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等离子体处理方法和等离子体处理装置.pdf

摘要
申请专利号:

CN201110249639.X

申请日:

2011.08.23

公开号:

CN102376559B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 21/3065申请日:20110823|||公开
IPC分类号: H01L21/3065; H01J37/32 主分类号: H01L21/3065
申请人: 东京毅力科创株式会社
发明人: 大矢欣伸; 田边明良; 安田吉纪
地址: 日本东京都
优先权: 2011.08.04 JP 2011-171005; 2010.08.23 JP 2010-186017
专利代理机构: 北京尚诚知识产权代理有限公司 11322 代理人: 龙淳
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201110249639.X

授权太阳城集团号:

102376559B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.28|||2012.04.25|||2012.03.14

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明提供一种等离子体处理方法和等离子体处理装置,能够提高RF偏置功能的控制性,针对微细加工的各种要求条件实现等离子体工艺的最优化。该等离子体处理装置中,从第三高频电源(66)对上部电极(46)(或下部电极(12))施加适于电容耦合的等离子体生成的高频(RFH),并且为了控制从等离子体入射到半导体晶片(W)的离子的能量,从第一和第二高频电源(36)、(38)对基座(12)重叠地施加适于离子引入的2种高频(RFL1(0.8MHz))、(RFL2(13MHz))。根据工艺的规格、条件或处理方案,控制部88控制2个高频(RFL1)、(RFL2)的总功率和功率比。

权利要求书

1: 一种等离子体处理方法, 其特征在于, 包括 : 在配置于能够进行真空排气的处理容器内的第一电极上载置被处理基板的工序 ; 在所述处理容器内激励处理气体来生成等离子体的工序 ; 对所述第一电极重叠地施加频率不同的第一高频和第二高频, 以从所述等离子体向所 述基板引入离子的工序 ; 和 在所述等离子体下对所述基板实施所期望的等离子体处理的工序, 在所述等离子体处理中, 控制所述第一高频和第二高频的总功率和功率比, 使得依赖 于被引入到所述基板的离子的能量的规定的工艺特性最优化。
2: 根据权利要求 1 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 控制所述第一高频和第二高频的总功率和功率比, 使得依赖于被引入到所述基板的离 子的能量的多个工艺特性同时最优化。
3: 根据权利要求 1 或 2 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 对被引入到所述基板的离子的能量分布的最小能量和最大能量独立地进行控制。
4: 根据权利要求 3 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 在被引入到所述基板的离子的能量分布中, 最小能量及其附近的能量区域支配性地控 制第一工艺特性, 最大能量及其附近的能量区域支配性地控制第二工艺特性。
5: 根据权利要求 4 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 在被引入到所述基板的离子的能量分布中, 在最小能量及其附近的能量区域和最大能 量及其附近的能量区域分布相对多的离子, 在中间的能量区域分布的离子相对少。
6: 根据权利要求 3 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 在被引入到所述基板的离子的能量分布中, 离子在从最小能量到最大能量的整个区域 大致均匀地分布。
7: 根据权利要求 6 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 所述第一高频的频率在 100kHz ~ 6MHz 的范围内, 所述第二高频的频率在 6MHz ~ 40MHz 的范围内。
8: 根据权利要求 7 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 调整所述第一高频和第二高频的总功率, 以调节被引入到所述基板的离子的能量分布 的宽度。
9: 根据权利要求 8 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 调整所述第一高频的功率与所述第二高频的功率之比, 以调节被引入到所述基板的离 子的能量分布的宽度。
10: 根据权利要求 9 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 调整所述第二高频的功率, 以控制被引入到所述基板的离子的最小能量。
11: 根据权利要求 10 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 调整所述第一高频和第二高频的总功率, 以控制被引入到所述基板的离子的最大能 量。
12: 根据权利要求 11 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 在所述处理容器内, 设置有与所述第一电极隔开规定间隔地平行相对的第二电极, 对 所述第一电极或所述第二电极施加用于使所述处理气体放电的第三高频。 2
13: 根据权利要求 12 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 所述第三高频的频率在 27MHz ~ 300MHz 的范围内。
14: 根据权利要求 4 ~ 13 中任一项所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 对所述第二电极施加负极性的直流电压, 根据所述第一高频和第二高频的总功率和功 率比, 控制所述直流电压的绝对值。
15: 根据权利要求 14 所述的等离子体处理方法, 其特征在于 : 根据所述第一高频和第二高频的总功率和功率比, 求取被引入到所述基板的离子的能 量总量, 所述能量总量越多, 使所述直流电压的绝对值越大, 所述能量总量越少, 使所述直 流电压的绝对值越小。
16: 一种等离子体处理装置, 其特征在于, 包括 : 将被处理基板能够搬出搬入地收容的能够进行真空排气的处理容器 ; 向所述处理容器内供给所期望的处理气体的处理气体供给部 ; 在所述处理容器内生成所述处理气体的等离子体的等离子体生成部 ; 在所述处理容器内载置并保持所述基板的第一电极 ; 对所述第一电极施加具有第一频率的第一高频, 以从所述等离子体向所述第一电极上 的所述基板引入离子的第一高频供电部 ; 对所述第一电极施加具有比所述第一频率高的第二频率的第二高频, 以从所述等离子 体向所述第一电极上的所述基板引入离子的第二高频供电部 ; 和 控制所述第一高频和第二高频的总功率和功率比, 使得依赖于从所述等离子体被引入 到所述基板的离子的能量的至少一个工艺特性最优化。
17: 根据权利要求 16 所述的等离子体处理装置, 其特征在于 : 所述第一高频的频率在 100kHz ~ 6MHz 的范围内, 所述第二高频的频率在 6MHz ~ 40MHz 的范围内。
18: 根据权利要求 16 或 17 所述的等离子体处理装置, 其特征在于 : 所述等离子体生成部包括 : 在所述处理容器内与所述第一电极隔开规定间隔地平行相对的第二电极 ; 对所述第一电极或所述第二电极施加具有比所述第二频率高的第三频率的第三高频 以使所述处理气体放电的第三高频供电部。
19: 根据权利要求 18 所述的等离子体处理装置, 其特征在于 : 所述第三高频的频率在 27MHz ~ 300MHz 的范围内。
20: 根据权利要求 19 所述的等离子体处理装置, 其特征在于, 包括 : 用于对所述第二电极施加负极性的直流电压的可变直流电源 ; 和 根据所述第一高频和第二高频的总功率和功率比, 控制所述直流电压的绝对值的 DC 偏置控制部。
21: 根据权利要求 19 所述的等离子体处理装置, 其特征在于 : 所述 DC 偏置控制部包括 : 运算部, 其根据所述第一高频和第二高频的总功率和功率比, 求取被引入到所述基板 的离子的能量总量 ; 和 控制器, 该控制器使得 : 所述能量总量越多, 所述直流电压的绝对值越大, 所述能量总 3 量越少, 所述直流电压的绝对值越小。

说明书


等离子体处理方法和等离子体处理装置

    技术领域 本发明涉及对被处理基板实施等离子体处理的技术, 特别是涉及对配置于等离子 体空间的基板施加离子引入用高频的等离子体处理方法和等离子体处理装置。
     背景技术 在半导体器件或 FPD(Flat Panel Display, 平板显示器 ) 的制造工艺 (process, 处理 ) 中的蚀刻、 堆积 ( 沉积 )、 氧化、 溅射等处理中, 为了使处理气体在比较低的温度下进 行良好的反应, 大多利用等离子体。 在这种等离子体工艺中, 为了使处理气体在真空的处理 容器内放电或电离, 使用高频 (RF) 或微波。
     例如, 在电容耦合型的等离子体处理装置中, 在处理容器内平行地配置有上部电 极和下部电极, 在下部电极上载置有被处理基板 ( 半导体晶片、 玻璃基板等 ), 对上部电极 或下部电极施加适于等离子体生成的频率 ( 通常为 13.56MHz 以上 ) 的高频。通过施加该 高频, 在相对的电极间生成的高频电场使电子加速, 因电子与处理气体的碰撞电离而产生 等离子体。而且, 通过该等离子体中所含的自由基、 离子的气相反应或表面反应, 在基板上 堆积薄膜, 或者削除基板表面的材料或薄膜。
     这样, 在等离子体工艺中, 入射到基板的自由基和离子起到重要的作用。特别是, 离子通过入射到基板时的碰撞而发挥物理作用这一点很重要。
     一直以来, 在等离子体工艺中, 大多使用 RF 偏置法, 即, 对载置基板的下部电极施 加频率较低 ( 通常为 13.56MHz 以下 ) 的高频, 通过在下部电极上产生的负偏置电压或鞘电 压 (sheath voltage), 加速等离子体中的离子并将其引入到基板。 这样, 通过从等离子体中 加速离子使其与基板表面碰撞, 能够促进表面反应、 各向异性蚀刻或膜的改质 等。
     现有技术文献
     专利文献
     [ 专利文献 1] 日本特开平 7-302768
     发明内容 发明要解决的课题
     搭载如上所述的 RF 偏置功能的现有等离子体处理装置中, 将对下部电极施加的 离子引入用高频限定为 1 种 ( 单一频率 ), 以该高频的功率、 下部电极上的自身偏置电压或 鞘电压作为控制参数。
     然而, 本发明人在等离子体工艺的技术开发中对于 RF 偏置的作用进行了反复研 究的结果, 明确了在离子引入用途中使用单一高频的现有方式, 在要求复合的工艺特性的 最尖端的等离子体工艺中, 在离子能量分布的控制性方面存在困难。
     更详细地讲, 当在离子引入用途中使用单一高频时, 对入射到基板的离子的能量 分布 (IED : Ion Energy Distribution) 进行了解析, 如图 19A ~ 19C 和图 20A ~图 20C 所 示, 所有入射离子的能量定型地收敛于连续的能带中, 离子大多集中在最大能量附近和最
     小能量附近 ( 出现峰 )。从而, 如果不仅离子能量的平均值, 而且离子大量集中的最大能量 和最小能量能够自由地变化, 则估计可以提高等离子体工艺中所要求的 RF 偏置功能的控 制性, 但是实际情况并非如此。
     根据现有方式, 在离子引入用途中使用频率较低的例如 0.8MHz 的高频的情况下, 如果其 RF 功率可变, 则离子能量分布特性如图 19A( 低功率 )、 图 19B( 中功率 )、 图 19C( 高 功率 ) 所示那样变化。即, 在最小能量大致固定为 0eV 的状态下, 最大能量与 RF 功率成比 例地变化为 1000eV( 图 19A)、 2000eV( 图 19B)、 3000eV( 图 19C)。
     然而, 在离子引入用途中使用频率较高的例如 13MHz 的高频的情况下, 如果其 RF 功率变化, 则离子能量分布特性如图 20A( 低功率 )、 图 20B( 中功率 )、 图 20C( 高功率 ) 所 示那样变化。即, 最大能量与 RF 功率成比例地变化为 650eV、 1300eV、 1950eV, 而另一方面, 最小能量也与 RF 功率成比例地变化为 350eV、 700eV、 1050eV。
     另外, 虽然图 19A ~图 19C 和图 20A ~图 20C 的离子能量分布特性是太阳城集团 Ar+( 氩 ) 离子的特性, 但是在其他离子中也能够观察到同样的特性 ( 图案 )。
     这样, 在现有方式中, 即便能够使离子能量分布的最大能量或平均能量任意可变, 也不能使最小能量独立于最大能量地任意可变。 从而, 不能实现例如由图 20C 的假想线 ( 点 划线 )K 表示的离子能量分布特性。基于上述情况, 如在本发明的实施方式的说明中所述的 那样, 在例如 HARC(High Aspect Ratio Contact, 高深宽比接触 ) 的等离子体蚀刻中, 不能 巧妙地回避蚀刻速度及选择比与蚀刻形状之间的折衷成为问题。 本发明是为了解决上述的现有技术问题而完成的, 其目的在于提供一种能够提高 RF 偏置功能的控制性, 针对微细加工的各种要求条件实现等离子体工艺的最优化的等离子 体处理方法和等离子体处理装置。
     用于解决课题的方法
     本发明的等离子体处理方法, 在能够进行真空排气的处理容器内配置的第一电极 上载置被处理基板的工序 ; 在上述处理容器内激励处理气体来生成等离子体的工序 ; 对上 述第一电极重叠地施加频率不同的第一高频和第二高频, 以从上述等离子体向上述基板引 入离子的工序 ; 和在上述等离子体下对上述基板实施所期望的等离子体处理的工序, 在上 述等离子体处理中, 控制上述第一高频和第二高频的总功率和功率比, 使得依赖于被引入 到上述基板的离子的能量的至少 1 个工艺特性最优化。
     另外, 本发明的等离子体处理装置, 将被处理基板能够搬出搬入地收容的能够进 行真空排气的处理容器 ; 向上述处理容器内供给所期望的处理气体的处理气体供给部 ; 在 上述处理容器内生成上述处理气体的等离子体的等离子体生成部 ; 在上述处理容器内载置 并保持上述基板的第一电极 ; 对上述第一电极施加具有第一频率的第一高频, 以从上述等 离子体向上述第一电极上的上述基板引入离子的第一高频供电部 ; 对上述第一电极施加具 有比上述第一频率高的第二频率的第二高频, 以从上述等离子体向上述第一电极上的上述 基板引入离子的第 二高频供电部 ; 和控制上述第一高频和第二高频的总功率和功率比, 使 得依赖于从上述等离子体被引入到上述基板的离子的能量的至少一个工艺特性最优化。
     在本发明中, 对载置被处理基板的第一电极重叠地施加分别具有适于离子引入的 第一频率和第二频率的第一高频和第二高频, 对这些第一高频和第二高频的总功率和功率 比可变地进行控制。由此, 能够在从等离子体入射到基板的离子的能量分布中独立地控制
     最小能量和最大能量, 进而, 也能够使离子能量分布特性的形状为凹形或平坦形, 能够针对 各种工艺特性或复合的工艺特性, 使离子能量分布特性最优化, 进而使工艺特性最优化。
     发明的效果
     根据本发明的等离子体处理方法和等离子体处理装置, 通过如上所述的结构和作 用, 能够提高 RF 偏置功能的控制性, 针对微细加工的各种要求条件实现等离子体工艺的最 优化。 附图说明 图 1 是表示本发明一个实施方式的等离子体处理装置的结构的纵截面图。
     图 2 表示实施方式的双频 RF 偏置法中的鞘电压和离子响应电压的波形。
     图 3 表示实施方式中所使用的变换函数。
     图 4 表示单频 RF 偏置法中的离子能量分布和离子响应电压。
     图 5 表示双频 RF 偏置法中的离子能量分布和离子响应电压。
     图 6A 表示在实施方式中, 在使离子能量分布的最大能量固定不变的情况下, 能够 在一定范围内任意调节最小能量的功能。
     图 6B 表示在使离子能量分布的最大能量固定不变的情况下, 能够在一定范围内 任意调节最小能量的功能。
     图 6C 表示在使离子能量分布的最大能量固定不变的情况下, 能够在一定范围内 任意调节最小能量的功能。
     图 7A 表示在实施方式中, 在使离子能量分布的最小能量固定不变的情况下, 能够 在一定范围内任意调节最大能量的功能。
     图 7B 表示在使离子能量分布的最小能量固定不变的情况下, 能够在一定范围内 任意调节最大能量的功能。
     图 7C 表示在使离子能量分布的最小能量固定不变的情况下, 能够在一定范围内 任意调节最大能量的功能。
     图 8A 表示在实施方式中, 在使能量中心值固定不变的情况下, 能够使能带的宽度 在一定范围内任意可变的功能。
     图 8B 表示在使能量平均值 ( 中心值 ) 固定不变的情况下, 能够使能带的宽度在一 定范围内任意可变的功能。
     图 8C 表示在使能量平均值固定不变的情况下, 能够使能带的宽度在一定范围内 任意可变的功能。
     图 8D 表示在使能量平均值固定不变的情况下, 能够使能带的宽度在一定范围内 任意可变的功能。
     图 8E 表示在使能量平均值固定不变的情况下, 能够使能带的宽度在一定范围内 任意可变的功能。
     图 9 用于说明实施方式的双频偏置法中的频率的组合方法。
     图 10 是示意地表示 HARC 工艺的蚀刻加工的纵截面图。
     图 11A 是表示在 SiO2 膜的蚀刻中, 使 C4F8 气体的流量变化时的蚀刻速度和 CF 聚 合膜的厚度的曲线图。
     图 11B 是表示 SiN 膜的蚀刻中, 使 C4F8 气体的流量变化时的蚀刻速度和 CF 聚合膜 的厚度的曲线图。
     图 12 是示意地表示 HARC 工艺中的缩颈 (necking, 柱颈 ) 的纵截面图。
     图 13 是表示 HARC 工艺中的氧化膜和有机膜的蚀刻效率的离子能量依赖性, 和以 现有方式的单频偏置与此对应的情况下离子能量分布特性的特性图。
     图 14 是表示 HARC 工艺中的氧化膜和有机膜的蚀刻效率的离子能量依赖性, 和以 实施方式的双频偏置与此对应的情况下离子能量分布特性的特性图。
     图 15 表示在 HARC 工艺中离子入射到掩模 ( 有机膜 ) 的各部分时的入射角度。
     图 16 表示在利用双频偏置法的 HARC 工艺中所得到的图案 (pattern) 截面形状和 特性数据。
     图 17 表示在利用双频偏置法的 HARC 工艺中所得到的图案截面形状 ( 放大图 ) 和 特性数据。
     图 18 是表示其他实施方式的等离子体处理装置的结构的纵截面图。
     图 19A 表示在使用频率较低的现有的单频偏置法中使 RF 功率降低时所得到的离 子能量分布。 图 19B 表示在使用频率较低的现有的单频偏置法中将 RF 功率选择为中等的值时 所得到的离子能量分布。
     图 19C 表示在使用频率较低的现有的单频偏置法中使 RF 功率提高时所得到的离 子能量分布。
     图 20A 表示在使用频率较高的现有的单频偏置法中使 RF 功率降低时所得到的离 子能量分布。
     图 20B 表示在使用频率较高的现有的单频偏置法中将 RF 功率选择为中等的值时 所得到的离子能量分布。
     图 20C 表示在使用频率较高的现有的单频偏置法中使 RF 功率提高时所得到的离 子能量分布。
     具体实施方式
     以下, 参照图 1 ~图 18 说明本发明的优选实施方式。
     [ 装置整体结构 ]
     图 1 表示本发明一个实施方式的等离子体处理装置的结构。该等离子体处理装 置构成为下部双频 / 上部单频施加方式的电容耦合型等离子体蚀刻装置, 例如具有表面进 行过耐蚀铝 (alumite) 处理 ( 阳极氧化处理 ) 的由铝构成的圆筒形的真空腔室 ( 处理容 器 )10。腔室 10 安全接地。
     在腔室 10 的底部, 隔着陶瓷等绝缘板 12 配置有圆柱形的基座支承台 14, 在该基座 支承台 14 上例如设置有由铝构成的基座 16。基座 16 构成下部电极, 在其上作为被处理基 板, 例如载置有半导体晶片 W。
     在基座 16 的上表面设置有用于以静电吸附力保持半导体晶片 W 的静电卡盘 18。 该静电卡盘 18 将由导电膜构成的电极 20 夹在一对绝 缘层或绝缘片之间, 直流电源 22 经 由开关 24 与电极 20 电连接。利用来自直流电源 22 的直流电压, 能够以静电力将半导体晶片 W 吸附保持在静电卡盘 18。在静电卡盘 18 的周围, 在基座 16 的上表面, 配置有用于提高 蚀刻的面内均匀性的例如由硅构成的聚集环 26。 在基座 16 和基座支承台 14 的侧面贴附有 例如由石英构成的圆筒形的内壁部件 28。
     在基座支承台 14 的内部, 设置有例如沿着圆周方向延伸的制冷剂室或制冷剂通 道 30。在该制冷剂通道 30, 从外设的制冷单元 ( 未图示 ) 经由配管 32a、 32b 循环供给规定 温度的制冷剂例如冷却水 cw。能够根据制冷剂 cw 的温度控制基座 16 上的半导体晶片 W 的 处理温度。进而, 来自传热气体供给机构 ( 未图示 ) 的传热气体例如 He 气, 经由气体管路 34, 被供给到静电卡盘 18 的上表面与半导体晶片 W 的背面之间。
     离子引入用第一高频电源 36 和第二高频电源 38 分别经由下部匹配器 40、 42 和下 部供电导体 44、 46 与基座 16 电连接。 下部供电导体 44、 46 也可以是共用导体例如供电棒。
     第一高频电源 36 构成为对基座 16 上的半导体晶片 W, 以可变的功率输出适于引 入等离子体的离子的频率较低的例如 0.8MHz 的第一高频 RFL1。另一方面, 第二高频电源 38 构成为对基座 16 上的半导体晶片 W, 以可变的功率输出适于引入等离子体的离子的频率较 高的例如 13MHz 的第二高频 RFL2。
     在基座 16 的上方, 与该基座平行相对地设置有上部电极 48。 该上部电极 48 包括 : 具有多个气体喷出孔 50a 的例如由 Si、 SiC 等半导体材料构成的电极板 50 ; 和可装卸地支 承该电极板 50 的由导电材料例如表面进行过耐蚀铝处理的铝构成的电极支承体 52, 通过 环形的绝缘体 54 安装在腔室 10 的上部。在该上部电极 48 与基座 16 之间设置有等离子体 生成空间或处理空间 PS。环形绝缘体 54 例如由氧化铝 (Al2O3) 构成, 气密地堵塞上部电极 48 的外周面与腔室 10 的侧壁之间的间隙, 非接地且物理地支承上部电极 48。
     电极支承体 52 构成为 : 其内部具有气体缓冲室 56, 并且在其下表面具有从气体缓 冲室 56 连通到电极板 50 的气体喷出孔 50a 的多个气体通气孔 52a。处理气体供给源 60 经 由气体供给管 58 与气体缓冲室 56 连接, 在气体供给管 58 设置有质量流量控制器 (MFC)62 和开关阀 64。当从处理气体供给源 60 向气体缓冲室 56 导入规定的处理气体时, 从电极板 50 的气体喷出孔 50a, 朝向基座 16 上的半导体晶片 W, 将处理气体喷淋状地喷出到处理空间 PS。这样, 上部电极 48 兼用作向处理空间 PS 供给处理气体的喷淋头。
     经由上部匹配器 68 和上部供电导体例如供电棒 70, 等离子体激励用的第三高频 电源 66 与上部电极 48 电连接。第三高频电源 66 构成为以可变的功率输出适于处理气体 的电容耦合的高频放电即等离子体生成的频率例如 60MHz 的第三高频 RFH。另外, 等离子体 生成用的第三高频 RFH 的频率通常在 27MHz ~ 300MHz 的范围内选择。
     形成在基座 16 以及基座支承台 14、 与腔室 10 的侧壁之间的环形空间成为排气空 间, 在该排气空间的底部设置有腔室 10 的排气口 72。该排气口 72 经由排气管 74 与排气装 置 76 连接。排气装置 76 具有涡轮分子泵等真空泵, 能够将腔室 10 的室内、 特别是处理空 间 PS 减压到规定的真空度。另外, 在腔室 10 的侧壁安装有开闭半导体晶片 W 的搬入搬出 口 78 的门阀 80。
     设置在腔室 10 的外部的可变直流电源 82 的一方端子即输出端子, 经由开关 84 和 直流供电线 85 与上部电极 48 电连接。可变直流电源 82 例如能够输出 -2000 ~ +1000V 的 直流电压 VDC。 可变直流电源 82 的另一方端子接地。 可变直流电源 82 的输出 ( 电压、 电流 ) 的极性、 绝对值和开关 84 的通、 断切换, 在来自后述的控制部 88 的指示下, 由 DC 控制器 83控制。 设置在直流供电线 85 中途的滤波器电路 86 构成为 : 将来自可变直流电源 82 的直 流电压 VDC 贯通 (through) 地施加于上部电极 48, 另一方面, 使从基座 12 通过处理空间 PS 和上部电极 48 进入到直流供电线 85 的高频流向接地线, 而不是流向可变直流电源 82 一 侧。
     另外, 在腔室 10 内, 在面对处理空间 PS 的适当位置, 安装有例如由 Si、 SiC 等导电 性材料构成的 DC 接地部件 ( 未图示 )。该 DC 接地部件经由接地线 ( 未图示 ) 总是接地。
     控制部 88 包括微型计算机, 单独或统一地控制该等离子体蚀刻装置内的各部分 的动作, 例如静电卡盘用的开关 24、 第一、 第二和第三 高频电源 36、 38、 66、 匹配器 40、 42、 68、 处理气体供给部 (60、 62、 64)、 排气装置 76、 DC 偏置用的可变直流电源 82 和开关 84、 制 冷单元、 传热气体供给部等的动作。另外, 控制部 88 还连接有人机接口用的触摸屏 ( 未图 示 ) 和存储各种程序、 设定值等数据的存储装置 ( 未图示 )。 另外, 在本实施方式中, 控制部 88 和 DC 控制器 83 构成 DC 偏置控制部。
     在该等离子体蚀刻装置中, 为了进行蚀刻加工, 首先使门阀 80 为打开状态, 将加 工对象的半导体晶片 W 搬入到腔室 10 内, 载置在静电卡盘 18 上。然后, 从处理气体供给 源 60 以规定的流量和流量比向腔室 10 内导入规定的处理气体即蚀刻气体 ( 一般是混合气 体 ), 通过由排气装置 76 进行真空排气而使腔室 10 内的压力成为设定值。进而, 从第三高 频电源 66 以规定的功率对上部电极 46 施加等离子体生成用的第三高频 RFH(60MHz)。另一
     方面, 从第一和第二高频电源 36、 38 分别以规定的功率对基座 ( 下部电极 )16 施加离子引 入用的第一高频 RFL1(0.8MHz) 和第二高频 RFL2(13MHz)。另外, 使开关 24 接通, 通过静电吸 附力, 将传热气体 (He 气 ) 封闭在静电卡盘 18 与半导体晶片 W 之间的接触界面。另外, 根 据需要, 使开关 84 接通, 对上部电极 48 施加来自可变直流电源 82 的规定的直流电压 VDC。 从喷淋头 ( 上部电极 )48 排出的蚀刻气体在两电极 16、 48 之间通过高频放电而等离子化, 半导体晶片 W 的主面的膜被该等离子体所含的自由基或离子蚀刻。
     本实施方式的等离子体蚀刻装置, 为了控制工艺中从等离子体入射到半导体晶片 W 的离子的能量, 具有从 2 个高频电源 36、 38 对基座 12 重叠地施加适于离子引入的 2 种高 频 RFL1(0.8MHz)、 RFL2(13MHz) 的硬件结构 (32 ~ 46), 根据蚀刻加工的规格、 条件或处理方 案, 控制部 88 控制 2 个高频 RFL1、 RFL2 的总功率和功率比。
     [ 实施方式中的 RF 偏置功能 ]
     在本实施方式的等离子体蚀刻装置中, 如上所述, 在工艺中从第一高频电源 36 和 第二高频电源 38, 将离子引入用的第一高频 RFL1(0.8MHz) 和第二高频 RFL2(13MHz) 重叠地 施加于基座 ( 下部电极 )16。于是, 在面对等离子体生成空间 PS 的基座 16 或半导体晶片 W 的 表面生成的离子鞘, 产生如图 2 所示的重叠有 2 个高频 RFL1、 RFL2 的负极性的鞘电压 VS(t)。另外, 图 2 中, 表示为了易于了解离子鞘中重叠有 2 个高频 RFL1、 RFL2 的状态, 使第二 高频 RFL2 的电压 ( 功率 ) 比第一高频 RFL1 的电压 ( 功率 ) 明显小的情况。
     来自等离子体的离子被这样的鞘电压 VS(t) 加速, 入射到半导体晶片 W 的表面。 这 时, 入射离子的加速度或能量依赖于这时的鞘电压 VS(t) 的瞬时值 ( 绝对值 )。即, 当鞘电 压 VS(t) 的瞬时值 ( 绝对值 ) 较大时, 进入到离子鞘内的离子以较大的加速度或动能入射 到晶片表面, 当鞘电压 VS(t) 的瞬时值 ( 绝对值 ) 较小时, 进入到离子鞘内的离子以较小的加速度或动能入射到晶片表面。
     当然, 在离子鞘内, 离子相对于鞘电压 VS(t) 以小于等于 100% ( 系数 1) 的某灵敏 度响应 ( 加速运动 )。该响应灵敏度或变换函数 α(f) 如图 3 所示, 依赖于 RF 偏置所使用 的高频的频率 f( 反比 ) 地变化, 用下述式 (1) 表示。 p
     α(f) = 1/{(cfτi) +1}1/p......(1)
     式中, c = 0.3×2π, p = 5, τi = 3s(M/2eVS), M 是离子的质量数, s 是离子的鞘 通过太阳城集团, VS 是鞘电压。
     从而, 有助于离子鞘内的离子加速的有效 ( 实际 ) 鞘电压即离子响应电压 Vi(t) 用 下述式 (2) 表示。
     Vi(t) = α(f)VS(t)......(2)
     图 2 所示的离子响应电压 Vi(t) 和图 3 所示的变换函数 α(f) 是太阳城集团 Ar+ 离子的 情况, 而其他的离子相对于鞘电压 VS(t) 和 RF 偏置的频率也表现出同样的特性。
     从 图 2 的 电 压 波 形 可 知, 离子鞘内的离子相对于频率较低的第一高频 RFL1(0.8MHz) 以大约 100%的灵敏度 (α(f) ≈ 1) 响应 ( 加速运动 ), 相对于频率较高的第 二高频 RFL2(13MHz), 以大约 50%的灵敏度 (α(f) ≈ 0.5) 响应 ( 加速运动 )。 基于如上所述的离子响应电压 Vi(t), 能够根据下述式 (3) 以图 4 和图 5 所示的方 法, 计算求取离子能量分布 IED。
     IED(Ei) ∝∑ i(dVi/dti)......(3)
     图 4 表示 RF 偏置中使用具有较低频率的单一高频时的 IED 和离 子响应电压 Vi(t)。另一方面, 图 5 表示 RF 偏置中使用分别具有较低频率和较高频率的 2 个高频时的 IED 和离子响应电压 Vi(t)。
     根据 RF 偏置中使用单一高频的单频偏置法, 如参照图 19A ~图 19C 和图 20A ~图 20C 进行的说明那样, 离子能量分布 (IED) 成为定型地在最大能量附近和最小能量附近大 量集中离子 ( 出现峰 ) 那样的分布形状, 形成了无论 RF 功率怎样变化, 也不能够使最小能 量任意可变的制约。
     与 此 相 对, 根 据 如 本 实 施 方 式 这 样 的 RF 偏 置 中 使 用 2 个 高 频 RFL1(0.8MHz)、 RFL2(13MHz) 的双频偏置法, 通过调整 2 个高频 RFL1、 RFL2 的总功率和 / 或功率比, 能够独立 地控制离子能量分布 (IED) 的最大能量和最小能量的每一个。
     即, 在本实施方式中, 如图 6A ~图 6C 所示, 在将最大能量固定为例如约 2000eV 的 情况下, 能够在例如约 0eV ~ 1000eV 的范围内任意调节最小能量。
     另外, 如图 7A ~图 7C 所示, 在将最小能量固定为例如约 350eV 的情况下, 能够在 例如约 650eV ~ 2650eV 的范围内任意调节最大能量。
     另外, 图 6A ~图 6C 和图 7A ~图 7C 中的 IED 特性, 是针对 Ar+ 离子计算出的。即 使是其他离子, 图案上也能够得到同样的特性。另外, 2 个高频 RFL1(0.8MHz)、 RFL2(13MHz) 的电压值是各个频率的偏置电压的振幅值, 也能够换算为 RF 功率。
     另外, 在本实施方式中, 如图 6B[RFL1(0.8MHz) = 340V, RFL2(13MHz) = 1000V]、 图 7B[RFL1(0.8MHz) = 500V, RFL2(13MHz) = 500V] 所示, 通过双频的 RF 偏置, 还能够使离子 在能带的整个区域大致均匀地分布。进而, 如图 7C[RFL1(0.8MHz) = 1000V, RFL2(13MHz) = 500V] 所示, 还能够使中间能量的离子入射数比最小能量和最大能量的离子入射数多。
     进而, 在本实施方式中, 如图 8A[RFL1(0.8MHz) = 1500V, RFL2(13MHz) = 0V]、 图 8B[RFL1(0.8MHz) = 1125V, RFL2(13MHz) = 375V]、 图 8C[RFL1(0.8MHz) = 750V, RFL2(13MHz) = 750V]、 图 8D[RFL1(0.8MHz) = 375V, RFL2(13MHz) = 1125V]、 图 8E[RFL1(0.8MHz) = 0V, RFL2(13MHz) = 1500V] 所示, 通过双频的 RF 偏置, 还能够在将能量平均值或中心值固定为 例如 1500V 的情况下, 在例如约 1000eV 到约 3000V 的范围内使能带的宽度 EW 任意可变。
     这样, 在本实施方式中, 能够在 RF 偏置中仅使用第一高频 RFL1(0.8MHz) 时的 IED 特性 ( 图 8A) 与 RF 偏置中仅使用第二高频 RFL2(13MHz) 时的 IED 特性 ( 图 8E) 之间, 任意 调节能带的宽度 EW 来得到中间的 IED 特性。
     另 外, 即 使 在 中 间 IED 特 性 中, 当 第 二 高 频 RFL2 与 第 一 高 频 RFL1 的 功 率 比 为 1125V ∶ 375V = 3 ∶ 1 时所得到的图 8B 的 IED 特性, 也表现出特征性的凹形分布形状。 即, 在最小能量及其附近的能量区域 ( 约 250eV ~约 750eV) 和最大能量及其附近的能量区域 ( 约 2250eV ~约 2750eV), 离子带状地集中, 在中间的能量区域 ( 约 750eV ~约 2250eV), 均匀 ( 一样 ) 地离子分布数少。该凹形的 IED 特性, 与如使用 2 个高频 RFL1、 RFL2 中任一个 的情况那样离子尖峰地集中在最小能量和最大能量的 U 形的 IED 特性 ( 图 8A、 图 8E) 也不 同。 另外, 虽然省略了图示, 但即使是在图 8D[RFL1(0.8MHz) = 375V, RFL2(13MHz) = 1125V] 与图 8E[RFL1(0.8MHz) = 0V, RFL2(13MHz) = 1500V] 的中间, 即, 当第二高频 RFL2 与 第一高频 RFL1 的功率比为约 1 ∶ 30 时, 也能够得到与图 8B 同样的凹形的中间 IED 特性。
     这样, 本实施方式中, 在 RF 偏置中将频率不同的第一高频 RFL1 和第二高频 RFL2 组 合地使用, 控制它们的总功率和 / 或功率比, 由此能够针对入射到基座 12 上的半导体晶片 W 的表面的离子的能量分布 (IED), 对能带宽度和分布形状、 进而入射能量的总量进行各种 控制。
     这里, 第一高频 RFL1 和第二高频 RFL2 的频率不限于上述的值 (0.8MHz, 13MHz), 可 以在一定的范围内任意选定。如从图 8A 的 IED 特性与图 8E 的 IED 特性的对比可知那样, 单频偏置中的离子能量分布的宽度 ( 能带 )EW, 频率越低时越宽, 频率越高时越窄。
     这一点如图 9 所示, 与频率和变换函数 α(f) 的关系相对应。从而, 为了扩大能带 + EW 的可变范围, 虽然也依赖于在蚀刻工艺中起到支配作用的离子的种类 (F 、 Ar+、 C4F6+ 等 ), 但是基本上, 将第一高频 RFL1 的频率选定为较低的值 ( 优选 100kHz ~ 6MHz), 将第二高频 RFL2 的频率选定为较高的值 ( 优选 6MHz ~ 40MHz) 即可。特别是, 当第二 高频 RFL2 的频 率过高时, 即超过 40MHz 时, 由于等离子体生成效应增强, 不再适合作为 RF 偏置, 因此优选 40MHz 以下的频率。
     [ 太阳城集团工艺的实施例 ]
     如上所述, 本实施方式的等离子体蚀刻装置与该种的现有装置相比, 能够显著提 高 RF 偏置功能的控制性, 特别是在各向异性蚀刻中发挥很大的工艺性能。
     这里, 作为能够适于使用本实施方式的等离子体蚀刻装置的蚀刻加工, 以图 10 所 示的 HARC(High Aspect Ratio Contact) 工艺作为例子。HARC 工艺是在绝缘膜或氧化膜 ( 典型而言是 SiO2 膜 )90 形成细且深的接触孔 ( 或通孔 )92 的蚀刻加工技术, 在大规模集 成电路的制造工艺中的 BEOL(Back End Of Line, 后端工序 ) 的接触蚀刻 ( 或通孔蚀刻 ) 中 使用。
     在 HARC 工艺中, 为了形成高深宽比的微细孔 92, 要求高精度的各向异性形状和 相对于掩模 94( 和基底膜 96) 的高的选择比。因而, 采用如下方法 : 使用碳氟化合物系 (fluorocarbon) 的气体作为腐蚀 ( 蚀刻 ) 气体, 通过 CFx 自由基, 在掩模 94 和 SiO2 模 90 的孔 92 的侧壁 98, 作为侧壁保护膜堆积聚合膜, 并且通过 RF 偏置, 将 CFx+ 或 Ar+ 等的离子 垂直引入到 SiO2 膜 90 的孔 92 中进行垂直蚀刻。这种情况下, 由于化学的活度高的 F 自由 基使各向异性和选择性两方面降低, 因此广泛使用 F 自由基生成少且 C/F 比大的 C4F8、 C5F8、 C4F6 等气体。
     在这样的 HARC 工艺中, 为了提高 SiO2 膜的蚀刻速度, 需要 (1) 增加离子入射量, (2) 增加自由基中的 F 总量, 以及 (3) 充分的离子能量。因而, 采用如下方法 : 针对上述 (1) 的要求条件, [1] 调整等离子体生成用高频的功率, 针对上述 (2) 的要求条件, [2] 调整碳氟 化合物气体 ( 例如 C4F8) 的流量, 针对上述 (3) 的要求条件, [3] 调整离子引入用高频的功 率。
     另外, 为了提高 SiO2 膜 90 相对于掩模 94( 和基底膜 96) 的选择比, 需要 (4) 适当 的 O2/C4F8 流量比和 (5) 增加 Ar 稀释的总气体流量。因而, 采用针对上述 (4) 的要求条件, [4] 调整 O2 气流量, 针对上述 (5) 的要求条件, [5] 调整 Ar 气体流量的方法。
     另外, 太阳城集团选择比的上述 (4)、 (5) 的要求条件, 基于下述的蚀 刻机理。即, 在蚀刻 中的稳定状态下总是对 SiO2 膜的表面照射碳氟化合物自由基, 因此在其表面上存在数分子 层的 CF 膜。该 CF 膜的厚度与蚀刻速度存在密切的关系。
     图 11A 和图 11B 表示在使用 C4F8/Ar/O2 的混合气体作为蚀刻气体的情况下, 使 Ar 气体和 O2 气的流量固定, 并使 C4F8 气体的流量变化时 SiO2 膜和 SiN 膜各自的蚀刻速度和在 它们的膜表面分别堆积的 CF 聚合膜的厚度。
     如图 11A 所示, 在 SiO2 的蚀刻中, 当提高 C4F8 流量时, 蚀刻速度 (E/R) 增大到 11sccm, 在 11sccm 表现出极大值之后, 与 CF 膜厚的增加成反比地减少, 在 22sccm 以上成为 水平。这里, C4F8 流量为 11sccm 时的 SiO2 上的 CF 膜厚薄到 1nm, 不过, 这是因为在 SiO2 蚀 刻时所释放的氧与 CF 膜发生反应, 从而生成挥发性的物质 ( 即去除 CF 膜 )。
     另一方面, 如图 11B 所示, 在 SiN 的蚀刻中, 不释放氧, 而代之释放氮, 但是由于其 CF 膜除去能力与氧相比格外小, 因此 SiN 上的 CF 膜厚达到 5nm, 蚀刻被抑制。
     另外, 在 SiO2 蚀刻和 SiN 蚀刻的任一蚀刻中, 添加气体的 O2 都具有调节 CF 膜除去 速率的功能。
     在如上所述的 HARC 工艺中, SiN 被用于基底膜 96, 一般使用有机膜作为掩模 94。 有机膜针对在如上所述的条件下使 C4F8 气体的流量变化时的蚀刻速度和 CF 膜厚, 也表现出 与 SiN 同样的特性。
     这样, 利用基于蚀刻时有无释放氧或释放量差异的 CF 膜厚度的差异和蚀刻速度 的差异, 通过 [4] 调整 O2/C4F8 流量比, 以及 [5] 通过 Ar 稀释 ( 增加总气体流量 ) 来减少使 选择比恶化的 F 原子自由基, 能够充分提高 SiO2 膜相对于基底膜 96 的 SiN、 掩模 96 的有机 膜 ( 有时也包括上层的光致抗蚀剂 ) 的选择比。
     如上所述, 在一般的等离子体蚀刻装置中, 通过运用针对 [1] 等离子体生成用高 频的功率、 [2] 碳氟化合物气体 ( 例如 C4F8) 的流量、 [3] 离子引入用高频的功率、 [4]O2/C4F8 流量比 ( 特别是 O2 流量 )、 [5]Ar 流量的各调整技术, 在 HARC 工艺中也能够实现高蚀刻速度和高选择比。但是, 在 HARC 工艺中, 由于需要非常高的选择比, 因此必须使用堆积性非常 强的条件, 其结果是, 使用附着率高的自由基。
     这种情况下, 如图 12(b) 所示, 侧壁 98 上的堆积膜 100 的被覆性 ( 有效范围 ) 恶 化, 孔 92 的入口附近变窄, 易于发生缩颈 102。当发生缩颈 102 时, 对孔 92 的底部的自由基 或离子的供给变得不充分, 由此, 导致孔底 CD(Critical Dimension, 临界尺寸 ) 缩小, 垂直 切削孔底的蚀刻率降低。另外, 也存在入射离子在缩颈 102 的上方被反射, 在缩颈 102 的下 方发生侧壁 98 的塌心 ( 弯曲 (bowling))。
     这样, 为了得到高选择比, 虽然需要使用附着率高的自由基 (CxFy 自由基 ), 但是由 此易于产生缩颈 102。于是, 为了避免缩颈 102 而使用附着率低的自由基时, 如图 12(a) 所 示, 掩模 94 上的堆积膜 100 变得过薄, 不能得到充分的选择比。
     如上所述, HARC 工艺中, 在总括 (blanket) 特性 ( 蚀刻速度、 选择比 ) 与蚀刻形状 之间存在折衷的关系, 在离子引入用途中使用单一频率的高频的现有 RF 偏置技术下不能 够解决该折衷的问题。
     图 13(a) 表示在 HARC 工艺中使用附着率高的自由基时氧化膜 (SiO2) 和有机膜相 对于入射离子的能量的蚀刻效率的特性。 如上所述, 当使用附着率高的自由基时, 在低离子 能量区域中用堆积膜保护掩模 ( 有机膜 ) 的表面, 仅选择性地蚀刻氧化膜。而且, 当离子能 量超过某个阈值 Et 之后, 则通过离子照射进行的物理蚀刻超出堆积膜的保护, 掩模 ( 有机 膜 ) 被切削。当然, 由于入射离子的能量增大, 氧化膜的蚀刻效率也单调增大。
     如果从提高选择比的观点出发, 优选离子集中分布在阈值 Et 附近的能量区域那样 的离子能量分布特性。然而, 当如现有方式 ( 单频偏置法 ) 那样在单频的 RF 偏置下相对应 时, 如图 13(b) 所示, 离子能量分布完全收敛于比阈值 Et 低的区域。这种情况下, 集中在最 小能量附近的离子对氧化膜的蚀刻几乎没有贡献。于是, 即使通过集中在最大能量附近的 离子的作用而得到高的选择比, 也不能够避免或抑制上述的缩颈 100。
     本发明人在如图 15 所示的 HARC 工艺的模型中, 对在相对于有机膜表面的法线 N 入射角 θ 为 0°的部位 ( 掩模上表面 ) 和入射角 θ 为 80°的部位 ( 缩颈斜面 104), 蚀刻 效率相对于离子能量的特性进行了比较, 结果判明如下。即, 如图 14(a) 所示, 掩模上表面 (θ = 0° ) 与缩颈 部位 (θ = 80° ) 相比, 蚀刻效率的上升快, 但是当入射离子的能量大 于规定值 Es 时, 两者的关系反转, 缩颈斜面 104(θ = 80° ) 比掩模上表面 (θ = 0° ) 更 易于被蚀刻。即, 通过离子照射, 虽然掩模上表面也被削除, 但是缩颈斜面 102 比其更高效 地被削除, 能够得到缩颈 CD 扩大这样的改善效果。
     鉴于上述 HARC 工艺中的氧化膜和有机膜 ( 掩模 ) 的蚀刻效率 / 离子能量特性, 如 图 14(b) 所示, 可知跨越在上述阈值 Et 附近比其低的第一能量区域和在上述规定值 Es 附近 比其高的第二能量区域, 两极化了的凹形的 IED 特性是适合的。
     即, 通过离子集中分布在上述第一能量区域, 选择比变高, 通过离子集中分布在上 述第二能量区域, 能够有效地避免或抑制缩颈 102。
     另外, 上述第一能量区域与上述第二能量区域之间的能量区域, 从提高选择比和 抑制缩颈的任意观点出发都是不期望的区域, 分布在该中间区域的离子少这一点是有利 的。
     本发明人在如上所述的 HARC 工艺的实验中使用实施方式的等离子体蚀刻装置,改变第一高频 RFL1(0.8MHz) 和第二高频 RFL2(13MHz) 的功率比, 对蚀刻特性进行了比较, 得 到了如图 16 和图 17 所示的结果。主要的蚀刻条件如下所述。
     晶片口径 : 300mm
     蚀刻气体 : C4F6O2 = 60/200/60sccm
     腔室内的压力 : 20mTorr
     温度 : 上部电极 / 腔室侧壁 / 下部电极= 60/60/20℃
     高频电力 : 等离子体生成用高频 (60MHz) = 1000W
     离子引入用高频 (13MHz/0.8MHz) = 4500/0W、 4000
     /500W、 3000/1500W、 2000/2500W、 1000/3500W、
     0/4500W(6 种 )
     直流电压 : VDC = -300V
     蚀刻太阳城集团 : 2 分钟
     在该实验中, 将离子引入用第一高频 RFL1(0.8MHz) 和第二高频 RFL2(13MHz) 的总功 率固定为一定值 (4500W), 以功率比为参数, 选择了从 4500/0W 到 0/4500W 的 6 个阶段。
     在 HARC 工艺中, 优选的蚀刻特性是 : SiO2 膜的蚀刻速度大, 掩模选择比大, 缩颈 CD 与弯曲 CD 之差小, 掩模侧壁倾斜角大。 如果从这样的观点进行评价, 则可知将第一高频 RFL1 和第二高频 RFL2 的功率选择为 RFL1 = 1000W, RFL2 = 3500W 时的蚀刻特性表示出综合性最 佳的结果。这种情况下, 2 个高频 RFL1、 RFL2 的功率比是 RFL2 ∶ RFL1 = 3.5 ∶ 1, 虽然省略了 图示, 但是能够得到与图 8B 同样的凹形的 IED 特性。
     如上所述, 根据本发明的双频偏置法, 能够巧妙地解决 HARC 工艺中的折衷。除此 以外, 根据本发明的双频偏置法, 还能够与上述同样地解决开孔蚀刻加工中的选择比与顶 部 CD/ 弯曲 CD/ 底部 CD 的折衷、 等离子体 CVD 中的成长速度与无缝形状的折衷等。
     另外, 对于如上所述的 HARC 工艺, 通过本发明的双频偏置法所得到的凹形的 IED 特性有效地发挥作用。然而, 通过本发明的双频偏置法所得到的平坦 (flat) 形的 IED 特性 ( 图 6B、 图 7B、 图 8C) 或山形的 IED 特性 ( 图 7C) 也是通过现有单频偏置法不能够得到的独 特的特性, 具有能够使某规定的工艺特性最优化的可能性。
     [ 实施方式中的 DC 偏置功能 ]
     本实施方式的等离子体蚀刻装置, 根据需要接通开关 84, 对上部电极 48 施加来自 可变直流电源 82 的直流电压 VDC。这样, 通过对上部电极 34 施加适当的直流电压 VDC, 特别 是负极性且适当大小 ( 绝对值 ) 的直流电压 VDC, 能够强化在等离子体蚀刻的掩模中使用的 光致抗蚀剂膜 ( 特别是 ArF 抗蚀剂膜 ) 的耐蚀刻性。
     即, 当从可变直流电源 82 对上部电极 48 以负极性的高压 ( 优选与通过施加第三 高频 RFH 在上部电极 48 产生的自偏压相比绝对值更大的负极性的电压 ) 施加直流电压 VDC 时, 在上部电极 48 与等离子体之间形成的上部离子鞘增厚。由此, 等离子体中的离子被上 部离子鞘的电场加速, 增加与上部电极 48 的电极板 50 碰撞时的离子碰撞 ( 冲击 ) 能量, 通 过 γ 放电从电极板 50 释放出的二次电子增多。而且, 从电极板 50 释放出的二次电子由上 部离子鞘的电场向着与离子相反的方向加速, 穿过等离子体 PR, 进而横跨 ( 横切 ) 下部离 子鞘, 以规定的高能量射进 ( 打入 ) 基座 16 上的半导体晶片 W 表面的抗蚀剂掩模。这样, 当抗蚀剂掩模的高分子吸收电子的能量时, 产生组成变化、 构造变化、 架桥反应等, 形成改质层, 增强了耐蚀刻性 ( 耐等离子体性 )。随着施加于上部电极 48 的负极性的直流电压 VDC 的绝对值增大, 射进抗蚀剂掩模的电子的能量增加, 抗蚀剂掩模的耐等离子体性增强的效 果增大。
     另一方面, 在本实施方式的等离子体蚀刻装置中, 如上所述, 对于基座 16 一侧的 RF 偏置组合使用频率不同的第一高频 RFL1 和第二高频 RFL2, 控制它们的总功率和 / 或功率 比, 由此太阳城集团入射到基座 16 上的半导体晶片 W 表面的离子的能量分布 (IED), 能够对能带 宽度和分布形状、 进而入射能量的总量进行各种控制。特别是, 当将第一高频 RFL1 和第二 高频 RFL2 各自的功率选择为有意 ( 非偶然 ) 的值进行组合时, 在能量分布 (IED) 中, 中间 能量的离子入射数急速增加, 入射能量的总量增大。然而, 当入射能量的总量多时, 抗蚀剂 掩模受到损伤, 其表面粗糙, 或易于带来所谓的 LER(Line Edge Roughness, 线边缘粗糙 )、 LWR(Line Width Roughness, 线宽粗糙 ) 等凹形变形或曲折变形。
     因此, 在本实施方式中, 在控制部 88 中, 根据第一高频 RFL1 和第二高频 RFL2 的总功 率和功率比的设定值, 推算出入射能量的总量 ( 可以粗略计算 ), 当入射能量的总量多时, 通过 DC 控制器 83, 增大施加于上部电极 48 的负极性的直流电压 VDC 的绝对值, 强化抗蚀剂 掩模的耐蚀刻性。 然而, 当入射能量的总量少时, 不仅缺乏强化抗蚀剂掩模的耐蚀刻性的必 要性, 而且根据下面的理由, 优选将施加于上部电极 48 的负极性的直流电压 VDC 的绝对值控 制得较小。
     即, 在本实施方式的等离子体蚀刻装置中, 通过蚀刻气体的高频放电, 氟碳气体 CXFY 离解, 生成 F 原子或 CF3 等的反应种。这些反应种与半导体晶片 W 表面的被加工膜发生 反应, 生成挥发性的生成物 ( 例如 SiF4) 的同时, 也生成作为沉积物的聚合膜 ( 例如 (CF2) n)。上部电极 48 的电极板 50 是含 Si 导电材料的情况下, 不仅半导体晶片 W 表面, 而且电 极板 50 的表面也发生同样的反应, 双方消耗反应种。这里, 当对上部电极 48 施加负极性 ( ≤ 0V) 的直流电压 VDC 时, 离子辅助效应发挥作用, 促进电极板 50 表面的蚀刻反应 ( 即反 应种的消耗 ), 富含 C 的 CFX 大量产生, 在半导体晶片 W 表面蚀刻率降低, 沉积加强。 随着 负极性直流电压 VDC 的绝对值增大, 电极板 50 表面的离子辅助效应增大, 基于上述作用的半 导体晶片 W 表面上的蚀刻率的减速和沉积的增速加强。这一点在入射到基座 16 上的半导 体晶片 W 的表面的离子的能量总量少的情况下是不希望的。 从而, 在这种情况下, 控制部 88 通过 DC 控制器 83, 将施加于上部电极 48 的负极性的直流电压 VDC 的绝对值控制得较小。
     [ 其他实施方式或变形例 ]
     在上述的实施方式中, 对上部电极 48 施加从第三高频电源 66 输出的等离子体生 成用的第三高频 RFH。作为其他实施方式, 如图 18 所示, 也可以将基座 ( 下部电极 )16 与第 三高频电源 66 和匹配器 68 电连接, 对基座 16 施加等离子体生成用的第三高频 RFH。
     上述实施方式涉及在腔室内通过平行平板电极间的高频放电生成等离子体的电 容耦合型等离子体处理装置。 然而, 本发明也能够适用于在腔室的上表面或周围配置天线, 在高频感应电磁场下生成等离子体的感应耦合型等离子体处理装置, 或使用微波的功率生 成等离子体的微波等离子体处理装置等。
     本发明不限于等离子体蚀刻装置, 还能够适用于等离子体 CVD、 等离子体氧化、 等 离子体氮化、 溅射等其他等离子体处理装置。 另外, 本发明中的被处理基板不限于半导体晶 片, 也能够是平板显示器、 EL 元件或太阳能电池用的各种基板、 光掩模、 CD 基板、 印刷基板等。
     附图标记的说明 10 : 腔室 16 : 基座 ( 下部电极 ) 36 : 第一高频电源 38 : 第二高频电源 48 : 上部电极 60 : 处理气体供给源 76 : 排气装置 82 : 可变直流电源 88 : 控制部。

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等离子体 处理 方法 装置
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