TW201946152A - 電漿蝕刻方法及電漿處理裝置 - Google Patents

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小笠原幸輔
吉葉修平
伴瀨貴德
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之課題係提供控制蝕刻狀態之方法。
本發明提供一種使用電漿處理裝置的電漿蝕刻方法，該電漿處理裝置具有邊緣環，該邊緣環包含設於載置在載置台之基板附近的內側邊緣環、設於該內側邊緣環之外側且可藉移動機構上下移動之中央邊緣環、及設於該中央邊緣環之外側的外側邊緣環。該電漿蝕刻方法具有：第1蝕刻製程，依據第1程序條件進行蝕刻；第2蝕刻製程，依據不同於該第1程序條件之第2程序條件進行蝕刻；及中央邊緣環移動製程，在該第1蝕刻製程與該第2蝕刻製程之間，藉該移動機構使該中央邊緣環移動。

Description

電漿蝕刻方法及電漿處理裝置
本發明係關於電漿蝕刻方法及電漿處理裝置。
於電漿蝕刻裝置，已有人沿著晶圓之外周設置邊緣環(例如參照專利文獻1)。邊緣環具有控制晶圓之外周附近的電漿而使晶圓之面內的蝕刻速率之均一性提高的功能。
晶圓之邊緣部的蝕刻速率取決於邊緣環之高度而變化。因此，當因邊緣環之耗損，其高度改變時，便不易控制晶圓之邊緣部的蝕刻速率等蝕刻特性。是故，在專利文獻1，進行了設將邊緣環上下驅動之驅動部，控制邊緣環之上面的位置，而提高晶圓之邊緣部的控制性之方法。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公開公報2008－244274號
[發明欲解決之問題]
然而，於專利文獻1中，在分割為二之邊緣環的內側之邊緣環維持固定之狀態下，僅使外側之邊緣環上下移動。在此機構，當使外側邊緣環上下移動時，晶圓整體之蝕刻速率會變動。因此，不僅是晶圓之邊緣部，晶圓整體之蝕刻特性也會變化。
針對上述問題，在一觀點，提供可控制蝕刻狀態之技術。
[解決問題之手段]
根據本發明之一態樣，提供一種電漿蝕刻方法，其使用了電漿處理裝置，該電漿處理裝置具有邊緣環，該邊緣環包含設於載置在載置台之基板附近的內側邊緣環、設於該內側邊緣環之外側且可藉移動機構上下移動之中央邊緣環、設於該中央邊緣環之外側的外側邊緣環，該電漿蝕刻方法具有依據第1程序條件，進行蝕刻之第1蝕刻製程、依據不同於該第1程序條件之第2程序條件，進行蝕刻之第2蝕刻製程、在該第1蝕刻製程與該第2蝕刻製程之間，藉該移動機構使該中央邊緣環移動之製程。
[發明之功效]
根據一觀點，可控制蝕刻狀態。
[用以實施發明之形態]
以下，就用以實施本發明之形態，參照圖式來加以說明。此外，在本說明書及圖式中，對於實質上相同之結構僅附上同一符號，而省略重複之說明。
[電漿處理裝置]
首先，就一實施形態之電漿處理裝置5的結構之一例，一面參照圖1，一面說明。圖1係顯示一實施形態之電漿處理裝置5的結構之一例。在本實施形態中，電漿處理裝置5之一例係舉電容耦合型平行板電漿處理裝置為例來說明。
電漿處理裝置5具有例如鋁或不鏽鋼等金屬製圓筒型真空容器亦即處理容器10。處理容器10之內部為進行電漿處理之處理室且接地。
於處理容器10內之下部中央配置有載置晶圓W之圓板狀載置台12。載置台12由例如鋁構成，以從處理容器10之底部往垂直上方延伸之導電性筒狀支撐部16及與其內部相鄰而設的殼體100支撐。
於筒狀支撐部16與處理容器10的內壁之間形成有環狀排氣路徑18。於排氣路徑18之上部或入口安裝有環狀擋板20，於底部設有排氣通口22。為使處理容器10內之氣體流動對載置台12上之晶圓W軸對稱地均一，而宜為將排氣通口22於圓周方向以等間隔設複數之結構。
於各排氣通口22藉由排氣管24連接有排氣裝置26。排氣裝置26具有渦輪分子泵等真空泵，可將處理容器10內之電漿生成空間S減壓至所期之真空度。於處理容器10之側壁外安裝有將晶圓W之搬入搬出口27開關的閘閥28。
第2射頻電源30藉由匹配器32及供電棒34電性連接於載置台12。第2射頻電源30將適合控制引入至晶圓W之離子的能量之頻率(例如13.56MHz)的射頻LF以可變功率輸出。將射頻LF之功率對載置台12施加，藉此，載置台12亦具有下部電極之功能。匹配器32收容有用以在第2射頻電源30側之阻抗與負載側阻抗之間取得匹配的電抗可變之匹配電路。
於載置台12之上面設有用以將晶圓W以靜電吸附力保持之靜電吸盤36。靜電吸盤36將由導電膜構成之電極36a挾持在一對絕緣膜36b之間，直流電源40藉由開關42及被覆線43電性連接於電極36a。晶圓W藉從直流電源40供給之直流電流以靜電力吸附保持於靜電吸盤36上。
沿著載置於載置台12之晶圓W的外周設有邊緣環38。邊緣環38具有控制晶圓W之外周附近的電漿，而使晶圓W之面內的蝕刻速率之均一性提高的功能。邊緣環38分割為三成內側邊緣環38i、中央邊緣環38m、外側邊緣環38o。
於載置台12之內部設有於例如圓周方向延伸之環狀冷媒流路44。從冷卻單元將預定溫度之冷媒、例如冷卻水cw經由配管46、48循環供至冷媒流路44，而以冷媒之溫度控制靜電吸盤36上之晶圓W的溫度。又，將來自傳熱氣體供給部之傳熱氣體、例如He氣體經由氣體供給管50供至靜電吸盤36之上面與晶圓W的背面之間。又，於載置台12設有為搬入及搬出晶圓W而將載置台12於垂直方向貫穿而可上下移動之升降銷及其升降機構等。
氣體噴頭51藉由設於其周緣部之遮蔽環54而設於處理容器10之頂部。氣體噴頭51以矽形成。氣體噴頭51亦具有與載置台12(下部電極)對向之對向電極(上部電極)的功能。
於氣體噴頭51形成有導入氣體之氣體導入口56。於氣體噴頭51之內部設有與氣體導入口56連通之擴散室58。將從氣體供給源66輸出之氣體經由氣體導入口56供至擴散室58，在擴散室58擴散後從多個氣體供給孔52導入至電漿生成空間S。
於氣體噴頭51藉由匹配器59及供電棒60電性連接有第1射頻電源57。第1射頻電源57係適合射頻放電所行之電漿生成的頻率，可將高於從第2射頻電源30輸出之射頻LF的頻率之頻率(例如40MHz)的電漿生成用射頻HF以可變功率輸出。匹配器59收容有用以在第1射頻電源57側之阻抗與負載側阻抗之間取得匹配的電抗可變之匹配電路。
電漿處理裝置5具有控制部74。控制部74具有例如CPU74a、ROM74b、RAM74c。於ROM74b記錄有供CPU74a控制電漿處理裝置5整體之基本程式及各種資料。
於RAM74c記錄有對應各程序條件之複數的配方74d。控制部74根據符合程序條件之配方74d，控制電漿處理裝置5內之各部的動作及裝置整體之動作。以控制部74控制之各部可舉排氣裝置26、第1射頻電源57、第2射頻電源30、匹配器32、匹配器59、靜電吸盤用開關42、氣體供給源66、冷卻單元、傳熱氣體供給部等為例。
於RAM74c記錄有預先依各程序條件收集、記錄之中央邊緣環38m的上下移動距離與對晶圓W之直徑方向各位置的蝕刻速率之相關資訊的記錄庫74e。記錄庫74e亦可記錄於ROM74b。RAM74c或ROM74b係使中央邊緣環38m之移動距離與晶圓W的蝕刻速率之相關資訊對應程序條件記錄之記錄部的一例。又，用於相關資訊之蝕刻速率係顯示蝕刻特性之值的一例。
在電漿處理裝置5中，要進行蝕刻處理，首先令閘閥28為開啟狀態，將晶圓W搬入至處理容器10內，並載置於靜電吸盤36上。接著，關閉閘閥28後，從氣體供給源66將預定氣體以預定流量及流量比導入至處理容器10內，以排氣裝置26將處理容器10內之壓力減壓至預定設定值。進一步，啟動第1射頻電源57，使電漿生成用射頻HF以預定功率輸出，藉由匹配器59、供給棒60供至氣體噴頭51。
另一方面，當施加離子引入控制用射頻LF時，啟動第2射頻電源30，使射頻LF以預定功率輸出，藉由匹配器32及供電棒34對載置台12施加。又，從傳熱氣體供給部將傳熱氣體供至靜電吸盤36與晶圓W之間。而且，啟動開關42，對靜電吸盤36之電極36a施加來自直流電源40之直流電壓，以靜電吸附力使晶圓W吸附保持於靜電吸盤36，並且將傳熱氣體封入至晶圓W與靜電吸盤36之間。
>第1實施形態>
[三分割邊緣環]
晶圓W之邊緣部的蝕刻速率取決於邊緣環38之高度而變化。因此，當因邊緣環38之耗損，其高度改變時，晶圓W之邊緣部的蝕刻速率便會改變，而不易控制晶圓W之邊緣部。
是故，第1實施形態之邊緣環38分割為三，具有內側邊緣環38i、中央邊緣環38m、及外側邊緣環38o。邊緣環38藉移動機構200使中央邊緣環38m上下移動，而控制晶圓W之邊緣部的蝕刻狀態。移動機構200具有推動銷102。推動銷102以壓電致動器101之動力，藉由構件104a及軸承部105上下移動。藉此，連結部103上下移動，連結於連接部103之中央邊緣環38m隨此上下移動。此外，在第1實施形態及後述第2實施形態中，晶圓W之邊緣部係指從晶圓W之中心往半徑方向約140mm~約148mm之環狀部分。
(邊緣環之結構)
接著，就邊緣環38及其周邊之結構，一面參照圖2，一面詳述。又，就中央邊緣環38m之上下移動，一面參照圖3，一面說明。圖2係顯示放大一實施形態之邊緣環38及其周邊的緃截面之一例的圖。圖3係用以說明一實施形態之邊緣環的上下移動之圖。
於圖2顯示有本實施形態之邊緣環38、移動機構200及壓電致動器101。內側邊緣環38i係於晶圓W之最外周附近設成將晶圓W從下方包圍之構件，為邊緣環38之最內側的構件。中央邊緣環38m係於晶圓W及內側邊緣環38i之外側設成將該等包圍之構件。外側邊緣環38o係設於中央邊緣環38m之外側的構件，為邊緣環38之最外側的構件。在第1實施形態中，內側邊緣環38i及外側邊緣環38o固定於靜電吸盤36之上面。中央邊緣環38m藉移動機構200可上或下移動。
中央邊緣環38m具有包圍晶圓W之周緣部的環狀部38m1、3個爪部38m2。爪部38m2係以等間隔配置於環狀部38m1之外周側，且從環狀部38m1突出至外側之矩形構件。環狀部38m1之縱截面為L字形。環狀部38m1之L字形階差部從接觸縱截面為L字形的內側邊緣環38i之階差部的狀態，當中央邊緣環38m被舉起至上方時，則形成為分離之狀態。
(移動機構及驅動部)
中央邊緣環38m之爪部38m2連接於環狀連結部103。連結部103在設於筒狀支撐部16之空間16a上下移動。
殼體100由氧化鋁等絕緣物形成。殼體100在筒狀支撐部16之內部，側部及底部與筒狀支撐部16相鄰而設。於殼體100之內部的凹部100a設有移動機構200。
移動機構200係用以使中央邊緣環38m上下移動之機構，包含推動銷102與軸承部105。移動機構200安裝於配置在載置台12之下面的外周之殼體100，藉壓電致動器101之動力上下移動。推動銷102亦可由藍寶石形成。
推動銷102貫穿殼體100及載置台12，接觸連結部103之下面。軸承部105嵌合於設在殼體100之內部的構件104a。於推動銷102之銷孔設有用以遮斷真空空間與大氣空間之O型環111。
推動銷102之下端從上方嵌入至軸承部105之前端的凹部105a。當軸承部105以壓電致動器101所行之定位，藉由構件104a而上下移動時，推動銷102便上下移動，而將連結部103之下面頂推或下壓。藉此，藉由連結部103，中央邊緣環38m上下移動。
壓電致動器101係應用壓電效應之定位元件，可以0.006mm(6μm)之解析能力進行定位。推動銷102按壓電致動器101之上下方向的變位量而上下移動。藉此，中央邊緣環38m以0.006mm為最小單位移動預定高度。
推動銷102對應在中央邊緣環38m之圓周方向以等間隔設有3處之爪部38m2而設。壓電致動器101與推動銷102一對一而設。構件104a、104b為環狀構件，3個壓電致動器101配置於以螺絲104c、104d在上下螺固的構件104a、104b之間，而固定於殼體100。藉此結構，推動銷102藉由環狀連結部103從3處頂推中央邊緣環38m，而舉起至預定高度。此外，本實施形態之壓電致動器101為驅動部之一例。
在外側邊緣環38o之下面，於對應爪部38m2之位置形成有凹部。當藉推動銷102之頂推，中央邊緣環38m移動至上方時，爪部38m2便納入至凹部之內部。藉此，在使外側邊緣環38o維持固定之狀態下，可將中央邊緣環38m舉起至上方。
如以上所說明，在此結構，載置台12及靜電吸盤36支撐於殼體100，移動機構200及驅動部安裝於殼體100。藉此，可在不必變更靜電吸盤36之設計下，使用既有之靜電吸盤36，僅使中央邊緣環38m上下移動。
又，如圖2所示，在本實施形態中，構造係於靜電吸盤36之上面與中央邊緣環38m的下面之間設有預定空間，而使中央邊緣環38m不僅可往上方移動，亦可往下方移動。藉此，中央邊緣環38m不僅往上方，在預定空間內亦可往下方移動預定高度。藉使中央邊緣環38m不僅往上方，亦往下方移動，可擴大鞘層之控制範圍。
惟，驅動部不限壓電致動器101，亦可使用可以0.006mm之解析能力控制定位的馬達。又，驅動部可為1個或複數個。再者，驅動部亦可共用使舉起晶圓W之推動銷上下移動之馬達。此時，需要使用齒輪及動力切換部將馬達之動力在晶圓W用推動銷與中央邊緣環38m用推動銷102切換傳達之機構與以0.006mm之解析能力控制推動銷102之上下移動的機構。惟，由於配置於300mm之晶圓W的外周之中央邊緣環38m的直徑大至310mm左右，故宜如本實施形態般於各推動銷102設各自之驅動部。
控制部74亦可將壓電致動器101之定位控制成壓電致動器101之上下方向的變位量為按中央邊緣環38m之耗損量的量。惟，控制部74亦可控制成使壓電致動器101之上下方向的變位量與中央邊緣環38m之耗損量無關，而使中央邊緣環38m上或下移動至可獲得所期之蝕刻速率的高度。
當晶圓W與邊緣環38之上面的高度相同時，可使蝕刻處理中之晶圓W上的鞘層(Sheath)與邊緣環38上之鞘層的高度相同。再者，藉使鞘層之高度相同，可使晶圓W之面內整體的蝕刻速率之均一性提高。
邊緣環38為新品時，由於蝕刻處理中的晶圓W上之鞘層與邊緣環38上之鞘層的高度相同(平坦)，故晶圓W之面內整體的蝕刻速率為均一。此時，如圖3(a－1)所示，中央邊緣環38m未以推動銷102舉起(0mm)。
然而，當邊緣環38因蝕刻等電漿處理而耗損時，邊緣環38之鞘層的高度低於晶圓W之鞘層的高度。如此一來，晶圓W之邊緣部的蝕刻速率暴升，或者產生蝕刻形狀之偏斜(tilting)。蝕刻形狀之偏斜係指因邊緣環之耗損，鞘層在晶圓W之邊緣部傾斜，因此，離子從傾斜方向引入至晶圓W，因而，蝕刻形狀不垂直而傾斜。
是故，在本實施形態中，邊緣環38亦可按耗損量，舉起中央邊緣環38m。藉此，可使晶圓W與邊緣環38上之鞘層的高度一致。藉此，可防止晶圓W之邊緣部的蝕刻速率暴升或產生蝕刻形狀之偏斜(tilting)。
舉例而言，對中央邊緣環38m之耗損量控制成1倍時，若邊緣環38之耗損量為1.0mm，則按中央邊緣環38m之耗損量的高度為1.0mm。是故，此時，控制部74將壓電致動器101定位成中央邊緣環38m往上移動1.0mm。結果，如圖3(a－2)及(b－2)所示，中央邊緣環38m往上移動1.0mm。
接著，參照圖4，就邊緣環38之動作與電漿生成作說明。圖4(a)及(b)係示意顯示使用比較例1、2之邊緣環FR1、FR2時、圖4(c)係示意顯示使用本實施形態之邊緣環38時的電漿生成之結構。
圖4之上段的「電漿」顯示比較例1、2及本實施形態之電漿的狀態。圖4之中段的「鞘層」顯示比較例1、2及本實施形態之鞘層的狀態。圖4之下段的「RF路徑」顯示靜電吸盤36與比較例1、2之FR1、FR2及本實施形態之邊緣環38的射頻電力RF之電力的流動。
如圖4(a)所示，使用比較例1之未分割的邊緣環FR1時，若無耗損，則鞘層平坦。此時，藉從第1射頻電源57輸出之電漿生成用射頻HF的電力，在中央之靜電吸盤36側及外側之邊緣環FR1側幾乎相同程度之電流流動。再者，在電漿生成空間S生成之電漿的密度大約均一。與邊緣環FR1之耗損同時地在晶圓W之邊緣部產生蝕刻速率之暴升。
接著，就使用比較例2之分割為二的邊緣環FR2，使外側邊緣環往上移動的情形作說明。此時，如圖4(b)所示，鞘層平坦時，主要藉電漿生成用射頻HF之電力流至靜電吸盤36側的電流多於流至邊緣環FR2側之電流。其理由於以下說明。
於舉起之外側邊緣環的下側形成空間U1。藉射頻RF之電力施加，於空間U1產生靜電容量。於空間U1所產生之靜電容量抑制邊緣環FR2側的電流之流動。因此，電流比起流至邊緣環FR2側，更易流至靜電吸盤36側。因此，在圖4(b)時，比圖4(a)所示之情形多的電流流至靜電吸盤36側，在電漿生成空間S生成之電漿在中央電漿密度增高。藉此，在邊緣環FR2，使外側邊緣環越高，在晶圓W之面內整體，蝕刻速率會變動而越高。
另一方面，如圖4(c)所示，在本實施形態之分割為三的邊緣環38中，邊緣環38與靜電吸盤36之鞘層的高度平坦時，藉射頻HF之電力流至靜電吸盤36與邊緣環38之電流幾乎相同。
此係因在本實施形態之邊緣環38中，將邊緣環38分割為三成在晶圓W之邊緣部附近，舉起中央邊緣環38m時形成最小限度之空間U2，而僅使中央邊緣環38m上下移動。藉此，可使於空間U2產生之靜電容量為最小限度，而使流至靜電吸盤36側與邊緣環38側之電流為相同程度。藉此，在本實施形態中，在電漿生成空間S生成之電漿的密度大約均一。結果，可在不使晶圓W之面內的整體蝕刻速率變動下，控制晶圓W之邊緣部的蝕刻速率。
[邊緣環之厚度與蝕刻特性]
接著，參照圖5，就邊緣環之厚度與蝕刻特性之關係作說明。圖5係顯示一實施形態之邊緣環的厚度與蝕刻特性之關係的實驗結果之一例的圖。圖5(a)係顯示縱軸之蝕刻速率的均一性對橫軸之邊緣環38的厚度與基準之差分的曲線圖。圖5(b)就縱軸之偏斜對橫軸之邊緣環38的厚度與基準之差分顯示。
圖5(a)之蝕刻速率如圖5(c)之曲線圖所示，使用晶圓W之半徑方向的蝕刻速率中邊緣部VE(140mm~148mm：最外周部)之蝕刻速率的平均值，顯示與基準0.0之偏差量。圖5(b)之偏斜顯示晶圓W之半徑方向的148mm之位置的蝕刻形狀之角度對基準值90°(垂直)的偏差。此外，圖5(c)之曲線圖顯示蝕刻反射防止膜203或氧化矽膜201時之蝕刻速率的一例。
就用於圖5(a)及(b)之實驗的積層膜作說明。圖5(c)之積層膜顯示在本實驗用於蝕刻處理之膜的積層構造之一例。膜之積層構造從下層依序形成有氧化矽膜(Ox)201、碳硬遮罩(CHM)202、反射防止膜(SA)203。於反射防止膜203上形成有具有遮罩之功能的光阻(PR)204的圖形。在本實驗中，有將形成氮化矽膜(SiN)取代氧化矽膜201之膜構造、亦是氮化矽膜進行蝕刻處理的情形。
在圖5(a)之曲線圖中，根據所測量之晶圓W的邊緣部VE之蝕刻速率的平均值偏離基準值0.0何種程度，顯示蝕刻速率之均一或不均一的狀態。在圖5(b)之曲線圖中，根據所測量之晶圓W的邊緣部VE之148mm的位置之偏斜從基準值90°(垂直)傾斜何種程度，顯示偏斜之狀態。
圖5(a)及(b)之橫軸的基準值0.0顯示圖6(a)、(b)及(c)所示之邊緣環38的高度中，圖6(b)所示之中央邊緣環38m及外側邊緣環38o的高度(差分=0.0mm)。圖5(a)及圖5(b)之橫軸的差分－0.6如圖6(a)所示，顯示中央邊緣環38m及外側邊緣環38o之高度比圖6(b)所示之同一部分的高度低－0.6mm時(差分=－0.6mm)。圖5(a)及圖5(b)之橫軸的差分0.6如圖6(c)所示，顯示中央邊緣環38m及外側邊緣環38o之高度比圖6(b)所示之同一部分的高度低0.6mm時(差分=0.6mm)。
用以取得圖5(a)之曲線A~D的程序條件如下。
(曲線A)
曲線A係將射頻HF及LF之功率分別控制成500W及200W並供給CF4 氣體來蝕刻氧化矽膜201時的實驗結果之一例。
(曲線B)
曲線B係將射頻HF及LF之功率分別控制成500W及400W並供給H2 氣體及N2 氣體來蝕刻光阻204時的實驗結果之一例。
(曲線C)
曲線C係將射頻HF及LF之功率分別控制成100W及350W並供給C4 F6 氣體、Ar氣體及O2 氣體來蝕刻氧化矽膜201時的實驗結果之一例。
(曲線D)
曲線D係將射頻HF及LF之功率分別控制成100W及400W並供給CH3 F氣體、Ar氣體及O2 氣體來蝕刻氮化矽膜時的實驗結果之一例。
根據曲線A~D，在晶圓W之邊緣部，蝕刻速率均一。即，可知接近基準值0.0之邊緣環38的厚度因蝕刻對象膜之膜種類及氣體種類等程序條件有所不同。
用以取得圖5(b)之曲線E~G的程序條件如下。
(曲線E)
曲線E係將射頻HF及LF之功率分別控制成500W及400W並供給H2 氣體及N2 氣體來蝕刻碳硬遮罩202時的實驗結果之一例。
曲線F係將射頻HF及LF之功率分別控制成100W及350W並供給C4 F6 氣體、Ar氣體及O2 氣體來蝕刻氧化矽膜201時的實驗結果之一例。
曲線G係將射頻HF及LF之功率分別控制成100W及400W並供給CH3 F氣體、Ar氣體及O2 氣體來蝕刻氮化矽膜時的實驗結果之一例。
根據曲線E~G，在晶圓W之邊緣部的位置(148mm)，蝕刻形狀垂直。即，可知基準值90°之邊緣環38的厚度因蝕刻對象膜之膜種類及氣體種類等程序條件有所不同。
該等之結果係由於晶圓W上與邊緣環38上之鞘層的厚度因蝕刻對象膜之膜種類及氣體種類等程序條件轉變而產生。是故，本實施形態之電漿蝕刻方法在多步蝕刻之步驟間使中央邊緣環38m上下移動，藉此，可配合蝕刻對象膜之膜種類及程序條件，控制邊緣環38上之鞘層的厚度。藉此，可按蝕刻對象膜與程序條件，進行適當之蝕刻速率與偏斜之控制。
此外，本實施形態之電漿蝕刻方法亦可在多步蝕刻之同一晶圓W的第1蝕刻製程及第2蝕刻製程之間使中央邊緣環38m上下移動。
又，亦可對不同之晶圓W，在前一個處理的晶圓W之蝕刻亦即第1蝕刻製程及下個處理之晶圓W的蝕刻亦即第2蝕刻製程之間使中央邊緣環38m上下移動。
[邊緣環之上下移動的控制與蝕刻特性]
圖7係顯示一實施形態之中央邊緣環38m的上下移動與蝕刻特性之關係的實驗結果之一例的圖。在本實驗中，蝕刻圖5(c)所示之膜的積層構造之反射防止膜203之際，如圖7(a)所示，未使中央邊緣環38m上下移動(0mm)。
另一方面，於反射防止膜203之蝕刻後的步驟，蝕刻碳硬遮罩202之際，如圖7(b)所示，使中央邊緣環38m從靜電吸盤36之上面移動至往上0.3mm之位置。再者，於碳硬遮罩202之蝕刻後的步驟，蝕刻氧化矽膜201之際，如圖7(c)所示，使中央邊緣環38m從靜電吸盤36之上面移動至往上0.4mm之位置。此外，在本實施形態中，在圖7(a)~(c)所有圖中，內側邊緣環38i及外側邊緣環38o固定，不上下移動。
如圖7(b)及圖7(c)所示，曲線H、J顯示使中央邊緣環38m上下移動時所測量之邊緣部的CD(Critical Dimension：臨界尺寸)值。又，曲線I、K顯示未使中央邊緣環38m上下移動時(0mm)所測量之邊緣部的CD值。CD值之測定結果係蝕刻特性之一例。
結果，可知藉使中央邊緣環38m上下移動至恰當之位置，曲線H、J顯示之CD值比起曲線I、K顯示之CD值，邊緣部之暴升減少，在邊緣部可整體控制為均一值。特別是如曲線J之區域A所示，在從晶圓W往半徑方向148mm前後的圓周方向之區域，可抑制CD值之暴升，CD值之均一性提高。
CD值與蝕刻速率有相關關係。是故，從曲線H、J顯示之CD值的結果可知藉使中央邊緣環38m恰當地上下移動，可使蝕刻速率之均一性提高。
同樣地，CD值與偏斜有相關關係。是故，從曲線H、J顯示之CD值的結果可知藉使中央邊緣環38m恰當地上下移動，可進行偏斜之控制，而可將蝕刻形狀控制成垂直。
亦即，在多步蝕刻中，藉在前後的蝕刻製程之間的步驟控制邊緣環38之上下移動，可恰當地控制晶圓W之邊緣部的蝕刻速率及蝕刻形狀。
此外，本控制藉按邊緣環之耗損程度，使中央邊緣環38m上下移動，可調整蝕刻形狀與蝕刻速率。又，本控制不論邊緣環之耗損程度皆可進行，藉使中央邊緣環38m上下移動，可控制蝕刻形狀與蝕刻速率。
又，本實施形態之電漿蝕刻方法藉控制中央邊緣環38m之上下移動，不僅晶圓W之邊緣部，亦可使晶圓W整體之蝕刻速率變動。
圖8係顯示一實施形態之中央邊緣環38m的上下移動與蝕刻特性之相關資訊的一例之圖。於圖8顯示蝕刻速率作為蝕刻特性之一例。於圖8(a)顯示從晶圓W之中心往半徑方向120mm~150mm之區域的蝕刻速率之變動的比例對中央邊緣環38m之上下移動(0.0mm、往上0.4mm、往上0.9mm)。於圖8(b)顯示從晶圓W之中心往半徑方向0mm~150mm之區域的蝕刻速率對中央邊緣環38m之上下移動(0.0mm、往上0.9mm)。
從圖8(a)之結果可知，藉使中央邊緣環38m往上移動0.4mm或0.9mm，比起不使中央邊緣環38m移動之情形(0mm)，可調整晶圓W之邊緣部的蝕刻速率。
而且，從圖8(b)之結果可知藉使中央邊緣環38m往上移動0.9mm，比起不使中央邊緣環38m移動之情形(0mm)，可使晶圓W整體之蝕刻速率變動。
從以上可知，根據本電漿蝕刻方法，藉微調整中央邊緣環38m之上下移動，可微調整晶圓W整體之蝕刻速率，藉此，對進行電漿處理裝置5之儀器誤差的調整亦有用。
[相關資訊收集處理]
接著，就一實施形態之中央邊緣環38m的上下移動與蝕刻特性之相關資訊的收集處理，一面參照圖9及圖10，一面說明。圖9係顯示一實施形態之中央邊緣環的上下移動與蝕刻特性之相關資訊收集處理的一例之流程圖。圖10係顯示一實施形態之所收集的相關資訊之一例的圖。此外，用以取得圖10之相關資訊的實驗之程序條件為以下。
(程序條件)
壓力 50mT(6.666Pa)
功率 HF(對上部電極施加) 500W、LF(對下部電極施加) 150W
氣體種類 CF4 氣體
蝕刻對象膜 SiO2
圖9之相關資訊的收集處理以控制部74執行。當開始本處理時，控制部74設定電漿處理裝置5之中央邊緣環38m往上或下之移動距離(步驟S10)。接著，控制部74設定以電漿處理裝置5執行之程序條件(步驟S12)。然後，控制部74使用電漿處理裝置5，執行電漿蝕刻處理(步驟S14)。
接著，控制部74控制晶圓之直徑方向的蝕刻速率之測定(步驟S16)。之後，控制部74依據測定結果，收集中央邊緣環38m之移動距離與晶圓之直徑方向的蝕刻速率之相關資訊，記錄於RAM74c內之記錄庫74e後(步驟S18)，結束本處理。
根據此，如於圖10(a)一例所示，可收集中央邊緣環38m之往上或下的移動距離與晶圓之直徑(半徑)方向的蝕刻速率之相關資訊。
[蝕刻處理]
接著，就一實施形態之蝕刻處理，一面參照圖11，一面說明。圖11係顯示一實施形態之蝕刻處理的一例之流程圖。
本處理以控制部74執行。當開始本處理時，控制部74依據第1程序條件，執行電漿蝕刻處理(步驟S20)。接著，控制部74從記錄庫74e取得按第2程序條件之中央邊緣環38m的移動距離與晶圓之直徑方向的蝕刻速率之相關資訊(步驟S22)。
然後，控制部74依據相關資訊，選取對應要控制之蝕刻速率的中央邊緣環38m之移動距離(步驟S24)。之後，控制部74使中央邊緣環38m上或下移動至所選取之中央邊緣環38m的移動距離(步驟S26)。接著，控制部74依據第2程序條件，執行電漿蝕刻處理(步驟S28)，結束本處理。
根據本實施形態之蝕刻處理方法，藉使中央邊緣環38m上或下移動，可在電漿蝕刻處理中控制蝕刻狀態。在膜種類及程序條件，可使晶圓W之邊緣部的蝕刻速率均一之中央邊緣環38m的高度不同。此係因晶圓W與邊緣環38上之鞘層的厚度因程序條件等而有所不同。
是故，在本實施形態之電漿蝕刻方法中，就從記錄庫74e選取之特定程序條件，選取相關資訊。接著，藉從所選取之相關資訊，求出使中央邊緣環38m上或下移動之際的恰當值，控制中央邊緣環38m之移動，可控制成所期之蝕刻速率。藉此，可抑制晶圓W之邊緣部的蝕刻速率之暴升，或控制成均一之蝕刻速率。
此外，在圖9及圖11中，僅就控制中央邊緣環38m之上下的移動之情形作了說明，亦可使外側邊緣環38o上下移動。舉例而言，如圖10(b)所示，亦可測定、收集外側邊緣環38o之移動距離與晶圓之直徑方向的蝕刻速率之相關資訊。該等相關資訊皆記錄於控制部74之RAM74c內的記錄庫74e。
同樣地，如圖10(c)所示，亦可使中央邊緣環38m及外側邊緣環38o至少任一者上下移動。再者，亦可使內側邊緣環38i、中央邊緣環38m及外側邊緣環38o至少任一者上下移動。
圖12係顯示一實施形態之邊緣環38的各部分之上下移動的變異之一例的圖。舉例而言，圖12(a)顯示在第1蝕刻製程中不使邊緣環38之所有部分皆動作而在第1~第4蝕刻製程的各製程間之步驟中使外側邊緣環38o上或下移動之一例。在此例中，未使中央邊緣環38m及內側邊緣環38i移動，亦可依需要，使中央邊緣環38m及內側邊緣環38i至少任一者移動。
圖12(b)顯示在第1蝕刻製程中，使外側邊緣環38o移動，在第1及第2蝕刻製程之間的步驟中，使中央邊緣環38m及外側邊緣環38o上或下移動的一例。此時，未使內側邊緣環38i移動，亦可依需要使內側邊緣環38i移動。
圖12(c)顯示在第1蝕刻製程中，使中央邊緣環38m及內側邊緣環38i移動，在第1及第2蝕刻製程之間的步驟中，使外側邊緣環38o上或下移動之一例。
如此進行，藉使中央邊緣環38m上下移動，主要控制晶圓W之邊緣部，藉使外側邊緣環38o上下移動，主要可使晶圓W整體之蝕刻速率變動。藉此，可控制蝕刻狀態。
或者，除了中央邊緣環38m、外側邊緣環38o之移動，還可使內側邊緣環38i動作，藉該等部分之組合，控制蝕刻狀態。此時，亦將內側邊緣環38i之移動距離與蝕刻速率之相關資訊收集於記錄庫74e，依據程序條件一致之適當的相關資訊，控制邊緣環38之各部分的上下移動。
(變形例)
在上述實施形態中，依據記錄於記錄庫74e之所測量的製品晶圓W之蝕刻速率與邊緣環38之至少任一部分的移動距離之相關資訊，控制邊緣環38之至少任一部分的上下移動。然而，不限於此，舉例而言，亦可依據在對非製品晶圓之擋片的蝕刻所得之蝕刻速率與邊緣環38之移動距離的相關資訊，控制邊緣環38之至少任一部分的上下移動來蝕刻製品晶圓。
又，亦可監測晶圓W上之鞘層厚度與邊緣環38上之鞘層厚度，或監測晶圓W上之鞘層厚度與邊緣環38上之鞘層厚度的差分，按監測之結果，控制邊緣環38之至少任一部分的上下移動。
又，並不限在晶圓W之第1及第2蝕刻製程之間的步驟中，控制邊緣環38至少任一部分之上下移動。舉例而言，考量預塗佈運用等，於邊緣環38上堆積蝕刻處理時生成之副產物，邊緣環之高度隨時間經過而不同。
如此，在蝕刻處理中其高度改變時，即使在同一蝕刻製程中，亦可隨時間經過進行使邊緣環38之任一部分上下移動的控制。根據此，藉使邊緣環38之任一部分上下移動，可將邊緣環上之鞘層厚度一直控制為恰當之厚度，藉此，可進行符合程序條件之更恰當的蝕刻處理。
此次揭示之一實施形態的電漿蝕刻方法及電漿處理裝置應視為在所有點皆為例示，並非限制。上述實施形態在不脫離附加之申請專利範圍及其主旨下，可以各種形態變形及改良。記載於上述複數之實施形態的事項可在不矛盾之範圍亦採用其他結構，且可在不矛盾之範圍組合。
本發明之電漿處理裝置不論在Capacitively Coupled Plasma(電容耦合電漿)(CCP)、Inductively Coupled Plasma(感應耦合電漿)(ICP)、Radial Line Slot Antenna(放射狀線槽孔天線)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(電子迴旋共振電漿)(ECR)、Helicon Wave Plasma(螺旋波電漿)(HWP)哪一類型皆可適用。
又，圖1所示之電漿處理裝置5僅設有使中央邊緣環38m上下移動之移動機構200，亦可更設使內側邊緣環38i及外側邊緣環38o上下移動之移動機構。此時，將頂推內側邊緣環38i之推動銷設於內側邊緣環38i之正下方，將頂推外側邊緣環38o之推動銷設於外側邊緣環38o之正下方。若於該等推動銷分別設壓電致動器時，可使內側邊緣環38i、中央邊緣環38m及外側邊緣環38o分別獨立地上下移動。
又，關於邊緣環38之移動控制，舉例而言，中央邊緣環38m之移動距離的下限值為驅動部之解析能力，驅動部之解析能力為0.006mm。中央邊緣環38m之移動距離的上限值為小於中央邊緣環38m之厚度的值。
又，舉例而言，外側邊緣環38o之移動距離的下限值為驅動部之解析能力，驅動部之解析能力為0.006mm。外側邊緣環38o之移動距離的上限值為小於外側邊緣環38o之厚度的值。
再者，舉例而言，內側邊緣環38i之移動距離的下限值為驅動部之解析能力，驅動部之解析能力為0.006mm。內側邊緣環38i之移動距離的上限值為小於內側邊緣環38i之厚度的值。
又，舉例而言，本發明之電漿處理裝置亦可對載置台12施加HF射頻之電力。
在本說明書中，基板之一例係舉晶圓W來說明。然而，基板不限於此，亦可為用於LCD(Liquid Crystal Display：液晶顯示器)、FPD(Flat Panel Display：平板顯示器)之各種基板、CD基板、印刷基板等。
5‧‧‧電漿處理裝置
10‧‧‧處理容器
12‧‧‧載置台
16‧‧‧筒狀支撐部
16a‧‧‧空間
18‧‧‧排氣路徑
20‧‧‧擋板
22‧‧‧排氣通口
24‧‧‧排氣管
26‧‧‧排氣裝置
28‧‧‧閘閥
30‧‧‧第2射頻電源
32‧‧‧匹配器
34‧‧‧供電棒
36‧‧‧靜電吸盤
36a‧‧‧電極
36b‧‧‧絕緣膜
38‧‧‧邊緣環
38i‧‧‧內側邊緣環
38m‧‧‧中央邊緣環
38m1‧‧‧環狀部
38m2‧‧‧爪部
38o‧‧‧外側邊緣環
40‧‧‧直流電源
42‧‧‧開關
43‧‧‧被覆線
44‧‧‧冷媒流路
46‧‧‧配管
48‧‧‧配管
50‧‧‧氣體供給管
51‧‧‧氣體噴頭
52‧‧‧氣體供給孔
54‧‧‧遮蔽環
56‧‧‧氣體導入口
57‧‧‧第1射頻電源
58‧‧‧擴散室
59‧‧‧匹配器
60‧‧‧供電棒
66‧‧‧氣體供給源
74‧‧‧控制部
74a‧‧‧CPU
74b‧‧‧ROM
74c‧‧‧RAM
74d‧‧‧配方
74e‧‧‧記錄庫
100‧‧‧殼體
100a‧‧‧凹部
101‧‧‧壓電致動器
102‧‧‧推動銷
103‧‧‧連結部
104a‧‧‧構件
104b‧‧‧構件
104c‧‧‧螺絲
104d‧‧‧螺絲
105‧‧‧軸承部
105a‧‧‧凹部
111‧‧‧O型環
200‧‧‧移動機構
201‧‧‧氧化矽膜
202‧‧‧碳硬遮罩
203‧‧‧反射防止膜
204‧‧‧光阻
A‧‧‧曲線(圖5)
A‧‧‧區域(圖7)
B‧‧‧曲線
C‧‧‧曲線
cw‧‧‧冷卻水
D‧‧‧曲線
E‧‧‧曲線
F‧‧‧曲線
FR1‧‧‧邊緣環
FR2‧‧‧邊緣環
G‧‧‧曲線
H‧‧‧曲線
HF‧‧‧射頻
I‧‧‧曲線
J‧‧‧曲線
K‧‧‧曲線
LF‧‧‧射頻
S‧‧‧電漿生成空間
S10‧‧‧步驟
S12‧‧‧步驟
S14‧‧‧步驟
S16‧‧‧步驟
S18‧‧‧步驟
S20‧‧‧步驟
S22‧‧‧步驟
S24‧‧‧步驟
S26‧‧‧步驟
S28‧‧‧步驟
U1‧‧‧空間
U2‧‧‧空間
VE‧‧‧邊緣部
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示一實施形態之電漿處理裝置的一例之圖。
圖2係顯示一實施形態之邊緣環、移動機構及驅動部的一例之圖。
圖3(a－1)、(a－2) 、(b－1) 、(b－2)係用以說明一實施形態之邊緣環的上下移動之圖。
圖4(a)~(c)係說明藉由一實施形態及比較例的邊緣環來進行之電漿生成的圖。
圖5(a)~(c)係顯示一實施形態之邊緣環的厚度與蝕刻特性之實驗結果例的圖。
圖6(a)~(c)係用以說明一實施形態之圖5的實驗之圖。
圖7(a)~(c)係顯示一實施形態之中央邊緣環的上下移動與蝕刻特性之實驗結果例的圖。
圖8(a)~(b)係顯示一實施形態之中央邊緣環的上下移動與蝕刻特性之相關資訊的一例之圖。
圖9係顯示一實施形態之中央邊緣環的上下移動與蝕刻特性之相關資訊收集處理的一例之流程圖。
圖10(a)~(c)係顯示一實施形態之所收集的相關資訊之一例的圖。
圖11係顯示一實施形態之電漿蝕刻處理的一例之流程圖。
圖12(a)~(c)係顯示一實施形態之邊緣環的上下移動之變異的圖。

Claims (11)

  1. 一種電漿蝕刻方法，其使用了電漿處理裝置，該電漿處理裝置具有邊緣環，該邊緣環包含設於載置在載置台上之基板附近的內側邊緣環、設於該內側邊緣環之外側且可藉由一移動機構上下移動之中央邊緣環、及設於該中央邊緣環之外側的外側邊緣環； 該電漿蝕刻方法包含下列製程： 第1蝕刻製程，依據第1程序條件進行蝕刻； 第2蝕刻製程，依據不同於該第1程序條件之第2程序條件進行蝕刻；及 中央邊緣環移動製程，在該第1蝕刻製程與該第2蝕刻製程之間，藉該移動機構使該中央邊緣環移動。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，更包含下列製程： 相關資訊取得製程，依據使中央邊緣環之移動距離與顯示基板之蝕刻特性的值之相關資訊與程序條件對應而記錄之記錄部，取得對應於該第2程序條件之相關資訊； 並依據所取得之該相關資訊，使該中央邊緣環移動。
  3. 一種電漿蝕刻方法，其在一電漿處理裝置進行，該電漿處理裝置具有邊緣環，該邊緣環包含設於載置在載置台上之基板附近的內側邊緣環、設於該內側邊緣環之外側且可藉移動機構上下移動之中央邊緣環、及設於該中央邊緣環之外側且上下移動的外側邊緣環； 該電漿蝕刻方法包含下列製程： 第1蝕刻製程，依據第1程序條件進行蝕刻； 第2蝕刻製程，依據不同於該第1程序條件之第2程序條件進行蝕刻；及 中央邊緣環及外側邊緣環移動製程，在該第1蝕刻製程與該第2蝕刻製程之間，藉該移動機構使該中央邊緣環與該外側邊緣環其中至少任一者移動。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿蝕刻方法，更包含下列製程： 相關資訊取得製程，依據使中央邊緣環及外側邊緣環其中至少任一者之移動距離與顯示基板之蝕刻特性的值之相關資訊與程序條件相對應而記錄之記錄部，取得對應於該第2程序條件之相關資訊； 並依據所取得之該相關資訊，使該中央邊緣環及該外側邊緣環其中至少任一者移動。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之電漿蝕刻方法，其中， 具有將該移動機構上下驅動之驅動部，該驅動部之解析能力為0.006mm。
  6. 如申請專利範圍第5項之電漿蝕刻方法，其中， 該中央邊緣環之移動距離的下限值為該驅動部之解析能力， 該中央邊緣環之移動距離的上限值為小於該中央邊緣環之厚度的值。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之電漿蝕刻方法，其中， 該外側邊緣環之移動距離的下限值為該驅動部之解析能力， 該外側邊緣環之移動距離的上限值為小於該外側邊緣環之厚度的值。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之電漿蝕刻方法，其中， 該第1蝕刻製程與該第2蝕刻製程係對相同之基板的蝕刻製程。
  9. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之電漿蝕刻方法，其中， 該第1蝕刻製程與該第2製程係對不同之基板的蝕刻製程。
  10. 一種電漿處理裝置，具有： 邊緣環，其包含設於載置在載置台之基板附近的內側邊緣環、設於該內側邊緣環之外側且可藉移動機構上下移動之中央邊緣環、及設於該中央邊緣環之外側的外側邊緣環；及 控制部，其切換程序條件而控制對基板進行之蝕刻； 該控制部控制下列製程： 第1蝕刻製程，依據第1程序條件進行蝕刻； 第2蝕刻製程，依據不同於該第1程序條件之第2程序條件進行蝕刻； 中央邊緣環移動製程，在該第1蝕刻製程與該第2蝕刻製程之間，藉該移動機構使該中央邊緣環移動。
  11. 一種電漿處理裝置，具有： 邊緣環，其包含設於載置在載置台之基板附近的內側邊緣環、設於該內側邊緣環之外側且可藉該移動機構上下移動之中央邊緣環、及設於該中央邊緣環之外側且可藉該移動機構上下移動之外側邊緣環；及 控制部，其切換程序條件而控制對基板進行之蝕刻； 該控制部控制下列製程： 第1蝕刻製程，依據第1程序條件進行蝕刻； 第2蝕刻製程，依據不同於該第1程序條件之第2程序條件進行蝕刻； 中央邊緣環及外側邊緣環移動製程，在該第1蝕刻製程與該第2蝕刻製程之間，藉該移動機構使該中央邊緣環及該外側邊緣環其中至少任一者移動。
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