TW589675B - Plasma treatment device and plasma treatment method - Google Patents

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589675 Λ 7 _·___Β7 五、發明説明（1 ) <發明之領域> 本發明係關於電漿處理裝置及處理方法，特別是關於 適用於半導體製造工程之形成細微圖案之電漿處理裝置及 電漿處理方法。 <先前之技術> 於半導體製造工程中，蝕刻、成膜、去灰等之細微加 工製程，廣泛使用電漿處理裝置。利用電漿處理之製程， 係將導入到真空處理室（反應室）製程氣體，利用電漿產 生手段予以電漿化，於半導體晶圓表面產生反應，進行細 微加工，同時，將揮發性之反應生成物予以排氣，以此來 進行一定之處理者。 此電漿處理製程中，反應室內壁或晶圓之溫度、或對 於內壁之反應生成物之堆積狀態，會對製程產生很大之影 響。又，.如果反應室內部所堆積之反應生成物剝離，則會 成爲造成灰塵之原因，造成元件特性之裂化或生產良率降 低。因此，於電漿處理裝置上，爲了使製程保持安定且抑 制異物產生，控制反應室內部之溫度或控制表面生成物之 堆積，是很重要的。 例如，日本之特開平8 — 1 4 4 0 7 2號公報，記載 著以提高矽氧化膜之乾蝕刻工程之選擇比爲目的，而將反 應室內部之各部之溫度，控制保持於比蝕刻階段之溫度還 高1 5 0 °C以上之1 5 0 °C以上3 0 0 °C以下（較理想者 爲2 0 0 °C以上2 5 0 °C以下）之高溫度値，保持於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -4 - I--------裝------.---II------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 589675 Λ7 _._B7 五、發明説明（2 ) ± 5 °C以內之精度之乾蝕刻裝置。像這樣，將反應室內面 各部之溫度，加熱控制成高溫，使反應室內面之電漿聚合 物之附著量減少，半導體晶圓上之電漿聚合物之附著量增 加，選擇比提高。 又，同樣地，日本特開平5 — 2 7 5 3 8 5號公報， 記載著於平行板式之電漿處理裝置中，在挾持環（被處理 體保持手段）、聚磁環（電漿集中手段）之至少其中一方 ，設置使溫度上升、維持於電漿處理所產生之反應生成物 不會附著之溫度之加熱手段。使用電阻發熱體作爲加熱手 段。由於藉由加熱可以防止反應生成物之附著，所以，反 應生成物之剝離，或者被處理體表面之微粒之附著被減低 了。 但是，像上述這樣，將真空處理室內壁面加熱，設定 成2 0 0 °C〜2 5 0 °C左右以上之高溫時，蝕刻特性變成 對於內壁表面之溫度非常敏感，會有製程之再現性、信賴 性容易降低之問題產生。 例如，S.C· McNevin et al·、J. Vac. Sci. Technol. B 15(2) Mar/Apr 1997 4 Chemical challenge of submicron oxide etching 中顯示出，於感應親合式之電漿中’側·壁 溫度從2 0 0 °C變化成1 7 0 °C時，氧化膜鈾刻率增加5 %以上，即，爲了獲得安定之製程特性，反應室內表面之 溫度必需表持於2 5 0 t ± 2 °C之高精度。 但是，由於真空處理室之內壁面曝曬於高密度之電獎 中，要將壁面之溫度於這樣高溫領域高精度地控制’是不 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 線 本紙蒗尺度適用中國國家標準（〇奶）人4規格（2丨0>< 297公釐） _5 - 589675 Λ7 B7 五、發明説明（3 ) 容易的。溫度控制變成需要使用高精度之臨場（in-situ ) 溫度檢測手段、或加熱燈管等之加熱手段。溫度之機構· 手段變成大規模化，裝置會會複雜化，導致成本增加。又 ，於2 0 0 °C以上之高溫領域，所能使用之材料有所限制 ，此也是問題。 關於此點，本案之申請人，於同一申請人之日本特開 平1 1 — 3 4 0 1 4 9號公報特願平1 0 -1 4 7 6 7 2號）中揭示，以一個有磁場UHF帶電磁波 放射放電方式之電漿鈾刻裝置作爲一實施例，將真空處理 室內壁面之溫度，設定於1 0 0 t以下之溫度範圍，使製 程對於溫度變化變的不敏感，可已獲得於 ± 1 〇 °C左右 之溫度度精度也很安定之製程再現性。 又，於同一申請案中揭示，對於接觸電漿之構成構件 (或內壁面），以至少於一部份上施加偏壓，且使熱容量 變小，以使構成構件之溫度爲1 5 0 °C以上2 5 0 °C以下 ，而可以達成構成構件之溫度變動小到對於製程實質上不 會有影響之位準。 更者，本案之申請人，於同一申請人之日本特願平 1 1 — 2 3 2 1 3 2中提案，對於試料之外側部所設之砂 製之聚磁環，施加沉澱物不會堆積之強度以上之偏壓，且 使表面溫度爲1 5 0 °C以上，矽表面之反應溫度依存性變 小，變的安定，可以確保製程再現性。 但是，於上述案件申請之時，針對面向試料晶圓之上 部天線（或上部電極或天版）所設置之板，對製程安定性 悵尺度適用令.國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~- ^衣 · J 訂 Λ^. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 Λ 7 Β7 五、發明説明（4 ) 影響較大者，針對其所達成之目的，係僅藉由施加偏壓使 反應生成物不會堆積而達製程之安定，並沒有到達完全理 解其作用機制或將其必要條件定量化者。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) <解決問題之手段> 因此，站在相關技術之立足點，本案發明者們，針對 解決上述之課題，進行無數次之精心硏究之結果，對於與 試料晶圓面對之板，找到製程安定性之確保所必要之溫度 範圍或精度或偏壓施加所造成之表面狀態之控制之要件， 而想到本發明。 本發明係，依據本案發明者所發現之現象而寫成者， 以提供能獲得具有良好之安定性•再現性之製程特性之電 漿處理裝置及處理方法爲目的。 本發明係一種電漿處理裝置，係具有：真空處理室， 及將氣體供給該真空處理室之處理氣體供給手段，及將在 真空處理室內被處理之試料予以保持著之電極，及面對上 述試料而被設置於該真空處理室之電漿產生裝置，及將該 真空處理室予以減壓之真空排氣系；其特徵爲：上述電漿 產生裝置，係具有被設置於處理室內側之矽製之板，對於 該矽製之板，施加V d c = — 5 Ο V以上—3 Ο Ο V以下 之偏壓電壓，且，使上述板之表面溫度爲1 〇 〇°C以上 2 0 0 °C以下之範圍。 本發明之其他特徵爲，使上述電漿處理裝置之矽製之 板之表面溫度之變動爲± 2 5 °C以內。 本發明之其他之特徵爲，於上述之電漿處理裝置，其 本紙張尺度國家g隼（CNS ) A4規格（210><297公慶1 ~~ " 一 589675 A7 B7 五、發明説明（5 ) 中上述電漿產生裝置，爲300 MHz到1 GHz之有磁場 或無磁場UHF帶電磁波放射放電方式；上述矽製之板之 電阻率爲1Ω · cm以上20Ω· cm以下之範圍，較理 想者爲1 0Ω · cm以下，更理想者爲5Ω · cm左右， 且，上述矽製之板之厚度爲5mm以上2 0mm以下，較 理想者爲10mm以下。 依據本發明，藉由對於面對試料被配置之矽製之板之 溫度調節與偏壓之施加，使矽表面之反應之溫度依存性變 小，對於上述板之表面溫度之±2 5 °C以內之範圍之變動 ’電漿狀態汲製程特性安定化，所以，可以實現具有良好 安定性•再現性之製程特性之電漿處理裝置及電漿處理方 法。 又，依據本發明之特徵，對於U H F帶電磁波之矽製 之板內部所傳播之U H F帶電磁波之表皮厚度與矽板之厚 度大約相等，U H F帶電磁波所造成之.電流過板全體，所 以，矽自身之內部電阻所產生之自身發熱，可以使板效率 良好地加熱，因此，可以將矽製之板之表面溫度設定於， 對於溫度變動之表面反應之溫度依存性變小之1 〇 〇 °C以 上2 0 0 °C以下之範圍，電漿狀態及製程特性會安定化， 所以，可以實現具有良好安定性•再現性之製程特性之電 獎處理裝置及電發處理方法。 <圖示簡單說明> 圖1係將本發明應用於有磁場UHF帶電磁波放射放 I--------裝--.--1—訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙浪尺度適用中.國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） ·8 - 589675 Λ7 B7 五、發明説明（6〉 電方式之電漿蝕刻裝置之第1實施例之縱剖面圖模式圖。 圖2係第1實施例之天線構造之實施例之縱剖面模式 圖。 圖3係表示評價第1實施例之板之消耗率之結果之圖 〇 圖4係表示第1實施例之板之溫度變動之圖。 圖5係表示第1實施例之定常狀態之板之溫度變動圖 〇 圖6係表示1實施例中板之電阻率不同時之溫度變動 之圖。 圖7係表示將本發明應用於有磁場UHF帶電磁波放 射放電方式之電漿蝕刻裝置之第2實施例之縱剖面圖模式 圖。 圖8係表示第2實施例之板之溫度變動之圖。 圖9係表示第2實施例之電漿發光、放電電壓、天線 偏壓之時間變化圖。 圖1 0係表示第2實施例中測定對於蝕刻量及蝕刻率 之蝕刻時間之依存性之結果之圖。 <符號之說明> 10 0 處理室 10 1 磁場形成手段 10 2 側壁 103 側壁單元 ^^：尺度適用中.國國家標隼（〇奶>人4規格（210/ 297公釐) ：r9Z " ' I--------^衣----------、玎------# (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 A7 B7 五、發明説明（7 ) 10 4 熱 媒 體 供 給 手 10 5 .真 空 室 10 6 真 空 排 氣 系 10 7 壓 力 控 制 手 段 11 0 天 線 11 1 圓 板 狀 導 電 體 11 2 介 質 11 3 介 質 環 11 5 板 11 6 外 周 環 12 1 天 線 電 源 12 1 天 線 電 源 12 2 天 線 偏 壓 電 源 13 0 下 部 電 極 13 1 靜 電 吸 著 裝 置 14 1 偏 壓 電 源 14 4 直 流 電 源 14 5 濾 波 器 I--------批衣-------- ^------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 <實施例> 以下，依據圖面，說明本發明之實施例。 圖1係將本發明應用於有磁場UHF帶電磁波放射放 電方式之電獎餓刻裝置之貫施例，該電漿軸刻裝置之，縱音|] 面圖之模式圖。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)Α4規格（2丨0X297公釐） -10- 589675 A7 _.___ B7 五、發明説明（8 ) 於圖1中，處理室1 00係可以達成1 〇_6 Ton·左 右之真空度之真空容器，於其上部具備有放射電磁波之天 線1 1 0，於其下部具有載置晶圓之試料W之下部電極 1 3 0。天線1 1 0及下部電極1 3 0，係被設置成平行 對向之形狀。於處理室1 0 0之周圍，設置有例如電磁線 圏及轭所形成之磁場形成手段1 0 1。藉由由天線1 1 〇 所放射出之電磁波與磁場形成手段1 0 1所形成之磁場之 相互作用，使被導入處理室內部之處理氣體電漿化，使產 生電漿P，處理被載置於下部電極1 3 0之試料W。 另一方面，處理室1 0 〇，係藉由連接於真空室 105之真空排氣系106，被真空排氣，藉由壓力控制 手段1 0 7，使壓力被控制。處理壓力，係被調整爲 0 · 1 Pa以上1 〇 pa以下，理想者爲〇 · 5 Pa以上4

Pa以下之範圍。處理室1 〇〇及真空室1 〇 5 ，係成爲 接地電位.。處理室1 〇 〇之側壁1 〇 2，被以可交換之方 式設置具有溫度控制機能之側壁內單元1 〇 3。側壁內單 元 1 0 3 ’係藉由從熱媒體供應手段1 〇 4被循環供給熱媒 體，使處理室內表面之溫度被控制。或藉由加熱器之加熱 機構與溫度檢測手段之回饋控制，來控制溫度也可。溫度 控制範圍，係〇 °c〜1 〇 〇 °C、較理想者爲2 0 〜 8 0 °C，於± 1 〇 °c以內之精度被控制。處理室1 〇 〇之 側壁1 0 2、側壁單元1 0 3，較理想者係以不含重金屬 之熱傳導性良好之例如鋁等之非磁性金屬材料，於其表面 ^^尺度適用'^'5^1家標隼（〇奶）/\4規格（210>< 297公釐） :11 - "~~^ ---------^.------.--IT------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 A7 B7 五、發明説明（9 ) ，塗上耐電漿性之防蝕鋁等之表面處理。 真空容器之上部所設置之天線1 1 0，係由圓板狀導 電體1 1 1、介質1 1 2、介質環1 1 3所構成，被保持 於真空容器之一部份之框體1 1 4。又，接觸圓板狀導電 體1 1 1之電漿之側之面，被設置有板1 1 5 ，更者，於 其外側被設置有外周環1 1 6。圓板狀導電體1 1 1 ，藉 由未圖示之溫度控制手段、即於其內部循環之熱媒體，使 溫度維持於一定之値，相接於圓板狀導電體1 1 1之板 1 1 5之表面溫度被控制。進行試料之蝕刻、成膜等之處 理之處理氣體，係從氣體供給手段1 1 7，以具有一定之 流量及混和比而被供給，通過圓板狀導電體1 1 1與板 1 1 5所設之多數之孔，被控制成一定之分布，被供給到 處理室1 0 0。 天線1 1 0，與作爲天線電源1 2 0之天線電源 1 2 1、天線偏壓電源1 2 2，分別經由匹配電路•濾波 系123、124，而被連接，經由濾波125 被連接於接地。天線電源1 2 1 ，係供給3 0 0 MHz到1 GHz之UHF頻帶之電力。先使圓板狀導電體1 1 1之徑成爲某特性長度，而使例如Τ Μ 〇 1模式這樣之 固有之激勵模式被形成。於本實施例中，天線電源1 2 1 之頻率爲4 5 0 MHz，圓板狀導電體1 1 1之直徑爲3 3 0 m m 〇 一方面，天線偏壓電源1 2 2，係對於天線施加從數 10 KHz到數1 〇 MHz之範圍之頻率之偏壓電壓，藉此 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS )八4規格（2丨〇x 297公f ) ^12 - " ---------fi^------Γ- 丁_______良 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 A7 B7 五、發明説明（10 ) ，控制些接於圓板狀導電體111之板115之表面之反 應。特別是，以高純度之矽作爲1 1 5之材質，於例如使 用C F系之氣體之氧化膜蝕刻中，控制板1 1 5之表面之 F基或C F X基之反應，可以調整基之組成比。於本實施 例中，天線偏壓電源爲頻率1 3 . 5 6 MHz、電力爲5 0 W到6 0 0 W。這時，板1 1 5藉由自我偏壓，產生偏壓 電壓V d c。該V d c之値雖然係依照電漿密度或壓力， 但是約爲V d 50V--300V。於本實施例中 ，與所謂平板型之容量結合方式之電漿裝置不同，使板1 1 5所產生之自我偏壓與電漿生成可以獨立控制之點，爲 其特徵。特別是，使偏壓電壓爲V d c = - 1 〇 〇左右以 下之低的値，藉此，抑制矽之消耗，減低運轉成本，或抑 制矽之濺射，可以減低對於試料W上之蝕刻殘渣。 板1 1 5之下面與晶圓W之距離（以下稱爲間隙）， 爲3 Omm以上1 5 Omm以下，較理想者爲5 Omm以 上1 2 0mm以下。板1 1 5具有大面積，與試料相對， 所以，對於處理製程影響最大。使對於該板1 1 5面所方| 加之偏壓及溫度控制，爲某範圍，藉此使表面反應安定化 ，可以獲得再現性良好之製程特性，此爲本發明之主要| 眼電，關於此於後面再作詳細說明。 處理室1 0 0之下部，面對天線1 1 0，設置下部_ 極1 3 0。下部電極1 3 0，其例如供給從4 0 〇 KHz 到1 3 . 5 6 MHz之範圍之偏壓電力之偏壓電源1 4 1 ， 經由匹配電路•濾波系1 4 2而被連接，控制施加於試# 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格 (210X297公釐） -13 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 、-口 線 589675 A 7 ^__ 五、發明説明（) w之偏壓，同時，介由濾波器1 4 3連接於接地。本實施 例中，偏壓電源1 4 1之頻率爲8 0 0 KHz。 下部電極130係，介由靜電吸著裝置13 1 ，於其 上面，即試料載置面載 置保持晶圓等之試料W。靜電吸著裝置1 3 1 ，係於 其上面形成靜電吸著用介質層（以下，簡稱靜電吸著膜） ’從靜電吸著用之直流電源1 4 4與濾波器1 4 5，施加 數1 0 0 V〜數K V之直流電壓，以靜電吸著力，將試料 W吸著•保持於下部電極1 3 0上。靜電吸膜，係使用例 如氧化鋁或氧化鋁混和鈦氧化物之介質。又，靜電吸著裝 置1 3 1 ，係藉由未圖示之溫度控制手段，使其表面被控 制於一定之溫度。而，靜電吸著裝置1 3 1之表面，係被 供給惰性氣體、例如H e氣體被設定成一定之流量與壓力 而被供給，提高與試料W之間之熱傳達性。藉此，可以將 試料W表面之溫度，非常精確地控制於例如約1 0 〇 °C〜 1 1 0 °C之範圍。 靜電吸著裝置1 3 1之上面之試料w之外側部，係設 置有以高純度之矽所形成之環狀之構件之聚磁環1 3 2。 聚磁環1 3 2係藉由絕緣體1 3 3與靜電吸著裝置1 3 1 絕緣。電極之外側，係設有電極外周蓋1 3 4。絕緣體 1 3 3、電極外周蓋1 3 4，使用鋁或石英是適當的。於 本實施例中，絕緣體1 3 3、電極外周蓋1 3 4係使用鋁 。藉由這樣之構造，對於聚磁環1 3 2，可以將被施加於 下部電極之偏壓電力，經由絕緣體1 3 3，使一部分浅漏 I---------奸衣--·--j--IT-----1 0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中.國國家標隼（CNS ) A4規格（公釐） -14- 589675 A7 B7 五、發明説明（12) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後施加於其上。對於聚磁環1 3 2之偏壓之施加強度， 係藉由絕緣體1 3 3之界電常數及厚度，可以是當地調整 。聚磁環與絕緣體1 3 3係被真空斷熱，就熱而言幾乎是 非接觸，所以，藉由電漿與偏壓’將其加熱，非常有效率 地使溫度升高是可能的。更者’以矽作爲聚磁環1 3 2之 材質，藉由聚磁環1 3 2之表面之矽之淸除作用，調整F 基或C F X基之反應或基組成，特別是可以控制晶圓外周 部之蝕刻均一性。 本實施例之電漿蝕刻裝置，係由上述這樣所構成。又 ，上述實施例中，關於側壁部分之溫度調節，可以採用上 述特願平1 0 - 1 4.7 6 7 2號公報所揭示之內容。又， 關於聚磁環之構造與溫度調節，可以採用上述特願平1 1 一 2 3 2 1 3 2號公報所提案之內容。 其次，使用該電漿蝕刻裝置，進行矽氧化膜之蝕刻時 之具體製程，使用圖1作詳細說明。 線 首先，處理之對象物之晶圓W，係從未圖示之試料搬 入機構，被搬入到處理室1 0 0之後，被載置•吸著於下 部電極1 3 0之上，配合需要，調整下部電極之高度，被 設定成一定之間隙。接著，處理室1 0 0內試料W之蝕亥[J 處理所必要知氣體，例如C 4 F 8及A r與〇2，從氣體 供給手段1 1 7，通過板1 1 5，以具有與一定流量之混 和比，被供給到處理室1 〇 〇。同時，處理室1 〇 〇，係 藉由真空排氣系1 〇 6及壓力控制手段1 〇 7，被調整爲 一定之處理壓力。其次，藉由從天線電源1 2 1來的 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐) -15 - " ' 589675 A7 B7 ---------------------------------- 五、發明説明（13) 4 5 0 Μ Η z之電力供給’從天線1 1 0電磁波被放射。 然後，與藉由磁場形成手段1 0 1於處理室1 〇 〇之內部 所形成之160高斯（對於450 MHz之電子迴旋加速 器共鳴磁場強度）之槪略水平之磁場之相互作用，藉此於 處理室1 0 0內產生電漿P，處理氣體被解離，產生離子 •基。更者，藉由由天線偏壓電源1 2 2來之天線偏壓電 力或下部電極之偏壓電源1 4 1來之偏壓電力’控制電漿 中之離子或基之組成比或能量，於晶圓W進行蝕刻處理。 然後，隨著鈾刻處理之終了，停止電力•磁場及處理氣體 之供給，結束飩刻。 本實施例之電漿處理裝置係向上述這樣所構成者。其 次，針對本實施例之裝置之板1 1 5之溫度控制之方法， 具體地予以說明，順便考察板1 1 5之溫度設定之後’顯 示測定板1 1 5之溫度之結果。 首先，藉由圖2說明板1 1 5之溫度控制之方法、即 ，冷卻與加熱之機構。圖2係圖1之天線1 1 〇之詳細剖 面圖，表示板1 1 5之溫度調節之構造。如圖1所說明者 ，天線1 1 0係由圓板狀導電體1 1 1、介質1 1 2、介 質環1 1 3所構成，圓板狀導電體1 1 1與電漿相挨著之 側之面，設置有板1 1 5。板1 1 5於外周部’藉由固定 螺絲等，被固定於圓板狀導電體1 1 1 ° 首先，板1 1 5之冷卻機構係如下。板1 1 5之背面 所設置之圓板狀導電體1 1 1 ，係從熱媒體導Α π 1 1 8 Α被導入熱媒體，於內部循環，然後’從導出口 本紙張尺度適用中.國國家標隼（CNS ) A4規格（2i0 X 297公釐） -16- I--------1衣---------1T------0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 A7 B7 五、發明説明（14) 1 1 8 B被排出，藉此，溫度被維持於一定溫度。圓板狀 導電體1 1最好是使用熱傳導良好之鋁。熱媒體之溫度最 好是常溫附近，例如3 0 t左右。一方面，圓板狀導電體 1 1 1，從氣體供給手段1 1 7被供給處理氣體，於內部 被分散，通過板1 1 5所設之多數之氣體孔，處理氣體被 供給到處理室1 0 0內。所以於處理中，板1 1 5與圓板 狀導電體1 1 1之間，存在有處理氣體。板1 1 5，藉由 此氣體傳熱，從圓板狀導電體1 1 1被冷卻，溫度被調整 。更者，於圖2之實施例中，圓板狀導電體1 1 1與板 1 1 5相挨著之側之面，設有空間1 1 1 A，於此蓄積有 處理氣體，藉此，提高圓板狀導電體1 1 1與板1 1 5之 間之熱傳導率，使板1 1 5能很有效率地被冷卻。又，氣 體孔之直徑設定爲，圓板狀導電體1 1 1爲（D2mm，板 1 1 5 爲 Φ0·5ιϊιγπ〇 另一方面，板1 1 5之加熱機構，有從電漿Ρ來的電 漿加熱，天線偏壓之離子加熱，更加有，板1 1 5本身之 自身發熱。 電漿加熱，不用說，當然是利用電漿Ρ中之高溫之電 子或離子，使板1 1 5被加熱者。 離子加熱，係被板所拉過來之離子之能量所造成之加 熱。天線1 1 0被天線偏壓電源1 2 2施加高頻之天線偏 壓，藉由自偏壓（self-bias )，產生偏壓電壓V d c。天 線偏壓之電力，爲5 0 W到6 0 0 W左右，這種狀況時， 板1 1 5被施加約V d c = - V〜一 3 Ο Ο V之自偏壓， 本紙^尺度適用中國國家標孪（CNS )八4規格（210X 297公釐) :17 * 裝 · I 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 A7 _·_B7 五、發明説明（15) 藉由此能量，離子被拉過來，而成爲將板1 1 5熱者。 又，板1 1 5之自身發熱，係板1 1 5之材料之矽所 具有之內部電阻所造成之電阻加熱。天線電源1 2 1所供 給之U H F頻帶之電磁波（以下簡稱爲utIF波），係於 介質1 1 2之內部’如1 2 1 Α這樣傳播，從介質環1 1 3被放射到處理室1 〇 0內（1 2 1 B )，同時，傳潘到 板1 1 5 ，從板1 1 5之表面被放射到處理室1 〇 〇內（ 1 2 1 C )。 此處，UHF波傳播於板1 1 5中之狀況，係隨著板 115之材質之矽的電阻率之不同而有很大之變化。矽之 電阻率係藉由B (硼）之添加量而可以被調整者，例如， 可以設疋爲如果B濃度爲1 014左右時，爲5Ώ · cm 左右，B濃度爲1〇18〜1 〇19時，爲〇·〇 IQ · cm 左右。 矽之電阻率爲5Ω · cm時，對於UHF頻率4 5 0 MHz之電磁波之表皮厚度（表皮深度）爲約7mm。即 ，U H F波所造成之電流，於從表面起到7 m m左右之深 度之領域中傳播。一方面，板1 1 5之板厚，從板之彎曲 剛性或強度等來看，5 m m到2 0 m m左右是適當者，·考 慮板1 1 5之材料或製作所需要之成本，則板厚爲1 〇 m m左右以下較理想。這頂多是表皮厚度之2倍左右。因此 ，就成爲U H F波所造成之電流於板之內部全體傳播。這 時，由於矽板1 1 5之電阻率爲5 Ω · c m，很高，所以 ，產生電流之焦耳熱。像這樣之現象，於矽之電阻率爲 本紙a尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（ΐϋ 297公釐) -18 - ~ 一 I^-------—1Τ------.^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 Λ7 B7 五、發明説明（16 ) 1 Ω · cm〜1 〇Ω · cm之範圍時會產生。即，對於 UHF頻率4 5 0 MHz，於矽之電阻率爲1 Ω · cm〜 1〇Ω·cm時，藉由傳播於板內部之UHF波，板由於 電阻加熱，本身發熱，產生昇溫。 一方面，矽之電阻率爲例如〇 . 〇 1 Ω · c m，很低 時，UHF頻率450 MHz之表皮厚度（表皮深度），爲 約 0.1mm〜〇.5mm左右。這時，UHF波之電流成爲於 板1 1 5之最表面傳播，由於電流集中於最表面，及矽之 電阻率低，使的板1 1 5幾乎不會產生自身發熱。像這樣 ’板1 1 5之自身發熱，係隨著板1 1 5之材料之矽之電 阻率，而產生很大之發熱量變化。 到此爲止，係說明了圖1之實施例之矽板1· 1 5之冷 卻與昇溫之機構。板1 1 5之溫度係使這些機構平衡，控 制於一定之値者。接著，針對板1 1 5之溫度設定，予以 考量。 定性的予以考量，則當板1 1 5之溫度低時，於板之 表面’反應生成物變的容易堆積，表面狀態隨著時間而變 化或堆積之反應生成物會剝離，成爲異物源，是很容易可 以推察者。但是，並不只於此，特別是於板1 1 5之溫度 爲1 0 0 °C以下，很低時，對於矽表面之反應狀態之溫度 變化之依存性變大，是本案發明者們所發現者。關於此， 以圖3作說明。 圖3係表示，於矽板之表面反應，取消耗率，評價對 裝 · - 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙浪尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4現格（210X297公釐〉 -- 589675 A7 _ B7 五、發明説明（π) 於矽板之消耗率之偏壓施加量•表面溫度之影響之結果。 此係於圖1之實施例之裝置上，以將矽之消耗率予以定量 化之目的來進行之實驗結果。實驗係放電1小時（放電 〇N(3分鐘）/〇FF (1分鐘）予以重複20次）之 後，對於隙之消耗量用階差計予以測定，以此評價矽之消 耗率（蝕刻率）。參數爲對於矽施加之偏壓（V d c )及 矽之溫度。矽之溫度是以溫度調節之溫度或氣體壓力等予 以設定，以貼於表面之熱變色標籤予以測定表面溫度。 從圖3可知，矽之溫度爲低溫，5 0 °C〜7 0 °C時’ 隨著偏壓電壓之絕對値（V d c之絕對値I V d c丨）變小 ，矽之消耗率減少，相對於此，當矽之溫度爲1 0 〇 °C〜 1 0 5 °C，或1 2 5 t〜1 3 0 °C時之高溫時，及使 丨V d c丨變小，矽之消耗率也幾乎一定。這是因爲定性的 ，矽之表面溫度低時，矽表面之沉澱率增加，所以，藉由 丨V d c丨之大小，離子到達矽表面之到達量會受影響’所 以矽消耗率對於I V d c丨之依存度變大，相對於此，汐之 溫度高時，沉澱率下降，所以，即使丨V d c丨很小，矽之 表面之蝕刻反應也會進行。這是我們所理解到者。 又，對於圖3之其他之看法，表示是當丨V d c M、時 ，例如，於V d c二—1 6 0 V，矽之消耗率於5 0 °C〜 7 0 °C與1 〇 〇 t〜1 0 5 °C爲有相當大的不同，矽之消 耗與表面溫度之變化有很大之依存關係。此傾向’當 丨V d c|爲5 0 V左右，變小時，變個更爲明顯。一方面 ，當丨V d c I爲3 0 0 V以上，變成很難受到溫度之變化 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X 297公釐） _ 20 - I 批衣--.------1Τ------.^. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 A 7 _._B7 五、發明説明（18) I--------^--·-----1T (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之影饗。這是因爲，當V d c低時，矽表面之沉澱膜不容 易被離子所除去，沉澱率容易受溫度依存性之影響，但是 ，當V d c高時，矽表面之沉澱膜容易被被離子所除去， 所以，對於矽表面之反應之溫度依存性變小者。 由此結果來看，可以知道，矽之消耗率，於偏壓施加 量（I V d c I )大，溫度高之條件下，不容易受偏壓施加 量或溫度變化之影響。由此可以了解，以能滿足這兩方之 條件之窗子，使矽之表面之反應之安定化成爲可能。將上 述之結果予以彙整，則於Vd c = — 5 0V〜—3 0 0V ，使矽板之表面溫度爲1 0 0 °C以上，則可以知道，矽板 之表面反應不容易受偏壓施加量或表面溫度之影響。 一方面，當板1 1 5之溫度高時，藉由板1 1 5之材 質之矽與圓板狀導電體111之材質之鋁之熱膨脹率之差 ，於板1 1 5與圓板狀導電體1 1 1之接觸面’變成很滑 ，板會裂開。此臨界溫度，是隨著裝置之設計餘裕度而不 同，但是，可以想是約爲2 0 0 °C〜2 5 0 °C左右，所以 ’如果考慮與圓板狀導電體1 1 1之溫度差時’則板 1 1 5之溫度爲設定於約1 50 °C附近，最高爲200 °C 左右，是較理想者。 藉由上述之檢討，從製程安定性之觀點來看’於本實 施例中，於矽製之板1 1 5所產生之自我偏壓V d c爲 Vd c=— 5 0V〜—3 00V時，將板1 1 5之表面溫 度設定爲1 0 0 t以上2 0 〇 °C以下之範圍’較理想者爲 1 5 0 °C附近是較理想者。於本實施例中，使矽板1 1 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -21 - 589675 A7 __·__ _ B7 五、發明説明（19) 之電阻率•厚度、圓板狀導電體1 i i之冷煤溫度與冷卻 效率、氣體孔之大小等之設計參數，爲最佳化，藉此，板 1 1 5之溫度調整到規定之値。 其次，於實施例1之裝置中，使用圖4到圖6，說明 實際測量矽製之板1 1 5之溫度之結果。 圖4是表示連續處理試驗之板115及圓板狀導電體 1 1 1之溫度變動。處以試驗是從裝置沒有被預先加熱之 狀態開始，使放電3分鐘〇N / 1分鐘〇F F連續重複。 矽板1 1 5之電阻率爲5 Ω · c m。處理條件如下 處理條件A : 蝕刻氣體組成：Ar/C4F8 / 02 = 400/ 15/9 seem、 氣體壓力·· 2 · 0 P a、 間隙：7 0 m m

電力：天線/天線偏壓/下部偏壓=1 0 0 0 W/ 400W/600W 可以確認，溫度係以螢光溫度計直接安裝於板1 1 5 之電漿側之面予以測定，可以非常精確地予以測定內壁面 之溫度。連續處理試驗開始，同時，板1 1 5之溫度急速 上升，放電開始後3分鐘左右，超過1 〇 0 °C，幾乎達到 定常狀態。這中間，圓板狀導電體1 1 1之溫度，於慢慢 地上升約6 0分鐘後，上升到7 0 °C左右。但是，於此期 間，板1 1 5之入熱與出熱成爲平衡，板1 1 5之溫度從 大約1 1 0 °C起到1 2 0 °C附近，一定的推移。又，6 0 分鐘以後，使天線偏壓電源之輸出，從4 〇 〇 W開始降低 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) >A4規格（) - 22 -一 ' -II---- H - ---I n L---丁— I I 1------J—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 A7 _— —__ B7 五、發明説明（20) 到2 〇 0 W，但是，這時，板1 1 5之溫度下降約1 0 °C 左右。此溫度表示離子加熱之效果。 其次，將時間表予以更詳細化，隨著放電之〇N / ◦ F F之溫度變動之結果，以圖5表示。於圖5中，表示 定常狀態之板1 1 5之溫度。藉由放電〇N，板1 1 5之 溫度從1 1 〇。(：開始，於3分鐘後，上升到1 2 〇 °c。於 處理終了，會放電0ίτ F，同時溫度上升停止，但是，之 後’溫度也不會下降，幾乎顯示一定値，爲了下一個處理 ’處理氣體被導入時，溫度會降低。這是因爲，隨著處理 終了’處理氣體之供給也停止，所以，板1 1 5與圓板狀 導電體1 1 1之間沒有氣體傳熱所致。由此可知，氣體傳 熱所造成之板之冷卻之效果很大。 其次，藉由圖6 ，說明矽之電阻率不同時之結果。圖 6是矽板1 1 5之電阻率爲〇·〇 1Ω · cm很低時之板 1 1 5之溫度變化之測定結果。處理條件與圖4之電阻率 5 Ω · c m時相同，但是，與圖4相比，定常溫度爲較低 爲約7 0 °C。此爲矽之內部電阻所造成之自身發熱之有無 之差異所造成者。又，次所謂之7 0 °C溫度，係與圖4所 示之圓板狀導電體1 1之飽和溫度幾乎相同。此係表示， 藉由本實施例之構造，對於電漿加熱及偏壓加熱之溫度上 升，有效率之冷卻爲可能者。 但是’於定常溫度下，約爲7 0 °C之溫度領域係如圖 3所不這樣，藉由偏壓電壓之變動，矽之消耗率、即表面 之反應狀態尺產生變化之領域。又，使偏壓電壓爲低時， 本紙張尺度適用中國國家標iT^NS ) A4規格（210X297公釐） : 23- ' ---------士"---.---：--丁------泉 0¾ 、\| 务 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本I) 589675 Λ7 __-_ B7 五、發明説明（21 ) 成爲於表面容易堆積反應生成物，藉由堆積膜之剝離產生 異物產生之可能性。像這樣，此溫度領域，從製程再現性 及異物控制之觀點來看，並不是理想之溫度範圍。一方面 ，圓板狀導電體1 1 1是由熱傳導良好之鋁所構成，以旋 環冷煤來進行溫度調節，所以，如圖4所示這樣，即使是 定常狀態，其溫度也被維持於7 0 °C。所以，必需要使矽 製之板1 1 5之溫度，維持於比圓板狀導電體1 1 1爲高 者。因此，板1 1 5之矽之內部電阻所造成之自身發熱， 可以不需要複雜之加熱機構，對板1 1 5自身很有效率地 加熱，可以將板1 1 5之溫度設定於一定之値，此爲其優 點。 又，如剛才所述，電阻率爲〇 . 〇 1 Ω · c m，很低 時，表皮厚度（表皮深度）成爲0.1mm〜0.5mm左 右，但是，這時，由於U H F波所造成之電流集中於板1 1 5之最表面，所以，會於砂表面產生微米之侵鈾。本案 發明者們，檢討之結果，發現爲了不使侵鈾產生’必需要 使電阻率爲1 Ω · c m。 一方面，當板1 1 5之電阻率過高時，UHF波於板 1 1 5之內部傳播時之損失變大’從板1 1 5之中心附近 所放射之U H F波之強度降低，所以’電漿分布會變化。 爲了不使這種現象產生，板115之電阻率20Ω·cm 係恰當者 ，較理想者爲1 0 Ω · c m以下。 藉由以上之理由，導出以下之結論，對於U H F波之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4說格（210X 297公釐） -24- ---------¾.--------IT------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 Λ7 -__B7___ 五、發明説明（22 ) 頻率450 MHz，板115之矽之電阻率爲1Ω· cm 以上20Ω·cm以下是恰當者，10Ω·cm以下是較 浬想者，特別是5 Ω · c m爲最佳者。 其次，從電漿處理中之板1 1 5之溫度變動對於電漿 學性質或蝕刻特性之影響，來考察板1丨5之溫度調節 所要求之精度。 於圖2之實施例中，藉由挨著圓板狀導電體1 1 1之 板1 1 5側之面所設之空間1 1 1 A所積蓄之處理氣體， 提高圓板狀導電體1 1 1與板1 1 5之間之熱傳導效率， 確保板1 1 5之溫度調節精度。其結果，如圖4、圖5所 示，放電〇N /〇F F時之板1 1 5之溫度，被控制成於 115°C附近，有 ±5 °C左右之變動。由圖3之結果也 可以容易推測，如果使溫度變動爲± 5 °C左右，.則可以使 板1 1 5之表面反應十分安定。而，於偏壓被施加之條件 下，溫度變動愈大，具體而言，即使微±2 5 °C左右，也 可以使製程安定化。關於此事實，以實驗確認知結果，以 圖7到圖9來作說明。 圖7係表示使用於實驗之第2實施例之構造。與圖2 所示之第1實施例爲大約相同之構造，但是，對於板· 1 1 5之溫度變動之控制及冷卻有很大效果之圓板狀導電 體1 1 1與板1 1 5之間之空間並沒有設置之構造，提高 板1 1 5之溫度，同時，容許溫度變動之點，係與圖2之 實施例不同。板1 1 5之表面溫度之設計値，假設係於 1 5 0°C附近，有±2 5 t：左右之變動。更者，使外周環 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝 、-口 線 本紙浪尺度適用中.國國家標隼（) A4規格（210X 297公釐) -25 - 589675 A 7 _._ B7 五、發明説明（23) 1 1 6變厚，使內側爲傾斜狀態，以提高U H F波1 2 1 Β之放射效果，提高電漿生成效果，同時，抑制電漿ρ之 擴散，提高電漿Ρ之密度。 這時之板1 1 5之溫度變動以圖8表示。處理條件係 使用與圖3之說明所示者同等之條件。這種情況時，於處 理開始後6 0分鐘之定常狀態下，藉由放電〇Ν，板 1 1 5之溫度從1 2 5它上升到1 6 5 °C。即，隨著放電 〇N/〇F F ，產生大約±2 0。(：之溫度變動。產生像這 樣之溫度變動時之電漿及電漿中之化學性質之狀態之變化 (或安定性），藉由電漿發光及放電特形之時間變化予以 調查之結果，以圖9予以說明。 圖9係表示放電〇N之1循環之電漿發光及放電電壓 Bias-Vpp、天線偏壓Ant. -Vdc之時間變化。電漿發光係 表示 CF(2 30.5nm) 、CF 2 ( 2 8 0 n m ) 、Α「 (4 1 9 . 8 η m )。發光之CF、CF2係表示基即電 漿中之化學物質之狀態，A r爲離子密度。又，放電電壓 Bias-Vpp表示電漿密度。天線偏壓Ant.-Vdc會對矽板1 1 5表面之F淸除反應、即電漿化學物質有影響。由圖9 之結果可知，發光CF、CF2、Ar及放電電壓Bias-VPP、天線偏壓Ant.-Vdc，不論是哪一個都是於放電〇N 中安定，板1 1 5之溫度變動之影響完全看不見。由此可 以確認，即使對於± 2 5 °C左右之溫度變動，電漿及化學 物質之狀態爲安定者。又，放電◦ F F之前之變動，係隨 著解除試料晶圓之靜電吸著之除電步驟而變動者，所以， 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210>< 297公釐^ :26- I---------1衣---------1T------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 A7 _ · _ B7 五、發明説明（24) 不是起因於溫度變動者。 更者，使用圖7之實施例之裝置，將確認製程之安定 性之結果，以圖1 〇表示。圖1 0係表示對於平樣品之蝕 刻量及蝕刻率之蝕刻時間之依存性之測定結果。板1 1 5 之溫度變動影響蝕刻特性時，以蝕刻量之線形性或蝕刻率 之變動來表現。但是，如由圖1 0可以，蝕刻量係與蝕刻 時間成比例增加，蝕刻率也不受蝕刻時間影響，很安定。 由這些情況可以確認，對於板1 1 5之± 2 5 °C左右之溫 度變動，不只是電漿狀態，連鈾刻特性也安定。 上述係表示1片之晶圓蝕刻處理中之製程安定性者， 當然，即使連續處理1組2 5片之晶圓，或即使連續處理 數組之晶圓，也可以獲得同樣安定之製程再現。更者，藉 由本實施例之電漿蝕刻裝置確認，數1 0 0 0片之晶圓連 續處理，以氧化膜之保持器或SAC (自身整合接觸）製 程，予以實施之結果，經過放電1 0 0小時以上，仍可以 獲得安定之再現性良好之蝕刻特性。 又，上述之各實施例，係都爲有磁場U H F電電磁波 放射放電方式之電漿處理裝置者，固定於UHF波之頻率 爲450 MHz所作之說明，但是，當然頻率並不只限於 此。又，被放射之電磁波，U H F帶之3 0 〇 Μ Η ζ到1 G Hz以外之，例如，2 · 4 5 GHz之微波、或數1 0 MHz到3 0 0 MHz左右之VHF帶也可。又，磁場強度 係針對對於 4 5 0 MHz之電子迴旋加速器共鳴磁場強度之160高 ^紙張尺度適用中國國家標準（〇~$)/\4規格（2丨0父297公釐) -27 - ---------扣衣--.--L--1T-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 589675 A7 B7 五、發明説明（25) 斯之情況作的說明，但是，不一定要使用共鳴磁場，比這 個強之磁場或相反的使用數1 〇高斯以下之弱磁場也可。 更者，不使用磁場之例如無磁場放電也可。又，製程氣體 之吹出，係不需要從板1 1 5進行，例如，從側壁導入氣 體也可以。更者，除上述之外，例如使用磁場之磁場型之 電漿處理裝置或平行平板型之容量結合方式電漿處理裝置 ，或電感耦合型之電漿處理裝置等，都可以使用於上述各 實施例。 又，上述之各實施例，都是處理對象爲半導體晶圓， 對於此之蝕刻處理之情況者’但是，本發明並不只限於此 ，例如處理對象爲液晶基板時也可以適用，又，處理自身 也不只限於蝕刻，例如，對於濺射或c V D處理也可以適 用。 依據本發明，對於面對晶圓之被設置於天線之矽製之 板1 1 5，施加V d c=— 1 0V〜一 3 0 〇7之偏壓， 溫度爲1 〇 〇 °C以上2 0 0 °C以下之範圍，有 ±2 5 °C以內之變動，而使板1 1 5之表面反應不受 溫度變動之影響而能安定，所以，可以提供製程特性之安 定性•再現性良好之電漿處理裝置及電漿處理方法。· 本紙張尺度適用中·國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -28- 裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局R工消费合作社印製 589675 | 公 1 六、申請專利範圍 附件： 第9〇1〇2〇63號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國91年6月修正 1 · 一種電漿處理裝置，係具有：真空處理室，及將 氣體供給該真空處理室之處理氣體供給手段，及將在真空 處理室內被處理之試料予以保持著之電極，及面對上述試 料而被設置於該真空處理室之3 Ο ΟΜΗ z到1 GH z之 有磁場或無磁場U H F頻帶電磁波放射放電方式的電漿產 生裝置，及將該真空處理室予以減壓之真空排氣系；其特 徵爲： 上述電漿產生裝置，係具有被設置於處理室內側之矽 製之板，上述矽製之板之電阻率爲1 Ω · cm以上1 〇 Ω • cm以下之範圍，且，上述矽製之板之厚度爲5mm以 上1 〇 m m以下，對於該矽製之板，施加V d c = - 5 0 V以上- 3 Ο Ο V以下之偏壓電壓，且，使上述板之表面 溫度爲1 0 〇 °C以上2 0 0 °C以下之範圍。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之電漿處理裝置，其 中上述矽製之板電阻率約爲5 Ω · c m。 3 .如申請專利範圍第1或2項所述之電漿處理裝置 ，其中具有溫度調節手段，係含有導電體及介質，而構成 爲上述真空容器之壁之一部份之天線，該天線係，於挨著 上述導電體之電漿之側之面設置有上述矽製之板，該導電 體係藉由於內部循環之熱媒體，使溫度被維持於一定値者 本紙張尺度用t國國家標隼（CNS ) A4規格（210 X 297公ΙΓ Ι—Ί -----裝------訂------線 (請先閱讀背ν§之注意事項再填寫本頁)、 · 589675 88 C3 __ D3 六、申請專利範圍 〇 4 · 一種電漿處理方法，係藉由被設於真空處理室內 之UHF頻帶天線所放射之3 OOMHz至1 GHz之有 磁場或無磁場U H F頻帶之電磁波，與設置於上述真空處 理室之周圍之磁場形成手段所形成之磁場之相互作用，於 上述真空處理室內部產生電漿，對試料進行處理者；其特 徵爲： 對於面對上述試料而被設置於上述天線之板之電阻率 爲1Ω · cm以上10Ω · cm以下之範圍，而且板之厚 度爲5mm以上1 Omm以下之矽製之板，施加V d c = —1 0V〜一 3 0 0 V之偏壓，使該砂製之板之電阻率爲 1 Ω · c m以上1 〇 Ω · c m以下，以內部電阻之自身發 熱予以昇溫，控制上述板之溫度於1 0 〇 °C以上2 〇 〇它 以下之範圍，控制於±2 5 °C以內，藉由上述電漿來處理上 述試料。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之電漿處理方法，其 中上述矽製之板之電阻率爲約5 Ω · c m。 ' 扣衣 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁), . 經濟部智慧財產局員工消费合作社印¾. 本紙浪尺度適用中國國家標华（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐） -2 -