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TW201507026A - 電漿蝕刻裝置及電漿蝕刻方法 - Google Patents

電漿蝕刻裝置及電漿蝕刻方法 Download PDF

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TW201507026A
TW201507026A TW103117046A TW103117046A TW201507026A TW 201507026 A TW201507026 A TW 201507026A TW 103117046 A TW103117046 A TW 103117046A TW 103117046 A TW103117046 A TW 103117046A TW 201507026 A TW201507026 A TW 201507026A
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gas
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processing
plasma etching
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TW103117046A
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辻本宏
水谷智之
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東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種電漿蝕刻裝置及電漿蝕刻方法，簡單地選擇供獲得期望之蝕刻特性所用的流量比率。電漿蝕刻裝置，具有：處理容器；固持部，設置於處理容器內，將基板固持；以及電極板，設置於處理容器內，與固持部相對向。此外，電漿蝕刻裝置具有複數個供給部，供對固持部與電極板所包夾之空間供給處理氣體所用，在對基板之徑向成同心圓狀分割為n（n為2以上之自然數）個的各區域分別配置，自在各個區域以均等間隔形成的氣體供給孔所供給處理氣體。此外，電漿蝕刻裝置具有高頻電源，藉由對固持部或電極板兩者中之至少一方供給高頻電力，而將自複數個供給部供給至空間的處理氣體電漿化。此外，電漿蝕刻裝置，控制自區域各自的氣體供給孔所供給之氣體流量。

Description

電漿蝕刻裝置及電漿蝕刻方法
本發明之各種面相及實施形態，係關於一種電漿蝕刻裝置。
半導體裝置之製程中，作為將半導體晶圓等基板（以下稱作「晶圓」）加工之裝置，具有藉由對晶圓照射電漿，而於晶圓施行蝕刻之電漿蝕刻裝置。
電漿蝕刻中，將含有氟、氯、氧等之氣體作為處理氣體使用而電漿化。電漿中，含有荷電粒子（以下稱作「離子」）及中性粒子（以下稱作「自由基」）等活性種。晶圓的表面與含有離子及自由基的電漿反應而產生反應生成物，藉由使產生的反應生成物揮發而進行蝕刻。
近年，於半導體裝置之製程中，使晶圓大口徑化。伴隨晶圓之大口徑化，變得難以確保蝕刻時晶圓之面內其孔洞、溝槽底部之線寬（Critical Dimension；CD）及深度的面內均一性。
另，亦已有將晶圓面內之中心部與周邊部區域的自由基之密度分布控制，藉由調整來自上部電極之處理氣體供給量而加以控制的技術。 【習知技術文獻】         【專利文獻】
【專利文獻1】：日本特許4358727號公報
【本發明所欲解決的問題】
然而，晶圓面內之中心部與周邊部區域中，自由基之擴散情況不均一，具有難以確保面內均一性等問題。 【解決問題之技術手段】
本發明所揭露之電漿蝕刻裝置，於一實施態樣中，藉由經電漿化之處理氣體蝕刻基板。此外，電漿蝕刻裝置，具有處理容器。此外，電漿蝕刻裝置具有固持部，設置於該處理容器內，將基板固持。此外，電漿蝕刻裝置具有電極板，設置於該處理容器內，與該固持部相對向。此外，電漿蝕刻裝置具有複數個供給部，供對該固持部與該電極板包夾之空間供給處理氣體所用，在對該基板之徑向成同心圓狀分割為n（n為2以上之自然數）個的各區域分別配置，自在各個該區域以均等間隔形成的氣體供給孔所供給處理氣體。此外，電漿蝕刻裝置具有高頻電源，藉由對該固持部或該電極板兩者中之至少一方供給高頻電力，而將以該複數個供給部對該空間供給之處理氣體電漿化。此外，電漿蝕刻裝置具有控制部，藉由下式，控制由該區域各自的該氣體供給孔所供給之氣體流量： (1)Q：處理氣體之總流量 Q1 ’～Qn ’：分割為n個之區域各自的處理氣體流量 D1 ～Dn ：分割為n個之區域中各自的處理氣體之濃度比 N1 ～Nn ：分割為n個之區域各自的氣體供給孔數 【本發明之效果】
依本發明所揭露之測定方法的一態樣，則達到可簡單地選擇供獲得期望之蝕刻特性所用的流量比率等效果。
【實施本發明之最佳形態】
以下，對本發明所揭露的電漿蝕刻裝置及電漿蝕刻方法之實施形態，依據附圖詳細地說明。另，藉本實施形態所揭露的發明並未受實施形態所限定。各實施形態，可在處理內容未矛盾之範圍內適宜組合。
（第1實施形態） 第1實施形態之電漿蝕刻裝置，藉由經電漿化之處理氣體蝕刻基板，於實施形態之一例中，具有處理容器。此外，電漿蝕刻裝置具有固持部，設置於處理容器內，將基板固持。此外，電漿蝕刻裝置具有電極板，設置於處理容器內，與固持部相對向。此外，電漿蝕刻裝置具有複數個供給部，供對固持部與電極板所包夾之空間供給處理氣體所用，在對基板之徑向成同心圓狀分割為n（n為2以上之自然數）個的各區域分別配置，自在各個區域以均等間隔形成的氣體供給孔所供給處理氣體。此外，電漿蝕刻裝置具有高頻電源，藉由對固持部或電極板兩者中之至少一方供給高頻電力，而將以複數個供給部供給至空間的處理氣體電漿化。此外，電漿蝕刻裝置具有控制部，藉由下式，控制自區域各自的氣體供給孔所供給之氣體流量： (1)Q：處理氣體之總流量 Q1 ’～Qn ’：分割為n個（n為2以上之自然數）之區域各自的處理氣體流量 D1 ～Dn ：分割為n個之區域中各自的處理氣體之濃度比 N1 ～Nn ：分割為n個之區域各自的氣體供給孔數。
此外，第1實施形態之電漿蝕刻方法，藉由經電漿化之處理氣體蝕刻基板，該方法包含固持步驟：藉由設置於處理容器內之固持部將基板固持。此外，第1實施形態之電漿蝕刻方法，包含處理氣體供給步驟：對設置於處理容器內的，與固持部相對向之電極板、及固持部所包夾的空間，藉由分別配置在對基板之徑向成同心圓狀分割為複數個區域的複數個供給部，自在各個區域以均等間隔形成的氣體供給孔所供給處理氣體。此外，第1實施形態之電漿蝕刻方法，包含高頻電力供給步驟：藉由對固持部或電極板兩者中之至少一方，以高頻電源供給高頻電力，而將自設置於各區域之氣體供給孔所供給至空間的處理氣體電漿化。此外，第1實施形態之電漿蝕刻方法中，處理氣體供給步驟，藉由下式，控制自區域各自的氣體供給孔所供給之氣體流量： (1)Q：處理氣體之總流量 Q1 ’～Qn ’：分割為n個（n為2以上之自然數）之區域各自的處理氣體流量 D1 ～Dn ：分割為n個之區域中各自的處理氣體之濃度比 N1 ～Nn ：分割為n個之區域各自的氣體供給孔數。
（第1實施形態之電漿蝕刻裝置） 圖1為，顯示第1實施形態之電漿蝕刻裝置的構成其一例之概略圖。第1實施形態之電漿蝕刻裝置100，例如，為平行平板型之電漿蝕刻裝置。
電漿蝕刻裝置100，具有例如由表面經陽極氧化處理（氧皮鋁處理）的鋁所形成之成形為圓筒狀的腔室（處理容器）102。腔室102接地。
於腔室102內之底部，隔著陶瓷等之絕緣板103而設置略圓柱狀的基座支持台104。此外，於基座支持台104上方，設置構成下部電極之基座105。基座105，與高通濾波器（HPF）105a相連接。
基座105，其上側中央部被成形為凸狀的圓板狀，於其上方，設置與係被處理體之一例的晶圓W為略同形狀之靜電吸盤111。靜電吸盤111，呈在絕緣材之間夾設靜電電極112的構成。此外，靜電吸盤111以圓板狀的陶瓷構件構成，於靜電電極112連接直流電源113。
若對靜電電極112施加正的直流電壓，則於晶圓W中的靜電吸盤111側之面（以下稱作「背面」）產生負的電位。藉此，於靜電電極112與晶圓W的背面之間產生電位差。藉由起因於此一電位差的庫侖力或J-R力，將晶圓W吸附保持於靜電吸盤111。此時，對靜電吸盤111，自與靜電電極112連接的直流電源113，施加例如1.5kV的直流電壓。
於基座105，分別隔著第1匹配器115及第2匹配器117，而連接第1高頻電源114及第2高頻電源116。第1高頻電源114，對基座105施加較低的頻率，例如係13.6MHz之高頻電力的偏壓電力。第2高頻電源116，對基座105施加較高的頻率，例如係40MHz之高頻電力的電漿製造電力。藉此，基座105，對腔室102之內部施加電漿製造電力。
於絕緣板103、基座支持台104、基座105、及靜電吸盤111，形成用於對晶圓W的背面供給熱傳媒體（例如He氣體等背面氣體）之氣體通路118。藉由此一熱傳媒體，使基座105與晶圓W之間熱能傳遞，將晶圓W維持為既定的溫度。
於基座105的上端邊緣部，以包圍被支持於靜電吸盤111上之晶圓W的方式，配置環狀之對焦環119。對焦環119，係藉由陶瓷或石英等介電材料，或導電體，例如與構成晶圓W之材料相同的單晶矽等導電性材料而構成。
藉由將電漿之分布範圍擴大至對焦環119上，而可將晶圓W之外周側的電漿密度，維持為與晶圓W之中心側的電漿密度相同程度。藉此，可提高晶圓W之面內的電漿蝕刻之均一性。
於基座105之上方，與基座105平行而對向地設置上部電極120。上部電極120，與直流電源123連接。此外，上部電極120，與低通濾波器（LPF）124相連接。
另外，上部電極120構成為，藉由上部電極驅動部200，例如可往鉛直方向驅動。藉由將上部電極120構成為可往鉛直方向驅動，而可調整上部電極120與基座105間之空間的距離（以下稱作「間隙」）G。間隙G為，對處理氣體的擴散及流動造成大幅影響之參數。因此，藉由使其為可調整間隙G之構造，而如同後述地，可控制腔室102內部的上部電極120與基座105之間的電漿分布。
藉由上部電極驅動部200驅動之上部電極120的沿著鉛直方向之移動量，並無特別限制。作為一例，可使其為使上部電極120的沿著鉛直方向之移動量為70mm，可將間隙G調整為20mm以上90mm以下的構造。在此點上並無限制。另，電漿蝕刻裝置100，可為將圖1所示之構成旋轉90°而橫向放置之構成，亦可為將其上下翻轉之構成。
上部電極120，藉由伸縮囊122而被支持於腔室102之上部內壁。伸縮囊122，藉由螺栓等固定機構隔著環狀之上部凸緣122a安裝於腔室102之上部內壁，並藉由螺栓等固定機構隔著環狀之上部凸緣122b安裝於上部電極120之頂面。
針對用於調整間隙G之上部電極驅動部200的構成，詳細地加以說明。上部電極驅動部200，具有支持上部電極120之略圓筒狀的支持構件204。將支持構件204以螺栓等安裝於上部電極120之上部略中央。
支持構件204，以可任意出入的方式配置於形成在腔室102其上壁之略中央的孔102a。具體而言，支持構件204之外周面隔著滑動機構210而被支持於腔室102的孔102a之內部。
滑動機構210，例如具有：引導構件216，於腔室102之上部藉由截面L字形之固定構件214而固定在固定構件214的鉛直部；以及軌道部212，以可任意滑動的方式被支持於此一引導構件216，於支持構件204之外周面往一方向（本實施形態為鉛直方向）地形成。
將滑動機構210之引導構件216固定的固定構件214，其水平部隔著環狀的水平調整板218而固定於腔室102之上部。藉由此一水平調整板218，調整上部電極120之水平位置。
水平調整板218，例如藉由複數個在水平調整板218之圓周方向以等間隔配置的螺栓等，固定於腔室102。此外，亦可使水平調整板218之相對於水平方向的傾斜量，為可藉由此等螺栓的突出量調整之構成。調整水平調整板218對於水平方向的傾斜，而調整上述滑動機構210之引導構件216對於鉛直方向的傾斜，藉以可調整上部電極120之水平方向的傾斜。亦即，可將上部電極120恆常地保持於水平位置。
於腔室102之上側，隔著筒體201而安裝用於驅動上部電極120之空氣壓力缸筒220。亦即，筒體201之下端，以覆蓋腔室102的孔102a之方式藉由螺栓等氣密性地安裝；筒體201之上端，氣密性地安裝於空氣壓力缸筒220之下端。
上述空氣壓力缸筒220，具有可往一方向驅動之桿部202。桿部202之下端，以螺栓等連設於支持構件204之上部略中央。藉由驅動桿部202，使上部電極120藉由支持構件204沿著滑動機構210驅動。桿部202，例如構成為圓筒狀，桿部202之內部空間與形成在支持構件204的略中央之中央孔連通而往大氣開放。藉此，通過上部電極120與低通濾波器（LPF）124而接地的配線、及用於自直流電源123對上部電極120施加直流電壓的供電線，能夠以自桿部202之內部空間起通過支持構件204的中央孔而與上部電極120連接之方式配線。
此外，於空氣壓力缸筒220之側部，設置例如線性編碼器205等檢測上部電極120之位置的位置檢測機構。另一方面，於桿部202之上端設置上端構件207，上端構件207具有自桿部202起往側方伸出之伸出部207a。上端構件207之伸出部207a與線性編碼器205之檢測部205a抵接。由於上端構件207與上部電極120的動作連動，故可藉由線性編碼器205檢測上部電極120之位置。
空氣壓力缸筒220，包含筒狀的缸筒本體222、上部支持板224及下部支持板226。筒狀的缸筒本體222，呈藉由上部支持板224與下部支持板226包夾之構成。於桿部202之外周面，設置將空氣壓力缸筒220內區隔為上部空間232與下部空間234之環狀的區隔構件208。
於空氣壓力缸筒220之上部空間232，呈自上部支持板224之上部口導入壓縮空氣。此外，於空氣壓力缸筒220之下部空間234，呈自下部支持板226之下部口導入壓縮空氣。藉由控制自上部口及下部口往上部空間232及下部空間234導入的空氣量，而可將桿部202往一方向（例如鉛直方向）驅動控制。此一往空氣壓力缸筒220導入的空氣量，係藉由設置於空氣壓力缸筒220附近的空氣壓力電路300加以控制。
此外，上部電極驅動部200，具有控制部290；控制部290，與裝置控制部190相連接。將來自裝置控制部190的控制訊號傳遞往控制部290，藉由控制部290，驅動控制上部電極驅動部200之各部。
於基座支持台104之內部，配置可調整晶圓W之面內的溫度分布之溫度分布調整部106。溫度分布調整部106，具有加熱器106a與106b、加熱器用電源106c與106d、溫度計106e與106f、以及冷媒流路107a與107b。
於基座支持台104之內部，自中心側朝向外周側地，設置中心側加熱器106a與外周側加熱器106b。中心側加熱器106a，與中心側加熱器用電源106c連接；外周側加熱器106b，與外周側加熱器用電源106d連接。中心側加熱器用電源106c、外周側加熱器用電源106d，可各自獨立地調整通入至中心側加熱器106a、外周側加熱器106b的電力。藉此，可於基座支持台104及基座105，產生沿著晶圓W之徑向的溫度分布。亦即，可調整沿著晶圓W之徑向的溫度分布。
此外，於基座支持台104之內部，自中心側朝向外周側地，設置中心側溫度計106e及外周側溫度計106f。中心側溫度計106e及外周側溫度計106f，分別量測基座支持台104之中心側及外周側的溫度，藉此可導出晶圓W之中心側及外周側的溫度。將以中心側溫度計106e及外周側溫度計106f量測出的溫度，傳送至後述之裝置控制部190。裝置控制部190，調整中心側加熱器用電源106c及外周側加熱器用電源106d的輸出，以使自量測出的溫度導出之晶圓W溫度成為目標溫度。
進一步，亦可於基座支持台104之內部，自中心側朝向外周側地，設置中心側冷媒流路107a及外周側冷媒流路107b。而可使不同溫度的例如冷卻水、氟碳系之冷媒分別循環。使冷媒循環之情況，使冷媒通過中心側導入管108a而導入至中心側冷媒流路107a，自中心側排出管109a排出。另一方面，於外周側冷媒流路107b，通過外周側導入管108b將冷媒導入，並將冷媒自外周側排出管109b排出。
基座105，藉由加熱器106a、106b所產生的加熱，以及來自冷媒的冷卻，而調整溫度。因此，晶圓W，藉由來自電漿的輻射或電漿所含之離子的照射等所產生之加熱分，以及與前述基座105之熱量的交換，而調整成為既定的溫度。此外，基座支持台104，具有中心側加熱器106a（及中心側冷媒流路107a）與外周側加熱器106b（及外周側冷媒流路107b）。是故，晶圓W，可於中心側與外周側獨立地調整溫度。
此外，圖1中雖未圖示，但亦可於中心側加熱器106a與外周側加熱器106b之間，或中心側冷媒流路107a與外周側冷媒流路107b之間，設置隔熱材或空間而作為隔熱層。藉由設置隔熱層，將中心側加熱器106a與外周側加熱器106b之間，或中心側冷媒流路107a與外周側冷媒流路107b之間熱隔離。亦即，可在晶圓W的中心側與外周側之間，產生更大的溫度分布。
於腔室102之底部連接排氣管131，並在排氣管131連接排氣裝置135。排氣裝置135，具備渦輪分子泵等真空泵，將腔室102內調整為既定的減壓環境氣體（例如0.67Pa以下）。此外，於腔室102之側壁設置閘閥132。藉由開啟閘閥132，可將晶圓W往腔室102內搬入，並可將晶圓W自腔室102內搬出。另，在晶圓W的搬運上使用例如搬運臂。
此外，電漿蝕刻裝置100，具有供調整對基座105所支持之晶圓W供給的電漿氣體其供給條件所用之氣體供給條件調整部130。氣體供給條件調整部130，具有與上部電極120一體化地構成之沖淋頭140、以及氣體供給裝置150。
沖淋頭140，對基座105所支持之晶圓W上，噴出既定的處理氣體（亦可為混合氣體）。沖淋頭140具備；圓形的電極板141（上部電極120），具有多個氣體供給孔141a；以及電極支持體142，以可任意裝卸的方式支持電極板141之頂面側。電極支持體142，形成為與電極板141相同徑的圓盤形狀，在內部形成圓形的緩衝室143。在電極板141，設置用於對晶圓W供給處理氣體等氣體之氣體供給孔141a。
圖2為，用於說明第1實施形態之沖淋頭其構造的一例之概略圖。如圖2所示地，於緩衝室143內，設置由O型環構成之1個以上的環狀分隔壁構件145。1個以上之環狀分隔壁構件145，分別對沖淋頭之徑向配置於不同的位置。圖3中，對沖淋頭之徑向自中心側起，以第1環狀分隔壁構件145a、第2環狀分隔壁構件145b、第3環狀分隔壁構件145c顯示環狀分隔壁構件145。藉此，將緩衝室143，自中心側起分割為第1緩衝室143a、第2緩衝室143b、第3緩衝室143c、第4緩衝室143d。如此地，將緩衝室143，分割為複數個區域。
環狀分隔壁構件145的數目，若為1個以上即無特別限制，但例如可如圖2所示地為3個，亦可為2個或4個。使用直徑300mm之晶圓W進行電漿蝕刻的情況，自兼顧處理氣體之控制的容易度、與後述電漿蝕刻方法所產生之蝕刻的面內均一性之觀點來看，宜使環狀分隔壁構件145的數目為3個（亦即，具有分割為4個的緩衝室）。另，藉由配置n個環狀分隔壁構件145，而可設置分割為N＋1個之緩衝室。
對各個緩衝室143a、143b、143c、143d，藉由氣體供給裝置150，供給既定的處理氣體。
此外，各個緩衝室143a、143b、143c、143d之底面，與1個以上的氣體供給孔141a連通，可通過此等氣體供給孔141a，對晶圓W上噴出既定之處理氣體。關於氣體供給孔141a的配置及配置的數目，宜為對晶圓W均一地噴出處理氣體之配置。
具體而言，氣體供給孔141a，在藉由環狀分隔壁構件145分割之各個區域，以均等間隔形成。例如，將氣體供給孔141a，設置為每單位面積之氣體供給孔141a的數目相等。
氣體供給裝置150，具有供給混合有1種或複數種氣體的處理氣體之氣體供給源161、以及流量控制部（MFC, 質量流量控制器）174a～174d。此外，自氣體供給源161延伸出的1條配管，分支而與流量控制部174a～174d連接。此外，於分支的配管，分別設置將氣體供給源161與各流量控制部174a～174d間之配管分別關閉、開啟的閥175a～175d。此外，流量控制部174a～174d，分別與4個緩衝室之任一連接。此外，在連結流量控制部174a～174d與4個緩衝室之配管，設置閥176a～176d。
亦即，自氣體供給源161供給之處理氣體，藉由流量控制部174a～174d中之任一控制流量後，通過配管170～配管173之任一而被供給至4個緩衝室之任一。之後，將供給至緩衝室的處理氣體，自設置在緩衝室的氣體供給孔141a噴射。
另，自氣體供給裝置150，供給例如氟碳系之氟化物（CF系）、Ar氣體、N2 氣體、He氣體等中1種或複數種的混合氣體。氟碳系之氟化物（CF系），例如為CF4 、C4 F6 、C4 F8 、CH2 F2 、CHF3 。然則，處理氣體並未限定於此等，亦可使用任意的處理氣體。
自流量控制部174a至174d所產生的動作，例如，係藉由電漿蝕刻裝置100之後述的裝置控制部190加以控制。
此處，電漿蝕刻裝置100之裝置控制部190，具備例如由CPU構成之未圖示的演算處理裝置、以及例如由硬碟構成之未圖示的記憶媒體。裝置控制部190，控制前述之第1高頻電源114、第2高頻電源116、溫度分布調整部106、上部電極驅動部200、及氣體供給條件調整部130之各部的動作。而裝置控制部190，在使上述各部運作時，使例如裝置控制部190之CPU，因應例如裝置控制部190的硬碟所記錄之與各個蝕刻處理對應之程式，而控制各部。
（電漿蝕刻方法） 對使用電漿蝕刻裝置100之電漿蝕刻方法的例子加以說明。
若自氣體供給孔，對上部電極120與基座105之間的空間，供給氣體，則氣體往排氣方向（與排氣裝置135連接的方向）擴散並流動。藉由「擴散」與「流動」輸送之氣體成分（例如自由基）的濃度分布，因氣體供給孔之位置等，而在其係取決於「擴散」與「流動」之何一因子上相異。吾人已知作為無因次數之佩克萊數(Peclet number)（Pe），其定性地表示對「擴散」與「流動」之任一因子依存何種程度。佩克萊數，係使用氣體之流速u（m／s）、氣體種類之相互擴散係數DAB （m2 ／s）、代表長度L（m），藉由下式（2）表示。
(2) 佩克萊數以1為界，Pe較1更小之情況，氣體的輸送以「擴散」為主；Pe較1更大（或為1）之情況，氣體的輸送以「流動」為主。
為了藉由具體的例子詳細地說明，於圖3（a），顯示本實施形態之晶圓其徑向的位置之佩克萊數。圖3（a）為，使用Ar與C4 F8 之混合氣體（相互擴散係數DAB 成為1.23×10－ 1 m2 ／s）作為氣體種類之情況下，使代表長度L（亦即，基座105與上部電極120之間的間隙G）為0.03m，藉由計算而算出氣體的流速u，求出佩克萊數。此外，圖3（a）的橫軸，表示使直徑300mm的晶圓中心為0mm，相對於徑向之佩克萊數。
藉由圖3（a），了解自晶圓之中心起至徑為86mm之位置為邊界，區分為以「擴散」為主的區域與以「流動」為主的區域。
此外，於圖3（b），顯示使用直徑300mm的晶圓之情況，其對於晶圓位置的蝕刻速率比。具體而言，使用直徑300mm的晶圓W，藉由3個環狀分隔壁構件將緩衝室分割為4個區（Center、Middle、Edge、Very Edge），自各區噴出氣體而電漿蝕刻，並求出相對於晶圓位置的蝕刻速率比。另，與Center區對應之氣體供給孔為，在自沖淋頭之中心起11mm的圓周上配置4個氣體供給孔，在33mm的圓周上配置12個氣體供給孔。於Middle區，在自沖淋頭之中心起55mm的圓周上配置24個氣體供給孔，在77mm的圓周上配置36個氣體供給孔。於Edge區，在自沖淋頭之中心起99mm的圓周上配置48個氣體供給孔，在121mm的圓周上配置60個氣體供給孔。於Very Edge區，在自沖淋頭之中心起143mm的圓周上配置80個氣體供給孔，在165mm的圓周上配置100個氣體供給孔。下述內容，關於來自Center、Middle、Edge、Very Edge之氣體供給的記載，係指上述氣體供給孔的配置。
此外，圖3（b）的縱軸，使蝕刻速率最大的位置為1，將其標準化而表示。
從圖3（b）中，了解自Center及Middle區供給氣體之情況，大致上在與供給氣體的位置對應之位置中，蝕刻速率變大。此係因，Center及Middle區中，氣體的輸送以「擴散」為主（參考圖3（a））。此外，吾人推測，自Center及Middle區供給的氣體，亦對Edge及Very Edge區之蝕刻速率帶來影響。
另一方面，了解自Edge（及Very Edge）區供給氣體之情況，蝕刻速率影響範圍，往外周側偏移。吾人推論，此係因Edge（及Very Edge）區中，氣體的輸送以「流動」為主（圖3（a）），自Edge區導入的氣體，流通至外周側之故。此外，自Edge及Very Edge區供給的氣體，對Center及Middle區之蝕刻速率，幾乎不造成影響。
亦即，以供給的處理氣體其擴散之影響為主的位置、及以供給的處理氣體其流速之影響為主的位置，在改變氣體之供給條件而控制上變得重要。具體而言，若為供給的處理氣體以其擴散之影響為主的位置，則調整與其位置對應之（位於略正上方之）氣體供給孔的氣體供給條件，若為供給的處理氣體以其流速之影響為主的位置，則調整較其位置更接近晶圓中心方向之氣體供給孔的氣體供給條件，藉而可提高電漿蝕刻時的面內均一性。更具體而言，藉由u、L、DAB 等，在自Edge（Very Edge）區供給的處理氣體以其擴散之影響為主的情況，調整來自Edge（Very Edge）區的處理氣體之條件；在以流動之影響為主的情況，調整來自晶圓中心方向側之Center（Middle）區的處理氣體之條件。
其次，針對氣體之供給條件給予氣體輸送的影響加以說明。亦即，對於供給氣體之何種參數，是否對晶圓面內形狀中之面內均一性的提升造成影響加以說明。
供給氣體的擴散，取決於擴散分子（氣體分子）的平均自由路徑l（m）與氣體的流速u（m／s）。此時，擴散分子的平均自由路徑l，在氣體為理想氣體，將擴散分子的速度假定為依循馬克士威分布(Maxwell distribution)之情況，以下式（3）表示。
(3) 式（3）中，C1 為常數，d為擴散分子的碰撞分子徑（m），P為系統內的壓力（atm），T為系統內的溫度（K）。
另一方面，供給氣體的流速u，亦在假定氣體為理想氣體之情況，以下式（4）表示。
(4) 式（4）中，C2 為常數，Q為1氣壓下的流量（m3 ／s），P為系統內的壓力，V為系統內的體積（m3 ）。
此時，供給氣體的擴散區域darea ，與平均自由路徑l／流速u成正比，故藉由式（3）及式（4），導出式（5）。
(5) 式（5）中，C3為常數。
亦即，得知供給氣體的擴散區域，係取決於系統內的體積、供給氣體的流量、系統內的溫度及碰撞分子徑。另，系統內的體積，在本實施形態中，近似於上部電極120與基座105間之空間的體積，但因在電漿蝕刻中被處理體的徑不改變，故指上部電極120與基座105間之空間的距離（間隙G）。此外，供給氣體的流量，亦與系統內的壓力具有相關關係。進一步，碰撞分子徑，依供給氣體的種類（即供給氣體的分子量）而相異，故供給氣體的擴散區域，亦取決於供給氣體的分子量。
對於確認供給氣體的擴散區域，係取決於供給氣體的流量（及供給氣體的壓力）、供給氣體的分子量、以及間隙G等參數（供給條件）之情況的實驗，參考圖4而加以說明。
圖4顯示，改變本實施形態之處理氣體的供給條件之情況，其蝕刻速率的變化之概略圖。與前述同樣地，藉由3個環狀分隔壁構件將緩衝室分割為4個區（Center、Middle、Edge、Very Edge），使自各氣體供給孔所供給的氣體分壓（參考後述之蝕刻條件）成為一定。進一步，自Very Edge區之最外周（自沖淋頭之中心起徑向165mm的圓周上）的氣體供給孔起，供給以下述蝕刻條件表示的量之追加氣體，將各晶圓位置的蝕刻速率加以製圖。另，圖4的縱軸，表示矽晶圓上堆積有氧化矽物作為硬罩的被處理體，其BEOL（Back End of Line, 後段）溝槽圖案的矽氧化物之蝕刻速率。
圖4（b）的縱軸，使蝕刻速率最大的位置（最外周）為1，將其標準化而表示。
於以下內容顯示詳細的蝕刻條件。
蝕刻裝置內壓力：80mTorr（變更壓力時：30～150mTorr） 間隙G：30mm（變更間隙時：22mm～50mm） 高頻電源功率（40MHz／13MHz）：700／1000W 上部電極之電位：0V 處理氣體之流量（總壓力換算）：C4 F8 ／Ar／N2 ／O2 ＝30／1200／70／17sccm（然則，於最外周區域，添加C4 F8 （在變更分子量時，為O2 或CH2 F2 ）＝20sccm，變更流量時，在上述流量×0.33～×1.5的範圍施行。 處理時間：60秒 藉由圖4之蝕刻速率的製圖，了解各個參數，對供給氣體的擴散帶來何種影響。亦即，得知藉由將供給氣體的流量減低、將供給氣體的分子量減小、將系統內壓力增大、將間隙G擴大，而使供給氣體的擴散變廣。亦即，了解藉由控制此等參數，而可控制氣體（即自由基）的濃度分布，故對於電漿蝕刻時的晶圓之面內形狀，可將面內均一性提高。
如同上述，在控制蝕刻的均一性上，自由基分布，亦即氣體濃度分布變得重要。電漿蝕刻裝置，自分割為n（n為2以上之自然數）個的區域供給氣體，自各個區域分別供給至反應室的氣體之分配比例，宜使用與氣體濃度相關關係高的參數加以施行。第1實施形態之電漿蝕刻裝置100，如同以下地詳細說明，藉由控制供給至反應室之氣體的流量，而獲得期望之蝕刻特性。
具體而言，在複數個區域各自的面積比與氣體濃度具有相關關係，於沖淋頭以均等間隔設置氣體供給孔141a之情況，氣體供給孔141a的數目與區域的面積具有相關關係。亦即若決定所分割之區域的面積比，則可置換為形成在該區域之氣體供給孔141a的數目。在此基礎上，電漿蝕刻裝置100，依據各個區域中之氣體供給孔141a的數目，控制自各個區域供給至反應室的氣體流量。
具體而言，電漿蝕刻裝置100具有控制部，藉由式（1），控制自區域各自的氣體供給孔所供給之氣體流量。 (1)Q：處理氣體之總流量 Q’1 ～Q’n ：分割為n個（n為2以上之自然數）之區域各自的處理氣體流量 D1 ～Dn ：分割為n個之區域中各自的處理氣體之濃度比 N1 ～Nn ：分割為n個之區域各自的氣體供給孔數
例如，電漿蝕刻裝置的控制部，例如，對與n個區域分別對應的流量控制部174，發送「Q1 ／Q」…「Qn ／Q」之氣體流量比率，藉以控制自各個區域供給至反應室的處理氣體之流量。
另，電漿蝕刻裝置之控制部，在區域數為3個的情況，將上式（1）變形為下式（6）後，控制由區域各自的氣體供給孔所供給之氣體流量。 (6)
圖5－1及圖5－2為，顯示第1實施形態中的面積比與氣體濃度比之關係的圖。圖5－1及圖5－2所示之例子中，為了說明的方便，顯示具有區域A與區域B之情況的例子。此外，圖5－1所示之例子中，使用區域A與區域B的面積比為「1：2」之情況加以說明；圖5－2所示之例子中，使用區域A與區域B的面積比為「1：1」之情況加以說明。
此處，以對反應室供給總流量300sccm之處理氣體的情況中，使區域A與區域B氣體濃度比為1：1之情況為例子加以說明。此一情況，式（1）中區域A與區域B的氣體濃度比D相等，故藉由氣體供給孔數求出氣體流量比率。圖5－1所示之情況，區域A的流量成為「300sccm×（1／3）＝100sccm」，區域B的流量成為「300sccm×（2／3）＝200sccm」。藉由設定為此一氣體流量比率，而使自區域A與區域B之氣體供給孔所供給的氣體濃度比變得相等。此外，在圖5－2所示之情況，區域A的流量成為「150sccm」，區域B的流量成為「150sccm」。此外，以區域A與區域B中使氣體濃度比為2：1之情況為例加以說明。此一情況，在圖5－1所示之情況，由於式（1）中與區域A相比區域B的氣體濃度比成為一半，故區域A的流量成為「150sccm」，區域B的流量成為「150sccm」。此外，於圖5－2所示之情況，區域A的流量成為「200sccm」，區域B的流量成為「100sccm」。
此處，簡單地對各區域以同一氣體流量比率供給處理氣體，而區域間的處理氣體之濃度比相異，結果區域間的蝕刻速率之關係改變。與此相對，依第1實施形態，則以依據式（1）成為期望之處理氣體的濃度比之方式決定處理氣體之流量比率而決定流量。藉此，即便改變沖淋頭中的區域之設定（例如面積比等），仍可簡單地調整各區域中的蝕刻速率之關係。
亦即，依第1實施形態，則在將處理氣體分配至複數個區域的情況，以使各區域成為期望之氣體濃度比的方式控制氣體流量比率，藉而可獲得期望之蝕刻特性。
以上，雖對本發明之最佳實施形態加以記述，但本發明並未限定於此一特定之實施形態，可在申請專利範圍內所記載的本發明之要旨的範圍內，進行各種變形、變更。例如，實施例中雖對於將供給氣體之區域分割為同心圓狀的情況進行說明，但並不限為同心圓，在正方形等多角形中亦可同樣地適用。此外，可藉本發明之電漿蝕刻裝置蝕刻的被處理體，並無特別限定。具體而言，可使用例如以矽基板構成之晶圓，在該晶圓上形成二氧化矽（SiO2 ）膜、由多晶矽膜構成之被蝕刻膜、由1層或複數層構成之遮罩層、反射防止膜（Bottom Anti－Reflective Coating； BARC）及光阻膜等之晶圓等。此時，將光阻膜預先施行曝光、顯影，而形成既定之圖案。
W‧‧‧晶圓
100‧‧‧電漿蝕刻裝置
102‧‧‧腔室
103‧‧‧絕緣板
104‧‧‧基座支持台
105‧‧‧基座（支持部）
105a‧‧‧高通濾波器
106‧‧‧溫度分布調整部
106a、106b‧‧‧加熱器
106c、106d‧‧‧加熱器用電源
106e、106f‧‧‧溫度計
107a、107b‧‧‧冷媒流路
108a‧‧‧中心側導入管
108b‧‧‧外周側導入管
109a‧‧‧中心側排出管
109b‧‧‧外周側排出管
111‧‧‧靜電吸盤
112‧‧‧靜電電極
113‧‧‧直流電源
114‧‧‧第1高頻電源
115‧‧‧第1匹配器
116‧‧‧第2高頻電源
117‧‧‧第2匹配器
118‧‧‧氣體通路
119‧‧‧對焦環
120‧‧‧上部電極（電極）
122‧‧‧伸縮囊
122a、122b‧‧‧上部凸緣
123‧‧‧直流電源
124‧‧‧低通濾波
130‧‧‧氣體供給條件調整部
131‧‧‧排氣管
132‧‧‧閘閥
135‧‧‧排氣裝置
140‧‧‧沖淋頭
141‧‧‧氣體供給孔
142‧‧‧電極支持體
143‧‧‧緩衝室
143a‧‧‧第1緩衝室
143b‧‧‧第2緩衝室
143c‧‧‧第3緩衝室
143d‧‧‧第4緩衝室
145a‧‧‧第1環狀分隔壁構件
145b‧‧‧第2環狀分隔壁構件
145c‧‧‧第3環狀分隔壁構件
145‧‧‧環狀分隔壁構件
150‧‧‧氣體供給裝置
161‧‧‧氣體供給源
170～173‧‧‧配管
174、174a～174d‧‧‧流量控制部
175a～175d、176a～176d‧‧‧閥
190‧‧‧裝置控制部
200‧‧‧上部電極驅動部（間隔調整部）
201‧‧‧筒體
202‧‧‧桿部
204‧‧‧支持構件
205‧‧‧線性編碼器
205a‧‧‧檢測部
207‧‧‧上端構件
207a‧‧‧伸出部
208‧‧‧區隔構件
210‧‧‧滑動機構
212‧‧‧軌道部
214‧‧‧固定構件
216‧‧‧引導構件
218‧‧‧水平調整板
220‧‧‧空氣壓力缸筒
222‧‧‧缸筒本體
224‧‧‧上部支持板
226‧‧‧下部支持板
232‧‧‧上部空間
234‧‧‧下部空間
290‧‧‧控制部
300‧‧‧空氣壓力電路
圖1係顯示第1實施形態之電漿蝕刻裝置的構成之一例的概略圖。 圖2係用於說明第1實施形態之沖淋頭的構造之一例的概略圖。 圖3(a)、(b)係顯示本實施形態之晶圓其徑向位置的佩克萊數(Peclet number)之概略圖。 圖4(a)、(b) 、 (c)、(d)係顯示改變本實施形態之處理氣體的供給條件之情況，其蝕刻速率之變化的概略圖。 圖5－1係顯示第1實施形態中之面積比與氣體濃度比的關係之圖。 圖5－2係顯示第1實施形態中之面積比與氣體濃度比的關係之圖。
120‧‧‧上部電極(電極)
140‧‧‧沖淋頭
141‧‧‧氣體供給孔
142‧‧‧電極支持體
143‧‧‧緩衝室
143a‧‧‧第1緩衝室
143b‧‧‧第2緩衝室
143c‧‧‧第3緩衝室
143d‧‧‧第4緩衝室
145a‧‧‧第1環狀分隔壁構件
145b‧‧‧第2環狀分隔壁構件
145c‧‧‧第3環狀分隔壁構件

Claims (2)

  1. 一種電漿蝕刻裝置，藉由經電漿化之處理氣體蝕刻基板，其特徵為具備： 處理容器； 固持部，設置於該處理容器內，用以固持基板； 電極板，設置於該處理容器內，與該固持部相對向； 複數個供給部，用以對該固持部與該電極板所包夾之空間供給處理氣體，分別配置於對該基板之徑向成同心圓狀分割為n（n為2以上之自然數）個的各區域，自在各個該區域以均等間隔形成的氣體供給孔所供給處理氣體； 高頻電源，藉由對該固持部或該電極板兩者中之至少一方供給高頻電力，而將由該複數個供給部對該空間供給之處理氣體電漿化；以及 控制部，藉由下式，控制由該區域各自的該氣體供給孔所供給之氣體流量： (1)其中， Q：處理氣體之總流量 Q1 ’～Qn ’：分割為n個之區域各自的處理氣體流量 D1 ～Dn ：分割為n個之區域中各自的處理氣體之濃度比 N1 ～Nn ：分割為n個之區域各自的氣體供給孔數。
  2. 一種電漿蝕刻方法，藉由經電漿化之處理氣體蝕刻基板，包含如下步驟： 固持步驟，藉由設置於處理容器內之固持部將基板固持； 處理氣體供給步驟，藉由分別配置在對於該基板之徑向成同心圓狀分割為n（n為2以上之自然數）個區域的複數個供給部，對設置於該處理容器內且由與該固持部相對向之電極板和該固持部所包夾的空間，自在各個該區域以均等間隔形成的氣體供給孔所供給處理氣體；以及 高頻電力供給步驟，藉由對該固持部或該電極板兩者中之至少一方，以高頻電源供給高頻電力，而將由設置於各該區域之該氣體供給孔所供給至該空間的處理氣體電漿化； 而該處理氣體供給步驟， 藉由下式，控制由該區域各自的該氣體供給孔所供給之氣體流量： (1)其中， Q：處理氣體之總流量 Q1 ’～Qn ’：分割為n個之區域各自的處理氣體流量 D1 ～Dn ：分割為n個之區域中各自的處理氣體之濃度比 N1 ～Nn ：分割為n個之區域各自的氣體供給孔數。
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