專利名稱：等離子體處理方法及等離子體處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對被處理基板實施等離子體處理的技術，尤其涉及電 容耦合型的等離子體處理裝置及等離子體處理方法。
背景技術：
在半導體器件或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，為了在處理氣體中以比 較低的溫度進行良好的反應經(jīng)常利用等離子體。在現(xiàn)有技術中，在枚 頁式的等離子體處理裝置、尤其是等離子體蝕刻裝置中，電容耦合型 的等離子體處理裝置已成為主流。
一般來說，電容耦合型的等離子體處理裝置在作為真空腔室來形 成的處理容器內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(半導體晶片、玻璃基板等)，在兩電極的任何一方施 加高頻電壓。憑借由該高頻電壓在兩電極之間形成的電場使電子加速， 由電子與處理氣體的碰撞電離產(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施需要的微細加工(例如蝕刻加工)。這里，由 于施加了高頻率的一側電極經(jīng)由匹配器內的隔離電容器(blocking capacitor)連接到高頻電源上，就作為陰極(cathode)(陰極)來工作。
在支承基板的下部電極上施加高頻率來將它當作陰極的陰極耦合 方式，通過利用在下部電極上產(chǎn)生的自身偏置電壓來將等離子體中的 離子幾乎垂直地引入到基板上，有可能進行各向異性蝕刻。另外，陰 極耦合方式，在聚合物等的沉積物(堆積沉淀物、以下簡稱為"沉積") 容易付著在上部電極上的工藝中，還有憑借入射到上部電極上的離子 的轟擊即濺射能夠除去沉積膜(附加有氧化膜的話也一樣)的優(yōu)點。
專利文獻l日本特開平6-283474使用陰極耦合方式的現(xiàn)有電容耦合型等離子體處理裝置， 一般來 說將不施加高頻率電壓的陽極側的上部電極直流接地。通常，由于處 理容器由鋁或不銹鋼等的金屬組成并被安全接地，能夠通過處理容器 將上部電極作為接地電位，所以采用將上部電極直接附加在處理容器 的頂棚上來組成一體的結構或采用將處理容器的頂棚原封不動地作為 上部電極加以利用的結構。
然而，隨著近年來半導體制造工藝中設計規(guī)則的微細化，要求在 低壓下的高密度的等離子體，在電容耦合型等離子體處理裝置中，高
頻率電的頻率逐漸變高，最近，標準使用40MHz以上的頻率。然而， 頻率變高的話，它的高頻電流在電極的中心部分聚集，在兩電極之間 的處理空間中生成的等離子體的密度，在電極中心部側也比在電極邊 緣部側高，工藝的面內均勻性降低的問題加大。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是鑒于上述現(xiàn)有技術的問題點而提出的，其第一個目的 是提供在陰極耦合方式中，盡可能防止在陽極側的電極上附加沉積膜 而對后續(xù)工序造成影響，并盡量提高處理的均勻性的等離子體處理方 法及等離子體處理裝置。
另外，本發(fā)明的第二個目的是提供一種等離子體處理方法及等離 子體處理裝置，該等離子體處理方法及等離子體處理裝置通過重復等 離子體處理的次數(shù)，即使在處理容器內的處理環(huán)境中產(chǎn)生隨時間的變 化也能夠穩(wěn)定地保證處理的均勻性。
為了達到上述第一個目的，本發(fā)明的第一種等離子體處理方法，
其特征在于在可真空的、接地的處理容器內，隔開規(guī)定的間隔平行 配置第一電極和第二電極，由第二電極支承被處理基板使其與上述第 一電極相對，對上述處理容器內進行真空排氣達到規(guī)定的壓力，向上 述第一電極、上述第二電極和上述處理容器的側壁之間的處理空間提 供所希望的處理氣體，并且在上述第二電極上施加第一高頻，由在上 述處理空間中生成的等離子體對上述基板實施所希望的處理，其中， 經(jīng)由絕緣體或空間將上述第一 電極安裝在上述處理容器內，并且經(jīng)由 靜電電容可變的靜電電容可變部電氣地連接到接地電位上，根據(jù)對上
5200910173200.6
述基板實施等離子體處理的處理條件，切換上述靜電電容可變部的靜
另外，本發(fā)明的第一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括
可真空排氣的、接地的處理容器；經(jīng)由絕緣物或空間安裝在上述處理 容器內的第一電極；電氣地連接在上述第一 電極和接地電位之間的靜 電電容可變的靜電電容可變部；在上述處理容器內隔開規(guī)定的間隔與 上述第一電極平行配置，并與上述第一電極相對，支承被處理基板的 第二電極；向上述第一電極、上述第二電極和上述處理容器的側壁之 間的處理空間提供所希望的處理氣體的處理氣體供給部；為了在上述 處理空間生成上述處理氣體的等離子體，在上述第二電極上施加第一 高頻的第一高頻供電部；以及根據(jù)對上述基板實施的等離子體處理的 處理條件，切換上述靜電電容可變部的靜電電容的靜電電容控制部。
在本發(fā)明所采用的電容耦合型的結構中，如果將來自高頻電源的 高頻施加在第二電極上，則由第二電極和第一電極之間的高頻放電及 第二電極與處理容器的側壁(內壁)之間的高頻放電，在處理空間內 生成處理氣體的等離子體，所生成的等離子體向四方尤其是向上方及 半徑方向外側擴散，等離子體中的電子電流通過第一電極或處理容器 側壁等流向大地。
這里，通過根據(jù)該等離子體處理的處理條件，切換靜電電容可變 部的靜電電容，能夠從高電容(低阻抗)到低電容(高阻抗)任意地 切換第一電極的周圍的靜電電容或接地電容。尤其是，高電容(低阻 抗)接地的模式，使在等離子體的電子電流中、在第一電極和第二電 極之間流過的比例變大，能夠增強針對第一電極的離子的濺射效果， 所以對于聚合物等沉積膜容易付著在第二電極上的處理是有利的。另 外，低電容(高阻抗)接地的模式，使在等離子體的電子電流中、在 第一電極和處理容器的側壁之間流過的比例變大，能夠使等離子體密 度的空間分布向半徑方向外側擴展，所以適用于重視處理的均勻性的 處理和即使沉積膜付著在第二電極上也沒有問題的處理(例如最終工 序的處理)。
另外，還可以在第二電極上施加比第一高頻的頻率低的第二高頻、 或在第一電極上施加所希望的直流電壓。為了達到上述第二個目的，本發(fā)明的第二種等離子體處理方法， 其特征在于在可真空的、接地的處理容器內，隔開規(guī)定的間隔平行 配置第一電極和第二電極，由第二電極支承被處理基板使其與上述第 一電極相對，對上述處理容器內進行真空排氣達到規(guī)定的壓力，向上 述第一電極、上述第二電極和上述處理容器的側壁之間的處理空間提 供所希望的處理氣體，并且在上述第二電極上施加第一高頻，由在上 述處理空間中生成的等離子體對上述基板實施所希望的處理，其中， 經(jīng)由絕緣體或空間將上述第一電極安裝在上述處理容器內，并且經(jīng)由 靜電電容可變的靜電電容可變部電氣地連接到接地電位上，根據(jù)實施 等離子體處理的上述基板的處理片數(shù)切換上述靜電電容可變部的靜電
另外，本發(fā)明的第二種等離子體處理裝置，其特征在于，包括 可真空排氣的、接地的處理容器；經(jīng)由絕緣物或空間安裝在上述處理 容器內的第一 電極；電氣地連接在上述第一 電極和接地電位之間的靜 電電容可變的靜電電容可變部；在上述處理容器內隔開規(guī)定的間隔與 上述第一電極平行配置，并與上述第一電極相對，支承被處理基板的 第二電極；向上述第一電極、上述第二電極和上述處理容器的側壁之 間的處理空間提供所希望的處理氣體的處理氣體供給部；為了在上述 處理空間生成上述處理氣體的等離子體，在上述第二電極上施加第一 高頻的第一高頻供電部；以及根據(jù)實施等離子體處理的上述基板的處 理片數(shù)切換上述靜電電容可變部的靜電電容的靜電電容控制部。
在上述的第二種方法或裝置中，通過根據(jù)實施等離子體處理的上 述基板的處理片數(shù)切換上述靜電電容可變部的靜電電容，能夠控制等 離子體密度的空間分布特性甚至處理的面內分布特性，結果能夠穩(wěn)定 地保持處理的均勻性。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的一個實施方式，預先將靜電電容可變部的靜電 電容的值調大，隨著處理片數(shù)的增加，減小靜電電容的值。
根據(jù)本發(fā)明的等離子體處理方法及等離子體處理裝置，通過如上 所述的結構和作用，能夠在陰極耦合方式中，盡可能防止在陽極側的 電極上附加沉積膜而對后續(xù)工序造成影響，并盡量提高處理的均勻性。 另外，通過重復等離子體處理的次數(shù)，即使在處理容器內的處理環(huán)境中產(chǎn)生隨時間的變化也能夠穩(wěn)定地保證處理的均勻性。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的等離子體蝕刻裝置的結構的 縱截面圖。
圖2是表示實施方式的等離子體蝕刻裝置中的可變電容器的一個 結構的例子的圖。
圖3是表示實施方式的等離子體蝕刻裝置中的可變電容器的一個 結構的另外例子的圖。
圖4是表示實施方式的一個變形例的等離子體蝕刻裝置的結構的 縱截面圖。
圖5是表示實施方式的一個變形例的等離子體蝕刻裝置的結構的 縱截面圖。
圖6是模式化地表示將實施方式的等離子體蝕刻裝置切換為高電 容(低阻抗)接地模式的情況下的腔室內高頻放電的式樣的圖。
圖7是模式化地表示將實施方式的等離子體蝕刻裝置切換為低電 容(高阻抗)接地模式的情況下的腔室內高頻放電的式樣的圖。
圖8是表示實施方式的蝕刻方法使用的等離子體蝕刻裝置的結構 的縱斷面圖。
圖9是表示實施方式的蝕刻方法中的多步驟的各階段狀態(tài)的粗略 截面圖。
符號說明
10腔室(處理容器) 16基座(下部電極) 30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處理氣體供給管
50空間
52絕緣體
64高頻電源
70、 72 電容器
85 靜電電容控制部
86 可變電容(靜電電容可變部)
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明適合的實施方式進行說明。 在圖1中，表示了本發(fā)明的一個實施方式的等離子體處理裝置的 結構。該等離子體處理裝置是作為陰極耦合的電容耦合型(平行平板 型)等離子體蝕刻裝置來構成的，例如，具有由表面進行過氧化鋁膜 處理(陽極氧化處理)的鋁構成的圓筒形真空腔室(處理容器)10。 腔室10安全地接地。
在腔室10的底部，經(jīng)由陶瓷等的絕緣板12配置有圓柱狀的基座 支承臺14，在該基座支承臺14的上面設置有例如由鋁構成的基座16。 基座16構成下部電極，在它之上作為被處理基板載置有例如半導體晶 片W。
在基座16的上面設置有用于由靜電吸附力保持半導體晶片W的 靜電卡盤18。該靜電卡盤18是將由導電膜構成的電極20夾入到一對 絕緣層或絕緣片之間的結構，直流電源22電氣地連接到電極20上。 憑借來自直流電源22的直流電壓，能夠靠庫侖力將半導體晶片W吸 附保持在靜電卡盤18上。在靜電卡盤18的周圍，在基座16的上面配 置有用于提高蝕刻的均勻性的例如由硅構成的聚焦環(huán)24。在基座16 及基座支承臺14的側面上貼加有例如由石英構成的圓筒狀的內壁部件25。
在基座支承臺14的內部設置有例如在圓周方向延伸的致冷劑室
26。 憑借安裝在外部的冷卻單元(圖中沒有表示出)經(jīng)由配管27a、 27b
9向該致冷劑室26中，循環(huán)提供規(guī)定溫度的致冷劑例如冷卻水。憑借致 冷劑的溫度能夠控制基座16上半導體晶片W的處理溫度。再者，通 過氣體供給管線28向靜電卡盤18的上面與半導體晶片W的背面之間 供給來自傳熱氣供給機構(圖中沒有表示)的傳熱氣體例如He氣。
在基座16上經(jīng)由匹配器32及供電棒33電氣地連接著等離子體生 成用的高頻電源30。該高頻電源30在腔室10內進行等離子體處理的 時候向基座16施加規(guī)定的高頻率例如40MHz的高頻。
在基座16的上方，與該基座平行相對地設置有上部電極34。該上 部電極34包括具有多個氣體噴出孔36a的、例如Si、 SiC等的半導體 材料構成的電極板36;和可以自由裝卸地支承該電極板36、由導電材 料例如表面經(jīng)過了氧化鋁膜處理的鋁構成的電極支承體38，經(jīng)由環(huán)狀 的絕緣體35在電氣浮起狀態(tài)下安裝在腔室10內。由該上部電極34、 基座16與腔室10的側壁形成等離子體生成空間或處理空間PS。
環(huán)狀絕緣體35例如由氧化鋁(A1203)構成并被安裝成氣密地堵 塞上部電極34的外周面與腔室10的側壁之間的間隙，在物理地支承 上部電極34的同時，構成上部電極34與腔室IO之間的靜電電容的一 部分。
電極支承體38在它的內部具有氣體緩沖室40，同時在它的下面具 有從氣體緩沖室40連通到電極板36的氣體噴出孔36a上的多個氣體 通氣孔38a。處理氣體供給部44通過氣體供給管42連接到氣體緩沖室 40。如果從處理氣體供給部44將規(guī)定的處理氣體導入到氣體緩沖室 40，則從電極板36的氣體噴出孔36a朝向基座16上的半導體晶片W 向處理空間PS呈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提供處理氣體用的噴頭。
另外，在電極支承體38的內部設置有流過制冷劑例如冷卻水的通 路(圖中沒有表示)，憑借外部的冷卻單元經(jīng)由制冷劑將上部電極34 的整體尤其是電極板36調整到規(guī)定的溫度。另外，為了使針對上部電 極34的溫度控制更加穩(wěn)定，可以使用在電極支承體38的內部或上面 安裝例如由電阻發(fā)熱元件組成的加熱器(圖中沒有表示)的結構。
在上部電極34的上面與腔室10的頂棚之間設置有具有適當空隙 尺寸的間隙，并在那里形成有空間50。該空間50雖然可以是大氣空間，但優(yōu)選作為真空空間來構成，不僅實現(xiàn)了上部電極34與腔室10乃至 周圍溫度的熱遮斷，還具有憑借氣體的排除防止上部電極34與腔室10 之間的放電的功能。在這樣使空間50成為真空的情況下，與處理空間 PS分別進行真空排氣，憑借氣密結構保持真空狀態(tài)。在該實施方式中， 為了進一步提高放電防止功能，用片狀的絕緣體52覆蓋空間50的內 壁的全部或一部分(圖中表示的只是上面)。雖然能夠在該絕緣體52 上適當?shù)厥褂媚蜔嵝院玫木埘啺废档臉渲部梢允褂锰└积?注 冊商標)或石英等。
在基座16、基座支承臺14和腔室10的側壁之間形成的環(huán)狀的空 間成為排氣空間，在該排氣空間的底上設置有腔室10的排氣口 54。排 氣裝置58通過排氣管56連接到該排氣口 54。排氣裝置58具有渦輪分 子泵等的真空泵，能夠將腔室10的室內尤其是處理空間PS減壓到所 要求的真空度。另外，在腔室10的側壁上安裝有對半導體晶片W的 搬入搬出口 60進行開閉的閘閥62。
該等離子體蝕刻裝置在空間50內設置有電容可變的可變電容器 86，由設置在腔室10的外部例如上面的靜電電容控制部85可以改變 可變電容器86的電容。
這里，在圖2及圖3中表示了可變電容器86的結構例。該可變電 容器86具有可以在接觸或接近上部電極34的上面的第一個位置和從 上部電極34向上方分離的第二個位置之間移動的導體板88;與使該導 體板88上下移動或改變位置的操作機構、例如操作棒90。這里，在導 體板88和上部電極34之間形成電容器。導體板88的面積越大，電容 可變的靈敏度或范圍能夠變得越大。圖2的操作機構90由導電性的材 料、或對高頻率有導電性的材料或針對高頻率有低阻抗的材料構成， 直接或經(jīng)由腔室10接地。圖3的操作機構90可以是絕緣性的材料。 靜電電容控制部85具有例如能夠任意地控制旋轉量的步進電動機和將 該步進電動機的旋轉驅動軸的旋轉變換成操作機構90的直進(升降) 運動的運動變換機構(例如滾珠螺桿機構)等，能夠通過導體板88高 度位置的可變控制連續(xù)地改變可變電容器86的電容。越使導體板88 接近腔室10的頂棚面，上部電極34的接地電容就能變得越小。相反， 越使導體板88接近上部電極34的上面，上部電極34的接地電容就能變得越大。在極端的情況下，使導體板88與上部電極34相接觸并使 上部電極34接地，能夠使接地電容無限大。
在圖4中，表示了別的實施方式的靜電電容可變部85。該實施方 式，在上部電極34與腔室10的側壁之間設置有環(huán)狀絕緣體35,在該 環(huán)狀絕緣體中形成有環(huán)狀的液體收容室94，成為能夠經(jīng)由配管92從腔 室10的外面導出和導入具有適當介電常數(shù)的液體(例如Galden那樣 的有機溶劑)Q的結構。通過變化介電性液體Q的種類(介電常數(shù)) 或液體量，能夠使環(huán)狀絕緣體35整體的靜電電容以及上部電極34的 接地電容可變。
另外，從控制該等離子體處理裝置內的各部分的動作及整體裝置 的順序(sequence)的控制器96向靜電電容控制部85給出指示可變電 容器86的電容(目標值)的控制信號。
在該等離子體蝕刻裝置中，為了進行蝕刻，首先使閘閥62成為開 狀態(tài)并將加工對象的半導體晶片W搬入到腔室10內，載置在靜電卡 盤18的上面。于是，按照規(guī)定的流量或流量比從處理氣體供給部44 將處理氣體即蝕刻氣體(一般來說是混合氣體)導入到腔室10內，由 憑借排氣裝置58的真空排氣使腔室10內的壓力成為設定值。另外， 由高頻電源30按照規(guī)定的功率向基座16施加高頻(40MHz)。另夕卜， 由直流電源22向靜電卡盤18的電極20施加直流電壓，將半導體晶片 W固定在靜電卡盤18上。從上部電極34的噴頭吐出的蝕刻氣體在處 理空間PS中憑借高頻電的放電而等離子體化，憑借由該等離子體產(chǎn)生 的自由基或離子對半導體晶片W的主面的膜進行蝕刻。
該電容耦合型等離子體蝕刻裝置通過在基座(下部電極)16上施 加40MHZ或40MHz以上的高頻電，將等離子體在優(yōu)選的離解狀態(tài)下 高密度化，即使是在更低壓的條件下也能形成高密度等離子體。并且， 是陰極耦合方式，利用在基座16上生成的自身偏置電壓將等離子體中 的離子幾乎垂直地引入到晶片W上，能夠進行各向異性的蝕刻。
另外，將與等離子體生成相適應的比較高的頻率(例如40MHz) 的第一高頻和與離子引入相適應的比較低的頻率(例如2MHz)的第二 高頻重疊、施加在下部電極上的下部兩頻率重疊施加方式也是可以的。 作為這樣的裝置結構，例如如圖5所示，可以增設向基座16供給第二高頻電用的高頻電源64、匹配器66及供電棒68。在這樣的下部兩頻 率重疊施加方式中，能夠由第一高頻(40MHz)使在處理空間PS生成 的等離子體的密度最優(yōu)化，由第二高頻(2MHz)使在基座16上生成 的自身偏置電壓或離子層最優(yōu)化，可以實現(xiàn)選擇性更高的各向異性蝕 刻。
下面，說明在該等離子體蝕刻裝置中的可變電容器(靜電電容可 變部)86的作用。在圖6及圖7中，上部電極34經(jīng)由可變電容器86 及固定電容器即電容器70、 72電氣地連接(接地)到接地電位的腔室 10。這里，電容器70是在上部電極34與腔室10的側壁之間存在的電 容(固定電容)，主要由環(huán)狀絕緣體35賦予。另一方面，電容器72與 可變電容86并列，是在上部電極34和腔室10的頂棚之間存在的電容 (固定電容)。上部電極34周圍的靜電電容或者說接地電容是作為將 可變電容器86的電容與電容器70、 72的電容加在一起的合成電容而 被給出的。
首先，調高可變電容器86的電容，對將上部電容34的接地電容 (合成電容)選擇為例如20000pF以上的情況(在極端的情況下，是 使導體板88與上部電極板34接觸、變成無限大的電容值的情況)的 作用進行說明。在這種情況下，如圖6所示，如果將來自高頻電源30 的高頻施加在基座16上，則憑借在基座16和上部電極34之間的高頻 放電及在基座16與腔室10的側壁之間的高頻放電在處理空間PS內生 成處理氣體的等離子體，所生成的等離子體向四方尤其是向上方及半 徑方向外側擴散，等離子體中的電子電流通過上部電極34和腔室10 的側壁等向大地流動。這里，在基座16上，高頻的頻率數(shù)越高，高頻 電流越容易由集膚效應在基座中心部分集中，并且，由于正對面的上 部電極34經(jīng)由高電容即低阻抗接地，所以在等離子體中的電子電流中 流向腔室10的側壁的比例相當?shù)?，大部分流向上部電極34，并且流向 它的中心部分。其結果是，等離子體密度的空間分布特性容易變成， 電極中心部分最高并且越往半徑方向外側的周邊部分移動越低的山形 的分布輪廓。然而，另一方面，憑借向上部電極34流過大量的高頻電 流或電子電流，也有在上部電極34上由自身偏置引起的離子的入射量 增大從而濺射效果增強的一面。與此相對，將可變電容器86的電容調低，在將上部電極34的接 地電容(合成電容)選擇為例如250pF以下的情況，如圖7中所示， 處理空間PS內的等離子體分布向半徑方向外側擴張。在這樣的情況下， 如果由高頻電源30向基座16施加高頻，則憑借在基座16和上部電極 34之間的高頻放電及在基座16與腔室10的側壁之間的高頻放電，也 會在處理空間PS內生成蝕刻氣體的等離子體，所生成的等離子體向上 方及半徑方向外側擴散，等離子體中的電子電流通過上部電極34或腔 室10的側壁等向大地流動。于是，在基座16上，高頻電流容易在基 座中心部分集中也與圖6的情況是一樣的。然而，由于上部電極34的 接地電容或阻抗是低的，所以即使高頻電流集中在基座16的中心部分， 也難以從該處向正對面的上部電極34流動。因此，在等離子體中的電 子電流中流向腔室10的側壁的比例決對不低，根據(jù)接地電容的值，即 根據(jù)可變電容器86的電容值，能夠對分別在基座16和上部電極34之 間及在基座16與腔室10的側壁之間流過的電子電流的比進行任意的 控制。另一方面，如果向上部電極34流動的高頻電流或電子電流變少， 則也有上部電極34上的離子入射量乃至濺射效果降低的一面。
如上所述，該實施方式的等離子體蝕刻裝置具有能夠改變靜電電 容可變部86的靜電電容的結構，通過根據(jù)處理條件適當?shù)厍袚Q上部電 極34的接地電容，尤其是選擇高電容接地(低阻抗)模式或低電容接 地(高阻抗)模式的任何一種，能夠使后述的記憶效果防止乃至減低 與工藝均勻性的平衡或折衷選擇最優(yōu)化，從而能夠提高整體處理的加 工性。
下面，對該實施方式的等離子體蝕刻裝置的具體等離子體蝕刻加 工的一個例子進行說明。該蝕刻加工是在作為層間絕緣膜的有機系 low-k膜中形成連接孔(通孔)，成為使用下部兩頻率重疊施加方式(圖 5)的處理。
在圖8中，表示了在該實施方式中的處理氣體供給部44的詳細的 結構例。在主氣體供給管42上，經(jīng)由各專用或分支氣體供給管連接有 各種原料氣體的供給源，作為處理氣體供給系統(tǒng)。在該實施方式中， 如后面所述，由于作為蝕刻用混合氣體的原料氣體，使用CF4、 CHF3、 CH3F、 C4F8、 Ar、 &的6種，所以準備有供給這些原料氣體的氣體供
14給源100 110。在各個專用氣體供給管上分別設置有可以由控制器96 分別獨立并任意地控制的質量流量控制器(MFC) 100a 110a及開關 閥100b 110b。
在成為蝕刻加工的對象的半導體晶片W的主面上，如圖9的(a) 中所示，從下方開始依次層積有多層配線結構的下層側配線層112、阻 擋(barrier)層114、有機系low-k膜(層間絕緣膜)116及掩模118。 配線層112是例如Cu配線層，例如由雙鑲嵌加工來形成。阻擋層114 是例如具有1000A (O.lpm)的膜厚的氮化硅(SiN)膜，由例如 CVD(Chemical Vapor Deposition:化學氣相沉積)法形成。有機系low-k 膜116是例如具有l(wèi)pm的膜厚的SiOC系low-k膜，由例如CVD法形 成。掩模118是抗蝕劑膜，由通常的光刻形成，在通孔的開孔位置具 有開口部118a。
在該實施方式中，針對涉及的被處理體的半導體晶片W進行三步 驟方式的蝕刻。首先，作為第一步驟，進行沉積(deposition)處理的 蝕刻。該第一步驟的主要蝕刻條件如下。
處理氣體CF4/CH3F/Nf流量50/5/1 OOsccm
腔室內的壓力20mTorr
高頻電力40MHz/2MHz=l 000/0W
在該第一步驟中，在蝕刻氣體中使用了全氟化碳(perfluorocarbon) 系的CH3F。于是，CH3F中的等離子體分解出的H分子很快與F起反 應，作為HF被進行排氣，由此，容易殘留下C。其結果，大量地產(chǎn)生 碳系的沉積并就近附著在抗蝕劑掩模118的開口部118a及上面，它成 為在后續(xù)工序中提高掩模選擇比的保護膜。然而，通過大量產(chǎn)生聚合 物，并且由于在基座16上沒有施加第二高頻(2MHz)(即，由于朝向 上部電極34的離子入射弱)，沉積容易附著在上部電極34上。
根據(jù)這樣的情況，針對上部電極34的接地電容，如圖5所示，將 可變電容器86的電容調高，切換到高電容接地(低阻抗)模式，在極 端的情況下成為短路接地。由此，提高了針對上部電極34的離子的入 射效率，促進濺射，能夠使得不附加沉積膜。
如圖9 (b)所示，該第一步驟，在形成于有機系low-k膜116上 的孔116a的底達到規(guī)定的深度、例如1000A附近的深度的時候結束。在該第一步驟結束之際，停止供給CF4/CH3F/N2的混合氣體，即在關閉
開關閥100b、 104b、 110b的同時，將高頻電源30的輸出置于關閉(off)。 但是，排氣裝置58的排氣動作保持原來的狀態(tài)繼續(xù)。
然后，作為第二步驟，進行主蝕刻。在該第二步驟中的主要的蝕 刻條件如下。
處理氣體CHF3/CF4/Ar/N尸流量40/30/1000/15Osccm
腔室內的壓力30mTorr
高頻電力40MHz/2MHz=1000/1000W
在第二步驟中，在憑借化學反應的等離子體輔助蝕刻中加上憑借 離子照射的離子輔助蝕刻，進行高速的各向異性蝕刻。在這樣的時候, 由于是在沒有于上部電極34上附加在之前第一步驟的處理中生成的沉 積膜的狀態(tài)下，開始第二步驟的處理，所以不受第一步驟的處理的影 響。
但是，在第二步驟的處理中，從全氟化碳系的CHF3產(chǎn)生大量的聚 合物，即使不像第一步驟的時候那樣，也容易在上部電極34上附加沉 積，在處理時間比較長的情況下，沉積膜積蓄并且成長為較大的可能 性變大。
鑒于這點，即使是在第二步驟，使上部電極34的接地電容成為圖 5那樣的高電容接地模式，在極端的情況下成為短路接地。由此，提高 了針對上部電極34的離子的入射效率并促進了離子濺射，能夠使得不 附加沉積膜。
如圖9 (c)所示，第二步驟在有機系low-k膜116的孔116a的底 達到規(guī)定的深度、例如8000A附近的深度的時候結束。在該步驟結束 之際，關閉開關閥102b、 100b、 108b、 110b，停止CHF3/CF4/Ar/N2的 混合氣體的供給。同時，將兩高頻電源30、 64的輸出暫時置于關閉 (off)。
然后，作為最后的第三步驟，進行過蝕刻。該第三步驟中的主要 的蝕刻條件如下。
處理氣體C4Fs/Ar/Nf流量6/1000/150sccm
腔室內的壓力50mTorr
高頻電力40MHz/2MHz=l000/1000W
16在第三步驟中，在保持孔116a的各向異性(垂直形狀)的狀態(tài)下 對有機系low-k膜116進行蝕刻，直到達到基底膜(氮化硅)62。即使 是在這樣的情況下，由于是在沒有于上部電極34上附加在之前第二步 驟的處理中生成的沉積膜的狀態(tài)下，開始第三步驟的處理，所以不受 第二步驟的處理的影響。
在第三步驟的處理中在蝕刻氣體中使用的C4F8/Ar/N2混合氣體有 對基底膜(氮化硅)62的選擇比高這樣的優(yōu)點，盡管產(chǎn)生了碳氟化合 物的聚合物，它的產(chǎn)生量是比較小的，并且，沒有接著該第三步驟的 后續(xù)工序的處理。即，在該第三步驟的處理中，即使在上部電極34上 附加了沉積膜，也不用考慮由于該沉積膜使以后的處理受到前面的處 理的影響的效果(記憶效果)就可以了。另外，例如能夠由等離子體 清掃另外除去附加在上部電極34或腔室10的側壁上的沉積膜。
鑒于這一點，在第三步驟中，將上部電極34的接地電容切換到圖 6所表示的低電容接地(高阻抗)模式。通過這樣的方式，能夠相對地 減少在基座16和上部電極34之間流過的電子電流，并且能夠相對地 增加在基座16和腔室10的側壁之間流過的電子電流，能夠使在處理 空間PS生成的等離子體的密度向半徑方向外側擴展。
在這樣的情況下，雖然也可以使半導體晶片W上的蝕刻速率在空 間上(特別是在半徑方向上)均勻化，但是，優(yōu)選使邊緣部分的蝕刻 速率相對地比中心部分高。即，在先前的第一及第二步驟中，由于重 視防止上述那樣的記憶效果，將上部電極34的接地電容設定地高，所 以等離子體密度相對地有在中心部分變高、在周邊部分變低的傾向， 由此，通孔形成的蝕刻速率也容易相對地在中心部分變高、在周邊部 分變低。作為結果，在第二步驟的結束時刻，在孔116a的底的深度方 面有空間上(特別是半徑方向上)的偏差，在中心部分相對地變深， 在邊緣部分相對地變淺。
這里，在最后的第三步驟中，相反地，通過使等離子體密度在中 心部分相對地較低而在周邊部分相對地較高并且使半導體晶片W上的 蝕刻速率在中心部分相對地較低而在邊緣部分相對地較高，能夠在一 定的程度上抵消到此為止的蝕刻深度的偏差。由此，能夠提高通過第 一 第三步驟的整體處理的蝕刻速率的面內均勻性。如上所述，根據(jù)該實施方式，可變地構成上部電極34的接地電容， 根據(jù)處理條件，例如在連續(xù)的處理中，在先前的處理容易在上部電極 34上附加沉積膜的時候，在該處理中將上部電極34的接地電容切換到 高電容接地(低阻抗)模式，使在上部電極34上難以附加沉積膜，能 夠防止或減低對隨后的處理產(chǎn)生的影響或記憶效果。另外，在難以于 上部電極34上附加沉積膜的處理或最終工序的處理的時候，將上部電 極34的接地電容切換到低電容接地(高阻抗)模式，使在處理空間PS 內生成的等離子體的密度向半徑方向外側擴展，由此，能夠提高處理 均勻性。
上述的實施方式中的有機系low-k膜的通孔蝕刻是一個例子，本發(fā) 明可以適用于任意的多步驟處理，當然，也適用于單步驟處理。另外， 在上部電極34上電氣地連接直流電源(圖中沒有表示)，并在上部電 極34上施加任意的直流電壓的結構或方式也是可以的。在這樣的情況 下，上部電極34在從腔室10的電位即從接地電位電氣浮起的狀態(tài)下 起直流的作用。
另外，作為別的實施方式，也可以根據(jù)晶片處理片數(shù)使靜電電容 的值變化。 一般來說，隨著腔室內部的部件的溫度由于等離子體而上 升，有晶片邊緣部分的蝕刻速率降低的傾向。于是，尤其是在蝕刻初 期，使晶片中心的蝕刻速率與晶片邊緣部分的蝕刻速率的上升同步增 加，保持均勻性，如果處理片數(shù)增加，晶片邊緣部分的蝕刻速率下降， 則使靜電電容可變部的靜電電容值變小，使晶片邊緣部分的蝕刻速率 的降低下降。
在上述的實施方式中使用的高頻的頻率是一個例子，可以根據(jù)處 理使用任意的頻率。另外，裝置內的各個部分的結構也可以有各種變 形。尤其是，上述實施方式中的靜電電容可變部86的結構是一個例子， 能夠采用可以使上部電極34的周圍的靜電電容或接地電容在所希望的 范圍內改變的任意電容器結構。雖然上述實施方式涉及等離子體蝕刻 裝置及等離子體蝕刻方法，但是，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、濺射等的其它的等離子體處理裝置及 處理方法。另外，在本發(fā)明中的被處理基板不限于半導體晶片，也可 以是平板顯示器用的各種基板或光掩模、CD基板和印刷基板等。
權利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括可真空排氣的、接地的處理容器；經(jīng)由絕緣物或空間安裝在所述處理容器內的第一電極；靜電電容可變部，該靜電電容可變部電氣地連接在所述第一電極和接地電位之間，在設置于所述第一電極與所述處理容器的側壁之間的環(huán)狀絕緣體中形成有環(huán)狀的液體收容室，經(jīng)由配管從所述處理容器的外面向所述液體收容室導入具有規(guī)定的介電常數(shù)的液體或者從所述液體收容室向所述處理容器的外面導出具有規(guī)定的介電常數(shù)的液體，從而使靜電電容可變；在所述處理容器內隔開規(guī)定的間隔與所述第一電極平行配置，并與所述第一電極相對，支承被處理基板的第二電極；向所述第一電極、所述第二電極和所述處理容器的側壁之間的處理空間提供所希望的處理氣體的處理氣體供給部；為了在所述處理空間生成所述處理氣體的等離子體，在所述第二電極上施加第一高頻的第一高頻供電部；以及根據(jù)被實施等離子體處理的所述基板的等離子體處理的處理條件或者所述基板的處理片數(shù)切換所述靜電電容可變部的靜電電容的靜電電容控制部。
2. 根據(jù)權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于-所述靜電電容控制部預先將所述靜電電容可變部的靜電電容的值調大，隨著處理片數(shù)的增加，減小所述靜電電容的值。
3. 根據(jù)權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述靜電電容控制部，在沉積膜容易附加于所述第一電極上的處理的時候，將所述靜電電容可變部的靜電電容切換到高，在沉積膜難 以附加于所述第一 電極上的時候，將所述靜電電容可變部的靜電電容 切換到低。
4. 根據(jù)權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述靜電電容控制部，在多步驟的處理中，在除了最后步驟的各 步驟的處理的時候，將所述靜電電容可變部的靜電電容切換到高，在 最后步驟的處理的時候將所述靜電電容可變部的靜電電容切換到低。
5. 根據(jù)權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述靜電電容可變部具有可變電容器。
6. 根據(jù)權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 向所述第二電極施加比所述第一高頻的頻率低的第二高頻。
7. 根據(jù)權利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于 具有向所述第一 電極施加所希望的直流電壓的直流電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及等離子體處理方法及等離子體處理裝置。在陰極耦合方式中，盡可能防止在陽極側的電極上附加沉積膜而對后續(xù)工序造成影響，并盡量提高處理的均勻性。將被處理基板(W)載置在下部電極的基座(16)上，并由高頻電源(30)施加等離子體生成用的高頻。將在基座(16)的上方與它平行相對配置的上部電極(34)經(jīng)由環(huán)狀的絕緣體(35)在電氣浮起的狀態(tài)下安裝在腔室(10內。在上部電極(34)的上面和腔室(10)的頂棚之間的空間(50)中設置電容可變的可變電容器(86)。根據(jù)處理條件由電容控制部(85)改變可變電容器(86)的電容，對上部電極(34)的接地電容進行切換。
文檔編號H01L21/00GK101667533SQ200910173200
公開日2010年3月10日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權日2006年3月30日
發(fā)明者巖田學, 松本直樹, 田中諭志, 輿水地鹽 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社