等離子體處理方法和等離子體處理裝置的制造方法
【專利說明】等離子體處理方法和等離子體處理裝置
[0001]本申請(qǐng)是2011年8月23日提出的申請(qǐng)?zhí)枮?01110249639.X的同名申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及對(duì)被處理基板實(shí)施等離子體處理的技術(shù)，特別是涉及對(duì)配置于等離子體空間的基板施加離子引入用高頻的等離子體處理方法和等離子體處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]在半導(dǎo)體器件或FPD (Flat Panel Display，平板顯示器)的制造工藝(process，處理)中的蝕刻、堆積(沉積)、氧化、濺射等處理中，為了使處理氣體在比較低的溫度下進(jìn)行良好的反應(yīng)，大多利用等離子體。在這種等離子體工藝中，為了使處理氣體在真空的處理容器內(nèi)放電或電離，使用高頻(RF)或微波。
[0004]例如，在電容耦合型的等離子體處理裝置中，在處理容器內(nèi)平行地配置有上部電極和下部電極，在下部電極上載置有被處理基板(半導(dǎo)體晶片、玻璃基板等)，對(duì)上部電極或下部電極施加適于等離子體生成的頻率(通常為13.56MHz以上)的高頻。通過施加該高頻，在相對(duì)的電極間生成的高頻電場使電子加速，因電子與處理氣體的碰撞電離而產(chǎn)生等離子體。而且，通過該等離子體中所含的自由基、離子的氣相反應(yīng)或表面反應(yīng)，在基板上堆積薄膜，或者削除基板表面的材料或薄膜。
[0005]這樣，在等離子體工藝中，入射到基板的自由基和離子起到重要的作用。特別是，離子通過入射到基板時(shí)的碰撞而發(fā)揮物理作用這一點(diǎn)很重要。
[0006]一直以來，在等離子體工藝中，大多使用RF偏置法，S卩，對(duì)載置基板的下部電極施加頻率較低(通常為13.56MHz以下)的高頻，通過在下部電極上產(chǎn)生的負(fù)偏置電壓或鞘電壓(sheath voltage)，加速等離子體中的離子并將其引入到基板。這樣，通過從等離子體中加速離子使其與基板表面碰撞，能夠促進(jìn)表面反應(yīng)、各向異性蝕刻或膜的改質(zhì)等。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009][專利文獻(xiàn)I]日本特開平7- 302768

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]搭載如上所述的RF偏置功能的現(xiàn)有等離子體處理裝置中，將對(duì)下部電極施加的離子引入用高頻限定為I種(單一頻率)，以該高頻的功率、下部電極上的自身偏置電壓或鞘電壓作為控制參數(shù)。
[0012]然而，本發(fā)明人在等離子體工藝的技術(shù)開發(fā)中對(duì)于RF偏置的作用進(jìn)行了反復(fù)研宄的結(jié)果，明確了在離子引入用途中使用單一高頻的現(xiàn)有方式，在要求復(fù)合的工藝特性的最尖端的等離子體工藝中，在離子能量分布的控制性方面存在困難。
[0013]更詳細(xì)地講，當(dāng)在離子引入用途中使用單一高頻時(shí)，對(duì)入射到基板的離子的能量分布(IED:1n Energy Distribut1n)進(jìn)行了解析，如圖19A?19C和圖20A?圖20C所示，所有入射離子的能量定型地收斂于連續(xù)的能帶中，離子大多集中在最大能量附近和最小能量附近(出現(xiàn)峰)。從而，如果不僅離子能量的平均值，而且離子大量集中的最大能量和最小能量能夠自由地變化，則估計(jì)可以提高等離子體工藝中所要求的RF偏置功能的控制性，但是實(shí)際情況并非如此。
[0014]根據(jù)現(xiàn)有方式，在離子引入用途中使用頻率較低的例如0.8MHz的高頻的情況下，如果其RF功率可變，則離子能量分布特性如圖19A(低功率)、圖19B(中功率)、圖19C(高功率)所示那樣變化。即，在最小能量大致固定為OeV的狀態(tài)下，最大能量與RF功率成比例地變化為 100eV (圖 19A)、2000eV(圖 19B)、3000eV(圖 19C)。
[0015]然而，在離子引入用途中使用頻率較高的例如13MHz的高頻的情況下，如果其RF功率變化，則離子能量分布特性如圖20A (低功率)、圖20B (中功率)、圖20C (高功率)所示那樣變化。即，最大能量與RF功率成比例地變化為650eV、1300eV、1950eV，而另一方面，最小能量也與RF功率成比例地變化為350eV、700eV、1050eV。
[0016]另外，雖然圖19A?圖19C和圖20A?圖20C的離子能量分布特性是關(guān)于Ar+ (氬)離子的特性，但是在其他離子中也能夠觀察到同樣的特性(圖案)。
[0017]這樣，在現(xiàn)有方式中，即便能夠使離子能量分布的最大能量或平均能量任意可變，也不能使最小能量獨(dú)立于最大能量地任意可變。從而，不能實(shí)現(xiàn)例如由圖20C的假想線(點(diǎn)劃線)K表示的離子能量分布特性?；谏鲜銮闆r，如在本發(fā)明的實(shí)施方式的說明中所述的那樣，在例如HARC(High Aspect Rat1 Contact，高深寬比接觸)的等離子體蝕刻中，不能巧妙地回避蝕刻速度及選擇比與蝕刻形狀之間的折衷成為問題。
[0018]本發(fā)明是為了解決上述的現(xiàn)有技術(shù)問題而完成的，其目的在于提供一種能夠提高RF偏置功能的控制性，針對(duì)微細(xì)加工的各種要求條件實(shí)現(xiàn)等離子體工藝的最優(yōu)化的等離子體處理方法和等離子體處理裝置。
[0019]用于解決課題的方法
[0020]本發(fā)明的等離子體處理方法，在能夠進(jìn)行真空排氣的處理容器內(nèi)配置的第一電極上載置被處理基板的工序；在上述處理容器內(nèi)激勵(lì)處理氣體來生成等離子體的工序；對(duì)上述第一電極重疊地施加頻率不同的第一高頻和第二高頻，以從上述等離子體向上述基板引入離子的工序；和在上述等離子體下對(duì)上述基板實(shí)施所期望的等離子體處理的工序，在上述等離子體處理中，控制上述第一高頻和第二高頻的總功率和功率比，使得依賴于被引入到上述基板的離子的能量的至少I個(gè)工藝特性最優(yōu)化。
[0021]另外，本發(fā)明的等離子體處理裝置，將被處理基板能夠搬出搬入地收容的能夠進(jìn)行真空排氣的處理容器；向上述處理容器內(nèi)供給所期望的處理氣體的處理氣體供給部；在上述處理容器內(nèi)生成上述處理氣體的等離子體的等離子體生成部；在上述處理容器內(nèi)載置并保持上述基板的第一電極；對(duì)上述第一電極施加具有第一頻率的第一高頻，以從上述等離子體向上述第一電極上的上述基板引入離子的第一高頻供電部；對(duì)上述第一電極施加具有比上述第一頻率高的第二頻率的第二高頻，以從上述等離子體向上述第一電極上的上述基板引入離子的第二高頻供電部；和控制上述第一高頻和第二高頻的總功率和功率比，使得依賴于從上述等離子體被引入到上述基板的離子的能量的至少一個(gè)工藝特性最優(yōu)化。
[0022]在本發(fā)明中，對(duì)載置被處理基板的第一電極重疊地施加分別具有適于離子引入的第一頻率和第二頻率的第一高頻和第二高頻，對(duì)這些第一高頻和第二高頻的總功率和功率比可變地進(jìn)行控制。由此，能夠在從等離子體入射到基板的離子的能量分布中獨(dú)立地控制最小能量和最大能量，進(jìn)而，也能夠使離子能量分布特性的形狀為凹形或平坦形，能夠針對(duì)各種工藝特性或復(fù)合的工藝特性，使離子能量分布特性最優(yōu)化，進(jìn)而使工藝特性最優(yōu)化。
[0023]發(fā)明的效果
[0024]根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理方法和等離子體處理裝置，通過如上所述的結(jié)構(gòu)和作用，能夠提高RF偏置功能的控制性，針對(duì)微細(xì)加工的各種要求條件實(shí)現(xiàn)等離子體工藝的最優(yōu)化。
【附圖說明】
[0025]圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
[0026]圖2表示實(shí)施方式的雙頻RF偏置法中的鞘電壓和離子響應(yīng)電壓的波形。
[0027]圖3表示實(shí)施方式中所使用的變換函數(shù)。
[0028]圖4表不單頻RF偏置法中的尚子能量分布和尚子響應(yīng)電壓。
[0029]圖5表不雙頻RF偏置法中的尚子能量分布和尚子響應(yīng)電壓。
[0030]圖6A表示在實(shí)施方式中，在使離子能量分布的最大能量固定不變的情況下，能夠在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)最小能量的功能。
[0031]圖6B表示在使離子能量分布的最大能量固定不變的情況下，能夠在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)最小能量的功能。
[0032]圖6C表示在使離子能量分布的最大能量固定不變的情況下，能夠在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)最小能量的功能。
[0033]圖7A表示在實(shí)施方式中，在使離子能量分布的最小能量固定不變的情況下，能夠在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)最大能量的功能。
[0034]圖7B表示在使離子能量分布的最小能量固定不變的情況下，能夠在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)最大能量的功能。
[0035]圖7C表示在使離子能量分布的最小能量固定不變的情況下，能夠在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)最大能量的功能。
[0036]圖8A表示在實(shí)施方式中，在使能量中心值固定不變的情況下，能夠使能帶的寬度在一定范圍內(nèi)任意可變的功能。
[0037]圖SB表示在使能量平均值(中心值)固定不變的情況下，能夠使能帶的寬度在一定范圍內(nèi)任意可變的功能。
[0038]圖SC表示在使能量平均值固定不變的情況下，能夠使能帶的寬度在一定范圍內(nèi)任意可變的功能。
[0039]圖8D表示在使能量平均值固定不變的情況下，能夠使能帶的寬度在一定范圍內(nèi)任意可變的功能。
[0040]圖SE表示在使能量平均值固定不變的情況下，能夠使能帶的寬度在一定范圍內(nèi)任意可變的功能。
[0041]圖9用于說明實(shí)施方式的雙頻偏置法中的頻率的組合方法。
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