TWI487804B - 電漿處理方法及電漿處理裝置 - Google Patents

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Description

電漿處理方法及電漿處理裝置
本發明係有關一種利用NLD(Magnetic Neutral Loop Discharge；磁中性環路放電)之電漿處理方法及電漿處理裝置。
於半導體製造領域的薄膜製造步驟中，係進行在基板表面形成配線用薄膜或絕緣性薄膜之成膜步驟。電漿CVD(Chemical Vapor Deposition；化學氣相沉積)裝置與濺射裝置係廣泛使用於成膜裝置。
作為濺射裝置，已知有一種磁控濺射(magnetron sputtering)裝置，係於靶材(target)背面配置電磁鐵或永久磁鐵，使環狀的磁控放電電漿產生於靶材表面上，由濺射靶材使該濺射物沉積至基板並予以成膜(參照專利文獻1)。由於磁控濺射裝置能以優良效率形成電漿，因此具有可在較低溫及較低氣壓下成膜，且成膜率高之優點。
此外，以往矽基板的表面加工係廣泛地使用電漿蝕刻(乾蝕刻)方法。由於室溫中的原子狀(自由基(radical))氟與矽的反應為自發性，能獲得較高的蝕刻率，因此在矽基板的蝕刻中，蝕刻氣體大多使用含有SF6 、NF3 、COF2 、XeF2 等氟之氣體。然而，由於使用含有氟之蝕刻氣體之矽基板的乾蝕刻為等向性，因此於形成有凹凸圖案(蝕刻圖案)的凹部側面亦會進行蝕刻。因此，難以高精確度地形成通孔(through hole)或深溝(deep trench)等細緻且縱橫比(aspect ratio)高的介層孔(via)。
因此，近年來已提案有一種矽基板的深刻加工技術，係一邊於圖案的側面形成保護膜一邊進行蝕刻，藉此能抑制蝕刻的橫方向擴展，且維持圖案側面的垂直性。
例如在專利文獻2、3中已揭示有一種方法，其係交互地重複進行蝕刻步驟與保護膜形成步驟，藉此一邊在蝕刻步驟所露出的圖案底部與側面形成由聚合物層所構成的保護膜一邊進行蝕刻的方法。在保護膜形成步驟中，形成於凹部側面的聚合物層與形成於圖案底部的聚合物層相比，由於在蝕刻步驟中被去除的量少，因此形成於該圖案側面的聚合物層具有作為蝕刻保護膜的功能，且可實現將蝕刻方向限制在圖案的深度方向之非等向性蝕刻。
尤其在專利文獻2已揭示有使用CHF系氣體之CVD法作為保護膜的成膜方法。專利文獻3已揭示有對於與基板對向配置的濺射靶材使用氬氣的濺射法作為保護膜的成膜方法。
專利文獻1：日本特開2001－271163號公報專利文獻2：美國專利第5,501,893號說明書專利文獻3：WO2006/003962號公報
一般而言，在濺射裝置中，由於藉由與電漿中的離子之碰撞而從靶材表面碰撞出的濺射粒子(濺射物)係直線性地射入至基板，因此對於基板表面的段差部分與高縱橫比 之孔或溝的側壁之成膜精確度係大大地受到基板與靶材間的幾何學性配置關係的影響。因此，具有無法確保基板表面的整體成膜區域之均勻覆蓋性之問題。尤其在磁控濺射裝置中，因電漿密度分佈所造成的靶材侵蝕(erosion)速度的不同，將更難確保均勻性。
另一方面，在矽基板的深刻加工技術領域中，係要求提升加工精確度與改善生產性。為了提升深刻加工技術的加工精確度，必須對蝕刻圖案進行高精確度的形狀控制。因此，一邊以保護膜防止所形成的孔之側蝕刻(side etching)，一邊提升介層孔的形狀精確度。
在此情形中，用以被覆蝕刻圖案的凹部之保護膜的覆蓋性就成為重要的要素。一般而言，圖案形狀愈細緻、圖案的深度愈深，就難以控制覆蓋性。此外，為了改善生產性，必須謀求提升覆蓋性的面內分佈。因此，為了能以高度生產性獲得具有期望圖案形狀之有介層孔式基板，可提升保護膜的覆蓋性與高度地控制保護膜的面內分佈之技術已不可或缺。
本發明乃有鑑於上述課題而研創者，其目的在提供一種覆蓋性高且面內均勻性佳之電漿處理方法及電漿處理裝置。
本發明一形態的電漿處理方法係交互地重複進行在真空室的內部產生電漿以蝕刻基板之步驟以及於蝕刻圖案的側壁部形成保護膜之步驟。
前述保護膜的形成步驟係包含於前述基板以及與前述基板相對向配置的靶材之間形成高頻電場與磁中性環路並產生電漿。前述靶材係被濺射，其濺射物係被前述電漿分解而沉積至前述基板。
本發明一形態的電漿處理裝置係具備有真空室、架台、靶材、以及電漿源。
前述架台係用以支持基板者，並設置於前述真空室的內部。前述靶材係與前述架台相對向設置。前述電漿源係包含：電場形成手段，係於前述真空室內形成高頻電場；以及磁場形成手段，係於前述真空室內形成磁中性環路。前述電漿源係藉由前述電場形成手段與前述磁場形成手段於前述架台與前述靶材之間產生電漿，藉此蝕刻前述基板、或濺射前述靶材，並藉由該電漿分解其濺射物而沉積至前述基板。
本發明一形態的電漿處理方法係交互地重複進行在真空室的內部產生電漿以蝕刻基板之步驟、以及於蝕刻圖案的側壁部形成保護膜之步驟。
前述保護膜的形成步驟係包含於前述基板以及與前述基板相對向配置的靶材之間形成高頻電場與磁中性環路並產生電漿。前述靶材係被濺射，其濺射物係被前述電漿分解而沉積至前述基板。
在上述電漿處理方法中，在使藉由電漿而從靶材碰撞出的濺射物沉積於基板表面時，電漿會分解該濺射物，並 予以再激發而生成離子或活性種。藉此，可獲得類似電漿CVD之成膜形態，而可成為覆蓋性高且面內均勻性佳之濺射成膜。
尤其由於在電漿源使用高頻電場與磁中性環路，因此能在零磁場區域以良好效率產生非常高密度的電漿。該電漿係被稱為NLD(磁中性環路放電)之高密度電漿的一形態，且能任意地調整磁中性環路的形成位置與大小，因此可實現面內均勻性高的電漿處理。
上述電漿處理方法係電漿會分解靶材的濺射物並沉積至基板上。藉此，可成為覆蓋性高且面內均勻性佳之濺射成膜。
在上述電漿處理方法中，靶材係可根據合成樹脂、矽、碳、碳化矽、氧化矽、以及氮化矽等欲成膜材料的種類而適當選擇。製程氣體係能使用含有氬等稀有氣體(rare gas)之惰性氣體、C4 F8 、CHF3 等含氟氣體或這些氣體的混合氣體。含氟氣體本身具有能做為成膜氣體的功能，而可例如使該氣體的分解生成物與濺射物的反應物沉積至基板上。
本發明一實施形態的電漿處理裝置係具備有真空室、架台(stage)、靶材、以及電漿源。
前述架台係用以支持基板者，設置於前述真空室的內部。前述靶材係與前述架台相對向設置。前述電漿源係包含：電場形成手段，係於前述真空室內形成高頻電場；以及磁場形成手段，係於前述真空室內形成磁中性環路。前述電漿源係藉由前述電場形成手段與前述磁場形成手段而 產生於前述架台與前述靶材之間的電漿，藉此蝕刻前述基板、或濺射前述靶材、並藉由該電漿分解其濺射物而沉積至前述基板。
在上述電漿處理裝置中，在使藉由電漿從靶材碰撞出的濺射物沉積於基板表面時，電漿會分解該濺射物，並予以再激發而生成離子或活性種。藉此，可獲得類似電漿CVD之成膜形態，而可成為覆蓋性高且面內均勻性佳之濺射成膜。
以下參照附圖說明本發明的各實施形態。
<第一實施形態>
第1圖係用以實施本發明第一實施形態的電漿處理方法之電漿處理裝置11的概略構成圖。圖示之電漿處理裝置11係具有作為NLD型電漿蝕刻裝置之功能以及作為利用NLD之濺射裝置之功能。
第1圖中，真空槽21係形成包含電漿形成空間21a之真空室。真空槽21係連接有渦輪分子泵(turbo molecular pump)等真空泵P，真空槽21的內部係經真空排氣至預定的真空度。
電漿形成空間21a的周圍係被構成真空槽21一部分之筒狀壁22所區隔。筒狀壁22係由石英等透明絕緣材料所構成。於筒狀壁22的外周側分別配置有連接至第一高頻電源RF1之電漿產生用的高頻線圈(天線)23(電場形成手段)、以及由配置在該高頻線圈23外周側的三個磁性線圈24A、24B、24C所構成的磁性線圈群24(磁場形成手段)。
於磁性線圈24A與磁性線圈24C分別供給相同方向的電流，於磁性線圈24B供給與磁性線圈24A、24C相反方向的電流。結果，在電漿形成空間21a中，屬於零磁場的磁中性環路25係連續形成環狀。接著，藉由高頻線圈23，沿著磁中性環路25形成感應電場(高頻電場)，藉此產生放電電漿。
尤其是在NLD方式的電漿處理裝置中，能根據流通於磁性線圈24A至24C的電流大小來調整磁中性環路25的形成位置與大小。亦即，當將流通於磁性線圈24A、24B、24C的電流分別設為IA 、IB 、IC 時，當IA >IC 的情形下，磁中性環路25的形成位置係朝磁性線圈24C側下降，反之，當IA <IC 時，磁中性環路25的形成位置係朝磁性線圈24A側上升。此外，當持續增加流通於中間的磁性線圈24B的電流IB 時，磁中性環路25的環徑變小，同時在零磁場位置的磁場梯度變得平緩。利用這些特性能謀求電漿密度分佈的最適化。
另一方面，於真空室內部設置有用以支持半導體晶圓(例如矽基板)或玻璃基板等被處理基板W之架台26。在本實施形態中，係使用矽基板作為被處理基板W。架台26係由導電體所構成，並經由電容器27連接至第二高頻電源RF2。此外，亦可於架台26內建用以將基板W加熱至預定溫度之加熱器等加熱源。
於電漿形成空間21a上部設置頂板28，頂板28係作為架台26的對向電極而構成，經由電容器29連接有第三 高頻電源RF3。於頂板28的電漿形成空間21a側之表面安裝有用以藉由濺射而對基板W成膜之靶材31。在本實施形態中，靶材31雖使用聚四氟乙烯(PTFE)等含氟樹脂材，但亦可使用除此之外的合成樹脂材料、或矽材、碳材、碳化矽材、氧化矽材、氮化矽材等。
於頂板28附近設置有用以導入製程氣體至真空槽21內部之氣體導入構件30。作為濺射用的製程氣體，除了氬或氮等稀有氣體或惰性氣體之外，亦可使用C4 F8 、CHF3 等含氟氣體或這些惰性氣體與含氟氣體的混合氣體。尤其是作為製程氣體之C4 F8 、CHF3 等碳氟化合物(fluoro carbon)系氣體本身具有能作為成膜氣體的功能，例如可使該氣體的分解生成物與靶材31的濺射物的反應物沉積至基板W上。作為蝕刻氣體，可使用SF6 、NF3 、SiF4 、XeF2 、COF2 之至少任一種或與惰性氣體的混合氣體。在本實施形態中，係使用SF6 與Ar的混合氣體作為蝕刻氣體。
在上述構成的本實施形態的電漿處理裝置11中，對載置於架台26上的基板W交互重複地進行蝕刻步驟與保護膜形成步驟，藉此於基板表面形成由高縱橫比的孔或深溝等所構成的介層孔。
第2圖係顯示本實施形態的電漿處理裝置11的一動作例之時序圖。在第2圖中，A為施加至架台26的第二高頻電源RF2的施加時序，B為施加至頂板28的第三高頻電源RF3的施加時序，C為真空槽21內部的壓力變化。在本例中，蝕刻步驟的處理壓力(製程氣體導入量)係設定成 比保護膜形成步驟的壓力還高。第一高頻電源RF1係在整個蝕刻步驟與保護膜形成步驟恆常地輸入至高頻線圈23。
於基板W的表面預先形成阻劑遮罩。該阻劑遮罩係使用有機阻劑或金屬遮罩等。在蝕刻步驟與保護膜形成步驟中，於電漿形成空間21a藉由磁性線圈群24形成環狀的磁中性環路25，並從第一高頻電源RF1施加電力至高頻線圈23，藉此沿著磁中性環路25形成電感藕合電漿。
在蝕刻步驟中，導入至真空槽21內部的蝕刻氣體(例如Ar與SF6 )係在電漿形成空間21a予以電漿化，藉由所生成的離子與自由基對架台26上的基板W進行蝕刻處理。此時，由於從第二高頻電源RF2施加電力，基板偏壓變成導通(ON)，使離子朝架台26側加速，將基板上的自由基生成物予以濺射去除而提高蝕刻性。亦即，氟自由基係與矽反應而形成自由基生成物，藉由電漿中的離子所產生的濺射作用去除自由基生成物，藉此進行矽基板的蝕刻處理。
另一方面，進行預定時間的蝕刻步驟後，排出殘留於真空槽21內部的蝕刻氣體。接著，成膜用的製程氣體(例如Ar)導入至真空槽21的內部，開始保護膜形成步驟。所導入的製程氣體係在電漿形成空間21a予以電漿化。此時，基板偏壓(RF2)變成OFF(切斷)，取而代之的是從第三高頻電源RF3施加電力，使頂板偏壓變成ON。結果，設置於頂板28的靶材31係藉電漿中的離子而濺射，該濺射物係附著於基板W表面以及在上述蝕刻步驟中所形成的 凹部。藉此，於蝕刻凹部的底部與側面形成具有保護膜功能的聚合物層。
在此，從靶材31碰撞出的濺射粒子係通過形成於電漿形成空間21a的NLD電漿而到達基板W。此時，濺射粒子係在磁中性環路25所形成的高密度電漿區域中被分解並再激發，藉此以類似化學性蒸鍍化(CVD法)之成膜形態等向性地射入至基板W表面。因此，藉由本實施形態所獲得的蝕刻圖案的段差被膜(保護膜)，與僅藉由未形成磁中性環路25的ICP(inductively－coupled plasma；電感藕合電漿)電漿所進行的濺射製程相比，覆蓋性高且面內均勻性佳。
進行預定時間的保護膜形成步驟後，再次進行上述的蝕刻步驟。該蝕刻步驟的初期階段係用在去除被覆蝕刻凹部底面之保護膜。之後，再次進行因去除保護膜後而露出的蝕刻凹部底面之蝕刻處理。此時，電漿中的蝕刻氣體的離子係藉由基板偏壓作用而朝垂直方向射入至基板。因此，到達被覆蝕刻凹部側面的保護膜之離子係較到達蝕刻凹部底面之離子為少。因此，在蝕刻步驟中，被覆蝕刻凹部側面的保護膜未完全去除而殘留。藉此，避免蝕刻凹部的側面與氟自由基接觸，而防止蝕刻侵蝕凹部側面。
之後，交互重複地進行上述蝕刻步驟與保護膜形成步驟，實現對於基板表面之垂直方向的非等向性蝕刻。藉此，於基板W內部製作高縱橫比的介層孔(接觸孔、溝)。
依據本實施形態，在形成作為用以覆蓋包含基板W上 的遮罩圖案的蝕刻圖案之段差被膜的保護膜時，藉著在存在有磁中性環路25的狀態下進行使用ICP電漿的濺射處理，與未形成磁中性環路而僅使用ICP電漿的濺射處理的情形相比，能獲得高覆蓋性。
第3圖係顯示利用有本發明的NLD的濺射處理中的遮罩圖案的溝寬與覆蓋率的關係之一實驗結果。作為比較例，第3圖亦顯示未形成磁中性環路而僅使用ICP電漿進行濺射處理(以下稱為「ICP濺射」)時的覆蓋特性。
如第3圖所示，覆蓋率係定義成：就被覆形成於矽基板(直徑20cm(8英吋))表面的厚度1 μm的遮罩圖案PR之段差被膜而言，遮罩側面(凹凸圖案的凹部側面)的膜厚(沉積厚度)B對遮罩上表面(凹凸圖案的凸部上表面)的膜厚(沉積(deposit)厚度)A之比(B/A)。靶材係為PTFE。NLD與ICP的濺射條件分別如下。
(NLD濺射條件)
●製程氣體：Ar 30[sccm]●高頻電力RF1：3000[W]13.56[MHz]高頻電力RF2：0[W]高頻電力RF3：500[W]12.50[MHz]●處理時間：4[sec]●處理壓力：2.6[Pa]●磁性線圈電流 磁性線圈24A：30.6[A]磁性線圈電流 磁性線圈24B：49.3[A]磁性線圈電流 磁性線圈24C：30.6[A] 環狀磁中性環路半徑：146[mm]
(ICP濺射條件)
●製程氣體：Ar 30[sccm]●高頻電力RF1：3000[W]13.56[MHz]高頻電力RF2：0[W]高頻電力RF3：500[W]12.50[MHz]●處理時間：4[sec]●處理壓力：2.6[Pa]
從第3圖的結果可知，當遮罩圖案的凹部寬度(溝寬)為100 μm以下時，在ICP濺射的情形中，覆蓋率係低於0.8(80%)，相對於此，在NLD濺射的情形中，能獲得超過0.8的覆蓋率。此係由於NLD濺射與ICP濺射相比，電漿所造成的濺射粒子的再激發效率高，因此，電中性自由基的產生量，係NLD濺射的情形比較多，等向性射入至基板上的遮罩圖案之濺射物增加之故。
電漿所導致的濺射粒子的再激發效率的不同係顯現在形成於基板上的濺射膜的材料組成的不同。第4圖至第6圖係分別顯示測量靶材、ICP濺射膜以及NLD濺射膜的C1s波形分離頻譜。比較ICP所導致的濺射膜的波形分離結果(第5圖)與NLD所導致的濺射膜的波形分離結果(第6圖)，「CF2」、「CF」及「C－C」的峰值大小的關連性不同，顯現出兩個濺射膜的組成不同。
此外，如第3圖所示可知，在NLD濺射的情形中，當圖案凹部的溝寬為5 μm以下時，係大幅提升覆蓋率。而 且，當溝寬為2 μm時能獲得0.97這種非常高的覆蓋率。如此，當凹凸圖案的間距愈小時，NLD濺射所產生的效果愈顯著，對於細緻圖案可獲得良好的覆蓋特性。
接著，說明交互重複進行蝕刻步驟與濺射步驟(保護膜形成步驟)對矽基板進行深刻加工時的圖案形狀的面內均勻性的評價結果。
於矽基板(直徑20cm(8英吋))的表面形成阻劑圖案，將該阻劑圖案作為遮罩，交互重複地進行蝕刻步驟與保護膜形成步驟(濺射步驟)，以進行矽基板的深刻加工。製程係以未形成磁中性環路的ICP蝕刻(以下簡稱為「ICP蝕刻」)與ICP濺射的組合、以及NLD蝕刻與NLD濺射的組合來進行。
ICP蝕刻條件與ICP濺射條件分別如下。
(ICP蝕刻條件)
●製程氣體：Ar 30[sccm]SF6 300[sccm]●高頻電力RF1：1500[W]13.56[MHz]高頻電力RF2：60[W]12.50[MHz]高頻電力RF3：0[W]●處理時間：7[sec]●處理壓力：10[Pa]
(ICP濺射條件)
●製程氣體：Ar 30[sccm]●高頻電力RF1：3000[W]13.56[MHz] 高頻電力RF2：0[W]高頻電力RF3：500[W]12.50[MHz]●處理時間：4[sec]●處理壓力：2.6[Pa]NLD蝕刻條件與NLD濺射條件分別如下。
(NLD蝕刻條件)
●製程氣體：Ar 30[sccm]SF6 300[sccm]●高頻電力RF1：1500[W]13.56[MHz]高頻電力RF2：60[W]12.50[MHz]高頻電力RF3：0[W]●處理時間：7[sec]●處理壓力：10[Pa]●磁性線圈電流 磁性線圈24A：30.6[A]磁性線圈電流 磁性線圈24B：54.0[A]磁性線圈電流 磁性線圈24C：30.6[A]
(NLD濺射條件)
●製程氣體：Ar 30[sccm]●高頻電力RF1：3000[W]13.56[MHz]高頻電力RF2：0[W]高頻電力RF3：500[W]12.50[MHz]●處理時間：4[sec]●處理壓力：2.6[Pa]●磁性線圈電流 磁性線圈24A：30.6[A] 磁性線圈電流 磁性線圈24B：49.3[A]磁性線圈電流 磁性線圈24C：30.6[A]環狀磁中性環路半徑：146[mm]
第7圖係顯示分別測量ICP濺射與NLD濺射的濺射率之面內分佈。第8圖係顯示分別測量ICP蝕刻與NLD蝕刻的蝕刻率之面內分佈。於第7圖及第8圖中，X軸與Y軸係表示於基板面內正交的二軸方向。第9圖係顯示ICP與NLD各者的矽基板加工部(從晶圓中心位置與徑方向的兩個邊緣部算起10mm內方側的位置)的剖面SEM(掃描式電子顯微鏡)照片。
如第9圖所示，在ICP蝕刻的情形中，確認到在阻劑遮罩的正下方產生矽基板的側蝕刻。相對於此，在NLD蝕刻的情形中，幾乎未確認到矽基板的側蝕刻，且確認到以垂直於基板表面的相同溝寬形成圖案。此係由於與ICP濺射相比，NLD濺射時保護膜的覆蓋特性較高，結果能有效地防止圖案的側壁產生側蝕刻之故。
此外，如第7圖與第8圖所示，關於ICP濺射所產生的濺射率的面內分佈，晶圓中心部會高於邊緣部，關於ICP蝕刻所產生的蝕刻率的面內分佈，晶圓中心部會低於邊緣部。結果，如第9圖所示，與晶圓中心部相比，邊緣部的圖案側蝕刻的程度較大，尤其在阻劑遮罩的正下方圖案會變細。此外，與NLD蝕刻的情形相比，在ICP蝕刻的情形中，蝕刻深度的面內參差較大。
由以上的結果可知，與ICP相比，NLD的情形可獲得 濺射率與蝕刻率佳的面內均勻性，能於整個基板表面對蝕刻圖案的側壁形成均勻的保護膜、以及實現垂直於基板表面的蝕刻加工。此外，依據本實施形態，在矽基板的深刻加工技術中，能謀求提升加工精確度及改善生產性。
<第二實施形態>
第10圖係作為本發明第二實施形態的電漿處理裝置之濺射裝置12的概略構成圖。在第10圖中，與上述第一實施形態對應的部分係附註相同的符號，並省略其詳細說明。
本實施形態的濺射裝置12係未於真空槽21與頂板28之間設置筒狀壁22(第1圖)，而是具有直接於真空槽21上部設置頂板28之構成。架台26與頂板28之間係作為電漿形成空間21a。架台26與頂板28之間的間隙(gap)D係設定成10mm以上40mm以下。
產生電漿所需的高頻電場係藉由架台26以及為架台26的對向電極之頂板28所形成。亦即，藉由架台26與頂板28之間的電容耦合而於電漿形成空間21a形成高頻電場。此外，藉由配置於真空槽21上部的磁性線圈群24，於電漿形成空間21a形成環狀的磁中性環路25。將流通於磁性線圈24A的電流(IA )設成比流通於磁性線圈24C的電流(IC )還大，藉此使該環狀磁中性環路25形成於電漿形成空間21a的預定位置。
電漿形成空間21a係使導入的製程氣體產生電漿。設置於頂板28的靶材31係被電漿濺射，從靶材31碰撞出的 濺射粒子係被電漿分解而沉積至基板W上。藉此，與上述第一實施形態相同，於基板W表面形成均勻性佳的濺射膜。
<第三實施形態>
第11圖係作為本發明第三實施形態的電漿處理裝置之濺射裝置13的概略構成圖。在第11圖中，與第一實施形態對應的部分係附註相同的符號，並省略其詳細說明。
在本實施形態的濺射裝置13中，頂板28係呈於中央部具有開口之環狀，與此形狀對應，靶材31亦形成環狀。於頂板28的開口隔介絕緣構件34安裝有電極構件33，該電極構件33係經由電容器32連接至第四高頻電源RF4。第四高頻電源RF4係施加預定高頻電力至電極構件33，於電漿形成空間21a形成高頻電場，並與磁性線圈群24所形成的磁中性環路共同作用，於電漿形成空間21a產生高密度電漿。
在本實施形態中，能獲得與上述第二實施形態相同的作用效果。尤其在本實施形態中，分別獨自構成電漿形成用的第四高頻電源RF4與對於頂板28施加偏壓用的第三高頻電源RF3。藉此，一邊維持電漿一邊周期性地切換對於頂板28之電力供給的ON/OFF，且在停止對於頂板28的電力供給時導入蝕刻氣體(例如SF6 與Ar的混合氣體)作為製程氣體，藉此可構成用以交互地對基板W進行成膜製程與蝕刻製程之電漿處理裝置。在此情形中，成膜步驟係對因蝕刻而在基板上形成凹處的側壁實施形成保護膜的步 驟。藉由上述構成，與第一實施形態相同，由於能實現加工精確度與生產性佳的矽基板的深刻加工，因此可於基板表面形成高縱橫比的孔或溝。
<第四實施形態>
第12圖係作為本發明第四實施形態的電漿處理裝置之濺射裝置14的概略構成圖。在第12圖中，與上述第一實施形態對應的部分係附註相同的符號，並省略其詳細說明。
在本實施形態的濺射裝置14中，頂板28係呈於中央部具有開口之環狀，與此形狀對應，靶材31亦形成環狀。於頂板28的開口安裝有由石英等透明絕緣材料所構成的窗構件35，於該窗構件35安裝有與第四高頻電源RF4連接的天線線圈36。第四高頻電源RF4係施加預定的高頻電力至天線線圈36，於電漿形成空間21a形成感應電場，並與磁性線圈群24所形成的磁中性環路共同作用，於電漿形成空間21a產生高密度電漿。
在本實施形態中，亦能獲得與上述第二實施形態相同的作用效果。由於分別獨自構成電漿形成用的第四高頻電源RF4以及對於頂板28施加偏壓用的第三高頻電源RF3，因此與上述第三實施形態相同，能構成可交互地實施蝕刻步驟與成膜步驟之電漿處理裝置。
此外，於透明的窗構件35的上方設置用以檢測基板W的被處理面之感測器(未圖示)，藉此可檢測基板W的濺射膜厚或蝕刻深度。藉此，與從橫方向檢測基板的情形不同， 可即時檢測基板的表面變化。
以上雖說明本發明的各實施形態，但本發明當然並未限定於上述實施形態，可根據本發明的技術性思想進行各種變形。
例如在上述第一實施形態中，雖說明分別獨自構成電漿產生用的第一高頻電源RF1以及靶材偏壓用的第三高頻電源RF3之例子，但並未限定於此，如第13圖所示，亦可構成為將單一個高頻電源RF作為該等兩個高頻電源。此外，符號37係設置於高頻電源RF與頂板28之間的可變電容器。
在以上的實施形態中，係說明使用Ar氣體單體作為保護膜形成用的製程氣體之例，但並未限定於此。例如亦可於保護膜形成步驟的製程中使用Ar與反應性氣體(C4 F8 、CHF3 等)的混合氣體。在此情形中，製程氣體中的反應性氣體係於電漿形成空間21a予以電漿化，其自由基生成物係沉積至基板表面，藉此形成具有保護膜功能的聚合物層。由於使用上述混合氣體作為製程氣體，因此與僅使用Ar氣體作為製程氣體的情形相比，可謀求提升濺射率。
在以上的實施形態中，雖使用磁性線圈群24來形成磁中性環路25，但亦可構成為使用配置在真空室外部的複數個永久磁鐵來形成磁中性環路。
在以上的實施形態中，雖說明將本發明的濺射裝置應用於對矽基板深刻加工用的電漿處理裝置之例，但並未限 定於此，亦可應用於未使用蝕刻處理之通常成膜用途的濺射裝置。
11至14‧‧‧濺射裝置(電漿處理裝置)
21‧‧‧真空槽
21a‧‧‧電漿形成空間(真空室)
22‧‧‧筒狀壁
23‧‧‧高頻線圈(電場形成手段)
24‧‧‧磁性線圈(磁場形成手段)
24A、24B、24C‧‧‧磁性線圈
25‧‧‧磁中性環路
26‧‧‧架台
27、29、32‧‧‧電容器
28‧‧‧頂板(對向電極)
30‧‧‧氣體導入部
31‧‧‧靶材
33‧‧‧電極構件(電場形成手段)
35‧‧‧窗構件
36‧‧‧天線線圈(電場形成手段)
P‧‧‧真空泵
PR‧‧‧遮罩圖案
RF1‧‧‧第一高頻電源
RF2‧‧‧第二高頻電源
RF3‧‧‧第三高頻電源
RF4‧‧‧第四高頻電源
W‧‧‧基板
第1圖係本發明第一實施形態的電漿處理裝置的概略構成圖。
第2圖係顯示第1圖的電漿處理裝置的一動作例之時序圖。
第3圖係顯示NLD濺射與ICP濺射所產生的圖案溝寬與覆蓋率的關係圖。
第4圖係顯示濺射用靶材(PTFE)的C1s波形分離頻譜圖。
第5圖係顯示ICP濺射膜的C1s波形分離頻譜圖。
第6圖係顯示NLD濺射膜的C1s波形分離頻譜圖。
第7圖係顯示ICP濺射與NLD濺射的濺射率的面內分佈圖。
第8圖係顯示ICP蝕刻與NLD蝕刻的蝕刻率的面內分佈圖。
第9圖係顯示使用ICP與NLD之矽基板進行深刻加工時面內的圖案形狀圖。
第10圖係本發明第二實施形態的濺射裝置的概略構成圖。
第11圖係本發明第三實施形態的濺射裝置的概略構成圖。
第12圖係本發明第四實施形態的濺射裝置的概略構 成圖。
第13圖係顯示第1圖所示的電漿處理裝置的構成變形例圖。
11‧‧‧濺射裝置(電漿處理裝置)
21‧‧‧真空槽
21a‧‧‧電漿形成空間(真空室)
22‧‧‧筒狀壁
23‧‧‧高頻線圈(電場形成手段)
24‧‧‧磁性線圈(磁場形成手段)
24A、24B、24C‧‧‧磁性線圈
25‧‧‧磁中性環路
26‧‧‧架台
27、29‧‧‧電容器
28‧‧‧頂板(對向電極)
30‧‧‧氣體導入部
31‧‧‧靶材
P‧‧‧真空泵
RF2‧‧‧第二高頻電源
W‧‧‧基板

Claims (12)

  1. 一種電漿處理方法，係交互地重複進行：在真空室的內部產生電漿而蝕刻表面已形成具有凹部圖案之阻劑遮罩的基板之步驟、以及於蝕刻圖案的側壁部形成保護膜之步驟；前述保護膜的形成步驟係：將成膜用的製程氣體導入前述真空室的內部，形成高頻電場與磁中性環路並產生前述製程氣體的電漿；以令形成在前述凹部側面的被膜厚度相對於形成在前述凹凸圖案的凸部上面的被膜厚度之比成為0.8以上之方式，控制前述磁中性環路的形成；藉由將高頻電力施加於與前述基板相對向配置的靶材而濺射前述靶材，使其濺射物被前述電漿分解而使前述濺射物沉積至形成在前述基板之蝕刻凹部的側面及底面。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，前述凹凸圖案之前述凹部寬度為100μm以下。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理方法，其中，前述凹部寬度為10μm以下。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，前述磁中性環路係藉由配置在前述真空室外部的複數個磁性線圈或永久磁鐵所形成。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，前述高頻電場係藉由施加高頻電力至配置於前述真空室的周圍或上部的高頻線圈而形成。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，前述高頻電場係藉由施加高頻電力至設置於前述真空室上部而用以支持前述靶材的對向電極而形成。
  7. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，前述靶材係由合成樹脂、矽、碳、碳化矽、氧化矽、或氮化矽所構成。
  8. 如申請專利範圍第1項之電漿處理方法，其中，用以產生前述電漿之製程氣體係為惰性氣體、含氟氣體、或這些氣體的混合氣體。
  9. 一種電漿處理裝置，係具備有：真空室；架台，係設置於前述真空室內部，用以支持表面已形成具有凹部圖案之阻劑遮罩的基板；靶材，係與前述架台相對向設置；以及電漿源，係包含：電場形成手段，係於前述真空室內形成高頻電場；以及磁場形成手段，係於前述真空室內形成磁中性環路；藉由前述電場形成手段與前述磁場形成手段於前述架台與前述靶材之間產生電漿，藉此蝕刻前述基板、或濺射前述靶材，並藉由該電漿分解其濺射物而沉積至前述基板，將成膜用的製程氣體導入前述真空室的內部，形成高頻電場與磁中性環路並產生前述製程氣體的電漿， 以令形成在前述凹部側面的被膜厚度相對於形成在前述凹凸圖案的凸部上面的被膜厚度之比成為0.8以上之方式，控制前述磁中性環路的形成，藉由將高頻電力施加於與前述基板相對向配置的靶材而濺射前述靶材，使其濺射物被前述電漿分解而使前述濺射物沉積至形成在前述基板之蝕刻凹部的側面及底面。
  10. 如申請專利範圍第9項之電漿處理裝置，其中，前述磁場形成手段係包含配置在前述真空室外部的複數個磁性線圈。
  11. 如申請專利範圍第9項之電漿處理裝置，其中，前述電場形成手段係包含配置在前述真空室的周圍或上部的高頻線圈。
  12. 如申請專利範圍第9項之電漿處理裝置，其中，前述電場形成手段係包含：對向電極，係配置於前述真空室的上部，用以支持前述靶材；以及高頻電源，係連接至前述對向電極。
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