專利名稱：聚焦環(huán)、等離子體蝕刻裝置及等離子體蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及，例如利用等離子體對(duì)半導(dǎo)體晶片等基板進(jìn)行蝕刻，例如在基板表面上形成溝槽的等離子體蝕刻裝置中使用的聚焦環(huán)、等離子體蝕刻裝置以及等離子體蝕刻方法。
背景技術(shù)：
向數(shù)字TV、DVD記錄器、數(shù)字照相機(jī)等數(shù)字家電的邏輯裝置中混載DRAM開(kāi)始在商業(yè)上具有很重要的意義，形成半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上主要的形式。就邏輯裝置的情況也已出現(xiàn)利用0.18μm技術(shù)，將1000萬(wàn)門(mén)規(guī)模的裝置集成在1個(gè)LSI上，以CPU為首的各種LSI搭載在1個(gè)硅晶片上的System·on·chip(SOC)。為實(shí)現(xiàn)SOC所需要的混載技術(shù)，是最大限度引出各個(gè)LST各自的性能，且以最小限度的工藝步驟數(shù)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。
DRAM的存儲(chǔ)單元，配置在縱橫格子狀的字線和位線(數(shù)字線)的交叉點(diǎn)上。該存儲(chǔ)單元由1個(gè)選擇晶體管(NMOS晶體管)和與它直列配置的電容器(容量元件)形成。即，DRAM的存儲(chǔ)單元是累積電荷(數(shù)據(jù))的電容器和控制數(shù)據(jù)輸入輸出、起開(kāi)關(guān)作用的1個(gè)晶體管二個(gè)元件構(gòu)成。具有這種DRAM單元構(gòu)造的特征的容量元件大致有2種類型。1種是棧存容量單元，將累積容量配置在晶體管上，增大電極面積。另1種是溝槽容量單元，在硅基板內(nèi)部形成累積容量。
溝槽容量單元，表面平坦性良好，由于形成容量膜的氧化等高溫?zé)崽幚?，是在形成晶體管之前進(jìn)行，所以與邏輯裝置工藝的匹配性非常好。溝槽單元的情況，是在形成溝槽工序結(jié)束后，才開(kāi)始形成OSFET工藝，所以形成MOSFET工藝受形成溝槽容量單元工藝的影響很小。此點(diǎn)是DRAM混載技術(shù)中溝槽單元的優(yōu)點(diǎn)。而缺點(diǎn)是，由于高介電率膜不能用作容量絕緣膜使用，所以為了增大累積容量值，必須形成更深的溝槽。此外，單元晶體管的源極、漏極與累積電極難以形成細(xì)微連接，自0.18μm世代以后的加工變得非常難，所以要求挖掘更深的溝槽。這種技術(shù)稱作DT(Deep Trench深溝)技術(shù)。
以前在硅基板表面上形成的內(nèi)置電源MOSFET中，只使用基板表面的極狹小區(qū)域，從控制高電壓的必要性看，縮小電極間距受到限制，成為低on阻抗化的障礙。在該DT技術(shù)中，在硅基板上立體的形成形成有溝槽(溝)的MOSFET，在深度方向設(shè)置高電壓控制必要的電極間距，可用耐壓數(shù)+V的元件縮小裝置間距。
該DT(溝或穴)的加工，特別是在縱橫比(溝或穴的縱橫比)和斷面形狀方面存在問(wèn)題。此時(shí)，縱橫比優(yōu)選在10以上，此外，理想的斷面形狀是具有由平滑平面形成的側(cè)壁部，該側(cè)壁部的傾斜角約為0度(垂直)，而且底部呈半圓形的塌陷形狀(底部弧形)。這樣，在DT中，可獲得更高度，且準(zhǔn)確的異向性蝕刻。優(yōu)選底部呈弧形的理由是為了使后續(xù)的絕緣膜埋入工序中的處理變得容易。在絕緣膜埋入工序中，堆積膜的覆蓋區(qū)有可能損壞，所以為了容易處理，側(cè)壁部的傾斜角有時(shí)使用錐形角。
對(duì)于此類硅晶片，一種溝槽加工法是利用等離子體蝕刻的方法，在該工藝中，對(duì)于單結(jié)晶硅層，例如將氮化硅膜作為掩膜，進(jìn)行異向性等離子體蝕刻。此時(shí)，可在含有鹵素的蝕刻氣體氯氣(Cl2)和溴化氫(HBr)氣體中，添加微量的氧氣(O2)，利用Cl2和HBr獲得蝕刻作用，通過(guò)供給O2氧化蝕刻反應(yīng)生成物SiClx、SiBrx，形成SiO2，而堆積在蝕刻部位的側(cè)壁上，也能獲得對(duì)蝕刻的保護(hù)作用。
然而，單結(jié)晶硅層由于沒(méi)有制止蝕刻的底層，所以晶片中心附近和晶片外邊緣處蝕刻速率不同，溝槽的深度在晶片面內(nèi)的均勻性變差。尤其是晶片外邊緣處堆積了很多的反應(yīng)生成物，深度方向的蝕刻速率伴隨著蝕刻時(shí)間的延長(zhǎng)，不可避免地會(huì)降低。這是因?yàn)殡S著溝槽變深，位于被蝕刻部位的底部，自由基的入射角度范圍變狹，自由基的密度降低。
另一方面，為對(duì)硅晶片進(jìn)行等離子體蝕刻，如圖6所示，以圍繞載置臺(tái)11上載置的硅晶片12周?chē)姆绞皆O(shè)置稱為聚焦環(huán)等的環(huán)形部件13。該聚焦環(huán)13，例如由石英等絕緣材料形成，具有調(diào)整硅晶片周邊附近等離子體形狀的作用。聚焦環(huán)13表面進(jìn)行同樣的鏡面精加工。就其原因，是因?yàn)楫?dāng)聚焦環(huán)13表面粗糙時(shí)，堆積反應(yīng)生成物，該堆積物向上飛舞而附著在晶片W的背面和側(cè)面。因此，本發(fā)明人認(rèn)為在晶片外邊緣部分堆積了過(guò)多反應(yīng)生成物后，溝槽深度的面內(nèi)均勻性變壞的原因，與聚焦環(huán)的鏡面加工有關(guān)。
作為使用等離子體加工溝槽的技術(shù)，已知有專利文獻(xiàn)1。該專利文獻(xiàn)1中記載了將HBr(溴化氫)氣作為主成分，向其中加入SF6(六氟化硫)氣體、SiF4(四氟化硅)氣體，進(jìn)而添加He(氦)氣體、O2(氧)氣體，形成混合氣，將該混合氣作為處理氣體使用，將硅氧化膜作為掩膜，對(duì)硅進(jìn)行溝槽加工，但未能解決上述課題。
(參考文獻(xiàn)1)日本特開(kāi)平11-135489號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是基于上述情況而進(jìn)行的，其目的是提供一種利用等離子體對(duì)基板進(jìn)行蝕刻，形成凹部、例如溝槽，恰好調(diào)整反應(yīng)生成物的附著程度，能進(jìn)行良好蝕刻的聚焦環(huán)，使用該聚焦環(huán)的等離子體蝕刻裝置和等離子體蝕刻方法。
本發(fā)明，在利用等離子體蝕刻，對(duì)硅晶片表面進(jìn)行溝槽加工時(shí)，著眼點(diǎn)是將聚焦環(huán)更換成新的后，根據(jù)使用時(shí)間的長(zhǎng)短，蝕刻速度在面內(nèi)的均勻性存在若干差異，特別是開(kāi)始使用的初期硅晶片外邊緣部深度方向的蝕刻速率(蝕刻速度)明顯慢于中央部分，基于對(duì)聚焦環(huán)表面的研究結(jié)果而進(jìn)行的。即，通過(guò)使用，靠近該聚焦環(huán)表面的內(nèi)側(cè)處，幾乎沒(méi)有消耗，與其相反，靠近外側(cè)處，消耗的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)側(cè)。雖然認(rèn)為聚焦環(huán)如已述，當(dāng)表面粗糙時(shí)會(huì)附著反應(yīng)生成物，由于該附著物的脫離會(huì)在硅晶片側(cè)面和背面上附著顆粒，因此必須著眼于表面的各個(gè)部位。即，關(guān)于靠近聚焦環(huán)外側(cè)處，消耗程度很大，在此狀態(tài)下，硅晶片中央部分和外邊緣部之間的蝕刻速率差很小的事實(shí)是附著在靠近聚焦環(huán)內(nèi)側(cè)表面上的附著物使得在硅晶片側(cè)面和背面附著顆粒，靠近聚焦環(huán)外側(cè)表面中，形成粗糙表面，以捕捉反應(yīng)生成物的方法，比通過(guò)此捕捉更能抑制反應(yīng)生成物堆積在硅晶片的外邊緣部，并能抑制該外邊緣部蝕刻速率降低。本發(fā)明就是基于這種見(jiàn)解而進(jìn)行的。
本發(fā)明的第一觀點(diǎn)提供一種聚焦環(huán)，具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的聚焦環(huán)是在利用等離子體對(duì)載置在氣密性的處理容器內(nèi)的載置臺(tái)上的基板表面進(jìn)行蝕刻的等離子體蝕刻裝置中使用的、以圍繞在上述基板周?chē)姆绞皆O(shè)置的環(huán)狀部件，其中在靠近表面的內(nèi)側(cè)處，具有對(duì)該區(qū)域進(jìn)行精加工，使其平均表面粗糙度Ra小到蝕刻處理時(shí)不捕捉反應(yīng)生成物的程度，在上述第一區(qū)域的外側(cè)，具有對(duì)該區(qū)域進(jìn)行精加工，使其平均表面粗糙度Ra大到能捕捉上述反應(yīng)生成物的程度。
本發(fā)明的第二觀點(diǎn)提供的聚焦環(huán)，其特征在于是在利用等離子體對(duì)載置在氣密的處理容器內(nèi)載置臺(tái)上的基板表面進(jìn)行蝕刻的等離子體蝕刻裝置中使用的、以圍繞在上述基板周?chē)姆绞皆O(shè)置的環(huán)形部件，其中，靠近其表面的內(nèi)部處，具有第一平均表面粗糙度的第一區(qū)域，在該第一區(qū)域的外側(cè)具有比上述第一平均表面粗糙度大的第二平均表面粗糙度的第二區(qū)域。
第一區(qū)域所謂“精加工，使其平均表面粗糙度Ra小到蝕刻處理時(shí)不能捕捉反應(yīng)生成物的程度”，意思是例如，進(jìn)行鏡面加工，使平均表面粗糙度Ra達(dá)到0.1以下的平坦性極好的狀態(tài)。但無(wú)論如何，即使平坦性很好，不可能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的平坦化，因此，若從微觀上看都可以看到反應(yīng)生成物的粒子，例如分子水平程度的附著，但平坦性越好，其堆積程度越小，即使堆積物被剝離，飛舞返回并附著到基板的背面和側(cè)面上，作為顆粒也不會(huì)引起任何問(wèn)題。第一區(qū)域必須是這種狀態(tài)，本發(fā)明人通過(guò)試驗(yàn)得出結(jié)論，只要第一區(qū)域的平均表面粗糙度Ra在0.1以下，隨后使用，即使被等離子體消耗蝕刻處理時(shí)，不能捕捉反應(yīng)生成物程度的狀態(tài)也能維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
第二區(qū)域，所謂“精加工，使其平均表面粗糙度Ra大到能捕捉反應(yīng)生成物的程度”，是指如下?tīng)顟B(tài)；當(dāng)將第一區(qū)域外側(cè)的整個(gè)區(qū)域形成和第一區(qū)域相同的平滑度時(shí)，不會(huì)捕捉反應(yīng)生成物，因此，在基板的外邊緣部堆積大量的反應(yīng)生成物，得到的結(jié)果是蝕刻保護(hù)作用過(guò)剩，凹部，例如溝槽的蝕刻速率變緩，在基板中央部和外邊緣部之間，凹部的深度變得不均勻。然而，形成第二區(qū)域，該部位的平滑度變差時(shí)，在該處捕捉反應(yīng)生成物的結(jié)果，凹部的蝕刻變緩的速率減小，在基板中央部和外邊緣部之間，提高了凹部深度的均勻性。因此，第二區(qū)域加工到表面呈粗糙狀態(tài)，達(dá)到獲得這種效果的程度，例如，通過(guò)砂磨加工等，加工到平均表面粗糙度Ra在3.2以下的狀態(tài)。即，靠近聚焦環(huán)的內(nèi)側(cè)，例如進(jìn)行研磨，進(jìn)行鏡面加工，使平均表面粗糙度Ra很小，在外側(cè)是將平均表面粗糙度Ra加工到大于該平均表面粗糙度Ra的狀態(tài)，可以說(shuō)相當(dāng)于本發(fā)明的聚焦環(huán)。
這樣，在使用聚焦環(huán)時(shí)，通過(guò)曝露于等離子體中，雖然進(jìn)行消耗，但表面中的消耗程度，外側(cè)區(qū)域大于內(nèi)側(cè)區(qū)域。為此，將聚焦環(huán)組裝在裝置中，曝露于等離子體中時(shí)，優(yōu)選將消耗程度變化的部位設(shè)定為第一區(qū)域和第二區(qū)域的界限。
本發(fā)明的另一側(cè)面的聚焦環(huán)，其特征在于利用等離子體對(duì)載置在氣密性的處理容器內(nèi)的載置臺(tái)上的基板表面進(jìn)行蝕刻的等離子體蝕刻裝置中，以圍繞在上述基板的周?chē)姆绞皆O(shè)置。利用含鹵素的蝕刻氣體和氧氣的混合氣體，對(duì)硅層進(jìn)行蝕刻時(shí)，由蝕刻生成的鹵化硅與氧反應(yīng)，生成二氧化硅，該反應(yīng)生成物堆積在凹部?jī)?nèi)起到了蝕刻的保護(hù)作用，因此，本發(fā)明在這類的工序中適用。
根據(jù)本發(fā)明，不是將整個(gè)聚焦環(huán)表面形成很高的平滑性，而是在靠近表面的內(nèi)側(cè)，形成平均表面粗糙度Ra很小的區(qū)域，抑制堆積反應(yīng)生成物，由此降低顆粒向基板的背面和側(cè)面附著，另一方面，在靠近外側(cè)處形成平均表面粗糙度Ra很大的區(qū)域，來(lái)捕捉堆積的反應(yīng)生成物，由此抑制反應(yīng)生成物堆積在基板外邊緣部，而且能抑制該外邊緣部蝕刻速率的降低。因此，可抑制顆粒對(duì)基板的污染，提高在基板的中央部分和外邊緣部之間蝕刻速率的均勻性，例如，對(duì)于由蝕刻形成的凹部深度，可進(jìn)行面內(nèi)均勻性高的處理。


參照附圖并利用以下詳細(xì)的說(shuō)明，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置縱剖側(cè)面圖。
圖2是上述等離子體蝕刻裝置的載置臺(tái)周邊部和聚焦環(huán)縱剖側(cè)面圖。
圖3是利用上述等離子體蝕刻裝置，蝕刻前的基板表面和形成溝槽的基板表面的說(shuō)明圖。
圖4是本發(fā)明的聚焦環(huán)和現(xiàn)有的聚焦環(huán)中堆積物的附著和脫離作為圖像的說(shuō)明圖。
圖5是為確認(rèn)本發(fā)明效果，而進(jìn)行實(shí)施例的聚焦環(huán)表面凹凸?fàn)顟B(tài)的測(cè)定結(jié)果的說(shuō)明圖。
圖6是現(xiàn)有的等離子體蝕刻裝置中載置臺(tái)和聚焦環(huán)的縱剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下作為使用了本發(fā)明聚焦環(huán)的等離子體蝕刻裝置的實(shí)施方式，以磁控管方式的反應(yīng)性離子蝕刻裝置為例進(jìn)行說(shuō)明。圖中2是由如鋁等導(dǎo)電性部件構(gòu)成的氣密性處理容器，該處理容器2接地。該處理容器2中對(duì)向設(shè)置有上部電極3和載置臺(tái)4，其中，上部電極3是導(dǎo)入進(jìn)行蝕刻的處理氣體的氣體供給部分并兼作氣體噴淋頭，載置臺(tái)4載置基板，如硅晶片(以下稱為晶片)W，兼作下部電極。
處理容器2的底部連接有排氣管21，該排氣管21與真空排氣裝置，例如渦輪分子泵和干式泵等真空泵22連接。在處理容器2的側(cè)壁上，具有開(kāi)關(guān)自由的門(mén)閥23，并設(shè)有搬入搬出晶片W的開(kāi)口部23a。
在上述上部電極3的下面，貫通設(shè)置有通過(guò)氣體供給管路31，例如配管和緩沖室31a連通的多個(gè)氣體擴(kuò)散孔32，構(gòu)成為可以向載置在上述載置臺(tái)4上的晶片W，噴射規(guī)定的處理氣體。上述氣體供給管路31，其基端與氣體供給系統(tǒng)33連接，該氣體供給系統(tǒng)33具有處理氣體，例如HBr氣、NF3(三氟化氮)氣體和氧氣體的供給源、閥和流量調(diào)節(jié)部等供給控制設(shè)備等。上部電極3通過(guò)匹配器34與供給高頻電的高頻電源部35連接。上部電極3通過(guò)絕緣部件36與處理容器2的側(cè)壁部絕緣。
上述載置臺(tái)4具有由導(dǎo)電性部件，例如鋁等構(gòu)成的本體部分40和設(shè)在本體部分上的靜電吸盤(pán)41。在該靜電吸盤(pán)41的內(nèi)部，設(shè)置有例如箔狀電極41a，該電極41a通過(guò)開(kāi)關(guān)42連接直流電源43，通過(guò)施加直流電壓(吸盤(pán)電壓)，由靜電力將晶片W靜電吸附在靜電吸盤(pán)41表面上。在本體部分40內(nèi)設(shè)有未圖示的調(diào)溫用調(diào)溫裝置，通過(guò)該調(diào)溫裝置的調(diào)溫作用和來(lái)自等離子體的熱量，將晶片W保持在預(yù)先設(shè)定的溫度。
在靜電吸盤(pán)41的表面上，貫通設(shè)有多個(gè)噴射口44，向晶片W的背面噴射提高載置臺(tái)4和晶片W之間形成細(xì)微間隙的傳熱效率的傳熱用氣體，例如氦氣(He)，并從中央部分向外擴(kuò)散傳熱用氣體。這些噴射口44通過(guò)貫通載置臺(tái)4內(nèi)的傳熱用氣體供給管路45與傳熱用氣體供給部46連通。上述載置臺(tái)4通過(guò)匹配器47連接施加偏置用電的高頻電源部48。在載置臺(tái)4的內(nèi)部，設(shè)有可以對(duì)未圖示的傳送臂進(jìn)行晶片W傳遞的未圖示的升降銷(xiāo)。
在靜電吸盤(pán)41的周?chē)?，以圍繞吸附保持在該靜電吸盤(pán)41周?chē)木琖的方式，設(shè)有由絕緣材料，如石英形成的，例如環(huán)寬L約為64mm的聚焦環(huán)5。載置臺(tái)4的本體部分40的上部，設(shè)有為保護(hù)組裝體的螺釘?shù)鹊慕^緣性的保護(hù)環(huán)49，聚焦環(huán)5跨越該保護(hù)環(huán)49和本體部分40，設(shè)在它們之上，同時(shí)，在內(nèi)邊緣形成段部，伸入到向靜電吸盤(pán)41外側(cè)突出的晶片周邊部位的下側(cè)。
由此，該聚焦環(huán)5，從內(nèi)邊緣起，在徑向外側(cè)上，例如將32mm遠(yuǎn)處的點(diǎn)P，作為邊界，由此將內(nèi)側(cè)區(qū)域和外側(cè)區(qū)域分別取為第一區(qū)域f1和第二區(qū)域f2，按以下精加工表面。第一區(qū)域f1，對(duì)其表面精加工，使其平均表面粗糙度Ra小到不能捕捉蝕刻處理時(shí)的反應(yīng)生成物，例如硅和氧的化合物的程度，而第二區(qū)域f2，對(duì)其表面精加工，使得平均表面粗糙度Ra大到能捕捉干反應(yīng)生成物的程度。它們的意思與“發(fā)明內(nèi)容”的項(xiàng)目中詳細(xì)講述的一樣，具體是第一區(qū)域f1，例如，利用拋光技術(shù)加工到平均表面粗糙度Ra為0.1，第二區(qū)域f2，例如用砂磨加工，加工到平均表面粗糙度Ra在3.2以下，如1.6。正如上述，只要第一區(qū)域f1的平均表面粗糙度Ra在0.1以下，即使以后使用由等離子體消耗，在蝕刻處理時(shí)，也能相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持不捕捉反應(yīng)生成物的狀態(tài)。對(duì)于第二區(qū)域f2，平均表面粗糙度Ra過(guò)大時(shí)，會(huì)附著相當(dāng)大的粒子，存儲(chǔ)附著(反應(yīng)生成物的附著)過(guò)多，導(dǎo)致均勻性變差，所以優(yōu)選不超過(guò)3.2。
如已述，本發(fā)明，使用將整個(gè)表面加工成鏡面的聚焦環(huán)5，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間等離子體蝕刻，以研究表面時(shí)，從內(nèi)側(cè)起，由距離某部位開(kāi)始，平均表面粗糙度Ra突然增大，在此狀態(tài)下，因?yàn)橹塾诼淙刖琖外邊緣部的蝕刻速率下降幅度很小的事實(shí)，所以，將平均表面粗糙度Ra急劇增大的點(diǎn)作為第一區(qū)域f1和第二區(qū)域f2的邊界，所以優(yōu)選一開(kāi)始就制作出這樣的表面狀態(tài)。
回到圖1，記載的有關(guān)其他的部位，在處理容器2的內(nèi)壁上，為防止反應(yīng)生成物附著在該內(nèi)壁面上，設(shè)置有被稱為密封倉(cāng)庫(kù)(depotsealed)等的例如由石英形成的保護(hù)筒61，在載置臺(tái)4的側(cè)面設(shè)有防止反應(yīng)生成物附著的墊圈體62。63是調(diào)節(jié)阻板(baffle)，是使真空排氣均勻化的裝置。進(jìn)而，在處理容器2的外周側(cè)，為了在處理氣體環(huán)境中形成規(guī)定的磁場(chǎng)，例如在上下設(shè)置由多個(gè)環(huán)狀永久磁鐵配列形成的磁鐵部64、65。
接著，說(shuō)明使用上述等離子體處理裝置，對(duì)基板，例如晶片W表面進(jìn)行等離子體處理的順序。首先，打開(kāi)門(mén)閥23，利用未圖示的傳送臂，將作為基板的晶片W送入處理容器2內(nèi)，利用未圖示的升降銷(xiāo)將晶片W載置在載置臺(tái)4表面上，同時(shí)關(guān)閉門(mén)閥23，一邊保持規(guī)定的壓力，一邊從作為上部電極3的氣體噴淋頭向處理容器2內(nèi)供給蝕刻氣體，例如HBr氣和NF3氣和微量的O2氣。這時(shí)，供入到處理容器2內(nèi)的蝕刻氣體，沿著晶片W的表面，向徑向的外方流動(dòng)，并從載置臺(tái)4的周?chē)懦觥?br> 接著，施加吸盤(pán)電壓，將晶片W靜電吸附在靜電吸盤(pán)41上后，向晶片W的背面?zhèn)裙┙o傳熱用的He氣體。然后，打開(kāi)高頻電源部分35，向上部電極3和作為載置臺(tái)的下部電極4之間施加高頻電壓，使蝕刻氣體等離子體化，同時(shí)打開(kāi)高頻電源部分48，向晶片W施加偏置用電力，使等離子體中的活性種子以很高的垂直性撞擊晶片W。這樣利用聚焦環(huán)5的作用抑制等離子體擴(kuò)展，而不會(huì)減小晶片W外邊緣部的活性種子濃度。
圖3A是成為處理對(duì)象的基板晶片W的表面部分，在單結(jié)晶的硅層71上，依次層疊為阻止后工序的CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)工序的氮化硅膜(Si3N4膜)72和蝕刻時(shí)作為掩膜(硬掩膜)的BSG膜(摻硼的非結(jié)晶氧化硅膜)73。將該表面部分曝露于等離子體中，硅層71被蝕刻。晶片W從等離子體吸收熱量，利用未圖示的冷卻裝置冷卻載置臺(tái)4，利用這種平衡，可維持設(shè)定溫度，這樣，硅層71的蝕刻是利用HBr氣和NF3氣進(jìn)行切削，同時(shí)，其反應(yīng)生成物SiClx、SiBrX被O2氧化，形成SiO2等氧化物，并附著在被蝕刻部位的凹部?jī)?nèi)，由此，保護(hù)了側(cè)壁面，既抑制橫向的蝕刻，又能向深度方向進(jìn)行蝕刻。圖3B表示硅層71被蝕刻形成溝槽74的狀態(tài)，溝槽74，例如深度為7.5μm，縱橫比為4.0。
列舉一例處理?xiàng)l件，處理容器2內(nèi)的壓力設(shè)定為2.66Pa(200mTorr)、高頻電源部35的功率設(shè)定為2100W、高頻電源部48的功率設(shè)定為900W、晶片W的溫度設(shè)定為80℃、HBr氣、NF3氣和O2氣的流量設(shè)定為300/32/18sccm。
因此，通過(guò)蝕刻生成物的反應(yīng)生成物，從晶片W的表面向上飛舞，并流向外部，聚焦環(huán)5的第二區(qū)域f2，由于表面粗糙，所以反應(yīng)生成物的一部分被捕捉，堆積在該區(qū)域f2上。圖4A示出了這種狀態(tài)的圖像，對(duì)反應(yīng)生成物的粒子100做了夸張描繪。并認(rèn)為晶片W的外邊緣部和聚焦環(huán)5的表面附近，反應(yīng)生成物飛舞，反應(yīng)生成物的一部分在兩者間往來(lái)飛舞。由此，通過(guò)利用聚焦環(huán)5捕捉反應(yīng)生成物，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，只有這一部分附著在晶片W外邊緣部被蝕刻部位的反應(yīng)生成物很少。
與其相反，圖4B示出了將整個(gè)聚焦環(huán)5表面加工成鏡面，形成很高平滑性的情況，表面不捕捉飛來(lái)的反應(yīng)生成物，其向上飛舞，其中一部分飛舞返回到晶片W的外邊緣部上。晶片W的外邊緣部中，原本就附著大量的反應(yīng)生成物，蝕刻的保護(hù)作用過(guò)強(qiáng)，所以在該實(shí)施方式中，利用聚焦環(huán)5的捕捉作用緩和了該保護(hù)作用，其結(jié)果，抑制了蝕刻速率的降低，并緩和了晶片W中央部分和外邊緣部之間的溝槽深度不均勻性，由此提高了面內(nèi)均勻性。處理容器2的內(nèi)部，定期清洗、除去堆積在聚焦環(huán)5上的反應(yīng)生成物，利用堆積物的剝離防止產(chǎn)生顆粒。
進(jìn)而，聚焦環(huán)5的內(nèi)側(cè)的第一區(qū)域f1，由于平滑度高，所以實(shí)際上不附著反應(yīng)生成物，由此，反應(yīng)生成物堆積在晶片W的外緣附近，從而抑制住它飛舞返還，附著在晶片W背面和側(cè)面形成顆粒污染的現(xiàn)象。
根據(jù)上述實(shí)施方式，聚焦環(huán)5的表面中，靠近內(nèi)側(cè)的第一區(qū)域f1，具有很高的平坦性，所以不會(huì)堆積反應(yīng)生成物，其外側(cè)的第二區(qū)域f2很粗糙，所以能捕捉堆積反應(yīng)生成物，如上述，能抑制顆粒對(duì)晶片W的顆粒污染，而且能抑制晶片W外邊緣部蝕刻速率的降低，蝕刻處理可獲得很高的面內(nèi)均勻性。
本發(fā)明中，作為蝕刻對(duì)象，不限于在硅層上形成溝槽的處理，也適用于為在絕緣膜中形成配線層而形成凹部的情況。此時(shí)，晶片W的外邊緣部，由于反應(yīng)生成物的堆積減少，所以抑制住反應(yīng)生成物形成的過(guò)剩保護(hù)作用，并能抑制蝕刻形狀的惡化。作為聚焦環(huán)的材質(zhì)，并不限于絕緣材料，為了擴(kuò)展等離子體，也可以使用導(dǎo)電體或半導(dǎo)體。作為蝕刻氣體，并不限于上述氣體，即使不添加氧氣，也能適用于產(chǎn)生反應(yīng)生成物的蝕刻。
實(shí)施例接著，為確認(rèn)本發(fā)明的效果，說(shuō)明進(jìn)行的實(shí)施例。對(duì)于上述實(shí)施方式中敘述的聚焦環(huán)5，將整個(gè)表面加工成鏡面，平均表面粗糙度Ra取為0.05，將其安裝在圖1的等離子體蝕刻裝置中，在上述實(shí)施方式的處理?xiàng)l件下處理1800枚具有圖3A所示表面部分的晶片W，各自形成溝槽，總計(jì)蝕刻處理時(shí)間達(dá)到30小時(shí)，取出聚焦環(huán)5，研究其表面，其結(jié)果，從聚焦環(huán)5的內(nèi)緣，到徑向外側(cè)5mm的區(qū)域S0內(nèi)，平均表面粗糙度Ra為0.8，從聚焦環(huán)5的上述區(qū)域S0到外側(cè)32mm的區(qū)域S1，平均表面粗糙度Ra為0.15，從聚焦環(huán)5的上述區(qū)域S1到外側(cè)64mm的區(qū)域S2，平均表面粗糙度Ra為0.36。
圖5A～C是測(cè)定各區(qū)域S0、S1、S2表面高度的數(shù)據(jù)。聚焦環(huán)5的內(nèi)緣附近，由于等離子體密度(活性種子的密度)很高，不可避免激烈消耗，但距內(nèi)緣稍近的區(qū)域S1中，平均表面粗糙度Ra為0.15，可知幾乎沒(méi)有消耗。靠近聚焦環(huán)5外側(cè)的區(qū)域S2，消耗程度再次增大。與靠近內(nèi)側(cè)的區(qū)域S1相比，認(rèn)為靠近外側(cè)的區(qū)域S2消耗程度大的理由，是等離子體流速很快，新鮮的活性種子很多的緣故。
另一方面，當(dāng)檢查蝕刻狀態(tài)時(shí)，關(guān)于初期時(shí)刻的晶片W，與中央部分比較，外邊緣部的蝕刻速率很小，只有39.5nm/分鐘，但經(jīng)過(guò)30小時(shí)后的晶片W，與中央部分比較外邊緣部的蝕刻速率變得更小，只有35.6nm/分鐘，從而提高了蝕刻速度的均勻性。上述區(qū)域S1的平均表面粗糙度Ra為0.15，該狀態(tài)的平滑性相當(dāng)高，不可能捕捉堆積反應(yīng)生成物，靠近其外側(cè)區(qū)域S2的平均表面粗糙度Ra為0.36，該狀態(tài)下，可捕獲堆積反應(yīng)生成物。
因此，聚焦環(huán)5的表面中，靠近內(nèi)側(cè)處，形成平均表面粗糙度Ra很小的區(qū)域，靠近外側(cè)處，形成平均表面粗糙度Ra很大的區(qū)域，可以理解這種狀況很有效。例如，在制造聚焦環(huán)5時(shí)，只要將靠近內(nèi)側(cè)區(qū)域S0和S1的平均表面粗糙度Ra，例如取為0.1以下，例如，即使對(duì)裝置使用400小時(shí)，堆積反應(yīng)生成物，也能保持抑制飛舞返回晶片W側(cè)的狀態(tài)?？拷鈧?cè)區(qū)域S2的平均表面粗糙度Ra，例如，只要加工到0.36，從使用開(kāi)始時(shí)，就能獲得捕捉堆積反應(yīng)生成物的作用，其結(jié)果，能進(jìn)行面內(nèi)均勻性良好的處理。
本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施例，在權(quán)利要求范圍內(nèi)公開(kāi)的本發(fā)明技術(shù)思想和范疇內(nèi)，該技術(shù)領(lǐng)域人員可作多種變更。
權(quán)利要求
1.一種聚焦環(huán)，是在利用等離子體對(duì)載置在氣密性處理容器內(nèi)的載置臺(tái)上的基板表面進(jìn)行蝕刻的等離子體蝕刻裝置中使用、以圍繞所述基板周?chē)姆绞皆O(shè)置的環(huán)狀部件，其中靠近表面的內(nèi)側(cè)處，具有對(duì)該區(qū)域進(jìn)行精加工，使其平均表面粗糙度Ra小到蝕刻處理時(shí)不捕捉反應(yīng)生成物的程度的第一區(qū)域，在所述第一區(qū)域的外側(cè)處，具有對(duì)該區(qū)域進(jìn)行精加工，使其平均表面粗糙度Ra大到能捕捉所述反應(yīng)生成物的第二區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的聚焦環(huán)，其特征在于所述第一區(qū)域的平均表面粗糙度Ra在0.1以下。
3.如權(quán)利要求1所述的聚焦環(huán)，其特征在于所述第二區(qū)域的平均表面粗糙度Ra在0.36以下。
4.如權(quán)利要求1所述的聚焦環(huán)，其特征在于所述第一區(qū)域和第二區(qū)域的界限是將聚焦環(huán)組裝到等離子體蝕刻裝置中，利用等離子體對(duì)基板進(jìn)行蝕刻時(shí)，消耗程度大幅度變動(dòng)的部位。
5.如權(quán)利要求2所述的聚焦環(huán)，其特征在于所述第一區(qū)域和第二區(qū)域的界限是將聚焦環(huán)組裝到等離子體蝕刻裝置中，利用等離子體對(duì)基板進(jìn)行蝕刻時(shí)，消耗程度大幅度變動(dòng)的部位。
6.一種等離子體蝕刻裝置，其特征在于在利用等離子體對(duì)載置在氣密性的處理容器內(nèi)的載置臺(tái)上的基板表面進(jìn)行蝕刻的等離子體蝕刻裝置中，以圍繞在所述基板周?chē)姆绞皆O(shè)置有權(quán)利要求1所述的聚焦環(huán)。
7.一種使用權(quán)利要求6所述的等離子體蝕刻裝置，對(duì)基板進(jìn)行蝕刻的等離子體蝕刻方法。
8.如權(quán)利要求7所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于所述蝕刻是利用含鹵素的蝕刻氣體和氧氣的混合氣體，對(duì)硅層進(jìn)行的。
9.一種聚焦環(huán)，是在利用等離子體對(duì)載置在氣密性的處理容器內(nèi)的載置臺(tái)上的基板表面進(jìn)行蝕刻的等離子體蝕刻裝置中使用、以圍繞所述基板周?chē)姆绞皆O(shè)置的環(huán)狀部件，其中在靠近其表面的內(nèi)部，具有第一平均表面粗糙度的第一區(qū)域，在所述第一區(qū)域的外側(cè)，具有大于所述第一平均表面粗糙度的第二平均表面粗糙度的第二區(qū)域。
10.如權(quán)利要求9所述的聚焦環(huán)，其特征在于所述第一區(qū)域的平均表面粗糙度在0.1以下。
11.如權(quán)利要求9所述的聚焦環(huán)，其特征在于所述第二區(qū)域的平均表面粗糙度Ra在0.36以下。
12.如權(quán)利要求9所述的聚焦環(huán)，其特征在于所述第一區(qū)域和第二區(qū)域的界限，是將聚焦環(huán)組裝到等離子體蝕刻裝置中，利用等離子體對(duì)基板進(jìn)行蝕刻時(shí)，消耗程度相對(duì)其他部位大幅度變動(dòng)的部位。
13.如權(quán)利要求10所述的聚焦環(huán)，其特征在于所述第一區(qū)域和第二區(qū)域的界限，是將聚焦環(huán)組裝到等離子體蝕刻裝置中，利用等離子體對(duì)基板進(jìn)行蝕刻時(shí)，消耗程度相對(duì)其他部位大幅度變動(dòng)的部位。
14.如權(quán)利要求9所述的聚焦環(huán)，其特征在于所述第一區(qū)域和第二區(qū)域的界限大致在所述聚焦環(huán)寬度的1/2點(diǎn)處。
15.一種等離子體蝕刻方法，其特征在于，包括將權(quán)利要求1的聚焦環(huán)設(shè)置在所述氣密性的處理容器內(nèi)的載置臺(tái)上的工序；將所述基板載置在所述載置臺(tái)上的工序；和對(duì)所述基板進(jìn)行蝕刻的工序。
16.如權(quán)利要求15所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于所述蝕刻是利用含鹵素的蝕刻氣體和氧氣的混合氣對(duì)硅層進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種聚焦環(huán)，是在利用等離子體對(duì)載置在氣密性處理容器內(nèi)的載置臺(tái)上的基板表面進(jìn)行蝕刻的等離子體蝕刻裝置中使用、以圍繞所述基板周?chē)姆绞皆O(shè)置的聚焦環(huán)。聚焦環(huán)中，在靠近其表面的內(nèi)側(cè)處，具有對(duì)該區(qū)域進(jìn)行精加工，使其平均表面粗糙度Ra小到蝕刻處理時(shí)不捕捉反應(yīng)生成物的程度的第一區(qū)域，在所述第一區(qū)域的外側(cè)，具有對(duì)該區(qū)域進(jìn)行a精加工，使其平均表面粗糙度R大到能捕捉所述反應(yīng)生成物的第二區(qū)域。第一區(qū)域和第二區(qū)域的界限，是將聚焦環(huán)組裝到等離子體蝕刻裝置中，利用等離子體對(duì)基板進(jìn)行蝕刻時(shí)，消耗程度相對(duì)于其他部位大幅度變化的部位。
文檔編號(hào)C23F4/00GK1776889SQ200510123269
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者佐藤大樹(shù), 小林秀行, 堀口將人 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社