CN101137269A - 基板的等离子处理装置和等离子处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在平行平板型等离子处理装置中具有适合于对基板加工的离子能量，进一步能够减小该离子能量宽度来对加工形状进行精细控制的基板的等离子处理装置及等离子处理方法，所要实现的基板的等离子处理装置包括下列构成：内部可保持真空的真空室；配置于该真空室内，并构成为其中主面上保持待处理基板的RF电极；所述真空室内与所述RF电极相向配置的对置电极；对所述RF电极加上规定频率的RF电压用的RF电压外加手段；以及对所述RF电极加上规定的脉冲电压来使其与所述RF电压叠加用的脉冲电压外加手段。
Description
技术领域
本发明涉及在真空室内RF电极和对置电极彼此相向配置，利用两者间所生成的等离子对上述RF电极上所保持的基板进行加工的所谓平行平板型等离子处理装置及其等离子处理方法。
背景技术
对半导体晶片等基板进行布线等之际，需要对上述基板进行精细的加工处理，因此以往常常使用采用等离子的处理装置。
现有的等离子处理装置中，在抽排至预定真空度的真空室内，高频(RF)电极和对置电极彼此相向配置，RF电极与对置电极相向的主面上保持有待处理的基板，构成所谓平行平板型等离子处理装置。其构成为使供生成等离子以及利用该等离子加工基板所用的气体按箭头所示从上述气体导入管导入真空室内，同时利用未图示的真空泵从排气口对真空室内部抽排真空。
接下来，通过从13.56MHz的商用RF电源经适配器将RF(电压)加到RF电极上，使得在RF电极和对置电极之间产生等离子。
这时，等离子中的正离子因RF电极上所产生的负的自偏置电位Vdc而向RF电极上的基板高速入射。其结果是，利用此时的基板入射能量引发基板上的表面反应，进行反应性离子蚀刻(RIE)、化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)、溅射、离子注入等等离子基板处理。特别是，出于加工基板的观点，主要采用RIE。因而，下面以具体采用RIE的基板处理为中心详细说明。
如上所述等离子处理装置中，Vdc(平均的基板入射能量)随RF功率的增大而增大，所以为了调整处理速率、调整加工形状，主要进行基于RF功率的Vdc调整。另外，Vdc所依赖的压力、电极形状也可进行部分调整。
但如上所述装置内所生成的等离子当中其离子能量分为低能量一侧峰值和高能量一侧峰值这两部分，其能量宽度ΔE随等离子产生条件为几十至几百[eV]。所以，即使在将Vdc调整为最适于基板处理的能量的情况下，入射基板的离子中也存在能量过高的离子(高能量一侧峰值)和能量过低的离子(低能量一侧峰值)。
因而，例如RIE中用能量与高能量一侧峰值相当的离子实施基板处理的情况下，往往会引发溜肩(日文：肩削り)(塌肩(日文：肩落ち))而使加工形状变差。而用能量与低能量一侧峰值相当的离子实施基板处理的情况下，则往往因低于表面反应阈值而对基板处理完全没有作用、或随各向异性变差(离子入射角度因热运动速度而扩大)而使加工形状变差。
最近的半导体工艺中，需要使离子能带变窄(实现较小的ΔE)和对平均能量值进行最佳调整(使Vdc最佳)，以适应集成度越来越高的半导体器件·种种膜·复合膜的RIE，并精细控制加工形状。
为了使离子能带变窄，可研究提高RF频率(日本特開平2003-234331号公报)、进行脉冲等离子化(J.Appl.Phys.Vo186 No2 643(2000))。
另外，等离子的生成大体分为感应耦合型和电容耦合型，但出于对加工形状进行精密控制的考虑，为了抑制副反应而减小等离子体积并缩短滞留时间较为有效，基于这样的考虑，与体积大的感应耦合型等离子相比电容耦合型的平行平板型等离子则更为有利。
另外，这样的方法也得到考虑，即以提高Vdc和等离子密度的控制性为目的对平行平板的电极导入两种不同频率的RF，用较高频率(例如100MHz)的RF独立控制等离子密度，而用较低频率(例如3MHz)的RF独立控制Vdc(日本特開平2003-234331号公报)。这种情况下，除了高频用电源和高频用适配器以外，还设置低频用电源和低频用适配器，上述高频RF和低频RF可对RF电极叠加。
另一方面，出于净化工艺、工艺稳定的考虑，对置电极为接地电位则较为有利。一旦将RF引入加到对置电极上，对置电极便因对置电极面所生成的Vdc而发生腐蚀，成为尘埃源，导致工艺不稳定。因此，也有两个RF在设置有基板的RF电极上叠加的情形。
专利文献1：日本特開平2003-234331号公报
非专利文献1：G.Chen，L.L.Raja，J.Appl.Phys.96，6073(2004)
非专利文献2：J.Appl.Phys.Vo186 No2 643(2000)
发明内容
为了使离子能带变窄所研究的高频化技术，因为避免离子对电场的跟随，所以ΔE的能带变窄其效果较好，但能量(Vdc)变小。举例来说，100MHz、2.5KW(300mm基座、50mTorr、Ar等离子)其Vdc的绝对值为氧化膜、氮化膜的阈值(约70eV)或以下，速率极其缓慢，超出实用范围。
另一方面，一旦增加RF功率而提高平均能量，利用RF功率进行调整时，由于Vdc和ΔE大致成正比，所以能带变窄的效果减小。此外，为了以100MMz达到Vdc 100V，需要大约7KW的较大RF功率，根据市售高频电源的输出上限(5～10KW)难以调整为足够大的离子能量。也就是说，RF高频化技术即便可应对表面反应能量阈值小的等离子处理，但对于阈值能量大(为大于等于70eV)的等离子处理仍难以进行Vdc调整，不容易应对。
另外，两RF频率叠加方面，较低频率所引起的离子能量宽度ΔE较大，无法期望能带变窄。
另一方面，脉冲技术利用周期性的DC电位更为直接地控制离子能量，所以对能带变窄和能量值调整有利，但由于外加电压急剧的变化、电压OFF时等离子密度的降低、再度外加电压时的大电流，等离子变得不稳定，尤其是有绝缘物处于基板表面这种等离子处理的情况下所累积的表面电荷在1个周期内难以释放，等离子变得不稳定，直至等离子湮灭。另外，由于大电流以间歇方式流入，对器件也有电气损伤产生。因此难以生成稳定的平行平板型脉冲等离子。
本发明正是针对上述问题，其目的在于提供一种在真空室内RF电极和对置电极彼此相向配置、利用两者间生成的等离子对上述RF电极上所保持的基板进行加工的所谓平行平板型等离子处理装置中，具有适于加工上述基板的离子能量，能够进一步减小该离子能量宽度来精细控制加工形状的基板的等离子处理装置及其等离子处理方法。
为了达到上述目的，本发明其中一个方面涉及一种基板的等离子处理装置，其特征在于，包括：
内部保持真空的真空室；
配置于所述真空室内，并构成为其中主面上保持待处理基板的RF电极；
所述真空室内与所述RF电极相向配置的对置电极；
对所述RF电极加上规定频率的RF电压用的RF电压外加手段；以及
对所述RF电极加上规定的脉冲电压来使其与所述RF电压叠加用的脉冲电压外加手段。
本发明其中又一方面涉及
一种基板用等离子处理方法，其特征在于，包括：
在内部保持真空的真空室内，配置构成为其中主面上保持待处理基板的RF电极的工序；
在所述真空室内与所述RF电极相向配置对置电极的工序；
对所述RF电极加上规定频率的RF电压的工序；以及
对所述RF电极加上规定的脉冲电压来使其与所述RF电压叠加的工序。
本发明的上述方面，不仅对RF电极加上RF电压，还加上(叠加)脉冲电压。因而，通过对所述脉冲电压的脉冲宽度t1、重复时间t2、以及脉冲电压值Vpulse进行种种控制，从而能够将以往那样的离子能量其中低能量一侧峰值与高能量一侧峰值相比，移至对基板加工不起作用这种极低的能量范围，或者使所述低能量一侧峰值和高能量一侧峰值两者极为靠近。
前者情况下，可通过只将尤其是离子能量的高能量一侧峰值设定于最佳的能量范围内，从而只用其能量与该高能量一侧峰值相当的离子对基板进行处理(加工)。也就是说，利用该高能量一侧峰值本来具有的能带变窄特性，同时只要优化所述能量范围，便能够对基板的加工形状进行精细控制(第1种加工方法)。
后者情况下，低能量一侧峰值和所述高能量一侧峰值极其靠近，所以可将两者视作一体的能量峰值。也就是说，可通过使所存在的低能量一侧峰值和高能量一侧峰值两者极其靠近，将两者一并作为具有能带变窄的能量宽度的单一能量峰进行处理。因而，只要优化该经过单一处理的能量峰的能量范围、以及所述低能量一侧峰值和高能量一侧峰值两者的靠近程度、即所述经过单一处理的能量峰的能带变窄程度，便可利用所具有的能量与所述经过单一处理的能量峰相当的离子对基板的加工形状进行精细控制(第2种加工方法)。
如上所述，根据本发明提供一种在真空室内RF电极和对置电极彼此相向配置、利用两者间所生成的等离子对所述RF电极上保持的基板进行加工的所谓平行平板型等离子处理装置中，具有适于所述基板加工的离子能量，能够进一步减小该离子能量宽度来对加工形状进行精细控制。
附图说明
图1为示出基板的等离子处理装置(对比例)其中一例构成的概要图。
图2为示出采用图1所示装置的情况下RF功率和Vdc(平均的基板入射能量)两者间关系的图表。
图3为以50mTorr氩气压力、电极间30mm，用3MHz、Vrf＝160V的RF加工300mm晶片的情况下按连续体模型等离子仿真(G.Chen，L. L. Raja，J.Appl.Phys.96，6073(2004))对平行平板型Ar等离子进行仿真的结果。
图4为同样以50mTorr氩气压力、电极间30mm，用3MHz、Vrf＝160V的RF加工300mm晶片的情况下按连续体模型等离子仿真(G.Chen，L.L. Raja，J.Appl.Phys.96，6073(2004))对平行平板型Ar等离子进行仿真的结果。
图5为示出适合于基板S的离子能量其分布状态的图表。
图6为示出本发明基板的等离子处理装置其中一例构成的概要图。
图7概要示出的为采用图6所示装置的情况下RF电极所加上的电压其叠加波形。
图8为示出采用图6所示的本例等离子处理装置的情况下Vdc(入射离子平均能量)与RF频率间依赖关系的图表。
图9为示出离子能量宽度ΔEi(eV)与入射离子平均能量Vdc间依赖关系的图表。
图10为示出图6所示等离子处理装置其变形例的构成图。
图11为同样示出图6所示等离子处理装置其变形例的构成图。
图12为示出实施例中离子能量其分布状态的图表。
图13为示出实施例中脉冲电压的占空比和平均离子能量Vdc两者间关系的图表。
图14为同样示出实施例中离子能量其分布状态的图表。
标号说明
10、20 (基板的)等离子处理装置
11、21 真空室
12、22 RF电极
13、23 对置电极
14、24 气体导入管
15、25 排气口
16、26 适配器
17、27 RF电源
28 低通滤波器
29 脉冲电源
31 高通滤波器
32 离子能量监测器
S 基板
P 等离子
具体实施方式
下面根据实施本发明用的最佳实施方式具体说明本发明的基板的等离子处理装置及等离子处理方法。
本发明一实施例中，所述RF电压外加手段加到所述RF电极上的所述RF电压其频率(ωrf/2π)为大于等于50MHz，所述脉冲电压外加手段具有至少控制所述脉冲电压的脉冲宽度t1(s)和脉冲电压值Vpulse(V)用的控制机构，由该控制机构进行控制以便所述脉冲宽度t1成立t1≥2π/(ωp/5)(ωp为等离子体离子角频率，ωp＝(e2N0/ε0Mi)1/2，e：基本电荷，ε0：真空介电常数，Mi：离子质量(kg)，N0：等离子密度(个/m3))，脉冲电压值Vpuls。成立|Vp-p|<|Vpulse|(Vp-p为所述RF电压的电压值)。由此能够以简易而且良好的状态实施上述第1种加工方法。
另外，本发明一实施例中，所述RF电压外加手段加到所述RF电极上的所述RF电压其频率(ωrf/2π)为大于等于50MHz，所述脉冲电压外加手段具有至少控制所述脉冲电压的脉冲宽度t1(s)和重复时间t2(s)用的控制机构，由该控制机构进行控制以便所述脉冲宽度t1和所述重复时间t2成立2π/ωrf<t1<t2<2π/(ωp/5)(ωp为等离子体离子角频率，ωp＝(e2N0/ε0Mi)1/2，e：基本电荷，ε0：真空介电常数，Mi：离子质量(kg)，N0：等离子密度(个/m3))。由此能够以简易而且良好的状态实施上述第2种加工方法。
另外，上述任一例中，之所以使所述RF电压外加手段加到所述RF电极上的所述RF电压其频率(ωrf/2π)为大于等于50MHz，是由于使RF所引起的平均的基板入射能量Vdc为不影响基板处理这种足够低的值的缘故。换言之，本发明的上述实施方式中，之所以对于RF电极始终加上RF电压，是由于其高效地生成等离子，以及基板上堆积有绝缘膜的情况下仍高效地生成等离子，并用该等离子完成对基板加工这些缘故。
因而，本发明的上述实施方式中，主要利用与RF电压叠加的脉冲电压来进行基板处理。
此外，入射至基板的离子能量其低能量一侧峰值和高能量一侧峰值两者间的离子能量宽度ΔEi随RF电压其频率的增高而减小。因而，通过提高RF电压的频率尤其是使之为大于等于50MHz，来如上所述使所述低能量一侧峰值和所述高能量一侧峰值极其靠近，通过能带变窄来视作单一的能量峰，用其能量与这种经过单一处理的能量峰相当的离子进行基板加工之际较为有利。
另外，本发明中上述脉冲电压可以为负脉冲电压。通常，通过加上RF电压生成等离子的情况下，加上所述RF电压的RF电极因自偏置原理而成为负电位。因而，所述RF电极附近的正离子受到向负电位一侧位移的周期性电压(RF电压)的影响，将该RF电压作为加速电压对基板进行冲击，对所述基板进行加工等处理。根据上述观点，会使所述脉冲电压成为正电压的话，便会部分抵消所述RF电压，对于所述正离子无法形成良好的加速电压。
因而，可通过使上述脉冲电压为负脉冲电压，来避免上面所述这种问题。
另外，所述RF电压外加手段可以包含让所述RF电压通过而使所述脉冲电压截止用的高通滤波器。因此，可以防止所述脉冲电压流入所述RF电压外加手段内，并使其工作特性变差，或自身不能工作。
另外，本发明一实施例中，具有所述真空室内的、监测至少是所述RF电极和所述对置电极两者间所存在的离子其能量状态用的离子能量检测手段。这种情况下，举例来说，根据工艺的进展状况或工艺的切换，要求入射所述基板的离子能量和其离子能量宽度其中至少之一变化的情况下，可以改变所述RF电压的频率ωrf/2π和电压值Vp-p、以及所述脉冲电压的脉冲宽度t1、重复时间t2和脉冲电压值Vpulse其中至少一个，同时逐次监测伴随这一改变的上述能量状态。
也就是说，由于立即知道离子能量状态因上述RF电压其频率ωrf/2π等参数的改变而产生的变化，所以可通过适当改变所述参数来迅速形成所需的离子能量状态。
另外，本发明中所谓“RF电压外加手段”可包含本领域技术人员自然会想到的RF发生器和阻抗适配器。此外，可以根据需要包含适当的放大器。
再有，本发明中所谓“脉冲外加手段”可包含本领域技术人员自然会想到的除了脉冲发生器以外适当的放大器和低通滤波器。
鉴于如上所述本发明的附加特征，与其它基板的等离子处理装置和方法相对比说明本发明的基板的等离子处理装置和方法。
(采用基板的等离子处理装置的对比例)
图1为示出现有的基板的等离子处理装置这一对比例构成的概要图。
图1所示的基板的等离子处理装置10中，在抽排至预定真空度的真空室11内，高频(RF)电极12和对置电极13彼此相向配置，RF电极12其与对置电极13相向的主面上保持有待处理的基板S，构成所谓的平行平板型等离子处理装置。其构成形成为使生成等离子以及利用该等离子加工基板S所要使用的气体按箭头所示从气体导入管14导入真空室11内，同时利用未图示的真空泵从排气口15对真空室11内部抽排真空。这时真空室11内的压力为例如约1Pa左右。
接下来形成为通过13.56MHz的商用RF电源17经适配器16将RF(电压)加到RF电极12上，在RF电极12和对置电极13之间产生等离子P。
这时，等离子P中的正离子因RF电极12上所产生的负的自偏置电位Vdc而高速入射到RF电极12上的基板S。其结果是，利用此时的基板入射能量引发基板S上的表面反应，进行反应性离子蚀刻(RIE)、化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)、溅射、离子注入等这种等离子基板处理。具体来说，从加工基板这种角度考虑，主要采用RIE。因而，下面以具体采用RIE的基板处理为中心详细说明。
图1所示这种等离子处理装置中，如图2所示，Vdc(平均的基板入射能量)随RF功率的增大一起增大，所以为了调整处理速率、调整加工形状，主要进行基于RF功率的Vdc调整。另外，Vdc所依赖的压力、电极形状也可进行部分调整。
图3、图4为按连续体模型等离子仿真以3MHz、Vrf＝160V、50mTorr、电极间30mm、300mm晶片尺寸的平行平板型Ar等离子(G.Chen，L.L. Raja，J.Appl.Phys.96，6073(2004))进行仿真的结果。另外，图5为示出适合于基板S的离子能量其分布状态的图表。
如图3所示，由于RF电极电位周期性变动，因而离子的基板入射能量也周期性变动。但有离子质量所造成的对电位跟随的延迟，故而离子能量以比Vrf小的振幅Vrf’随时间变化。离子能量准确来说为Vdc和等离子电位Vp两者之和，但由于Vp的值以及随时间的变化相对较小，所以其说明和图3的图示从略。因而，对于基板S的入射能量通过对图3所示曲线进行的时间积分，而成为图4中所示这种分布。
由图4可知，图1所示这种装置内所生成的等离子当中其离子能量分为低能量一测峰值和高能量一侧峰值这两部分，其能量宽度ΔE随等离子产生条件为几十至几百[eV]。所以，将Vdc调整为最适于基板处理的能量的情况下，如图5所示入射基板的离子也存在能量过高的离子(高能量一侧峰值)和能量过低的离子(低能量一侧峰值)。
因而，例如RIE中用能量与高能量一侧峰值相当的离子实施基板处理的情况下，往往会引发溜肩(肩削り)(塌肩(肩落ち))而使加工形状变差。而用能量与低能量一侧峰值相当的离子实施基板处理的情况下，则往往因低于表面反应阈值而对基板处理完全没有作用、或随各向异性变差(离子入射角度因热运动速度而扩大)而使加工形状变差。
(采用本发明的基板的等离子处理装置的具体例)
图6为示出本发明基板的等离子处理装置的具体例构成的概要图。图7概要示出的为采用图6所示装置的情况下RF电极所加上的电压其叠加波形。另外，关于采用上述等离子处理装置情况下的等离子处理方法主要以RIE为中心进行说明。
如图6所示，本例的基板的等离子处理装置20中，抽排至预定真空度的真空室21内，高频(RF)电极22和对置电极23彼此相向配置，RF电极22其与对置电极23相向的主面上保持有待处理的基板S，构成所谓平行平板型等离子处理装置。其构成形成为使生成等离子以及利用该等离子加工基板S所要使用的气体按箭头所示从气体导入管24导入真空室21内，同时利用未图示的真空泵从排气口25对真空室21内部抽排真空。
作为上述气体， 除了Ar、Kr、Xe、N2、O2、CO、H2等气体之外，还可适当采用SF6、CF4、C2F6、C4F8、C5F8、C4F6、CI2、HBr、SiH4、SiF4等工艺用气体。另外，真空室21内的压力可根据对基板S的加工速度或所使用的气体种类等进行适当的设定，可保持例如几Pa左右。
接下来，由RF电源27通过适配器26将RF(电压)加到RF电极22上，同时由脉冲电源29通过低通滤波器28将脉冲电压加到相同的RF电极22上。于是，RF电极22如图7所示以叠加在一起的状态加上RF电压和脉冲电压。因此，在RF电极22和对置电极23之间生成等离子P，该等离子P中的正离子由RF电极22上的负电压(平均能量为Vdc)加速并以高速入射基板S，对基板S实施加工处理。
另外，RF电源27内和脉冲电源29内可根据需要内置用于使上述电源所产生的RF电压和脉冲电压放大的放大器。
上述脉冲电压最好为负脉冲电压。如上所述，等离子P中的正离子因RF电极22上所产生的负电压而高速入射到RF电极22上的基板S，对基板S进行加工处理。另外，图7中虽未特意示出，但也如图3所示，加到RF电极22上的RF电压靠上述自偏置电位而主要在负电压值区域内变化。所以，会使所述脉冲电压成为正电压的话，便会部分抵消所述RF电压，对于所述正离子无法形成良好的加速电压。
因而，可以通过使上述脉冲电压为负脉冲电压，来避免产生上述这类问题。
图8为示出采用图6所示的本例等离子处理装置加上RF的情况下Vdc(入射离子平均能量)与RF频率间依赖关系的图表。图9为示出离子能量宽度ΔEi(eV)与入射离子平均能量Vdc间依赖关系的图表。另外，图8所示的图表和图2所示的图表基本相同。
由图8可知，入射离子平均能量随着RF电极22加上的RF电压其频率的增高而减小，尤其是RF功率为2.2W/cm2左右或以下，RF频率一旦超过50MHz，为不影响基板处理的阈值即约50eV或以下。而对于超过2.2W/cm2这种RF功率，Vdc与RF频率间的依赖关系极小。因而很清楚，通过使加到RF电极22上的RF频率为大于等于50MHz，RF电压不影响基板处理，而只要控制(负)脉冲电压便可对基板处理带来影响。
换言之，由于只要控制(负)脉冲电压便可调整基板处理的状态，所以能够简化对基板进行处理的操作，大大提高其操作性。
因此，本实施例中，尤其是对RF电极22始终加上RF电压其主要目的在于，高效地生成等离子，以及在基板S上淀积有绝缘膜的情况下仍高效生成等离子，并用该等离子完成对基板S的加工。
另外，如图9所示，对于相同的Vdc，随着RF电压其频率的增高，如图4所示这种入射基板的离子能量其低能量一侧峰值和高能量一侧峰值间的离子能量宽度ΔEi减小。因而，使RF电压其频率增高，尤其是为大于等于50MHz这一点在后面将详细说明的、使所述低能量一侧峰值和所述高能量一侧峰值极其靠近，并使之能带变窄而视作单一的能量峰，采用其能量与该经过单一处理的能量峰相当的离子进行基板加工之际较为有利。
用未图示的、例如脉冲电源29内置的规定控制机构控制，以便由脉冲电源29所生成的脉冲电压其脉冲宽度t1(s)和脉冲电压值Vpulse(V)成立t1≥2π/(ωp/5)(ωp为等离子体离子角频率，ωp＝(e2N0/ε0Mi)1/2，e：基本电荷，ε0：真空介电常数，Mi：离子质量(kg)，N0：等离子密度(个/m3))，脉冲电压值Vpulse成立|Vp-p|<|Vpulse|(Vp-p为所述RF电压的电压值)。
这种情况下，离子可跟随脉冲电压，所以按时间对其离子能量进行积分，获得图4所示这种曲线的情况下，低能量一侧峰值便位移至不影响处理这种极低的能量区域。因而，可以通过只将高能量一侧峰值设定为最佳能量范围内，来只用该高能量一侧峰值对基板进行处理(加工)。也就是说，可以利用该高能量一侧峰值原本具有的能带变窄特性，同时只要优化所述能量范围，便可对基板的加工形状进行精细控制(第1种加工方法)。
另外，高能量一侧峰值的能量值可利用脉冲电压的电压值Vpulse控制。
此外，用未图示的、例如脉冲电源29内置的规定控制机构控制，以便由脉冲电源29所生成的脉冲电压其脉冲宽度t1(s)和重复时间t2(s)成立2π/ωrf<t1<t2<2π/(ωp/5)(ωp为等离子体离子角频率，ωp＝(e2N0/ε0Mi)1/2，e：基本电荷，ε0：真空介电常数，Mi：离子质量(kg)，N0：等离子密度(个/m3))。
这种情况下，离子不能跟随脉冲电压，所以按时间对其离子能量进行积分，获得图4所示这种曲线的情况下，低能量一侧峰值和高能量一侧峰值极其靠近，可以视作将两者形成为一体的能量峰。也就是说，可通过使所存在的低能量一侧峰值和所述高能量一侧峰值两者极其靠近，将两者一并作为具有能带变窄的能量宽度的单一能量峰进行处理。
因而，只要优化该经过单一处理的能量峰的能量范围、以及所述低能量一侧峰值和所述高能量一侧峰值两者的靠近程度、即所述经过单一处理的能量峰的能带变窄程度，便可利用所述经过单一处理的能量峰对基板的加工形状进行精细控制(第2种加工方法)。另外，上述单一能量峰的能量值可通过控制脉冲电压的电压值Vpulse和/或占空比，进行适当的调整。
而且，考虑等离子蚀刻时，对例如硅的蚀刻，在工艺初期为了去除自然形成的氧化膜需要200eV量级这种较大的离子能量，此后的蚀刻阶段较好是为100eV量级这种相对较小的离子能量，从精密加工的角度出发最好是在氧化膜等的阻挡物(ストツパ—)出现的最终阶段则用70eV量级这种更小的离子能量进行蚀刻。上述蚀刻所需的离子能量，可以改变本发明中负脉冲的脉冲宽度t1、重复时间t2、负脉冲电压Vpulse其中至少之一来改变工艺，同时还可控制、切换离子能量。
此外，加上脉冲电压之际，对脉冲电源可进行周期性的充电、放电。因此，无法将频率提高至充电所需时间或以上。而且，难以使占空比为大于等于0.5。这种情况下，通过准备两部或以上的脉冲电源并用触发器连接两者，并且两者叠加为彼此相位错开，结果是可获得用单一的脉冲电源无法得到的这种高频和/或占空比为大于等于0.5的脉冲电压。
再者，还可通过改变来自两部或以上脉冲电源的电压Vpulse，来形成Vpulse周期性不同的阶跃状的脉冲电压。
另外，图10和图11为示出图6所示等离子处理装置其变形例的构成图。图10所示的等离子处理装置在RF电极22和RF电源27两者间设置高通滤波器31方面与图6所示的等离子处理装置有所不同，图11所示的等离子处理装置在RF电极22内设置离子能量监测器32方面与图6所示的等离子处理装置有所不同。另外，从上述角度出发，图6、图10、以及图11所示的等离子处理装置对于相同的构成部分用相同的参照标号表示。
图10所示的等离子处理装置20，可由高通滤波器31让来自RF电源27的RF电压通过而使来自脉冲电源29的脉冲电压截止。因而，能够防止所述脉冲电压流入RF电源27内，并使其工作特性变差，或自身无法工作。
另外，图11所示的等离子处理装置20可利用离子能量监测器32监测至少是入射RF电极22的离子的能量状态。因而，根据等离子其中例如工艺的进展状况或工艺的切换而要求使入射所述基板的离子能量和该离子能量宽度其中至少之一改变的情况下，可以改变所述RF电压的频率ωrf/2π和电压值Vp-p、以及所述脉冲电压的脉冲宽度t1、重复时间t2、和脉冲电压值Vpulse其中至少之一，同时逐次监测伴随其改变的上述能量状态。
[实施例]
下面利用实施例具体说明本发明，但本发明很自然并不限于下面的内容。另外，下面所示的具体结果均基于规定的仿真。
(实施例1)
本实施例中对采用图6所示的等离子处理装置时的具体工作特性进行调查。
最初将C4F8气体和氧气导入真空室21内，将其压力保持于2至200mTorr。接着，由RF电源27对RF电极22加上100MHz、电压Vp-p＝80V的RF电压，而由脉冲电源29加上10MHz、Vpulse＝-500V的负电压脉冲，并使两者彼此叠加。为等离子密度N0＝5×1016[个/m3]的CF离子的情况下，(ωp/5)/2π约为1.7MHz，所以对于脉冲电压的脉冲宽度t1(s)和重复时间t2(s)，满足2π/ωrf<t1<t2<2π/(ωp/5)，成为对DC脉冲电压来说离子也无法跟随的区域。
因而，如图12、图13所示，通过叠加DC负脉冲，离子能量分布与双频(Dual)叠加相比其能带变窄。尤其是通过减小占空比(＝t1/t2)，离子能量分布其能带进一步变窄。具体来说，可通过改变脉冲占空比，来控制、改变与占空比大致成正比的平均能量。而且，离子的平均能量也可通过与脉冲负电压Vpulse、或占空比相组合改变来控制平均能量。
(实施例2)
本实施例中也对采用图6所示的等离子处理装置时的具体工作特性进行调查。
本实施例中， 由RF电源27加上100MHz、电压Vp-p＝80V的RF电压，而由脉冲电源29加上1MHz、Vpulse＝-250V的负电压脉冲，并使两者彼此叠加。另外，其它条件与实施例1相同。
本实施例中，因为满足脉冲宽度t1≥2π/(ωp/5)，所以离子能够跟随脉冲电压。因此，如图14所示，低能量一侧峰值和高能量一侧峰值彼此间有较大的离子能量宽度介于中间。另外，如图14所示，可通过加大负电压脉冲的占空比(＝t1/t2)，来保持所述离子能量宽度，并保持彼此能量位置不变，增大高能量一侧峰值的分布状态。
另外，高能量一侧峰值的能量值可用负脉冲电压的电压值Vpulse控制。
本实施例中，高能量一侧峰值的能量宽度极窄为8[eV]，所以可通过用这种能量的离子进行基板处理来进行精细加工。
以上根据上述具体例对本发明进行了详细说明，但本发明并不限于上述具体例，只要不背离本发明范畴可以作种种变形或修改。
举例来说，上述具体例是以RIE为中心针对基板加工的等离子处理装置和方法进行说明的，但对于其它的处理装置和方法也能够适当使用。
Claims (12)
1.基板的等离子处理装置，其特征在于，具备：
内部可保持真空的真空室：
配置于所述真空室内，并构成为在主面上保持待处理基板的RF电极；
所述真空室内与所述RF电极相向配置的对置电极；
对所述RF电极加上规定频率的RF电压用的RF电压外加手段；以及
对所述RF电极加上规定的脉冲电压来使其与所述RF电压叠加用的脉冲电压外加手段。
2.如权利要求1所述的基板的等离子处理装置，其特征在于，
所述脉冲电压外加手段加到所述RF电极上的所述脉冲电压为负脉冲电压。
3.如权利要求1或2所述的基板的等离子处理装置，其特征在于，
所述RF电压外加手段加到所述RF电极上的所述RF电压的角频率(ωrf/2π)为大于等于50MHz，
所述脉冲电压外加手段至少具有控制所述脉冲电压的脉冲宽度t1(s)和脉冲电压值Vpulse(V)用的控制机构，由该控制机构进行控制，使得所述脉冲宽度t1成立t1≥2π/(ωp/5)，脉冲电压值Vpulse成立|Vp-p|＜|Vpulse|，其中ωp为等离子体离子角频率，ωp＝(e2N0/ε0Mi)1/2，e：基本电荷，ε0：真空介电常数，Mi：离子质量(kg)，N0：等离子密度(个/m3)，Vp-p为所述RF电压的电压值。
4.如权利要求1或2所述的基板的等离子处理装置，其特征在于，
所述RF电压外加手段加到所述RF电极上的所述RF电压的角频率(ωrf/2π)为大于等于50MHz，
所述脉冲电压外加手段至少具有控制所述脉冲电压的脉冲宽度t1(s)和重复时间t2(s)用的控制机构，由该控制机构进行控制，使得所述脉冲宽度t1和所述重复时间t2成立2π/ωrf＜t1＜t2＜2π/(ωp/5)，其中ωp为等离子体离子角频率，ωp＝(e2N0/ε0Mi)1/2，e：基本电荷，ε0：真空介电常数，Mi：离子质量(kg)，N0：等离子密度(个/m3)。
5.如权利要求1或2所述的基板的等离子处理装置，其特征在于，
所述基板的等离子处理装置对所述基板上所形成的硅氧化膜和硅氮化膜其中至少之一进行等离子蚀刻。
6.如权利要求1或2所述的基板的等离子处理装置，其特征在于，
所述RF电压外加手段包含使所述RF电压通过的同时使所述脉冲电压截止用的高通滤波器。
7.如权利要求1或2所述的基板的等离子处理装置，其特征在于，包括监测所述真空室内至少是所述RF电极和所述对置电极两者间存在的离子其能量状态用的离子能量监测手段。
8.一种基板的等离子处理方法，其特征在于，包括：
在内部保持真空的真空室内的、RF电极和与所述RF电极相向的对置电极之间，在所述RF电极的主面上保持待处理的基板的工序；
对所述RF电极加上规定频率的RF电压的工序；以及
对所述RF电极加上规定的脉冲电压来使其与所述RF电压叠加的工序。
9.如权利要求8所述的基板的等离子处理方法，其特征在于，
加到所述RF电极上的所述脉冲电压为负脉冲电压。
10.如权利要求8或9所述的基板的等离子处理方法，其特征在于，包括：
使得加到所述RF电极的所述RF电压其角频率(ωrf/2π)大于等于50MHz的工序；以及
对于所述脉冲电压的脉冲宽度t1(s)和脉冲电压值Vpulse(V)，使所述脉冲宽度t1成立t1≥2π/(ωp/5)，脉冲电压值Vpulse成立|Vp-p|＜|Vpulse|(Vp-p为所述RF电压的电压值)的工序，其中ωp为等离子体离子角频率，ωp＝(e2N0/ε0Mi)1/2，e：基本电荷，ε0：真空介电常数，Mi：离子质量(kg)，N0：等离子密度(个/m3)
将入射所述基板的离子能量其高能量一侧峰值设定为适于加工所述基板的能量值。
11.如权利要求8或9所述的基板的等离子处理方法，其特征在于，包括：
使得加到所述RF电极的所述RF电压其角频率(ωrf/2π)大于等于50MHz大于等于的工序；以及
对于所述脉冲电压的脉冲宽度t1(s)和重复时间t2(s)，使所述脉冲宽度t1和所述重复时间t2成立2π/ωrf＜t1＜t2＜2π/(ωp/5)的工序，其中ωp为等离子体离子角频率，ωp＝(e2N0/ε0Mi)1/2，e：基本电荷，ε0：真空介电常数，Mi：离子质量(kg)，N0：等离子密度(个/m3)
将入射所述基板的平均离子能量设定为适于加工所述基板的能量值。
12.如权利要求8或9所述的基板的等离子处理方法，其特征在于，包括改变所述RF电压的频率ωrf/2π和电压值Vp-p、以及所述脉冲电压的脉冲宽度t1、重复时间t2、和脉冲电压值Vpulse其中至少之一，并根据工艺的进展状况或工艺的切换，使入射所述基板的离子能量及其离子能量宽度其中至少之一变化的工序。
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220121 Address after: 5 / F, palace building, No. 1, No. 1, Marunouchi, Chiyoda District, Tokyo, Japan Patentee after: Pangea Co.,Ltd. Address before: Tokyo, Japan, the port district, Zhi Pu Ding Ding, No. 1, No. 1 Patentee before: TOSHIBA MEMORY Corp. |
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