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TWI469238B - 電漿蝕刻處理裝置及電漿蝕刻處理方法 - Google Patents

電漿蝕刻處理裝置及電漿蝕刻處理方法 Download PDF

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TWI469238B
TWI469238B TW98106411A TW98106411A TWI469238B TW I469238 B TWI469238 B TW I469238B TW 98106411 A TW98106411 A TW 98106411A TW 98106411 A TW98106411 A TW 98106411A TW I469238 B TWI469238 B TW I469238B
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TW98106411A
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Inventor
Naoki Matsumoto
Kazuto Takai
Reika Ko
Nobuyuki Okayama
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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Description

電漿蝕刻處理裝置及電漿蝕刻處理方法
本發明係關於電漿蝕刻處理裝置及電漿蝕刻處理方法，特別有關以微波為電漿源而產生電漿的電漿蝕刻處理裝置及電漿蝕刻處理方法。
大型積體電路(LSI，Large Scale Integrated circuit)等之半導體裝置係對待處理基板，即半導體基板(晶圓)施加蝕刻或化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)、濺鍍等複數處理而製造。就蝕刻或化學氣相沉積、濺鍍等處理而言，作為其能量供給源，有使用電漿的處理方法，亦即有電漿蝕刻或電漿化學氣相沉積、電漿濺鍍等。
在此，日本特開2005-100931號公報揭示著使用微波作為電漿之產生源的電漿處理裝置。依日本特開2005-100931號公報，在電漿處理裝置所設置之頂板(電介質板)的底面側設有推拔狀的凸部或凹部。藉著微波產生器所產生的微波，於頂板之底面側的推拔狀凸部或凹部形成電場的最適共振區，而在腔室(處理容器)內產生穩定之電漿，進行上述蝕刻處理等。
又，日本特開平11-121385號公報揭示著使得成為處理對象之半導體基板的溫度維持均一的方法。依日本特開平11-121385號公報，用以加熱基座的加熱區塊包含至少3個以上的暫存器區塊，並藉由控制各暫存器區塊之溫度，使基座之溫度短時間內維持均一，以使半導體基板的溫度維持均一。
在此，對待處理基板進行蝕刻處理時，有時採用向待處理基板之中央部側供應反應氣體的中央氣體導入方式。中央氣體導入方式中，使用於蝕刻的反應氣體首先被供應到待處理基板之中央部側。然後，以中央部側區域及位於中央部周邊之端部側區域被分成既定流量比的反應氣體中，使用於端部側之蝕刻的反應氣體從中央部側流到待處理基板之端部側，進行端部側之蝕刻處理。 如此以進行待處理基板整體的蝕刻處理。
以此種中央氣體導入方式進行通常的蝕刻處理時，於待處理基板之中央部及端部，臨界尺寸(CD，Critical Dimension)偏差並不同。
在此，簡單說明CD偏差。圖11係顯示蝕刻處理前之待處理基板101之一部分的剖面圖。參照圖11，待處理基板101中，薄層103以覆蓋薄層102之方式形成於薄層102上，圖案化所形成之寬x的薄層104形成於薄層103上。在此，對待處理基板101進行蝕刻處理而去除薄層103時，如圖12所示，圖案化所形成之薄層104及位於其下層之薄層103的寬y因蝕刻而變短。該蝕刻前後之寬的差y-x即為CD偏差。
依中央氣體導入方式的電漿蝕刻，雖然於待處理基板101之中央部側僅積極供應反應氣體，但是於待處理基板101之端部側，除了從中央部側流過來的反應氣體，因待處理基板101之中央部側之蝕刻處理而產生的反應產物氣體也流到端部側。在此，例如使用HBr/Ar/O2 之類的混合氣體作為反應氣體以蝕刻多晶矽層時，產生SiBrO之類的附著性高且不易揮發的反應產物。如此一來，如圖13所示，於成為蝕刻處理對象之薄層103的側壁部分附著沉積反應產物105，薄層103之寬變寬。因此種現象，待處理基板101之中央部的CD偏差與端部的CD偏差變得不同。
圖14係顯示以習知的中央氣體導入方式之電漿蝕刻處理裝置蝕刻處理後，待處理基板之各位置的CD偏差之一例的圖表。又，橫軸表示從待處理基板之中心O開始的距離，縱軸為CD偏差值。參照圖14，相對於待處理基板之中央部，即0mm附近區域的CD偏差為-12nm左右，端部，即±125mm附近區域的CD偏差為-5nm或其以下，CD偏差從中央部側向端部側逐漸變低。如上述，當中央部側及端部側的CD偏差不同時，於待處理基板內無法使得蝕刻所形成的形狀呈均一形狀。此時，如日本特開2005-100931號公報，即使進行控制以使待處理基板之各部維持均一，仍然呈相同傾向。又，即使對於所供應到中央部側之反應氣 體及供應到端部側之反應氣體的比率加以控制，也主要只能控制中央部側的CD偏差值。
本發明之目的為：提供電漿蝕刻處理裝置，可適當控制蝕刻處理時之待處理基板的CD偏差。
本發明之另一目的為：提供電漿蝕刻處理方法，可適當控制蝕刻處理時之待處理基板的CD偏差。
依本發明之電漿蝕刻處理裝置包含：處理容器，於其內部對待處理基板進行電漿處理；固持台，配置於處理容器內，在其上固持待處理基板；第1加熱器，用以加熱固持台所固持之待處理基板的中央部區域；第2加熱器，用以加熱位於固持台所固持之待處理基板的中央部周邊的端部區域；反應氣體供應部，向固持台所固持之待處理基板的中央部區域，供應電漿處理用的反應氣體；與控制機構，控制第1及第2加熱器以使固持台所固持之待處理基板之中央部及端部區域的溫度產生差異，而進行待處理基板的電漿蝕刻處理。
CD偏差也因待處理基板的溫度條件受影響。因此，依此種電漿蝕刻處理裝置，向待處理基板之中央部側供應反應氣體而進行蝕刻處理時，使待處理基板之中央部側及端部側的溫度產生差異，可使中央部側之CD偏差與端部側之CD偏差調和。從而，可適當控制蝕刻處理時之待處理基板的CD偏差。
較佳為，控制機構因應反應氣體供應部所供應之反應氣體，控制第1及第2加熱器。
更佳之一實施形態為，控制機構控制第1及第2加熱器以使端部區域的溫度比起中央部區域的溫度變高。
在此，待處理基板包含成為蝕刻對象之多晶矽層，控制機構可進行多晶矽層的電漿蝕刻處理。
較佳之一實施形態為，第1及第2加熱器設在固持台之內部。 藉此，可更確實地控制半導體基板之中央部及端部的溫度。
又，較佳之一實施形態為，固持台呈圓板狀，第2加熱器呈環狀。藉此，可配合固持台的形狀，而更適當地控制端部的溫度。
本發明之另一態樣中，電漿蝕刻處理方法係用以將待處理基板電漿蝕刻處理，其包含：在設於處理容器內之固持台上，固持待處理基板的步驟；使固持台所固持的待處理基板之中央部區域，及位於中央部周邊之端部區域的溫度產生差異，而向固持台所固持的待處理基板之中央部區域供應電漿處理用的反應氣體，進行待處理基板之電漿蝕刻處理的步驟。
依此種電漿蝕刻處理方法，向待處理基板之中央部側供應反應氣體，而進行蝕刻處理時，使待處理基板之中央部側及端部側的溫度產生差異，能使中央部側之CD偏差與端部側之CD偏差調和。因此，可適當控制蝕刻處理時之待處理基板的CD偏差。
亦即，依此種電漿蝕刻處理裝置及電漿蝕刻處理方法，向待處理基板之中央部側供應反應氣體，而進行蝕刻處理時，使待處理基板之中央部側及端部側的溫度產生差異，能使中央部側之CD偏差與端部側之CD偏差調和。因此，可適當控制蝕刻處理時之待處理基板的CD偏差。
又，依本發明之電漿處理裝置包含：處理容器，於其內部對待處理基板進行電漿處理；固持台，配置於處理容器內，在其上固持待處理基板；第1加熱器，用以加熱固持台所固持之待處理基板的中央部區域；第2加熱器，用以加熱位於固持台所固持之待處理基板的中央部周邊的端部區域；微波產生器，產生電漿激發用的微波；電介質板，設在與固持台相對的位置，將微波導入到處理容器內；反應氣體供應部，對處理容器內供應電漿處理用的反應氣體；與控制機構，控制第1及第2加熱器以使固持台所固持之待處理基板之中央部及端部區域的溫度產生差異，而進行待處理基板的電漿蝕刻處理。固持台包含配置於其上所固持之待處理基板之周圍的對焦環。反應氣體供應部包含：第1反應氣體 供應部，設在電介質板之中央部，向著固持台上所固持之待處理基板的中央區域，往正下方向供應反應氣體；與第2反應氣體供應部，設在避開固持台上所固持之待處理基板之正上方區域的位置，並且固持台的正上方區域，而向著對焦環，往正下方向供應反應氣體。
依此種結構之電漿處理裝置，藉著向待處理基板之中央區域供應反應氣體的第1反應氣體供應部；與向對焦環而往正下方向供應反應氣體的第2反應氣體供應部，可對待處理基板整體均一地供應反應氣體。又，可使得向待處理基板之中央區域及對焦環所供應的各反應氣體停滯的區域，形成在避開待處理基板上的位置。而且，也不會因第2反應氣體供應部遮蔽了往待處理基板流動的電漿流。因此，包含CD偏差之適當控制，也可提高待處理基板之處理的面內均一性。又，在此所謂的正上方區域，指待處理基板之垂直上方側的區域，但並非嚴密地意味垂直上方側的區域，而大致指垂直上方側的區域。
較佳為，第2反應氣體供應部配置於固持台的附近。
更佳為，第2反應氣體供應部包含環狀部，環狀部設有供應反應氣體的供應孔。
更佳為，待處理基板呈圓板狀，環狀部呈圓環狀，環狀部的內徑比待處理基板的外徑大。
更佳為，對焦環呈圓環狀，供應孔設在比對焦環之外徑側接近內徑側的位置。
本發明之又另一態樣中，電漿處理方法係用以將待處理基板電漿處理，其包含：在設於處理容器內，且包含其上固持著待處理基板時配置在待處理基板之周圍之對焦環的固持台上，固持待處理基板的步驟；產生電漿激發用之微波的步驟；使用電介質板，將微波導入到處理容器內的步驟；進行控制以使固持台所固持之待處理基板之中央部及端部區域的溫度產生差異的步驟；從電介質板之中央部向著待處理基板之中央區域，而往正下方向供應反應氣體，並從避開固持台上所固持之待處理基板之正上方區域的 位置，並且固持台的正上方區域向著對焦環，而往正下方向供應反應氣體的步驟。
亦即，依此種電漿處理裝置及電漿處理方法，藉著向待處理基板之中央區域供應反應氣體的第1反應氣體供應部；與向對焦環而往正下方向供應反應氣體的第2反應氣體供應部，可對待處理基板整體均一地供應反應氣體。又，可使得向待處理基板之中央區域及對焦環所供應的各反應氣體停滯的區域，形成在避開待處理基板上的位置。而且，也不會因第2反應氣體供應部遮蔽了往待處理基板流動的電漿流。因此，包含CD偏差之適當控制，也可提高待處理基板之處理的面內均一性。
 實施發明之最佳形態
以下參照圖式，說明本發明之實施形態。
圖1係顯示依本發明之一實施形態的電漿蝕刻處理裝置之主要部的概略剖面圖。又，以下所示之圖式中，以紙面上為上方向。
參照圖1，電漿蝕刻處理裝置11為中央氣體導入方式。電漿蝕刻處理裝置11包含：處理容器12，於其內部對待處理基板，即半導體基板W進行電漿處理；反應氣體供應部13，含有成為反應氣體之供應口的噴射器15，向半導體基板W之中央部側，供應電漿蝕刻處理用的反應氣體；固持台14，呈圓板狀，配置於處理容器12內，在其上固持半導體基板W；微波產生器(未圖示)，由高頻電源(未圖示)等構成，產生電漿激發用的微波；電介質板16，配置在與固持台14相對的位置，將微波產生器所產生之微波導入到處理容器12內；與控制部20，控制電漿蝕刻處理裝置11整體。控制部20控制用以蝕刻處理半導體基板W的處理條件，有反應氣體供應部13之氣體流量、處理容器12內之壓力等。反應氣體供應部13所供應的反應氣體於半導體基板W，以中央部及位於中央部周邊之端部成為既定流量比的方式而供應。
固持台14於處理容器12內，安裝在從處理容器12之下部側 延伸到上方的支柱19之上部。固持台14包含用以吸附其上所載置之半導體基板W的靜電吸盤構造。又，從易於理解之觀點，固持台14的靜電吸盤構造係省略圖示。又，固持台14連接著賦予偏電壓的高頻電源17。
電漿蝕刻處理裝置11包含真空泵及排氣管(均未圖示)等，可藉由減壓使處理容器12內之壓力呈真空等既定壓力。處理容器12之上部側形成開口，藉著處理容器12之上部側所配置的電介質板16及密封構件(未圖示)，處理容器12以可密封方式構成。
電漿蝕刻處理裝置11包含用以加熱固持台14的第1加熱器18a及第2加熱器18b。第1及第2加熱器18a、18b設在固持台14之內部。第1加熱器18a配置於圓板狀之固持台14中的中央部側，第2加熱器18b配置於比第1加熱器18a外周側，即徑方向外側。第1加熱器18a呈圓板狀，第2加熱器18b呈環狀，但第1加熱器18a也可呈環狀。第1及第2加熱器18a、18b以可藉著控制部20分別進行不同之溫度設定的方式而構成。由於包含可進行如此不同之溫度控制的第1及第2加熱器18a、18b，可使固持台14上所固持之半導體基板W的中央部及端部調整成不同之溫度。
電漿蝕刻處理裝置11包含：導波管21，將微波產生器所產生之微波導入到處理裝置內；慢波板22，傳播微波；與槽孔天線24，呈薄形圓板狀，將微波從所設有之複數個槽孔23導入到電介質板16。電介質板16呈圓板狀，以電介質構成。電介質板16之底面側設有呈推拔狀凹陷的環狀之凹部25，此凹部用以使所導入的微波容易產生駐波。
微波產生器所產生之微波通過導波管21，被傳播至慢波板22，並從槽孔天線24所設有的複數個槽孔23導入到電介質板16。然後，在處理容器12內產生電場，藉由電漿著火產生電漿。
接著，使用上述電漿蝕刻處理裝置11，說明依本發明之一實施形態的半導體基板W的電漿蝕刻處理方法。
首先，如上述在固持台14上固持半導體基板W。接著，以真空泵等進行減壓等。
其後，將第1及第2加熱器18a、18b設定成不同溫度而進行加熱。在此，將第2加熱器18b之設定溫度設定成高於第1加熱器18a之設定溫度。如此一來，將固持台14上所固持的半導體基板W之端部側調整成比中央部側高的溫度。
再來，從設在反應氣體供應部13的噴射器15，向半導體基板W之中央部側供應反應氣體，並以微波產生器產生電漿激發用的微波，再經由電介質板16將微波導入到處理容器12內，產生電漿，進行電漿蝕刻處理。供應到處理容器12內的反應氣體沿圖1中之箭頭所示的方向流動。然後，進行半導體基板W整體的蝕刻處理。
此時，由於以使半導體基板W之端部側的溫度變得高於中央部側的溫度之方式產生差異，故可使中央部側之CD偏差與端部側之CD偏差調和。具體而言，端部側之CD偏差如上述受到中央部側之蝕刻處理所產生的反應產物的影響，考慮該反應產物之附著所形成的影響，藉由採用中央部側之CD偏差與端部側之CD偏差成為相同的溫度設定，可使中央部側之CD偏差與端部側之CD偏差調和。因此，於半導體基板W之中央側與端部側，可適當控制CD偏差。又，該溫度設定依反應氣體的流量或反應氣體的種類等而定。
圖2係顯示以包含依本發明之一實施形態之電漿蝕刻處理方法的製造方法所製造的半導體基板31之一部分的概略剖面圖。半導體基板31以電漿蝕刻處理或電漿化學氣相沉積處理等複數處理步驟而製造，上述電漿蝕刻處理適用於：在圖2所示之半導體基板31中，使用HBr/Ar/O2 之混合氣體以蝕刻閘氧化膜32上所形成的多晶矽層，而形成閘電極33的情況等。
圖3係顯示使半導體基板W之中央部及端部的溫度變化而電漿處理後之CD偏差與測定位置的關係的圖表。圖3中，記號表示中央部之溫度採60℃，端部之溫度採75℃時，△記號表示中央部之溫度及端部之溫度均採60℃時，記號表示中央部之溫度採60℃，端部之溫度採50℃時。縱軸表示CD偏差(-nm)，橫軸表 示半導體基板中的位置。在此，半導體基板W中的測定位置如圖4所示。圖4顯示從上側觀察固持台14時之CD偏差的測定位置。參照圖4，以固持台14上所固持之半導體基板W的中央部區域為中心O，從中心O向兩端部側分別將其區域分成5階段，測定從0到+5之各點的CD偏差。
參照圖3及圖4，端部之溫度採50℃，中央部之溫度採60℃，而使端部之溫度低於中央部之溫度時，以及端部之溫度採60℃，中央部之溫度採60℃，而使端部及中央部之溫度相同時，均如圖3中的△記號、□記號所示，CD偏差從端部向中心部變高。但是，端部之溫度採75℃，中央部之溫度採60℃，而使端部之溫度高於中央部之溫度時，如圖3中的￮記號所示，CD偏差從端部向中心部大致呈相同值。亦即，於包含端部及中央部之半導體基板W整面，CD偏差大致成為相同值；於半導體基板W面內，CD偏差大致成為均一。
如上述，向半導體基板W之中央部側供應反應氣體以進行蝕刻處理時，使半導體基板W之端部側的溫度高於中央部側的溫度，可使中央部側之CD偏差與端部側之CD偏差調和。因此，可適當控制蝕刻處理時之半導體基板W的CD偏差。
此時，由於第1及第2加熱器18a、18b被設於固持台14之內部，因此可更確實地控制固持台14上所固持之半導體基板W之中央部側及端部側的溫度。
又，由於固持台14呈圓板狀，第2加熱器18b呈環狀，故可配合固持台14的形狀，而更適當地控制端部側的溫度。
又，上述之實施形態中，係進行控制以使端部側的溫度高於中央部側的溫度，但不限於此，也可因應反應氣體的種類等其他條件，進行控制以使端部側的溫度低於中央部側的溫度，而調和CD偏差。亦即，依所產生之電漿的狀態，當端部側及中央部側之溫度採相同溫度時，端部側之CD偏差有時變得比中央部側之CD偏差高。此時，例如使端部側的溫度變得低於中央部側的溫度，而進行電漿蝕刻處理，藉此於半導體基板W之面內的各部，CD 偏差可控制成均一。
又，上述之實施形態中，已說明蝕刻多晶矽層的情況，但不限於此，也適用於以形成在半導體基板之SiO2 層或金屬層等為處理對象而蝕刻的情況。
又，就供作蝕刻處理之反應氣體而言，例如亦適用於使用含鉿(Hf)之氣體、或氧化鉿系氣體、含釕(Ru)之氣體時。
又，上述之實施形態中，係將第1及第2加熱器設在固持台之內部側，但不限於此，也可設在固持台之外部側，例如固持台的外周部分或下部側。
又，上述之實施形態中，固持台呈圓板狀，但不限於此，亦可為其他形狀的固持台。又，第1及第2加熱器可沿周方向隔斷，第1或第2加熱器可由複數加熱器構成。而且，第2加熱器可沿周方向形成雙層以上的構造。亦即，例如第2加熱器可由配置於第1加熱器之外周側的複數個直徑不同的加熱器所構成。又，第1加熱器也可沿周方向形成雙層以上的構造。
又，上述之實施形態中，電漿蝕刻處理裝置具有僅向成為待處理基板之半導體基板W之中央部側供應反應氣體的結構，但是包含CD偏差之適當控制，從提高成為待處理基板之半導體基板的處理之面內均一性的觀點，電漿蝕刻處理裝置可考慮形成向半導體基板之中央部側及端部側供應反應氣體的結構。
在此，關於電漿蝕刻處理裝置，考慮形成對半導體基板之中央部側及端部側供應反應氣體的結構。圖5係顯示處理容器內於二處設有供應反應氣體之反應氣體供應部的電漿處理裝置201之一部分的概略剖面圖。圖5所示之電漿處理裝置201中，為了對圓板狀之待處理基板W的中央區域供應反應氣體，於將微波導入到處理容器202內之電介質板203的中央部設有第1反應氣體供應部204。第1反應氣體供應部204以對待處理基板W的中央區域吹送之方式供應反應氣體。又，為了對待處理基板W的端部區域供應反應氣體，於處理容器202之側壁205的上部側設有第2反應氣體供應部206。又，處理中之電漿處理裝置201以位於圖5 中之下方側的排氣裝置(未圖示)往下方向排氣。
如上述於二處設有反應氣體供應部的電漿處理裝置201中，處理容器202內在黏性流之壓力區域(大約50mTorr以上)供應反應氣體時，第2反應氣體供應部206所供應之反應氣體因第1反應氣體供應部204的影響，流往圖5中之箭頭X所示的中央方向。亦即，第2反應氣體供應部206所供應之反應氣體成為與第1反應氣體供應部204所供應之反應氣體相同的供應路徑。因此，無法獲得從第2反應氣體供應部206供應反應氣體的效果，而所供應到待處理基板W之中央區域的反應氣體從待處理基板W之中央區域向端部區域呈放射狀擴展，並隨著往端部移動而消耗反應氣體，且反應產物增加，於待處理基板W之徑方向在處理狀態產生分佈，其結果產生面內的不均一。
另一方面，在分子流之壓力區域(大約50mTorr以下)時，第2反應氣體供應部206所供應之反應氣體因排氣裝置所進行的排氣，流往圖5中之箭頭Y所示的下方向。如此一來，第2反應氣體供應部206所供應之反應氣體不會到達待處理基板W，而被排出。因此，到達待處理基板W之反應氣體成為僅來自第1反應氣體供應部204所供應，與上述同樣地，在待處理基板W之處理狀態產生面內的不均一。
如上所述，上述結構之電漿處理裝置201中，即使變更處理容器202內的壓力區域，調整從第2氣體供應部206供應之氣體供應量，也無法對待處理基板W均一地供應反應氣體，而難以確保待處理基板W之處理的面內均一性。
在此，為了對待處理基板W均一地供應反應氣體，在待處理基板W之正上方區域設置第2氣體供應部時，有發生以下問題之虞。圖6係顯示此時之電漿處理裝置211之一部分的概略剖面圖，相當於圖5所示的剖面。如圖6所示，電漿處理裝置211中，電介質板212的中央部設有第1反應氣體供應部213；固持台214所固持之待處理基板W的正上方區域設有環狀之第2反應氣體供應部215。藉著第2反應氣體供應部215，對待處理基板W之端 部區域供應反應氣體。
但是，當形成此種結構時，第1反應氣體供應部213所供應之反應氣體、與第2反應氣體供應部215所供應之反應氣體於待處理基板W的中央區域及端部區域之徑方向間的區域216，將互相碰撞。圖6中，區域216以虛線表示。如此一來，於該區域216發生反應氣體停滯的狀態，沉積物(反應產物)變得容易滯留。
而且，當如圖6所示地在待處理基板W的正上方區域設置第2反應氣體供應部215時，待處理基板W上存在著遮蔽電漿流的遮蔽物。此種電漿遮蔽物造成待處理基板W上之電漿的不均一。
因上述沉積物的滯留、與電漿遮蔽物的影響，區域216之待處理基板W的蝕刻速率、與中央區域或端部區域之待處理基板W的蝕刻速率並不同，損害待處理基板W之處理的面內均一性。
因此，為解決此種問題，較佳係形成如以下之結構。圖7係顯示此時之電漿蝕刻處理裝置之一部分的剖面圖。參照圖7，電漿處理裝置111包含：處理容器112，於其內部對待處理基板W進行電漿處理；反應氣體供應部113，對處理容器112內供應電漿處理用的反應氣體；固持台114，呈圓板狀，在其上固持待處理基板W；第1加熱器151，用以加熱固持台114所固持之待處理基板W的中央部區域；第2加熱器152，用以加熱位於固持台114所固持之待處理基板W的中央部周邊的端部區域；微波產生器115，產生電漿激發用的微波；電介質板116，配置在與固持台114相對的位置，將微波產生器115所產生之微波導入到處理容器112內；與控制部(未圖示)，控制第1及第2加熱器151、152以使固持台114所固持之待處理基板W之中央部及端部區域的溫度產生差異，而進行待處理基板W的電漿蝕刻處理，並控制電漿處理裝置111整體。控制部係控制用以電漿處理待處理基板W的處理條件，有反應氣體供應部113之氣體流量、處理容器112內之壓力等。
處理容器112包含：底部117，位於固持台114之下方側；與側壁118，從底部117之外周沿上方向延伸。側壁118呈圓筒狀。處理容器112的底部117設有排氣用之排氣孔119。處理容器112 之上部側形成開口，藉著處理容器112之上部側所配置的電介質板116、與作為夾設在電介質板116及處理容器112間之密封構件的O型環120，處理容器112以可密封方式構成。
包含匹配器121之微波產生器115經由模式轉換器122及導波管123，連接於導入微波之同軸導波管124的上部。例如，於微波產生器115產生之TE模式的微波通過導波管123，由模式轉換器122轉換成TEM模式，在同軸導波管124傳播。同軸導波管124包含：中心導體125，設在徑方向中央；與外周導體126，設在中心導體125之徑方向外側。中心導體125之上端部連接於模式轉換器122的頂棚區隔壁。於微波產生器115產生之微波的頻率選擇例如2.45GHz。又，導波管123使用剖面呈圓形或剖面呈矩形者。
電介質板116呈圓板狀，以電介質構成。電介質板116之底部側設有呈推拔狀凹陷的環狀之凹部127，此凹部用以使所導入的微波容易產生駐波。藉著該凹部127，可在電介質板116之底部側使微波有效率地產生電漿。又，電介質板116之具體材質可舉例如石英或氧化鋁等。
又，電漿處理裝置111包含：慢波板128，用以傳播同軸導波管124所導入的微波；與槽孔板130，呈薄形圓板狀，將微波從所設有之複數個槽孔129導入到電介質板116。微波產生器115所產生之微波通過同軸導波管124，傳播到慢波板128，從設在槽孔板130的複數個槽孔129導入到電介質板116。透射過電介質板116的微波在電介質板116之正下方產生電場，於處理容器112內產生電漿。
固持台114兼作為高頻電極，由從底部117沿垂直上方延伸的絕緣性之筒狀支持部131所支持。沿筒狀支持部131之外周而從處理容器112之底部117沿垂直上方延伸的導電性之筒狀支持部132與處理容器112的側壁118之間，形成有環狀之排氣路徑133。該排氣路徑133之上部安裝著設有複數個穿通孔的環狀之檔板134。排氣孔119之下部經由排氣管135連接著排氣裝置136。 排氣裝置136包含渦輪分子泵(TMP，Turbo Molecular Pump)等之真空泵。以排氣裝置136，可使處理容器112內減壓到所希望的真空度。
於固持台114，經由匹配單元138及供電棒139電連接著RE偏壓用的高頻電源137。該高頻電源137以既定之功率輸出適於控制所導入待處理基板W的離子之能量的一定頻率，例如13.56MHz的高頻。匹配單元138收納著匹配器，用以在高頻電源137側的阻抗與主要為電極、電漿、處理容器112即負載側的阻抗之間，進行匹配，該匹配器中包含著產生自偏壓用的阻隔電容器(blocking capacitor)。
固持台114之頂面設置用以利用靜電吸附力固持待處理基板W的靜電吸盤141。又，靜電吸盤141之徑方向外側設有呈環狀圍繞待處理基板W之周圍的對焦環142。亦即，固持台114包含配置於固持台114上所固持之待處理基板W之周圍的對焦環142。對焦環142呈圓環狀。靜電吸盤141係將導電膜所構成之電極143夾在一對絕緣膜144、145間。於電極143，經由開關147及被覆線148電連接著高壓之直流電源146。藉著直流電源146所施加的直流電壓，可以庫侖力將待處理基板W吸附固持在靜電吸盤141上。
固持台114之內部設有第1加熱器151及第2加熱器152。第1加熱器151用以加熱固持台114所固持之待處理基板W的中央部區域，使待處理基板W的中央部調整成既定之溫度。此時，第1加熱器151沿徑方向形成三層構造。第2加熱器152用以加熱固持台114所固持之待處理基板W的端部區域，使待處理基板W的端部調整成既定之溫度。此時，第2加熱器152沿徑方向形成雙層構造。對第1及第2加熱器151、152，分別從急冷單元(未圖示)經由配管(未圖示)循環供應既定之溫度的冷煤或傳熱氣體。如此將待處理基板W的中央部及端部分別控制成不同溫度。
接著，說明對處理容器112內供應電漿處理用之反應氣體的反應氣體供應部113的具體結構。反應氣體供應部113包含：第1 反應氣體供應部161，向著待處理基板W之中央區域，往正下方向供應反應氣體；與第2反應氣體供應部162，向著對焦環142，往正下方向供應反應氣體。具體而言，第1反應氣體供應部161向著圖7中之箭頭F1 的方向而供應反應氣體；第2反應氣體供應部162向著圖7中之箭頭F2 的方向而供應反應氣體。又，對於第1反應氣體供應部161及第2反應氣體供應部162，係從相同反應氣體供應源(未圖示)供應相同種類之反應氣體。
第1反應氣體供應部161位於電介質板116之徑方向中央，設在比起成為與固持台114相對之相對面的電介質板116之底面163，係後退到電介質板116之內方側的位置。藉此，可避免因為對第1反應氣體供應部161之電場集中引起的異常放電。電介質板116設有收納第1反應氣體供應部161的收納部164。第1反應氣體供應部161及收納部164之間夾設有O型環165，確保處理容器112內的密封性。
第1反應氣體供應部161設有複數之供應孔166，該等供應孔166向著待處理基板W的中央區域吹送，而往正下方向供應反應氣體。供應孔166設在與固持台114相對之壁面167中，露出於處理容器112內的區域。又，壁面167呈平坦。又，供應孔166以位於電介質板116之徑方向中央的方式，設在第1反應氣體供應部161。
電漿處理裝置111設有氣體流道168，以分別穿通同軸導波管124之中心導體125、槽孔板130及電介質板116且到達供應孔166的方式形成。於形成在中心導體125之上部端的氣體入口169，連接著中間插設有開關閥170及質量流量控制器之類的流量控制器171等的氣體供應系172。以氣體供應系172調整流量等，同時供應反應氣體。
第2反應氣體供應部162包含圓環狀之環狀部173。環狀部173以管狀構件構成，其內部成為反應氣體的流道。環狀部173於處理容器112內，配置在固持台114及電介質板116之間。第2反應氣體供應部162位於避開固持台114上所固持之待處理基板 W之正上方區域的位置，且設在固持台114的正上方區域。具體而言，若令圓環狀之環狀部173的內徑為D1 ，待處理基板W的外徑為D2 ，環狀部173的內徑D1 比待處理基板W的外徑D2 大而構成。D1 之值具體選擇例如400mm。又，環狀部173設在對焦環142的正上方區域。環狀部173由從處理容器112之側壁118而筆直往內徑側延伸的支持部174所支持。支持部174呈中空狀。
環狀部173設有複數個供應孔175，該等供應孔175以向著配置於待處理基板W之外徑側的對焦環142吹送之方式，往正下方向供應反應氣體。供應孔175呈圓孔狀。供應孔175設在環狀部173之下部側。複數個供應孔175於環狀部173，沿周方向呈等距設置。又，圖8係從圖7中之箭頭VII的方向，觀察圖7所示之第2反應氣體供應部162所包含的環狀部173附近。本實施形態中，設有8個供應孔175。
從電漿處理裝置111之外部所供應的反應氣體通過支持部174之內部，從設在環狀部173的供應孔175被供應到處理容器112內。於支持部174之外方側，也設置著插設有上述開關閥及流量控制器的氣體供應系(未圖示)。
第2反應氣體供應部162較佳係設在固持台114的附近。具體而言，於處理容器112內，較佳係在不受第1反應氣體供應部161所供應之反應氣體流之影響的所謂下向流(downflow)區，即電漿密度低的區域，設置環狀部173。從固持台114所固持之待處理基板W的頂面177，到以圖7中之一點鏈線所示的環狀部173之上下方向的中心178的距離L1 ，選擇例如200mm。
又，設於環狀部173的複數個供應孔175較佳係設在比對焦環142之外徑側接近內徑側的位置。
再來，使用依本發明之一實施形態的電漿處理裝置111，說明進行待處理基板W之電漿處理的方法。
首先，在設於處理容器112內之固持台114上，使用上述靜電吸盤141固持待處理基板W。此時，對焦環142位於待處理基板W的周圍。然後，以第1及第2加熱器151、152，將待處理基 板W的中央部及端部分別控制成不同溫度。接著，以微波產生器115產生電漿激發用的微波。其後，使用電介質板116等，將微波導入到處理容器112內。然後，從電介質板116之中央部向待處理基板W之中央區域，而從設在第1反應氣體供應部161的供應孔166往正下方向供應反應氣體；並從設在第2反應氣體供應部162之環狀部173的供應孔175向對焦環142，往正下方向供應反應氣體。如此對待處理基板W進行電漿處理。
依此種結構之電漿處理裝置111及電漿處理方法，藉著向待處理基板W之中央區域而往正下方向供應反應氣體的第1反應氣體供應部161；與向對焦環142而往正下方向供應反應氣體的第2反應氣體供應部162，可對待處理基板W整體均一地供應反應氣體。又，使得向待處理基板W之中央區域及對焦環142所供應的各反應氣體停滯的區域，形成在避開待處理基板W上的位置，具體而言，可形成在例如待處理基板W之端部區域的外徑側部分。而且，也不會因第2反應氣體供應部162遮蔽了往待處理基板W流動的電漿流。因此，包含CD偏差之適當控制，也可提高待處理基板W之處理的面內均一性。
圖9係顯示於依本發明之一實施形態的電漿處理裝置111，將待處理基板W成膜時之膜厚與待處理基板W之位置的關係的圖表。圖9中，縱軸表示膜厚(埃)，橫軸表示從中心O開始的距離(mm)。又，圖10中，顯示待處理基板W之圖9中所示的X軸、Y軸、V軸、W軸。圖9顯示從第1反應氣體供應部161之氣體供應量與從第2反應氣體供應部162之氣體供應量的比率採22：78的情況。又，此時之環狀部173的中心直徑為400mm，圖7所示之距離L1 為90mm。又，就其他處理條件而言，壓力採100mTorr，氬氣之流量採1000sccm，HBr氣體之流量採600sccm，氧氣之流量採4sccm，急冷器之溫度採10℃，並使中央區域的溫度為60℃，端部區域的溫度為80℃。亦即，控制成：在形狀有相對變粗之傾向的端部區域，提高溫度以減少反應產物的附著，增加CD偏差，即使得形狀變細。又，控制成：在形狀有相對變細 之傾向的中央區域，降低溫度以增加反應產物的附著，減少CD偏差，即使得形狀變粗。
如圖9所示，待處理基板W之中央區域與端部區域的膜厚比起中央區域及端部區域間之區域的膜厚些微變厚，但是相對平坦，且大致均一。亦即，呈面內均一而處理。
在此，習知的圖6等所示之電漿處理裝置的結構中，藉由調整氣體供應量之比率，並無法改變待處理基板W之面內的處理。亦即，習知的圖6等所示之電漿處理裝置的結構中，即使變更氣體供應量之比率，待處理基板W之面內的處理程度幾乎不變。
又，依本發明之電漿處理裝置中，由於構成第2反應氣體供應部162的各構件設在避開待處理基板W之正上方區域的位置，故可降低構成第2反應氣體供應部162的各構件之因電漿引起的疲勞。因此，可達到第2反應氣體供應部162的長壽化。
以上已參照圖式，說明本發明之實施形態，但本發明不限於所圖示之實施形態。針對所圖示之實施形態，在與本發明相同的範圍或者均等的範圍內，可施加各種之修正或變更。
【產業上利用性】
依本發明之電漿蝕刻處理裝置及電漿蝕刻處理方法，於必須適當控制蝕刻處理時之待處理基板的CD偏差的情況，可有效益地利用。
11‧‧‧電漿蝕刻處理裝置
12‧‧‧處理容器
13‧‧‧反應氣體供應部
14‧‧‧固持台
15‧‧‧噴射器
16‧‧‧電介質板
17‧‧‧高頻電源
18a‧‧‧第1加熱器
18b‧‧‧第2加熱器
19‧‧‧支柱
20‧‧‧控制部
21‧‧‧導波管
22‧‧‧慢波板
23‧‧‧槽孔
24‧‧‧槽孔天線
25‧‧‧凹部
31‧‧‧半導體基板
32‧‧‧閘氧化膜
33‧‧‧閘電極
101‧‧‧待處理基板
102、103‧‧‧薄層
104‧‧‧圖案化所形成之薄層104
105‧‧‧反應產物
111‧‧‧電漿處理裝置
112‧‧‧處理容器
113‧‧‧反應氣體供應部
114‧‧‧固持台
115‧‧‧微波產生器
116‧‧‧電介質板
117‧‧‧處理容器112之底部
118‧‧‧處理容器112之側壁
119‧‧‧排氣孔
120‧‧‧O型環
121‧‧‧匹配器
122‧‧‧模式轉換器
123‧‧‧導波管
124‧‧‧同軸導波管
125‧‧‧中心導體
126‧‧‧外周導體
127‧‧‧凹部
128‧‧‧慢波板
129‧‧‧槽孔
130‧‧‧槽孔板
131‧‧‧絕緣性之筒狀支持部
132‧‧‧導電性之筒狀支持部
133‧‧‧排氣路徑
134‧‧‧檔板
135‧‧‧排氣管
136‧‧‧排氣裝置
137‧‧‧高頻電源
138‧‧‧匹配單元
139‧‧‧供電棒
141‧‧‧靜電吸盤
142‧‧‧對焦環
143‧‧‧電極
144、145‧‧‧絕緣膜
146‧‧‧直流電源
147‧‧‧開關
148‧‧‧被覆線
151‧‧‧第1加熱器
152‧‧‧第2加熱器
161‧‧‧第1反應氣體供應部
162‧‧‧第2反應氣體供應部
163‧‧‧電介質板116之底面
164‧‧‧收納部
165‧‧‧O型環
166‧‧‧供應孔
167‧‧‧與固持台114相對之壁面
168‧‧‧氣體流道
169‧‧‧氣體入口
170‧‧‧開關閥
171‧‧‧流量控制器
172‧‧‧氣體供應系
173‧‧‧環狀部
174‧‧‧支持部
175‧‧‧供應孔
177‧‧‧待處理基板W之頂面
178‧‧‧環狀部173之上下方向的中心
201‧‧‧電漿處理裝置
202‧‧‧處理容器
203‧‧‧電介質板
204‧‧‧第1反應氣體供應部
205‧‧‧處理容器202之側壁
206‧‧‧第2反應氣體供應部(第2氣體供應部)
211‧‧‧電漿處理裝置
212‧‧‧電介質板
213‧‧‧第1反應氣體供應部
214‧‧‧固持台
215‧‧‧第2反應氣體供應部
216‧‧‧第1反應氣體供應部213所供應之反應氣體、與第2反應氣體供應部215所供應之反應氣體互相碰撞的區域
D1 ‧‧‧環狀部173之內徑
D2 ‧‧‧待處理基板W之外徑
F1 ‧‧‧第1反應氣體供應部161之反應氣體的供應方向
F2 ‧‧‧第2反應氣體供應部162之反應氣體的供應方向
L1 ‧‧‧從待處理基板W之頂面177到環狀部173之上下方向的 中心178的距離
O‧‧‧中心
W‧‧‧半導體基板(待處理基板)
X‧‧‧處理容器內在黏性流之壓力區域供應反應氣體時，第2反應氣體供應部206供應之反應氣體所流往的方向
x‧‧‧薄層104之寬
Y‧‧‧處理容器內在分子流之壓力區域供應反應氣體時，第2反應氣體供應部206供應之反應氣體所流往的方向
y‧‧‧經蝕刻處理之薄層103及薄層104的寬
X、Y、V、W‧‧‧軸
圖1係顯示依本發明之一實施形態的電漿蝕刻處理裝置之主要部的概略剖面圖。
圖2係顯示以依本發明之一實施形態之電漿蝕刻處理方法所蝕刻處理的半導體基板之一部分的概略剖面圖。
圖3係顯示使半導體基板之中央部及端部的溫度變化而電漿處理後之CD偏差與測定位置的關係的圖表。
圖4顯示圖3所示之圖表的測定位置。
圖5係顯示以往於處理容器內在二處設有供應反應氣體之反應氣體供應部的電漿處理裝置之一部分的概略剖面圖。
圖6係顯示在待處理基板W之正上方區域設置第2氣體供應部的電漿處理裝置之一部分的概略剖面圖，相當於圖5所示的剖面。
圖7係顯示依本發明之另一實施形態的電漿處理裝置之主要部的概略剖面圖。
圖8顯示從圖7中之箭頭VII的方向，觀察圖7所示之包含於電漿處理裝置之第2反應氣體供應部所包含的環狀部附近。
圖9係顯示於依本發明之另一實施形態的電漿處理裝置，將待處理基板W成膜時之膜厚與待處理基板W之位置的關係的圖表。
圖10顯示待處理基板W之圖9中所示的X軸、Y軸、V軸、W軸。
圖11係顯示蝕刻處理前之半導體基板之一部分的概略剖面圖。
圖12係顯示蝕刻處理後之半導體基板之一部分的概略剖面圖。
圖13係顯示蝕刻處理中，沉積有反應產物的半導體基板之一部分的概略剖面圖。
圖14係顯示以習知的中央氣體導入方式之電漿蝕刻處理裝置蝕刻處理後，待處理基板之各位置的CD偏差之一例的圖表。
11‧‧‧電漿蝕刻處理裝置
12‧‧‧處理容器
13‧‧‧反應氣體供應部
14‧‧‧固持台
15‧‧‧噴射器
16‧‧‧電介質板
17‧‧‧高頻電源
18a‧‧‧第1加熱器
18b‧‧‧第2加熱器
19‧‧‧支柱
20‧‧‧控制部
21‧‧‧導波管
22‧‧‧慢波板
23‧‧‧槽孔
24‧‧‧槽孔天線
25‧‧‧凹部
W‧‧‧半導體基板

Claims (13)

  1. 一種電漿蝕刻處理裝置，包含：處理容器，於其內部對待處理基板進行電漿處理；固持台，配置於該處理容器內，在其上固持該待處理基板；第1加熱器，用以加熱該固持台所固持之該待處理基板的中央部區域；第2加熱器，用以加熱位於該固持台所固持之該待處理基板的中央部周邊的端部區域；反應氣體供應部，從該待處理基板的中央部上方，向該固持台所固持之該待處理基板的中央部區域，供應電漿處理用的反應氣體；與控制機構，為因應從該待處理基板的中央部上方供應反應氣體並進行電漿蝕刻處理時，所造成之該待處理基板之中央部區域及端部區域的臨界尺寸偏差之差異，控制該第1及第2加熱器以使該固持台所固持之該待處理基板之中央部及端部區域的溫度產生差異，而進行該待處理基板的電漿蝕刻處理，以使該持處理基板之中央部區域及端部區域所產生的臨界尺寸偏差均一。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻處理裝置，其中，該控制機構因應該反應氣體供應部所供應之反應氣體，控制該第1及第2加熱器。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻處理裝置，其中，該控制機構控制該第1及第2加熱器以使該端部區域的溫度比起該中央部區域的溫度變高。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻處理裝置，其中，該待處理基板包含成為蝕刻對象之多晶矽層；該控制機構進行該多晶矽層的電漿蝕刻處理。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻處理裝置，其中，該第1及第2加熱器設在該固持台之內部。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻處理裝置，其中，該固持台呈圓板狀；該第2加熱器呈環狀。
  7. 一種電漿蝕刻處理方法，用以將待處理基板電漿蝕刻處理，包含：在設於處理容器內之固持台上，固持該待處理基板的步驟；從該待處理基板的中央部上方，向該固持台所固持的該待處理基板之中央部區域供應電漿處理用的反應氣體的步驟；為因應從該待處理基板的中央部上方供應反應氣體並進行電漿蝕刻處理時，所造成之該待處理基板之中央部區域及端部區域的臨界尺寸偏差之差異，使該固持台所固持的該待處理基板之中央部區域及位於中央部周邊之端部區域的溫度產生差異，進行該待處理基板之電漿蝕刻處理，以使該待處理基板之中央部區域及端部區域所產生的臨界尺寸偏差均一的步驟。
  8. 一種電漿處理裝置，包含：處理容器，於其內部對待處理基板進行電漿處理；固持台，配置於該處理容器內，在其上固持該待處理基板，並包含配置於其上所固持之該待處理基板之周圍的對焦環；第1加熱器，用以加熱該固持台所固持之該待處理基板的中央部區域；第2加熱器，用以加熱位於該固持台所固持之該待處理基板的中央部周邊的端部區域；微波產生器，產生電漿激發用的微波；電介質板，設在與該固持台相對的位置，將微波導入到該處 理容器內；反應氣體供應部，於該處理容器內分別向著該待處理基板之中央區域及向著該待處理基板周圍之對焦環往正下方向供應反應氣體供應電漿處理用的反應氣體；與控制機構，為因應向著該待處理基板之中央區域及向著該待處理基板周圍之對焦環供應反應氣體並進行電漿蝕刻處理時，所造成之該待處理基板之中央部區域及端部區域的臨界尺寸偏差之差異，控制該第1及第2加熱器以使該固持台所固持之該待處理基板之中央部及端部區域的溫度產生差異，而進行該待處理基板的電漿蝕刻處理，以使該待處理基板之中央部區域及端部區域所產生的臨界尺寸偏差均一；該反應氣體供應部包含：第1反應氣體供應部，設在該電介質板之中央部，向著該固持台上所固持之該待處理基板的中央區域，往正下方向供應反應氣體；與第2反應氣體供應部，設在該固持台的正上方區域中避開該固持台上所固持之該待處理基板之正上方區域的位置，而向著該對焦環，往正下方向供應反應氣體。
  9. 如申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中，該第2反應氣體供應部配置於該固持台的附近。
  10. 如申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中，該第2反應氣體供應部包含環狀部；該環狀部設有供應反應氣體的供應孔。
  11. 如申請專利範圍第10項之電漿處理裝置，其中，該待處理基板呈圓板狀；該環狀部呈圓環狀；該環狀部的內徑比該待處理基板的外徑大。
  12. 如申請專利範圍第11項之電漿處理裝置，其中，該對焦環呈圓環狀；該供應孔設在比該對焦環之外徑側接近內徑側的位置。
  13. 一種電漿處理方法，用以將待處理基板電漿處理，包含：在設於處理容器內，且包含其上固持著待處理基板時配置在待處理基板之周圍之對焦環的固持台上，固持待處理基板的步驟；產生電漿激發用之微波的步驟；使用電介質板，將微波導入到該處理容器內的步驟；從該電介質板之中央部向著該待處理基板之中央區域，而往正下方向供應反應氣體，並從該固持台的正上方區域中避開該固持台上所固持之該待處理基板之正上方區域的位置，向著該對焦環，而往正下方向供應反應氣體的步驟；為因應向著該待處理基板之中央區域及向著該待處理基板周圍之對焦環供應反應氣體並進行電漿蝕刻處理時，所造成之該待處理基板之中央部區域及端部區域的臨界尺寸偏差之差異，進行控制以使該固持台所固持之該待處理基板之中央部及端部區域的溫度產生差異，以使該待處理基板之中央部區域及端部區域所產生的臨界尺寸偏差均一的步驟。
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