专利名称：等离子体处理方法以及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体处理方法以及设备，特别涉及一种用于消除诸如在等离子体处理过程中堆积在处理处理室的侧壁上等地方的沉积物之类的污染物的方法和设备。
背景技术：
在半导体装置的制造过程中，由于附着在基片上的诸如半导体晶片之类的外部物质导致了装置图形方面的缺陷，由此使得产量下降。因此，近来人们对采用例如干法蚀刻和CVD的等离子体制造工艺进行了广泛研究。特别是介入生产设备中的各种气体的等离子体反应被应用于执行例如薄膜沉积和蚀刻之类的微处理。
在该过程中，除了要被微处理的物体之外，沉积物(沉淀膜)也可以附着在生产设备的内壁上。这是由于例如蚀刻气体的分子在等离子体内可能会被分解或是彼此结合，而且在干法蚀刻过程中可能会产生蚀刻的副产品，因此其沉积物在干法蚀刻过程中可能会附着在设备的内壁上。随着处理的晶片数量的增加，沉积物逐渐变厚，并且由其部分剥落而产生了一些灰尘，这导致了装置内图形方面的缺陷。因此，必须周期性地去除附着在设备内壁上的沉积物。
在对氧化硅薄膜进行干法蚀刻时，如果在同一处理室内进行沉积处理(depo-process)后接着进行无沉积处理(depoless-process)，则由于无沉积处理很容易受到前面沉积处理期间在同一处理室中产生的沉积物的影响，因此无沉积处理的蚀刻率将会变得不稳定。此处所使用的术语“沉积处理”指使用具有较小的F/C(氟/氯)比率的气体，例如C4F8的处理，该处理留有能看到包括诸如CF4这样的CF基元素的聚合体附着在处理室上。在此使用的术语“无沉积处理”指使用例如CF4这样具有较大的F/C比率的气体的处理，该处理在处理室上没有留下聚合体。
为了解决以上问题，通常能与沉积物发生反应的气体被用于进行干法净化处理。日本专利特开平No.5-291213中公开了这样一种干法净化处理方案，其中安装在支架上的晶片维持在0摄氏度以下，引入处理气体例如CF4和O2混合气体到处理室内，使得沉积物可以被活化处理气体清除。日本专利特开平No.7-78802中公开了另一种干法净化处理方案，其中使用一种在O2气内添加H2气的净化气体来执行干法净化处理。
在干法净化过程中所使用的气体与将被去除的沉积物薄膜的沉积物发生反应，产生高蒸气压的化合物，使得沉积物通过蒸发和真空排气作用被去除。由于在刚刚干法净化过程后的处理室内的状态与重复进行无沉积处理后所达到的处理室内的稳定状态不同，因此无沉积处理中的蚀刻率有所降低。
为了解决以上问题，提出了一种干燥处理。在该干燥处理中，在刚刚进行完干法净化处理后不是立即处理晶片，而是将多个伪晶片送入处理室内，并且在与实际等离子体处理过程的状态完全相同的状态下对伪晶片进行等离子体处理，以稳定处理室内进行处理的状态。
但是干燥处理需要用于干燥处理的伪晶片和至少几分钟的处理时间。因此，需要额外的工作和时间，因此降低了一系列等离子体处理的工作速率。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在干法净化过程刚刚完成后不立即进行干燥处理的情况下，避免无沉积处理的蚀刻率降低的等离子体处理方法和设备。
本发明的发明人严格地进行了一系列试验，发现干法净化处理后立即进行的无沉积处理过程中蚀刻率的降低是由于从含硅材料，例如在于法净化处理中使用的伪晶片和聚焦环中喷溅出的并且附着在处理室内壁上的含硅物质所引起的。此外，发明人发现干法净化处理方法避免了此类晶片的喷溅物残留附着在处理室的内壁上。
根据本发明的一优选实施例，提供了一种包括在同一处理室内执行的第一和第二等离子体处理步骤的等离子体处理方法，其中在第一等离子体处理步骤期间沉积物基本上聚集在处理室内，在第二等离子体处理步骤中没有沉积物聚集在处理室内，该方法包括步骤在第一和第二等离子体处理步骤之间通过使用一种伪基片对处理室的内部进行干法净化；其中干法净化步骤的进行是通过给处理室内供应一种用于去除在第一等离子体处理步骤中在处理室内产生的沉积物的沉积物去除气体，和一种能够蚀刻该伪基片的伪基片蚀刻气体。
此外，沉积物去除气体优选是一种能够与将要去除的沉积薄膜的沉积物发生反应以生成高气压化合物的气体。尤其是使用氧气、氮气、氢气、氨气或它们的混合气体作为沉积物去除气体。
此外，伪基片蚀刻气体优选是一种能够与晶片发生反应并且可以蚀刻晶片的气体，例如CF基气体、CHF基气体或SF基气体。
根据本发明的另一个优选实施例，提供了一种等离子体处理方法，包括步骤对将要在处理室内处理的物体进行等离子体处理；在进行等离子体处理步骤后，通过使用伪基片对处理室的内部进行干法净化；其中干法净化步骤的执行是通过给处理室内供应一种用于去除在等离子体处理步骤中在处理室内产生的沉积物的沉积物去除气体，和一种能够蚀刻伪基片的伪基片蚀刻气体；以及其中伪基片蚀刻气体的流速与沉积物去除气体的流速比率，约不小于0.14％，但是约不大于7.1％。
此外，优选在执行等离子体处理步骤中施加给上和下电极中的其中之一的高频功率的范围是从约3.18W/cm2至约4.78W/cm2。
此外，优选是在同一处理室内，在第一和第二等离子体处理步骤之间进行干法净化步骤，其中在第一等离子体处理步骤中沉积物趋向于附着在处理室内，在第二等离子体处理步骤中沉积物不大可能会残留附着在处理室内。
由于根据本发明，含硅材料，例如二氧化硅在于法净化处理期间不会附着在处理室的内壁上，因此能够避免在干法净化过程刚刚结束之后所进行的无沉积处理中的蚀刻率的降低，由此不必在于法净化处理刚刚结束之后进行干燥处理。这样就能够省去干燥处理所需要的额外的工作和时间，并且能够提高一系列等离子体处理的工作速率。
从以下结合附图作出的优选实施例的描述中，本发明的以上以及其他目的和特征将变得更加清楚，其中图1示出了根据本发明优选实施例的等离子体处理设备的示意性横截面图。
图2A至2D示出了解释根据本发明在干法净化处理之后进行的无沉积处理期间的蚀刻率和内表面均匀性的各种变化的图表。
图3表示一实验设备的示意横截面图，用于分析在根据本发明一优选实施例的干法净化处理后，附着在氧化钇片的表面上的沉积物。
图4示出了对氧化钇片的表面进行的XPS分析，用于分析在传统的干法净化处理之后附着在氧化钇片表面上的沉积物；图5示出了对氧化钇片的表面进行的另一XPS分析，用于分析在传统的干法净化处理和无沉积处理之后附着在氧化钇片表面上的沉积物；图6描述了对氧化钇片的表面进行的XPS分析，用于分析在根据本发明一优选实施例的干法净化处理之后附着在氧化钇片表面上的沉积物；图7A至7C是解释在进行传统的干法净化处理和根据本发明的干法净化处理30分钟后，在无沉积处理过程中蚀刻率的内表面均匀性以及蚀刻率的变化的图表。
图8A至8D是解释在进行根据本发明的干法净化处理，同时加入不同量的CF4之后进行的无沉积处理过程中的蚀刻率的内表面均匀性以及蚀刻率的变化的试验结果的图表。
图9是在描述试验设备的示意横截面图，该试验设备用于根据干法净化处理期间所应用的状态的不同，对蚀刻率的变化进行测试。
图10是解释在试验处理室的不同位置处，所加入的CF4与灰化率(/分钟)之间关系的图表。
图11是用于描述在按照3分/晶片的处理速度对25个晶片进行沉积处理后，用于去除附着在试验处理室300内的不同位置处的抗蚀片上的沉积物所需的时间(秒)与给下电极施加的功率之间关系的表。
图12A是根据本发明的等离子体处理方法的流程图。
图12B是传统等离子体处理方法的流程图。
具体实施例方式
以下，将参照附图对本发明的一优选实施例进行详细描述。为避免重复描述，在说明书和附图中，其作用和结构基本相同的部分用相同的附图标记表示。
图1示出了根据本发明第一实施例的等离子体处理设备100的横截面图。等离子体处理设备100具有一密封的处理室102。处理室102是一个具有上部102a和下部102b的分级圆柱形处理室，其中上部102a具有较小的直径，下部102b具有较大的直径。处理室102具有铝制的壁，其表面覆盖有厚度例如约为200微米的氧化钇(Y2O3)薄膜。处理室102被电气接地。
支架104安装在处理室102内。支架104水平支撑一个将要被处理的物体，例如直径为200毫米的半导体晶片W(以下指晶片)。支架104由例如铝制成，并且通过绝缘板106由支撑体108支撑。聚焦环110围绕支架104的上部外围放置。聚焦环110由导电材料，例如单晶硅制成。
支架104和支撑体108通过具有滚珠螺旋112的滚珠螺旋机构向上和向下运动。由不锈钢制成的风箱114覆盖支撑体108之下的驱动部分。风箱盖116包围风箱114。
构成下电极的支架104通过匹配器118连接至RF电源设备120。由RF电源120对支架104提供13.56MHz的高频功率。在支架104的上面安装的是构成上电极的喷淋头122。支架104以平行方式与喷淋头122相面对。喷淋头122接地。支架104(下电极)以及喷淋头122(上电极)用作一对电极。
静电夹盘124安装在支架104上，用于靠它的静电力吸引晶片W。静电夹盘124包括绝缘体124b和其内嵌入的电极124a。电源126连接到电极124a上。通过给电极124a提供由电源126供给的电压，晶片W受库仑力作用粘接在静电夹盘124上。
在支架104内形成有一冷却剂槽(未示出)，用于控制支架104温度的适当的冷却剂通过该冷却剂槽循环流动。此外，在支架104和静电夹盘124内，设置有用于供应例如He气的惰性气体的回气供应系统(未示出)，其中供应的惰性气体用于增加支架104与晶片W之间的热传导。热量在支架104与晶片W之间传送，以保持晶片W处于所需温度。安装在聚焦环110外部的是挡板128。挡板128通过支撑体108和风箱114连接至处理室102。
安装在处理室102的最顶部位置处的是与支架104面对的喷淋头122。喷淋头122在其底侧具有多个进气孔130，在其顶侧具有一气体进口132。在喷淋头122内形成有空间134。气体进口132连接有气体供应线136。气体供应线136的另一端连接至用于供应处理气体的处理气体供应系统138，处理气体包括用于等离子体处理，例如蚀刻的反应气体和稀释气体。例如，与传统现有技术相同，反应气体可以使用卤族气体，稀释气体可以使用Ar气、He气以及类似气体。
来自处理气体供应系统138的处理气体通过气体供应线136和气体进口132提供给喷淋头122的空间134，然后从进气孔130中射入，以蚀刻形成在晶片W上的薄膜。
安装在处理室102的下部102b的侧壁处的是排气口140。排气口140连接至充气系统142。通过操作安装在充气系统142内的真空泵(未示出)，处理室102可以减压到某一真空水平。安装在下部102b的上侧壁处的是门阀144，用于打开和关闭传送晶片W的入口。
围绕处理室102的上部102a集中设置的是偶极环形磁铁146，该磁铁用于在支架104与喷淋头122之间的区域产生磁场。偶极环形磁铁146构型为可以通过使用例如电机之类的旋转单元进行旋转。
在上述结构的等离子体处理设备中，门阀144首先打开，用于在处理室102内传送晶片W。然后晶片W放于支架104上，门阀144关闭，支架104向上运动，达到图1所示的位置，处理室102由充气装置142的真空泵通过排气口140被排空。
处理室102到达所需真空水平后，一些处理气体从处理气体供应系统138被送入处理室102中，使得处理室102可以维持在一给定压力，例如40mTorr。然后，具有例如13.56MHz频率和例如1000至5000W功率的高频功率由RF电源120送至支架104。此时，由DC电源126给静电夹盘124的电极124a提供预定电压，使得晶片W被吸引，受库仑力的作用被粘接在静电夹盘124上。
由于高频功率被提供给下电极，例如上述的支架104，因此在上电极即喷淋头122和下电极即支架104之间产生有电场。此外，由于偶极环形磁铁146在处理室102的上部102a产生了水平磁场，因此在放置有晶片W的处理区域内产生有由于电子漂移引起的磁电管放电现象，这又使得从处理气体中产生了等离子体，由此形成在晶片W上的薄膜就可以被蚀刻掉。
以下，将要描述干法净化处理后所进行的无沉积处理过程中蚀刻率的变化。
参看图2A至2D，其中示出了25个晶片在干法净化处理之后又进行无沉积处理的情况下，蚀刻率和蚀刻率的内表面均匀性的变化，即表面内蚀刻率均匀性的变化。上部表内的垂直轴代表蚀刻率(/分钟)，下部表内的垂直轴代表蚀刻率的内表面均匀性(％)；水平轴代表从干法净化处理的终止时间开始测量的时间(分钟)。无沉积处理的处理速度约为1分钟每晶片W，水平轴上的数字对应于由无沉积处理所处理的晶片的数量。
在图2A至2D中，干法净化处理的持续时间分别为3、5、10、30分钟。
在每个表中示出的值表示蚀刻率或内表面均匀性在无沉积处理过程中到达一稳定范围之后，蚀刻率或内表面均匀性的平均值和标准偏差。稳定范围是基于让蚀刻率和内表面均匀性分别保持在达到其各自稳定范围后蚀刻率的平均值和内表面均匀性的平均值的±1.0％和±3.0％的范围之内而确定的。图2A至2D中的虚线部分代表不稳定区域。
用于对形成在直径为200毫米的整个晶片，即被处理体表面上的热氧化硅薄膜进行等离子体蚀刻的无沉积处理的示例性处理状态如下处理室内压力；45mTorr，施加给下电极的高频功率以及所施加高频功率的时间分别为1400W和1分钟；所供应处理气体的混合气体中的CF4，O2以及Ar气的流率分别为；80sccm，20sccm，160sccm。
上电极，处理室的侧壁以及下电极的温度分别为60℃，60℃，40℃，回气(He)的压力等级在被处理物体中部区域内为7Torr，在外围区域内为40Torr。
第一，第二，第三，第五，第七，第十，第十五，第二十，第二十五个被处理晶片各自具有形成在其上的热氧化硅层，其他晶片是其表面分别覆盖有抗蚀薄膜的伪晶片。
干法净化处理的示例性处理状态如下处理室内的压力；100mTorr，施加给下电极的高频功率以及施加高频功率的时间分别为；2000W和1分钟，作为处理气体供应的O2的流率；700sccm，上电极，处理室侧壁，以及下电极的温度分别为；60℃，60℃，40℃，回气(He)的压力等级；被处理物体中部区域内的为7Torr，外围区域内的是40Torr。在干法净化过程中使用硅伪晶片。
以下将要描述在上述状态下执行干法净化处理之后，在无沉积处理过程中的蚀刻率的变化以及内表面均匀性的变化。随着干法净化处理时间从3分钟增加到30分钟，在干法净化处理的最后，蚀刻率发生了下降同时内表面的均匀性稍微提高。此外，随着干法净化处理时间从3分钟增加到30分钟，蚀刻率以及内表面均匀性从干法净化处理结束的时刻起至达到稳定所需要的时间从1-2分钟增加到9分钟。由以上结果，可以看出在干法净化处理终止时的蚀刻率的下降以及从干法净化处理终止时开始计算的到达稳定蚀刻率所需要的时间取决于执行干法净化处理所进行的时间。
现在描述为测试干法净化处理的蚀刻率变化而进行的试验。特别是，首先通过在A1部件的表面上热喷射氧化钇(Y2O3)而准备片200，其中A1部件的材料与在本发明优选实施例中使用的处理室102的材料相同，片200放置在图3所示的试验处理室202中，在以下所要描述的处理状态下，在处理室202内进行干法净化处理。干法净化处理后，附着在片200表面上的沉积物的成份被X射线光电子分光光谱(XPS)所检测。通过使用具有良好热导性的硅带(未示出)，片200固定在试验处理室202的顶部204上。
与在本发明的优选实施例中使用的等离子体处理设备100相同，晶片W安装在支架206上，聚焦环208围绕支架206的上部外围放置，以将等离子体集中在处理空间S内。聚焦环208由导电材料制成，例如单晶硅。安装在试验处理室202的下部的是挡板210。
试验中，使用XPS对附着在片200的表面上的沉积物的成分进行分析，片200是在如下所列的3个处理状态下在试验处理室202内获得的(1)干法净化处理15分钟；(2)干法净化处理15分钟，然后无沉积处理25分钟；(3)在添加少量CF4后干法净化处理15分钟；图4、5和6分别列出了在上述处理状态(1)、(2)和(3)下得到的试验结果。图4至图6中，垂直轴代表光电子(任意单位)的强度，水平轴代表结合能(eV)。
所有干法净化处理在以下示例性处理状态下进行试验处理室202内的压力；100mTorr，施加给下电极的高频功率，以及施加高频功率的时间分别为；2000W和1分钟，作为处理气体供应的O2气的流率；700sccm，上电极处理室的侧壁以及下电极的温度分别为；60℃、60℃，40℃，回气(He)的压力等级；被处理物体中部区域内的为7Torr，外围区域内的为40Torr。在干法净化过程中使用硅伪晶片。
在如下处理状态下进行处理状态(2)中的无沉积处理处理室内的压力；45mTorr，施加给下电极的高频功率以及施加高频功率的时间分别为；1400W和1分钟，
作为处理气体供应的混合气体中的CF4、O2以及Ar气的流率分别是；80sccm、20sccm和160sccm，上电极，处理室的侧壁，以及下电极的温度分别为；60℃、60℃，和40℃，回气(He)的压力等级；被处理物体中部区域内的为7Torr，外围区域内的为40Torr，在处理条件(3)，与O2气一起提供流率为2sccm的CF4气。在此使用的CF4气用于蚀刻硅伪晶片。
在对试验采用的XPS分析中检测到，光电子强度的峰值位于被分析元素的特定结合能处。此后，可以推断出其峰值出现在XPS数据内的元素附着在片200的表面上。
图4示出了对在处理状态(1)下准备的片200的表面所作的分析结果，其示有光电子强度的峰值，特别是对于氧元素O和硅元素Si。
图5示出了对在处理状态(2)下准备的片200的表面所作的分析结果，其示有光电子强度的峰值，特别是对于氟元素F和钇元素Y。
图6示出了对在处理状态(3)下准备的片200的表面所作的分析结果，其示有峰值，与处理状态(2)相同，特别对于氟元素F和钇元素Y。
由于通过XPS分析的片200的表面由氧化钇(Y2O3)形成，因此如果片表面没有被沉积物覆盖，则对应于钇元素Y和氧元素O的光电子的强度应该通过XPS分析被检测到。
但是在处理状态(1)下，虽然没有对应于钇元素Y的光电子强度的峰值，但是有对应于硅元素Si的光电子强度的峰值。因此，在处理状态(1)下，应该相信包括氧化硅SiO2的硅喷溅物材料附着在片200的表面上。
在处理条件(2)下，示有对应于取代氧元素O的氟元素F的光电子强度的峰值，而没有对应于硅元素Si的光电子强度的峰值。因此，在处理状态(2)下，认为片200的表面被氟化，这样使得硅喷溅物材料被无沉积处理所去除。
在处理状态(3)下，示有对应于取代氧元素O的氟元素F的光电子强度的峰值，而没有对应于硅元素Si的光电子强度的峰值。因此，在处理状态(3)下，认为片200的表面被氟化，并且没有硅喷溅材料的沉积物。
参看图7A至7C，示有由于在干法蚀刻处理过程中所加入的CF4，而对蚀刻率的内表面均匀性以及蚀刻率的变化所产生的影响。
图7A至7C是解释在干法净化处理30分钟后，使用前一实施例中所示的无沉积处理对25个晶片进行处理的情况下，蚀刻率的内表面均匀性以及蚀刻率的变化的图表。上部图中的垂直轴代表蚀刻率(/分)；下部图中的垂直轴代表蚀刻率的内表面均匀性(％)；水平轴代表从干法净化处理终止时间开始计算的所用时间(分)。无沉积处理的处理时间大约是1分钟每一个晶片W，水平轴中的数字对应于由无沉积处理所处理的晶片数量。
图7A至7C分别对应于干法净化处理15分钟，使用附着在晶片表面上的聚酰亚氨干法净化15分钟，使用加入的少量CF4(流率为2sccm)干法净化处理30分钟的情况。每个表中所示的值表示蚀刻率或内表面的均匀性在无沉积处理期间达到一稳定范围后，蚀刻率或内表面均匀性的平均值和标准偏差。稳定范围是基于蚀刻率以及内表面均匀性相对于达到它们各自稳定范围之后的平均蚀刻率以及平均内表面均匀性能分别保持在±1.0％和±3.0％的范围内而确定的。图7A至7C中的虚线部分代表不稳定区域。
用于对形成在晶片整个表面上的热氧化硅薄膜进行等离子体蚀刻的无沉积处理，例如由等离子体蚀刻处理直径为200mm的物体的处理条件如下处理室内的压力；45mTorr，施加给下电极的高频功率以及施加高频功率的时间分别为；1400W和1分钟，作为处理气体供应的混合气体中CF4，O2以及Ar的流率分别为；80sccm、20sccm和160sccm，上电极，处理室的侧壁以及下电极的温度分别为；60℃、60℃、以及40℃，回气(He)的压力等级；被处理气体中部区域内的为7Torr，外围区域内的为40Torr，
此外，用于干法净化处理的示例性处理状态如下处理室内的压力；100mTorr，施加给下电极的高频功率以及施加高频功率的时间分别为；2000W和1分钟；作为处理气体提供的O2的流率；700sccm，上电极，处理室的侧壁以及下电极的温度分别为；60℃，60℃，40℃。
回气的压力等级；被处理物体中部区域内的为7Torr，外围区域内的为40Torr。在干法净化处理过程中使用硅伪晶片。
图7A示出了干法净化处理30分钟的情况。干法净化处理30分钟后终止，蚀刻率立即发生了下降，9分钟后蚀刻率和蚀刻率的内表面均匀性稳定。图7B示出了使用附着在晶片表面上的聚酰亚氨对晶片进行干法净化处理30分钟的情况。干法净化处理30分钟后终止，蚀刻率也立即发生了下降，但蚀刻率达到稳定的时间减少为6分钟。此外，内表面的均匀性在9分钟后达到稳定。由此，推断出其表面覆盖有聚酰亚氨薄膜的硅晶片可以抑制硅喷溅物材料的生成和堆积。图7C示出了使用少量CF4(流率为2sccm)干法净化处理30分钟的情况。在干法净化处理完成后，蚀刻率没有下降，且近似保持恒定。虽然内表面的均匀性稍微减小，但是一分钟后就达到稳定。
从上述试验结果中，证实在干法净化处理刚刚结束后进行的无沉积处理过程中的蚀刻率的下降，很大程度上是由诸如干法净化处理期间附着在处理室内的氧化硅之类的硅喷溅物材料引起的。
此外，通过在干法净化处理期间加入少量的用于蚀刻硅伪晶片的CF4，硅喷溅物材料的堆积得到了抑制，因此干法净化处理之后进行的无沉积处理过程中的蚀刻率的下降也得到了抑制。
图8A至8D示出了为获得以上效果而在干法净化处理中加入适当量的CF4的测试结果。
图8A至8D是解释干法净化处理30分钟后，用前一实施例中所述的无沉积处理对25个晶片进行处理的情况下，蚀刻率的内表面均匀性(％)以及蚀刻率的变化的图表。上部表中的垂直轴代表蚀刻率(/分)；下部表中的垂直轴代表蚀刻率的内表面均匀性(％)；水平轴代表从干法净化处理的终止时间开始计算的所用时间(分钟)。无沉积处理的处理速度大约是1分钟每一个晶片W，水平轴中的数字对应于由无沉积处理处理的晶片的数量。
图8A至8D对应于这样的情况，干法净化处理30分钟，其中分别加入流率为0.4sccm、2sccm、10sccm、50sccm的CF4。每个表中所示的值表示蚀刻率或内表面均匀性在无沉积处理过程中到达一稳定范围后，蚀刻率或内表面均匀性的平均值和标准偏差。稳定范围是基于蚀刻率以及内表面均匀性相对于分别到达各自稳定区域后的平均蚀刻率以及平均内表面均匀性来说，保持在±1.0％和±3.0％范围之内的标准确定的。图8A至8D中的虚线部分代表不稳定区域。
对形成在晶片的整个外表面上的热氧化硅薄膜进行等离子体蚀刻，例如对直径为200毫米的物体进行等离子体蚀刻处理的无沉积处理的示例性处理状态如下处理室内的压力；45mTorr，施加给下电极的高频功率以及施加高频功率的时间分别为；1400W和1分钟，作为处理气体供应的混合气体中的CF4、O2以及Ar气的流率分别为；80sccm、20sccm、160sccm，上电极，处理室的侧壁以及下电极的温度分别为；60℃，60℃，40℃，回气(He)的压力等级；被处理物体中部区域内的为7Torr，外围区域内的为40Torr。
此外，干法净化处理的示例性处理条件如下处理室内的压力；100mTorr，施加给下电极的高频功率以及施加高频功率的时间分别为；2000W和1分钟；作为处理气体供应的O2的流率；700sccm，上电极，处理室的侧壁以及下电极的温度分别为；60℃、60℃、40℃，回气(He)的压力等级；被处理物体中部区域内的为7Torr，外围区域内为40Torr；在干法净化过程中使用硅伪晶片。
参看图8A至8D，当干法净化过程中所加入的CF4的流率为0.4sccm时，观察到蚀刻率的内表面均匀性以及蚀刻率发生了下降，并且蚀刻率以及蚀刻率的内表面均匀性需要花费4分钟才能到达稳定。当CF4的流率不小于2sccm时，蚀刻率没有发生下降；且内表面的均匀性仅稍微降低，但是1到2分钟后蚀刻率的内表面均匀性达到稳定。由此，显然如果干法净化过程中同时供应的氧气和CF4气的流率分别为700sccm和不小于2sccm时，干法净化后蚀刻率的下降就能够得到抑制。
但是，如果CF4的流率不必要地变大了，则等离子体处理设备中的所有部件都可能会生锈。因此，干法净化过程中氧气流率与CF4流率的比率优选不小于700sccm/1sccm(大约为0.14％)但是不大于700sccm/50sccm(大约7.1％)，更优选为不小于700sccm/2sccm(大约0.29％)，但是不大于700sccm/10sccm(大约1.4％)。
下面将描述为测试干法净化过程中蚀刻率变化对其他条件的依赖而进行的另一试验。如图9所示，通过使用具有良好热导性的硅带(未示出)在试验处理室300的顶板302，侧壁(沉积物屏蔽)304，绝缘环310以及挡板312上附着多个抗蚀片。然后在不同状态下进行干法净化处理，用以根据(1)加入的CF4(加入时，CF4的流率为2sccm)以及(2)施加给下电极的功率的等级，对灰化率以及灰化时间变化的依据进行测试。
晶片W安装在试验处理室300内的支架306上，聚焦环308围绕支架306的上部外围放置以聚集处理空间S内的等离子体。聚焦环308由例如单晶硅的导电材料制成。围绕聚焦环308的外围安装的是例如氧化硅制成的绝缘环310。围绕试验处理室300的下部安装的是挡板312。
如图10所示，抗蚀片附着在试验处理室300内的以下部分上(1)与晶片W的中部正上方对应的顶板的中部；(2)与其中部分开50毫米的顶板的部分；(3)与其中部分开95毫米的顶板的部分；(4)与其中部分开140毫米的顶板的部分；(5)与试验处理室的底表面分开50毫米(接近顶部)的沉积物屏蔽的部分；(6)与试验处理室的底表面分开40毫米的沉积物屏蔽的部分；(7)与试验处理室的底表面分开30毫米的沉积物屏蔽的部分；(8)与试验处理室的底表面分开20毫米的沉积物屏蔽的部分；(9)与试验处理室的底表面分开10毫米(接近其底部)的沉积物屏蔽的部分；(10)绝缘环；(11)接近支架的挡板；(12)位于其中部的挡板；(13)接近侧壁的挡板。
为了测试由于加入CF4所带来的影响，(加入流率为2sccm)，在以下条件下进行干法净化处理处理室300内的压力；100mTorr，施加给下电极的高频功率以及施加高频功率的时间分别为；1500W和1分钟，作为处理气体供应的O2的流率；700sccm，上电极，处理室侧壁以及下电极的温度分别为；60℃、60℃、40℃，回气(He)的压力等级；被处理物体中部区域的为7Torr，外围区域的为40Torr，为了测试由于施加给下电极的功率等级的变化所带来的影响，在以下条件下进行干法净化处理处理室300内的压力；100mTorr，施加给下电极的高频功率以及施加高频功率的时间分别为1500W和1分钟，作为处理气体供应的O2气的流率对CF4气流率的比率；700sccm/2sccm，上电极，处理室侧壁以及下电极的温度分别为；60℃、60℃、40℃，回气(He)的压力范围；被处理物体中部区域的为7Torr，外围区域的为40Torr。
图10是描述在试验处理室300内每一位置处所加入的CF4与灰化率(/分)之间关系的试验1)结果表。从图10中可见，不管是否加入少量CF4，灰化率的最大值(Max)，最小值(Min)，平均值(Ave)以及均匀性(Unif)都不会有很大变化。均匀性(Unif)由(Max-Min)/(2×Ave)×100限定。因为由于CF4的加入，抗蚀的灰化率没有显著的变化，因此可以推断由于加入CF4所以蚀刻率没有发生显著的变化。
图11是描述在使用3分钟/晶片的处理速度对25个晶片进行沉积处理之后，为了去除附着在试验处理室300内的每一位置处的抗蚀片上的沉积物，所需要的时间(秒)和施加给下电极的功率(W)之间的关系的试验2)结果表。施加给下电极的功率分别为500W，1000W，1500W。
从图11中可见，随着施加给下电极的功率从500W增加到1500W，在试验处理室的每一位置处，灰化所需的所有最大(Max)，最小(Min)，以及平均(Ave)灰化时间都减小了。因此，可以推断灰化率的增加与施加给下电极的功率成比例。
但是，如果施加的功率从500W增加到1000W，则灰化所需时间的均匀性(Unif)减小。另一方面，如果施加的功率从1000W增加到1500W，则灰化所需的时间上的均匀性就从116.68稍微增加到117.92。因此，可以推断，如果施加给下电极的功率比某一特定值大，则灰化率的均匀性就会被破坏。均匀性(Unif)为(Max-Min)/(2×Ave)×100。
如果施加给下电极的高频功率过度增加，则试验处理室300内的温度也过度增加，这将影响等离子体处理设备100内的每一部件。
因此，在设备具有以上结构的情况下，优选在抗蚀片的灰化过程中给下电极施加从1000W变化到1500W的功率(从大约3.18W/cm2到大约4.78W/cm2)。因此，优选在蚀刻过程中施加与上述功率范围相同的功率。
通过前述等离子体处理的干法净化处理的重复试验，发现通过对处理室内供应包括O2的沉积物去除气体和包括CF4的伪晶片蚀刻气体(伪基片蚀刻气体)，避免了在等离子体处理设备内，例如侧壁上沉积例如硅喷溅物材料的沉积薄膜。
因此，如图12A和12B所示，根据本发明的等离子体处理的干法净化处理与传统的干法净化处理不同。特别是，本发明的干法净化处理使用加入少量CF4的处理气体。因此，本发明的干法净化处理之后不需要进行干燥处理，并且由此节省了额外的用于干燥处理的工作和时间，并且可在提高其工作速率的情况下实现一系列等离子体处理。
虽然已经结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不限制为所描述的内容。
虽然，例如蚀刻被描述为是本发明优选实施例中的等离子体处理，但是等离子体处理并不限制于此。如果包括硅喷溅材料的沉积物在等离子体处理中具有不利影响的话，则在其他等离子体处理中也可以实现相同的效果，例如灰化，喷溅以及类似过程。
此外，即使少量CF4被用作根据本发明优选实施例的干法处理过程中加入到沉积物去除气体中的伪晶片蚀刻气体(伪基片蚀刻气体)，但是其他任何能够通过与晶片发生反应而蚀刻晶片的气体都能够用作伪晶片蚀刻气体。特别是，CF基气体而不是CF4气体，CHF基气体或SF基气体可以被用作伪晶片蚀刻气体。
此外，虽然O2被用作根据本发明优选实施例的干法处理过程中的沉积物去除气体，但是只要其它任何气体能够通过与将要被去除的沉积物薄膜的沉积物发生反应而形成可以通过高蒸气压而蒸发的化合物，则这样的气体都可以被用作沉积物去除气体。特别是，氮气、氢气、氨气或这些气体组合的混合气体都可以被用作沉积物去除气体。
此外，虽然本发明实施例中给下电极即支架施加高频功率，上电极即喷淋头接地，但是在给上电极即喷淋头施加高频功率，下电极即支架接地的情况下也可以实现相同的效果。
由于如上所述根据本发明的干法净化过程中，避免了在处理室的内部堆积诸如硅喷溅物材料之类的沉积物，因此也避免了干法净化处理后蚀刻率的下降。这样就不必要进行为执行无沉积处理而在干法净化处理后进行传统的干燥处理，同时取消了用于干燥处理的额外的工作和时间，使得在提高其工作速率同时实现了一系列等离子体处理。
虽然相对于优选实施例已经示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解在不脱离以下由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种变形和修正。
权利要求
1.一种等离子体处理方法，具有在同一处理室内执行的第一和第二等离子体处理步骤，其中在所述第一等离子体处理步骤中沉积物基本上堆积在所述处理室内，在所述第二等离子体处理步骤中在所述处理室内基本上没有堆积沉积物，其特征在于，该方法包括以下步骤在所述第一和所述第二等离子体处理步骤之间通过使用伪基片干法净化所述处理室的内部，其中，通过在所述第一等离子体处理步骤中给所述处理室内提供用于去除在所述处理室内产生的所述沉积物的沉积物去除气体，以及提供能够蚀刻所述伪基片的伪基片蚀刻气体而执行所述干法净化步骤。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述沉积物去除气体是氧气、氮气、氢气、氨气或是它们的混合气体。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述伪基片蚀刻气体是CF基气体、CHF基气体和SF基气体中的一种。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述沉积物去除气体是氧气，所述伪基片蚀刻气体是CF4。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于，伪基片的表面由具有硅的材料制成。
6.一种等离子体处理方法，其特征在于，包括以下步骤在处理室内对被处理体进行等离子体处理；在进行所述等离子体处理后，使用伪基片干法净化所述处理室的内部，其中，通过对所述处理室内提供用于去除在进行所述等离子体处理过程中在所述处理室内生成的沉积物的沉积物去除气体，和能够蚀刻所述伪基片的伪基片蚀刻气体来执行所述干法净化步骤，并且，所述伪基片蚀刻气体的流率对所述沉积物去除气体流率的比率不小于约0.14％但是不大于约7.1％。
7.根据权利要求6所述的等离子体处理方法，其特征在于，在进行所述等离子体处理的步骤中施加给上下电极其中之一的高频功率的范围是从约3.18W/cm2至约4.78W/cm2。
8.根据权利要求6所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述沉积物去除气体是氧气、氮气、氢气、氨气或它们的混合气体。
9.根据权利要求6所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述伪基片蚀刻气体是CF基气体、CHF基气体以及SF基气体中的一种。
10.根据权利要求6所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述沉积物去除气体是氧气，所述伪基片蚀刻气体是CF4。
11.根据权利要求6所述的等离子体处理方法，其特征在于，所述伪基片的表面由具有硅的材料制成。
12.根据权利要求6所述的等离子体处理方法，其特征在于，在所述处理室内进行第一和第二等离子体处理步骤，在所述第一处理步骤中所述沉积物基本上堆积在所述处理室内，在所述第二处理步骤中基本上没有沉积物堆积在所述处理室内，在所述第一和所述第二等离子体处理步骤之间进行所述干法净化步骤。
13.一种用于对被处理体进行等离子体处理的设备，其特征在于，包括处理室，在该处理室内进行第一和第二等离子体处理，在所述第一等离子体处理过程中沉积物基本上堆积在所述处理室内，在所述第二等离子体处理过程中基本上没有沉积物堆积在所述处理室内；和气体供应系统，在对所述被处理体进行所述等离子体处理后，在使用伪基片进行的干法净化处理期间，给所述处理室内供应用于去除在所述处理室内生成的沉积物的沉积物去除气体，以及能够蚀刻所述伪基片的伪基片蚀刻气体。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述沉积物去除气体是氧气、氮气、氢气、氨气或它们的混合气体。
15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述伪基片蚀刻气体是CF基气体、CHF基气体、SF基气体中的一种。
16.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述沉积物去除气体是氧气，所述伪基片蚀刻气体是CF4。
17.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述伪基片的表面由具有硅的材料制成。
18.一种对被处理体进行等离子体处理的设备，其特征在于，包括处理室，在该处理室内对所述被处理体进行等离子体处理，和气体供应系统，在对所述被处理体进行所述等离子体处理后，在通过使用伪基片而进行的干法净化处理过程中，给所述处理室内提供用于去除在所述处理室内生成的沉积物的沉积物去除气体以及能够蚀刻所述伪基片的伪基片蚀刻气体，其中，在所述干法净化处理过程中，所述伪基片蚀刻气体的流率对所述沉积物去除气体流率的比率不小于约0.14％并且不大于约7.1％。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，在所述等离子体处理过程中施加给上电极或下电极的高频功率的范围为从约3.18W/cm2至约4.78W/cm2。
全文摘要
一种等离子体处理方法，在干法净化处理后不立即进行另外的干燥处理的情况下可以抑制无沉积处理的蚀刻率的下降。该方法包括在同一处理室内进行的第一和第二等离子体处理步骤和通过在第一和第二等离子体处理步骤之间使用伪基片而对处理室的内部进行干法净化的步骤。在第一等离子体处理过程中沉积物基本上聚集在处理室内，在第二等离子体处理过程中基本上没有沉积物聚集在处理室内。干法净化步骤的进行是通过给处理室内供应一种用于去除在第一等离子体处理过程中在处理室内产生的沉积物的沉积物去除气体，和一种能够蚀刻伪基片的伪基片蚀刻气体。
文档编号H01L21/3065GK1503324SQ20031012488
公开日2004年6月9日 申请日期2003年11月20日 优先权日2002年11月20日
发明者崎间弘美 申请人:东京毅力科创株式会社