專利名稱：等離子處理機(jī)及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子處理機(jī)和處理方法，尤其涉及適合于半導(dǎo)體制造工藝中形成微細(xì)圖形的等離子處理機(jī)和處理方法。
隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高，要求進(jìn)一步提高微細(xì)加工效率和處理速度，為此必須降低等離子處理的氣壓和提高等離子體密度。
降低氣壓和提高等離子體密度的方法有許多種，例如(1)利用微波(2.45GHz)電磁場和靜磁場(875高斯)的回旋加速共振現(xiàn)象(簡稱ECR)；(2)利用RF(射頻)電源來激勵(lì)線圈，生成感應(yīng)電磁場，發(fā)生等離子體(簡稱ICP)。
但在用碳氟化合物(fluorocarbon)系氣體來刻蝕氧化膜類的薄膜時(shí)，目前利用(1)的ECR方式和(2)的ICP方式，氣體離解過度，很難提高與底層的Si或SiN的選擇比。
另一方面，在平行平板間加射頻電壓來發(fā)生等離子體的原有方法，很難在10Pa以下的壓力下穩(wěn)定地放電。
解決上述困難的方法有以下兩個(gè)(3)特開平7-297175號公報(bào)和特開平3-204925號公報(bào)所示的雙頻激勵(lì)法，即利用數(shù)十MHz以上高頻電壓來生成等離子體，利用數(shù)MHz以下的低頻來進(jìn)行試樣偏壓控制；(4)特開平2-312231號公報(bào)所示的磁控管RIE(簡稱M-RIE)法，即在與試樣表面上感應(yīng)的自偏壓電場(E)相交叉的方向上施加磁場B，利用電子洛倫茲力的電子抑制作用。
另外，特開昭56-13480號公報(bào)所述的方法是在低氣壓下增加等離子體密度。這是靈活利用由電磁波的微波(2.45GHz)和靜磁場(875高斯)所形成的電子回旋加速共振(ECR)，即使0.1-1Pa的低氣壓也能獲得很高的等離子體密度。
另一方面，在利用等離子體進(jìn)行半導(dǎo)體腐蝕處理和成膜處理等的技術(shù)方面，采用這樣的處理裝置，該裝置對放置被處理試樣(例如半導(dǎo)體晶片襯底，以下簡稱試樣)的試樣臺，準(zhǔn)備了對等離子體中的離子進(jìn)行加速的高頻電源，以及利用靜電吸力來把試樣固定在試樣臺上的靜電吸附膜。
例如，USP5,320,982號說明書所述的裝置，用微波來產(chǎn)生等離子體，利用靜電吸附力來把試樣固定到試樣臺上，同時(shí)在試樣和試樣臺之間通過導(dǎo)熱氣體來控制試樣的溫度，另一方面，把正弦波輸出的高頻電源作為偏壓電源，把該電源連接到試樣臺上，對射入試樣內(nèi)的離子能量進(jìn)行控制。
另外，如特開昭62-280378號公報(bào)所述，生成一種脈沖狀的離子控制偏壓波形來使等離子體電極之間的電場強(qiáng)度保持一定，把該偏壓加在試樣臺上，這樣即可縮小射入試樣內(nèi)的離子能量的分布寬度，可以使刻蝕加工尺寸精度和被處理膜與底層材料的刻蝕速度比提高數(shù)倍。
再者，如特開平6-61182號公報(bào)所述，利用電子回旋加速共振來產(chǎn)生等離子體，把脈沖占空系數(shù)為0.1％以上的寬度的脈沖偏壓加到試樣上，防止產(chǎn)生“凹槽”(notch)。
在上述現(xiàn)有技術(shù)中，特開平7-288195號公報(bào)和特開平7-297175號公報(bào)所述的等離子體發(fā)生方式，是利用13.56MHz和數(shù)十MHz的高頻來生成等離子體。利用數(shù)十-5Pa(帕斯卡)的氣壓，可以生成適合于氧化膜刻蝕的良好等離子體。但是，隨著圖形尺寸的微細(xì)化(0.2μm以下)，更迫切需要使被處理圖形的線條上下垂直。因此，必須降低氣壓。
但是，利用上述雙頻激勵(lì)法和M-RIE法，在4Pa以下(0.4-4Pa)時(shí)很難生成5×1010cm-3以上的所需密度的等離子體。例如，利用上述雙頻激勵(lì)法，即使提高等離子激勵(lì)頻率，也不能在50MHz以上使等離子體密度提高，反而出現(xiàn)下降現(xiàn)象，很難在0.4-4Pa的低壓下使等離子體密度達(dá)到5×1010cm-3以上。
再者，利用M-RIE法時(shí)，試樣表面上產(chǎn)生的電子勞倫茲力引起電子抑制作用，依靠這種作用而生成的等離子體密度應(yīng)當(dāng)在整個(gè)試樣上均勻一致。但是，其缺點(diǎn)是，E×B的漂移，一般會(huì)造成等離子體密度在面內(nèi)發(fā)生偏移。在電子的抑制作用下直接在試樣表面上形成的等離子體密度的偏移，發(fā)生在電場強(qiáng)度大的試樣近旁的外膜(sheath)附近，所以用擴(kuò)散等方法無法修正。
其解決辦法如特開平7-288195號公報(bào)所述，在由E×B造成的電子漂移方向上放置磁鐵，以減弱磁場強(qiáng)度，這樣以來，與試樣相平行的磁場的最大值，即使加上200高斯，也可以獲得沒有偏移的均勻等離子體。但是，其缺點(diǎn)是電場強(qiáng)度分布一旦固定，則形成均勻等離子體的條件就被限定在某一特定的狹窄的范圍內(nèi)，因此，不容易根據(jù)處理?xiàng)l件的變化再做必要的調(diào)整。尤其是Ф300mm以上的大型試樣，電極間的距離很窄，為20mm以下時(shí)，試樣中央部上的壓力比試樣端部上的壓力大10％以上，為了避免試樣上的壓力差，要把試樣臺和對面電極間的間隔設(shè)定在30mm以上時(shí)，困難更大。
這樣，利用上述雙頻激勵(lì)法和M-RIE法，在0.4-4Pa的低壓下很難使5×1010cm-3的等離子體密度在Ф300mm的試樣平面內(nèi)達(dá)到均勻一致。所以，利用雙頻激勵(lì)法和M-RIE法，對Ф300mm以上的大型晶片，很難以0.2μm以下線寬的工藝進(jìn)行均勻而高效的加工，很難提高與底層(Si或SiN)的選擇比。
另一方面，為了在低氣壓下大幅度提高等離子體密度，可以采用上述現(xiàn)有技術(shù)中的特開昭56-13480號公報(bào)所述的方法。但是，其缺點(diǎn)是氣體離解過度(快)，利用含有氟和碳的氣體來腐蝕氧化硅和氮化硅膜等時(shí)，大量產(chǎn)生氟原子/分子和氟離子，達(dá)不到所需的與底層(Si等)的選擇比。利用射頻功率的感應(yīng)電磁場的ICP法，也和上述ECR法一樣，具有離解過快的缺點(diǎn)。
再者，一般采用的結(jié)構(gòu)是，處理氣體從試樣的周圍排放，這時(shí)試樣中央部的密度高，周圍部的密度低，其缺點(diǎn)是，整個(gè)試樣面上的處理均勻性受到影響。為克服這一缺點(diǎn)，在試樣的周圍附近設(shè)置環(huán)狀圍堤(聚集環(huán))，使氣流停止。但缺點(diǎn)是圍堤上附著反應(yīng)生成物，形成雜質(zhì)發(fā)生源，使產(chǎn)品合格率降低。
另一方面，為了控制射入試樣的離子能量，把正弦波的射頻偏壓加在放置試樣的電極上。其頻率采用數(shù)百KHz至13.56MHz。用這一頻帶時(shí)， 由于離子隨外膜(sheath)內(nèi)的電場變化而變化，所以射入的離子的能量呈雙峰形，即具有低能側(cè)的和高能側(cè)的兩個(gè)峰值。其缺點(diǎn)是高能側(cè)的離子處理速度快，對試樣造成損傷；低能側(cè)的離子處理速度慢。要消除損傷就要降低速度；要提高處理速度就要造成損傷。另一方面，若把射頻偏壓頻率提高到50MHz以上，則射入的能量分布整齊，接近于單一峰值，其大部分能量被用于生成等離子體，外膜(sheath)上所加的電壓大幅度下降，所以，很難單獨(dú)控制射入離子的能量。
在上述現(xiàn)有技術(shù)中，特開昭62-280378號公報(bào)和特開平6-61182號公報(bào)所述的脈沖偏壓電源方式，若對于在試樣臺電極和試樣之間使用靜電吸附介質(zhì)層，在試樣上加脈沖偏壓，未能充分探討研究，原封不動(dòng)的用于靜電吸附方式，則隨著離子電流的流入，靜電吸附膜的兩端間發(fā)生的電壓增加，造成等離子體和試樣表面間所加的離子加速電壓下降，離子能量分布擴(kuò)展，因此其缺點(diǎn)是，不能以充分控制試樣溫度的方法來適應(yīng)所需的微細(xì)圖形處理。
另外，采用USP5,320,982號說明書所述的原有正弦波輸出偏壓電源方式時(shí)，若提高頻率，則外膜(sheath)部的阻抗接近或低于等離子體本身的阻抗，因此，其缺點(diǎn)是在偏壓電源作用下在試樣近旁的外層附近產(chǎn)生不需要的等離子體，不能有效地利用于加速離子，同時(shí)等離子體分布也惡化，不能用偏壓電源來控制離子能量。
再者，在等離子處理中，對離子量、原子團(tuán)量和原子團(tuán)種類進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，這對提高性能是很重要的。但是，過去是把作為離子源和原子團(tuán)源的氣體送入處理室內(nèi)，在處理室內(nèi)生成等離子體，同時(shí)生成離子和原子團(tuán)。所以，隨著被處理試樣向微細(xì)化發(fā)展，要進(jìn)行上述控制所受到的限制越來越明顯。
本發(fā)明的目的在于提供這樣一種等離子處理裝置和處理方法，即不出現(xiàn)氣體離解過度現(xiàn)象，在Ф300mm以上的大晶片范圍內(nèi)能獲得均勻的等離子體，從而容易對大晶片試樣的微細(xì)圖形進(jìn)行精密加工。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種尤其能在整個(gè)大晶片上均勻且高效地進(jìn)行氧化膜處理的等離子處理機(jī)和處理方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種提高試樣中絕緣膜(例如SiO2，SiN、BPSG等)等離子體處理的選擇比的等離子處理機(jī)和處理方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種離子能量分布窄、穩(wěn)定、低損傷、易控制的、可提高等離子體處理選擇比的等離子處理機(jī)和方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過試樣靜電吸附來改善溫度可控制性，有精密而穩(wěn)定地處理所需微細(xì)圖形的等離子體處理機(jī)和方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種可獨(dú)立控制離子和原子團(tuán)的等離子處理機(jī)和方法。
本發(fā)明的特征在于，具有下列內(nèi)容等離子處理機(jī)具有真空處理室、包含一對電極的等離子體生成裝置、帶放置面的試樣臺(用于放置要在真空處理室內(nèi)處理的試樣)以及對上述真空處理室進(jìn)行減壓的減壓裝置。在等離子處理機(jī)中，另外還具有高頻電源和磁場形成裝置。
高頻電源，用于在上述一對電極間加30MHz至300MHz的VHF頻帶的高頻功率；磁場形成裝置，用于在與上述高頻電源在上述一對電極間或其附近所生成的電場相交叉的方向上，形成靜磁場或低頻磁場，從而在上述一對電極間形成由上述磁場和上述電場相互作用而產(chǎn)生的電子回旋加速共振區(qū)。
本發(fā)明的特征還在于具有下列內(nèi)容等離子處理機(jī)具有真空處理室、包含一對電極的等離子體生成裝置、兼用作上述電極之一，同時(shí)用于放置在該真空室內(nèi)處理的試樣的試料臺；以及對上述真空處理室抽真空的減壓裝置。等離子處理機(jī)中，另外還具有高頻電源和磁場形成裝置。
高頻電源，用于在上述一對電極間加50MHz至200MHz的VHF頻帶的電源；以及磁場形成裝置，用于在與上述高頻電源在上述一對電極間或其附近所產(chǎn)生的電場相交叉的方向上，形成17高斯以上72高斯以下的靜磁場或低頻磁場部分，上述磁場沿著試樣臺面的方向上的成分中最大的部分，被設(shè)定在試樣臺對面一側(cè)，使其離開上述兩電極的中央，利用上述磁場和電場的相互作用在一對電極間形成電子回旋加速共振區(qū)。
本發(fā)明的另一特征在于，具有下列內(nèi)容等離子處理機(jī)具有真空處理室、包含一對電極的等離子體生成裝置、兼用作電極之一，同時(shí)用于放置在真空室內(nèi)處理的試樣的試樣臺、對上述真空室進(jìn)行減壓的減壓裝置。
利用上述的等離子處理裝置，對其試樣進(jìn)行等離子處理的方法中包括以下步驟利用減壓裝置來使上述真空處理室內(nèi)減壓；利用磁場形成裝置在與上述一對電極間的電場相交叉的方向上形成10高斯以上110高斯以下的靜磁場或低頻磁場的部分；利用高頻電源在上述一對電極間加上30MHz至300MHz的VHF頻帶電源，利用上述磁場和高頻電源產(chǎn)生的電場的相互作用在兩電極之間形成電子回旋加速共振區(qū)；利用由上述電子回旋加速共振而產(chǎn)生的等離子體來處理上述試樣。
若采用本發(fā)明，則為了不出現(xiàn)氣體離解過度現(xiàn)象，并獲得在Ф300mm以上的大晶片時(shí)飽和離子電流分布為±5％以下的均勻等離子體，等離子體生成用高頻電源采用30MHz至300MHz，最好是50MHz至200MHz的VHF電源。另一方面，在與上述高頻電源在一對電極間生成的電場相交叉的方向上，形成靜磁場或低頻磁場。這樣，在一對電極間，沿著試樣臺的試樣放置面，離開兩電極中央在試樣臺的對面一側(cè)，利用磁場和電場的相互作用形成電子回旋加速共振區(qū)。利用由電子回旋加速共振所生成的等離子體來處理試樣。
磁場具有10高斯以上110高斯以下，最好是17高斯以上72高斯以下的靜磁場或低頻(1KHz以下)磁場部分，氣壓定為0.4Pa至4Pa的低壓。并且，兩電極間的距離定為30至100mm，最好是30至60mm。另外，不言而喻，一對電極的面積應(yīng)分別大于被處理試樣的面積。
高頻電源的頻率f采用50MHz≤f≤200MHz的VHF，這樣，等離子體密度比微波ECR時(shí)降低1-2個(gè)數(shù)量級。并且，氣體離解也減少，不需要的氧原子/分子和離子的發(fā)生量也減少約1個(gè)數(shù)量級。由于采用VHF頻率和回旋加速共振，所以，可以獲得適當(dāng)?shù)母呙芏鹊入x子體，密度絕對值為5×1010cm-3，可在0.4-4Pa的低壓下進(jìn)行高速度處理。由于氣體離解不過度，所以不會(huì)造成與Si或SiN等底層的選擇比顯著惡化。
與過去的13.56MHz的平行平板電極相比較，氣體離解較少。這樣使氟原子/分子和離子稍有增加，采取以下措施即可緩解，即在電極表面和處理室壁面上設(shè)置含硅和碳的物質(zhì)，并進(jìn)一步在其上面加偏壓，利用含氫的氣體來使氫與氟相結(jié)合，然后排放出去。
再者，若采用本發(fā)明，則可把與試樣臺相平行的磁場成分的最大的部分設(shè)定在離開兩電極的中央的試樣臺對面一側(cè)，與試樣臺的試樣放置面上的試樣相平行的磁場強(qiáng)度，設(shè)定在30高斯以下，最好是15高斯以下，這樣，把在試樣安放面附近作用于電子的勞倫茲力(E×B)設(shè)定為較小的值，可防止在試樣安放面上的勞倫茲力產(chǎn)生離子漂移效應(yīng)而造成的等離子體密度不均勻。
若采用本發(fā)明的另一特征，則可擴(kuò)大電子回旋加速共振效應(yīng)，使試樣周圍部以及其外側(cè)的這種效應(yīng)大于中央的效應(yīng)，從而使試樣周圍部及其外側(cè)附近比試樣中央部附近生成更多的等離子體。減小電子回旋加速共振效應(yīng)的方法是擴(kuò)大回旋加速共振區(qū)和試樣之間的距離；取消回旋加速共振區(qū)；減小磁場與電場的直交程度。
另外，若提高回旋加速共振磁場Bc附近的磁場傾斜度，使ECR共振區(qū)域變窄，則可減小回旋加速共振效應(yīng)。ECR共振區(qū)為Bc(1-a)≤B≤Bc(1+a)，但磁場強(qiáng)度B的范圍變成0.05≤a≤0.1。
由于在ECR共振區(qū)內(nèi)離解力強(qiáng)，所以離子生成尤其旺盛。另一方面，ECR共振區(qū)以外，離解力比ECR共振區(qū)弱，原子團(tuán)的生成旺盛。通過調(diào)整ECR共振區(qū)的寬度和加在上部電極上的高頻功率，可以更加獨(dú)立地控制離子和原子團(tuán)的發(fā)生，使其更適合于試樣處理要求。
本發(fā)明的另一特征在于下面結(jié)構(gòu)等離子處理機(jī)具有真空處理室；用于放置要在真空處理室內(nèi)處理的試樣的試樣臺；以及包括高頻電源在內(nèi)的等離子體生成裝置。在等離子體處理裝置中，還具有靜電吸附裝置，它利用靜電吸附力把試樣固定在試樣臺上；以及加脈沖偏壓裝置，用于在試樣上加脈沖偏壓；作為高頻電源加上10MHz-500MHz的高頻電壓，同時(shí)把真空處理室的壓力減小到0.5-4.0Pa。
本發(fā)明的另一特征在于，具有真空處理室、為放置要在真空處理室內(nèi)處理的試樣所用的試樣臺以及等離子體生成裝置。在這種等離子體處理機(jī)中還具有靜電吸附裝置，用于依靠靜電吸附力來把試樣固定在試樣臺上；加脈沖偏壓裝置，它連接在試樣臺上，用于在試樣臺上加脈沖偏壓；以及電壓控制裝置，用于抑制電壓的變化，防止其隨著加脈沖偏壓而根據(jù)靜電吸附裝置的靜電吸附容量發(fā)生相應(yīng)的變化。
本發(fā)明的另一特征在于提供這樣一種等離子體處理方法，其中包括以下處理程序步驟把試樣放置在真空處理室內(nèi)的互相對置的一對電極中的一個(gè)電極上；利用靜電吸附力把試樣固定在電極上；把腐蝕氣體送入已放置試樣的處理室內(nèi)；對處理室抽真空，使其氣壓降低到0.5-4.0Pa；加上10MHz-500MHz的高頻電壓，在上述壓力下使腐蝕氣體變成等離子體；利用等離子體來腐蝕試樣；以及在上述一個(gè)電極上加脈沖偏壓。
本發(fā)明的另一特征在于按照以下程序步驟來對上述試樣中的絕緣膜(例如SiO2、SiN、BPSG等)進(jìn)行等離子處理，這些步驟是把試樣放置在互相對置的二個(gè)電極中的一個(gè)電極上；利用靜電吸附力把放上的試樣固定到上述電極上；把腐蝕氣體送入已放置試樣的處理室內(nèi)的周圍氣體中；使已送入的腐蝕氣體變成等離子體；用該等離子體來腐蝕上述試樣；腐蝕時(shí)在上述一個(gè)電極上加上述脈沖偏壓，該偏壓具有250V-800V的脈沖寬度和0.05-0.4的占空比。
若采用本發(fā)明的另一特征，則可在試樣臺上加規(guī)定特性的脈沖偏壓電源，該試樣臺具有靜電吸附裝置，靜電吸附裝置上具有靜電吸附介質(zhì)層，這樣可充分控制試樣溫度，穩(wěn)定地處理所需的微細(xì)圖形。也就是說，該處理機(jī)具有用靜電吸附力把試樣固定到試樣臺上的靜電吸附裝置和連接試樣臺并把脈沖偏壓加到試樣臺上的加脈沖偏壓裝置，周期為0.2-2μs正向脈沖部分的占空比二分之一的脈沖偏壓，通過電容元件加到試樣上。
若采用本發(fā)明的另一特征，則電壓抑制裝置，用于抑制電壓變化，即防止電壓隨著加脈沖偏壓而與靜電吸附裝置的靜電吸附容量相對應(yīng)地發(fā)生變化，其構(gòu)成方法是利用脈沖一個(gè)周期中的靜電吸附作用使加在介質(zhì)層兩端上的電壓變化小于脈沖偏壓強(qiáng)度的二分之一。具體來說，也可采用這樣的方法，即減小下部電極表面上的介質(zhì)靜電吸膜(chuck film)的厚度，介質(zhì)采用介電常數(shù)大的材料?；蛘?，縮短脈沖偏壓周期，抑制介質(zhì)層兩端上的電壓上升。
若采用本發(fā)明的另一特征，則進(jìn)一步在試樣腐蝕時(shí)在一個(gè)電極上加250V-1000V的脈沖寬度和0.05-0.4占空比的脈沖偏壓，這樣可以提高對試樣中的絕緣膜(例如SiO2、SiN、BPSG等)的等離子處理的選擇性等。
本發(fā)明的另一特征在于具有下列結(jié)構(gòu)等離子處理機(jī)具有真空處理室、用于放置要在真空處理室內(nèi)處理的試樣的試料臺，以及等離子體生成裝置。
在等離子處理裝置中，還具有靜電吸附裝置，它借助靜電吸附力把試樣固定在試樣臺上；加偏壓裝置，用于把偏壓加到試樣上；原子團(tuán)供給裝置，它具有預(yù)先分解原子團(tuán)發(fā)生用氣體的裝置，用于供應(yīng)所需數(shù)量的原子團(tuán)；供氣裝置，用于向真空處理室供應(yīng)離子發(fā)生用氣體；以及等離子體生成裝置，用于在真空處理室中生成等離子體，利用SiO2作為試樣。
本發(fā)明的另一特征在于，在具有真空處理室、為放置要在真空處理室內(nèi)處理的試樣所用的試樣臺、以及包含高頻電源的等離子體生成裝置的等離子體處理裝置中，還具有靜電吸附裝置，用于借助靜電吸附力把試樣固定到試樣臺上；加脈沖偏壓裝置，用于把脈沖偏壓加到試樣上；原子團(tuán)發(fā)生用等離子體供應(yīng)裝置，用于在上述真空處理室內(nèi)預(yù)先把原子團(tuán)發(fā)生用氣體變成等離子體，并供應(yīng)所需數(shù)量的原子團(tuán)；以及上述等離子體生成裝置，用于供應(yīng)離子發(fā)生用氣體，生成等離子體，對上述高頻電源加10MHz-500MHz的高頻電壓，同時(shí)使真空處理室的壓力降低到0.5-4.0Pa。
若采用本發(fā)明的另一特征，則可獨(dú)立地控制離子和原子團(tuán)的量和質(zhì)，在具有靜電吸附裝置(其中有靜電吸附介質(zhì)層)的試樣臺上加上規(guī)定特性的脈沖狀脈沖電源，從而能充分控制試樣溫度，穩(wěn)定地處理所需微細(xì)圖形。
能進(jìn)一步獨(dú)立地控制離子和原子團(tuán)的量和質(zhì)，獲得狹窄的離子能量分布，能穩(wěn)定地、準(zhǔn)確地提高等離子處理的選擇性等。
再者，電壓控制裝置，可獨(dú)立地控制離子和原子團(tuán)的量和質(zhì)，能抑制電壓隨著加脈沖電壓而與靜電吸附裝置的靜電吸附容量相對應(yīng)地發(fā)生變化，其結(jié)構(gòu)方式是，利用脈沖一個(gè)周期中的靜電吸附作用使介質(zhì)層兩端上的電壓變化小于脈沖偏壓大小的二分之一。具體來說，可減小下部電極表面上的介質(zhì)靜電吸附膜的厚度，介質(zhì)采用介電常數(shù)大的材料?；蛘呖s短脈沖偏壓周期，抑制介質(zhì)層兩端上的電壓上升。
若采用本發(fā)明的另一特征，則可獨(dú)立地控制離子和原子團(tuán)的量和質(zhì)，在試樣腐蝕時(shí)、在一個(gè)電極上加上250V-1000V的脈沖寬度和0.05-0.4的占空比的脈沖偏壓，以此來提高試樣中的絕緣膜(例如SiO2、SiN、BPSG等)與底層的等離子處理的選擇性等。
若采用本發(fā)明的另一特征，則可獨(dú)立地控制離子和原子團(tuán)的量和質(zhì)，等離子體發(fā)生用的高頻電源采用10MHz-500MHz的高頻電壓，處理室內(nèi)的氣壓設(shè)定為0.5-4.0Pa。這樣可以獲得穩(wěn)定的等離子體。并且，利用這種高頻電壓可以改善氣體等離子體的電離，便于控制試樣加工時(shí)的選擇比。是作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的二電極型等離子刻蝕裝置的縱截面圖。表示在加有能生成電子回旋加速共振的磁場的狀態(tài)下，改變?yōu)楫a(chǎn)生等離子的高頻電源的頻率時(shí)等離子密度變化的一例。表示在回旋加速共振時(shí)和無共振時(shí)，電子從高頻電場得到的能量增益K的狀況。
表示把磁控管放電電極的上電極接地，在下部電極上加上磁場B的同時(shí)又加上高頻功率時(shí)磁場強(qiáng)度、和試樣上感應(yīng)的離子加速電壓VDC、及試樣內(nèi)的感應(yīng)電壓的誤差ΔV的關(guān)系。是

圖1的等離子刻蝕裝置的磁場特性說明圖。是圖1的等離子刻蝕裝置的ECR區(qū)的說明圖。是本發(fā)明的脈沖偏壓電源中使用的理想的輸出波形的例子。是脈沖占空比(T1/T0)為一定，使T0變化時(shí)，試樣表面的電位波形和離子能量的概率分布圖。是脈沖占空比為一定，使T0變化時(shí)，試樣表面的電位波形和離子能量的概率分布圖。是脈沖斷路(T0-T1)期間和靜電吸附膜兩端間所產(chǎn)生的電壓的一個(gè)周期中的最大電壓Vcm的關(guān)系圖。是脈沖占空比和(VDC/Vp)的關(guān)系圖。表示對用氯氣等進(jìn)行離子化時(shí)硅和氧化膜的刻蝕速率ESi及ESiO2的離子能量的依存性。表示作為氧化膜的刻蝕例，當(dāng)把CF4氣體等離子化時(shí)，氧化膜和硅的刻蝕速率ESiO2及ESi與離子能量分布的關(guān)系。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的二電極型等離子刻蝕裝置的縱截面圖。
是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的二電極型等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是圖15的等離子刻蝕裝置的磁場分布特性的說明圖。是圖15的等離子刻蝕裝置的ECR區(qū)的說明圖。是作為本發(fā)明其他實(shí)施例的等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是圖18的等離子刻蝕裝置的磁場分布特性的說明圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的二電極型等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是本發(fā)明的其他實(shí)施例的二電極型等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是圖21的等離子刻蝕裝置的磁場分布特性說明圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的二電極型等離子刻蝕裝置的重要部分的橫截面圖。是圖23的等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是磁場形成裝置的其他實(shí)施例示圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的二電極型等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的二電極型的等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的二電極型等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是圖28的等離子刻蝕裝置的磁場分布特性的說明圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的二電極型等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是改良后的圖1所示的二電極型等離子刻蝕裝置的其他實(shí)施例的縱截面圖。圖32是產(chǎn)生等離子電源的頻率和穩(wěn)定放電最低氣壓的關(guān)系圖。是脈沖偏壓電源的頻率和累積功率之間的關(guān)系示圖。是把本發(fā)明用于外部能量供給放電方式中的電感耦合放電方式無磁場型等離子刻蝕裝置中的例子的縱截面圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是本發(fā)明用于微波等離子處理裝置時(shí)部分縱截面的正面圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的等離子處理裝置的一部分縱截面的正面圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的可以單獨(dú)控制離子和原子團(tuán)的二電極型等離子刻蝕裝置的縱截面圖。是作為本發(fā)明的其他實(shí)施例的能夠單獨(dú)控制離子和原子團(tuán)的二電極型等離子刻蝕裝置的部分詳細(xì)圖。
若采用本發(fā)明，則可以提供在φ300mm以上的大直徑試樣上，容易加工出微細(xì)精密的圖形，而且微細(xì)加工時(shí)的選擇比也可提高的等離子處理裝置及等離子處理方法。還能提供，在大直徑試樣的整個(gè)面上能進(jìn)行均勻而高速的處理、特別是氧化膜處理的等離子處理裝置及其處理方法。
若采用本發(fā)明，則還能提供能提高對試樣中的絕緣膜(例如SiO2、SiN、BPSG等)的等離子處理的選擇性的等離子處理裝置及等離子處理方法。
再者還能夠提供，可控制性好并且能量分布窄的，等離子處理的選擇性高的等離子處理裝置及等離子處理方法。
還可提供，在使用具有靜電吸附用介質(zhì)層的試樣臺時(shí)，可控制性好、離子能量分布窄、等離子處理選擇性等高的等離子處理裝置及等離子處理方法。
再者，還可提供通過獨(dú)立控制離子和原子團(tuán)的質(zhì)和量，可降低等離子處理裝置的處理室內(nèi)的壓力，容易進(jìn)行微細(xì)圖形的精密加工，并且可提高微細(xì)加工時(shí)的選擇比的等離子處理裝置及等離子處理方法。
再者，還可提供，通過獨(dú)立控制離子和原子團(tuán)的質(zhì)和量，可提高對試樣中的絕緣膜(例如SiO2、SiN、BPSG等)的等離子處理的選擇性的等離子處理裝置及等離子處理方法。
以下說明本發(fā)明的實(shí)施例。首先圖1中表示第1實(shí)施例，即本發(fā)明用于對面電極型等離子體腐蝕機(jī)。
在圖1中，作為真空容器的處理室10具有由上部電極12和下部電極15構(gòu)成的一對對面電極。在下部電極15上放置試樣40。在處理Ф300mm以上的大試樣時(shí)為使試樣面上的壓力差不超過10％，兩個(gè)電極12、15之間的間隙最好設(shè)定在30mm以上。并且，為減少氟原子、分子和離子，從有效利用上部、下部電極表面上的反應(yīng)考慮，該間隙宜設(shè)定為100mm以下，最好是60mm以下。在上部電極12上連接高頻電源16，以便通過匹配箱162提供高頻能量。161是高頻電源調(diào)制信號源。在上部電極12和地之間連接濾波器165，該濾波器165對偏壓電源17的頻率成分是低阻抗；對高頻電源16的頻率成分是高阻抗。
上部電極12的表面積大于被處理試樣40的面積，通過加偏壓電源17可使電壓高效率地加到試樣面上的外膜上。
在上部電極12的下側(cè)表面上設(shè)置了上部電極罩30作為除氟板，它由硅、碳或SiC構(gòu)成。并且，在上部電極12的上部設(shè)置氣體導(dǎo)入室34，其中包括氣體擴(kuò)散板32，用于使氣體按規(guī)定分布狀態(tài)進(jìn)行擴(kuò)散。試樣腐蝕等處理所需的氣體，從供氣部36經(jīng)過氣體導(dǎo)入室34的氣體擴(kuò)散板32、上部電極12和上部電極罩30上的孔38送入處理室10內(nèi)。通過閥門14與外室11相連接的真空泵18對外室11進(jìn)行真空排氣，把處理室10的氣壓調(diào)整到試樣處理所需的壓力。為了提高等離子體密度同時(shí)使處理室中的反應(yīng)均勻一致，在處理室10的周圍設(shè)置了抑制放電用的圓環(huán)37。在抑制放電用的圓環(huán)37上設(shè)置了排氣用的間隙。
在上部電極12的上部設(shè)置了磁場形成裝置200，用于形成與試樣40的面相平行的磁場，同時(shí)該磁場垂直于在電極間形成的電場E。磁場形成裝置200具有磁心201，電磁線圈202和絕緣體203。上部電極12的結(jié)構(gòu)材料是非磁性導(dǎo)電體，例如鋁和鋁合金。處理室10的結(jié)構(gòu)材料是非磁性材料，例如鋁和鋁合金、氧化鋁、石英、SiC等。磁心201采用軸旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，其斷面大體上呈E字型，分為磁心部201A、201B，形成的磁場B是，磁通從處理室10的中央上部射向上部電極12，沿上部電極12大致平行地向外圓方向延伸。由磁場形成裝置200在兩電極間生成的磁場具有10高斯以上110高斯以下、最好是17高斯以上72高斯以下的靜磁場、或低頻磁場(1KHz以下)的產(chǎn)生回旋加速共振的部分。
產(chǎn)生回旋加速共振的磁場強(qiáng)度Bc(高斯)，眾所周知，與等離子體生成高頻頻率f(MHz)之間具有Bc＝0.357×f(MHz)的關(guān)系。
本發(fā)明中的2個(gè)電極12、15是互相對置的一對電極，實(shí)質(zhì)上只要二者互相平行即可，根據(jù)等離子體生成特性等要求，電極12、15也可以具有一定的凹面或凸面。其特征是，這種雙電極容易使電極間的電場分布均勻一致，通過提高與該電場直交的磁場的均勻性，比較容易借助于回旋加速共振作用均勻地生成等離子體。
放置并固定試樣40的下部電極15具有雙極式靜電吸盤20。也就是說，下部電極15由外側(cè)的第1下部電極15A、和通過絕緣體21設(shè)置在其內(nèi)側(cè)上部的第2下部電極15B構(gòu)成，在第1、第2兩個(gè)下部電極的上表面上設(shè)置了靜電吸附用介質(zhì)層(以下簡稱靜電吸附膜)22。在第1、第2兩個(gè)下部電極之間，通過高頻成分濾波用的線圈24A、24B連接直流電源23。在兩個(gè)下部電極之間加上直流電壓，使第2下部電極15B一側(cè)為正極。這樣，通過靜電吸附膜22作用于試樣40和兩下部電極之間的庫侖力能把試樣40吸附并固定在下部電極15上。靜電吸附膜22可以使用氧化鋁和氧化鋁與氧化鈦相混合的介質(zhì)等。并且，電源23使用數(shù)百伏的直流電源。
另外，為供應(yīng)20V-1000V的寬度的脈沖偏壓所用的脈沖偏壓電源17，分別通過消除直流成分的隔直流電容器19A、19B，連接到下部電極15(15A、15B)上。
在此之前，對靜電吸盤按雙極方式進(jìn)行了說明，但也可采用其他方式的靜電吸盤，例如單極式和n極式(n≥3)。
在進(jìn)行腐蝕處理時(shí)，欲處理的試樣40被放置在處理室10的下部電極15上，被靜電吸盤20吸附。另一方面，試樣40腐蝕處理時(shí)所需的氣體從供氣部36經(jīng)過氣體導(dǎo)入室34被送入到處理室10內(nèi)。用真空泵18對外室11進(jìn)行真空排氣，使處理室10的氣壓降低到例如0.4-4.0Pa(帕斯卡)。然后，從高頻電源16輸出30MHz-300MHz，最好是50MHz-200MHz的高頻功率，使處理室10的處理氣體變成等離子體。
利用30-300MHz高頻功率和由磁場形成裝置200生成的10高斯以上110高斯以下的靜磁場的部分，在上部電極12和下部電極15之間產(chǎn)生電子回旋加速共振，這時(shí)，生成0.4-4.0Pa的低氣壓高密度等離子體。
另外，從脈沖偏壓電源17向下部電極15加脈沖偏壓，該偏壓為電壓20V-1000V，周期為0.1μs-10μs，最好是0.2μs-5μs，正脈沖部分的占空比為0.05-0.4，以控制等離子體中的電子和離子，對試樣40進(jìn)行腐蝕處理。
腐蝕氣體，在由氣體擴(kuò)散板32使其達(dá)到所需的分布后，通過上部電極12和上部電極罩30上制作的孔38注入到處理室10內(nèi)。
再者，上部電極罩30采用碳或硅，或者含有碳或硅的材料，以便消除氟和氧成分，提高光刻膠或硅等與底層的選擇比。
為了提高大試樣的微細(xì)加工效率，等離子體發(fā)生用高頻電源16可采用更高的頻率，以提高在低氣壓區(qū)內(nèi)放電的穩(wěn)定性。本發(fā)明為了在0.4Pa-4Pa的低氣壓下以5×1010-5×1011cm-3的等離子體密度而且不出現(xiàn)氣體離解過度現(xiàn)象的條件下獲得對大試樣均勻的等離子體，在上部電極12上連接等離子生成用高頻電源16。另一方面，在放置試樣的下部電極15上連接離子能量控制用偏壓電源17，將這兩個(gè)電極間的距離設(shè)定為30-100mm。
等離子體生成用高頻電源16采用30MHz-300MHz，最好是采用50MHz-200MHz的VHF，利用10高斯以上110高斯以下，最好是17高斯以上72高斯以下的靜磁場或低頻(1KHz以下)磁場部分的相互作用，使上部電極12和下部電極15之間產(chǎn)生電子回旋加速共振。
在圖2中表示在加上產(chǎn)生電子回旋共振的磁場的狀態(tài)下，改變生成等離子體的高頻電源的頻率時(shí)的等離子體密度變化的例子。供給氣體為氬氣中加C4F82-10％的氣體，處理室的壓力為1Pa。等離子體密度以f＝2450MHz的微波ECR時(shí)為1，是標(biāo)準(zhǔn)值。圖中虛線表示無磁場時(shí)得到的結(jié)果。
在50MHz≤f≤200MHz時(shí)，等離子體密度比微波ECR時(shí)低1-2個(gè)數(shù)量級。并且氣體離解也較少，發(fā)生的不需要的氟原子/分子和離子也低1個(gè)數(shù)量級以上。利用該VHF頻帶的頻率和回旋加速共振，可以獲得等離子體密度絕對值為5×1010cm-3以上的適當(dāng)?shù)母呙芏鹊入x子體，在0.4-4Pa的低壓下可以高速進(jìn)行處理。而且，由于氣體離解也不過度，因此，對SiO2等絕緣膜來說，與Si和SiN等底層的選擇比沒有明顯降低。
在50MHz≤f≤200MHz時(shí)，與過去的13.56MHz的平行平板電極相比氣體離解稍多，但由此形成的氟原子/分子和離子增加極少，這種狀況可通過在電極表面和容器壁面上設(shè)置含硅和碳的物質(zhì)而得到改善?；蛘?，進(jìn)一步在該電極表面和容器壁面上加偏壓，使氟與碳和硅化合后排出，或者利用含氫的氣體使氫與氟化合后排出，予以改善。
若高頻電源的頻率為200MHz以上，尤其為300MHz以上，則等離子體密度提高，但氣體離解過度，氟原子/分子和離子增加過多，Si和SiN等與底層的選擇比明顯降低，因此不希望這樣做。
圖3表示在回旋加速共振時(shí)和無共振時(shí)電子從高頻電場中得到的能量增益K。無磁場時(shí)假定高頻的1個(gè)周期中電子得到的能量為e0，在加上回旋加速共振磁場Bc＝2πf·(m/e)時(shí)，高頻的1個(gè)周期中電子得到的能量為e1，這時(shí)，e1、e0可按下數(shù)式1計(jì)算。e0=e2E22m(γω2+γ2)]]>e1=e2E2γ4m(1γ2+(ω-ωc)2+1γ2+(ω+ωc)2)]]>……數(shù)式1式中E為電場強(qiáng)度當(dāng)假定其比(＝e1/e0)為K時(shí)，K可由下式表示。式中m電子的質(zhì)量，e電子的電荷，f所加頻率K＝(1/2)(γ2+ω2){1/(γ2+(ω-ωc)2)+(1/(γ2+(ω+ωc)2))}式中γ碰撞頻率，ω激勵(lì)角頻率ωc回旋加速角頻率一般來說，K值隨氣壓降低，頻率升高而增大。圖3表示Ar(氬)氣的情況，在壓力＝1Pa時(shí)，f≥50MHz，K≥150，與無磁場時(shí)相比，在低氣壓下也能促進(jìn)離解。回旋加速共振效應(yīng)在壓力＝1Pa時(shí)在20MHz以下的頻率時(shí)急劇減小。即使從圖2所示的特性中也可以看出，在30MHz以下的頻率時(shí)，與無磁場時(shí)的差別很小，回旋加速共振效應(yīng)很小。
再者，若降低氣壓，則回旋加速共振效應(yīng)提高，但在1Pa以下時(shí)等離子體的電子溫度升高，離解過度的負(fù)效應(yīng)增大。為了抑制氣體過度的離解，而且把等離子體密度提高到5×1010cm-3以上，氣體壓力可設(shè)定在0.4Pa～4Pa，最好是1Pa～4Pa。
為發(fā)揮回旋加速共振效應(yīng)，必須把K值設(shè)定在數(shù)十以上。從圖2和圖3中也可以看出為了不出現(xiàn)氣體離解過度現(xiàn)象，有效地利用回旋加速共振效應(yīng)，氣壓為0.4Pa～4Pa時(shí)，等離子體生成用高頻電源必須采用30～300MHz，最好是50～200MHz的VHF。
圖4表示在過去的磁控管方式容器內(nèi)，對上部電極接地，在下部電極上加上均勻的橫向磁場B，同時(shí)加上68MHz的高頻功率時(shí)，出現(xiàn)由試樣感應(yīng)生成的離子加速電壓VDC和試樣內(nèi)的感應(yīng)電壓VDC的偏差ΔV。若提高磁場B的強(qiáng)度，則作用于電子上的勞侖茲力使離子加速電壓VDC減小，等離子體密度提高。但是，過去的磁控管放電型，由于磁場B的強(qiáng)度高達(dá)200高斯左右，所以，其缺點(diǎn)是等離子體密度的面內(nèi)均勻性降低，感應(yīng)電壓的偏差ΔV增大，試樣的損傷增大。
從圖4來看，與過去的磁控管放電型的200高斯時(shí)相比，為了使ΔV減小到1/5～1/10，磁場B的強(qiáng)度在試樣面附近設(shè)定為30高斯以下，最好是15高斯以下。這對消除損傷是有利的。
回旋加速共振區(qū)形成在上部電極12和下部電極15的中間，而且離開兩個(gè)電極的中間位置，稍稍偏向上部電極一側(cè)。圖5表示橫軸是從試樣面(下部電極15)到上部電極12的距離；縱軸是磁場。圖5的例子是，在所加頻率f1＝100MHz，Bc＝37.5G、電極距離＝50mm的條件下ECR區(qū)形成在離試樣面30mm左右的位置上。
這樣，按照本發(fā)明，在上部電極12和下部電極15之間，與下部電極15(試樣放置面)相平行的磁場成分的最大的部分被設(shè)定在上部電極面上，或者離開兩個(gè)電極的正中間偏向上部電極一側(cè)。這樣，把與下部電極面上的試樣相平行的磁場強(qiáng)度設(shè)定為30高斯以下，最好是15高斯以下，把在下部電極面附近作用于電子上的勞侖茲力(E×B)設(shè)定為較小的值，可以消除由下部電極面上的勞侖茲力形成的電子漂移效應(yīng)所造成的等離子體密度的面內(nèi)不均勻性。
若采用圖1的實(shí)施例的磁場形成裝置200，則如圖6所示，ECR區(qū)除試樣的中央部附近外，幾乎都是形成在距下部電極15(試樣放置面)基本相同高度的位置上。所以，對于大的試樣來說，可以均勻地進(jìn)行等離子處理。但是，在試樣的中心附近，ECR區(qū)形成在比試樣放置面高的位置上。由于ECR區(qū)和試樣臺之間有30mm以上的距離，所以在此間隔中離子和原子團(tuán)進(jìn)行擴(kuò)散，形成平均化狀態(tài)，因此，對通常的等離子處理來說沒有問題。但是，為了對整個(gè)試樣上均勻地進(jìn)行等離子處理， ECR區(qū)最好形成在離整個(gè)試樣面相同高度的位置上，或者使試樣外側(cè)的ECR區(qū)比中心附近的ECR區(qū)更接近試樣臺側(cè)一些。對這一措施以后詳細(xì)說明。
如上所述，在圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，等離子體發(fā)生用高頻電源16使用30～300Mhz的高頻功率，而且利用電子加速回旋共振來進(jìn)行氣體離解，所以，即使在處理室10內(nèi)的氣壓為0.4Pa～4Pa的低壓下也能獲得穩(wěn)定的等離子體。并且，由于空間電荷層中的離子碰撞減少，所以，在處理試樣40時(shí)可以提高離子的方向性，可以提高垂直微細(xì)加工能力。
處理室10的周圍，利用抑制放電用圓環(huán)37使等離子體集中在試樣40附近，以提高等離子體密度，同時(shí)使抑制放電用圓環(huán)37外面的部分上附著的不必要淀積物減少到最低限度。
而且，抑制放電用圓環(huán)37采用碳和硅或SiC等半導(dǎo)體和導(dǎo)體材料。若把該抑制放電用圓環(huán)37連接到高頻電源上，依靠離子產(chǎn)生濺射，則可減少淀積物在圓環(huán)37上的附著量，同時(shí)還具有除氟的效果。
另外，若在試樣40周圍的絕緣體13上設(shè)置碳和硅或含有碳和硅的接收器罩39，則在利用含氟氣體對SiO2等絕緣膜進(jìn)行等離子處理時(shí)，可以去除氟，所以有助于提高選擇比。在此情況下，若把接收器罩39的下部分的絕緣體13的厚度減小到0.5～5mm，使偏壓電壓17的一部分功率加到接收器罩39上，則可利用離子的濺射效應(yīng)來提高上述效果。
利用直流電源23的電位，夾住介質(zhì)靜電吸附膜22，通過下部電極15(15A、15B)形成靜電吸附電路。在此狀態(tài)下試樣40借助靜電力的作用被固定在下部電極15上。把氦、氮、氬等導(dǎo)熱氣體供給到由靜電力固定的試樣40的背面上。導(dǎo)熱氣體充入下部電極15的凹部內(nèi)。其壓力設(shè)定為數(shù)百帕斯卡至數(shù)千帕斯卡。靜電吸附力可被看作是在設(shè)有間隙的凹部之間幾乎為零，僅在下部電極15的凸部處產(chǎn)生靜電吸附力。但是，如后所述、在直流電源23內(nèi)適當(dāng)設(shè)定電壓，可以設(shè)定出適當(dāng)?shù)奈搅?，使其能充分?jīng)受導(dǎo)熱氣體的壓力，所以，導(dǎo)熱氣體不會(huì)使試樣40移動(dòng)或飛出。
但是，靜電吸附膜22的作用會(huì)減小脈沖偏壓對等離子體中的離子的偏置作用。即使利用正弦波電源加偏壓的過去的方法也有這種作用。但不明顯。不過，對于脈沖偏壓來說，由于要犧牲離子能量寬度較窄這一特點(diǎn)，所以出現(xiàn)很大問題。
本發(fā)明的一個(gè)特征在于，為了抑制隨著加脈沖偏壓而在靜電吸附膜22的兩端之間產(chǎn)生的電壓上升現(xiàn)象，提高脈沖偏壓的效果，特設(shè)置了電壓抑制裝置。
作為電壓抑制裝置的一例可采用具有以下作用的結(jié)構(gòu)，即隨著加脈沖偏壓而在靜電吸附膜的兩端之間產(chǎn)生的偏壓的一個(gè)周期中的電壓變化(Vcm)相當(dāng)于脈沖偏壓的大小(Vp)的1/2以下。具體的方法是減小下部電極15的表面上所設(shè)置的由介質(zhì)構(gòu)成的靜電吸附膜的厚度，或者采用介電常數(shù)大的材料作為介質(zhì)，以增大介質(zhì)的靜電電容。
另一種電壓抑制裝置，其方法也可以是縮短脈沖偏壓的周期，以便抑制電壓Vcm的上升。進(jìn)一步還可以把靜電吸附電路和加脈沖偏壓的電路分離出來設(shè)置在別的位置上，例如設(shè)置在放置并固定試樣的電極以外的另一對置的電極上，或者另外設(shè)置的第三電極上。
下面利用圖7～圖13來詳細(xì)說明由本發(fā)明的電壓抑制裝置所形成的、在脈沖偏壓一個(gè)周期中的靜電吸附膜的兩端之間產(chǎn)生的電壓變化和脈沖偏壓的關(guān)系。
首先，在本發(fā)明的脈沖偏壓電源17中使用的所需輸出波形的例子示于圖7。圖中，設(shè)脈沖寬度為Vp，頻率周期為T0，正向脈沖寬度為T1。
當(dāng)通過隔直流電容器和靜電吸附用介質(zhì)層(以下簡稱靜電吸附膜)，把圖7(A)的波形加到試樣上時(shí)，利用另外的電源來生成等離子體的穩(wěn)定狀態(tài)下的試樣表面的電位波形示于圖7(B)內(nèi)。
圖中，VDC波形的直流成分電壓Vf等離子體的漂游電位Vcm在靜電吸附膜的兩端之間產(chǎn)生的一周期中的最大電壓在圖7(B)中，比Vf正的電壓(1)的部分，主要是僅吸入了電子電流的部分；比Vf的負(fù)的部分是吸入了離子電流的部分；Vf部分是電子和離子互相均衡的部分(Vf通常是數(shù)V～十幾(ten-odd)V)。
另外，在圖7(A)和以后的說明中，假定隔直流電容器的容量和試樣表面附近的絕緣體所產(chǎn)生的容量均比靜電吸附膜所產(chǎn)生的容量(以下簡稱靜電吸附容量)大得多。
Vcm的值可由下式(數(shù)式2)表示。
式中，q(T0-T1)期間內(nèi)流入試樣的離子電流密度(平均值)C單位面積的靜電吸附容量(平均值)ii離子電流密度εr靜電吸附膜的介電常數(shù)d靜電吸附膜的厚度ε0真空中的介電常數(shù)(常數(shù))K靜電吸附膜的電極被覆(敷料)率(≤1)圖8和圖9表示脈沖占空比(Ti/T0)為一定值，當(dāng)改變T0時(shí)的試樣表面的電位波形和離子能量的概率分布。其中，假定T01∶T02∶T03∶T04∶T05＝16∶8∶4∶2∶1如圖8(1)所示，當(dāng)脈沖周期T0過大時(shí)，試樣表面的電位波形大大偏離矩形波，變成三角波形，離子能量如圖9所示，從低到高呈一定的分布，效果不好。
如圖8(2)～(5)所示，隨著脈沖周期T0的減小，(Vcm/Vp)變成比1小的值，離子能量分布也變窄。
在圖8、圖9中，T0＝T01、T02、T03、T04、T05，對應(yīng)于(Vcm/Vp)＝1.0、0.63、0.31、0.16、0.08。
脈沖的斷路(T0-T1)期間和靜電吸附膜的兩端之間所產(chǎn)生的電壓的一個(gè)周期中的最大電壓Vcm的關(guān)系示于圖10。
作為靜電吸附膜，利用厚度0.03mm的含氧化鈦的氧化鋁(εr＝10)涂敷在電極的約50％的面上(K＝0.5)時(shí)，離子電流密度ii＝5m A/cm2的中密度等離子體中的Vcm值的變化用圖10中的粗線(標(biāo)準(zhǔn)條件的線)表示。
從圖10中可以看出，隨著脈沖的斷路(T0-T1)期間的增大，在靜電吸附膜的兩端之間所產(chǎn)生的電壓Vcm與其成比關(guān)系而增大，超過通常使用的脈沖電壓Vp。
例如，在等離子腐蝕機(jī)中，根據(jù)損傷、與底層和掩膜的選擇性、形狀等的不同，通常該電壓被限定在以下范圍內(nèi)。
柵腐蝕時(shí) 20V≤Vp≤100V金屬腐蝕時(shí)50V≤Vp≤200V氧化膜腐蝕時(shí) 250V≤Vp≤1000V如果要滿足下述的(Vcm/Vp)≤0.5的條件，則在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(T0-T1)的上限如下。
柵腐蝕時(shí) (T0-T1)≤0.1 5μs金屬腐蝕時(shí)(T0-T1)≤0.35μs腐蝕氧化膜時(shí)為(T0-T1)≤1.2μs，然而若T0接近0.1μs，則離子外層的阻抗就會(huì)接近或低于等離子阻抗，因此產(chǎn)生不需要的等離子，與此同時(shí)，偏壓電源不能被離子加速有效地利用，故利用偏壓電源控制離子能量的效果下降，所以，T0應(yīng)高于0.1μs。最理想的是高于0.2μs。
因此，在將Vp控制在較低水平上的柵腐蝕等過程中，需要將靜電吸附膜的材料改成介電常數(shù)高達(dá)10～100的材料(例如Ta2O3，εr＝25)，或者在不降低絕緣耐壓的條件下使膜厚變薄(例如10μm～400μm的膜厚，希望薄到10μm～100μm)。
圖10也同時(shí)示出將單位面積的靜電電容C分別增加到2.5倍、5倍、10倍時(shí)的Vcm值，即使改善靜電吸附膜，從現(xiàn)狀看，最多也只能將靜電容C提高數(shù)倍。若Vcm≤300伏，c≤10c0，則0.1μs≤(T0-T1)≤10μs。
通過離子加速對等離子處理有效的部分為(T0-T1)部分，作為脈沖占空比(T1/T0)希望盡量小。
作為加上時(shí)間平均的等離子處理的效率按(VDC/Vp)估算的結(jié)果示于圖11。希望減小(T1/T0)，加大(VDC/Vp)。
等離子處理的效率假設(shè)為0.5≤(VDC/Vp)，加上下列條件(Vcm/Vp)≤0.5，則脈沖占空比為(T1/T0)≤0.4左右。
另外，脈沖占空比(T1/T0)越小對離子能量的控制越有效。但若小到超過需要的程度，則脈沖寬度T1的值變小，約為0.05μs，結(jié)果，含有許多數(shù)十MHz的頻率成分，如后所述的發(fā)生等離子用的高頻成分的分離也變得困難，如圖11所示，在0≤(T1/T0)≤0.05之間的(VDC/Vp)降低極少，(T1/T0)高于0.05的情況下不發(fā)生問題。
在這里，圖12作為柵腐蝕的例子，表示將氯氣10mT等離子化后，硅與底層氧化膜的腐蝕速率ESi和ESiO2的離子能量的依存關(guān)系。硅的腐蝕速率ESi在低離子能量的情況下為一定值。離子能量高于10V時(shí)，隨著離子能量的增加，ESi也增加，另一方面，作為底層的氧化膜的腐蝕速率ESiO2在離子能量低于20V時(shí)為0。若越過20V，則ESiO2與離子能量同時(shí)增加。其結(jié)果，在離子能量為20V以下時(shí)，存在著與底層的選擇比ESi/ESiO2成為∞的區(qū)域，如果離子能量為20V以上，則與底層的選擇比ESi/ESiO2隨著離子能量的增加，急速下降。
圖13作為絕緣膜的一種的氧化膜(SiO2、BPSG、HISO等)的腐蝕例子表示將C4F8氣體1.0Pa等離子化后氧化膜與硅的腐蝕速率ESiO2和ESi的離子能量分布。
氧化膜的腐蝕速率ESiO2在低離子能量的情況下，為負(fù)值，產(chǎn)生沉積物。當(dāng)離子能量接近400V時(shí)，ESiO2迅速朝正向上升。之后慢慢地增加。另外，作為底層的硅的腐蝕速率ESi，與ESiO2相比，在離子能量高處由(-)腐蝕變成(+)腐蝕后慢慢地增加。結(jié)果，在ESiO2從(-)向(+)變化的位置附近，與底層的選擇比ESiO2/ESi變成∞，繼續(xù)變化時(shí)，ESiO2/ESi隨離子能量的增加而迅速下降。
圖12、圖13，對于適用實(shí)際的工藝，考慮ESi和ESiO2值及ESi/ESiO2以及ESiO2/ESi的值的大小后，調(diào)整偏壓電源使離子能量達(dá)到適當(dāng)值。
此外，如果對出現(xiàn)底層膜之前的腐蝕，優(yōu)先考慮腐蝕速率的大小，腐蝕到出現(xiàn)底層膜后，優(yōu)先考慮選擇比的大小，將離子能量改成到出現(xiàn)底層膜腐蝕的前后，那么可得到更好的特性。
但是，圖12、圖13所示的特性是限定在離子能量分布狹窄的部分時(shí)的特性。離子的能量分布寬時(shí)，各腐蝕速率為其時(shí)間平均值，因此，不能設(shè)定成適當(dāng)值，選擇比大幅度下降。
經(jīng)試驗(yàn)，如果(VDC/Vp)為0.3以下，那么，離子能量的分布幅度為±15％以下。即使圖12、圖13的特性也得到了30以上的較高選擇比。而且，如果是(VDC/Vp)≤0.5，那么，與原來的正弦波偏壓法相比改善了選擇比等。
這樣，作為抑制在靜電吸附膜兩端之間產(chǎn)生的脈沖偏壓在一個(gè)周期中的電壓變化(Vcm)的電壓抑制裝置，其構(gòu)成以Vcm達(dá)到脈沖偏壓大小Vp的1/2以下為好。具體地說，通過使設(shè)在下部電極15的表面上的電介質(zhì)的靜電吸附膜22的膜厚變薄，將電介質(zhì)改成介電常數(shù)大的材料等，可增加電介質(zhì)的電容?；蛘邔⒚}沖偏壓周期縮短到0.1μs～10μs，希望縮短到0.2μs～5μs(重復(fù)頻率對應(yīng)于0.2MHz～5MHz)，將脈沖占空比(T1/T0)設(shè)定為0.05≤(T1/T0)≤0.4來抑制靜電吸附膜兩端的電壓變化。
還可將上述電介質(zhì)的靜電吸附膜的膜厚與電介質(zhì)的介電常數(shù)和脈沖偏壓的周期等因素加以組合，使上述的靜電吸附膜兩端間產(chǎn)生的電壓Vcm的變化能滿足上述(Vcm/Vp)≤0.5的條件。
下面，說明在絕緣膜(例如SiO2、SiN、BPSG等)的腐蝕中使用圖1的真空處理室時(shí)的實(shí)施例。
氣體19采用C4F81～5％；Ar90～95％，O20～5％，或C4F81～5％；Ar70～90％，O20～5％，CO10～20％組成的氣體。等離子發(fā)生用的高頻電源16，采用比原來還高的頻率，例如采用40MHz的頻率，謀求在1～3Pa的低氣壓區(qū)穩(wěn)定放電。
另外，由于等離子源用的高頻電源16的高頻化而出現(xiàn)超過需要的離解時(shí)，利用高頻電源調(diào)制信號源161對高頻電源16的輸出進(jìn)行接通、斷開或電平調(diào)制控制。高電平時(shí)，離子比原子團(tuán)生成得多(快)。低電平時(shí)，原子團(tuán)比離子生成多。接通(或電平調(diào)制時(shí)的高電平)時(shí)間，取5～50μs左右，斷開時(shí)間(或電平調(diào)制時(shí)的低電平)取10～100μs，周期取20μs～150μs。這樣，可防止不必要的離解，同時(shí)，可得到所希望的離子原子團(tuán)比。
此外，等離子源用的高頻電源的調(diào)制周期通常比脈沖偏壓周期長。因此，通過將等離子源用的高頻電源的調(diào)制周期調(diào)到脈沖偏壓周期的整數(shù)倍，使兩者間的相位達(dá)到最佳化，即可改善選擇比。
另外，通過加脈沖偏壓使等離子中的離子加速并垂直射入試樣中，以此對離子能量進(jìn)行控制。脈沖偏壓17，采用例如脈沖周期T＝0.65；脈沖幅度T1＝0.15μs；脈沖寬度Vp＝800V的電源，即可進(jìn)行離子能量的分布幅度達(dá)到±15％以下，與底層的Si和SiN的選擇比為20～50的良好特性的等離子處理。
下面，根據(jù)圖14對本發(fā)明的其它實(shí)施例的兩電極型等離子腐蝕設(shè)備進(jìn)行說明，該實(shí)施例與圖1所示的結(jié)構(gòu)相同。但是不同的是，固定試樣40的下部電極15具有單極式靜電吸盤20。靜電吸附用的電介質(zhì)層22設(shè)在下部電極15的上表面上，下部電極15通過截止高頻成分用的線圈24，連接直流電源23的正側(cè)，提供20V～1000V的正脈沖偏壓的脈沖偏壓，電源17通過隔直流電容器進(jìn)行連接。
在處理室10的周圍設(shè)有抑制放電用的圓環(huán)37A和37B。在謀求提高等離子密度的同時(shí)，最大限度地減少在抑制放電圓環(huán)37A、37B外面部分上的無用沉積物的附著。關(guān)于圖14的抑制放電圓環(huán)37A和37B，下部電極一側(cè)的抑制放電圓環(huán)37A的圍沿部直徑小于上部電極一側(cè)的抑制放電圓環(huán)37B的圍沿部直徑，使試樣周圍的反應(yīng)生成物分布一樣。
另外，作為抑制放電圓環(huán)37A、37B的材料至少在面對處理室一側(cè)的面上采用碳、硅或SiC等半導(dǎo)體、導(dǎo)電體。而且，下部電極一側(cè)圓環(huán)37A利用電容器19A連接100K-13.56MHz的抑制放電圓環(huán)用偏壓電源17A，上部電極一側(cè)圓環(huán)37B可外加高頻電源16的部分功率，減少因離子濺射效應(yīng)而散發(fā)到圓環(huán)37A、37B上的沉積物，同時(shí)還使其具有除氟的效果。
圖14中的13A、13C為由氧化鋁等材料構(gòu)成的絕緣體，13B為SiC、玻璃狀(glassy)碳、Si等導(dǎo)電性的絕緣體。
圓環(huán)37A、37B的導(dǎo)電性能低時(shí)，在圓環(huán)37A、37B中裝入金屬等導(dǎo)體，使圓環(huán)的表面與內(nèi)裝導(dǎo)體的間距狹窄，這樣做，高頻功率容易從圓環(huán)37A、37B的表面放射，可減小濺射效果的下降程度。
上部電極罩30通常只其周圍用螺栓250固定在上部電極12上。通過氣體導(dǎo)入室34、氣體擴(kuò)散板32及上部電極12將氣體由氣體供給部36供給到上部電極罩內(nèi)。為使孔中難以產(chǎn)生異常放電設(shè)在上部電極罩30上的孔做得細(xì)小、直徑為0.3～1mm。上部電極罩30上部的氣壓從1個(gè)氣壓的幾分之一到十分之一左右。例如對直徑300mm的上部電極罩30，總的加100kg以上的力。為此，上部電極罩30對于上部電極12形成凸?fàn)?，在中心部附近產(chǎn)生幾百微米以上的間隙。
在這種情況下，若高頻源16的頻率增高到30MHz以上，則上部電極罩30的橫向電阻不可忽視，特別是出現(xiàn)中心部附近的等離子密度下降的現(xiàn)象。為改善這種狀況，將上部電極罩30靠近中心的部位固定在上部電極上即可，圖14的實(shí)施例中，用SiC、碳等半導(dǎo)體或氧化鋁等絕緣體的螺栓251把上部電極罩30靠中心的幾個(gè)部位固定到上部電極12上，使得從上部電極12一側(cè)施加的高頻的分布達(dá)到相同。
另外，將上部電極罩30的至少是靠中心部分固定在上部電極12上的方法不只限定上述幾種用螺栓251的固定方法，也可用具有粘接作用的物質(zhì)把上部電極罩30和上部電極12全面地或至少靠中心的部分粘接起來。
在圖14的實(shí)施例中，作為處理對象物的試樣40被裝在下部電極15上面，通過靜電吸盤20，即通過由直流電源23產(chǎn)生的正電荷和等離子提供的負(fù)電荷在靜電吸附膜22兩端間產(chǎn)生的庫侖力來吸附試樣40。
該裝置的作用與圖1所示的雙電極型等離子腐蝕裝置相同，進(jìn)行腐蝕處理時(shí)，將應(yīng)進(jìn)行處理的試樣40放到試樣臺15上，用靜電力進(jìn)行固定，從氣體供給系統(tǒng)36按所定的流量邊向處理室10供應(yīng)處理氣體，邊用真空泵18進(jìn)行真空排氣，將處理室10的壓力排氣減壓到試樣的處理壓力0.5～4.0Pa。接著接通高頻電源16，在電極12和15兩電極間加高頻電壓20MHz～500MHz。最好加高頻電壓30MHz～100MHz，以發(fā)生等離子。另一方面，由脈沖偏壓電源17給下部電極15加20V～1000V，周期為0.1μs～10μs，最好為0.2μs～5μs的正脈沖偏壓，控制處理室10內(nèi)的等離子，對試樣40進(jìn)行腐蝕處理。
通過加這樣的脈沖偏壓使等離子中的離子或離子和電子加速并垂直射入試樣，進(jìn)行高精度的形狀控制或選擇比控制。脈沖偏壓電源17和靜電吸附膜22所需的特性與圖1的實(shí)施例相同，詳細(xì)情況的說明從略。
下面根據(jù)圖15至圖17對本發(fā)明的其它實(shí)施例進(jìn)行說明。該實(shí)施例雖然在結(jié)構(gòu)上與圖1所示的兩電極型的等離子腐蝕機(jī)相同，但是磁場形成裝置200的結(jié)構(gòu)不同。磁場形成裝置200的磁心201為偏心式，以相當(dāng)于試樣40的中心位置的軸為中心，由馬達(dá)204驅(qū)動(dòng)，按每分鐘幾轉(zhuǎn)到幾十轉(zhuǎn)的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，磁心201接地。
為了高精度地對整個(gè)試樣進(jìn)行等離子處理，使試樣周圍部或其外側(cè)附近的等離子生成比試樣中央附近多，可在周圍部或其外側(cè)加大電子回旋加速共振效應(yīng)，使其比中央大。但是，在圖1實(shí)施例的情況下，如圖6所示，在試樣的中心附近沒有ECR區(qū)，在中心附近，出現(xiàn)等離子密度過低的情況。
圖15實(shí)施例中，磁場的分布隨磁場形成裝置200的偏心磁心201的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生變化。在試樣的中心附近，如果時(shí)間為t＝0，t＝T0，則ECR區(qū)在比試樣面低的位置上形成，當(dāng)時(shí)間T＝1/2T0時(shí)，它在比試樣面高的位置上形成。磁心201以每分鐘幾轉(zhuǎn)至幾十轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，結(jié)果，如圖17所示，由于經(jīng)旋轉(zhuǎn)作用的時(shí)間平均化，與兩電極中間的試樣面相平行的方向的磁場強(qiáng)度平均值大致相同，即，ECR區(qū)除試樣的周圍部外，在距試樣面基本上相同高度的位置上形成。
另外，在圖15的磁心201部，如虛線所示，如果離偏心的中央部磁心較近的一側(cè)的、構(gòu)成磁路的磁心減小厚度，而離偏心的中央部磁心較遠(yuǎn)的構(gòu)成磁路的磁心增加厚度，那么將進(jìn)一步提高磁場的均勻性。
下面根據(jù)圖18至19說明本發(fā)明的其它實(shí)施例。該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與圖15所示的兩電極型等離子腐蝕機(jī)相同。但是，磁場形成裝置200的結(jié)構(gòu)不同。磁場形成裝置200的磁心201在與處理室的中央相對應(yīng)的位置上有凹面邊201A，在與處理室兩側(cè)對應(yīng)的位置上有另外的邊201B。磁通B由于凹面的邊201A的作用具有傾斜方向的成分。其結(jié)果，磁場的分布發(fā)生變化。如圖19所示，與試樣面平行的成分的磁場強(qiáng)度比圖1實(shí)施例更加均勻化了。
下面根據(jù)圖20說明本發(fā)明的其它實(shí)施例。該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與圖15所示的兩電極型等離子腐蝕機(jī)相同。但是磁場形成裝置200的構(gòu)成不同，磁場形成裝置200的磁心201為固定式，與裝在與處理室中央相對應(yīng)的位置上的磁心205共同構(gòu)成磁路。磁心205與絕緣體203同時(shí)圍繞著通過邊201A中心的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由于這樣的結(jié)構(gòu)，與圖15的實(shí)施例相同。試樣中心附近的ECR區(qū)的平均位置在與試樣面基本同等高度的位置上形成。即。ECR區(qū)對試樣的整個(gè)面來說，均在與試樣面基本相同的高度位置上形成。
下面根據(jù)圖21和圖22對本發(fā)明的其它實(shí)施例的兩電極型等離子腐蝕設(shè)備進(jìn)行說明。該實(shí)施例的設(shè)備是這樣構(gòu)成的，即磁場形成裝置200在處理室10的周圍有兩對線圈210和220，通過按1、2、3、4箭頭方向順次轉(zhuǎn)換位于各對線圈上的磁場方向來形成旋轉(zhuǎn)磁場。線圈210和線圈220的中心位置O-O位于比12和15兩電極中間位置高的上部電極12一側(cè)。這樣，使試樣40上的磁場強(qiáng)度變成30高斯以下，最好變成15高斯以下。
為了通過適當(dāng)選定線圈210和線圈220的位置及外徑的尺寸來提高在試樣的周圍部或其外側(cè)附近生成等離子的量，可調(diào)整磁場強(qiáng)度的分布。
根據(jù)圖23和圖24對本發(fā)明的其它實(shí)施例的雙電極型等離子腐蝕設(shè)備進(jìn)行說明，在該實(shí)施例中，作為磁場形成裝置200，備有沿著圓形處理室10的周圍，在水平面內(nèi)按圓弧狀設(shè)置的一對線圈210’?？刂屏飨蜻@對線圈210’的電流，按圖23所示箭頭方式向(1)，(2)，使磁場的極性按一定的周期發(fā)生變化。
如圖24的虛線所示，在垂直面內(nèi)，由于磁通B在處理室中心部擴(kuò)大，所以處理室中心部的磁場強(qiáng)度下降。但是，因一對線圈210’沿著處理室彎曲，在水平面內(nèi)，磁通B集中在處理室中心部。因此，與圖22的實(shí)施例相比，可提高處理室中心部的磁場強(qiáng)度，即圖23實(shí)施例與圖22實(shí)施例相比，可抑制處理室中心部的磁場強(qiáng)度的下降，使裝在試樣臺上的試樣設(shè)置面上的磁場強(qiáng)度的均勻性進(jìn)一步提高。并通過按一定周期使磁場的極性發(fā)生變化，而減少了E×B的漂移效果。
另外，作為磁場形成裝置200也可以采用與圖22的實(shí)施例相同的兩對線圈。
磁場形成裝置200，還可如圖25所示，將沿著圓形處理室10周圍布置的幾個(gè)直線線圈部分組合起來作為凸型線圈210”取代圓弧狀線圈210’。在這種情況下，在水平面內(nèi)，磁通B集中在處理室中心部。可得到與圖23實(shí)施例相同的效果。
還可以象圖26實(shí)施例那樣為能使一對線圈的中心軸在處理室中心部靠近試樣面，將線圈中心軸傾斜放置。如果采用這個(gè)實(shí)施例，則可提高處理室中心部的磁場強(qiáng)度和降低處理室周圍部的磁場強(qiáng)度，因而可提高試樣臺的試樣放置面的磁場均勻性。另外，為了磁場強(qiáng)度的均勻性，較好的方法是將線圈中心軸的傾斜角度θ調(diào)整到5～25度的范圍。
此外，如圖27所示，在一對線圈210A的旁邊安裝線圈210B，對兩組線圈電流進(jìn)行控制。通過這樣做使在ECR共振位置附近的磁場坡度隨ECR共振位置的變化而變化，還可使ECR共振區(qū)的幅度發(fā)生變化。通過使ECR共振區(qū)的幅度對每種工藝程序都達(dá)到最佳狀態(tài)，即可得到適合各種工藝程序的離子/原子團(tuán)比。
另外，根據(jù)需要將上述的圖23～圖27的實(shí)施例適當(dāng)?shù)亟M合起來，這樣可進(jìn)一步提高磁場分布的均勻性和可控制特性。
接著根據(jù)圖28～圖29就本發(fā)明的其它實(shí)施例的兩電極型等離子腐蝕機(jī)進(jìn)行說明。在該實(shí)施例中，部分處理室壁由半導(dǎo)體構(gòu)成，同時(shí)接地。另外，磁場形成裝置200，在處理室10的周圍和上部備有線圈230和240。由線圈230形成的磁通B的方向和由線圈230形成的磁通B’的方向如箭頭所示在處理室10的中心部相互抵消，而在處理室10的周圍和外側(cè)相互重疊。其結(jié)果，試樣面上的磁場強(qiáng)度分布變成圖29的狀態(tài)。并且，在試樣40的放置面部分，上部電極12和下部電極15之間的電場成分方向與磁場成分方向平行。另一方面，試樣40放置面的外側(cè)部分在上部電極12的周圍部分和上部電極12與處理室壁之間部分產(chǎn)生與橫向電場成分直交的縱向磁場成分。
因此，如果采用圖28實(shí)施例，則可減小試樣中心附近的電子回旋加速共振效應(yīng)，從而提高試樣周圍部及其外部附近的等離子生成。這樣，通過進(jìn)一步提高試樣周圍部及其外側(cè)附近的等離子生成，可使等離子密度分布均勻化。
下面根據(jù)圖30說明本發(fā)明的其它實(shí)施例。在圖1所示的兩電極型等離子腐蝕機(jī)上，當(dāng)高頻電源16加到電極12上的高頻功率f1不能得到充分的離子能量時(shí)，通過從低頻電源163向上部電極12加例如1MHz以下的高頻f3作為偏壓，將離子能量增大100～200V左右，另外，164、165為濾波器。
下面根據(jù)圖31說明無磁場式的兩電極型等離子腐蝕機(jī)方面的本發(fā)明實(shí)例。
如上所述，為提高試樣的微細(xì)加工工藝性，較好的辦法是采用頻率更高的電源作為等離子發(fā)生用高頻電源16，謀求在低氣壓區(qū)放電的穩(wěn)定性。本發(fā)明的實(shí)施例，將處理室10中的試樣處理壓力設(shè)定為0.5～4.0Pa。通過將處理室10內(nèi)的氣壓變成40mTorr以下的低壓，減少了在空間電荷層的離子沖擊，所以在處理試樣40時(shí)，離子的方向性增強(qiáng)了，可以進(jìn)行垂直的微細(xì)加工。另外，當(dāng)5mTorr以下時(shí)，為得到同樣的處理速度，排氣裝置和高頻電源要增大，與此同時(shí)有這樣的傾向，即電子溫度上升導(dǎo)致超過需要的離解，使特性下降。
一般說來，在采用一對雙電極的等離子發(fā)生電源的頻率和穩(wěn)定地進(jìn)行放電的最低氣壓之間存在著這樣一種關(guān)系，即如圖32所示，電源的頻率越高，電極間距離越大，穩(wěn)定放電最低氣壓就越低，為了避免沉積物等對周圍壁及抑制放電圓環(huán)37的不良影響和有效地利用上部電極罩30、接受器罩39及試樣中的感光膠等來去掉氟和氧，最好是對應(yīng)于最高氣壓40mTorr時(shí)的平均自由行程的25倍以下，將電極間距離設(shè)定為50mm以下。而且，電極間的距離若不是最高氣壓(40mTorr)時(shí)的平均自由行程的2～4倍(4mm～8mm)以上，則穩(wěn)定放電困難。
圖31所示的實(shí)施例，由于等離子發(fā)生用的高頻電源16采用了20MHz～500MHz的高頻，最好采用30MHz～200MHz的高頻功率，所以即使將處理室內(nèi)的氣體壓力變成0.5～4.0Pa的低壓也可得到穩(wěn)定的等離子，并可提高微細(xì)加工工藝性。而且，通過采用這樣的高頻功率，使得等離子的離解改善了，試樣加工時(shí)的選擇比控制更容易了。
在上述的本發(fā)明實(shí)施例中，也已考慮到在脈沖偏壓電源輸出與等離子發(fā)生電源的輸出之間也可能產(chǎn)生干擾。因此，下面就此對策加以論述。
首先脈沖寬度為T1，脈沖周期為T0，具有無限大的上升/下降速度的理想矩形脈沖，如圖33所示，在f≤3f0(f0＝1/T1)的頻率范圍內(nèi)含有70～80％的功率。實(shí)際加的波形因上升/下降速度有限，功率的集中性進(jìn)一步得到的改善，在f≤3f0的頻率范圍內(nèi)已能達(dá)到含90％以上的功率。
為了將具有3f0高頻率成分的脈沖偏壓均勻地加到試樣面內(nèi)。最好設(shè)置與試樣基本平行的對面電極。對于按下列數(shù)式3求出的3f0，使f≤3f0范圍的頻率成分進(jìn)行接地。
若設(shè)T1＝0.2μs，則3f0＝3·106/0.2＝15MHz若設(shè)T1＝0.1μs，則3f0＝30MHz …數(shù)式3圖31所示的實(shí)施例是對上述的脈沖偏壓電源輸出與等離子發(fā)生電源輸出產(chǎn)生的干擾采取對策。即在該等離子腐蝕機(jī)上。與試樣對向的上部電源12上連接等離子發(fā)生高頻電源16。為使該上部電極12達(dá)到脈沖偏壓的接地水平，等離子發(fā)生用高頻電源16的頻率f1提高到上述3f0以上，而且在上述電極12和接地電平之間連接在f≤f1附近阻抗大，在其他頻率下阻抗小的帶阻器141。
另一方面，在f＝f1附近阻抗低，其他頻率時(shí)用阻抗高的帶通濾波器142設(shè)置在試樣臺15和接地電平之間。如采用這種結(jié)構(gòu)，就可以把脈沖偏壓電源17的輸出和等離子發(fā)生電源16的輸出之間的干擾控制在毫無問題的水平，把合適的偏壓加在試樣臺40上。
圖34，是把本發(fā)明用于外部能量供放電方式中的電感耦合放電方式無磁場型的等離子刻蝕機(jī)內(nèi)的例子。52是平面線圈、54是在平面線圈上加10MHz～250MHz高頻電壓的高頻電源。電感耦合放電方式與圖10所示的方式相比，可以實(shí)現(xiàn)在低頻且低壓的條件下產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子。相反，如圖1所示，因而離解，所以用高頻電源調(diào)制信號源161來調(diào)制高頻電源1的輸出，能防止不必要的離解。做為真空容器的處理室10，備有試樣臺15，用于把試樣40放置在其靜電吸附膜22上。
進(jìn)行刻蝕處理時(shí)，把應(yīng)進(jìn)行處理的試樣40放置在試樣臺15上，用靜電功率來固定，一邊從氣體供給系統(tǒng)(無圖示)把處理氣體按規(guī)定的流量導(dǎo)入到處理室10，一邊用真空泵排氣，使處理器10的壓力減壓到0.5～4Pa。然后，在高頻電源54上加13.56MHz的高頻電壓，在處理室10內(nèi)產(chǎn)生等離子，用該等離子來刻蝕試樣40。另外，刻蝕時(shí)，在下部電極15上，加上周期為0.1μs～10μs，最好為0.2μs～5μs的脈沖偏壓。其脈沖偏壓的寬度，因其膜種類不同范圍各異的情況如圖1的實(shí)施例所述。通過加脈沖偏壓，讓等離子中的離子加速、垂直入射到試樣上，用以控制形狀的高精度或選擇比。這樣，即使光刻膠掩膜圖形是極微細(xì)的，也能對其進(jìn)行高精度的刻蝕處理。
另外，如圖35所示，在電感耦合放電方式無磁場型的等離子刻蝕機(jī)中，在感應(yīng)高頻輸出的處理室10一側(cè)，設(shè)有帶間隙的法拉第屏蔽板53和0.5mm-5mm的薄屏蔽板保護(hù)用絕緣板54，也可使其法拉弟屏蔽板接地。因設(shè)置了法拉弟屏蔽板53，所以減少了線圈和等離子間的電容成分，能夠降低對圖34中的線圈52下的石英板和屏蔽板保護(hù)用絕緣板54進(jìn)行碰撞的離子的能量，減少石英板和絕緣板的損傷，同時(shí)，還能防止等離子中異物的混入。
另外，因法拉第屏蔽板53還兼用作脈沖偏壓電源17的接地電極，所以能在試樣40和法拉弟屏蔽板53之間均勻地加脈沖偏壓。這時(shí)，無需在上部電極或試樣臺15上設(shè)置濾波器。
圖36是把本發(fā)明用于微波等離子處理裝置時(shí)裝置一部分的縱截面的正面圖。在靜電吸附膜22上放置試樣40的試樣臺15即下電極15上，連接了脈沖偏壓電源17及直流電源13。41是作為微波振蕩源的磁控管、42是微波波導(dǎo)管、43是真空密封處理室10并把微波供給處理室10的石英板。47是提供磁場的第一螺線線圈，48是提供磁場的第二螺線線圈、49是處理氣體的供給系統(tǒng)，為處理室10提供進(jìn)行刻蝕、成膜等處理時(shí)所用的處理氣體。處理室10由真空泵(無圖示)進(jìn)行真空排氣。偏壓電源17及靜電吸盤20所必要的特性與圖1所示的實(shí)施例相同。詳細(xì)內(nèi)容從略。
進(jìn)行刻蝕處理時(shí)，應(yīng)把進(jìn)行處理的試樣40放置在試樣臺15上，用靜電力進(jìn)行固定，一邊從氣體供給系統(tǒng)49按所定流量把處理氣體導(dǎo)入到處理室10里，一邊用真空泵抽真空，使處理室10的壓力減壓到0.5-4.0Pa。然后，接通磁控管41及第一、第二螺線線圈47、48，把磁控管41所產(chǎn)生的微波通過波導(dǎo)管42導(dǎo)入處理室10，使之產(chǎn)生等離子。用這種等離子對試樣40進(jìn)行刻蝕處理。另外，在刻蝕時(shí)，要在下電極15上加上周期為0.1μs～10μs，最好為0.2μs～5μs的脈沖偏壓。
加這種脈沖偏壓，能使等離子中的離子加速、垂直地入射到試樣上，從而達(dá)到控制高精度的形狀或選擇比的目的。這樣，即使試樣的光刻膠掩膜圖形極微細(xì)，也能通過垂直入射，進(jìn)行對應(yīng)掩膜圖形的高精度刻蝕處理。
再有，在圖1所示的本發(fā)明的等離子刻蝕裝置中，也可重疊地產(chǎn)生靜電吸附電路的直流電壓和脈沖偏壓電源電路的脈沖電壓，構(gòu)成通用電路。同時(shí)，也可把靜電吸附電路和脈沖偏壓電源電路設(shè)計(jì)成分離的電極，使脈沖偏壓不影響靜電吸附。
圖1所示的等離子刻蝕裝置實(shí)施例中的靜電吸附電路，也可采用其他的裝置，例如用真空吸附裝置來代替。
具備上述本發(fā)明的靜電吸附電路和加脈沖偏壓電路的等離子處理裝置，若改為導(dǎo)入CVD氣體等來代替刻蝕氣體，則不僅適用于上述的刻蝕處理裝置也可適用于CVD等裝置的等離子處理裝置。
下面，介紹利用圖37所示的本發(fā)明的其他實(shí)施例來克服例來的缺點(diǎn)、控制離子和原子團(tuán)生成的質(zhì)和量、能夠進(jìn)行極微細(xì)的等離子處理的等離子刻蝕裝置的另一實(shí)施例。
即，在裝有試樣的真空處理室上流一側(cè)，在與真空處理室不同的地方設(shè)定能進(jìn)行第一等離子生成的場所，把在這個(gè)場所生成的準(zhǔn)穩(wěn)定原子注入到真空處理室內(nèi)、再由真空處理室生成第二等離子。在圖1所示的等離子刻蝕裝置上，另外準(zhǔn)備了離子、原子團(tuán)源用的供氣部60和發(fā)生準(zhǔn)穩(wěn)定原子用的等離子發(fā)生室62。另外，在上電極12上，除設(shè)有把含準(zhǔn)穩(wěn)定原子的氣體導(dǎo)入到真空處理室的通路之外，還設(shè)有與供離子、原子團(tuán)源用的供全部相連的導(dǎo)入通路。
該實(shí)施例的特征如下①由產(chǎn)生準(zhǔn)穩(wěn)定原子的氣體供給部36所提供的氣體，在產(chǎn)生準(zhǔn)穩(wěn)定原子用的等離子發(fā)生室62上，加高頻功率進(jìn)行等離子化，預(yù)先按所需量發(fā)生預(yù)定的準(zhǔn)穩(wěn)定原子并將其注入到處理室10。為使產(chǎn)生準(zhǔn)穩(wěn)定原子用的等離子發(fā)生室62，能高效的產(chǎn)生準(zhǔn)穩(wěn)定原子，室內(nèi)的壓力要設(shè)定在數(shù)百mTorr-數(shù)十Torr的高壓上。
②另一方面，要使從離子·原子團(tuán)源用的供給部60提供的氣體流入到處理室10。
③用等離子發(fā)生用的電源16輸出較低功率的高頻，使之在處理室10中產(chǎn)生等離子。由于準(zhǔn)穩(wěn)定原子的注入，用5eV以下的低能量電子也可以有效地生成離子，因此，可以獲得低電子溫度(6eV以下、理想的為4eV以下)而且超過15V以上的高能電子大幅減少的等離子。所以，原子團(tuán)源用的氣體不產(chǎn)生過剩的離解，能確保必要的質(zhì)和量。另一方面，離子的量能夠利用產(chǎn)生準(zhǔn)穩(wěn)定原子用的等離子發(fā)生室62所產(chǎn)生的準(zhǔn)穩(wěn)定原子量，和從離子·原子團(tuán)源用的供氣部60所供應(yīng)的離子源用的氣體束進(jìn)行控制。
這樣一來，就可以控制離子和原子團(tuán)生成的質(zhì)和量，使之在極微細(xì)的等離子處理時(shí)也能得到良好的性能。作為原子團(tuán)源用的氣體，根據(jù)需要，在CHF3、CH2F2，C4F8或者是CF4等碳氟化合物氣體中，混入相應(yīng)的含C，H的氣體(C2H4，CH4，CH3OH等)。作為產(chǎn)生準(zhǔn)穩(wěn)定原子用的氣體，要用一種至二種的稀有氣體作為基礎(chǔ)的氣體。作為離子源用的氣體，由于使用具有下述性質(zhì)的稀有氣體等，所以能夠有效地產(chǎn)生離子。
所用氣體的能級，與上述準(zhǔn)穩(wěn)定原子的能級相比，離子源用氣體的電離能級低，或者，離子源用的氣體的電離能級高但其差別小(5eV以下)。
作為離子源用的氣體，其種類也可以不再特地追加，而采用上述準(zhǔn)穩(wěn)定原子發(fā)生用的氣體和原子團(tuán)源用的氣體來代替，但性能有所下降。
其次，圖38所示的是使用本發(fā)明來控制離子和原子團(tuán)生成的質(zhì)和量的其他實(shí)施例。它與圖37的基本想法是相同的，但在圖37里，產(chǎn)生準(zhǔn)穩(wěn)定原子用的等離子室62和真空處理室10之間的距離很長，其間的準(zhǔn)穩(wěn)定原子的衰減大，圖38是針對這種情況所采取對策的實(shí)施例。41是作為微波振蕩源的磁控管、42是微波波導(dǎo)管、43是真空密封第一等離子生成室45并使微波通過的石英板，44是分散氣體用的石英板。在第一等離子生成室45中，利用上述的微波，在從數(shù)百mTorr到數(shù)十Torr的氣壓下產(chǎn)生等離子，產(chǎn)生準(zhǔn)穩(wěn)定原子。
圖38中，和圖37相比較，準(zhǔn)穩(wěn)定原子產(chǎn)生的場所和真空處理空間的距離能夠縮短，所以能在高密度狀態(tài)下把準(zhǔn)穩(wěn)定原子注入到真空處理室里，能增加真室處理室10中的離子量。處理室10保持5～50mTorr的壓力，由20MHz以上的高頻電源16，在5eV最好是3eV以下，生成1010～1011/cm3的高密度低電子溫度等離子、能防止所需離解能量在8eV以上的CF2離解，能使離子源用的氣體進(jìn)行電離。其結(jié)果，在試樣40的表面上，由偏壓電源17以數(shù)百伏進(jìn)行加速的離子入射后，產(chǎn)生的主要反應(yīng)如下
作為底層材料的Si、SiN，在CF2中不被刻蝕，所以可能形成高選擇比的氧化膜刻蝕。
還有，由于離解了一部分CF2，所以F有所增加，這可通過由硅、碳或者SiC(碳化硅)等形成的上電極蓋30使之減少。
如上所述，通過調(diào)節(jié)原子團(tuán)源用的氣體和離子源用氣體，基本上能獨(dú)立控制處理室10內(nèi)的離子和原子團(tuán)的比率，易于控制在試樣40表面上的反應(yīng)使其達(dá)到所期望的水平。
本發(fā)明中的具備靜電吸附電路和加脈沖偏壓電路的等離子處理裝置，增加了由CVD氣體取代刻蝕氣體等變化，所以不僅用于上述的刻蝕處理，也可用于CVD裝置等其他等離子處理裝置。
下面，圖39是本發(fā)明用于獨(dú)立控制離子和原子團(tuán)的另一實(shí)施例。在圖39中，把含C、H的氣體(C2H4、CH3OH等)根據(jù)需要，混入到CHF3、CH2F2、C4F8或CF4等碳氟化合物氣體中，由構(gòu)成圖39A的部分，通過閥70進(jìn)入到產(chǎn)生原子團(tuán)的等離子發(fā)生室62中。
在產(chǎn)生原子團(tuán)的等離子發(fā)生室62里，把數(shù)兆赫(MHz)乃至數(shù)十兆赫(MHz)的RF(射頻)電源63的輸出加在線圈65上，用數(shù)百mTorr到數(shù)十Torr的氣壓來產(chǎn)生等離子，主要產(chǎn)生CF2原子團(tuán)。同時(shí)產(chǎn)生的CF3、F等物質(zhì)由H成分使之減少。
但是，因?yàn)橐蠓鹊販p少產(chǎn)生原子團(tuán)的等離子發(fā)生室62中的CF和O等成分是很困難的，所在要在其后邊設(shè)置不需要成分除去室65。這個(gè)除去室的內(nèi)壁材料采用含碳、硅(Si)的材質(zhì)(碳、硅、碳化硅等)，以減少不需要的成分，或是將其變換成不利影響少的其他氣體。不需要成分除去室65的出口，連接閥門71，以提供以CF2成份的主的混合氣體。
另外，在閥70和閥71之間，積存了很多沉積物等的堆積物，所以要經(jīng)常清掃或更換。因此，為了容易進(jìn)行大氣開放和更換操作，同時(shí)也能縮短再起動(dòng)時(shí)的抽真空時(shí)間，經(jīng)由閥72連接了排氣裝置74。排氣裝置74，也可兼用作處理室10的排氣裝置等。
還有，離子源用的氣體(氬氣、氙氣等稀有氣體)B，經(jīng)過閥73，和前面所述的閥71的出口相連接，使氣體供給到處理室內(nèi)。
處理室10保持5～40mT的壓力，利用經(jīng)過調(diào)制的20MHz以上的高頻電源16，在5eV，理想的是在3eV以下產(chǎn)生1010～1011/cm3的高密度低電子溫度等離子，既能防止離解能量需要8eV以上的CF2的離解，又能進(jìn)行離子源用氣體的電離。其結(jié)果，在試樣40的表面上，用偏壓電源17以數(shù)百伏進(jìn)行加速的離子入射后，主要產(chǎn)生如下反應(yīng)
這樣，作為底層材料的Si、SiN，不會(huì)被CF2刻蝕，所以能進(jìn)行高選擇比的氧化膜刻蝕。
另外，因一部分CF2(氟化碳)的離解，使F(氟)有所增加，但由硅、碳或者碳化硅(SiC)所形成的上電極罩30會(huì)使F(氟)有所減少。
如上所述，調(diào)節(jié)原子團(tuán)用的氣體A和離子源用的氣體B，大體能夠獨(dú)立控制處理室10內(nèi)離子和原子團(tuán)的比率。容易對試樣40表面的反應(yīng)按其理想的水平加以控制。另外，不必要的堆積物等利用不需要成分除去室65來排除，盡量不把這些多余成分帶入處理室10里，所以大幅度減小了處理室10內(nèi)的沉積物，把處理室打開為大氣狀態(tài)進(jìn)行清掃的頻度也已大幅降低。
下面，圖40所示的是獨(dú)立控制離子和原子團(tuán)的其他實(shí)例。六氟丙烯氣體(CF3CFOCF2，以下簡稱為HFPO)，由A經(jīng)過閥70，通向加熱管道部66，經(jīng)過多余(不需要)成分除去室65和閥71與離子源氣體B混合，送到處理室10的方向。在加熱管道部66處，把HFPO加熱到800℃～1000℃，使之熱分解生成CF2。
CF3CFO是比較穩(wěn)定的不易分解的物質(zhì)，但會(huì)部分分解生成不需要的氧(O)和氟(F)，因此在加熱管部66的后面設(shè)置了多余成分去除室65，以除掉多余成分，或者把它轉(zhuǎn)換成無不良影響的物質(zhì)。一部分沒有分解的CF3CFOCF2流入到處理室10內(nèi)，但因其在5eV以下的低電子溫度的等離子中不會(huì)離解，所以不成問題。
閥門72、排氣裝置74的用法以及在處理室10內(nèi)的反應(yīng)與圖39的場合相同。
本發(fā)明的具有靜電吸附電路和加脈沖偏壓電路的等離子處理裝置，如另外用CVD氣體來取代刻蝕氣體的話，則不僅用于以上所述的刻蝕處理，也可用于CVD等其他等離子處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種等離子處理機(jī)，在具有真空處理室；包含一對電極的等離子體生成裝置；試樣臺，它具有試樣放置面，用于放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣；以及對上述真空處理室抽真空減壓的減壓裝置的等離子處理機(jī)中，其特征在于，還具有高頻電源，用于在上述一對電極之間加30MHz-300MHz的VHF頻帶的高頻功率；以及磁場形成裝置，用于形成靜磁場或低頻磁場，該磁場形成的方向與利用上述高頻電源在上述一對電極之間或其附近生成的電場相交叉，在上述兩個(gè)電極之間利用上述磁場和上述電場的相互作用來形成電子回旋加速共振區(qū)。
2.一種等離子處理機(jī)，在具有真空處理室；包含一對電極的等離子生成裝置；試樣臺，兼用作上述電極之一，同時(shí)用于放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣；以及對上述真空處理室進(jìn)行抽真空減壓的減壓裝置的等離子處理機(jī)中，其特征在于，還具有高頻電源，用于在上述一對電極之間加50MHz-200MHz的VHF頻帶電源；以及磁場形成裝置，用于形成17高斯以上72高斯以下的靜磁場或低頻磁場的部分，該磁場形成的方向與利用上述高頻電源在上述一對電極之間或其附近生成的電場相交叉，對上述磁場形成裝置進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定，以便使上述磁場在沿試樣臺面的方向的成分的最大部分位于試樣臺的對面一側(cè)，即超過上述兩個(gè)電極的中央的位置上，在上述一對電極之間利用上述磁場和電場的相互作用來形成電子回旋加速共振區(qū)。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的等離子處理機(jī)，其特征在于，由上述磁場形成裝置形成的磁場的強(qiáng)度，被調(diào)整到在上述試樣面上與該面相平行的磁場成分為30高斯以下。
4.一種等離子處理機(jī)，在具有真空處理室；包含一對電極的等離子生成裝置；以及試樣臺(兼用作上述電極之一，同時(shí)用于放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣)的等離子處理機(jī)中，其特征在于，上述電極由連接高頻電源的第1電極和下述第2電極構(gòu)成，該第2電極兼用作上述試樣臺，同時(shí)與離子能量控制用偏壓電源相連接，上述一對電極之間的距離為30-100mm，還具有減壓裝置，用于把上述真空處理室內(nèi)的氣壓降低到0.4Pa-4Pa；上述高頻電源，用于在上述一對電極之間加30MHz-300MHz的VHF頻帶電源；以及磁場形成裝置，用于在與上述一對電極之間或其附近的電場相交叉的方向上，形成10高斯以上110高斯以下的靜磁場或低頻磁場部分，在上述第1電極面上或者越過兩個(gè)電極的中央位置在上述第1電極一側(cè)，利用上述磁場和由上述高頻電源形成的電場的相互作用來形成電子回旋加速共振區(qū)。
5.如權(quán)利要求1、2或4所述的等離子處理機(jī)，其特征在于，對由上述磁場形成裝置所形成的上述磁場的密度或方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便使上述電子回旋加速共振效應(yīng)在試樣的周圍及其外側(cè)大于在上述試樣的中央，另外，使等離子體密度在對應(yīng)于上述整個(gè)試樣放置面的位置上均勻一致。
6.如權(quán)利要求4所述的等離子處理機(jī)，其特征在于，上述磁場形成裝置內(nèi)的磁心相對于上述試樣面的中心進(jìn)行偏心旋轉(zhuǎn)，以改變上述磁場，連續(xù)改變上述回旋加速共振區(qū)離開上述試樣的距離。
7.一種等離子處理機(jī)，在具有真空處理室；包含一對電極的等離子體生成裝置；試樣臺，它具有試樣放置面，用于放置要在該真空處理室中處理的試樣；以及減壓裝置(用于對上述真空處理室抽真空減壓)的等離子處理機(jī)中，其特征在于，上述電極的構(gòu)成部分有連接高頻電源的第1電極、兼用作試樣臺的第2電極、以及位于上述第1電極的周圍外側(cè)并接地的處理室壁部，該等離子處理機(jī)還具有高頻電源，用于在上述一對電極之間和上述第1電極和上述處理室壁部之間，加上30MHz-300MHz的VHF頻帶的高頻功率；以及磁場形成裝置，用于形成10高斯以上110高斯以下的靜磁場或低頻磁場部分，該磁場形成的方向是，在上述處理室中心附近互相抵消，在上述處理室的周圍和外側(cè)互相重疊，在上述試樣放置面的周圍及其外側(cè)附近，利用上述磁場與上述高頻電源所形成的電場的相互作用來形成電子回旋加速共振區(qū)。
8.如權(quán)利要求7所述的等離子處理機(jī)，其特征在于，上述磁場形成裝置具有多個(gè)線圈，并且均安裝在上述處理室的周圍，能使磁通在上述試樣的中央附近互相抵消，在該試樣的周圍及其外側(cè)互相重疊。
9.如權(quán)利要求4所述的等離子處理機(jī)，其特征在于，周期為0.2-5μs，正向脈沖部分的占空比為0.4以下的脈沖偏壓，作為上述離子能量控制用的偏壓電流，通過電容元件加到上述試樣上。
10.權(quán)利要求1、2或4所述的等離子處理機(jī)，其特征在于具有靜電吸附裝置，用于借助靜電吸附力把上述試樣固定在上述試樣臺上；加脈沖偏壓裝置，它連接在上述試樣臺上，用于向該試樣臺加脈沖偏壓；以及電壓抑制裝置，用于抑制隨著加脈沖偏壓，對應(yīng)于上述靜電吸附裝置的靜電吸附容量而產(chǎn)生的電壓上升。
11.權(quán)利要求10所述的等離子處理機(jī)，其特征在于，上述電壓抑制裝置的構(gòu)成方法是，把脈沖的一個(gè)周期中的靜電吸附裝置的靜電吸附膜所產(chǎn)生的電壓變化，抑制在上述脈沖偏壓的1/2以下。
12.一種等離子處理方法，其特征在于，在具有真空處理室；包含一對電極的等離子體生成裝置；試樣臺，兼用作上述電極之一，同時(shí)用于放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣；以及減壓裝置(用于降低上述真空處理室內(nèi)的壓力)的等離子處理機(jī)的試樣處理方法中包括以下程序步驟利用減壓裝置來降低上述真空處理室內(nèi)的壓力；利用磁場形成裝置在與上述一對電極間的電場相交叉的方向上形成10高斯以上110高斯以下的靜磁場或低頻磁場部分；利用高頻電源在上述一對電極之間加上30MHz-300MHz的VHF頻帶電源，在上述兩個(gè)電極之間，利用上述磁場和上述高頻電源所形成的電場的相互作用，形成電子回旋加速共振區(qū)；利用由上述電子回旋加速共振所生成的等離子體來對上述試樣進(jìn)行處理。
13.一種等離子處理方法，其特征在于，在具有真空處理室，放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣所用的試樣臺、以及包含一對電極的等離子體生成裝置的等離子處理機(jī)的試樣等離子處理方法中，上述電極的構(gòu)成為一對電極，其中包括連接上述高頻電源的第1電極、和兼用作上述試樣臺同時(shí)與離子能量控制用偏壓電源相連接的第2電極，這一對電極之間的距離為30-100mm，包括下列程序步驟利用減壓裝置把上述真空處理室內(nèi)的氣壓降低到0.4Pa-4Pa；利用磁場形成裝置在與上述一對電極之間的電場相交叉的方向上，形成10高斯以上110高斯以下的靜磁場或低頻磁場部分；利用高頻電源在上述一對電極之間加上30MHz-300MHz的VHF頻帶電源，利用上述磁場和由上述高頻電源產(chǎn)生的電場的相互作用，在上述一對電極之間形成電子回旋加速共振區(qū)；利用由上述電子回旋加速共振所生成的等離子體來對上述試樣進(jìn)行處理。
14.一種等離子處理機(jī)，其特征在于，是具有真空處理室、為放置要在真空處理室內(nèi)處理的試樣所用的試樣臺、以及包含高頻電源的等離子體生成裝置的等離子體處理機(jī)，具有靜電吸附裝置，用于借助靜電吸附力把上述試樣固定在上述試樣臺上；以及加脈沖偏壓裝置，用于在上述試樣上加脈沖偏壓，另外，作為上述高頻電源加上10MHz-500MHz的高頻電壓，同時(shí)把上述真空處理室內(nèi)的氣壓降低到0.5Pa-4Pa。
15.一種等離子處理機(jī)，其特征在于包括一對對面安裝的電極，其中一個(gè)電極上放置試樣；氣體導(dǎo)入裝置，用于把腐蝕氣體送入放置了上述試樣的處理室內(nèi)(周圍氣體中)；排氣裝置，用于把上述處理室內(nèi)的氣壓降低到0.5-4Pa；高頻電源，用于在上述一對對面電極上加上10MHz-500MHz的高頻電壓；等離子體生成裝置，用于在上述壓力下使上述腐蝕氣體變成等離子體(進(jìn)行等離子化)；加脈沖偏壓裝置，用于在對上述試樣進(jìn)行腐蝕時(shí)把脈沖偏壓加到上述1個(gè)電極上；另外對上述試樣中的絕緣膜進(jìn)行等離子處理。
16.一種等離子處理機(jī)，是具有真空處理室、為放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣所用的試樣臺、以及等離子體生成裝置的等離子處理機(jī)，其特征在于，具有靜電吸附裝置，用于借助靜電吸附力把上述試樣固定在上述試樣臺上；加脈沖偏壓裝置，它連接在上述試樣臺上，用于對該試樣臺加脈沖偏壓；電壓抑制裝置，用于抑制隨著加脈沖偏壓，對應(yīng)于上述靜電吸附裝置的靜電吸附容量而產(chǎn)生的電壓上升；上述電壓抑制裝置的構(gòu)成方法是，脈沖的一個(gè)周期中的上述靜電吸附裝置的靜電吸附膜所產(chǎn)生的電壓變化，被抑制在上述脈沖偏壓的1/2以下。
17.一種等離子處理機(jī)，其特征在于具有一對電極，其間隙為10-50mm，互相對面配置；靜電吸附裝置，用于借助靜電吸附力來把試樣固定在一個(gè)上述電極上；氣體導(dǎo)入裝置，用于把腐蝕氣體送入到放置了上述試樣的處理室內(nèi)的試樣周圍氣體中；排氣裝置，用于把試樣周圍的氣壓降低到0.5-4.0Pa；等離子生成裝置，用于利用10MHz-500MHz的高頻功率在上述壓力下對上述腐蝕氣體進(jìn)行離子化；以及加脈沖偏壓裝置，用于把脈沖偏壓加到放置了上述試樣的一個(gè)電極上；另外，對上述試樣中的絕緣膜進(jìn)行等離子處理。
18.如權(quán)利要求16或17所述的等離子處理機(jī)，其特征在于，設(shè)置了電壓抑制裝置，用來抑制隨著施加上述脈沖偏壓而與上述靜電吸附裝置的靜電吸附容量相對應(yīng)地產(chǎn)生的電壓上升，把上述脈沖偏壓的周期設(shè)定到能使由脈沖的一個(gè)周期中的上述靜電吸附裝置的靜電吸附膜所產(chǎn)生的電壓變化被上述電壓抑制裝置抑制在上述脈沖偏壓的1/2以下。
19.一種等離子處理方法，其特征在于包括以下處理程序步驟把試樣放置在真空處理室內(nèi)的一個(gè)電極上；利用靜電吸附力把試樣固定在上述電極上；把處理氣體送入到放置了上述試樣的處理室內(nèi)氣體中；把上述試樣周圍的氣體壓力降低到試樣處理所需的壓力；在上述壓力下對上述處理氣體進(jìn)行等離子化；利用上述等離子體來對該試樣進(jìn)行處理；把脈沖偏壓加到上述試樣上。
20.一種等離子處理方法，其特征在于具有以下處理程序步驟把試樣放置到間隙為10mm-50mm的一對對面放置的電極之一上；利用靜電吸附力把放置到電極上的試樣固定到該電極上；把腐蝕氣體送入到已放入了上述試樣的周圍氣體中；把上述周圍氣體的壓力減小到0.5-4.0Pa；加上10MHz-500MHz的高頻功率，在上述氣壓下對上述腐蝕氣體進(jìn)行等離子化；利用該等離子體來腐蝕上述試樣；在進(jìn)行這種腐蝕時(shí)把脈沖偏壓加到上述一個(gè)電極上，以此，對上述試樣中的絕緣膜進(jìn)行等離子處理。
21.一種等離子處理方法，其特征在于具有以下處理程序步驟把試樣放置到安裝在真空處理室中的一對電極中的一個(gè)電極上；利用靜電吸附力把該試樣固定到上述電極上；把腐蝕氣體送入到放入了上述試樣的周圍氣體中；把上述周圍氣體的壓力減??；在該低氣壓下對腐蝕氣體進(jìn)行等離子化；利用該等離子體對該試樣進(jìn)行腐蝕；把脈沖偏壓加到上述試樣上，這樣，在施加上述脈沖偏壓時(shí)脈沖的一個(gè)周期中的上述靜電吸附裝置的靜電吸附膜所產(chǎn)生的電壓變化被抑制在上述脈沖偏壓的1/2以下。
22.一種等離子處理方法，其特征在于包括下列處理程序步驟；把試樣放置到二個(gè)對面電極中的一個(gè)電極上；利用靜電吸附力把已放上的試樣固定在上述電極上；把腐蝕氣體送入到放有上述試樣的處理室內(nèi)的氣體中；對送入的腐蝕氣體進(jìn)行等離子化；利用該等離子體來對上述試樣進(jìn)行腐蝕；在進(jìn)行這種腐蝕時(shí)把250V-1000V的脈沖寬度和0.05-0.4占空比的脈沖偏壓加到上述一個(gè)電極上，這樣，對上述試樣中的絕緣膜進(jìn)行等離子處理。
23.一種等離子處理機(jī)，是具有真空處理室、為放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣所用的試樣臺、以及等離子生成裝置的等離子處理機(jī)，其特征在于，還備有靜電吸附裝置，用于借助靜電吸附力把上述試樣固定在上述試樣臺上；加偏壓裝置，用于把偏壓加到上述試樣臺上；原子團(tuán)供給裝置，它具有預(yù)先分解原子團(tuán)發(fā)生用氣體的裝置，并把所需數(shù)量的原子團(tuán)供給到上述真空處理室內(nèi)；供氣裝置，用于把離子發(fā)生用氣體供給到上述真空處理室內(nèi)；以及等離子體生成裝置，用于在上述真空處理室內(nèi)發(fā)生等離子體，并且，利用SiO2工作為上述試樣。
24.一種等離子處理機(jī)，是具有真空處理室，為放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣所用的試樣臺、以及等離子體生成裝置的等離子處理機(jī)，其特征在于另外還具有靜電吸附裝置，用于借助靜電吸附力把上述試樣固定到上述試樣臺上；加脈沖偏壓裝置，用于把脈沖偏壓加到上述試樣上；原子團(tuán)發(fā)生用等離子體供給裝置，用于在上述真空處理室內(nèi)預(yù)先對原子團(tuán)發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化，供給所需數(shù)量的原子團(tuán)；等離子體生成裝置，用于把離子發(fā)生用氣體供給到上述真空處理室內(nèi)并發(fā)生等離子體，并且，利用SiO2作為上述試樣。
25.一種等離子處理機(jī)，是具有真空處理室、為放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣所用的試樣臺、以及包含高頻電源在內(nèi)的等離子生成裝置的等離子處理機(jī)，其特征在于另外還具有靜電吸附裝置，用于借助靜電吸附力把上述試樣固定在上述試樣臺上；加脈沖偏壓裝置，用于把脈沖偏壓加到上述試樣上；原子團(tuán)發(fā)生用等離子體供給裝置，用于在上述真空處理室內(nèi)預(yù)先對原子團(tuán)發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化，供給所需數(shù)量的原子團(tuán)；等離子體生成裝置，用于供給離子發(fā)生用氣體，并在上述真空處理室內(nèi)發(fā)生等離子體，并且，把10MHz-500MHz的高頻電壓加到上述高頻電源上，同時(shí)把上述真空處理室內(nèi)的壓力降低到0.5-4.0Pa。
26.一種等離子處理裝置，是具有真空處理室、為放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣所用的試樣臺、以及等離子體生成裝置的等離子處理機(jī)，其特征在于還備有靜電吸附裝置，用于借助靜電吸附力把上述試樣固定到上述試樣臺上；原子團(tuán)發(fā)生用等離子體供給裝置，用于在上述真空處理室內(nèi)預(yù)先對原子團(tuán)發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化，供給所需數(shù)量的原子團(tuán)；等離子體生成裝置，用于供給離子發(fā)生用氣體，并在上述真空處理室內(nèi)發(fā)生等離子體；加脈沖偏壓裝置，它連接上述試樣臺，用于把脈沖偏壓加到該試樣臺上；以及電壓抑制裝置，用于抑制隨著加上述脈沖偏壓而對應(yīng)于上述靜電吸附裝置的靜電吸附容量所產(chǎn)生的電壓上升。
27.一種等離子處理機(jī)，是具有真空處理室、為放置要在該真空處理室內(nèi)處理的試樣所用的試樣臺、以及等離子體生成裝置的等離子處理機(jī)，其特征在于還具有靜電吸附裝置，它包括設(shè)置在上述試樣臺上的靜電吸附膜，用于借助靜電吸附力把上述試樣固定到上述試樣臺上；原子團(tuán)發(fā)生用等離子體供給裝置，用于在上述真空處理室內(nèi)預(yù)先對原子團(tuán)發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化，供給所需數(shù)量的原子團(tuán)；等離子體生成裝置，用于供給離子發(fā)生用氣體，并在上述真空處理室內(nèi)發(fā)生等離子體；加脈沖偏壓裝置，它連接在上述試樣臺上，用于把脈沖偏壓加到該試樣臺上；電壓抑制裝置，用于抑制隨著施加上述脈沖偏壓而在上述靜電吸附膜的兩端之間產(chǎn)生的電壓，并且，該電壓抑制裝置把上述靜電吸附裝置的靜電吸附膜所生成的電壓抑制在上述脈沖偏壓的1/2以下。
28.一種等離子處理方法，其特征在于包括以下處理程序步驟把試樣放置在一對對面電極中的一個(gè)電極上；利用靜電吸附力把已放上的該試樣固定到上述電極上；在放置并固定上述試樣的位置的周圍氣體中預(yù)先對原子團(tuán)發(fā)生氣體進(jìn)行等離子化，供給所需數(shù)量的原子團(tuán)；把離子發(fā)生用氣體供給到上述位置的周圍氣體中；把上述位置的周圍氣壓降低到0.5-4.0Pa；把10MHz-500MHz的高頻電壓加到上述一對對面電極上，在上述氣壓下對供給的離子發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化；利用該等離子體對上述試樣進(jìn)行腐蝕處理；在進(jìn)行這種腐蝕處理時(shí)把脈沖偏壓加到上述一個(gè)電極上，并且，上述試樣采用SiO2。
29.一種等離子處理方法，其特征在于包括以下處理程序步驟把試樣放置到安裝在真空處理室內(nèi)的一對電極中的一個(gè)電極上；利用靜電吸附力把該試樣固定在上述電極上；在放置并固定上述試樣的位置的周圍氣體中，預(yù)先對原子團(tuán)發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化，供給所需數(shù)量的原子團(tuán)；把離子發(fā)生用氣體供給到上述位置的周圍氣體中；把30MHz-100MHz的高頻電壓加到上述位置的周圍氣體中，在上述氣壓下對供給的離子發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化；利用上述等離子體來處理該試樣；把脈沖電壓加到上述試樣上，并且，上述試樣采用SiO2。
30.一種等離子處理方法，其特征在于包括下列處理程序步驟把試樣放置在真空處理室內(nèi)的一對電極中的一個(gè)電極上；利用靜電吸附力把該試樣固定在上述電極上；在放置并固定上述試樣的位置的周圍氣體中，預(yù)先對原子團(tuán)發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化，供給所需數(shù)量的原子團(tuán)；把離子發(fā)生用氣體供給到上述位置的周圍氣體中；把上述位置的周圍氣壓降低到上述試樣處理所需的壓力；在上述氣壓下對已供給的離子發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化；利用上述等離子體來處理該試樣，把脈沖偏壓加到上述試樣上，并且，使上述靜電吸附裝置的電壓為上述脈沖偏壓的1/2以下。
31.一種等離子處理方法，其特征在于包括以下處理程序步驟把試樣放置在真空處理室內(nèi)的一對對面電極中的一個(gè)電極上；利用靜電吸附力把試樣固定在上述電極上；在放置并固定上述試樣的位置的周圍氣體中，預(yù)先對原子團(tuán)發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化，供給所需數(shù)量的原子團(tuán)；把離子發(fā)生用氣體供給到上述位置的周圍氣體中；把上述位置的周圍氣體降低到0.5-4.0Pa；把30MHz-100MHz的高頻電壓加到上述一對對面電極之間，在上述氣壓下對已供給的離子發(fā)生用氣體進(jìn)行等離子化；利用上述等離子體來處理該試樣；把脈沖偏壓加到上述試樣上。
全文摘要
在大直徑試樣進(jìn)行微細(xì)圖形精密加工，提高微細(xì)加工時(shí)選擇比的等離子處理裝置及等離子處理方法。在具有真空處理室，試樣臺，以及等離子生成裝置的等離子處理裝置中，還有在一對電極之間的50至200MH
文檔編號H01L21/302GK1164122SQ9710310
公開日1997年11月5日 申請日期1997年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月28日
發(fā)明者加治哲德, 渡邊克哉, 三谷克彥, 大坪徹, 田地新一, 田中潤一 申請人:株式會(huì)社日立制作所