TWI588889B - 電漿處理方法及電漿處理裝置 - Google Patents

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Description

電漿處理方法及電漿處理裝置
本發明係關於一種對被處理基板實施電漿處理的技術，特別是將用來產生電漿的高頻之功率調變為脈衝狀的功率調變方式之電容耦合型電漿處理裝置以及電漿處理方法。
在電容耦合型的電漿處理裝置中，於處理容器內部平行配置了上部電極與下部電極，並在下部電極上載置被處理基板(半導體晶圓、玻璃基板等基材)，然後對上部電極或是下部電極施加用以產生電漿之頻率(一般為13.56MHz以上)的高頻。因為施加了此高頻而在相對向的電極之間產生高頻電場，藉此，電子被加速，而後藉由電子與處理氣體的碰撞游離進而產生電漿。接著，藉由包含於此電漿中的自由基以及離子的氣相反應或是表面反應，在基板上堆積薄膜，或是削減基板表面的材料或是薄膜。
近年來，半導體裝置等製造製程中的設計規則越來越微細化，特別在電漿蝕刻中，要求更高的尺寸精準度，亦同時要求提升在蝕刻中對於遮罩或是基材的選擇比與表面均勻性。因此，以腔室內的製程區域的低壓力化、低離子能量化為目標，逐漸地使用40MHz以上的這樣的高頻。
然而，因為邁向這樣的低壓力化以及低離子能量化，而無法忽視過去 不成為問題的電荷損害的影響。也就是，在以往的高離子能量的電漿處理裝置中，即使在表面電漿電位不平均，亦不會產生太大的問題，但若是以更低的壓力使離子能量降低，則電漿電位的表面不平均就容易產生閘極氧化膜的電荷損害這樣的問題。
針對此問題，將用於產生電漿之高頻功率調變為開啟/關閉(或是H位準/L位準)之脈衝的功率調變方式係有效地(專利文獻1)。若根據此功率調變方式，因為在電漿蝕刻中，可以既定的週期交互地重複處理氣體的電漿產生狀態與非電漿產生狀態(電漿並未產生的狀態)，與從電漿處理開始到結束為止持續產生電漿的一般電漿處理相比，連續產生電漿的時間縮短。藉此，因為從電漿流入被處理基板的電荷量，或是電荷累積儲存在被處理基板表面的量一度降低，故難以產生電荷損害，進而實現了安定的電漿處理以及提升電漿製程的可靠度。
另外，在電容耦合型的電漿處理裝置中，大多使用RF偏壓法，其係對載置基板的下部電極施加較低頻率(一般在13.56MHz以下)的高頻，藉由在下部電極上產生之負的偏壓電壓或是鞘電壓，以將電漿中的離子加速且吸引至基板。像這樣藉由從電漿中將離子加速以使其衝撞基板表面，可促進表面反應、異向性蝕刻，或是膜的改質等製程。
另外，在使用電容耦合型電漿蝕刻裝置來進行介層洞與接觸窗等構造的蝕刻加工的情況中，蝕刻速率因為孔洞的大小而有所不同，也就是會產生微負載效應這樣的問題，進而產生難以控制蝕刻深度的這樣的問題。特別是，在像是保護環(GR；Guard ring)這樣較大的區域中，大多蝕刻得較快，在CF系自由基難以進入的微小通道中，蝕刻速率大多較慢。
針對此問題，將用於吸引離子的高頻之功率調變為可變負載的第1位準/第2位準(或是開啟/關閉)之脈衝的功率調變方式係有效地(專利文獻2)。若根據這樣的頻率調變方式，維持較高的第1位準(H位準)之功率的期間，以及維持較低的第2位準(L位準)之功率的期間可在一定的週期內交互的重 複(該第1位準適用在蝕刻被處理基板上的既定薄膜；該第2位準適用在吸引離子用的高頻使高分子堆積於被處理基板上的既定薄膜)，藉此，在孔洞尺寸越大(越寬)的地方，就可以越高的堆積速率在既定的薄膜上堆積適當的高分子層，以抑制蝕刻的進行。因此可藉此降低不期望發生的微負載效應，並且可實現高選擇比以及高蝕刻速率的蝕刻。
另外，在電容耦合型的電漿蝕刻裝置中，藉由對夾住電漿產生空間且與基板對向的上部電極施加負極性的直流電壓，使得在上部電極產生的2次電子以高速打進基板的表層，如此亦可對ArF光阻等耐蝕刻性低的有機遮罩進行改質。最近，為了提高藉由此高速電子的有機遮罩的改質功效，提出了一種方法，其在固定的脈衝頻率中開啟/關閉產生電漿的高頻之功率，同時，與此同步地僅在高頻功率形成關閉的期間施加直流電壓(專利文獻3)。像這樣，藉由在將高頻功率關閉、電漿鞘變薄的期間對上部電極施加直流電壓，使得從上部電極而來的2次電子效率良好地入射基板，以強化基板上的有機薄膜。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
專利文獻1：日本特開2009-71292號公報
專利文獻2：日本特開2009-33080號公報
專利文獻3：日本特開2010-219491號公報
在如上述之具備功率調變功能的以往的電容耦合型電漿處理裝置中，可在電漿製程的處理程序中，任意地設定脈衝頻率以及負載比(在脈衝的1個循環中，開啟期間的比例)中的任一方。另外，在調變用於產生電漿的高頻之功率的情況中，在將負載比設定地較低的情況下，以及將脈衝頻率設定地較高的情況下，存在著在製程開始時難以點燃電漿的問題。
為了因應此問題，以往係採用以下的方法：在適用於高頻放電的特別的高壓條件或是高RF功率條件之下，使電漿點火以開始製程，而在放電安定化之後才切換至原來設定的壓力或是原來設定的RF功率。然而，因為此方法在一定的時間內使用了與原來的製程條件不同的條件，故可能對電漿製程帶來不可預期的影響，使得可靠度降低。
有鑒於上述之以往的技術課題，本發明提供一種電漿處理方法以及電漿處理裝置，其中，即使在將產生電漿的高頻之功率調變為脈衝狀的功率調變方式中，任意地設定負載比(特別使其降低)或是任意地設定脈衝頻率(特別使其提高)，亦可確實點燃電漿，而以預期的製程條件安定且確實地開始電漿製程；
本發明的電漿處理方法，係在以可置入及取出的方式收納被處理基板、且可真空抽氣的處理容器中以相對向的方式所設置的第1以及第2電極之間，藉由處理氣體的高頻放電而產生電漿，並且在該電漿的氛圍之下對保持於該第1電極上的該基板實施預期之處理的電漿處理方法，其中包含：對於所施予的電漿製程，以一定的脈衝頻率交互地重複第1期間與第2期間，並以此方式將脈衝狀的調變施加在該第1高頻的功率上的步驟，在該第1期間中，用於產生該電漿的第1高頻的功率為開啟狀態或是第1位準，在該第2期間中，用於產生該電漿的第1高頻的功率為關閉狀態或是比該第1位準更低的第2位準；以及使在該第1高頻的功率之調變中的負載比在一定的期間內漸進式或是階段性的下降的步驟；該一定的期間係從用於電漿點火的初期值開始，在經過既定的過渡時間之後，到該初期值變化為該電漿製程用的設定值為止。
本發明的電漿處理裝置包含：處理容器，其可進行真空抽氣；第1電極，其在該處理容器內支持被處理基板；第2電極，其以與該第1電極對向的方式配置於該處理容器內；處理氣體供給部，其在該處理容器內供給 需要的處理氣體；第1高頻供電部，其為了在該處理容器內產生該處理氣體的電漿而對該第1電極或是該第2電極的任一方施加第1高頻；調變控制部，其相對於所施予的電漿製程，以一定的脈衝頻率使第1期間與第2期間交互地重複，在該第1期間中，該第1高頻功率開啟狀態或是第1位準，在該第2期間中，該第1高頻功率關閉狀態或是比該第1位準更低的第2位準，並藉此方式，控制該第1高頻供電部，以使脈衝狀的調變施加在該第1高頻的功率之上；以及負載控制部，其使該第1高頻的功率調變中的負載比在一定的期間內逐漸地或是階段地下降，該一定的期間，係從以初期值點燃電漿開始，在經過既定的過渡時間之後，到該初期值下降至該電漿製程用的設定值為止。
在本發明的電漿處理裝置或是電漿處理方法中，藉由如上所述的構造，即使在將產生電漿的高頻之功率調變為脈衝狀的功率調變方式中，任意地設定負載比，或是任意地設定脈衝頻率數，亦可確實點燃電漿，而以預期的製程條件安定且確實地開始電漿製程。
10‧‧‧腔室
16‧‧‧載置台(下部電極)
33、35‧‧‧高頻供電部
36、38‧‧‧高頻電源
40、42‧‧‧匹配器
43、45‧‧‧高頻傳送路徑
46‧‧‧上部電極(噴淋頭)
56‧‧‧處理氣體供給源
72‧‧‧主控制部
94A、94B‧‧‧匹配控制器
96A、96B‧‧‧阻抗感測器
【圖1】係表示本發明之一實施態樣中的電漿處理裝置之構造的剖面圖。
【圖2A】係表示在上述電漿處理裝置中與可使用的2種高頻的各個態樣以及組合相關的第1RF模式的圖。
【圖2B】係表示上述電漿處理裝置中的第2RF模式的圖。
【圖2C】係表示上述電漿處理裝置中的第3RF模式的圖。
【圖3A】係表示上述電漿處理裝置中的第4RF模式的圖。
【圖3B】係表示上述電漿處理裝置中的第5RF模式的圖。
【圖3C】係表示上述電漿處理裝置中的第6RF模式的圖。
【圖3D】係表示上述電漿處理裝置中的第7RF模式的圖。
【圖4A】係表示上述第4RF模式中的第1負載比控制法的圖。
【圖4B】係表示上述第4RF模式中的第2負載比控制法的圖。
【圖5A】係表示上述第5RF模式中的第1負載比控制法的圖。
【圖5B】係表示上述第5RF模式中的第2負載比控制法的圖。
【圖6】係表示上述第6RF模式中的負載比控制法的圖。
【圖7A】係表示上述第7RF模式中的第1負載比控制法的圖。
【圖7B】係表示上述第7RF模式中的第2負載比控制法的圖。
【圖8】係表示在負載比的設定值較小的情況下，使用上述第5RF模式中的第2負載比控制法的情況之程序的圖。
【圖9A】係表示在使用上述第5RF模式中的第2負載比控制法的情況下，與電漿點火性相關之實驗結果的圖
【圖9B】係表示在使用第2負載比控制法的上述實驗中在「NG」的製程條件下，適用第1負載比控制法之情況下，與電漿點火性相關的實驗結果的圖。
【圖10A】係表示在使用上述第5RF模式中的第2負載比控制法的情況下，與電漿點火性相關之其他的實驗結果的圖。
【圖10B】係表示在使用第2負載比控制法的上述實驗中，在「NG」的製程條件下，適用第1負載比控制法之情況中，與電漿點火性相關的實驗結果的圖。
【圖11】係表示上述實施態樣中，用於產生電漿的高頻系的高頻供電部之構造的方塊圖。
【圖12】係表示上述實施態樣中適用於吸引離子的高頻系的高頻供電部之構造的方塊圖。
【圖13】係用來說明上述實施態樣中的匹配器之作用的各部份的波形圖。
【圖14】係表示在實施例的實驗中所觀察到的各部份的波形圖。
【圖15】係表示比較例之負載比控制法的圖。
【圖16】係表示在比較例的實驗中所觀察到的各部份的波形圖。
【圖17】係表示在第2實施態樣中的電漿處理裝置之構造的圖。
【圖18】係表示在上述的電漿處理裝置中之第8RF模式的圖。
【圖19】係表示上述第8RF模式的變化實施例之一的圖。
【圖20A】係表示上述第8RF模式中的第1負載比控制法的圖。
【圖20B】係表示上述第8RF模式中的第2負載比控制法的圖。
【圖21A】係表示根據本發明的變化實施例之一的負載比控制法的圖。
【圖21B】係表示根據變化實施例的負載比控制法的圖。
以下，參照添附的圖式對本發明之較佳實施態樣進行說明。
【實施態樣1中的電漿處理裝置之構造以及作用】
圖1係表示本發明之第1實施態樣中的電漿處理裝置的構造。此電漿處理裝置，係由電容耦合型(平行平板型)的電漿蝕刻裝置所構成，其包含例如由表面被施予氧化鋁膜處理(陽極氧化處理)的鋁所構成的圓筒形的真空腔室(處理容器)10。腔室10係處於接地的狀態。
在腔室10的底部之上，隔著陶瓷等材料所形成的絶緣板12配置了圓柱狀的載置台支持台14，在此載置台支持台14上設置了例如由鋁所構成的載置台16。載置台16構成下部電極，在此之上載放了當作被處理基板的例如半導體晶圓W。
在載置台16的頂面，設置了用來保持半導體晶圓W的靜電夾頭18。此靜電夾頭18，係將以導電薄膜所構成的電極20夾入成對的絶緣層或是絶緣墊之間所形成的元件，而電極20透過開關22與直流電源24電性連接。藉由從直流電源24而來的直流電壓，可以靜電吸附力將半導體晶圓W保持於靜電夾頭18之上。在靜電夾頭18的周圍、載置台16的頂面之上，配置了用來提升蝕刻均勻度的例如由矽所構成的聚焦環26。在載置台16以及載置台支持台14的側面，貼附有例如由石英所構成的圓筒狀的內壁零件28。
在載置台支持台14的內部，設置了例如在圓周方向上延伸的冷媒室30。對於此冷媒室30，藉由附在裝置之外的冷卻單元(圖中未顯示)，透過 配管32a、32b，供給既定溫度的冷媒，例如冷卻水。藉由冷媒的溫度，可控制載置台16上的半導體晶圓W的處理溫度。更進一步，透過氣體供給線34，可在靜電夾頭18的頂面與半導體晶圓W的背面之間供給由傳熱氣體供給機構(圖中未顯示)而來的傳熱氣體，例如He氣。
載置台16與2個系統的高頻供電部33、35電性連接。第1系統的高頻供電部33，係由輸出適用於產生電漿的固定頻率fRF1(例如100MHz)的高頻RF1的高頻電源36、將從此高頻電源36所產生的高頻RF1傳送置載置台16的高頻傳送路徑43，以及設置在此高頻傳送路徑43上的匹配器40所構成。第2系統的高頻供電部35，係由輸出適用於從電漿中將離子吸引至載置台16上的半導體晶圓W的固定頻率fRF2(例如13.56MHz)之高頻RF2的高頻電源38、將從此高頻電源38所產生的高頻RF2傳送置載置台16的高頻傳送路徑45，以及設置在此高頻傳送路徑45上的匹配器42所構成。兩高頻傳送路徑43、45共用連接至載置台16背面(底面)的供電用導體(例如供電棒)44。
腔室10的頂板設置了與載置台16平行相對之上部電極46，其具有接地電位。此上部電極46，係由電極板48以及電極支持體50所構成；該電極板48具有多個氣體噴出孔48a，且由例如Si、SiC等含有矽的材質所構成；該電極支持體50，係以導電材料(例如表面經過氧化鋁膜處理的鋁)所構成，並以可脫附的方式支持此電極板48。此上部電極46與載置台16之間形成了產生電漿的空間或是處理空間PA。
電極支持體50，其內部具有氣體緩衝室52，同時，其底面具有連通從氣體緩衝室52到電極板48的氣體噴出孔48a的多個氣體通氣孔50a。氣體緩衝室52，透過氣體供給管54與處理氣體供給源56連接。氣體供給管54上，設置了質量流量控制器(MFC；Mass Flow Controller)58以及開閉閥60。藉由處理氣體供給源56，可將既定的處理氣體(蝕刻氣體)導入氣體緩衝室52，且藉由電極板48的氣體噴出孔48a，可在處理空間PA中以噴淋狀的方式對載置台16上的半導體晶圓W噴出處理氣體。像這樣，上部電極46兼 具了用來在處理空間PA中供給處理氣體的噴淋頭。
另外，電極支持體50的內部亦設置了使冷媒(例如冷卻水)流動的通路(圖中未顯示)，藉由外部的冷卻單元，可透過冷媒將上部電極46的整體，特別是電極板48調整至既定的溫度。更進一步，為了使對上部電極46所進行的溫度控制更加安定化，亦可在電極支持體50的內部或是頂面安裝由例如電阻發熱元件所構成的加熱器(圖中未顯示)。
在載置台16以及載置台支持台14與腔室10的側壁之間形成的環狀空間形成了抽氣空間，在此抽氣空間的底部設置了腔室10的抽氣口62。此抽氣口62透過抽氣管64與抽氣裝置66連接。抽氣裝置66，具備渦輪分子泵等真空泵，其可降低腔室10的內部、特別是處理空間PA的壓力至期望的真空度。另外，在腔室10的側壁上安裝了使半導體晶圓W的搬出入口68開合的閘門閥70。
主控制部72，包含1台或是複數台微電腦，其依照儲存於外部記憶體或是內部記憶體的軟體(程式)以及處理程序資訊，控制裝置內的各部位，特別是高頻電源36、38、匹配器40、42、MFC58、開閉閥60、抽氣裝置66等各別的動作以及裝置整體的動作(程序)。
另外，主控制部72與包含了鍵盤等輸入裝置、液晶顯示器等顯示裝置的人機介面用的操作面板(圖中未顯示)以及收納或是儲存各種程式與處理程序、設定值等各種資料的外部記憶裝置(圖中未顯示)等裝置連接。在此實施態樣中，主控制部72雖被表示為1個控制單元，但是亦可採用複數控制單元並列地或是階層式地分擔主控制部72之功能的態樣。
如同以下之敘述，進行此電容耦合型電漿蝕刻裝置中的單片式乾式蝕刻的基本動作。首先，使閘門閥70成為開啟狀態，再將成為加工對象的半導體晶圓W搬入腔室10之內，並載置於靜電夾頭18之上。接著，藉由處理氣體供給源56以既定的流量以及流量比將處理氣體，也就是蝕刻氣體(一 般而言為混合氣體)導入腔室10內，並藉由抽氣裝置66的真空抽氣使腔室10內的壓力成為設定值。接著，將從高頻電源36所產生的高頻RF1(100MHz)與從高頻電源38所產生的高頻RF2(13.56MHz)重疊(或是單一)，然後對載置台16施加該重疊之後(或是單一)的高頻。另外，藉由直流電源24，對靜電夾頭18的電極20施加直流電壓，並將半導體晶圓W固定於靜電夾頭18之上。藉由上部電極46的噴淋頭所吐出的蝕刻氣體，在兩電極46、16間的高頻電場之下放電，並在處理空間PA內產生電漿。藉由包含於此電漿的自由基與離子來蝕刻在半導體晶圓W的主要表面上的被加工薄膜。
在此電容耦合型電漿蝕刻裝置中，藉由主控制部72對於兩高頻供電部33、35的控制，可選擇性地對腔室10內的載置台16所施加的高頻的種類、形態以及組合，使用如下的7種RF模式。其中，第1RF模式~第3RF模式不使用於功率調變，而第4RF模式~第7RF模式使用於功率調變。
如圖2A所示，第1RF模式，係一般的下部2頻率重疊方式，將高頻供電部33的高頻RF1(100MHz)作為在設定上固定功率的連續波(CW；Continual Wave)，並將高頻供電部35的高頻RF2(13.56MHz)作為在設定上固定功率的連續波(CW)。此情況下，高頻RF1對於電漿的產生具有支配性地作用或是貢獻，高頻RF2對於將離子從電漿吸引至載置台16上的半導體晶圓W具有支配性地作用或是貢獻。
第2RF模式，如圖2B所示，將高頻供電部33的高頻RF1保持在設定上固定功率的連續波(CW)，並將高頻供電部35的高頻RF2保持在持續關閉的狀態。此情況下，高頻RF1不僅具有產生電漿的作用，亦具有吸引離子的作用，但其功效未達到高頻RF2之程度。
第3RF模式，如圖2C所示，高頻供電部33的高頻RF1保持在持續關閉的狀態，而高頻供電部35的高頻RF2保持在設定上固定功率的連續波(CW)。此情況下，高頻RF2不僅具有吸引離子的作用，亦具有產生電漿的作用，但其放電效率不如高頻RF1的程度良好。
圖3A係表示第4RF模式。第4RF模式，係藉由功率調變將高頻供電部33的高頻RF1作為脈衝波形，而高頻供電部35的高頻RF2形成在設定上固定功率的連續波(CW)。此情況下，高頻RF1對電漿的產生有支配性的作用，而高頻RF2對離子的吸引有支配性的作用。
如圖3B所示的第5RF模式，係藉由功率調變將高頻供電部33的高頻RF1作為脈衝波形，而高頻供電部35的高頻RF2係持續為關閉的狀態。此情況下，高頻RF1不僅具有產生電漿的作用，亦具有吸引離子的作用，但其效用未達到高頻RF2之程度。
如圖3C所示的第6RF模式，係將高頻供電部33的高頻RF1作為設定上一定功率的連續波(CW)，並藉由功率調變將高頻供電部35的高頻RF2作為脈衝波形。此情況下，高頻RF1主要具有產生電漿的作用，高頻RF2主要具有吸引離子的作用。
最後，第7RF模式，如圖3D所示，高頻供電部33的高頻RF1持續為停止的狀態，而藉由功率調將高頻供電部35的高頻RF2作為脈衝波形。此情況下，高頻RF2不僅作用於離子的吸引，亦作用於電漿的產生，但其放電效率不如高頻RF1的程度良好。
在此實施態樣的功率調變中，如圖3A~圖3D所示，高頻RF1(RF2)的功率為開啟狀態的開啟期間(第1期間)Ton與為關閉狀態的關閉期間(第2期間)Toff係以一定的脈衝頻率或是週期TC交互的重複。開啟期間TON中的RF功率在設定中係為定值。主控制部72，將制定功率調變之脈衝頻率以及負載比的調變控制脈衝信號PS給予高頻電源36(38)。此處，若將脈衝頻率以及負載比的設定值當作fs、Ds，則下述之關係式成立：TC=1/fs，TC=TON+TOFF、DS=TON/(TON+TOFF)。
[實施態樣1中的功率調變的負載控制法]
接著，就圖4A~圖7B，對第4RF模式~第7RF模式中的功率調變的負載比控制進行說明。此負載比控制，係主控制部72依照例如透過操作面板之處理程序上的設定或是其他形式的設定，對各高頻供電部33、35的控制之一。也就是，在此實施態樣中，主控制部72形成負載比控制部。
第4RF模式(圖3A)，可選擇性地使用2種負載比控制法[4RFM-1、4RFM-2]。如圖4A以及圖4B所示，在第4RF模式中，於製程開始時，在時間點t0首先啟動用來產生電漿的高頻RF1(高頻供電部33)，在延遲了一定時間Ta後的時間點t1，啟動用來吸引離子的高頻RF2(高頻供電部35)。延遲時間Ta，宜設定為比從施加高頻RF開始至點燃電漿為止所需要的時間(通常為0.2~0.5秒)更大的值(例如0.4~0.8秒)。
此處，第1負載比控制法[4RFM-1]，如圖4A所示，對於施加了功率調變的高頻RF1之負載比，在製程開始的時間點t0，使用在實用上之任意的功率調變的條件之下(特別是負載比、脈衝頻率)可確實點燃電漿的初期值(在此實施例中為90%)。又，此初期值，宜為儘可能地接近該製程用之原來的設定值Ds。也就是，宜為在實用上之任意的功率調變的條件之下可確實點燃電漿的負載比的範圍之內接近下限值的值(通常為85~95%)。
接著，在製程開始的同時，將高頻RF1的負載比從初期值90%以一定之負的斜率或是斜線波形逐漸地下降，在經過了既定時間Td(Td>Ta)之後的時間點t2，下降至用於該蝕刻製程的原來的設定值Ds。在時間點t2之後，到製程結束(時間點t4)之前，將負載比固定或是保持於設定值Ds。又，在一併使用高頻RF1、RF2(重疊施加)的情況中，在比製程結束時稍微提前一點的時間(時間點t3)，停止用來吸引離子的高頻RF2。此第1負載比控制法[4RFM-1]，在第4RF模式中難以點燃電漿的情況下，例如將負載比Ds設定為較低的情況或是將脈衝頻率fs設定為較高的情況，係有用地。
第2負載比控制法[4RFM-2]，如圖4B所示，從製程開始時(t0)到結束時(t4)為止，將高頻RF1的負載比持續固定在原來的設定值Ds。在該蝕刻製 程中所設定的功率調變的負載比Ds以及脈衝頻率fs之下確實點燃電漿的情況中，適合使用此負載比控制法[4RFM-2]。
第5RF模式(圖3B)，可選擇性地使用2種負載比控制法[5RFM-1、5RFM-2]。在第5RF模式中，如圖5A以及圖5B所示，在製程開始時，於時間點t0，起動同時用於產生電漿以及吸引離子的高頻RF1(高頻供電部33)。
此處，第1負載比控制法[5RFM-1]，係與上述的第4RF模式中的第1負載比控制法[4RFM-1]相同的程序。也就是，如圖5A所示，對於施加了功率調變的高頻RF1之負載比，在製程開始的時間點t0，使用在實用上之任意的功率調變的條件(特別是負載比、脈衝頻率)之下可確實點燃電漿的初期值(90%)。接著，在製程開始的同時，使高頻RF1的負載比從初期值90%以一定之負的斜率或是斜線波形逐漸地下降，並在經過既定時間Td之後的時間點t2，下降至用於該蝕刻製程之原來的設定值Ds。在時間點t2之後，到製程結束之前(時間點t4)將負載比固定於設定值Ds。此第1負載比控制法[5RFM-1]，在第5RF模式中難以點燃電漿的情況下，例如將負載比Ds設定為較低的情況，或是將脈衝頻率fs設定為較高的情況，係有用地。
在第5RF模式中的第2負載比控制法[5RFM-2]，與上述第4RF模式中的第2負載比控制法[4RFM-2]亦形成相同的程序。也就是，如圖5B所示，使高頻RF1的負載比從製程開始時(t0)到結束時(t4)為止，持續固定在原來的設定值Ds。此第2負載比控制法[5RFM-2]適合使用於在被設定用於該蝕刻製程的功率調變之負載比Ds以及脈衝頻率fs的條件之下確實點燃電漿的情況。
第6RF模式(圖3C)，僅使用1種負載比控制法。如圖6所示，在第6RF模式中，於製程開始時，首先在時間點t0起動產生電漿用的高頻RF1(高頻供電部33)，在延遲了一定時間Ta之後的時間點t1，起動用來吸引離子的高頻RF2(高頻供電部35)。此情況下，因為高頻RF1係相當於負載比100%的連續波(CW)，只要壓力與RF1的功率被設定為一般的值，在高頻RF2側無 論功率調變的負載比Ds以及脈衝頻率fs設定為多少，都可在腔室10內確實點燃電漿。
於是，在第6RF模式中的負載比控制法[6RFM]中，從高頻RF2(高頻供電部35)起動時(t1)到停止時(t3)為止，將高頻RF2的負載比持續固定於設定值Ds。
第7RF模式(圖3D)，可選擇性地使用2種類的負載比控制法[7RFM-1、7RFM-2]。在第7RF模式中，如圖7A以及圖7B所示，於製程開始時，在時間點t0，啟動同時用來產生電漿以及吸引離子的高頻RF2(高頻供電部35)。
此處，第1負載比控制法[7RFM-1]，如圖7A所示，使施加了功率調變的高頻RF2的負載比，在製程開始的時間點t0，達到在實用上之任何的功率調變的條件(特別是負載比、脈衝頻率)之下可確實點燃電漿的初期值(90%)。接著，在製程開始之後，馬上將高頻RF2的負載比從初期值90%以一定之負的斜率或是斜線波形逐漸地下降，經過既定時間Td，在時間點t2下降至該蝕刻製程用之原來的設定值Ds。在時間點t2以後，到製程結束(時間點t4)之前，將負載比固定於設定值Ds。在第7RF模式中難以點燃電漿的情況下，例如將蝕刻製程用的負載比Ds設定為較低的情況，或是將脈衝頻率fs設定為較高的情況，宜使用此第1負載比控制法[7RFM-1]。
第2負載比控制法[7RFM-2]，如圖7B所示，將高頻RF1的負載比從製程開始時(t0)到結束時(t4)為止，持續固定於原來的設定值Ds。在被設定為使用於該蝕刻製程的功率調變的負載比Ds以及脈衝頻率fs的條件之下，可確實點燃電漿的情況中，適合使用負載比控制法[7RFM-2]。
如上所述，在此實施態樣中，在第4、第5以及第7RF模式中，電漿難以點燃的情況下，如圖4A、圖5A以及圖7A所示，將功率調變的負載比以用來點燃電漿的初期值(90%值)開始，在經過既定的過渡時間Td之後，從初期值以斜線波形逐漸地下降至用於該蝕刻製程的設定值Ds。此處，若 過渡時間Td太短，匹配器40(42)內的匹配動作會變得不安定，若該時間太長，則會對該蝕刻製程的製程特性或是製程結果產生影響。因此，由於在時間的長短之上有所限制，通常將其設定為Td=0.5~3.0秒。
[與實施態樣1中的電漿點火性相關的效果]
接著，就此實施態樣中，與上述第5RF模式中的第1負載比控制法[5RFM-1](圖5A)的電漿點火性相關的驗證實驗進行說明。
本發明者，在根據主要製程條件為腔室內壓力2666Pa(20mTorr)、RF1功率300W、RF2功率0W、蝕刻氣體C4F8/O2/Ar(24/16/150sccm)、電極間隙22mm的第5RF模式的電漿蝕刻實驗中，使用第2負載比控制法[5RFM-2]，將在其中施加於高頻RF1之上的脈衝調變的負載比Ds以及脈衝頻率fs當作參數，且分別可在Ds=10%~90%、fs=5~90kHz的範圍內變動，然後從各參數值(Ds、fs)的組合中評價電漿的點燃性。圖8係表示選擇較低的負載比設定值Ds(例如10%)，並使用第2負載比控制法[5RFM-2]之情況的程序。
圖9A表示在使用第2負載比控制法[5RFM-2]之情況下的實驗結果。在此圖的表(矩陣)中，横向的欄表示負載設定值Ds的參數值，縱向的欄表示脈衝頻率fs的參數值。標記「OK」的部份，係表示在使用與此格對應的參數值(fs、Ds)的製程中，電漿點燃並且持續為安定的狀態。標記「NG」的部份，係表示在使用與此格對應的參數值(fs、Ds)的製程中，電漿並未點燃，或是即使點燃卻為不安定的狀態。空白的格子，係表示並未進行使用與此格對應的參數值(fs、Ds)之製程的實驗。
如圖所示，參數值(fs、Ds)在(40kHz、40%)，(40kHz、50%)，(40kHz、60%)，(40kHz、70%)，(40kHz、80%)，(50kHz、70%)，(50kHz、80%)，(60kHz、60%)，(60kHz、70%)，(70kHz、70%)的各種情況中，得到「NG」(電漿未點燃、不安定)的實驗結果。在其他參數值(fs、Ds)的組合中，任一組參數值皆得到「OK」(電漿點燃、安定)的實驗結果。
本發明者，對於在使用第2負載比控制法[5RFM-2]的條件下出現「NG」的實驗結果的參數值(fs、Ds)的各種情況中，使用第1負載比控制法[5RFM-1]，來進行與上述相同製程條件的電漿蝕刻實驗，並且評價電漿點火性。
結果如圖9B所示，在參數值(fs、Ds)為(40kHz、40%)，(40kHz、50%)，(40kHz、60%)，(40kHz、70%)，(40kHz、80%)，(50kHz、70%)，(50kHz、80%)，(60kHz、60%)，(60kHz、70%)，(70kHz、70%)的各種情況中的任一種情況皆為「OK」(電漿點燃、安定)。
又，在此實驗中所使用的過渡時間Td在任何的情況下皆為1.0秒。圖9B中標記為「1.0s」的部份，即表示該過渡時間Td。另外，圖9B中標記為「OK」的部份與圖9A相同，係表示在使用與此格對應的參數值(fs、Ds)之製程中，使用第2負載比控制法[5RFM-2]的條件之下可得到「OK」的結果。
本發明者，在腔室內壓力、RF1/RF2功率、蝕刻氣體之各種條件與上述相同的情況下將電極間隙變更為30mm，並以此作為另一實驗。在第5RF模式的電漿蝕刻實驗中，使用與上述相同的第2負載比控制法[5RFM-2]，並將其中施加了高頻RH1的脈衝調變的負載比Ds以及脈衝頻率fs當作參數，使其分別可在Ds=10%~90%、fs=5~90kHz的範圍內變動，然後對各個參數值(fs、Ds)組合中的電漿點火性進行評價。
結果如圖10A所示，電漿點火性在參數值(fs、Ds)為(5kHz、10%)，(5kHz、20%)，(10kHz、10%)，(20kHz、20%)，(20kHz、30%)，(20kHz、40%)，(20kHz、50%)，(30kHz、30%)的各種情況中為「NG」，而在其他參數值(fs、Ds)的組合中皆為「OK」。
本發明者以上述實驗結果為基礎，對於在使用第2負載比控制法[5RF M-2]的條件之下得到「NG」結果之參數值(fs、Ds)的各種情況，使用第1負載比控制法[5RFM-1]，進行與上述相同的製程條件來進行電漿蝕刻實驗，以評價電漿點火性。
結果，如圖10B所示，電漿點火性在參數值(fs、Ds)為(5kHz、10%)，(5kHz、20%)，(10kHz、10%)，(20kHz、20%)，(20kHz、30%)，(20kHz、40%)，(20kHz、50%)，(30kHz、30%)的各種情況中皆為「OK」(電漿點燃、安定)。
在此實驗中所使用的過渡時間Td，在參數值(fs、Ds)為(5kHz、10%)，(5kHz、20%)時係2.5秒，為(10kHz、10%)時係1.5秒，為(20kHz、20%)，(20kHz、30%)，(20kHz、40%)，(20kHz、40%)，(30kHz、30%)時係1.0秒。圖10B中標記為「2.5s」、「1.5s」、「1.0s」的部份即為表示該過渡時間。另外，在圖10B中標記為「OK」的部份，係表示在與該格子對應的參數值(fs、Ds)中使用第2負載比控制法[5RFM-2]的條件之下，出現「OK」的結果。
如上所述，在上述第5RF模式中，於使用第2負載比控制法[5RFM-2]的條件之下可確實點燃電漿的情況中，宜將功率調變的負載比從製程開始就固定於設定值Ds，並使用第2負載比控制法[5RFM-2]。然而，在使用第2負載比控制法[5RFM-2]的條件之下無法確實點燃電漿的情況中，除了根據期望的製程條件安定確實地實施電漿製程之外，宜使用在製程開始之後馬上將功率調變的負載比斜線下降的第1負載比控制法[5RFM-1]。
相同的，在上述第4RF模式中，在使用第2負載比控制法[4RFM-2]的條件之下可確實點燃電漿的情況中，宜使用從製程開始就將功率調變的負載比固定於設定值Ds的第2負載比控制法[4RFM-2]。然而，在使用第2負載比控制法[4RFM-2]的條件之下無法確實點燃電漿的情況中，除了根據期望的製程條件安定確實地實施電漿製程之外，宜使用在製程開始之後馬上將功率調變的負載比以斜線下降的第1負載比控制法[4RFM-1]。
另外，在上述第7RF模式中，在使用第2負載比控制法[7RFM-2]的條件之下可確實點燃電漿的情況中，亦宜使用在製程開始之後將使用功率調變的負載比固定於設定值Ds的第2負載比控制法[7RFM-2]。然而，在使用第2負載比控制法[7RFM-2]的條件下無法確實點燃電漿的情況中，除了根據期望的製程條件安定確實地實施電漿製程之外，宜使用在製程開始之後馬上將功率調變的負載比斜線下降的第1負載比控制法[7RFM-1]。
[實施態樣1中的高頻供電部的構造以及作用]
圖11係表示此實施態樣中的高頻供電部33的構造，特別是高頻電源36以及匹配器40的構造。
高頻電源36包含：振盪器80A，其產生用來生成電漿之頻率(例如100MHz)的正弦波；功率放大器82A，其以可變的增益或是增幅率，將藉由該振盪器80A輸出的正弦波之功率增幅；以及電源控制部84A，其依照從主控制部72所發出的控制信號直接控制振盪器80A以及功率放大器82A。主控制部72不僅給予電源控制部84A上述的調變控制脈衝信號PS，亦給予與一般的電源開啟、關閉以及電源連鎖相關的控制信號與功率設定值等資料。主控制部72與電源控制部84A，構成高頻RF1系的功率調變部。
在高頻電源36的單元內，亦包含RF功率監測器86A。雖省略RF功率監測器86A圖式，但其中包含方向性結合器、行進波功率監測部以及反射波功率監測部。此處，方向性結合器，分別擷取與在高頻傳送路徑43的順向上傳送的RF功率(行進波)以及在逆向上傳送的RF功率(反射波)對應的信號。行進波功率監測部，根據方向性結合器所擷取出來的行進波功率檢測信號，產生表示行進波的基本波行進波(100MHz)之功率的信號，該基本波行進波包含於高頻傳送路徑34上的行進波內。再將此信號，也就是基本波行進波功率測定值信號，發送給高頻電源36內的電源控制部84A以用於控制功率回饋，同時，亦發送給主控制部72以用來顯示於監測器上。反射波功率監測部，測定包含於反射波內的基本波反射波(100MHz)的功率(該反射波係從腔室10內的電漿回送至高頻電源36之反射波)，同時，測定包含 於反射波內的全部的反射波頻譜的總功率(該反射波係從腔室10內的電漿回送至高頻電源36之反射波)。藉由反射波功率監測部所得到的基本波反射波功率測定值，被傳送至主控制部72以用來顯示於監測器，總反射波功率測定值被傳送至高頻電源36內的電源控制部84A以作為用來保護功率放大器的監測值。
匹配器40包含：匹配電路88A，其含有複數的，例如2個可變電抗元件(例如可變電容器或是可變反應器)XH1、XH2；匹配控制器94A，其使可變電抗元件XH1、XH2的電抗透過致動元件例如步進馬達(M)90A、92A形成可改變的態樣；以及阻抗感測器96A，其測定在高頻供電線43上之負載側的阻抗，該負載側含有匹配電路88A的阻抗。
匹配控制器94A在主控制部72的控制之下運作，其將藉由阻抗感測器96A所給予的負載側阻抗測定值當作回饋信號，並以使負載側阻抗測定值與匹配點(一般為50Ω)不一致但是近似的方式，使可變電抗元件XH1、XH2的電抗透過馬達90A、92A的驅動控制形成可變的態樣；該匹配點相當於高頻電源36側之阻抗。
雖省略阻抗感測器96A圖式，但其中包含：RF電壓檢測器以及RF電流檢測器，其分別檢測高頻傳送路徑43上的RF電壓以及RF電流；以及負載阻抗測定值演算部，其分別以藉由RF電壓檢測器以及RF電流檢測器所得到的RF電壓檢測值以及RF電流檢測值，來演算負載側之阻抗的測定值。
在此實施態樣中，在將功率調變施加於高頻RF1時，如圖13所示，藉由主控制部72，將監測信號AS傳送給阻抗感測器96A，該監測信號AS對於脈衝頻率的各循環逐一的指定監測時間(負載側阻抗測定時間)TH，該監測時間TH設定於開啟期間TON內。較佳之態樣，如圖13所示，在開啟期間TON開始之後以及終了之前的過渡時間TA1、TA2以外的區間設定監測時間TH，該開啟期間，係RF1系的反射波功率在高頻傳送路徑43上突然增大的 期間。即使以脈衝頻率fs開啟、關閉高頻RF1，因為監測時間TH僅設定於開啟期間TON內而並未設定於關閉期間TOFF內，故亦可從匹配器40，觀察到如同高頻RF1持續開啟之連續波(CW)的態樣。
阻抗感測器96A，僅在指定的監測時間TH之間藉由監測信號AS進行測定負載側阻抗的動作。因此，藉由阻抗感測器96A傳送給匹配控制器94A的負載側阻抗測定值，與功率調變同步地對脈衝頻率fs的各個循環逐一的進行更新。匹配控制器94A，即使是在此更新的期間，亦不停止匹配動作，也就是電抗元件XH1、XH2的電抗可變控制，以使更新前的負載側阻抗測定值與匹配點不一致但是近似的方式，對步進馬達90A、92A進行連續地驅動控制。
在此實施態樣中，主控制部72，具有對匹配器40進行監測的時間控制部的功能，其與高頻RF1的功率調變中的負載比之變化連動，並對監測時間TH進行比例控制。也就是，如圖13所示，在製程開始之後功率調變的負載比逐漸地下降時，成比例地使監測時間TH逐漸地下降。
圖12係表示此實施態樣中的高頻供電部35的構造。高頻供電部35的高頻電源38以及匹配器42，除了其中處理的高頻RF2之頻率(13.56MHz)與上述高頻RF1之頻率(100MHz)不同之外，分別具有與上述之高頻供電部33的高頻電源36以及匹配器40相同的構造及功能。也就是，除了高頻電源38的振盪器80B產生適用於吸引離子之頻率(例如13.56MHz)的正弦波的這個功能之外，高頻電源38以及匹配器42內的各個部位與高頻電源36以及匹配器40內對應的各個部位具有相同的構造以及功能。因此，例如電源控制部84B，與主控制部72一起運作以構成高頻RF2系的功率調變部。
最後，由主控制部72分別對於高頻電源38內的電源控制部84B以及匹配器42內的阻抗感測器96B單獨地給予適用於高頻供電部33的調變控制脈衝信號PS以及監測信號BS。
也就是，在對高頻RF2施加功率調變時，如圖13所示，藉由主控制部72將監測信號BS傳送給阻抗感測器96B，該監測信號BS，對監測時間脈衝頻率的各循環逐一的指定設置於開啟期間TON內的監測時間(負載側阻抗測定時間)TL。較佳之態樣，如圖13所示，係將監測時間TL設定在開啟期間TON開始後及終了前的過渡時間TB1、TB2以外的區間，在該區間中RF2系的反射波功率在高頻傳送路徑45上突然增大。即使以脈衝頻率fs開啟、關閉高頻RF2，因為監測時間TL僅設定於開啟期間TON內，而並未設定於關閉期間TOFF內，故從匹配器42可觀察到如同高頻RF2持續開啟之連續波(CW)的態樣。
阻抗感測器96B，僅在根據監測信號BS所指定的監測時間TL之間進行測定負載側阻抗的動作。因此，藉由阻抗感測器96B傳送給匹配控制器94B的負載側阻抗測定值，與功率調變同步地對脈衝頻率的各循環逐一進行更新。匹配控制器94B，即使在此更新的期間，亦不會停止匹配動作，也就是電抗元件XL1，XL2的電抗可變控制，並且以將更新前之負載側阻抗測定值與匹配點不一至但是近似的方式，對步進馬達90B、92B進行連續地驅動控制。
主控制部72，具有當作監測匹配器42之監測時間控制部的功能，其以與高頻RF2的功率調變中的負載比相關，且以此為比例的方式控制監測時間TL。也就是，如圖13所示，在功率調變的負載比於製程開始後逐漸下降時，並成比例地使監測時間TL逐漸地下降。
本發明者，以根據與上述相同之製程條件的電漿蝕刻實驗，來驗證與匹配動作相關的上述第5RF模式中的第1負載比控制法[5RFM-1](圖5A)以及監測時間控制法(圖13)的功效。在此實驗中，對於包含於匹配器40的匹配電路88A中的兩個可變電抗元件XH1、XH2，分別使用可變電容器RF1C1、RF1C2。
圖14係表示在上述實施例的實驗中所觀察到的各部份的波形。如圖所 示，可變電容器RF1C1的段差(電容．位置)，在製程開始之後凸起，其具有從初期值過衝的現象。接著，在遷移期間Td(2.5秒)中穩定下來的RF1C1的段差(電容．位置)，之後，也就是在將負載比固定於設定值Ds(30%)之後，亦保持在大約一定的值。另外，可變電容器RF1C2的段差(電容．位置)，在製程開始之後，從初期值以段差狀地凹陷。接著，在遷移期間Td中穩定下來的RF1C2的段差(電容．位置)，之後，也就是將負載比固定於設定值Ds(30%)之後，亦保持在大約一定的值。另外，雖在製程開始之後以脈衝狀產生高頻傳送路徑43上的反射波功率RF1Pr，但其在遷移期間Td中收斂，之後幾乎不產生。如此，可確認在上述實施例的實驗中，從遷移期間Td的中間開始到製程結束為止，在高頻傳送路徑43上良好地進行阻抗匹配。
本發明者，如圖15所示，使用於製程開始之後，在與上述實施例的遷移期間Td相同的凸起期間Te(2.5秒)內，將高頻RF1當作連續波(相當於負載比100%)，而在經過凸起期間Te時切換至設定負載比Ds(30%)的功率調變之負載比控制法，來進行與上述實施例相同製程條件的電漿蝕刻的實驗，並以此作為比較例。
圖16係表示在上述比較例的實驗中所觀察到的各部份的波形。如圖所示，在凸起期間Te中的各部份的波形，與上述實施例的情況幾乎相同。另外，在此比較例中，亦藉由主控制部72，將與實施例相同的監測信號AS(對脈衝頻率的各循環逐一指定在開啟時間TON內之監測時間TH的信號)傳送給匹配器40的阻抗感測器96A。然而，在凸起期間Te之後，也就是將高頻RF1從連續波(CW)切換至功率調變之脈衝之後(時間點t2以後)的各部份的波形，除了高頻傳送路徑43上的行進波功率RF1Pt，皆與上述實施例的情況明顯的不同。
也就是，可變電容器RF1C1的段差(電容．位置)，在切換(t2)之後，馬上往初期值的方向回復，並且在製程結束之前持續發生大幅度的震盪。可變電容器RF1C2的段差(電容．位置)，亦在切換(t2)之後，馬上往初期值的方向回復，且在製程結束前，持續發生程度不及RF1C1的震盪。另一方面，在 高頻傳送路徑43上的反射波功率RF1Pr，在切換(t2)之後，馬上以階梯的形狀大幅度地增加，且在製程結束之前並未減少。如此，可確認在上述比較例的實驗中，即便使用將阻抗感測器的監測時間限定於脈衝頻率的各循環之開啟時間內的匹配監測法，亦無法在將高頻RF1從連續波(CW)切換至功率調變的脈衝以及在其之後製程結束之前，於高頻傳送路徑43上完全地進行阻抗匹配。
又，上述比較例中的匹配不良(圖16)，係電漿負載的阻抗在連續波(CW)時與施加功率調變時差異很大的情況，大致上係在功率調變的負載比低時較容易產生。然而，即使負載比較低，在依據壓力等其他的條件下，電漿負載阻抗的差(變動)較小時，亦不至於發生像這樣的匹配不良。任何一種情況皆可使用本發明的負載比控制法，來消除如上述比較例中的匹配不良。
[實施態樣2中的電漿處理裝置的構造以及作用]
圖17係表示本發明之第2實施態樣中的電漿處理裝置的構造。圖中，對於與上述第1實施態樣中的電漿處理裝置(圖1)相同的構造或是功能的部分，附上相同的符號。
在此第2實施態樣中，具備用來對上部電極48施加負極性的直流電壓Vdc的直流電源部100。因此，上部電極48透過環狀的絶緣體102安裝於腔室10的上部。環狀的絶緣體102，例如由氧化鋁(Al2O3)所構成，其以氣密的方式填充上部電極48的外圓周面與腔室10的側壁之間的縫隙，並在非接地的情況下物理性地支持上部電極48。
此實施態樣中的直流電源部100，輸出電壓(絶對值)相異的2直流電源104、106，且具有開關108，其使上部電極46選擇性地連接直流電源104、106。直流電源104輸出絶對值相對較大的負極性的直流電壓Vdc1(例如-2000~-1000V)，直流電源106輸出絶對值相對較小的負極性的直流電壓Vdc2(例如-300~0V)。開關108接受從主控制部72而來的切換控制信號SWPS來進行動作，而在第1開關位置與第2開關位置之間切換，該第1開關位 置使直流電源104與上部電極46連接，該第2開關位置使直流電源106與上部電極46連接。又，開關108，亦具有第3開關位置，其對上部電極46遮斷直流電源104、106的任一方。
設置於開關108與上部電極46之間、直流供電線110之上的濾波電路112係以下述之方式所構成：其藉由旋轉從直流電源部100而來的直流電壓Vdc1(Vdc2)，以將其施加至上部電極46，另一方面，其使從載置台16通過處理空間PA以及上部電極46然後進入直流供電線110的高頻流入接地線，以避免其流入直流電源部100側。
另外，在腔室10中，於面向處理空間PA的適當之處，安裝了由例如Si、SiC等導電性材料所構成的DC接地零件(圖中未顯示)。此DC接地零件，透過接地線(圖中未顯示)保持在接地的狀態。
在此電容耦合型電漿蝕刻裝置中，藉由主控制部對兩高頻供電部33、35的控制，可對應施加於腔室10內的載置台(下部電極)16的高頻種類、形態以及組合，選擇性地使用與第1實施態樣相同的上述第1~第7RF模式(圖2A~圖3D)。更進一步，亦可藉由主控制部72對兩高頻供電部33、35以及直流電源部100的控制，來選擇如圖18所示的第8RF模式或是(RF+DC)模式。例如，可在對ArF光阻等耐蝕刻性低的有機遮罩進行改質的情況中，選擇此第8RF模式，該改質的方法係將在上部電極46產生的2次電子以高速打入半導體晶圓W的表層。
在此第8RF模式中，藉由對高頻供電部33、35的高頻RF1、RF2施加功率調變以形成具備相位以及負載比的相同脈衝波形，同時，通過切換開關108使直流電源部100之輸出與功率調變同步，在關閉期間TOFF中施加絶對值較大的直流電壓Vdc1於上部電極46，在開啟期間TON中施加絶對值較小的直流電壓Vdc2於上部電極46。藉由主控制部72給予開關108與調變控制脈衝信號PS同步的切換控制信號SWPS。在脈衝頻率1的循環內施加直流電壓Vdc2之時間的比例(Vdc2/(Vdc1+Vdc2))，係依存於高頻RF1、RF2的 負載比。
又例如，亦可省略直流電源106(或是持續保持關閉)，如圖19所示，與功率調變同步地切換直流電源104之輸出的開啟/關閉(也就是，僅在關閉期間TOFF施加直流電壓Vdc1)，並以此作為第8RF模式的變化實施例之一。另外，亦可對直流電源104、106使用可變直流電源。
第8RF模式，係可選擇性地使用2種負載比控制法[8RFM-1、8RFM-2]的模式。在第8RF模式中，如圖20A以及圖20B所示，在製程開始時，在時間點t0先啟動用來產生電漿的高頻RF1(高頻供電部33)，在延遲了一定時間Ta之後的時間點t1，啟動用來吸引離子的高頻RF2(高頻供電部35)，在延遲了一定時間Tb(Tb>Ta)之後的時間點tg，更進一步啟動直流電壓Vdc(電源部100)。
此處，第1負載比控制法[8RFM-1]，如圖20A所示，係對於高頻RF1、RF2以及直流電壓Vdc的負載比，在製程開始時間點t0，在使用於實用上之任意的功率調變的條件(特別是負載比、脈衝頻率)之下，可確實點燃電漿的初期值(例如90%)。
接著，在製程開始的同時，使RF1、RF2、Vdc的負載比從初期值90%以一定的負的斜率或是斜線波形逐漸地下降，在經過既定時間Td(Td>Tb)之後的時間點t2，下降至用於該蝕刻製程的原來的設定值Ds。在時間點t2之後，到製程結束(時間點t4)為止，使負載比固定或是保持在設定值Ds。此第1負載比控制法[8RFM-1]，在第8RF模式中難以點燃電漿的情況下，例如在將負載比Ds設定為較低的情況，或是將脈衝頻率fs設定為較高的情況，係有用地。
第2負載比控制法[8RFM-2]，如圖20B所示，在製程開始時(t0)至結束(t3、t4)之前，將RF1、RF2、Vdc的負載比持續固定在原來的設定值Ds。此負載比控制法[8RFM-2]，適合用於在使用被設定用於該蝕刻製程的負載比 Ds以及脈衝頻率fs的條件之下，確實點燃電漿的情況中。
又，亦可在此實施態樣的電漿蝕刻裝置(圖17)中，將直流電源部100關閉以將從上部電極46的電性連接關閉。此情況下，可與上述第1實施態樣中的電漿蝕刻裝置(圖1)相同，選擇性地使用上述第1 RF模式~第7RF模式，並在第4RF模式~第7RF模式中使用與上述相同的負載比控制法。
[其他實施態樣或是變化實施例]
以上雖就本發明之適合的實施態樣進行說明，但本發明並不僅限於上述實施態樣，可為該技術思想之範圍內的各種變化。
例如，亦可如圖21A所示，在製程開始之後的過渡時間Td中，進行將功率調變的負載比從初期值(圖式範例為90%)階段性地下降至設定值Ds的控制。或是，亦可如圖21B所示，在製程開始後，經過一定的延遲時間Tk之後，進行將負載比逐漸地(或是階段地)朝設定值Ds下降的控制。但是，除了根據期望的製程條件實施電漿製程，宜儘可能的縮短延遲時間Tk，更宜為如同上述實施態樣中Tk=0的情況。
在上述實施態樣中雖將用於產生電漿的高頻供電部33的高頻RF1施加於載置台(下部電極)16，但是亦可將其施加於上部電極46。
本發明，並不限定於電容耦合型電漿蝕刻裝置，亦可適用於電漿CVD(Chemical Vapor Deposition)、電漿ALD(Atomic Layer Deposition)、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍等任何進行電漿製程的電容耦合型電漿處理裝置。本發明中的被處理基板並不僅限於半導體晶圓，亦可為平面顯示器、有機EL(Electron Luminescence)、用於太陽能電池的各種基板、光罩、CD(Compact Disk)基板以及印刷基板等。
RF1‧‧‧第1高頻
RF2‧‧‧第2高頻
Ds‧‧‧用於蝕刻製程的負載比設定值
CW‧‧‧連續波

Claims (17)

  1. 一種電漿處理方法，其藉由處理氣體的高頻放電，在以相對向的方式設置於處理容器內的第1以及第2電極之間產生電漿，並在該電漿的氛圍下對保持於該第1電極之上的該基板進行期望的處理，該處理容器以可取出以及置入的方式收納該被處理基板且可進行真空抽氣，該處理方法包含：對於所施予的電漿製程，以一定的脈衝頻率交互地重複第1期間與第2期間，並以此方式將脈衝狀的調變施加在該第1高頻的功率上的步驟，在該第1期間中，用於產生該電漿的第1高頻的功率為開啟狀態或是第1位準，在該第2期間中，用於產生該電漿的第1高頻的功率為關閉狀態或是比該第1位準更低的第2位準；以及使在該第1高頻的功率調變中的負載比在一定的期間內漸進式或是階段性地下降的步驟；該一定的期間係以點燃電漿的初期值開始，在經過既定的過渡時間之後，到該初期值變化為該電漿製程用的設定值為止，其中，在開始對該第1或是第2電極的任一方施加該第1高頻的同時，開始降低該第1高頻之功率調變中的負載比。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，該負載比的初期值設定為85~95%。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，該過渡時間設定為0.5秒~3.0秒。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，不以設定上一定功率施加脈衝狀調變的方式，連續地對該第1電極施加第2高頻，該第2高頻係適用於將離子從該電漿吸引至該基板。
  5. 如申請專利範圍第4項之電漿處理方法，其中，在該第1高頻的功率調變中的負載比開始降低之後，開始對該第1電極施加該第2高頻。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，僅在該第2期間中，與該第1高頻的功率調變同步地對該第2電極施加負極性的直流電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中， 對該第2電極施加負極性的直流電壓，並與第1高頻功率的脈衝調變同步地使在該第2期間中的該直流電壓之絶對值大於在該第1期間中的該直流電壓之絶對值。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之電漿處理方法，其中，在該第1高頻的功率調變中的負載比開始降低之後，開始對該第2電極施加該直流電壓。
  9. 如申請專利範圍第6或7項之電漿處理方法，其中，僅在該第1期間中，與該第1高頻的功率調變同步地對該第2電極施加適用於將離子從電漿吸引至該基板的第2高頻。
  10. 如申請專利範圍第9項之電漿處理方法，其中，在該第1高頻的功率調變中的負載比開始降低之後，開始對該第2電極施加該第2高頻。
  11. 一種電漿處理裝置，包含：處理容器，其可進行真空抽氣；第1電極，其在該處理容器內支持被處理基板；第2電極，其以與該第1電極相對向的方式配置在該處理容器內；處理氣體供給部，其對該處理容器的內部供給期望的處理氣體；第1高頻供電部，其在該處理容器內，對該第1電極或是該第2電極的任一方施加第1高頻，以產生該處理氣體的電漿；調變控制部，其對於所施予的電漿製程，在一定的脈衝頻率之下交互地重複第1期間與第2期間，在該第1期間中，該第1高頻的功率為開啟狀態或是第1位準，在該第2期間中，該第1高頻的功率為關閉狀態或是較該第1位準更低的第2位準，並且以此方式控制該第1高頻供電部，以對該第1高頻的功率施加脈衝狀的調變；以及負載比控制部，其使該第1高頻的功率調變中的負載比，以點燃電漿的初期值開始，並使該初期值經過既定的過渡時間之後，逐漸地或階段地下降至該電漿製程用的設定值，其中，在開始對該第1或是第2電極的任一方施加該第1高頻的同時，開始降低該第1高頻之功率調變中的負載比。
  12. 如申請專利範圍第11項之電漿處理裝置，其中，該第1高頻供電部包含： 第1高頻電源，其在該調變控制部以及該負載控制部的控制之下，輸出該第1高頻；第1高頻傳送路徑，其將藉由該第1高頻電源輸出的該第1高頻傳送至該第1或是第2電極的任一方；以及第1匹配器，其具備第1匹配電路以及第1阻抗感測器，該第1匹配電路具有設置於該第1高頻傳送路徑上的第1可變電抗元件，且在設定於該脈衝頻率的各循環內的該第1期間中的第1監測時間之中，藉由該第1阻抗感測器測定負載側的阻抗，以使該負載側阻抗測定值與該第1高頻電源側之阻抗對應的基準值一致或是近似的方式，不間斷的控制該第1可變電抗元件之電抗；以及第1監測時間控制部，其以與該第1高頻的功率調變中的負載比相關且成比例的方式，控制該第1監測時間。
  13. 如申請專利範圍第11或12項之電漿處理裝置，其中更包含：第2高頻供電部，其以一定的功率連續地輸出第2高頻並將其施加於該第1電極之上，該第2高頻適用於將離子從該電漿吸引至該基板。
  14. 如申請專利範圍第11項之電漿處理裝置，其中更包含：直流電源部，其僅在該第2期間中，與該第1高頻的功率調變同步地對該第2電極施加負極性的直流電壓。
  15. 如申請專利範圍第11項之電漿處理裝置，其中更包含：直流供電部，其與該第1高頻功率的脈衝調變同步地對該第2電極施加負極性的直流電壓，並且使在該第2期間中的該直流電壓的絕對值大於該第1期間中的該直流電壓的絕對值。
  16. 如申請專利範圍第14或15項之電漿處理裝置，其中更包含：第2高頻供電部，其僅在該第1期間中，與該第1高頻的功率調變同步地對該第2電極施加適用於將離子從電漿吸引至該基板的第2高頻，該第2高頻適用。
  17. 如申請專利範圍第16項之電漿處理裝置，其中，該第2高頻供電部包含：第2高頻電源，其在該調變控制部以及該負載控制部的控制之下，輸出該第2高頻； 第2高頻傳送路徑，其將藉由該第2高頻電源所輸出的該第2高頻傳送至該第1電極；第2匹配器，其具備第2匹配電路以及第2阻抗感測器，該第2匹配電路具有設置於該第2高頻傳送路徑上的第2可變電抗元件，其在設定在該脈衝頻率的各循環內的該第1期間中的第2監測時間之中，藉由該第2阻抗感測器來測定負載側的阻抗，以使該負載側阻抗的測定值與對應該第2高頻電源側之阻抗的基準值一致或是近似的方式，不間斷的控制該第2可變電抗元件的電抗；以及第2監測時間控制部，其以與該第1高頻的功率調變中的負載比相關且成比例的方式，控制該第2監測時間。
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