TWI912690B - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

Abstract

提供一種防止在被處理基板的外周部附近的電漿處理不良之技術。提供一種技術，其特徵為，具備：處理室，供被處理基板接受電漿處理；高頻電源，透過導波管供給微波電力；介電體板，配置於處理室的上方而供前述微波穿透；試料台，供被處理基板載置；電磁鐵，配置成圍繞處理室的周圍，使第一靜磁場產生；靜磁場產生裝置，配置於被處理基板的下方；及控制裝置，控制電磁鐵；靜磁場產生裝置，在第一靜磁場之中使第二靜磁場朝增強平行於處理室的中心軸的靜磁場的方向產生，控制裝置，控制電磁鐵使得相對於被處理基板的被處理面之第三靜磁場的磁力線的角度成為所需的角度，第三靜磁場，為第一靜磁場與第二靜磁場重疊而成的靜磁場。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法

本揭示有關電漿處理裝置及電漿處理方法，尤其有關運用微波與靜磁場的相互作用來使處理室內產生電漿，而對設置於處理室內的被處理基板進行電漿處理之電漿處理裝置及電漿處理方法。

構成半導體積體電路的半導體積體電路元件(以下亦簡稱半導體元件、元件)的生產中會運用電漿處理裝置。為了提升元件的性能及減低成本，元件的微細化一直在進展。以往一直是藉由元件的二維的微細化，來增加藉由1片被處理基板(半導體晶圓、半導體基板，亦簡稱基板)所能夠製造的元件數而降低每1個元件的製造成本，並且藉由配線長度縮短等小型化的效果來同時謀求半導體積體電路的性能提升。但，若半導體元件的尺寸成為接近原子尺寸的奈米尺度，則二維的微細化的難度明顯提高，目前採取的對策是採用新材料或三維的元件構造等。由於這些變更，製造的難度會進一步上升並且製造工程會增加，製造成本的增大成為嚴肅的問題。

若微小的異物或污染物質附著於製造途中的半導體積體電路元件，將成為致命的缺陷，因此半導體積體電路元件是在排除異物或污染物質而將溫度或濕度控制在最佳的無塵室內製造。伴隨元件的微細化，製造所必須的無塵室的潔淨度變高，無塵室的建設或維護運用必需要龐大的費用。因此，要求效率良好地利用無塵室空間而生產。依此觀點，半導體製造裝置被嚴格要求小型化及低成本化。

此外，對於被處理基板的電漿處理的面內均一性亦重要。半導體積體電路元件的製造中作為被處理基板多半使用直徑300mm的圓盤狀矽晶圓。在此矽晶圓上作成多數個半導體積體電路元件。若電漿處理的面內均一性不佳，從1片矽晶圓能夠取得的滿足製品規格的良品(良品的半導體晶片)的數量會變少。同樣地，各被處理基板每一者的電漿處理的穩定性亦重要。當電漿處理的品質不穩定，例如品質經時性地變化的情形下，同樣地良品的比例會下降。

在藉由電磁波產生電漿的電漿處理裝置中，廣泛運用使用頻率為數GHz程度(典型上為2.45GHz的微波)來作為電磁波之電漿處理裝置。特別是，有一種運用了將微波與靜磁場組合而發生的電子迴旋共振(Electron Cyclotron Resonance，以下稱ECR)現象之電漿處理裝置。按照此電漿處理裝置，具有即使在極低壓等通常難以生成電漿的條件下仍能相對穩定地生成電漿、能夠藉由靜磁場的分布來控制電漿的分布等優秀的特徵。

一般而言，已知在施加了靜磁場的電漿中運動的電子會受到稱為勞侖茲力的力，往垂直於靜磁場的方向之擴散會受到抑制。同樣地，已知電漿中的離子會由於與電子之間產生的電場，而發生一起擴散之稱為雙極性擴散的現象。藉由該些效應，使靜磁場作用於電漿，而抑制往和靜磁場垂直的方向之擴散，藉此便能夠控制電漿的密度分布。

半導體積體電路元件的製造中運用的電漿處理裝置中，多半使用電子與離子的溫度大幅相異的稱為低溫電漿的電漿。雖依電漿生成條件而定，惟低溫電漿中據信電子的溫度為數eV程度，離子的溫度為0.1eV程度的尺度。通常，電漿中電子與離子的密度近乎相等，保持電性近乎中性的狀態。但在電漿和被處理基板或處理室相接的面的附近，因高溫而高速的電子會往牆壁逃逸，而會出現留下的離子過剩的稱為鞘的區域。

鞘中會局部性地產生電荷分離所造成的強電場。尤其是在被處理基板的界面出現的鞘會對電漿處理的品質帶來很大的影響。若對被處理基板賦予高頻電力，則會因鞘的電壓電流特性而在被處理基板產生直流偏壓，便能夠控制電漿中的離子入射至被處理基板的表面的能量。藉由將此能量最佳化，例如電漿蝕刻的情形下，能夠提高蝕刻速度或形狀等的電漿處理品質。例如電漿處理裝置中，將頻率為400kHz至13.56MHz等的高頻電源裝置(Radio frequency(RF)電源裝置)電性連接至被處理基板，來進行對鞘賦予高頻偏壓。連接時多半會使用用來消弭電力的不匹配之自動匹配器。

許多的周知文獻均記載有關鞘的理論上的論述。例如非專利文獻1中講述，離子會以式1所示的波姆速度以上的速度入射至電漿與鞘的界面。

其中，V_Bohm：波姆速度(m/s)，e：電子的電荷(=1.602×10^-19C)，m_i：離子的質量(kg)，T_e：電子溫度(V)。

亦即，已知在和被處理基板相接的鞘，離子會以波姆速度以上的初速入射至鞘端，藉由鞘的電場受到加速而到達被處理基板。鞘的電場能夠藉由高頻偏壓來控制，而能夠使電漿處理的品質提升。

前述的運用電子迴旋共振(ECR)的電漿處理裝置中，微波多半從靜磁場強的區域對靜磁場平行地導入，又，微波多半對靜磁場電場以右旋地旋轉之圓極化波(以下稱為R波)導入。這是因為由理論上已得知，R波在超越ECR條件的強磁場域不具有截止頻率，即使在高密度域仍可傳播的緣故。這裡，所謂ECR條件係指電子迴旋頻率和微波的頻率一致之靜磁場。當微波的頻率為2.45GHz的情形下，ECR條件相當於875高斯的靜磁場。亦即，一般認為從ECR條件以上的強磁場域導入的R波，即使在高密度的電漿產生的情形下仍可在電漿中傳播，故能夠使微波電力傳播到引發ECR的區域(電子迴旋共振(ECR)的面：稱為ECR面)而使其效率良好地吸收。又，被處理基板的被處理面的表面多半和導入微波的面相向，在弱磁場域和靜磁場大致垂直地設置。

一般而言以電漿蝕刻裝置製造半導體積體電路元件時，會根據被處理膜的膜厚或種類來調整加工條件以便將蝕刻加工的處理品質最佳化。作為加工條件，有蝕刻處理中使用的氣體的種類或流量、電漿處理室的壓力或電漿生成用的電力、對被處理基板給予的RF偏壓電力等。尤其在使用了ECR電漿源的蝕刻裝置中，可藉由靜磁場控制電漿的擴散或生成區域，靜磁場的分布是重要的參數。據信ECR電漿中在ECR面會局部性的強烈發生微波電力被電漿吸收，ECR面的位置在電漿的生成區域控制中尤其重要。料想在ECR面的鄰近會旺盛地進行離子或化學活性的自由基的生成。藉由調整ECR面與被處理基板的被處理面之間的距離，便能夠調整離子或自由基的在被處理基板的被處理面上的比率或密度，而可達成加工形狀等的電漿處理品質的最佳化。

電漿蝕刻處理中，氣體的流量及壓力亦是重要的參數。藉由對被處理基板施加RF偏壓而吸引電漿中的離子，能夠提高被處理基板的在離子衝撞的面(被處理基板的被處理面)的蝕刻速度，而提高處理形狀的異方性。低壓下離子和中性氣體分子的衝撞頻率會下降而離子的直進性增加，因此若要提高處理形狀的異方性，低壓下的蝕刻處理係為有效。此外，若增加氣體的流量，則蝕刻反應所必須的活性物種的供給量亦會增加，此外反應生成物對於被處理基板的表面的再附著亦會減少，故對於提高蝕刻速度而言係為有利。像這樣，低壓且大流量的氣體下的蝕刻有利於高品質的處理。然而，低壓化與氣體的大流量化處於彼此難以兼顧的取捨(trade-off)的關係。是故，電漿蝕刻裝置中，提高該電漿蝕刻裝置的真空排氣能力係為重要。

圖1示意運用了ECR的電漿處理裝置的作為比較例之蝕刻裝置0100。在略圓筒狀的電漿處理室0107的周圍設置電磁鐵0102，便能夠對電漿處理室0107內施加用來引發ECR的靜磁場。電磁鐵0102由多段的螺線管線圈所構成。在該些螺線管線圈的外側的周圍設有軛0110。藉由調整藉由各螺線管線圈而產生的磁場的強度，便能夠控制處理室0107內的靜磁場分布。微波是從沿著電漿處理室0107的中心軸設置的圓形導波管0101被供給往空腔部0104。導入的微波在空腔部0104被塑形其電磁場分布，從空腔部0104透過配置於和電漿處理室0107的內部的被處理基板0103的被處理面的表面相向的面之微波導入窗0105及噴淋板0106，而被導入電漿處理室0107內。多半使用頻率2.45GHz的微波。蝕刻處理所使用的氣體，從未圖示的氣體供給裝置透過微波導入窗0105與噴淋板0106之間的未圖示的微小的間隙及在噴淋板0106設置的未圖示的複數個微細的氣體供給孔，被供給至處理室0107的內部。微波導入窗0105、噴淋板0106多半使用石英來作為讓微波穿透而不易對電漿處理造成不良影響的材質。此外，電漿處理室0107的內面多半以石英等的內筒加以保護，藉此防止電漿所造成的損傷。本例中，將直徑300mm的矽基板0103用作為被處理基板。先前技術文獻非專利文獻

非專利文獻1：Michael A. Lieberman and Allan J. Lichtenberg, Principles of plasma discharges and materials processing, Second Edition, Wiley-Interscience, First published 27 January 2005, John Wiley & Sons, Inc.

發明所欲解決之問題運用圖1所示的電漿蝕刻裝置0100進行蝕刻而進行了形狀評估，發現依處理條件不同，會觀察到在被處理基板0103的外周部於被處理基板0103的內側方向及外側方向變為非對稱之形狀異常的情形。電漿蝕刻的形狀是各式各樣的因素交織的複雜現象，難以究明原因。但，原因有可能在於在被處理基板0103發生的蝕刻的反應生成物的再附著。亦即，有可能因為被處理基板0103上的反應生成物的密度分布不均一，在單側再附著得更多而發生。

本揭示旨在提供一種防止在被處理基板的外周部附近的電漿處理不良之技術。其他待解問題及新穎特徵，將由本說明書之記述及所附圖面而明瞭。解決問題之技術手段

若要簡單說明本揭示當中具代表性者之概要，則如下所述。

按照本揭示的一個態樣，提供一種技術(電漿處理裝置或蝕刻處理方法)，其特徵為，具備：處理室，供被處理基板接受電漿處理；高頻電源，透過導波管供給微波電力；介電體板，配置於前述處理室的上方而供前述微波穿透；試料台，供前述被處理基板載置；電磁鐵，配置成圍繞前述處理室的周圍，使第一靜磁場產生；靜磁場產生裝置，配置於前述被處理基板的下方；及控制裝置，控制前述電磁鐵；前述靜磁場產生裝置，在前述第一靜磁場之中使第二靜磁場朝增強平行於前述處理室的中心軸的靜磁場的方向產生，前述控制裝置，控制前述電磁鐵使得相對於前述被處理基板的前述被處理面之第三靜磁場的磁力線的角度成為所需的角度，前述第三靜磁場，為前述第一靜磁場與前述第二靜磁場重疊而成的靜磁場。發明之效果

按照本揭示，能夠防止在被處理基板的外周部附近的電漿處理不良。

更具體而言，控制裝置控制複數段的電磁鐵，以控制複數段的電磁鐵與靜磁場產生裝置所造成的靜磁場的相對於被處理基板的被處理面的表面之角度。是故，藉由運用本揭示之電漿處理裝置或電漿處理方法的蝕刻處理，能夠控制入射至被處理基板的離子的入射角度，故能夠解決前述待解問題。亦即，離子會沿著磁力線入射至形成於被處理基板的被處理面的表面的鞘端，故能夠將在被處理基板的外周部附近的磁力線的相對於被處理基板的被處理面的表面之角度例如控制成近乎垂直(大致90°)。如此，便能夠在被處理基板的外周部附近控制離子的入射角度，而改善形狀異常。

以下運用圖面說明實施方式。惟，以下的說明中，對於同一構成要素標註同一符號而有時省略反覆的說明。另，圖面為了使說明更加明確，相較於實際的態樣有時會模型化地表現，但僅為一例，並非限縮本發明之解釋。

運用圖2至圖7說明實施方式之微波電漿蝕刻裝置。圖2為實施方式之微波電漿蝕刻裝置的模型化側視截面圖(縱截面圖)。被處理基板0210例如為直徑300mm的圓盤狀的單晶的矽基板，在被處理基板0210之上作成半導體積體電路元件。圖2所示的微波電漿蝕刻裝置(以下亦簡稱電漿蝕刻裝置或電漿處理裝置)0200中，運用在略圓筒狀的處理室0209的內部產生的電漿，將被載置於作為試料台的基板電極0211之上的被處理基板0210的表面上的藉由其他工程而形成的構造予以電漿處理(此處為蝕刻加工)。被處理基板0210當從俯視側觀看的情形下為圓盤狀，電漿處理必須相對於通過圓盤狀的被處理基板0210的中心點的中心軸為軸對稱。因此，電漿蝕刻裝置0200同樣地從俯視側觀看的情形下，基本上相對於中心軸呈軸對稱的構造。此外，基板電極0211從俯視側觀看的情形下被做成圓形形狀，相對於中心軸被做成軸對稱的形狀。這裡，所謂圓盤狀的被處理基板0210的中心點，對應到圖3所示的被處理基板0210的中心點O。所謂通過被處理基板0210的中心點(O)的中心軸，對應到圖3所示的訂為中心軸的Z軸。所謂相對於中心軸為軸對稱，指相對於圖3的Z軸為軸對稱。所謂軸對稱的構造，指相對於圖3的Z軸為軸對稱的構造。訂為中心軸的Z軸，能夠說成是電漿蝕刻裝置0200的中心軸，或者處理室0209的中心軸。在此情形下，被處理基板0210的中心點(O)與基板電極0211的中心點會配置於中心軸的軸上。

從作為高頻電源(Radio Frequency Power Supply)的微波源0230產生的微波，透過包含隔離器(isolator)、自動匹配器、矩形導波管、圓極化波產生器等的微波傳播裝置0231，而被傳播至圓形導波管0201。換言之，微波源0230對圓形導波管0201供給微波電力。圓形導波管0201呈圓筒形狀或圓形的管狀，其圓筒形狀的中心配置於中心軸(Z軸)上。也就是說，圓形導波管0201的中心和處理室0209的中心軸同軸地配置。又，微波源0230構成為透過導波管0201將微波電力供給至處理室0209。

藉由圓形導波管0201而被圓極化波化的微波，會在圓形導波管0201的最低次模式亦即TE11模式下被傳輸至空腔部0206。本例中，微波例如運用頻率為2.45GHz者。此外，圓形導波管0201例如使用僅可供最低次模式傳播的直徑。

微波的電磁場在空腔部0206被塑形，被塑形後的電磁場透過微波導入窗0207、噴淋板0208被導入至處理室0209。微波導入窗0207及噴淋板0208配置於處理室0209的上方，能夠視為能夠讓微波穿透的介電體板。微波導入窗0207能夠視為配置於和處理室0209的中心軸交叉的一方的面。就微波導入窗0207及噴淋板0208的材質而言，理想是使用微波的損失小，電漿耐性高，且不對電漿處理帶來不良影響的材質，即介電體。微波導入窗0207及噴淋板0208的材質，在本實施方式中使用石英。從未圖示的氣體供給器供給的用於蝕刻處理的氣體，透過微波導入窗0207與噴淋板0208之間的未圖示的微小的間隙及在噴淋板0208設置的未圖示的複數個供給孔，以規定的量被供給至處理室0209的內部。

在圓筒狀的處理室0209的外側的周圍(外周的周圍)，設置上中下3段的電磁鐵0203、0204、0205。複數段的電磁鐵0203、0204、0205，亦可視為和中心軸同軸(或軸對稱)地配置而圍繞處理室0209的周圍。又，在該些電磁鐵0203、0204、0205的外側的周圍設有軛0202。軛0202理想是導磁率高的材質，本例中使用鐵製之物。電磁鐵0203、0204、0205電性連接至控制裝置0250，控制裝置0250構成為能夠控制電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值。

本例中，作為上段的電磁鐵之第一電磁鐵0203，設置成圍繞除圓形導波管0201的設置部分以外的處理室0209的外側的上側部分的周圍。作為中段的電磁鐵之第二電磁鐵0204，位於第一電磁鐵0203的下側，設置成圍繞處理室0209的外側的上側側面部分的周圍。本例中，第二電磁鐵0204設置於處理室0209的外側的上側側面部分的周圍，而圍繞空腔部0206或微波導入窗0207的外側的周圍。作為下段的電磁鐵之第三電磁鐵0205，位於第二電磁鐵0204的下側，設置成圍繞處理室0209的外側的中間部的側面部分的周圍。本例中，第三電磁鐵0205設置於噴淋板0208與後述的靜磁場產生裝置0212之間的處理室0209的外側的中間部的側面部分的周圍。

本實施方式中，作為一例使用了3段的電磁鐵0203、0204、0205。電磁鐵的段數亦可根據細微調整靜磁場的分布之必要性而設計成如4段或5段般的多段。此外，亦可減少電磁鐵的段數成如2段般。本實施方式中，藉由該些電磁鐵0203、0204、0205而造出發散磁場，該發散磁場係在處理室0209的上側的區域或微波導入窗0207側的區域靜磁場強，在處理室0209的下側的區域(對應到噴淋板0208的下側的處理室0209的區域，或對應到後述的基板電極0211的上側的處理室0209的區域)靜磁場弱。電磁鐵0203、0204、0205的構成俯視側觀看的情形下為軸對稱(相對於Z軸軸對稱)，該些電磁鐵0203、0204、0205所造成的靜磁場亦從俯視側觀看的情形下呈軸對稱。藉由此構成，能夠在處理室0209內設定電子迴旋共振(Electron Cyclotron Resonance，以下稱ECR)條件亦即875高斯的ECR面(電子迴旋共振(ECR)的面)，能夠藉由控制裝置0250調整對電磁鐵0203、0204、0205供給的驅動電流值而控制ECR面與被處理基板0210的被處理面之間的距離(亦稱為ECR高度(h))或ECR面的形狀。藉由導入的微波與靜磁場之相互作用，能夠在處理室0209內使電漿產生。這裡，電子迴旋共振，能夠視為藉由來自微波源0230的微波與電磁鐵0203、0204、0205所造成的靜磁場(亦稱為第一靜磁場)之相互作用所造成的電子迴旋共振。

在處理室0209內設有被處理基板0210以及具有用來保持被處理基板0210的載置面之基板電極0211。基板電極0211在處理室0209的內部和微波導入窗0207相向設置，構成為在基板電極0211的載置面之上供被處理基板0210設置而被處理基板0210的中心點為和中心軸同軸地配置的狀態。

基板電極0211中內建使被處理基板0210靜電吸附並予以保持之機構、對被處理基板0210做溫度控制之機構、對被處理基板0210供給RF(Radio frequency)偏壓之機構。在處理室0209介著排氣速度調整機構0213而設有真空排氣裝置0214。藉由排氣速度調整機構0213、真空排氣裝置0214以及未圖示的氣體供給機構，對處理室0209以規定的壓力、規定的流量供給規定的氣體。蝕刻處理亦會受到處理室0209內的氣體的流動所影響，故讓氣體的流動從俯視側觀看的情形下成為軸對稱的構造(例如設置於噴淋板0208的複數個供給孔的配置位置)亦呈軸對稱。

在和基板電極0211的載置面相向之基板電極0211的背面側，設有作為靜磁場產生源的靜磁場產生裝置0212。本例中，基板電極0211中內建有靜磁場產生裝置0212。靜磁場產生裝置0212，也可以說成是在被處理基板0210載置於基板電極0211的載置面的狀態下，相對於被處理基板0210的被處理面配置於被處理基板0210的背面側。或者，也可以說成是靜磁場產生裝置0212配置於被處理基板0210的下方。

在被處理基板0210的被處理面的表面的靜磁場，訂為電磁鐵0203、0204、0205所造成的第一靜磁場與靜磁場產生裝置0212所造成的第二靜磁場之重疊(合成)而成的靜磁場(亦稱為第三靜磁場)。靜磁場產生裝置0212，構成為在第一靜磁場之中使第二靜磁場朝增強平行於處理室0209的中心軸的靜磁場的方向產生。藉由靜磁場產生裝置0212能夠將靜磁場(第三靜磁場)的角度控制成相對於被處理基板0210的被處理面的表面成為垂直(90度)或者近乎垂直(大致90度)。作為靜磁場產生裝置0212能夠使用電磁鐵或永久磁鐵。本實施方式中，說明使用永久磁鐵作為靜磁場產生裝置0212的構成例。若使用電磁鐵作為靜磁場產生裝置0212，則能夠藉由驅動電流的調整而容易地控制靜磁場的大小或分布，是其優點。但，在此情形下，必須有冷卻機構或電流供給機構等，有可能不利於靜磁場產生裝置0212的小型化。此外，靜磁場產生裝置0212理想是配置於被處理基板0210的表面的附近。這是因為若將靜磁場產生裝置0212配置於距被處理基板0210的表面遠，則靜磁場產生裝置0212產生的靜磁場必須為強的靜磁場。因此，靜磁場產生裝置0212的小型化會變得更加困難。若大的電磁鐵位於真空排氣路徑，則排氣性能會降低，因此本實施方式中設計成將使用了可小型化的永久磁鐵之靜磁場產生裝置0212配置於被處理基板0210的鄰近。具體而言，使用了永久磁鐵的靜磁場產生裝置0212，設於基板電極0211的和被處理基板0210的載置面相向之基板電極0211的背面側。使用了永久磁鐵的靜磁場產生裝置0212，從俯視側觀看的情形下具有圓形形狀。同樣地，基板電極0211亦從俯視側觀看的情形下具有圓形形狀。

圖3為實施方式之微波電漿蝕刻裝置的磁力線分布的模型圖。此外，圖3中示意從俯視側觀看的情形下的圓形導波管0201、被處理基板0210、基板電極0211及靜磁場產生裝置0212的配置，以及後述的原點O、z軸及r軸的關係。另，從控制裝置0250輸出的以虛線箭頭示意的短的控制線，原應如同圖2般連接至電磁鐵0203、0204、0205，惟為求圖3的簡化而以短的控制線示意。

圖3中模型化地示意僅藉由電磁鐵0203、0204、0205產生的磁力線(亦稱為第一磁力線)0301，與僅藉由靜磁場產生裝置0212產生的磁力線(亦稱為第二磁力線)0302。實際上藉由兩者的磁力線0301、0302而產生的靜磁場會被重疊，惟圖3中為了便於說明動作而示意另一方不存在的情形下的磁力線0301，0302。圖3中，從俯視側觀看的情形下，將圓盤狀的被處理基板0210的被處理面的表面的中心軸訂為原點O，縱方向以z軸示意，半徑方向以r軸示意。電磁鐵0203、0204、0205所造成的磁力線0301在z軸上呈向下，靜磁場產生裝置0212所造成的磁力線0302亦在z軸上同樣呈向下，而產生彼此相互增強的方向的靜磁場。也就是說，靜磁場產生裝置0212，會在藉由複數段的電磁鐵0203、0204、0205而產生的磁力線0301所造成的靜磁場當中，產生增強平行於中心軸的靜磁場的方向的磁力線0302所造成的靜磁場。反上，亦可運用兩者皆向上的靜磁場。另一方面，若在被處理基板0210的表面(r軸上)觀看r軸方向的成分，則電磁鐵0203、0204、0205所造成的磁力線0301成為向外，靜磁場產生裝置0212所造成的磁力線0302成為向內，可知藉由兩者的重疊而靜磁場的r方向成分會彼此相互抵消(相互減弱)。亦即，圖3所示構成中，在被處理基板0210的表面附近藉由靜磁場產生裝置0212的作用，靜磁場相對於被處理基板0210的表面會更被調整成垂直方向。圖3中雖說明了電磁鐵0203、0204、0205的3段構成的情形，惟自當明白在其他的電磁鐵段數的構成中亦可獲得同樣的靜磁場的垂直化的效果。但，當電磁鐵的段數少的情形下用於調整的參數數量少，故如後述般調整的自由度可能降低。若要在後述的被處理基板0210之上一面將靜磁場垂直化一面調整ECR面的高度等參數，較佳是設置2段以上的段數的電磁鐵(0203、0204、0205)。

如圖3所示般，從俯視側觀看的情形下，圓形導波管0201、基板電極0211、被處理基板0210、基板電極0211及靜磁場產生裝置0212的各中心，以和圓盤狀的被處理基板0210的被處理面的表面的訂為中心軸的原點O一致之方式配置於同軸上，而配置成相對於通過原點O的z軸成為軸對稱。從俯視側觀看的情形下基板電極0211、被處理基板0210、基板電極0211及靜磁場產生裝置0212的大小，在本例中以圓盤狀(或圓形形狀)的基板電極0211最大，接下來使用了永久磁鐵的圓盤狀(或圓形形狀)的靜磁場產生裝置0212第二大，圓盤狀(或圓形形狀)的被處理基板0210則被做成第三大的大小。如此，便能夠將電磁鐵0203、0204、0205的第一靜磁場與靜磁場產生裝置0212的第二靜磁場之合成而得的第三靜磁場的在被處理基板0210的被處理面的外周部的角度，控制成相對於被處理基板0210的被處理面的表面成為垂直(90度)或近乎垂直(大致90度)。

藉由圖4說明控制電磁鐵0203、0204、0205的控制裝置0250的動作。圖4為實施方式之控制裝置的說明圖。說明中隨時使用圖2，3記載的編號等。控制裝置0250，構成為包含電流控制裝置400、以及複數個電流源CS1、CS2、CS3。本例中，複數個電流源CS1、CS2、CS3對應到3段的電磁鐵0203、0204、0205，而示意3個電流源CS1、CS2、CS3的例子。

電流控制裝置400具有如下機能：滿足被輸入的靜磁場規格401，同時求出電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流好讓在被處理基板0210的被處理面的表面的靜磁場的角度相對於被處理面的表面成為垂直。靜磁場規格401被輸入電流控制裝置400，電流控制裝置400遵照該靜磁場規格401而求出電流控制訊號S1、S2、S3，送至電流源CS1、CS2、CS3。電流源CS1、CS2、CS3根據電流控制訊號S1、S2、S3而將驅動電流I1、I2、I3分別供給至電磁鐵0203、0204、0205。如此，電流控制裝置400便能夠控制從複數段的電磁鐵0203、0204、0205產生的磁力線0301及基於其之靜磁場。圖4中雖說明了電磁鐵0203、0204、0205為3段的情形，惟其他段數的情形下亦同。

靜磁場規格401，在本實施方式中，訂為以在微波電漿蝕刻裝置0200的中心軸(z軸)上的ECR面與被處理基板0210的被處理面的表面之間的距離(以下稱ECR高度(h))作為參數而決定的靜磁場的規格。如前述般，這是因為ECR面是左右電漿處理特性的重要的參數。靜磁場規格401亦可為其他的項目或複數個項目，惟能夠設定的規格的項目數會受到電磁鐵(0203、0204、0205)的段數的限制。例如，當使用1段的電磁鐵的情形下，若將被處理基板0210的被處理面的表面附近的靜磁場控制成相對於被處理基板0210的被處理面的表面為垂直，則對電磁鐵供給的電流值會唯一地決定，而沒有調整ECR高度等的靜磁場規格401的餘地。原理上藉由2段的電磁鐵能夠滿足最大1項目的靜磁場規格401，藉由3段能夠滿足最大2項目的靜磁場規格401。4段以上的電磁鐵亦同。無需贅言地，亦可使其帶有冗餘，例如在3段的電磁鐵下將靜磁場規格401訂為1項目等。

一般而言當有複數個靜磁場產生源(0212)的情形下，全體的靜磁場會成為各靜磁場產生源(0212)個別存在的情形下的靜磁場的重疊。電流控制裝置400內的記憶裝置中，存儲有藉由單獨由永久磁鐵(0212)產生的靜磁通量密度之處理室0209內的第一分布資料，以及藉由單獨由以規定的電流驅動的複數段的電磁鐵(0203、0204、0205)產生的靜磁通量密度之處理室0209內的第二分布資料來作為參照資料。在處理室0209內的任意的座標(r,z)的靜磁通量密度，能夠運用該些第一分布資料及第二分布資料而藉由線性重疊依以下的式2求出。

B_r(r,z)：當對所有的電磁鐵i(i=1,2,3)流通I_i(A)的情形下，處理室內的座標(r,z)中的磁通量密度的r方向成分(這裡，電磁鐵1對應到電磁鐵0203，電磁鐵2對應到電磁鐵0204，電磁鐵3對應到電磁鐵0205。)B_z(r,z)：當對所有的電磁鐵i(i=1,2,3)流通I_i(A)的情形下，處理室內的座標(r,z)中的磁通量密度的z方向成分B_ir(r,z)：當僅對電磁鐵i(i=1,2,3)流通規定的電流I_0i(A)的情形下，處理室內的座標(r,z)中的磁通量密度的r方向成分B_iz(r,z)：當僅對電磁鐵i(i=1,2,3)流通規定的電流I_0i(A)的情形下，處理室內的座標(r,z)中的磁通量密度的z方向成分B_mr(r,z)：處理室內的座標(r,z)中的僅由永久磁鐵所造成的磁通量密度的r方向成分B_mz(r,z)：處理室內的座標(r,z)中的僅由永久磁鐵所造成的磁通量密度的z方向成分本實施方式中，B_ir、B_iz(i=1,2,3)、B_mr、B_mz是事先藉由按照有限元素法的理論計算而求出。或，亦可運用使用磁感測器實測出的值，亦可隨時進行理論計算而求出。

例如，當欲將在某一點(r₀,z₀)的磁通量密度的r成分控制成特定的值B_0r的情形下，由式2可知在電流I_i(i=1,2,3)之間有著1次函數的關係。例如，在電磁鐵0203、0204的可通電的範圍內給予電流I₁、I₂而求出電流I₃，若此值為電磁鐵0205的可通電的範圍內，則能夠進一步運用式2求出磁通量密度分布。能夠由得到的磁通量密度分布搜尋滿足所需的規格的電流I₁、I₂、I₃的組合。

以上雖說明了電磁鐵的段數為3段的情形，惟其他的段數亦同。

本實施方式中，欲將被處理基板0210的被處理面的表面之上的磁力線的角度控制成相對於被處理基板0210的被處理面的表面為垂直(或者近乎垂直)。又，使用了發散磁場，故隨著遠離被處理基板0210的中心點O而有磁力線偏離垂直的偏差變大的傾向。此外，藉由將磁通量密度的r成分訂為零，能夠使磁力線的角度相對於被處理基板0210的被處理面的表面成為垂直。藉由以上，設計成將被處理基板0210的最外周位置的磁通量密度的r成分控制成零。

圖5為示意被處理基板上的磁力線角度的圖表。運用圖5說明將被處理基板0210上的磁力線角度控制成垂直的例子。圖5的圖表中，縱軸示意在被處理基板0210上的磁通量密度向量的相對於被處理基板0210的表面之角度θ(°)。橫軸示意被處理基板上的半徑r(mm)。圖表中，比較了配置永久磁鐵作為靜磁場產生裝置0212的情形(有永久磁鐵：以線L1示意)，以及不配置的情形(無永久磁鐵：以線L2示意)。藉由永久磁鐵，在直徑300mm的被處理基板0210的相當於最外周的半徑150mm的位置調整使得磁力線成為垂直(90°)。藉由運用永久磁鐵，可知大致在被處理基板0210的全面(半徑r從0mm至150mm以內的範圍)達成垂直。

圖6為示意ECR高度與被處理基板的半徑的圖表，圖7為示意被處理基板上的磁力線角度與被處理基板的半徑的圖表。圖6與圖7中，示意將ECR高度(h(mm))控制成150mm、170mm、185mm、200mm的情形下的結果。圖6示意在各半徑(r(mm))下的ECR高度(h(mm))，圖7示意被處理基板0210之上的磁力線角度θ(°)。圖7中，電流值相異的圖表近乎重疊，線成為了1條。

圖6中，線L21為將ECR高度(h(mm))調整成150mm的情形，電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值(安培：A)訂為27A、12A、17A。線L22為將ECR高度(h(mm))調整成170mm的情形，電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值(A)訂為27A、26A、14A。線L23為將ECR高度(h(mm))調整成185mm的情形，電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值(A)訂為27A、26A、10A。線L24為將ECR高度(h(mm))調整成200mm的情形，電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值(A)訂為27A、30A、4A。

圖7中，線L31如同線L21般，為將ECR高度(h(mm))調整成150nm的情形，電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值(A)訂為27A、12A、17A。線L32如同線L22般，為將ECR高度(h(mm))調整成170mm的情形，電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值(A)訂為27A、26A、14A。線L33如同線L23般，為將ECR高度(h(mm))調整成185mm的情形，電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值(A)訂為27A、26A、10A。線L34如同線L24般，為將ECR高度(h(mm))調整成200mm的情形，電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值(A)訂為27A、30A、4A。

是故，由圖6與圖7可知，當被處理基板0210為直徑300mm的情形下，在被處理基板0210的半徑r從0mm至150mm以內而磁力線的角度θ(°)成為近乎垂直(90°)的狀態下，可知能夠將ECR高度h調整成150mm至200mm為止的所需的高度。被處理基板0210的直徑不限定於300mm，亦可比300mm小或大。

如此，能夠防止在被處理基板0210的外周部附近的電漿處理不良。也就是說，能夠使被處理基板0210的中心附近的電漿處理的形狀和被處理基板0210的外周部附近的電漿處理的形狀同一。甚者，能夠使從被處理基板0210的中心附近至被處理基板0210的外周部的附近的電漿處理的形狀同一。是故，能夠在被處理基板0210的被處理面的全域使電漿處理的品質均一化。

此外，能夠調整ECR面與被處理基板的被處理面之間的距離，故能夠調整離子或自由基的在被處理基板0210的被處理面上的比率或密度，而可達成電漿加工形狀等的電漿處理品質的最佳化。

這裡，電流控制裝置400如以下的(A)‐(C)所示，控制對複數段的電磁鐵0203、0204、0205供給的驅動電流值I1，I2，I3。

(A)電流控制裝置400控制對複數段的電磁鐵0203、0204、0205供給的驅動電流值I1，I2，I3，以便控制基於磁力線的靜磁場(第三靜磁場)的相對於被處理基板的被處理面的表面之角度，其中該磁力線由基於複數段的電磁鐵0203、0204、0205所造成的磁力線0301之靜磁場(第一靜磁場)與基於靜磁場產生裝置0212所造成的磁力線0302之靜磁場(第二靜磁場)被合成(重疊)而成。換言之，電流控制裝置400，構成為能夠控制電磁鐵(0203、0204、0205)使得相對於被處理基板0210的被處理面之第三靜磁場的磁力線的角度成為所需的角度。

(B)此外，電流控制裝置400，控制複數段的電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值，使得(1)在被處理基板0210的被處理面的外周部，第三靜磁場的相對於被處理面的表面之角度成為近乎垂直(大致90度)，且(2)ECR面與被處理基板0210的被處理面的表面之間的高度成為所需的高度。

(C)此外，電流控制裝置400，控制複數段的電磁鐵0203、0204、0205的驅動電流值，使得在被處理基板0210的被處理面的全域，第三靜磁場的相對於被處理面的表面之角度成為近乎垂直(大致90度)。

本實施方式之運用了電漿蝕刻裝置0200的電漿處理方法，包含以下的步驟S1、S2、S3、S4的工程。(步驟S1)將被處理基板0210載置於處理室0209內的基板電極0211的載置面之基板搬入工程。(步驟S2)使處理室0209內產生電漿之電漿產生工程。(步驟S3)對處理室0209內供給氣體而進行電漿處理之電漿處理工程。(步驟S4)電漿處理工程完成後，使被處理基板0210搬出至處理室0209外之基板搬出工程。

此步驟S2中，複數段的電磁鐵0203、0204、0205藉由電流控制裝置400的控制而產生基於第一磁力線0301之第一靜磁場。

此步驟S2中，如先前說明般，電流控制裝置400如(A)‐(C)所示，控制對複數段的電磁鐵0203、0204、0205供給的驅動電流值I1，I2，I3。也就是說，步驟S2具有控制複數段的電磁鐵0203、0204、0205使得相對於被處理基板0210的被處理面之第三靜磁場的磁力線的角度成為所需的角度之第一工程。又，步驟S2包含控制複數段的電磁鐵0203、0204、0205使得從被處理基板0210的被處理面至電子迴旋共振的面為止的高度成為所需的高度之第二工程。這裡，第一工程被訂為控制複數段的電磁鐵0203、0204、0205使得相對於被處理基板0210的被處理面的外周部之第三靜磁場的磁力線的角度成為大致90度之工程。此外，第一工程為控制複數段的電磁鐵0203、0204、0205使得在被處理基板0210的被處理面的全域之第三靜磁場的磁力線的角度成為大致90度之工程。另，電漿產生工程(步驟S2)與電漿處理工程(步驟S3)有時亦被定義成1個工程。

是故，藉由運用本揭示之電漿處理裝置0200或電漿處理方法的蝕刻處理，能夠控制入射至被處理基板0210的離子的入射角度，故能夠解決前述待解問題。離子會沿著磁力線入射至形成於被處理基板0210的被處理面的表面的鞘端，故能夠將在被處理基板0210的外周部附近的磁力線的相對於被處理基板0210的被處理面的表面之角度例如控制成近乎垂直(90°)。如此，便能夠在被處理基板0210的外周部附近控制離子的入射角度，改善電漿處理中的形狀異常，提升電漿加工形狀等的電漿處理的品質。

以上雖說明了將被處理基板0210上的磁力線相對於被處理基板表面控制成垂直的情形，惟同樣地亦能夠控制成規定的角度。亦即，作為靜磁場規格，除ECR高度外，亦可將相對於被處理基板表面之磁力線角度加入規格中。比較例的電漿蝕刻裝置中觀察到的在被處理基板的外周部的非對稱的形狀，藉由控制離子的入射角能夠改善加工形狀。

以上雖已基於實施方式具體地說明了藉由本揭示者創作之揭示，但本揭示並非限定於上述實施方式，當然可做各種變更。

0100:蝕刻裝置0101:圓形導波管0102:電磁鐵0103:被處理基板0104:空腔部0105:微波導入窗0106:噴淋板0107:電漿處理室0110:軛0200:微波電漿蝕刻裝置0201:圓形導波管0202:軛0203:電磁鐵0204:電磁鐵0205:電磁鐵0206:空腔部0207:微波導入窗0208:噴淋板0209:處理室0210:被處理基板0211:基板電極0212:靜磁場產生裝置0213:排氣速度調整機構0214:真空排氣裝置0230:微波源0231:微波傳播裝置0250:控制裝置0301:磁力線(第一磁力線)0302:磁力線(第二磁力線)400:電流控制裝置401:靜磁場規格CS1~CS3:電流源S1~S3:電流控制訊號I1~I3:驅動電流

[圖1]圖1為比較例之微波電漿蝕刻裝置的模型化側視截面圖。[圖2]圖2為實施方式之微波電漿蝕刻裝置的模型化側視截面圖。[圖3]圖3為實施方式之微波電漿蝕刻裝置的磁力線分布的模型圖。[圖4]圖4為實施方式之控制裝置的說明圖。[圖5]圖5為示意被處理基板上的磁力線角度的圖表。[圖6]圖6為示意ECR高度與被處理基板的半徑的圖表。[圖7]圖7為示意被處理基板上的磁力線角度與被處理基板的半徑的圖表。

0200:電漿蝕刻裝置

0201:圓形導波管

0202:軛

0203:電磁鐵

0204:電磁鐵

0205:電磁鐵

0206:空腔部

0207:微波導入窗

0208:噴淋板

0209:處理室

0210:被處理基板

0211:基板電極

0212:靜磁場產生裝置

0213:排氣速度調整機構

0214:真空排氣裝置

0230:微波源

0231:微波傳播裝置

0250:控制裝置

Claims (8)

1. 一種電漿處理裝置，其特徵為，具備：處理室，供被處理基板接受電漿處理；高頻電源，透過導波管供給微波電力；介電體板，配置於前述處理室的上方而供前述微波穿透；試料台，供載置前述被處理基板；電磁鐵，配置成圍繞前述處理室的周圍，使第一靜磁場產生；圓盤狀的永久磁鐵，配置於前述被處理基板的下方；及控制裝置，控制前述電磁鐵；前述永久磁鐵為使第二靜磁場產生的永久磁鐵，該第二靜磁場增強平行於前述處理室的中心軸的方向上的前述第一靜磁場，並且減弱前述中心軸的半徑方向上的前述第一靜磁場，前述控制裝置，控制前述電磁鐵使得相對於前述被處理基板的被處理面之第三靜磁場的磁力線的角度成為所需的角度，前述第三靜磁場，為前述第一靜磁場與前述第二靜磁場重疊而成的靜磁場，前述試料台的直徑比前述永久磁鐵的直徑大，前述永久磁鐵的直徑比前述被處理基板的直徑大。
2. 如請求項1記載之電漿處理裝置，其中，前述所需的角度為大致90度。
3. 如請求項1記載之電漿處理裝置，其中，前述控制裝置，控制前述電磁鐵使得前述被處理面的外周部的前述角度成為大致90度，且使得從前述被處理面至電子迴旋共振的面為止的高度成為所需的高度，前述電子迴旋共振，為前述微波與前述第一靜磁場之相互作用所造成的電子迴旋共振。
4. 如請求項3記載之電漿處理裝置，其中，前述控制裝置，控制前述電磁鐵使得在前述被處理面的全域之前述角度成為大致90度。
5. 一種電漿處理方法，係使用了電漿處理裝置的電漿處理方法，該電漿處理裝置具備：處理室，供被處理基板接受電漿處理；高頻電源，透過導波管供給微波電力；介電體板，配置於前述處理室的上方而供前述微波穿透；試料台，供載置前述被處理基板；電磁鐵，配置成圍繞前述處理室的周圍，使第一靜磁場產生；圓盤狀的永久磁鐵，配置於前述被處理基板的下方；該電漿處理方法，其特徵為，具有：第一工程，控制前述電磁鐵使得相對於前述被處理基板的被處理面之第三靜磁場的磁力線的角度成為所需的角度，前述永久磁鐵為使第二靜磁場產生的永久磁鐵，該第二靜磁場增強平行於前述處理室的中心軸的方向上的前述第一靜磁場，並且減弱前述中心軸的半徑方向上的前述第一靜磁場，前述第三靜磁場，為前述第一靜磁場與前述第二靜磁場重疊而成的靜磁場，前述試料台的直徑比前述永久磁鐵的直徑大，前述永久磁鐵的直徑比前述被處理基板的直徑大。
6. 如請求項5記載之電漿處理方法，其中，前述所需的角度為大致90度。
7. 如請求項5記載之電漿處理方法，其中，更具有：第二工程，控制前述電磁鐵使得從前述被處理面至電子迴旋共振的面為止的高度成為所需的高度，前述第一工程，為控制前述電磁鐵使得前述被處理面的外周部的前述角度成為大致90度之工程，前述電子迴旋共振，為前述微波與前述第一靜磁場之相互作用所造成的電子迴旋共振。
8. 如請求項7記載之電漿處理方法，其中，前述第一工程，為控制前述電磁鐵使得在前述被處理面的全域之前述角度成為大致90度之工程。