TWI737144B - 電漿處理裝置、電漿處理方法及電子迴旋共振(ecr)高度監視器 - Google Patents
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Abstract
一種電漿處理裝置,其具備使用電漿(111)對晶圓(114)進行處理的處理室(101),和供給用以生成電漿(111)之高頻電力的高頻電源(106),和使進行用以形成ECR之磁場形成,並且控制其磁通密度的機構,和載置晶圓(114)之試料台(113)。上述電漿處理裝置進一步具備控制部(107),該控制部(107)係根據電漿(111)之畫像資料監視藉由上述高頻電力和上述磁場之相互作用產生的電子迴旋共振亦即ECR的高度,以被上述監視到的ECR的高度成為特定高度之方式,控制上述高頻電力之頻率。
Description
本發明係關於使用在處理室內形成的電漿而對半導體晶圓(以下,簡稱為晶圓)等之試料進行處理之電漿處理裝置及電漿處理方法,尤其關於對處理室內供給磁場且使作用於電漿而對試料進行處理的電漿處理裝置、電漿處理方法及電子迴旋高度(ERC)監視器。
隨著半導體裝置之積體度的提升,要求兼顧加工形狀之控制性和晶圓面內之均勻性之提升。針對晶圓面內之均勻性的提升,藉由使電漿分布均勻化,謀求蝕刻率之均勻化。
以微波之電場和螺旋管線圈形成的磁場產生相互作用,激起處理用氣體之原子、分子而在處理室內形成電漿,利用其電漿之電子迴旋共振(Electron Microtron Resonance:ECR)方式之電漿蝕刻裝置眾所皆知。在上述般之電漿蝕刻裝置中,專利文獻1揭示藉由設置在電漿處理室之外圍的複數螺旋管線圈使磁場強度變化,在試料之處理時和試料之過蝕刻時,藉由改變相對於試料之被處理面的平面狀共振區域的平行間隔距離,使產生的電漿之位置變化的方法。
再者,專利文獻2揭示以2.66GHz~2.24GHz之頻帶調製滿足ECR條件之微波之頻率,微波之能量效率佳地被電漿產生室全體吸收,使產生高密度且均勻之電漿的方法。
再者,針對加工形狀之控制性的提升,在專利文獻3揭示在保持生成有電漿之狀態下,將例如蝕刻氣體和形成保護膜之沉積氣體交替地重複導入至處理室內,進行電漿蝕刻處理的方法。並且,舉出在短時間以步驟持續改變源功率電力、磁場、處理溫度等之蝕刻參數的方法等。
近年來,蝕刻處理之步驟數從數十至數百多呈階段化,各階段時間為數秒左右,相對於以往之蝕刻步驟變短。並且,從處理量或蝕刻處理時間之短縮的觀點來看,各步驟間之切換在保持繼續電漿放電之狀況下進行變多。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本特開平7-130714號公報
專利文獻2:日本特開平6-73568號公報
專利文獻3:日本特開平7-130714號公報
如上述般,在保持繼續電漿放電之狀況下切換步驟(以下,記載為放電繼續步驟)之情況,僅改變形成磁場之線圈電流的技術以下述之點產生問題。
在上述放電繼續步驟,從前步驟移行至後步驟之時,線圈電流之設定值切換之時,實際上,藉由線圈電流之過渡響應時間,線圈電流延遲切換。因隨之被形成在處理室內之磁場也與線圈電流一起延遲切換,故對在後階段被設定的ECR高度的變更從步驟切換起延遲1秒~3秒左右。
在此情況,雖然後階段之時間若充分長則不會產生問題,但是在例如5秒左右之放電繼續步驟中,約一半的時間為過渡期,成為一面電漿變動一面進行蝕刻處理,有無法充分取得加工之均勻性,或性能不再現的問題。
並且,在相同的線圈電流之條件形成的磁場分布之差,或各裝置之微波電源之振盪頻率具有個體差異,該些成為機差主要原因之一。
本發明之目的在於提供能夠提升電漿處理之性能及再現性之技術。
本發明之上述以及其他目的和新穎特徵從本說明書之記載及附件圖示顯然可知。
在本案所揭示之發明中,若簡單說明代表性概要,則如下所述。
本發明之電漿處理裝置係具備使用電漿對試料進行處理的處理室,和供給用以生成上述電漿之高頻電力的高頻電源,和載置上述試料之試料台,和在上述處理室內形成磁場之磁場形成機構的電漿處理裝置。再者,進一步具備控制部,該控制部係根據攝影到ECR之發光的畫像資料監視藉由上述高頻電力和上述磁場之相互作用產生的電子迴旋共振亦即上述ECR的高度,以被上述監視到的ECR的高度成為特定高度之方式,控制上述高頻電力之頻率。
再者,本發明之電漿處理方法具有根據攝影到ECR之發光的畫像資料監視藉由用以生成電漿之高頻電力和磁場之相互作用而產生的電子迴旋共振亦即上述ECR的高度之工程,和以被上述監視到的上述ECR的高度成為特定高度之方式,控制上述高頻電力之頻率。
再者,本發明之ECR高度監視器係監視藉由生成電漿之高頻電力和磁場之相互作用而產生的電子迴旋共振亦即ECR的高度者。而且,ECR高度監視器使用攝影到上述ECR之發光的畫像資料,和在生成上述電漿之處理室之高度方向中之上述電漿之發光強度分布,監視上述ECR的高度。
在本案所揭示之發明中,若簡單說明藉由代表性實施型態所取得之效果時,則如下所述。
若藉由本發明時,比起僅以線圈電流控制ECR高度的方法,可以高速地控制ECR高度。再者,在放電繼續步驟且步驟時間短的蝕刻製程等中,可以提升電漿處理之性能和再現性。尤其,在低微波功率亦即低解離電漿條件下進行處理步驟之切換之時,可以提升均勻性、形狀控制性之製程性能,並且亦可以提升再現性。再者,具有可以減少機差之效果。
(實施型態1)
以下,參照附件圖面,說明本發明之實施型態1。
圖1表示本發明之實施型態之電漿處理裝置之構成。再者,圖1所示之電漿處理裝置係藉由微波電子迴旋共振(Electron Cyclotron Resonance:ECR)生成電漿,藉由該被生成的電漿,進行電漿蝕刻處理的電漿蝕刻裝置(以下,也記載為電漿處理裝置)。
本實施型態之電漿處理裝置係使用電漿111具備使用電漿111而對晶圓(試料)114進行電漿處理之處理室(電漿處理室)101,和供給生成電漿111之高頻電力的高頻電源106,和被配置在處理室101,並且載置晶圓114之試料台113,和形成電子迴旋共振亦即ECR的磁場形成部(磁場形成機構)。
並且,在處理室101連接有進行真空排氣之排氣裝置109。再者,在處理室101之上部配置噴淋板102及石英頂板103。噴淋板102具有複數孔。將從氣體供給機構108被供給之電漿處理用之氣體通過噴淋板102之複數孔而導入至處理室101內。
再者,在噴淋板102之上方配置石英頂板103,在噴淋板102和石英頂板103之間設置氣體供給用之間隙。石英頂板103係使來自上方之電磁波穿透,密封成處理室101之上方部分成為氣密狀態。雖然噴淋板102及石英頂板103使用介電質作為材質,但是為了容易辨識處理室101內之電漿發光,以使用石英為佳。
在石英頂板103之上部形成空洞共振部104。空洞共振部104之上部開口,連接有由在垂直方向延伸之垂直導波管和兼作將電磁波之方向彎曲90度之角隅的導波管變換器構成的導波管105。導波管105係傳播電磁波的振盪導波管,在導波管105之端部,連接電漿生成用之高頻電源106。
高頻電源106係用以產生電漿生成用電磁波之電源,根據來自控制部107之控制,產生電磁波。從高頻電源106被供給之高頻電力之振盪頻率使用中心頻率為2.45GHz且能在2.4~2.5GHz之範圍振盪微波之微波電源。
本實施型態之微波電源能夠在窄頻帶,依照控制部107內之頻率之控制訊號,一面振盪高頻電力一面變化振盪頻率。即是,藉由包含控制部107之機構,可以變更從高頻電源106之高頻電力之頻率。
高頻電源106係以使用持有即使在例如高頻電源106之最大功率1600瓦特之2%的數十瓦輸出之低功率區域,其功率控制性亦高,脈衝或輸出之響應性高之特徵的固態電源。即使在本實施型態中,高頻電源106不使用磁控電源,而係使用固態微波(也稱為固體微波)電源。
從高頻電源106產生的微波在導波管105傳播,經由空洞共振部104、石英頂板103、噴淋板102而在傳播至處理室101內。在處理室101之外圍配置有磁場形成線圈(磁場形成部、磁場形成機構)110。磁場形成線圈110係由上部線圈110a、中部線圈110b及下部線圈110c等之複數線圈構成,在處理室101形成磁場。從電漿生成用之高頻電源106被振盪之電力藉由磁場形成線圈110被形成的磁場和ECR之互相作用,在處理室101內生成高密度之電漿111。
在電漿111中,形成成為相對於微波之振盪頻率滿足電子迴旋共振(ECR)之條件的磁通密度之面(以下,記載為ECR面112)。因電漿生成主要在ECR面112進行,故ECR面112之高度位置在電漿分布控制為重要。
本實施型態之電漿處理裝置具備控制部107及控制部121,該控制部107及控制部121係根據電漿111之畫像資料監視藉由從高頻電源106被供給之高頻電力和磁場之相互作用產生的電子迴旋共振亦即ECR之高度,以上述被監視到的ECR之高度成為特定高度之方式,控制上述高頻電力之頻率。
另外,上述磁場形成機構具備形成磁場之上述各線圈,控制部107及控制部121係以補正在各線圈流通之電流之響應延遲所致的上述ECR之高度對特定值的變動之方式,控制上述高頻電力之頻率。
再者,在處理室101之下方與石英頂板103相向配置有試料台113。試料台113係載置被處理基板亦即晶圓114並予以保持之載置面113a。再者,從導波管105朝向空洞共振部104的出口、處理室101、試料台113及晶圓114之各者的位置之中心軸一致。
試料台113係以鋁或鈦作為材質而構成。在試料台113之一部分亦即上面(載置面113a)形成介電質膜115。在試料台113之介電質膜115之上面配置氧化鋁陶瓷等所致的溶射膜。
再者,在介電質膜115之內部具有用以靜電吸附晶圓114之導電體膜(靜電吸附膜)116,藉由施加直流電壓(無圖示)靜電吸附晶圓114。並且,在試料台113從RF偏壓電源117被施加高頻RF偏壓。
再者,RF偏壓電源117係藉由匹配電路118而被匹配。為了監視從RF偏壓電源117被施加至試料台113之高頻RF偏壓電壓之VPP(V峰對峰),在RF偏壓供電線上配置VPP監視器(電壓監視器)120。
並且,在本實施型態之電漿處理裝置,為了監視電漿111之ECR面112之圓板上或環狀之強發光的高度(以下,稱為ECR高度)之位置,設置有如下定義之ECR高度監視器。即是,上述ECR高度監視器使用電漿111之畫像資料,和在生成電漿111之處理室101之高度方向中之電漿111之發光強度分布,監視上述ECR的高度。
作為ECR高度監視器之一例,如圖1、圖2所示般,在可以從斜上方方向觀望被生成在處理室101內之試料台113之上方的電漿111之發光的位置,安裝ECR高度測定用之攝影機119。即是,攝影機119係能夠從相對於載置面113a呈水平方向或與上述水平方向構成銳角之傾斜方向,攝影被生成在試料台113之上方的電漿111之發光。在攝影機119安裝光纖,可以透過其光纖之前端部,經由透明構件亦即石英頂板103及石英製之噴淋板102而辨識處理室101內之圖2所示的發光204的樣子。在電漿處理中,形成ECR面112之區域,和其邊緣位置,和圖2所示之腔室101a內之側壁101b,成為在視野(畫像(畫像資料)200)藉由攝影機119可以攝影者。
而且,攝影機119具有光圈、高速快門及能夠對波長任意區域進行濾波的功能。依此,如圖2及圖3(a)所示般,可以從電漿111中之腔室101a內之全體性發光中,在ECR中區別微波吸收所致的圓板或環狀之強發光204或電漿生成區域。如圖3(b)、(c)所示之攝影機畫像之例般,亦能藉由調節光圈和波長濾波器,檢測ECR發光之邊緣301。即是,在圖3(b)之攝影機畫像中,難以檢測ECR發光之邊緣301,對此若藉由調整圖3(c)所示之快門速度之後的攝影機畫像時,可以檢測ECR發光之邊緣301。
再者,如圖2所示般,即使在處理室101內之側壁101b,以可以檢測圖3之ECR面112之強發光204的位置之方式,安裝刻度201亦可。雖然該刻度201係以可以從畫像200更正確地測量ECR之強發光204之邊緣(參照圖3)301之位置,可知ECR高度及位置為目地,但是若在攝影機119之固定或畫像處理能力上無特別需要亦可省略。
另外,針對ECR面112之發光204之邊緣301之位置的徑向,藉由微波功率或磁場分布或處理壓力僅半徑改變。即使針對高度,因環狀之強發光區域具有厚度,故亦難以僅從電漿發光之攝影機畫像正確地求出ECR高度,但是因攝影機119所致的ECR高度檢測之主目的係其ECR高度之變動和變化量之測量,故不會有妨礙。
再者,雖然也能配置更正確的ECR高度檢測用之複數攝影機119而從複數攝影機119算出ECR高度之位置,但是難以進行控制計算。在本實施型態中,設為補正攝影機119所致的ECR高度之位置者,如圖2所示般,配置有測量腔室101a內之發光量的發光量測量器130。
具體而言,本實施型態之電漿處理裝置具備監視ECR高度之監視機構,上述監視機構具備從水平方向或斜方向攝影電漿111之攝影機119,和從ECR面112之上方取得電漿111之發光強度的第1分光器,和從ECR面112之下方取得電漿111之發光強度的第2分光器。
上述發光量測量器130係由從ECR面112之上方及下方透過光纖而可以測量電漿111之發光量的兩個分光器構成,配置測量ECR高度之測定機構亦即上方發光量測量器(第1分光器)202,和下方發光量測定器(第2分光器)203。發光量之取樣時間為大約10至100毫秒,波長能夠取得至大約200~800奈米。雖然測量方向並不特別限定,但以上方和下方皆可以在晶圓114之面內測量相同半徑之位置的發光204為佳。作為使用發光量測量器130之ECR高度之值的方法,首先,處理藉由攝影機119被攝影到的圖2所示之畫像200或圖8(a)所示之畫像資料亦即畫像801,從畫像802、畫像803概略(具體而言,3mm級)導出ECR高度。此時,使用由從上方及下方透過光纖可以測量發光量之兩個分光器構成的上方發光量測量器202和下方發光量測量器203,分別進行上方側發光量測量和下方側發光量測量,從所取得之測量值進行畫像所致的檢測,或是求出上下發光比(差)而導出ECR高度。即是,本實施型態之電漿處理裝置係以上述測量機構所致的上述ECR之高度的測量值成為特定值之方式,藉由控制部107控制從高頻電源106被供給之高頻電力的頻率。而且,作為上述ECR之高度,藉由處理室101內之電漿111之發光畫像,和處理室101內之高度方向之發光強度分布,算出ECR面112之高度。
具體而言,如圖8(b)所示般,首先,實施步驟S1之電漿生成。而且,實施步驟S2-1所示之上方/下方之發光量測量器之各者的資訊取得。在此,根據電漿111之畫像資料監視藉由用以生成電漿111之高頻電力和磁場之相互作用產生的電子迴旋共振亦即ECR之高度。首先,藉由圖2所示之上方發光量測量器202和下方發光量測量器203測量上方和下方之發光量。接著,求出步驟S3-1所示之上方和下方之發光比而算出ECR高度。此時,補正從發光比求出的ECR高度,而最終算出ECR高度(步驟S4)。即是,可以從圖8(c)所示之發光量之比的關係式曲線804導出1mm精度之ECR高度。另外,在圖2所示之發光量測量器130中,從藉由上方發光量測量器202和下方發光量測量器203測量出的測量值所致的上下發光比(差)求出ECR高度。而且,因應該ECR高度之測量值,對控制部107賦予反饋,藉由控制部107調整振盪頻率。同樣,因應ECR高度之測量值,對圖2所示之控制部121賦予反饋,藉由控制部121調整線圈電流。例如,事先作成磁場中之上述線圈電流和上述ECR之高度的相關關係,實施ECR高度之測量。此時之上述ECR之高度的測量值與事先作成的上述相關關係之ECR之高度不同之情況,使上述線圈電流變化,並且微調整從高頻電源106被供給之高頻電力之頻率,而將測量所致之上述ECR之高度對準在上述相關關係中之上述ECR之高度。即是,以上述被監視到的ECR之高度成為特定高度方式,控制上述高頻電力之頻率。
另外,控制部107及控制部121使用電漿111之畫像資料,和處理室101之高度方向中之電漿111之發光強度分布而求出上述ECR之高度。
再者,即使如圖8(b)之步驟S2-2所示般,以可以檢測出環狀或圓板狀之ECR之發光204之方式,設定過濾器波長、臨界值,而且如步驟S3-2所示般,以畫像檢測出邊緣301之位置/高度,算出ECR高度亦可(步驟S4)。
再者,作為監視ECR高度之上述以外之其他方法,如圖4(a)所示般,在圓筒型之處理室101之內部之一部分設置僅有電漿111之發光能夠穿透的在垂直方向長的縫隙401,使用附設有可以測量垂直方向之發光強度之分布的受光元件402之機構。藉由上述機構,如圖4(b)所示般,藉由將在垂直方向表示發光強度最高之處的曲線403視為ECR高度,可以大概決定ECR高度。
但是,在高微波功率之高模式區域,在正側吸收施加後的微波功率之區域變成非ECR面主體。其結果,因有在ECR面112的面狀之強電漿發光在垂直方向擴大之情形,故發光強度峰值擴大或變成兩個。有無法正確地取得發光強度峰值亦即ECR高度的可能性。
因難僅以該方法決定ECR高度,故以藉由從上述ECR之上方及下方透過光纖可以測量發光量之由兩個分光器構成的上方發光量測量器(第1分光器)202和下方發光量測量器(第2分光器)203,補正ECR高度值為佳。
接著,針對本實施型態之電漿處理裝置中之電漿處理予以說明。
如圖1所示般,晶圓114被搬運至處理室101內,被載置於試料台113之介電質膜115上。而且,被載置的晶圓114係藉由由直流電源被施加之直流電壓產生的靜電,被靜電吸附且保持在試料台113上之特定位置。之後,在內部被減壓之真空狀態之處理室101,電漿蝕刻處理用之氣體從氣體供給機構108經由無圖示之質量流量控制器被供給。
而且,該氣體係通過石英頂板103和噴淋板102之間隙,從噴淋板102之複數孔被導入至處理室101內。一面控制真空用之排氣裝置109,一面將處理室101內控制在特定壓力。之後,從電漿生成用之高頻電源106使電磁波振盪,藉由被傳送至處理室101內之電磁波,和藉由複數(在本實施型態中為3系統)之磁場形成線圈110被形成之磁場的相互作用,在處理室101內生成電漿111。
在高頻電源106接受來自控制部107之振盪頻率之控制訊號而可以變更其振盪頻率。根據使振盪頻率變化之情況(式1),能夠使ECR高度變化。
fc=q×B/2πm(fc:共振頻率、B:磁通密度,q:電荷,m:質量)・・・(式1)
本實施型態係與電漿著火同時藉由控制部107之控制,從RF偏壓電源117對處理室101內之試料台113施加高頻電壓。藉由來自該RF偏壓電源117之高頻電壓,產生將離子從電漿111拉入至晶圓114之作用。藉由該些,對晶圓114進行電漿蝕刻處理。此時,氣體或蝕刻產生之反應生成物,通過被設置在處理室101之下部的排氣裝置109而被排氣。
接著,沿著圖5所示之蝕刻處理用之配方(處理條件)亦即蝕刻配方,針對在從切換前之步驟亦即前步驟跨到切換後之步驟亦即後步驟繼續放電之狀況下,在處理步驟(以下,僅記載為步驟)切換配方之時的發光量、VPP、蝕刻之區間蝕刻率予以說明。在此,在僅線圈電流變更ECR高度之情況,和同時變更線圈電流和高頻之振盪頻率而高速變更ECR高度之情況,針對各個的發光量、VPP、蝕刻之區間蝕刻率,使用圖6(a)予以說明。
依照圖5所示之蝕刻配方(處理條件),在例如切換之前步驟中,微波電源之振盪頻率為中心頻率之2.45GHz,電力量係被Xi瓦特振盪,設為RF偏壓之Ri瓦特。而且,上部線圈(圖5之A線圈)110a、中部線圈(圖5之B線圈)110b、下部線圈(圖5之C線圈)110c之電流係分別已經以Ai、Bi、Ci(安培)被施加如同設定值般的狀態。在該狀態,此時之監視器VPP測量Zi(V)、電漿發光之某波長的發光量,ECR之高度設為以在晶圓114之上方Xi(毫米)穩定的電漿,進行蝕刻處理者。
接著,根據步驟切換之後的後步驟之蝕刻配方(處理條件)之設定,微波之電力量(瓦特)為Xi+1、RF偏壓(瓦特)為Yi+1,A線圈、B線圈、C線圈之各個的電流(安培)分別切換成Ai+1、Bi+1、Ci+1。微波之電力量(瓦特)成為Xi+1、RF偏壓(瓦特)成為Yi+1,變更後立即以數毫秒至數十毫秒完成電力量的變更。
另外,因線圈電流受到與電流值之變化速度成比例之高自感應電壓的影響,故線圈電流量(安培)不會立即從Ai變成Ai+1。線圈電流值的變更由於響應時間常數的影響而延遲完成,該響應時間常數係由圖6(a)、(b)之曲線601之線圈電流具有的額定電力或自感應或相互感應電壓而決定。大概為了變更10(安培)之電流值,線圈電流之變更延遲約1至3秒左右完成。
此係指變更線圈電流形成的磁場也需要相同的時間,其結果,使圖5所示之ECR高度Xi(毫米)成為步驟切換後設定的ECR高度Xi+1(毫米)大約需要1到3秒程度時間。
再者,即使針對該步驟間之RF偏壓之VPP監視器之舉動,亦圖6(a)之VPP之曲線602所示般,於步驟切換時,首先藉由設定RF偏壓之變更,在從數毫秒至數十毫秒之間,完成RF偏壓之電力的變更,ECR高度之變化的延遲,受到電漿111之變更延遲影響,延遲1至3秒左右時間,VPP變動,終於到達至設定的VPP。
即使針對電漿發光強度,也藉由設定微波之功率變更,發光量立即變動,接著,受到ECR高度之變動之影響,與VPP之舉動相同,此也延遲1至2秒左右時間,發光量變化。
圖2所示之來自發光量測量器130(ECR高度測量器)之攝影機119的畫像,雖然於步驟切換之後,必須立即因全體電漿發光量使快門速度或光圈變化,但是捕捉ECR面112之畫像,無太大變化,延遲ECR高度之變動在ECR面112之圓板上或環狀之強發光量區域可看出緩慢上升或下降。
同樣,即使在上方發光測量器202或下方發光量測量器203,緊接著步驟切換之後,也由於微波功率之變化,使得發光量變化很大,當微波功率之變更完成時,上方和下方之發光強度之比或差(在本實施型態中設為發光強度比)無大變化,基本上ECR面之高度高。即是,因若強的發光體越在上方時,上方側對下方側的發光強度比越大,故可以測量ECR高度。
再者,僅以線圈電流之控制,控制ECR高度之方法的情況,蝕刻率如圖6(a)之區間蝕刻率K1所示般,在保持前步驟之線圈電流之條件亦即ECR高度之狀況下,僅微波功率及RF偏壓電源變化之狀態下的蝕刻成為1秒前後,因此,在該過渡步驟之狀況,蝕刻率成為凸型之曲線604(與圖6(a)之遷移區間蝕刻率K2對應的蝕刻率之曲線604)。
另外,雖然線圈在本實施型態中為3個,但是由於互相感應電壓之影響程度藉由步驟前後之線圈電流之差而變化,故針對3個線圈電流之每個組合,成為延遲的響應速度也會變化。如此一來,在變更3個全部的線圈條件之步驟切換中,ECR高度之變更進一步延遲,或再現性產生問題。
接著,圖6(b)表示在從前步驟跨至後步驟而繼續放電之狀態下切換步驟之時,同時使控制線圈電流和微波之振盪頻率變化並予以控制的方法。
欲將ECR高度高速地控制成下一個步驟之高度之情況,如圖7所示般,以將複數線圈A~C之電流之各者的值事先構築與ECR高度之對應表相當的資料庫為佳。依此,前步驟和後步驟之各ECR高度如圖5所示般,Xi及Xi+1被提前引導。相對於線圈電流之響應延遲,清楚地將微波之振盪頻率的補正變動進行到哪種程度,有可以容易控制微波之振盪頻率之優點。在本實施型態之電漿處理裝置中,於進行構成電漿處理條件之處理步驟之切換之情況,於切換上述處理步驟之前,將在上述線圈流通之電流設為被上述控制的電流值。
若取得在微波之振盪頻率,例如圖7所示般2.40、2.45、2.50GHz各者的線圈電流和ECR高度之資料庫時,則以取得如下述之形式為佳:在步驟變更後,從在過渡期的某時刻的線圈電流之組合瞬間導出ECR高度,由此控制微波之振盪頻率而重複其控制直至達到目標之ECR高度為止。依此,即使在隨著複數線圈電流之變更的步驟切換中,也可以將ECR高度以精度佳,又不會產生過控制之形式,快速地變更成後步驟的ECR高度。
作為到達至在後步驟設定的ECR高度之後的控制,如圖6(b)之微波電源之曲線603所示般,即使到達至ECR高度,線圈電流延遲至電流變更完成為止,持續控制成微波之振盪頻率持保持ECR高度,進行最終返回步驟切換前之振盪頻率(或中心頻率之2.54GHz)的控制。即使在本實施型態中,步驟切換之過渡狀態以外使用2.45 GHz,從穩定性之裝置運用的觀點來看為佳。
VPP監視值及ECR高度監視值也在切換成後步驟之後在0.1秒以內到達至特定值並穩定,因不存在過渡時蝕刻率,故可以實現良好的蝕刻率分布(與圖6(b)之區間蝕刻率K3對應的蝕刻率之曲線605)。
另外,繼續的步驟間之ECR高度之移位僅以微波之振盪頻率之變化則相當足夠之情況,即使不使線圈電流有任何變化,僅使振盪頻率變化之方法,也不會有問題。在此情況,可以與微波功率之變化時間同樣,以數毫秒控制ECR高度。
在本實施型態之電漿處理裝置中,ECR高度之控制量大概以被載置於載置用電極之晶圓114之上面作為基準,能夠在大約50mm至150mm之範圍控制。在微波電源之中心頻率為2.45GHz之情況,雖然也取決於磁場之條件,但是從ISM(Industry Science Medical)頻帶之觀點來看,在2.4至2.5GHz之範圍,使振盪頻率變化變成實用性,在該範圍的ECR高度之控制範圍,於以往的磁場條件最多只能控制10mm左右。
再者,雖然也考慮將高頻電力之振盪頻率的範圍從2GHz增大至3GHz之方法,但是原本在導波管105或空洞共振部104假設的頻率為2.45GHz附近,因當使頻率從2.45GHz變化很多時,被傳送至電漿111之功率或微波之振盪功率本身變化,故必須限定振盪頻率的範圍。
針對此情況的ECR高度之控制方法,表示在後述的實施型態2。
再者,針對ECR高度之測量方法,以往可舉出從進行充分的磁場測量而獲得的資料庫計算ECR高度之方法,或於蝕刻處理之後從裝置處理資料之線圈電流,或從電漿發光之強渡,或RF偏壓之VPP之資料進行解析的方法。但是無論哪一種方法皆係間接的手法,並非在蝕刻處理中直接即時測量ECR高度的方法。即是,為了高速地控制ECR高度,需要可以即時測量ECR高度的機構。
藉由將其ECR高度值予以反饋,同時使線圈電流或微波之振盪頻率同時變化,可以實現進行在短時間使ECR高度成為特定值之控制。
即是,在本實施型態之電漿處理裝置中,比起僅以線圈電流控制ECR高度的方法,可以高速地控制ECR高度。再者,在放電繼續步驟且步驟時間短的蝕刻製程等中,可以提升電漿處理之性能和再現性。尤其,在低微波功率亦即低解離電漿條件下進行處理步驟之切換之時,可以提升均勻性、形狀控制性之製程性能,並且亦可以提升再現性。再者,可以減少機差。
(實施型態2)
作為在微波之振盪頻率為2.4至2.5GHz之限制範圍,增大ECR高度之變動量的手段,如圖9(a)、(b)所示般,必須使ECR高度成為相同,並且事先使磁場梯度成為平緩的狀態。一般而言,位置越高,磁通密度越高,位置越低,磁通密度越低,但是必須事先使其程度成為平緩。另外,圖9(a)表示在ECR之高度控制中,高度控制性小之情況,另外,圖9(b)表在ECR高度控制中高度控制性大之情況。
如此一來,縮小磁通密度對ECR高度之差ΔB而使微波之振盪頻率f定量(Δf)變化之時的ECR共振之計算式以下述表示:
f±Δf=q(B±ΔB)/2πm(fc:共振頻率,B:磁通密度,q:電荷,m:質量)・・・(式2)
在本實施型態中,設定成滿足上述(式2)之ECR之高度區域變寬。此係直至將要前步驟的切換前,必須事先變更磁場分布,即是線圈A、線圈B、線圈C之各電流。
在本實施型態中,線圈1(上部線圈110a)、線圈2(中部線圈110b)、線圈3(下部線區圈110c)之電流(安培)分別為27A/26A/4A,及微波之振盪頻率為2.45GHz之時,ECR高度為150mm,振盪頻率為2.5GHz之時,ECR高度為156mm。
但是,變更磁場分布(磁場條件),將線圈1、線圈2、線圈3之電流分別設為17A、18A、12A時,微波之振盪頻率為2.45GHz之時,ECR高度為150mm,2.5G Hz之時成為185mm。
即是,使從高頻電源106被供給之高頻電力之振盪頻率變化特定量之情況,以控制流通於用以形成磁場之上述各線圈的電流值,使得上述ECR之高度成為特定高度以上為佳。
如該例所示般,雖然藉由要在哪個範圍使ECR高度變化,對應會不同,但是在需要使ECR高度變更與腔室101a之高度相同程度的量之情況,必須以上述方法。
(實施型態3)
接著,使用圖10說明以各蝕刻裝置之機差對策調整微波之振盪頻率之方法。
在具有ECR高度監視器之情況,氣體種類、壓力條件、線圈電流和微波功率皆設為固定,實施放電蝕刻,記錄此時的ECR高度之監視值和微波之振盪頻率。例如,以在圖10所示之裝置1~裝置5之各裝置中,成為與作為基準之ECR高度相同之方式,調整微波之振盪頻率,記錄微波之振盪頻率。依此,相對於上述蝕刻條件,全裝置成為相同的ECR高度。
藉由將上述振盪頻率之調整和記錄適用於蝕刻條件或各線圈電流,可以構築成為各裝置之基準的ECR高度之資料庫,其結果,對每個線圈電流,可以檢測在哪個微波功率與ECR高度之基準的差異,即是機差。
除此之外,藉由廣泛適用微波之振盪頻率之範圍,可以構築微波之振盪頻率和線圈電流和ECR高度之關係的資料庫。此係與上述實施型態1之圖7之線圈電流和振盪頻率和ECR高度的資料庫,依此可以容易控制微波之振盪頻率。
另外,有即使在無ECR高度監視器之情況下,亦調整微波之振盪頻率以使電漿發光和VPP成為與基準相同的方法。
詳細說明,設定成為基準之氣體種類和壓力,也將微波功率(低功率區域,例如以200瓦特為佳)、線圈電流及RF偏壓電力視為一個條件而進行放電蝕刻。
雖然以高頻電源和RF偏壓電力之構成完成為前提,但是可以以補正成此時之VPP在各裝置成為相同的微波之振盪頻率之順序,確認ECR高度之偏差,減少起因於此的機差。
若無ECR高度之機差時,邏輯上電漿發光也成為相同,上方發光量測量器202及下方發光量測量器203被檢測的發光量也成為相同。但是,由於蝕刻生成物附著於觀察孔零件等之理由而被檢測發光量改變,故僅使電漿發光量相同,無法使ECR高度成為相同。
即是,以複合性地蝕刻VPP和電漿發光而補正微波之振盪頻率為佳。
以上,雖然根據發明之實施型態具體說明本發明者創作出之發明,但是本發明並不限定於上述發明之實施型態,只要在不脫離其主旨之範圍內當然可做各種變更。
並且,本發明並不限定於上述實施型態,包含各種變形例。例如,為了容易理解說明本發明,詳細說明了上述實施型態,不一定限定於具備所說明的所有構成者。
再者,可將某實施例之構成之一部分置換成其他實施例之構成,再者,亦可在某實施型態之構成追加其他實施型態之構成。再者,針對各實施型態之構成之一部分,可進行其他構成之追加、刪除、置換。另外,為了更容易理解本發明,記載於圖面之各構件或相對性的尺寸被簡化、理想化,在安裝上為更複雜的形狀。
雖然本發明適用於利用微波ECR之電漿處理裝置,但是並不限定於此,即使針對ECR方式之成膜裝置或亦可適用於灰化裝置。
101:處理室
101a:腔室
101b:側壁
102:噴淋板
103:石英頂板
104:空洞共振部
105:導波管
106:高頻電源
107:控制部
108:氣體供給機構
109:排氣裝置
110:磁場形成線圈(磁場形成部)
110a:上部線圈
110b:中部線圈
110c:下部線圈
111:電漿
112:ECR面
113:試料台
114:晶圓(試料)
115:介電質膜
116:導電體膜
117:RF偏壓電源
118:匹配電路
119:攝影機
120:VPP監視器
121:控制部
130:發光量測量器
200:畫像(畫像資料)
201:刻度
202:上方發光量測量器(第1分光器)
203:下方發光量測量器(第2分光器)
204:發光
301:邊緣
401:縫隙
402:受光元件
403:曲線
601,602,603,604,605:曲線
801,802,803:畫像
804:關係式曲線
[圖1] 為表示本發明之實施型態所涉及之電漿處理裝置之構成的示意圖。
[圖2] 為表示本發明之實施型態所涉及之電漿處理裝置之ECR高度測定器之構成的示意圖。
[圖3] 為表示本發明之實施型態所涉及之電漿處理裝置之ECR高度測定器之攝影機之攝影狀態和其畫像之圖,(a)為攝影狀態,(b)、(c)為攝影機畫像。
[圖4] 為本發明之實施型態所涉及之電漿處理裝置之ECR高度測定器之其他的測定方法之圖,(a)為表示電漿處理裝置之一部分的示意圖,(b)為表示其他測定狀態之圖。
[圖5] 為表示在本發明之實施型態所涉及之電漿處理裝置中的蝕刻配方之圖。
[圖6(a)、(b)] 為表示在本發明之實施型態所涉及之電漿處理裝置中,使線圈電流和振盪頻率變化之時之裝置VPP時刻資料和晶圓之蝕刻率分布之圖。
[圖7] 為說明在本發明之實施型態所涉及之電漿處理裝置中,線圈電流和振盪頻率和ECR高度之資料庫之圖。
[圖8] 為表示本發明之實施型態所涉及之電漿處理裝置之ECR高度之算出程序之圖,(a)為表示攝影機畫像,(b)為表示算出流程,(c)為表示ECR高度和發光比之關係之圖。
[圖9] 為表示在本發明之實施型態所涉及之電漿處理裝置中,使微波之振盪頻率以一定量變化之時的ECR高度控制範圍之圖,(a)為高度控制性小之情況,(b)為高度控制性大之情況之圖。
[圖10] 為表示本發明之實施型態所涉及之電漿處理裝置中,藉由振盪頻率控制調整ECR高度之圖。
101:處理室
102:噴淋板
103:石英頂板
104:空洞共振部
105:導波管
106:高頻電源
107:控制部
108:氣體供給機構
109:排氣裝置
110:磁場形成線圈(磁場形成部)
110a:上部線圈
110b:中部線圈
110c:下部線圈
111:電漿
112:ECR面
113:試料台
113a:載置面
114:晶圓(試料)
115:介電質膜
116:導電體膜
117:RF偏壓電源
118:匹配電路
119:攝影機
120:VPP監視器
202:上方發光量測量器(第1分光器)
203:下方發光量測量器(第2分光器)
Claims (9)
- 一種電漿處理裝置,其具備使用電漿對試料進行處理的處理室,和供給用以生成上述電漿之高頻電力的高頻電源,和載置上述試料之試料台,和在上述處理室內形成磁場之磁場形成機構,該電漿處理裝置之特徵在於,進一步具備控制部,該控制部係根據攝影到ECR之發光的畫像資料監視藉由上述高頻電力和上述磁場之相互作用產生的電子迴旋共振亦即上述ECR的高度,以被上述監視到的ECR的高度成為特定高度之方式,控制上述高頻電力之頻率。
- 如請求項1所記載之電漿處理裝置,其中進一步具備監視上述ECR高度的監視機構,上述監視機構具備從水平方向或斜方向攝影上述電漿的攝影機,和從ECR面之上方取得上述電漿之發光強度的第1分光器,和從上述ECR面之下方取得上述電漿之發光強度的第2分光器。
- 如請求項1所記載之電漿處理裝置,其中上述控制部使用上述電漿之畫像資料,和在上述處理室之高度方向中之上述電漿之發光強度分布而求出上述ECR之高度。
- 如請求項1所記載之電漿處理裝置,其中上述磁場形成機構具備形成上述磁場的線圈,上述控制部係以補正上述ECR之高度對在上述線圈流 通的電流之響應延遲所致的特定值之變動之方式,控制上述高頻電力之頻率。
- 如請求項1所記載之電漿處理裝置,其中上述高頻電源為固態微波電源。
- 一種ECR高度監視器,其係監視藉由用於生成電漿之高頻電力和磁場之相互作用而產生的電子迴旋共振亦即ECR的高度,該ECR高度監視器之特徵在於,使用攝影到上述ECR之發光的畫像資料,和在生成上述電漿之處理室之高度方向中之上述電漿之發光強度分布,監視上述ECR的高度。
- 一種電漿處理方法,其係使用電漿對試料進行處理,該電漿處理方法之特徵在於,具有:根據攝影到ECR之發光的畫像資料監視藉由用以生成上述電漿之高頻電力和磁場之相互作用產生的電子迴旋共振亦即上述ECR之高度的工程;和以上述被監視之上述ECR之高度成為特定的高度之方式,控制上述高頻電力之頻率的工程。
- 如請求項7所記載之電漿處理方法,其中在使上述高頻電力之頻率變化特定量之情況,以上述ECR之高度成為特定高度以上之方式,控制在用以形成上述磁場之線圈流通的電流值。
- 如請求項8所記載之電漿處理方法,其中在切換構成電漿處理條件之步驟的情況,切換上述步驟之前,將在上述線圈流通之電流設為被上述控制的電流 值。
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