TWI757849B - 電漿處理裝置 - Google Patents
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Abstract
為了提供一種可取得安定的電漿處理特性之電漿處理裝置，其係具備：
在被配置於上部的中央部的凸狀部的上面載置前述晶圓的試料台即被配置於真空容器內部的處理室內的下部且載置利用前述電漿的處理對象的晶圓的試料台中被配置於內部且在前述晶圓的處理中供給高頻電力的電極，及在前述試料台的前述凸狀部的外周側包圍前述上面而配置的導體製的環狀構件的電極；
在此環狀構件與前述處理室之間及與前述試料台的上面之間對於前述環狀構件覆蓋而配置的介電質製的第1環狀罩；
在前述處理室與第1環狀罩的上面之間覆蓋此而配置的導體製的第2環狀罩；及
按照檢測出在晶圓的處理中供給至導體製的環狀構件的高頻電力的電壓之結果來調節該高頻電力的大小的調節器。
Description
本發明是有關利用電漿來處理在被設置於真空容器內的處理室內部的試料台所載置的半導體晶圓等的基板狀的試料之電漿處理裝置，有關對試料台供給高頻電力來處理試料的電漿處理裝置。
在半導體裝置的製造工程中，廣泛進行蝕刻預先被形成於半導體晶圓的基板上的膜構造。尤其電漿處理裝置是在處理室內部導入處理用的氣體而予以電漿化，藉由高頻偏壓，在晶圓上形成電場，而將電漿內的離子等的荷電粒子引誘至晶圓，藉由使荷電粒子垂直地射入至晶圓，可在晶圓上形成垂直的形狀。
在如此的電漿處理裝置，因為半導體裝置的生產性提升的要求，被要求更均一地處理晶圓表面的更廣的範圍。若蝕刻特性(例如處理速度)依晶圓面內位置而異，則在蝕刻後的形狀，依晶圓面內位置而出現偏差。偏差越大，不符合被要求的形狀的部分越增加，令製品良品率降低。特別是在晶圓外周部，蝕刻時，將荷電粒子引誘至晶圓時，因晶圓上的電場的變形，荷電粒子的射入會集中，發生蝕刻形狀的傾斜度(傾斜(tilting))。
又，因重複電漿處理，一旦被設置於晶圓外周部周邊的構件消耗，則隨著構件的形狀變化，晶圓上的電場分佈會變化，傾斜的程度也變化。為了將傾斜控制於一定，需要構件的更換，但此時須使處理裝置停止。若須頻繁的構件更換，則處理裝置的運轉率會降低，而使晶圓處理成本增大，因此被要求不須長期間更換構件的處理裝置。進一步，為了將構件更換的次數壓在最小限度，而被要求從裝置的外部簡便地檢測構件的消耗之技術。
作為解決上述的課題的以往的技術，有揭示於日本特開2014-108764號公報(專利文獻1)者為人所知。此以往的技術是揭示，在與晶圓成為同電位的導體製的聚焦環上重疊配置介電質製聚焦環與導體製聚焦環，抑制聚焦環消耗所造成的邊緣電場的歷時變化者。
而且，在日本特開2014-225376號公報(專利文獻2)是揭示，以包圍晶圓外周側的方式設置可施加高頻電力的導體製的環及覆蓋彼的介電質製的構件，利用電路的阻抗變化來檢測構件的消耗之方法、及按照消耗量來使往導體製環的施加電力的大小變化，控制傾斜的技術。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2014-108764號公報
專利文獻2：日本特開2016-225376號公報
就上述以往的技術而言，電性地檢測被設置在可能對晶圓外周部的電場造成影響的晶圓外周部附近的構件的消耗的手法有極限。
專利文獻1的技術，最下部的導體製的聚焦環消耗時是影響等電位面分佈，因此需要檢測此消耗，但原理上不可能電性檢測最下部的聚焦環的消耗。
又，專利文獻2的技術，明確是無法獨立檢測對晶圓外周部的電場造成影響最強的晶圓外周部附近的構件的最接近晶圓的內側側面的消耗。
本發明的目的是在於提供一種藉由更精密地只檢測對晶圓外周部周邊的電場控制造成影響最強的部分的消耗，可取得安定的電漿處理特性的電漿處理裝置。
上述目的是藉由下述的電漿處理裝置來達成，
具備：處理室，其係被配置於真空容器內部，在內部形成電漿；試料台，其係被配置於此處理室內的下部，載置利用
前述電漿的處理對象的晶圓之試料台，在被配置於上部的中央部的具有凸形狀的部分的上面載置前述晶圓；金屬製的板構件，其係被配置於該試料台內部，在前述晶圓的處理中供給高頻電力；導體製的環狀構件，其係在前述試料台的前述具有凸形狀的部分的外周側包圍前述上面而配置；介電質製的第1環狀罩，其係覆蓋該環狀構件的上面及內周側的表面而配置；導體製的第2環狀罩，其係覆蓋該第1環狀罩的上面而配置；及調節器，其係按照檢測出流動於連接高頻電源與前述環狀構件之間的給電路徑的高頻電力的電壓之結果來調節該高頻電力的大小，該高頻電源係在前述晶圓的處理中供給高頻電力至前述導體製的環狀構件。
若根據本發明，則可提供一種可更精密地檢測晶圓外周部的電漿處理特性的歷時變化的電漿處理裝置。
說明有關晶圓外周部的電場的分佈與蝕刻特性的變化。
圖7是模式性地表示蝕刻處理被配置於晶圓的表面的預定的厚度的膜之後的形狀的剖面圖。
在圖7(a)中顯示，在晶圓720的上面上方的空間是形成具有預定的電位的電漿740，且在電漿740與晶圓720表面之間是沿著晶圓720表面來形成預定的厚度的鞘層(sheath)的狀態。符號752是表示鞘層的界面，在鞘層界面752與晶圓720的上面之間所形成的鞘層的厚度(鞘層界面752與晶圓720上面之間的距離)是依被供給至晶圓720的下方的電極的高頻電力的大小而變化。
電漿740中的荷電粒子753(在本圖是具有正電荷者)是在被形成於晶圓720與電漿740之間的電場中接受庫倫力，在與鞘層中的等電位面751垂直的方向，朝向晶圓720引誘加速。如圖7(a)所示般，等電位面751對於晶圓720上面平行時，電漿中的荷電粒子753會對於晶圓720表面的膜垂直地射入而衝突。利用此衝突時的能量，將該膜的材料予以使用物理性或化學性反應來除去而形成的溝或孔等的圖案是其側壁面的方向或形狀會與膜上面垂直。
另一方面，如圖7(b)般，等電位面751對於晶圓720上面傾斜時，荷電粒子753是對於晶圓720的膜上面傾斜地射入，被形成的圖案的形狀或方向是側壁面的方向或形狀在處理形狀產生傾斜度(傾斜)。尤其在晶圓720的外周緣附近的部分是容易發生電場的集中，等電位面151對於晶圓720的膜上面產生傾斜度，發生傾斜，相對於晶圓720的中央部分的圖案產生方向或形狀的偏差。
在相對於晶圓720的中心側部分的如此的外周緣附近部分，為了抑制圖案的斜度的大小或其偏差的增大，而供給用以形成偏壓電位的電力至在晶圓720的外周緣的外側包圍晶圓720而配置的環狀的導電體或半導體製的構件，在環狀的構件或覆蓋彼的上方的別的構件上方形成所望的大小的鞘層，設晶圓720的外周緣部分的鞘層的等電位面751在以往就進行。面對電漿740的如此的環是被稱為聚焦環，聚焦環的上面的構件會在處理晶圓720中被電漿740的荷電粒子753衝突而削去，或藉由與電漿740的粒子的相互作用而脫離等的消耗會發生。因此，隨著晶圓720的處理的片數或時間的增大，被形成於環的上面上方的鞘層的等電位面751的高度會變化，上述傾斜的程度也變化的問題發生。
將傾斜形成所望的容許範圍內的值，需要抑制環的構件的消耗的程度等歷時性的變化，或適當更換該環構件。因此，為了正確地掌握環的構件的應更換的時期，被要求檢測該構件的消耗的量之機能。
圖8是模式性地表示具備用以抑制歷時變化的構成的試料台的以往技術的構成的概略的縱剖面圖。圖8(a)是表示在構成試料台810的主要部分且具有圓筒形狀的金屬等導體製的基材813上部的中央部分具備上面比外周側更高的圓筒形的凸部，在該凸部上面配置由陶瓷等的介電質材料所構成的介電質膜811，在其上面載置晶圓720的狀態。在此狀態下，晶圓720是藉由在被配置於介電質膜811內部的膜狀的電極的導體膜812供給來自直流電源的電力而形成的靜電氣力，來被吸附於介電質膜811上面而保持。
基材813的上中央部的凸部的外周側是上面高度變低，成為在環上包圍凸部的凹部，在具有圓筒形的凸部的側壁及環狀的凹部的表面是配置有由陶瓷等的介電質材料所構成的被膜814，在被膜813的上面上是配置有包圍凸部的環狀的構件的聚焦環801，802，803。該等的聚焦環801，802，803是被重疊於上下方向而互相地接合，構成為一體的構件的構件，以在晶圓720被載置於介電質膜811上保持的狀態下在晶圓720的外周側包圍彼的方式配置於凹部上。
基材813是經由匹配器832來與第2高頻電源831電性連接，在處理晶圓720的期間，供給高頻電源831所輸出的高頻電力。聚焦環801是對於高頻電力與基材813電性連接，形成與基材813同電位。在此構成中，即使隨著與電漿740面對的聚焦環803消耗，上面的高度降低(在圖上下方變動)，而鞘層界面152的形狀，例如對於晶圓720上面的相對性的高度位置變化，聚焦環802也因為電漿740所造成的削減等的消耗小，所以位於晶圓120上及聚焦環802內部的特定的鞘層內的等電位面751的分佈是變動會被抑制。
但，如在圖8(b)中將消耗前的形狀設為虛線，將消耗後的形狀設為實線來舉例表示般，當被配置於下方的聚焦環801其內周壁面大幅度消耗時，聚焦環801的內周緣部與晶圓720的外周緣部的距離會在水平方向(圖上左右方向)變動，隨此通過晶圓720外周緣部上方及聚焦環802內部的等電位面151的分佈變化。因此，為了抑制作為晶圓720的蝕刻處理的結果的電路圖案的形狀及有關該晶圓720上面的面內方向的分佈歷時性地變化，最好精密地檢測出在如此的晶圓720外周配置的環狀的構件的消耗所造成的形狀的變化的量，按照其結果來調節晶圓720的處理的條件，或適當檢測超過被預定的容許範圍的情形來抑制如此的構件的更換的延遲。另一方面，位於最下方的聚焦環801是以金屬或Si等的半導體所構成，對於使通過基材813而供給的高頻電力為導電體，此會難以精度佳檢測出即使消耗也被供給的高頻電力的變化。
圖9是模式性地表示別的以往技術的試料台的構成的概略的縱剖面圖。在圖9(a)中，在包圍試料台810的基材813的凸部的外周的凹部上，顯示包圍晶圓720外周緣的導體環922、及覆蓋該導體環922的上面及內外周側壁面而配置的陶瓷或石英等介電質製的介電質罩環(cover ring)923。而且，具備：檢測出在第2高頻電源831與電漿740之間的等效電路上的導體環922與電漿740之間的阻抗值及其變化，而檢測出面對電漿740的介電質罩環923的部分的消耗之構成。
本圖的試料台810是藉由被電性連接至匹配器832與導體環922之間的給電路徑的阻抗檢測器936來檢測出在給電路徑上的高頻電力的阻抗，按照檢測出的結果來調節給電路徑上的負荷阻抗調整器935的動作，藉此具備調節施加於導體環122的電力的機能。在如此的構成中，如圖9(b)般，覆蓋導體環922的介電質罩環923的構件消耗時，可檢測出等效電路上的介電質罩環923的靜電容301及302的變化的量，作為相當於介電質罩環923的上面及內側的側面的消耗的量的參數。進一步具備：配合被檢測出的構件的消耗的量來調節施加於導體環922的高頻電力的大小，而調節在覆蓋導體環922上面或內周側壁面的介電質製罩環923上方所形成的鞘層的等電位面751的高度位置及配合此而變化的晶圓720外周緣部上方的等電位面751的傾斜度之機能。
在如此的構成中，介電質罩環923在水平方向(圖上左右方向)與晶圓720的最外周緣隔開間隙而位置的內周側壁面923a是最接近該外周緣之處，等電位面751所通過之處，因此該內周側側面923a消耗對等電位面751的水平方向的分佈影響最大。然而，在本圖的構成中，在電漿740與第2高頻電源731之間的等效電路中，介電質罩環923是作為一體的靜電容機能的部分，難以將內周側壁面923a的特定的部分的消耗與其他面對電漿740而消耗的部分例如上面部分區別檢測出，因此無法精度佳地將等電位面751的分佈實現成所望者。
如此，在上述以往的技術中，檢測出在晶圓720的外周緣部附近的構件的消耗，特別是對晶圓720外周緣部上的電場變化造成影響最強的構件的特定的部分的消耗，根據此來將等電位面的高度的分佈或電場的分佈予以充分地精度佳實現成所望者是有困難。以下，利用圖面來說明解決如此的課題的本發明的實施形態。
實施例1
以下，利用圖1~圖5來說明本發明的實施例。
首先，利用圖1來說明有關本實施例的電漿處理裝置及電漿處理方法的概要。圖1是模式性地表示本發明的實施例的電漿處理裝置的構成的概略的縱剖面圖。
本實施例的電漿處理裝置是具備：
真空容器101，其係至少一部分具有圓筒形狀；
電漿形成部，其係被配置於真空容器101的上方，產生用以在真空容器101內部的空間的處理室內形成電漿140的電場或磁場；及
排氣部，其係在真空容器101下方與真空容器101連結而配置，具有將該真空容器101內部的處理室排氣而減壓的渦輪分子泵等的真空泵。
在真空容器101內部是具備：
上部電極102，其係該真空容器101的上部，被配置於處理室上方，具有圓板狀的形狀；
介電質製的淋浴板107，其係在上部電極102的下方，以和上部電極102平行的方式隔開間隙而配置，具有圓板形狀；
試料台110，其係被配置於淋浴板107的下方，具有大略圓筒形狀；及
圓形的真空排氣口108，其係被配置於試料台110的下方的真空容器101的底面，與排氣部的入口連通，處理室內的氣體或電漿的粒子通過而排出。
在真空容器101的上部是配置有與未圖示的氣體導入管連接，連通氣體導入管與淋浴板107及上部電極102之間的間隙之間的氣體導入路。使通過與氣體源連結的氣體導入管而處理用的氣體通過真空容器101內部的氣體導入路流入至上部電極102與淋浴板107之間的間隙而被擴散之後，從被配置於淋浴板107的中央部的複數的貫通孔，由真空容器101內的處理室內部上方供給。
上部電極102是經由同軸電纜等的電場電波路徑來與第1高頻電源104電性連接，用以形成電漿的第1高頻電力會從第1高頻電源104供給，該第1高頻電力的電場會通過上部電極102及淋浴板107來放射至處理室內。被導入至處理室內的處理用的氣體的原子或分子是接受電場的作用而激發解離或電離，使電漿140產生。包圍真空容器101上部的圓筒形的側壁的外周側及上方而配置的2個線圈106所產生的磁場是在處理室內繞著其上下方向的中心軸而軸對稱且下向逐漸擴展地具有磁力性，藉由該磁場的強度及方向與其分佈，在電漿140的處理室內的強度或分佈會被調節成適於處理者。
進一步，藉由經真空排氣口108連接的排氣部的未圖示的渦輪分子泵等的真空排氣手段的動作，使處理室內的電漿或處理用氣體的粒子通過真空排氣口108來排出至處理室外部。藉由通過淋浴板107的貫通孔的氣體導入口供給至處理室內的處理用氣體的流量或其速度與使通過真空排氣口108排氣的處理室內部的氣體的粒子的流量或速度的平衡，處理室內部被維持減壓至適於處理的工程的各者的預定的真空度的壓力。並且，在排氣部的渦輪分子泵的入口的上游側是具備未圖示的排氣量調整器，藉由增減包含真空排氣口108的排氣的流路的剖面積，調節來自真空排氣口108的排氣的流量或速度。
本實施例的試料台110是具有圓板或圓筒形狀的構件，在內部具備金屬製的構件的基材113。在基材113的上部的中央部是在上方具有凸形狀的圓筒形部分，該凸部的周圍是具有環狀地包圍彼的凹陷部。除了試料台110的基材113的凸部上面，側壁及凹陷部上面是藉由介電質膜114所被覆。基材113的凸部的圓形的上面是藉由利用熱噴塗來形成的包含介電質的材料的膜之介電質膜111所被覆，構成在其上面的中心部載置處理對象的圓板狀的試料的晶圓120而保持的載置面。覆蓋介電質膜111的凸部上面是配合晶圓120的形狀而實質地具有圓形，與淋浴板107對向。
在介電質膜111的內部是配置有由導體材料所構成的導體膜112，經由高頻濾波器134來電性連接直流電源133，構成為膜狀的電極。晶圓120是藉由從直流電源133施加的直流電壓來被靜電吸附於試料台110的介電質膜111上面固定。
試料台110的基材113是經由匹配器132來電性連接第2高頻電源131，作為供給第2高頻電源131所形成的第2高頻電力的電極機能。詳細是在晶圓120被載置於介電質膜111上保持的狀態下，一旦電漿140被產生於處理室內，則從第2高頻電源131供給第2高頻電力至基材，藉由該第2高頻電力來使在與電漿140之間被結合的電場產生於晶圓120上面上方，在電漿140與晶圓120上面之間形成電漿鞘層(plasma sheath)。
電漿鞘層是在具有預定的電位的電漿140的界面與面對於此的導體的基材或晶圓120之間電位會變化的區域，根據晶圓120或基材與電漿的電位的差，電漿140中的荷電粒子通過電漿鞘層，被引誘至晶圓120上面而衝突。此時，面對預先被形成於晶圓120上面的膜構造的電漿的層的表面是藉由荷電粒子的衝突來賦予能量，形成該層的材料產生反應而從表面脫離，該層的蝕刻進展。
其次，利用圖2來說明試料台110的外周部周邊的構成的詳細。圖2是擴大模式性地表示圖1所示的實施例的電漿處理裝置的試料台的上部外周部分的構成的概略的縱剖面圖。另外，有關附上與圖1所示者同樣的符號之處，除非有必要否則省略說明。
在本圖中，試料台110的上面且晶圓載置面的介電質膜111的外周側的環狀之處是基材113的高度會凹陷而變低，在與基材113或介電質膜111上面之間具有階差。此階差的外周側的環狀的部分，亦即凹陷部的底面的上方且晶圓120的外周側之處是配置有介電質膜114，更在其上配置有例如以石英或礬土之類的介電質製的材料所構成的環狀的構件的絕緣環121，及被配置於絕緣環121的上面上方，以金屬或導體材料所構成的導體環122。
在導體環122是別的配線會從構成從第2高頻電源131經由匹配器132來連接至基材113的給電路徑的配線上的匹配器132與基材113之間的地方分岐而作為給電路徑電氣性連接。在被分岐的給電路徑的配線上是配置有負荷阻抗調整器135。導體環122是其下面會接觸於絕緣環121上面而載置，被收納於從被載置於絕緣環121的上方的石英、礬土等的介電質製的介電質罩環123的底面凹陷至上方而形成的環狀的凹陷部的內側來配置。
導體環122是藉由將內周及外周側壁面以及上面被介電質罩環123所覆蓋，從試料台110或被電性連接至第2高頻電源的基材113絕緣。藉此，在導體環122是可施加與試料台110不同的高頻電力。
而且，持有上面為平面的構造的介電質罩環123會覆蓋導體環122的內外周的側壁面及上面來載置於絕緣環121及導體環122上而配置。導體環122是上面及側面會被介電質罩環123覆蓋，對於電漿140未曝露。因此，構成導體環122的金屬元素不會放出至真空容器101內，抑制晶圓120的金屬污染。
本實施例的介電質罩環123是環狀的內周側的部分具有高度從具有其平坦的上面的外周側的部分朝向內周側變低，縱剖面為錐度狀的形狀。而且，內周側的部分的最內周端部的上面是被平坦化於水平方向，被放置於與試料台110的凸部的圓筒形的側壁隔開些微的間隙的位置，被配置為最內周端部的平坦的上面會位於在被載置於介電質膜111的上面的狀態下晶圓120的外周緣的下方。
本實施例的介電質罩環123的外周側的部分的平坦的上面，在包含其環狀的平坦的部分的內周端部分的上面是載置有以Si或SiC的導體材料所構成的平板環狀的構件的導體罩環124。在本實施例中，導體罩環124是被配置於導體環122的上面的上方，從該上方看的投影面至少具備覆蓋導體環122的全體的尺寸及形狀。而且，在導體罩環124的外周側的部分是亦可具有以覆蓋介電質罩環123的外周的側壁面之方式向下延伸的圓筒形的部分。
藉由構成可裝卸介電質罩環123及導體罩環124，當該等的一方消耗時，可只更換消耗方的構件。又，只要藉由黏著劑等來黏著介電質罩環123與導體罩環124，該等構件間的熱傳導性便會提升，可抑制處理中的一方的構件的過度的昇温。將兩者設為可裝卸或黏著，使用者可按照所望的效果來選擇。
被施加於晶圓120的電力(晶圓電力)及被施加於導體環122的電力(邊緣電力)的大小是藉由在被分岐而連接至導體環122的給電路徑上所配置的電路的負荷阻抗調整器135來調整。在本實施例中，藉由增減負荷阻抗調整器135的電路常數來調節該等的電力的大小的比率及使從第2高頻電源131產生的電力的大小，實質地維持將晶圓電力保持於預定的被容許的範圍內的值，使邊緣電力的大小變化成所望者。
並且，在被分岐的給電路徑上是亦可連接用以測定阻抗的大小的阻抗檢測器136。阻抗檢測器136是被電性連接至負荷阻抗調整器135與導體環122之間的給電路徑上之處而配置，檢測出被施加於導體環122的高頻電力的電流值、直流電壓值或峰對峰值電壓(Peak-to-peak value)(Vpp)值的任一個或其複數。以下，記述有關利用Vpp值來檢測出在給電路徑上之處的阻抗的變化的情況。被檢測出的Vpp值是被保存於未圖示的記憶媒體等，裝置的使用者是可由未圖示的裝置的管理･操作用介面來確認該值。如此的檢測器是亦可在負荷阻抗調整器135的內部作為特定的電路或元件配置。
在電漿處理時，藉由晶圓電力，在晶圓120與電漿140之間產生電位差(偏壓電位)，在晶圓120上方形成電場。與此同樣地，藉由邊緣電力，經由介電質罩環123或介電質罩環123與導體罩環124的雙方，在介電質罩環123與導體罩環124的上方形成電場。邊緣電力是在晶圓120的外周側的部分的上方的處理室的空間，被控制為電漿鞘層中的等電位面151會形成平行於晶圓120上面。藉此，晶圓120外周側部分的上面的蝕刻後的形狀的傾斜度(傾斜)會被抑制。
接著，利用圖3來說明重複電漿處理而晶圓外周部附近的構件消耗之後的晶圓外周部附近的狀態的變化。圖3是模式性地表示圖2所示的實施例的試料台的上部外周部分的構件消耗後的狀態的構成的概略的縱剖面圖。
藉由電漿處理而消耗的部分是面對電漿140之處，主要導體罩環124的上面及介電質罩環123的覆蓋導體環122的內側側面的部分123a。接近晶圓120的介電質罩環的內周側部分的錐度狀部分及平坦的內周端緣部分的上面的內側側面123a的消耗是對於晶圓120的外周側部分的上面上的等電位面151的高度的分佈造成影響。於是，抑制導體罩環124的消耗所造成影響來檢測出內側側面123a的消耗。
在此，在供給邊緣電力的電路上，可思考負荷阻抗調整器135與電漿140之間的部分的阻抗成分。經由負荷阻抗調整器135來控制大小的邊緣電力是依序經由導體環122、介電質罩環123、導體罩環124來與電漿140電性結合。
在表示電漿140與結合的第2高頻電源131之間的電性結合的等效電路上，由於導體環122及導體罩環124是導體，因此不作為阻抗成分表示。亦即，即使在導體罩環124消耗的情況，此電路的阻抗成分也不變化。
另一方面，介電質罩環123的上面及內側側面與被收納於內側而配置的導體環122的表面之間的介電質罩環123的介電質的材料的部分是可思考分別構成靜電容301及302。然後，介電質罩環的內側側面123a的消耗是使阻抗成分變化，作為靜電容302的增大。因此，可想像藉由檢測出供給邊緣電力的電路的阻抗變化，可一面抑制導體罩環124的消耗的影響，一面檢測出介電質罩環123的內側側面123a的部分的消耗的量。
以下說明在本實施例中檢測出介電質罩環123的內側側面123a的消耗的構成。首先，在介電質罩環123的介電質製的構件的消耗發生之前，具體而言，將介電質罩環123配置於處理室內之後，開始用以製造最初的製品用的半導體裝置的晶圓120的處理之前，以處理該製品用的晶圓120的條件，利用電漿140來處理具有與該製品用的晶圓120同樣構造的別的晶圓120，利用被連接至供給邊緣電力的電路的阻抗檢測器136來測定開始任意的介電質製罩環123的使用之初期的Vpp值。如上述般，此時的晶圓120的處理的條件(標準處理條件)是最好與實際處理製品用的晶圓120的條件(實處理條件)相同，或至少晶圓電力及邊緣電力會與實處理條件相同。被檢測出的初期的Vpp的值是被保存於未圖示的記憶媒體等的記憶裝置。
檢測出初期的Vpp值之後，以實處理條件來處理製品用的晶圓120。隨著處理複數片的晶圓120，介電質罩環123的內側側面123a會消耗，被供給來自第2高頻電源的電力的導體環122的表面與面對處理室內的電漿140的內側側面123a之間的介電質製罩環123的介電質製的材料所構成的構件的厚度會減少。因此，通過內側側面123a的介電質製罩環123的部分的等效電路上的靜電容302會變化(一般是增大)，阻抗會變化。
晶圓120的處理的終了後，再度以標準處理條件來處理具有與製品用的晶圓120同樣構造的別的晶圓120，測定此時的消耗時的Vpp值。此時，由於電路的阻抗會因為靜電容302的增大而降低，因此消耗時的Vpp值增大。從消耗時的Vpp與初期的Vpp值的差來算出電路的靜電容302的變化量。介電質罩環123的內側側面123a與導體環122的表面之間的構件的消耗的量及材料對於其表面的方向視為均等時，由Vpp(及其差)的值與材料的介電常數或內側側面123a的面積等來檢測出消耗量。然後，可利用被檢測出的介電質罩環123的內側側面123a的消耗的量來進行更精密的介電質罩環123的消耗的進展的推測及其更換的時期的推定。進一步，藉由利用Vpp的變化的量來更精度佳調節供給至導體環122的第2高頻電力的量、負荷阻抗調整器135的動作，可減低晶圓120的外周緣部附近的處理形狀的傾斜的偏差，使處理的良品率或效率提升。
亦即，一旦介電質罩環123的內側側面123a消耗，則在標準處理條件的Vpp值會變化。而且，在晶圓120及介電質罩環123上面上方所形成的電漿鞘層內的等電位面151的晶圓120的徑方向、周方向的高度的分佈、形狀會變化，因為該影響，晶圓120外周部的上面上方的等電位面151的形狀及藉由垂直地射入該等電位面151而衝突於在晶圓120上面預先被形成的膜的表面的荷電粒子的作用所加工的蝕刻形狀的傾斜會變化。因此，隨著介電質罩環123的消耗進展，恐有晶圓120表面的形狀的傾斜超過容許值之虞。
在本實施例中，為了將如此的傾斜維持於容許範圍內，適當地調節邊緣電力。首先，預先處理與製品用者同等的晶圓120來檢測出隨著消耗的進展而蝕刻形狀的傾斜對應於容許範圍的上限或下限值的Vpp的值與初期的Vpp的值之間的變化量ΔVpp_lim。而且，可實現對應於消耗後隨著介電質罩環123的內側側面123a的消耗所造成的高度(厚度)的變化而變化的Vpp的值或變化的量的傾斜量成為0的等電位面151的形狀的邊緣電力值也預先求取。如此的檢測出時的晶圓120的處理的條件是與上述的標準處理條件相同或視為與此同等者。
介電質罩環123的消耗進展，在標準處理條件的Vpp值的變化量形成比預先設定的ΔVpp_lim小的值之ΔVpp_set以上的情形從來自阻抗檢測器136的輸出檢測出時，利用預先被求取的隨著介電質罩環123的內側側面123a的消耗之Vpp的值及其變化的量以及實現最適的傾斜的邊緣電力的關係，使供給至導體環122的邊緣電力的大小變化成可實現初期的蝕刻形狀的值。在本實施例中，以對於消耗後的介電質罩環123的靜電容，傾斜形成0的邊緣電力會被供給至導體環122的方式，調節第2高頻電力131的輸出或負荷阻抗調整器135的電路的常數。
藉此，晶圓120的外周部上面及介電質罩環123的上面上方的等電位面151的高度位置會被調節為對於晶圓120的半徑方向成為水平，對應於處理晶圓120的片數的增大及隨此而消耗的介電質罩環123的構件的厚度(靜電容)的值的變化，被調節為在複數片的晶圓120之間傾斜會成為一定。此結果，長期間使晶圓120的處理後的形狀的傾斜在被容許的範圍內，抑制形狀的偏差，提升處理的良品率。
而且，可由給電路徑上的阻抗的變化來高精度推定根據介電質罩環123的消耗之更換的時期。亦即，預先求取在預定的條件下處理任意的構造的晶圓120時的介電質罩環123的內側側面123a的消耗進展，Vpp的變化的量到達ΔVpp_lim而需要更換時的限度的Vpp值，當在標準處理條件的Vpp的值超過該值的情形被檢測出時，可作為應更換該介電質罩環123的時期使用。而且，可由未圖示的電漿處理裝置所具備的報知器來報知阻抗檢測器136所檢測出的Vpp的值接近限度Vpp值亦即接近更換時期的情形，例如藉由具備在CRT或液晶的監視器上顯示警告或報告的機能，可督促裝置的使用者更換構件。
將可更精度佳檢測介電質罩環123的構件的消耗的變形例顯示於圖4。圖4是模式性地表示圖2所示的實施例的電漿處理裝置的變形例的試料台的外周部的構成的概略的縱剖面圖。
本例是將導體環122的形狀構成為其內側側面402會與介電質罩環123的內側側面123a平行，其他的構成是被設為與第1實施例同等者。在此變形例中，以和介電質罩環123的剖面為具有錐度狀的形狀的內周側部分的上面的內側側面123a平行的方式，導體環122的內側側面具有傾斜面而具備厚度朝向外側而變大的形狀。而且，可縮小介電質罩環123的內側側面123a的厚度的平均，擴大構成內側側面123a的介電質罩環123的介電質製的構件的靜電容401。藉此，隨著該構件的消耗的阻抗變化也變大，可更精度佳檢測出構件的消耗的量。
又，藉由應用上述實施例及變形例，對於導體環122及導體罩環124的形狀下工夫，可任意地限制被檢測消耗的部分。圖5是模式性地表示圖2所示的實施例的電漿處理裝置的別的變形例的試料台的外周部的構成的概略的縱剖面圖。
本例是具備：使圖2所示的導體環122的內周側壁的下部凸緣狀地延伸至內周側的凸緣部502，導體環122是具備凸緣部502會在覆蓋導體環122而配置的介電質罩環123的下方從內側側面123a延伸至介電質罩環123的上面為平坦的內周緣部的下方的形狀。而且，導體罩環124是不僅介電質罩環123的外周側部分的平坦的上面，還覆蓋內周側部分的錐度狀的形狀的上面的內側側面123a的全體，導體罩環124的內周緣部是延伸到達介電質罩環123的內周緣部的平坦的上面。
在本例中，介電質罩環123之中，被導體罩環124覆蓋的部分，亦即外周側部分的上面及內側側面123a是消耗會被抑制，該等的部分與導體環122的上面之間的介電質罩環123的構件的靜電容所造成的阻抗的變化被抑制。另一方面，未被導體罩環124覆蓋的部分，亦即介電質罩環123的內周緣部的消耗會當作靜電容501的變化，藉由阻抗檢測器135來根據Vpp的變化而檢測出。
在本例中，介電質罩環123的內周緣部的消耗與其他之處作比較，隨著使用電漿140的晶圓120的處理的時間或被處理的晶圓120的片數的增加而大幅度地進展，藉此作為根據阻抗檢測器136的Vpp的變化被檢測出。介電質罩環123的特定之處的消耗的量會抑制其他之處的消耗的影響而精度佳被檢測出，可更正確地進行介電質罩環123的更換的時期的推定。進一步，藉由該消耗量與對應彼的Vpp的值及其變化的量的檢測的精度被提高，對應於處理晶圓120的片數的增大及隨此而消耗的介電質罩環123的構件的厚度(靜電容)的值的變化，晶圓120的外周部上面及介電質罩環123的上面上方的等電位面151的高度位置被調節為對於晶圓120的半徑方向水平而在複數片的晶圓120之間傾斜會成為一定的本例的電漿處理裝置中，長期間使晶圓120的處理後的形狀的傾斜在被容許的範圍內，抑制形狀的偏差，提升處理的良品率。
上述的例子的作用･效果是即使為獨立的電源供給晶圓電力及邊緣電力的各者的構成也可取得。圖6是表示圖1所示的實施例的另外別的變形例的電漿處理裝置的構成的概略的縱剖面圖。在本圖中也是有關附上與圖1所示的實施例同樣的符號之處的說明是除非有必要否則省略說明
在本變形例中，如圖6所示般，第2高頻電源131是未被連接至導體環122，獨立的第3高頻電源601會經由匹配器602來連接。若使用此構成，則可變更晶圓電力與邊緣電力的頻率，或將晶圓電力與邊緣電力的頻率設為相同，而且使各者所輸出的電力的相位同步，或調節為具有預定的值的相位差。又，亦可將第3高頻電源601置換成直流電源，在邊緣電力施加直流電力。
在上述的例子中，導體罩環124的材料是記載為Si或SiC。此是特別基於預防處理半導體裝置時的金屬污染的觀點。但，當不需要考慮金屬污染時，例如使用鋁等的金屬材料，也可取得與上述的實施例同樣的效果是容易被推測。
又，本實施例是舉例表示有關使用平行平板型電漿處理裝置之一形態的電漿處理，但本發明的效果不是依電漿處理的電漿產生方法而限定者。例如即使在感應耦合型電漿處理裝置或ECR共鳴型電漿處理裝置中，或在具備與本實施例不同的機構的平行平板型電漿處理裝置中，也可藉由與本發明同樣的試料台外周部周邊的構成來取得同樣的效果。
101:真空容器
102:上部電極
103:絕緣環
104:第1高頻電源
105:接地
106:線圈
107:淋浴板
108:真空排氣口
110:試料台
111:介電質膜
112:導體膜
114:介電質膜
120:晶圓
121:絕緣環
122:導體環
123:介電質罩環
123a:內側側面
124:導體罩環
131:第2高頻電源
132:匹配器
133:直流電源
134:高頻濾波器
135:負荷阻抗調整器
136:阻抗檢測器
140:電漿
151:等電位面
152:鞘層界面
[圖1]是表示藉由晶圓的電漿處理來形成的形狀的概略圖。
[圖2]是擴大電漿處理裝置的試料台外周側部分的構成而模式性地表示的縱剖面圖
[圖3]是擴大電漿處理裝置的試料台外周側部分的構成而模式性地表示的縱剖面圖。
[圖4]是模式性地表示本發明的實施例的電漿處理裝置的構成的縱剖面圖。
[圖5]是擴大圖4所示的實施例的試料台外周側部分的構成而模式性地表示的縱剖面圖。
[圖6]是模式性地表示圖5所示的試料台外周側部分的電漿處理之構件的消耗後的狀態的縱剖面圖。
[圖7]是模式性地表示蝕刻處理被配置於晶圓的表面的預定的厚度的膜之後的形狀的剖面圖。
[圖8]是模式性地表示具備用以抑制歷時變化的構成的試料台的以往技術的構成的概略的縱剖面圖。
[圖9]是模式性地表示本發明的實施例的電漿處理裝置的電源周邊的別的變形例的構成的縱剖面圖。
101:真空容器
102:上部電極
103:絕緣環
104:第1高頻電源
105:接地
106:線圈
107:淋浴板
108:真空排氣口
110:試料台
111:介電質膜
112:導體膜
113:基材
114:介電質膜
120:晶圓
121:絕緣環
122:導體環
123:介電質罩環
124:導體罩環
131:第2高頻電源
132:匹配器
133:直流電源
134:高頻濾波器
135:負荷阻抗調整器
136:阻抗檢測器
140:電漿
Claims (5)
- 一種電漿處理裝置，其特徵係具備：處理室，其係被配置於真空容器內部，在內部形成電漿；試料台，其係被配置於此處理室內的下部，載置利用前述電漿的處理對象的晶圓之試料台，在被配置於上部的中央部的具有凸形狀的部分的上面載置前述晶圓；金屬製的板構件，其係被配置於該試料台內部，在前述晶圓的處理中供給高頻電力；導體製的環狀構件，其係在前述試料台的前述具有凸形狀的部分的外周側包圍前述上面而配置；介電質製的第1環狀罩，其係覆蓋該環狀構件的上面及內周側的表面而配置；導體製的第2環狀罩，其係覆蓋該第1環狀罩的上面而配置；及調節器，其係按照檢測出流動於連接高頻電源與前述環狀構件之間的給電路徑的高頻電力的電壓之結果來調節該高頻電力的大小，該高頻電源係在前述晶圓的處理中供給高頻電力至前述導體製的環狀構件。
- 如請求項1記載的電漿處理裝置，其中，前述介電質製的第1環狀罩的表面的比前述第2環狀罩更內側之處的表面，面對前述電漿的表面與被該第1環狀罩覆蓋的前述導體製的環狀構件的內周側部分的表面係平行配置。
- 如請求項1或2所記載的電漿處理裝置，其中，覆蓋前述導體製的環狀構件的內周側的表面的前述介電質製的第1環狀罩的內周側部分，係具有朝向外周側而高度變高傾斜的形狀，，該第1環狀罩的上下方向的厚度大，覆蓋具有該傾斜的形狀的前述內周側的部分的外周側的前述第1環狀罩的上面而配置前述第2環狀罩。
- 如請求項1或2所記載的電漿處理裝置，其中，前述導體性的環狀構件的上面係位於比前述試料台的具有凸形狀的部分的上面更高的位置。
- 如請求項1或2所記載的電漿處理裝置，其中，具備第3環狀罩，其係在前述導體製的環狀構件的下方，被配置於該導體製的環狀構件與前述試料台的前述金屬製的板構件的上面之間，而將該等之間絕緣。
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