TWI824268B - 電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

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第一高頻電力的第一高頻電源；載置前述試料的試料台；及供給第二高頻電力至前述試料台的第二高頻電源，其特徵為：更具備控制前述第二高頻電源的控制裝置，使前述第一高頻電力依據具有第一期間及與前述第一期間鄰接的第二期間的第一波形來調變，且前述第二高頻電力依據具有期間A及期間B的第二波形來調變時，前述期間A的各個的前述第二高頻電力會被供給於前述第一期間及前述第二期間，前述第二期間的振幅，係比前述第一期間的振幅更小，且比0更大，前述期間A的振幅，係比前述期間B的振幅更大。

Description

電漿處理裝置
本發明是有關電漿處理裝置。
在電子迴旋共振(Electron Cyclotron Resonance：ECR)方式的電漿蝕刻裝置中，為了加速射入至半導體元件的離子，而使用RF(Radio Frequency)高頻電力。
近年來，隨著半導體裝置的集成度的提升，被要求兼顧蝕刻的形狀控制性與晶圓面內均一性。作為實現高精度的電漿蝕刻的技術之一，在專利文獻1揭示：以電漿能週期性地形成強電漿狀態及弱電漿或電漿消滅狀態的方式，調整供給至電漿形成手段的能量的大小之電漿蝕刻方法。
又，專利文獻2揭示：對於被時間調變的來源電源(微波)，施加使同步的RF偏壓電力，對於被時間調變的微波，施加使相位調變的RF偏壓電力之手法。
進一步，亦有電漿產生用來源電源不僅脈衝開啟．停止(Pulse on/off)的二個的狀態，還分成脈衝高．脈衝低．停止的三個(或以上)的區間而可脈衝施加的技術。專利文獻3是揭示：藉由在脈衝低區間施加RF偏壓電力， 實現有粗密差的圖案垂直蝕刻之方法。
進一步，在專利文獻4是揭示：藉由將微波輸出值設為在脈衝啟動(Pulse on)區間的二值以上的輸出值，使蝕刻速度分佈均一，且實現可抑制各向同性蝕刻的蝕刻之方法。
該等所有的以往技術是使產生電漿的來源電源脈衝化，而目標低密度電漿、低解離蝕刻，考慮電漿種類．電漿密度來施加RF偏壓電力，以適當的離子量、離子能量來引入至晶圓而目標蝕刻形狀或選擇比、晶圓面內均一性者。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開昭59-47733號公報
[專利文獻2]日本特開2015-115564號公報
[專利文獻3]日本特開2017-69542號公報
[專利文獻4]日本特開2020-17565號公報
但，雖可藉由施加脈衝化的電漿產生用的來源電力來實現低解離的蝕刻，可是就以往技術而言有各種的課題。
例如，只是將來源電力脈衝化，當RF偏壓電 力為連續波時，在電漿熄滅時是無法施加RF偏壓電力。對於此，為了防止電漿的熄滅，若縮短限制脈衝化後的來源電力的停止期間，擴大脈衝重複頻率，則有電漿密度不變小的不良情況。
另一方面，使微波電力與RF偏壓電力脈衝化而同步時，有蝕刻速率變小的問題。如此的情況，源功率(Source Power)的微波電力與RF偏壓電力皆是某程度存在停止的期間，因此蝕刻速率降低。又，依據源功率的脈衝啟動時間、負載比(Duty Ratio)，蝕刻速度變非常慢。
並且，在與微波電力的脈衝振盪相同的時機施加RF偏壓電力時，有在與RF偏壓電力的匹配不充分的狀態下進行蝕刻的可能性。因此，恐有因為異常放電或各電源的反射波異常，而引起蝕刻的面內均一性的惡化或再現性的降低之虞。
相對於此，將微波電力予以脈衝振盪之後，等待至電漿的安定時間經過之後施加RF偏壓電力也為一案。藉此，蝕刻速度分佈會成為均一，面內均一性會提升。但，若根據如此的技術，則由於有RF偏壓電力的零區間，因此側面蝕刻會進展，所以不能完全避免蝕刻的形狀不良。
進一步，亦可將微波電力的脈衝振盪予以2值化成高．低，在微波的低區間施加RF偏壓。但，此技術的問題點是在微波的低區間，電漿中的沉積(deposition)成分幾乎無，側面蝕刻容易發生，再加上在施加微波電力至 可阻止電漿熄滅的極限為止的電漿之下，難以取RF偏壓電力的匹配。
由以上，即使將微波電力予以脈衝振盪而以低電漿密度來進行蝕刻的情況，也可謀求維持蝕刻的形狀控制性，不使蝕刻速率降低的技術。
本發明是以提供一種使用可振盪不同的微波電力的微波電源來高精度地控制蝕刻形狀之電漿處理裝置為目的。
為了解決上述課題，藉由代表性的本發明的電漿處理裝置之一達成，該電漿處理裝置，係具備：電漿處理試料的處理室；供給用以產生電漿的第一高頻電力的第一高頻電源；載置前述試料的試料台；及供給第二高頻電力至前述試料台的第二高頻電源，其特徵為：更具備控制前述第二高頻電源的控制裝置，使前述第一高頻電力依據具有第一期間及與前述第一期間鄰接的第二期間的第一波形來調變，且前述第二高頻電力依據具有期間A及期間B的第二波形來調變時，前述期間A的各個的前述第二高頻電力會被供給於前述第一期間及前述第二期間， 前述第二期間的振幅，係比前述第一期間的振幅更小，且比0更大，前述期間A的振幅，係比前述期間B的振幅更大。
若根據本發明，則可提供一種使用可振盪不同的微波電力的微波電源來高精度地控制蝕刻形狀之電漿處理裝置。
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。
1:電漿處理裝置
101:真空容器
102:淋浴板
103:石英頂板
104:空洞共振部
105:導波管
106:微波電源
107:調諧器
108:微波脈衝單元
109:磁場產生線圈
110:試料台
111:晶圓
112:介電質膜
113,114:導電體膜
115:匹配箱
116:直流電源
117:RF偏壓電源
118:RF偏壓脈衝單元
119:真空排氣裝置
120:氣體供給裝置
121:電漿
122:處理室
123:控制部
201,202,204,205,301,302,303,501,502,601,602,604,605,704,801,802,803,804,901,902,903,904,905,1001,1004,1005,1109,1111,1112:圖形
206:電漿密度的下降的區間
307:電漿
308:電漿
1101:內周部微波電源
1102:外周部微波電源
1103:內周部微波脈衝單元
1104:外周部微波脈衝單元
1105:內周部RF偏壓電源
1106:外周部RF偏壓電源
1107:內周部RF偏壓脈衝單元
1108:外周部RF偏壓脈衝單元
1113:內周導波管
1114:外周導波管
1115:內周空洞共振器
1116:外周空洞共振器
1117:電極內周部導電性膜
1118:電極外周部導電性膜
TH:微波電力高區間
TL:微波電力低區間
P1:微波的高電力
P2:微波的低電力
TD:RF偏壓延遲時間
[圖1]是本發明之一實施形態的電漿處理裝置的ECR電漿蝕刻裝置的概略構成圖。
[圖2]是表示第1實施形態的(a)微波電力、(b)電漿密度、(c)電漿阻抗、(d)RF偏壓電力的時間圖的圖。
[圖3A]是表示第1實施形態的(a)微波電力、(b)氣體種類A的電漿密度、(c)氣體種類B的電漿密度的時間圖的圖。
[圖3B]是(a)圖3A的電漿密度的擴大圖、(b)晶圓的圖案形狀的擴大剖面圖、(c)晶圓的圖案形狀的擴大剖面圖。
[圖4A]是表示第1實施形態的(a)微波電力、(b)氣體種類A的電漿密度、(c)氣體種類B的電漿密度的時間圖的 圖。
[圖4B]是(a)圖4A的電漿密度的擴大圖、(b)晶圓的圖案形狀的擴大剖面圖、(c)晶圓的圖案形狀的擴大剖面圖。
[圖5]是表示第3實施形態的(a)脈衝化後的微波電力、(b)脈衝化後的RF偏壓電力的時間圖的例子的圖。
[圖6]是表示第4實施形態的(a)微波電力、(b)電漿密度、(c)電漿阻抗、(d)RF偏壓電力的時間圖的圖。
[圖7]是表示第5實施形態的(a)微波電力、(b)電漿密度、(c)電漿阻抗、(d)RF偏壓電力的時間圖的圖。
[圖8A]是表示比較例的(a)微波電力、(b)電漿密度、(c)電漿阻抗、(d)RF偏壓電力、(e)Vpp的時間圖的圖。
[圖8B]是表示比較例的(a)微波電力、(b)電漿密度、(c)電漿阻抗、(d)RF偏壓電力、(e)Vpp的時間圖的圖。
[圖9]是表示第6實施形態的(a)微波電力、(b)電漿密度、(c)電漿阻抗、(d)RF偏壓電力、(e)Vpp的時間圖的圖。
[圖10]是表示第7實施形態的(a)微波電力、(b)電漿密度、(c)電漿阻抗、(d)RF偏壓電力、(e)RF偏壓反射波、(f)Vpp的時間圖的圖。
[圖11A]是第8實施形態的ECR電漿蝕刻裝置的略構成圖。
[圖11B]是表示被供給至圖11A的ECR電漿蝕刻裝置的微波電力的波形的圖。
[圖11C]是表示被供給至圖11A的ECR電漿蝕刻裝置的 RF偏壓電力的波形的圖。
[圖12]是表示藉由ECR電漿蝕刻裝置來處理的晶圓的蝕刻形狀的擴大剖面圖。
[第1實施形態]
圖1是本發明的實施形態的ECR方式的微波電漿蝕刻裝置(以下稱為電漿處理裝置1)的縱剖面的概略構成圖。電漿處理裝置1的處理室、試料台、試料等的各部是概略地具有圓筒、圓柱或圓板等的軸對稱形狀。
在本說明書中，所謂「跨越切換時施加電力」是意指該切換時之前開始電力的施加，至該切換後其電力的施加繼續，例如意指期間A的各個的第二高頻電力被供給至第一高頻電力的第一期間與第二期間等。
(電漿處理裝置的構成)
在圖1，電漿處理裝置1的真空容器101內部的處理室122的下部是連接真空排氣裝置119。並且，在處理室122的內部上部是配置有淋浴板102及石英頂板103。淋浴板102是具有複數的孔。將從氣體供給裝置120供給的電漿蝕刻處理用的氣體經由淋浴板102的孔來導入至處理室122內。在淋浴板102上是配置有石英頂板103，在與石英頂板103之間設有氣體供給用的間隙。石英頂板103是使來自上方的電磁波透過，將處理室122的上方氣密地密封。
在石英頂板103上是配置有空洞共振部104。空洞共振部104的上部是開口，連接導波管105，該導波管105是由延伸於垂直方向的垂直導波管及兼備將電磁波的方向彎曲90度的彎曲部的導波管變換器所組成。導波管105等是傳播電磁波的振盪導波管，在導波管105的端部是經由調諧器(tuner)107來連接電漿產生用的微波電源106。
第一高頻電源的微波電源106是電漿產生用的電源，根據來自控制部123的控制而振盪電磁波(第一高頻電力)。本實施形態的微波電源106是2.45GHz的微波振盪為可能。第一高頻電力是依據交替地重複高區間TH(第一期間)與低區間TL(與第一期間鄰接的第二期間)的第一波形來調變。
從微波電源106振盪的微波是傳播於導波管105，經由空洞共振部104、石英頂板103、淋浴板102來傳播至處理室122內。在處理室122的外周是配置有磁場產生線圈109。磁場產生線圈109是由複數的線圈所組成，在處理室122形成磁場。從微波電源106振盪的高頻電力是利用藉由磁場產生線圈109所形成的磁場與ECR的相互作用，在處理室122內產生高密度電漿121。
在處理室122的下方是與石英頂板103對向而配置有試料台110。試料台110是將試料的晶圓111保持於載置的狀態。
試料台110是材質由鋁或鈦所組成。在試料台110上面是具有介電質膜112。在試料台110的介電質膜 112的上面是配置有利用氧化鋁陶瓷等的溶射膜。
並且，在介電質膜112內部是設置有用以靜電吸附晶圓111的導電體膜(電極)113、114，藉由施加直流電壓(未圖示)，可靜電吸附晶圓111。進一步，在試料台110的導電體膜113、114是從第二高頻電源的RF偏壓電源117施加第二高頻電力(以後記載為RF偏壓)。第二高頻電力是依據重複開啟區間BON(期間A)與停止區間BOF(期間B)的第二波形來調變。
RF偏壓電源117是連接匹配箱(匹配器)115，藉此取RF偏壓的匹配。匹配箱115是具有即使電漿密度由於微波的脈衝狀的振盪而改變，電漿阻抗高速地變動，也可進行RF偏壓的匹配之機能。更具體而言，匹配箱115是進行藉由固體元件的高速匹配、將電漿負荷(電漿阻抗)急劇地變化的期間設為無效，除此以外的期間設為匹配有效範圍之匹配區間的設定、將電漿(負荷)的混亂設為無效之匹配的固定、根據電漿(負荷)的預測之匹配的適當化等，達成在數毫秒水準的匹配。
RF偏壓電源117是產生離子引入用的高頻電力，往試料台110供給。RF偏壓電源117也根據來自RF偏壓脈衝單元118的脈衝，產生被脈衝調變的RF偏壓。
另外，在本實施形態的RF偏壓電源117中，RF偏壓頻率是不被特別加以限定，但例如頻率是可使用400kHz。
為了監視高頻RF偏壓的電壓的最大值與最小 值的差(V峰對峰值(peak-to-peak：以下簡稱Vpp)，而在RF偏壓給電線上設置電壓監視器(未圖示)。
微波電源106是連接微波脈衝單元108。依據來自微波脈衝單元108的開啟訊號，微波電源106能以設定微波的重複頻率來進行脈衝調變。將從微波電源106輸出的高頻電力稱為微波電力。
另外，此微波電源106是可在50瓦~2000瓦的範圍振盪，且為了確保脈衝振盪時的應答性來精度佳振盪，不是磁控管方式的微波電源，而是可使用固態方式的微波電源。
控制部123是電漿蝕刻裝置的控制裝置，被連接至微波電源106、RF偏壓電源117，控制第一高頻電力及第二高頻電力的輸出。
雖未圖示，但除此以外，控制部123是也電性連接至氣體供給裝置120、真空排氣裝置119、直流電源116等，控制該等。
控制部123是根據未圖示輸入手段的輸入設定(亦稱為處方)來控制微波電源106的高電力、微波電源106的低電力、RF偏壓電源117的高電力、RF偏壓電源117的低電力、在微波脈衝單元的脈衝開啟．停止的時機、及RF偏壓電源117的開啟．停止的重複頻率或負載比、RF偏壓電源117的延遲時間等、微波電源106或RF偏壓電源117的參數。
又，除此以外，控制部123是也控制用以實 施蝕刻的氣體的流量、處理壓力、線圈電流、試料台溫度、蝕刻時間等、蝕刻參數。
(電漿處理裝置的動作)
開始蝕刻處理時，往處理室122內搬送晶圓111。使晶圓111吸附於試料台110之後，根據處方，蝕刻氣體從氣體供給裝置120經由質量流控制器(圖示省略)來通過石英頂板103與石英淋浴板102之間，從石英淋浴板102的氣體孔導入至處理室122。進一步，將真空容器101內設為預定的壓力，藉由微波電源106的振盪來使電漿121產生於處理室122內。並且，從RF偏壓電源117輸出RF偏壓，從電漿121往晶圓111引入離子，藉此蝕刻(電漿處理)進展。藉由蝕刻氣體或蝕刻而產生的反應生成物是從排氣裝置119排氣。
在本實施形態中，淋浴板102、試料台110、磁場產生線圈109、真空排氣裝置119及晶圓111等是對於處理室122的中心軸，配置成同軸。因此，蝕刻氣體、電漿、飽和離子電流及反應生成物是分別持有同軸的分佈，其結果，關於蝕刻速率，在軸對稱分佈使均一性提升。
在此，將微波脈衝的參數及RF偏壓的參數設定成以下般。
微波電源106的高電力P1：600瓦(可變更於50-2000瓦的範圍)、微波電源106的低電力P2：150瓦(可變更於20-1600瓦 的範圍)、微波電力的高．低頻率F1：500赫茲、微波電力的高．低週期T1=1/F1(秒)、微波電力的高．低負載比D1：40%、微波電力的高區間TH：1毫秒、微波電力的低區間TL：1毫秒、微波電力的開啟．停止頻率F2：100赫茲、微波電力的開啟．停止週期：T2=1/F2(秒)、微波電力的開啟．停止負載比D2：80%、微波電力的開啟時間T3=T2．D2、微波電力的開啟頻率F3(=1/T3)：125赫茲、(但，微波電力的高．低頻率F1是成為微波電力的開啟頻率F3的倍數。以微波電力的高區間TH的開始時作為基準點PST。)
RF偏壓的開啟電力：100瓦(可變更於10-500瓦的範圍)、RF偏壓的停止電力：0瓦
RF偏壓的高．低週期TB(=T1)：2毫秒、RF偏壓的頻率FB1(=1/TB)：500赫茲(可變更於10-5000赫茲的範圍)、RF偏壓的開啟區間BON：1毫秒、RF偏壓的停止區間BOF：1毫秒、RF偏壓的負載比：30%(可變更於1-100%的範圍)、RF偏壓的延遲時間TD：0.6毫秒、 RF偏壓的延遲RD(=TD/T1)：30%、(但，微波電力的開啟時間以外是不使用RF偏壓。)
在圖2表示，在設定以上的參數時，在跨越從微波電力的高區間TH往微波電力的低區間TL的切換時的期間，施加RF偏壓時的順序。
在圖2中，微波電力(a)的圖形是201，電漿密度(b)的圖形是202，電漿阻抗(c)的圖形是204，RF偏壓(d)的圖形是以205來表示。
在此例中為了在蝕刻取得高的形狀控制性，而在脈衝時間範圍、微波的功率(power)範圍、使用於蝕刻的氣體種類有限制。
有關蝕刻氣體種類是最好混合二種類以上的氣體的混合氣體，如此的情況，使用沉積用的堆積性氣體與成為蝕刻劑的氣體的混合氣體更理想。在本實施形態中，使用作為蝕刻劑用的氣體的氯氣體(流量100ml/秒)與作為沉積用的氣體的CHF3氣體(流量10ml/秒)的混合氣體。
即使是不使用上述般的混合氣體，而以單體的蝕刻劑氣體來蝕刻的反應生成物再附著之類的條件也無問題。例如以CF4氣體來蝕刻矽時，若將蝕刻劑用的氣體設為CF4氣體，將沉積用的氣體視為矽蝕刻時的矽系的反應生成物，則可取得與使用二種類混合氣體的情況同樣的效果。
其次，有關微波的功率範圍，微波的低電力 P2(第二期間的振幅)是比微波的高電力P1(第一期間的振幅)更小，且比0大。在此，若微波的高電力P1與微波的低電力P2的差小，例如20百分率以下，則由於電漿密度變化幅度小，電漿密度對於微波功率變動的延遲幾乎無，因此無法取得蝕刻形狀的效果。
與此相反地，微波的高電力P1與微波的低電力P2的差大，例如電漿密度的電漿密度高於7.5×1016(m-3)的電漿在高電力P1為1600瓦，低電力P2為電漿即將熄滅之前的50瓦以下被產生時，RF偏壓的匹配難以確實地進行。或，若高電力P1與低電力P2的差大，則必須考慮從高區間往低區間轉移的時間，因此會發生電漿密度不如圖2的圖形202般變化的問題。
概略，當微波的高電力P1的範圍是50瓦~2000瓦，微波的低電力P2的範圍是20瓦~1600瓦時，最好以相對於高電力P1的低電力P2為20%以上的方式，決定高電力P1與低電力P2的差。
說明有關微波電力高．低頻率F1及微波電力高．低負載比D1。對於微波電力高區間TH與微波電力低區間TL的微波功率的變化，電漿密度是伴隨若干的延遲時間常數而迎合。對於微波功率的變化，當電漿密度一定地飽和的時間或微波電力從開啟形成停止時，迎合於此而電漿會密度降低熄滅的所謂的餘燼(Afterglow)時間是約0.2~5毫秒程度。
以上，若縮短微波電力高．低週期T1，擴大 微波電力高．低頻率F1，則對於微波電力的高及低的高速反覆，電漿密度無法追隨，電漿不安定，電漿密度不飽和，重複電漿密度的增減。其結果，電漿密度是在中間值附近重複小的增減。
此由在電漿密度的上升時適當地施加RF偏壓的觀點，難以取得蝕刻形狀的精度提升，再由招致脈衝RF偏壓的跳動，RF偏壓匹配的難易度增大的情形，亦非實際。
與此相反地，若拉長微波電力高．低週期T1，縮小微波電力高．低頻率F1，則在微波電力的高區間TH與微波電力的低區間TL的遷移區間，電漿密度變化的區間對於微波電力高．低週期T1變得十分短。因此，無法期待蝕刻形狀的精度提升。
由以上的情形，最好微波電力高．低頻率F1是大概設為200赫茲~5000赫茲，微波電力高．低負載比D1是設為10%~90%。又，控制部123是控制匹配箱115，使從第一期間往第二期間的轉移後或從第二期間往第一期間的轉移後，進行RF偏壓電力的匹配，而抑制RF偏壓電力的反射電力為理想。
其次，有關RF偏壓頻率FB1是與微波電力高．低頻率F1同樣無問題。但，RF偏壓電力的期間A(開啟區間BON)的振幅是比期間B(停止區間BOF)的振幅(理想是零)更大。RF偏壓的施加時機是在圖2的圖形202下側的剖面線區域，從微波電力高區間TH遷移至微波電力低區間 TL，至電漿密度的下降的區間206，RF偏壓被適當地(RF偏壓的反射波為RF偏壓電力的5%以下)施加為重要。
如圖2(d)所示般，離波電力高區間TH終了時僅時間TA提前進行RF偏壓的施加。換言之，控制部123會控制RF偏壓電源117，使期間A的各個的第二高頻電力會被供給至第一期間的一部分與第二期間的一部分。在設定此情況的時間TA時，考量RF偏壓匹配動作中或RF偏壓不是斜坡中的情形以及在此區間蝕刻進展的情形為理想。
在圖2的例子中，若將時間TA設為微波電力高區間TH的40%，但實際是藉由蝕刻形狀的調整來決定。例如增加蝕刻速率，所欲使在高密度電漿下的蝕刻進展時，相較於圖的例子，可拉長時間TA。相反的，所欲在低密度電漿下使蝕刻進展，側面蝕刻被充分地壓制時，可拉長RF偏壓開啟時間或RF偏壓負載比，在微波電力低區間TL施加RF偏壓。
在圖3A是以上述的順序來分別以種類不同的氣體進行蝕刻時的電漿密度的變化。在圖3B中擴大顯示電漿密度的變化，且模式性地表示某時刻的蝕刻形狀。
在上述蝕刻條件下，將微波電力(a)如圖形301般重複微波電力高區間TH與微波電力低區間TL時的蝕刻劑用的氣體種類A(氯)的電漿密度(b)顯示成圖形302，將沉積用的氣體種類B(CHF3)的電漿密度(c)顯示成圖形303。
若從微波電力高區間TH切換至微波電力低 區間TL，則立即電漿密度開始降低，但如圖3B(a)所示般，有應答時間，隨著若干的時間常數的延遲，電漿密度降低。然後以相當於電漿電力低區間TL的電漿低電力的電漿密度，圖形302，303漸近安定。
2種類的氣體，特別是混合沉積用的氣體與蝕刻劑用的氣體來使用時，蝕刻劑用的氣體種類A(氯)的電漿密度是如實線圖形302般變化，沉積用的氣體種類B(CHF3)的電漿密度是如點線圖形303般變化。在蝕刻劑用的氣體與沉積用的氣體的各者的電漿密度時間常數是有差，大概相較於利用蝕刻劑用的氣體之電漿307，利用沉積用的氣體之電漿308的密度是時間常數較大(至形成平衡狀態費時)。
因此，圖3B(a)所示的剖面線區域的期間304(從時刻305到時刻306的期間)，就比例而言，利用沉積用的氣體種類B(CHF3)之電漿要比利用蝕刻劑用的氣體之電漿更多。這是與僅此短的期間多供給沉積用的氣體種類B而形成多沉積(deposition rich)的情形同樣。
因此，若在此期間304未施加RF偏壓，則會在圖案的側面必要以上沉積，不僅過度地形成錐形(taper)形狀，離子不射入至圖案底部，垂直方向的蝕刻不進行。另一方面，藉由在此期間304施加適當的量的(例如50瓦的)RF偏壓，一面確保垂直方向的蝕刻，一面完全地抑制側面蝕刻，或僅適當的部分調整側壁保護膜310，可取得垂直的蝕刻形狀。在圖3B(b)顯示時刻305時的電漿蝕刻狀 態，在圖3B(b)顯示時刻306時的電漿蝕刻狀態。
相對於此，在此期間304改變蝕刻劑用的氣體與沉積用的氣體的比率，形成多沉積而構築蝕刻也可謂具有同樣的效果。但，僅毫秒水準的短期間改變氣體是不實際，又由於給予選擇比或均一性等，其他的蝕刻性能的影響非常大，因此難調整。
若根據本實施形態，則只要在以往的蝕刻的脈衝參數方式，例如等待至電漿安定來施加RF偏壓的方式，或微波電力的高．低區間的剛切換之後施加的方式，追加跨越微波電力高區間TH與微波電力低區間TL的切換時施加RF偏壓，便可抑制側面蝕刻，將形狀形成垂直。因此沒有給予其他的蝕刻性能大的影響。
[第2實施形態]
圖4A是與圖3A的例子相反，跨越從微波電力低區間TL往微波電力高區間TH的切換時施加RF偏壓時的各氣體的電漿密度的圖形，圖4B是擴大顯示電漿密度的變化，且概略性地表示蝕刻形狀者。
在此，使用第1實施形態的電漿處理裝置1，進一步，蝕刻氣體、微波或RF偏壓電力、微波脈衝參數等也共通。與第1實施形態不同的是將RF偏壓延遲時間TD設定成1.6毫秒，將RF偏壓延遲RD設定成80%的點。
如圖4A所示般，若從微波電力低區間TL切換至微波電力高區間TH，則電漿密度開始上昇，不久飽 和。
在本實施形態中，蝕刻劑用的氣體種類A(氯)的電漿密度是如圖形302般變化，沉積用的氣體種類B(CHF3)的電漿密度是如圖形303般變化。圖4B(a)的剖面線區域的期間401(時刻402~時刻403之間)，蝕刻劑用的氣體種類A(氯)的電漿會成為比沉積用的氣體種類B的電漿更高的密度。
藉由在此期間401開啟RF偏壓，多量的蝕刻劑即氯離子會以RF偏壓加速，氯離子射入至圖案底部。其結果，垂直的蝕刻會進展，形狀圖案403的狹窄的區域的穿過性能會提升。但，另一方面，亦有若干側面蝕刻進展的特性。在圖4B(b)顯示時刻402時的電漿蝕刻狀態，在圖4B(b)顯示時刻403時的電漿蝕刻狀態。
在以往的電漿蝕刻，若可取得圖12A所示般的側面蝕刻形狀，則藉由跨越從微波電力高區間TH往微波電力低區間TL的切換時施加RF偏壓，可取得圖12B所示般的蝕刻形狀。
與此相反地，在以往的電漿蝕刻，如圖12C所示般，若可取得錐形的側面蝕刻形狀，則最好取垮越從微波電力低區間TL往微波電力高區間TH的切換時施加RF偏壓的方式。
(第3實施形態)
圖5是從微波電源施加微波的高電力P1、微波的低電 力P2，在微波電力的停止電力P0=0的3階段的脈衝振盪為可能的情況的順序中，表示微波脈衝的參數及範圍的圖。將微波電力(a)的變化顯示成圖形501，且將RF偏壓的變化(b)顯示成圖形502。就此例而言，微波電力是具有高區間TH(第一期間)、低區間TL(第二期間)及振幅零的停止區間(T2-T3：第三期間)。
微波脈衝的參數是微波的高電力P1、微波電力的低電力P2、微波電力高．低頻率F1、微波電力高．低負載比D1(=TH/T1)、微波電力開啟．停止頻率F2、微波電力開啟．停止負載比D2(=T3/T2)的6個。
藉由該等，決定微波電力高．低週期(T1)、微波電力開啟．停止週期(T2)，還決定微波電力開啟時間(T3)與微波電力開啟頻率(F3)。
圖形501所示的微波電力是從停止的狀態切換成開啟的狀態之後，重複複數次高電力(P1)與低電力(P2)的輸出，然後返回至停止(P0)的狀態。為了實施如此的輸出，而將微波電力開啟頻率設為F3，且將n設為自然數時，需要設為F1>F3，且設定成F1=n×F3。
另外，n為1時也可蝕刻，但其情況的微波電力是F1=1×F3=F3，因此成為微波電力的停止、高及低的3階段的單純反覆。但，此例是即使如第1實施形態般跨越微波電力高區間TH與微波電力低區間TL的切換時施加RF偏壓也無法取得充分的效果，由RF偏壓的匹配的觀點難控制，因此n是2以上為理想。
在圖5中，圖形502是表示對應於微波電力的RF偏壓的脈衝參數。基本上與第1實施形態相同，不同的是按照微波電力開啟時間T3以外(亦即第三期間)，不施加RF偏壓的原則，如圖形502的點線所示般，不進行RF偏壓的施加(將RF偏壓的振幅設為零)的點。
藉由在微波電力開啟時間T3以外中斷RF偏壓的施加，可取得蝕刻(速率)的面內均一性的改善之效果。為了被設定於上述實施形態的形狀控制性提升而設定的脈衝參數有可能在面內均一性產生不良影響。為了兼顧形狀控制性提升與面內均一性，而將微波電力的施加設為以圖5所示般的3階段來進行的方式。
在本實施形態的ECR方式電漿蝕刻裝置中，依被施加的微波電力的平均功率，藉由電漿蝕刻所生成的反應生成物的面內分佈的偏倚及依電漿處理室內分佈，在蝕刻速率的分佈產生凹凸。為了予以矯正，而調整微波電力開啟．停止負載比來將蝕刻速率分佈、面內均一性調整為最佳者。
(第4實施形態)
以下，說明有關第4實施形態。圖6是表示將被振盪的微波電力予以高電力P1與低電力P2的2值化，再加上被施加的RF偏壓也2值化成高電力P3、低電力P4的狀態，與圖2同樣的圖。在此，微波電力(a)的圖形是601，電漿密度(b)的圖形是602，電漿阻抗(c)的圖形是604，RF偏壓(d)的 圖形是以605來表示。
RF偏壓的參數是RF偏壓的高電力P3、RF偏壓高負載比RHD(=BON/TB)、RF偏壓高延遲HDL(從基準點PST到高電力P3的上升為止的時間)、RF偏壓的低電力P4、RF偏壓低負載比RLD(=BOF/TB)、RF偏壓低延遲LDL(從基準點PST到低電力P4的下降為止的時間)的6個。在本實施形態中，RF偏壓的高電力P3被施加的期間A(開啟區間BON)是比第一期間(高區間TH)更長，且比第二期間(高區間TL)更長。
作為微波電力的參數，將微波的高電力P1設為600瓦，微波的低電力P2設為150瓦，將RF偏壓的開啟電力設為100瓦，將微波電力高．低週期T1設為2毫秒，將微波電力高．低頻率F1設為500赫茲，將微波電力高區間TH設為1毫秒，將RF偏壓高．低頻率設為500赫茲，將RF偏壓高負載比RHD設為70%，將RF偏壓低負載比RLD設為30%，將RF偏壓高延遲HDL設為50%，將RF偏壓低延遲LDL設為20%時被施加的RF偏壓的變化是形成如圖形604般。
RF偏壓的參數無特別限制。但，以和微波電力的脈衝參數相同的方式，RF偏壓也重複高區間與低區間的情況，亦即在RF偏壓的1循環內無RF偏壓停止的情況，“RF偏壓高負載比RHD”與“RF偏壓低負載比RLD”的和必須形成100%，RF偏壓各負載比與RF偏壓各延遲比須形成適當的百分比。
在圖6所示的例子中，RF偏壓高延遲HDL為50%，RF偏壓高負載比RHD為70%，因此其和成為120%，進一步，RF偏壓低延遲LDL為20%，若加算RF偏壓低負載比RLD的30%，則成為原來的RF高延遲。
在此，從微波電力高區間TH往微波電力低區間TL的切換、及從微波電力低區間TL往微波電力高區間TH的切換皆在RF偏壓高電力的開啟區間內進行。此效果之一是可使用上述實施形態來取得側面與錐形的蝕刻形狀的平衡，另一個的效果是詳細後述，如圖9所示般，可儘可能抑制Vpp的變動。
(第5實施形態)
說明有關第5實施形態。圖7是與圖6同樣的圖。在圖7中，與第4實施形態同樣使用RF偏壓的6個的參數，在從微波電力高區間TH往微波電力低區間TL的切換的時機，施加RF偏壓的高電力P3，同時在從微波電力低區間TL往微波電力高區間TH的切換時機，施加RF偏壓的低電力P4。以圖形704來表示此時被供給的RF偏壓的變化。在此是簡略化，將RF偏壓的高電力P3與RF偏壓的低電力P4的大小設為相同。亦即，RF偏壓是在零與P3之間脈衝狀地反覆變化。
在此，作為微波電力的參數，將微波的高電力P1設為600瓦，將微波的低電力P2設為150瓦，將RF偏壓的開啟電力P3設為100瓦，將微波電力高．低週期T1設為 2毫秒，將微波電力高．低頻率F1設為500赫茲，將微波電力高區間TH設為1毫秒，將RF偏壓高負載比RHD設為30%，將RF偏壓低負載比RLD設為35%，將RF偏壓高延遲HDL設為35%，將RF偏壓低延遲LDL設為90%。
此情況，無“RF偏壓高負載比”與“RF偏壓低負載比”的和為100%的限制。
本實施形態是僅電漿密度增加、減少的時機選擇施加RF偏壓的方式。本實施形態是極端的蝕刻控制，例如，使用在雖想要在圖案的側壁完全地形成沉積膜，但所欲使圖案的底部的蝕刻確實地進展的情況，或比起蝕刻面內分佈的均一性，更想要使短時間重複沉積與蝕刻的循環蝕刻進展的情況等為理想。
(比較例)
說明有關比較例。圖8A，8B是與圖7同樣的圖，但將Vpp追加於(e)。與上述的實施形態同樣，供給微波電力成微波電力高區間TH與微波電力低區間TL會脈衝狀地交替地重複的方式，但在作為第1比較例表示的圖8A中，如以圖形801所示般，RF偏壓為連續波(一定)。藉由圖形802來表示此時的試料台上的電壓的Vpp的變化。
另一方面，在作為第2比較例表示的圖8B中，如以圖形803所示般，與微波電力高區間TH的開始同時施加RF偏壓的高電力，與微波電力低區間TL的開始同時施加RF偏壓的低電力。藉由圖形804來表示此時的試料 台上的電壓的Vpp的變化。
如圖形801所示般，若施加連續波的RF偏壓，則Vpp會對應於電漿阻抗的增減而增減。就連續波的RF偏壓而言，由於RF偏壓匹配也是任意時機(逐次地)進行，因此反射波也按照電漿阻抗的增減而產生，所以Vpp的變動是恐有比圖形802更進一步大幅度變動之虞。
其次，如圖8B所示般，與微波電力高區間TH的開始同時施加RF偏壓的高電力，與微波電力低區間TL的開始同時施加RF偏壓的低電力的方式，由於對於電漿密度及電漿阻抗的增減，RF偏壓是如圖形803所示般變化，因此微波電力高區間TH的後半的RF偏壓的高區間的Vpp與微波電力低區間TL的後半的RF偏壓的低區間的Vpp是幾乎相等。
但，在切換至微波電力低區間TL的瞬間，使RF偏壓的大小變化，對於RF偏壓的反射波與Vpp的變動而言，產生相當的影響。影響之一是有因為RF偏壓的變動與匹配動作的競合，找不到匹配點，或形成與匹配相反的方向的動作的情形，因此有比通常的匹配完了時間更多餘地花費時間的情形。其結果，恐有RF偏壓、Vpp不被適當地施加於試料台之虞。所以，跨越微波電力的高．低切換，施加RF偏壓為理想。
(第6實施形態)
說明有關第6實施形態。圖9是與圖8B同樣的圖，表示 顯示微波電力、RF偏壓與Vpp的關係的順序的圖。微波電力(a)的圖形是901，電漿密度(b)的圖形是902，電漿阻抗(c)的圖形是903，RF偏壓(d)的圖形是904，Vpp(e)的圖形是以905來表示。
如圖形904所示般，RF偏壓是在從微波電力低區間TL切換至微波電力高區間TH之前，從低電力變更成高電力，再從微波電力高區間TH切換至微波電力低區間TL之後，從高電力變更成低電力。
藉由RF偏壓的增加，雖Vpp變大，但電漿密度已安定，反射波是幾乎未出現。之後，若從微波電力低區間TL切換至微波電力高區間TH，則電漿密度會上昇，相反的，電漿阻抗減少。因此，Vpp會降低，電漿阻抗安定，且Vpp也安定。
其次，若從微波電力高區間TH切換至微波電力低區間TL，則隨著阻抗的上昇，Vpp也上昇，但由於在上昇途中，RF偏壓切換成低電力，因此Vpp是轉至降低。雖依RF偏壓的匹配態樣而若干變化，但Vpp的變動是形成如圖形905所示般。具體而言，微波電力高區間TH．微波電力低區間TL的每切換，顯示若干Vpp增加、減少的舉動，但由於Vpp的變化的方向相同，因此Vpp的變動幅度是與圖8A、圖8B的方式作比較，成為非常小者。
若在Vpp的變動幅度大的狀態下使蝕刻進展，則產生以下般的問題。問題之一是有關蝕刻處理的再現性、安定性。具體而言，因為微波電力與RF偏壓的施加 時機的差，Vpp大幅度變動，導致蝕刻性能差，進而成為機差的要因。
另一個的問題是有關蝕刻形狀的平坦度、粗糙度。若邊使RF偏壓的Vpp大幅度變動，邊使蝕刻進展，則往圖案側壁或圖案底面的離子射入會沿著時間軸而偏差，產生圖案粗糙，或依情況產生扇形裝飾(scalloping)(帶有段差)之類的蝕刻形狀不良，恐有使由被蝕刻處理的晶圓所形成的元件的電氣性能惡化之虞。若根據本實施形態，則可抑制如此的不良情況。
(第7實施形態)
說明有關第7實施形態。圖10是與圖2同樣的圖，但在(e)表示RF偏壓反射波的變化，在(f)表示Vpp的變化。參照圖10，說明有關在匹配箱115中進行的RF偏壓的匹配方法。
在本實施形態中，從微波電力高區間TH轉移至微波電力低區間TL之前開始，RF偏壓已被施加。
但，剛開始RF偏壓之後的區間是在RF偏壓的設定未進入匹配有效期間，其結果RF偏壓的匹配動作是不進行。對應於微波電力的高電力的施加，電漿密度是接近飽和(安定)區域，但如以圖形1004所示般，多少產生RF偏壓的反射波。圖形1005是表示施加於試料台的400KHz的RF偏壓的實效性的Vpp的變化。剛開始RF偏壓的施加之後的區間是電漿密度最高，因此如以圖形1001所示般，電 漿阻抗是最低，RF偏壓的Vpp小。若考慮RF偏壓的反射波與RF偏壓電力的斜坡，則Vpp會慢慢地上升，正好在安定的區域，微波電力高區間TH終了。
其後，從微波電力高區間TH切換至微波電力低區間TL，但RF偏壓的施加是被維持。在此切換後不久，電漿密度降低，如以圖形1001所示般，若電漿阻抗變大，則Vpp是隨之上昇。對於此上昇中的阻抗，設定為可取RF偏壓的匹配。
若以圖形1001所示般，電漿阻抗是突然上昇，因此難以完全將反射波形成零，儘管如此，在圖10以剖面線所示的匹配區域的中心區間(稱為匹配點)是RF偏壓的反射波變最小，Vpp變最大。
之後，如以圖形1001所示般，電漿阻抗的上昇速度弛緩，即使無RF偏壓的匹配，反射波也可無視的程度地變小，Vpp不降低。
雖將以上的動作週期性地重複進行於微波電力高．低週期T1，但保持(hold)上述取得的匹配點(不使移動)，也可取得幾乎相同的匹配結果。
更理想是亦可採用：算出從微波電力高區間TH往微波電力低區間TL的剛切換之後的平均電漿阻抗，對於此取匹配的方式。
與上述實施形態同樣地，基本上，在微波電力高區間TH、微波電力低區間TL之前的區間，已設為施加RF偏壓的狀態，且將微波電力高區間TH、微波電力低 區間TL的剛切換之後的電漿阻抗的平均值予以設為RF偏壓的匹配點，尋找電漿密度變化的時機來施加RF偏壓為理想。
(第8實施形態)
說明有關第8實施形態。圖11A是具有2組的微波電源裝置及2組的RF偏壓電源裝置之電漿處理裝置的概略剖面圖。圖11B是表示在本實施形態使用的微波電力的變化的圖，圖11C是表示在本實施形態使用的RF偏壓的變化的圖。
第1微波電源裝置是具有內周部微波電源1101、內周導波管1113及內周空洞共振器1115，第2微波電源裝置是具有外周部微波電源1102、外周導波管1114及外周空洞共振器1116。內周部微波脈衝單元1103是控制內周部微波電源1101的輸出，外周部微波脈衝單元1104是控制外周部微波電源1102的輸出。
2個的RF偏壓電源裝置是內周部RF偏壓電源1105與外周部RF偏壓電源1106，分別經由匹配箱來連接至電極內周部導電性膜1117與電極外周部導電性膜1118。
內周部RF偏壓脈衝單元1107是控制內周部RF偏壓電源1105的輸出，外周部RF偏壓脈衝單元1108是控制外周部RF偏壓電源1106的輸出。
2個的微波電源是可將微波電力予以脈衝狀地(脈衝調變為開啟．停止(ON．OFF)反覆)振盪，或以連續 波(不脈衝調變)振盪，2個的RF偏壓電源也可將RF偏壓予以脈衝狀地(脈衝調變為開啟．停止反覆)施加，或以連續波(不脈衝調變)施加。
如圖11A的圖形1109所示般，從一方的微波電源，將微波電力予以反覆開啟．停止而振盪，從另一方的微波電源振盪連續波。藉此，藉由被施加於處理室內的微波電力的和，如圖11B的圖形1111所示般，可實現成為微波電力的高．低．停止的3階段的振盪方式，可實現如圖5(a)所示般的微波電力。
進一步，有關2個的RF偏壓電源也如圖11A的圖形1110所示般，若與微波電力同樣地將一方的RF偏壓的施加予以2值化成RF偏壓的開啟電力．停止電力而施加，且作為連續波施加另一方的RF偏壓，則被施加於試料台的RF偏壓的總量是如圖11C的圖形1112所示般變化，可實現RF偏壓的高電力．低電力．電力停止的3階段的施加方式。
有關RF偏壓的匹配，調整RF偏壓的開啟．停止的脈衝側的匹配為重要，最好僅剛從微波電源的電力開啟往電力停止的切換之後的區間，作為匹配有效區間。
進一步，相對於以上，當各微波電源可設為微波電力的高．低．停止的3階段時，可組合該等例如振盪5階段的微波電力。RF偏壓電源也同樣能以複數的RF偏壓的高．低．停止的組合來施加5階段的RF偏壓。
RF偏壓的開啟電力的施加時機有複雜化的擔憂，但基本上在微波電力停止區間，只要按照所有的RF偏 壓不施加的原則，便可使以上的實施形態更高精度化，進一步的蝕刻形狀控制性的提升成為可能。
在本實施形態中，所有的RF偏壓電源是設為相同的振盪頻率(400千赫茲)，但即使2個的RF偏壓電源的頻率不同(例如400千赫茲與2兆赫茲)也具有同樣的效果。複數的RF偏壓之持有不同的頻率的偏壓的施加，可期待面內均一性的提升。
各微波電源的振盪頻率亦可不同(例如2.45千兆赫茲與915兆赫茲)。如此的情況，可抑制來自內周部微波電源的微波與來自外周部微波電源的微波的分離或干渉，與RF偏壓同樣地可期待面內均一性的控制性提升。
以上的實施形態是以ECR型的電漿蝕刻裝置來說明，但在對應於電容耦合型電漿或感應耦合型電漿等的電漿的產生方式之電漿蝕刻裝置等中也可同樣地適用。亦可將以上的實施形態的一個與其他的實施形態組合。
201:微波電力(a)的圖形
202:電漿密度(b)的圖形
203:電漿阻抗的圖形
204:電漿阻抗(c)的圖形
205:RF偏壓(d)的圖形
206:電漿密度的下降的區間
P1:微波高電力
P2:微波低電力
TH:微波電力高區間
TL:微波電力低區間
T1:微波電力高．低週期
TA:時間
TB:RF偏壓的高．低週期
TD:RF偏壓的延遲時間

Claims (10)

  1. 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第一高頻電力的第一高頻電源；載置前述試料的試料台；及供給第二高頻電力至前述試料台的第二高頻電源，其特徵為：更具備控制前述第二高頻電源的控制裝置，使前述第一高頻電力依據具有第一期間及與前述第一期間鄰接的第二期間以及振幅為0的第三期間的第一波形來調變，且前述第二高頻電力依據具有期間A及期間B的第二波形來調變時，前述期間A的各個的前述第二高頻電力會被供給於前述第一期間及前述第二期間，前述第二期間的振幅，係比前述第一期間的振幅更小，且比0更大，前述期間A的振幅，係比前述期間B的振幅更大。
  2. 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第一高頻電力的第一高頻電源；載置前述試料的試料台；及供給第二高頻電力至前述試料台的第二高頻電源，其特徵為：更具備控制前述第二高頻電源的控制裝置，使前述第一高頻電力依據具有第一期間及與前述第一期間鄰接的第 二期間的第一波形來調變，且前述第二高頻電力依據具有期間A及期間B的第二波形來調變時，前述期間A的各個的前述第二高頻電力會被供給於前述第一期間及前述第二期間，前述第一高頻電源，係具備：供給未被脈衝調變的高頻電力的高頻電源，及供給被脈衝調變的高頻電力的高頻電源，前述第二期間的振幅，係比前述第一期間的振幅更小，且比0更大，前述期間A的振幅，係比前述期間B的振幅更大。
  3. 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第一高頻電力的第一高頻電源；載置前述試料的試料台；及供給第二高頻電力至前述試料台的第二高頻電源，其特徵為：更具備控制前述第二高頻電源的控制裝置，使前述第一高頻電力依據具有第一期間及與前述第一期間鄰接的第二期間的第一波形來調變，且前述第二高頻電力依據具有期間A及期間B的第二波形來調變時，前述期間A的各個的前述第二高頻電力會被供給於前述第一期間及前述第二期間，前述第二高頻電源，係具備：供給未被脈衝調變的高頻電力的高頻電源，及供給被脈衝調變的高頻電力的高頻 電源，前述第二期間的振幅，係比前述第一期間的振幅更小，且比0更大，前述期間A的振幅，係比前述期間B的振幅更大。
  4. 如請求項1~3中任一項所記載的電漿處理裝置，其中，前述控制裝置，係控制前述第二高頻電源，使前述期間A的各個的前述第二高頻電力會被供給於前述第一期間的一部分與前述第二期間的一部分。
  5. 如請求項4記載的電漿處理裝置，其中，前述期間B的振幅為0。
  6. 如請求項1~3中任一項所記載的電漿處理裝置，其中，前述期間A，係比前述第一期間更長。
  7. 如請求項6記載的電漿處理裝置，其中，前述期間B的振幅為0。
  8. 如請求項1記載的電漿處理裝置，其中，前述控制裝置，係控制前述第二高頻電源，使前述第二高頻電力不被供給於前述第三期間。
  9. 如請求項1~3中任一項所記載的電漿處理裝置，其中，更具備抑制前述第二高頻電力的反射電力的匹配器，前述控制裝置，係控制前述匹配器，使從前述第一期間往前述第二期間的轉移後或從前述第二期間往前述第一期間的轉移後，前述第二高頻電力的匹配會被進行。
  10. 如請求項1~3中任一項所記載的電漿處 理裝置，其中，前述期間A，係比前述第二期間更長。
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