專利名稱：等離子體處理裝置和等離子體處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)被處理基板實(shí)施等離子體處理的技術(shù)，尤其涉及雙 頻重疊施加方式的電容結(jié)合型的等離子體處理裝置和等離子體處理方 法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置和FPD (Flat Panel Display:平板顯示器)的制造工 藝中的蝕刻、沉積、氧化和濺射等的處理中，為了對(duì)處理氣體進(jìn)行比 較低的溫度的反應(yīng)而經(jīng)常利用等離子體。在現(xiàn)有技術(shù)中，在單片式的 等離子體處理裝置、尤其是等離子體蝕刻裝置中，電容結(jié)合型的等離 子體處理裝置已成為主流。
一般來說，電容結(jié)合型的等離子體處理裝置在作為真空腔室而構(gòu) 成的處理容器內(nèi)平行地配置有上部電極和下部電極，在下部電極之上 載置被處理基板(半導(dǎo)體晶片、玻璃基板等)，對(duì)兩電極的任一方施加 高頻電壓。利用由該高頻電壓在兩電極之間形成的電場(chǎng)使電子加速， 由電子與處理氣體的沖突電離產(chǎn)生等離子體，由等離子體中的自由基 和離子在基板表面上實(shí)施期望的微細(xì)加工(例如蝕刻加工)。這里，由 于施加了高頻的一側(cè)的電極通過匹配器內(nèi)的阻隔電容器連接到高頻電 源上，作為陰極(cathode)工作。在支承基板的下部電極上施加高頻 而將其作為陰極的陰極耦合方式，通過利用在下部電極上產(chǎn)生的自身 偏置電壓而將等離子體中的離子大致垂直地引入到基板上，可進(jìn)行各 向異性蝕刻。
下部雙頻重疊施加方式是在上述那樣的電容結(jié)合型等離子體處理 裝置中，重疊并施加在支承基板的下部電極上適合于等離子體生成的 比較高頻(一般是27MHz以上)的第一高頻和適合于離子引入的比較 低的頻率(一般是13.56MHz以下)的第二高頻(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
下部雙頻重疊施加方式除了具有能夠利用第一高頻和第二高頻分 別個(gè)別地使等離子體的密度及各向異性蝕刻的選擇性最佳化的優(yōu)點(diǎn)以外，還具有在上部電極上容易附著沉積物(deposition,以下簡(jiǎn)稱"沉 積")的工藝加工中，第二高頻對(duì)沉積附著的防止和抑制具有有效的作 用這樣的優(yōu)點(diǎn)。即，如果在陽(yáng)極的上部電極上入射離子，則在電極上 附著的沉積膜(附著氧化膜也是這樣)被離子沖擊而濺射。與該濺射 相關(guān)的離子的數(shù)量由第一高頻控制，由第二高頻的比較低的頻率生成 對(duì)該離子進(jìn)行加速的電場(chǎng)日本專利特開2000-156370

發(fā)明內(nèi)容
使用上述那樣的下部雙頻重疊施加方式的現(xiàn)有技術(shù)的電容結(jié)合型 等離子體處理裝置總的來說，將不施加高頻的陽(yáng)極一側(cè)的上部電極直 流地接地。通常，由于處理容器由鋁或不銹鋼等金屬構(gòu)成，安全地接 地，所以可以通過處理容器使上部電極成為接地電位，由此采用了直 接在處理容器的頂部一體化地組裝上部電極的結(jié)構(gòu)或?qū)⑻幚砣萜鞯捻?部原封不動(dòng)地作為上部電極而利用的結(jié)構(gòu)。
然而，隨著近年來的半導(dǎo)體制造工藝中的設(shè)計(jì)規(guī)則的微細(xì)化，要 求低壓下高密度的等離子體。在下部雙頻重疊施加方式的電容結(jié)合型 等離子體處理裝置中，對(duì)等離子體生成有主要貢獻(xiàn)的高頻即第一高頻 的頻率逐漸變高，最近，使用了標(biāo)準(zhǔn)的40MHz以上的頻率。然而，若 第一高頻的頻率變高，則由于其高頻電流在電極的中心部聚集，在兩 電極之間的處理空間中生成的等離子體的密度在電極中心部一側(cè)也比 在電極邊緣部一側(cè)高，工藝的面內(nèi)均勻性低下的問題變得顯著。另一 方面，由于對(duì)離子引入有主要貢獻(xiàn)的高頻即第二高頻的頻率比較低， 不在電極中心部集中。目卩，在將上部電極直接附加在處理容器中或一 體化形成，從而直流地接地的現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，對(duì)第二高頻的作用， 即涉及向基板的離子引入或上部電極的沉積附著的抑制的作用的沒有 發(fā)現(xiàn)問題點(diǎn)。
本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有問題而開發(fā)，其目的是提供等離子體處理裝 置和等離子體處理方法，在向支承被處理基板的電極重疊并施加兩種 高頻的雙頻重疊施加方式的電容結(jié)合型中，在另外一方的相對(duì)電極上 充分地防止或抑制不期望的膜的形成，并任意地控制等離子體密度的空間分布特性，從而提高工藝加工的面內(nèi)均勻性。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一等離子體處理裝置，具有可 真空排氣的接地的處理容器；第一電極，通過絕緣物或空間安裝在上 述處理容器內(nèi)；第二電極，其在上述處理容器內(nèi)空出規(guī)定的間隔而與 上述第一電極平行地配置，與上述第一電極相對(duì)并支承被處理基板； 第一高頻供電部，向上述第二電極施加具有第一頻率的第一高頻；第 二高頻供電部，向上述第二電極施加具有比上述第一頻率低的第二頻 率的第二高頻；處理氣體供給部，向上述第一電極、上述第二電極和 上述處理容器的側(cè)壁之間的處理空間提供期望的處理氣體；電感器， 電連接上述第一 電極與接地電位之間。
另外，本發(fā)明的第一等離子體處理方法，其在可真空接地的處理 容器內(nèi)空出規(guī)定的間隔而平行配置第一電極和第二電極，上述第一電 極通過電并聯(lián)的電容性部件和電感性部件連接接地電位，第二電極與 上述第一電極相對(duì)并支承被處理基板，對(duì)上述處理容器內(nèi)進(jìn)行真空排 氣，以達(dá)到規(guī)定的壓力，向上述第二電極施加具有第一頻率的第一高 頻和具有比上述第一頻率低的第二頻率的第二高頻，同時(shí)向上述第一 電極、上述第二電極和上述處理容器的側(cè)壁之間的處理空間供給期望 的處理氣體，在上述處理空間內(nèi)生成上述處理氣體的等離子體，在上 述等離子體之下對(duì)上述基板實(shí)施期望的處理，該等離子體處理方法的 特征在于對(duì)通過上述第一電極而從上述處理空間與上述第一電極的 邊界面到接地電位為止的高頻傳送通路進(jìn)行推算的頻率-電阻特性中， 設(shè)定上述頻率-電阻特性，使得相對(duì)于與上述第一頻率對(duì)應(yīng)的電阻，與 上述第二頻率對(duì)應(yīng)的電阻低。
在本發(fā)明所采用的電容結(jié)合型結(jié)構(gòu)中，若來自第一高頻電源的第 一高頻施加在第二電極上，則由第二電極與第一電極之間的高頻放電 以及第二電極與處理容器的側(cè)壁(內(nèi)壁)之間的高頻放電而在處理空 間內(nèi)生成處理氣體的等離子體，生成的等離子體向四方尤其是上方和 半徑方向外側(cè)擴(kuò)散，等離子體中的電子電流通過第一電極和處理容器 側(cè)壁等流向地。另外，若在第二電極上施加來自第二高頻電源的第二 高頻，則跟著第二高頻而振動(dòng)的等離子體中的離子不僅由第二電極上 產(chǎn)生的自身偏壓引入到基板上，還入射到第一電極上從而在電極表面上濺射，如果附著有沉積膜則將其除去。
根據(jù)本發(fā)明，第一電極通過絕緣物或空間安裝在接地電位的處理 容器內(nèi)，并通過電感性部件或電感器連接到接地電位。由此，對(duì)通過 第一電極而從處理空間與第一電極的邊界面直到接地電位的高頻傳送 線路進(jìn)行推算時(shí)的等效電路，成為電感器的線圈部分與絕緣物等的電
容量并聯(lián)連接的并聯(lián)LC電路。
一般來說，在并聯(lián)LC電路中，由某個(gè)特定的頻率(反共振頻率) 使電阻突出從而變高，相反，與反共振頻率分開的頻率的電阻變得相 當(dāng)?shù)?。利用這個(gè)特性，在本發(fā)明的等離子體處理裝置中，能夠?qū)τ诘?一高頻提供高電阻，對(duì)于第二高頻提供低電阻。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)適 當(dāng)?shù)膶?shí)施方式，可在上述等效電路或并聯(lián)LC電路的頻率-電阻特性中 5 200MHz的頻帶內(nèi)得到反共振頻率。
通過對(duì)于第一高頻提供高電阻，第一高頻的電流難以從第二電極 流到第一電極。因此，等離子體的電子電流中流到處理容器的側(cè)壁的 比例相對(duì)地增大，等離子體的密度向半徑外側(cè)擴(kuò)展。這樣，通過使對(duì) 于上述并聯(lián)LC電路的第一高頻的電阻最適化成高的值，可以任意地控 制來使等離子體的密度的空間分布特性在徑向均勻化。另一方面，通 過使針對(duì)上述并聯(lián)LC電路的第二高頻的電阻變低，使跟著第二高頻而 振動(dòng)的等離子體中的離子以強(qiáng)的沖擊入射到第一電極上，能夠?qū)⒃撾?極表面上附著的不期望的膜良好地濺射掉(除去)。
本發(fā)明的第二等離子體處理裝置，具有可真空排氣的接地的處 理容器；第一電極，通過絕緣物或空間安裝在上述處理容器內(nèi)；第二 電極，其在上述處理容器內(nèi)空出規(guī)定的間隔而與上述第一電極平行地 配置，與上述第一電極相對(duì)并支承被處理基板，第一高頻供電部，向 上述第二電極施加具有第一頻率的第一高頻；第二高頻供電部，向上 述第二電極施加具有比上述第一頻率低的第二頻率的第二高頻；處理 氣體供給部，向上述第一電極、上述第二電極和上述處理容器的側(cè)壁 之間的處理空間提供期望的處理氣體；電感器和電容器，串聯(lián)電連接 上述第一 電極與接地電位之間。
本發(fā)明的第二等離子體處理方法，其在可真空接地的處理容器內(nèi) 空出規(guī)定的間隔而平行配置第一電極和第二電極，上述第一電極通過電串聯(lián)、并聯(lián)的電感性部件和電容性部件連接接地電位，第二電極與 上述第一電極相對(duì)并支承被處理基板，對(duì)上述處理容器內(nèi)進(jìn)行真空排 氣，以達(dá)到規(guī)定的壓力，向上述第二電極施加具有第一頻率的第一高 頻和具有比上述第一頻率低的第二頻率的第二高頻，同時(shí)向上述第一 電極、上述第二電極和上述處理容器的側(cè)壁之間的處理空間供給期望 的處理氣體，在上述處理空間內(nèi)生成上述處理氣體的等離子體，在上 述等離子體之下對(duì)上述基板實(shí)施期望的處理，該等離子體處理方法的 特征在于對(duì)通過上述第一電極而從上述處理空間與上述第一電極的 邊界面到接地電位為止的高頻傳送通路進(jìn)行推算的頻率-電阻特性中， 設(shè)定上述頻率-電阻特性，使得相對(duì)于與上述第一頻率對(duì)應(yīng)的電阻，與 上述第二頻率對(duì)應(yīng)的電阻低。
在上述第二等離子體處理裝置和方法中，對(duì)通過第一電極而從處 理空間與第一電極的邊界面直到接地電位的高頻傳送通路進(jìn)行推算時(shí) 的等效電路作為串并聯(lián)LC電路來構(gòu)成。在這樣的串并聯(lián)LC電路中，
由某個(gè)特定的頻率(共振頻率)使電阻極其低，其它特定的頻率(反 共振頻率)下的電阻變得極其高。利用這個(gè)特性，當(dāng)然能夠?qū)Φ谝桓?頻提供適當(dāng)高的電阻，還能對(duì)第二高頻提供顯著低的電阻。根據(jù)本發(fā)
明的一個(gè)適宜實(shí)施方式，在上述等效電路或串并聯(lián)LC電路的頻率-電 阻特性中，可得到0.1K 15MHz的頻帶內(nèi)的共振頻率，可得到5 200MHz的頻帶內(nèi)的反共振頻率。這樣，通過使對(duì)于上述串并聯(lián)LC電 路的第一高頻的電阻最適化成高的值，可以任意地控制來使等離子體 的密度的空間分布特性在徑向均勻化，通過使對(duì)于上述并聯(lián)LC電路的 第二高頻的電阻低到實(shí)質(zhì)性地短路狀態(tài)，能夠使將第一電極的表面上 附著的不期望的膜除去的濺射效果更好。
本發(fā)明的第三等離子體處理裝置，具有可真空排氣的接地的處 理容器；第一電極，通過絕緣物或空間安裝在上述處理容器內(nèi)；第二 電極，其在上述處理容器內(nèi)空出規(guī)定的間隔而與上述第一 電極平行地 配置，與上述第一電極相對(duì)并支承被處理基板，第一高頻供電部，向 上述第二電極施加具有第一頻率的第一高頻；第二高頻供電部，向上 述第二電極施加具有比上述第一頻率低的第二高頻；處理氣體供給部， 向上述第一電極、上述第二電極和上述處理容器的側(cè)壁之間的處理空間提供期望的處理氣體；直流電源，對(duì)上述第一電極施加期望的直流 電壓；濾波器，其電連接在上述第一電極與上述直流電源之間，且實(shí) 質(zhì)上貫穿通過直流，而對(duì)高頻具有期望的頻率-電阻特性。
上述第三等離子體處理裝置在通過濾波器從直流電源向第一 電極 施加所期望的直流電壓而起到它的量的作用的同時(shí)，能夠利用濾波器 自身的頻率-電阻特性對(duì)第一和第二高頻的各作用施加所期望的修正或 控制或輔助作用。例如，通過由并聯(lián)LC電路構(gòu)成該濾波器，與上述第 二等離子體處理裝置同樣，能夠提高等離子體密度的空間分布特性和 對(duì)于第一電極的濺射(不期望的膜的除去)效果。
根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理裝置和等離子體處理方法，根據(jù)上述 結(jié)構(gòu)和作用，能夠解決在雙頻重疊施加方式的電容結(jié)合型中的第一和 第二高頻的各作用的協(xié)調(diào)。尤其是，能夠充分地防止或抑制另外一方 的相對(duì)電極上形成不期望的膜，并且任意地控制等離子體密度的空間 的分布特性，能夠提高工藝處理的面內(nèi)均勻性。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)的 縱截面圖。
圖2是表示比較例的等離子體蝕刻裝置的電容結(jié)合型高頻放電的 樣態(tài)的示意圖。
圖3是表示圖1的等離子體蝕刻裝置的電容結(jié)合型高頻放電的樣 態(tài)的示意圖。
圖4是表示在圖1的等離子體蝕刻裝置中對(duì)通過上部電極而直到 接地電位的高頻傳送通路進(jìn)行推算時(shí)的頻率-電阻特性的一個(gè)例子的示 意圖。
圖5A是表示實(shí)施例的氧化膜蝕刻速率的面內(nèi)分布特性的示意圖。 圖5B是表示實(shí)施例的光致抗蝕劑的蝕刻速率的面內(nèi)分布特性的 示意圖。
圖6A是表示第一比較例的氧化膜蝕刻速率的面內(nèi)分布特性的示 意圖。
圖6B是表示第一比較例的光致抗蝕劑的蝕刻速率的面內(nèi)分布特性的示意圖。
圖7A是表示第二比較例的氧化膜蝕刻速率的面內(nèi)分布特性的示意圖。
圖7B是表示第二比較例的光致抗蝕劑的蝕刻速率的面內(nèi)分布特性的示意圖。
圖8是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖9是表示等離子體蝕刻裝置的DC濾波單元內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖10是表示在圖2的等離子體蝕刻裝置中對(duì)DC濾波單元內(nèi)的串并聯(lián)LC電路的頻率-電阻特性和對(duì)通過上部電極而直到接地電位的高頻傳送通路進(jìn)行推算時(shí)的頻率-電阻特性的一個(gè)例子的示意圖。
圖ll是表示DC濾波單元內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)變形例的電路圖。圖12是表示第二實(shí)施方式的串并聯(lián)LC電路的一個(gè)變形例的電路圖。
圖13是表示實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的靜電電容可變部件的一個(gè)實(shí)施例的部分截面圖。
圖14是表示實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的靜電電容可變部件的另一個(gè)實(shí)施例的部分截面圖。
圖15是表示實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的靜電電容可變部件的又一個(gè)實(shí)施例的部分截面圖。
圖16是表示實(shí)施例的一個(gè)變形例的等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
符號(hào)說明
10 腔室(處理電容)16 基座(下部電極)30 第一高頻電源
34 上部電極
35 環(huán)狀絕緣體
36 電極板36a氣體噴出孔38 電極支承體
40 氣體緩沖室
42 氣體供給管
44 處理氣體供給源
50 間隙
54 電感器
70 第二高頻電源
82DC濾波單元
84 可變直流電源
86、 88 線圈
90、 92、 98電容器
94、 100 串并聯(lián)LC電路
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)。該等離子體處理裝置作為下部雙頻重疊施加方式的電容結(jié)合型(平行平板型)等離子體蝕刻裝置構(gòu)成，例如，具有由在表面進(jìn)行了氧化鋁膜處理(陽(yáng)極氧化處理)的鋁構(gòu)成的圓筒形的真空腔室(處理容器)10。腔室10安全地接地。
在腔室10的底部，通過陶瓷等的絕緣板12配置有圓柱狀的基座支承臺(tái)14，在該基座支承臺(tái)14之上例如設(shè)置有由鋁構(gòu)成的基座16?；?6構(gòu)成下部電極，在其上例如裝載有半導(dǎo)體晶片W作為被處理基板。
在基座16的上面設(shè)置有用于通過靜電吸附力保持半導(dǎo)體晶片W的靜電吸盤18。該靜電吸盤18將由導(dǎo)電膜構(gòu)成的電極20夾入到一對(duì)絕緣層或絕緣片之間，直流電源22電連接到電極20上。利用來自直流電源22的直流電壓，能夠由庫(kù)侖力將半導(dǎo)體晶片W吸附保持在靜電吸盤18上。在靜電吸盤18周圍的基座16的上面配置有用于提高蝕刻的均勻性的例如由硅構(gòu)成的聚焦環(huán)24。在基座16和基座支承臺(tái)14的側(cè)面上粘貼有例如由石英構(gòu)成的圓筒狀的內(nèi)壁部件25。在基座支承臺(tái)14的內(nèi)部設(shè)置有例如在圓周方向上延伸的冷卻劑室26。在該冷卻劑室26中，通過外置的冷卻單元(未圖示)，經(jīng)由配管27a、 27b循環(huán)提供規(guī)定溫度的冷卻劑，例如冷卻水。利用冷卻劑的溫度能夠控制基座16上的半導(dǎo)體晶片W的處理溫度。另外，通過氣體供給線28向靜電吸盤18的上面與半導(dǎo)體晶片W的背面之間供給來自導(dǎo)熱氣供給機(jī)構(gòu)(未圖示)的導(dǎo)熱氣體，例如He氣。
在基座16上通過匹配器32、 72和供電棒33、 74電連接有第一和第二高頻電源30、 70。第一高頻電源30輸出對(duì)等離子體的生成起主要作用的規(guī)定頻率，例如40MHz的高頻。另一方面，第二高頻電源70輸出對(duì)于在基座16上的半導(dǎo)體晶片W的離子引入和后述的在上部電極34上的沉積與氧化膜等不期望的膜的附著的防止以及除去起主要作用的規(guī)定頻率，例如2MHz的高頻。
在基座16的上方，與該基座平行地相對(duì)設(shè)置有上部電極34。該上部電極34由具有多個(gè)氣體噴出孔36a的例如Si、 SiC等的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的電極板36;和可自由裝卸地支承該電極板36的導(dǎo)電材料、例如表面經(jīng)過了氧化鋁膜處理的鋁構(gòu)成的電極支承體38構(gòu)成，在腔室10內(nèi)通過環(huán)狀的絕緣體35在電懸浮的狀態(tài)下安裝。由該上部電極34、基座16和腔室10的側(cè)壁形成有等離子體生成空間和處理空間PS。環(huán)狀絕緣體35例如由氧化鋁(A1203)構(gòu)成并被安裝成氣密地堵塞上部電極34的外周面與腔室10的側(cè)面之間的間隙，在物理地支承上部電極34的同時(shí)，電構(gòu)成上部電極34與腔室10之間的電容的一部分。
電極支承體38在其內(nèi)部具有氣體緩沖室40，而且具有與在其下面從氣體緩沖室40連通電極板36的氣體噴出孔36a的多個(gè)氣體通氣孔38a。處理氣體供給源44通過氣體供給管42連接到氣體緩沖室40，氣體供給管42上設(shè)置有質(zhì)量流量控制器(MFC) 46和開閉閥門48。若通過處理氣體供給源44將規(guī)定的處理氣體導(dǎo)入到氣體緩沖室40，則通過電極板36的氣體噴出孔36a面向著基座16上的半導(dǎo)體晶片W，向處理空間PS噴淋狀地噴出處理氣體。這樣，上部電極34兼用作向處理空間PS提供處理氣體的噴淋頭。
另外，在電極支承體38的內(nèi)部也設(shè)置有流過冷卻劑、例如冷卻水的通路(未圖示)，利用外部的冷卻單元，通過冷卻劑將上 電極34的全部尤其是電極板36的溫度調(diào)到規(guī)定溫度。另外，為了使對(duì)于上部 電極34的溫度控制更加穩(wěn)定化，可以使用在電極支承體38的內(nèi)部或 上面安裝例如由電阻發(fā)熱元件構(gòu)成的加熱器(未圖示)的結(jié)構(gòu)。
在上部電極34的上面與腔室10的頂點(diǎn)之間設(shè)置有中空的空間或 間隙50,同時(shí)在腔室10的上面的中心部形成有貫通孔52，在間隙50 和貫通孔52中設(shè)置有在鉛直方向上延伸的棒狀的電感器54。該棒狀電 感器54直接連接到上部電極34的上面中心部，上端通過導(dǎo)線56連接 到接地電位(通常連接到腔室10)。作為其它實(shí)施例，也可以是棒狀電 感器54的上端直接附加在上部電極34的頂部而連接的結(jié)構(gòu)。
在基座16、基座支承臺(tái)14和腔室10的側(cè)壁之間形成的環(huán)狀的空 間成為排氣空間，在該排氣空間的底上設(shè)置有腔室10的排氣口 58。排 氣裝置62通過排氣管60連接到該排氣口 58。排氣裝置62具有渦輪分 子泵等的真空泵，能夠?qū)⑶皇?0的室內(nèi)，尤其是處理空間PS減壓到 期望的真空度。另外，在腔室10的側(cè)壁上安裝有對(duì)半導(dǎo)體晶片W的 搬入搬出口 64進(jìn)行開閉的門閥66。
在該等離子體蝕刻裝置中，為了進(jìn)行蝕刻，首先使門閥66成為開 狀態(tài)并將加工對(duì)象的半導(dǎo)體晶片W搬入到腔室10內(nèi)，裝載在靜電吸 盤18上。于是，以規(guī)定的流量和流量比將規(guī)定的處理氣體、即蝕刻氣 體(一般來說是混合氣體)從處理氣體供給源44導(dǎo)入到腔室10內(nèi)， 利用排氣裝置62的真空排氣使腔室10內(nèi)的壓力成為設(shè)定值。另外， 從第一和第二高頻電源30、 70分別以規(guī)定的功率向基座16重疊并施 加第一高頻(40MHz)和第二高頻(2MHz)。另外，從直流電源22向 靜電吸盤18的電極20施加直流電壓，將半導(dǎo)體晶片W固定在靜電吸 盤18上。從上部電極34的噴淋頭排出的蝕刻氣體在處理空間PS中被 高頻的放電等離子體化，利用由這樣的等離子體產(chǎn)生的自由基和離子 對(duì)半導(dǎo)體晶片W的主面的膜進(jìn)行蝕刻。
該電容結(jié)合型等離子體蝕刻裝置通過在基座(下部電極)16上施 加40MHz的適于等離子體生成的比較高的頻率的第一高頻，由此使等 離子體在優(yōu)選的解離狀態(tài)下高密度化，即使在更低的條件下也能形成 高密度等離子體，同時(shí)通過向基座16上施加2MHz的適于離子引入的 比較低的頻率的第二高頻，在對(duì)于靜電吸盤18上的半導(dǎo)體晶片W實(shí)施選擇性的高的各向異性的蝕刻的同時(shí)，能夠?qū)嵤?duì)于上部電極34的 離子的入射或?yàn)R射的沉積膜和氧化膜的除去(電極表面的清潔化)。
下面對(duì)于圖2 圖4，對(duì)該實(shí)施例的等離子體蝕刻裝置的本發(fā)明的 特征性的作用進(jìn)行說明。其中，圖2和圖3為了圖解的方使，省略了 與等離子體的生成或空間分布控制沒有實(shí)質(zhì)關(guān)系的第二高頻電源70。
如上所述，該等離子體蝕刻裝置在通過環(huán)狀絕緣體35將上部電極 34安裝在腔室10中的同時(shí)，在上部電極34與接地電位之間連接有棒 狀電感器54。 g卩，構(gòu)成為若將電感器54取下，則上部電極34在直流 浮接的狀態(tài)下設(shè)置在腔室10中。
首先，對(duì)將上部電容34直接安裝在例如腔室10上而直流連接接 地電位的情況下的作用進(jìn)行說明。在該情況下，如圖2所示，若將來 自高頻電源30的第一高頻施加在基座16上，則利用在基座16與上部 電極34之間的高頻放電以及在基座16與腔室10的側(cè)壁之間的高頻放 電，在處理空間PS內(nèi)生成處理氣體的等離子體，生成的等離子體向四 方，尤其是上方和半徑方向外側(cè)擴(kuò)散，等離子體中的電子電流通過上 部電極34和腔室10的側(cè)壁等向地流動(dòng)。這里，在基座16中，第一高 頻的頻率越高，越容易由趨膚效應(yīng)引起在基座中心部集中高頻電流， 然而，由于從基座16看的處于同電位(接地電位)的上部電極34與 腔室IO側(cè)壁中的前者在距離上比后者近，在電極中心部有更多的高頻 電力向處理空間PS放出。因此，等離子體的電子電流中流向腔室10 的側(cè)壁的比例相當(dāng)?shù)?，大部分流到上部電極34，并且流到其中心部。 其結(jié)果是，等離子體密度的空間分布特性在電極中心部最高，并且與 電極邊緣部之差變得顯著。
與此相對(duì)，在如該實(shí)施例那樣，在直流浮接狀態(tài)下將上部電極34 安裝在腔室10中并通過棒狀電感器54連接到接地電位的結(jié)構(gòu)中，對(duì) 通過上部電極34而從處理空間PS與上部電極34的邊界面直到接地電 位的高頻傳送線路進(jìn)行推算時(shí)的等效電路成為如圖3所示的并聯(lián)地連 接線圈Ls4、電容<:35、 C5Q。這里，線圈Ls4是棒狀電感器54的電感部 分，正確的是棒狀電感器54的電阻部分(未圖示)串聯(lián)地連接到該線 圈Ls4上。 一個(gè)電容(:35是上部電極34與腔室10的側(cè)壁之間的電容， 主要由環(huán)狀絕緣體35提供。另一個(gè)電容Qo是上部電極34與腔室10的頂部之間的電容，主要由間隙50內(nèi)的空氣提供。
即使在該情況下，若通過高頻電源30將第一高頻施加在基座16 上，則利用在基座16與上部電極34之間的高頻放電以及在基座16與 腔室10的側(cè)壁之間的高頻放電，在處理空間PS內(nèi)生成蝕刻氣體的等 離子體，生成的等離子體向上方和半徑方向外側(cè)擴(kuò)散，等離子體中的 電子電流通過上部電極34和腔室10的側(cè)壁等向地流動(dòng)。于是，在基 座16中，容易在基座中心部集中高頻電流，從基座16看，上部電極 34在比腔室10的側(cè)壁更近的位置這一點(diǎn)與圖2的情況一樣。然而，在 上部電極34與接地電位之間存在線圈Ls4和電容C35、 Cs。構(gòu)成的并聯(lián) LC電路80，對(duì)于第一高頻，該并列LC電路80提供大的電阻Z時(shí)， 即使是在基座16的中心部集中了高頻電流，從該處也難以向正上方的 上部電極34流動(dòng)。因此，在等離子體的電子電流中流向腔室10的側(cè) 壁的比例相對(duì)地增大，等離子體的密度向半徑方向外側(cè)擴(kuò)展。從理論 上說，根據(jù)并聯(lián)LC電路80的電阻Z不管對(duì)什么樣的基座16和上部 電極34之間以及在基座16與腔室10的側(cè)壁之間流過的電子電流之比 都能夠進(jìn)行控制，于是能夠在徑向使等離子體密度的空間分布特性均 勻化而進(jìn)行任意的控制。
圖4表示在該等離子體蝕刻裝置中對(duì)通過上部電極34而從處理空 間PS與上部電極34的邊界面直到接地電位的高頻傳送電路進(jìn)行推算 時(shí)的頻率-電阻特性的一個(gè)例子。圖中，相對(duì)于頻率單調(diào)增加的電阻XL 是線圈L54的電感性電抗([jcoL54|)，相對(duì)于頻率單調(diào)減少的電阻Xc是 電容C35、 Cso的電容性電抗(|l/jco (C35+C5。) |)。從理論上說，并聯(lián) LC電路80在這些電感性電抗X^和電容性電抗Xc成為相同的大小(絕 對(duì)值)的頻率下引起并聯(lián)共振或反共振，如圖所示，并聯(lián)LC電路80 的電阻z在其反共振頻率fo表現(xiàn)出以角狀突出的極大值。優(yōu)選這個(gè)反 共振頻率fo在包含第一高頻的頻率的頻帶(優(yōu)選5 200MHz)內(nèi)出現(xiàn)。
于是，以在如圖所示的第一高頻的頻率(40MHz)的附近(在極 端一致)得到反共振頻率f。的方式對(duì)任意可變或可選擇的參數(shù)、即電 感器54的電感進(jìn)行選擇或設(shè)定，由此可以將對(duì)于第一高頻的并聯(lián)LC 電路80的電阻Z任意選為高的值Z4()。
更重要的是，如圖4所示，通過將反共振頻率fo設(shè)定在上述那樣的頻帶(5 200MHz)內(nèi)，能夠?qū)?duì)于第二高頻的并聯(lián)LC電路80的
電阻Z80選定為在數(shù)量級(jí)上低于對(duì)于第一高頻的值Z40的值Z2。即，對(duì)
于第二高頻，能以低的電阻將上部電極34接地。由此，使追隨第二高 頻而振動(dòng)的等離子體中的離子在強(qiáng)的沖擊下入射到上部電極34的電極 板36上，能夠確實(shí)地濺射(除去)電極板36的表面附著的沉積膜或 氧化膜。
圖5A和圖5B表示使用該實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的氧化膜 (Si02)和光致抗蝕劑(PR)的蝕刻速率的面內(nèi)分布特性的一個(gè)實(shí)施 例。在該實(shí)施例中，將電感器54的電感選為400nH，電容(:35、 (:5()的 合成電容選為250pF (低電容)。另外，圖6 圖7表示比較例。艮卩， 在圖6A和圖6B中，作為第一比較例，分別表示了在省略了電感器54 而將電容C35、 C5o的合成電容選為20000pF (高電容)的情況下的氧化 膜和光致抗蝕劑的蝕刻速率的空間分布特性。另外，在圖7A和圖7B 中，作為第二比較例，分別表示在省略了電感器54而將電容C35、 C5() 的合成電容選為250pF (低電容)的情況下的氧化膜和光致抗蝕劑的蝕 刻速率的空間分布特性。在實(shí)施例和比較例中共同的主要蝕刻條件如 下所示
晶片口徑300mm
處理氣體C4F6/C4Fs/Ar/02-流量40/20/500/60sccm
腔室內(nèi)的壓力30mTorr
高頻電力40MHz/2MHz=2500/3200W
溫度上部電極的溫度=60°。
從圖6A和圖6B可以看出，在沒有安裝電感器54而將上部電極 34的接地電容設(shè)定成高電容(20000pF)的第一比較例中，雖然氧化膜 的蝕刻速率和光致抗蝕劑的蝕刻速率的任一者在晶片中心部高并保持 比較均勻的值，但在晶片邊緣附近(從R-士120mm周圍)急劇降低， 它們的面內(nèi)均勻性不太好，分別是±4.1%， ±19.1%。
另一方面，在沒有安裝電感器54而將上部電極34的接地電容設(shè) 定成低電容(250pF)的第二比較例中，如圖6A和6B所示，工藝處 理的均勻性與第一比較例相比大幅提高。更詳細(xì)地，氧化膜的蝕刻速 率與第一比較例相比，在晶片中心部沒有大的不同，但在邊緣部上升，因此，面內(nèi)均勻性提高到±2.4%。另外，雖然光致抗蝕劑的蝕刻速率 在晶片上的各位置上增大并成為相當(dāng)平坦的分布，面內(nèi)均勻性有直到 ±4.4%的大幅改善。
與此相對(duì)，在實(shí)施例中，如圖5A和圖5B所示，工藝加工的均勻 性與第二比較例相比進(jìn)一步提高。更詳細(xì)地說，氧化膜的蝕刻速率在 晶片上的各位置處上升，尤其是在邊緣部大幅上升，面內(nèi)均勻性有直 到±1.2%的提高。另外，光致抗蝕劑的蝕刻速率也在晶片上的各位置 上大致均勻，面內(nèi)均勻性有直到±2.5%的改善。
一般地，氧化膜的蝕刻速率分布反映等離子體中的電子密度、即 等離子體密度分布，光致抗蝕劑的蝕刻速率分布由于受到等離子體引 起的母氣體的離解的影響而更強(qiáng)地依賴于等離子體密度分布。因此， 從圖5A和圖5B的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，根據(jù)實(shí)施例，抑制了將在處理 空間PS產(chǎn)生的等離子體集中到電極中心部，向半徑方向外側(cè)擴(kuò)展，大 幅提高了等離子體密度分布的均勻性。
如上所述，可知即使在第二比較例中，與第一比較例相比，能夠 在相當(dāng)程度上改善等離子體密度分布。然而，沒有電感54的第二比較 例構(gòu)成上部電極34的接地電路的低電容(250pF)的電容<:35、 Qo不 僅相對(duì)于第一高頻(40MHz)，而且相對(duì)于第二高頻(2MHz)也提供 相當(dāng)高的電阻。更正確地說，從圖4的電容性電抗Xc的頻率特性可以 理解，與相對(duì)于第一高頻(40MHz)相比，相對(duì)于第二高頻率(2MHz) 的電阻變高。這樣，相對(duì)于第二高頻，如果上部電極34的接地電路的 電阻高，則追隨第二高頻入射到上部電極34的離子的沖擊減弱，出現(xiàn) 濺射效果降低的不利現(xiàn)象。
在這一點(diǎn)上，通過安裝電感器54，在對(duì)于第一高頻(40MHz)能 夠?qū)⒉⒙?lián)LC電路80的電阻選定為任意的高的值的同時(shí)，能夠相對(duì)于 第二高頻(2MHz)選定為相當(dāng)?shù)偷闹怠Ｓ纱耍?一方面如上所述大幅地 改善等離子體密度分布的均勻性，還能夠十二分地保證在上部電極34 上入射的離子沖擊強(qiáng)度，從而保證濺射(電極表面的清潔化)的效果。
作為一個(gè)例子，使用在蝕刻氣體中聚合物的產(chǎn)生量大的C4F8，在 實(shí)施例和第二比較例中測(cè)定上部電極34的表面上附著的沉積膜的速率 (沉積速率)時(shí)，在第二比較例中得到80nm/5分，在實(shí)施例中得到-100nm/5分的測(cè)定結(jié)果。在該沉積速率定量化實(shí)驗(yàn)中主要的蝕刻條件 如下所示
處理氣體C4Fs/Af流量5/lOOOsccm
腔室內(nèi)的壓力40mTorr
高頻電力40MHz/2MHz=2000/400W
溫度上部電極/腔室側(cè)壁/下部電極=150/150/40°C
蝕刻時(shí)間5分鐘
這樣，相對(duì)于在第二比較例中上部電極34的表面上累積地附著沉 積膜，在實(shí)施例中確認(rèn)了能夠高效率地在蝕刻模式下從上部電極34的 表面除去沉積膜。
圖8表示第二實(shí)施例中等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。與第一實(shí)施方 式的電感54的上端通過導(dǎo)線56接地相對(duì)，該第二實(shí)施方式通過DC 濾波單元82將可變直流電源84電連接到電感器54的上端這一點(diǎn)不同。 其它部分的結(jié)構(gòu)和功能與第一實(shí)施方式相同。
圖9表示DC濾波單元82內(nèi)的電路構(gòu)成例。該實(shí)施例的DC濾波 單元82，兩個(gè)線圈86、 88與從可變直流電源84到上部電極34的直流 傳送線路上的電感器54串聯(lián)連接，在兩線圈86、 88之間的結(jié)點(diǎn)N,與 接地電位之間、以及在線圈88與可變直流電源84之間的結(jié)點(diǎn)N2與接 地電位之間分別連接有電容器90、 92，這些線圈86、 88和電容器90、 92構(gòu)成了串并聯(lián)LC電路94。
另外，為了將DC濾波單元82內(nèi)的各電子部件或電子元件保持在 適當(dāng)?shù)臏囟?，可在DC濾波單元82的內(nèi)部設(shè)置風(fēng)扇等冷卻(送風(fēng))機(jī) 構(gòu)。另外，雖然該DC濾波單元82只要在電感器54與可變直流電源 84之間就可以配置在任意的位置上，但優(yōu)選裝載在腔室10的頂部(上 面)之上。
從可變直流電源84輸出的直流電壓通過串并聯(lián)LC電路94的線圈 88、 86以及電感器54施加到上部電極34上。另一方面，若從高頻電 源30、 70施加到基座16上的第一、第二高頻通過處理空間PS輸入到 上部電極34，則從這里先通過電感器54以及DC濾波單元82內(nèi)的串 并聯(lián)LC電路94流到地，幾乎不流到可變直流電源84 —側(cè)。
可變直流電源84構(gòu)成為根據(jù)工藝加工的種類和條件輸出具有任意的極性和電壓電平的直流電壓。通過在上部電極34上施加適度的直流 電壓，能夠起到以下效果中的至少一種(1)使上部電極34自身的偏 置電壓的絕對(duì)值變大，從而增強(qiáng)上部電極34的濺射(除去沉積)的效 果，(2)使上部電極34的等離子體層擴(kuò)大，從而使形成的等離子體縮 小的效果，(3)使在上部電極34的附近產(chǎn)生的電子照射在被處理基板
(半導(dǎo)體晶片W)上的效果，(4)能夠控制等離子體勢(shì)的效果，(5) 使電子密度(等離子體密度)上升的效果，(6)使中心部的等離子體 密度上升的效果。另外，在不必向上部電極34施加直流電壓的情況下， 優(yōu)選在可變直流電源84與串并聯(lián)LC電路94之間設(shè)置例如由繼電器開 關(guān)構(gòu)成的開、關(guān)切換用的開關(guān)96。
在該實(shí)施方式中，構(gòu)成為在DC濾波單元82內(nèi)的串并聯(lián)LC電路 94將來自可變直流電源84的直流電壓通向上部電極34 —側(cè)的同時(shí)， 相對(duì)于來自上部電極34 —側(cè)的高頻，在低頻帶(優(yōu)選100kHz 15MHz ) 引起串聯(lián)共振并在高頻頻帶(優(yōu)選5 200MHz)引起并聯(lián)共振，禾擁 相關(guān)的串并聯(lián)LC電路94的頻率-電阻特性進(jìn)一步提高在下部雙頻重疊 施加方式中的第一和第二高頻的各自的作用。
在圖10中，在該實(shí)施方式中，表示了串并聯(lián)LC電路94單獨(dú)的頻 率-電阻特性Z94和對(duì)通過上部電極34而從處理空間PS與上部電極34 的邊界面直到接地電位的高頻傳送線路進(jìn)行推算時(shí)的頻率-電阻特性 Za的一個(gè)例子。
如圖IO所示，該實(shí)施例將串并聯(lián)LC電路94的共振頻率設(shè)定為約 2MHz，將反共振頻率設(shè)定為約45MHz。在這樣的頻率-電阻特性Z94 中，與第一高頻(40MHz)對(duì)應(yīng)的電阻是相當(dāng)高的約1000Q相對(duì)，與 第二高頻(2MHz)對(duì)應(yīng)的電阻是極低的大約1Q。在該串并聯(lián)LC電路 94上合并了電感器54和電容C35， Q。等的整個(gè)上部電極34周圍的接 地電路的頻率-電阻特性ZA，反共振頻率雖然移動(dòng)到大約10MHz的低 頻帶一側(cè)，但共振頻率依然保持在2MHz附近。于是，與第一高頻 (40MHz)對(duì)應(yīng)的電阻約大幅降低到20Q，另一方面，與第二高頻 (2MHz)對(duì)應(yīng)的電阻降低若干到0.7Q，兩個(gè)電阻之間還有約20倍以 上的差距。
在圖10中應(yīng)該尤其注意是，通過利用串并聯(lián)LC電路94的共振現(xiàn)象，即使對(duì)于整個(gè)上部電極34周圍的接地電路的頻率-電阻特性ZA， 也能使與第二高頻(2MHz)對(duì)應(yīng)的電阻降低到以下。由此，從第 二高頻(2MHz)看的上部電極34仿佛成為與接地電位短路(虛短路) 的狀態(tài)，盡可能地提高由跟隨第二高頻的振動(dòng)得到的向上部電極34入 射的離子的沖擊力以及濺射(沉積除去)效果。
另外，圖10表示頻率-電阻特性Z94、 Za的一個(gè)例子，通過改變?cè)?串并聯(lián)LC電路94中的線圈86、 88的電感及電容器90， 92的電容值， 能夠適宜地進(jìn)行變更或調(diào)整。
另外，圖9是電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，DC濾波單元82內(nèi)和其周圍 的各種變形都是可以的。例如，串并聯(lián)LC電路94可以由任意數(shù)量的 線圈和電容構(gòu)成，電路網(wǎng)絡(luò)的形式不限于圖9的"-"形，可以是T型、 兀型。另外，也可以在串并聯(lián)LC電路94與可變直流電源84之間插入 用于其它功能的電路元件，例如噪聲除去用的線圈(未圖示)。
另外，還可以在DC濾波單元82內(nèi)具備可變電阻元件。例如如圖 ll所示，可以將線圈86變成可變電抗，將電容器90變成可變電容器。
另外，作為串并聯(lián)LC電路94的替代，如圖12所示，還可以是通 過由電感器54和電容器98構(gòu)成的串聯(lián)LC電路100將上部電極34接 地的結(jié)構(gòu)。在此情況下，作為接地電極34的周圍全體的接地電路，即 作為對(duì)通過上部電極34而從處理空間PS與上部電極34的邊界面直到 接地電位的高頻傳送通路進(jìn)行推算時(shí)的等效電路，在該串聯(lián)LC電路 100上并聯(lián)連接電容C35、 C5。(圖3)從而構(gòu)成串并聯(lián)LC電路(未圖 示)。對(duì)于該串并聯(lián)LC電路的頻率-電阻特性，與圖10所示的一樣， 可以設(shè)定電感器54的電感和電容器98的電容，使得在規(guī)定的頻帶內(nèi) 得到期望的共振頻率和比它高的期望的反共振頻率，優(yōu)選在第二高頻 的頻率的極附近得到共振頻率。
另外，如圖12所示，在使用可變直流電源84的情況下，可將可 變直流電源84的輸出端電連接到電感器54與電容98之間的結(jié)點(diǎn)Na 上。但也可以省去可變直流電源84。在該情況下，可以是對(duì)于上部電 極34加入替換電感器54與電容98的結(jié)構(gòu)，即在上部電極與電感54 之間串聯(lián)連接電容器98。電感器54不限于棒狀導(dǎo)體，也可以由線圈狀 導(dǎo)體構(gòu)成，能夠使用提供電容性電阻的任意的電感性元件或部件。另外，在實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置中，可以使上部電極34周 圍的靜電電容或接地電容可變，圖13 圖15表示靜電電容可變部的結(jié) 構(gòu)例。
這里，圖13和圖14所示的靜電電容可變部102具有可在與上 部電極34的上面接觸或接近的第一位置和在上方從上部電極34分離 的第二位置之間移動(dòng)的導(dǎo)體板104;用于使該導(dǎo)體板104上下移動(dòng)或改 變位置的操作機(jī)構(gòu)106;和用于通過操作機(jī)構(gòu)106將上部電極34的接 地電容控制在期望的值的靜電電容控制部108。圖13的操作機(jī)構(gòu)106 由導(dǎo)電性的材質(zhì)或?qū)Ω哳l具有導(dǎo)電性的材質(zhì)或?qū)Ω哳l為低電阻的材質(zhì) 構(gòu)成，直接或通過腔室10接地。圖14的操作機(jī)構(gòu)106可以是絕緣性 的材料。該靜電電容可變方式能夠根據(jù)導(dǎo)體板104的高度位置使上部 電極34的接地電容可變。越使導(dǎo)體板104接近腔室10的頂部面，上 部電極34的接地電容就能越小。相反，越使導(dǎo)體板104接近上部電極 34的上面，上部電極34的接地電容就能越大。在極端情況下，使導(dǎo)體 板104與上部電極34接觸并使上部電極34接地，可使接地電容無限 大。
圖15所示的靜電電容可變部102在上部電極34與腔室10的側(cè)壁 之間設(shè)置的環(huán)狀絕緣體35中形成環(huán)狀的液體收容室110，成為能夠通 過配管112從腔室10的外面導(dǎo)出和導(dǎo)入具有適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)的液體 (例如Galden那樣的有機(jī)溶劑)Q的結(jié)構(gòu)。通過改變液體Q的種類(介 電常數(shù))或液體量，能夠使環(huán)狀絕緣體35全部的靜電電容以及上部電 極34的接地電容可變。
作為其它結(jié)構(gòu)例，還可以是在上部電極34與腔室10之間連接可 變電容(未圖示)的結(jié)構(gòu)。
于是，通過適當(dāng)?shù)貙?duì)這些可變電容和靜電可變部102、電感器54 的電感可變的可變電感元件(未圖示)、圖11所示的DC濾波單元82 內(nèi)的可變電阻元件等進(jìn)行適當(dāng)組合，能夠?qū)崿F(xiàn)任意的頻率-電阻特性。 更詳細(xì)地，可以做到利用上述可變電容器或靜電電容可變部102調(diào)整 對(duì)于產(chǎn)生等離子體生成起主要作用的第一高頻的電阻值，利用DC濾 波單元82內(nèi)的可變電阻元件調(diào)整對(duì)于離子引入起主要作用的第二高頻 的電阻值。另外，作為一個(gè)實(shí)施方式，可以采用圖16的那樣的結(jié)構(gòu)。具體地 說，在通過匹配器32和供電棒33向基座16上提供來自高頻電源30 的第一高頻的電力的同時(shí)，通過匹配器72和供電棒74提供來自高頻 電源70的第二高頻的電力(下部雙頻重疊施加方式)，并且將上部電 極分成在半徑方向上的圓盤狀的內(nèi)側(cè)上部電極34和環(huán)狀的外側(cè)上部電 極122這兩部分而構(gòu)成。在內(nèi)側(cè)上部電極34與外側(cè)上部電極122之間 插入環(huán)狀的絕緣體120，在外側(cè)上部電極122與腔室10的側(cè)壁之間插 入環(huán)狀的絕緣體124。根據(jù)相關(guān)的結(jié)構(gòu)，以高頻率的第一高頻為主容易 在通過外側(cè)上部電極122直到腔室10的側(cè)壁(地)的路徑中流動(dòng)，并 且，以低頻率的第二高頻為主容易在通過內(nèi)側(cè)上部電極34和導(dǎo)體棒52 直到地的路徑中流動(dòng)。
在上述實(shí)施方式中使用的第一和第二高頻分別是頻率的一個(gè)例 子，能夠根據(jù)工藝加工使用任意的頻率。通常，對(duì)產(chǎn)生等離子體生成 起主要作用的第一高頻的頻率選為13.5MHz以上的值，對(duì)向基板的離 子引入和向上部電極的離子引入起主要作用的第二高頻的頻率選為 13.56MHz以下即可。
不限于上述實(shí)施方式的上部電極34周圍的接地電路以外，裝置內(nèi) 的各部分的結(jié)構(gòu)或功能也可以有各種變形。雖然上述實(shí)施方式涉及等 離子體蝕刻裝置和等離子體蝕刻方法，但本發(fā)明也可以適用于等離子 體CVD、等離子體氧化、等離子體氮化、濺射等其它等離子體處理裝 置和處理方法。另外，在本發(fā)明中的被處理基板不限于半導(dǎo)體晶片， 也可以用于平板顯示器用的各種基板、光掩模、CD基板和印刷電路板 等。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，具有可真空排氣的接地的處理容器；第一電極，通過絕緣物或空間安裝在所述處理容器內(nèi)；第二電極，其在所述處理容器內(nèi)空出規(guī)定的間隔而與所述第一電極平行地配置，與所述第一電極相對(duì)并支承被處理基板，第一高頻供電部，向所述第二電極施加具有第一頻率的第一高頻；第二高頻供電部，向所述第二電極施加具有比所述第一頻率低的第二頻率的第二高頻；處理氣體供給部，向所述第一電極、所述第二電極和所述處理容器的側(cè)壁之間的處理空間提供期望的處理氣體；直流電源，對(duì)所述第一電極施加期望的直流電壓；濾波器，其電連接在所述第一電極與所述直流電源之間，且實(shí)質(zhì)上貫穿通過直流，而對(duì)高頻具有期望的頻率-電阻特性，所述第一電極是上部電極，所述第二電極是下部電極，所述濾波器具有可變阻抗元件。
2. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述濾 波器具有在所述第一電極與所述直流電源之間的直流傳送線路上串 聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)電感器；和在所述直流傳送線路上設(shè)置的一個(gè)或 多個(gè)結(jié)點(diǎn)與接地電位之間分別連接的一個(gè)或多個(gè)電容器。
3. 如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述多個(gè)電感器中，設(shè)在所述第一電極側(cè)的電感器為可變電感器，在所述多個(gè)結(jié)點(diǎn)中，位于設(shè)在所述第一電極側(cè)的結(jié)點(diǎn)與接地電位 之間的所述電容器為可變電容器。
4. 如權(quán)利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述多個(gè)電感器中，設(shè)在所述直流電源側(cè)的電感器為固定電感器，在所述多個(gè)結(jié)點(diǎn)中，位于設(shè)在所述直流電源側(cè)的結(jié)點(diǎn)與接地電位之間的所述電容器為固定電容器。
5. 如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于-對(duì)通過所述第一電極而從所述處理空間與所述第一電極的邊界面到接地電位為止的高頻傳送通路進(jìn)行推算的頻率-電阻特性中，設(shè)定所 述濾波器的頻率-電阻特性，使得相對(duì)于與所述第一頻率對(duì)應(yīng)的電阻， 與所述第二頻率對(duì)應(yīng)的電阻低。
6. 如權(quán)利要求5所述的等離子體處理裝置，其特征在于 在所述頻率-電阻特性中可得到100kHz 15MHz的頻帶內(nèi)的共振頻率，并可得到5 200MHz的頻帶內(nèi)的反共振頻率。
7. 如權(quán)利要求6所述的等離子體處理裝置，其特征在于 設(shè)定所述濾波器的頻率-電阻特性，使得所述共振頻率與所述第二頻率大致一致或近似。
8. 如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 設(shè)定所述濾波器的頻率-電阻特性，使得對(duì)于在所述處理空間中生成的等離子體得到期望的等離子體密度分布特性。
9. 如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述第一電極與所述處理容器的側(cè)壁之間氣密地設(shè)置有環(huán)狀的絕緣體。
10. —種等離子體處理方法，其在可真空接地的處理容器內(nèi)空出規(guī)定的間隔而平行配置第一電 極和第二電極，所述第一電極通過電串聯(lián)、并聯(lián)的電感性部件和電容性部件連接 接地電位，第二電極與所述第一電極相對(duì)并支承被處理基板， 對(duì)所述處理容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣，以達(dá)到規(guī)定的壓力，向所述第二電極施加具有第一頻率的第一高頻和具有比所述第一 頻率低的第二頻率的第二高頻，同時(shí)向所述第一電極、所述第二電極 和所述處理容器的側(cè)壁之間的處理空間供給期望的處理氣體，在所述 處理空間內(nèi)生成所述處理氣體的等離子體，在所述等離子體之下對(duì)所 述基板實(shí)施期望的處理，該等離子體處理方法的特征在于對(duì)通過所述第一電極而從所述 處理空間與所述第一電極的邊界面到接地電位為止的高頻傳送通路進(jìn) 行推算的頻率-電阻特性中，設(shè)定所述頻率-電阻特性，使得相對(duì)于與所 述第一頻率對(duì)應(yīng)的電阻，與所述第二頻率對(duì)應(yīng)的電阻低，所述第一電極是上部電極，所述第二電極是下部電極，通過所述電感性部件向所述第一 電極施加期望的直流電壓，所述濾波器具有可變阻抗元件。
11. 如權(quán)利要求10所述的等離子體處理方法，其特征在于在所述頻率-電阻特性中100kHz 15MHz的頻帶內(nèi)設(shè)定共振頻率， 在5 200MHz的頻帶內(nèi)設(shè)定反共振頻率。
12. 如權(quán)利要求ll所述的等離子體處理方法，其特征在于 設(shè)定所述頻率-電阻特性，使得所述共振頻率與所述第二頻率大致一致或近似。
13. 如權(quán)利要求10所述的等離子體處理方法，其特征在于所述 濾波器具有在所述第一電極與所述直流電源之間的直流傳送線路上 串聯(lián)連接的一個(gè)或多個(gè)電感器；和在所述直流傳送線路上設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)結(jié)點(diǎn)與接地電位之間分別連接的一個(gè)或多個(gè)電容器。
14. 如權(quán)利要求13所述的等離子體處理方法，其特征在于在所述多個(gè)電感器中，設(shè)在所述第一電極側(cè)的電感器為可變電感 器，在所述多個(gè)結(jié)點(diǎn)中，位于設(shè)在所述第一電極側(cè)的結(jié)點(diǎn)與接地電位 之間的所述電容器為可變電容器。
15. 如權(quán)利要求14所述的等離子體處理方法，其特征在于 在所述多個(gè)電感器中，設(shè)在所述直流電源側(cè)的電感器為固定電感器，在所述多個(gè)結(jié)點(diǎn)中，位于設(shè)在所述直流電源側(cè)的結(jié)點(diǎn)與接地電位 之間的所述電容器為固定電容器。
16. 如權(quán)利要求10 15中任一項(xiàng)所述的等離子體處理方法，其特 征在于設(shè)定所述頻率-電阻特性，使得對(duì)于在所述處理空間中生成的等離 子體得到期望的等離子體密度分布特性。
全文摘要
本發(fā)明涉及等離子體處理裝置和等離子體處理方法。根據(jù)本發(fā)明，在雙頻重疊施加方式的電容結(jié)合型中，充分地防止和控制在另外一方的相對(duì)電極上形成的不期望的膜，同時(shí)任意地控制等離子體的密度的空間的分布特性。在下部電極的基座(16)上載置被處理基板(W)，從高頻電源(30)施加等離子體生成用的第一高頻，施加來自高頻電源(70)的離子引入用的第二高頻。在基座(16)的上方與其平行地相對(duì)地配置的上部電極(34)通過環(huán)狀的絕緣體(35)安裝在腔室(10)內(nèi)。上部電極(34)通過棒狀的電感器(54)以及導(dǎo)線(56)連接到接地電位(通常是到腔室10中)。
文檔編號(hào)H01J37/32GK101661863SQ20091017508
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者巖田學(xué), 早川欣延, 松本直樹, 田中諭志, 輿水地鹽, 花岡秀敏 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社