[发明专利]等离子体处理装置及等离子体处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体处理装置以及等离子体处理方法，特别涉及适合为了加工半导体元件等的样品而使用等离子体来实施高精度的蚀刻处理的等离子体处理装置以及等离子体处理方法。

背景技术

现有技术中，作为对半导体元件的表面进行处理的方法，以等离子体来蚀刻半导体元件的装置是公知的。在此，以电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance：ECR，以下，简称为ECR)方式的等离子体蚀刻装置为例来说明现有技术。

在该ECR方式中，在从外部施加了磁场的真空容器中通过微波来产生等离子体。电子通过磁场而回旋运动，通过使该频率与微波的频率共振，能效率良好地生成等离子体。由于要对入射至半导体元件的离子进行加速，因此将高频电力按照大致正弦波以连续波形施加至样品。在此，以下，将施加至样品的高频电力称为高频偏置。另外，针对样品，作为一例，记载有晶片的情况。

另外，作为等离子体的气体广泛使用了氯或氟等的卤素气体。被蚀刻材料与由等离子体产生的自由基(radical)或离子进行反应，从而蚀刻进行。为了高精度地控制蚀刻加工，需要进行基于等离子体控制的自由基种的选择或离子量的控制。作为自由基或离子的控制方法，有对等离子体进行时间调制的脉冲等离子体方式。脉冲等离子体通过重复等离子体的导通(on)与截止(off)来控制离解，从而控制自由基的离解状态或离子密度。通过将脉冲等离子体的导通与截止的重复频率(以下称为脉冲频率)以及导通时间相对于重复频率的1周期之比(以下，称为占空比)导通时间与截止时间之比设为控制参数，能实现蚀刻加工的高精度控制。在专利文献1中公开了利用脉冲等离子体的蚀刻加工控制方法。

对脉冲等离子体应用了连续波形的高频偏置的情况如图1所示。对等离子体的截止时间也施加高频偏置。一般而言，关于等离子体的截止时间，由于等离子体密度低，因此从高频偏置来看的阻抗变高，从而施加至晶片的电压的振幅值(以下称为Vpp)变高。Vpp变高从而离子照射能量变高，存在对晶片引起损害的可能性。

作为避免该损害的方法，有在等离子体的截止期间不施加高频偏置的方法。一例如图2所示。对高频偏置也与脉冲等离子体同样地进行时间调制，通过与脉冲等离子体同步地重复导通与截止，从而能避免对等离子体截止期间的晶片的损害。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭59-47733号公报

专利文献2：日本特表2003-532986号公报

发明要解决的课题

在利用了微波的ECR方式的脉冲等离子体中，一般将进行等离子体生成的微波脉冲化。作为微波的脉冲化的方式的一例，存在如下方式：对微波电源输入作为基准的脉冲信号，通过在电源内进行处理来输出脉冲状的微波。若基于脉冲状的微波的等离子体形成，则等离子体密度如图1所示变化。即，与现有的ECR方式的连续等离子体方式不同，等离子体密度与微波的导通一起增加，但至等离子体密度稳定为止要花时间。

另外，将用于等离子体生成的微波输出设为基于当前广泛使用的连续波形输出方式(以下称为CW模式)、且将高频偏置设为时间调制输出方式(以下称为脉冲模式)来对高频偏置的反射率进行测量的结果是，如图8所示，反射率成为了高频偏置输出值的5％以下。此外，若反射率为5％以下程度，则不会对工艺性能造成影响，对电源的损害也没有问题。另外，反射率(％)是对将高频偏置的反射电力除以高频偏置的输出电力后所得到的值乘以100而计算出的。

另一方面，在脉冲等离子体中，每个周期中存在至等离子体密度稳定为止的过渡期间，若施加使与脉冲等离子体同步的高频偏置，则基于导通与截止的重复，等离子体密度发生了变化，因此有时从高频偏置来看的等离子体阻抗发生变化，难以取得匹配。

在此情况下，如图2所示，产生反射电力变大且反射值也不稳定的现象。在反射电力值大的情况下，会产生对实际的晶片的施加电力与设定电力值之差变大的问题，不能进行高精度的控制。另外，通过使反射电力返回至电源，有时会对电源造成损害。在反射电力值不稳定的情况下，针对实际的晶片的施加电力也不稳定。在此情况下，有时蚀刻加工结果也变得不稳定。

作为解决该问题的方法，如图3所示，考虑在等离子体密度稳定后进行施加的方法。在该方法中，在未施加高频偏置的期间内有等离子体导通的期间，因此基于蚀刻的条件，有时在该期间内由等离子体生成的沉积物会沉积于晶片表面，从而产生引起蚀刻停止的问题。