TWI581304B - Plasma etching apparatus and dry etching method - Google Patents

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Description

電漿蝕刻裝置及乾蝕刻方法
本發明是關於電漿處理方法及電漿處理裝置，特別是關於電漿蝕刻的電漿處理方法及電漿處理裝置。
現在半導體元件的量產所使用的電漿蝕刻裝置之一有Electron Cyclotron Resonance(以下稱ECR)型的裝置。於該電漿蝕刻裝置藉由對電漿施加磁場而使微波的頻率和電子的迴旋頻率產生共振的方式來設定磁場強度，而可以發生高密度的電漿為其特徵。
近年來伴隨著半導體元件的微細化，閘極氧化膜的厚度變為2nm以下。因此，電漿蝕刻加工的控制性，閘極氧化膜和矽膜的高選擇比的實現是有必要的。
這些可實現高精確度的電漿蝕刻的技術之一，有使用脈衝放電的電漿蝕刻方法，例如專利文獻1揭示，一邊測定電漿中的自由基密度一邊對電漿實施脈衝調變而控制自由基密度，據此而達成高精確度蝕刻的方法。
又，專利文獻2是揭示對電漿實施脈衝調變之同時，取得和對晶圓印加的高頻偏壓的相位電漿的導通/截止 (ON/OFF)之間之同步，藉此來控制電漿中的電子溫度，防止處理晶圓上的氧化膜的絕緣破壞方法。
又，於專利文獻3揭示對電漿實施10-100μs之脈衝調變且對晶圓施加600KHz以下的高頻偏壓，以防止氧化膜的絕緣破壞，同時達成高速非等向性蝕刻的方法。
又，專利文獻4揭示對於產生電漿的微波實施脈衝調變，而控制自由基且抑制電漿的不穩定性，以降低離子溫度的方法。
〔習知技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1：特開平09-185999號公報
專利文獻2：特開平09-092645號公報
專利文獻3：特開平08-181125號公報
專利文獻4：特開平06-267900號公報
一般在ECR型電漿蝕刻裝置，有以下三個課題。
作為第一，為提升垂直性提升等的加工，更低密度區域(低微波電力)是有必要的，但是為了降低電漿密度而縮小微波電力則電漿的產生變為困難的課題。
作為第二，在變化微波的電力進行放電測驗時，針對和微波電力有關的電漿發光欲以目視或光二極體進行的測定之中，存在著閃爍而可看到的不穩定區域的課題。於該 區域，蝕刻速度等等的特性無法再現，因此蝕刻條件需要避開不穩定區域來設定，亦即，進行製程開發上製程範圍(window)設定為狹小。
又，在本發明作為對象的放電的閃爍，係和微波電力有關，當腔室內的電場強度分布變化，和腔室形狀相關的例如試料台附近或微波透過窗附近發生異常放電，用眼睛看觀測忽亮忽滅的現象。
作為第三，在高微波電力側(高密度區域)存在著高選擇比區域，但是在高微波電力側伴隨著電漿密度的上昇產生截止(cut off)的現象，電漿密度於腔室內的分布變化而發生模態變動(mode jump)。這現象一發生則電漿的發光強度和偏壓電壓的峰值(Vpp電壓)產生激烈的變化，這些伴隨著蝕刻速度的晶圓面分布也大幅變化，因此模態變動前後的電力不可以使用之課題。
這三個課題是使用脈衝放電的ECR型電漿蝕刻裝置所共通的課題，但是在上述習知技術未考慮這三個課題。
因此，本發明提供從低微波電力至高微波電力的廣大範圍，可確保穩定的製程區域的電漿處理方法及電漿處理裝置
本發明係在藉由連續放電而電漿的產生困難的區域，使電漿的產生變為容易之同時，藉由上述容易產生之電漿而實施被處理物的電漿處理之電漿處理方法，其特徵為： 藉由重複導通(ON)和截止(OFF)的脈衝放電使上述電漿較容易產生，上述脈衝放電產生之高頻電力的導通期間之電力，係設定成為藉由上述連續放電而較容易產生電漿的電力，上述脈衝放電的工作比是，以使上述高頻電力的一週期左右的平均電力，成為藉由上述連續放電而較不容易產生電漿的區域之電力而加以控制。
又，本發明之電漿處理裝置，係具備在內部產生電漿的處理室；產生上述電漿的電漿生成手段；設於上述處理室內，用於載置晶圓的試料台；藉由上述電漿進行上述晶圓之蝕刻的電漿處理裝置；其特徵為：上述電漿生成手段是具備電源用於供給上述電漿產生用之電力，對上述電源的上述電力實施導通/截止的調變之同時，將導通時的峰值電力設定為在連續放電產生電漿的狀況下不會導致電漿不穩定的值，藉由變化上述導通/截止調變的工作比來控制上述電力的時間平均值。
又，本發明之電漿處理裝置，係具備：在內部設為真空可導入反應性氣體的腔室；在上述腔室中為了產生放電電漿的電漿生成用電源；和在上述腔室內設置晶圓的試料台；其特徵為對上述電漿生成用電源的輸出電力進行脈衝調變，且，將導通時的峰值電力設定成為較在連續放電的模態變動區域足夠高的電力值，藉由變化脈衝調變的工作比而控制電力的時間平均值的手段。
藉由本發明，從低微波電力到高微波電力的廣大範圍下，可確保穩定的製程區域。
101‧‧‧腔室
102‧‧‧晶圓
103‧‧‧試料台
104‧‧‧微波透過窗
105‧‧‧導波管
106‧‧‧磁鐵
107‧‧‧磁控管線圈
108‧‧‧靜電吸附電源
109‧‧‧高頻電源
110‧‧‧晶圓搬入口
111‧‧‧電漿
112‧‧‧脈衝產生器
113‧‧‧控制部
201‧‧‧光纖
202‧‧‧受光部
203‧‧‧CD演算部
204‧‧‧第2資料庫
205‧‧‧配方演算部
206‧‧‧第1資料庫
207‧‧‧蝕刻控制用PC
301‧‧‧遮罩
302‧‧‧多晶矽膜
303‧‧‧氧化膜
304‧‧‧矽基板
401‧‧‧接地面
402‧‧‧角部分
500‧‧‧模態變動現象(CW時)
501‧‧‧虛擬晶圓處理
502‧‧‧批次處理
503‧‧‧潔淨
504‧‧‧微波電力自動掃描測定
505‧‧‧模態電動電力識別
506‧‧‧自動配方生成
圖1表示本發明為了實施蝕刻方法的電漿蝕刻裝置一例之概略斷面圖。
圖2表示圖1所示裝置的磁鐵106的輸出波型。
圖3表示本發明的選擇比提升提升的效果所示之圖表。
圖4表示本發明的氧氣原子的發光強度對於微波的時間平均輸出之相關性之圖。
圖5表示本發明的實施例4的依每一晶圓變化脈衝放電的工作比而實施回授控制的電漿蝕刻裝置之概略斷面圖。
圖6表示加工對象的晶圓上的微細圖案的斷面圖。
圖7表示本發明的實施例4的微波電力(工作比)和CD的相關關係的資料。
圖8表示本發明的實施例5的電漿蝕刻裝置的概略斷面圖。
圖9表示本發明的O(氧)/Br(溴)對於微波的發光強度比之圖表。
圖10表示本發明的多晶矽/矽氧化膜對於脈衝微波的選擇比的圖表。
圖11表示針對模態變動所產生電力實施測定之自動化裝置的處理流程圖。
最初，參照圖面說明實施本發明的電漿蝕刻裝置之一例。圖1是在電漿生成手段利用微波和磁場的微波ECR電漿蝕刻裝置的概略斷面圖。
微波ECR電漿蝕刻裝置，係由以下構成：在內部可實施真空排氣的腔室101；和配置著被處理物之晶圓102的試料台103；和設於腔室101的上面的石英等的微波透過窗104；設於其上方的導波管105，磁鐵106；設置腔室101的周圍之磁控管線圈107；接續著試料台103的靜電吸附電源108；及高頻電源109。
晶圓102從晶圓搬入口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。接著製程氣體導入腔室101。腔室101內藉由真空泵(圖示省略)實施減壓排氣，調整成為所定的壓力(例如0.1Pa~50Pa)。接著，從磁鐵106發出週波數2.45GHz的微波，通過導波管105傳播到腔室101內。藉由微波和磁控管線圈107所產生的磁場之作用而激發處理氣體，在晶圓102上部的空間形成電漿111。另外，試料台103藉由高頻電源109實施偏壓，電漿111中的離子被加速而垂直射入晶圓102上。又，高頻電源109可將連續性高頻電力或時間調變的間歇性的高頻電力施加於試料台103。
藉由來自電漿111的自由基與離子之作用而使晶圓102被實施非等向蝕刻。又，在磁鐵106裝配有脈衝產生器112，藉此而如如2所示使微波以可任意設定之重複頻 率進行脈衝調變而成為脈衝狀。
又，微波ECR電漿蝕刻裝置在電漿處理晶圓102的時候，控制部113係分別控制上述磁鐵106、脈衝產生器112、磁控管線圈107、高頻電源109、靜電吸附電源108。
本發明以下說明之實施例所使用微波ECR電漿蝕刻裝置，係處理直徑300mm的晶圓之微波ECR電漿蝕刻裝置，腔室101的內徑是44.2cm，晶圓102和微波透過窗104的距離是24.3cm(發生電漿用之空間的體積為37267cm3)。
接著，說明為解決第一個課題、亦即，為了使電漿密度下降而縮小微波電力，而導致電漿的產生變為困難的課題的本發明之實施例1和實施例2。
〔實施例1〕
使用圖1所示微波ECR電漿蝕刻裝置，於表1表示的條件，針對工作比和微波的時間平均輸出引起之電漿的著火性進行調查，又，表1的Vpp是施加於試料台103的高頻電壓從峰值到峰值的電壓差。
又，表2表示電漿生成的調查結果。又，表2之“○”係表示可穩定產生電漿，“×”是表示不可穩定產生電漿。
從表2可知連續放電的狀況，微波的時間平均輸出除以腔室101內壁的體積獲得之值在0.011W/cm3(約400W)以上時可以穩定產生電漿，未滿則難以產生電漿。難以產生電漿的理由是，未被供給必要之能量以使自由電子將蝕刻氣體的分子予以電離。但是，藉由脈衝微波放電的狀況，即使微波的時間平均輸出除以產生電漿之體積獲得之值小於0.011W/cm3時亦可產生電漿。
此種連續放電和脈衝微波放電的電漿生成的差異，係 基於以下的理由。
微波是在導通期間的數μsec之間，自由電子會藉由從微波獲得之能量而使其他的原子、分子電離或者解離、而產生電漿111。然後，當微波變成截止期間，自由電子是在數μsec間大部分被原子、分子捕捉、電漿111之大部分為陰離子和陽離子。和電子比較，陰離子和陽離子之質量較大，因此衝突、中和而致電漿111消失為止需要數10ms的時間。因此，微波的截止時間較10ms短，則電漿111消失前微波的導通期間開始而可以維持電漿111。
因此，表2表示的結果換言之，脈衝微波的導通期間的輸出設為連續放電而穩定生成電漿所需的最低限必要的輸出以上(亦即0.011W/cm3以上)，則即使脈衝微波的時間平均輸出為0.011W/cm3以下亦可穩定產生放電。另外，脈衝微波的截止期間設為10ms以下，則即使脈衝微波的時間平均輸出在0.011W/cm3以下的區域，相較於上述的電漿處理方法可以更為穩定地產生放電。
另外，藉由添加氬氣體(Ar：離子化能量1520.6kJ/mol)，氮氣體(N2：離子化能量1402kJ/mol)等等的惰性氣體，添加上述惰性氣體以外的容易離子化的氣體，則能更穩定、容易產生放電。其他的氣體種類或各氣體的流量、處理壓力、RF偏壓值等等，對本實施例的效果並無特別限制。
接著，針對表面全體為多晶矽膜的晶圓和表面全體為矽氧化膜的晶圓依據表1之條件進行蝕刻處理，由各個削 量的比求出選擇比。這個結果以圖3表示。又，圖3的「%」意味著脈衝放電的工作比。
由圖3可知，工作比設為50%以下，微波時間平均輸出設為400W(0.011W/cm3)以下，則相較於連續放電，選擇比可增大。其理由可考慮為微波的時間平均輸出小時腔室101內的自由電子的個數減少，該減少分的電子會激發出原子或分子，因此，自由基的密度提昇，選擇比會提升。
又，表1條件的氧氣氣體控制在1ml/min以上10ml/min以下選擇比更大。
又，本實施例為適用微波ECR電漿蝕刻裝置的例子，但容量結合方式或感應結合方式電漿蝕刻裝置可同樣適用。如上述說明，本發明的電漿處理方法，係將脈衝放電的導通期間高頻電力設為連續放電可產生穩定的電漿之高頻電力，同時脈衝放電的截止期間設為10ms以下，藉由此一脈衝放電對被處理物進行處理的方法。藉由本發明之電漿處理方法，即使在難以穩定產生電漿的電漿生成用電力小的區域，亦可產生穩定的電漿。
另外，在本發明的電漿處理方法，脈衝放電的工作比設為50%以下，則相較於連續放電，更能提升多晶矽膜對於矽氧化膜的蝕刻速率的選擇比提升。
〔實施例2〕
接著，說明在實施例1說明的關於本發明的其他實施 例。
於表3所示條件進行脈衝放電的電漿處理，則相較於連續放電，碳系沉積物的除去或阻劑的除去性能可以提升。
於表3所示條件添加5ml/min的氬氣體，測定氧氣的發光強度對於氬的發光強度之比，結果以圖4表示。
由圖4可知，當微波的時間平均輸出低於以電漿發生的體積除之值、亦即0.011W/cm3時，氧原子的發光強度變強。
總之，於表3所示條件下進行本發明的脈衝放電，則氧自由基密度變高，碳系沉積物的除去或阻劑除去的效果有提升的狀況。
接著，針對解決第二個課題、亦即變化微波的電力而進行放電試驗時，藉由目視或光二極體等測定電漿的發光受到微波電力之影響，而存在著閃爍可看見的不穩定區域的課題，而說明本發明實施例3~實施例5。
〔實施例3〕
本實施例的電漿蝕刻處理，係使用圖1所示的微波ECR電漿蝕刻裝置。接著，蝕刻多晶矽膜302之條件的例子用表4來表示。藉由本條件多晶矽膜302對於底層的氧化膜303可利用高選擇比來進行蝕刻。
於表4所示條件下變化電漿的發生用的微波，藉由光二極體檢測電漿111的發光，閃爍測定出的結果以表5表示。微波的電力係針對以連續放電的狀況，和微波的導通期間的電力設為1500W重複頻率1KHz進行導通/截止之調變，變化工作比而實施電力控制的狀況來比較。表5以“○”表示沒有閃爍放電，“X”表示有閃爍放電。在閃爍狀態的放電下不能進行蝕刻。
在連續放電從900W~1100W會產生閃爍，但藉由微波的導通/截止控制可消除放電的閃爍。原因是瞬間電力產生之電漿111係以成為穩定的區域而被設定，另外，藉由鹼素氣體等容易變為負離子的氣體的電漿111進行脈衝放電，截止時電子於數十μs間消滅之後，於數ms間負離子和正離子提供維持放電，因此，腔室壁和電漿111的界面所產生電漿111的輔的狀態係和連續放電不同，而推定為可以消除閃爍。
電漿111消失為止的時間為數10ms，因此截止時間設為10ms以下則在電漿111消失前導通開始，而可以維持電漿。
電漿111的閃爍電力區域係和條件有關。因此，在其他條件的蝕刻，首先在連續放電，變化微波電力，和表5同樣確認放電的閃爍領域，將微波的導通期間的電力設定成為足夠大於產生閃爍的電力，且截止時間成10ms以下的頻率，如此而實施微波的導通/截止之脈衝調變，即可消除閃爍。
又，表5所示微波的電力是腔室101之大小變化時，對應於其體積而改變，1500W換算為單位體積的微波電力時相當於0.04W/cm3。
又，放電存在著不穩定區域並不限定於微波電漿蝕刻裝置，對於感應結合型或容量結合型的電漿蝕刻裝置亦為同樣的課題，這些裝置亦可藉由本發明而可回避放電不穩定。
〔實施例4〕
接著，說明之實施例係關於藉由電漿111的導通/截止調變而可以實施的蝕刻加工寸法(以後，稱CD。)的控制方法。圖5表示針對由電漿111的發光強度或發光強度的變化算出的蝕刻處理終了時間等進行測定，依據該監控值來變化處理中的晶圓102或次一處理晶圓102的蝕刻條件的構造，該構造被附加於，圖1之微波ECR電漿蝕刻裝置而成的電漿蝕刻裝置的概略圖。
圖5所示之受光部202、CD演算部203、配方演算部205、第1資料庫206、第2資料庫204、蝕刻控制用PC207，係藉由通信手段連結成為通信可能。圖6為加工對象晶圓102上的微細圖案的斷面圖，係針對矽基板304和底層的氧化膜303上具有的多晶矽膜302加工成微細圖案狀的氮化矽等等的遮罩301，進行同圖案狀的蝕刻之樣子。
在乾蝕刻通常將圖6所示的加工連續處理1批次(25片)。加工的線幅(以後稱CD)在連續處理中需要小於容許值內。但是，基於蝕刻的反應生成物等附著在腔室101內等，隨時間之經過而使電漿狀態變化，導致CD的變動超出容許值的狀況。
本實施例係對電漿111進行導通/截止調變，對應於每一晶圓變化其工作比而可將CD之變動抑制於容許值內。通常，CD是受到施加於晶圓102的偏壓電力或電漿 密度亦即微波電力的影響而變化，因此進行變化的微波電力可變為CD。
接著用具體的方法來敘述。圖6所示多晶矽膜302的蝕刻終點，是使電漿111中的反應生成物的發光，例如矽的426nm的光，由光纖201和受光部202加以檢測。蝕刻的終了時間和CD相關，蝕刻終了時間和CD的關係被儲存在第2資料庫204。CD演算部203係由蝕刻終了時間算出該晶圓102的CD推定值。計算出所算出CD和CD目標值的差分，將該差分值送至配方演算部205。
配方演算部205係具有第1資料庫206，該第1資料庫206儲存著圖7所示微波電力(工作比)和CD的相關關係的資料，算出和CD目標值的差分設為零為止必要的微波電力的變量。例如圖7所示目標CD為30nm，第n片CD為30+a(nm)，則第n+1片欲設為目標CD、亦即a(nm)變細，因此平均微波的電力、亦即工作比僅增加d(%)。
從第1資料庫206算出的工作比，係被傳送至蝕刻控制用PC207，在處理次一晶圓102的時候設定該值進行蝕刻。這時候電漿111設為連續放電時，CD差分成為零而被修正的微波電力值，有可能進入表5所示電漿111之不穩定區域招來蝕刻障礙。如實施例3所述，對電漿111進行導通/截止調變，變化該工作比而控制微波電力，即可消除電漿111的不穩定課題。
〔實施例5〕
接著，藉由圖8說明為了防止放電不穩定，併用本發明而能擴大穩定的餘裕度的方法。首先，為了穩定電漿111的電位，流入直流電流的接地面401較好是設置於接續著電漿111的部分。
通常腔室101的內壁是被實施氧化鋁膜處理(alumite)或釔氧化物等等的穩定化處理，這些材料為絕緣物，不流入直流電流。將接觸電漿111部分之一部分的彼等絕緣膜予以剝離，或插入導體等等，再將導體部份設為接地電位可以使電漿111的電位穩定，放電更穩定。希望直流的接地面401的面積是10cm2以上。
接著，處理氣體的壓力希望設定為0.1~10Pa間。壓力越低電子的平均自由行程越長，產生電離前消失於壁部的機會增加，是構成電漿111的不穩定的原因。又，壓力越高時著火性越惡劣也較容易產生不穩定。
更且，腔室101及試料台103的形狀希望是盡量減少局部性電場變強的部分。亦即，不設置銳利凹凸，將角部分402設為半徑5mm以上的曲線。
接著說明本發明實施例6及實施例7，係為解決第三個課題、亦即，高微波電力側(高密度區域)存在高選擇比區域，但是在高微波電力側伴隨著電漿密度上昇產生切斷截止(cut-off)現象，而產生電漿密度的腔室內的分布有所變化的模態變動的課題。
在實施例6及實施例7之電漿蝕刻處理，係使用圖1 之微波ECR電漿蝕刻裝置來進行。
〔實施例6〕
如圖3所示，多晶矽和矽氧化膜選擇比即使在平均微波電力大的區域(800W以上)亦增加。為了說明這個理由以圖9表示微波電力和O(氧氣)和Br(溴氣)的發光強度比的關係。從圖9可知高微波側的O(氧氣)的發光強度，亦即O自由基的密度上昇。因此可抑制矽晶氧化膜的削減，提升選擇比。
但是，微波電力值更提高則如圖9所示在CW(連續放電)，在微波電力值900W以上產生發光強度的激烈變化，亦即上述的模態變動現象(CW時)500發生。因此在連續放電不可使用高微波區域。
在本發明係使微波脈衝化，將導通時的峰值電力設定成為較發生模態變動的電力值更高，並控制工作比。在工作比65%以下發光強度比(圖9)未發生激烈的變化，亦即可回避模態變動。
其理由推定如下。在CW(連續放電)，電子密度隨著微波電力值而上昇，在電力值到達電漿111的振動和電磁波的頻率共鳴密度之後，產生模態變化。另一方面，脈衝化的微波在截止時自由電子在數μsec間大部分被原子、分子捕捉，電漿111大部分變成陰離子和陽離子。因此，重複導通/截止的脈衝微波不發生電子密度的上昇。
圖10表示使用表1條件，對高微波電力側進行評價 的選擇比結果。在CW(連續放電)在微波電力值900W以上基於模態變動的影響而導致選擇比的降低(構成不穩定)，相對於此，脈衝化微波使用高微波電力側可得到高選擇比。
一般習知在脈衝放電電力截止後50μs的電子密度會衰減數十倍。因此使放電脈衝化，使其之截止時間成為50μs以上的方式，針對脈衝的重複頻率和工作比加以設定，可充分回避模態變動。
以上本發明係對微波進行脈衝調變，可以迴避發生在高微波電力側的模態變動，可擴大蝕刻有效的製程區域。
〔實施例7〕
接著說明該模態變動區域自動回避的方法及裝置。模態變動如圖9所示大約產生於微波電力900W以上的高電力區域，但是基於氣體壓力或氣體種類，電漿111的密度而有差異，因此產生模態變動之電力亦依賴這些條件而有所不同。
回避彼等的方法，首先在事先使用條件下測定產生模態變動的電力值，裝置是將蝕刻條件和在該條件下產生模態變動的電力予以記憶，使用該條件時設定成為具備自動對微波電力進行脈衝調變的機能。具有該機能的裝置可以防止錯誤使用模態變動區域之錯誤操作。
更且，說明關於事先針對產生模態變動的電力進行測定之自動化裝置。圖11表示產生模態變動電力的測定之 自動化裝置的處理流程圖。通常，蝕刻是批次(25片)單位做處理，批次處理前虛擬晶圓處理501進行這些相同的處理條件。
之後為批次處理502及藉由氧氣的電漿111等等對腔室101的潔淨503。虛擬晶圓處理501，係包含：在設定微波電力值，例如從800W到1200W自動進行掃描，藉由光二極體等測定該期間之電漿111的發光強度的步驟、亦即微波電力自動掃描測定504。
接著，蝕刻裝置控制用電腦507，係從該資料抽出發光強度激烈變化的區域，實施記憶之模態變動電力識別505，另外，具有在輸入配方時微波電力和模態變動區域相當時自動進行脈衝調變，而進行自動配方生成506的機能。藉由這個機能，作業者無須煩惱模態變動而可以進行蝕刻。
又，微波電力掃描時所測定的物理量不限定發光強度，偏壓電壓的峰值(Vpp)等對應於模態變動而產生激烈變化量者即可達成相同效果。又，本發明說明的微波電力絕對值主要是對應於腔室101的大小，亦即因應處理對象的晶圓102的直徑而大幅變化。作為目標而使用腔室101的體積加以規格化之值時，可以轉換為不受腔室101的體積影響之量。例如以上的實施例，900W相當於0.024W/cm3。

Claims (6)

  1. 一種電漿蝕刻裝置，具備晶圓被電漿蝕刻之處理室、透過導波管將微波之高頻電力供應至前述處理室內的高頻電源、產生供以就前述高頻電力作導通截止調變用的脈衝之脈衝產生器、使供以藉與前述微波之相互作用而產生電漿用的磁場產生於前述處理室內之磁場產生手段、及配置於前述處理室內並就前述晶圓作載置的試料台，特徵在於：進一步具備一控制部，該控制部係以使前述被導通截止調變之高頻電力的導通期間之電力為予以產生連續放電的電漿的情況下的電漿不穩定不會發生之區域的電力值，並使前述被導通截止調變的高頻電力之時間平均值為予以產生連續放電的電漿之情況下的電漿不穩定會發生之區域的電力值之方式，而控制前述導通截止調變的工作比。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻裝置，其中，使前述脈衝之截止時間為前述處理室內的電漿不會消失之時間。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿蝕刻裝置，其中，使前述脈衝之截止時間為10ms以下的時間。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之電漿蝕刻裝置，其中，前述處理室之內壁的與前述電漿相接之部分，係形成直流電流流通之接地面， 前述處理室之內壁的與前述電漿相接之角部分，係曲面之形狀。
  5. 一種乾蝕刻方法，利用藉微波與磁場之相互作用而產生的電漿就晶圓作蝕刻，特徵在於：就前述微波作導通截止調變，將前述導通截止調變的工作比控制為：使前述被導通截止調變的微波之導通期間的電力為予以產生連續放電的電漿之情況下的電漿不穩定不會發生之區域的電力值；和使前述被導通截止調變的微波之電力的時間平均值為予以產生連續放電的電漿之情況下的電漿不穩定會發生之區域的電力值。
  6. 如申請專利範圍第5項之乾蝕刻方法，其中，使前述導通截止調變之截止時間為10ms以下的時間。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI581304B (zh) * 2011-07-27 2017-05-01 日立全球先端科技股份有限公司 Plasma etching apparatus and dry etching method
JP6035606B2 (ja) * 2013-04-09 2016-11-30 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置
JP6138653B2 (ja) 2013-10-08 2017-05-31 株式会社日立ハイテクノロジーズ ドライエッチング方法
US10978955B2 (en) 2014-02-28 2021-04-13 Eagle Harbor Technologies, Inc. Nanosecond pulser bias compensation
JP6277004B2 (ja) * 2014-01-31 2018-02-07 株式会社日立ハイテクノロジーズ ドライエッチング方法
US10483089B2 (en) * 2014-02-28 2019-11-19 Eagle Harbor Technologies, Inc. High voltage resistive output stage circuit
CN105555000A (zh) * 2014-10-28 2016-05-04 南京苏曼等离子科技有限公司 大放电间距下常温辉光放电低温等离子体材料处理装置
US10121708B2 (en) * 2015-11-17 2018-11-06 Lam Research Corporation Systems and methods for detection of plasma instability by optical diagnosis
US10727089B2 (en) * 2016-02-12 2020-07-28 Lam Research Corporation Systems and methods for selectively etching film
US10340123B2 (en) * 2016-05-26 2019-07-02 Tokyo Electron Limited Multi-frequency power modulation for etching high aspect ratio features
CN108471666B (zh) * 2017-02-23 2021-06-08 北京北方华创微电子装备有限公司 一种等离子体产生方法及装置和半导体处理设备
JP6883488B2 (ja) * 2017-08-18 2021-06-09 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US11302518B2 (en) 2018-07-27 2022-04-12 Eagle Harbor Technologies, Inc. Efficient energy recovery in a nanosecond pulser circuit
KR20240028538A (ko) 2019-01-08 2024-03-05 이글 하버 테크놀로지스, 인코포레이티드 나노초 펄서 회로의 효율적 에너지 회수
KR102194604B1 (ko) 2019-05-02 2020-12-24 주식회사 유진테크 배치식 기판처리장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08181125A (ja) * 1994-10-27 1996-07-12 Nec Corp プラズマ処理方法及びその装置
US6777037B2 (en) * 2001-02-21 2004-08-17 Hitachi, Ltd. Plasma processing method and apparatus
US20120302065A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Nanya Technology Corporation Pulse-plasma etching method and pulse-plasma etching apparatus

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01214122A (ja) 1988-02-23 1989-08-28 Tel Sagami Ltd プラズマ処理方法
JP2737377B2 (ja) 1990-06-25 1998-04-08 富士電機株式会社 プラズマ処理装置
JP3088178B2 (ja) * 1991-04-22 2000-09-18 日本電気株式会社 ポリシリコン膜のエッチング方法
JPH0539578A (ja) 1991-08-07 1993-02-19 Fuji Electric Co Ltd プラズマ処理装置
JPH0697087A (ja) 1992-09-17 1994-04-08 Hitachi Ltd プラズマ処理装置
JPH06104097A (ja) 1992-09-18 1994-04-15 Hitachi Ltd プラズマ生成方法及び装置
JP2957403B2 (ja) 1993-01-18 1999-10-04 日本電気株式会社 プラズマエッチング方法とその装置
JP3546977B2 (ja) 1994-10-14 2004-07-28 富士通株式会社 半導体装置の製造方法と製造装置
JP2764575B2 (ja) 1996-08-05 1998-06-11 名古屋大学長 ラジカルの制御方法
DE19740792A1 (de) * 1997-09-17 1999-04-01 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas durch Einstrahlung von Mikrowellen
US6255221B1 (en) * 1998-12-17 2001-07-03 Lam Research Corporation Methods for running a high density plasma etcher to achieve reduced transistor device damage
US6589437B1 (en) * 1999-03-05 2003-07-08 Applied Materials, Inc. Active species control with time-modulated plasma
US6447636B1 (en) * 2000-02-16 2002-09-10 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with dynamic RF inductive and capacitive coupling control
JP2001313284A (ja) * 2000-02-21 2001-11-09 Hitachi Ltd プラズマ処理方法および装置
JP3478266B2 (ja) 2000-12-04 2003-12-15 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US7025895B2 (en) * 2002-08-15 2006-04-11 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing apparatus and method
JP4365109B2 (ja) * 2003-01-29 2009-11-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置
TW200511430A (en) * 2003-05-29 2005-03-16 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus and plasma processing method
US6902646B2 (en) * 2003-08-14 2005-06-07 Advanced Energy Industries, Inc. Sensor array for measuring plasma characteristics in plasma processing environments
US7214628B2 (en) * 2005-02-02 2007-05-08 Applied Materials, Inc. Plasma gate oxidation process using pulsed RF source power
JP4756540B2 (ja) * 2005-09-30 2011-08-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置と方法
JP5192209B2 (ja) * 2006-10-06 2013-05-08 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法およびコンピュータ読取可能な記憶媒体
US8184288B2 (en) * 2006-11-29 2012-05-22 Macronix International Co., Ltd. Method of depositing a silicon-containing material by utilizing a multi-step fill-in process in a deposition machine
US7718538B2 (en) * 2007-02-21 2010-05-18 Applied Materials, Inc. Pulsed-plasma system with pulsed sample bias for etching semiconductor substrates
KR101322539B1 (ko) * 2009-08-07 2013-10-28 가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼 펄스 변조 고주파 전력 제어 방법 및 펄스 변조 고주파 전원 장치
TWI581304B (zh) * 2011-07-27 2017-05-01 日立全球先端科技股份有限公司 Plasma etching apparatus and dry etching method
WO2016002341A1 (ja) * 2014-06-30 2016-01-07 株式会社 日立ハイテクノロジーズ パターン測定方法、及びパターン測定装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08181125A (ja) * 1994-10-27 1996-07-12 Nec Corp プラズマ処理方法及びその装置
US6777037B2 (en) * 2001-02-21 2004-08-17 Hitachi, Ltd. Plasma processing method and apparatus
US20120302065A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Nanya Technology Corporation Pulse-plasma etching method and pulse-plasma etching apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
TWI500066B (zh) 2015-09-11
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US20130029492A1 (en) 2013-01-31
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