[发明专利]基板的等离子处理装置以及等离子处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及在真空室内RF电极和对置电极互相相对配置，并利用两者间生成的等离子对保持在所述RF电极上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

对半导体晶片等的基板进行布线等作业之际，需要对所述基板实施精细的加工处理，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，高频(RF)电极和对置电极互相相对配置于抽排至预定真空度的真空室内，并将要用于处理的基板保持于RF电极的与对置电极相对的主面上，构成所谓平行平板型等离子处理装置。其构成为如箭头所示将等离子生成以及利用其进行的基板加工所要使用的气体从所述气体导入管导入真空室内，同时用未图示的真空泵从排气口将真空室内抽排成真空。

然后，通过由13.56MHz的商用RF电源经过匹配器将RF(电压)加到RF电极上，从而在RF电极和对置电极之间生成等离子。

这时，等离子中的正离子利用RF电极上所产生的负的自偏置电位Vdc高速入射至RF电极上的基板。其结果是，利用此时的基板入射能量来引发基板上的表面反应，进行反应性离子蚀刻(RIE)、CVD(化学气相沉积)、溅射、离子注入等这类等离子基板处理。尤其是从加工基板的角度考虑，主要采用RIE。因而，下面尤其围绕用RIE法的基板处理进行具体说明。

如上所述的等离子处理装置中，RF功率增大的同时Vdc(平均的基板入射能量)亦增大，为了调整处理速率、调整加工形状，主要利用RF功率进行Vdc的调整。另外，Vdc所依赖的压力或电极形状也能够进行部分调整。

但如上所述装置内所生成的等离子当中离子能量被分成低能量侧峰值和高能量侧峰值这两部分，其能量宽度ΔE随等离子产生条件为数10～数100(eV)。所以，即便是将Vdc调整为最适合基板处理的能量的情形，入射基板的离子仍存在能量过高的离子(高能量侧峰值)和能量过低的离子(低能量侧峰值)。

因而，例如RIE中，用能量与高能量侧的峰值相当的离子实施基板处理的情况下，往往会引发溜肩(坍肩)造成加工形状变差。另一方面，用能量与低能量侧的峰值相当的离子实施基板处理的情况下，往往由于小于等于表面反应阈值而对基板处理完全不起作用，或随各向异性变差(离子入射角度因热速度而有所扩展)造成加工形状变差。

最近的半导体工艺中，为了适应越来越精细的半导体器件·各种膜·复合膜的RIE，并对加工形状进行精细控制，需要收窄离子能量的频带(实现较小的ΔE)和对平均能量值进行优化调整(优化Vdc)。

为了收窄离子能量的频带，正对RF频率的高频化(专利公开平2003-234331号公报)或脉冲等离子化(J.Appl.Phys.Vol86 No2 643(2000))加以研究。

而且，等离子的生成可大体分为电感耦合型和电容耦合型，但出于对加工形状精密控制的考虑，为了抑制次级反应缩小等离子体积、缩短滞留时间较为有效，基于上述观点，与体积大的电感耦合型等离子相比较电容耦合型的平行平板型等离子较为有利。

另外，也可考虑以提高Vdc和等离子密度的控制性能为目的对平行平板的电极导入两种不同频率的RF、并以高频(例如100MHz)RF和低频(例如3MHz)RF分别独立控制等离子密度和Vdc这种方法(专利公开平2003-234331号公报)。这种情况下，除了高频用电源和高频用匹配器以外还设置低频用电源和低频用匹配器，并设法使上述高频RF和低频RF能相对于RF电极叠加。

另一方面，出于净化工序、过程稳定的考虑，对置电极为接地电位较为有利。一旦将RF引导加到对置电极上，对置电极便因对置电极面所生成的Vdc而腐蚀，从而成为尘埃源、工艺不稳定源。因此，两种RF也往往叠加于设置有基板的RF电极上。

专利文献1：专利公开平2003-234331号

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.Vol86 No2 643(2000)

为了收窄离子能量的频带所研究的高频化技术，因为不跟踪离子的电场，因而收窄ΔE的频带方面效果较好，但能量(Vdc)变小。举例来说，100MHz、2.5kW(300mm敏感器(susceptor)、50mTorr、Ar等离子)情形下，Vdc的绝对值小于等于氧化膜或氮化膜的阈值(约70eV)，加工速率极其缓慢而超出实用范围。