部電極30之徑向之中心位置即中心軸線Z上。感測器80b係設置於較感測器80a更靠徑向外側。感測器80a及感測器80b分別包含熱電偶82及電壓計測電路84。熱電偶82具有一端及另一端，產生與一端與另一端之間之溫度差對應之電壓。熱電偶82之一端與簇射板34相接。熱電偶82之另一端配置於本體部32內。電壓計測電路84係與熱電偶82電性連接，獲取熱電偶82中產生之電壓。由電壓計測電路84獲取之電壓係輸出至控制部50。控制部50基於來自電壓計測電路84之輸出，控制來自偏壓電源48之第2高頻或直流偏壓。 例如，於來自感測器80a之輸出電壓大於來自感測器80b之輸出電壓之情形時，推測產生於空間S之徑向內側之電漿之密度高於產生於徑向外側之電漿之密度。因此，於此情形時，控制部50以自偏壓電源48施加至上部電極30之負極性之偏電壓之絕對值變小之方式，控制偏壓電源48。藉此，鞘層變薄，表面波之衰減係數變大，故而自表面35之外緣35c供給之表面波之能量中之到達表面35之徑向之中心位置的表面波之能量之比率變小。其結果，產生於空間S之徑向內側之電漿之密度降低，故而電漿之面內均一性提高。反之，於來自感測器80a之輸出電壓小於來自感測器80b之輸出電壓之情形時，推測產生於空間S之徑向內側之電漿之密度低於產生於徑向外側之電漿之密度。因此，於此情形時，控制部50以自偏壓電源48施加至上部電極30之負極性之偏電壓之絕對值變大之方式，控制偏壓電源48。藉此，鞘層變厚，表面波之衰減係數變小，故而自表面35之外緣35c供給之表面波之能量中之到達表面35之徑向之中心位置的表面波之能量之比率變大。其結果，產生於空間S之徑向之內側位置之電漿之密度增加，故而電漿密度之面內均一性提高。 於該電漿處理裝置10B中，亦發揮與電漿處理裝置10A相同之作用效果。即，於電漿處理裝置10B中，可基於來自複數個感測器80之輸出，檢測產生於空間S之電漿之密度分佈。而且，可藉由與來自複數個感測器80之輸出相對應地控制施加至上部電極30之偏電壓，而控制電漿之密度分佈。 其次，對進而另一實施形態之電漿處理裝置進行說明。圖5所示之電漿處理裝置10C具備複數個感測器90而取代複數個感測器60。以下，以與圖1所示之電漿處理裝置10A之不同之處為中心進行說明，且將重複之說明省略。 複數個感測器90係分別設置於上部電極30之徑向之不同位置。於圖5所示之實施例中，於上部電極30，設置有3個感測器90a、90b、90c作為複數個感測器90。感測器90a係設置於上部電極30之徑向之中心位置附近即中心軸線Z之附近，且感測器90c係設置於較感測器90a更靠徑向外側。感測器90b於上部電極30之徑向上，設置於感測器90a與感測器90c之間之位置。複數個感測器90a、90b、90c係基於來自對象物之熱輻射(紅外線)，檢測對象物之溫度之輻射溫度計。 於本實施形態中，於蓋部12c及本體部32之與感測器90a、90b、90c對應之位置分別設置有孔92a、92b、92c。孔92a及孔92c係自蓋部12c之上表面沿著平行於中心軸線Z方向之方向延伸至簇射板34。孔92b係自蓋部12c之上表面沿著平行於中心軸線Z方向之方向延伸至本體部32內。 感測器90a及感測器90c分別基於經由孔92a及孔92c獲取之輻射熱，偵測簇射板34之溫度。感測器90b基於經由孔92b獲取之輻射熱，偵測本體部32之溫度。感測器90a、90b、90c將偵測之簇射板34及本體部32之溫度輸出至控制部50。控制部50運算感測器90a所偵測之簇射板34之溫度與感測器90b所偵測之本體部32之溫度之溫度差、及感測器90c所偵測之簇射板34之溫度與感測器90b所偵測之本體部32之溫度之溫度差。繼而，基於2個溫度差，控制來自偏壓電源48之第2高頻又直流偏壓。 例如，於感測器90a所偵測之簇射板34之溫度與感測器90b所偵測之本體部32之溫度的溫度差大於感測器90c所偵測之簇射板34之溫度與感測器90b所偵測之本體部32之溫度的溫度差之情形時，推測於空間S之徑向內側產生密度高於徑向外側之電漿。因此，於此情形時，控制部50以自偏壓電源48施加至上部電極30之負極性之偏電壓之絕對值變小之方式，控制偏壓電源48。藉此，鞘層變薄，表面波之衰減係數變大，故而自表面35之外緣35c供給之表面波之能量中之到達表面35之徑向之中心位置的表面波之能量之比率變小。其結果，產生於空間S之徑向內側之電漿之密度降低，故而電漿密度之面內均一性提高。反之，於感測器90a所偵測之簇射板34之溫度與感測器90b所偵測之本體部32之溫度的溫度差小於感測器90c所偵測之簇射板34之溫度與感測器90b所偵測之本體部32之溫度的溫度差之情形時，推測於空間S之徑向外側產生密度高於徑向內側之電漿。因此，於此情形時，控制部50以自偏壓電源48施加至上部電極30之負極性之偏電壓之絕對值變大之方式，控制偏壓電源48。藉此，鞘層變厚，表面波之衰減係數變小，故而自表面35之外緣35c供給之表面波之能量中之到達表面35之徑向之中心位置的表面波之能量之比率變大。其結果，產生於空間S之徑向內側之電漿之密度增加，故而電漿密度之面內均一性提高。 於電漿處理裝置10C中，亦發揮與電漿處理裝置10A相同之作用效果。即，於電漿處理裝置10C中，可基於來自複數個感測器90之輸出，檢測產生於空間S之電漿之密度分佈。而且，可藉由與來自複數個感測器90之輸出相對應地控制施加至上部電極30之偏電壓，而控制電漿之密度分佈。 以下，基於實驗例，更具體地對本發明進行說明，但本發明並不限定於以下實驗例。 於使用圖1所示之電漿處理裝置10A於空間S產生電漿時，藉由模擬而計算沿著鞘層自上部電極30之外緣35c朝向表面35之中心傳播之鞘層波之電場強度分佈。表面35之半徑設為200 mm。自高頻電源46施加至上部電極30之第1高頻之頻率設為500 MHz。又，電漿之相對介電常數設為 -50，電漿之介電損耗設為-0.3。圖6係表示使鞘層之厚度變為0.2 mm、0.3 mm、0.5 mm、0.9 mm時之鞘層中之電場強度之分佈的模擬結果。再者，圖6之橫軸之0 mm之位置表示表面35之徑向之中心位置，200 mm之位置表示上部電極30之外緣35c之位置。 如圖6所示，可確認於鞘層之厚度為0.2 mm之情形時，隨著自表面35之徑向內側朝向徑向外側，鞘層中之電場強度變大。於此狀態下，產生存在於空間S之徑向內側密度較低且於徑向外側密度較高之偏差之電漿。另一方面，可確認鞘層之厚度越大，則表面35之徑向內側處之電場強度越大於徑向外側處之電場強度。尤其，於鞘層之厚度為0.9 mm之情形時，表面35之徑向之中心處之電場強度成為表面35之外緣35c中之電場強度之4倍。於此情形時，產生存在於空間S之徑向內側密度較高且於空間S之徑向外側密度較低之偏差之電漿。根據圖6所示之結果，可確認藉由利用偏電壓控制鞘層之厚度，便可控制電漿密度之徑向之分佈。 又，如圖6所示，可確認鞘層中之電場強度沿著徑向以特定之週期變動。可認為該電場強度之變動係因自表面35之徑向之外側朝向內側一邊衰減一邊傳播之鞘層波與自表面35之徑向之外側朝向內側傳播之鞘層波相互干擾形成駐波而產生者。 又，可確認鞘層越厚則電場強度之變動量越大，且變動之週期越大。於鞘層較薄之情形時，因鞘層波之能量之大部分存在於電漿中，故於鞘層波之傳播過程中，鞘層波之能量之大部分因衰減而消失。藉此，認為不易產生較大之駐波，故而電場強度之變動變小。又，可認為於鞘層較薄之情形時，因鞘層波之波長較短，故而變動之週期變短。反之，於鞘層較厚之情形時，因鞘層波之能量存在於電漿中之比率相對變小，故而於鞘層波之傳播過程中，能量難以因衰減而消失。藉此，認為因容易產生較大之駐波，故而電場強度之變動變大。又，認為於鞘層較厚之情形時，因鞘層波之波長較長，故而變動之週期變長。再者，如圖6所示，因駐波之產生導致電漿之密度分佈中產生不均，但電漿於到達被處理體W之正上方之前擴散，故而可某種程度上保持處理之均一性。 又，對扼流圈部52之效果進行了研究。圖7係表示扼流圈部52之長度與透射波強度相對入射波強度之比之關係的模擬結果。於該模擬中，將來自高頻電源46之第1高頻之頻率設為1 GHz，將扼流圈部52之材料設為氧化鋁(相對介電常數：9.8)。此處，於扼流圈部52內傳播之電磁波之波長λg 以下述式(1)表示。 [數1]
Figure 02_image001
於式(1)中，λ0 係於真空中傳播之電磁波之波長，εr 係構成扼流圈部52之氧化鋁之相對介電常數，μr 係構成扼流圈部52之氧化鋁之相對磁導率。於第1高頻之頻率為1 GHz之情形時，λ0 成為300 mm，故而λg 之1/4之長度成為24.0 mm。如圖7所示，可確認若將扼流圈部52之長度設為24.0 mm左右，則透過扼流圈部52之透射波強度變小，從而可抑制電磁波。其中，透射波強度成為最小之扼流圈部52之長度係略微長於24.0 mm之25.7 mm。可認為該結果係扼流圈部52之端面之位置未與電性短路點之位置一致。 以上，對一實施形態之電漿處理裝置進行了說明，但並不限定於上述實施形態，可於不改變發明之主旨之範圍內構成各種變化態樣。例如，於上述電漿處理裝置中，將來自高頻電源46之第1高頻、及來自偏壓電源48之第2高頻或直流偏壓經由內側導體42a施加至上部電極30，但亦可將第2高頻或直流偏壓經由與內側導體42a不同之另一導體、即與第1高頻不同之路徑施加至上部電極30。
10A‧‧‧電漿處理裝置10B‧‧‧電漿處理裝置10C‧‧‧電漿處理裝置12‧‧‧腔室本體12a‧‧‧側壁12b‧‧‧底部12c‧‧‧蓋部12e‧‧‧排氣口14‧‧‧排氣裝置16‧‧‧支持部16t‧‧‧支持部之傾斜面20‧‧‧載台30‧‧‧上部電極32‧‧‧本體部32p‧‧‧冷媒流路34‧‧‧簇射板34h‧‧‧貫通孔35‧‧‧表面35a‧‧‧內側部35b‧‧‧外側部35c‧‧‧外緣36‧‧‧間隔件38‧‧‧氣體擴散室40‧‧‧絕緣環40t‧‧‧絕緣環之傾斜面42‧‧‧同軸波導管42a‧‧‧內側導體42b‧‧‧波導42c‧‧‧外側導體43a‧‧‧波導之第1部分43b‧‧‧波導之第2部分44‧‧‧整合器46‧‧‧高頻電源47‧‧‧低通濾波器48‧‧‧偏壓電源50‧‧‧控制部52‧‧‧扼流圈部52a‧‧‧扼流圈部之第1部分52b‧‧‧扼流圈部之第2部分60‧‧‧感測器60a‧‧‧感測器60b‧‧‧感測器62‧‧‧珀爾帖元件62a‧‧‧第1電極62b‧‧‧第2電極64‧‧‧金屬管66‧‧‧絕緣管68‧‧‧填充材料70‧‧‧金屬棒72‧‧‧絕緣墊圈74‧‧‧螺帽76‧‧‧壓接端子77‧‧‧配線78‧‧‧電壓計測電路80‧‧‧感測器80a‧‧‧感測器80b‧‧‧感測器82‧‧‧熱電偶84‧‧‧電壓計測電路90‧‧‧感測器90a‧‧‧感測器90b‧‧‧感測器90c‧‧‧感測器92a‧‧‧孔92b‧‧‧孔92c‧‧‧孔C‧‧‧腔室GS‧‧‧氣體供給部HS‧‧‧收容空間S‧‧‧空間TH‧‧‧貫通孔W‧‧‧被處理體Z‧‧‧中心軸線
圖1係一實施形態之電漿處理裝置之縱剖視圖。 圖2係說明電磁波之傳播路徑之圖。 圖3係感測器之放大圖。 圖4係另一實施形態之電漿處理裝置之縱剖視圖。 圖5係進而另一實施形態之電漿處理裝置之縱剖視圖。 圖6係表示鞘層之厚度與鞘層中之電場強度之分佈之關係的模擬結果。 圖7係表示扼流圈部之長度與透射波強度之關係之模擬結果。
10A‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧腔室本體
12a‧‧‧側壁
12b‧‧‧底部
12c‧‧‧蓋部
12e‧‧‧排氣口
14‧‧‧排氣裝置
16‧‧‧支持部
16t‧‧‧支持部之傾斜面
20‧‧‧載台
30‧‧‧上部電極
32‧‧‧本體部
32p‧‧‧冷媒流路
34‧‧‧簇射板
34h‧‧‧貫通孔
35‧‧‧表面
35a‧‧‧內側部
35b‧‧‧外側部
35c‧‧‧外緣
36‧‧‧間隔件
38‧‧‧氣體擴散室
40‧‧‧絕緣環
40t‧‧‧絕緣環之傾斜面
42‧‧‧同軸波導管
42a‧‧‧內側導體
42b‧‧‧波導
42c‧‧‧外側導體
43a‧‧‧波導之第1部分
43b‧‧‧波導之第2部分
44‧‧‧整合器
46‧‧‧高頻電源
47‧‧‧低通濾波器
48‧‧‧偏壓電源
50‧‧‧控制部
52‧‧‧扼流圈部
52a‧‧‧扼流圈部之第1部分
52b‧‧‧扼流圈部之第2部分
60‧‧‧感測器
60a‧‧‧感測器
60b‧‧‧感測器
77‧‧‧配線
78‧‧‧電壓計測電路
C‧‧‧腔室
GS‧‧‧氣體供給部
S‧‧‧空間
W‧‧‧被處理體
Z‧‧‧中心軸線

Claims (6)

  1. 一種電漿處理裝置，其具備：腔室本體，其提供腔室；氣體供給部，其將處理氣體供給至上述腔室內；載台，其配置於上述腔室內；上部電極，其具有介隔上述腔室內之空間對向於上述載台之圓形之表面；導體，其連接於上述上部電極；高頻電源，其產生100MHz以上且1000MHz以下之頻率之第1高頻，且經由上述導體連接於上述上部電極；偏壓電源，其將頻率低於上述第1高頻之第2高頻或直流偏壓施加至上述上部電極；環狀之絕緣環，其沿著上述上部電極之上述表面之外緣延伸；波導，其傳播基於上述第1高頻產生於上述導體之周圍之電磁波，且於上述上部電極之外側連接於上述絕緣環；及控制部，其控制施加至上述上部電極之上述第2高頻或上述直流偏壓，其中上述腔室本體具有側壁，且於上述側壁設置有扼流圈部，該扼流圈部繞上述腔室本體之中心軸線以環狀延伸，抑制於上述載台與上述側壁之間傳播之電磁波。
  2. 如請求項1之電漿處理裝置，其中上述扼流圈部具有沿著上述腔室本 體之徑向延伸之第1部分、及沿著與上述中心軸線平行之方向延伸之第2部分。
  3. 如請求項2之電漿處理裝置，其中上述第1部分之沿著上述徑向之長度與上述第2部分之沿著上述平行之方向之長度之和設定為將於上述載台與上述側壁之間傳播之電磁波抵消之長度。
  4. 如請求項1至3中任一項之電漿處理裝置，其中於上述上部電極，設置有檢測與自上述空間朝向上述上部電極之熱通量對應之參數之複數個感測器，上述複數個感測器係配置於上述上部電極之徑向之不同位置，且上述控制部基於上述複數個感測器之檢測結果，控制上述第2高頻或上述直流偏壓。
  5. 如請求項4之電漿處理裝置，其中上述上部電極包含：本體部，其形成有冷媒用之流路；及簇射板，其配置於上述本體部之下方，具有上述表面，且形成有複數個氣體噴出孔；上述複數個感測器之各者將與上述本體部與上述簇射板之間之溫度差對應之輸出信號輸出，且上述控制部基於上述輸出信號，控制上述第2高頻或上述直流偏壓。
  6. 一種電漿處理裝置，其具備：腔室本體，其提供腔室；氣體供給部，其將處理氣體供給至上述腔室內；載台，其配置於上述腔室內；上部電極，其具有介隔上述腔室內之空間對向於上述載台之圓形之表面；導體，其連接於上述上部電極；高頻電源，其產生100MHz以上且1000MHz以下之頻率之第1高頻，且經由上述導體連接於上述上部電極；偏壓電源，其將頻率低於上述第1高頻之第2高頻或直流偏壓施加至上述上部電極；環狀之絕緣環，其沿著上述上部電極之上述表面之外緣延伸；波導，其傳播基於上述第1高頻產生於上述導體之周圍之電磁波，且於上述上部電極之外側連接於上述絕緣環；及控制部，其控制施加至上述上部電極之上述第2高頻或上述直流偏壓，其中於上述上部電極，設置有檢測與自上述空間朝向上述上部電極之熱通量對應之參數之複數個感測器，上述複數個感測器係配置於上述上部電極之徑向之不同位置，且上述控制部基於上述複數個感測器之檢測結果，控制上述第2高頻或上述直流偏壓。
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