TWI409872B - A plasma processing apparatus, a plasma processing method, and a computer memory medium - Google Patents

A plasma processing apparatus, a plasma processing method, and a computer memory medium Download PDF

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Description

電漿處理裝置、電漿處理方法及電腦記憶媒體
本發明係有關對被處理基板施加蝕刻處理的電漿處理裝置，尤其有關平行平板型電漿處理裝置。
半導體裝置或平面顯示器(FPD)等之製造工程中，為了對半導體晶圓或玻璃基板(LCD基板)等被處理基板施加蝕刻處理，係使用平行平板型電漿處理裝置。
此種平行平板型電漿處理裝置，係如第5圖所示，蝕刻裝置100之處理室102，係形成於導電性氣密處理容器104(在處理容器之內側尺寸中，寬度方向：2890mm，長邊方向：3100mm，高度：600mm)內，再者，在處理室102內相向配置具有氣體噴灑頭的上部電極(第1電極)106和下部電極(第2電極)108。再者，下部電極108係兼作玻璃基板等之俯視觀視下呈矩形之被處理基板G(例如外形1870mm×2200mm的玻璃基板)的載置台，再者，在上部電極106與下部電極108分別連接有電力供給系統。再者，處理室102內係經由氣體供給路徑110導入處理氣體，再者，處理室102內之氣體則經由排氣路徑112被排氣。
在此，於上部電極106，經低通(低頻通過)濾波器116、第1匹配器118、電容120連接有第1高頻電源114。藉由此種構造，於上部電極106施加特定頻率，例如 13.56MHz且20kW的第1高頻電力。
再者，於下部電極108，經第2匹配器124連接有第2高頻電源122。藉由此種構造，於下部電極108施加比第1高頻電力之頻率更低之頻率，例如3.2MHz且10kW的第2高頻電力。
藉由此種構造，可配合電漿狀態或製程來控制電漿，而對被處理基板G施予均勻處理(參考專利文件1及2)。
然而，先前此種平行平板型電漿處理裝置中，依據放電條件，上部電極之氣體噴灑頭的孔內會產生電弧放電，而上部電極損傷會造成壽命縮短。
〔專利文件1〕日本特開2001-127045號公報
〔專利文件2〕日本特開2002-313898號公報
本發明要解決之問題點，係針對電漿處理裝置之氣體噴灑頭，防止其孔內的異常放電(電弧放電)的發生。
本發明，係一種電漿處理裝置，構成將第1電極與第2電極在處理室內相向配置，經由第1匹配電路與第2匹配電路，對上述第1電極施加來自高頻電源的高頻電力，與來自低頻電源的低頻電力，且使第2電極予以接地；該 電漿處理裝置之特徵係在首先施加上述第2高頻電力之狀態下，重疊施加上述第1高頻電力。
若藉由本發明之電漿處理裝置，對其上部電極施加第1高頻電力，並重疊300W以上1000W以下之頻率比第1高頻電力低的高頻電力，而可以在迄今為止會產生電弧放電之放電條件下，增厚上部電極界面之鞘層(sheath)，藉由此鞘層妨礙處理室內電漿進入氣體噴灑頭孔內，而可防止異常放電。
 (電漿處理裝置之構成)
如附加第1圖所示，本發明之電漿處理裝置10，係由導電性之保持氣密的處理容器11(處理容器之內側尺寸之寬度方向：2890mm，長邊方向：3100mm，高度：600mm)所構成，在該處理容器11內形成有處理室12。然後在該處理室12內，配置有兼作載置台之導電性之下部電極14，並且被接地，該載置台用以載置被搬入搬出之玻璃基板等之俯視觀視下呈矩形形狀之被處理基板G(例如外形1870mm×2200mm的玻璃基板)之載置台。並且在對向於下部電極14之基板載置面的位置，與下部電極14平行設置有上部電極13，經由13.56MHz用匹配器(第1匹配器)16與3.2 MHz用匹配器(第2匹配器)18，而分別連 接於13.56MHz之高頻電源部(以下稱為「第1高頻電源」)15和比第1高頻電源更低之3.2MHz高頻電源(以下稱為「第2高頻電源」)。另外其他構造，係與先前之平行平板型電漿處理裝置幾乎相同的構造。
如此一來，構成本發明之電漿處理裝置10(平行平板型電漿處理裝置)，對上部電極13重疊施加第1高頻電力與第2高頻電力，使產生電漿而對被處理基板G進行電漿蝕刻處理。
(對上部電極重疊施加高頻電力與低頻電力的型態)
第1圖所示之本發明的電漿處理裝置10中，首先對上部電極13施加頻率比第1高頻電力低的第2高頻電力之後，重疊第1高頻電力，藉此該重疊，首先於上部電極界面產生鞘層，接著施加第1高頻電力之情形下，使藉此產生之電漿盡量遠離上部電極界面，以此鞘層妨礙處理室12內之電漿進入氣體噴灑頭12的孔中，來防止異常放電之產生。
在此，重疊於高頻電力之電力的頻率，係設定成如下。即是，對於電漿中之離子可以跟隨重疊頻率之電場變化的低頻率來說，離子得到較高能量而被加速，衝撞上部電極13，並損傷上部電極13。另一方面，於重疊之電力的頻率過高之時，自偏電壓變小，因鞘層區域薄，故電漿會進入氣體噴灑頭之孔中，而無法得到抑制異常放電的效果。若依本發明者之實驗結果，以重疊從2MHz至10MHz左 右之頻率的電力較理想，再者，此時重疊電力之時間差，在首先施加第2高頻電力，接著施加第1高頻電力之時，則設為1秒至3秒左右。
第2圖係表示驗證在電漿蝕刻室內上部電極之異常放電評價的結果；以容易發生異常放電之O2 條件(真空度：300mTorr，電極間隙：235mm，施加電力：5kW~35kW)，重疊23.2Mhz的電力。
第2圖中，係以繪圖來確認在橫軸表示RFpower(高頻電力)(W)，再者，在縱軸表示重疊3.2MHz之時的上部電極之異常放電產生之重現性的實驗結果。在各個該異常放電產生之重現性的確認中，係從5kW至35kW為止每5kW施加RF電力，改變所重疊之頻率電力之值來確認有無異常放電。
首先，在第1實驗之確認中，雖然重疊1000W，但沒有確認到異常放電。在第2實驗之確認中，重疊了500W同樣沒有確認異常放電。在第3實驗之確認中，重疊了300W也沒有異常放電。並且在第4實驗之確認中，重疊了100W同樣也沒有確認異常放電。
在此，在進行第1至第4實驗之確認時，在首先施加3.2MHz之第2高頻電力的狀態下，間斷性施加來源電源(source current)之RF輸出(第1頻率電力)每次5kW。並且，來源電源為OFF時，則成為僅施加3.2MHz之第2高頻電力的狀態。第5實驗之確認中，沒有對第1高頻電力重疊第2高頻電力，但在10kW確認了異常放電。在 第6實驗之確認中重疊500W，再者，在第7實驗之確認中重疊了300W，而都沒有確認到異常放電。並且在第8實驗之確認中，重疊了100W，但在RF輸出為20kW與30kW時確認到小規模的異常放電。這可以想到因為比第1頻率更低頻率的第2高頻電力較小，故鞘層變薄，電漿會進入氣體噴灑頭的孔中所造成。
在此，在進行第6至第8實驗之確認時，從第5實驗確認時之異常放電產生狀態開始，因異常放電所造成之放電痕在原來狀態下間斷進行放電評價(RF電力之施加方法與上述第1至第4實驗確認時相同)。
從此上部電極異常放電評價，得知(i)將3.2MHz重疊300~1000W時不會產生異常放電，但重疊100W時則確認到小規模異常放電。(ii)在沒有重疊3.2MHz之狀況下產生了異常放電。
從此異常放電評價，確認到為了確實抑制上部電極之異常放電，係以重疊300W至1000W之比第1頻率更低頻率的第2頻率電力為佳。在此，第1高頻電力與第2高頻電力之重疊順序，必須是首先施加第2高頻電力，再施加第1高頻電力，即使在上述任何一個實驗中，施加第2高頻電力之後再施加第1高頻電力的時間差，都是1~3秒。
再者，因藉由重疊3.2MHz之第2高頻電力，鞘層會變厚，故鞘層電壓(Vdc)會增加，進而擔心上部電極會更加被濺鍍。因此如第3圖所示，為了確認第2高頻之重疊效果，進行上部電極試片削除評價。
此上部電極試片削除評價中，係將25mm×25mm大小之熱氧化膜晶圓小片黏貼於上部電極，來測定削除量(濺鍍量)。第3圖(a)中，CENTER表示在上部電極中心，Edge1表示在閘之相反側端部，再者，Edge2表示在CENTER正下方之閘側端部，分別黏貼晶圓小片的位置(參考第3圖(b))。
並且，確認了上部電極之削除量(濺鍍量)的增加，而如第3圖(a)所示，在3.2MHz之低頻電力的500W重疊下增加10%，而在1000W重疊下增加15%左右(在此，第3圖(a)之縱軸表示E/R：蝕刻率，橫軸表示Bias Power：偏壓輸出)。
從以上實驗結果，確認到本發明之電漿處理裝置10中，藉由對上部電極13重疊3.2MHz之頻率比第1高頻電力低的第2高頻電力(300W以上)，不會對上部電極13造成傷害，可防止異常放電之產生。
另一方面，藉由積極作出鞘層電壓(Vdc)，會有藉由離子濺鍍而減少產生於上部電極表面之沉澱物(附著物)的效果，但是若太大則會帶來處理室消耗。在此確認了第2高頻重疊電力越小，濺鍍率就變得越小。
並且，如第4圖(a)至(d)個別所示，可以構成將對上部電極13及下部電極14施加高頻電力的方法加以改變的其他實施例。
首先第4圖(a)所示之實施例中，於上部電極13a連接第1高頻電源15a和第2高頻電源17a來施加高頻電 力，又對下部電極14a連接第3高頻電源20a來施加高頻電力，而成為上下部3頻率。更且第4圖(b)所示之實施例中，於上部電極13b連接第1高頻電源15b和第2高頻電源17b來施加高頻電力，又對下部電極14b連接第3高頻電源20b和第4高頻電源21b來施加高頻電力，而成為上下部4頻率。
再者，也可以如第4圖(c)及第4圖(d)所示，將上部噴灑頭13c、13d接地，從第2高頻電源17c、17d施加第2高頻電力，對下部電極14c、14d連接第3高頻電源20c或第3、第4高頻電源20d、21d，來施加高頻電力，而分別構成本發明之電漿處理裝置。
產業上之可利用性
本發明之電漿處理裝置，不僅可適用於上下部2頻率之電漿蝕刻裝置，也可適用於防範對上部電極造成傷害之異常放電於未然所不可或缺的CVD裝置等各種處理裝置。
10‧‧‧電漿處理裝置
11‧‧‧處理容器
12‧‧‧處理室
13‧‧‧上部電極
14‧‧‧下部電極
15‧‧‧第1高頻電源
16‧‧‧第1高頻用匹配器(第1匹配器)
17‧‧‧第2高頻電源
18‧‧‧第2高頻用匹配器(第2匹配器)
20‧‧‧第3高頻電源
21‧‧‧第4高頻電源
G‧‧‧被處理基板
〔第1圖〕本發明之電漿處理裝置的概念圖。
〔第2圖〕本發明之電漿處理裝置與先前電漿處理裝置中，表示上部電極異常放電評價的表。
〔第3圖〕第3圖(a)，係表示從上部電極之試片削除量，來驗證本發明電漿處理裝置之低頻率重疊效果的 圖表；第3圖(b)，係表示上部電極之試片削除量的評價位置。
〔第4圖〕表示本發明之電漿處理裝置之實施例的概念圖；第4圖(a)表示上下部3頻率的實施例，第4圖(b)表示上下部4頻率的實施例，第4圖(c)表示上下部2頻率的實施例，第4圖(d)表示上下部3頻率的實施例。
［第5圖〕先前電漿處理裝置的概念圖。
10‧‧‧電漿處理裝置
11‧‧‧處理容器
12‧‧‧處理室
13‧‧‧上部電極
14‧‧‧下部電極
15‧‧‧第1高頻電源
16‧‧‧第1高頻用匹配器(第1匹配器)
17‧‧‧第2高頻電源
18‧‧‧第2高頻用匹配器(第2匹配器)
G‧‧‧被處理基板

Claims (12)

  1. 一種電漿處理裝置，係構成將具有氣體噴灑頭之第1電極與第2電極在處理室內相向配置，經由第1匹配電路與第2匹配電路，對上述第1電極施加來自高頻電源的第1高頻電力，與來自頻率較該第1高頻電力低之高頻電源的第2高頻電力，且使第2電極予以接地，該電漿處理裝置之特徵係在首先施加上述第2高頻電力之狀態下，重疊施加上述第1高頻電力。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置，其中，上述第2高頻電力的頻率在2MHz至10MHz的範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置，其中，施加的上述第1高頻電力的頻率為13.56MHz。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置，其中，上述第2高頻電力為300W以上1000W以下。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置，其中，上述第1電極為上部電極，另外上述第2電極為下部電極。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理裝置，其中，上述電漿處理裝置為平行平板型電漿處理裝置。
  7. 一種電漿處理方法，係將具有氣體噴灑頭之第1電極與第2電極在處理室內相向配置，經由第1匹配電路與第2匹配電路，對上述第1電極施加來自高頻電源的第 1高頻電力，與來自頻率較該第1高頻電力低之高頻電源的第2高頻電力，且將第2電極予以接地，對載置於上述第2電極之被處理基板施予電漿處理的方法，該電漿處理方法之特徵係首先對上述第1電極施加上述第2高頻電力，接著在對上述第1電極施加上述第2高頻電力的狀態下，對上述第1電極重疊施加上述第1高頻電力。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之電漿處理方法，其中，上述第2高頻電力的頻率在2MHz至10MHz的範圍內。
  9. 如申請專利範圍第7項所記載之電漿處理方法，其中，施加的上述第1高頻電力的頻率為13.56MHz。
  10. 如申請專利範圍第7項所記載之電漿處理方法，其中，上述第2高頻電力為300W以上1000W以下。
  11. 如申請專利範圍第7項所記載之電漿處理方法，其中，重疊施加之時間差為1秒至3秒。
  12. 一種電腦記憶媒體，含有用以實現電漿處理方法之軟體，該電漿處理方法係將具有氣體噴灑頭之第1電極與第2電極在處理室內相向配置，經由第1匹配電路與第2匹配電路，對上述第1電極施加來自高頻電源的第1高頻電力，與來自頻率較該第1高頻電力低之高頻電源的第2高頻電力，且將第2電極予以接地，對載置於上述第2電極之被處理基板作電漿處理，該電腦記憶媒體之特徵係上述軟體如下進行控制， 首先對上述第1電極施加上述第2高頻電力，接著在對上述第1電極施加上述第2高頻電力的狀態下，對上述第1電極隔著時間差重疊施加上述第1高頻電力。
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