TWI553729B - Plasma processing method - Google Patents
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Description
本發明是有關電漿處理裝置及電漿處理方法。
以往，在半導體裝置的製造領域等中，有使電漿產生於可密閉的處理腔室內，而來進行半導體晶圓等的被處理基板的處理之電漿處理裝置為人所知。如此的電漿處理裝置之一，有電漿蝕刻裝置為人所知。
上述的電漿蝕刻裝置之一，可使用在載置半導體晶圓等的被處理基板的載置台(下部電極)與在此載置台的上方設成與載置台對向的淋浴頭(上部電極)之間施加高頻電力來使電漿產生之所謂電容耦合型的電漿蝕刻裝置。
在上述電容耦合型的電漿蝕刻裝置，對於每單位體積的激發蝕刻氣體之被蝕刻面積是在半導體晶圓的中心附近大，在周邊部小，所以會有在半導體晶圓的中心附近蝕刻速度慢，在周邊部蝕刻速度快，蝕刻處理速度不同，處理的面內均一性降低之情況。因此，提案將上部電極或下部電極的至少一方予以複數地分割成同心狀來構成，變更施加於該等的電極之高頻電力來使面內的處理速度均一化(例如參照專利文獻1)。
[專利文獻1]特開昭63-24623號公報
如上述般，以往的技術是將被施加用以進行電漿處理的電漿發生用的高頻電力之上部電極或下部電極予以分割，藉由調節施加於該等分割的各電極之電漿發生用的高頻電力，來所欲使處理的面內均一性提升。然而，此技術必須將被施加大的電力之上部電極或下部電極予以分割來構成，裝置的製造成本會有大幅度增大的問題。又，因為調節電漿發生用的高頻電力，所以電漿的狀態會容易形成不安定，會有處理狀態的微細控制難的問題。
又，近年來，例如施加頻率為數十MHz以上，例如100MHz的電漿生成用的第1高頻電力、及頻率比此第1高頻電力低的離子引入用的第2高頻電力(頻率例如為3MHz～13.56MHz程度)，而藉由高密度的電漿來實施低損傷的電漿蝕刻被進行。就使用如此高頻率的高頻電力之技術而言，在半導體晶圓的周緣部，DC偏壓(Vdc)的絕對值會變低，周緣部的蝕刻速率會有降低的傾向，因此會有蝕刻處理的面內均一性降低的問題。
本發明是應付於上述以往的情事而硏發者，所欲提供一種可抑制裝置的製造成本的增大的同時，可進行電漿處理狀態的微細控制，可謀求電漿處理的面內均一性的提升之電漿處理裝置及電漿處理方法。
本發明之電漿處理裝置的特徵係具備：處理腔室，其係可在內部收容基板；下部電極，其係被配置於前述處理腔室內，兼具載置前述基板的載置台用；上部電極，其係於前述處理腔室內，以能夠和前述下部電極對向的方式配置；第1高頻電源，其係用以施加電漿生成用的第1頻率的高頻電力至前述下部電極或前述上部電極；第2高頻電源，其係用以施加頻率比前述第1頻率低的離子引入用的第2頻率的高頻電力至前述下部電極；偏壓分布控制用電極，其係於與前述下部電極電性絕緣的狀態下，設於該下部電極上的至少周緣部；及偏壓分布控制用電源，其係用以施加頻率比前述第2頻率低的第3頻率的矩形波的電壓至前述偏壓分布控制用電極。
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：處理腔室，其係於內部收容基板；下部電極，其係被配置於前述處理腔室內，兼具載置前述基板的載置台用；上部電極，其係於前述處理腔室內，以能夠和前述下部電極對向的方式配置；第1高頻電源，其係用以施加電漿生成用的第1頻率的高頻電力至前述下部電極或前述上部電極；及
第2高頻電源，其係用以施加頻率比前述第1頻率低的離子引入用的第2頻率的高頻電力至前述下部電極；其特徵為：在該下部電極上的至少周緣部設置與前述下部電極電性絕緣的狀態之偏壓分布控制用電極，從偏壓分布控制用電源施加頻率比前述第2頻率低的第3頻率的矩形波的電壓至前述偏壓分布控制用電極，而控制前述下部電極上的偏壓分布。
若根據本發明，則可抑制裝置的製造成本的增大，且可進行電漿處理狀態的微細控制之電漿處理的面內均一性的提升。
以下，參照圖面來說明本發明的實施形態。圖1是模式性地顯示作為本發明之一實施形態的電漿處理裝置的電漿蝕刻裝置的剖面概略構成圖。
電漿蝕刻裝置是具有被氣密地構成，電性成為接地電位的處理腔室1。此處理腔室1是成圓筒狀，由例如表面被陽極氧化處理的鋁等所構成。在處理腔室1內設有水平支撐被處理基板的半導體晶圓W之載置台2。載置台2是例如以鋁等所構成，隔著絕緣板3被導體的支撐台4所支撐。並且，在載置台2的上方外周設有例如以單結晶矽所形成的聚焦環5。更以能夠包圍載置台2及支撐台4周圍的方式設置例如由石英等所構成的圓筒狀的內壁構件3a。
在載置台2是經由第1整合器11a來連接第1RF電源10a，且經由第2整合器11b來連接第2RF電源10b。第1RF電源10a是電漿形成用者，從此第1RF電源10a是所定頻率(27MHz以上例如100MHz)的高頻電力可被供給至載置台2。並且，第2RF電源10b是離子引入用者，從此第2RF電源10b是比第1RF電源10a低的3MHz～13.56MHz的所定頻率(例如，13.56MHz)的高頻電力可被供給至載置台2。另一方面，在載置台2的上方，以能夠和載置台2對向的方式，設有成為接地電位的淋浴頭16，該等的載置台2與淋浴頭16可形成具有作為由下部電極及上部電極所構成的一對電極之機能。
在載置台2的上面設有用以靜電吸附半導體晶圓W的靜電吸盤6。此靜電吸盤6是使靜電吸盤用電極6a介於絕緣體6b之間所構成，在靜電吸盤用電極6a連接靜電吸盤用直流電源12。然後藉由從靜電吸盤用直流電源12施加直流電壓至靜電吸盤用電極6a，可利用庫倫力來吸附半導體晶圓W。
又，如據大上述載置台2的要部之圖2所示，本實施形態是以能夠位於上述絕緣體6b之間的靜電吸盤用電極6a的下側之方式，偏壓分布控制用電極7a，7b會在與載置台2(下部電極)電性絕緣的狀態下設置。該等之中，偏壓分布控制用電極7a是形成環狀，設成位於載置台2的周緣部。另一方面，偏壓分布控制用電極7b是形成圓形，設成位於載置台2的中心部。該等的偏壓分布控制用電極7a及偏壓分布控制用電極7b是設成同心狀。另外，如前述般，DC偏壓(Vdc)是具有在載置台2的周緣部容易形成不均一的傾向。為了解除如此的載置台2的周緣部之DC偏壓(Vdc)的不均一，只要至少設有偏壓分布控制用電極7a即可，載置台2的中心部的偏壓分布控制用電極7b亦可省略。
上述偏壓分布控制用電極7a是被電性連接至偏壓分布控制用電源8a，偏壓分布控制用電極7b是被電性連接至偏壓分布控制用電源8b。從該等的偏壓分布控制用電源8a，8b是施加比前述第2RF電源10b低的頻率，例如頻率為100KHz～1MHz的交流或矩形波的電壓。施加矩形波的電壓時，亦可因應所需，將負荷比(duty ratio)變更於例如10～90%程度的範圍。從上述偏壓分布控制用電源8a，8b施加的電壓是例如1～500V程度。
上述偏壓分布控制用電極7a，7b及偏壓分布控制用電源8a，8b是用以進行調整作為下部電極的載置台2的DC偏壓(Vdc)者。例如，如上述般，第1RF電源10a為使用100MHz的高頻率的高頻電力，所以在周緣部有DC偏壓(Vdc)的絕對值變低的傾向時，可藉由設於周緣部的偏壓分布控制用電極7a來調整成周緣部的DC偏壓(Vdc)的絕對值(負的電位)會變大。藉此，可使蝕刻處理的面內均一性提升。
又，即使DC偏壓(Vdc)均一，在前處理的成膜工程中膜厚有一定的傾向時，例如在半導體晶圓W的中央部膜厚有變厚的傾向時等，以在中央部的蝕刻速率會變高的方式，藉由偏壓分布控制用電極7a，7b及偏壓分布控制用電源8a，8b來調整偏壓分布，而使中央部的DC偏壓(Vdc)的絕對值會變高。亦即，調整成偏壓分布會產生一定的傾斜，而使所被形成的圖案的面內均一性提升。
如圖1所示，在支撐台4的內部形成有冷媒流路4a，在冷媒流路4a連接冷媒入口配管4b、冷媒出口配管4c。然後，藉由使適當的冷媒，例如冷卻水等循環於冷媒流路4a之中，可將支撐台4及載置台2控制於所定的溫度。並且，以能夠貫通載置台2等的方式，設有用以對半導體晶圓W的背面側供給氦氣等的冷熱傳達用氣體(背側氣體)之背側氣體供給配管30，此背側氣體供給配管30是被連接至未圖示的背側氣體供給源。藉由該等的構成，可將在載置台2的上面藉由靜電吸盤6來吸附保持的半導體晶圓W控制於所定的溫度。
上述淋浴頭16是設於處理腔室1的頂壁部分。淋浴頭16是具備本體部16a及成為電極板的上部頂板16b，經由支持構件45來被處理腔室1的上部所支持。本體部16a是由導電性材料，例如表面被陽極氧化處理的鋁所構成，在其下部可裝卸自如地支持上部頂板16b。
在本體部16a的內部設有氣體擴散室16c，以能夠位於此氣體擴散室16c的下部之方式，在本體部16a的底部形成有多數的氣體通流孔16d。並且，在上部頂板16b，以能夠在厚度方向貫通該上部頂板16b的方式，氣體導入孔16e會設成與上述氣體通流孔16d重疊。藉由如此的構成，被供給至氣體擴散室16c的處理氣體會經由氣體通流孔16d及氣體導入孔16e來淋浴狀地分散供給至處理腔室1內。另外，在本體部16a等設有用以使冷媒循環之未圖示的配管，可在電漿蝕刻處理中將淋浴頭16冷卻至所望溫度。
在上述的本體部16a中形成有用以往氣體擴散室16c導入處理氣體的氣體導入口16d。在此氣體導入口16d連接氣體供給配管15a，在此氣體供給配管15a的另一端連接供給蝕刻用的處理氣體(蝕刻氣體)的處理氣體供給源15。在氣體供給配管15a從上游側依序設有質量流控制器(MFC)15b、及開閉弁V1。然後，電漿蝕刻用的處理氣體會從處理氣體供給源15經由氣體供給配管15a來供給至氣體擴散室16c，從此氣體擴散室16c經由氣體通流孔16d及氣體導入孔16e來淋浴狀地分散供給至處理腔室1內。
以能夠從處理腔室1的側壁延伸至比淋浴頭16的高度位置更上方之方式設置圓筒狀的接地導體1a。此圓筒狀的接地導體1a在其上部具有頂板。
在處理腔室1的底部形成有排氣口71，在此排氣口71經由排氣管72來連接排氣裝置73。排氣裝置73是具有真空泵，藉由使該真空泵作動，可將處理腔室1內減壓至所定的真空度。另一方面，在處理腔室1的側壁設有晶圓W的搬入‧搬出口74，在此搬入‧搬出口74設有用以開閉該搬入‧搬出口74的閘閥75。
圖中76，77是成為裝卸自如的沈積物屏蔽。沈積物屏蔽76是沿著處理腔室1的內壁面來設置、具有防止在處理腔室1附著蝕刻副生物(沈積物)的任務。
上述構成的電漿蝕刻裝置是藉由控制部60來總括性地控制其動作。在此控制部60設有：具備CPU控制電漿蝕刻裝置的各部之製程控制器61、使用者介面62、及記憶部63。
使用者介面62是由：工程管理者為了管理電漿蝕刻裝置而進行指令的輸入操作等的鍵盤，及使電漿蝕刻裝置的作動狀況可視化顯示的顯示器等所構成。
並且，在記憶部63中儲存有處方，其係記憶有用以在製程控制器61的控制下實現在電漿蝕刻裝置所被實行的各種處理之控制程式(軟體)或處理條件資料等。然後，因應所需，以來自使用者介面62的指示等，從記憶部63叫出任意的處方，而使實行於製程控制器61，在製程控制器61的控制下，進行在電漿蝕刻裝置的所望處理。又，控制程式或處理條件資料等的處方，可利用被儲存於電腦可讀取的記憶媒體(例如硬碟、CD、軟碟、半導體記憶體等)的狀態者，或亦可從其他的裝置例如經由專線來隨時傳送連線利用。
說明有關在如此構成的電漿蝕刻裝置，電漿蝕刻形成於半導體晶圓W的膜之程序。首先，閘閥75會被開啟，半導體晶圓W會藉由未圖示的搬送機器人等，經由未圖示的晶圓承載腔室(Load-lock chamber)來從搬入‧搬出口74搬入至處理腔室1內，載置於載置台2上。然後，使搬送機器人退至處理腔室1外，關閉閘閥75。然後，利用排氣裝置73的真空泵，經由排氣口71來將處理腔室1內排氣。
處理腔室1內形成所定的真空度後，在處理腔室1內從處理氣體供給源15導入所定的處理氣體(蝕刻氣體)，處理腔室1內會被保持於所定的壓力，例如3.99Pa(30mTorr)，在此狀態下從第1RF電源10a供給頻率例如100MHz的高頻電力至載置台2。並且，從第2RF電源10b為了離子引入，而供給頻率例如13.56MHz的高頻電力至載置台2。此時，從靜電吸盤用直流電源12施加所定的直流電壓至靜電吸盤6的靜電吸盤用電極6a，半導體晶圓W會藉由庫倫力來吸附。
此時，如上述般在下部電極的載置台2施加高頻電力，藉此會在上部電極的淋浴頭16與下部電極的載置台2之間形成電場。在半導體晶圓W所存在的處理空間產生放電，藉由如此被形成的處理氣體的電漿來蝕刻處理在半導體晶圓W的表面所形成的膜。
此蝕刻處理時。需要控制DC偏壓(Vdc)形成不均一等的偏壓分布時，是藉由偏壓分布控制用電極7a，7b及偏壓分布控制用電源8a，8b來控制成DC偏壓(Vdc)的分布會形成均一。藉此，可使蝕刻處理之蝕刻速率的面內均一性提升。
然後，一旦上述蝕刻處理終了，則高頻電力的供給及處理氣體的供給會被停止，以和上述程序相反的程序，從處理腔室1內搬出半導體晶圓W。
其次，參照圖3來說明有關其他的實施形態。另外，在圖3中，與前述圖1，2所示的實施形態對應的部分附上同一符號，省略重複的說明。如圖3所示，此實施形態是在偏壓分布控制用電極7a，7b電性連接靜電吸盤用直流電源12，偏壓分布控制用電極7a，7b會成為兼具靜電吸盤用電極6a的構成。藉由如此的構成，可不必另外設置靜電吸盤用電極，謀求裝置的製造成本降低。
並且，在聚焦環5的下側也設有偏壓分布控制用電極7c，此偏壓分布控制用電極7c是被電性連接至偏壓分布控制用電源8c。另外，偏壓分布控制用電源8c是與前述偏壓分布控制用電源8a，8b同樣地構成。根據如此的構成，可藉由對偏壓分布控制用電極7c之來自偏壓分布控制用電源8c的電壓施加來緩和例如因聚焦環5的消耗所造成半導體晶圓W的周緣部(邊緣部)的蝕刻處理特性的變動，可謀求聚焦環5的使用壽命的長期化。
以上，說明有關本發明的實施形態，但本發明並非限於上述實施形態，可實施各種的變形。例如，電漿蝕刻裝置並非限於圖1所示之平行平板型的下部雙頻施加型，例如亦可適用於分別對上部電極及下部電極施加別的頻率的高頻電力之型式的電漿蝕刻裝置或其他的電漿處理裝置。
1．．．處理腔室
2．．．載置台(下部電極)
7a，7b．．．偏壓分布控制用電極
8a，8b．．．偏壓分布控制用電源
10a．．．第1高頻電源
10b．．．第2高頻電源
15．．．處理氣體供給源
16．．．淋浴頭(上部電極)
73．．．排氣裝置
W．．．半導體晶圓
圖1是模式性顯示本發明之一實施形態的電漿蝕刻裝置的構成圖。
圖2是擴大圖1的電漿蝕刻裝置的要部構成來模式性顯示的圖。
圖3是擴大其他的實施形態的電漿蝕刻裝置的要部構成來模式性顯示的圖。
2．．．載置台(下部電極)
5．．．聚焦環
6a．．．靜電吸盤用電極
6b．．．絕緣體
7a，7b．．．偏壓分布控制用電極
8a，8b．．．偏壓分布控制用電源
10a．．．第1高頻電源
10b．．．第2高頻電源
12．．．靜電吸盤用直流電源
W．．．半導體晶圓
Claims (1)
- 一種電漿處理方法，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處理腔室，其係可在內部收容基板；下部電極，其係被配置於前述處理腔室內，兼具載置前述基板的載置台用；上部電極，其係於前述處理腔室內，以能夠和前述下部電極對向的方式配置；第1高頻電源，其係用以施加電漿生成用的第1頻率的高頻電力至前述下部電極；及第2高頻電源，其係用以施加頻率比前述第1頻率低的離子引入用的第2頻率的高頻電力至前述下部電極；第1和第2偏壓分布控制用電極，其係位在前述下部電極上且在絕緣體內而藉由前述絕緣體與前述下部電極隔開且電性絕緣；第1和第2偏壓分布控制用電源，其係被配置以施加頻率比前述第2頻率低的第3頻率的矩形波的電壓至前述第1和第2偏壓分布控制用電極；聚焦環，其被設置於前述下部電極的上面之外周部分；第3偏壓分布控制用電極，其係位在前述聚焦環的下方；以及第3偏壓分布控制用電源，其係被配置以施加頻率比前述第2頻率低的前述第3頻率的前述矩形波的電壓至前述 第3偏壓分布控制用電極，該方法包含：從前述第1偏壓分布控制用電源施加頻率比前述第2頻率低的前述第3頻率的第1矩形波的電壓至前述第1偏壓分布控制用電極以及控制前述下部電極上方的偏壓分布；從前述第2偏壓分布控制用電源施加頻率比前述第2頻率低的前述第3頻率的第2矩形波的電壓至前述第2偏壓分布控制用電極以及控制前述下部電極上方的偏壓分布；從前述第3偏壓分布控制用電源施加頻率比前述第2頻率低的前述第3頻率的第3矩形波的電壓至前述第3偏壓分布控制用電極以及控制前述下部電極上方的偏壓分布；從靜電吸盤用直流電源施加直流電壓至前述第1偏壓分布控制用電極以控制前述第1偏壓分布控制用電極作為靜電吸盤之電極其被配置以靜電地吸引前述基板；以及從前述靜電吸盤用直流電源施加直流電壓至前述第2偏壓分布控制用電極以控制前述第2偏壓分布控制用電極作為前述靜電吸盤之電極其被配置以靜電地吸引前述基板，其中，前述第1偏壓分布控制用電極係位在前述絕緣體的中央部分，前述第2偏壓分布控制用電極係位在前述絕緣體的外周部分而與前述第1偏壓分布控制用電極設置 成同心狀，前述第1偏壓分布控制用電極係與前述靜電吸盤用直流電源和前述第1偏壓分布控制用電源電性連接，前述第2偏壓分布控制用電極係與前述靜電吸盤用直流電源和前述第2偏壓分布控制用電源電性連接，且前述第2偏壓分布控制用電極係與前述第3偏壓分布控制用電源電性連接而不與靜電吸盤用直流電源連接，以及不與前述第1偏壓分布控制用電源和前述第2偏壓分布控制用電源連接。
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