TWI786533B - 電漿處理裝置 - Google Patents
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Abstract
在等向性蝕刻時，控制晶圓上的自由基分佈，且防止第2遮蔽板上面的異物飛揚。
在具備：電漿處理試料的處理室(106)、供給用以產生電漿的高頻電力的高頻電源(113)、載置前述試料的試料台(120)、及被配置於前述試料台(120)的上方且具有複數的貫通孔(170)的第1平板(115)之電漿處理裝置增中，更具備：
被配置於前述第1平板(115)與前述試料台(120)之間，與前述第1平板(115)對向的第2平板(116)；及
被配置於前述第1平板(115)與前述第2平板(116)之間的前述處理室(106)的側面，供給氣體的氣體供給口(150)，
前述貫通孔(170)是被配置於離中心預定的距離之處的外側。
Description
本發明是有關電漿處理裝置。
在半導體裝置的製造工程中，被要求半導體裝置中所含的組件的微細化或集成化的對應。例如，在積體電路或奈機電系統(Nanoelectromechanical systems)中，構造物的奈米級化更被推進。
通常，在半導體裝置的製造工程中，為了形成微細圖案，使用微影技術。此技術是在光阻層上適用裝置構造的圖案，選擇性地蝕刻除去依照光阻層的圖案而露出的基板者。在之後的處理工程中，只要使其他的材料堆積於蝕刻區域內，便可形成積體電路。
為了進行蝕刻而使用乾蝕刻裝置。例如，在專利文獻1揭示具有：照射離子與自由基的雙方的機能，及為了遮蔽離子只照射自由基的機能等雙方之乾蝕刻裝置。又，在專利文獻2中揭示可藉由對螺旋狀線圈供給高頻電力來使感應耦合電漿產生之乾蝕刻裝置。
可藉由從被配置於第一電漿產生部內的第一高頻電源轉換成被配置於第二電漿產生部內且對載置試料的試料台供給高頻電力的第二高頻電源，來使電容耦合電漿產生於金屬製的多孔板與試料之間。可藉由調整供給至螺旋狀線圈的電力及供給至試料的電力的比例，來調整自由基與離子的比率。
又，在專利文獻3中揭示可利用藉由螺線管線圈所產生的磁場及2.45GHz的微波的電子迴旋共振(ECR)現象來使電漿產生的ECR電漿式的乾蝕刻裝置。此乾蝕刻裝置是藉由對試料施加高頻電力，可使DC偏壓電壓產生，以此DC偏壓電壓來加速離子，照射至晶圓。
又，在專利文獻4中揭示藉由設置隔開電漿產生室與處理室的隔壁構件，可遮蔽從電漿產生的離子之作為乾蝕刻裝置的電漿處理裝置。在此乾蝕刻裝置中，藉由以不使紫外光通過隔壁構件的絕緣構件料所構成，可遮蔽紫外光，只將氫自由基供給至處理室。
又，在專利文獻5中揭示可藉由供給的第二蝕刻氣體來將自由基置換成惰性氣體之作為原子層蝕刻裝置的乾蝕刻裝置。此乾蝕刻裝置是從置換後的惰性氣體使自由基產生，可進行蝕刻。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2019-176184號公報
[專利文獻2] 日本特開2015-50362號公報
[專利文獻3] 日本特開昭62-14429號公報
[專利文獻4] 日本特開2009-016453號公報
[專利文獻5] 日本特開2017-228791號公報
[專利文獻6] 日本特開2010-21166號公報
(發明所欲解決的課題)
用以往的方法來實施如此的原子層蝕刻時，在(1)可只將自由基照射至試料的裝置與(2)如專利文獻3等記載般可加速電漿中的離子來照射至試料的裝置之間，需要使試料藉由真空搬送來交替地移動而進行處理。因此，在利用此以往的方法的原子層蝕刻中，處理能力大幅度地降低成為問題。因此，最好用一台的乾蝕刻裝置來進行只將自由基照射至試料的第一步驟及將離子照射至試料的第二步驟的雙方。
又，例如在矽的等向性加工中，照射離子與自由基的雙方，除去矽表面的自然氧化膜之後，需要只照射自由基來進行矽的等向性蝕刻。就如此的加工而言，自然氧化膜的除去所要的時間為數秒短，因此若以各別的裝置來處理自然氧化膜除去及矽的等向性蝕刻，則處理能力會大幅度地降低。為此，最好用一台的乾蝕刻裝置來進行照射離子與自由基的雙方的自然氧化膜除去及只根據自由基的矽的等向性蝕刻的雙方。
又，例如，在以少量多品種生產為目的之中規模的半導體製造工程中，一般是用一台的乾蝕刻裝置進行複數的工程，因此藉由使如此的乾蝕刻裝置持有照射離子與自由基的雙方的非等向性蝕刻及只照射自由基的等向性蝕刻的雙方的機能，可大幅度地減低裝置成本。
有鑑於如此的實情，被用在半導體裝置加工的乾蝕刻裝置會被要求照射離子及自由基的雙方來進行加工的機能及只照射自由基來進行加工的機能的雙方。
以往，為了因應如此的要求，有專利文獻1的乾蝕刻裝置被期待。其理由是因為在如此的乾蝕刻裝置中，第一步驟的自由基照射是供給微波的高頻電力來使ECR電漿產生，且可藉由控制磁場形成機構來產生電漿於遮蔽板上。藉此，藉由遮蔽板遮蔽離子的射入，試料是從ECR電漿只被供給自由基。但，為了在如此的乾蝕刻裝置將自由基照射至試料，需要經由貫通遮蔽板的外周部的孔來供給在處理室的上部區域所生成的自由基。因此，在晶圓中心部，自由基不足，晶圓的蝕刻速率是外周高，導致加工的不均一性。
另外，專利文獻1所揭示的乾蝕刻裝置是可藉由第二遮蔽板，由在上部區域產生的電漿來將自由基從遮蔽板的中央供給，但亦有未持主動地控制氣體流動的機能的問題。
又，專利文獻5所揭示的乾蝕刻裝置是在第一氣體的蝕刻結束後，供給第二氣體，但有未積極地控制第一蝕刻氣體的氣體流動的問題。在乾蝕刻裝置中，只不過是藉由第二氣體來置換第一氣體的生成物而已。
又，專利文獻6是揭示將2片的遮蔽板的貫通孔錯開半間距，設為彼此不重疊的配置之技術，但在如此的遮蔽板的加工有花費成本的問題。
於是，本發明是以提供一種可用一台的裝置來實現自由基照射及離子照射的雙方，且可控制第1遮蔽版與第2遮蔽板之間的自由基照射之電漿處理裝置為目的。
(用以解決課題的手段)
為了達成上述目的，代表性的本發明的電漿處理裝置之一的電漿處理裝置，係具備：電漿處理試料的處理室、供給用以產生電漿的高頻電力的高頻電源、載置前述試料的試料台、及被配置於前述試料台的上方且具有複數的貫通孔的第1平板，
其特徵為更具備：
被配置於前述第1平板與前述試料台之間，與前述第1平板對向的第2平板；及
被配置於前述第1平板與前述第2平板之間的前述處理室的側面，供給氣體的氣體供給口，
前述貫通孔係被配置於離中心預定的距離之處的外側。
[發明的效果]
若根據本發明，則可提供一種能用一台的裝置來實現自由基照射與離子照射的雙方，且可控制第1遮蔽版與第2遮蔽板之間的自由基照射之電漿處理裝置。
上述以外的課題、構成及效果是可由以下的實施形態的說明明確得知。
以下，藉由實施形態來說明本發明。將本實施形態的電漿處理裝置的概略全體構成剖面圖顯示於圖1。在本實施形態的電漿處理裝置中，藉由從高頻電源的磁控管113經由方形導波管112及介電質窗117供給至真空處理室106的2.45GHz的微波(高頻電力)及利用磁場形成機構的螺線管線圈114所形成的磁場的相互作用，依據電子迴旋共振(ElectronCyclotronResonance、ECR)，在真空處理室106內產生電漿。將如此的電漿處理裝置稱為ECR電漿處理裝置。
又，高頻電源123會經由匹配器122來連接至被載置於試料台120的試料121。真空處理室106的內部是經由閥125來連接至泵124，可藉由閥125的開度來調節內部壓力。
又，本電漿處理裝置是在真空處理室106的內部具有介電質製的第1遮蔽板(第一平板)115及第2遮蔽板(第二平板)116。第2遮蔽板116是在第1遮蔽板115的下方取間隔而平行設置。
在本實施形態中，第1遮蔽板115及第2遮蔽板116會藉由介電質來形成。由於第1遮蔽板115是由非金屬材料所形成，因此可使微波通過第1遮蔽板115及第2遮蔽板116來傳播至試料側。
將第1遮蔽板115的上方的真空處理室106內設為上部區域106-1，將第1遮蔽板115及第2遮蔽板116之間的真空處理室106內設為中部區域106-2，且將第2遮蔽板116的下方的真空處理室106內設為下部區域106-3。
在本實施形態使用的電漿處理裝置是具有：微波的頻率為2.45GHz時，可在0.0875T的磁束密度的附近產生電漿的特性。因此，只要將磁場調整為電漿產生區域會位於第1遮蔽板115與介電質窗117之間(上部區域106-1)(作為第一控制)，便可在第1遮蔽板115的介電質窗117側產生電漿，產生的離子是通過第1遮蔽板115的離子沿著磁力線漂移，衝突於壁面而消滅，藉此可只將自由基照射至試料121。此時，在試料121中，以只根據自由基的表面反應作為主體的等向性蝕刻進展。
相對於此，只要將磁場調整為電漿產生區域會位於第2遮蔽板116與試料121之間(下部區域106-3)(作為第二控制)，便可在比第2遮蔽板116還靠試料121側產生電漿，可將離子及自由基的雙方供給至試料121。此時，在試料121是進行藉由離子來促進自由基的反應之利用離子輔助反應的非等向性蝕刻。
另外，相對於第1遮蔽板115及第2遮蔽板116的高度位置之電漿產生區域的高度位置的調整或轉換(上方或下方)、保持各個的高度位置的期間的調整、又當螺線管線圈有複數時，供給至各螺線管線圈的電力的轉換等是可利用控制裝置100來進行。
並且，在本電漿處理裝置中，可經由第一氣體供給口149(參照後述的圖2)來供給第一氣體。而且，連通至中部區域106-2，在真空處理室106的周壁遍及全周設置第二氣體供給口150。可經由第二氣體供給口150來供給第二氣體(蝕刻氣體或惰性氣體)至第1遮蔽板115及第2遮蔽板116之間的中部區域106-2。由於此特徴，在上部區域106-1產生電漿時，可在中部區域106-2控制氣體流動，可控制自由基分佈。
本實施形態是在利用ECR電漿時，離子會漂移至外側，因此可自由地設定第1遮蔽板115及第2遮蔽板116的貫通孔(參照後述的圖3，4)的位置。
其次，說明有關本實施形態的電漿處理裝置，遮蔽板的貫通孔的配置給予遮蔽離子的性能的影響。
首先，說明有關離子遮蔽效果。在具有磁場的電漿中，離子會沿著磁力線移動的情形為人所知。圖2是用以說明圖1所示的電漿處理裝置的磁力線140的狀態的縱剖面圖。ECR電漿的情況，如圖2所示般，磁力線140會行進於縱(上下)方向，更隨著接近試料而磁力線的間隔擴大。
因此，若假設將貫通孔170均等地配置於第1遮蔽板115的全面，則通過中央附近的貫通孔170的離子是沿著磁力線140來射入至試料121。對於此，本實施形態的第1遮蔽板115是在試料121的直徑以上的範圍(離中心預定的距離之處的外側)持有複數的貫通孔170。亦即在圖3以點線所示，藉由作成在第1遮蔽板115的中央部的相當於試料直徑的範圍(將試料121投影於上下方向的範圍)151無貫通孔的構造者(自由基遮蔽區域)，可完全遮蔽在第1遮蔽板115的介電質窗側(上部區域106-1)生成的離子往試料射入。另外，貫通孔170的直徑是ϕ1~2cm為合適。
又，若假設不設第2遮蔽板116，只使用如圖3所示般在中央部附近無貫通孔的第1遮蔽板115，則由於中部區域106-2的處理氣體是從設在第1遮蔽板115的徑方向外側的貫通孔供給，因此在試料121附近是自由基分佈會有容易在外周側變高的傾向。為了解決此問題，本實施形態是在第1遮蔽板115下配置第2遮蔽板116，該第2遮蔽板116是配置如圖4所示般的貫通孔171。
離子是沿著磁力線而漂移(隨著接近試料121而往徑方向的外方偏位)，因此第2遮蔽板116是在相當於試料直徑的範圍151的內外設置貫通孔171。圖4的例子是只在範圍151的內側配置貫通孔171。又，將貫通孔171的大小形成均等時，在試料台附近是自由基會在晶圓的外側變多。為了解除此課題，將接近第2遮蔽板116的中心的貫通孔171的直徑形成比接近外周的貫通孔171的直徑更大(或隨著離開中心而貫通孔171的直徑變小)為合適。由於離子是沿著磁力線而漂移，因此若是在與晶圓同等以上的直徑的範圍持有貫通孔的遮蔽板，則可遮蔽離子。在圖4中，複數的貫通孔171會被設在對應於試料121的直徑的範圍151內，但即使設在試料121的直徑以上的範圍也沒有問題。又，即使貫通孔171被設在第1遮蔽板115的遮處也沒有問題。
圖6A是以流線表示作為比較例的持有遮蔽板一片構造的電漿處理裝置的氣體流動的模擬的圖，圖6B是表示在比較例中試料121上的徑方向位置與氣體壓力及氣體速度的關係的圖。
在比較例中，是設為只將圖3所示般的第1遮蔽板115配置於真空處理室106內。如此的情況，如圖6A所示般，氣體的流線是在試料附近通過試料(晶圓半徑)的外側。自由基是從晶圓的外側朝向中心供給，因此有在外側容易形成徑向過剩，在中心側容易不足的傾向。因此蝕刻分佈容易在外周側變高。
圖7A是以等高線表示作為比較例之以持有遮蔽板一片構造的電漿處理裝置所進行的實際的蝕刻速率的圖，圖7B是表示該ER(蝕刻速率)分佈的圖表，依照東西南北來將圖7A建立方位時，將西方向設為0度，將北西方向設為45度，將北方向設為90度，將北東方向設為135度，按各方向表示半徑與蝕刻速率的關係。若根據圖7A，7B，則可知在晶圓外側容易形成徑向過剩，在中心容易不足。
於是，本實施形態是藉由在第1遮蔽板115下配置如圖4所示般的第2遮蔽板116來變更氣體的流動路線。藉由氣體的流動路線變更，必要的量的自由基會從試料121的中心供給至外側，剩餘的自由基隨氣體流動而排氣，藉此蝕刻分佈會接近均一。又，藉由供給充分的量的自由基，蝕刻速度會上昇。
圖8A是以流線表示作為本實施形態的持有遮蔽板二片構造的電漿處理裝置的氣體流動的模擬的圖，圖8B是表示在本實施形態中試料121上的徑方向位置與氣體壓力及氣體速度的關係的圖。若與圖6A，6B作比較則為明確，如圖8A，8B所示般，可知氣體的流動路線會被變更，必要的量的自由基會從晶圓的中心供給至外側。
另外，在本電漿處理裝置中，由於離子會沿著磁力線來漂移至外側，因此不需要將第1遮蔽板115與第2遮蔽板116的貫通孔設為彼此不重疊的配置。
其次，說明有關本實施形態的電漿處理裝置，配置於中部區域106-2的第二氣體流動給予自由基的分佈的影響。
如上述般，說明有關使用二片的遮蔽板來變更氣體的流線的實施形態，但將第2遮蔽板116的貫通孔171朝向中心而擴大，也會有真空處理室106內的晶圓外側之處的壓力差大，不能將氣體流動引入至中心的條件發生的可能性。如此的情況，藉由設置如圖1、2所示般的第二氣體供給口150，可經由第2遮蔽板116的中心的貫通孔171來供給氣體。
在此，為了使氣體的壓力形成均一，將第二氣體供給口150的形狀設為縫隙狀為合適。如圖5所示般，藉由從第二氣體供給口150噴出的氣體，可修正從第1遮蔽板115供給的氣體的流動。被供給至上部處理室的氣體會電漿化，解離後的自由基會通過第1遮蔽板115移動至中部區域106-2，此時藉由第二氣體流動來使流動從第2遮蔽板116的上面脫離。然後，被修正均一性的氣體會經由第2遮蔽板116的貫通孔來進入下部區域106-3。
特別是在本實施形態中，為了修正自由基的流動，而經由第二氣體供給口150來進行氣體供給。
其次，說明有關本實施形態的電漿處理裝置，被供給至中部區域106-2的第二氣體流動給予處理室內的異物的影響。
第1遮蔽板115的貫通孔170被配置於第2遮蔽板116的構造體部分上的情況，可想像在上部區域106-1產生的生成物會通過貫通孔170來堆積於第2遮蔽板116的構造體部分上。此情況，可想像從第1遮蔽板115供給的氣體會揚起上述生成物，落下至晶圓上而成為異物。
於是，如圖1，2所示般，藉由將第二氣體供給口150的方向朝向上方(將第二氣體供給口150的軸線朝
向比水平方向更靠第1遮蔽板115側，換言之，對於真空處理室106的側面的垂直方向傾斜預定的角度)，防止往貫通孔170正下面的氣體噴出，可預防上述生成物的飛揚。
圖9A是以流線表示在作為本實施形態的持有遮蔽板二片構造的電漿處理裝置，從第二氣體供給口150向上進行氣體供給時的氣體流動的模擬的圖，圖9B是表示在本實施形態中試料121上的徑方向位置與氣體壓力及氣體速度的關係的圖。
若根據圖9A，9B，則藉由在中部區域106-2中追加朝向上方的氣體流動，可確認比在中部區域不追加氣體流動的情況更有將氣體流動路線抬高至上方的效果。
特別是在本實施形態中，為了防止異物，可控制氣體流動的方向。
上述的實施形態是為了容易理解本發明而詳細說明者，不是一定被限定於具備所說明的全部的構成者。又，可將某實施形態的構成的一部分置換成其他的實施形態的構成，又，亦可在某實施形態的構成追加其他的實施形態的構成。又，有關各實施形態的構成的一部分，可進行其他的構成的追加．削除．置換。
100:控制裝置
106:真空處理室
106-1:處理室的上部區域
106-2:處理室的中部區域
106-3:處理室的下部區域
112:圓形導波管
113:磁控管
114:螺線管線圈
115:第1遮蔽板
116:第2遮蔽板
117:介電質窗(頂板)
120:試料台
121:試料(晶圓)
122:匹配器
123:高頻電源
124:泵
125:閥
140:磁力線
149:第一氣體供給口
150:第二氣體供給口
151:未設有貫通孔的範圍(自由基遮蔽區域)
170:貫通孔
171:貫通孔
[圖1]是表示電漿處理裝置的概略的剖面圖。
[圖2]是模式性地表示電漿處理裝置內的磁力線的圖。
[圖3]是表示ECR電漿處理裝置的第1遮蔽板的孔配置的例子的平面圖。
[圖4]是表示ECR電漿處理裝置的第2遮蔽板的孔配置的例子的平面圖。
[圖5]是用以說明藉由多氣體來控制自由基流動的狀態的裝置剖面圖。
[圖6A]是以流線來表示遮蔽板一片構造的氣體流動的模擬的圖。
[圖6B]是表示比較例的試料上的徑方向位置與氣體壓力及氣體速度的關係的圖。
[圖7A]是以等高線表示在遮蔽板一片構造的電漿處理裝置進行的實際的蝕刻速率的圖。
[圖7B]是表示比較例的ER分佈的圖表。
[圖8A]是以流線表示遮蔽板二片構造的氣體流動的模擬的圖。
[圖8B]是表示在本實施形態中試料上的徑方向位置與氣體壓力及氣體速度的關係的圖。
[圖9A]是以流線表示在遮蔽板二片構造中追加第二氣體流動的氣體流動的模擬的圖。
[圖9B]是表示在本實施形態中試料上的徑方向位置與氣體壓力及氣體速度的關係的圖。
100:控制裝置
106:真空處理室
106-1:處理室的上部區域
106-2:處理室的中部區域
106-3:處理室的下部區域
112:圓形導波管
114:螺線管線圈
120:試料台
122:匹配器
123:高頻電源
124:泵
125:閥
140:磁力線
149:第一氣體供給口
150:第二氣體供給口
Claims (8)
- 一種電漿處理裝置，係具備：電漿處理試料的處理室、供給用以產生電漿的高頻電力的高頻電源、載置前述試料的試料台及被配置於前述試料台的上方且具有複數的貫通孔的第1平板，其特徵為更具備：被配置於前述第1平板與前述試料台之間，與前述第1平板對向的第2平板；及被配置於前述第1平板與前述第2平板之間的前述處理室的側面，供給氣體的氣體供給口，前述貫通孔係只在離中心預定的距離之處的外側，沿著同心圓配置，鄰接於周方向的前述貫通孔的間隔係比前述貫通孔的直徑更小。
- 如請求項1記載的電漿處理裝置，其中，前述氣體供給口，係對於前述處理室的側面的垂直方向傾斜預定的角度。
- 如請求項1記載的電漿處理裝置，其中，前述第2平板所具有的貫通孔的各者係被配置為隨著離開中心而直徑變小。
- 如請求項2記載的電漿處理裝置，其中，前述第2平板所具有的貫通孔的各者係被配置為隨著離開中心而直徑變小。
- 如請求項1記載的電漿處理裝置，其中，更具備在前述處理室內形成磁場的磁場形成機構， 前述第1平板及前述第2平板的材質為介電質。
- 如請求項2記載的電漿處理裝置，其中，更具備在前述處理室內形成磁場的磁場形成機構，前述第1平板及前述第2平板的材質為介電質。
- 如請求項3記載的電漿處理裝置，其中，更具備在前述處理室內形成磁場的磁場形成機構，前述第1平板及前述第2平板的材質為介電質。
- 如請求項4記載的電漿處理裝置，其中，更具備在前述處理室內形成磁場的磁場形成機構，前述第1平板及前述第2平板的材質為介電質。
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