等离子处理机及其处理方法技术

在大直径试样进行微细图形精密加工，提高微细加工时选择比的等离子处理装置及等离子处理方法。在具有真空处理室，试样台，以及等离子生成装置的等离子处理装置中，还有在一对电极之间的５０至２００ＭＨ↓［ｚ］ＶＨＦ电源的高频电源，以及产生１０高斯以上１１０高斯以下的静磁场或低频磁场的磁场形成装置。为使磁场沿下电极方向成分的最大部分位于上部电极面上或者偏向上部电极一侧，适当设定上述磁场形成装置，在上述一对电极间，形成电子回旋加速共振区。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等离子处理机和处理方法，尤其涉及适合于半导体制造工艺中形成微细图形的等离子处理机和处理方法。随着半导体器件集成度的提高，要求进一步提高微细加工效率和处理速度，为此必须降低等离子处理的气压和提高等离子体密度。降低气压和提高等离子体密度的方法有许多种，例如(1)利用微波(2.45GHz)电磁场和静磁场(875高斯)的回旋加速共振现象(简称ECR)；(2)利用RF(射频)电源来激励线圈，生成感应电磁场，发生等离子体(简称ICP)。但在用碳氟化合物(fluorocarbon)系气体来刻蚀氧化膜类的薄膜时，目前利用(1)的ECR方式和(2)的ICP方式，气体离解过度，很难提高与底层的Si或SiN的选择比。另一方面，在平行平板间加射频电压来发生等离子体的原有方法，很难在10Pa以下的压力下稳定地放电。解决上述困难的方法有以下两个(3)特开平7-297175号公报和特开平3-204925号公报所示的双频激励法，即利用数十MHz以上高频电压来生成等离子体，利用数MHz以下的低频来进行试样偏压控制；(4)特开平2-312231号公报所示的磁控管RIE(简称M-RIE)法，即在与试样表面上感应的自偏压电场(E)相交叉的方向上施加磁场B，利用电子洛伦兹力的电子抑制作用。另外，特开昭56-13480号公报所述的方法是在低气压下增加等离子体密度。这是灵活利用由电磁波的微波(2.45GHz)和静磁场(875高斯)所形成的电子回旋加速共振(ECR)，即使0.1-1Pa的低气压也能获得很高的等离子体密度。另一方面，在利用等离子体进行半导体腐蚀处理和成膜处理等的技术方面，采用这样的处理装置，该装置对放置被处理试样(例如半导体晶片衬底，以下简称试样)的试样台，准备了对等离子体中的离子进行加速的高频电源，以及利用静电吸力来把试样固定在试样台上的静电吸附膜。例如，USP5,320,982号说明书所述的装置，用微波来产生等离子体，利用静电吸附力来把试样固定到试样台上，同时在试样和试样台之间通过导热气体来控制试样的温度，另一方面，把正弦波输出的高频电源作为偏压电源，把该电源连接到试样台上，对射入试样内的离子能量进行控制。另外，如特开昭62-280378号公报所述，生成一种脉冲状的离子控制偏压波形来使等离子体电极之间的电场强度保持一定，把该偏压加在试样台上，这样即可缩小射入试样内的离子能量的分布宽度，可以使刻蚀加工尺寸精度和被处理膜与底层材料的刻蚀速度比提高数倍。再者，如特开平6-61182号公报所述，利用电子回旋加速共振来产生等离子体，把脉冲占空系数为0.1％以上的宽度的脉冲偏压加到试样上，防止产生“凹槽”(notch)。在上述现有技术中，特开平7-288195号公报和特开平7-297175号公报所述的等离子体发生方式，是利用13.56MHz和数十MHz的高频来生成等离子体。利用数十-5Pa(帕斯卡)的气压，可以生成适合于氧化膜刻蚀的良好等离子体。但是，随着图形尺寸的微细化(0.2μm以下)，更迫切需要使被处理图形的线条上下垂直。因此，必须降低气压。但是，利用上述双频激励法和M-RIE法，在4Pa以下(0.4-4Pa)时很难生成5×1010cm-3以上的所需密度的等离子体。例如，利用上述双频激励法，即使提高等离子激励频率，也不能在50MHz以上使等离子体密度提高，反而出现下降现象，很难在0.4-4Pa的低压下使等离子体密度达到5×1010cm-3以上。再者，利用M-RIE法时，试样表面上产生的电子劳伦兹力引起电子抑制作用，依靠这种作用而生成的等离子体密度应当在整个试样上均匀一致。但是，其缺点是，E×B的漂移，一般会造成等离子体密度在面内发生偏移。在电子的抑制作用下直接在试样表面上形成的等离子体密度的偏移，发生在电场强度大的试样近旁的外膜(sheath)附近，所以用扩散等方法无法修正。其解决办法如特开平7-288195号公报所述，在由E×B造成的电子漂移方向上放置磁铁，以减弱磁场强度，这样以来，与试样相平行的磁场的最大值，即使加上200高斯，也可以获得没有偏移的均匀等离子体。但是，其缺点是电场强度分布一旦固定，则形成均匀等离子体的条件就被限定在某一特定的狭窄的范围内，因此，不容易根据处理条件的变化再做必要的调整。尤其是Ф300mm以上的大型试样，电极间的距离很窄，为20mm以下时，试样中央部上的压力比试样端部上的压力大10％以上，为了避免试样上的压力差，要把试样台和对面电极间的间隔设定在30mm以上时，困难更大。这样，利用上述双频激励法和M-RIE法，在0.4-4Pa的低压下很难使5×1010cm-3的等离子体密度在Ф300mm的试样平面内达到均匀一致。所以，利用双频激励法和M-RIE法，对Ф300mm以上的大型晶片，很难以0.2μm以下线宽的工艺进行均匀而高效的加工，很难提高与底层(Si或SiN)的选择比。另一方面，为了在低气压下大幅度提高等离子体密度，可以采用上述现有技术中的特开昭56-13480号公报所述的方法。但是，其缺点是气体离解过度(快)，利用含有氟和碳的气体来腐蚀氧化硅和氮化硅膜等时，大量产生氟原子/分子和氟离子，达不到所需的与底层(Si等)的选择比。利用射频功率的感应电磁场的ICP法，也和上述ECR法一样，具有离解过快的缺点。再者，一般采用的结构是，处理气体从试样的周围排放，这时试样中央部的密度高，周围部的密度低，其缺点是，整个试样面上的处理均匀性受到影响。为克服这一缺点，在试样的周围附近设置环状围堤(聚集环)，使气流停止。但缺点是围堤上附着反应生成物，形成杂质发生源，使产品合格率降低。另一方面，为了控制射入试样的离子能量，把正弦波的射频偏压加在放置试样的电极上。其频率采用数百KHz至13.56MHz。用这一频带时， 由于离子随外膜(sheath)内的电场变化而变化，所以射入的离子的能量呈双峰形，即具有低能侧的和高能侧的两个峰值。其缺点是高能侧的离子处理速度快，对试样造成损伤；低能侧的离子处理速度慢。要消除损伤就要降低速度；要提高处理速度就要造成损伤。另一方面，若把射频偏压频率提高到50MHz以上，则射入的能量分布整齐，接近于单一峰值，其大部分能量被用于生成等离子体，外膜(sheath)上所加的电压大幅度下降，所以，很难单独控制射入离子的能量。在上述现有技术中，特开昭62-280378号公报和特开平6-61182号公报所述的脉冲偏压电源方式，若对于在试样台电极和试样之间使用静电吸附介质层，在试样上加脉冲偏压，未能充分探讨研究，原封不动的用于静电吸附方式，则随着离子电流的流入，静电吸附膜的两端间发生的电压增加，造成等离子体和试样表面间所加的离子加速电压下降，离子能量分布扩展，因此其缺点是，不能以充分控制试样温度的方法来适应所需的微细图形处理。另外，采用USP5,320,982号说明书所述的原有正弦波输出偏压电源方式时，若提高频率，则外膜(sheath)部的阻抗接近或低于等离子体本身的阻抗，因此，其缺点是在偏压电源作用下在试样近旁的外层附近产生不需要的等离子体，不能有效地利用于加速离子，同时等离子体分布也恶化，不能用偏压电源来控制离子能量。再者，在等离子处理中，对离子量、原子团量和原子团种类进行适当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子处理机，在具有：真空处理室；包含一对电极的等离子体生成装置；试样台，它具有试样放置面，用于放置要在该真空处理室内处理的试样；以及对上述真空处理室抽真空减压的减压装置的等离子处理机中，其特征在于，还具有：高频电源 ，用于在上述一对电极之间加３０ＭＨｚ－３００ＭＨｚ的ＶＨＦ频带的高频功率；以及磁场形成装置，用于形成静磁场或低频磁场，该磁场形成的方向与利用上述高频电源在上述一对电极之间或其附近生成的电场相交叉，在上述两个电极之间利用上述磁场和上述 电场的相互作用来形成电子回旋加速共振区。

【技术特征摘要】
JP 1997-1-20 007938/97;JP 1996-3-1 44391/961.一种等离子处理机，在具有真空处理室；包含一对电极的等离子体生成装置；试样台，它具有试样放置面，用于放置要在该真空处理室内处理的试样；以及对上述真空处理室抽真空减压的减压装置的等离子处理机中，其特征在于，还具有高频电源，用于在上述一对电极之间加30MHz-300MHz的VHF频带的高频功率；以及磁场形成装置，用于形成静磁场或低频磁场，该磁场形成的方向与利用上述高频电源在上述一对电极之间或其附近生成的电场相交叉，在上述两个电极之间利用上述磁场和上述电场的相互作用来形成电子回旋加速共振区。2.一种等离子处理机，在具有真空处理室；包含一对电极的等离子生成装置；试样台，兼用作上述电极之一，同时用于放置要在该真空处理室内处理的试样；以及对上述真空处理室进行抽真空减压的减压装置的等离子处理机中，其特征在于，还具有高频电源，用于在上述一对电极之间加50MHz-200MHz的VHF频带电源；以及磁场形成装置，用于形成17高斯以上72高斯以下的静磁场或低频磁场的部分，该磁场形成的方向与利用上述高频电源在上述一对电极之间或其附近生成的电场相交叉，对上述磁场形成装置进行适当设定，以便使上述磁场在沿试样台面的方向的成分的最大部分位于试样台的对面一侧，即超过上述两个电极的中央的位置上，在上述一对电极之间利用上述磁场和电场的相互作用来形成电子回旋加速共振区。3.如权利要求1或权利要求2所述的等离子处理机，其特征在于，由上述磁场形成装置形成的磁场的强度，被调整到在上述试样面上与该面相平行的磁场成分为30高斯以下。4.一种等离子处理机，在具有真空处理室；包含一对电极的等离子生成装置；以及试样台(兼用作上述电极之一，同时用于放置要在该真空处理室内处理的试样)的等离子处理机中，其特征在于，上述电极由连接高频电源的第1电极和下述第2电极构成，该第2电极兼用作上述试样台，同时与离子能量控制用偏压电源相连接，上述一对电极之间的距离为30-100mm，还具有减压装置，用于把上述真空处理室内的气压降低到0.4Pa-4Pa；上述高频电源，用于在上述一对电极之间加30MHz-300MHz的VHF频带电源；以及磁场形成装置，用于在与上述一对电极之间或其附近的电场相交叉的方向上，形成10高斯以上110高斯以下的静磁场或低频磁场部分，在上述第1电极面上或者越过两个电极的中央位置在上述第1电极一侧，利用上述磁场和由上述高频电源形成的电场的相互作用来形成电子回旋加速共振区。5.如权利要求1、2或4所述的等离子处理机，其特征在于，对由上述磁场形成装置所形成的上述磁场的密度或方向进行调节，以便使上述电子回旋加速共振效应在试样的周围及其外侧大于在上述试样的中央，另外，使等离子体密度在对应于上述整个试样放置面的位置上均匀一致。6.如权利要求4所述的等离子处理机，其特征在于，上述磁场形成装置内的磁心相对于上述试样面的中心进行偏心旋转，以改变上述磁场，连续改变上述回旋加速共振区离开上述试样的距离。7.一种等离子处理机，在具有真空处理室；包含一对电极的等离子体生成装置；试样台，它具有试样放置面，用于放置要在该真空处理室中处理的试样；以及减压装置(用于对上述真空处理室抽真空减压)的等离子处理机中，其特征在于，上述电极的构成部分有连接高频电源的第1电极、兼用作试样台的第2电极、以及位于上述第1电极的周围外侧并接地的处理室壁部，该等离子处理机还具有高频电源，用于在上述一对电极之间和上述第1电极和上述处理室壁部之间，加上30MHz-300MHz的VHF频带的高频功率；以及磁场形成装置，用于形成10高斯以上110高斯以下的静磁场或低频磁场部分，该磁场形成的方向是，在上述处理室中心附近互相抵消，在上述处理室的周围和外侧互相重叠，在上述试样放置面的周围及其外侧附近，利用上述磁场与上述高频电源所形成的电场的相互作用来形成电子回旋加速共振区。8.如权利要求7所述的等离子处理机，其特征在于，上述磁场形成装置具有多个线圈，并且均安装在上述处理室的周围，能使磁通在上述试样的中央附近互相抵消，在该试样的周围及其外侧互相重叠。9.如权利要求4所述的等离子处理机，其特征在于，周期为0.2-5μs，正向脉冲部分的占空比为0.4以下的脉冲偏压，作为上述离子能量控制用的偏压电流，通过电容元件加到上述试样上。10.权利要求1、2或4所述的等离子处理机，其特征在于具有静电吸附装置，用于借助静电吸附力把上述试样固定在上述试样台上；加脉冲偏压装置，它连接在上述试样台上，用于向该试样台加脉冲偏压；以及电压抑制装置，用于抑制随着加脉冲偏压，对应于上述静电吸附装置的静电吸附容量而产生的电压上升。11.权利要求10所述的等离子处理机，其特征在于，上述电压抑制装置的构成方法是，把脉冲的一个周期中的静电吸附装置的静电吸附膜所产生的电压变化，抑制在上述脉冲偏压的1/2以下。12.一种等离子处理方法，其特征在于，在具有真空处理室；包含一对电极的等离子体生成装置；试样台，兼用作上述电极之一，同时用于放置要在该真空处理室内处理的试样；以及减压装置(用于降低上述真空处理室内的压力)的等离子处理机的试样处理方法中包括以下程序步骤利用减压装置来降低上述真空处理室内的压力；利用磁场形成装置在与上述一对电极间的电场相交叉的方向上形成10高斯以上110高斯以下的静磁场或低频磁场部分；利用高频电源在上述一对电极之间加上30MHz-300MHz的VHF频带电源，在上述两个电极之间，利用上述磁场和上述高频电源所形成的电场的相互作用，形成电子回旋加速共振区；利用由上述电子回旋加速共振所生成的等离子体来对上述试样进行处理。13.一种等离子处理方法，其特征在于，在具有真空处理室，放置要在该真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及包含一对电极的等离子体生成装置的等离子处理机的试样等离子处理方法中，上述电极的构成为一对电极，其中包括连接上述高频电源的第1电极、和兼用作上述试样台同时与离子能量控制用偏压电源相连接的第2电极，这一对电极之间的距离为30-100mm，包括下列程序步骤利用减压装置把上述真空处理室内的气压降低到0.4Pa-4Pa；利用磁场形成装置在与上述一对电极之间的电场相交叉的方向上，形成10高斯以上110高斯以下的静磁场或低频磁场部分；利用高频电源在上述一对电极之间加上30MHz-300MHz的VHF频带电源，利用上述磁场和由上述高频电源产生的电场的相互作用，在上述一对电极之间形成电子回旋加速共振区；利用由上述电子回旋加速共振所生成的等离子体来对上述试样进行处理。14.一种等离子处理机，其特征在于，是具有真空处理室、为放置要在真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及包含高频电源的等离子体生成装置的等离子体处理机，具有静电吸附装置，用于借助静电吸附力把上述试样固定在上述试样台上；以及加脉冲偏压装置，用于在上述试样上加脉冲偏压，另外，作为上述高频电源加上10MHz-500MHz的高频电压，同时把上述真空处理室内的气压降低到0.5Pa-4Pa。15.一种等离子处理机，其特征在于包括一对对面安装的电极，其中一个电极上放置试样；气体导入装置，用于把腐蚀气体送入放置了上述试样的处理室内(周围气体中)；排气装置，用于把上述处理室内的气压降低到0.5-4Pa；高频电源，用于在上述一对对面电极上加上10MHz-500MHz的高频电压；等离子体生成装置，用于在上述压力下使上述腐蚀气体变成等离子体(进行等离子化)；加脉冲偏压装置，用于在对上述试样进行腐蚀时把脉冲偏压加到上述1个电极上；另外对上述试样中的绝缘膜进行等离子处理。16.一种等离子处理机，是具有真空处理室、为放置要在该真空处理室内处理的试样所用的试样台、以及等离子体生成装置的等离子处理机，其特征在于，具有静电吸附装置，用于借助静电吸附力把上述试样固定在上述试样台上；加脉冲偏压装置，它连接在上述试样台上，用于对该试样台加脉冲偏压；电压抑制装置，用于抑制随着加脉冲偏压，对应于上述静电吸附装置的静电吸附容量而产生的电压上升；上述电压抑制装置的构成方法是，脉冲的一个周期中的上述静电吸附装置的静电吸附膜所产生的电压变化，被抑制在上述脉冲偏压的1/2以下。17.一种等离子处理机，其特征在于具有一对电极，其间隙为10-50mm，互相对面配置；静电吸附装置，用于借助静电吸附力来把试样固定在一个上述电极上；...

【专利技术属性】
技术研发人员：加治哲德，渡边克哉，三谷克彦，大坪彻，田地新一，田中润一，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]