等离子体处理方法和等离子体处理装置的制作方法

专利名称：等离子体处理方法和等离子体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对被处理基板实施规定的等离子体处理的等离子体处理方 法和等离子体处理装置。
背景技术：
通常，在半导体装置的制造工序中，对半导体晶片(以下，也简称为“晶片”)、玻璃 基板等被处理基板，反复进行成膜处理、蚀刻处理、热处理、改质处理、结晶化处理等各种处 理，由此形成期望的半导体集成电路。在上述的各种处理中的例如蚀刻处理工序中，多使用等离子体蚀刻处理方法(例 如参照专利文献1)，即，将规定的蚀刻气体作为处理气体从设置于处理室的上部的喷淋头 导入到处理室内，通过高频电力等将该蚀刻气体等离子体化，使该等离子体作用于被处理 基板，蚀刻形成于被处理基板的表面的膜。具体而言，例如在对形成于硅(Si)晶片上的氧化硅(Si02)膜等氧化膜进行等离 子体蚀刻的情况下，能够选择性地获得优良的微细形状的CF4气体等碳氟化合物类气体作 为蚀刻气体被广泛地使用。使这样的碳氟化合物类气体等离子体化时，在等离子体中产生 多个离子(例如CF3+)，通过该离子，选择地对被处理基板上的氧化硅进行蚀刻。然而，近年来随着半导体器件的微细化和高集成化，对提高被处理基板的处理的 面内均勻性的要求也日益增加，对此，正在进行各种尝试。例如，通过将上述喷淋头分割为 中央区域和周边区域，从处理室的不同部位导入处理气体。由此，能够在中央区域和周边区 域之间，改变处理气体的流量、浓度将其导入处理室内，因此能够提高等离子体处理的面内 均勻性。专利文献1 日本特开平6-196452号公报然而，在使用上述的碳氟化合物类气体这样的电负性气体作为处理气体的情况 下，已知无论从处理室内的哪个部位导入，等离子体中的离子密度都有产生部分偏向的倾 向，该倾向成为进一步提高面内均勻性的目标的一个妨碍。S卩，在使用电负性气体作为处理气体的情况下，仅通过从处理室的不同部位改变 流量、浓度来导入处理气体，不能控制该处理气体的等离子体中的离子密度，因此，在实现 进一步提高面内均勻性的方面是有限度的。

发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种等离子体处理方法 和等离子体处理装置，能够在通过电负性气体进行等离子体处理时控制等离子体中的离子 密度，由此能够使等离子体处理的面内均勻性比现有技术进一步提高。本发明人反复进行各种实验得到以下结果在处理气体是电负性气体的情况下， 通过进一步微量地添加电子附着系数大的电负性气体，能够控制等离子体中的离子密度。 即，本发明人着眼于以下事实在处理气体是电负性气体的情况下，在该处理气体中附着能
3量低的电子而大量地产生的负离子与正离子的面内分布大致相同，因此，添加与上述处理 气体相比电子附着系数大的电负性气体使负离子的量增加、并调整该添加气体的流量，能 够控制负离子的面内分布，由此能够控制正离子的面内分布。根据以上所述，通过调整添加 的电负性气体的流量，能够控制等离子体中的离子密度。本发明是基于该点而完成的。
为解决上述问题，根据本发明的观点，提供一种等离子体处理方法，将作为电负性 气体的处理气体导入到处理室内形成等离子体对被处理基板实施规定的等离子体处理，其 特征在于将与上述处理气体相比电子附着系数大的电负性气体作为添加气体与该处理气 体一起导入到上述处理室内形成等离子体，此时通过调整上述添加气体相对于上述处理气 体的流量来控制上述等离子体中的离子密度。为了解决上述问题，根据本发明的另一个观点，提供一种等离子体处理装置，将作 为电负性气体的处理气体导入处理室内形成等离子体对被处理基板实施规定的等离子体 处理，其特征在于，包括处理气体供给系统，将上述处理气体供给至上述处理室内；添加 气体供给系统，将与上述处理气体相比电子附着系数大的电负性气体作为添加气体供给至 上述处理室内；和从上述处理气体供给系统向上述处理室内供给处理气体，并且从上述添 加气体供给系统供给上述添加气体形成等离子体，此时通过调整上述添加气体相对于上述 处理气体的流量来控制上述等离子体中的离子密度的控制部。根据上述的本发明的方法和装置，将与处理气体相比电子附着系数大的电负性气 体作为添加气体与作为电负性气体的该处理气体一起导入到处理室内形成等离子体，由此 能够使等离子体中的负离子增加。此时，通过调整添加气体相对于处理气体的流量而能够 控制等离子体中的负离子的面内分布，控制随着该分布的正离子的面内分布。由此，能够控 制等离子体中的离子密度，因此能够遍及被处理基板整体使离子均等地作用于其上，能够 使等离子体处理的面内均勻性比现有技术进一步提高。此外，供给至上述处理室内的上述添加气体的流量，优选为上述处理气体的流量 的1/10以下。仅通过相对于处理气体微量地添加添加气体而能够控制等离子体中的离子 密度，进而通过在处理气体的流量的1/10以下的范围内调整添加气体的流量，能够使等离 子体处理的面内均勻性比现有技术进一步提高。此外，上述处理气体例如是碳氟化合物(fluorocarbon)类气体。在该情况下，通 过添加上述添加气体例如NF3气体、SF6气体、F2气体中的任一种，能够控制等离子体中的负 离子的面内分布。另外，本说明书中，设定lmTorr 为(1(T3X 101325/760)Pa，lTorr 为(101325/760) Pa，lsccm 为(l(T6/60)m7sec。根据本发明，能够使等离子体中的负离子的密度分布均勻，使被处理基板的面内 的蚀刻率的均勻性比现有技术进一步提高。


图1是表示本发明的实施方式的等离子体处理装置的结构例的纵截面图。图2是表示通过图1的等离子体处理装置仅利用处理气体形成等离子体对晶片上 的氧化硅膜进行蚀刻时的蚀刻率的晶片面内分布的曲线图。图3是用于说明处理气体的等离子体中的负离子的分布的图。气体的流量而形成等离子体的情 气体的流量而形成等离子体的情 气体的流量而形成等离子体的情 气体的流量而形成等离子体的情符号说明
100等离子体处理装置
102处理室
104下部电极
108聚焦环
110高压直流电源
112静电卡盘
114电极
116温度调整机构
118热传导介质通路
120绝缘板
122屏蔽环
124门阀
126密封部件
130排气装置
132排气口
140控制部
150第一高频电源
152匹配器
154高通滤波器
160第二高频电源
162匹配器
164低通滤波器
170处理气体源
172处理气体供给管
174阀
176质量流量控制器
180添加气体源
182添加气体供给管
184阀
186质量流量控制器 图4是表示相对在改变添加在CF4气体中的NF3 况下的氧化硅膜的蚀刻率的晶片面内分布的曲线图。图5是表示相对在改变添加在CF4气体中的NF3 况下的抗蚀剂膜的蚀刻率的晶片面内分布的曲线图。图6是表示相对在改变添加在CF4气体中的SF6 况下的氧化硅膜的蚀刻率的晶片面内分布的曲线图。图7是表示相对在改变添加在CF4气体中的SF6 况下的抗蚀剂膜的蚀刻率的晶片面内分布的曲线图。
190上部电极192气体导入口194扩散室196气体供给孔W 晶片
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的优选实施方式详细地进行说明。另外，在本说明书以 及附图中，对实质上具有相同的功能结构的结构部件标注相同的符号，省略重复说明。(等离子体处理装置的结构例)首先，对本发明的实施方式的等离子体处理装置的结构例进行说明。这里，以平行 平板型的等离子体处理装置为例进行说明，该平行平板型的等离子体处理装置是在处理室 内相对配置有上部电极和下部电极(基座)、从上部电极向处理室内供给处理气体的装置。 图1是表示本实施方式的等离子体处理装置100的概略结构的截面图。等离子体处理装置100包括由例如铝等导电性材料构成的处理室102、配设于 该处理室102内的底面且兼用作载置作为被处理基板的晶片W的载置台的下部电极(基 座)104、和与该下部电极104相对且平行地配设的上部电极190。第一高频电源150通过匹配器152与下部电极104连接，与第一高频电源150相 比输出更高频率的电力的第二高频电源160通过匹配器162与上部电极190连接。此外， 高通滤波器154与下部电极104连接，低通滤波器164与上部电极190连接。在下部电极104的上面外周缘部配设有围绕晶片W的外周的聚焦环108，通过聚焦 环108使得在晶片W上聚集等离子体。在下部电极104的上面具备静电卡盘112，在该静电 卡盘112内配设有与高压直流电源110连接的电极114。从高压直流电源110对电极114 施加高压直流电压时，在静电卡盘112产生静电吸附力，由此能够在静电卡盘112上保持晶 片W。此外，在下部电极104内置有用于调整温度的温度调整机构116，能够通过该温度 调整机构116将晶片W调整至规定的温度。温度调整机构116构成为使冷却介质在例如形 成于下部电极104内的冷却介质室内循环从而调整下部电极104的温度。而且，在下部电极104内形成有在其上面的多个部位开设的热传递介质通路118。 然后，在静电卡盘112形成有与热传递介质通路118的开口对应的孔，能够将背面气体例如 He气体作为热传递介质供给至晶片W与静电卡盘112间的狭缝。由此，促进下部电极104 与晶片W之间的热传导。在下部电极104的下面与处理室102的底面之间设置有绝缘板120，下部电极104 与处理室102绝缘。另外，也可以构成为，在绝缘板120与处理室102的底面之间设置有例 如铝制波纹管，通过使用升降机构(未图示)使下部电极104能够升降。通过该机构，能够 根据等离子体处理的种类适当调节上部电极190和下部电极104的间隙。
在处理室102的底面形成有排气口 132，通过与排气口 132连接的排气装置130进 行排气，能够将处理室102内维持规定的真空度。在上部电极190，并排连接有由处理气体源170、处理气体供给管172、阀174和质量流量控制器176构成的处理气体供给系统，以及由添加气体源180、添加气体供给管182、阀184和质量流量控制器186构成的添加气体供给系统。具体而言，上部电极190通过处理气体供给管172与处理气体源170连接，还通过添加气体供给管182与添加气体源180连接。此外，在处理气体供给管172上具备阀174 和质量流量控制器176，在添加气体供给管182上具备阀184和质量流量控制器186。通过 控制部140控制上述系统，对导入到处理室102内的处理气体和添加气体的流量进行调节。从处理气体源170送出规定的处理气体，从添加气体源180送出规定的添加气体。 本实施方式所使用的处理气体和添加气体，是其构成分子捕获电子使负离子易于产生的电 负性气体。换言之，处理气体是表示分子和电子的附着容易度的电子附着系数比较大的气 体。这里的添加气体具有与处理气体相比更大的电子附着系数，即、使用比处理气体更易使 负离子产生的电负性气体。作为这样的处理气体，能够列举例如碳氟化合物类气体(CxFy、(；HyFz等)、02气体、 Ar气体、N2气等。可以以单一气体作为处理气体使用，也可以将上述气体任意组合作为处 理气体使用。作为碳氟化合物类气体，至少能够列举含F原子的气体，例如CF4气体、C4F6气 体、C5F8气体、C4F8气体、CHF3气体、CH2F2气体等。此外，作为添加气体，能够列举例如NF3气 体、SF6气体、F2气体。这里，列举使用CF4气体作为处理气体、使用NF3气体作为添加气体 的情况作为例子。另外，后面将对在该处理气体中加入添加气体的情况下的作用效果进行 阐述。本实施方式的上部电极190是将处理气体和添加气体预先混合供给至处理室102 内的所谓的预先混合型，但也可以是将各气体独立地供给至处理室102内的后混合型的上 部电极来替代该上部电极190。另外，图1所示的处理气体供给系统可以形成为在例如仅供给CF4气体作为蚀刻 用的处理气体的情况那样单一地供给1种气体的情况下的1个系统，也可以形成为在例如 供给CF4气体和Ar气体的混合气体作为蚀刻用的处理气体的情况那样供给2种以上的混 合气体的情况下的多个系统。而且，在将氧类气体(例如单体O2气体)作为与蚀刻处理不 同的处理例，例如处理室内的清洗中所使用的处理气体，并且以独立于蚀刻用的处理气体 的方式对其进行供给的情况下，进一步追加设置其它的系统也可以。上部电极190隔着包覆(被覆)其周缘部的屏蔽环122安装于处理室102的顶 部。另外，该顶部作为盖部能够打开地构成，在盖部和侧壁之间设置有用于保持气密的例如 0环等密封部件126。在上部电极190形成有用于从处理气体供给管172和添加气体供给管182导入处 理气体和添加气体的气体导入口 192。此外，在上部电极190的内部设置有扩散从气体导入 口 192导入的处理气体和添加气体的扩散室194。而且，在上部电极190形成有将来自扩散室194的处理气体和添加气体供给至处 理室102内的多个气体供给孔196。各气体供给孔196以能够将处理气体和添加气体供给 至载置于下部电极104的晶片W与上部电极190之间的整个空间区域的方式配置。此外，在上部电极190设置有冷却结构(未图示)。具体而言，在例如扩散室194 的外侧位置形成制冷通路(未图示)，通过使被调温的冷却介质在制冷通路中循环，能够调 节(冷却)上部电极190的温度。
当对于上述的上部电极190从处理气体源170送出处理气体、从添加气体源180 送出添加气体时，处理气体和添加气体经由气体导入口 192被供给至扩散室194，在此处扩 散后分布于各气体供给孔196，从气体供给孔196朝向处理室102内的下部电极104被排出.在处理室102的内壁设置有开闭晶片W的搬入搬出口的门阀124。通过打开该门 阀124，能够将晶片W搬入处理室102内以及从处理室102内搬出。此外，在等离子体处理装置100中，设置有控制装置整体的动作的控制部140。该 控制部140基于规定的设定信息运行规定的程序，控制上述的阀174、184、质量流量控制器 176,186的动作，并且还控制其它装置各部的动作。由此，对晶片W上的规定的膜进行蚀刻 处理，进而还进行处理室102内的状态调整、清洗等。(等离子体处理装置的动作例)在具有以上结构的等离子体处理装置100中，例如在蚀刻形成于晶片W上的氧化 硅膜、氮化硅膜、或多晶硅膜等的情况下，打开门阀124将晶片W搬入处理室102内载置于 下部电极104上。在将晶片W搬入处理室102内之后，关闭门阀124，并且使排气装置130动作将处 理室102内维持在规定的真空度。此时，经由热传递介质通路118将背面气体(back side gas)例如He气体供给至静电卡盘112，提高静电卡盘112和晶片W之间的热传递性，效率 良好地冷却晶片W。此外，将上部电极190、下部电极104和处理室102的侧壁调整为规定 的温度。而且，在处理室102内，分别以规定的流量导入来自处理气体源170的处理气体、 以及来自添加气体源180的添加气体。而且，分别对上部电极190和下部电极104供给规 定的高频电力。由此，在上部电极190和晶片W之间的空间形成由处理气体和添加气体产 生的等离子体，从该等离子体生成的离子(例如主要是CF3+)蚀刻晶片W上的规定的膜。在 蚀刻结束后，以与搬入时相反的动作将处理完的晶片W从处理室102内搬出。对后续的规 定个数的未处理的晶片W重复进行相同的处理。(蚀刻处理结果)接着，对利用等离子体处理装置100对晶片W进行蚀刻处理的结果进行说明。这 里，为了验证添加气体的效果，首先，参照附图，对仅由处理气体即不含有添加气体来生成 等离子体进行蚀刻的情况的结果进行说明。图2是表示确认在蚀刻形成于晶片W上的氧化 硅膜时的蚀刻率的晶片面内分布的实验结果的曲线图。该实验的蚀刻处理的处理条件如下所述。设定处理室102内的压力为lOOmTorr、 上部电极190的温度为60°C、下部电极104的温度为0°C、侧壁的温度为50°C。此外，设定 作为背面气体供给的He气体的中心压力为lOTorr，边缘压力为35Torr。另外，将上部电极 190与晶片W之间的间隙(gap)调整为25mm。将CF4气体作为处理气体以lOOsccm的流量 供给至处理室102内。而且，对上部电极190施加功率为1500W的60MHz的高频电力，对下 部电极104施加功率为100W的2MHz的高频电力，形成CF4气体的等离子体，进行蚀刻处理。图2是以晶片W的中心为原点、测量沿直径方向的多个点上的规定时间内的蚀刻 量、算出各点的蚀刻率并将其以曲线表示的图。如图2所示，在不将添加气体导入到处理室102内、而将作为处理气体的CF4气体导入且形成等离子体的情况下，在晶片W面内产生蚀刻率相对高的区域和低的区域，可知 其具有部分偏向的倾向。具体而言，形成为在围绕晶片W的中心(晶片面内位置Omm)的中 心区域Rl、和包含周缘(晶片面内位置士 100mm)的周缘区域R3蚀刻率高，在夹在该中心区 域Rl和周缘区域R3之间的中间区域R2蚀刻率低。即使在例如从处理室的不同部分(例 如中央区域和周边区域等)分别导入处理气体时，也同样表现为该倾向。(等离子体中的离子分布和蚀刻率的均勻性)此处，使用图2所示的实验结果，着眼于等离子体中的离子分布对其与蚀刻率的 均勻性的关系进一步进行考察。当令如在该实验中使用的CF4气体这样的电负性气体作为 处理气体并使其等离子体化时，构成处理气体的分子在等离子体中与能量低的电子附着， 生成大量的负离子(例如CF4-等)。因此，在等离子体中，作为具有负电荷的成分，存在负离 子和电子。而且，由于等离子体是电中性(准中性)，因此，在等离子体中正离子(CF3+等) 以跟随负离子与电子的分布的方式分布。在该等离子体中的正离子、负离子、电子中，在等离子体生成时获得能量的电子， 与速度低的离子相比先到达晶片W的表面。通过该负电位正离子被加速，对氧化硅膜实施 各向异性较高的蚀刻。这样，通常认为主要是正离子进行氧化硅膜的蚀刻。从而，如果遍及 等离子体全体正离子的分布都均勻，则对氧化硅膜的蚀刻在晶片W的面内也应当均勻。然而，从图2所示的曲线了解到，在上述实验中蚀刻率的面内均勻性产生部分偏 向，因此可知正离子的分布产生部分偏向。而且，在如该实验那样将电负性气体作为处理气 体使用的情况下，负离子与电子相比更多地被生成，因此认为作为具有负电荷的成分，负离 子是处于支配地位的。在这种情况下，等离子体中的正离子的分布受负离子分布影响，因此 负离子的分布就这样促成了该正离子的分布。从而，能够推定在图2所示的曲线中蚀刻率 的面内均勻性产生偏向，是由于如图3所示的负离子的分布产生偏向。于是，本发明人发现，通过使等离子体中的负离子的数量增加来控制其分布，从而 控制正离子的分布，由此控制整体的离子密度，提高面内均勻性。具体而言，通过将与处理 气体相比电子附着系数大的电负性气体(由与处理气体相比生成比电子更易于附着的较 多负离子的分子构成的气体)作为添加气体添加到处理气体，控制其流量，能够使处理气 体和添加气体产生的等离子体中的负离子增加并控制负离子分布。在处理气体是CF4气体 等碳氟化合物类气体的情况下，作为与其相比电子附着系数大的气体，能够列举例如NF3气 体、SF6气体、F2气体。从而，优选上述的气体作为添加气体使用。特别是，在负离子的总电荷量与电子的总电荷量大致同等的情况、等离子体中的 负离子的总电荷量的绝对值比电子的总电荷量的绝对值大且积蓄于中央区域的情况下等， 通过将与处理气体相比电子附着系数大的电负性气体作为添加气体进行添加，正离子的分 布变得易被负离子的分布所控制。即，在该情况特别是通过添加添加气体使负离子增加的 情况下，能够大致忽略电子分布，因此能够使正离子分布与负离子分布大致相同。而且，通 过调整添加气体的流量，能够控制负离子分布使其均勻，因此能够比现有技术更进一步提 高蚀刻率的面内均勻性。这样，添加与处理气体相比电子附着系数大的电负性气体使负离子的量增加，调 整该添加气体的流量，能够控制负离子的面内分布，由此能够控制正离子的面内分布。根据 以上所述，通过调整添加电负性气体的流量，能够控制等离子体中的离子密度，因此能够比现有技术更进一步提高蚀刻率的面内均勻性。另外，如果采用将添加气体和处理气体一起导入到处理室102内的结构，则可以 从处理室102的相同部分作为混合气体导入，也可以从处理室102的不同部分分别导入。(确认添加气体的效果的实验结果)接着，参照附图，对将与处理气体相比电子附着系数大的电负性气体作为添加气体添加到处理气体中并将其导入到处理室102内形成等离子体进行蚀刻的情况下的实验 结果进行说明。首先，图4表示使用CF4气体作为处理气体并且使用NF3气体作为添加气体进行等 离子体蚀刻的情况下的实验结果。这里，对蚀刻形成于晶片W上的氧化硅膜时的蚀刻率的 晶片面内分布进行了确认。在使CF4气体固定为lOOsccm、改变NF3气体使其成为Osccm、 5sccm、10sccm、25sccm、50sccm的情况下，形成等离子体进行蚀刻，测量各个蚀刻率的晶片 面内分布并用曲线在图4中表示。另外，其它处理条件与图2所示的实验相同，因此这里省 略其详细的说明。根据图4所示的实验结果，在IOOsccm的CF4气体仅添加5sccm的NF3气体，与不 添加NF3气体的情况(虚线的曲线)相比，可知当通过该混合气体形成等离子体时，蚀刻率 的面内均勻性被改善。而且，使NF3气体的流量增加至IOsccm形成等离子体时，能够在遍 及晶片W的整个面上获得大致均勻的蚀刻率。据推断这是因为，在将与例如CF4气体相比电子附着系数大的顺3气体作为添加气 体进行添加而生成等离子体的情况下，当积蓄于图3所示的中心区域Rl和周缘区域R3的 负离子的量达到某程度时，该负离子逐渐向中间区域R2扩散，不久中间区域R2的负离子密 度与中心区域Rl和周缘区域R3的负离子的密度均衡。根据上述结构，如果将与处理气体相比电子附着系数大的电负性气体(这里是NF3 气体)作为添加气体与作为电负性气体的该处理气体(这里是CF4气体)一起导入处理室 102内形成等离子体，则等离子体中的负离子增加，并且能够使其分布均勻，随着该分布，正 离子的分布也变得均勻，其结果，能够提高蚀刻率的面内均勻性。然而，根据图4的实验结果可知，当NF3气体的流量增加至25SCCm、50SCCm时，会 产生蚀刻率的面内均勻性恶化的趋势。从而，为了使蚀刻率的面内均勻性良好，优选将添加 气体相对处理气体的流量比设定为1/10以下程度。其中，在本实验的蚀刻条件中，更加优 选相对lOOsccm的CF4气体添加IOsccm左右的NF3气体，能够获得均勻性最高的蚀刻率。接着，图5表示在使用与图4的实验相同的处理气体(CF4气体)和添加气体(NF3 气体)改变被蚀刻膜的种类来进行与图4相同的实验的情况下的实验结果。这里，对蚀刻 形成于晶片W上的抗蚀剂膜时的蚀刻率的晶片面内分布进行了确认。根据图5所示的实验结果可知，即使被蚀刻膜是抗蚀剂膜，也与氧化硅膜的情况 相同，蚀刻率被改善。即，当在IOOsccm的CF4气体仅添加5Sccm的NF3气体形成等离子体 时，与不添加NF3气体的情况(虚线的曲线)相比，其蚀刻率的面内均勻性被改善。然而，从图5所示的实验结果可知具有随着NF3气体增加而蚀刻率的面内均勻性 恶化的趋势。从而，为了使蚀刻率的面内均勻性良好，优选将添加气体相对处理气体的流量 设定为1/10以下程度。其中，在本实验的蚀刻条件中，更加优选相对IOOsccm的CF4气体 添加5sCCm左右的NF3气体，能够获得均勻性最高的蚀刻率。
这样，如果将NF3气体作为添加气体与作为处理气体的CF4气体一起导入处理室 102内形成等离子体，则不限于被蚀刻膜的种类，均能够提高蚀刻率的面内均勻性。但是，在被蚀刻膜是氧化硅膜的情况下，能够获得均勻性最高的蚀刻率的NF3气体 的流量是lOsccm，与此相对，在被蚀刻膜是抗蚀剂膜的情况下，该流量是5sCCm。这样，可知 尽管根据被蚀刻膜的种类的不同添加气体的最佳流量会有一些偏差，但是如果将添加气体 相对处理气体的流量比设定为1/10以下程度，则蚀刻率变得良好。另外，添加气体的流量 比，可以根据被蚀刻膜的种类的不同进行调整，也可以不限于蚀刻膜的种类保持一定而调 整其它的处理条件。接着，图6、图7表示改变添加气体进行等离子体蚀刻的情况下的实验结果。图6 是表示将添加气体变为SF6气体且与图4同样地对晶片W上的氧化硅膜进行蚀刻时的蚀刻 率的晶片面内分布的曲线图。具体而言，在使CF4气体固定为200sCCm、改变5&气体使其 成为0sccm、5sccm、10sccm、20sccm、30sccm的情况下，形成等离子体进行蚀刻，测量各个蚀 刻率的晶片面内分布并用曲线表示。图7是将添加气体换成SF6与图5同样地表示对晶片W上的抗蚀剂膜进行蚀刻时 的蚀刻率的晶片面内分布的图。具体而言，将CF4气体的流量固定为200sCCm，将SF6气体的 流量变成0sccm、5sccm、10sccm、20sccm来形成等离子体进行蚀刻。在图6、图7的实验中， 对上部电极190施加500W的60MHz的高频电力。其它的处理条件，与图2的实验的情况相 同，这里省略其详细的说明。根据图6、图7所示的实验结果可知无论被蚀刻膜是氧化硅膜还是抗蚀剂膜，仅 通过在200sccm的CF4气体中添加5sccm的SF6气体，与使用NF3气体作为添加气体的图4、 图5的情况相同，能够改善蚀刻率。即，当在200SCCm的CF4气体中仅添加5SCCm的SF6气 体来形成等离子体时，与不添加SF6气体的情况(虚线的曲线)相比，该蚀刻率的面内均勻 性得到改善。然而，从图6、图7所示的实验结果中还可知，SF6气体越多，越存在蚀刻率的面内 均勻性恶化的倾向。从而，为了使蚀刻率的面内均勻性良好，优选使添加气体相对处理气体 的流量比为1/10以下程度。其中，在本实验的蚀刻条件中，不考虑被蚀刻膜的种类，更优选 对200sCCm的CF4气体添加5SCCm左右的SF6气体，能够获得均勻性最高的蚀刻率。这样，若将SF6气体作为添加气体与作为处理气体的CF4气体一起导入到处理室 102内形成等离子体，则无论被蚀刻膜的种类如何，均能够提高蚀刻率的面内均勻性。此外，在上述的实验中，将处理室102的压力较高地被调整为lOOmTorr。在这样 的压力环境下，由于在等离子体中电子的能量变小，因此构成添加气体的分子易获得电子， 产生较多的负离子。与此相对，当使处理室102内的压力降低时，等离子体中的电子能量变 大，因此等离子体中的负离子的量减少的可能性较高。在这样的情况下，优选改变添加气体 的种类，使流量增加等对处理条件进行调整，使等离子体中的负离子的量增加。以上，根据本实施方式，将作为电负性气体的处理气体例如CF4气体、以及作为添 加气体的比该处理气体电子附着系数大的电负性气体例如NF3气体导入到处理室102内形 成等离子体，因此，能够使等离子体中的负离子和正离子的分布均勻。其结果是，能够提高 蚀刻率的面内均勻性。以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明，但是，本发明不限定于该例。作为本领域技术人员，在权利要求所记载的范围内，显而易见能够想到各种变形例或修正 例，这些变形例或修正例当然属于本发明的技术范围内。例如，本发明不仅适用于蚀刻处理中，而且还能够适用于灰化(ashing)处理、成 膜处理等将处理气体导入到处理室内形成等离子体且通过该等离子体对被处理基板实施 的各种等离子体处理中。此外，能够适用本发明的等离子体处理装置，不限定于图1所示的 等离子体蚀刻装置，如果是等离子体CVD装置、等离子体灰化装置等通过由作为电负性气 体的处理气体产生的等离子体对被处理基板进行处理的装置，则能够适用于各种等离子体 处理装置是不言而喻的。产业上的利用性本发明能够适用于用作对被处理基板实施规定的等离子体处理的等离子体处理 方法和等离子体处理装置。
1权利要求
一种等离子体处理方法，将作为电负性气体的处理气体导入到处理室内形成等离子体来对被处理基板实施规定的等离子体处理，其特征在于将与所述处理气体相比电子附着系数大的电负性气体作为添加气体与所述处理气体一起导入到所述处理室内形成等离子体，此时通过调整所述添加气体相对于所述处理气体的流量来控制所述等离子体中的离子密度。
2.如权利要求1所述的等离子体处理方法，其特征在于供给至所述处理室内的所述添加气体的流量为所述处理气体的流量的1/10以下。
3.如权利要求2所述的等离子体处理方法，其特征在于所述处理气体为碳氟化合物类气体。
4.如权利要求3所述的等离子体处理方法，其特征在于所述添加气体为NF3气体、SF6气体和F2气体中的任一种。
5.一种等离子体处理装置，将作为电负性气体的处理气体导入到处理室内形成等离子 体来对被处理基板实施规定的等离子体处理，其特征在于，包括将所述处理气体供给至所述处理室内的处理气体供给系统；将与所述处理气体相比电子附着系数大的电负性气体作为添加气体供给至所述处理 室内的添加气体供给系统；和从所述处理气体供给系统向所述处理室内供给处理气体，并且从所述添加气体供给系 统供给所述添加气体形成等离子体，此时通过调整所述添加气体相对于所述处理气体的流 量来控制所述等离子体中的离子密度的控制部。
6.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于供给至所述处理室内的所述添加气体的流量为所述处理气体的流量的1/10以下。
全文摘要
本发明提供一种等离子体处理方法和等离子体处理装置，能够在通过电负性气体进行等离子体处理时，控制等离子体中的离子密度，比现有技术进一步提高等离子体处理的面内均匀性。将作为电负性气体的处理气体从处理气体源(170)导入到处理室(102)内，并且将与该处理气体相比电子附着系数大的电负性气体作为添加气体从添加气体源(180)导入来形成等离子体，此时，通过调整添加气体相对于处理气体的流量来控制所述等离子体中的离子密度。
文档编号H01L21/3065GK101809720SQ20088010900
公开日2010年8月18日 申请日期2008年9月1日 优先权日2007年9月28日
发明者伊藤融, 川上雅人, 永关澄江 申请人:东京毅力科创株式会社