等离子体处理设备和等离子体处理方法
【专利摘要】在一个实施例中，等离子体处理设备包括：室；导入部；反电极；高频电源；和多个低频电源。基板电极被设置在室中，基板被直接地或者间接地放置在基板电极上，并且基板电极具有多个电极元件组。导入部将处理气体导入到室中。高频电源输出用于使处理气体离子化、以生成等离子体的高频电压。多个低频电源将多个20MHz以下的低频电压施加到多个电极元件组中的每一电极元件组，多个20MHz以下的低频电压具有相互不同的相位，用于导入来自等离子体的离子。还提供一种等离子体处理方法。
【专利说明】等离子体处理设备和等离子体处理方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]这个专利申请基于2012年9月26日提交的第2012-212726号日本专利申请以及2013年5月24日提交的第2013-109462号日本专利申请，并要求其优先权的权益，其全部内容通过引用被结合在此。
【技术领域】
[0003]在此描述的实施例大体涉及等离子体处理设备和等离子体处理方法。
【背景技术】
[0004]等离子体处理设备生成等离子体，并且使得等离子体中的离子入射在基板(例如，半导体晶片)上，从而处理该基板。在制造半导体装置的过程中，当入射离子在基板上进行蚀刻时，形成沟槽、通孔、凸出部分等等。
[0005]这里，在制造半导体装置的过程中，为了确保半导体装置的电气性能，重要的是加工形状的精密控制，尤其是沟槽侧壁的垂直加工。
[0006]然而，并不总是容易地进行加工形状的精密控制，并且通常的情况是，沟槽的侧壁不是垂直形成，而是例如锥形的。
[0007]本发明具有提供一种使得容易进行加工形状的精密控制的等离子体处理设备和等离子体处理方法的目的。
【发明内容】
[0008]实施例的等离子体处理设备包括:室；导入部；反电极；高频电源；和多个低频电源。基板电极被设置在室中，基板被直接地或者间接地放置在基板电极上，并且基板电极具有多个电极元件组。导入部将处理气体导入到室中。高频电源输出用于使处理气体离子化、以生成等离子体的高频电压。多个低频电源将多个20MHz以下的低频电压施加到多个电极元件组中的每一电极元件组，多个20MHz以下的低频电压具有相互不同的相位，用于导入来自等离子体的离子。
[0009]根据实施例的等离子体处理设备和等离子体处理方法使得容易进行加工形状的精密控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是根据第一实施例的等离子体处理设备10的示意性的构造图。
[0011]图2是图解基板电极15的构造的一个实例的立体图。
[0012]图3是图解施加到电极元件El、E2的电压波形RF1、RF2的一个实例的图。
[0013]图4是图解入射在晶片W上的离子II的一个实例的示意图。
[0014]图5是根据比较实例的等离子体处理设备IOx的示意性的构造图。
[0015]图6是图解施加到基板电极15x的电压波形RF的一个实例的图。[0016]图7是图解处理之前的晶片W的状态的示意性的截面图。
[0017]图8是在等离子体处理设备IOx中经受处理之后的晶片W的状态的一个实例的示意性的截面图。
[0018]图9是在等离子体处理设备IOx中经受处理之后的晶片W的状态的一个实例的示意性的截面图。
[0019]图10是在等离子体处理设备10中经受处理之后的晶片W的状态的一个实例的示意性的截面图。
[0020]图11是根据变形实例I的等离子体处理设备IOa的示意性的构造图。
[0021]图12是根据变形实例2的等离子体处理设备IOb的示意性的构造图。
[0022]图13是图解感应线圈27的平面图。
[0023]图14是根据第二实施例的等离子体处理设备IOc的示意性的构造图。
[0024]图15是图解基板电极15a的构造的一个实例的立体图。
[0025]图16是图解施加到电极元件El到E4的电压波形RFl到RF4的一个实例的图。
[0026]图17是根据第三实施例的等离子体处理设备IOd的示意性的构造图。
[0027]图18是图解在沟槽的侧壁上进行等离子体处理的状态的图。
[0028]图19是图解在孔的侧壁上进行等离子体处理的状态的图。
[0029]图20是根据变形实例4的等离子体处理设备IOe的局部构造图。
[0030]图21是根据变形实例5的等离子体处理设备IOf的局部构造图。
[0031]图22是根据变形实例6的等离子体处理设备IOg的局部构造图。
[0032]图23和图24是各自图解静电夹盘42的一个实例的图。
[0033]图25是根据第四实施例的等离子体处理设备IOh的示意性的构造图。
[0034]图26是图解基板电极15c的构造的一个实例的立体图。
[0035]图27是根据第五实施例的等离子体处理设备IOi的示意性的构造图。
[0036]图28是图解基板电极15d的构造的一个实例的平面图。
[0037]图29A到图29D是各自图解基板电极15d的选择状态的一个实例的平面图。
[0038]图30A到图30C是各自图解入射在晶片W上的离子II的入射角分布的实例的曲线图。
[0039]图31A到图31B是各自图解入射在晶片W上的离子II的入射角分布的实例的曲线图。
[0040]图32是图解晶片W上的位置Pl到P6的示意图。
[0041]图33A到图33C是各自图解入射在晶片W上的离子II的入射角分布的实例的曲线图。
[0042]图34A到图34E是各自图解入射在晶片W上的离子II的入射角分布的实例的曲线图。
[0043]图35是图解电极元件E和静电夹盘42的位置关系的示意图。
【具体实施方式】
[0044]以下，将参考附图详细描述实施例。
[0045](第一实施例)[0046]图1是根据第一实施例的等离子体处理设备10的示意性的构造图。该等离子体处理设备10是平行板型RIE (活性离子蚀刻)设备。
[0047]等离子体处理设备10使得等离子体PL中的离子II入射在晶片W上，以在晶片W上进行蚀刻，从而形成沟槽、通孔、凸出部分等等。晶片W是基板，该基板例如是半导体(Si，GaAs等等)的基板。
[0048]注意，等离子体处理设备10就使得离子II入射在晶片W上的点而言，与注入离子的离子注入设备是通用的，但是，两种设备的部件就接下来的点而言是不同的。在等离子体处理中，入射离子的能量低于离子注入中的能量(离子注入中是大约IOk到大约500keV，以及等离子体处理中是大约0到大约2000eV)。与离子注入相比，等离子体处理不需要特殊的加速器，并且在等离子体处理中，通过施加到基板电极15的偏置电位来引入来自等离子体PL的离子II。由于这个缘故，与离子注入中的那些相比，等离子体PL和基板电极15在等离子体处理设备10中彼此接近(离子注入中是大约10厘米以上，以及等离子体处理中是大约几厘米以下)。
[0049]等离子体处理设备10具有室11、排气口 12、处理气体导入管13、基座14、基板电极15、反电极16、电容器17a、17b、RF高频电源21、RF低频电源22a、22b、滤波器23a、23b、24a、24b、以及相位调整器25。
[0050]室11维持在晶片W上进行处理所需的环境。
[0051]排气口 12连接到未图解的调压阀和排气泵。从排气口 12排出室11中的气体，导致室11的内部被维持在高真空状态。此外，当从处理气体导入管13导入处理气体时，经由处理气体导入管13流入的气体的流量和经由排气口 12流出的气体的流量是平衡的，导致室11中的压力被保持为恒定。
[0052]处理气体导入管13将在晶片W上进行处理所需的处理气体导入到室11中。该处理气体用于形成等离子体PL。通过放电，处理气体被离子化，以被转化为等离子体PL，而且等离子体PL中的离子II用于在晶片W上进行蚀刻。
[0053]作为处理气体,除了 Ar、Kr、Xe、N2、02、CO、H2等等的气体之夕卜,还能够适当地使用SF6、CF4、C2F6' C4F8' C5F8' C4F6' Cl2, HBr, SiH4' SiF4 等等。
[0054]这里，处理气体可以被分类成为沉积型气体和非沉积型气体。非沉积型气体是当在晶片W上进行处理时仅仅进行蚀刻操作的气体。另一方面，沉积型气体在晶片W进行处理时，不仅进行蚀刻操作，而且还进行形成涂膜(保护膜)的操作。
[0055]通过使用沉积型气体作为处理气体，能够提高蚀刻掩模和蚀刻对象(晶片W等等)之间的蚀刻的选择比。具体地，当使用沉积型气体时，进行蚀刻，在该蚀刻期间，在蚀刻掩模上形成涂膜。由于这个的结果，蚀刻掩模的蚀刻比率被减少，并且可以提高选择比。
[0056]沉积型和非沉积型的分类并不总是绝对的一个。稀有气体(Ar，Kr，Xe)几乎完全不进行形成涂膜的操作，因而可以被认为是纯的非沉积型气体，但是，不管怎样，其他气体可以进行形成涂膜的操作。此外，基于蚀刻掩模和蚀刻对象的材料和形状、处理压力等等的关系，可以改变蚀刻操作和形成涂膜的操作之间的大小关系。
[0057]通常，Ar、Kr、Xe、H2等等可以被举例作为非沉积型气体。
[0058]此外，C2F6、C4F6, C4F8, C5F8, SF6, Cl2, HBr可以被举例作为沉积型气体。
[0059]作为沉积型气体和非沉积型气体之间的中间种类的气体，可以举例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的夹盘。作为夹盘，可以使用力学地保持晶片W的机械夹盘，或者借助于静电力保持晶片W的静电夹盘。注意，将在稍后描述的变形实例6、7中解释静电夹盘的细节。
[0061]基板电极15是近似平板状的电极，被设置在基座14上，并且具有与晶片W的下表面接近或者接触的上表面。具体地，晶片W (基板)被间接地(两者彼此接近)或者直接地(两者互相接触)放置在基板电极15上。
[0062]图2是图解基板电极15的构造的一个实例的立体图。如图2图解的，基板电极15对应于划分电极，该划分电极通过被划分成多个条来被形成并且通过交替布置的两个组的电极元件El、E2 (第一和第二电极元件组)来被构造。
[0063]这里，两组电极元件El、E2的每一组具有沿着轴向A的中心轴以及具有直径R的近似圆柱形，而且电极元件E1、E2彼此近似平行布置，在它们之间设置有间隔D (中心轴之间的距离)。注意，每个电极元件El、E2的形状并不局限于近似圆柱形，并且该形状还可以是近似棱镜形状(例如，近似矩形棱镜形状)。
[0064]此时，较佳的是，间隔D (同样直径R)小到某种程度(例如，间隔D被设定为5毫米以下)。如稍后描述的实例中将说明的，离子II的入射量具有位置依赖性。在电极元件E1、E2的周期布置的影响下，可以认为离子II的入射量在对应于间隔D的周期中变化。由于这个缘故，通过减少间隔D (同样直径R)到某种程度，改进了等离子体处理的一致性(减少离子II的入射量中的变化周期)。
[0065]将RF高频电压Vl和RF低频电压V2a、V2b从RF高频电源21和RF低频电源22a、22b施加到基板电极15。
[0066]将RF高频电压Vl和RF低频电压V2a重叠的电压波形RFl施加到电极元件El。
[0067]将RF高频电压Vl和RF低频电压V2b重叠的电压波形RF2施加到电极元件E2。
[0068]RF高频电压Vl是被施加到电极元件El、E2两者并且用于生成等离子体PL的相对高频的交流电压。RF低频电压V2a、V2b是被分别施加到电极元件El、E2并且用于从等离子体PL引入离子II的相对低频的交流电压。如稍后将描述的，因为RF低频电压V2a和V2b之间有相位差，所以离子II可以从等离子体PL斜地入射在晶片W上。
[0069]反电极16被设置为面对室11中的基板电极15，并且它的一端被设定为接地电位。反电极16和基板电极15形成平行板电极。
[0070]电容器17a、17b表示作为组合从RF高频电源21、RF低频电源22a、22b到晶片W的通道上的电容的结果的组合电容。这些组合电容对应于作为组合各个滤波器23a、23b、24a、24b、匹配装置(未图解)、以及静电夹盘(未图解)的结果的组合电容。
[0071]RF高频电源21生成施加到基板电极15的RF高频电压VI。RF高频电压Vl的频率fh不小于40MHz，也不超过1000MHz，并且更佳地是不少于40MHz，也不超过500MHz (例如，IOOMHz )。
[0072]RF低频电源22a、22b产生施加到基板电极15的RF低频电压V2a、V2b。RF低频电压V2a、V2b的频率fl不小于0.1MHz，也不超过20MHz，并且更佳地是不少于0.5MHz，也不超过14MHz (例如，IMHz )。RF低频电压V2a、V2b具有近似相同的频率，并且具有相位差a (例如，/2, )。[0073]未图解的匹配装置使RF高频电源21和RF低频电源22a、22b的阻抗与等离子体PL的阻抗匹配。
[0074]作为RF高频电压Vl和RF低频电压V2a、V2b，可以使用由以下表达式(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 )......表达式(I)
[0078]滤波器23a、23b (HPF (高通滤波器))防止来自RF低频电源22a、22b的RF低频电压V2a、V2b被输入到RF高频电源21中。滤波器24a、24b (LPF (低通滤波器))防止来自RF高频电源21的RF高频电压Vl被输入到RF低频电源22a、22b中。
[0079]相位调整器25调整来自RF低频电源22a、22b的RF低频电压V2a、V2b的相位差
a。可以认为，例如/2或者被设定作为该相位差a。注意，当考虑RF低频电压V2a、V2b的周期性时，将相位差a设定为3 /2以及将相位差设定为/2基本上是相同的。
[0080]图3是图解施加到电极元件El，E2的电压波形RF1，RF2的一个实例的图(/2相位差)。
[0081](等离子体处 理设备10的操作)
[0082]在进行抽空以及压力达到预定压力(例如，0.01Pa以下)的室11中，通过未图解的携带机构来携带该晶片W。接下来，借助于夹盘，由基座14保持晶片W。此时，基板电极15接近或者开始接触晶片W。
[0083]接下来，从处理气体导入管13导入在晶片W上进行处理所需的处理气体。此时，通过未图解的调压阀和排气泵，被导入到室11中的处理气体以预定速率从排气口 12被排出。结果,室11中的压力被保持为恒定(例如,大约1.0到大约6.0Pa)。
[0084]接下来，将RF高频电压Vl和RF低频电压V2a、V2b从RF高频电源21和RF低频电源22a、22b施加到基板电极15。将RF高频电压Vl和RF低频电压V2a重叠的电压波形RFl施加到电极元件El。将RF高频电压Vl和RF低频电压V2b重叠的电压波形RF2施加到电极元件E2。
[0085]由来自RF高频电源21的RF高频电压Vl控制等离子体PL的密度。由来自RF低频电源22a、22b的RF低频电压V2a、V2b控制入射在晶片W上的离子II的入射能量。通过离子II来蚀刻晶片W，该离子II具有能量值，该能量值等于或者大于晶片W的蚀刻处理中的阈值。
[0086]图4是图解入射在晶片W上的离子II的一个实例的示意图。
[0087]RF低频电压V2a、V2b被施加到电极元件El、E2 (基板电极15)。当在基板电极15和反电极16之间施加RF低频电压V2a、V2b时，生成有方向Ap上的电场(垂直电场)，方向Ap垂直于基板电极15 (晶片W)的平面(参考图2)。结果，等离子体PL中的离子II被导入到基板电极15 (晶片W)中。
[0088]这里，施加到电极元件El、E2的RF低频电压V2a、V2b具有相位差a。由于这个缘故，除了垂直电场之外，在平行于基板电极15 (晶片W)的平面以及平行于方向Ah的方向上生成电场F，方向Ah与电极元件El、E2的轴向A正交(参考图2，图4)。结果，通过对应于电场F，离子II被入射，以具有相对于垂直方向的入射角0 (斜入射)。当离子II斜入射时，变得能够在晶片W上以高精度进行蚀刻。注意，将稍后描述这个细节。
[0089]电场F按照RF低频电压V2a、V2b的周期被振荡。结果，离子II的入射角0按照RF低频电压V2a、V2b的周期被周期地振荡。
[0090]如上所述，沿着轴向A，入射角0在正向的离子以及入射角0在负向的离子被交替地入射在晶片W上。具体地，在本实施例中，以下变得可能。
[0091](I)离子Ii可以以入射角e斜入射在晶片w上。如稍后将描述的，通过使用斜入射离子II，变得能够在形成沟槽或者凸出部分时以高精度进行处理，同时减少锥形。
[0092]特别地，当沿着轴向A形成沟槽或者凸出部分时，入射在沟槽等等的侧壁上的离子II的量增加，导致锥形可以被减少。具体地，较佳的是，使得沟槽或者凸出部分的方向(晶片W上的加工线的方向)以及电极元件El、E2的轴向A彼此一致。
[0093](2)离子II可以沿着轴向A被斜入射在沟槽或者凸出部分的两侧上。结果，有可能减少沟槽的两个侧壁上的锥形。
[0094](比较实例)
[0095]图5是根据比较实例的等离子体处理设备IOx的示意性的构造图。等离子体处理设备IOx具有室11、排气口 12、处理气体导入管13、基座14x、基板电极15x、反电极16、电容器17、RF高频电源21、以及RF低频电源22x。
[0096]基板电极15x不同于基板电极15,并且具有没有设置电极兀件(基板电极15x未被划分)的平板形状。图6是图解施加到基板电极15x的电压波形RF的一个实例的图。来自RF高频电源21的RF高频电压Vl和来自RF低频电源22x的RF低频电压V2被重叠，以施加于基板电极15x，生成等离子体PL并且导入离子II。
[0097]因为基板电极15x未被划分，所以在等离子体处理设备IOx中，没有生成平行于晶片W的平面的电场F。由于这个缘故，仅仅在垂直于晶片W的平面的方向上，从等离子体PL入射离子II，并且基本上，由于热波动，斜入射的离子II几乎不存在。结果，难以使用斜入射离子II进行精密的加工。
[0098](实施例和比较实例之间的比较)
[0099]在下文中，将描述根据实施例的等离子体处理设备10以及根据比较实例的等离子体处理设备IOx中的蚀刻的结果的差异。
[0100]图7是图解在等离子体处理设备中经受处理之前的一部分晶片W的放大截面图。在晶片W上，形成层31、32以及掩模33。层31、32的材料是不同的材料，例如是SiO2和Si。掩模33的材料例如是与层32相比难以被蚀刻的防蚀剂或者Si02。
[0101]图8和图9是各自图解在等离子体处理设备IOx中这种晶片W被蚀刻之后的状态的放大截面图。图8图解非沉积型气体被用作处理气体的情况，以及图9图解沉积型气体被用作处理气体的情况。
[0102]如图8图解的，当非沉积型气体被用作处理气体时，因为掩模33和层32之间的选择比小，所以掩模33的蚀刻量大，而且变得难以在层32上进行精密的处理。
[0103]如图9图解的，当沉积型气体被用作处理气体时，因为掩模33和层32之间的选择比大，所以导致掩模33的蚀刻量变小。然而，在斜的方向上容易地蚀刻层32 (蚀刻侧面是锥形的)。这是因为由于沉积型气体而在侧面上形成保护膜，同时，该侧面难以受到由垂直入射的离子II所进行的蚀刻操作。如上所述，尤其，当使用沉积型气体时，变得能够增加选择比，但是，难以进行垂直加工(精密加工)。
[0104]此外，撞击蚀刻侧面(沟槽的侧壁)的离子II的数量是少的，以致容易地沉积残渣或者粘附物，这同样使得难以进行精密加工。
[0105]图10是图解在等离子体处理设备10中蚀刻晶片W之后的状态的放大截面图。这里，图解沉积型气体被用作处理气体的情况。通过使用沉积型气体作为处理气体，掩模33和层32之间的选择比变大，导致掩模33的蚀刻量小。
[0106]此外，层32被垂直蚀刻(蚀刻侧面不是锥形的)。离子II斜入射在蚀刻侧面(沟槽的侧壁)两侧上，以致侧面上的锥形减小。
[0107]这里，在形成沟槽的所有处理中，不需要使用斜入射离子II。同样可能的是，离子II垂直入射，直到沟槽形成的中部，此后，离子II斜入射。具体地，同样可能的是，相位调整器25按照等离子体处理过程的进展来调整相位a。注意，将在第三和第四实施例中描述它的细节。
[0108]如上所述，在本实施例中，离子II可以以入射角0斜入射在晶片W上。结果，变得能够进行精密的蚀刻加工，在该精密蚀刻加工中，容易进行侧壁上的垂直加工，并且残渣难以余留在侧壁上。
[0109](变形实例I)
[0110]图11是根据变形实例I的等离子体处理设备IOa的示意性的构造图。等离子体处理设备IOa具有室11、排气口 12、处理气体导入管13a、基座14、基板电极15、反电极16a、电容器17a、17b、RF高频电源21、RF低频电源22a、22b、滤波器23、24a、24b、以及相位调整器25。
[0111]反电极16a是所谓的花洒，并且具有内部空间和多个开口。处理气体从处理气体导入管13a被导入，经过反电极16a的内部，然后从反电极16a的多个开口被导入到室11中。具体地，反电极16a起到将处理气体导入到室11中的导入部的作用。
[0112]变形实例I与第一实施例的不同之处在于，RF高频电源21不是电连接到基板电极15，而是电连接到反电极16a。具体地，虽然基板电极15在第一实施例中更合适用来生成等离子体PL，但是反电极16a在变形实例I中也用来生成等离子体PL。
[0113]在其他点上，变形实例I没有很大程度上不同于第一实施例，因此将省略它们的其他解释。
[0114](变形实例2)
[0115]图12是根据变形实例2的等离子体处理设备IOb的示意性的构造图。等离子体处理设备IOb具有室I lb、排气口 12、处理气体导入管13、基座14、基板电极15、反电极16a、电容器17a、17b、RF高频电源21、RF低频电源22a、22b、滤波器23、24a、24b、相位调整器25、窗口 111以及感应线圈27。图13图解从图12上方看到的感应线圈27的状态。
[0116]等离子体处理设备IOb与等离子体处理设备IOa的不同之处在于，它没有反电极16，而是具有窗口 111和感应线圈27。
[0117]窗口 111使室Ilb的内部与大气隔离，而且来自感应线圈27的磁场通过窗口 111。作为窗口 111，例如使用诸如石英的非磁性材料的平板。
[0118]感应线圈27被设置在室Ilb之外。当来自RF高频电源21的高频电压被施加到感应线圈27时，生成变化的磁场，导致室Ilb中的处理气体被离子化，并且生成等离子体PL。[0119]在其他点上，变形实例2没有很大程度上不同于第一实施例，因此将省略它们的其他解释。
[0120]在第一实施例和变形实例1、2中的每个中，借助于40MHz以上的RF高频电压VI，可以使处理气体离子化，以生成等离子体。具体地，如变形实例1、2图解的，即使在没有将RF高频电压Vl施加到基板电极15的情况下生成等离子体PL的情况中，也可以通过使用该基板电极15来控制离子II的入射角。
[0121](第二实施例)
[0122]图14是根据第二实施例的等离子体处理设备IOc的示意性的构造图。等离子体处理设备IOc具有室11、排气口 12、处理气体导入管13、基座14a、基板电极15a、反电极16、电容器17a到17d、RF高频电源21、RF低频电源22a到22d、滤波器23a到23d和24a到24d、以及相位调整器25a。
[0123]图15是图解基板电极15a的构造的一个实例的立体图。
[0124]在等离子体处理设备10中，基板电极15由两组电极元件E1、E2形成。相反地，在等离子体处理设备IOc中，基板电极15a由四组电极元件El到E4 (第一到第四电极元件组)形成。通过将形成基板电极15a的电极元件分类成为较小的群，可以更加精细地控制电场F，并且控制离子II的入射。
[0125]RF低频电源22a到22d分别将RF低频电压V2a到V2d施加到电极元件El到E4。基于RF低频电压V2a，RF低频电压V2a到V2d具有相位差a 1、a 2、a 3。
[0126]作为RF高频电 压Vl和RF低频电压V2a到V2d，可以使用由以下表达式(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)......表达式(2)
[0132]滤波器24到24d (LPF (低通滤波器))防止来自RF高频电源21的RF高频电压Vl被输入至Ij RF低频电源22a到22d中。
[0133]过滤器23a到23d (HPF (高通滤波器))防止来自RF低频电源22a到22d的RF低频电压V2a到V2d被输入到RF高频电源21中。
[0134]相位调整器25a调整来自RF低频电源22a到22d的RF低频电压V2a到V2d的相位差ct 1、a 2、a 3。可以考虑，作为相位差a 1、a 2、a 3，例如采用/2、n、
33i /2” or Ji /2、- 、-3 3i /2” 的组合。
[0135]图16是图解施加到电极元件El到E4的电压波形RFl到RF4的一个实例的图。电压波形RFl是RF高频电压Vl和RF低频电压V2a重叠的波形，电压波形RF2是RF高频电压Vl和RF低频电压V2b重叠的波形，电压波形RF3是RF高频电压Vl和RF低频电压V2c重叠的波形，以及电压波形RF4是RF高频电压Vl和RF低频电压V2d重叠的波形。
[0136](变形实例3)
[0137]在上述实施例中，基板电极15、15a分别由两组电极元件E和四组电极元件E形成，并且具有相位差的RF低频电压V2a到V2d被施加到各个组。[0138]相反地，同样可能的是，基板电极15由三组或者五组以上的电极元件E形成。即使在这种情况下，通过将具有相位差的RF低频电压V2施加到各组电极元件，也变得能够形成电场F并且使得离子II斜入射。
[0139]如果以上被归纳，那么可以认为基板电极15由n组电极元件El到En (第一到第n电极元件组)形成(n:2以上的整数)。此时，例如，电极元件El到En以升序被重复地布置。此外，来自第一到第n低频电源的具有不同相位的第一到第n低频电压被分别施加到电极元件El到En。
[0140]此时，为了使得施加到相邻电极元件的低频电压之间的相位相差(2 /n),(相位a i= (231 /n) ? i)有助于在晶片W上的均匀的等离子体加工(参照实例)。
[0141](第三实施例)
[0142]图17是根据第三实施例的等离子体处理设备IOd的示意性的构造图。等离子体处理设备IOd具有室11、排气口 12、处理气体导入管13、基座14b、基板电极15、反电极16、电容器17a、17b、晶片旋转机构18、终端检测器19、RF高频电源21、RF低频电源22a、22b、滤波器23a、23b、24a、24b、相位调整器25、以及控制单元26。
[0143]注意，如在第二实施例和变形实例中的，还可以的是，基板电极15由三组或者五组以上的电极元件E形成,并且具有相位差的RF低频电压V2被施加到各组电极元件。
[0144]与等离子体处理设备10相比，晶片旋转机构18、终端检测器19和控制单元26被添加到等离子体处理设备10d。
[0145]晶片旋转机构18相对 于基板电极15相对地旋转晶片W，从而改变晶片W相对于基板电极15的电极元件El、E2的轴向A的方向。该旋转可以是临时旋转或者连续旋转。
[0146]终端检测器19例如基于等离子体PL的发射光谱的变化来检测蚀刻的终止。当层32,31的组成材料不同时，由于这些组成材料中的差异，等离子体PL的发射光谱被改变，导致可以检测层32的蚀刻的终止(层31的露出)。
[0147]控制单元26按照处理的推移(终端检测器19中的检测结果或者时移)，控制晶片旋转机构18和相位调整器25。
[0148](I)控制单元26可以以以下a)和b)的方式控制晶片旋转机构18。
[0149]a)旋转晶片W，以使沟槽的方向和图2中图解的电极元件El、E2的轴向A彼此一致(方向彼此近似平行)。在那之后，通过进行等离子体加工，可以提高沟槽的加工精度。
[0150]b)在等离子体处理期间连续地旋转晶片W。通过如上设计，可以提高加工精度，而不用依赖沟槽的方向。具体地，实现通孔的侧壁的精密加工和垂直加工。
[0151]图18图解处理沟槽的侧壁的状态，以及图19图解处理孔的侧壁的状态。层32和掩模33被形成在晶片W上。在图18中，掩模33具有沿着轴Ay的多个矩形开口 331。在图19中，掩模33具有多个圆形开口 331。
[0152]通过使得离子II从晶片W上方入射，在图18中形成沟槽Tr，并且在图19中形成通孔Bh。基本上，由于形成在掩模33上的开口 331的形状的差异，所以在图18中形成沟槽Tr,并且在图19中形成通孔Bh。
[0153]这里，对应于第一和第二实施例，在图18中设定不旋转晶片W。另一方面,对应于第三实施例，在图19中设定旋转晶片W。此外，在图18中，设定轴Ay与图2和图15图解的电极元件E的轴一致。[0154]此时，在图18中，改变离子II的入射角e，其中，轴Ay被设定为旋转轴。结果，离子II被有效地入射在沟槽Tr的侧壁上。如上所述，为了有效地形成沟槽Tr，较佳的是，使得沟槽Tr的开口 331的轴和电极元件E的轴彼此一致，并且不旋转晶片W。
[0155]相反地，在图19中，旋转晶片W，并且离子II相对于轴Ax的入射角以及相对于轴Ay的入射角是对称的(离子II从全方向斜入射)。结果，可以容易地形成相对于晶片W的垂直轴Az对称的通孔Bh。如上所述，为了形成具有良好形状的通孔Bh，较佳的是旋转晶片W。
[0156]注意，如将在稍后描述的第五实施例中描述的，在不改变晶片W和基板电极15之间的相对角的情况下，可以通过旋转电场来实现类似的效果。
[0157](2)控制单元26可以以以下方式控制相位调整器25。
[0158]来自RF低频电源22a、22b的RF低频电压V2a和V2b之间的相位差a被设定为0，直到沟槽形成的中部为止，此后，相位差a被设定为除了 0以外的值(例如，/2)。具体地，相位调整器25按照等离子体处理过程的进展被控制，而且离子II的入射方向从垂直入射的方向被切换到斜入射的方向。
[0159]通过如上设计，变得能够实现垂直入射出现时的深度方向上的蚀刻速率的确保以及斜入射出现时的锥形减少两者。斜入射出现时的蚀刻速率小于垂直入射出现时的蚀刻速率。这是因为，当斜入射出现时，与垂直入射出现时相比，离子入射在其上的晶片W上的面积变大，并且每单位面积的入射离子的数量减少。
[0160]注意，为了切换垂直入射出现的时间和斜入射出现的时间，可以利用由终端检测器19检测的层32的蚀刻终止的检测或者预定处理时间的经过。
[0161](变形实例4到6)
[0162]在下文中，将描述第二实施例的变形实例(变形实例4到6)。变形实例4到6是用于具体地说明在晶片W和基板电极15之间相对地旋转的机构。因此，每个变形实例由局部构造图图解，该局部构造图省略了除了一部分旋转机构以外的部分。
[0163](I)变形实例4
[0164]图20是根据变形实例4的等离子体处理设备IOe的局部构造图。等离子体处理设备IOe具有代替等离子体处理设备IOd中的基座14b和晶片旋转机构18的基座141、基板电极块142和马达41。
[0165]马达41被设置用于旋转基座141，并且具有旋转轴411、转子412、定子413、侧板414以及底板415。
[0166]旋转轴411、转子412以及定子413形成旋转机构。旋转轴411连接到基座141。旋转轴411被形成圆柱形形状，并且在它的内部，设置基板电极块142的轴。转子412是设置在旋转轴411的侧面上的磁体。定子413是被设置在侧板414之外，以便接近转子412同时使侧板414在转子412和定子413之间的电磁铁。通过周期地改变定子413的磁场的北极和南极而生成的磁力，转子412相对于定子413旋转。结果，室11中(真空侧)的旋转轴411和转子412、以及室11之外(大气侧)的定子413互相分离。
[0167]注意，在这种情况下，转子412使用永久磁铁以及定子413使用电磁铁，但是，转子412同样能够使用电磁铁以及定子413使用永久磁铁，或者转子412和定子413两者都使用电磁铁。同样适用于以下变形实例5、6。
[0168]基座141在它的上表面上以保持晶片W的状态被连接到旋转轴411，并且通过旋转机构被旋转。结果，通过旋转机构旋转晶片W。
[0169]基座141具有保持基板电极块142的内部空间。
[0170]基板电极块142被设置在基座141的内部，并且通过被固定到底板415而没有被旋转。
[0171]电压波形RF1，RF2 (RF高频电压Vl和RF低频电压V2a重叠的电压波形、和RF高频电压Vl和RF低频电压V2b重叠的电压波形)从设置在室11之外的RF高频电源21和RF低频电源22a、22b被提供给室11中的基板电极15。
[0172]通过旋转晶片W，斜的离子从全方向被入射在晶片W上。
[0173](2)变形实例5
[0174]图21是根据变形实例5的等离子体处理设备IOf的局部构造图。等离子体处理设备IOf具有代替等离子体处理设备IOd中的基座14b和晶片旋转机构18的基座141a、基板电极块142a和马达41a。
[0175]马达41a被设置用于旋转基座141a，并且具有旋转轴411a、转子412、定子413、侧板414、底板415、环形电极416和刷式电极417。
[0176]旋转轴411a、转子412以及定子413形成旋转机构。旋转轴411a被连接到基板电极块142a。转子412是设置在旋转轴411a的侧面上的磁体。定子413是设置在侧板414之外，以便接近转子412同时使侧板414在转子412和定子413之间的电磁铁。通过周期地改变定子413的磁场的北极和南极而生成的磁力，转子412相对于定子413旋转。结果,室11中(真空侧)的旋转轴411a和转子412、以及室11之外(大气侧)的定子413互相分离。
[0177]环形电极416和刷式电极417被设置用于通过在它们相对于彼此滑动的状态下开始彼此接触，来确保在旋转轴411a的旋转期间相对于基板电极15的电连接。环形电极416是通过被固定到旋转轴411a的外周而设置的环形的电极。刷式电极417是在旋转轴411a的旋转期间，通过相对于环形电极416进行滑动而开始与环形电极416接触的刷形的电极。
[0178]电压波形RF1、RF2 (RF高频电压Vl和RF低频电压V2a重叠的电压波形、以及RF高频电压Vl和RF低频电压V2b重叠的电压波形)经由刷式电极417和环形电极416，从设置在室11之外的RF高频电源21和RF低频电源22a、22b被提供给室11中的基板电极15。
[0179]基座141a具有用于保持基板电极块142a的内部空间。基座141a通过被固定到室11而不旋转。
[0180]基板电极块142a被设置在基座141a的内部。基板电极块142a被连接到旋转轴411a，并且被旋转机构旋转。结果，基板电极15被旋转机构旋转。
[0181]通过旋转基板电极15，在晶片W上生成的电场分布被旋转，导致斜的离子从全方向被入射在晶片W上。
[0182]注意，等离子体处理设备IOf可以具有静电夹盘。在这种情况下，直流电压经由刷式电极被提供给静电夹盘，如在接下来的变形实例6中将描述的。
[0183](3)变形实例6
[0184]图22是根据变形实例6的等离子体处理设备IOg的局部构造图。等离子体处理设备IOg具有代替等离子体处理设备IOd中的基座14b以及晶片旋转机构18的基座141b、基板电极块142b、马达4Ib、静电夹盘42、直流电源43、以及冷却介质供应单元44。
[0185]马达41b被设置用于旋转基座141，并且具有旋转轴411、转子412、定子413、侧板414、底板415、环形电极416a、刷式电极417a、以及开口 418。
[0186]旋转轴411、转子412以及定子413形成旋转机构。旋转机构的构造、操作等等基本上类似于变形实例4中的那些，因此将省略它们的详细解释。
[0187]环形电极416a和刷式电极417a被设置用于通过在它们相对于彼此滑动的状态下开始彼此接触，来确保在旋转轴411的旋转期间相对于静电夹盘42的内部电极的电连接。环形电极416a是通过被固定到旋转轴411的外周而设置的环形的电极。刷式电极417a是在旋转轴411的旋转期间，通过相对于环形电极416a进行滑动而开始与环形电极416a接触的刷形的电极。
[0188]静电夹盘42被设置用于静电吸引晶片W，并且具有多个开口 421。静电夹盘42的内部电极是一种网格状电极，并且起到具有多个开口的吸引电极的作用。
[0189]图23和图24是各自图解静电夹盘42的内部电极的一个实例的平面图。在图23中，正方形开口(空隙)421在垂直和水平的两个方向上布置成行(一种网格状电极)。在图24中，矩形(线状)开口(空隙)421布置成行(一种线状电极)。在图23和图24中，矩形开口分别被布置在两个方向和一个方向上。
[0190]图24图解的线状开口 421适合于如第一和第二实施例中描述的,基座14、基板电极15等等没有被旋转的情况。在这种情况下，较佳地使得开口 421的轴与电极元件E的轴一致(参考图2、图5和图18)。
[0191]在这种情况下，开口 421的形状被设定为矩形形状，但是，同样能够采用圆形开口、椭圆形开口等等，来代替矩形开口。
[0192]如图23和图24图解的，开口 421具有宽度G。如稍后将描述的，宽度G较佳的是2 至Ij 5mm。
[0193]直流电源43将直流电压供应到静电夹盘42的内部电极，从而使得静电夹盘42静电吸引晶片W。来自直流电源43的直流电压经由刷式电极417a和环形电极416a被供应给基座141b中的静电夹盘42的内部电极。
[0194]冷却介质供应单元44供应用于冷却晶片W的冷却介质C。从惯性、导热性等等的观点出发，较佳的是例如使用He作为冷却介质C。
[0195]基座141b具有用于导入冷却介质C的开口 421。底板415具有用于将冷却介质C导入到基座141b中的开口 418。从冷却介质供应单元44供应的冷却介质C经过开口 418和基座141b的内部，以通过开口 143被供应到晶片W的后表面,从而冷却晶片W。使晶片W冷却之后的冷却介质C在室11中被释放，并且从排气口 12被排出到外部。
[0196](4)变形实例7
[0197]还可以认为，为了使得基座14保持晶片W，用于导入离子的低频电压和用于静电吸引的直流电压被重叠，以施加于基板电极15。例如，在第一到第三实施例中，来自一个直流电源的直流电压被重叠在低频电压上，以施加于基板电极15。在这种情况下，基板电极15还起到用于静电夹盘的内部电极的作用，因此并不需要图22图解的静电夹盘42。
[0198]此时，例如，来自图14图解的RF低频电源22a到22d的RF低频电压V2a到V2d有可能经由直流电源流到其他组的电极元件El到E4中。为了防止该流入，较佳的是，将切断交流成分的滤波器机构添加到直流电源。例如，该滤波器机构可以由电容和电感形成。
[0199]注意，当如变形实例4到6描述的在晶片W和基板电极15之间相对地旋转时，变得难以通过使用基板电极15来吸引晶片W。在这种情况下，较佳的是，如变形实例6描述的，在晶片W附近设置用于静电吸引的电极(静电夹盘42的内部电极)。
[0200](第四实施例)
[0201]图25是根据第四实施例的等离子体处理设备IOh的示意性的构造图。等离子体处理设备IOh具有室11、排气口 12、处理气体导入管13、基座14c、基板电极15c、反电极16、终端检测器19、RF高频电源21、RF低频电源22a、22b、滤波器23a、23b、24a、24b、相位调整器25、控制单元26c、以及开关SW1、SW2。注意，为了较容易的查看，省略电容器的说明。
[0202]注意，还可能的是，如第二实施例和变形实例中的，基板电极15由三组或者五组以上的电极元件形成，并且具有相位差的RF低频电压V2被施加到各组电极元件。
[0203]与等离子体处理设备IOd相比，等离子体处理设备IOh不具有晶片旋转机构18，并且使用基板电极15c来代替基板电极15
[0204]图26是图解基板电极15c的构造的一个实例的立体图。基板电极15c由电极元件E11、E12和电极元件E21、E22形成，其中电极元件Ell、E12被布置在电极元件E21、E22上。这里，可以认为电极元件Ell、E12形成第一基板电极，并且电极元件E21、22形成第二基板电极。具体地，基板电极15c具有这些第一和第二基板电极。
[0205]电极元件E11、E12对应于第一实施例中的电极元件El、E2，并且沿着轴向Al被交
替地布置。
[0206]电极元件E21、E22在电极元件E11、E12下方沿着轴向A2被交替地布置。这些轴向A1、A2是相互不同的(例如，这些方向是彼此垂直的)。
[0207]控制单元26c可以使得开关SW1、SW2将来自RF高频电源21和RF低频电源22a、22b的RF高频电压Vl和RF低频电压V2a、V2b的输入的目的地切换到电极元件Ell、E12或者电极元件E21、E22。具体地,进行切换，以将电极元件E11、E12或者电极元件E21、E22设定为实质上的基板电极。
[0208]如上所述，开关SWl、SW2通过切换第一和第二基板电极(电极元件Ell、E12和电极元件E21、E22)来施加RF高频电压Vl和多个RF低频电压V2a、V2b。这意味着开关SW1、SW2起开关单元的作用。
[0209]因为电极元件Ell、E12的轴向Al不同于电极元件E21、E22的轴向A2，所以尽管没有设置晶片旋转机构18，但是也变得能够相对地旋转晶片W和离子II的入射方向。具体地，变得能够应对通孔的侧壁的精密加工(垂直加工)。
[0210](第五实施例)
[0211]图27是根据第五实施例的等离子体处理设备IOi的示意性的构造图。等离子体处理设备IOi具有室11、排气口 12、处理气体导入管13、基座14d、基板电极15d、反电极16、移位寄存器51、控制单元52、电容器17a到17d、RF高频电源21、RF低频电源22a到22d、滤波器23a到23d和24a到24d、以及相位调整器25a。
[0212]图28是图解从上方看到基板电极15d的状态的平面图。基板电极15具有电极元件Exy，电极元件Exy在垂直和水平的两个方向上被布置成行。这里，尽管电极元件Exy被布置在彼此正交的垂直和水平的两个方向上，但是方向不一定需要彼此正交。如果电极元件Exy在相互不同的第一和第二方向上被布置成行，那么是没问题的。
[0213]这里，当从上方看时，电极元件Exy具有矩形形状，但是，它还可以被形成为具有圆形形状。
[0214]移位寄存器51选择电极元件Exy，以使电极元件Exy被分类到彼此平行(布置在大致相同方向9上)的四组Gl到G4 (线状组)中。移位寄存器51起选择单元的作用，该选择单元从多个电极元件选择沿着一个方向布置的多个电极元件组。四个组Gl到G4被连接到RF低频电源22a到22d。作为四组Gl到G4，可以选择按照方向0的多个组Gll到G14、G21 到 G24、.? ?、Gnl 到 Gn4。
[0215][0190]图29A到图29D图解电极元件Exy被分类成(选择为)方向0分别对应于
O。,45° ,90° 和 135。的组 Gll 到 G14，组 G21 到 G24，组 G31 到 G34，和组 G41 到 G44 的情况。
[0216]在这种情况下，移位寄存器51选择第一到第四电极元件组(组Gll到G14，组G21到G24，组G31到G34，和组G41到G44)中的任何电极元件组，第一到第四电极元件组分别沿着第一方向(0°方向)、第二方向(90°方向)、作为第一和第二方向之间的中间方向的第三方向(45°方向)、以及作为第二和第一方向之间的中间方向的第四方向(135°方向)被布置。
[0217]这里，尽管第三方向被设定为完全地在第一和第二方向之间的方向，但是同样能够设定第一和第二方向之间的任意的中间方向。此外，同样能够设定第二和第一方向之间的任意的中间方向作为第四方向。此外，同样能够设定第一和第二方向之间的多个中间方向。
[0218]控制单元52控制移位寄存器51来改变电极元件Exy的分组，以便方向0顺序地旋转。例如，设定周期地和重复地选择图29A到图29D中的组Gll到G14，组G21到G24，组G31到G34，以及组G41到G44。这意味`着其中电极元件Exy被分组的方向0旋转。组Gll到G14对应于0等于0°和0等于180°的两种情况，以便在组G41到G44的选择之后选择组Gll到G14时，这意味着来自基板电极15的电场被旋转。
[0219]通过旋转线状组，在晶片W上生成的电场分布被旋转，导致斜的离子从全方向被入射在晶片W上。具体地，变得能够实现类似于晶片W被旋转时实现的效果。
[0220](实例)
[0221]将描述实例。图30A到图30C、图31A和图31B是曲线图，这些曲线图各自图解入射在等离子体处理设备10中的晶片W上的离子II的角度分布的等离子体模拟的结果。通过使用市场上买得到的软件(VizGlow)来进行上述模拟。RF低频电压的一个周期上的离子II的入射量被积分，以计算入射在基板上的离子的角度分布。图32是图解晶片W上的位置Pl到P6 (离子II的入射位置)的示意性的截面图。
[0222]如图32图解的，在这种情况下，使用具有150毫米半径r0的晶片W，并且作为基板电极15，各自具有4毫米直径R并且大致圆柱形的电极元件E被布置为它们之间设置有5毫米的间隔D (中心轴之间的距离)。从晶片W的中心C到晶片W上的各个位置Pl到P6的距离L是70、71、72、73、74和75mm。位置PU P6分别位于两个电极元件E的轴上的，并且其他位置P2到P5是设置在位置Pl和P6之间。距离L是72.5mm的部分是从这些电极元件到该部分的距离相等的部分，并且是位置P3和P4之间的中间位置。
[0223]注意，其他电极元件E中的离子的角度分布类似于距离L是70到75mm时的角度分布。具体地，可以认为，通过反映电极元件E的布置的周期性，离子的角度分布在对应于间隔D的周期中变化。因此，通过将位置Pl到P6处的分析结果设定为有代表性的，来指示入射角分布的晶片W上的一致性。
[0224]在图30A到图30C中的每一个中，电极元件E被分类到交替布置的两个组中，而且具有O、/2或者Ji的相位差a的RF低频电压V2a、V2b被施加。在图31A中，电极元件E被分类到顺序布置的三个组中，并且具有2 /3,4 /3的相位差a 1、a 2的RF低频电压V2a，V2b，V2c被施加。在图31B中，电极元件E被分类到顺序布置的四个组中，并且具有31 /2、31、3 31 /2的相位差a I到a 3的RF低频电压V2a到V2d被施加。
[0225](I)当两组电极元件中的相位差a是0时(图30A)
[0226]当两组电极元件中的相位差a是0时，具有相同相位的RF低频电压V2被施加到所有的电极元件。在这种情况下，离子Ii的入射角e在所有的位置Pi到P6大致是o(离子II被大致垂直地入射)。在这种情况下，获得大致类似于没有划分基板电极15时的结果。具体地，该结果类似于在图5中图解的等离子体处理设备IOx (通常的平板电极RIE (活性离子蚀刻)设备)中获得的结果。
[0227]注意，离子II的入射角0具有大约-2到大约2°的分布的理由是因为有热波动的影响(离子II具有随机的热速度成分)。
[0228](2)当两组电极元件中的相位差a是Ji/2时(图30B)
[0229]当两组电极元件中的相位差a是Ji /2时，垂直地入射离子II在位置P2到P5被减少，并且离子II以正负入射角0 (大约-15到大约15° )被交替地入射。可以认为，这是因为在电极兀件之间有相位差，所以生成在垂直于轴向A的方向上的电场F。
[0230]相反地，当与图30A相比时，很难说垂直地入射离子II在位置P1、P6(电极元件的中心轴上)被减少。具体地，位置P1、P6是一种奇异点，其中，离子II的斜入射的量少。
[0231]可以如下考虑它们的理由。具体地，在这种情况下，在相反方向上的电场F在左边相邻和右边相邻的各个电极元件E之间起作用。可以认为，在相反方向上的电场F在电极元件E的轴的正上方的位置被平衡，导致难以生成在垂直于轴向A的方向Ah (参考图2)上的电场F。如果没有生成电场F，那么除了热波动成分之外的离子II的斜入射实际上没有出现(仅仅垂直入射出现)。
[0232](3)当两组电极元件中的相位差a是Ji时(图30C)
[0233]当两组电极元件中的相位差a是Ji时，垂直地入射离子II在位置P2到P5被减少，并且离子II以正负入射角0 (大约-30到大约30° )被交替地入射。该入射角0大于在图30B的情况下的入射角。
[0234]相反地，类似于图30B，很难说垂直地入射离子II在位置P1、P6 (电极元件的中心轴上)被减少。可以认为，它们的的理由是因为在相反方向上的电场F在电极元件E的轴的正上方的位置处被平衡，类似于(2)。
[0235](4)在三组电极元件的情况下(图31A)
[0236]在三组电极元件的情况下，垂直地入射离子II在所有的位置Pl到P6被减少。(电极元件的中心轴上的)位置P1、P6同样不是奇异点。离子II大致以正负入射角0(大约-8到大约8° )被交替地入射。
[0237](5)在四组电极元件的情况下(图31B)
[0238]在四组电极元件的情况下，垂直地入射离子II在所有的位置Pl到P6被减少。(电极元件的中心轴上的)位置P1、P6同样不是奇异点。离子II大致以正负入射角0 (大约-10到大约10° )被交替地入射。
[0239]如上所述，通过将电极元件的组的数量(基板电极15的划分的数量)增加到2、3、4，并且通过施加具有相位差的RF低频电压V2，离子II变得能够从沟槽的两个方向斜入射在晶片上的所有的位置。
[0240]当组的数量是二时，在电极元件的中心轴上生成斜入射离子II的数量小的奇异点，但是当组的数量是三个以上时，该趋势下降。具体地，为了消除奇异点，特别理想的是，将组的数量设定为三个以上。如实例中描述的，均匀的斜入射可以出现在具有300毫米直径(150毫米半径r0)的晶片W上。
[0241]当组的数量是四个时，离子II的分布的位置Pl到P6的相关性被进一步减少。可以认为，组的数量越多，离子II的分布的位置相关性越小。
[0242](6)当电压在四组电极元件的情况下改变时(图33A到图33C)
[0243]将描述在四组电极元件的情况下改变RF低频电压的电压V02 (参考表达式(2))的情况。图33A到图33C是曲线图，这些曲线图图解在四组电极元件中，当电压V02被设定为2000V、1000V、500V时，入射在等离子体处理设备10中的晶片W上的离子II的角度分布的等离子体模拟的结果。
[0244]如图33A到图33C图解的，有离子II的入射角0在电压V02被增加时增加的趋势。当从500V到2000V的电压V02被施加时，入射角0从大约2到3°改变为大约10°。具体地，通过控制RF低频电源22a到22d的电压V02，可以改变离子II的入射角0。
[0245](7)当晶片W相对于基板电极15相对地旋转时
[0246]将描述晶片W相对于基板电极15相对地旋转的情况。如上所述，可以说在第三到第五实施例和变形实例4到6中，晶片W相对于基板电极15相对地旋转。在第四和第五实施例中，基板电极15和晶片W它们自己并不旋转，但是，因为施加到晶片W的电场的方向被改变，所以这个情况基本上类似于基板电极15旋转的情况。
[0247]尽管没有图解，但是根据模拟，晶片W等等被旋转时的结果大致类似于晶片W没有旋转时的平均结果(图30A到图30C,图31A,图31B,图33A到图33C)。
[0248](8)静电夹盘42的内部电极的空隙大小(开口 421的宽度)G的影响。
[0249]图34A到图34E是曲线图，这些曲线图图解了当静电夹盘42的内部电极的空隙大小(开口 421的宽度)G (内部电极的宽度)被改变时，入射在等离子体处理设备10中的晶片W上的离子II的角度分布的等离子体模拟的结果。
[0250]图34A到图34E对应于没有设置静电夹盘42的内部电极、并且空隙尺寸G分别是
4、2、1、0毫米(对应于内部电极尺寸1、3、4、5毫米)的情况。图35是图解此时晶片W上的静电夹盘42的示意性的截面图。这里，基板电极15的电极元件E被布置在静电夹盘42的开口 421的中心上。
[0251]如图34A到图34E图解的，当静电夹盘42的空隙大小G变成2mm以下时，离子II的入射角9的分布劣化。在空隙大小G到2mm为止的情况和静电夹盘(DC电极)42没有被设置的情况之间没有大的差异。
[0252]如上所述，较佳的是，例如电极元件E之间的间隔D被设定为5mm以下。当这个被考虑到时，较佳的是，将静电夹盘42的空隙大小(开口 421的宽度)设定为2mm到5mm。[0253]虽然已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅仅是通过举例而给出的，并不是想要限定本发明的范围。实际上，在此描述的新的实施例可以包含在各种其他形态之中；此夕卜，在没有违背本发明的精神的情况下，能够以在此描述的实施例的形式，作出各种省略、替换和变化。附带的如权利要求书和它们的等效物意欲覆盖这种属于本发明的范围和精神的形式或变形。
【权利要求】
1.一种等离子体处理设备，其特征在于，包括: 室; 将处理气体导入到所述室中的导入部: 设置在所述室中的基板电极，基板被直接地或者间接地放置在所述基板电极上，并且所述基板电极具有多个电极元件组； 高频电源，所述高频电源输出用于使所述处理气体离子化以生成等离子体的高频电压；以及 多个低频电源，所述多个低频电源将多个20MHz以下的低频电压施加到所述多个电极元件组中的每一电极元件组，所述多个20MHz以下的低频电压具有相互不同的相位，用于导入来自所述等离子体的离子。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于， 所述基板电极包括多个电极元件，所述多个电极元件具有沿着预定方向的轴。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于， 所述基板电极具有由顺序和重复布置的多个第一到第n个电极元件指定的第一到第n个电极元件组，n是2以上的整数；并且 所述多个低频电源具有第一到第n个低频电源，所述第一到第n个低频电源将具有不同相位的第一到第n个低频 电压施加到所述第一到第n个电极元件组。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于， 施加到相邻电极元件的低频电压之间的相位相差n /2。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于， 施加到相邻电极元件的低频电压之间的相位相差(2 /n), n是3以上的整数。
6.如权利要求3所述的设备，其特征在于， 所述基板电极具有第一到第四电极元件组；以及 施加到所述第一到第四电极元件组的第一到第四低频电压各自的相位是O、土 /2、± 、和 ±3 /2。
7.如权利要求2所述的设备，其特征在于， 相邻电极元件之间的间隔是5mm以下。
8.如权利要求2所述的设备，其特征在于，进一步包括: 第二基板电极，所述第二基板电极包括多个电极元件，所述多个电极元件具有沿着与所述预定方向不同的方向的轴；以及 切换单元，所述切换单元通过切换所述基板电极和所述第二基板电极，来施加所述高频电压和所述多个低频电压。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括: 旋转机构，所述旋转机构使所述基板相对于所述基板电极相对地旋转。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于， 所述基板电极包括多个电极元件，所述多个电极元件在两个方向上被布置成行；以及 其中，所述设备进一步包括: 选择单元，所述选择单元从所述多个电极元件选择沿着一个方向布置的所述多个电极元件组；以及控制单元，所述控制单元控制所述选择单元，以使得所述一个方向被顺序地旋转。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于， 所述多个电极元件在相互不同的第一和第二方向上被布置成行； 其中，所述选择单元选择沿着所述第一方向布置的多个第一电极元件组、沿着所述第二方向布置的多个第二电极元件组、沿着作为所述第一方向和所述第二方向之间的中间方向的第三方向布置的多个第三电极元件组、以及沿着作为所述第二方向和所述第一方向之间的中间方向的第四方向布置的多个第四电极元件组中的任何电极元件组；和 其中，所述控制单元使得所述选择单元周期地选择所述多个第一、第三、第二和第四电极元件组。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括: 相位调整器，所述相位调整器按照等离子体处理过程的进展，改变来自所述多个低频电源的所述多个低频电压的所述相位。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括: 吸引电极，所述吸引电极被设置在所述基板和所述基板电极之间，并且具有多个开口 ；和 直流电源将直流电压施加到所述吸引电极，以使得所述吸引电极吸引所述基板。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于， 所述多个开口中的每一个开口的宽度不少于2mm,也不大于5_。
15.如权利要求13所述的设备，其特征在于，进一步包括: 冷却介质供应单元，所述冷却介质供应单元通过所述开口供应用于冷却所述基板的冷却介质。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于， 所述高频电源将40MHz以上的所述高频电压施加到所述基板电极。
17.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括: 感应线圈，所述高频电压被施加到所述感应线圈。
18.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括: 反电极，所述高频电压被施加到所述反电极。
19.一种等离子体处理方法，其特征在于，包括: 将基板直接地或者间接地设置在等离子体处理设备中的基板电极上，所述等离子体处理设备设置有室，而且所述基板电极被设置在所述室中，并且具有多个电极元件组； 减小所述室中的压力并且导入处理气体； 使所述室中的所述处理气体离子化，以生成等离子体；以及 将多个20MHz以下的低频电压施加到所述多个电极元件组中的每一电极元件组，所述多个20MHz以下的低频电压具有相互不同的相位，用于导入来自所述等离子体的离子。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于， 所述基板电极包括多个电极元件，所述多个电极元件具有沿着预定方向的轴。
【文档编号】H01L21/3065GK103681196SQ201310443329
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2012年9月26日
【发明者】宇井明生, 林久贵, 富冈和广, 山本洋, 今村翼 申请人:株式会社东芝