專利名稱：等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體裝置的制造工序等中，對被處理基板進(jìn)行等離子體處理的電容耦合型的等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
例如，在半導(dǎo)體裝置的制造過程中，多采用對作為被處理基板的半導(dǎo)體晶片進(jìn)行蝕刻、濺射、CVD(化學(xué)氣相成長)等的等離子體處理。
作為進(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，但其中，主流為電容耦合型平行平板等離子體處理裝置。
電容耦合型平行平板等離子體處理裝置，在腔室內(nèi)配置一對平行平板電極(上部和下部電極)，將處理氣體導(dǎo)入腔室內(nèi)，同時，將高頻電力供給一個電極，在電極間形成高頻電場，產(chǎn)生高頻放電。通過這種高頻放電，形成處理氣體的等離子體，對半導(dǎo)體晶片的規(guī)定層進(jìn)行等離子體蝕刻。例如，已知將高頻電力供給放置半導(dǎo)體晶片的下部電極的裝置。在這種情況下，下部電極作為陰極起作用，上部電極作為陽極起作用。另外，施加在下部電極上的高頻電力兼有生成等離子體和對被處理體施加高頻偏壓的功能。
在這種電容耦合型平行平板等離子體處理裝置中，作為陽極起作用的上部電極，為了防止金屬污染和消耗，在金屬制的基體的表面上形成氧化膜或Y2O3等的耐等離子體性的高絕緣性陶瓷的涂層等。
為了使電子和離子電流以接地電位中和的方式而作用，由電極間產(chǎn)生的高頻放電生成的等離子體，在形成在上部電極的表面的絕緣膜上產(chǎn)生接地電位的電位。以該電位為基準(zhǔn)，決定等離子體的電位。
然而，近年來，半導(dǎo)體等的制造過程的設(shè)計規(guī)則日益微細(xì)化，特別在等離子體蝕刻中，要求更高的尺寸精度，更要求提高蝕刻中對掩模和襯底的選擇比和面內(nèi)均勻性。由于這樣，要求腔室內(nèi)的處理區(qū)域的低壓力化、低離子能量化，為此，采用40MHz以上，比現(xiàn)有高得多的頻率的高頻波。
然而，由于這樣低壓力化和低離子能量化的進(jìn)展，不能忽視現(xiàn)有不成問題的等離子體電位的面內(nèi)不均勻性。即，在離子能量高的現(xiàn)有裝置中，即使等離子體電位面內(nèi)有偏差，也不會產(chǎn)生大的問題，而當(dāng)在更低壓下，離子能量變低時，等離子體電位的面內(nèi)不均勻容易引起處理的不均勻或充電損壞(charge up damage)。
與此相對，在專利文獻(xiàn)1中，說明了在晶片上施加高頻偏壓產(chǎn)生的高頻電流路徑中，設(shè)置以使晶片外周附近的電流部分向著對置電極的晶片對置面的方式進(jìn)行矯正的電流路徑矯正裝置，或者設(shè)置使從高頻偏壓至接地的阻抗在晶片面內(nèi)大致均勻的阻抗調(diào)整裝置。這樣，可提高在施加高頻偏壓時產(chǎn)生自偏壓的晶片面內(nèi)的均勻性，可以抑制充電損壞(charge up damage)等微型損壞。
然而，在專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，必需設(shè)置電流路徑矯正裝置和阻抗調(diào)整裝置等，使裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對于等離子體處理的面內(nèi)均勻性也未必很好等這些問題產(chǎn)生。
特開2001-185542號公報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的是要提供一種等離子體處理的面內(nèi)均勻性高，而且難以產(chǎn)生充電損壞(charge up damage)的電容耦合型等離子體處理裝置。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的第一觀點(diǎn)提供一種電容耦合型等離子體處理裝置，具有保持在真空氣氛中的腔室；在上述腔室內(nèi)互相平行地配置的第一和第二電極；和在上述第一和第二電極間形成高頻電場，生成處理氣體的等離子體的等離子體生成機(jī)構(gòu)，其特征為，上述第一電極支撐被處理基板，同時作為施加高頻電力的陰極起作用，上述第二電極作為接地的陽極起作用，上述第二電極與上述第一電極對置的表面由導(dǎo)電體構(gòu)成。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第二觀點(diǎn)提供一種電容耦合型等離子體處理裝置，具有保持在真空氣氛中的腔室；在上述腔室內(nèi)互相平行地配置的第一和第二電極；和在上述第一和第二電極間形成高頻電場，生成處理氣體的等離子體的等離子體生成機(jī)構(gòu)，其特征為，上述第一電極支撐被處理基板，同時作為施加高頻電力的陰極起作用，上述第二電極作為接地的陽極起作用，上述第二電極具有主體和設(shè)在上述主體的與上述第一電極對置的表面上的導(dǎo)電層。
根據(jù)本發(fā)明的第三觀點(diǎn)提供一種電容耦合型等離子體處理裝置，具有保持在真空氣氛中的腔室；在上述腔室內(nèi)互相平行地配置的第一和第二電極；和在上述第一和第二電極間形成高頻電場，生成處理氣體的等離子體的等離子體生成機(jī)構(gòu)，其特征為，上述第一電極支撐被處理基板，同時作為施加高頻電力的陰極起作用，上述第二電極作為接地的陽極起作用，上述第二電極具有在與上述第一電極對置的表面上設(shè)有絕緣膜的主體，和設(shè)在上述主體的與上述第一電極對置的表面上的導(dǎo)電層。
采用本發(fā)明，由于不是如現(xiàn)有那樣，作為接地的陽極起作用的第二電極的與第一電極對置的表面(對置表面)被絕緣膜覆蓋，而是由導(dǎo)電體構(gòu)成，在第二電極的對置表面上，電流容易在徑向方向(面內(nèi)方向)流動，因此，第二電極的對置表面的徑向方向的電位均勻，可以極大地減小徑向方向的電位梯度。利用這個效果，由于在作為陽極起作用的第二電極的附近，等離子體中的浮接電位沒有梯度，可使入射在作為陰極起作用的第一電極上的離子能量分布均勻。另外，由離子能量均勻化，等離子體生成電子能量也均勻化，因此電子密度分布也均勻。這樣，等離子體處理的均勻性提高，同時，可減少充電損壞(charge up damage)。由于等離子體中的浮接電位和等離子體電位變化的情況相同，以下，說明等離子體中的浮接電位可用等離子體電位置換。
另外，如第二觀點(diǎn)那樣，通過使第二電極為具有主體，和設(shè)在主體的與第一電極對置的表面上的導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)，不論主體的材質(zhì)如何，都可以使第二電極的對置表面具有所希望的導(dǎo)電性。
再如第三觀點(diǎn)那樣，通過使第二電極為具有在與第一電極對置的表面上設(shè)有絕緣膜的主體，和設(shè)在主體的與第一電極對置的表面上的導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)，可以確?，F(xiàn)有使用的絕緣膜的保護(hù)效果，并且利用其上的導(dǎo)電層，可以發(fā)揮上述效果。還可以在現(xiàn)有的裝置上形成導(dǎo)電層，很簡便。
在上述第三觀點(diǎn)中，上述導(dǎo)電層為直流的浮接狀態(tài)，還具有與上述導(dǎo)電層連接的可變直流電源，上述導(dǎo)電層也可以通過上述直流電源接地。
在上述第二和第三觀點(diǎn)中，上述導(dǎo)電層的厚度優(yōu)選為用下式表示的集膚深度δ以上。
δ＝(2/ωoμ)1/2(式中o導(dǎo)電率，μ透磁率，ω角頻率)另外，上述導(dǎo)電層的與上述第一電極對置一側(cè)的面積優(yōu)選為上述第一電極支撐的被處理基板的面積以上。另外，在上述導(dǎo)電層的材料的電阻率為ρ(Ω·m2/m)，厚度為t(m)的情況下，徑向的電阻ρ/t優(yōu)選滿足ρ/t≤1000，厚度方向的電阻ρ×t優(yōu)選滿足ρ×t≤1。另外，上述導(dǎo)電層由Cu，Si，SiC，W，C中任何一種材料制成。在上述腔室的內(nèi)壁表面上具有導(dǎo)電性表面層。
在上述第一觀點(diǎn)中，上述第二電極由單一的導(dǎo)電體構(gòu)成。在這種情況下，作為第二電極的材料，可列舉金屬-陶瓷復(fù)合體。另外，上述第二電極的與上述第一電極對置一側(cè)的面積優(yōu)選為上述第一電極所支撐的被處理基板的面積以上。另外，優(yōu)選在上述腔室的內(nèi)壁表面上具有導(dǎo)電性表面層。
在上述任何觀點(diǎn)中，施加在上述第一電極上的高頻電力的頻率為40MHz以上。這樣，通過使用高頻的高頻電力，可有效地發(fā)揮上述效果。
采用本發(fā)明，通過用導(dǎo)電體構(gòu)成作為接地的陽極起作用的第二電極的、與作為陰極起作用的第一電極對置的表面，可以得到等離子體處理的面內(nèi)均勻性高，而且難以產(chǎn)生充電損壞(charge up damage)的電容耦合型等離子體處理裝置。


圖1為表示本發(fā)明的等離子體處理裝置的一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的截面圖。
圖2為表示將等離子體生成用的高頻電源和導(dǎo)入離子用的高頻電源與作為下部電極的支撐臺連接的狀態(tài)的概略截面圖。
圖3為表示先前的等離子體蝕刻裝置的作為上部電極的電極板的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4為表示使用先前的等離子體蝕刻裝置時的等離子體中的電子密度分布和等離子體電位分布的圖。
圖5為表示作為本發(fā)明的等離子體處理裝置的一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的作為上部電極的電極板的結(jié)構(gòu)的一例的示意圖。
圖6為表示使用作為本發(fā)明的等離子體處理裝置的一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置時的等離子體中的電子密度和等離子體電位分布的圖。
圖7為示意性地表示與電極板的導(dǎo)電層連接，在腔室的內(nèi)壁表面上形成導(dǎo)電性表面層的裝置結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖8為示意性地表示將可變直流電源與電極板的導(dǎo)電層連接，通過可變直流電源接地的裝置結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖9為表示作為本發(fā)明的等離子體處理裝置的一實(shí)施例的等離子體蝕刻裝置的作為上部電極的電極板的結(jié)構(gòu)的另一例的示意圖。
圖10為表示使用貼Cu帶作為導(dǎo)電層的電極板和先前的電極板，使高頻電力為500W，進(jìn)行晶片的等離子體處理時的等離子體電位的面內(nèi)分布的圖。
圖11為表示使用貼Si帶作為導(dǎo)電層的電極板和先前的電極板，使高頻電力(a)為500W、(b)為2400W，進(jìn)行等離子體處理時的等離子體電位的面內(nèi)分布的圖。
圖12為表示試驗(yàn)充電損壞耐性用的元件結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖13為表示在先前和本發(fā)明中，比較充電損壞的發(fā)生頻度的圖。符號說明1腔室1b導(dǎo)電性表面層2支撐臺(第一電極)5聚焦環(huán)10，26高頻電源15處理氣體供給裝置
18上部電極、噴頭(第二電極)18a主體18b絕緣膜18c導(dǎo)電層20排氣裝置21a，21b圓環(huán)磁鐵，100等離子體蝕刻裝置，W半導(dǎo)體晶片(被處理基板)。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1為表示作為本發(fā)明的等離子體處理裝置的一實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的截面圖。
該等離子體蝕刻裝置100具有氣密地構(gòu)成大致圓筒形的腔室1。該腔室1的主體由例如鋁等金屬構(gòu)成，在其內(nèi)壁表面上形成氧化處理膜或由Y2O3等絕緣陶瓷構(gòu)成的膜(例如噴鍍膜)那樣的絕緣膜。腔室1接地。
在該腔室1內(nèi)，水平地支撐作為被處理基板的晶片W，同時，設(shè)置作為下部電極起作用的支撐臺2。支撐臺2例如由表面進(jìn)行氧化處理的鋁構(gòu)成。從腔室1的底壁以與支撐臺2的外周對應(yīng)的方式突出形成圓環(huán)狀的支撐部3，在該支撐部3上設(shè)置圓環(huán)狀的絕緣部件4，通過該絕緣部件4，支撐支撐臺2的外緣部。另外，在支撐臺2的上方的外周上設(shè)置由導(dǎo)電性材料或絕緣性材料形成的聚焦環(huán)5。在絕緣部件4與腔室1周壁之間設(shè)置擋板14。另外，在支撐臺2與腔室1底壁之間形成空洞部7。
在支撐臺2的表面部分上設(shè)置用于靜電吸附晶片W的靜電卡盤6。該靜電卡盤6，在絕緣體6b之間介入電極6a而構(gòu)成，通過開關(guān)13a直流電源13連接在電極6a。通過將電壓從直流電源13施加在電極6a上，利用靜電力，例如庫侖力吸附半導(dǎo)體晶片W。
在支撐臺2內(nèi)設(shè)置冷介質(zhì)流路8a，冷介質(zhì)配管8b與該冷介質(zhì)流路8a連接，利用冷介質(zhì)控制裝置8，通過該冷介質(zhì)配管8b，將適當(dāng)?shù)睦浣橘|(zhì)供給冷介質(zhì)流路8a，進(jìn)行循環(huán)。這樣，可將支撐臺2控制至適當(dāng)溫度。另外，在靜電卡盤6的表面與晶片W的背面之間設(shè)置用于供給傳熱用的傳熱氣體例如He氣的傳熱氣體配管9a，傳熱氣體從傳熱氣體供給裝置9，通過該傳熱氣體配管9a，供給晶片W背面。這樣，即使腔室1內(nèi)排氣，保持真空，也可以高效率地將在冷介質(zhì)流路8a中循環(huán)的冷介質(zhì)的冷熱傳遞給晶片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。從高頻電源10，將規(guī)定頻率的高頻電力供給支撐臺2。
另一方面，與支撐臺2對置，在其上方設(shè)有作為上部電極的噴頭18(以下稱為上部電極18)。噴頭18嵌入腔室1的頂壁部分中。該噴頭18具有由金屬或半導(dǎo)體例如碳或Si等構(gòu)成的主體18a；和為了防止金屬污染和等離子體等消耗，并防止發(fā)生傷害，設(shè)在主體18a的與支撐臺2對置的表面的絕緣膜18b；以及設(shè)在其外側(cè)的導(dǎo)電層18c。絕緣膜18b由氧化處理膜或由Y2O3等絕緣陶瓷構(gòu)成的膜(例如噴鍍膜)等形成。設(shè)置多個氣體吐出孔17，以使貫通主體18a的下部、絕緣膜18b、和導(dǎo)電層18c。在主體18a的上部具有氣體導(dǎo)入部18d，在內(nèi)部形成空間18e。氣體供給配管15a與氣體導(dǎo)入部18d連接，供給蝕刻用的處理氣體的處理氣體供給裝置15與該氣體供給配管15a的另一端連接。
上部電極18通過腔室1接地，與供給高頻電力，作為下部電極起作用的支撐臺2一起，構(gòu)成一對平行板電極。作為供給高頻電力的下部電極的支撐臺2起陰極作用，接地的上部電極18起陽極作用。
如上所述，通過導(dǎo)電層18c的存在，由于與上部電極18的支撐臺2對置的表面由導(dǎo)電體制成，如后詳細(xì)說明的那樣，使電流在與上部電極18的支撐臺2對置的表面上，沿著面內(nèi)方向流動，可減少面內(nèi)電場分布(接地電位的電位梯度)，這樣，可使電極間空間的等離子體電位均勻，可提高對晶片W的等離子體處理的面內(nèi)均勻性。導(dǎo)電層18c優(yōu)選覆蓋上部電極18的全部表面，導(dǎo)電層18c的面積為與載置在陰極(下部電極)上的晶片W的面積相等以上的面積。導(dǎo)電層18c的形成方法沒有特別的限制，可以用貼合，噴鍍或CVD等膜形成技術(shù)形成。
作為蝕刻用的處理氣體，可以采用現(xiàn)有使用的各種處理氣體，例如，可以適當(dāng)?shù)厥褂煤蟹細(xì)怏w(CxFy)或氫氟碳?xì)怏w(CpHqFr)的鹵素元素的氣體。另外，還可以添加Ar，He等稀有氣體或N2氣，O2氣等。在適用于灰化的情況下，可以使用例如O2氣等作為處理氣體。
這種處理氣體，通過氣體供給配管15a、氣體導(dǎo)入部18d，從處理氣體供給裝置15，至主體18a內(nèi)的空間18e，從氣體吐出孔17吐出，供給在晶片W上形成的膜的蝕刻使用。
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。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)壁上側(cè)，設(shè)有開閉晶片W的輸入輸出口23的閘閥24。
另一方面，在腔室1的輸入輸出口23的上下，配置二個同心狀的圓環(huán)磁鐵21a，21b，圍繞著腔室1。在支撐臺2與上部電極18之間的處理空間的周圍形成磁場。該圓環(huán)磁鐵21a，21b可由圖中沒有示出的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動。
圓環(huán)磁鐵21a，21b由永久磁鐵構(gòu)成的多個扇形磁體呈圓環(huán)狀配置成多極狀態(tài)。即，在圓環(huán)磁鐵21中，相鄰的多個扇形磁鐵彼此的磁極方向配置成互相相反的方向，這樣，在相鄰的扇形磁鐵之間形成磁力線，只在處理空間周邊部上形成例如0.02～0.2T(200～2000高斯)，優(yōu)選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，可以得到適當(dāng)?shù)牡入x子體封入效果。
所謂晶片配置部分實(shí)質(zhì)上無磁場狀態(tài)不僅是完全不存在磁場的情況，還包含在晶片配置部分上不形成對蝕刻處理有影響的磁場，和存在實(shí)質(zhì)上對晶片處理沒有影響的磁場的情況。
為了調(diào)整等離子體密度和離子導(dǎo)入作用，使等離子體生成用的高頻電力和導(dǎo)入等離子體中的離子用的高頻電力重疊也可以。具體地如圖2所示，除了與匹配器11連接的等離子體生成用的高頻電源10以外，將離子導(dǎo)入用的高頻電源26與匹配器11b連接，將它們重疊。在這種情況下，作為離子導(dǎo)入用的高頻電源26，優(yōu)選頻率為500KHz～27MHz。這樣，控制離子能量，可以更提高蝕刻速度等的等離子體處理的速度。
等離子體蝕刻裝置100的各個構(gòu)成部分與控制部(過程控制器)50連接，進(jìn)行控制。具體地，可控制冷介質(zhì)控制裝置8、傳熱氣體供給裝置9、排氣裝置20、用于靜電卡盤6的直流電源13的開關(guān)13a、高頻電源10、匹配器11等。
另外，工序管理者為了管理等離子體蝕刻裝置100，使由進(jìn)行指令輸入操作等的鍵盤和使等離子體處理裝置100的工作狀況可視地顯示的顯示器等構(gòu)成的使用者界面51與控制部50連接。
另外，用于由控制部50的控制實(shí)現(xiàn)等離子體蝕刻裝置100所進(jìn)行的各種處理的控制程序，和容納根據(jù)處理?xiàng)l件對等離子體蝕刻裝置的各個構(gòu)成部分進(jìn)行處理的程序即制法(recipe)的存儲部52，與控制部50連接。制法存儲在硬盤或半導(dǎo)體存儲器中也可以，在容納在CDROM、DVD等可輸性的記錄介質(zhì)中的狀態(tài)下，安裝在存儲部52的規(guī)定位置中也可以。
另外，根據(jù)需要，可以根據(jù)從使用者界面51發(fā)出的指示等，從存儲部52中調(diào)出任意制法，由控制部50實(shí)行。在控制部50的控制下，由等離子體蝕刻裝置100進(jìn)行所希望的處理。
其次，說明這樣構(gòu)成的等離子體蝕刻裝置的處理動作。
首先，打開圖1的等離子體蝕刻裝置100的閘閥24，利用輸送臂將具有蝕刻對象層的晶片W輸入到腔室1內(nèi)，載置到支撐臺2上后，使搬送臂退避，關(guān)閉閘閥24，利用排氣裝置20的真空泵，通過排氣管19，將腔室1內(nèi)抽成規(guī)定的真空度。
然后，以規(guī)定的流量，將蝕刻用的處理氣體，從處理氣體供給裝置15導(dǎo)入腔室1內(nèi)，將腔室1內(nèi)維持規(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的高頻電力供給支撐臺2。這時，將規(guī)定電壓，從直流電源13施加在靜電卡盤6的電極6a上，利用例如庫侖力吸附晶片W。
這樣，通過將高頻電力施加在作為下部電極的支撐臺2上，在作為上部電極的噴頭18與作為下部電極的支撐臺2之間的處理空間中形成高頻電場，這樣，可使供給處理空間的處理氣體等離子化，利用該等離子體蝕刻在晶片W上形成的蝕刻對象層。
當(dāng)蝕刻時，通過由多極狀態(tài)的圓環(huán)磁鐵21a，21b在處理空間的周圍形成磁場，發(fā)揮等離子體封入效果，即使在如本實(shí)施方式那樣容易產(chǎn)生等離子體不均勻的高頻情況下，也可以更均勻地形成等離子體。另外，也有膜對這種磁場沒有效果的情況，在這種情況下，可使扇形體磁鐵轉(zhuǎn)動，以在處理空間的周圍實(shí)質(zhì)上不形成磁場的方式，進(jìn)行處理也可以。
在形成上述磁場的情況下，利用設(shè)在支撐臺2上的晶片W的周圍的導(dǎo)電性或絕緣性的聚焦環(huán)5，可以更加提高等離子體處理的均勻化效果。即，在聚焦環(huán)5與由硅和SiC等的導(dǎo)電性材料制成的情況下，由于直至聚焦環(huán)區(qū)域都作為下部電極起作用，因此等離子體形成區(qū)域擴(kuò)大至聚焦環(huán)5上，可促進(jìn)晶片W周邊部的等離子體處理，提高蝕刻速度的均勻性。另外，在聚焦環(huán)5為石英等絕緣性材料制成的情況下，由于在聚焦環(huán)5與等離子體中的電子或離子之間不進(jìn)行電荷的接收和給與，可增大封入等離子體的作用，提高蝕刻速度的均勻性。
另外，由于上部電極18的與其支撐臺2對置的表面為導(dǎo)電層18c，可以提高在上部電極18的表面上電場的面內(nèi)均勻性，可以使晶片W的等離子體處理性均勻化。這點(diǎn)在以下詳細(xì)說明。
如圖3所示，在先前的等離子體蝕刻裝置的情況下，為了防止金屬污染和等離子體的損耗，在上部電極18的主體18a的表面上形成氧化處理膜、或由Y2O3等絕緣陶瓷構(gòu)成的膜(例如噴鍍膜)那樣的絕緣膜18b。由于該膜為最外層，因此，上部電極18的表面為絕緣體。另外，在腔室1的內(nèi)壁表面上也形成同樣的絕緣膜。如圖4所示，在這種狀態(tài)下，當(dāng)生成高頻等離子體時，高頻電流通過上部電極18的表面的絕緣膜18b，流向主體18a側(cè)，幾乎不流向表面的絕緣膜18b的徑向方向(面內(nèi)方向)。由于這樣，在高頻等離子體中，因?yàn)殡娮用芏确植疾痪鶆虻壤碛?，?dāng)上部電極18表面的絕緣膜18b在徑向方向有電位分布時，電位分布不均勻，有其電位分布?xì)埓?，因此，等離子體電位的面內(nèi)均勻性差。結(jié)果，產(chǎn)生射入在構(gòu)成作為陰極的下部電極的支撐臺2上的離子能的面內(nèi)分布，晶片蝕刻的面內(nèi)均勻性差。另外，在等離子體形成用高頻電源的頻率在27MHz以下，過程壓力高(2～10Pa左右)，離子能量高的等離子體的情況下，這種電極表面的徑向方向的電位分布不成為問題。但最近，高頻電源的頻率超過40MHz，低壓力(1.3Pa以下)，成為低電子密度(1×1010以下)的等離子體，當(dāng)使用負(fù)性氣體作為處理氣體時，由于等離子體的電阻率高，助長這種不均勻，而且，從過程性能的要求出發(fā)，必需控制低離子能量(100eV以下)。這樣，不能忽視由等離子體電位的面內(nèi)不均勻引起的能量不均勻。這樣，產(chǎn)生等離子體蝕刻處理的面內(nèi)不均勻，或由晶片的充電不均勻引起的柵極氧化膜的絕緣破壞(充電損壞)。
為了防止這些不良情況，如圖5所示，在本實(shí)施方式中，在主體的18a的與支撐臺2對置的表面上形成絕緣膜18b，再在該表面上形成導(dǎo)電層18c，構(gòu)成上部電極18。如圖6所示，在這種狀態(tài)下，當(dāng)產(chǎn)生高頻等離子體時，由于上部電極18的對置表面上，電流容易在徑向方向(面內(nèi)方向)流動，上部電極18的對置表面上的徑向方向電位均勻，在上部電極18的對置表面上，極大地減小徑向方向的電位梯度。利用這個效果，由于在作為陽極的上部電極18附近的等離子體電位沒有梯度，射入在構(gòu)成作為陰極的下部電極的支撐臺2上的離子能量分布也均勻化。另外，離子能量的均勻化由于使得等離子體生成電子能量均勻化，因此電子密度分布也變得均勻。這樣，可以提高蝕刻處理的面內(nèi)均勻性，另外，可以減小柵極氧化膜的絕緣破壞等的充電損壞。
為了發(fā)揮這種功能，優(yōu)選導(dǎo)電層18c徑向方向的電阻小，在導(dǎo)電層18c的材料的電阻率為ρ[Ω·m2/m]，厚度為t[m]的情況下，用以下(1)式表示，簡略地用ρ/t[Ω]表示的導(dǎo)電層18c的徑向方向的電阻Rr[Ω]滿足Rr[Ω]＝ρ/t[Ω]≤1000[Ω]數(shù)1
另外，用以下(2)式表示的，簡略地用ρ·t[Ω]表示的導(dǎo)電層18c的厚度方向的電阻Rz[Ω]滿足Rz[Ω]＝ρ·t[Ω]≤1[Ω]數(shù)2

作為導(dǎo)電層18c的材料，可以使用Cu，Si，SiC，W，C(碳)等。作為導(dǎo)電層18c的材料，優(yōu)選電阻率100Ω·cm以下。
導(dǎo)電層18c的厚度優(yōu)選下式表示集膚深度δ以上。
δ＝(2/ωσμ)1/2(式中，σ導(dǎo)電率，μ透磁率，ω生成等離子體的高頻電源的角頻率)高頻電流只在部件的表皮部分流動，高頻電流流動的部分的厚度為集膚深度δ。當(dāng)導(dǎo)電層18c的厚度比集膚深度δ小的情況，高頻電流也在導(dǎo)電層18c的背面?zhèn)攘鲃?，能量損失大。
在本實(shí)施方式中，由于在先前使用的具有保護(hù)功能的絕緣膜18b上形成導(dǎo)電層18c，因此可以具有與先前同樣的保護(hù)功能，并可得到上述效果。另外，通過在現(xiàn)有的上部電極上設(shè)置導(dǎo)電層，可以實(shí)現(xiàn)不需要作大的改進(jìn)的裝置結(jié)構(gòu)。
如上述所述，優(yōu)選導(dǎo)電層18c的面積與晶片W的面積相等以上，這樣，可以更提高使電位分布均勻化的效果。又如圖7所示，通過在腔室1的內(nèi)壁表面上形成導(dǎo)電性表面層1b，電流更容易流動，可以更提高電位分布均勻化的效果。在圖7中，導(dǎo)電性表面層1b可以與在上部電極18的支撐臺2側(cè)表面上形成的導(dǎo)電層18c連續(xù)但不連續(xù)也可以。
在上述結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電層18c通過絕緣膜18b形成，成為直流絕緣的浮接狀態(tài)。但如圖8所示，使可變直流電源55與導(dǎo)電層18c連接，也可通過電源55接地。
在上部電極18上不是必需形成絕緣膜18b，如圖9，在主體18a上形成直接導(dǎo)電層18c也可以。這樣，不論主體18a的材料如何，都可以實(shí)現(xiàn)所希望的導(dǎo)電性，可以有效地發(fā)揮上述效果。在這種情況下，作為導(dǎo)電層18c，優(yōu)選使用耐等離子體性和耐傷性高的材料。
另外，上部電極18由具有所希望的導(dǎo)電性的單一的導(dǎo)電體構(gòu)成也可以。在這種情況下，由于耐等離子體性等成為問題，優(yōu)選使用耐等離子體性高的導(dǎo)電性材料例如SiC-Al、SiC-Si等金屬-陶瓷的復(fù)合體。
其次，說明確認(rèn)本發(fā)明效果的實(shí)驗(yàn)。
首先，準(zhǔn)備作為上部電極在本體的對置表面上形成250μm的Y2O3噴鍍膜(先前)，再在其上貼Cu帶作為導(dǎo)電層，以及貼上Si帶，進(jìn)行晶片的等離子體處理。作為晶片使用300mm晶片，作為上部電極，使用直徑為340mm的電極。等離子體處理利用如圖1所示的裝置，在腔室內(nèi)壓力為0.66Pa，處理氣體為O2氣，流量為200mL/min，高頻的頻率為100MHz，高頻電力為500W、2400W的條件下進(jìn)行。利用將探頭插入腔室內(nèi)，求出這時晶片正上方的各個位置的等離子體電位，求等離子體電位Vf對置于接地電位(GND)的面內(nèi)分布。
圖10為表示使用作為導(dǎo)電層貼Cu帶的上部電極和先前的上部電極，使高頻電力為500W，進(jìn)行等離子體處理的結(jié)果，圖11表示使用作為導(dǎo)電層貼Si帶的上部電極和先前的上部電極，使高頻電力(a)為500W，(b)為2400W，進(jìn)行等離子體處理的結(jié)果。如這些圖所示，通過在上部電極的對置表面上設(shè)置導(dǎo)電層，等離子體電位的面內(nèi)均勻性非常好。
其次，準(zhǔn)備當(dāng)在主體的對置表面上形成250μm的Y2O3噴鍍膜作為上部電極(先前)，再在其上貼Cu帶作為導(dǎo)電層，進(jìn)行試驗(yàn)晶片的等離子體處理，試驗(yàn)充電損壞的耐性。在試驗(yàn)中使用如圖12所示的結(jié)構(gòu)元件。即，在Si基板61上形成具有厚度4nm的柵極氧化膜相當(dāng)部分62a和厚度500nm的元件分離區(qū)域62b的SiO2膜，再在其上形成多晶硅膜63，在晶片上形成多個這種元件。將元件分離區(qū)域62b的面積A設(shè)定為柵極氧化膜相當(dāng)部分62a的面積B的10萬倍，和比通常的元件大，這樣作成容易發(fā)生充電損壞的結(jié)構(gòu)。等離子體處理的條件為使用300mm晶片作為晶片，使用直徑為340mm的電極作為上部電極。使用圖1所示的裝置，在腔室內(nèi)壓力為0.66Pa，處理氣體為O2氣，流量為200mL/min，高頻的頻率為100MHz，高頻電力為500W的條件下進(jìn)行等離子體處理。測定這時各元件的泄漏電流，當(dāng)泄漏電流為1×10-9A/μm2以上時，產(chǎn)生絕緣破壞，比它小的值時，沒有絕緣破壞。
結(jié)果表示在圖13中。如該圖所示，在不設(shè)導(dǎo)電層的表面使用絕緣膜的上部電極的情況下，在多數(shù)元件中產(chǎn)生絕緣破壞，沒有絕緣破壞的不超過43％。與之相對，在上部電極表面上貼作為導(dǎo)電層的Cu帶的情況下，全部不產(chǎn)生絕緣破壞。
本發(fā)明不是僅限于上實(shí)施方式，可以作各種變更。例如，在上述實(shí)施方式中，利用將由永久磁鐵制成的多個扇形磁鐵，呈圓環(huán)狀配置在腔室的周圍構(gòu)成的多極狀態(tài)的圓環(huán)磁鐵，在處理空間的周圍形成磁場，但這種磁場形成裝置不是必需的。另外，在本實(shí)施方式中，表示了在等離子體蝕刻裝置中使用本發(fā)明的情況下，但在等離子體CVD，濺射等、其他等離子體處理中也可應(yīng)用。另外，在其他的裝置結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電層的材料等方面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。另外，在上述實(shí)施方式中，表示了使用半導(dǎo)體晶片作為被處理基板的情況，但不是僅限于此，在其他基板的等離子體處理中也可應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種電容耦合型等離子體處理裝置，具有保持在真空氣氛中的腔室；在所述腔室內(nèi)互相平行地配置的第一和第二電極；和在所述第一和第二電極間形成高頻電場，生成處理氣體的等離子體的等離子體生成機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第一電極支撐被處理基板，并作為施加高頻電力的陰極起作用，所述第二電極作為接地的陽極起作用，所述第二電極的與所述第一電極對置的表面由導(dǎo)電體構(gòu)成。
2.一種電容耦合型等離子體處理裝置，具有保持在真空氣氛中的腔室；在所述腔室內(nèi)互相平行地配置的第一和第二電極；和在所述第一和第二電極間形成高頻電場，生成處理氣體的等離子體的等離子體生成機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第一電極支撐被處理基板，并作為施加高頻電力的陰極起作用，所述第二電極作為接地的陽極起作用，所述第二電極具有主體和設(shè)在所述主體的與所述第一電極對置的表面上的導(dǎo)電層。
3.一種電容耦合型等離子體處理裝置，具有保持在真空氣氛中的腔室；在所述腔室內(nèi)互相平行地配置的第一和第二電極；和在所述第一和第二電極間形成高頻電場，生成處理氣體的等離子體的等離子體生成機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第一電極支撐被處理基板，并作為施加高頻電力的陰極起作用，所述第二電極作為接地的陽極起作用，所述第二電極具有在與所述第一電極對置的表面上設(shè)有絕緣膜的主體，和設(shè)在所述主體的與所述第一電極對置的表面上的導(dǎo)電層。
4.如權(quán)利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述導(dǎo)電層為直流的浮接狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求3所述的等離子體處理裝置，其特征在于還具有與所述導(dǎo)電層連接的可變直流電源，所述導(dǎo)電層通過所述直流電源接地。
6.如權(quán)利要求2～5中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述導(dǎo)電層的厚度為下式表示的集膚深度δ以上，δ＝(2/ωσμ)1/2式中σ導(dǎo)電率，μ透磁率，ω角頻率。
7.如權(quán)利要求2～6中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述導(dǎo)電層的與所述第一電極對置側(cè)的面積是所述第一電極所支撐的被處理基板的面積以上。
8.如權(quán)利要求2～7中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述導(dǎo)電層的材料的電阻率為ρ(Ω·m2/m)，厚度為t(m)時，徑向的電阻ρ/t滿足ρ/t≤1000。
9.如權(quán)利要求2～8中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述導(dǎo)電層的材料的電阻率為ρ(Ω·m2/m)，厚度為t(m)時，厚度方向的電阻ρ×t滿足ρ×t≤1。
10.如權(quán)利要求2～9中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述導(dǎo)電層由Cu、Si、SiC、W、C中的任一種材料制成。
11.如權(quán)利要求2～10中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述腔室的內(nèi)壁表面上具有導(dǎo)電性表面層。
12.如權(quán)利要求1所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第二電極由單一的導(dǎo)電體構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第二電極由金屬一陶瓷復(fù)合體構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求1、12和13中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第二電極的與所述第一電極對置側(cè)的面積是所述第一電極所支撐的被處理基板的面積以上。
15.如權(quán)利要求1、12、13和4中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于在所述腔室的內(nèi)壁表面上具有導(dǎo)電性表面層。
16.如權(quán)利要求1～15中任一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，其特征在于施加在所述第一電極上的高頻電力的頻率為40MHz以上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種等離子體處理的面內(nèi)均勻性高，而且難以產(chǎn)生充電損壞(charge up damage)的電容耦合型的等離子體處理裝置。具有保持在真空氣氛中的腔室(1)；在腔室(1)內(nèi)互相平行地配置的第一和第二電極(2)，(18)；和在第一和第二電極(2)，(18)之間形成高頻電場，生成處理氣體的等離子體的等離子體生成機(jī)構(gòu)(10)，在該電容耦合型的等離子體處理裝置(100)中，第一電極(2)支撐晶片(W)，并作為施加高頻電力的陰極起作用，第二電極(18)作為接地的陽極起作用，第二電極(18)的與第一電極(2)對置的表面由導(dǎo)電體(18c)構(gòu)成。
文檔編號C23C14/34GK1783431SQ20051012767
公開日2006年6月7日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者檜森慎司, 樋口公博, 松土龍夫, 飯嶋悅夫, 伊藤弘治, 松山昇一郎, 今井范章, 永關(guān)一也 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社