專利名稱：電容耦合型等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明例如涉及在半導(dǎo)體處理系統(tǒng)中，用于對(duì)被處理基板進(jìn)行等離子體處理而使用的電容耦合型等離子體處理裝置。這里，所謂半導(dǎo)體處理表示的是通過在半導(dǎo)體晶片或LCD(液晶顯示器)或FPD(平板顯示器)用的玻璃基板等的被處理基板上，通過以給定的圖形而形成半導(dǎo)體層、絕緣層、導(dǎo)電層等，而為了在該被處理基板上制造包含半導(dǎo)體設(shè)備和與半導(dǎo)體設(shè)備連接的線路、電極等的結(jié)構(gòu)物所進(jìn)行的各種處理。
背景技術(shù)：
例如，在半導(dǎo)體設(shè)備的制造過程中，多數(shù)采用對(duì)作為被處理基板的半導(dǎo)體晶片進(jìn)行蝕刻或?yàn)R射、CVD(化學(xué)氣相沉積)等的等離子體處理。作為用于進(jìn)行這種等離子體處理的等離子體處理裝置，使用各種裝置，其中，以電容耦合型平行平板等離子體處理裝置為主流。
一般，電容耦合型的平行平板等離子體處理裝置具有配置在處理腔室內(nèi)的一對(duì)平行板電極(上部和下部電極)。處理時(shí)，將處理氣體導(dǎo)入到腔室內(nèi)，同時(shí)，將高頻電力供給一個(gè)電極，在電極間形成高頻電場而產(chǎn)生高頻放電。利用這種高頻放電來形成處理氣體的等離子體，對(duì)半導(dǎo)體晶片的給定的層，例如進(jìn)行等離子體蝕刻。
作為這種裝置，例如有向放置半導(dǎo)體晶片的下部電極供給高頻電力的形式。在這種情況下，下部電極起陰極作用，上部電極起陽極作用。另外，施加在下部電極上的高頻電力兼有等離子體生成和對(duì)被處理基板施加高頻偏壓的作用。
在這種電容耦合型的平行平板等離子體處理裝置中，存在于等離子體生成區(qū)域中的部件必需防止金屬污染和消耗。由于這樣，作為這些部件，使用形成有Y2O3等的耐等離子體性高的絕緣性陶瓷的涂層等的部件或石英制的部件。
然而，近年來，在半導(dǎo)體等制造過程中的設(shè)計(jì)規(guī)則日益微細(xì)，特別是在等離子體蝕刻中，要求更高的尺寸精度，要求進(jìn)一步提高蝕刻的掩模和襯底的選擇比和面內(nèi)均勻性。由于這樣，趨向降低的腔室內(nèi)的處理區(qū)域的壓力、降低離子能量。因此，使用40MHz以上的，比現(xiàn)有技術(shù)特別高的頻率的高頻。
然而，通過降低壓力和降低離子能量，而使等離子體的電阻率提高，控制等離子體的均勻性變得困難。具體地是，當(dāng)施加在高頻施加電極上的高頻的頻率高時(shí)，從高頻電源供給電極背面的高頻，由于表皮效果而在電極表面?zhèn)魉?，集中在電極主面(與等離子體相對(duì)的面)的中心部。由于這樣，電極主面的中心部分的電場強(qiáng)度比外周部的電場強(qiáng)度高，生成的等離子密度在電極中心部也比電極外周部高。在等離子體密度高的電極中心部，等離子體的電阻率低，在相對(duì)的電極中電流也集中在電極中心部。因此，等離子體密度不均勻而更強(qiáng)，引起蝕刻等的等離子體處理的面內(nèi)不均勻和充電(charge up)損壞。
為了解決這個(gè)問題，已知利用高電阻部件構(gòu)成高頻施加電極的主面中心部(專利文獻(xiàn)1日本專利特開2000-323456號(hào))。采用這種技術(shù)，利用高電阻部件構(gòu)成高頻施加電極的主面中心部，這樣，更多的高頻電力作為焦耳熱而被消耗。這樣，在電極中心部，相對(duì)地使高頻施加電極的主面的電場強(qiáng)度在電極中心部比在電極外周部低，可以校正上述的等離子體密度的不均勻性。然而，在用高電阻部件構(gòu)成高頻施加電極的主面中心部時(shí)，由焦耳熱而引起的高頻電力的消耗(能量損失)多，效率不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體處理的面內(nèi)均勻性高，并且難以產(chǎn)生充電損壞的電容耦合型等離子體處理裝置。
本發(fā)明的第一方面的電容耦合型的等離子體處理裝置，包括能夠設(shè)定為具有真空氣氛的處理腔室；將處理氣體供給上述腔室內(nèi)的處理氣體供給部；配置在上述腔室內(nèi)的第一電極；與上述第一電極相對(duì)而配置在上述腔室內(nèi)的第二電極；
為了在上述第一和第二電極之間的等離子體生成區(qū)域中形成高頻電場，將高頻電力供給上述第一或者第二電極的高頻電源；利用上述高頻電場來使上述處理氣體等離子體化(變成等離子體)；在上述第一和第二電極之間支撐被處理基板、使其被處理面與上述第二電極相對(duì)的支撐部件；在上述腔室內(nèi)配置在上述等離子體生成區(qū)域周圍的周圍區(qū)域中、并且接地的導(dǎo)電性的作用面，可使上述等離子體向上述等離子體生成區(qū)域的外側(cè)擴(kuò)展，以及可調(diào)制上述作用面，使其實(shí)質(zhì)上與上述等離子體直流地結(jié)合。
采用第一方面的裝置，當(dāng)在腔室內(nèi)生成等離子體時(shí)，電流從等離子體流向設(shè)置在被處理基板周圍的作用面。其結(jié)果，等離子體向外側(cè)擴(kuò)展，使等離子體密度均勻化，這樣，可提高等離子體處理的面內(nèi)均勻性，同時(shí)可減少充電損壞。


圖1是表示作為本發(fā)明的第一實(shí)施方式的等離子體處理裝置的等離子體蝕刻裝置的截面圖。
圖2是表示使等離子體生成用的高頻電源和離子導(dǎo)入用的高頻電源與作為下部電極的支撐臺(tái)連接的狀態(tài)的簡要截面圖。
圖3是表示現(xiàn)有技術(shù)的等離子體蝕刻裝置的簡要結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4是用于說明通過圖1所示的等離子體蝕刻裝置來使等離子體密度均勻化的原理的示意圖。
圖5是表示第一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的變形例的示意圖。
圖6是表示第一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的另一個(gè)變形例的示意圖。
圖7是表示第一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的又一個(gè)變形例的示意圖。
圖8是表示通過比較屏蔽部件的高度不同的第一實(shí)施方式的實(shí)施例和現(xiàn)有技術(shù)的比較例而得到的晶片的面內(nèi)位置的Vdc值的圖形。
圖9是表示通過比較圖8所示的實(shí)施例和比較例而得到的ΔVdc的功率的依存性的圖。
圖10是表示通過排氣環(huán)的位置不同的第一實(shí)施方式的實(shí)施例而得出的晶片的面內(nèi)位置的Vdc值的圖。
圖11是表示通過圖10所述的實(shí)施而得出到ΔVdc的功率的依存性的圖。
圖12是表示作為本發(fā)明的第二實(shí)施方式的等離子體處理裝置的等離子體蝕刻裝置的截面圖。
圖13是說明通過圖12所示的等離子體蝕刻裝置而使等離子體密度均勻化的原理的示意圖。
圖14是表示第二實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的變形例的示意圖。
圖15是表示第二實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的另一個(gè)變形例的示意圖。
圖16為表示在圖14和圖15所示的等離子體蝕刻裝置中所使用的接地部件的變形例的示意圖。
圖17是表示在圖14和圖15所示的等離子體蝕刻裝置中所使用的接地部件的另一個(gè)變形例的示意圖。
圖18是表示圖17所示的接地部件和處理腔室的關(guān)系的橫截平面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。其中，在以下的說明中，對(duì)具有大致相同的功能和結(jié)構(gòu)的元件，標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，并只在必要的情況下進(jìn)行重復(fù)的說明。
(第一實(shí)施方式)圖1是表示作為本發(fā)明的第一實(shí)施方式的等離子體處理裝置的等離子體蝕刻裝置的截面圖。該裝置構(gòu)成為可蝕刻配置在半導(dǎo)體晶片上的氧化膜(SiO2膜)。
該等離子體蝕刻裝置100具有氣密性構(gòu)成的、大致呈圓筒形的處理腔室1。該腔室1的主體例如由鋁等金屬制成，在其內(nèi)壁表面上形成有氧化處理薄膜或者由Y2O3等絕緣陶瓷制成的薄膜(例如噴鍍薄膜)這種絕緣膜。腔室1接地。
在該腔室1內(nèi)配置有水平支撐作為被處理基板的晶片W的、并作為下部電極而作用的支撐臺(tái)2。支撐臺(tái)2例如由表面經(jīng)過氧化處理的鋁所構(gòu)成。環(huán)狀的支撐部3從腔室1的底壁突出，與支撐臺(tái)2的外周對(duì)應(yīng)。在該支撐部3上配置環(huán)狀的絕緣部件4，支撐臺(tái)2的外邊緣部通過該絕緣部件4而被支撐。
在絕緣部件4的外側(cè)，在支撐部3上形成環(huán)狀的導(dǎo)電性屏蔽部件25。其上端的高度位置在晶片W的上表面附近。該屏蔽部件25通過腔室1或者通過以下所示的排氣環(huán)14和腔室1而直流地接地。在支撐臺(tái)2的上方的外周上配置有由導(dǎo)電性材料(例如Si、SiC)等制成的聚焦環(huán)5。在屏蔽部件25的下端和腔室1的周壁之間配置有圓錐形的排氣環(huán)14。對(duì)于排氣環(huán)14來說，在使處理氣體通過而導(dǎo)入排氣管線的同時(shí)，如后所述，還起到規(guī)定等離子體生成區(qū)域周圍的周圍區(qū)域的作用。在該排氣環(huán)14的表面上形成由Y2O3等的絕緣陶瓷構(gòu)成的絕緣膜。此外，在支撐臺(tái)2和腔室1的底壁之間形成有空洞部7。
在支撐臺(tái)2的表面部分上配置有用于靜電吸著晶片W的靜電卡盤6。該靜電卡盤6在絕緣體6b之間放置電極6a而構(gòu)成，直流電源13通過開關(guān)13a而與電極6a連接。而且，通過將電壓從直流電源13施加在電極6a上，而利用靜電力(例如庫侖力)來吸附半導(dǎo)體晶片W。
在支撐臺(tái)2內(nèi)設(shè)置有制冷劑流路8a，制冷劑管路8b與該制冷劑流路8a連接。通過制冷劑控制裝置8，將適當(dāng)?shù)闹评鋭┙?jīng)由該制冷劑管路8b而供給到制冷劑流路8a并循環(huán)。這樣，可將支撐臺(tái)2控制在適當(dāng)溫度。此外，在靜電卡盤6的表面和晶片W的背面之間配置有用于供給傳熱用的傳熱氣體(例如He氣體)的傳熱氣體管路9a。從傳熱氣體供給裝置9經(jīng)由傳熱氣體管路9a而將傳熱氣體供給至晶片W的背面。這樣，即使腔室1內(nèi)排氣而保持真空，在制冷劑流路8a中循環(huán)的制冷劑的冷熱也可以高效率地傳遞給晶片W，可提高晶片W的溫度控制性。
供給高頻電力用的給電線12與支撐臺(tái)2的大致中心連接。匹配器11和高頻電源10與該給電線12連接。從高頻電原10將規(guī)定頻率的高頻電力供給至支撐臺(tái)2。
另一方面，與支撐臺(tái)2相對(duì)，在其上方配置也作為上部電極的噴淋頭18(以下稱為上部電極18)。噴淋頭18嵌入腔室1的頂壁部分中。該噴淋頭18具有導(dǎo)電性的主體18a，多個(gè)氣體輸出孔18d形成為貫通主體18a的下部。氣體輸出孔18d與在主體18a的內(nèi)部形成的空間18c和在上部形成的氣體導(dǎo)入部18b連通。氣體導(dǎo)入部18b通過氣體供給管路15a而與供給蝕刻用的處理氣體的處理氣體供給裝置15連接。
上部電極18通過腔室1接地，與供給高頻電力并作為下部電極而起作用的支撐臺(tái)2一起，構(gòu)成一對(duì)平行平板電極。作為供給高頻電力的下部電極的支撐臺(tái)2起到陰極作用，接地的上部電極18起到陽極作用。在上部電極18和支撐臺(tái)2之間形成使處理氣體成為等離子體的等離子體生成區(qū)域R1。此外，至等離子體生成區(qū)域R1周圍的排氣環(huán)14的區(qū)域成為周圍區(qū)域R2。
上部電極18的主體18a由金屬或半導(dǎo)體(例如碳或者Si)等構(gòu)成。為了防止金屬污染或等離子體造成的消耗，特別是發(fā)生損傷，主體18a的與支撐臺(tái)2相對(duì)的對(duì)向面通過絕緣膜而覆蓋(參照后述的絕緣膜27)。該絕緣膜由氧化處理薄膜或者Y2O3等絕緣陶瓷制成的薄膜(例如噴鍍薄膜)等而形成。
作為蝕刻用的處理氣體，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中使用的各種氣體，例如可以使用含有碳氟化合物氣體(CxFy)或者含氫碳氟化合物(CpHqFr)的鹵素元素的氣體。此外，也可以再添加Ar、He等稀有氣體或者N2氣體、O2氣體等。另外，在灰化中使用的情況下，作為處理氣體可以使用O2氣體等。
這種處理氣體從處理氣體供給裝置15，經(jīng)由氣體供給管路15a、氣體導(dǎo)入部18b，而通至主體18a內(nèi)的空間18c。處理氣體從氣體輸出孔18d輸出，供蝕刻在晶片W上形成的膜用。
排氣管19與腔室1的底壁連接。包含真空泵等的排氣裝置20與該排氣管19連接。而且，通過使排氣裝置20的真空泵工作，可將腔室1內(nèi)減壓至規(guī)定的真空度。另一方面，在腔室1的側(cè)壁的上側(cè)，配置有開閉晶片W的搬入搬出口23的閘閥24。
另一方面，在腔室1的搬入搬出口23的上下，以圍繞腔室1的方式而配置有兩個(gè)圓環(huán)磁鐵21a、21b。利用圓環(huán)磁鐵21a、21b，在支撐臺(tái)2和上部電極18之間的處理空間的周圍形成磁場。該圓環(huán)磁鐵21a、21b通過圖中沒有示出的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)而能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。
圓環(huán)磁鐵21a、21b，由永久磁鐵構(gòu)成的多個(gè)扇形體磁鐵而在多極狀態(tài)下配置成圓環(huán)形。即，在圓環(huán)磁鐵21a、21b中，相鄰的多個(gè)扇形磁鐵彼此的磁極方向配置成互相相反。因此，磁力線在相鄰的扇形體磁鐵之間形成，只在處理空間的周邊形成0.02～0.2T(200～2000高斯)、優(yōu)選為0.03～0.045T(300～450高斯)的磁場。晶片配置部分實(shí)質(zhì)上成為無磁場狀態(tài)。這樣，可得到適當(dāng)?shù)牡入x子體限制效應(yīng)的效果。所謂晶片配置部分的實(shí)質(zhì)上無磁場狀態(tài)并不是只限于完全不存在磁場的情況。例如，這個(gè)概念也包含在晶片配置部分形成磁場，但該磁場對(duì)等離子體處理實(shí)質(zhì)上沒有影響的情況。
如上所述，導(dǎo)電性屏蔽部件25通過腔室1或者通過排氣環(huán)14和腔室1而直流地接地。配置在周圍區(qū)域R2上的屏蔽部件25的表面，可起到將等離子體在等離子體生成區(qū)域R1的外側(cè)擴(kuò)展用的導(dǎo)電性作用面AS的作用?？梢哉{(diào)制該作用面AS，使其直流地與等離子體結(jié)合而且相對(duì)于支撐臺(tái)2上的晶片W同心狀地配置。具體地是，屏蔽部件25例如由無垢的鋁、表面經(jīng)陽極氧化的鋁、Si(摻雜有雜質(zhì)，使得具有導(dǎo)電性)、SiC、C(碳)、W等具有導(dǎo)電性的材料構(gòu)成。例如，在使用表面經(jīng)過陽極氧化的鋁的情況下，作用面AS可以由作為絕緣體的Al2O3膜所覆蓋。但是，由于該絕緣膜十分薄，因此作用面AS可以直流地與等離子體結(jié)合。
另一方面，腔室1、上部電極18和排氣環(huán)14接地，腔室1的內(nèi)壁、上部電極18的對(duì)向面、排氣環(huán)14的表面由Y2O3的絕緣膜(比屏蔽部件25的表面絕緣膜厚)覆蓋。由于這樣，這些部件的表面與等離子體交流地或高頻地結(jié)合。另外，聚焦環(huán)5通過支撐臺(tái)2與高頻電源10連接。因此，區(qū)分等離子體生成電區(qū)域R1和周圍區(qū)域R2的構(gòu)成元件表面不包含除了屏蔽部件25的表面(作用面AS)與等離子體直流結(jié)合而被調(diào)制的面。
為了調(diào)整等離子體密度和離子導(dǎo)入作用，也可以使等離子體生成用的高頻電力和將等離子體中的離子導(dǎo)入用的高頻電力重疊。具體地是，如圖2所示，除了與匹配器11連接的等離子體生成用高頻電源10以外，將離子導(dǎo)入用的高頻電源26與匹配器11b連接，使其重疊。在這種情況下，作為離子導(dǎo)入用的高頻電源26的頻率優(yōu)選為500KHz～27MHz。這樣，可以控制離子能量而進(jìn)一步提高蝕刻速度等的等離子體處理速度。
等離子體蝕刻裝置100的各個(gè)構(gòu)成部，與控制部(過程控制器)50連接來進(jìn)行控制。具體地是，通過控制部50來控制制冷劑控制裝置8、傳熱氣體供給裝置9、排氣裝置20、靜電卡盤6用的直流電源13的開關(guān)13a、高頻電源10、和匹配器11等。
此外，由用于工程管理者管理等離子體蝕刻裝置100而進(jìn)行指令輸入的操作等的鍵盤、和可視化顯示等離子體處理裝置100的工作狀況的顯示器等所構(gòu)成的用戶界面51，與控制部50連接。
而且，存放有通過控制部50的控制而實(shí)現(xiàn)由等離子體蝕刻裝置100進(jìn)行的各種處理的控制程序、和根據(jù)處理?xiàng)l件而在等離子體蝕刻裝置的各個(gè)構(gòu)成部上進(jìn)行處理用的程序(即方法)的存儲(chǔ)部52，與控制部50連接。方法也可以存儲(chǔ)在硬盤或者半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，在收容于CDROM、DVD等可搬性的存儲(chǔ)介質(zhì)中的狀態(tài)下，也可以安裝在存儲(chǔ)部52的規(guī)定位置上。
而且，根據(jù)需要，通過從存儲(chǔ)部52中調(diào)出由用戶界面51發(fā)出的指示等中的任意方法并在控制部50中實(shí)行，而在控制部50的控制下，進(jìn)行由等離子體蝕刻裝置100進(jìn)行的希望的處理。
其次，說明這樣構(gòu)成的等離子體蝕刻裝置的處理動(dòng)作。
首先，打開圖1的等離子體蝕刻裝置100的閘閥24，利用搬送臂而將具有有蝕刻對(duì)象層的晶片W搬入腔室1內(nèi)，并放置在支撐臺(tái)2上。接著，使搬送臂退避而關(guān)閉閘閥24，通過排氣裝置20的真空泵并經(jīng)由排氣管19而將腔室1內(nèi)抽成規(guī)定的真空度。
然后，將蝕刻用的處理氣體以規(guī)定的流量從處理氣體供給裝置15導(dǎo)入到腔室1內(nèi)，將腔室1內(nèi)維持在規(guī)定的壓力，例如0.13～133.3Pa(1～1000mTorr)。這樣，在保持規(guī)定壓力的狀態(tài)下，從高頻電源10將頻率為40MHz以上(例如100MHz)的高頻電力供給至支撐臺(tái)2。這時(shí)，從直流電源13將規(guī)定的電壓施加在靜電卡盤6的電極6a上，利用庫侖力來吸附晶片W。
這樣，通過將高頻電力施加在作為下部電極的支撐臺(tái)2上，而在作為上部電極的噴淋頭18和作為下部電極的支撐臺(tái)2之間的處理空間(等離子體生成區(qū)域)中形成高頻電場。這樣，供給到處理空間中的處理氣體成為等離子體，利用該等離子體來蝕刻在晶片W上形成的蝕刻對(duì)象層。
在該蝕刻時(shí)，通過多極狀態(tài)的圓環(huán)磁鐵21a、21b而在處理空間周圍形成磁場。這樣，發(fā)揮適當(dāng)?shù)牡入x子體限制效應(yīng)效果，可輔助等離子體的均勻化。此外，也有利用膜而沒有這種磁場的效果的時(shí)候，在這種情況下，也可以使扇形體磁鐵旋轉(zhuǎn)而在處理空間周圍實(shí)質(zhì)上不形成磁場來進(jìn)行處理。
當(dāng)形成上述磁場時(shí)，通過設(shè)置在支撐臺(tái)2上的晶片W的周圍的導(dǎo)電性聚焦環(huán)5而直到聚焦環(huán)區(qū)域?yàn)橹蛊鸬较虏侩姌O的作用。由于這樣，等離子體形成區(qū)域擴(kuò)展至聚焦環(huán)5上，可促進(jìn)晶片W周邊部分的等離子體處理，可提高蝕刻速度的均勻性。
此外，配置在等離子體生成區(qū)域R1周圍的周圍區(qū)域R2上的屏蔽部件25可提供以下所述的效果。
圖3是表示現(xiàn)有技術(shù)的等離子體蝕刻裝置的簡要結(jié)構(gòu)的示意圖。在現(xiàn)有技術(shù)的等離子體蝕刻裝置中，在支撐臺(tái)2的周圍，配置有在表面上形成Y2O3等的絕緣膜27的屏蔽部件25’。由于該絕緣膜27厚，所以屏蔽部件25’的表面不能與等離子體直流地結(jié)合。而且，在屏蔽部件25’的內(nèi)側(cè)，配置有在屏蔽部件25’的上部外伸的絕緣部件4’。另外，在腔室1內(nèi)，接地的其他部件(例如腔室1、上部電極18和排氣環(huán)14)全部由Y2O3噴鍍薄膜等的絕緣膜27和絕緣部件4’所覆蓋。由于這樣，這些部件的表面與等離子體不是直流地、而是交流地(高頻地)結(jié)合。因此，這些部件只構(gòu)成高頻電流的圖形回路，對(duì)校正等離子體的不均勻性沒有作用。
圖4是用于說明利用圖1所示的等離子體蝕刻裝置使等離子體密度均勻的原理的示意圖。如上所述，導(dǎo)電性屏蔽部件25直流地接地，其表面起實(shí)質(zhì)上與等離子體直流地結(jié)合的作用面AS的作用。如圖4所示，當(dāng)生成等離子體時(shí)，電流通過設(shè)置在晶片W的周圍的作用面AS而從等離子體流向屏蔽部件25。其結(jié)果，等離子體向外側(cè)擴(kuò)展，從而，使等離子體密度均勻化。這樣，可以在提高蝕刻處理的面內(nèi)均勻性的同時(shí)，減少控制極氧化膜的絕緣破壞等的充電損壞。
其中，多極圓環(huán)磁鐵21a、21b可發(fā)揮等離子體的限制效應(yīng)來防止等離子體生成區(qū)域R1的周邊邊緣部的等離子體擴(kuò)散。即，多極圓環(huán)磁鐵21a、21b具有與帶有使中央部的等離子體擴(kuò)展的效果的屏蔽部件25相反的功能。因此，在利用多極圓環(huán)磁鐵21a、21b形成磁場時(shí)，必需設(shè)定條件，使得不妨礙屏蔽部件25的擴(kuò)展等離子體的效果。
如上所述，為了發(fā)揮擴(kuò)展等離子體來使等離子體密度均勻化的效果，可使屏蔽部件25的作用面AS的上端的高度位置比晶片W的高度位置高。在這種情況下，可使電流更容易從等離子體流向屏蔽部件25。
圖5是表示第一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的變形例的示意圖。在圖1的結(jié)構(gòu)中，屏蔽部件25的上端面和面向排氣路的側(cè)面的全部起到與等離子體直流地結(jié)合的作用面AS的作用。與此相對(duì)，在圖5的變形例中，屏蔽部件25的下部通過厚的絕緣膜27所覆蓋。即，只有屏蔽部件25的上部25a的表面起到與等離子體直流結(jié)合的作用面AS的作用。在這樣的結(jié)構(gòu)中，可以發(fā)揮使上述等離子體向外側(cè)擴(kuò)展而均勻化的功能。
圖6是表示第一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的另一變形例的示意圖。在圖6的變形例中，使用表面不被絕緣膜所覆蓋的排氣環(huán)14a。除了屏蔽部件25以外，排氣環(huán)14a的上表面也起到與等離子體直流地結(jié)合的作用面AS的作用。這樣，電流可從等離子體向著屏蔽部件25和排氣環(huán)14a而流向晶片W的外面，同樣，可以使等離子體向外側(cè)擴(kuò)展而發(fā)揮均勻化的作用。在這種情況下，當(dāng)用厚的絕緣膜覆蓋屏蔽部件25時(shí)，可以只使排氣環(huán)14的上表面起與等離子體直流地結(jié)合的作用面AS的作用。
圖7是表示第一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的又一個(gè)變形例的示意圖。在圖7的變形例中，排氣環(huán)14’被配置在比配置圖1的排氣環(huán)14的位置下方的腔室1的底部附近。因此，等離子體生成區(qū)域周圍的周圍區(qū)域向下方擴(kuò)展。此外，可使該排氣環(huán)14’和屏蔽部件25的表面起到與等離子體直流地結(jié)合的作用面AS的作用。這樣，等離子體向外側(cè)擴(kuò)展的效果提高，可以進(jìn)一步提高使等離子體均勻化的功能。當(dāng)利用厚的絕緣膜覆蓋屏蔽部件25時(shí)，可以只使排氣環(huán)14’的上表面起到與等離子體直流地結(jié)合的作用面AS的作用。
其次，對(duì)確認(rèn)第一實(shí)施方式的效果的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說明。
(實(shí)驗(yàn)1)首先，使用具有圖1的基本結(jié)構(gòu)的裝置，使屏蔽部件25的高度變化來進(jìn)行等離子體處理，掌握等離子體本身的偏置電壓Vdc的面內(nèi)偏差。作為屏蔽部件25，使用在鋁的表面上形成陽極氧化涂層的部件，對(duì)屏蔽部件的上端的高度不同的第一實(shí)施方式的三個(gè)實(shí)施例A、B、C進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)施例A中，屏蔽部件上端的高度與支撐臺(tái)上端的高度相同(Z＝0)。在實(shí)施例B中，屏蔽部件上端的高度在離支撐臺(tái)高度4.5mm上，與晶片的表面高度大致相同(Z＝+4.5)。在實(shí)施方式C中，屏蔽部件上端的高度在離支撐臺(tái)高度9.5mm上(Z＝+9.5)。此外，為了比較，對(duì)如圖3那樣配置的形成厚的絕緣膜的屏蔽部件的現(xiàn)有技術(shù)的裝置(Z＝-30)進(jìn)行試驗(yàn)(比較例D)。
在等離子體處理中，使用300mm晶片作為晶片，使用下列條件腔室內(nèi)壓力為0.67pa，處理氣體為O2氣體，流量為200mL/min，高頻的頻率為100MHz，高頻功率為200W、500W、1200W、1800W、2400W。利用內(nèi)置于匹配器的Vdc監(jiān)視器來測定這時(shí)的晶片上的各個(gè)位置的自身偏置電壓Vdc，并求Vdc的面內(nèi)分布。
實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表示在圖8和圖9中。圖8是表示通過屏蔽部件的高度不同的第一實(shí)施方式的實(shí)施例和現(xiàn)有技術(shù)的比較例而得出的晶片的面內(nèi)位置的Vdc值的圖形。圖9是表示通過圖8所述的實(shí)施例和比較例而得出的ΔVdc的功率依存性的圖。
如圖8和圖9所示，在現(xiàn)有技術(shù)裝置的情況下(比較例D)，Vdc全體深，ΔVdc的值和ΔVdc的功率依存性大。與此相對(duì)，在提供使屏蔽部件與等離子體直流地結(jié)合的作用面的部件的實(shí)施例A～C的情況下，Vdc的值小，同時(shí)，ΔVdc的值和ΔVdc的功率依存性小。此外，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，屏蔽部件的高度越高，Vdc的值越大，并且ΔVdc的值和ΔVdc的功率依存性小。特別是，屏蔽部件的上端高度位置比晶片表面高的實(shí)施例C的結(jié)果最好。
(實(shí)驗(yàn)2)接著，確認(rèn)排氣環(huán)的影響。這里，取屏蔽部件的高度為Z＝0，對(duì)使用不同的排氣環(huán)的兩個(gè)實(shí)施例E、F進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)施方式E中，使用圖1的圓錐形的排氣環(huán)(高度-30～-110mm，有絕緣膜)(與實(shí)施例A相同)。在實(shí)施例F中，如圖7所示，使排氣環(huán)向下方移動(dòng)，配置于腔室的底部附近，并且作為提供使排氣環(huán)與等離子體直流地結(jié)合的作用面的部件(排氣環(huán)的高度為-170mm)。在等離子體處理中，作為晶片使用300mm晶片，使用與實(shí)驗(yàn)1相同的條件。使用內(nèi)置于匹配器內(nèi)的Vdc監(jiān)視器來測定此時(shí)晶片正上方的各個(gè)位置的自身偏置電壓Vdc，從而求出Vdc的面內(nèi)分布。
該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表示在圖10和圖11中。圖10是表示通過排氣環(huán)的位置不同的第一實(shí)施方式的實(shí)施例而得出的晶片的面內(nèi)位置的Vdc的值的圖。圖11是表示由圖10所述的實(shí)施例而得出的ΔVdc的功率依存性的圖。
如這些圖所示，將排氣環(huán)配置在下方、并且作為提供作用面的部件的實(shí)施例F的Vdc值大，并且ΔVdc的值和ΔVdc的功率依存性極小。
(第二實(shí)施方式)圖12是表示作為本發(fā)明第二實(shí)施方式的等離子體處理裝置的等離子體蝕刻裝置的截面圖。該裝置構(gòu)成為可蝕刻半導(dǎo)體晶片上的Si層或者Si基板表面。由于圖12所示的裝置的基本結(jié)構(gòu)與圖1所示裝置大致相同，下面以不同點(diǎn)作為中心來進(jìn)行說明。
該等離子體蝕刻裝置200，形成環(huán)狀支撐部3，使得從處理腔室1的底壁突出。在該支撐部3上配置環(huán)狀的絕緣部件4，通過該絕緣部件4來支撐該支撐臺(tái)2的外邊緣。在支撐臺(tái)2的上方的外周配置有由絕緣材料(例如SiO2)制成的聚焦環(huán)35。絕緣部件4、支撐部3的上部外面、腔室1的大部分內(nèi)表面、和與支撐臺(tái)2相對(duì)的上部電極18的表面，分別通過由例如石英制成的絕緣體蓋36、37所覆蓋。另一方面，在支撐部3的下部外面和腔室1的下部內(nèi)表面上沒有配置石英蓋，分別成為由薄的陽極氧化膜所覆蓋的鋁(導(dǎo)電性材料)露出的露出表面33、31。在絕緣體蓋36和腔室1的內(nèi)壁之間的空間中沒有設(shè)置排氣環(huán)，等離子體生成區(qū)域R1周圍的周圍區(qū)域R2沿著排氣路而延長至腔室1的底部。
接著，對(duì)這樣構(gòu)成的等離子體蝕刻裝置的處理動(dòng)作進(jìn)行說明。
首先，與第一實(shí)施方式相同，將具有蝕刻對(duì)象層的晶片W搬入腔室1內(nèi)。接著，通過排氣裝置20的真空泵并經(jīng)由排氣管19而將腔室1的內(nèi)部抽成規(guī)定的真空度。
然后，從處理氣體供給裝置15將蝕刻用的處理氣體以規(guī)定的流量導(dǎo)入到腔室1內(nèi)，將腔室1的內(nèi)部維持在規(guī)定的壓力，例如0.13～133.3Pa(1～1000mTorr)。這樣，在保持為規(guī)定壓力的狀態(tài)下，從高頻電源10將頻率為40MHz以上(例如100MHz)的高頻電力供給至支撐臺(tái)2。這時(shí)，從直流電源13將規(guī)定的電壓施加在靜電卡盤6的電極6a上，利用庫侖力來吸附晶片W。
這樣，通過將高頻電力施加在作為下部電極的支撐臺(tái)2上，而在作為上部電極的噴淋頭18和作為下部電極的支撐臺(tái)2之間的處理空間(等離子體生成區(qū)域)中形成高頻電場。這樣，供給至處理空間的處理氣體被等離子體化，通過該等離子體來蝕刻在晶片W上形成的蝕刻對(duì)象層。
在蝕刻時(shí)，通過多極狀態(tài)的圓環(huán)磁鐵21a、21b而在處理空間的周圍形成磁場。這樣，發(fā)揮適當(dāng)?shù)牡入x子體限制效果，可輔助等離子體的均勻化。此外，也有通過膜而沒有這種磁場的效果的時(shí)候，在這種情況下，也可以使扇形體磁鐵旋轉(zhuǎn)，在處理空間周圍實(shí)質(zhì)上不形成磁場來進(jìn)行處理。
當(dāng)形成上述磁場時(shí)，設(shè)置在支撐臺(tái)2上的晶片W周圍的絕緣性的聚焦環(huán)35在等離子體中的電子和離子之間不進(jìn)行電荷的給出和接收。在這種情況下，可以增大限制效應(yīng)等離子體的作用，可以提高蝕刻速度的均勻性。
此外，配置在等離子體生成區(qū)域R1周圍的周圍區(qū)域R2中的露出表面31、33提供下述說明的效果。
如參照?qǐng)D3所示，在現(xiàn)有技術(shù)的Si蝕刻用的等離子體蝕刻裝置中，區(qū)分等離子體生成區(qū)域R1和周圍區(qū)域R2的導(dǎo)電性的構(gòu)成元件的表面全部由絕緣體蓋所覆蓋。因此，這些構(gòu)成元件只構(gòu)成高頻電流的回流回路，沒有校正等離子體的不均勻性的作用。
與此相對(duì)，在第二實(shí)施方式中，在周圍區(qū)域R2的下端附近部分上不存在絕緣體蓋，而是配置經(jīng)由腔室1接地的導(dǎo)電性的露出表面31、33。這些露出表面31、33利用作為絕緣體的AL2O3的膜所覆蓋；但是，由于該絕緣膜十分薄，所以露出表面31、33可以直流地與等離子體結(jié)合。即，露出表面31、33與等離子體直流地結(jié)合，起到使等離子體向等離子體生成區(qū)域R1的外側(cè)擴(kuò)展用的作用面AS的作用。
圖13是說明通過圖12所示的等離子體蝕刻裝置而使等離子體密度均勻化的原理的示意圖。如圖13所示，當(dāng)生成等離子體時(shí)，電流難以從等離子體經(jīng)由設(shè)置在晶片W周圍的作用面AS而流向腔室1和支撐部3。其結(jié)果，等離子體向外側(cè)擴(kuò)散，使等離子體的密度均勻化。這樣，在提高蝕刻處理的面內(nèi)均勻性的同時(shí)，可減少控制極氧化膜的絕緣破壞等的充電損壞。其中，即使露出表面31、33中的任何一個(gè)都可以得到這個(gè)效果，利用兩者的效果更高。
圖14是表示第二實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的變形例的示意圖。圖15是表示第二實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的另一變形例的示意圖。在圖14的變形例中，在與露出表面31對(duì)應(yīng)的部分上配置有提供作用而AS的接地部件38。在圖15的變形例中，在與露出表面31、33對(duì)應(yīng)的部分上分別配置提供作用面AS的接地部件38、39。這樣，通過將提供作用面AS的接地部件配置在露出表面上，而可提高使等離子體密度均勻化的效果。
作為這種接地部件，例如可以用導(dǎo)電性高的無垢的鋁來構(gòu)成。但是，從特性的穩(wěn)定性和塵埃對(duì)策的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選使用Si構(gòu)成接地部件。接地部件可以對(duì)中間實(shí)心的材料進(jìn)行挖孔而形成。但是成本高，且加工困難。特別是，近來年，由于晶片有直徑變大的傾向而使部件尺寸增大，因此使用中間實(shí)心的材料的上述問題變得顯著。
圖16是表示在圖14和圖15所示的等離子體蝕刻裝置中使用的接地部件的變形例的示意圖。在圖16的變形例中，圓環(huán)形的接地部件38X可將多個(gè)導(dǎo)電性扇形體(例如由Si(摻雜有雜質(zhì)，使得具有導(dǎo)電性)構(gòu)成的扇形體41)組合構(gòu)成。利用這種結(jié)構(gòu)可以避免上述成本問題和加工問題。
圖17是表示在圖14和圖15所示的等離子體蝕刻裝置中使用的接地部件的另一個(gè)變形例的示意圖。圖18是表示圖17所示的接地部件和腔室的關(guān)系的橫截平面圖。在圖17的變形例中，環(huán)狀的接地部件38Y是將由多個(gè)導(dǎo)電性扇形體(例如由Si制成的扇形體41)和多個(gè)絕緣扇形體(例如由石英(SiO2)扇形體42)交互地組合構(gòu)成。例如，如圖18所示。環(huán)狀的接地部件38Y沿著徑向方向而被分割為16個(gè)部分，8個(gè)Si扇形體41和8個(gè)石英扇形體42交互地配置。
因?yàn)槭⒈萐i便宜，而且耐久性高，所以只更換Si扇形體41就可繼續(xù)使用接地部件38Y。此外，在這樣部分地設(shè)置SiO2的結(jié)構(gòu)中，可以發(fā)揮與只是Si情況下相同程度的特性。將導(dǎo)電性扇形體和絕緣性扇形體交互地組合的分割方式并不限于圖示的結(jié)構(gòu)。其中，當(dāng)考慮特性的穩(wěn)定性和塵埃對(duì)策時(shí)，可以使用SiC代替Si。此外，接地部件39可以與接地部件38X、38Y同樣地構(gòu)成。而且，上述第一實(shí)施方式的屏蔽部件也可以與接地部件38X、38Y同樣地構(gòu)成。
以下，對(duì)確認(rèn)第二實(shí)施方式效果的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說明。
(實(shí)驗(yàn)3)首先，使用具有圖12的基本結(jié)構(gòu)，而且如圖2所示的那樣的使兩個(gè)頻率的高頻電源與下部電極連接的裝置。改變絕緣體蓋的狀態(tài)來進(jìn)行Si的等離子體蝕刻，掌握蝕刻的形狀。使用第二實(shí)施方式的兩個(gè)實(shí)施例G、H作為等離子體蝕刻裝置來進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)施例G中，只形成支撐部3的外周下端部的露出表面33。在實(shí)施方例H中，分別在支撐部3的下部外表面和腔室1的下部內(nèi)表面上形成露出表面33和露出表面31。此外，為了比較，對(duì)沒有露出表面的現(xiàn)有技術(shù)的裝置(比較例1)也進(jìn)行試驗(yàn)。
在等離子蝕刻中，使用下例條件腔室內(nèi)壓力為27Pa，處理氣體為HBr、NF3、SF6、SiF4和O2，高頻的頻率為40MHz、3.2MHz，高頻功率為600/700W，在200mm的Si晶片上形成深度為10μm的孔。在從晶片中心至邊緣附近間的多個(gè)地方進(jìn)行蝕刻，測量各個(gè)蝕刻孔的底部CD，而求其偏差。
其結(jié)果，在比較例1的情況下，底部CD的偏差(ΔBCD)為30nm。只具有露出表面33的實(shí)施例G的ΔBCD為21nm，蝕刻的均勻性改善。此外，具有露出表面33和露出表面31的實(shí)施例H的ΔBCD為17nm，蝕刻的均勻性進(jìn)一步得到改善。
其中，本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施方式，可進(jìn)行各種變更。例如，在上述實(shí)施方式中，使用將由永久磁鐵構(gòu)成的多個(gè)扇形體磁鐵在腔室的周圍配置成環(huán)狀的多極狀態(tài)的圓環(huán)磁鐵，在處理空間周圍形成磁場，但是這種磁場形成裝置并不是必需的，此外，在上述實(shí)施方式中，以將高頻電力施加在下部電極上的形式的裝置為例。本發(fā)明在將高頻電力施加在上部電極上，將等離子體生成用的高頻電力施加在上部電極上，將離子導(dǎo)入用的高頻電力施加在下部電極上的形成中也可應(yīng)用，此外，在上述實(shí)施方式中，表示了將本發(fā)明用在等離子體蝕刻中的情況，但是在等離子體CVD、濺射等其他等離子體處理中也可以應(yīng)用。此外，其他的裝置結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電層的材料等也不是僅限于上述實(shí)施方式，可以使用各種結(jié)構(gòu)和材料。此外，在上述實(shí)施方式中，作為被處理基板，表示了使用半導(dǎo)體晶片的情況，但是并不僅限于此，在其他基板上也可應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種電容耦合型的等離子體處理裝置，其特征在于，包括可以設(shè)定為具有真空氣氛的處理腔室；將處理氣體供給至所述腔室內(nèi)的處理氣體供給部；配置在所述腔室內(nèi)的第一電極；與所述第一電極相對(duì)而配置在所述腔室內(nèi)的第二電極；為了在所述第一和第二電極之間的等離子體生成區(qū)域中形成高頻電場，而將高頻電力供給至所述第一或者第二電極的高頻電源，而且，利用所述高頻電場來使所述處理氣體等離子體化、即變成等離子體；在所述第一和第二電極之間、以被處理面與所述第二電極相對(duì)的方式來支撐被處理基板的支撐部件；和在所述腔室內(nèi)、配置在所述等離子體生成區(qū)域周圍的周圍區(qū)域中、并且接地的導(dǎo)電性作用面，使所述等離子體向所述等離子體生成區(qū)域的外側(cè)擴(kuò)展，而且，可調(diào)制所述作用面，使其實(shí)質(zhì)上與所述等離子體直流地結(jié)合。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述作用面由薄的第一絕緣膜所覆蓋。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述作用面通過具有導(dǎo)電性的Si層和SiC層中的任何一個(gè)表面而被規(guī)定。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述作用面被配置成相對(duì)于由所述支撐部件支撐的所述被處理基板實(shí)質(zhì)上為同心狀。
5.如權(quán)利要求2所述的等離子體處理裝置，其特征在于劃分所述等離子體生成區(qū)域和所述周圍區(qū)域的構(gòu)成元件表面，實(shí)質(zhì)上不包含除了所述作用面以外相對(duì)于所述等離子體實(shí)質(zhì)上直流地結(jié)合而被調(diào)制的面。
6.如權(quán)利要求5所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述構(gòu)成元件表面具有由比所述第一絕緣膜厚的絕緣膜所覆蓋的表面。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述作用面由配置在所述支撐部件和所述腔室的任何一個(gè)或者兩個(gè)上的導(dǎo)電性部件的表面所規(guī)定。
8.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述作用面由所述支撐部件和所述腔室的任何一個(gè)或者兩個(gè)的導(dǎo)電性部分的表面所規(guī)定。
9.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述支撐部件的周圍形成有從所述等離子體生成區(qū)域排出氣體的排氣路，所述作用面面向所述排氣路。
10.如權(quán)利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述排氣路內(nèi)，所述作用面配置在所述腔室的底部附近。
11.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于通過所述支撐部件或者所述腔室來支撐環(huán)狀部件，以包圍所述支撐部件，所述環(huán)狀部件包含具有起到所述作用面作用的導(dǎo)電性部分。
12.如權(quán)利要求11所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述環(huán)狀部件具有配置在所述支撐部件的側(cè)面上的導(dǎo)電性的屏蔽部件。
13.如權(quán)利要求11所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述支撐部件的周圍形成有從所述等離子體生成區(qū)域排出氣體的排氣路，所述環(huán)狀部件包括以分開所述排氣路的方式而配置在所述支撐部件周圍、并且具有使氣體通過的孔的導(dǎo)電性的排氣環(huán)。
14.如權(quán)利要求11所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述支撐部件的周圍形成有從所述等離子體生成區(qū)域排出氣體的排氣路，所述環(huán)狀部件規(guī)定所述排氣路的內(nèi)表面的一部分。
15.如權(quán)利要求11所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述環(huán)狀部件是將多個(gè)導(dǎo)電性的扇形體組合而構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求11所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述環(huán)狀部件是將多個(gè)導(dǎo)電性的扇形體和多個(gè)絕緣性的扇形體組合而構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求16所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述導(dǎo)電性扇形體由具有導(dǎo)電性的Si和SiC中的任何一個(gè)而構(gòu)成，所述絕緣性扇形體由硅氧化物而構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述高頻電源與所述第一電極連接。
19.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一電極組裝在所述支撐部件中。
20.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述高頻電力具有40MHz以上的頻率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電容耦合型的等離子體處理裝置(100)，包括可設(shè)定為具有真空氣氛的處理腔室和將處理氣體供給腔室(1)內(nèi)的處理氣體供給部(15)。在腔室(1)內(nèi)、第一電極(2)和第二電極(18)相對(duì)地配置。為了在第一和第二電極間的等離子體生成區(qū)域(R1)中形成高頻電場，配置將高頻電力供給至第一或第二電極的高頻電源(10)。高頻電場使處理氣體變成等離子體。被處理基板(W)在第一和第二電極之間，由支撐部件(2)所支撐，使其被處理面與第二電極(18)相對(duì)。在等離子體生成區(qū)域(R1)周圍的周圍區(qū)域(R2)中，配置接地的導(dǎo)電性作用面AS，以擴(kuò)展等離子體，進(jìn)行調(diào)制，使得與等離子體實(shí)質(zhì)上直流地結(jié)合。
文檔編號(hào)C23C16/50GK1783430SQ20051012755
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者檜森慎司, 今井范章, 堀口克己, 根津崇明, 松山昇一郎, 松丸弘樹, 速水利泰, 永關(guān)一也, 酒井伊都子, 大巖德久, 杉安良和 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社, 株式會(huì)社東芝