等离子处理装置、等离子处理方法与流程

等离子处理装置、等离子处理方法
1.[相关申请案的引用]
[0002]
本技术案是基于2022年03月18日提出申请的在先日本专利申请案第2022-43837号的优先权而主张优先权利益，通过引用将其全部内容并入本文中。
技术领域
[0003]
本实施方式涉及一种等离子处理装置及等离子处理方法。


背景技术：

[0004]
作为等离子处理装置之一，已知等离子干式蚀刻装置。该蚀刻装置具备保持半导体衬底等衬底的衬底保持件，利用供给到衬底保持件表面与衬底背面之间的氦气及冷媒来控制衬底的温度。


技术实现要素：

[0005]
根据本实施方式，可提供能够提高衬底温度控制性的等离子处理装置及等离子处理方法。
[0006]
实施方式的等离子处理装置是向腔室内导入气体而将设置在腔室内的衬底在等离子氛围中进行处理，且具备：保持部，保持衬底；气体供给部，向形成在衬底与保持部之间的气体供给空间，供给由热导率不同的2种以上气体混合而成的混合气体；流量调整部，调整混合气体中包含的2种以上气体各自的流量；以及流量控制部，控制流量调整部。混合气体中包含第1气体及第2气体。流量控制部在等离子氛围中执行使第1气体的流量多于第2气体的流量的第1流量控制、及使第2气体的流量多于第1气体的流量的第2流量控制。
[0007]
根据所述构成，可提供能够提高衬底温度控制性的等离子处理装置及等离子处理方法。
附图说明
[0008]
图1是表示第1实施方式的等离子处理装置的概略构成的框图。
[0009]
图2是表示由第1实施方式的控制部执行的处理步序的流程图。
[0010]
图3是表示第2实施方式的等离子处理装置的概略构成的框图。
[0011]
图4是表示比较例的等离子处理装置中的半导体衬底的温度推移的时序图。
[0012]
图5是表示第2实施方式的等离子处理装置中的半导体衬底的温度推移的时序图。
[0013]
图6是表示第3实施方式的等离子处理装置的概略构成的框图。
[0014]
图7是表示第3实施方式的第1变化例的等离子处理装置的概略构成的框图。
[0015]
图8是表示第3实施方式的第2变化例的等离子处理装置的概略构成的框图。
[0016]
图9是表示沿着图8的ix-ix线的截面构造的剖视图。
具体实施方式
[0017]
以下，参照附图对等离子处理装置及等离子处理方法的一实施方式进行说明。为了便于理解说明，对各附图中相同的构成要素尽可能地标注相同符号，并省略重复说明。＜第1实施方式＞图1所示的本实施方式的等离子处理装置10是所谓的等离子干式蚀刻装置，使用rie(reactive ion etching，反应性离子蚀刻)法等对形成有被加工膜的半导体衬底进行蚀刻。此外，本实施方式的等离子处理装置10不限于等离子干式蚀刻装置，可以是如等离子cvd(chemical vapor deposition，化学气相沉积)之类的等离子处理装置。等离子处理装置10具备腔室20、簇射头30、衬底保持件40、边缘环50、等离子电极60、及气体供给部70。
[0018]
腔室20是形成用于收容半导体衬底w的空间的箱状部件。腔室20的内部被减压而成为真空状态。半导体衬底w例如例举硅晶圆等半导体晶圆，但不限定于半导体，也可以是石英衬底等衬底。在半导体衬底w上，例如具有包含被加工膜的多层膜及形成在多层膜中的电路图案等。
[0019]
簇射头30设置在腔室20的上壁部的内部。簇射头30形成为中空状。簇射头30具有朝向衬底保持件40开口的多个孔，从这些孔中将蚀刻气体导入腔室20的内部空间。腔室20设有排出部21。用过的蚀刻气体经由排出部21排出到外部。
[0020]
衬底保持件40保持被载置在其表面的半导体衬底w。衬底保持件40例如由陶瓷等绝缘材料形成。衬底保持件40的表面上设有多个支撑部41～43。支撑部41是设置在衬底保持件40的中央部分的圆锥状突出部。支撑部42,43是按以支撑部41为中心呈同心圆状延伸的方式形成的环状突出部。支撑部43设置在比支撑部42更靠外侧。本实施方式中，衬底保持件40相当于保持部。
[0021]
衬底保持件40的内部设有电极44。对于电极44，从电源45施加电压。衬底保持件40是所谓的静电吸盘，通过利用被施加电压的电极44与半导体衬底w之间所产生的库仑力吸附半导体衬底w，从而将半导体衬底w以密接于支撑部41～43的前端部的状态加以保持。形成在衬底保持件40与半导体衬底w之间的间隙之中，形成在支撑部41与支撑部42之间的间隙形成第1气体供给空间f11，形成在支撑部42与支撑部43之间的间隙形成第2气体供给空间f12。本实施方式中，第1气体供给空间f11及第2气体供给空间f12相互连通。对于气体供给空间f11,f12，从气体供给部70供给气体。
[0022]
边缘环50设置在衬底保持件40的周围。边缘环50是与衬底保持件40一体地组装的圆环状部件。边缘环50抑制半导体衬底w的位置偏移。等离子电极60设置在衬底保持件40的内部或底部。在等离子电极60连接有高频电源90及匹配电路91。高频电源90向等离子电极60施加高频电压。匹配电路91设置在等离子电极60与高频电源90之间。
[0023]
该等离子处理装置10中，簇射头30电气接地。因此，等离子电极60与簇射头30之间被施加高频电压。该高频电压使得从簇射头30供给到腔室20内部的蚀刻气体成为等离子状态，半导体衬底w的表面在等离子氛围中被蚀刻。设置匹配电路91的目的在于，使高频电源90与等离子的阻抗匹配，抑制电力反射。
[0024]
等离子电极60内部形成有冷媒流路80。冷媒流路80的上游部分连接有流入路81。冷媒流路80的下游部分连接有流出路82。流入路81及流出路82连接在未图示的冷媒循环装置(冷冻器)。对于冷媒流路80，通过流入路81流入在冷媒循环装置中经冷却的冷媒。流动于
冷媒流路80的冷媒因通过流出路82流入到冷媒循环装置而被再次冷却。在等离子处理中，流动于冷媒流路80的冷媒将等离子电极60冷却，从而控制等离子电极60的温度。另外，流动于冷媒流路80的冷媒会经由等离子电极60、衬底保持件40、气体供给空间f11,f12的气体将半导体衬底w冷却，从而令半导体衬底w的温度也得到控制。冷媒可以是例如氮或氟等气体，也可以是水或离子液体等液体。
[0025]
气体供给部70通过气体供给路75对形成在衬底保持件40与半导体衬底w之间的气体供给空间f11,f12供给气体。气体供给部70具有流量调整部71,72及压力计73。气体供给路75的上游部分分支成2个流路751,752。对于第1分支流路751以特定的压力供给有氦(he)气。对于第2分支流路752，以特定的压力供给有热导率低于氦气的气体，例如氩(ar)气或氖(ne)气、氟氯碳化物等。以下，举出第2分支流路752被供给有氩气的情况为例进行说明。
[0026]
对于气体供给路75，从第1分支流路751供给氦气，并且从第2分支流路752供给氩气。因此，气体供给路75中流动有由氦气及氩气混合而成的混合气体。该混合气体通过气体供给路75供给到形成在衬底保持件40与半导体衬底w之间的气体供给空间f11,f12。因此，对于半导体衬底w的底面，供给氦气及氩气的混合气体作为背面气体。
[0027]
流量调整部71设置在第1分支流路751。流量调整部71调整从第1分支流路751流到气体供给路75的氦气流量。流量调整部72设置在第2分支流路752。流量调整部72调整从第2分支流路752流到气体供给路75的氩气流量。
[0028]
压力计73设置在气体供给路75。压力计73检测流动于气体供给路75的混合气体的压力，并且将与检测出的混合气体的压力相应的信号输出给控制部200。等离子处理装置10具备用于控制该等离子处理装置10的控制部200。控制部200例如控制流量调整部71,72。控制部200以具有cpu或存储装置等的微计算机为中心而构成。控制部200具有压力获取部201及流量控制部202作为通过由cpu执行存储装置中存储的程序而实现的功能性构成。
[0029]
压力获取部201基于压力计73的输出信号，获取流动于气体供给路75的混合气体的压力、即要供给到形成在衬底保持件40与半导体衬底w之间的气体供给空间f11,f12的混合气体的压力的信息。流量控制部202通过控制流量调整部71,72来执行以下两种控制：将混合气体的压力维持为特定的压力；以及使混合气体中包含的氦气及氩气流量比变化。
[0030]
接下来，参照图2对由流量控制部202执行的控制的具体步序进行说明。此外，图2所示的处理是在对半导体衬底w进行例如干式蚀刻之类的等离子处理的期间，在等离子氛围中以特定的周期重复执行。如图2所示，流量控制部202首先判断是否为进行冷冻蚀刻(cryo etching)等低温蚀刻处理的状况(步骤s10)。
[0031]
例如在nand(not and，与非)型闪速存储器的制造工序中，在半导体衬底w形成存储器孔或接触孔等孔洞时，有时采用等离子干式蚀刻处理。孔洞的成形工序中，例如在半导体衬底w上的被加工膜形成孔时，需要将被加工膜加工得更大(深)。这种情况下，理想的是半导体衬底w的温度更低。另一方面，在半导体衬底w形成孔洞之后，对该孔洞的形状或大小进行微调的工序中，需要将半导体衬底w加工得更小(浅)。这种情况下，理想的是半导体衬底w的温度更高。
[0032]
如此，在对半导体衬底w上的被加工膜进行加工时，有效的是根据该加工的具体内容，分开使用对低温的半导体衬底w进行蚀刻处理的低温蚀刻处理、以及对常温的半导体衬底w进行蚀刻处理的高温蚀刻处理。本实施方式中，将低温蚀刻处理及高温蚀刻处理各自的
实施时期或实施期间等制成映射表并存储在控制部200的存储装置中。流量控制部202在开始蚀刻处理后，基于存储在控制部200中的映射表，判断是否为进行低温蚀刻处理的状况。
[0033]
流量控制部202在判断为进行低温蚀刻处理的状况时(步骤s10：是(yes))，执行第1流量控制(步骤s11)。具体而言，流量控制部202进行第1流量控制，即，将混合气体的压力维持为特定的压力，并且控制流量调整部71,72使混合气体中包含的氦气流量多于氩气流量。例如，流量控制部202控制流量调整部71,72使混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量为“氦气流量：氩气流量＝10：0”。如此，混合气体中包含的氦气流量比变大，因此混合气体的热导率上升，从而使半导体衬底w的热容易经由混合气体被冷媒吸收。也就是说，因为半导体衬底w容易被冷却，所以能够使半导体衬底w的实际温度降低。例如当冷媒的温度为
“‑
20[℃]”时，能够使半导体衬底w的温度为“0[℃]”左右。本实施方式中，氦气相当于第1气体，氩气相当于第2气体。
[0034]
另一方面，流量控制部202在步骤s10中进行了否定判断时(步骤s10：否(no))，即在判断为要进行高温蚀刻处理的状况时，执行第2流量控制(步骤s12)。具体而言，流量控制部202将混合气体的压力维持为特定的压力，并且控制流量调整部71,72使混合气体中包含的氦气流量少于氩气流量。例如，流量控制部202控制流量调整部71,72使混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量为“氦气流量：氩气流量＝1：9”。如此，混合气体中包含的氩气流量比变大，因此混合气体的热导率降低，从而使半导体衬底w的热不易经由混合气体被冷媒吸收。因此，半导体衬底w不易被冷却，从而能够使半导体衬底w的实际温度上升。例如当冷媒的温度为
“‑
20[℃]”时，能够使半导体衬底w的温度为“80[℃]”左右。如上所述，在由流量控制部202执行的控制中，反复执行图2所示的处理。因此，流量控制部202存在执行第1流量控制与第2流量控制这两者的情况。
[0035]
如上所述，本实施方式的等离子处理装置10具备衬底保持件40、气体供给部70、流量调整部71,72、及流量控制部202。衬底保持件40保持半导体衬底w。气体供给部70对形成在半导体衬底w与衬底保持件40之间的气体供给空间f11,f12供给包含热导率不同的2种气体即氦气及氩气的混合气体。流量调整部71,72调整混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量。流量控制部202在等离子氛围中执行第1流量控制及第2流量控制，该第1流量控制是使氦气流量多于氩气流量，该第2流量控制是使氩气流量多于氦气流量。根据该构成，因为能够使混合气体的热导率变化，所以结果能够提高半导体衬底w的温度控制性。
[0036]
此外，作为使半导体衬底w的温度变化的方法，也会考虑使冷媒温度变化的方法。然而，使冷媒温度变化后，到半导体衬底w的温度实际发生变化之前，需要相应的时间，因此会有半导体衬底w的温度的响应性低的顾虑。就此点而言，只要像本实施方式一样使混合气体的热导率变化，就能更早地使半导体衬底w的温度变化，从而能够提高半导体衬底w的温度响应性。
[0037]
另外，比较例使用氦气单一成分作为半导体衬底w的背面气体时，也能通过使氦气的压力变化来使半导体衬底w的温度变化。就此点而言，只要像本实施方式一样使用混合气体作为半导体衬底w的背面气体，就能增大背面气体的热导率的变化范围。结果，能够增大半导体衬底w的温度变化范围，因此能够提高半导体衬底w的制造性，从而能够适宜地制造半导体装置。
[0038]
＜第2实施方式＞接下来，对等离子处理装置10及等离子处理方法的第2实施方式
进行说明。以下，以与第1实施方式的等离子处理装置10及等离子处理方法的不同点为中心进行说明。
[0039]
如图3所示，本实施方式的等离子处理装置10中，冷媒的流入路81的上游部分分支为2个流路811,812。另外，冷媒的流出路82的下游部分分支为2个流路821,822。第1流入侧分支流路811及第2流出侧分支流路821连接在未图示的第1冷媒循环装置。第2流入侧分支流路812及第2流出侧分支流路822连接在未图示的第2冷媒循环装置。从第2冷媒循环装置向第2流入侧分支流路812供给的冷媒的温度高于从第1冷媒循环装置向第1流入侧分支流路811供给的冷媒的温度。以下，将从第1冷媒循环装置向第1流入侧分支流路811供给的冷媒称为“低温冷媒”，将从第2冷媒循环装置向第2流入侧分支流路812供给的冷媒称为“高温冷媒”。本实施方式中，例如，低温冷媒的温度设定为“10[℃]”，高温冷媒的温度设定为“60[℃]”。
[0040]
分支流路811,812,821,822上分别设有开关阀813,814,823,824。开关阀813,814,823,824分别使分支流路811,812,821,822打开及关闭。控制部200还具备冷媒温度变更部203作为通过由cpu执行存储装置中存储的程序而实现的功能性构成。冷媒温度变更部203通过控制开关阀813,814,823,824的开关状态，而使供给到冷媒流路80的冷媒的温度变化。
[0041]
具体而言，冷媒温度变更部203在使流动于冷媒流路80的冷媒温度降低时，使开关阀813,823成为打开状态，且使开关阀814,824成为关闭状态。由此，经第1冷媒循环装置冷却后的低温冷媒被供给到冷媒流路80，因此使低温冷媒在等离子电极60的内部流动。结果，半导体衬底w的热容易被冷媒吸收，因此能够进一步降低半导体衬底w的温度。
[0042]
另外，冷媒温度变更部203在使流动于冷媒流路80的冷媒的温度上升时，使开关阀813,823为关闭状态，且使开关阀814,824为打开状态。由此，经第2冷媒循环装置冷却后的高温冷媒被供给到冷媒流路80，因此使高温冷媒在等离子电极60的内部流动。结果，半导体衬底w的热不易被冷媒吸收，因此能够使半导体衬底w的温度进一步上升。
[0043]
如上所述，本实施方式的等离子处理装置10具备使要供给到衬底保持件40的冷媒的温度变化的冷媒温度变更部203。通过将使该冷媒的温度变化的构成与调整混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量的构成组合，能够更灵活地使半导体衬底w的温度变化。
[0044]
例如在比较例使用氦气单一成分作为半导体衬底w的背面气体时，能够通过使氦气压力变化而使半导体衬底w的温度如图4所示变化。也就是说，在10[℃]的低温冷媒流动于冷媒流路80的状态下使氦气的压力变化时，能够如图4中实线所示使半导体衬底w的温度在20[℃]至50[℃]的范围内变化。另外，在60[℃]的高温冷媒流动于冷媒流路80的状态下使氦气的压力变化时，能够如图4中一点链线所示使半导体衬底w的温度在70[℃]至100[℃]的范围内变化。
[0045]
另一方面，如本实施方式在使用氦气及氩气的混合气体作为半导体衬底w的背面气体时，能够通过将混合气体的压力维持为固定并使氦气及氩气流量比变化，而使半导体衬底w的温度如图5所示变化。也就是说，在10[℃]的低温冷媒流动于冷媒流路80的状态下使氦气及氩气流量比变化时，能够如图5中实线所示使半导体衬底w的温度在30[℃]至140[℃]的范围内变化。另外，在60[℃]的高温冷媒流动于冷媒流路80的状态下使氦气及氩气流量比变化时，能够如图5中一点链线所示使半导体衬底w的温度在80[℃]至190[℃]的范围内变化。结果，使用本实施方式的等离子处理装置，就能使半导体衬底w的温度在30[℃]
至190[℃]的范围内变化。
[0046]
如此，通过将使冷媒的温度变化的构成与调整混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量的构成组合，能够更灵活地使半导体衬底w的温度变化。另外，本实施方式的等离子处理装置10具备分支流路811,812,821,822作为将温度不同的2种冷媒供给到衬底保持件40的冷媒供给部。另外，等离子处理装置10具备开关阀813,814,823,824作为个别地切换温度不同的2种冷媒向衬底保持件40的供给及停止供给的切换部。冷媒温度变更部203通过控制开关阀813,814,823,824而变更要供给到衬底保持件40的冷媒的温度。根据该构成，能够轻易实现使要供给到衬底保持件40的冷媒温度变化的构成。
[0047]
＜第3实施方式＞接下来，对等离子处理装置10及等离子处理方法的第3实施方式进行说明。以下，以与第1实施方式的等离子处理装置10及等离子处理方法的不同点为中心进行说明。
[0048]
在使用图1所示的等离子处理装置10对半导体衬底w实施等离子处理时，半导体衬底w会产生如相比于中央部分的温度而言其外周部分的温度更高的温度分布。例如，相比于半导体衬底w的中央部分的温度，外周部分的温度高出20[℃]～30[℃]左右。其原因在于，半导体衬底w的外缘部分没有背面气体与之接触，所以该部分的温度容易变高。如此，如果半导体衬底w的温度分布不均匀，在利用等离子处理对半导体衬底w的被加工膜进行加工时，例如孔的大小或形状等容易产生偏差。也就是说，半导体衬底w的加工精度会恶化，从而不佳。
[0049]
对此，本实施方式的等离子处理装置10中，通过相比于半导体衬底w的中央部分将外周部分冷却，而使半导体衬底w的温度分布均匀化。具体而言，如图6所示，本实施方式的等离子处理装置10中，第1气体供给空间f11与第2气体供给空间f12形成为独立空间。本实施方式中，形成在半导体衬底w表面的支撑部41～43相当于将形成在半导体衬底w与衬底保持件40之间的间隙分隔为独立的第1气体供给空间f11与第2气体供给空间f12的分隔部。
[0050]
等离子处理装置10具备：第1气体供给部70a，向第1气体供给空间f11供给混合气体；以及第2气体供给部70b，向第2气体供给空间f12供给混合气体。以下，将从第1气体供给部70a供给到第1气体供给空间f11的混合气体称为“第1混合气体”，将从第2气体供给部70b供给到第2气体供给空间f12的混合气体称为“第2混合气体”。
[0051]
此外，因为第1气体供给部70a及第2气体供给部70b各自的构成与图1所示的第1实施方式的气体供给部70相同，所以省略它们的详细说明。此外，图6中，为了区分第1气体供给部70a的构成要素与第2气体供给部70b的构成要素，关于前者的构成要素在符号末尾附注“a”，关于后者的构成要素在符号末尾附注“b”。
[0052]
控制部200的流量控制部202通过控制第1气体供给部70a的流量调整部71a,72a，来执行以下两种控制：将要供给到第1气体供给空间f11的第1混合气体的压力维持为特定的压力；以及使第1混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量比变化。另外，流量控制部202通过控制第2气体供给部70b的流量调整部71b,72b，来执行以下两种控制：将要供给到第2气体供给空间f12的第2混合气体的压力维持为特定的压力；以及使第2混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量比变化。
[0053]
例如，流量控制部202在流动于冷媒流路80的冷媒的温度为20[℃]，且将半导体衬底w的温度控制为80[℃]时，控制第1气体供给部70a的流量调整部71a,72a使第1混合气体
中包含的氦气流量少于氩气流量。例如，流量控制部202控制流量调整部71a,72a使混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量为“氦气流量：氩气流量＝2.5：7.5”。本实施方式中，流量调整部71a,72a相当于调整第1混合气体中包含的2种气体各自流量的第1流量调整部。
[0054]
另外，流量控制部202控制第2气体供给部70b的流量调整部71b,72b使第2混合气体中包含的氦气流量多于氩气流量。例如，流量控制部202在半导体衬底w的中央部分与外周部分之间产生20[℃]左右的温差时，控制流量调整部71b,72b使第2混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量为“氦气流量：氩气流量＝6：4”。本实施方式中，流量调整部71b,72b相当于调整第2混合气体中包含的2种气体各自流量的第2流量调整部。
[0055]
此外，各流量调整部71a,72a,71b,72b的控制量事先通过实验等求出，基于该实验结果的各流量调整部71a,72a,71b,72b的控制量存储在控制部200的存储装置中。流量控制部202基于存储装置中存储的控制量来控制各流量调整部71a,72a,71b,72b。
[0056]
通过像这样控制第1混合气体及第2混合气体各自的氦气及氩气流量比，相比于半导体衬底w中央部分的背面气体的热导率，能够提高半导体衬底w外周部分的背面气体的热导率。也就是说，相比于半导体衬底w的中央部分，可将半导体衬底w的外周部分冷却，因此能够使半导体衬底w的温度分布均匀化。
[0057]
此外，在半导体衬底w的中央部分与外周部分之间产生30[℃]左右的温差时，流量控制部202控制流量调整部71b,72b使第2混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量为“氦气流量：氩气流量＝8：2”。也就是说，半导体衬底w的中央部分与外周部分之间的温差越大，则使第2混合气体中包含的氦气流量越多。由此，能够增加半导体衬底w外周部分的背面气体的热导率，将半导体衬底w的外周部分进一步冷却，从而能够使半导体衬底w的温度分布均匀化。
[0058]
如上所述，本实施方式的等离子处理装置10具备：第1气体供给部70a，对半导体衬底w的中央部分供给第1混合气体；以及第2气体供给部70b，对比半导体衬底w的中央部分更靠外侧的部分供给第2混合气体。相比于第1混合气体，第2混合气体包含更多热导率高的氦气。根据该构成，对温度容易变高的半导体衬底w的外侧部分供给热导率高的第2混合气体，因此能够使半导体衬底w的温度均匀化。
[0059]
流量控制部202控制第1流量调整部71a,72a及第2流量调整部71b,72b使第1混合气体及第2混合气体各自的压力为同一特定压力。如该构成，只要将第1混合气体及第2混合气体各自的压力控制为同一特定压力，就能使影响到半导体衬底w温度的参数成为混合气体中包含的氦气及氩气各自的流量比，因此令半导体衬底w的温度控制变得容易。
[0060]
(第1变化例)如图7所示，本变化例的等离子处理装置10还具备衬底温度传感器101～103。衬底温度传感器101具有与半导体衬底w的中央部分接触的测定件101a，经由测定件101a直接检测半导体衬底w中央部分的温度。衬底温度传感器102,103分别具有与半导体衬底w外周部分接触的测定件102a,103a，经由测定件102a,103a直接检测半导体衬底w的外周部分的温度。衬底温度传感器101～103将与所检测出温度相应的信号输出给控制部200。
[0061]
控制部200还具备衬底温度获取部204作为由cpu执行存储装置中存储的程序而实现的功能性构成。衬底温度获取部204基于衬底温度传感器101～103各自的输出信号分别获取半导体衬底w中央部分的温度ta及外周部分的温度tb。
[0062]
流量控制部202基于由衬底温度获取部204获取的半导体衬底w中央部分的温度ta及外周部分的温度tb来控制各气体供给部70a,70b的流量调整部71a,72a,71b,72b。例如，流量控制部202运算半导体衬底w中央部分的温度ta与既定的目标温度t＊的偏差，并且以如下方式控制第1气体供给部70a的流量调整部71a,72a，即，运算出的温度偏差δta(＝ta－t＊)越大，则使第1混合气体中包含的氦气流量越多，且使氩气流量越少。另外，流量控制部202运算半导体衬底w外周部分的温度tb与既定的目标温度t＊的偏差，并且以如下方式控制第2气体供给部70b的流量调整部71b,72b，即，运算出的温度偏差δtb(＝tb－t＊)越大，则使第2混合气体中包含的氦气流量越多，且使氩气流量越少。
[0063]
如此，本变化例的流量控制部202基于半导体衬底w的温度ta,tb来控制第1流量调整部71a,72a及第2流量调整部71b,72b。根据该构成，基于半导体衬底w的温度ta,tb来调整第1混合气体及第2混合气体各自所包含的2种气体。也就是说，因为调整了第1混合气体及第2混合气体各自的热导率，所以容易使半导体衬底w的温度更均匀化。
[0064]
(第2变化例)本变化例的等离子处理装置10在基于冷媒的温度推定出半导体衬底w的温度之后，基于所推定的半导体衬底w的温度来控制流量调整部71a,72a,71b,72b。
[0065]
具体而言，如图8所示，在衬底保持件40的内部，形成有相互独立的冷媒流路83,84。图9表示沿着图8的ix-ix线的衬底保持件40的截面构造。如图9所示，第1冷媒流路83在衬底保持件40的中央部分以按双重圆形状延伸的方式形成。第2冷媒流路84在衬底保持件40的外周部分以按双重圆形状延伸的方式形成。如图8所示，第1冷媒流路83配置在与第1气体供给空间f11对应的位置。第2冷媒流路84配置在与第2气体供给空间f12对应的位置。以下，将流动于第1冷媒流路83的冷媒也称为“第1冷媒”，将流动于第2冷媒流路84的冷媒也称为“第2冷媒”。
[0066]
如图9所示，第1冷媒流路83及第2冷媒流路84的上游侧部分连接在共通的流入路81。因此，对于第1冷媒流路83及第2冷媒流路84，从流入路81流入同一温度的冷媒。在流入路81设有温度传感器110，该温度传感器110检测流动于该流入路81的冷媒的温度t0。温度传感器110检测冷媒的温度t0，并且将与所检测出的冷媒的温度t0相应的信号输出给控制部200。
[0067]
第1冷媒流路83及第2冷媒流路84的下游侧部分分别连接在分支流路861,862。分支流路861,862的下游侧部分连接在共通的流出路86。因此，分别流动于第1冷媒流路83及第2冷媒流路84的冷媒经由分支流路861,862流向流出路86。在分支流路861,862分别设有温度传感器121,122及流速传感器131,132。温度传感器121,122分别检测流动于分支流路861,862的冷媒的温度t1,t2，并且将与所检测出的冷媒的温度t1,t2相应的信号分别输出给控制部200。流速传感器131,132分别检测流动于分支流路861,862的冷媒的流速v1,v2，并且将与所检测出的冷媒的流速v1,v2相应的信号分别输出给控制部200。
[0068]
控制部200还具备冷媒温度获取部205作为由cpu执行存储装置中存储的程序而实现的功能性构成。冷媒温度获取部205基于温度传感器110的输出信号获取通过第1冷媒流路83及第2冷媒流路84之前的冷媒温度，即通过前温度t0。另外，冷媒温度获取部205基于温度传感器121,122各自的输出信号，获取通过第1冷媒流路83后的冷媒温度即第1通过后温度t1、以及通过第2冷媒流路84后的冷媒温度即第2通过后温度t2。
[0069]
控制部200的流量控制部202基于由冷媒温度获取部205获取的通过前温度t0、第1
通过后温度t1、及第2通过后温度t2、以及由流速传感器131,132检测出的冷媒的流速v1,v2来控制流量调整部71a,72a,71b,72b。
[0070]
例如，流量控制部202根据由冷媒温度获取部205获取的通过前温度t0及第1通过后温度t1、以及由流速传感器131检测出的冷媒的流速v1，基于以下的式子f1运算流动于第1冷媒流路83的第1冷媒的每单位时间的温度变化量，即第1温度变化量δt1。此外，在以下的式子f1中，“l1”是第1冷媒流路83的流路长度。
[0071]
δt1＝(t1－t0)
×
v1/l1(f1)另外，流量控制部202基于以下的式子f2，运算流动于第2冷媒流路84的第2冷媒的每单位时间的温度变化量，即第2温度变化量δt2。此外，在以下的式子f2中，“l2”是第2冷媒流路84的流路长度。
[0072]
δt2＝(t2－t0)
×
v2/l2(f2)且说，流动于第1冷媒流路83的第1冷媒经由供给到第1气体供给空间f11的第1混合气体吸收半导体衬底w中央部分的热。因此，利用所述式子f1运算出的第1温度变化量δt1与半导体衬底w中央部分的温度存在相关关系。同样，利用所述式子f2运算出的第2温度变化量δt2与半导体衬底w外周部分的温度存在相关关系。
[0073]
利用所述情况，控制部200的流量控制部202控制第1气体供给部70a的流量调整部71a,72a使第1温度变化量δt1成为特定值。同样，流量控制部202控制第2气体供给部70b的流量调整部71b,72b使第2温度变化量δt2成为特定值。
[0074]
根据本变化例的等离子处理装置10，因为第1温度变化量δt1与第2温度变化量δt2被控制成同一个特定值，所以结果容易使半导体衬底w中央部分的温度与外周部分的温度一致。因此，容易使半导体衬底w的温度更均匀化。
[0075]
此外，流量控制部202可以控制第1气体供给部70a的流量调整部71a,72a及第2气体供给部70b的流量调整部71b,72b，使第1温度变化量δt1与第2温度变化量δt2成为特定比率。即使是这样的构成，也能获得相同或相似的作用及效果。
[0076]
＜其它实施方式＞本发明并不受所述说明的具体限定。例如，作为要供给到衬底保持件40与半导体衬底w的混合气体，不限于包含氦气及氩气这2种的混合气体，可以使用由热导率不同的3种以上气体混合而成的混合气体。
[0077]
各实施方式的等离子处理装置10中，可以使混合气体的压力变化。例如，第2实施方式的等离子处理装置10中，可以使第1混合气体的压力与第2混合气体的压力不同。＜半导体装置的制造方法例＞以下，说明使用第1～第3实施方式的等离子处理方法的半导体装置的制造方法的一例。半导体装置是三维nand型闪速存储器。
[0078]
半导体装置的制造中，例如在作为被加工膜的积层体形成存储器孔的工序中可采用第1～第3实施方式的等离子处理方法。存储器孔形成工序中的积层体例如为包含氧化硅的绝缘层与包含氮化硅的牺牲层交替积层而成的积层体，经过在所形成的存储器孔中埋入存储器膜、半导体通道的工序等而制造半导体装置。
[0079]
根据第1～第3实施方式的等离子处理方法，能够适宜地控制半导体衬底的温度。例如在积层体形成深宽比高的存储器孔时，因为要高速地加工积层体，所以理想的是进行低温蚀刻。但是，在高速的低温蚀刻中存在以下情况：局部未能获得想要的形状，如存储器孔的底部尺寸变小等。在这种情况下，通过进行高温(常温)蚀刻，能够进行增大存储器孔底部尺寸等调整。另外，通过在期望的时点切换低温蚀刻与常温蚀刻，能够提高存储器孔的真圆度。由此，能够制造高品质的半导体装置。
[0080]
本发明不受所述说明的具体限定。已对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例提出的，并不意图限定发明范围。这些新颖的实施方式能够以其它多种形态实施，可在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变化包含在发明的范围及主旨中，同时也包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

技术特征：
1.一种等离子处理装置，向腔室内导入气体，将设置在所述腔室内的衬底在等离子氛围中进行处理，且具备：保持部，保持所述衬底；气体供给部，向形成在所述衬底与所述保持部之间的气体供给空间，供给由热导率不同的2种以上气体混合而成的混合气体；流量调整部，调整所述混合气体中包含的2种以上所述气体各自的流量；以及流量控制部，控制所述流量调整部；所述混合气体中包含第1气体及第2气体，所述流量控制部在所述等离子氛围中执行第1流量控制及第2流量控制，所述第1流量控制是使所述第1气体的流量多于所述第2气体的流量，所述第2流量控制是使所述第2气体的流量多于所述第1气体的流量。2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其还具备冷媒温度变更部，所述冷媒温度变更部使要供给到所述保持部的冷媒的温度变化。3.根据权利要求2所述的等离子处理装置，其具备：冷媒供给部，将温度不同的2种以上冷媒供给到所述保持部；以及切换部，个别地切换2种以上所述冷媒各自对所述保持部的供给及停止供给；且所述冷媒温度变更部通过控制所述切换部，来变更要供给到所述保持部的冷媒的温度。4.一种等离子处理装置，向腔室内导入气体，将设置在所述腔室内的衬底在等离子氛围中进行处理，且具备：保持部，保持所述衬底；分隔部，将形成在所述衬底与所述保持部之间的间隙分隔成独立的多个气体供给空间；以及多个气体供给部，向多个所述气体供给空间分别供给气体；且多个所述气体供给部中的至少一个将由热导率不同的2种以上气体混合而成的混合气体供给到所述气体供给空间。5.根据权利要求4所述的等离子处理装置，其中作为多个所述气体供给部，具备向所述衬底的中央部分供给第1混合气体的第1气体供给部、及向比所述衬底的所述中央部分更靠外侧的部分供给第2混合气体的第2气体供给部，所述第2混合气体相比于所述第1混合气体包含更多热导率高的气体。6.根据权利要求5所述的等离子处理装置，其具备：冷媒温度获取部，获取将所述保持部冷却的冷媒的温度；第1流量调整部，调整所述第1混合气体中包含的2种以上所述气体各自的流量；第2流量调整部，调整所述第2混合气体中包含的2种以上所述气体各自的流量；以及流量控制部，基于所述冷媒的温度来控制所述第1流量调整部及所述第2流量调整部。7.根据权利要求6所述的等离子处理装置，其中在所述保持部形成有第1冷媒流路及第2冷媒流路，所述第1冷媒流路是以与在所述衬底和所述保持部的间隙供所述第1混合气体流动的部分相对应的方式设置在所述保持部的内部，供第1冷媒流动，所述第2冷媒流路是以与在所述衬底和所述保持部的间隙供所述第2混合气体流动的部分相对应的方式设置在所述保持部的内部，供第2冷媒流动，且所述冷媒温度获取部获取通过所述第1冷媒流路及所述第2冷媒流路之前的冷媒的温度即通过前温度、通过所述第1冷媒流路之后的所述冷媒的温度即第1通过后温度、以及通过所述第2冷媒流路之后的所述冷媒的温度即第2通过后温度，所述流量控制部基于所述通过前温度与所述第1通过后温度的偏差，来运算出所述第1冷媒的每单位时间的温度变化量即第1温度变化量，并基于所述通过前温度与所述第2通过后温度的偏差，来运算所述第2冷媒的每单位时间的温度变化量即第2温度变化量，控制所述第1流量调整部及所述第2流量调整部，使所述第1温度变化量及所述第2温度变化量成为特定值，或者使所述第1温度变化量及所述第2温度变化量成为特定比率。8.根据权利要求6所述的等离子处理装置，其中所述流量控制部控制所述第1流量调整
部及所述第2流量调整部，使所述第1混合气体及所述第2混合气体各自的压力成为同一特定值。9.根据权利要求5所述的等离子处理装置，其具备：衬底温度获取部，获取所述衬底的温度；第1流量调整部，调整所述第1混合气体中包含的2种以上所述气体各自的流量；第2流量调整部，调整所述第2混合气体中包含的2种以上所述气体各自的流量；以及流量控制部，基于所述衬底的温度来控制所述第1流量调整部及所述第2流量调整部。10.一种等离子处理方法，向腔室内导入气体，将设置在所述腔室内的衬底在等离子氛围内进行处理，且利用保持部保持所述衬底，向形成在所述衬底与所述保持部之间的气体供给空间供给由热导率不同的2种以上气体混合而成的混合气体，所述混合气体中包含第1气体及第2气体，且在所述等离子氛围中执行第1流量控制及第2流量控制，所述第1流量控制是使所述第1气体的流量多于所述第2气体的流量，所述第2流量控制是使所述第2气体的流量多于所述第1气体的流量。11.一种等离子处理方法，向腔室内导入蚀刻气体，将设置在所述腔室内的半导体衬底在等离子氛围内进行蚀刻，且利用保持部保持所述半导体衬底，从多个气体供给部将气体分别供给到形成在所述半导体衬底与所述保持部之间的独立的多个气体供给空间的各者，多个所述气体供给部中的至少一个将由热导率不同的2种以上气体混合而成的混合气体供给到所述气体供给空间。

技术总结
本实施方式涉及一种等离子处理装置及等离子处理方法。等离子处理装置(10)具备：衬底保持件(40)，保持半导体衬底(W)；气体供给部(70)，向形成在半导体衬底(W)与衬底保持件(40)之间的气体供给空间(F11,F12)供给混合气体；流量调整部(71,72)，调整混合气体中包含的2种以上气体各自的流量；以及流量控制部(202)，控制流量调整部(71,72)。混合气体中包含氦气及氩气。流量控制部(202)在等离子氛围中执行第1流量控制及第2流量控制，所述第1流量控制是使氦气流量多于氩气流量，所述第2流量控制是使氩气流量多于氦气流量。量控制是使氩气流量多于氦气流量。量控制是使氩气流量多于氦气流量。


技术研发人员：近藤祐介
受保护的技术使用者：铠侠股份有限公司
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2023/9/23