等離子體處理設(shè)備和等離子體處理方法
【專利摘要】在一個實施例中，等離子體處理設(shè)備包括：室；導(dǎo)入部；反電極；高頻電源；和多個低頻電源?；咫姌O被設(shè)置在室中，基板被直接地或者間接地放置在基板電極上，并且基板電極具有多個電極元件組。導(dǎo)入部將處理氣體導(dǎo)入到室中。高頻電源輸出用于使處理氣體離子化、以生成等離子體的高頻電壓。多個低頻電源將多個20MHz以下的低頻電壓施加到多個電極元件組中的每一電極元件組，多個20MHz以下的低頻電壓具有相互不同的相位，用于導(dǎo)入來自等離子體的離子。還提供一種等離子體處理方法。
【專利說明】等離子體處理設(shè)備和等離子體處理方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]這個專利申請基于2012年9月26日提交的第2012-212726號日本專利申請以及2013年5月24日提交的第2013-109462號日本專利申請，并要求其優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用被結(jié)合在此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]在此描述的實施例大體涉及等離子體處理設(shè)備和等離子體處理方法。
【背景技術(shù)】
[0004]等離子體處理設(shè)備生成等離子體，并且使得等離子體中的離子入射在基板(例如，半導(dǎo)體晶片)上，從而處理該基板。在制造半導(dǎo)體裝置的過程中，當入射離子在基板上進行蝕刻時，形成溝槽、通孔、凸出部分等等。
[0005]這里，在制造半導(dǎo)體裝置的過程中，為了確保半導(dǎo)體裝置的電氣性能，重要的是加工形狀的精密控制，尤其是溝槽側(cè)壁的垂直加工。
[0006]然而，并不總是容易地進行加工形狀的精密控制，并且通常的情況是，溝槽的側(cè)壁不是垂直形成，而是例如錐形的。
[0007]本發(fā)明具有提供一種使得容易進行加工形狀的精密控制的等離子體處理設(shè)備和等離子體處理方法的目的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]實施例的等離子體處理設(shè)備包括:室；導(dǎo)入部；反電極；高頻電源；和多個低頻電源?；咫姌O被設(shè)置在室中，基板被直接地或者間接地放置在基板電極上，并且基板電極具有多個電極元件組。導(dǎo)入部將處理氣體導(dǎo)入到室中。高頻電源輸出用于使處理氣體離子化、以生成等離子體的高頻電壓。多個低頻電源將多個20MHz以下的低頻電壓施加到多個電極元件組中的每一電極元件組，多個20MHz以下的低頻電壓具有相互不同的相位，用于導(dǎo)入來自等離子體的離子。
[0009]根據(jù)實施例的等離子體處理設(shè)備和等離子體處理方法使得容易進行加工形狀的精密控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)第一實施例的等離子體處理設(shè)備10的示意性的構(gòu)造圖。
[0011]圖2是圖解基板電極15的構(gòu)造的一個實例的立體圖。
[0012]圖3是圖解施加到電極元件El、E2的電壓波形RF1、RF2的一個實例的圖。
[0013]圖4是圖解入射在晶片W上的離子II的一個實例的示意圖。
[0014]圖5是根據(jù)比較實例的等離子體處理設(shè)備IOx的示意性的構(gòu)造圖。
[0015]圖6是圖解施加到基板電極15x的電壓波形RF的一個實例的圖。[0016]圖7是圖解處理之前的晶片W的狀態(tài)的示意性的截面圖。
[0017]圖8是在等離子體處理設(shè)備IOx中經(jīng)受處理之后的晶片W的狀態(tài)的一個實例的示意性的截面圖。
[0018]圖9是在等離子體處理設(shè)備IOx中經(jīng)受處理之后的晶片W的狀態(tài)的一個實例的示意性的截面圖。
[0019]圖10是在等離子體處理設(shè)備10中經(jīng)受處理之后的晶片W的狀態(tài)的一個實例的示意性的截面圖。
[0020]圖11是根據(jù)變形實例I的等離子體處理設(shè)備IOa的示意性的構(gòu)造圖。
[0021]圖12是根據(jù)變形實例2的等離子體處理設(shè)備IOb的示意性的構(gòu)造圖。
[0022]圖13是圖解感應(yīng)線圈27的平面圖。
[0023]圖14是根據(jù)第二實施例的等離子體處理設(shè)備IOc的示意性的構(gòu)造圖。
[0024]圖15是圖解基板電極15a的構(gòu)造的一個實例的立體圖。
[0025]圖16是圖解施加到電極元件El到E4的電壓波形RFl到RF4的一個實例的圖。
[0026]圖17是根據(jù)第三實施例的等離子體處理設(shè)備IOd的示意性的構(gòu)造圖。
[0027]圖18是圖解在溝槽的側(cè)壁上進行等離子體處理的狀態(tài)的圖。
[0028]圖19是圖解在孔的側(cè)壁上進行等離子體處理的狀態(tài)的圖。
[0029]圖20是根據(jù)變形實例4的等離子體處理設(shè)備IOe的局部構(gòu)造圖。
[0030]圖21是根據(jù)變形實例5的等離子體處理設(shè)備IOf的局部構(gòu)造圖。
[0031]圖22是根據(jù)變形實例6的等離子體處理設(shè)備IOg的局部構(gòu)造圖。
[0032]圖23和圖24是各自圖解靜電夾盤42的一個實例的圖。
[0033]圖25是根據(jù)第四實施例的等離子體處理設(shè)備IOh的示意性的構(gòu)造圖。
[0034]圖26是圖解基板電極15c的構(gòu)造的一個實例的立體圖。
[0035]圖27是根據(jù)第五實施例的等離子體處理設(shè)備IOi的示意性的構(gòu)造圖。
[0036]圖28是圖解基板電極15d的構(gòu)造的一個實例的平面圖。
[0037]圖29A到圖29D是各自圖解基板電極15d的選擇狀態(tài)的一個實例的平面圖。
[0038]圖30A到圖30C是各自圖解入射在晶片W上的離子II的入射角分布的實例的曲線圖。
[0039]圖31A到圖31B是各自圖解入射在晶片W上的離子II的入射角分布的實例的曲線圖。
[0040]圖32是圖解晶片W上的位置Pl到P6的示意圖。
[0041]圖33A到圖33C是各自圖解入射在晶片W上的離子II的入射角分布的實例的曲線圖。
[0042]圖34A到圖34E是各自圖解入射在晶片W上的離子II的入射角分布的實例的曲線圖。
[0043]圖35是圖解電極元件E和靜電夾盤42的位置關(guān)系的示意圖。
【具體實施方式】
[0044]以下，將參考附圖詳細描述實施例。
[0045](第一實施例)[0046]圖1是根據(jù)第一實施例的等離子體處理設(shè)備10的示意性的構(gòu)造圖。該等離子體處理設(shè)備10是平行板型RIE (活性離子蝕刻)設(shè)備。
[0047]等離子體處理設(shè)備10使得等離子體PL中的離子II入射在晶片W上，以在晶片W上進行蝕刻，從而形成溝槽、通孔、凸出部分等等。晶片W是基板，該基板例如是半導(dǎo)體(Si，GaAs等等)的基板。
[0048]注意，等離子體處理設(shè)備10就使得離子II入射在晶片W上的點而言，與注入離子的離子注入設(shè)備是通用的，但是，兩種設(shè)備的部件就接下來的點而言是不同的。在等離子體處理中，入射離子的能量低于離子注入中的能量(離子注入中是大約IOk到大約500keV，以及等離子體處理中是大約0到大約2000eV)。與離子注入相比，等離子體處理不需要特殊的加速器，并且在等離子體處理中，通過施加到基板電極15的偏置電位來引入來自等離子體PL的離子II。由于這個緣故，與離子注入中的那些相比，等離子體PL和基板電極15在等離子體處理設(shè)備10中彼此接近(離子注入中是大約10厘米以上，以及等離子體處理中是大約幾厘米以下)。
[0049]等離子體處理設(shè)備10具有室11、排氣口 12、處理氣體導(dǎo)入管13、基座14、基板電極15、反電極16、電容器17a、17b、RF高頻電源21、RF低頻電源22a、22b、濾波器23a、23b、24a、24b、以及相位調(diào)整器25。
[0050]室11維持在晶片W上進行處理所需的環(huán)境。
[0051]排氣口 12連接到未圖解的調(diào)壓閥和排氣泵。從排氣口 12排出室11中的氣體，導(dǎo)致室11的內(nèi)部被維持在高真空狀態(tài)。此外，當從處理氣體導(dǎo)入管13導(dǎo)入處理氣體時，經(jīng)由處理氣體導(dǎo)入管13流入的氣體的流量和經(jīng)由排氣口 12流出的氣體的流量是平衡的，導(dǎo)致室11中的壓力被保持為恒定。
[0052]處理氣體導(dǎo)入管13將在晶片W上進行處理所需的處理氣體導(dǎo)入到室11中。該處理氣體用于形成等離子體PL。通過放電，處理氣體被離子化，以被轉(zhuǎn)化為等離子體PL，而且等離子體PL中的離子II用于在晶片W上進行蝕刻。
[0053]作為處理氣體,除了 Ar、Kr、Xe、N2、02、CO、H2等等的氣體之夕卜,還能夠適當?shù)厥褂肧F6、CF4、C2F6' C4F8' C5F8' C4F6' Cl2, HBr, SiH4' SiF4 等等。
[0054]這里，處理氣體可以被分類成為沉積型氣體和非沉積型氣體。非沉積型氣體是當在晶片W上進行處理時僅僅進行蝕刻操作的氣體。另一方面，沉積型氣體在晶片W進行處理時，不僅進行蝕刻操作，而且還進行形成涂膜(保護膜)的操作。
[0055]通過使用沉積型氣體作為處理氣體，能夠提高蝕刻掩模和蝕刻對象(晶片W等等)之間的蝕刻的選擇比。具體地，當使用沉積型氣體時，進行蝕刻，在該蝕刻期間，在蝕刻掩模上形成涂膜。由于這個的結(jié)果，蝕刻掩模的蝕刻比率被減少，并且可以提高選擇比。
[0056]沉積型和非沉積型的分類并不總是絕對的一個。稀有氣體(Ar，Kr，Xe)幾乎完全不進行形成涂膜的操作，因而可以被認為是純的非沉積型氣體，但是，不管怎樣，其他氣體可以進行形成涂膜的操作。此外，基于蝕刻掩模和蝕刻對象的材料和形狀、處理壓力等等的關(guān)系，可以改變蝕刻操作和形成涂膜的操作之間的大小關(guān)系。
[0057]通常，Ar、Kr、Xe、H2等等可以被舉例作為非沉積型氣體。
[0058]此外，C2F6、C4F6, C4F8, C5F8, SF6, Cl2, HBr可以被舉例作為沉積型氣體。
[0059]作為沉積型氣體和非沉積型氣體之間的中間種類的氣體，可以舉例N2、02、CO和CF4。
[0060]基座14是保持晶片W的保持部，并且具有保持晶片W的夾盤。作為夾盤，可以使用力學(xué)地保持晶片W的機械夾盤，或者借助于靜電力保持晶片W的靜電夾盤。注意，將在稍后描述的變形實例6、7中解釋靜電夾盤的細節(jié)。
[0061]基板電極15是近似平板狀的電極，被設(shè)置在基座14上，并且具有與晶片W的下表面接近或者接觸的上表面。具體地，晶片W (基板)被間接地(兩者彼此接近)或者直接地(兩者互相接觸)放置在基板電極15上。
[0062]圖2是圖解基板電極15的構(gòu)造的一個實例的立體圖。如圖2圖解的，基板電極15對應(yīng)于劃分電極，該劃分電極通過被劃分成多個條來被形成并且通過交替布置的兩個組的電極元件El、E2 (第一和第二電極元件組)來被構(gòu)造。
[0063]這里，兩組電極元件El、E2的每一組具有沿著軸向A的中心軸以及具有直徑R的近似圓柱形，而且電極元件E1、E2彼此近似平行布置，在它們之間設(shè)置有間隔D (中心軸之間的距離)。注意，每個電極元件El、E2的形狀并不局限于近似圓柱形，并且該形狀還可以是近似棱鏡形狀(例如，近似矩形棱鏡形狀)。
[0064]此時，較佳的是，間隔D (同樣直徑R)小到某種程度(例如，間隔D被設(shè)定為5毫米以下)。如稍后描述的實例中將說明的，離子II的入射量具有位置依賴性。在電極元件E1、E2的周期布置的影響下，可以認為離子II的入射量在對應(yīng)于間隔D的周期中變化。由于這個緣故，通過減少間隔D (同樣直徑R)到某種程度，改進了等離子體處理的一致性(減少離子II的入射量中的變化周期)。
[0065]將RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2a、V2b從RF高頻電源21和RF低頻電源22a、22b施加到基板電極15。
[0066]將RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2a重疊的電壓波形RFl施加到電極元件El。
[0067]將RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2b重疊的電壓波形RF2施加到電極元件E2。
[0068]RF高頻電壓Vl是被施加到電極元件El、E2兩者并且用于生成等離子體PL的相對高頻的交流電壓。RF低頻電壓V2a、V2b是被分別施加到電極元件El、E2并且用于從等離子體PL引入離子II的相對低頻的交流電壓。如稍后將描述的，因為RF低頻電壓V2a和V2b之間有相位差，所以離子II可以從等離子體PL斜地入射在晶片W上。
[0069]反電極16被設(shè)置為面對室11中的基板電極15，并且它的一端被設(shè)定為接地電位。反電極16和基板電極15形成平行板電極。
[0070]電容器17a、17b表示作為組合從RF高頻電源21、RF低頻電源22a、22b到晶片W的通道上的電容的結(jié)果的組合電容。這些組合電容對應(yīng)于作為組合各個濾波器23a、23b、24a、24b、匹配裝置(未圖解)、以及靜電夾盤(未圖解)的結(jié)果的組合電容。
[0071]RF高頻電源21生成施加到基板電極15的RF高頻電壓VI。RF高頻電壓Vl的頻率fh不小于40MHz，也不超過1000MHz，并且更佳地是不少于40MHz，也不超過500MHz (例如，IOOMHz )。
[0072]RF低頻電源22a、22b產(chǎn)生施加到基板電極15的RF低頻電壓V2a、V2b。RF低頻電壓V2a、V2b的頻率fl不小于0.1MHz，也不超過20MHz，并且更佳地是不少于0.5MHz，也不超過14MHz (例如，IMHz )。RF低頻電壓V2a、V2b具有近似相同的頻率，并且具有相位差a (例如，/2, )。[0073]未圖解的匹配裝置使RF高頻電源21和RF低頻電源22a、22b的阻抗與等離子體PL的阻抗匹配。
[0074]作為RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2a、V2b，可以使用由以下表達式(I)表示的正弦波形。
[0075]Vl=VOl ? sin (2 Ji ? fh ? t)
[0076]V2a=V02 ? sin (2 n ? fl ? t)
[0077]V2b=V02 ? sin (2 n ? f I ? t+ a )......表達式(I)
[0078]濾波器23a、23b (HPF (高通濾波器))防止來自RF低頻電源22a、22b的RF低頻電壓V2a、V2b被輸入到RF高頻電源21中。濾波器24a、24b (LPF (低通濾波器))防止來自RF高頻電源21的RF高頻電壓Vl被輸入到RF低頻電源22a、22b中。
[0079]相位調(diào)整器25調(diào)整來自RF低頻電源22a、22b的RF低頻電壓V2a、V2b的相位差
a?？梢哉J為，例如/2或者被設(shè)定作為該相位差a。注意，當考慮RF低頻電壓V2a、V2b的周期性時，將相位差a設(shè)定為3 /2以及將相位差設(shè)定為/2基本上是相同的。
[0080]圖3是圖解施加到電極元件El，E2的電壓波形RF1，RF2的一個實例的圖(/2相位差)。
[0081](等離子體處 理設(shè)備10的操作)
[0082]在進行抽空以及壓力達到預(yù)定壓力(例如，0.01Pa以下)的室11中，通過未圖解的攜帶機構(gòu)來攜帶該晶片W。接下來，借助于夾盤，由基座14保持晶片W。此時，基板電極15接近或者開始接觸晶片W。
[0083]接下來，從處理氣體導(dǎo)入管13導(dǎo)入在晶片W上進行處理所需的處理氣體。此時，通過未圖解的調(diào)壓閥和排氣泵，被導(dǎo)入到室11中的處理氣體以預(yù)定速率從排氣口 12被排出。結(jié)果,室11中的壓力被保持為恒定(例如,大約1.0到大約6.0Pa)。
[0084]接下來，將RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2a、V2b從RF高頻電源21和RF低頻電源22a、22b施加到基板電極15。將RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2a重疊的電壓波形RFl施加到電極元件El。將RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2b重疊的電壓波形RF2施加到電極元件E2。
[0085]由來自RF高頻電源21的RF高頻電壓Vl控制等離子體PL的密度。由來自RF低頻電源22a、22b的RF低頻電壓V2a、V2b控制入射在晶片W上的離子II的入射能量。通過離子II來蝕刻晶片W，該離子II具有能量值，該能量值等于或者大于晶片W的蝕刻處理中的閾值。
[0086]圖4是圖解入射在晶片W上的離子II的一個實例的示意圖。
[0087]RF低頻電壓V2a、V2b被施加到電極元件El、E2 (基板電極15)。當在基板電極15和反電極16之間施加RF低頻電壓V2a、V2b時，生成有方向Ap上的電場(垂直電場)，方向Ap垂直于基板電極15 (晶片W)的平面(參考圖2)。結(jié)果，等離子體PL中的離子II被導(dǎo)入到基板電極15 (晶片W)中。
[0088]這里，施加到電極元件El、E2的RF低頻電壓V2a、V2b具有相位差a。由于這個緣故，除了垂直電場之外，在平行于基板電極15 (晶片W)的平面以及平行于方向Ah的方向上生成電場F，方向Ah與電極元件El、E2的軸向A正交(參考圖2，圖4)。結(jié)果，通過對應(yīng)于電場F，離子II被入射，以具有相對于垂直方向的入射角0 (斜入射)。當離子II斜入射時，變得能夠在晶片W上以高精度進行蝕刻。注意，將稍后描述這個細節(jié)。
[0089]電場F按照RF低頻電壓V2a、V2b的周期被振蕩。結(jié)果，離子II的入射角0按照RF低頻電壓V2a、V2b的周期被周期地振蕩。
[0090]如上所述，沿著軸向A，入射角0在正向的離子以及入射角0在負向的離子被交替地入射在晶片W上。具體地，在本實施例中，以下變得可能。
[0091](I)離子Ii可以以入射角e斜入射在晶片w上。如稍后將描述的，通過使用斜入射離子II，變得能夠在形成溝槽或者凸出部分時以高精度進行處理，同時減少錐形。
[0092]特別地，當沿著軸向A形成溝槽或者凸出部分時，入射在溝槽等等的側(cè)壁上的離子II的量增加，導(dǎo)致錐形可以被減少。具體地，較佳的是，使得溝槽或者凸出部分的方向(晶片W上的加工線的方向)以及電極元件El、E2的軸向A彼此一致。
[0093](2)離子II可以沿著軸向A被斜入射在溝槽或者凸出部分的兩側(cè)上。結(jié)果，有可能減少溝槽的兩個側(cè)壁上的錐形。
[0094](比較實例)
[0095]圖5是根據(jù)比較實例的等離子體處理設(shè)備IOx的示意性的構(gòu)造圖。等離子體處理設(shè)備IOx具有室11、排氣口 12、處理氣體導(dǎo)入管13、基座14x、基板電極15x、反電極16、電容器17、RF高頻電源21、以及RF低頻電源22x。
[0096]基板電極15x不同于基板電極15,并且具有沒有設(shè)置電極兀件(基板電極15x未被劃分)的平板形狀。圖6是圖解施加到基板電極15x的電壓波形RF的一個實例的圖。來自RF高頻電源21的RF高頻電壓Vl和來自RF低頻電源22x的RF低頻電壓V2被重疊，以施加于基板電極15x，生成等離子體PL并且導(dǎo)入離子II。
[0097]因為基板電極15x未被劃分，所以在等離子體處理設(shè)備IOx中，沒有生成平行于晶片W的平面的電場F。由于這個緣故，僅僅在垂直于晶片W的平面的方向上，從等離子體PL入射離子II，并且基本上，由于熱波動，斜入射的離子II幾乎不存在。結(jié)果，難以使用斜入射離子II進行精密的加工。
[0098](實施例和比較實例之間的比較)
[0099]在下文中，將描述根據(jù)實施例的等離子體處理設(shè)備10以及根據(jù)比較實例的等離子體處理設(shè)備IOx中的蝕刻的結(jié)果的差異。
[0100]圖7是圖解在等離子體處理設(shè)備中經(jīng)受處理之前的一部分晶片W的放大截面圖。在晶片W上，形成層31、32以及掩模33。層31、32的材料是不同的材料，例如是SiO2和Si。掩模33的材料例如是與層32相比難以被蝕刻的防蝕劑或者Si02。
[0101]圖8和圖9是各自圖解在等離子體處理設(shè)備IOx中這種晶片W被蝕刻之后的狀態(tài)的放大截面圖。圖8圖解非沉積型氣體被用作處理氣體的情況，以及圖9圖解沉積型氣體被用作處理氣體的情況。
[0102]如圖8圖解的，當非沉積型氣體被用作處理氣體時，因為掩模33和層32之間的選擇比小，所以掩模33的蝕刻量大，而且變得難以在層32上進行精密的處理。
[0103]如圖9圖解的，當沉積型氣體被用作處理氣體時，因為掩模33和層32之間的選擇比大，所以導(dǎo)致掩模33的蝕刻量變小。然而，在斜的方向上容易地蝕刻層32 (蝕刻側(cè)面是錐形的)。這是因為由于沉積型氣體而在側(cè)面上形成保護膜，同時，該側(cè)面難以受到由垂直入射的離子II所進行的蝕刻操作。如上所述，尤其，當使用沉積型氣體時，變得能夠增加選擇比，但是，難以進行垂直加工(精密加工)。
[0104]此外，撞擊蝕刻側(cè)面(溝槽的側(cè)壁)的離子II的數(shù)量是少的，以致容易地沉積殘渣或者粘附物，這同樣使得難以進行精密加工。
[0105]圖10是圖解在等離子體處理設(shè)備10中蝕刻晶片W之后的狀態(tài)的放大截面圖。這里，圖解沉積型氣體被用作處理氣體的情況。通過使用沉積型氣體作為處理氣體，掩模33和層32之間的選擇比變大，導(dǎo)致掩模33的蝕刻量小。
[0106]此外，層32被垂直蝕刻(蝕刻側(cè)面不是錐形的)。離子II斜入射在蝕刻側(cè)面(溝槽的側(cè)壁)兩側(cè)上，以致側(cè)面上的錐形減小。
[0107]這里，在形成溝槽的所有處理中，不需要使用斜入射離子II。同樣可能的是，離子II垂直入射，直到溝槽形成的中部，此后，離子II斜入射。具體地，同樣可能的是，相位調(diào)整器25按照等離子體處理過程的進展來調(diào)整相位a。注意，將在第三和第四實施例中描述它的細節(jié)。
[0108]如上所述，在本實施例中，離子II可以以入射角0斜入射在晶片W上。結(jié)果，變得能夠進行精密的蝕刻加工，在該精密蝕刻加工中，容易進行側(cè)壁上的垂直加工，并且殘渣難以余留在側(cè)壁上。
[0109](變形實例I)
[0110]圖11是根據(jù)變形實例I的等離子體處理設(shè)備IOa的示意性的構(gòu)造圖。等離子體處理設(shè)備IOa具有室11、排氣口 12、處理氣體導(dǎo)入管13a、基座14、基板電極15、反電極16a、電容器17a、17b、RF高頻電源21、RF低頻電源22a、22b、濾波器23、24a、24b、以及相位調(diào)整器25。
[0111]反電極16a是所謂的花灑，并且具有內(nèi)部空間和多個開口。處理氣體從處理氣體導(dǎo)入管13a被導(dǎo)入，經(jīng)過反電極16a的內(nèi)部，然后從反電極16a的多個開口被導(dǎo)入到室11中。具體地，反電極16a起到將處理氣體導(dǎo)入到室11中的導(dǎo)入部的作用。
[0112]變形實例I與第一實施例的不同之處在于，RF高頻電源21不是電連接到基板電極15，而是電連接到反電極16a。具體地，雖然基板電極15在第一實施例中更合適用來生成等離子體PL，但是反電極16a在變形實例I中也用來生成等離子體PL。
[0113]在其他點上，變形實例I沒有很大程度上不同于第一實施例，因此將省略它們的其他解釋。
[0114](變形實例2)
[0115]圖12是根據(jù)變形實例2的等離子體處理設(shè)備IOb的示意性的構(gòu)造圖。等離子體處理設(shè)備IOb具有室I lb、排氣口 12、處理氣體導(dǎo)入管13、基座14、基板電極15、反電極16a、電容器17a、17b、RF高頻電源21、RF低頻電源22a、22b、濾波器23、24a、24b、相位調(diào)整器25、窗口 111以及感應(yīng)線圈27。圖13圖解從圖12上方看到的感應(yīng)線圈27的狀態(tài)。
[0116]等離子體處理設(shè)備IOb與等離子體處理設(shè)備IOa的不同之處在于，它沒有反電極16，而是具有窗口 111和感應(yīng)線圈27。
[0117]窗口 111使室Ilb的內(nèi)部與大氣隔離，而且來自感應(yīng)線圈27的磁場通過窗口 111。作為窗口 111，例如使用諸如石英的非磁性材料的平板。
[0118]感應(yīng)線圈27被設(shè)置在室Ilb之外。當來自RF高頻電源21的高頻電壓被施加到感應(yīng)線圈27時，生成變化的磁場，導(dǎo)致室Ilb中的處理氣體被離子化，并且生成等離子體PL。[0119]在其他點上，變形實例2沒有很大程度上不同于第一實施例，因此將省略它們的其他解釋。
[0120]在第一實施例和變形實例1、2中的每個中，借助于40MHz以上的RF高頻電壓VI，可以使處理氣體離子化，以生成等離子體。具體地，如變形實例1、2圖解的，即使在沒有將RF高頻電壓Vl施加到基板電極15的情況下生成等離子體PL的情況中，也可以通過使用該基板電極15來控制離子II的入射角。
[0121](第二實施例)
[0122]圖14是根據(jù)第二實施例的等離子體處理設(shè)備IOc的示意性的構(gòu)造圖。等離子體處理設(shè)備IOc具有室11、排氣口 12、處理氣體導(dǎo)入管13、基座14a、基板電極15a、反電極16、電容器17a到17d、RF高頻電源21、RF低頻電源22a到22d、濾波器23a到23d和24a到24d、以及相位調(diào)整器25a。
[0123]圖15是圖解基板電極15a的構(gòu)造的一個實例的立體圖。
[0124]在等離子體處理設(shè)備10中，基板電極15由兩組電極元件E1、E2形成。相反地，在等離子體處理設(shè)備IOc中，基板電極15a由四組電極元件El到E4 (第一到第四電極元件組)形成。通過將形成基板電極15a的電極元件分類成為較小的群，可以更加精細地控制電場F，并且控制離子II的入射。
[0125]RF低頻電源22a到22d分別將RF低頻電壓V2a到V2d施加到電極元件El到E4。基于RF低頻電壓V2a，RF低頻電壓V2a到V2d具有相位差a 1、a 2、a 3。
[0126]作為RF高頻電 壓Vl和RF低頻電壓V2a到V2d，可以使用由以下表達式(2)表示的正弦波形。
[0127]Vl=VOl ? sin (2 Ji ? fh ? t)
[0128]V2a=V02 ? sin (2 Ji ? fl ? t)
[0129]V2b=V02 ? sin (2 Ji ? fl ? t+a I)
[0130]V2c=V02 ? sin (2 ? f I ? t+a 2)
[0131 ] V2d=V02 ? sin (2 ? f I ? t+a 3)......表達式(2)
[0132]濾波器24到24d (LPF (低通濾波器))防止來自RF高頻電源21的RF高頻電壓Vl被輸入至Ij RF低頻電源22a到22d中。
[0133]過濾器23a到23d (HPF (高通濾波器))防止來自RF低頻電源22a到22d的RF低頻電壓V2a到V2d被輸入到RF高頻電源21中。
[0134]相位調(diào)整器25a調(diào)整來自RF低頻電源22a到22d的RF低頻電壓V2a到V2d的相位差ct 1、a 2、a 3。可以考慮，作為相位差a 1、a 2、a 3，例如采用/2、n、
33i /2” or Ji /2、- 、-3 3i /2” 的組合。
[0135]圖16是圖解施加到電極元件El到E4的電壓波形RFl到RF4的一個實例的圖。電壓波形RFl是RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2a重疊的波形，電壓波形RF2是RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2b重疊的波形，電壓波形RF3是RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2c重疊的波形，以及電壓波形RF4是RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2d重疊的波形。
[0136](變形實例3)
[0137]在上述實施例中，基板電極15、15a分別由兩組電極元件E和四組電極元件E形成，并且具有相位差的RF低頻電壓V2a到V2d被施加到各個組。[0138]相反地，同樣可能的是，基板電極15由三組或者五組以上的電極元件E形成。即使在這種情況下，通過將具有相位差的RF低頻電壓V2施加到各組電極元件，也變得能夠形成電場F并且使得離子II斜入射。
[0139]如果以上被歸納，那么可以認為基板電極15由n組電極元件El到En (第一到第n電極元件組)形成(n:2以上的整數(shù))。此時，例如，電極元件El到En以升序被重復(fù)地布置。此外，來自第一到第n低頻電源的具有不同相位的第一到第n低頻電壓被分別施加到電極元件El到En。
[0140]此時，為了使得施加到相鄰電極元件的低頻電壓之間的相位相差(2 /n),(相位a i= (231 /n) ? i)有助于在晶片W上的均勻的等離子體加工(參照實例)。
[0141](第三實施例)
[0142]圖17是根據(jù)第三實施例的等離子體處理設(shè)備IOd的示意性的構(gòu)造圖。等離子體處理設(shè)備IOd具有室11、排氣口 12、處理氣體導(dǎo)入管13、基座14b、基板電極15、反電極16、電容器17a、17b、晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)18、終端檢測器19、RF高頻電源21、RF低頻電源22a、22b、濾波器23a、23b、24a、24b、相位調(diào)整器25、以及控制單元26。
[0143]注意，如在第二實施例和變形實例中的，還可以的是，基板電極15由三組或者五組以上的電極元件E形成,并且具有相位差的RF低頻電壓V2被施加到各組電極元件。
[0144]與等離子體處理設(shè)備10相比，晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)18、終端檢測器19和控制單元26被添加到等離子體處理設(shè)備10d。
[0145]晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)18相對 于基板電極15相對地旋轉(zhuǎn)晶片W，從而改變晶片W相對于基板電極15的電極元件El、E2的軸向A的方向。該旋轉(zhuǎn)可以是臨時旋轉(zhuǎn)或者連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
[0146]終端檢測器19例如基于等離子體PL的發(fā)射光譜的變化來檢測蝕刻的終止。當層32,31的組成材料不同時，由于這些組成材料中的差異，等離子體PL的發(fā)射光譜被改變，導(dǎo)致可以檢測層32的蝕刻的終止(層31的露出)。
[0147]控制單元26按照處理的推移(終端檢測器19中的檢測結(jié)果或者時移)，控制晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)18和相位調(diào)整器25。
[0148](I)控制單元26可以以以下a)和b)的方式控制晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)18。
[0149]a)旋轉(zhuǎn)晶片W，以使溝槽的方向和圖2中圖解的電極元件El、E2的軸向A彼此一致(方向彼此近似平行)。在那之后，通過進行等離子體加工，可以提高溝槽的加工精度。
[0150]b)在等離子體處理期間連續(xù)地旋轉(zhuǎn)晶片W。通過如上設(shè)計，可以提高加工精度，而不用依賴溝槽的方向。具體地，實現(xiàn)通孔的側(cè)壁的精密加工和垂直加工。
[0151]圖18圖解處理溝槽的側(cè)壁的狀態(tài)，以及圖19圖解處理孔的側(cè)壁的狀態(tài)。層32和掩模33被形成在晶片W上。在圖18中，掩模33具有沿著軸Ay的多個矩形開口 331。在圖19中，掩模33具有多個圓形開口 331。
[0152]通過使得離子II從晶片W上方入射，在圖18中形成溝槽Tr，并且在圖19中形成通孔Bh?；旧?，由于形成在掩模33上的開口 331的形狀的差異，所以在圖18中形成溝槽Tr,并且在圖19中形成通孔Bh。
[0153]這里，對應(yīng)于第一和第二實施例，在圖18中設(shè)定不旋轉(zhuǎn)晶片W。另一方面,對應(yīng)于第三實施例，在圖19中設(shè)定旋轉(zhuǎn)晶片W。此外，在圖18中，設(shè)定軸Ay與圖2和圖15圖解的電極元件E的軸一致。[0154]此時，在圖18中，改變離子II的入射角e，其中，軸Ay被設(shè)定為旋轉(zhuǎn)軸。結(jié)果，離子II被有效地入射在溝槽Tr的側(cè)壁上。如上所述，為了有效地形成溝槽Tr，較佳的是，使得溝槽Tr的開口 331的軸和電極元件E的軸彼此一致，并且不旋轉(zhuǎn)晶片W。
[0155]相反地，在圖19中，旋轉(zhuǎn)晶片W，并且離子II相對于軸Ax的入射角以及相對于軸Ay的入射角是對稱的(離子II從全方向斜入射)。結(jié)果，可以容易地形成相對于晶片W的垂直軸Az對稱的通孔Bh。如上所述，為了形成具有良好形狀的通孔Bh，較佳的是旋轉(zhuǎn)晶片W。
[0156]注意，如將在稍后描述的第五實施例中描述的，在不改變晶片W和基板電極15之間的相對角的情況下，可以通過旋轉(zhuǎn)電場來實現(xiàn)類似的效果。
[0157](2)控制單元26可以以以下方式控制相位調(diào)整器25。
[0158]來自RF低頻電源22a、22b的RF低頻電壓V2a和V2b之間的相位差a被設(shè)定為0，直到溝槽形成的中部為止，此后，相位差a被設(shè)定為除了 0以外的值(例如，/2)。具體地，相位調(diào)整器25按照等離子體處理過程的進展被控制，而且離子II的入射方向從垂直入射的方向被切換到斜入射的方向。
[0159]通過如上設(shè)計，變得能夠?qū)崿F(xiàn)垂直入射出現(xiàn)時的深度方向上的蝕刻速率的確保以及斜入射出現(xiàn)時的錐形減少兩者。斜入射出現(xiàn)時的蝕刻速率小于垂直入射出現(xiàn)時的蝕刻速率。這是因為，當斜入射出現(xiàn)時，與垂直入射出現(xiàn)時相比，離子入射在其上的晶片W上的面積變大，并且每單位面積的入射離子的數(shù)量減少。
[0160]注意，為了切換垂直入射出現(xiàn)的時間和斜入射出現(xiàn)的時間，可以利用由終端檢測器19檢測的層32的蝕刻終止的檢測或者預(yù)定處理時間的經(jīng)過。
[0161](變形實例4到6)
[0162]在下文中，將描述第二實施例的變形實例(變形實例4到6)。變形實例4到6是用于具體地說明在晶片W和基板電極15之間相對地旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。因此，每個變形實例由局部構(gòu)造圖圖解，該局部構(gòu)造圖省略了除了一部分旋轉(zhuǎn)機構(gòu)以外的部分。
[0163](I)變形實例4
[0164]圖20是根據(jù)變形實例4的等離子體處理設(shè)備IOe的局部構(gòu)造圖。等離子體處理設(shè)備IOe具有代替等離子體處理設(shè)備IOd中的基座14b和晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)18的基座141、基板電極塊142和馬達41。
[0165]馬達41被設(shè)置用于旋轉(zhuǎn)基座141，并且具有旋轉(zhuǎn)軸411、轉(zhuǎn)子412、定子413、側(cè)板414以及底板415。
[0166]旋轉(zhuǎn)軸411、轉(zhuǎn)子412以及定子413形成旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。旋轉(zhuǎn)軸411連接到基座141。旋轉(zhuǎn)軸411被形成圓柱形形狀，并且在它的內(nèi)部，設(shè)置基板電極塊142的軸。轉(zhuǎn)子412是設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸411的側(cè)面上的磁體。定子413是被設(shè)置在側(cè)板414之外，以便接近轉(zhuǎn)子412同時使側(cè)板414在轉(zhuǎn)子412和定子413之間的電磁鐵。通過周期地改變定子413的磁場的北極和南極而生成的磁力，轉(zhuǎn)子412相對于定子413旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，室11中(真空側(cè))的旋轉(zhuǎn)軸411和轉(zhuǎn)子412、以及室11之外(大氣側(cè))的定子413互相分離。
[0167]注意，在這種情況下，轉(zhuǎn)子412使用永久磁鐵以及定子413使用電磁鐵，但是，轉(zhuǎn)子412同樣能夠使用電磁鐵以及定子413使用永久磁鐵，或者轉(zhuǎn)子412和定子413兩者都使用電磁鐵。同樣適用于以下變形實例5、6。
[0168]基座141在它的上表面上以保持晶片W的狀態(tài)被連接到旋轉(zhuǎn)軸411，并且通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)被旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)晶片W。
[0169]基座141具有保持基板電極塊142的內(nèi)部空間。
[0170]基板電極塊142被設(shè)置在基座141的內(nèi)部，并且通過被固定到底板415而沒有被旋轉(zhuǎn)。
[0171]電壓波形RF1，RF2 (RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2a重疊的電壓波形、和RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2b重疊的電壓波形)從設(shè)置在室11之外的RF高頻電源21和RF低頻電源22a、22b被提供給室11中的基板電極15。
[0172]通過旋轉(zhuǎn)晶片W，斜的離子從全方向被入射在晶片W上。
[0173](2)變形實例5
[0174]圖21是根據(jù)變形實例5的等離子體處理設(shè)備IOf的局部構(gòu)造圖。等離子體處理設(shè)備IOf具有代替等離子體處理設(shè)備IOd中的基座14b和晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)18的基座141a、基板電極塊142a和馬達41a。
[0175]馬達41a被設(shè)置用于旋轉(zhuǎn)基座141a，并且具有旋轉(zhuǎn)軸411a、轉(zhuǎn)子412、定子413、側(cè)板414、底板415、環(huán)形電極416和刷式電極417。
[0176]旋轉(zhuǎn)軸411a、轉(zhuǎn)子412以及定子413形成旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。旋轉(zhuǎn)軸411a被連接到基板電極塊142a。轉(zhuǎn)子412是設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸411a的側(cè)面上的磁體。定子413是設(shè)置在側(cè)板414之外，以便接近轉(zhuǎn)子412同時使側(cè)板414在轉(zhuǎn)子412和定子413之間的電磁鐵。通過周期地改變定子413的磁場的北極和南極而生成的磁力，轉(zhuǎn)子412相對于定子413旋轉(zhuǎn)。結(jié)果,室11中(真空側(cè))的旋轉(zhuǎn)軸411a和轉(zhuǎn)子412、以及室11之外(大氣側(cè))的定子413互相分離。
[0177]環(huán)形電極416和刷式電極417被設(shè)置用于通過在它們相對于彼此滑動的狀態(tài)下開始彼此接觸，來確保在旋轉(zhuǎn)軸411a的旋轉(zhuǎn)期間相對于基板電極15的電連接。環(huán)形電極416是通過被固定到旋轉(zhuǎn)軸411a的外周而設(shè)置的環(huán)形的電極。刷式電極417是在旋轉(zhuǎn)軸411a的旋轉(zhuǎn)期間，通過相對于環(huán)形電極416進行滑動而開始與環(huán)形電極416接觸的刷形的電極。
[0178]電壓波形RF1、RF2 (RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2a重疊的電壓波形、以及RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2b重疊的電壓波形)經(jīng)由刷式電極417和環(huán)形電極416，從設(shè)置在室11之外的RF高頻電源21和RF低頻電源22a、22b被提供給室11中的基板電極15。
[0179]基座141a具有用于保持基板電極塊142a的內(nèi)部空間?；?41a通過被固定到室11而不旋轉(zhuǎn)。
[0180]基板電極塊142a被設(shè)置在基座141a的內(nèi)部。基板電極塊142a被連接到旋轉(zhuǎn)軸411a，并且被旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，基板電極15被旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)。
[0181]通過旋轉(zhuǎn)基板電極15，在晶片W上生成的電場分布被旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致斜的離子從全方向被入射在晶片W上。
[0182]注意，等離子體處理設(shè)備IOf可以具有靜電夾盤。在這種情況下，直流電壓經(jīng)由刷式電極被提供給靜電夾盤，如在接下來的變形實例6中將描述的。
[0183](3)變形實例6
[0184]圖22是根據(jù)變形實例6的等離子體處理設(shè)備IOg的局部構(gòu)造圖。等離子體處理設(shè)備IOg具有代替等離子體處理設(shè)備IOd中的基座14b以及晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)18的基座141b、基板電極塊142b、馬達4Ib、靜電夾盤42、直流電源43、以及冷卻介質(zhì)供應(yīng)單元44。
[0185]馬達41b被設(shè)置用于旋轉(zhuǎn)基座141，并且具有旋轉(zhuǎn)軸411、轉(zhuǎn)子412、定子413、側(cè)板414、底板415、環(huán)形電極416a、刷式電極417a、以及開口 418。
[0186]旋轉(zhuǎn)軸411、轉(zhuǎn)子412以及定子413形成旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的構(gòu)造、操作等等基本上類似于變形實例4中的那些，因此將省略它們的詳細解釋。
[0187]環(huán)形電極416a和刷式電極417a被設(shè)置用于通過在它們相對于彼此滑動的狀態(tài)下開始彼此接觸，來確保在旋轉(zhuǎn)軸411的旋轉(zhuǎn)期間相對于靜電夾盤42的內(nèi)部電極的電連接。環(huán)形電極416a是通過被固定到旋轉(zhuǎn)軸411的外周而設(shè)置的環(huán)形的電極。刷式電極417a是在旋轉(zhuǎn)軸411的旋轉(zhuǎn)期間，通過相對于環(huán)形電極416a進行滑動而開始與環(huán)形電極416a接觸的刷形的電極。
[0188]靜電夾盤42被設(shè)置用于靜電吸引晶片W，并且具有多個開口 421。靜電夾盤42的內(nèi)部電極是一種網(wǎng)格狀電極，并且起到具有多個開口的吸引電極的作用。
[0189]圖23和圖24是各自圖解靜電夾盤42的內(nèi)部電極的一個實例的平面圖。在圖23中，正方形開口(空隙)421在垂直和水平的兩個方向上布置成行(一種網(wǎng)格狀電極)。在圖24中，矩形(線狀)開口(空隙)421布置成行(一種線狀電極)。在圖23和圖24中，矩形開口分別被布置在兩個方向和一個方向上。
[0190]圖24圖解的線狀開口 421適合于如第一和第二實施例中描述的,基座14、基板電極15等等沒有被旋轉(zhuǎn)的情況。在這種情況下，較佳地使得開口 421的軸與電極元件E的軸一致(參考圖2、圖5和圖18)。
[0191]在這種情況下，開口 421的形狀被設(shè)定為矩形形狀，但是，同樣能夠采用圓形開口、橢圓形開口等等，來代替矩形開口。
[0192]如圖23和圖24圖解的，開口 421具有寬度G。如稍后將描述的，寬度G較佳的是2 至Ij 5mm。
[0193]直流電源43將直流電壓供應(yīng)到靜電夾盤42的內(nèi)部電極，從而使得靜電夾盤42靜電吸引晶片W。來自直流電源43的直流電壓經(jīng)由刷式電極417a和環(huán)形電極416a被供應(yīng)給基座141b中的靜電夾盤42的內(nèi)部電極。
[0194]冷卻介質(zhì)供應(yīng)單元44供應(yīng)用于冷卻晶片W的冷卻介質(zhì)C。從慣性、導(dǎo)熱性等等的觀點出發(fā)，較佳的是例如使用He作為冷卻介質(zhì)C。
[0195]基座141b具有用于導(dǎo)入冷卻介質(zhì)C的開口 421。底板415具有用于將冷卻介質(zhì)C導(dǎo)入到基座141b中的開口 418。從冷卻介質(zhì)供應(yīng)單元44供應(yīng)的冷卻介質(zhì)C經(jīng)過開口 418和基座141b的內(nèi)部，以通過開口 143被供應(yīng)到晶片W的后表面,從而冷卻晶片W。使晶片W冷卻之后的冷卻介質(zhì)C在室11中被釋放，并且從排氣口 12被排出到外部。
[0196](4)變形實例7
[0197]還可以認為，為了使得基座14保持晶片W，用于導(dǎo)入離子的低頻電壓和用于靜電吸引的直流電壓被重疊，以施加于基板電極15。例如，在第一到第三實施例中，來自一個直流電源的直流電壓被重疊在低頻電壓上，以施加于基板電極15。在這種情況下，基板電極15還起到用于靜電夾盤的內(nèi)部電極的作用，因此并不需要圖22圖解的靜電夾盤42。
[0198]此時，例如，來自圖14圖解的RF低頻電源22a到22d的RF低頻電壓V2a到V2d有可能經(jīng)由直流電源流到其他組的電極元件El到E4中。為了防止該流入，較佳的是，將切斷交流成分的濾波器機構(gòu)添加到直流電源。例如，該濾波器機構(gòu)可以由電容和電感形成。
[0199]注意，當如變形實例4到6描述的在晶片W和基板電極15之間相對地旋轉(zhuǎn)時，變得難以通過使用基板電極15來吸引晶片W。在這種情況下，較佳的是，如變形實例6描述的，在晶片W附近設(shè)置用于靜電吸引的電極(靜電夾盤42的內(nèi)部電極)。
[0200](第四實施例)
[0201]圖25是根據(jù)第四實施例的等離子體處理設(shè)備IOh的示意性的構(gòu)造圖。等離子體處理設(shè)備IOh具有室11、排氣口 12、處理氣體導(dǎo)入管13、基座14c、基板電極15c、反電極16、終端檢測器19、RF高頻電源21、RF低頻電源22a、22b、濾波器23a、23b、24a、24b、相位調(diào)整器25、控制單元26c、以及開關(guān)SW1、SW2。注意，為了較容易的查看，省略電容器的說明。
[0202]注意，還可能的是，如第二實施例和變形實例中的，基板電極15由三組或者五組以上的電極元件形成，并且具有相位差的RF低頻電壓V2被施加到各組電極元件。
[0203]與等離子體處理設(shè)備IOd相比，等離子體處理設(shè)備IOh不具有晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)18，并且使用基板電極15c來代替基板電極15
[0204]圖26是圖解基板電極15c的構(gòu)造的一個實例的立體圖?；咫姌O15c由電極元件E11、E12和電極元件E21、E22形成，其中電極元件Ell、E12被布置在電極元件E21、E22上。這里，可以認為電極元件Ell、E12形成第一基板電極，并且電極元件E21、22形成第二基板電極。具體地，基板電極15c具有這些第一和第二基板電極。
[0205]電極元件E11、E12對應(yīng)于第一實施例中的電極元件El、E2，并且沿著軸向Al被交
替地布置。
[0206]電極元件E21、E22在電極元件E11、E12下方沿著軸向A2被交替地布置。這些軸向A1、A2是相互不同的(例如，這些方向是彼此垂直的)。
[0207]控制單元26c可以使得開關(guān)SW1、SW2將來自RF高頻電源21和RF低頻電源22a、22b的RF高頻電壓Vl和RF低頻電壓V2a、V2b的輸入的目的地切換到電極元件Ell、E12或者電極元件E21、E22。具體地,進行切換，以將電極元件E11、E12或者電極元件E21、E22設(shè)定為實質(zhì)上的基板電極。
[0208]如上所述，開關(guān)SWl、SW2通過切換第一和第二基板電極(電極元件Ell、E12和電極元件E21、E22)來施加RF高頻電壓Vl和多個RF低頻電壓V2a、V2b。這意味著開關(guān)SW1、SW2起開關(guān)單元的作用。
[0209]因為電極元件Ell、E12的軸向Al不同于電極元件E21、E22的軸向A2，所以盡管沒有設(shè)置晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)18，但是也變得能夠相對地旋轉(zhuǎn)晶片W和離子II的入射方向。具體地，變得能夠應(yīng)對通孔的側(cè)壁的精密加工(垂直加工)。
[0210](第五實施例)
[0211]圖27是根據(jù)第五實施例的等離子體處理設(shè)備IOi的示意性的構(gòu)造圖。等離子體處理設(shè)備IOi具有室11、排氣口 12、處理氣體導(dǎo)入管13、基座14d、基板電極15d、反電極16、移位寄存器51、控制單元52、電容器17a到17d、RF高頻電源21、RF低頻電源22a到22d、濾波器23a到23d和24a到24d、以及相位調(diào)整器25a。
[0212]圖28是圖解從上方看到基板電極15d的狀態(tài)的平面圖?；咫姌O15具有電極元件Exy，電極元件Exy在垂直和水平的兩個方向上被布置成行。這里，盡管電極元件Exy被布置在彼此正交的垂直和水平的兩個方向上，但是方向不一定需要彼此正交。如果電極元件Exy在相互不同的第一和第二方向上被布置成行，那么是沒問題的。
[0213]這里，當從上方看時，電極元件Exy具有矩形形狀，但是，它還可以被形成為具有圓形形狀。
[0214]移位寄存器51選擇電極元件Exy，以使電極元件Exy被分類到彼此平行(布置在大致相同方向9上)的四組Gl到G4 (線狀組)中。移位寄存器51起選擇單元的作用，該選擇單元從多個電極元件選擇沿著一個方向布置的多個電極元件組。四個組Gl到G4被連接到RF低頻電源22a到22d。作為四組Gl到G4，可以選擇按照方向0的多個組Gll到G14、G21 到 G24、.? ?、Gnl 到 Gn4。
[0215][0190]圖29A到圖29D圖解電極元件Exy被分類成(選擇為)方向0分別對應(yīng)于
O。,45° ,90° 和 135。的組 Gll 到 G14，組 G21 到 G24，組 G31 到 G34，和組 G41 到 G44 的情況。
[0216]在這種情況下，移位寄存器51選擇第一到第四電極元件組(組Gll到G14，組G21到G24，組G31到G34，和組G41到G44)中的任何電極元件組，第一到第四電極元件組分別沿著第一方向(0°方向)、第二方向(90°方向)、作為第一和第二方向之間的中間方向的第三方向(45°方向)、以及作為第二和第一方向之間的中間方向的第四方向(135°方向)被布置。
[0217]這里，盡管第三方向被設(shè)定為完全地在第一和第二方向之間的方向，但是同樣能夠設(shè)定第一和第二方向之間的任意的中間方向。此外，同樣能夠設(shè)定第二和第一方向之間的任意的中間方向作為第四方向。此外，同樣能夠設(shè)定第一和第二方向之間的多個中間方向。
[0218]控制單元52控制移位寄存器51來改變電極元件Exy的分組，以便方向0順序地旋轉(zhuǎn)。例如，設(shè)定周期地和重復(fù)地選擇圖29A到圖29D中的組Gll到G14，組G21到G24，組G31到G34，以及組G41到G44。這意味`著其中電極元件Exy被分組的方向0旋轉(zhuǎn)。組Gll到G14對應(yīng)于0等于0°和0等于180°的兩種情況，以便在組G41到G44的選擇之后選擇組Gll到G14時，這意味著來自基板電極15的電場被旋轉(zhuǎn)。
[0219]通過旋轉(zhuǎn)線狀組，在晶片W上生成的電場分布被旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致斜的離子從全方向被入射在晶片W上。具體地，變得能夠?qū)崿F(xiàn)類似于晶片W被旋轉(zhuǎn)時實現(xiàn)的效果。
[0220](實例)
[0221]將描述實例。圖30A到圖30C、圖31A和圖31B是曲線圖，這些曲線圖各自圖解入射在等離子體處理設(shè)備10中的晶片W上的離子II的角度分布的等離子體模擬的結(jié)果。通過使用市場上買得到的軟件(VizGlow)來進行上述模擬。RF低頻電壓的一個周期上的離子II的入射量被積分，以計算入射在基板上的離子的角度分布。圖32是圖解晶片W上的位置Pl到P6 (離子II的入射位置)的示意性的截面圖。
[0222]如圖32圖解的，在這種情況下，使用具有150毫米半徑r0的晶片W，并且作為基板電極15，各自具有4毫米直徑R并且大致圓柱形的電極元件E被布置為它們之間設(shè)置有5毫米的間隔D (中心軸之間的距離)。從晶片W的中心C到晶片W上的各個位置Pl到P6的距離L是70、71、72、73、74和75mm。位置PU P6分別位于兩個電極元件E的軸上的，并且其他位置P2到P5是設(shè)置在位置Pl和P6之間。距離L是72.5mm的部分是從這些電極元件到該部分的距離相等的部分，并且是位置P3和P4之間的中間位置。
[0223]注意，其他電極元件E中的離子的角度分布類似于距離L是70到75mm時的角度分布。具體地，可以認為，通過反映電極元件E的布置的周期性，離子的角度分布在對應(yīng)于間隔D的周期中變化。因此，通過將位置Pl到P6處的分析結(jié)果設(shè)定為有代表性的，來指示入射角分布的晶片W上的一致性。
[0224]在圖30A到圖30C中的每一個中，電極元件E被分類到交替布置的兩個組中，而且具有O、/2或者Ji的相位差a的RF低頻電壓V2a、V2b被施加。在圖31A中，電極元件E被分類到順序布置的三個組中，并且具有2 /3,4 /3的相位差a 1、a 2的RF低頻電壓V2a，V2b，V2c被施加。在圖31B中，電極元件E被分類到順序布置的四個組中，并且具有31 /2、31、3 31 /2的相位差a I到a 3的RF低頻電壓V2a到V2d被施加。
[0225](I)當兩組電極元件中的相位差a是0時(圖30A)
[0226]當兩組電極元件中的相位差a是0時，具有相同相位的RF低頻電壓V2被施加到所有的電極元件。在這種情況下，離子Ii的入射角e在所有的位置Pi到P6大致是o(離子II被大致垂直地入射)。在這種情況下，獲得大致類似于沒有劃分基板電極15時的結(jié)果。具體地，該結(jié)果類似于在圖5中圖解的等離子體處理設(shè)備IOx (通常的平板電極RIE (活性離子蝕刻)設(shè)備)中獲得的結(jié)果。
[0227]注意，離子II的入射角0具有大約-2到大約2°的分布的理由是因為有熱波動的影響(離子II具有隨機的熱速度成分)。
[0228](2)當兩組電極元件中的相位差a是Ji/2時(圖30B)
[0229]當兩組電極元件中的相位差a是Ji /2時，垂直地入射離子II在位置P2到P5被減少，并且離子II以正負入射角0 (大約-15到大約15° )被交替地入射?？梢哉J為，這是因為在電極兀件之間有相位差，所以生成在垂直于軸向A的方向上的電場F。
[0230]相反地，當與圖30A相比時，很難說垂直地入射離子II在位置P1、P6(電極元件的中心軸上)被減少。具體地，位置P1、P6是一種奇異點，其中，離子II的斜入射的量少。
[0231]可以如下考慮它們的理由。具體地，在這種情況下，在相反方向上的電場F在左邊相鄰和右邊相鄰的各個電極元件E之間起作用?？梢哉J為，在相反方向上的電場F在電極元件E的軸的正上方的位置被平衡，導(dǎo)致難以生成在垂直于軸向A的方向Ah (參考圖2)上的電場F。如果沒有生成電場F，那么除了熱波動成分之外的離子II的斜入射實際上沒有出現(xiàn)(僅僅垂直入射出現(xiàn))。
[0232](3)當兩組電極元件中的相位差a是Ji時(圖30C)
[0233]當兩組電極元件中的相位差a是Ji時，垂直地入射離子II在位置P2到P5被減少，并且離子II以正負入射角0 (大約-30到大約30° )被交替地入射。該入射角0大于在圖30B的情況下的入射角。
[0234]相反地，類似于圖30B，很難說垂直地入射離子II在位置P1、P6 (電極元件的中心軸上)被減少?？梢哉J為，它們的的理由是因為在相反方向上的電場F在電極元件E的軸的正上方的位置處被平衡，類似于(2)。
[0235](4)在三組電極元件的情況下(圖31A)
[0236]在三組電極元件的情況下，垂直地入射離子II在所有的位置Pl到P6被減少。(電極元件的中心軸上的)位置P1、P6同樣不是奇異點。離子II大致以正負入射角0(大約-8到大約8° )被交替地入射。
[0237](5)在四組電極元件的情況下(圖31B)
[0238]在四組電極元件的情況下，垂直地入射離子II在所有的位置Pl到P6被減少。(電極元件的中心軸上的)位置P1、P6同樣不是奇異點。離子II大致以正負入射角0 (大約-10到大約10° )被交替地入射。
[0239]如上所述，通過將電極元件的組的數(shù)量(基板電極15的劃分的數(shù)量)增加到2、3、4，并且通過施加具有相位差的RF低頻電壓V2，離子II變得能夠從溝槽的兩個方向斜入射在晶片上的所有的位置。
[0240]當組的數(shù)量是二時，在電極元件的中心軸上生成斜入射離子II的數(shù)量小的奇異點，但是當組的數(shù)量是三個以上時，該趨勢下降。具體地，為了消除奇異點，特別理想的是，將組的數(shù)量設(shè)定為三個以上。如實例中描述的，均勻的斜入射可以出現(xiàn)在具有300毫米直徑(150毫米半徑r0)的晶片W上。
[0241]當組的數(shù)量是四個時，離子II的分布的位置Pl到P6的相關(guān)性被進一步減少?？梢哉J為，組的數(shù)量越多，離子II的分布的位置相關(guān)性越小。
[0242](6)當電壓在四組電極元件的情況下改變時(圖33A到圖33C)
[0243]將描述在四組電極元件的情況下改變RF低頻電壓的電壓V02 (參考表達式(2))的情況。圖33A到圖33C是曲線圖，這些曲線圖圖解在四組電極元件中，當電壓V02被設(shè)定為2000V、1000V、500V時，入射在等離子體處理設(shè)備10中的晶片W上的離子II的角度分布的等離子體模擬的結(jié)果。
[0244]如圖33A到圖33C圖解的，有離子II的入射角0在電壓V02被增加時增加的趨勢。當從500V到2000V的電壓V02被施加時，入射角0從大約2到3°改變?yōu)榇蠹s10°。具體地，通過控制RF低頻電源22a到22d的電壓V02，可以改變離子II的入射角0。
[0245](7)當晶片W相對于基板電極15相對地旋轉(zhuǎn)時
[0246]將描述晶片W相對于基板電極15相對地旋轉(zhuǎn)的情況。如上所述，可以說在第三到第五實施例和變形實例4到6中，晶片W相對于基板電極15相對地旋轉(zhuǎn)。在第四和第五實施例中，基板電極15和晶片W它們自己并不旋轉(zhuǎn)，但是，因為施加到晶片W的電場的方向被改變，所以這個情況基本上類似于基板電極15旋轉(zhuǎn)的情況。
[0247]盡管沒有圖解，但是根據(jù)模擬，晶片W等等被旋轉(zhuǎn)時的結(jié)果大致類似于晶片W沒有旋轉(zhuǎn)時的平均結(jié)果(圖30A到圖30C,圖31A,圖31B,圖33A到圖33C)。
[0248](8)靜電夾盤42的內(nèi)部電極的空隙大小(開口 421的寬度)G的影響。
[0249]圖34A到圖34E是曲線圖，這些曲線圖圖解了當靜電夾盤42的內(nèi)部電極的空隙大小(開口 421的寬度)G (內(nèi)部電極的寬度)被改變時，入射在等離子體處理設(shè)備10中的晶片W上的離子II的角度分布的等離子體模擬的結(jié)果。
[0250]圖34A到圖34E對應(yīng)于沒有設(shè)置靜電夾盤42的內(nèi)部電極、并且空隙尺寸G分別是
4、2、1、0毫米(對應(yīng)于內(nèi)部電極尺寸1、3、4、5毫米)的情況。圖35是圖解此時晶片W上的靜電夾盤42的示意性的截面圖。這里，基板電極15的電極元件E被布置在靜電夾盤42的開口 421的中心上。
[0251]如圖34A到圖34E圖解的，當靜電夾盤42的空隙大小G變成2mm以下時，離子II的入射角9的分布劣化。在空隙大小G到2mm為止的情況和靜電夾盤(DC電極)42沒有被設(shè)置的情況之間沒有大的差異。
[0252]如上所述，較佳的是，例如電極元件E之間的間隔D被設(shè)定為5mm以下。當這個被考慮到時，較佳的是，將靜電夾盤42的空隙大小(開口 421的寬度)設(shè)定為2mm到5mm。[0253]雖然已經(jīng)描述了某些實施例，但是這些實施例僅僅是通過舉例而給出的，并不是想要限定本發(fā)明的范圍。實際上，在此描述的新的實施例可以包含在各種其他形態(tài)之中；此夕卜，在沒有違背本發(fā)明的精神的情況下，能夠以在此描述的實施例的形式，作出各種省略、替換和變化。附帶的如權(quán)利要求書和它們的等效物意欲覆蓋這種屬于本發(fā)明的范圍和精神的形式或變形。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體處理設(shè)備，其特征在于，包括: 室; 將處理氣體導(dǎo)入到所述室中的導(dǎo)入部: 設(shè)置在所述室中的基板電極，基板被直接地或者間接地放置在所述基板電極上，并且所述基板電極具有多個電極元件組； 高頻電源，所述高頻電源輸出用于使所述處理氣體離子化以生成等離子體的高頻電壓；以及 多個低頻電源，所述多個低頻電源將多個20MHz以下的低頻電壓施加到所述多個電極元件組中的每一電極元件組，所述多個20MHz以下的低頻電壓具有相互不同的相位，用于導(dǎo)入來自所述等離子體的離子。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于， 所述基板電極包括多個電極元件，所述多個電極元件具有沿著預(yù)定方向的軸。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于， 所述基板電極具有由順序和重復(fù)布置的多個第一到第n個電極元件指定的第一到第n個電極元件組，n是2以上的整數(shù)；并且 所述多個低頻電源具有第一到第n個低頻電源，所述第一到第n個低頻電源將具有不同相位的第一到第n個低頻 電壓施加到所述第一到第n個電極元件組。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于， 施加到相鄰電極元件的低頻電壓之間的相位相差n /2。
5.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于， 施加到相鄰電極元件的低頻電壓之間的相位相差(2 /n), n是3以上的整數(shù)。
6.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于， 所述基板電極具有第一到第四電極元件組；以及 施加到所述第一到第四電極元件組的第一到第四低頻電壓各自的相位是O、土 /2、± 、和 ±3 /2。
7.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于， 相鄰電極元件之間的間隔是5mm以下。
8.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，進一步包括: 第二基板電極，所述第二基板電極包括多個電極元件，所述多個電極元件具有沿著與所述預(yù)定方向不同的方向的軸；以及 切換單元，所述切換單元通過切換所述基板電極和所述第二基板電極，來施加所述高頻電壓和所述多個低頻電壓。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進一步包括: 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使所述基板相對于所述基板電極相對地旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于， 所述基板電極包括多個電極元件，所述多個電極元件在兩個方向上被布置成行；以及 其中，所述設(shè)備進一步包括: 選擇單元，所述選擇單元從所述多個電極元件選擇沿著一個方向布置的所述多個電極元件組；以及控制單元，所述控制單元控制所述選擇單元，以使得所述一個方向被順序地旋轉(zhuǎn)。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于， 所述多個電極元件在相互不同的第一和第二方向上被布置成行； 其中，所述選擇單元選擇沿著所述第一方向布置的多個第一電極元件組、沿著所述第二方向布置的多個第二電極元件組、沿著作為所述第一方向和所述第二方向之間的中間方向的第三方向布置的多個第三電極元件組、以及沿著作為所述第二方向和所述第一方向之間的中間方向的第四方向布置的多個第四電極元件組中的任何電極元件組；和 其中，所述控制單元使得所述選擇單元周期地選擇所述多個第一、第三、第二和第四電極元件組。
12.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進一步包括: 相位調(diào)整器，所述相位調(diào)整器按照等離子體處理過程的進展，改變來自所述多個低頻電源的所述多個低頻電壓的所述相位。
13.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進一步包括: 吸引電極，所述吸引電極被設(shè)置在所述基板和所述基板電極之間，并且具有多個開口 ；和 直流電源將直流電壓施加到所述吸引電極，以使得所述吸引電極吸引所述基板。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于， 所述多個開口中的每一個開口的寬度不少于2mm,也不大于5_。
15.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，進一步包括: 冷卻介質(zhì)供應(yīng)單元，所述冷卻介質(zhì)供應(yīng)單元通過所述開口供應(yīng)用于冷卻所述基板的冷卻介質(zhì)。
16.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于， 所述高頻電源將40MHz以上的所述高頻電壓施加到所述基板電極。
17.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進一步包括: 感應(yīng)線圈，所述高頻電壓被施加到所述感應(yīng)線圈。
18.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，進一步包括: 反電極，所述高頻電壓被施加到所述反電極。
19.一種等離子體處理方法，其特征在于，包括: 將基板直接地或者間接地設(shè)置在等離子體處理設(shè)備中的基板電極上，所述等離子體處理設(shè)備設(shè)置有室，而且所述基板電極被設(shè)置在所述室中，并且具有多個電極元件組； 減小所述室中的壓力并且導(dǎo)入處理氣體； 使所述室中的所述處理氣體離子化，以生成等離子體；以及 將多個20MHz以下的低頻電壓施加到所述多個電極元件組中的每一電極元件組，所述多個20MHz以下的低頻電壓具有相互不同的相位，用于導(dǎo)入來自所述等離子體的離子。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于， 所述基板電極包括多個電極元件，所述多個電極元件具有沿著預(yù)定方向的軸。
【文檔編號】H01L21/3065GK103681196SQ201310443329
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月26日
【發(fā)明者】宇井明生, 林久貴, 富岡和廣, 山本洋, 今村翼 申請人:株式會社東芝