CN116686070A - 等离子体处理方法及等离子体处理装置 - Google Patents

等离子体处理方法及等离子体处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理方法,包括下述步骤:a)在等离子体处理腔室内的基板支撑部上,提供具有含硅膜和所述含硅膜上的掩膜的基板;b)对所述等离子体处理腔室内供给处理气体;c)对所述基板支撑部周期性地供给脉冲电压;及d)周期性地供给RF电力,通过所述RF电力自所述处理气体产生等离子体而蚀刻所述含硅膜,所述脉冲电压具有负极性,所述c)中,使供给第一脉冲电压的第一期间与不供给所述具有负极性的脉冲电压或供给绝对值小于所述第一脉冲电压的第二脉冲电压的第二期间反复,所述d)中,使供给第一RF电力的第三期间与不供给所述RF电力或供给比所述第一RF电力小的第二RF电力的第四期间反复,在所述第三期间开始前开始所述第一期间。

Description

等离子体处理方法及等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体处理方法及等离子体处理装置。
背景技术
等离子体处理装置被用于对基板的等离子体处理。等离子体处理装置具备腔室及基板保持电极。基板保持电极设置于腔室内。基板保持电极保持载置于其主面上的基板。这类等离子体处理装置的一种例如记载于专利文献1中。
专利文献1所记载的等离子体处理装置还具备高频产生装置及DC负脉冲产生装置。高频产生装置对基板保持电极供给高频电压。专利文献1所记载的等离子体处理装置中,交替切换进行高频电压的接通与断开。此外,专利文献1所记载的等离子体处理装置中,根据高频电压的接通与断开的时序而自DC负脉冲产生装置对基板保持电极供给负脉冲电压(DC)。
专利文献1:日本特开2009-187975号公报
发明内容
<本发明要解决的问题>
本发明提供一种能够在对基板进行的等离子体处理中改善蚀刻选择比的技术,其中,蚀刻选择比定义为含硅膜的蚀刻速度与掩膜的蚀刻速度之比。
<用于解决问题的手段>
根据本发明的一实施方式,提供一种等离子体处理方法,包括下述步骤:a)在等离子体处理腔室内的基板支撑部上提供基板,所述基板具有含硅膜和所述含硅膜上的掩膜;b)对所述等离子体处理腔室内供给处理气体;c)对所述基板支撑部周期性地供给脉冲电压;以及d)周期性地供给RF电力,通过所述RF电力自所述处理气体产生等离子体而对所述含硅膜进行蚀刻,其中,所述脉冲电压具有负极性,所述c)中,使供给第一脉冲电压的第一期间、与不供给所述脉冲电压或供给绝对值小于所述第一脉冲电压的第二脉冲电压的第二期间反复,所述d)中,使供给第一RF电力的第三期间、与不供给所述RF电力或供给比所述第一RF电力小的第二RF电力的第四期间反复,在所述第三期间开始前开始所述第一期间。
<发明的效果>
根据一观点,能够在对基板进行的等离子体处理中改善蚀刻选择比。
附图说明
图1是通过本发明的一实施方式处理的基板的膜构造的示意图。
图2是表示在本发明的一实施方式的等离子体处理方法中,RF电力的供给时序及供给偏压电压(负脉冲电压)的时序的时序图。
图3是表示本发明的一实施方式的等离子体处理方法的一实施例的RF电力及偏压电压的供给时序的一例的时序图。
图4是表示参考例的等离子体处理方法的RF电力及偏压电压的供给时序的时序图。
图5是用以说明等离子体处理系统的结构例的图。
图6是用以说明电容耦合型的等离子体处理装置的结构例的图。
具体实施方式
以下,参照附图对用以本发明的实施方式进行说明。在各图中,对于相同构成部分标注相同符号,有时省略重复的说明。
本说明书中,对于平行、直角、正交、水平、垂直、上下、左右等方向,容许不损及实施方式的效果的程度的偏差。角部的形状并不限于直角,亦可于弓形中带有弧度。对于平行、直角、正交、水平、垂直、圆,亦可包含大致平行、大致直角、大致正交、大致水平、大致垂直、大致圆。
(基板的膜构造)
图1是通过本发明的一实施方式处理的基板上的膜构造的示意图。基板W具有蚀刻对象膜EL与蚀刻对象膜EL上的掩膜MK。在掩膜MK,形成有孔形或线形的凹部Re,将蚀刻对象膜EL蚀刻成凹部Re的形状。
蚀刻对象膜EL在一例中可为含硅膜。含硅膜亦可为氧化硅膜、氮化硅膜、硅锗膜、或碳化硅膜、或包含两种以上这些膜的层叠膜。不过,含硅膜优选为氧化硅膜、或氧化硅膜与氮化硅膜的层叠膜。
此外,掩膜MK可为多晶硅膜、掺硼硅膜、有机膜或含钨膜。作为含钨膜,可为硅化钨膜或碳化钨硼膜。
(等离子体处理方法)
本发明的一实施方式中,通过针对基板W的等离子体处理方法而对掩膜MK选择性地进行蚀刻对象膜EL的蚀刻。蚀刻对象膜EL在一例中可为含硅膜。掩膜MK在一例中配置于含硅膜上。该方法包含以下(a)~(d)的步骤。
(a)在等离子体处理腔室内的基板支撑部上,提供具有含硅膜和所述含硅膜上的掩膜的基板;
(b)对等离子体处理腔室内供给处理气体;
(c)对基板支撑部周期性地供给负脉冲电压;以及
(d)周期性地供给RF(Radio Frequency,射频)电力,通过RF电力自处理气体产生等离子体而对含硅膜进行蚀刻。
(a:提供基板的步骤)
在(a)提供基板的步骤中,将作为基板的一例的例如图1所示的具有膜构造的基板W,提供至下述等离子体处理装置1的等离子体处理腔室10内所配置的基板支撑部11(参见图6)上。
(b:供给处理气体的步骤)
在(b)供给处理气体的步骤中,自下述簇射头13(参见图6)向等离子体处理腔室10内供给处理气体。
图2是表示在本发明的一实施方式的等离子体处理方法中(A)RF电力及(B)偏压电压的供给时序的一例的时序图。本发明的一实施方式中,在提供了基板W的状态下,在(c)步骤中,如图2所示供给(B)偏压(Bias)电压,在(d)步骤中供给(A)RF电力。
(c:供给负脉冲电压的步骤)
在(c)供给负脉冲电压的步骤中,对基板支撑部11的偏压电极周期性地供给负脉冲电压(具有负极性的脉冲电压)(以下,亦称为“偏压电压”)。此处所谓“周期性”是指下述第一期间P1内的接通/断开的周期性、以及第一期间P1的脉冲波的接通状态与第二期间P2的断开状态的周期性这两者。偏压电极可为支撑基板支撑部11的下部电极(基台1110,参见图6),亦可为配置于基板支撑部11内的电极1112b(参见图6)。基板支撑部11在一例中可为静电吸盘1111(参见图6)。
在图2的(B)中,作为偏压电压的一例,使对应于(A)所示的RF电力的“高”及“低”的时序而供给负脉冲电压的第一期间P1、与停止负脉冲电压的供给的第二期间P2依此顺序反复。此外,将RF电力为“高”的期间设为第三期间T1,将RF电力为“低”的期间设为第四期间T2,偏压电压是在第三期间T1开始前(时间t前)开始供给。在第三期间T1结束时或结束前停止负脉冲电压的供给。需说明的是,第三期间T1是供给第一RF电力的期间,第四期间T2是不供给RF电力或供给比第一RF电力小的第二RF电力的期间。此外,供给负脉冲电压的第一期间P1是供给第一脉冲电压的第一期间的一例。停止负脉冲电压的供给的第二期间P2是不供给脉冲电压或供给绝对值小于第一脉冲电压的第二脉冲电压的第二期间的一例。如下所述,在第二期间,亦可不供给脉冲电压或供给比第一脉冲电压小的第二脉冲电压。
在供给负脉冲电压的第一期间P1,使偏压电压周期性地反复为接通状态(接通:负值)与断开状态(断开:0V)。在第二期间P2,偏压电压为断开状态。在偏压电压为接通状态时,表示对偏压电极供给了偏压电压。而在偏压电压为断开状态时,表示不对偏压电极供给偏压电压(偏压电压为0V)。
在供给负脉冲电压的第一期间P1,若将供给至偏压电极的负脉冲电压的接通/断开的周期(波长λ1)的倒数即频率设为第一频率f1,则偏压电压的第一频率f1可为100kHz以上且3.2MHz以下。在一例中,第一频率f1设定为400kHz。
此外,在第一期间P1,将第一频率f1的偏压电压的占空比设为第一占空比。第一占空比表示脉冲电压的接通时间的比率,其是第一期间P1的偏压电压的接通时间相对于第一期间P1的偏压电压的接通时间与断开时间的总时间的比率(接通时间/(接通时间+断开时间))。第一占空比可为30%以下,或可为20%以下。负脉冲电压可为矩形波、三角波、冲击波形、梯形波、或这些的组合的脉冲波形。
本发明的一实施方式中,使供给负脉冲电压的第一期间P1与停止供给的第二期间P2周期性地反复。若将第一期间P1与第二期间P2的周期(波长λ2)的倒数即频率设为第二频率f2,则偏压电压的第二频率f2可为0.1kHz以上且20kHz以下。此外,若将第二频率f2的偏压电压的脉冲波形的占空比设为第二占空比,则第二占空比亦可为40%以下。第二占空比表示第一期间的比率,其是第一期间P1相对于(第一期间P1+第二期间P2)的总时间的比率。需说明的是,负脉冲电压的振幅的绝对值亦可为0.5kV以上且20kV以下。
(d:对基板进行蚀刻的步骤)
在(d)对基板上的含硅膜进行蚀刻的步骤中,使用通过RF电力而自处理气体产生的等离子体对基板W上的含硅膜进行蚀刻。RF电力供给至基板支撑部11。不过,RF电力亦可供给至与基板支撑部11对向的簇射头13。
RF电力的频率可为27MHz~100MHz的范围,例如可为40MHz或60MHz。处理气体根据蚀刻对象膜EL的种类而选择。在蚀刻对象膜EL为氧化硅膜的情形时,例如可使用含氟气体作为处理气体。含氟气体例如可为氟碳气体、三氟化氮气体。进而亦可在处理气体中添加含氧气体和/或惰性气体。
图2的(A)中,“低”表示不供给RF电力(RF电力为0W)、或为RF电力的大小大于0W的第一RF电力。在一例中,第一RF电力可未达1kW,亦可为500W以下,还可为50W以下。另一方面,“高”表示为RF电力的大小大于第一RF电力的第二RF电力。在一例中,第二RF电力可为1kW以上且10kW以下。
在(d)蚀刻步骤中,使将RF电力控制为“高”的第三期间T1、与将RF电力控制为“低”的第四期间T2依此顺序反复。通过供给RF电力,自处理气体产生等离子体而对基板W上的含硅膜EL进行蚀刻。
在(c)供给负脉冲电压的步骤中,偏压电压于相较于第三期间T1的开始提前时间t开始其供给。时间t可为1μsec以上且20μsec以下。此时,第一期间P1相较于第三期间T1的开始提前1μsec以上且20μsec以下开始。时间t优选为3μsec以上且14μsec以下。此时,第一期间P1相较于第三期间T1的开始提前3μsec以上且14μsec以下开始。时间t更优选为5μsec以上且10μsec以下。此时,第一期间P1相较于第三期间的开始提前5μsec以上且10μsec以下开始。
在(c)步骤中,将脉冲电压的每一波长λ1中包含一个接通状态的波形设为1个波形,则时间t、即自开始第一期间P1起至开始第三期间T1为止的期间所包含的脉冲电压的波数,亦可为1个波形以上且6个波形以下。作为一例,在图2中,时间t所包含的脉冲电压的波数为3,在下述图3中,时间t所包含的脉冲电压的波数为6。
根据本发明的一实施方式的等离子体处理方法,通过将偏压电压的供给开始控制为相较于第三期间T1的开始提前时间t,能够使蚀刻速率提高。此外,能够将蚀刻选择比改善40%以上,其中,蚀刻选择比定义为蚀刻对象膜EL的含硅膜的蚀刻速度Ve与掩膜MK的蚀刻速度Vm之比(Ve/Vm)。接下来对表示以上效果的评估实验进行说明。
(实施例)
一边与参考例比较一边对以上说明的本发明的一实施方式的等离子体处理方法的一实施例进行说明。图3是表示本发明的一实施方式的等离子体处理方法的一实施例的(A)RF电力及(B)偏压电压的供给时序的时序图。图4是表示参考例的等离子体处理方法的(A)RF电力及(B)偏压电压的供给时序的时序图。
在该评估实验中,使用如图1所示的基板W。具体而言,所使用的基板W在实施例及参考例中均为:蚀刻对象膜EL由氧化硅膜构成,掩膜MK由多晶硅膜构成。
此外,实施例及参考例中均为:评估实验的处理条件相同,在以下所示的处理条件下对基板W进行等离子体处理。
<评估实验的处理条件>
·等离子体处理腔室内的压力:10mTorr(1.33Pa)
·处理气体:C4F6气体、C4F8气体、NF3气体、O2气体
·RF电力:40MHz,高:5.5kW,低:0kW
·负脉冲电压:-8.0kV,脉冲波(三角波)
第一频率f1:400kHz,第一占空比:17%
第二频率f2:3kHz,第二占空比:20%
·时间t:14μsec
图3的实施例的等离子体处理方法中,在相较于第三期间T1的开始提前时间t对偏压电极供给负脉冲电压,在图4的参考例的等离子体处理方法中,与第三期间T1的开始同时对偏压电极供给负脉冲电压,除此之外进行相同的处理。
实验的结果是,在执行参考例的等离子体处理方法的情形时,氧化硅膜的蚀刻速率为80(nm/min),蚀刻选择比为1.7。另一方面,在执行实施例的等离子体处理方法的情形时,氧化硅膜的蚀刻速率为110(nm/min),蚀刻选择比为2.4。综上,根据实施例的等离子体处理方法,与参考例的等离子体处理方法相比将蚀刻速率及蚀刻选择比改善了40%以上。
图3的实施例及图4的参考例的任一者的等离子体处理方法中,均在第三期间T1中RF电力为高的状态时将负脉冲电压供给至偏压电极。脉冲电压断开的时序产生的等离子体中的离子通过脉冲电压接通的时序供给至偏压电极的负电压而馈入至基板W,由此促进蚀刻。
另外,在参考例的等离子体处理方法中,与第三期间T1的开始同时开始对偏压电极供给负脉冲电力。此时,如图4所示,发现刚供给后的负脉冲电力中振幅减少。
另一方面,在实施例的等离子体处理方法中,如图3所示,相较于第三期间T1的开始提前时间t开始负脉冲电压的供给,以此防止了刚供给后的负脉冲电力的振幅的降低。因此,相较参考例的等离子体处理方法,实施例的等离子体处理方法中等离子体更稳定,由此认为能够实现蚀刻速率的提高,进而促进蚀刻。并且,认为通过等离子体的稳定而抑制了在第四期间T2掩膜MK的剥落,改善了蚀刻选择比。
需说明的是,以上说明中举出负脉冲电压为例,但并不限于此。一实施方式中,脉冲电压是通过对由下述DC电源32(参见图6)产生的直流电压使用波形整形器进行波形整形而产生的电压。脉冲电压可具有矩形波、三角波、冲击波形、梯形波、任意波形或这些的组合的脉冲波形。脉冲电压周期性地供给至基板支撑部11。关于脉冲电压的极性,只要以对等离子体与基板W之间赋予电位差且将离子馈入至基板W的方式设定基板W的电位,则既可为负,亦可为正。
关于以上说明,进而揭示以下的事项。
一种等离子体处理方法,包括下述步骤:
a)在等离子体处理腔室内的基板支撑部上,提供具有含硅膜和所述含硅膜上的掩膜的基板;
b)对所述等离子体处理腔室内供给处理气体;
c)对所述基板支撑部周期性地供给脉冲电压;以及
d)周期性地供给RF电力,通过所述RF电力自所述处理气体产生等离子体而对所述含硅膜进行蚀刻,
所述脉冲电压以使所述等离子体与所述基板之间产生电位差的方式供给至所述基板支撑部,
所述c)中,使供给第一脉冲电压的第一期间、与不供给所述脉冲电压或供给比所述第一脉冲电压小的第二脉冲电压的第二期间反复,
所述d)中,使供给第一RF电力的第三期间、与不供给所述RF电力或供给比所述第一RF电力小的第二RF电力的第四期间反复,
在所述第三期间开始前开始所述第一期间。
(等离子体处理系统)
接下来,对能够执行本发明的一实施方式的等离子体处理方法的等离子体处理系统及等离子体处理装置的一例进行说明。图5是用以说明等离子体处理系统的结构例的图。
如图5所示,在一实施方式中,等离子体处理系统包含等离子体处理装置1及控制部2。等离子体处理系统是基板处理系统的一例,等离子体处理装置1是基板处理装置的一例。等离子体处理装置1包含等离子体处理腔室10、基板支撑部11及等离子体产生部12。等离子体处理腔室10具有等离子体处理空间10s(参见图6)。此外,等离子体处理腔室10具有:用以将至少一种处理气体供给至等离子体处理空间10s的至少一个气体供给口13a(参见图6)、以及用以自等离子体处理空间10s排出气体的至少一个气体排出口10e(参见图6)。气体供给口13a连接于下述气体供给部20,气体排出口10e连接于下述排气系统40。基板支撑部11配置于等离子体处理空间10s内,且具有用以支撑基板W(参见图6)的基板支撑面。
等离子体产生部12构成为,自供给至等离子体处理空间10s内的至少一种处理气体产生等离子体。在等离子体处理空间10s形成的等离子体可为电容耦合等离子体(CCP:Capacitively Coupled Plasma)、感应耦合等离子体(ICP:Inductively CoupledPlasma)、ECR等离子体(Electron-Cyclotron-Resonance Plasma,电子回旋共振等离子体)、大喇叭波激发等离子体(HWP:Helicon Wave Plasma)、或表面波等离子体(SWP:Surface Wave Plasma)等。此外,亦可使用包含AC(Alternating Current,交流)等离子体产生部及DC(Direct Current,直流)等离子体产生部的各种类型的等离子体产生部。在一实施方式中,AC等离子体产生部使用的AC信号(AC电力)具有100kHz~10GHz范围内的频率。因此,AC信号包含RF(Radio Frequency,射频)信号及微波信号。在一实施方式中,RF信号具有100kHz~150MHz范围内的频率。
控制部2对使等离子体处理装置1执行本申请中所述的各种步骤的计算机可执行命令进行处理。控制部2可构成为,以执行此处所述的各种步骤的方式控制等离子体处理装置1的各要素。在一实施方式中,控制部2的一部分或全部亦可包含在等离子体处理装置1中。控制部2亦可包含处理部2a1、存储部2a2及通信接口2a3。控制部2例如通过计算机2a实现。处理部2a1可构成为,自存储部2a2读出程序,且通过执行所读出的程序而进行各种控制动作。该程序可预先储存于存储部2a2,亦可在必要时经由介质取得。所取得的程序储存于存储部2a2,通过处理部2a1自存储部2a2读出并执行。介质可为计算机2a能够读取的各种存储介质,亦可为连接于通信接口2a3的通信线路。处理部2a1亦可为CPU(CentralProcessing Unit,中央处理单元)。存储部2a2亦可包含RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory,只读存储器)、HDD(Hard Disk Drive,硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive,固态磁盘)、或这些的组合。通信接口2a3亦可经由LAN(LocalArea Network,局域网络)等通信线路而与等离子体处理装置1之间进行通信。
以下,对作为等离子体处理装置1的一例的电容耦合型的等离子体处理装置的结构例进行说明。图6是用以说明电容耦合型的等离子体处理装置的结构例的图。
电容耦合型的等离子体处理装置1包含等离子体处理腔室10、气体供给部20、电源30及排气系统40。此外,等离子体处理装置1包含基板支撑部11及气体导入部。气体导入部构成为,将至少一种处理气体导入至等离子体处理腔室10内。气体导入部包含簇射头13。基板支撑部11配置于等离子体处理腔室10内。簇射头13配置于基板支撑部11的上方。在一实施方式中,簇射头13构成等离子体处理腔室10的顶部(ceiling)的至少一部分。等离子体处理腔室10具有由簇射头13、等离子体处理腔室10的侧壁10a及基板支撑部11所界定的等离子体处理空间10s。等离子体处理腔室10接地。簇射头13及基板支撑部11与等离子体处理腔室10的壳体电性绝缘。
基板支撑部11包含主体部111及环组件112。主体部111具有用以支撑基板W的中央区域111a、以及用以支撑环组件112的环状区域111b。晶片是基板W的一例。主体部111的环状区域111b在俯视下包围主体部111的中央区域111a。基板W配置于主体部111的中央区域111a上,环组件112以包围主体部111的中央区域111a上的基板W的方式配置于主体部111的环状区域111b上。因此,中央区域111a亦被称为用以支撑基板W的基板支撑面,环状区域111b亦被称为用以支撑环组件112的环支撑面。
在一实施方式中,主体部111包含基台1110和静电吸盘1111。基台1110包含导电性构件。基台1110的导电性构件可作为下部电极发挥功能。静电吸盘1111配置于基台1110上。静电吸盘1111在中央区域111a包含陶瓷构件1111a及配置于陶瓷构件1111a内的静电电极1111b。陶瓷构件1111a具有中央区域111a。在一实施方式中,陶瓷构件1111a亦具有环状区域111b。需说明的是,如环状静电吸盘或环状绝缘构件般包围静电吸盘1111的其他构件亦可具有环状区域111b。该情形时,环组件112可配置于环状静电吸盘或环状绝缘构件上,亦可配置于静电吸盘1111和环状绝缘构件这两者上。此外,与下述RF电源31和/或DC电源32耦合的至少一个RF/DC电极亦可配置于陶瓷构件1111a内。该情形时,至少一个RF/DC电极作为下部电极发挥功能。将下述偏压RF信号和/或DC信号供给至至少一个RF/DC电极的情形时,RF/DC电极亦被称为偏压电极。在静电电极1111b的下部,将与静电电极1111b平行配置的电极1112b埋入至静电吸盘1111。电极1112b是偏压电极的一例。需说明的是,基台1110的导电性构件与至少一个RF/DC电极亦可作为多个下部电极发挥功能。此外,静电电极1111b亦可作为下部电极发挥功能。因此,基板支撑部11包含至少一个下部电极。
环组件112包含一个或多个环状构件。在一实施方式中,一个或多个环状构件包含一个或多个边缘环和至少一个盖环。边缘环是由导电性材料或绝缘材料形成,盖环是由绝缘材料形成。
此外,基板支撑部11亦可包含调温模块,该调温模块以将静电吸盘1111、环组件112及基板中的至少1者调节至靶温度的方式构成。调温模块亦可包含加热器、传热介质、流路1110a、或这些的组合。流路1110a中流动有如盐水或气体这类传热流体。在一实施方式中,在基台1110内形成流路1110a,将一个或多个加热器配置于静电吸盘1111的陶瓷构件1111a内。此外,基板支撑部11亦可包含传热气体供给部,该传热气体供给部以对基板W的背面与中央区域111a之间的间隙供给传热气体的方式构成。
在一实施方式中,陶瓷构件1111a亦具有环状区域111b。静电吸盘1111在环状区域111b亦可包含陶瓷构件1111a与配置于陶瓷构件1111a内的静电电极1113a。在静电电极1113a的下部,亦可具有与静电电极1113a平行配置的电极1113b。电极1113b是偏压电极的一例。
簇射头13构成为,将来自气体供给部20的至少一种处理气体导入至等离子体处理空间10s内。簇射头13具有至少一个气体供给口13a、至少一个气体扩散室13b、以及多个气体导入口13c。供给至气体供给口13a的处理气体通过气体扩散室13b而自多个气体导入口13c导入至等离子体处理空间10s内。此外,簇射头13包含至少一个上部电极。需说明的是,除簇射头13外,气体导入部亦可包含一个或多个侧气体注入部(SGI:Side Gas Injector),该侧气体注入部安装在形成于侧壁10a上的一个或多个开口部。
气体供给部20亦可包含至少一个气体源21和至少一个流量控制器22。在一实施方式中,气体供给部20构成为,将至少一种处理气体自分别对应的气体源21经由分别对应的流量控制器22供给至簇射头13。各流量控制器22例如亦可包含质量流量控制器或压力控制式流量控制器。进而,气体供给部20亦可包含对至少一种处理气体的流量进行调制或脉冲化的至少一个流量调制组件。
电源30包含经由至少一个阻抗匹配电路而与等离子体处理腔室10结合的RF电源31。RF电源31构成为,将至少一个RF信号(RF电力)供给至至少一个下部电极和/或至少一个上部电极。由此,自供给至等离子体处理空间10s的至少一种处理气体形成等离子体。因此,RF电源31可作为等离子体产生部12的至少一部分发挥功能。此外,通过将偏压RF信号供给至至少一个下部电极而能够在基板W产生偏压电位,并将所形成的等离子体中的离子成分馈入至基板W。
在一实施方式中,RF电源31包含第一RF产生部31a和第二RF产生部31b。第一RF产生部31a构成为,经由至少一个阻抗匹配电路而与至少一个下部电极和/或至少一个上部电极结合,产生等离子体产生用的源RF信号(RF电力源)。在一实施方式中,源RF信号具有10MHz~150MHz范围内的频率。在一实施方式中,第一RF产生部31a亦可构成为产生具有不同频率的多个源RF信号。所产生的一个或多个源RF信号供给至至少一个下部电极和/或至少一个上部电极。
第二RF产生部31b构成为,经由至少一个阻抗匹配电路而与至少一个下部电极结合,产生偏压RF信号(偏压RF电力)。偏压RF信号的频率与源RF信号的频率可相同亦可不同。在一实施方式中,偏压RF信号具有比源RF信号的频率低的频率。在一实施方式中,偏压RF信号具有100kHz~60MHz范围内的频率。在一实施方式中,第二RF产生部31b亦可构成为产生具有不同频率的多个偏压RF信号。所产生的一个或多个偏压RF信号供给至至少一个下部电极。此外,在各种实施方式中,通过源RF信号而供给图2、图3中所示一例的(A)RF电力。
此外,电源30亦可包含与等离子体处理腔室10结合的DC电源32。DC电源32包含第一DC产生部32a和第二DC产生部32b。在一实施方式中,第一DC产生部32a构成为,连接于至少一个下部电极,产生第一DC信号。所产生的第一DC信号供给至至少一个下部电极。在一实施方式中,第二DC产生部32b构成为,连接于至少一个上部电极,产生第二DC信号。所产生的第二DC信号供给至至少一个上部电极。
在各种实施方式中,第一DC信号被脉冲化。通过第一DC信号而供给图2、图3中所示一例的(B)偏压电压。第二DC信号亦可被脉冲化。该情形时,将脉冲电压的序列供给至至少一个下部电极和/或至少一个上部电极。在一实施方式中,将用以自DC信号产生脉冲电压的序列的波形整形器32c连接于第一DC产生部32a与至少一个下部电极之间。因此,第一DC产生部32a及波形整形器32c构成电压脉冲产生部。脉冲电压是通过对由第一DC产生部32a产生的直流电压使用波形整形器32c进行波形整形而产生的电压。脉冲电压亦可具有矩形波、三角波、冲击波形、梯形波、或这些的组合的脉冲波形。脉冲电压只要以使等离子体与基板W之间产生电位差的方式供给至基板支撑部11,则亦可不为负直流电压。即,关于由波形整形器32c整形的脉冲电压,只要以对等离子体与基板W之间赋予电位差而使离子馈入至基板W的方式对基板W设定电位,则既可为负亦可为正。
在第二DC产生部32b及波形整形部构成电压脉冲产生部的情形时,电压脉冲产生部连接于至少一个上部电极。电压脉冲可具有正极性,亦可具有负极性。此外,电压脉冲的序列在1周期内亦可包含一个或多个正极性电压脉冲和一个或多个负极性电压脉冲。需说明的是,可在RF电源31之外还设置第一DC产生部32a和第二DC产生部32b,亦可代替第二RF产生部31b而设置第一DC产生部32a。本实施方式中,代替第二RF产生部31b而设置有第一DC产生部32a。
排气系统40例如可连接于设置在等离子体处理腔室10的底部的气体排出口10e。排气系统40可包含压力调整阀及真空泵。通过压力调整阀调整等离子体处理空间10s内的压力。真空泵亦可包含涡轮分子泵、干式泵或这些的组合。
如上所说明的,根据本实施方式的等离子体处理方法及等离子体处理装置,能够改善蚀刻选择比。此外,能够使蚀刻速率提高。
应当认为,本次揭示的实施方式的等离子体处理方法及等离子体处理装置在所有方面均为例示而非限制性的。实施方式能够在不脱离随附的权利要求书及其主旨的前提下以各种形态变化及改良。上述多个实施方式中记载的事项可在不矛盾的范围内亦采取其他结构,并且也可在不矛盾的范围内加以组合。
本申请主张于2020年12月10日向美国专利局递交的美国临时申请案63/123,824的优先权,其全部内容通过参照的方式援引于此。
附图标记说明
1:等离子体处理装置
2:控制部
2a:计算机
2a1:处理部
2a2:存储部
2a3:通信接口
10:等离子体处理腔室
11:基板支撑部
13:簇射头
21:气体源
20:气体供给部
30:电源
31:RF电源
32:DC电源
32c:波形整形器
40:排气系统
111:主体部
112:环组件。

Claims (20)

1.一种等离子体处理方法,包括下述步骤:
a)在等离子体处理腔室内的基板支撑部上提供基板,所述基板具有含硅膜和所述含硅膜上的掩膜;
b)对所述等离子体处理腔室内供给处理气体;
c)对所述基板支撑部周期性地供给脉冲电压;以及
d)周期性地供给RF电力,通过所述RF电力自所述处理气体产生等离子体而对所述含硅膜进行蚀刻,
所述脉冲电压具有负极性,
所述c)中,使供给第一脉冲电压的第一期间、与不供给所述具有负极性的脉冲电压或供给绝对值小于所述第一脉冲电压的第二脉冲电压的第二期间反复,
所述d)中,使供给第一RF电力的第三期间、与不供给所述RF电力或供给比所述第一RF电力小的第二RF电力的第四期间反复,
在所述第三期间开始前开始所述第一期间。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理方法,其中,
所述c)中,供给至所述基板支撑部的所述具有负极性的脉冲电压的绝对值为0.5kV以上且20kV以下。
3.一种等离子体处理方法,包括下述步骤:
a)在等离子体处理腔室内的基板支撑部上提供基板,所述基板具有含硅膜和所述含硅膜上的掩膜;
b)对所述等离子体处理腔室内供给处理气体;
c)对所述基板支撑部周期性地供给脉冲电压;以及
d)周期性地供给RF电力,通过所述RF电力自所述处理气体产生等离子体而对所述含硅膜进行蚀刻,
所述脉冲电压以使所述等离子体与所述基板之间产生电位差的方式供给至所述基板支撑部,
所述c)中,使供给第一脉冲电压的第一期间、与不供给所述脉冲电压或供给比所述第一脉冲电压小的第二脉冲电压的第二期间反复,
所述d)中,使供给第一RF电力的第三期间、与不供给所述RF电力或供给比所述第一RF电力小的第二RF电力的第四期间反复,
在所述第三期间开始前开始所述第一期间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的等离子体处理方法,其中,
所述c)包括:将直流电压进行波形整形,作为所述脉冲电压供给至所述基板支撑部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的等离子体处理方法,其中,
所述第一期间相较于所述第三期间的开始提前1μsec以上且20μsec以下开始。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理方法,其中,
所述第一期间相较于所述第三期间的开始提前3μsec以上且14μsec以下开始。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理方法,其中,
所述第一期间相较于所述第三期间的开始提前5μsec以上且10μsec以下开始。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的等离子体处理方法,其中,
自开始所述第一期间起至开始所述第三期间为止的期间所包含的脉冲电压的波数为1个波形以上且6个波形以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的等离子体处理方法,其中,
所述第一期间中的所述脉冲电压的接通/断开的周期的倒数即第一频率为100kHz以上且3.2MHz以下。
10.根据权利要求9所述的等离子体处理方法,其中,
所述第一期间中表示所述脉冲电压的接通时间的比率的第一占空比为30%以下。
11.根据权利要求10所述的等离子体处理方法,其中,
所述第一占空比为20%以下。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的等离子体处理方法,其中,
所述c)中所述第一期间与所述第二期间的周期的倒数即第二频率为0.1kHz以上且20kHz以下。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理方法,其中,
所述c)中,表示所述第一期间的比率的第二占空比为40%以下。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的等离子体处理方法,其中,
所述脉冲电压具有矩形波、三角波、冲击波形、梯形波、或这些的组合的脉冲波形。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的等离子体处理方法,其中,
所述含硅膜为氧化硅膜、氮化硅膜、硅锗膜、或碳化硅膜、或包含两种以上这些膜的层叠膜的任一者。
16.根据权利要求15所述的等离子体处理方法,其中,
所述含硅膜为氧化硅膜、或氧化硅膜与氮化硅膜的层叠膜。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的等离子体处理方法,其中,
所述掩膜为多晶硅膜、掺硼硅膜、有机膜或含钨膜。
18.根据权利要求17所述的等离子体处理方法,其中,
所述含钨膜为硅化钨膜或碳化钨硼膜。
19.一种等离子体处理装置,包括:
处理腔室,具有气体供给口和气体排出口;
基板支撑部,配置于所述处理腔室内;
等离子体产生部;以及
控制部,
所述控制部以执行以下处理的方式构成,所述处理包括下述步骤:
a)在所述基板支撑部上,配置具有含硅膜与所述含硅膜上的掩膜的基板;
b)对所述处理腔室内供给处理气体;
c)对所述基板支撑部周期性地供给脉冲电压;以及
d)周期性地供给RF电力,通过所述RF电力自所述处理气体产生等离子体而对所述含硅膜进行蚀刻,
所述脉冲电压具有负极性,
所述c)中,使供给第一脉冲电压的第一期间、与不供给所述具有负极性的脉冲电压或供给绝对值小于所述第一脉冲电压的第二脉冲电压的第二期间反复,
所述d)中,使供给第一RF电力的第三期间、与不供给所述RF电力或供给比所述第一RF电力小的第二RF电力的第四期间反复,
在所述第三期间开始前开始所述第一期间。
20.根据权利要求19所述的等离子体处理装置,其中,
所述等离子体处理装置还包括直流电源和波形整形器,
所述控制部在所述c)中,通过所述波形整形器对由所述直流电源产生的直流电压进行整形,作为所述脉冲电压周期性地供给至所述基板支撑部。
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