等离子体蚀刻方法

专利名称：等离子体蚀刻方法
技术领域：
本发明涉及一种等离子体蚀刻方法，更具体地，涉及一种产生等离子体 的方法。
背景技术：
等离子体蚀刻设备将蚀刻气体引入设置有成对的阴极电极和阳极电极 的等离子体处理反应室中，通过设置到等离子体处理反应室的抽气系统上的 压强调节阀将反应室中混合气体的压强调节为大体恒定，并在电极间施加高 压以产生等离子体，从而对放置在阴极电极或阳极电极上的工件进行等离子 体处理。一些关于处于电极间施加高压产生辉光放电等离子体的瞬时态中的等 离子体蚀刻设备的问题已经被指出。例如，日本专利申请公开第8-165584号(专利文件l)指出如下的问题。 从施加电功率到放电稳定的时间段不恒定，并因此即使放电稳定之后的时间 被调节恒定也不能获得等离子体处理的可重复性。作为解决这个问题的手段，提出了一种等离子体处理方法。根据该方法， 将惰性气体引入真空容器，保持预定的真空度并将高频电功率施加到电极上 以产生等离子体，在等离子体变得稳定之后将惰性气体替换为反应气体。根据本方法，直到放电变得稳定可以防止不必要的和不利的沉积及蚀刻 发生，并且基于将惰性气体替换为反应气体以开始所需沉积或蚀刻的时间到 放电停止的时间能够控制处理时间，从而等离子体处理结果的重复性得到改 善。此外，日本专利申请公开第2002-246317号(专利文件2)指出非预期 的低质量薄膜不希望地形成的问题，这是由于在等离子体CVD方法中的放 电初始阶段，直到气体分解过程变成稳定态，由等离子体产生的要沉积的物 质及其密度才会合适。作为解决这个问题的手段，提出了一种方法。根据该方法，最初只有氢气作为稀释气体引入反应室以产生辉光放电等离子体，然后将给料气体引入 反应室同时给料气体的流速逐渐增加，该气体被辉光放电等离子体分解以形 成薄膜。描述了该方法提供如下效果。它能够防止放电开始的初始阶段不稳定等 离子体中产生的不需要的膜沉积物质形成膜。换句话说，大量良好的膜沉积物质出现在高浓度氢气稀释的等离子体中。因此，通过在这样的条件下添加 给料气体，会产生大量良好的膜沉积物质以使得在薄膜沉积初始阶段就能够 形成高质量薄膜。专利文件1:日本专利申请公开第8-165584号 专利文件2:日本专利申请公开第2002-246317号发明内容专利文件1仅描述了将惰性气体置换为反应气体。问题是气体置换时真 空容器中的压强变化很大，而且在该瞬时态等离子体变得不稳定以致于电极 之间的辉光放电等离子体被熄灭。此外，根据专利文件2，在作为稀释气体的氢气的辉光放电等离子体产 生之后，给料气体被引入反应室同时流速逐渐增加。然而，根据对实例的描 述，在各个工艺步骤中反应室中的压强被设定成恒定值。在这种情况下，看起来不可能所有引入的给料气体都被等离子体分解。 因此认为反应室中的压强会随着给料气体流速的增加而增加。看起来通过配 置在反应室抽气系统上的压强调节阀来限制压强的增加以使压强被调节为 大体上恒定的压强。通常地，反应室中压强通过测量反应室中压强的压强计的显示值的反馈 由压强调节阀来调节。因此，就会出现如下的问题。如果引入反应室的气体 流速变化，那么即使同时调节压强，压强的变化也会增加。还有另外一个问题，取决于等离子体蚀刻设备的电极结构，难于使用蚀 刻气体产生辉光放电等离子体，并因此需要大的电功率来产生等离子体。本发明就是考虑到上述问题提出的。本发明的目的是提供一种等离子体 蚀刻方法，由于该方法，等离子体蚀刻设备电极间产生辉光放电等离子体所 需的电功率降低，并产生希望条件的等离子体。本发明的另一个目的是提供一种等离子体蚀刻方法，根据该等离子体蚀刻方法，可以在等离子体薄膜沉积和等离子体蚀刻以相同的设备进行的情况 下进行等离子体蚀刻，而不需要在被设计来与用于等离子体膜沉积的优化条 件相符的等离子体处理设备上施加额外的负载。 解决问题的手段为了达到上述目的，本发明是一种等离子体蚀刻方法，包括稀释气体 引入步骤，将稀释气体引入等离子体处理反应室；压强调节步骤，调节等离 子体处理反应室中的压强大体上恒定；等离子体产生步骤，通过向设置在等 离子体处理反应室中的电极施加电功率来产生辉光放电等离子体；气体控制 步骤，将蚀刻气体引入等离子体处理反应室中，并增加蚀刻气体的流速而同 时以与蚀刻气体流速的增加大体相等的量减少稀释气体的流速；以及烛刻步 骤，通过分别设定稀释气体和蚀刻气体各自的流速到处理流速值来执行蚀 刻，并且依次执行稀释气体引入步骤、压强调节步骤、等离子体产生步骤、 气体控制步骤和蚀刻步骤。根据本发明，在电极间产生等离子体的步骤中，比蚀刻气体更可能分解 的稀释气体首先引入以使电极间能容易地产生等离子体放电。接着，以与引 入的蚀刻气体流速大体相等的量减少稀释气体的流速以保持等离子体处理 反应室中的压强大体恒定。通过将稀释气体和蚀刻气体各自的流速设定到处 理流速值来产生希望的蚀刻条件下的等离子体，而不会熄灭电极间的等离子 体。此外，根据本发明，在气体控制步骤中，优选多次执行引入蚀刻气体并 增加蚀刻气体的流速同时以与蚀刻气体流速的增加大体相等的量减少稀释 气体的流速的步骤。此外，根据本发明，在气体控制步骤中，优选连续地改变稀释气体和蚀 刻气体各自的流速。此外，根据本发明，在等离子体产生步骤中，优选将施加到电极的电功 率设定到初始电功率值，并且从气体控制步骤到蚀刻步骤该电功率增加，且 当电功率在蚀刻步骤中达到处理电功率值时电功率^f皮固定。此外，根据本发明，在气体控制步骤和蚀刻步骤中，优选电功率连续地 增力口。此外，根据本发明，在气体控制步骤结束之后及气体流速变得稳定之后 优选将施加在电极上的电功率固定到处理电功率值。此外，根据本发明，优选在电极和向电极供应电功率的电源之间配置阻抗匹配电路，并且在蚀刻步骤的稳定态下将阻抗匹配电路固定到阻抗匹配状 太此外，根据本发明，自气体控制步骤结束后经过预定时间段，优选阻抗 匹配电3各开始自动匹配运行。此外，根据本发明，电源通过阻抗匹配电路连接到配置在等离子体处理 反应室中的多个电极。此外，执行本发明等离体处理方法的等离子体蚀刻设备可用作等离子体蚀刻设备和等离子体CVD设备。 本发明的效果本发明是一种等离子体蚀刻方法，包括稀释气体引入步骤，将稀释气 体引入等离子体处理反应室；压强调节步骤，调节等离子体处理反应室中的 压强大体上恒定；等离子体产生步骤，通过向设置在等离子体处理反应室中 的电极施加电功率来产生辉光放电等离子体；气体控制步骤，将蚀刻气体引 入等离子体处理反应室中，并增加蚀刻气体的流速而同时以与蚀刻气体流速 的增加大体相等的量减少稀释气体的流速；以及蚀刻步骤，通过分别设定稀 释气体和蚀刻气体各自的流速到处理流速值来执行蚀刻，并且依次执行稀释 气体引入步骤、压强调节步骤、等离子体产生步骤、气体控制步骤和蚀刻步 骤。首先，可以使用比反应气体更可能分解的稀释气体来在电极间容易地产 生等离子体。然后，减少稀释气体的流速并同时以与稀释气体流速的减少大 体相等的量增加蚀刻气体，以使在引入蚀刻气体的步骤中等离子体处理反应 室中的压强的变化小。从而，稀释气体和蚀刻气体各自的流速能被设定到希 望的处理流速值而不会熄灭电极间产生的等离子体。采用这种方法，用较小 的电功率就能产生希望条件的等离子体。


图1示出根据本发明实施例的执行等离子体蚀刻方法的等离子体蚀刻设 备的示意性截面图及气体管道系统。图2是根据本发明第 一 实施例的等离子体处理方法的时间图表。 图3是根据本发明第二实施例的等离子体处理方法的时间图表。图4是根据本发明第三实施例执行等离子体蚀刻方法的等离子体蚀刻设 备的示意性截面图。图5是根据本发明实例1的等离子体处理方法的时间图表。 附图标记说明101等离子体处理反应室，102阴极电极，103阳极电极，104电源，105 阻抗匹配电3各，108稀释气体，109蚀刻气体。
具体实施方式
图1示出根据本发明实施例执行等离子体蚀刻方法的等离子体蚀刻设备 的示意性截面图及气体管道系统。在气密密封的等离子体处理反应室101中设置成对的阴极电极102和阳 极电极103。阴极电极102和P曰极电极103之间的电极到电极的距离根据希 望的蚀刻条件而决定。在等离子体处理反应室101的外面设置向阴极电极 102提供电功率的电源104、以及在电源104与成对的阴极电极102和阳极 电极103之间进行阻抗匹配的阻抗匹配电路105。阻抗匹配电5各105可设置 为固定于确定状态的手动操作模式。阻抗匹配电路105也可设置为以对电源 104的反射电功率(reflected electric power)最小的方式运行的自动匹配运行 模式。电功率引入线106a的一端连接到电源104，另一端连接到阻抗匹配电路 105。电功率引入线106b的一端连接到阻抗匹配电路105，而另一端连接到 阴极电极102。相反地，阳极电极103电接地。工件107作为经受等离子体蚀刻的对象 放置在阳极电极103上。或者，工件107也可以放在阴极电极102上。等离子体处理反应室101上配置有进气口 110。气体引入管111的一端 连接到进气口 110,另一端连接到稀释气体供给单元112和蚀刻气体供给单 元114。稀释气体供给单元112配置有如质量流量控制器的流速调节装置 115a以调节稀释气体108的流速，以及在合适的位置配置阀门207。惰性气 体如Ar、 He、 Ne或N2用作稀释气体108。蚀刻气体供给单元114配置有如质量流量控制器的流速调节装置115b 以调节引入等离子体处理反应室101的蚀刻气体109的流速。举例来说，NF3 或CF4用作蚀刻气体109。与稀释气体108相比，用作蚀刻气体109的气体是通过施加电压更不容易引起放电并且更不容易分解的任何气体。此外，对于等离子体处理反应室101，将真空泵116和压强调节阔117 串联以保持等离子体处理反应室101中的气体压强大体恒定。压强调解阀117的打开程度自动调节以使测量等离子体处理反应室101 中压强的压强计的显示值恒定。在具备上述构造的等离子体蚀刻设备中，执行本发明的等离子体蚀刻方法。在本实施例中，该设备专门用作等离子体蚀刻设备。然而，该设备可以 用作等离子体蚀刻设备和等离子体CVD设备。通常的实践是将该设备用作 等离子体CVD设备在工件107上形成膜，然后将工件107移除，再将该设 备用作等离子体蚀刻设备以清除粘附在阴极电极102和阳极电极103上的膜。在如上所述的多用途设备的情况下，该设备的结构主要基于膜沉积时的 条件来设计。因此，阳极电极102与阴极电极103之间的电极到电极的距离 及要设定的压强范围都设定为适于等离子体CVD设备的条件。通常地，阳 极电极102和阴极电极103之间开始放电的电压根据比如气体的种类、气体 压强、电极到电极的距离和电极形状而确定。在该设备用作等离子体蚀刻设 备的情况下，阳极电极102和阴极电极103之间可以不容易产生等离子体。 本发明适用于上述设备，从而能够进行等离子体蚀刻工艺。第一实施例接下来，将描述根据本发明第 一 实施例的等离子体蚀刻方法。首先，稀释气体108引入等离子体处理反应室101中，且稀释气体108 的流速由流速调节装置115a设定到恒定流速值(ST1:稀释气体引入步骤)。接着，由压强调解阀117保持蚀刻反应室101中的压强大体恒定(ST2: 压强调节步骤)。这里，设定压强具有在蚀刻步骤中使希望的蚀刻条件比如 蚀刻速率满足的压强值。然后，将具有处理电功率值的电功率自电源104施加到阴极电极102上 以在阳极电极103和阴极电极102之间产生辉光放电等离子体(ST3:等离 子体产生步骤)。这里，处理电功率值至少是能在阳极电极103和阴极电极 102之间引起辉光放电等离子体的最小电功率，而且是满足希望的蚀刻条件 比如蚀刻速率的电功率值。然后，将蚀刻气体109引入等离子体处理反应室，并且调节流速调节装置115a和115b以增加蚀刻气体109的流速并同时以与蚀刻气体流速的增加 大体相等的量减少稀释气体108的流速(ST4:气体控制步骤)。当稀释气体108和蚀刻气体109各自的流速变成各自的处理流速值时， 将流速固定并执行蚀刻(ST5:蚀刻步骤)。这里，处理流速值分别是满足希 望的蚀刻条件比如蚀刻速率的气体流速值。通过上述步骤，即使有在希望的蚀刻条件下(在引入具有处理流速值的 稀释气体108和蚀刻气体109并且该压强设定为期望压强的状态下)电极之 间不能容易地产生辉光放电等离子体的情况，也能通过将稀释气体108和蚀 刻气体109各自的流速设定到各自的处理流速值来实现希望条件的等离子体 蚀刻，而不会使在ST3步骤中用稀释气体108产生的等离子体熄灭。具体地说，首先使用比蚀刻气体109更可能分解并且更可能引起放电的 稀释气体108。因此，可以减小产生等离子体所需施加的电功率。在此之后， 在通过稀释气体108产生等离子体的状态下，引入蚀刻气体109。因为产生 的等离子体能量大，所以该能量促进了蚀刻气体109的分解。因此，即^f吏引 入了蚀刻气体109，等离子体也不会轻易地熄灭。此外，在用稀释气体108产生等离子体之后，调节气体流速以降低稀释 气体108的流速同时以与稀释气体流速的降低大体相等的量增加蚀刻气体 109的流速。以这种方式，当引入蚀刻气体109时蚀刻反应室101中的压强 变化就能降低，并防止等离子体熄灭，并且即使在稀释气体108和蚀刻气体 109各自的流速设定为处理流速值的状态下也能保持等离子体。比如，用质量流量控制器作为流速调节装置115a和115b。质量流量控 制器通过将流动路径(flowpath)的打开程度设定到预定状态来调节气体流 速，因此与通过反馈实际流速值以调节流速的构造相比具有可以缩短调节流 速所需时间的优点。通常，当打开关闭的阀门207以开始流动气体时，流速瞬时增加。在后 序的流速调节中优选质量流量控制器能使流速连续地改变。在上述的气体控制步骤中，优选多次执行流速调节步骤，在该流速调节 步骤中，引入蚀刻气体109并增加蚀刻气体的流速同时以与蚀刻气体流速的 增加大体相等的量减少稀释气体108的流速，并且逐步改变稀释气体108和 蚀刻气体109各自的流速直到流速变成各自的处理流速值。也希望蚀刻气体109的流速连续地增加，且稀释气体108的流速连续地降低。以阶式的(stepwise)或连续的方式来增加蚀刻气体109的流速和降低 稀释气体108的流速，因此可以实现当引入蚀刻气体109时压强变化减小， 且等离子体一旦产生就不会轻易地熄灭。将基于附图更加详细地描述上述各个步骤。图2是根据本实施例的等离 子体处理方法的时间图表。在气体引入步骤ST1中，稀释气体108的流速FT等于蚀刻步骤中稀释 气体108和蚀刻气体109的总流速FT,并且A/v压强调节步骤ST2到蚀刻步 骤ST5总流速Ft恒定。在气体控制步骤ST4中，以对应于稀释气体108流速的降^f氐的量增加蚀 刻气体109的流速。因此，总流速仍恒定。在气体控制步骤ST4中稀释气体 108的流速和蚀刻气体109的流速连续地改变。在压强调节步骤ST2中设定的压强等于蚀刻步骤ST5中的压强，并且 从压强控制步骤ST2到蚀刻步骤ST5压强恒定。在气体控制步骤ST4中， 以对应于稀释气体108流速的降低的量增加蚀刻气体109的流速。因此，压 强变化能够被降低并且压强也能够保持大体恒定的值。在气体控制步骤ST4 结束后的蚀刻步骤ST5中，稀释气体108和蚀刻气体109各自的流速分别设 定到处理流速值Fd和FE。通常用AC (交流)电源作为电源104。在等离子体产生步骤ST3中由 电源104输出的电功率PE等于蚀刻步骤ST5中的输出电功率PE。输出电功 率PE可以至少是在等离子体产生步骤ST3中能使阳极电极103和阴极电极 102之间产生辉光放电等离子体的电功率。此外，从等离子体产生步骤ST3到气体控制步骤ST4结束后经过预定 时间段tm，阻抗匹配电路105被设定在恒定状态。希望在蚀刻步骤ST5的 稳定态中该设定状态是反射电功率最小的状态。该设定状态事先测量并获 得。这里，等离子体处理步骤ST5的稳定态是指这样的状态其中稀释气体 108和蚀刻气体109各自的流速被调节到处理流速值Fd和Fe,电源104的 输出电功率是PE,并且在蚀刻反应室101中的压强被调节到期望压强值的条 件下等离子体的状态大体稳定。在本实施例中，稳定态是指蚀刻步骤ST5开 始后经过充分的时间等离子体大体稳定的状态。此外，设定预定时间段tm以使气体控制步骤ST4结束后经过预定时间 段tm达到上述的稳定态。通常地，阻抗匹配电路105自动进行阻抗匹配以使得对电源104的反射 电功率最小。然而，阻抗匹配不能跟随负载(本实施例中电极间的阻抗)的 突然变化，并且因此当在等离子体产生步骤ST3中产生等离子体或者在气体 控制步骤ST4中引入蚀刻气体109时不能跟随阳极电极103和阴极电极102 之间的阻抗变化。因此，可能有从阻抗匹配点的大的偏离。结果，对电源104 的反射电功率增加并且不能向阴极电极102提供足够的电功率，并因此会出 现阳极电极103和阴极电极102之间的等离子体不产生或者熄灭的问题。通过在等离子体处理步骤ST5的稳定态中将阻抗匹配电路105固定在阻 抗匹配状态能够防止>^人阻抗匹配点的大的偏离，并且由阻抗不匹配引起的不 产生等离子体和等离子体熄灭的问题也能解决。此外，在蚀刻步骤ST5，希望气体控制步骤ST4结束后经过预定时间段 tm使阻抗匹配电路105自动进行匹配运行。可以设定预定时间段tm以使到 达上述的稳定态之后阻抗匹配电路105开始执行自动匹配运行。预定时间段 tm依赖于蚀刻反应室101的体积、引入气体的流速及设定的压强值而变化。 因此，预定时间段tm的值必须适当地设定。在上述的稳定态，阳极电极103和阴极电极102之间的阻抗变化小。因 此，自动匹配运行可以跟随负载变化，因此阻抗匹配被更精确的执行，且电 功率可有效地由电源104施加到阴;fe电才及102上。第二实施例将基于附图描述根据本发明第二实施例的等离子体蚀刻方法。图3是根 据本实施例的等离子体处理方法的时间图表。除了从电源104输出的电功率设置外，第二实施例中的设置与第一实施 例的设置类似。在本实施例中，在等离子体产生步骤ST3中，由电源104输出到阴极电 极102的电功率设定到初始电功率值Ps,从气体控制步骤ST4到蚀刻步骤 ST5输出电功率值增力口，并且在蚀刻步骤ST5中输出电功率值固定在处理电 功率但Pe。在等离子体产生步骤ST3中的初始电功率值Ps必须至少是能在阳极电 极103和阴极电极102之间引起辉光放电等离子体的电功率。然而，本实施例与第一实施例不同的是在等离子体产生步骤ST3中电功率可以是能产生 等离子体的任何电功率，并且也不必是能在蚀刻步骤ST5中维持等离子体的 电功率。也就是说，比第一实施例中更小的电功率在本实施例中是足够的。 在气体控制步骤ST4中，引入比稀释气体108更不易分解的蚀刻气体 109。因此，除非从初始电功率值Ps增加输出电功率的设定值，否则在电极 间产生的等离子体就会熄灭。在本实施例中，从气体控制步骤ST4到蚀刻步 骤ST5，输出电功率的设定值增加，并因此等离子体一旦在电极间产生就能 被保持。当使用在电压施加下比蚀刻气体109更可能分解以引起放电的稀释气体 108的情况下，辉光放电等离子体可能在电极间部分之外的任何部分发生。 举例来说，等离子体可能在使用诸如陶瓷的电绝缘材料的部分中产生。如果 施加过量的电功率，该部分可能被损坏。在本实施例中，施加到阴极电极102的电功率小并且^v等离子体产生步 骤ST3到气体控制步骤ST4逐渐增加。因此，即使在电极间部分之外的部 分中产生等离子体，由等离子体引起的对设备的损坏也能降低。此外，希望在气体控制步骤ST4和蚀刻步骤ST5中电极间施加的电功 率连续地增加。这是因为，如果施加的电功率的量突然增加，等离子体就可 能在电极间部分之外的部分发生，因此如上所述的对设备损坏的可能性就更 高。此外，在本实施例中，在气体控制步骤ST4结束之后且在蚀刻步骤ST5 中气体流速变得稳定之后(已经经过时间段tp)，由电源104输出的电功率固定在处理电功率值PE。在气体控制步骤ST4结束后的蚀刻步骤ST5中，稀释气体108和蚀刻 气体109各自的流速被设定到处理流速值FD和FE。然而，即使设定流速调 节装置115a和115b的各自流速，实际引入蚀刻反应室101的气体流速也不 会立即变得稳定，也就是说，产生时间延迟。因此，在本实施例中，在流速调节装置115a和115b各自的流速设定到 处理流速值Fd和FE之后并且在气体流速变得稳定之后(经历时间段tp后)， 施加在电极间的电功率固定在处理电功率值PE。当工件107的尺寸更大、蚀刻反应室101的体积更大并且气体流速更高 时，上述时间延迟就更明显。因此，必须调节时间段tp。第三实施例在第一实施例和第二实施例中，电功率由电源104经阻抗匹配电路105 施加到一对阳极电极103和阴极电极102上。或者，如图4所示，可以将多 对阳极电4及103和阴才及电才及102连4妄到一个阻抗匹配电路105上。在这种情况下，难于在多对电极的各阳极电极103和阴极电极102之间 同时产生辉光放电等离子体。换句话说，如果在多对电极的一部分电极间产 生辉光放电等离子体，那么电极间的阻抗就更小。因此，提供在其它电极间 的电功率就会更小且等离子体就不会在这些电极间产生。为了解决这个问题，必须在每对电极间施加大于放电开始电压的电压。 因为每对电极间施加的电压更大，所以电极间同时产生辉光放电等离子体的 可能性就更高。因此，电源104的输出电功率必须增加。本发明的等离子体蚀刻方法对如此构造的等离子体蚀刻设备同样有效。 因此，在多对电极间同时产生辉光放电等离子体所需的施加电压值会被将降 低，从而电源104的输出电功率可以降低。实例1本实例中的等离子体蚀刻设备的示意性截面图与图1中的相似，下面将 基于图1进行描述。阳极电极103和阴极电极102彼此面对设置于等离子体 处理反应室101中，蚀刻气体和稀释气体108被引入等离子体处理反应室101 中，且在阴极电极102上施加电功率以在阳极电极103和阴极电极102之间 产生辉光放电等离子体。下面将更具体地描述该等离子体蚀刻设备。提供气密密封且垂直取向的 等离子体处理反应室101,且成对的阴;f及电才及102和阳极电极103大体垂直 于等离子体处理反应室101的底面放置。其上沉积有硅薄膜的玻璃基板放置 于阳极电极103的表面上作为要处理的对象工件107。对于等离子体处理反应室101，使用诸如不锈钢或铝合金的材料，且陶 瓷等用作绝热材料。阳极电极103由诸如不锈钢、铝合金或碳的具有导电性 和绝热性的材料制成。工件107并不限于特定一种，只要该工件是要蚀刻的对象。此外，在设 备用作等离子体蚀刻设备和等离子体CVD设备并且反应室内部要清洁的情 况下，可以不放置工件107。根据要蚀刻的工件107的尺寸将阳极电极103的尺寸确定为合适的值。在本实例中，对于尺寸是900mmx900mm的玻璃基板，阳极电极103的尺寸 是1000mmx歸0mm。尽管阴极电极102由铝合金制成，但阴极电极也可由不锈钢等代替构成。 根据工件107的尺寸设定阴极电极102的尺寸为合适的值。在本实例中，阴 极电极的尺寸是1000mmxl000mm。阳极电极103、阴极电极102和玻璃基板各自的尺寸并不局限于以上描 述的。虽然这些尺寸可以是任意的，^旦通常在500到1500mm的尺寸范围内。阳极电极103和阴极电极102之间的电极到电极的距离设定为20mm。 该电极到电极的距离通常在几毫米到几十毫米之间调节。等离子体处理反应室101配置有进气口 110。稀释气体引入管111的一 端连接到进气口 110,而另一端连接到稀释气体供给单元112。稀释气体供 给单元112配置有作为流速调节装置115的质量流量控制器以控制流速并提 供稀释气体108。 Ar气被用作稀释气体108。蚀刻气体引入管113的一端连接到稀释气体引入管111，而另一端连接 到蚀刻气体供给单元114。蚀刻气体供给单元114配置有质量流量控制器以 使得流速能被调节。，3气用作蚀刻气体109。对于等离子体处理反应室101的抽气系统，压强调节阀117和真空泵116 串联设置以使等离子体处理反应室101中的气体压强能保持大体恒定。在本实例中"吏作为稀释气体108的5 SLM的Ar气和作为蚀刻气体109 的1 SLM的，3气流动，并且等离子体处理反应室101中的气体压强是 300Pa。这些条件是作为例子给出，可以使用其他的气体流速和另外的气体 压强。然而，通常Ar气和NF3气各自的气体流速分别设定在1到5 SLM和 0.1到1 SLM的范围内，且气体压强设定在30到500Pa的范围内。对于阴极电极102，等离子体激发电源104提供电功率。使用频率为 13.56MHz且输出功率为lkW的AC电源作为电源104。通常地，频率在 l.OOMHz到lOOMHz且输出电功率大约在IOW到100kW的AC电源用作电 源104。或者，可以使用DC电源。在电源104和等离子体处理反应室101之间设置阻抗匹配电路105，该 阻抗匹配电3各105进4亍阴4及电才及102、阳才及电才及103和电源104之间的阻抗 匹配。通过电功率引入线106a连接电源104和阻抗匹配电路105，通过电功 率引入线106b连接阻抗匹配电路105和阴极电极102。阳极电极103电接地。在上述构造的等离子体蚀刻设备中，向阴极电极102施加高频电功率以在阴极电极102和阳极电极103之间产生辉光放电等离子体并蚀刻工件107表面上的硅薄膜。比如，该等离子体蚀刻设备能被用来蚀刻硅基材料。 采用上述等离子体蚀刻设备，可执行本实例中的等离子体处理方法。下面，将参考附图描述本发明的等离子体处理方法的实例。 图5是本实例中的等离子体处理方法的时间图表。 在稀释气体引入步骤ST1中，Ar气的流速是6 SLM。 在压强调节步骤ST2中，其中引入Ar气的等离子体处理反应室101中的压强被压强调节阀117调节至3OOPa。从压强调节步骤ST2到蚀刻步骤ST5该压强是恒定的。在等离子体产生步骤ST3中，从电源104输出50W的电功率以在阴极 电极102和阳极电极103之间通过Ar气产生辉光放电等离子体。这里，阻 抗匹配电路105固定到使蚀刻步骤ST5的稳定态(Ar气流速是5 SLM、 NF3 气的流速是1 SLM、等离子体处理反应室101的气体压强是300Pa并且电源 104的输出电功率是lkW的条件)中反射电功率最小的设定。在气体控制步骤ST4中，Ar气的流速从6 SLM连续地降低到5 SLM。 在Ar气降低的同时，以与Ar气流速的降低大体相等的量增加NF3气。通过 这样的设置，Ar气和NF3气的总流速是6 SLM并因此恒定。在气体控制步 骤ST4中，在等离子体产生步骤ST3中产生于阴极电极102和阳极电极103 之间的等离子体被保持，而Ar气和NF3气各自的流速分别改变到5SLM和 1SLM的流速。在随后的蚀刻步骤ST5中，流速设定到这些处理流速值。此 时，就蚀刻效率而言，通常希望在Ar气和姬3气的混合气中NF3气的浓度 是30%或更少。设置电源104的输出电功率以使得从气体控制步骤ST4到蚀刻步骤ST5 输出电功率从50W的初始电功率值连续增加且气体控制步骤ST4结束后经 20秒输出电功率达到lkW,此后输出电功率保持在该恒定电功率值。在蚀刻步骤ST5中，当气体控制步骤ST4结束后经25秒，阻抗匹配电 路105设置在自动匹配运行模式。在本实例的设备构造中，即使在Ar气流速是5SLM、NF3气流速是1SLM 且等离子体处理反应室101中的气体压强是300Pa的条件下以lkW的电源104的输出电功率来调节阻抗匹配电路105,因为施加在阴极电极102和阳 极电极103间的电压没有达到放电开始电压，也不能产生等离子体。然而， 执行本发明的等离子体处理方法能在与上述条件(Ar气流速是5SLM、 NF3 气流速是1SLM且等离子体处理反应室101中的气体压强是300Pa)相似的 条件下保持等离子体。从而，本发明的效果被证实。 实例2在本实例中等离子体蚀刻设备被用作等离子体蚀刻设备和等离子体 CVD设备。具体地说，该设备具有沉积晶体硅薄膜的作用也具有蚀刻并从 而清洁比如在薄膜沉积工艺中粘附在阴极电极102和阳极电极103上的硅薄 膜的作用。通常已知的是当用等离子体CVD设备沉积晶体硅薄膜时，按下面的方 式形成高质量膜。将用10倍或更多倍的稀释气体H2气稀释给料气体SiH4 而准备的气体引入等离子体处理反应室101,并且等离子体处理反应室101 的压强被设定到大约几百Pa的高压。阴极电极102和阳极电极103之间产生等离子体的放电开始电压取决于 等离子体处理反应室101中的气体压强及阴极电极102和阳极电极103之间 的距离。在气体压强增加的情况下，为了降低放电开始电压就必须缩短电极 间的距离。为了沉积高质量的晶体硅薄膜，如上所述必须将等离子体处理反 应室101中的压强增加到一定程度。为了在阴极电极102和阳极电极103之 间产生等离子体，必须缩短电极间的距离。本实例中等离子体蚀刻设备的基本构造与实例1中的相似，除了如下所 述的为了保持沉积的晶体硅薄膜的高质量而对该设备的构造。具体地说，阴 极电极102和阳极电极103之间的距离是10mm，这小于实施例1中的距离， 沉积薄膜时等离子体处理反应室101的设定压强是300Pa， H2气的流速是 5SLM， SiH4的流速是0.1SLM，并且电源104的输出电功率是lkW。如上所述，在设备用作等离子体CVD设备和等离子体蚀刻设备的情况 下，诸如电极间的距离和设定压强的范围的设备的要素的设计主要基于薄膜 沉积时的条件。因此，当设备用作蚀刻设备时，在某些情况下不能在阴极电 极102和阳极电极103之间产生等离子体。在本实例中，阴极电极102和阳极电极103之间的距离是10mm,设定 压强的范围被限制，设计阻抗匹配电路105以使设备用作等离子体CVD设备时该电路最优化。因此，为了在Ar气流速是5SLM、 NF3气流速是1SLM 且等离子体处理反应室101中的气体压强是300Pa的等离子体蚀刻条件下在 阴极电极102和阳极电极103之间产生等离子体，来自电源104的输出电功 率必须增大到大约5kW。在本实例中同样执行与实例1中相似的步骤，除了电源104的输出功率 的初始电功率值是IOOW。设置电源104的输出电功率以使得从气体控制步 骤ST4到蚀刻步骤ST5输出电功率由100W连续增加且气体控制步骤ST4 结束后经20秒输出电功率达到lkW,此后输出电功率保持该恒定电功率值。执行上述步骤并且因此同样在本实例的构造中，在Ar气流速是5SLM、 NF3气流速是1SLM且等离子体处理反应室101中的气体压强是300Pa的条 件下可以电源104的lkW的输出电功率进行等离子体蚀刻。从而，产生等 离子体必须的电功率降低的效果被证实。尽管以上已经描述了本发明的实施例和实例，但其本意是可以将实施例 和实例的一些要素适当地结合。应该认为这里公开的实施例和实例在各方面 都是示例性的并且是非限制性的。
权利要求
1、一种等离子体蚀刻方法，包括稀释气体引入步骤(ST1)将稀释气体引入等离子体处理反应室(101)；压强调节步骤(ST2)调节所述等离子体处理反应室(101)中的压强为大体恒定；等离子体产生步骤(ST3)通过施加电功率到设置在所述等离子体处理反应室(101)中的电极(102)来产生辉光放电等离子体；气体控制步骤(ST4)向所述等离子体处理反应室(101)中引入蚀刻气体并增加所述蚀刻气体的流速，同时以与所述蚀刻气体流速的增加大体相等的量减小所述稀释气体的流速；以及蚀刻步骤(ST5)通过将所述稀释气体和所述蚀刻气体各自的流速分别设定到处理流速值来执行蚀刻；依次执行所述稀释气体引入步骤、所述压强调节步骤、所述等离子体产生步骤、所述气体控制步骤和所述蚀刻步骤。
2、 根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中 在所述气体控制步骤(ST4 )中，多次执行引入所述蚀刻气体并增加所述蚀刻气体的流速而同时以与所述蚀刻气体流速的增加大体相等的量减小 所述稀释气体的流速的步骤。
3、 根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中 在所述气体控制步骤(ST4)中，所述稀释气体和所述蚀刻气体各自的流速连续地改变。
4、 根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中 在所述气体控制步骤(ST4)中，所述稀释气体和所述蚀刻气体各自的流速逐步地改变。
5、 根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中 在所述气体控制步骤(ST4)中，所述蚀刻气体的流速相对于所述稀释气体的流速的比例连续地或逐步地增加。
6、 根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中 所述稀释气体引入步骤(ST1)中所述稀释气体的流速与所述蚀刻步骤(ST5 )中所述稀释气体和所述蚀刻气体的总流速彼此相等。
7、 根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中从所述压强调节步骤(ST2)到所述等离子体产生步骤(ST3)的所述 稀释气体的流速与从所述气体控制步骤(ST4)到所述蚀刻步骤(ST5)的 所述稀释气体和所述蚀刻气体的总流速彼此相等。
8、 根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中 在所述等离子体产生步骤(ST3)中施加到所述电极(102)的电功率设定为初始电功率值，从所述气体控制步骤(ST4)到所述蚀刻步骤(ST5) 所述电功率增加，并且在所述蚀刻步骤(ST5)中当所述电功率达到处理电 功率值时所述电功率被固定。
9、 根据权利要求8所述的等离子体蚀刻方法，其中 在所述气体控制步骤(ST4)和所述蚀刻步骤(ST5)中所述电功率连续地增力口。
10、 根据权利要求8所述的等离子体蚀刻方法，其中 在所述气体控制步骤(ST4)结束之后并在气体流速变得稳定之后施加到所述电极(102)的电功率被固定在所述处理电功率值。
11、 根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中 在所述等离子体产生步骤(ST3)中施加到所述电极(102)的电功率等于在所述蚀刻步骤(ST5)中施加到所述电极(102)的电功率。
12、 4艮据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中在所述电极(102)和向所述电极(102)提供电功率的电源(104)之 间设置阻抗匹配电路(105),并且在所述蚀刻步骤(ST5)的稳定态中所述 阻抗匹配电3各(105 )固定在阻抗匹配状态。
13、 根据权利要求12所述的等离子体蚀刻方法，其中 自所述气体控制步骤(ST4)结束经过预定时间段后，所述阻抗匹配电路(105)开始自动匹配运行。
14、 根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中在所述电极(102)和向所述电极(102)提供电功率的电源(104)之 间设置阻抗匹配电路(105),并且从所述等离子体产生步骤(ST3)到自所 述气体控制步骤(ST4 )结束经过预定时间段的时间，所述阻抗匹配电路(105 ) 设定在所述蚀刻步骤(ST5)的稳定态中反射电功率最小的状态。
15、 根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中在所述等离子体处理反应室(101)中设置多个所述电极(102)，并且 通过阻抗匹配电路(105)将电源(104)连接到所述多个电极(102)。 16、根据权利要求1所述的等离子体蚀刻方法，其中 执行所述等离子体蚀刻方法的等离子体蚀刻设备被用作等离子体蚀刻 设备和等离子体CVD设备。
全文摘要
通过使用比蚀刻气体更容易分解的稀释气体产生等离子体。然后，蚀刻气体引入等离子体处理反应室(101)以增加流量，并且在此时调节稀释气体的流量以减少大体相等的流量。等离子体处理反应室(101)中的压强波动降低，气体流量设定在预定值同时保持产生的等离子体，并获得希望的条件。
文档编号H01L21/205GK101336470SQ200680052130
公开日2008年12月31日 申请日期2006年12月26日 优先权日2006年1月31日
发明者岸本克史 申请人:夏普株式会社