CN1480995A - 等离子体处理装置以及等离子体处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及等离子体处理装置以及等离子体处理方法。如果终点检测器17(EPD)检测出终点(t5)，则断开从高频电源12来的RF功率(底部RF)的同时(t5)，停止向晶片W背面供给He气14(t5)，蚀刻不进行，而且，在可能维持等离子体的范围内，在控制从高频电源11来的RF功率(顶部RF)的状态下(t5)，断开高压直流电源13(HV)，由此可以一边正确控制蚀刻量，一边抑制微粒的吸附。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置以及等离子体处理方法，尤其是适合在上下电极上施加RF功率的情况。
背景技术
在现有的等离子体处理装置中，由于使晶片在腔室内固定，所以有用静电吸盘的。在用该静电吸盘的方法中，在静电吸盘上施加高压直流电压，通过在晶片上作用库伦力进行晶片的固定。
在这样的等离子体装置中，如果在没有等离子体的状态下，在静电吸盘上施加高压直流电压，则通过在晶片上作用的库伦力，在晶片表面上附着微粒。因此，在过程开始时，接通RF功率后，接通静电吸盘的高压直流电压，在过程终止时，关断静电吸盘的高压直流电压后，通过关断RF功率，在没有等离子体的状态下防止高压直流电压施加在静电吸盘上，降低微粒向晶片表面的吸附。
然而，在该方法中，在关断静电吸盘的高压直流电压后，由于晶体也暴露在等离子体内，所以比所希望的蚀刻量还多地进行蚀刻，存在所谓对施加工形状和尺寸等产生不良影响，器件性能恶化的问题。
发明内容
所以，本发明的目的是，提供既能正确地控制蚀刻量，又能抑制吸附微粒的等离子体处理装置及等离子体处理方法。
本发明包含以下工序，即：借助静电吸盘固定晶片的工序；通过施加具有第1频率的第1高频电力和具有第1频率以下的第2频率的第2高频电力，进行前述晶片的等离子体处理的工序；在前述等离子体处理终止后，在未进行前述等离子体处理的范围内，维持等离子体放电的工序；借助前述静电吸盘停止向晶片背面供给冷却气体的工序；停止向前述静电吸盘施加直流电压的工序；以及停止施加前述直流电压后，停止前述等离子体的放电的工序。
由此，在等离子体处理终止后，即使在维持等离子体放电的情况下，也可以使等离子体处理不进行，因此，维持等离子体放电，即使停止向静电吸盘施加直流电压的情况下，在等离子体处理终止后也不会再进行蚀刻，使一边抑制晶片对微粒的吸附，一边停止施加直流电压成为可能。
根据本发明，维持前述等离子体放电的工序，在前述等离子体处理终止时，停止施加前述第2高频电力的同时，控制前述第1高频电力，以便在前述等离子处理不进行的范围内维持等离子体放电。
由此，通过只控制第1高频电力可以维持等离子体放电，使控制简单化。
根据本发明，维持前述等离子体放电的工序，在前述等离子体处理终止时，在停止施加前述第1高频电力的同时，控制前述第2高频电力，以便在前述等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电。
由此，使降低维持等离子体放电期间的频率成为可能，同时，一边控制入射晶片的离子能量，一边能维持等离子体放电，降低充电损害。
根据本发明，维持前述等离子体放电的工序，在前述等离子体处理终止时，控制前述第1高频电力及前述第2高频电力，以便在前述等离子体处理不进行的范围内，维持等离子体放电，停止前述等离子体放电的工序，在停止施加前述第1高频电力后，停止施加前述第2高频电力。
由此，可一边控制等离子体密度以及离子能量的双方，一边在等离子体处理不进行的范围维持等离子体放电，在可进一步改善微粒附着和过蚀刻发生的同时，降低充电损害。
根据本发明，维持前述等离子体放电的工序，在前述等离子体处理终止时，在维持前述第2高频电力的同时控制前述第1高频电力，以便在前述等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电，停止前述等离子体放电的工序，在停止施加前述第1高频电力后，停止施加前述第2高频电力。
由此，在不进行离子能量控制的状态下，可以防止维持等离子体放电，可以降低充电损害。
根据本发明，通过施加具有第1频率的第1高频电力和具有第1频率以下的第2频率的第2高频电力，在进行等离子体处理的处理方法中，在施加前述第2高频电力后，施加前述第1高频电力。由此，即使在开始施加高频电力的情况下也不控制离子能量的状态下，可以防止进行等离子体放电，可以降低充电损害。
本发明还包含在停止施加前述第1高频电力后，停止施加前述第2高频电力的工序。
由此，不仅在开始施加高频电力时，即使在停止施加高频电力的情况下，在不控制离子能量的状态下也能防止进行等离子体放电，也能更进一步降低充电损害。
根据本发明，在上部电极施加前述第1高频电力，在下部电极施加前述第2高频电力。
根据本发明，在下部电极施加前述第1高频电力和前述第2高频电力。
本发明包含：在基座上固定晶片的静电吸盘；在前述静电吸盘上施加直流电压的直流电压源；在腔室内发生等离子体的等离子体发生机构，在等离子体处理终止后，在前述等离子体处理不进行的范围内，维持等离子体放电的等离子体放电控制机构，以及在维持前述等离子体放电期间，停止向前述静电吸盘施加直流电压的直流电压停止机构。
由此，可以一边控制等离子体处理的进行，一边维持等离子体放电，为了抑制晶片对微粒的吸附，在维持等离子体放电，停止对静电吸盘施加直流电压的情况下，也能控制过蚀刻的进行。
根据本发明，前述等离子体发生机构，包含上部电极、下部电极、在前述上部电极上施加高频电力的上部电力施加机构，在前述下部电极上施加高频电力的下部电力施加机构，前述等离子体放电控制机构在前述等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电，在停止向前述上部电极施加高频电力后，停止向前述下部电极施加高频电力。
根据本发明，前述等离子体发生机构包含上部电极、下部电极、在前述下部电极上施加具有第1频率的第1高频电力的第1电力施加机构，以及施加具有前述第1频率以下的第2频率的第2高频电力的第2施加电力机构，前述等离子体放电控制机构在前述等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电，在停止施加前述第1高频电力后，停止施加前述第2高频电力。
由此，可一边控制离子能量，一边在等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电，不伴有充电损害，可以抑制晶片对微粒的吸附。
本发明包含：借助前述静电吸盘，向晶片背面供给冷却气体的冷却气体供给机构，以及在前述等离子体处理终止后，在停止向前述静电吸盘施加直流电压前，停止前述冷却气体的供给的冷却气体停止机构。
由此，在停止晶片蚀刻前，可降低施加在晶片背面的压力，可以防止晶片吸持失误。
附图说明
图1是本发明一实施方式的等离子体处理装置的概略构成剖面图。
图2是本发明第1实施方式的等离子体处理的顺序与现有例比较的图。
图3是本发明一实施方式的等离子体处理顺序的实验例的图。
图4是本发明第2～第4实施方式的等离子体处理顺序的图。
图5是本发明第5实施方式的等离子体处理顺序与现有例比较的图。
具体实施方式
以下一边参照附图一边说明本发明实施方式的等离子处理装置。
图1是示出本发明一实施方式的等离子处理装置的概略构成剖面图。在图1内，在处理室1内，设置上部电极2及基座3，该基座3兼作下部电极。在上部电极2上设置把蚀刻气体导入处理室1内的气体喷出孔2a。基座3被基座支持台4支持，基座支持台4经绝缘板5在处理室1内保持。此外，在上部电极2及基座3上分别连接高频电源11，12，使导入处理室1内的蚀刻气体等离子体化。上部电极2通过由高频电源11施加的高频电力，使导入处理室1内的气体分子电离，主要具有发生等离子体功能。一方面，兼作基座3的下部电极通过由具有与高频电源11的频率相同或比其低的、小于13.56MHz频率的高频电源12施加的高频电力，不改变等离子体密度或原子团组成，主要具有控制入射至晶片W的离子能量的功能。高频电源11，12的频率可以用100MHz和13.56MHz，100MHz和3.2MHz，60MHz和13.56MHz，60MHz和2MHz，27.12MHz和800KHz，13.56MHz和13.56MHz的组合等。在本实施例，使用60MHz和13.56MHz的组合。
基座支持台4上设置冷介质室10，液氮等冷介质经冷介质供给管10a及冷介质排出管10b在冷介质室10内循环。而且，由此处产生的冷热经基座支持台4及基座3传热到晶片W，可以冷却晶片W。
在基座3上设置静电吸盘6。静电吸盘6例如具有通过聚酰胺薄膜8a，8b夹持导电层的结构。在导电层7上连接直流高压电源13，通过在导电层7上给予直流高电压，在晶片W上作用库伦力，可以使晶片W固定在基座3上。
在基座3及静电吸盘6上设置导入He气的气体通路9。气体通路9经开闭阀14a及流量调整阀14b连接在He气供给源14上的同时，经流量调整阀15与真空泵16连接。
而且，经该气体通路9，通过例如使数百Pa的He气提供给晶片W的背面，可以冷却基座3上载置的晶片W。在解除晶片W的吸持期间，通过晶片W背面进行真空吸引，解除晶片W背面和处理室1内的压力差，可以防止吹飞晶片W。
在处理室1上设置气体供给管1a及排气管1b，气体供给管1a与气体供给源相连接。排气管1b与真空泵连接，通过用该真空泵对处理室1内排气，可以调节处理室1的压力例如在数Pa。
处理室1上连接终点检测器17。通过用该检测器17监视从晶片W发出的发光谱，可以检测蚀刻的终点。以1或2种以上不同波形的光照射晶片W上，也可以从反射干涉光强度的相位求出蚀刻深度。
图2是示出本发明第1实施方式的等离子处理顺序与现有例进行比较的图。‘EPD’表示通过终点检测器17的终点检测，‘顶部RF’表示向上部电极2施加的RF功率，‘底部RF’表示向基座3施加的RF功率，‘HV’表示静电吸盘6的通断，‘背面He’表示向晶片W背面的He气导入。
在图2(a)，在进行等离子体处理时，把晶片W载置在基座3上。而且对处理室1内进行排气，一边调整处理室1内的压力，一边向处理室1内导入蚀刻气体。
然后，通过在上部电极2上施加来自高频电源11的RF功率后(t2)，在基座3上施加来自高频电源12的RF功率(t3)，使蚀刻气体等离子体化的同时，控制入射至晶片W的离子能量。与此同时，接通高压直流电源13(HV)，通过静电吸盘6固定晶片W的同时，打开开闭阀14，向晶片背面喷出He气14(背面He)，控制晶片W的温度。
这样，在上部电极2上施加RF功率后，在基座3上施加RF功率的同时，通过接通高压直流电源13，可以防止在没有等离子体的状态下在静电吸盘6上施加高压直流电压，可以抑制晶片表面对微粒的吸附。
然后，一旦终点检测器17(EPD)检测出蚀刻的终点(t5)，在断开从高频电源12来的RF功率(底部RF)的同时(t5)，停止向晶片背面供给He气14(t5)。蚀刻不进行，而且在可能维持等离子体放电的范围，例如在200W以下，控制从高频电源11来的RF功率(顶部RF)(t5)。
终点的检测方法除了用终点检测器17的方法之外，也可以根据蚀刻时间的计测结果检测终点。
由此，因为在晶片可能从静电吸盘6脱离前，停止向晶片W背面供给He气14，所以防止了由于He气14的压力吹飞晶片W。
然后，断开高压直流电源13，使晶片W能从静电吸盘6脱离(t6)。而且，断开从高频电源11来的RF功率，停止等离子体放电(t7)。
由此，因为在断开高压直流电源13期间维持等离子体放电，所以使抑制晶片对微粒的吸附成为可能。因为这时等离子体放电被未进行蚀刻的功率所控制，所以通过终点检测器17检测终点后，即使在维持等离子体放电的情况下，也能控制蚀刻的进行。
在停止向晶片背面供给He气14时，打开开闭阀15，也可以对晶片W的背面进行真空吸引。由此可以使晶片W的背面的压力与处理室1内的压力一致，可以更加完全地防止晶片吸持的差错。一方向，如图2(b)所示，如果在高压直流电源13接通后，RF功率接通，则在没有等离子体的状态下，在晶片W上施加库伦力，使蚀刻开始时晶片对微粒的吸附增加。如果在终点检测器17(EPD)检测出终点时(t5)，关断从高频电源12来的RF功率的同时，关断从高频电源11来的RF功率，则在没有等离子体的状态下，向晶片W施加库伦力。因此，即使在蚀刻终止时，晶片对微粒的吸附也增加。
例如，作为实验例，在叠层氧化硅膜，多晶硅膜及防止反射膜的样品上以开口部进行图形化的光刻膜作为模板(マスク)，进行多晶硅膜及防止反射膜的蚀刻后，用图形缺陷检查装置对晶片W上的缺陷个数进行计数。
图3是示出遵循图2(a)的实验例的等离子体处理顺序图。在图3，作为防止反射膜的蚀刻条件，用Cl2系的混合气体，在晶片W背面的He压力取399Pa，上部电极2的RF功率取300W，在其0.5秒后，在接通高压直流电源13的同时，基座3的RF功率取30W，进行蚀刻后，在关断基座3的RF功率的同时，使上部电极2的RF功率降低到200W，在其3秒后关断高压直流电源13，接着1秒钟后关断上部电极2的RF功率。
作为多晶硅膜表面上的自然氧化膜的蚀刻条件，用Cl2系气体。上部电极2的RF功率取225W，在其0.5秒后，接通高压直流电源13的同时，在基座3的RF功率取200W进行蚀刻后，关断基座3的RF功率，在其3秒后，关断高压直流电源13，接着在其1秒后关断上部电极2的RF功率。
作为多晶硅膜的主蚀刻条件，用Cl2系混合气体。上部电极2的RF功率取635W，在其0.5秒后，接通高压直流电压13的同时，基座3的RF功率取150W蚀刻后，关断基座3的RF功率的同时，降低上部电极2的RF功率到200W，在其3秒钟后关断高压直流电源13，接着在1秒后关断上部电极2的RF功率。
作为多晶硅膜的过蚀刻条件，用HBr混合气体。上部电极2的RF功率取375W，在其0.5秒后，接通高压直流电源13的同时，基座3的RF功率取50W蚀刻后，关断基座3的RF功率的同时，降低上部电极2的RF功率到200W，在其3秒后关断高压直流电源13，接着在其1秒后关断上部电极2的RF功率。
遵循图2(a)及图2(b)的等离子体处理顺序，对25枚晶片W分别处理结果表明；在处理第2枚晶片W中，按照图2(a)的顺序与图2(b)的顺序相比，缺陷个数降低到5.3％。在处理第13枚晶片W中，按照图2(a)的顺序与图2(b)的顺序比较，缺陷个数下降到8.6％。在处理第24枚晶片W中，按照图2(a)的顺序与图2(b)的顺序比较，缺陷个数下降到4.5％。
在上述的实施方式，以上下电极施加RIE装置为例进行说明，然而，也可以适用于具有相对高的频率的第1高频电力和具有比第1高频电力低的频率的第2高频电力施加在载置晶片W的下部电极或上部电极的任一电极的一方的蚀刻装置。也可以适用于蚀刻装置以外，例如等离子体CVD装置等。由此，使一边正确控制膜厚，一边抑制微粒的吸附成为可能。
也可适用于磁控等离子体处理装置，ECR(电子回旋加速器谐振)等离子体处理装置，HEP(螺旋波激励等离子体)处理装置，ICP(诱导耦合等离子体)处理装置，TCP(传输耦合等离子体)处理装置等。
图4是本发明第2～4实施方式的等离子体处理顺序的图。在前述的图2(a)的实施方式，终点检测器17检测出终点时(t5)，在关断从高频波电源12来的RF功率的同时，蚀刻不进行，并且在可能维持等离子体放电的范围，控制从高频电源11来的RF功率。与此相反，在图4(a)的实施方式，在终点检测器17检测出终点时(t5)，在关断从高频电源11来的RF功率的同时，蚀刻不进行，而且，在可能维持等离子体放电的范围内，控制从高频电源12来的RF功率。
由此，可边控制入射至晶片W的离子能量，边维持等离子体放电，以便蚀刻不进行，在使抑制微粒吸附成为可能的同时，可以降低充电损害。
在图4(b)的实施方式，在终点检测器17检测出终点时(t5)，不关断高频电源11，12的RF功率的任一方，蚀刻不进行，而且在可能维持等离子体放电的范围内，控制高频电源11，12的RF功率。而且，关断高压直流电源13，使得晶片W可能从静电吸盘6脱离(t6)。其后，关断从高频电源11来的RF功率后(t7)，关断从高频电源12来的RF功率(t8)。
由此，可一边控制等离子体密度及离子能量，一边在等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电，在可更有效地改善微粒的附着或过蚀发生的同时，可以降低充电损害。
在图4(c)的实施方式，在终点检测器17检测出终点时(t5)，可以不降低高频电源12的RF功率，保持原样的同时，蚀刻不进行，而且，在可能维持等离子体放电的范围内，控制高频电源11的RF功率。而且，关断高频直流电源13，使晶片W可能脱离静电吸盘6(t6)，在关断从高频电源11来的RF功率后(t7)，关断从高频电源12来的RF功率(t8)。
即使通过这样做，也可以在不进行离子能量控制的状态下，防止维持等离子体放电，可以降低充电损害。
图5示出本发明的第5实施方式的等离子体处理顺序与现有例比较的图。上述的第1实施方式是涉及施加RF功率的开始方法和终止方法，与第2～第4实施方式涉及施加RF功率的终止方法相反，该第5实施方式是涉及施加RF功率的开始方法。
在图5(b)，按照现有的方法，在把晶片W载置在基台3上之后，接通高压直流电源13，在用静电吸盘6固定晶片W的同时(t1)，向晶片W背面供给He气14(t1)。而且，在接通从高频电源11来的RF功率后(t2)，接通从高频电源12来的RF功率(t3)。
一方面，在本实施方式，如图5(a)所示，在通过静电吸盘6固定晶片W的同时(t1)，向晶片W背面供给He气14(t1)。而且，在接通从高频电源12来的RF功率后(t2)，接通从高频电源11来的RF功率(t3)。
由此，在开始施加RF功率时，在不进行控制离子能量的状态下，可以防止等离子体放电开始，可以降低充电损害。
例如，作为实验例，使用流量50sccm的Cl2系气体，上部电极2的RF功率取525W，基座3的RF功率取70W，压力取0.665Pa，电极间间隔取115mm，进行氧化硅膜上的多晶硅膜的蚀刻。这时，按照图5(b)的顺序，与氧化硅膜绝缘耐压的废品率8％相反，按照图5(a)的顺序，氧化硅膜绝缘耐压的废品率为0。
在图5(a)的实施方式，从接通高压直流电源13开始，接通从高频电源12来的RF功率，接着说明接通从高频电源11来的RF功率的方法，然而，接通从高频电源12来的RF功率，接着由接通从高频电源11来的RF功率开始，也可以接通高压直流电源13。由此，即使在开始施加RF功率的阶段，不仅可能降低充电损害，也使抑制微粒的吸附成为可能。
在接通高压直流电源13前，接通从高频电源11，12来的RF功率时，也可以在其间蚀刻不进行，而且在可能维持等离子体放电的范围，控制从高频电源11，12来的RF功率。由此，一边控制微粒的吸附，一边在未达到预定条件时，可以防止蚀刻的进行。
在图5的实施方式，在关断从高频电源11，12来的RF功率时，说明同时断开从高频电源11，12来的RF功率的方法，然而，从断开从高频电源11来的RF功率开始，也可以断开从高频电源12来的RF功率。
如以上说明所示，根据本发明，可边正确地控制蚀刻量，边抑制微粒吸附。
本发明的等离子体处理装置及等离子体处理方法在进行半导体制造的半导体制造工业中使用是可能的，因此在工业上具有利用的可能性。
Claims (15)
1.一种等离子体处理装置，其特征为，包含以下工序：
借助静电吸盘固定晶片的工序，
通过施加具有第1频率的第1高频电力和具有第1频率以下的第2频率的第2高频电力，进行所述晶片的等离子体处理的工序，
在所述等离子体处理终止后，在所述等离子体处理不进行的范围内，维持等离子体放电的工序，
停止借助所述静电吸盘向晶片背面供给冷却气体的工序，
停止向所述静电吸盘施加直流电压的工序，以及
在停止施加所述直流电压后，停止所述等离子体放电的工序。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征为，维持所述等离子体放电的工序，在所述等离子体处理终止时，停止施加所述第2高频电力，同时控制所述第1高频电力，以便在所述等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征为，维持所述等离子体放电的工序，在所述等离子体处理终止时，停止施加所述第1高频电力，同时控制所述第2高频电力，以便在所述等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征为，维持所述等离子体放电的工序，控制所述第1高频电力及所述第2高频电力，以便在所述等离子体处理终止时，在所述等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电，
停止所述等离子体放电的工序，在停止施加所述第1高频电力后，停止施加所述第2高频电力。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征为，维持所述等离子体放电的工序，控制所述第1高频电力，以便在所述等离子体处理终止时，在维持所述第2高频电力的同时，在所述等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电，
停止所述等离子体放电的工序，在停止施加所述第1高频电力后，停止施加所述第2高频电力。
6.根据权利要求1～5任一项所述的等离子体处理装置，其特征为，在上部电极施加所述第1高频电力，在下部电极上施加所述第2高频电力。
7.根据权利要求1～5任一项所述的等离子体处理装置，其特征为，在下部电极上施加所述第1高频电力和所述第2高频电力。
8.一种等离子体处理方法，其特征为，在通过施加具有第1频率的第1高频电力和施加具有第1频率以下的第2频率的第2高频电力进行等离子体处理，在施加所述第2高频电力后，施加所述第1高频电力。
9.根据权利要求8所述的等离子体处理方法，其特征为，还具有在停止施加所述第1高频电力后，停止施加所述第2高频电力的工序。
10.根据权利要求8或9所述的等离子体处理方法，其特征为，在上部电极施加所述第1高频电力，在下部电极施加所述第2高频电力。
11.根据权利要求8或9所述的等离子体处理方法，其特征为，在下部电极上施加所述第1高频电力和所述第2高频电力。
12.一种等离子体处理装置，其特征为，包含：
在基座上固定晶片的静电吸盘，
在所述静电吸盘上施加直流电压的直流电压源，
在腔室内发生等离子体的等离子体发生机构，
在等离子体处理终止后，在所述等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电的等离子体放电控制机构，以及
在维持所述等离子体放电期间，停止向所述静电吸盘施加直流电压的直流电压停止机构。
13.根据权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征为，所述等离子体发生机构包含上部电极、下部电极、在所述上部电极上施加高频电力的上部电力施加机构、在所述下部电极上施加高频电力的下部电力施加机构，所述等离子体放电控制机构在所述等离子体处理不进行的范围维持等离子体放电，在停止向所述高频电极施加高频电力后，停止向所述下部电极施加高频电力。
14.根据权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征为，所述等离子体发生机构包含上部电极、下部电极、在所述下部电极上施加具有第1频率的第1高频电力的第1电力施加机构，以及施加具有所述第1频率以下的第2频率的第2高频电力的第2电力施加机构，
所述等离子体放电控制机构在等离子体处理不进行的范围内维持等离子体放电，在停止施加所述第1高频电力后，停止施加所述第2高频电力。
15.根据权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征为，包括：
借助所述静电吸盘向晶片背面供给冷却气体的冷却气体供给机构，
在所述等离子体处理终止后，在停止向所述静电吸盘施加直流电压前，停止供给所述冷却气体的冷却气体停止机构。
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