TWI317150B - - Google Patents
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Description
1317150’ * ⑴ 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於電漿處理裝置及電漿處理方法，特別關於 使用電漿對半導體元件基板等之被處理材施予蝕刻處理的 較適合之電漿處理裝置。 【先前技術】 • 於半導體製程通常進行使用電漿之乾蝕刻。進行乾蝕 刻之電漿處理裝置有各種方式。 通常之電漿處理裝置係由：真空處理室，接續其之氣 體供給裝置，維持真空處理室內壓力於所要値的真空排氣 系，載置晶圓基板的電極，及於真空處理室內產生電漿的 電漿產生手段構成。藉由電漿產生手段使由噴淋板等供給 至真空處理室內的處理氣體設爲電漿狀態，而對晶圓載置 用電極上保持之晶圓基板進行蝕刻處理。 ® 欲於晶圓基板之面內全體確保同等之蝕刻特性，須於 晶圓全體進行同等之蝕刻反應。但是，實際上受到電漿分 布或真空處理室側壁之輻射影響，使晶圓表面之溫度分布 不均勻，導致晶圓面內被進行不均勻之蝕刻反應的問題存 在。 習知電漿處理裝置之晶圓載置用電極，如特開昭55 -48 1 3 2號公報（專利文獻1 )之揭示，通常係由具備溫度 調節裝置的冷媒供給裝置對電極基材供給冷媒，且於晶圓 背面導入導熱用之He氣體而控制晶圓溫度。另外，欲使 -4- (2) 1317150' 晶圓溫度於面內維持均勻之習知技術有，於電極表面分布 晶圓接觸部及導熱用氣體之溝，或者供給2系統之導熱用 氣體（特開平7 — 249586號公報，專利文獻2、3 )，於電 極基材設置2系統之冷媒供給系（特開平9— 17770號公 報，專利文獻4 )等。 專利文獻1 :特開昭5 5 — 48 1 32號公報。 專利文獻2 :特開平7 — 2495 8 6號公報。 Φ 專利文獻3 :特開平1 - 2 5 1 7 3 5號公報。 專利文獻4 :特開平9 - 1 7 7 7 0號公報。 【發明內容】 (發明所欲解決之課題） 於習知電漿處理裝置之晶圓載置用電極，欲控制晶圓 面內之溫度分布時，係對晶圓背面供給2系統之導熱用氣 體者，亦即，於電極基材設置2系統之冷媒供給系。 ® 但是，即使對晶圓載置用電極供給2系統之導熱用氣 體而保持晶圓溫度之均勻化時，在實際之電漿處理工程中 其效果極小。其理由爲，受到晶圓上沈積之各膜種類影響 使處理氣體種、處理氣體壓力、電漿分布之變化極大，因 而導致電漿處理中之晶圓面內之溫度分布大爲變化。使用 2系統之導熱用氣體的電漿處理裝置，因爲導熱用氣體壓 力而使熱傳導率存在差異之區域被固定，導致無法對應晶 圓溫度分布大爲變化之問題存在。另外，該方法中導熱用 氣體壓力引起之熱傳導率差異而欲調節晶圓溫度時，無法 -5- (3) 1317150 變化晶圓與電極接觸部分之接觸熱傳導率，晶圓溫度之可 變範圍狹窄之問題存在。 同樣地，使用分別供給至2系統之導熱用氣體之種類 引起之熱傳導率差來調節晶圓溫度時，無法對應晶圓溫度 分布大爲變化，以及晶圓溫度之可變範圍狹窄之問題存在 。另外，導熱用氣體壓力低時，晶圓與電極接觸部分之接 觸熱傳導率強烈受到電極表面之表面粗糙度影響。因此， 電極表面之表面粗糙度因爲電漿處理而隨時間變化時，將 對晶圓溫度之穩定性帶來影響，導致良品率惡化之問題。 另外，對晶圓上沈積多數材料而成的積層膜進行蝕刻 處理時’須依據最適當條件（處理氣體種類、處理氣體壓 力、電漿分布等）對各膜進行蝕刻處理。進行所要蝕刻處 理時，在依據預先決定之順序、依序進行蝕刻處理之各階 段（以下稱步驟）的蝕刻處理（以下稱步驟蝕刻）中，最 適當蝕刻處理條件會受各膜材料影響而互爲不同，電漿處 理中之晶圓面內之溫度分布亦大爲變化。如習知於電極基 材使用2系統冷媒的電漿處理裝置中，冷媒流路被固定之 故，會有無法對應必要之晶圓溫度分布大爲變化之問題。 又’欲使溫度分布大爲變化時，係變更2系統冷媒之個別 之冷媒溫度’調節電極基材之面內溫度分布後，藉由晶圓 與電極基材間之熱傳導而變化晶圓面內之溫度分布，因而 變化冷媒溫度須花時間，導致無法於各步驟間高速變化晶 圓溫度分布之問題存在。 另外’隨晶圓尺寸變大爲φ 3 00mm之同時，晶圓面 (4) 1317150 內之電漿分布或反應生成物分布容易變爲不均勻，對應於 此，並非使晶圓面內之溫度分布設爲均勻，而必須採取使 蝕刻特性成爲均勻之方式而於面內控制晶圓溫度的方法。 亦即，晶圓面內之高精確度溫度控制爲必要。 本發明目的在於提供可以高精確度控制晶圓面內之溫 度分布，可以擴大能控制之晶圓溫度範圍的電漿處理裝置 及電漿處理方法。 • 又，提供在處理晶圓上不同膜層的各步驟間，可以高 速變化晶圓溫度分布的電漿處理裝置及電漿處理方法。又 ，提供可以穩定控制晶圓溫度的電漿處理裝置及電漿處理 方法。 (用以解決課題的手段） 上述目的係藉由以下達成：在連接於真空排氣裝置、 內部可被減壓的處理室；對該處理室內供給氣體的裝置； 於該處理室內部產生電漿的電漿產生手段；及使被處理構 件藉由靜電力吸附固定於被施予溫度調節的電極上的手段 所構成的電漿處理裝置中，設置多數個可以獨立供給或排 出該被處理構件與該電極表面間之導熱用氣體的手段，控 制導熱用氣體壓力之面內分布之同時，以成爲多數個獨立 區域的方式使靜電吸附用電極塡埋於該電極表面，分glj g 制施加於各區域之直流電壓，而控制該被處理構件之溫度 分布。 又，藉由以下達成：在連接於真空排氣裝置、內部可 -7- (5) 1317150 被減壓的處理室；對該處理室內供給氣體的裝置；於該處 理室內部產生電漿的電漿產生手段；及使被處理構件藉由 靜電力吸附固定於被施予溫度調節的電極上的手段所構成 之電漿處理裝置中，於該電極表面設置多數個獨立之溝， 於該各個溝連接供給或排出導熱用氣體的手段，控制該被 處理構件與該電極表面間之導熱用氣體壓力之面內分布之 同時，使分割爲多數個獨立區域的靜電吸附用電極以對應 於該各個溝的方式塡埋於該電極表面，分別控制施加於各 區域之直流電壓，而控制該被處理構件之溫度分布。 又，藉由以下達成：依據預先決定之順序，對該被處 理構件依序進行電漿處理之各階段時，係於各階段任意變 化導熱用氣體壓力之面內分布與施加於各區域之直流電壓 ，據此而於各階段控制被處理構件之溫度分布。另外，藉 由以下達成：將該電極表面分割爲多數個獨立之圓環狀區 域與中央之圓形區域，於該圓環狀區域及該圓形區域之各 個區域設有獨立供給或排出導熱用氣體的手段。 又’藉由以下達成：將該電極表面分割爲多數個獨立 之圓環狀區域與中央之圓形區域，於該圓環狀區域及該圓 形區域之各個區域設置靜電吸附用電極，設有可獨立控制 施加於各個區域之直流電壓的手段。另外，藉由以下達成 :在增大該電極表面與被處理構件間之熱傳導率的部分， 提高導熱用氣體壓力、另外調節施加於靜電吸附用電極之 直流電壓、增大吸附力，又，在減小該電極表面與被處理 構件間之熱傳導率的部分，降低導熱用氣體壓力、另外調 -8 - (6) 1317150 節施加於靜電吸附用電極之直流電壓、減小吸附力。另外 ，藉由以下達成：在減小被處理構件與該電極表面間之吸 附力的區域，使施加於該區域之直流電壓控制成爲和電漿 處理中之被處理構件之自偏壓電位相同電位或大略相同電 位。 上述目的係藉由以下達成：在藉由真空排氣裝置減壓 處理室內部，對該處理室內供給氣體，於該處理室內部產 生電漿，使被處理構件藉由靜電力吸附於被施予溫度調節 的電極上而對被處理構件施予電漿處理的電漿處理方法中 ，由該電極表面之多數個區域供給或排出該被處理構件與 該電極表面間之導熱用氣體，控制導熱用氣體壓力之面內 分布之同時，以成爲多數個獨立區域的方式針對塡埋於該 電極表面的靜電吸附用電極之各區域被施加之直流電壓分 別施予控制，而控制該被處理構件之溫度分布。 又，藉由以下達成：在藉由真空排氣裝置減壓處理室 內部，對該處理室內供給氣體，於該處理室內部產生電漿 ，使被處理構件藉由靜電力吸附於被施予溫度調節的電極 上而對被處理構件施予電漿處理的電漿處理方法中，由該 電極表面設置多數個獨立之溝供給或排出導熱用氣體，控 制該被處理構件與該電極表面間之導熱用氣體壓力之面內 分布之同時，對應於該各個溝分別控制塡埋於該電極表面 的靜電吸附用電極之各區域被施加之直流電壓，而控制該 被處理構件之溫度分布。 又’藉由以下達成：依據預先決定之順序，對該被處 -9 - (7) 1317150' 理構件依序進行電漿處理之各階段時，係於各階段任意變 化導熱用氣體壓力之面內分布與施加於各區域之直流電壓 ，據此而於各階段控制被處理構件之溫度分布。 【實施方式】 以下依圖面說明本發明實施形態。 (第1實施形態） 以下依圖1 - 3說明本發明實施形態之微波ECR ( Electron Cyclotron Resonance)蝕刻裝置。圖 1 爲本發明 實施形態之電漿處理裝置構成之槪略縱斷面圖。 於該圖，本實施形態之電漿處理裝置，係於上部開放 之真空容器101之上部，設置對真空容器101內導入蝕刻 氣體用的氣流板（shower plate) 102 (例如石英製）、介 電質窗103(例如石英製），密封而形成處理室104。於 氣流板102連接氣體供給裝置105用於流動蝕刻氣體。於 真空容器101介由真空排氣口 106連接真空排氣裝置（未 圖示）。 爲將電漿產生用電力傳送至處理室104，於介電質窗 103上方設置導波管107 (或天線）用於放射電磁波。被 傳送至導波管1〇7(或天線）之電磁波係由電磁波產生用 電源109振盪產生。電磁波之頻率雖未特別限定，本實施 形態中，使用2.45 G Hz之微波。於處理室1〇4外周部設 置磁場產生線圈1 1 〇用於形成磁場，藉由電磁波產生用電 -10- 1317150 ' (8) 源1 09振盪產生之電力，和所形成磁場間之相互作用，而 於處理室104內產生高密度電漿。 和氣流板1 02呈對向而於真空容器1 0 1下部配置晶圓 載置用電極111。晶圓載置用電極111，其之電極表面被 以熔射膜（未圖示）覆蓋，介由高頻濾波器1 1 5連接直流 電源116。於晶圓載置用電極111，介由匹配電路113連 接高頻電源1 1 4。 φ 搬送至處理室104內之晶圓112，係藉由直流電源 1 1 6施加之直流電壓之靜電力被吸附於晶圓載置用電極 111上，藉由氣體供給裝置105供給所要蝕刻氣體後，設 定真空容器101內成爲特定壓力，而於處理室104內產生 電漿。由連接於晶圓載置用電極111的高頻電源114施加 高頻電力，使離子由電漿被引入晶圓，使晶圓112被施予 蝕刻處理。 以下依圖2說明本實施形態之晶圓載置用電極1 1 1。 • 圖2爲圖1之實施形態之試料台的晶圓載置用電極之槪略 縱斷面圖。於該圖，在成爲本實施形態之電漿處理裝置使 用的晶圓載置用電極111 (以下稱電極）之構造體的基材 201連接有：鋁製熔射膜202、絕緣體之承受器203、構造 體201之中心側圓形區域之溫調用冷媒流動用之第1流路 2 〇4、構造體2 0 1之外周側圓環狀區域之調溫用冷媒流動 用之第2流路205、及獨立控制、循環各個流路內之冷媒 於特定溫度的第1冷媒溫調溫器206、第2冷媒溫調溫器 207。 -11 - (9) 1317150 進行電漿處理時，在藉由第1冷媒溫調溫器2 06、第 2冷媒溫調溫器207被施予調溫的基材201，介由熔射膜 202以靜電吸附晶圓1 1 2，而使晶圓1 1 2被施予調溫（冷 卻）。又，於晶圓載置用電極111表面，設置3個導熱用 氣體溝20 8〜210用於供給導熱用氣體至晶圓112與熔射 膜202之間。第1導熱用氣體溝208作爲電極表面之中央 之圓形區域，第2導熱用氣體溝2 09作爲設於第1導熱用 > 氣體溝208外周之圓環狀區域，第3導熱用氣體溝210作 爲設於第2導熱用氣體溝2 09外周之圓環狀區域。 於晶圓載置用電極111表面設置之第1、第2、第3 之導熱用氣體溝208〜210分別連接，供給導熱用氣體的 配管2 11、2 1 2 ’晶圓1 1 2與熔射膜202之間之壓力計測用 之壓力計213、214，控制導熱用氣體之供給量的氣體流量 控制器215、216’供給導熱甩氣體的閥217、218，儲氣 筒219、220，及導熱用氣體的排氣閥221、222。本實施 > 形態中’第1導熱用氣體溝208與第2導熱用氣體溝209 被以1個配管211連接，導熱用氣體壓力設爲同一壓力， 於各個導熱用氣體溝設置供給或排出導熱用氣體的手段亦 可 ° 於第1、第2、第3之導熱用氣體溝208〜210彼此之 間及第3導熱用氣體溝210之外周側，在晶圓載置用電極 111之外周端配置環狀之凸部，彼等環狀凸部和其上面搭 載之晶圓112之背面接觸，在第1、第2、第3之導熱用 氣體溝208〜210與晶圓112之背面之間區隔形成導熱用 -12- (10) (10)
1317150 氣體被供給、塡充的空間區域。如後述說明，晶 吸附固定於晶圓載置用電極1 1 1表面上時，彼等 密封第1、第2、第3導熱用氣體溝20 8〜210彼 室104內之空間，成爲維持導熱用氣體於特壓力 件。 進行電漿處理時，打開閥2 1 7、2 1 8，由儲氣 2 2 0供給導熱用氣體（本實施形態爲η e氣體） 力計213、214監控各個導熱用氣體溝208〜210 壓力’控制氣體流量控制器2 1 5、2 1 6使成爲所 通常導熱用氣體之熱傳導率和氣體壓力呈比例乃 設定較高之導熱用氣體壓力具有提升熱傳導率之 lkPa至10kPa範圍內壓力越高越能提升導熱用氣 導特性，以上則不受壓力影響，亦即，導熱用氣 電極與晶圓間之熱傳導，可藉由封入之導熱用氣 以控制。又，在OkPa至0.1 kPa範圍內導熱用氣 導特性難以期待。導熱用氣體溝部之電極與晶圓 導欲設爲最小時，打開氣體排氣閥221、222設 氣體溝208〜210爲真空即可斷熱。 如習知電漿處理裝置，封入之導熱用氣體 面內設爲均勻時，晶圓與電極間之熱傳導率於 爲相等。處理氣體種類、處理氣體壓力 '電漿 之輻射等之變化導致流入晶圓之熱量於晶圓面 無法設定晶圓面內之溫度分布成爲均勻之問題 於此，如本實施形態之電漿處理裝置’藉由電 圓1 12被 環狀凸部 此及處理 的密封構 ，筒 219 、 ，藉由壓 內之氣體 要壓力。 習知者， 效果，在 ，體之熱傳 ,體溝部之 ,體壓力予 ，體之熱傳 丨間之熱傳 :定導熱用 i力於晶圓 ,圓面內成 •布、側壁 丨不同時， :在。相對 丨上獨立之 -13- (11) 1317150 導熱用氣體溝208〜2 1 0，可以各個溝分別控制晶圓1 1 2與 電極間之導熱用氣體壓力，晶圓112與電極間之熱傳導率 於晶圓面內可設爲任意分布。如此則，流入晶圓之熱量於 晶圓面內不同時，亦可以保持晶圓溫度之均勻。另外，晶 圓面內之熱傳導率可設爲任意分布，因此，可任意控制使 晶圓面內之溫度分布成爲凸分布或凹分布。 上述本發明實施形態中，導熱用氣體溝之形狀，於電 > 極表面設爲同心圓之圓環狀、圓形狀。藉由設爲同心圓之 圓環狀、圓形狀，可使導熱用氣體壓力之面內分布成爲中 心軸對稱，具有容易控制晶圓面內之溫度分布的效果。 又，本實施形態中，導熱用氣體溝設爲3系統，但藉 由3系統以上多數之導熱用氣體溝之設置，可以更高精確 度控制晶圓面內之溫度分布。 但是，僅控制導熱用氣體壓力時，僅溝部之熱傳導率 變化，無法控制晶圓與電極表面接觸部分之接觸熱傳導率 > 。亦即存在溫度可.變範圍狹窄之問題。因此，本實施形態 中，於電極表面設置2個獨立之靜電吸附用電極22 3、224 。 第1靜電吸附用電極223作爲電極表面之中央之圓形 區域，第2靜電吸附用電極224作爲設於第1靜電吸附用 電極2 2 3外周側之圓環狀區域，被埋入基材2 0 1表面之鋁 製熔射膜202內。於各個靜電吸附用電極223、224連接 高頻電力傳送切斷用之濾波器225、226，及對靜電吸附用 電極施加直流電壓的直流電源227、228。 進行電漿處理時，由直流電源227、228施加直流電 -14- (12) 1317150 壓，藉由產生之靜電力使晶圓112吸附於電極上。該吸附 力可由施加之直流電壓大小予以控制，電漿處理中藉由晶 圓之自偏壓電位與施加於靜電吸附用電極210之直流電壓 之差決定吸附力。通常，接觸熱傳導率係和接觸壓力（吸 附力）呈比例乃習知者。自偏壓電位與施加之直流電壓之 差越大吸附力亦變大，可提升熱傳導特性。自偏壓電位與 施加之直流電壓設爲同一電位時吸附力變小，熱傳導特性 > 無法期待。亦即，和晶圓1 1 2間之接觸部之中電極表面與 晶圓1 1 2間之接觸熱傳導率可由施加之直流電壓大小予以 控制，晶圓面內之接觸熱通過率可設爲任意分布。除溝部 之導熱用氣體壓力之控制以外，另外可以控制晶圓接觸部 之接觸熱傳導率，因而具有增大晶圓溫度之可變範圍的效 果。 亦即，在增大晶圓與電極表面間之熱傳導率的部分， 提高導熱用氣體壓力、另外，於提高導熱用氣體壓力之區 I 域的靜電吸附用電極調節施加之直流電壓、增大吸附力， 又，在減小晶圓與電極表面間之熱傳導率的部分，降低導 熱用氣體壓力、另外，於降低導熱用氣體壓力之區域的靜 電吸附用電極調節施加之直流電壓、減小吸附力，如此則 ，可控制晶圓面內之溫度分布，具有擴大晶圓溫度之可變 範圍的效果。 又，本實施形態中，第1、第2、第3之導熱用氣體 溝20 8〜210，爲被供給導熱用氣體之區域，於彼等內部亦 形成凹凸，其之一部分接觸被吸附之晶圓112之背面，於 -15- (13) 1317150 彼等接觸部分進行熱之傳導。彼等第1、第2、第3之導 熱用氣體溝208〜210內，和晶圓112接觸之表面之面積 和上述凸部比較設爲較小。 又’本實施形態之大略圓板上之中央側之靜電吸附用 電極223，係涵蓋第1導熱用氣體溝208及其外側環狀凸 部之下方全體，其外周緣延伸至第2導熱用氣體溝2 09之 下方。圓環形狀之外周側之靜電吸附用電極224，其內周 | 緣位於第2導熱用氣體溝2 09之下方，外周緣位於第3導 熱用氣體溝2 1 0之外側凸部下方。亦即，外周側之靜電吸 附用電極224，係於第2、第3導熱用氣體溝209 ' 210配 置於其下方。藉由供給至外周側之靜電吸附用電極224的 直流電壓之調節，使第2、第3導熱用氣體溝209、210及 彼等間之凸部與晶圓1 1 2之間的接觸力被調節之同時，第 2、第3導熱用氣體溝209、210間之凸部引起之密封特性 亦被調節。同樣，藉由供給至中央側靜電吸附用電極223 I 的直流電壓之調節，使第1、第2導熱用氣體溝208、209 及彼等間之凸部與晶圓1 1 2之間的接觸力被調節之同時， 第1、第2導熱用氣體溝208、209間之凸部引起之密封特 性亦被調節。 上述本發明實施形態中，靜電吸附用電極之形狀，於 電極表面設爲同心圓之圓環狀、圓形狀。藉由設爲同心圓 之圓環狀、圓形狀，可使接觸力引起之接觸熱傳導率之面 內分布成爲中心軸對稱，具有容易控制晶圓面內之溫度分 布的效果。又，本實施形態中，靜電吸附用電極設爲2區 -16- (14) 1317150 域，但藉由設爲2區域以上之多數區域，可以更高精確度 控制晶圓面內之溫度分布。 使用圖3說明實際之晶圓溫度測試結果。圖3爲圖1 之實施形態之晶圓表面之半徑方向的溫度變化圖。曲線 3〇1表示，第1、第2、第3之導熱用氣體溝208〜210之 導熱用氣體壓力全設爲1 .OkP a，調節第1、第2靜電吸附 用電極223、224施加之直流電壓使吸附力於晶圓面內成 > 爲一定時的晶圓溫度分布。曲線302表示，第1、第2之 導熱用氣體溝208〜209之導熱用氣體壓力設爲l.OkPa， 第3之導熱用氣體溝210之導熱用氣體壓力設爲OkPa，調 節第1、第2靜電吸附用電極223、224施加之直流電壓使 吸附力於晶圓面內成爲一定時的晶圓溫度分布。曲線303 表示，第1、第2之導熱用氣體溝208〜209之導熱用氣體 壓力設爲l.OkPa，第3之導熱用氣體溝210之導熱用氣體 壓力設爲OkPa，第1靜電吸附用電極223施加之直流電壓 > 設爲和曲線301、302相同電壓，第2靜電吸附用電極224 施加之直流電壓設爲和電漿處理中之晶圓之自偏壓電位相 同電壓，吸附力設爲最小時的晶圓溫度分布。 如曲線3 0 1所示，晶圓面內之熱傳導率設爲均勻時， 晶圓之溫度分布受晶圓分布之影響而成爲凸分布。如曲線 3 02所示，降低晶圓外周側之導熱用氣體壓力，縮小熱傳 導率時，晶圓外周側之溫度上升，溫度分布之均勻性被提 升。如曲線3 03所示，降低晶圓外周側之吸附力，另外降 低外周側之熱傳導率時，晶圓溫度之均勻性被提升。由此 -17- (15) 1317150' 可知，藉由控制吸附力可增大晶圓溫度之可變範圍。 又，實際之蝕刻因爲受到晶圓分布或反應生成物分布 之影響，即使晶圓溫度分布如曲線3 03所示於晶圓面內設 爲均勻時，蝕刻特性未必均勻之問題亦可能存在。反而是 如曲線3 0 1所示，晶圓面內之溫度分布設爲凸分布時，晶 圓面內之蝕刻特性成爲均勻之情況有可能存在。於此情況 下，本實施形態中，藉由任意控制晶圓面內之熱傳導率可 設爲所要之晶圓溫度分布，具有可設定晶圓面內之蝕刻特 性成爲均勻之效果。 如上述說明，使用藉由導熱用氣體壓力及靜電吸附用 電極施加之直流電壓之大小來控制晶圓面內之溫度分布的 手段，而構成之本實施形態之裝置中，晶圓溫度控制之時 間響應特性極快。如此則，欲獲得所要蝕刻形狀時，依據 預先決定之順序，依序進行電漿處理之各步驟的步驟蝕刻 時，可將各步驟之晶圓溫度分布設爲最佳化。如此則，可 進行高精確度之蝕刻處理，具有提升裝置稼動率極元件良 品率的效果。 另外，於此種電漿處理裝置，大多對晶圓上沈積多數 材料而成的積層膜進行鈾刻處理。各膜之材料會影響最適 當之電漿處理條件，電漿處理中之晶圓面內之溫度分布大 爲變化。特別是 CD (Critical Dimension)之晶圓面內分 布強烈依存於電漿處理中之晶圓溫度而容易受影響。因此 ’對沈積多數材料而成的積層膜進行電漿處理時，依據各 膜之材料，依序進行最適當電漿處理條件之各步驟的步驟 -18- 1317150 * (16) 蝕刻成爲有效。本實施形態構成之裝置中，藉由導熱用氣 體壓力及靜電吸附用電極施加之直流電壓之控制，可控制 晶圓面內之溫度分布，因此可對應於步驟蝕刻之各步驟高 速控制晶圓溫度分布，亦即，具有能成爲所要之CD分布 而施予控制的效果。 依據圖4說明對上述積層膜施予步驟蝕刻處理時之處 理動作流程。圖4爲圖1之實施形態之晶圓處理之流程圖 # 。首先，於晶圓載置用電極1 1 1載置晶圓1 12 (步驟S401 )。之後，由直流電源227、22 8分別施加特定之直流電 壓，使晶圓112被靜電吸附。此時，在增大晶圓與電極表 面間之熱傳導率的靜電吸附用電極之區域，調節施加之直 流電壓以增大吸附力，又，在減小晶圓與電極表面間之熱 傳導率的靜電吸附用電極之區域，調節施加之直流電壓以 減小吸附力，供給晶圓與電極表面間之接觸熱傳導率之於 晶圓面內分布（步驟S4〇2)。 • 之後，由儲氣筒2 1 9、220供給或排出導熱用氣體， 控制各個導熱用氣體溝208〜210內之氣體壓力使成爲所 要壓力。此時，在增大晶圓與電極表面間之熱傳導率的區 域提高導熱用氣體壓力，又，在減小晶圓與電極表面間之 熱傳導率的區域減低（排出）導熱用氣體壓力，而供給晶 圓與電極表面間之導熱用氣體產生之熱傳導率之於晶圓面 內分布（步驟S403)。之後，於處理室104內產生電漿 ，使晶圓1 1 2被蝕刻處理（步驟S404 )。蝕刻處理晶圓 上積層膜時，各膜之材料會影響最適當之電漿處理條件。 -19- (17) (17)
1317150 因此’在依據最適當之電獎處理條件對各膜依序進行 驟的步驟蝕刻（步驟S405)時，各步驟之電發處理 晶圓面內之溫度分布亦大爲變化之故，有必要對應於 驟筒速控制晶Η溫度分布。亦即，触刻處理次一膜時 要再度調整各個靜電吸附用電極施加之電壓與各區域 熱用氣體壓力於所要之値。 移行至次一步驟蝕刻時，最初停止電槳（步驟 )，調整各個區域之導熱用氣體壓力（步驟S407) 如對於已被提高導熱用氣體壓力之區域，於次一步屋 處理以減低接觸熱傳導率之方式減弱吸附力時因爲5 而使導熱用氣體壓力變高時晶圓112將由晶圓載置用 111剝離，因此預先對減弱吸附力區域之導熱用氣i 排氣等之調節（步驟S407 )。之後，再度調節直轿 供給接觸熱傳導率之晶圓面內分布（步驟S402 )， 導熱用氣體壓力供給氣體引起之熱傳導率之晶圓面P (步驟S403 )。全部之步驟蝕刻處理結束時（步驟 )，排出全部之導熱用氣體（步驟S408 )，停止蒱 附用電極之直流電壓施加（步驟 S409 )，停止電费 驟 S 4 1 0 )。 最後，由晶圓載置用電極111取出晶圓112搬运 理室外（步驟S411)。於上述電漿處理方法，進C 蝕刻處理時，雖於步驟間停止電漿（步驟S4〇6 )， 一定於步驟間停止電漿，亦可繼續電漿處理而控制菌 附用電極之電壓與導熱用氣體壓力之於面內分布。习 各步 中之 各步 ，需 之導 S406 。例 蝕刻 附力 電極 進行 電壓 調節 分布 S405 電吸 (步 至處 步驟 但不 電吸 實施 -20- (18) 1317150 秦 形態之電漿處理方法中，藉由導熱用氣體壓力及靜電吸附 用電極施加之直流電壓之控制，而控制晶圓面內之溫度分 布，因此可對應於步驟蝕刻之各步驟而高速控制晶圓溫度 分布，亦即，具有能成爲所要之CD分布而施予電漿處理 的效果。 另外，導熱用氣體壓力低時，晶圓與電極接觸部分之 接觸熱傳導率強烈受到電極表面之表面粗糙度影響。因此 >，電極表面之表面粗糙度因爲電漿處理而隨時間變化時， 將對晶圓溫度之穩定性帶來影響，導致良品率惡化之問題 。但是，依本實施形態，可控制靜電吸附用電極之直流電 壓降低吸附力。在已被降低導熱用氣體壓力之部分可以再 降低吸附力，而設定表面粗糙度影響於最小。如此則，於 蝕刻處理中，具有提升蝕刻特性之穩定性之效果。 上述實施形態中以使用微波ECR放電的蝕刻裝置爲 例說明，但對於使用其他放電（磁場UHF放電、容量耦 ► 合型放電、感應耦合型放電、磁控管放電、表面波激發放 電、傳遞耦合放電）的乾蝕刻裝置亦可達成同樣效果。又 ，上述各實施形態中以蝕刻裝置爲例說明，但對於進行電 漿處理的其他電漿處理裝置、例如電漿CVD裝置、去灰 裝置、表面改賀裝置等亦可達成同樣效果。 (第2實施形態） 依圖5說明本發明第2實施形態。圖5爲本實施形態 之電漿處理裝置相關的晶圓載置用電極之構成槪略縱斷面 -21 - (19) 1317150 圖。說明本實施形態和第1實施形態不同之點。圖5表示 本發明之一實施形態之晶圓載置用電極。本實施形態之電 漿處理裝置使用的晶圓載置用電極1 1 1 (以下稱電極）， 係由成爲電極之構造體的基材501、鋁製熔射膜502、基 材501之溫度控制裝置（未圖示）構成。 於電極表面設置對晶圓11 2與鋁製熔射膜5 02之間供 給導熱用氣體的多數獨立之導熱用氣體溝5 03。於設置之 多數獨立之導熱用氣體溝5〇3分別連接，獨立供給導熱用 氣體的配管504，晶圓1 1 2與熔射膜502之間之壓力計測 用之壓力計505，控制導熱用氣體之供給量的氣體流量控 制器5 06，供給導熱用氣體的閥507，儲氣筒508，及導熱 用氣體的排氣閥509。 進行電漿處理時，打開閥5 07，由儲氣筒508供給導 熱用氣體（本實施形態爲He氣體），藉由壓力計505監 控各個導熱用氣體溝5 03內之氣體壓力，控制氣體流量控 制器5 06使成爲所要壓力。 如上述說明，藉由多數獨立之導熱用氣體溝503，依 據各個溝個別控制晶圓1 1 2與電極間之導熱用氣體壓力時 ，於晶圓面內之晶圓1 1 2與電極間之熱傳導率可設爲任意 分布。藉由多數獨立之導熱用氣體溝5 03之設置’可以更 高精確度控制晶圓面內之熱傳導率爲任意分布。 另外，本實施形態中，設置和設於電極表面之多數導 熱用氣體溝5〇3分別對應之多數獨立之靜電吸附用電極 510。各個於靜電吸附用電極510連接，切斷高頻電力之 -22- (20) 1317150 傳送的濾波器5 1 1，對靜電吸附用電極 流電源5 1 2。藉由直流電源5 1 2施加ϋ 力可將晶圓1 1 2吸附於電極上。又’鬆 直流電壓大小予以控制。 如上述說明，溝部以外之接觸部之 極表面間之接觸熱傳導率可由施加之ϋ 制，晶圓面內之接觸熱通過率可設爲β 導熱用氣體壓力之控制以外，另外可t 晶圓接觸部之接觸熱傳導率，可擴大晶 ，可以更高精確度控制晶圓面內之溫度 以圖6說明上述實施形態之變形例 實施形態之變形例相關的晶圓載置用霄 面圖。以下說明本圖和上述第1、第2 設置溫度感測器60 1，檢測電漿處 溫度分布。控制氣體流量控制器602 ^ 源6 03之輸出電壓，以使由溫度感測器 理中之晶圓112之溫度成爲預先決定^ 測定電漿處理中之晶圓溫度之面內分;ί] 以自動控制導熱用氣體壓力之面內分辛 直流電壓。如此則，具有可以更高精孩 溫度分布的效果。 (發明效果） 施加直流電壓的直 流電壓產生的靜電 吸附力可由施加之 中的晶圓1 1 2與電 流電壓大小予以控 意分布。除溝部之 控制和溝部對應之 圓溫度之控制範圍 分布。 。圖6爲圖5所示 極之構成槪略縱斷 實施形態之不同點 理中之晶圓1 1 2之 :氣體流量與直流電 601獲得之電漿處 1溫度分布。亦即， '，由獲得之溫度可 '或施加於各區域之 丨度控制晶圓面內之 -23- (21) 1317150 依本發明，可以任意控制導熱用氣體之熱傳導率之面 內分布，而使成爲所要之晶圓溫度分布，另外，可以高精 確度調節晶圓與電極表面間之接觸熱傳導率之面內分布。 因此’可以減低處理氣體種類、處理壓力、電漿分布、側 壁之輻射等之變化影響，使成爲接近所要之晶圓溫度分布 ，具有擴大晶圓溫度之控制範圍的效果。 另外，具有以下效果：電漿處理晶圓上之積層膜時， φ 在依據預先決定之順序，依序進行蝕刻處理之各步驟的步 驟蝕刻中，於各步驟間可以高速進行晶圓溫度分布變化。 另外，即使電極表面之表面粗糙度因爲電漿處理而隨 時間變化時，該部分之靜電吸附力較弱，可將接觸部分之 熱傳導率設爲最小，具有減少表面粗糙度影響之效果。亦 即，具有提升晶圓溫度控制之穩定性之效果。 【圖式簡單說明】 Φ 圖1爲本發明實施形態之電漿處理裝置構成之槪略縱 斷面圖。 圖2爲圖1之實施形態之試料台的晶圓載置用電極之 槪略縱斷面圖。 圖3爲圖1之實施形態之晶圓表面之半徑方向的溫度 變化圖。 圖4爲圖1之實施形態之晶圓處理之流程圖。 圖5爲本實施形態之電漿處理裝置相關的晶圓載置用 電極之構成槪略縱斷面圖。 -24 - 1317150 ’ (22) 圖6爲圖5所示實施形態之變形例相關的晶圓載置用 電極之構成槪略縱斷面圖。 【主要元件符號說明】 101 :真空容器 1 〇 2 :氣流板 1 03 :介電質窗 % 1 〇 4 :處理室 105 :氣體供給裝置 106 :真空排氣口 107 :導波管 109 :電磁波產生用電源 1 1 0 · fe場產生線圈 111 :晶圓載置用電極 1 1 2 :晶圓 # 1 1 3 :匹配電路 1 1 4 :筒頻電源 20 1 :基材 2 0 2 :熔射膜 2 〇 3 :承受器 204 :第1流路 2 〇 5 :第2流路 206 :第1冷媒調溫器 2 0 7 :第2冷媒調溫器 -25- (23) 1317150 * 20 8 :第1導熱用氣體溝 209 :第2導熱用氣體溝 210:第3導熱用氣體溝 211、 212 ：配管 2 1 3、2 1 4 :壓力計 2 1 5、2 1 6 :氣體流量控制器 217、 218：閥
219 、 220 :儲氣筒 221、 222:排氣閥 2 2 3 :第1靜電吸附用電極 224:第2靜電吸附用電極 2 2 5、2 2 6 :濾波器 2 2 7、2 2 8 :直流電源 301-303 ：曲線 501 :基材 5 02 :熔射膜 5 03 :導熱用氣體溝 5 0 4 :配管 5 0 5 :壓力計 5 06 :氣體流量控制器 5 07閥 5 0 8 :儲氣筒 5 0 9 :排氣閥 510:靜電吸附用電極 -26 (24) 1317150 5 1 1 :濾波器 5 1 2 :直流電源 601 :溫度感測器 602 :氣體流量控制器 6 0 3 :直流電源
Claims (1)
1317150 十、申請專利範圍 計Λ物修(更)正替換頁 第95 1 32 1 87號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國9 8年 1· 一種電漿處理裝置，係由：連接於 、內部可被減壓的處理室；對該處理室內供 ;於該處理室內部產生電漿的電漿產生手段 構件藉由靜電力吸附固定於被施予溫度調節 段構成者；其特徵爲： 設置可以獨立供給或排出該被處理構件 間之導熱用氣體的多數個手段，控制導熱用 內分布之同時，以成爲多數個獨立區域的方 用電極塡埋於該電極表面，分別控制施加於 電壓，而控制該被處理構件之溫度分布。 2. 一種電漿處理裝置，係由：連接於 、內部可被減壓的處理室；對該處理室內供 ;於該處理室內部產生電漿的電漿產生手段 構件藉由靜電力吸附固定於被施予溫度調節 段構成者；其特徵爲： 於該電極表面設置多數個獨立之溝，於 供給或排出導熱用氣體的手段，控制該被處 極表面間之導熱用氣體壓力之面內分布之同 多數個獨立區域的靜電吸附用電極以對應於 5月14日修正 真空排氣裝置 給氣體的裝置 ;及使.被處理 的電極上的手 與該電極表面 氣體壓力之面 式使靜電吸附 各區域之直流 r 真空排氣裝置 給氣體的裝置 ;及使被處理 的電極上的手 該各個溝連接 理構件與該電 時，使分割爲 該各個溝的方 1317150 年f月日修(更)正替換頁 式塡埋於該電極表面，分別控制施加於各區域之直流電壓 ，而控制該被處理構件之溫度分布。 3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其 中， 依據預先決定之順序，對該被處理構件依序進行電漿 處理之各階段時，係於各階段任意變化導熱用氣體壓力之 面內分'布與施加於各區域之直流電壓，據此而於各階段控 制被處理構件之溫度分布。 4. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，某 中， .' 將該電極表面分割爲多數個獨立之圓環狀區域與中央 之圚形區域，於該圓環狀區域及該圚形區域之各個區域設 有獨立供給或排出導熱用氣體的手段。 5. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其 中， 將該電極表面分割爲多數個獨立之圓環狀區域與中央 之圓形區域，於該圚環狀區域及該圓形區域之各個區域設 置靜電吸附用電極，設有可獨立控制施加於各個區域之直 流電壓的手段。 6. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其 中， 在增大該電極表面與被處理構件間之熱傳導率的部分 ，提高導熱用氣體壓力、另外調節施加於靜電吸附用電極 之直流電壓、增大吸附力，又，在減小該電極表面與被處 -2 -
1317150 理構件間之熱傳導率的部分，降低導熱用氣體壓力、另外 調節施加於靜電吸附用電極之直流電壓、減小吸附力。 7. 如申請專利範圍第-1或2項之電漿處理裝置·，其 中， 在減小被處理構件與該電極表面間之吸附力的區域， 使施加於該區域之直流電壓控制成爲和電漿處理中之被處 理構件之自偏壓電位相同電位或大略相同電位。 8. —種電漿處理方法，係藉由真空排氣裝置減壓處 理室內部，對該處理室內供給氣體，於該處理室內部產生 電漿，使被處理構件藉由靜電力吸附於被施予溫度調節的 電極上而對被處理構件施予電漿處理者；其特徵爲：由該 電極表面之多數個區域供給或排出該被處理構件與該電極 表面間之導熱用氣體，控制導熱用氣體壓力之面內分布之 同時，以成爲多數個獨立區域的方式針對塡埋於該電極表 面的靜電吸附用電極之各區域被施加之直流電壓分別施予 控制，而控制該被處理構件之溫度分布。 9. 一種電漿處理方法，係藉由真空排氣裝置減壓處 理室內部，對該處理室內供給氣體，於該處理室內部產生 電漿，使被處理構件藉由靜電力吸附於被施予溫度調節的 電極上而對被處理構件施予電漿處理者；其特徵爲： 由該電極表面設置多數個獨立之溝供給或排出導熱用 氣體，控制該被處理構件與該電極表面間之導熱用氣體壓 力之面內分布之同時’對應於該各個溝分別控制塡埋於該 電極表面的靜電吸附用電極之各區域被施加之直流電壓， -3- 1317150 而控制該被處理構件之溫度分布。 1〇·如申請專利範圍第8或9項之電漿處理方法，其 中， . 依據預先決定之順序，對該被處理構件依序進行電漿 處理之各階段時，係於各階段任意變化導熱用氣體壓力之 面內分布與施加於各區域之直流電壓，據此而於各階段控 制被處理構件之溫度分布。
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