TWI414017B - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents

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Toshihisa Ozu
Naoki Matsumoto
Takashi Tsukamoto
Kazuto Takai
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Tokyo Electron Ltd
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Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明係關於一種適用於製造半導體之電漿處理裝置與電漿處理方法。
過去，於製造半導體元件之領域中，係採用了使用電漿來實施蝕刻或成膜等處理的方法。作為該方法之一，已知有一種從放射狀槽孔板所形成之槽孔讓微波傳播至處理容器內以產生電漿之RLSA(Radial Line Slot Antenna)型電漿處理裝置(例如，參考專利文獻1)。該RLSA型電漿處理裝置具有能以高密度且均勻地形成低電子溫度的電漿，而能對大型半導體晶圓均勻且高速地進行電漿處理的優點。然後，作為電漿處理之一範例，已知有一種使用HBr氣體來對基板表面進行蝕刻之製程。又，作為電漿處理之其它範例，已知有一種使用CF4 氣體與包含CHF3 氣體之處理氣體來對形成於基板表面之SiN膜進行蝕刻之製程。
RLSA型電漿處理裝置係經由設置於處理容器頂面之介電體，而讓微波傳播至處理容器內部。然後，導入至處理容器之處理氣體會因微波能量而電漿化，以對基板表面進行處理。一般來說，用以將處理氣體導入至處理容器的導入部會例如設置於處理容器之側面。又，最近，除了設置於處理容器側面之導入部之外，亦可將處理氣體之導入部設置於處理容器頂面(例如，參考專利文獻2)。
又，專利文獻3係揭露一種平行平板型電漿處理裝置。該平行平板型之電漿蝕刻裝置中，於處理容器內設置有一對平行之上部電極及下部電極，將高頻施加至下部電極，且將基板置於下部電極上以進行蝕刻。為了提高受蝕刻之基板的面內均勻性，便將上部電極劃分成將處理氣體供給至基板中央處的中央區域、以及將處理氣體供給至基板周邊處的周邊區域。然後，針對該等中央區域與周邊區域處之處理氣體導入量的比例進行控制(Radical Distribution Control：RDC)。
專利文獻1：日本專利特開2009-99807號公報
專利文獻2：日本專利特開2008-251660號公報
專利文獻3：日本專利特開2009-117477號公報
此處，專利文獻2所記載之RLSA型電漿處理裝置係藉由讓來自側面導入部與頂面導入部之處理氣體導入量的比例最佳化，以達到提高基板表面處之電漿處理均勻性的效果。然後，於處理中維持該最佳化後之導入量比例，而進行電漿處理。然而，即使讓處理氣體導入量之比例最佳化，基板中心部與周邊部之蝕刻率等仍會有差異，要達到基板表面處之電漿處理的均勻化是有困難的。
另一方面，近來常需要對蝕刻之CD(Critical Dimension)進行正確控制以形成超微細圖樣。此時，在需要對遮罩開口部、間隔(spacer)、閘閥等進行嚴格之CD控制的製程中，使用光學式檢查裝置來量測蝕刻後之CD值，以調查會對CD值造成影響之各種因素。然而，能輕易地對蝕刻之CD進行控制之方法仍未充分確立。
又，專利文獻3所記載之平行平板型電漿處理裝置中，利用了相隔短距離(40mm以內)之上部電極與下部電極之間處所產生的電漿，故電漿之電子溫度從上部電極至下部電極為止皆會維持於較高之溫度。再加上，共通氣體及添加氣體皆導入至上部電極處，故會有無法對共通氣體及添加氣體之解離進行多樣性之控制的問題。
依本發明可提供一種電漿處理裝置，其係使得導入至處理容器之處理氣體電漿化以對基板進行處理，具備有：中央導入部，係將處理氣體導入至收納於該處理容器之基板的中心部；周邊導入部，係將處理氣體導入至收納於該處理容器之基板的周邊部；分離器，係可改變式地來調節供給至該中央導入部與該周邊導入部的處理氣體之流量比；以及控制部，係控制該分離器。其中該控制部係控制該分離器，而於電漿處理中，改變來自該中央導入部之處理氣體導入量與來自該周邊導入部之處理氣體導入量之間的比例。
又，依本發明可提供一種電漿處理方法，係使得導入至處理容器之處理氣體電漿化以對基板進行處理，其中係於電漿處理中，改變導入至收納於該處理容器之基板中心部的處理氣體導入量、以及導入至收納於該處理容器之基板周邊部的處理氣體導入量之間的比例。
再者，依本發明可提供一種電漿處理裝置，係將混合有複數種原料氣體之處理氣體導入至處理容器，並於處理容器內將處理氣體電漿化以對基板進行處理。其中具備有：複數種原料氣體供給部，係供給種類相異之原料氣體；以及控制部，係控制各原料氣體供給部之原料氣體供給量。
又，依本發明可提供一種電漿處理方法，係將混合有複數種原料氣體之處理氣體導入至處理容器，並於處理容器內將處理氣體電漿化以對基板進行處理，其中係藉由改變種類相異之原料氣體的混合比來控制CD。
依本發明，藉由改變朝向基板中心部之處理氣體導入量與朝向基板周邊部之處理氣體的導入量之比例，便可縮小基板中心部與周邊部之蝕刻率等的差異度。因此，可提高基板表面處之電漿處理的均勻性。
又，依本發明，藉由改變處理氣體中所包含之CF4 氣體或CF3 氣體等原料氣體的供給量之比例，便可控制蝕刻之CD。又，依本發明，便可輕易地實施需要對遮罩開口部、間隔、閘閥等進行嚴格之CD控制的製程。
以下，參考圖式來說明本發明實施形態之一範例。
另外，於本說明書及圖式中，對於實質之相同構成要素係賦予相同之符號並省略重複說明。
如圖1所示，本發明第1實施形態之電漿處理裝置1具備有圓筒形狀之處理容器2。處理容器2之上部形成開口，底部則為阻塞之樣態。處理容器2係例如由鋁所組成，並形成電氣接地。處理容器2之內壁面則被覆有例如氧化鋁等保護膜。
處理容器2內之底部處，設置有作為載置基板(例如半導體晶圓W；以下稱作晶圓)用之台座的載置台3。載置台3係例如由鋁所組成，於載置台3內部設置有能藉由來自外部電源4之電力供給而發熱的加熱器5。故可藉由加熱器5來將載置台3上的晶圓W加熱至特定溫度。
處理容器2之底部則連接有用以藉由真空泵等排氣裝置10來將處理容器2內環境氣體排出的排氣管11。
處理容器2上部處，介設著確保氣密性用之O型環等密封材15，而設置有例如由石英等介電材料所組成的介電體窗16。如圖2所示，介電體窗16為約略圓盤形狀。作為介電體窗16之材料，亦可使用其他介電體材料(例如Al2 O3 、AlN等陶瓷)來取代石英。
介電體窗16之上方設置有平面狀之槽孔板(例如圓板狀放射狀槽孔板20)。放射狀槽孔板20係具導電性之材質，例如由電鍍或被覆有Ag、Au等的銅製薄圓板所構成。放射狀槽孔板20處同心圓狀地排列設置有複數行之複數個槽孔21。
放射狀槽孔板20之上方面設置有縮短微波波長用的介電體板25。介電體板25係例如由Al2 O3 等介電材料所構成。作為介電體板25之材料亦可使用亦可使用其他介電體材料(例如石英、AlN等陶瓷)來取代Al2 O3 。介電體板25受到導電性蓋體26所覆蓋。蓋體26係設置有圓環狀熱媒體流道27，而可藉由流通於該熱媒體流道27之熱媒體，來讓蓋體26與介電體窗16維持於特定溫度。
蓋體26之中央處連接有同軸導波管30。同軸導波管30係由內部導體31與外部導體32所構成。內側導體31係貫穿介電體板25中央而連接至前述放射狀槽孔板20之上部中央處。放射狀槽孔板20處所形成之複數個槽孔21皆係排列設置在以內側導體31為中心的複數個圓周上。
同軸導波管30則經由矩形導波管36及模式變換器37而連接有微波供給裝置35。微波供給裝置35所產生之例如2.45GHz的微波會經由矩形導波管36、模式變換器37、同軸導波管30、介電體板25及放射狀槽孔板20，而放射至介電體窗16。然後，藉由微波於介電體窗16下方面處形成電場，而於處理容器2內產生電漿。
連接至放射狀槽孔板20的內側導體31之下端40係形成圓錐台形狀。如前述般藉由讓內側導體31之下端40形成圓錐台形狀，可從同軸導波管30處朝向介電體板25及放射狀槽孔板20而有效率地傳播微波。
由前述結構所產生之微波電漿的特徵在於：於介電體窗16正下方(稱作電漿激發區域)處所產生之電子溫度相對較高的數eV之電漿會擴散，而於晶圓W正上方(擴散電漿區域)處形成約1～2eV左右之較低電子溫度的電漿。即，與由平行平板型電漿處理裝置等所產生的電漿不同，特徵在於：電漿之電子溫度分佈係以距介電體窗16之距離而為變數的明確之函數。更詳細說明，作為距離(距介電體窗16正下方之距離)的函數，於介電體窗16正下方處之數eV～約10eV的電子溫度，於晶圓W上處則會衰減至約1～2eV左右。由於晶圓W之處理是在電漿之電子溫度較低的區域(擴散電漿區域)處進行，故不會對晶圓W造成凹部(recess)等較大之損傷。將處理氣體供給至電漿之電子溫度較高的區域(電漿激發區域)處時，處理氣體會輕易地受激發、解離。另一方面，將處理氣體供給至電漿之電子溫度較低的區域(電漿擴散區域)處時，相較於供給至電漿激發區域附近之情況，能抑制其解離之程度。
從氣體供給源50所供給之處理氣體會受到分離器(splitter)51之分流，且經由二個供給通道52、53而導入至處理容器2內部。本發明第1實施形態之電漿處理裝置1中，氣體供給源50係具備有：供給Ar氣體的Ar氣體供給部50a、供給HBr氣體的HBr氣體供給部50b、以及供給O2 氣體的O2 氣體供給部50c。將從該等Ar氣體供給部50a、HBr氣體供給部50b及O2 氣體供給部50c所供給之Ar氣體、HBr氣體及O2 氣體的混合氣體作為處理氣體而導入至處理容器2內部。
處理容器2之頂面處，設置有將處理氣體導入至晶圓W中心部的中央導入部55。處理容器2之內側面處，則設置有從晶圓W周邊導入處理氣體的周邊導入部56。中央導入部55係設置於處理容器2之頂面中央。中央導入部55連接有貫穿同軸導波管30之內部導體31的一側之供給通道52。
中央導入部55處安裝有將處理氣體導入至處理容器2內部用的噴射器墊塊57。噴射器墊塊57係例如由鋁等導電性材料所構成，噴射器墊塊57為電氣接地。噴射器墊塊57呈圓板狀，噴射器墊塊57處設置有貫穿於上下的複數個氣體噴出孔58。噴射器墊塊57例如亦可被覆有氧化鋁或氧化釔(yttria)。
如圖2所示，噴射器墊塊57係被保持於介電體窗16中央處所設置之圓筒狀空間部59處。同軸導波管30之內部導體31下方面與噴射器墊塊57之上方面之間處，形成有適當間隔之圓筒狀氣體蓄積部60。從貫穿內部導體31之供給通道52供給至氣體蓄積部60的處理氣體會在於氣體蓄積部60內部擴散之後，經由噴射器墊塊57所設置之複數個氣體噴出孔58而導入至處理容器2內部之晶圓W的中央上方處。
周邊導入部56係具備有包圍載置台3所載置之晶圓W上方般進行設置之環狀噴射器環61。噴射器環61為中空，可經由貫穿處理容器2側面之供給通道53而將處理氣體供給至噴射器環61內部。噴射器環61內側面處等間隔地設置有複數組之複數個開口62。從貫穿處理容器2側面之供給通道53供給至噴射器環61內部的處理氣體會在噴射器環61內部擴散之後，經由噴射器環61內側面所設置之複數個開口62而導入至處理容器2內部之晶圓W的周圍上方處。另外，亦可無需具備噴射器環61。例如，亦可於處理容器2內側面處等間隔地設置有處理氣體之供給噴嘴。
藉由控制部65來控制分離器51與氣體供給源50之Ar氣體供給部50a、HBr氣體供給部50b及O2 氣體供給部50c。即藉由控制部65之控制來決定從Ar氣體供給部50a供給至分離器51之Ar氣體比例、從HBr氣體供給部50b供給至分離器51之HBr氣體比例、從O2 氣體供給部50c供給至分離器51之O2 氣體比例，藉以決定導入至處理容器2之處理氣體的組成。藉由控制部65之控制，從分離器51分流至二條供給通道52、53，以決定出供給至中央導入部55與供給至周邊導入部56的處理氣體之流量比。藉此，便可決定從中央導入部55與周邊導入部56導入至處理容器2之處理氣體的導入量比。
從中央導入部55將處理氣體導入至介電體窗16正下方處時，由於電漿之電子溫度較高，而較容易進行蝕刻氣體之解離。另一方面，從距介電體窗16較遠位置之周邊導入部56來將處理氣體導入時，由於電漿之電子溫度較低，故可將處理氣體之解離抑制於較低的程度。藉此，在欲獲得所期望之處理氣體之解離狀態之情況，藉由調整從中央導入部55供給之氣體量、與從周邊導入部56供給之氣體量便可輕易地控制解離狀態。
其次，說明有關如以上所構成之本發明第1實施形態之電漿處理裝置1的作用。另外，關於本發明第1實施形態之電漿處理裝置1，作為電漿處理之一範例係針對使用包含HBr氣體之處理氣體而對於晶圓W表面之Poly-Si膜進行蝕刻的範例來說明。
如圖1所示，於本發明第1實施形態之電漿處理裝置1中，首先將晶圓W搬入處理容器2內，而載置於載置台3上。然後，從排氣管11進行排氣以降低處理容器2內之壓力。再者，從氣體供給源50將包含有Ar氣體、HBr氣體及O2 氣體之處理氣體導入。此時，藉由控制部65之控制來決定從Ar氣體供給部50a供給至分離器51之Ar氣體的比例、從HBr氣體供給部50b供給至分離器51之HBr氣體的比例、以及從O2 氣體供給部50c供給至分離器51之O2 氣體的比例，以決定處理氣體之組成。然後，將於分離器51處混合後之具特定組成的處理氣體導入至處理容器2內部。
朝向處理容器2內部之處理氣體的導入步驟，係從處理容器2頂面處所設置之中央導入部55、以及從處理容器2內側面所設置之周邊導入部56同時地進行，以從晶圓W中心部與晶圓W周邊等兩處來導入處理氣體。來自中央導入部55之處理氣體導入量與周邊導入部56之處理氣體導入量的比例係藉由控制部65所決定，以求能於晶圓W表面整體處均勻地進行蝕刻處理。控制部65會控制分離器51，根據已決定好之導入量比，來從中央導入部55與從周邊導入部56將處理氣體導入至處理容器2內。
然後，藉由微波供給裝置35之作動，於介電體窗16下方面產生電場，讓處理氣體電漿化，並藉由此時所產生之活性種，來讓晶圓W表面之Poly-Si膜受到蝕刻。然後，進行特定時間之蝕刻處理後，停止微波供給裝置35之作動與朝向處理容器2內部之處理氣體之供給，將晶圓W從處理容器2內搬出，終止一連串之電漿蝕刻處理。
然而，於以上所述之電漿處理裝置1中，過去，係藉由讓來自中央導入部55之處理氣體導入量與來自周邊導入部56之處理氣體導入量的比例最佳化，以達到提高對於基板W表面之Poly-Si膜之電漿處理均勻性的效果。過去，為了讓分離器51之導入量比於電漿處理中維持一定，而藉由控制部65來加以控制。然而，即使讓來自中央導入部55之處理氣體導入量與來自周邊導入部56之處理氣體導入量的比例高精度地最佳化，晶圓W表面之中心部與周邊部之蝕刻率仍會有很大之差異，要進行均勻蝕刻是有困難的。
此處，從中央導入部55與周邊導入部56等兩處將處理氣體導入之情況，探討於晶圓W表面之中心部與周邊部產生蝕刻率差異的要因。如圖3所示，過去，藉由控制部65之控制，於電漿處理中讓從中央導入部55導入之處理氣體G1的導入量Q與從周邊導入部56導入之處理氣體G2的導入量R的比例Q/R維持固定。因此，從中央導入部55導入之處理氣體G1與從周邊導入部56導入之處理氣體G2於載置台3上所載置之晶圓W表面處，會形成經常性地於相同位置P處相互撞擊的狀態。其結果，可預想到處理氣體G1與處理氣體G2會停滯於該位置P處。然後，可推斷如前述於相同位置P處經常會造成處理氣體G1與處理氣體G2滯留之現象，便是造成晶圓W表面之中心部與周邊部之蝕刻率差異的主要原因。
於是，本發明人，便試著透過控制部65之控制來使得於電漿處理中會造成處理氣體滯留的位置於晶圓W表面上進行移動，藉以降低晶圓W表面之中心部與周邊部之蝕刻率差異。如圖4中實線所示，首先，從中央導入部55將處理氣體G1以導入量Q1而導入，從周邊導入部56將處理氣體G2以導入量R1而導入(即，藉由控制部65來將分離器51之導入量比控制為Q1/R1)。此時，從中央導入部55導入之處理氣體G1與從周邊導入部56導入之處理氣體G2於載置台3上所載置之晶圓W表面處，會形成於位置P1處相互撞擊的狀態。
其次，在持續電漿處理之過程中，如圖4中一點鎖線所示，從中央導入部55將處理氣體G1以導入量Q2(Q2＜Q1)而導入，從周邊導入部56將處理氣體G2以導入量R2(R2＞R1)而導入(即，藉由控制部65來將分離器51之導入量比控制為Q2/R2)。此時，從中央導入部55導入之處理氣體G1與從周邊導入部56導入之處理氣體G2於載置台3上所載置之晶圓W表面處，便會形成於較位置P1更靠近晶圓W中心之位置P2處相互撞擊的狀態。
然後，在持續電漿處理之過程中，藉由控制部65來將分離器51之導入量比交互地控制為Q1/R1與Q2/R2，藉此，便可反覆而交互形成從中央導入部55將處理氣體G1以導入量Q1而導入且從周邊導入部56將處理氣體G2以導入量R1而導入的狀態(導入量比Q1/R1)、以及從中央導入部55將處理氣體G1以導入量Q2而導入且從周邊導入部56將處理氣體G2以導入量R2而導入的狀態(導入量比Q2/R2)。藉由如前述般反覆地交互形成導入量比為Q1/R1的狀態與導入量比為Q2/R2的狀態，便可使得晶圓W表面上處理氣體G1與處理氣體G2相互撞擊的位置，於位置P1與位置P2之間交互進行移動。
本發明人，由該實驗之結果得知，藉由控制部65使得分離器51之導入量比於電漿處理過程中產生改變般地控制，以於電漿處理中讓來自中央導入部55之處理氣體G1導入量與來自周邊導入部56之處理氣體G2導入量的比例產生變化，藉此便可縮小晶圓W表面之中心部與周邊部之蝕刻率差異，而可達成均勻之蝕刻。另外，關於本發明人如何能獲得前述見解之實驗，容待後述說明。
因此，依本發明第1實施形態之電漿處理裝置1，以控制部65來於電漿處理中讓分離器51導入量比改變，藉此便可提高晶圓W表面之電漿處理的均勻性。其結果，便可製造出性能優良之半導體元件。
其次，說明本發明第2實施形態之電漿處理裝置1’。如圖5所示，本發明第2實施形態之電漿處理裝置1’中，氣體供給源50’係具備有供給Ar氣體之Ar氣體供給部50’a、供給CF4 氣體之CF4 氣體供給部50’b、以及供給CHF3 氣體之CHF3 氣體供給部50’c。從該等Ar氣體供給部50’a、CF4 氣體供給部50’b及CHF3 氣體供給部50’c所供給之Ar氣體、CF4 氣體及CHF3 氣體的混合氣體(處理氣體)會被導入至處理容器2內部。另外，除了本發明第1實施形態之電漿處理裝置1的氣體供給源50與本發明第2實施形態之電漿處理裝置1’的氣體供給源50’之氣體種類不同之外，本發明第1實施形態之電漿處理裝置1與本發明第2實施形態之電漿處理裝置1’的結構係實質相同。因此，關於氣體供給源50’以外之構成要素的說明，係與本發明第1實施形態之電漿處理裝置1重複，故省略說明。
其次，說明有關如以上所構成之本發明第2實施形態之電漿處理裝置1’的作用。另外，關於本發明第2實施形態之電漿處理裝置1’，作為電漿處理之一範例係針對使用包含CF4 氣體與CHF3 氣體而對於晶圓W表面之SiN膜進行蝕刻的範例來說明。
如圖5所示，於本發明第2實施形態之電漿處理裝置1’中，首先將晶圓W搬入處理容器2內，而載置於載置台3上。然後，從排氣管11進行排氣以降低處理容器2內之壓力。再者，從氣體供給源50’將包含有Ar氣體、CF4 氣體及CHF3 氣體之處理氣體導入。此時，藉由控制部65之控制來決定從Ar氣體供給部50’a供給至分離器51之Ar氣體的比例、從CF4 氣體供給部50’b供給至分離器51之CF4 氣體的比例、以及從CHF3 氣體供給部50’c供給至分離器51之CHF3 氣體的比例，以決定處理氣體中各原料氣體(Ar氣體、CF4 氣體以及CHF3 氣體)之混合比例。然後，將於分離器51處混合後之處理氣體導入至處理容器2內部。
朝向處理容器2內部之處理氣體的導入步驟，係從處理容器2頂面處所設置之中央導入部55、以及從處理容器2內側面所設置之周邊導入部56同時地進行，以從晶圓W中心部與晶圓W周邊等兩處來導入處理氣體。來自中央導入部55之處理氣體導入量與周邊導入部56之處理氣體導入量的比例係藉由控制部65對分離器51之控制而決定，調整分離器51之導入量比以求能於晶圓W表面整體處均勻地進行蝕刻處理。
然後，藉由微波供給裝置35之作動，於介電體窗16下方面產生電場，讓處理氣體電漿化，並藉由此時所產生之活性種，來讓晶圓W表面之SiN膜受到蝕刻。然後，進行特定時間之蝕刻處理後，停止微波供給裝置35之作動與朝向處理容器2內部之處理氣體之供給，將晶圓W從處理容器2內搬出，終止一連串之電漿蝕刻處理。
然而，如前述般之本發明第2實施形態之電漿處理裝置1’近來常需要對蝕刻之CD(Critical Dimension)進行正確控制以形成超微細圖樣。另一方面，依本發明人之見解，已知改變導入至處理容器2內而形成電漿化的處理氣體中之CF4 氣體與CHF3 氣體的混合比，便會改變受蝕刻處理之晶圓W表面的SiN膜之CD。另外，關於本發明人如何能獲得前述見解之實驗，容待後述說明。
此處，於本發明第2實施形態之電漿處理裝置1’中，透過控制部65來調整從CF4 氣體供給部50’b供給至分離器51的CF4 氣體供給量、以及從CHF3 氣體供給部50’c供給至分離器51的CHF3 氣體供給量，以改變處理氣體中之CF4 氣體與CHF3 氣體之混合比，便可控制晶圓W表面之SiN膜的CD。其結果，便可輕易地控制晶圓W表面之SiN膜的CD。其結果，便可輕易地實施需要對遮罩開口部、間隔、閘閥等進行嚴格之CD控制的蝕刻製程。
又，本發明第2實施形態之電漿處理裝置1’中，亦能藉由控制部65使得分離器51之導入量比於電漿處理過程中產生改變般地控制，以於電漿處理中讓來自中央導入部55之處理氣體G1導入量與來自周邊導入部56之處理氣體G2導入量的比例產生變化，藉此便可縮小晶圓W表面之中心部與周邊部之蝕刻率差異，而可達成均勻之蝕刻。其結果，便可製造出性能優良之半導體元件。
以上，已說明本發明之較佳實施形態之一範例，但本發明並非限定於此處所例示之形態。明顯地該業者自然可於申請專利範圍內所記載之思想範圍內，想出各種變更例或修正例，應瞭解該等變更例或修正例當然亦屬於本發明之技術範圍。
以上實施形態中，本發明適用於進行蝕刻處理之電漿處理裝置1、1’，但本發明亦可適用於蝕刻處理以外之基板處理，例如進行成膜處理之電漿處理裝置中。
以上實施形態中，已說明了使用包含HBr氣體之處理氣體來對晶圓W表面之Poly-Si膜進行蝕刻之範例、以及使用以CF4 氣體與CHF3 氣體作為原料氣體的處理氣體來對晶圓W表面之SiN膜進行蝕刻之範例，但本發明亦可適用於使用包含有HBr氣體、CF4 氣體、CHF3 氣體以外之原料氣體之處理氣體的蝕刻製程。又，蝕刻對象亦不限定為Poly-Si膜、SiN膜。又，本發明並不限定為RLSA型電漿蝕刻處理裝置，亦可適用於其他之ECR型電漿蝕刻處理裝置等。又，藉由本發明之電漿處理裝置來進行處理之基板可為半導體晶圓、有機EL基板、FPD(Flat Panel Display)用基板等任一者。
【實施例1】
針對分離器51之導入量比，探討晶圓W表面之中心部與周邊部之蝕刻率差異。另外，作為晶圓W可使用直徑300mm的Si晶圓，針對形成於表面之Poly-Si膜進行蝕刻。
(比較例1～3)
表1～3係各自顯示比較例1～3的處理條件。比較例1～3中，於電漿處理中係將分離器51之導入量比維持固定，而進行30秒之Poly-Si膜除去的蝕刻工程Poly。蝕刻工程Poly中，關於來自中央導入部55之處理氣體G1導入量與來自周邊導入部56之處理氣體G2導入量的比例，係於比較例1維持於25/75，於比較例2維持於32/68，於比較例3則維持於40/60。另外，在開始蝕刻處理時的7秒內，進行將晶圓W表面所形成之氧化膜除去的貫穿(breakthrough)製程BT，然後，再進行蝕刻製程Poly。
(實施例1)
表4係顯示實施例1之處理條件。實施例1係於開始蝕刻處理時的7秒內，進行將晶圓W表面所形成之氧化膜除去的貫穿製程BT之後，反覆地交互進行下述製程各5次：蝕刻工程Poly1，係將來自中央導入部55之處理氣體G1導入量與來自周邊導入部56之處理氣體G2導入量的比例維持於25/75達3秒以除去Poly-Si膜；以及蝕刻工程Poly2，係將來自中央導入部55之處理氣體G1導入量與來自周邊導入部56之處理氣體G2導入量的比例維持於40/60達3秒以除去Poly-Si膜。
該等比較例1~3、實施例1之結果如圖6～9所示。圖6～9中，橫軸係顯示晶圓W表面之位置(0為中央處)，縱軸則顯示蝕刻率ER。
(比較例1)
如圖6所示，比較例1中，於晶圓W周邊部之蝕刻率ER較大，而於晶圓W中心部之蝕刻率ER則變小。蝕刻率ER之均勻性(蝕刻率ER之平均值±蝕刻率ER的變動幅度)為121.0nm/min±43.7%。
(比較例2)
如圖7所示，比較例2中，於晶圓W中心部之蝕刻率ER較大，而於晶圓W中心部與周邊部之間處的蝕刻率ER則變得最小。蝕刻率ER之均勻性(蝕刻率ER之平均值±蝕刻率ER的變動幅度)為164.5nm/min±25.0%。
(比較例3)
如圖8所示，比較例3中，於晶圓W中心部之蝕刻率ER較大，而於晶圓W周邊部之蝕刻率ER則變小。蝕刻率ER之均勻性(蝕刻率ER之平均值±蝕刻率ER的變動幅度)為198.2nm/min±22.6%。
(實施例1)
如圖9所示，實施例1中，於晶圓W周邊部之蝕刻率ER稍大，但從晶圓W中心部至周邊部之間處的蝕刻率ER幾乎呈均勻狀態。蝕刻率ER之均勻性(蝕刻率ER之平均值±蝕刻率ER的變動幅度)為148.5nm/min±18.1%。相較於比較例1～3，實施例1之蝕刻率ER的變動幅度最小。
【實施例2】
關於使用以CF4 氣體與CHF3 氣體作為原料氣體的處理氣體來對晶圓表面之SiN膜進行蝕刻處理之情況，調查CF4 氣體、CHF3 氣體之混合比(CF4 氣體/CHF3 )與CD之間的關係。圖10係顯示晶圓表面之SiN膜的蝕刻形狀。CF4 氣體、CHF3 氣體之混合比(CF4 氣體/CHF3 )與CD之間的關係即為下述表5之結果。
本實施例中，當CF4 氣體與CHF3 氣體之混合比(CF4 氣體/CHF3 )增大時，可看出CD會有變小之傾向。由本實施例2之結果可知，藉由改變處理氣體中之CF4 氣體與CF4 氣體之混合比，便可控制於蝕刻SiN膜時的CD。
【實施例3】
其次，調查導入至晶圓中心部之處理氣體(以CF4 氣體與CHF3 氣體作為原料氣體的處理氣體)導入量與導入至晶圓周邊部之處理氣體導入量的比例之影響。另外，導入至晶圓中心部之處理氣體與導入至晶圓周邊部之處理氣體的混合比(CF4 氣體/CHF3 )係相同的。如圖11所示，減少晶圓中心部之處理氣體導入量且增加晶圓周邊部之處理氣體導入量的情況，於晶圓中心部處，晶圓表面之SiN膜的蝕刻形狀會形成於側面處越往底部側便越寬廣之錐狀(a)，於晶圓周邊部處，晶圓表面之SiN膜的側面則會被蝕刻呈幾乎垂直(b)。另一方面，如圖12所示，增加晶圓中心部之處理氣體導入量且減少晶圓周邊部之處理氣體導入量的情況，於晶圓中心部處，晶圓表面之SiN膜的側面會被蝕刻呈幾乎垂直(a)，於晶圓周邊部處，晶圓表面之SiN膜的蝕刻形狀則會形成於側面處越往底部側便越寬廣之錐狀(b)。
由該等實施例2、3之結果可知，藉由改變處理氣體中之CF4 氣體與CF4 氣體之混合比、以及導入至晶圓中心部之處理氣體導入量與導入至晶圓周邊部之處理氣體導入量的比例，便可控制於蝕刻SiN膜時的CD，再者，可控制SiN膜之蝕刻形狀。
本發明於例如半導體製造領域係為有用的。
1、1’．．．電漿處理裝置
2．．．處理容器
3．．．載置台
4．．．外部電源
5．．．加熱器
10．．．排氣裝置
11．．．排氣
15．．．密封材
16．．．介電體窗
20．．．放射狀槽孔板
21．．．槽孔
25．．．介電體板
26．．．蓋體
27．．．流道
30．．．同軸導波管
31．．．內部導體
32．．．外部導體
35．．．微波供給裝置
36．．．矩形導波管
37．．．模式變換器
40．．．下端
50、50’．．．氣體供給源
50a．．．Ar氣體供給部
50’a．．．Ar氣體供給部
50b．．．HBr氣體供給部
50’b．．．CF4 氣體供給部
50c‧‧‧O2 氣體供給部
50’c‧‧‧CHF3 氣體供給部
51‧‧‧分離器
52、53‧‧‧供給通道
55‧‧‧中央導入部
56‧‧‧周邊導入部
57‧‧‧噴射器墊塊
58‧‧‧噴出孔
59‧‧‧空間部
60‧‧‧氣體蓄積部
61‧‧‧噴射器環
62‧‧‧開口
65‧‧‧控制部
W‧‧‧晶圓
圖1係本發明第1實施形態之電漿處理裝置之概略結構的縱剖面圖。
圖2為圖1中X-X線之剖面圖，係顯示介電體窗之下方面的狀態。
圖3係習知電漿處理裝置中，導入有處理氣體之狀態的說明圖。
圖4係本發明第1實施形態之電漿處理裝置中，導入有處理氣體之狀態的說明圖。
圖5係本發明第2實施形態之電漿處理裝置之概略結構的縱剖面圖。
圖6係比較例1中，蝕刻率之分佈圖表。
圖7係比較例2中，蝕刻率之分佈圖表。
圖8係比較例3中，蝕刻率之分佈圖表。
圖9係實施例1中，蝕刻率之分佈圖表。
圖10係實施例2中，晶圓表面之SiN膜的蝕刻形狀之部份放大剖面圖。
圖11(a)、(b)係實施例3中，減少晶圓中心部之處理氣體導入量並增加晶圓周邊部之處理氣體導入量之情況下，晶圓表面之SiN膜的蝕刻形狀之部份放大圖。
圖12(a)、(b)係實施例3中，增加晶圓中心部之處理氣體導入量並減少晶圓周邊部之處理氣體導入量之情況下，晶圓表面之SiN膜的蝕刻形狀之部份放大圖。
1．．．電漿處理裝置
2．．．處理容器
3．．．載置台
4．．．外部電源
5．．．加熱器
10．．．排氣裝置
11．．．排氣
15．．．密封材
16．．．介電體窗
20．．．放射狀槽孔板
21．．．槽孔
25．．．介電體板
26．．．蓋體
27．．．流道
30．．．同軸導波管
31．．．內部導體
32．．．外部導體
35．．．微波供給裝置
36．．．矩形導波管
37．．．模式變換器
40．．．下端
50．．．氣體供給源
50a．．．Ar氣體供給部
50b．．．HBr氣體供給部
50c．．．O2 氣體供給部
51．．．分離器
52、53．．．供給通道
55．．．中央導入部
56．．．周邊導入部
57．．．噴射器墊塊
59．．．空間部
60．．．氣體蓄積部
61．．．噴射器環
62．．．開口
65．．．控制部
W．．．晶圓

Claims (12)

  1. 一種電漿處理裝置，係使得導入至處理容器之處理氣體電漿化以對基板進行處理，具備有：中央導入部，係將處理氣體導入至收納於該處理容器之基板的中心部；周邊導入部，係將處理氣體導入至收納於該處理容器之基板的周邊部；分離器，係可改變式地來調節供給至該中央導入部與該周邊導入部的處理氣體之流量比；以及控制部，係控制該分離器；其中該控制部係控制該分離器，而於電漿處理中，藉由改變來自該中央導入部之處理氣體導入量與來自該周邊導入部之處理氣體導入量之間的比例，使得來自該中央導入部之處理氣體與自該周邊導入部之處理氣體之撞擊位置能交互地移動。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該控制部係控制該分離器，而於電漿處理中，將來自該中央導入部之處理氣體導入量與來自該周邊導入部之處理氣體導入量的比例，於第1導入量比例、以及與該第1導入量比例相異之第2導入量比例之間交互地進行切換。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中該中央導入部設置於該處理容器之頂面處；該周邊導入部設置於該處理容器之內側面處。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中該處理氣體包含有HBr。
  5. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中該處理氣體包含有HBr。
  6. 一種電漿處理方法，係使得導入至處理容器之處理氣體電漿化以對基板進行處理，其中係於電漿處理中，藉由改變導入至收納於該處理容器之基板中心部的處理氣體導入量、以及導入至收納於該處理容器之基板周邊部的處理氣體導入量之間的比例，使得導入至該基板中心部之處理氣體與導入至該基板周邊部之處理氣體之撞擊位置能交互地移動。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿處理方法，其中係將導入至收納於該處理容器之基板中心部的處理氣體導入量、以及導入至收納於該處理容器之基板周邊部的處理氣體導入量之間的比例，於第1導入量比例、以及與該第1導入量比例相異之第2導入量比例之間交互地進行切換。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之電漿處理方法，其中該處理氣體包含有HBr。
  9. 一種電漿蝕刻處理裝置，係將混合有複數種原料氣體之處理氣體導入至處理容器，並於處理容器內將處理氣體電漿化以對基板進行蝕刻處理，其中具備有：複數種原料氣體供給部，係供給種類相異之原料氣體；控制部，係控制各原料氣體供給部之原料 氣體供給量；中央導入部，係將處理氣體導入至收納於該處理容器之基板的中心部；周邊導入部，係將處理氣體導入至收納於該處理容器之基板的周邊部；以及分離器，係可改變式地來調節供給至該中央導入部與該周邊導入部的處理氣體之流量比；該控制部係控制該分離器，而於電漿處理中，藉由改變來自該中央導入部之處理氣體導入量與來自該周邊導入部之處理氣體導入量之間的比例，使得來自該中央導入部之處理氣體與自該周邊導入部之處理氣體之撞擊位置能交互地移動。
  10. 如申請專利範圍第9項之電漿蝕刻處理裝置，其中該複數種原料氣體供給部係包含有供給CF4 氣體的CF4 氣體供給部以及供給CHF3 氣體的CHF3 氣體供給部；該控制部係控制來自該CF4 氣體供給部之CF4 供給量與來自該CHF3 氣體供給部之CHF3 氣體供給量。
  11. 一種電漿蝕刻處理方法，係將混合有複數種原料氣體之處理氣體導入至處理容器，並於處理容器內將處理氣體電漿化以對基板進行蝕刻處理；其中係於電漿蝕刻處理中，藉由改變導入至收納於該處理容器之基板中心部的處理氣體導入量、以及導入至收納於該處理容器之基板周邊部的處理氣體導入量之間的比例，使得導入至該基板中心部之處理氣體與導入至該基板周邊部之處理氣體之撞 擊位置能交互地移動，以控制CD。
  12. 如申請專利範圍第11項之電漿蝕刻處理方法，其中該複數種原料氣體包含有CF4 氣體與CHF3 氣體，且針對該CF4 氣體供給量與該CHF3 氣體供給量進行控制。
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