專利名稱：等離子體處理方法和等離子體處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于對被處理基板實施規(guī)定的等離子體處理的等離子體處理方 法和等離子體處理裝置。
背景技術：
通常，在半導體裝置的制造工序中，對半導體晶片(以下，也簡稱為“晶片”)、玻璃 基板等被處理基板，反復進行成膜處理、蝕刻處理、熱處理、改質處理、結晶化處理等各種處 理，由此形成期望的半導體集成電路。在上述的各種處理中的例如蝕刻處理工序中，多使用等離子體蝕刻處理方法(例 如參照專利文獻1)，即，將規(guī)定的蝕刻氣體作為處理氣體從設置于處理室的上部的噴淋頭 導入到處理室內，通過高頻電力等將該蝕刻氣體等離子體化，使該等離子體作用于被處理 基板，蝕刻形成于被處理基板的表面的膜。具體而言，例如在對形成于硅(Si)晶片上的氧化硅(Si02)膜等氧化膜進行等離 子體蝕刻的情況下，能夠選擇性地獲得優(yōu)良的微細形狀的CF4氣體等碳氟化合物類氣體作 為蝕刻氣體被廣泛地使用。使這樣的碳氟化合物類氣體等離子體化時，在等離子體中產生 多個離子(例如CF3+)，通過該離子，選擇地對被處理基板上的氧化硅進行蝕刻。然而，近年來隨著半導體器件的微細化和高集成化，對提高被處理基板的處理的 面內均勻性的要求也日益增加，對此，正在進行各種嘗試。例如，通過將上述噴淋頭分割為 中央?yún)^(qū)域和周邊區(qū)域，從處理室的不同部位導入處理氣體。由此，能夠在中央?yún)^(qū)域和周邊區(qū) 域之間，改變處理氣體的流量、濃度將其導入處理室內，因此能夠提高等離子體處理的面內 均勻性。專利文獻1 日本特開平6-196452號公報然而，在使用上述的碳氟化合物類氣體這樣的電負性氣體作為處理氣體的情況 下，已知無論從處理室內的哪個部位導入，等離子體中的離子密度都有產生部分偏向的傾 向，該傾向成為進一步提高面內均勻性的目標的一個妨礙。S卩，在使用電負性氣體作為處理氣體的情況下，僅通過從處理室的不同部位改變 流量、濃度來導入處理氣體，不能控制該處理氣體的等離子體中的離子密度，因此，在實現(xiàn) 進一步提高面內均勻性的方面是有限度的。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種等離子體處理方法 和等離子體處理裝置，能夠在通過電負性氣體進行等離子體處理時控制等離子體中的離子 密度，由此能夠使等離子體處理的面內均勻性比現(xiàn)有技術進一步提高。本發(fā)明人反復進行各種實驗得到以下結果在處理氣體是電負性氣體的情況下， 通過進一步微量地添加電子附著系數(shù)大的電負性氣體，能夠控制等離子體中的離子密度。 即，本發(fā)明人著眼于以下事實在處理氣體是電負性氣體的情況下，在該處理氣體中附著能
3量低的電子而大量地產生的負離子與正離子的面內分布大致相同，因此，添加與上述處理 氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體使負離子的量增加、并調整該添加氣體的流量，能 夠控制負離子的面內分布，由此能夠控制正離子的面內分布。根據(jù)以上所述，通過調整添加 的電負性氣體的流量，能夠控制等離子體中的離子密度。本發(fā)明是基于該點而完成的。
為解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的觀點，提供一種等離子體處理方法，將作為電負性 氣體的處理氣體導入到處理室內形成等離子體對被處理基板實施規(guī)定的等離子體處理，其 特征在于將與上述處理氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體作為添加氣體與該處理氣 體一起導入到上述處理室內形成等離子體，此時通過調整上述添加氣體相對于上述處理氣 體的流量來控制上述等離子體中的離子密度。為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的另一個觀點，提供一種等離子體處理裝置，將作 為電負性氣體的處理氣體導入處理室內形成等離子體對被處理基板實施規(guī)定的等離子體 處理，其特征在于，包括處理氣體供給系統(tǒng)，將上述處理氣體供給至上述處理室內；添加 氣體供給系統(tǒng)，將與上述處理氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體作為添加氣體供給至 上述處理室內；和從上述處理氣體供給系統(tǒng)向上述處理室內供給處理氣體，并且從上述添 加氣體供給系統(tǒng)供給上述添加氣體形成等離子體，此時通過調整上述添加氣體相對于上述 處理氣體的流量來控制上述等離子體中的離子密度的控制部。根據(jù)上述的本發(fā)明的方法和裝置，將與處理氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣 體作為添加氣體與作為電負性氣體的該處理氣體一起導入到處理室內形成等離子體，由此 能夠使等離子體中的負離子增加。此時，通過調整添加氣體相對于處理氣體的流量而能夠 控制等離子體中的負離子的面內分布，控制隨著該分布的正離子的面內分布。由此，能夠控 制等離子體中的離子密度，因此能夠遍及被處理基板整體使離子均等地作用于其上，能夠 使等離子體處理的面內均勻性比現(xiàn)有技術進一步提高。此外，供給至上述處理室內的上述添加氣體的流量，優(yōu)選為上述處理氣體的流量 的1/10以下。僅通過相對于處理氣體微量地添加添加氣體而能夠控制等離子體中的離子 密度，進而通過在處理氣體的流量的1/10以下的范圍內調整添加氣體的流量，能夠使等離 子體處理的面內均勻性比現(xiàn)有技術進一步提高。此外，上述處理氣體例如是碳氟化合物(fluorocarbon)類氣體。在該情況下，通 過添加上述添加氣體例如NF3氣體、SF6氣體、F2氣體中的任一種，能夠控制等離子體中的負 離子的面內分布。另外，本說明書中，設定lmTorr 為(1(T3X 101325/760)Pa，lTorr 為(101325/760) Pa，lsccm 為(l(T6/60)m7sec。根據(jù)本發(fā)明，能夠使等離子體中的負離子的密度分布均勻，使被處理基板的面內 的蝕刻率的均勻性比現(xiàn)有技術進一步提高。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式的等離子體處理裝置的結構例的縱截面圖。圖2是表示通過圖1的等離子體處理裝置僅利用處理氣體形成等離子體對晶片上 的氧化硅膜進行蝕刻時的蝕刻率的晶片面內分布的曲線圖。圖3是用于說明處理氣體的等離子體中的負離子的分布的圖。氣體的流量而形成等離子體的情 氣體的流量而形成等離子體的情 氣體的流量而形成等離子體的情 氣體的流量而形成等離子體的情符號說明
100等離子體處理裝置
102處理室
104下部電極
108聚焦環(huán)
110高壓直流電源
112靜電卡盤
114電極
116溫度調整機構
118熱傳導介質通路
120絕緣板
122屏蔽環(huán)
124門閥
126密封部件
130排氣裝置
132排氣口
140控制部
150第一高頻電源
152匹配器
154高通濾波器
160第二高頻電源
162匹配器
164低通濾波器
170處理氣體源
172處理氣體供給管
174閥
176質量流量控制器
180添加氣體源
182添加氣體供給管
184閥
186質量流量控制器 圖4是表示相對在改變添加在CF4氣體中的NF3 況下的氧化硅膜的蝕刻率的晶片面內分布的曲線圖。圖5是表示相對在改變添加在CF4氣體中的NF3 況下的抗蝕劑膜的蝕刻率的晶片面內分布的曲線圖。圖6是表示相對在改變添加在CF4氣體中的SF6 況下的氧化硅膜的蝕刻率的晶片面內分布的曲線圖。圖7是表示相對在改變添加在CF4氣體中的SF6 況下的抗蝕劑膜的蝕刻率的晶片面內分布的曲線圖。
190上部電極192氣體導入口194擴散室196氣體供給孔W 晶片
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式詳細地進行說明。另外，在本說明書以 及附圖中，對實質上具有相同的功能結構的結構部件標注相同的符號，省略重復說明。(等離子體處理裝置的結構例)首先，對本發(fā)明的實施方式的等離子體處理裝置的結構例進行說明。這里，以平行 平板型的等離子體處理裝置為例進行說明，該平行平板型的等離子體處理裝置是在處理室 內相對配置有上部電極和下部電極(基座)、從上部電極向處理室內供給處理氣體的裝置。 圖1是表示本實施方式的等離子體處理裝置100的概略結構的截面圖。等離子體處理裝置100包括由例如鋁等導電性材料構成的處理室102、配設于 該處理室102內的底面且兼用作載置作為被處理基板的晶片W的載置臺的下部電極(基 座)104、和與該下部電極104相對且平行地配設的上部電極190。第一高頻電源150通過匹配器152與下部電極104連接，與第一高頻電源150相 比輸出更高頻率的電力的第二高頻電源160通過匹配器162與上部電極190連接。此外， 高通濾波器154與下部電極104連接，低通濾波器164與上部電極190連接。在下部電極104的上面外周緣部配設有圍繞晶片W的外周的聚焦環(huán)108，通過聚焦 環(huán)108使得在晶片W上聚集等離子體。在下部電極104的上面具備靜電卡盤112，在該靜電 卡盤112內配設有與高壓直流電源110連接的電極114。從高壓直流電源110對電極114 施加高壓直流電壓時，在靜電卡盤112產生靜電吸附力，由此能夠在靜電卡盤112上保持晶 片W。此外，在下部電極104內置有用于調整溫度的溫度調整機構116，能夠通過該溫度 調整機構116將晶片W調整至規(guī)定的溫度。溫度調整機構116構成為使冷卻介質在例如形 成于下部電極104內的冷卻介質室內循環(huán)從而調整下部電極104的溫度。而且，在下部電極104內形成有在其上面的多個部位開設的熱傳遞介質通路118。 然后，在靜電卡盤112形成有與熱傳遞介質通路118的開口對應的孔，能夠將背面氣體例如 He氣體作為熱傳遞介質供給至晶片W與靜電卡盤112間的狹縫。由此，促進下部電極104 與晶片W之間的熱傳導。在下部電極104的下面與處理室102的底面之間設置有絕緣板120，下部電極104 與處理室102絕緣。另外，也可以構成為，在絕緣板120與處理室102的底面之間設置有例 如鋁制波紋管，通過使用升降機構(未圖示)使下部電極104能夠升降。通過該機構，能夠 根據(jù)等離子體處理的種類適當調節(jié)上部電極190和下部電極104的間隙。
在處理室102的底面形成有排氣口 132，通過與排氣口 132連接的排氣裝置130進 行排氣，能夠將處理室102內維持規(guī)定的真空度。在上部電極190，并排連接有由處理氣體源170、處理氣體供給管172、閥174和質量流量控制器176構成的處理氣體供給系統(tǒng)，以及由添加氣體源180、添加氣體供給管182、閥184和質量流量控制器186構成的添加氣體供給系統(tǒng)。具體而言，上部電極190通過處理氣體供給管172與處理氣體源170連接，還通過添加氣體供給管182與添加氣體源180連接。此外，在處理氣體供給管172上具備閥174 和質量流量控制器176，在添加氣體供給管182上具備閥184和質量流量控制器186。通過 控制部140控制上述系統(tǒng)，對導入到處理室102內的處理氣體和添加氣體的流量進行調節(jié)。從處理氣體源170送出規(guī)定的處理氣體，從添加氣體源180送出規(guī)定的添加氣體。 本實施方式所使用的處理氣體和添加氣體，是其構成分子捕獲電子使負離子易于產生的電 負性氣體。換言之，處理氣體是表示分子和電子的附著容易度的電子附著系數(shù)比較大的氣 體。這里的添加氣體具有與處理氣體相比更大的電子附著系數(shù)，即、使用比處理氣體更易使 負離子產生的電負性氣體。作為這樣的處理氣體，能夠列舉例如碳氟化合物類氣體(CxFy、(；HyFz等)、02氣體、 Ar氣體、N2氣等?？梢砸詥我粴怏w作為處理氣體使用，也可以將上述氣體任意組合作為處 理氣體使用。作為碳氟化合物類氣體，至少能夠列舉含F(xiàn)原子的氣體，例如CF4氣體、C4F6氣 體、C5F8氣體、C4F8氣體、CHF3氣體、CH2F2氣體等。此外，作為添加氣體，能夠列舉例如NF3氣 體、SF6氣體、F2氣體。這里，列舉使用CF4氣體作為處理氣體、使用NF3氣體作為添加氣體 的情況作為例子。另外，后面將對在該處理氣體中加入添加氣體的情況下的作用效果進行 闡述。本實施方式的上部電極190是將處理氣體和添加氣體預先混合供給至處理室102 內的所謂的預先混合型，但也可以是將各氣體獨立地供給至處理室102內的后混合型的上 部電極來替代該上部電極190。另外，圖1所示的處理氣體供給系統(tǒng)可以形成為在例如僅供給CF4氣體作為蝕刻 用的處理氣體的情況那樣單一地供給1種氣體的情況下的1個系統(tǒng)，也可以形成為在例如 供給CF4氣體和Ar氣體的混合氣體作為蝕刻用的處理氣體的情況那樣供給2種以上的混 合氣體的情況下的多個系統(tǒng)。而且，在將氧類氣體(例如單體O2氣體)作為與蝕刻處理不 同的處理例，例如處理室內的清洗中所使用的處理氣體，并且以獨立于蝕刻用的處理氣體 的方式對其進行供給的情況下，進一步追加設置其它的系統(tǒng)也可以。上部電極190隔著包覆(被覆)其周緣部的屏蔽環(huán)122安裝于處理室102的頂 部。另外，該頂部作為蓋部能夠打開地構成，在蓋部和側壁之間設置有用于保持氣密的例如 0環(huán)等密封部件126。在上部電極190形成有用于從處理氣體供給管172和添加氣體供給管182導入處 理氣體和添加氣體的氣體導入口 192。此外，在上部電極190的內部設置有擴散從氣體導入 口 192導入的處理氣體和添加氣體的擴散室194。而且，在上部電極190形成有將來自擴散室194的處理氣體和添加氣體供給至處 理室102內的多個氣體供給孔196。各氣體供給孔196以能夠將處理氣體和添加氣體供給 至載置于下部電極104的晶片W與上部電極190之間的整個空間區(qū)域的方式配置。此外，在上部電極190設置有冷卻結構(未圖示)。具體而言，在例如擴散室194 的外側位置形成制冷通路(未圖示)，通過使被調溫的冷卻介質在制冷通路中循環(huán)，能夠調 節(jié)(冷卻)上部電極190的溫度。
當對于上述的上部電極190從處理氣體源170送出處理氣體、從添加氣體源180 送出添加氣體時，處理氣體和添加氣體經由氣體導入口 192被供給至擴散室194，在此處擴 散后分布于各氣體供給孔196，從氣體供給孔196朝向處理室102內的下部電極104被排出.在處理室102的內壁設置有開閉晶片W的搬入搬出口的門閥124。通過打開該門 閥124，能夠將晶片W搬入處理室102內以及從處理室102內搬出。此外，在等離子體處理裝置100中，設置有控制裝置整體的動作的控制部140。該 控制部140基于規(guī)定的設定信息運行規(guī)定的程序，控制上述的閥174、184、質量流量控制器 176,186的動作，并且還控制其它裝置各部的動作。由此，對晶片W上的規(guī)定的膜進行蝕刻 處理，進而還進行處理室102內的狀態(tài)調整、清洗等。(等離子體處理裝置的動作例)在具有以上結構的等離子體處理裝置100中，例如在蝕刻形成于晶片W上的氧化 硅膜、氮化硅膜、或多晶硅膜等的情況下，打開門閥124將晶片W搬入處理室102內載置于 下部電極104上。在將晶片W搬入處理室102內之后，關閉門閥124，并且使排氣裝置130動作將處 理室102內維持在規(guī)定的真空度。此時，經由熱傳遞介質通路118將背面氣體(back side gas)例如He氣體供給至靜電卡盤112，提高靜電卡盤112和晶片W之間的熱傳遞性，效率 良好地冷卻晶片W。此外，將上部電極190、下部電極104和處理室102的側壁調整為規(guī)定 的溫度。而且，在處理室102內，分別以規(guī)定的流量導入來自處理氣體源170的處理氣體、 以及來自添加氣體源180的添加氣體。而且，分別對上部電極190和下部電極104供給規(guī) 定的高頻電力。由此，在上部電極190和晶片W之間的空間形成由處理氣體和添加氣體產 生的等離子體，從該等離子體生成的離子(例如主要是CF3+)蝕刻晶片W上的規(guī)定的膜。在 蝕刻結束后，以與搬入時相反的動作將處理完的晶片W從處理室102內搬出。對后續(xù)的規(guī) 定個數(shù)的未處理的晶片W重復進行相同的處理。(蝕刻處理結果)接著，對利用等離子體處理裝置100對晶片W進行蝕刻處理的結果進行說明。這 里，為了驗證添加氣體的效果，首先，參照附圖，對僅由處理氣體即不含有添加氣體來生成 等離子體進行蝕刻的情況的結果進行說明。圖2是表示確認在蝕刻形成于晶片W上的氧化 硅膜時的蝕刻率的晶片面內分布的實驗結果的曲線圖。該實驗的蝕刻處理的處理條件如下所述。設定處理室102內的壓力為lOOmTorr、 上部電極190的溫度為60°C、下部電極104的溫度為0°C、側壁的溫度為50°C。此外，設定 作為背面氣體供給的He氣體的中心壓力為lOTorr，邊緣壓力為35Torr。另外，將上部電極 190與晶片W之間的間隙(gap)調整為25mm。將CF4氣體作為處理氣體以lOOsccm的流量 供給至處理室102內。而且，對上部電極190施加功率為1500W的60MHz的高頻電力，對下 部電極104施加功率為100W的2MHz的高頻電力，形成CF4氣體的等離子體，進行蝕刻處理。圖2是以晶片W的中心為原點、測量沿直徑方向的多個點上的規(guī)定時間內的蝕刻 量、算出各點的蝕刻率并將其以曲線表示的圖。如圖2所示，在不將添加氣體導入到處理室102內、而將作為處理氣體的CF4氣體導入且形成等離子體的情況下，在晶片W面內產生蝕刻率相對高的區(qū)域和低的區(qū)域，可知 其具有部分偏向的傾向。具體而言，形成為在圍繞晶片W的中心(晶片面內位置Omm)的中 心區(qū)域Rl、和包含周緣(晶片面內位置士 100mm)的周緣區(qū)域R3蝕刻率高，在夾在該中心區(qū) 域Rl和周緣區(qū)域R3之間的中間區(qū)域R2蝕刻率低。即使在例如從處理室的不同部分(例 如中央?yún)^(qū)域和周邊區(qū)域等)分別導入處理氣體時，也同樣表現(xiàn)為該傾向。(等離子體中的離子分布和蝕刻率的均勻性)此處，使用圖2所示的實驗結果，著眼于等離子體中的離子分布對其與蝕刻率的 均勻性的關系進一步進行考察。當令如在該實驗中使用的CF4氣體這樣的電負性氣體作為 處理氣體并使其等離子體化時，構成處理氣體的分子在等離子體中與能量低的電子附著， 生成大量的負離子(例如CF4-等)。因此，在等離子體中，作為具有負電荷的成分，存在負離 子和電子。而且，由于等離子體是電中性(準中性)，因此，在等離子體中正離子(CF3+等) 以跟隨負離子與電子的分布的方式分布。在該等離子體中的正離子、負離子、電子中，在等離子體生成時獲得能量的電子， 與速度低的離子相比先到達晶片W的表面。通過該負電位正離子被加速，對氧化硅膜實施 各向異性較高的蝕刻。這樣，通常認為主要是正離子進行氧化硅膜的蝕刻。從而，如果遍及 等離子體全體正離子的分布都均勻，則對氧化硅膜的蝕刻在晶片W的面內也應當均勻。然而，從圖2所示的曲線了解到，在上述實驗中蝕刻率的面內均勻性產生部分偏 向，因此可知正離子的分布產生部分偏向。而且，在如該實驗那樣將電負性氣體作為處理氣 體使用的情況下，負離子與電子相比更多地被生成，因此認為作為具有負電荷的成分，負離 子是處于支配地位的。在這種情況下，等離子體中的正離子的分布受負離子分布影響，因此 負離子的分布就這樣促成了該正離子的分布。從而，能夠推定在圖2所示的曲線中蝕刻率 的面內均勻性產生偏向，是由于如圖3所示的負離子的分布產生偏向。于是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過使等離子體中的負離子的數(shù)量增加來控制其分布，從而 控制正離子的分布，由此控制整體的離子密度，提高面內均勻性。具體而言，通過將與處理 氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體(由與處理氣體相比生成比電子更易于附著的較 多負離子的分子構成的氣體)作為添加氣體添加到處理氣體，控制其流量，能夠使處理氣 體和添加氣體產生的等離子體中的負離子增加并控制負離子分布。在處理氣體是CF4氣體 等碳氟化合物類氣體的情況下，作為與其相比電子附著系數(shù)大的氣體，能夠列舉例如NF3氣 體、SF6氣體、F2氣體。從而，優(yōu)選上述的氣體作為添加氣體使用。特別是，在負離子的總電荷量與電子的總電荷量大致同等的情況、等離子體中的 負離子的總電荷量的絕對值比電子的總電荷量的絕對值大且積蓄于中央?yún)^(qū)域的情況下等， 通過將與處理氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體作為添加氣體進行添加，正離子的分 布變得易被負離子的分布所控制。即，在該情況特別是通過添加添加氣體使負離子增加的 情況下，能夠大致忽略電子分布，因此能夠使正離子分布與負離子分布大致相同。而且，通 過調整添加氣體的流量，能夠控制負離子分布使其均勻，因此能夠比現(xiàn)有技術更進一步提 高蝕刻率的面內均勻性。這樣，添加與處理氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體使負離子的量增加，調 整該添加氣體的流量，能夠控制負離子的面內分布，由此能夠控制正離子的面內分布。根據(jù) 以上所述，通過調整添加電負性氣體的流量，能夠控制等離子體中的離子密度，因此能夠比現(xiàn)有技術更進一步提高蝕刻率的面內均勻性。另外，如果采用將添加氣體和處理氣體一起導入到處理室102內的結構，則可以 從處理室102的相同部分作為混合氣體導入，也可以從處理室102的不同部分分別導入。(確認添加氣體的效果的實驗結果)接著，參照附圖，對將與處理氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體作為添加氣體添加到處理氣體中并將其導入到處理室102內形成等離子體進行蝕刻的情況下的實驗 結果進行說明。首先，圖4表示使用CF4氣體作為處理氣體并且使用NF3氣體作為添加氣體進行等 離子體蝕刻的情況下的實驗結果。這里，對蝕刻形成于晶片W上的氧化硅膜時的蝕刻率的 晶片面內分布進行了確認。在使CF4氣體固定為lOOsccm、改變NF3氣體使其成為Osccm、 5sccm、10sccm、25sccm、50sccm的情況下，形成等離子體進行蝕刻，測量各個蝕刻率的晶片 面內分布并用曲線在圖4中表示。另外，其它處理條件與圖2所示的實驗相同，因此這里省 略其詳細的說明。根據(jù)圖4所示的實驗結果，在IOOsccm的CF4氣體僅添加5sccm的NF3氣體，與不 添加NF3氣體的情況(虛線的曲線)相比，可知當通過該混合氣體形成等離子體時，蝕刻率 的面內均勻性被改善。而且，使NF3氣體的流量增加至IOsccm形成等離子體時，能夠在遍 及晶片W的整個面上獲得大致均勻的蝕刻率。據(jù)推斷這是因為，在將與例如CF4氣體相比電子附著系數(shù)大的順3氣體作為添加氣 體進行添加而生成等離子體的情況下，當積蓄于圖3所示的中心區(qū)域Rl和周緣區(qū)域R3的 負離子的量達到某程度時，該負離子逐漸向中間區(qū)域R2擴散，不久中間區(qū)域R2的負離子密 度與中心區(qū)域Rl和周緣區(qū)域R3的負離子的密度均衡。根據(jù)上述結構，如果將與處理氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體(這里是NF3 氣體)作為添加氣體與作為電負性氣體的該處理氣體(這里是CF4氣體)一起導入處理室 102內形成等離子體，則等離子體中的負離子增加，并且能夠使其分布均勻，隨著該分布，正 離子的分布也變得均勻，其結果，能夠提高蝕刻率的面內均勻性。然而，根據(jù)圖4的實驗結果可知，當NF3氣體的流量增加至25SCCm、50SCCm時，會 產生蝕刻率的面內均勻性惡化的趨勢。從而，為了使蝕刻率的面內均勻性良好，優(yōu)選將添加 氣體相對處理氣體的流量比設定為1/10以下程度。其中，在本實驗的蝕刻條件中，更加優(yōu) 選相對lOOsccm的CF4氣體添加IOsccm左右的NF3氣體，能夠獲得均勻性最高的蝕刻率。接著，圖5表示在使用與圖4的實驗相同的處理氣體(CF4氣體)和添加氣體(NF3 氣體)改變被蝕刻膜的種類來進行與圖4相同的實驗的情況下的實驗結果。這里，對蝕刻 形成于晶片W上的抗蝕劑膜時的蝕刻率的晶片面內分布進行了確認。根據(jù)圖5所示的實驗結果可知，即使被蝕刻膜是抗蝕劑膜，也與氧化硅膜的情況 相同，蝕刻率被改善。即，當在IOOsccm的CF4氣體僅添加5Sccm的NF3氣體形成等離子體 時，與不添加NF3氣體的情況(虛線的曲線)相比，其蝕刻率的面內均勻性被改善。然而，從圖5所示的實驗結果可知具有隨著NF3氣體增加而蝕刻率的面內均勻性 惡化的趨勢。從而，為了使蝕刻率的面內均勻性良好，優(yōu)選將添加氣體相對處理氣體的流量 設定為1/10以下程度。其中，在本實驗的蝕刻條件中，更加優(yōu)選相對IOOsccm的CF4氣體 添加5sCCm左右的NF3氣體，能夠獲得均勻性最高的蝕刻率。
這樣，如果將NF3氣體作為添加氣體與作為處理氣體的CF4氣體一起導入處理室 102內形成等離子體，則不限于被蝕刻膜的種類，均能夠提高蝕刻率的面內均勻性。但是，在被蝕刻膜是氧化硅膜的情況下，能夠獲得均勻性最高的蝕刻率的NF3氣體 的流量是lOsccm，與此相對，在被蝕刻膜是抗蝕劑膜的情況下，該流量是5sCCm。這樣，可知 盡管根據(jù)被蝕刻膜的種類的不同添加氣體的最佳流量會有一些偏差，但是如果將添加氣體 相對處理氣體的流量比設定為1/10以下程度，則蝕刻率變得良好。另外，添加氣體的流量 比，可以根據(jù)被蝕刻膜的種類的不同進行調整，也可以不限于蝕刻膜的種類保持一定而調 整其它的處理條件。接著，圖6、圖7表示改變添加氣體進行等離子體蝕刻的情況下的實驗結果。圖6 是表示將添加氣體變?yōu)镾F6氣體且與圖4同樣地對晶片W上的氧化硅膜進行蝕刻時的蝕刻 率的晶片面內分布的曲線圖。具體而言，在使CF4氣體固定為200sCCm、改變5&氣體使其 成為0sccm、5sccm、10sccm、20sccm、30sccm的情況下，形成等離子體進行蝕刻，測量各個蝕 刻率的晶片面內分布并用曲線表示。圖7是將添加氣體換成SF6與圖5同樣地表示對晶片W上的抗蝕劑膜進行蝕刻時 的蝕刻率的晶片面內分布的圖。具體而言，將CF4氣體的流量固定為200sCCm，將SF6氣體的 流量變成0sccm、5sccm、10sccm、20sccm來形成等離子體進行蝕刻。在圖6、圖7的實驗中， 對上部電極190施加500W的60MHz的高頻電力。其它的處理條件，與圖2的實驗的情況相 同，這里省略其詳細的說明。根據(jù)圖6、圖7所示的實驗結果可知無論被蝕刻膜是氧化硅膜還是抗蝕劑膜，僅 通過在200sccm的CF4氣體中添加5sccm的SF6氣體，與使用NF3氣體作為添加氣體的圖4、 圖5的情況相同，能夠改善蝕刻率。即，當在200SCCm的CF4氣體中僅添加5SCCm的SF6氣 體來形成等離子體時，與不添加SF6氣體的情況(虛線的曲線)相比，該蝕刻率的面內均勻 性得到改善。然而，從圖6、圖7所示的實驗結果中還可知，SF6氣體越多，越存在蝕刻率的面內 均勻性惡化的傾向。從而，為了使蝕刻率的面內均勻性良好，優(yōu)選使添加氣體相對處理氣體 的流量比為1/10以下程度。其中，在本實驗的蝕刻條件中，不考慮被蝕刻膜的種類，更優(yōu)選 對200sCCm的CF4氣體添加5SCCm左右的SF6氣體，能夠獲得均勻性最高的蝕刻率。這樣，若將SF6氣體作為添加氣體與作為處理氣體的CF4氣體一起導入到處理室 102內形成等離子體，則無論被蝕刻膜的種類如何，均能夠提高蝕刻率的面內均勻性。此外，在上述的實驗中，將處理室102的壓力較高地被調整為lOOmTorr。在這樣 的壓力環(huán)境下，由于在等離子體中電子的能量變小，因此構成添加氣體的分子易獲得電子， 產生較多的負離子。與此相對，當使處理室102內的壓力降低時，等離子體中的電子能量變 大，因此等離子體中的負離子的量減少的可能性較高。在這樣的情況下，優(yōu)選改變添加氣體 的種類，使流量增加等對處理條件進行調整，使等離子體中的負離子的量增加。以上，根據(jù)本實施方式，將作為電負性氣體的處理氣體例如CF4氣體、以及作為添 加氣體的比該處理氣體電子附著系數(shù)大的電負性氣體例如NF3氣體導入到處理室102內形 成等離子體，因此，能夠使等離子體中的負離子和正離子的分布均勻。其結果是，能夠提高 蝕刻率的面內均勻性。以上，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明，但是，本發(fā)明不限定于該例。作為本領域技術人員，在權利要求所記載的范圍內，顯而易見能夠想到各種變形例或修正 例，這些變形例或修正例當然屬于本發(fā)明的技術范圍內。例如，本發(fā)明不僅適用于蝕刻處理中，而且還能夠適用于灰化(ashing)處理、成 膜處理等將處理氣體導入到處理室內形成等離子體且通過該等離子體對被處理基板實施 的各種等離子體處理中。此外，能夠適用本發(fā)明的等離子體處理裝置，不限定于圖1所示的 等離子體蝕刻裝置，如果是等離子體CVD裝置、等離子體灰化裝置等通過由作為電負性氣 體的處理氣體產生的等離子體對被處理基板進行處理的裝置，則能夠適用于各種等離子體 處理裝置是不言而喻的。產業(yè)上的利用性本發(fā)明能夠適用于用作對被處理基板實施規(guī)定的等離子體處理的等離子體處理 方法和等離子體處理裝置。
1權利要求
一種等離子體處理方法，將作為電負性氣體的處理氣體導入到處理室內形成等離子體來對被處理基板實施規(guī)定的等離子體處理，其特征在于將與所述處理氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體作為添加氣體與所述處理氣體一起導入到所述處理室內形成等離子體，此時通過調整所述添加氣體相對于所述處理氣體的流量來控制所述等離子體中的離子密度。
2.如權利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于供給至所述處理室內的所述添加氣體的流量為所述處理氣體的流量的1/10以下。
3.如權利要求2所述的等離子體處理方法，其特征在于所述處理氣體為碳氟化合物類氣體。
4.如權利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于所述添加氣體為NF3氣體、SF6氣體和F2氣體中的任一種。
5.一種等離子體處理裝置，將作為電負性氣體的處理氣體導入到處理室內形成等離子 體來對被處理基板實施規(guī)定的等離子體處理，其特征在于，包括將所述處理氣體供給至所述處理室內的處理氣體供給系統(tǒng)；將與所述處理氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體作為添加氣體供給至所述處理 室內的添加氣體供給系統(tǒng)；和從所述處理氣體供給系統(tǒng)向所述處理室內供給處理氣體，并且從所述添加氣體供給系 統(tǒng)供給所述添加氣體形成等離子體，此時通過調整所述添加氣體相對于所述處理氣體的流 量來控制所述等離子體中的離子密度的控制部。
6.如權利要求5所述的等離子體處理裝置，其特征在于供給至所述處理室內的所述添加氣體的流量為所述處理氣體的流量的1/10以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體處理方法和等離子體處理裝置，能夠在通過電負性氣體進行等離子體處理時，控制等離子體中的離子密度，比現(xiàn)有技術進一步提高等離子體處理的面內均勻性。將作為電負性氣體的處理氣體從處理氣體源(170)導入到處理室(102)內，并且將與該處理氣體相比電子附著系數(shù)大的電負性氣體作為添加氣體從添加氣體源(180)導入來形成等離子體，此時，通過調整添加氣體相對于處理氣體的流量來控制所述等離子體中的離子密度。
文檔編號H01L21/3065GK101809720SQ20088010900
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月1日 優(yōu)先權日2007年9月28日
發(fā)明者伊藤融, 川上雅人, 永關澄江 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社