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TWI559818B - Substrate processing device - Google Patents

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TWI559818B
TWI559818B TW102101723A TW102101723A TWI559818B TW I559818 B TWI559818 B TW I559818B TW 102101723 A TW102101723 A TW 102101723A TW 102101723 A TW102101723 A TW 102101723A TW I559818 B TWI559818 B TW I559818B
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TW
Taiwan
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electromagnets
electromagnet
processing space
frequency power
Prior art date
Application number
TW102101723A
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English (en)
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TW201352075A (zh
Inventor
Akihiro Yokota
Etsuji Ito
Shinji Himori
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Publication of TW201352075A publication Critical patent/TW201352075A/zh
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Description

基板處理裝置
本發明係關於一種使用磁場來控制電漿密度分布之基板處理裝置。
以往，已知有於存在電場之處理空間產生磁場來控制電漿密度分布之基板處理裝置。此基板處理裝置係於導入了處理氣體之處理空間中，藉由起因於電場以及磁場而產生之勞倫茲力使得電子進行漂移運動來和處理氣體之分子、原子產生衝撞，結果產生了電漿。
例如，以往之磁控電漿處理裝置係具備有在腔室外側以環狀配置之複數異向性區段柱狀磁石所構成之雙極環磁石，讓此等複數異向性區段柱狀磁石所致磁化方向逐漸地錯開而全體上形成圖11所示般一樣的水平磁場B(例如參見專利文獻1)。此外，圖11係從上方觀看以往之磁控電漿處理裝置之圖(俯視圖)，磁場方向之基端側以N表示，前端側以S表示，與此等錯開90°之位置以E以及W表示。
但是，如此之雙極環磁石所形成之水平磁場B在圖中僅成為從N到S朝向一方向之水平磁場，此外，此磁控電漿處理裝置之電場係從上往下形成，故電子會因勞倫茲力而從E朝向W進行漂移運動，其結果，E側之電漿密度低、W側之電漿密度高而產生不均勻之電漿密度分布。
對應於此，雖使得雙極環磁石沿著圓周方向來旋轉而改變電子之漂移運動方向，但實際上僅以雙極磁石之旋轉無法在廣範圍內使得電漿密度分布均勻化。
此外，已知有具備圖12所示旋轉磁石之以往之磁控蝕刻裝置。
此磁控蝕刻裝置120係具備有：處理室121；上部電極122以及下部電極123，係於該處理室121內在上下方向上對向配置；大致圓板狀之磁石124，係於上部電極122之上方且可於外部進行旋轉的方式來配置；以及高 頻電源125，係對於上部電極122以及下部電極123之間的空間供給高頻電力；而於處理室121內配置晶圓W(例如參見專利文獻2)。
設置於上部電極122上方且外部之磁石124係於處理室121內形成沿著晶圓W表面之磁場B。磁石124係藉由馬達等驅動機構(未圖示)而在和晶圓W表面成為平行的水平面內以所希望之旋轉速度來旋轉，藉此產生和施加於處理室121內空間的電場E成為交叉之磁場B。
於此磁控蝕刻裝置120，若取時間平均則於晶圓W上方之電漿密度會均勻化，但電漿密度於每瞬間仍然不均。此外，起因於勞倫茲力之荷電粒子例如電子之漂移運動會使得晶圓W表面上之電漿密度以及蝕刻速度(蝕刻速率)沿著一方向而減少，電位(VDC)則相反地增加。亦即，電漿密度變得不均勻且電位變得不均勻，於晶圓W兩端產生分別為正極、負極之帶電區域(充電現象)。
是以，為了解決專利文獻1、專利文獻2當中電漿密度不均勻，本申請人提議了一種於處理空間針對晶圓W中心產生對稱磁場之電漿處理裝置。具體而言，如圖13所示般，電漿處理裝置130係於對向於晶圓W之處理室131上面針對晶圓W中心以複數環狀配置多數永久磁石132，於各永久磁石132調整朝向晶圓W之磁極而於處理空間產生從晶圓W中心以放射狀分布之磁場B(例如參見專利文獻3)。藉此，由於電子藉由勞倫茲力而於晶圓W上方相對於該晶圓W中心以旋繞方式進行漂移運動，故電漿密度不會沿著一方向而單純地減少或是增加，電漿相對於晶圓W中心呈對稱分布。其結果，可解決電漿密度之不均勻。
先前技術文獻
專利文獻1 日本專利3375302號公報
專利文獻2 日本專利3037848號公報
專利文獻3 日本專利4107518號公報
另一方面，有時變更施於晶圓W之電漿處理條件之際，處理空間之電漿密度分布會出現變化。是以，有時需要藉由變化於處理室內產生之磁場分布(磁束密度或磁束方向)來校正電漿密度之偏動。
但是，上述專利文獻3之電漿處理裝置，由於磁場B之產生上使用永久磁石132，為了變化處理室內之磁束密度，必須變更永久磁石132對處理室之位置。在進行永久磁石132之位置變更時，例如必須進行磁石驅動機構之搭載等，而使得電漿處理裝置之構成複雜化。此外，為了變化處理室內之磁束朝向，必須變更各磁石在處理室側之磁極。但是，永久磁石132無法自由地變更磁極。亦即，對於適用採上述專利文獻3之永久磁石的磁場之電漿處理裝置而言，難以對應於處理空間之電漿密度分布變化來得到最適合的磁場分布。
本發明之目的在於提供一種基板處理裝置，可得到處理空間之電漿密度分布最適化的磁場分布。
為了達成上述目的，申請專利範圍第1項之基板處理裝置，係於被供給高頻電力之下部電極與對向於該下部電極而配置之上部電極之間的處理空間處產生電場，使用源於該電場而產生的電漿來對載置於該下部電極之基板施以電漿處理者；其特徵在於：於該上部電極具備有在和該處理空間成為相反側之上面所配置之複數電磁石，各該電磁石相對於和該基板中心呈對向之該上部電極的中心係配置成放射狀。
申請專利範圍第2項之基板處理裝置，係於申請專利範圍第1項之基板處理裝置中，該複數電磁石係區分為複數電磁石群，該每個電磁石群係控制各該電磁石所產生之磁場強度以及/或是該電磁石之磁極。
申請專利範圍第3項之基板處理裝置，係於申請專利範圍第1或2項之基板處理裝置中，該複數電磁石係區分為第1電磁石群、第2電磁石群以及第3電磁石群，該第1電磁石群係由對向於該基板中央部之該電磁石所構成，該第2電磁石群係由對向於該基板周緣部之該電磁石所構成，該第3電磁石群係由未對向於該基板、而相對於該上部電極之中心在比該第2電磁石群配置於更外側之該電磁石所構成；該第1電磁石群之各該電磁石在該處理空間側之磁極相同，該第2電磁石群之各該電磁石在該處理空間側之磁極相同，該第3電磁石群之各該電磁石在該處理空間側之磁極相同。
申請專利範圍第4項之基板處理裝置，係於申請專利範圍第3項之基板處理裝置中，該第1電磁石群以及該第2電磁石群之各該電磁石係相互 以等間隔配置，該第3電磁石群之各該電磁石係以該上部電極之中心為中心而配置為圓環狀。
申請專利範圍第5項之基板處理裝置，係於申請專利範圍第4項之基板處理裝置中，該第3電磁石群之該電磁石分別產生之全磁束為該第1電磁石群以及該第2電磁石群之該電磁石分別產生之全磁束的8~12倍。
申請專利範圍第6項之基板處理裝置，係於申請專利範圍第1至5項中任1項之基板處理裝置中，因應於施加在該基板之該電漿處理內容來變更各該電磁石所產生之磁場之磁場強度以及/或是該電磁石之磁極。
為了達成上述目的，申請專利範圍第7項之基板處理裝置，係於被供給高頻電力之下部電極與對向於該下部電極而配置之上部電極之間的處理空間處產生電場，使用源於該電場而產生之電漿來對載置於該下部電極之基板施以電漿處理；其特徵在於：具備有：複數電磁石，係於該上部電極配置在和該處理空間成為相反側之上面處；第1高頻電源，係連接於該下部電極而供給第1頻率之高頻電力；以及第2高頻電源，係連接於該下部電極而供給較該第1頻率來得高之第2頻率之高頻電力；當該第1高頻電源供給該第1頻率之高頻電力之際，各該電磁石於該處理空間不產生磁場；當該第2高頻電源供給該第2頻率之高頻電力之際，各該電磁石係於該處理空間產生磁場。
為了達成上述目的，申請專利範圍第8項之基板處理裝置，係於被供給高頻電力之下部電極與對向於該下部電極而配置之上部電極之間的處理空間產生電場，使用源於該電場而從含氟氣體所產生之電漿來於基板形成貫通孔亦即進行TSV處理；該上部電極具備有在和該處理空間成為相反側之上面所配置之複數電磁石；各該電磁石所產生之磁場係使得該處理空間中對向於該基板周緣部之部分的磁場強度大於該處理空間中對向於該基板中央部之部分的磁場強度。
依據本發明，在基板處理裝置之上部電極的和處理空間成為相反側之上面配置複數電磁石。由於各電磁石相對於和基板中心對向之上部電極中心呈放射狀配置，故於處理空間可產生從基板中心以放射狀分布之磁場。再者，可藉由控制往各電磁石流動之電流朝向與大小，來輕易地控制所產 生之磁場的磁場強度與磁束朝向。其結果，能得到處理空間之電漿密度分布最適化的磁場分布。
B‧‧‧磁場
D‧‧‧電子軌跡
E‧‧‧電場
S‧‧‧處理空間
W‧‧‧晶圓
10,24,39‧‧‧基板處理裝置
11‧‧‧腔室
12‧‧‧晶座
13‧‧‧上部電極
14‧‧‧第1高頻電源
16‧‧‧第2高頻電源
20,40,41‧‧‧電磁石
21,42‧‧‧中央部對向群
22,43‧‧‧周緣部對向群
23,44‧‧‧外側對向群
圖1係示意顯示本發明之第1實施形態之基板處理裝置構成之圖，圖1(A)係基板處理裝置之截面圖，圖1(B)係沿著圖1(A)中留白箭頭來觀看基板處理裝置之上部電極之圖。
圖2係用以說明於圖1之基板處理裝置所產生之電場以及磁場導致之電子漂移運動之圖，圖2(A)係圖1之基板處理裝置之截面圖，圖2(B)係沿著圖2(A)中留白箭頭來觀看基板處理裝置之上部電極之圖。
圖3係用以說明各電磁石之處理空間側的磁極與處理空間中所產生之磁場強度的關係之圖。
圖4係用以說明各電磁石之處理空間側的磁極與處理空間中所產生之磁場強度的關係之圖。
圖5係示意顯示本發明之第2實施形態之基板處理裝置構成之截面圖。
圖6係用以說明本實施形態之基板處理裝置實行其一部分之TSV處理之製程圖。
圖7係用以說明本實施形態之基板處理裝置實行其一部分之TSV處理之製程圖。
圖8係示意顯示本發明之第3實施形態之基板處理裝置構成之圖，圖8(A)係截面圖，圖8(B)係沿著圖8(A)中留白箭頭觀看基板處理裝置之上部電極之圖。
圖9係顯示圖8之基板處理裝置對晶圓施以蝕刻處理之際之蝕刻速率之圖，圖9(A)係顯示處理空間中未產生磁場之情況，圖9(B)係處理空間中產生放射狀磁場之情況。
圖10係說明圖8之基板處理裝置中變更中央部對向群、周緣部對向群以及外側對向群之各電磁石在處理空間側之磁極的情況之計算結果之圖，圖10(A)係顯示蝕刻速率分布，圖10(B)係顯示磁束密度分布。
圖11係顯示以往之磁控電漿處理裝置之水平磁場圖。
圖12係示意顯示以往之磁控蝕刻裝置構成之截面圖。
圖13係示意顯示解決以往電漿密度不均勻之電漿處理裝置構成之截面圖。
以下，針對本發明之實施形態參見圖式來說明。
首先，針對本發明之第1實施形態之基板處理裝置做說明。
圖1係示意顯示本實施形態之基板處理裝置構成之圖，圖1(A)顯示基板處理裝置之截面圖。圖1(B)係沿著圖1(A)中留白箭頭來觀看基板處理裝置之上部電極之圖。本基板處理裝置係對於作為基板之半導體元件用晶圓(以下簡稱為「晶圓」)W施以電漿處理(例如乾式蝕刻處理)。
圖1(A)中，基板處理裝置10具有收容例如直徑為300mm之晶圓W的圓筒狀腔室11(處理室)，於該腔室11內在下方配置有用以載置晶圓W之圓柱狀晶座12(下部電極)，對向於該晶座12之腔室11的天花板部係構成上部電極13，晶座12與上部電極13之間構成處理空間S。
基板處理裝置10係於利用未圖示之排氣裝置減壓過之處理空間S產生電漿而以該電漿對於載置在晶座12之晶圓W施以電漿處理。
腔室11內之晶座12係經由第1匹配器15而連接著第1高頻電源14，並經由第2匹配器17連接著第2高頻電源16，第1高頻電源14係將高頻率例如60MHz之高頻電力供給到晶座12，第2高頻電源16係將低頻率例如3.2MHz之高頻電力供給到晶座12。藉此，晶座12發揮下部電極之作用。此外，第1匹配器15以及第2匹配器17係調整阻抗來使得高頻電力對晶座12之供給效率最大化。
於晶座12之上部周緣部係以該晶座12之中央部分朝圖中上方突出的方式形成段差。於該晶座12之中央部分前端配置有內部具有靜電電極板之陶瓷所構成之靜電夾(未圖示)。靜電夾係利用庫倫力或是強森-拉貝克(Johnsen-Rahbek)力來吸附保持晶圓W。
於晶座12之上部周緣部之段差處，聚焦環18係以將吸附保持在靜電夾的晶圓W加以包圍之方式載置於晶座12之段差。聚焦環18係由矽(Si)或是碳化矽(SiC)所構成，可將處理空間S之電漿分布區域從晶圓W上擴大 到該聚焦環18上。夾持晶座12與處理空間S而對向之腔室11的天花板部處連接著處理氣體導入管19，該處理氣體導入管19係將處理氣體導入處理空間S。
基板處理裝置10係使得處理氣體從處理氣體導入管19導入到處理空間S，而利用從第1以及第2高頻電源14、16供給到晶座12之高頻電力來於處理空間S內產生圖中留白箭頭方向(亦即從晶座12朝向上部電極13)上之電場E。電場E係激發被導入之處理氣體的分子、原子來產生電漿。此時，電漿中之自由基係浮遊移動到晶圓W，電漿中之陽離子係藉由第1以及第2高頻電源14、16供給至晶座12的高頻電力而被拉向進入晶圓W，對該晶圓W施以電漿處理。
此外，基板處理裝置10在上部電極13之和處理空間S成為相反側的上面13a具備有配置成為大致放射狀的多數電磁石20。各電磁石20具有由鐵心所構成之棒狀軛鐵20a、以及捲繞於該軛鐵20a側面而兩端被引出之導線所構成之線圈20b。藉由控制器(未圖示)來控制流經電磁石20之線圈20b的電流值與電流朝向，可使得該電磁石20所產生之全磁束或磁束朝向做任意變化。
基板處理裝置10如圖1(B)所示般，多數之電磁石20可區分為：中央部對向群21(第1電磁石群)，係由對向於晶圓W中心之電磁石20所構成；周緣部對向群22(第2電磁石群)，係由相對於和晶圓W中心呈對向之上部電極13之中心C(以下稱為「上部電極中心C」)以圓環狀配置、且對向於晶圓W之周緣部的複數電磁石20所構成；以及外側對向群23(第3電磁石群)，係由相對於上部電極中心C呈圓環狀配置、且相較於周緣部對向群22係配置於外側而未與晶圓W對向之複數電磁石20所構成。基板處理裝置10係以周緣部對向群22之各電磁石20中在處理空間S側之磁極全部成為相同的方式來控制流經各電磁石20之線圈20b的電流朝向，並以外側對向群23之各電磁石20中在處理空間S側之磁極全部成為相同的方式來控制流經各電磁石20之線圈20b的電流朝向。
於本實施形態，圖中之中央部對向群21係由1個電磁石20所構成，但即便是相對於與晶圓W中心呈對向之上部電極中心C以圓環狀配置之複 數電磁石20所構成亦無妨。
此外，沿著圖1(A)中之留白箭頭而從處理空間S側來觀看基板處理裝置10之上部電極13的情況，由於上部電極13不具有穿透性，原本並無法觀看到配置於上部電極13之上面13a的各電磁石20，但於圖中為了便於說明各電磁石20之配置，於本實施形態係將上部電極13視為具有穿透性，各電磁石20之配置可透過上部電極13來目視確認，而於後述之圖2(B)或圖8(B)也同樣。
圖2係用以說明起因於圖1之基板處理裝置中所產生之電場以及磁場導致電子漂移運動之圖，圖2(A)係圖1之基板處理裝置之截面圖，圖2(B)係沿著圖2(A)中留白箭頭觀看基板處理裝置之上部電極之圖。
基板處理裝置10係例如圖2(A)所示般，將中央部對向群21之電磁石20在處理空間S側的磁極設定為N極，將周緣部對向群22以及外側對向群23之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為S極，則從中央部對向群21朝向周緣部對向群22或外側對向群23以放射狀產生磁場B。此時，如上述般，由於在處理空間S產生了電場E，故處理空間S中之電子會由於起因於電場E以及磁場B之勞倫茲力而漂移。具體而言，圖2(B)中從近側往深處產生電場E，且相對於上部電極中心C以放射狀產生磁場B，故電子依佛來明左手定律，在以上部電極中心C為中心之圓周的切線方向上受到加速度而以上部電極中心C為中心沿著圓狀之電子軌跡D進行旋繞。此時，旋繞之電子會和處理空間S中之處理氣體之分子或原子產生衝撞而生成電漿。其結果，沿著圓狀之電子軌跡D產生圓環狀之電漿。
另一方面，電場以及磁場所致電子漂移運動之速度vgE係以下述式(1)表示。
vgE=E/B...(1)
依據上述式(1)，若電場E強度一定，則磁場B之強度(磁場強度)愈大，電子漂移運動之速度會愈為降低。若電子漂移運動之速度降低，由於電子滯留於特定部位之時間變長，故該部位之電子密度會上升。其結果，由於電子與處理氣體之分子或原子的衝撞機會增加，故該部位之電漿密度會上升。亦即，若藉由電磁石20使得特定部位之磁場強度變大，則可提高該部 位之電漿密度。
從而，藉由調整中央部對向群21、周緣部對向群22以及外側對向群23之各電磁石20在處理空間S側之磁極，可變化於處理空間S所產生之磁場B形態而於所希望之部位做出高磁場強度之部分，而可提高該所希望之部位之電漿密度。
圖3以及圖4係用以說明各電磁石之處理空間側之磁極與處理空間中所產生之磁場強度的關係之圖。
圖3(A)係顯示將中央部對向群21的電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極，將周緣部對向群22的各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為S極，且不對於外側對向群23的各電磁石20之線圈20b進行通電而不產生磁束之情況。
於此情況，磁場B會從中央部對向群21往周緣部對向群22來產生，於中央部對向群21與周緣部對向群22之間之磁場強度成為最大，而可提高中央部對向群21與周緣部對向群22之間的電漿密度。
圖3(B)係顯示未對於中央部對向群21之電磁石20的線圈20b進行通電而不產生磁束，將周緣部對向群22之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為S極，且將外側對向群23之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極之情況。
於此情況，磁場B從外側對向群23往周緣部對向群22來產生，於外側對向群23與周緣部對向群22之間之磁場強度成為最大，故可提高外側對向群23與周緣部對向群22之間的電漿密度。
圖3(C)係顯示將中央部對向群21之電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極，將周緣部對向群22之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為S極，且將外側對向群23之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極之情況。
於此情況，磁場B從中央部對向群21往周緣部對向群22來產生、且從外側對向群23往周緣部對向群22來產生，於中央部對向群21與周緣部對向群22之間、以及外側對向群23與周緣部對向群22之間之磁場強度相對地變大，而可提高中央部對向群21與周緣部對向群22之間、以及外側 對向群23與周緣部對向群22之間的電漿密度。
圖4(A)係顯示將中央部對向群21之電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極、周緣部對向群22之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為S極、且外側對向群23之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為S極之情況。
於此情況，磁場B從中央部對向群21往周緣部對向群22、外側對向群23來產生，由於在中央部對向群21與周緣部對向群22之間出現磁場B重疊故磁場強度成為最大，且於外側對向群23與周緣部對向群22之間之磁場強度相對變大，而可提高中央部對向群21與周緣部對向群22之間、以及外側對向群23與周緣部對向群22之間之電漿密度。此外，由於電漿密度因應於磁場強度而變化，故相較於外側對向群23與周緣部對向群22之間之電漿密度，中央部對向群21與周緣部對向群22之間之電漿密度會來得較高。
圖4(B)係顯示將中央部對向群21之電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極、將周緣部對向群22之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極、且將外側對向群23之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為S極之情況。
於此情況，由於磁場B從中央部對向群21、周緣部對向群22往外側對向群23產生，於外側對向群23與周緣部對向群22之間出現磁場B重疊，故磁場強度成為最大，且由於在中央部對向群21與周緣部對向群22之間之磁場強度相對變大，而可提高中央部對向群21與周緣部對向群22之間、以及外側對向群23與周緣部對向群22之間的電漿密度。此外，於此情況，相較於中央部對向群21與周緣部對向群22之間之電漿密度，外側對向群23與周緣部對向群22之間之電漿密度會來得較高。
圖4(C)係顯示將中央部對向群21之電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極、未對於周緣部對向群22之各電磁石20之線圈20b進行通電而不產生磁束、且將外側對向群23之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為S極之情況。
於此情況，磁場B從中央部對向群21往外側對向群23來產生，於中 央部對向群21與外側對向群23之間(具體而言在周緣部對向群22之對向部)之磁場強度成為最大，而可提高周緣部對向群22之對向部的電漿密度。
依據本實施形態之基板處理裝置10，由於在上部電極13處，在和處理空間S成為相反側之上面13a具有配置成為大致放射狀之複數電磁石20，而可於處理空間產生從晶圓W中心以放射狀分布之磁場B，並藉由改變流經各電磁石20之電流朝向或大小，而可輕易地控制所產生之磁場B之磁束密度與磁束朝向。其結果，可得到處理空間之電漿密度分布成為最適化之磁場分布。
處理空間S之電漿密度分布可因應於電漿處理之內容(例如處理氣體之種類、高頻電力之功率、頻率)來改變，可藉由使用基板處理裝置10來實現所希望之電漿密度分布。例如，欲於處理空間S實現均勻電漿密度分布之情況，若為僅藉由電場E所產生之電漿密度分布成為在處理空間S之中央部的電漿密度變高之分布，則只要如上述圖3(B)或圖4(B)之情況般，使得外側對向群23與周緣部對向群22之間的磁場強度成為最大來提高於外側對向群23以及周緣部對向群22之間的電漿密度即可。藉此，可使得僅由電場E所產生之電漿密度分布(在處理空間S之中央部為密)以及由磁場B所產生之電漿密度分布(在處理空間S之周緣部為密)相重疊來實現均勻的電漿密度分布。
此外，若僅藉由電場E所產生之電漿密度分布成為在處理空間S之周緣部的電漿密度變高之分布，只要如上述圖3(A)、圖4(A)之情況般，使得中央部對向群21以及周緣部對向群22之間的磁場強度成為最大來提高中央部對向群21以及周緣部對向群22之間的電漿密度即可。藉此，僅由電場E所產生之電漿密度分布(在處理空間S之周緣部為密)以及藉由磁場B所產生之電漿密度分布(在處理空間S之中央部為密)會重疊而可實現均勻的電漿密度分布。
亦即，於基板處理裝置10，因應於施加在晶圓W之電漿處理條件來變更各電磁石20所產生之磁場之磁場強度以及/或是電磁石20之磁極，藉此，於變更施加於晶圓W之電漿處理條件之際，可控制磁場B之產生條件來實現分別對於變更前以及變更後之電漿處理條件為最適當的電漿密度分布。
其次，針對本發明之第2實施形態之基板處理裝置來說明。
本實施形態其構成、作用係和上述第1實施形態基本相同，故針對重複之構成、作用省略說明，以下僅針對不同構成、作用來說明。
圖5係示意顯示本實施形態之基板處理裝置之構成的截面圖。
圖5中，基板處理裝置24係具備供給高頻電力之3個高頻電源。具體而言，第1高頻電源25經由第1匹配器26而連接於晶座12，第2高頻電源27經由第2匹配器28而連接於晶座12，且第3高頻電源29經由第3匹配器30而連接於晶座12，第1高頻電源25係將例如40MHz之高頻電力供給至晶座12，第2高頻電源27係將例如100MHz之高頻電力供給至晶座12，且第3高頻電源29係將例如3.2MHz之高頻電力供給至晶座12。
基板處理裝置24係因應於電漿處理條件而從第1高頻電源25、第2高頻電源27以及第3高頻電源29對晶座12供給高頻電力。此外，對於晶座12亦可不從3個高頻電源25、27、29供給高頻電力，例如，可從選自3個高頻電源25、27、29當中的1個或是2個高頻電源供給高頻電力。於本實施形態，3個高頻電源25、27、29係連接於晶座12，但晶座12亦可連接4個以上之高頻電源，再者，晶座12亦可不連接高頻電源，而是對於上部電極連接高頻電源來從該上部電極將高頻電力供給至處理空間S。
另一方面，例如，如日本特開2007-266533號公報所揭示般，對於晶座等下部電極供給高頻電力而在低壓下生成高密度電漿之際，若為了對應於近年加工微細化要求而使得高頻電力之頻率變高，則由該高頻電力所生之高頻電流會集中於上部電極、下部電極之中心部，於處理空間所生成之電漿密度在處理空間之中央部也會較處理空間之周緣部來得變高，其結果，施加於晶圓W之電漿處理之面內均勻性降低之問題會成為焦點。
於本實施形態，為了對應於上述高頻電源頻率變高之情況所發生之電漿密度的不均勻分布，係因應於對晶座12所供給之高頻電力之頻率來控制各電磁石20以變化所產生之磁場之磁場強度以及/或是電磁石20之磁極。
例如，當第2高頻電源27將100MHz之高頻電力供給至晶座12之情況，於處理空間S之中央部會產生密的電漿密度分布，對應於此，例如上述圖3(B)或圖4(B)之情況般，將周緣部對向群22之各電磁石20在處理空 間S側之磁極設定為S極、且將外側對向群23之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極，或是，將中央部對向群21之電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極、將周緣部對向群22之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為N極、且將外側對向群23之各電磁石20在處理空間S側之磁極設定為S極。藉此，可於外側對向群23與周緣部對向群22之間產生磁場強度成為最大之磁場B，可藉由該磁場B而於處理空間S之周緣部產生密的電漿密度分布。
其結果，可使得於處理空間S之中央部的密電漿密度分布與於周緣部的密電漿密度分布相重疊，可於處理空間S實現均勻的電漿密度分布。
當第1高頻電源25將40MHz之高頻電力供給於晶座12之情況，由於在處理空間S會產生相對地均勻的電漿密度分布，為避免該電漿密度分布因磁場B而紊亂，乃不對於中央部對向群21、周緣部對向群22以及外側對向群23之所有的電磁石20之線圈20b進行通電以避免產生磁場B。
依據本實施形態之基板處理裝置24，當第2高頻電源27將100MHz之高頻電力供給至晶座12之情況，乃於外側對向群23與周緣部對向群22之間產生磁場強度成為最大之磁場B，當第1高頻電源25將40MHz之高頻電力供給至晶座12之情況，乃不對於所有的電磁石20之線圈20b進行通電以避免產生磁場B，故不論對於晶座12所供給之高頻電力之頻率為何，可於處理空間S實現均勻的電漿密度分布，從而，可防止電漿處理之晶圓W的面內均勻性降低。
上述基板處理裝置24之第3高頻電源29係將3.2MHz之高頻電力供給至晶座12，但第3高頻電源29也可將13MHz之高頻電力供給至晶座12。
其次，針對本發明之第3實施形態之基板處理裝置來說明。
於本實施形態，其構成、作用係和上述第1實施形態基本相同，故針對重複之構成、作用係省略說明，以下針對不同構成、作用來說明。
圖6以及圖7係用以說明本實施形態之基板處理裝置實行其一部分之TSV(Through Silicon Via)處理之製程圖。所謂TSV處理乃為了獲得構成半導體元件而積層之晶片間的電性連接，而在晶片之矽層形成貫通通孔來得到立體配線構造之處理方法。
首先，於晶圓W表面形成電晶體31，而於形成有該電晶體31之晶圓W上進而形成層間絕緣膜32(圖6(A))。
其次，於層間絕緣膜32上形成配線構造33。此配線構造33乃於層間絕緣膜32上使得配線層34以及絕緣膜35交互地積層複數層，並貫通絕緣膜35來形成用以實現將上下配線層34間做電性連接之配線的導通孔36(圖6(B))。
其次，將晶圓W上下倒轉而經由光反應性接著劑G來和支撐晶圓SW做貼合藉以構成貼合晶圓LW。支撐晶圓SW乃當對於晶圓W內面Wb做磨削而薄化之時可補強該薄化後之晶圓W以防止翹曲之作為支撐體的基板，例如係由厚度為數10μm之矽板或是石英玻璃所構成。再者，將貼合晶圓LW支撐在例如磨削裝置所具備之支撐件處而將晶圓W內面Wb磨削至磨削前之厚度T1成為既定厚度T2(例如50~200μm)為止(圖6(C))。
其次，對晶圓W之內面Wb塗布阻劑(未圖示)，進而藉由曝光、顯影來形成導通孔形成用阻劑圖案(未圖示)，對該貼合晶圓LW以後述基板處理裝置39來施以乾式蝕刻處理，而形成例如直徑為1~10μm之導通孔V。再者，將貼合晶圓LW之內面Wb所殘存之阻劑利用後述基板處理裝置39所實行之電漿清洗處理來去除(圖7(A))。此外，導通孔V之深度相當於將晶圓W之內面Wb加以磨削而薄化後之晶圓W的基體本身厚度，例如為50~200μm。
其次，於導通孔V之內周面形成例如聚醯亞胺所構成之絕緣膜37，而在內周面被絕緣膜37所被覆之導通孔V內以例如電鍍法來形成貫通電極38(圖7(B))。
其次，例如藉由照射紫外光(UV光)來降低接著劑G之接著力後，將支撐晶圓SW從晶圓W上剝除，則可得到經薄化且形成有貫通電極38之晶圓W所構成之晶片P(圖7(C))。
圖8係示意顯示本實施形態之基板處理裝置構成之圖，圖8(A)為截面圖，圖8(B)為沿著圖8(A)中之留白箭頭來觀看基板處理裝置之上部電極之圖。本基板處理裝置係對於晶圓施以電漿處理，例如施以上述圖6以及圖7之TSV處理之乾式蝕刻處理或電漿清洗處理。
於圖8(A)中，基板處理裝置39具備有配置在上部電極13之上面13a的2種類之多數電磁石40以及電磁石41。各電磁石40具有圓棒狀軛鐵40a、以及捲繞於該軛鐵40a側面之線圈40b，各電磁石41也和電磁石40同樣地具有圓棒狀軛鐵41a、以及捲繞於該軛鐵41a側面之線圈41b。
於電磁石40，軛鐵40a係由直徑6.5~7.5mm之鐵心所構成，側面則纏繞銅線達180~200圈而構成線圈40b。此外，於電磁石41，軛鐵41a係由直徑26~28mm之鐵心所構成，側面則纏繞銅線達1300~1500圈而構成線圈41b。
電磁石40與電磁石41係藉由控制對線圈40b或是線圈41b所流經之電流值或電流朝向，而可變化電磁石40或電磁石41所產生之全磁束或磁束朝向。
一般電磁石所產生之全磁束係以下述式(2)表示。
全磁束=磁動勢/磁阻...(2)
全磁束乃從做為鐵心之軛鐵一端所產生之全部磁力線之量，單位係以Wb(韋伯)表示，磁動勢即所謂的於磁氣電路中產生磁束之力，單位係以AT(安匝)表示。磁動勢具體上係以捲繞於軛鐵之線圈的捲繞數與流經該線圈之電流之乘積來表示。從而，線圈之捲繞數愈多、流經該線圈之電流值愈大，則磁動勢會變得愈大。此外，磁阻乃表示磁束於磁氣電路中流動難易度之指標，係以下述式(3)表示。
磁阻=磁路長度/(磁導率×磁路截面積)...(3)
磁路長度為軛鐵長度，磁導率為軛鐵之磁導率，磁路截面積為軛鐵之截面積。從而，軛鐵愈長、軛鐵之直徑愈小，則磁阻會愈大。
關於電磁石40以及電磁石41，雖軛鐵40a以及軛鐵41a之長度相同，軛鐵40a以及軛鐵41a之磁導率相同，流經線圈40b以及線圈41b之電流值大致相同(線圈40b係流經以峰值計為0.78A之電流，線圈41b係流經以峰值計為0.70A之電流)，但由於線圈41b之捲繞數多於線圈40b之捲繞數，故電磁石41之磁動勢較電磁石40之磁動勢來得大，軛鐵41之直徑較軛鐵40之直徑來得大，從而電磁石41之磁阻較電磁石40之磁阻來得小。從而，電磁石41所產生之全磁束較電磁石40所產生之全磁束來得大，具體而言， 電磁石41所產生之全磁束成為電磁石40所產生之全磁束的8~12倍。
基板處理裝置39係如圖8(B)所示般其電磁石40以及電磁石41區分為：由對向於晶圓W中心之複數電磁石40所構成之中央部對向群42(第1電磁石群)、以包圍該中央部對向群42的方式配置之複數電磁石40所構成之周緣部對向群43(第2電磁石群)、以及相對於上部電極中心C呈圓環狀配置、且相對於周緣部對向群43配置於外側而未和晶圓W對向之複數電磁石41所構成之外側對向群44(第3電磁石群)。於中央部對向群42以及周緣部對向群43，各電磁石40相對於上部電極13之半徑方向以及圓周方向分別相互以等間隔配置，且排列為大致放射狀。此外，外側對向群44之各電磁石41沿著上部電極13之圓周方向排列為一重環狀。此外，於圖8(A)以及圖8(B)中，中央部對向群42之各電磁石40係以虛線表示。
中央部對向群42係由從上部電極中心C到其中心之距離為74.4mm(圖8(B)中以L1表示)以下之複數電磁石40所構成，周緣部對向群43係由從上部電極中心C到其中心之距離大於74.4mm、且為148.8mm(圖8(B)中以L2表示)以下之複數電磁石40所構成，外側對向群44係由從上部電極中心C到其中心之距離L3為190mm(圖8(B)中以L3表示)之複數電磁石41所構成。此外，於圖8(A)以及圖8(B)中，中央部對向群42之各電磁石40係以虛線表示。
於中央部對向群42以及周緣部對向群43，係以各電磁石40在處理空間S側之磁極全部成為相同的方式設定流經各電磁石40之線圈40b的電流朝向，於外側對向群44係以各電磁石41在處理空間S側之磁極全部成為相同的方式設定流經各電磁石41之線圈41b的電流朝向。
另一方面，當處理氣體使用含氟氣體以及氧氣之混合氣體(例如SF6氣體以及O2氣體之混合氣體)，從該處理氣體產生電漿而對晶圓W施以TSV處理之情況，處理空間S之中央部的電漿密度會較處理空間S之周緣部的電漿密度來得高，結果，如圖9(A)所示般，晶圓W中央部之蝕刻速率會變得高於晶圓W周緣部之蝕刻速率。
於本實施形態之基板處理裝置39，對應於此係將中央部對向群42之電磁石40在處理空間S側之磁極設定為N極，將周緣部對向群43之各電磁 石40在處理空間S側之磁極以及外側對向群44之各電磁石40在處理空間S側之磁極設定為S極。
於此情況，如圖8(A)以及圖8(B)所示般，從中央部對向群42往周緣部對向群43或外側對向群44產生放射狀之磁場B。關於產生之磁場B，如上述般，由於外側對向群44之各電磁石41所產生之全磁束相較於中央部對向群42或周緣部對向群43之各電磁石40所產生之全磁束來得大，乃成為處理空間S周緣部之磁場強度大於處理空間S中央部之磁場強度的磁場B，而成為於大致外側對向群44之附近(亦即處理空間S之周緣部)之磁場強度為最大之磁場B(參見後述圖10(B))。
此時，由於藉由第1高頻電源14對於晶座12所供給之高頻電力而於圖8(B)產生從近側朝向深處之電場E，故電子依弗萊明左手定律以上部電極中心C為中心沿著圓狀電子軌跡D進行旋繞，但由於處理空間S之周緣部的磁場強度成為最大，故於處理空間S之周緣部會有許多電子進行旋繞，結果於處理空間S之周緣部生成許多電漿而提高電漿密度。藉此，伴隨於蝕刻處理所產生之電漿密度分布(在處理空間S之中央部為密)、以及因基板處理裝置39所產生之磁場B而產生之電漿密度分布(在處理空間S之周緣部為密)相重疊而可實現均勻的電漿密度分布。
圖9(B)係顯示圖8之基板處理裝置39一邊產生磁場B、一邊對晶圓W施以蝕刻處理之際的蝕刻速率分布圖。
如圖9(B)所示，於蝕刻處理之際，若基板處理裝置39係將中央部對向群42之電磁石40在處理空間S側之磁極設定為N極，將周緣部對向群43之各電磁石40在處理空間S側之磁極以及外側對向群44之各電磁石40在處理空間S側之磁極設定為S極來產生磁場B，則於晶圓W之前面可實現大致均勻的蝕刻速率。
圖10係說明於基板處理裝置39變更中央部對向群42、周緣部對向群43以及外側對向群44之各電磁石40、電磁石41在處理空間S側之磁極的情況之計算結果圖，圖10(A)表示蝕刻速率之分布，圖10(B)表示磁束密度分布。
細虛線顯示所有的電磁石40、電磁石41不產生磁束之情況(比較例1)。 細實線顯示將中央部對向群42之各電磁石40在處理空間S側之磁極設定為N極、周緣部對向群43之各電磁石40在處理空間S側之磁極設定為S極、且外側對向群44之各電磁石41不產生磁束之情況(比較例2)。粗虛線係顯示將中央部對向群42之各電磁石40在處理空間S側之磁極設定為N極、周緣部對向群43之各電磁石40b不產生磁束、且將外側對向群44之各電磁石41在處理空間S側之磁極設定為S極之情況(實施例1)。粗實線係表示將中央部對向群42之各電磁石40在處理空間S側之磁極設定為N極、將周緣部對向群43之各電磁石40在處理空間S側之磁極設定為S極、且將外側對向群44之各電磁石41在處理空間S側之磁極設定為S極之情況(實施例2)。
從圖10(B)之實施例1以及實施例2可知，中央部對向群42之各電磁石40在處理空間S側之磁極設定為N極，且將外側對向群44之各電磁石41在處理空間S側之磁極設定為S極，可得到在處理空間S之周緣部、具體而言在晶圓W略為外側之從晶圓W中心起算150~160mm之範圍得到磁場強度(各圖係以磁束密度來取代顯示)成為最大之磁場B。
此外，據推測，如實施例1以及實施例2所示般之所以於晶圓W面內可實現大致均勻之蝕刻速率，乃因將外側對向群44設置於未和晶圓W相對向之部位(具體而言為晶圓W外側)，而可於晶圓W之略外側得到磁場強度成為最大之磁場B，從而，在處理空間S之和晶圓W對向之部分的整體區域可使得電漿密度大致均勻之故。
此外，據推測，實施例2之磁場強度從處理空間S之中心(晶圓W中心)往處理空間S之周緣部(距離晶圓W中心150~160mm之範圍)未逐漸地上升、尤其在和周緣部對向群43對向之部分(從晶圓W中心起算70~100mm之範圍)形成段差乃是因為周緣部對向群43之各電磁石40在處理空間S側之磁極與外側對向群44之各電磁石41在處理空間S側之磁極同樣為S極，由周緣部對向群43之各電磁石40所產生之磁束與由外側對向群44之各電磁石41所產生之磁束出現相互抵銷之故。
依據本實施形態之基板處理裝置39，配置於上部電極13之上面13a的2種類之多數電磁石40以及電磁石41被區分為對向於晶圓W中心之中央 部對向群42、包圍該中央部對向群42之周緣部對向群43、以及相對於周緣部對向群43配置於外側而未和晶圓W對向之外側對向群44，而產生處理空間S之周緣部之磁場強度大於處理空間S之中央部之磁場強度的磁場B，而可改善因TSV處理所產生之處理空間S之中央部較處理空間S之周緣部來得變高之電漿密度分布。
於上述基板處理裝置39，雖將中央部對向群42之各電磁石40在處理空間S側之磁極設定為N極、且將外側對向群44之各電磁石41在處理空間S側之磁極設定為S極，但只要中央部對向群42之各電磁石40在處理空間S側之磁極與外側對向群44之各電磁石41在處理空間S側之磁極為相反，則可產生處理空間S之周緣部之磁場強度大於處理空間S之中央部之磁場強度的磁場B，故也可將中央部對向群42之各電磁石40在處理空間S側之磁極設定為S極、且將外側對向群44之各電磁石41在處理空間S側之磁極設定為N極。
上述基板處理裝置39，係以搭配圖9(A)所示位於距離晶圓W中心約75mm附近之蝕刻速率的反曲點的方式使得中央部對向群42以從電極中心C到其中心之距離為74.4mm為止的電磁石40所構成，而周緣部對向群43以從電極中心C到其中心之距離大於74.4mm之電磁石40所構成。亦即，中央部對向群42與周緣部對向群43之交界設定為距離電極中心C為74.4mm，但中央部對向群42與周緣部對向群43之交界可變更，為了得到處理空間S之電漿密度分布成為最適之磁場B的分布，該交界亦可做變更。
此外，複數電磁石40無須僅區分為中央部對向群42以及周緣部對向群43，為了將伴隨於蝕刻處理所產生之電漿密度分布以磁場B所產生之電漿密度分布來補正而實現均勻的電漿密度分布，複數電磁石40可區分為1個或是3個以上之電磁石群，而得到處理空間S之電漿密度分布成為最適之磁場B分布。
此外，中央部對向群42以及周緣部對向群43之交界變更、電磁石群之數量變更係藉由控制器來對於流經各電磁石40之線圈40b的電流值或是電流朝向進行控制以變更各電磁石40所產生之磁場B強度以及/或是各電磁石40之磁極來進行。
以上，針對本發明係使用上述各實施形態來說明，但本發明不限定於上述各實施形態。
21‧‧‧中央部對向群
22‧‧‧周緣部對向群
23‧‧‧外側對向群
B‧‧‧磁場
S‧‧‧處理空間

Claims (9)

  1. 一種基板處理裝置，係於被供給高頻電力之下部電極與對向於該下部電極而配置之上部電極之間的處理空間處產生電場，使用源於該電場而產生的電漿來對載置於該下部電極之基板施以電漿處理者；其特徵在於：於該上部電極具備有在和該處理空間成為相反側之上面所配置之複數電磁石，各該電磁石相對於和該基板中心呈對向之該上部電極的中心係配置成放射狀；各該電磁石具有棒狀的軛鐵；該複數電磁石係區分為複數電磁石群，該每個電磁石群係控制各該電磁石所產生之磁場強度或是該電磁石之磁極；一個該電磁石群之各該電磁石之該軛鐵的直徑係不同於其他該電磁石群之各該電磁石之該軛鐵的直徑。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中各該電磁石之該軛鐵的側面纏繞有銅線；一個該電磁石群之各該電磁石之該軛鐵的該銅線之纏繞數係不同於其他該電磁石群之各該電磁石之該軛鐵的該銅線之纏繞數。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中該複數電磁石係區分為第1電磁石群、第2電磁石群以及第3電磁石群，該第1電磁石群係由對向於該基板中央部之該電磁石所構成，該第2電磁石群係由對向於該基板周緣部之該電磁石所構成，該第3電磁石群係由未對向於該基板、而相對於該上部電極之中心在比該第2電磁石群配置於更外側之該電磁石所構成；該第1電磁石群之各該電磁石在該處理空間側之磁極相同，該第2電磁石群之各該電磁石在該處理空間側之磁極相同，該第3電磁石群之各該電磁石在該處理空間側之磁極相同。
  4. 如申請專利範圍第3項之基板處理裝置，其中該第3電磁石群之各該電磁石之該軛鐵的直徑係大於該第1電磁石群以及該第2電磁石群之各該電磁石之該軛鐵的直徑； 該第3電磁石群之各該電磁石之該軛鐵的該銅線之纏繞數係多於該第1電磁石電磁石群以及該第2電磁石群之各該電磁石之該軛鐵的該銅線之纏繞數。
  5. 如申請專利範圍第3項之基板處理裝置，其中該第1電磁石群以及該第2電磁石群之各該電磁石係相互以等間隔配置，該第3電磁石群之各該電磁石係以該上部電極之中心為中心而配置為圓環狀。
  6. 如申請專利範圍第5項之基板處理裝置，其中該第3電磁石群之該電磁石分別產生之全磁束為該第1電磁石群以及該第2電磁石群之該電磁石分別產生之全磁束的8~12倍。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之基板處理裝置，係因應於施加在該基板之該電漿處理內容來變更各該電磁石所產生之磁場之磁場強度以及/或是該電磁石之磁極。
  8. 一種基板處理裝置，係於被供給高頻電力之下部電極與對向於該下部電極而配置之上部電極之間的處理空間處產生電場，使用源於該電場而產生之電漿來對載置於該下部電極之基板施以電漿處理；其特徵在於：具備有：複數電磁石，係於該上部電極配置在和該處理空間成為相反側之上面處；第1高頻電源，係連接於該下部電極而供給第1頻率之高頻電力；以及第2高頻電源，係連接於該下部電極而供給較該第1頻率來得高之第2頻率之高頻電力；當該第1高頻電源供給該第1頻率之高頻電力之際，各該電磁石於該處理空間不產生磁場；當該第2高頻電源供給該第2頻率之高頻電力之際，各該電磁石係於該處理空間產生磁場。
  9. 如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中該複數電磁石係區分為第 1電磁石群、第2電磁石群以及第3電磁石群，該第1電磁石群係由對向於該基板中央部之該電磁石所構成，該第2電磁石群係由對向於該基板周緣部之該電磁石所構成，該第3電磁石群係由未對向於該基板、而相對於該上部電極之中心在比該第2電磁石群配置於更外側之該電磁石所構成；該第2高頻電源供給該第2頻率之高頻電力之際，係以控制器進行控制來產生出於該第2電磁石群與該第3電磁石群之間的磁場強度成為最大的磁場。
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