TWI750295B - 電漿處理方法及電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明旨在抑制來自保護腔室內部之構件用的保護膜之粒子的產生。 一種電漿處理方法，包含：第1成膜步驟，係藉由含碳氣體之電漿，對腔室之內部之構件的表面進行含碳膜之成膜；第2成膜步驟，係藉由含矽氣體，對含碳膜的表面進行因應於含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜；電漿處理步驟，係在進行含矽膜的成膜後，藉由處理氣體之電漿對在腔室之內部所搬入的被處理體進行電漿處理；第1除去步驟，係在將已被進行電漿處理之被處理體搬出至腔室的外部後，藉由含氟氣體之電漿，從含碳膜的表面除去含矽膜；以及第2除去步驟，係藉由含氧氣體之電漿從構件的表面除去含碳膜。

Description

電漿處理方法及電漿處理裝置
本發明之各種的側面及實施形態係有關於一種電漿處理方法及電漿處理裝置。
在半導體之製程，廣為使用執行目的在於薄膜之堆積或蝕刻之電漿處理的電漿處理裝置。作為電漿處理裝置，列舉例如進行薄膜之堆積處理的電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)裝置、或進行蝕刻處理之電漿蝕刻裝置等。
而，在電漿處理裝置，因為在腔室內所配置之構件(以下適當地稱為「腔室內構件」)係在各種電漿處理時曝露於處理氣體之電漿，所以被要求耐電漿性。在這一點，已知對腔室內構件的表面進行保護腔室內構件之保護膜的成膜。例如，在專利文獻1，揭示在對腔室內構件的表面進行含碳膜之成膜後，對含碳膜的表面進行含矽膜的成膜，而藉包含含碳膜及含矽膜的保護膜來保護腔室內構件。 ［先行專利文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開2016－12712號公報
可是，在藉包含含碳膜及含矽膜之保護膜來保護腔室之內部的習知技術，在含矽膜之膜厚相對含碳膜之膜厚不適當的情況，尤其在含矽膜薄的情況，對含碳膜之含矽膜的密接性變成不充分。因此，在保護膜被曝露於處理氣體之電漿時，以粒子向腔室內放出反應產生物。結果，在習知技術，可能從保護腔室內構件的保護膜產生大量的粒子。 ［解決課題之手段］
所揭示之電漿處理方法係在一種實施形態，包含：第1成膜步驟，係藉由含碳氣體之電漿，對腔室之內部之構件的表面進行含碳膜之成膜；第2成膜步驟，係藉由含矽氣體，對該含碳膜的表面進行因應於該含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜；電漿處理步驟，係在進行該含矽膜的成膜後，藉由處理氣體之電漿對搬入至該腔室之內部的被處理體進行電漿處理；第1除去步驟，係在將已被進行電漿處理之該被處理體搬出至該腔室的外部後，藉由含氟氣體之電漿，從該含碳膜的表面除去該含矽膜；以及第2除去步驟，係藉由含氧氣體之電漿從該構件的表面除去該含碳膜。 ［發明之效果］
若依據所揭示之電漿處理方法的一種形態，具有可抑制來自保護腔室之內部之構件的保護膜之粒子的產生之效果。
以下，參照圖面，詳細地說明本發明所揭示之電漿處理方法及電漿處理裝置的實施形態。此外，在各圖面，對相同或相當的部分附加相同的符號。
圖1係表示本實施形態之電漿處理方法所應用之電漿處理裝置的示意剖面圖。圖1所示之電漿處理裝置係具有氣密地構成並在電性上作成接地電位的處理腔室1。此處理腔室1係被作成圓筒狀，並例如由在表面形成陽極氧化薄膜的鋁所構成。在處理腔室1內，被設置水平地支撐是被處理體之半導體晶圓W的載置台2。
載置台2係其基材2a由例如鋁等之導電性的金屬所構成，並具有作為下部電極的功能。此載置台2係經由絕緣板3由導體之支撐座4所支撐。又，在載置台2之上方的外周，被設置由例如單結晶矽所形成的聚焦環5。進而，以包圍載置台2及支撐座4之周圍的方式設置由例如石英等所構成之圓筒狀的內壁構件3a。
在載置台2的上方，將具有作為上部電極之功能的蓮蓬頭16設置成與載置台2平行地相對向，換言之，與載置台2所支撐半導體晶圓W相對向。蓮蓬頭16與載置台2係成為作用為一對電極(上部電極與下部電極)。在載置台2的基材2a，經由第1整合部11a連接第1高頻電源10a。又，在載置台2的基材2a，經由第2整合部11b連接第2高頻電源10b。第1高頻電源10a係電漿產生用的，從此第1高頻電源10a向載置台2的基材2a供給既定頻率(例如100MHz)的高頻電力。又，第2高頻電源10b係拉入離子用(偏壓用)的，從此第2高頻電源10b向載置台2的基材2a供給比第1高頻電源10a更低之既定頻率(例如13MHz)的高頻電力。
在載置台2的上面，設置用以對.半導體晶圓W進行靜電吸附的靜電夾頭6。此靜電夾頭6係構成為使電極6a介於絕緣體6b之間，並對電極6a連接直流電源12。而且，構成為藉由從直流電源12對電極6a施加直流電壓，而藉庫倫力吸附半導體晶圓W。
在載置台2的內部，形成冷媒流路2b，並在冷媒流路2b，連接冷媒入口配管2c、冷媒出口配管2d。而且，藉由使全氟聚醚等之冷媒在冷媒流路2b中循環，可將支撐座4及載置台2控制成既定溫度。又，以貫穿載置台2等之方式設置用以向半導體晶圓W之背面側供給氦氣等之冷熱傳導用氣體(背面側氣體)的背面側氣體供給配管30。此背面側氣體供給配管30係與未圖示之背面側氣體供給源連接。藉這些構成，可將在載置台2的上面藉靜電夾頭6所吸附固持之半導體晶圓W控制成既定溫度。
該蓮蓬頭16係被設置於處理腔室1的頂壁部分。蓮蓬頭16係包括本體部16a與構成電極板之上部頂板16b，並經由絕緣性構件45被處理腔室1的上部所支撐。本體部16a係由例如表面被進行陽極氧化處理之鋁的導電性材料所構成，並構成為在其下部拆裝自如地支上部頂板16b。上部頂板16b係由含矽物質所形成，例如由石英所形成。
在本體部16a的內部，被設置氣體擴散腔室16c、16d，並以位於此氣體擴散腔室16c、16d之下部的方式將多個氣體流通孔16e形成於本體部16a的底部。氣體擴散腔室係被二分割成設置於中央部的氣體擴散腔室16c、與設置於周緣部的氣體擴散腔室16d，並在中央部與周緣部可獨立地變更處理氣體之供給狀態。
又，在上部頂板16b，以在厚度方向貫穿該上部頂板16b的方式將氣體導入孔16f設置成與該氣體流通孔16e重疊。藉這種構成，向氣體擴散腔室16c、16d所供給之處理氣體係經由氣體流通孔16e及氣體導入孔16f成淋浴狀被分散地供給至處理腔室1內。此外，在本體部16a等，被設置未圖示之加熱器、或用以使冷媒循環之未圖示的配管等的溫度調整器，在電漿蝕刻處理中可將蓮蓬頭16的溫度控制成所要的溫度。
在該本體部16a，形成用以向氣體擴散腔室16c、16d導入處理氣體的2個氣體導入口16g、16h。在這些氣體導入口16g、16h，連接氣體供給配管15a、15b，並在此氣體供給配管15a、15b的另一端，連接供給蝕刻用之處理氣體的處理氣體供給源15。處理氣體供給源15係氣體供給部之一例。在氣體供給配管15a，從上游側依序設置質量流量控制器(MFC)15c及開閉閥V1。又，在氣體供給配管15b，從上游側依序設置質量流量控制器(MFC)15d及開閉閥V2。
而且，從處理氣體供給源15係經由氣體供給配管15a、15b向氣體擴散腔室16c、16d供給電漿蝕刻所需的處理氣體，再從此氣體擴散腔室16c、16d，經由氣體流通孔16e及氣體導入孔16f，成淋浴狀被分散地供給至處理腔室1內。例如，從處理氣體供給源15係如後述所示，對在處理腔室1的內部所配置之構件的表面供給在進行含碳膜之成膜時所使用的含碳氣體等。又，例如，從處理氣體供給源15，係對含碳膜的表面供給在進行含矽膜之成膜時所使用的含矽氣體等。又，例如，從處理氣體供給源15，係供給在對被處理體進行電漿處理時所使用之含有CF4 的處理氣體等。又，從處理氣體供給源15，係供給在從含碳膜的表面除去含矽膜時所使用的含氟氣體等。又，從處理氣體供給源15，係供給在從在處理腔室1的內部所配置之構件的表面除去含碳膜時所使用的含氧氣體等。關於由處理氣體供給源15所供給之處理氣體的細節係後述。
在作為該上部電極的蓮蓬頭16，經由低通濾波器(LPF)51將可變直流電源52以電性連接。此可變直流電源52係藉開、關之開關53可進行供電之開、關。可變直流電源52之電流、電壓及開、關之開關53的開、關係由後述之控制部60所控制。此外，如後述所示，從第1高頻電源10a、第2高頻電源10b對載置台2施加高頻，而在處理空間產生電漿時，因應於需要，藉控制部60使開、關之開關53變成開，而對作為上部電極的蓮蓬頭16施加既定直流電壓。
在處理腔室1的底部，形成排氣口71，在此排氣口71，經由排氣管72連接排氣裝置73。排氣裝置73係具有真空泵，藉由使此真空泵動作，可將處理腔室1內降壓至既定真空度。排氣裝置73係排氣部之一例。另一方面，在處理腔室1的側壁，設置半導體晶圓W的搬出入口74，而在此搬出入口74，設置開閉該搬出入口74的閘閥75。
圖中76、77係作成拆裝自如的沈積物遮屏。沈積物遮屏76係被設置成沿著處理腔室1的內壁面，具有防止蝕刻副產品(沈積物)附著於處理腔室1的功用。在以下，決定將處理腔室1的內壁與沈積物遮屏76總稱為「處理腔室1的內壁」。又，沈積物遮屏77係被設置成覆蓋成為下部電極之載置台2、內壁構件3a以及支撐座4的外周面。在以下，決定將載置台2、內壁構件3a、支撐座4以及沈積物遮屏77總稱為「下部電極」。在沈積物遮屏76之與半導體晶圓W大致相同的高度位置，設置在直流上與接地連接的導電性構件(GND組件)79，藉此，防止異常放電。
又，在處理腔室1之周圍，成同心圓狀地配置環磁鐵80。環磁鐵80係對蓮蓬頭16與載置台2之間的空間施加磁場。環磁鐵80係藉未圖示之轉動機構構成為轉動自如。
該構成之電漿處理裝置係由控制部60統一地控制其動作。在此控制部60，設置程序控制器61、使用者介面62以及記憶部63，而程序控制器61係具備CPU並或電漿蝕刻裝置之各部。
使用者介面62係由製程管理者為了管理電漿蝕刻裝置而進行指令之輸入操作的鍵盤、可目視地顯示電漿蝕刻裝置之運轉狀況的顯示器等所構成。
在記憶部63，儲存用以藉程序控制器61之控制來實現在電漿處理裝置所執行之各種處理的控制程式(軟體)或記憶處理條件資料等的處方。而且，因應於需要，根據來自使用者介面62的指示等，從記憶部63呼叫任意的處方，並使程序控制器61執行，藉此，在程序控制器61的控制下，在電漿處理裝置進行所要的處理。又，亦可控制程式或處理條件資料等的處方係利用在以電腦可讀取之電腦記錄媒體(例如，硬碟、CD、軟碟、半導體記憶體等)等所儲存之狀態者，或者從其他的裝置經由例如專用線路隨時傳送而線上利用。
例如，控制部60係將電漿處理裝置之各部控制成進行後述的電漿處理方法。列舉詳細之一例，控制部60係藉由含碳氣體之電漿，對處理腔室1的內部之構件的表面進行含碳膜之成膜。然後，控制部60係藉由含矽氣體，對含碳膜的表面進行因應於該含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜。接著，控制部60係在進行含矽膜之成膜後，藉由處理氣體之電漿對在處理腔室1的內部所搬入之被處理體進行電漿處理。然後，控制部60係在將已進行電漿處理之被處理體搬出至處理腔室1的外部後，藉由含氟氣體之電漿，從含碳膜的表面除去含矽膜。接著，控制部60係藉由含氧氣體之電漿，從處理腔室1的內部之構件的表面除去含碳膜。此處，處理腔室1之內部的構件係例如包含處理腔室1的內壁、在處理腔室1的內部所配置之是下部電極的載置台2、內壁構件3a、支撐座4以及沈積物遮屏77。決定在以下將處理腔室1之內部的構件稱為「腔室內構件」。又，被處理體係例如是半導體晶圓W。
其次，說明本實施形態之電漿處理裝置的電漿處理方法。圖2係表示本實施形態之電漿處理裝置的電漿處理方法之處理流程之一例的流程圖。
如圖2所示，電漿處理裝置係進行第1成膜步驟(步驟S101)，該第1成膜步驟係藉由含碳氣體之電漿，對腔室內構件的表面進行含碳膜之成膜。含碳氣體係例如包含以CxHyFz[化學式中x、y及z係表示整數，且(z－y)÷x係2以下]所表示之氣體。又，亦可含碳氣體係例如包含CH4 、C4 F8 、CHF3 、CH3 F及C2 H4 中至少任一種的含碳氣體。在含碳氣體包含含有F之氣體(例如包含C4 F8 、CHF3 及CH3 F中至少任一種的氣體)的情況，亦可含碳氣體係更含有H2 。含碳氣體係更含有稀有氣體較佳。稀有氣體係例如是Ar或He。
列舉詳細的一例來說明。電漿處理裝置之控制部60係在將與被處理體係相異之基板(以下稱為「虛擬晶圓」)載置於載置台2的狀態，從處理氣體供給源15向處理腔室1的內部供給含碳氣體，並從第1高頻電源10a施加電漿產生用的高頻電力，而產生含碳氣體的電漿。在此時，控制部60係從第2高頻電源10b不施加離子拉入用之高頻電力。結果，藉由含碳氣體的電漿在腔室內構件的表面形成含碳膜。
接著，電漿處理裝置係進行第2成膜步驟(步驟S102)，該第2成膜步驟係藉由含矽氣體，對含碳膜的表面進行因應於含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜。藉第2成膜步驟所成膜之含矽膜的膜厚係為了保持含矽膜之膜應力與含碳膜之膜應力的平衡，而因應於含碳膜之膜厚所決定。例如，藉第2成膜步驟所成膜之含矽膜的膜厚係在含碳膜之膜厚大於100nm的情況，是含碳膜之膜厚的50%以上，而在含碳膜之膜厚100nm以下的情況，是含碳膜之膜厚的20%以上。含矽氣體係例如包含SiF4 、SiCl4 中至少任一種。亦可對含矽氣體添加含氧氣體。在添加含氧氣體的情況，對含矽氣體之含氧氣體的流量比係2~10較佳。又，含矽氣體係更含有稀有氣體較佳。稀有氣體係例如是Ar或He。
列舉詳細的一例來說明。電漿處理裝置之控制部60係在將虛擬晶圓載置於載置台2的狀態，從處理氣體供給源15向處理腔室1的內部供給含矽氣體，並從處理氣體供給源15向處理腔室1的內部添加含氧氣體，再從第1高頻電源10a施加電漿產生用的高頻電力，而產生含矽氣體及含氧氣體的電漿。在此時，控制部60係從第2高頻電源10b不施加離子拉入用之高頻電力。結果，藉由含矽氣體及含氧氣體的電漿在含碳膜的表面形成矽氧化膜，作為含矽膜。即，在腔室內構件的表面，形成包含含碳膜及含矽膜的保護膜。
圖3係表示含碳膜之膜厚、含矽膜之膜厚、以及從包含含碳膜與含矽膜之保護膜所產生之粒子數之關係之一例的圖。在圖3，「W/O Carbon Coating」係表示含碳膜不存在，即，含碳膜之膜厚是0nm。又，「W/O Ox Coating」係表示含矽膜不存在，即，含矽膜之膜厚是0nm。又，「1st layer： Carbon Coating」係表示含碳膜之膜厚，是50nm、100nm或200nm。又，「2nd layer： Ox Coating」係表示含矽膜之膜厚，是20nm、50nm、100nm或200nm。
又，與「1st layer： Carbon Coating」及「2nd layer： Ox Coating」對應之框R1內的數值係在應用處理氣體之電漿的情況，表示從包含含碳膜與含矽膜之保護膜所產生之粒子數。又，與「1st layer： Carbon Coating」及「W/O Ox Coating」對應之框R2內的數值係在應用處理氣體之電漿的情況，表示從含碳膜所產生之粒子數。又，與「2nd layer： Ox Coating」及「W/O Carbon Coating」對應之框R3內的數值係在應用處理氣體之電漿的情況，表示從含矽膜所產生之粒子數。又，與「W/O Carbon Coating」及「W/O Ox Coating」對應之框R4內的數值係在應用處理氣體之電漿的情況，表示從腔室內構件的表面所產生之粒子數。此外，在圖3，框R1、框R2或框R3內之粒子數係在重複膜之形成與處理氣體之電漿的應用3次的情況藉在各次所測量之粒子數的平均所表示。又，在圖3，框R4內之粒子數係在重複處理氣體之電漿的應用3次的情況藉在各次所測量之粒子個數的平均所表示。又，在圖3，決定使用CF4 ，作為處理氣體。
如圖3之框R1所示，在含碳膜之膜厚是200nm，且含矽膜之膜厚是50nm的情況，即，含矽膜之膜厚是含碳膜之膜厚之25%的情況，粒子數成為34.7。此粒子數係不是滿足所預定的容許規格(例如10)。
另一方面，如圖3之框R1所示，在含碳膜之膜厚是200nm，且含矽膜之膜厚是100nm的情況，即，含矽膜之膜厚是含碳膜之膜厚之50%的情況，粒子數成為8.7。此粒子數係成為滿足所預定的容許規格(例如10)。進而，在含碳膜之膜厚是100nm，且含矽膜之膜厚是20nm、50nm、100nm或200nm的情況，即，含矽膜之膜厚是含碳膜之膜厚之20%的情況，粒子數成為2.0、5.0、3.3或1.0。此粒子數係成為滿足所預定的容許規格(例如10)。
從圖3之結果得知，在含碳膜之膜厚大於100nm的情況，藉由將含矽膜之膜厚作成含碳膜之膜厚的50%以上，可減少從包含含碳膜與含矽膜之保護膜所產生之粒子數。又，在含碳膜之膜厚是100nm以下的情況，藉由將含矽膜之膜厚作成含碳膜之膜厚的20%以上，可減少從包含含碳膜與含矽膜之保護膜所產生之粒子數。認為這是由於在含矽膜之膜厚相對含碳膜之膜厚是適當的情況，保持含矽膜之膜厚的膜應力與含碳膜之膜厚的膜應力的平衡，而強化含矽膜與含碳膜之結合。
圖4係表示在第2成膜步驟被添加含氧氣體的情況之對含矽氣體之含氧氣體的流量比、與含矽膜之組成比及膜密度的關係之一例的圖。在圖4，「流量比」係表示在第2成膜步驟被添加含氧氣體的情況之對含矽氣體之含氧氣體的流量比。又，「Si/O組成比」係表示含矽膜所含之矽(Si)與氧氣(O2 )的比。又，「膜密度」係表示含矽膜之膜密度。又，在圖4，當作含矽氣體係SiCl4 、含氧氣體係O2 。此外，在圖4，關於根據CVD法所成膜的含矽膜(CVD SiO2 (SiH4 /O2 ))，表示「Si/O組成比」及「膜密度」，作為參考資料。又，在圖4，關於根據熱氧化法所成膜的含矽膜(「Th－SiO2 」)，表示「膜密度」，作為參考資料。
如圖4所示，在對含矽氣體之含氧氣體的流量比是未滿2的情況，即，SiCl4 /O2 ＝15/5sccm或15/15sccm的情況，膜密度成為1.63g/cm3 以下。此膜密度係不滿足所預定的容許規格。
另一方面，在對含矽氣體之含氧氣體的流量比是2~10的情況，即，SiCl4 /O2 ＝15/30sccm、15/60sccm或15/150sccm的情況，膜密度成為1.92g/cm3 以上。此膜密度係滿足所預定的容許規格，係與根據CVD法所成膜之含矽膜的膜密度大致相同。認為這與對含矽氣體之含氧氣體的流量比是未滿2的情況相比，由於在含矽膜在Si粒子間所產生之氧氣空孔(0 vacancy)變少。
從圖4之結果得知，藉由將對含矽氣體之含氧氣體的流量比作成2~10，形成緻密且高品質的含矽膜，而可提高耐電漿性。
回到圖2之說明。接著，電漿處理裝置係進行電漿處理步驟(步驟S103)，該電漿處理步驟係藉由處理氣體之電漿對在處理腔室1的內部所搬入之被處理體進行電漿處理。被處理體係例如是由矽氧化膜所積層的半導體晶圓W。又，處理氣體係例如是CF4 及C4 F6 /Ar/O2 之至少任一種。
列舉更詳細的一例來說明。電漿處理裝置之控制部60係從搬出入口74及閘閥75將被處理體搬入處理腔室1的內部，再將所搬入之被處理體載置於靜電夾頭6上。然後，控制部60係從處理氣體供給源15向處理腔室1的內部供給處理氣體，再從第1高頻電源10a施加電漿產生用的高頻電力，且從第2高頻電源10b施加離子拉入用之高頻電力。結果，對被處理體進行電漿處理。
接著，電漿處理裝置係在將被處理體搬出至處理腔室1的外部後，進行第1除去步驟(步驟S104)，該第1除去步驟係藉由含氟氣體之電漿，從含碳膜的表面除去含矽膜。此含氟氣體係例如包含CF4 。
列舉更詳細的一例來說明。電漿處理裝置之控制部60係從搬出入口74及閘閥75向處理腔室1的外部搬出被處理體。然後，控制部60係在將虛擬晶圓載置於載置台2之狀態，從處理氣體供給源15向處理腔室1的內部供給含氟氣體，再從第1高頻電源10a施加電漿產生用的高頻電力。又，亦可控制部60係從第2高頻電源10b施加離子拉入用之高頻電力。結果，從含碳膜的表面除去含矽膜。
圖5及圖6係表示在含矽膜之除去所使用之含氟氣體、與含矽膜之選擇比的關係之一例的圖。圖5係表示作為含氟氣體，使用NF3 /O2 (＝180/720sccm)的情況之各測量點之含矽膜的選擇比。圖6係表示作為含氟氣體，使用CF4 (＝600sccm)的情況之各測量點之含矽膜的選擇比。在圖5及圖6，「UEL(Center)」係表示在上部頂板16b之中心所設定的測量點。「UEL(Middle)」係表示在上部頂板16b之中心與上部頂板16b的邊緣之間的部分所設定的測量點。「UEL(Edge)」係表示在上部頂板16b之邊緣的部分所設定的測量點。又，「Sel. Ox/Carbon」係表示對含碳膜之含矽膜的選擇比。「Sel. Ox/Poly」係表示對Poly－Si之含矽膜的選擇比。
如圖5及圖6所示，在作為含氟氣體使用CF4 的情況，與作為含氟氣體使用NF3 /O2 的情況相比，對含碳膜之含矽膜的選擇比變高。即，在作為含氟氣體使用CF4 的情況，與作為含氟氣體使用NF3 /O2 的情況相比，抑制位於含矽膜之下的含碳膜的消耗。從圖5及圖6之結果得知，藉由作為含氟氣體使用CF4 ，可從含碳膜的表面高效率地除去含矽膜。
又，控制部60係在第1除去步驟，因應於從含矽膜所產生之反應產生物的發光強度之變化的時序，結束含矽膜的除去。即，控制部60係使用測量反應產生物在電漿中所放出之固有波長之光的強度之終點檢測裝置，檢測出反應產生物的發光強度，並在發光強度的變化量成為既定值以上的時序停止含氟氣體之供給及高頻電力的施加。
此處，在對含碳膜的表面進行含矽膜之成膜的實施例、與對腔室內構件的表面直接僅進行含矽膜之成膜的比較例，說明分別實施含矽膜之除去的情況之實驗結果。圖7係表示從比較例及實施例之含矽膜所產生的反應產生物之發光強度的時間變化之一例的圖。在圖7，表示在比較例及實施例之各個的構成，使用如下的處理條件，在藉由含氟氣體之電漿除去是含矽膜之SiO2 膜的情況，作為反應產生物所放出之CO之發光強度的時間變化。 (處理條件) 處理壓力：6.67Pa(50mTorr) 來自第1高頻電源之高頻電力：500W 來自第2高頻電源之高頻電力：300W 含氟氣體：CF4 ＝600sccm
在比較例，如圖7所示，從除去SiO2 膜的開始時間點，CO之發光強度單調地減少，而未檢測出CO之發光強度之急速的變化。即，在比較例，作為終點，藉終點檢測裝置未檢測出CO之發光強度的變化量成為未滿既定值的時序。認為這是由於在從腔室內構件的表面完全地除去SiO2 膜後，從腔室內構件所含的SiO2 材料放出作為反應產生物的CO，而抑制CO之發光強度的減少。
另一方面，在實施例，如圖7所示，在從除去SiO2 膜的開始時間點經過既定時間後的既定時間範圍△T1，CO之發光強度急速地減少，而檢測出CO之發光強度之急速的變化。即，在實施例，作為終點，藉終點檢測裝置檢測出CO之發光強度的變化量成為既定值以上的時序。認為這是由於在從含碳膜的表面完全地除去SiO2 膜後，藉露出之含碳膜保護處理腔室之內部的表面，而抑制從腔室內構件作為反應產生物所放出之CO的量，而CO之發光強度急速地減少。
回到圖2之說明，接著，電漿處理裝置係進行第2除去步驟(步驟S105)，該第2除去步驟係藉由含氧氣體之電漿從腔室內構件的表面除去含碳膜。含氧氣體係至少包含O2 。
列舉詳細的一例來說明。電漿處理裝置之控制部60係在除去含矽膜的第1除去步驟之後，在將虛擬晶圓載置於載置台2之狀態，從處理氣體供給源15向處理腔室1的內部供給含氧氣體，再從第1高頻電源10a施加電漿產生用的高頻電力。又，亦可控制部60係從第2高頻電源10b施加離子拉入用之高頻電力。結果，從腔室內構件的表面除去含碳膜。
又，控制部60係在第2除去步驟，因應於從含碳膜所產生之反應產生物的發光強度之變化的時序，結束含碳膜的除去。即，控制部60係使用測量反應產生物在電漿中所放出之固有波長之光的強度之終點檢測裝置，檢測出反應產生物的發光強度，並在發光強度的變化量成為未滿既定值的時序停止含氧氣體之供給及高頻電力的施加。
圖8係表示從含碳膜所產生的反應產生物之發光強度的時間變化之一例的圖。在圖8，表示使用如下的處理條件，在藉由含氧氣體之電漿除去是含碳膜的情況，作為反應產生物所放出之CO之發光強度的時間變化。 (處理條件) 處理壓力：2.67Pa(20mTorr) 來自第1高頻電源之高頻電力：600W 來自第2高頻電源之高頻電力：200W 含氟氣體：O2 ＝500sccm
如圖8所示，在藉由含氧氣體之電漿除去含碳膜的情況，在從除去含碳膜的開始時間點經過既定時間後的既定時間範圍△T2，CO之發光強度在既定值飽和，而未檢測出CO之發光強度的變化。即，在藉由含氧氣體之電漿除去含碳膜的情況，作為終點，藉終點檢測裝置檢測出CO之發光強度的變化量成為未滿既定值的時序。這係意指在從腔室內構件的表面完全地除去含碳膜後，因含氧氣體之電漿而腔室的內部未被消耗。
其次，參照圖9，說明本實施形態之電漿處理裝置的電漿處理方法之處理流程之其他的例子。圖9係表示本實施形態之電漿處理裝置的電漿處理方法之處理流程之其他的例子的流程圖。在圖9所示之電漿處理方法，電漿處理步驟係在進行含矽膜之成膜後，將複數個被處理體依序搬入處理腔室1之內部的情況，每次搬入各被處理體，藉由處理氣體之電漿對各被處理體進行電漿處理。又，在圖9所示之電漿處理方法，第1除去步驟係在將複數個被處理體中最後被進行電漿處理的被處理體搬出至處理腔室1的外部後，藉由含氟氣體之電漿，從含碳膜的表面除去含矽膜。
如圖9所示，電漿處理裝置係進行第1成膜步驟(步驟S111)，該第1成膜步驟係藉由含碳氣體之電漿，對腔室內構件的表面進行含碳膜之成膜。此外，因為步驟S111之細節係與上述之步驟S101一樣，所以省略其說明。
接著，電漿處理裝置係進行第2成膜步驟(步驟S112)，該第2成膜步驟係藉由含矽氣體，對含碳膜的表面進行因應於含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜。此外，因為步驟S112之細節係與上述之步驟S102一樣，所以省略其說明。
接著，電漿處理裝置係對在步驟之重複次數的計數所使用之變數m設定起始值「1」(步驟S113)。變數m係表示在處理腔室1的內部依序所搬入之複數個被處理體的數量。
接著，電漿處理裝置係進行電漿處理步驟(步驟S114)，該電漿處理步驟係每次搬入各被處理體，藉由處理氣體之電漿對各被處理體進行電漿處理。
列舉更詳細的一例來說明。電漿處理裝置之控制部60係從搬出入口74及閘閥75將被處理體搬入處理腔室1的內部，再將所搬入之被處理體載置於靜電夾頭6上。然後，控制部60係從處理氣體供給源15向處理腔室1的內部供給處理氣體，再從第1高頻電源10a施加電漿產生用的高頻電力，且從第2高頻電源10b施加離子拉入用之高頻電力。結果，對被處理體進行電漿處理。
接著，電漿處理裝置係判定是否將複數個被處理體中最後被進行電漿處理之被處理體搬出至處理腔室1的外部，即，是否變數m達到表示所預定之表示複數個被處理體之數量的既定值m0(步驟S115)。電漿處理裝置係在變數m未達到既定值m0的情況(步驟S115：No)，使變數m增加1(步驟S116)，並使處理回到步驟S114。電漿處理裝置係在變數m達到既定值m0的情況(步驟S115：Yes)，進行第1除去步驟。
接著，電漿處理裝置係在將複數個被處理體中最後被進行電漿處理的被處理體搬出至處理腔室1的外部後，進行第1除去步驟(步驟S117)，該第1除去步驟係藉由含氟氣體之電漿，從含碳膜的表面除去含矽膜。
列舉更詳細的一例來說明。電漿處理裝置之控制部60係從搬出入口74及閘閥75向處理腔室1的外部搬出最後被進行電漿處理的被處理體。然後，控制部60係在將虛擬晶圓載置於載置台2之狀態，從處理氣體供給源15向處理腔室1的內部供給含氟氣體，再從第1高頻電源10a施加電漿產生用的高頻電力。又，亦可控制部60係從第2高頻電源10b施加離子拉入用之高頻電力。結果，從含碳膜的表面除去含矽膜。
接著，電漿處理裝置係進行第2除去步驟(步驟S118)，該第2除去步驟係藉由含氧氣體之電漿從腔室內構件的表面除去含碳膜。此外，因為步驟S118之細節係與上述之步驟S105一樣，所以省略其說明。
如上述所示，若依據本實施形態，在對被處理體進行電漿處理之前，藉由含碳氣體之電漿，對腔室內構件的表面進行含碳膜之成膜，再藉由含矽氣體，對含碳膜的表面進行因應於含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜。因此，若依據本實施形態，在腔室內構件的表面所形成並包含含碳膜及含矽膜的保護膜，保持含矽膜之膜應力與含碳膜之膜應力的平衡，而可強化含矽膜與含碳膜之結合。結果，可抑制來自保護腔室內構件之表面的保護膜之粒子的產生。
(其他的實施形態) 以上，說明了本實施形態之電漿處理方法及電漿處理裝置，但是實施形態係不是被限定為此。在以下，說明其他的實施形態。
在上述之實施形態，在第2成膜步驟，表示藉由含矽氣體及含氧氣體之電漿，對含碳膜的表面進行因應於含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜的例子，但是揭示技術係不限定為止。例如，亦可在第2成膜步驟，藉由含矽氣體及還原性氣體之電漿，對含碳膜的表面進行因應於含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜。還原性氣體係例如包含H2 、CH4 及C3H6 中至少任一種。
又，例如，亦可在第2成膜步驟，藉由交互地重複地進行供給含矽氣體之電漿的步驟與供給含氧氣體之電漿的步驟，對含碳膜的表面進行因應於含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜。在此情況，作為含矽氣體，例如使用SiF4 及SiCl4 中至少任一種。
又，例如，亦可在第2成膜步驟，藉由交互地重複地進行供給含矽氣體的步驟與供給含氧氣體之電漿的步驟，對含碳膜的表面進行因應於含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜。在此情況，作為含矽氣體，例如使用氨基矽烷系氣體。
又，例如，亦可在第2成膜步驟，藉由含矽氣體及含氮氣體之電漿，對含碳膜的表面進行因應於含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜。在此情況，在含碳膜之表面所形成的含矽膜係矽氮化膜。
1‧‧‧處理腔室2‧‧‧載置台2a‧‧‧基材2b‧‧‧冷媒流路2c‧‧‧冷媒入口配管2d‧‧‧冷媒出口配管3‧‧‧絕緣板3a‧‧‧內壁構件4‧‧‧支撐座5‧‧‧聚焦環6‧‧‧靜電夾頭6a‧‧‧電極6b‧‧‧絕緣體10a‧‧‧第1高頻電源10b‧‧‧第2高頻電源15‧‧‧處理氣體供給源16‧‧‧蓮蓬頭16a‧‧‧本體部16b‧‧‧上部頂板52‧‧‧可變直流電源60‧‧‧控制部61‧‧‧程序控制器62‧‧‧使用者介面63‧‧‧記憶部71‧‧‧排氣口72‧‧‧排氣管73‧‧‧排氣裝置S101~S105‧‧‧步驟
圖1係表示本實施形態之電漿處理方法所應用之電漿處理裝置的示意剖面圖。 圖2係表示本實施形態之電漿處理裝置的電漿處理方法之處理流程之一例的流程圖。 圖3係表示含碳膜之膜厚、含矽膜之膜厚、以及從包含含碳膜與含矽膜之保護膜所產生之粒子數之關係之一例的圖。 圖4係表示在被添加含氧氣體的情況之對含矽氣體之含氧氣體的流量比、與含矽膜之組成比及膜密度的關係之一例的圖。 圖5係表示在含矽膜之除去所使用之含氟氣體、與含矽膜之選擇比的關係之一例的圖。 圖6係表示在含矽膜之除去所使用之含氟氣體、與含矽膜之選擇比的關係之一例的圖。 圖7係表示從比較例及實施例之含矽膜所產生的反應產生物之發光強度的時間變化之一例的圖。 圖8係表示從含碳膜所產生的反應產生物之發光強度的時間變化之一例的圖。 圖9係表示本實施形態之電漿處理裝置的電漿處理方法之處理流程之其他的例子的流程圖。
S101~S105‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種電漿處理方法，其特徵為包含：第1成膜步驟，藉由含碳氣體之電漿，對腔室之內部之構件的表面進行含碳膜之成膜；第2成膜步驟，藉由含矽氣體，對該含碳膜的表面進行因應於該含碳膜之膜厚而決定膜厚之含矽膜的成膜；電漿處理步驟，在進行該含矽膜的成膜後，藉由處理氣體之電漿對搬入至該腔室之內部的被處理體進行電漿處理；第1除去步驟，在將已被進行電漿處理之該被處理體搬出至該腔室的外部後，藉由含氟氣體之電漿，從該含碳膜的表面除去該含矽膜；以及第2除去步驟，藉由含氧氣體之電漿從該構件的表面除去該含碳膜，其中藉該第2成膜步驟所成膜之該含矽膜的膜厚，於該含碳膜之膜厚大於100nm的情況，是該含碳膜之膜厚的50%以上，而於該含碳膜之膜厚100nm以下的情況，是該含碳膜之膜厚的20%以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中該第2成膜步驟係添加含氧氣體對該含矽氣體之的流量比是2~10之該含氧氣體，並藉所添加之該含氧氣體及該含矽氣體的電漿，而對該含碳膜的表面進行該含矽膜的成膜。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理方法，其中，該第1除去步驟係因應於從該含矽膜所產生之反應產生物的發光強度之變化的時序，而結束該含矽膜 的除去。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理方法，其中，該電漿處理步驟，係在進行該含矽膜之成膜後，將複數個該被處理體依序搬入該腔室之內部的情況，每次搬入各該被處理體時，即藉該處理氣體之電漿對各該被處理體進行電漿處理；該第1除去步驟，係在將複數個該被處理體中最後被進行電漿處理的被處理體搬出至該腔室的外部後，藉該含氟氣體之電漿，從該含碳膜的表面除去該含矽膜。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理方法，其中，該含碳氣體係包含以CxHyFz[化學式中x、y及z係表示整數，且(z-y)/x係2以下]所表示之氣體。
  6. 如申請專利範圍第5項之電漿處理方法，其中，該含碳氣體係包含CH4、C4F8、CHF3、CH3F及C2H4中至少任一種。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理方法，其中，該含矽氣體係包含SiCl4及SiF4中至少任一種。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理方法，其中，該第2成膜步驟係藉該含矽氣體的電漿，對該含碳膜的表面進行該含矽膜的成膜。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理方法，其中，該含氟氣體係包含CF4。
  10. 一種電漿處理裝置，其特徵為具有：腔室，用以對被處理體進行電漿處理；排氣部，用以對該腔室的內部降壓；氣體供給部，用以對該腔室的內部供給處理氣體；以及控制部，執行以下步驟，第1成膜步驟，藉由含碳氣體之電漿，對該腔室之內部之構件的表面進行含碳膜之成膜；第2成膜步驟，係藉由含矽氣體，對該含碳膜的表面進行因應於該含碳膜之膜厚決定膜厚之含矽膜的成膜；電漿處理步驟，係在進行該含矽膜的成膜後，藉由處理氣體之電漿對搬入至該腔室之內部的被處理體進行電漿處理；第1除去步驟，係在將已被進行電漿處理之該被處理體搬出至該腔室的外部後，藉由含氟氣體之電漿，從該含碳膜的表面除去該含矽膜；以及第2除去步驟，係藉由含氧氣體之電漿從該構件的表面除去該含碳膜，其中藉該第2成膜步驟所成膜之該含矽膜的膜厚，於該含碳膜之膜厚大於100nm的情況，是該含碳膜之膜厚的50%以上，而於該含碳膜之膜厚100nm以下的情況，是該含碳膜之膜厚的20%以上。
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