基板处理装置以及基板处理方法与流程

1.本发明涉及基板处理装置以及基板处理方法。


背景技术：

2.公知有自气体供给源向腔室内供给处理气体,使用处理气体的等离子体对基板实施期望的处理的基板处理装置。
3.在专利文献1中,发明了一种工艺气体供给装置,包括:气体供给源,其用于供给工艺气体；减圧处理室,其具有向供给至室内的工艺气体供给高频能量而生成等离子体的等离子体生成装置；气体供给线路,其经由气体流量控制装置、气体阻断器以及气体供给管路将自上述气体供给源供给的工艺气体供给至减圧处理室；等离子体发光检测器,其对减圧处理室内的等离子体发光进行检测,基于检测的等离子体发光,对经由上述气体供给线路供给来的工艺气体的成分量进行检测；以及控制器,其基于释放或阻断上述气体阻断器后直至上述等离子体发光检测器检测到工艺气体达到规定成分量为止的经过时间,计测上述气体供给线路的到达时间以及减少时间,并且基于该到达时间以及减少时间,对上述气体阻断器的释放或阻断的定时进行控制。
4.《现有技术文献》
5.《专利文献》
6.专利文献1:日本国特开2008-244294号公报


技术实现要素：

7.《本发明要解决的问题》
8.需求提高对基板实施处理时的控制性。
9.在一个侧面中,本发明提供一种提高基板处理的控制性的基板处理装置以及基板处理方法。
10.《用于解决问题的手段》
11.为了解决上述课题,根据一个方式,提供一种基板处理装置,包括:处理容器,其具有用于支承基板的基板支承台；气体供给部,其用于向上述处理容器供给多种处理气体；等离子体生成部,其用于生成上述处理气体的等离子体；以及控制部,上述气体供给部具有:第一气体供给部,其用于将第一处理气体供给至上述处理容器；以及第二气体供给部,其用于将第二处理气体注入向上述处理容器供给的上述第一处理气体。
12.《发明的效果》
13.根据一个侧面,能够提供一种使基板处理的控制性提高的基板处理装置以及基板处理方法。
附图说明
14.图1是示出一个实施方式的等离子体处理系统的构成例的图。
15.图2是气体供给部的构成图的一个例子。
16.图3是示出气体供给的定时的时序图的一个例子。
17.图4是示出等离子体的发光的一个例子的图表。
18.图5是示出解离的气体的举动的一个例子的示意图。
19.图6是示出基板处理中的膜与掩模的选择比的图表的一个例子。
20.图7是用于说明延迟时间与凹形状的关系的图表的一个例子。
具体实施方式
21.以下,参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中,有时对相同构成部分付与相同附图标记,并且省略重复的说明。
22.以下,对等离子体处理系统的构成例进行说明。图1是示出一个实施方式的等离子体处理系统的构成例的图。
23.等离子体处理系统包括电容耦合等离子体处理装置1以及控制部2。电容耦合等离子体处理装置1包括等离子体处理腔室10、气体供给部20、电源30以及排气系统40。另外,等离子体处理装置1包括基板支承部11以及气体导入部。气体导入部构成为将至少一种处理气体导入等离子体处理腔室10内。气体导入部包括喷头13。基板支承部11配置于等离子体处理腔室10内。喷头13配置于基板支承部11的上方。在一个实施方式中,喷头13构成等离子体处理腔室10的顶部(ceiling)的至少一部分。等离子体处理腔室10具有由喷头13、等离子体处理腔室10的侧壁10a以及基板支承部11界定的等离子体处理空间10s。等离子体处理腔室10具有用于将至少一种处理气体供给至等离子体处理空间10s的至少一个气体供给口、以及用于自等离子体处理空间10s排出气体的至少一个气体排出口10e。侧壁10a接地。喷头13以及基板支承部11与等离子体处理腔室10壳体电绝缘。
24.基板支承部11包括主体部111以及环组件112。主体部111具有用于支承基板(晶圆)w的中央区域(基板支承面)111a、以及用于支承环组件112的环状区域(环支承面)111b。主体部111的环状区域111b在俯视下包围主体部111的中央区域111a。基板w配置于主体部111的中央区域111a之上,环组件112以包围主体部111的中央区域111a之上的基板w的方式配置于主体部111的环状区域111b之上。在一个实施方式中,主体部111包括基台以及静电卡盘。基台包括导电性部件。基台的导电性部件作为下部电极起作用。静电卡盘配置于基台之上。静电卡盘的上表面具有基板支承面111a。环组件112包括一个或多个环状部件。一个或多个环状部件中的至少一个为边缘环。另外,虽然省略了图示,但是基板支承部11可以包括温度调节模块,其构成为将静电卡盘、环组件112以及基板w中的至少一个调节为目标温度。温度调节模块可以包括加热器、导热介质、流路、或其组合。流路中流过载冷剂、气体那样的导热流体。另外,基板支承部11可以包括导热气体供给部,其构成为将导热气体供给至基板w的背面和基板支承面111a之间。
25.喷头13构成为将来自气体供给部20的至少一种处理气体导入等离子体处理空间10s内。喷头13具有至少一个气体供给口13a、至少一个气体扩散室13b、以及多个气体导入口13c。被供给至气体供给口13a的处理气体通过气体扩散室13b自多个气体导入口13c被导入等离子体处理空间10s内。另外,喷头13包括导电性部件。喷头13的导电性部件作为上部电极起作用。需要说明的是,气体导入部除了包括喷头13,还可以包括安装于在侧壁10a形
成的一个或多个开口部的一个或多个侧部气体注入部(sgi:side gas injector)。
26.气体供给部20可以包括至少一个气体源21以及至少一个流量控制器22。在一个实施方式中,气体供给部20构成为将至少一种处理气体从与各自对应的气体源21经由与各自对应的流量控制器22供给至喷头13。各流量控制器22可以包括例如质量流量控制器或圧力控制式的流量控制器。而且,气体供给部20可以包括对至少一种处理气体的流量进行调制或脉冲化的一个以上的流量调制设备。
27.电源30包括经由至少一个阻抗匹配电路与等离子体处理腔室10连接的rf电源31。rf电源31构成为将源rf信号以及偏压rf信号那样的至少一个rf信号(rf电力)供给至基板支承部11的导电性部件和/或喷头13的导电性部件。由此,自供给至等离子体处理空间10s的至少一种处理气体形成等离子体。因此,rf电源31能够作为以在等离子体处理腔室10中自一种或两种以上的处理气体生成等离子体的方式构成的等离子体生成部的至少一部分起作用。另外,通过将偏压rf信号供给至基板支承部11的导电性部件,在基板w中产生偏压电位,从而能够将形成的等离子体中的离子成分引入基板w。
28.在一个实施方式中,rf电源31包括第一rf生成部31a以及第二rf生成部31b。第一rf生成部31a构成为经由至少一个阻抗匹配电路与基板支承部11的导电性部件和/或喷头13的导电性部件连接,从而生成用于等离子体生成的源rf信号(源rf电力)。在一个实施方式中,源rf信号具有13mhz～150mhz的范围内的频率。在一个实施方式中,第一rf生成部31a可以构成为生成具有不同频率的多个源rf信号。生成的一个或多个源rf信号被供给至基板支承部11的导电性部件和/或喷头13的导电性部件。第二rf生成部31b构成为经由至少一个阻抗匹配电路与基板支承部11的导电性部件连接,从而生成偏压rf信号(偏压rf电力)。在一个实施方式中,偏压rf信号具有比源rf信号低的频率。在一个实施方式中,偏压rf信号具有400khz～13.56mhz的范围内的频率。在一个实施方式中,第二rf生成部31b可以构成为生成具有不同频率的多个偏压rf信号。生成的一个或多个偏压rf信号被供给至基板支承部11的导电性部件。另外,在各种实施方式中,源rf信号以及偏压rf信号中的至少一者可以被脉冲化。
29.另外,电源30可以包括与等离子体处理腔室10连接的dc电源32。dc电源32包括第一dc生成部32a以及第二dc生成部32b。在一个实施方式中,第一dc生成部32a构成为与基板支承部11的导电性部件连接,从而生成第一dc信号。生成的第一偏压dc信号被施加于基板支承部11的导电性部件。在一个实施方式中,第一dc信号可以施加于静电卡盘内的电极那样的其他的电极。在一个实施方式中,第二dc生成部32b构成为与喷头13的导电性部件连接,从而生成第二dc信号。生成的第二dc信号被施加于喷头13的导电性部件。在各种实施方式中,第一以及第二dc信号中的至少一者可以被脉冲化。需要说明的是,第一以及第二dc生成部32a、32b可以在rf电源31的基础上设置,也可以设置第一dc生成部32a来代替第二rf生成部31b。
30.排气系统40例如可以与设于等离子体处理腔室10的底部的气体排出口10e连接。排气系统40可以包括圧力调整阀以及真空泵。通过圧力调整阀对等离子体处理空间10s内的圧力进行调整。真空泵可以包括涡轮分子泵、干式泵或其组合。
31.控制部2用于处理使等离子体处理装置1执行在本发明中描述的各种工序的计算机可执行的命令。控制部2可以构成为以执行在此描述的各种工序的方式对等离子体处理
装置1的各元件进行控制。在一个实施方式中,控制部2的一部分或全部可以包含于等离子体处理装置1中。控制部2例如可以包括计算机2a。计算机2a例如可以包括处理部(cpu:central processing unit)2a1、存储部2a2、以及通信接口2a3。处理部2a1可以构成为基于储存在存储部2a2中的程序进行各种控制动作。存储部2a2可以包括ram(random access memory)、rom(read only memory)、hdd(hard disk drive)、ssd(solid state drive)、或其组合。通信接口2a3可以经由lan(local area network)等的通信线路在与等离子体处理装置1之间进行通信。
32.接下来,使用图2进一步对气体供给部20进行说明。图2是气体供给部20的构成图的一个例子。
33.气体供给部20具有多个气体源21、气体箱210、注入箱220、以及阀230。
34.在图2所示气体供给部20的例子中,包括四个气体源21。在以下的说明中,以气体供给部20作为混合气体的一个例子即处理气体供给c4f6气体、c4f8气体、nf3气体、o2气体的情况为例进行说明。
35.气体箱210包括阀211、阀212、流量控制器213(22)、阀214、以及气体流路215、216。气体流路215针对气体源21的每个气体种类进行设置。在图2所示例子中,气体流路215设置四个系统。各气体流路215的上游侧分别与各气体源21连接。在气体流路215中,自气体源21一侧依次设置阀211、阀212、流量控制器213(22)、以及阀214。气体流路215的下游侧合流而与气体流路216连接。
36.另外,气体流路216的下游侧与等离子体处理腔室10的气体供给口13a连接。另外,在气体流路216中设置阀230。
37.注入箱220包括阀222、流量控制器223(22)、阀224、以及气体流路225、226。气体流路225针对每个气体源21设置。在图2所示例子中,气体流路225设置四个系统。各气体流路225的上游侧分别与阀211和阀212之间的各气体流路215连接。在气体流路225中,自气体源21一侧依次设置阀222、流量控制器223(22)、以及阀224。气体流路225的下游侧合流而与气体流路226连接。另外,气体流路226的下游侧与气体流路216(比阀230靠上游侧)连接。
38.控制部2(参照图1)对阀211、212、214、222、224、230以及流量控制器213、223进行控制。
39.自气体供给部20向等离子体处理腔室10供给处理气体时,控制部2打开阀230。
40.另外,在经由气体箱210自气体源21向等离子体处理腔室10供给处理气体时,控制部2打开阀211、212,关闭阀222、224。另外,控制部2控制流量控制器213,从而控制处理气体的流量。另外,控制部2通过对阀214进行开闭,从而控制处理气体的供给。
41.另外,在经由注入箱220自气体源21向等离子体处理腔室10供给处理气体时,控制部2打开阀211、222,关闭阀212、214。另外,控制部2控制流量控制器223,从而控制处理气体的流量。另外,控制部2通过对阀224进行开闭,从而控制处理气体的供给。
42.如此,气体供给部20构成为能够选择将来自气体源21的气体经由气体箱210供给至等离子体处理腔室10、或者经由注入箱220供给至等离子体处理腔室10。
43.接下来,使用图3对基于控制部2的气体供给的控制的一个例子进行说明。图3是示出气体供给的定时的时序图的一个例子。这里,gas1示出了经由气体箱210供给至等离子体处理腔室10的处理气体。gas2示出了经由注入箱220供给至等离子体处理腔室10的处理气
体。另外,在图3中,纵轴表示流量,横轴表示时间。
44.在图3的(a)中,控制部2以经由气体箱210间隙性地(周期性地)将gas1同时供给至等离子体处理腔室10的方式控制阀214的开闭。另外,控制部2以经由注入箱220间歇性地(周期性地)将gas2同时供给至等离子体处理腔室10的方式控制阀244的开闭。另外,控制部2以交替供给gas1和gas2的方式,对阀214、224的开闭进行控制。
45.在图3的(b)中,控制部2以经由气体箱间歇性地(周期性地)将210gas1同时供给至等离子体处理腔室10的方式控制阀214的开闭。另外,控制部2以经由注入箱220间歇性地(周期性地)将gas2同时供给至等离子体处理腔室10的方式控制阀244的开闭。另外,控制部2以gas1和gas2在不同的定时被供给的方式,对阀214、224的开闭进行控制。例如,控制部2通过使阀224的开闭的定时偏移(日文原文：
オフセット
),从而使向等离子体处理腔室10供给处理气体的定时不同。
46.需要说明的是,优选偏移的时间为0.5秒以上。
47.在图3的(c)中,控制部2以经由气体箱210间歇性地(周期性地)将gas1同时供给至等离子体处理腔室10的方式控制阀214的开闭。另外,控制部2以经由注入箱220间歇性地(周期性地)将gas2同时供给至等离子体处理腔室10的方式控制阀244的开闭。另外,控制部2以gas1和gas2在相同定时被供给的方式,对阀214、224的开闭进行控制。
48.图4是示出等离子体的发光的一个例子的图表。横轴表示时间,纵轴表示通过发光分光分析装置(oes)检测的o等离子体的发光(777nm)的强度。
49.实线表示自气体箱210供给全部的气体(c4f6气体、c4f8气体、nf3气体、o2气体)的情况(all main)。在该情况下,发光强度变化为迅速上升的大致矩形。
50.双点划线表示自注入箱220供给全部的气体(c4f6气体、c4f8气体、nf3气体、o2气体)的情况(all injection)。在该情况下,发光强度变化为迅速上升的大致矩形。需要说明的是,根据气体箱210和注入箱220的延迟时间,波形的上升的定时不同。
51.虚线表示自注入箱220供给c4f6气体,自气体箱210供给其他的气体(c4f8气体、nf3气体、o2气体)的情况(c4f
6 injection)。在该情况下,发光强度多级变化。即,等离子体的能量多级变化。
52.点划线表示自注入箱220供给o2气体,自气体箱210供给其他的气体(c4f6气体、c4f8气体、nf3气体)的情况(o
2 injection)。在该情况下,发光强度变化为缓慢上升的形状。即,等离子体的能量缓慢变化。
53.图5是示出解离的气体的举动的一个例子的示意图。这里,设定为在基板w上层叠有基底300、膜310、掩模320。另外,设定为在基板w上形成有壳层(日文原文:
ブランケツト
)、孔图案等的凹形状。
54.另外,处理气体的一个例子即cf类气体(c4f6气体、c4f8气体)根据等离子体的能量不同其解离状态变化。
55.图5的(a)是示出低能量时的举动的示意图。这里,c4f6气体、c4f8气体在等离子体的能量较低的情况下(换言之,在图4所示发光强度较低的情况下),例如解离为c
xfy
。c
xfy
在图5的(a)中如粗线所示,堆积于掩模320的上表面、凹形状的上方侧(掩模320的侧面)。
56.图5的(b)是示出高能量时的举动的示意图。这里,c4f6气体、c4f8气体在等离子体的能量较高的情况下(换言之,在图4所示发光强度较高的情况下),例如解离为cf2、cf3。与cxfy
相比分子量较小的cf2、cf3在图5的(b)中如粗线所示,堆积至凹形状的下方(膜310的侧面、基底300)。
57.由此,通过使自气体源21供给的多个处理气体中的、至少一种处理气体的供给定时不同,能够对等离子体的状态进行调整。例如,如图4的虚线、点划线所示,能够将等离子体的能量设定为多级变化、缓慢的变化。由此,能够对气体的解离状态进行调整。并且,如图5的(a)以及图5的(b)所示,能够对凹形状中的解离的气体的到达位置进行调整。
58.使用图6和图7,对本实施方式的基板处理方法的结果的一个例子进行说明。
59.图6是示出基板处理中的膜310与掩模320的选择比的图表的一个例子。图6的(a)示出了对未形成凹凸图案的基板w实施蚀刻处理的情况。图6的(b)示出了对形成有孔的凹形状的基板w实施蚀刻处理的情况。横轴示出了自气体箱210供给的气体和自注入箱220供给的气体的延迟时间(偏移时间)。纵轴示出了膜310相对于掩模320的选择比。
60.这里,将自气体箱210同时供给c4f6气体、c4f8气体、nf3气体5秒作为一个步骤,间歇性地重复供给和停止。另外,将自注入箱220供给o2气体5秒作为一个步骤,间歇性地重复供给和停止。另外,将图3的(a)设定为延迟时间0秒。另外,延迟时间设定为使自注入箱220供给的处理气体的定时变早(参照图3的(b)的箭头方向)。另外,图3的(c)设定为延迟时间5秒。
61.如图6的(a)以及图6的(b)所示,确认了通过使延迟时间变化,能够使膜310与掩模320的选择比变化。另外,在图6的例子中,能够确认越使延迟时间增加,膜310与掩模320的选择比越变高。
62.图7是用于说明延迟时间和凹形状的关系的图表的一个例子。图7的(a)是示出凹形状的neckingcd值和延迟时间的关系的图表的一个例子。图7的(b)是示出凹形状的bowingcd值和延迟时间的关系的图表的一个例子。图7的(c)是示出bowingcd值与neckingcd值的比δ(＝neckingcd值/bowingcd值)和延迟时间的关系的图表的一个例子。
63.如图7所示,能够确认通过使延迟时间变化,能够对膜310的凹形状进行调整。例如,在图7的例子中,能够确认通过将延迟时间设定为2.5秒,δ成为最大值,即凹形状的垂直性提高。
64.以上,虽然对等离子体处理系统的实施方式等进行了说明,但是本发明不限于上述实施方式等,在权利要求书记载的本发明的主旨的范围内,各种变形、改良是可能的。
65.虽然对气体供给部20包括气体箱210和注入箱220的情况进行了说明,但是不限于此。只要是针对每个气体的阀214具有延迟时间而能够个别进行控制的构成即可,可以不包括注入箱220。