TWI738309B - 電漿處理裝置 - Google Patents
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Abstract
為了可將電漿密度分佈獨立地控制中心高的分佈與節分佈雙方，且可以處理的均一性更高的精度來電漿處理試料，而使電漿處理裝置構成具備：
真空容器，其係電漿處理試料；
高頻電源，其係供給用以產生電漿的高頻電力；
試料台，其係載置試料；及
磁場形成部，其係使磁場形成於真空容器的內部，被配置於真空容器的外側，
在磁場形成部係具備：
第1線圈；
第2線圈，其係被配置於比第1線圈更內側，比第1線圈的直徑更小的直徑；
第1軛，其係覆蓋第1線圈、真空容器的上方及側面，且第1線圈被配置於內部；及
第2軛，其係沿著第2線圈的周方向來覆蓋第2線圈，且在第2線圈的下方側具有開口部。
Description
本發明是有關在半導體裝置的製造工程中，適合對於氧化矽、氮化矽、低介電常數膜、多晶矽、鋁等的材料，利用電漿來進行蝕刻等的處理之電漿處理裝置。
在半導體裝置的製造製程中，廣泛使用根據低溫電漿的蝕刻等的電漿處理。低溫電漿是例如可藉由在減壓下的反應容器內對上部電極與下部電極的二片的電極對向配置的電容耦合型的平行平板電極施加高頻電力來形成。此平行平板型的電漿處理裝置是在半導體裝置的製造製程中被大量使用。
平行平板型的電漿處理裝置是在二片的電極間載置例如以半導體材料所構成的晶圓(以下稱為晶圓)，藉由導入所望的製程氣體之後對一方的電極施加高頻電力來產生電漿，且藉由往晶圓供給自由基與離子來進行電漿處理。由於根據如此的電漿的蝕刻加工是可控制加工形狀的異方性，因此加工精度的點優越。
半導體裝置的加工尺寸是一味追尋微細化，加工精度的要求也越來越高。因此，被要求邊維持適度的氣體的解離狀態，邊在低壓產生高密度的電漿。為了產生電漿而施加的高頻電力的頻率，一般為10MHz以上，頻率越高越有利於高密度的電漿產生。但，若高頻率化，則電磁波的波長變短，因此電漿處理室內的電場分佈變不一樣。電場分佈是影響電漿的電子密度，電子密度是影響蝕刻速率。由於蝕刻速率的面內分佈的惡化是使量產性降低，因此被要求提高高頻電力的頻率，且提高蝕刻速率的晶圓面內的均一性。
於是，例如專利文獻1(日本特開2008-166844號公報)是形成從晶圓的中心朝向外周發散的磁場，藉由磁場與電場的相互作用來使電漿密度分佈均一化的技術為人所知。又，例如專利文獻2(日本特開2004-200429號公報)是按每複數的線圈設置軛(yoke)，局部地控制電漿密度分佈，均一化的技術為人所知。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2008-166844號公報
專利文獻2：日本特開2004-200429號公報
(發明所欲解決的課題)
就根據VHF頻帶以上的高頻電力之電漿而言，有進行藉由外部磁場的分佈控制之技術(例如專利文獻1，專利文獻2)，但同心圓狀地全體性凹凸地控制與局部地控制電漿密度分佈是難以兩立。
於是，在本發明中，解決以往技術的課題，提供一種可將電漿密度分佈獨立地控制中心高的分佈與節分佈雙方，在電漿處理試料時，可以更高的精度確保處理的均一性之電漿處理裝置。
(用以解決課題的手段)
為了解決上述的以往技術的課題，在本發明中，使電漿處理裝置具備：
真空容器，其係電漿處理試料；
高頻電源，其係供給用以產生電漿的高頻電力；
試料台，其係載置試料；及
磁場形成部，其係使磁場形成於真空容器的內部，被配置於真空容器的外側，
磁場形成部，係具備：
第1線圈；
第2線圈，其係被配置於比第1線圈更內側，比第1線圈的直徑更小的直徑；
第1軛，其係覆蓋第1線圈、真空容器的上方及側面，且第1線圈被配置於內部；及
第2軛，其係沿著第2線圈的周方向來覆蓋第2線圈，且在第2線圈的下方側具有開口部。
又，為了解決上述的以往技術的課題，在本發明中，使電漿處理裝置具備：
真空容器，其係電漿處理試料；
高頻電源，其係供給用以產生電漿的高頻電力；
試料台，其係載置試料；及
磁場形成部，其係使磁場形成於真空容器的內部，被配置於真空容器的外側，
磁場形成部，係具備：
第1線圈；
第2線圈；
第1軛，其係覆蓋第1線圈，且覆蓋真空容器的上方及側面，且第1線圈被配置於內部；及
第2軛，其係覆蓋第2線圈，
以從第1軛的一方的端部發出的磁力線會經由第2軛來朝第1軛的另一方的端部返回，且從第2軛發出的磁力線會朝第2軛返回的方式，構成第2線圈與第2軛。
[發明的效果]
若根據本發明，則可將電漿密度分佈獨立地控制中心高的分佈與節分佈雙方，在電漿處理被載置於試料台的試料時，可以更高的精度確保處理的均一性。
本發明是將電漿處理裝置構成為(a)電漿產生域的徑方向的磁束密度(Br)越外周越大般的可變的發散磁場，(b)使僅晶圓的中間區域(R=50~100[mm])電漿產生域的Br成為可變。
為了(a)，將剖面為L字型的軛A配置於電漿產生區域上方而建立磁束會從中央往外周側返回的路徑，為了(b)，在晶圓中間區域正上面設置下方為開放的ㄇ字型的軛B，且在內部配置線圈C。
為了使從軛A的內側端部出去的磁束經由軛B返回至軛A的外側端部，及使從軛B的端部出去的磁束返回至軛B，而將軛A配置於軛B的上方且外周。
此時的要件為：
･軛A的剖面是在覆蓋腔室般的位置為L字型
･軛B是配置於比電漿產生域更上方，下方為開放的ㄇ字形狀
･軛A與軛B是空間性地分開
･軛B的半徑方向的重心位置是比軛A更靠內周側
･軛B的半徑方向的重心位置是位於晶圓上
･在軛B的內部配置有一個以上的線圈
･鄰接於軛A的內部來配置一個以上的線圈
線圈C是亦可將複數的線圈排列於左右。可藉由將電流流動至複數排列的線圈的哪個來使電漿的電子密度提高的半徑位置變化。
ㄇ字型軛B的半徑方向的中心位置是最好使配置成R=50~100[mm]。更理想是對於高頻電力的波長λ，淋浴板的比介電常數ε時，設為R=λ/ε/4*1000[mm]。這是因為在傳播於介電質中的高頻的時效性的波長的一半的長度容易產生駐波。
亦即，本發明是形成電漿產生域的徑方向的磁束密度(Br)越外周越大般的可變的發散磁場，且使僅晶圓的中間區域(R=50~100[mm])電漿產生域的Br成為可變。將剖面為L字型的軛A配置於電漿產生區域上方而建立磁束會從中央往外周側返回的路徑，在晶圓中間區域正上面設置下方為開放的ㄇ字型的軛B，且在內部配置線圈C。為了使從軛A的內側端部出去的磁束經由軛B返回至軛A的外側端部，及使從軛B的端部出去的磁束返回至軛B，而將軛A配置於軛B的上方且外周。
以下，根據圖面來詳細說明本發明的實施形態。在用以說明本實施形態的全圖中具有同一機能者是附上相同的符號，其重複的說明原則上省略。
但，本發明不是限定於以下所示的實施形態的記載內容而解釋者。在不脫離本發明的思想乃至主旨的範圍，變更其具體的構成是只要為該當業者便可容易理解。
實施例1
圖1是模式性表示本發明的實施例的電漿處理裝置100的構成的概略的縱剖面圖。
圖1的電漿處理裝置100是使用圓筒形(solenoid)線圈的外周線圈81及中間線圈83之有磁場平行平板型的電漿處理裝置。本實施例的電漿處理裝置100是具有真空容器10，此真空容器10內部的空間，形成處理室40，載置處理對象的試料，供給處理用的氣體，在內部形成電漿。
進一步，電漿處理裝置100具備：
電漿形成部50，其係被配置於真空容器10的上方，在處理室40的內部產生用以形成電漿的電場或磁場的手段；
排氣部45，其係與真空容器10的下部連結，將處理室40的內部排氣而減壓，包含渦輪分子泵等的真空泵；及
控制部70，其係控制全體。
在真空容器10的處理室40的內部是具備被配置於其下方的圓筒形的試料台2，此試料台2的上面是形成有半導體晶圓等的基板狀的被處理試料3(以下記載為試料3)會被載於其上的載置面141。
在此載置面141的上方是設有圓板形狀的上部電極4，其對向於該載置面141而配置，供給用以形成電漿的高頻電力。並且，在該上部電極4的試料3的側配置有圓板狀的淋浴板5，其對向於試料台2的載置面141而配置，且構成處理室40的頂面，具備複數個將氣體分散供給至該處理室40的內部的貫通孔51。
淋浴板5與被配置於其上方的天線的上部電極4是該等會在被安裝於真空容器10的狀態下形成有間隙41於該等之間。往間隙41是有氣體會從與和該間隙41連結的真空容器10的外部的氣體供給部60連接的氣體導入線路6經由被施加於上部電極4內的氣體流路來導入。
氣體供給部60是具備對應於供給的氣體的種類之複數的質量流控制器61，各者的質量流控制器61是與未圖示的氣瓶連接。被供給至間隙41的氣體是在間隙41的內部被分散之後，通過被配置於包含淋浴板5側的中央部的區域之複數的貫通孔51，供給至處理室40的內部。
從氣體供給部60通過此複數的貫通孔51供給至處理室40的內部之氣體是有被用在試料3的處理之處理用的氣體，或不直接用在處理，但稀釋處理用的氣體或在未供給處理用的氣體的期間供給至處理室40的內部來與處理用的氣體置換的惰性氣體等。
在上部電極4的內部是形成有上部電極用冷媒流路7。此上部電極用冷媒流路7是連接冷媒供給線路71，該冷媒供給線路71是與將冷媒的溫度調節於預定的範圍的冷卻器等的溫度控制裝置(未圖示)連結。經由冷媒供給線路71從溫度控制裝置(未圖示)調節溫度於預定的範圍的冷媒會被供給至上部電極用冷媒流路7的內部循環，藉此被熱交換而調節上部電極4的溫度適於處理的值的範圍內。
又，上部電極4是以導電性材料的鋁或不鏽鋼等所形成的圓板狀的構件，傳達電漿形成用的高頻電力的同軸電纜91會被電性連接至其上面的中央部。
在上部電極4是電漿形成用的高頻電力會經由放電用高頻電力匹配器9來從放電用高頻電源8(以下記載為高頻電源8，經由同軸電纜91來與上部電極4電性連接)供給，電場會從上部電極4的表面透過淋浴板5來放出至處理室40的內部。在本實施例中，使用超高頻頻帶(VHF頻帶)域的頻率之200MHz的電力，作為從高頻電源8施加於上部電極4的電漿形成用的高頻電力。
進一步，在真空容器10的外部，包圍處理室40的上部的上方及側方的位置是配置有：被外周軛82覆蓋的電磁線圈的外周線圈81、及被中間軛84覆蓋的電磁線圈的中間線圈83。藉由此外周線圈81與中間線圈83所產生的磁場會被形成於處理室40的內部。
淋浴板5是以石英等的介電質或矽等的半導體所構成。藉此，從高頻電源8施加電漿形成用的高頻電力至上部電極4的狀態下，藉由上部電極4所形成的電場可透過淋浴板5。
又，上部電極4是藉由被配置於其上方或側方以石英或鐵氟龍(註冊商標)等的介電質所構成環狀的上部電極絕緣體12來與真空容器10電性絕緣。同樣，在淋浴板5的周圍是配置有以石英等的介電質所構成的絕緣環13，淋浴板5是與真空容器10絕緣。該等上部電極絕緣體12、絕緣環13、上部電極4及淋浴板5是被固定於構成真空容器10的上部的蓋構件(省略圖示)，在蓋構件的開閉的動作時與蓋構件一體轉動。
具有圓筒形的真空容器10是其側壁會與未圖示的真空容器，亦即試料3被搬送於其被減壓的內部之搬送容器連結，在該等之間是配置有作為試料3出入的通路的開口之閘(gate)，且配置有：在真空容器10內部進行試料3的處理時，將閘閉塞而氣密地密封真空容器10內部的閘閥。
在處理室40的內部的試料台2的下方，真空容器10的下部是配置有與將、處理室40的內部排氣的排氣部45連通的排氣用的開口42。在此排氣用的開口42與排氣部45的未圖示的真空泵之間連結該等的排氣的路徑43的內部是配置有板狀的閥的壓力調整閥44。此壓力調整閥44是橫穿過排氣的路徑43的剖面而配置的板狀的閥，此板狀的閥會繞著軸旋轉而使對於流路的剖面積增減。
藉由以控制部70來調節壓力調整閥44的旋轉的角度，可增減來自處理室40的排氣的流量或速度。處理室40的內部的壓力是藉由從淋浴板5的貫通孔51供給的氣體的流量或速度與從排氣用的開口42排出至排氣部45的側的氣體或粒子的流量或速度的平衡，以成為所望的值的範圍內之方式，藉由控制部70來調節。
其次，說明有關試料台2的周邊的構造。本實施例的試料台2是被配置於處理室40的下方的中央部之圓筒形狀的台，在其內部具備具有圓筒形或圓板形狀的金屬製的基材2a。
本實施例的基材2a是藉由包含同軸電纜的給電路徑28，經由被配置於該給電路徑28上的偏壓用高頻電力匹配器21來與偏壓用高頻電源20電性連接。從偏壓用高頻電源20施加於基材2a的偏壓用高頻電力是與從高頻電源8施加於上部電極4的電漿產生用高頻電力不同的頻率(在本例是4MHz)。並且，在給電路徑28上是配置有電阻或線圈等的元件32，該元件32是與被接地的偏壓用高頻電力匹配器21及偏壓用高頻電源20連接。
從高頻電源8施加電漿產生用高頻電力至上部電極4而使電漿11產生於試料台2與淋浴板5之間的狀態下，從偏壓用高頻電源20供給高頻電力至基材2a，藉此在基材2a產生偏壓電位。藉由此偏壓電位，電漿11中的離子等的荷電粒子會被引誘至試料3的上面或載置面141。亦即，基材2a是在上部電極4的下方，作為施加偏壓用高頻電力的下部電極機能。
並且，在基材2a的內部是冷媒流路19會被配置成多重的同心狀或螺旋狀，該冷媒流路19是用以使藉由冷卻器等的溫度控制裝置191來調整成預定的溫度的冷媒循環通流。
在基材2a的上面是配置有靜電吸附膜14。靜電吸附膜14是以氧化鋁或氧化釔等的介電質的材料所形成，在其內部內藏鎢電極15，該鎢電極15是供給用以使試料3靜電吸附的直流電力。鎢電極15的背面是連接貫通基材2a而配置的靜電吸附用給電路徑27。鎢電極15是藉由此靜電吸附用給電路徑27，經由電阻或線圈等的元件32及被接地的低通濾波器(Low-pass filter)16來與直流電源17電性連接。
本實施例的直流電源17及偏壓用高頻電源20是其一端側的端子被接地或被電性連接至地線。
阻礙更高的頻率的電流的流動而過濾
(filtering)的低通濾波器16及偏壓用高頻電力匹配器21是為了抑制來自高頻電源8的電漿形成用的高頻電力流入至直流電源17及偏壓用高頻電源20而被配置。
來自直流電源17的直流電力或來自偏壓用高頻電源20的高頻電力是無損失分別被供給至靜電吸附膜14及試料台2，但從試料台2側流入至直流電源17及偏壓用高頻電源20的電漿形成用的高頻電力是經由低通濾波器16或偏壓用高頻電力匹配器21來流至地線。另外，在來自圖1中的偏壓用高頻電源20的給電路徑28上是低通濾波器16未被圖示，但被內藏於具有同樣的效果的迴路所圖示的偏壓用高頻電力匹配器21內。
在如此的構成中，從試料台2看直流電源17及偏壓用高頻電源20側時的來自高頻電源8的電力的阻抗是相對地低。在本實施例中，藉由在給電路徑上將電阻或線圈等的提高阻抗的元件32插入至電極與低通濾波器16及偏壓用高頻電力匹配器21之間而配置，提高從試料台2的基材2a側看直流電源17或偏壓用高頻電源20側的電漿形成用的高頻電力的阻抗(在本實施例是100Ω以上)。
圖1所示的實施例是具備複數個被配置於靜電吸附膜14的內部的鎢電極15，成為進行以該等之中一方與另一方具有不同的極性之方式供給直流電壓的兩極性的靜電吸附者。因此，形成載置面141的靜電吸附膜14會被分成：在將與試料3接觸的面的面積予以2等分或予以視為近似程度的範圍內的值，鎢電極15具有不同的極性的2個區域，對各者供給獨立的值的直流電力，維持於不同的值的電壓。
被靜電吸附而接觸的靜電吸附膜14與試料3的背面之間是經由配管181從氦供給手段18供給氦氣體。藉此，試料3與靜電吸附膜14之間的熱傳達的效率會提升，可使與基材2a的內部的冷媒流路19的熱的交換量增大，提高調節試料3的溫度的效率。
在基材2a的下方是配置有以鐵氟龍(Teflon) 註冊商標)等所形成的圓板狀的絕緣板22。藉此，被接地或與地線電性連接成為接地電位的基材2a是與構成下方的處理室40的構件電性絕緣。而且，在基材2a的側面的周圍是氧化鋁等的介電質製的環狀的絕緣層23會被配置成包圍基材2a。
在基材2a的下方與彼連接而配置的絕緣板22的周圍、及在其上方以包圍基材2a的方式配置的絕緣層23的周圍，是配置有被接地或與地線電性連接成為接地電位的導電性材料所構成的導電板29。導電板29是由上方來看具有圓形或予以視為近似程度的形狀的板構件。在導電板29與基材2a之間是介入有絕緣層23，導電板29與基材2a是被電性絕緣。
在環狀的絕緣層23的上方是配置有以石英等的介電質或矽等的半導體所構成的基座環25。基座環25會被配置於試料3的周圍，以基座環25及絕緣層23來覆蓋基材2a，藉此控制試料3的外端部周邊的反應生成物的分佈，進行製程性能的均一化。
如此，試料台2是具備：基材2a、在內部具備鎢電極15的靜電吸附膜14、載置基材2a而將基材2a與真空容器10之間電性絕緣的絕緣板22、以絕緣材料所形成而包圍基材2a的周圍之絕緣層23、覆蓋基材2a的上面與靜電吸附膜14的側面之基座環25、及覆蓋絕緣板22的外周部與絕緣層23的外周部之導電板29而構成。
在基座環25的外周側是安裝有被配置成接觸於基座環25的同心圓狀的板狀的遮蔽板24。遮蔽板24是預防被形成於處理室40的內部之電漿11的產生區域會擴大至試料台2的側面，用以使偏向至試料台2的上部者，可說是為了使局限而配置者。在板狀的遮蔽板24中，為了使氣體或粒子通過至上下方向，而形成有複數的孔241。
在基材2a中埋入有溫度計測器35，計測基材2a的溫度。在試料3的表面設置未圖示的溫度計測器之狀態下，以未圖示的加熱手段來加熱試料3而使試料3的溫度變化，預先將此時以未圖示的溫度計測器所計測的試料3的表面溫度與以被埋入於基材2a的溫度計測器35所計測的基材2a的溫度的關係予以資料庫化而記憶起來。在使電漿11產生於處理室40的內部而實際處理試料3時，藉由參照此資料庫，可由以被埋入於基材2a的溫度計測器35所計測的基材2a的溫度來推定電漿處理中的試料3的溫度。
在本實施例的電漿處理裝置100中，在外周線圈81的附近是剖面形狀為L字型的外周軛82會被配置成包圍外周線圈81。並且，在外周軛82的內側是配置有中間線圈83，及剖面為ㄇ字型的中間軛84，包圍中間線圈83。剖面形狀為L字型的外周軛82與剖面為ㄇ字型的中間軛84是以互相不接觸的方式配置。
中間軛84是成為下方開放的ㄇ字型，在對中間線圈83施加電力來使產生磁場時，從中間軛84產生的磁束會發散至被載置於試料台2的試料3的上部的電漿11所產生的區域。
外周線圈81、外周軛82、中間線圈83、中間軛84的形狀及配置是形成產生被載置於試料台2的試料3的上部的電漿11之區域的徑方向的磁束密度(Br)越外周越大般的可變的發散磁場， 以使試料3的中間區域(例如試料3為直徑ϕ300mm的晶圓時，R=50~100[mm]的區域)的電漿產生域的Br成為可變之目的決定。
在本實施例的構成中，將外周軛82部分重疊於中間軛84的上方，且配置於外周。藉由如此的構成，如圖2模式性表示般，可經由中間軛84來使藉由磁場而從外周軛82的內側端部8201出去之以磁力線8210表示的磁束返回至外周軛82的外側端部8202，該磁場是藉由流動電流至外周線圈81而產生。而且，可經由外周軛82來使藉由磁場而從中間軛84的端部8401出去之以磁力線8220表示的磁束返回至中間軛84，該磁場是藉由流動電流至中間線圈83而產生。另外，在圖2中，以磁力線8210及8220表示的磁束是皆顯示在外周線圈81及中間線圈83同時流動電流時產生的磁束的狀態。
藉此，由剖面形狀為L字型的外周軛82與ㄇ字型的中間軛84所形成的磁場是形成從中心朝向外周流暢地發散的磁束，可控制電漿的電子密度分佈(以下亦簡稱為電漿密度分佈)的凹凸(濃淡)。又，由於ㄇ字型的中間軛84是對於剖面形狀為L字型的外周軛82空間性地分離，因此中間軛84是可形成對於外周軛82比較獨立的磁束迴路(loop)，如圖4所示般，中間區域的電漿密度分佈的控制成為可能。
其結果，在試料台2的上部的電漿11產生的區域中，可比較精度佳進行磁場的控制，可比較精度佳控制載置於試料台2的試料3的附近的電子密度的分佈。
其次，說明有關比較例。在圖10顯示作為對於本發明的實施例的比較例的電漿處理裝置200。比較例的電漿處理裝置200的全體的構成是對於與圖1說明的實施例的電漿處理裝置100同樣的部分附上相同的符號，避免說明的重複。圖10所示的電漿處理裝置200是軛與線圈的構成未具備圖1說明的實施例的中間線圈83、中間軛84的點不同。
圖10所示的比較例的軛80的構造是剖面成為L字型，在其內側將線圈1配置於外側與內側的二處。這是類似於專利文獻1記載的電漿處理裝置的軛5及線圈6的構成。
將軛80與線圈1的構成設為圖10的比較例所示般的構成時，線圈1與軛80所形成的靜磁場是形成連接軛80的內側端部與外側端部的磁氣迴路。此靜磁場是形成磁束朝向外周發散的垂下型的磁場。
將以圖10所示的本發明的比較例的構成來計算電漿的電子密度分佈的結果顯示於圖3。從7A到10A來改變線圈1的電流值，分別進行計算。在圖3中，301乃至304是分別表示線圈1的電流值7A、8A，9A、10A時的試料台2的半徑方向的電漿的電子密度分佈。依線圈1的電流值得知可形成電子密度分佈301般的內周高乃至電子密度分佈304般的外周高的電子密度分佈。但，如以電子密度分佈301乃至304所示般，無論哪個的電流值，皆無在半徑位置310所示的半徑100mm的周邊的電子密度會局部地提高的情形。
另一方面，將計算圖1所示的本發明的實施例的構成的電漿的電子密度分佈的結果顯示於圖4。在圖1所示的構成中，計算了將電流流動至外周線圈81之後，將電流流動至中間線圈83時的電子密度分佈401及不將電流流動至中間線圈83時的電子密度分佈402。對應於中間線圈83的ON/OFF，在半徑位置310所示的半徑100mm的周邊的位置，得知電子密度分佈401在411的位置可使局部地增加。
當試料3為直徑ϕ300mm的晶圓時，中間軛84的半徑方向的中心位置是最好使配置成R=50~100[mm]。更理想是對於高頻電力的波長λ，淋浴板5的比介電常數ε時，設為R=λ/ε/4*1000[mm]。這是因為在傳播於介電質中的高頻的實效性的波長的一半的長度容易產生駐波。
如上述說明般，本實施例是將剖面形狀為L字型的外周軛82配置於電漿產生區域上方而建立磁束會從中央往外周側返回的路徑，在晶圓中間區域正上面設置下方為開放的ㄇ字型的中間軛84，且在內部配置中間線圈83。為了使從外周軛82的內側端部8201出去的磁束經由中間軛84返回至外周軛82的外側端部8202，及使從中間軛84的端部8401出去的磁束返回至中間軛84，而設為將外周軛82配置於中間軛84的上方且外周的構成。
藉由，在本實施例的電漿處理裝置100中，以控制部70來控制施加於外周線圈81的電流，而在真空容器10內部產生被載置於試料台2的試料3的上方的電漿11的區域中，形成試料3的徑方向的磁束密度(Br)越外周越大般的可變的發散磁場，且以控制部70來控制施加於中間線圈83的電流，而可使產生試料3的上方的電漿11的區域的中間區域(R=50~100[mm])的Br成為可變。
藉由設為本實施例的圖1所示般的外周線圈81與中間線圈83及外周軛82與中間軛84的配置，由剖面形狀為L字型的外周軛82與ㄇ字型的中間軛84所形成的磁場是形成從中心朝向外周流暢地發散的磁束，可控制電漿密度分佈的凹凸。又，ㄇ字型的中間軛84是與L字型的外周軛82形成比較獨立的磁束迴路，如圖4所示般，中間區域的電漿密度分佈的控制成為可能。
若根據以上本實施例，則可將電漿密度分佈獨立地控制中心高的分佈與節分佈雙方，在電漿處理被載置於試料台的試料時，可以更高的精度確保處理的均一性。
又，若根據本實施例，則可一面同心圓狀地全體性凹凸地控制電漿密度，一面獨立地控制ϕ300mm晶圓的中周區域(R=50~100mm)的電漿密度，在電漿處理ϕ300mm的晶圓時，可以更高的精度來確保處理的均一性。
[變形例1]
利用圖5來說明本發明的實施例的第1變形例。在圖5是顯示在圖1說明的電漿處理裝置100中，相當於L字型的外周軛82、ㄇ字型的中間軛84及其周邊的部分的構成。
在圖5的構成，與圖1所示的構成不同的點是將圖1的L字型的外周軛82置換成L字型的外周軛821的點。圖1的L字型的外周軛82是內側端部8201會與ㄇ字型的中間軛84重疊，相對的，在圖5所示的本變形例的構成中，L字型的外周軛821的內側端部8211未與ㄇ字型的中間軛84重疊。亦即，L字型的外周軛821的內側端部8211的徑會比ㄇ字型的中間軛84的外徑更大，L字型的外周軛821的內側端部8211會被配置於ㄇ字型的中間軛84的附近。
即使將L字型的外周軛821與ㄇ字型的中間軛84形成如圖5所示般的關係，也可經由中間軛84來使藉由磁場而從外周軛821的內側端部8211出去的磁束返回至外周軛821的外側端部8212，該磁場是藉由流動電流至外周線圈81而產生。而且，可經由外周軛821來使藉由磁場而從中間軛84的端部8401出去的磁束返回至中間軛84，該磁場是藉由流動電流至中間線圈83而產生。
藉此，由L字型的外周軛821與ㄇ字型的中間軛84所形成的磁場是形成從中心朝向外周流暢地發散的磁束，可控制電漿分佈的凹凸。又，ㄇ字型的中間軛84是與L字型的外周軛821形成比較獨立的磁束迴路，如圖4所示般，中間區域的電漿密度分佈的控制成為可能。
藉由設為本變形例般的線圈･軛配置，由L字型的軛與ㄇ字型軛所形成的磁場是形成從中心朝向外周流暢地發散的磁束，可控制電漿密度分佈的凹凸。又，ㄇ字型軛是與L字型軛形成比較獨立的磁束迴路，中間區域的電漿密度分佈的控制成為可能。
其結果，在試料台2的上部的電漿11產生的區域中，可比較精度佳進行磁場的控制，可比較精度佳控制載置於試料台2的試料3的附近的電子密度的分佈，在電漿處理被載置於試料台2的試料3時，可以更高的精度確保處理的均一性。
又，若根據本實施例，則可一面同心圓狀地全體性凹凸地控制電漿密度，一面獨立地控制ϕ300mm晶圓的中周區域(R=50~100mm)的電漿密度，在電漿處理ϕ300mm的晶圓時，可以更高的精度來確保處理的均一性。
[變形例2]
利用圖6來說明本發明的實施例的第2變形例。在圖6是顯示在圖1說明的電漿處理裝置100中，相當於L字型的外周軛82、ㄇ字型的中間軛84及其周邊的部分的構成。
在圖6的構成，與圖1所示的構成不同的點是將圖1的L字型的外周軛82，與變形例1的情況同樣地置換成L字型的外周軛821，更置換成ㄇ字型的中間軛841的點。
圖1的L字型的外周軛821是內側端部8201會與ㄇ字型的中間軛84重疊，相對的，在圖6所示的本變形例的構成中，與變形例1的情況同樣地L字型的外周軛821的內側端部8211未與ㄇ字型的中間軛841重疊。
而且，將中間線圈83的高度方向的位置設為與外周軛821的內側端部8211附近的外周線圈81的高度大致同等，另一方面，以ㄇ字型的中間軛841的端部8411的位置會成為與在圖1說明的實施例的ㄇ字型的中間軛84的端部8401的位置相同的位置之方式，將ㄇ字型的中間軛841的端部8411形成拉長突出的形狀。
即使將L字型的外周軛821與ㄇ字型的中間軛841形成如圖6所示般的關係，也可經由中間軛841來使藉由磁場而從外周軛821的內側端部8211出去的磁束返回至外周軛821的外側端部8212，該磁場是藉由流動電流至外周線圈81而產生。而且，可經由外周軛821來使藉由磁場而從中間軛841的端部8411出去的磁束返回至中間軛841，該磁場是藉由流動電流至中間線圈83而產生。
藉此，由L字型的外周軛821與ㄇ字型的中間軛841所形成的磁場是形成從中心朝向外周流暢地發散的磁束，可控制電漿密度分佈的凹凸。又，ㄇ字型的中間軛841是與L字型的外周軛821形成比較獨立的磁束迴路，如圖4所示般，中間區域的電漿密度分佈的控制成為可能。
若根據本變形例，則藉由設為圖6所示般的線圈･軛配置，由L字型的軛與ㄇ字型軛所形成的磁場是形成從中心朝向外周流暢地發散的磁束，可控制電漿密度分佈的凹凸。又，ㄇ字型軛是與L字型軛形成比較獨立的磁束迴路，中間區域的電漿密度分佈的控制成為可能。
其結果，在試料台2的上部的電漿11產生的區域中，可比較精度佳進行磁場的控制，可比較精度佳控制載置於試料台2的試料3的附近的電漿密度的分佈，在電漿處理被被載置於試料台2的試料3時，可以更高的精度確保處理的均一性。
又，若根據本實施例，則可一面同心圓狀地全體性凹凸地控制電漿密度，一面獨立地控制ϕ300mm晶圓的中周區域(R=50~100mm)的電漿密度，在電漿處理ϕ300mm的晶圓時，可以更高的精度來確保處理的均一性。
[變形例3]
利用圖7來說明本發明的實施例的第3變形例。在圖7是顯示在圖1說明的電漿處理裝置100中，相當於L字型的外周軛82、ㄇ字型的中間軛84及其周邊的部分的構成。
在圖7的構成，與圖1所示的構成不同的點是將圖1的L字型的外周軛82置換成L字型的外周軛822的點。圖1的L字型的外周軛82是內側端部8201會與ㄇ字型的中間軛84部分重疊，相對的，在圖7所示的本變形例的構成中，L字型的外周軛822的內側端部8221會重疊成覆蓋ㄇ字型的中間軛842全體。
藉由將L字型的外周軛822與ㄇ字型的中間軛842設為圖7所示般的關係，可經由中間軛842來使藉由磁場而從外周軛822的內側端部8221出去的磁束返回至外周軛822的外側端部8222，該磁場是藉由流動電流至外周線圈81而產生。而且，可經由外周軛822來使藉由磁場而從中間軛842的端部8421出去的磁束返回至中間軛842，該磁場是藉由流動電流至中間線圈83而產生。
若根據本變形例，則藉由設為圖7所示般的線圈･軛配置，由L字型的外周軛822與ㄇ字型的中間軛842所形成的磁場是形成從中心朝向外周流暢地發散的磁束，可控制電漿密度分佈的凹凸。又，ㄇ字型的中間軛842是對於L字型的外周軛822形成比較獨立的磁束迴路，如圖4所示般，中間區域的電漿密度分佈的控制成為可能。
其結果，在試料台2的上部的電漿11產生的區域中，可比較精度佳進行磁場的控制，可比較精度佳控制載置於試料台2的試料3的附近的電子密度的分佈，在電漿處理被載置於試料台2的試料3時，可以更高的精度確保處理的均一性。
又，若根據本實施例，則可一面同心圓狀地全體性凹凸地控制電漿密度，一面獨立地控制ϕ300mm晶圓的中周區域(R=50~100mm)的電漿密度，在電漿處理ϕ300mm的晶圓時，可以更高的精度來確保處理的均一性。
[變形例4]
在圖8是顯示在圖1說明的電漿處理裝置100中，中間線圈83與ㄇ字型的中間軛84組合的變形例，作為在本發明中實施例的第4變形例。此情況，外周線圈81與外周軛82是與圖1說明的實施例的構成相同，因此省略說明。
在圖8所示的本變形例中，將在實施例1說明的中間線圈83分離成二個，以第一中間線圈831及第二中間線圈832所構成，形成以ㄇ字型中間軛843來覆蓋該等。
另外，有關外周軛是除了在實施例1說明的外周軛82以外，亦可使用在變形例1說明般的外周軛822或在變形例3說明的外周軛822。
藉由以第一中間線圈831及第二中間線圈832來構成在實施例1說明的中間線圈83，可更仔細控制藉由流動電流至哪個的中間線圈來產生試料台2的上部的電漿11的區域的磁場，可更仔細調整電漿的電子密度提高的半徑位置。
其結果，在試料台2的上部的電漿11產生的區域中，可比較精度佳進行磁場的控制，可比較精度佳控制載置於試料台2的試料3的附近的電子密度的分佈，在電漿處理被載置於試料台2的試料3時，可以更高的精度確保處理的均一性。
另外，在圖8所示的構成是顯示具備第一中間線圈831及第二中間線圈832的構成，但中間線圈的數目是亦可為3以上。
又，若根據本實施例，則可一面同心圓狀地全體性凹凸地控制電漿密度，一面獨立地控制ϕ300mm晶圓的中周區域(R=50~100mm)的電漿密度，在電漿處理ϕ300mm的晶圓時，可以更高的精度來確保處理的均一性。
[變形例5]
在圖9是顯示在圖1說明的電漿處理裝置100中，中間線圈83與ㄇ字型的中間軛84組合的變形例，作為在本發明中實施例的第5變形例。此情況，外周線圈81與外周軛82是與圖1說明的實施例的構成相同，因此省略說明。
在圖9所示的本變形例中，對於在實施例1說明的中間線圈83與ㄇ字型的中間軛84，分成二個組合，以第一中間線圈833與第一ㄇ字型的中間軛844的組合及第二中間線圈834與第二ㄇ字型的中間軛844的組合來構成。
另外，有關外周軛是除了在實施例1說明的外周軛82以外，亦可使用在變形例1說明般的外周軛822或在變形例3說明的外周軛822。
藉由如此以第一中間線圈833與第一ㄇ字型的中間軛844的組合及第二中間線圈834與第二ㄇ字型的中間軛844的組合所構成，可更仔細控制藉由流動電流至哪個的中間線圈來產生試料台2的上部的電漿11的區域的磁場，可更仔細進行電漿的電子密度提高的半徑位置的調整。
其結果，在試料台2的上部的電漿11產生的區域中，可比較仔細進行磁場的控制，可更仔細控制載置於試料台2的試料3的附近的電子密度的分佈，在電漿處理被載置於試料台2的試料3時，可以更高的精度確保處理的均一性。
另外，在圖9所示的構成是顯示中間線圈與中間軛的組合為2組的情況，但中間線圈與中間軛的組合的數目亦可為3以上。
又，若根據本實施例，則可一面同心圓狀地全體性凹凸地控制電漿密度，一面獨立地控制ϕ300mm晶圓的中周區域(R=50~100mm)的電漿密度，在電漿處理ϕ300mm的晶圓時，可以更高的精度來確保處理的均一性。
[產業上的利用可能性]
本發明是例如在半導體裝置的生產線，可利用於在電漿中蝕刻處理半導體晶圓而在半導體晶圓上形成微細的圖案之蝕刻裝置。
2:試料台
2a:基材
3:試料
4:上部電極
5:淋浴板
8:放電用高頻電源
10:真空容器
11:電漿
12:上部電極絕緣體
13:絕緣環
22:絕緣板
23:絕緣層
24:遮蔽板
25:基座環
30:氣體通過孔
40:處理室
45:排氣部
50:電漿形成部
70:控制部
81:外周線圈
82,821,822:外周軛
83,831,832,833,834:中間線圈
84,841,842,843,844,854:中間軛
100:電漿處理裝置
[圖1]是表示本發明的實施例的電漿處理裝置的概略的構成的方塊圖。
[圖2]是模式性地表示藉由本發明的實施例的電漿處理裝置的外周線圈與中間軛所產生的磁力線的分佈狀態，包含外周線圈與中間軛的部分剖面圖。
[圖3]是表示在比較例所示的構成中電子密度分佈的線圈電流值依存性的圖表。
[圖4]是表示在本發明的實施例所示的構成中根據中間線圈電流的ON/OFF之電子密度分佈的圖表。
[圖5]是表示本發明的第1變形例的外周線圈與中間軛及其周邊的部分的構成的部分剖面圖。
[圖6]是表示本發明的第2變形例的外周線圈與中間軛及其周邊的部分的構成的部分剖面圖。
[圖7]是表示本發明的第3變形例的外周線圈與中間軛及其周邊的部分的構成的部分剖面圖。
[圖8]是表示本發明的第4變形例的中間軛與中間線圈的構成的部分剖面圖。
[圖9]是表示本發明的第5變形例的中間軛與中間線圈的構成的部分剖面圖。
[圖10]是表示作為本發明的實施例的比較例之電漿處理裝置的概略的構成的方塊圖。
2:試料台
2a:基材
3:試料
4:上部電極
5:淋浴板
6:氣體導入線路
7:上部電極用冷媒流路
8:放電用高頻電源
9:放電用高頻電力匹配器
10:真空容器
11:電漿
12:上部電極絕緣體
13:絕緣環
14:靜電吸附膜
15:鎢電極
16:低通濾波器(Low-passfilter)
17:直流電源
18:氦供給手段
19:冷媒流路
20:偏壓用高頻電源
21:偏壓用高頻電力匹配器
22:絕緣板
23:絕緣層
24:遮蔽板
25:基座環
27:靜電吸附用給電路徑
28:給電路徑
29:導電板
32:元件
35:溫度計測器
40:處理室
41:間隙
42:排氣用的開口
43:排氣的路徑
44:壓力調整閥
45:排氣部
50:電漿形成部
51:貫通孔
60:氣體供給部
61:質量流控制器
70:控制部
71:冷媒供給線路
81:外周線圈
82:外周軛
83:中間線圈
84:中間軛
91:同軸電纜
100:電漿處理裝置
141:載置面
181:配管
191:溫度控制裝置
241:孔
8201:內側端部
8202:外側端部
8401:端部
Claims (9)
- 一種電漿處理裝置，其特徵係具備： 真空容器，其係電漿處理試料； 高頻電源，其係供給用以產生電漿的高頻電力； 試料台，其係載置前述試料；及 磁場形成部，其係使磁場形成於前述真空容器的內部，被配置於前述真空容器的外側， 前述磁場形成部，係具備： 第1線圈； 第2線圈，其係被配置於比前述第1線圈更內側，比前述第1線圈的直徑更小的直徑； 第1軛，其係覆蓋前述第1線圈、前述真空容器的上方及側面，且前述第1線圈被配置於內部；及 第2軛，其係沿著前述第2線圈的周方向來覆蓋前述第2線圈，且在前述第2線圈的下方側具有開口部。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中，前述第1軛，係被配置於不與前述第2軛電性接觸的位置。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中，前述第2軛，係被配置於前述第1軛的內部。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中，平面圖的前述第2軛的外徑為平面圖的前述試料的直徑以上。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中，前述第2線圈，係具有一方的線圈與比前述一方的線圈的直徑更大的直徑的另一方的線圈。
- 如請求項5之電漿處理裝置，其中，前述第2軛，係具有：覆蓋前述一方的線圈的一方的軛，及覆蓋前述另一方的線圈的另一方的軛。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中，更具備控制前述磁場形成部的控制部， 前述控制部，係控制流動至前述第1線圈的電流，而形成前述試料的徑方向的磁束密度越往前述試料的外周越大般的發散磁場，且控制流動至前述第2線圈的電流，而使前述試料的徑方向的中間區域的磁束密度會成為所望的值。
- 一種電漿處理裝置，其特徵係具備： 真空容器，其係電漿處理試料； 高頻電源，其係供給用以產生電漿的高頻電力； 試料台，其係載置前述試料；及 磁場形成部，其係使磁場形成於前述真空容器的內部，被配置於前述真空容器的外側， 前述磁場形成部，係具備： 第1線圈； 第2線圈； 第1軛，其係覆蓋前述第1線圈、前述真空容器的上方及側面，且前述第1線圈被配置於內部；及 第2軛，其係覆蓋前述第2線圈， 以從前述第1軛的一方的端部發出的磁力線會經由前述第2軛來朝前述第1軛的另一方的端部返回，且從前述第2軛發出的磁力線會朝前述第2軛返回的方式，構成前述第2線圈與前述第2軛。
- 如請求項1之電漿處理裝置，其中，以從前述第1軛的一方的端部發出的磁力線會經由前述第2軛來朝前述第1軛的另一方的端部返回，且從前述第2軛發出的磁力線會朝前述第2軛返回的方式，構成前述第2線圈與前述第2軛。
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