等离子体处理装置及等离子体处理方法
【专利说明】等离子体处理装置及等离子体处理方法
[0001]本申请以2014年7月22日申请的日本国专利申请第2014-149241号作为主张优先权的基础，本说明书中通过引用包含其全部内容。
技术领域
[0002]本发明涉及等离子体处理装置及等离子体处理方法。
【背景技术】
[0003]等离子体处理装置，通过产生等离子体、使该等离子体中的离子入射基板(例如，半导体晶片)，由此处理基板。半导体设备制造过程中，通过入射离子蚀刻基板，形成沟道(trench)、通孔、突出部等。
[0004]在这里，半导体设备制造过程中，为了确保半导体设备的电气性能，加工形状的精密控制，特别是沟道侧壁的垂直加工很重要。
[0005]但是，加工形状的精密控制并不容易，例如，沟道的侧壁不垂直、有斜度是惯例。
【附图说明】
[0006]图1是第I实施方式涉及的等离子体处理装置10的概略构成图。
[0007]图2?图4是显示基板电极构成一例的立体图。
[0008]图5是显示施加到电极元件的电压波形一例的图。
[0009]图6是显示入射晶片的离子一例的模式图。
[0010]图7是比较例涉及的等离子体处理装置1x的概略构成图。
[0011]图8是显示等离子体处理装置处理前的晶片的部分放大截面图。
[0012]图9?图11是显示晶片蚀刻后状态的放大截面图。
[0013]图12是变形例I涉及的等离子体处理装置1a的概略构成图。
[0014]图13是变形例2涉及的等离子体处理装置1b的概略构成图。
[0015]图14是显示感应线圈27的模式图。
[0016]图15是第2实施方式涉及的等离子体处理装置1c的概略构成图。
[0017]图16是显示施加到电极元件的电压波形一例的图。
[0018]图17是变形例3涉及的等离子体处理装置1d的概略构成图。
[0019]图18是第3实施方式涉及的等离子体处理装置1e的概略构成图。
[0020]图19是显示沟道侧壁加工状态的图。
[0021]图20是显示通孔侧壁加工状态的图。
[0022]图21A?图21D是显示一边旋转晶片一边处理状态的模式图。
[0023]图22A?图22D是显示一边旋转晶片一边处理状态的模式图。
[0024]图23A?图23C是显示一边旋转晶片一边处理状态的模式图。
[0025]图24A?图24D是显示一边旋转晶片一边处理状态的模式图。
[0026]图25是变形例4涉及的等离子体处理装置1f的部分构成图。
[0027]图26是变形例5涉及的等离子体处理装置1g的部分构成图。
[0028]图27是变形例6涉及的等离子体处理装置1h的部分构成图。
[0029]图28、图29是显示静电卡盘42内部电极一例的平面图。
[0030]图30是第4实施方式涉及的等离子体处理装置1i的概略构成图。
[0031]图31是显示基板电极15c的构成一例的立体图。
[0032]图32是第5实施方式涉及的等离子体处理装置1j的概略构成图。
[0033]图33是显示从上方观察到的基板电极15d状态的平面图。
[0034]图34A?图34D是显示电极元件Exy分组(选择)状态的模式图。
[0035]图35是第6实施方式涉及的等离子体处理装置1k的部分构成图。
[0036]图36是显示具有显示装置的等离子体处理装置的工作顺序一例的处理过程图。
[0037]图37A、图37B是画面显示一例的图。
[0038]图38A?图38C是显示入射晶片Wf的离子II的角度分布的等离子体模拟结果的图表。
[0039]图39A?图39C是显示入射晶片Wf的离子II的角度分布的等离子体模拟结果的图表。
[0040]图40是显示计算区域整体电位分布的图。
[0041]图41是显示对于电极元件E的评价点Pl?P5的图。
[0042]图42A?图42C是显示入射晶片Wf的离子II的角度分布的等离子体模拟结果的图表。
[0043]图43是显示对于电介质构件DM的评价点Ql?Q5的图。
[0044]图44是显示电极宽度W与峰角关系的图表。
[0045]图45是显示电极间隔D与峰角关系的图表。
【具体实施方式】
[0046]实施方式的等离子体处理装置具备有:腔室、导入部、基板电极、高频电源、低频电源和切换机构。导入部向腔室内导入处理气体。基板电极配置在腔室内，直接或间接载置有基板，具有交互配置的第1、第2电极元件群。高频电源输出40MHz以上的高频电压，用于使处理气体离子化，产生等离子体。低频电源输出20MHz以下的低频电压，用于从等离子体中引入离子。切换机构向所述第1、第2电极元件群交互施加所述低频电压。
[0047]以下参照附图详细说明实施方式。
(第I实施方式)
[0048]图1是第I实施方式涉及的等离子体处理装置10的概略构成图。该等离子体处理装置10是平行平板型的RIE(Reactive 1n Etching)装置。
[0049]等离子体处理装置10，通过将等离子体PL中的离子II入射晶片(Wafer)胃6蚀刻晶片Wf，形成沟道(trench)、通孔、突出部等。晶片Wf是基板，例如，是半导体(S1、GaAs等)的基板。
[0050]等离子体处理装置10，在向晶片Wf入射离子II的方面，与注入离子的离子注入装置共通，但在以下方面是不同的。等离子体处理，较之于离子注入，入射的离子的能量较低(离子注入:10k?500keV左右，等离子体处理:0?2000eV左右)。等离子体处理，较之于离子注入，没有特别的加速装置，通过施加到基板电极15的偏压引入来自等离子体PL的离子II。因此，等离子体处理装置10，较之于离子注入，等离子体PL与基板电极15接近(离子注入:约1cm左右以上，等离子体处理:数cm左右以下)。
[0051]等离子体处理装置10具有:腔室11、排气口 12、处理气体导入管13、基座14、基板电极15、对置电极16、RF高频电源21a、RF低频电源21b、匹配器22a、22b、滤波器23a、23b、切换机构24。
[0052]腔室11保持晶片Wf处理所必需的环境。
[0053]排气口 12与未图示的压力调节阀、排气栗连接。腔室11内的气体从排气口 12排出，腔室11内保持高真空。此外，从处理气体导入管13导入处理气体时，从处理气体导入管13流入的气体流量与从排气口 12流出的气体流量平衡，腔室11的压力保持一定。
[0054]处理气体导入管13是将晶片Wf处理所必需的处理气体导入腔室11内的导入部。该处理气体用于形成等离子体PL。通过放电，处理气体离子化后成为等离子体PL，等离子体PL中的离子II用于晶片Wf的蚀刻。
[0055]作为处理气体，除了 Ar、Kr、Xe、N2、02、C0、H2等气体外，也可适当使用SF6或CF4、C2F6、C4F8、C5F8、C4F6、C12、HBr、SiH4、SiF4 等。
[0056]在这里，处理气体可分为淀积(deposit1n)系、非淀积(deposit1nless)系。非淀积系气体，是在晶片Wf处理时仅具有蚀刻作用的气体。另一方面，淀积系气体，在晶片Wf处理时，除了蚀刻作用，还具有被膜(保护膜)形成作用。
[0057]作为处理气体，通过使用淀积系气体，可以提升蚀刻掩模与蚀刻对象(晶片Wf等)间的蚀刻选择比。即，淀积系气体的情况下，在蚀刻掩模上形成被膜的同时，进行蚀刻。其结果是，可以降低蚀刻掩模的蚀刻速率，提升选择比。
[0058]淀积系、非淀积系的区分并非绝对。稀有气体(Ar、Kr、Xe)几乎没有被膜形成作用，可认为是纯粹的非淀积系，但其他气体多多少少具有被膜形成作用。此外，根据蚀刻掩模、蚀刻对象的材质.形状、过程压力等的关系，蚀刻作用与被膜形成作用的大小关系会变化。
[0059]—般，作为非淀积系气体，可举出Ar、Kr、Xe、H2等。此外，作为淀积系气体，可举出 C2F6、C4F6, C4F8, C5F8或 SF 6、Cl2, HBr0 作为它们的中间气体，可举出 N2、02、CO、CF4。
[0060]基座14是支撑晶片Wf的支撑部，具有用于支撑晶片Wf的卡盘。作为卡盘，可以利用力学支撑晶片Wf的机械卡盘，或者通过静电支撑晶片Wf的静电卡盘。另外，静电卡盘的详细情况在后面的变形例6中说明。
[0061]基板电极15配置于基座14，是具有与晶片Wf的下表面接近或接触的上表面的近平板状的电极。即，在基板电极15上间接(接近)或直接(接触)载置有晶片Wf (基板)。
[0062]图2是显示基板电极15的构成一例的立体图。如图2所示，基板电极15是被分割为多个的分割电极，被交互配置，由2组电极元件E1、E2(第1、第2电极元件群)构成。
[0063]在这里，2组电极元件El、E2具有沿着轴方向A的中心轴、以及宽度(电极元件E1、E2的宽度，此处为直径)W的近圆柱形状，以间隔D(电极元件E1、E2间的空间距离)近平行配置。另外，电极元件E1、E2的形状不限于近圆柱形状，也可以是近棱柱形状(例如，近四棱柱形状)。
[0064]此时，优选电极间隔D、电极宽度(此处为直径)W在一定程度上较小(例如，电极间隔D在5mm以下)。如后述实施例所示，离子II的入射量存在位置依赖性。离子II的入射量会反映电极元件E1、E2的周期性配置，以间隔D、电极宽度W所对应的周期进行变动。因此，通过使间隔D、电极宽度W在一定程度上较小，等离子体处理的均匀性提升(离子II入射量变动的空间周期变短)。
[0065]图3是显示基板电极结构的其他例的立体图。基板电极15a具有电极元件E1、E2、电介质构件DM。
[0066]电介质构件DM配置在电极元件E1、E2之间。通过电介质构件DM，电极元件E1、E2之间以及基板电极15与晶片Wf之间的电压下降会变小。其结果是，横向的电位差可有效传达至晶片Wf，可确保电场的斜向成分。在抑制电压下降方面，优选电介质构件DM的介电常数较高。例如，可以使介电常数在7.0以上(氧化铝7.7)。
[0067]图4是显示基板电极结构的其他例的立体图。基板电极15b具有电介质构件DM1、导体层EL。导体层EL配置在平板形状的电介质构件DMl上。例如，可由印刷基板制作基板电极15b。
[0068]导体层EL具有线条图案L1、L2和连接部Cl、C2。线条图案L1、L2分别作为电极元件E1、E2发挥功能。连接部Cl、C2分别电气连接线条图案LI间或L2间。
[0069]此时，导体层EL的厚度在例如Imm左右以下即可。即使线条图案L1、L2较薄，也可与棒状的电极元件E1、E2相同，生成横向的电场，即电场的斜向成分。这是因为，有助于横向电场的，不是线条图案L1、L2厚度方向的电位，而是邻接的线条图案L1、L2间的电位差产生的电场。
[0070]对置电极16在腔室