TW202147443A - 電漿處理方法及電漿處理裝置 - Google Patents

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高良穣二
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之目的在一面抑制加予基板整體之電漿特性的偏移，一面向邊緣環施加直流電壓。 本發明提供包含下列步驟之電漿處理方法：(a)在處理室的內部產生電漿之步驟、(b)在產生該電漿期間向圍繞基板周圍之邊緣環施加直流電壓之步驟、(c)在施加該直流電壓期間取得該邊緣環的第一電壓之步驟、(d)停止施加該直流電壓之步驟、(e)在停止施加該直流電壓期間取得該邊緣環的第二電壓之步驟、以及(f)根據該第一電壓與該第二電壓計算該直流電壓之控制用的參數之步驟。

Description

電漿處理方法及電漿處理裝置
本發明係關於電漿處理方法及電漿處理裝置。
例如，專利文獻1、2已揭示了一種電漿處理裝置，其在載置於載置台之基板的周圍設置邊緣環，並向邊緣環施加直流電壓。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開2007-258417號公報 ［專利文獻2］日本特開2019-145729號公報
［發明所欲解決之問題］
本發明提供一種能「一面抑制加予基板整體之電漿特性的偏移，一面向邊緣環施加直流電壓」之技術。 ［解決問題之技術手段］
依本發明之一態樣，提供包含以下步驟之電漿處理方法：(a)在處理室的內部產生電漿之步驟、(b)在產生該電漿期間向圍繞基板周圍之邊緣環施加直流電壓之步驟、(c)在施加該直流電壓期間取得該邊緣環的第一電壓之步驟、(d)停止施加該直流電壓之步驟、(e)在停止施加該直流電壓期間取得該邊緣環的第二電壓之步驟、以及(f)根據該第一電壓與該第二電壓計算該直流電壓之控制用的參數之步驟。 ［發明之效果］
依本發明之一態樣，能一面抑制加予基板整體之電漿特性的偏移，一面向邊緣環施加直流電壓。
以下，參照圖式而針對用以實施本發明的態樣加以說明。在各圖式中，有時會對相同構成部分賦予相同符號並省略重複之說明。
［電漿處理裝置］ 以下參照圖1針對依一實施態樣的電漿處理裝置100加以說明。圖1係顯示依一實施態樣的電漿處理裝置100之概略剖面圖。電漿處理裝置100包含電性上被設定為接地電位的處理室1。處理室1為圓筒狀，由例如鋁所構成。在處理室1內設置有載置基板W之載置台ST。載置台ST包含：第一板4、第二板6、以及靜電夾頭5。第一板4及第二板6係由例如鋁所形成。靜電夾頭5係由例如介電質所形成。在第二板6之上設置有第一板4，且在第一板4之上設置有靜電夾頭5。
在基板W的周圍設置有由例如矽所形成的邊緣環7。邊緣環7亦稱為對焦環。在邊緣環7、第一板4、以及第二板6的周圍設置有圓筒狀的內壁構件9a。載置台ST係透過連接在內壁構件9a的下端部的支撐構件9及內壁構件9a而配置於處理室1的底部。支撐構件9及內壁構件9a係由例如石英所形成。
靜電夾頭5內的電極5c係被夾在介電質5b之間，與直流電源12連接。從直流電源12向電極5c施加直流電壓的話，會產生庫侖力，將基板W靜電吸附於靜電夾頭5。
第一板4，在內部包含流道2d。由急冷器單元供給之熱交換媒體，例如水，在入口配管2b、流道2d、及出口配管2c循環。在載置台ST的內部形成有傳熱氣體供給路徑16。傳熱氣體供給源19向傳熱氣體供給路徑16供給傳熱氣體，並向基板W的底面與靜電夾頭5之間的空間導入傳熱氣體。受導入之傳熱氣體可為氦氣(He)、氬氣(Ar)等惰性氣體。在載置台ST設置有銷插穿道，藉由升降機構，插穿銷插穿道之升降銷會上下移動，藉而在搬運時將基板W升降。
在第二板6有第一射頻電源10a經由第一匹配器11a而連接於其上，並有第二射頻電源10b經由第二匹配器11b而連接於其上。第一射頻電源10a向第二板6施加用以產生第一頻率的電漿之射頻電力。第二射頻電源10b向第二板6施加具有頻率為較第一頻率低的第二頻率、用以將離子引入的偏壓電壓用射頻電力。然而，由第二射頻電源10b供給之射頻電力有時亦被使用於產生電漿。
電漿處理裝置100更包含直流電源55。直流電源55連接於第二板6，並從第二板6隔著第一板4電性連接於邊緣環7。直流電源55向邊緣環7供給直流電壓，並控制邊緣環7上的鞘層之厚度。施加於邊緣環7之直流電壓的控制係依據邊緣環7的消耗量而施行。
在載置台ST的上方設置有與載置台ST對向之上部電極3。上部電極3包含電極板3b與頂板3a。在上部電極3的周圍設置了支撐上部電極3之絕緣性的環狀構件95，並且，藉由上部電極3與環狀構件95將處理室1的上部開口封閉。頂板3a係由導電性材料例如表面受到陽極氧化處理的鋁所形成，並在其下部將電極板3b以能裝卸自如的方式支撐。
在頂板3a形成有氣體擴散室3c及用以朝氣體擴散室3c導入處理氣體的氣體導入口3g。在氣體導入口3g連接有氣體供給配管15a。在氣體供給配管15a上依序連接氣體供給部15、質量流量控制器(MFC)15b以及開關閥門V2，並且由氣體供給部15經由氣體供給配管15a向上部電極3供給處理氣體。開關閥門V2及質量流量控制器(MFC)15b則控制氣體的開啟/關閉及流量。
在氣體擴散室3c的下部朝向處理室1內形成有許多的氣體流通孔3d，並與形成於電極板3b之氣體導入孔3e連通。處理氣體通過氣體擴散室3c、氣體流通孔3d，從氣體導入孔3e向處理室1內噴淋狀地供給。
在上部電極3，經由低通濾波器(LPF)71連接有直流電源72，且藉由開關73將從直流電源72輸出的直流電壓之供電開啟/關閉。在從第一射頻電源10a、第二射頻電源10b向載置台ST施加射頻電力而使處理氣體電漿化之際，依據需要將開關73開啟而向上部電極3施加期望的直流電壓。
從處理室1的側壁向比上部電極3的高度位置更上方延伸地設置了圓筒狀的接地導體1a。此圓筒狀的接地導體1a，在其上部具有頂壁。
在處理室1的底部形成有排氣口81，且在排氣口81係經由排氣管82而連接著排氣裝置83。排氣裝置83包含真空泵浦，並藉由使真空泵浦作動而將處理室1內減壓至既定的真空度。在處理室1內的側壁設置有基板W的搬入搬出口84，搬入搬出口84係藉由閘閥85而成為可開閉。
沿著處理室1的側部內壁以裝卸自如的方式設置有沉積物屏障86。又，沿著內壁構件9a以裝卸自如的方式設置有沉積物屏障87。沉積物屏障86、87防止蝕刻副產生物(沉積物)付著於處理室1的側部內壁及內壁構件9a。在沉積物屏障86之與基板W約略相同高度位置，設置以可控制相對於接地之電位的方式連接之導電性構件(GND塊)89，藉此防止異常放電。
電漿處理裝置100係受到控制部90統合地控制。在控制部90設置有：製程控制器91，控制電漿處理裝置100的各部件；使用者介面92；以及儲存部93。
使用者介面92包含製程管理者為了管理電漿處理裝置100而進行指令的輸入操作之鍵盤，或是將電漿處理裝置100的運轉狀況視覺化表示之顯示器等。
在儲存部93儲存著：令製程控制器91執行在電漿處理裝置100所執行的各種處理之控制程式(軟體)；或儲存了處理條件資料等之處理程序。然後，依據需要，以來自使用者介面92的指示等從儲存部93叫出任意的處理程序並令製程控制器91執行。藉此，根據控制部90的控制在電漿處理裝置100對基板W進行處理。又，關於控制程式或處理條件資料等之處理程序，能利用儲存於可藉由電腦讀取的電腦儲存媒體等的狀態者，或是亦能從其他的裝置經由例如專用線路而隨時傳送並在線上使用。作為儲存媒體，可列舉出例如硬碟、CD(compact disc，光碟)、軟碟、半導體記憶體等。
［邊緣環消耗對策］ 邊緣環7在基板W的處理中暴露於電漿並且會消耗。例如在對基板W進行蝕刻處理的情況下，當邊緣環7是全新時，如在圖2以實線所示，邊緣環7係配置成邊緣環7上的電漿鞘層(以下稱為「鞘層」)與基板W上的鞘層係相同高度。在此狀態下，電漿中的離子垂直入射基板W，並在基板W上的蝕刻對象膜形成垂直狀的蝕刻凹部。
邊緣環7消耗的話，如在圖2以虛線所示，邊緣環7上的鞘層之高度會變得低於基板W上的鞘層之高度。其結果，在基板W的外周端部的區域，電漿中的離子會傾斜入射，並在基板W上的蝕刻對象膜形成斜向傾斜的蝕刻凹部。此時的傾斜角度以θ表示。傾斜角度θ的變化量係隨離子的入射角而改變。換言之，傾斜角度θ的變化量係依邊緣環7上的鞘層厚度亦即邊緣環7的消耗量而改變。
為了使離子的入射角成為垂直、使蝕刻凹部成為垂直狀，直流電源55因應邊緣環7的消耗量而向邊緣環7供給直流電壓，而控制邊緣環7之上的鞘層厚度。藉此，能將邊緣環7上的鞘層調整成與基板W上的鞘層係相同高度。藉此，能將傾斜角度θ控制成約90°而形成垂直狀的蝕刻凹部。
但是，在向邊緣環7施加直流電壓的情況下與不施加直流電壓的情況下，從第一射頻電源10a及第二射頻電源10b向第二板6施加，且透過第一板4流至電漿產生空間之射頻電流的大小會改變。例如，在不向邊緣環7施加直流電壓的情況下，流至基板W的中心側之射頻電流與流至邊緣側之射頻電流為大致相同的大小。相對於此，在向邊緣環7施加直流電壓的情況下，流至基板W的中心側之射頻電流會變得較大。由此，基板W的中心、中間側之上方的電漿密度會變高。此結果會產生以下的課題。
第一個是，儘管想要藉由向邊緣環7施加直流電壓而控制基板W之外周端部的區域之電漿特性，但基板W的中央部、外周部、外周端部之區域的基板整體之電漿特性會改變，而對基板整體的處理造成影響。例如若蝕刻速率等在基板整體偏移的話，會產生處理完畢之基板的品質變差的問題。因此，將「向基板整體加予之電漿特性的偏移最小化」成為課題。
第二個是，將「向基板整體加予之電漿特性的偏移」最小化，並構築「高精度地控制基板W之外周端部的區域」之對邊緣環7施加直流電壓的方法。例如，就「對一個基板進行包含各式各樣的步驟之製程的處理」而言，吾人希望達到使對邊緣環7之直流電壓的控制不隨著各式各樣的製程(步驟)而變得繁雜。
對於此等課題，本實施態樣之電漿處理裝置100，提供一種電漿處理方法，該電漿處理方法能將「向基板整體加予之電漿特性的偏移」最小化，並同時統一地控制施加於邊緣環7之直流電壓。
［參考例之直流電壓的控制方法］ 在說明本實施態樣之前，一面參照圖3一面針對參考例之向邊緣環7施加之直流電壓的控制方法加以說明。圖3係顯示參考例之施加於邊緣環7的直流電壓與傾斜角度的控制例之圖式。圖3的橫軸表示施加於邊緣環7之直流電壓V、縱軸表示傾斜角度θ(°)。亦將直流電壓V的數值標示為V(DC)。以下揭示圖3所示之各製程的模擬條件。
製程1(新)表示將給定條件之製程1施行於基板的情況、並且邊緣環7為全新的情況。在此情況下，如實線P11所示，藉由將施加於邊緣環7之直流電壓V(DC)控制在0～75［-V］左右，能將傾斜角度θ調整至89°～91°左右。
製程1(舊)表示將給定條件之製程1施行於基板的情況、並且邊緣環7已被使用了既定時間並已消耗的情況。在此情況下，如虛線P12所示，藉由將施加於邊緣環7之直流電壓V(DC)控制在50～110［-V］左右，能將傾斜角度θ調整至89°～91°左右。
製程2(新)表示將與製程1相異之給定條件之製程2施行於基板的情況、並且邊緣環7為全新的情況。在此情況下，如實線P21所示，藉由將施加於邊緣環7之直流電壓V(DC)控制在0～280［-V］左右，能將傾斜角度θ調整至89°～91°左右。
製程2(舊)表示將與製程1相異之給定條件之製程2施行於基板的情況、並且邊緣環7已被使用了既定時間並已消耗的情況。在此情況下，如虛線P22所示，藉由將施加於邊緣環7之直流電壓V(DC)控制在150～320［-V］左右，能將傾斜角度θ調整至89°～91°左右。
依此，在參考例之直流電壓的控制方法中，為了依據製程條件將傾斜角度θ控制至90°，而有必要將施加於邊緣環7之直流電壓控制成不同的數值。使傾斜角度θ成為90°之初始電壓係依製程條件而不同，又，此為相對於施加之直流電壓的傾斜角度θ之傾斜度(亦即，傾斜角度θ的靈敏度)係隨製程而不同的緣故。
例如，在製程1(新)中，使傾斜角度θ成為90°的初始直流電壓為約50［-V］；在製程2(新)中，使傾斜角度θ成為90°的初始直流電壓為約175［-V］。又，由於傾斜角度θ的傾斜度在製程1與製程2中係不同的緣故，故即使從初始直流電壓起將直流電壓加大剛好相同的程度，所獲得的傾斜角度θ的變化在製程1與製程2中係不同。因此，為了在邊緣環7消耗時將傾斜角度θ調整至90°所需要的施加電壓，在製程1與製程2中亦不同。
基於以上原因，在參考例的控制方法中，對於進行各式各樣的製程之近年的製程，有必要依據製程條件及邊緣環7的消耗量，向邊緣環7施加適當的直流電壓，而使得向邊緣環7施加之直流電壓的控制變得繁雜。
［本實施態樣之直流電壓的控制方法］ 對此，在本實施態樣之直流電壓的控制方法中，能藉由單一指標對應至各式各樣的製程。具體而言，在本實施態樣中，提出一種電漿處理方法，該電漿處理方法使用新的控制直流電壓用參數來控制施加於邊緣環7之直流電壓。在將邊緣環7上的鞘層厚度設為t時，在本實施態樣中，使用在「施加於邊緣環7之直流電壓的控制」之新的參數係以鞘層厚度t的變化量表示。
計算鞘層厚度t之公式(1)如下。
［數1］
Figure 02_image001
此處，Vdc 為自偏壓。Ni 為離子密度，且離子密度Ni 等於電漿的電子密度Ne 及電漿密度。Te 為電漿的電子溫度。ε0 為真空的介電常數，e為基本電荷，k為波茲曼常數，且ε0 、e、k為固定值。公式(1)所包含之變數當中，離子密度Ni 及自偏壓Vdc 、電漿的電子溫度Te ，其數值會依製程條件而改變。
因此，圖4(a)的圖表之縱軸表示的鞘層厚度t係隨「圖表之橫軸表示的自偏壓Vdc 」與「作為圖表上的各曲線之離子密度Ni 之N1 、N2 、N3 」的數值而變為不同的厚度。又，自偏壓Vdc ，在此處表示邊緣環7的電位，且等於基板的電位。
鞘層厚度的變化量｛(tx -t)／t｝，係根據公式(1)而轉換成如公式(2)。
［數2］
Figure 02_image003
｛(tx -t)／t｝×100表示鞘層厚度的變化量(%)。公式(2)所包含的a為比例常數。公式(2)所包含的變數當中，Vdc 為自偏壓，X表示「若鞘層厚度變化了一定程度，則必須將施加於邊緣環7的直流電壓增加相同程度而施加，才能使鞘層厚度變成與原本的厚度相同」。X為控制直流電壓用的參數(以下亦稱為「參數X」)。
換言之，鞘層厚度的變化量｛(tx -t)／t｝×100表示「將施加於邊緣環7的直流電壓增加X%而施加的話，鞘層厚度會變化相同程度」。公式(2)的右邊(1＋X／100)為自偏壓部分的「1」與作為「施加於邊緣環7的直流電壓部分之X的1／100」之「X／100」相加的數值，且藉由將自偏壓Vdc 與此數值相乘來計算邊緣環7的電位。公式(2)表示，只要控制作為邊緣環7的電位之Vdc (1＋X／100)，便能統一地控制鞘層厚度的變化量(tx -t)／t。
因此，在本實施態樣之電漿處理方法中，使用公式(2)計算鞘層厚度的變化量｛(tx -t)／t｝。再次參照圖4(a)的話，可知在參考例之直流電壓的控制方法中，例如自偏壓Vdc 增加的話，則鞘層厚度會變厚。又，離子密度Ni 不同的話，鞘層厚度會改變。例如，當橫軸的自偏壓Vdc 為300[V]時，在離子密度Ni 為N1 、N2 、N3 時，鞘層厚度改變了。
相對於此，圖4(b)將一實施態樣之鞘層厚度的變化量與參考例比較並顯示。圖4(b)的縱軸表示「將橫軸的自偏壓Vdc 為300[V]時的鞘層厚度定為100%時之鞘層厚度的變化量」。圖中的(A)的箭頭表示「將10(%)代入公式(2)的X時，亦即，自偏壓Vdc 從300[V]的初始值增加10(%)而被控制成330[V]時，鞘層厚度的變化量從鞘層厚度的初始值上升11%而變成111%」。圖中的(B)的箭頭表示「將20(%)代入公式(2)的X時，亦即，自偏壓Vdc 從300[V]的初始值被控制成360[V]時，鞘層厚度的變化量從鞘層厚度的初始值上升18%而變成118%」。
換言之，在本實施態樣之電漿處理方法中，使用公式(2)而控制鞘層厚度的變化量｛(tx -t)／t｝。此時，利用控制邊緣環7的電位當中施加於邊緣環7之直流電壓部分的X%，能在即使電漿密度(離子密度)改變也不受此影響的狀態下，控制相對於施加在邊緣環7的直流電壓之鞘層厚度的變化量。
圖5係使用公式(2)而顯示本實施態樣之施加於邊緣環之直流電壓與傾斜角度的控制例之圖式。圖5的橫軸將公式(2)所示之施加於邊緣環7之直流電壓的X(%)標示為X(DC%)。X(DC%)等於參數X。
在圖5中亦與圖3的參考例相同地，縱軸表示傾斜角度θ(°)。製程1(新)、製程1(舊)、製程2(新)、製程2(old)之各製程的模擬條件係與圖3相同。
在製程1且邊緣環7為全新的情況下，如實線P31所示，藉由將直流電壓X(DC%)控制在0～40［%］左右，能將傾斜角度θ調整至89°～91°左右。
在製程2且邊緣環7為全新的情況下，如實線P41所示，藉由將直流電壓X(DC%)控制在0～40［%］左右，能將傾斜角度θ調整至89°～91°左右。
在製程1且邊緣環7已被使用了既定時間並已消耗的情況下，如虛線P32所示，藉由將直流電壓X(DC%)控制在25～55［%］左右，能將傾斜角度θ調整至89°～91°左右。
在製程2且邊緣環7已被使用了既定時間並已消耗的情況下，如虛線P42所示，藉由將直流電壓X(DC%)控制在25～55［%］左右，能將傾斜角度θ調整至89°～91°左右。如上述，在本實施態樣之處理方法中，藉由使用參數X(直流電壓X(DC%))而控制施加於邊緣環7的直流電壓，即使製程條件不同，亦能依據邊緣環的消耗量而統一地控制傾斜角度θ。
圖6係顯示一實施態樣之因應於鞘層厚度的變化量之直流電壓X(DC%)與蝕刻速率的一例之圖式。圖6的橫軸表示公式(2)所示之直流電壓X(DC%)，縱軸表示基板上之光阻膜的中心之蝕刻速率。圖6為在圖5的製程1、2之不同製程條件下進行模擬後的結果之一例，且藉由將蝕刻速率(%)標準化，而在製程1、2之不同製程條件下顯示了相同的結果。在製程1、2中，在邊緣環7為全新的情況下，直流電壓X(DC%)係被設定為0。在製程1、2中，當直流電壓X(DC%)在0～25%的範圍時，蝕刻速率會有變化。
依此，即便在圖5的製程1、2之不同製程中，藉由將直流電壓X(DC%)控制在25%以上，可防止蝕刻速率(%)的變化，並抑制製程特性的偏移，或是將其最小化。又，藉由控制直流電壓X(DC%)，而能在即便是不同製程1、2中統一地控制光阻膜中心的蝕刻速率。
如以上所述，藉由控制對應於鞘層厚度的變化量之直流電壓X(DC%)，能對因製程條件不同而電漿密度不同之各式各樣製程，統一地控制向邊緣環7施加的直流電壓。
［控制直流電壓用的參數］ 接著，針對在本實施態樣之電漿處理方法中控制施加於邊緣環7之直流電壓用的參數X(直流電壓X(DC%))之計算，參照圖7並加以說明。圖7係顯示一實施態樣之用以取得參數X之測定電路的一例之圖式。
電漿具有自偏壓Vdc 的阻抗及鞘層的阻抗，並以圖7的R1表示該等阻抗。從電漿到FRDC產生器50的供電線及載置台ST的阻抗則以R2(固定值)表示。
FRDC產生器50控制：向邊緣環7施加直流電壓之直流電源55；與監測施加於邊緣環7的電壓之電壓計56。由V＝IR，電漿的阻抗R1係正比於邊緣環7的電位。在未向邊緣環7施加直流電壓的情況下，邊緣環7的電位等於自偏壓Vdc 。在有向邊緣環7施加直流電壓的情況下，邊緣環7的電位等於將自偏壓Vdc 與「施加於邊緣環7之直流電壓」之兩個電壓相加後的值。
又，電漿的阻抗係由鞘層厚度決定。鞘層厚度的一部分係對應於來自於電漿的自偏壓Vdc ；另外在向邊緣環7施加有直流電壓的情況下，鞘層厚度的一部分係對應於施加在邊緣環7之直流電壓。而R2則為固定值。因此，由自偏壓Vdc 及施加於邊緣環7之直流電壓的兩個電壓，施加至邊緣環7的情況下與不施加至邊緣環7的情況下之各自的邊緣環7的電位均係正比於電漿的阻抗。由於電漿的阻抗係由鞘層厚度決定，故在向邊緣環7施加直流電壓的情況下與不施加直流電壓的情況下之邊緣環7的電壓下降會成為鞘層厚度的變化量。
因此，吾人藉由電壓計56針對在向邊緣環7施加直流電壓的情況下與不施加直流電壓的情況下之各自的邊緣環7的電位進行測定，而取得使用於控制直流電壓用的參數X(DC%)之計算的資料。圖8係用以說明一實施態樣之測定方法之圖式。
RF係由圖1的第二射頻電源10b所供給之第二射頻電力。DC係由直流電源55所施加之直流電壓。
本測定係在產生基板的處理中之電漿的期間進行。換言之，在測定當中，由第一射頻電源10a所供給之第一射頻電力係持續地被施加，而維持住電漿並進行基板處理。吾人在此基板處理中將DC所表示的直流電壓脈衝狀地施加至邊緣環7。換言之，施加於邊緣環7之直流電壓係反覆開啟/關閉。
電壓計56測定在向邊緣環7施加直流電壓的期間(開啟的期間)與在未施加直流電壓的期間(關閉的期間)之邊緣環7的電位。如圖8所示，將在向邊緣環7施加著直流電壓的期間，電壓計56所測定到的電壓設為Y，將在未向邊緣環7施加直流電壓的期間，電壓計56所測定到的電壓設為X。
電壓計56亦可在脈衝狀地向邊緣環7施加著直流電壓時測定1次或是測定複數次電壓。又，電壓計56亦可在未向邊緣環7施加直流電壓時測定1次或是測定複數次電壓。
在向邊緣環7施加著直流電壓時，電壓計56將由自偏壓Vdc 及施加於邊緣環7之直流電壓所構成的電位作為邊緣環7的電位測定。在未向邊緣環7施加直流電壓時，電壓計56將自偏壓Vdc 的電位作為邊緣環7的電位測定。
［電漿處理方法］ 以下參照圖9及圖10說明「包含上述測定的處理之本實施態樣之電漿處理方法」。圖9係顯示一實施態樣之電漿處理方法(邊緣環的電壓測定)之流程圖。圖10係顯示一實施態樣之電漿處理方法(參數的計算)之流程圖。本實施態樣之電漿處理方法係藉由控制部90控制，並使用電漿處理裝置100執行。
圖9的處理開始的話，控制部90會將基板W載置於載置台ST，並進行準備(步驟S1)。接著，控制部90會從氣體供給部15供給處理基板W用的處理氣體，並從第一射頻電源10a及第二射頻電源10b向載置台ST施加第一射頻電力及第二射頻電力(步驟S2)。藉此，產生電漿，且控制部90藉由電漿將基板進行處理(步驟S3)。
接著，控制部90在產生電漿時向邊緣環7施加直流電壓(步驟S4)。接著，控制部90在施加直流電壓時藉由電壓計56測定邊緣環7的電位作為第一電壓y(步驟S5)。
接著，控制部90停止向邊緣環7施加直流電壓(步驟S6)。接著，控制部90在停止施加直流電壓時，藉由電壓計56測定邊緣環7的電位作為第二電壓x(步驟S7)。
接著，控制部90判定是否已將步驟S4～S7進行了既定次數(步驟S8)。既定次數為已預先設定之次數，且為1次亦可，為複數次亦可。控制部90判定為未進行既定次數的情況下，會返回至步驟S4並再次進行步驟S4之後的處理。控制部90判定為已進行了既定次數的情況下會結束本處理。
接著，以圖10所示之一實施態樣之電漿處理方法，說明計算控制直流電壓用的參數X之方法。圖10之處理係在進行了圖9之處理後執行。
圖10之處理開始的話，控制部90會設定因應於邊緣環7的消耗量之參數X的初始值(步驟S11)。因應於邊緣環7的消耗量之參數X的初始值亦可預先儲存於儲存部93。接著，控制部90取得第一電壓y(步驟S12)，並取得第二電壓x(步驟S13)。
接著，控制部90根據第一電壓y與第二電壓x，計算參數X(步驟S14)。控制部90「將第一電壓y與第二電壓x之差除以第二電壓x後的數值」乘以100而作為參數X(%)計算。接著，控制部90決定施加於邊緣環7之直流電壓，以使參數X成為在步驟S11所設定之參數X的初始值或是接近該初始值，並進行控制(步驟S15)。
接著，控制部90判定是否已將步驟S12～S15進行了既定次數(步驟S16)。既定次數為已預先設定之次數，且為1次亦可，為複數次亦可。控制部90判定為未進行既定次數的情況下，會返回至步驟S12並再次進行步驟S12之後的處理。控制部90判定為已進行了既定次數的情況下會結束本處理。
在圖9的步驟S8之既定次數為複數次的情況下，圖10的步驟S16之既定次數係以複數次為佳。在此情況下，會交互地反覆進行向邊緣環施加直流電壓之步驟與停止施加直流電壓之步驟。然後，在第一電壓y的測定之後反覆進行藉由電壓計56之邊緣環7的電壓之測定，並在第二電壓x的測定之後反覆進行藉由電壓計56之邊緣環7的電壓之測定。
在圖10的既定次數為複數次的情況下，會根據在圖9中反覆進行而取得之複數的第一電壓y與第二電壓x，將控制直流電壓用參數X計算複數次。又，在每次計算參數X時，都會決定施加於邊緣環7之直流電壓，以使計算出之參數X成為或是接近參數X的初始值。
控制部90將施加於邊緣環7之直流電壓即時地控制成在步驟S15中決定之電壓。依此，相對於在製程條件以及在製程當中變化之電漿密度，能在不受其影響下使用控制直流電壓用參數X高精度地控制施加於邊緣環7之直流電壓。由於邊緣環7的電位在每片晶圓以及在製程當中都會變化，故藉由即時地進行向邊緣環7施加之直流電壓之控制，能高精度地進行基板的外周端部之區域的控制(例如傾斜角度θ的控制)。藉此，能抑制加予基板整體之電漿特性的偏移，並抑制蝕刻速率、蝕刻凹部之CD(Critical Dimension，臨界尺寸)等的偏差，而獲得良好的製程特性。又，能抑制在基板的外周端部之區域中離子傾斜地入射，而將蝕刻凹部與其底層之孔洞的偏移抑制在最低限度。
又，亦可事前測定射頻電力的施加時間與邊緣環7的消耗量而將其相關資訊預先儲存至儲存部93，並參照儲存部93而從射頻電力的施加時間取得邊緣環7的消耗量，且據此設定參數X的初始值。然而並不限於此，邊緣環7的消耗量亦可藉由光學方式測定邊緣環7的表面而取得。
［參數之初始值的設定］ 最後，參照圖11說明控制直流電壓用的參數X之初始值的設定，。圖11係顯示一實施態樣之控制直流電壓用的參數X之初始值的一例之圖式。
在圖10的步驟11中，事前將相對於邊緣環7的消耗量之參數X的初始值預先儲存於儲存部93，並參照儲存部93而從邊緣環7的消耗量取得參數X的初始值。
然而，亦可以射頻電力的施加時間代替邊緣環7的消耗量，將相對於射頻電力的施加時間之參數X的初始值預先儲存於儲存部93，並參照儲存部93而從射頻電力的施加時間取得參數X的初始值。
根據此資訊，控制部90能在圖10的步驟S11中，不僅根據邊緣環7的消耗量，亦可根據表示邊緣環7的消耗量之指標(例如射頻電力的施加時間)來設定參數X的初始值。
控制部90在圖10的步驟S15中，決定直流電壓的數值，以使在圖10的步驟S12～S14中計算出的參數成為或是接近參數X的初始值。藉此，能依據製程條件而使施加於邊緣環7之直流電壓的控制之精度提升。又，能延長邊緣環7的壽命。
例如，圖11(b)顯示，圖11(b)的縱軸所示之參數X的初始值係以「相對於橫軸之邊緣環7的消耗量，當邊緣環7的消耗量在0～0.1之間時被設定為25%，且依邊緣環7的消耗量每增加0.1而逐一上升5%」的方式儲存於儲存部93之例子。當邊緣環7的消耗量為0時，邊緣環7為全新。
圖11(a)的縱軸所示之傾斜角度θ的變化量，係「當邊緣環7的消耗量在0～0.1之間時，在步驟S15中以使參數X成為或是接近參數X的初始值25%的方式控制施加於邊緣環7之直流電壓」時的情況。
此時，由於邊緣環7的消耗量在0～0.1之間增加，故傾斜角度θ的變化量從0緩緩上升。傾斜角度θ的變化量超過預先決定之上限值S的話，傾斜角度θ之從90°偏移的幅度變大，而基板W的外周端部之區域的控制精度會降低。
因此，邊緣環7的消耗量變為0.1以上的話，便將參數X的初始值變更為30%。然後，在步驟S15中，以使在步驟S12～S14中計算出之參數成為或是接近參數X的初始值「30%」的方式控制施加於邊緣環7之直流電壓。
藉此，因將參數X的初始值從25%更改為30%，故圖11(a)的縱軸所示之傾斜角度θ的變化量在邊緣環7的消耗量為0.1處變得不連續而變為0。藉由依據邊緣環7的消耗量而每隔0.1便重新設定參數X的初始值，能使傾斜角度θ的變化量不超過預先決定之上限值S，縮小傾斜角度θ的從90°偏移的幅度，而能抑制基板W之外周端部的區域之控制精度的降低。
又，參數X的初始值之設定並不限於圖11(b)的例子。例如，參數X的初始值並不限於以5%的間隔上升。又，參數X的初始值之計算方法係根據公式(2)，由鞘層厚度的變化量｛(tx -t)／t｝×100與將施加於邊緣環7之直流電壓的增加部分以%表示之X(%)的關係計算。
以上，雖已藉由上述實施態樣說明了電漿處理方法及電漿處理裝置，但與本發明相關之載置台、電漿處理裝置及電漿處理方法並不受上述實施態樣所限定，且在本發明的範圍內可進行各種的變形以及改良。上述實施態樣及變形例所記載之事項，能在不相矛盾之範圍內加以組合。
例如，雖然依上述實施態樣及變形例之載置台具有靜電夾頭，但並不限於此，例如，其亦可為不具有靜電夾頭之載置台。在此情況下，載置台的載置部在不具有靜電夾頭的功能下將基板載置於載置部的頂面。
依本發明之電漿處理裝置在下列任何類型之電漿皆可適用：Capacitively Coupled Plasma(CCP，電容耦合電漿)、Inductively Coupled Plasma(ICP，感應耦合電漿)、Radial Line Slot Antenna(輻射狀槽孔天線)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR，電子迴旋共振電漿)、Helicon Wave Plasma(HWP，螺旋波電漿)。本發明之電漿處理方法，能在包含「具有電漿空間之處理室」、「配置於電漿空間內之載置台」、以及「以由供給至電漿空間之氣體形成電漿的方式所構成之電漿產生部」之上述電漿處理裝置執行。
1:處理室 1a:接地導體 10a:第一射頻電源 10b:第二射頻電源 11a:第一匹配器 11b:第二匹配器 12:直流電源 15:氣體供給部 15a:氣體供給配管 15b:質量流量控制器(MFC) 16:傳熱氣體供給路徑 19:傳熱氣體供給源 100:電漿處理裝置 2:電漿(未圖示) 2b:入口配管 2c:出口配管 2d:流道 3:上部電極 3a:頂板 3b:電極板 3c:氣體擴散室 3d:氣體流通孔 3e:氣體導入孔 3g:氣體導入口 4:第一板 5:靜電夾頭 5b:介電質 5c:電極 50:FRDC產生器 55:直流電源 56:電壓計 6:第二板 7:邊緣環 72:直流電源 73:開關 81:排氣口 82:排氣管 83:排氣裝置 84:搬入搬出口 85:閘閥 86,87:沉積物屏障 89:導電性構件(GND塊) 9:支撐構件 9a:內壁構件 90:控制部 91:製程控制器 92:使用者介面 93:儲存部 95:環狀構件 I:電流 N1 ,N2 ,N3 :離子密度 Ne :電子密度 Ni :離子密度 P11,P21,P31,P41:實線 P12,P22,P32,P42:虛線 R1,R2:電阻 S:上限值 S1~S8:步驟 S11~S16:步驟 ST:載置台 Te :電子溫度 t:鞘層厚度 V2:開關閥門 Vdc :自偏壓 W:基板 X:參數 x:第二電壓 y:第一電壓 θ:傾斜角度
［圖1］係顯示一實施態樣之電漿處理裝置之剖面示意圖。 ［圖2］係用以說明傾斜角度的傾斜之圖式。 ［圖3］係顯示參考例之施加於邊緣環之直流電壓與傾斜角度的控制例之圖式。 ［圖4］(a)、(b)係將一實施態樣之鞘層厚度之變化量與參考例相比較而顯示之圖式。 ［圖5］係顯示一實施態樣之施加於邊緣環之直流電壓與傾斜角度的控制例之圖式。 ［圖6］係顯示一實施態樣之因應於鞘層厚度的變化量之直流電壓X(DC%)與蝕刻速率的一例之圖式。 ［圖7］係顯示一實施態樣之測定電路的一例之圖式。 ［圖8］係用以說明一實施態樣之測定方法之圖式。 ［圖9］係顯示一實施態樣之電漿處理方法(邊緣環的電壓測定)之流程圖。 ［圖10］係顯示一實施態樣之電漿處理方法(參數的計算)之流程圖。 ［圖11］(a)、(b)係顯示一實施態樣之參數之初始值與傾斜角度之變化量的一例之圖式。
P11,P21:實線
P12,P22:虛線

Claims (6)

  1. 一種電漿處理方法，包含以下步驟： (a)在處理室的內部產生電漿之步驟； (b)在產生該電漿期間向圍繞基板周圍之邊緣環施加直流電壓之步驟； (c)在施加該直流電壓期間取得該邊緣環的第一電壓之步驟； (d)停止施加該直流電壓之步驟； (e)在停止施加該直流電壓期間取得該邊緣環的第二電壓之步驟；以及 (f)根據該第一電壓與該第二電壓計算該直流電壓之控制用的參數之步驟。
  2. 如請求項1所述之電漿處理方法，更包含以下步驟： (g)根據該參數決定施加於該邊緣環之該直流電壓的數值之步驟。
  3. 如請求項1或2所述之電漿處理方法，其中， (f)步驟，係將該第一電壓與該第二電壓的差除以該第二電壓後的數值作為該參數計算。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之電漿處理方法，更包含以下步驟： (h)根據該邊緣環的消耗量或是根據表示該消耗量的指標，設定參數的初始值之步驟；且其中， (f)步驟決定該直流電壓的數值，以使計算出之該參數成為或是接近該參數之初始值。
  5. 如請求項4所述之電漿處理方法，其中， 具有交互地反覆進行該(b)步驟與該(d)步驟之步驟； 在該(b)步驟之後反覆進行該(c)步驟、在該(d)步驟之後反覆進行該(e)步驟； 每取得了該第一電壓及該第二電壓時，便將該直流電壓之控制用的參數計算複數次。
  6. 一種包含處理室、圍繞基板周圍之邊緣環、以及控制部之電漿處理裝置，其中， 該控制部執行包含以下步驟之步驟： (a)在處理室的內部產生電漿之步驟； (b)在產生該電漿期間向圍繞基板周圍之邊緣環施加直流電壓之步驟； (c)在施加該直流電壓期間取得該邊緣環的第一電壓之步驟； (d)停止施加該直流電壓之步驟； (e)在停止施加該直流電壓期間取得該邊緣環的第二電壓之步驟；以及 (f)根據該第一電壓與該第二電壓計算該直流電壓之控制用的參數之步驟。
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