蚀刻方法和等离子体处理装置与流程

本发明涉蚀刻方法和等离子体处理装置。

背景技术：

在有机膜的蚀刻步骤中，当将基片的温度控制为20℃的低温时，形成于基片的孔和线(line)的侧面的蚀刻受到抑制，不易产生孔等的侧面扩展而形成的侧凹(bowing)，能够使蚀刻形状垂直。另一方面，当基片的温度为20℃时，容易产生因蚀刻生成的副生成物再次附着在孔等内而产生的堵塞物(clogging)。

对此，当将基片的温度控制为60℃的高温时，副生成物难以再次附着在孔等内，不易产生堵塞物(clogging)，另一方面，促进孔等的侧面的蚀刻，容易产生侧凹(bowing)。如此，在将基片的温度控制在20℃的低温和60℃的高温的情况下，侧凹与堵塞物之间存在此消彼长(trade-off)的关系，成为一个现象被改善而另一个现象不被改善的状况。

专利文献1、2提出了在基片的温度为﹣35℃以下的极低温环境中，利用由气体生成的等离子体执行蚀刻处理的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-228690号公报

专利文献2：日本特开2017-220649号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

优选消除因温度控制而导致的侧凹与堵塞物之间的此消彼长的关系，改善侧凹和堵塞物这两种现象。

本发明提供一种能够在蚀刻中抑制产生侧凹并且抑制产生堵塞物的技术。

用于解决技术问题的技术手段

依照本发明的一个实施方式，提供一种能够在处理容器内蚀刻基片上的有机膜发热蚀刻方法，其包括：将上述基片的温度控制为﹣35℃以下的步骤；和将含氧气体供给到上述处理容器内的步骤。

发明效果

依照一个方面，能够在蚀刻中抑制产生侧凹并且抑制产生堵塞物。

附图说明

图1是表示一实施方式的等离子体处理装置的纵截面的一例的图。

图2是表示一实施方式的蚀刻处理的结果的一例的图。

图3是表示一实施方式的与晶片的温度对应的蚀刻速率的一例的图。

附图标记说明

1：等离子体处理装置

10：硅基片

11：载置台

12：气体喷淋头

17：气体供给源

20：有机膜

21：第一高频电源

24：第二高频电源

30：掩模

41a：制冷剂流路

42：制冷单元

44：导热用气体供给源

46：静电吸盘

48：直流电源

100：控制部

c：处理容器。

具体实施方式

以下，参照附图说明用于实施本发明的方式。此外，在本说明书和附图中，对实质上相同的构成标注相同的附图标记，而省略重复的说明。

[等离子体处理装置的整体构成]

首先，参照图1，说明本发明的一实施方式的等离子体处理装置1。图1表示本实施方式的等离子体处理装置1的纵截面的一例。本实施方式的等离子体处理装置1是在处理容器c内使载置台11与气体喷淋头12相对地配置的平行平板式的等离子体处理装置(电容耦合式等离子体处理装置)。载置台11也作为下部电极发挥作用，气体喷淋头12也作为上部电极发挥作用。

等离子体处理装置1例如具有由表面经耐酸铝处理(阳极氧化处理)的铝形成的圆筒形的处理容器c。处理容器c接地。载置台11由支承体19支承，从而配置在处理容器c的底部。载置台11具有静电吸盘46，在静电吸盘46上载置作为基片的一例的晶片w。在晶片w，在硅的基底膜上形成有作为蚀刻对象膜的有机膜。载置台11例如由al、ti、sic形成。

静电吸盘46能够静电吸附并保持晶片w。在静电吸盘46中，在绝缘体的内部配置有电极47。从直流电源48对电极47施加直流电压hv，由此利用产生的库伦力将晶片w吸附到静电吸盘46。但是，也可以为在载置台11不设置静电吸盘46。

在载置台11的内部形成有制冷剂流路41a。制冷剂流路41a与制冷剂入口配管41b和制冷剂出口配管41c连接。从制冷单元42输出的例如冷却水、盐水(brine)等冷却介质在制冷剂入口配管41b、制冷剂流路41a和制冷剂出口配管41c中循环后返回到制冷单元42。

导热用气体供给源44将he气体、ar气体等导热气体通过体供给线43供给到载置台11的上表面与晶片w的下表面之间。依照该构成，载置台11利用在制冷剂流路41a中循环的冷却介质和供给到晶片w的下表面的导热气体来进行温度调节，由此能够调节晶片w的温度。

此外，制冷单元42、制冷剂流路41a、制冷剂入口配管41b、制冷剂出口配管41c、导热用气体供给源44和气体供给线43是用于控制晶片w的温度的控制部的一例。但是，控制部的构成不限于此，构成不限于此，例如，可以不设置导热用气体供给源44和气体供给线43。另外，也可以在载置台11内设置加热器，控制部控制加热器，来控制晶片w的温度。

第一高频电源21经由匹配器22与气体喷淋头12连接。第一高频电源21将例如60mhz的高频电力施加到喷淋头12。第二高频电源24经由匹配器23与载置台11连接。第二高频电源24将频率比从第一高频电源21输出的频率低的、例如40mhz的高频电力施加到载置台11。此外，在本实施方式中，将第一高频电力施加到气体喷淋头12，不过也可以施加到载置台11。

匹配器22使负载阻抗与第一高频电源21的内部阻抗相匹配。匹配器23使负载阻抗与第二高频电源24的内部阻抗相匹配。由此，匹配器22发挥作用，以使得在处理容器c内生成等离子体时第一高频电源21的内部阻抗与负载阻抗看起来一致。同样，匹配器23发挥作用，以使得在处理容器c内生成等离子体时第二高频电源24的内部阻抗与负载阻抗看起来一致。

气体喷淋头12隔着覆盖其周缘部的屏蔽环13安装在处理容器c的顶部。可以为气体喷淋头12与可变直流电源连接而对其施加直流电压。

在气体喷淋头12形成有用于导入气体的气体导入口18。在气体喷淋头12的内部设置有与气体导入口18相连的扩散室14。将气体从气体供给源17输出，经由气体导入口18供给到扩散室14，使之扩散并从多个气体供给管15和气体供给孔16导入到处理空间u。

在处理容器c的底面形成有排气口32，利用与排气口32连接的排气装置31将处理容器c的内部排气。由此，能够将处理容器c内维持在规定的真空度。在处理容器c的侧面设置有闸阀g。闸阀g在将晶片w送入和送出处理容器c时打开。

在等离子体处理装置1设置有控制装置整体的动作的控制部100。控制部100包括cpu(centralprocessinguni，中央处理器)105、rom(readonlymemory，只读存储器)110和ram(randomaccessmemory，随机存储存储器)115。cpu105按照存储于上述的存储区域的方案来执行蚀刻处理。在方案中设定有与处理条件对应的装置的控制信息，即处理时间、压力、高频电力、各种气体流量、处理容器内温度(上部电极温度、处理容器的侧壁温度、静电吸盘温度等)、制冷单元42的制冷剂温度等。此外，方案可以存储在硬盘或者半导体存储器，也可以以收纳于cd-rom、dvd等移动式的计算机可读取的存储介质的状态下设置在存储区域的规定位置。

在蚀刻处理时，控制闸阀g的开闭，保持晶片w的输送臂从闸阀g进入处理容器c内。升降销上升，由此将晶片w从输送臂转移到升降销，升降销下降由此载置到静电吸盘46。从直流电源48对电极47施加直流电压hv，利用由此产生的库伦力将晶片w吸附并保持在静电吸盘46。

接着，供给蚀刻用的处理气体，从第一高频电源21和第二高频电源24将等离子体生成用和偏置电压产生用的高频电力供给到处理容器c内。利用高频电力的能量由气体生成等离子体，利用该等离子体对晶片w实施等离子体蚀刻处理。

在蚀刻处理后，从直流电源48对电极47施加与吸附晶片w时正负相反的直流电压hv以除去晶片w的电荷后，升降销上升，由此将晶片w从静电吸盘46剥离。将晶片w从升降销转移到输送臂，然后从闸门送出。

[蚀刻处理]

接着，参照图2，说明上述构成的等离子体处理装置1执行的蚀刻处理的一例。图2是表示一实施方式的蚀刻处理的结果的一例的图。如图2所示，进行蚀刻处理的蚀刻对象膜是形成于硅、金属的基底层10上的有机膜20。

有机膜20可以为碳膜，可以为光致抗蚀剂膜，也可以为barc(bottomantireflectivecoating)等防反射膜。碳膜可以为涂敷碳膜。

在有机膜20上，掩模30形成为规定的图案。也可以为掩模30例如由硅形成。图2的上部表示将形成于基底层10上的有机膜20和掩模30从x方向纵向地切断而得到的膜的截面的一例。

图2的下部表示将形成于基底层10上的有机膜20和掩模30从y方向纵向地切断而得到的膜的截面的一例。根据y方向的膜的截面的图可知，在有机膜20之间形成有间隔物(spacer)40。间隔物40可以由sic或者sio2形成。等离子体处理装置1所执行的蚀刻处理中，在没有掩模30的部分，间隔物40之间的有机膜20被蚀刻。由此，在没有掩模30的部分，有机膜20被蚀刻，形成有线50。以下，以线50为例进行说明，不过利用蚀刻形成有孔的情况也是相同的。

(比较例1)

图2的最上部表示晶片的温度。在比较例1中，将晶片w的温度控制为20℃，将h2气体和n2气体供给到处理容器c内，施加了等离子体生成用和偏置电压产生用的高频电力。图2的中央列表示比较例1的实验结果的一例。

堵塞物，是在蚀刻有机膜20时削去掩模30或者露出的基底层10而产生的副生成物60附着于掩模30、线50的侧部的情况。当将晶片w的温度控制为20℃的低温时，因蚀刻处理而生成的副生成物不易飞到线50之外。其结果，副生成物60再次附着到线50的开口或侧面，产生堵塞物。

(比较例2)

对此，在比较例2中，将晶片w的温度控制为60℃，将h2气体和n2气体供给到处理容器c内，施加了等离子体生成用和偏置电压产生用的高频电力。图2的右列表示比较例2的实验结果的一例。

当将晶片w的温度控制为60℃时，与晶片w的温度为20℃时相比蚀刻速率提高，能够缩短蚀刻时间。由于蚀刻时间变短，因此副生成物60难以再次附着在线50的开口或侧面，能够抑制产生堵塞物。

另一方面，当将晶片w的温度控制为60℃时，在蚀刻处理时容易削去线50的侧部。其结果，在线50的侧部产生侧凹，无法保持蚀刻形状的垂直性。

(本实施方式)

在本实施方式中，将晶片w的温度降低至极低温区域后，进行蚀刻处理。例如，图2的左列表示：将晶片w的温度控制为﹣40℃，将o2气体供给到处理容器c内，施加了等离子体生成用和偏置电压产生用的高频电力时的实验结果的一例。

据此，通过防止在蚀刻生成中的副生成物再次附着，能够消除产生堵塞物，并且抑制在有机膜20的侧面处的反应而消除产生侧凹的情况，能够使蚀刻形状垂直。

图3的图表表示在生成o2气体的等离子体时的、与横轴的晶片w的温度对应的纵轴的蚀刻速率。蚀刻速率以晶片w的温度为﹣35℃作为拐点，在﹣35℃以下蚀刻速率随着晶片w的温度而降低。另一方面，在﹣35℃以上，晶片w的温度发生改变，蚀刻速率大致不变。

这是考虑到，在﹣35℃以下的极低温区域，化学的溅射率减少而导致的。通常，蚀刻是利用因等离子体中的离子撞入而物理性地削去蚀刻对象膜和因等离子体中的自由基的反应而化学性地削去蚀刻对象膜这两者的作用来进行的。即，可以利用离子来蚀刻蚀刻对象膜，也可以利用自由基来蚀刻蚀刻对象膜。

离子具有指向性，垂直于线50入射，因此难以成为产生侧凹的主要因素。对此，由于自由基不具有指向性，因此与线50的侧面的有机膜20发生化学反应，容易产生侧凹。所以，侧凹可以认为主要因自由基与有机膜的化学反应而产生。

利用o2气体的等离子体的蚀刻与利用h2气体和n2气体的等离子体的蚀刻相比，蚀刻速率高5～6倍。因此，当一边将晶片w的温度控制为20℃、60℃一边利用o2气体的等离子体进行蚀刻时，与一边对晶片w的温度进行相同的控制一边利用h2气体和n2气体的等离子体进行蚀刻的情况相比，容易产生侧凹。

但是，在本实施方式中，将晶片w的温度控制在﹣35℃以下的极低温后，利用o2气体的等离子体进行蚀刻。由此，如图3的图表所示，通过降低蚀刻速率，能够抑制产生侧凹。

另外，认为在﹣35℃以下的极低温区域，自由基的反应温度低，因此自由基与有机膜难以发生化学反应。由此，认为在﹣35℃的极低温区域，自由基与有机膜的化学反应受到抑制，不产生侧凹。此外，将晶片w的温度控制在﹣35℃以下的极低温后利用h2气体和n2气体的等离子体进行蚀刻，蚀刻速率低，蚀刻没有进展。

在本实施方式的蚀刻处理中，能够抑制产生侧凹和产生堵塞物这两者。对该理由进行考察。在晶片w的温度为﹣35℃的极低温区域，利用o2气体的等离子体进行的蚀刻处理时间，比比较例1、2的利用h2气体和n2气体的等离子体进行的蚀刻处理时间短。因此，认为在蚀刻处理时生成的副生成物变少，能够避免产生堵塞物。

即，在本实施方式中，提供一种蚀刻晶片w上的有机膜20的方法，其将晶片w的温度控制在﹣35℃以下的极低温区域，供给o2气体，生成o2气体的等离子体。由此，能够抑制在蚀刻有机膜20的期间生成的副生成物再次附着到线50内(抑制产生堵塞物)，并且，使线50的蚀刻形状垂直(抑制产生侧凹)。

此外，根据图3的图表，晶片w的温度在﹣35℃以下即可，优选﹣55℃～﹣35℃。另外，在本实施方式的蚀刻方法中供给的气体不限于o2气体，为含氧气体即可。含氧气体可以为例如至少包含o2气体、或者co气体、或者o2气体和co气体的气体。至少包含o2气体的气体还可以为包含he气体、n2气体、ar气体、h2气体或者碳氟化合物气体的气体。至少包含o2气体和he气体的气体还可以为包含cos气体的气体。碳氟化合物气体可以为c4f6气体。

本发明的一实施方式的蚀刻方法和等离子体处理装置所有的方面均是例示，应不被认为限制性。上述的实施方式在不脱离所附的权利要求的范围及其主旨的情况下，能够以各种方式进行变形和改良。上述多个实施方式所记载的事项，在不矛盾的范围内能够采用其他的构成，另外在不矛盾的区域内能够组合。

本发明的等离子体处理装置也能够应用capacitivelycoupledplasma(ccp)、inductivelycoupledplasma(icp)、radiallineslotantenna、electroncyclotronresonanceplasma(ecr)、heliconwaveplasma(hwp)等类型。

在本说明书中，作为基片的一例列举晶片w进行了说明。但是，基片不限于此，也可以为lcd(liquidcrystaldisplay)、fpd(flatpaneldisplay)中使用的各种基片、cd基片、印刷电路板等。