基板处理方法和基板处理设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供基板处理方法和基板处理设备。使用基板处理设备的基板处理方法包括第一步骤和第二步骤。第一步骤是施加来自包括在设备中的脉冲电源的负电压脉冲。第二步骤是对于在负电压脉冲和在负电压脉冲之后的来自脉冲电源的正电压脉冲之间的时段，施加浮动电位。另外，设备包括室、第一电极、第二电极、RF电源和脉冲电源。第二电极被设置成第二电极面向第一电极以保持基板。RF电源将具有50MHz以上的频率的RF电压施加到第二电极。脉冲电源将具有RF电压的电压波形重复地施加到第二电极。
【专利说明】基板处理方法和基板处理设备
[0001] 本申请为下述申请的分案申请，
[0002] 原申请的申请日：2011年09月21日，
[0003] 原申请的申请号：201110281390. 0，
[0004] 原申请的发明名称：基板处理方法和基板处理设备
[0005] 相关申请的交叉引用
[0006] 本申请基于并要求2010年9月30日提交的第2010-223171号在先日本专利申请 的优先权的权益，其全部内容通过引用被结合在本文中。
【技术领域】
[0007] 实施例基本上涉及使用等离子体的基板处理方法和基板处理设备。
【背景技术】
[0008] -般而言，平行板型基板处理设备通过将RF(射频）电压施加到一对电极中的一 个电极来产生等离子体，以便处理放置在施加有RF电压的电极上或者另一个电极上的基 板（即晶片）。
[0009] 为了在基板处理期间抑制充电损害和局部异常蚀刻（即，切口），已经揭示了施加 脉冲状正电压作为偏压的两个以上的技术。
【发明内容】
[0010] 本发明的实施例是提供一种能够有效地处理基板的基板处理方法和使用该方法 的基板处理设备。
[0011] 根据一个实施例，使用基板处理设备的基板处理方法包括第一步骤和第二步骤。 第一步骤是施加来自包括在设备中的脉冲电源的负电压脉冲。第二步骤是对于在负电压脉 冲和在负电压脉冲之后的来自脉冲电源的正电压脉冲之间的时段，施加浮动电位。另外，该 设备包括室、第一电极、第二电极、RF电源和脉冲电源。第一电极被设置在室内。第二电极 被设置成第二电极面向第一电极以保持基板。RF电源将具有50MHz以上的频率的RF电压 施加到第二电极。脉冲电源将具有RF电压的电压波形重复地施加到第二电极。电压波形 包括负电压脉冲和正电压脉冲。
[0012] 根据实施例的基板处理方法和基板处理设备使得基板的有效处理成为可能。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 阅读以下详细的说明以及参考附图，本公开的方面将变得明显。说明和相关附图 被提供以图示本发明的实施例，而不是限制本发明的范围。
[0014] 图1是显示根据第一实施例的基板处理设备的构造的示意图。
[0015] 图2是显示根据第一实施例的组合脉冲波形的实例的视图。
[0016] 图3是显示根据第一实施例的基板处理设备的脉冲电源的内部构造的实例的示 意图。
[0017] 图4是显示处理晶片的状态的截面图。
[0018] 图5是显示电压和电流的时间变化的实例的图表。
[0019] 图6是显示组合脉冲波形的实例的视图。
[0020] 图7是显示组合脉冲波形的实例的视图。
[0021] 图8A到8C是分别显示电子加速电压、电子电流和有效电功率的时间变化的实例 的图表。
[0022] 图9A到9B是分别显示电子加速电压和有效电功率的时间变化的实例的图表。
[0023] 图10A到10C是分别显示电子加速电压、有效电能和晶片上的负电压的失效时间 (deadtime)的相关性的实例的图表。
[0024] 图11是显示根据第二实施例的组合脉冲波形的实例的视图。
[0025] 图12是显示晶片上的电压的时间变化的实例的图表。
[0026] 图13是显示晶片上的电压和电子电流的接地时间的相关性的实例的图表。
[0027] 图14是显示另一个实施例的脉冲电源的内部构造的实例的示意图。
[0028] 图15是显示另一个实施例的脉冲电源的内部构造的实例的示意图。
[0029] 图16是显示电阻供给的二极管的电路图。
[0030] 图17是显示电子加速电压的时间变化的实例的图表。
[0031] 图18是显示根据另一个实施例的组合脉冲波形的实例的视图。
[0032] 图19A到19C是分别显示电子加速电压、电子电流和有效电功率的时间变化的实 例的图表。
[0033] 图20是显示根据另一个实施例的组合脉冲波形的实例的视图。
【具体实施方式】
[0034] 第一实施例
[0035] 1.基板处理设备的构造
[0036] 图1是显示根据第一实施例的基板处理设备的构造的示意图。
[0037] 基板处理设备1是平行板型的反应离子刻蚀（RIE)设备。晶片15是基板处理设 备1的处理对象（即，基板）。蚀刻室11保持晶片15的处理所需的功能。处理气体导入管 12导入晶片15的处理所需的处理气体。除了诸如41*、1(1^6、队、0 2、〇)和!12的气体以外， 还可以适当地利用 SF6、CHF3、CH3F、CF4、C 2F6、C4F8、C5F8、C 4F6、CI2、HBr、SiH4、SiF4 等等。
[0038] 下部电极16设置有保持晶片15的静电夹盘。上部电极13被设置成面向下部电 极16的上侧，并且它的一个端子处于地电位（S卩，被接地）。上部电极13和下部电极16组 成一对平行板电极。
[0039] 通过将RF功率施加到下部电极16来产生等离子体14。形成等离子体14的离子 沿着图1中的箭头方向移动，即被入射在晶片15上。基板处理设备1使用等离子体14蚀 刻晶片15。
[0040] 排气口 17被连接到未显示的调压阀和排气泵。蚀刻室11中的气体经由排气口 17 被排出，以便蚀刻室11中的压力被保持恒定。RF电源19产生要被施加到下部电极16的 RF电压。RF电压的频率是50Hz或更高。匹配装置18执行RF电源19和等离子体14之间 的电阻匹配，以将RF电压输出到高通滤波器（HPF) 22。
[0041] 脉冲电源电路21将具有图2中所示的波形（即，组合脉冲波形）的电压输出到低 通滤波器（LPF) 20。在图2的图表中，纵轴和横轴分别表示电压（V)和时间（μ s)。
[0042] 如图2所示，在组合脉冲波形中，负电压脉冲和正电压脉冲被组合，并且电路在施 加的电压脉冲之间的时间间隔（即，在如虚线所示的t2和t3之间的td)内被断开以处于 浮动电位。也就是说，正脉冲电压、负脉冲电压和浮动电位被周期性地重复。这里，负电压 脉冲和正电压脉冲具有各自的矩形电压波形，矩形电压波形在一个脉冲之内具有近似恒定 的电压（即，峰值电压）。随后将描述其细节。
[0043] 图3是显示脉冲电源21的内部构造的实例的示意图。在这个实例，脉冲电源21 设置有DC电源31、32,开关33到35,和切换单元36。
[0044] DC电源31和32是分别用于负电压和正电压的电源。DC电源31用作具有与负电 压脉冲的峰值电压相对应的第一电压的第一电源。DC电源32用作具有与正电压脉冲的峰 值电压相对应的第二电压的第二电源。
[0045] 由切换单元36控制的开关33、34和35被分别用于施加负电压、正电压和地电位。 开关33用作将第一电源的连接切换到输出端子的第一开关。开关34用作将第二电源的连 接切换到输出端子的第二开关。开关35用作将地电位的连接切换到输出端子的第三开关。 这里，如果不使用地电位，则不需要开关35。
[0046] 控制开关33到35的切换的切换单元36用作控制第一到第三开关的控制单元。 例如，当切换单元36将开关33到35的组合依次分别控制为（开，关，关）、（关，开，关）和 (关，关，开）时，负电压、正电压和地电位被施加到脉冲电源21的输出端子。
[0047] 此外，当切换单元36将开关33到35的组合控制为（关，关，关）时，脉冲电源21 的输出端子从电源单元被电浮动以输出浮动电位。在这种情况下，来自等离子体或进入等 离子体的电流被阻挡。
[0048] 在本实施例中，切换单元36控制开关33、34,从而允许脉冲电源21在时间tl和 t2之间、时间t2和t3之间、时间t3和t4之间、以及时间t4和t5( S卩，时间tl)之间的各 个时间间隔输出负电压脉冲、浮动电位、正电压脉冲以及浮动电位。
[0049] 在这种情况下的开关33、34的操作的真值表在表1中被显示。这里，因为没有使 用地电位，所以开关35未被显示。
[0050] [表 1]
[0051]
【权利要求】
1. 一种使用基板处理设备的基板处理方法，其特征在于，包括： 第一步骤，施加来自包括在所述设备中的脉冲电源的负电压脉冲；和 第二步骤，对于所述负电压脉冲和在所述负电压脉冲之后的来自所述脉冲电源的正电 压脉冲之间的时段，施加浮动电位，所述负电压脉冲和所述正电压脉冲两者都具有矩形电 压波形； 其中所述设备包括： 室； 第一电极，被设置在所述室内； 第二电极，被设置在所述室内，以使所述第二电极面向所述第一电极并且保持基板； RF电源，将具有50MHz以上的频率的RF电压施加到所述第二电极；和 所述脉冲电源将具有所述RF电压的波形的电压重复地施加到所述第二电极，所述电 压波形包括负电压脉冲和正电压脉冲，所述脉冲电源包括输出与所述负电压脉冲的峰值电 压相对应的第一电压的第一电源，输出与所述正电压脉冲的峰值电压相对应的第二电压的 第二电源，提供地电位的接地端子，和向其施加所述第一电源、所述第二电源和所述接地端 子中的任何一个的输出端子，并且所述浮动电位在施加所述正电压脉冲和所述负电压脉冲 之间通过使所述脉冲电源的所述输出端子与所述第一电源、所述第二电源和所述接地端子 断开来被施加到所述第二电极。
2. 如权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，进一步包括： 对于在所述正电压脉冲和所述正电压脉冲之后的所述负电压脉冲之间的时段，施加地 电位，所述负电压脉冲和所述正电压脉冲两者都通过所述脉冲电源被输出。
3. 如权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，输出所述浮动电位的时段是50ns 以下。
4. 一种使用基板处理设备的基板处理方法，其特征在于，包括： 第一步骤，施加来自包括在所述设备中的脉冲电源的负电压脉冲；和 第二步骤，对于所述负电压脉冲和在所述负电压脉冲之后的来自所述脉冲电源的正电 压脉冲之间的时段，施加浮动电位； 其中所述设备包括： 室； 第一电极，被设置在所述室内； 第二电极，被设置在所述室内，以使所述第二电极面向所述第一电极并且保持基板； RF电源，将具有50MHz以上的频率的RF电压施加到所述第二电极；和 所述脉冲电源将具有所述RF电压的电压波形重复地施加到所述第二电极，所述电压 波形包括负电压脉冲和正电压脉冲； 其中在输出所述浮动电位的状态下，所述脉冲电源的输出端子被打开以阻挡进出所述 第二电极的电流。
5. 如权利要求4所述的基板处理方法，其特征在于，进一步包括： 对于在所述正电压脉冲和所述正电压脉冲之后的所述负电压脉冲之间的时段，施加地 电位，所述负电压脉冲和所述正电压脉冲两者都通过所述脉冲电源被输出。
6. 如权利要求4所述的基板处理方法，其特征在于，输出所述浮动电位的时段是50ns 以下。
7. 如权利要求4所述的基板处理方法，其特征在于，所述负电压脉冲和所述正电压脉 冲两者都具有矩形电压波形。
8. -种使用基板处理设备的基板处理方法，其特征在于，包括： 第一步骤，施加来自包括在所述设备中的脉冲电源的负电压脉冲；和 第二步骤，对于所述负电压脉冲和在所述负电压脉冲之后的来自所述脉冲电源的正电 压脉冲之间的时段，施加浮动电位； 其中所述设备包括： 室； 第一电极，被设置在所述室内； 第二电极，被设置在所述室内，以使所述第二电极面向所述第一电极并且保持基板； RF电源，将具有50MHz以上的频率的RF电压施加到所述第二电极；和 所述脉冲电源将具有所述RF电压的电压波形重复地施加到所述第二电极，所述电压 波形包括负电压脉冲和正电压脉冲； 其中所述脉冲电源包括输出第一电压的第一电源，输出第二电压的第二电源，和切换 单元，所述切换单元被配置成切断所述第一电源和所述第二电源以阻挡施加到所述第二电 极的所述第一电压和所述第二电压，以便施加所述浮动电位。
9. 如权利要求8所述的基板处理方法，其特征在于，进一步包括： 对于在所述正电压脉冲和所述正电压脉冲之后的所述负电压脉冲之间的时段，施加地 电位，所述负电压脉冲和所述正电压脉冲两者都通过所述脉冲电源被输出。
10. 如权利要求8所述的基板处理方法，其特征在于，输出所述浮动电位的时段是50ns 以下。
11. 如权利要求8所述的基板处理方法，其特征在于，所述负电压脉冲和所述正电压脉 冲两者都具有矩形电压波形。
12. -种基板处理设备，其特征在于，包括： 室； 第一电极，被设置在所述室内； 第二电极，被设置在所述室内，以使所述第二电极面向所述第一电极并且保持基板； RF电源，将具有50MHz以上的频率的RF电压施加到所述第二电极；和 脉冲电源，将具有包括负电压脉冲和正电压脉冲的波形的电压重复地施加到所述第二 电极，所述电压被叠加在所述RF电压上，所述脉冲电源包括 ： 第一电源，输出与所述负电压脉冲的峰值电压相对应的第一电压； 第二电源，输出与所述正电压脉冲的峰值电压相对应的第二电压； 接地端子，提供地电位；和 输出端子，所述第一电压、所述第二电压和所述地电位中的任何一个被施加到所述输 出端子；其中 在输出所述浮动电位的状态下，所述脉冲电源的输出端子被打开以阻挡进出所述第二 电极的电流。
13. 如权利要求12所述的基板处理设备，其特征在于，进一步包括： 将所述第一电源的连接切换到所述输出端子的第一开关，将所述第二电源的连接切换 到所述输出端子的第二开关，将所述地电位的连接切换到所述输出端子的第三开关，和控 制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的切换单元，其中 所述切换单元接通所述第一开关并且切断所述第二开关和所述第三开关两者，以允许 所述脉冲电源将所述负电压脉冲输出到所述输出端子； 所述切换单元切断所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，以允许所述脉冲电 源将所述浮动电位输出到所述输出端子； 所述切换单元接通所述第二开关并且切断所述第一开关和所述第三开关两者，以允许 所述脉冲电源将所述正电压脉冲输出到所述输出端子；和 所述切换单元接通所述第三开关并且切断所述第一开关和所述第二开关两者，以允许 所述脉冲电源将所述正电压脉冲输出到所述地电位。
14. 一种基板处理设备，其特征在于，包括： 室； 第一电极，被设置在所述室内； 第二电极，被设置在所述室内，以使所述第二电极面向所述第一电极并且保持基板； RF电源，将具有50MHz以上的频率的RF电压施加到所述第二电极；和 脉冲电源，将具有包括负电压脉冲和正电压脉冲的波形的电压重复地施加到所述第二 电极，所述电压被叠加在所述RF电压上，所述脉冲电源包括 ： 第一电源，输出与所述负电压脉冲的峰值电压相对应的第一电压； 第二电源，输出与所述正电压脉冲的峰值电压相对应的第二电压； 接地端子，提供地电位；和 输出端子，所述第一电压、所述第二电压和所述地电位中的任何一个被施加到所述输 出端子；其中 所述脉冲电源包括输出第一电压的第一电源，输出第二电压的第二电源，和切换单兀， 所述切换单元被配置成切断所述第一电源和所述第二电源以阻挡施加到所述第二电极的 所述第一电压和所述第二电压，以便施加所述浮动电位。
15. 如权利要求14所述的基板处理设备，其特征在于，进一步包括： 将所述第一电源的连接切换到所述输出端子的第一开关，将所述第二电源的连接切换 到所述输出端子的第二开关，将所述地电位的连接切换到所述输出端子的第三开关，和控 制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的切换单元，其中 所述切换单元接通所述第一开关并且切断所述第二开关和所述第三开关两者，以允许 所述脉冲电源将所述负电压脉冲输出到所述输出端子； 所述切换单元切断所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，以允许所述脉冲电 源将所述浮动电位输出到所述输出端子； 所述切换单元接通所述第二开关并且切断所述第一开关和所述第三开关两者，以允许 所述脉冲电源将所述正电压脉冲输出到所述输出端子；和 所述切换单元接通所述第三开关并且切断所述第一开关和所述第二开关两者，以允许 所述脉冲电源将所述正电压脉冲输出到所述地电位。
【文档编号】H01L21/311GK104091747SQ201410366000
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2011年9月21日 优先权日:2010年9月30日
【发明者】宇井明生, 林久贵 申请人:株式会社东芝