TWI783329B - 電漿處理裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係具備：處理室，其係電漿處理試料；高頻電源，其係經由被配置於前述處理室的上方的介電質的第一構件來供給用以產生電漿的高頻電力；磁場形成機構，其係在前述處理室內形成磁場；試料台，其係載置前述試料；及第二構件，其係被配置於前述第一構件與前述試料台之間，形成有貫通孔，前述貫通孔係被形成於離前述第二構件的中心預定的距離以上的位置，從前述第一構件到前述第二構件的距離為：被產生於前述第一構件與前述第二構件之間的電漿的密度成為截止密度以上般的距離。
Description
本發明是有關電漿處理裝置。
近年來，隨著半導體裝置加工的高精度化，在乾蝕刻裝置是需要：照射離子與自由基的雙方來進行加工的機能、及只照射自由基來進行加工的機能的雙方。
例如，在專利文獻1中記載：
「一種電漿處理裝置，係具備：電漿處理試料的處理室、在前述處理室內供給用以產生電漿的高頻電力的高頻電源、及載置前述試料的試料台，其特徵為更具備：
遮蔽板，其係遮蔽由前述電漿產生的離子往前述試料台射入，被配置於前述試料台的上方；及
控制裝置，其係選擇性地進行使電漿產生於前述遮蔽板的上方的一方的控制或使電漿產生於前述遮蔽板的下方的另一方的控制」(專利文獻1的請求項1)。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：國際公開第2016/190036號
(發明所欲解決的課題)
就專利文獻1記載的電漿處理裝置而言，由於未考慮設置遮蔽板的上下方向位置，因此即使是所欲使電漿只產生於遮蔽板的上方的情況，也會有從高頻電源振盪的微波透過遮蔽板，而在遮蔽板的下方也產生電漿的可能性。因此，例如即使是所欲只照射自由基來進行加工的情況，也會有離子從在遮蔽板的下方產生的電漿往試料照射的可能性。
本發明的目的是在於提供一種減低離子往試料的通量(flux)的各向同性蝕刻與使離子往試料射入的各向異性蝕刻皆可在同一腔室內的電漿處理裝置。
(用以解決課題的手段)
為了解決上述課題，本發明係具備：
處理室，其係電漿處理試料；
高頻電源，其係經由被配置於前述處理室的上方的介電質的第一構件來供給用以產生電漿的高頻電力；
磁場形成機構，其係在前述處理室內形成磁場；
試料台，其係載置前述試料；及
第二構件，其係被配置於前述第一構件與前述試料台之間，形成有貫通孔，
前述貫通孔係被形成於離前述第二構件的中心預定的距離以上的位置，
從前述第一構件到前述第二構件的距離為：被產生於前述第一構件與前述第二構件之間的電漿的密度成為截止密度(cut-off)以上般的距離。
[發明的效果]
在各向同性蝕刻時，由於藉由電磁波供給裝置所供給的電磁波往離子遮蔽板的下方透過的情形會被抑制，可抑制離子遮蔽板的下方的電漿的產生，因此可提供減低離子往試料的通量的各向同性蝕刻與使離子往試料射入的各向異性蝕刻皆可在同一腔室內進行的電漿處理裝置。
以下，利用圖面來説明有關本發明的實施形態。
圖1是表示本實施形態的電漿處理裝置的概略構成的剖面圖。本實施形態的電漿處理裝置是具備：電漿處理試料的處理室15、將電磁波供給至處理室15內的電磁波供給裝置、在處理室15內形成磁場的磁場形成機構、及將製程氣體供給至處理室15內的氣體供給器14。
在此，處理室15是在上部具有開口部的圓筒狀的容器，在其內部設有介電質窗21(第一構件)、離子遮蔽板22(第二構件)及試料台24等。又，電磁波供給裝置是包含：經由介電質窗21來供給用以產生電漿的微波的高頻電力的第1高頻電源之磁控管10、及被連結至處理室15的開口部的導波管11。又，磁場形成機構是以被配置於處理室15的外周的複數的螺線線圈13及更被配置為包圍此螺線線圈13的外周的軛12所構成。
並且，在處理室15內的上方是設有以介電質所形成的圓板狀的窗部之介電質窗21，使電磁波透過，且氣密地密封處理室15內。在此，處理室15是經由閥16來連接至泵17，藉由調整此閥16的開度，在比介電質窗21還下方的空間形成減壓處理室23。
而且，在處理室15內的下部是水平地設有載置處理對象的試料25的試料台24。此試料台24是經由匹配器18來連接第2高頻電源之高頻電源19。另外，除了此高頻電源19之外，第1高頻電源之磁控管10、氣體供給器14及泵17等是被連接至控制裝置20，此控制裝置20會按照被實行的處理工程來控制該等。
進一步，在介電質窗21與試料台24之間是以和介電質窗21及試料台24對向的方式設有以圓板狀的介電質所形成的離子遮蔽板22。此離子遮蔽板22是將減壓處理室23分割成上下2個的區域，亦即，以介電質窗21及離子遮蔽板22所區劃的上部區域23A、及離子遮蔽板22下方的下部區域23B。而且，氣體供給器14的氣體供給管的一端會連通至上部區域23A，對此上部區域23A供給製程氣體。並且，在此離子遮蔽板22是形成有用以將製程氣體導入至下部區域23B的複數的貫通孔22a。
其次，說明有關在上述的電漿處理裝置中進行蝕刻處理的動作。首先，在構成電磁波供給裝置的磁控管10所振盪的微波會經由導波管11來朝處理室15內的減壓處理室23傳送。此時，在此減壓處理室23內是藉由磁場形成機構來形成磁場，且藉由氣體供給器14來導入製程氣體。因此，在減壓處理室23內，藉由利用電磁波與磁場的相互作用的電子迴旋共振(ECR：Electron Cyclotron Resonance)，製程氣體會被電漿化。另外，電磁波是使用頻率例如為2.45GHz程度的微波。又，本實施形態般的ECR電漿處理裝置是在被稱為ECR面之磁場強度成為875Gauss的面附近產生電漿。
而且，本實施形態的電漿處理裝置是藉由控制裝置20來控制磁場形成機構，藉此可切換：使電漿產生於上部區域23A的各向同性自由基蝕刻模式、及使電漿產生於下部區域的反應性離子蝕刻(RIE)模式。另外，本實施形態是說明有關只將自由基照射至試料的各向同性蝕刻，但亦可為只將中性氣體照射至試料的各向同性蝕刻。
例如，各向同性自由基蝕刻模式的情況，是以ECR面會位於上部區域23A的方式控制磁場形成機構，在上部區域23A產生電漿。此時在電漿中是存在自由基或離子等，離子也與自由基一起通過離子遮蔽板22的貫通孔22a。但，本實施形態的離子遮蔽板22是如圖1所示般，只在離其中心O的距離比預定的距離R大的位置形成貫通孔22a，因此可大幅度減低到達試料的離子。所以，就各向同性自由基蝕刻模式而言，在上部區域23A產生的電漿之中，基本上僅自由基會到達試料25，進行蝕刻。
圖2是本實施形態的離子遮蔽板22的剖面圖。如圖2所示般，本實施形態的離子遮蔽板22是在離中心O預定的距離R以上的區域形成有貫通孔22a。另外，如後述般，將比預定的距離R更內徑側遮蔽為重要，被設在預定的距離R以上的位置的貫通孔22a的形狀、大小及配置等是可思考各種的變形例。
圖3是表示離子遮蔽板22的變形例之一的剖面圖。就此變形例而言，離子遮蔽板22是以具有離中心O預定的距離R以上的半徑之圓形狀遮蔽部22b、從此圓形狀遮蔽部22b往外徑側放射狀地延伸的複數的放射狀遮蔽部22c、及被形成於複數的放射狀遮蔽部22c之間的複數的貫通部22d所構成。由於此變形例的離子遮蔽板22是貫通部22d的總面積廣，因此適於所欲將多數的自由基照射至試料25的情況。
在此，利用圖1來説明有關預定的距離R的根據。圖1的虛線所示的磁力線M是藉由磁場形成機構所形成的磁場的磁力線之中，與試料25的外端部X接觸的磁力線。又，圖1的Y點是表示此磁力線M與離子遮蔽板22交叉的點。並且，將從中心O到Y點的距離設為a，將貫通孔的半徑設為c。而且，通過貫通孔22a的離子是沿著藉由磁場形成機構所形成的磁力線來迴旋運動，將此時的拉莫爾半徑設為b。另外，拉莫爾半徑b是若將磁束密度設為B、將垂直方向的離子的速度設為v、將離子的質量設為m、將離子的電荷設為q，則以mv/qB來表示。例如，在本實施形態使用Xe+離子時，拉莫爾半徑是約10mm。
在如此的條件下，本實施形態是將預定的距離R設為(a+b+c)。於是，從比預定的距離R更外徑側的貫通孔22a移動至下部區域23B的離子是全部成為歪向比試料25的外端部X更外側的形式。如此，藉由貫通孔22a通過後的離子的迴旋運動也考慮來決定預定的距離R，即使是離子的質量大，拉莫爾半徑也大的情況，也可極力減少各向同性自由基蝕刻模式的往試料25的離子的通量。
圖4是在本實施形態及複數的比較例的情況，針對直徑300mm的試料25的面內方向測定在將Xe氣體電漿化時流入的離子電流的值，顯示其分佈者。在此，比較例1是在比預定的距離R還若干內徑側也設置貫通孔的例子，比較例2是在比比較例1更內徑側也設置貫通孔的例子，比較例3是去除離子遮蔽板本身的例子。如圖4所示般，可知本實施形態是在試料25的全域，離子電流非常小，相對的，比較例1是在試料25的外端部，離子電流大，比較例2是在試料25的靠外側的部分，離子電流大，比較例3是在試料25的全域，離子電流大。亦即，可知比較例是無法抑制往試料25的離子的通量。
另外，本實施形態是設為在離離子遮蔽板22的中心O的距離比預定的距離R小的位置是完全不設置貫通孔的構成，但若為離子不易通過的貫通孔，則即使一定程度設置也無妨。作為離子不易通過的貫通孔，例如可思考對於鉛直方向傾斜地形成的貫通孔或寬高比(aspect ratio)高的細長的貫通孔等。總之，只要被形成於離子遮蔽板22的開口部的總面積的90%以上為比預定的距離R更外側的貫通孔所佔據，便可充分地減低離子的通量。又，本實施形態是將預定的距離R設為(a+b+c)，但只要設為(b+c)以上亦即離子的拉莫爾半徑與貫通孔22a的半徑的和以上，便可期待一定程度的效果。
而且，亦可不是離離子遮蔽板22的中心O的距離，而是以離離子遮蔽板22的外緣的距離來規定貫通孔22a的位置。例如，亦可在從離子遮蔽板22的外緣到預定的距離S的區域，沿著圓周方向來形成複數的開口部。此情況也最好在比上述預定的距離S的位置還要內徑側是不形成開口部。
可是，在各向同性自由基蝕刻模式中，即使利用具有上述般的貫通孔22a的配置的離子遮蔽板22來遮蔽在上部區域23A產生的電漿中的離子，若在下部區域23B產生電漿，則也會有下部區域23B的電漿中的離子到達至試料25的可能性。為此，本實施形態是將從介電質窗21到離子遮蔽板22的距離設為：在上部區域23A產生的電漿的密度成為截止密度以上般的距離。具體而言，將從介電質窗21到離子遮蔽板22的距離設為55mm以上。藉此，微波不易透過至比離子遮蔽板22更下方，結果可抑制在下部區域23B的電漿的產生。
圖5是在實驗性地改變從介電質窗21到離子遮蔽板22的距離時，測定往試料25中的複數處流入的離子電流，顯示其平均值者。由圖5所示的結果可知，若從介電質窗21到離子遮蔽板22的距離為55mm以上，則可只在上部區域23A產生電漿。
其次，說明有關RIE模式的情況。此情況，以ECR面會位於下部區域23B的方式控制磁場形成機構，在下部區域23B產生電漿。在此，本實施形態是不僅介電質窗21，離子遮蔽板22也以介電質所形成，因此從導波管11供給的微波容易往下部區域23B導入。作為介電質窗21或離子遮蔽板22的具體的材料最好是使用效率佳地將微波透過，且具有耐電漿性的石英，但亦可為礬土、氧化釔等。另外，在平板的離子遮蔽板22的下方是最好不設置石英等的進一步的板狀構件。
又，若以RIE模式來將電漿產生於下部區域23B，則自由基與離子的雙方會到達試料25，進行蝕刻處理。另外，藉由從高頻電源19供給高頻電力至試料台24，下部區域23B內的電漿中的離子會被加速。因此，藉由以控制裝置20來控制高頻電源19，可從數10eV到數keV調整離子照射的能量。
10:磁控管
11:導波管
12:軛
13:螺線線圈
14:氣體供給器
15:處理室
16:閥
17:泵
18:匹配器
19:高頻電源
20:控制裝置
21:介電質窗
22:離子遮蔽板
22a:貫通孔
23:減壓處理室
23A:上部區域
23B:下部區域
24:試料台
25:試料
[圖1]表示本實施形態的電漿處理裝置的概略構成的剖面圖。
[圖2]本實施形態的離子遮蔽板的剖面圖。
[圖3]表示離子遮蔽板的變形例之一的剖面圖。
[圖4]是表示針對試料的面內方向測定離子電流的結果的分佈圖。
[圖5]是改變介電質窗與離子遮蔽板的距離來測定離子電流時的分佈圖。
10:磁控管
11:導波管
12:軛
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22a:貫通孔
23A:上部區域
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24:試料台
25:試料
Claims (8)
- 一種電漿處理裝置，其特徵係具備：處理室，其係電漿處理試料；高頻電源，其係經由被配置於前述處理室的上方的介電質的第一構件來供給用以產生電漿的高頻電力；磁場形成機構，其係在前述處理室內形成磁場；試料台，其係載置前述試料；及第二構件，其係被配置於前述第一構件與前述試料台之間，形成有貫通孔，前述貫通孔係被形成於離前述第二構件的中心預定的距離以上的位置，前述預定的距離為以離子的拉莫爾半徑作為基礎規定的距離。
- 如請求項1記載的電漿處理裝置，其中，從前述第一構件到前述第二構件的距離為55mm以上。
- 如請求項1記載的電漿處理裝置，其中，前述預定的距離的值為前述離子的拉莫爾半徑與前述貫通孔的半徑的和。
- 如請求項2記載的電漿處理裝置，其中，前述預定的距離的值為前述離子的拉莫爾半徑與前述貫通孔的半徑的和。
- 如請求項4記載的電漿處理裝置，其中，前述高頻電力為微波的高頻電力，前述第二構件為石英的平板， 前述貫通孔，係未被形成於從前述第二構件的中心到前述預定的距離之間。
- 一種電漿處理裝置，其特徵係具備：處理室，其係電漿處理試料；高頻電源，其係經由被配置於前述處理室的上方的介電質的第一構件來供給用以產生電漿的高頻電力；磁場形成機構，其係在前述處理室內形成磁場；試料台，其係載置前述試料；及第二構件，其係被配置於前述第一構件與前述試料台之間，前述第二構件，係在從前述第二構件的外緣到預定的距離的區域形成有複數的開口部，前述預定的距離為以離子的拉莫爾半徑作為基礎規定的距離。
- 如請求項6記載的電漿處理裝置，其中，從前述第一構件到前述第二構件的距離為55mm以上。
- 如請求項7記載的電漿處理裝置，其中，前述高頻電力為微波的高頻電力，前述第二構件為石英的平板，前述開口部，係未被形成於從前述第二構件的中心到前述預定的距離之間。
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