TWI666677B - 電漿處理裝置及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明旨在提供一種電漿處理裝置及電漿處理方法，可維持被處理體之所希望之處理特性，同時提升選擇比。 其中，該電漿處理裝置，包含：處理容器；離子捕捉構件，將該處理容器內分隔為用來對被處理體進行電漿處理之處理空間，與非處理空間，使自由基穿透過，並捕捉離子；載置台，配置於該處理空間，載置該被處理體；第1氣體供給部，對該非處理空間供給第1處理氣體；第2氣體供給部，對該處理空間供給第2處理氣體；第1高頻波電源，供給使該第1處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在該非處理空間產生自由基及離子；第2高頻波電源，對該載置台供給使該第2處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在因該離子捕捉構件而穿透至該處理空間之該自由基之外，另外於該處理空間產生自由基及離子；及第3高頻波電源，對該載置台供給「頻率低於由該第2高頻波電源供給之高頻波電力之高頻波電力」，藉以將於該處理空間產生之該離子導入該被處理體。

Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明之各種面向及實施形態，係關於一種電漿處理裝置及電漿處理方法。
自以往，已知一種電漿處理裝置，在用來對被處理體進行電漿處理之處理容器內，設置形成有多數之貫通孔之柵電極，以柵電極將處理容器內分隔為2個空間。
此電漿處理裝置中，在配置於作為較柵電極更下方之空間之電漿處理空間之載置台上，載置被處理體。又，電漿處理裝置中，對作為較柵電極更上方之空間之非處理空間供給第1處理氣體，並對電漿處理空間供給第2處理氣體。又，電漿處理裝置，藉由供給使第1處理氣體電漿化之高頻波電力，於非處理空間產生自由基，產生之自由基經由柵電極穿透至電漿處理空間。又，電漿處理裝置，對載置台供給使第2處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在由柵電極穿透過之自由基之外，另外於電漿處理空間產生自由基及離子，將產生之離子導入被處理體。使第2處理氣體電漿化之高頻波電力，亦稱偏壓電力。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開平11－67737號公報 ［專利文獻2］日本特表平7－500459號公報
［發明所欲解決之課題］
然而，上述之習知之技術中，有難以維持被處理體之所希望之處理特性，同時提升選擇比之問題。
亦即，上述之習知之技術中，為維持被處理體之所希望之處理特性，可考慮增大偏壓電力。此時，伴隨著偏壓電力之增大，於電漿處理空間產生之自由基之量及離子之量皆增大。因此，習知之技術中，伴隨著離子之量之增大，促進了被處理體所含之蝕刻遮罩之蝕刻，結果，有相對於蝕刻遮罩之被處理膜之選擇比降低之虞。
另一方面，上述之習知之技術中，為提升選擇比，可考慮減少偏壓電力。此時，伴隨著偏壓電力之減少，於電漿處理空間產生之自由基之量及離子之量皆減少，且被處理體所導入之離子之能量減少。因此，習知之技術中，有蝕刻速率等被處理體之處理特性降低之虞。 ［解決課題之手段］
揭示之電漿處理裝置，於1個實施態樣，包含： 處理容器； 離子捕捉構件，將該處理容器內分隔為用來對被處理體進行電漿處理之處理空間，與非處理空間，使自由基穿透過，並捕捉離子； 載置台，配置於該處理空間，載置該被處理體； 第1氣體供給部，對該非處理空間供給第1處理氣體； 第2氣體供給部，對該處理空間供給第2處理氣體； 第1高頻波電源，供給使該第1處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在該非處理空間產生自由基及離子； 第2高頻波電源，對該載置台供給使該第2處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在因該離子捕捉構件而穿透至該處理空間之該自由基之外，另外於該處理空間產生自由基及離子；及 第3高頻波電源，對該載置台供給「頻率低於由該第2高頻波電源供給之高頻波電力之高頻波電力」，藉以將於該處理空間產生之該離子導入該被處理體。 ［發明之效果］
依揭示之電漿處理裝置之1個態樣，可使可維持被處理體之所希望之處理特性，同時提升選擇比之效果奏效。
於以下，根據圖式詳細說明關於揭示之電漿處理裝置及電漿處理方法之實施形態。又，由本實施形態揭示之發明不受限定。各實施形態，可在處理內容不矛盾之範圍內適當組合。
揭示之電漿處理裝置，於1個實施形態中，包含： 處理容器； 離子捕捉構件，將該處理容器內分隔為用來對被處理體進行電漿處理之處理空間，與非處理空間，使自由基穿透過，並捕捉離子； 載置台，配置於該處理空間，載置該被處理體； 第1氣體供給部，對該非處理空間供給第1處理氣體； 第2氣體供給部，對該處理空間供給第2處理氣體； 第1高頻波電源，供給使該第1處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在該非處理空間產生自由基及離子； 第2高頻波電源，對該載置台供給使該第2處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在因該離子捕捉構件而穿透至該處理空間之該自由基之外，另外於該處理空間產生自由基及離子；及 第3高頻波電源，對該載置台供給「頻率低於由該第2高頻波電源供給之高頻波電力之高頻波電力」，藉以將於該處理空間產生之該離子導入該被處理體。
揭示之電漿處理裝置，於1個實施形態中，更包含： 控制部， 藉由減少自該第2高頻波電源對該載置台所供給之高頻波電力，減少於該處理空間產生之該離子之量至預先決定之範圍內， 藉由增加自該第3高頻波電源對該載置台所供給之高頻波電力，增加被導入該被處理體之該離子之能量至預先決定之範圍內。
揭示之電漿處理裝置，於1個實施形態中， 該第1氣體供給部，作為該第1處理氣體對該非處理空間供給蝕刻氣體， 該第2氣體供給部，作為該第2處理氣體對該處理空間供給沉積氣體。
揭示之電漿處理裝置，於1個實施形態中， 該被處理體，包含蝕刻遮罩與矽氧化膜， 藉由隔著該蝕刻遮罩蝕刻該矽氧化膜，於該矽氧化膜形成凹部， 該凹部之深度寬度比，在40以上。
揭示之電漿處理裝置，於1個實施形態中， 該蝕刻氣體，包含CF4 、CHF3 、CH2 F2 、C4 F8 、C3 F8 及CH3 F中至少任一者。
揭示之電漿處理裝置，於1個實施形態中， 沉積氣體，包含C4 F8 、C4 F6 、C5 F8 及C6 F6 中至少任一者。
揭示之電漿處理裝置，於1個實施形態中， 該離子捕捉構件，包含： 分隔板，安裝於該處理容器內，將該處理容器內分隔為該處理空間與該非處理空間； 管狀之構件，設置成自該分隔板朝該處理空間延伸，使該自由基穿透過，且捕捉該離子；及 電極板，安裝於該處理容器內，俾在該管狀之構件貫通該處理空間之狀態下，隔著既定之空間與該分隔板重合，且該電極板具有獨立在該管狀之構件之外之貫通孔；且 該第2氣體供給部，經由形成於重合之該分隔板與該電極板之間之該空間、及該電極板之該貫通孔，對該處理空間供給該第2處理氣體。
揭示之電漿處理裝置，於1個實施形態中， 於該電極板之面中，在與該分隔板相反之一側，與該處理空間對向之面，形成含矽膜。
揭示之電漿處理方法，於1個實施形態中， 使用一種電漿處理裝置，該電漿處理裝置包含： 處理容器； 離子捕捉構件，將該處理容器內分隔為用來對被處理體進行電漿處理之處理空間，與非處理空間，使自由基穿透過，並捕捉離子； 載置台，配置於該處理空間，載置該被處理體； 第1氣體供給部，對該非處理空間供給第1處理氣體； 第2氣體供給部，對該處理空間供給第2處理氣體； 第1高頻波電源，供給使該第1處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在該非處理空間產生自由基及離子； 第2高頻波電源，對該載置台供給使該第2處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在因該離子捕捉構件而穿透至該處理空間之該自由基之外，另外於該處理空間產生自由基及離子；及 第3高頻波電源，對該載置台供給「頻率低於由該第2高頻波電源供給之高頻波電力之高頻波電力」，藉以將於該處理空間產生之該離子導入該被處理體； 該電漿處理方法之特徵在於： 藉由減少自該第2高頻波電源對該載置台所供給之高頻波電力，減少於該處理空間產生之該離子之量至預先決定之範圍內， 藉由增加自該第3高頻波電源對該載置台所供給之高頻波電力，增加被導入該被處理體之該離子之能量至預先決定之範圍內。
（第1實施形態） 參照圖1同時說明關於依第1實施形態之電漿處理裝置100。圖1，係顯示依第1實施形態之電漿處理裝置之概略剖面圖。如圖1所示，電漿處理裝置100之處理室102，形成於導電性材料所構成之氣密之略呈圓筒形狀之處理容器104內，此處理容器104本身，由接地線106接地。
於處理室102之頂棚部，設置介電性材料所構成之介電質壁108。於介電質壁108，配置略呈環狀之高頻波天線110。
且於處理室102之下方，配置由導電性材料構成，形成下部電極之基座116， 於此基座116上的載置面載置作為被處理體之晶圓W。基座116，係配置於處理空間134，載置被處理體之載置台之一例。且於基座116，隔著設於該基座116之底面部之絕緣構件118安裝昇降軸120，此昇降軸120，連接不圖示之昇降機構。因此，基座116，因該昇降機構之作動，可以昇降軸120沿上下方向（同圖中之往復箭頭A方向。）任意移動。且於昇降軸120之周圍之絕緣構件118與處理室102之底面部，安裝氣密構件所構成之伸縮囊122，即使基座116上下動，亦不因此損及處理室102內之氣密性。
且於處理室102內之基座116與介電質壁108之間，配置與本實施形態相關之略呈圓盤狀之柵電極128。柵電極128，係將處理容器104內分隔為用來對晶圓W進行電漿處理之處理空間134，與作為非處理空間之電漿產生空間132之構件。此柵電極128，如圖2所示，由下列者構成：形成有多數之略呈圓形狀之貫通孔128a’之導電性板狀構件所構成之電極部128a，與包圍此電極部128a之周圍而安裝之絕緣部128b。且電極部128a，由接地線130接地。柵電極128，使用貫通孔128a’，使自由基穿透，並捕捉離子。柵電極128，係離子捕捉構件之一例。
又，此柵電極128，藉由以不圖示之安裝機構將其絕緣部128b氣密地安裝於處理室102側壁部之既定之位置而被支持。又，此柵電極128之安裝位置，依處理室102內被激發之電漿之狀態，或晶圓W之處理條件等設定。且柵電極128與基座116上被載置之晶圓W之距離，可以基座116之上下動適當調整。
因此，處理室102內，藉由柵電極128於介電質壁108側形成電漿產生空間132，且於基座116側形成處理空間134。且此等電漿產生空間132與處理空間134，僅以柵電極128之貫通孔128a’分別連通。
且電漿產生空間132之側壁部，連通而連接構成與本實施形態相關之處理氣體供給系之一部分之第1氣體供給管136，此第1氣體供給管136，隔著第1開合閥138及第1氣體流量調整閥140，連接第1氣體供給源142。
第1氣體供給源142，經由第1氣體供給管136對電漿產生空間132供給第1處理氣體。例如，第1氣體供給源142，在蝕刻晶圓W所含之矽氧化膜時，作為第1處理氣體對電漿產生空間132供給蝕刻氣體。自第1氣體供給源142對電漿產生空間132供給之蝕刻氣體之詳細內容，於後詳述。第1氣體供給源142，係第1氣體供給部之一例。
且處理空間134之側壁部，亦連通而連接構成與本實施形態相關之處理氣體供給系之一部分之第2氣體供給管144，此第2氣體供給管144，隔著第2開合閥146及第2氣體流量調整閥148，連接第2氣體供給源150。
第2氣體供給源150，經由第2氣體供給管144對處理空間134供給第2處理氣體。例如，第2氣體供給源150，在蝕刻晶圓W所含之矽氧化膜時，作為第2處理氣體對處理空間134供給沉積氣體。沉積氣體，係解離度低於蝕刻氣體之處理氣體。自第2氣體供給源150對處理空間134供給之沉積氣體之詳細內容，於後詳述。第2氣體供給源150，係第2氣體供給部之一例。
且電漿處理裝置100，更包含第1高頻波電源114、第2高頻波電源126、與第3高頻波電源127。第1高頻波電源114，隔著第1匹配器112連接高頻波天線110。第1高頻波電源114，對高頻波天線110供給「使自第1氣體供給源142對電漿產生空間132供給之蝕刻氣體電漿化之高頻波電力」，藉以在電漿產生空間132產生自由基及離子。使蝕刻氣體電漿化之高頻波電力，於以下稱為「第1電漿產生電力」。第1高頻波電源114，經由第1匹配器112對高頻波天線110供給例如，13.56MHz之第1電漿產生電力，藉以在電漿產生空間132產生自由基及離子。於電漿產生空間132產生之自由基及離子中，自由基經由柵電極128而可朝處理空間134穿透，離子由柵電極128捕捉。
第2高頻波電源126，經由匹配器124連接於基座116。第2高頻波電源126，對基座116供給「使自第2氣體供給源150對處理空間134供給之沉積氣體電漿化之高頻波電力」，藉以在經由柵電極128而可朝處理空間134穿透之自由基之外，另外於處理空間134產生自由基及離子。使沉積氣體電漿化之高頻波電力，於以下稱為「第2電漿產生電力」。第2高頻波電源126，經由匹配器124對基座116供給例如，40MHz以上之第2電漿產生電力，藉以在處理空間134產生自由基及離子。藉此，針對於處理空間134產生之自由基，追加經由柵電極128而朝處理空間134穿透之自由基，於處理空間134自由基／離子比（Γr／Γi）增加。
第3高頻波電源127，隔著匹配器125連接基座116。第3高頻波電源127，對基座116供給「頻率低於由第2高頻波電源126供給之第2電漿產生電力之高頻波電力」，藉以將於處理空間134產生之離子導入晶圓W。頻率低於第2電漿產生電力之高頻波電力，於以下稱為「偏壓電力」。第3高頻波電源127，經由匹配器125對基座116供給例如，3MHz以下之偏壓電力，藉以將於處理空間134產生之離子導入晶圓W。藉此，被導入晶圓W之離子之能量（Ei）增加。
且處理空間134之側壁部，連通而連接構成排氣系之一部分之排氣管154，此排氣管154，隔著第3開合閥156及第3壓力調整閥158，連接可使處理室102之氛圍排氣之排氣機構P160。
且電漿處理裝置100，更包含控制部152。控制部152，係包含處理器、記憶部、輸入裝置、顯示裝置等之電腦，控制電漿處理裝置100各部。此控制部152中，操作員可為管理電漿處理裝置100而使用輸入裝置，進行指令之輸入操作等，且藉由顯示裝置，可使電漿處理裝置100之運轉狀況可見化而顯示之。且於控制部152之記憶部，儲存有：用來以處理器控制於電漿處理裝置100實行之各種處理之控制程式，或用來對應處理條件令電漿處理裝置100各部實行處理之程式，亦即，處理配方。
例如，控制部152，控制電漿處理裝置100各部，俾進行後述之電漿處理方法。舉詳細之一例即知，控制部152，減少自第2高頻波電源126對基座116供給之高頻波電力，藉以在處理空間134產生之離子之量減少至預先決定之範圍內。且控制部152，增加自第3高頻波電源127對基座116供給之高頻波電力，藉此，被導入被處理體之離子之能量增加至預先決定之範圍內。在此，所謂被處理體，係例如，晶圓W。
圖3，係顯示依第1實施形態之被處理體之構造例之剖面圖。如圖3所示，作為被處理體之晶圓W，藉由依序堆疊基底層UL、矽氧化膜OX及硬遮罩HM而形成。於硬遮罩HM，形成具有既定之直徑之開口。硬遮罩HM，係蝕刻遮罩之一例。
其次，說明使用依第1實施形態之電漿處理裝置100之電漿處理方法之流程之一例。圖4，係顯示使用依第1實施形態之電漿處理裝置之電漿處理方法之處理之流程之一例之流程圖。圖5，係顯示藉由使用依第1實施形態之電漿處理裝置之電漿處理方法製作之被處理體之構造例之剖面圖。在此，說明關於電漿處理裝置100對圖3所示之晶圓W所含之矽氧化膜OX進行電漿蝕刻之例。
如圖4所示，電漿處理裝置100，對電漿產生空間132供給蝕刻氣體（步驟S101）。蝕刻氣體，包含例如，CF4 、CHF3 、CH2 F2 、C4 F8 、C3 F8 及CH3 F中至少任一者。
舉更詳細之一例說明。電漿處理裝置100之控制部152，藉由開放第1開合閥138及第1氣體流量調整閥140，自第1氣體供給源142經由第1氣體供給管136對電漿產生空間132供給蝕刻氣體。
接著，電漿處理裝置100，對處理空間134供給沉積氣體（步驟S102）。沉積氣體，包含例如，C4 F8 、C4 F6 、C5 F8 及C6 F6 中至少任一者。
舉更詳細之一例說明。電漿處理裝置100之控制部152，藉由開放第2開合閥146及第2氣體流量調整閥148，自第2氣體供給源150經由第2氣體供給管144對處理空間134供給沉積氣體。
接著，電漿處理裝置100，對高頻波天線110供給「使對電漿產生空間132所供給之蝕刻氣體電漿化之第1電漿產生電力」（步驟S103）。電漿處理裝置100，經由第1匹配器112對高頻波天線110供給例如，13.56MHz之第1電漿產生電力。
舉更詳細之一例說明。電漿處理裝置100之控制部152，自第1高頻波電源114對高頻波天線110供給第1電漿產生電力，藉以在電漿產生空間132產生蝕刻氣體之自由基及離子。於電漿產生空間132產生之自由基及離子中，自由基經由柵電極128而可朝處理空間134穿透，離子由柵電極128捕捉。
接著，電漿處理裝置100，對基座116供給「使對處理空間134所供給之沉積氣體電漿化之第2電漿產生電力」（步驟S104）。電漿處理裝置100，經由匹配器124對基座116供給例如，40MHz以上之第2電漿產生電力。
舉更詳細之一例說明。電漿處理裝置100之控制部152，自第2高頻波電源126對基座116供給第2電漿產生電力，藉以在經由柵電極128而朝處理空間134穿透之自由基之外，另外於處理空間134產生自由基及離子。藉此，針對於處理空間134產生之自由基，追加經由柵電極128而朝處理空間134穿透之自由基，於處理空間134自由基／離子比（Γr／Γi）增加。
接著，電漿處理裝置100，減少第2電漿產生電力（步驟S105）。電漿處理裝置100，減少第2電漿產生電力至例如，相對於晶圓W所含之硬遮罩HM之矽氧化膜OX之選擇比提升之電力之範圍。
舉更詳細之一例說明。電漿處理裝置100之控制部152，減少自第2高頻波電源126對基座116供給之第2電漿產生電力，藉此，減少於處理空間134產生之離子之量至預先決定之範圍內。藉此，提升相對於晶圓W所含之硬遮罩HM之矽氧化膜OX之選擇比。在此，第2電漿產生電力減少後，於處理空間134產生之自由基之量即亦減少。於處理空間134產生之自由基之量過度減少後，於處理空間134即有自由基／離子比（Γr／Γi）降低之虞。然而，針對於處理空間134產生之自由基，追加經由柵電極128而朝處理空間134穿透之自由基，故於處理空間134自由基／離子比（Γr／Γi）可維持於相對較高的值。
接著，電漿處理裝置100，對基座116供給頻率低於第2電漿產生電力之偏壓電力（步驟S106）。第3高頻波電源127，經由匹配器125對基座116供給例如，3MHz以下之偏壓電力。
舉更詳細之一例說明。電漿處理裝置100之控制部152，自第3高頻波電源127對基座116供給偏壓電力，藉以將於處理空間134產生之離子導入晶圓W。藉此，被導入晶圓W之離子之能量（Ei）增加。
接著，電漿處理裝置100，增加偏壓電力（步驟S107）。電漿處理裝置100，增加偏壓電力至例如，將離子導入晶圓W所含之矽氧化膜OX之電力之範圍。
舉更詳細之一例說明。電漿處理裝置100之控制部152，增加「自第3高頻波電源127對基座116供給之偏壓電力」，藉此，增加被導入晶圓W之離子之能量（Ei）至預先決定之範圍內。藉此，提升蝕刻速率等晶圓W之處理特性。
藉由以上說明之電漿處理方法，如圖5所示，隔著硬遮罩HM蝕刻矽氧化膜OX。藉以在矽氧化膜OX形成孔洞HL。孔洞HL，係凹部之一例。孔洞HL之深度寬度比，在40以上。又，孔洞HL之寬為DM，孔洞HL之深度（亦即，硬遮罩HM之表面至孔洞HL之底之距離）為DP，則深度寬度比以DP／DM表示。
其次，更詳細說明關於使用第1實施形態之電漿處理裝置100之電漿處理方法。在說明使用第1實施形態之電漿處理裝置100之電漿處理方法前，說明關於作為其前提之使用電容耦合型電漿處理裝置之電漿處理方法。在此，電容耦合型電漿處理裝置，使用單一高頻波電源供給電漿產生用高頻波偏壓電力。圖6，係顯示使用電容耦合型電漿處理裝置時深度寬度比與氟碳類氣體之電漿之離子及自由基之通量之關係之曲線圖。圖7，係顯示於孔洞內自由基與離子之動作圖。圖6所示之曲線圖，以藉由計算模擬取得之資料製作。圖6之曲線圖之橫軸，顯示孔洞之深度寬度比，縱軸，顯示以於硬遮罩之表面離子或自由基之通量，除於孔洞之底離子或自由基之通量之值。
如圖6所示，電容耦合型電漿處理裝置中，即使孔洞之深度寬度比低，自由基亦不到達孔洞之深部。且針對區劃孔洞之側壁面吸附機率小之低次之自由基，相較於高次之自由基，可到達孔洞之深部。亦即，如圖7（a）所示，高次之自由基（圖中，以由圓包圍之「a」表示），吸附區劃孔洞HL之硬遮罩HM之側壁面或矽氧化膜OX之側壁面之上部，不到達孔洞HL之深部。另一方面，低次之自由基（圖中，以由圓包圍之「b」表示），相較而言可較深地進入孔洞HL之內部。
另一方面，如圖6所示，只要是深度寬度比在40以下之孔洞，離子即可到達其深部。然而，深度寬度比超過40後，到達孔洞之深部之離子之量即減少。且高頻波偏壓電力之電壓，亦即，LF Vpp愈大，到達孔洞之深部之離子之量愈多。此因，LF Vpp愈大，離子之能量愈大，相對於鉛直方向之離子之入射角度（圖7（b）所示之角度θ）之分布愈小。
因此，可想像，藉由增加離子之能量，且增加離子之通量，可於晶圓W形成40以上之高深度寬度比之孔洞。然而，硬遮罩HM之蝕刻速率，對應離子之能量與離子之通量增加。因此，增加離子之能量與離子之通量雙方後，硬遮罩HM之蝕刻速率即升高。亦即，相對於硬遮罩HM之蝕刻之矽氧化膜OX之蝕刻之選擇比降低。另一方面，矽氧化膜OX之蝕刻速率，主要對應離子能量增加。因此，為抑制硬遮罩HM之蝕刻，同時於晶圓W形成40以上之高深度寬度比之孔洞，需提高離子之能量，且減少離子通量。
作為提高離子之能量，且減少離子通量之方法，可考慮減小電漿產生用高頻波偏壓電力之方法。圖8，係顯示對應電漿產生用高頻波偏壓電力，亦即，HF Power之電漿之特性之變化之曲線圖。
具體而言，圖8（a）中，顯示HF Power（橫軸），與離子通量（縱軸）之關係。且圖8（b）中，顯示HF Power（橫軸），與各CF自由基（CF＊）之發光強度、及氟自由基（F＊）之發光強度之關係。圖8（b）各自由基之發光強度，係以發光分光量測（OES）取得。圖8（b）之縱軸之發光強度，係以HF Power為2000W時量測之發光強度標準化之發光強度。
如圖8（a）所示，可確認高頻波電力HF Power減少後，離子通量即變少。然而，如圖8（b）所示，高頻波電力HF Power減少後，CF自由基及氟自由基之低次之自由基即減少。亦即，電漿產生用高頻波偏壓電力減少後，自由基之量及離子之量即皆減少，且被導入被處理體之離子之能量減少。因此，使用單一高頻波電源供給電漿產生用高頻波偏壓電力之電容耦合型電漿處理裝置中，難以提高離子之能量，且減少離子通量。
相對於此，第1實施形態之電漿處理裝置100，使用2個高頻波電源，獨立供給電漿產生用高頻波電力，與偏壓用高頻波電力，藉此，調整離子之能量及離子之量。亦即，第1實施形態之電漿處理裝置100，減少「自第2高頻波電源126對基座116供給之電漿產生電力」，藉以將於處理空間134產生之離子之量調整在預先決定之範圍內。且電漿處理裝置100，增加「自第3高頻波電源127對基座116供給之偏壓電力」，藉以將被導入晶圓W之離子之能量調整在預先決定之範圍內。
圖9，係用來說明以依第1實施形態之電漿處理裝置進行之電漿處理方法之一例圖。圖9中，橫軸，顯示被導入晶圓W之離子之能量（Ei），縱軸顯示於孔洞之底之離子之通量（Γi）。圖9所示之範圍A，係為形成深度寬度比在40以上之孔洞HL而預先決定之離子之能量（Ei）及離子之通量（Γi）之範圍。亦即，範圍A，係離子之能量（Ei）相對較高，且離子之通量（Γi）相對較少之範圍。電漿處理裝置100，減少「自第2高頻波電源126對基座116供給之電漿產生電力」，藉以將於處理空間134產生之離子之量調整在預先決定之範圍內。藉以在孔洞HL之底離子之通量（Γi），如圖9所示，減少至範圍A。且電漿處理裝置100，增加「自第3高頻波電源127對基座116供給之偏壓電力」，藉以將被導入晶圓W之離子之能量調整在預先決定之範圍內。藉此，被導入晶圓W之離子之能量（Ei），如圖9所示，增加至範圍A。因此，相較於使用單一高頻波電源供給電漿產生用高頻波偏壓電力之電容耦合型電漿處理裝置，電漿處理裝置100，可輕易提高離子之能量，且輕易減少離子之通量。結果，於晶圓W所含之矽氧化膜OX，形成深度寬度比在40以上之孔洞HL。
以上，依第1實施形態之電漿處理裝置100中，柵電極128，將處理容器104內分隔為用來對晶圓W進行電漿處理之處理空間134，與作為非處理空間之電漿產生空間132。又，柵電極128，使自電漿產生空間132朝向處理空間134的自由基及離子中之自由基穿透，並捕捉離子。又，第2高頻波電源126，對基座116供給「使自第2氣體供給源150對處理空間134供給之沉積氣體電漿化之高頻波電力」，藉以在經由柵電極128而朝處理空間134穿透之自由基之外，另外於處理空間134產生自由基及離子。又，第3高頻波電源127，對基座116供給「頻率低於由第2高頻波電源126供給之第2電漿產生電力之高頻波電力」，藉以將於處理空間134產生之離子導入晶圓W。因此，依第1實施形態，可提高離子之能量，且減少離子之通量。換言之，依第1實施形態，可減少離子之通量而抑制晶圓W所含之硬遮罩HM之蝕刻，且提高離子之能量而增加晶圓W所含之矽氧化膜OX之蝕刻速率。其結果，依第1實施形態，可維持被處理體之所希望之處理特性，同時提升選擇比。
且依第1實施形態之電漿處理裝置100，減少「自第2高頻波電源126對基座116供給之高頻波電力」，藉以將於處理空間134產生之離子之量減少至預先決定之範圍內。又，電漿處理裝置100，增加「自第3高頻波電源127對基座116供給之高頻波電力」，藉以將被導入被處理體之離子之能量增加至預先決定之範圍內。其結果，依第1實施形態，相較於使用單一高頻波電源供給電漿產生用高頻波偏壓電力之電容耦合型電漿處理裝置，可輕易提高離子之能量，且輕易減少離子之通量。
且依第1實施形態之電漿處理裝置100，對電漿產生空間132供給蝕刻氣體，對處理空間134供給沉積氣體。因此，依第1實施形態，作為保護膜之沉積物可沉積於晶圓W所含之硬遮罩HM。其結果，依第1實施形態，可更提升相對於硬遮罩HM之矽氧化膜OX之選擇比。
且第1實施形態中，形成於矽氧化膜OX之孔洞HL之深度寬度比，在40以上。其結果，依第1實施形態，亦可對應所謂HARC（High Aspect Ratio Contact）處理。
且第1實施形態中，蝕刻氣體，包含CF4 、CHF3 、CH2 F2 、C4 F8 、C3 F8 及CH3 F中至少任一者。其結果，依第1實施形態，可使用附著係數相對較低之蝕刻氣體，高效率地蝕刻晶圓W所含之矽氧化膜OX。
且第1實施形態中，沉積氣體，包含C4 F8 、C4 F6 、C5 F8 及C6 F6 中至少任一者。其結果，依第1實施形態，可更提升相對於硬遮罩HM之矽氧化膜OX之選擇比。
（第2實施形態） 其次，參照圖10同時說明關於依第2實施形態之電漿處理裝置200。圖10，係顯示依第2實施形態之電漿處理裝置之概略剖面圖。依第2實施形態之電漿處理裝置中，僅柵電極128之構造、對處理空間134供給第2處理氣體之供給態樣等與圖1所示之電漿處理裝置100不同，其他構成與圖1相同。因此，關於與圖1所示之電漿處理裝置100相同之構成，省略說明。
如圖10所示，依第2實施形態之電漿處理裝置200中，柵電極128，包含分隔板128c、管狀之構件128d、與電極板128e。
分隔板128c，係安裝於處理容器104內，將處理容器104分隔為處理空間134，與作為非處理空間之電漿產生空間132的板。
管狀之構件128d，自分隔板128c朝處理空間134延伸。管狀之構件128d，使用內部的孔，使自由基穿透，並捕捉離子。
電極板128e，安裝於處理容器104內，俾在管狀之構件128d貫通處理空間134之狀態下，與分隔板128c隔著既定之空間128e－0重合。電極板128e，包含獨立在管狀之構件128d之外之貫通孔128e－1。貫通孔128e－1，連通：重合之分隔板128c與電極板128e之間所形成之空間128e－0，和處理空間134。
於電極板128e之面中，在與分隔板128c相反之一側，與處理空間134對向之面，形成含矽膜128e－2。
且重合之分隔板128c與電極板128e之間所形成之空間128e－0，連通第2氣體供給管144。第2氣體供給管144，隔著第2開合閥146及第2氣體流量調整閥148，連接第2氣體供給源150。
第2氣體供給源150，經由第2氣體供給管144、空間128e－0及電極板128e之貫通孔128e－1，對處理空間134供給第2處理氣體。例如，第2氣體供給源150，在蝕刻晶圓W所含之矽氧化膜時，作為第2處理氣體對處理空間134供給沉積氣體。
以上，依第2實施形態之電漿處理裝置200中，第2氣體供給源150，經由「重合之分隔板128c與電極板128e之間所形成之空間128e－0及電極板128e之貫通孔128e－0」，對處理空間134供給沉積氣體。沉積氣體，以於空間128e－0已均一擴散之狀態，經由電極板128e之貫通孔128e－1被導入處理空間134。因此，依第2實施形態，作為保護膜之沉積物可均一地沉積於晶圓W所含之硬遮罩HM。其結果，依第2實施形態，可更提升相對於硬遮罩HM之矽氧化膜OX之選擇比。
且依第2實施形態之電漿處理裝置200中，於電極板128e之面中，在與分隔板128c相反之一側，與處理空間134對向之面，形成含矽膜128e－2。其結果，依第2實施形態，可以含矽膜128e－2作為SiF4 捕捉：相對於硬遮罩HM之矽氧化膜OX之選擇比降低之要因，即氟自由基。又，上述之實施形態中，電漿產生空間132之電漿，雖係以高頻波天線產生之感應耦合電漿，但不限定於此。電漿產生空間132之電漿，亦可係電容耦合電漿或微波電漿。
W‧‧‧晶圓
100、200‧‧‧電漿處理裝置
102‧‧‧處理室
104‧‧‧處理容器
106‧‧‧接地線
108‧‧‧介電質壁
110‧‧‧高頻波天線
112‧‧‧第1匹配器
114‧‧‧第1高頻波電源
116‧‧‧基座（下部電極）
118‧‧‧絕緣構件
120‧‧‧昇降軸
122‧‧‧伸縮囊
124‧‧‧匹配器
125‧‧‧匹配器
126‧‧‧第2高頻波電源
127‧‧‧第3高頻波電源
128‧‧‧柵電極
128a’‧‧‧貫通孔
128a‧‧‧電極部
128b‧‧‧絕緣部
130‧‧‧接地線
132‧‧‧電漿產生空間
134‧‧‧處理空間
136‧‧‧第1氣體供給管
138‧‧‧第1開合閥
140‧‧‧第1氣體流量調整閥
142‧‧‧第1氣體供給源
144‧‧‧第2氣體供給管
146‧‧‧第2開合閥
148‧‧‧第2氣體流量調整閥
150‧‧‧第2氣體供給源
152‧‧‧控制部
154‧‧‧排氣管
156‧‧‧第3開合閥
158‧‧‧第3壓力調整閥
160‧‧‧排氣機構
S101、S102、S103、S104、S105、S106、S107‧‧‧步驟
［圖1］係顯示依第1實施形態之電漿處理裝置之概略剖面圖。［圖2］係顯示圖1所示之蝕刻裝置之柵電極之概略立體圖。［圖3］係顯示依第1實施形態之被處理體之構造例之剖面圖。［圖4］係顯示使用依第1實施形態之電漿處理裝置之電漿處理方法之處理之流程之一例之流程圖。［圖5］係顯示藉由使用依第1實施形態之電漿處理裝置之電漿處理方法製作之被處理體之構造例之剖面圖。［圖6］係顯示使用電容耦合型電漿處理裝置時之深度寬度比與氟碳類氣體之電漿之離子及自由基之通量之關係之曲線圖。［圖7］（a）、（b）係顯示於孔洞內自由基與離子之動作圖。［圖8］（a）、（b）係顯示對應電漿產生用高頻波偏壓電力，亦即，HF Power之電漿之特性之變化之曲線圖。［圖9］係用來說明以依第1實施形態之電漿處理裝置進行之電漿處理方法之一例圖。［圖10］係顯示依第2實施形態之電漿處理裝置之概略剖面圖。

Claims (8)

  1. 一種電漿處理裝置，包含：處理容器；離子捕捉構件，將該處理容器內分隔為用來對被處理體進行電漿處理之處理空間、與非處理空間，使自由基穿透過，並捕捉離子；載置台，配置於該處理空間，用以載置該被處理體；第1氣體供給部，對該非處理空間供給第1處理氣體；第2氣體供給部，對該處理空間供給第2處理氣體；第1高頻波電源，供給使該第1處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在該非處理空間產生自由基及離子；第2高頻波電源，對該載置台供給使該第2處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在經由該離子捕捉構件而穿透至該處理空間的該自由基之外，另外於該處理空間產生自由基及離子；第3高頻波電源，對該載置台供給「頻率較由該第2高頻波電源供給之高頻波電力更低之高頻波電力」，藉以將於該處理空間產生之該離子導入該被處理體；及控制部，該控制部藉由減少自該第2高頻波電源對該載置台所供給之高頻波電力，而將於該處理空間產生之該離子之量減少至預先決定之範圍內；藉由增加自該第3高頻波電源對該載置台所供給之高頻波電力，而將被導入該被處理體之該離子之能量增加至預先決定之範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該第1氣體供給部，對該非處理空間供給蝕刻氣體，以作為該第1處理氣體；該第2氣體供給部，對該處理空間供給沉積氣體，以作為該第2處理氣體。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該被處理體，包含蝕刻遮罩與矽氧化膜，藉由隔著該蝕刻遮罩蝕刻該矽氧化膜，而於該矽氧化膜形成凹部，該凹部之深度寬度比在40以上。
  4. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中該蝕刻氣體，包含CF4、CHF3、CH2F2、C4F8、C3F8及CH3F中至少任一者。
  5. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中該沉積氣體，包含C4F8、C4F6、C5F8及C6F6中至少任一者。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該離子捕捉構件，包含：分隔板，安裝於該處理容器內，將該處理容器內分隔為該處理空間與該非處理空間；管狀之構件，設置成自該分隔板朝該處理空間延伸，使該自由基穿透過，並捕捉該離子；及電極板，安裝於該處理容器內，而在該管狀之構件貫通該處理空間之狀態下，隔著既定之空間與該分隔板重合，且該電極板具有獨立於該管狀之構件之外的貫通孔；且該第2氣體供給部，經由形成於重合之該分隔板與該電極板之間的該空間、及該電極板之該貫通孔，對該處理空間供給該第2處理氣體。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中於該電極板之面中，位在與該分隔板相反之一側且與該處理空間對向之面，形成含矽膜。
  8. 一種電漿處理方法，使用一電漿處理裝置，該電漿處理裝置包含：處理容器；離子捕捉構件，將該處理容器內分隔為用來對被處理體進行電漿處理之處理空間、與非處理空間，使自由基穿透過，並捕捉離子；載置台，配置於該處理空間，用以載置該被處理體；第1氣體供給部，對該非處理空間供給第1處理氣體；第2氣體供給部，對該處理空間供給第2處理氣體；第1高頻波電源，供給使該第1處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在該非處理空間產生自由基及離子；第2高頻波電源，對該載置台供給使該第2處理氣體電漿化之高頻波電力，藉以在經由該離子捕捉構件而穿透至該處理空間的該自由基之外，另外於該處理空間產生自由基及離子；及第3高頻波電源，對該載置台供給「頻率較由該第2高頻波電源供給之高頻波電力更低之高頻波電力」，藉以將於該處理空間產生之該離子導入該被處理體；該電漿處理方法之特徵在於：藉由減少自該第2高頻波電源對該載置台所供給之高頻波電力，而將於該處理空間產生之該離子之量減少至預先決定之範圍內；藉由增加自該第3高頻波電源對該載置台所供給之高頻波電力，而將被導入該被處理體之該離子之能量增加至預先決定之範圍內。
TW104107475A 2014-03-11 2015-03-10 電漿處理裝置及電漿處理方法 TWI666677B (zh)

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