TW200926909A - Plasma processing apparatus, plasma processing method and final point detection method - Google Patents

Plasma processing apparatus, plasma processing method and final point detection method Download PDF

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Yoshiro Kabe
Kinya Ota
Junichi Kitagawa
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Tokyo Electron Ltd
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Description

200926909 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於利用電漿處理被處理體之電漿處理裝 置、電漿處理方法、以及電漿處理之終點檢測方法相關。 【先前技術】 利用電漿對半導體晶圓等被處理體進行氧化處理、氮 Φ 化處理等之電漿處理係大家所熟知。電漿處理，因爲可以 爲400°C程度之低溫處理，與熱氧化處理等相比，具有降 低熱預算而抑制半導體晶圓之熱變形優點。 電漿處理之課題，例如，有難以正確掌握終點的問 題。傳統之電漿處理時，係以處理之速率（例如，氧化速 率、氮化速率、蝕刻速率等）爲基礎來預設處理時間，藉 由時間管理來結束電漿處理。然而，電漿，因爲其自由基 及離子等活性種之量及種類會隨著生成條件而變化，只單 Q 純以時間做爲基準，處理結果可能出現誤差。爲了解決上 述問題，例如’日本特開2005-79289號公報提出，於腔 室配設利用光學手法之膜厚監視裝置來進行蝕刻之終點檢 測的技術。此外，日本特開2002-57 1 49號公報則提出， 藉由監視電槳之發光來進行清洗之終點檢測的技術。 日本特開2005-79289號之技術，係藉由計測被蝕刻 對象膜之殘存厚度來檢測電漿處理之終點，可以實施即時 之監視。然而’該方法因爲計測對象爲膜厚，蝕刻以外之 處理，而難以適用於例如電漿氧化處理、電漿氮化處理等 -5- 200926909 之終點檢測。此外，日本特開2002-57149號 術，亦係利用進行清洗所造成之腔室內化學| 術，而難以應用於電漿氧化處理及電漿氮化虔 述，傳統技術所提出之終點檢測方法，其對募 所以，電漿之狀態可能導致處理結果產生誤差 的事，然而，以電漿處理時間爲基準來進行f 然被廣泛採用。 公報2之技 L成變化的技 :理。如上所 :受到限定。 :係眾所皆知 :理的手法依
【發明內容】 有鑑於上述情形，本發明之目的，係在 以良好精度檢測其終點。 本發明之第1觀點之電漿處理裝置，具 被處理體之電漿處理的處理室；用以在前述 電漿之電漿生成手段；用以計測前述電漿中 處理體移動之活性種之粒子數之累積値的計 前述累積値到達設定値時，以結束電漿處理 電漿處理裝置之控制手段。 上述第1觀點之電漿處理裝置時，前述 爲氧化活性種之Ο (1 D 2)自由基。此外，前述n 備··朝電漿照射特定雷射光之光源部、及檢裡 雷射光的檢測部，前述光源部及前述檢測部， 置於從前述光源部朝向前述檢測部之雷射光汾 前述處理室內之被處理體之附近的位置。此列 生成手段，亦可以具備以將微波導入前述處理 漿處理時可 :用以實施 理室內生成 含有之朝被 手段；以及 方式控制該 性種亦可以 測手段，具 通過電漿之 亦可以爲配 路被配置於 ，前述電漿 室內爲目的 -6- 200926909 之具有複數縫隙之平面天線。 本發明之第2觀點之電漿處理方法， 置之處理室內實施被處理體之電漿處理的 前述處理室內生成電漿並開始進行電漿處 前述電漿中所含有之朝被處理體移動之活 累積値的步驟；以及前述累積値到達設定 處理之步驟。 ❹ 上述第2觀點之電漿處理方法時，前 爲氧化活性種之Ο (1 D 2)自由基。此外，前 以爲生成於前述處理室內之上部而朝著被 動者，於被處理體附近位置實施前述活* 外’前述電漿處理裝置，亦可以藉由具有 天線來將微波導入前述處理室內之方式的 本發明之第3觀點之終點檢測方法， 置之處理室內實施被處理體之電漿處理並 Q 終點之終點檢測方法，具備：於前述處理 開始進行電漿處理之步驟；計測前述電漿 處理體移動之活性種之粒子數之累積値的 判定前述累積値是否到達設定値，來檢測 的步驟。 上述第3觀點之終點檢測方法時，前 爲氧化活性種之0(1 D2)自由基。此外，前 以爲生成於前述處理室內之上部而朝著被 動者，於被處理體附近位置實施前述活' 係於電漿處理裝 方法，具備：於 理之步驟；計測 性種之粒子數之 値時，結束電漿 述活性種亦可以 述活性種，亦可 處理體向下方移 丨生種之計測。此 複數縫隙之平面 電漿處理裝置。 係於電漿處理裝 檢測電漿處理之 室內生成電漿並 中所含有之朝被 步驟；以及藉由 電漿處理之終點 述活性種亦可以 述活性種，亦可 處理體向下方移 生種之計測。此 -7- 200926909 外，前述電漿處理裝置，亦可以藉由具有複數縫隙之平面 天線來將微波導入前述處理室內之方式的電漿處理裝置。 本發明之第4觀點之電腦可讀取記憶媒體，係用以記 憶在電腦上執行動作之控制程式者，前述控制程式，執行 時’以於電漿處理裝置之處理室內實施被處理體之電漿處 理時實施檢測處理之終點的終點檢測方法之方式來控制前 述電漿處理裝置，前述終點檢測方法，係具備：於前述處 0 理室內生成電漿並開始進行電漿處理之步驟；計測前述電 獎中所含有之朝被處理體移動之活性種之粒子數之累積値 的步驟；以及藉由判定前述累積値是否到達設定値，來檢 測電漿處理之終點的步驟。 本發明之第5觀點之電漿處理裝置，係具備：以利用 電漿實施被處理體之處理爲目的之處理室；以將微波導入 前述處理室內爲目的之具有複數縫隙之平面天線；對前述 _理室內供應氣體之氣體供應機構；實施前述處理室內之 〇 減壓排氣的排氣機構；以及於前述處理室內實施被處理體 之電漿處理時，實施檢測處理終點之終點檢測方法之方 式’控制該電漿處理裝置之動作的控制部；且，前述終點 檢測方法，具備：於前述處理室內生成電漿並開始進行電 獎處理之步驟；計測前述電漿中所含有之朝被處理體移動 之活性種之粒子數之累積値的步驟；以及藉由判定前述累 積値是否到達設定値，來檢測電漿處理之終點的步驟。 依據本發明，藉由計測電漿中所含有之朝被處理體移 動之特定活性種之粒子數的累積値，可以高精度檢測電漿 -8- 200926909 處理之終點。因此’藉由於累積値到達設定値之時點 束電獎處理，可以不受電漿生成條件及電漿狀態之影 而確實地完成目的之處理，且具有可確保晶圓間、批 之處理均一性的效果。 此外’本發明方法’因爲以活性種之粒子數之累 做爲指標來檢測終點，與以時間爲基準來管理電漿處 手法相比’可以不受到電漿狀態之影響，而直接地進 φ 確之終點檢測。此外，與以被處理體之膜厚及電漿之 爲指標實施終點檢測之傳統法相比時，具有可適用於 泛範圍之電漿處理的優點。因此，利用本發明方法， 可正確且確實實施例如電漿氧化處理、電漿氮化處理 漿蝕刻處理、電漿清洗處理等之終點檢測的效果。 【實施方式】 以下，參照圖式’針對本發明之實施形態進行詳 Q 明。本實施形態時，係以利用電漿實施被處理體之氧 理時爲例來進行說明。第1圖係本發明之第1實施形 電漿處理裝置1〇〇之槪略構成的槪念剖面圖。此外， 圖係第1圖之電漿處理裝置1〇〇之平面天線的平面圖 外，第3圖係第1圖之電漿處理裝置100之控制系統 略構成例圖。 電漿處理裝置100，係藉由以具有複數貫通孔之 的平面天線’尤其是，係以 RLSA(Radial Line Antenna ;幅射狀縫隙天線）將微波導入處理室內而發 ，結 響， 次間 積値 理之 行正 發光 更廣 具有 、電 細說 化處 態之 第2 。此 之槪 縫隙 Slot 生電 200926909 漿，而可發生高密度且低電子溫度之微波激發電漿的 RLSA微波電漿處理裝置。電漿處理裝置1〇〇時，可以利 用具有lxl〇1Q〜5xl012/cm3之電漿密度、0_7〜2eV(被處 理體附近爲leV以下）之低電子溫度的電漿實施處理。因 此’電漿處理裝置1〇〇，係各種半導體裝置之製造過程 時，適合利用於使矽氧化而形成矽氧化膜之目的者。 電漿處理裝置1 00，具備之主要構成構件，係··氣密 0 構成之腔室（處理室）1、對腔室1內供應氣體之氣體供應 機構18、以實施腔室1內之減壓排氣爲目的之排氣機構 之排氣裝置24、配設於腔室1之上部之將微波導入腔室1 內之微波導入機構27、控制該等電漿處理裝置1〇〇之各 構成部之控制手段之控制部5 0、以及計測電漿中之活性 種之粒子數之累積値之計測手段之計測部60。此外，氣 體供應機構18、排氣裝置24、及微波導入機構27構成於 腔室1內生成電漿之電漿生成手段。 Q 腔室1，係由接地之略呈圓筒狀之容器所形成。此 外，腔室1亦可以由角筒形狀之容器所形成。腔室1具有 由鋁等之材質所構成之底壁la及側壁lb。 腔室1之內部，配設著以水平支撐著被處理體之矽晶 圓（以下，簡稱爲 「晶圓」）W爲目的之載置台2。載置 台2係由高熱傳導性之材質所構成，例如，由A1N等陶 瓷所構成。該載置台2，係獲得從排氣室11之底部中央 朝上方延伸之圓筒狀之支撐構件3所支撐。支撐構件3, 例如，係由A1N等之陶瓷所構成。 -10- 200926909 於載置台2’配設著覆蓋其外緣部而用以導引晶圓w 之蓋環4。該蓋環4’例如，係由石英、AIN、AI2O3、SiN 等材質所構成之環狀構件。 於載置台2’塡埋著做爲溫度調節機構之電阻加熱型 之加熱器5。該加熱器5，藉由從加熱器電源5 a進行供電 而對載置台2進行加熱，以該熱均一地進行被處理基板之 晶圓W的加熱。 φ 於載置台2’配備著熱電對（TC)6。藉由以該熱電對6 實施溫度計測’而可將晶圓w之加熱溫度控制於例如從 室溫至900 °C爲止之範圍。 於載置台2，配設著支撐著晶圓W進行昇降之晶圓支 撐銷（未圖示）。各晶圓支撐銷係可突縮於載置台2之表面 的方式配設。 於腔室1之內周，配設著由石英所構成之圓筒狀之襯 圈7。此外，於載置台2之外周側，配設著環狀之以進行 Q 腔室1內之均一排氣爲目的之具有多數排氣孔8a之石英 製的折流板8。該折流板8 ’獲得複數支柱9之支撐。 於腔室1之底壁la之大致中央部’形成著圓形之開 口部10。於底壁la，配設著連通於該開口部1〇而朝下方 突出之排氣室11。於該排氣室11 ’連結著排氣管12 ’介 由該排氣管12連結著排氣裝置24。 於形成腔室1之側壁lb之上端’接合著環狀之上翼 片13。上翼片13之內周下部’朝內側（腔室內空間）突出 而形成環狀之支撐部13a。 -11 - 200926909 於腔室1之側壁lb’配設著環狀之氣體導入部15。 該氣體導入部15’連結於供應氧含有氣體及電漿激發用 氣體之氣體供應機構18。此外，氣體導入部15亦可配設 成噴嘴狀或蓮蓬頭狀。 此外，於腔室1之側壁lb，配設著：電漿處理裝置 100;以在與前述鄰接之搬送室（未圖示）間進行晶圓W之 搬出入爲目的之搬出入口；以及用以開關該搬出入口之閘 ❾ 閥（皆省略圖不）。 氣體供應機構1 8，具有例如惰性氣體供應源1 9a及 氧含有氣體（〇含有氣體）供應源19b。此外，氣體供應機 構1 8，上述以外之未圖示的氣體供應源，例如，亦可具 有以提高氧化速率爲目的而與氧氣體混合使用之氫氣體的 供應源、置換腔室內環境空氣時所使用之沖洗氣的供應 源、以及清洗腔室1內時所使用之清洗氣體之供應源等。 惰性氣體，例如，可以使用n2氣體或鈍氣。鈍氣， Q 例如，可以使用Ar氣體、Kr氣體' Xe氣體、He氣體 等。此外，氧含有氣體，例如，可以使用氧氣體（〇2)。 惰性氣體及氧含有氣體，係從氣體供應機構1 8之惰 性氣體供應源19a及氧含有氣體供應源19b並介由氣體管 線20至氣體導入部15，而從氣體導入部15被導入腔室1 內。於連結在各氣體供應源之各氣體管線20，配設著質 流控制器2 1及其前後之開關閥22。藉由此種氣體供應機 構18之構成，可以進行供應氣體之切換及流量等的控 制。 -12- 200926909 做爲排氣機構之排氣裝置24，具備渦輪分子栗等之 高速真空泵。如前面所述，排氣裝置24，係介由排氣管 12連結於腔室1之排氣室11。腔室1內之氣體，均一地 流入排氣室1 1之空間1 1 a內，此外，藉由從空間1 1 a驅 動排氣裝置24而介由排氣管12排氣至外部。藉此，可以 使腔室1內快速地減壓至例如0 . 1 3 3 P a爲止之特定真空 度。 U 其次，針對微波導入機構27之構成進行說明。微波 導入機構27之主要構成，係具備透射板28、平面天線 31、 慢波材33、屏蔽蓋體34'導波管37、匹配電路38、 以及微波發生裝置39。 用以透射微波之透射板2 8，係於上翼片1 3以朝內周 側突出之方式配備於支撐部13a上。透射板28，係由例 如石英、或Al2〇3、A1N等陶瓷之介電質所構成。該透射 板28與支撐部13a之間，介由密封構件29形成氣密密 Q 封。所以，腔室1內保持氣密。 平面天線31，係以與載置台2相對之方式配設於透 射板28之上方。該平面天線31，卡止於上翼片13之上 端。正面天線3 1爲圓板狀。此外，平面天線3 1之形狀， 未限制爲圓板狀，例如，亦可爲四方板狀。 平面天線3 1，係由例如表面鍍金或鍍銀之銅板或鋁 板所構成。平面天線31，具有用以放射微波之多數縫隙 32。 縫隙32，係以特定圖案貫通形成於平面天線31。 各縫隙32 ’如第2圖所示，爲細長孔。其次，以鄰 -13- 200926909 接之縫隙32形成「T」字狀之對來配置係其典型。此 如上所述，組合配置成特定形狀（例如，Τ字狀）之 32，全體更配置成同心圓狀。 縫隙32之長度及配列間隔，係對應微波之波長 來決定。例如，以縫隙32之間隔爲Λ g/4、λ g/2、j 之方式配置。此外，第2圖中，形成爲同心圓狀之鄰 隙32彼此之間隔以△ r來表示。此外，縫隙3 2之形 0 例如，亦可以爲長方形狀、圓形狀、圓弧狀等之其 狀。此外，縫隙32之配置形態並無特別限制，除了 圓狀以外，例如，亦可配置成螺旋狀、放射狀等。 於平面天線31之上面，配設著具有大於真空之 常數之材料，例如，由石英、聚四氟乙烯樹脂、聚醯 樹脂等所構成之慢波材3 3。該慢波材3 3，因爲在真 可使微波之波長變長，而具有縮短微波之波長來調整 之機能。 Q 此外，平面天線3 1與透射板28之間，此外，慢 33與平面天線31之間，可以分別爲接觸或分離，然 以接觸爲佳。 於腔室1之上部，以覆蓋該等平面天線31及慢 33之方式，配設著屏蔽蓋體34。屏蔽蓋體34，例如 鋁或不鏽鋼等金屬材料所形成。上翼片13之上端及 蓋體34，利用密封構件3 5進行密封。此外，於屏蔽 34之內部，形成有冷卻水流路34a。藉由使冷卻水流 該冷卻水流路34a，進行屏蔽蓋體34、慢波材33、 ，外， 縫隙 (λ g) 或λ g 接縫 狀， 他形 同心 介電 亞胺 空中 電漿 波材 而， 波材 ’由 屏蔽 蓋體 通於 平面 -14- 200926909 天線31、及透射板28之冷卻。此外’屏蔽蓋體34進 接地。 於屏蔽蓋體34之上壁（天花板部）之中央’形成有 口部36，該開口部36連結著導波管37。導波管37之 一端側，介由匹配電路38連結者用以發生微波之微波 生裝置39。 導波管37，具有：從上述屏蔽蓋體34之開口部 φ 朝上方延伸而出之剖面爲圓形狀之同軸導波管37a、及 由模式變換器40連結於該同軸導波管37a之上端部之 水平方向延伸之矩形導波管3 7b。模式變換器40，具有 以TE模式在矩形導波管3 7b內傳播之微波變換成TEM 式之機能。 同軸導波管37a之中心，延伸有內導體41。該內 體41，其下端部連結固定於平面天線31之中心。藉由 種構造，微波，可以介由同軸導波管37a之內導體41 Q 有效率地以放射狀且均一地傳播至平面天線31。 藉由以上之構成的微波導入機構27，微波發生裝 39所發生之微波介由導波管37傳播至平面天線31， 外，介由透射板28被導入至腔室1內。此外，微波之 率，以使用例如 2.45GHz爲佳，其他，亦可使 8.35GHz、1.98GHz 等。 計測部60，亦如第3圖所示，係具備：將特定雷 光朝電漿照射之光源部61;具備受取通過電漿之雷射 之單色儀（省略圖示）的檢測部6 3 ;以及數値解析檢測 行 開 另 發 36 介 於 將 模 導 此 而 置 此 頻 用 射 光 部 -15- 200926909 63之檢測結果並計算自由基粒子數且累積其値之運算部 65。單色儀，係用VUV單色儀。本實施形態時’計測部 60，係計測電漿中之氧化活性種之一的0(1 D2)自由基。 光源部61，省略了其詳細構造之圖示，然而，係具 備：例如振盪波長3 08nm之雷射光的XeCl準分子雷射； 及將該XeCl準分子雷射當做泵光振盪特定波長之光之複 數之色素雷射。檢測部63，除了前述VUV單色儀以外’ H 尙具備以將νυν單色儀所檢測之波長資料變換成電氣信 號爲目的之未圖示之光電倍增器（ΡΜΤ)。運算部65，省略 了圖示，然而，具備CPU等之運算手段、RAM等之記憶 手段、依序累積加算粒子數之粒子數計數器。此外，計測 部60連結於控制部50之程序控制器5 1。 如第1圖所示，光源部61配置於腔室之外部。檢測 部63，配置於光源部之相對側之腔室的外部。從光源部 61射出之雷射光，介由配設於腔室1之側壁之透射窗67 Q 被導入腔室1內。其次，雷射光，通過腔室1內之電漿形 成空間，介由配設對向於腔室1側壁之相對部位的透射窗 69，射出至腔室1外，並由檢測部63受取。 利用計測部60測定微波電漿時，從光源部6 1朝向檢 測部63之雷射光所通過之光路R，只要配設於橫切過電 漿中之位置即可，然而，光路R最好通過被處理體之晶圓 W之上方附近的位置，例如，通過與晶圓 W表面之距離 爲1〜10 mm之範圍內。因此，從載置台2之晶圓載置台 至光路R爲止之距離以1.5〜12mm程度之範圍內爲佳。 -16- 200926909 存在於電漿中之0(1 D2)自由基，因爲有些在到達i 之途中會去活化，故測定位置之光路R與晶圓w 離愈大，則存在於光路R上之odDJ自由基之粒 實際到達晶圓W之自由基之粒子數的相關性會愈 難以得到正確的測定結果。因此，藉由儘量將測定 光路R設定於晶圓W附近之位置，可以正確地掌 到達晶圓W而促進氧化之0(1 D2)自由基的粒子數。 @ 上述之計測部60時，例如，係利用採用波長 空紫外雷射之真空紫外吸收分光法（Vacuum Ultra Laser Absorption Spectroscopy)，可以光學方式計 體電漿之OdDO自由基的密度。該方法時，藉由使 雷射及鈍氣胞，利用以可變波長振盪測定對象之氧 共鳴線附近之真空紫外雷射光，以分光器測定其通 體之電漿時之前述雷射光之吸收剖面（profile)、及 射光之發光剖面（profile)，以其比來決定OCDO自 〇 度。該測定方法，因爲係利用光之非接觸的測定法 對測定對象之電漿造成影響，而可即時進行線內測 此外，計測部60亦可實施OdDO以外之自由 如，〇(3Pj)自由基之計測，然而，0(3Ρ」）自由基的 用較弱，幾乎無法期望氧化反應。利用電漿處理裝 之電漿氧化處理時，氧化反應主要係利用0(1 D2)自 進行，本實施形態時，選擇只以0(1 D2)自由基之粒 進行計測。藉此，大致可正確地掌握電漿氧化處 點。 晶圓W 間之距 子數與 低，而 位置之 握實際 可變真 Violet 測氧氣 用色素 原子之 過吸收 前述雷 由基密 ，不會 定。 基，例 氧化作 置 100 由基來 子數來 理之終 -17- 200926909 利用波長可變真空紫外雷射光之真空紫外吸收分光 法，以計測部60測定電漿中之活性種OCD2)自由基之密 度時，例如，將Xe及Ar之混合鈍氣當做非線形媒質而 以光源部61之雷射光源振盪波長1 15.2nm附近之oyDJ 自由基檢測用雷射光，並照射向電漿。其次，以檢測部 63之VUV單色儀檢測第3諧波之發生過程之波長。光源 部61則跨越計測對象自由基之OdDJ自由基之吸收波長 0 範圍掃描雷射光之波長，可以檢測部63計測其來掌握各 波長之吸收率。藉由以該吸收率之波長依賴性及雷射光之 發光剖面爲基本並以運算部65進行解析，計算計測對象 自由基之絶對密度。如上所示之自由基密度之計測方法， 係例如「第53次應用物理學相關連合演講會預稿集」 No.1，22p-ZL-l，pl77; 2006(日本國）所記載之公知方法。 此外，若雷射光之吸收率爲已知，則0(1 D2)自由基之平移 溫度（translational temperature)亦可以公知之方法來求 ❹ 取。 若0(42)自由基之絶對密度n(cnT3)及平移溫度Τ(κ) 爲已知，則可以下述式1求取Ο (1 D 2)自由基之通量（流 束）Frym^sec·1)，亦即，以下述式1求取單位時間通過絶 對密度計測部位之單位面積的〇(1 D2)自由基數。
Fr = (l/4). n· (8kT/7im)1/2 ...(式 1) 此處’ k係波茲曼常數，m係自由基之質量。 -18 - 200926909 光源部6 1所發出之真空紫外雷射光，在檢測部63被 計測吸收率。運算部65利用該吸收率計測値計算oCDz) 自由基之絶對密度η及平移溫度T，此外，利用上述式1 求取0(1 D2)自由基之通量。處理時間乘以該通量之値即爲 自由基之粒子數。具體而言，通量之測定，係以每特定時 間t(t爲例如1秒或其以下）來實施。其次，運算部65之 粒子數計數器，係以每特定時間t累積加算通量Fr與特 0 定時間t之積（於特定時間t之期間通過單位面積之粒子 數）。如上所述，以此方式計測所得之OdDJ自由基之粒 子數的累積値，應大致近似於電漿處理之期間到達晶圓W 之自由基的粒子數。因此，電漿處理裝置100時， 可即時監視與到達晶圓W之數大致相等之O^Dz)自由基 的粒子數。此外，OCDJ自由基粒子數，因爲係以任意之 單位面積（例如lcm2)之粒子數來計測，粒子數計數器，可 累積單位面積之粒子數，亦可累積換算成晶圓全面積之 φ 値。該累積値到達預設値之時點，輸出處理結束信號。此 外，因爲若程序安定則該通量呈現一定値，故亦可當做即 時之程序診斷監視器來使用。 電漿處理裝置100之各構成部，係連結於控制部50 並接受控制。控制部5 0，如第3圖所示，具備：具備 CPU之程序控制器51 ;及連結於該程序控制器51之使用 者介面52及記憶部53。程序控制器5 1，係統合控制電漿 處理裝置1 00之例如溫度、氣體流量、壓力、微波輸出等 程序條件相關之各構成部（例如，加熱器電源5a、氣體供 -19- 200926909 應機構18、排氣裝置24'微波發生裝置39等）。此外， 控制部50之程序控制器5 1，亦連結著計測部6〇之光源 部61、檢測部63、及運算部65，解析計測部60所計測 之電漿資料，並依據該資料，對電漿處理裝置100之各構 成部傳送控制信號。例如，程序控制器51，藉由將運算 部65之粒子數計數器所累積之〇(1 〇2)自由基的累積値， 與預先規定於配方之設定値進行比較，來檢測電槳氧化處 φ 理之終點’並傳送結束針對各端裝置之電漿氧化處理之內 容的命令（控制信號）。 使用者介面52，以供工程管理者進行電漿處理裝置 100之管理爲目的，具有進行指令之輸入操作等之鍵盤、 及用以實施電漿處理裝置100之運轉狀況可視化顯示的顯 示器等。此外，記憶部5 3儲存著以程序控制器5 1之控制 實現電漿處理裝置100執行之各種處理爲目的之控制程式 (軟體）及記錄著處理條件資料等之配方。 Q 其次，必要時，藉由以使用者介面52之指示等從記 憶部53呼叫任意之配方並要求程序控制器51執行，可在 程序控制器51之控制下，於電漿處理裝置100之腔室！ 內執行期望之處理。此外，前述控制程式及處理條件資料 等之配方，可以儲存於例如CD-ROM、硬碟、軟碟、快閃 記憶體、DVD、藍光光碟等電腦可讀取之記憶媒體之狀態 來利用，或者，亦可從其他裝置介由例如專用迴線隨時傳 送之線上利用。 如上所述之構成的電漿處理裝置1〇〇時，可以基板 -20- 200926909 (晶圓）溫度8 0 0 °C以下、最好爲5 5 0 °C以下之低溫對基底 膜等實施無損傷之電漿處理。此外，電漿處理裝置100, 因爲優良之電漿均一性，可實現程序之均一性。 其次，參照第4圖’針對利用本實施形態之電漿處理 裝置100之電獎氧化處理的步驟例進行說明。首先’例 如，工程管理者從使用者介面52輸入以電漿處理裝置 1 〇〇進行電漿氧化處理之指令。接收到該指令，程序控制 φ 器51讀取儲存於記憶部53之配方。其次，以依據配方之 條件，從程序控制器51對例如氣體供應機構18、排氣裝 置24、微波發生裝置39、加熱器電源5a等電漿氧化處理 裝置100之各端裝置傳送控制信號做爲執行電漿氧化處理 之指令，亦對計測部60傳送執行自由基密度計測之控制 信號。 其次，步驟S1時，打開未圖示之閘閥從搬出入口將 晶圓W搬入腔室1內並載置於載置台2上。其次，步驟 Q S2時，驅動排氣裝置24並實施腔室1內之減壓排氣，同 時，從氣體供應機構18之惰性氣體供應源19a及氧含有 氣體供應源19b以特定流量分別介由氣體導入部15將惰 性氣體及氧含有氣體導入腔室1內。惰性氣體以Ar、 Kr、Xe等鈍氣爲佳。此外，步驟S3時，調整排氣量及氣 體供應量將腔室1內調節成特定壓力。 其次，步驟S4時，導通（打開）微波發生裝置39之微 波電源，發生微波。其次，發生之例如2.45GHZ之特定頻 率之微波，介由匹配電路38被導引至導波管37。被導引 -21 - 200926909 至導波管37之微波，依序通過矩形導波管 波管37a，介由內導體41供應給平面天線 微波於矩形導波管37b內係以TE模式傳播 之微波被模式變換器40變換成TEM模式， 3 7a內被朝平面天線31傳播。其次，微波 平面天線31之縫隙32介由透射板28放射 晶圓W的上方空間。此時之微波之功率密 U 目的而從透射板28之單位面積爲例如0.3 -圍內進行選擇。 藉由從平面天線31經由透射板28而放 微波，於腔室1內形成電磁場，而分別使惰 有氣體電漿化。該微波激發電漿，藉由從平 多數縫隙32放射微波，而成爲大致lxlO1 之高密度且晶圓W附近爲大致1.5eV以下 的電漿。以如上方式所形成之微波激發高密 Q 基底膜之離子等所造成的電漿傷害較小。其 中之活性種例如自由基及離子之作用，使晶 面產生氧化而形成矽氧化膜（Si〇2膜）之薄膜 本實施形態時，電漿氧化處理之期間 60即時計測與電漿中之氧化相關之活性種；： 基朝晶圓W移動之粒子數的累積値。所以， 開始電漿氧化處理，同時開始以計測部60 j 由基之計測。 因此，利用自由基計測之電漿氧化處理 37b及同軸導 3 1 »換言之， ，該TE模式 於同軸導波管 從貫通形成於 至腔室1內之 度，可以對應 - 3 W/cm2 之範 射至腔室1之 性氣體及氧含 面天線31之 0 〜5x1 012/cm3 之低電子溫度 度電漿，對於 次，藉由電漿 圓 W之矽表 〇 ，利用計測部 匕自由 步驟S4時， 進行0(^)自 的終點檢測， -22- 200926909 係以如第5圖所示之步驟S11〜步驟S14之步驟來實施。 從程序控制器51受取執行自由基密度之計測之內容的命 令（控制信號）時，計測部60開始實施0(1 D2)自由基粒子 數之計測（步驟S 1 1)。亦即’從光源部6 1對腔室1內之電 漿照射雷射光，且以利用檢測部63受取通過電漿中之光 的上述方法來計測自由基粒子數。其次，以運算部65之 粒子數計數器（未圖示）累積計測到之oOdj自由基粒子數 0 (步驟 S12)。 程序控制器51，藉由從運算部65之粒子數計數器讀 取最新之累積値，並與預先規定於配方之設定値進行對 照，判斷累積値是否到達該設定値（步驟S13)。此處之 「設定値」，係藉由利用事前測定之OdDJ自由基粒子數 的累積値與實測之氧化膜厚之關係所製作之檢準曲線等來 決定。其次，於步驟S 1 3判斷累積値到達設定値（Yes) 時，從程序控制器51對各端裝置傳送結束電漿氧化處理 0 之內容的命令（控制信號）（步驟S14)。 另一方面，於步驟S13判斷累積値未到達設定値（No) 時，以程序控制器5 1讀取新累積値，與設定値進行對 照，重複步驟S13之判斷。該步驟S13，於持續進行電漿 氧化處理之期間，重複執行。 再度參照第4圖，上述累積値到達設定値時，或因爲 其他事由，程序控制器51傳送結束電漿處理之內容的命 令（控制信號）時，以步驟S5斷開（切斷）微波發生裝置39 之微波電源，結束電漿氧化處理。同時，亦結束計測部 -23- 200926909 60之自由基粒子數之計測。其次’以步驟S6進行腔室內 之昇壓，此外，以步驟S7停止從氣體供應機構18供應處 理氣體。其次，以步驟S8將晶圓W從腔室1內搬出’結 束針對1片晶圓W之電漿處理。 其次，針對本實施形態之電漿處理裝置1〇〇之電漿氧 化處理的終點檢測原理進行說明。如上面所述，傳統之電 漿氧化處理時，處理之結束係利用時間進行管理。然而， φ 電漿氧化處理之條件及電漿狀態改變時，因爲氧化速率也 會改變，有時相同時間之氧化膜厚也會不同，利用時間管 理，難以實現嚴密之膜厚控制。 針對此，本實施形態時，利用電漿中之活性種0(1 d2) 自由基的計測結果來取代時間管理。第6圖係利用電漿處 理裝置100依下述條件1〜3對由矽所構成之晶圓W表面 實施電漿氧化處理時之氧化膜厚、與以計測部60計測之 朝矽基板移動之電漿中之oCdj自由基及0(3P2)自由基之 〇 通量的關係。此處，自由基之通量係指1秒間通過1 cm2 之面積之自由基的粒子數。 [共同條件]
處理氣體：Ar及02 處理溫度：400°C 微波之功率密度（透射板28之單位面積）：1.4 6 W/cm2 微波功率：1 500 W 透射板28之直徑：362mm 處理時間：3 0秒 -24- 200926909 [條件1](第6圖中之四角記號）
Ar 流量：500mL/min(sccm) 〇2 流量：5mL/min(sccm) 〇2/Ar 比率·· 1 %〇2 壓力：1 33Pa [條件2](第6圖中之菱形記號）
Ar 流量：475mL/min(sccm) 〇2 流量：25mL/min，（seem) Ο 2 / A r 比率：5 % Ο 2 壓力> :133 Pa [條件3](第6圖中之三角記號）
Ar 流量：5 00 mL/min(sccm) 〇2 流量：5mL/min(sccm) 02/Ar 比率：1 °/。〇2 壓力：667Pa ❿ 由該第6圖可以得知，電漿中之氧化活性種之〇0〇2) 自由基之通量較多時，氧化膜厚亦增加’兩者爲正比例關 係。其表示，只要計測朝被處理體之晶圓W移動之0(1 D2) 自由基之通量之累計（換言之，累積粒子數），即可確實掌 握形成於晶圓W表面之氧化膜厚。另一方面，電漿中同 時存在著OdDa)自由基及0(3P2)自由基時，並未發現通量 與氧化膜厚有比例關係。因此，計測電漿中之自由基時， 選擇並測定促進氧化反應相關之活性種係極爲重要的關 鍵。 -25- 200926909 本發明係依據上述見解而完成者。亦即，藉由測定電 漿中之0(1 D2)自由基的粒子數並即時監視累積値，以另行 作成之資料（例如檢準曲線）爲基礎，可以掌握持續形成之 矽氧化膜的膜厚。其次，以〇(lD2)自由基之累積粒子數到 達特定値之時點’可檢測形成目標膜厚之矽氧化膜（換言 之，電漿氧化處理之終點）。 本實施形態之終點檢測方法，不同於傳統之時間管理 0 手法，因爲只以與氧化相關之主體之電漿中的活性種爲目 標來監視其粒子數，具有以下之優點，例如，因爲某種原 因而使電漿狀態產生變化時，亦可正確地進行終點檢測。 此外，例如，改變電漿氧化處理之條件而導致氧化速率產 生變化時，亦可不受其影響而正確地進行終點檢測。因 此，依據本實施形態之終點檢測方法，電漿氧化處理之終 點檢測較爲容易，且可以高精度控制氧化膜厚。此外，依 據利用本實施形態之終點檢測方法之電漿氧化處理方法， Q 具有不但可以良好精度於晶圓W表面形成期望膜厚之矽 氧化膜且確保晶圓間、批次間之氧化膜厚之均一性的效 果。 以上，針對本發明之實施形態進行說明，然而，本發 明並未受限於上述實施形態，而可進行各種變形。例如， 上述實施形態時，係以0(1 D2)自由基做爲活性種來進行計 測之電漿氧化處理例來進行說明，然而’本發明之終點檢 測方法可適用於可計測活性種之電槳處理全部。亦即，本 發明之終點檢測方法，藉由適度選擇活性種做爲計測對 -26- 200926909 象’除了電漿氧化處理以外，例如，尙可適用於電獎氮化 處理、使用CF系氣體（CF4、C2F6、C4F8等）、SF6、 FzCh、HBr等做爲蝕刻氣體之電漿蝕刻處理、使用 C1F3、NF3等做爲清洗氣體之電漿清洗處理、以及電漿 C V D處理等。此外，計測對象之活性種未限制爲1種， 亦可同時計測複數之活性種。 例如，將本發明之終點檢測方法適用於電漿氮化處理 0 之終點檢測時，例如，可以將氮自由基當做活性種來進行 計測。此外，將本發明之終點檢測方法適用於電漿氮化氧 化處理之終點檢測時，例如，亦可將氮自由基、氨自由 基、一氧化氮自由基等當做活性種來進行計測。此外，適 用於電漿氧化處理時，可以將例如羥基自由基（OH自由基） 等當做0(1 D2)自由基以外之活性種來進行計測。 【圖式簡單說明】 Q 第1圖係發明之實施形態之電漿處理裝置之一例的槪 略剖面圖。 第2圖係第1圖之電漿處理裝置之平面天線的構造 圖。 第3圖係第1圖之電漿處理裝置之控制系統之槪略構 成的方塊圖。 第4圖係本發明之實施形態之電漿氧化處理方法之步 驟之一例的流程圖。 第5圖係本發明之實施形態之終點檢測方法之步驟之 -27- 200926909 一例的流程圖。 第6圖係電漿氧化處理之矽氧化膜之膜厚、與電漿中 之自由基及0(3P2)自由基之通量的關係圖。 【主要元件符號說明】 1 :腔室 1 a :底壁 © 1 b :側壁 2 :載置台 3 :支撐構件 4 :蓋環 5 :加熱器 5 a :加熱器電源 6 :熱電對 7 :襯圈 Q 8 :折流板 8 a :排氣孔 9 :支柱 I 〇 :開口部 II :排氣室 1 1 a :空間 1 2 :排氣管 13 :上翼片 1 3 a :支撐部 -28- 200926909 1 5 :氣體導入部 1 8 :氣體供應機構 1 9 a :惰性氣體供應源 19b :氧含有氣體供應源 20 :氣體管線 2 1 :質流控制器 2 2 :開關閥 24 :排氣裝置 2 7 :微波導入機構 2 8 :透射板 2 9 :密封構件 3 1 ·平面天線 3 2 :縫隙 3 3 :慢波材 34 :屏蔽蓋體 34a :冷卻水流路 3 5 :密封構件 3 6 :開口部 3 7 :導波管 37a :同軸導波管 37b :矩形導波管 3 8 :匹配電路 3 9 :微波發生裝置 40 :模式變換器 -29- 200926909 41 :內導體 5 0 :控制部 60 :計測部 6 1 :光源部 63 :檢測部 65 :運算部 67 :透射窗 69 :透射窗 100 :電漿處理裝置
-30-

Claims (1)

  1. 200926909 十、申請專利範圍 1· 一種電漿處理裝置，其特徵爲具備： 處理室，用以實施被處理體之電漿處理； 電獎生成手段，用以於前述處理室內生成電獎； §十測手段’用以計測前述電漿中所含有之朝被處理體 移動之活性種之粒子數的累積値；以及 控制手段’即述累積値到達設定値時，以結束電漿處 0 理之方式控制該電漿處理裝置之動作。 2.如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置， 其中 前述活性種係作爲氧化活性種之〇 (1 D 2)自由基。 3 ·如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置， 其中 前述計測手段，具備用以對電漿照射特定雷射光之光 源部、及用以檢測通過電漿之雷射光的檢測部，前述光源 〇 部及前述檢測部，係以從前述光源部朝向前述檢測部之雷 射光的光路能夠位於配置在前述處理室內之被處理體附近 的方式配置。 4. 如申請專利範圍第1至3當中之任一項所記載之 電漿處理裝置，其中 前述電漿生成手段，具備用以對前述處理室內導入微 波之具有複數縫隙的平面天線。 5. —種電漿處理方法，係於電漿處理裝置之處理室 內實施被處理體之電漿處理的電漿處理方法，其特徵爲： -31 - 200926909 於前述處理室內生成電漿並開始進行電漿處理之步 驟； 計測前述電漿中所含有之朝被處理體移動之活性種之 粒子數之累積値的步驟；以及 前述累積値到達設定値時，結束電漿處理之步驟。 6. 如申請專利範圍第5項所記載之電漿處理方法， 其中 φ 前述活性種係作爲氧化活性種之0(1 D2)自由基。 7. 如申請專利範圍第5項所記載之電漿處理方法， 其中 前述活性種係生成於前述處理室內之上部而朝著被處 理體向下方移動者，前述活性種之計測係於被處理體附近 之位置實施。 8·如申請專利範圍第5至7當中之任一項所記載之 電漿處理方法，其中 Q 前述電漿處理裝置，係藉由具有複數縫隙之正面天線 將微波導入前述處理室內之方式的電漿處理裝置。 9.—種終點檢測方法，係於電漿處理裝置之處理室 內實施被處理體之電漿處理時，用以檢測電漿處理之終點 的終點檢測方法，其特徵爲具備： 於前述處理室內生成電漿並開始進行電漿處理之步 驟； 計測前述電漿中所含有之朝被處理體移動之活性種之 粒子數之累積値的步驟；以及 -32- 200926909 藉由判定前述累積値是否到達設定値，來檢測電漿處 理之終點的步驟。 1 〇·如申請專利範圍第9項所記載之終點檢測方法， 其中 前述活性種係作爲氧化活性種之0 ( 1 D 2 )自由基。 1 1 .如申請專利範圍第9項所記載之終點檢測方法， 其中 φ 前述活性種係生成於前述處理室內之上部而朝著被處 理體向下方移動者，前述活性種之計測係於被處理體附近 之位置實施。 1 2 .如申請專利範圍第9至1 1當中之任一項所記載 之終點檢測方法，其中 前述電漿處理裝置，係藉由具有複數縫隙之平面天線 將微波導入前述處理室內之方式的電漿處理裝置。 1 3 . —種電腦可讀取之記憶媒體，係記憶著可於電腦 Ο 洲乍 之控制程式的電腦可讀取之記憶媒體，其特徵爲： 前述控制程式，係於執行時以於電漿處理裝置之處理室內 實施被處理體之電漿處理中執行檢測電漿處理之終點之終 點檢測方法的方式，控制前述電漿處理裝置者， 前述終點検生方法具備： 於前述處理室內生成電漿並開始進行電漿處理之步 驟； 言十沏I Μ述電漿中所含有之朝被處理體移動之活性種之 粒子數之累積値的步驟；以及 -33- 200926909 藉由判定前述累積値是否到達設定値，來檢測電漿處 理之終點的步驟。 14·—種電漿處理裝置，其特徵爲具備： 處理室，利用電漿對被處理體進行處理； 平面天線，用以將微波導入前述處理室內，具有複數 之縫隙； 氣體供應機構，用以對前述處理室內供應氣體； 0 排氣機構，用以實施前述處理室內之減壓排氣；以及 控制部’以於前述處理室內進行被處理體之電漿處理時執 行檢測電漿處理之終點之終點檢測方法的方式，控制該電 槳處理裝置之動作；且 前述終點檢測方法具備： 於前述處理室內生成電漿並開始進行電漿處理之步 驟； 1 十 '測前述電漿中所含有之朝被處理體移動之活性種之 Q 粒子數之累積値的步驟；以及 藉由判定前述累積値是否到達設定値，來檢測電漿處 理之終點的步驟。 -34-
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