TW201743662A - 基板處理方法 - Google Patents

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加藤隆彥
陳韋廷
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東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之課題係縮短置換氣體之時間。 藉本發明之基板處理方法而解決上述課題，該基板處理方法係基板處理裝置之基板處理方法，該基板處理裝置包含有在處理容器內將氣體供至基板而進行既定之處理之處理空間及與該處理空間連通並具有比該處理空間之壓力小既定比例的壓力之排氣空間，該基板處理方法包含有第1製程及第2製程，該第1製程將第1氣體供至該基板；該第2製程於該第1製程後，將異於該第1氣體之第2氣體供至該基板；當令從該基板之端部至該處理空間與該排氣空間之交界的距離為L、與該第2氣體之氣流垂直的空間截面積為S(x)、該第2氣體之供給流量為Q、該處理空間之壓力為P、該第1氣體對該第2氣體之擴散係數為D時，將在該第2製程中從該基板的端部至該處理空間與該排氣空間之交界的距離L、與該第2氣體之氣流垂直的空間截面積S(x)及該第2氣體之供給流量Q中至少任一者調整成以下述算式(3)算出之佩克萊數Pe大於1。 [數3]□

Description

基板處理方法
本發明係有關於一種基板處理方法。
已知有以原子層沉積法於基板形成既定之膜之方法及以原子層蝕刻法蝕刻形成於基板之膜的方法(例如參照專利文獻1、2)。在該等方法中，藉將不同種類之氣體依序供至處理容器內之基板，可於基板形成既定之膜，或可蝕刻形成於基板之膜。
又，為於蝕刻積層有例如數種絕緣膜的被蝕刻膜之際，縮短蝕刻時間，已知有一種蝕刻方法(使用連續式電漿之蝕刻方法)，該蝕刻方法係一面維持電漿，一面將程序條件從一蝕刻製程之氣體條件切換為另一蝕刻製程之氣體條件(例如參照專利文獻3)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公開公報平9-27396號 [專利文獻2]日本專利公開公報2015-173240號 [專利文獻3]日本專利公報第5014435號
[發明欲解決之問題] 然而，在上述方法中，有從處理容器內之設有基板的區域排放至下游側之區域的氣體之一部分逆流至處理容器內之設有基板的區域之情形。當如此產生氣體之逆流時，進行氣體的切換之際，置換氣體之時間便會增長。又，因在氣體之置換不充足的狀態下，切換成下個製程，而有程序不穩定之情形。
是故，在本發明之一態樣中，目的係提供可縮短置換氣體之時間的基板處理方法。 [解決問題之手段]
為達成上述目的，本發明一態樣之基板處理方法係基板處理裝置之基板處理方法，該基板處理裝置包含有在處理容器內將氣體供至基板而進行既定之處理之處理空間及與該處理空間連通並具有比該處理空間之壓力小既定比例之壓力的排氣空間，該基板處理方法包含有第1製程及第2製程，該第1製程將第1氣體供至該基板；該第2製程於該第1製程後，將異於該第1氣體之第2氣體供至該基板；當令從該基板之端部至該處理空間與該排氣空間之交界的距離為L、與該第2氣體之氣體垂直的空間截面積為S(x)、該第2氣體之供給流量為Q、該處理空間之壓力為P、該第1氣體對該第2氣體之擴散係數為D時，將在該第2製程中從該基板的端部至該處理空間與該排氣空間之交界的距離L、與該第2氣體之氣流垂直的空間截面積S(x)及該第2氣體之供給流量Q中至少任一者調整成以下述算式(3)算出之佩克萊數Pe大於1。
[數3][發明的功效]
根據揭示之基板處理方法，可縮短置換氣體之時間。
[用以實施發明之形態] 以下，就本發明之實施形態，一面參照附加之圖式，一面說明。此外，在本說明書及圖式中，關於實質上具有相同之功能結構的構成要件，附上相同之符號，藉此，省略重複之說明。
本發明一實施形態之基板處理方法包含有將第1氣體供至基板之第1製程及將異於第1氣體之第2氣體供至基板之第2製程，且將既定之處理條件調整成第2製程之佩克萊數Pe大於1。關於佩克萊數Pe，後述。又，本發明一實施形態之基板處理方法可適用於例如對基板進行成膜處理、蝕刻處理等既定之處理之基板處理裝置。
在以下，舉將本發明一實施形態之基板處理方法應用於基板處理裝置之一例的電漿處理裝置之情形為例來說明。
(電漿處理裝置) 就本發明一實施形態之電漿處理裝置作說明。圖1係顯示一實施形態之電漿處理裝置的概略結構圖。
如圖1所示，電漿處理裝置10係電容耦合型電漿蝕刻裝置，包含有大約圓筒狀之處理容器12。處理容器12之內壁面以例如經陽極氧化處理之鋁形成。處理容器12接地。
於處理容器12之底部上設有大約圓筒狀之支撐部14。支撐部14以例如絕緣材料形成。支撐部14在處理容器12內，從處理容器12之底部往鉛直方向延伸。於處理容器12內設有載置台PD。載置台PD以支撐部14支撐。於處理容器12之側壁設有閘閥54。閘閥54係在由處理容器12通過貫通孔12g進行晶圓W之搬入與搬出時用以將搬出入口予以開閉。
載置台PD在其上面保持晶圓W。載置台PD具有下部電極LE及靜電吸盤ESC。下部電極LE具有第1極板18a及第2極板18b。第1極板18a及第2極板18b以例如鋁等金屬形成大約圓盤狀。第2極板18b設於第1極板18a上並與第1極板18a電性連接。
於第2極板18b上設有靜電吸盤ESC。靜電吸盤ESC具有將導電膜亦即電極配置於1對絕緣層或絕緣片間的構造。直流電源22藉由開關23電性連接於靜電吸盤ESC之電極。靜電吸盤ESC可藉以來自直流電源22之直流電壓產生的庫侖力等靜電力，吸附晶圓W。藉此，靜電吸盤ESC可保持晶圓W。
對焦環FR於第2極板18b之周緣部上配置成包圍晶圓W之邊緣及靜電吸盤ESC。對焦環FR係為使蝕刻之均一性提高而設。對焦環FR以按蝕刻對象之膜的材料選擇之材料形成，例如以石英形成。
於第2極板18b之內部設有具有溫度調節機構之功能的冷媒流路24。冷媒從設於處理容器12之內部的冷卻單元藉由配管26a供至冷媒流路24，供至冷媒流路24之冷媒藉由配管26返回至冷卻單元。即，冷媒以循環之方式供至冷媒流路24。又，藉調整供至冷媒流路24之冷媒的溫度，可控制以靜電吸盤ESC保持之晶圓W的溫度。
於電漿處理裝置10設有氣體供給管線28。氣體供給管線28將來自傳熱氣體供給機構之傳熱氣體、例如氦(He)氣供至靜電吸盤ESC之上面與晶圓W的背面之間。
電漿處理裝置10包含有上部電極30。上部電極30在載置台PD之上方配置成與該載置台PD對向。下部電極LE與上部電極30設成彼此大約平行。於上部電極30與下部電極LE之間形成有用以對晶圓W進行電漿處理之處理空間A。
上部電極30藉由絕緣性遮蔽構件32，支撐於處理容器12之上部。上部電極30構造成與例如載置台PD之上面在鉛直方向的距離G為可變。上部電極30具有電極板34及電極支撐體36。電極板34面向處理空間A，並於電極板34設有複數之氣體吐出孔34a。電極板34以例如矽形成。此外，圖1所示之電極板34為平板，亦可為隨著越往外周部，上部電極30與載置台PD之上面的距離G便越矩之錐狀。
電極支撐體36將電極板34支撐成裝卸自如，以例如鋁等導電性材料形成。電極支撐體36亦可具有水冷構造。於電極支撐體36之內部設有氣體擴散室36a。在氣體擴散室36a，連通氣體吐出孔34a之複數的氣體流通孔36b延伸至下方。又，於電極支撐體36形成有將處理氣體引導至氣體擴散室36a之氣體導入口36c，於氣體導入口36c連接有氣體供給管38。
氣體供給源群40藉由閥群42及流量控制器群44連接於氣體供給管38。氣體供給源群40具有處理氣體供給源、氧(O2 )氣供給源等複數之氣體供給源。處理氣體係含有例如C4 F6 氣體、C4 F8 氣體中至少任一者之氟碳氣體。沖洗氣體係含有氬(Ar)氣、He氣體、氪(Kr)氣、氙(Xe)氣中至少任一者之鈍氣。
閥群42具有複數之閥，流量控制器群44具有質量流量控制器等複數之流量控制器。氣體供給源群40之複數的氣體供給源分別藉由閥群42之對應的閥及流量控制器群44之對應的流量控制器，連接於氣體供給管38。
沉積遮蔽體46沿著處理容器12之內壁裝卸自如地設於電漿處理裝置10。沉積遮蔽體46亦設於支撐部14之外周。沉積遮蔽體46用以防止因蝕刻而產生之副生成物附著於處理容器12，藉於例如鋁被覆Y2 O3 等陶瓷而形成。
在載置台PD之周圍，為將處理容器12內均一地排氣，而設有具有多個排氣孔之擋板48。擋板48藉於例如鋁被覆Y2 O3 等陶瓷而形成。排氣空間B於擋板48之下方形成為包圍載置台PD。即，排氣空間B藉由擋板48與處理空間A連通。此外，擋板48亦可在載置台PD之周圍，於鉛直方向移動。
處理空間A從排氣空間B藉由排氣管52與具有渦輪分子泵等真空泵之排氣裝置50連接。再者，藉排氣裝置50，可將處理容器12內之處理空間A的氣體排出至排氣空間B，藉由排氣管52排放。藉此，可將處理容器12內之處理空間A減壓至既定之真空度。又，由於設有擋板48之部分的傳導度低，故排氣空間B具有比處理空間A之壓力小既定比例之壓力。既定比例係根據設於擋板48之多個排氣孔的數量、大小等變化，可為例如30%以上。
又，電漿處理裝置10包含有第1射頻電源62及第2射頻電源64。第1射頻電源62係產生電漿生成用第1射頻電力的電源，可產生27~100MHz之頻率、例如40MHz之射頻電力。第1射頻電源62藉由匹配器66，連接於下部電極LE。匹配器66係用以使第1射頻電源62之輸出阻抗與負載側(下部電極LE側)之輸入阻抗匹配的電路。此外，第1射頻電源62亦可藉由匹配器66，連接於上部電極30。
第2射頻電源64係產生用以將離子引入至晶圓W之第2射頻電力、亦即射頻偏壓電力之電源，可產生400kHz~13.56MHz之範圍內的頻率、例如13MHz之射頻偏壓電力。第2射頻電源64藉由匹配器68，連接於下部電極LE。匹配器68係用以使第2射頻電源64之輸出阻抗與負載側(下部電極LE側)之輸入阻抗匹配的電路。
又，電漿處理裝置10包含有電源70。電源70連接於上部電極30。電源70對上部電極30施加用以將存在於處理空間A之正離子引入至電極板34的電壓。電源70為產生例如負直流電壓之直流電源。此外，電源70亦可為產生比較低頻之交流電壓的交流電源。從電源70對上部電極施加之電壓為例如150V以上之電壓。當從電源70對上部電極30施加電壓時，存在於處理空間A之正離子會撞擊電極板34。藉此，從電極板34釋放二次電子及/或矽。所釋放之矽與存在於處理空間A之氟的活性物種結合，而使氟之活性物種的量減低。
又，電漿處理裝置10包含有控制部100。控制部100係具有處理器、記憶部、輸入裝置、顯示裝置等之電腦，其控制電漿處理裝置10之各部。在控制部100，作業員可使用輸入裝置，進行指令之輸入操作等，以管理電漿處理裝置10，再者，可以顯示裝置將電漿處理裝置10之運轉狀況可視化來顯示。再者，於控制部100之記憶部儲存有用以以處理器控制在電漿處理裝置10執行之各種處理的控制程式、按處理條件使電漿處理裝置10之各部執行處理的程式、即處理配方。
(基板處理方法) 接著，就本發明一實施形態之基板處理方法作說明。在以下，就可縮短置換氣體之時間的本發明第1實施形態及第2實施形態的基板處理方法，舉使用前述電漿處理裝置來將形成於晶圓之氧化矽膜蝕刻的情形為例來說明。以下之基板處理方法藉以控制部100控制電漿處理裝置10之各部的動作來執行。
[第1實施形態] 就第1實施形態之基板處理方法作說明。圖2係用以說明第1實施形態之基板處理方法的流程圖。
如圖2所示，第1實施形態之基板處理方法具有蝕刻製程S11、沖洗製程S12。蝕刻製程S11及沖洗製程S12反覆進行至到達預先訂定之既定次數為止。即，在沖洗製程S12後，進行判定是否到達既定次數之判定製程S13，當判定為到達既定次數時，便結束處理，而當判定為未到達既定次數時，則返回至蝕刻製程S11。此外，既定次數可為1次，亦可為複數次。
在蝕刻製程S11，將含有氟碳氣體與鈍氣之處理氣體電漿化來供至晶圓W。在蝕刻製程S11，藉將處理氣體激發，而生成電漿，並將晶圓W曝露於所生成之電漿。藉此，可蝕刻形成於晶圓W之氧化矽膜。又，在蝕刻製程S11，含有氟碳氣體之沉積物沉積於氧化矽膜上。氟碳氣體含有例如C4 F6 氣體及C4 F8 氣體中至少任一者。鈍氣含有例如Ar氣體、He氣體、Kr氣體、及Xe氣體中至少任一者。
具體而言，從氣體供給源群40將處理氣體供至處理容器12內，並將來自第1射頻電源62及第2射頻電源64之射頻電力供至下部電極LE，以排氣裝置50將處理容器12內之處理空間A的壓力調整為既定壓力。又，將上部電極30與載置台PD的上面之間的距離G調整為既定間隔。藉此，在處理容器12內之處理空間A，生成處理氣體之電漿，並將載置於載置台PD上之晶圓W曝露於電漿。此外，在蝕刻製程S11，亦可對上部電極30施加來自電源70之電壓。
在沖洗製程S12，將沖洗氣體供至晶圓W。藉此，將在蝕刻製程S11供至處理容器12內而殘留於處理空間A之處理氣體以沖洗氣體置換。沖洗氣體可為例如在蝕刻製程S11使用之鈍氣，亦可為不同之氣體。
具體而言，一面從氣體供給源群40將沖洗氣體供至處理容器12內，一面以排氣裝置50將殘留於處理容器12內之處理空間A的處理氣體與沖洗氣體一同排放。藉此，可排放在蝕刻製程S11中供至處理容器12內而殘留於處理空間A之處理氣體，處理空間A以沖洗氣體置換。
此外，在沖洗製程S12，亦可藉停止在製程S11供至處理容器12內之處理氣體所含的鈍氣以外之氣體的供給，而將鈍氣供至處理容器12內。即，從蝕刻製程S11切換成沖洗製程S12之際，亦可不停止鈍氣之供給，而連續將鈍氣供至處理容器12內。此時，可與在蝕刻製程S11供至處理容器12內之鈍氣的流量相同，亦可不同。
此時，如圖3所示，有從處理空間A之設有晶圓W的區域(以下稱為「區域A1」)排放至處理空間A之排氣空間B側的區域(以下稱為「區域A2」)之處理氣體的一部分逆流至區域A1之情形。當如此產生處理氣體之逆流時，將殘留於區域A1之處理氣體置換為沖洗氣體之時間便會增長。結果，將形成於晶圓W之氧化矽膜蝕刻既定量之時間增長。此外，圖3係用以說明氣體之氣流的圖。
是故，在本實施形態中，具有將處理氣體供至晶圓W之蝕刻製程S11及將沖洗氣體供至晶圓W之沖洗製程S12，並在沖洗製程S12將既定之處理條件調整成佩克萊數Pe大於1。
就佩克萊數Pe作說明。當從複數之氣體吐出孔34a將氣體供至上部電極30與載置台PD之間的空間時，氣體邊往排氣方向(連接了排氣裝置50之方向)擴散，邊流動。以「擴散」及「流動」輸送之氣體成分(例如自由基)的濃度分佈因裝置結構、處理條件等，是取決於「擴散」及「流動」哪一個因子各不相同。已知有定性顯示取決於「擴散」及「流動」哪一個因子到哪個程度之作為無因次數的佩克萊數Pe。
長度x(m)為從x=0至x=L之間的佩克萊數Pe使用氣體之流速u(m/s)與第1氣體對第2氣體之擴散係數D(m2 /s)，以下述算式(1)表示。
[數1]
又，氣體之流速u使用氣體之供給流量Q(Torr‧m3 /s)、與氣體之氣流垂直的空間截面積S(x)(m2 )、處理空間A之壓力P(Torr)，以下述算式(2)表示。
[數2]
進一步，根據算式(1)及算式(2)，佩克萊數Pe以下述算式(3)表示。
[數3]
而佩克萊數Pe以1為交界，當Pe小於1時，氣體之輸送係由「擴散」主導，當Pe大於1時，氣體之輸送則係由「流動」主導。
在本實施形態中，如圖4所示，令從晶圓W之端部至處理空間A與排氣空間B之交界的距離為L、與沖洗氣體之氣流垂直的空間截面積為S(x)、沖洗氣體之供給流量為Q、處理空間A之壓力為P、處理氣體對沖洗氣體之擴散係數為D時，將既定之處理條件調整成以前述算式(3)算出之佩克萊數Pe大於1。換言之，如圖4所示，當令在從晶圓W之端部往排氣空間B之方向的從晶圓W之端部算起的距離為L1時，將既定之處理條件調整成佩克萊數Pe為1之L1小於L。此外，圖4係用以說明氣體之氣流的圖。
既定之處理條件係沖洗製程S12中從晶圓W的端部至處理空間A與排氣空間B之交界的距離L、與沖洗氣體之氣流垂直的空間截面積S(x)、及沖洗氣體之供給流量Q中至少任一者。從晶圓W之端部至處理空間A與排氣空間B的交界之距離L可藉使例如擋板48於鉛直方向移動來調整。與沖洗氣體之氣流垂直的空間截面積S(x)可藉控制用以劃定S(x)之處理容器12的形狀、例如上部電極30與載置台PD的上面之間的距離G來調整。沖洗氣體之供給流量Q可藉控制例如流量控制器群44之對應沖洗氣體的流量控制器來調整。
藉此，在處理空間A，由於氣體之輸送是比起「擴散」，更由「流動」主導，故可抑制從區域A1排放至區域A2之處理氣體的一部分逆流至區域A1。又，通過擋板48而到達排氣空間B之處理氣體幾乎不致從排氣空間B逆流至處理空間A。此係因排氣空間B具有比處理空間A之壓力小既定比例的壓力之故。既定比例可為例如30%以上。
再者，宜將既定之處理條件調整成佩克萊數Pe為1時之從晶圓W的端部算起之距離L1與晶圓W之半徑的和小於載置台PD之半徑。藉此，可特別抑制從區域A1排放至區域A2之處理氣體的一部分逆流至區域A1。
如以上所說明，在本實施形態之基板處理方法中，可抑制氣體從排氣空間B逆流至處理空間A，並且可抑制氣體從區域A2逆流至區域A1。因此，可縮短將殘留於區域A1之處理氣體置換成沖洗氣體之時間。
[第2實施形態] 就第2實施形態之基板處理方法作說明。圖5係用以說明第2實施形態之基板處理方法的流程圖。
如圖5所示，第2實施形態之基板處理方法包含有第1蝕刻製程S21、第1沖洗製程S22、第2蝕刻製程S23、第2沖洗製程S24。反覆進行第1蝕刻製程S21、第1沖洗製程S22、第2蝕刻製程S23、及第2沖洗製程S24至到達預先訂定之既定次數為止。即，於第2沖洗製程S24後，進行判定是否到達既定次數之判定製程S25，當判定為到達既定次數時，便結束處理，而當判定為未到達既定次數時，則返回至第1蝕刻製程S21。此外，既定次數可為1次，亦可為複數次。
第1蝕刻製程S21及第1沖洗製程S22分別可與第1實施形態之蝕刻製程S11及沖洗製程S12相同。
在第2蝕刻製程S23中，將含有O2 氣體及鈍氣之第2處理氣體電漿化來供至晶圓W。在第2蝕刻製程S23，藉激發第2處理氣體，而生成電漿，將晶圓W曝露於所生成之電漿。藉此，鈍氣原子之活性物種、例如鈍氣原子之離子撞擊在第1蝕刻製程S21所沉積之沉積物。藉此，沉積物所含之氟碳自由基使蝕刻進行。又，沉積物之膜厚減少。鈍氣可為在第1蝕刻製程S21使用之鈍氣，亦可為不同之氣體。
具體而言，從氣體供給源群40將第2處理氣體供至處理容器12內，將來自第1射頻電源62及第2射頻電源64之射頻電力供至下部電極LE，以排氣裝置50將處理容器12內之處理空間A的壓力調整為既定壓力。又，將上部電極30與載置台PD的上面之間的距離G調整為既定間隔。藉此，在處理容器12內之處理空間A生成處理氣體之電漿，並將載置於載置台PD上之晶圓W曝露於電漿。此外，在第2蝕刻製程S23，亦可對上部電極30施加來自電源70之電壓。
在第2沖洗製程S24，將第2沖洗氣體供至晶圓W。藉此，將在第2蝕刻製程S23供至處理容器12內而殘留於處理空間A之第2處理氣體以第2沖洗氣體置換。第2沖洗氣體可為與第1沖洗氣體相同之氣體，亦可為不同之氣體。
具體而言，一面從氣體供給源群40將第2沖洗氣體供至處理容器12內，一面以排氣裝置50將殘留於處理容器12內之處理空間A的第2處理氣體與第2沖洗氣體一起排放。藉此，可將在第2蝕刻製程S23供至處理容器12內而殘留於處理空間A的第2處理氣體排放，處理空間A以第2沖洗氣體置換。
在本實施形態中，在第1沖洗製程S22，有從區域A1排放至區域A2之第1處理氣體的一部分逆流至區域A1之情形。又，在第2沖洗製程S24，有從區域A1排放至區域A2之第2處理氣體的一部分逆流至區域A1之情形。
如此，當產生處理氣體(第1處理氣體、第2處理氣體)之逆流時，將殘留於區域A1之處理氣體置換為沖洗氣體之時間便會增長。結果，將形成於晶圓W之氧化矽膜蝕刻既定量之時間增長。
是故，在本實施形態中，在第1沖洗製程S22及第2沖洗製程S24，將既定之處理條件調整成以前述算式(3)算出之佩克萊數Pe大於1。
第1沖洗製程S22之既定之處理條件可與第1實施形態之既定之處理條件相同。
第2沖洗製程S24之既定之處理條件係第2沖洗製程S24中從晶圓W之端部至處理空間A與排氣空間B的交界之距離L、與第2沖洗氣體之氣流垂直的空間截面積S(x)、第2沖洗氣體之供給流量Q中至少任一者。從晶圓W之端部至處理空間A與排氣空間B之交界的距離L可藉例如使擋板48於鉛直方向移動來調整。與第2沖洗氣體之氣流垂直的空間截面積S(x)可藉控制例如上部電極30與載置台PD的上面之間的距離G來調整。第2沖洗氣體之供給流量Q可藉控制例如流量控制器群44之對應第2沖洗氣體的流量控制器來調整。
藉此，由於在處理空間A，氣體之輸送是比起「擴散」，更由「流動」主導，故可抑制從區域A1排放至區域A2之第2處理氣體的一部分逆流至區域A1。又，通過擋板48到達排氣空間B之第2處理氣體幾乎不致從排氣空間B逆流至處理空間A。此係因排氣空間B具有比處理空間A之壓力小既定比例的壓力之故。既定比例可為例如30%以上。
如以上所說明，在本實施形態之基板處理方法中，可抑制氣體從排氣空間B逆流至處理空間A，並且可抑制氣體從區域A2逆流至區域A1。因此，可縮短將殘留於區域A1之第1處理氣體置換為第1沖洗氣體的時間、及將殘留於區域A1之第2處理氣體置換為第2沖洗氣體的時間。
此外，在本實施形態中，舉了在第1沖洗製程S22及第2沖洗製程S24將既定之處理條件調整成佩克萊數Pe大於1之情形為例來說明，但不限於此。舉例而言，亦可僅在其中任一沖洗製程，將既定之處理條件調整成佩克萊數Pe大於1。
[第3實施形態] 就第3實施形態之基板處理方法作說明。圖6係用以說明第3實施形態之基板處理方法的流程圖，係用以說明使用連續式電漿之基板處理方法的流程圖。
如圖6所示，第3實施形態之基板處理方法在不具有第1沖洗製程S22及第2沖洗製程S24這點與第2實施形態之基板處理方法不同。即，第3實施形態之基板處理方法具有第1蝕刻製程S31及第2蝕刻製程S32。第1蝕刻製程S31及第2蝕刻製程S32反覆進行至到達預先訂定之既定次數為止。即，在第2蝕刻製程S32後，進行判定是否到達既定次數之判定製程S33，當判定為到達既定次數時，便結束處理，而判定為未到達既定次數時，則返回至第1蝕刻製程S31。此外，既定次數可為1次，亦可為複數次。
在第3實施形態中，在第2蝕刻製程S32，將既定之處理條件調整成以前述算式(3)算出之佩克萊數Pe大於1。藉此，可縮短將殘留於區域A1之第1處理氣體置換為第2處理氣體之時間。因此，可改善在從第1蝕刻製程S31切換為第2蝕刻製程S32之過渡時間產生的程序之不穩定性。
又，在第3實施形態中，亦可在第1蝕刻製程S31，將既定之處理條件調整成以前述算式(3)算出之佩克萊數Pe大於1。藉此，可縮短將殘留於區域A1之第2處理氣體置換為第1處理氣體之時間。因此，可改善在從第2蝕刻製程S32切換為第1蝕刻製程S31之過渡時間產生的程序之不穩定性。
(模擬結果) 接著，就顯示本發明之效果的模擬結果作說明。
在本模擬中，確認了在沖洗製程中，將既定之處理條件調整成以前述算式(3)算出之佩克萊數Pe大於1時，可否抑制殘留於區域A2之O2 氣體逆流至區域A1。
圖7係顯示使佩克萊數Pe變化時之處理空間的氧濃度之圖。具體而言，圖7顯示了令上部電極30與載置台PD的上面之間的距離G為40mm、處理空間A之壓力為50mTorr(6.7Pa)時，將Ar氣體供至區域A1、將O2 氣體供至區域A2時之氧濃度。此外，O2 氣體係處理氣體之一例，Ar氣體係沖洗氣體之一例。又，為了形成擬似於區域A2殘留有O2 氣體之狀態，而將O2 氣體供至區域A2。
圖7(a)顯示了Ar氣體之流量為100sccm、O2 氣體之流量為1sccm、佩克萊數Pe為0.14時之處理空間A的氧濃度之分佈。圖7(b)顯示了Ar氣體之流量為500sccm、O2 氣體之流量為5sccm、佩克萊數Pe為0.68時之處理空間A的氧濃度之分佈。圖7(c)顯示了Ar氣體之流量為1000sccm、O2 氣體之流量為10sccm、佩克萊數Pe為1.36時之處理空間A的氧濃度之分佈。圖7(d)顯示了Ar氣體之流量為2000sccm、O2 氣體之流量為20sccm、佩克萊數Pe為2.71時之處理空間A的氧濃度之分佈。此外，佩克萊數Pe係以前述算式(3)算出之值。
如圖7(c)及圖7(d)所示，可知當佩克萊數Pe大於1時，區域A1之O2 氣體的濃度小。即，可視為O2 氣體幾乎未從區域A2逆流至區域A1。是故，藉將供至區域A1之Ar氣體的流量調整成佩克萊數Pe大於1，可抑制O2 氣體之逆流。結果，可縮短置換氣體之時間。
相對於此，如圖7(a)及圖7(b)所示，可知當佩克萊數Pe小於1時，區域A1之O2 氣體的濃度隨著接近區域A2而越大。即，可視為O2 氣體從區域A2逆流至區域A1。
圖8係顯示使佩克萊數Pe變化時之處理空間的氧濃度之圖。具體而言，圖8顯示了令上部電極30與載置台PD的上面之間的距離G為90mm、處理空間A之壓力為50mTorr(6.7Pa)時，將Ar氣體供至區域A1、將O2 氣體供至區域A2時的氧濃度。此外，O2 氣體為處理氣體之一例，Ar氣體為沖洗氣體之一例。又，為形成擬似於區域A2殘留有O2 氣體之狀態，而將O2 氣體供至區域A2。
圖8(a)顯示了Ar氣體之流量為200sccm、O2 氣體之流量為2sccm、佩克萊數Pe為0.14時之處理空間A的氧濃度之分佈。圖8(b)顯示了Ar氣體之流量為1000sccm、O2 氣體之流量為10sccm、佩克萊數Pe為0.71時之處理空間A的氧濃度之分佈。圖8(c)顯示了Ar氣體之流量為2000sccm、O2 氣體之流量為20sccm、佩克萊數Pe為1.43時之處理空間A的氧濃度之分佈。圖8(d)顯示了Ar氣體之流量為4000sccm、O2 氣體之流量為40sccm、佩克萊數Pe為2.86時之處理空間A的氧濃度之分佈。此外，佩克萊數Pe係以前述算式(3)算出之值。
如圖8(c)及圖8(d)所示，可知當佩克萊數Pe大於1時，區域A1之O2 氣體的濃度小。即，可視為O2 氣體幾乎不致從區域A2逆流至區域A1。是故，藉將供至區域A1之Ar氣體的流量調整成佩克萊數Pe大於1，可抑制O2 氣體之逆流。結果，可縮短置換氣體之時間。
相對於此，如圖8(a)及圖8(b)所示，可知當佩克萊數Pe小於1時，區域A1之O2 氣體的濃度隨著接近區域A2而越大。即，可視為O2 氣體從區域A2逆流至區域A1。
如以上所說明，藉將供至區域A1之Ar氣體的流量及上部電極30與載置台PD的上面之間的距離G調整成佩克萊數Pe大於1，可抑制O2 氣體之逆流。結果，可縮短將O2 氣體置換為Ar氣體之時間。
此外，在上述各實施形態中，晶圓W為基板之一例。處理氣體及第1處理氣體為第1氣體之一例，沖洗氣體及第1沖洗氣體為第2氣體之一例，第2處理氣體為第3氣體之一例，第2沖洗氣體為第4氣體之一例。蝕刻製程S11及第1蝕刻製程S21為第1製程之一例，沖洗製程S12及第1沖洗製程S22為第2製程之一例。第2蝕刻製程S23為第3製程之一例，第2沖洗製程S24為第4製程之一例。
以上，就本發明之較佳實施形態作了說明，本發明不限此特定之實施形態，在申請專利範圍內所記載之本發明的要旨之範圍內，可進行各種變形、變更。
在上述實施形態中，舉了使用氟碳氣體作為蝕刻氣體來蝕刻絕緣膜的情形為例來說明，但不限於此。蝕刻氣體可按形成於晶圓W之蝕刻對象的種類來選擇。蝕刻氣體亦可使用含有例如氫氟碳化物氣體、NF3 、SF6 、鈍氣、氮(N2 )氣、O2 氣體、氫(H2 )氣、含溴氣體、含氯氣體、含碘氣體中至少任一者的氣體。
在上述實施形態中，舉了處理氣體含有Ar氣體等鈍氣之情形為例來說明，但不限於此，亦可使用含有例如N2 氣體、O2 氣體中至少任一者的氣體。
在上述實施形態中，舉了蝕刻形成於晶圓W之既定之膜的情形為例來說明，但不限於此。舉例而言，亦可於晶圓W形成既定之膜。當於晶圓W形成既定之膜時，處理氣體只要使用成膜氣體取代蝕刻氣體即可。成膜氣體可按形成於晶圓W之膜的種類來選擇。成膜氣體亦可使用含有例如TEOS氣體、矽烷胺系氣體、氯矽烷氣體、鈍氣、氨(NH3 )氣、N2 氣體、O2 氣體、H2 氣體中至少任一者的氣體。
在上述實施形態中，舉了使用Ar氣體等鈍氣作為沖洗氣體之情形為例來說明，但不限於此，亦可使用含有例如N2 氣體、O2 氣體中至少任一者的氣體。
在上述實施形態中，舉了交互反覆進行蝕刻製程與沖洗製程的情形為例來說明，但不限於此，只要可依序供給不同種類之氣體即可。舉例而言，可依序進行成膜製程、沖洗製程、蝕刻製程及沖洗製程。此時，可在成膜製程後之沖洗製程，將既定之處理條件調整成佩克萊數Pe大於1，亦可在蝕刻製程後之沖洗製程，將既定之處理條件調整成佩克萊數Pe大於1。又，亦可在成膜製程後之沖洗製程及蝕刻製程後之沖洗製程，將既定之處理條件調整成佩克萊數Pe大於1。再者，亦可交互反覆進行成膜製程與蝕刻製程。此時，亦可在成膜製程後之蝕刻製程，或在蝕刻製程後之成膜製程，將既定之處理條件調整成佩克萊數Pe大於1。
在上述實施形態中，舉了將處理氣體電漿化來供至晶圓W之情形為例來說明，但不限於此，亦可不將處理氣體電漿化來供至晶圓W。
在上述實施形態中，舉了排氣空間B藉由擋板48與處理空間A連通之情形為例來說明，但不限於此，排氣空間B只要為與處理空間A連通且具有比處理空間A之壓力小既定比例的空間即可。排氣空間B亦可藉由可變式蝶形閥亦即APC(Automatic Pressure Control：自動壓力控制)閥取代擋板48，與處理空間A連通。
在上述實施形態中，舉了使用電容耦合型電漿裝置作為電漿處理裝置的情形為例來說明，但不限於此，亦可為例如電感耦合型電漿裝置、微波電漿裝置。
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧處理容器
12g‧‧‧貫通孔
14‧‧‧支撐部
18a‧‧‧第1極板
18b‧‧‧第2極板
22‧‧‧直流電源
23‧‧‧開關
24‧‧‧冷媒流路
26a‧‧‧配管
26b‧‧‧配管
28‧‧‧氣體供給管線
30‧‧‧上部電極
32‧‧‧絕緣性遮蔽構件
34‧‧‧電極板
34a‧‧‧氣體吐出孔
36‧‧‧電極支撐體
36a‧‧‧氣體擴散室
36b‧‧‧氣體流通孔
36c‧‧‧氣體導入口
38‧‧‧氣體供給管
40‧‧‧氣體供給源群
42‧‧‧閥群
44‧‧‧流量控制器群
46‧‧‧沉積遮蔽體
48‧‧‧擋板
50‧‧‧排氣裝置
52‧‧‧排氣管
54‧‧‧閘閥
62‧‧‧第1射頻電源
64‧‧‧第2射頻電源
66‧‧‧匹配器
68‧‧‧匹配器
70‧‧‧電源
100‧‧‧控制部
A‧‧‧處理空間
A1‧‧‧區域
A2‧‧‧區域
B‧‧‧排氣空間
ESC‧‧‧靜電吸盤
FR‧‧‧對焦環
G‧‧‧距離
He‧‧‧氦氣
L‧‧‧距離
L1‧‧‧距離
LE‧‧‧下部電極
PD‧‧‧載置台
S11‧‧‧蝕刻製程
S12‧‧‧沖洗製程
S13‧‧‧判定製程
S21‧‧‧第1蝕刻製程
S22‧‧‧第1沖洗製程
S23‧‧‧第2蝕刻製程
S24‧‧‧第2沖洗製程
S25‧‧‧判定製程
S31‧‧‧第1蝕刻製程
S32‧‧‧第2蝕刻製程
S33‧‧‧判定製程
S(x)‧‧‧與氣體之氣流垂直的空間截面積
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示一實施形態之電漿處理裝置的概略結構圖。 圖2係用以說明第1實施形態之基板處理方法的流程圖。 圖3係用以說明氣體之氣流的圖(1)。 圖4係用以說明氣體之氣流的圖(2)。 圖5係用以說明第2實施形態之基板處理方法的流程圖。 圖6係用以說明第3實施形態之基板處理方法的流程圖。 圖7(a)~(d)係顯示使佩克萊數Pe變化時之處理空間的氧濃度之圖(1)。 圖8(a)~(d)係顯示使佩克萊數Pe變化時之處理空間的氧濃度之圖(2)。
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧處理容器
12g‧‧‧貫通孔
14‧‧‧支撐部
18a‧‧‧第1極板
18b‧‧‧第2極板
22‧‧‧直流電源
23‧‧‧開關
24‧‧‧冷媒流路
26a‧‧‧配管
26b‧‧‧配管
28‧‧‧氣體供給管線
30‧‧‧上部電極
32‧‧‧絕緣性遮蔽構件
34‧‧‧電極板
34a‧‧‧氣體吐出孔
36‧‧‧電極支撐體
36a‧‧‧氣體擴散室
36b‧‧‧氣體流通孔
36c‧‧‧氣體導入口
38‧‧‧氣體供給管
40‧‧‧氣體供給源群
42‧‧‧閥群
44‧‧‧流量控制器群
46‧‧‧沉積遮蔽體
48‧‧‧擋板
50‧‧‧排氣裝置
52‧‧‧排氣管
54‧‧‧閘閥
62‧‧‧第1射頻電源
64‧‧‧第2射頻電源
66‧‧‧匹配器
68‧‧‧匹配器
70‧‧‧電源
100‧‧‧控制部
A‧‧‧處理空間
A1‧‧‧區域
A2‧‧‧區域
B‧‧‧排氣空間
ESC‧‧‧靜電吸盤
FR‧‧‧對焦環
G‧‧‧距離
He‧‧‧氦氣
LE‧‧‧下部電極
PD‧‧‧載置台
W‧‧‧晶圓

Claims (11)

  1. 一種基板處理方法，其係基板處理裝置之基板處理方法，該基板處理裝置包含：處理空間，在處理容器內將氣體供至基板而進行既定之處理；及排氣空間，與該處理空間連通並具有比該處理空間之壓力小既定比例的壓力， 該基板處理方法包含有下列製程： 第1製程，將第1氣體供至該基板；及 第2製程，於該第1製程後，將異於該第1氣體之第2氣體供至該基板； 當令從該基板之端部至該處理空間與該排氣空間之交界的距離為L、與該第2氣體之氣流垂直的空間截面積為S(x)、該第2氣體之供給流量為Q、該處理空間之壓力為P、該第1氣體對該第2氣體之擴散係數為D時， [數3]將在該第2製程中從該基板的端部至該處理空間與該排氣空間之交界的距離L、與該第2氣體之氣流垂直的空間截面積S(x)及該第2氣體之供給流量Q中至少任一者調整成以上列算式(3)所算出之佩克萊數Pe大於1。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中， 該既定比例為30%以上。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之基板處理方法，其中， 在該第1製程中，將該第1氣體電漿化來供給。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之基板處理方法，其中， 在該第2製程中，將該第2氣體電漿化來供給。
  5. 如申請專第1項或第2項之基板處理方法，其中， 該基板載置於載置台， 令當該佩克萊數Pe為1時在從該基板的端部往該排氣空間的方向之從該基板的端部算起之距離為L1時，該基板之半徑與該距離L1之和小於該載置台之半徑。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之基板處理方法，其中， 反覆進行該第1製程與該第2製程， 將在該第1製程中從該基板的端部至該處理空間與該排氣空間之交界的距離L、與該第1氣體之氣流垂直的空間截面積S(x)及該第1氣體之供給流量Q中至少任一者調整成該佩克萊數Pe大於1。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之基板處理方法，其中， 該第1氣體含有蝕刻氣體，該第2氣體含有鈍氣、O2 氣體、N2 氣體中至少一氣體。
  8. 如申請專利範圍第7項之基板處理方法，其中， 該第1氣體更含有鈍氣、O2 氣體、N2 氣體中至少一氣體， 在該第2製程中供至該基板之鈍氣、O2 氣體、N2 氣體中至少一氣體之流量與在該第1製程中供至該基板之鈍氣、O2 氣體、N2 氣體中至少一氣體之流量相同。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項之基板處理方法，其中， 該第1氣體含有成膜氣體，該第2氣體含有鈍氣、O2 氣體、N2 氣體中至少一氣體。
  10. 如申請專利範圍第9項之基板處理方法，其中， 該第1氣體更含有鈍氣、O2 氣體、N2 氣體中至少一氣體， 在該第2製程中供至該基板之鈍氣、O2 氣體、N2 氣體中至少一氣體之流量與在該第1製程中供至該基板之鈍氣、O2 氣體、N2 氣體中至少一氣體之流量相同。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項之基板處理方法，其更包含有下列製程： 第3製程，於該第2製程後，將第3氣體供至該基板； 第4製程，於該第3製程後，將異於該第3氣體之第4氣體供至該基板； 將在該第4製程中從該基板的端部至該處理空間與該排氣空間之交界的距離L、與該第4氣體之氣流垂直的空間截面積S(x)及該第4氣體之供給流量Q中至少任一者調整成該佩克萊數Pe大於1。
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