TW202139782A - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

為了提供一種使產率提升的電漿處理裝置或電漿處理方法，具備：處理室，配置於真空容器內部而在內側供處理對象的晶圓配置；及處理氣體供給管線，連結至前述真空容器而和前述處理室連通，對該處理室內供給具有附著性的處理用氣體；及前述處理用氣體的氣體排氣管線，將連接至排氣泵浦而和前述處理室連通的處理室排氣管線與前述氣體供給管線連結而將它們連通；進行蝕刻前述晶圓的1個處理工程與下一該處理工程彼此之間，在停止往前述處理室的前述處理用氣體之供給的狀態下，進行將前述氣體供給管線內的前述處理用氣體透過前述氣體排氣管線及前述處理室排氣管線予以排氣之工程。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明係使用利用供給至處理室內的處理用的氣體而形成的電漿來處理配置於容器內部的半導體晶圓等的基板狀的試料而製造半導體元件之電漿處理裝置或電漿處理方法，特別是有關供給將原料亦即液體予以氣化而得到的處理用氣體來處理試料之電漿處理裝置或電漿處理方法。
近年來元件的高度積體化進展，要求原子層等級下的加工技術。由於元件構造的複雜化、元件構造的微細化及元件構造的高深寬比化年年進展，高深寬比構造的疏部與密部的CD(Critical Dimension)尺寸控制或深度控制成為關鍵技術。
以往，為了控制疏密差會在蝕刻腔室內生成電漿而進行蝕刻與堆積膜的調整，但在高深寬比的圖樣之被覆性(Step Coverage；階梯覆蓋)變差之問題逐漸明顯。對於此問題，正著手研討使用可達成被覆性佳的成膜之原子層堆積(Atomic Layer Deposition：ALD，以下稱ALD)。
依訂為目標之膜物質不同，作為原料的前驅物氣體雖相異，惟對成膜基板表面以相當於原子單位將前驅物氣體和載體氣體一起周期性地供給而令其物理吸附於基板表面，便可成膜出原子1層份的膜。已知這是即使在高深寬比構造中仍能均一地進行高精度的膜厚控制之有效手段的一種。
ALD中使用的前驅物氣體，例如會使用雙(二乙基胺)矽烷(BDEAS)，性質而言接近氨，因此必須避免與助燃性氣體之混合。因此，在具備了可達成均一成膜的ALD機構之真空處理裝置中，必須具備具有考量安全性的氣體閥的硬體互鎖(hard interlock)之氣體供給手段。
作為這樣的技術，以往已知例如有日本特開2019-110215號公報(專利文獻1)。本習知技術，揭示一種將配置於真空容器內部的處理室內中配置的半導體晶圓運用在處理室內部形成的電漿予以處理之電漿處理裝置，具備：第1氣體供給管線，經由配置於處理室的上部之噴淋板而供電漿生成用的第1氣體流通；及第2氣體供給管線，對處理室內不通過噴淋板而供給電漿生成用的第2氣體；在第2氣體供給管線，連接有供具有堆積性的前驅物氣體流通之第3氣體供給管線。又，揭示一種技術，係在第2氣體供給管線上，配置一可閉塞的閥以避免前驅物氣體流至第2氣體供給管線的上游側，藉由適宜開閉該閥能夠穩定地對處理室供給處理用氣體及前驅物氣體。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2019-110215號公報
發明所欲解決之問題
然而，上述習知的技術中，針對以下要點並未充分考慮，因此發生了問題。
亦即，上述習知技術的原子層堆積(ALD)製程，具有下述工程，即，藉由對處理室內供給形成具有堆積性的被吸附質之前驅物氣體，而使半導體晶圓及配置於處理室內部的構件的表面形成物理吸附所致之分子層。但，本習知技術中，會導致發生以下現象，即，於供給前驅物氣體的處理之工程(步驟)彼此之間，滯留在從前驅物氣體供給部往真空處理裝置內供給前驅物氣體的氣體管線內之前驅物氣體，會附著於氣體管線的內部表面。
該前驅物氣體為從原料亦即液體被氣化而生成的反應性高的氣體，因此在附著於供給用的氣體管線的狀況下殘留的氣體的粒子會從蒸氣的狀態液化，而與構成氣體管線的構件表面的材料肇生化學反應，生成的生成物於對處理室內供給前驅物氣體而進行之後續的步驟中會一併被供給至處理室內而對晶圓附著而導致成為異物，而發生了損及處理的產率之問題。
本發明之目的，在於提供一種使產率提升的電漿處理裝置或電漿處理方法。 解決問題之技術手段
上述目的，藉由下述一種電漿處理裝置而達成，其具備：處理室，配置於真空容器內部而在內側供處理對象的晶圓配置；及處理氣體供給管線，連結至前述真空容器而和前述處理室連通，對該處理室內供給具有附著性的處理用氣體；及前述處理用氣體的氣體排氣管線，將連接至排氣泵浦而和前述處理室連通的處理室排氣管線與前述氣體供給管線連結而將它們連通；具備下述機能，即，在蝕刻前述晶圓的1個處理工程與下一該處理工程彼此之間，在停止往前述處理室的前述處理用氣體之供給的狀態下，進行將前述氣體供給管線內的前述處理用氣體透過前述氣體排氣管線及前述處理室排氣管線予以排氣之工程。
此外，上述目的，藉由下述一種電漿處理方法而達成，其進行：蝕刻處理工程，在配置於真空容器內部的處理室內側配置處理對象的晶圓，而對該處理室內供給蝕刻用氣體來處理前述晶圓；及成膜工程，於該蝕刻處理工程之後對前述處理室內供給具有附著性的成膜用的氣體而在前述晶圓上形成膜；該電漿處理方法，其中，具備：排氣工程，在前述1個蝕刻處理工程與下一該蝕刻處理工程彼此之間，在停止前述蝕刻用氣體的供給的狀態下，將連結至前述真空容器而和前述處理室連通之供前述成膜用的氣體流通的成膜氣體供給管線內的氣體，透過將連接至排氣泵浦而和前述處理室連通的處理室排氣管線與前述成膜氣體供給管線連結而將它們連通之成膜氣體排氣管線及前述處理室排氣管線而予以排氣。 發明之效果
按照本發明，能夠提供一種使產率提升的電漿處理裝置或電漿處理方法。
以下運用圖面說明本案發明的實施形態。 實施例1
運用圖1至圖8，說明本發明的實施例。
圖1為本發明的實施例之電漿處理裝置的全體的構成的概略模型示意縱截面圖。
圖1所示本實施例之電漿處理裝置100，大致區分，具有電磁波供給部101與真空處理部102與排氣部103與氣體供給部104。電磁波供給部101為形成電場與磁場而藉由它們特定的共振亦即電子迴旋共振(Electron Cyclotron Resonance：ECR)來使電場與磁場相互作用而生成電漿之部分，真空處理部102為在被減壓的壓力下藉由電漿與特定的氣體來將晶圓等試料進行蝕刻之部分，排氣部103為將真空處理部102內予以減壓及排氣之部分，氣體供給部104為將用來蝕刻配置於真空處理部102內的試料之氣體供給至真空處理部102之部分。
本實施例之電漿處理裝置100的真空處理部102，具備具有圓筒形的真空容器109，在該真空容器內部，具備供半導體晶圓112等基板狀的試料配置於內側而供電漿形成之空間亦即處理室。本例之電漿處理裝置100，為了在處理室內生成電漿，作為被供給至該處理室內的電場係使用微波的電場，而將被供給至處理室內的處理用氣體的原子或分子等粒子予以激發，使其電離或乖離而生成電漿。使用該電漿，在配置於處理室內的半導體晶圓112等基板狀的試料上面事先形成之包含遮罩與處理對象的膜層之膜構造係被蝕刻。
本例之電漿處理裝置100的真空容器109的內側係可減壓，且在內部具備供半導體晶圓112配置而供電漿形成之空間亦即真空處理室117。又，電漿處理裝置100，在真空容器109的底面下方透過處理室排氣管線G5與真空處理室117內部連通而連結有真空排氣裝置114，該真空排氣裝置114具有將真空處理室117內部排氣而減壓之渦輪分子泵浦或旋轉泵浦等粗抽泵浦。在處理室排氣管線G5上，配置有壓力控制閥V11，其將該管線內部的來自真空處理室117的氣體等粒子的流通之流路的截面積予以增減來調節粒子的流量或速度。再者，真空容器109，在其內部具備供給用來在真空處理室117內生成電漿的第1氣體之第1氣體供給部110及對真空容器105內供給第2氣體之第2氣體供給部111，又具備被配置於真空處理室117內部而供試料亦即半導體晶圓112載置於其上面之試料台亦即平台113。
第1氣體供給部110，面向介電體製的噴淋板108與介電體製的介電體窗117之間的間隙而配置，該介電體製的噴淋板108構成真空處理室117的天板而具有和平台113上面相向配置之圓板形狀，該介電體製的介電體窗117構成真空容器119的蓋構件而具有將內外予以氣密地密封之圓板形狀。從第1氣體供給部110被導入至該間隙內的第1氣體，在間隙內部擴散而從噴淋板18的中央部的貫通孔118自上方流入真空處理室117內部。又，第2氣體供給部111，面向噴淋板108下方的真空處理室117內部而配置於真空容器109的圓筒形的內側壁，和噴淋板108平行地將第2氣體導入至真空處理室117內。
被供給至真空處理室117的電漿生成用的第1氣體，經由與處理氣體供給系統202連接之處理氣體供給管線G7而從第1氣體供給部110先端部的開口被供給至噴淋板108與介電體窗107之間的間隙。此外，是從噴淋板108的複數個貫通孔118被分散導入，藉此，形成於真空處理室117內部的電漿的分布及第1氣體的流量的分布的針對半導體晶圓112面內方向之均一性會提升，而減低半導體晶圓112中心與最外周之蝕刻速度或生成物的堆積的速度的不一致。
同樣地，電漿生成用的第2氣體，經由與前驅物氣體供給系統203連接之處理氣體供給管線G6而從配置於噴淋板108下方的構成真空處理室117的內側側壁面的構件上之第2氣體供給部111先端的開口被供給至真空處理室117內。第1及第2氣體的種類或組成，是依構成形成於晶圓112上的處理對象的膜層的材料的種類或目標的加工形狀而異。
真空處理室117內的壓力，是藉由被供給的第1氣體或第2氣體的流量或速度與透過壓力控制閥V11的真空排氣裝置114所做的排氣的流量或速度之平衡而受到調節。這樣的壓力的調節，是藉由接收來自透過未圖示的通訊手段之控制裝置121的指令訊號之處理氣體供給系統202、前驅物氣體供給系統203或是連接它們與真空處理室117之間的處理氣體供給管線G6，G7上的複數個閥的動作來進行。例如，根據來自控制裝置121的指令訊號而壓力控制閥V11的開度被增減，藉此，真空處理室117內的壓力被調節成適合生成電漿的期望的範圍內之值。本實施例中，使用0.1～100Pa程度的壓力，其適合進行令離子等帶電粒子入射至晶圓112上面而使異方性提升而進行之蝕刻處理。
又，此電漿處理裝置100，具備：磁控管等的電場產生部105，形成用來生成供給至真空處理室117內的電漿之微波的電場；及高頻電源115，透過匹配器111連接至配置於平台113內部的未圖示電極，其供給高頻電力以在晶圓112上形成用來將電漿中的離子等帶電粒子引誘至晶圓112上面而使其入射之偏壓電位。另，電場產生部105，配置於導波管的端部，該導波管配置於介電體窗107上方而將形成的高頻電力朝向下方的真空處理室113在內側傳播。
此外，用來生成電漿的電場，在導波管朝下傳播之後，穿透藉由讓電場穿透的材料所構成之介電體窗108及其下方的介電體製的噴淋板108而被供給至真空處理室117內。本實施例的電場，例如使用2.45GHz頻率的微波，介電體窗108由石英這類讓微波穿透的材料所構成。在本實施例的真空容器109上部的介電體窗108的上方及真空容器109的側壁的周圍，配置有構成電磁波供給部101而被供給直流電流之螺線管線圈106，形成於處理中在真空處理室117內形成電子迴旋共振之磁場。其形成875G的磁場，即本例的運用2.45GHz的微波之電子迴旋共振所必要的磁通量密度。
在此電子迴旋共振所必需的磁場的鄰近，微波會將電子有效率地加速而獲得高能量的電子。然後此高能量的電子，會將蝕刻氣體的分子有效率地電離，藉此電漿會效率地生成。此外，藉由電漿而生成的帶電粒子，會一面受到藉由螺線管線圈106而形成的磁場的磁力線所拘束一面被輸送。該磁場的強度或分布根據來自控制裝置121的透過未圖示通訊手段之指令訊號而受到調節，藉此，往晶圓112上的離子通量的分布，會被調節成可獲得期望的蝕刻處理的結果。
接下來，運用圖1加上圖2說明本實施例的氣體供給部104的構成。圖2為圖1所示實施例的氣體供給部的構成擴大模型示意圖。
本例的氣體供給部104，在內部具備處理氣體供給系統202及前驅物氣體供給系統203。它們各自透過處理氣體供給管線G7與處理氣體供給管線G6而與真空處理室117連結。在處理氣體供給管線G7上，配置有將該管線內部開閉來調節通過的氣體的流通之閥V10，在處理氣體供給管線G6上，同樣地配置有將氣體的流通予以開閉來調節之閥V8及閥V9。
前驅物氣體供給系統203，透過前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3而與處理氣體供給管線G6連接。從前驅物氣體供給系統203供給的前驅物氣體或惰性氣體，是通過前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3而被供給至處理氣體供給管線G6，從第2氣體供給部111被導入至真空處理室117內。
又，前驅物氣體供給系統203，具有供前驅物氣體在內部流動之前驅物氣體供給管線G1及供惰性氣體流動之惰性氣體供給管線G2，該些氣體管線匯流而連結至前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3。在前驅物氣體供給管線G1上，配置有氣體源亦即前驅物氣體供給部204及前驅物氣體流量調節機205，並且在前驅物氣體供給部204與前驅物氣體流量調節機205之間配置有閥V1，又在前驅物氣體供給管線G1和惰性氣體供給管線G2的匯流部與前驅物氣體流量調節機205之間配置有閥V2，該些閥V1、V2將前驅物氣體供給管線G1的內部予以開閉來調節氣體的流通。
在惰性氣體供給管線G2上，配置有氣體源亦即惰性氣體供給部206及惰性氣體流量調節機207，並且在惰性氣體供給部206與惰性氣體流量調節機207之間配置有閥V3，又在前驅物氣體供給管線G1和惰性氣體供給管線G2的匯流部與惰性氣體流量調節機207之間配置有閥V4。來自前驅物氣體供給部204的前驅物氣體的供給，是藉由前驅物氣體流量調節機205而其流量或速度受到調節，藉由閥V1及V2而其管線的開閉受到調節。來自惰性氣體供給部206的惰性氣體，是藉由惰性氣體流量調節機207而其流量或速度受到調節，藉由閥V3及V4而其管線的開閉受到調節。另，前驅物氣體供給管線G1及惰性氣體供給管線G2，是藉由閥V2及V4而在處理室側被連接而匯流。
前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3，為一氣體供給路徑，其連接前驅物氣體供給系統203內的前驅物氣體供給管線G1和惰性氣體供給管線G2的匯流部起算至處理氣體供給管線G6上的閥V9與第2氣體供給部111之間的規定處為止間，而將前驅物氣體或惰性氣體從處理氣體供給管線G6供給至真空處理室117內，在匯流部起算的管線上依序配置有壓力計208及閥V5以及V6。此壓力計208，於調節前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4的氣體的流通時被使用。閥V5及V6，藉由被閉塞而防止來自處理氣體供給管線G6的氣體往前驅物氣體供給系統203或前驅物氣體供給管線G1及供惰性氣體流動的惰性氣體供給管線G2流入。
前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4，為連接前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3與真空排氣管線G5之氣體路徑，其上配置有將此路徑開閉的閥V7，而連接至閥V11與真空排氣裝置209間的真空排氣管線G5上之處。當停止從前驅物氣體供給系統203往處理氣體供給管線G6之氣體的供給時，殘留在閥V2及V4及V5間的前驅物氣體供給管線G1、惰性氣體供給管線G2及前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3內之前驅物氣體，會通過開放了閥V7的前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4而連接至處理室排氣管線G6而被排氣。真空排氣裝置114，亦發揮將蒸氣殘留的前驅物氣體予以排氣之功用。
接下來，運用圖3至8說明本實施例的電漿處理裝置100所實施的事先形成於半導體晶圓112表面的處理對象的膜之處理當中，複數個閥的開閉及各氣體管線上的氣體的流通。圖3為圖1所示實施例之電漿處理裝置所實施的半導體晶圓的處理中的動作的流程的一例示意時間圖。
本實施例中，半導體晶圓112的處理中，半導體晶圓112被搬入至真空處理室117內而被保持於平台113上之後，於處理前高真空排氣(參照圖4)之後，依序進行蝕刻處理(參照圖5)、ALD(參照圖6)、Ox放電(運用氧氣體之電漿生成工程，參照圖7)等工程後，再度實施蝕刻處理(參照圖4)的工程。本實施例中，將以上述記載順序進行之該些工程訂為1個循環，將該循環反覆複數次後再進行處理後粗抽排氣(參照圖8)。其後，半導體晶圓112從真空處理室117被搬出。
圖3中，藉由ON及OFF所示實線來表示複數個閥V1至V11的開閉及氣體管線G1至G7的氣體的流通的有無，以便實現上述工程的各者中所必要的氣體或真空處理室112內的壓力。另，雖僅表示各氣體管線的氣體的流通，但配置於單一或連結而連通的複數個氣體管線上之藉由流量調節機而流動的氣體的流量或速度，是根據來自控制裝置121的指令訊號而被調節成適合處理的工程的範圍之值。
另，本實施例的圖3至圖8所示之，複數個閥的開閉所致之複數個氣體管線內的氣體的流通的開始或停止或者該些動作所致之氣體的流動路徑的選擇、或是閥的開度的調節所致之氣體的流量或速度的調節，係根據來自控制裝置121的指令訊號而進行。
圖4至圖8，說明圖3所示處理前高真空排氣的工程當中連接至真空處理室117的排氣部及氣體供給部104以及將它們連結而連接之複數個氣體管線上的複數個閥的開閉的狀態與氣體的流動。圖4為圖1的實施例之電漿處理裝置的圖3所示處理前高真空排氣的工程中的狀態模型示意圖。
如本圖所示，於處理前高真空排氣的工程中，前驅物氣體供給系統203內的前驅物氣體供給管線G1上的閥V1，V2、惰性氣體供給管線G2上的閥V3，V4以及前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4上的閥V7被閉塞，該些氣體管線的氣體的流通停止，而來自前驅物氣體供給系統203的前驅物氣體或惰性氣體往真空處理室117及處理室排氣管線G5之流通被阻止，維持此狀態。與此同時，前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3上的閥V5，V6及處理氣體供給管線G6，G7上的閥V8至V10以及處理室排氣管線G5上的閥11開放，維持此狀態。在此狀態下，真空排氣裝置114根據來自控制裝置121的指令訊號而被驅動，閥11被設為最大限度的開度。
藉此，來自電漿處理裝置100的處理氣體供給系統202之處理氣體，會通過處理氣體供給管線G6，G7而被供給至真空處理室117之後通過處理室排氣管線G5而被排氣，並且真空處理室117內的壓力，會被減低至比半導體晶圓112的蝕刻處理的工程中還高的真空度。例如，被設為0.7Pa(約5.0mmTorr)以下的壓力。又，此工程中，前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3、以及前驅物氣體供給管線G1和惰性氣體供給管線G2的匯流部與閥V2及閥V4之間的各管線內部的氣體，亦從處理氣體供給管線G6透過真空處理室117而通過處理室排氣管線G5被排氣。
另，圖4至圖8中，各閥的狀態，「開放」或以規定的開度「開」之狀態是以黑色塗滿，「閉」或「氣密地閉塞」之狀態是以反白表示。此外，藉由閥被「開」或「開放」而氣體在各氣體管線流通的情形下，以箭頭表示發生了氣體的流動及其方向。
圖5為圖1的實施例之電漿處理裝置的圖3所示蝕刻處理的工程中的狀態模型示意圖。
如本圖所示，蝕刻處理的工程中，前驅物氣體供給系統203內的前驅物氣體供給管線G1上的閥V1，V2、惰性氣體供給管線G2上的閥V3，V4以及前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4上的閥V7，從處理前高真空排氣的工程持續被維持在閉塞的狀態，該些氣體管線的氣體的流通仍為停止。又，前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3上的閥V5，V6被閉塞，來自前驅物氣體供給系統203的前驅物氣體或惰性氣體往前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3之氣體流通及往處理室排氣管線G5之流通被維持在停止的狀態。
另一方面，處理氣體供給管線G1，G2上的閥V8至V10開放，於蝕刻處理的工程中處理氣體通過該些處理氣體供給管線G1，G2而被供給至真空處理室117內。又，該工程期間，亦如同處理前高真空排氣的工程中般，真空處理室112內的氣體或生成物等粒子通過處理室排氣管線G4而被排氣至室外。藉由連結而連通至處理氣體供給管線G1，G2的來自第1、第2氣體供給部的處理氣體的流量、速度，以及通過處理室排氣管線G5的藉由真空排氣裝置114的驅動與閥11的開度而受到調節的排氣的流量、速度之平衡，真空處理室117內部的壓力會被設為適合半導體晶圓112上面的處理對象的膜層的蝕刻處理的條件的範圍內之值。本例中，例如被設為0.7至4Pa的範圍內之值。
在此狀態下，藉由與從電磁波供給部101被供給的電場或磁場之相互作用，運用處理氣體在真空處理室117內生成電漿。運用生成的電漿，半導體晶圓112上面的處理對象的膜層被蝕刻處理。該蝕刻處理中仍然地，閥11被維持在具有根據來自控制裝置121的指令訊號之開度的開狀態，從真空處理室117內通過處理室排氣管線G5之粒子的排氣持續，真空處理室117內部的壓力被維持在適合處理的範圍內。
本例的蝕刻處理，係接受來自未圖示之殘餘膜厚度的檢測器或蝕刻的終點判定器的輸出之控制裝置121，於判定到達了目標的殘餘厚度或終點以前持續，若判定該到達則結束。另，本例的蝕刻處理的工程中，藉由從高頻電源116對配置於平台113內部的電極供給高頻電力，會根據與真空處理室117中形成的電漿之電位差而在半導體晶圓112上面上形成偏壓電位，電漿中的離子等帶電粒子會被引誘至半導體晶圓112上面的處理對象的膜層而衝撞至未被包含溝或孔的底面之遮罩層覆蓋的處理對象的膜層的上面。運用此時的離子衝撞能量，來實施沿著基於電位差的電場的方向之異方性的蝕刻。
圖6為圖1的實施例之電漿處理裝置的圖3所示ALD(原子層堆積)的工程中的狀態模型示意圖。本實施例的ALD的工程中，係進行在半導體晶圓112被保持於真空處理室117內的平台113上之狀態下將堆積性的氣體供給至真空處理室117內，藉此使該氣體的粒子附著於圖5所示蝕刻處理的工程中形成於半導體晶圓112的上面的溝或孔等加工後的形狀的表面。
如本圖所示，ALD的工程中，前驅物氣體供給系統203內的前驅物氣體供給管線G1上的閥V1，V2、惰性氣體供給管線G2上的閥V3，V4以及前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3上的閥V5，V6開放，前驅物氣體或惰性氣體通過前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3而通過處理氣體供給管線G6被供給至真空處理室117內。另一方面，處理氣體供給管線G6，G7上的閥V8至V10被氣密地閉塞，來自處理氣體供給系統202的處理氣體通過該些氣體管線之流通被停止。又，前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4上的閥V7維持閉塞，來自前驅物氣體供給系統203的前驅物氣體或惰性氣體在前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3流通、或是往處理室排氣管線G5流通被維持在阻止的狀態。
本實施例中ALD中使用的前驅物氣體，例如對於處理對象的SiO(包含SiO2 等的氧化矽而構成)膜，使用雙(二乙基胺)矽烷(BDEAS或SAM24)、四(二甲基胺)矽烷(4DMAS)、三(二甲基胺)矽烷(3DMAS)、雙(二甲基胺)矽烷(2DMAS)、四(乙基甲基胺)矽烷(4EMAS)、三(乙基甲基胺)矽烷(3EMAS)、雙(第三級丁基胺)矽烷(BTBAS)、及雙(乙基甲基胺)矽烷(BEMAS)的其中一者或複數以規定的流量或分量或者壓力比組合而成者。前驅物氣體的粒子之附著，係粒子附著於處理對象的膜的表面，而進行直到適合處理的目標的厚度。另一方面，來自該些堆積的前驅物氣體之粒子，可能會具有自我飽和性，亦即隨著趨近比該適合厚度還小的規定厚度則堆積的速度明顯變小。
本實施例中，在此情形下，反覆複數次該ALD的工程與接下來說明之Ox放電的工程之組合，藉此使粒子堆積至目標的厚度。1次的ALD的工程，會到達由上述自我飽和性所決定之規定的厚度，但會一直實施到接受來自未圖示之膜厚度檢測器的輸出之控制裝置121檢測出，或者實施事先已確認會到達規定的厚度之規定的時間才結束。
另，ALD的工程中仍然地，真空排氣裝置114被驅動而閥V11的開度受到調節，真空處理室117內的壓力被維持在適合ALD的工程的範圍內之值。本例中，例如被設為1.0Pa(約7.5mmTorr)。
圖7為圖1的實施例之電漿處理裝置的圖3所示Ox放電的工程中的狀態模型示意圖。本例的Ox放電的工程，是對真空處理室117內供給氧氣體(Ox氣體，x為1以上的自然數)，運用來自電磁波供給部101的電場或磁場而形成電漿，令該電漿與圖6所示ALD的工程中附著而堆積於被蝕刻的處理對象的膜層的表面之來自前驅物氣體的粒子相互作用，使其物理或化學地變質而使其吸附作為該膜表面的保護膜層。
如本圖所示，Ox放電的工程中，前驅物氣體供給系統203內的前驅物氣體供給管線G1、惰性氣體供給管線G2、前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3、處理氣體供給管線G6及處理室排氣管線G5上的閥V1至V9被氣密地閉塞，該些氣體管線內的氣體的流通被停止，維持此狀態。另一方面，處理氣體供給管線G7上的閥V10開放，來自處理氣體供給系統202的氧氣體(Ox氣體)透過處理氣體供給管線G7及第1氣體供給部110通過噴淋板108的貫通孔118被導入至真空處理室117內。
被供給的Ox氣體藉由與來自電磁波供給部101的電場或磁場之相互作用而被激發，電離或解離而被電漿化。另一方面，在此狀態下閥V11以根據來自控制裝置121的指令訊號之開度被開啟，藉此，Ox放電的工程中仍然地，來自真空處理室117內部的粒子通過處理室排氣管線G5之排出會被維持。Ox放電的工程的期間，藉由來自第1氣體供給部110的Ox氣體之供給及真空排氣裝置114所致之通過處理室排氣管線G5的排氣之平衡，真空處理室117的壓力被維持在適合Ox放電的範圍內之值。本例中，例如被設為0.7Pa(約5.0mmTorr)。
Ox放電的工程，較佳是一直實施到ALD的工程中堆積的來自前驅物氣體的粒子物理地或化學地變質而吸附作為該膜表面的保護膜層。本例中，係實施已事先確認會讓先前的ALD的工程中被檢測出到達了規定的厚度之來自前驅物氣體的粒子的堆積層全部變質而吸附作為保護膜層之時間。
又，保護膜層的厚度，當藉由接受來自膜厚檢測器的輸出之控制裝置121檢測到未到達期望的目標的厚度，或藉由控制裝置121檢測到未到達事先確認會到達該目標的厚度之ALD的工程及Ox放電的工程的組合的反覆次數的情形下，將ALD及Ox放電的各工程訂為1個工程的集合(set)，將其再度反覆。其後，若控制裝置121中檢測到保護膜層的厚度已到達目標的厚度，則Ox放電的工程被停止。
本實施例中，當接收到來自未圖示之檢測器的輸出之控制裝置121中檢測到圖5所示蝕刻處理的工程的結果所形成的溝或孔等加工後的形狀未到達期望，例如溝或孔的蝕刻深度或處理對象的膜層的殘餘厚度未到達期望的情形下，將從圖5的蝕刻處理的工程至圖5、6的ALD及Ox放電的工程的組合(set)的至少1次訂為1個循環而再度反覆該循環。除了初次以外的任意一次的循環之圖5的蝕刻處理的工程中，覆蓋前次的循環中形成的溝或孔的底面之保護膜層，會藉由被引誘而衝撞的電漿中的離子等帶電粒子而被去除，下方的處理對象的膜層之蝕刻，會具有沿著藉由來自高頻電源116的高頻電力而肇生的偏壓電位的電場之異方性而進行。
像以上這樣，本例的蝕刻處理裝置100中，是將包含上述圖5至圖7所示依序進行的複數個工程之一套的處理的工程訂為1循環而至少實施1次。此外，在任意的循環與其前或後1次的循環之間，亦可實施圖4所示高真空排氣的工程。
圖8為圖1的實施例之電漿處理裝置的圖3所示處理後粗抽排氣的工程中的狀態模型示意圖。本例的處理後粗抽排氣的工程，是將包含圖5至圖7所示依序進行的工程之一套的複數個工程訂為1個循環而至少實施了1次的循環的處理之後，將前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3及前驅物氣體供給管線G1、惰性氣體供給管線G2內的氣體通過前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4導入至閥V11與真空排氣裝置114之間的處理室排氣管線G5上，而使用真空排氣裝置114排出。此工程，可在任意的對於半導體晶圓112的處理對象的膜層之處理結束而被搬出至真空處理室117外而下一半導體晶圓112被載置保持於真空處理室112內部的平台113上起算至最初的ALD的工程開始前進行，亦可在對1個半導體晶圓112施加之處理的每1次的循環進行。
例如，當接收到來自未圖示之檢測器的輸出之控制裝置121中檢測到任意的循環之圖5的蝕刻處理的工程中形成的溝或孔等加工後的形狀未到達期望，例如溝或孔的蝕刻深度或處理對象的膜層的殘餘厚度未到達期望的情形下，該蝕刻工程及包含其之任意次的循環會被結束。其後，如圖8所示般前驅物氣體供給系統的氣體管線與處理室排氣管線G5會透過前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4被連結而連通，殘留在連通的氣體管線的內部之氣體被排氣。
亦即，閥V1，V3，V5，V6及V8至V10被氣密地閉塞，又閥V11被閉塞，藉此，從處理氣體供給管線G1及G2及真空處理室117、前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3的閥V5至和處理氣體供給管線G6的匯流部為止之範圍的內部的氣體的流通會被停止，維持此狀態。另一方面，閥V2，V4，V7開放，殘留在從前驅物氣體供給管線G1的閥V2至和惰性氣體供給管線G2的匯流部為止、及從惰性氣體供給管線G2的閥V4至和前驅物氣體供給管線的匯流部為止之處、以及該匯流部與閥V5之間的前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3之處的內部之前驅物氣體，會流入前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4而與該氣體管線的內部的氣體一起藉由真空排氣裝置114被驅動而流入處理室排氣管線G5而藉由真空排氣裝置114被排氣。
本例的真空排氣裝置114，在該粗抽排氣的工程中，是使用旋轉泵浦等粗抽用的泵浦而非渦輪分子泵浦。通例而言，高真空度的排氣中使用之渦輪分子泵浦與相對低真空度用之粗抽用的泵浦，是在從真空處理室117起算的排氣的路徑上依排氣的流動的順序而前者與後者被依序連通而連結。本例的情形下，該粗抽排氣的工程中的前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3是連接至渦輪分子泵浦的出口與粗抽用的泵浦的入口之間的處理室排氣管線G5上之處，至少在該工程中滯留或流入前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3的氣體會藉由粗抽用的泵浦而透過處理室排氣管線G5被排出至外部。
另，圖8所示粗抽排氣的工程中，雖示意前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3上的閥V5，V6的雙方被閉塞之工程，但亦可設計成僅將閥V6氣密地閉塞而將V5開放，藉此將該氣體管線上的閥V5與V6之間之處的內部的氣體通過前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4予以排氣。
另，於本工程開始前，處理氣體供給管線G1及G2以及處理室排氣管線G5，可能因為在蝕刻處理等的工程中將內部的氣體供給至真空處理室117內而被維持在低壓力。此時，當為了做圖8所示處理後粗抽排氣而將閥V7開啟時，恐有氣體從被設為相對高壓力的處理室排氣管線G5逆流往前驅物氣體供給管線G1及惰性氣體供給管線G2或者前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3之虞。本例中，為防止該逆流，根據來自控制裝置121的指令訊號，將閥V3及V4設為開而藉由惰性氣體供給部206供給惰性氣體來將前驅物氣體供給管線氣體G1及惰性氣體供給管線G2的內部設為高壓。控制裝置121，使用壓力計208檢測前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3或和其連通之前驅物氣體供給管線G1及惰性氣體供給管線G2內部的壓力，將該檢測到的壓力與處理室排氣管線G5內的壓力比較，於判定前者的壓力變高之後將閥V7設為開。藉此，便防止逆流。
如上述般，在粗抽排氣的工程中，是在使用BDEAS等堆積性大的前驅物氣體來進行蝕刻處理之物當中，於下一蝕刻處理的工程之前，將供前驅物氣體流通的氣體管線內部運用真空排氣裝置114予以排氣。藉此，便抑制氣體的粒子或該粒子與其他物質化合而形成之生成物在氣體管線內部堆積而造成氣體的流動停滯或者阻礙氣體流動，導致半導體晶圓的處理中無法實現期望的氣體的流量或速度，而損及處理的產率。這樣的粗抽排氣的工程，可每當上述1個循環結束便進行，亦可於蝕刻處理的對象的膜層之處理的工程結束後，在下一ALD的工程開始前的期間進行。無論哪種情形下，為了抑制處理室排氣管線G5內部的氣體或粒子通過前驅物氣體及惰性氣體排氣管線G4而朝逆方向流入前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3或和其連通的前驅物氣體供給管線G1及惰性氣體供給管線G2，於各閥開放之前壓力會受到調節。
藉由上述的實施例，能夠提供一種產率提升的電漿處理裝置或電漿處理方法，抑制處理步驟間的前往配管的前驅物氣體殘留在前驅物氣體供給管線G1、惰性氣體供給管線G2、前驅物氣體及惰性氣體供給管線G3、前驅物氣體及惰性氣體處理管線G4內，而抑制前驅物氣體的粒子或其化合物所致之生成物的堆積所造成的不良影響。
100:電漿處理裝置 101:電磁波供給部 102:真空處理部 103:排氣部 104:氣體供給部 105:電場產生部 106:電磁線圈 107:介電體窗 108:噴淋板 109:真空容器 110:第1氣體供給部 111:第2氣體供給部 112:半導體晶圓 113:平台 114:真空排氣裝置 115:匹配器 116:高頻電源 117:真空處理室 118:貫通孔 119:第1氣體流向 120:第2氣體流向 121:控制裝置 202:處理氣體供給系統 203:前驅物氣體供給系統 204:前驅物氣體供給部 205:前驅物氣體流量調節機 206:惰性氣體供給部 207:惰性氣體流量調節機 208:壓力計 209:真空排氣裝置 G1:前驅物氣體供給管線 G2:惰性氣體供給管線 G3:前驅物氣體及惰性氣體供給管線 G4:前驅物氣體及惰性氣體排氣管線 G5:處理室排氣管線 G6:處理氣體供給管線 G7:處理氣體供給管線
[圖1]本發明的實施例之電漿處理裝置的全體的構成的概略示意縱截面圖。 [圖2]圖1所示實施例的氣體供給部的構成擴大模型示意圖。 [圖3]圖1所示實施例之電漿處理裝置所實施的半導體晶圓的處理中的動作的流程的一例示意時間圖。 [圖4]圖1的實施例之電漿處理裝置的圖3所示處理前高真空排氣的工程中的狀態模型示意圖。 [圖5]圖1的實施例之電漿處理裝置的圖3所示蝕刻處理的工程中的狀態模型示意圖。 [圖6]圖1的實施例之電漿處理裝置的圖3所示ALD(原子層堆積)的工程中的狀態模型示意圖。 [圖7]圖1的實施例之電漿處理裝置的圖3所示Ox放電的工程中的狀態模型示意圖。 [圖8]圖1的實施例之電漿處理裝置的圖3所示處理後粗抽排氣的工程中的狀態模型示意圖。
100:電漿處理裝置
101:電磁波供給部
102:真空處理部
103:排氣部
104:氣體供給部
105:電場產生部
106:電磁線圈
107:介電體窗
108:噴淋板
109:真空容器
110:第1氣體供給部
111:第2氣體供給部
112:半導體晶圓
113:平台
114:真空排氣裝置
115:匹配器
116:高頻電源
117:真空處理室
118:貫通孔
119:第1氣體流向
120:第2氣體流向
121:控制裝置
202:處理氣體供給系統
203:前驅物氣體供給系統
G3:前驅物氣體及惰性氣體供給管線
G4:前驅物氣體及惰性氣體排氣管線
G5:處理室排氣管線
G6:處理氣體供給管線
G7:處理氣體供給管線
V5~V10:閥
V11:壓力控制閥

Claims (8)

  1. 一種電漿處理裝置，具備：處理室，配置於真空容器內部而在內側供處理對象的晶圓配置；及處理氣體供給管線，連結至前述真空容器而和前述處理室連通，對該處理室內供給具有附著性的處理用氣體；及前述處理用氣體的氣體排氣管線，將連接至排氣泵浦而和前述處理室連通的處理室排氣管線與前述氣體供給管線連結而將它們連通；具備下述機能，即，在蝕刻前述晶圓的1個處理工程與下一該處理工程彼此之間，在停止往前述處理室的前述處理用氣體之供給的狀態下，進行將前述氣體供給管線內的前述處理用氣體透過前述氣體排氣管線及前述處理室排氣管線予以排氣之工程。
  2. 如請求項1記載之電漿處理裝置，其中，將複數個工程訂為1個循環而對配置於前述處理室內的前述晶圓進行至少1次該循環，該複數個工程係具有於將前述晶圓做蝕刻處理的處理工程之後，供給前述具有附著性的處理用氣體而在前述晶圓上形成膜之成膜工程。
  3. 如請求項1記載之電漿處理裝置，其中，前述氣體供給管線具備：前述處理用氣體的流量調節器；及配置於該流量調節器與和前述氣體排氣管線連接之處之間的第1閥；及配置於該連接處與前述處理室之間而將內部開閉的第2閥；並且前述氣體排氣管線具有將其內部開閉的第3閥， 具備：控制裝置，於將前述處理用氣體排氣的工程中以關閉前述第1及第2閥而開啟第3閥之方式予以調節。
  4. 如請求項3記載之電漿處理裝置，其中，具備：於將前述晶圓做蝕刻處理的前述處理工程中供給另一處理用氣體之另一氣體供給管線；及配置於該另一氣體供給管線上而將內部開閉之第4閥；進行根據來自前述控制裝置的指令訊號而關閉前述第4閥並且在停止從前述處理室的排氣的狀態下將前述處理用氣體排氣之工程。
  5. 一種電漿處理方法，進行：蝕刻處理工程，在配置於真空容器內部的處理室內側配置處理對象的晶圓，而對該處理室內供給蝕刻用氣體來處理前述晶圓；及成膜工程，於該蝕刻處理工程之後對前述處理室內供給具有附著性的成膜用的氣體而在前述晶圓上形成膜；該電漿處理方法，其中， 具備：排氣工程，在前述1個蝕刻處理工程與下一該蝕刻處理工程彼此之間，在停止前述蝕刻用氣體的供給的狀態下，將連結至前述真空容器而和前述處理室連通之供前述成膜用的氣體流通的成膜氣體供給管線內的氣體，透過將連接至排氣泵浦而和前述處理室連通的處理室排氣管線與前述成膜氣體供給管線連結而將它們連通之成膜氣體排氣管線及前述處理室排氣管線而予以排氣。
  6. 如請求項5記載之電漿處理方法，其中，將複數個工程訂為1個循環而對配置於前述處理室內的前述晶圓進行至少1次該循環，該複數個工程係於前述蝕刻處理工程之後具有前述成膜工程。
  7. 如請求項5記載之電漿處理裝置，其中，前述成膜氣體供給管線具備：前述處理用氣體的流量調節器；及配置於該流量調節器與和前述氣體排氣管線連接之處之間的第1閥；及配置於該連接處與前述處理室之間而將內部開閉的第2閥；並且前述成膜氣體排氣管線具有將其內部開閉的第3閥， 於前述排氣工程中前述第1及第2閥被關閉而前述第3閥被開啟。
  8. 如請求項7記載之電漿處理方法，其中，前述排氣工程中，將往前述處理室的前述蝕刻用氣體的處理氣體供給管線予以閉塞，並且在停止從前述處理室內部往前述處理室排氣管線的排氣的狀態下，進行前述排氣工程。
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