等离子体处理装置和等离子体处理方法 【技术领域】
本发明涉及一种等离子体处理装置和等离子体处理方法。
背景技术
在半导体制造工序中，利用等离子体处理装置，使用等离子体来对作为被处理体的半导体晶片(下面简称为晶片)实施规定的处理。
作为这种等离子体处理装置，例如有利用感应耦合等离子体(ICP：Inductive Coupled Plasma)的处理装置和电容耦合等离子体(CCP：Capacitive Coupled Plasma)的处理装置。其中，感应耦合等离子体中，等离子体密度比电容耦合等离子体的高，并且，偏压为10-20V，比电容耦合等离子体情况下的100-200V低，所以可高效进行对晶片损伤小的处理。
图5A是表示利用感应耦合等离子体的现有等离子体蚀刻装置一例的截面图。该等离子体蚀刻装置200具备：容室(chamber)201，在其内部设置有装载作为被处理体的晶片的基座203；钟罩(bell-jar)202，连通容室201的上方设置；天线205，缠绕在钟罩202的外周；高频偏压电源204，连接于基座203；和高频电源206，连接于天线205，通过从高频电源206向天线205提供高频电力，在钟罩202内形成感应电磁场，并产生处理气体的等离子体，从而对晶片W实施等离子体处理。
但是，在这种等离子体蚀刻装置200中，如图5A中箭头所示，形成从天线205朝向基座203的斜向电场，尤其是在等离子体点火之后，由于该斜向电场，如图5B所示，蚀刻剂相对晶片表面倾斜入射后会破坏在晶片表面形成的细微图案形状，并且，电子斜向入射到晶片表面后，积累电荷，成为问题。
作为去除作为这种问题原因的斜向电场的方法，例如在特开平5-206072号公报中，公开了使用法拉第屏蔽件(Faraday shield)的方法。例如图5C所示，法拉第屏蔽件207是由设置在等离子体蚀刻装置200’地钟罩202与天线205之间的导电体构成的筒状部件，通过短路与其轴方向水平的电场分量的作用，去除电场的垂直分量，从而不形成斜向的电场。但是，若如此去除垂直方向电场，则由于对等离子体点火有效的电场分量变小，所以存在等离子体难以点火的问题。
鉴于此情况提出本发明，其目的在于提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法，利用感应耦合等离子体，同时，难以在等离子体点火之后产生斜向电场引起的缺陷。另外，目的在于提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法，即使在感应耦合等离子体方式下使用法拉第屏蔽件，也可确实点火等离子体。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明的第1方面提供一种等离子体处理装置，其特征在于，具备：由容纳被处理基板的容纳部和与该容纳部连通且具有绝缘体壁的等离子体形成部构成的、对被处理基板实施等离子体处理的处理容器；设置在上述容纳部的、装载被处理基板的导电性载置台；设置在上述绝缘体壁外侧的、在上述等离子体形成部中形成感应电磁场的天线装置；向上述天线装置提供高频电力的第1高频电源；提供利用通过上述天线装置形成的感应电磁场而电离变为等离子体的等离子体生成气体和进行等离子体处理用的处理气体的气体供给装置；按照与上述载置台相对而设置在上述绝缘体壁外侧的导电性部件；和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源。
根据上述第1方面，因为具备与上述载置台相对而设置在上述绝缘体壁外侧的导电性部件和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源，所以在等离子体点火时，从上述第2高频电源向上述载置台提供高频电力，在上述载置台与上述导电性部件之间形成电场，从而在上述载置台与上述导电性部件之间形成的电场变为支配状态，所以可抑制斜向形成的电场对上述被处理基板产生的坏影响。
本发明的第2方面提供一种等离子体处理装置，其特征在于：具备：容纳被处理基板的容室；按照与上述容室连通而设置在该容室上方的、具有由绝缘体构成的侧壁和顶壁的钟罩；设置在上述容室内的、装载被处理基板的导电性载置台；设置在上述钟罩侧壁的外侧、在上述钟罩内形成感应电磁场的天线装置；向上述天线装置提供高频电力的第1高频电源；提供利用通过上述天线装置形成的感应电磁场而电离变为等离子体的等离子体生成气体和进行等离子体处理用的处理气体的气体供给装置；与上述载置台对向而设置在上述顶壁上方的导电性部件；和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源。
根据上述第2方面，因为具备相对上述载置台而设置在上述顶壁上方的导电性部件和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源，所以在等离子体点火时，从上述第2高频电源向上述载置台提供高频电力，在上述载置台与上述导电性部件之间形成垂直于上述被处理基板的电场，从而垂直于上述被处理基板的电场变为支配状态，所以可抑制斜向形成的电场对上述被处理基板产生的坏影响。
本发明的第3方面提供一种等离子体处理装置，其特征在于：具备：容纳被处理基板的容室；按照与上述容室连通而设置在该容室上方的、具有由绝缘体构成的侧壁和顶壁的钟罩；设置在上述容室内的、装载被处理基板的导电性载置台；设置在上述钟罩侧壁的外侧、在上述钟罩内形成感应电磁场的天线装置；向上述天线装置提供高频电力的第1高频电源；提供通过利用上述天线装置形成的感应电磁场而电离变为等离子体的等离子体生成气体和进行等离子体处理用的处理气体的气体供给装置；设置在上述钟罩与上述天线装置之间的法拉第屏蔽件；与上述载置台对向而设置在上述顶壁上方的导电性部件；和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源。
根据上述第3方面，因为具备设置在上述钟罩与上述天线装置之间的法拉第屏蔽件、与上述载置台对向而设置在上述顶壁上方的导电性部件、和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源，所以在等离子体点火时，从上述第2高频电源向上述载置台提供高频电力，在上述载置台与上述导电性部件之间形成垂直于上述被处理基板的电场，从而可施加等离子体点火必需的电场，因此，在使用法拉第屏蔽件来防止对被处理基板形成斜向电场的同时，能确实进行等离子体点火。
根据上述第1-第3之一方面，优选上述载置台具有加热被处理基板的加热机构。由此可促进等离子体处理的反应。
本发明的第4方面提供一种等离子体处理方法，该方法使用等离子体处理装置来进行等离子体处理，该等离子体处理装置具备：容纳被处理基板的容室；按照与上述容室连通而设置在该容室上方的、具有由绝缘体构成的侧壁和顶壁的钟罩；设置在上述容室内的、装载被处理基板的导电性载置台；设置在上述钟罩侧壁的外侧、在上述钟罩内形成感应电磁场的天线装置；向上述天线装置提供高频电力的第1高频电源；提供利用通过上述天线装置形成的感应电磁场而电离变为等离子体的等离子体生成气体和进行等离子体处理用的处理气体的气体供给装置；与上述载置台对向而设置在上述顶壁上方的导电性部件；和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源，其特征在于：从上述第2高频电源向上述载置台提供高频电力，在上述载置台与上述导电性部件之间形成垂直于被处理基板的电场，形成等离子体，之后，从上述第1高频电源向上述天线装置提供高频电力，在上述钟罩内形成感应电磁场，形成感应耦合等离子体，对被处理基板实施等离子体处理。
根据上述第4方面，从上述第2高频电源向上述载置台提供高频电力，在上述载置台与上述导电性部件之间形成垂直于被处理基板的电场，形成等离子体，之后，从上述第1高频电源向上述天线装置提供高频电力，在上述钟罩内形成感应电磁场，形成感应耦合等离子体，对被处理基板实施等离子体处理，所以可在感应电磁场之前，在上述载置台与导电性部件之间形成垂直于被处理基板的电场，并形成等离子体，由此可防止在由感应电磁场点火等离子体的情况下成为问题的、点火之后斜向电场对被处理基板造成坏影响的现象。
本发明的第5方面提供一种等离子体处理方法，该方法使用等离子体处理装置来进行等离子体处理，该等离子体处理装置具备：容纳被处理基板的容室；按照与上述容室连通而设置在该容室上方的、具有由绝缘体构成的侧壁和顶壁的钟罩；设置在上述容室内的、装载被处理基板的导电性载置台；设置在上述钟罩侧壁的外侧、在上述钟罩内形成感应电磁场的天线装置；向上述天线装置提供高频电力的第1高频电源；提供通过利用上述天线装置形成的感应电磁场而电离变为等离子体的等离子体生成气体和进行等离子体处理用的处理气体的气体供给装置；设置在上述钟罩与上述天线装置之间的法拉第屏蔽件；与上述载置台对向而设置在上述顶壁上方的导电性部件；和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源，其特征在于：从上述第2高频电源向上述载置台提供高频电力，在上述载置台与上述导电性部件之间形成电场，点火等离子体，之后，从上述第1高频电源向上述天线装置提供高频电力，在上述钟罩内形成感应电磁场，形成感应耦合等离子体，对被处理基板实施等离子体处理。
根据上述第5方面，从上述第2高频电源向上述载置台提供高频电力，在上述载置台与上述导电性部件之间形成电场，点火等离子体，之后，从上述第1高频电源向上述天线装置提供高频电力，在上述钟罩内形成感应电磁场，形成感应耦合等离子体，对被处理基板实施等离子体处理，所以可在感应电磁场之前，在上述载置台与导电性部件之间形成电场，从而可通过在上述载置台与上述导电性部件之间形成的电场来施加等离子体点火必需的电场，因此，即使在使用防止对被处理基板形成斜向电场的法拉第屏蔽件在感应耦合等离子体中进行处理的情况下，也能确实进行等离子体点火。
在上述第4或第5方面，优选上述第1高频电源构成为在上述第2高频电源开始提供高频电力后，开始提供高频电力。从而，在由来自上述第2高频电源的高频电力形成的电场点火等离子体的同时，可在点火等离子体后由来自上述第1高频电源的高频电力形成的感应耦合等离子体中进行等离子体处理。此时，上述第2高频电源优选构成为在上述第1高频电源开始提供高频电力后，停止提供高频电力。从而可防止在上述被处理基板中产生大的偏压。
另外，在上述等离子体处理方法中，优选边加热被处理基板边实施等离子体处理。由此可促进等离子体处理的反应。
并且，上述等离子体处理方法适用于去除在上述被处理基板上形成的自然氧化膜的处理。此时，最好使用氩气与氢气来作为上述等离子体生成气体和上述处理气体。并且，也可使用氖气、氦气、氙气等惰性气体来代替氩气。
【附图说明】
图1是表示具备预除垢装置的金属成膜系统的示意结构图，该预除垢装置适用本发明实施方式1的等离子体处理装置。
图2是本发明实施方式1的等离子体处理装置的示意结构图。
图3是图2所示预除垢装置中的法拉第屏蔽件的斜视图。
图4是本发明实施方式2的预除垢装置的示意截面图。
图5A是表示现有感应耦合等离子体方式的等离子体蚀刻装置一例的示意截面图。
图5B是表示现有感应耦合等离子体方式的等离子体蚀刻装置的蚀刻举动的图。
图5C是表示现有具备法拉第屏蔽件的等离子体蚀刻装置一例的示意截面图。
【具体实施方式】
下面，参照附图来说明本发明的实施方式1。
图1是表示具备预除垢装置的金属成膜系统的示意结构图，该预除垢装置适用本发明实施方式1的等离子体处理装置。该金属成膜系统20是多容室型，在中央配置搬运室10，在其周围设置两个盒容室11、12、脱气用容室13、Ti成膜装置14、本实施方式的预除垢装置15、TiN成膜装置16、Al成膜装置17(在形成由钨(W)构成的金属层的情况下，为钨(W)成膜装置，但在本实施方式中以Al成膜装置为例进行说明。)和冷却容室18。
在这种金属成膜系统20中，在形成接触孔或通孔的半导体晶片(下面简称为晶片W)中形成阻挡层，在其上形成Al(铝)层，并埋入孔，形成Al布线。具体而言，首先通过搬运臂19从盒容室11中取出一块晶片W，装入预除垢装置15后，去除在晶片W的表面形成的自然氧化膜。接着，通过搬运臂19将晶片W装入脱气用容室13，进行晶片W的脱气。之后，将晶片W装入Ti成膜装置14，进行Ti膜的成膜，再装入TiN成膜装置16，进行TiN的成膜，形成阻挡层。之后，由Al成膜装置17形成Al层。至此，规定的成膜结束，之后，由冷却容室18冷却晶片W，容纳在盒容室12中。
由此，例如在设置了形成有达到杂质扩散区域的接触孔的层间绝缘膜的晶片W上制造器件，该器件具有在该杂质扩散区域和层间绝缘膜上形成的阻挡层和形成在该阻挡层上的、与杂质扩散区域导通的金属层。
下面，详细说明装载在上述金属成膜系统20上的本实施方式的预除垢装置15。图2是预除垢装置15的示意截面图。如图2所示，预除垢装置15具有：大致圆筒状的容室31；和在容室31上方的、按照与容室31连续的方式设置的大致圆筒状的钟罩32。在容室31内，以由圆筒状支撑部件35支撑的状态配置有水平支撑作为被处理体的晶片W用的由导电性材料构成的基座(载置台)33。在钟罩32的上方，与基座33相对地设置有与基座33一样由导电性材料构成的导电性部件49。
在基座33上连接第2高频电源34，从该第2高频电源34向基座33提供高频电力，从而在基座33与导电性部件49之间形成垂直于晶片W的电场。还具有如下结构：在基座33中埋设加热器36，从电源37向加热器36供电，从而可将晶片W加热到规定温度。
钟罩32由例如石英或陶瓷材料等电绝缘材料形成，在其周围，配置如图3所示以规定间隔设置有纵长开口的槽部44a的大致圆筒状的法拉第屏蔽件44，并在其外侧缠绕作为天线部件的线圈42。线圈42上连接例如具有频率为450kHz的第1高频电源43，从该第1高频电源43向线圈42提供高频电力，从而在钟罩32内形成感应电磁场。另外，法拉第屏蔽件44具有防止形成从线圈42向基座33的斜向电场的功能。
在基座33上方，结构为，设置可夹持装载在基座33上的晶片W外缘并保持的夹持环38，夹持环38可通过未图示的升降机构升降。夹持环38在将晶片W搬入容室31内后转移到设置在基座33中的支撑销(未图示)上时，上升到规定位置，在使上述支撑销没入基座33内而将晶片W装载在基座33上后，在夹持并保持晶片W时，下降到抵接并夹持晶片W的外缘的位置。
另外，容室31的侧壁具有开口46，在对应于容室31外侧开口46的位置上设置闸阀47，在打开该闸阀47的状态下，在相邻的负载锁定室(未图示)与容室31之间搬运晶片W。并且，在容室31的侧壁上还设置有气体供给喷嘴48，利用该气体供给喷嘴48向容室31和钟罩32内提供自后述的气体提供机构60提供的气体。
气体提供机构60具有提供Ar气体作为等离子体生成气体的Ar气体供给源61、和提供H2气体作为蚀刻处理用处理气体的H2气体供给源62。Ar气体供给源61连接输气管道63，在该输气管道63上设置质量流量控制器67和其前后的开闭阀65、69。另外，在H2气体供给源62上连接输气管道64，在该输气管道64上设置质量流量控制器68和其前后的开闭阀66、70。这些输气管道63、64连接于输气管道71，该输气管道71与气体供给喷嘴48连接。
另外，排气管50连接在容室31的底壁上，在该排气管50上连接包含真空泵的排气装置51。通过使排气装置51动作，可将容室31和容室32内维持在规定的真空度。
下面，说明通过如此构成的预除垢装置15去除形成在晶片W上的自然氧化膜的动作。
首先，打开闸阀47，通过设置在搬运室10中的搬运臂19，将晶片W装入容室31内，并将晶片转移到基座33的支撑销(未图示)上。之后，使上述支撑销没入基座33内而将晶片W装载在基座33上，之后，使夹持环38下降，夹持晶片W外缘。然后，关闭闸阀47，通过排气装置51将容室31和钟罩32内排气，变为规定的减压状态，并在该减压状态下，以规定流量从Ar气体供给源61向容室31和钟罩32内导入Ar气体，同时，从第2高频电源34向基座33提供高频电力，在基座33与导电性部件49之间形成垂直于晶片W的电场，由该电场激励Ar气体，点火等离子体。
在点火等离子体后，开始从第1高频电源43向线圈42提供高频电力，在钟罩32内形成感应电磁场，同时，停止从第2高频电源34向基座33提供高频电力，之后由感应电磁场来维持等离子体。在必需的情况下，也可以在开始从第1高频电源43提供高频电力后，维持从第2高频电源34提供高频电力。在这种状态下，使来自Ar气体供给源61的流量减少，同时，从H2气体供给源62向容室31内开始导入H2气体，并边通过加热器36加热晶片W，边进行蚀刻去除晶片W上的自然氧化膜的处理。此时，通过法拉第屏蔽件44，防止线圈42形成相对晶片W表面倾斜的电场，从而，防止因离子或电子斜入射到晶片W表面而破坏晶片W的表面图案形状、在晶片W中积累电荷。另外，因为感应耦合等离子体本质上偏压低，所以损坏小。
如上所述，在去除晶片W上的自然氧化膜后，调节排气装置51的排气量以及来自Ar气体供给源61的Ar气体供给量和来自H2气体供给源62的H2气体供给量，将容室31和容室32内变为与搬运室10同等的真空度，同时，使上述支撑销突出于基座33，抬起晶片W，打开闸阀47，使搬运臂19进入容室31内，取出晶片W，从而预除垢装置15中的工序结束。
作为这种处理条件，例如可设第1高频电源43的功率：500-1000W、频率：450kHz、第2高频电源34的功率：500-1000W、频率：13.56MHz、加热器36的加热温度：50-500℃，容室31内的压力：0.133-13.3Pa(0.1-100mTorr)。另外，在Ar气体流量为0-0.050L/min(0-50sccm)的范围下、H2气体流量为0-0.200L/min(0-200sccm)的范围下分别适当提供气体，具体而言，设点火时的Ar气体流量：0.050L/min(50sccm)、处理时的Ar气体流量/H2气体流量：0.008/0.012L/min(8/12sccm)。
通过上述等离子体处理，可适当去除例如Si、CoSi、W、WSi、TiSi上的自然氧化膜。在现有的感应耦合等离子体方法的等离子体处理装置中，若使用法拉第屏蔽件44去除从线圈42向基座33的斜向电场，则电场变弱，所以存在所谓等离子体点火难的问题，但根据上述结构，通过在基座33与导电性部件49之间形成的电场，可确实点火等离子体，并且，通过等离子体点火后感应电磁场形成的感应耦合等离子体，可进行预除垢工序。
通过如此利用感应耦合等离子体，可由磁场分量来协助等离子体，所以可提高H2的比率，同时减少Ar的比率，另外，因为可独立控制等离子体密度和偏压，所以可提高等离子体密度，同时变为低偏压。由此，可极有效去除自然氧化膜。在电容耦合等离子体下，因为等离子体不稳定，所以不能减少Ar，另外，因为不能独立控制等离子体密度和偏压，所以不能有效去除自然氧化膜。
下面，说明本发明的实施方式2。
图4是表示适用本实施方式的等离子体处理装置的预除垢装置的截面图。该预除垢装置15’除未设置法拉第屏蔽件44外，其余与实施方式1的预除垢装置15一样构成。根据这种预除垢装置15’，与实施方式1的预除垢装置15一样，在从第2高频电源34向基座33提供高频电力并点火等离子体后，从第1高频电源43向线圈42提供高频电力，形成感应耦合等离子体，通过等离子体处理的处理动作，去除晶片W上形成的自然氧化膜。
在本实施方式中，在等离子体点火时，在从第1高频电源43供电之前，如上所述，从第2高频电源34向基座33提供高频电源，并在基座33与导电性部件49之间形成垂直于晶片W的电场，所以方向垂直于晶片W的电场变为支配状态。从而，由于在因斜向电场而造成的晶片W的表面特性恶化或电荷积累等的缺陷容易产生的等离子体点火之后，斜向电场没有形成，所以可减少上述晶片W的表面特性恶化或电荷积累等的影响。另外，在如此点火等离子体后，通过从第1高频电源43向线圈42提供高频电力，可与实施方式1一样，通过感应耦合等离子体来高效率低损坏地进行等离子体处理。
本发明不限于上述实施方式，可进行各种变形。例如，在上述实施方式中，示例将本发明适用于金属成膜系统中去除自然氧化膜的预除垢装置的情况，但本发明也可适用于进行接触蚀刻等其它等离子体蚀刻装置，并且，本发明还可适用于等离子体CVD等其它等离子体处理装置。另外，该等离子体处理装置也可通过在现存感应耦合等离子体处理装置的钟罩上方装载接地的导体板来构成。在如此通过对现存装置实施简单改造而构成的情况下，本发明的装置成本可抑制得很低。并且，被处理基板不限于半导体晶片，也可是其它基板。
如上所述，根据本发明，因为具备按照与上述载置台相对而设置在上述绝缘体壁外侧的导电性部件和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源，所以在等离子体点火时，从上述第2高频电源向上述载置台提供高频电力，在上述载置台与上述导电性部件之间形成电场，从而在上述处理容器内于上述载置台与上述导电性部件之间形成的电场变为支配状态，所以可抑制斜向形成的电场对上述被处理基板产生的坏影响。因此，提供处理精度极高、且可有效处理的等离子体处理装置及等离子体处理方法。
另外，根据本发明，因为具备相对上述载置台而设置在上述顶壁上方的导电性部件和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源，所以在等离子体点火时，从上述第2高频电源向上述载置台提供高频电力，在上述载置台与上述导电性部件之间形成垂直于上述被处理基板的电场，从而垂直于上述被处理基板的电场变为支配状态，所以可抑制斜向形成的电场对上述被处理基板产生的坏影响。因此，确实提供处理精度极高、且可有效处理的等离子体处理装置及等离子体处理方法。
另外，根据本发明，因为具备设置在上述钟罩与上述天线装置之间的法拉第屏蔽件、与上述载置台对向而设置在上述顶壁上方的导电性部件、和向上述载置台提供高频电力的第2高频电源，所以在等离子体点火时，从上述第2高频电源向上述载置台提供高频电力，在上述载置台与上述导电性部件之间形成垂直于上述被处理基板的电场，从而可施加点火必需的电场，因此，在使用法拉第屏蔽件来防止对被处理基板形成斜向电场的同时，能确实进行等离子体点火。因此，实现等离子体处理装置及等离子体处理方法，消除在感应耦合等离子体方式中并用法拉第屏蔽件时等离子体点火难的问题。