TW201421569A - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]本發明目的在於提供電漿處理裝置及電漿處理方法，其可以利用餘輝放電而抑制電漿之密度降低。[解決手段]本發明之電漿處理裝置，係具備：處理室，用於進行試料之電漿處理；第一高頻電源，用於將電漿產生用之第一高頻電力供給至上述處理室內；第二高頻電源，用於對載置上述試料的試料台供給第二高頻電力；及脈衝產生裝置，用於產生對上述第一高頻電力進行時間調變的第一脈衝及對上述第二高頻電力進行時間調變的第二脈衝；其特徵為：上述脈衝產生裝置係具備控制部，該控制部係用於將上述第一脈衝之頻率設定成為高於上述第二脈衝之頻率之同時，以使上述第二脈衝之導通期間包含於上述第一脈衝之導通期間內的方式，進行上述第一脈衝與上述第二脈衝之控制。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明係關於電漿處理裝置及電漿處理方法，特別是關於使用經過時間調變的電漿進行試料之蝕刻處理時，對試料施加時間調變的高頻偏壓之同時，進行試料之電漿處理的電漿處理裝置及電漿處理方法。
半導體裝置製造工程，一般均適用於使用電漿進行乾蝕刻的工程。進行乾蝕刻之電漿處理裝置可以使用各種方式。
近年來，習知半導體裝置之高性能化或低成本化之進展，以矽材料為基本的半導體裝置之加工尺寸之縮小已到達物理界限。以邏輯半導體裝置電路、DRAM(Dynamic Random Access Memory)或快閃記憶體為代表的半導體記憶體之技術節點(node)已由20nm進到10nm時代，為達成彼等技術節點之裝置之高性能化，必須採用目前為止的半導體裝置製造工程乃未被採用的新的材料或新的裝置構造。實際上，作為邏輯LSI或半導體記憶體之微細化之新的手段，係採用矽以外之新材料或立體電晶體等之新構造。
伴隨著彼等半導體裝置之材料及構造之大的進展，半導體裝置之製造時之蝕刻工程使用的電漿處理裝置之要求亦日趨嚴格。特別是要求加工尺寸之微細化，蝕刻選擇比 之提升及蝕刻形狀之高精確度控制等之大幅提升。加工尺寸之微細化係由技術節點之20nm世代移轉至10nm世代，蝕刻工程中需要控制的加工尺寸之誤差亦成為數nm~數Å，而且該微細加工之誤差精確度在晶圓直徑12英吋至18英吋範圍內均需要保持均一。
又，不僅針對以習知矽材料為基本的蝕刻化學反應之控制，對於III-V族或石墨烯(Graphene)、奈米碳管(Carbon nanotube)等之新材料亦要求具有充分的蝕刻選擇比而進行加工。為了對應能實現彼等新材料或立體電晶體之高深寬比的代表性之新構造，不僅如習知電漿處理裝置般需要將電漿密度及離子之射入能量納入考量來構成蝕刻反應之構造，亦需要將反應性自由基種之控制、電子溫度之控制、離子流(ion flux)之控制，中性流與離子流之比，解離度之控制等納入考慮而構築蝕刻反應。
實際上，複雜的多層膜構造或立體構造伴隨著蝕刻形狀之加工控制之困難度，為了彌補此一問題而嘗試對各積層膜或各構造之蝕刻處理進行最佳之離子產生量或自由基產生量控制。
該方法之一有以間歇式產生電漿的方法。例如專利文獻1揭示，於乾蝕刻，蝕刻處理過程，主要由以下構成：包含反應種被吸附於表面的基本過程(elementary process)的第1期間A，接著包含為了促進吸附反應種與材料之反應而使加速粒子照射至表面的基本過程的第2期間B，以及接著包含使反應產生物由表而脫離而排氣的基 本過程的第3期間C，而且該A、B、C之期間所構成的處理過程係以1[msec]以上1[sec]以下之週期被週期性進行。
又，作為使用脈衝電漿來控制蝕刻形狀的方法，於專利文獻2揭示將脈衝電漿之脈衝頻率相對於高頻偏壓之調變用脈衝之頻率設為奇數倍。
彼等習知技術係關於為了進行蝕刻形狀之高精確度控制，而以間歇式產生電漿的技術。彼等習知技術，係於電漿處理裝置中產生電漿的電漿產生裝置中，針對電漿之產生用能量進行規則性調變。例如針對能量設定成為ON/OFF(導通/非導通)或對能量進行調變而施加電漿。電漿之產生用能量為高位準時，離子之產生相較於自由基之產生變為更容易，電漿之產生用能量為低位準時，自由基之產生相較於離子之產生變為更容易。另外，藉由能量之導通/非導通控制或能量之調變，針對在蝕刻選擇比或蝕刻形狀之控制上不必要的離子種或自由基種加以控制。如此則，可以更高精確度進行離子產生量或自由基產生量之控制，可以提升加工精確度。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開平8-250479號公報
[專利文獻2]美國專利7785486號公報
發明者人針對上述習知技術之構成更進一步檢討結果發現，習知半導體裝置之蝕刻工程雖能達成某一程度之加工精確度之提升，但是近年之新材料或新構造之立體電晶體之蝕刻工程存在著界限，其原因有以下之點。
於專利文獻1及專利文獻2揭示之構成，係於電漿處理裝置，使用以間歇式產生電漿的脈衝電漿產生裝置及對晶圓射入離子的高頻偏壓電源時間調變之組合。但是，針對脈衝電漿與高頻偏壓電源時間調變之同步，並未將高頻偏壓電源之輸出電壓之峰值-峰值(peak-to-peak)電壓(Vpp)之考慮納入，而導致近年之新材料或新構造立體電晶體之蝕刻工程存在著界限。
又，於專利文獻1及專利文獻2之構成，針對脈衝電漿，在電漿之產生用能量為低位準而將高頻偏壓電源之電力施加於晶圓時，針對高頻偏壓電源之輸出電壓之峰值對峰值電壓(Vpp)顯著增加一事並未加以考慮，又，針對該顯著增加的輸出電壓之峰值對峰值電壓(Vpp)相對於被蝕刻材料，造成對於作為遮罩機能的遮罩材料之蝕刻速率之顯著增加一事亦未加以考慮。因此，導致蝕刻選擇比顯著降低。
又，基於未納入此一考慮，於專利文獻1及專利文獻2，針對利用餘輝電漿(Afterglow plasma)時電漿密度之降低之抑制或電漿密度之維持等亦未加以考慮。因此即使使用上述專利文獻1及專利文獻2揭示的以間歇式產生電 漿的技術，在近年來之新材料或新構造立體電晶體之蝕刻工程亦會受到限制，蝕刻選擇比之改善或蝕刻形狀之高精確度加工乃未達要求。
本發明係有鑑於上述課題，目的在於提供電漿處理裝置及電漿處理方法，其可以利用餘輝放電而抑制電漿密度之降低。
本發明之電漿處理裝置，係具備：處理室，用於進行試料之電漿處理；第一高頻電源，用於將電漿產生用之第一高頻電力供給至上述處理室內；第二高頻電源，用於對載置上述試料的試料台供給第二高頻電力；及脈衝產生裝置，用於產生對上述第一高頻電力進行時間調變的第一脈衝及對上述第二高頻電力進行時間調變的第二脈衝；其特徵為：上述脈衝產生裝置係具備控制部，該控制部係用於將上述第一脈衝之頻率設定成為高於上述第二脈衝之頻率之同時，以使上述第二脈衝之導通期間包含於上述第一脈衝之導通期間內的方式，進行上述第一脈衝與上述第二脈衝之控制。
又，本發明之電漿處理方法，係使用電漿處理裝置進行試料之電漿處理者，該電漿處理裝置係具備：處理室，用於進行試料之電漿處理；第一高頻電源，用於將電漿產生用之第一高頻電力供給至上述處理室內；第二高頻電源，用於對載置上述試料的試料台供給第二高頻電力；及 脈衝產生裝置，用於產生對上述第一高頻電力進行時間調變的第一脈衝及對上述第二高頻電力進行時間調變的第二脈衝；其特徵為：使用藉由上述第一脈衝實施時間調變的電漿，將藉由上述第二脈衝實施時間調變的高頻電力供給至上述試料台之同時，進行上述試料之電漿處理；上述第一脈衝之頻率係設為高於上述第二脈衝之頻率之同時，以使上述第二脈衝之導通期間包含於上述第一脈衝之導通期間內的方式加以設定。
依據本發明，可以利用餘輝放電來抑制電漿之密度降低。
以下參照圖面說明本發明之一實施形態。首先，使用圖1說明本發明之微波ECR(Electron Cyclotron Resonace)蝕刻裝置。
於上部呈開放的真空容器101之上部，設置用於對真空容器101內封入蝕刻氣體的介電窗103(例如石英製)，而形成處理室104。於真空容器101之上部，另外設置對真空容器101內導入蝕刻氣體的噴氣板102(例如石英製)，於噴氣板102係連接著流入蝕刻氣體用之氣體供給裝置117。又，於真空容器101係經由真空排氣口106連接著真空排氣裝置108。
設置電磁波產生用電源109作為電漿產生裝置。為了將電漿之產生用電力傳送至處理室104，於介電窗103之上方設置導波管107。傳送至導波管107的電磁波係由電磁波產生用電源109振盪產生。電磁波之頻率並未特別限制，本實施例係使用2.45GHz之微波。藉由微波之使用，電磁波產生用電源109振盪產生的電力係成為微波電力。又，於處理室104之外周部，設置磁場之形成用的磁場產生線圈110，電磁波產生用電源109振盪產生的高頻電力，係藉由和所形成的磁場間之相互作用而於處理室104內產生高密度電漿。
又，和介電窗103呈對向而於真空容器101之下部設置試料台、亦即晶圓載置用電極111。晶圓載置用電極111，係電極表面被溶射膜(圖示省略)覆蓋，係經由高頻濾波器115連接於直流電源116。
又，為了防止晶圓載置用電極111暴露於電漿，而將覆蓋環105設置於晶圓載置用電極111。另外，晶圓載置用電極111，係經由匹配電路113連接於高頻電源114。於此，高頻電源114所供給的高頻偏壓電力之頻率並未特別限定，本實施例係使用400kHz之高頻。
被搬送至處理室104內的試料、亦即晶圓112，係藉由直流電源116所施加的直流電壓之靜電力而被吸附於晶圓載置用電極111上，對處理室104內供給所要之蝕刻氣體後，將真空容器101內設為所定之壓力，於處理室104內產生電漿。由連接於晶圓載置用電極111的高頻電源 114施加高頻偏壓電力，而使離子由電漿被吸入晶圓，使晶圓112被進行蝕刻處理。
又，欲於處理室104內部產生脈衝調變的電漿時，電磁波產生用電源109，係對處理室104內部之微波電力之供給進行規則性導通‧非導通控制。欲產生脈衝調變的電漿，而在調變用脈衝之導通期間(例如1微秒至1秒等)，由電磁波產生用電源109進行能量供給而產生電漿，以增加處理室104內部之離子或自由基之產生量。
又，於調變脈衝之非導通期間(例如1微秒至1秒等)，係由電磁波產生用電源109停止能量之供給，而降低處理室104內部之離子或自由基之產生量。
另外，對載置於晶圓載置用電極111上的晶圓112施加脈衝調變的高頻偏壓電力時，高頻電源114，係對晶圓112之高頻偏壓電力之供給進行規則性導通‧非導通之控制。欲對高頻偏壓電力實施脈衝調變，係於調變用脈衝之導通期間(例如1微秒至1秒等)，由高頻電源114進行高頻偏壓電力之供給，而增加射入晶圓112之離子能量。
又，於調變用脈衝之非導通期間(例如1微秒至1秒等)，係停止來自高頻電源114之高頻偏壓電力之供給，以降低射入晶圓112之離子能量。
又，為了使電磁波產生用電源109振盪產生的微波電力與高頻電源114供給的高頻電力同步而進行時間調變，而設置脈衝產生裝置118。脈衝產生裝置118，係連接於電磁波產生用電源109與高頻電源114，分別對電磁波產 生用電源109與高頻電源114傳送同步的調變用脈衝信號。
脈衝產生裝置118，係具有對分別由電磁波產生用電源109與高頻電源114供給的高頻電力之供給時序進行控制的電路。
另外，即使電磁波產生用電源109內部之脈衝調變時序與高頻電源114內部之脈衝調變時序同步之情況下，於處理室104內部之電漿，亦會有各脈衝調變時序未同步之情況。此情況下，可以針對電磁波產生用電源109之調變用脈衝信號與高頻電源114之調變用脈衝信號之同步，而於脈衝產生裝置118設定延遲時間之延遲動作，可以藉由電漿使電磁波產生用電源109之調變用脈衝時序與高頻電源114之調變用脈衝時序同步。
又，本發明之微波ECR蝕刻裝置，係具備針對真空排氣裝置108、氣體供給裝置117、電磁波產生用電源109、磁場產生線圈110、直流電源116、及高頻電源114進行控制的控制裝置(圖示省略)。於該控制裝置，係連接著電腦可利用的記錄媒體，於該記錄媒體係記錄著控制對象之各裝置或各電源之控制程式或控制變數，依據記錄的控制程式或控制變數使彼等裝置或電源動作，而進行晶圓112之蝕刻處理。
接著，圖2係表示於處理室104內部產生時間調變的電漿時之一例的脈衝調變的微波電力。曲線201係表示由電磁波產生用電源109振盪產生的微波之電壓波形，係 2.45GHz之概略正弦波。
波形202，係用於對電磁波產生用電源109振盪產生的微波電力進行調變之脈衝波形。將該調變用脈衝之導通期間B之振幅設為A，將B之重複週期設為C，將週期C之中的微波電力之調變用脈衝之導通期間、亦即B之比例設為工作比(duty ratio)(%)。
藉由波形202所示的脈衝對曲線201所示的微波之電壓波形進行調變，則成為波形203所示的電壓波形。又，由高頻電源114供給的高頻偏壓電力亦如圖2所示被實施脈衝調變。
接著，使用圖3說明本發明之針對微波電力與高頻偏壓電力分別實施脈衝調變的手段。
圖3係表示對電磁波產生用電源109供給的微波電力實施脈衝調變之同時，對高頻電源114供給的高頻偏壓電力實施脈衝調變時的，微波電力之調變用脈衝、高頻偏壓電力之調變用脈衝、及處理室104內之電漿密度對於時間之依存性以及RF偏壓電力引起而產生於晶圓112的峰值對峰值電壓(以下稱為Vpp)時間依存性。
波形301係微波電力之調變用脈衝，將調變用脈衝之導通期間之振幅設為a。又，波形302為高頻偏壓電力之調變用脈衝，將調變用脈衝之導通期間之振幅設為b。
又，微波電力之調變用脈衝之頻率，係設為較高頻偏壓電力之調變用脈衝之頻率高。又，微波電力之調變用脈衝之頻率，係設為可以維持餘輝放電(Afterglow discharge)的頻率以上，而且設為基於活性自由基而產生側向蝕刻(side etching)的頻率以下之頻率。本實施例係將微波電力之調變用脈衝頻率設為高頻偏壓電力之調變用脈衝頻率之2倍之頻率。
另外，係使高頻偏壓電力之調變用脈衝之導通期間一直包含於微波電力之調變用脈衝之導通期間的方式，將高頻偏壓電力之調變用脈衝與微波電力之調變用脈衝設為同步。又，高頻偏壓電力之調變用脈衝之非導通期間時間，係依據電漿蝕刻產生的反應產生物可以充分被排氣的時間而予以算出。
曲線303係表示使上述所示微波電力之調變用脈衝與高頻偏壓電力之調變脈衝同步，而對微波電力與高頻偏壓電力實施時間調變時的，處理室104內之電漿密度(個/cm3)對於時間之依存性。如曲線303所示，在微波電力供給之後電漿密度呈增加而在電漿密度到達f(個/cm3)後，藉由將微波電力設為非導通而降低電漿密度，形成餘輝態(Afterglow)。又，餘輝態，係指電漿產生用微波電力之供給被設為非導通(切斷)起至再度進行微波電力供給為止之間被維持的電漿，係依據微波電力之輸出值、微波電力之導通時間、氣體種及處理壓力等而變化。
但是，為了餘輝態中次一週期之微波電力供給，使電漿密度由某一密度(≠0)再度增加，藉由微波電力之非導通使電漿密度降低，而形成餘輝態。重複進行電漿密度之增加與餘輝態之同時，使電漿密度逐漸達到飽和密度c (個/cm3)。
電漿密度達到飽和密度c之後在電漿密度大幅降低之前進行次一週期之微波供給，因此如曲線303所示電漿密度可以維持於既非高密度，而且未大幅降低。
又，藉由高頻偏壓電力之施加而產生於晶圓112的，和曲線303為同時間軸之Vpp對於時間之依存性，係如曲線304所示。如曲線304所示於微波之供給之後，電漿密度變小，電漿本身之阻抗值變大，產生於晶圓112的Vpp會上升至e(V)。之後，隨著電漿密度之增加之同時Vpp會降低。但是，該降低後的Vpp和電漿密度到達飽和密度c後之Vpp、亦即d(V)比較係較大。
又，第2週期以後之Vpp時之電漿密度，係大略到達飽和密度c，因此第2週期以後之Vpp係成為和d(V)大致同一值。此乃因為微波電力之調變用脈衝之頻率比起高頻偏壓電力之調變用脈衝之頻率為高之故。
接著，說明藉由本發明對具有圖4所示構造的晶圓實施電漿蝕刻之例。
首先，電漿蝕刻前之晶圓斷面圖之一例係如圖4所示。藉由本發明進行電漿蝕刻前之晶圓，係如圖4所示於基板材料404(例如矽基板等)上形成有基底材料403(例如氧化矽膜等)，另外，於其上形成有被蝕刻材料402(例如多晶矽膜等)。又，藉由微影成像工程將事先實施所要電路圖案之圖案化的遮罩材料401(例如氧化矽膜，氮化矽膜，光阻劑膜等)形成於被蝕刻材料402之 上。
接著，藉由本發明如圖4所示對晶圓進行電漿蝕刻時之斷面形狀係如圖5所示。
於本發明之電漿蝕刻方法，蝕刻產生的反應產生物係於高頻偏壓之非導通時由被蝕刻材料之圖案內部被實施排氣，因此蝕刻不會到達基底材料403。又，如曲線303所示，電漿不被維持於高密度，活性自由基引起的側向蝕刻亦不會發生。因此，如圖5所示，被蝕刻材料402不會產生側向蝕刻而可以蝕刻成為所要之形狀。
又，微波電力之剛供給之後，電漿密度較小，因此產生於晶圓的Vpp變大(e(V))，射入晶圓的離子之能量變大，但第2週期以後之電漿密度會接近飽和密度c，過度的Vpp之增加被抑制。因此，Vpp成為高的狀態之時間比起蝕刻時間成為可以忽視之較小，遮罩選擇比之降低可以抑制於最小限。
如上述說明，本發明係使高頻偏壓電力之調變用脈衝與微波電力之調變用脈衝同步，以使高頻偏壓電力之調變用脈衝之導通期間一直包含於微波電力之調變用脈衝之導通期間之同時，將微波電力之調變用脈衝之頻率設為高於高頻偏壓電力之調變用脈衝之頻率，因此可以抑制Vpp之顯著增加，如此則可以抑制遮罩選擇比之降低。於此，遮罩選擇比係指被蝕刻材料402之蝕刻速度相對於遮罩材料401之蝕刻速度之比。
又，藉由本發明電漿可以不被維持於高密度，因此可 以抑制不想要的蝕刻形狀之側向蝕刻等，可以提升蝕刻形狀之高精確度控制，可以提升半導體裝置之生產效率。
接著，說明藉由本發明可以達成上述之顕著效果的理由。
首先，微波電力及高頻偏壓電力不引起的時間調變時，電漿密度係如圖6之曲線603所示，於微波電力供給之後電漿密度會增加，某一定時間後電漿密度成為飽和密度c。此時，微波電力，係如圖6之波形601所示不受時間影響而成為一定之a(W)之電力，高頻偏壓電力亦如圖6之波形602所示不受時間影響而成為一定之b(W)之電力。
又，微波之剛供給之後，電漿密度變小，需要一定時間才能到達飽和密度c，因此電漿本身之阻抗值變大，如圖6之曲線604所示Vpp會過度上升至e(V)。之後，隨著電漿密度到達飽和，Vpp亦到達d(V)而呈飽和。
接著，微波電力及高頻偏壓電力不實施時間調變下對圖4所示晶圓進行電漿蝕刻時之斷面形狀係如圖7所示。如圖7所示，被蝕刻材料402無法蝕刻成為所要之形狀，被蝕刻材料402之側壁成為推拔形狀，發生阻蝕狀態(etching stop)。
隨著蝕刻加工之微細化之加速，被蝕刻材料402之形狀成為高深寬比(high aspect ratio)時，蝕刻產生的反應產生物無法由被蝕刻材料之圖案內部被排氣，而沈積於被蝕刻材料之側壁或圖案底。因此，蝕刻無法進行至基底材 料403，而成為阻蝕(etching stop)狀態，成為圖7之形狀。
又，微波電力之剛供給之後，電漿密度較小，Vpp變大，射入晶圓的離子之能量亦變大。因此，雖會降低遮罩材料401之選擇比，但是Vpp成為高狀態之時間係僅為電漿密度到達飽和前之過度期間，其和蝕刻時間比較小至可以忽視，因此遮罩選擇比之降低可以抑制成為最小限。
接著，說明為了改善圖7所示阻蝕狀態(etching stop)之形狀，不實施微波電力之時間調變而僅實施高頻偏壓電力之時間調變之情況。此時之電漿密度，如圖8之曲線803所示係由微波電力剛供給之後起增加電漿密度，在一定時間後電漿密度成為飽和密度c。此時，微波電力，係如圖8之波形801所示不受時間影響而設為一定之a(W)之電力，高頻偏壓電力係如圖8之波形802所示成為藉由振幅b之脈衝波形進行調變者。
又，關於Vpp，於微波之剛供給之後電漿密度較小，電漿本身之阻抗值較大，Vpp亦如圖8之曲線804所示上升至e(V)，隨著電漿密度到達飽和而降低。又，電漿密度飽和後之第2週期以後之Vpp，係成為和波形802同步的振幅d之脈衝波形。
接著，不實施微波電力之時間調變，僅實施高頻偏壓電力之時間調變而對圖4所示晶圓進行電漿蝕刻時之斷面形狀，係如圖9所示。如圖9所示被蝕刻材料402未被蝕刻成為所要之形狀，被蝕刻材料402之側壁成為彎曲形 狀。該彎曲形狀係基於以下之理由。
蝕刻產生的反應產生物，係於高頻偏壓電力之非導通時由被蝕刻材料之圖案內部被實施排氣，因此高深寬比圖案底部之沈積物變少，不發生阻蝕狀態，蝕刻可以進行至基底材料403。但是，如圖8之曲線803所示在高頻偏壓電力非導通時電漿密度亦成為高密度狀態，因此藉由電漿中產生的活性自由基而進行側向蝕刻。
又，微波電力之剛供給之後，電漿密度較小，Vpp變大，射入晶圓的離子能量亦變大。因此，遮罩材料401之選擇比雖降低，但是Vpp成為高狀態之時間係僅為電漿密度到達飽和前之過度期間，和蝕刻時間比較小至可以忽視，因此遮罩選擇比之降低可以抑制於最小限。
接著，說明為改善圖9所示彎曲形狀，對微波電力及高頻偏壓電力分別實施時間調變之情況。此時之電漿密度係如圖10之曲線1003所示，由微波電力之剛供給之後起增加，到達f(個/cm3)後，藉由微波電力之非導通而漸漸降低形成餘輝態。之後，電漿密度成為大致0(個/cm3)，藉由次一週期之微波電力之供給使電漿密度再度增加。
又，此時，微波電力，係如圖10之波形1001所示被振幅a之脈衝波形實施調變，高頻偏壓電力，係如圖10之波形1002所示被振幅b之脈衝波形實施調變，高頻偏壓電力之調變用脈衝與微波之調變用脈衝係設為同步者。
又，如圖10之曲線1003所示，微波之供給開始時之 電漿密度為每週期0(個/cm3)，於調變用脈衝之導通期間中電漿密度係未到達飽和密度c。因此，於微波之調變用脈衝導通之期間中，電漿本身之阻抗值變大，如圖10之曲線1004所示，Vpp係和每週期電漿密度到達飽和密度c後之Vpp、亦即d(V)比較變為較大。
接著，對微波電力及高頻偏壓電力分別實施時間調變而對圖4所示晶圓實施電漿蝕刻時之斷面形狀，係如圖11所示。如圖11所示被蝕刻材料402係被蝕刻成為彎曲被改善的所要形狀。其理由如以下。
蝕刻而產生的反應產生物，係於高頻偏壓非導通時由被蝕刻材料之圖案內部實施排氣，因此蝕刻進行至基底材料403為止。又，該高頻偏壓之非導通時，係如曲線1003所示電漿未被維持於高密度，因此不會發生活性自由基引起之側向蝕刻。
但是，於調變用脈衝之每一週期，RF偏壓電力之施加時之Vpp變大，射入晶圓的離子之能量變大，遮罩材料401之選擇比降低。
另外，本發明之微波電力之調變用脈衝之頻率係較高頻偏壓電力之調變用脈衝之頻率高，即使於微波電力非導通期間亦能維持餘輝放電。因此，本發明之電漿密度容易到達飽和密度c，可以抑制高頻偏壓電力導通期間之Vpp之增加。因此，藉由本發明，可以維持無彎曲的所要之形狀，而且可以改善遮罩材料401之選擇比。
亦即，本發明係將微波電力之調變用脈衝之頻率設為 至少可以維持餘輝放電的頻率以上之同時，將高頻偏壓電力之調變用脈衝之頻率設為低於微波電力之調變用脈衝之頻率，另外，將高頻偏壓電力之調變用脈衝之導通期間設為包含於微波電力之調變用脈衝之導通期間內。
接著，依據圖12說明上述實施例以外之本發明之其他之實施形態。圖12(A)係表示相對於高頻偏壓電力之調變用脈衝1202之頻率，而將微波電力之調變用脈衝之頻率1201設為10倍高時。又，此時之微波電力之調變用脈衝之導通期間，係設為和高頻偏壓電力之調變用脈衝之導通期間同等。
如上述說明，藉由對微波電力與高頻偏壓電力分別實施調變，相較於圖3所示實施例時可使Vpp更降低，遮罩選擇比更能提升。
接著，圖12(B)所示係由圖3所示實施例更進一步縮短高頻偏壓電力之調變用脈衝1202之導通期間之情況。此時亦可較圖3所示實施例時更進一步減少Vpp之施加時間，遮罩選擇比能更進一步。又，反應產生物由高深寬比之圖案底部實施排氣的時間可以增長，高深寬比圖案形狀之蝕刻形狀控制可以更高精確度進行。
接著，圖12(C)所示為由圖12(B)所示實施例，另外設置微波電力之調變用脈衝1201之導通期間對於高頻偏壓電力之調變用脈衝1202之導通期間的延遲時間之情況。此時，藉由設置微波電力之調變用脈衝之導通期間對於高頻偏壓電力之調變用脈衝之導通期間的延遲時間， 僅於延遲時間未施加高頻偏壓電力，因此可以抑制微波電力之剛設為導通之後之Vpp增加，遮罩選擇比可以更進一步。
接著，圖12(D)所示為，將微波電力之調變用脈衝1201之導通期間與高頻偏壓電力之調變用脈衝1202之導通期間設為同一、設為同步之同時，將微波電力之調變用脈衝之頻率與高頻偏壓電力之調變用脈衝之頻率設為同一，另外，將微波電力之調變用脈衝之非導通期間之值設為非0之值之情況。但是，該非0之值係設為可維持餘輝放電的值以上，會發生活性自由基引起之側向蝕刻之值以下。
此時，微波電力之非導通期間可維持餘輝放電，可以抑制活性自由基引起之側向蝕刻之同時，亦可以抑制Vpp之增加，可以兼顧蝕刻形狀之高精確度控制與遮罩選擇比。
接著，圖12(E)所示，係由圖3所示實施例，於高頻偏壓之調變用脈衝1202之非導通期間另外設置較高頻偏壓之調變脈衝之導通期間之振幅具有更小振幅的導通期間。
圖3與圖12(A)~圖12(D)之情況，蝕刻速率雖有可能降低，欲抑制蝕刻速率降低時，增加高頻偏壓電力之輸出值或增長高頻偏壓電力之調變用脈衝之導通期間，會使Vpp增加或發生阻蝕。但是，藉由使用圖12(E)之手段，可維持蝕刻速率之同時，抑制Vpp之增加，而且可 以高精確度進行蝕刻形狀控制。
又，上述本實施例說明的，針對本發明之微波電力與高頻偏壓電力分別實施時間調變控制，係由脈衝產生裝置118具備的控制部(未圖示)進行。
又，於脈衝產生裝置118對Vpp進行監控，在高於事先設定的Vpp時，可以增高微波電源之調變用脈衝之頻率，設為較事先設定的Vpp變低。
例如遮罩材料401為氮化矽膜，被蝕刻材料402為多晶矽膜，蝕刻氣體為HBr氣體與O2之混合氣體時，Vpp大於500V時將導致遮罩選擇比降低，因此對Vpp進行監控，在Vpp高於500V時，藉由回授控制使微波電源之調變用脈衝之頻率上昇，而可以設為低於500V。
亦即，藉由脈衝產生裝置118進行Vpp之監控，可以抑制Vpp之顯著增加，實現蝕刻選擇比之改善或蝕刻形狀之高精確度加工，可以提升半導体裝置之生產效率。
又，上述本實施例係說明利用微波ECR(Electron Cyclotr on Resonace)放電的電漿蝕刻裝置的例，但本發明亦適用於有磁場UHF(Ultra High Frequency)放電，容量耦合型放電，感應耦合型放電，磁控管放電，表面波激發放電，電荷轉移放電(Transfer Coupled discharge)等之電漿蝕刻裝置，亦可獲得同樣之效果。
又，本發明不限定於上述實施例，包含各樣之變形例。例如上述實施例係為使本發明被充分理解而加以詳細說明，但未必要具備說明之全部構成。
101‧‧‧真空容器
102‧‧‧噴氣板
103‧‧‧介電窗
104‧‧‧處理室
105‧‧‧覆蓋環
106‧‧‧真空排氣口
107‧‧‧導波管
108‧‧‧真空排氣裝置
109‧‧‧電磁波產生用電源
110‧‧‧磁場產生線圈
111‧‧‧晶圓載置用電極
112‧‧‧晶圓
113‧‧‧匹配電路
114‧‧‧高頻電源
115‧‧‧高頻濾波器
116‧‧‧直流電源
117‧‧‧氣體供給裝置
118‧‧‧脈衝產生裝置
401‧‧‧遮罩材料
402‧‧‧被蝕刻材料
403‧‧‧基底材料
404‧‧‧基板材料
[圖1]本發明之電漿蝕刻裝置之縱斷面圖。
[圖2]實施時間調變後的微波電力之表示圖。
[圖3]本發明之一實施形態之概念圖。
[圖4]實施電漿蝕刻前之晶圓之斷面圖。
[圖5]藉由本發明實施電漿蝕刻的形狀之斷面之模式圖。
[圖6]習知技術的電漿密度及Vpp之表示圖。
[圖7]藉由習知技術實施電漿蝕刻的形狀之斷面之模式圖。
[圖8]習知技術的電漿密度及Vpp之表示圖。
[圖9]藉由習知技術實施電漿蝕刻的形狀之斷面之模式圖。
[圖10]習知技術的電漿密度及Vpp之表示圖。
[圖11]藉由習知技術實施電漿蝕刻的形狀之斷面之模式圖。
[圖12]本發明之一實施形態之概念圖。
301、302‧‧‧波形
303、304‧‧‧曲線

Claims (10)

  1. 一種電漿處理裝置，係具備：處理室，用於進行試料之電漿處理；第一高頻電源，用於將電漿產生用之第一高頻電力供給至上述處理室內；第二高頻電源，用於對載置上述試料的試料台供給第二高頻電力；及脈衝產生裝置，用於產生對上述第一高頻電力進行時間調變的第一脈衝及對上述第二高頻電力進行時間調變的第二脈衝；其特徵為：上述脈衝產生裝置係具備控制部，該控制部係用於將上述第一脈衝之頻率設定成為高於上述第二脈衝之頻率之同時，以使上述第二脈衝之導通(ON)期間包含於上述第一脈衝之導通期間內的方式，進行上述第一脈衝與上述第二脈衝之控制。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中上述第一脈衝之頻率，係可以維持餘輝放電的頻率。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中上述第二脈衝之導通期間，係較上述第一脈衝之導通期間短。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中上述第二脈衝之導通期間，相對於上述第一脈衝之導通期間係設有延遲時間。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中上述脈衝產生裝置，係針對由上述第二高頻電源施加於上述試料台的高頻電壓之峰值對峰值電壓、亦即Vpp進 行監控，在監控的Vpp高於事先設定的值時係提高上述第一脈衝之頻率，而使上述監控的Vpp低於上述事先設定的值。
  6. 一種電漿處理方法，係使用電漿處理裝置進行試料之電漿處理者，該電漿處理裝置係具備：處理室，用於進行試料之電漿處理；第一高頻電源，用於將電漿產生用之第一高頻電力供給至上述處理室內；第二高頻電源，用於對載置上述試料的試料台供給第二高頻電力；及脈衝產生裝置，用於產生對上述第一高頻電力進行時間調變的第一脈衝及對上述第二高頻電力進行時間調變的第二脈衝；其特徵為：使用藉由上述第一脈衝實施時間調變的電漿，將藉由上述第二脈衝實施時間調變的高頻電力供給至上述試料台之同時，進行上述試料之電漿處理；上述第一脈衝之頻率，係設為高於上述第二脈衝之頻率之同時，以使上述第二脈衝之導通期間包含於上述第一脈衝之導通期間內的方式加以設定。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿處理方法，其中上述第一脈衝之頻率，係設為可以維持餘輝放電的頻率。
  8. 如申請專利範圍第6項之電漿處理方法，其中上述第二脈衝之導通期間，係較上述第一脈衝之導通期間短。
  9. 如申請專利範圍第8項之電漿處理方法，其中 上述第二脈衝之導通期間，相對於上述第一脈衝之導通期間係設有延遲時間。
  10. 如申請專利範圍第6項之電漿處理方法，其中上述脈衝產生裝置，係針對由上述第二高頻電源施加於上述試料台的高頻電壓之峰值對峰值電壓、亦即Vpp進行監控，在監控的Vpp變為高於事先設定的值時，係提高上述第一脈衝之頻率而使上述監控的Vpp變為低於上述事先設定的值。
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