專利名稱：等離子體處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及對被處理基板實(shí)施等離子體處理技術(shù)，特別是涉及向電極供給高頻，生成等離子體方式的等離子體處理技術(shù)。本發(fā)明特別是涉及在制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體處理中利用的等離子體處理技術(shù)。這里，所謂半導(dǎo)體處理，意味著在半導(dǎo)體晶片、LCD(Liquid crystaldisplay液晶顯示器)、及FPD(Flat Panel Display平面顯示器)用的玻璃基板等的被處理基板上以規(guī)定的圖案形成半導(dǎo)體層、絕緣層、導(dǎo)電層等，由此在該被處理基板上制造半導(dǎo)體器件、包括半導(dǎo)體器件相連接的配線、電極等結(jié)構(gòu)物而實(shí)施的各種處理。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件和FPD的制造工藝中的蝕刻、堆積、氧化、濺射等處理中，為了在處理氣體中在比較低的溫度下進(jìn)行良好的反應(yīng)，大多使用等離子體。在單片式等離子體處理裝置中，電容耦合型的平行平板等離子體處理裝置是主要使用的裝置。
一般在電容結(jié)合型的平行平板等離子體處理裝置中，在可以減壓的處理容器或反應(yīng)室內(nèi)平行配置上部電極和下部電極。下部電極接地，在它的上面放置被處理基板(半導(dǎo)體晶片、玻璃基板等)。通過匹配器向上部電極和/或下部電極提供高頻電壓。與此同時(shí)用設(shè)在上部電極的澆淋頭噴射處理氣體。用在上部電極和下部電極之間形成的電場加速電子，通過電子和處理氣體的沖撞電離生成等離子體。然后利用等離子體中的中性自由基和離子等對基板表面進(jìn)行規(guī)定的微細(xì)加工。其中兩個電極起到電容器的作用。
最近隨著在制造工藝中的設(shè)計(jì)規(guī)則的細(xì)化，在等離子體處理中要求在低壓下生成高密度的等離子體。因此在上述電容結(jié)合型的平行平板等離子體處理裝置中，變成對上部電極提供比現(xiàn)有(一般為小于或等于27MHz)高得多的高頻區(qū)域(例如大于或等于50MHz)的高頻?？墒侨缣峁┙o上部電極的高頻的頻率變高，從高頻電源通過供電棒提供給電極背面的高頻由于集膚效應(yīng)在電極表面?zhèn)鬏?，集中在電極下面(等離子體接觸面)的中央部分。因此電極下面的中央部分的電場強(qiáng)度變得比外圍部分的電場強(qiáng)度高，生成的等離子體的密度也是電極中央部分比電極外圍部分高。此外由于等離子體在半徑方向從高密度空間向低密度空間擴(kuò)散，等離子體密度越來越變成在電極中央部分相對高、在電極外圍部分相對低的分布。
為了消除此問題，大家知道用高電阻部件構(gòu)成上部電極的下面中央部分(例如參照特開2000-323456號公報(bào))。在此技術(shù)中用高電阻部件構(gòu)成上部電極的下面中央部分，在那里以焦?fàn)枱嵯母嗟母哳l電力。這樣使上部電極的下面(等離子體接觸面)的電場強(qiáng)度與電極外圍相比在電極中央部分相對降低，來修正上述的等離子體密度的不均勻性。
可是在用高電阻部件構(gòu)成上部電極的下面中央部分的結(jié)構(gòu)中，存在有用焦?fàn)枱嵯母哳l電力(能量損失)變多的可能性。此外RF頻率越高，構(gòu)成對上部電極的供電線的供電棒等的感應(yīng)性電抗成分的影響越大。因此在供電線到上部電極的不確定部位之間產(chǎn)生共振點(diǎn)，在此共振點(diǎn)附近有可能出現(xiàn)異常的大電流流動。
此外在最近的等離子體處理裝置中，上部電極有多個氣體通氣孔，大多同時(shí)用作為從這些通氣孔把處理氣體向下部電極側(cè)噴射的所謂的澆淋頭。這樣的澆淋頭兼用型上部電極由于受到來自等離子體的離子的攻擊而被濺射，作為消耗品使用。特別是由于氣體通氣孔的出口(角部)使電場集中，容易濺射。如氣體出口被切削，氣體擴(kuò)展成喇叭形，不能穩(wěn)定地生成等離子體。因此氣體出口的濺射進(jìn)行程度(擴(kuò)展的情況)成為電極壽命的指標(biāo)。如在這樣的澆淋頭結(jié)構(gòu)的上部電極上要實(shí)現(xiàn)上述的等離子體的高密度化，電極壽命有可能越來越短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供能夠提高向上部電極供給的高頻的傳送效率的等離子體處理裝置及方法。
本發(fā)明的另一目的在于，提供能夠容易地實(shí)現(xiàn)等離子體密度的均勻化的等離子體處理裝置及方法。
本發(fā)明的第一個技術(shù)方案是，一種等離子體處理裝置，具有可設(shè)定成具有真空氣氛的處理容器；配置成面對在上述處理容器內(nèi)規(guī)定位置處配置的被處理基板的上部電極；向上述處理容器內(nèi)提供處理氣體的處理氣體供給部；輸出第一高頻的第一高頻電源；和具有與上述上部電極在周圍方向?qū)嵸|(zhì)上連續(xù)連接的第一筒形導(dǎo)電部件，將來自上述第一高頻電源的上述第一高頻電供給上述上部電極的供電部。
本發(fā)明的第二個技術(shù)方案是一種等離子體處理方法，具有以下工序在可設(shè)定成具有真空氣氛的處理容器內(nèi)在規(guī)定位置配置被處理基板的工序；通過具有與上述上部電極在周圍方向?qū)嵸|(zhì)上連續(xù)連接的第一筒形導(dǎo)電部件的供電部，向在上述處理容器內(nèi)與上述基板相對面配置的上述上部電極，供給來自上述高頻電源的高頻的工序；向上述上部電極供給上述高頻，同時(shí)向上述處理容器內(nèi)供給規(guī)定的處理氣體，在上述上部電極的正下方附近使上述處理氣體等離子體化的工序；以及在使上述等離子體擴(kuò)散的同時(shí)利用上述等離子體對上述基板實(shí)施規(guī)定的等離子體處理的工序。
根據(jù)上述第一及第二個技術(shù)方案，來自高頻電源的高頻通過第一筒形導(dǎo)電部件從周圍方向的全部區(qū)域供給到上部電極，在上部電極的正下方生成等離子體。生成的等離子體主要通過向內(nèi)側(cè)或中心側(cè)擴(kuò)散而使等離子體的密度在半徑方向均勻化。通過這樣所得到的等離子體，在與上部電極相對面的基板的被處理面上實(shí)施規(guī)定的處理。能夠通過適當(dāng)調(diào)整上部電極對基板的尺寸及距離間隔、等離子體生成速率等，而使等離子體密度得到均勻化。
優(yōu)選上部電極的材質(zhì)是采用對于來自高頻電源的高頻電壓來說電壓下降或電力損失小的低電阻導(dǎo)電體或半導(dǎo)體。而且，優(yōu)選上部電極的結(jié)構(gòu)能夠是由配置為環(huán)形的一個或多個電極所構(gòu)成，特別是優(yōu)選由一個環(huán)形電極所構(gòu)成。
在象上述那樣環(huán)形構(gòu)成上述上部電極的情況下，能夠從環(huán)的內(nèi)側(cè)向等離子體生成空間內(nèi)輸送處理氣體。優(yōu)選能夠配置從多個氣體噴出孔均勻地噴射處理氣體的澆淋頭。該澆淋頭也可以是由電極所構(gòu)成，向其內(nèi)側(cè)電極分割供給來自高頻電源的高頻。
在第一筒形導(dǎo)電部件的半徑方向外側(cè)，可以配置與接地電位相連接的第二筒形導(dǎo)電部件。在這種情況下，由第一及第二筒形導(dǎo)電部件，形成前者作為導(dǎo)波路的同軸線路。在該同軸線路中，能夠使從高頻電源向上部電極的電力傳送效率極大化，此外優(yōu)選上述第二筒形導(dǎo)電部件的半徑與上述第一筒形導(dǎo)電部件的半徑的比在1.2～2.0的范圍內(nèi)，更優(yōu)選設(shè)定在1.5～1.7的范圍內(nèi)。還有，第二筒形導(dǎo)電部件可以與處理容器一體構(gòu)成。
上部電極可具有包圍供給處理氣體的澆淋頭、且比澆淋頭的下面向下方突出的突出部。由該上部電極的突出部，通過對于等離子體生成空間給予從周圍側(cè)向半徑方向內(nèi)的電場而密閉等離子體，能夠?qū)崿F(xiàn)等離子體密度的提高與均勻化。特別是，上部電極中突出部的突出量與半徑方向上基板的相對位置關(guān)系，是左右等離子體密度的空間分布特性的重要因素。優(yōu)選突出部對于澆淋頭的下面而向下方的突出量設(shè)在25mm以下。而且，優(yōu)選突出部的內(nèi)徑部分配置于比基板的外側(cè)端向半徑方向外側(cè)離開24mm～30mm的位置。
在上部電極的下面可設(shè)置密封部件。如上所述在上部電極上設(shè)置突出部的情況下，可以配置密封部件，覆蓋該突出部的下面。由該密封部件，能夠在等離子體生成空間的外側(cè)，遮斷或密封第一上部電極附近的高頻放電路徑，能夠抑制在其正下方的等離子體的生成。由此，能夠進(jìn)一步提高在基板正上密封等離子體的效果，同時(shí)能夠有效地防止不希望的重合膜向處理容器的堆積。
根據(jù)上述第一技術(shù)方案及第二技術(shù)方案的形式，能夠提高向上部電極供給的等離子體生成用高頻的傳送效率。根據(jù)別的形式，能夠減少高頻能量的損失，容易實(shí)現(xiàn)等離子體密度的均勻化。


圖1為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置的縱截面圖。
圖2為表示圖1所示的等離子體蝕刻裝置主要部分的局部放大截面圖。
圖3為表示第1實(shí)施方式中的等離子體生成裝置的主要部分的等效電路的電路圖。
圖4為表示第1實(shí)施方式中的利用調(diào)整電場強(qiáng)度平衡功能的電場強(qiáng)度(相對值)分布特性的圖。
圖5為表示第1實(shí)施方式中的利用調(diào)整電場強(qiáng)度平衡功能的電場強(qiáng)度(相對值)比例特性的圖。
圖6A和圖6B為表示第1實(shí)施方式中的電子密度的空間分布特性的圖。
圖7A和圖7B為表示第1實(shí)施方式中的蝕刻速率的空間分布特性的圖。
圖8為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置的截面圖。
圖9A和圖9B為表示第2實(shí)施方式中的蝕刻速率的空間分布特性的圖。
圖10A和圖10B為表示第2實(shí)施方式中的蝕刻速率的空間分布特性的圖。
圖11為表示第2實(shí)施方式中的可變電容器內(nèi)側(cè)投入功率特性的圖。
圖12為表示第2實(shí)施方式中的等離子體生成用的高頻供電電路的等效電路的電路圖。
圖13為表示在第2實(shí)施方式中設(shè)置在上部供電棒周圍的導(dǎo)體部件的作用的圖。
圖14為表示在第2實(shí)施方式中得到的可變電容器底部本身偏置電壓特性的圖。
圖15A和圖15B為表示第2實(shí)施方式中的低通濾波器電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖16為表示第2實(shí)施方式中的低通濾波器內(nèi)的電阻的作用的圖。
圖17為表示第2實(shí)施方式中的低通濾波器內(nèi)的電阻值最佳范圍的圖。
圖18為表示第2實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的主要部分的縱截面圖。
圖19A～圖19E為表示把第2實(shí)施方式中的上部電極突出部分的內(nèi)徑和突出量作為參數(shù)的電子密度空間分布特性的圖。
圖20A和圖20B為表示把第2實(shí)施方式中的上部電極突出部分的內(nèi)徑和突出量作為二維參數(shù)的電子密度均勻性的特性曲線的圖。
圖21為表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的主要部分的縱截面圖。
圖22A和圖22B為表示用于證實(shí)第3實(shí)施方式中的密封部件的作用的電子密度的空間分布特性的圖。
圖23為把表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式中的內(nèi)側(cè)/外側(cè)投入功率比作為參數(shù)的電子密度的空間分布特性的圖。
圖24為把表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式中的內(nèi)側(cè)/外側(cè)投入功率比作為參數(shù)的重合膜堆積速度的空間分布特性的圖。
圖25為把表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式中的內(nèi)側(cè)/外側(cè)投入功率比作為參數(shù)的蝕刻深度的空間分布特性的圖。
圖26為表示把本發(fā)明的第5實(shí)施方式中的中心/周邊氣體流量比作為參數(shù)的CF2自由基密度的空間分布特性的圖。
圖27為表示把第5實(shí)施方式中的中心/周邊氣體流量比作為參數(shù)的Ar自由基密度的空間分布特性的圖。
圖28為表示把第5實(shí)施方式中的中心/周邊氣體流量比作為參數(shù)的N2自由基密度的空間分布特性的圖。
圖29為表示把第5實(shí)施方式中的中心/周邊氣體流量比作為參數(shù)的SiF4反應(yīng)生成物的空間分布特性的圖。
圖30為表示把第5實(shí)施方式中的中心/周邊氣體流量比作為參數(shù)的CO反應(yīng)生成物的空間分布特性的圖。
圖31為表示第5實(shí)施方式的模擬中的自由基生成(離解)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖32A～圖32C為表示本發(fā)明的第6實(shí)施方式中的BARC蝕刻的評價(jià)模型和測定數(shù)據(jù)的圖。
圖33A～圖33C為表示本發(fā)明的第7實(shí)施方式中的SiO2蝕刻的評價(jià)模型和測定數(shù)據(jù)的圖。
圖34為用圖表示的等離子體密度分布和自由基密度分布的兩個系統(tǒng)獨(dú)立控制的適用例子的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在下面的說明中，具有大體相同功能和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要素采用相同的符號，僅在必要的情況下進(jìn)行重復(fù)的說明。
(第1實(shí)施方式)圖1為表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置的縱截面圖。此等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)為電容結(jié)合型平行平板等離子體蝕刻裝置。此裝置具有例如由表面進(jìn)行鋁陽極化處理(陽極氧化處理)的鋁構(gòu)成的圓筒形的腔體(處理容器)10。腔體10為保證安全被接地。
圓柱形的基座支撐臺14通過陶瓷板等絕緣板12配置在腔體10的底部。在基座支撐臺14上例如配置由鋁構(gòu)成的基座16?；?6構(gòu)成下部電極，作為被處理基板例如半導(dǎo)體晶片W放置在它上面。
在基座16的上面配置有用靜電吸附力保持半導(dǎo)體晶片W的靜電吸盤18。靜電吸盤18是把由導(dǎo)電膜構(gòu)成的電極20夾在一對絕緣層或絕緣片之間的。直流電源22與電極20進(jìn)行電連接。利用來自直流電源22的直流電壓，半導(dǎo)體晶片W被用庫侖力吸附保持在靜電吸盤18上。在靜電吸盤18的周圍在基座16的上面上，為了提高蝕刻的均勻性，例如配置由硅構(gòu)成的聚焦環(huán)24。在基座16和基座支撐臺14的側(cè)面，粘貼例如由石英構(gòu)成的圓筒形的內(nèi)壁部件26。
在基座支撐臺14的內(nèi)部，配置例如在圓周方向延伸的冷卻介質(zhì)室28。在冷卻介質(zhì)室28中利用裝在外面的冷機(jī)設(shè)備(圖中沒有表示)通過配管30a、30b循環(huán)提供規(guī)定溫度的冷卻介質(zhì)，例如冷卻水。用冷卻介質(zhì)的溫度可以控制基座16上的半導(dǎo)體晶片W的處理溫度。此外從傳熱氣體供給機(jī)構(gòu)(圖中沒有表示)來的傳熱氣體例如He氣，通過氣體供給管線32提供到靜電吸盤18的上面和半導(dǎo)體晶片W的背面之間。
上部電極34被配置成在基座16的上方與此基座平行并與其面對。兩個電極16、34之間的空間是等離子體生成空間。上部電極34形成與基座(下部電極)16上的半導(dǎo)體晶片W相面對并與等離子體生成空間接觸的面，也就是形成對向面。上部電極34由環(huán)形或圈餅形外側(cè)(outer)上部電極36和圓板形內(nèi)側(cè)(inner)上部電極38構(gòu)成，外側(cè)(outer)上部電極36是被配置成與基座16相隔規(guī)定間隔，內(nèi)側(cè)(inner)上部電極38是被配置成與外側(cè)上部電極36的半徑方向內(nèi)側(cè)絕緣。這些所謂的外側(cè)上部電極36和內(nèi)側(cè)上部電極38關(guān)于等離子體生成具有以前者(36)為主、后者(38)為輔的關(guān)系。
圖2為表示圖1所示的等離子體蝕刻裝置主要部分的局部放大截面圖。如圖2所示，在外側(cè)上部電極36和內(nèi)側(cè)上部電極38之間形成例如0.25～2.0mm的環(huán)形空隙(間隙)，在此空隙中設(shè)置例如由石英構(gòu)成的介電體40。也可以在此空隙中設(shè)置陶瓷96。把介電體40夾在兩個電極36、38之間形成電容器。此電容器的電容C40根據(jù)此空隙的尺寸和介電體40的介電率選定或調(diào)整到規(guī)定值。在外側(cè)上部電極36和腔體10的側(cè)壁之間，例如由氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成的環(huán)形的絕緣性遮擋部件42被安裝成氣體密封狀態(tài)。
外側(cè)上部電極36優(yōu)選的是由焦?fàn)枱嵘俚牡碗娮璧膶?dǎo)電體或半導(dǎo)體例如硅構(gòu)成。第一高頻電源52通過匹配器44、上部供電棒46、連接器48和供電筒50，與外側(cè)上部電極36進(jìn)行電連接。第一高頻電源52輸出13.5MHz以上的頻率的高頻電壓，例如60MHz的高頻電壓。匹配器44是用于使負(fù)荷阻抗和高頻電源52內(nèi)部(或輸出)阻抗匹配的設(shè)備。匹配器44具有在腔體10內(nèi)生成等離子體時(shí)，使高頻電源52的輸出阻抗和負(fù)荷阻抗表觀上一致的功能。匹配器44的輸出端子被連接在上部供電棒46的上端。
供電筒50是由圓筒形或圓錐形或與其接近形狀的導(dǎo)電板構(gòu)成，例如由鋁板或鋼板構(gòu)成。供電筒50的下端在圓周方向連續(xù)連接在外側(cè)上部電極36上。供電筒50的上端用連接器48與上部供電棒46的下端進(jìn)行電連接。在供電筒50的外側(cè)，腔體10的側(cè)壁延伸到上部電極34的高度位置的上方，構(gòu)成圓筒形的接地導(dǎo)體10a。圓筒形接地導(dǎo)體10a的上端用筒形絕緣部件54與上部供電棒46實(shí)施電絕緣。在這樣的結(jié)構(gòu)中，在從連接器48看的負(fù)荷電路中，用供電筒50、外側(cè)上部電極36和圓筒形接地導(dǎo)體10a形成以前者(36、50)為波導(dǎo)路的同軸線路。
在圖1中，內(nèi)側(cè)上部電極38具有電極板56和電極支撐體58，電極板56有多個氣體通氣孔56a，電極支撐體58可以裝拆地支撐電極板56。電極板56例如由Si、SiC等的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，電極支撐體58由導(dǎo)電材料，例如表面進(jìn)行鈍化處理(陽極氧化處理alumite處理)的鋁構(gòu)成。在電極支撐體58的內(nèi)部，配置例如用由O型圈構(gòu)成的環(huán)形隔板部件60分割而成的兩個氣體導(dǎo)入室，也就是中心氣體導(dǎo)入室62和周圍氣體導(dǎo)入室64。用中心氣體導(dǎo)入室62和設(shè)在它下面的多個氣體噴出孔56a構(gòu)成中心澆淋頭。用周圍氣體導(dǎo)入室64和設(shè)在它下面的多個氣體噴出孔56a構(gòu)成周圍澆淋頭。
按規(guī)定的流量比從共同的處理氣體供給源66向氣體導(dǎo)入室62、64提供處理氣體。更詳細(xì)地說，來自處理氣體供給源66的氣體供給管68在中途分成兩支，連接在氣體導(dǎo)入室62、64上，在支管68a、68b上分別配置流量控制閥70a、70b。由于從處理氣體供給源66到氣體導(dǎo)入室62、64的流路的流導(dǎo)相同，所以通過流量控制閥70a、70b的調(diào)整，可以任意調(diào)整提供給兩個氣體導(dǎo)入室62、64的處理氣體流量。此外在氣體供給管68上配置質(zhì)量流量控制器(MFC)72和開關(guān)閥74。
這樣調(diào)整導(dǎo)入中心氣體導(dǎo)入室62和周圍氣體導(dǎo)入室64的處理氣體的流量比。這樣可以任意調(diào)整從對應(yīng)于中心氣體導(dǎo)入室62的電極中心部分的氣體通氣孔56a、也就是從中心澆淋頭噴出的氣體流量FC與從對應(yīng)于周圍氣體導(dǎo)入室64的電極周圍部分的氣體通氣孔56a、也就是從周圍澆淋頭噴出的氣體流量FE的比例(FC/FE)。可使從中心澆淋頭和周圍澆淋頭分別噴出的處理氣體的單位面積的流量不同。此外可單獨(dú)或個別選定從中心澆淋頭和周圍澆淋頭分別噴出的處理氣體的氣體種類或氣體混合比。
第一高頻電源52通過匹配器44、上部供電棒46、連接器48和下部供電筒76與內(nèi)側(cè)上部電極38的電極支撐體58進(jìn)行電連接。在下部供電筒76的中間配置可以可變調(diào)整電容量的可變電容器78。
圖中省略了，在外側(cè)上部電極36和內(nèi)側(cè)上部電極38上也可以設(shè)置適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)室或冷卻套(圖中沒有表示)。通過從外部的冷機(jī)設(shè)備把冷卻介質(zhì)提供給此冷卻介質(zhì)室或冷卻套，可以控制電極的溫度。
在腔體10的底部設(shè)置排氣口80，排氣裝置84通過排氣管82連接在排氣口80上。排氣裝置84有渦輪分子泵等的真空泵，可以把腔體10內(nèi)的等離子體處理空間的壓力降低到規(guī)定的真空度。此外在腔體10的側(cè)壁上安裝有開關(guān)半導(dǎo)體晶片W的裝入取出口的閘閥86。
在此實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置中，第二高頻電源90通過匹配器88與作為下部電極的基座16進(jìn)行電連接。第二高頻電源90輸出2～27MHz范圍內(nèi)的頻率的高頻電壓，例如輸出2MHz的高頻電壓。匹配器88是用于使負(fù)荷阻抗和高頻電源90內(nèi)部(或輸出)阻抗匹配的設(shè)備。匹配器88具有在腔體10內(nèi)生成等離子體時(shí)，使高頻電源90的內(nèi)部阻抗和負(fù)荷阻抗表觀上一致的功能。
用于不使來自第一高頻電源52的高頻(60MHz)通過、使來自第二高頻電源98的高頻(2MHz)通向接地的低通濾波器(LPF)92與內(nèi)側(cè)上部電極38進(jìn)行電連接。低通濾波器(LPF)92適合用LR濾波器或LC濾波器構(gòu)成?？墒怯捎诩词褂靡桓鶎?dǎo)線對于來自第一高頻電源52的高頻(60MHz)，可以給定足夠大的電抗，所以也能以此應(yīng)付。另一方面用于把來自第一高頻電源52的高頻(60MHz)通向接地的高通濾波器(HPF)94與基座16進(jìn)行電連接。
在此等離子體蝕刻裝置中，要進(jìn)行蝕刻首先打開閘閥86，把加工對象的半導(dǎo)體晶片W裝入到腔體10內(nèi)，放在基座16上。然后從處理氣體供給源66以規(guī)定的流量和流量比把蝕刻氣體(一般為混合氣體)導(dǎo)入到氣體導(dǎo)入室62、64，利用排氣裝置84使腔體10內(nèi)的壓力、也就是蝕刻壓力為設(shè)定值(例如幾mTorr～1Torr的范圍內(nèi))。用第一高頻電源52以規(guī)定的功率把等離子體生成用的高頻(60MHz)提供給上部電極34(36、38)，同時(shí)用第二高頻電源90以規(guī)定的功率把高頻(2MHz)提供給基座16。此外用直流電源22把直流電壓提供給靜電吸盤18的電極20，把半導(dǎo)體晶片W固定在基座16上。從內(nèi)側(cè)上部電極38的氣體通氣孔56a噴出的蝕刻氣體，在上部電極34(36、38)和基座16之間的輝光放電中被等離子體化。用此等離子體生成的自由基和離子，對半導(dǎo)體晶片W的被處理表面進(jìn)行蝕刻。
在此等離子體蝕刻裝置中，對上部電極34提供高頻區(qū)域(離子不動的5～10MHz以上)的高頻。這樣以優(yōu)選的解離狀態(tài)使等離子體高密度化，即使在更低壓的條件下也可以形成高密度的等離子體。
此外在上部電極34中，與半導(dǎo)體晶片W正面相對的內(nèi)側(cè)上部電極38成為澆淋頭兼用型，用中心澆淋頭(62、56a)和周圍澆淋頭(64、56a)可以任意調(diào)整氣體噴出流量的比率。以此在半徑方向控制氣體分子或自由基密度的空間分布特性，可以任意控制用自由基基體的蝕刻特性的空間的分布特性。
另一方面如后所述，在上部電極34中作為用于生成等離子體的高頻電極，以外側(cè)上部電極36為主，以內(nèi)側(cè)上部電極38為輔，利用兩個高頻電極36、38可以調(diào)整給予電極正下方的電子的電場強(qiáng)度的比例。因此在半徑方向控制等離子體密度的空間分布，可以任意而且精細(xì)地控制反應(yīng)性離子蝕刻的空間特性。
其中重要的是等離子體密度空間分布的控制對自由基密度空間分布的控制不要有實(shí)質(zhì)的影響。等離子體密度空間分布的控制利用改變外側(cè)上部電極36和內(nèi)側(cè)上部電極38之間電場強(qiáng)度或投入功率的比例進(jìn)行。自由基密度空間分布的控制利用改變中心澆淋頭(62、56a)和周圍澆淋頭(64、56a)之間處理氣體流量和氣體密度或氣體混合比的比例進(jìn)行。
也就是從中心澆淋頭(62、56a)和周圍澆淋頭(64、56a)噴出的處理氣體的離解在內(nèi)側(cè)上部電極38的正下方的面積內(nèi)進(jìn)行。因此即使改變內(nèi)側(cè)上部電極38和外側(cè)上部電極36之間的電場強(qiáng)度的平衡，也也幾乎不會影響到內(nèi)側(cè)上部電極38(同一面積內(nèi))的中心澆淋頭(62、56a)和周圍澆淋頭(64、56a)之間的自由基生成量以至密度的平衡。這樣等離子體密度的空間分布和自由基密度的空間分布實(shí)際上可以獨(dú)立進(jìn)行控制。
此外此等離子體蝕刻裝置成為在外側(cè)上部電極36的正下方，生成大部分到過半數(shù)的等離子體，向內(nèi)側(cè)上部電極38的正下方擴(kuò)散的方式。如采用此方式，兼作澆淋頭的內(nèi)側(cè)上部電極38受到的來自等離子體的離子的攻擊少。因此可以有效地抑制作為更換部件的電極板56的氣體噴出口56a的濺射進(jìn)行程度，大幅度延長電極板56的壽命。另一方面外側(cè)上部電極36沒有電場集中的氣體噴出口。因此離子的攻擊少，替代內(nèi)側(cè)上部電極38，電極壽命不變短。
如前所述，圖2表示此等離子體蝕刻裝置主要部分(特別是構(gòu)成等離子體生成裝置的主要部分)的結(jié)構(gòu)。圖2中省略了內(nèi)側(cè)上部電極38的澆淋頭部分(56a、62、64)的結(jié)構(gòu)。圖3為表示第1實(shí)施方式中的等離子體生成裝置的主要部分的等效電路的電路圖。在此等效電路中省略了各部分的電阻。
在此實(shí)施方式中如上所述，在從連接器48看的負(fù)荷電路中，用外側(cè)上部電極36、供電筒50和圓筒形接地導(dǎo)體10a形成把前者(36、50)作為波導(dǎo)路J0的同軸線路。設(shè)供電筒(50)的半徑(外徑)為a0，圓筒形接地導(dǎo)體10a的半徑為b，此同軸線路的特性阻抗或電感L0可以近似用下述(1)式表示。
L0＝K·In(b/a0) ……(1)其中K是由導(dǎo)電路的變化性和介電率決定的常數(shù)。
另一方面在從連接器48看的負(fù)荷電路中，在下部供電棒76和圓筒形接地導(dǎo)體10a之間也形成以前者(76)為波導(dǎo)路Ji的同軸線路。內(nèi)側(cè)上部電極38也在下部供電棒76的延長位置上，但是直徑差別過大，下部供電棒76的阻抗成為起支配作用。其中如設(shè)下部供電棒76的半徑(外徑)為ai，此同軸線路的特性阻抗或電感Li可以近似用下述(2)式表示。
Li＝K·In(b/ai)……(2)象從上述(1)、(2)式可以理解的那樣，向內(nèi)側(cè)上部電極38傳遞高頻的內(nèi)側(cè)波導(dǎo)路Ji與現(xiàn)在一般的RF系統(tǒng)給出同樣的電感Li。另一方面在向外側(cè)上部電極36傳遞高頻的外側(cè)波導(dǎo)路J0僅在直徑大的部分給定明顯小的電感L0。這樣從匹配器44看，在從連接器48之前的負(fù)荷電路中，用低阻抗的外側(cè)波導(dǎo)路J0容易傳播高頻(電壓降小)。因此向外側(cè)上部電極36提供多的高頻功率P0，可以在外側(cè)上部電極36的下面(等離子體接觸面)得到強(qiáng)的電場強(qiáng)度E0。另一方面用高阻抗的內(nèi)側(cè)波導(dǎo)路Ji，難以傳播高頻(電壓降大)。因此把比提供給外側(cè)上部電極36的高頻功率P0小的高頻功率Pi提供給內(nèi)側(cè)上部電極38，可以使在內(nèi)側(cè)上部電極38的下面(等離子體接觸面)得到的電場強(qiáng)度Ei比外側(cè)上部電極36側(cè)的電場強(qiáng)度E0小。
這樣用上部電極34在外側(cè)上部電極36的正下方以相對強(qiáng)的電場E0使電子加速，同時(shí)在內(nèi)側(cè)上部電極38的正下方以相對弱的電場Ei使電子加速。這樣在外側(cè)上部電極36的正下方生成大部分到超過一半的等離子體P，在內(nèi)側(cè)上部電極38的正下方輔助產(chǎn)生一部分等離子體P。然后通過在外側(cè)上部電極36的正下方生成的高密度的等離子體向半徑方向的內(nèi)側(cè)和外側(cè)擴(kuò)散，在上部電極34和基座16之間的等離子體處理空間中在半徑方向上使等離子體密度變得均勻。
可是在用外側(cè)上部電極36、供電筒50和圓筒形接地導(dǎo)體10a形成的同軸線路中的最大傳輸功率Pmax與供電筒50的半徑a0和圓筒形接地導(dǎo)體10a的半徑b有關(guān)，用下述(3)式給出。
Pmax/E02max＝a02[In(b/a0)]2/2Z0……(3)其中Z0為從匹配器44一側(cè)看的此同軸線路的輸入阻抗，E0max為RF傳輸系統(tǒng)的最大電場強(qiáng)度。
在上述的(3)式中，最大傳輸功率Pmax在(b/a0)1.65為極大值。也就是筒形接地導(dǎo)體10a與供電筒50的半徑比(b/a0)約為1.65時(shí)，外側(cè)波導(dǎo)路J0的功率傳輸效率最好。從此觀點(diǎn)看，為了提高外側(cè)波導(dǎo)路J0的功率傳輸效率，優(yōu)選的是選定供電筒50和/或筒形接地導(dǎo)體10a的半徑，使比值(b/a0)至少在1.2～2.0范圍內(nèi)來構(gòu)成，更優(yōu)選的是在1.5～1.7范圍內(nèi)來構(gòu)成。
在此實(shí)施方式中，為了任意而且精細(xì)地控制等離子體密度的空間分布，作為用于調(diào)整外側(cè)上部電極36正下方的外側(cè)電場強(qiáng)度E0(或向外側(cè)上部電極36一側(cè)投入的功率P0)和內(nèi)側(cè)上部電極38正下方的內(nèi)側(cè)電場強(qiáng)度Ei(或向內(nèi)側(cè)上部電極38一側(cè)投入的功率Pi)的比例的裝置，也就是調(diào)整平衡的裝置，在下部供電棒76的中間插入可變電容器78。通過改變可變電容器78的電容C78，使內(nèi)側(cè)波導(dǎo)路Ji的阻抗或電抗增加或減少，可以改變外側(cè)波導(dǎo)路J0的電壓降和內(nèi)側(cè)波導(dǎo)路Ji的電壓降的相對比例。這樣可以調(diào)整外側(cè)電場強(qiáng)度E0(外側(cè)投入的功率P0)和內(nèi)側(cè)電場強(qiáng)度Ei(內(nèi)側(cè)投入的功率Pi)的比例。
此外提供等離子體的電位降的離子層的阻抗一般是電容性的。在圖3的等效電路中，假設(shè)(假定)在外側(cè)上部電極36正下方的層阻抗的電容為Cpo、內(nèi)側(cè)上部電極38正下方的層阻抗的電容為Cpi。此外在外側(cè)上部電極36和內(nèi)側(cè)上部電極38之間形成的電容器的電容C40與可變電容器78的電容C78組合，控制上述的外側(cè)電場強(qiáng)度E0(外側(cè)投入的功率P0)和內(nèi)側(cè)電場強(qiáng)度Ei(內(nèi)側(cè)投入的功率Pi)的平衡。可以選定或調(diào)整電容C40，使用可變電容器78調(diào)整電場強(qiáng)度(投入的功率)平衡的功能最佳化。
圖4和圖5為表示檢驗(yàn)利用此實(shí)施方式中的可變電容器78調(diào)整電場強(qiáng)度平衡功能的示例(模擬數(shù)據(jù))。圖4為表示把可變電容器78的電容C78作為參數(shù)，在電極的半徑方向上的電場強(qiáng)度(相對值)分布特性。圖5為表示改變可變電容器78的電容C78時(shí)的外側(cè)電場強(qiáng)度E0和內(nèi)側(cè)電場強(qiáng)度Ei的相對比例。
在此模擬中，使半導(dǎo)體晶片W的口徑為200mm，選定圓板形狀的內(nèi)側(cè)上部電極38的半徑為100mm、環(huán)形的外側(cè)上部電極36的內(nèi)側(cè)半徑和外側(cè)半徑分別為101mm、141mm。這種情況下，相對于半導(dǎo)體晶片W的面積(314cm2)，內(nèi)側(cè)上部電極38的面積為314cm2，與晶片W相同，外側(cè)上部電極36的面積為304cm2，比晶片W稍小。一般在與晶片W相面對的面上，優(yōu)選的是外側(cè)上部電極36的平面面積為內(nèi)側(cè)上部電極38的平面面積的約1/4倍～約1倍。
如圖4所示，外側(cè)上部電極36的正下方的外側(cè)電場強(qiáng)度E0比內(nèi)側(cè)上部電極38的正下方的內(nèi)側(cè)電場強(qiáng)度Ei大，在兩個電極36、38的界面附近電場強(qiáng)度產(chǎn)生大的臺階。特別是外側(cè)上部電極36的正下方的外側(cè)電場強(qiáng)度E0在與內(nèi)側(cè)上部電極38的界面附近最大，有越向半徑方向的外側(cè)越低的傾向。在此例子中如圖5所示，如在180～350pF范圍內(nèi)改變可變電容器78的電容C78，可以在約10％～40％范圍內(nèi)連續(xù)控制電場強(qiáng)度Ei、E0的比例Ei/E0。C78＝125～180pF是負(fù)荷電路共振的區(qū)域，不能進(jìn)行控制。在基本穩(wěn)定區(qū)域使可變電容器78的電容C78越大，可以向如下的方向控制使內(nèi)側(cè)波導(dǎo)路Ji的電抗減少、使內(nèi)側(cè)上部電極38的正下方的內(nèi)側(cè)電場強(qiáng)度Ei相對增加、使外側(cè)電場強(qiáng)度E0和內(nèi)側(cè)電場強(qiáng)度Ei的比例Ei/E0提高。
在此實(shí)施方式中，由于可以使由供電筒50構(gòu)成的外側(cè)波導(dǎo)路J0的電抗明顯變小，可以使從匹配器44的輸出端子看的負(fù)荷電路的阻抗的電抗成為電容性的負(fù)值。這意味著從匹配器44的輸出端子到電容性的離子層的波導(dǎo)路中，不存在電抗從感應(yīng)性的正值極性反轉(zhuǎn)到負(fù)值的共振點(diǎn)。通過避免共振點(diǎn)的產(chǎn)生，避免共振電流的產(chǎn)生，可以降低高頻能量的損失，同時(shí)可以確保等離子體密度分布控制的穩(wěn)定性。
在圖6A(偏置導(dǎo)通)、圖6B(偏置截止)和圖7A(X方向)、圖7B(Y方向)中表示此實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置中得到的電子密度分布特性和蝕刻速率分布特性的一個例子(試驗(yàn)數(shù)據(jù))。在此試驗(yàn)中，與圖4和圖5的電場強(qiáng)度分布特性相同，把可變電容器78的電容C78作為參數(shù)。然后用等離子體吸收探針(PAP)測定了半徑方向各位置上的電子密度。此外測定了蝕刻半導(dǎo)體晶片上的硅氧化膜在半徑方向的各晶片位置上的蝕刻速度。在此試驗(yàn)中也選定內(nèi)側(cè)上部電極38的半徑為100mm、外側(cè)上部電極36的內(nèi)側(cè)半徑和外側(cè)半徑分別為101mm、141mm。主要蝕刻條件如下所述。
晶片口徑＝200mm腔體內(nèi)的壓力＝15mTorr溫度(上部電極/腔體側(cè)壁/下部電極)＝60/50/20℃?zhèn)鳠釟怏w(He氣)供給壓力(中心部位/邊緣部位)＝15/25Torr上部和下部電極間距離＝50mm工藝氣體(C5F8/Ar/O2)流量20/380/20sccm高頻功率(60MHz/2MHz)2200W/1500W(C78＝500pF、1000pF)、1800W(C78＝120pF)在圖6A和圖6B中，選定可變電容器78的電容C78為120pF時(shí)是選定提高外側(cè)電場強(qiáng)度E0和內(nèi)側(cè)電場強(qiáng)度Ei的比例Ei/E0的情況。在此情況下，可以得到電極中心附近最大，越向半徑方向外側(cè)越單調(diào)減少的電子密度、也就是等離子體密度的分布特性。這種情況下，認(rèn)為這是由于等離子體的擴(kuò)散率超過作為主等離子體生成部的外側(cè)上部電極36的正下方的等離子體生成率和作為副等離子體生成部的內(nèi)側(cè)上部電極38的正下方的等離子體生成率的差，從所有方向集中的中心部分的等離子體密度與周圍相比變得相對高的原因。
另一方面選定電容C78為1000pF時(shí)，是選定降低外側(cè)電場強(qiáng)度E0和內(nèi)側(cè)電場強(qiáng)度Ei的比例Ei/E0的情況。這種情況下，在半徑方向與晶片內(nèi)側(cè)相比，使晶片外側(cè)的位置(距中心140mm附近的位置)電子密度最大化，可以在晶片的內(nèi)側(cè)(0～100mm)得到大體均勻的電子密度分布。認(rèn)為這是由于隨內(nèi)側(cè)上部電極38的正下方的等離子體生成率的增加，向半徑方向外側(cè)的擴(kuò)散增強(qiáng)的緣故。無論怎么做，通過在適當(dāng)范圍內(nèi)精細(xì)地可變調(diào)整可變電容器78的電容C78，可以自由而且精細(xì)地控制電子密度即等離子體密度的空間分布特性。
此外向下部電極16提供高頻偏置(2MHz)的情況(圖6A)與不提供的情況(圖6B)相比，各位置的電子密度有一定程度的增加，分布圖形幾乎不變。
根據(jù)圖7A和圖7B的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用可變調(diào)整可變電容器78的電容C78，可以得到對應(yīng)于圖6A和圖6B的電子密度空間分布特性的圖形的蝕刻速率空間分布特性。也就是通過在適當(dāng)范圍內(nèi)精細(xì)地可變調(diào)整可變電容器78的電容C78，晶片面內(nèi)的蝕刻速率空間分布特性也可以自由而且精細(xì)地控制。
此外用此實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置，在象上述那樣在內(nèi)側(cè)上部電極36的澆淋頭機(jī)構(gòu)中，可以可變調(diào)整中心部和外圍部的氣體噴出流量的比例。利用此功能也可以同時(shí)進(jìn)行用自由基基體(radical base)控制蝕刻速率的空間分布特性。
(第2實(shí)施方式)圖8為表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置的截面圖。圖8中具有與上述第1實(shí)施方式的裝置(圖1)中相同的結(jié)構(gòu)或功能的部分采用同一符號。
第2實(shí)施方式中的特征之一是用于把來自高頻電源52的高頻向外側(cè)上部電極36傳輸?shù)膫鬏斅窂?、也就是供電?0是使用鑄件的結(jié)構(gòu)。此鑄件的材質(zhì)優(yōu)選的是導(dǎo)電性和加工性優(yōu)良的金屬，例如可以用鋁。鑄件的優(yōu)點(diǎn)之一是成本低，與板材制的相比可以抑制到1/7以下的成本。另外的優(yōu)點(diǎn)是容易成為一個整體，由于可以減少RF接觸面，可以使RF損失減小。
即使用鑄件構(gòu)成供電筒50，也沒有使高頻傳輸效率降低。也就是象圖9A(鑄件)、圖9B(板)和圖10A(鑄件)、圖10B(板)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)所示，可以確認(rèn)供電筒50無論是用板材構(gòu)成還是用鑄件構(gòu)成，蝕刻速率幾乎沒有差別。圖9A和圖9B表示硅氧化膜(SiO2)的蝕刻速率的空間分布特性，圖10A和圖10B表示光致抗蝕膜(PR)的蝕刻速率的空間分布特性。此驗(yàn)證例中的主要蝕刻條件如下。
晶片口徑＝300mm腔體內(nèi)的壓力＝25mTorr溫度(上部電極/腔體側(cè)壁/下部電極)＝60/60/20℃?zhèn)鳠釟怏w(He氣)供給壓力(中心部位/邊緣部位)＝15/40Torr上部和下部電極間距離＝45mm工藝氣體(C5F8/Ar/O2)流量30/750/50sccm高頻功率(60MHz/2MHz)3300W/3800W測定時(shí)間＝120秒第2實(shí)施方式中的第二個特征是在供電筒50內(nèi)在供電棒76的周圍設(shè)置環(huán)形的導(dǎo)體部件100的結(jié)構(gòu)。如下所述，導(dǎo)體部件100的主要作用是使供電棒76的周圍的電感減小，改善用可變電容器78調(diào)整外側(cè)/內(nèi)側(cè)投入功率的調(diào)整功能的幅度。
在上述等離子體處理裝置中如上所述，通過改變可變電容器78的電容C78，可以任意調(diào)節(jié)對外側(cè)上部電極36的投入功率P0和對內(nèi)側(cè)上部電極38投入的功率Pi的比例。一般在改變可變電容器78的電容C78的可變調(diào)整用步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)式進(jìn)行。在此電容的可變調(diào)整中，有必要避開上述的不能控制的共振區(qū)域(在圖5中的125pF＜C78＜180pF的區(qū)域。因此在上述第1實(shí)施方式中的試驗(yàn)驗(yàn)證例(圖6A、圖6B、圖7A、圖7B)中，主要使用共振區(qū)域右側(cè)的穩(wěn)定區(qū)域(C78≥180pF)?？墒怯覀?cè)穩(wěn)定區(qū)域要提高內(nèi)側(cè)投入功率Pi的比例有個限度，而且有功率損失也大的一面。這一點(diǎn)從圖4和圖5也可以看出，共振區(qū)域左側(cè)的區(qū)域(C78≤125pF)對提高內(nèi)側(cè)投入功率Pi的比例有利，還有功率損失少的優(yōu)點(diǎn)。但是在共振區(qū)域左側(cè)，由于越提高內(nèi)側(cè)投入功率Pi的比例，越接近共振區(qū)域，在圖11的特性曲線A那樣的變化率(傾斜)大的特性曲線下，存在有在靠近共振區(qū)域的微調(diào)非常困難的一面。
為了解決此問題，如圖11的特性曲線B所示，在電容一內(nèi)側(cè)投入功率比例特性曲線中，減小共振區(qū)域左側(cè)的區(qū)域的變化率，拓寬調(diào)整范圍是有效的。而為了得到圖11的特性曲線B那樣的傾斜緩的寬的特性曲線，如下述那樣減小供電棒76周圍的電感Li是有效的。
圖12為表示第2實(shí)施方式中的等離子體生成用的高頻供電電路的等效電路的電路圖。在供電棒76周圍的電抗ωLi由于一般采用比電容78的電抗1/ωC78大的絕對值，內(nèi)側(cè)波導(dǎo)路Ji的合成電抗X一般為感應(yīng)性的，可以表示成X＝ωLa。用此表觀的電感La和電容C40形成的并聯(lián)電路成為共振狀態(tài)時(shí)，在電感La的電納1/ωLa和電容C40的電納ωC40相互抵消為零時(shí)，也就是1/ωLa＝1/(ωLi-1/ωC78)＝ωC40成立的時(shí)候。其中越減小Li，使上述共振條件成立的C78的值越大，靠近如圖11的特性曲線B所示的共振區(qū)域，得到傾斜緩的寬的特性曲線。為了用圖12的等效電路進(jìn)行簡單的說明，省略了外側(cè)波導(dǎo)路J0的電感L0。即使此等效電路中加入電感L0，原理也是相同的。
圖13為表示在此實(shí)施方式中的導(dǎo)體部件100的作用。在供電棒76中流過隨時(shí)間變化的電流I時(shí)，在供電棒76的周圍產(chǎn)生環(huán)狀磁通B，同時(shí)由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)體部件100的內(nèi)部流過與磁通B交鏈的感應(yīng)電流i。于是由于感應(yīng)電流i在導(dǎo)體部件100的內(nèi)外生成環(huán)狀的磁通b，在導(dǎo)體部件100的內(nèi)部僅僅磁通b的部分抵消磁通B。這樣通過在供電棒76的周圍設(shè)置導(dǎo)體部件100，使供電棒76周圍真正的磁通生成量減少，可以使電感Li減小。
導(dǎo)體部件100的外觀結(jié)構(gòu)優(yōu)選的是在圓周方向連續(xù)的單一的環(huán)形體，也可以是把多個導(dǎo)體部件100在圓周方向并排配置的結(jié)構(gòu)。此外導(dǎo)體部件100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以是圖13所示的環(huán)形有空洞的中空體，如圖8所示的內(nèi)部埋入的塊體結(jié)構(gòu)可以得到更大的降低電感的效果。優(yōu)選的是導(dǎo)體材料100的容積越大越好，理想的是最優(yōu)選充滿供電筒50內(nèi)側(cè)的空間。實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)選的是供電筒50和外側(cè)上部電極36圍住的空間的1/10～1/3用導(dǎo)體部件100填充。導(dǎo)體部件100的材質(zhì)可以是任意的導(dǎo)電材料，例如可以用鋁的鑄件。導(dǎo)體部件100配置成與附近的導(dǎo)體，也就是供電棒76和內(nèi)側(cè)上部電極38等電絕緣。
圖14為表示用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對在此實(shí)施方式中用導(dǎo)體部件100的上述拓寬效果進(jìn)行驗(yàn)證的例子。在圖14中，特性曲線B′是用此實(shí)施方式的裝置構(gòu)造得到的，特性曲線A′是用沒有設(shè)置導(dǎo)體部件100的裝置結(jié)構(gòu)得到的。這些特性曲線A′、B′分別對應(yīng)于把圖11的特性曲線A、B顛倒過來的曲線。也就是在這種平行平板型等離子體裝置中，存在有越增加向上部電極34的中央部分的投入功率(內(nèi)側(cè)投入功率Pi)的比例，在基座16一側(cè)基板W附近的等離子體密度越高，這樣(與等離子體密度成反比)基座16一側(cè)的偏置頻率的Vpp越低的關(guān)系。根據(jù)此關(guān)系，可以改變可變電容器78的變化步進(jìn)值(與電容C78的值成比例的控制量)，把在各個步進(jìn)值得到的Vpp的測定值加以繪圖得到的特性曲線A′、B′(圖14)對應(yīng)于把圖11的特性曲線A、B上下顛倒過來的曲線。如從圖14的特性曲線B′證實(shí)的那樣，如采用此實(shí)施方式，通過在供電棒76的周圍設(shè)置導(dǎo)電部件100，在用可變電容器78調(diào)整外側(cè)/內(nèi)側(cè)投入功率平衡中，可以穩(wěn)定而且精細(xì)地控制內(nèi)側(cè)投入功率Pi的比例成為在靠近共振區(qū)域的盡可能高的值。
第2實(shí)施方式的第三個特征是關(guān)于在內(nèi)側(cè)上部電極38和接地電位之間連接的低通濾波器92。如圖15A所示，在此實(shí)施方式中的低通濾波器92與可變電阻器93和線圈95串聯(lián)，以不通過生成等離子體用的高頻(60MHz)，通過偏置用高頻(2MHz)以下的交流頻率和直流的方式構(gòu)成。如采用低通濾波器92，通過可變調(diào)整可變電阻器93的電阻值R93，可以調(diào)整內(nèi)側(cè)上部電極38的直流電位或本身偏置電壓Vdc。
更詳細(xì)地說如圖16所示，越減小電阻器93的電阻值R93，電阻器93的電壓降越小，負(fù)的直流電位Vdc升高(接近接地電位)。相反，越增大電阻器93的電阻值R93，電阻器93的電壓降越大，直流電位Vdc降低。不過如直流電位Vdc過高(一般如高于-150V)，等離子體電位升高，產(chǎn)生異常放電或電弧。另一方面如直流電位Vdc過低(一般如低于-450V)，離子向內(nèi)側(cè)上部電極38的沖擊變強(qiáng)，電極的消耗快。
如采用其他的看法，如圖17所示，在直流電位Vdc中存在對上述異常放電和電極消耗都可以防止以至抑制的適合的范圍(-450V～-150V)，存在有對應(yīng)于此適合范圍的電阻值R93的范圍(Ra～Rb)。因此利用從電阻器93一側(cè)選定或調(diào)整電阻值R93在上述范圍(Ra～Rb)內(nèi)可以把直流電位Vdc調(diào)整到上述適合的范圍(-450V～-150V)。此外利用向上部電極34整體(外側(cè)上部電極36和內(nèi)側(cè)上部電極38)提供的高頻功率的值也可以改變電阻值R93的適合范圍(Ra～Rb)。作為一個例子，對于3000W的高頻功率，可以得到下限電阻值Ra＝約1MΩ的試驗(yàn)結(jié)果。
此外如圖15B所示，通過可變直流電源97把內(nèi)側(cè)上部電極38接地，也可以利用電源電壓直接控制直流電位Vdc。優(yōu)選的是可變直流電源97用雙極電源構(gòu)成。
第2實(shí)施方式的第四個特征是在上部電極34中，使外側(cè)上部電極36的下面比內(nèi)側(cè)上部電極38的下面還向下、即向基座16一側(cè)突出的結(jié)構(gòu)。圖18為表示第2實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的主要部分的縱截面圖。在此例子中，把外側(cè)上部電極36作成由上側(cè)的第一電極部件36A和下側(cè)的第二電極部件36B構(gòu)成的分成上下兩部分的結(jié)構(gòu)。主體的第一電極部件36A例如用進(jìn)行了鋁陽極化處理的鋁構(gòu)成，被連接在供電筒50上。更換部件的第二電極部件36B例如用硅構(gòu)成，以比內(nèi)側(cè)上部電極38的下面僅突出規(guī)定值H的狀態(tài)，用螺栓(圖中沒有表示)等緊密固定在第一電極部件36A上，可以裝拆。在兩個電極部件36A、36B之間，作為用于提高熱導(dǎo)的部件102，設(shè)置硅橡膠薄片等。此外利用把兩個電極部件36A、36B的接觸面用特氟隆(商品名)涂敷，可降低熱阻。
在外側(cè)上部電極36的突出部分36B的突出量H和內(nèi)徑(直徑)Φ規(guī)定從外側(cè)上部電極36以至上部電極34給予等離子體生成空間的電場的強(qiáng)度和方向等，進(jìn)而成為左右等離子體密度的空間分布特性的重要的因素。
圖19A～圖19E表示以突出部分36B的突出量H和內(nèi)徑(直徑)Φ為參數(shù)的電子密度空間分布特性的一個例子(試驗(yàn)數(shù)據(jù))。在此試驗(yàn)中也用等離子體吸收探針(PAP)測定了在半徑方向的各位置的電子密度。但是使半導(dǎo)體晶片的口徑為300mm。主要的參數(shù)Φ、H在圖19A的試驗(yàn)例子中為Φ＝329mm、H＝15mm，在圖19B的試驗(yàn)例子中為Φ＝329mm、H＝20mm，在圖19C的試驗(yàn)例子中為Φ＝339mm、H＝20mm，在圖19D的試驗(yàn)例子中為Φ＝349mm、H＝20mm，在圖19E的試驗(yàn)例子中為Φ＝359mm、H＝25mm。此外其次的參數(shù)選定四種內(nèi)側(cè)投入功率Pi和外側(cè)功率P0的比例Pi/P0(RF功率比)為(30/70)、(27/73)、(20/80)、(14/86)。
在圖19A～圖19E的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，越增加外側(cè)上部電極36的突出部分36B的內(nèi)徑(直徑)Φ，電子密度的急劇下跌的拐點(diǎn)F越向半徑方向外側(cè)移動，越增加突出部分36B的突出量H，電子密度的急劇下跌的拐點(diǎn)F上升。理想的特性是拐點(diǎn)F位于晶片邊緣位置(150mm的位置)的正上方，而且是在高的位置保持與中央部分一側(cè)的平的關(guān)系的分布特性。在這一點(diǎn)上，在圖19D的特性(Φ＝349mm、H＝20mm)、特別是RF功率比Pi/P0選定30/70的情況下的特性最接近理想值。
圖20A為表示以Φ、H作為二維參數(shù)的電子密度空間分布的總體均勻性UT和邊緣的均勻性UE的特性。其中所謂總體均勻性UT是如圖20B所示，從晶片中心位置(R0)到晶片邊緣位置(R150)的半徑方向整個區(qū)域的面內(nèi)的均勻性。此外邊緣的均勻性UE是晶片邊緣附近的區(qū)域、例如從半徑130mm的位置(R130)到晶片邊緣位置(R150)的區(qū)間的面內(nèi)的均勻性。
如圖20A的特性所示，突出部分36B的突出量H在很大程度上左右總體的均勻性UT，對邊緣的均勻性UE也有很大影響。另一方面突出部分36B的內(nèi)徑(直徑)Φ對邊緣均勻性E起作用的，對總體的均勻性T幾乎沒有影響?？傊怀霾糠?6B的突出量H優(yōu)選的是25mm以下，特別優(yōu)選的是設(shè)定在20mm左右。此外突出部分36B的內(nèi)徑(直徑)Φ優(yōu)選的是設(shè)定在348mm～360mm的范圍內(nèi)，特別更優(yōu)選的是設(shè)定在349mm附近。再有Φ＝348mm～360mm意味著突出部分36B配置在距晶片邊緣在半徑方向外側(cè)24mm～30mm的位置。
重要的是在于外側(cè)上部電極36的突出部分36B通過對于等離子體生成空間給予從周邊一側(cè)向半徑方向內(nèi)的電場，起到把等離子體封閉的作用方面。從這一點(diǎn)看，為了實(shí)現(xiàn)等離子體空間分布特性的均勻性，希望可以說突出部分36B必須位于晶片邊緣更靠向半徑方向外側(cè)。另一方面突出部分36B的半徑方向的寬度不重要，可以選擇任意的寬度。
(第3實(shí)施方式)圖21為表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的主要部分的縱截面圖。特征以外的部分可以與上述第2實(shí)施方式的相同。第3實(shí)施方式的特征是在上述第2實(shí)施方式的外側(cè)上部電極36的突出部分36B的周圍設(shè)置密封部件104的結(jié)構(gòu)。
密封部件104例如由進(jìn)行了鋁陽極化處理(alumite氧化鋁膜處理)的鋁板構(gòu)成，與處理容器10的側(cè)壁進(jìn)行物理的和電的結(jié)合。密封部件104從容器側(cè)壁大致水平延伸到外側(cè)上部電極36的突出部分36B的下面，以非接觸或絕緣狀態(tài)覆蓋突出部分36B和環(huán)形遮擋部件42的下面。外側(cè)上部電極36的第2電極部件36B構(gòu)成L形斷面，外圍一側(cè)的部分垂直向下形成突出部分?？梢杂门c上述第2實(shí)施方式相同的數(shù)值條件設(shè)定此突出部分的突出量H和內(nèi)徑Φ。
密封部件104的功能是從外側(cè)上部電極36的突出部分36B的下面和環(huán)形遮擋部件42的下面遮擋和封閉高頻放電，抑制在它的正下方的等離子體生成。這樣可以進(jìn)一步提高最初把等離子體封閉在晶片正上方的效果。
圖22A(有密封部件)和圖22B(沒有密封部件)表示用密封部件104的封閉等離子體的效果的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。不設(shè)置密封部件104的情況如圖22B所示，在半徑方向上等離子體電子密度在晶片邊緣位置(150mm)的外側(cè)，一度下跌后重新上升，形成山字形。這是由于通過從外側(cè)上部電極36的突出部分36B的下面和環(huán)形遮擋部件42的下面向垂直下方釋放高頻功率，在它的正下方生成等離子體，存在有電子和離子。這樣由于在半徑方向外側(cè)離開晶片邊緣位置相當(dāng)距離的空間內(nèi)，存在有相當(dāng)數(shù)量的等離子體，晶片正上方的等離子體密度僅減小此部分。
與此相反，象此實(shí)施方式那樣設(shè)置密封部件104的情況如圖22A所示，在晶片邊緣位置(150mm)的外側(cè)，電子密度(等離子體密度)實(shí)際向半徑方向外側(cè)單調(diào)減少，相反在晶片正上方整體增加。這是由于由于存在有密封部件104，外側(cè)上部電極36的突出部分36B的下面和環(huán)形遮擋部件42的下面不是高頻的通路，在它的正下方生成的等離子體大幅度減少。此外高頻電源52的RF功率越大，用密封部件104的封閉等離子體的效果以至防止等離子體擴(kuò)散的效果也越大。
此外作為次要的效果，象上述那樣利用密封部件104在晶片邊緣位置的外側(cè)大幅度減弱生成等離子體，在它的附近的自由基和離子等的蝕刻種也減少。因此可以有效地防止在容器內(nèi)的各部位(特別是密封部件104附近)附著不希望有的重合膜。
例如現(xiàn)在在Low-k膜(低介電率層間絕緣膜)的蝕刻加工中，在等離子體蝕刻后，在同一腔體內(nèi)使用O2氣進(jìn)行灰化(去除保護(hù)膜)。此時(shí)在之前的等離子體蝕刻中在容器內(nèi)以聚合物形態(tài)附著的反應(yīng)種(例如CF、F等)，被用等離子體中的活性氧原子誘發(fā)，有時(shí)會產(chǎn)生把Low-k膜的通孔削成彎曲形狀，或侵入到膜內(nèi)，改變k值等的損壞(Low-k損壞)。可是如采用此實(shí)施方式，由于用密封部件104可以有效地抑制在等離子體蝕刻中的反應(yīng)物的所不希望的堆積，可以解決上述的Low-k損壞的問題。此外密封部件104可以把任何的導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體(例如硅)作為材質(zhì)，也可以把不同材質(zhì)進(jìn)行組合來構(gòu)成。
在圖21中也表示了在上部電極34(36、38)上設(shè)置冷卻介質(zhì)通路106、108的結(jié)構(gòu)。分別通過配管110、112把用冷機(jī)裝置(圖中沒有表示)進(jìn)行溫度調(diào)整的冷卻介質(zhì)循環(huán)提供給冷卻介質(zhì)通路106、108。在外側(cè)上部電極36中，在第一電極部件36A上設(shè)置冷卻介質(zhì)通路106。第二電極部件36B由于通過提高熱傳導(dǎo)的涂層或薄片102結(jié)合在第一電極部件36A上，所以可以有效地利用冷卻機(jī)構(gòu)得到冷卻。
在使高頻電源52、90斷開期間，也向各電極提冷卻介質(zhì)。迄今為止，在這種等離子體處理裝置中，例如使用熱傳導(dǎo)液(galden)等的絕緣性的冷卻介質(zhì)。這種情況下，由于在冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)通路流動時(shí)因摩擦產(chǎn)生的靜電，電極成為異常的高電壓狀態(tài)，擔(dān)心在高頻電源斷開期間的維護(hù)等中，如人的手觸摸而觸電?？墒窃诖藢?shí)施方式的等離子體處理裝置中，通過低通濾波器92(參照圖8)內(nèi)的電阻器93，在內(nèi)側(cè)上部電極38上產(chǎn)生的靜電可以跑入地線，可以防止觸電的危險(xiǎn)。
(第4實(shí)施方式)使用上述第3實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置(圖8、圖21)，進(jìn)行在硅氧化膜(SiO2)上形成開口直徑(Φ)0.22μm的孔的蝕刻試驗(yàn)。在此試驗(yàn)中把對外側(cè)上部電極36和內(nèi)側(cè)上部電極38的RF功率的投入比例(Pi/P0)作為參數(shù)，來評價(jià)蝕刻特性(特別是蝕刻速率)。其他的蝕刻條件如下，圖23～圖25表示試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)。
晶片口徑＝300mm腔體內(nèi)的壓力＝20mTorr溫度(上部電極/腔體側(cè)壁/下部電極)＝20/60/60℃?zhèn)鳠釟怏w(He氣)供給壓力(中心部位/邊緣部位)＝20/35Torr
上部和下部電極間距離＝45mm外側(cè)上部電極的突出量(H)＝15mm工藝氣體(C5F8/CH2F2/N2/Ar/O2)10/20/110/560/10sccm高頻功率(60MHz/2MHz)2300W/3500W蝕刻時(shí)間＝120秒如圖23所示，如內(nèi)側(cè)投入功率Pi的比例按14％、18％、30％增加，電子密度也就是等離子體密度在晶片中央部分附近與Pi的比例成比例的增加，另一方面在晶片邊緣部分附近幾乎不變。以此為基礎(chǔ)，通過使RF功率的投入比率(Pi/P0)可變，可以控制在半徑方向的等離子體密度的空間分布特性。
圖24為表示由與自由基密度成比例關(guān)系的反應(yīng)生成物或反應(yīng)種形成的重合膜堆積速度在半徑方向的各個位置測定的結(jié)果。此試驗(yàn)是用于觀察在可以改變RF功率的投入比例(Pi/P0)時(shí)，自由基密度受到的影響。此外使重合膜堆積的試樣基板使用裸硅晶片。從圖24的試驗(yàn)數(shù)據(jù)確認(rèn)了，即使改變RF功率的投入比例(Pi/P0)，對于重合膜的堆積速度、也就是對自由基密度的空間分布特性影響也非常小。
圖25為把表示在上述的SiO2的蝕刻中，在晶片上的半徑方向的各個位置上測定的蝕刻深度。如圖25所示，如內(nèi)側(cè)投入功率Pi的比例按14％、18％、30％增加，蝕刻深度在晶片中央部分附近與Pi的比例成比例的增加，另一方面在晶片邊緣部分附近幾乎不變。也就是表示與電子密度相同的傾向(圖24)這樣從圖23～圖25的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確認(rèn)以下事實(shí)。也就是通過改變對外側(cè)上部電極36和內(nèi)側(cè)上部電極38的RF功率的投入比例(Pi/P0)，對自由基密度的空間分布特性沒有實(shí)質(zhì)的影響，也就是由于自由基密度的空間分布控制獨(dú)立，可以控制在半徑方向上的等離子體密度的空間分布。因此利用可以改變RF功率的投入比例(Pi/P0)，可以改善蝕刻深度也就是蝕刻速率的均勻性。此外即使使用在上述第1或第2實(shí)施方式中的等離子體時(shí)刻裝置(圖1、圖8、圖18)，也可以得到與上述相同的試驗(yàn)結(jié)果。
(第5實(shí)施方式)使用上述第3實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置(圖8、圖21)，用CF系的處理氣體對硅氧化膜(SiO2)進(jìn)行蝕刻的模擬。在此模擬中以用中心澆淋頭(62、56a)噴射的處理氣體的流量FC和用周圍澆淋頭(64、56a)噴射的處理氣體的流量FE的比例(FC/FE)作為參數(shù)，評價(jià)了各自由基或各反應(yīng)生成物的分布。在此模擬中設(shè)在晶片表面不發(fā)生反應(yīng)，也不產(chǎn)生反應(yīng)生成物和反應(yīng)物的吸附，假設(shè)在基底SiO2膜上單純發(fā)生下述反應(yīng)。
其他的重要蝕刻條件如下，圖26～圖30表示對于各自由基或各反應(yīng)生成物的模擬的結(jié)果。在圖31中表示通過從主要蝕刻氣體(C4F8)的分子分階段離解生成的自由基的種類和生成率(括弧內(nèi)的％的數(shù)字)。
晶片口徑＝200mm腔體內(nèi)的壓力＝50mTorr溫度(上部電極/腔體側(cè)壁/下部電極)＝20/60/60℃?zhèn)鳠釟怏w(He氣)供給壓力(中心部位/邊緣部位)＝10/35Torr上部和下部電極間距離＝30mm外側(cè)上部電極的突出量(H)＝15mm工藝氣體(C4F8/N2/Ar)5/120/1000sccm高頻功率(60MHz/2MHz)1200W/1700W如圖26所示，作為主要反應(yīng)種的CF2的密度分布特性受中心/周圍氣體流量比例(FC/FE)很大影響。也就是越提高中心氣體流量FC的比例，晶片中央部分附近的CF2密度越高，另一方面晶片邊緣附近的CF2密度幾乎不變。如圖28所示，表示CO自由基的密度分布特性相對中心/周圍氣體流量比例(FC/FE)也產(chǎn)生同樣的變化。不過如圖27所示，Ar自由基的密度分布特性相對中心/周圍氣體流量比例(FC/FE)幾乎沒有變化。
如觀察反應(yīng)生成物，如圖29和圖30所示，SiF4密度和CO密度都由中心/周圍氣體流量比例(FC/FE)左右。更詳細(xì)地說，越降低中心氣體流量FC的比例，晶片中央部分附近的SiF4、CO密度越高，另一方面晶片邊緣附近幾乎不變。即使使中心氣體流量FC和周圍氣體流量FE相同(FC/FE＝50/50)，晶片中央部分附近也比晶片邊緣附近高。這樣反應(yīng)生成物容易積聚在中央部分一側(cè)是因?yàn)橛脕碜陨戏降男迈r氣體流把反應(yīng)生成物壓向側(cè)方挪開的作用比周圍部分弱。
如在晶片上反應(yīng)生成物不均勻分布，不僅影響到各位置的處理氣體供給率和化學(xué)反應(yīng)的均勻性，還有時(shí)蝕刻形狀和選擇性等受到直接影響。在此實(shí)施方式中如圖29和圖30所示，利用設(shè)定中心氣體流量FC比周圍氣體流量FE多(在圖中的例子中FC/FE＝70/30附近)，可以使反應(yīng)生成物的空間密度均勻化。此外即使使用上述第1或第2實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置(圖1、圖8、圖18)，也能得到與上述相同的模擬結(jié)果。
(第6實(shí)施方式)使用上述第3實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置(圖8、圖21)，進(jìn)行蝕刻BARC(反射防止膜)的試驗(yàn)。在此試驗(yàn)中以中心/周圍氣體流量比例(FC/FE)為參數(shù)，評價(jià)蝕刻形狀和選擇性。圖32A表示評價(jià)試樣。使掩模開口直徑(Φ)為0.12μm、光致抗蝕膜的膜厚為350nm、BARC的膜厚為80nm、SiO2的膜厚為700nm。作為選擇性評價(jià)項(xiàng)目測定了“氧化膜損失”和“保護(hù)膜殘量”。作為蝕刻形狀或尺寸精度的評價(jià)項(xiàng)目測定了“底部CD”。圖32B表示設(shè)定為FC/FE＝50/50時(shí)的各評價(jià)項(xiàng)目的測定值，圖32C表示設(shè)定為FC/FE＝70/30時(shí)的各評價(jià)項(xiàng)目的測定值。測定點(diǎn)的“中心”是晶片的中心點(diǎn)的位置，“邊緣”是從晶片的切口端向中心點(diǎn)5mm的位置。主要蝕刻條件如下。
晶片口徑＝300mm腔體內(nèi)的壓力＝150mTorr傳熱氣體(He氣)供給壓力(中心部位/邊緣部位)＝10/25Torr上部和下部電極間距離＝30mm外側(cè)上部電極的突出量(H)＝15mm工藝氣體(CF4)200sccm高頻功率(60MHz/2MHz)500W/600W蝕刻時(shí)間＝30秒在此BARC蝕刻的評價(jià)項(xiàng)目中，“氧化膜損失”為作為BARC蝕刻的延長削去基底膜的SiO2后的深度。此值越小越好，與此同時(shí)晶片上的波動(特別是中心和邊緣之間的波動)越小越好?！氨Ｗo(hù)膜殘量”是蝕刻完成后殘留的光致抗蝕膜的厚度。此值越大越好，同樣波動越小越好?！暗撞緾D”是在BARC上形成的孔的底的直徑。此值越接近掩模直徑Φ越好，同樣波動越小越好。
如圖32B所示，在設(shè)定中心氣體流量FC和周圍氣體流量FE為相同量(5∶5)時(shí)，在全部的評價(jià)項(xiàng)目中，中心和邊緣之間的波動大，特別是“保護(hù)膜殘量”的波動大。與此相反，在設(shè)定中心氣體流量FC比周圍氣體流量FE多(7∶3)的情況下，如圖32C所示全部的評價(jià)項(xiàng)目良好，均勻穩(wěn)定，選擇性和蝕刻形狀顯著改善。
這樣如采用此實(shí)施方式，在處理容器10內(nèi)，特別是在設(shè)定在上部電極34和下部電極16之間的等離子體生成空間中，調(diào)整從設(shè)置在上部電極34的內(nèi)側(cè)上部電極38上的中心澆淋頭(62、56a)噴射的處理氣體流量FC和從周圍澆淋頭(64、56a)噴射的處理氣體流量FE的比例(FC/FE)。這樣控制自由基密度的空間分布，可以實(shí)現(xiàn)用自由基基體的蝕刻特性(選擇性、蝕刻形狀等)的均勻化。此外即使使用上述第1或第2實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置(圖1、圖8、圖18)，也能得到與上述相同的測定結(jié)果。
(第7實(shí)施方式)使用上述第3實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置(圖8、圖21)，進(jìn)行蝕刻SiO2膜的試驗(yàn)。在此試驗(yàn)中以中心/周圍氣體流量比例(FC/FE)為參數(shù)，評價(jià)蝕刻形狀。圖33A表示評價(jià)試樣。使掩模開口直徑(Φ)為0.22μm、光致抗蝕膜的膜厚為500nm、BARC的膜厚為100nm、SiO2的膜厚為1μm。作為蝕刻形狀的評價(jià)項(xiàng)目測定了“蝕刻深度”和“頂端CD”、“底部CD”。圖33B表示設(shè)定為FC/FE＝50/50時(shí)的各評價(jià)項(xiàng)目的測定值，圖33C表示設(shè)定為FC/FE＝10/90時(shí)的各評價(jià)項(xiàng)目的測定值。主要蝕刻條件如下。
晶片口徑＝300mm腔體內(nèi)的壓力＝20mTorr溫度(上部電極/腔體側(cè)壁/下部電極)＝20/60/60℃?zhèn)鳠釟怏w(He氣)供給壓力(中心部位/邊緣部位)＝20/35Torr上部和下部電極間距離＝45mm外側(cè)上部電極的突出量(H)＝15mm工藝氣體(C5F8/CH2F2/N2/Ar/O2)10/20/110/560/10sccm
高頻功率(60MHz/2MHz)2300W/3500WRF功率比(內(nèi)側(cè)投入功率Pi/外側(cè)投入功率P0)＝30∶70蝕刻時(shí)間＝120秒在此SiO2蝕刻的評價(jià)項(xiàng)目中，“蝕刻深度”是蝕刻時(shí)間(120秒)期間在SiO2膜上形成的孔的深度，相當(dāng)于蝕刻速度?！绊敹薈D”和“底部CD”是在SiO2膜上形成的孔的上端和下端(底)的直徑，兩者的值越接近，垂直形狀的性能(各向異性)越好。當(dāng)然所有的評價(jià)項(xiàng)目“中心”和“邊緣”之間的波動越小越好。
如圖33B所示，在設(shè)定中心氣體流量Fc和周圍氣體流量FE為相同量的5∶5時(shí)，不僅“蝕刻深度”有波動，而且在各位置頂端CD/底部CD的比小，有很大的錐形化的傾向。與此相反，在設(shè)定中心氣體流量FC比周圍氣體流量FE少(1∶9)的情況下，如圖33C所示，“蝕刻深度”也就是蝕刻速度均勻化，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)垂直形狀性能的提高和均勻化。
這樣在此實(shí)施方式中，也利用調(diào)整內(nèi)側(cè)氣體流量Fc和外側(cè)氣體流量FE的比例(FC/FE)，控制自由基密度的空間分布，可以達(dá)到用自由基基體的蝕刻特性(特別是蝕刻形狀)的均勻化。此外即使使用上述第1或第2實(shí)施方式中的等離子體蝕刻裝置(圖1、圖8、圖18)，也能得到與上述相同的測定結(jié)果。
如采用以上所述的實(shí)施方式，在處理容器10內(nèi)設(shè)定的等離子體生成空間中，等離子體密度分布的控制和自由基密度分布的控制可以獨(dú)立進(jìn)行。這樣例如圖34的圖所示，在多種用途的等離子體處理的用途中，可以恰好以兩個系統(tǒng)的獨(dú)立控制對應(yīng)。
上述的實(shí)施方式可以以本發(fā)明的技術(shù)思想為基礎(chǔ)進(jìn)行各種變化。例如也可以是把來自第一高頻電源52的高頻通過匹配器44和供電筒50等僅提供給外側(cè)上部電極36，不提供給內(nèi)側(cè)上部電極38的結(jié)構(gòu)。在此情況下，也可以是內(nèi)側(cè)上部電極38發(fā)揮作為澆淋頭的功能，或作為用于把來自第二高頻電源90的高頻流向地線的電極的功能。或者也可以把內(nèi)側(cè)上部電極38更換成沒有電極功能的專用的澆淋頭。此外上述的實(shí)施方式中，用一個或單體的環(huán)形電極構(gòu)成外側(cè)上部電極36，但也可以用整體環(huán)形配置的多個電極構(gòu)成。此外也可以采用使外側(cè)上部電極36的內(nèi)徑非常小的結(jié)構(gòu)和使外側(cè)上部電極36成圓盤形的結(jié)構(gòu)。此外根據(jù)用途的不同，可以省掉第二高頻電源90。本發(fā)明不限于等離子體蝕刻，可以適用于等離子體CVD、等離子體氧化、等離子體氮化、濺射等各種等離子體處理。此外在本發(fā)明中的被處理基板也不是限定于半導(dǎo)體晶片，也可以是平板顯示器用的各種基板、光掩模、CD基板、印刷基板等。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，具有可設(shè)定成有真空氣氛的處理容器；與在所述處理容器內(nèi)配置在規(guī)定位置的被處理基板相對向地配置的上部電極；向所述處理容器內(nèi)供給處理氣體的處理氣體供給部；輸出第一高頻的第一高頻電源；和具有與所述上部電極在周圍方向?qū)嵸|(zhì)上連續(xù)連接的第一筒形導(dǎo)電部件，將來自所述第一高頻電源的所述第一高頻供給所述上部電極的供電部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還具有配置于所述第一筒形導(dǎo)電部件的半徑方向外側(cè)，且與接地電位相連接的第二筒形導(dǎo)電部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于作為所述第二筒形導(dǎo)電部件的半徑對所述第一筒形導(dǎo)電部件的半徑的比的徑比在1.2～2.0的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述徑比設(shè)置在1.5～1.7的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述上部電極具有配置為環(huán)狀的電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述上部電極由一個環(huán)形電極所構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述上部電極由低電阻的導(dǎo)電體或半導(dǎo)體所構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述上部電極具有與所述供電部相連接的第一電極部件，和與所述基板相對向、可裝拆地粘附安裝在所述第一電極部件的下面的第二電極部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述第一電極部件具有用于使冷卻介質(zhì)通過的冷卻介質(zhì)通路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于還具有配置于所述第一電極部件與所述第二電極部件之間，用于降低熱電阻的膜或薄片。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還具有為了使所述第一高頻電源的輸出阻抗與負(fù)荷阻抗匹配而連接于所述第一高頻電源的輸出端子與所述供電部之間的匹配器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述上部電極還具有包圍供給所述處理氣體的澆淋頭、且比所述澆淋頭的下面更向下突出的突出部。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于將所述突出部對于所述澆淋頭的下面向更下方的突出量設(shè)定為25mm以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述突出部的內(nèi)徑部分配置在相比于所述基板的外周端向半徑方向外側(cè)離開24～30mm的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還具有在所述上部電極的下面配置的密封部件。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于還具有覆蓋所述突出部的下面的密封部件。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述密封部件由導(dǎo)體或半導(dǎo)體所構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述密封部件從所述上部電極的下面延伸至所述處理容器的內(nèi)壁。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述密封部件與所述上部電極電氣分離，且與接地的所述處理容器電連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還具有為了在所述處理容器內(nèi)裝載所述基板而與所述上部電極相對向配置的下部電極。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述下部電極通過使所述第一高頻通過的高通濾波器而與接地電位電連接。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于還具有為了向所述下部電極供給比所述第一高頻的頻率低的第二高頻的第二高頻電源。
23.一種等離子體處理方法，其特征在于，具有以下工序在可設(shè)定成具有真空氣氛的處理容器內(nèi)在規(guī)定位置配置被處理基板的工序；通過具有與所述上部電極在周圍方向?qū)嵸|(zhì)上連續(xù)連接的第一筒形導(dǎo)電部件的供電部，向在所述處理容器內(nèi)與所述基板相對向地配置的上部電極供給來自高頻電源的高頻的工序；向所述上部電極供給所述高頻，并向所述處理容器內(nèi)供給規(guī)定的處理氣體，在所述上部電極的正下方附近使所述處理氣體等離子體化的工序；和在使所述等離子體擴(kuò)散的同時(shí)由所述等離子體對所述基板實(shí)施規(guī)定的等離子體處理的工序。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于由所述第一筒形導(dǎo)電部件與在所述第一筒形導(dǎo)電部件的半徑方向外側(cè)設(shè)置的接地電位的第二筒形導(dǎo)電部件構(gòu)成以所述第一筒形導(dǎo)電部件為導(dǎo)波路的同軸線路。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于作為所述第二筒形導(dǎo)電部件的半徑對所述第一筒形導(dǎo)電部件的半徑的比的徑比在1.2～2.0的范圍內(nèi)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述徑比設(shè)置在1.5～1.7的范圍內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于所述上部電極具有配置為環(huán)狀的電極。
全文摘要
一種等離子體處理裝置，包含可設(shè)定成具有真空氣氛的處理容器(10)。與在處理容器(10)內(nèi)配置的被處理基板(W)相對面地配置上部電極(36、38)。具有與上部電極(36)在周圍方向上實(shí)質(zhì)上連續(xù)連接的第一筒形導(dǎo)電部件(50)的供電部，將來自第一高頻電源(52)的第一高頻供給上部電極(36)。
文檔編號H01L21/3065GK1717788SQ20038010429
公開日2006年1月4日 申請日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者興石公, 廣瀬潤, 小笠原正宏, 平野太一, 佐佐木寬充, 吉田哲雄, 齋藤道茂, 石原博之, 大藪淳, 沼田幸治 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社