TWI482960B - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents
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Description
本發明係關於半導體元件之電漿處理裝置及電漿處理方法，特別是關於穩定取得電漿之發光強度而進行電漿處理的電漿處理裝置及電漿處理方法。
對電漿實施脈衝調變，測定電漿之發光的方法係揭示於以下之先行技術。專利文獻1揭示對電漿產生用之高頻電源實施脈衝調變，和該脈衝之頻率同步而測定電漿之發光的方法。專利文獻2揭示使偏壓電位呈週期性變化，和該偏壓同步觀察發光的手段。
彼等先行技術係以高感度檢測電漿中之反應產生物之發光為目的。藉由對電漿實施脈衝調變，和該頻率同步進行發光強度之檢測，將和外部雜訊等不同步的頻率成分之信號除去而實現高感度化。
又，專利文獻3揭示對電漿之發光實施分光而且高速取入的方法。於此係揭示變化CCD(Charge Coupled Device：以下稱為CCD)之儲存時間，而調整增益的方法。又，亦揭示為提高SN比(signal-noise ratio：以下稱為SN比)，增加檢測器之取樣次數，對信號進行多數次儲存，實施平均化而除去雜訊成分。
另外，於電漿蝕刻中和發光測定之高感度化不同，以不同的被蝕刻材料間之選擇比之提升或蝕刻形狀之垂直化
為目的，而實施電漿脈衝調變之技術乃習知者，市售之電漿蝕刻裝置亦存在著具有脈衝調變機能者。
[專利文獻1]特開2002-270574號公報
[專利文獻2]特開2001-168086號公報
[專利文獻3]特開2005-217448號公報
專利文獻3揭示的對發光進行複數次取樣，取平均而降低背景之雜訊，提高SN比的方法，在對放電實施脈衝化時，1次之取樣時間內產生的脈衝數有可能不同。
此時，於各取樣時間內被取入的發光強度呈不同，會妨礙電漿發光檢測之高感度化。另外，基於脈衝放電之週期導致包含於各取樣時間的電漿之導通時間(電漿點火時間)不同，此時亦妨礙電漿發光檢測之高感度化。
本發明有鑑於上述課題，目的在於提供具備高感度化電漿發光檢測手段的電漿處理裝置及使用高感度化電漿發光檢測手段的電漿處理方法。
本發明之電漿處理裝置，係具備：進行電漿處理的處理室；對上述處理室供給製程氣體的供給氣體供給手段；
高頻電源，用於供給高頻電力以使被供給至前記處理室內的製程氣體電漿化；及光檢測器，用於對上述處理室內產生的電漿之發光進行檢測；其特徵為：上述光檢測器係具備：檢測部，用於在特定曝光時間之間，針對藉由脈衝調變的高頻電力而產生的電漿之發光進行檢測；及控制部，以使各上述曝光時間內檢測的上述電漿之發光量成為一定的方式進行控制。
本發明之電漿處理方法，係使用電漿處理裝置的電漿處理方法，該電漿處理裝置係具備：進行電漿處理的處理室；對上述處理室供給製程氣體的供給氣體供給手段；高頻電源，用於供給高頻電力以使被供給至前記處理室內的製程氣體電漿化；及光檢測器，用於對上述處理室內產生的電漿之發光進行檢測者；其特徵為：上述光檢測器，係於特定曝光時間之間，針對藉由脈衝調變的高頻電力而產生的電漿之發光進行檢測，以使各上述曝光時間內檢測的上述電漿之發光量成為一定的方式進行控制，依據上述光檢測器檢測的電漿發光資料進行電漿處理。
依據本發明，可以高感度檢測脈衝放電引起的電漿發光。
以下，參照圖面說明本發明之各實施形態。
首先，參照圖1說明實施本發明之電漿蝕刻裝置之一例。圖1係表示以利用微波與磁場作為電漿產生手段的ECR(Electron Cyclotron Resonance)型電漿蝕刻裝置之概略圖。
ECR型電漿蝕刻裝置，係由以下構成：內部可實施真空排氣的腔室101，用於載置被處理體之晶圓102的試料台103，設於腔室101之上面的石英等之微波透過窗104，設於其上方的導波管105，磁控管106，設於腔室101之周圍的螺線管線圈107，連接於試料台101的靜電吸附電源108，及對試料台103供給高頻電力的高頻電源109。
晶圓102，係由晶圓搬入口110被搬入腔室101內之後，藉由靜電吸附電源108被靜電吸附於試料台103。接著，製程氣體由氣體導入口111被導入腔室101。腔室101內，係藉由真空泵(圖示省略)實施減壓排氣，調整成為特定壓力(例如0.1Pa~50Pa)。
接著，由磁控管106振盪產生頻率2.45GHz之微波，經由導波管105被傳送至腔室101內。藉由微波與螺線管線圈107產生的磁場之作用進行處理氣體之激發，於晶圓102上部之空間形成電漿112。
另外，藉由高頻電源109對試料台103施加偏壓，電漿112中之離子被加速而垂直射入晶圓102上。又，高頻電源109，可將連續的高頻電力或經由時間調變的間歇性高頻電力施加於試料台103。藉由來自電漿112之自由基
與離子之作用而使晶圓102被實施異方性蝕刻。
來自電漿112之發光，係被取入光纖113，藉由分光器114實施分光，經由包含CCD(Charge Coupled Device)的光檢測部115進行電氣信號轉換。藉由脈衝產生器118產生的脈衝信號對磁控管106產生的微波脈衝實施調變，伴隨此而使電漿112亦重複進行導通與非導通而發光。
另外，脈衝產生器118之信號，係經由計數器117，連同來自曝光時間信號部119之信號而被輸入控制部116。控制部116，係使該2個信號依據以下說明的一定之脈衝數之每一個進行光檢測，或者依據每一定之放電時間進行光檢測，而對光檢測部115進行控制。
藉由該構成，以使各曝光時間內產生的脈衝之數成為一定而對光檢測部115之曝光時間進行控制，可使各曝光時間內之發光強度一定。又，本發明之光檢測器，係具備：光檢測部115、控制部116、計數器117與曝光時間信號部119的手段。另外，該檢測手段，係具有依序對分光器114分光的各波長之光強度進行累計加算之機能。
首先，依據圖1與圖2針對光檢測器之曝光時間(Ts)內之電漿之導通時間之累計量進行計數，以使各曝光時間之累計時間成為一定而進行曝光時間之控制手段進行說明。
事先於電漿處理之開始前，對各曝光時間(Ts)內檢測出的電漿之導通時間進行設定，將此時間設為Tpon。控制部116，係在由脈衝產生器118接受脈衝之導通信號前，開始光檢測部115之電漿之曝光。
於圖2，於時刻t0，光檢測部115係成為檢測可能狀態。檢測可能狀態係標記為ON。磁控管106，在由脈衝產生器118接受導通信號時，係輸出微波而產生電漿。於圖2之時刻t1，電漿係成為導通狀態。
於時刻t0~t1為止之間無電漿發光，因此於光檢測部115繼續進行曝光。於t1，磁控管106成為導通而開始電漿之發光，而於光檢測部115開始電漿發光之儲存。又，同時於計數器117對電漿之導通時間之累計值(以下稱為Tpon)進行累計。圖2之光檢測部115之脈衝被塗黑之處乃，電漿之導通時間被累計之處。
電漿之導通時間之累計值到達事前設定的Tpon之後，電漿雖乃發光，但光檢測部115之曝光終了(t2)。於時刻t2~t3為止之間，將光檢測部115儲存的曝光資料傳送至外部PC120等，實施儲存資料之重置。此時間為光檢測器之固定值，曝光終了至次一曝光開始為止之時間係設為一定。
接著，於時刻t3再度開始曝光，將至時刻t4為止的發光資料儲存。於到達事前設定的Tpon(t4)之後，進行曝光資料之傳送及重置。重複進行彼等一連串之動作，而取得發光資料。於時刻t3~t8為止的曝光時間(Ts)之
間，電漿一直處於導通狀態，Ts與Tpon成為相等。又，於脈衝之最終步驟亦同樣，於時刻t9，即使放電成為OFF(非導通)之情況下，曝光乃繼續，放電再度開始後，於Tpon之時間到達設定值為止乃繼續進行曝光。
重複進行N次的以上之各曝光時間之發光資料取得，將N次之平均值例如於PC畫面上作為發光強度之時間變化曲線予以表示。圖2係曝光時間5次分之平均值之算出例，將算出該平均值的取樣時間標記為Ta。本實施例中，Ts為數毫秒~數十毫秒(ms)之等級，平均值算出次數N為數十~數百。又，取樣時間之Ta設為0.1s~1s之範囲之值。
如上述說明，藉由對電漿發光之曝光時間(Ts)進行控制，可使各曝光時間(Ts)內之電漿之導通時間成為一定，亦即可將取樣時間內之發光量設為一定。又，以上說明之本實施例並未特別取得電漿之脈衝與光檢測器之曝光開始時間之同步，但亦可設為同步。
於以上說明的實施例，係藉由控制部116進行光檢測部115之曝光時間之控制，而設定曝光之非導通時間，但是亦可以不特別設置曝光之非導通時間，而例如僅設置足夠數量之將來自光檢測部115之輸出信號予以保存用的暫存器，於信號之傳送時間亦繼續進行曝光，該信號係保持於暫存器而依序被傳送至外部PC120等
於本實施例，電漿之導通時間係大於曝光時間(Ts)，但亦存在著電漿之導通時間小於曝光時間(Ts)
之情況。曝光時間(Ts)大於電漿之導通時間時，如本實施例般藉由計數方式進行各曝光時間(Ts)內之電漿之導通時間之累計亦不會有問題。以下依據圖1與圖3說明藉由其他方式進行脈衝數之計數，使該計數之數於各曝光時間成為一定的方式，對光檢測部115之曝光時間(Ts)進行控制的方法。
藉由脈衝產生器118之導通/非導通信號實施脈衝調變，藉由磁控管106振盪產生的微波使電漿重複進行週期性之導通(ON)與非導通(OFF)。
為了利用電漿發光進行曝光，而將來自脈衝產生器118之脈衝之導通信號傳送至控制部116，和該脈衝之導通信號同步而於光檢測部115開始進行曝光(時間t0)之同時，藉由計數器117對脈衝產生器118產生的脈衝之脈衝數進行計數。
在計數器117之計數數到達事先設定的脈衝數時，控制部116，係對光檢測部115送出結束光檢測部115之曝光之信號，而結束光檢測部115之曝光(時間t1)。t0時間至t1為止被儲存的發光資料係被傳送至外部PC120，對儲存的發光資料進行重置。重複進行N次此種發光資料之儲存，使N次之平均值依據事先設定的取樣間隔而作為發光強度之時間變化，表示於例如外部PC120之畫面上。圖3係表示曝光時間5次分之平均值算出之例，上述取樣之
時間係標記為Ta。
如上述說明藉由使各曝光時間內之脈衝數成為一定而對各曝光時間進行控制，則對於各取樣時間內所檢測的電漿發光，可以穩定進行檢測。
又，不將各曝光時間內之脈衝數控制成為一定，而是和脈衝數呈比例而對輸出值乘上補正係數使運算值成為一定而加以控制亦可。例如曝光時間(Ts)基於某一原因而產生變動，某一曝光時間內之脈衝計數數較事先設定的標準值Ns少一個而成為「Ns-1」個時，於光檢測部115之輸出信號進行運算使其乘上以Ns除以Ns-1獲得之值，則即使各曝光時間內之脈衝數不同，亦可將光檢測部115之信號輸出保持於一定。
又，為了使各曝光時間內檢測出的電漿之調變脈衝之數成為一定，不一定要進行脈衝之計數，亦可由脈衝產生器118之頻率設定值而算出。對電漿實施脈衝調變時之頻率，通常係被設定於用來界定電漿蝕刻之處理條件的配方，因此由設定於配方的頻率之逆數算出週期Tp，藉由將電漿發光之檢測用的曝光時間設為Tp之整數倍，可以將各曝光時間內被檢測的電漿之調變脈衝之數設為一定。
通常，電漿之調變脈衝之週期Tp之最佳值係由蝕刻形狀等之特性來決定，又，光檢測部115之曝光時間(Ts)之最佳值係由電漿之發光強度來決定。因此，Tp與Ts之大小關係，亦由蝕刻特性或電漿之發光強度等來決定。因此以下說明對應於電漿調變脈衝之週期Tp與光
檢測部115之曝光時間(Ts)之大小關係，針對將各曝光時間內被檢測電漿之調變脈衝之數設為一定的而進行的各曝光時間之控制，及將各曝光時間內被檢測電漿之導通時間之累計量Tpon設為一定而進行的各曝光時間之控制，進行切換的手段。
於電漿處理條件作成時，針對光檢測部115之曝光時間(Ts)與電漿之調變脈衝之週期Tp之時間予以決定。光檢測部115之曝光時間(Ts)大於電漿之調變脈衝之週期Tp時(Ts>α Tp)，係如實施例2所示，將各曝光時間內被檢測電漿之調變脈衝之數設為一定而進行各曝光時間之控制之同時，進行電漿發光之檢測。於此，α係設為10以上。
接著，光檢測部115之露出時間(Ts)較電漿之調變脈衝之週期Tp小(Ts<α Tp)時，係如實施例1所示，將各曝光時間內被檢測電漿之導通時間之累計量Tpon設為一定而進行各曝光時間控制之同時進行電漿發光之檢測。於此，α係設為10以上。
如上述說明，控制部116，係依據電漿調變脈衝之週期Tp與光檢測部115之曝光時間(Ts)之大小關係，針對將各曝光時間內被檢測電漿之調變脈衝之數設為一定而進行各露光時間之控制，與將各曝光時間內被檢測電漿之導通時間之累計量Tpon設為一定而進行各曝光時間之控
制加以切換，可以自動選擇最佳之控制方法，不受電漿調變脈衝之週期Tp與光檢測部115之曝光時間(Ts)之大小關係影響，可以安定進行電漿發光之檢測。
以上於各實施例雖說明使用微波的ECR(Electron Cyclotron Resonance)方式之微波電漿蝕刻裝置之適用例，但本發明不限定於此，亦適用於使用容量耦合型、感應耦合型之電漿產生手段的電漿蝕刻裝置。
又，如實施例1所示，本發明係藉由將各曝光時間內檢測的電漿之導通時間之累計量設為一定而進行各曝光時間之控制。又，如實施例2所示，本發明係藉由將各曝光時間內檢測的電漿之調變脈衝之數設為一定而進行各曝光時間之控制。
另外，如實施例3所示，本發明係依據電漿調變脈衝之週期Tp與光檢測部115之曝光時間(Ts)之大小關係，針對將各曝光時間內檢測的電漿之調變脈衝之數設為一定而進行的各曝光時間之控制，與將各曝光時間內檢測電漿之導通時間之累計量Tpon設為一定而進行的各曝光時間之控制加以切換。
亦即，本發明係將光檢測部115於各曝光時間內檢測出的實施脈衝調變後的電漿發光量設為一定而加以控制。因此，藉由脈衝調變後電漿之脈衝與光檢測部115之曝光時間之同步，而將各曝光時間內被檢測的電漿之發光量設為一定的控制，亦屬於本發明之範圍。於此，所謂脈衝調變電漿之脈衝與光檢測部115之曝光時間同步，係指例如
脈衝之導通期間之開始時間與曝光開始時間成為一致。
藉由實施以上所示本發明，可將各曝光時間內檢測的電漿之發光量設為一定，可以高感度檢測脈衝放電引起的電漿發光。
101‧‧‧腔室
102‧‧‧晶圓
103‧‧‧試料台
104‧‧‧微波透過窗
105‧‧‧導波管
106‧‧‧磁控管
107‧‧‧螺線管線圈
108‧‧‧靜電吸附電源
109‧‧‧高頻電源
110‧‧‧晶圓搬入口
111‧‧‧氣體導入口
112‧‧‧電漿
113‧‧‧光纖
114‧‧‧分光器
115‧‧‧光檢測部
116‧‧‧控制部
117‧‧‧計數器
118‧‧‧脈衝產生器
119‧‧‧曝光時間信號部
120‧‧‧外部PC
[圖1]本發明之電漿蝕刻裝置之一例之概略斷面圖。
[圖2]實施例1之特徵圖。
[圖3]實施例2之特徵圖。
Ts‧‧‧曝光時間
Ta‧‧‧取樣時間
T0~t13‧‧‧時刻
Claims (10)
- 一種電漿處理裝置，係具備：進行電漿處理的處理室；高頻電源，供給供以在前記處理室內生成電漿用的高頻電力；及光檢測器，在既定的曝光時間之期間，對上述電漿之發光進行檢測；該電漿處理裝置之特徵為：進一步具備控制部，其係對於藉經脈衝調變之高頻電力而生成之電漿的發光藉上述光檢測器作檢測之情況下，按各上述曝光時間而檢測，以上述經脈衝調變的電漿之導通時間的各者全成為大致相同時間的方式而對於上述各曝光時間作控制。
- 一種電漿處理裝置，係具備：進行電漿處理的處理室；高頻電源，供給供以在前記處理室內生成電漿用的高頻電力；及光檢測器，在既定的曝光時間之期間，對上述電漿之發光進行檢測；該電漿處理裝置之特徵為：進一步具備控制部，其係對於藉經脈衝調變之高頻電力而生成之電漿的發光藉上述光檢測器作檢測之情況下，按各上述曝光時間而檢測，以脈衝調變用脈衝之數的各者全成為大致相同數的方式而對於上述各曝光時間作控制。
- 一種電漿處理裝置，係具備：進行電漿處理的處理室；高頻電源，供給供以在前記處理室內生成電漿用的高頻電力；及光檢測器，在既定的曝光時間之期間，對上述電漿之發光進行檢測；該電漿處理裝置之特徵為：進一步具備控制部，其係對於藉經脈衝調變之高頻電力而生成之電漿的發光藉上述光檢測器作檢測之情況下， 基於上述調變脈衝用脈衝的週期與上述曝光時間之大小關係而切換第一控制與第二控制，該第一控制係按各上述曝光時間而檢測，以上述經脈衝調變之電漿的導通時間之各者全成為大致相同時間之方式對於上述各曝光時間作控制，該第二控制係按各上述曝光時間而檢測，以上述脈衝調變用脈衝之數的各者全成為大致相同數的方式對於上述各曝光時間作控制。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之電漿處理裝置，其中，上述控制部，係使N為自然數之情況下，將在各上述曝光時間所檢測之N個的電漿發光資料之平均值當作上述電漿的發光資料之取樣資料而作處理。
- 如申請專利範圍第4項之電漿處理裝置，其中，上述控制部，係使N為自然數之情況下，將在各上述曝光時間所檢測之N個的電漿發光資料之平均值當作上述電漿的發光資料之取樣資料而作處理。
- 一種電漿處理方法，光檢測器的既定之曝光時間的期間，對於經脈衝調變之電漿的發光藉上述光檢測器而作檢測，使用上述被檢測的經脈衝調變之電漿的發光資料而進行電漿處理，特徵在於：按各上述曝光時間而檢測，以上述經脈衝調變的電漿之導通時間的各者全成為大致相同時間的方式一邊控制上述各曝光時間一邊檢測上述經脈衝調變之電漿的發光。
- 一種電漿處理方法，光檢測器的既定之曝光時間的 期間，對於經脈衝調變之電漿的發光藉上述光檢測器而作檢測，使用上述被檢測的經脈衝調變之電漿的發光資料而進行電漿處理，特徵為：按各上述曝光時間而檢測，以上述脈衝調變用脈衝之數的各者全成為大致相同數的方式一邊控制上述各曝光時間一邊檢測上述經脈衝調變之電漿的發光。
- 一種電漿處理方法，光檢測器的既定之曝光時間的期間，對於經脈衝調變之電漿的發光藉上述光檢測器而作檢測，使用上述被檢測的經脈衝調變之電漿的發光資料而進行電漿處理，特徵在於：基於上述調變脈衝用脈衝的週期與上述曝光時間之大小關係而選擇：按各上述曝光時間而檢測，以上述經脈衝調變的電漿之導通時間的各者全成為大致相同時間的方式一邊控制上述各曝光時間一邊檢測上述經脈衝調變之電漿的發光之方法；或按各上述曝光時間而檢測，以上述脈衝調變用脈衝之數的各者全成為大致相同數的方式而一邊控制上述各曝光時間一邊檢測上述經脈衝調變之電漿的發光之方法。
- 如申請專利範圍第6~8項中任一項之電漿處理方法，其中，將上述脈衝調變用的脈衝與上述曝光時間予以同步。
- 如申請專利範圍第9項之電漿處理方法，其中，使N為自然數之情況下，將在各上述曝光時間所檢測之N個的電漿發光資料之平均值當作上述電漿的發光資料 之取樣資料而作處理。
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