TWI411034B - A plasma processing apparatus and a method and a focusing ring - Google Patents

Description

電漿處理裝置與方法以及聚焦環

本發明係有關對例如半導體晶圓等被處理基板，施加蝕刻處理等電漿處理所需的電漿處理裝置與電漿處理方法，更且有關電漿處理裝置所使用之聚焦環和聚焦環零件。

先前以來，使用藉由賦予高頻電壓所產生之電漿，來進行蝕刻等電漿處理的電漿處理裝置，通常使用於例如半導體裝置中細微之電路的製造工程等。該電漿處理裝置，係在內部被氣密性密封的處理室內配置半導體晶圓，藉由賦予高頻電壓來在處理室內產生電漿，將此電漿作用於半導體晶圓，施加蝕刻等電漿處理。

此種電漿處理裝置中，係包圍半導體晶圓的周圍，而配置有叫做聚焦環的環狀構件。此聚焦環在例如絕緣膜之蝕刻等情況下，係以矽等導電性材料所構成；其目的為封入電漿，和緩和半導體晶圓面內之偏壓電位之表面效果所造成的不連續性，使得在半導體晶圓之中央與周邊部，同樣可以進行平均且良好的處理。

又，為了藉由此聚焦環來提高半導體晶圓之周邊部的處理平均性，本發明者等揭示有以包圍半導體晶圓之傾斜面部，和連續於此傾斜面部之外側而形成的水平面部，來構成聚焦環的上面(參考專利文件1)。

〔專利文件1〕日本特開2005－277369號公報(例如第1圖、第2圖)

上述專利文件1之發明，係在聚焦環之上面形狀下工夫，藉此抑制半導體晶圓之周邊部的電場傾斜，謀求蝕刻處理之平均性，同時在半導體晶圓周邊與聚焦環內周面之間形成電位差，藉此抑制電漿對半導體晶圓之周邊部下方的繞入。

然而即使如此藉由半導體晶圓周邊與聚焦環內周面之間的電位差，來抑制電漿繞入，半導體晶圓之周邊部下面也會附著有CF系聚合物，亦即所謂的堆積情況。

本發明之目的，係在將半導體晶圓等被處理基板做電漿處理時，減少周邊部下面之堆積的產生。

本發明者等，針對上述般在被處理基板之周邊部下面所產生之堆積的主因，進行各種檢討。結果發現如專利文件1般在半導體晶圓周邊與聚焦環內周面之間賦予電位差的情況下，電漿中之離子在通過半導體晶圓周邊與聚焦環內周面之間的空隙時，會藉由兩者之電位差而向著半導體晶圓周邊或聚焦環內周面的任一邊被拉近；故雖然不會到達被處理基板之周邊部下方，但是CF系聚合物等不具有電荷之電漿產生物，會依原樣通過半導體晶圓周邊與聚焦環內周面之間的空隙，而到達被處理基板之周邊部下方，這就成為堆積的主因。又另一方面，為了抑制此種在被處理基板之周邊部下面所產生的堆積，得到要使電漿中之離子到達被處理基板之周邊部下方為止，使該離子衝撞被處理基板之周邊部下面者較為有效的結論。

本發明係依據上述結論而創造者。亦即若依本發明，則提供一種電漿處理裝置，係在配置於處理室內之放置台上放置被處理基板，藉由賦予高頻電波而在處理室內產生電漿，來處理被處理基板；其特徵係具備包圍上述放置於放置台上之被處理基板周圍來配置的聚焦環；上述聚焦環，具備配置於上述放置於放置台上之被處理基板周圍外側而由導電性材料所構成的外側環部，和在上述放置於放置台上之被處理基板周邊部下方隔開特定間隔來配置，且由導電性材料所構成的內側環部；上述內側環部與上述放置台之間，係電氣絕緣。

此電漿處理裝置中，例如上述外側環部與上述內側環部係電氣導通，而上述外側環部與上述放置台之間則絕緣。此種情況下，上述外側環部及上述內側環部，與上述放置台之間亦可配置有絕緣構件。又，上述外側環部與上述內側環部亦可一體形成。又，上述放置於放置台上之被處理基板之外周面，和與其相對之上述聚焦環之內周面的間隔，可以比上述內側環部之上面與上述放置於放置台上之被處理基板之周邊部下面的間隔要寬。

又，此電漿處理裝置中，上述外側環部及上述內側環部，可對接地成電氣絕緣。此種情況下，上述外側環部及上述內側環部，對接地之間的靜電容量可構成為可變的。又，上述外側環部及上述內側環部，可電氣連接於可變直流電源。

又，此電漿處理裝置中，例如可使上述外側環部與上述內側環部成電氣絕緣。此種情況下，上述外側環部與上述放置台可電氣導通。

另外，上述外側環部之上面，可以具有配置在上述放置於放置台上之被處理基板周圍，且向著外側逐漸變高的傾斜面部；和連續於上述傾斜面部之外側而形成的水平面部。又，構成上述外側環部與上述內側環部的導電性材料，可以是矽、碳、碳化矽的任一種。

又若依本發明，則提供一種聚焦環，係在藉由賦予高頻電波在處理室內產生電漿，來處理被處理基板之電漿處理裝置中，包圍配置於上述處理室內之放置台上的被處理基板周圍；其特徵係具備配置於上述放置於放置台上之被處理基板周圍外側而由導電性材料所構成的外側環部，和在上述放置於放置台上之被處理基板周邊部下方隔開特定間隔來配置，且由導電性材料所構成的內側環部；上述內側環部與上述放置台之間，係電氣絕緣。

此聚焦環中，例如上述外側環部與上述內側環部係電氣導通；上述外側環部及上述內側環部，與上述放置台之間係配置有絕緣構件。此種情況下，上述外側環部與上述內側環部可一體形成。又，與上述放置於放置台上之被處理基板之外周面相對的內周面，亦可形成有凹部。

又，此聚焦環中，可以具有靜電容量可變手段，用以使上述外側環部及上述內側環部與接地之間的靜電容量為可變。又，可具備電氣連接於上述外側環部及上述內側環部的可變直流電源。

又，此聚焦環中，例如具備將上述外側環部與上述內側環部電氣絕緣的絕緣構件。此種情況下，上述外側環部係設置為電氣導通於上述放置台。

另外，此聚焦環中，上述外側環部之上面，可具有配置在上述放置於放置台上之被處理基板周圍，且向著外側逐漸變高的傾斜面部；和連續於上述傾斜面部之外側而形成的水平面部。又，構成上述外側環部與上述內側環部的導電性材料，可以是矽、碳、碳化矽的任一種。

又若依本發明，則提供一種聚焦環零件，其特徵係由申請專利範圍第13項至第22項之任一項所記載的聚焦環，和在上述處理室中包圍上述放置台上之被處理基板，來配置上述聚焦環的支撐構件所構成。

又若依本發明，則提供一種電漿處理方法，係在配置於處理室內之放置台上放置被處理基板，藉由賦予高頻電波而在處理室內產生電漿，來處理被處理基板；其特徵係在上述配置於處理室內之放置台的周邊部下方，將上述電漿所產生之離子向著被處理基板之周邊部下方加速來形成電場，藉此使離子衝撞被處理基板的周邊部下面。

此電漿處理方法中，上述電場，係例如在在上述放置於放置台上之被處理基板下方，隔開特定間隔來配置由導電性材料所構成的內側環部，然後藉由在被處理基板與內側環部之間賦予電位差來形成。又，可藉由改變上述電場強度，來調整離子對被處理基板之周邊部下面的衝撞量。更且，上述電場中之等電位面，可以從上述放置於放置台上之被處理基板的外周面起算在外側較疏，而在上述放置於放置台上之被處理基板的周邊部下方較密。

若依本發明，則藉由使電漿中之離子到達被處理基板之周邊部下方為止，來衝撞被處理基板之周邊部下面，可以比先前減少被處理基板之周邊部下面的堆積產生。

以下參考圖示，說明本發明之理想實施方式。第1圖，係表示本發明之實施方式中電漿處理裝置1之概略構造的說明圖。第2圖，係放大表示此電漿處理裝置1所具備之聚焦環25的縱剖面圖。另外本說明書及圖示中，針對具有實質上相同功能構造的構成要素，係附加相同符號來省略重複說明。

氣密性構成之圓筒形狀的處理室10內部，配置有用以放置被處理基板亦即半導體晶圓W，並兼做為下部電極的放置台11。此等處理室10與放置台11，係例如以鋁等導電性材料所構成。只是放置台11係經由陶瓷等絕緣板12來被支撐於處理室10的底面上，而處理室10與放置台11為互相電氣絕緣的狀態。

放置台11，具備用以吸附保持放在上面之半導體晶圓W的未圖示靜電吸盤。又，放置台11內部設置有熱媒體流路15，用以使做為溫度控制用熱媒體的絕緣性流體循環；和氣體流路16，用以將氦氣等溫度控制用氣體供給到半導體晶圓W背面。如此一來，藉由使被控制在特定溫度之絕緣性流體循環於熱媒體流路15內，來將放置台11控制為特定溫度；且在此放置台11與半導體晶圓W的背面之間，經由氣體流路16供給溫度控制用氣體來促進此等之間的熱交換，則可將半導體晶圓W以高精確度且有效率地控制在特定溫度。

放置台11，係經由匹配器20連接於偏壓用高頻電源(RF電源)21。從高頻電源21對放置台11賦予特定頻率的高頻電壓。另一方面，處理室10係對接地(Earth)22電氣導通。

在處理室10之內部，放置台11之上面的周圍，係包圍放置於放置台11上的半導體晶圓W周圍，而配置有聚焦環25。此聚焦環25，係由直接放在放置台11上之環狀絕緣構件26，和配置於此絕緣構件26上方之環狀導電性構件27來構成。絕緣構件26，係由石英、鋁氧等陶瓷、Bespel(註冊商標)樹脂等絕緣材料(介電質)所構成。導電性構件27，係例如由矽(為了產生導電性而摻雜了硼的矽)、碳、碳化矽等導電性材料所構成。

如第2圖所示，導電性構件27係具備配置在放置於放置台11上之半導體晶圓W周圍外側的外側環部30，和在放置於放置台11上之半導體晶圓W之週邊部下方，隔開特定間隔來配置之環狀的內側環部31。圖示之例子中，外側環部30與環狀之內側環部31，係與導電性材料所構成之導電性構件27一體形成，故外側環部30與內側環部31係電氣導通的狀態。只是因為如上所述，環狀之導電性構件27與放置台11之間介入有絕緣構件26，故外側環部30與內側環部31對放置台11係電氣絕緣。另外將外側環部30與內側環部31之邊界，在第2圖中記載為虛線31’。如此邊界31’所示，一體形成之導電性構件27中，配置於放置在放置台11上之半導體晶圓W之周圍外側的部分，是外側環部30；在半導體晶圓W之週邊部下方隔開特定間隔而配置的部分，係環狀之內側環部31。

又，如此對放置台11絕緣之環狀的導電性構件27，在處理室10內部除了絕緣構件26之外並無電氣接觸。因此外側環部30與內側環部31對接地22，也是成電氣性漂浮狀態。

外側環部30上面，係由配置在放置於放置台11上之半導體晶圓W周圍，且向著外側逐漸變高的傾斜面部30a；和連續於此傾斜面部30a之外側而形成的水平面部30b來形成。水平面部30b，係設定為比放置於放置台11上之半導體晶圓W的上面要高；傾斜面部30a，其內緣係與放置於放置台11上之半導體晶圓W的上面幾乎一樣高度，而設定為朝外側逐漸升高到水平面部30b的高度為止。

又，於處理室10內部，在聚焦環25外側，設置有形成了多數排氣孔的環狀排氣環35。構成為藉著經由此排氣環35而連接於排氣埠36之排氣系統37的真空泵等，來進行處理室10內之處理空間的真空排氣。

另一方面，放置台11上方之處理室10的天花板部分，有蓮蓬頭40與放置台11平行相對來設置；此等放置台11及蓮蓬頭40，係工作為一對電極(上部電極與下部電極)。又，此蓮蓬頭40係經由匹配器41連接於電漿產生用之高頻電源42。

蓮蓬頭40，係於其下面設置有多數氣體吐出孔45。蓮蓬頭40內部形成有氣體擴散用空隙47，其上部具有氣體導入部46。此氣體導入部46，係連接於氣體供給配管50，而此氣體供給配管50之另一邊則連接於氣體供給系統51。此氣體供給系統51，係由用以控制氣體流量的流量控制器(MFC)52，和用以供給例如蝕刻用氣體等的處理氣體供給源53等所構成。

其次說明如上述所構成之電漿處理裝置1其電漿處理的手續。

首先將設置於處理室10之未圖示閘閥打開，經由鄰接此閘閥而配置之負載固定室(未圖示)，以搬運機構(未圖示)將半導體晶圓W搬入處理室10內，放置於放置台11上。然後使搬運機構迴避到處理室10外之後，關閉閘閥，將處理室10內做為密閉狀態。

之後以排氣系統37之真空泵，透過排氣埠36將處理室10內排氣到特定真空度，並從處理氣體供給源53透過蓮蓬頭40來對處理室10內供給特定處理氣體。

然後在此狀態下，從高頻電源21供給頻率比較低之偏壓用高頻電力，同時從高頻電源42供給頻率比較高之電漿產生用高頻電力，藉此如第2圖所示，在半導體晶圓W上方的處理室10內產生電漿P。如此一來，在半導體晶圓W上方產生之電漿P中的自由基分子或離子，會向著半導體晶圓W上面被拉近，藉由該等之作用來進行半導體晶圓W上面的電漿處理。

然後當特定之電漿處理結束後，則停止來自高頻電源21、42的高頻電力供給，藉此停止電漿處理，然後以與上述手續相反的手續，將半導體晶圓W搬出處理室10外。

進行此種電漿處理之際，此實施方式之電漿處理裝置1中，係如上所述，採用對放置台11經由絕緣性構件26配置有導電性構件27的聚焦環25，故如第3圖所示，半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間會是產生電位差Ve的狀態。此時若將半導體晶圓W與導電性構件27之間的靜電容量做為Ce，則電位差Ve會與靜電容量Ce成反比。

又此電漿處理中，藉由在半導體晶圓W與導電性構件27之間產生電位差Ve，會在半導體晶圓W與導電性構件27之間，形成如第4圖所示的電場E。此電場E之等電位面e，係如第4圖所示，在半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面30c之間幾乎為垂直方向，而在半導體晶圓W之週邊部下面與內側環部31上面之間，則幾乎為水平方向。藉由此種具有等電位面e之電場E的作用，在半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面30c之間，可以將向著半導體晶圓W之表面而往下被拉近之電漿P中的離子I，往向著半導體晶圓W之外周面的方向加速；又在半導體晶圓W之週邊部下面與內側環部31上面之間，可以將電漿P中的離子I，往向著半導體晶圓W之週邊部下面的方向加速。

如此一來，在電漿處理中，藉由在導體晶圓W與導電性構件27之間之電位差Ve所形成的電場E作用，來使電漿中之離子I衝撞半導體晶圓W之外周面與周邊部下面，可藉此降低半導體晶圓W之外周面與周邊部下面的堆積產生。

另外，為了減少半導體晶圓W之週邊部下面的堆積產生，在半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面30c之間，並不是使電漿中之離子I全部衝撞半導體晶圓W的外周面，而必須使電漿中之離子I中最少一部份在半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面30c之間依原樣通過下方，讓離子I通過到半導體晶圓W之週邊部下方為止。為了這麼做，要如第2圖所示，將放置於放置台11上之半導體晶圓W之外周面，和與其相對之外側環部30之內周面30c之間的間隔L₁ ，形成為比內側環部31之上面與半導體晶圓W之週邊部下面的間隔L₂ 更寬。

藉由做為該構造，可以使第4圖所示之等電位面e彼此之間隔，在半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面30c之間相對較疏，而在半導體晶圓W之週邊部下面與內側環部31上面之間相對較密。藉此，半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面30c之間，可以使向著半導體晶圓W之外周面方向的加速較小，讓離子I通過到半導體晶圓W的周邊部下方為止。又另一方面，半導體晶圓W之週邊部下面與內側環部31上面之間，可以使向著半導體晶圓W之週邊部下面方向的加速較大，讓離子I衝撞半導體晶圓W週邊部下面，而確實降低半導體晶圓W之週邊部下面的堆積產生。

另外，半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面30c之間的間隔L₁ ，以及內側環部31之上面與半導體晶圓W之週邊部下面的間隔L₂ ，其理想範圍係依據半導體晶圓W與導電性構件27之間的電位差Ve大小，半導體晶圓W之直徑或厚度，內周面30c之高度等來變動，故無法一概決定之，但是例如半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面30c之間的間隔L₁ 為1~5mm，理想為2~2.5mm。此間隔L₁ 若過小，則半導體晶圓W之外周面與外側環部30之間有時會產生異常放電；反之若過大，則後述半導體晶圓W上之電漿護套與外側環部30上之電漿護套會有不連續的可能性。

又，例如內側環部31之上面與半導體晶圓W之週邊部下面的間隔L₂ 為0.2~1mm，理想為0.2~0.5mm。此間隔L₂ 若過小，則內側環部31上面與半導體晶圓W的周邊部之間有時會產生異常放電；反之若過大，則半導體晶圓W之周邊部下面與內側環部31上面之間，無法使等電位面e彼此之間隔變密，則離子I無法往向著半導體晶圓W之週邊部下面的方向充分加速，而就無法充分降低半導體晶圓W之週邊部下面的堆積產生。又，隔著此間隔L₂ 而相對之內側環部31與半導體晶圓W之周邊部重疊的部分，其間隔L₄ 以0.05~0.5mm為佳。

又，圖示之實施方式中，因為在電漿處理中半導體晶圓W與導電性構件27之間會產生電位差Ve，故在半導體晶圓W上形成之電漿護套，和在導電性構件27之外側環部30上所形成的電漿護套，厚度會有不同。然而就此實施方式之聚焦環25來說，係如上述般將外側環部30之上面，由向著外側逐漸變高之傾斜面部30a，和連續於此傾斜面部30a之外側而形成，且比半導體晶圓W之上面要高的水平面部30b來形成；故可緩和半導體晶圓W上與外側環部30上之邊界的電漿護套之厚度變化。藉此，可抑制半導體晶圓W之週邊部中電場的急遽變化，即使在半導體晶圓W之週邊部，也可將離子I對半導體晶圓W上面幾乎垂直拉近，而可提高電漿處理的平均性。又，以傾斜面部30a和水平面部30b來形成外側環部30的上面，可使聚焦環25本身的壽命長期化。

另外，形成於外側環部30上面之傾斜面部30a其高度方向的範圍h，係以半導體晶圓W之上面起算高度0~6mm為佳，更理想為2mm~6mm。又，傾斜面部30a之水平方向長度h’(半導體晶圓W之直徑方向長度)，以0.5~9mm之範圍為佳，更理想的範圍是1~6mm。另外傾斜面部30a之水平方向長度h’，依據半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面30c之間的間隔L₁ ，也可以是0。該情況就成為沒有傾斜面部30a之形狀，但是藉由調節間隔L₁ 也可抑制半導體晶圓W之週邊部中電場的急遽變化。

又，電漿處理中因為半導體晶圓W與導電性構件27之間產生有電位差Ve，故若內側環部31之內緣太接近放置台11，則兩者之間可能會產生異常放電。另一方面若使內側環部31之內緣太過遠離放置台11，則無法使內側環部31進入到半導體晶圓W之周邊部下方，上述使電漿中之離子I衝撞半導體晶圓W之周邊部下面就不成立，而無法充分得到所謂降低堆積的作用效果。因此第2圖所示之內側環部31之內緣與放置台11的間隔L₃ ，係以0.5~1mm的範圍為佳。

半導體晶圓W與導電性構件27之間的靜電容量Ce要到哪個程度，必須依實際的各個電漿處理裝置來決定。一般來說若靜電容量Ce較小，則形成於半導體晶圓W與導電性構件27之間的電位差Ve會變大。因此半導體晶圓W之周邊部下面與內側環部31上面之間，使電漿中之離子I往向著半導體晶圓W之周邊部下面加速的力量會增強，而有使半導體晶圓W之周邊部下面的堆積降低效果增加的傾向。反之若加大靜電容量Ce，則形成於半導體晶圓W與導電性構件27之間的電位差Ve會變小。因此半導體晶圓W之周邊部下面與內側環部31上面之間，使電漿中之離子I往向著半導體晶圓W之周邊部下面加速的力量會減弱，而有使半導體晶圓W之周邊部下面的堆積降低效果減少的傾向。

又如上所述，在半導體晶圓W上形成之電漿護套，和在導電性構件27之外側環部30上所形成的電漿護套，其厚度不同會使半導體晶圓W之周邊部的離子I入射角受到影響。一般來說若靜電容量Ce較小，則形成於半導體晶圓W與導電性構件27之間的電位差Ve會變大，形成於外側環部30上之電漿護套會變薄，而離子I之入射角有往半導體晶圓W之中心方向傾斜(入射角>90°)的傾向。反之若加大靜電容量Ce，則形成於半導體晶圓W與導電性構件27之間的電位差Ve會變小，形成於外側環部30上之電漿護套會變厚，而離子I之入射角有從半導體晶圓W之中心往外側方向傾斜(入射角<90°)的傾向。

在此，第5圖表示相對於半導體晶圓W與導電性構件27之間的靜電容量Ce變化，模擬半導體晶圓W周邊部下面之聚合物附著量(右縱軸)，及半導體晶圓W上面之離子I入射角(左縱軸)的關係。在本發明者等之模擬結果中，分別確認了上述傾向。

於是若依此實施方式之電漿處理裝置1，則比起先前可更降低對半導體晶圓W之下面側的堆積發生，同時藉由抑制半導體晶圓W之周邊部的電場傾斜，在半導體晶圓W之周邊部也可進行略垂直的蝕刻，而可提高處理的面內平均性。

以上，表示本發明之理想實施方式的一例，但是本發明並不限定於此例舉方式。例如為了加寬放置於放置台11上之半導體晶圓W的外周面，和外側環部30之內周面30c之間的間隔L₁ ，係如第6圖所示之聚焦環25c一般，在與半導體晶圓W之外周面相對的外側環部30之內周面30c，形成凹部30d即可。如此形成凹部30d來充分加寬與半導體晶圓W之外周面的間隔L₁ ，可藉此使離子I更平滑地通過到半導體晶圓W的周邊部下方為止。另外此第6圖所說明之聚焦環25a的情況，在外側環部30之上面係省略傾斜面部30a為佳。

又，可如第7圖所示之聚焦環25c一般，在對放置台11以絕緣構件26來絕緣的導電性構件27，靠近配置有電氣連接於接地22之第2導電性構件60，然後在此等導電性構件27與導電性構件60之間介入有第2絕緣構件(介電質)61。另外此第7圖所示之例子，係在導電性構件27外側設置有絕緣材料所構成的蓋環62。

針對此聚焦環25b，在電漿處理中係如第8圖所示，成為在半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間產生電位差Ve，同時在導電性構件27與接地22(導電性構件60)之間產生電位差Vg的狀態。此時若將半導體晶圓W與導電性構件27之間的靜電容量做為Ce，將導電性構件27與接地22之間的靜電容量做為Cg，則半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve會與靜電容量Ce成反比，導電性構件27與接地22之間的電位差Vg會與靜電容量Cg成反比。然後此等電位差Ve、Vg，靜電容量Ce、Cg之間會成立以下算式(1)~(3)的關係。

Ve＋Vg＝V_total (1) Ce×Ve＝Cg×Vg (2) Ve＝Cg×V_total /(Cg＋Ce) (3)

從算式(3)，得知藉由改變導電性構件27與接地22之間的靜電容量Cg，可以改變半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve。在例如第7圖所示之聚焦環25b中，藉由改變導電性構件27與第2導電性構件60的接近距離，或是改變介入於導電性構件27與導電性構件60之間之第2絕緣構件(介電質)61的介電率等方法，可以改變導電性構件27與接地22之間的靜電容量Cg，藉此則可改變半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve。

參考第9圖說明此關係。第9圖中，曲線W’表示在電漿處理中半導體晶圓W的電位變化，曲線27’表示在電漿處理中導電性構件27的電位變化，直線22’表示接地22的電位。圖中曲線W’與曲線27’的寬度，係半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve；曲線27’與直線22’的寬度，係導電性構件27與接地22之間的電位差Vg。如此第9圖所示，加大導電性構件27與接地22之間的電位差Vg時(第9圖之單點破折線27’之情況)，半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve會變大。如此一來，藉由改變導電性構件27與接地22之間的電位差Vg，就可改變半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve。

在此，第10圖表示針對使用第7圖所示之聚焦環25b的電漿處理裝置1，相對於半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve之變化，半導體晶圓W周邊部下面之聚合物附著量(右縱軸)，及半導體晶圓W之周邊部上面之離子I入射角(左縱軸)，其關係的模擬結果。另外半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve與導電性構件27與接地22(導電性構件60)之間的電位差Vg，其總合(V_total )為一定值；藉由算式(3)，半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve係等比例於靜電容量比(Cg/(Cg＋Ce))，故第10圖中之橫軸，係取代電位差Ve而使用靜電容量比(Cg/(Cg＋Ce))。

若依本發明者等之模擬結果，則當加大半導體晶圓W與導電性構件27之間所形成的電位差Ve(加大靜電容量比(Cg/(Cg＋Ce)))，則半導體晶圓W之周邊部下面的堆積產生會減少，離子I之入射角有往半導體晶圓W之中心方向傾斜(入射角>90°)的傾向。又，反之當減少半導體晶圓W與導電性構件27之間所形成的電位差Ve(減少靜電容量比(Cg/(Cg＋Ce)))，則半導體晶圓W之周邊部下面的堆積產生會增加，離子I之入射角有從半導體晶圓W之中心往外側方向傾斜(入射角<90°)的傾向。

又，為了容易改變半導體晶圓W與導電性構件27之間所形成的電位差Ve，可以如第11圖所示之聚焦環25c一般，將對放置台11以絕緣性構件26絕緣的導電性構件27，經由可變容量電容器65電氣連接於接地22。

就此聚焦環25c來說，也與先前第7圖、第8圖所說明的聚焦環25b一樣，成為電漿處理中係在半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間產生電位差Ve，在導電性構件27與接地22(導電性構件60)之間產生電位差Vg的狀態。然後若依此聚焦環25c，則藉由操作可變容量電容器65就可改變導電性構件27與接地22之間的靜電容量Cg，因此可輕易改變半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve。藉由如此改變半導體晶圓W與導電性構件27之間所形成的電位差Ve，可以輕易調整離子I對半導體晶圓W之周邊部下面的衝撞量。

又，為了改變半導體晶圓W與導電性構件27之間所形成的電位差Ve，可以如第12圖所示之聚焦環25d一般，在對放置台11以絕緣構件26絕緣的導電性構件27，電氣連接可變直流電源66。

就此聚焦環25d來說，也與先前第7圖、第8圖所說明的聚焦環25b一樣，成為電漿處理中係在半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間產生電位差Ve，在導電性構件27與接地22(導電性構件60)之間產生電位差Vg的狀態。若依此聚焦環25d，當操作可電直流電源66時則如第13圖所示，可使導電性構件27與接地22之間的電位差Vg在圖中往上下偏移。然後，使電位差Vg往圖中下方偏移時(第13圖中單點破折線27’的情況)，半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve會變小。反之使電位差Vg往圖中上方偏移時(第13圖中兩點破折線27’的情況)，半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve會變大。如此一來，藉由操作連接於導電性構件27之可變直流電源66，則可輕易改變半導體晶圓W(放置台11)與導電性構件27之間的電位差Ve。

又，以上所說明之聚焦環25、25a、25b、25c、25d，任一個都圖示為將配置在放置台11上之半導體晶圓W周圍外側的外側環部30，和配置於半導體晶圓W之周邊部下方的內側環部31，做為導電性構件27來一體形成的型態；但是外側環部30與內側環部31也可互相構成為不同構件。又，當如此互相構成為不同構件的情況下，外側環部30與內側環部31可以互相電氣導通，也可互相電氣絕緣。

第14圖所示之聚焦環25e，係將配置在放置台11上之半導體晶圓W周圍外側的外側環部30，和配置於半導體晶圓W之周邊部下方的內側環部31，互相構成為不同構件，且此等外側環部30與內側環部31為互相電氣絕緣的狀態。另一方面，外側環部30與內側環部31及放置台11之間，係介入有絕緣構件26，故內側環部31對於外側環部30及放置台11係電氣絕緣。

就具備此第14圖所示之聚焦環25e的電漿處理裝置1來說，在電漿處理中，外側環部30經常與放置台1為相同電位，在半導體晶圓W與外側環部30之間不會產生電位差；但是因為內側環部31與放置台11之間介入有絕緣構件26，故對於施加在放置台11的高頻電力來說阻抗會變高，因此成為只有在半導體晶圓W與內側環部31之間產生電位差Ve的狀態。因此在半導體晶圓W之周邊部下面與內側環部31之上面之間，形成有使電漿中之離子I往向著半導體晶圓W之周邊部下面之方向加速的電場，而可降低半導體晶圓W之周邊部下面的堆積產生。此外，此第14圖所示之聚焦環25e，因為在半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面之間沒有產生電位差，故電漿中之離子I可平滑通過半導體晶圓W之外周面與外側環部30之內周面30c之間；如此一來通過到半導體晶圓W之周邊部下面為止的離子I，會衝撞半導體晶圓W之周邊部下面，藉此可更加降低半導體晶圓W之周邊部下面的堆積產生。

又，第1圖中例舉了將電漿產生用之較高頻率的高頻電力，供給到處理室10之天花板部分的蓮蓬頭40(上部電極)；但也可以做為如第15圖所示，將供給電漿產生用之較高頻率高頻電力的高頻電源42及匹配器41，和供給偏壓用之較低頻率高頻電力的高頻電源21及匹配器20，雙方都連接於放置台11的構造。

又，本發明也可將以上所說明之聚焦環25、25a、25b、25c、25d、25e，適用於在處理室10內包圍放置台11上之半導體晶圓W來配置，且包含適當支撐構件的聚焦環零件。此時做為支撐聚焦環25、25a、25b、25c、25d、25e的支撐構件，可舉出例如放置台11、排氣環35等。又，也可將第7圖所說明之第2導電構件60或第2絕緣構件61利用為支撐構件。

產業上之可利用性

本發明可利用於半導體裝置的製造產業。

1．．．電漿處理裝置

10．．．處理室

11．．．放置台

12．．．絕緣板

15．．．熱媒體流路

16．．．氣體流路

20．．．匹配器

21．．．高頻電源

22．．．接地(Earth)

25．．．聚焦環

26．．．環狀之絕緣構件

27．．．導電性構件

30．．．外側環部

31．．．內側環部

30a．．．傾斜面部

30b．．．水平面部

35．．．排氣環

40．．．蓮蓬頭

41．．．匹配器

42．．．高頻電源

45．．．氣體吐出孔

47．．．氣體擴散用空隙

46．．．氣體導入部

50．．．氣體供給配管

51．．．氣體供給系統

52．．．流量控制器

53．．．處理氣體供給源

〔第1圖〕表示本發明之實施方式中電漿處理裝置之概略構造的說明圖。

〔第2圖〕放大表示聚焦環的縱剖面圖。

〔第3圖〕半導體晶圓(放置台)與導電性構件之間所產生之電位差的說明圖。

〔第4圖〕半導體晶圓與導電性構件之間之電位差所形成之電場的說明圖。

〔第5圓〕相對於半導體晶圓與導電性構件之間之靜電容量變化，表示半導體晶圓周邊部下面之聚合物附著量(右縱軸)，及半導體晶圓之周邊部上面之離子入射角(左縱軸)，其關係之模擬結果的圖表。

〔第6圖〕將在與半導體晶圓之外周面相對之外側環部內周面上形成有凹部的聚焦環，加以放大表示的縱剖面圖。

〔第7圖〕將對於導電性構件，經由絕緣構件(介電質)而靠近導通於接地之第2導電性構件來配置的聚焦環，加以放大表示的縱剖面圖。

〔第8圖〕第7圖之聚焦環中，半導體晶圓(放置台)與導電性構件之間所產生之電位差的說明圖。

〔第9圖〕第7圖之聚焦環中，表示電漿處理中之半導體晶圓與導電性構件與接地等三者之電位變化的圖表。

〔第10圖〕第7圖之聚焦環中，相對於半導體晶圓與導電性構件之間之電位差(靜電容量比(Cg/(Cg＋Ce)))的變化，表示半導體晶圓周邊部下面之聚合物附著量(右縱軸)，及半導體晶圓之周邊部上面之離子入射角(左縱軸)，其關係之模擬結果的圖表。

〔第11圖〕將使導電性構件經由可變容量電容而電氣連接於接地之聚焦環，加以放大表示的縱剖面圖。

〔第12圖〕將對導電性構件電氣連接可變直流電源之聚焦環，加以放大表示的縱剖面圖。

〔第13圖〕第12圖之聚焦環中，表示電漿處理中之半導體晶圓與導電性構件與接地等三者之電位變化的圖表。

〔第14圖〕將外側環部與內側環部互相電氣絕緣之構造之聚焦環，加以放大表示的縱剖面圖。

〔第15圖〕將電漿產生用之高頻電源與偏壓用高頻電源雙方連接於放置台的電漿處理裝置，表示其概略構造的說明圖。

1．．．電漿處理裝置

10．．．處理室

11．．．放置台

12．．．絕緣板

15．．．熱媒體流路

16．．．氣體流路

20．．．匹配器

21．．．高頻電源

22．．．接地(Earth)

25．．．聚焦環

26．．．環狀之絕緣構件

27．．．導電性構件

35．．．排氣環

36．．．排氣埠

37．．．排氣系統

40．．．蓮蓬頭

41．．．匹配器

42．．．高頻電源

45．．．氣體吐出孔

46．．．氣體導入部

47．．．氣體擴散用空隙

50．．．氣體供給配管

51．．．氣體供給系統

52．．．流量控制器

53．．．處理氣體供給源

W．．．被處理基板

Claims (29)

1. 一種電漿處理裝置，係在配置於處理室內之放置台上放置被處理基板，藉由賦予高頻電壓而在處理室內產生電漿，來處理被處理基板；其特徵係具備包圍上述放置於放置台上之被處理基板周圍來配置的聚焦環；上述聚焦環，具備配置於上述放置於放置台上之被處理基板周圍外側而由導電性材料所構成的外側環部，和在上述放置於放置台上之被處理基板周邊部下方隔開特定間隔來配置，且由導電性材料所構成的內側環部；放置於上述放置台上之被處理基板之外周面，和與其相對之上述聚焦環之內周面的間隔L1，係比上述內側環部之上面與放置於上述放置台上之被處理基板之周邊部下面的間隔L2還要寬；上述內側環部與上述放置台之間，係電氣絕緣。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置，其中，上述外側環部與上述內側環部係電氣導通，而上述外側環部與上述放置台之間則絕緣。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之電漿處理裝置，其中，上述外側環部及上述內側環部，與上述放置台之間係配置有絕緣構件。
4. 如申請專利範圍第2項所記載之電漿處理裝置，其中，上述外側環部與上述內側環部係一體形成。
5. 如申請專利範圍第4項所記載之電漿處理裝置， 其中，上述放置於放置台上之被處理基板之外周面，和與其相對之上述聚焦環之內周面的間隔，係比上述內側環部之上面與上述放置於放置台上之被處理基板之周邊部下面的間隔要寬。
6. 如申請專利範圍第2項所記載之電漿處理裝置，其中，上述外側環部及上述內側環部，係對接地成電氣絕緣。
7. 如申請專利範圍第6項所記載之電漿處理裝置，其中，上述外側環部及上述內側環部，對接地之間的靜電容量係構成為可變的。
8. 如申請專利範圍第6項所記載之電漿處理裝置，其中，上述外側環部及上述內側環部，係電氣連接於可變直流電源。
9. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置，其中，上述外側環部與上述內側環部係電氣絕緣。
10. 如申請專利範圍第9項所記載之電漿處理裝置，其中，上述外側環部與上述放置台係電氣導通。
11. 如申請專利範圍第1項至第10項之任一項所記載之電漿處理裝置，其中，上述外側環部之上面，具有配置在上述放置於放置台上之被處理基板周圍，且向著外側逐漸變高的傾斜面部；和連續於上述傾斜面部之外側而形成的水平面部。
12. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置，其中，構成上述外側環部與上述內側環部的導電性材料， 係矽、碳、碳化矽的任一種。
13. 一種聚焦環，係在藉由賦予高頻電壓在處理室內產生電漿，來處理被處理基板之電漿處理裝置中，包圍配置於上述處理室內之放置台上的被處理基板周圍；其特徵係具備配置於上述放置於放置台上之被處理基板周圍外側而由導電性材料所構成的外側環部，和在上述放置於放置台上之被處理基板周邊部下方隔開特定間隔來配置，且由導電性材料所構成的內側環部；放置於上述放置台上之被處理基板之外周面，和與其相對之上述聚焦環之內周面的間隔L1，係比上述內側環部之上面與放置於上述放置台上之被處理基板之周邊部下面的間隔L2還要寬；上述內側環部與上述放置台之間，係電氣絕緣。
14. 如申請專利範圍第13項所記載之聚焦環，其中，上述外側環部與上述內側環部係電氣導通；上述外側環部及上述內側環部，與上述放置台之間係配置有絕緣構件。
15. 如申請專利範圍第14項所記載之聚焦環，其中，上述外側環部與上述內側環部係一體形成。
16. 如申請專利範圍第15項所記載之聚焦環，其中，與上述放置於放置台上之被處理基板之外周面相對的內周面，係形成有凹部。
17. 如申請專利範圍第14項所記載之聚焦環，其 中，具有靜電容量可變手段，用以使上述外側環部及上述內側環部與接地之間的靜電容量為可變。
18. 如申請專利範圍第14項所記載之聚焦環，其中，具備電氣連接於上述外側環部及上述內側環部的可變直流電源。
19. 如申請專利範圍第13項所記載之聚焦環，其中，具備將上述外側環部與上述內側環部電氣絕緣的絕緣構件。
20. 如申請專利範圍第19項所記載之聚焦環，其中，上述外側環部係設置為電氣導通於上述放置台。
21. 如申請專利範圍第13項所記載之聚焦環，其中，上述外側環部之上面，具有配置在上述放置於放置台上之被處理基板周圍，且向著外側逐漸變高的傾斜面部；和連續於上述傾斜面部之外側而形成的水平面部。
22. 如申請專利範圍第13項所記載之聚焦環，其中，構成上述外側環部與上述內側環部的導電性材料，係矽、碳、碳化矽的任一種。
23. 一種聚焦環零件，其特徵係由申請專利範圍第13項至第22項之任一項所記載的聚焦環，和在上述處理室中包圍上述放置台上之被處理基板的周圍，來配置上述聚焦環的支撐構件所構成。
24. 一種電漿處理方法，係在配置於處理室內之放置台上放置被處理基板，藉由賦予高頻電壓而在處理室內產生電漿，來處理被處理基板；其特徵係 以申請專利範圍第1項所記載之聚焦環包圍被處理基板的周圍的方式，將該聚焦環配置於放置台上，藉由電氣絕緣上述聚焦環之上述內側環部與上述放置台之間，在上述配置於放置台上之被處理基板的周邊部下方，將上述電漿所產生之離子向著被處理基板之周邊部下方加速來形成電場，藉由該電場，使離子衝撞被處理基板的周邊部下面。
25. 如申請專利範圍第24項所記載之電漿處理方法，其中，上述電場，係在上述放置於放置台上之被處理基板之周邊部下方，隔開特定間隔來配置由導電性材料所構成的內側環部，然後藉由在被處理基板與內側環部之間賦予電位差來形成。
26. 如申請專利範圍第24項所記載之電漿處理方法，其中，藉由改變上述電場強度，來調整離子對被處理基板之周邊部下面的衝撞量。
27. 如申請專利範圍第24項所記載之電漿處理方法，其中，上述電場中之等電位面，從上述放置於放置台上之被處理基板的外周面起算在外側較疏，而在上述放置於放置台上之被處理基板的周邊部下方較密。
28. 一種電漿處理裝置，係在配置於處理室內之放置台上放置被處理基板，藉由賦予高頻電壓而在處理室內產生電漿，來處理被處理基板；其特徵係具備包圍上述放置於放置台上之被處理基板周圍來配置的聚焦環； 上述聚焦環，具備配置於上述放置於放置台上之被處理基板周圍外側而由導電性材料所構成的外側環部，和在上述放置於放置台上之被處理基板周圍部下方隔開特定間隔來配置，且由導電性材料所構成的內側環部；放置於上述放置台上之被處理基板之外周面，和與其相對之上述聚焦環之內周面的間隔L1，係比上述內側環部之上面與放置於上述放置台上之被處理基板之周邊部下面的間隔L2還要寬；上述內側環部與上述放置台之間，係藉由絕緣構件電氣絕緣，對上述放置台，於以上述絕緣構件絕緣的上述外側環部，使電氣接地的第2導電性構件接近配置，上述外側環部與上述第2導電性構件之間設有第2絕緣構件。
29. 一種聚焦環，係於藉由賦予高頻電壓而在處理室內產生電漿，來處理被處理基板之電漿處理裝置，包圍上述放置於處理室內的放置台上之被處理基板周圍來配置的聚焦環；其特徵係具備配置於上述放置於放置台上之被處理基板周圍外側而由導電性材料所構成的外側環部，和在上述放置於放置台上之被處理基板周圍部下方隔開特定間隔來配置，且由導電性材料所構成的內側環部；放置於上述放置台上之被處理基板之外周面，和與其相對之上述聚焦環之內周面的間隔L1，係比上述內側環 部之上面與放置於上述放置台上之被處理基板之周邊部下面的間隔L2還要寬；上述內側環部與上述放置台之間，係藉由絕緣構件電氣絕緣，對上述放置台，於以上述絕緣構件絕緣的上述外側環部，使電氣接地的第2導電性構件接近配置，上述外側環部與上述第2導電性構件之間設有第2絕緣構件。