CN114467169A - 等离子处理装置以及等离子处理方法 - Google Patents

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Abstract

等离子处理装置具备：处理室，对试样进行等离子处理；高频电源，供给用于生成等离子的高频电力；第一高频电源，向载置有所述试样的试样台供给第一高频电力；第二高频电源，向所述试样台供给频率比所述第一高频电力的频率高的第二高频电力；以及控制装置，控制所述第一高频电源和所述第二高频电源，使得在供给一方的高频电力的期间，停止另一方的高频电力的供给，所述第一高频电力的频率和所述第二高频电力的频率根据相对于频率的离子能量分布的峰值半值宽度为来规定。

Description

等离子处理装置以及等离子处理方法
技术领域
本发明涉及等离子处理装置以及等离子处理方法。
背景技术
在半导体器件的制造工序中，要求应对半导体装置所包含的零件的微细化、集成化。例如，在集成电路、纳米电气机械系统中，进一步推进构造物的纳米尺度化。
通常，在半导体器件的制造工序中，为了成形微细图案而使用光刻技术。在该技术中，在抗蚀剂层上应用器件构造的图案，选择性地对通过抗蚀剂层的图案而露出的基板进行蚀刻去除。在之后的处理工序中，只要在蚀刻区域内沉积其他材料，就能够形成集成电路。
例如，在电子设备等中使用的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)器件等的制造中，使用等离子蚀刻技术。在使用了等离子蚀刻的半导体基板(以下简称为“基板”)的蚀刻处理中，为了提高基板的成品率，要求基板面内的处理的均匀性，并且随着器件的微细化的进展，对蚀刻形状的垂直性的要求增加。为了使蚀刻形状在面内均匀地垂直化，使从等离子向基板入射的离子的控制变得重要。
作为从等离子向基板入射的离子的控制方法，在专利文献1中公开了如下技术：具备多个从等离子向晶片上吸引离子的偏置施加装置，通过控制多个频率的偏置电力比(混合比)而使入射到晶片的离子的能量和其分布独立地变化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-244429号公报
专利文献2：国际公开第2017/126184号
发明内容
发明要解决的课题
上述专利文献1所记载的现有技术在用于应对进一步的元件的微细化的离子的控制性方面未充分地考虑。即，使高频和低频的电力重叠(混合)，使其混合比变化而得到用于向离子提供对基板的入射能量的偏置电力。因此，施加于试样台的重叠的合成高频电力的电压波形的最大电位差(以下称为“Vpp”)必须不超过硬件上的极限值。因此，在比容许最大值小的范围内使用各高频电力的Vpp，无法发挥到各自的最大输出，从而有可能无法充分进行离子控制。
进而，合成不同的频率而得到的高频电力的波形复杂地变化，因此存在阻抗匹配困难的可能性。此外，也存在发生相互的电信号彼此混合的串扰的问题的可能性。
作为解决这些问题的方法，在专利文献2中公开了切换施加于试样台的具有多个不同频率的偏置电力来进行施加的方法。在该方法中，通过改变切换时间比，能够解决在专利文献1中可能发生的问题，并且能够通过使用不同的频率来控制离子的能量及其分布。
但是，若使用专利文献2的方法，则虽然能够控制空白晶片的蚀刻速率的面内均匀性，但是由于未考虑由频率变化引起的离子能量分布的变化，因此在蚀刻形状的面内均匀性的控制中残留有课题。参照图3对课题的例子进行具体说明。图3的(b)示出了仅通过单一的偏置电力的施加对图3的(a)的初始形状进行了蚀刻的结果，图3的(c)示出了在专利文献2的方法中使用蚀刻率的分布变平坦的条件进行了蚀刻的结果。另外，在此，以在Si基板23上层叠SiO2膜24而成的晶片为对象，进行蚀刻。
根据用单一的偏置电力进行蚀刻的结果，如图3的(b)所示，关于蚀刻形状，晶片中央部、晶片端部都成为垂直形状，但关于形状深度，在晶片中央部和晶片端部不同。与此相对，根据在专利文献2的方法中蚀刻速率分布为平坦的条件下进行蚀刻的结果，如图3的(c)所示，关于蚀刻形状，在晶片中央部和晶片端部，蚀刻形状不同，但形状深度相同。因此，即使在进行不同频率的偏置电力的施加的情况下，在晶片面内的蚀刻形状的均匀化方面也存在进一步的课题。
为了解决上述课题，本发明的目的在于提供一种能够在晶片面内得到期望的蚀刻形状的等离子处理装置以及等离子处理方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，代表性的本发明所涉及的等离子处理装置之一是通过以下来实现，其特征在于，具备：处理室，对试样进行等离子处理；高频电源，供给用于生成等离子的高频电力；第一高频电源，向载置有所述试样的试样台供给第一高频电力；第二高频电源，向所述试样台供给频率比所述第一高频电力的频率高的第二高频电力；以及控制装置，控制所述第一高频电源和所述第二高频电源，使得在供给一方的高频电力的期间，停止另一方的高频电力的供给，所述第一高频电力的频率和所述第二高频电力的频率根据相对于频率的离子能量分布的峰值半值宽度来规定。
代表性的本发明所涉及的等离子处理方法之一是通过以下来实现，使用了等离子处理装置，该等离子处理装置具备：处理室，对试样进行等离子处理；高频电源，供给用于生成等离子的高频电力；第一高频电源，向载置有所述试样的试样台供给第一高频电力；以及第二高频电源，向所述试样台供给频率比所述第一高频电力的频率高的第二高频电力，其特征在于，具有如下工序：控制所述第一高频电源和所述第二高频电源，使得在供给一方的高频电力的期间，停止另一方的高频电力的供给；将所述等离子处理的压力设为离子的平均自由行程比所述试样上的鞘套厚度长的压力；以及根据相对于频率的离子能量分布的峰值的半值宽度来规定所述第一高频电力的频率和所述第二高频电力的频率。
发明效果
根据本发明，能够提供能够在晶片面内得到期望的蚀刻形状的等离子处理装置以及等离子处理方法。
上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而变得明确。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的等离子处理装置的概略结构图。
图2是表示本实施方式所涉及的等离子处理装置的概略结构图。
图3是表示利用现有技术对晶片进行蚀刻时的蚀刻形状的图。
图4是表示决定本发明的实施方式中使用的压力条件以及频率条件的范围的依据的概略图。
图5是表示离子的鞘套的穿过时间与鞘套电压的关系的图表。
图6是图4中决定的压力条件以及频率条件的范围内的偏置电力所具有的离子能量分布函数的概略图。
图7是表示图2的等离子处理装置中的等离子生成用高频电源以及偏置用高频电源的输出状态的波形图。
图8是表示使用图7的等离子处理装置中的等离子生成用高频电源以及偏置用高频电源的输出对晶片进行蚀刻时的各输出状态下的蚀刻速率的图，横轴是距晶片中心的距离，纵轴是蚀刻速率。
图9是表示等离子蚀刻中的等离子阻抗的示意图。
图10是表示使用本实施方式对晶片进行蚀刻时的蚀刻形状的图。
具体实施方式
在以下所示的实施方式中，利用离子从等离子向晶片的入射能量分布根据偏置电力的频率而变化这点，能够进一步提高对晶片的离子入射的控制性，与微细化的半导体器件构造对应地得到晶片的蚀刻处理的面内均匀性、即蚀刻速率的面内均匀性以及蚀刻形状的面内均匀性。
与等离子生成分开独立地控制对晶片的偏置电压，即，与用于生成等离子的高频电力的控制分开，独立地控制对用于对入射到晶片的离子赋予能量的试样台施加的高频电力。进而，使用多个不同频率的偏置电源来控制对试样台施加的高频电力，按每个步骤切换供给不同频率的偏置电力。
通过该每个步骤的切换来设置不同频率的偏置电力的单独供给时间段，由此能够将各个频率的偏置电源设定到处理时能够向试样台施加的偏置电源205的容许值的最大，进一步提高向晶片的离子入射的控制性。以下，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式所涉及的等离子处理装置的概略结构图。图2是另一实施方式所涉及的等离子处理装置的概略结构图。在图1、图2中，对共同的结构标注相同的附图标记。在本实施方式中，构成处理室(腔室)的真空容器101例如是由铝等导电材料制作的圆筒状的容器，被电接地(接地)。真空容器101的上部开口被由能够供电磁波透过的材质例如石英构成的顶板102密封。在真空容器101下部中央连接有将内部减压排气至给定压力的真空排气装置。在顶板102的上部以覆盖顶板102的方式设置波导管103，经由匹配器104连接有等离子生成用的高频电源(以下称为“高频电源”或“等离子电源105”)。
在这种情况下，等离子电源105振荡2.45GHz的微波。振荡出的微波在波导管103中传播，经由顶板102被导入到真空容器101内。在真空容器101的外侧卷绕安装有用于在真空容器101内形成磁场的螺线管线圈(磁场生成装置)106。在顶板102的下方的真空容器101上部设置有簇射板108，在真空容器101的顶板102与簇射板108之间连接有气体供给装置107。
从气体供给装置107向顶板102与簇射板108之间的空间供给处理气体，经由簇射板108向形成于真空容器101内的处理室内供给处理气体。在真空容器101内设置有试样台109，从省略了图示的晶片搬入口搬入晶片(试样)并配置/保持在试样台109上。
在试样台109上，具有多个该情况下两个不同频率的偏置用的高频电源即频率800KHz的第一偏置电源(以下称为“第一高频电源”或“第一偏置电源113”)和频率为400KHz的第二偏置电源(以下称为“第二高频电源”或“第二偏置电源114”)经由滤波器110及第一、第二匹配器111、112分别并联电连接。第二高频电源能够供给频率比第一高频电源中的第一高频电力的频率高的第二高频电力。
在此，在图1的等离子处理装置中，在将滤波器110与第一匹配器111以及第二匹配器112连接之后，通过控制装置115的控制进行输出切换，与此相对，在图2的等离子处理装置中，通过控制装置115的控制经由开关进行滤波器110与第一匹配器111或第二匹配器112的连接切换。
该情况下的滤波器110具有如下功能：在第一偏置电源113的输出中，不使来自包含省略了图示的电源(例如，用于保持与试样台109连接的晶片的静电吸附装置的电源、进行晶片的温度控制的加热器的电源等)在内的第一偏置电源113以外的电源的输出向第一偏置电源113侧通过(例如高通滤波器，High Pass Filter)；和在第二偏置电源114的输出中，不使来自包含省略了图示的电源(例如，用于保持与试样台109连接的晶片的静电吸附装置的电源、进行晶片的温度控制的加热器的电源等)在内的第二偏置电源114以外的电源的输出向第二偏置电源114侧通过(例如低通滤波器，Low Pass Filter)。此外，在第一偏置电源113和第二偏置电源114中的一方的高频电力正被供给的期间，停止另一方的高频电力的供给。等离子电源105以及第一偏置电源113、第二偏置电源114与控制装置115相连，通过控制装置115进行后述的各电源的输出控制。
在如上述那样构成的等离子处理装置中，供给到真空容器101内的处理气体通过经由顶板102导入的微波的电场和由螺线管线圈106形成的磁场的作用(例如，电子回旋共振：Electron Cyclotron Resonance(ECR))等离子化，在簇射板108与试样台109之间的空间形成等离子。
此外，对试样台109从第一偏置电源113施加频率为400KHz的高频电力，或者从第二偏置电源114施加频率为800KHz的高频电力。对试样台109施加的这些高频电力与等离子的生成独立地被控制，产生使等离子中的离子入射到晶片的偏置电压。将对试样台109施加的高频电力的频率称为偏置频率条件。此外，将经由控制装置115由真空泵116(压力调整装置)设定的腔室内的压力称为压力条件。
参照图4，对使用的腔室内的压力条件以及偏置频率条件(以下称为频率条件)的离子的运动状态的不同进行说明。图4的(a)表示满足本实施方式中决定的频率条件以及压力条件时的离子的运动状态。进而，图4的(b)示出选择了比所述频率条件高的频率的情况下的离子的运动状态。此外，图4的(c)表示选择了比所述压力条件高的压力的情况下的离子的运动状态。以下示出所述频率条件以及压力条件。
关于所述频率条件，如以下那样决定。在此，将在等离子与晶片之间形成的边界层称为鞘套。离子201通过偏置电力所产生的电场的力穿过鞘套202而终于抵达晶片203上，但若偏置电力的正负变化的周期时间比离子的穿过鞘套的时间快，则离子停留在鞘套202内的时间变长，离子能量的偏差变大。若离子能量的偏差变大，则离子的入射角分布变得广泛，因此难以得到垂直的蚀刻形状。因此，在本实施方式中，使用具有比离子201通过鞘套202的时间长的周期的频率条件。即，第一高频电力的频率和第二高频电力的频率优选为根据离子通过鞘套的时间而规定的值，进一步优选为离子通过鞘套的时间的倒数以下的值。
此外，关于腔室内的所述压力条件，如下所述地决定。本实施方式中使用的压力条件是等离子中所包含的离子201所具有的平均自由行程超过存在于晶片203正上方的鞘套202的厚度的值。通过使用该压力条件，能够忽略因鞘套202内的离子碰撞而产生的影响，能够抑制离子能量的偏差。
本实施方式中使用的等离子处理装置的离子密度为1010～1011cm-3，偏置电压为100～400V，因此认为鞘套厚度约为0.4mm～4mm左右，因此本实施方式中能够使用的压力条件为2.66Pa以下，频率条件为3MHz以下。该频率的上限值能够根据气体种类而变更。以下，对其理由进行说明。
图5是表示离子的鞘套的穿过时间与鞘套电压的关系的图表。如图5所示，离子的鞘套的穿过时间与鞘套电压的关系根据所使用的气体种类(例如Ar、Cl、He、H)而变化。
在此，若将鞘套厚度设为d，将鞘套电压没为V，将离子的鞘套穿过时间设为Ti，将偏置电源的周期设为TRF，将离子质量设为mi，将元电荷设为e，则以下的式1、式2成立。
[数学式1]
(式1)
Figure BDA0003259603650000071
[数学式2]
(式2)
Figure BDA0003259603650000072
根据所要求的频率条件，由于Ti＜TRF/2，因此在使用一般的气体种类的情况下，约3MHz的频率成为上限，但根据图5可知，能够根据气体种类来变更频率条件的上限。另外，在图5中示出使用了一种气体的例子，但在使用混合气体的情况下，图表根据其混合比例而变化。
为了满足所述频率条件和所述压力条件，在本实施方式中，偏置电力的频率使用400KHz和800KHz，腔室的压力使用4.8mTorr。
在图6中，横轴表示入射到晶片的离子的能量，纵轴表示具有该能量的离子向晶片的入射通量，在此比较不同的偏置电力频率下的离子能量分布并示出。可知，13.56MHz的离子能量分布301与400KHz或者800KHz的离子能量分布302分别使得具有峰值的离子能量不同，此外，关于各自的峰值半值宽度(303、304)，离子能量分布301更宽，离子能量的偏差大。因此，与上述的高压力条件同样地，离子的入射角分布变得广泛，因此难以得到垂直的蚀刻形状。
(蚀刻评价)
以下，对本发明人进行的蚀刻评价进行说明。通过切换供给图7所示那样输出控制的低的频率(400KHz)的第一高频电力和更高的频率(800KHz)的第二高频电力的蚀刻处理，得到图8所示的蚀刻速率的分布。另外，该情况下的蚀刻处理是将图3的(a)所示的膜构造、即在Si基板23上层叠SiO2膜24而成的晶片作为对象。
关于蚀刻条件，使用Cl2和Ar的混合气体作为处理气体，将总气体流量设为250ml/min，将压力设为4.8mTorr，将等离子电源105的输出设为700W，将第一偏置电源113的输出和第二偏置电源114的输出分别设为150W。蚀刻处理的评价用多晶硅膜的蚀刻速率进行评价。
在步骤时间内调整蚀刻中的第一偏置电源113与第二偏置电源114的输出比，如图7的(a)～(c)所示进行调整。该调整能够通过控制装置115进行。
图8的(a)表示与图7的(a)的输出控制对应的蚀刻速率分布。如图7的(a)所示，在仅是具有低的频率的来自第一偏置电源的输出时，如图8的(a)所示，蚀刻速率分布成为在晶片中心高、在外周低的中高分布。
图8的(b)表示与图7的(b)的输出控制对应的蚀刻速率分布。若如图7的(b)所示，在从第一、第二偏置电源交替地输出低的频率的输出和高的频率的输出相同时间时，如图8的(b)所示，蚀刻速率分布在面内成为大致均匀的分布。
图8的(c)表示与图7的(c)的输出控制对应的蚀刻速率分布。如图7的(c)所示，在仅是具有高的频率的来自第二偏置电源的输出时，如图8的(c)所示，蚀刻速率分布成为在晶片中心低、在外周高的外高分布。
这样可知，由于随着相对于低的频率(400KHz)的高频电力的供给时间而慢慢增加高的频率(800KHz)的高频电力的供给时间的比例，晶片外周部的蚀刻速率增加，因此能够控制晶片面内的蚀刻速率分布。
另外，作为随着高的频率的高频电力的供给时间的比例增加换言之低的频率的高频电力的供给时间的比例减少而晶片外周部的蚀刻速率增加的理由，考虑如下。
本实施方式中使用的等离子处理装置是利用了微波的电场和由螺线管线圈产生的磁场的相互作用的等离子处理装置。在这样的等离子处理装置中，在通过施加于试样台109的偏置用高频电力而经由等离子在试样台109与接地的真空容器101之间流过电流时，等离子中的电子横穿形成于真空容器101内的磁场。
此时，磁场要捕捉电子，其作为等离子的横越磁场阻抗(Cross field impedance)来表示。在图9中，若将从晶片203的中央部到晶片203的端部的横越磁场阻抗207设为Z1，将从晶片203的端部到接地的横越磁场阻抗208设为Z2，则从晶片203的中央部观察到的横越磁场阻抗(Z1+Z2)，从晶片端部观察到的横越磁场阻抗仅成为Z2。此外，将从位于晶片203的正上方的鞘套受到的鞘套阻抗206设为ZS。由于鞘套阻抗ZS在晶片203的面内是同等的，因此从晶片203的中央部观察到的等离子阻抗为(ZS+Z1+Z2)，从晶片203的端部观察到的等离子阻抗为(ZS+Z2)。
在此，鞘套阻抗与高频电力的频率有逆相关，若频率变高，则鞘套阻抗变小。因此，在高的频率的高频电力下，与横越磁场阻抗相比，鞘套阻抗小到能够忽略的程度，因此晶片203的中央部的等离子阻抗能够近似为(Z1+Z2)，晶片203的端部的等离子阻抗近似为Z2。因此，晶片203的端部与晶片203的中央部相比，等离子阻抗变低，因此，来自通过施加偏置电压而入射到晶片203的等离子的离子能量与晶片203的中央部相比在晶片203的端部增加，因此晶片203的端部的蚀刻速率比中央部高。
相对于此，在低的频率的高频电力下，鞘套阻抗增加，横越磁场阻抗相对于鞘套阻抗能够忽略，因此晶片203的端部以及中央部的等离子阻抗均能够近似为ZS。因此，晶片203的面内的等离子阻抗之差变小，因此晶片203的面内的来自等离子的离子入射能量变得没有差异。
根据本实施方式中使用的等离子处理装置的特性，真空容器101内的气体经由试样台109的周边空间从真空容器101的上部朝向下部流动而被排出。因此，来自供给至晶片203的周边的等离子的活性种比晶片中央部少，因此晶片周围的蚀刻速率变低，成为中央高的蚀刻速率分布。因此，该中央高的蚀刻速率分布可以说是基于本实施方式的等离子处理装置的特性的分布。
如上所述，根据本实施方式，通过使低的频率(400KHz)的高频电力与高的频率(800KHz)的高频电力的输出时间的比例变化，能够在中央高至周围高的分布之间调整蚀刻速率分布，在此期间，如图8的(b)所示，通过设定蚀刻速率分布大致均匀的条件、即低的频率和高的频率的高频电力的输出时间的比例，能够实现晶片面内的蚀刻速率的均匀化。
此外，图如图8的(b)所示，将在使蚀刻速率均匀化的条件下进行蚀刻处理时的蚀刻形状示于图10。在此，与图3同样地，对在Si基板的掩模203上形成SiO2膜204的结构进行了蚀刻。使用本实施方式中使用的400KHz与800KHz的高频电力的组合，如图8的(b)所示，在使蚀刻速率均匀化的条件下进行蚀刻处理。其结果，如图10所示，蚀刻形状在晶片中央部、晶片端部都成为垂直形状，并且形状深度在晶片中央部、晶片端部成为同等。
在通过现有技术进行蚀刻处理的例子(参照图3的(c))中，晶片中央部与晶片端部的蚀刻形状产生差异。认为原因在于，由于两个不同的偏置电力的频率而在离子能量分布的能量峰值的半值宽度产生差异。即，如图6所示，认为若使用由低的频率的偏置电力(400KHz)产生的离子能量分布的能量峰值的半值宽度与由高的频率的偏置电力(13.56MHz)产生的离子能量分布的能量峰值的半值宽度不同的组合，则在调整了时间以使得蚀刻速率变得均匀的条件下，在晶片中央部和晶片端部，蚀刻时的形状深度变得均匀，但蚀刻形状不均匀。
与此相对，认为若使用在本实施方式中使用的低的频率的偏置电力(400KHz)与高的频率的偏置电力(800KHz)的组合，则由各个频率产生的离子能量分布的能量峰值的半值宽度相等，因此在调整了时间以使得蚀刻速率变得均匀的条件下，在晶片中央部和晶片端部，蚀刻时的形状深度和蚀刻形状均变得均匀。
这样，通过采用交替地切换低的频率的偏置电力和高的频率的偏置电力的输出并能够控制各个电力的输出时间的比例的结构，能够进一步提高离子向晶片的入射的控制性。
此外，在本实施方式中，将两个不同频率的高频电力供给到试样台109，但在从一方的偏置电源供给高频电力时，停止从另一方的偏置电源供给高频电力，因此电流不会从另一方的偏置电源流入试样台109。因此，能够防止串扰的产生，能够稳定地向试样台109供给偏置电力。
另外，在本实施方式中，将等离子处理中的压力设为0.638Pa，作为具有不同的两个频率的偏置电源的组合，使用了400KHz的高频电源和800KHz的高频电源的组合，但只要是所述压力条件、频率条件内，就可以选择鞘套阻抗之差变大的频率的组合。换言之，优选第一高频电力的频率和第二高频电力的频率根据试样上的鞘套的阻抗来规定，例如是第一高频电力的频率下的鞘套的阻抗与第二高频电力的频率下的鞘套的阻抗之差变大的频率。此外，低的频率和高的频率的高频电力的切换哪一者都可以先进行。
以上，根据本实施方式，通过改变第一偏置电源和第二偏置电源各自的输出时间的比例来对试样台进行施加，能够控制晶片面内的蚀刻速率分布，能够控制晶片面内的蚀刻速率均匀性。此外，由于考虑离子能量分布来选择频率，因此也能够进行晶片面内的蚀刻形状的分布控制。
此外，在上述的例子中，任意指定了所使用的压力以及偏置电力的频率的组合，但由于通过偏置电压大致预估鞘套厚度，因此只要指定压力，就决定了能够使用的偏置电力的频率条件。因此，若通过指定压力来自动示出能够使用的偏置电力的频率条件，则离子的控制变得更简便。
此外，在上述的实施例中，以微波ECR等离子为一个实施例进行了说明，但在电容耦合型等离子、电感耦合型等离子等其他等离子生成方式中的等离子处理装置中也能够得到与本实施例同样的效果。
上述的实施方式是为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明的实施方式，并不限定于必须具备所说明的全部结构。此外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，此外，也能够在某实施方式的结构中添加其他实施方式的结构。此外，对于各实施方式的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。
附图标记说明
101：真空容器，102：顶板，103：波导管，104：匹配器，105：等离子电源，106：螺线管线圈，107：气体供给装置，108：簇射板，109：试样台，110：滤波器，111：第一匹配器，112：第二匹配器，113：第一偏置电源，114：第二偏置电源，115：控制装置，116：真空泵，201：离子，202：鞘套，203：Si基板，204：SiO2膜，205：偏置电源，206：鞘套阻抗，207：电极中心到端的横越磁场阻抗，208：电极端到接地的横越磁场阻抗，301：偏置电力的频率为13.56MHz时的离子能量分布，302：偏置电力的频率为400KHz或者800KHz时的离子能量分布，303：偏置电力的频率为13.56MHz时的离子能量分布的高能量侧的峰值的峰值的能量峰值的半值宽度，304：偏置电力的频率为400KHz或者800KHz时的离子能量分布的高能量侧的峰值的能量峰值的半值宽度。

Claims (11)

1.一种等离子处理装置，其特征在于，具备：
处理室，对试样进行等离子处理；
高频电源，供给用于生成等离子的高频电力；
第一高频电源，向载置有所述试样的试样台供给第一高频电力；
第二高频电源，向所述试样台供给频率比所述第一高频电力的频率高的第二高频电力；以及
控制装置，控制所述第一高频电源和所述第二高频电源，使得在供给一方的高频电力的期间，停止另一方的高频电力的供给，
所述第一高频电力的频率和所述第二高频电力的频率根据相对于频率的离子能量分布的峰值的半值宽度来规定。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述第二高频电力的频率是所述半值宽度与所述第一高频电力的频率下的所述半值宽度大体相同的频率。
3.根据权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述第一高频电力的频率和所述第二高频电力的频率根据所述试样上的鞘套的阻抗来规定。
4.根据权利要求3所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述第一高频电力的频率和所述第二高频电力的频率是所述第一高频电力的频率下的所述鞘套的阻抗与所述第二高频电力的频率下的所述鞘套的阻抗的差变大的频率。
5.根据权利要求4所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述第一高频电力的频率和所述第二高频电力的频率是根据离子通过所述鞘套的时间来规定的值。
6.根据权利要求5所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述第一高频电力的频率和所述第二高频电力的频率是离子通过所述鞘套的时间的倒数以下的值。
7.根据权利要求6所述的等离子处理装置，其特征在于，
所述第二高频电力的频率为3MHz以下。
8.一种等离子处理方法，其特征在于，使用了等离子处理装置，该等离子处理装置具备：处理室，对试样进行等离子处理；高频电源，供给用于生成等离子的高频电力；第一高频电源，向载置有所述试样的试样台供给第一高频电力；以及第二高频电源，向所述试样台供给频率比所述第一高频电力的频率高的第二高频电力，
所述等离子处理方法具有如下工序：
控制所述第一高频电源和所述第二高频电源，使得在供给一方的高频电力的期间，停止另一方的高频电力的供给；
将所述等离子处理的压力设为离子的平均自由行程比所述试样上的鞘套厚度长的压力；以及
根据相对于频率的离子能量分布的峰值的半值宽度来规定所述第一高频电力的频率和所述第二高频电力的频率。
9.根据权利要求8所述的等离子处理方法，其特征在于，
所述等离子处理方法还具有如下工序：使所述第二高频电力的频率为所述半值宽度与所述第一高频电力的频率下的所述半值宽度大体相同的频率。
10.根据权利要求9所述的等离子处理方法，其特征在于，
所述等离子处理方法还具有如下工序：使所述第一高频电力的频率和所述第二高频电力的频率为离子通过所述试样上的鞘套的时间的倒数以下的值。
11.根据权利要求10所述的等离子处理方法，其特征在于，
所述等离子处理方法还具有如下工序：使所述等离子处理的压力为2.66Pa以下。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10150025A (ja) * 1996-11-20 1998-06-02 Mitsubishi Electric Corp プラズマ反応装置
US20050112891A1 (en) * 2003-10-21 2005-05-26 David Johnson Notch-free etching of high aspect SOI structures using a time division multiplex process and RF bias modulation
JP2008053507A (ja) * 2006-08-25 2008-03-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd ドライエッチング方法
JP5014166B2 (ja) 2007-02-13 2012-08-29 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置
JP6045646B2 (ja) * 2010-08-23 2016-12-14 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング方法
KR102124407B1 (ko) * 2016-01-18 2020-06-18 주식회사 히타치하이테크 플라스마 처리 방법 및 플라스마 처리 장치

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