等离子处理方法和等离子处理装置的制作方法

专利名称：等离子处理方法和等离子处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用NLD(磁中性环路放电)法的等离子处理方法和等离子处理 装置。
背景技术：
在半导体制造行业的薄膜制造工序中，会在基板表面上进行成膜处理，用于形成 布线用薄膜或绝缘性薄膜。对于成膜装置而言，人们现在广泛使用等离子CVD装置或溅射 装置。
作为溅射装置而言，人们公知有下述磁控管溅射装置在靶背面设置电磁铁或永
久磁铁，在靶表面上产生环形磁控放电等离子并用它使靶产生溅射，然后将溅射物沉积在
基板上而进行成膜处理(参照专利文献l)。由于磁控管溅射装置会有效地形成等离子，所
以在相对低温、低压的环境下也能进行成膜处理，而且还具有成膜率高的优点。
另外，在现有技术中，人们广泛使用等离子蚀刻法(干蚀刻法)对硅基板的表面进
行加工。由于在室温环境下，呈原子(原子团)状态的氟会自发地与硅产生化学反应，从
而可获得较高的蚀刻率，所以在蚀刻基板时，作为其蚀刻气体，人们较多使用SF6、NF3、C0F2、
Xe&等含氟气体。但是，由于使用含氟蚀刻气体进行的硅基板干蚀刻加工表现出各向同性，
所以也会对所形成的凹凸图案(蚀刻图案)的凹部的侧表面产生侵蚀。因此，采用该方法
难以形成精度较高的通孔或深槽等细微且长宽比较大的通道。 因此，近年来有人提出一种硅基板深挖加工技术，其采用在图案侧表面上边形成 保护膜边进行蚀刻加工的方法，该方法可以遏制蚀刻在横向方向上的扩展，由此可以维持 该图案侧表面的垂直状态。 例如，在专利文献2和专利文献3中公开有一种蚀刻加工方法，该方法通过交替进 行蚀刻工序和保护膜形成工序，一边在蚀刻工序中露出的图案底部和侧表面上形成由聚合 物层组成的保护膜， 一边进行蚀刻加工。由于在保护膜形成工序中形成在凹部侧表面上的 聚合物层，与形成在图案底部上的聚合物层相比，在蚀刻工序中前者被去除的量要少，所以 能使形成在该图案侧表面上的聚合物层具有保护膜的功能，从而可实现将蚀刻方向限制在 图案深度方向上的各向异性蚀刻加工。 尤其是作为保护膜成膜方法之一，在专利文献2中，公开有一种使用CHF系气体的 CVD法。另外，作为另一保护膜成膜方法而言，在专利文献3中公开有一种对面向基板设置 的溅射靶使用氩气的溅射法。专利文献1日本发明专利公开公报特开2001-271163号
专利文献2美国发明专利第5501893号的说明书
专利文献3W02006/003962号公报 —般情况下，在溅射装置中，由于与等离子中的离子相撞而从靶表面撞出的溅射 粒子(溅射物)，会沿着直线方向射入基板中，所以，在基板表面的台阶部分或在长宽比较 大的孔、槽的侧壁上成膜的成膜精度，受基板和靶之间的空间设置关系的影响较大，因此会出现无法确保基板表面的整个区域内保护膜具有均等覆盖性的问题。尤其是在磁控管溅射 装置中，改善因等离子密度分布而引起的靶的蚀刻速度的差异，要比确保其均等性还困难。
另一方面，在硅基板深挖加工技术中，要求提高加工精度和生产效率。要向提高深 挖加工技术中的加工精度，必须高精度地控制蚀刻图案的形状，因此，在现有技术中，人们 在用保护膜防止对所形成的通道的侧表面产生侵蚀的同时，还要提高该通道的形状精度。
此时，用来覆盖蚀刻图案的凹部的保护膜的覆盖性就成为其重要因素。在一般情 况下，图案的形状越是细微，随着图案深度的加深，对保护膜覆盖性的控制就变得越发困 难。另外，要想提高生产效率，则必须设法改善保护膜覆盖性在被加工表面内的分布情况。 因此，为了获得较高的带有通道的基板的生产效率，必须具备可高水平地控制保护膜的覆 盖性和在被加工表面内的分布情况的技术，其中，上述通道具有人们需要的图案形状。

发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种等离子处理方法和等离子处理装置， 其可提高保护膜的覆盖性，而且会使被加工表面内的均等性变得更好。 为了实现上述目的，本发明的一种实施方式中所述的等离子处理方法为，具有在 真空空腔内部产生等离子，对基板进行蚀刻的工序和在蚀刻图案的侧壁部形成保护膜的工 序，此工序互相交替进行。 上述保护膜形成工序包括在上述基板和面对着上述基板设置的靶材之间形成高 频电场和磁中性环路以产生等离子，上述靶材产生溅射之后，溅射物由上述等离子分解后 沉积在上述基板上。 本发明的一实施方式中所述的等离子处理装置包括真空空腔、台架、耙材和等离 子源。 上述台架用来支承基板，其设置在上述真空空腔内部。上述靶材以面对上述台架 的方式设置。上述等离子源包括电场形成部件，由其在上述真空空腔内形成高频电场；磁 场形成部件，由其在上述真空空腔内形成磁中性环路。由上述电场形成部件和上述磁场形 成部件在上述台架和上述靶材之间产生等离子，上述等离子源产生的该等离子对上述基板 进行蚀刻，或者使上述靶材产生溅射，并使溅射物由该等离子分解后沉积在上述基板上。


图1是本发明第1实施方式中的等离子处理装置的大致结构示意图。 图2是表示图1中的等离子处理装置的一个动作实例的脉冲波形图。 图3是NLD溅射和ICP溅射时的图案的槽宽和覆盖比之间的关系的示意图。 图4是溅射用靶材(PTFE)的Cls波形分离光谱的示意图。 图5是ICP溅射膜的Cls波形分离光谱的示意图。 图6是NLD溅射膜的Cls波形分离光谱的示意图。 图7是ICP溅射和NLD溅射时溅射率在加工表面内的分布情况的示意图。 图8是ICP蚀刻和NLD蚀刻时蚀刻率在加工表面内的分布情况的示意图。 图9是表示使用ICP法和NLD法进行基板深挖加工时的加工表面内的图案形状的 示意图。
图10是本发明的第2实施方式中的溅射装置的大致结构示意图。
图11是本发明的第3实施方式中的溅射装置的大致结构示意图。
图12是本发明的第4实施方式中的溅射装置的大致结构示意图。
图13是表示图1所示的等离子处理装置的结构变型例的示意图。 [OO32]附图标记说明
11 14，溅射装置(等离子处理装置)；21，真空槽；21a，等离子形成空间(真空 空腔)；23，高频线圈(电场形成部件)；24，励磁线圈(磁场形成部件)；25，磁中性环路； 26，台架；28，顶板(相对电极)；30，气体导入部；31，靶材；33，电极部件(电场形成部件)；
35，窗口部件；36，天线线圈(电场形成部件)
具体实施例方式
本发明的一个实施方式中所述的等离子处理方法为，其具有在真空空腔内部产生
等离子，对基板进行蚀刻的工序和在蚀刻图案的侧壁部形成保护膜的工序，此工序互相交
替进行， 上述保护膜形成工序包括在上述基板和面对着上述基板设置的靶材之间形成高 频电场和磁中性环路而产生等离子的过程。在上述靶材产生溅射之后，溅射物会被上述等 离子分解并沉积在上述基板上。 在上述等离子处理方法中，用等离子使从靶中撞出的溅射物沉积在基板表面上 时，该溅射物会被等离子分解，再次被激活而生成离子或活性物质，由此，可获得与等离子 CVD加工类似的成膜状态，并可进行覆盖性高、加工表面内均等性良好的溅射成膜加工。
尤其是由于等离子源中使用了高频电场和磁中性环路，所以可在磁场强度为0的 区域高效地产生高密度等离子。该等离子是被称为NLD(磁中性环路放电)高密度等离子 的一种，通过随意调整磁中性环路的位置和大小，就可实现加工表面内均等性较高的等离 子处理。 在上述等离子处理方法中，由于用等离子分解靶的溅射物并将其沉积在基板表面 上，因此可进行覆盖性高、加工表面内均等性良好的溅射成膜加工。 在上述等离子处理方法中，可根据成膜材料的种类适当选择靶材，该靶材为合成 树脂、硅、碳、碳化硅、氧化硅或氮化硅等。另外，处理气体可以使用包括氩气等稀有气体在 内的惰性气体或(;F8、CHF3等含氟气体，或者是混合上述气体的混合气体。含氟气体自身具 有成膜气体的作用，例如，可将该气体的分解生成物和由溅射物产生的反应物沉积在基板 上。 本发明的一个实施方式中所述的等离子处理装置，包括真空空腔、台架、耙材和等 离子源。 上述台架用来支承基板，其设置在上述真空空腔内部。上述靶材以面对上述台架 的方式设置。上述等离子源包括电场形成部件，由其在上述真空空腔内形成高频电场；磁 场形成部件，由其在上述真空空腔内形成磁中性环路。由上述电场形成部件和上述磁场形 成部件在上述台架和上述靶材之间产生等离子，上述等离子源所产生的等离子对上述基板 进行蚀刻，或者由该等离子使上述靶材产生溅射，并使溅射物由该等离子分解后沉积在所 述基板上。
在上述等离子处理装置中，用等离子使从靶中撞出的溅射物沉积在基板表面上 时，会用该等离子分解溅射物，使其再次被激活而生成离子或活性物质，由此，可获得与等 离子CVD加工类似的成膜状态，并可进行覆盖性高、加工表面内均等性良好的溅射成膜加 工。 下面，参照

本发明的各个实施方式。
第1实施方式
图1是等离子处理装置11的大致结构示意图，该等离子处理装置11用来实施本 发明第1实施方式中的等离子处理方法。图中所示的等离子处理装置11既具有NLD(磁中 性环路放电magnetic neutralloop discharge)型等离子蚀刻装置的功能，又具有利用了 NLD法的溅射装置的功能。 在图1中，由真空槽21形成包括等离子形成空间21a在内的真空空腔，真空槽21 上连接有涡轮分子泵等真空泵P，由该真空泵P排出真空槽21内部的空气，并使其达到规定 的真空度。 等离子形成空间21a的周围被筒状壁22所划分，而筒状壁22由石英等透明绝缘 材料制成并构成真空泵21的一部分。在筒状壁22的外周侧设置有高频线圈(天线)23(电 场形成部件)，其与第1高频电源RF 1相连并用来产生等离子；励磁线圈组24(磁场形成 部件)，其由3个设置在上述高频线圈23的外周侧的励磁线圈24A、24B和24C组成。
供给励磁线圈24A和励磁线圈24C的电流方向相同，供给励磁线圈24B的电流方 向和供给励磁线圈24A、励磁线圈24C的电流方向相反。这样一来，在等离子形成空间21a 内，会连续形成环形的磁场强度为0的磁中性环路25。另外，由高频线圈23沿着磁中性环 路25形成感应电场(高频电场)，就会放电产生等离子。 尤其是在NLD型等离子处理装置中，可以根据流经励磁线圈24A 24C的电流的 大小，调整磁中性环路25的形成位置和大小。即，流经励磁线圈24A、24B、24C的电流分别 为IA、 IB、 Ic，当IA > Ic时，磁中性环路25的形成位置会下降并靠近励磁线圈24C，反之，当 IA < Ic时，磁中性环路25的形成位置会上升并靠近励磁线圈24A。另外，当加大流经位于 中间的励磁线圈24B的电流IB时，不仅会使磁中性环路25的环径变小，而且磁场强度为0 的位置上的磁场坡度也会变平缓。通过利用其上述特性，可有助于优化等离子的密度分布 状态。 另外，在真空空腔的内部设置有台架26，其用来支承半导体晶圆(例如硅基板)或 玻璃基板等待处理基板W。在本实施方式中，以硅基板为待处理基板W。台架26由导电材 料制成，经电容器27与第2高频电源RF2相连。此外，在台架26内可以内置加热器等加热 源，其用来将基板W加热到规定的温度。 在等离子形成空间21a的上部设置有顶板28，其为台架26的相对电极，经电容器 29与第3高频电源RF3相连。在顶板28上的等离子形成空间21a —侧的表面上安装有靶 材31，其用来产生溅射而使基板W上成膜。在本实施方式中，耙材31使用了聚四氟乙烯 (PTFE)等含氟树脂材料，但也适用其他合成树脂材料，或者适用硅、碳、碳化硅、氧化硅或氮 化硅等材料。 在顶板28的附近设置有用来向真空槽21的内部导入处理气体的气体导入部件 30。作为溅射用处理气体而言，除了可使用氩气或氮气等稀有气体或惰性气体以外，还可以
6用混合上述惰性气体和含氟气体的混合气体。尤其是作 为处理气体而言，QF8、CHF3等碳氟化合物系列气体自身就具有成膜气体的作用，例如，也可 将该气体的分解生成物和由靶材31的溅射物产生的反应物沉积在基板W上。作为蚀刻气 体而言，人们可使用SF6、NF3、SiF4、XeF2、COF2的至少其中之一或其与惰性气体的混合气体。 在本实施方式中，将SF6和Ar的混合气体作为蚀刻气体。 在具有上述结构的本实施方式的等离子处理装置11中，通过对放置在台架26上 的基板W反复地交替进行蚀刻工序和保护膜形成工序，就能在基板表面上形成由具有较大 长宽比的孔或深槽等组成的通道。 图2是表示本实施方式中的等离子处理装置11的一个动作实例的脉冲波形图。在 图2中，A表示施加给台架26的第2高频电源RF2的脉冲波形，B表示施加给顶板28的第 3高频电源RF3的脉冲波形，而C表示真空槽21内部的压力变化情况。在该例中，将蚀刻工 序中的处理压力(处理气体的导入量)设定得比保护膜形成工序中的处理压力高。另外， 在蚀刻工序和保护膜形成工序中，第1高频电源RF1始终向高频线圈23输出电流。
在基板W的表面上，预先形成有抗蚀掩膜(resist mask)，该抗蚀掩膜使用有机抗 蚀剂或金属掩膜等。在蚀刻工序和保护膜形成工序中，在等离子形成空间21a内既通过励 磁线圈组24形成环形磁中性环路25，还会由第1高频电源RF1向高频线圈23供电而沿磁 中性环路25形成电感耦合等离子。 在蚀刻工序中，被导入真空槽21内部的蚀刻气体(例如Ar和SF6)会在等离子形 成空间21a中被等离子化，由生成的离子和原子团(radical)对台架26上的基板W进行蚀 刻处理。此时，由第2高频电源RF2进行供电而使基板上形成偏压，以使离子向台架26 — 侧加速运动，从而会溅射掉基板上的原子团生成物而提高蚀刻效果。即，含氟原子团和硅产 生化学反应而形成原子团生成物，再通过等离子中的离子的溅射作用去除上述生成物，以 此对基板进行蚀刻处理。 另外，经过规定时间的蚀刻工序后，将残留在真空槽内部的蚀刻气体排出。接着将 成膜用处理气体(例如Ar)导入真空槽21的内部，并开始进行保护膜形成工序，被导入的 处理气体在等离子形成空间21a内会被等离子化。此时基板上没有偏压(RF2)，取而代之， 由第3高频电源RF3进行供电而使顶板上形成偏压，这样一来，设置在顶板上的靶材31会 因等离子中的离子而产生溅射，溅射物会附着在基板W的表面上和上述蚀刻工序中所形成 的凹部上。通过该处理，会在蚀刻凹部的底部和侧表面上形成起到保护膜作用的聚合物层。
在此，从靶材31中撞出的溅射粒子会穿过形成在等离子形成空间21a内的NLD等 离子而到达基板W，此时，溅射粒子在形成磁中性环路25的高密度等离子区域内分解并被 再次激活，从而以类似于化学蒸镀法(CVD法)中的成膜形态，各向同性地入射到基板W的 表面中。因此，与只采用不形成磁中性环路25的ICP等离子的溅射加工的效果相比，采用 本实施方式获得的蚀刻图案的台阶镀膜(保护膜)的覆盖性较高，其加工表面内的均等性 也较为良好。 经过规定时间的保护膜形成工序后，再次进行上述蚀刻工序，在该蚀刻工序的最 初阶段，主要目的是为了去除覆盖蚀刻凹部底面的保护膜，之后对因保护膜被去除而露出 的蚀刻凹部的底面再次进行蚀刻处理。此时，由于等离子中的蚀刻气体的离子，会因基板的 偏压作用而垂直入射到基板中，所以到达覆盖蚀刻凹部的侧表面的保护膜的离子数，会比
7到达蚀刻凹部的底面的离子数少，因此，在两蚀刻工序之间，用来覆盖蚀刻凹部的侧表面的 保护膜不会被完全去除而会残留下来，因而可避免蚀刻凹部的侧表面接触到含氟原子团， 进而可防止凹部的侧表面因产生蚀刻而被侵蚀。 之后，通过反复交替进行上述蚀刻工序和保护膜形成工序，就能实现沿着垂直方 向对基板进行各向异性蚀刻加工，从而可以在基板W的内部制成较大长宽比的通道(接触 孔、沟槽)。 当采用本实施方式时，在形成覆盖包括基板W上的掩膜图案在内的蚀刻图案的台 阶覆盖膜时，与只采用不形成磁中性环路25的ICP等离子进行溅射处理时相比，在存在磁 中性环路25的情况下用ICP等离子进行溅射处理时可获得较高的保护膜覆盖性。其中，上 述台阶覆盖膜被当作保护膜。 图3是表示本发明的利用NLD法进行溅射处理时的掩膜图案的槽宽和覆盖比之间
的关系的实验结果。另外，为了进行对比，图3中也表示有在不形成磁中性环路的情况下只
用ICP等离子进行溅射处理(以下也简称为"ICP溅射")时的保护膜覆盖特性。 如图3所示，覆盖比定义为对于覆盖形成在硅基板(直径20cm(8英寸))表面上的
厚度为lym的掩膜图案PR的台阶覆盖膜而言，掩膜侧表面(凹凸图案的凹部侧表面)上
的膜厚(沉积层厚度)B与掩膜上表面(凹凸图案的凸部上表面)上的膜厚A之比(B/A)。
耙材为PTFE。 NLD溅射条件和ICP溅射条件分别如下 (NLD溅射条件) 处理气体Ar 30 (sccm) 高频电RF1 :3000 (W) 13. 56 (MHz) RF2:0(W) RF3 :500 (W) 12. 50 (MHz).处理时间4(sec) 处理压力2. 6(Pa) 励磁线圈电流励磁线圈24A :30. 6(A) 励磁线圈24B:49.3(A) 励磁线圈24C :30.6(A)环形磁中性环路的半径146 (mm) (ICP溅射条件) 处理气体Ar 30 (sccm) 高频电RF1 :3000 (W) 13. 56 (MHz) RF2:0(W) RF3 :500 (W) 12. 50 (MHz).处理时间4(sec) 处理压力2. 6(Pa) 图3的结果表明，当掩膜图案的凹部的宽度(槽宽)在100 ii m以下时，与采用ICP 溅射时的覆盖比低于0.8(80%)的情况相比，采用NLD溅射时会获得高于0.8(80X)的覆 盖比，其原因推定如下与ICP溅射相比，进行NLD溅射时由等离子对溅射粒子进行再次激 活的激活率较高，因而进行NLD溅射时呈电中性的原子团的产生量增多，所以呈各向同性地入射到基板上的掩膜图案中的溅射物增多。 由等离子对溅射粒子进行再次激活的激活率的差异，可通过形成在基板上的溅射 膜的材料组分的差异来体现。图4、图5和图6是分别表示测定靶材、ICP溅射膜和NLD溅 射膜时的Cls波形分离光谱的示意图。如果对比ICP溅射而获得的溅射膜的波形分离结果 (图5)和NLD溅射而获得的溅射膜的波形分离结果(图6)，则"CF2"、"CF"和"C_C"的峰 值大小的相关显示不同，从而可体现出两种溅射膜的组分之间的差异。
另外，如图3所示，可知在进行NLD溅射时，当图案凹部的槽宽在5iim以下时，覆 盖比会大幅度提高，而且当槽宽为2iim时，获得了极高的已达0.97的覆盖比。像这样，凹 凸图案越是细微，采用NLD溅射的效果就越明显，对于细微图案而言，采用NLD溅射加工时 可获得良好的保护膜覆盖特性。 接下来说明采取交替进行蚀刻工序和溅射工序(保护膜形成工序)的方法，对基 板进行深挖加工时的图案形状的加工表面内均等性的评价结果。 在硅基板(直径20cm(8英寸))的表面上形成抗蚀图案，并将该抗蚀图案作为掩 膜而交替进行蚀刻工序和保护膜形成工序(溅射工序)，从而对硅基板进行深挖加工。该处 理中组合不形成磁中性环路的ICP蚀刻(以下也简称为"ICP蚀刻")和ICP溅射加工，以 及组合NLD蚀刻和NLD溅射加工来进行处理。
0087]ICP蚀刻条件和ICP溅射条件分别如下
0088](ICP蚀刻条件)
0089] 处理气体Ar 30 (seem)
0090]SF6300 (seem)
0091] 高频电RF1 :1500 (W) 13. 56 (MHz)
0092]RF2 :60 (W) 12. 50 (MHz)
0093]RF3 :O(W)
0094] 处理时间7 (sec)
0095] 处理压力10 (Pa)
0096](ICP溅射条件)
0097] 处理气体Ar 30 (seem)
0098] 高频电RF1 :3000 (W) 13. 56 (MHz)
0099]RF2 :O(W)
0100]RF3 :500 (W) 12. 50 (MHz)
0101] 处理时间:4(sec)
0102] 处理压力2. 6 (Pa)
0103]NLD蚀刻条件和NLD溅射条件分别如下
0104](NLD蚀刻条件)
0105] 处理气体Ar 30 (seem)
0106]SF6300 (seem)
0107] 高频电RF1 :1500 (W) 13. 56 (MHz)
0108]RF2 :60 (W) 12. 50 (MHz)
0109]RF3 :O(W)
9
.处理时间7(sec).处理压力10(Pa) 励磁线圈电流励磁线圈24A :30. 6 (A) 励磁线圈24B :54.0(A) 励磁线圈24C :30.6(A) (NLD溅射条件) 处理气体氩气(Ar)30(sccm) 高频电RF1 :3000 (W) 13. 56 (MHz) RF2:0(W)RF3 :500(W) 12. 50(MHz).处理时间4(sec) 处理压力2. 6(Pa) 励磁线圈电流励磁线圈24A :30. 6 (A) 励磁线圈24B:49.3(A) 励磁线圈24C :30.6(A) 环形磁中性环路的半径146(mm) 图7是表示ICP溅射和NLD溅射时测得的溅射率在加工表面内的分布情况的示意 图，而图8是表示ICP蚀刻和NLD蚀刻时测得的蚀刻率在加工表面内的分布情况的示意图。 在图7、图8中，X轴、Y轴分别表示基板表面内互相垂直相交的两个轴线方向。另外，图9 是表示使用ICP法和NLD法对硅基板进行加工时的加工部(晶圆中心位置和从径向方向上 的两个边缘部伸向内侧10mm的位置)的截面SEM照片。 如图9所示，在进行ICP蚀刻加工时，在抗蚀掩膜的正下方会对硅基板的侧面产生 侵蚀。对此，在进行NLD蚀刻加工时，对于硅基板的侧面几乎没有产生侵蚀，并且相对于基 板表面能形成与之垂直且槽宽相等的图案也得到确认。如上所述，其原因推定如下与ICP 溅射相比，进行NLD溅射时的保护膜的覆盖特性较高，从而可以有效防止对图案的侧壁产
生侧面侵蚀。 另外，如图7、图8所示，对于进行ICP溅射加工而获得的溅射率在加工表面内的分 布情况而言，其晶圆中心部的溅射率比其边缘部的溅射率高，而对于进行ICP蚀刻加工而 获得的蚀刻率在加工表面内的分布情况而言，其晶圆中心部的蚀刻率比其边缘部的蚀刻率 低。这样一来，如图9所示，与晶圆中心部相比，其边缘部的图案的侧面蚀刻的程度较大，尤 其是在抗蚀掩膜的正下方，图案呈较细的蜂腰形。另外，与NLD蚀刻加工相比，进行ICP蚀 刻加工时的蚀刻深度在加工表面内的偏差较大。 上述评价结果表明，与ICP加工相比，进行NLD加工时，溅射率、蚀刻率在加工表面 内的均等性较为理想，并能实现在整个基板表面区域的蚀刻图案的侧壁上形成均等的保护 膜和垂直于基板表面的蚀刻加工。另外，当采用本实施方式时，对于硅基板深挖加工技术而 言，可有助于提高加工精度和生产效率。
第2实施方式
图10是本发明的第2实施方式中的作为等离子处理装置的溅射装置12的大致结 构示意图。另外，对于图中和上述第1实施方式相对应的部分标注相同的符号并省略其详
10CN 细说明。 本实施方式的溅射装置12中未设置真空槽21和顶板28之间的筒状壁22 (图1)， 其采取将顶板28直接设置在真空槽21的上部的结构。在台架26和顶板28之间形成等离 子形成空间21a。台架26和顶板28之间的间隔D设定在10mm以上40mm以下。
产生等离子所必需的高频电场通过台架26和作为其相对电极的顶板28来产生， 即，通过台架26和顶板28之间的电容耦合而在等离子形成空间21a内形成高频电场。另 外，由设置在真空槽21上部的励磁线圈组24在等离子形成空间21a内形成环形磁中性环 路25。另外，通过采取将流经励磁线圈24A的电流(IA)设定得比流经励磁线圈24C的电流 (Ic)大的方法，可在等离子形成空间21a内的规定位置形成环形磁中性环路25。
等离子形成空间21a使被导入的处理气体产生等离子。设置在顶板28上的靶材 31因受等离子撞击而产生溅射，而从靶材31中撞出的溅射粒子会被该等离子分解并沉积 在基板W上，因而与上述第1实施方式相同，可在基板W的表面上形成均等性良好的溅射 膜。第3实施方式
图11是本发明的第3实施方式中的作为等离子处理装置的溅射装置13的大致结 构示意图。另外，对于图中和上述第1实施方式相对应的部分标注相同的符号并省略其详 细说明。 在本实施方式的溅射装置13中，顶板28的中央部形成有开口，该顶板28呈环形， 与之相对应，靶材31也呈环形。在顶板28的开口中以夹着绝缘部件34的方式安装有电极 部件33，该电极部件33经电容器32与第4高频电源RF4相连。通过该第4高频电源RF4 向电极部件33施加规定的高频电，不仅在等离子形成空间21a中形成高频电场，而且该高 频电场会和通过励磁线圈组24而形成的磁中性环路共同作用，从而在等离子形成空间21a 中产生高密度等离子。 本实施方式也可获得和上述第2实施方式相同的作用效果。尤其在本实施方式 中，相对于用来形成等离子的第4高频电源RF4和顶板28而言，将施加偏压用的第3高频 电源RF3与其分开设置。因此，可在保持等离子的同时通过周期性地切换向顶板28供电的 ON/OFF状态，并在停止对顶板28供电时通过导入作为处理气体的蚀刻气体(例如SF6和 Ar的混合气体)，就能获得结构为可以对基板W交替进行成膜处理和蚀刻处理的等离子处 理装置。此时的成膜工序就是在对因侵蚀而形成在基板上的凹部的侧壁上形成保护膜的工 序。当采用上述结构时，与上述第1实施方式相同，由于能够进行可获得较高加工精度和生 产效率的硅基板深挖加工，所以可在基板表面上形成较大长宽比的孔或槽。
第4实施方式
图12是本发明的第4实施方式中的作为等离子处理装置的溅射装置14的大致结 构示意图。另外，对于图中和上述第1实施方式相对应的部分标注相同的符号并省略其详 细说明。 在本实施方式的溅射装置14中，顶板28的中央部形成有开口，该顶板28呈环形， 与之相对应，耙材31也呈环形。在顶板28的开口中安装有由石英等透明绝缘材料组成的 窗口部件35，在该窗口部件35上安装有和第4高频电源RF4相连的天线线圈36。由该第 4高频电源RF4向天线线圈36施加规定的高频电，因此不仅在等离子形成空间21a中形成
11高频电场，而且该高频电场会和通过励磁线圈组24所形成的磁中性环路共同作用，从而在 等离子形成空间21a中产生高密度等离子。 本实施方式也可获得和上述第2实施方式相同的作用效果。另外，由于在本实施 方式中，相对于形成等离子用的第4高频电源RF4和顶板28而言，将施加偏压用的第3高 频电源RF3与其分开设置。因此，与上述第3实施方式相同，本实施方式也能获得结构为可 以交替进行蚀刻工序和成膜工序的等离子处理装置。 还有，通过在透明窗口部件35的上方设置用于检测基板W的被处理表面的传感器 (省略其图示)，就能检测出基板W的溅射膜厚或蚀刻深度。因此，与在横向方向检测基板 的情况不同，本实施方式可实时检测出基板的表面变化。 以上说明了本发明的各个实施方式，当然，本发明不局限于上述实施方式，可以根 据本发明的技术思路对其进行各种变型。 例如虽然在上述第1实施方式中说明了将产生等离子用的第1高频电源RF1和产 生靶偏压用的第3高频电源RF3分开设置的例子，但本发明并不局限于此，如图13所示，可 采取将单个高频电源RF当作2个高频电源来使用的结构，而符号37表示设置在高频电源 RF和顶板28之间的可调电容器。 另外，虽然在上述实施方式中说明了将Ar单质当作保护膜形成用处理气体的例
子，但本发明并不局限于此，例如也可以向保护膜形成工序的处理气体中混入可与Ar产生
化学反应的气体(QF8、CHF3等)，并将该混合气体当作保护膜形成用处理气体来使用。此
时，处理气体中的可与Ar产生化学反应的气体在等离子形成空间21a内被等离子处理，其
原子团生成物则沉积在基板表面上，从而形成具有保护膜功能的聚合物层。与只将Ar当作
处理气体的情况相比，将上述混合气体当作处理气体时，可有助于提高溅射率。 另外，在上述实施方式中使用励磁线圈组24形成磁中性环路25，但也可以用设置
在真空空腔外部的多个永久磁铁来代替励磁线圈组24来形成磁中性环路。 还有，虽然在上述实施方式中说明了将本发明的溅射装置作为适用于对硅基板进
行深挖加工用的等离子处理装置的例子，但本发明并不局限于此，本发明的溅射装置也适
用于不进行蚀刻加工的普通用途的溅射装置。
权利要求
一种等离子处理方法，其特征在于，具有在真空空腔内部产生等离子，对基板进行蚀刻的工序和在蚀刻图案的侧壁部形成保护膜的工序，此工序互相交替进行，在所述保护膜形成工序中，所述基板和面对着该基板设置的靶材之间形成高频电场和磁中性环路以产生等离子，由该等离子使所述靶材产生溅射，然后使溅射物由该等离子分解后沉积在所述基板上。
2. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于，在所述基板的表面上形成凹 部宽度在lOOym以下的凹凸图案，并对所述磁中性环路的形成进行控制，< 使形成在所述凹 部的侧表面上的膜厚与形成在所述凹凸图案的凸部的上表面上的膜厚之比在0. 8以上。
3. 根据权利要求2所述的等离子处理方法，其特征在于，所述凹部的宽度设定在10 i！ m 以下。
4. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于，通过设置在所述真空空腔外 部的多个励磁线圈或永久磁铁形成所述磁中性环路。
5. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于，通过对设置在所述真空空腔 的周围或上部的高频线圈施加高频电的方法形成所述高频电场。
6. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于，通过对设置在所述真空空腔 的上部的用于支承所述靶材的相对电极施加高频电的方法形成所述高频电场。
7. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于，所述靶材由合成树脂、硅、碳、 碳化硅、氧化硅或氮化硅等材料制成。
8. 根据权利要求1所述的等离子处理方法，其特征在于，用于产生所述等离子的处理 气体为惰性气体或含氟气体，或者是混合上述气体的混合气体。
9. 一种等离子处理装置，其特征在于，包括真空空腔；台架，其设置在所述真空空腔 内部，用于支承基板；靶材，其以面对所述台架的方式设置；等离子源，其包括电场形成部 件和磁场形成部件，所述电场形成部件在所述真空空腔内形成高频电场，所述磁场形成部 件在所述真空空腔内形成磁中性环路，所述电场形成部件和所述磁场形成部件在所述台架 和所述靶材之间产生等离子，该等离子源所产生的等离子对基板进行蚀刻，或者由该等离 子使所述靶材产生溅射，并使溅射物由该等离子分解后沉积在所述基板上。
10. 根据权利要求9所述的等离子处理装置，其特征在于，所述磁场形成部件包括设置 在所述真空空腔的外部的多个励磁线圈。
11. 根据权利要求9所述的等离子处理装置，其特征在于，所述电场形成部件包括设置 在所述真空空腔的周围或上部的高频线圈。
12. 根据权利要求9所述的等离子处理装置，其特征在于，所述电场形成部件包括设 置在所述真空空腔的上部并用于支承所述靶材的相对电极，连接在所述相对电极上的高频 电源。
全文摘要
本发明提供一种等离子处理方法和等离子处理装置，其具有较高的保护膜覆盖性，而且具有良好的加工表面内均等性。用等离子将从靶材(31)中撞出的溅射粒子沉积在基板(W)的表面上时，会用等离子分解该溅射粒子，并生成活性物质之后将其沉积在基板表面上，由此可获得与等离子CVD加工类似的成膜状态，并可使其成为覆盖性高、加工表面内均等性良好的溅射成膜。尤其由于等离子源中使用了高频电场和磁中性环路(25)，所以可在磁场强度为0的区域高效地产生高密度等离子。通过随意调整磁中性环路的位置及大小，用该等离子可以实现加工表面内均等性较高的等离子处理。
文档编号H01L21/3065GK101785088SQ20088010219
公开日2010年7月21日 申请日期2008年8月5日 优先权日2007年8月8日
发明者森川泰宏, 邹红罡 申请人:株式会社爱发科