TWI593016B - Plasma treatment method - Google Patents

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TWI593016B
TWI593016B TW105119172A TW105119172A TWI593016B TW I593016 B TWI593016 B TW I593016B TW 105119172 A TW105119172 A TW 105119172A TW 105119172 A TW105119172 A TW 105119172A TW I593016 B TWI593016 B TW I593016B
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平田昭
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荒瀬高男
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日立全球先端科技股份有限公司
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Description

電漿處理方法
本發明是有關製造半導體裝置或Micro-Electro-Mechanical-System(MEMS)之平行平板型的電漿處理裝置的控制方法。
對於矽及氧化矽，氮化矽等的層疊膜之空間寬10nm，長寬比15以上的溝的微細加工是主要利用使電漿產生於上部電極及下部電極所夾的領域之平行平板型的電漿處理裝置來進行。可與電容耦合型電漿(CCP)裝置一起使用具備200MHz的VHF波及磁場發生線圈之有磁場VHF電漿裝置，作為此平行平板型的電漿源。
此有磁場VHF電漿裝置的上部電極是具有放射電漿生成用的VHF波的機能，污染，異物的觀點來看，上部電極構件是使用接觸於電漿的表面為石英或氧化釔，藍寶石玻璃等的介電質陶瓷材料或在鋁或不鏽鋼材被覆介電質陶瓷材料者。並且，可藉由來自磁場發生線圈的磁場控制電漿生成分佈，蝕刻速率的面內分佈。而且，在載置晶圓的下部電極是進行各向異性蝕刻，因此成為可施 加高頻偏壓的構造。(專利文獻1)
另一方面，揭示有：在CCP蝕刻裝置中，為了提升均一性，而具備：在施加偏壓頻率之對向的電極側調整電氣特性(阻抗)，調整成流入對向電極側的電流不會形成最大的電路之電漿處理裝置。(專利文獻2)其中，揭示有偏壓電流為最大電流的1/2以上那樣的控制方法。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-59567號公報
[專利文獻2]日本特開2011-82180號公報
發明者等為了使用在上部電極具備介電質陶瓷的有磁場VHF電漿蝕刻裝置來進行更低污染，高均一的蝕刻，而在該上部電極側搭載由相抵介電質陶瓷的靜電容的電抗之共振線圈及可變電容所構成的對向偏壓控制機構，實施專利文獻2記載的控制。其結果，以多段步驟進行多層膜蝕刻時，由於蝕刻條件會按每個步驟變化，因此共振的可變電容的大小及對向偏壓電流的絕對值會變化，此對策，若處理前進行事前調査，則可知會有使用虛擬晶圓所造成的CoO增加，至處理時間為止的準備長期化等 的課題。
並且，在終點判定步驟使用專利文獻2記載的控制時，由於對向偏壓電流或共振的電抗本身會在步驟中變化，因此可知在其變化途中，偏壓電流值會脫離共振點，電漿分佈變化，基礎脫離選擇比的面內分佈惡化。
本發明的第1目的是在於提供一種即使在多段步驟蝕刻中也能維持低污染，高均一不變，不需要事前的共振點調査之電漿處理裝置的控制方法。又，本發明的第2目的是在於提供一種即使在點燃步驟，終點判定步驟等的對向偏壓電流或電漿阻抗會在步驟內變化之所謂的過渡的狀態中也能追隨共振點或設定的共振點附近的變化進行高均一性的多層膜蝕刻之電漿處理裝置的控制方法。
為了解決上述課題，例如採用在申請專利範圍中記載的構成及處理程序。
本案是包含複數個解決上述課題的手段，例如，一種電漿處理裝置的控制方法，該電漿處理裝置係具備：電漿處理室，其係電漿處理被處理物；平板狀的第一電極，其係對前述電漿處理室內放射高頻；第一高頻電源，其係對前述第一電極供給高頻電力；第二電極，其係與前述第一電極對向，載置前述被處 理物；第二高頻電源，其係對前述第二電極供給高頻電力；及控制機構，其係控制流至前述第一電極的高頻電流或施加於前述第一電極的高頻電壓，其特徵為具有：第一工程，其係將前述控制機構所具有的可變元件的電抗設定成初期值；第二工程，其係檢測前述高頻電流或前述高頻電壓；及第三工程，其係將前述可變元件的電抗設定成前述高頻電流會成為極大值或前述高頻電壓會成為極大值那樣的電抗的值，將前述可變元件的電抗固定於前述所被設定的電抗的值。
又，一種電漿處理裝置的控制方法，該電漿處理裝置係具備：電漿處理室，其係電漿處理被處理物；平板狀的第一電極，其係對前述電漿處理室內放射高頻；第一高頻電源，其係對前述第一電極供給高頻電力；第二電極，其係與前述第一電極對向，載置前述被處理物；第二高頻電源，其係對前述第二電極供給高頻電力；及 控制機構，其係控制流至前述第一電極的高頻電流或施加於前述第一電極的高頻電壓，其特徵為具有：第一工程，其係檢測出流至前述第二電極的高頻電流與流至前述第一電極的高頻電流的相位差，或，施加於前述第二電極的高頻電壓與施加於前述第一電極的高頻電壓的相位差；及第二工程，其係控制前述控制機構所具有的可變元件的電抗，而使前述所被檢測出的相位差能夠成為對應於流至前述第一電極的高頻電流的極大值或施加於前述第一電極的高頻電壓的極大值之相位差的值。
若根據本發明，則可提供一種即使在多段步驟蝕刻中也能維持低污染，高均一，不需要事前的共振點調査之電漿處理裝置的控制方法。
並且，提供一種即使在點燃步驟，終點判定步驟等的對向偏壓電流或電漿阻抗會在步驟內變化之所謂的過渡的狀態中也能追隨共振點或設定的共振點附近的變化進行高均一性的多層膜蝕刻之電漿處理裝置的控制方法。
101‧‧‧來源用電源
102‧‧‧來源電磁波用匹配器
103‧‧‧濾波器單元
104‧‧‧對向偏壓控制機構
105‧‧‧電磁石A
106‧‧‧電磁石B
107‧‧‧接地內筒
108‧‧‧蝕刻腔室
109‧‧‧氣體導入口A
110‧‧‧冷媒入口
111‧‧‧石英天板
112‧‧‧氣體導入口B
113‧‧‧冷媒出口
114‧‧‧氣體分配板
115‧‧‧VHF放射天線
116‧‧‧淋浴板
117‧‧‧Si晶圓
118‧‧‧聚焦環
119‧‧‧基座
120‧‧‧晶圓平台
121‧‧‧RF偏壓匹配器
122‧‧‧ESC用直流電源
123‧‧‧RF偏壓電源
124‧‧‧高頻偏壓電流檢測部
125‧‧‧晶圓平台昇降機構
126‧‧‧石英環
127‧‧‧共振控制電路
131‧‧‧EPD窗
133‧‧‧遮蔽板
128‧‧‧軛
191‧‧‧終點判定電路
201‧‧‧共振用線圈
202‧‧‧可變電容器
203‧‧‧對向偏壓電流檢測電路
204‧‧‧高諧波短路用線圈
205‧‧‧高諧波短路用可變電容器
206‧‧‧自動匹配手段
207‧‧‧高諧波電流檢測電路
208‧‧‧電壓測定點
209‧‧‧高諧波用自動匹配手段
301‧‧‧非共振點
302‧‧‧對向偏壓電流Ipp
303‧‧‧共振點
304‧‧‧對向偏壓電壓Vpp
401‧‧‧對向偏壓的峰值間電流
402‧‧‧對向偏壓的峰值間電壓
403‧‧‧預設位置
404‧‧‧自動控制終了時的對向偏壓電流值
405‧‧‧共振點
406‧‧‧目標△值
410‧‧‧在共振時的淋浴板貼上的氧化膜蝕刻速率的面內分佈
420‧‧‧在非共振時的淋浴板貼上的氧化膜蝕刻速率的面內分佈
501‧‧‧對向偏壓電流與高頻偏壓電流的相位差
502‧‧‧設定相位差
503‧‧‧共振時的相位差
511‧‧‧電漿中的440nm發光強度
512‧‧‧壓力調整閥位置
513‧‧‧RF偏壓電壓Vpp
514‧‧‧對向偏壓電壓Vpp
515‧‧‧淋浴板附著物除去的終點
516‧‧‧腔室洗滌的終點
517‧‧‧共振時的可變電容器位置
518‧‧‧非共振時的可變電容器的位置
519‧‧‧過洗滌時間
520‧‧‧實施例的對向偏壓電壓值
701‧‧‧對向接地電極
710‧‧‧共振時的淋浴板中心部的氧化膜蝕刻速率的RF偏壓 功率依存性
720‧‧‧非共振時的淋浴板中心部的氧化膜蝕刻速率的RF偏壓功率依存性
801‧‧‧絕緣環A
802‧‧‧來源頻率接地電路
803‧‧‧絕緣環B
804‧‧‧石英內筒
圖1是為了實施本發明的第1實施例的電漿處理裝置的控制方法而使用的乾蝕刻裝置(有磁場VHF乾蝕刻裝置)的概略全體構成剖面圖。
圖2是圖1所示的乾蝕刻裝置的對向偏壓控制機構的電路方塊圖。
圖3是用以說明本發明的第1實施例的電漿處理裝置的控制方法的控制流程圖。
圖4是表示圖1所示的乾蝕刻裝置的對向偏壓電流的可變電容依存性的圖表。
圖5是表示圖1所示的乾蝕刻裝置的對向偏壓電流與高頻偏壓電流的相位差的可變電容依存性的圖表。
圖6是用以說明本發明的第2實施例的電漿處理裝置的控制方法的控制流程圖。
圖7是用以實施本發明的第1，第2實施例的電漿處理裝置的控制方法的其他的乾蝕刻裝置(CCP蝕刻裝置)的概略全體構成剖面圖。
圖8是為了實施本發明的第3實施例的電漿處理方法而使用的乾蝕刻裝置(有磁場VHF乾蝕刻裝置)的概略全體構成剖面圖。
圖9是圖8所示的乾蝕刻裝置的對向偏壓控制機構的電路方塊圖。
圖10是表示圖8所示的乾蝕刻裝置的對向偏壓電流的可變電容依存性的圖表。
圖11是表示圖8所示的乾蝕刻裝置之對向偏壓控制 機構的共振時，非共振時的淋浴板上的氧化膜蝕刻速率的面內分佈的圖表。
圖12是表示圖8所示的乾蝕刻裝置之洗滌時的各監測值的變化及可變電容器的控制的時間順序。
圖13是用以實施本發明的第3實施例的電漿處理的終點判定電路的方塊圖。
圖14是表示圖8所示的乾蝕刻裝置之對向偏壓控制機構的共振時，非共振時的淋浴板中心點上的氧化膜蝕刻速率的RF偏壓功率依存性的圖表。
圖15是實施本發明的第3實施例的其他的電漿處理方法之無電磁石的乾蝕刻裝置的剖面圖。
[實施例1]
利用圖1~圖4來說明有關本發明的第1實施例。首先，說明有關使本實施例的電漿處理裝置的控制方法的偏壓電流控制方法具體實現之搭載對向偏壓控制機構的電漿處理裝置。圖1是平行平板型的有磁場VHF乾蝕刻裝置的縱剖面圖。
此乾蝕刻裝置的真空容器是具備：作為電漿處理室的蝕刻腔室108，接地內筒107，石英天板111，VHF放射天線115及真空泵及壓力控制閥(皆在圖1中未記載)。
蝕刻用的氣體是在通過質量流控制器及停止閥(皆在圖1中未記載)後，通過氣體導入口A 109及氣體導入口B 112，一邊以氣體分配板114來分別使不會混入，一邊使氣體分散後，從淋浴板116之2分割成同心圓狀的領域來分別導入至蝕刻腔室108內。如此被導入的氣體是藉由電漿產生手段利用所被照射的電磁波的能量來解離而生成電漿且予以維持。
電漿的產生手段是具有：200MHz的VHF波的來源用電源101，來源電磁波用匹配器102，及由電磁石A 105，電磁石B 106所構成的磁場產生手段。利用該等2個的電磁石來使電漿生成分佈均一化。發生磁場是在淋浴板116附近為10mT以下。從來源用電源101振盪的VHF波是經由來源電磁場用匹配器102來導入至位於與晶圓平台120對向位置的VHF放射天線115。VHF放射天線115與蝕刻腔室108是以石英天板111來電性絕緣。
設置層疊有被蝕刻材料或遮罩材料之矽氧化膜，氮化矽膜，Poly-Si(多晶矽)膜，阻劑膜，反射防止膜，TiN膜，鎢膜，Ta化合物膜或Hf氧化物膜等的Si晶圓(被處理物)117的晶圓平台120是具備：覆蓋載置Si晶圓117的載置面的外周側及側壁而配置的環形狀的聚焦環118，及基座119，可利用複數的溫度控制手段等(在圖1中是未記載)來將晶圓平台120的複數部分控制成不同的預定的溫度。蝕刻處理中是施加在靜電吸盤(ESC)用直流電源122所產生的-2000~+2000V的直流電壓來使 Si晶圓117靜電吸附，在Si晶圓117與晶圓平台120之間的間隙充填熱傳達效率佳的He，進行Si晶圓117的背面壓力的控制。淋浴板116是使用不會對氣體具有腐蝕性，形成異物發生源的石英，或氧化釔。此淋浴板116與氣體分配板114或VHF放射天線115是以螺絲等來使密合，因此可藉由對VHF放射天線115用的冷媒的溫度調節來抑制過度的溫度上昇。
在晶圓平台120連接：從電漿中把離子引進至Si晶圓117，用以控制其離子能量之4MHz的RF偏壓電源123，及RF偏壓匹配器121。
RF偏壓電源123是對於12英吋徑的被處理物，相當連續正弦波時，可輸出最低1W程度~最大電力2kW程度，為了取得充電損傷(電子阻蔽)減低，垂直加工性的效果，而使用在1Hz~10kHz的範圍進行on-off調變之具備時間調變(Time Modulate：以下有時記載為TM)的機能者。
如此施加於晶圓平台120的高頻偏壓的電流是經由Si晶圓117上的電漿鞘層往作為存在於蝕刻腔室108的內壁的接地而設置的接地內筒107來傳播於電漿內。在接地內筒107中，為了降低裝置內污染或異物，而使用低污染導電性材料，或，溶射被膜與蝕刻電漿反應性低，高頻通過之類的材料後的導電性材料。
在如此的平行平板型的有磁場VHF蝕刻裝置中，就本實施例而言，為了使偏壓朝對向於晶圓平台120 的VHF放射天線115側透過，控制偏壓電場的關閉程度，使蝕刻的均一性提升，而經由濾波器單元103，搭載對向偏壓控制機構104。濾波器單元103是以高通濾波器(HPF)及低通濾波器(LPF)所構成，該高通濾波器(HPF)是在來源用電源側，使RF偏壓的4MHz及其3次高諧波不會通過，該低通濾波器(LPF)是只使RF偏壓的頻率會流至接地側。另外，符號110是表示冷媒入口，符號113是表示冷媒出口，符號124是表示高頻偏壓電流檢測部，符號125是表示晶圓平台昇降機構，符號126是表示石英環，符號127是表示共振控制電路，符號128是表示軛，符號131是表示EPD(End Point Detector)窗，符號133是表示遮蔽板。
圖2是表示對向偏壓控制機構104的構成圖。以由即使在4MHz的RF偏壓的最大電流也難以發熱的低電阻的共振用線圈201及具有適度的耐壓的可變電容器202所形成的串聯共振部分，及對向偏壓電流檢測電路203，共振控制電路127所構成。考慮石英製的淋浴板116的靜電容(Csp)及形成於淋浴板上的鞘層的靜電容(Csh)，利用式(1)-(3)的關係來選定共振用線圈201的電感(L)及可變電容器202的靜電容(Cv)。
在此，ω是RF偏壓頻率的角速度。Xv是當可 變電抗元件為電容器時，若設其電容Cv，則成為式(2)的關係，線圈時，若設其電感Lv，則成為式(3)的關係。
並且，在由共振用線圈201，可變電容器202所構成的電路中插入複數個並列對應於高諧波次數的高諧波短路用線圈204及高諧波短路用微調電容器205的組合，藉此對於通過VHF放射天線115上的電漿鞘層時產生的高諧波成分也可低阻抗化，因此對於更廣的電漿條件，可使蝕刻均一化。而且，藉由高諧波電流檢測電路207來監測複數的高諧波成分的電流值之下，電漿的密度或電子溫度的資訊也可一併取得，更精度高的裝置狀態變化的檢測成為可能。另外，符號206是表示自動匹配手段，符號209是表示高諧波用自動匹配手段。
本實施例是有關使用設在由以上的構成所形成的平行平板型的電漿之上述對向偏壓控制機構104的偏壓電流控制方法。將用以說明本實施例的電漿處理裝置的控制方法的偏壓電流控制方法之控制流程顯示於圖3。並 且，將對向偏壓電流的可變電容器電容依存性顯示於圖4。一旦蝕刻順序開始(S1)，則由裝置控制PC傳送可變電容器(可變元件)202的預設位置403及目標△值406的訊號至共振控制電路127，使可變電容器202往預設位置移動(S2)。此時，從裝置PC無自動控制模式的指示時，使以該預設位置403固定於蝕刻中。另一方面，有自動控制模式的指示時，輸出RF偏壓電源123(S3)。然後，在對向偏壓電流檢測電路203從天線偏壓電流超過臨界值的時間點(S4)開始自動控制，可變元件202會朝共振點405開始動作(S5)。
圖4是表示顯示對向偏壓電流及可變電容的情況之對向偏壓電流的代表性的傾向的實測資料。由於偏壓電流成為最大的點為共振點，因此可知相對於可變電容器202的電容，對向偏壓電流值是持極大值。並且，此成為極大值的可變電容器的電容，對向偏壓電流的極大值是形成於淋浴板上的鞘層的電容(Csh)的變化，亦即，一旦電漿條件(來源用電源101的輸出功率，處理壓力，RF偏壓電源123的功率等)變化，則會在50pF程度的範圍變化。並且，比起共振點，一旦靜電容變大，則偏壓電流會急劇地減少，蝕刻速率分佈也同樣急劇地惡化，因此比起共振點405，在靜電容低處設定預設位置403，而開始自動控制為理想。另外，符號401是表示對向偏壓的峰值間電流，符號404是表示自動控制終了時的對向偏壓電流值。
因此，在本實施例中，選擇預設位置403相對於共振點405的靜電容小(作為電抗是大)且在初動時成為臨界值電流以上者。若偏壓電流超過所被設定的臨界值(S4)，則共振控制電路127是使可變電容器的電容朝偏壓電流增加的方向變化。將偏壓電流轉至減少的靜電容位置與共振電容記憶(S6)，使由該位置往所被設定的目標△值406部分的電容移動(S7)後，在蝕刻處理中，使固定於該位置(S8)。
然後，將其高頻偏壓設為OFF，一旦對向偏壓電流低於設定臨界值，則重新設定可變電容器202的電容(S10)，一連串的動作終了(S11)。
以上是按每個步驟中斷電漿放電的第1步驟的動作，但當繼續電漿放電，使蝕刻條件變化時，是在固定可變電容器202而自動匹配終了後(S8)，從在使往次步驟移行的時機輸出的裝置控制PC接受觸發訊號(S9)，放電繼續的情況是往次步驟的設定的預設值移動(S2)，再度從途中開始自動控制的流程。此時，藉由設定繼續放電的步驟的設定預設值比共振點的可變電容器的電容小的值，可使繼續後的均一性的惡化或安定性提升。
並且，在TM偏壓適用時，是使ON/OFF的重複頻率與檢測對向偏壓電流的時序在對向偏壓電流檢測電路203內同步，僅以ON時的值進行控制，藉此可自動控制。
根據本實施例，在淋浴板使用石英等的介電質材料的平行平板電漿裝置中，以電漿條件彼此不同的多 段步驟所構成的蝕刻處理或初次進行提出其條件的情況也不需要事前調查共振點及偏壓電流的最大值，可謀求處理條件變更之誤動作減低，短TAT(Turn Around Time；從接受訂貨到製品供給所要時間(天數))化，可提升均一性的再現性。此時，若將可變電容器202的初期值設定於比共振的電容小的電容側，則不會有在共振點探索中使均一性惡化的情形，可自動控制。
以上是說明在對向偏壓電流檢測電路203檢測對向偏壓電流來自動控制的實施例，但監測對向偏壓電流所流動的路徑上的地點(例如圖2中的符號208)與接地之間的電壓或共振用線圈201兩端的電壓，亦如圖4所示般，對向偏壓的峰值間電壓402及可變電容器202是與對向偏壓電流的舉動完全相同。因此，使用對向偏壓電壓值作為監測訊號也可同樣控制。
並且，亦可在圖2中符號208地點與共振用線圈201之間插入阻抗監測，根據檢測的阻抗資訊控制可變電容器202。此情況，只要由尋找偏壓電流的極大值，變更成尋找阻抗的虛數成分的電抗成為0的點即可。在適用TM偏壓時，使阻抗監測同步於偏壓電流ON時的時序，在以ON時的阻抗控制下可進行控制。
在圖3記載的控制流程圖中將自動匹配開始的觸發設為偏壓電流超過臨界值的情況說明，但若形成從蝕刻裝置側輸出的觸發訊號，則由於電源等的起動在高所過渡現象終了後可開始自動控制，因此可抑制點燃時的過 渡現象所造成的誤動作。同樣，在對向偏壓控制電路內也是來自裝置側的觸發訊號輸入後，或偏壓電流超過臨界值後，若預先可另外設定動作開始為止的等待時間，則更能對應於所有的製程條件。
有關高諧波短路用可變電容器205的控制方法也可利用高諧波電流檢測電路207的監測結果及高諧波用自動匹配手段209來與主成分的偏壓同樣控制，藉此更提升均一性。
[實施例2]
利用圖5~圖7來說明有關本發明的第2實施例。另外，記載於實施例1，未記載於本實施例的事項，只要無特別的事由，亦可適用在本實施例。
以下說明本實施例中，即使終點判定步驟等與偏壓電流共振的靜電容在步驟中變化時還是可追隨其變化那樣的實施例。為了實現本實施例，除了對向偏壓電流的監測，還在高頻偏壓電流檢測部124檢測高頻偏壓電流的相位資訊，輸入至共振控制電路127。
此時，在對向偏壓電流檢測電路203是對向偏壓電流的相位資訊也取得，輸入至共振控制電路127。在共振控制電路127是運算對向偏壓電流相對於電漿中被振盪的高頻偏壓電流的相位的相位差，以該結果為基礎控制可變電容。
圖5是表示對向偏壓電流與高頻偏壓電流的 相位差的可變電容依存性的圖表。這次發現偏壓電流成為極大的位置是相位差成為-90°。由實驗可知此相位差是不論電漿條件為一定，因此藉由將此相位差的監測值控制成與目的值調合，即使在過渡變動時也可追隨。另外，符號501是表示對向偏壓電流與高頻偏壓電流的相位差，符號503是表示共振時的相位差。
圖6是根據此原理的本實施例的相位差檢測時的流程圖。至開始自動控制為止是如前述的實施例1記載般(S12~S14為對應於S1~S3)。
一旦開始檢測控制偏壓電流(S15)，則以在蝕刻裝置側所被設定的相位差為目標，根據圖5的關係，使可變電容器202可動(S16)。此時，預設位置403是需要離共振點-80pF以內。這是因為隨預設位置在80pF以內的領域一定可變電容器的電容會增加，而相位差會減少。
若根據圖5所示的關係，則當所被監測的相位差比設定值的容許值範圍小時是減少可變電容器202，當被監測的相位差比設定值502大時是使可變電容器202增加。然後，以監測值能夠收於設置值的容許值內的方式使可變電容器202的電容變化(S17)。
此控制時，與實施例1的情況同樣，相位差的設定值502是比共振點405小的電容較均一性的變化量小，因此相位差是使形成比-90°大時，較能對於經歷時間變化等也可取得安定的性能。其次在步驟18(S18)確認 是否要往次步驟繼續放電，要時是回到步驟13(S13)。否時是在步驟19(S19)確認偏壓電流是否比設定臨界值更小，大時是回到步驟14(S14)。小時是終了處理(S20)。
以上，藉由利用相位差檢測的本實施例，不會有超過依電漿條件而變化的對向偏壓電流的絕對值或共振的可變電容的情形，可直接到達目標值，終點判定時等可自動追隨偏壓共振點或共振位置(電漿阻抗)的變化。另外，亦可將本方法適用於多段步驟蝕刻。
另外，與實施例1同樣，不僅偏壓電流的相位差，即使以偏壓電壓彼此間的相位差來控制也是控制方法同樣。但，成為共振點的相位差是按照測定的電壓的場所而變化，因此不一定是-90°，所以需要按照所使用的裝置的構成來事前調査。
以上，在實施例1，2記載的方法是說明在來源用電源101搭載於200MHz，在RF偏壓電源搭載於4MHz的有磁場VHF電漿的例子，但在圖7所示那樣不具有磁場的平行平板型(所謂的CCP裝置)裝置也可適用。圖7的裝置是在晶圓平台側連接來源用電源101，成為對向接地電極701的表面之淋浴板116是以介電質材料所構成。在該對向接地電極701側連接對於來源用電源的對向偏壓控制機構104之下同樣可適用。
[實施例3]
利用圖8~圖15來說明有關本發明的第3實施例。另外，記載於實施例1或2，未記載於本實施例的事項，只要無特別的事由，亦可適用在本實施例。首先，說明有關使本實施例的電漿處理方法的洗滌方法具體實現之搭載對向偏壓控制機構的電漿處理裝置。圖8是平行平板型的有磁場VHF乾蝕刻裝置的縱剖面圖。
此乾蝕刻裝置的真空容器是具備：作為電漿處理室的蝕刻腔室108，接地內筒107，石英天板111，VHF放射天線115及真空泵及壓力控制閥(皆在圖8未記載)。
蝕刻用的氣體是通過質量流控制器及停止閥(皆在圖8未記載)後，通過氣體導入口A 109及氣體導入口B 112，一邊以氣體分配板114來分別使不會混入，一邊使氣體分散後，從淋浴板116之2分割成同心圓狀的領域來分別導入至蝕刻腔室108內。如此被導入的氣體是藉由電漿產生手段利用所被照射的電磁波的能量來解離而生成電漿且予以維持。
電漿的產生手段是具有：200MHz的VHF波的來源用電源101，來源電磁波用匹配器102，及由電磁石A 105，電磁石B 106所構成的磁場產生手段。利用該等2個的電磁石來使電漿生成分佈均一化。發生磁場是在淋浴板116附近為10mT以下。從來源用電源101振盪的VHF波是經由來源電磁場用匹配器102來導入至位於與晶圓平台120對向位置的VHF放射天線115。VHF放射天 線115與蝕刻腔室108是以石英天板111來電性絕緣。
設置層疊有被蝕刻材料或遮罩材料之矽氧化膜，氮化矽膜，Poly-Si(多晶矽)膜，阻劑膜，反射防止膜，TiN膜，鎢膜，Ta化合物膜或Hf氧化物膜等的Si晶圓117的晶圓平台120是具備：覆蓋載置Si晶圓117的載置面的外周側及側壁而配置的環形狀的聚焦環118，及基座119，可利用複數的溫度控制手段等(在圖8中是未記載)來將晶圓平台120的複數部分控制成不同的預定的溫度。蝕刻處理中是施加在靜電吸盤(ESC)用直流電源122所產生的-2000~+2000V的直流電壓來使Si晶圓117靜電吸附，在Si晶圓117與晶圓平台120之間的間隙充填熱傳達效率佳的He，進行Si晶圓117的背面壓力的控制。淋浴板116是使用不會對氣體具有腐蝕性，形成異物發生源的石英，藍寶石，或氧化釔的介電質材料。此淋浴板116與氣體分配板114或VHF放射天線115是以螺絲等來使密合，因此可藉由對VHF放射天線115用的冷媒的溫度調節來抑制過度的溫度上昇。
在晶圓平台120連接：從電漿中把離子引進至Si晶圓117，用以控制其離子能量之4MHz的RF偏壓電源123，及RF偏壓匹配器121。
RF偏壓電源123是對於12英吋徑的被處理物，相當連續正弦波時，可輸出最低1W程度~最大電力4kW程度，為了取得充電損傷(電子阻蔽)減低，垂直加工性的效果，而使用在1Hz~10kHz的範圍進行on-off調 變之具備時間調變(Time Modulate：以下有時記載為TM)的機能者。
如此施加於晶圓平台120的高頻偏壓的電流是經由Si晶圓117上的電漿鞘層往作為存在於蝕刻腔室108的內壁的接地而設置的接地內筒107來傳播於電漿內。在接地內筒107中，為了降低裝置內污染或異物，而使用低污染導電性材料，或，溶射被膜與蝕刻電漿反應性低，高頻通過之類的材料後的導電性材料。
在如此的平行平板型的有磁場VHF蝕刻裝置中，就本實施例而言，為了使偏壓朝對向於晶圓平台120的VHF放射天線115側透過，控制偏壓電場的關閉程度，使蝕刻的均一性提升，而經由濾波器單元103，搭載對向偏壓控制機構104。濾波器單元103是以高通濾波器(HPF)及低通濾波器(LPF)所構成，該高通濾波器(HPF)是在來源用電源側，使RF偏壓的4MHz及其3次高諧波不會通過，該低通濾波器(LPF)是只使RF偏壓的頻率會流至接地側。另外，符號110是表示冷媒入口，符號113是表示冷媒出口，符號124是表示高頻偏壓電流檢測部，符號125是表示晶圓平台昇降機構，符號126是表示石英環，符號127是表示共振控制電路，符號128是表示軛，符號131是表示EPD(End Point Detector)窗，符號133是表示遮蔽板。
高頻偏壓電流檢測部124是亦可設置在RF偏壓匹配器121內。
圖9是表示對向偏壓控制機構104的構成圖。以由共振用線圈201及具有適度的耐壓的可變電容器202所形成的串聯共振部分，及對向偏壓電流檢測電路203，共振控制電路127所構成。考慮石英製的淋浴板116的靜電容(Csp)及形成於淋浴板上的鞘層的靜電容(Csh)，利用在實施例1說明過的式(1)-(3)的關係來選定共振用線圈201的電感(L)及可變電容器202的靜電容(Cv)。
並且，在由共振用線圈201，可變電容器202所構成的電路中插入複數個並列對應於高諧波次數的高諧波短路用線圈204及高諧波短路用微調電容器205的組合，藉此對於通過VHF放射天線115上的電漿鞘層時產生的高諧波成分也可低阻抗化，因此對於更廣的電漿條件，可使蝕刻均一化。而且，藉由高諧波電流檢測電路207來監測複數的高諧波成分的電流值之下，電漿的密度或電子溫度的資訊也可一併取得，更精度高的裝置狀態變化的檢測成為可能。另外，符號206是表示自動匹配手段，符號208是表示電壓測定點，符號209是表示高諧波用自動匹配手段。
本實施例是有關利用對向偏壓控制機構104的電漿洗滌方法，該對向偏壓控制機構104是由以上的構成所形成之設置於平行平板型的電漿的對向偏壓控制機構104。所謂電漿洗滌是為了在除去蝕刻處理中附著於蝕刻腔室內的蝕刻反應生成物的工程謀求蝕刻處理的量產安定 化而必要者。在蝕刻處理後的每個晶圓或每批適當插入。
例如，利用Cl2或HBr的Si蝕刻時的洗滌氣體是使用SF6，NF3，CF4等供給氟的氣體中混合氧，氮等的氣體，利用氟碳氣體之SiO2，SiN蝕刻時的洗滌氣體是使用混合O2，N2，依情況混合H的氣體，蝕刻Al，Ti，Hf等時是使用Cl2，HCl，HBr等的氣體。
圖10是使對向偏壓控制機構104內的可變電容器202的靜電容變化時之以對向偏壓電流檢測電路203來測定對向偏壓電流Ipp302的變化之實測資料。由於偏壓電流成為最大的點為共振點，因此可知相對於可變電容器202的電容，對向偏壓電流值是持極大值。並且，成為此極大值的可變電容器的電容或對向偏壓電流的極大值是一旦形成於淋浴板上的鞘層的電容(Csh)的變化，亦即電漿條件(來源用電源101的輸出功率，處理壓力，RF偏壓電源123的功率等)改變，則會在50pF程度的範圍變化。符號301是表示非共振點，符號303是表示共振點。並且，在圖10的圖表中是也繪製在對向偏壓控制機構內的電壓測定點208的對向偏壓電壓Vpp304，但由於與對向偏壓電流Ipp302的舉動一致，因此以下置換成檢測對向偏壓電壓Vpp304的情況來說明。
圖11是SF6/O2氣體，8Pa，RF偏壓功率100W時的對向偏壓控制機構104的共振時(圖11中的符號410)及非共振時(圖4中的符號420)之貼在淋浴板116的氧化膜蝕刻速率的面內分佈。模擬石英製的淋浴板 的消耗之氧化膜的蝕刻速率在非共振時為面內平均20nm/min程度，相對的，在共振點發現氧化膜蝕刻速率45nm/min程度，增加2倍以上。
這是因為使對向偏壓控制機構104共振之下，VHF放射天線115側的電抗會減少，所以離子電流及電子電流會從電漿來加速於鞘層而流入。若利用此原理，則可在洗滌中使對向偏壓控制機構104共振，在石英製的淋浴板116上產生離子輔助反應，可使洗滌速率飛躍地提升。
以圖12來說明適用本發明的圖8所示的乾蝕刻裝置的洗滌方法的時序圖。圖12是表示以氟碳氣體蝕刻終了後的洗滌處理中，從EPD窗131測定的波長440nm的發光強度511，壓力控制閥(在圖中未記載)的開度512，在RF偏壓匹配器121所檢測的RF偏壓電壓Vpp513，在對向偏壓控制機構內的電壓測定點208所檢測的對向偏壓電壓Vpp514的各時間變化的計測結果及對向偏壓控制機構內的可變電容器202的控制的狀態的順序圖。洗滌條件是O2 800ccm，壓力4Pa，來源用電源101輸出800W，RF偏壓電源123輸出1000W。
以往檢測洗滌的終點之手段，固定電漿發光強度511，壓力控制閥位置512，或控制閥開度時是壓力的變化，RF偏壓電壓Vpp513，或在RF偏壓側所被檢測的電漿阻抗的時間變化的時間常數會比較長，相對的，在本發明使用的對向偏壓電壓Vpp514是時間常數短。這是 因為以往的檢測方法為檢測接觸於電漿的全境界的洗滌終點，相對的，對向偏壓電壓Vpp514的時間變化是檢測全境界之中的淋浴板116側的境界面的洗滌終點。
因此，將在時刻A及時刻B之對向偏壓電壓Vpp值的變化量Vpp(A)-Vpp(B)的絕對值為規定次數以上比設定值小的時刻，或，對向偏壓電壓Vpp值的變極點(Vpp的2次差分成為0的點)設為淋浴板附著物除去的終點515，從該時序經過事前設定的過洗滌時間519後，使對向偏壓控制機構104的可變電容器202的電容從共振時的可變電容器位置517移動至非共振時的可變電容器的位置518。其控制的結果，對向偏壓電壓Vpp的監測值是如點線般變化(圖12中的點線520)。在進行如此的操作下，最初使用使離子輔助反應之淋浴板的洗滌效果最大化的條件之後，可變更成使離子衝撃減輕之淋浴板的消耗度小的條件，因此可減輕淋浴板的更換頻率，CoC低減，延長MTBM。另外，符號516是表示腔室洗滌的終點。
從共振點往非共振點的變化量是差越大越理想，但依淋浴板116的介電常數或厚度或從VHF放射天線115到對向偏壓控制機構104的電性的路徑而異，在本實施例中是使變化50pF以上則足夠。
如此的洗滌終點判定控制是可藉由圖13所示的終點判定電路191來實行。亦即，以抽出蝕刻中或洗滌中監測的控制參數之中對洗滌的時間變化敏感的參數(例 如，記載於圖12的各監測)的訊號為基礎，如前述般運算對向偏壓電壓Vpp的監測訊號，判定淋浴板附著物除去的終點。終點判定電路191是可外掛在以往裝置，或若存在監測訊號，則以往裝置的控制用軟體的變更也可實施。
圖14是使共振時(圖14中的符號710)及非共振時(圖14中的符號720)的RF偏壓功率變化時的淋浴板中心部的氧化膜蝕刻速率的圖表。可知共振時，隨RF偏壓功率的增加，淋浴板上的氧化膜蝕刻速率也幾乎線性增加。因此，作為控制往淋浴板上的離子能量之方法，可在使對向偏壓控制機構104共振，調整RF偏壓功率之下實現。
在只調整RF偏壓功率之下，可不使對向偏壓控制機構104的可變電容器202運轉，使淋浴板上的離子能量變化，因此具有可變電容器能夠長壽命化的優點。
又，由於淋浴板上的洗滌速率的面內分佈是與電漿分佈對應，因此可使對向偏壓控制機構104共振而調節電磁石A 105，電磁石B 106的電流之下控制。利用該等的特徵，在淋浴板洗滌終點判定後，使線圈電流或RF偏壓功率變化來使一定時間過洗滌而面內附著物的效率化亦為可能。
圖12的例子是顯示容易使用以氧除去氟碳的附著物之自發蝕刻除去的例子，但除去AlF3，HfF4，TiO2等時，需要離子輔助反應。在洗滌該等的化合物時是在Cl2，HBr，SiCl4等與Al，Hf，Ti的反應生成物的揮發性 高之類的氣體中混合包含Al-F，Ti-O等容易解開強的結合之具有還原性的H或B的氣體(HCl，BCl3等)使用。然後，使對向偏壓控制電路104共振，對Si晶圓施加RF偏壓100W以上，藉此可效率佳地除去淋浴板上的附著物。
在本實施例中，如圖8所示般，說明有關在上部電極具有介電質之有磁場的平行平板型的蝕刻裝置，但在圖15所示那樣不存在磁場的平行平板型的蝕刻裝置的洗滌中，對應於所使用的來源用電源101或RF偏壓電源123的頻率，按照式(1)-(3)來變更使用對向偏壓控制機構104的電路定數之下，也可取得同樣的效果。此情況的洗滌分佈的控制是以來源用電源101的功率或處理壓力，RF偏壓電源123的功率實施。
而且，如圖15所示般，以絕緣環A 801，絕緣環B 803來將蝕刻腔室108從基座凸緣電性絕緣，以對向偏壓控制機構104來控制經由石英內筒804而通過來源頻率接地電路802的RF偏壓電流，連接至蝕刻腔室108的RF偏壓電流，藉此可同樣洗滌石英內筒804的附著物。
若根據以上本實施例，則可提供一種降低搭載對向偏壓控制機構的CCP蝕刻裝置等的上部天線側的介電質陶瓷的消耗，使裝置的MTBM，CoC提升之電漿處理方法。
以上詳細說明本案發明，以下列舉主要的發 明形態。
(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：電漿處理室，其係電漿處理被處理物；平板狀的第一電極，其係對前述電漿處理室內放射高頻；第一高頻電源，其係對前述第一電極供給高頻電力；第二電極，其係與前述第一電極對向，載置前述被處理物；第二高頻電源，其係對前述第二電極供給高頻電力；及控制機構，其係控制流至前述第一電極的高頻電流或施加於前述第一電極的高頻電壓，其特徵為具有：第一工程，其係將前述控制機構所具有的可變元件的電抗設定成初期值；第二工程，其係檢測前述高頻電流或前述高頻電壓；第三工程，其係將前述可變元件的電抗設定成前述高頻電流會成為極大值或前述高頻電壓會成為極大值那樣的電抗的值，將前述可變元件的電抗固定於前述所被設定的電抗的值；及第四工程，其係電漿處理前述被處理物。
(2)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： 電漿處理室，其係電漿處理被處理物；平板狀的第一電極，其係對前述電漿處理室內放射高頻；第一高頻電源，其係對前述第一電極供給高頻電力；第二電極，其係與前述第一電極對向，載置前述被處理物；第二高頻電源，其係對前述第二電極供給高頻電力；及控制機構，其係控制流至前述第一電極的高頻電流或施加於前述第一電極的高頻電壓，其特徵為具有：第一工程，其係檢測出流至前述第二電極的高頻電流與流至前述第一電極的高頻電流的相位差，或，施加於前述第二電極的高頻電壓與施加於前述第一電極的高頻電壓的相位差；第二工程，其係控制前述控制機構所具有的可變元件的電抗，而使前述所被檢測出的相位差能夠成為對應於流至前述第一電極的高頻電流的極大值或施加於前述第一電極的高頻電壓的極大值之相位差的值；及第三工程，其係電漿處理前述被處理物。
(3)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：電漿處理室，其係電漿處理被處理物；平板狀的第一電極，其係對前述電漿處理室內放射高 頻；第一高頻電源，其係對前述第一電極供給高頻電力；第二電極，其係與前述第一電極對向，載置前述被處理物；第二高頻電源，其係對前述第二電極供給高頻電力；及控制機構，其係控制流至前述第一電極的高頻電流或施加於前述第一電極的高頻電壓，其特徵為具有：第一工程，其係將前述控制機構所具有的可變元件的電抗設定成初期值；第二工程，其係檢測前述高頻電流或前述高頻電壓；及第三工程，其係將前述可變元件的電抗控制成前述高頻電流會成為極大值或前述高頻電壓會成為極大值那樣的電抗的值；及第四工程，其係前述第三工程後，電漿洗滌前述電漿處理室內。
(4)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：電漿處理室，其係電漿處理被處理物；平板狀的第一電極，其係對前述電漿處理室內放射高頻；第一高頻電源，其係對前述第一電極供給高頻電力； 第二電極，其係與前述第一電極對向，載置前述被處理物；第二高頻電源，其係對前述第二電極供給高頻電力；及控制機構，其係控制流至前述第一電極的高頻電流或施加於前述第一電極的高頻電壓，其特徵為具有：第一工程，其係檢測出流至前述第二電極的高頻電流與流至前述第一電極的高頻電流的相位差，或，施加於前述第二電極的高頻電壓與施加於前述第一電極的高頻電壓的相位差；第二工程，其係控制前述控制機構所具有的可變元件的電抗，而使前述所被檢測出的相位差能夠成為對應於流至前述第一電極的高頻電流的極大值或施加於前述第一電極的高頻電壓的極大值之相位差的值；及第三工程，其係前述第二工程後，電漿洗滌前述電漿處理室內。
另外，本發明並非限於上述的實施例，還含各種的變形例。例如，上述的實施例是為了容易了解說明本發明而詳細說明者，並非一定限於所說明的全部構成者。並且，亦可將某實施例的構成的一部分置換成其他實施例的構成，且亦可在某實施例的構成中加上其他實施例的構成。並且，可針對各實施例的構成的一部分進行其他構成的追加‧削除‧置換。

Claims (12)

  1. 一種電漿處理方法，係具備：電漿處理室，其係電漿處理被處理物；第一電極，其係對前述電漿處理室內放射高頻；第一高頻電源，其係對前述第一電極供給高頻電力；第二電極，其係與前述第一電極對向，載置前述被處理物；及第二高頻電源，其係對前述第二電極供給高頻電力，其特徵為：藉由電抗控制從前述第二電極往前述第一電極流動的高頻電流或前述高頻電流流動的路徑上的高頻電壓；使被檢測的前述高頻電流或被檢測的前述高頻電壓能夠成為共振點的值的方式，求得前述電抗值；從前述所求得的電抗值，僅將預定的值變化後的值作為前述電抗值之後，進行電漿處理；其中，前述電抗的初期值係比前述高頻電流成為極大值或前述高頻電壓成為極大值時的電抗值大。
  2. 一種電漿處理方法，係具備：電漿處理室，其係電漿處理被處理物；第一電極，其係對前述電漿處理室內放射高頻；第一高頻電源，其係對前述第一電極供給高頻電力；第二電極，其係與前述第一電極對向，載置前述被處理物；及第二高頻電源，其係對前述第二電極供給高頻電力， 其特徵為：藉由電抗控制從前述第二電極往前述第一電極流動的高頻電流或前述高頻電流流動的路徑上的高頻電壓；使被檢測的前述高頻電流或被檢測的前述高頻電壓能夠成為共振點的值的方式，求得前述電抗值；從前述所求得的電抗值，僅將預定的值變化後的值作為前述電抗值之後，以將前述電抗值固定的狀態進行電漿處理。
  3. 一種電漿處理方法，係具備：電漿處理室，其係電漿處理被處理物；平板狀的第一電極，其係對前述電漿處理室內放射高頻；第一高頻電源，其係對前述第一電極供給高頻電力；第二電極，其係與前述第一電極對向，載置前述被處理物；及第二高頻電源，其係對前述第二電極供給高頻電力，其特徵為：檢測從前述第二高頻電源往前述第二電極流動的第一高頻電流的相位與從前述第二電極往前述第一電極流動的第二高頻電壓的相位的差之第一相位差，或藉由施加於前述第二電極的第一高頻電壓的相位與前述第二高頻電流流動的路徑上的第二高頻電壓的相位的差之第二相位差；使前述被檢測出的第一相位差或前述被檢測出的第二相位差能夠成為對應於前述第二高頻電流的極大值或前述 第二高頻電壓的極大值之相位差的值之方式，求得控制前述第二高頻電流或前述第二高頻電壓的電抗值；從前述所求得的電抗值，僅將預定的值變化後的值作為前述電抗值之後，進行電漿處理。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理方法，其中，前述第一相位差的值係位於比-90°大之預先被設定的設定值的容許範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1或3項之電漿處理方法，其中，前述電抗為可變電容器。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，前述電漿處理為電漿洗滌前述電漿處理室。
  7. 如申請專利範圍第3項之電漿處理方法，其中，前述電漿處理為電漿洗滌前述電漿處理室。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之電漿處理方法，其中，在檢測出前述電漿洗滌的終點之後，使前述電抗形成前述第一電極表面的切削成為所能容許的量之電抗的值，再電漿洗滌前述電漿處理室內。
  9. 如申請專利範圍第6或7項之電漿處理方法，其中，在檢測出前述電漿洗滌的終點之後，使被供給至前述第二電極的高頻電力形成前述第一電極表面的切削成為所能容許的量之高頻電力的值，再電漿洗滌前述電漿處理室內。
  10. 如申請專利範圍第8項之電漿處理方法，其中，前述電漿洗滌的終點係根據被施加於前述第一電極的高頻 電壓的Vpp的變化來進行。
  11. 如申請專利範圍第9項之電漿處理方法，其中，前述電漿洗滌的終點係根據被施加於前述第一電極的高頻電壓的Vpp的變化來進行。
  12. 如申請專利範圍第2項之電漿處理方法，其中，前述電抗的初期值係比前述高頻電流成為極大值或前述高頻電壓成為極大值時的電抗值大。
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