TW202139788A - 電漿處理裝置 - Google Patents

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山岸幸司
池田寛
近藤寛之
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明旨在提供於電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿的電漿處理裝置。 本發明之電漿處理裝置包含處理室、第1電極、射頻電源、供電棒、板狀構件、及介電體。第1電極係面向處理室內之電極。射頻電源將射頻電力供應至第1電極。供電棒將射頻電力供應至第1電極之面向處理室內的面之相反面的中心。板狀構件係與第1電極之面向處理室內的面之相反面平行設置並接地的導電性板狀構件。介電體連接第1電極與板狀構件之間，並呈對第1電極之中心呈旋轉對稱的形狀。

Description

電漿處理裝置
本發明係有關於一種電漿處理裝置。
電漿處理裝置已知有例如電容耦合型電漿處理裝置。在電容耦合型電漿處理裝置，例如於處理室內配置一對平行板電極(上部電極及下部電極)，將處理氣體導入至處理室內，並且對其中一電極施加射頻，藉此，形成處理氣體之電漿。在此，為使電漿之密度高，而使對電極施加之射頻的頻率高時，因高諧波而易於電極表面產生駐波。當產生駐波時，電極表面之電場分布變得不均，電漿密度亦變得不均。對此，提出了藉於對電極施加射頻之供電棒及電極之對側設導電性構件而接地，而使供電棒之阻抗降低，使電漿密度均一的技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公開公報2000-331996號
[發明欲解決之課題]
本發明提供在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿的電漿處理裝置。 [解決課題之手段]
本發明之一態樣的電漿處理裝置包含處理室、第1電極、射頻電源、供電棒、板狀構件、及介電體。第1電極係面向處理室內之電極。射頻電源將射頻電力供應至第1電極。供電棒將射頻電力供應至第1電極之面向處理室內的面之相反面的中心。板狀構件係與第1電極之面向處理室內的面之相反面平行設置並接地的導電性板狀構件。介電體連接第1電極與板狀構件之間，並呈對第1電極之中心呈旋轉對稱的形狀。 [發明之效果]
根據本發明，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
[用以實施發明之形態]
以下，就揭示之電漿處理裝置的實施形態，依據圖式，詳細地說明。此外，並非用以下之實施形態來限定揭示技術。
近年，在電漿處理裝置，為因應進一步之細微化，而要求供應更高之頻率(例如100MHz左右。)的射頻電力。當頻率更高時，因存在於電極之對側與殼體部之間的處理氣體之導入管及冷卻器冷媒之流路的配置，而有電極外周部之周向的電場分布不均，電漿密度亦不均之情形。特別是導入管或流路之配管的一部分為金屬製時，電場分布易不均。是故，期待在電極外周部之周向，產生高均勻性之電漿。
(第1實施形態) [電漿處理裝置1之結構] 圖1係顯示本發明之第1實施形態的電漿處理裝置之一例的圖。電漿處理裝置1係對被處理體之一例亦即半導體晶圓(以下稱為晶圓。)進行蝕刻及成膜等電漿處理的裝置。電漿處理裝置1包含裝置本體10及控制裝置100。電漿處理裝置1配置於空氣之溫度及濕度控制在預定範圍之無塵室內等。
裝置本體10具有由例如表面經陽極氧化處理之鋁等構成的大約圓筒狀處理室11。將處理室11進行了保護接地。於處理室11之底部藉由以例如石英等構成之圓筒狀支撐構件26配置有圓柱狀支撐台14，於支撐台14上設有由例如鋁等構成之載置台16。載置台16亦具有下部電極之功能。
於載置台16之上面設有以靜電力吸附保持晶圓W之靜電吸盤18。靜電吸盤18具有以一對絕緣層或絕緣片夾住由導電膜構成之電極20的構造。於電極20電性連接有直流電源22。晶圓W以藉從直流電源22施加之直流電壓而產生於靜電吸盤18之上面的庫侖力等靜電力，被吸附保持於靜電吸盤18之上面。
於靜電吸盤18之周圍且是載置台16之上面的位置配置有用以使蝕刻之均勻性提高的由例如矽構成之導電性邊緣環24。於載置台16及支撐台14之側面配置有支撐構件26。
於支撐台14之內部設有流路28，在流路28內，經由配管30a，供應來自設於處理室11之外部的冷卻器單元之冷媒。又，供應至流路28內之冷媒經由配管30b返回至冷卻器單元。冷卻單元器控制供應至流路28內之冷媒的溫度。藉經控制溫度之冷媒在流路28內循環，可控制支撐台14之溫度，以支撐台14上之載置台16及靜電吸盤18為中介而控制靜電吸盤18上之晶圓W的溫度。
於支撐台14、載置台16及靜電吸盤18內設有配管32。從圖中未示之傳熱氣體供應機構供應至配管32之傳熱氣體通過配管32，供應至晶圓W與靜電吸盤18之間。傳熱氣體為例如氦氣。藉控制供應至晶圓W與靜電吸盤18之間的傳熱氣體之壓力，可控制晶圓W與靜電吸盤18之間的熱之傳遞率。
在載置台16之上方，噴灑頭34設成與載置台16大約平行地對向。噴灑頭34亦具有上部電極之功能。即，噴灑頭34與載置台16具有一對電極(上部電極及下部電極或第1電極及第2電極)之功能。噴灑頭34與載置台16之間的空間作為電漿產生空間。
噴灑頭34藉由絕緣性遮蔽構件42，支撐於處理室11之上部。噴灑頭34具有配置成與載置台16對向之頂板36、及將頂板36從上方支撐之基底構件38。
於頂板36形成有於厚度方向貫穿且將處理氣體噴出至處理室11內之複數的噴吐孔37。頂板36以例如矽或SiC等形成。
基底構件38以例如表面經陽極氧化處理之鋁等導電性材料構成，將頂板36裝卸自如地支撐於其下部。於基底構件38之內部形成有用以將處理氣體供應至複數之噴吐孔37的擴散室40。在基底構件38之底部，複數的流通孔41形成為位於擴散室40之下部。複數之流通孔41分別連通複數之噴吐孔37。
於基底構件38形成有用以將處理氣體導入至擴散室40之導入口62。於導入口62連接有具有貫穿孔之介電體51的一端。於介電體51之另一端，藉由設於板狀構件11a之導入口，連接有配管64之一端。於配管64之另一端連接有供應處理氣體之氣體供應源66。於配管64從上游側依序設有質量流量控制器(MFC)67、及閥68。對靜電吸盤18上之晶圓W進行電漿處理時，從氣體供應源66供應之處理氣體經由配管64及介電體51之貫穿孔供應至擴散室40內，在擴散室40內擴散。在擴散室40內擴散之處理氣體經由流通孔41及噴吐孔37，以噴灑狀供應至處理室11內。
又，於基底構件38之內部設有流路92，於流路92內，經由配管93及具有貫穿孔之介電體52，供應來自設於處理室11之外部的冷卻器單元94之冷媒。介電體52之一端連接於流路92。於介電體52之另一端，藉由設於板狀構件11a之導入口，連接有配管93。此外，在以下之說明中，關於不區別介電體51、52時及假介電體，呈現為介電體50。又，介電體51、52及假介電體為同一形狀及材料。介電體50之材料只要為各自之介電常數相同或接近之材料即可，可使用例如PPS(Poly Phenylene Sulfide：聚苯硫醚)、或PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene：聚四氟乙烯)等氟樹脂等。此外，介電體50係將複數之介電體50統稱為介電體時之該介電體的複數之部位各部位的一例。
從冷卻器單元94經由配管93及介電體52之貫穿孔供應至基底構件38之流路92內的冷媒在流路92內循環，經由介電體52之貫穿孔及配管93返回至冷卻器單元94。冷卻器單元94控制供應至流路92內之冷媒的溫度。冷卻器單元94為溫度控制部之一例。藉經控制溫度之冷媒在流路92內循環，可抑制因產生於載置台16與噴灑頭34之間的電漿之熱輸入引起的噴灑頭34之溫度上升。
在流路92內循環之冷媒的溫度係低於處理室11之外部空氣的露點溫度之溫度。在本實施形態，冷媒之溫度為例如0℃以下之溫度。形成有流路92之基底構件38係冷卻部之一例。
又，於基底構件38設有RF(Radio Frequency：射頻)導入部44a，藉由供電棒44及匹配器46，電性連接有射頻電源48。在本實施形態，供電棒44係以鋁等導電性金屬構成之中空圓筒狀構件。射頻電源48係電漿產生用電源，使13.56MHz以上之頻率、例如60MHz至100MHz之射頻電力產生。射頻電源48所產生之射頻電力經由匹配器46及供電棒44，供應至基底構件38。匹配器46使負載阻抗與射頻電源48之內部(或輸出)阻抗匹配。匹配器46具有於處理室11內產生電漿時，使射頻電源48之輸出阻抗與負載阻抗表觀上一致的功能。匹配器46之輸出端子電性連接於供電棒44之上端。
噴灑頭34及供電棒44以設於處理室11之側壁的上方之大約圓筒狀蓋構件11d覆蓋。蓋構件11d以鋁等導電性材料構成，藉由處理室11接地。藉此，可抑制供應至噴灑頭34之射頻電力洩漏至裝置本體10的外部。蓋構件11d具有板狀構件11a、筒狀構件11b、壁構件11c。板狀構件11a為蓋構件11d之頂壁部分並設成與噴灑頭34大約平行。筒狀構件11b覆蓋供電棒44之周圍，連接板狀構件11a與匹配器46。壁構件11c從處理室11之側壁的上端部連接至板狀構件11a。於板狀構件11a設有作為介電體51及介電體52與配管64及配管93之連接的中介之導入口。供電棒44通過筒狀構件11b之中心部，連接基底構件38與匹配器46。此外，以蓋構件11d覆蓋之空間為大氣壓下。
於具有下部電極之功能的載置台16藉由供電棒89及匹配器87電性連接有射頻電源88。射頻電源88係離子引入用(偏壓用)電源，將300kHz~13.56MHz之範圍內的頻率、例如2MHz之射頻電力供應至載置台16。匹配器87使負載阻抗與射頻電源88之內部(或輸出)阻抗匹配。匹配器87具有於處理室11內產生電漿時，使射頻電源88之內部阻抗與負載阻抗表觀上一致的功能。
於處理室11之底部設有排氣口80。於排氣口80藉由排氣管82及APC(Auto Pressure Control：自動壓力控制)閥83連接有排氣裝置84。排氣裝置84具有渦輪分子泵等真空泵，可將處理室11內減壓至所期之真空度。APC閥83調整處理室11內之壓力。
於處理室11之側壁設有用以進行晶圓W之搬入及搬出的開口85，開口85以閘閥86開閉。又，用以防止蝕刻副產物(沉積物)附著於處理室11之沉積物防護屏12裝卸自如地設於處理室11之內側壁。沉積物防護屏12亦設於支撐構件26之外周。於處理室之底部11且是處理室11之側壁側的沉積物防護屏12與支撐構件26側的沉積物防護屏12之間設有排氣板81。沉積物防護屏12及排氣板81可適於使用於鋁材被覆有Y2 O3 等陶瓷之物等。
於沿著處理室11之內壁配置的沉積物防護屏12之與晶圓W大致相同的高度之位置設有以導電性構件構成且以直流方式連接於接地之GND塊91。藉GND塊91，可防止處理室11內之異常放電。
如上述構成之裝置本體10藉控制裝置100統一地控制其動作。控制裝置100具有處理器、記憶體及輸入輸出介面。於記憶體儲存程式及處理配方等。處理器藉執行從記憶體讀取之程式，而根據從記憶體讀取之處理配方，藉由輸入輸出介面，控制裝置本體10之各部。
在如此構成之電漿處理裝置1對晶圓W進行使用電漿之處理時，控制裝置100對電漿處理裝置1之各部，進行例如以下之控制。首先，控制裝置100在晶圓W載置於靜電吸盤18上之狀態下，控制MFC67及閥68，將預定流量之處理氣體供應至擴散室40內。供應至擴散室40內之處理氣體在擴散室40內擴散，經由複數之流通孔41及噴吐孔37，以噴灑狀供應至處理室11內。又，控制裝置100控制APC閥83及排氣裝置84，將處理室11內控制在預定壓力。
又，控制裝置100使射頻電源48產生用於電漿產生之預定頻率的射頻電力，經由供電棒44，將之供應至噴灑頭34。藉此，可將處理室11內之處理氣體電漿化。再者，控制裝置100使射頻電源88產生用於離子引入(偏壓)之預定頻率的射頻電力，將之供應至載置台16。藉此，可將電漿中之離子等荷電粒子引入至靜電吸盤18上之晶圓W。藉此，可對靜電吸盤18上之晶圓W施行蝕刻等預定電漿處理。
[蓋構件11d之細節] 圖2係顯示第1實施形態之處理室上部的蓋構件之結構的一例之圖。如圖2所示，蓋構件11d係板狀構件11a設成蓋在壁構件11c之上部。又，蓋構件11d於板狀構件11a之中心部設有筒狀構件11b。在圖2之例中，於板狀構件11a設有八個連接介電體50之導入口。
[介電體50之配置] 圖3係顯示第1實施形態之處理室上部的介電體之配置的一例之立體圖。圖3係卸除了板狀構件11a及筒狀構件11b之狀態，可看到基底構件38、設於基底構件38之中心部的RF導入部44a、配置成包圍基底構件38之中心部的八個介電體50。介電體50於例如中心與噴灑頭34之基底構件38(上部電極)的中心一致之圓的圓周上以等間隔配置成旋轉對稱。亦即，介電體50與RF導入部44a之距離相等，且以等間隔配置成旋轉對稱。
圖4係顯示第1實施形態之處理室上部的介電體之配置的一例之立體圖。圖4係將八個介電體50中之介電體51a、51b作為處理氣體導入用，將介電體52a、52b作為冷媒用，將剩餘之四個介電體50作為假的時之一例。如圖4所示，介電體50之配置係藉將處理氣體及冷媒之導入口設成從RF導入部44a成軸對稱，而維持噴灑頭34(上部電極)與蓋構件11d(殼體)間的軸對稱性。此外，各介電體50之形狀連假的介電體50亦包含在內為相同。
圖5係顯示第1實施形態之處理室上部的結構之一例的立體截面圖。圖5係圖4所示之A”-A-A”線的處理室上部之截面的一例。此外，在圖5，使用具有對應晶圓W之中央部分的擴散室40a及對應晶圓W之邊緣部分的擴散室40b之基底構件38a取代基底構件38。如圖5所示，介電體51a、51b、52a、52b垂直地配置於板狀構件11a與基底構件38a之間的空間。此外，介電體50同樣地垂直配置於供電棒44之背面側。介電體51a配置成內部之貫穿孔與擴散室40a流體流通。介電體51b配置成內部之貫穿孔與擴散室40b流體連通。介電體52a、52b配置成內部之貫穿孔與流路92流體連通，冷媒依序在例如介電體52a、流路92、介電體52b循環。又，於基底構件38a之中心部設有RF導入部44a，且連接有供電棒44。
[射頻電力之供應路徑] 圖6及圖7係示意顯示上部電極之射頻電力的供應路徑之一例的圖。圖6顯示圖4所示之A’-A-A’線的截面，亦即介電體50不存在之部分的截面之射頻電力的供應路徑之一例。如圖6所示，從射頻電源48經由匹配器46供應至供電棒44之射頻電力藉表面效應，通過供電棒44之表面、基底構件38之上面、基底構件38之側面、頂板36之側面，到達電漿接觸面亦即頂板36之下面。此時，由於供電棒44存在於上部電極亦即噴灑頭34之基底構件38的中心，故在頂板36下面之邊緣部，不論何處，電壓及電流皆是相同之相位，而從頂板36之邊緣部以同相往中心方向緩緩地供應電力。
圖7顯示圖4所示之A”-A-A”線的截面，亦即介電體50存在之部分的截面之射頻電力的供應路徑之一例。如圖7所示，從射頻電源48經由匹配器46供應至供電棒44之射頻電力藉表面效應，通過供電棒44之表面、基底構件38之上面、基底構件38之側面、頂板36之側面，到達電漿接觸面亦即頂板36之下面。然而，由於基底構件38之上面存在介電體50，故射頻電力之一部分通過介電體50，流至接地之板狀構件11a。因而，在介電體50存在之部分，到達頂板36下面之邊緣部的射頻電力與圖6所示之介電體50不存在的部分不同。
圖8係顯示從供電棒至頂板之等效電路的一例之圖。如圖8所示，從供電棒44至頂板36之射頻電力的供應路徑之等效電路可以多個電容器並聯形成於供電棒44至頂板36之路徑與蓋構件11d之間的狀態表示。此時，例如令對應基底構件38之上面的電容器為電容器C時，電容器C之電容隨介電體50之有無而變化。因而，介電體50之配置偏集時，產生之電漿的偏集增大。
[取決於介電體50之配置的電漿之偏集] 圖9係顯示將第1實施形態之介電體於周向均等配置時的電漿之偏集的一例之圖。如圖9所示，第1實施形態之電漿的偏集係以於圓周上均等配置五個介電體50時的電漿密度之差為一例。在圖9，介電體50每隔中心角θ配置。此時，晶圓W之邊緣的周向之電漿密度在介電體50存在之處降低△1。此外，晶圓W之邊緣在300mm晶圓係距離中心145~150mm之區域。
圖10係顯示將比較例之介電體於周向偏集配置時之電漿的偏集之一例的圖。在圖10所示之比較例，以將五個介電體50於圓周上分為二個與三個來配置時的電漿密度之差為一例。在圖10，介電體50於中心角θ之範圍偏集配置三個，於對側偏集配置二個。此時，晶圓W之邊緣的周向之電漿密度在介電體50配置三個之區域降低△2，在配置二個之區域降低△3。如圖9及圖10所示，當比較取決於介電體50之有無的電漿密度之差△1與△2/△3時，可知將介電體50均等配置時之△1比偏集配置時之△2/△3小。此係因當介電體50聚集配置於特定區域時，在該區域之阻抗增高，與未配置介電體50之區域的差異增大之故。
此外，只要可使用介電體50之相對介電常數(為PTFE時，εγ =2.1)接近介電體50不存在之處(空間)的相對介電常數、即在第1實施形態為大氣之介電常數(εγ =1.0)的材料，取決於介電體50之有無的電漿密度之差△1便更小，而可產生電漿密度之均勻性更高的電漿。
圖11係示意顯示取決於第1實施形態之介電體的有無之射頻電力的供應路徑之一例的圖。在圖11，示意顯示取決於介電體50之有無的射頻電力之供應路徑及電漿密度。圖11之區域D係介電體50不存在之區域，區域D’係介電體50存在之區域。如圖11所示，從射頻電源48經由匹配器46供應至供電棒44之射頻電力在區域D通過供電棒44之表面、基底構件38之上面、基底構件38之側面、頂板36之側面，到達電漿接觸面亦即頂板36之下面。在電漿產生空間亦即處理空間，藉供應之射頻電力產生處理氣體的電漿P，射頻電力到達下部電極亦即載置台16，經由供電棒89流至接地。此外，在圖11，省略了偏壓用射頻電源88及匹配器87。
另一方面，在區域D’，射頻電力通過供電棒44之表面、基底構件38之上面、基底構件38之側面、頂板36之側面，到達電漿接觸面亦即頂板36之下面。又，射頻電力於到達面向處理空間之頂板36的下面前，其一部分通過介電體50，流至接地。在處理空間，藉供應之射頻電力，產生處理氣體之電漿P，射頻電力到達下部電極亦即載置台16，經由供電棒89流至接地。亦即，在區域D與區域D’，於射頻電源48-電漿P-接地之間，產生阻抗之差異。即，當著眼於電漿P時，在區域D，電漿密度稠密，在區域D’，電漿密度稀疏。
[對蝕刻速率之影響] 圖12係顯示將第1實施形態之介電體於周向均等配置時的蝕刻速率之分布的一例之圖。在圖12，顯示介電體50如圖9所示，於圓周上均等配置五個介電體50時之蝕刻速率的分布之一例。如圖12所示，晶圓W之蝕刻速率的分布為在介電體50存在之區域往內側些微凹陷的分布，均勻性大致提高。
圖13係顯示將比較例之介電體於周向偏集配置時之蝕刻速率的分布之一例的圖。在圖13，顯示介電體50如圖10所示，將五個介電體50於圓周上分成二個及三個來配置時的蝕刻速率之分布的一例。如圖13所示，晶圓W之蝕刻速率的分布為在對應介電體50存在之區域的區域111、112，局部地往內側大幅凹陷之分布。因此，在第1實施形態，藉均等地配置介電體50，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿，亦可使蝕刻速率之高均勻性。
[第1實施形態之變形例] 在此，使用圖14至圖17，就第1實施形態之介電體50的配置之變形例作說明。圖14係顯示配置奇數個第1實施形態之介電體時的配置之一例的圖。圖14所示之配置例120係將三個介電體50均等配置於基底構件38上的一個圓周上之例。配置例121係將五個介電體50均等配置於基底構件38上的一個圓周上之例。此外，配置例121與圖9之配置相同，各介電體每隔中心角θ配置。又，配置奇數個之例只要為三個以上，個數並不限，亦可配置七個、九個這樣更多之介電體50。此外，介電體50配置奇數個時，配置成旋轉對稱。
圖15係顯示配置偶數個第1實施形態之介電體時的配置之一例的圖。圖15所示之配置例122係將六個介電體50均等配置於基底構件38上的一個圓周上之例。配置例123係將八個介電體50均等配置於基底構件38上的一個圓周上之例。又，配置偶數個之例只要為四個以上，個數並不限，亦可配置十個、十二個這樣更多的介電體50。此外，介電體50於配置偶數個時，配置成軸對稱，且與配置奇數個時同樣地，配置成旋轉對稱。
圖16係顯示配置第1實施形態之環狀介電體時的一例之圖。圖16所示之配置例124係取代介電體50而於環狀介電體55設複數之貫穿孔56，且貫穿孔56均等配置於一個圓周上之例。貫穿孔56為奇數個時，配置成旋轉對稱，為偶數個時，配置成軸對稱。介電體55配置成介電體55之中心與基底構件38之中心(上部電極之中心)一致。此外，介電體55亦可呈半徑方向之寬度寬的板狀。
圖17係顯示於複數之圓周上配置第1實施形態之介電體時的配置之一例的圖。圖17所示之配置例125係於基底構件38上的二個圓周126、127上分別均等配置六個介電體50之例。此時，介電體50於圓周126、127上分別配置成旋轉對稱或軸對稱。此外，圓周126、127上各自之介電體50的數量只要奇數個配置為三個以上，偶數個配置為四個以上，個數並不限。又，在圖14、圖15及圖17，介電體50之數量越多，在電極外周部之周向，可產生均勻性越高之電漿。
(第2實施形態) 在第1實施形態，圓筒狀介電體50從基底構件38往板狀構件11a之導入口連接而連接於配管64、93，亦可於壁構件11c設導入口而連接配管64、93，關於此時之實施形態，以第2實施形態來說明。此外，藉於與第1實施形態相同之結構附上同一符號，而省略其重複之結構及動作之說明。
[電漿處理裝置2之結構] 圖18係顯示本發明之第2實施形態的電漿處理裝置之一例的圖。圖18所示之電漿處理裝置2與第1實施形態之電漿處理裝置1比較，具有裝置本體10a取代裝置本體10。又，裝置本體10a與裝置本體10比較，具有蓋構件11g、介電體58、59取代蓋構件11d、介電體51、52。此外，在以下之說明中，關於不區別介電體58、59時及假介電體，呈現為介電體57。
蓋構件11g具有板狀構件11e、筒狀構件11b、壁構件11f。板狀構件11e對應第1實施形態之板狀構件11a，不具有配管64、93之導入口。壁構件11f對應第1實施形態之壁構件11c，具有配管64、93之導入口。亦即，蓋構件11g係從側面導入處理氣體及冷媒之配管的蓋構件。
介電體58具有貫穿孔，兩端之面彎曲成差異90度。介電體58之一端連接於基底構件38之導入口62。於介電體58之另一端藉由設於壁構件11f之導入口，連接有配管64之一端。
介電體59與介電體58同樣地，具有貫穿孔，兩端之面彎曲成差異90度。介電體59之一端連接於基底構件38之流路92。於介電體59之另一端藉由設於壁構件11f之導入口，連接有配管93。此外，介電體58、59及配管64、93之高度分別為相同之高度，設於壁構件11f之導入口的高度亦為相同之高度。
[介電體57之配置及形狀] 接著，使用圖19至圖22，說明介電體57之配置及形狀。圖19至圖22係顯示第2實施形態之處理室上部的介電體之配置的一例之平面圖。圖19所示之配置例130係將六個介電體57之一端均等配置於基底構件38上之一個圓周上，將介電體57之另一端連接於壁構件11f的導入口之例。在配置例130，連接成從上面觀看，介電體57對壁構件11f以直角接合。
圖20所示之配置例131係介電體57之配置的變形例。配置例131係將六個介電體57之一端均等配置於基底構件38之一個圓周上，將介電體57之另一端連接於壁構件11f的導入口之例。在配置例131，連接成從上面觀看，介電體57對壁構件11f傾斜地接合。介電體57對壁構件11f接合之角度可為任意之角度。惟，為了呈旋轉對稱，所有介電體57對壁構件11f接合之角度以相同或近似為理想。
圖21所示之配置例132顯示介電體57之形狀的一例。配置例132係介電體57之形狀呈大約L字型。介電體57之形狀的大約L字型之彎折部分的角度可為任意角度。惟，為了呈旋轉對稱，介電體57之大約L字型的彎折部分之角度以相同或近似為理想。
圖22所示之配置例133係介電體57之形狀的變形例。配置例133係介電體57之形狀呈圓弧狀。介電體57之形狀的圓弧之曲線半徑等可為任意值。惟，為了呈旋轉對稱，介電體57之形狀的圓弧之曲線半徑等以相同或近似為理想。
如以上所示，在第2實施形態，亦與第1實施形態同樣地，藉均等地配置介電體57，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿，亦可使蝕刻速率之高均勻性。
(第3實施形態) 在第1實施形態，將電漿產生用射頻電源48連接於上部電極亦即噴灑頭34，亦可連接於下部電極亦即載置台16，關於此時之實施形態，以第3實施形態來說明。此外，藉於與第1實施形態相同之結構附上同一符號，而省略其重複之結構及動作的說明。
[電漿處理裝置3之結構] 圖23係顯示本發明之第3實施形態的電漿處理裝置之一例的圖。圖23所示之電漿處理裝置3與第1實施形態之電漿處理裝置1比較，具有裝置本體10b取代裝置本體10。又，裝置本體10b與裝置本體10比較，具有蓋構件11j、LPF(Low-Pass Filter：低通濾波器)150、直流電源151、射頻電源48a、匹配器87a取代蓋構件11d、匹配器46、射頻電源48、匹配器87。
蓋構件11j具有板狀構件11h、壁構件11c、絕緣構件11i。板狀構件11h對應第1實施形態之板狀構件11a，隔著絕緣構件11i與供電棒44連接這點不同。
直流電源151將直流電壓經由LPF150及供電棒44，對基底構件38施加。亦即，直流電源151對上部電極亦即噴灑頭34施加直流電壓。又，LPF150以射頻方式接地。射頻電源48a將電漿產生用射頻電力經由匹配器87a及供電棒89，供應至下部電極亦即載置台16。此外，於匹配器87a亦連接有射頻電源88。射頻電源88與第1實施形態同樣地，將偏壓用射頻電力經由匹配器87a及供電棒89，供應至載置台16。即，在第3實施形態之裝置本體10b，下部電極亦即載置台16作為電漿產生用RF施加電極，上部電極亦即噴灑頭34作為對向之接地(GND)電極。
[射頻電力之供應路徑與電漿密度] 圖24係示意顯示取決於第3實施形態之介電體的有無之射頻電力的供應路徑之一例的圖。在圖24，示意顯示取決於介電體50的有無之射頻電力的供應路徑及電漿密度。圖24之區域E係介電體50不存在之區域，區域E’係介電體50存在之區域。如圖24所示，從射頻電源48a經由匹配器87a供應至供電棒89之射頻電力在區域E，通過載置台16之背面、載置台16之側面，到達電漿接觸面亦即載置台16之表面。在處理空間，藉供應之射頻電力產生處理氣體之電漿P，射頻電力到達頂板36之下面。射頻電力通過頂板36之下面、頂板36之側面、基底構件38之側面、基底構件38之上面、供電棒44之表面，經由LPF150，流至接地。
另一方面，在區域E’，射頻電力通過載置台16之背面、載置台16之側面，到達電漿接觸面亦即載置台16之表面。在處理空間，藉供應之射頻電力產生處理氣體之電漿P，射頻電力到達頂板36之下面。射頻電力通過頂板36之下面、頂板36之側面、基底構件38之側面、基底構件38之上面、供電棒44之表面，經由LPF150，流至接地。又，射頻電力在基底構件38之上面，到達供電棒44前，其一部分通過介電體50，流至接地。亦即，在區域E與區域E’，於射頻電源48a-電漿P-接地間，產生阻抗之差異。即，當著眼於電漿P時，在區域E，電漿密度稠密，在區域E’，電漿密度稀疏。
綜上所述，在第3實施形態，亦與第1實施形態同樣地，藉均等地配置介電體50，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿，亦可使蝕刻速率之高均勻性。
以上，根據上述各實施形態，電漿處理裝置1包含處理室11、第1電極(噴灑頭34)、射頻電源48、供電棒44、板狀構件11a、介電體。第1電極係面向處理室11內之電極。射頻電源48將射頻電力供應至第1電極。供電棒44將射頻電力供應至第1電極之面向處理室11內的面之相反面的中心。板狀構件11a係與第1電極之面向處理室11內的面之相反面平行設置並接地的導電性板狀構件。介電體連接第1電極與板狀構件11a之間，並呈對第1電極之中心呈旋轉對稱的形狀。結果，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
又，根據上述各實施形態，介電體具有連接設於第1電極之內部的空間(擴散室40、流路92)與連接於板狀構件11a之外側的配管64、93之貫穿孔。結果，可將處理氣體供應至噴灑頭34，並且可以冷媒將基底構件38及噴灑頭34調整溫度。
又，根據上述各實施形態，介電體具有為同一形狀及材料且分別具有貫穿孔之複數的部位(介電體50)，複數之部位分別配置成對第1電極之中心呈旋轉對稱。結果，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
又，根據第1實施形態之變形例，介電體係環狀構件(介電體55)，環狀構件之中心配置成與第1電極之中心一致。結果，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
又，根據第1實施形態之變形例，環狀構件具有複數之貫穿孔56，貫穿孔56分別設成對第1電極之中心呈旋轉對稱。結果，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
又，根據上述各實施形態，貫穿孔使供應至處理室11內之處理氣體流通。結果，可將處理氣體供應至噴灑頭34。
又，根據上述各實施形態，貫穿孔於介電體設複數個，包含不使處理氣體流通之假貫穿孔。結果，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
又，根據上述各實施形態，貫穿孔於介電體設複數個，與使處理氣體流通之貫穿孔不同的貫穿孔使供應至設於第1電極之內部的空間之冷媒流通。結果，可以冷媒將基底構件38及噴灑頭34調整溫度。
又，根據上述各實施形態，複數個貫穿孔包含不使處理氣體及供應至設於第1電極之內部的空間之冷媒流通的假貫穿孔。結果，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
又，根據上述各實施形態，貫穿孔使供應至設於第1電極之內部的空間之冷媒流通。結果，可以冷媒將基底構件38及噴灑頭34調整溫度。
又，根據上述各實施形態，貫穿孔於介電體設複數個，包含不使供應至設於第1電極之內部的空間之冷媒流通的假貫穿孔。結果，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
又，根據第3實施形態，電漿處理裝置3包含處理室11、第1電極(噴灑頭34)、第2電極(載置台16)、射頻電源48a、供電棒44、板狀構件11h、介電體。第1電極面向處理室11內。第2電極設成在處理室11內與第1電極對向。射頻電源48a將射頻電力供應至第2電極。供電棒44對第1電極之面向處理室11內的面之相反面的中心施加直流電壓。板狀構件11h係與第1電極之面向處理室11內的面之相反面平行設置並接地的導電性板狀構件。介電體連接第1電極與板狀構件11h之間，呈對第1電極之中心呈旋轉對稱的形狀。結果，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
又，根據第3實施形態，第1電極在供應至第2電極之射頻電力的頻率接地。結果，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
又，根據第3實施形態，電漿處理裝置3更包含將直流電壓經由供電棒對第1電極施加之直流電源151。結果，在電極外周部之周向，可產生高均勻性之電漿。
此次揭示之實施形態應視為所有點係例示，並非限制。上述實施形態亦可在不脫離附加之申請專利範圍及其主旨下，以各種形態省略、置換、變更。
此外，在上述各實施形態，令處理氣體之擴散室為一個或二個，但不限於此。舉例而言，亦可設三個或四個擴散室，並設將處理氣體供應至各擴散室之介電體50。
又，在上述各實施形態，令冷卻器冷媒之流路為一個，但不限於此。舉例而言，亦可設二個以上之冷媒的流路，並設將處理氣體供應至各流路之介電體50。
又，在上述各實施形態，說明了電漿產生用射頻電力之供應路徑的效果，但不限於此。舉例而言，藉在偏壓用射頻電力之供應路徑將介電體配置成旋轉對稱，可期待可將高均勻性之離子引入至晶圓上。
又，在上述各實施形態，介電體50之貫穿孔使處理氣體或冷卻器冷媒流通或者作為假貫穿孔，但不限於此。舉例而言，亦可將介電體50之貫穿孔使用作為用以測量基底構件38及頂板36之溫度的光纖之通路或雷射光之光程。又，為將基底構件38及頂板36調整溫度，而於基底構件38內埋入加熱器時，亦可使用作為連結於加熱器之配線的通路。
又，在上述各實施形態，以蓋構件覆蓋之空間為大氣壓下，但不限於此。舉例而言，亦可藉真空泵將以蓋構件覆蓋之空間減壓而呈真空狀態。藉此，使用低於露點溫度之冷卻器冷媒時，亦可在以蓋構件覆蓋之空間抑制凝結之產生。
1:電漿處理裝置 2:電漿處理裝置 3:電漿處理裝置 10:裝置本體 10a:裝置本體 10b:裝置本體 11:處理室 11a:板狀構件 11b:筒狀構件 11c:壁構件 11d:蓋構件 11e:板狀構件 11f:壁構件 11g:蓋構件 11h:板狀構件 11j:蓋構件 11i:絕緣構件 12:沉積物防護屏 14:支撐台 16:載置台 18:靜電吸盤 20:電極 22:直流電源 24:邊緣環 26:支撐構件 28:流路 30a:配管 30b:配管 32:配管 34:噴灑頭 36:頂板 37:噴吐孔 38:基底構件 38a:基底構件 40:擴散室 40a:擴散室 40b:擴散室 41:流通孔 42:遮蔽構件 40:擴散室 44:供電棒 44a:RF導入部 46:匹配器 48:射頻電源 48a:射頻電源 50:介電體 51:介電體 51a:介電體 51b:介電體 52:介電體 52a:介電體 52b:介電體 55:介電體 56:貫穿孔 57:介電體 58:介電體 59:介電體 62:導入口 64:配管 66:氣體供應源 67:質量流量控制器(MFC) 68:閥 80:排氣口 81:排氣板 82:排氣管 83:APC閥 84:排氣裝置 85:開口 86:閘閥 87:匹配器 87a:匹配器 88:射頻電源 89:供電棒 91:GND塊 92:流路 93:配管 94:冷卻器單元 100:控制裝置 111:區域 112:區域 120:配置例 121:配置例 122:配置例 123:配置例 124:配置例 125:配置例 126:圓周 127:圓周 130:配置例 131:配置例 132:配置例 133:配置例 150:LPF 151:直流電源 C:電容器 D:區域 D’:區域 E:區域 E’:區域 W:晶圓 θ:中心角 △1:電漿密度之差 △2:電漿密度之差 △3:電漿密度之差
圖1係顯示本發明之第1實施形態的電漿處理裝置之一例的圖。 圖2係顯示第1實施形態之處理室上部的蓋構件之結構的一例之圖。 圖3係顯示第1實施形態之處理室上部的介電體之配置的一例之立體圖。 圖4係顯示第1實施形態之處理室上部的介電體之配置的一例之平面圖。 圖5係顯示第1實施形態之處理室上部的結構之一例的立體截面圖。 圖6係示意顯示上部電極之射頻電力的供應路徑之一例的圖。 圖7係示意顯示上部電極之射頻電力的供應路徑之一例的圖。 圖8係顯示從供電棒至頂板之等效電路的一例之圖。 圖9係顯示將第1實施形態之介電體於周向均等配置時的電漿之偏集的一例之圖。 圖10係顯示將比較例之介電體於周向偏集配置時的電漿之偏集的一例之圖。 圖11係示意顯示取決於第1實施形態之介電體的有無之射頻電力的供應路徑之一例的圖。 圖12係顯示將第1實施形態之介電體於周向均等配置時的蝕刻速率之分布的一例之圖。 圖13係顯示將比較例之介電體於周向偏集配置時的蝕刻速率之分布的一例之圖。 圖14係顯示配置奇數個第1實施形態之介電體時的配置之一例的圖。 圖15係顯示配置偶數個第1實施形態之介電體時的配置之一例的圖。 圖16係顯示配置第1實施形態之環狀介電體時的一例之圖。 圖17係顯示將第1實施形態之介電體配置於複數之圓周上時的配置之一例的圖。 圖18係顯示本發明之第2實施形態的電漿處理裝置之一例的圖。 圖19係顯示第2實施形態之處理室上部的介電體之配置的一例之平面圖。 圖20係顯示第2實施形態之處理室上部的介電體之配置的一例之平面圖。 圖21係顯示第2實施形態之處理室上部的介電體之配置的一例之截面圖。 圖22係顯示第2實施形態之處理室上部的介電體之配置的一例之截面圖。 圖23係顯示本發明之第3實施形態的電漿處理裝置之一例的圖。 圖24係示意顯示取決於第3實施形態之介電體的有無之射頻電力的供應路徑之一例的圖。
11a:板狀構件
11b:筒狀構件
11c:壁構件
11d:蓋構件

Claims (14)

  1. 一種電漿處理裝置，包含： 處理室； 第1電極，面向該處理室內； 射頻電源，將射頻電力供應至該第1電極； 供電棒，將該射頻電力供應至該第1電極之面向該處理室內的面之相反面的中心； 導電性板狀構件，與該第1電極之面向該處理室內的面之相反面平行設置並接地； 介電體，連接該第1電極與該板狀構件之間，並對於該第1電極之中心呈旋轉對稱的形狀。
  2. 如請求項1之電漿處理裝置，其中， 該介電體設有貫穿孔，該貫穿孔將設於該第1電極之內部的空間與連接於該板狀構件之外側的配管予以連接。
  3. 如請求項2之電漿處理裝置，其中， 該介電體具有為同一形狀及材料且分別設有該貫穿孔之複數的部位，該複數之部位分別配置成對該第1電極之中心呈旋轉對稱。
  4. 如請求項2之電漿處理裝置，其中， 該介電體係環狀構件，該環狀構件之中心配置成與該第1電極之中心一致。
  5. 如請求項4之電漿處理裝置，其中， 該環狀構件具有複數之該貫穿孔，該貫穿孔分別設成對該第1電極之中心呈旋轉對稱。
  6. 如請求項2至請求項5中任一項之電漿處理裝置，其中， 該貫穿孔使供應至該處理室內之處理氣體流通。
  7. 如請求項6之電漿處理裝置，其中， 該貫穿孔於該介電體設複數個，包含不使該處理氣體流通之假貫穿孔。
  8. 如請求項6之電漿處理裝置，其中， 該貫穿孔於該介電體設複數個，與使該處理氣體流通之該貫穿孔不同的該貫穿孔使供應至設於該第1電極之內部的空間之冷媒流通。
  9. 如請求項7之電漿處理裝置，其中， 複數個該貫穿孔包含不使該處理氣體及供應至設於該第1電極之內部的空間之冷媒流通的假貫穿孔。
  10. 如請求項2至請求項5中任一項之電漿處理裝置，其中， 該貫穿孔使供應至設於該第1電極之內部的空間之冷媒流通。
  11. 如請求項10之電漿處理裝置，其中， 該貫穿孔於該介電體設複數個，包含不使供應至設於該第1電極之內部的空間之冷媒流通的假貫穿孔。
  12. 一種電漿處理裝置，包含： 處理室； 第1電極，面向該處理室內； 第2電極，與該第1電極對向設在該處理室內； 射頻電源，將射頻電力供應至該第2電極； 供電棒，對該第1電極之面向該處理室內的面之相反面的中心施加直流電壓； 導電性板狀構件，與該第1電極之面向該處理室內的面之相反面平行設置並接地； 介電體，連接該第1電極與該板狀構件之間，對於該第1電極之中心呈旋轉對稱的形狀。
  13. 如請求項12之電漿處理裝置，其中， 該第1電極在供應至該第2電極之該射頻電力的頻率接地。
  14. 如請求項12或請求項13之電漿處理裝置，更包含: 直流電源，將該直流電壓經由該供電棒施加於該第1電極。
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