CN111868890A - 等离子体处理方法以及等离子体处理装置 - Google Patents
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Abstract
在短时间内除去腔室内的残留卤素等,改善吞吐量的等离子体处理方法具有:蚀刻工序,在腔室内蚀刻晶片;等离子体清洁工序,通过向腔室内导入包含卤素元素的气体,从而除去所述腔室的内壁的异物;以及残留卤素除去工序,通过在所述腔室内交替地反复含有氧的等离子体的导通状态和截止状态,从而除去在所述等离子体清洁工序中残留在所述腔室内的卤素元素。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理方法以及等离子体处理装置。
背景技术
在半导体设备的制造工序中,要求对半导体装置中包含的组件的微细化、集成化的应对。例如,在集成电路、纳米机电系统中,进一步推进构造物的纳米级化。
通常,在半导体设备的制造工序中,为了形成微细图案而使用光刻技术。在该技术中,将设备构造的图案应用于抗蚀剂层上,选择性地对通过抗蚀剂层的图案而露出的基板进行蚀刻除去。在之后的处理工序中,如果在蚀刻区域内堆积其他的材料,则能够形成集成电路。
然而,近年来,随着集成电路等半导体制造中的微细化推进,为了在腔室内更精细地控制蚀刻反应,使腔室内的气氛稳定化的清洁技术的开发也在进行。
然而,若在清洁之后立即进行蚀刻,则还存在由于残留在腔室内的气体,蚀刻速率反而变得不稳定的问题。此外,还存在因清洁而存在于腔室内的异物附着在基板上,对布线形成等造成不良影响的问题。特别是,附着在基板上的异物会使半导体设备的成品率显著降低。
作为该异物的原因,主要可举出(a)腔室侧壁的腐蚀、副生成物的附着以及(b)由残留在腔室内的卤素构成的化合物的生成。作为由(a)引起的异物的对策,使用通过六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、氧(O2)的等离子体清洁来使腔室内气氛稳定的方法。对于由(b)引起的异物以及蚀刻速率的变动,进行氧等离子体的清洁。
在专利文献1中,公开了基于三氟化氮(NF3)的清洁和除去之后残留在腔室内的氟的技术。此外,在专利文献2中,公开了通过交替地反复等离子体生成状态和等离子体非生成状态,从而对腔室内进行等离子体清洁的技术。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2016-225567号公报
专利文献2:日本特开2010-140944号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所公开的技术中,由于完全除去残留的氮、氟要长时间,因此每单位时间的产品处理片数(吞吐量)少,生产性差。此外,专利文献2所公开的等离子体清洁不用于进行腔室内的残留氮、残留卤素的除去。
本发明的目的在于提供一种能够在短时间内除去腔室内的残留卤素等,改善清洁处理的吞吐量的等离子体处理方法以及等离子体处理装置。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题,代表性的本发明的等离子体处理方法是在处理室内对样品进行等离子体处理的等离子体处理方法,具有:第一工序,对所述样品进行等离子体处理;第二工序,在所述第一工序后,使用含氟气体对所述处理室内进行等离子体清洁;以及第三工序,在所述第二工序后,使用通过进行了脉冲调制的高频电力以及氧气而生成的等离子体对所述处理室内进行等离子体清洁。
发明效果
根据本发明,能够在短时间内除去腔室内的残留卤素等,改善清洁处理的吞吐量。
上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而清楚。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式所涉及的、等离子体处理装置的示意性的构造的一个例子的剖视图。
图2是示出使用图1所示的等离子体处理装置的等离子体处理方法的过程的一个例子的流程图。
图3是示出在图1所示的等离子体处理装置中在腔室侧壁残留了氟的状态的一个例子的剖视图。
图4是本发明的实施方式所涉及的可存在于壁附近的颗粒数量和腔室侧壁的电势的图表。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的本发明的效果的图。
具体实施方式
以下说明本发明所涉及的等离子体处理方法的具体实施方式。
首先,参照附图对用于实施等离子体处理方法的等离子体蚀刻装置(等离子体处理装置)的一个例子进行说明。图1是在等离子体生成单元中利用了微波和磁场的电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance)(以下,称为ECR)型等离子体蚀刻装置的概略剖视图。
ECR型等离子体蚀刻装置具备:作为等离子体处理室的能够对内部进行真空排气的腔室101、载置作为样品的晶片102的样品台103、设置在腔室101的上表面的石英制的微波透过窗104、设置在其上方的导波管105、激振微波的磁控管106、向磁控管106供给高频电力的第一高频电源110、设置在腔室101的周围的螺线管线圈107、向腔室内导入处理气体的气体供给配管109、以及控制第一高频电源110的控制装置CONT。控制装置CONT具有存储部,该存储部存储有执行后述的第一工序、第二工序以及第三工序的程序。
第一高频电源110具备根据控制装置CONT的控制对从磁控管106激振的微波进行脉冲调制的功能。在此,将反复微波的激振(导通)和中断(截止)的周期的倒数作为脉冲频率,将其激振时间除以脉冲周期的值作为占空比。
接下来,说明等离子体蚀刻装置的动作。晶片102在从晶片搬入口108搬入腔室101内之后,由静电吸附电源(未图示)静电吸附到样品台103上。接下来,处理气体从气体供给配管109导入腔室101内。
腔室101内通过真空泵(未图示)减压排气,调整为给定的压力(例如,0.1Pa~50Pa)。接下来,通过从高频电源110向磁控管106供给高频电力,从磁控管106激振频率2.45GHz的微波,经由导波管105传播到腔室101内。
通过由螺线管线圈107产生的磁场和微波的相互作用来激发处理气体,在晶片102上部的空间中生成等离子体111。另一方面,通过第二高频电源(未图示)向样品台103施加偏压,等离子体111中的离子被垂直地加速并入射到晶片102上。
此外,第二高频电源(未图示)能够向样品台103施加连续的偏压电力或者进行了时间调制的偏压电力。通过来自等离子体111的自由基和离子的作用,各向异性地蚀刻晶片102。
接下来,参照附图对包括使用图1所示的等离子体蚀刻装置的清洁处理工序的一系列的处理进行说明。图2是示出控制装置CONT根据所述程序执行的一系列的处理的流程图。
在步骤201中,根据预先设定的条件进行晶片的等离子体处理,使得被处理批次的第1片晶片102的蚀刻后的形状与第2片以后被蚀刻的晶片102相比没有发生大的变化。将其称为干燥(seasoning)工序。
接下来,在步骤202中,进行晶片102的蚀刻(第一工序)。此时,在腔室101内壁附着有副生成物(异物)。
之后,在步骤203中,通过将混合了氩气和三氟化氮气体的气体(含氟气体)导入腔室101,进而产生等离子体111,从而进行腔室101的等离子体清洁。此时的处理压力为15Pa,微波的占空比为100%(连续激振即连续放电)。通过步骤203,进行在步骤202中附着在腔室101内壁的副生成物的除去(第二工序)。
之后,为了除去在步骤203中产生的、残留在腔室101内的氮以及氟,进行步骤204。在步骤204中,在腔室101内,使用通过供给进行了脉冲调制的高频电力并且导入氩气和氧气而生成的等离子体,来进行残留的氮以及氟的除去(等离子体清洁)(第三工序)。此时的处理压力为0.4Pa,例如微波的占空比为50%,脉冲频率为1000Hz。
进而,在步骤205中,在被处理批次内有未处理的晶片的情况下,再次返回步骤202,进行蚀刻等。另一方面,在批次内没有未处理的晶片的情况下,1批次的处理结束。在有下一批次的情况下,返回步骤201,进行干燥工序,开始下一批次的晶片的蚀刻。
接下来,对基于步骤204的残留在腔室101内的氮以及氟的除去效果进行叙述。
(实施例)在上述条件下,在完成步骤204的腔室101内的清洁后,进行了由附着在搬入腔室101内的晶片102上的氮以及氟引起的异物的确认,但未能检测到由氮以及氟引起的异物。与此相对,在步骤204的条件内,使微波的占空比为100%,进行同样的确认,观察到由氮以及氟引起的异物。
关于异物产生的理由,能够说明如下。
图3是示意性地示出步骤203结束后的腔室101侧壁的图。涂黑的圆圈表示腔室101侧壁的构成元素。
在步骤204中,生成的等离子体111中的离子溅射腔室101侧壁,或者氧使壁氧化,从而除去残留的氟元素以及氮元素。
另一方面,在步骤204中,等离子体111根据来自高频电源110的高频电力,通过从磁控管106激振的微波而成为导通状态,并且通过微波的中断而成为截止状态,以脉冲波形状交替地反复这些状态。在等离子体111成为截止状态时,电子温度急剧变低,等离子体111吸附在等离子体中存在的分子上,或者向腔室101侧壁扩散并减少。
因此,流入腔室101侧壁的电子流量减少,带负电的腔室101侧壁的电位上升。另一方面,由于存在于等离子体111中的氧的电子亲和力高,因此在等离子体111中其大多数作为负离子存在。因此,负的氧离子在等离子体111为导通状态时被推回到腔室101侧壁的电位,在腔室101侧壁附近只能存在少量。
但是,通过使等离子体111为截止状态,腔室101侧壁的电位逐渐上升。由此,元素中具有氧的颗粒更多地流入腔室101侧壁。由此,能够氧化腔室101侧壁,除去残留在腔室101侧壁的氮和氟。因此,截止等离子体的时间,即中断微波的激振的时间只要设为流入腔室101侧壁的负的氧离子流量大于流入腔室101侧壁的电子流量的时间以上即可。换言之,只要使脉冲的截止时间与流入腔室101侧壁的负的氧离子流量大于流入腔室101侧壁的电子流量的等离子体的截止时间相同或比其长即可。
图4是表示作为上述理论的依据的存在于等离子体111中的带负电荷的氧离子的数量和电位的关系的图。其中,纵轴为颗粒数量N,横轴为腔室101侧壁的电位-V,颗粒数量遵从玻尔兹曼分布。Von是微波激振时的腔室101侧壁的电位,Voff是中断微波的激振之后,经过了给定时间时的该侧壁的电位。
从图4可知,若使等离子体111为截止状态,则能够存在于腔室101侧壁附近的离子数增加。从以上可知,与进行连续激振相比,进行脉冲调制的微波的异物的除去性更高。微波的脉冲的周期优选为1毫秒以下。
但是,若等离子体111的截止时间比等离子体111中的离子消失的时间长,则等离子体111会失火。因此,对于等离子体111的最大截止时间,希望设为等离子体111中的离子消失的时间以下,具体地,优选将脉冲调制中的一个周期中的微波的激振中断时间设为10毫秒以下。
此外,图5是表示本实施例中的残留氮以及残留氟的除去性的效果的图表。在此,示出了在上述实施例的步骤204中仅改变第一高频电源110的最大输出以及占空比,在步骤204之后在腔室101内进行仅利用氩气的连续放电,其中的氟的发光量的时间平均。
具体地,将微波的激振时间相对于微波的脉冲调制的周期设为占空比(如果为占空比20,则意味着以脉冲调制的周期的20%的时间激振微波)。此外,氟的发光量越高,表示残存的氟的量越多。
从图5的结果可知,即使使第一高频电源110的最大输出变化为300W、600W、1000W,异物除去效果的倾向也几乎不变。此外,可知,占空比100的异物除去效果最低,与此相对,随着占空比下降,异物除去效果变高,特别是将某占空比作为阈值,异物除去效果有变高的倾向。因此,对于等离子体111的导通时间,也就是说微波的激振时间,希望确保余量并且将脉冲的占空比设为50%以下。
此外,本发明也能够应用于不限于图2的处理的实施方式。例如,本发明也能够应用于至少包括步骤203的任何实施方式。
此外,在上述实施方式中具有搬入晶片102的工序,但也能够应用于不限于此的实施方式。例如,在进行步骤201、步骤203以及步骤204时,晶片102也可以不搬入腔室101内。
此外,在本实施方式中,示出了残留在腔室101内的氮以及氟的除去例子,但也能够应用于不限于此的实施方式。例如,本发明也能够应用于残留的氟以外的卤素元素的除去。
另外,本发明不限于上述实施方式,包括各种变形例。例如,上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细说明的实施方式,并不限于必须具备所说明的所有的结构的实施方式。此外,能够将某个实施方式中的结构的一部分置换为其他实施方式的结构,此外,也能够在某个实施方式的结构中添加其他的实施方式的结构。此外,对于各实施方式中的结构的一部分,也能够进行其他的结构的追加/删除/置换。
附图标记说明
101:腔室,102:晶片,103:样品台,104:微波透过窗,105:导波管,106:磁控管,107:螺线管线圈,108:晶片搬入口,109:气体供给配管,110:第一高频电源。
Claims (6)
1.一种等离子体处理方法,在处理室内对样品进行等离子体处理,其特征在于,
具有:
第一工序,对所述样品进行等离子体处理;
第二工序,在所述第一工序后,使用含氟气体对所述处理室内进行等离子体清洁;以及
第三工序,在所述第二工序后,使用通过进行了脉冲调制的高频电力以及氧气而生成的等离子体对所述处理室内进行等离子体清洁。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理方法,其特征在于,
所述第二工序的等离子体是连续放电的等离子体。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理方法,其特征在于,
使所述脉冲调制中的脉冲的截止时间长于流入所述处理室的内壁的负离子的流量大于流入所述处理室的内壁的电子的流量的等离子体的截止时间,或者使所述脉冲的截止时间与所述等离子体的截止时间相同。
4.根据权利要求3所述的等离子体处理方法,其特征在于,
所述含氟气体是三氟化氮(NF3)气体。
5.根据权利要求4所述的等离子体处理方法,其特征在于,
将所述脉冲的占空比设为50%以下,
将所述脉冲的周期设为1ms。
6.一种等离子体处理装置,具备:对样品进行等离子体处理的处理室;供给用于生成等离子体的高频电力的高频电源;以及载置所述样品的样品台,其特征在于,
还具备:控制装置,执行规定了以下工序的程序:
第一工序,对所述样品进行等离子体处理;
第二工序,在所述第一工序后,使用含氟气体对所述处理室内进行等离子体清洁;以及
第三工序,在所述第二工序后,使用通过进行了脉冲调制的高频电力以及氧气而生成的等离子体对所述处理室内进行等离子体清洁。
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