等離子體處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電容耦合型的等離子體處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體器件的制造工藝中，使用用于將處理氣體的等離子體作用于被處理基板例如半導(dǎo)體晶圓而對(duì)被處理基板施加規(guī)定的處理的等離子體處理裝置。以往以來(lái)，針對(duì)單片式的等離子體蝕刻，大多使用電容耦合型的等離子體蝕刻裝置。
[0003]通常，在電容耦合型的等離子體處理裝置中，將上部電極和下部電極平行地配置在構(gòu)成為真空室的處理容器內(nèi)，并將半導(dǎo)體晶圓載置在下部電極之上，對(duì)兩電極之間施加高頻電力。于是，在兩電極之間，處理氣體在高頻放電的作用下產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的自由基、離子來(lái)對(duì)基板的表面進(jìn)行蝕刻、成膜等等離子體處理。
[0004]通常，在電容耦合型的等離子體處理裝置中，在低壓條件下對(duì)下部電極供給高頻電力而生成高密度的等離子體時(shí)，若提高所供給的高頻電力的頻率，則存在使因高頻電力而產(chǎn)生的高頻電流集中于下部電極的中心附近的傾向。當(dāng)高頻電流如此集中于下部電極的中心附近時(shí)，在下部電極與上部電極之間的處理空間中生成的等離子體的密度乃至半導(dǎo)體晶圓上的工藝特性(例如在干蝕刻中為蝕刻速率)容易成為以徑向上的中心附近為頂點(diǎn)向上凸起的曲線。對(duì)此，以往，公知有這樣的等離子體處理裝置，在該等離子體處理裝置中，為了控制處理容器內(nèi)的等離子體密度分布而具有磁場(chǎng)形成機(jī)構(gòu)，該磁場(chǎng)形成機(jī)構(gòu)用于形成使磁力線以規(guī)定的路徑貫穿處理空間那樣的閉環(huán)的磁場(chǎng)。
[0005]例如，在專利文獻(xiàn)I中，公開(kāi)了這樣的磁場(chǎng)形成機(jī)構(gòu)，在該磁場(chǎng)形成機(jī)構(gòu)中，將具有相比被處理基板的口徑尺寸在水平方向上充分地分開(kāi)的N極和S極的旋轉(zhuǎn)磁體配置在處理容器的頂部之上，使該旋轉(zhuǎn)磁體以處理容器的中心軸線為旋轉(zhuǎn)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而在處理容器內(nèi)的處理空間中沿水平方向形成均勻的磁場(chǎng)。另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了這樣的磁場(chǎng)形成機(jī)構(gòu)，在該磁場(chǎng)形成機(jī)構(gòu)中，將多個(gè)環(huán)狀電極呈同心圓狀配置而構(gòu)成上部電極，將用于在處理空間內(nèi)的、各環(huán)狀電極的正下方形成水平方向的磁場(chǎng)的多個(gè)磁體設(shè)置在處理容器的頂部之上。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特許第3037848號(hào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特許第4107518號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

_8] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0009]然而，以往的電容耦合型等離子體處理裝置的磁場(chǎng)形成機(jī)構(gòu)作為用于在處理容器內(nèi)對(duì)等離子體密度分布進(jìn)行控制的調(diào)整旋鈕的作用、自由度并不充分。尤其是，不具有用于有效地解決等離子體密度在徑向上的中心異常突出而變高(即中心成為特異點(diǎn))這樣的以往以來(lái)的問(wèn)題的構(gòu)造。
[0010]本發(fā)明是鑒于該以往技術(shù)的問(wèn)題點(diǎn)而做出的，其目的在于，提供一種能夠有效地消除徑向上的中心在等離子體密度分布中成為特異點(diǎn)那樣的、不期望的不均勻性的電容耦合型的等離子體處理裝置。
[0011]用于解決問(wèn)題的方案
[0012]本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置，其用于使處理氣體的等離子體作用于被處理基板而對(duì)被處理基板施加處理，其中，該等離子體處理裝置包括:處理容器，其用于以所述被處理基板能夠出入的方式容納所述被處理基板；下部電極，其配置在所述處理容器內(nèi)，用于載置所述被處理基板；上部電極，其配置在所述處理容器內(nèi)，隔著處理空間與所述下部電極相對(duì)；高頻電源，其用于向所述上部電極與所述下部電極之間施加高頻電力；主磁體單元，其在所述處理容器的上部或上方具有以在上下方向上穿過(guò)所述下部電極的中心的中心軸線為中心的I個(gè)或多個(gè)環(huán)狀的主電磁線圈；以及輔助磁體單元，其用于在所述處理空間內(nèi)形成與所述中心軸線正交或傾斜交叉的磁場(chǎng)。
[0013]在所述裝置結(jié)構(gòu)中，通過(guò)將主磁體單元和輔助磁體單元同時(shí)激勵(lì)，從而在處理空間內(nèi)的各位置形成有由僅將主磁體單元激勵(lì)的情況下的矢量場(chǎng)和僅將輔助磁體單元激勵(lì)的情況下的矢量場(chǎng)合成的磁場(chǎng)。尤其是，在中心軸線上，由主磁體單元生成的磁場(chǎng)的矢量與由輔助磁體單元生成的磁場(chǎng)的矢量合成，從而得到具有有意的水平成分的傾斜的磁場(chǎng)。由此，能夠抑制在中心軸線附近出現(xiàn)的因鉛垂磁場(chǎng)而導(dǎo)致的電子的約束或局域化現(xiàn)象，進(jìn)而能夠抑制徑向上的中心在等離子體密度分布中成為特異點(diǎn)。
_4] 發(fā)明的效果
[0015]采用本發(fā)明的等離子體處理裝置，通過(guò)所述那樣的結(jié)構(gòu)和作用，能夠有效地消除徑向上的中心在等離子體密度分布中成為特異點(diǎn)那樣的不期望的不均勻性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是示意性表示本發(fā)明的實(shí)施方式的電容耦合型等離子體處理裝置的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0017]圖2是示意性表示實(shí)施方式的主磁體單元和輔助磁體單元的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0018]圖3A是表示在對(duì)自主磁體單元的內(nèi)側(cè)起第2個(gè)主電磁線圈供給電流時(shí)在處理空間中形成的磁場(chǎng)的磁力線的圖形的圖。
[0019]圖3B是表示在對(duì)主磁體單元的最外側(cè)的主電磁線圈供給電流時(shí)在處理空間內(nèi)形成的磁場(chǎng)的磁力線的圖形的圖。
[0020]圖4A是表示在對(duì)主磁體單元的最內(nèi)側(cè)的主電磁線圈供給電流時(shí)在處理空間內(nèi)形成的磁場(chǎng)的強(qiáng)度分布的圖。
[0021]圖4B是表示在對(duì)自主磁體單元的中心起第2個(gè)主電磁線圈供給電流時(shí)在處理空間內(nèi)形成的磁場(chǎng)的強(qiáng)度分布的圖。
[0022]圖4C是表示在對(duì)自主磁體單元的中心起第3個(gè)主電磁線圈供給電流時(shí)在處理空間內(nèi)形成的磁場(chǎng)的強(qiáng)度分布的圖。
[0023]圖4D是表示在對(duì)主磁體單元的最外側(cè)的主電磁線圈供給電流時(shí)在處理空間內(nèi)形成的磁場(chǎng)的強(qiáng)度分布的圖。
[0024]圖4E是表示在對(duì)主磁體單元的所有主電磁線圈供給電流時(shí)在處理空間內(nèi)形成的磁場(chǎng)的強(qiáng)度分布的圖。
[0025]圖5是示意性表示在僅將主磁體單元激勵(lì)的情況下獲得的晶圓上的蝕刻速率特性的傾向的圖。
[0026]圖6是表示實(shí)施方式的輔助磁體單元的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0027]圖7是圖6的I — I剖視圖。
[0028]圖8是表示在僅將輔助磁體單元激勵(lì)的情況下在處理空間內(nèi)形成的磁場(chǎng)的磁力線的圖形的圖。
[0029]圖9是表示在將主磁體單元和輔助磁體單元同時(shí)激勵(lì)的情況下在處理空間內(nèi)形成的磁場(chǎng)的磁力線的圖形的圖。
[0030]圖10是表示在僅將主磁體單元激勵(lì)的情況下的處理空間內(nèi)的磁場(chǎng)分布(矢量場(chǎng))的圖。
[0031]圖11是將圖10的處理空間的中心部放大表示的圖。
[0032]圖12是表示在圖10的磁場(chǎng)分布下在處理空間的中心附近得到的電子的軌道的圖。
[0033]圖13是表示在將主磁體單元和輔助磁體單元同時(shí)激勵(lì)的情況下的處理空間內(nèi)的磁場(chǎng)分布(矢量場(chǎng))的圖。
[0034]圖14是將圖13的處理空間的中心部放大表示的圖。
[0035]圖15是表示在圖13的磁場(chǎng)分布下在處理空間的中心附近得到的電子的軌道的圖。
[0036]圖16是表示在實(shí)施方式的輔助磁體單元中使與處理空間相對(duì)的磁極組(N極/S極)繞中心軸線沿轉(zhuǎn)圈方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的形態(tài)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下，參照【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1示意性表示一實(shí)施方式的等離子體處理裝置的概略截面結(jié)構(gòu)。該等離子體處理裝置10構(gòu)成為電容耦合型的等離子體蝕刻裝置，具有能夠密閉的圓筒狀的腔室(處理容器)12，該腔室12用于以例如300mm 口徑的半導(dǎo)體晶圓W能夠出入的方式容納該半導(dǎo)體晶圓W。
[0038]在腔室12內(nèi)的中央下部配置有用于載置作為處理對(duì)象的半導(dǎo)體晶圓W的圓板形狀的載置臺(tái)14。該載置臺(tái)14具有基臺(tái)14a和靜電卡盤14b?；_(tái)14a由鋁等的導(dǎo)電性的構(gòu)件構(gòu)成。
[0039]在基臺(tái)14a的上表面的周緣區(qū)域，以包圍半導(dǎo)體晶圓W的周圍的方式設(shè)有環(huán)狀的聚焦環(huán)16。另外，在基臺(tái)14a的上表面的中央?yún)^(qū)域設(shè)有圓板形狀的靜電卡盤14b。靜電卡盤14b具有封入有電極膜的絕緣膜。自直流電源(未圖示)向該電極膜供給直流電壓，由此使靜電卡盤14b產(chǎn)生靜電力，從而利用靜電力吸附并保持半導(dǎo)體晶圓W。
[0040]在靜電卡盤14b之上載置有半導(dǎo)體晶圓W的狀態(tài)下，沿上下方向穿過(guò)半導(dǎo)體晶圓W的中心的中心軸線Z與基臺(tái)14a以及靜電卡盤14b的中心軸線大致一致。
[0041]基臺(tái)14a構(gòu)成下部電極。該基臺(tái)14a經(jīng)由第I匹配器20與用于產(chǎn)生等離子體生成用的高頻電力的第I高頻電源18電連接。第I高頻電源18用于產(chǎn)生例如頻率10MHz的高頻電力。另外，第I匹配器20具有用于使高頻電源18的輸出阻抗和基臺(tái)(下部電極)14a側(cè)的負(fù)載阻抗相匹配的匹配電路。
[0042]在該實(shí)施方式中，第I高頻電源18能夠以適合于處理氣體的高頻放電的期望的頻率(例如50kHz)和期望的占空比(例如20% )脈沖狀地輸出等離子體生成用的高頻電力。這樣，通過(guò)在脈沖頻率的I個(gè)周期內(nèi)設(shè)置等離子體生成期間和等離子體非生成期間，能夠減少在半導(dǎo)體晶圓W上的特定的部位上積累的電荷。S卩，即使在等離子體生成期間中由于等離子體中的電子密度的不均勻而導(dǎo)致在半導(dǎo)體晶圓W上的電子密度較高的特定的部位積累電荷，也能夠使這樣的電荷在等離子體非生成期間中向周圍分散，從而能夠消除電荷的積累。由此，能夠防止在晶圓表面產(chǎn)生絕緣膜的破壞等。
[0043]另外，基臺(tái)14a經(jīng)由第2匹配器24與用于產(chǎn)生吸引離子用的高頻偏壓電力的第2高頻電源22電連接。第2高頻電源22