TW202002726A - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

[課題] 提供提升試料之蝕刻處理之均勻性，進一步提升良率之電漿處理裝置及電漿處理方法。 [解決手段] 一種電漿處理裝置或電漿處理方法，係將被載置於配置在真空容器內部之處理室內之試料台之上面上方的晶圓，使用形成在該處理室內之電漿而進行處理，該電漿處理裝置或電漿處理方法係將經由線圈電性連接對分別被配置在上述試料台中央部及其外周側之區域的複數電極供給高頻電力之複數高頻電源和電性連接上述複數電極及高頻電源各個之間的複數供電用路徑上之匹配器和上述電極之間之位置彼此的連接路徑之上述線圈的電感，因應在上述供電用之路徑流通之高頻電力之相位差之大小，而調節成上述高頻電力之電壓成為極大或極小。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明係與將被載置於配置在真空容器內部之處理室內之試料台之上面的試料，使用形成在該處理室內之電漿而進行處理的電漿處理裝置或電漿處理方法有關，關於邊形成電漿邊對被配置在試料台之內部的電極供給高頻電力而實施事先被形成在試料之表面的處理對象之膜層之處理的電漿處理裝置或電漿處理方法。
自以往，為了製造半導體裝置，進行使用電漿對包含事先被形成在半導體晶圓等之基板狀之試料上面的遮罩層及被配置在其下方之處理對象之膜層的膜構造進行蝕刻處理而形成半導體裝置之電路之構造的加工。作為如此之蝕刻處理的技術，一般而言進行例如對被配置在處理室內之試料台內部的電極供給高頻電力而在被載置且保持於試料台上面上的試料之上面上方形成偏壓電位，效率佳地使電漿中之離子等帶電粒子作用於試料表面之處理對象之膜層。 並且，隨著近年來元件積體化提升，要求提升微細加工之精度，並且針對半導體晶圓之面內方向，要求使蝕刻處理之進行方向之速度(蝕刻率)更均勻而降低作為該晶圓之處理後所取得的加工結果之膜構造的尺寸偏差。
另外，針對上述試料之面內方向之處理的分布，受到被形成在處理室內之電漿之密度或溫度，或者被形成在電漿中的離子射入至試料表面之時的能量之分布等之處理中的複數要素影響。於是，為了降低上述試料表面之處理的偏差，自以往考慮適當地調節試料台內部之電極或針對被載置於其上面上之試料之面內方向的高頻電力之大小和依此被形成在試料表面上方之偏壓電位的分布。
作為如此之技術的例，所知的有例如日本特開2007-67037號公報(專利文獻1)所揭示的技術。在本以往技術中，揭示藉由將具有略圓筒形狀之試料台之內部從上下之中心軸針對半徑方向分割成多重的同心狀區域，及將同心狀之各區域針對圓周方向，從中心分割成相等角度的圓弧狀之複數區域，獨立調節各區域之溫度或被供給至配置在該各區域之電極的高頻電力之各個電壓之振幅(峰值間，以下稱為Vpp)，個別地調節在處理中的試料台之各區域之上方的試料表面之處理特性，針對試料表面之面內方向，降低處理結果之偏差而提升均勻性。
另外，如專利文獻1般，針對試料台內部之半徑方向或圓周方向，在鄰接配置複數電極的構成中，成為在該些電極彼此之間發生雜散靜電電容而以電容器連接該些電極彼此作為等效電路。在如此之構成中，被供給至一方之電極的高頻電力之一部分經由電容器之雜散靜電電容流至另一方而產生互相干擾，產生反射電力被減少而經由匹配器被供給至一方之電極的高頻電力之大小，甚至試料之處理結果偏移期待值的問題。
作為解決如此之問題點的技術，考慮有藉由高頻電力經由匹配器而分別被連接於在電漿處理裝置內部被鄰接配置的兩個電極，被供給該些高頻電力之供電路徑彼此經由具有特定電感之大小的感應元件或感應可變元件被電性連接，藉由雜散靜電電容，從一方流入至另一方之電極的高頻電力之電流藉由相位不同的感應元件之複式電流而被抵銷，可以抑制電極間之彼此干擾的技術。作為如此之技術的例，所知的有例如日本特開2005-71872號公報(專利文獻2)所揭示的技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2007-67037號公報 [專利文獻2] 日本特開2005-71872號公報
[發明所欲解決之課題]
但是，在上述以往技術中，因針對以下之問題點考慮不充分，故產生問題。
即是，在專利文獻1中，藉由因產生在被分割之電極之相鄰接彼此之間的雜散靜電電容所引起的彼此干擾之影響，該些電極之Vpp之差成為偏離期待值者。例如，即使欲以調節成僅以該偏移之量進行補正的電壓之大小之方式，供電高頻電力，該些雜散靜電電容之大小因在複數試料台或相同試料台之相鄰接的兩個電極對的複數彼此之間也不同，故為了校正成配合各雜散靜電電容而在各電極調節電壓，作業量和時間變大，在設置且運轉電漿處理裝置之方面的效率受損。
另外，在專利文獻2中，雖然可以將分別被供給至相鄰接的兩個電極的電力之Vpp接近於期待值，但是在精度佳地調節被連接於各電極之兩個電源分別在相同時刻輸出的實際使用之條件下被輸出的電力值之方面產生問題。例如，在用以製造近年來之半導體裝置之半導體晶圓等試料之蝕刻處理中，在試料之處理中被供給至試料台內部之電極的高頻電力，係藉由將於僅在特定期間供給較大的特定值之電壓或電流之後，接著僅在另外的特定期間供給較小的另外特定值之電壓或電流或使成為零之動作作為一個循環而重複複數次該循環，進行使被形成在試料上面上方之偏壓電位周期性地變化而提升試料之處理的精度。
再者，因應處理之條件適當地調節一個循環之高頻電力之電壓或電流值大之期間和小或零之期間之比(所謂的負載比)或各期間之電壓或電流比等的供電上的參數，並且藉由使兩個相鄰接之電極彼此不同，針對試料之徑向或圓周方向，能夠形成期待的偏壓電壓之等電位面之高度的分布，提升處理之精度。
在專利文獻2之構成中，使上述周期性使高頻電力之大小變動而予以供給之情況，在僅從一方之電源輸出高頻電力之狀態下，對試料上面之處理對象之膜層之蝕刻速度造成影響。並且，在與被供給至該些電極且被形成在電漿處理裝置內部之試料台上方之空間的電漿結合的高頻電力僅從一方電源被輸出之情況和從雙方電源被輸出之情況，因試料上面上方之偏壓電位之分布及電漿之電位或離子之分布等之條件不同，故被配置在供電電路之間的感應元件之適當值也不同，在各電極的高頻電力之Vpp和期待值偏差變大。因此，針對試料之處理的良率受損之問題，在上述以往技術中並無考慮到。
本發明之目的係提供提升試料之蝕刻處理之均勻性，進一步提升良率之電漿處理裝置及電漿處理方法。 [用以解決課題之手段]
上述目的藉由電漿處理裝置或電漿處理方法而達成，該電漿處理裝置或電漿處理方法係將被載置於被配置在真空容器內部之處理室內之試料台之上面上方的晶圓，使用形成在該處理室內之電漿而進行處理，將經由線圈電性連接對分別被配置在上述試料台中央部及其外周側之區域的複數電極供給高頻電力之複數高頻電源和電性連接上述複數電極及高頻電源之各個之間的複數供電用路徑上之匹配器和上述電極之間之位置彼此的連接路徑之上述線圈的電感，因應在上述供電用之路徑流通之高頻電力之相位差之大小，而調節成上述高頻電力之電壓成為極大或極小。 [發明效果]
藉由本發明，可以提供提升試料之蝕刻處理之均勻性，進一步提升良率之電漿處理裝置及電漿處理方法。
以下，針對用以實施本發明之型態，進行說明。 [實施例1]
使用圖1至圖4說明本發明之實施例。圖1為示意性地表示與本發明之實施例有關之電漿處理裝置之構成之概略的縱剖面圖。本實施例之電漿處理裝置係對被配置在真空容器之內部的處理室供給用以形成電漿之電場及磁場，藉由該電場和磁場之互相作用，使電子之運動共振(Electron Cyclotron Resonance：ECR)，依此效率佳地形成電漿，且對包含事先被形成在配置於處理室內之半導體晶圓等之基板狀之試料上面的遮罩層和被疊層在其下方之處理對象之膜層的膜構造之該處理對象之膜層進行蝕刻處理的電漿蝕刻裝置。
本實施例之電漿處理裝置100具備在內部具有圓筒形狀之處理室103之真空容器101、在真空容器101之上方及至少一部分具有圓筒形狀之真空容器101之側壁之外側之周圍，形成為了形成電漿而被供給至處理室103內部的電場及磁場的電漿形成部、和被連結於真空容器101下面之下方，且具有將處理室103之內部予以排氣的渦輪分子泵及粗抽用之旋轉泵等之真空泵的真空排氣部(省略圖示)。在本實施例中，處理室103係至少上部之一部分具有圓筒形狀的空間，在該圓筒形狀部分之上方，配置以例如電場能夠穿透之石英等之介電質製且具有圓板形狀之介電質窗102而構成真空容器101之上部。介電質窗102係中間夾著無圖示之O型環等之密封構件而與真空容器101之側壁上部之面連結，氣密密封處理室103之內外。並且，在介電質窗102之下面下方，配置圓板狀之噴淋板，該噴淋板配置有複數被導入供給至處理室內之處理用之氣體的貫通孔亦即氣體導入孔，覆蓋處理室103之上方而構成其頂面。
夾著介電質窗102而在處理室103之上方，配置有用以將用以生成電漿之電場供給至處理室103之波導管104。本實施例之波導管104具備：具有圓筒形之圓形波導管部，其係以介電質窗102作為底面，被配置在其上方之圓筒形之空洞部上方且直徑較空洞部小之剖面為圓形的下端部和此連結；和方形波導管部，其係端部被連接於該圓形波導管部之上端部且剖面具有矩形或方形，其軸在水平方向延伸。
另外，與本實施例有關之電漿處理裝置100之動作雖然不藉由電場之頻率而特別被限定，但在本實施例使用2.45GHz之微波。用以在處理室103內生成電漿之微波頻帶之電場藉由被配置在方形波導管部之另外的端部之高頻電源亦即磁控管電源105被振盪而形成，通過方形波導管部，將圓形波導管部朝下方傳播而通過空洞部而穿透介電質窗102而被供給至處理室103。
形成被供給至處理室101內之磁場的螺旋管線圈106包圍處理室101而被配置在處理室101之上方及側方之外側。螺旋管線圈106藉由供給直流電流，形成磁場。藉由被供給至處理室103內的來自波導管104的微波之電場和藉由螺旋管線圈106所形成之磁場之互相作用而產生的ECR，激勵從氣體導入孔被導入至處理室103內之處理用的氣體之原子或分子，並解離、電離而在處理室103內形成高密度之電漿。
在處理室103內之形成電漿的空間之下方，配置具有圓筒形狀而載置試料的試料台亦即試料載置用電極107，在由氧化鋁或氧化釔等之陶磁所構成之介電質製之膜覆蓋的試料載置用電極107之上面上配置並保持試料亦即晶圓108。
在本實施例中，晶圓108具有圓板或近似於視為此之程度的形狀，具有晶圓108及圓筒形狀之試料載置用電極107及處理室103因降低晶圓108之蝕刻處理之比率和針對離處理後之形狀之晶圓108之中心的徑向或圓周方向的偏差而接近均勻地提升處理之特性的分布，故該些上下方向之軸位於符合或近似於視為此之程度的位置。即使針對包圍處理室103之上方及側方之外周而被配置的螺旋管線圈106也相同。
在覆蓋晶圓載置用電極107之上面的介電質膜之內部，配置被供給直流之電力的複數膜狀之電極，該些藉由熔射被形成。藉由被供給至複數膜狀之電極的直流之電力，在被配置在其電極之上方的介電質膜之構件，和被載置於其上方之晶圓108之間形成因應直流之電力而對應的電荷，晶圓108藉由從該電荷所形成的靜電力，朝向介電質膜被吸附且被保持。
本實施例之該些膜狀的吸附用電極在介電質膜內配置複數個，至少兩個吸附用電極被電性連接於分別不同的直流電源，藉由分別來自該些直流電源的電力施予不同的極性而將晶圓108靜電吸附在介電質膜上。在本實施例中，雖然針對如此之膜狀之吸附用電極之數量或形狀並無特別限制，但是本例之電漿處理裝置100具備被配置在晶圓108或被介電質膜覆蓋之試料載置電極107上面之中心側，從上方觀看具有圓板狀或環狀之上面形狀的中心側電極109，和在該中心側電極109之外周側包圍此而配置成環狀的外周側電極110。
上述本實施例之電漿處理裝置100係在其真空容器101之側壁，以能夠連通處理室103和搬運室之方式連結無圖示之另外的真空容器，亦即在被減壓至特定之真空度的內部搬運室搬運處理對象之晶圓108的真空搬運容器。真空容器101之側壁及被連結於此之真空搬運容器之側壁，在兩者被連結的狀態下，在各內部之處理室103和搬運室之間，配置構成搬運晶圓108之通路亦即閘門的貫通孔。並且，在搬運室內具備閘閥，其係抵接於閘門之開口之周圍的內側側壁而氣密密封閘門之通路內和搬運室內部之間，及從內側側壁分離朝上或下移動開放閘門內部而與搬運室內連通。
被載置於配置在真空搬運容器之搬運室內之無圖示的機械臂等之晶圓搬運用機器之臂部前端部的處理對象之晶圓108，藉由臂部之伸長通過閘閥開放的閘門內部，被搬入至處理室103內之試料載置電極107上方。晶圓108係藉由被收納在試料載置電極107內部之複數挿銷移動至試料載置電極107上方，被交接至該些插銷前端上，臂部收縮而退至處理室103外之後，藉由複數插銷再次移動至下方而被收納於試料載置電極107內，被載置於試料載置電極107上面之介電質膜。
之後，當閘門再次藉由閘閥被密封且處理室103內密封時，處理室103內部被減壓至更高的真空度之後，晶圓108被靜電吸附且被保持於介電質膜上，並且在處理室內被導入處理用之氣體，處理室103內部被維持適合於電漿形成和處理之開始的壓力。由來自波導管104之電場及螺旋管線圈106所形成之磁場被供給至處理室103內而產生ECR，處理用之氣體激勵、解離或電離而在處理室內形成使用該氣體的電漿。進行藉由高頻電力被供給至配置在試料載置電極107內之中心側電極109及外周側電極110，因應被形成在晶圓108上面上方的偏壓電位和電漿中之電位的電位差，電漿中之離子等之帶電粒子被引誘至晶圓108上面且衝突而事先形成在晶圓108上面的膜構造之處理對象之膜層之蝕刻處理。
根據無圖示之終點判定器之動作，檢測出到達至晶圓108之蝕刻處理之終點時，停止電場及磁場之供給，電漿被消化之後，停止對試料載置電極107供給高頻電力，停止蝕刻處理。於晶圓108之靜電吸附被解除之後，在晶圓108從試料載置電極107上面藉由複數插銷朝上方移動而間隔開，且被抬起至上方之狀態，通過閘閥開放之閘門內，機械臂之臂部再次進入至處理室103內，晶圓108而被交接至臂部前端。隨著該臂部之收縮，晶圓108從處理室103搬出後，在存在下一個處理對象之晶圓108之情況，該晶圓108被搬入至處理室103內而進行上述動作，在無處理對象之晶圓108之情況，停止對用以製造該電漿處理裝置100之半導體裝置之晶圓108進行處理的運轉。
另外，在本實施例中，上述電漿處理裝置100之磁控管105或螺旋管線圈106、試料載置電極107內部之電極或插銷或後述的BIAS電位形成用之高頻偏壓供給電路，或終點判定器或機械臂等之無圖示的機器之各動作，係根據從電漿處理裝置100之控制部119被發出的指令訊號而進行。控制部119被連接於能夠在該些機器之間接收訊號。本實施例之控制部119具備根據交接該些訊號的介面部，和儲存接收到之訊號並予以記憶的記憶裝置部，和根據被儲存於該記憶裝置部軟體記載之演算法，從訊號所示的資料或被記憶於記憶裝置部的資料算出另外的資料或指令訊號之MPU等之演算器部，該些介面部、記憶裝置部、演算器部被電性連接成分別能夠通訊。控制部119即使為構成此之介面部、記憶裝置部、演算器部分別以半導體裝置或電路被配置在不同之處，以通訊電路互相連接的構成亦可，或是被構成在內部收納該些介面部、記憶裝置部、演算器部和通訊電路的單一半導體裝置亦可。
被內藏配置在構成電漿處理裝置100之試料載置電極107上面之介電質膜的中心側電極109及外周側電極110，分別被電性連接於包含第1高頻偏壓電源112的第1高頻偏壓供給電路121及包含第2高頻偏壓電源113之第2高頻偏壓供給電路122。即是，在中心側電極109，被連接第1高頻偏壓供給電路121，該第1高頻偏壓供給電路121藉由構成供電路徑之同軸纜線及其兩端之連接部依序連接供給在晶圓108之中心側部分上方形成偏壓電位的高頻偏壓電力的第1高頻偏壓電源112；和將被施加的電壓進行分壓而以電壓波形訊號予以輸出的第1波形檢測器116；和進行與中心側電極109之阻抗匹配的第1自動匹配器114。在外周側電極110，被連接第2高頻偏壓供給電路122，該第2高頻偏壓供給電路122藉由構成供電路徑之同軸纜線及其兩端之連接部依序連接供給在晶圓108之外周側部分上方形成偏壓電位的高頻電力的第2高頻偏壓電源113；和將被施加的電壓進行分壓而以電壓波形訊號予以輸出的第2波形檢測器117；和進行與外周側電極110之阻抗匹配的第2自動匹配器115。
在此，第1高頻電源112和第2高頻電源113分別被連接於設為接地電位的電極。並且，第1高頻電源112和第2高頻電源113被連接於能夠與時脈產生器111通訊，接收從時脈產生器111以特定周期被輸出的時脈訊號而與此同步輸出特定大小之高頻偏壓電力。另外，雖然本實施例之效果不限定於偏壓電位形成用之高頻電力的頻率，但在本實施例中，使用400kHz之高頻電力。
第1高頻偏壓供給電路121和第2高頻偏壓供給電路122被配置在構成各個之自動匹配器和波形檢測器之間的供電路徑彼此之間，藉由連接該些的電極間電路118而電性分離。本實施例之電極間電路118係具備有可變電感線圈的電路，該可變電感線圈係以能夠通訊電訊之方式與控制部119連接，被構成因應從控制部119被發送之線圈調整訊號，能夠可變地調節其電感值。
在第1高頻偏壓供給電路121中，經由第1波形檢測器116而被供給至中心側電極109之電壓之值，在理想地實施夾著電極間電路118之第1高速偏壓供給電路121和第2高頻偏壓供給電路122之電性分離之情況，與從第1高頻偏壓電源122被輸出之電壓之值相等。但是，在電性分離不理想之情況，成為在僅有第1高頻偏壓電源112輸出之狀態的位置123的電壓，和在僅有第2高頻偏壓電源113輸出之情況的位置123的電壓重疊的值。本實施例之位置123係第1高頻偏壓供給電路121之自動匹配器114和波形檢測器116之間的供電路徑上之處，亦即被連接於電極間電路118之另外的同軸纜線與本供電路徑連接之處。
在上述電性分離不理想之狀態，第1高頻偏壓電源112之輸出之電壓值和以第1波形檢測器116被檢測出之電壓值之相位差在-90度至90度之範圍內之情況，從重疊之結果，第1波形檢測器116檢測到的電壓值大於第1高頻偏壓電源112之輸出的電壓值。即是，夾著電極間電路118之第1高頻偏壓供給電路121和第2高頻偏壓供給電路122之電性分離係理想的狀態，以第1波形檢測器116檢測出之電壓取與第1高頻偏壓電源112之輸出電壓相等之值，作為極小值。另外，電性分離不理想之狀態，相位差在90度至180度或-90度至-180度之範圍內之情況，取與第1高頻電源112之輸出電壓相等之值，作為極大值。
再者，同樣地，在第2高頻偏壓供給電路122中經由第2波形檢測器117而被供給至外周側電極110之電壓，在理想地實施夾著電極間電路118之第1高頻偏壓供給電路121和第2高頻偏壓供給電路122之電性分離之情況，與從第2高頻偏壓電源113被輸出之電力之電壓值相等，在電性分離不理想之情況，成為在僅第2高頻偏壓電源113輸出之狀態之位置124的電壓值，和在僅第1高頻偏壓電源112輸出之情況之位置124的電壓重疊之值。本實施例之位置124係第2高頻偏壓供給電路122之自動匹配器115和波形檢測器117之間的供電路徑上之處，亦即被連接於電極間電路118之另外的同軸纜線與本供電路徑連接之處。
而且，上述電性分離不理想之狀態，第2高頻偏壓電源113輸出的電力之電壓值和以第2波形檢測器117被檢測出的電壓值之相位差在-90度至90度之範圍內之情況，以第2波形檢測器117被檢測出的電壓值，大於第2高頻電源113輸出之電力的電壓值，在夾著電極間電路118之第1高頻偏壓供給電路121和第2高頻偏壓供給電路122之電性分離係理想之狀態，取與第2高頻偏壓電源113之輸出電壓相等之值，作為極小值。並且，該相位差在90度至180度或-90度至-180度之範圍內之情況，取與第2高頻電源113輸出之電力的電壓值相等之值，作為極大值。
於是，藉由因應第1高頻電源112輸出之電力的電壓值和以第1波形檢測器116所檢測出之電壓值之相位差之大小，調節電極間電路118之電感值，以使以第1波形檢測器116被檢測出之電壓之Vpp之大小成為極小值或極大值，可以使第1高頻偏壓供給電路121和第2高頻偏壓供給電路122之間的電性分離，接近分別自第1高頻偏壓電源112及第2高頻偏壓電源113輸出高頻電力的彼此之間的互相影響消失的理想分離。於是，藉由因應第2高頻電源113輸出之電力的電壓值和以第2波形檢測器117所檢測出之電壓值之相位差之大小，調節電極間電路118之電感值，以使以第2波形檢測器117被檢測出之電壓之Vpp之大小成為極小值或極大值，可以使第2高頻偏壓供給電路121和第2高頻偏壓供給電路122之間的電性分離，接近分別自第1高頻偏壓電源112及第2高頻偏壓電源113輸出高頻電力的彼此之間的互相影響消失的理想分離。
接著，使用圖2及圖3針對在本實施例中之兩個高頻偏壓供給電路之高頻電力之供給的動作予以詳細說明。
圖2係示意性地表示與圖1所示之實施例有關之電漿處理裝置之高頻偏壓供給電路內部之電路之構成之概略的電路及區塊圖。在圖2中，以電路圖及區塊圖表示第1波形檢測器116、第2波形檢測器117及控制部119之內部之構成。
在中心側電極109連接第1高頻偏壓供給電路121，在其內部之第1高頻偏壓電源112和中心側電極109之間之供電路徑上，依序配置第1自動匹配器114和第1波形檢測器116且被電性連接。在外周側電極110連接第2高頻偏壓供給電路122，在其內部之第2高頻偏壓電源113和外周側電極110之間之供電路徑上，依序配置第2自動匹配器115和第2波形檢測器117且被電性連接。在第1高頻偏壓供給電路121和第2高頻偏壓供給電路122之供電路徑彼此之間，配置有電極間電路118以連接兩者。電極間電路118進行根據來自接收到的控制部119之線圈電感調整訊號而調整被配置在內部之可變感應線圈之電感值的動作。
並且，第1高頻偏壓電源112和第2高頻偏壓電源113各在與從時脈產生器211以特定周期被輸出之脈衝狀之時脈訊號同步之時刻，分別輸出特定頻率之高頻偏壓電力。本實施例之第1高頻偏壓電源112、第2高頻偏壓電源113各在晶圓108之處理中，將與因應時脈訊號而以特定大小之振幅連續輸出之一個期間及以較小的振幅連續輸出或使輸出成為零的一個期間的組合作為一個循環而重複複數次此循環而輸出高頻電力。即是，振幅設為特定值之期間及接著設為較小的值或零之期間，分別事先被設定成時脈訊號之周期的整數倍。另外，該些高頻偏壓電源各輸出的高頻電力即使兩個期間之長度，或者電壓或電流值之振幅不同亦可，藉由電漿處理裝置100之使用者因應所要求的晶圓108之蝕刻處理條件而適當選擇。
在晶圓108之處理中之任意時刻中，在第1高頻偏壓電源112和第2高頻偏壓電源113之一方或雙方以大的振幅輸出高頻偏壓電力之狀態，第1波形檢測器116及第2波形檢測器117分別對高頻偏壓電力之電壓值進行分壓，作為電壓波形訊號持續對控制部119輸出。在本實施例中，在後述的控制部119之演算中，即使使用從第1波形檢測器116被輸出之電壓波形訊號和從第2波形檢測器117被輸出之電壓波形訊號中之任一者亦可。在本實施例中，表示後述之控制部119內部之指令訊號之演算使用從第1波形檢測器116被輸出之電壓波形訊號的例。
如圖2所示般，控制部119具備相位差檢測控制部220，其係接收表示來自第1波形檢測器116及第2波形檢測器117的電壓值的輸出而分別經由第1高頻偏壓電路121及第2高頻偏壓電路122而各被供給至中心側電極109、外周側電極110的高頻電力之相位差；和迴路選擇部221，其係接收表示來自該相位差檢測控制部220之相位差的訊號而判定該相位差之大小屬於哪個範圍，因應其結果選擇下一個動作之流程。再者，相位差檢測控制部220被連接於成能夠與時脈產生器111通訊，接收從時脈產生器111被發送的時脈訊號。
並且，具備：Vpp檢測部222，其係接收對應於晶圓108之處理中之任意時刻而接收表示從第1波形檢測部116或第2波形檢測部117被輸出之電壓值的訊號而檢測出振幅(峰值間、Vpp)；Vpp保存部223，其係將表示被檢測出之Vpp之值的資料訊號記憶並保存在內部之RAM或ROM等之記憶體或CD-ROM驅動器等之記憶媒體內；及Vpp比較部224，其係比較與被保存在Vpp保存部223之處理中之不同時刻對應的Vpp之值而檢測出差量。並且，具備線圈調整部225，其係接受來自Vpp比較部224之輸出而發送指示電極間電路118之電感值的訊號。Vpp比較部224被構成能夠與Vpp檢測部222通訊，接收表示與Vpp檢測部檢測而輸出的處理中之任意時刻對應的電壓之值的訊號。
另外，在圖2所示之實施例中，以複數區塊表示沿著在控制部119之內部被發出接收的訊號流而被依序實施的各動作，即使以各區塊之動作不同之處的不同裝置或機器實施亦可。或者，即使一個半導體裝置之內部之一個演算器讀出事先被存儲且被保存於控制部119內之記憶裝置內之軟體而沿著其演算法算出各個區塊之動作之目的之資料或指令訊號，將算出之結果發送至訊號記憶裝置並予以記憶，沿著與下一個區塊之動作對應之軟體之演算法而讀出被記憶的資料之演算器，算出該下一個區塊之動作之目的之資料或指令訊號，依此實施根據控制部119之電漿處理裝置110之各個動作的控制亦可。
接著，將本圖與圖3合併，針對根據來自控制部119之指令訊號的本實施例之電漿處理裝置100之動作之流程進行說明。圖3為表示根據來自與圖1所示之實施例有關之電漿處理裝置之控制部之指令訊號的動作流程的流程圖。
另外，本實施例之第1波形檢測器116及第2波形檢測器117分別被構成在晶圓108之處理中將事先被設定之時間的間隔作為取樣周期而在該每周期之時刻檢測出各個供電路徑之高頻電力之電壓或電流之波形。以下說明的與本實施例有關之電漿處理裝置100之動作係根據在從開始進行晶圓108之處理開始前或開始後之檢測之時刻每次間隔取樣之時刻tn中被檢測出的高頻電力者。
首先，在控制部119中，相位差檢測部220接收從第1波形檢測器116被輸出且與晶圓108處理中之期間之任意之時刻tn對應的表示高頻電力之電壓之波形的訊號，和從時脈產生器111被輸出之時脈訊號，從接收到的兩個訊號算出成為高頻電力之循環之基準的時脈訊號和從來自第1波形檢測器116之第1高頻偏壓供給電路121被供給至中心側電極109之高頻電力之相位差δΦ=ΦV1-ΦRF1(步驟301)。另外，時刻tn表示與顯示從檢測開始時刻被重複的檢測次數的符號n對應之各取樣周期之時刻。
在迴路選擇部221，接收從相位差檢測部220被輸出之表示δΦ的訊號，判定相位差δΦ是否在-90度至90度之範圍(第1範圍)。迴路選擇部221係在判定相位差δΦ在第1範圍內之情況，選擇迴路控制313，亦即以從第1波形檢測器116被輸出之表示電壓之波形的訊號之振幅即Vpp之值成為極小值之方式，調節電極間電路118之電路常數之一連串動作的流程，在判定相位差δΦ不在-90度至90度之第1範圍內之情況(90度至180度或-90度至-180度之第2範圍內之情況)，選擇迴路控制314(圖中以A表示)，亦即以從第1波形檢測器116被輸出之表示波形的訊號之Vpp成為極大值之方式，調節電極間電路118之電路常數之一連串動作的流程(步驟302)。
以下，針對選擇迴路控制313之情況進行說明。並且，在使用與藉由第1波形檢測器116被檢測出之處理中之任意之時刻tn對應之高頻電力之電壓之波形之資料而進行在步驟302中被選擇之迴路控制之動作的期間，也進行在該任意之時刻tn之下一個取樣間隔後之時刻以後的周期中也根據控制部119之步驟301及步驟302之相位差δΦ之檢測和因應該值之迴路選擇的動作。控制部119係針對在步驟302中檢測出針對與任意之時刻tm對應之相位差δΦ之大小是否屬於第1及第2範圍的判定結果從1檢測週期前之時刻tn-1變化的情況，對應此，選擇和因應與時刻tn-1對應之相位差δΦ之判定之結果的迴路控制不同之迴路控制而進行其動作。
在迴路控制313中，控制裝置119首先在Vpp檢測部222接收從第1波形檢測部116被輸出之與晶圓108之處理中之任意之時刻tn對應的表示電壓之波形的訊號，檢測出其振幅之值Vpp而使表示此之訊號儲存並記憶於Vpp保存部223。此時，控制部119首先在步驟303，判定與時刻tn-1對應之高頻電力之電壓之振幅Vpp(n-1)是否被儲存於Vpp保存部223(步驟303)。此時，在判定被儲存之情況，移動至後述的步驟308。另外，當檢測出不被儲存時，控制部119之演算器對相位差檢測部222發送指令訊號，從來自第1波形檢測器116時刻之波形的資料檢測出與時刻tn-1對應之高頻電力之電壓之振幅Vpp(步驟304)，將表示被發送至Vpp保存部223之表示該Vpp之值的訊號作為Vpp(n-1)而予以保存並儲存(步驟305)。
並且，在演算器，判定表示作為與該時刻tn對應而使電極間電路118內部之可變電感線圈之電感變動的單位量之ΔVL(n)之值的資料被記憶且被儲存於控制部119內之記憶裝置部內(步驟306)。自判定為被儲存之情況，移行至下一個步驟308。另外，當判定不被儲存時，移行至步驟307，以將特定值δ作為使上述電感變動之單位量而予以記憶並儲存之方式，發送至記憶裝置。
接著，控制部119在步驟308中，對電極間電路118發送指令訊號，使內部之可變電感線圈之電感僅變動值ΔVL(n)。並且，於可變電感線圈之電感變動被檢測出之後，對Vpp檢測部222發送指令訊號，從與時刻tn對應之高頻電力之電壓的波形訊號檢測出振幅Vpp(步驟309)。表示被檢測出之振幅Vpp之訊號被輸出至Vpp保存部223，在該Vpp保存部223記憶且儲存表示該訊號所示之Vpp之值的資料作為Vpp(n)(步驟310)。
接著，在Vpp檢測部222中被檢測且被輸出的成為振幅Vpp(n)之訊號被發送至Vpp比較部224，並且在步驟311中，表示被儲存於Vpp保存部223之Vpp(n-1)之資料的訊號被發送至Vpp比較部224而被接收。在Vpp比較部224，算出該些訊號之差量亦即Vpp(n)-Vpp(n-1)，判定其大小是否屬於特定之範圍內。在本實施例中，判定Vpp(n)-Vpp(n-1)是否為0以下。
線圈調整部225接收表示與在Vpp比較部224之步驟311有關之判定之結果的訊號，因應該訊號而將線圈調整訊號送至電極間電路218，使電極間電路218之可變電感線圈之電感值增加或減少。即是，從Vpp比較部224判定訊號所示之差量的值是否為0以下的結果，在判定屬於0以下之範圍之情況，返回至步驟308，僅使可變電感線圈之電感值僅變動ΔVL(n)。之後，重複步驟309至311。
另外，判定該差量之值大於0之情況，移行至步驟312。在步驟312中，使增減可變電感線圈之電感值之方向成為相反，並且以特定之比例縮小使該方向成為相反後之變動之單位量的絕對值之大小，而重新作為ΔVL(n)予以儲存。之後，線圈調整部225移行至步驟308而對可變電感線圈發送且驅動指令訊號，並使電感值變動之後，與上述相同重複步驟309至311。
使用圖4，以下說明迴路控制314中之動作，亦即在步驟302中判定相位差δΦ不在-90度至90度之第1範圍內之情況(90度至180度或-90度至-180度之第2範圍內之情況)，選擇以從第1波形檢測器116被輸出之表示波形的訊號之Vpp成為極大值之方式，調節電極間電路118之電路常數之一連串動作的流程。圖4為表示根據來自與圖2所示之實施例有關之電漿處理裝置之控制部之指令訊號的另外動作流程的流程圖。
即使在迴路控制314中，亦沿著與圖3所示之迴路控制313相同之流程而進行一連串之動作。首先，控制裝置119在Vpp檢測部222接收從第1波形檢測部116被輸出之與晶圓108之處理中之任意之時刻tn對應的表示電壓之波形的訊號，檢測出其振幅之值Vpp而使表示此之訊號儲存並記憶於Vpp保存部223。此時，控制部119首先在步驟401，判定Vpp(n-1)是否被儲存於Vpp保存部223(步驟401)。此時，在判定成被儲存之情況，移行至後述的步驟406，另外，當檢測出不被儲存時，沿著來自控制部119之演算器之指令訊號，檢測出與時刻tn-1對應之高頻電力之電壓之振幅Vpp(步驟402)，被發送至Vpp保存部223之表示該Vpp之值的訊號作為Vpp(n-1)被保存且被儲存(步驟403)。
並且，在演算器中，判定使與該時刻tn對應之電極間電路118之可變電感線圈之電感值變動之單位量ΔVL(n)之資料是否被記憶且被儲存(步驟404)，在被儲存之情況，移行至下一個步驟406，另外在不被儲存之情況，移行至步驟405，將特定值δ作為ΔVL(n)而予以儲存。
接著，在步驟406中，電極間電路118內部之可變電感線圈之電感僅增加或減少值ΔVL(n)。並且，在Vpp檢測部222檢測出與時刻tn對應之高頻電力之電壓的振幅Vpp(步驟407)。被檢測出之振幅Vpp之值在Vp保存部223作為Vpp(n)被記憶且被儲存(步驟408)。
接著，在Vpp比較部224，比較振幅Vpp(n)之值和被儲存於Vpp保存部223之Vpp(n-1)之值，算出該些值之差量亦即Vpp(n)-Vpp(n-1)，判定其大小是否屬於特定範圍內(步驟409)。在迴路控制314中，判定Vpp(n)-Vpp(n-1)是否為0以上。
線圈調整部225係在Vpp比較部225之判定結果，判定差量之值為0以上之情況，返回至步驟406，使可變電感線圈之電感值僅變動ΔVL(n)。之後，重複步驟407至409。另外，在判定該差量之值小於0之情況，移行至步驟410，使增減可變電感線圈之電感值的方向成為相反，並且以特定之比例縮小該電感值之變動之單位量的絕對值之大小，而重新作為ΔVL(n)予以儲存。之後，線圈調整部225移行至步驟406而使電感值變動之後，與上述相同重複步驟407至409。
如此一來，在本實施例中，藉由使用從高頻偏壓供給電路121、122之朝中心側電極109、外周側電極110的各供電路徑上且被配置在與電極間電路118連接之處的電源側的波形檢測器116或117而來的電壓波形訊號和時脈產生器111形成的時脈訊號間之相位差和電壓形成訊號之Vpp，調整在兩個高頻偏壓供給電路121、122之間連接該些而被配置之電極間電路118內部之可變電感線圈之電感值，即使高頻電力從兩個高頻偏壓電源112、113同時被輸出之情況，亦可以使電極間電路118之電感值之調節所致的兩個高頻偏壓供給電路121、122之間的電性分離接近理想狀態。
因此，在處理室103內形成電漿之期間，可以刪減僅使一方之高頻偏壓電源輸出的電極間電路118之調整流程，也可以縮小對晶圓108上面之處理對象之膜層之蝕刻率的影響。再者，可以降低從一方朝另一方之影響而調節被供給至分割的中心側電極109及外周側電極110之高頻偏壓電力，並且也可以降低電漿之條件所致的影響。該些結果，針對晶圓108之面內方向，可以降低蝕刻處理之偏壓且提升處理之良率。
100‧‧‧電漿處理裝置 101‧‧‧真空容器 102‧‧‧介電質窗 103‧‧‧處理室 104‧‧‧波導管 105‧‧‧磁控管電源 106‧‧‧螺旋管線圈 107‧‧‧試料載置用電極 108‧‧‧晶圓 109‧‧‧中心側電極 110‧‧‧外周側電極 111‧‧‧時脈產生器 112‧‧‧第1高頻偏壓電源 113‧‧‧第2高頻偏壓電源 114‧‧‧第1自動匹配器 115‧‧‧第2自動匹配器 116‧‧‧第1波形檢測器 117‧‧‧第2波形檢測器 118‧‧‧電極間電路 119‧‧‧控制部 121‧‧‧第1高頻偏壓供給電路 122‧‧‧第2高頻偏壓供給電路 123、124‧‧‧位置 220‧‧‧相位差檢測部 221‧‧‧迴路選擇部 222‧‧‧Vpp檢測部 223‧‧‧Vpp保存部 224‧‧‧Vpp比較部 225‧‧‧線圈調整部
圖1為示意性地表示與本發明之實施例有關之電漿處理裝置之構成之概略的縱剖面圖。 圖2為表示與圖1所示之實施例有關之電漿處理裝置之波形檢測器之內部電路和內部區塊的圖示。 圖3為表示根據與圖2所示之實施例有關之電漿處理裝置之控制部的動作流程的流程圖。 圖4為表示根據來自與圖2所示之實施例有關之電漿處理裝置之指令訊號的另外動作流程的流程圖。
101‧‧‧真空容器
102‧‧‧介電質窗
103‧‧‧處理室
104‧‧‧波導管
111‧‧‧時脈產生器
112‧‧‧第1高頻偏壓電源
113‧‧‧第2高頻偏壓電源
114‧‧‧第1自動匹配器
115‧‧‧第2自動匹配器
116‧‧‧第1波形檢測器
117‧‧‧第2波形檢測器
118‧‧‧電極間電路
119‧‧‧控制部
121‧‧‧第1高頻偏壓供給電路
122‧‧‧第2高頻偏壓供給電路
220‧‧‧相位差檢測部
221‧‧‧迴路選擇部
222‧‧‧Vpp檢測部
223‧‧‧Vpp保存部
224‧‧‧Vpp比較部
225‧‧‧線圈調整部

Claims (8)

  1. 一種電漿處理裝置，將被載置於配置在真空容器內部之處理室內之試料台之上面上方的晶圓，使用形成在該處理室內之電漿而進行處理，該電漿處理裝置之特徵在於，具備： 複數電極，其係被配置在上述試料台且構成上述上面之介電質製的膜內部，且被配置在中央部及其外周側之區域之下方： 複數匹配器，其係被配置在對該些複數電極各供給高頻電力之複數高頻電源和電性連接上述複數電極及高頻電源各個之間的複數供電用之各路徑， 連接路徑，其係經由線圈電性連接上述供電用之各路徑的上述匹配器和上述電極之間之處彼此；及 檢測器，其係被配置在各個上述供電用之路徑上，檢測在該供電用路徑流通的上述高頻電力之電壓的大小， 因應在上述晶圓之處理中，使用上述檢測器之檢測結果而被檢測出的在上述供電用之路徑流通之高頻電力之相位差之大小，而將上述線圈之電感調節成上述高頻電力之電壓成為極大或極小。
  2. 如請求項1所記載之電漿處理裝置，其中 藉由上述線圈之電感之調節，上述複數電極和上述複數供電路徑和上述連接路徑構成共振電路。
  3. 如請求項1或2所記載之電漿處理裝置，其中 將上述線圈之電感值調節成上述相位差在-90度至90度之範圍內之情況，上述高頻電力之電壓成為極小，上述相位差在90度至180度或-90度至-180度之範圍內之情況，上述高頻電力之電壓成為極大。
  4. 如請求項1至3中之任一項所記載之電漿處理裝置，其中 上述複數電極係被配置在構成上述試料台之上述上面之介電質製之膜的內部者，且係分別被配置在環狀地包圍上述中央部和其外周部之區域之複數膜狀的電極。
  5. 一種電漿處理方法，其係將晶圓載置於電漿處理裝置之試料台上面上而使用形成在處理室內之電漿而進行處理，且該電漿處理裝置具備： 真空容器，其係在內部具有處理室； 試料台，其係被配置在該處理室且使其上面上方載置處理對象之晶圓； 複數電極，其係被配置在上述試料台之上述上面之中央部及其外周側之區域之下方之該試料台之內部； 複數高頻電源，其係分別對該些複數電極供給高頻電力； 複數匹配器，其係分別被配置在電性連接上述複數電極及高頻電源各個之間的複數供電用之路徑； 連接路徑，其係經由線圈電性連接上述供電用之各路徑的上述匹配器和上述電極之間之處彼此；及 檢測器，其係被配置在各個上述供電用之路徑上，檢測在該供電用路徑流通的上述高頻電力之電壓或電流的大小，該電漿處理方法之特徵在於， 因應在上述晶圓之處理中，使用上述檢測器之檢測結果而被檢測出的在上述供電用之路徑流通之高頻電力之相位差之大小，而將上述線圈之電感調節成上述高頻電力之電壓成為極大或極小。
  6. 如請求項5所記載之電漿處理方法，其中 藉由上述線圈之電感之調節，上述複數電極和上述複數供電路徑和上述連接路徑構成共振電路。
  7. 如請求項5或6所記載之電漿處理方法，其中 上述相位差在-90度至90度之範圍內之情況，調節上述線圈之電感而檢測出極小值，上述相位差在90度至180度或-90度至-180度之範圍內之情況，調節上述線圈之電感而檢測出極大值並予以調節。
  8. 如請求項5至7中之任一項所記載之電漿處理方法，其中 上述複數電極係被配置在構成上述試料台之上述上面之介電質製之膜的內部者，且係分別被配置在環狀地包圍上述中央部和其外周側之區域之複數膜狀的電極。
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