TWI911811B - 電漿處理裝置以及電漿處理裝置的控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一種電漿處理裝置以及電漿處理裝置的控制方法，係能將生成於上部電極側的電漿的形成區域擴大並提高處理速度。本發明的一態樣為一種電漿處理裝置，係具備真空室、基板支撐用的台、相對電極以及共振電路。前述台係配置於前述真空室的內部，且連接於第一高頻電源電路，前述第一高頻電源電路係供給第一頻率的高頻電力。前述相對電極係與前述台對向地配置，且連接於第二高頻電源電路，前述第二高頻電源電路係供給第二頻率的高頻電力。前述共振電路係使來自前述相對電極的前述第二頻率的高頻電流通過。

Description

電漿處理裝置以及電漿處理裝置的控制方法

本發明係關於一種例如乾蝕刻(dry etching)裝置等電漿處理裝置以及電漿處理裝置的控制方法。

於蝕刻裝置等真空處理裝置中，已知一種電容耦合型電漿(Capacitively Coupled Plasma；CCP)方式的真空處理裝置。例如專利文獻1中揭示一種裝置，係將第一高頻電壓施加於用以支撐處理基板之下部電極且將第二高頻電壓施加於具有氣體導入機構的上部電極，藉此生成電容耦合電漿並進行電漿處理。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2013-225672號公報。

[發明所欲解決之課題]

此種雙頻CCP方式的電漿處理裝置中存在下述問題：藉由第二高頻電壓生成於上部電極側的電漿的形成區域係難以擴大至處理基板的表面附近，導致對處理速度的貢獻率較低。

本發明係鑒於上述事情而研創，本發明的目的在於提供一種電漿處理裝置以及電漿處理裝置的控制方法，係能將生成於上部電極側的電漿的形成區域擴大並提高處理速度。 [用以解決課題之手段]

本發明的一態樣為一種電漿處理裝置，係具備真空室(vacuum chamber)、基板支撐用的台(stage)、相對電極以及共振電路。前述台係配置於前述真空室的內部，且連接於第一高頻電源電路，前述第一高頻電源電路係供給第一頻率的高頻電力(high-frequency power)。前述相對電極係與前述台對向地配置，且連接於第二高頻電源電路，前述第二高頻電源電路係供給第二頻率的高頻電力。前述共振電路係使來自前述相對電極的前述第二頻率的高頻電流通過。

前述電漿處理裝置中，於供電線與接地電位之間具備共振電路，前述共振電路係使來自相對電極的第二頻率的高頻電流通過，因此從相對電極向台流動的電漿電流的阻抗降低。藉此，生成於相對電極側的電漿的形成區域擴大，從而能提高處理速度。

前述共振電路亦可以於前述台上的基板的表面與前述接地電位之間的共振頻率變為前述第二頻率的方式調整。

前述共振電路例如為電感電容串聯共振電路，係包含線圈及電容。

前述第一高頻電源電路亦可具有：阻抗匹配電路，係連接於第一高頻電源；濾波器電路部，係切斷施加於前述供電線的前述第二頻率的高頻電力的輸入；以及電壓測定部，係連接於前述阻抗匹配電路與前述濾波器電路部之間，且測定從前述阻抗匹配電路輸出至前述台的高頻電壓。在此情況下，前述共振電路係連接於前述台與前述濾波器電路部之間的前述供電線。

前述電容亦可為能夠調整電容值的可變電容。在此情況下，前述電漿處理裝置係還具備：控制單元，係以由前述電壓測定部所測定的電壓值變為最小的方式控制前述電容的電容值。

前述電漿處理裝置亦可還具備：接地屏蔽(earth shield)，係設於前述相對電極的周面與前述真空室的內壁面之間。

前述第二頻率亦可為較前述第一頻率更高的頻率。

前述電漿處理裝置亦可還具備：氣體供給管線，係向前述真空室供給蝕刻氣體或成膜用氣體。

本發明的一態樣為前述電漿處理裝置的控制方法：前述共振電路為電感電容串聯共振電路，係包含線圈及可變電容；前述電漿處理裝置的控制方法為：測定輸入至前述台的前述第一頻率的高頻電壓，並以前述高頻電壓變為最小的方式控制前述可變電容的電容值。 [發明功效]

根據本發明，能將生成於上部電極側的電漿的形成區域擴大並提高處理速度。

以下參照圖式說明本發明的實施形態。

圖1係顯示本發明的一實施形態的電漿處理裝置100的構成之概略側剖視圖。本實施形態的電漿處理裝置100係構成為雙頻CCP方式的乾蝕刻裝置，且具備真空室10、作為下部電極的台20以及作為上部電極的相對電極30。

真空室10係經由排氣閥41連接於真空泵42，且為能夠將內部維持為減壓氛圍的密閉容器。真空室10為金屬製，且連接於接地電位。於真空室10的一側面部設有：基板搬出搬入用的開口部12，係由閘閥11開閉。

台20為金屬製，且配置於真空室10的內部，本實施形態中經由支撐構件21設於真空室10的底部，該支撐構件21係由絕緣材料所構成。台20的上表面係形成為用以支撐基板W的支撐面。基板W為半導體晶圓或玻璃基板等的處理基板。雖然未圖示，然而亦可將靜電夾頭(electrostatic chuck)機構及溫度調整機構等設於台20，該靜電夾頭機構係保持基板W，該溫度調整機構係將基板W加熱或冷卻至預定溫度。

台20係連接於第一高頻電源電路51，該第一高頻電源電路51係設於真空室10的外部。如後述，第一高頻電源電路51係包含：阻抗匹配電路511，係連接於第一高頻電源RF1，該第一高頻電源RF1係產生第一頻率的高頻電力(參照圖3)。第一高頻電源電路51係向台20供給第一頻率的高頻電力作為偏壓電力(bias power)。第一頻率並未特別限定，例如為2MHz。此外，第一頻率的高頻電力的大小例如為500W至3000W。

相對電極30為金屬製，且與台20對向地配置，且經由支撐構件31設於真空室10的頂板部，該支撐構件31係由絕緣材料所構成。相對電極30係連接於氣體供給管線43，且具有作為簇射板(shower plate)的功能，該簇射板係將製程氣體(process gas)均勻地噴射至台20上的基板W的表面的整個區域。

氣體供給管線43係經由流量調整閥44連接於氣體供給源45。本實施形態中，由於電漿處理裝置100係構成為乾蝕刻裝置，因此製程氣體使用蝕刻用的反應氣體(例如氟系氣體、烴系氣體)。此外，氣體供給管線43並不限於連接於相對電極30的情形，亦可從真空室10的側壁的一部分等將製程氣體向真空室10內供給。

相對電極30係連接於第二高頻電源電路52，該第二高頻電源電路52係設於真空室10的外部。第二高頻電源電路52係包含：阻抗匹配電路，係連接於第二高頻電源RF2，該第二高頻電源RF2係產生第二頻率的高頻電力。第二高頻電源電路52係向相對電極30供給第二頻率的高頻電力作為放電電力，該放電電力係用以產生製程氣體的電漿。第二頻率並未特別限定，例如為27MHz。此外，第二頻率的高頻電力的大小例如為500W至4kW。

本實施形態中，電漿處理裝置100係在將真空室10的內部維持為預定的減壓氛圍的狀態下經由氣體供給管線43向真空室10的內部導入製程氣體(蝕刻氣體)，並將第二高頻電源RF2的高頻電壓施加於相對電極30，藉此使製程氣體(蝕刻氣體)的電漿產生於台20與相對電極30之間。另一方面，將第一高頻電源RF1的高頻電壓施加於台20，藉此使電漿中的離子朝向台20上的基板W加速。藉此，於基板W的表面施行蝕刻處理。處理壓力例如為5Pa至30Pa。

此處，此種雙頻CCP方式的電漿處理裝置中存在下述問題：藉由第二高頻電壓生成於上部電極側的電漿的形成區域係難以擴大至處理基板的表面附近，導致難以謀求提高處理速度(蝕刻速率)。

上述問題認為是如圖2概念性地所示的緣故：因為上部電極130與下部電極120之間的阻抗Z _A遠大於上部電極130與上部電極130周圍的真空室110之間的阻抗Z _G，從而施加於上部電極130的高頻電壓的一部分係因為該上部電極130與上部電極130的周圍的真空室110的內壁之間的放電而被消耗。此結果，形成於上部電極130與下部電極120之間的電漿未充分地擴大至下部電極120上的基板的表面附近，從而無法謀求提高蝕刻速率。

因此，本實施形態中，如圖1所示，共振電路53係連接於供電線510與接地電位之間，該供電線510係位於台20與第一高頻電源電路51之間；該共振電路53係使來自相對電極30的第二頻率的高頻電流通過。將共振電路53連接於台20與第一高頻電源電路51之間，藉此使相對電極30與台20之間的阻抗(相當於圖2中的Z _A)降低，並容易使從相對電極30向台20流動的電漿電流流動。藉此，由於生成於相對電極30側的電漿的形成區域擴大，因此能提高處理速度(蝕刻速率)。

如後述，共振電路53為電感電容串聯共振電路，係包含線圈L及電容VC1(參照圖3)；共振電路53係以於台20上的基板W的表面與上述接地電位之間的共振頻率變為上述第二頻率(27MHz)的方式調整線圈L的電感值及電容VC1的電容值。亦即，共振電路53係構成為以第二頻率(27MHz)共振。

而且，如圖1所示，本實施形態的電漿處理裝置100係還具備：接地屏蔽61，係設於相對電極30的周面與真空室10的側部內壁面之間。接地屏蔽61係由金屬製的筒狀構件所構成，該筒狀構件係以被覆絕緣性的支撐構件31的周面的方式設置，該支撐構件31係覆蓋相對電極30的周面。接地屏蔽61係安裝於真空室10，且經由真空室10連接於接地電位。

如此，將接地屏蔽61設於相對電極30的周圍，藉此消除接地屏蔽61與真空室10的側部內壁面之間的電位差，並能抑制於這些相對電極30的周面與真空室10之間產生放電。亦即，由於相對電極30的周面與真空室10之間的阻抗(Z _G)表觀上不存在，因此施加於相對電極30的第二頻率(27MHz)的高頻電壓不會因為相對電極30與相對電極30的周圍的真空室10之間的放電而被消耗。因此，由於施加於相對電極30的高頻電壓的全部使用於相對電極30與台20之間的電漿形成，因此能對將電漿形成區域擴大至基板W的表面附近有很大的貢獻。

此外，亦可依照需要將同樣的接地屏蔽設於台20的周圍。在此情況下，抑制施加於台20的第一頻率(2MHz)的高頻電壓所為的台20與台20的周圍的真空室10之間的放電。根據此種構成，亦能對將電漿形成區域擴大至基板W的表面附近有貢獻。

接著說明第一高頻電源電路51及共振電路53的細節。

圖3係顯示第一高頻電源電路51與共振電路53之間的關係之方塊圖。如圖3所示，第一高頻電源電路51係具有阻抗匹配電路(匹配電路)511、電壓測定部512及濾波器電路部513。

阻抗匹配電路511係連接於第一高頻電源RF1。阻抗匹配電路511為使第一高頻電源RF1的阻抗、供電線510(傳輸線)的阻抗、台20(負荷)的阻抗一致之電路。

電壓測定部512係測定從阻抗匹配電路511向台20輸出的高頻電壓。電壓測定部512係連接於阻抗匹配電路511與濾波器電路部513之間，且測定第一頻率(2MHz)的高頻電壓的峰至峰(peak to peak)值(Vpp)。

濾波器電路部513為切斷第二頻率(27MHz)的高頻電力的輸入之電路，該第二頻率的高頻電力係從相對電極30經由台20施加於供電線510。藉此，能從第二頻率(27MHz)的高頻電力保護第一高頻電源RF1、阻抗匹配電路511及電壓測定部512。共振電路53的構成並未特別限定，例如由能夠僅通過第一頻率(2MHz)的高頻電力之低通濾波器、帶通濾波器所構成。

共振電路53係具有與施加於相對電極30的第二高頻電源RF2的頻率(第二頻率)相同的共振頻率。本實施形態中，共振電路53為電感電容串聯共振電路，係包含線圈L及電容VC1，電容VC1為能夠調整電容值的可變電容。

如上述，共振電路53係連接於供電線510與接地電位之間，該供電線510係位於台20與第一高頻電源電路51之間。藉此，由於能將流動於供電線510的第二頻率(27MHz)的高頻電力(電漿電流)不輸入於第一高頻電源電路51地朝向接地電位流動，因此能保護第一高頻電源電路51並使相對電極30與台20之間的阻抗(Z _A)降低，從而能使電漿形成區域擴大至基板W的表面附近。

其中，於構成共振電路53的線圈L中亦可包含構成供電線510的各種零件的電感性電抗(inductive reactance)成分。在此情況下，依照上述電感性電抗成分，亦可以電感電容並聯共振電路來構成共振電路53，該電感電容並聯共振電路係將線圈L並聯連接於電容VC1。

此外，本實施形態中，電容VC1的電容值係以施加於台20的第一頻率(2MHz)的高頻電壓(偏壓電壓(bias voltage))變為最小的方式調整。本實施形態中，還具備：控制單元55，係以由電壓測定部512所測定的電壓值變為最小的方式控制電容VC1的電容值。

圖4係顯示構成共振電路53的電容VC1的電容值與蝕刻速率及第一頻率(2MHz)的電壓值Vpp之間的關係之一實驗結果。如圖4所示，以電壓值Vpp變為最小的方式調整電容VC1的電容值，藉此能得到最大的蝕刻速率。因此，藉由控制單元55監控由電壓測定部512所測定的電壓值並以此電壓值常態地變為最小的方式控制電容VC1的電容值，藉此能夠一邊維持蝕刻速率最大的狀態一邊處理基板W。 作為一例，於電壓值Vpp的最小值為大約1550V時，電容VC1的電容值為大約35.3pF，蝕刻速率為280nm/min。

此外，於由電壓測定部512所測定的電壓值Vpp為最小值時已確認到構成阻抗匹配電路511之匹配元件的電容值以及構成第二高頻電源電路52內的阻抗匹配電路之匹配元件的電容值均為極值。亦即，能表示電壓值Vpp為最小值與第一高頻電源電路51、第二高頻電源電路52的匹配元件的電容值為極值相互相等。據此，亦可以上述匹配元件的電容值為極值的方式調整電容VC1的電容值替代以電壓值Vpp變為最小值的方式調整電容VC1的電容值。

根據如上述方式構成的本實施形態的電漿處理裝置，共振頻率為第二頻率(27MHz)之共振電路53係連接於供電線510與接地電位之間，該供電線510係連接台20與第一高頻電源電路51，因此相對電極30與台20之間的阻抗降低，並容易使從相對電極30向台20流動的電漿電流流動，藉此生成於相對電極30側的電漿的形成區域擴大，從而能提高處理速度(蝕刻速率)。

圖5為顯示蝕刻速率與第二高頻電源RF2(27MHz)的電力之間的關係之一實驗結果，且將具有共振電路53的情形與不具有共振電路53的情形進行比較而顯示。此處，無論上述任何情形，均以設有接地屏蔽61的裝置來進行實驗，將電力範圍設為500W至4kW且將處理壓力設為10Pa。如圖5所示，根據具備共振電路53的本實施形態，與不具有共振電路53的情形相比，能提高蝕刻速率相對於投入電力的增加之增加率。亦即，顯示藉由設置共振電路53從而使電漿的形成區域擴大至基板W的表面附近，並提高對處理速度的貢獻率。

而且，根據本實施形態，由於測定輸入至台20的第一頻率(2MHz)的高頻電壓並以該高頻電壓變為最小的方式控制共振電路53的電容VC1的電容值，因此能在維持最大的蝕刻速率的狀態下繼續基板W的蝕刻處理。

以上說明本發明的實施形態，然而本發明並不僅限於上述實施形態，當然可以施加各種變更。

例如，於以上實施形態中，將輸入至台20的高頻電壓的頻率(第一頻率)設為2MHz且將輸入至相對電極30的高頻電壓的頻率(第二頻率)設為27MHz，然而並不限於此。例如，第一頻率亦可為低於13.56MHz，第二頻率亦可為13.56MHz以上。在此情況下，亦以共振電路53的共振頻率變為上述第二頻率的方式設定線圈L的電抗值及／或電容VC1的電容值。

此外，於以上實施形態中，監控輸入至台20的第一頻率的高頻電壓並以該電壓值變為最小的方式調整共振電路53中的電容VC1的電容值，然而亦可採用能夠調整電感值之可變線圈作為線圈L並以偏壓電壓變為最小的方式調整線圈L的電感值來替代此種方式。藉由此種構成，亦能得到與上述同樣的作用功效。

而且，於以上實施形態中，作為電漿處理裝置而以蝕刻裝置為例說明，然而本發明亦能夠應用於CVD(chemical vapor deposition；化學氣相沉積)裝置及濺鍍裝置等成膜裝置來替代此種方式。在此情況下，從氣體供給管線43向真空室10內供給成膜用的製程氣體(反應氣體或濺鍍用的氬氣)並以偏壓電壓變為最小的方式調整共振電路53的電容值，藉此能將朝向成膜對象的基板之入射離子的量最大化，從而得到改善填孔成膜的涵蓋範圍等的功效。

10,110:真空室 11:閘閥 12:開口部 20:台 21,31:支撐構件 30:相對電極 41:排氣閥 42:真空泵 43:氣體供給管線 44:流量調整閥 45:氣體供給源 51:第一高頻電源電路 52:第二高頻電源電路 53:共振電路 55:控制單元 61:接地屏蔽 100:電漿處理裝置 120:下部電極 130:上部電極 510:供電線 511:阻抗匹配電路 512:電壓測定部 513:濾波器電路部 L:線圈 RF1:第一高頻電源 RF2:第二高頻電源 VC1:電容 Vpp:電壓值 W:基板 Z _A,Z _G:阻抗

[圖1]係顯示本發明的一實施形態的電漿處理裝置的構成之概略側剖視圖。 [圖2]係用以說明本發明的課題之概念圖。 [圖3]係顯示上述電漿處理裝置中的第一高頻電源電路與共振電路之間的關係之方塊圖。 [圖4]係用以說明上述電漿處理裝置的作用之圖，且為顯示上述共振電路的電容值與蝕刻速率及第一頻率的電壓值之間的關係之一實驗結果。 [圖5]係用以說明上述電漿處理裝置的作用之圖，且為顯示蝕刻速率與第二高頻電源電力之間的關係之一實驗結果。

10:真空室

11:閘閥

12:開口部

20:台

21,31:支撐構件

30:相對電極

41:排氣閥

42:真空泵

43:氣體供給管線

44:流量調整閥

45:氣體供給源

51:第一高頻電源電路

52:第二高頻電源電路

53:共振電路

61:接地屏蔽

100:電漿處理裝置

510:供電線

RF1:第一高頻電源

RF2:第二高頻電源

W:基板

Claims (9)

1. 一種電漿處理裝置，係具備：真空室；基板支撐用的台，係配置於前述真空室的內部，且連接於第一高頻電源電路，前述第一高頻電源電路係連接於產生第一頻率的高頻電力的第一高頻電源；相對電極，係與前述台對向地配置，且連接於第二高頻電源電路，前述第二高頻電源電路係連接於產生第二頻率的高頻電力的第二高頻電源；以及共振電路，係連接於供電線與接地電位之間，且使來自前述相對電極的前述第二頻率的高頻電流通過，前述供電線係連接前述台與前述第一高頻電源電路。
2. 如請求項1所記載之電漿處理裝置，其中前述共振電路係以於前述台上的基板的表面與前述接地電位之間的共振頻率變為前述第二頻率的方式調整。
3. 如請求項1或2所記載之電漿處理裝置，其中前述共振電路為電感電容串聯共振電路，係包含線圈及電容。
4. 如請求項3所記載之電漿處理裝置，其中前述第一高頻電源電路係具有：阻抗匹配電路，係連接於第一高頻電源；濾波器電路部，係切斷施加於前述供電線的前述第二頻率的高頻電力的輸入；以及電壓測定部，係連接於前述阻抗匹配電路與前述濾波器電路部之間，且測定從前述阻抗匹配電路輸出至前述台的高頻電壓；前述共振電路係連接於前述台與前述濾波器電路部之間的前述供電線。
5. 如請求項4所記載之電漿處理裝置，其中前述電容為能夠調整電容值的可變電容；前述電漿處理裝置係還具備：控制單元，係以由前述電壓測定部所測定的電壓值變為最小的方式控制前述電容的電容值。
6. 如請求項1所記載之電漿處理裝置，其中還具備：接地屏蔽，係設於前述相對電極的周面與前述真空室的內壁面之間。
7. 如請求項1所記載之電漿處理裝置，其中前述第二頻率為較前述第一頻率更高的頻率。
8. 如請求項1所記載之電漿處理裝置，其中還具備：氣體供給管線，係向前述真空室供給蝕刻氣體或成膜用氣體。
9. 一種電漿處理裝置的控制方法，係用以控制如請求項1所記載之電漿處理裝置；前述共振電路為電感電容串聯共振電路，係包含線圈及可變電容；前述電漿處理裝置的控制方法係測定輸入至前述台的前述第一頻率的高頻電壓，並以前述高頻電壓變為最小的方式控制前述可變電容的電容值。