TW202226323A - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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竹内貴広
小林憲
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種電漿處理裝置及電漿處理方法，利用複數種高頻電力脈衝訊號，改善製程的性能。該電漿處理裝置，具備：第1匹配電路及第2匹配電路，與腔室耦合；第1RF產生部，與第1匹配電路耦合，產生包含複數個脈衝循環的第1RF脈衝訊號，脈衝循環，包含第1期間、第2期間及第3期間，第1RF脈衝訊號，於第1期間具有第1功率位準，於第2期間具有第2功率位準，並於第3期間具有第3功率位準，第1期間為30μs以下；第2RF產生部，與第2匹配電路耦合，產生包含複數個脈衝循環的第2RF脈衝訊號，第2RF脈衝訊號之頻率，較第1RF脈衝訊號之頻率更低，第2RF脈衝訊號，於第1期間具有第4功率位準，並於第2期間及第3期間中之至少一期間具有第5功率位準；以及第3RF產生部，與第2匹配電路耦合，產生包含複數個脈衝循環的第3RF脈衝訊號，第3RF脈衝訊號之頻率，較第2RF脈衝訊號之頻率更低，第3RF脈衝訊號，於第2期間具有第6功率位準，並於第1期間及第3期間中之至少一期間具有第7功率位準。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明係關於一種電漿處理裝置及電漿處理方法。
例如，專利文獻1提出一種ICP(Inductively Coupled Plasma，電感耦合電漿)裝置，具備兩個高頻電源，對腔室上部之天線及下部電極(基座)供給雙頻的高頻電力。從兩個高頻電源中之一方的高頻電源，對下部電極供給例如13MHz之頻率的偏壓用高頻電力。於腔室之上方設置天線，從另一方的高頻電源，對構成天線的外側線圈之線路的中點或其附近，供給例如27MHz之電漿激發用的高頻電力。 [習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開第2019-67503號公報
[本發明所欲解決的問題]
本發明，提供一種可利用複數種高頻(RF；Radio Frequency，射頻)電力脈衝訊號改善製程的性能之技術。 [解決問題之技術手段]
依本發明之一態樣，則提供一種電漿處理裝置，具備：第1匹配電路及第2匹配電路，與腔室耦合；第1RF產生部，與第1匹配電路耦合，產生包含複數個脈衝循環的第1RF脈衝訊號，複數個脈衝循環各自包含第1期間、第2期間及第3期間，第1RF脈衝訊號，於第1期間具有第1功率位準，於第2期間具有第2功率位準，並於第3期間具有第3功率位準，第1期間為30μs以下；第2RF產生部，與第2匹配電路耦合，產生包含複數個脈衝循環的第2RF脈衝訊號，第2RF脈衝訊號之頻率，較第1RF脈衝訊號之頻率更低，第2RF脈衝訊號，於第1期間具有第4功率位準，並於第2期間及第3期間中之至少一期間具有第5功率位準；以及第3RF產生部，與第2匹配電路耦合，產生包含複數個脈衝循環的第3RF脈衝訊號，第3RF脈衝訊號之頻率，較第2RF脈衝訊號之頻率更低，第3RF脈衝訊號，於第2期間具有第6功率位準，並於第1期間及第3期間中之至少一期間具有第7功率位準。 [本發明之效果]
依本發明之一方面，則可利用複數種高頻電力脈衝訊號，改善製程的性能。
以下，參考圖式，針對用於實施本發明之形態予以說明。於各圖式中，有對於同一構成部分給予同一符號，將重複的說明省略之情況。
[電漿處理系統] 首先，參考圖1及圖2，並針對實施形態之電漿處理系統予以說明。圖1係顯示實施形態之電漿處理系統的一例之剖面示意圖。圖2係顯示實施形態之電漿處理裝置1的一例之圖。
於實施形態中，電漿處理系統，包含電漿處理裝置1及控制部2。電漿處理裝置1，藉由對腔室10內供給3種高頻電力脈衝(3種RF(Radio Frequency，射頻)脈衝訊號)，而由腔室10內之處理氣體產生電漿。電漿處理裝置1，亦可藉由對腔室10內供給2種高頻電力脈衝(2種RF脈衝訊號)，而由腔室10內之處理氣體產生電漿。而後，電漿處理裝置1，藉由將基板暴露於產生的電漿，而處理基板。
電漿處理裝置1，包含腔室10、基板支持部11及電漿產生部。腔室10，界定電漿處理空間10s。此外，腔室10，具備：氣體入口10a，用於對電漿處理空間10s供給至少一種處理氣體；以及氣體出口10b，用於從電漿處理空間將氣體排出。氣體入口10a，至少和一個氣體供給部20連接。
氣體出口10b，例如為設置於腔室10之底部的排氣口，和排氣系統40連接。排氣系統40，可包含壓力閥及真空泵。真空泵，可包含渦輪分子泵、粗抽真空泵、或其等之組合。
基板支持部11，配置於電漿處理空間10s內，支持基板W。電漿產生部，由供給至電漿處理空間10s內之至少一種處理氣體產生電漿。於電漿處理空間10s中形成的電漿，可為電容耦合電漿(CCP；Capacitively Coupled Plasma)、電感耦合電漿(ICP；Inductively Coupled Plasma)。
控制部2，處理使電漿處理裝置1實行本發明中敘述的各種步驟之電腦可實行的命令。控制部2，可控制電漿處理裝置1的各要素，俾實行此處所述的各種步驟。於實施形態中，亦可如圖1所示，使控制部2的一部分或全部包含於電漿處理裝置1。控制部2，例如亦可包含電腦21。電腦21，例如亦可包含處理部(CPU：Central Processing Unit)21a、記憶部21b、及通訊介面21c。處理部21a，可依據收納在記憶部21b的程式，施行各種控制運作。記憶部21b，可包含RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、HDD(Hard Disk Drive，硬碟)、SSD(Solid State Drive，固態硬碟)、或其等之組合。通訊介面21c，可經由LAN(Local Area Network，區域網路)等通訊線路，在和電漿處理裝置1之間進行通訊。
以下，以圖2之電感耦合電漿處理裝置作為一例，針對電漿處理裝置1的構成例進一步說明。電漿處理裝置1，包含腔室10。腔室10，包含介電窗10c及側壁10d。介電窗10c及側壁10d，界定腔室10內之電漿處理空間10s。此外，電漿處理裝置1，包含基板支持部11、氣體導入部13、氣體供給部20、電力供給部及天線14。
基板支持部11，配置於腔室10內之電漿處理空間10s。天線14，配置於腔室10(介電窗10c)之上部或上方。
基板支持部11，包含本體部及環狀構件(邊緣環)12。本體部，具有：中央區域(基板支持面)11a，用於支持基板(晶圓)W；以及環狀區域(邊緣環支持面)11b，用於支持環狀構件12。本體部之環狀區域11b，包圍本體部之中央區域11a。基板W，配置於本體部之中央區域11a上；環狀構件12，以包圍本體部之中央區域11a上的基板W之方式，配置於本體部之環狀區域11b上。於實施形態中，本體部，包含靜電吸盤111及導電構件112。靜電吸盤111，配置於導電構件112上。導電構件112，作為RF電極而作用；靜電吸盤111的頂面，作為基板支持面11a而作用。此外，圖示雖省略，但於實施形態中，基板支持部11亦可包含調溫模組，該調溫模組將靜電吸盤111及基板W中之至少一者調節為目標溫度。調溫模組，可包含加熱器、流路、或其等之組合。使冷媒、熱傳氣體等調溫流體，於流路流通。另，腔室10、基板支持部11、及環狀構件12，以軸Z作為中心軸而使軸Z一致地配置。
氣體導入部13，對電漿處理空間10s供給來自氣體供給部20之至少一種處理氣體。於實施形態中，氣體導入部13，配置於基板支持部11之上方，安裝於形成在介電窗10c之中央開口部。
氣體供給部20，可包含至少一個氣體源23及至少一個流量控制器22。於實施形態中，氣體供給部20，將一種或以上之處理氣體，從分別對應的氣體源23，經由分別對應的流量控制器22而供給至氣體導入部13。各流量控制器22，例如亦可包含質量流量控制器或壓力控制式的流量控制器。進一步，氣體供給部20，亦可包含將一種或以上之處理氣體的流量予以調變或脈衝化之一個或以上的流量調變裝置。
電力供給部，包含與腔室10耦合之RF電力供給部31。RF電力供給部31，對基板支持部11之導電構件112或天線14，供給3種RF訊號(RF電力)。藉此，由供給至電漿處理空間10s之至少一種處理氣體，形成電漿。另，電漿產生部，亦可：包含對電漿處理空間10s內供給至少一種處理氣體的氣體供給部20、及RF電力供給部31，由處理氣體產生電漿。
天線14，包含1個或複數個線圈。於實施形態中，天線14，亦可包含配置於同軸上之外側線圈及內側線圈。此一情況，RF電力供給部31，可和外側線圈及內側線圈雙方連接，亦可和外側線圈及內側線圈中之任一方連接。前者的情況，可使同一RF產生部和外側線圈及內側線圈雙方連接，亦可使不同RF產生部和外側線圈及內側線圈個別地連接。
於實施形態中，RF電力供給部31，包含來源RF產生部31a、第1偏壓RF產生部31b及第2偏壓RF產生部31c。來源RF產生部31a，與天線14耦合；第1偏壓RF產生部31b及第2偏壓RF產生部31c，與導電構件112耦合。來源RF產生部31a，經由第1匹配電路33而和天線14連接，產生電漿產生用的第1RF脈衝訊號(以下亦稱作HF電力)。於實施形態中，第1RF脈衝訊號，具有20MHz～60MHz範圍內之頻率。將產生的第1RF脈衝訊號，對天線14供給。第1RF脈衝訊號，包含複數個脈衝循環；複數個脈衝循環，各自包含第1期間、第2期間及第3期間。第1RF脈衝訊號，於第1期間具有第1功率位準，於第2期間具有第2功率位準，並於第3期間具有第3功率位準，第1期間為30μs以下。第1RF脈衝訊號，至少具有3個功率位準，各功率位準為0以上。因而，第1RF脈衝訊號，可具有High/Middle/Low功率位準，其等較0更大。此外，第1RF脈衝訊號，亦可具有High/Low功率位準及零功率位準(Off)。來源RF產生部31a係第1RF產生部的一例，與第1匹配電路33耦合，產生包含複數個脈衝循環的第1RF脈衝訊號。
此外，第1偏壓RF產生部，經由第2匹配電路34及供電線37而和基板支持部11之導電構件112連接，產生第2RF脈衝訊號(以下亦稱作LF1電力)。將產生的第2RF脈衝訊號，對基板支持部11之導電構件112供給。於實施形態中，第2RF脈衝訊號，具有較第1RF脈衝訊號更低之頻率。於實施形態中，第2RF脈衝訊號，具有1MHz～15MHz範圍內之頻率。第2RF脈衝訊號，於第1期間具有第4功率位準，並於該第2期間及該第3期間中之至少一期間具有第5功率位準。因而，第2RF脈衝訊號，可具有High/Low功率位準，其等較0更大。此外，第2RF脈衝訊號，亦可具有較0更大之功率位準及零功率位準，即開啟(On)/關閉(Off)訊號。第1偏壓RF產生部係第2RF產生部的一例，與第2匹配電路34耦合，產生包含複數個脈衝循環的第2RF脈衝訊號。
此外，第2偏壓RF產生部，經由第2匹配電路34及供電線37而和基板支持部11之導電構件112連接，產生第3RF脈衝訊號(以下亦稱作LF2電力)。將產生的第3RF脈衝訊號，對基板支持部11之導電構件112供給。於實施形態中，第3RF脈衝訊號，具有較第2RF脈衝訊號更低之頻率。於實施形態中，第3RF脈衝訊號，具有100kHz～4MHz範圍內之頻率。第3RF脈衝訊號，於第2期間具有第6功率位準，並於第1期間及第3期間中之至少一期間具有第7功率位準；第3RF脈衝訊號，至少具有2個功率位準，各功率位準為0以上。因而，第3RF脈衝訊號，可具有High/Low功率位準，其等較0更大。此外，第3RF脈衝訊號，亦可具有較0更大之功率位準及零功率位準，即開啟/關閉訊號。第2偏壓RF產生部係第3RF產生部的一例，與第2匹配電路34耦合，產生包含複數個脈衝循環的第3RF脈衝訊號。
如此地，使第1RF脈衝訊號、第2RF脈衝訊號及第3RF脈衝訊號脈衝化。第2RF脈衝訊號及第3RF脈衝訊號，在開啟狀態與關閉狀態之間，或2種以上之不同的開啟狀態(High/Low)之間脈衝化。第1RF脈衝訊號，在2種以上之不同的開啟狀態(High/Low)與關閉狀態之間，或3種以上之不同的開啟狀態(High/Middle/Low)之間脈衝化。第1RF脈衝訊號，亦可在開啟狀態與關閉狀態之間，或2種不同的開啟狀態(High/Low)之間脈衝化。
第1匹配電路33，和來源RF產生部31a及天線14連接，經由天線14而和腔室10連接。第1匹配電路33，可將第1RF脈衝訊號，從來源RF產生部31a經由第1匹配電路33而對天線14供給。另，第1匹配電路33，於其他電漿處理裝置中，亦可和天線14以外之構成連接。例如，於包含2個相對向的電極之電容耦合電漿處理裝置中，亦可將第1匹配電路33，連接至2個電極中之一方。
第2匹配電路34，和第1偏壓RF產生部31b、第2偏壓RF產生部31c及基板支持部11(導電構件112)連接。第2匹配電路34，可將第2RF脈衝訊號，從第1偏壓RF產生部31b經由第2匹配電路34而對基板支持部11供給。此外，第2匹配電路34，可將第3RF脈衝訊號，從第2偏壓RF產生部31c經由第2匹配電路34而對基板支持部11供給。
控制部2，對來源RF產生部31a、第1偏壓RF產生部31b及第2偏壓RF產生部31c，分別輸出指示各脈衝訊號之供給的控制訊號。藉此，於預先決定之時序供給包含複數個脈衝循環的第1RF脈衝訊號、第2RF脈衝訊號、及第3RF脈衝訊號，由腔室10內之處理氣體產生電漿。而後，藉由將基板暴露於產生的電漿，而施行基板處理。藉此，改善製程的效能，可進行高精度之基板處理。關於控制部2所進行的第1RF脈衝訊號、第2RF脈衝訊號、及第3RF脈衝訊號之開啟/關閉狀態或0以上之功率位準的控制時序，將於後述內容說明。
[第2匹配電路之內部構成的一例] 接著，針對第2匹配電路34之構成的一例，參考圖3並予以說明。圖3係顯示實施形態的第2匹配電路34之內部構成的一例之圖。
第1偏壓RF產生部31b及第2偏壓RF產生部31c，經由第2匹配電路34及供電線37，而和基板支持部11(導電構件112)連接。從第1偏壓RF產生部31b供給的第2RF脈衝訊號，在以下說明中亦標示為LF1電力(LF1 Power)。此外，從第2偏壓RF產生部31c供給的第3RF脈衝訊號，在以下說明中亦標示為LF2電力(LF2 Power)。
若從第1偏壓RF產生部31b供給的第2RF脈衝訊號(LF1電力)，經由第2匹配電路34內之供電線36而耦合至相反側(第2偏壓RF產生部31c側)，則往腔室10供給的LF1電力之供給效率降低。同樣地，若從第2偏壓RF產生部31c供給的第3RF脈衝訊號(LF2電力)，經由供電線36而耦合至相反側(第1偏壓RF產生部31b側)，則往腔室10供給的LF2電力之供給效率降低。如此一來，則因往腔室10的偏壓電力之供給降低，而使離子能量之控制等變得困難，使製程的性能惡化。
因而，本實施形態之第2匹配電路34，具備第1調整電路34b1、第1分離電路34b2、第2調整電路34c1、及第2分離電路34c2。第1調整電路34b1及第1分離電路34b2，連接至第1偏壓RF產生部31b與供電線37之間。第2調整電路34c1及第2分離電路34c2，連接至第2偏壓RF產生部31c與供電線37之間。藉由此等構成，抑制第1偏壓RF產生部31b中產生的第2RF脈衝訊號(LF1電力)之往第2偏壓RF產生部31c的耦合，並將其供給至基板支持部11(導電構件112)。此外，抑制第2偏壓RF產生部31c中產生的第3RF脈衝訊號(LF2電力)之往第1偏壓RF產生部31b的耦合，並將其供給至基板支持部11(導電構件112)。
第1調整電路34b1，具備可變元件，將第1偏壓RF產生部31b之負載側(基板支持部11側)的阻抗，與第1偏壓RF產生部31b的輸出阻抗匹配。一實施形態中，第1調整電路34b1之可變元件，為可變電容器。
第2分離電路34c2，連接至第2偏壓RF產生部31c與基板支持部11之間，防止來自第1偏壓RF產生部31b的LF1電力即第2RF脈衝訊號之耦合。
第2調整電路34c1，具備可變元件，將第2偏壓RF產生部31c之負載側(基板支持部11側)的阻抗，與第2偏壓RF產生部31c的輸出阻抗匹配。一實施形態中，第2調整電路34c1之可變元件，為可變電感器。
第1分離電路34b2，連接至第1偏壓RF產生部31b與基板支持部11之間，防止來自第2偏壓RF產生部31c的LF2電力即第3RF脈衝訊號之耦合。
第2分離電路34c2，為包含電感器L2之RF抗流電路。第1分離電路34b2，為包含電容器C1與電感器L1之共振電路。第1分離電路34b2，由電容器C1與電感器L1構成。第2分離電路34c2，由電感器L2構成。
第1分離電路34b2，以使從第2RF脈衝訊號看來阻抗為0或接近0，從第3RF脈衝訊號看來阻抗高、第1偏壓RF產生部31b側為屏障的方式，設定C1與L1之電路常數。藉此，若使第1分離電路34b2中從第3RF脈衝訊號觀察到的阻抗為Z LF2，將電漿的負載阻抗標示為Z chamber，則Z LF2＞＞Z chamber成立。
此外，第2分離電路34c2，以使從第3RF脈衝訊號看來阻抗為0或接近0，從第2RF脈衝訊號看來阻抗高、第2偏壓RF產生部31c側為屏障的方式，設定L2之電路常數。藉此，若使第2分離電路34c2中從第2RF脈衝訊號觀察到的阻抗為Z LF1，則Z LF1＞＞Z chamber成立。
如此地，藉由將第1分離電路34b2之電路常數如同上述地設定，則在第1分離電路34b2，阻抗Z LF2變得遠較電漿的負載阻抗Z chamber更大。藉此，第1分離電路34b2，防止來自第2偏壓RF產生部31c的第3RF脈衝訊號之耦合(圖3之「LF2 Power→×」)。此一結果，將LF2電力，經由供電線37而供給至腔室10內，藉此，可抑制LF2電力之供給效率的降低。
同樣地，藉由將第2分離電路34c2之電路常數如同上述地設定，則在第2分離電路34c2，阻抗Z LF1變得遠較電漿的負載阻抗Z chamber更大。藉此，第2分離電路34c2，防止來自第1偏壓RF產生部31b的第2RF脈衝訊號之耦合(圖3之「LF1 Power→×」)。此一結果，將LF1電力，經由供電線37而供給至腔室10內，藉此，可抑制LF1電力之供給效率的降低。
藉由此等構成，可將具有不同頻率之2種偏壓電力(LF1電力及LF2電力)的脈衝訊號，效率良好地供給至基板支持部11。
[脈衝訊號] 例如，蝕刻寬高比大的深孔之情況，可利用HF電力、LF1電力及LF2電力的脈衝訊號，使離子之入射角垂直、提高遮罩選擇比。
圖4係顯示自由基、離子、電子溫度、離子能量、副產物的一例之圖。圖4的橫軸，表示停止(關閉)RF電力之供給後的經過時間(1周期)。圖4的縱軸，表示關閉時間中之自由基(Radical)、離子(Ions)、電子溫度(Te)、離子能量(ε l)、副產物(By-products)的各時間之狀態。
依此，則自由基(Radical)，從使RF電力為關閉狀態起的變化平緩，相對於此，離子(Ions)及電漿溫度(Te)，從使RF電力為關閉狀態起之變化，較自由基更快。考慮此等電漿中之自由基或離子的衰減、能量的變化等，控制HF電力及LF電力(例如LF1電力及LF2電力)的脈衝訊號。作為在使HF電力為關閉狀態後供給之LF電力的脈衝訊號之一例，考慮下述控制：電漿溫度(Te)高之初期時間，使LF電力為關閉狀態；在電漿溫度(Te)降低後，使LF電力為開啟狀態。依此，則可在離子仍殘留但電漿溫度(Te)低之時間，利用LF電力，有效率地施行離子之往基板的導入。
作為在使HF電力為關閉狀態後供給之LF電力的脈衝訊號之另一例，使用表示離子能量的ε l作為電漿參數，於電漿電子溫度Te幾乎無變化之時間控制LF2電力。藉此，可控制離子能量ε l，將離子之入射角控制為更垂直。
如此地，依自由基、離子、電漿電子溫度、離子能量、副產物等電漿參數的變動，精密地控制使HF電力及LF電力成為開啟/關閉狀態之時序。藉此，可改善製程的性能。以下，針對高頻電力的脈衝訊號之供給時序，參考圖5～圖6並予以說明。另，高頻電力的脈衝訊號之供給時序，係藉由控制部2控制。
(雙頻的脈衝訊號) 圖5係顯示實施形態之雙頻的高頻電力脈衝之脈衝型態的圖。圖5所示之雙頻的高頻電力脈衝即HF電力(Source Power)、LF1電力(Bias Power)的脈衝訊號，各自包含複數個脈衝循環。以下，針對各脈衝訊號之供給時序予以說明。圖5的橫軸，表示1周期之時間；縱軸，表示HF電力及LF1電力之開啟/關閉狀態。使期間(1)及期間(2)為1周期，重複HF電力及LF1電力的各脈衝訊號之控制。
在雙頻的高頻電力脈衝之控制中，使HF電力的開啟狀態與LF1電力的開啟狀態於時間上重疊，在使HF電力為開啟狀態之間，使LF1電力為開啟狀態，在使HF電力為關閉狀態之間，使LF1電力為關閉狀態。來源RF產生部31a，產生第1RF脈衝訊號(HF電力)；在本實施形態，第1RF脈衝訊號，具有2個功率位準(On/Off)。例如，第1RF脈衝訊號，可具有27MHz之頻率。
第1偏壓RF產生部31b，產生第2RF脈衝訊號(LF1電力)；在本實施形態，第2RF脈衝訊號，具有2個功率位準(On/Off)。第2RF脈衝訊號之頻率，較第1RF脈衝訊號之頻率更低。例如，第2RF脈衝訊號，具有13MHz之頻率。
在圖5之期間(1)，HF電力及LF1電力維持為開啟狀態。亦即，於時刻t 0中，HF電力及LF1電力轉變為開啟狀態；於時刻t 1中，HF電力及LF1電力轉變為關閉狀態。藉此，在從時刻t 0至時刻t 1為止之時間，藉由HF電力的供給，產生包含自由基與離子之電漿，藉由LF1電力的供給，控制到達蝕刻之凹部的底部之離子通量(離子量)，促進蝕刻。
於期間(1)後的時刻t 1，HF電力及LF1電力轉變為關閉狀態；於期間(2)中，HF電力及LF1電力維持為關閉狀態。在期間(2)，由於HF電力為關閉狀態，故如同圖4所示之一例，自由基、離子、電漿溫度以各自之時間常數衰減。此外，在期間(2)，由於HF電力及LF1電力為關閉狀態，故將副產物排氣。表示排氣期間之期間(2)，預先設定為副產物不附著至基板W上之時間。
於經過排氣期間的時刻t2，從期間(2)返回期間(1)；於時刻t 0中，HF電力及LF1電力再度轉變為開啟狀態。而後，使期間(1)及期間(2)為1周期，重複HF電力及LF1電力的各脈衝訊號之控制。1周期為10kHz～20kHz。複數個脈衝循環，具有相同之時間期間；各脈衝循環，具有50μs～100μs之時間期間。亦即，脈衝循環之1周期為50μs～100μs。
在本例中，第1偏壓RF產生部31b，使第2RF脈衝訊號之功率位準的變化之時序，對第1RF脈衝訊號之功率位準的變化之時序同步。
此外，期間(1)，設定為30μs以下。下一個期間(2)，設定為任意時間，亦可較30μs更長。亦即，在本例中，HF電力及LF1電力，於期間(1)中將開啟狀態維持30μs以下之時間，於期間(2)維持關閉狀態任意時間，重複開啟/關閉。如此地，藉由使LF1電力之1周期中的供給時間為30μs以下，而垂直地控制離子，可進行非等向性高的蝕刻。
另，期間(1)的HF電力之功率位準，為第1功率位準的一例；期間(2)的HF電力之功率位準，為第2功率位準的一例。期間(1)的LF1電力之功率位準，為第3功率位準的一例；期間(2)的LF1電力之功率位準，為第4功率位準的一例。
(三頻的脈衝訊號) 圖6係顯示實施形態之三頻的高頻電力脈衝之脈衝型態的圖。首先，圖6所示之三頻的高頻電力即HF電力(Source Power)、LF1電力(Bias1 Power)、LF2電力(Bias2 Power)的脈衝訊號，各自包含複數個脈衝循環。以下，針對各脈衝訊號之供給時序予以說明。圖6的橫軸，表示1周期之時間；縱軸，表示HF電力、LF1電力及LF2電力之開啟/關閉狀態。使期間(1)～(3)為1周期，重複HF電力、LF1電力及LF2電力的各脈衝訊號之控制。
在三頻的高頻電力脈衝之控制中，LF1電力的開啟狀態與LF2電力的開啟狀態於時間上不重疊，在使LF1電力為開啟狀態之間，使LF2電力為關閉狀態，在使LF1電力為關閉狀態之間，使LF2電力為開啟狀態。HF電力的開啟狀態與LF1電力的開啟狀態，及HF電力的開啟狀態與LF2電力的開啟狀態，可於時間上重疊，亦可不重疊。
來源RF產生部31a，產生第1RF脈衝訊號(HF電力)；在本實施形態，第1RF脈衝訊號，具有3個功率位準(High/Low/Off)。此等功率位準，可依對象製程而任意設定及變更。例如，第1RF脈衝訊號，具有27MHz之頻率。
第1偏壓RF產生部31b，產生第2RF脈衝訊號(LF1電力)；在本實施形態，第2RF脈衝訊號，具有2個功率位準(On/Off)。亦即，第2RF脈衝訊號，具有包含零功率位準的2個或以上之功率位準。第2RF脈衝訊號之頻率，較第1RF脈衝訊號之頻率更低。例如，第2RF脈衝訊號，具有13MHz之頻率。
第2偏壓RF產生部31c，產生第3RF脈衝訊號(LF2電力)；在本實施形態，第3RF脈衝訊號，具有2個功率位準(On/Off)。亦即，第3RF脈衝訊號，具有包含零功率位準的2個或以上之功率位準。第3RF脈衝訊號之頻率，較第2RF脈衝訊號之頻率更低。例如，第3RF脈衝訊號，具有1.2MHz之頻率。
在圖6，Source Power(HF電力)表示第1RF脈衝訊號之狀態，Bias1 Power(LF1電力)表示第2RF脈衝訊號之狀態，Bias2 Power(LF2電力)表示第3RF脈衝訊號之狀態。
在圖6之期間(1)，HF電力具有High功率位準，LF1電力為開啟狀態，LF2電力為關閉狀態。亦即，從時刻t 0至時刻t 1 1為止之時間，藉由HF電力的供給，產生包含自由基與離子之電漿。此外，從時刻t 0至時刻t 1 1為止之時間，藉由LF1電力的供給，可控制到達蝕刻之凹部的底部之離子通量(離子量)，可促進蝕刻。藉此，如圖6(a)所示，隔著遮罩101而將蝕刻對象膜100予以蝕刻，於形成在蝕刻對象膜100的孔洞HL之內壁，主要附著自由基R。此外，控制離子，控制到達蝕刻之凹部的底部之離子通量。
進一步，期間(1)，設定為30μs以下之時間。另，下一個期間(2)及(3)，設定為任意時間，亦可較30μs更長。亦即，在本例中，HF電力及LF1電力，於期間(1)中維持開啟狀態30μs以下之時間。如此地，藉由於期間(1)中將LF1電力的供給施行30μs以下之短時間，而進一步垂直地控制離子，可進行非等向性高的蝕刻。
期間(1)經過後，於時刻t 1 1中，HF電力從High功率位準轉變為Low功率位準(或關閉狀態)，LF1電力轉變為關閉狀態，LF2電力轉變為開啟狀態。如此一來，則如同圖4所示之一例，自由基、離子、電漿溫度以各自之時間常數衰減。依此等電漿參數的衰減狀態，於將HF電力之功率位下降或控制為關閉狀態之期間(2)、及將副產物排氣之期間(3)，控制開啟LF2電力之時序。
本實施形態，在期間(2)，HF電力維持為Low功率位準，LF1電力維持為關閉狀態，LF2電力維持為開啟狀態。在期間(2)，供給較期間(1)供給的LF1電力之頻率更低頻率的LF2電力。LF2電力之Vpp，較LF1電力之Vpp更大。藉此，在期間(2)，相較於期間(1)可將偏電壓之Vpp更增大，將離子能量ε l更增大，將離子入射角控制為更垂直。藉此，可控制於期間(2)中到達蝕刻之凹部的底部之離子通量，如圖6(b)所示，可蝕刻殘留於孔洞HL的底部之角部等的副產物B等，促進蝕刻。
於時刻t 12中，HF電力轉變為關閉狀態(或Low功率位準)，LF1電力維持關閉狀態，LF2電力轉變為關閉狀態。在期間(3)，控制副產物的排氣。亦即，於期間(3)中，HF電力、LF1電力及LF2電力維持為關閉狀態。藉此，如圖6(c)所示，將附著於孔洞HL內之副產物B排氣。藉此，可促進下一個循環之蝕刻。期間(3)，預先設定為副產物B不再度附著至基板W上之時間。
於時刻t 13中，返回期間(1)，HF電力轉變為High功率位準，LF1電力轉變為開啟狀態，LF2電力維持關閉狀態。使期間(1)～(3)重複，1周期為10kHz～20kHz，期間(1)為30μs以下。複數個脈衝循環，各自為50μs～100μs。
如此地，於蝕刻寬高比大的深孔之製程中，利用HF電力、LF1電力及LF2電力的脈衝訊號，可提高遮罩選擇比，使離子之入射角垂直。藉此，可使蝕刻形狀垂直、促進蝕刻。然則，蝕刻寬高比大的深孔之製程為基板處理的一例，製程種類並未限定於此一形態。
在圖6之例子，將HF電力之功率位準控制為3個位準，將LF1電力及LF2電力之功率位準控制為開啟/關閉狀態之2個位準，但並未限定於此一形態。例如，亦可將HF電力之功率位準控制為4個位準或以上。
另，期間(1)的HF電力之功率位準，為第1功率位準的一例；期間(2)的HF電力之功率位準，為第2功率位準的一例；期間(3)的HF電力之功率位準，為第3功率位準的一例。期間(1)的LF1電力之功率位準，為第4功率位準的一例；期間(2)及/或期間(3)的LF1電力之功率位準，為第5功率位準的一例。期間(2)的LF2電力之功率位準，為第6功率位準的一例；期間(1)及/或期間(3)的LF1電力之功率位準，為第7功率位準的一例。
如同上述說明，依本實施形態之電漿處理裝置及電漿處理方法，則可利用複數種高頻電力脈衝訊號，改善製程的性能。
此次揭露的實施形態之電漿處理裝置及電漿處理方法，應知其全部的觀點僅為例示而非用於限制本發明。實施形態，可不脫離添附之發明申請專利範圍及其主旨地，以各式各樣的形態進行變形及改良。上述複數種實施形態所記載之事項，在不矛盾的範圍內亦可採用其他構成，此外，在不矛盾的範圍內可加以組合。
1:電漿處理裝置 2:控制部 10:腔室 10a:氣體入口 10b:氣體出口 10c:介電窗 10d:側壁 10s:電漿處理空間 100:蝕刻對象膜 101:遮罩 11:基板支持部 11a:中央區域(基板支持面) 11b:環狀區域(邊緣環支持面) 111:靜電吸盤 112:導電構件 12:環狀構件(邊緣環) 13:氣體導入部 14:天線 20:氣體供給部 21:電腦 21a:處理部 21b:記憶部 21c:通訊介面 22:流量控制器 23:氣體源 31:RF(Radio Frequency,射頻)電力供給部 31a:來源RF產生部 31b:第1偏壓RF產生部 34b1:第1調整電路 34b2:第1分離電路 34c1:第2調整電路 34c2:第2分離電路 31c:第2偏壓RF產生部 33:第1匹配電路 34:第2匹配電路 36,37:供電線 40:排氣系統 B:副產物 C1:電容器 HL:孔洞 L1,L2:電感器 R:自由基 W:基板(晶圓) Z:軸
圖1係顯示實施形態之電漿處理系統的一例之剖面示意圖。 圖2係顯示實施形態之電漿處理裝置的一例之圖。 圖3係顯示實施形態之2種偏壓RF脈衝訊號之匹配電路的一例之圖。 圖4係顯示自由基、離子、電子溫度、離子能量、副產物的一例之圖。 圖5係顯示實施形態之雙頻的高頻電力脈衝之脈衝型態的圖。 圖6係顯示實施形態之三頻的高頻電力脈衝之脈衝型態的圖。

Claims (10)

  1. 一種電漿處理裝置，包含： 腔室； 第1匹配電路，與該腔室耦合； 第2匹配電路，與該腔室耦合； 第1RF(Radio Frequency，射頻)產生部，與該第1匹配電路耦合，產生包含複數個脈衝循環的第1RF脈衝訊號，該複數個脈衝循環，各自包含第1期間、第2期間及第3期間，該第1RF脈衝訊號，於該第1期間具有第1功率位準，於該第2期間具有第2功率位準，並於該第3期間具有第3功率位準，該第1期間為30μs以下； 第2RF產生部，與該第2匹配電路耦合，產生包含該複數個脈衝循環的第2RF脈衝訊號，該第2RF脈衝訊號之頻率，較該第1RF脈衝訊號之頻率更低，該第2RF脈衝訊號，於該第1期間具有第4功率位準，並於該第2期間及該第3期間中之至少一期間具有第5功率位準；以及 第3RF產生部，與該第2匹配電路耦合，產生包含該複數個脈衝循環的第3RF脈衝訊號，該第3RF脈衝訊號之頻率，較該第2RF脈衝訊號之頻率更低，該第3RF脈衝訊號，於該第2期間具有第6功率位準，並於該第1期間及該第3期間中之至少一期間具有第7功率位準。
  2. 如請求項1之電漿處理裝置，其中， 該第2RF脈衝訊號，於該第2期間具有該第5功率位準； 該第3RF脈衝訊號，於該第1期間具有該第7功率位準。
  3. 如請求項1或2之電漿處理裝置，其中， 該第3功率位準、該第5功率位準、及該第7功率位準，為零功率位準。
  4. 如請求項1至3中任一項之電漿處理裝置，其中， 該第1功率位準，較該第2功率位準更大。
  5. 如請求項1至4中任一項之電漿處理裝置，其中， 該脈衝循環之1周期，為50μs～100μs。
  6. 如請求項1至5中任一項之電漿處理裝置，其中， 該第1RF脈衝訊號，為20MHz～60MHz之頻率； 該第2RF脈衝訊號，為1MHz～15MHz之頻率； 該第3RF脈衝訊號，為100kHz～4MHz之頻率。
  7. 如請求項1至6中任一項之電漿處理裝置，其中， 於該第2RF脈衝訊號具有較0更大之功率位準的期間，該第3RF脈衝訊號具有零功率位準。
  8. 一種電漿處理裝置，包含： 腔室； 至少一個匹配電路，與該腔室耦合； 第1RF(Radio Frequency，射頻)產生部，與該至少一個匹配電路耦合，產生包含複數個脈衝循環的第1RF脈衝訊號，該複數個脈衝循環，各自包含第1期間及第2期間，該第1RF脈衝訊號，於該第1期間具有第1功率位準，並於該第2期間具有第2功率位準，該第1期間為30μs以下；以及 第2RF產生部，與該至少一個匹配電路耦合，產生包含複數個脈衝循環的第2RF脈衝訊號，該第2RF脈衝訊號之頻率，較該第1RF脈衝訊號之頻率更低，該第2RF脈衝訊號，於該第1期間具有第3功率位準，並於該第2期間具有第4功率位準。
  9. 如請求項8之電漿處理裝置，其中， 該第2功率位準及該第4功率位準，為零功率位準。
  10. 一種電漿處理方法，利用電漿處理裝置； 該電漿處理裝置，包含： 腔室； 電極，配置於該腔室內； 天線，配置於該電極之上方； 第1匹配電路，與該天線耦合；以及 第2匹配電路，與該電極耦合； 該電漿處理方法，包含複數個循環，各循環包含如下步驟： 於第1期間中，經由該第1匹配電路對該天線供給具有第1功率位準的第1RF(Radio Frequency，射頻)脈衝訊號，該第1期間為30μs以下； 於該第1期間中，經由該第2匹配電路對該電極供給第2RF脈衝訊號，該第2RF脈衝訊號之頻率，較該第1RF脈衝訊號之頻率更低； 於第2期間中，經由該第1匹配電路對該天線供給具有第2功率位準的第1RF脈衝訊號；以及 於該第2期間中，經由該第2匹配電路對該電極供給第3RF脈衝訊號，該第3RF脈衝訊號之頻率，較該第2RF脈衝訊號之頻率更低。
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