TWI843988B - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

電漿處理裝置，具備：具備用於載置半導體晶圓的載置面的樣品台；具備圍繞樣品台而配置的環狀薄膜電極的介質製成的環；及覆蓋薄膜電極的介質製成的基座環；薄膜電極包含：位於比半導體晶圓的背表面更低位置的第1部分；位於比半導體晶圓的主表面更高位置的第2部分；及連接第1部分和第2部分的第3部分；在平面圖中，薄膜電極的第1部分具有與半導體晶圓重疊的重疊區域。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明關於電漿處理裝置及電漿處理方法，尤其是關於適用於半導體晶圓等被處理材料的加工的電漿處理裝置及電漿處理方法。
在半導體製造工程中，通常進行使用電漿的乾蝕刻。用於進行乾蝕刻的電漿處理裝置使用各種方法。
通常，電漿處理裝置係由真空處理室、與其連接的氣體供給裝置、將真空處理室內部的壓力維持在期望值的真空排氣系統、載置作為被處理材料的半導體晶圓的電極、及用於在真空處理室內部產生電漿的電漿產生手段等構成。藉由電漿產生手段使從噴淋板等供給至真空處理室內部的處理氣體成為電漿狀態，從而對保存在晶圓載置用電極的半導體晶圓進行蝕刻處理。
近年來，隨著半導體器件集成度的提高，電路結構變得越來越精細，因此需要精細加工，亦即需要提高加工精度。此外，為了提高每片半導體晶圓的無缺陷半導體器件的獲取率，需要能夠製造直至半導體晶圓的周緣部的無缺陷半導體部件的電漿處理裝置。
為了抑制半導體晶圓的周緣部的性能劣化，減低載置於樣品台上的半導體晶圓的外周區域中的電場集中是重要的。例如，在蝕刻處理的情況下，需要抑制在半導體晶圓的周緣部的處理速度(蝕刻速率)急速增加。因此，需要使在半導體晶圓的處理中形成在半導體晶圓上方的電漿鞘(sheath)的厚度從半導體晶圓的中央部分到外周區域維持均勻。
特開2020-43100號公報(專利文獻1)揭示，在圍繞載置有半導體晶圓的樣品台的外周而配置的絕緣環的一部分中設置導電性的薄膜電極，對樣品台施加第1高頻電力，對薄膜電極施加第2高頻電力，從而提高直至半導體晶圓的周緣部的電漿處理的均勻性之技術。
特開2010-283028號公報(專利文獻2)揭示，具備圍繞載置有半導體晶圓的樣品台的外周而配置的介質環和在其上設置的導電環，導電環係由頂面高於晶圓的外側環和頂面較低的內側環一體構成，對導電環施加直流電壓，從而控制離子入射角度，並達成減少附著物和改善處理結果平衡的技術。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2020-43100號公報
[專利文獻2]特開2010-283028號公報
在專利文獻1中，在形成有施加高頻電力的薄膜電極的絕緣環中，為了抑制與施加在樣品台的另一系統的高頻電力之間的電性相互干擾，而設為樣品台載置面以外被覆蓋有介質製成的基座環之結構。因此，薄膜電極的內周端不能靠近晶圓端部，需要進一步檢討晶圓端部周邊的較佳的電場控制。
此外，在專利文獻2中，由於沒有覆蓋導電環的周圍的保護環，因此導電環接觸電漿致使導電環的溫度上升。由於該影響而損及裝置的可靠性，或由於發熱的影響而引起處理對象晶圓的溫度不均勻，結果，導致加工形狀產生誤差，因此有必要進一步檢討。
亦即，期待可以提高電漿處理裝置的可靠性，或提高被處理對象的半導體晶圓的良率的電漿處理方法。
其他課題和新穎的特徵可以由本說明書的描述及圖面理解。
一實施形態的電漿處理裝置，係具備：樣品台，其配置在真空處理裝置內部用來形成電漿的處理室內，且具有用於載置處理對象之半導體晶圓的載置面，並且具備在平面圖中具有第1圓形的圓筒形凸部；介質環，其在前述樣品台的外周區域中圍繞前述凸部而配置，在前述半導體晶圓的處理中被供給高頻電力，並且具備在平面圖中包含內 周端和外周端的環狀薄膜電極；及介質製成的基座環，其載置於前述介質環之上並且覆蓋前述薄膜電極；前述半導體晶圓包含：在平面圖中具有第2圓形的主表面及背表面，以及作為前述主表面的圓周部之端部；前述第1圓形的第1半徑小於前述第2圓形的第2半徑，前述薄膜電極包含：第1部分，其構成前述內周端部，且具有位於比前述半導體晶圓的前述背表面更低位置的平坦的區域；配置在該第1部分的外周側並且位於比前述半導體晶圓的前述主表面更高位置的平坦的第2部分；及第3部分，其連接前述第1部分之外周緣部和前述第2部分之內周緣部；在平面圖中，前述薄膜電極的前述第1部分是具有與前述半導體晶圓重疊的重疊區域者，並且，前述基座環具備：內周端部，其覆蓋前述薄膜電極的第1部分，在前述晶圓被載置於載置面的情況下該內周端部在平面圖中係位於前述半導體晶圓的端部的下方的位置；外周部，其具有覆蓋前述第2部分的平坦的上表面；及一體地連接內周端部與外周部之間並覆蓋前述第2部分以形成台階的部分。
此外，一實施形態的電漿處理方法，係在電漿處理裝置的處理室內處理半導體晶圓的電漿處理方法，該電漿處理裝置具備：樣品台，其配置在真空處理裝置內部的用來形成電漿的前述處理室內，並且具備圓筒形凸部，該圓筒形凸部具有用於載置處理對象之前述半導體晶圓的載置面；介質環，其在該樣品台的外周區域中圍繞前述凸部而配置，並且具備在平面圖中包含內周端和外周端的環狀薄 膜電極；及介質製成的基座環，其載置於該介質環之上並且覆蓋前述薄膜電極；該電漿處理方法包含：將具備主表面和背表面的半導體晶圓載置於前述樣品台上的工程，及在前述半導體晶圓的前述主表面上實施電漿處理的工程，前述薄膜電極，係具備：第1部分，其構成前述內周端部，且具有位於比前述半導體晶圓的前述背表面更低位置的平坦的區域；配置在該第1部分的外周側並且位於比前述半導體晶圓的前述主表面更高位置的平坦的第2部分；及第3部分，其連接前述第1部分之外周緣部和前述第2部分之內周緣部；在平面圖中，前述薄膜電極的前述第1部分係具有與前述半導體晶圓重疊的重疊區域，並且，前述基座環具備：內周端部，其覆蓋前述薄膜電極的第1部分，在前述晶圓被載置於載置面的情況下該內周端部在平面圖中係位於前述半導體晶圓的端部的下方的位置；外周部，其具有覆蓋前述第2部分的平坦的上表面；及一體地連接內周端部與外周部之間並覆蓋前述第2部分以形成台階的部分；在前述半導體晶圓的前述主表面上實施電漿處理的工程中，係從高頻電源將高頻電力供給至前述薄膜電極。
根據一實施形態，可以提高電漿處理裝置的可靠性。此外，可以提高電漿處理中的被處理對象的良率。
OS:中心
OU:中心
ST:樣品台
100:電漿蝕刻裝置
101:真空容器
102:噴淋板
102a:氣體導入孔
103:介質窗
104:處理室
105:導波管
106:電場產生用電源
107:磁場產生線圈
108:電極基材
108a:上表面
108d:凹部(凹陷部)
108p:凸部(突起部)
109:半導體晶圓
109a:主表面
109b:背表面
109e:端部(圓弧部)
110:真空排氣口
111:導電體膜
112:接地
113:基座環
116:電漿
120:晶圓載置用電極
120a:載置面
120b:上表面
124:高頻電源
125:高頻濾波器
126:直流電源
127:分支盒
129:匹配器
130:負載阻抗可變盒
139:介質環
139a:介質環
139a1:第1表面
139a2:第2表面
139a3:第3表面
139a3’:第3表面
139b:薄膜電極
139b1:第1部分
139b2:第2部分
139b3:第3部分
139b3’:第3部分
139bie:內周端
139boe:外周端
140:介質膜
150:絕緣板
151:接地板
152:冷媒流路
160:電場．磁場形成部
170:控制器
[圖1]係示意表示一實施形態的電漿處理裝置的構成的概略的剖面圖。
[圖2]表示一實施形態的電漿處理裝置的晶圓載置用電極的周邊部的剖面圖。
[圖3]表示一實施形態的電漿處理裝置的晶圓載置用電極的平面圖。
[圖4]表示圖3的X-X線的剖面圖。
[圖5]表示變形例1的電漿處理裝置的晶圓載置用電極的周邊部的剖面圖。
[圖6]係示意表示變形例2的電漿處理裝置的構成的概略的剖面圖。
以下，參照圖面詳細說明實施形態。又，在說明實施形態的全部圖中，具有相同功能的構件被附加相同符號，並省略重複說明。此外，在以下的實施形態中，除了特別需要以外原則上針對相同或同樣的部分不重複進行說明。
(實施形態) <電漿處理裝置>
以下，參照圖1~4說明本實施形態的電漿處理裝置。圖1係示意表示本實施形態的電漿處理裝置的構成的概略的剖面圖，圖2係表示本實施形態的電漿處理裝置的晶圓 載置用電極的周邊部的剖面圖，圖3係表示本實施形態的電漿處理裝置的晶圓載置用電極的平面圖，圖4係圖3的X-X線的剖面圖。
圖1示出作為電漿處理裝置的一例的電漿蝕刻裝置100。該電漿蝕刻裝置100使用微波電場作為形成電漿的電場，微波的電場與磁場之間產生ECR(電子迴旋共振，Electron Cyclotron Resonance)以形成電漿，使用電漿蝕刻處理半導體晶圓等基板狀的樣品。
電漿蝕刻裝置100具有真空容器101，該真空容器101之內部具備用於形成電漿的處理室104。在上部具有圓筒形狀的處理室104載置有作為蓋構件的圓板形狀的介質窗103(例如由石英製成)以構成真空容器101的一部分。在圓筒形的真空容器101與介質窗103之間配置有O型環等密封構件，以確保真空容器101或處理室104的內部的氣密性。
此外，在真空容器101的下部配置有與處理室104連接的真空排氣口110，與配置在真空容器101的下方而連接的真空排氣裝置(省略圖示)連通。此外，在介質窗103的下方具備構成處理室104的圓形的頂面的噴淋板102。噴淋板102為圓板形狀且具有貫穿中央部而配置的多個氣體導入孔102a，通過氣體導入孔102a將蝕刻處理用氣體導入處理室104內。噴淋板102係由石英等介質材料構成。
在真空容器101的上方配置有電場．磁場形成部160，由該電場．磁場形成部160來形成用於生成電漿116的電場及磁場。電場．磁場形成部160具備導波管105和電場產生 用電源106，從電場產生用電源106震盪出的高頻電場在導波管105的內部傳輸並導入處理室104內。電場的頻率例如使用2.45GHz的微波。
在導波管105的下端部的周圍及真空容器101的周圍分別配置有磁場產生線圈107。磁場產生線圈107係由供給直流電流以形成磁場的電磁鐵及磁軛構成。
在處理用氣體從噴淋板102的氣體導入孔102a導入處理室104內的狀態下，從電場產生用電源106震盪出的微波的電場，在導波管105的內部傳輸並透過介質窗103及噴淋板102從上方向下供給到處理室104內。此外，藉由供給至磁場產生線圈107的直流電流而產生的磁場係被供給至處理室104內，該磁場與微波電場相互作用而產生ECR(Electron Cyclotron Resonance)。藉由ECR激發、解離或電離處理用氣體的原子或分子，而在導入處理室104內生成高密度的電漿116。
在形成電漿116的空間之下方配置有晶圓載置用電極120。晶圓載置用電極120，係在其上部的中央部具有上表面比外周側高的圓筒形的突起(凸狀)部分，在凸狀部分的上表面具備載置作為樣品(處理對象)的半導體晶圓(以下，也簡稱為晶圓)109的載置面120a。該載置面120a配置為面對噴淋板102或介質窗103。
如圖2所示，晶圓載置用電極120包含：電極基材108，設置於電極基材108之上的介質膜140，設置於電極基材108之下的絕緣板150及接地板151，介質環139，以及 基座環113。
電極基材108具備凸部(突起部)108p和凹部(凹陷部)108d。在平面圖中圓形狀的凸部108p位於電極基材108的中央部，環狀的凹部108d則位於其周圍。凸部108p在俯視時具備圓形狀的上表面108a，上表面108a被介質膜140覆蓋。介質膜140具備載置面120a，在載置面120a上載置有半導體晶圓109。載置面120a在俯視時具有圓形狀，其半徑與上表面108a的半徑相等，兩個圓形狀的中心相互重疊。
在介質膜140的內部配置有由多個導電體製成的膜即導電體膜111。如圖1所示，導電體膜111經由高頻濾波器125連接到直流電源126。當對導電體膜111供給直流電力時，半導體晶圓109經由導電體膜111上的介質膜140被吸附到載置面120a上。導電體膜111為靜電吸附用電極。為了方便起見，將電極基材108的凸部(突起部)108p和包含導電體膜111的介質膜140稱為樣品台ST。
電極基材108經由分支盒127和匹配器129連接到高頻電源124。彼等高頻電源124和匹配器129配置在比高頻濾波器125與導電體膜111之間之距離更近的位置處。此外，高頻電源124連接到接地112。
在半導體晶圓109的處理中，從高頻電源124將預定頻率的高頻電力供給至電極基材108(亦即，樣品台ST)。在經由介質膜140被吸附保持在載置面120a的半導體晶圓109之上方，形成具有與電漿116的電位與電極基材108的電位 之間的差對應的分布的偏壓電位。
為了冷卻晶圓載置用電極120，在電極基材108的內部具備以螺旋狀或同心圓狀且多次圍繞電極基材108之上下方向的中心軸配置的冷媒流路152。晶圓載置用電極120的入口及出口經由管路連接到溫度調節器，該溫度調節器具備未圖示的製冷循環並藉由熱傳遞將冷媒調節為預定範圍內的溫度，流過冷媒流路152並藉由熱交換而變化了溫度的冷媒從出口流出並經由管路通過溫度調節器內部的流路成為預定的溫度範圍之後，被供給至電極基材108內的冷媒流路152而進行循環。
在電極基材108的凹部108d載置有圍繞凸部108p的環狀的介質環139，在介質環139上載置有基座環113。介質環139及基座環113係由例如石英或氧化鋁之陶瓷等介質製成的材料構成。電極基材108的側面及凹部108b的底面至少被介質環139或基座環113覆蓋，因此可以防止電極基材108受到電漿的損傷。此外，與基座環113接觸的介質環139的表面，例如由表面粗糙度Ra為1.0以上的粗糙面構成。藉此，可以抑制從與電漿接觸而成為高溫的基座環113到介質環139的熱傳遞。
介質環139係由介質環139a和薄膜電極139b構成，薄膜電極139b形成在介質環139a的階段狀的上表面。薄膜電極139b經由負載阻抗可變盒130連接到分支盒127。亦即，用來載置半導體晶圓109的樣品台ST的電極基材108和介質環139的薄膜電極139b係連接到單一電源即高頻電源124， 高頻電力從高頻電源124供給至電極基材108及薄膜電極139b。
晶圓載置用電極120具備：與電極基材108之下表面接觸而配置的圓板狀的絕緣板150；以及與絕緣板150之下表面接觸而配置的圓板狀的導電體製成的構件，而且是被設為接地電位的接地板151。
如圖1所示，電場產生用電源106、磁場產生線圈107、高頻電源124、高頻濾波器125、直流電源126、分支盒127、匹配器129、負載阻抗可變盒130、以及控制器170係藉由有線或無線連接成為可以通訊。
使用圖3的平面圖及圖4的剖面圖對樣品台ST的載置面120a、半導體晶圓109及薄膜電極139b進行說明。又，如圖4所示，半導體晶圓109具有：被實施電漿處理的主表面109a；與載置面120a接觸的背表面109b；及主表面109a的圓弧部即端部109e。
如圖3所示，載置面120a具有距中心OS半徑為R1的圓形狀。環狀的薄膜電極139b具有：距中心OS半徑為R3的圓形狀的內周端139bie；和距中心OS半徑為R4的圓形狀的外周端139boe。此外，半導體晶圓109的主表面109a(換句話說，端部109e)具有距中心OU半徑為R2的圓形狀。又，由於將半導體晶圓109搭載於載置面120a時的「對準偏移」，中心OU有可能偏離中心OS，但圖3中示出一致之情況。即使存在「對準偏移」時，只要在容許範圍內也可以實施電漿處理。半導體晶圓109的主表面109a的半徑R2大 於載置面120a的半徑R1(R2>R1)。此外，薄膜電極139b的外周端139boe的半徑R4大於內周端139bie的半徑R3(R4>R3)。本實施形態的特徵點為，薄膜電極139b的內周端139bie的半徑R3小於半導體晶圓109的端部109e的半徑R2(R3<R2)。亦即，在平面圖中，薄膜電極139b與半導體晶圓109具有「重疊區域(圖3中帶陰影的區域)」。該「重疊區域」遍及半導體晶圓109的圓弧狀的端部109e的整個區域。即使發生前述「對準偏移」而中心OU偏離中心OS之情況下，「重疊區域」也被確保在半導體晶圓109的圓弧狀的端部109e的整個區域上。
如圖4所示，介質環139a的上表面具備以階梯狀配置的第1表面139a1、第3表面139a3、及第2表面139a2。第1表面139a1及第2表面139a2係與半導體晶圓109的主表面109a或載置面120a平行的水平面，第3表面139a3，係連接第1表面139a1與第2表面139a2的表面，且是相對於半導體晶圓109的主表面109a或載置面120a垂直的表面。在介質環139a的上表面設置有薄膜電極139b。又，在介質環139a的上表面設置絕緣性被膜，在其上形成薄膜電極139b亦可。
薄膜電極139b例如由鎢的噴塗膜等導電膜構成。環形狀的薄膜電極139b具有從內周端139bie到外周端139boe的環形寬度，在寬度方向上具有第1部分139b1、第3部分139b3及第2部分139b2。第1部分139b1、第3部分139b3及第2部分139b2分別對應於介質環139a的上表面的第1表面 139a1、第3表面139a3及第2表面139a2而形成。因此，第1部分139b1及第2部分139b2係與半導體晶圓109的主表面109a或載置面120a平行的水平面，第3部分139b3係連接第1部分139b1和第2部分139b2的垂直面。此外，第1部分139b1的整個區域在垂直方向上的位置低於半導體晶圓109的背表面109b，內周端139bie位於半導體晶圓109之下方並與半導體晶圓109重疊。第1部分139b1被配置為與半導體晶圓109的背表面109b在垂直方向上分開距離A，在平面圖中，在與半導體晶圓109之間具有「重疊區域」。第2部分139b2的整個區域位於比半導體晶圓109的主表面109a高的位置。此外，第3部分139b3與半導體晶圓109的端部109e在水平方向分開距離B。本實施形態的特徵為，距離A小於距離B。水平方向是指與垂直方向垂直的方向，且是與載置面120a或半導體晶圓109的主表面109a平行的方向。
又，如圖2所示，薄膜電極139b的第1部分139b1、第3部分139b3和第2部分139b2的表面(上表面)係被基座環113覆蓋。在第2部分139b2的上方，基座環113具備比半導體晶圓109的主表面109a高的水平面。
<電漿處理方法>
接著，對使用了前述電漿蝕刻裝置100的電漿處理方法進行說明。
首先，準備前述電漿蝕刻裝置100。
接著為半導體晶圓109的搬入工程。減壓至與處理室104相同壓力的真空搬送室被連結到真空容器101的側壁。半導體晶圓109被載置於配置在真空搬送室內的晶圓搬送用的機器人的手臂前端上，被搬入處理室104內部。接著，半導體晶圓109被載置於載置面120a上，被樣品台ST靜電吸附並保持。
接著為蝕刻氣體導入工程。搬送用機器人從真空搬送室內部退出之後，處理室104內部被密閉。在該狀態下，蝕刻處理用氣體被供給至處理室104內。導入的氣體通過噴淋板102的氣體導入孔102a被導入處理室104。處理室104內部，係藉由連結到真空排氣口110的真空排氣裝置的動作並通過真空排氣口110實施內部的氣體或粒子之排氣。處理室104內根據來自噴淋板102的氣體導入孔102a的氣體的供給量與來自真空排氣口110的排氣量之平衡，而被調整為適合半導體晶圓109的處理的預定壓力。
接著為電漿蝕刻(電漿處理)工程。其詳細被省略，必要時進行半導體晶圓109的溫度調整之後，微波的電場和磁場被供給到處理室104內並使用氣體生成電漿116。形成電漿116之後，從高頻電源124將高頻(RF)電力供給至電極基材108，在半導體晶圓109的主表面109a之上方形成偏壓電位並且根據與電漿116的電位之間之電位差使電漿116內的離子等帶電粒子被吸引到半導體晶圓109的主表面109a。此外，帶電粒子與在半導體晶圓109的主表面109a上事先配置的處理對象的膜層的表面碰撞而進行蝕刻 處理。此外，如圖2~圖4中之說明，從高頻電源124經由匹配電路129、分支盒127及負載阻抗可變盒130將高頻(RF)電力供給至設置於介質環139上的薄膜電極139b上。又，在蝕刻處理中，導入處理室104內的處理用氣體或處理中產生的反應生成物的粒子係從真空排氣口110實施排氣。
接著為半導體晶圓109的搬出工程。已結束蝕刻處理的半導體晶圓109被前述搬送用機器人的手臂前端所支撐並搬出至處理室104外部。
<本實施形態的特徵>
本實施形態的電漿處理裝置，在半導體晶圓109的處理中，係從單一的高頻電源124將高頻電力供給至樣品台ST的電極基材108和設置在介質環139的薄膜電極139b。從高頻電源124輸出的高頻電力經由配置在電連接分支盒127與薄膜電極139b之間的供電路徑上的負載阻抗可變盒130被供給至配置在基座環113的內側的薄膜電極139b。此時，藉由將負載阻抗可變盒130中的供電路徑上的阻抗調節為合適範圍內的值，則對於基座環113上部的相對高的阻抗部分，對於從高頻電源124經由分支盒127通過電極基材108到半導體晶圓109的周緣部的高頻電力的阻抗值變為相對低。結果，高頻電力被有效地供給至半導體晶圓109的周緣部和外周區域，半導體晶圓109的周緣部和外周區域中的電場集中得到緩和，這些區域上方的偏壓電位的等電位面的高度分布可以是均勻的。因此，可以提高電漿處 理裝置的可靠性，並且可以提高半導體晶圓109的電漿處理的良率。
此外，薄膜電極139b具備：位於比半導體晶圓109的背表面109b低的第1部分139b1；位於比半導體晶圓109的主表面109a高的第2部分139b2；及連接第1部分139b1與第2部分139b2的第3部分139b3。在俯視狀態下，第1部分139b1具有與半導體晶圓109重疊的「重疊區域」。此外，第1部分139b1被配置為與背表面109b在垂直方向上分開距離A，第3部分139b3被配置為與半導體晶圓109的端部109e在水平方向上分開距離B，而且距離A小於距離B。
藉由向薄膜電極139b供給高頻電力而獲得的半導體晶圓109的外周區域的電漿鞘電位分布，主要由第1部分139b1和第2部分139b2來形成。在該電位分布中，可以藉由使第1部分139b1和第2部分139b2更靠近半導體晶圓109來增強電場強度，並且可以擴大電漿鞘電位的控制區域。但是，如果第3部分139b3太靠近半導體晶圓109時，則電漿鞘電位分布成為在半導體晶圓109的端部109e附近沿著基座環113的形狀具有陡峭的梯度，這是不合適的控制區域。另一方面，當第1部分139b1靠近半導體晶圓109的背表面109b時，僅會影響半導體晶圓109的端部109e附近的電漿鞘電位分布，與太靠近第3部分139b3時相比，可控性更好。從以上可知，為了獲得合適的電漿鞘電位控制區域，具有距離A小於距離B的關係性(A<B)是較佳的。
此外，具備薄膜電極139b的介質環139，由於其上表 面被介質製成的基座環113覆蓋不接觸電漿116，因此可以抑制過度的溫度上升。此外，與基座環113接觸的介質環139的表面，係由粗糙面(例如表面粗糙度Ra為1.0以上)構成，因此可以抑制從與電漿接觸而成為高溫的基座環113到介質環139的熱傳遞。因此，可以提高電漿處理裝置的可靠性，進一步可以抑制加工形狀誤差的產生，因此可以提高半導體晶圓109的製造良率。
此外，藉由從單一的高頻電源124將高頻電力供給至樣品台ST的電極基材108和介質環139的薄膜電極139b，可以抑制施加到電極基材108的高頻電力與施加到薄膜電極139b的高頻電力之間的電性相互干擾。在半導體晶圓109的背表面109b之下方，薄膜電極139b的內周端139bie可以靠近樣品台ST，薄膜電極139b的第1部分139b1和第2部分139b2可以接近半導體晶圓109。結果，在半導體晶圓109的周緣部及外周區域中可以進行合適的電場控制、電漿鞘電位控制，因此可以達成提高電漿處理裝置的可靠性和提高半導體晶圓109的良率的效果。
(變形例1)
圖5係表示變形例1的電漿處理裝置的晶圓載置用電極的周邊部的剖面圖。圖5係圖4的變形例。
和上述實施形態的圖4之差異在於介質環139’的形狀。介質環139a’的上表面具備：第1表面139a1，第3表面139a3’，和第2表面139a2。第3表面139a3’相對於第1表面 139a1和第2表面139a2具有大於90°的傾斜度。第3表面139a3’具有沿垂直方向接近樣品台ST的傾斜度。
環形狀的薄膜電極139b’具有從內周端139bie到外周端139boe的環形寬度，在寬度方向上具有第1部分139b1、第3部分139b3’、和第2部分139b2。第1部分139b1、第3部分139b3’、和第2部分139b2分別對應於介質環139a’的上表面的第1表面139a1、第3表面139a3’和第2表面139a2而形成。因此，第3部分139b3’具有沿垂直方向接近樣品台ST的傾斜度。
在變形例1中，和上述實施形態相同地，在俯視狀態下，第1部分139b1具有與半導體晶圓109之「重疊區域」。此外，第1部分139b1被配置為與背表面109b在垂直方向上分開距離A，第3部分139b3’被配置為與半導體晶圓109的端部109e在水平方向上分開距離B’，且距離A小於距離B’。
和上述實施形態比較，根據變形例1，第3部分139b3’下部可以更靠近半導體晶圓109的端部109e。因此，半導體晶圓109的端部109e周邊中的電漿鞘電位分布受到影響，可以變更電漿鞘電位控制區域。
(變形例2)
圖6係示意表示變形例2的電漿處理裝置的構成的概略的剖面圖。和上述實施形態的圖2的差異在於高頻電力的供給對象。在變形例2中，高頻電源124係經由匹配器129 及分支盒127連接到導電體膜111。
在圖6的構成中，藉由適當地變更高頻電源124的高頻電力值來補正來自圖2所示構成的負荷阻抗的變化量，可以使由導電體膜111形成的半導體晶圓109的周緣部及外周區域的電漿鞘電位分布成為和圖2的情況的電漿鞘電位分布相同，可以獲得和上述實施形態相同的效果。
此外，在上述實施形態或變形例中，處理前上事先配置在半導體晶圓109的主表面上的被蝕刻膜為氧化矽膜，作為蝕刻用的處理氣體及潔淨用的潔淨氣體可以使用四氟化甲烷氣體、氧氣體和三氟甲烷氣體。另外，作為被蝕刻膜，不僅有氧化矽膜，也可以使用多晶矽膜、光阻膜、抗反射有機膜、抗反射無機膜、有機材料、無機材料、氧化矽膜、氮氧化矽膜、氮化膜、Low-k材料、High-k材料、非晶碳膜、Si基板、金屬材料等，在這些情況下可以獲得相同的效果。
此外，作為蝕刻用的處理氣體可以使用氯氣體、溴化氫氣體、四氟化甲烷氣體、三氟化甲烷氣體、二氟化甲烷氣體、氬氣體、氦氣體、氧氣體、氮氣體、二氧化碳氣體、一氧化碳氣體、氫氣體等。此外，作為蝕刻用的處理氣體可以使用氨氣體、八氟化丙烷氣體、三氟化氮氣體、六氟化硫氣體、甲烷氣體、四氟化矽氣體、四氯化矽氣體、氖氣體、氪氣體、氙氣體、氡氣體等。
以上，根據實施形態對本發明人的發明進行了具體說明，但本發明不限於該實施形態，在不脫離其主旨的範圍 內能夠進行各種變更。例如，晶圓載置用電極120可以在介質膜140的內部或基材電極108的內部具備調節半導體晶圓109的溫度加熱器。此外，為了這樣的溫度調節，可以在基材電極108內部具備配置成為可與控制器170通訊且檢測溫度的至少1個溫度感測器。
在上述實施形態中說明對處理室104內供給頻率為2.45GHz的微波的電場以及可以與該電場並行形成ECR的磁場，使處理用氣體放電而形成電漿的構成。但是，在上述實施形態中說明的構成，即使是使用其他的放電(有磁場UHF放電、電容耦合型放電、感應耦合型放電、磁控放電、表面波激發放電、轉移耦合放電)來形成電漿的之情況下，亦可以達成和上述實施形態等中說明者相同的作用．效果。此外，在進行電漿處理的其他電漿處理裝置例如電漿CVD裝置、灰化裝置、表面改質裝置等中所配置的晶圓載置用電極上，適用上述實施形態及變形例1及2時亦可以獲得同樣的作用效果。
108:電極基材
109:半導體晶圓
109a:主表面
109b:背表面
109e:端部(圓弧部)
120:晶圓載置用電極
120a:載置面
139:介質環
139a:介質環
139a1:第1表面
139a2:第2表面
139a3:第3表面
139b:薄膜電極
139b1:第1部分
139b2:第2部分
139b3:第3部分
139bie:內周端
139boe:外周端
ST:樣品台

Claims (15)

  1. 一種電漿處理裝置，係具備：樣品台，其配置在真空處理裝置內部用來形成電漿的處理室內，且具有用於載置處理對象之半導體晶圓的載置面，並且具備在平面圖中具有第1圓形的圓筒形凸部；介質環，其在前述樣品台的外周區域中圍繞前述凸部而配置，在前述半導體晶圓的處理中被供給高頻電力，並且具備在平面圖中包含內周端和外周端的環狀薄膜電極；及介質製成的基座環，其載置於前述介質環之上並且覆蓋前述薄膜電極；前述半導體晶圓包含：在平面圖中具有第2圓形的主表面及背表面，以及作為前述主表面的圓周部之端部；前述第1圓形的第1半徑小於前述第2圓形的第2半徑，前述薄膜電極包含：第1部分，其構成前述內周端部，且具有位於比前述半導體晶圓的前述背表面更低位置的平坦的區域；配置在該第1部分的外周側並且位於比前述半導體晶圓的前述主表面更高位置的平坦的第2部分；及第3部分，其連接前述第1部分之外周緣部和前述第2部分之內周緣部；在平面圖中，前述薄膜電極的前述第1部分是具有與前述半導體晶圓重疊的重疊區域者，並且，前述基座環具備：內周端部，其覆蓋前述薄膜電極的第1部分，在前述晶圓被載置於載置面的情況下該 內周端部在平面圖中係位於前述半導體晶圓的端部的下方的位置；外周部，其具有覆蓋前述第2部分的平坦的上表面；及一體地連接該內周端部與外周部之間並且覆蓋前述第2部分以形成台階的部分。
  2. 如請求項1之電漿處理裝置，其中前述重疊區域遍及前述半導體晶圓的前述圓周部的整個區域。
  3. 如請求項1之電漿處理裝置，其中前述薄膜電極的前述內周端，在平面圖中具有第3半徑的第3圓形，前述第3半徑大於前述第1半徑且小於前述第2半徑。
  4. 如請求項1之電漿處理裝置，其中該電漿處理裝置還具備：高頻電源，其將高頻電力供給至前述樣品台。
  5. 如請求項4之電漿處理裝置，其中前述樣品台包含：導電性的電極基材，其電性連接到前述高頻電源；和配置在前述電極基材上的介質膜；前述介質膜的上表面構成前述載置面。
  6. 如請求項4之電漿處理裝置，其中從前述高頻電源將高頻電力供給至前述樣品台和前述薄膜電極。
  7. 如請求項5之電漿處理裝置，其中前述介質膜係在其內部具備導電體膜，從前述高頻電源將高頻電力供給至前述導電體膜。
  8. 如請求項1之電漿處理裝置，其中前述半導體晶圓的前述背表面與前述薄膜電極的前述第1部分之間的垂直方向的第1距離，係小於前述半導體晶圓的前述端部與前述薄膜電極的前述第3部分之間的水平方向的第2距離。
  9. 如請求項8之電漿處理裝置，其中構成前述基座環的前述薄膜電極的前述第3部分與前述半導體晶圓的前述端部之間的前述台階的部分的上表面，係構成高度隨著從前述內周端部向前述外周部而變高的傾斜面。
  10. 如請求項1之電漿處理裝置，其中前述薄膜電極的前述第1部分和前述第2部分，係具備與前述半導體晶圓的前述主表面平行的水平面，前述薄膜電極的前述第3部分，係具備與前述半導體晶圓的前述主表面垂直的垂直面。
  11. 如請求項1之電漿處理裝置，其中前述薄膜電極的前述第1部分和前述第2部分，係具備與前述半導體晶圓的前述主表面平行的水平面，前述薄膜電極的前述第3部分，係具備沿垂直方向接近前述樣品台的傾斜度。
  12. 一種電漿處理方法，係在電漿處理裝置的處理室內處理半導體晶圓的電漿處理方法，該電漿處理裝置具備：樣品台，其配置在真空處理裝置內部的用來形成電漿的前述處理室內，並且具備圓筒形凸部，該圓筒形 凸部具有用於載置處理對象之前述半導體晶圓的載置面；介質環，其在該樣品台的外周區域中圍繞前述凸部而配置，並且具備在平面圖中包含內周端和外周端的環狀薄膜電極；及介質製成的基座環，其載置於該介質環之上並且覆蓋前述薄膜電極；該電漿處理方法包含：將具備主表面和背表面的半導體晶圓載置於前述樣品台上的工程，及在前述半導體晶圓的前述主表面上實施電漿處理的工程，前述薄膜電極，係具備：第1部分，其構成前述內周端部，且具有位於比前述半導體晶圓的前述背表面更低位置的平坦的區域；配置在該第1部分的外周側並且位於比前述半導體晶圓的前述主表面更高位置的平坦的第2部分；及第3部分，其連接前述第1部分之外周緣部和前述第2部分之內周緣部；在平面圖中，前述薄膜電極的前述第1部分係具有與前述半導體晶圓重疊的重疊區域，並且，前述基座環具備：內周端部，其覆蓋前述薄膜電極的第1部分，在前述晶圓被載置於載置面的情況下該內周端部在平面圖中係位於前述半導體晶圓的端部的下方的位置；外周部，其具有覆蓋前述第2部分的平坦的上表面；及一體地連接該內周端部與外周部之間並且覆蓋前述第2部分以形成台階的部分；在前述半導體晶圓的前述主表面上實施電漿處理的工 程中，係從高頻電源將高頻電力供給至前述薄膜電極。
  13. 如請求項12之電漿處理方法，其中前述半導體晶圓的前述主表面及前述背表面具有圓形，前述重疊區域係遍及前述半導體晶圓的圓周部的整個區域。
  14. 如請求項12之電漿處理方法，其中前述半導體晶圓的前述背表面與前述薄膜電極的前述第1部分之間的垂直方向的第1距離，係小於前述半導體晶圓的前述端部與前述薄膜電極的前述第3部分之間的水平方向的第2距離。
  15. 如請求項12之電漿處理方法，其中在前述半導體晶圓的前述主表面上實施電漿處理的工程中，係將高頻電力供給至前述樣品台。
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