專(zhuān)利名稱(chēng)：等離子體處理用設(shè)備和等離子體處理用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體處理用設(shè)備和等離子體處理用方法。
背景技術(shù)：
諸如LSI (大規(guī)模集成電路)和MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)等的半導(dǎo)體裝置是通過(guò)使諸如半導(dǎo)體晶片和玻璃基體等的基體經(jīng)受諸如蝕刻、CVD (化學(xué)氣相沉積)和濺射等的處理而制造的。這里，可以采用等離子體作為用于這種處理的能量源。這種等離子體處理的示例包括:等離子體蝕刻、等離子體CVD、等離子體ALD、等離子體濺射和等離子體摻雜。在制造半導(dǎo)體裝置時(shí)，要求基體的面內(nèi)處理均勻。然而，存在著很多妨礙這種均勻性的偏壓?？赡苡捎谠O(shè)備的器材差異或設(shè)備中的等離子體分布的不均勻性而導(dǎo)致這些偏壓。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種等離子體處理用設(shè)備。該設(shè)備包括:處理容器，其設(shè)置有用于載置基體的 載置臺(tái)；第一氣體供給單元，其被構(gòu)造成將第一氣體供給至所述處理容器；第一等離子體產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造成將所述第一氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第一等離子體；第二氣體供給單元，其被構(gòu)造成將第二氣體供給至所述處理容器；和第二等離子體產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造成將所述第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體。在該設(shè)備中，所述第二氣體的入口距離所述載置臺(tái)的高度低于所述第一氣體的入口距離所述載置臺(tái)的高度。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種等離子體處理用設(shè)備。該設(shè)備包括:處理容器，其設(shè)置有用于載置基體的載置臺(tái)；第一氣體供給單元，其被構(gòu)造成將第一氣體供給至所述處理容器，所述第一氣體的入口位于所述處理容器的上側(cè)；第一等離子體產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造成將所述第一氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第一等離子體；第二氣體供給單元，其被構(gòu)造成將第二氣體供給至所述處理容器，所述第二氣體的入口位于所述處理容器的側(cè)壁；和第二等離子體產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造成將所述第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種等離子體處理用方法。所述處理在處理容器內(nèi)進(jìn)行，所述處理容器設(shè)置有用于載置基體的載置臺(tái)。所述方法包括如下步驟:將第一氣體從第一入口供給至所述處理容器；將所述第一氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第一等離子體；將第二氣體從第二入口供給至所述處理容器；和將所述第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體。在該方法中，所述第二入口距離所述載置臺(tái)的高度低于所述第一入口距離所述載置臺(tái)的高度。


[圖1]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。[圖2]圖2示出圖1中示出的設(shè)備的縫隙天線板(slotantenna plate)的示意圖。[圖3]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的變型例的截面圖。[圖4]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的變型例的截面圖。[圖5]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的變型例的截面圖。[圖6-A]圖6-A示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。[圖6-B]圖6-B示出圖6-A中示出的設(shè)備的第二氣體供給單元的示意圖。[圖7-A]圖7-A示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。[圖7-B]圖7-B示出圖 7-A中示出的設(shè)備的載置臺(tái)的示意圖。[圖8]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。[圖9]圖9示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。[圖10]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。[圖11]圖11描述了示出氧氣體濃度與氧化速度或氧發(fā)光(oxygenluminescence)之間的關(guān)系的示例的圖表。
具體實(shí)施例方式以下將參照

本發(fā)明的實(shí)施方式，其中示出了本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施方式。下面的說(shuō)明并不試圖限制本公開(kāi)的范圍、適用性或構(gòu)造。而是，下面的優(yōu)選示例性實(shí)施方式的說(shuō)明將為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供用于實(shí)施本公開(kāi)的優(yōu)選示例性實(shí)施方式的可行說(shuō)明。應(yīng)該注意的是，可以在不背離如所附權(quán)利要求書(shū)所闡明的本發(fā)明的精神和范圍的情況下以不同形式體現(xiàn)本發(fā)明。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。設(shè)備201包含處理容器12、被構(gòu)造成將第一氣體流F1供給到處理容器12內(nèi)的第一氣體供給單元61、包含第一微波產(chǎn)生器15A的第一等離子體產(chǎn)生單元、被構(gòu)造成將第二氣體流F2供給到處理容器12內(nèi)的第二氣體供給單元202和包含第二微波產(chǎn)生器15B的第二等離子體產(chǎn)生單元。處理容器12設(shè)置有用于載置基體W的載置臺(tái)14。第一氣體入口 66A和第二氣體入口 66B距離載置臺(tái)14的高度是不同的。更具體地，第二氣體入口 66B距離載置臺(tái)14的高度低于第一氣體入口 66A距離載置臺(tái)14的高度。在圖1中示出的設(shè)備201中，第一氣體入口 66A位于處理容器12的上側(cè)，并且第二氣體入口 66B位于處理容器12的側(cè)壁。設(shè)備201包括用于排空處理容器12的內(nèi)部的排空設(shè)備36。排空設(shè)備36還起到用于將處理容器12內(nèi)部的壓力調(diào)節(jié)至期望壓力的壓力調(diào)節(jié)部件的作用。在載置臺(tái)14中，用于RF (射頻)偏壓的高頻電源37經(jīng)由匹配單元38被電連接至該載置臺(tái)14的電極。作為偏壓電力供給部件的該高頻電源37輸出適于控制被吸入到基體W的離子的能量的恒定頻率，例如，以預(yù)定功率輸出的并且被供給至載置臺(tái)14的13.56MHz的高頻。匹配單元38容納有阻抗匹配箱，該阻抗匹配箱用于在高頻電源37上的阻抗與負(fù)載側(cè)的阻抗之間實(shí)現(xiàn)匹配，負(fù)載側(cè)主要包括電極、等離子體、處理容器12等。在該阻抗匹配箱內(nèi)包括用于產(chǎn)生自偏壓(autobias generation)的隔直流電容器。雖然未圖示,但是也能夠設(shè)置支撐基體W的支撐機(jī)構(gòu)和調(diào)整溫度的溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。第一氣體供給單元61設(shè)置有第一氣體入口 66A，通過(guò)該入口朝向基體W供給第一氣體。第二氣體供給單元202包括圓形中空構(gòu)件并且設(shè)置有第二氣體入口 66B，通過(guò)該入口沿徑向朝向處理容器12的內(nèi)部供給第二氣體。第一氣體供給單元61和第二氣體供給單元202分別將諸如等離子體處理用的氣體等的氣體從處理容器12的外部供給至處理容器12的內(nèi)部。第一等離子體產(chǎn)生單元被構(gòu)造成將第一氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第一等離子體。第一等離子體產(chǎn)生單元包含被構(gòu)造成產(chǎn)生第一微波的第一微波產(chǎn)生器15A和被構(gòu)造成改變第一微波的偏振特性的構(gòu)件。該構(gòu)件包含第一介電板28A、第一介電窗16A和介于第一介電板28A與第 一介電窗16A之間的第一縫隙天線板30A。如之前所述，第一微波產(chǎn)生器15A被構(gòu)造成產(chǎn)生第一微波。由第一微波產(chǎn)生器15A產(chǎn)生的第一微波經(jīng)由第一波導(dǎo)管23A和第一同軸波導(dǎo)管24A進(jìn)行引導(dǎo)以到達(dá)第一介電板28A。已經(jīng)在第一介電板28A中傳播的第一微波通過(guò)設(shè)置在第一縫隙天線板30A中的多個(gè)縫隙。從縫隙輻射的第一微波在第一介電窗16A中傳播。已經(jīng)通過(guò)第一介電窗16A的第一微波在第一介電窗16A的緊下方產(chǎn)生電場(chǎng)并且將第一氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第一等離子體。在第一介電窗16A的緊下方產(chǎn)生的第一等離子體在遠(yuǎn)離第一介電窗16A的方向上、即朝向載置臺(tái)14繼續(xù)擴(kuò)散。圖2示出圖1中示出的設(shè)備的縫隙天線板的示意圖。圖2中示出的縫隙天線板30A由導(dǎo)體制成，并且呈薄圓盤(pán)的形式。在縫隙天線板30中設(shè)置了在板的厚度方向上貫通的多個(gè)縫隙。各縫隙均如下地構(gòu)成:使得在一個(gè)方向上長(zhǎng)的第一長(zhǎng)縫隙41和垂直于第一長(zhǎng)縫隙41的第二長(zhǎng)縫隙42彼此相鄰并且形成一對(duì)。具體地，這些縫隙被布置成使得兩個(gè)相鄰的縫隙變成一對(duì)并且呈T形。所設(shè)置的縫隙對(duì)43被大致分成布置于內(nèi)周的內(nèi)周縫隙組44和布置于外周側(cè)的外周縫隙組45。在內(nèi)周縫隙組44中，在周向上以相等間距分別布置了七個(gè)縫隙對(duì)43。在外周縫隙組45中，在周向上以相等間距分別布置了二十八個(gè)縫隙對(duì)43。在縫隙天線板30的徑向中央還設(shè)置了通孔46。縫隙天線板30繞著中心47旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。注意，設(shè)置在縫隙天線板30中的縫隙的構(gòu)造是任意的并且可以與圖2中示出的構(gòu)造不同。第一介電窗16A是具有預(yù)定板厚的大致圓形板。第一介電窗16A由介電材料構(gòu)成。作為介電材料，可以以二氧化硅、石英、氮化鋁和氧化鋁為示例。第一介電窗16A以安裝在環(huán)形構(gòu)件217頂上的方式被氣密性地密封至設(shè)備201。第一介電窗16A具有以朝向板厚方向逐漸變細(xì)的形式凹進(jìn)的凹進(jìn)部27。隨后，取決于各種等離子體條件，能夠確保在第一介電窗16A的較低區(qū)域中的等離子體的高穩(wěn)定性。類(lèi)似地，第二等離子體產(chǎn)生單元被構(gòu)造成將第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體。第二等離子體產(chǎn)生單元包含被構(gòu)造成產(chǎn)生第二微波的第二微波產(chǎn)生器15B和被構(gòu)造成改變第二微波的偏振特性的構(gòu)件。該構(gòu)件包含第二介電板28B、第二介電窗16B和介于第二介電板28B與第二介電窗16B之間的第二縫隙天線板30B。第二介電板28B和第二介電窗16B可以是圍繞處理容器12的側(cè)壁的環(huán)形。第二縫隙天線板30B可以是設(shè)置有多個(gè)縫隙孔的導(dǎo)體?？p隙孔可以部分地或全部地設(shè)置在第二縫隙天線板30B中。第二微波產(chǎn)生器15B被構(gòu)造成產(chǎn)生第二微波。由第二微波產(chǎn)生器15B產(chǎn)生的第二微波經(jīng)由第二波導(dǎo)管23B和第二同軸波導(dǎo)管24B進(jìn)行引導(dǎo)以到達(dá)第二介電板28B。已經(jīng)在第二介電板28B中傳播的第二微波通過(guò)設(shè)置在第二縫隙天線板30B中的多個(gè)縫隙。發(fā)射自縫隙的第二微波在第二介電窗16B中傳播。已經(jīng)通過(guò)了第二介電窗16B的第二微波在緊靠第二介電窗16B的側(cè)方產(chǎn)生電場(chǎng)并且將第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二 等離子體。在緊靠第二介電窗16B的側(cè)方產(chǎn)生的第二等離子體在遠(yuǎn)離第二介電窗16B的方向上擴(kuò)散，接著由于重力的作用與第一等離子體一起朝向載置臺(tái)14擴(kuò)散。如上產(chǎn)生的第一等離子體和第二等離子體協(xié)同作用于基體W。于是，基體經(jīng)受諸如等離子體蝕刻、等離子體CVD、等離子體濺射等的等離子體處理。如之前所述，第二氣體入口66B距離載置臺(tái)14的高度低于第一氣體入口 66A距離載置臺(tái)14的高度。因此產(chǎn)生第二等離子體的區(qū)域的高度低于產(chǎn)生第一等離子體的區(qū)域的高度。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，第一等離子體的電子溫度隨著其接近載置臺(tái)14而變低，尤其是在與載置臺(tái)14的外周對(duì)應(yīng)的區(qū)域。設(shè)備中等離子體分布的這種不均勻性可能是妨礙基體的面內(nèi)處理均勻的一個(gè)原因。發(fā)明人從該見(jiàn)解構(gòu)思出如下想法:在用于產(chǎn)生第一等離子體的單元的下方引入用于產(chǎn)生第二等離子體的單元，由此使得能夠補(bǔ)償?shù)入x子體密度分布。實(shí)際上，發(fā)現(xiàn)采用這種構(gòu)造在改善基體的等離子體處理的面內(nèi)均勻性方面具有顯著效果。在設(shè)備201中，可以通過(guò)控制第一等離子體產(chǎn)生單元的功率、第二等離子體產(chǎn)生單元的功率、第一氣體的量以及第二氣體的量中的至少一個(gè)來(lái)調(diào)節(jié)等離子體處理的面內(nèi)均勻性。例如，設(shè)備201可以進(jìn)一步包括用于調(diào)節(jié)第一等離子體產(chǎn)生單元和第二等離子體產(chǎn)生單元的功率比的控制器。獨(dú)立地或附加地，設(shè)備201可以進(jìn)一步包括用于調(diào)節(jié)第一氣體和第二氣體的量比的控制器。這些控制器可以使得等離子體處理的面內(nèi)均勻性的調(diào)節(jié)能夠更加靈敏。第二等離子體產(chǎn)生單元的面對(duì)處理容器12內(nèi)部的接口優(yōu)選地位于靠近第二氣體入口 66B的位置。在圖1中示出的設(shè)備201中，例如，接口位于第二氣體入口 66B的正上方。采用這種構(gòu)造能夠使得第二等離子體產(chǎn)生單元在第二氣體進(jìn)入處理容器12之后立即將第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體。第二氣體至第二等離子體的及時(shí)轉(zhuǎn)化使得能夠更加靈敏地控制等離子體處理的面內(nèi)均勻性。對(duì)于第一氣體和第二氣體，可以采用能夠轉(zhuǎn)化成等離子體的所有種類(lèi)的氣體。作為這種氣體，可以以氬(Ar)、氪(Kr)、溴化氫(HBr)、氨(順3)、氮(N2)、三氟甲烷(CHF3)、碳氟化合物(CxFy)及其組合為示例。注意，第一氣體和第二氣體的種類(lèi)可以相同或彼此不同。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝粴怏w包含溴化氫(HBr)并且未采用第二氣體時(shí)，等離子體處理的面內(nèi)均勻性相對(duì)差。因此，當(dāng)?shù)谝粴怏w包含溴化氫(HBr)時(shí)，在設(shè)備201中由第二等離子體補(bǔ)償?shù)谝坏入x子體尤其有效。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)與諸如溴化氫等的氣體相比時(shí)，諸如氨(NH3)、氮(N2)和三氟甲燒(CHF3)等的氣體的離解(dissociation)需要較高能量。在設(shè)備201中，由于第二等離子體產(chǎn)生單元的存在，第二氣體入口 66B附近的電子溫度高。因此，即使當(dāng)采用諸如氨(NH3)、氮(N2)和三氟甲烷(CHF3)等的氣體作為第二氣體時(shí)，也能夠容易地實(shí)現(xiàn)等離子體處理的面內(nèi)均勻性。通過(guò)采用離解常數(shù)(dissociation constant)不同的兩種或更多種氣體作為第二氣體，能夠進(jìn)一步改善等離子體處理的面內(nèi)均勻性。離解常數(shù)不同的兩種或更多種氣體的混合物的使用可以使得能夠更加靈敏地控制處理容器12中的第二等離子體的分布。例如，氨(NH3)具有在IeV時(shí)超過(guò)I X 10^13cm2/s的高離解常數(shù)。另一方面，氮(N2)和三氟甲烷(CHF3)具有較低的離解常數(shù)，兩者均為在IeV時(shí)小于lX10-14cm2/s。通過(guò)使用包含具有高離解常數(shù)的氣體和具有低離解常數(shù)的氣體的兩種或更多種氣體的混合物作為第二氣體，并且通過(guò)控制其量比，能夠?qū)崿F(xiàn)更靈敏地控制第二等離子體的分布。在圖1示出的設(shè)備201中，采用同軸波導(dǎo)管以供給微波。然而，也可以采用諸如圓形波導(dǎo)管或矩形波導(dǎo)管等的其他波導(dǎo)管。如圖1中示出的設(shè)備201中所示，第一等離子體產(chǎn)生單元和第二等離子體產(chǎn)生單元優(yōu)選地彼此分開(kāi)。采用這種構(gòu)造可以減小微波的干涉和共振(resonance)。在圖1中示出的設(shè)備201中，第一微波的頻率和第二微波的頻率優(yōu)選地彼此不同。采用這種構(gòu)造可以減小微波的干涉和共振。兩個(gè)頻率之間的差可以設(shè)定為例如基于較高頻率的2%至3%。在圖1中示出的設(shè)備201中，第二介電板28B設(shè)置于第二介電窗16B的上部。然而，第二介電板28B和第二介 電窗16B的位置關(guān)系是任意的。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的變型例的截面圖。在圖3中示出的設(shè)備201中，第二介電板28B和第二介電窗16B水平地設(shè)置。這種構(gòu)造也可以改善等離子體處理的面內(nèi)均勻性。雖然圖中未示出，但是第二介電板28B也可以設(shè)置于第二介電板16B的下方。在圖1和圖3中示出的設(shè)備201中，第一等離子體產(chǎn)生單元和第二等離子體產(chǎn)生單元均包含微波產(chǎn)生器。然而，這些單元均不必通過(guò)使用微波產(chǎn)生器來(lái)產(chǎn)生等離子體。例如，這些單元中的至少一個(gè)可以通過(guò)使用除了微波產(chǎn)生器以外的另一機(jī)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生等離子體，所述另一機(jī)構(gòu)諸如是被構(gòu)造成產(chǎn)生電感耦合等離子體(ICP)的線圈等。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的變型例的截面圖。在圖4中示出的設(shè)備201中，第二等離子體產(chǎn)生單元包含用于供給第二氣體的氣體管301和位于氣體管301外側(cè)的線圈300。線圈300被構(gòu)造成產(chǎn)生磁場(chǎng)以通過(guò)電感耦合等離子體(ICP)機(jī)構(gòu)將第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體。這種構(gòu)造也能夠改善等離子體處理的面內(nèi)均勻性。設(shè)備201可以進(jìn)一步包含能夠改善等離子體處理的面內(nèi)均勻性或其他任何性質(zhì)的附加部件。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的變型例的截面圖。除了在第二等離子體產(chǎn)生單元中進(jìn)一步包含傾斜部210之外，圖5中示出的設(shè)備201與圖1中示出的設(shè)備201相同。傾斜部210通過(guò)使由第二微波產(chǎn)生的電場(chǎng)更容易地與第二氣體相互作用，使得易于將第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體處理用方法典型地采用設(shè)備201。該方法包括如下步驟:將第一氣體從第一入口供給到處理容器內(nèi)；將第一氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第一等離子體；將第二氣體從第二入口供給到處理容器內(nèi)；和將第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體。這里，第二入口距離載置臺(tái)的高度低于第一入口距離載置臺(tái)的高度。通過(guò)該方法實(shí)現(xiàn)的等離子體處理的示例包括:等離子體蝕刻、等離子體CVD、等離子體ALD、等離子體濺射和等離子體摻雜。該方法對(duì)于等離子體蝕刻特別有用。尤其是，在多層膜的蝕刻處理(例如，SiARC/有機(jī)膜/SiN/Si的三層蝕刻處理)中，通過(guò)在各個(gè)目標(biāo)膜的處理過(guò)程中適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)第一和第二微波的功率和/或第一和第二氣體的量，能夠進(jìn)行均勻的面內(nèi)處理。等離子體處理用方法能夠改善面內(nèi)處理的均勻性。因此，當(dāng)待處理基體具有大尺寸時(shí)，優(yōu)選地采用該方法。例如，當(dāng)處理直徑為450mm或更大的半導(dǎo)體晶片或玻璃基體時(shí)該方法特別有用。也可以采用其他實(shí)施方式來(lái)改善等離子體處理的面內(nèi)均勻性。下面，將說(shuō)明等離子體蝕刻的示例。然而，這些實(shí)施方式可以應(yīng)用于包括等離子體CVD、等離子體ALD、等離子體濺射和等離子體摻雜在內(nèi)的其他等離子體處理。圖6-A示出·根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。圖6-B示出圖6-A中示出的設(shè)備的第二氣體供給單元的示意圖。在圖6-A和圖6-B中，提供了一種等離子體處理用設(shè)備，其中，外側(cè)氣體供給單元被分成多個(gè)區(qū)并且能夠?qū)怏w獨(dú)立地供給至各個(gè)區(qū)。還能夠提供一種以不同的氣體流速將氣體供給至各個(gè)區(qū)的構(gòu)造。氣體被從目標(biāo)基體的外周朝向室的中央供給或者朝向目標(biāo)基體供給。外側(cè)氣體供給單元可以設(shè)置在處理容器(未示出)的側(cè)壁的內(nèi)部，并且也可以是如圖6-A和圖6-B所示的從壁突出的環(huán)狀氣體供給單元。對(duì)于各個(gè)氣體供給區(qū)，蝕刻中使用的氣體混合物(諸如惰性氣體、CFx氣體等)被分布在分流器(splitter)中并被供給。也能夠通過(guò)使用分流器將蝕刻中使用的氣體混合物分布至中央氣體供給單元和外側(cè)氣體供給單元，并且可以通過(guò)使用分流器將分布至外側(cè)氣體供給單元的氣體混合物分布至各個(gè)氣體供給區(qū)。對(duì)于氣體供給的各個(gè)區(qū)，可以供給不同混合比的氣體。外側(cè)氣體供給單元由例如石英或陶瓷(例如，SiC)制成。多個(gè)區(qū)可以包含3至10個(gè)部分，并且包含4至6個(gè)部分的多個(gè)區(qū)是優(yōu)選的。優(yōu)選地起到用于將氣體供給至各個(gè)區(qū)的管的作用和到處理容器的連接部的作用兩者的各個(gè)支撐部可以以如下方式被支撐:使得即使外側(cè)氣體供給單元熱膨脹，也能夠避免施加于外側(cè)氣體供給單元的應(yīng)力。具體地，各個(gè)支撐部可以以自由移動(dòng)的方式被支撐。通過(guò)在周向上以不同的流速供給氣體或者供給不同種類(lèi)的氣體混合物，能夠改善以及調(diào)節(jié)周向上的等離子體處理的均勻性。還能夠校正由于氣體流速導(dǎo)致的在徑向上的等離子體的偏壓。還能夠校正由于裝置間的器材差異或組裝誤差導(dǎo)致的、或者由于偏壓電極的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的偏壓所引起的在周向上的等離子體處理的均勻性。圖7-A示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。圖7-B示出圖7-A中示出的設(shè)備的載置臺(tái)的示意圖。
圖7-A和圖7-B示出了等離子體處理用設(shè)備，其中ESC (靜電吸盤(pán))被連接于載置臺(tái)。用于ESC內(nèi)部的靜電吸引的電極(第一電極)與電源和用于ESC的第一 RF電源疊加。環(huán)狀電極(第二電極)被安裝于ESC的內(nèi)周，并且RF電源被連接至該第二電極。利用第一電極和第二電極施加至目標(biāo)基體的偏壓被沿徑向調(diào)節(jié)。注意，在圖7-A和圖7-B中，省略了隔直流電容器和匹配單元的說(shuō)明。也可以設(shè)置多個(gè)環(huán)狀電極。各電極均被連接至相應(yīng)的RF電源。在圖7-B中，在第一電極的底部設(shè)置了第二電極和第三電極。以該方式，通過(guò)在第一電極的底部設(shè)置第二電極和第三電極，消除了無(wú)電極區(qū)域(間隙)。由于無(wú)電極區(qū)域是未被施加偏壓的區(qū)域，所以存在著影響基體處理的面內(nèi)均勻性的風(fēng)險(xiǎn)。考慮到對(duì)匹配單元的干涉，也可以以相應(yīng)地施加不同頻率的方式構(gòu)造被施加至第一電極的RF的頻率以及被施加至第二和第三電極的RF的頻率。例如，當(dāng)13.56MHz的RF被施加至第一電極時(shí)，13.28MHz的RF將被施加至第二電極，并且13.83MHz的RF將被施加至第三電極。頻率可以以2%至10%的幅度變化。此外，也可以如下地構(gòu)造等離子體處理用設(shè)備:其中，ESC被連接于載置臺(tái)，ESC的電極沿徑向被分成數(shù)個(gè)，這些電極中的每一個(gè)均以能夠被單獨(dú)地控制功率的方式與用于ESC的電源和RF應(yīng)用的電源疊加，并且能夠在徑向上調(diào)節(jié)將要被施加至目標(biāo)基體的偏壓。通過(guò)在徑向上調(diào)節(jié)被施加至目標(biāo)基體的偏壓功率，能夠調(diào)節(jié)從目標(biāo)基體的中央在周向上改變的蝕刻速率或形狀差異。這能夠優(yōu)選地用于多晶硅、氮化硅和氧化硅的蝕刻。此夕卜，由于在抗蝕劑掩模的蝕刻中偏壓改變的效果大，所以能夠優(yōu)選地使用抗蝕劑掩模。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。圖8和圖9表示具有如下特征的等離子體處理用設(shè)備:在等離子體處理容器中設(shè)置有環(huán)狀構(gòu)件，將RF或DC施加至環(huán)狀構(gòu)件，蝕刻(濺射)環(huán)狀構(gòu)件，由此控制等離子體空間內(nèi)的自由基濃度。

可以將環(huán)狀構(gòu)件設(shè)置在處理容器的側(cè)壁中(圖8)。也可以將環(huán)狀構(gòu)件設(shè)置于目標(biāo)基體的圓周(圖9)。環(huán)狀構(gòu)件材料可以是基于硅(Si)或碳(C)的。環(huán)狀構(gòu)件材料可以基于包含第4族物質(zhì)的材料。環(huán)狀構(gòu)件材料可以由第3族和第5族物質(zhì)組成。處理用氣體可以包含鹵素。處理用氣體可以是包含至少碳(C)和氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)或氫(H)的氣體。通過(guò)蝕刻環(huán)狀構(gòu)件，能夠調(diào)節(jié)等離子體中的自由基物種和離子物種的濃度，并且能夠提高目標(biāo)基體上的蝕刻中的諸如選擇性和蝕刻速率等。具體地，當(dāng)環(huán)狀構(gòu)件是Si并且蝕刻氣體包含CFx和Ar時(shí)，蝕刻氣體被電離(轉(zhuǎn)化成等離子體)并且產(chǎn)生F自由基。在該過(guò)程中，RF偏壓被施加至Si制成的環(huán)狀構(gòu)件，并且通過(guò)Ar蝕刻Si。結(jié)果，在處理容器中產(chǎn)生自由基狀態(tài)Si，并且通過(guò)Si和F之間的鍵合而形成SiF4。Si和F容易彼此鍵合。將所形成的SiF4排空，結(jié)果，能夠減小處理容器中F自由基的數(shù)量。通過(guò)改變偏壓的幅度，能夠調(diào)節(jié)Si的蝕刻的量，并且也能夠調(diào)節(jié)例如被去除的F的量。雖然進(jìn)行期望的蝕刻需要具有適當(dāng)鍵合的離子和自由基，但是通過(guò)采用該構(gòu)造，能夠控制自由基物種的濃度，并且當(dāng)用合適量的F離子和F自由基蝕刻SiO2時(shí)，具有諸如增加用Si等蝕刻選擇性等的效果。如果環(huán)狀構(gòu)件由C制成并且蝕刻氣體包含CFx和Ar，則蝕刻氣體被電離(轉(zhuǎn)化成等離子體)，并且產(chǎn)生F自由基。在該過(guò)程中，RF偏壓被施加至C制成的環(huán)狀構(gòu)件，并且通過(guò)Ar蝕刻C。結(jié)果，產(chǎn)生自由基狀態(tài)C，并且與F結(jié)合以形成CFX。由于CFx的沉積本質(zhì)，所以通過(guò)沉積在目標(biāo)基體上，能夠控制目標(biāo)基體的蝕刻的量。此外，也可以減小F自由基的數(shù)量。環(huán)狀構(gòu)件中使用的C典型地是玻璃碳(glass-like carbon)。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的等離子體處理用設(shè)備的示例的截面圖。圖11描述了示出氧氣體濃度與氧化速度或氧發(fā)光之間的關(guān)系的示例的圖表。雖然適量的自由基和離子對(duì)于進(jìn)行期望的蝕刻而言是必要的，但是有時(shí)不能夠單獨(dú)通過(guò)等離子體控制離解中的自由基物種的濃度。圖11中的縱軸代表氧(0)等離子體的發(fā)射強(qiáng)度和氧化速度(等于蝕刻情況中的蝕刻速度)，而橫軸代表氧(O2)氣體的濃度。其中氧(0)等離子體的發(fā)射強(qiáng)度高并且氧化速度較快的區(qū)域(虛線區(qū)域)是基于惰性氣體(例如，Ar)的濃度的氧(O2)氣體濃度為2%至3%的區(qū)域。該區(qū)域是用于提高產(chǎn)量以加速處理速度的期望區(qū)域。然而，在該區(qū)域中，因?yàn)樽杂苫鶟舛扔捎跉怏w的流動(dòng)速率的波動(dòng)而傾向于改變，所以由于處理的再現(xiàn)性問(wèn)題或裝置間的器材差異而導(dǎo)致難以控制。圖10示出具有如下特征的等離子體處理用設(shè)備:具有用于間歇地(0N/0FF)供給等離子體處理中使用的一種或更多種氣體的、或者用于重復(fù)地改變流速的控制器。為了使靠近在增加氣 體流動(dòng)時(shí)以凸或凹的形狀變化的峰值區(qū)域的流速區(qū)域重復(fù)的目的，進(jìn)行氣體的0N/0FF或流速控制。利用該方式，這些特性被平均由此實(shí)現(xiàn)了再現(xiàn)性和裝置間器材差異的緩解。對(duì)于氣體，典型地以每秒大約0.5至I的間隔調(diào)節(jié)0N/0FF，或者可以以每秒大約0.5至I的間隔調(diào)節(jié)流速。特別地，可以理想地在利用包含O2或鹵素的氣體的蝕刻處理、灰化處理(ashingtreatment)、氧化處理、CVD處理和ALD處理中使用本發(fā)明。雖然已經(jīng)結(jié)合具體設(shè)備和方法說(shuō)明了本公開(kāi)的原理，但是應(yīng)該清楚地理解的是，該說(shuō)明僅是示例性地而不作為對(duì)發(fā)明的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理用設(shè)備，其包括: 處理容器，其設(shè)置有用于載置基體的載置臺(tái)； 第一氣體供給單元，其被構(gòu)造成將第一氣體供給至所述處理容器； 第一等離子體產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造成將所述第一氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第一等離子體； 第二氣體供給單元，其被構(gòu)造成將第二氣體供給至所述處理容器；和 第二等離子體產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造成將所述第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體； 其中，所述第二氣體的入口距離所述載置臺(tái)的高度低于所述第一氣體的入口距離所述載置臺(tái)的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二等離子體產(chǎn)生單元在所述第二氣體進(jìn)入所述處理容器之后立即將所述第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成所述第二等離子體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二氣體的入口位于所述處理容器的側(cè)壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一等離子體產(chǎn)生單元和所述第二等離子體產(chǎn)生單元彼此分開(kāi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一等離子體產(chǎn)生單元包括被構(gòu)造成產(chǎn)生第一微波的第一機(jī)構(gòu)，所述第二等離子體產(chǎn)生單元包括被構(gòu)造成產(chǎn)生第二微波的第二機(jī)構(gòu)，并且所述第一微波的頻率和所述第二微波的頻率彼此不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于調(diào)節(jié)所述第一氣體和所述第二氣體的量比的控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一氣體包含溴化氫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二等離子體產(chǎn)生單元包括: 被構(gòu)造成產(chǎn)生微波的機(jī)構(gòu)；和 被構(gòu)造成改變所述微波的偏振特性的構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述構(gòu)件包括: 第一介電窗和第二介電窗；以及 設(shè)置有多個(gè)縫隙的導(dǎo)體，所述導(dǎo)體介于所述第一介電窗和所述第二介電窗之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二等離子體產(chǎn)生單元包括被構(gòu)造成產(chǎn)生電感耦合等離子體的線圈。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二氣體包含具有不同離解常數(shù)的至少兩種氣體。
12.—種等離子體處理用設(shè)備，其包括: 處理容器，其設(shè)置有用于載置基體的載置臺(tái)； 第一氣體供給單元，其被構(gòu)造成將第一氣體供給至所述處理容器，所述第一氣體的入口位于所述處理容器的上側(cè)； 第一等離子體產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造成將所述第一氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第一等離子 體； 第二氣體供給單元，其被構(gòu)造成將第二氣體供給至所述處理容器，所述第二氣體的入口位于所述處理容器的側(cè)壁；和 第二等離子體產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造成將所述第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體。
13.一種等離子體處理用方法，所述處理在處理容器內(nèi)進(jìn)行，所述處理容器設(shè)置有用于載置基體的載置臺(tái)，所述方法包括如下步驟: 將第一氣體從第一入口供給至所述處理容器； 將所述第一氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第一等離子體； 將第二氣體從第二入口供給至所述處理容器；和 將所述第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體， 其中，所述第二入口距離所述載置臺(tái)的高度低于所述第一入口距離所述載置臺(tái)的高度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述第二氣體進(jìn)入所述處理容器之后立即將所述第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成所述第二等離子體。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二入口位于所述處理容器的側(cè)壁。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一氣體包含溴化氫。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二氣體由等離子體產(chǎn)生單元進(jìn)行轉(zhuǎn)化，所述單元包括: 被構(gòu)造成產(chǎn)生微波的機(jī)構(gòu)；和 被構(gòu)造成改變所述微波的偏振特性的構(gòu)件。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二氣體由等離子體產(chǎn)生單元進(jìn)行轉(zhuǎn)化，所述單元包括被構(gòu)造成產(chǎn)生電感耦合等離子體的線圈。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二氣體包含具有不同離解常數(shù)的至少兩種氣體。
全文摘要
一種等離子體處理用設(shè)備，其包括處理容器，其設(shè)置有用于載置基體的載置臺(tái)；第一氣體供給單元，其被構(gòu)造成將第一氣體供給至處理容器；第一等離子體產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造成將第一氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第一等離子體；第二氣體供給單元，其被構(gòu)造成將第二氣體供給至處理容器；和第二等離子體產(chǎn)生單元，其被構(gòu)造成將第二氣體的至少一部分轉(zhuǎn)化成第二等離子體。第二氣體的入口距離載置臺(tái)的高度低于第一氣體的入口距離載置臺(tái)的高度。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK103229280SQ20118005504
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者野澤俊久, 田才忠, 佐佐木勝, 三原直輝, 松本直樹(shù), 茂山和基, 吉川潤(rùn) 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社