专利名称：等离子体蚀刻方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用反应气体的等离子体，对二氧化硅膜等被蚀刻体进行蚀刻的等离子体蚀刻方法及装置。
可是，大家知道使用氩气作为稀释气体时，被蚀刻膜的中心部与周边部比较，蚀刻率变高，即蚀刻率的面内的均匀性变差。这样，在基板小时，面内均匀性不那么成问题，伴随着最近晶片大型化且微细化，制造合格率等变为重要问题。此外，也有如上所述通过电极间距离或高频偏置电压进行过程控制的比较费事的缺点。
另一方面，在特开平8-64575中公开了在通孔等蚀刻期间，为了想做成非弯曲状的形状，作为稀释气体添加氦的方法。可是关于伴随晶片大型化，提高基板蚀刻率的面内均匀性的方法，尚未开发出容易控制的方法。
本发明是有鉴于此而开发的，第1目的在于提供一种过程控制容易、蚀刻率面内均匀性优良的等离子蚀刻方法。
另一方面，平行平板型的干蚀装置基本上在真空处理容器(真空室)内设置平行、相互对置的一对板状电极，将一方的电极连接于接地电位，向另一方电极供给高频电压，同时通过流入给定的蚀刻气体，在两电极间产生该蚀刻气体的等离子体，用该等离子体中的原子团、离子或电子对在一侧电极上配置的被处理基板表面的被加工物(被蚀刻物质)进行蚀刻。
通常，在接地侧的电极上配置被处理基板的阳极耦合配置型，主要通过等离子体中的原子团和被蚀刻物质之间的化学反应产生的化学蚀刻成为主体。另一方面，在高频输入侧的电极上配置被处理基板的阴极耦合配置型，等离子体中的离子在被处理基板表面被垂直引力拉入，进行与被蚀刻物质起化学反应的物理且化学蚀刻(反应性离子蚀刻)。
目前，在这种干蚀刻装置中，虽然通过蚀刻气体压力或高频电力等能可变控制影响蚀刻加工特性的等离子体密度，但被处理基板上的等离子体密度的空间的(尤其是径向)均匀化成为问题。即，在周边部一方对被处理基板中心部而言等离子体密度容易变低，由此在被处理基板上存在所谓蚀刻加工特性变得不均匀的问题(应当改善点)。
对该问题的一个解决方案是增大电极直径，使等离子密度降低的电极周边部比被处理基板的周边部在径向外侧设计更远此。然而，最近增大被处理基板尺寸、进一步格外增大电极尺寸，由此派生的不适宜(冷却机构等的大型化、复杂化或耗电量增大等)过大，不能说是有效或实用的解决方法。
此外，本发明的目的在于提供一种不要增加电极尺寸、在被处理基板上实现等离子体密度均匀化的平行平板型的等离子体蚀刻装置。
为了达到上述目的，权利要求1所述的发明，其特征在于，产生蚀刻气体和稀释气体的等离子体，通过该等离子体中的离子和中性粒子之间的电荷交换反应使中性粒子电离化，入射到被蚀刻体，对被蚀刻体进行蚀刻的期间，作为上述稀释气体，使用氩气和上述反应的电荷交换碰撞概率高的气体并选择其混合比，通过提高等离子体均匀性进行均匀的蚀刻。
权利要求2所述的发明，其特征在于，所述反应的电荷交换碰撞概率高的气体是氦气。
权利要求3所述的发明，其特征在于，在提高上述被蚀刻体周边部的蚀刻率的情况下，通过更高设定上述氦的比率来使用。
权利要求4所述的发明，其特征在于，在上部电极和下部电极之间产生蚀刻气体和稀释气体的等离子体，通过在该等离子体的离子和中性粒子的电荷交换反应使中性粒子电离化，入射到被蚀刻体，对被蚀刻体进行蚀刻期间，为了提高等离子体的均匀性，根据在上部电极周边部上设置的屏蔽环的使用状态，改变作为上述稀释气体使用的氦气和氩气的混合比来使用。
本发明人等研究了在等离子蚀刻中使用氩气一类稀释气体时的蚀刻机理，结果发现，在该机理中，由等离子体产生的离子和中性粒子之间的相互作用有很大的影响。该现象如下所示。从依靠等离子体产生的蚀刻气体(反应气体)中生成许多离子、中性粒子和电子。而且，如此生成的离子和中性粒子在等离子中激烈碰撞，离子把电荷让与中性粒子，丧失电荷的离子成为高速中性粒子，此外，具有电荷的中性粒子电离化。其结果，电离化的中性粒子被在被蚀刻体表面形成的屏层(sheath)电场加速，输送到被蚀刻体。通过这样的反应(电荷交换反应)，连通过高速中性粒子产生的离子增强效果也不丧失，使蚀刻剂高速提供给被蚀刻体，进行蚀刻。这时的电荷交换碰撞概率在用氩气时约为50％，而用氦时约为90％，氦气遥遥领先。其结果，通过以氦气作为稀释气使用，蚀刻率变大，同时，减少易受外部环境(例如屏蔽)左右的被蚀刻体周边部的蚀刻率下降。因此，在本发明可以整体地提高蚀刻率，同时能够抑制被蚀刻体周边部蚀刻率下降，提高蚀刻率的面内均匀性。即，通过提高氦对氩的混合率，可以提高被蚀刻体周边部的蚀刻率。这是由于氦的质量为4，相反氩的质量为40，氦的质量为氩的1/10，由于扩散系数与质量(质量数)成比例，故容易扩散的氦，尤其对被蚀刻体周边部的扩散有影响。
此外，作为稀释气体使用氦气和氩气的混合气体，因为通过选择这些气体的混合比(流量比)，可以不依赖电极间距离或高频偏置电压地进行过程控制，使该控制变得容易。
权利要求5所述的发明，在可能获得真空的处理容器内设置对置的第1及第2电极，在上述第1及第2电极间加高频电压，同时，通过流入蚀刻气体，生成上述蚀刻气体的等离子体，在用上述等离子体对上述第2电极上配置的被处理基板进行蚀刻，其特征在于，为了控制在上述被处理基板径向的等离子体密度分布特性，随着上述第1电极朝向径向外侧形成，以便接近上述第2电极。
权利要求6所述的发明，其特征在于，上述第1电极具有随着朝向径向外侧接近上述第2电极那样的倾斜面。
在权利要求5及6所述的等离子蚀刻装置中，沿着第1电极倾斜面越接近径向外侧，则电极间间隙越狭窄，通过沿着电极的离子屏层内的电场强度增强，在处理基板的周边部附近等离子体密度增高。通过适当选择该倾斜面的轮廓分布(位置、尺寸、倾斜角等)，能达到被处理基板上径向的等离子体密度的均匀化。
权利要求7所述的发明，其特征在于，上述第1电极的上述倾斜面相对上述第2电极上配置的上述被处理基板延伸，以便上述倾斜面的内周端部与上述基板的中心部附近对置，上述倾斜面的外周端部与上述基板的周边部对置。
根据权利要求7所述的等离子蚀刻装置，能更有效地使上述所示的电极间间隙狭小化产生的电场强度增强作用对基板周边起作用，同时，因为在倾斜面的外周部上形成的凸部上获得增强电场，所以更增高了等离子密度。由此，可以进一步提高基板上径向的等离子体密度的均匀性。
权利要求8所述的发明，其特征在于，上述第1电极的上述倾斜面形成为平坦面。
权利要求9所述的发明，其特征在于，上述第1电极的上述倾斜面形成为弯曲面。
图1是概略地表示本发明等离子蚀刻方法中使用的蚀刻装置的图。
图2是表示通过本发明等离子体蚀刻方法和现有方法进行各自蚀刻时的蚀刻率的面内均匀性的测定结果的图。
图3是测定蚀刻率的面内均匀性和屏蔽环关系的图。
图4是表示作为本发明等离子蚀刻装置第1实施方式的第1实施例的平行平板型干蚀刻装置结构的大体纵剖面图。
图5是表示作为本发明等离子蚀刻装置第1实施方式的第2实施例的平行平板型干蚀刻装置结构的大体纵剖面图。
图6是表示正对晶片上方的电场强度分布特性的图。
图7是表示正对晶片上方的等离子体密度分布特性的图。
图8A、图8B、图8C是分别表示用于由模拟法求出的图6及图7的分布特性的电极周围主要部分尺寸方面的数值条件的图。
图9是表示图4所示的干蚀刻装置的蚀刻分布特性的图。
图10是表示图5所示的干蚀刻装置的蚀刻分布特性的图。
图11是表示本发明等离子体蚀刻装置第2实施方式的第1实施例的平行平板型干蚀刻装置结构的大体纵剖面图。
图12是用于说明图11所示的等离子体蚀刻装置的环状突出构件作用的图。
图13是表示本发明的等离子体蚀刻装置第2实施方式的第2实施例的平行平板型干蚀刻装置结构的大体纵剖面图。
图14是表示本发明的等离子体蚀刻装置第2实施方式的第3实施例的平行平板型干蚀刻装置结构的大体纵剖面图。
图1到图3表示等离子体蚀刻方法的实施方式，图1表示在该等离子体蚀刻方法中使用的等离子体装置。在该等离子体1接地的处理室2内的底部上，铺设绝缘支持板3，在该支持板3上，借助于支持台4设置感应器5。该感应器5构成下部电极，其上设置被处理基板(被蚀刻体)，例如用于吸住保持8时晶片W的静电卡盘11。此外，该感应器5连接在接地的高通滤波器(HPF)6上，同时经匹配器51连接加高频(例如2MHz)偏置电压用的第1高频电源50。上述静电卡盘11具有通过绝缘膜夹持薄膜电极12的结构，例如，连接在1.5KV的直流电源13上。
在上述支持台4的内部设置热交换室7，热交换介质经导入管8及排出管9循环，经感应器5使半导体晶片W可能维持在给定温度。该温度控制通过在半导体晶片W的背面上设置提供He气等传热介质的气体通路14，达到精度的提高。
在上述感应器5的上面设置大体环状的聚焦环16，以包围上述静电卡盘11。该聚焦环16例如通过导电性硅形成，具有使等离子体中的离子有效地入射半导体晶片的功能。
在上述处理室2内的上部，经绝缘构件25及屏蔽环55，支持上部电极21。该上部电极21表面通过防蚀铝处理的铝形成，由气体室内部规定的电极支持体22和对晶片W具有给定间隔(在该优选的实施方式中，电极5、21间距设定为7mm)平行地面对面、具有多个排气孔24的电极23构成。上述屏蔽环55是封闭等离子体，通过使其均匀化，能作到与处理微细化，处理速度上升，处理均匀化的要求相对应。设定该屏蔽环55的电阻值比上述电极板23的电阻值还高。例如作为材料可以使用石英。本发明人确认这样的屏蔽环55在等离子体均匀化方面具有效果，但是容易被等离子体浸蚀表面，在使用期间逐渐变薄，对蚀刻率的面内均匀性有不良影响。屏蔽环好的例子在特愿2000-279453上有记载，即使是本发明的蚀刻方法，也可以使用该申请书记载的那样的屏蔽环。
在上述电极支持体22上，形成与上述气体室连通的气体导入口26，连接于气体供给管27的一端。在该气体供给管27上设置阀28以及等离子体控制器29，另一端连接于处理气体供给源30上。该处理气体供给源30有供给氟烃气(CxFy，例如C4F8气)或氢氟烃气(CpHqFr)等的蚀刻气体(反应气体)的反应气体供给源和供给稀释气体的氦气供给源以及氩气供给源、和其它所需的气体源，例如氧气源，可以调节来自这些气体源的气体供给流量。
在上述处理室2的下部连接有与排气装置35连通的排气管31。该排气装置35包含涡轮分子泵等真空泵，在处理室2内可减压到10mTorr到1000mTorr的任意压力。此外，在该处理室2的侧壁上设置闸阀32，使半导体晶片可进出处理室。
上述上部电极21经供电棒33及匹配器41连接在第2高频电源40上，同时连接到低通滤波器(LPF)42上。
下面，使用上述结构的蚀刻装置，说明半导体晶片的等离子体蚀刻方法，更正确地说，在半导体晶片的上面形成的二氧化硅膜的等离子体蚀刻方法，以及实际执行该方法得到的有关蚀刻率的膜内均匀性测定数据。
在处理室2内的静电卡盘11上吸附半导体晶片的状态下，调节从处理气体供给源30供给的气体流量和排气装置35的排气速度，以便使处理室2内的压力为20mTorr。随后通过第1高频电源50在下部电极5上加第1高频功率。在该实施方式，该第1高频功率为2MHz的频率，处理中调整电压，以便使Vpp电压为1.5kV，并保持一定。通过第2高频电源40在上部电极21上加第2高频功率。该第2高频功率为60MHz，2500W。这样，通过在各电极上加高频电压，在电极间发生由供给气体产生的等离子体，基于由该等离子体生成的中性粒子和离子进行二氧化硅膜的蚀刻。
图2表示分别使氩气和氦气的流量不同，进行这样的蚀刻，测定蚀刻率的面内均匀性的结果。在该图上纵轴表示半导体晶片(二氧化硅膜)的中心取作1的标准化的蚀刻率，横轴表示从上述中心离开的位置(距离)，此外，线a(实线)表示在处理室只用氩气300sccm流量供给的情况，线b(虚线)表示氩气为200sccm、氦气为100sccm的情况，线c(点线)表示氩气和氦气分别为150sccm的情况，线d(点划线)表示氩气为100sccm、氦气为200sccm的情况，线e(双点划线)表示只用氦气300sccm的情况。
根据图2可知，在与只使用氩气的现有技术所对应的例子(实线)中，蚀刻率整体地低，中心部与周边部比较，要变高许多。即面内均匀性不佳。另一方面，在使用氦的例子(双点划线)中，不仅整体地蚀刻率高，而且从中心开始的50mm范围内面内均匀性优良。在合用氩气和氦气的例子中，随着氦气流量增加，周边部的蚀刻率变高。因此，通过合适地选择氦气和氩气的流量比，不控制电极间距或高频偏置电压，就可以进行具有所希望的面内均匀性蚀刻。
图3表示在其它条件下进行蚀刻时的、与图2同样的参考结果。可是，该例是在稀释气体的流量比不改变、厚度7mm的屏蔽环55是新的(线f)和经100小时后屏蔽环变为5mm时(线g)的测定结果。在这里，处理室内压力为40mmTorr，下部电极上所加高频功率为800KHz、1500W，上部电极上所加高频率为27MHz、2200W，电极间距为27mm，C4F8气为20sccm，CO2气为40sccm，Ar气为500sccm，O2气为10sccm。从该测定结果判断，作为稀释气体使用氩气时，随着时间的过去，即随着屏蔽环变薄，晶片周边的蚀刻率变小。这样，通过屏蔽环厚度部分地改变蚀刻率时，根据屏蔽环厚度，即使用期间，通过向氩气内添加氦气，改变两者的混合比能控制面内均匀性。
如以上说明所示，在本发明的等离子体蚀刻方法中，产生反应气体和稀释气体的等离子体，通过作为产生电荷交换反应的稀释气体使用单独的氦气或给定混合比的氦气和氩气，可以使过程控制容易、蚀刻率提高，而且面内均匀性也提高。此外，屏蔽环使用期间的蚀刻平面内均匀性的下降可以根据使用时间通过改变氦气和氩气的混合比加以补偿。
在上述实施方式，为了实施本发明的等离子体蚀刻方法，如图1所示使用平行平板型的等离子体蚀刻装置，也可以用于该领域众所周知的其它形式的装置。即，本发明对等离子体蚀刻装置的形式没有规定。虽然作为被蚀刻体对形成二氧化硅膜的硅晶片进行蚀刻的情况予以说明，但是也可以适用于其它涂膜以及其它半导体或基板的蚀刻。此外，也可以根据被蚀刻体的材质适当选定反应气体。
图4～图10表示本发明等离子蚀刻装置的第1实施方式，图4表示作为该第1实施方式中的第1实施例的平行平板型的干蚀刻装置180的主要部分。
如图4所示，该平板型干蚀刻装置180的特征在于，为了对在处理容器110内的下部电极120上进行等离子体蚀刻的半导体晶片W(被处理基板)而控制径向的等离子体密度的分布特性，在与下部电极120对置的上部电极184上设置越朝径向外侧，越接近下部电极120那样的倾斜面184a的结构。该倾斜面184a从正面(下部电极120侧)看呈环状。
在本实施方式中，以阴极耦合器方式在两电极184、120之间供给高频电压，例如分别经电容器144A、144B在下部电极120上电连接40MHz高频电源142A及3MHz高频电源142B。此外，使下部电极120的直径比静电卡盘片128直径还大，在静电卡盘片128的外周上设置聚焦环186，同时在下部电极120的侧面上粘附由例如石英形成的内壁构件188。
符号122表示支持台，支持下部电极120。而且，载置半导体晶片W的静电卡盘片128叠置例如一对聚酰亚胺树脂膜，在其中封入用于以静电力吸附半导体晶片的、例如由铜箔形成的薄的导电膜128a。在该导电膜(静电吸附用电极)128a上，经贯通下部电极120、支持台122的供电棒130，由直流电源132提供静电吸附用的给定直流电压。该直流电压供给电路内包含的线圈134及电容器136构成用于除去高频噪声的滤波器。
上部电极184由与铝形成的处理容器侧壁110同一材质构成，形成使蚀刻气体导入处理容器内的多个通气孔(未图示)。
在图4的实施例1的干蚀刻装置180中，对下部电极120上的半导体晶片W而言，倾斜面184a的内周端部184b应与半导体晶片W的中心部附件对置，倾斜面184a的外周端部184c应与半导体晶片W的周边部对置。如果观看两电极184、120间的间隔或间隙G，则倾斜面184a的内周端部184b以及在比其更靠近径向内侧的区域，电极间间隙G最大，在倾斜面184a的延伸的区域上，越靠近径向外侧，则电极间间隙G越较缓慢地倾斜，逐渐变狭，在倾斜面184a的外周端部184c以及在比其更靠近径向外侧的区域上最小。在该第1实施例，使倾斜面184a的内周端部184b一直延伸到径向内侧上的中心点附近，使上部电极做成圆柱型也可以。
这样，对于下部电极120上的半导体晶片W而言，通过从晶片中心部朝向晶片周边部越靠近径向外侧，则电极间间隙G越狭窄那样制作的上部电极构造得到例如图6及图7的曲线AE，AN所示的电场强度分布特性及等离子体密度分布特性。
即，在该第1实施例中，因为沿上部电极184的离子屏层从晶片中心部向晶片周边部越靠近径向外侧越薄，所以紧临晶片正上方的电场强度(离子屏层内的电场强度)在晶片周边部侧相对地高。况且由于与晶片周边部对置的倾斜面184a的外周端部184c上形成突出弯曲部，所以在此附近的离子屏层内产生内向斜方向的电场，对晶片周边部附近电场强度的增强作用有贡献。而且与这样的电场强度分布特性(图6的AE)相应，在晶片周边部上电极间的等离子体密度也应增强(图7的AN)。
图5表示作为本发明的等离子体蚀刻装置的第1实施方式中的第2实施例的平行平板型干蚀刻装置190。
在该平行平板型干蚀刻装置190中，如图5所示，对下部电极120上的半导体晶片W而言，倾斜面194a的内周端部194b与半导体晶片W的周边部附近对置，倾斜面194a的外周端部194c位于半导体晶片W之外(在下部电极120的外周端部附近)。电极间隙G从晶片中心部到晶片周边部保持大体一定大小，在紧临晶片周边部外侧的区域以比较急剧倾斜地变狭。
这样，对下部电极120上的半导体晶片W而言，在晶片周边部附近，电极间隙G沿径向外侧急剧倾斜地变狭的电极构造，得到例如图6及图7中的曲线BE，BN所示的电场强度分布特性及等离子密度分布特性。
如图6所示，即使在该第2实施例中，在晶片周边附近也可以增强电场强度以及等离子密度。但是如果与第1实施例相比，则电场强度增强效果颇弱，等离子体密度增强效果更低下(图7)。从此事实出发，在该第1实施方式，如图4所示，对下部电极120上的半导体晶片而言，上部电极184的倾斜面184a的内周端部184b最好位于晶片中心部的附近，此外，上部电极184的倾斜面184a的外周端部184c最好位于正对晶片周边部上方附近。
图6的电场强度分布特性AE，BE及图7的等离子体密度分布特性AN，BN是分别按照图8A、图8B所示的数值条件的尺寸形成图4及图5的装置结构的电极周围的主要部分时用模拟方法求出的，以晶片中心位置(电极中心位置)的电场强度E(center)及等离子体密度N(center)作为基准值，以径向各位置的电场强度E及等离子体密度N对基准值的比率(相对值)表示。如图8C所示，以上部电极(84)的整个面作为水平的平坦面时装置结构的电场强度分布特性及等离子体密度分布特性也分别作为比较例，以同样的模拟方法求出，以图6、图7的曲线CE，CN表示。在图8A、图8B、图8C中，垂直线CL是通过上部电极184、194及下部电极120的中心的中心线。
在图9及图10，分别表示以图8A、图8B的数值条件下设计的图4的装置结构(第1实施例)及图5的装置结构(第2实施例)的晶片上的蚀刻率分布特性一例(测定数据)。作为主要的测定条件，将被处理基板设为8时半导体晶片，处理容器110内的压力为50mT，上部电极84及下部电极20的温度分别为60℃及20℃，在过程气体中采用C4H8/O2/Ar(流量分别为20/10/100sccm)，蚀刻晶片上的SiO2膜。高频电力在40MHz(高频电源42A)侧取1000W，在3MHz(高频电源42B)侧取2000W。
如图9所示，在图4的装置结构(第1实施例)，得到在半导体晶片W上径向蚀刻率的平均值为5125/M(埃/分)，晶片面内均匀性为±5.2％的测定结果。
如图10所示，在图5的装置结构(第2实施例)，得到在半导体晶片W上径向蚀刻率的平均值为4916/M，晶片面内均匀性为±9.5％的测定结果。
相关地，在图8C的数值条件下设计的现有型的装置结构(比较例省略图示)，与上述同一测定条件下，在半导体晶片W上径向蚀刻率的平均值为5033/M，晶片面内均匀性为±11.0％。
这样，即使在该第1实施方式，尤其在如图4所示的装置结构(第1实施例)，可以使上部电极184和下部电极120之间生成的等离子体PR的密度在半导体晶片W的径向均匀化。
在上述的第1实施方式，使上部电极184上设置的倾斜面184a形成为平坦面，而使该倾斜面184a形成为凸面或凹面那样的弯曲面也可以。在上部电极184上设置同心状地多个倾斜面184a的结构也可以。
也可以使上部电极184，194的倾斜面184a，194a朝向下部电极120，在上下方向可能移动地设置，也可以在径向可能移动地设置。如果这样做，通过移动倾斜面，可以使径向的蚀刻率变化，能获得最佳的蚀刻率分布。
本发明的被处理基板不限于半导体晶片，例如既可以是例如LCD(液晶显示)基板等，也可以是可能成为干蚀刻加工对象的任意基板。
如以上说明所示，根据本发明的平行平板干蚀刻装置，通过与被处理基板预留间隔、对置侧的电极周边部上设置电场强度补偿用的突出部的结构或设置越向该电极径向外侧越接近被处理基板侧电极那样的倾斜部，可以提高被处理基板上等离子体密度分布特性。
图11～图14表示本发明的等离子体蚀刻装置的第2实施方式，图11表示作为该第2实施方式的第1实施例的平行平板型干蚀刻装置200。
该平行平板型干蚀刻装置200作为例如由铝形成的两端闭塞的圆筒状真空室而构成。在处理容器210的侧壁上设置在把被处理基板例如半导体晶片W向容器210内搬入·搬出期间打开的闸阀212。在处理容器210的上面连接有导入蚀刻气用的气体供给管214，在处理容器210的底面连接有真空排气用的排气管216。气体供给管214通至蚀刻气体供给源(未图示)，排气管216通至真空泵(未图示)。
在处理容器210内，在中央部预留一定间隔，相互平行地配置上部电极218和下部电极220，在下部电极220上配置半导体晶片W。两电极218、220选择比半导体晶片W略大的尺寸(直径)。
下部电极220是导电性构件例如由铝形成的圆板体，电气上连接接地电位，物理上经在容器底面中央部上设置的热传导率高的构件、例如在由铝形成的圆柱形支持台222上的绝缘材料(未图示)被固定。在支持台222的内部设置例如向圆周方向延伸的环状冷介质通路222a。在该冷介质通路222a上通过在装置外部上设置的冷却装置(未图示)经冷介质供给管224、226提供给定温度的冷介质例如冷却水。
在下部电极220的上面盖着圆形的静电卡盘片228，在该静电卡盘片228上载置半导体晶片W。该静电卡盘片228是与例如一对聚酰树脂膜叠置，其中封入用于依靠静电力吸附半导体晶片的、例如由铜箔形成的薄导电膜228a而形成的。在该导电膜(静电吸附用电极)228a上经下部电极220、支持台222及贯通容器底面的供电棒230，提供由直流电源232产生的静电吸附用给定的直流电压。在该直流电压供给电路内包含的线圈234及电容器236构成用于除去高频噪声的滤波器。
上部电极218是由导电性构件例如铝形成的圆板体，使比处理容器210的上面还靠下方延伸的圆筒状支持体240与外周侧面取齐平面，在其下面通过螺栓等(未图示)水平地固定安装。在上部电极218上经电容器244加上由高频电源242产生的给定功率(电力)，例如13.56MHz的高频电压。在上部电极218上形成许多通气孔218a，其上形成气体导入室246。从气体供给管214来的蚀刻气体导入到该气体的导入室246，通过上部电极218的通气孔218a应当以均匀压力·流量流入两电极218、220之间的等离子体放电空间。
该干蚀刻装置在上部电极218及圆筒状支持部240的外周侧面上贴紧或接触，但是在朝向下部电极220的外周侧端，由上部电极218产生的给定范围内包含任意的垂直错位(落差)d可能突出地构成的电极强度补偿用的环状突出构件250。该环状突出构件250当然是导电性材质好的，但也可以是绝缘性材质。可是在本实施方式中，为了做成在上部电极218侧供给高频电压的阳极耦合配置型，通过自偏置或溅射效果产生的等离子体中的反应性离子不仅入射上部电极218，而且也以相当地冲击强度入射环状突出构件250，所以优选能适应这样溅射效果的材质。
在环状突出部250上围绕外周方向预留给定间隔，形成多个贯通孔250a，在环状突出构件250的下面侧向着头部用螺栓252经贯通孔250a在垂直方向贯通。而且螺旋252的轴部能升降地贯通容器210的顶板面，在容器210的外部(上面)用螺母254螺合。附在螺母254上的垫片构件256也可以是具有密封功能的。通过这样的结构，通过螺母转动，使环状突出构件250在垂直方向变位，可以对上部电极218调节突出量(垂直落差)。
在该干蚀刻装置，半导体晶片W表面的被蚀刻物质例如为SiO2膜时，作为蚀刻气体例如CF4和Ar的混合气体从气体供给管214经气体导入室246送入到两电极218、220之间的等离子体放电空间。如果这样作，则从送入等离子体环境气氛中的蚀刻气体(CF4/Ar)中生成卤素活性粒子F*以及反应性粒子CF4+，Ar+，通过这些活性粒子及反应性离子下落或入射到下部电极220上的半导体晶片W上，对晶片W表面的氧化膜(SiO2)进行蚀刻。
在本实施方式，通过环形突出构件250的移动，对等离子体放电空间矫正或补偿从上部电极218侧来的电场使其在半导体晶片W的径向成均匀的强度，由此，由于能够使同方向的等离子体密度或等离子体中的分解生成物的浓度均匀化，所以可以获得在半导体晶片W上面内均匀的蚀刻加工特性。
关于图12，说明环状突出构件250的作用。在两电极218、220间的等离子体放电区域发生的等离子体PR也扩散到未被两电极218、220间的空间内堵塞的其周围(径向外侧)。等离子体PR和附近物体的分界上形成离子屏层SH。在这里，离子屏层SH是为了使电子速度比正离子速度大得多而存在的电场空间，等离子体PR和邻接物体之间的电压或电位变化全在该层内产生。沿上部电极218的离子屏层SH内，从等离子体PR侧向电极218产生垂直方向(Y方向)的电场Ey。
如上所述，由于在两电极218、220间发生的等离子体PR向周围(半径方向外侧)扩散，所以电极周边部一方容易变得比电极中心部的等离子体密度还低。从而，在沿上部电极218的离子屏层SH内，必然地在半径方向离电极中心部越远，则电场Ey强度越低。可是，在本实施例的干蚀刻装置中，通过如下所示的环状突出构件250的作用，增强了在上部电极218周边部附近的离子屏层SH内的电场，可以获得半导体晶片W上的面内(径向)均匀的等离子体密度。
更详细地说，在上部电极218周围，环状突出构件250还比上部电极218更向下部电极220侧突出，形成垂直落差，由此沿着在该落差的内侧或内周面250a的离子屏层SH内产生与电极218平行的横方向(X方向)的电场Ex。而且，在环状突出构件250的落差边缘部250c附近的离子屏层SH，相互正交的落差垂直面250a侧的横向电场Ex和落差水平面250b侧的垂直方向的电场Ey产生在向量上组合成内向倾斜方向(朝向晶片中心部的方向)的大的(增强的)电场Es。通过该增强电场Es，在环状突出构件250的落差边缘部(角部)250附近，给予电子的加速或动能增强，等离子体激励增强，等离子体密度增大。
在上述所示的上部电极218周边附近的电场强度增强，进而等离子体密度增强可以通过改变环状突出构件250的突出量d来实现可变调控。
即，使突出量d越大，则沿落差垂直面250a的横向电场Ex发生领域扩张，增强电场Es也增大，同时，由于落差边缘部250c处于下部电极220或半导体晶片W的周边部侧，所以等离子体密度增强的程度增大。
反之，使突出量d越小，则沿落差垂直面250a的横向电场Ex发生领域缩小，增强电场Es也减小，同时，由于落差边缘部250c处于远离下部电极220或半导体晶片W的周边部侧，所以等离子体密度增强的程度降低。作为用于获得比无环状突出构件250情况下的上部电极218周边部的垂直方向电场Ey还大的增强电场Es的条件，需要突出量d至少比沿着上部电极218的离子屏层SH的宽度(厚度)f还大。
如上所述，在本实施方式的干蚀刻装置中，在上部电极218的外周上设置能向下部电极220侧突出的环状突出构件250，通过可变调整该环状突出构件250的突出量或落差d的结构，适度地增强上部电极218周边部附近的电场强度，使两电极218、220之间生成的等离子体PR的密度在半导体晶片W的径向均匀化，进而可以获得在半导体晶片W上面内均匀的蚀刻加工特性。
图13表示作为第2实施方式中的第2实施例的平行平板型干蚀刻装置201的结构。
在该干蚀刻装置201中，把环状突出构件260固定安装在处理容器210上，使上部电极218一方相对环状突出构件260后退，做成能可变调整该后退量或落差g的结构。
更详细地说，在处理容器210的顶面上形成的圆形开口210a之中垂直下方下降地配置圆筒状的环状突出构件260，从环状突出构件260的上端部向径向外侧伸延的法兰260a在圆形开口210a的外周的处理容器210上面经O型环264载置，用螺栓266固定安装，而且，与环状突出构件260大体同形小一圈的圆筒状支持构件268下面通过螺栓等(未图示)固定安装上部电极218，经1片或数片环状间隔板或片270使圆筒状支持构件268的法兰部268a在环状突出构件260的法兰部260a上叠置，做成用螺栓272可能装卸地固定安装的结构。在这样的结构中，通过改变环状间隔板270的叠置片数，能任意调整环状突出构件260对上部电极218的突出量(落差)g。
即使在该变形例的结构中，适度地增强上部电极218周边附近的电场强度，使两电极218、220间生成的等离子体PR的密度在半导体晶片W的径向均匀化，进而能在半导体晶片W上获得面内均匀的蚀刻加工特性。不过，在调整环状突出构件260的突出量(落差)g期间，两电极218、220间的距离间隔变化，由此蚀刻加工特性例如蚀刻速度也改变。可是由于这种变化是在半导体晶W上面内均匀的，所以可以通过调整蚀刻气体的压力、处理容器210内的真空度，来自高频电源242的供给电力等可容易进行补偿。
图14表示作为第2实施方式的第3实施例的平行平板型干蚀刻装置202主要部分的结构。在该变形例中，在上部电极218的周边部上设置向下部电极220侧多段突出的环状突出构件274，而且做成在环状突出构件274上可变调整或选择多段落差构造的结构。
更详细地说，环状突出构件274，多段地叠置多个内径不同的环形板274A、274B、274C…。在该多段构造中，内径最小的环形板274A贴着图14中最上层即上部电极218，内径越大的(274B、274C…)配置在图14中下层侧，即第2电极220侧。在各环形板274A、274B、274C…上在圆周方向预留给定间隔，在同一处所或部位上形成孔275，从处理容器210内侧头向下用螺栓276贯通各孔275及容器210的孔210b，在容器210的外侧(上面)在螺栓276的螺丝部上用螺母278螺合。可以任意选择环状板274A，274B，274C…的各板厚，各自的内径也可以在确保上段的多段关系范围内任意选择。螺栓276的头部以及在螺母上附置的垫片构件280、282也可以是具有密封功能的。
根据这样的多段落差构造的环状突出构件274，由于在各段的边缘部上能增强电场，所以通过组合这些增强电场，能更加精细可变调整半导体晶片W的径向的密度分布特性。
在本变形例中，也可以通过使同一直径环状板一片或多片叠置，构成环状突出构件274。这时，通过改变环状板的种类或内径(例如从274A改变为274B)，也可以做成可变调整环状突出构件274的内径的结构。
作为在两电极间流入蚀刻气体的路径，代替在上部电极218上形成提供蚀刻气体供给用的通气孔，把蚀刻气体连接管(未图示)连接在处理容器210的侧面，从侧方把蚀刻气体送入两电极218，220之间的结构也是可以的。
在上述的实施方式中，在上部电极218、218′上做成输入高频电压的阳极耦合配置型(阳极耦合)，而在载置半导体晶片W的下部电极20侧上做成供给高频电压的阴极耦合配置型(阴极耦合)也是可以的。此外，把上部电极18、18′设置在处理容器外的结构也是可以的。
上述实施方式的环状突出构件250、260、274是具有截面直角落差边缘的，然而也可以是作为锐角或钝角落差边缘的，还可以在落差部具有曲面构造的。
权利要求
1.一种等离子体蚀刻方法，其特征在于产生蚀刻气体和稀释气体的等离子体，通过该等离子体中的离子和中性粒子的电荷交换反应使中性粒子电离化，入射到被蚀刻体，在对被蚀刻体进行蚀刻的期间，作为所述稀释气体，选定并使用氩气和所述反应的电荷交换碰撞概率高的气体及其混合比，通过提高等离子体的均匀性，进行均匀蚀刻。
2.如权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于所述反应的电荷交换碰撞概率高的气体是氦气。
3.如权利要求2所述的等离子体蚀刻方法，其特征在于在提高所述被蚀刻体周边部的蚀刻率时，通过更高地设定所述氦的比率来使用。
4.一种等离子体蚀刻方法，其特征在于在上部电极和下部电极之间产生蚀刻气体和稀释气体的等离子体，通过该等离子体的离子和中性粒子的电荷交换反应使中性粒子电离化，入射到被蚀刻体，对被蚀刻体进行蚀刻的期间，为了提高等离子体均匀性，根据在上部电极周围设置的屏蔽环的使用状态，改变作为所述稀释气体所使用的氦气和氩气的混合比来使用。
5.一种等离子体蚀刻装置，在能够获得真空的处理容器内设置相互对置的第1和第2电极、通过在所述第1和第2电极间施加高频电压的同时，流入蚀刻气体，生成所述蚀刻气体的等离子体，在用所述等离子体对在所述第2电极上配置的被处理基板进行蚀刻，其特征在于为了控制所述被处理基板的径向的等离子密度分布特性，以随着朝向径向外侧接近所述第2电极的方式，形成所述第1电极。
6.如权利要求5所述的等离子体蚀刻装置，其特征在于所述第1电极具有随着朝向径向外侧接近所述第2电极那样的倾斜面。
7.如权利要求6所述的等离子体蚀刻装置，其特征在于所述第1电极的所述倾斜面，相对于在所述第2电极上配置的所述被处理基板，所述倾斜面的内周端部与所述基板中心部附近对置，使所述倾斜面的外周端部延伸，以便与所述基板的周边部对置。
8.如权利要求6或7所述的等离子体蚀刻装置，其特征在于所述第1电极的所述倾斜面形成为平坦面。
9.如权利要求6或7所述的等离子体蚀刻装置，其特征在于所述第1电极的所述倾斜面形成为弯曲面。
全文摘要
本发明提供一种等离子体蚀刻方法，在上部电极21和下部电极5之间产生蚀刻气体和稀释气体的等离子体，通过该等离子体中的离子和中性粒子的电荷交换反应，使中性粒子电离化，入射至半导体晶片W，对该晶片进行蚀刻。此时，为了提高等离子体的均匀性，根据在上部电极周围设置的屏蔽环55的使用状态，改变作为上述稀释气体所使用的氦气和氩气的混合比来使用，使得过程控制容易、蚀刻率的面内均匀性优良。
文档编号H01L21/3065GK1477681SQ0212989
公开日2004年2月25日 申请日期2002年8月20日 优先权日2002年8月20日
发明者濑川澄江, 传宝一树, 石原博之, 永关一也, 之, 也, 树 申请人:东京毅力科创株式会社