專利名稱：等離子體處理裝置和等離子體處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對半導(dǎo)體基板等的被處理基板實施等離子體處理的等 離子體處理裝置以及等離子體處理方法和存儲介質(zhì)。
背景技術(shù)：
例如，在半導(dǎo)體設(shè)備的制造工序中，為了在作為被處理基板的半 導(dǎo)體晶片上所形成的規(guī)定的層上形成規(guī)定的圖案，多使用以抗蝕劑作 為掩模通過等離子體進行蝕刻的單片式的等離子體蝕刻處理。
作為進行這種單片式的等離子體蝕刻的等離子體處理裝置，使用 各種裝置，其中以電容耦合型平行平板等離子體處理裝置為主流。
在這種電容耦合型平行平板等離子體處理裝置中，在腔室內(nèi)配置 有一對平行平板電極(上部以及下部電極)，在下部電極上載置被處理 基板，將處理氣體導(dǎo)入到真空狀態(tài)的腔室內(nèi)，并且向任一個電極施加 高頻電力，在電極間形成高頻電場，通過該高頻電場使電子加速，利 用電子與處理氣體的沖突電離形成等離子體，對半導(dǎo)體晶片的規(guī)定的 層實施等離子體蝕刻。在這種電容耦合型平行平板等離子體處理裝置 中，向用于載置被處理基板的下部電極施加高頻電力使其成為陰極的 陰極耦合方式為，利用在下部電極產(chǎn)生的自偏壓將等離子體中的離子 引入到被處理基板，由此能夠進行各向異性蝕刻。
近階段，在這種陰極耦合方式中，提出有下述的下部雙頻率重疊 施加方式，即，在支撐被處理基板的下部電極重疊適于等離子體生成
的較高頻率(通常為27MHz以上)的第一高頻和適于離子引入的較低 頻率(通常為13MHz以下)的第二高頻。
這種下部雙頻率重疊施加方式除具有能夠利用第一高頻以及第二 高頻分別獨立地使等離子體的密度以及各向異性蝕刻的選擇性最優(yōu)化 的優(yōu)點之外，還具有能夠使較低頻率的第二高頻在抑制附著于上部電 極的聚合物等的堆積物(沉積)方面有效發(fā)揮作用的優(yōu)點。然而，近年來，隨著半導(dǎo)體等的制造工序中的設(shè)計規(guī)則的日益細 微化，特別是在等離子體蝕刻中，要求更高的尺寸精度，要求更高的 對蝕刻中的掩模、襯底的選擇比以及面內(nèi)均勻性。因此，被定位為腔
室內(nèi)的處理區(qū)域的低壓力化、低離子能量化，為此，使用與40MHz以
上的現(xiàn)有技術(shù)中的頻率相比級別更高的頻率的高頻，以用于生成等離 子體。
但是，這樣一來，若為了生成等離子體而使用高頻率的高頻電力， 則該高頻電流有向電極的中心部集中的傾向，中心一側(cè)的等離子體電 位變得比邊緣部一側(cè)的高，導(dǎo)致等離子體密度不均勻。在利用這種高 頻的高頻電力生成的低壓的低離子能量的等離子體中，會產(chǎn)生下述問 題，g卩，隨著等離子體電位的面內(nèi)不均勻性引起的等離子體密度的不
均勻，易于引起處理不均勻、發(fā)生加負荷(chargeup (充電))損傷。
作為解決上述問題的技術(shù)，在專利文獻2中揭示有下述技術(shù)，艮P， 將上部電極分割為內(nèi)側(cè)電極和外側(cè)電極，獨立地向它們施加直流電壓， 由此來控制等離子體的空間電位分布，提高蝕刻率等的等離子體處理 參數(shù)的面內(nèi)均勻性。
然而，專利文獻2中記載的技術(shù)僅僅適用于下部雙頻率重疊施加 方式中，蝕刻率等的控制范圍狹窄，此外，隨著蝕刻率的提高還有可 能產(chǎn)生堆積增加從而發(fā)生CD(化學(xué)沉積)不均勻的副作用。
專利文獻l:日本特開2000 — 156370號公報
專利文獻2:日本特開2006—286814號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種等離子體 處理裝置和等離子體處理方法，在下部雙頻率重疊施加方式中，能夠 使等離子體處理的均勻性控制范圍變廣并且難以發(fā)生因堆積引起的 CD不均勻等的副作用。
為了解決上述問題，本發(fā)明得第一方面提供一種等離子體處理裝
置，其特征在于，包括收容被處理基板，能夠進行真空排氣的處理 容器；配置在所述處理容器內(nèi)，被分割為構(gòu)成外側(cè)部分的外側(cè)電極和 構(gòu)成中央部分的內(nèi)側(cè)電極的第一電極；在所述處理容器內(nèi)與所述第一電極相對配置，支撐被處理基板的第二電極；向所述第二電極施加相
對頻率高的第一高頻電力的第一高頻電力施加單元；向所述第二電極 施加相對頻率低的第二高頻電力的第二高頻電力施加單元；向所述外 側(cè)電極施加直流電壓的第一直流電壓施加電路；向所述內(nèi)側(cè)電極施加 直流電壓的第二直流電壓施加電路；和向所述處理容器內(nèi)供給處理氣 體的處理氣體供給單元，所述第一電極與所述第二電極之間成為等離 子體生成空間，對從所述外側(cè)電極觀察到的所述第一直流電壓施加電 路的頻率-阻抗特性進行設(shè)定，使得從所述等離子體生成空間一側(cè)觀察 所述第一電極時的所述外側(cè)電極的頻率-阻抗特性成為，隨著施加給所 述外側(cè)電極的直流電壓的增加，在所述第一高頻電力的頻率中阻抗減 少，在所述第二高頻電力的頻率中阻抗增加的特性。
在上述第一方面中，優(yōu)選對從所述內(nèi)側(cè)電極觀察的所述第二直流 電壓施加電路的頻率-阻抗特性進行設(shè)定，使得從所述等離子體生成空 間一側(cè)觀察所述第一電極時的所述內(nèi)側(cè)電極的頻率-阻抗特性成為，施 加給所述內(nèi)側(cè)電極的直流電壓增加，并且在所述第一高頻電力的頻率 中阻抗增加，在所述第二高頻電力的頻率中阻抗增加的特性。
優(yōu)選對從所述上部電極觀察的所述第一直流電壓施加電路的阻抗 進行設(shè)定，使得消除施加給所述外側(cè)電極的直流電壓為最大時形成的 等離子體鞘層的相對于所述第一高頻電力的頻率的阻抗。
優(yōu)選對從所述外側(cè)電極觀察到的所述第一直流電壓施加電路的頻 率-阻抗特性以及從所述外側(cè)電極觀察的所述第一直流電壓施加電路的 頻率-阻抗特性進行設(shè)定，使得當(dāng)不對所述外側(cè)電極以及所述內(nèi)側(cè)電極 施加直流電壓時，相對于所述第一高頻電力的頻率的阻抗比相對于所 述第二高頻電力的頻率的阻抗大。
可以是所述第一直流電壓施加電路具有用于抑制所述第一高頻電 力的頻率的流入的低通濾波器，從所述外側(cè)電極觀察到的所述第一直 流電壓電路的頻率-阻抗特性通過調(diào)整所述低通濾波器的頻率-阻抗特 性而被設(shè)定。
可以是所述第二直流電壓施加電路具有用于抑制所述第二高頻電 力的頻率的流入的低通濾波器，從所述內(nèi)側(cè)電極觀察到的所述第二直 流電壓電路的頻率-阻抗特性通過調(diào)整所述低通濾波器的頻率-阻抗特性而被設(shè)定。
可以是從所述外側(cè)電極觀察到的所述第一直流電壓施加電路的頻 率-阻抗特性，比所述第一高頻電力的頻率稍低的頻率為串聯(lián)共振頻率， 在所述第二高頻電力的頻率附近存在串聯(lián)共振頻率。
優(yōu)選所述第一高頻電力的頻率為30 110MHz，所述第二高頻電力 的頻率為0.1 30MHz。
本發(fā)明的第二方面提供一種等離子體處理方法，其特征在于該 等離子體處理方法在上述第一方面的等離子體處理裝置中對被處理基 板進行等離子體處理，首先，將向所述內(nèi)側(cè)電極施加的直流電壓值設(shè) 定為規(guī)定的值，在向所述內(nèi)側(cè)電極施加該直流電壓值的同時，對向所 述外側(cè)電極施加的直流電壓值進行調(diào)整來決定處理條件，使等離子體 密度的均勻性為所期望的值，在該條件下進行等離子體處理。
本發(fā)明第三方面提供一種存儲介質(zhì)，其特征在于該存儲介質(zhì)在 計算機上運行、存儲有用于控制等離子體處理裝置的程序，上述程序 在運行時控制上述等離子體處理裝置實施上述等離子體處理方法。
根據(jù)本發(fā)明，對從所述外側(cè)電極觀察的所述第一直流電壓施加電 路的頻率-阻抗特性進行設(shè)定，使得從所述等離子體生成空間一側(cè)觀察 所述第一電極時的所述外側(cè)電極的頻率-阻抗特性成為隨著施加給所述 外側(cè)電極的直流電壓的增加，在所述第一高頻電力的頻率中阻抗減少， 在所述第二高頻電力的頻率中阻抗增加的特性，因此，能夠在外側(cè)電 極感應(yīng)第一高頻電力的高頻功率，得到更高的等離子體密度，能夠使 外側(cè)的等離子體密度的調(diào)整余地變大，并且能夠從外側(cè)電極遠離第二 高頻電力的高頻功率，降低在施加有上述第一高頻電力時其自偏壓效 果，減弱因直流電壓的施加所引起的等離子體的堆積性的上升，能夠
抑制因堆積引起的CD的不均勻的副作用。
此外，在這種裝置中，首先，將向所述內(nèi)側(cè)電極施加的直流電壓 值設(shè)定為規(guī)定的值，在向所述內(nèi)側(cè)電極施加該直流電壓值的同時，對 向所述外側(cè)電極施加的直流電壓值進行調(diào)整來決定處理條件，使等離 子體密度的均勻性為所期望的值，在該條件下進行等離子體處理，因 此能夠可靠地得出合適的等離子體處理條件。


圖1表示的是本發(fā)明的一個實施方式所涉及的等離子體蝕刻裝置 的簡要截面圖。
圖2是模式表示在圖1的裝置中，向外側(cè)上部電極以及內(nèi)側(cè)上部 電極施加直流電壓時的等離子體鞘層的示意圖。
圖3表示的是向上部電極的直流電壓施加電路中所使用的現(xiàn)有的 低通濾波器(LPF)的頻率-阻抗特性的圖表。
圖4表示的是使用圖3的特性的低通濾波器(LPF)時從上部電極 觀察的上部側(cè)的頻率-阻抗特性的圖表。
圖5表示的是在圖1的裝置中，向外側(cè)上部電極的直流電壓施加 電路中所使用的低通濾波器(LPF)以及向內(nèi)側(cè)上部電極的直流電壓施 加電路中所使用的低通濾波器(LPF)的頻率-阻抗特性的圖表。
圖6表示的是使用圖5的特性的低通濾波器(LPF)時從外側(cè)上部 電極觀察的上部側(cè)的頻率-阻抗特性以及從內(nèi)側(cè)上部電極觀察的上部側(cè) 的頻率-阻抗特性的圖表。
標(biāo)號說明
10:腔室(處理容器) 16:基座(下部電極) 34:上部電極 34a:外側(cè)上部電極 34b:內(nèi)側(cè)上部電極 46a、 46b:低通濾波器 47a:第一直流電壓施加電路 47b:第二直流電壓施加電路 50a:第一可變直流電源
50b:第二可變直流電源 51:控制器
52a、 52b:接通斷開(On/Off)開關(guān) 66:處理氣體供給源
84:排氣裝置
89:第一高頻電源90:第二高頻電源W:半導(dǎo)體晶片(被處理基板)具體實施方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。此處，對本發(fā)明的等離子體處理裝置的一個實施方式所涉及的等 離子體蝕刻裝置進行說明。圖1表示的是本發(fā)明的一個實施方式所涉 及的等離子體蝕刻裝置的簡要截面圖。該等離子體蝕刻裝置構(gòu)成為電 容耦合平行平板等離子體蝕刻裝置，其具有例如由表面經(jīng)過陽極氧化處理的鋁所構(gòu)成的大致呈圓筒狀的腔室(處理容器)10。該腔室10安全接地。在腔室10的底部，通過由陶瓷等構(gòu)成的絕緣板12配置有圓柱狀 的基座支撐臺14，在該基座支撐臺14上設(shè)置有例如由鋁所構(gòu)成的基座 16。基座16構(gòu)成下部電極，在其之上載置有作為被處理基板的半導(dǎo)體 晶片W。在基座16的上面設(shè)置有利用靜電吸附保持半導(dǎo)體晶片W的靜電 卡盤18。該靜電卡盤18具有由一對絕緣層或者絕緣板夾著由導(dǎo)電膜構(gòu) 成的電極20的結(jié)構(gòu)，電極20與直流電源22電連接。利用通過來自于 直流電源22的直流電壓產(chǎn)生的庫侖力等的靜電力將半導(dǎo)體晶片W吸 附保持在靜電卡盤18上。在靜電卡盤18 (半導(dǎo)體晶片W)的周圍，在基座16的上面配置 有用于提高蝕刻的均勻性的、例如由硅構(gòu)成的導(dǎo)電性的聚焦環(huán)(修正 環(huán))24。在基座16以及基座支撐臺14的側(cè)面設(shè)置有例如由石英構(gòu)成 的圓筒狀的內(nèi)壁部件26。在基座支撐臺14的內(nèi)部例如在圓周上設(shè)置有制冷劑室28。從設(shè)置 于外部的圖未示出的制冷單元經(jīng)由配管30a、 30b將規(guī)定溫度的制冷劑 例如冷卻水向制冷劑室28循環(huán)供給，能夠利用制冷劑的溫度對基座上 的半導(dǎo)體晶片W的處理溫度進行控制。而且，來自于圖未示出的傳熱氣體供給機構(gòu)的傳熱氣體例如He氣 體經(jīng)由氣體供給管線32被供給在靜電卡盤18的上面與半導(dǎo)體晶片W 的背面之間。在作為下部電極的基座16的上方，以與基座16相對的方式平行 設(shè)置有上部電極34。在上部以及下部電極34、 16之間的空間成為等離 子體生成空間。上部電極34與作為下部電極的基座16上的半導(dǎo)體晶 片W相對，形成與等離子體生成空間相鄰接(面臨)的面即相對面。該上部電極34經(jīng)由絕緣性遮蔽部件42被支撐在腔室10的上部， 上部電極34包括與基座16隔開規(guī)定間隔相對配置的環(huán)狀或者圓環(huán) 形(doughnut)的外側(cè)上部電極34a;和與該外側(cè)上部電極34a的半徑 方向內(nèi)側(cè)絕緣的狀態(tài)配置的圓板狀的內(nèi)側(cè)上部電極34b。在外側(cè)上部電極34a和內(nèi)側(cè)上部電極34b之間形成有例如0.25 2.0mm的環(huán)狀槽(間隙)，在該槽內(nèi)設(shè)置有絕緣部件72。外側(cè)上部電極34a具有電極板36a;和可裝卸地支撐該電極板 36a的、由導(dǎo)電性材料例如表面經(jīng)過陽極氧化處理的鋁構(gòu)成的電極支撐 體38a。電極板36a優(yōu)選由焦耳熱少的低電阻的導(dǎo)電體或者半導(dǎo)體例如 硅、SiC構(gòu)成。內(nèi)側(cè)上部電極34b包括具有多個氣體的氣體噴出孔37的電極板 36b;和可裝卸地支撐該電極板36b的、由導(dǎo)電性材料例如表面經(jīng)過陽 極氧化處理的鋁構(gòu)成的電極支撐體38b。在電極支撐體38b的內(nèi)部設(shè)置 有氣體擴散室40。從氣體擴散室40開始，向下方延伸有與氣體噴出孔 37連通的多個氣體流通孔41 。在電極支撐體38b上形成有向氣體擴散室40導(dǎo)入處理氣體的氣體 導(dǎo)入口 62，該氣體導(dǎo)入口 62與氣體供給管64連接，氣體供給管64 與處理氣體供給源66連接。在氣體供給管64上從上游側(cè)開始以質(zhì)量 流量控制器(MFC) 68以及開閉閥70的順序設(shè)置有這些部件。從處理 氣體供給源66，使作為用于蝕刻的處理氣體的例如C4F8氣體等碳氟化 合物氣體(CxFy)從氣體供給管64流至氣體擴散室40，經(jīng)由氣體流 通孔41以及氣體噴出孔37呈噴淋狀地向等離子體生成空間噴出。艮P， 上部電極34起到用于供給處理氣體的噴淋頭的功能。在外側(cè)上部電極34a上經(jīng)由第一直流電壓施加電路47a電連接有 第一可變直流電源50a。第一直流電壓施加電路47a具有供電線45a以 及用于抑制存在于其之間的40MHz的高頻電流的低通濾波器(LPF) 46a。第一可變直流電源50a通過接通斷開(On/Off)開關(guān)52a能夠進行供電的打開關(guān)閉(接通斷開(On/Off))。在內(nèi)側(cè)上部電極34b上經(jīng)由 第二直流電壓施加電路47b電連接有第二可變直流電源50b。第二直流 電壓施加電路47b具有供電線45b以及用于抑制存在于其之間的 40MHz的高頻電流的低通濾波器(LPF) 46b。第二可變直流電源50b 通過接通斷開開關(guān)52b能夠進行供電的打開關(guān)閉(接通斷開(On/Off))。 第一以及第二可變直流電源50a、 50b的極性以及電流電壓以及接通斷 開開關(guān)52的打開關(guān)閉通過控制器(控制裝置)51而被控制。低通濾波器(LPF) 46a、 46b抑制來自于后述的第一高頻電源的 高頻的流入，并且用于與這些高頻電源的頻率相對應(yīng)，將從外側(cè)上部 電極34a觀察到的上部側(cè)的第一直流電壓施加電路47a的阻抗以及從 內(nèi)側(cè)上部電極34b觀察到的上部側(cè)的第二直流電壓施加電路47b的阻 抗調(diào)整為合適的值，優(yōu)選由LC濾波器構(gòu)成。以從腔室10的側(cè)壁向上部電極34的高度位置的更上方延伸的方 式設(shè)置有帶蓋的圓筒狀的接地導(dǎo)體10a。作為下部電極的基座16經(jīng)由匹配器87與第一高頻電源89電連接， 此外，經(jīng)由匹配器88與第二高頻電源90電連接。第一高頻電源89輸 出27MHz以上的頻率例如40MHz的第一高頻電力。第二高頻電源90 輸出13MHz以下的頻率例如3.2MHz的第二高頻電力。匹配器87、 88分別用于將第一以及第二高頻電源89、 90的內(nèi)部 (或者輸出)阻抗調(diào)整為負載阻抗，因此，具有在腔室10內(nèi)產(chǎn)生等離 子體時使第一以及第二高頻電源89、 90的內(nèi)部阻抗與負載阻抗表面上 一致的功能。在腔室10的底部設(shè)置有排氣口 80，該排氣口 80經(jīng)由排氣管82 與排氣裝置84連接。排氣裝置84具有渦輪分子泵等的真空泵，能夠 將腔室10內(nèi)減壓至希望的真空度。此外，在腔室10的側(cè)壁設(shè)置有半 導(dǎo)體晶片w的搬入搬出口 85，該搬入搬出口 85能夠通過門閥86進行 開閉。此外，沿著腔室10的內(nèi)壁裝卸自如地設(shè)置有用于防止蝕刻副生 成物(堆積物)附著在腔室10上的堆積物屏蔽11。 g卩，堆積物屏蔽 ll構(gòu)成腔室壁。此外，堆積物屏蔽11也可以設(shè)置在內(nèi)壁部件26的外 周。在腔室10的底部的腔室壁側(cè)的堆積物屏蔽11與內(nèi)壁部件26側(cè)的 堆積物屏蔽11之間設(shè)置有排氣板83。作為堆積物屏蔽11以及排氣板83，適于使用在鋁材料上覆蓋Y203等的陶瓷的部件。在堆積物屏蔽11的構(gòu)成腔室內(nèi)壁的部分的與晶片W大致相同高度的部分，設(shè)置有與地面DC連接的導(dǎo)電性部件(GND塊)91，通過 其發(fā)揮防止異常放電的效果。等離子體蝕刻裝置的各構(gòu)成部分構(gòu)成為與控制部(全體控制裝置) 95連接而被控制。此外，控制部95與由操作者用于管理等離子體蝕刻 裝置進行命令的輸入操作等的鍵盤、可視化顯示等離子體處理裝置的 工作狀況的顯示器等構(gòu)成的用戶界面96連接。而且，控制部95與存儲部97連接，在存儲部97中收納有用于利 用控制部95的控制實現(xiàn)在等離子體蝕刻裝置中實施的各種處理的控制 程序、用于根據(jù)處理條件在等離子體蝕刻裝置的各構(gòu)成部分中實施處 理的程序即方案。方案存儲在存儲部97中的存儲介質(zhì)中。存儲介質(zhì)可 以為硬盤等這種固定的介質(zhì)，也可以為CDROM、 DVD等的可移動性 的介質(zhì)。此外，也可以從其它的裝置例如通過專用線路適宜地傳送方 法。而且，根據(jù)需要，通過來自用戶界面96的指示等從存儲部97調(diào) 出任意的方案并由控制部95實施，由此，在控制部95的控制下，進 行由等離子體蝕刻裝置實施的規(guī)定處理。其中，本發(fā)明的實施方式中 描述的等離子體處理裝置(等離子體蝕刻裝置)包含有該控制部95。當(dāng)在這樣構(gòu)成的等離子體蝕刻裝置中進行蝕刻處理時，首先，使 門閥86為打開狀態(tài)，經(jīng)由搬入搬出口 85向腔室10內(nèi)搬入作為蝕刻對 象的半導(dǎo)體晶片W,將其載置在基座16上。然后，從處理氣體供給源 66以規(guī)定的流量向擴散室40供給用于蝕刻的處理氣體，經(jīng)由氣體流通 孔41以及氣體噴出孔37向腔室10內(nèi)供給，并且通過排氣裝置84對 腔室10內(nèi)進行排氣，使其中的壓力為例如0.1 150Pa的范圍內(nèi)的設(shè)定 值。此處，作為處理氣體，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中所使用的各種氣體， 優(yōu)選使用以例如C4F8氣體等碳氟化合物氣體(CxFy)為代表的含有鹵 素的氣體。而且，也可以含有Ar氣體、02氣體等其它的氣體。這樣，在腔室10內(nèi)導(dǎo)入有蝕刻氣體的狀態(tài)下，以規(guī)定的功率從第 一高頻電源89向作為下部電極的基座16施加等離子體生成用的第一 高頻電力，并且以規(guī)定功率從第二高頻電源90施加離子引入用的第二高頻電力。從第一以及第二可變直流電源50a、 50b經(jīng)由第一直流電壓 施加電路47a以及第二直流電壓施加電路47b向外側(cè)上部電極34a以 及內(nèi)側(cè)上部電極34b施加規(guī)定的直流電壓。而且，從靜電卡盤18用的 直流電源22向靜電卡盤18的電極20施加直流電壓，將半導(dǎo)體晶片W 固定在基座16上。從形成于上部電極34的電極板36上的氣體噴出孔37噴出的處理 氣體在利用高頻電力產(chǎn)生的、上部電極34與作為下部電極的基座16 之間的發(fā)熱(glow)放電中而被等離子體化，通過利用該等離子體生 成的自由基或者離子對半導(dǎo)體晶片W的被處理面進行蝕刻。在該等離子體蝕刻裝置中，因為向作為下部電極的基座16重疊施 加來自于第一高頻電源89的相對高的頻率區(qū)域的第一高頻電力和來自 于第二高頻電源90的相對低的頻率區(qū)域的第二高頻電力，因此，能夠 分別進行更高頻率的第一高頻電力的等離子體密度的調(diào)整和更低頻率 的第二高頻電力的離子引入性的調(diào)整，由此，能夠進行等離子體的密 度以及各向異性蝕刻的選擇性的調(diào)整。此外，通過這種下部雙頻率重 疊施加方式，能夠得到下述優(yōu)點，S卩，能夠使更低的第二高頻電力有 效地作用于相對上部電極34的沉積附著的抑制。此外，因為從第一高 頻電源89施加的高頻電力為例如40MHz的高頻區(qū)域的高頻電力，所 以能夠在低壓的條件下形成低離子能量的高密度等離子體。其中，在這樣利用高頻率的高頻電力生成等離子體時，存在該高 頻電流向電極的中心部集中的傾向，中心部側(cè)的等離子體電位變得比 邊緣部側(cè)的高，因此，在本實施方式中，為了避免其發(fā)生，將上部電 極34分成外側(cè)上部電極34a和內(nèi)側(cè)上部電極34b，分別獨立地從第一 以及第二可變之流電源50a、 50b向外側(cè)上部電極34a和內(nèi)側(cè)上部電極 34b施加適當(dāng)強度的直流電壓來調(diào)整等離子體的空間電位的分布。艮口，因為若向上部電極施加直流電壓，則等離子體鞘層放大，從 而能夠?qū)Φ入x子體的空間電位進行調(diào)整，所以，通過第一以及第二直 流電壓施加電路47a、 47b從第一以及第二可變直流電源50a、 50b分 別獨立地向外側(cè)上部電極34a和內(nèi)側(cè)上部電極34b施加直流電壓來調(diào) 整其值，由此，能夠控制等離子體形成空間的外側(cè)與內(nèi)側(cè)的空間電位 分布，能夠調(diào)整等離子體密度。具體而言，如圖2所示，通過使施加給外側(cè)上部電極34a的直流電壓的值變大來擴大等離子體鞘層，由此
實現(xiàn)等離子體密度的均勻化。
然而，僅僅使施加給外側(cè)上部電極34a和內(nèi)側(cè)上部電極34b的直 流電壓值變化，等離子體密度(電子密度)的控制范圍狹窄，以致蝕 刻率等等離子體處理參數(shù)的控制范圍狹窄，此外，隨著蝕刻率的提高 沉積增加從而導(dǎo)致產(chǎn)生CD不均勻的副作用。
因此，在本實施方式中，對從沒有施加高頻電力以及直流電壓時 的外側(cè)上部電極34a觀察的上部側(cè)的第一直流電壓施加電路47a的頻 率-阻抗特性進行調(diào)整，使其與從內(nèi)側(cè)上部電極34b觀察的上部側(cè)的第 二直流電壓施加電路47b的頻率-阻抗特性不同，提高向外側(cè)上部電極 34a的直流電壓施加的效果。
具體而言，對從外側(cè)上部電極34a觀察的第一直流電壓施加電路 47a的阻抗進行設(shè)計，使得在施加有高頻電力以及直流電壓的情況下， 從等離子體生成空間一側(cè)觀察時的外側(cè)上部電極34a的頻率-阻抗特 性，隨著施加的直流電壓的增加，在高頻側(cè)的第一高頻電力的頻率下 阻抗減少，在低頻側(cè)的第二高頻電力的頻率下阻抗增加。由此，能夠 使等離子體密度(電子密度)的控制范圍變廣，消除因沉積的增加引 起的CD的不均勻的副作用。這種阻抗設(shè)計例如能夠通過對低通濾波 器(LPF) 46a的阻抗調(diào)整而實現(xiàn)。此外，通過調(diào)整電極間電容、供電 線的阻抗也能夠?qū)崿F(xiàn)。
以下，對通過低通濾波器(LPF) 46a的阻抗進行調(diào)整的情況為例 進行詳細說明。
現(xiàn)有技術(shù)中，例如，當(dāng)使第一高頻電源89的頻率為40MHz，使第 二高頻電源90的頻率為3.2MHz時，作為直流施加電路中使用的低通 濾波器(LPF)，通常使用具有如圖3所示的頻率-阻抗特性的濾波器。 即，作為低通濾波器(LPF)而使用的并聯(lián)LC電路，通常具有在特定 頻率下阻抗向高的一方突出的并聯(lián)共振頻率和遠離該并聯(lián)共振頻率的 特定頻率下阻抗向低的一方突出的串聯(lián)共振頻率，通過調(diào)整給予正的 阻抗的線圈成分和給予負的阻抗的電容器的大小等而能夠調(diào)節(jié)這些并 聯(lián)共振頻率以及串聯(lián)共振頻率的位置。通常，如圖3所示，使用具有 下述特性的濾波器，即，作為高頻側(cè)的第一頻率的40MHz附近成為并聯(lián)共振頻率，作為低頻側(cè)的第二頻率的3.2MHz附近成為串聯(lián)共振頻 率，在40MHz附近為高阻抗，在3.2MHz附近為低阻抗。在將具有這 種特性的低通濾波器(LPF)用于上部電極的直流電壓施加電路中的情 況下，從沒有被施加高頻電力以及直流電壓時的上部電極觀察的上部 側(cè)的頻率-阻抗特性例如如圖4所示。即，在作為第二高頻電力的頻率 的3.2MHz附近為串聯(lián)共振頻率，在10MHz附近為并聯(lián)共振頻率，在 作為第一高頻電力的頻率的40MHz，阻抗緩慢降低。
若在生成等離子體的同時向上部電極施加直流電壓，則形成與該 電壓相當(dāng)?shù)牡入x子體鞘層，從等離子體空間一側(cè)觀察上部電極時的阻 抗為，圖4的阻抗曲線向右側(cè)位移，隨著施加直流電壓值的增大，位 移量變大，如圖4所示，在作為第一高頻電力的頻率的40MHz時，阻 抗曲線向右位移并且阻抗增加，這種阻抗特性即便適用于外側(cè)上部電 極34a，也不能夠被認為等離子體密度(電子密度)的控制非常充分。 因此，期望在外側(cè)上部電極34a中通過施加直流電壓，使其控制范圍 變得更加廣。但是，因為在內(nèi)側(cè)上部電極34b中沒有必要通過直流電 壓施加使等離子體密度上升，因此，利用現(xiàn)有技術(shù)中的阻抗曲線便足 夠。
另一方面，與作為低頻側(cè)的第二高頻電力的頻率的3.2MHz相對， 減低其自偏(Vdc)效果，減弱因直流電壓施加引起的等離子體的沉積 性上升效果，抑制所謂的因沉積產(chǎn)生的CD不均勻的副作用是有必要 的。
因此，在本實施方式中，如圖5所示，作為向內(nèi)側(cè)上部電極34b 的直流電壓施加電路的低通濾波器(LPF) 46b，使用具有如圖3所示 的現(xiàn)有同樣的阻抗特性的濾波器，作為向外側(cè)上部電極34a的直流電 壓施加電路的低通濾波器(LPF) 46a，使用具有下述阻抗特性的濾波 器，即，串聯(lián)共振頻率除了存在于作為第二高頻電力的頻率的3.2MHz 附近之外還存在于60MHz附近，并聯(lián)共振頻率存在于15MHz附近， 使直流電壓更加有效地作用。
通過使用如圖5所示的阻抗特性的低通濾波器(LPF) 46a，如圖 6所示，使從外側(cè)上部電極34a觀察到的第一直流電壓施加電路47a的 頻率-阻抗特性成為與從和現(xiàn)有技術(shù)相同的內(nèi)側(cè)上部電極46b觀察到的頻率-阻抗特性不同的以下所述的特性。
艮口，通過使用圖5的特性的低通濾波器(LPF) 46a，設(shè)定從外側(cè) 上部電極34a觀察到的上部側(cè)的第一直流電壓施加電路47a的頻率-阻 抗特性，使得作為低頻側(cè)的第二高頻電力的頻率的3.2MHz附近成為串 聯(lián)共振頻率，比作為高頻側(cè)的第一高頻電力的頻率的40MHz稍小的頻 率也成為串聯(lián)共振頻率。
由此，若在生成等離子體的同時向外側(cè)上部電極34a施加直流電 壓，則從等離子體空間一側(cè)觀察外側(cè)上部電極34a時的阻抗，在作為 高頻側(cè)的第一高頻電力的頻率的40MHz中，施加的直流電壓越是上升 越是接近串聯(lián)共振頻率，在外側(cè)上部電極34a感應(yīng)40MHz的高頻功率， 能夠得到更高的等離子體密度(電子密度)。即，這種阻抗設(shè)計能夠發(fā) 揮增強通過直流電壓施加產(chǎn)生的等離子體密度(電子密度)上升效果。 由此，能夠增大外側(cè)的等離子體密度的調(diào)整空余，能夠使控制等離子 體密度的面內(nèi)均勻性乃至蝕刻率等的處理特性的面內(nèi)均勻性的范圍變 廣。另一方面，在作為低頻側(cè)的第二高頻電力的頻率的3.2MHz，從等 離子體空間一側(cè)觀察外側(cè)上部電極34a時的阻抗，施加的直流電壓越 是上升越是遠離串聯(lián)共振頻率，3.2MHz的高頻功率與外側(cè)上部電極 34a相分離，能夠降低施加上述3.2MHz時的其自偏(Vdc)效果，減 弱因直流電壓施加而產(chǎn)生的等離子體的沉積性上升效果，抑制因沉積 引起的CD的不均勻的副作用。
與此相對，對于內(nèi)側(cè)上部電極34b，進行現(xiàn)有的阻抗設(shè)計，在作為 高頻側(cè)的第一高頻電力的頻率的40MHz，施加的直流電壓上升，阻抗 增加，能夠抑制等離子體密度的上升。另一方面，在作為低頻側(cè)的第 二高頻電力的頻率的3.2MHz，與外側(cè)上部電極34a相同，施加的直流 電壓越是上升越是遠離串聯(lián)共振頻率。
其中，在圖3 圖6中，對于縱軸的阻抗Z而言，若使電阻成分為 R，電抗(reactance)成分為X，則能夠以Z= (R2+X2) 1/2來表示， 因為R基本上可以無視，所以僅僅考慮X即可。某一頻率下的X的值 實際上存在正負，這些圖的阻抗曲線中的其頻率下的傾向為右上時X 為正，為右下時X為負。因此，根據(jù)圖5，低通濾波器(LPF) 46a的 阻抗相對于3.2MHz為一lQ附近，相對于40 MHz為一20Q附近，低通濾波器(LPF)46b的阻抗相對于3.2 MHz為一3Q附近，相對于40MHz 為一4000Q附近。
此外，如圖6所示，相對于3.2MHz的從外側(cè)上部電極34a觀察到 的上部側(cè)的阻抗為比串聯(lián)共振頻率稍微大的值，這是因為在施加高頻 電力的時刻阻抗曲線向右側(cè)偏移。即，直流電壓施加前的相對于 3.2MHz的從外側(cè)上部電極34a觀察到的上部側(cè)的阻抗在比串聯(lián)共振頻 率小的范圍非常接近串聯(lián)共振頻率，使因直流電壓施加而引起的沉積 性上升效果降低的效果更加大。
在這種阻抗調(diào)整中，施加在外側(cè)上部電極34a上的直流電壓，在 頻率為作為第一高頻電力的頻率的40MHz中，優(yōu)選阻抗偏移最大，成 為圖6的串聯(lián)共振頻率。換言之，優(yōu)選對從外側(cè)上部電極34a觀察到 的上部側(cè)阻抗進行設(shè)定，使得抵消使施加給外側(cè)上部電極34a的直流 電壓最大時形成的等離子體鞘層的相對于40MHz的阻抗。與直流電壓 超過這種大小相反，不優(yōu)選阻抗上升。
此外，如圖6所示，在沒有施加直流電壓的狀態(tài)下，外側(cè)上部電 極34a以及內(nèi)側(cè)上部電極34b —起，對于作為相對頻率高的第一高頻 電力的頻率的40MHz的阻抗，優(yōu)選比作為相對頻率低的第二高頻電力 的頻率的3.2MHz的阻抗高。通過給予相對于作為第一高頻電力的頻率 的40MHz提高的阻抗，第一高頻電力變得難以從作為下部電極的基座 16向上部電極流動，等離子體的電子電流中的流經(jīng)壁部的比例相對增 大，等離子體向半徑方向外側(cè)擴展，能夠提高等離子體密度的均勻性。 另一方面，通過給予相對于作為第二高頻電力的頻率的3.2MHz降低的 阻抗，能夠提高隨著3.2 MHz的高頻振動的等離子體中的離子以強沖 擊向上部電極34入射而濺射除去上部電極34表面的沉積物的功能。
對施加給經(jīng)過這樣阻抗設(shè)計的外側(cè)上部電極34a以及內(nèi)側(cè)上部電 極34b的直流電壓進行調(diào)整進行等離子體處理的條件決定時，首先， 從沉積物除去性以及穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，決定施加給內(nèi)側(cè)上部電極34b 的直流電壓，以規(guī)定值向內(nèi)側(cè)上部電極34b施加這樣決定的直流電壓， 并且使等離子體的面內(nèi)均勻性成為期望的值，這樣來調(diào)整施加給外側(cè) 上部電極34a的直流電壓的值。
這樣，在決定施加給內(nèi)側(cè)上部電極34b的合適的直流電壓之后，觀察均勻性并對施加給外側(cè)上部電極34a的直流電壓進行調(diào)整，因此，
能夠可靠地得出合適的等離子體處理條件。
其中，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，可以進行種種變形。例 如，在上述實施方式中，以等離子體生成用的第一高頻電力的頻率為
40MHz，離子引入用的第二高頻電力的頻率為3.2MHz的情況為例進行 說明，但是并不局限于此，作為第一高頻電力的頻率可以采用30 llOMHz例如lOOMHz等，作為第二高頻電力的頻率可以采用0.1 30MHz例如0.3MHz、 13.56MHz等。
此外，低通濾波器(LPF) 46a、 46b的阻抗特性僅僅為一個例子， 可以根據(jù)處理使用任意的特性。此外，低通濾波器(LPF) 46a也可以 使用阻抗可變類型。此外，如上所述，從外側(cè)上部電極34a、內(nèi)側(cè)上部 電極34b觀察到的上部側(cè)的阻抗的調(diào)整并不局限于低通濾波器，可以 采用電極間電容、供電線的阻抗的調(diào)整等各種方法。此外，在本發(fā)明 中，從內(nèi)側(cè)上部電極34b觀察的上部側(cè)的阻抗特性并沒有特別限定， 可以根據(jù)處理進行適當(dāng)設(shè)定。
而且，在上述實施方式中，對本發(fā)明適用于等離子體蝕刻中的情 況進行了說明，但是其也能夠適用于等離子體CVD、等離子體氧化等 的其它的等離子體處理中。而且，在上述實施方式中，對被處理基板 為半導(dǎo)體晶片的情況進行了說明，但是也能夠適用于平板顯示器用的 基板、其它基板的等離子體處理的情況。
權(quán)利要求
1.一種等離子體處理裝置，其特征在于，包括收容被處理基板，能夠進行真空排氣的處理容器；配置在所述處理容器內(nèi)，被分割為構(gòu)成外側(cè)部分的外側(cè)電極和構(gòu)成中央部分的內(nèi)側(cè)電極的第一電極；在所述處理容器內(nèi)與所述第一電極相對配置，支撐被處理基板的第二電極；向所述第二電極施加相對頻率高的第一高頻電力的第一高頻電力施加單元；向所述第二電極施加相對頻率低的第二高頻電力的第二高頻電力施加單元；向所述外側(cè)電極施加直流電壓的第一直流電壓施加電路；向所述內(nèi)側(cè)電極施加直流電壓的第二直流電壓施加電路；和向所述處理容器內(nèi)供給處理氣體的處理氣體供給單元，所述第一電極與所述第二電極之間成為等離子體生成空間，對從所述外側(cè)電極觀察到的所述第一直流電壓施加電路的頻率-阻抗特性進行設(shè)定，使得從所述等離子體生成空間一側(cè)觀察所述第一電極時的所述外側(cè)電極的頻率-阻抗特性成為，隨著施加給所述外側(cè)電極的直流電壓的增加，在所述第一高頻電力的頻率中阻抗減少，在所述第二高頻電力的頻率中阻抗增加的特性。
2. 如權(quán)利要求l所述的等離子體處理裝置，其特征在于 對從所述內(nèi)側(cè)電極觀察的所述第二直流電壓施加電路的頻率-阻抗特性進行設(shè)定，使得從所述等離子體生成空間一側(cè)觀察所述第一電極 時的所述內(nèi)側(cè)電極的頻率-阻抗特性成為，在施加給所述內(nèi)側(cè)電極的直 流電壓增加的同時，在所述第一高頻電力的頻率中阻抗增加，在所述 第二高頻電力的頻率中阻抗增加的特性。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 對從所述上部電極觀察到的所述第一直流電壓施加電路的阻抗進行設(shè)定，使得消除施加給所述外側(cè)電極的直流電壓為最大時形成的等 離子體鞘層的相對于所述第一高頻電力的頻率的阻抗。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 對從所述外側(cè)電極觀察到的所述第一直流電壓施加電路的頻率-阻抗特性以及從所述外側(cè)電極觀察到的所述第一直流電壓施加電路的頻 率-阻抗特性進行設(shè)定，使得當(dāng)不對所述外側(cè)電極和所述內(nèi)側(cè)電極施加 直流電壓時，相對于所述第一高頻電力的頻率的阻抗比相對于所述第 二高頻電力的頻率的阻抗大。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述第一直流電壓施加電路包括用于抑制所述第一高頻電力的頻率的流入的低通濾波器，通過調(diào)整所述低通濾波器的頻率-阻抗特性來 設(shè)定從所述外側(cè)電極觀察到的所述第一直流電壓電路的頻率-阻抗特 性。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 所述第二直流電壓施加電路包括用于抑制所述第二高頻電力的頻 率的流入的低通濾波器，通過調(diào)整所述低通濾波器的頻率-阻抗特性來 設(shè)定從所述內(nèi)側(cè)電極觀察到的所述第二直流電壓電路的頻率-阻抗特 性。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于 對于從所述外側(cè)電極觀察到的所述第一直流電壓施加電路的頻率-阻抗特性，比所述第一高頻電力的頻率稍低的頻率成為串聯(lián)共振頻率， 在所述第二高頻電力的頻率附近存在串聯(lián)共振頻率。
8. 如權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，其特征在于所述第一高頻電力的頻率為30 110MHz，所述第二高頻電力的頻 率為0.1 30MHz。
9. 一種等離子體處理方法，其特征在于該等離子體處理方法為在權(quán)利要求1 8中任一項所述的等離子體 處理裝置中對被處理基板進行等離子體處理的等離子體處理方法，首先，將向所述內(nèi)側(cè)電極施加的直流電壓值設(shè)定為規(guī)定的值，在向所述內(nèi)側(cè)電極施加該直流電壓值的同時，對向所述外側(cè)電極 施加的直流電壓值進行調(diào)整來決定處理條件，使等離子體密度的均勻 性為所期望的值，在該條件下進行等離子體處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置和方法，其等離子體處理的均勻性控制范圍廣且不易產(chǎn)生沉積引起的CD不均勻等副作用。等離子體處理裝置具有相對配置在腔室內(nèi)、由外側(cè)電極和內(nèi)側(cè)電極構(gòu)成的上部電極以及晶片支撐用的下部電極，下部電極與施加40MHz的第一高頻電力的第一高頻電源以及施加3.2MHz的第二高頻電力的第二高頻電源連接，外側(cè)電極和內(nèi)側(cè)電極分別與施加直流電壓的第一直流電壓施加電路和第二直流電壓施加電路連接，從等離子體生成空間一側(cè)觀察上部電極時的外側(cè)電極的頻率-阻抗特性為，隨著施加給外側(cè)電極的直流電壓增加，在40MHz中阻抗減少，在3.2MHz中阻抗增加。
文檔編號H05H1/46GK101515545SQ20091000932
公開日2009年8月26日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者中山博之, 增澤健二, 巖田學(xué), 本田昌伸 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社