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CN111435635A - 处理方法和等离子体处理装置 - Google Patents

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CN111435635A CN202010025834.3A CN202010025834A CN111435635A CN 111435635 A CN111435635 A CN 111435635A CN 202010025834 A CN202010025834 A CN 202010025834A CN 111435635 A CN111435635 A CN 111435635A
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Abstract

本发明提供一种防止在向外周构件施加了电压时针对被处理体的工艺特性下降的处理方法和等离子体处理装置。在所述处理方法中，使用等离子体处理装置对被处理体进行处理，所述等离子体处理装置具有：载置台，其在腔室内载置被处理体；外周构件，其配置于所述载置台的周围；以及第一电源，其向所述外周构件施加电压，所述处理方法包括以下工序：从所述第一电源向所述外周构件施加电压；参照存储有向外周构件施加的电压与工艺参数的校正值之间的相关信息的存储部，基于施加于所述外周构件的电压来校正工艺参数；以及按照包括校正后的所述工艺参数的工艺条件来执行等离子体处理。

Description

处理方法和等离子体处理装置
技术领域
本公开涉及一种处理方法和等离子体处理装置。
背景技术
配置于晶圆的周围的外周构件(下面也称为边缘环。)由于暴露于等离子体而产生消耗。边缘环的消耗会对向晶圆实施的处理的结果造成影响，使蚀刻形状以及蚀刻速率等工艺特性降低。因此，专利文献1提出了一种减少由于边缘环的消耗引起的对蚀刻形状等处理结果的影响的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-258417号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种能够防止在向外周构件施加了电压时针对被处理体的工艺特性下降的技术。
用于解决问题的方案
根据本公开的一个方式，提供一种处理方法，在该处理方法中，使用等离子体处理装置对被处理体进行处理，所述等离子体处理装置具有：载置台，其在腔室内载置被处理体；外周构件，其配置于所述载置台的周围；以及第一电源，其向所述外周构件施加电压，所述处理方法包括以下工序：从所述第一电源向所述外周构件施加电压的工序；参照存储有向外周构件施加的电压与工艺参数的校正值之间的相关信息的存储部，基于施加于所述外周构件的电压来校正工艺参数；以及按照包括校正后的所述工艺参数的工艺条件来执行等离子体处理。
发明的效果
根据一个方面，能够防止在向外周构件施加了电压时针对被处理体的工艺特性下降。
附图说明
图1是示出一个实施方式所涉及的等离子体处理装置的一例的示意截面图。
图2是示出由边缘环的消耗引起的倾斜的变动的图。
图3是示出向边缘环施加了电压时的蚀刻速率的一例的图。
图4是示出向边缘环施加了电压时的蚀刻速率的一例的图。
图5是示出一个实施方式所涉及的处理方法的处理结果的一例的图。
图6是示出一个实施方式所涉及的处理方法的一例的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明用于实施本公开的方式。在各附图中，对同一构成部分标注同一附图标记，有时省略重复的说明。
[等离子体处理装置]
参照图1来说明一个实施方式所涉及的等离子体处理装置1。图1是示出一个实施方式所涉及的等离子体处理装置1的一例的示意截面图。一个实施方式所涉及的等离子体处理装置1是电容耦合型的平行板处理装置，具有腔室10。腔室10是由例如表面被实施了阳极氧化处理的铝构成的圆筒状的容器，且腔室10接地。
在腔室10的底部，隔着由陶瓷等构成的绝缘板12配置有圆柱状的支承台14，在该支承台14之上例如设置有载置台16。载置台16具有静电卡盘20以及基座16a，在静电卡盘20的上表面载置晶圆W。在晶圆W的周围配置有例如由硅构成的环状的边缘环24。边缘环24也称为聚焦环。边缘环24是配置于载置台16的周围的外周构件的一例。在基座16a以及支承台14的周围设置有例如由石英构成的环状的绝缘环26。在静电卡盘20的中央侧的内部，在绝缘层20b中夹设有包括导电膜的第一电极20a。第一电极20a与电源22连接。通过从电源22施加于第一电极20a的直流电压而产生静电力，从而将晶圆W吸附于静电卡盘20的晶圆载置面。此外，静电卡盘20可以具有加热器，由此控制温度。
在支承台14的内部形成有例如环状或旋涡状的制冷剂室28。从冷却单元(未图示)供给的规定温度的制冷剂例如冷却水经过配管30a、制冷剂室28、配管30b后返回冷却单元。制冷剂在该路径中进行循环，由此能够通过制冷剂的温度来控制晶圆W的温度。并且，从传热气体供给机构供给的传热气体例如He气体经由气体供给线路32后被供给至静电卡盘20的表面与晶圆W的背面之间的间隙。通过该传热气体，静电卡盘20的表面与晶圆W的背面之间的传热系数减小，通过制冷剂的温度对晶圆W的温度进行的控制变得更有效。另外，在静电卡盘20具有加热器的情况下，通过利用加热器进行的加热和利用制冷剂进行的冷却，能够对晶圆W的温度进行响应性高且精度高的控制。
上部电极34以与载置台16相向的方式设置于腔室10的顶部。上部电极34与载置台16之间成为等离子体处理空间。上部电极34隔着绝缘性的遮蔽构件42将腔室10的顶部的开口封闭。上部电极34具有电极板36以及电极支承体38。电极板36具有在与载置台16相向的相向面形成的大量的气体喷出孔37，该电极板36由硅、SiC等含硅物质形成。电极支承体38将电极板36以装卸自如的方式支承，该电极支承体38由导电性材料、例如表面被实施了阳极氧化处理的铝形成。在电极支承体38的内部，从气体扩散室40a及40b向下方延伸出大量的气体流通孔41a及41b，这些气体流通孔41a及41b与气体喷出孔37连通。
气体导入口62经由气体供给管64而与处理气体供给源66连接。在气体供给管64上，从配置有处理气体供给源66的上游侧起依次设置有质量流量控制器(MFC)68以及开闭阀70。从处理气体供给源66供给处理气体，通过质量流量控制器68以及开闭阀70来控制该处理气体的流量以及开闭，该处理气体经由气体供给管64并通过气体扩散室40a及40b、气体流通孔41a及41b后从气体喷出孔37呈喷淋状地喷出。
等离子体处理装置1具有第一高频电源90以及第二高频电源48。第一高频电源90是产生第一高频电力(下面也称为“HF功率”。)的电源。第一高频电力具有适于生成等离子体的频率。第一高频电力的频率例如是27MHz～100MHz的范围内的频率。第一高频电源90经由匹配器88以及供电线路89而与基座16a连接。匹配器88具有用于使第一高频电源90的输出阻抗与负载侧(基座16a侧)的阻抗匹配的电路。此外，第一高频电源90也可以经由匹配器88而与上部电极34连接。
第二高频电源48是产生第二高频电力(下面也称为“LF功率”。)的电源。第二高频电力具有比第一高频电力的频率低的频率。在与第一高频电力一同使用第二高频电力的情况下，第二高频电力被用作用于向晶圆W吸引离子的偏置用的高频电力。第二高频电力的频率例如是400kHz～13.56MHz的范围内的频率。第二高频电源48经由匹配器46以及供电线路47而与基座16a连接。匹配器46具有用于使第二高频电源48的输出阻抗与负载侧(基座16a侧)的阻抗匹配的电路。
此外，也可以是，不使用第一高频电力，使用第二高频电力、即仅使用单独的高频电力来生成等离子体。在这种情况下，第二高频电力的频率可以是比13.56MHz大的频率，例如40MHz。等离子体处理装置1也可以不具备第一高频电源90以及匹配器88。通过该结构，载置台16也作为下部电极来发挥功能。另外，上部电极34也作为供给气体的喷淋头来发挥功能。
第二可变电源50与上部电极34连接，向上部电极34施加直流电压。第一可变电源55与边缘环24连接，向边缘环24施加直流电压。此外，第一可变电源55是向外周构件施加电压的第一电源的一例。第二可变电源50是向上部电极34施加电压的第二电源的一例。
排气装置84与排气管82连接。排气装置84具有涡轮分子泵等真空泵，以从形成于腔室10的底部的排气口80通过排气管82的方式进行排气，来将腔室10内减压至期望的真空度。另外，排气装置84使用用于测量腔室10内的压力的未图示的压力计的值来将腔室10内的压力控制为固定。在腔室10的侧壁设置有搬入搬出口85。通过闸阀86的开闭来从搬入搬出口85搬入和搬出晶圆W。
在绝缘环26与腔室10的侧壁之间呈环状地设置有挡板83。挡板83由铝形成，具有多个贯通孔，挡板83的表面被Y2O3等陶瓷覆盖。
在该结构的等离子体处理装置1中，在进行等离子体蚀刻处理等规定的等离子体处理时，打开闸阀86，经由搬入搬出口85将晶圆W搬入至腔室10内并载置于载置台16之上，然后关闭闸阀86。向腔室10的内部供给处理气体，通过排气装置84对腔室10内进行排气。
向载置台16施加第一高频电力以及第二高频电力。从电源22向第一电极20a施加直流电压，来使晶圆W吸附于载置台16。此外，也可以从第二可变电源50向上部电极34施加直流电压。
通过在等离子体处理空间中生成的等离子体中的自由基、离子，来对晶圆W的被处理面实施等离子体处理，如蚀刻等。
在等离子体处理装置1设置有用于控制装置整体的动作的控制部200。设置于控制部200的CPU按照ROM以及RAM等存储器中保存的制程来执行蚀刻等期望的等离子体处理。可以在制程中设定针对工艺条件的装置的控制信息即工艺时间、压力(气体的排气)、第一高频电力以及第二高频电力、电压、各种气体流量。另外，可以在制程中设定腔室内温度(上部电极温度、腔室的侧壁温度、晶圆W温度、静电卡盘温度等)、从冷却器输出的制冷剂的温度等。此外，这些程序、表示处理条件的制程可以存储于硬盘、半导体存储器中。另外，可以使制程以被收容于CD-ROM、DVD等便携性的可由计算机读取的存储介质中的状态被置于规定位置处以供读出。
[边缘环的消耗]
接着，参照图2来说明由于边缘环24的消耗发生的鞘的变化以及倾斜(tilting)的产生。图2是示出由于边缘环的消耗引起的倾斜的变动的图。
如图2的(a)所示，在边缘环24为新品的情况下，将边缘环24的厚度设计为晶圆W的上表面与边缘环24的上表面处于相同的高度位置。此时，在等离子体处理中生成的晶圆W上的鞘与边缘环24上的鞘的厚度相同，不产生高度差。
在该状态下，向晶圆W以及边缘环24照射等离子体中的离子的照射角度与所述晶圆W以及边缘环24的表面大致垂直。其结果是，形成在晶圆W上的凹部的形状(蚀刻形状)在晶圆W的中央部以及边缘部处都是垂直的。也就是说，不会发生形成在晶圆W上的凹部的形状变斜的倾斜。
在等离子体处理中，边缘环24暴露于等离子体中而逐渐消耗。如此一来，如图2的(b)所示，边缘环24的厚度变薄，边缘环24的上表面变得比晶圆W的上表面低。其结果是，在边缘环24上的鞘与晶圆W上的鞘之间产生高度差。
在这种情况下，如图2的(b)的箭头所示，在晶圆W的边缘部处，离子的照射角度变斜，发生形成在晶圆W上的凹部的形状变斜的倾斜。
对此，通过从第一可变电源55向边缘环24施加与边缘环24的消耗量相应的规定的直流电压来控制鞘的厚度。由此，消除边缘环24上的鞘与晶圆W上的鞘之间的高度差，避免倾斜的产生。
[蚀刻速率的变动]
然而，已知的是，当向边缘环24施加规定的直流电压并且进行等离子体处理时，会对晶圆W的工艺特性造成影响。图3示出向边缘环24施加直流电压并对晶圆W实施了等离子体蚀刻处理时的实验结果的一例。在下面示出该实验中的工艺条件。
<工艺条件>
气体CF4气体、C4F8气体、N2气体
HF功率固定值
LF功率固定值
图3的横轴表示向边缘环施加的直流电压(边缘环DC电压)，纵轴表示晶圆W的中央部(center)的蚀刻速率(E/R)。据此可知，由于向边缘环24施加直流电压，晶圆W的中央部的蚀刻速率上升，并且向边缘环24施加的直流电压越大则蚀刻速率越高。
并且，在图4中，以三个阶段改变HF功率以及LF功率来进行等离子体蚀刻处理。HF功率以及LF功率以外的工艺条件与图3的工艺条件相同。
图4所示的线B是为了方便说明而将HF功率以及LF功率设为“中”来作为基准功率的情况下的蚀刻速率的结果。
线A是将HF功率以及LF功率设定得比基准功率高的情况下的蚀刻速率的结果。线C是将HF功率以及LF功率设定得比基准功率低的情况下的蚀刻速率的结果。
根据该结果，在使HF功率以及LF功率以上述三个阶段变动的任意情况下，蚀刻速率上升的倾向都是相同的。也就是说，可知在向边缘环24施加了直流电压的情况下，晶圆W的中央部的蚀刻速率上升，蚀刻速率的控制性变差。
[HF功率以及LF功率的校正]
因此，根据向边缘环24施加的直流电压、蚀刻速率、HF功率及LF功率之间的关系，预测向边缘环24施加了直流电压的情况下的晶圆W的中央部的蚀刻速率相对于没有向边缘环24施加直流电压的情况下的该蚀刻速率的偏差量。而且，针对得到的蚀刻速率的偏差量，计算用于不使该蚀刻速率产生偏差的近似式，并且根据近似式求出HF功率的校正值以及LF功率的校正值。
据此，在向边缘环24施加了直流电压时，通过HF功率的校正值以及LF功率的校正值来校正在等离子体处理中施加的HF功率以及LF功率，由此能够抑制晶圆W的中央部的蚀刻速率的偏差。由此，能够提高蚀刻速率的面内均匀性或控制性，防止在向边缘环24施加了电压时针对晶圆W的工艺特性下降。
图5的(a)的横轴是晶圆的张数，纵轴是晶圆W的中央部的蚀刻速率。图5的(a)中的“实测值”是使用实验计划法针对每个晶圆改变工艺参数来测定晶圆W的中央部的蚀刻速率所得到的结果。
图5的(a)中的“评价值(计算值)”是根据“实测值”并使用多变量分析来求出表示晶圆W的中央部的蚀刻速率相对于工艺参数的关系的近似式，并且是与“实测值”同样地针对每个晶圆改变工艺参数来计算晶圆W的中央部的蚀刻速率所得到的结果。据此，“评价值”与“实测值”大致相同，因此可以说近似式的精度高。
图5的(b)是根据基于“实测值”求出的近似式来计算晶圆W的中央部的蚀刻速率相同时的向边缘环24施加的电压与HF功率及LF功率的校正值之间的相关性所得到的相关信息。
由此，通过本实施方式所涉及的HF功率以及LF功率的校正，即使在向边缘环24施加了直流电压的情况下，晶圆W的中央部的蚀刻速率也不会产生偏差，能够确保蚀刻速率的控制性。
此外，图5的(b)示出使HF功率及LF功率以同一比率变化的情况下的、边缘环的施加电压与HF功率及LF功率之间的相关性，但不限于使HF功率以及LF功率以同一比率变化。
[工艺参数的校正]
此外，使用的近似式只要是近似为实测值的式子即可，可以是使用一次函数的近似式，也可以是使用除此以外的函数(二次函数等)的近似式。通过使用该近似式对HF功率及LF功率进行校正，不会使晶圆W的中央部的蚀刻速率变化，能够确保晶圆W的工艺特性的面内均匀性。
通过近似式来求出相对于向边缘环24施加的直流电压的变动值(差)应该以怎样的程度校正HF功率以及LF功率。因此，事先将该相关信息存储于控制部200的存储器。
例如，在图5的(b)所示的曲线图中，针对向边缘环24施加的直流电压相对于横轴的第一可变电源55的最大输出值(记述为边缘环DC电压)的比例，纵轴(左)表示相对于不向边缘环24施加直流电压时的HF功率的设定值进行校正的比例，纵轴(右)表示相对于不向边缘环24施加直流电压时的LF功率的设定值进行校正的比例。
在该例中，当将向边缘环24施加的直流电压增加“30％”时，使HF功率相比于设定值减去“12.5％”，使LF功率相比于设定值减去“12.5％”。而且，施加校正后的HF功率以及校正后的LF功率。
通过这样，根据向边缘环24施加的直流电压或其变动量来校正HF功率以及LF功率，由此，即使在向边缘环24施加了直流电压的情况下，也能够抑制晶圆W的中央部的蚀刻速率的上升。由此，能够通过向边缘环24施加的直流电压来抑制晶圆W的边缘部产生倾斜，并且能够提高蚀刻速率的控制性。
此外，在本实施方式中，根据向边缘环24施加的直流电压或其变动量来校正HF功率以及LF功率，但根据边缘环24施加的直流电压进行校正的工艺参数不限于HF功率以及LF功率。进行校正的工艺参数只要是会使生成的等离子体密度发生变动的工艺条件即可，可以是任何参数。进行校正的工艺参数例如可以是使蚀刻速率发生变动的工艺条件。
例如，进行校正的工艺参数可以仅为LF功率，也可以仅为HF功率。进行校正的工艺参数可以是从第二可变电源50向上部电极34施加的直流电压，也可以是从处理气体供给源66供给的气体的种类以及/或者气体的流量，还可以是腔室10内的压力。
也就是说，工艺参数可以是从第一高频电源90施加的第一频率的高频电力、从第二高频电源48施加的比第一频率低的第二频率的高频电力、向腔室10内供给的气体、腔室10内的压力、以及从第二可变电源50向上部电极34施加的电压中的至少任一个。
[包括校正处理的处理方法]
最后，参照图6来说明一个实施方式所涉及的由控制部200进行的校正处理。图6是示出包括一个实施方式所涉及的校正处理的处理方法的一例的流程图。此外，使控制部200执行校正处理的程序保存在控制部200的存储器中，通过CPU从存储器中读取该程序并且执行。
当本处理开始时，控制部200获取施加于边缘环24的直流电压(DC电压)的值(步骤S1)。接着，控制部200计算出施加于边缘环24的直流电压值中的本次的直流电压值与上次的直流电压值之间的差(步骤S2)。此外，可以任意地设定本次的直流电压值与上次的直流电压值的获取间隔。另外，不限于本次的直流电压值与上次的直流电压值之间的差，也可以是本次的直流电压值与上次或上次以前的直流电压值之间的差。例如，也可以使用本次的直流电压值与平均值的差，所述平均值是上次和上上次的直流电压值的平均值。
接着，控制部200参照存储有图5的(b)所示的向边缘环24施加的直流电压的差与HF功率及LF功率的校正值之间的相关信息的存储器，计算相对于直流电压值的差的、HF功率及LF功率的校正值(步骤S3)。此外，图5的(b)的相关信息的例子是表示向边缘环24施加的直流电压与工艺参数的校正值之间的相关性的信息的一例，不限于此。所述相关信息可以是表示本次的直流电压值以及上次的直流电压值的变动量(差)与工艺参数的校正值之间的相关性的信息，也可以是表示本次的直流电压值与工艺参数的校正值之间的相关性的信息。在后者的情况下，跳过步骤S2，在步骤S3中参照存储器中存储的相关信息，计算相对于在步骤S1中获取到的本次的直流电压值的、HF功率的校正值以及LF功率的校正值即可。
接着，控制部200从制程中设定的HF功率的设定值中减去在步骤S3中计算出的HF功率的校正值，并且设为校正后的HF功率(步骤S4)。另外，从制程中设定的LF功率的设定值中减去在步骤S3中计算出的LF功率的校正值，并且设为校正后的LF功率(步骤S4)。
接着，控制部200施加校正后的HF功率，并且施加校正后的LF功率。控制部200将其它的工艺条件控制为制程中设定的设定值，执行等离子体处理(步骤S5)，结束本处理。
如以上所说明的那样，根据本实施方式的校正处理，能够抑制在向边缘环24施加了直流电压时晶圆W的中央部的蚀刻速率上升。由此，能够通过向边缘环24施加的直流电压来抑制晶圆W的边缘部产生倾斜，并且能够提高蚀刻速率的控制性。由此，防止在向边缘环24施加电压时针对晶圆W的工艺特性下降。
应当认为，本次公开的一个实施方式所涉及的处理方法和等离子体处理装置在所有方面均为例示，而非限制性的。上述实施方式能够在不脱离所附的权利要求书及其主旨的范围内以各种方式进行变形以及改进。上述多个实施方式中记载的特征能够在不发生矛盾的范围内采用其它的结构，还能够在不发生矛盾的范围内进行组合。
向边缘环24施加的电压不限于直流电压，也可以是交流电压。在向边缘环24施加交流电压的情况下，经由匹配器、隔直流电容器而与交流电源连接，以取代与可变直流电源55连接。该交流电源输出具有等离子体中的离子能够追随的频率f的交流、也就是比离子等离子体频率低的低频或高频的交流AC，并且能够改变其功率、电压峰值或实效值。当在蚀刻工艺中经由隔直流电容器向边缘环24施加来自交流电源的交流电压时，在边缘环24产生自偏置电压。即，向边缘环24施加负的直流电压成分。
本公开的等离子体处理装置也能够应用于Capacitively Coupled Plasma(CCP：电容耦合等离子体)、Inductively Coupled Plasma(ICP：电感耦合等离子体)、RadialLine Slot Antenna(RLSA：径向线缝隙天线)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR：电子回旋共振等离子体)、Helicon Wave Plasma(HWP：螺旋波等离子体)等任何类型的等离子体处理装置。
在本说明书中，作为被处理体的一例，列举晶圆W进行了说明。但是，被处理体不限于此，也可以是被用于FPD(Flat Panel Display：平板显示器)的各种基板、印刷电路板等。

Claims (5)

1.一种处理方法，使用等离子体处理装置对被处理体进行处理，所述等离子体处理装置具有：载置台，其在腔室内载置被处理体；外周构件，其配置于所述载置台的周围；以及第一电源，其向所述外周构件施加电压，所述处理方法包括以下工序：
从所述第一电源向所述外周构件施加电压；
参照存储有向外周构件施加的电压与工艺参数的校正值之间的相关信息的存储部，基于施加于所述外周构件的电压来校正工艺参数；以及
按照包括校正后的所述工艺参数的工艺条件来执行等离子体处理。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，
所述工艺参数是使所生成的等离子体密度发生变动的工艺条件。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，
所述工艺参数是使蚀刻速率发生变动的工艺条件。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的处理方法，其特征在于，
所述工艺参数是从第一高频电源施加的第一频率的高频电力、从第二高频电源施加的比第一频率低的第二频率的高频电力、向所述腔室内供给的气体、以及从第二电源向与所述载置台相向的上部电极施加的电压中的至少任一个。
5.一种等离子体处理装置，具有：
载置台，其在腔室内载置被处理体；
外周构件，其配置于所述载置台的周围；
第一电源，其向所述外周构件施加电压；以及
控制部，
其中，所述控制部执行以下工序：
从所述第一电源向所述外周构件施加电压的工序；
参照存储有向外周构件施加的电压与工艺参数的校正值之间的相关信息的存储部，基于施加于所述外周构件的电压来校正工艺参数；以及
按照包括校正后的所述工艺参数的工艺条件来执行等离子体处理的工序。
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