CN1121303A - 螺旋波等离子处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种螺旋波等离子处理方法和装置，它在真空容器内设置装载基板的电极，在与真空容器的基板对置的壁面上配置多个放电管，各放电管的周围设有螺旋天线及产生静磁场用线圈。另外还设有使直流电流流入产生磁场用各线圈的天线用高频电源，使得多个产生静磁场用线圈中至少一个线圈产生的静磁场的方向与其它线圈产生的静磁场方向相反，上述方法和装置能在较高真空下产生高密度等离子体，具有成品率高、小型化，适合于大型基板处理等优点。

Description

螺旋波等离子处理方法及装置

本发明涉及干蚀刻、溅射、等离子CVD等的等离子处理方法及装置，尤其涉及一种在较高真空下能产生高密度等离子体的螺旋波等离子处理方法及装置。

近年来，在半导体元件的细微化方面，为了实现干蚀刻技术中的高纵横比加工等，又为了实现等离子CVD技术中的高纵横比的注入等，越来越要求在更高真空中进行等离子处理。

例如，在干蚀刻情况下，一旦在高真空中产生高密度等离子体时，则由于基板表面上形成的离子复盖中离子与中性气体粒子碰撞的机率变小，所以离子的方向性向着基板聚齐，另外由于电离度高，所以到达基板的离子偶中性基的入射粒子束的比变大。因此，借助于高真空中产生高密度等离子体可提高蚀刻异向性，可进行高纵横比的加工。

在等离子CVD中，若在高真空中使其产生高密度等离子体时，则由于离子的溅射效果就能注入细微图形。平坦化作用并能进行高纵横比的注入。

参照图3说明已有技术的一般平行平板型等离子处理装置的结构。在图3中，在真空容器11内载置有基板13，在此基板的下部配设电极12和上部电极14，通过在这两电极12、14间施加高频电源15从而在真空容器11内产生等离子体。

在这种方式中，随着真空度的提高离子密度急骤下降，所以在高真空下难以产生高密度等离子体，不能获得足够的处理速度。

对于这种平行平板型等离子处理装置，是人们熟知的一种在高真空中能产生高密度等离子体的等离子处理装置，即它是通过微波电场和螺线管线圈的作用，产生静磁场，从而使电子回旋加速运动的ECR方式的等离子处理装置。

图4表示这种ECR等离子处理装置的结构。图4中，一边向真空容器21内导入适当的气体一边进行排气；一边使放电管25内保持适当压力一边将微波发生装置26产生的微波经波导管27射入放电管25内，同时使直流电流流入设于放电管25外侧的产生静磁场用的线圈28内，从而使放电管25内部产生静磁场。于是，微波电场与静磁场相互作用，激励放电管25中的电子作电子回旋加速运动、从而产生等离子体。另外，电极22连接于电极用高频电源24上，能用以控制入射基板23的离子能量。

由于微波发生装置26及波导管27等价格高，所以这种ECR方式存在着高成本的问题。

近来有一种引人关注的螺旋波方式。它的结构成本比ECR方式低，并且即使在弱磁场中也能产生高真空高密度等离子体。在“应用螺旋源于等离子处理”(1991年4-5月J·Vac·Sci·Techno·B9(2)，由A·J·Perry等著)一文中对螺旋波等离子处理装置有详细介绍。

图5表示这种螺旋波等离子处理装置的结构。图5中，一边向真空容器31导入适当的气体一边进行排气；一边在放电管35内保持适当压力一边将高频电源38的高频电压加给螺旋天线36，同时使直流电流流入设于螺旋天线36外侧的产生静磁场用的线圈37，从而使放电管35内部产生静磁场。此时，在等离子体中沿磁力线传输的右旋圆极化波，即激励起螺旋波，通过该电磁波动的朗道阻尼供给电子能量，维持等离子体。电极32连接于电极用高频电源34上可用以控制射入基板33的离子能量。

但是，在图4、5所示已有技术方式中，对于制作入基板上的器件内部的绝缘薄膜，如MOS晶体管的栅极氧化膜，容易发生绝缘损坏，存在着所谓易于发生充电过程损坏问题。所谓的ECR方式也好，螺旋波方式也好，它们都使用静磁场，由于该磁场正在到达基板而且，极难使该静磁场完全均匀，所以到达基板的静磁场就不均匀，因此，电子电流和离子电流的平衡性局部受到破坏，在绝缘薄膜上产生电荷积累，该积累电荷会破坏绝缘膜。

然而，螺旋波方式与ECR方式相比，即使在较弱的磁场中，螺旋波方式也能工作，如图6所示，直流电流流入设于真空容器31周围的线圈39内以形成会聚磁场，使基板近旁的垂直磁场几乎为零，从而能在某种程度上抑制绝缘膜的损伤。但是使用这种方法会使装置庞大，排气能力下降，从而引起尘埃增加等其它问题。

另外，在图4、5所示已有方式中存在着难以应用大型基板的问题。这是由于难以形成大面积均匀的等离子体，要解决这一问题，就必须对真空容器内的磁场分布和放电管的设计付出很大劳力。

本发明鉴于存在如上那样原来的问题，其目的在于提供一种在较高真空中也能产生高密度等离子体、损害低并能方便应用于大型基板的螺旋波等离子处理方法及装置。

本申请的第1发明的螺旋波等离子处理方法，其特征在于，将基板载置于真空容器内的电极上，在与真空容器内的基板相对的壁面近旁形成封闭的静磁场状态下，施加高频电磁场形成螺旋波等离子体，对基板进行处理。

螺旋波等离子体处理的具体的方法是将基板载置于真空容器内电极上、用配置在真空容器中与基板相对设置的放电管和其周围的螺旋天线及产生静磁场用线圈来产生螺旋波等离子体对基板进行处理，在此种螺旋波等离子处理方法中，其具体作法的特征在于，使用多个放电管和其周围的螺旋天线及发生静磁场用线圈；在多个产生静磁场用线圈中至少有一个线圈所发生的静磁场的方向与其它线圈发生的静磁场方向相反。

本申请的第2发明的螺旋波等离子处理装置，其特征在于，在真空容器内配置有装载基板的电极，与真空容器的基板相对置的壁面上配置有多个放电管，各放电管的周围设有螺旋天线及产生静磁场用线圈，在多个静磁场产生用线圈内至少有一个线圈产生的静磁场的方向与其它线圈产生的静磁场的方向相反。

最好设有将高频电压外加给载置基板的电极上的高频电压手段。

按照本发明螺旋波等离子处理方法及装置，在与真空容器内的基板相对的壁面近旁形成封闭式静磁场状态中，产生螺旋波等离子体，能使基板近旁的静磁场变小，因此，一方面可在较高真空中产生高密度等离子体，一方面在基板上不会发生因不均匀磁场而引起的绝缘膜破坏，所以处理对破坏性很低。

再有，使用多个放电管和其周围的螺旋天线及产生静磁场用线圈的同时，在这些产生静磁场用线圈中，至少有一个线圈得到的静磁场的方向与其它线圈得到的静磁场方向相反，由于线圈近旁形成封闭式静磁场，即使放电管与基板的距离相当小，也能使基板近旁中的静磁场变得很小，从而能实现紧凑型结构的螺旋波等离子处理装置。

另外，对于真空容器内的磁场分布及放电管的设计也无需投入多大劳力，只要增设螺旋天线和产生静磁场用线圈，就能进行大面积处理，从而能实现适应于大型基板的螺旋波等离子处理装置。

实施例

图1为本发明螺旋波等离子处理装置一实施例的简略结构图；

图2为上述实施例中静磁场分布说明图；

图3为已有技术例平行平板型等离子处理装置的概略结构的斜视图；

图4为已有例ECR方式等离子处理装置的概略结构图；

图5为已有例螺旋波等离子处理装置的概略结构图；

图6为已有例低破坏的螺旋波等离子处理装置的结构简示图。

下面，参照图1、图2说明本发明一实施例的螺旋汥等离子处理装置。

图1中，真空容器1内设有装载基板3用的电极2。电极2连接于电极用高频电源4上，其构成能控制入射基板3的离子能量。真空容器1上设有与基板3对置的多个放电管5，各放电管5的周围设有螺旋天线6及产生静磁场用线圈7。各螺旋天线6由天线用高频电源8供给高频功率。

一边向真空容器1内输入气体一边进行排气以便保持放电管5内适当的压力，同时一旦天线用高频电源8对螺旋天线6投入高频电力时则放电管5及真空容器1内就产生等离子体。

又，产生静磁场用线圈7内，其内侧线圈7a中流动着产生指向基板3静磁场的电流，而其外侧线圈7b中流动着产生与基板相反方向静磁场的电流。

图2表示该实施例真空容器1内的静磁场的分布。由图2可见，产生静磁场用线圈7内，内侧线圈7a中流动的直流电流得到的静磁场的方向与外侧线圈7b中流动的直流电流得到的静磁场的方向相反，所以静磁场封闭于放电管5附近空间中。因此，即使放电管5与基板3的距离相当小，在基板3附近静磁场也会变得较小。这样在较高真空中能产生高密度等离子体，而且，即使在真空容器1的周围不配置产生会聚磁场的线圈等，也能低损害地处理基板，并能形成紧凑型结构。

另外，根据处理面积，只要增设放电管、螺旋天线及产生静磁场用线圈，即可进行大面积处理，无需对真空容器1内的磁场分布和放电管5的设计花费大的劳力，就能适用于大型基板。

放电管5的具体结构不限于上述实施例。例如放电管的形状、个数、或配置状态等可作任意变更。

另外，真空容器1的形状，显示例为园筒形，但其他形状，例如正方体形状也可适用，此时，对于放电管结构可考虑种种变化。

按照本发明的螺旋波等离子处理方法及装置，由上述说明可清楚看到，在与真空容器内基板相对置的壁面附近形成封闭的静磁场状态下形成螺旋波等离子体，能使基板附近的静磁场变得很小，因此，能在较高真空中产生高密度等离子体，并且不会因基板上不均匀的磁场使绝缘膜破坏，从而能实现高成品率处理。

另外，使用多个放电管和其周围的螺旋天线及产生静磁场用线圈的同时，这些产生静磁场用线圈中至少有一个线圈产生的静磁场的方向与其它线圈产生的静磁场的方向相反，在线圈附近形成封闭静磁场，所以即使放电管与基板的距离相当小也会使基板附近的静磁场变得较小，从而能实现紧凑型结构的螺旋波等离子处理装置。

再有，不用对真空容器内的磁场分布和放电管的设计投入多大劳力，只要根据处理面积增设放电管、螺旋天线及产生静磁场用线圈，就可进行大面积处理，因此能实现处理大面积的螺旋波等离子处理装置。

因此，按照本发明，在干蚀刻、溅射、等离子CVD等的等离子处理装置中，能够提供一种在较高真空中产生高密度等离子体、具有高成品率、且方便适用于大型基板的紧凑型螺旋波等离子处理装置。

另外，通过设置对装载基板的电极施加高频电压的高频电压手段，从而能控制入射基板的离子能量。

Claims (4)

1.一种螺旋波等离子处理方法，其特征在于，将基板装载于真空容器内的电极上，在与真空容器内的基板对置的壁面附近形成封闭静磁场状态下施加高频电磁场产生等离子体，对基板进行处理。

2.一种螺旋波等离子处理方法，在将基板装载于真空容器内的电极上、用配置在真空容器上使得与基板对置的放电管和其周围的螺旋天线及产生静磁场用线圈、产生螺旋波等离子体对基板进行处理的螺旋波等离子处理方法中，其特征在于：

使用多个放电管和其周围的螺旋天线及产生静磁场用线圈；多个产生静磁场用线圈中至少有一个线圈所产生的静磁场的方向与其它线圈产生的静磁场方向相反。

3.一种螺旋波等离子处理装置，其特征在于，在真空容器内设置装载基板用的电极，在与真空容器的基板相对置的壁面上配设多个放电管，各放电管的周围设有螺旋天线及产生静磁场用线圈，多个产生静磁场用线圈内至少有一个线圈产生的静磁场的方向与其它线圈产生的静磁场方向相反。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，可进一步设置对载置基板的电极施加高频电压的高频电压手段。

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