專利名稱：等離子體蝕刻方法和等離子體蝕刻裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對半導體基板等被處理基板實施等離子體蝕刻的等離子體蝕刻方法、 等離子體蝕刻裝置和存儲介質。
背景技術：
在例如半導體器件的制造工藝中，為了在形成于作為被處理基板的半導體晶片的 規(guī)定的層形成規(guī)定的圖案，多采用將抗蝕劑作為掩膜、通過等離子體進行蝕刻的等離子體 蝕刻處理。作為用于進行這樣的等離子體蝕刻的等離子體蝕刻裝置，能夠使用各種裝置，其 中，電容耦合型平行平板等離子體蝕刻裝置是主流。電容耦合型平行平板等離子體裝置，在腔室內配置一對平行平板電極(上部和下 部電極)，將處理氣體導入腔室內，并且對電極的至少一個施加高頻電力而在電極間形成高 頻電場，通過該高頻電場生成處理氣體的等離子體，對半導體晶片的規(guī)定的層施加等離子 體蝕刻。具體而言，已知一種等離子體蝕刻裝置(例如專利文獻1)，其通過施加等離子體 形成用的相對較高頻率的高頻電力和離子引入用的相對較低頻率的高頻電力來形成適當 的等離子體狀態(tài)，由此，能夠以高選擇比實現(xiàn)再現(xiàn)性高的蝕刻處理。而且，在這種蝕刻中，使 用在等離子體中正離子占支配地位的處理氣體進行蝕刻。然而，近來，隨著半導體器件的微細化的發(fā)展，要求深寬比為20以上的HARC (High Aspect Ratio Contact)蝕刻。在這樣的HARC蝕刻中作為蝕刻掩膜的光抗蝕劑帶負電， 在蝕刻初期，電荷在蝕刻面中和，但是當隨蝕刻進行而深寬比變高時，正離子在孔的底部積 存，使得蝕刻面帶正電。因此，對蝕刻的促進起重要作用的正離子在孔內由于排斥而轉向， 導致產生蝕刻形狀的歪曲、變形。此外，正離子難以到達孔的底部，因此導致蝕刻率低下。專利文獻1 日本特開2000-173993號公報

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，目的在于提供一種等離子體蝕刻方法和等離子 體蝕刻裝置，能夠形狀特性良好且以高蝕刻率對被蝕刻膜進行蝕刻從而形成高深寬比的 孔。此外，本發(fā)明的目的在于提供一種存儲介質，存儲使這種等離子體蝕刻方法得以 實行的程序。為了解決上述問題，本發(fā)明的第一方面的等離子體蝕刻方法，其使用等離子體蝕 刻裝置在蝕刻對象膜形成孔，該等離子體蝕刻裝置包括收納被處理體且內部能夠被真空 排氣的處理容器、配置于上述處理容器內作為被處理體的載置臺發(fā)揮作用的下部電極、與 上述下部電極相對置地配置于上述處理容器內的上部電極、向上述處理容器內供給處理氣 體的處理氣體供給單元、對上述上部電極或下部電極的至少一方施加等離子體生成用的高頻電力的等離子體生成用高頻電力施加單元、和對上述上部電極施加負的直流電壓的直流 電源，上述等離子體蝕刻方法的特征在于交替反復第一條件和第二條件，其中，上述第一 條件為，接通上述等離子體生成用高頻電力施加單元，在上述處理容器內生成等離子體，并 且從上述直流電源對上述上部電極施加負的直流電壓；上述第二條件為，關斷上述等離子 體生成用高頻電力施加單元，使上述處理容器內的等離子體猝滅，并且從上述直流電源對 上述上部電極施加負的直流電壓，利用上述第一條件由等離子體中的正離子使蝕刻進行， 利用上述第二條件生成負離子，利用上述直流電壓將負離子供給到上述孔內，由此中和上 述孔內的正電荷。 在上述第一方面，上述等離子體蝕刻裝置優(yōu)選還包括對上述下部電極施加偏壓施 加用的高頻電力的偏壓施加用高頻電力供給單元，與上述等離子體生成用高頻電力施加單 元的接通、關斷同步地使上述偏壓施加用高頻電力供給單元的輸出變化，在關斷上述等離 子體生成用高頻電力施加單元使等離子體猝滅的期間中，設置使上述偏壓施加用高頻電力 供給單元關斷、或使上述偏壓施加用高頻電力供給單元的輸出為比第一輸出低的輸出即第 二輸出的期間。此外，在該情況下，優(yōu)選在接通上述等離子體生成用高頻電力施加單元而 生成等離子體的期間中，設置使上述偏壓施加用高頻電力供給單元關斷、或使上述偏壓施 加用高頻電力供給單元的輸出為比第一輸出低的輸出即第二輸出的 期間。本發(fā)明的第二方面的等離子體蝕刻方法，其使用等離子體蝕刻裝置在蝕刻對象膜 形成孔，該等離子體蝕刻裝置包括收納被處理體且內部能夠被真空排氣的處理容器、配 置于上述處理容器內作為被處理體的載置臺發(fā)揮作用的下部電極、與上述下部電極相對置 地配置于上述處理容器內的上部電極、向上述處理容器內供給處理氣體的處理氣體供給單 元、對上述上部電極或下部電極的至少一方施加等離子體生成用的高頻電力的等離子體生 成用高頻電力施加單元、和對上述上部電極施加負的直流電壓的直流電源，上述等離子體 蝕刻方法的特征在于進行第一階段，連續(xù)地從上述等離子體生成用高頻電力施加單元供 給高頻電力，在上述處理容器內生成等離子體，并且從上述直流電源對上述上部電極施加 負的直流電壓，然后，進行交替反復第一條件和第二條件的第二階段，其中，上述第一條件 為，接通上述等離子體生成用高頻電力施加單元，在上述處理容器內生成等離子體，并且從 上述直流電源對上述上部電極施加負的直流電壓；上述第二條件為，關斷上述等離子體生 成用高頻電力施加單元，使上述處理容器內的等離子體猝滅，并且從上述直流電源對上述 上部電極施加負的直流電壓，在上述第二階段，利用上述第一條件由等離子體中的正離子 使蝕刻進行，利用上述第二條件生成負離子，利用上述直流電壓將負離子供給到上述孔內， 由此中和上述孔內的正電荷。在上述第二方面，上述等離子體蝕刻裝置優(yōu)選還包括對上述下部電極施加偏壓施 加用的高頻電力的偏壓施加用高頻電力供給單元，在上述第一階段，從上述偏壓施加用高 頻電力供給單元連續(xù)地以第一輸出施加偏壓，在上述第二階段，與上述等離子體生成用高 頻電力施加單元的接通、關斷同步地使上述偏壓施加用高頻電力供給單元的輸出變化，在 關斷上述等離子體生成用高頻電力施加單元使等離子體猝滅的期間中，設置使上述偏壓施 加用高頻電力供給單元關斷、或使上述偏壓施加用高頻電力供給單元的輸出為比第一輸出 低的輸出即第二輸出的期間。此外，在此時，優(yōu)選在上述第二階段，在接通上述等離子體生 成用高頻電力施加單元而生成等離子體的期間中，設置使上述偏壓施加用高頻電力供給單元關斷、或使上述偏壓施加用高頻電力供給單元為比第一輸出低的輸出即第二輸出的期 間。在上述第一方面和第二方面，優(yōu)選上述第二條件的1次的時間為10 μ sec以上、 50 μ sec以下。此外，上述第一條件和上述第二條件的反復，能夠呈脈沖狀進行。作為上述 被處理體的蝕刻對象膜的典型例，能夠列舉絕緣膜。本發(fā)明的第三方面的等離子體蝕刻裝置，其特征在于，包括處理容器，其收納被 處理體且內部能夠被真空排氣；下部電極，其配置于上述處理容器內作為被處理體的載置 臺發(fā)揮作用；上部電極，其與上述下部電極相對置地配置于上述處理容器內；處理氣體供 給單元，其向上述處理容器內供給處理氣體；等離子體生成用高頻電力施加單元，其對上述 上部電極或下部電極的至少一方施加等離子體生成用的高頻電力；直流電源，其對上述上 部電極施加負的直流電壓；和控制部，其控制上述等離子體生成用高頻電力施加單元，上述 控制部，進行包括交替反復第一條件和第二條件的控制，其中，上述第一條件為，接通上述 等離子體生成用高頻電力施加單元，在上述處理容器內生成等離子體，并且從上述直流電 源對上述上部電極施加負的直流電壓；上述第二條件為，關斷上述等離子體生成用高頻電 力施加單元，使上述處理容器內的等離子體猝滅，并且從上述直流電源對上述上部電極施 加負的直流電壓，此時，利用上述第一條件利用等離子體中的正離子使蝕刻進行，利用上述 第二條件生成負離子，利用上述直流電壓將負離子供給到上述孔內，由此中和上述孔內的 正電荷。在上述第三方面，優(yōu)選還包括對上述下部電極施加偏壓施加用的高頻電力的偏壓 施加用高頻電力供給單元，上述控制部，與上述等離子體生成用高頻電力施加單元的接通、 關斷同步地使上述偏壓施加用高頻電力供給單元的輸出變化，在關斷上述等離子體生成用 高頻電力施加單元使等離子體猝滅的期間中，設置使上述偏壓施加用高頻電力供給單元關 斷、或使上述偏壓施加用高頻電力供給單元的輸出為比第一輸出低的輸出即第二輸出的期 間。此外，在該情況下，上述控制部優(yōu)選在接通上述等離子體生成用高頻電力施加單元而 生成等離子體的期間中，設置使上述偏壓施加用高頻電力供給單元關斷、或使上述偏壓施 加用高頻電力供給單元的輸出為比第一輸出低的輸出即第二輸出的期間。本發(fā)明的第四方面的計算機可讀取的存儲介質，其存儲有用于控制等離子體蝕刻 裝置的、在計算機上運行的程序，該等離子體蝕刻裝置包括收納被處理體且內部能夠被 真空排氣的處理容器、配置于上述處理容器內且用作被處理體的載置臺的下部電極、與上 述下部電極相對置地配置于上述處理容器內的上部電極、向上述處理容器內供給處理氣體 的處理氣體供給單元、對上述上部電極或下部電極的至少一方施加等離子體生成用的高頻 電力的等離子體生成用高頻電力施加單元、和對上述上部電極施加負的直流電壓的直流電 源，上述計算機可讀取的存儲介質的特征在于上述程序，在計算機上對上述等離子體蝕刻 裝置進行控制，使得在其運行時進行上述第一方面或第二方面的等離子體蝕刻方法.根據(jù)本發(fā)明，交替反復以下第一條件和第二條件第一條件為，接通等離子體生成 用高頻電力施加單元，在處理容器內生成等離子體，并且從直流電源對上部電極施加負的 直流電壓；第二條件為，關斷等離子體生成用高頻電力施加單元，使處理容器內的等離子 體猝滅，并且從直流電源對上部電極施加負的直流電壓，利用第一條件由等離子體中的正 離子使蝕刻進行，利用第二條件生成負離子，利用上述直流電壓將負離子供向上述孔內，由此中和孔內的正電荷，因此，在第二條件時中和孔內的正電荷后，在第一條件生成等離子體 時，正離子在孔內無轉向地行進。因此，能夠獲得良好的蝕刻形狀，能夠抑制由隨蝕刻進行 而深寬比變高所導致的蝕刻率降低。


圖1是表示能夠實施本發(fā)明的等離子體蝕刻方法的等離子體蝕刻裝置的概略截 面圖。圖2是表示圖1的等離子體蝕刻裝置中與第一高頻電源連接的第一匹配器的結構 的圖。圖3是表示作為本發(fā)明的等離子體蝕刻方法所應用的被處理體的半導體晶片的 結構例的截面圖。圖4是示意表示蝕刻初期的被處理體的狀態(tài)的截面圖。圖5是表示進行了蝕刻后的階段中被處理體的狀態(tài)的截面示意圖。圖6是表示本發(fā)明的實施方式的等離子體蝕刻方法的第二階段中的直流電源、第 一高頻電源、等離子體發(fā)光強度、正離子、負離子的狀態(tài)的時序圖。圖7是用于說明在第二階段中關斷等離子體生成用的第一高頻電源時的狀態(tài)的 示意圖。圖8是用于說明在第二階段中關斷等離子體生成用的第一高頻電源后使其接通 的狀態(tài)的示意圖。圖9是表示本發(fā)明的實施方式的等離子體蝕刻方法的第二階段中的偏壓施加用 的第二高頻電力的優(yōu)選施加方式的圖。圖10是用于說明在等離子體生成時使偏壓施加用的高頻電力接通、關斷的作用 的圖。圖11是表示在等離子體生成時施加高頻偏壓的情況下的等離子體中和晶片表面 的電子能量的圖。圖12是表示在等離子體生成時不施加高頻偏壓的情況下的等離子體中和晶片表 面的電子能量的圖。圖13是表示能夠實施本發(fā)明的等離子體蝕刻方法的其他的等離子體蝕刻裝置的 概略截面圖。圖14是表示圖13的等離子體蝕刻裝置中與第一高頻電源連接的第一匹配器的結 構的圖。附圖標記說明10 腔室(處理容器)16 基座(下部電極)34 上部電極46,46" 第一匹配器48、48、 第一高頻電源50 可變直流電源66 處理氣體供給源
84排氣裝置88第二匹配器90 第二高頻電源95 RF 控制器100 控制部
102 存儲部W 半導體晶片(被處理基板)
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式具體地進行說明。圖1是表示能夠實施本發(fā)明的等離子體蝕刻方法的等離子體蝕刻裝置的概略截 面圖。該等離子體蝕刻裝置作為電容耦合型平行平板等離子體蝕刻裝置而構成，具有例 如由表面被陽極氧化處理過的鋁構成的、大致圓筒狀的腔室(處理容器)10。該腔室10被 保護接地。在腔室10的底部，隔著由陶瓷等構成的絕緣板12配置圓柱狀的基座支承臺14，在 該基座支承臺14之上設置有例如由鋁構成的基座16?；?6構成下部電極，在其上載置 作為被處理基板的半導體晶片W。在基座16的上表面，設置有以靜電力吸附保持半導體晶片W的靜電卡盤18。該靜 電卡盤18具有以一對絕緣層或絕緣片夾著由導電膜構成的電極20的結構，直流電源22與 電極20電連接。而且，通過由來自直流電源22的直流電壓產生的庫侖力等靜電力，半導體 晶片W被吸附保持于靜電卡盤18。在靜電卡盤18(半導體晶片W)的周圍，在基座16的上表面配置有用于提高蝕刻 的均勻性的、例如由硅構成的導電性的聚焦環(huán)(校正環(huán))24。在基座16和基座支承臺14的 側面，設置有例如由石英構成的圓筒狀的內壁部件26。在基座支承臺14的內部，例如在圓周上設置有冷卻介質室28。在該冷卻介質室， 能夠由設置于外部的未圖示的冷機單元經(jīng)由配管30a、30b循環(huán)供給規(guī)定溫度的冷卻介質 例如冷卻水，通過冷卻介質的溫度對基座上的半導體晶片W的處理溫度進行控制。來自未圖示的傳熱氣體供給機構的傳熱氣體例如He氣(氦氣)經(jīng)由氣體供給線 32被供向靜電卡盤18的上表面與半導體晶片W的背面之間。在作為下部電極的基座16的上方，以與基座16相對置的方式平行地設置有上部 電極34。而且，上部電極34和下部電極16之間的空間為等離子體生成空間。上部電極34 形成與作為下部電極的基座16上的半導體晶片W相對置且與等離子體生成空間接觸的面 即對置面。該上部電極34由電極板36和電極支承體38構成，該電極板36通過絕緣性遮擋 部件42支承在腔室10的上部，構成與基座16相對置的面且具有多個排出孔37，電極支承 體38可裝卸自由地支承該電極板36，為由導電性材料例如鋁構成的水冷結構。電極板36 優(yōu)選焦耳熱較少的低電阻的導體或半導體，此外，如后所述從強化抗蝕劑的觀點出發(fā)優(yōu)選 含硅物質。從這樣的觀點出發(fā)，電極板36優(yōu)選由硅或SiC構成。在電極支承體38的內部，設置有氣體擴散室40，與氣體排出孔37連通的多個氣體流通孔41從該氣體擴散室40向下方延伸。在電極支承體38形成有將處理氣體導向氣體擴散室40的氣體導入口 62，在該氣體導入口 62連接有氣體供給管64，在氣體供給管64連接有處理氣體供給源66。在氣體 供給管64，從上游側依次設置有質量流量控制器(MFC) 68和開閉閥70(也可以用FCS代替 MFC)。而且，從處理氣體供給源66將作為用于蝕刻的處理氣體例如C4F8的這樣的氟碳氣體 (fluorocarbon gas, CxFy)由氣體供給管64供至氣體擴散室40，經(jīng)由氣體流通孔41和氣體 排出孔37呈噴淋狀地排出到等離子體生成空間。即，上部電極34具有用于供給處理氣體 的噴淋頭的功能。在上部電極34，經(jīng)由低通濾波器(LPF) 46a與可變直流電源50電連接?？勺冎绷?電源50以負極為上部電極34側的方式連接，對上部電極34施加負的電壓。來自可變直流 電源50的供電能夠通過接通、關斷開關52進行接通、關斷。此外，可變直流電源50的電流、電壓、以及接通、關斷開關52的接通、關斷，通過控制器51進行控制。低通濾波器(LPF) 46a 捕獲來自后述的第一高頻電源和第二高頻電源的高頻，優(yōu)選由LR濾波器或LC濾波器構成。圓筒狀的接地導體IOa設置為，從腔室10的側壁向比上部電極34的高度位置更靠上方的位置延伸。在作為下部電極的基座16，經(jīng)由第一匹配器46電連接有第一高頻電源48。第一 高頻電源48輸出27 IOOMHz的頻率例如40MHz的高頻電力。第一匹配器46使負載阻抗 與第一高頻電源48的內部(或者輸出)阻抗匹配，起到當在腔室10內生成等離子體時使 第一高頻電源48的輸出阻抗與負載阻抗在表觀上一致的作用。此外，在作為下部電極的基座16，也經(jīng)由第二匹配器88電連接有第二高頻電源 90。通過從該第二高頻電源90將高頻電力供向作為下部電極的基座16來對半導體晶片W 施加偏壓，離子被引入半導體晶片W。第二高頻電源90輸出400kHz 13. 56MHz范圍內的 頻率例如3MHz的高頻電力。第二匹配器88用于使負載阻抗與第二高頻電源90的內部(或 者輸出)阻抗匹配，起到當在腔室10內生成等離子體時使第二高頻電源90的內部阻抗與 包含腔室10內的等離子體的負載阻抗在表觀上一致的作用。在第一高頻電源48、第二高頻電源90、第一匹配器46、和第二匹配器88連接有RF 控制器95，該第一高頻電源48、第二高頻電源90、第一匹配器46、和第二匹配器88通過RF 控制器95進行控制。具體而言，RF控制器95能夠控制第一高頻電源48的接通、關斷、以及 輸出，能夠進行控制為以下狀態(tài)使第一高頻電源48連續(xù)地接通而生成等離子體的狀態(tài)、 和交替地接通、關斷而以例如脈沖狀交替形成等離子體存在的狀態(tài)和等離子體猝滅的狀態(tài) 這一狀態(tài)。此外，RF控制器95能夠對偏壓用的第二高頻電源90的接通、關斷、以及輸出進 行控制，能夠形成在等離子體處理中以規(guī)定的輸出連續(xù)地施加偏壓的狀態(tài)、以及使第二高 頻電源90的輸出與第一高頻電源48的接通、關斷同步地將輸出控制成例如脈沖狀?？梢栽?使第二高頻電源90與第一高頻電源48的接通、關斷同步地控制輸出時，交替地進行接通、 關斷，也可以完全不關斷地交替形成高輸出和低輸出。該第一匹配器46，如圖2所示，具有從第一高頻電源46的供電線96分支設置的 第一可變電容器97、設置于供電線96的該分支點的第一高頻電源48側的第二可變電容器 98、和設置于分支點的相反側的線圈99。在本實施方式的情況下，與通常的等離子體蝕刻不同，第一高頻電源48，當處于高頻電力以規(guī)定周期接通、關斷的模式時，由RF控制器95進行控制，使得第一匹配器46的匹配動作與該接通、關斷同步地切換。在該情況下，當使第一高頻電力供給單元48在接通、關斷模式下動作時，RF控制 器95進行控制，使得在關斷時不進行第一匹配器46的動作，而在接通時進行控制使得第一 匹配器46進行使第一高頻電源48的內部阻抗與包含腔室10內的等離子體的負載阻抗一 致的動作。第二匹配器88，基本上與第一匹配器46同樣地構成，當使第二高頻電源90的輸出 與第一高頻電源48的接通、關斷同步地進行輸出控制時，由RF控制器95進行控制，使得第 二匹配器88的匹配動作與該輸出控制同步地切換。在該情況下，RF控制器95進行控制，使得當使第二高頻電源90與第一高頻電源 48的接通、關斷同步地進行輸出控制時不進行第二匹配器88的動作。但是，在第二匹配器 88的動作足夠快的情況下，也可以進行控制使得在高輸出時第二匹配器88進行使第二高 頻電源90的內部阻抗與包含腔室10內的等離子體的負載阻抗一致這樣的動作。在腔室10的底部設置有排氣口 80，在該排氣口 80經(jīng)由排氣管82與排氣裝置84 連接。排氣裝置84具有渦輪分子泵等真空泵，能夠將腔室10內減壓至期望的真空度。此 夕卜，在腔室10的側壁設置有半導體晶片W的搬入搬出口 85，該搬入搬出口 85通過門閥86能 夠開閉。此外，沿著腔室10的內壁可裝卸自由地設置有用于防止蝕刻的副產物(沉積物) 附著在腔室10的沉積物屏蔽11。即，沉積物屏蔽11構成腔室壁。此外，沉積物屏蔽11也 設置于內壁部件26的外周。在腔室10的底部的腔室側壁的沉積物屏蔽11和內壁部件26 側的沉積物屏蔽11之間設置有排氣板83。作為沉積物屏蔽11和排氣板83，能夠適用在鋁 件覆蓋Y2O3等陶瓷而成的材料。在沉積物屏蔽11的構成腔室內壁的部分的與晶片W大致相同高度的部分，設置有 與地DC連接的導電性部件(GND塊)91，由此起到防止異常放電的效果。另外，該導電性部 件91如果設置于等離子體生成區(qū)域，則其位置不限于圖1的位置，也可以設置于例如基座 16的周圍等基座16側，也可以環(huán)狀地設置于上部電極34的外側等上部電極附近。等離子體處理裝置的各構成部例如電源系統(tǒng)、氣體供給系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、以及RF 控制器95等具有與包括微處理器(計算機)的控制部(整體控制裝置)100連接進行控制 的結構。此外，在控制部100，連接有由操作者為了管理等離子體處理裝置而進行指令的輸 入操作等的鍵盤、將等離子體處理裝置的運行狀況可視化顯示的顯示器等構成的用戶界面 101。此外，在控制部100，連接存儲有用于通過控制部100的控制來實現(xiàn)在等離子體處 理裝置中執(zhí)行的各種處理的控制程序、用于根據(jù)處理條件使等離子體處理裝置的各構成部 執(zhí)行處理的程序即處理方案的存儲部102。處理方案存儲于存儲部102中的存儲介質。存 儲介質可以是硬盤、半導體存儲器，也可以是⑶R0M、DVD、閃存等可移動的存儲介質。此外， 也可以從其他裝置通過例如專用線路適當?shù)貍魉头桨?。而且，根?jù)需要，按照來自用戶界面101的指示等從存儲部102調出任意的處理方 案使控制部100執(zhí)行，由此，在控制部100的控制下，能夠在等離子體處理裝置進行期望的 處理。另外，將在本發(fā)明的實施方式中所述的等離子體處理裝置(等離子體蝕刻裝置)設 為包括該控制部100的裝置。
接下來，對在這樣構成的等離子體處理裝置中進行的本發(fā)明所涉及的高深寬比的接觸孔的蝕刻(HARC蝕刻)進行說明。這里，例如如圖3所示那樣，準備具有在Si基板120上形成有絕緣膜121并將其上的通過光刻而被圖案化的光抗蝕劑膜122作為蝕刻掩膜而形成的結構的半導體晶片W， 對絕緣膜121實施HARC蝕刻。首先，令門閥86為開狀態(tài)，經(jīng)由搬入搬出口 85將上述結構的半導體晶片W搬入腔室10內，載置于基座16上。而且，通過排氣裝置84對腔室10內進行排氣，并且從處理氣 體供給源66將處理氣體以規(guī)定的流量供向氣體擴散室40，經(jīng)由氣體流通孔41和氣體排出 孔37供向腔室10內，并且將其中的壓力設為例如0. 1 150Pa的范圍內的設定值。在該狀 態(tài)下，對作為下部電極的基座16，從第一高頻電源48施加27 IOOMHz的頻率例如40MHz 的較高頻率的等離子體生成用的高頻電力，并且從第二高頻電源90連續(xù)地施加400kHz 13. 56MHz的頻率例如3MHz的比等離子體生成用的高頻電力低的頻率的離子引入用的高頻 電力，進而對上部電極34從可變直流電源50連續(xù)地施加規(guī)定的直流電壓，對半導體晶片W 進行第一階段的蝕刻。此時，半導體晶片W，通過從直流電源22對靜電卡盤18的電極20施 加直流電壓而被靜電卡盤18固定。這里，作為處理氣體，能夠采用以往所使用的各種氣體，例如能夠適用由C4F8氣體 這樣的氟碳氣體(CxFy)所代表的含有鹵素的氣體。進而，也可以含有Ar氣、O2氣等其他的 氣體。從形成于上部電極34的電極板36的氣體排出孔37排出的處理氣體，在通過 高頻電力產生的、介于上部電極34與作為下部電極的基座16之間的輝光放電(glow discharge)中等離子體化，利用由該等離子體所生成的正離子、自由基，對半導體晶片W的 絕緣膜121進行蝕刻。此時，通過對下部電極施加等離子體形成用的高頻電力，能夠在距晶片更近的部 位生成等離子體，此外能夠使等離子體不擴散至較大的區(qū)域而抑制處理氣體的離解，因此 即使在腔室10內的壓力高、等離子體密度低這樣的條件下，也能夠使蝕刻率上升。此外，在 等離子體形成用的高頻電力的頻率高的情況下，也能夠確保比較大的離子能量，因此具有 高效率。此外，如本實施方式那樣，通過對下部電極分別施加等離子體形成用的高頻電力和 離子引入用的高頻電力，能夠獨立地控制等離子體蝕刻所需的等離子體形成的功能和離子 引入的功能。從而，能夠滿足要求高微細加工性能的蝕刻的條件。進而，對等離子體生成用 供給27MHz以上的高頻率區(qū)域的高頻電力，因此，能夠在優(yōu)選的狀態(tài)下使等離子體高密度 化，即使在更低壓的條件下，也能夠生成高密度的等離子體。此外，當這樣形成等離子體時， 通過控制器51從可變直流電源50對上部電極34施加負的直流電壓，因此，等離子體中的 正離子碰撞到上部電極34而在其附近生成二次電子，使該二次電子向鉛直方向下方加速 而供給到作為被處理體的半導體晶片W。然而，這樣的蝕刻是等離子體中的正離子占支配地位而進行的，但是，在蝕刻初 期，通過蝕刻形成的接觸孔123較淺，如圖4所示，光抗蝕劑膜122通過等離子體中的電子 而帶負電，由于電子到達蝕刻面，因此即使正離子被供給到蝕刻面，電荷也能中和。從而，蝕 刻正常地進行。然而，隨著蝕刻進行，如圖5所示那樣，當接觸孔123的深寬比逐漸變高時，電子變得難以到達接觸孔123內，從而在接觸孔123內正離子積存，蝕刻面變成帶正電的狀態(tài)。在該狀態(tài)下進行蝕刻時，為了蝕刻而進入接觸孔123內的正離子，由于與接觸孔 123內的正電荷之間的排斥而轉向，從而導致產生蝕刻形狀的歪曲、變形。此外，正離子難以 到達孔的底部，因此導致蝕刻率的降低。因此，在蝕刻進行了某個程度之后，切換為第二階段，即，保持從可變直流電源50 連續(xù)地施加直流電壓的狀態(tài)，將等離子體生成用的第一高頻電源48交替地接通、關斷而交 替地反復生成等離子體的狀態(tài)(有等離子體(Plasma on))、和等離子體消失的狀態(tài)(無等 離子體(plasma off))。圖6所示為第二階段的直流電源50、第一高頻電源48、等離子體發(fā)光強度、正離 子、和負離子的狀態(tài)。如該圖所示，在第二階段，當關斷第一高頻電源48時，等離子體發(fā)光 強度降低，等離子體消失。隨著該等離子體發(fā)光強度的降低，正離子減少，負離子由于剩余 的電子而增加。由于對上部電極34施加有負的直流電壓，因此，如圖7所示那樣，存在于電 極間的處理空間的負離子通過直流電壓被送入接觸孔123內，將其中的正電荷中和。而且， 在接下來接通第一高頻電源48時，接觸孔123內的正電荷減少，因此，如圖8所示那樣，正 離子能夠在接觸孔123內直線前進。從而，像這樣對上部電極34施加負的直流電壓、并且 交替地接通、關斷第一高頻電源48從而交替地形成有等離子體時的正離子占支配地位的 模式(regime)、和無等離子體時的負離子占支配地位的模式，由此，能夠抑制接觸孔123內 的正離子的轉向，使蝕刻形狀良好，能夠提高蝕刻率。在該情況下，使等離子體生成用的第一高頻電源48關斷的時間優(yōu)選10 μ sec以 上、50 μ sec以下。通過使其為10 μ sec以上，能夠形成正離子少而負離子多的狀態(tài)，但是如 果超過50 μ sec,則對蝕刻不起作用的時間變長，效率降低。在該第二階段，優(yōu)選與第一高頻電源48的接通、關斷同步地使偏壓施加用的第二 高頻電源90的輸出變化。具體而言，(1)在關斷第一高頻電源48使等離子體猝滅的期間， 設置關斷第二高頻電源90或者使輸出降低的期間。(2)除此之外，在接通第一高頻電源48 而生成等離子體的期間，設置關斷第二高頻電源90或者使輸出降低的期間。作為進行(1) 和(2)這兩方的順序例，能夠列舉以下順序如圖9(a)所示的順序，即，在關斷等離子體生 成用的第一高頻電源48使等離子體猝滅的期間，關斷第二高頻電源90或者將其設為低于 第一階段的輸出，在接通第一高頻電源48而生成等離子體的期間，使偏壓施加用的第二高 頻電源90的輸出交替地反復與第一階段相同的第一輸出和關斷(輸出為0)或低于第一階 段的輸出即第二輸出；如圖9(b)所示的順序，即，使第一輸出和第二輸出的切換周期與第 一高頻電源48的接通、關斷周期一致，使其時機錯開。作為僅有上述(1)的順序例，能夠列 舉如圖9(c)所示的順序，即，使第二高頻電源的第一輸出和第二輸出的切換時機與第一高 頻電源的接通、關斷時機完全一致。關于上述(1)，在關斷第一高頻電源48使等離子體猝滅的期間，當?shù)诙哳l電源 90為第一輸出時，在作為下部電極的基座16上殘存有相當厚度的等離子體鞘，該等離子體 鞘成為負離子的勢壘，因此，在等離子體猝滅期間，關斷第二高頻電源90或者將其設定為 第二輸出，使等離子體鞘變成0或極小，形成這樣的勢壘實質上不存在的狀態(tài)。因此，能夠 進一步提高接通、關斷上述第一高頻電源48的效果。另一方面，關于上述(2)，如以下所述.
在接通第一高頻電源48而生成等離子體時，通過對上部電極34施加負的直流電 壓，等離子體中的正離子碰撞到上部電極34而生成二次電子，該二次電子向鉛直方向下方 加速，但是在偏壓施加用的第二高頻電源90的輸出為第一輸出的情況下，如圖10(a)所示 那樣，由于在作為下部電極的基座16上形成有厚的等離子體鞘S，因此，該等離子體鞘S形 成二次電子的勢壘，幾乎不會到達接觸孔123內。對此，在偏壓施加用的第二高頻電源90 的輸出為0或更低的第二輸出的情況下，如圖10(b)所示那樣，能夠使等離子體鞘S變薄， 由于二次電子的勢壘小，因此，能夠通過施加于上部電極34的直流電壓使向鉛直方向下方 加速的二次電子有效地到達接觸孔123內，能夠中和接觸孔123內的正電荷。從而，由此也 能夠進一步提高接通、關斷上述第一高頻電源48的效果。圖11是表示在施加2MHz的高頻偏壓(Vpp = 1000V)的情況下的等離子體中(距 晶片15mm的上方)和晶片表面的電子能量的圖，(a)為等離子體中，(b)為晶片表面。另一 方面，圖12是表示在沒有施加高頻偏壓的情況下的等離子體中(距晶片15mm的上方)和 晶片表面的電子能量的圖，(a)為等離子體中，(b)為晶片表面。從這些圖中能夠確認以下 效果通過關斷高頻偏壓，能降低針對通過施加DC而從上部電極34釋放并加速的具有能量 的二次電子的勢壘。另外，由于無等離子體而使負離子增加的效果，如果不是等離子體幾乎完全消失就不會有效地發(fā)揮，因此，在關斷第一高頻電源48時也施加的直流電壓，需要為實質上對 等離子體的生成不起作用的大小。此外，根據(jù)順序不同，在關斷第一高頻電源48時，也存在 施加來自第二高頻電源90的高頻電力的情況，但是此時也需要該高頻電力為實質上對等 離子體生成不起作用的輸出。此外，偏壓施加用的第二高頻電源90的第二輸出，只要是等 離子體鞘的厚度為二次電子可透過的程度的厚度這樣的輸出，則也可以不必為0(關斷)， 但是優(yōu)選為0(關斷)。接著，對能夠實施本發(fā)明的方法的其他的等離子體蝕刻裝置進行說明。圖13是表 示能夠實施本發(fā)明的等離子體蝕刻方法的其他的等離子體蝕刻裝置的概略截面圖。該等離子體蝕刻裝置，在將等離子體生成用的高頻電力施加于上部電極這一點上 與圖1的裝置不同，但是其他的結構基本上與第一實施方式的等離子體蝕刻裝置相同，因 此在圖13中，對與圖1相同的部件賦予相同的符號并省略說明。在本實施方式中，用于生成等離子體的第一高頻電源48、經(jīng)由第一匹配器46、和 供電棒44與上部電極34連接。第一高頻電源48—具有與第一實施方式的第一高頻電源48 相同的功能，其頻率優(yōu)選27 IOOMHz的范圍。第一匹配器46、使負載阻抗與第一高頻電 源48、的內部(或者輸出)阻抗匹配，起到當在腔室10內生成等離子體時能夠使第一高頻 電源48、的輸出阻抗與負載阻抗在表觀上一致的作用。第一匹配器46的輸出端子與供電 棒44的上端連接。此外，可變直流電源50也經(jīng)由上述第一匹配器46—和供電棒44與上部 電極34連接。第一匹配器如圖14所示，具有從第一高頻電源48—的供電線49分支設置的 第一可變電容器54、和設置于供電線49的該分支點的下游側的第二可變電容器56，通過該 結構發(fā)揮上述的功能。此外，在第一匹配器46、設置有捕獲來自第一高頻電源48—的高頻 電力(例如40MHz)和來自第二高頻電源90的高頻電力(例如3MHz)的濾波器58，使得直 流電壓電流(以下，簡稱為“直流電壓”)能夠被有效地供向上部電極34。即，來自可變直流電源50的直流電流經(jīng)由濾波器58流到供電線49。該濾波器58由線圈59和電容器60 構成，通過該結構，來自第一高頻電源48、的高頻電力和來自第二高頻電源90的高頻電力 被捕獲。此外，在圓筒狀接地導體IOa的頂部部分與供電棒44之間設置有筒狀的絕緣部件 44a,由此供電棒44與接地導體IOa電絕緣。在上部電極34，電連接有用于使來自第一高頻電源48—的高頻電力(例如40MHz) 不通過、而來自第二高頻電源90的高頻電力(例如3MHz)通向地的低通濾波器(LPF)92。 該低通濾波器(LPF) 92優(yōu)選由LR濾波器或LC濾波器構成，但是即使僅有1根導線也能夠 對來自第一高頻電源48的高頻電力(例如60MHz)提供足夠大的電抗，因此也能夠這樣即 可。另一方面，在作為下部電極的基座16，電連接有用于使來自第一高頻電源48、的高頻電 力(例如40MHz)通向地的高通濾波器(HPF)94。
在圖13的等離子體蝕刻裝置中，也對上部電極34施加直流電壓，并且通過接通、 關斷等離子體生成用的第一高頻電源在無等離子體時由負離子中和接觸孔內的正電 荷，在有等離子體時使正離子直線前進。此外，通過使偏壓施加用的第二高頻電源90的輸 出變化，也能夠獲得由二次電子對接觸孔中的正電荷進行中和的效果。在該圖13的裝置中，向上部電極34供給等離子體生成用的第一高頻電力，向作為 下部電極的基座16供給離子引入用的第二高頻電力，因此能夠擴大等離子體的控制容限， 此外，向上部電極34供給27MHz以上的高頻率區(qū)域的高頻電力，因此能夠在優(yōu)選的狀態(tài)下 使等離子體高密度化，即使在更低壓的條件下也能夠生成高密度的等離子體。但是，像這樣在對上部電極施加等離子體形成用的高頻電力的情況下，在上部電 極附近生成等離子體，因此，在腔室10內的壓力高、等離子體密度低這樣的條件下，使對于 晶片的蝕刻率上升較為困難。另外，在上述任一個實施方式中，當對上述第一高頻電力和第二高頻電力能夠采 用的頻率進行例示時，作為第一高頻電力，能夠列舉27MHz、40MHz、60MHz、80MHz、1 OOMHz，作 為第二高頻電力，能夠列舉400kHz、800kHz、IMHz、2MHz、3MHz、13MHz、13. 6MHz，能夠根據(jù)處 理適當?shù)亟M合使用。以上，對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但是本發(fā)明不限定于上述實施方式，能夠 做出各種變形。例如，在上述實施方式中，當進行等離子體蝕刻時，進行對上部電極34施加 直流電壓且連續(xù)地施加等離子體生成用的高頻電力的第一階段、和對上部電極34施加直 流電壓且接通、關斷等離子體生成用高頻電力的第二階段，但是也可以僅進行第二階段。此 夕卜，作為本發(fā)明適用的被處理體，不限于圖3所示的結構，也可以構成為例如在光抗蝕劑和 蝕刻對象膜之間具有反射防止膜、硬掩膜。蝕刻對象膜典型的為絕緣膜，但也不限于此。
權利要求
一種等離子體蝕刻方法，其使用等離子體蝕刻裝置在蝕刻對象膜形成孔，該等離子體蝕刻裝置包括收納被處理體且內部能夠被真空排氣的處理容器、配置于所述處理容器內作為被處理體的載置臺發(fā)揮作用的下部電極、與所述下部電極相對置地配置于所述處理容器內的上部電極、向所述處理容器內供給處理氣體的處理氣體供給單元、對所述上部電極或下部電極的至少一方施加等離子體生成用的高頻電力的等離子體生成用高頻電力施加單元、和對所述上部電極施加負的直流電壓的直流電源，所述等離子體蝕刻方法的特征在于交替反復第一條件和第二條件，其中，所述第一條件為，接通所述等離子體生成用高頻電力施加單元，在所述處理容器內生成等離子體，并且從所述直流電源對所述上部電極施加負的直流電壓；所述第二條件為，關斷所述等離子體生成用高頻電力施加單元，使所述處理容器內的等離子體猝滅，并且從所述直流電源對所述上部電極施加負的直流電壓，利用所述第一條件由等離子體中的正離子使蝕刻進行，利用所述第二條件生成負離子，利用所述直流電壓將負離子供給到所述孔內，由此中和所述孔內的正電荷。
2.如權利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于所述等離子體蝕刻裝置，還包括對所述下部電極施加偏壓施加用的高頻電力的偏壓施 加用高頻電力供給單元，與所述等離子體生成用高頻電力施加單元的接通、關斷同步地使所述偏壓施加用高頻 電力供給單元的輸出變化，在關斷所述等離子體生成用高頻電力施加單元使等離子體猝滅 的期間中，設置使所述偏壓施加用高頻電力供給單元關斷、或使所述偏壓施加用高頻電力 供給單元的輸出為比第一輸出低的輸出即第二輸出的期間。
3.如權利要求2所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于在接通所述等離子體生成用高頻電力施加單元而生成等離子體的期間中，設置使所述 偏壓施加用高頻電力供給單元關斷、或使所述偏壓施加用高頻電力供給單元的輸出為比第 一輸出低的輸出即第二輸出的期間。
4.一種等離子體蝕刻方法，其使用等離子體蝕刻裝置在蝕刻對象膜形成孔，該等離子 體蝕刻裝置包括收納被處理體且內部能夠被真空排氣的處理容器、配置于所述處理容器 內作為被處理體的載置臺發(fā)揮作用的下部電極、與所述下部電極相對置地配置于所述處理 容器內的上部電極、向所述處理容器內供給處理氣體的處理氣體供給單元、對所述上部電 極或下部電極的至少一方施加等離子體生成用的高頻電力的等離子體生成用高頻電力施 加單元、和對所述上部電極施加負的直流電壓的直流電源，該等離子體蝕刻方法的特征在 于進行第一階段，其連續(xù)地從所述等離子體生成用高頻電力施加單元供給高頻電力，在 所述處理容器內生成等離子體，并且從所述直流電源對所述上部電極施加負的直流電壓，然后，進行交替反復第一條件和第二條件的第二階段，其中，所述第一條件為，接通所 述等離子體生成用高頻電力施加單元，在所述處理容器內生成等離子體，并且從所述直流 電源對所述上部電極施加負的直流電壓；所述第二條件為，關斷所述等離子體生成用高頻 電力施加單元，使所述處理容器內的等離子體猝滅，并且從所述直流電源對所述上部電極 施加負的直流電壓，在所述第二階段，利用所述第一條件由等離子體中的正離子使蝕刻進行，利用所述第二條件生成負離子，利用所述直流電壓將負離子供給到所述孔內，由此中和所述孔內的正電荷。
5.如權利要求4所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于所述等離子體蝕刻裝置，還包括對所述下部電極施加偏壓施加用的高頻電力的偏壓施加用高頻電力供給單元，在所述第一階段，從所述偏壓施加用高頻電力供給單元連續(xù)地以第一輸出施加偏壓，在所述第二階段，與所述等離子體生成用高頻電力施加單元的接通、關斷同步地使所 述偏壓施加用高頻電力供給單元的輸出變化，在關斷所述等離子體生成用高頻電力施加單 元使等離子體猝滅的期間中，設置使所述偏壓施加用高頻電力供給單元關斷、或使所述偏 壓施加用高頻電力供給單元的輸出為比第一輸出低的輸出即第二輸出的期間。
6.如權利要求5所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于在所述第二階段，在接通所述等離子體生成用高頻電力施加單元而生成等離子體的期間中，設置使所述偏壓施加用高頻電力供給單元關斷、或使所述偏壓施加用高頻電力供給 單元為比第一輸出低的輸出即第二輸出的期間。
7.如權利要求1 6中任一項所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 所述第二條件實施1次的時間為10ii sec以上、50 ii sec以下。
8.如權利要求1 6中任一項所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 所述第一條件和所述第二條件的反復呈脈沖狀進行。
9.如權利要求1 6中任一項所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 所述被處理體的蝕刻對象膜是絕緣膜。
10.一種等離子體蝕刻裝置，其特征在于，包括處理容器，其收納被處理體且內部能夠被真空排氣； 下部電極，其配置于所述處理容器內作為被處理體的載置臺發(fā)揮作用； 上部電極，其與所述下部電極相對置地配置于所述處理容器內； 處理氣體供給單元，其向所述處理容器內供給處理氣體；等離子體生成用高頻電力施加單元，其對所述上部電極或下部電極的至少一方施加等 離子體生成用的高頻電力；直流電源，其對所述上部電極施加負的直流電壓；和控制部，其控制所述等離子體生成用高頻電力施加單元，所述控制部，進行包括交替反復第一條件和第二條件的控制，其中，所述第一條件為， 接通所述等離子體生成用高頻電力施加單元，在所述處理容器內生成等離子體，并且從所 述直流電源對所述上部電極施加負的直流電壓；所述第二條件為，關斷所述等離子體生成 用高頻電力施加單元，使所述處理容器內的等離子體猝滅，并且從所述直流電源對所述上 部電極施加負的直流電壓，此時，利用所述第一條件由等離子體中的正離子使蝕刻進行，利用所述第二條件生成負離子，利用所述直流電壓將負離子供給到所述孔內，由此中和所述孔內的正電荷。
11.如權利要求10所述的等離子體蝕刻裝置，其特征在于還包括對所述下部電極施加偏壓施加用的高頻電力的偏壓施加用高頻電力供給單元，所述控制部，與所述等離子體生成用高頻電力施加單元的接通、關斷同步地使所述偏壓施加用高頻電力供給單元的輸出變化，在關斷所述等離子體生成用高頻電力施加單元使 等離子體猝滅的期間中，設置使所述偏壓施加用高頻電力供給單元關斷、或使所述偏壓施 加用高頻電力供給單元的輸出為比第一輸出低的輸出即第二輸出的期間。
12.如權利要求11所述的等離子體蝕刻裝置，其特征在于所述控制部，在接通所述等離子體生成用高頻電力施加單元而生成等離子體的期間 中，設置使所述偏壓施加用高頻電力供給單元關斷、或使所述偏壓施加用高頻電力供給單 元的輸出為比第一輸出低的輸出即第二輸出的期間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體蝕刻方法和等離子體蝕刻裝置。該等離子體蝕刻方法，能夠以形狀性能良好且高蝕刻率對被蝕刻膜進行蝕刻從而形成高深寬比的孔。當通過等離子體蝕刻在蝕刻對象膜形成孔時，接通等離子體生成用高頻電力施加單元，在處理容器內生成等離子體，并且交替反復以下第一條件和第二條件第一條件，從直流電源對上部電極施加負的直流電壓，第二條件，關斷等離子體生成用高頻電力施加單元使處理容器內的等離子體猝滅，并且從直流電源對上部電極施加負的直流電壓，利用第一條件由等離子體中的正離子使蝕刻進行，利用第二條件生成負離子，由所述直流電壓將負離子供向上述孔內，由此中和孔內的正電荷。
文檔編號H01J37/32GK101800161SQ201010103969
公開日2010年8月11日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權日2009年1月26日
發(fā)明者八田浩一, 岡本晉, 大矢欣伸, 持木宏政 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社