TW201814764A - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明，係具有2頻率偏壓的功能的電漿處理裝置中，提供可使有關電漿處理的晶圓面內的均勻性、蝕刻率等的期望的分布調整與高選擇比同時成立的電漿處理裝置及電漿處理方法。
本發明，係一種電漿處理裝置，具備使用電漿而使樣品被處理的處理室、供應供於生成前述電漿用的高頻電力的第一高頻電源、被載置前述樣品的樣品台、和對前述樣品台施加第一高頻電壓的第二高頻電源，該電漿處理裝置進一步具備：使N為2以上的自然數的情況下，相對於前述第一高頻電壓的頻率將N倍的頻率的第二高頻電壓施加於前述樣品台的第三高頻電源；和以前述第一高頻電壓的相位與前述第二高頻電壓的相位的相位差成為既定值的方式控制前述相位差的控制部。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明，係有關電漿處理技術。
歷來的電漿處理裝置，係存在具有分布調整功能者，該分布調整功能係為了改善或控制有關蝕刻率等的晶圓面內的不均勻，而特別控制離子能分布等。
電漿處理裝置的處理中的有關晶圓面內的均勻性提升的先前技術例方面列舉專利文獻1。記載於專利文獻1的電漿處理裝置，係為了控制入射於晶圓的能量分布，而具備頻率不同的複數個高頻偏壓源，將該等重疊而施加於相同電極。
此外，平行平板型電漿處理裝置方面，具有適於基板的加工的離子能，進一步減小該離子能寬，而可精緻地控制加工形狀的基板的電漿處理裝置方面，於專利文獻2揭露一種電漿處理裝置，在內部被保持為真空的腔室內，可對於配置為相對於對向電極而對向的RF電極，將第1頻率的第1之RF電壓、及是前述第1頻率的1/2的整數倍且與前述第1頻率不同的第2頻率的第2之RF 電壓，分別從第1之RF電壓施加手段及第2之RF電壓施加手段透過閘極觸發裝置而互相進行相位控制、重疊而施加。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本專利特開2008-244429號公報
[專利文獻2]日本專利特開2008-60429號公報
施加不同的2個頻率的高頻偏壓而一面調整2個頻率偏壓電力一面進行晶圓面內分布的調整的情況下，存在如以下的課題。例如，以在晶圓面內的半徑方向上成為平坦的分布的方式執行所期望的分布調整的控制的情況下仍不同於所意圖者，有時無法獲得面內均勻的蝕刻形狀、或高選擇比等。
此係原因在於2個高頻偏壓的重疊，使得離子能尤其在晶圓外周變高，得知無法進行選擇比的晶圓面內分布調整。然而，揭露於專利文獻1及2的技術中，並未考量2個高頻偏壓的重疊，使得離子能尤其在晶圓外周變高如此的課題。
此外，未調整2個頻率、2個偏壓的相位等時，此不同的2個偏壓的相位係按時間週期變化而波形並 非固定。該影響使得無法進行固定的蝕刻處理，發生均勻性、選擇比、蝕刻形狀變異如此的問題。在專利文獻2雖揭露有關控制2個高頻偏壓的各自的相位，惟為能寬的縮小等的目的的相位控制，故並無揭露及暗示有關用於減低均勻性、選擇比、蝕刻形狀的變異的相位控制。
為此，本發明，係提供一種電漿處理裝置及電漿處理方法，該電漿處理裝置係具有2頻率偏壓的功能，可使有關電漿處理的晶圓面內的均勻性、蝕刻率等的期望的分布調整與高選擇比同時成立。
本發明，係一種電漿處理裝置，具備使用電漿而使樣品被處理的處理室、供應供於生成前述電漿用的高頻電力的第一高頻電源、被載置前述樣品的樣品台、和對前述樣品台施加第一高頻電壓的第二高頻電源，該電漿處理裝置進一步具備：使N為2以上的自然數的情況下，相對於前述第一高頻電壓的頻率將N倍的頻率的第二高頻電壓施加於前述樣品台的第三高頻電源；和將前述第一高頻電壓的相位及前述第二高頻電壓的相位控制為前述第一高頻電壓的相位與前述第二高頻電壓的相位的相位差成為既定值的控制部。
此外，本發明，係一種電漿處理裝置，具備使用電漿而使樣品被處理的處理室、供應供於生成前述電漿用的高頻電力的第一高頻電源、被載置前述樣品的樣品 台、和對前述樣品台施加第一高頻電壓的第二高頻電源，該電漿處理裝置進一步具備：將第二高頻電壓施加於前述樣品台的第三高頻電源；和生成供於將前述第一高頻電壓的相位與前述第二高頻電壓的相位的相位差予以時間調變用的脈衝的脈衝控制器。
再者，本發明，係一種電漿處理方法，使用電漿而對載置於樣品台的樣品進行處理，電漿處理方法係使N為2以上的自然數的情況下，將第一高頻電壓與相對於前述第一高頻電壓的頻率為N倍的頻率的第二高頻電壓施加於前述樣品台，將前述第一高頻電壓的相位及前述第二高頻電壓的相位控制為前述第一高頻電壓的相位與前述第二高頻電壓的相位的相位差成為既定值。
此外，本發明，係一種電漿處理方法，使用電漿而對載置於樣品台的樣品進行處理，該電漿處理方法係將第一高頻電壓與第二高頻電壓施加於前述樣品台，將前述第一高頻電壓的相位與前述第二高頻電壓的相位的相位差進行時間調變。
依本發明，使得在具有2頻率偏壓的功能的電漿處理裝置中，可使有關電漿處理的晶圓面內的均勻性、蝕刻率等的期望的分布調整與高選擇比同時成立。
101‧‧‧處理室
102‧‧‧噴灑板
103‧‧‧窗部
104‧‧‧空腔共振部
105‧‧‧導波管
106‧‧‧電漿生成用高頻電源
107‧‧‧磁場產生線圈
108‧‧‧樣品台
109‧‧‧被處理基板
110‧‧‧真空排氣口
111‧‧‧第一高頻偏壓電源
112‧‧‧第二高頻偏壓電源
113‧‧‧低頻側匹配箱
114‧‧‧高頻側匹配箱
115‧‧‧低通濾波器
116‧‧‧高通濾波器
117‧‧‧脈衝控制器
118‧‧‧移相器
119‧‧‧低頻側源脈衝產生器
120‧‧‧高頻側脈衝產生器
121‧‧‧電壓監視器
122‧‧‧控制部
123‧‧‧導電體膜
124‧‧‧電力供應線路
1501‧‧‧電壓監視器
1502‧‧‧控制部
1503‧‧‧高頻側移相器
1504‧‧‧低頻側移相器
[圖1]針對本發明的一實施例相關的電漿處理裝置的構成進行繪示的圖。
[圖2]針對透過脈衝控制器往樣品台施加的電壓波形進行繪示的圖。
[圖3]針對被重疊而施加於樣品台的2個高頻偏壓電壓進行繪示的圖。
[圖4]針對各個相對於2個高頻偏壓的頻率比的被重疊的電壓進行繪示的圖。
[圖5]針對2個高頻偏壓的相位差的控制進行繪示的流程圖。
[圖6]針對2個高頻偏壓重疊後的相對於電壓的Vpp及VMIN的2個高頻偏壓的相位差依存性進行繪示的圖。
[圖7]針對2個高頻偏壓的相位差的控制進行繪示的流程圖。
[圖8]針對2個高頻偏壓重疊後的相對於電壓的Vpp及VMIN的2個高頻偏壓的相位差依存性進行繪示的圖。
[圖9]針對低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為3的情況進行繪示的圖。
[圖10]針對低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4的情況進行繪示的圖。
[圖11]針對高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的頻率比為5的情況下的相位差偏進行繪示的圖。
[圖12]繪示針對2個高頻偏壓的相位差進行時間控 制之例的圖。
[圖13]針對與圖1的電壓監視器121不同的電壓監視器1501進行繪示的圖。
[圖14]針對相對於蝕刻率的晶圓面內分布的高頻偏壓的頻率依存性進行繪示的圖。
[圖15]針對2個高頻偏壓所得的蝕刻率及選擇比的晶圓面內分布進行繪示的圖。
[圖16]針對2個高頻偏壓所得的形狀結果進行繪示的圖。
[圖17]針對相對於相位差的Vdc的特性進行繪示的圖。
以下針對本發明的一實施形態一面參照圖式一面進行說明。
圖1，係示出本發明的一實施形態的電漿處理裝置的構成。此外，示於圖1的電漿處理裝置，係使用微波電子迴旋諧振(Electron Cyclotron Resonance：ECR)而生成電漿，透過此所生成的電漿而進行電漿蝕刻處理的電漿蝕刻裝置。
於處理室101，係經由真空排氣口110而連接真空排氣裝置(未圖示)。此外，在處理室101之上部，係配置噴灑板102及窗部103。噴灑板102，係具有孔，材質係例如石英。將從氣體供應機構124所供應的電漿蝕 刻處理用的氣體通過噴灑板的孔而導入處理室101內。於噴灑板102之上，係配置窗部103，在與窗部103之間設有氣體供應用之間隙。窗部103，係使來自上方的電磁波透射，將處理室101之上方氣密地密封。窗部103，係材質方面使用介電體如石英。
在窗部103之上，係配置空腔共振部104。空腔共振部104之上部係開放，連接由連接延伸於垂直方向的垂直導波管與兼帶將電磁波的方向彎曲90度的角落的導波管變換器所成的導波管105。導波管105等，係傳播電磁波的振盪導波管，在導波管105的端部，係連接有第一高頻電源的電漿生成用高頻電源106。
電漿生成用高頻電源106，係供於產生電漿生成用電磁波用的電源，基於來自控制部122的控制而予以產生電磁波。電磁波的頻率方面在本實施例，係使用2.45GHz的微波。從電漿生成用高頻電源106產生的電磁波，係在導波管105傳播，經由空腔共振部104、窗部103、噴灑板102而傳播至處理室101內。在處理室101的外周，係配置磁場產生線圈107。磁場產生線圈107，係在處理室101形成磁場。從電漿生成用高頻電源106所振盪的電力，係由於與透過磁場產生線圈107而形成的磁場的相互作用，而在處理室101內生成高密度電漿。
在處理室101的下方，係對向於窗部103而配置樣品台108。樣品台108，係將是樣品的被處理基板109載置於上表面而保持。此外，導波管105、處理室 101、樣品台108及被處理基板109之中心軸係一致。樣品台108，係材質方面由鋁、鈦等所成。在是樣品台108的一部分的上表面，係具有導電體膜123。另外，在樣品台108的導電體膜123之上表面，係配置由氧化鋁陶瓷等所成的未圖示的熱噴塗膜。
此外，在樣品台108內部係具有供於將被處理基板109靜電吸附用的電極，透過施加直流電壓而將被處理基板109靜電吸附。再者在樣品台108，係從第一RF偏壓電源111與第二RF偏壓電源112分別施加高頻電壓。另外，是第三高頻電源的第二RF偏壓電源112，係將比是第二高頻電源的第一RF偏壓電源111的頻率高的頻率的高頻電壓施加於樣品台108，第二RF偏壓電源112的頻率，係相對於第一RF偏壓電源111的頻率為N(2以上的整數)倍的頻率。另外，第二RF偏壓電源的頻率，係從後述之蝕刻率面內分布控制的觀點而言採1MHz以上為優選。
再者第一高頻偏壓電源111及第二高頻偏壓電源112各者，係可在相對於振盪的中心的頻率具有一些寬度的頻率區域進行振盪，惟第一高頻偏壓電源111的最終的頻率，係取決於來自脈衝控制器117內的低頻側脈衝產生器119的信號，第二高頻偏壓電源112的最終的頻率，係取決於來自高頻側源脈衝產生器120的信號。此外，高頻偏壓的最小頻率，係過低時發生損害，故採100kHz以上，最大頻率，係需要比電漿生成的頻率低， 故採約13.56MHz以下。
此外，第一高頻偏壓電源111，係透過低頻側匹配箱113而取得整合，第二高頻偏壓電源112，係透過高頻側匹配箱114而取得整合。另外，低頻側匹配箱113的樣品台108側係連接低通濾波器115，高頻側匹配箱114的樣品台108側係連接高通濾波器116，將來自第一高頻偏壓電源111及第二高頻偏壓電源112各者的相互干涉進行濾波。再者為了對從第一高頻偏壓電源111及第二高頻偏壓電源112各者所施加而重疊的電壓進行監視，透過電壓監視器121而監視樣品台108內部的導電體膜123的電壓。
上述的電漿處理裝置方面的電漿處理的概要係如下。
晶圓等的被處理基板109，係被搬送至處理室101內，載置於樣品台108的導電體膜123上。並且，所載置的被處理基板109，係被利用由於透過直流電源所施加的直流電壓而產生的靜電力而靜電吸附於樣品台108上的既定位置而被保持。之後，對內部被減壓的真空狀態的處理室101，係從氣體供應機構124經由未圖示的質流控制器而供應電漿蝕刻處理用的氣體。
並且，該氣體，係通過窗部103與噴灑板102之間隙而從噴灑板102的孔導入處理室101內。一面控制真空排氣裝置，一面將處理室101內控制為既定的壓力。之後，從電漿生成用高頻電源106予以發出電磁波，透過 傳送至真空狀態的處理室101內的電磁波與透過磁場產生線圈107而形成的磁場的相互作用，而在處理室101內予以生成電漿。
並且與電漿發起同時透過控制部122的控制，而對處理室101內的樣品台108從第一高頻偏壓電源111與第二高頻偏壓電源112各者施加高頻電壓。透過將來自此2個高頻偏壓電源的各高頻電壓進行重疊的高頻偏壓電壓，而產生從電漿往被處理基板109引入離子的作用。藉此等，從而對於被處理基板109之上表面進行電漿蝕刻處理。此情況下，因氣體、蝕刻等而產生的反應生成物，係被通過處理室101的下部的真空排氣口110而排出。
接著利用圖2說明有關透過具備高頻側脈衝產生器120、低頻側脈衝產生器119、移相器118的脈衝控制器117而進行的往樣品台108的高頻電壓的施加。
從第一高頻偏壓電源111及第二高頻偏壓112分別往樣品台108施加高頻電壓時，分別從高頻側脈衝產生器120輸出矩形波形的信號201，從低頻側脈衝產生器119輸出矩形波形的信號203。此外，信號201與信號203的頻率比，係N(2以上的整數)倍，被如示於圖2(a)般以低頻側脈衝產生器119的輸出與高頻側脈衝產生器120的輸出的立升為同時的相位差0度的狀態進行輸出。
接著來自高頻側脈衝產生器120的以點線表 示的信號201，係如示於圖2(a)般由於經過移相器118使得相對於低頻側的信號203產生θ的相位延遲，信號201係成為高頻側的信號202而與低頻側的信號203形成相位差θ。另外，移相器118所致的相位差θ，係透過控制部122而輸出透過後述的電壓監視器值而算出並修正控制者。
低頻側的信號203被發送至第一高頻偏壓電源111，第一高頻偏壓電源111係相對於如圖2(b)的低頻側的信號203的1脈衝的立升，而對樣品台108施加1週期的大致正弦波的高頻電力205。此外，高頻側的信號201被發送至第二高頻偏壓電源112，第二高頻偏壓電源112係相對於如圖2(b)的高頻側的信號201的1脈衝的立升，而對樣品台108施加1週期的大致正弦波的高頻電力204。
接著從第一高頻偏壓電源111經過低頻側匹配箱113及低通濾波器115所施加的高頻電壓與從第二高頻偏壓電源112經過高頻側匹配箱114及高通濾波器116所施加的高頻電壓，係在電力供應線路124被結合。此被結合的高頻電壓被施加至樣品台108，使得從第一高頻偏壓電源111所施加的高頻電壓與從第二高頻偏壓電源112所施加的高頻電壓被重疊，如示於圖2(c)的波形206的高頻電壓被施加至樣品台108。
波形206的被重疊的高頻電壓，係透過電壓監視器121進行檢測。另外，電壓監視器121，係由A/D 轉換器等而構成，為高時間分辨率。此外，電壓監視器121，係針對所重疊的高頻偏壓的電壓、所重疊的高頻偏壓的波形206、所重疊的高頻偏壓的峰值間電壓(Vpp)值及所重疊的高頻偏壓的電壓的最小值(Vmin)等進行檢測。再者電壓監視器121，係優選上亦可將所重疊的高頻偏壓的波形進行傅立葉轉換而輸出低頻側的頻率成分的峰值間電壓(Vpp)、高頻側的頻率成分的峰值間電壓(Vpp)者。此外，在本實施中，係由於尤其需要針對高頻側的高頻偏壓電壓無相位延遲地進行測定，故配置於是比電極供應線路124靠近被處理基板109或電漿的位置的樣品台108的導電體膜123為優選。
接著一面使用圖14一面說明有關取決於高頻偏壓的頻率的蝕刻分布控制性。
電漿中的阻抗與因磁場線圈而產生的磁場的相互作用，使得蝕刻率分布係例如使高頻偏壓電源的頻率為數100kHz的情況下，如示於圖14(a)般成為中高分布1401。並且使高頻偏壓電源的頻率為1~2MHz的情況下，如圖14(b)般成為僅外高分布1402，使高頻偏壓電源的頻率為4MHz的情況下，如圖14(c)般成為相當強的外高分布1403。再者使高頻偏壓電源的頻率為比10MHz高的頻率的情況下，如圖14(d)般電漿開始生成於樣品台的外側而蝕刻率成為極端的分布如極端降低的分布1404，或蝕刻無法進展。
利用如此的各頻率的蝕刻率分布特性，將低 頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓重疊而施加而將低頻側高頻偏壓及高頻側高頻偏壓各者的頻率調整為蝕刻率分布成為平坦時即可進行均勻性佳的蝕刻處理。例如，將如圖14(e)般僅施加低頻側高頻偏壓而成為中高分布1405的頻率的低頻側高頻偏壓與如圖14(f)般僅施加高頻側高頻偏壓而成為外高分布1406的頻率的高頻側高頻偏壓，進行重疊而施加使得可如圖14(g)般獲得均勻的蝕刻率分布1407。
如此特別固定低頻側高頻偏壓的頻率而僅以高頻側高頻偏壓的頻率而調整頻率比較容易獲得期望的蝕刻率分布，故較優選上固定低頻側高頻偏壓的頻率而僅以高頻側高頻偏壓的頻率而調整頻率比。
接著針對蝕刻率分布、選擇比分布及形狀分布的關係一面使用圖15一面進行說明。另外，圖15(a)係示出蝕刻率分布，圖15(b)係示出選擇比分布。此外，圖16係示出形狀分布。
低頻側高頻偏壓單獨，亦即歷來的僅以1個高頻偏壓電源而施加時的蝕刻率分布係成為中高分布1501，選擇比係反而成為外高分布1503而有晶圓中心部的選擇比變差的傾向。此結果，如示於圖16(a)般晶圓中心部與外周部的形狀係分別成為1606、1607，遮罩、被蝕刻膜皆需要調整為變成面內均勻。
對應於此而分別調整低頻側與高頻側的高頻偏壓的頻率而使蝕刻率成為均勻的分布1502的情況下， 選擇比的分布係如1504般成為中高分布而外周部的選擇比會劇烈不良化。此結果，如示於圖16(b)般晶圓中心部與外周部的形狀，係分別成為1608、1609，產生調整遮罩的高度的必要。另外，此情況下的2個高頻偏壓的相位差，係採取未調整。
接著將低頻側與高頻側的高頻偏壓的頻率分別調整同時將2個高頻偏壓的相位差調整為被重疊的電壓的峰值間電壓成為最小的情況下，可抑制外周部的選擇比的不良化，而可使蝕刻率分布1502與選擇比的分布1505為大致上相同。為此，晶圓中心部與外周部的形狀，係如示於圖16(c)般可變成1610、1611大致相同。
接著在圖3示出在將2個不同的頻率的偏壓進行重疊而施加的情況下施加於樣品台108的電壓的峰值間電壓(Vpp)與遮蔽電壓的關係。圖3的301，係表示在將2個不同的頻率的偏壓進行重疊而施加的情況下施加於樣品台108的高頻電壓的電壓監視器121所示的監視器值。於此，雖透過電壓監視器121而監視的電壓值與晶圓表面電位係受到樣品台108表面的熱噴塗膜的電容的影響而稍微不同，惟所監視的電壓值方面代用晶圓電位仍為無問題的等級，故所監視的電壓值方面代用晶圓電位。此外，圖3的302，係表示電漿的空間電位。
本發明人等的實驗與檢討的結果，各高頻偏壓電源的頻率為400KHz~4MHz的範圍，離子的能量相對於晶圓電位的變化可追隨的頻率區域中，係使用電壓監 視器121的電壓波形301而可概算晶圓電位、電漿空間電位502及遮蔽電壓，透過該遮蔽電壓的大小而大致上決定入射於晶圓的離子的能量。此外，發現：是透過電壓監視器121而監視的電壓501的振幅的最大值至最小值的差的Vpp、或是透過電壓監視器121而監視的電壓的最小值的VMIN與選擇比之間存在逆相關。此情形係表示可透過將相位差控制為透過電壓監視器121而監視的電壓301的Vpp成為最小從而改善選擇比。
表1，係表示：將2個高頻偏壓以將低頻側高頻偏壓與低頻的2以上的整數倍的頻率的高頻側高頻偏壓進行重疊而施加的情況下的透過電壓監視器121而監視的電壓的Vpp成為最小的優選的相位差。另外，為了簡單地模擬，使各高頻偏壓波形係完全的正弦波，此外，使各Vpp係相同。
如示於表1般低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4N的情況下，Vpp成為最小且VMIN成 為最大的相位差係270度，低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4N+1的情況下，Vpp成為最小的相位差係180。此外，如示於表1般低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4N-2的情況下，Vpp成為最小且VMIN成為最大的相位差係90度，低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4N-1的情況下，Vpp成為最小的相位差係0度。另外，N係取自然數。此外，低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4N或4N-2，亦即低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為偶數的情況下，Vpp成為最小的相位差係0至360度的範圍內存在2個，故採取此2個之中選擇VMIN的絕對值(VMIN最大)較小方。
接著將低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4N、4N+1、4N、4N-2、4N-1各者的情況下的低頻側高頻偏壓電壓波形、高頻側高頻偏壓電壓波形及低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓重疊的電壓波形示於圖4。
圖4(a)，係低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4N的情況，波形401係表示低頻側高頻偏壓電壓波形，波形402及403係表示高頻側高頻偏壓電壓波形，波形404係表示低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓重疊的電壓波形。於此，點線波形402，係高頻側偏壓與低頻側偏壓的初始相位一致的狀態，使此為相位差0度。此外，相對於點線波形402使高頻側高頻偏壓延遲270度者為實線波形403，使此為相位差270度。
波形404，係與低頻側高頻偏壓電壓及高頻側高頻偏壓電壓的和大致相等，惟因自偏壓的效果而往負側偏移。此外，此相位差270度下的波形404，係於相位差0~360度的範圍內VMIN在Vpp成為最小的相位成為最大，此成為低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4下優選的波形404。
圖4(b)，係低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4N+1的情況，波形405係表示高頻側高頻偏壓電壓波形，波形606係表示低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓重疊的電壓波形。波形406，係相位差180度下Vpp成為最小，此成為低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為5下優選的波形406。
圖4(c)，係低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4N-2的情況，波形407係表示高頻側高頻偏壓電壓波形，波形408係表示低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓重疊的電壓波形。波形408，係相位差90度下Vpp成為最小且VMIN成為最大，此成為低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為2下優選的波形408。
圖4(d)，係低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為4N-1的情況，波形409係表示高頻側高頻偏壓電壓波形，波形410係表示低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓重疊的電壓波形。波形410，係相位差0度下Vpp成為最小，此成為低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為3下優選的波形410。
如示於圖4(a)~(d)般波形404、406、408及410，係比高頻側高頻偏壓的Vpp與低頻側高頻偏壓的Vpp的和小，惟頻率比越大則減低Vpp的效果變越小。亦即，使高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的頻率比變太大時，被重疊的電壓波形及Vpp，係幾乎不變。為此，高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的頻率比，係2至15以下為優選。
接著一面使用圖5一面說明有關高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的頻率比為5的情況下的高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的相位差的設定方法。此外，圖6，係示出相對於Vpp及VMIN的相位差依存性，曲線601係示出相對於Vpp的相位差依存性，曲線602係示出相對於VMIN的相位差依存性。
在實際的蝕刻，係受到透過各匹配箱的整合所致的高頻偏壓的相位的變化、低通、高通濾波器電路所致的相位的變化、電力傳送纜線所致的延遲、樣品台內部的構造、電容等所致的移送的變化、電漿、磁場的影響所致的相位的變化等的影響。以移相器118控制2個高頻偏壓的施加，仍會在移相器的相位θ與實際的2個高頻偏壓的相位差之間產生差異。
為此，如示於圖5般使移相器的相位差為零，與2個高頻偏壓的施加同時將相位差從0度至360度(亦即1週期)粗略進行掃掠而獲得如示於圖6的特性曲線601。或者，亦可將特性曲線601預先進行資料庫化。 之後，一面從如曲線603般所預料的相位差(180度)的-90度使相位差朝正變化一面將Vpp調整為電壓監視器的Vpp成為最小。
圖7，係示出高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的頻率比為4的情況下的高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的相位差的設定方法。此外，圖8，係示出高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的頻率比為4的情況下的相對於Vpp及VMIN的相位差依存性，曲線801係示出相對於Vpp的相位差依存性，曲線802係示出相對於VMIN的相位差依存性。
如示於圖7般使移相器的相位差為零，與2個高頻偏壓的施加同時將相位差從0度至360度(亦即1週期)粗略進行掃掠而獲得如示於圖8的特性曲線801。或者，亦可將特性曲線801預先進行資料庫化。之後，一面從如曲線803預料的相位差(180度)使相位差朝正變化一面將Vpp調整為電壓監視器的Vpp成為最小且VMIN成為最大。另外，不同於圖5的情況，調整Vpp時考量VMIN的理由，係因為如示於圖8般Vpp成為最小的相位差存在2個。此外，主要進行使Vpp為最小的控制。該從屬的控制方面優選上追加使VMIN為最大的控制。
圖9，係示出有關電漿生成時低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓被重疊而施加，且低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓的頻率比為3的情況。此外，圖9(a)，係示出低頻側高頻偏壓電壓901及902、高頻側高頻偏壓 電壓903及被重疊的電壓904，圖9(b)，係示出相對於Vpp的相位差依存性。另外，電壓波形901係從低頻側高頻偏壓所發出的電壓波形(正弦波)，電壓波形902係電漿生成時的低頻側高頻偏壓電壓波形。此外，曲線906係示出生成電漿時的相對於Vpp的相位差依存性，曲線905係示出未生成電漿時的相對於Vpp的相位差依存性。再者圖9(c)，係將以圖9(a)的虛線的圓所圍住的地方放大的圖。
如示於圖9(a)般受到電漿、樣品台電容、傳送路徑等的影響使得高頻偏壓的波形902，係比起是正弦波的波形901發生歪曲。另外，高頻側高頻偏壓的波形903方面雖亦歪曲，惟歪曲小。此外，其本身相對於使2個高頻偏壓重疊的電壓監視器的波形904、Vpp及Vpp為最小的控制而言影響小。
如示於圖9(b)般相對於在波形905的Vpp成為最小的相位差係0度，在是實際的蝕刻條件時的特性曲線的波形906的Vpp成為最小的相位差係約90度。如此高頻偏壓的波形一定程度歪曲的狀態下仍可使Vpp為最小而決定相位差。
此外，以如示於圖9(c)般在低頻側高頻偏壓電壓波形907中Vpp成為最小值的時間T1的前後成為高頻側高頻偏壓電壓波形908中Vpp成為最小的時間T2及T3的方式決定相位差的控制為重要。
圖10，係示出有關低頻側高頻偏壓與高頻側 高頻偏壓的頻率比為4的情況。此外，圖10(a)，係示出低頻側高頻偏壓波形為正弦波的情況，圖10(b)，係示出在電漿生成時低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓被重疊而施加的情況。
波形1001及1006係表示低頻側高頻偏壓電壓波形，波形1002及1007係表示高頻側高頻偏壓電壓波形，波形1003及1008，係表示低頻側高頻偏壓與高頻側高頻偏壓被重疊的電壓波形。此外，波形1004及1009係示出相對於Vpp的相位差依存性，波形1005及1010係示出相對於VMIN的相位差依存性。
比較圖10(a)與(b)時Vpp成為最小的相位差不同。此外，波形1004方面係Vpp成為最小的峰值為2個，波形1009方面係Vpp成為最小的峰值為1個，電漿生成時較可簡易地大致控制Vpp成為最小的相位差。此外，此情況下以Vpp成為最小的控制為主同時從屬上亦需要使VMIN成為最大的控制。
相對於上述的實施例中移相器118將相位差θ控制為Vpp總是成為最小，一面參照圖11及12一面說明有關將相位差θ控制為經時變動的頻率函數。此外，圖11，係高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的頻率比為5的情況，示出高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的頻率從整數N倍稍微偏差的情況下的所重疊的高頻偏壓電壓波形1101。此外，高頻側高頻偏壓與低頻側高頻偏壓的頻率從整數N倍稍微偏差的情況，係可換言之相位差θ經時變動 的情況。
相位差因時間而變動，故被重疊的高頻偏壓電壓波形，係如示於圖11般按時變化，使Vpp為最大時的波形1104與Vpp最小時的波形1105週期性反復。電壓監視器的Vpp及VMIN亦經時分別與1102、1103週期性變動。不控制此週期性的變動則會產生被處理基板109的蝕刻處理中的選擇比的變動，有可能使不穩定性、機差等發生。為此，透過按時間控制此相位差變動，從而維持蝕刻的面內分布下僅按時控制選擇比。
透過如示於圖12(a)(b)般將相位差控制為函數波形為波形1201的式1，使得能以秒等級的週期而控制圖12(c)的波形1202的Vpp、圖12(d)的波形1203的選擇比。
θ(t)=2π×t/T(秒)．．．(式1)、T：(週期)
頻率比從N稍微偏差如低頻側高頻偏壓的頻率為400KHz、高頻側高頻偏壓的頻率為2MHz+100Hz的情況下，此時的Vpp的變動週期亦成為100Hz。為此，比起控制此變動將相位差θ控制為按時變動的頻率函數較容易。
再者依此Vpp及選擇比的變化而如示於圖12(f)的波形1204般使含於處理用氣體的沉積氣體的量、比率等變化時可在保持蝕刻分布的狀態下一面修正選擇比或遮罩脫落一面進行蝕刻處理，故具有可如示於圖12(g)的波形1205一面保持CD，一面於形狀蝕刻生成垂 直的形狀如此的效果。控制蝕刻處理用氣體流量、處理壓力等的變動的情況下的響應速度係秒等級，故可充分對應於示於圖12的控制而實現蝕刻。
於本實施例中電壓監視器121，係雖以對樣品台部內108的導電體膜123的電壓進行監視之例進行說明，惟一面使用圖13一面說明有關具有其他功能的電壓監視器1301。電壓監視器1301，係不僅樣品台部內108的導電體膜123的電壓，亦可監視低頻側匹配113的出口的電壓、高頻側匹配114的出口的電壓，為可檢測在兩匹配的出口的相位差的系統。另外，於圖13中，與圖1相同符號的構成，係與圖1的相同符號的構成的功能同等，故省略說明。
再者示於圖13的電漿處理裝置，係具備低頻側移相器1304與高頻側移相器1303，為基於在2個頻率側高頻偏壓電源的振盪時的相位的偏差、各匹配箱所致的相位變化、傳送線路所致的特別延遲等的影響而透過控制部1302而控制相位差的系統。透過此系統，使得例如於示於圖5的相位差控制方法，不會粗略地掃掠相位差而獲得概略的相位差與Vpp特性等的資料，可進行精度高的相位差控制，具有相位差控制所需的時間亦縮短如此的效果。
以上，雖依本實施例具體說明本發明，惟本發明係不限於本實施例，在不脫離其要旨之範圍下可進行各種變更。例如，於高頻偏壓電源，無須使低頻側與高頻 側的頻率比為某1個固定值，亦可高頻側高頻偏壓電源的可振盪的頻率區域為寬帶。此情況下，不僅可使頻率比為例如1：3，亦可為1：4、1：5等。可透過高頻偏壓的頻率而大幅控制晶圓面內的蝕刻率的分布的程度，2個高頻偏壓重疊而施加的情況下的均勻性的控制性亦會提升。
本實施例的「使Vpp為最小的相位差的控制」方面的「Vpp的最小」，係採取不僅Vpp的最小值的一點，亦包含以Vpp的最小值為中心，前後的既定的範圍內的值。此外，本實施例的「使VMIN為最大的相位差的控制」方面的「VMIN的最大」，係採取不僅VMIN的最大值的一點，亦包含以VMIN的最大值為中心，前後的既定的範圍內的值。
此外，成為本發明相關的被處理基板的被處理材料，係不限於氧化矽膜，亦可應用多晶矽膜、光阻膜、抗反射膜、氮化矽氧化膜、氮化矽膜、Low-k材料、High-k材料、非晶碳膜、矽基板等。再者本發明相關的處理用的氣體方面，係可應用氯氣、溴化氫氣體、四氟甲烷氣體、三氟甲烷氣體、二氟甲烷氣體、氬氣、氦氣、氧氣、氮氣、二氧化碳氣體、一氧化碳氣體、氫氣、氨氣、八氟丙烷氣體、三氟化氮氣體、六氟化硫氣體、甲烷氣體、四氟化矽氣體、四氯化矽氣體等。
此外，本實施例，係使用利用了微波ECR放電的蝕刻裝置之例，惟本發明，係有磁場UHF放電、電容耦合型放電、感應耦合型放電、亦可應用利用了磁控放 電等的乾式蝕刻裝置。此外，本發明，係適合於利用微波ECR放電的蝕刻裝置及其處理的情況，惟本發明係不限於此，具備複數個離子引入用的高頻偏壓電源，施加2個不同的頻率的高頻偏壓的處理裝置方面，可在針對透過離子能的選擇比與速率分布進行控制的處理方面進行應用。
此外，在本實施例，係將相位差規定為Vpp成為最小的相位差，惟在本發明方面係亦可將相位差規定為Vpp成為最大的相位差，或將相位差規定為Vdc的絕對值成為最大的相位差。另外，Vdc，係指自高頻偏壓電壓的0V起的實質上的沉入量。
例如，將相位差規定為Vpp成為最大的相位差的情況下，可加速蝕刻率。此外，基於如示於圖17的特性而將相位差規定為Vdc的絕對值成為最大的相位差的情況下，往被處理基板入射的離子能的平均值成為最大，故可提升孔加工等的抽出性。亦即，本發明，係以低頻側高頻偏壓的相位與高頻側高頻偏壓的相位的相位差成為既定值的方式控制前述相位差。

Claims (13)

  1. 一種電漿處理裝置，具備使用電漿而使樣品被處理的處理室、供應供於生成前述電漿用的高頻電力的第一高頻電源、被載置前述樣品的樣品台、和對前述樣品台施加第一高頻電壓的第二高頻電源，特徵在於：進一步具備：使N為2以上的自然數的情況下，相對於前述第一高頻電壓的頻率將N倍的頻率的第二高頻電壓施加於前述樣品台的第三高頻電源；和將前述第一高頻電壓的相位及前述第二高頻電壓的相位控制為前述第一高頻電壓的相位與前述第二高頻電壓的相位的相位差成為既定值的控制部。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述既定值，係施加於前述樣品台的高頻電壓的峰值間電壓成為最小的值。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述既定值，係比施加於前述樣品台的高頻電壓的第一峰值小的前述高頻電壓的第二峰值成為最大的值。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，進一步具備生成供於將前述相位差予以時間調變用的脈衝的脈衝控制器。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，使用相對於基準相位的前述第一高頻電壓的相位延遲與相對於基準相位的前述第二高頻電壓的相位延遲而求出前述既定值。
  6. 一種電漿處理裝置，具備使用電漿而使樣品被處理的處理室、供應供於生成前述電漿用的高頻電力的第一高頻電源、被載置前述樣品的樣品台、和對前述樣品台施加第一高頻電壓的第二高頻電源，特徵在於：進一步具備：將第二高頻電壓施加於前述樣品台的第三高頻電源；和生成供於將前述第一高頻電壓的相位與前述第二高頻電壓的相位的相位差予以時間調變用的脈衝的脈衝控制器。
  7. 一種電漿處理方法，使用電漿而對載置於樣品台的樣品進行處理，特徵在於：使N為2以上的自然數的情況下，將第一高頻電壓與相對於前述第一高頻電壓的頻率為N倍的頻率的第二高頻電壓施加於前述樣品台，將前述第一高頻電壓的相位及前述第二高頻電壓的相位控制為前述第一高頻電壓的相位與前述第二高頻電壓的相位的相位差成為既定值。
  8. 如申請專利範圍第7項之電漿處理方法，其中，前述既定值，係施加於前述樣品台的高頻電壓的峰值間電壓成為最小的值。
  9. 如申請專利範圍第7項之電漿處理方法，其中，前述既定值，係比施加於前述樣品台的高頻電壓的第一峰值小的前述高頻電壓的第二峰值成為最大的值。
  10. 如申請專利範圍第7項之電漿處理方法，其中，將前述相位差進行時間調變。
  11. 如申請專利範圍第7項之電漿處理方法，其中，使M為自然數，N為4M+1的情況下，前述既定值係第一既定值，使M為自然數，N為4M的情況下，前述既定值係第二既定值，使M為自然數，N為4M-1的情況下，前述既定值係第三既定值，使M為自然數，N為4M-2的情況下，前述既定值係第四既定值。
  12. 如申請專利範圍第7項之電漿處理方法，其中，使用相對於基準相位的前述第一高頻電壓的相位延遲與相對於基準相位的前述第二高頻電壓的相位延遲而求出前述既定值。
  13. 一種電漿處理方法，使用電漿而對載置於樣品台的樣品進行處理，特徵在於：將第一高頻電壓與第二高頻電壓施加於前述樣品台，將前述第一高頻電壓的相位與前述第二高頻電壓的相位的相位差進行時間調變。
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