TW202331780A - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種電漿處理裝置及電漿處理方法,改善電漿處理中之基板的邊緣區域之傾斜角度的控制性、及基板與邊緣環之間的異常放電之至少一方。對基板施行電漿處理之裝置,包含:處理室;基板支持體,配置於該處理室內,該基板支持體包括基台、該基台上的靜電吸盤、及配置成包圍著該靜電吸盤上所載置之基板的邊緣環;射頻電源,供給用來由該處理室的內部之氣體產生電漿的射頻電力;直流電源,對該邊緣環施加負極性的直流電壓;波形控制元件,控制該直流電壓之波形;以及控制部,調整該波形控制元件之常數,控制使該直流電壓達於期望的值之時間。
Description
本發明係關於電漿處理裝置及電漿處理方法。
於專利文獻1,揭露對晶圓施行電漿處理之電漿處理裝置,該裝置具備載置配置於處理室內的晶圓之載置台、及配置成在載置台上包圍著晶圓之邊緣環。在該電漿處理裝置中,藉由對因電漿而消耗之邊緣環施加負的直流電壓,而解決鞘層之扭曲,追求離子在晶圓之全表面中垂直地入射。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本特開2008-227063號公報
[本發明所欲解決的問題]
本發明揭露之技術,使電漿處理中之基板的邊緣區域之傾斜角度的控制性、及基板與邊緣環之間的異常放電之至少一方改善。
[解決問題之技術手段]
本發明的一態樣為對基板施行電漿處理之裝置,其包含:處理室;基板支持體,配置於該處理室內,該基板支持體包括基台、該基台上的靜電吸盤、及配置成包圍著該靜電吸盤上所載置之基板的邊緣環;射頻電源,供給用來由該處理室的內部之氣體產生電漿的射頻電力;直流電源,對該邊緣環施加負極性的直流電壓;波形控制元件,控制該直流電壓之波形;以及控制部,調整該波形控制元件之常數,控制使該直流電壓達於期望的值之時間。
[本發明之效果]
若依本發明,則可改善電漿處理中之基板的邊緣區域之傾斜角度的控制性、及基板與邊緣環之間的異常放電之至少一方。
在半導體裝置之製程中,對半導體晶圓(下稱「晶圓」)施行電漿處理。在電漿處理中,藉由激發處理氣體而產生電漿,藉由該電漿處理晶圓。
電漿處理,在電漿處理裝置施行。電漿處理裝置,一般而言,具備處理室、平台、及射頻(Radio Frequency:RF)電源。在一例中,射頻電源,具備第1射頻電源及第2射頻電源。第1射頻電源,為了產生處理室內之氣體的電漿而供給第1射頻電力。第2射頻電源,為了將離子導入至晶圓而對下部電極供給偏壓用的第2射頻電力。在處理室的內部空間產生電漿。平台,設置於處理室內。平台,具備下部電極及靜電吸盤。在一例中,於靜電吸盤上,以包圍載置於該靜電吸盤上之晶圓的方式配置邊緣環。邊緣環係為了改善電漿處理之對於晶圓的均一性而設置。
邊緣環伴隨電漿處理之實施時間的經過而消耗,造成邊緣環之厚度減少。一旦邊緣環之厚度減少,則於邊緣環及晶圓的邊緣區域之上方中,鞘層之形狀有所變化。一旦鞘層之形狀如此地產生變化,則晶圓之邊緣區域中的離子之入射方向對鉛直方向傾斜。其結果,使在晶圓的邊緣區域形成之凹部,對晶圓的厚度方向傾斜。
為了於晶圓之邊緣區域中形成沿著晶圓的厚度方向之延伸之凹部,而必須控制邊緣環及晶圓的邊緣區域之上方的鞘層之形狀,調整離子之往晶圓的邊緣區域之入射方向的傾斜。因而,為了控制邊緣環及晶圓的邊緣區域之上方的鞘層之形狀,例如在專利文獻1中,提出構成為從直流電源對邊緣環施加負的直流電壓之電漿處理裝置。
而在習知之電漿處理裝置中,有將第1射頻電力及第2射頻電力中之一方或雙方的射頻電力呈脈衝狀地供給之情況。在此等電漿處理,有發生因晶圓與邊緣環之間的電位差而造成之放電的疑慮。因此,電漿處理裝置,有與呈脈衝狀地供給的射頻電力同步,而對邊緣環施加直流電壓之情況。
然而,在脈衝狀地供給射頻電力時,由於射頻電力之反射(反射電力)的影響,而使偏壓無法立即啟動。因此,即便與射頻電力同步地對邊緣環施加直流電壓,仍有在晶圓與邊緣環之間產生電位差,而無法充分降低放電產生之風險的情況。而其結果,有使晶圓蒙受損傷的情況。
本發明揭露之技術,抑制基板與邊緣環之間的放電。以下,參考圖式,並針對本實施形態之電漿處理裝置及電漿處理方法予以說明。另,本說明書及圖式中,在實質上具有相同功能構成之要素中給予相同符號,藉以省略重複說明。
<電漿處理裝置>
首先,針對本實施形態之電漿處理裝置予以說明。圖1係顯示電漿處理裝置1的構成之概略的縱剖面圖。圖2係對邊緣環14施加直流電壓之電源系統的說明圖。電漿處理裝置1為電容耦合型之電漿處理裝置。在電漿處理裝置1,對作為基板之晶圓W施行電漿處理。電漿處理並無特別限定,例如施行蝕刻處理、成膜處理、擴散處理等。
如圖1所示,電漿處理裝置1,具有略圓筒狀的處理室10。處理室10,於其內部中區劃出產生電漿之處理空間S。處理室10,例如由鋁構成。處理室10連接至接地電位。
於處理室10之內部,收納有載置晶圓W的作為基板支持體之平台11。平台11,具備下部電極12、靜電吸盤13、及邊緣環14。下部電極為基台的一例。另,亦可於下部電極12之底面側,設置例如由鋁構成的電極板(未圖示)。
下部電極12,係以導電性材料,例如以鋁等金屬構成,具有略圓板形狀。
另,平台11亦可包含調溫模組,該調溫模組構成為將靜電吸盤13、邊緣環14、及晶圓W中之至少一者調節為期望的溫度。調溫模組,亦可包含加熱器、流路、或其等的組合。使冷媒、熱傳氣體等調溫媒體,於流路流通。
在一例中,於下部電極12之內部形成流路15a。從設置於處理室10之外部的急冷器單元(未圖示),經由入口配管15b而對流路15a供給調溫媒體。供給至流路15a之調溫媒體,經由出口流路15c而返回急冷器單元。於流路15a之中,藉由使調溫媒體,例如冷卻水等冷媒循環,而可將靜電吸盤13、邊緣環14、及晶圓W冷卻至期望的溫度。
靜電吸盤13,設置於下部電極12上。在一例中,靜電吸盤13,構成為可將晶圓W與邊緣環14雙方藉由靜電力吸附固持的構件。靜電吸盤13,相較於邊緣部之頂面,將中央部之頂面形成為更高。靜電吸盤13的中央部之頂面,成為載置晶圓W之晶圓載置面;在一例中,靜電吸盤13的邊緣部之頂面,成為載置邊緣環14之邊緣環載置面。
在一例中,於靜電吸盤13之內部中,在中央部設置用於將晶圓W吸附固持的第1電極16a。於靜電吸盤13之內部中,在邊緣部設置用於將邊緣環14吸附固持的第2電極16b。靜電吸盤13,具有將電極16a、16b夾入至由絕緣材料構成的絕緣材之間的構成。
對第1電極16a,施加來自直流電源(未圖示)的直流電壓。藉由藉此產生之靜電力,將晶圓W吸附固持在靜電吸盤13的中央部之頂面。同樣地,對第2電極16b,施加來自直流電源(未圖示)的直流電壓。在一例中,藉由藉此產生之靜電力,將邊緣環14吸附固持在靜電吸盤13的邊緣部之頂面。
另,本實施形態中,靜電吸盤13的設置第1電極16a之中央部,與設置第2電極16b之邊緣部成為一體,但此等中央部與邊緣部亦可為分開的構件。此外,第1電極16a及第2電極16b,皆可為單極,亦可為雙極。
此外,本實施形態中,藉由對第2電極16b施加直流電壓而將邊緣環14在靜電吸盤13靜電吸附,但邊緣環14之固持方法並未限定於此一形態。例如,亦可利用吸附片將邊緣環14吸附固持,或亦可將邊緣環14夾持固持。抑或,亦可藉由邊緣環14之自體重量而將邊緣環14固持。
邊緣環14為環狀構件,配置成包圍著靜電吸盤13的中央部之頂面所載置的晶圓W。邊緣環14係為了改善電漿處理的均一性而設置。因此,邊緣環14,由配合電漿處理而適宜選擇之材料構成,具有導電性,例如可由Si或SiC構成。
將如同上述地構成的平台11,栓扣在設置於處理室10之底部的略圓筒狀之支持構件17。支持構件17,例如由陶瓷或石英等絶緣體構成。
於平台11之上方,以與平台11相對向的方式設置噴淋頭20。噴淋頭20,具備面向處理空間S而配置的電極板21、及設置於電極板21之上方的電極支持體22。電極板21,作為與下部電極12成為一對的上部電極而作用。在如同後述地將第1射頻電源50與下部電極12電性耦合之情況,將噴淋頭20連接至接地電位。另,噴淋頭20,經由絕緣性遮蔽構件23而支持在處理室10之上部(頂棚面)。
於電極板21,形成用於將從後述氣體擴散室22a送出之處理氣體往處理空間S供給的複數個氣體噴出口21a。電極板21,例如由產生之焦耳熱少的具有低電阻率之導電體或半導體構成。
電極支持體22,將電極板21以可任意裝卸的方式支持。電極支持體22,例如具有在鋁等導電性材料之表面形成有耐電漿性的膜之構成。該膜,可為藉由陽極氧化處理而形成的膜、或氧化釔等陶瓷製的膜。於電極支持體22之內部,形成氣體擴散室22a。從氣體擴散室22a起,形成與氣體噴出口21a連通的複數個氣體流通孔22b。此外,於氣體擴散室22a,形成和後述氣體供給管33連接的氣體導入孔22c。
此外,將往氣體擴散室22a供給處理氣體之氣體供給源群30,經由流量控制機器群31、閥群32、氣體供給管33、及氣體導入孔22c而連接至電極支持體22。
氣體供給源群30,具備蝕刻所需之複數種氣體供給源。流量控制機器群31包含複數流量控制器,閥群32包含複數閥。流量控制機器群31之複數流量控制器,各自為質量流量控制器或壓力控制式之流量控制器。於電漿處理裝置1中,將來自從氣體供給源群30選出的一個以上之氣體供給源的處理氣體,經由流量控制機器群31、閥群32、氣體供給管33、氣體導入孔22c而往氣體擴散室22a供給。而後,將供給至氣體擴散室22a的處理氣體,經由氣體流通孔22b及氣體噴出口21a,往處理空間S內呈噴淋狀地分散供給。
於處理室10的底部,且為處理室10的內壁與支持構件17之間,設置擋板40。擋板40,例如藉由將氧化釔等陶瓷被覆於鋁材而構成。於擋板40,形成複數個貫通孔。處理空間S,經由該擋板40而與排氣口41連通。例如將真空泵等排氣裝置42連接至排氣口41,構成為藉由該排氣裝置42可將處理空間S內減壓。
此外,於處理室10之側壁形成晶圓W的搬出入口43,該搬出入口43成為可藉由閘閥44開閉。
電漿處理裝置1,更具備第1射頻電源50、第2射頻電源51、及匹配器52。第1射頻電源50與第2射頻電源51,經由匹配器52而和下部電極12耦合。另,第1射頻電源50與第2射頻電源51,構成本發明所揭露之射頻電源。
第1射頻電源50,產生電漿產生用的射頻電力HF,對下部電極12供給該射頻電力HF。射頻電力HF,可為27MHz~100MHz的範圍內之頻率,於一例中為40MHz。第1射頻電源50,經由匹配器52的第1匹配電路53而和下部電極12耦合。第1匹配電路53,係用於將第1射頻電源50的輸出阻抗與負載側(下部電極12側)的輸入阻抗匹配之電路。另,第1射頻電源50,亦可不與下部電極12電性耦合,亦可經由第1匹配電路53而與上部電極即噴淋頭20耦合。此外,亦可取代第1射頻電源50,使用構成為對下部電極12施加射頻電力以外的脈衝電壓之脈衝電源。此脈衝電源,與後述取代第2射頻電源51而使用之脈衝電源相同。
第2射頻電源51,產生用於將離子導入至晶圓W的射頻電力(射頻偏壓電力)LF,對下部電極12供給該射頻電力LF。射頻電力LF,可為400kHz~13.56MHz的範圍內之頻率,於一例中為400kHz。第2射頻電源51,經由匹配器52的第2匹配電路54而和下部電極12耦合。第2匹配電路54,係用於將第2射頻電源51的輸出阻抗與負載側(下部電極12側)的輸入阻抗匹配之電路。另,亦可取代第2射頻電源51,使用構成為對下部電極12施加射頻電力以外的脈衝電壓之脈衝電源。此處,脈衝電壓為周期性地改變電壓之大小的脈衝狀電壓。脈衝電源,亦可為直流電源。脈衝電源,可構成為電源本身施加脈衝電壓,亦可構成為在下游側具備將電壓脈衝化之裝置。在一例中,對下部電極12施加脈衝電壓俾於晶圓W產生負的電位。脈衝電壓可為矩形波,亦可為三角波,亦可為脈衝波(impulse),或亦可具有其他波形。脈衝電壓之頻率(脈衝頻率),可為100kHz~2MHz的範圍。上述射頻電力LF或脈衝電壓(以下將兩者通稱作「偏壓電力」),亦可對設置於靜電吸盤13之內部的偏壓電極供給或施加。此外,脈衝電源,並未限定於電力控制的電源,亦有使用定壓控制的電源之情況。此一情況,後述射頻電力RF,和定壓控制電源的射頻電壓同義。偏壓電極,亦可具備設置於和晶圓載置面相對應之區域(第1區域)的第1偏壓電極、及設置於和邊緣環載置面相對應之區域(第2區域)的第2偏壓電極。此一情況,亦可獨立地控制對第1偏壓電極施加或供給的偏壓電力(第1偏壓電力)、及對第2偏壓電極施加或供給的偏壓電力(第2偏壓電力)。
另,下述說明中,有將對下部電極12供給來自第1射頻電源50的射頻電力HF與來自第2射頻電源51的射頻電力LF中之一方或雙方的狀態稱作「RF導通(射頻導通)」之情況。此外,有將並未對下部電極12供給射頻電力HF與射頻電力LF之任一者的狀態稱作「RF關斷(射頻關斷)」之情況。此外,有將射頻電力HF與射頻電力LF統稱作「射頻電力RF」之情況。
如圖1及圖2所示,電漿處理裝置1,更具備直流(DC:Direct Current)電源60、切換單元61、第1射頻濾波器62、及第2射頻濾波器63。直流電源60,經由路徑64而與邊緣環14電性連接。於路徑64,從直流電源60側起依序設置切換單元61、第2射頻濾波器63、及第1射頻濾波器62。另,在本實施形態,對直流電源60設置2個射頻濾波器62、63,但射頻濾波器之數量並未限定於此一形態,例如亦可為1個。
此外,在本實施形態,直流電源60,經由切換單元61、第1射頻濾波器62、及第2射頻濾波器63而與邊緣環14連接,但對邊緣環14施加直流電壓之電源系統並未限定於此一形態。例如,直流電源60,亦可經由切換單元61、第2射頻濾波器63、第1射頻濾波器62、及下部電極12,而與邊緣環14直接電性連接。
直流電源60,係產生對邊緣環14施加之負極性的直流電壓DC之電源。此外,直流電源60為可變直流電源,直流電壓DC之高低可調整。於直流電源60的內部,設置產生直流電壓DC之脈衝的脈衝產生部65。脈衝產生部65,依據來自後述脈衝訊號源80之脈衝訊號而脈衝狀地施加直流電壓DC。另,脈衝產生部65,亦可作為獨立於直流電源60的裝置,配置於直流電源60之下游側。
切換單元61,構成為可停止來自直流電源60的直流電壓DC之對於邊緣環14的施加。具體而言,切換單元61,切換邊緣環14之與直流電源電路66或除電電路67的連接。另,例如在直流電源60為具有2種以上的直流電壓DC之輸出的電源之情況,有內建除電電路之情況。例如,在第1直流電壓DC之輸出較第2直流電壓DC之輸出更大的情況,為了由第1直流電壓DC之輸出改變為第2直流電壓DC之輸出,而在輸出第1直流電壓DC後,將其除電而除去電荷至與第2直流電壓DC同等後,輸出第2直流電壓DC。因此,依電源輸出數量,亦可於直流電源60之內部或外部內建除電電路,使其將切換2種直流電壓DC之輸出時的電位差解除。此等除電電路,亦可兼用作為除電電路67。
直流電源電路66,為連接至直流電源60而用於從該直流電源60對邊緣環14施加直流電壓DC之電路。在一例中,直流電源電路66,具備切換元件66a與阻尼元件66b。於切換元件66a,例如使用電場效應電晶體(Field-EffectTransistor, FET)。然則,於切換元件66a,除了FET以外亦可使用絕緣閘極型雙極性電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)或繼電器。而在切換元件66a呈閉路之狀態(導通狀態)下,邊緣環14與直流電源60連接,對邊緣環14施加直流電壓DC。另一方面,在切換元件66a呈開路之狀態(關斷狀態)下,並未對邊緣環14施加直流電壓DC。另,下述說明中,有將切換元件66a呈導通之狀態稱作「DC導通(直流導通)」,將切換元件66a呈關斷之狀態狀態稱作「DC關斷(直流關斷)」的情況。此外,阻尼元件66b,例如為電阻或線圈等,可由設計者任意決定其值與位置。
除電電路67,為用於使邊緣環14除電之電路。在一例中,除電電路67,具備切換元件67a與阻尼元件67b。於切換元件67a,例如使用電場效應電晶體(FET)。然則,於切換元件67a,除了FET以外亦可使用絕緣閘極型雙極性電晶體(IGBT)或繼電器。而在切換元件67a呈閉路之狀態(導通狀態)下,邊緣環14與除電電路67連接,邊緣環14的電荷往除電電路67流通而使邊緣環14除電。另一方面,在切換元件67a呈開路之狀態(關斷狀態)下,並未使邊緣環14除電。另,下述說明中,有將切換元件67a呈導通之狀態稱作「除電導通」,將切換元件67a呈關斷之狀態稱作「除電關斷」的情況。此外,阻尼元件67b,例如為電阻或線圈等,可由設計者任意決定其值與位置。
第1射頻濾波器62與第2射頻濾波器63,各自使射頻電力RF衰減,係為了保護直流電源60而設置。第1射頻濾波器62,例如使來自第1射頻電源50之40MHz的射頻電力RF衰減。第2射頻濾波器63,例如使來自第2射頻電源51之400kHz的射頻電力RF衰減。
第2射頻濾波器63,具備波形控制元件70與非波形控制元件71。波形控制元件70為控制直流電壓DC之波形的元件。非波形控制元件71為具有控制直流電壓DC之波形的功能以外之其他功能的元件,例如係如同後述地用於使第2射頻濾波器63的阻抗成為可變之可變元件等。抑或,非波形控制元件71,例如亦可為電容性元件、電感性元件、電阻元件、具備與其等同等功能的元件全體、電磁能量轉換器、傳送線路之任一種或複數種的組合,或者為全部。另,在圖2之例子中,雖從直流電源60側起依序設置波形控制元件70與非波形控制元件71,但其排列順序亦可相反。所屬技術領域中具有通常知識者,可適宜設計此等波形控制元件70與非波形控制元件71之排列順序。
圖3A~圖3D係顯示第2射頻濾波器63之內部構成的一例之說明圖。如圖3A所示,於第2射頻濾波器63之內部,設置高電位側(hot side)路徑72與低電位側(return side)路徑73。高電位側路徑72,例如為將直流電源60與邊緣環14連接的路徑64。低電位側路徑73,例如為連接至接地的殼體或屏蔽線、接地線等。
波形控制元件70,可為電容性元件(波形控制元件70b)、電感性元件(波形控制元件70a)、電阻元件(波形控制元件70b)、具備與其等同等功能的元件全體、電磁能量轉換器、傳送線路之任一種。此外,波形控制元件70,亦可為電容性元件、電感性元件、電阻元件、電磁能量轉換器、傳送線路之複數種的組合,或亦可由其等全部構成。進一步,波形控制元件70,亦可如圖3B所示,例如於高電位側路徑72中與非波形控制元件71串聯設置;亦可如圖3C所示,例如於高電位側路徑72中與非波形控制元件71並聯設置。如此地,所屬技術領域中具有通常知識者,可適宜設計波形控制元件70之數量與配置。
波形控制元件70之常數成為可變更。此一情況,波形控制元件70,例如可為線圈(電感元件)或電容器(電容元件)之任一者。此外,不限於線圈、電容器,若為可藉由電壓、電流而使常數可變之元件(例如二極體等),則為何種構成皆可達成同樣的功能。藉由使該波形控制元件70之常數為可變,而如同後述,可調整波形控制元件70之常數,控制直流電壓DC之波形。另,不必非得使波形控制元件70本身之常數為可變,亦可如圖3D所示,藉由利用切換電路74切換具有固定值之常數的波形控制元件70之組合,而調整波形控制元件70之常數。此一情況,於第2射頻濾波器63之內部,設置常數不同的複數個波形控制元件70。
第2射頻濾波器63,亦可構成為阻抗可變。亦即,亦可藉由使第2射頻濾波器63之非波形控制元件71為可變元件,而使阻抗成為可變。非波形控制元件71,例如可為線圈(電感元件)或電容器(電容元件)之任一者。此外,不限於線圈、電容器,若為可藉由電壓、電流使常數可變之元件(例如二極體等)等可變阻抗元件,則為何種構成皆可達成同樣的功能。所屬技術領域中具有通常知識者,亦可適宜設計非波形控制元件71之數量與位置。進一步,不必非得使元件本身為可變,例如亦可具備阻抗為固定值之複數個元件,藉由利用切換電路切換阻抗為固定值之元件的組合,而使阻抗可變。另,所屬技術領域中具有通常知識者,可分別適宜設計此等第2射頻濾波器63及上述第1射頻濾波器62之電路構成。
另,本實施形態,於第2射頻濾波器63之內部中,對於既存的第2射頻濾波器63之構成,新設置波形控制元件70。此一情況,波形控制元件70之設計自由度高。另一方面,亦可藉由在第2射頻濾波器63之內部變更既存的非波形控制元件71之常數,而使其作為波形控制元件70而作用。此一情況,波形控制元件70,具有控制直流電壓DC之波形的功能以外之其他功能。例如波形控制元件70,具有使射頻電力RF衰減的功能、及以阻抗控制進行之後述調整傾斜角度的功能。另,宜使此等各個功能分別獨立,此一情況,必須成為下述等設計:調整電路常數,在波形控制具有效果但在阻抗調整不具有效果。所屬技術領域中具有通常知識者,可任意設計對於此等各個功能的影響度、及功能的分離與獨立。而此一情況,可使設備成本減少未新設置波形控制元件70的份。
此外,本實施形態,雖於第2射頻濾波器63之內部設置波形控制元件70,但亦可於第1射頻濾波器62之內部設置波形控制元件70。抑或,在設置複數個波形控制元件70的情況,亦可於第2射頻濾波器63與第1射頻濾波器62各自設置波形控制元件70。
如圖1所示,電漿處理裝置1,更具備脈衝訊號源80。脈衝訊號源80,對第1射頻電源50、第2射頻電源51、及直流電源60(脈衝產生部65),發送脈衝訊號,即控制脈衝時序之訊號。第1射頻電源50與第2射頻電源51,各自依據脈衝訊號而脈衝狀地供給射頻電力HF與射頻電力LF。此外,直流電源60,依據脈衝訊號而脈衝狀地施加直流電壓DC。而脈衝訊號源80,可控制射頻電力HF及射頻電力LF與直流電壓DC的同步時序。另,此脈衝訊號源,亦可在第1射頻電源50、第2射頻電源51、直流電源60分別內建。
電漿處理裝置1更具備測定器(未圖示),測定邊緣環14之自偏電壓(抑或下部電極12或晶圓W之自偏電壓)。另,所屬技術領域中具有通常知識者,可適宜設計測定器之構成。
於上述電漿處理裝置1,設置控制部100。控制部100,例如為具備CPU(中央處理單元)與記憶體等的電腦,具有程式收納部(未圖示)。於程式收納部,收納有控制電漿處理裝置1之電漿處理的程式。另,上述程式,亦可記錄在電腦可讀取之記錄媒體,由該記錄媒體安裝至控制部100。
<電漿處理方法>
接著,針對利用如同上述地構成之電漿處理裝置1所施行的電漿處理予以說明。
首先,往處理室10之內部搬入晶圓W,將晶圓W載置於靜電吸盤13上。其後,藉由對靜電吸盤13的第1電極16a施加直流電壓,而將晶圓W以庫侖力在靜電吸盤13靜電吸附,予以固持。此外,於晶圓W之搬入後,藉由排氣裝置42將處理室10之內部減壓至期望的真空度。
接著,從氣體供給源群30,經由噴淋頭20而往處理空間S供給處理氣體。此外,藉由第1射頻電源50對下部電極12供給電漿產生用的射頻電力HF,激發處理氣體,產生電漿。此時,亦可藉由第2射頻電源51供給離子導入用的射頻電力LF。而後,藉由產生的電漿之作用,對晶圓W施行電漿處理。
於電漿處理結束時,首先,停止來自第1射頻電源50的射頻電力HF之供給、及以氣體供給源群30進行的處理氣體之供給。此外,在電漿處理中供給射頻電力LF的情況,亦停止該射頻電力LF之供給。接著,停止熱傳氣體之往晶圓W的背面之供給,停止以靜電吸盤13進行的晶圓W之吸附固持。
其後,從處理室10將晶圓W搬出,結束對於晶圓W之一連串的電漿處理。
另,於電漿處理中,亦有並未使用來自第1射頻電源50的射頻電力HF,僅使用來自第2射頻電源51的射頻電力LF產生電漿之情況。
<傾斜角度控制方法>
接著,針對在上述電漿處理中控制傾斜角度之方法予以說明。傾斜角度,係於晶圓W的邊緣區域中,由電漿處理形成之凹部的相對於晶圓W之厚度方向的傾斜度(角度)。傾斜角度,與離子之往晶圓W的邊緣區域之入射方向的相對於鉛直方向之傾斜度成為幾乎相同的角度。另,下述說明中,對於晶圓W之厚度方向,將內側(中心側)之方向稱作內方側;對於晶圓W之厚度方向,將外側之方向稱作外方側。
圖4係顯示因邊緣環之消耗所造成的鞘層之形狀的變化及離子之入射方向的傾斜之發生的說明圖。圖4(a)中以實線顯示的邊緣環14,顯示不具有該消耗之狀態的邊緣環14。以點線顯示的邊緣環14,顯示該消耗發生而厚度減少的邊緣環14。此外,圖4(a)中以實線顯示的鞘層SH,顯示處於邊緣環14未消耗之狀態時的鞘層SH之形狀。以點線顯示的鞘層SH,顯示處於邊緣環14消耗後之狀態時的鞘層SH之形狀。進一步,於圖4(a)中,箭頭表示處於邊緣環14消耗後之狀態時的離子之入射方向。
如圖4(a)所示,於一例中,處於邊緣環14未消耗之狀態的情況,鞘層SH之形狀,在晶圓W及邊緣環14之上方中保持為平坦。因此,離子往晶圓W之全表面沿略垂直的方向(鉛直方向)入射。因此,傾斜角度成為0(零)度。
另一方面,一旦邊緣環14消耗,其厚度減少,則在晶圓W的邊緣區域及邊緣環14之上方中,鞘層SH之厚度變小,該鞘層SH之形狀改變為往下凸出之形狀。其結果,使離子之對於晶圓W的邊緣區域之入射方向對鉛直方向傾斜。下述說明中,將離子之入射方向如圖4(b)所示地相對於鉛直方向往內側傾斜角度θ1時,由電漿處理形成之凹部往內方側傾斜角度θ1的現象,稱作向內傾斜(Inner Tilt)。向內傾斜發生的原因,並未限定於上述邊緣環14之消耗。例如,在邊緣環14產生的電壓較晶圓W側的電壓更低之情況,於初始狀態即成為向內傾斜。此外,例如,亦有在邊緣環14之初始狀態中刻意地調整成為向內傾斜,藉由後述直流電源60之調整而修正傾斜角度的情況。
另,如圖5所示,亦可能有相對於晶圓W的中央區域,在晶圓W的邊緣區域及邊緣環14之上方中,鞘層SH之厚度變大,使該鞘層SH之形狀成為往上凸出之形狀的情況。例如,在邊緣環14產生之電壓高的情況,鞘層SH之形狀可能成為往上凸出之形狀。於圖5(a)中,箭頭表示離子之入射方向。下述說明中,將離子之入射方向如圖5(b)所示地相對於鉛直方向往外側傾斜角度θ2時,由電漿處理形成之凹部往外方側傾斜角度θ2的現象,稱作向外傾斜(Outer Tilt)。
本實施形態之電漿處理裝置1,控制傾斜角度。具體而言,傾斜角度的控制,係藉由調整來自直流電源60的直流電壓DC、第2射頻濾波器63的阻抗,控制離子的入射角度而施行。此一情況,使控制直流電壓DC之波形的波形控制元件70,與用於使阻抗成為可變的非波形控制元件71各自獨立,或功能分離。波形控制元件70與非波形控制元件71不必非得為個別的元件,但必須使其等之功能分離;所屬技術領域中具有通常知識者,可任意設計以此為緣由之電路構成。
[直流電壓之調整]
首先,針對來自直流電源60的直流電壓DC之調整予以說明。在直流電源60,將對邊緣環14施加的直流電壓DC,設定為絕對值係自偏電壓Vdc(以下有稱作「偏電壓Vdc」的情況)之絕對值與設定值ΔV的和之負極性的電壓,亦即,設定為-(|Vdc|+ΔV)。偏電壓Vdc為晶圓W的自偏電壓,供給一方或雙方的射頻電力RF,且為未對下部電極12施加來自直流電源60的直流電壓DC時之下部電極12的自偏電壓。設定值ΔV,係由控制部100給予。
控制部100,利用預先決定的函數或表格,由從邊緣環14的消耗量(從邊緣環14之厚度的初始值算起之減少量)與電漿處理的製程條件(例如處理時間)推定之邊緣環14的消耗量,指明設定值ΔV。亦即,控制部100,藉由將邊緣環14的消耗量與偏電壓輸入至上述函數,或利用邊緣環14的消耗量與偏電壓並參考上述表格,而決定設定值ΔV。
控制部100,在設定值ΔV的決定中,亦可將邊緣環14之初始厚度,與例如利用雷射測定器或相機等測定器所實測出的邊緣環14之厚度的差,作為邊緣環14的消耗量而使用。此外,例如亦可從藉由質量計等測定器測定出之邊緣環14的質量之變化,推定邊緣環14的消耗量。抑或,控制部100,亦可為了決定設定值ΔV,而利用預先決定之另外的函數或表格,由特定參數推定邊緣環14的消耗量。該特定參數,可為偏電壓Vdc、射頻電力HF或射頻電力LF之波高值Vpp、負載阻抗、邊緣環14或邊緣環14之周邊的電氣特性等之中的任一者。邊緣環14或邊緣環14之周邊的電氣特性,可為邊緣環14或邊緣環14之周邊任意處的電壓、電流值、包含邊緣環14的電阻值等之中的任一者。另外的函數或表格,係以決定特定參數與邊緣環14的消耗量之關係的方式預先決定。為了推定邊緣環14的消耗量,而於實際之電漿處理實行前或電漿處理裝置1之維修時,在用於推定消耗量的測定條件,亦即射頻電力HF、射頻電力LF、處理空間S內之壓力、及往處理空間S供給的處理氣體之流量等的設定下,使電漿處理裝置1動作。而後,取得上述特定參數,藉由將此等該特定參數輸入至上述另外的函數,或藉由利用該特定參數並參考上述表格,而指明邊緣環14的消耗量。
在電漿處理裝置1,於電漿處理中,亦即,於供給射頻電力HF及射頻電力LF中之一方或雙方的射頻電力RF之期間中,從直流電源60對邊緣環14施加直流電壓DC。藉此,控制邊緣環14及晶圓W的邊緣區域之上方的鞘層之形狀,減少離子之往晶圓W的邊緣區域之入射方向的傾斜,控制傾斜角度。其結果,涵蓋晶圓W之全區域,形成和該晶圓W之厚度方向呈略平行的凹部。
更詳而言之,於電漿處理中,藉由測定器(未圖示)測定偏電壓Vdc。此外,從直流電源60對邊緣環14施加直流電壓DC。對邊緣環14施加的直流電壓DC之值,如同上述為-(|Vdc|+ΔV)。|Vdc|為緊接其前藉由測定器取得之偏電壓Vdc的測定值之絕對值;ΔV為藉由控制部100決定之設定值。如此地由在蝕刻中測定出的偏電壓Vdc,決定對邊緣環14施加的直流電壓DC。如此一來,則即便偏電壓Vdc產生變化,仍修正由直流電源60產生的直流電壓DC,適當地修正傾斜角度。
[阻抗之調整]
接著,針對第2射頻濾波器63的阻抗之調整予以說明。
圖6係顯示來自直流電源60的直流電壓DC、第2射頻濾波器63的阻抗、及傾斜角度的修正角度(下稱「傾斜修正角度」)之關係的說明圖。圖6之縱軸顯示傾斜修正角度,橫軸顯示來自直流電源60的直流電壓DC。如圖6所示,若將來自直流電源60的直流電壓DC之絕對值增高,則傾斜修正角度變大。此外,藉由調整第2射頻濾波器63的阻抗,傾斜修正角度亦變大。亦即,藉由如此地調整阻抗,而可使直流電壓DC與傾斜修正角度之相關性,往傾斜修正角度變大側偏移。
如圖4所示,例如一旦邊緣環14消耗,則離子之入射角度對鉛直方向往內側傾斜,則成為向內傾斜。因而,若如圖6所示地將來自直流電源60的直流電壓DC之絕對值增高,則使傾斜修正角度變大,往內方側傾斜的傾斜角度向外方側改變,可將該傾斜角度修正為0(零)度。然而,若直流電壓DC之絕對值變得過高,則在晶圓W與邊緣環14之間產生放電。因此,可對邊緣環14施加的直流電壓DC具有限制,即便欲僅藉由直流電壓DC之調整而控制傾斜角度,其控制範圍仍有極限。
因而,如圖6所示,調整第2射頻濾波器63的阻抗,使直流電壓DC與傾斜修正角度之相關性,往傾斜修正角度變大側偏移。此一情況,再度使來自直流電源60的直流電壓DC之絕對值增高,將傾斜修正角度調整為目標角度θ3,可修正傾斜角度(回到0)。因此,若依本實施形態,則藉由調整阻抗,而可不變更直流電壓DC之調整範圍地,將傾斜角度之控制範圍增大。
另,在本實施形態,雖調整來自直流電源60的直流電壓DC與第2射頻濾波器63的阻抗而控制傾斜角度,但亦可僅藉由直流電壓DC控制傾斜角度。
<直流電壓之波形控制方法>
此處,為了如同上述地控制傾斜角度,而調整從直流電源60對邊緣環14施加的直流電壓DC,在晶圓W與邊緣環14之間設定電位差即設定值ΔV。此時,例如若直流電壓DC的施加時序偏置而產生意料之外的電位差,則有在晶圓W與邊緣環14之間發生放電的疑慮。而其結果,有使晶圓W蒙受損傷的情況。
因而,在本實施形態,調整波形控制元件70之常數,控制直流電壓DC之波形,控制使直流電壓DC達於期望的值之時間,即達於將偏電壓Vdc之絕對值與設定值ΔV的和作為其絕對值之負極性的電壓(=-(|Vdc|+ΔV))之時間,藉以於邊緣環14中使其具有對晶圓W的電位變化之追蹤性。
圖7係顯示射頻電力RF與直流電壓DC之經時變化的說明圖。圖7中之上方圖形的縱軸為射頻電力RF,橫軸為時間t。圖7中之下方圖形的縱軸為直流電壓DC,橫軸為時間t。圖7中之下方圖形中,實線之「BiasVoltage(偏電壓)」顯示由射頻電力RF產生的偏電壓。點線之「Controlled Waveform(經控制的波形)」,顯示本實施形態中調整波形控制元件70之常數而施行波形控制後的直流電壓DC。一點鏈線之「Non-Controlled Waveform(未控制的波形)」,作為本實施形態的比較例,顯示習知形態中未施行波形控制之情況的直流電壓DC。
(步驟S1)
步驟S1係施行邊緣環14的除電之步驟。在步驟S1,使直流電源電路66的切換元件66a呈開路(DC關斷),使除電電路67的切換元件67a呈閉路(除電導通)。如此一來,則使邊緣環14與除電電路67連接,將邊緣環14的電荷經由除電電路67而除去。在此步驟S1,停止射頻電力RF的往下部電極12之供給(RF關斷)。另,亦有將步驟S1之邊緣環14的除電處理省略之情況。
(步驟S2)
步驟S2,係對下部電極12供給射頻電力RF(RF導通),對邊緣環14施加直流電壓DC(DC導通),使該直流電壓DC上升至期望的值,即上升至-(|Vdc|+ΔV)之步驟。在步驟S2,使直流電源電路66的切換元件66a呈閉路(DC導通),使除電電路67的切換元件67a呈開路(除電關斷)。
在步驟S2,若成為RF導通,則發生射頻電力RF之反射,使對下部電極12供給的射頻電力RF緩緩地上升。因此,如實線之「Bias Voltage」所示,由射頻電力RF產生的偏電壓,即在晶圓W產生的電位,相對於RF導通之時序亦緩慢地上升。相對於此,如一點鏈線之「Non-Controlled Waveform」所示,直流電源60通常快速啟動,直流電壓DC急遽地上升。如此一來,則邊緣環14的電位追蹤直流電源60的電位而成為相同,急遽地上升。因此,於晶圓W與邊緣環14之間中,產生較意想之情形更大的電位差,有在晶圓W與邊緣環14之間發生放電的疑慮。
因而,在本實施形態,調整波形控制元件70之常數,控制直流電壓DC之波形。具體而言,直流電壓DC之施加開始時(DC導通),調整波形控制元件70之常數,俾使如一點鍊線之「Non-Controlled Waveform」所示的直流電壓DC之上升速度,與實線之「Bias Voltage」之上升速度成為相同。另,上升速度為圖7中的圖形之傾斜程度。此一情況,抑制偏電壓(晶圓W的電位)與直流電壓DC(邊緣環14的電位)之間的電位差。而藉由使該電位差收斂在預先決定之閾值以內,而可抑制晶圓W與邊緣環14之間的放電。
此外,在本實施形態,調整波形控制元件70之常數,俾使直流電壓DC成為-(|Vdc|+ΔV)的穩定狀態,使該直流電壓DC對邊緣環14施加之施加時間成為最大。施加時間的最大值,與供給射頻電力RF(RF導通)的時間相同。此一情況,可使後述步驟S3的電漿處理之施行時間成為最大,可效率良好地施行該電漿處理。
(步驟S3)
步驟S3,係對下部電極12供給射頻電力RF(RF導通),並對邊緣環14施加直流電壓DC(DC導通、除電關斷),而對晶圓W施行電漿處理之步驟。此時,直流電壓DC維持為-(|Vdc|+ΔV)的穩定狀態。
(步驟S4)
步驟S4,係停止射頻電力RF的對下部電極12之供給(RF關斷),停止直流電壓DC的對邊緣環14之施加(DC關斷),使該直流電壓DC下降至期望的值之步驟。此時,使邊緣環14除電(除電導通)。在步驟S4,使直流電源電路66的切換元件66a呈開路,使除電電路67的切換元件67a呈閉路(除電導通)。
在步驟S4,若將RF關斷,則以硬體(裝置)、電漿的時間常數緩緩地除電,因而如實線之「Bias Voltage」所示,偏電壓,亦即晶圓W的電位緩慢地下降。相對於此,如一點鏈線之「Non-Controlled Waveform」所示,直流電壓DC急遽地下降,邊緣環14的電位亦急遽地下降。因此,於晶圓W與邊緣環14之間中,產生較意想之情形更大的電位差,有在晶圓W與邊緣環14之間發生放電的疑慮。
因而,在本實施形態,調整波形控制元件70之常數,控制直流電壓DC之波形。具體而言,使除電電路67的切換元件67a呈閉路時(除電導通),調整波形控制元件70之常數,俾使偏電壓與直流電壓DC的電位差接近。另外,此時,亦可事先量測偏電壓,或亦可由計算出的時間常數等決定。此一情況,可抑制偏電壓(晶圓W的電位)與直流電壓DC(邊緣環14的電位)之間的電位差。而後,藉由使此電位差收斂在預先決定之閾值以內,而可抑制晶圓W與邊緣環14之間的放電。
另,在切換單元61不具有除電電路67的情況,使切換單元61呈開路、或停止直流電壓DC之施加(DC關斷)的情況,可追蹤電漿電位,抑制偏電壓(晶圓W的電位)與直流電壓DC(邊緣環14的電位)之間的電位差。此外,作為另一例,在直流電源60為具有2種以上的直流電壓DC之輸出的電源之情況,且係切換為與在DC導通而施加之第1直流電壓DC不同的第2直流電壓DC之情況,對切換為該第2直流電壓DC之速度進行控制。
若依本實施形態,則在RF導通與RF關斷之任一者中,皆可藉由調整波形控制元件70之常數,控制直流電壓DC之波形,而抑制晶圓W與邊緣環14之間的電位差。
此處,針對施行波形控制元件70之最佳化時的條件予以說明。波形控制元件70之常數,亦可在製程處理前事先使常數變動,先決定最佳常數。
具體而言,亦可以滿足下述全部5個條件的方式使波形控制元件70最佳化,或亦可以依規格而滿足5個條件之任一者或複數者的方式使波形控制元件70最佳化。
(1)第1個條件為,如同上述地使直流電壓DC之上升速度與偏電壓之上升速度相同,並使直流電壓DC的施加時間最大化。為了達成此一條件,而使波形控制元件70之常數、使用的波形控制元件70之構成等最佳化。
(2)第2個條件為,由於追加新的波形控制元件70而產生因晶圓W與邊緣環14的電位差而造成之放電(電弧放電, arcing)時,電弧放電規模不變大。為了達成此一條件,而施行波形控制元件70之常數的最佳化、特定波形控制元件70的採用,或施行特定波形控制元件70之組合的採用等。
(3)第3個條件為,直流電源60之電力消耗量不變大。為了達成此一條件,而施行波形控制元件70之常數的最佳化、或僅藉由特定波形控制元件70構成等。
(4)第4個條件為,與既存元件兼容。例如,本實施形態中,於第2射頻濾波器63之內部具有既存的非波形控制元件71之情況,考慮該非波形控制元件71之常數後,使波形控制元件70之常數最佳化。
(5)第5個條件為,抑制射頻電力RF之影響。例如,如同本實施形態地於第2射頻濾波器63之內部設置波形控制元件70的情況,在未破壞第2射頻濾波器63所產生之使射頻電力RF衰減的功能之範圍內,將波形控制元件70之常數、使用的波形控制元件70之構成等最佳化。
此外,如同本實施形態地使波形控制元件70之常數成為可變的情況,可對射頻電力RF、直流電壓DC之每一脈衝頻率,使波形控制元件70之常數最佳化。此一情況,亦可在任意時序變更波形控制元件70之常數。
此外,亦可將波形控制元件70之常數進行反饋控制。例如,於射頻電力RF、直流電壓DC之每一脈衝頻率變更波形控制元件70之常數的情況,亦可測定射頻電力RF、直流電壓DC之脈衝頻率,依據該測定結果而調整波形控制元件70之常數。此外,例如,亦可將對於直流電壓DC之波形監測電壓與電流的測定器(未圖示),與波形控制元件70一同設置,依據該測定器之測定結果調整波形控制元件70之常數,俾使直流電壓DC成為任意的波形形狀或值。此外,例如,亦可利用直流電源60之監測功能測定直流電壓DC之波形,依據該結果而調整波形控制元件70之常數。進一步,例如,亦可於第2射頻濾波器63設置測定波形形狀的感測器,依據該感測器之測定結果(波形形狀)而調整波形控制元件70之常數。
<波形控制元件之另一實施形態>
以上實施形態,雖於第2射頻濾波器63之內部設置波形控制元件70,但波形控制元件70之設置位置並未限定於此一形態,所屬技術領域中具有通常知識者可於直流電源60與邊緣環14之間中適宜設計。以下,針對波形控制元件70之另一實施形態予以說明。
如圖8所示,波形控制元件70,亦可設置於直流電源60之內部。波形控制元件70,設置於較脈衝產生部65更接近邊緣環14側。此外,例如在省略切換單元61,將相當於該切換單元61的切換電路(未圖示)設置於直流電源60之內部的情況,波形控制元件70,設置於較切換電路更接近邊緣環14側。此一情況,如圖3A~圖3D所示,所屬技術領域中具有通常知識者,可適宜設計波形控制元件70之數量與配置。此外,波形控制元件70,可為對於直流電源60之內部的既存元件新設置之元件,亦可變更既存元件之常數而使其作為波形控制元件70作用。
如圖9所示,波形控制元件70,亦可設置於切換單元61之內部。此一情況,如圖3A~圖3D所示,所屬技術領域中具有通常知識者,可適宜設計波形控制元件70之數量與配置。此外,波形控制元件70,亦可對於切換單元61的既存元件,亦即阻尼元件66b、67b,另設置新元件。抑或,亦可藉由變更既存的阻尼元件66b、67b之常數,而使其作為波形控制元件70而作用。進一步,亦可藉由對切換單元61追加新的阻尼元件,變更該追加的阻尼元件之常數,而使其作為波形控制元件70而作用。
如圖10所示,波形控制元件70,可設置於將直流電源60與邊緣環14電性連接之路徑64。然則,若考慮射頻電力RF之影響,則波形控制元件70,宜設置於將直流電源60與第2射頻濾波器63連接之路徑64、或設置於將第2射頻濾波器63與第1射頻濾波器62連接之路徑64。
<直流電壓之波形控制方法的另一實施形態>
以上實施形態,於RF導通時與RF關斷時,調整波形控制元件70之常數,控制直流電壓DC之波形,但亦可在此等波形控制以外,更應用對於直流電源60側之脈衝時序的延遲時間(Dead Time)功能而利用。此一情況,藉由設定延遲時間,而於直流電源60之輸出端中形成浮動電位狀態,藉以於邊緣環14中使其具有對晶圓W的電位變化之追蹤性。
另,切換單元61一般具有的延遲時間功能,係在切換直流電源電路66與除電電路67時,使往一方之電路的切換產生延遲,俾使此等2個電路不同時成為導通的功能。一旦2個電路同時導通,則發生短路,故設置此等延遲時間功能。脈衝狀地供給射頻電力RF時,從脈衝訊號源80發送脈衝訊號,在第1射頻電源50、第2射頻電源51、及直流電源60中作為同步訊號而使用。上述延遲時間功能,對於此等脈衝訊號設定延遲時間。而在此等延遲時間中,直流電源60並非為導通狀態亦非為關斷狀態,而成為不定狀態。另,下述說明中,有將一般的延遲時間稱作「延遲時間Do」,將本實施形態的延遲時間稱作「延遲時間Dt」之情況。
圖11係顯示射頻電力RF與直流電壓DC之經時變化的說明圖。圖11為與圖7相同的圖形。圖11中之下方圖形中,實線之「Bias Voltage(偏電壓)」顯示由射頻電力RF產生的偏電壓。點線之「Controlled Waveform(經控制的波形)」,顯示於本實施形態中調整波形控制元件70之常數而施行波形控制後的直流電壓DC。一點鏈線之「Non-Controlled Waveform(未控制的波形)」,作為本實施形態的比較例,顯示習知形態中未施行波形控制之情況的直流電壓DC。
(步驟T1)
步驟T1係施行邊緣環14的除電之步驟。此步驟T1的除電處理,與上述步驟S1相同。此外,亦有將步驟T1之邊緣環14的除電處理省略之情況。
(步驟T2)
步驟T2,係在對下部電極12供給射頻電力RF後(RF導通),至對邊緣環14施加直流電壓DC(DC導通)為止之間,亦即第1延遲時間Dt1的步驟。在步驟T2,將直流電源電路66的切換元件66a維持為開路(DC關斷),並使除電電路67的切換元件67a呈開路(除電關斷)。亦即,使邊緣環14成為未和直流電源電路66與除電電路67雙方連接之狀態。
此處,一般之切換單元61所具有的延遲時間Do之情況,直流電源60係並非為導通狀態亦非為關斷狀態的不定狀態,因而宜盡可能使延遲時間Do減短。相對於此,在步驟T2的第1延遲時間Dt1,藉由先使直流電源電路66的切換元件66a呈開路,並使除電電路67的切換元件67a呈開路之狀態,而在不定狀態時使直流電源60的輸出端成為浮動電位。亦即,藉由先設定不使用直流電源電路66與除電電路67雙方之閒置狀態,而在第1延遲時間Dt1之期間,使直流電源60的輸出端成為浮動電位。在此浮動電位狀態中,邊緣環14的電位,追蹤晶圓W的電位而緩緩地上升。因此,在經過了第1延遲時間Dt1之時間點中,晶圓W與邊緣環14之間的電位差變小。
(步驟T3)
步驟T3,係在對下部電極12供給射頻電力RF之狀態下(RF導通),對邊緣環14施加直流電壓DC(DC導通),使該直流電壓DC上升至期望的值,即上升至-(|Vdc|+ΔV)之步驟。在步驟T3,使直流電源電路66的切換元件66a呈閉路(DC導通),除電電路67的切換元件67a呈開路(除電關斷)。
在步驟T3,可使邊緣環14的電位,與晶圓W的電位(電漿及鞘層之電位)成為相等,亦即,成為根據射頻電力RF(將產生之反射去除者)的偏電壓Vdc。
此外,在步驟T3的DC導通時,與上述實施形態同樣地調整波形控制元件70之常數,控制直流電壓DC之波形。具體而言,直流電壓DC之施加開始時(DC導通),調整波形控制元件70之常數,俾使如一點鍊線之「Non-Controlled Waveform」所示的直流電壓DC之上升速度,與實線之「Bias Voltage」之上升速度成為相同。此一情況,可抑制偏電壓(晶圓W的電位)與直流電壓DC(邊緣環14的電位)之間的電位差。而後,藉由使此電位差收斂在預先決定之閾值以內,而可抑制晶圓W與邊緣環14之間的放電。
(步驟T4)
步驟T4,係對下部電極12供給射頻電力RF(RF導通),並對邊緣環14施加直流電壓DC(DC導通、除電關斷),以對晶圓W施行電漿處理之步驟。此時,直流電壓DC,維持為-(|Vdc|+ΔV)的穩定狀態。
(步驟T5)
步驟T5,係在停止射頻電力RF的對下部電極12之供給後(RF關斷),至直流電壓DC的對邊緣環14之施加停止(DC關斷)為止之間,亦即第2延遲時間Dt2的步驟。在步驟T5,將除電電路67的切換元件67a維持為開路(除電關斷),並使直流電源電路66的切換元件66a呈開路(DC關斷)。亦即,使邊緣環14成為未與直流電源電路66及除電電路67雙方連接之狀態。
在步驟T5的第2延遲時間Dt2,藉由先使直流電源電路66的切換元件66a呈開路,並使除電電路67的切換元件67a呈開路之狀態,而在不定狀態時使直流電源60的輸出端成為浮動電位。亦即,藉由先設定不使用直流電源電路66與除電電路67雙方之閒置狀態,而在第2延遲時間Dt2的期間,使直流電源60的輸出端成為浮動電位。在此直流電源60為浮動電位狀態時,邊緣環14的電位,追蹤晶圓W的電位而緩緩地下降。因此,在經過了第2延遲時間Dt2之時間點中,晶圓W與邊緣環14之間的電位差變小。
(步驟T6)
步驟T6,係在停止射頻電力RF的對下部電極12之供給的狀態下(RF關斷),停止直流電壓DC的對邊緣環14之施加(DC關斷),使該直流電壓DC下降至期望的值之步驟。在步驟T6,使直流電源電路66的切換元件66a呈開路,使除電電路67的切換元件67a呈閉路(除電導通)。
在步驟T6的DC關斷時,與上述實施形態同樣地調整波形控制元件70之常數,控制直流電壓DC之波形。具體而言,使除電電路67的切換元件67a呈閉路時(除電導通),調整波形控制元件70之常數,俾使偏電壓與直流電壓DC的電位差接近。此一情況,可抑制偏電壓(晶圓W的電位)與直流電壓DC(邊緣環14的電位)之間的電位差。而後,藉由使此電位差收斂在預先決定之閾值以內,而可抑制晶圓W與邊緣環14之間的放電。
另,本實施形態中,延遲時間Dt1、Dt2所共通的限制條件,係延遲時間Dt1、Dt2之相對於對邊緣環14施加直流電壓DC的時間(DC導通時間)之比例。延遲時間Dt1、Dt2為未施加直流電壓DC之時間,因而若延遲時間Dt1、Dt2變長,則從與射頻電力RF同步的直流電壓DC之施加狀態發生偏離。因而,依據DC導通時間,決定延遲時間Dt1、Dt2。另,延遲時間Dt1、Dt2之最低限度的比例,係由電漿處理的製程評價結果判斷。
RF導通時的第1延遲時間Dt1之具體的決定方法如同下述。亦即,事先測定從射頻電力RF供給起算之反射時間,將此反射時間以上之時間決定為第1延遲時間Dt1。抑或,亦可測定邊緣環14的電位,依據射頻電力RF與邊緣環14的電位,而決定第1延遲時間Dt1。
RF關斷時的第2延遲時間Dt2之具體的決定方法如同下述。亦即,測定邊緣環14的電位,以使該邊緣環14的電位充分下降後將邊緣環14除電之方式,決定第2延遲時間Dt2。抑或,亦可測定射頻電力RF,僅依據該射頻電力RF而決定第2延遲時間Dt2。
若依本實施形態,則除了於RF導通時以波形控制元件70控制直流電壓DC之波形以外,更於RF導通與DC導通之間設定第1延遲時間Dt1,故可進一步抑制晶圓W與邊緣環14之間的電位差。此外,於RF關斷時亦同樣地,除了以波形控制元件70控制直流電壓DC之波形以外,更於RF關斷與DC關斷之間設定第2延遲時間Dt2,故可進一步抑制晶圓W與邊緣環14之間的電位差。
此處,以既存功能設定本實施形態之步驟T2、T5的功能之情況,一般使用2種脈衝之時序訊號等,需要可判斷包含DC導通之狀態、DC關斷之狀態、浮動電位狀態在內的3種狀態之時序訊號。因此,裝置構成變得非常繁複。
關於此點,在本實施形態,藉由利用延遲時間Dt1、Dt2,無論為何種直流電源,皆可決定邊緣環14的電位之對晶圓W的電位之追蹤時序。此外,由於在直流電源60側形成浮動電位之時序,故可使用與射頻電力RF相同的脈衝時序訊號。換而言之,可利用既存的脈衝訊號源80,無須重新製作脈衝訊號源80。
另,RF導通時與RF關斷時的直流電壓DC之控制方法,並未限定於上述實施形態。例如,亦可在RF導通時將步驟T2省略,僅施行步驟T3的直流電壓DC之波形控制;在RF關斷時施行步驟T5的以第2延遲時間Dt2進行的直流電壓DC之控制、及步驟T6的直流電壓DC之波形控制。此外,例如亦可在RF導通時施行步驟T2的以第1延遲時間Dt1進行的直流電壓DC之控制、及步驟T3的直流電壓DC之波形控制;在RF關斷時將步驟T5省略,僅施行步驟T6的直流電壓DC之波形控制。
<另一實施形態>
以上實施形態,亦可應用在直流電源60為具有2種以上的直流電壓DC之輸出的電源。圖12係顯示射頻電力RF與直流電壓DC之經時變化的說明圖。圖12為與圖7及圖11相同的圖形,將詳細說明省略。另,於圖12中,第1偏電壓1,表示由第1射頻電力RF1產生的偏電壓。於第1偏電壓1與第1直流電壓DC1之間具有第1電位差1。第2偏電壓2,表示由第2射頻電力RF2產生的偏電壓。於第2偏電壓2與第2直流電壓DC2之間具有第2電位差2。晶圓W的電位和第1電位差1與第2電位差2,可為相同值,亦可為不同值。
此一情況,在第1直流電壓DC1之輸出較第2直流電壓DC2之輸出更大的情況,為了由第1直流電壓DC1之輸出改變為第2直流電壓DC2,而在輸出第1直流電壓DC1後,將其除電而除去電荷至與第2直流電壓DC2同等後,輸出第2直流電壓DC2。因此,依電源輸出數量,亦可於直流電源60之內部或外部內建除電電路,使其將切換2個直流電壓DC之輸出時的電位差解除。此除電電路,亦可兼用作為除電電路67。在本實施形態,對於第1直流電壓DC1與第2直流電壓DC2的切換,亦可獲得上述波形控制的效果。
以上實施形態之電漿處理裝置1雖為電容耦合型之電漿處理裝置,但本發明所應用之電漿處理裝置並未限定於此一形態。例如,電漿處理裝置亦可為電感耦合型之電漿處理裝置。
此外,例如,本發明包含以下實施形態。
(附註1)
一種電漿處理裝置,對基板施行電漿處理,該電漿處理裝置包含:
處理室;
基板支持體,配置於該處理室內,該基板支持體包括基台、該基台上的靜電吸盤、及配置成包圍著該靜電吸盤上所載置之基板的邊緣環;
射頻電源,供給用來由該處理室的內部之氣體產生電漿的射頻電力;
直流電源,對該邊緣環施加負極性的直流電壓;
波形控制元件,控制該直流電壓之波形;以及
控制部,調整該波形控制元件之常數,控制使該直流電壓達於期望的值之時間。
(附註2)
如附註1記載之電漿處理裝置,其中,
包括射頻濾波器,其與該邊緣環電性連接;
該波形控制元件,配置於該射頻濾波器內。
(附註3)
如附註1記載之電漿處理裝置,其中,
該波形控制元件,配置於該直流電源內。
(附註4)
如附註3記載之電漿處理裝置,其中,
該直流電源,包括產生該直流電壓之脈衝的脈衝產生部;
該波形控制元件,配置於較該脈衝產生部更接近該邊緣環側。
(附註5)
如附註1記載之電漿處理裝置,其中,
更包含:直流電源電路,用於對該邊緣環施加該直流電壓;
除電電路,用於使該邊緣環除電;以及
切換單元,切換該邊緣環之與該直流電源電路或該除電電路的連接;
該波形控制元件,配置於該切換單元內。
(附註6)
如附註1記載之電漿處理裝置,其中,
該波形控制元件,配置於該直流電源與該射頻濾波器之間的路徑。
(附註7)
如附註1至附註6中任一項記載之電漿處理裝置,其中,
具備將該直流電源與該邊緣環連接的高電位側路徑、及將該邊緣環連接至接地的低電位側路徑;
該波形控制元件,包含配置於該高電位側路徑,或者配置於該高電位側路徑與該低電位側路徑之間的電容性元件、電感性元件、電阻元件、電磁能量轉換器、傳送線路中之任一種或複數種。
(附註8)
如附註1至附註7中任一項記載之電漿處理裝置,其中,
更包含非波形控制元件,其具有控制該直流電壓之波形的功能以外之其他功能;
該其他功能,包含從由電容性元件、電感性元件、電阻元件、電磁能量轉換器及傳送線路所構成的群組中選出之至少1種功能。
(附註9)
如附註1至附註8中任一項記載之電漿處理裝置,其中,
該波形控制元件,具有控制該直流電壓之波形的功能以外之其他功能;
該其他功能,包含從由電容性元件、電感性元件、電阻元件、電磁能量轉換器及傳送線路所構成的群組中選出之至少1種功能。
(附註10)
如附註2記載之電漿處理裝置,其中,
該非波形控制元件,包括用於使該射頻濾波器之阻抗成為可變的可變元件。
(附註11)
如附註1至附註9中任一項記載之電漿處理裝置,其中,
該波形控制元件之常數可變更。
(附註12)
如附註1至附註9中任一項記載之電漿處理裝置,其中,
該波形控制元件之常數為固定值;
包含該常數不同之複數個該波形控制元件;
更包含切換該複數個波形控制元件的切換電路。
(附註13)
如附註1至附註12中任一項記載之電漿處理裝置,其中,
該控制部,調整該波形控制元件之常數,控制該直流電壓之波形,俾使直流電壓接近偏電壓。
(附註14)
如附註1至附註12中任一項記載之電漿處理裝置,其中,
該控制部,控制該電漿處理裝置,俾實行包含如下步驟之處理:
(a)開始該射頻電力之供給,在經過了預先決定的延遲時間後,開始該直流電壓之施加;以及
(b)調整該波形控制元件之常數,控制該直流電壓之波形,控制使該直流電壓達於期望的值之時間。
(附註15)
如附註14記載之電漿處理裝置,其中,
該控制部,控制該電漿處理裝置,俾實行包含如下步驟之處理:
(c)停止該射頻電力之供給,在經過了預先決定的延遲時間後,開始使該邊緣環除電;以及
(b)調整該波形控制元件之常數,控制該直流電壓之波形,控制使該直流電壓達於期望的值之時間。
(附註16)
如附註14或15記載之電漿處理裝置,其中,
該控制部,依據該延遲時間之相對於該直流電壓的施加時間之比例,而決定該延遲時間。
(附註17)
如附註16記載之電漿處理裝置,其中,
該控制部,測定從該射頻電力之供給起算的反射時間,將該反射時間以上之時間決定為該延遲時間。
(附註18)
如附註16或17記載之電漿處理裝置,其中,
該控制部,測定該邊緣環的電位,依據該邊緣環的電位而決定該延遲時間。
(附註19)
一種電漿處理方法,利用電漿處理裝置對基板施行電漿處理;
該電漿處理裝置包含:
處理室;
基板支持體,配置於該處理室內,該基板支持體包括基台、該基台上的靜電吸盤、及配置成包圍著該靜電吸盤上所載置之基板的邊緣環;
射頻電源,供給用來由該處理室的內部之氣體產生電漿的射頻電力;
直流電源,對該邊緣環施加負極性的直流電壓;
射頻濾波器,其與該邊緣環電性連接;以及
波形控制元件,控制該直流電壓之波形;
於該電漿處理方法中,調整該波形控制元件之常數,控制使該直流電壓達於期望的值之時間。
應考慮本次揭露之實施形態,其全部的點僅為例示,而非用於限制本發明。上述實施形態,亦可在不脫離添附之發明申請專利範圍及其主旨的範疇中,以各式各樣之形態進行省略、置換、變更。
1:電漿處理裝置
10:處理室
11:平台
12:下部電極
13:靜電吸盤
14:邊緣環
15a:流路
15b:入口配管
15c:出口流路
16a:第1電極
16b:第2電極
17:支持構件
20:噴淋頭
21:電極板
21a:氣體噴出口
22:電極支持體
22a:氣體擴散室
22b:氣體流通孔
22c:氣體導入孔
23:絕緣性遮蔽構件
30:氣體供給源群
31:流量控制機器群
32:閥群
33:氣體供給管
40:擋板
41:排氣口
42:排氣裝置
43:搬出入口
44:閘閥
50:第1射頻電源
51:第2射頻電源
52:匹配器
53:第1匹配電路
54:第2匹配電路
60:直流電源
61:切換單元
62:第1射頻濾波器
63:第2射頻濾波器
64:路徑
65:脈衝產生部
66:直流電源電路
66a,67a:切換元件
66b,67b:阻尼元件
67:除電電路
70:波形控制元件
71:非波形控制元件
72:高電位側路徑
73:低電位側路徑
74:切換電路
80:脈衝訊號源
100:控制部
W:晶圓
DC:直流電壓
DC1:第1直流電壓
DC2:第2直流電壓
RF:射頻電力
RF1:第1射頻電力
RF2:第2射頻電力
S:處理空間
SH:鞘層
θ1,θ2,θ3:傾斜角度
圖1係顯示本實施形態之電漿處理裝置的構成之概略的縱剖面圖。
圖2係本實施形態之電漿處理裝置的電源系統之說明圖。
圖3A係顯示第2射頻濾波器的內部構成之一例的說明圖。
圖3B係顯示第2射頻濾波器的內部構成之一例的說明圖。
圖3C係顯示第2射頻濾波器的內部構成之一例的說明圖。
圖3D係顯示第2射頻濾波器的內部構成之一例的說明圖。
圖4(a)、(b)係顯示因邊緣環之消耗所造成的鞘層之形狀的變化及離子之入射方向的傾斜之發生的說明圖。
圖5(a)、(b)係顯示鞘層之形狀的變化及離子之入射方向的傾斜之發生的說明圖。
圖6係顯示來自直流電源的直流電壓、第2射頻濾波器的阻抗、及傾斜修正角度之關係的說明圖。
圖7係顯示本實施形態中的射頻電力與直流電壓之經時變化的說明圖。
圖8係另一實施形態之電漿處理裝置的電源系統之說明圖。
圖9係另一實施形態之電漿處理裝置的電源系統之說明圖。
圖10係另一實施形態之電漿處理裝置的電源系統之說明圖。
圖11係顯示另一實施形態中的射頻電力與直流電壓之經時變化的說明圖。
圖12係顯示另一實施形態中的射頻電力與直流電壓之經時變化的說明圖。
12:下部電極
13:靜電吸盤
14:邊緣環
16a:第1電極
16b:第2電極
17:支持構件
60:直流電源
61:切換單元
62:第1射頻濾波器
63:第2射頻濾波器
64:路徑
65:脈衝產生部
66:直流電源電路
66a,67a:切換元件
66b,67b:阻尼元件
67:除電電路
70:波形控制元件
71:非波形控制元件
W:晶圓
Claims (19)
- 一種電漿處理裝置,用以對基板施行電漿處理,包含: 處理室; 基板支持體,配置於該處理室內,該基板支持體包括基台、該基台上的靜電吸盤、及配置成包圍著該靜電吸盤上所載置之基板的邊緣環; 射頻電源,供給用來由該處理室的內部之氣體產生電漿的射頻電力; 直流電源,對該邊緣環施加負極性的直流電壓; 波形控制元件,控制該直流電壓之波形;以及 控制部,調整該波形控制元件之常數,控制使該直流電壓達於期望的值之時間。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 更包含射頻濾波器,其與該邊緣環電性連接; 該波形控制元件,配置於該射頻濾波器內。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 該波形控制元件,配置於該直流電源內。
- 如請求項3之電漿處理裝置,其中, 該直流電源,包括產生該直流電壓之脈衝的脈衝產生部; 該波形控制元件,配置於較該脈衝產生部更接近該邊緣環側。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 更包含: 直流電源電路,用於對該邊緣環施加該直流電壓; 除電電路,用於使該邊緣環除電;以及 切換單元,切換該邊緣環之與該直流電源電路或該除電電路的連接; 該波形控制元件,配置於該切換單元內。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 該波形控制元件,配置於該直流電源與該射頻濾波器之間的路徑。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 具備將該直流電源與該邊緣環連接的高電位側路徑、及將該邊緣環連接至接地的低電位側路徑; 該波形控制元件,包含配置於該高電位側路徑,或者配置於該高電位側路徑與該低電位側路徑之間的電容性元件、電感性元件、電阻元件、電磁能量轉換器、傳送線路中之任一種或複數種。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 更包含非波形控制元件,其具有控制該直流電壓之波形的功能以外之其他功能; 該其他功能,包含從由電容性元件、電感性元件、電阻元件、電磁能量轉換器及傳送線路所構成的群組中選出之至少1種功能。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 該波形控制元件,具有控制該直流電壓之波形的功能以外之其他功能; 該其他功能,包含從由電容性元件、電感性元件、電阻元件、電磁能量轉換器及傳送線路所構成的群組中選出之至少1種功能。
- 如請求項2之電漿處理裝置,其中, 該非波形控制元件,包括用於使該射頻濾波器之阻抗成為可變的可變元件。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 該波形控制元件之常數可變更。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 該波形控制元件之常數為固定值; 包含該常數不同之複數個該波形控制元件; 更包含切換該複數個波形控制元件的切換電路。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 該控制部,調整該波形控制元件之常數,控制該直流電壓之波形,俾使直流電壓接近偏電壓。
- 如請求項1之電漿處理裝置,其中, 該控制部,控制該電漿處理裝置,俾實行包含如下步驟之處理: (a)開始該射頻電力之供給,在經過了預先決定的延遲時間後,開始該直流電壓之施加;以及 (b)調整該波形控制元件之常數,控制該直流電壓之波形,控制使該直流電壓達於期望的值之時間。
- 如請求項14之電漿處理裝置,其中, 該控制部,控制該電漿處理裝置,俾實行包含如下步驟之處理: (c)停止該射頻電力之供給,在經過了預先決定的延遲時間後,開始使該邊緣環除電;以及 (b)調整該波形控制元件之常數,控制該直流電壓之波形,控制使該直流電壓達於期望的值之時間。
- 如請求項14或15之電漿處理裝置,其中, 該控制部,依據該延遲時間相對於該直流電壓的施加時間之比例,而決定該延遲時間。
- 如請求項16之電漿處理裝置,其中, 該控制部,測定從該射頻電力之供給起算的反射時間,將該反射時間以上之時間決定為該延遲時間。
- 如請求項16或17之電漿處理裝置,其中, 該控制部,測定該邊緣環的電位,依據該邊緣環的電位決定該延遲時間。
- 一種電漿處理方法,利用電漿處理裝置對基板施行電漿處理, 該電漿處理裝置包含: 處理室; 基板支持體,配置於該處理室內,該基板支持體包括基台、該基台上的靜電吸盤、及配置成包圍著該靜電吸盤上所載置之基板的邊緣環; 射頻電源,供給用來由該處理室的內部之氣體產生電漿的射頻電力; 直流電源,對該邊緣環施加負極性的直流電壓; 射頻濾波器,其與該邊緣環電性連接;以及 波形控制元件,控制該直流電壓之波形; 於該電漿處理方法中,調整該波形控制元件之常數,控制使該直流電壓達於期望的值之時間。
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