TWI447804B - A plasma processing method and a plasma processing apparatus - Google Patents

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Description

電漿處理方法及電漿處理裝置
本發明係有關對被處理基板施加電漿處理之技術，尤其有關電容耦合型的電漿處理裝置及電漿處理方法。
在半導體裝置或FPD(Flat Panel Display平面顯示器)之製程中的蝕刻、堆積、氧化、濺鍍等處理，為了對處理氣體以較低溫度進行良好反應而使用電漿。先前在單片式電漿處理裝置，尤其是電漿蝕刻裝置中，電容耦合型之電漿處理裝置係為主流。
一般來說，電容耦合型電漿處理裝置，係在構成為真空處理室之處理容器內，平行配置上部電極與下部電極，在下部電極上放置被處理基板(半導體晶圓、玻璃基板等)，而對兩個電極之任一邊施加高頻電壓。藉由此高頻電壓在兩電極產生之電場來使電子加速，藉著電子與處理氣體之衝撞電離而產生電漿，以電漿中之自由基或離子來對基板表面施加期望的細微加工(例如蝕刻加工)。在此，施加有高頻之側的電極，係經由匹配器內之遏止電容(Blocking Capacitor)來連接於高頻電源，故會工作為陰極(Cathode)。
對支撐基板之下部電極施加高頻來做為陰極的陰極耦合方式，係利用下部電極所產生之自偏壓電壓，將電漿中之離子近乎垂直的拉往基板，而可進行異向性蝕刻。更且 陰極耦合方式，在上部電極容易附著有聚合物等堆積物(Deposition，以下簡稱堆積物)的處理中，藉由入射到上部電極之離子的衝擊也就是濺鍍，有可以去除堆積膜(若有附著氧化膜則一同去除)的優點。
使用陰極耦合方式之先前的電容耦合型電漿處理裝置，大概都是將沒有施加高頻之陽極側的上部電極做直流接地。通常處理容器係由鋁或不鏽鋼等等金屬所構成並有安全接地，故可透過處理容器來將上部電極做為接地電位；因此係採用將上部電極直接安裝於處理容器之天花板的一體組裝構造，或將處理容器之天花板依原樣使用為上部電極的構造。
然而近年來半導體製程中，隨著設計規則之細微化，係要求低壓下的高密度電漿，電容耦合型電漿處理裝置之高頻頻率也變的越來越高，目前標準上係使用40MHz以上的頻率。但是頻率若變高，該高頻電流會集中在電極之中心部，使得兩電極間之處理空間中所產生的電漿密度，也是電極中心部側比電極邊緣部側要高，使得處理之面內平均性降低的問題更為顯著。
本發明係有鑑於上述先前技術之問題點而完成者，其第1目的為提供一種電漿處理方法及電漿處理裝置，其針對陰極耦合方式，在陽極側之電極附著有堆積膜，極力防 止對以後工程之處理造成影響，並且明顯提高處理的平均性。
更且本發明之第2目的，係提供一種電漿處理方法及電漿處理裝置，即使電漿處理之次數累積使得處理容器內之處理環境產生時間性變化，也可安定保持處理的平均性。
為了達成上述第1目的，本發明之第1電漿處理方法，係一種電漿處理方法，係在可做真空且被接地之處理容器內，隔開特定間隔來平行配置第1電極和第2電極，將被處理基板以第2電極支撐為與上述第1電極相對，然後將上述處理容器內真空排氣為特定壓力，在上述第1電極與上述第2電極和上述處理容器之側壁之間的處理空間中供給期望之處理氣體，同時對上述第2電極施加高頻，而在上述處理空間中產生之電漿下，對上述基板施加期望的電漿處理；其特徵係將上述第1電極經由絕緣體或空間安裝於上述處理容器，同時經由靜電電容之靜電電容可變部來電氣連接於接地電位，然後配合施加於上述基板之電漿處理的處理條件，來切換上述靜電電容可變部之靜電電容。
又，本發明之第1電漿處理裝置，其特徵係具有可做真空排氣且被接地的處理容器；和經由絕緣體或空間安裝於上述處理容器的第1電極；和電氣連接於上述第1電極 與接地電位之間之靜電電容可變的靜電電容可變部；和在上述處理容器內與上述第1電極隔開特定間隔來平行配置，然後與上述第1電極相對而支撐被處理基板的第2電極；和在上述第1電極與上述第2電極與上述處理容器側壁之間之處理空間內，供給期望之處理氣體的處理氣體供給部；和為了在上述處理空間內產生上述處理氣體之電漿，而對上述第2電極施加第1高頻的第1高頻供電部；和配合對上述基板施加之電漿處理之處理條件，來切換上述靜電電容可變部之靜電電容的靜電電容控制部。
本發明所採用之電容耦合型中，若對第2電極施加來自高頻電源的高頻，則藉由第2電極與第1電極之間的高頻放電，及第2電極與處理容器側壁(內壁)之間的高頻放電，會在處理空間內產生處理氣體的電漿，然後所產生之電漿會往四方，尤其是往上方及半徑方向外側擴散，電漿中之電子電流則透過第1電極或處理容器側壁等而流往接地。
在此，配合該電漿處理之處理條件來切換靜電電容可變部的靜電電容，可藉此將第1電極周圍之靜電電容或接地電容從高電容(低電阻)任意切換為低電容(高電阻)。尤其高電容(低電阻)接地模式，係在電漿之電子電流中加大第1電極與第2電極間流動的比例，而可加強離子對第1電極的噴濺效果，故有利於聚合物等堆積膜容易附著在第2電極的處理。又，低電容(高電阻)接地模式，係在電漿之電子電流中加大第1電極與處理容器側壁間流 動的比例，使電漿密度之空間分布擴散到半徑方向外側，故適合重視處理平均性之處理，或是即使第2電極附著有堆積膜也沒問題的處理(例如最後工程的處理)。
另外，可以對第2電極施加頻率比第1高頻更低的第2高頻，或是對第1電極施加期望之直流電壓。
為了達成上述第2目的，本發明之第2電漿處理方法，係係在可做真空且被接地之處理容器內，隔開特定間隔來平行配置第1電極和第2電極，將被處理基板以第2電極支撐為與上述第1電極相對，然後將上述處理容器內真空排氣為特定壓力，在上述第1電極與上述第2電極和上述處理容器之側壁之間的處理空間中供給期望之處理氣體，同時對上述第2電極施加高頻，而在上述處理空間中產生之電漿下，對上述基板施加期望的電漿處理；其特徵係將上述第1電極經由絕緣體或空間安裝於上述處理容器，同時經由靜電電容之靜電電容可變部來電氣連接於接地電位，然後配合要施加電漿處理之上述基板的處理片數，來切換上述靜電電容可變部之靜電電容。
又，本發明之第2電漿處理裝置，其特徵係具有可做真空排氣且被接地的處理容器；和經由絕緣物或空間安裝於上述處理容器的第1電極；和電氣連接於上述第1電極與接地電位之間之靜電電容可變的靜電電容可變部；和在上述處理容器內與上述第1電極隔開特定間隔來平行配置，然後與上述第1電極相對而支撐被處理基板的第2電極；和在上述第1電極與上述第2電極與上述處理容器側壁 之間之處理空間內，供給期望之處理氣體的處理氣體供給部；和為了在上述處理空間內產生上述處理氣體之電漿，而對上述第2電極施加第1高頻的第1高頻供電部；和配合要施加電漿處理之上述基板之處理片數，來切換上述靜電電容可變部之靜電電容的靜電電容控制部。
在上述第2方法或裝置中，則配合要施加電漿處理之基板之處理片數，來切換靜電電容可變部之靜電電容，可藉此控制電漿密度之空間分部特性乃至於處理之面內分部特性，結果可安定保持處理之平均性。
若依本發明之一種理想型態，則預先將靜電電容可變部之靜電電容值調大，然後隨著處理片數增加，來減少靜電電容值。
若依本發明之電漿處理方法及電漿處理裝置，則藉由上述之構造與作用，針對陰極耦合方式，在陽極側之電極附著有堆積膜，可極力防止對以後工程之處理造成影響，並且明顯提高處理的平均性。又，即使電漿處理之次數累積使得處理容器內之處理環境產生時間性變化，也可安定保持處理的平均性。
以下參考附加圖示，說明本發明之理想實施方式。
第1圖，表示本發明一種實施方式中電漿蝕刻裝置之 構造。此電漿處理裝置，係構成為陰極耦合之電容耦合型(平行平板型)電漿蝕刻裝置，具有表面例如施加了氧化鋁(陽極氧化處理)之鋁所構成的圓筒形真空處理室(處理容器)10。處理室10係被安全接地。
處理室10之底部，係經由陶瓷等絕緣板12而配置有圓柱狀之承受器支撐台14，而在此支撐台14上設置有例如鋁所構成的承受器16。承受器16構成下部電極，其上放置有做為被處理基板的例如半導體晶圓W。
承受器16上面，係設置有用以靠靜電吸附力來保持半導體晶圓W的靜電吸盤18。此靜電吸盤18係將由導電薄膜所構成之電極20包夾在一對絕緣層或絕緣薄片之間而成者；電極20係電氣連接於直流電源22。藉由來自直流電源22之電壓，可以將半導體晶圓W以庫倫力吸附保持於靜電吸盤18。在靜電吸盤18之周圍且在承受器16上面，為了提高蝕刻之平均性，配置有例如由矽所構成之聚焦環24。承受器16及承受器支撐台14之側面，例如黏貼有石英所構成之圓筒狀內壁構件25。
承受器支撐台14內部例如設置有延伸於圓周方向之冷媒室26。此冷媒室26，係藉由外接之冷卻單元(未圖示)而經過配管27a、27b被循環供給有特定溫度的冷媒，例如冷卻水。可以藉由冷媒之溫度來控制承受器16上之半導體晶圓W的溫度。更且，來自導熱氣體供給機構(未圖示)之導熱氣體，例如氦氣，係經由氣體供給線路28而供給到靜電吸盤18上面與半導體晶圓W的背面之間 。
承受器16，係經由匹配器32及供電棒33而連接有電漿產生用的高頻電源30。此高頻電源30，當在處理室10內進行電漿處理時，將特定高頻例如40MHz之高頻施加於承受器16。
承受器16之上方，係與此承受器平行相對的設置有上部電極34。此上部電極34，係由：具有多數氣體噴出孔36a，且由矽、碳化矽等半導體材料所構成的電極板36，和可裝卸地支撐此電極板36，且由導電材料所構成，例如由表面經過陽極氧化處理之鋁所構成的電極支撐體38來構成；並經由環狀絕緣體35以電氣懸浮狀態安裝於處理室10。此上部電極34與承受器16與處理室10側壁，係形成電漿產生空間或處理空間PS。
環狀絕緣體35，係例如由氧化鋁(Al2O3)所構成，將上部電極34之外周面與處理室10之側壁安裝為氣密性堵塞，物理性支撐上部電極34，同時構成上部電極34與處理室10之間之靜電電容的一部分。
電極支撐體38，係在內部具有氣體緩衝室40，同時其下面具有從氣體緩衝室40連通道電極板36之氣體噴出孔36a的多數氣體通氣孔38a。氣體緩衝室40係經由氣體供給管42連接於處理氣體供給部44。當特定處理氣體從處理氣體供給部44被導入氣體緩衝室40，則會藉由電極板36之氣體噴出孔36a向著承受器16上之半導體晶圓W，以淋浴狀對處理空間PS噴出處理氣體。如此一來，上 部電極34係兼作對處理空間PS供給處理氣體的蓮蓬頭。
又，電極支撐體38內部也設置有流動冷媒例如冷卻水的通路(未圖示)，經由冷媒，以外部之冷卻單元將上部電極34整體，尤其是電極板36調整為特定溫度。更且為了使對於上部電極34之溫度控制更加安定化，也可做為在電極支撐體38內部或上面安裝電阻發熱元件所構成之加熱器(未圖示)的構造。
上部電極34之上面與處理室10之天花板之間，係設置有適當之間隔尺寸的空隙，在該處形成空間50。此空間50可以是大氣空間，理想上係構成真空空間，不只是將上部電極34從處理室10乃至周圍溫度作熱性隔絕，也具有藉由氣體排除而防止上部電極34與處理室10之間之放電的功能。如此將空間50做為真空時，係與處理空間PS分開排氣，藉由氣密構造來保持真空狀態。此實施方式中，為了更加提高放電防止功能，係將空間50之內壁的全部或一部分(圖示例子為僅有上面)，以薄片狀之絕緣體52來覆蓋。此絕緣體52可以適當使用耐熱性優良之聚醯亞胺系樹脂，也可以使用鐵氟龍(註冊商標)或石英等。
承受器16及承受器支撐台14與處理室10之側壁之間所形成的環狀空間，係成為排氣空間，此排氣空間底部設置有處理室10的排氣口54。此排氣口54經由排氣管56連接於排氣裝置58。排氣裝置58，係具有渦輪分子泵等真空泵，而可將處理室10內，尤其是將處理空間PS減壓到特定真空度為止。又，處理室10之側壁安裝有開關 半導體晶圓W之搬入搬出口60的閘閥62。
此電漿蝕刻裝置，係在空間50內設置電容可變之可變電容器86，藉由裝備在處理室10外，例如裝備在上面的靜電電容控制部85，來變可變電容器86的電容。
在此，以第2圖及第3圖表示可變電容器86之構造例。此可變電容器86，係具有：可以在接觸或靠近上部電極34之上面之第1位置，與從上不電極34往上方離開之第2位置之間移動的導體板88；和用來將此導體板88作上下移動或變位的操作機構，例如操作棒90。在此，導體板88與上部電極34之間會形成電容器。導體板88之面積越大，就可越加大可變電容之感度或範圍。第2圖之操作機構90，係導電性材質，或對高頻具有導電性質之材質，或是對高頻有低電阻性質之材質所構成，直接或經由處理室10來接地。第3圖之操作機構90也可以是絕緣材質。靜電電容控制部85，係具有例如可任意控制旋轉量的步進馬達，和將此步進馬達之旋轉驅動軸之旋轉，轉換為操作機構90之直進(升降)運動的運動轉換機構(例如滾珠螺桿機構)等；透過導體板88之高度位置的可變控制，可以連續性改變可變電容器86的電容。導體板88越接近處理室10的天花板面，就可越減少上部電極34的接地電容。相反地，導體板88越接近上部電極34的上面，就可越增加上部電極34的接地電容。極端上係使導體板88接觸上部電極34來將上部電極34接地，可以使接地電容為無限大。
第4圖表示其他實施例之靜電電容可變部85的構造。此實施例，係在設置於上部電極34與處理室10之間的環狀絕緣體35中，形成環狀之液體收容室94，做為經由配管92而可從處理室10外導入導出具有適當介電率之液體(例如Galden(註冊商標)等有機溶劑)Q的構造。藉由改變介電性液體Q之種類(介電率)或液體量，可以改變環狀絕緣體35整體之靜電電容乃至於上部電極34的接地電容。
另外，靜電電容控制部85，係藉由控制此電漿處理裝置內各部分動作及裝置整體之工序的控制器96，而被賦予有指示可變電容器86之電容(目標值)的控制訊號。
此電漿蝕刻裝置中，為了進行蝕刻，首先將閘閥62做為開狀態，將加工對象之半導體晶圓W搬入處理室10內，放置於靜電吸盤10上。然後以處理氣體供給部44以特定流量及流量比將處理氣體亦即蝕刻氣體(一般是混合氣體)導入處理室10，藉由排氣裝置58之真空排氣來將處理室10內壓力做為設定值。更且，藉由高頻電源30以特定電力來對承受器16施加高頻(40MHz)。又藉由直流電源22對靜電吸盤18之電極20施加直流電壓，將半導體晶圓W固定在靜電吸盤18上。由上部電極34之蓮蓬頭吐出的蝕刻氣體，會在處理空間PS因高頻放電而電漿化，藉由此電漿所產生之自由基或離子來蝕刻半導體晶圓W之主要面的膜。
此電容耦合型電漿蝕刻裝置，係對承受器(下部電極 )16施加40MHz或該者以上的高頻，藉此以理想解離狀態將電漿高密度化，即使在更低壓之條件下也可形成高密度電漿。而且是陰極耦合方式，係利用發生於承受器16之自偏壓電壓，將電漿中之離子幾乎垂直拉往晶圓W，來進行異向性蝕刻。
又，也可以將適合產生電漿之較高頻率(例如40MHz)的第1頻率，和適合拉入離子之較低頻率(例如2MHz)的第2頻率，重疊施加於下部電極，來做為下部2頻率重疊施加方式。做為此情況之裝置構造，例如第5圖所示，只要增設用以對承受器16供電第2高頻之高頻電源64、匹配器66及供電棒68即可。此種下部2頻率重疊施加方式中，係由第1頻率(例如40MHz)來將處理空間PS中產生之電漿密度最佳化，並由第2頻率(例如2MHz)將發生於承受器16之自偏壓電壓或離子護套最佳化，而可達成選擇性更高的異向性蝕刻。
其次，說明此電漿蝕刻裝置中可變電容器(靜電電容可變部)86的作用。第6圖及第7圖中，上部電極34係經由可變電容器36及固定電容器或電容70、72來電氣連接於接地電位的處理室10(接地)。在此，電容70係上部電極34與處理室10之側壁之間的電容，主要由環狀絕緣體35來賦予。另一方面電容72，係與可變電容器86並聯，存在於上部電極34與處理室10之天花板之間的電容(固定電容)。上部電極34周圍之靜電電容或接地電容，係將可變電容器86之電容與電容70、72之電容相加來 賦予為合成電容。
首先，將可變電容器86之電容調高，說明將上部電極34之接地電容(合成電容)選擇為2000pF以上之情況(極端上係使導體板88接觸上部電極34，來做為無限大電容值的情況)的作用。此時如第6圖所示，當對承受器16施加來自高頻電源30之高頻時，藉由承受器16與上部電極34之間的高頻放電，和承受器16與處理室10側壁之間的高頻放電，在處理空間PS內產生處理氣體之電漿，然後所產生之電漿會往四方，尤其是往上方及半徑方向外側擴散，電漿中之電子電流則透過上部電極34或處理室10側壁等而流往接地。在此，承受器16之高頻頻率越高，就越會因表面效果而使高頻電流集中在承受器中心部，而且正對面之上部電極34係經由高電容亦即低電阻來接地，故電漿中之電子電流中流往處理室10側壁的比例會很低，大部分會流往上部電極34，尤其是其中心部。結果電漿密度之空間分部特性，很容易成為電極中心部最高，而越往半徑方向外側去之週邊部就越低的山型輪廓。但是另一方面，藉著對上部電極34流入較多高頻電流或電子電流，也會增加上部電極34中自偏壓電壓造成的離子入射量，而有加強噴濺的效果。
相對地，，將可變電容器86之電容調低，將上部電極34之接地電容(合成電容)選擇為250pF以下之情況，則如第7圖所示般，處理空間PS內之電漿分布會往半徑方向外側擴張。這種情況下，當以高頻電源30對承受 器16施加高頻時，藉由承受器16與上部電極34之間的高頻放電，和承受器16與處理室10側壁之間的高頻放電，在處理空間PS內產生處理氣體之電漿，然後所產生之電漿會往上方及半徑方向外側擴散，電漿中之電子電流則透過上部電極34或處理室10側壁等而流往接地。然後承受器16中高頻電流會集中在承受器中心部這點，與第6圖的情況相同。但是因為上部電極34之接地電容或電阻較低，故即使高頻電流集中在承受器16中心部，也難以流向正對面的上部電極34。因此電漿中之電子電流中流往處理室10側壁的比例絕對不會很低，並依照接地電容值，亦即依照可變電容器86之電容值，可任意調整流動於承受器16與上部電極34之間，和承受器16與處理室10側壁之間的電子電流比例。另一方面，若流動於上部電極34之高頻電流或電子電流變少，則也有上部電極34中離子入射量乃至於噴濺效果降低的一面。
此實施方式之電漿蝕刻裝置，係具有如上述般可改變靜電電容可變部86之靜電電容的構造，配合處理條件來適當切換上部電極34之接地電容，尤其是選擇高電容接地(低電阻)模式或低電容接地(高電阻)模式的任一個，藉此取得後述記憶效果之防止或降低與處理平均性的平衡，或是將其取捨作最佳化，來提高處理整體的加工性。
其次說明此實施方式之電漿蝕刻裝置中，具體之電漿蝕刻加工的例子。此蝕刻加工係對做為層間絕緣膜之有機系low-k膜形成連接孔(貫通孔)，並做為使用下部2頻 率重疊施加方式(第5圖)者。
第8圖，係表示此實施例中處理氣體供給部44的詳細構造例。主氣體供給管42，係經由各專用或分歧氣體供給管連接於做為處理氣體供給系統之各種原料氣體的供給源。此實施例中，如後述般做為蝕刻用混合氣體的原料氣體，係使用CF4、CHF3、CH3F、C4F8、Ar、N2等6種，故準備供給此等6種原料氣體的氣體供給源100~110。個別之專用氣體供給管，設置有可由控制器96來分別獨立控制的流量控制器(MFC)100a~110a及開關閥100b~110b。
做為蝕刻加工對象之半導體晶圓W的主要面上，係如第9圖(a)所示，在多層配線構造中係從下方依序層積下層配線層112、阻擋層114、有機系low-k膜(層間絕緣膜)116及遮罩118。配線層112，係例如銅配線層，例如以雙鑲嵌(Dual damascene)加工來形成。阻擋層114係例如具有1000Å(0.1μm)之膜厚之氮化矽(SiN)膜，例如以CVD(Chemical Vapor Deposition化學氣相堆積)法來形成。有機系low-k膜116，係例如具有1μm膜厚的SiOC系low-k膜，例如以CVD法來形成。遮罩118係阻劑膜，以一般之光微影法來形成，在貫通孔之開孔位置具有開口部118a。
此實施例中，對該被處理體之半導體晶圓W進行3步驟方式的蝕刻加工。首先做為第1步驟，係進行堆積處理之蝕刻。此第1步驟中主要的蝕刻條件如下。
處理氣體：CF4/CH3F/N2=流量50/5/100sccm
處理室內壓力：20mTorr
高頻電力：40MHz/2MHz=1000/0W
此第1步驟中，蝕刻氣體係使用全氟化碳系之CH3F。如此一來，CH3F中被電漿分解的H分子馬上會與F起反應，變成HF而被排氣，藉此僅留下C。結果會大量產生碳系堆積物而附著在阻劑遮罩118之開口部118a及上面附近，這在往後工程中會成為提高遮罩選擇比的保護膜。但是因為產生大量聚合物，且沒有對承受器16施加第2高頻(2MHz)(亦即對上部電極34之離子入射較弱)，故上部電極34容易附著堆積物。
因此，有關上部電極34之接地電容，係如第5圖般調高可變電容器86之電容來切換為高電容接地(低電阻)模式，極端上可以短路接地。藉此，會提高對上部電極34之離子入射效率，促進離子噴濺，而可使堆積膜不會附著。
此第1步驟，如第9圖(b)所示，等形成於有機系low-k膜116之孔116a的底部，達到特定深度例如1000Å附近時則結束。在此第1步驟結束之際，停止CF4/CH3F/N2之混合氣體的供給，亦即關閉開關閥100b、104b、110b，同時切斷高頻電源30的輸出。但是排氣裝置58之動作依然繼續。
其次，做為第2步驟係進行主要蝕刻。此第2步驟中 主要的蝕刻條件如下。
處理氣體：CHF3/CF4/Ar/N2=流量40/30/1000/150sccm
處理室內壓力：30mTorr
高頻電力：40MHz/2MHz=1000/1000W
此第2步驟中，係對化學反應造成之電漿輔助蝕刻，重疊上離子照射所造成之離子輔助蝕刻，來進行高速的異向性蝕刻。此時，係在上部電極34沒有附著先前第1步驟所產生之堆積膜的狀態下，才開始第2步驟之處理，故不會受到第1步驟之處理的影響。
其實即使是第2步驟之處理，也會從全氟化碳系之CHF3中產生大量聚合物，雖然比不上第1步驟時之情況，但堆積物也容易附著於上部電極34，且因為處理時間較長而使堆積膜累積大幅成長的可能性較大。
有鑑於此點，在第2步驟中也將上部電極34之接地電容做為如第5圖所示的高電容接地(低電阻)模式，極端上可以短路接地。藉此，會提高對上部電極34之離子入射效率，促進離子噴濺，而可使堆積膜不會附著。
第2步驟如第9圖(c)所示，等形成於有機系low-k膜116之孔116a的底部，達到特定深度例如8000Å附近時則結束。在此第1步驟結束之際，關閉開關閥102b、100b、108b、110b，停止CHF3/CF4/Ar/N2之混合氣體的供給，同時暫時切斷兩個高頻電源30、64的輸出。
其次，做為最後的第3步驟係進行過蝕刻。此第3步 驟中主要的蝕刻條件如下。
處理氣體：C4F8/Ar/N2=流量6/1000/150sccm
處理室內壓力：50mTorr
高頻電力：40MHz/2MHz=1000/1000W
此第3步驟，也是保持孔116a之異向性(垂直狀態)，在到達基底膜(氮化矽)62之前持續蝕刻有機系low-k膜116。此種情況，也是在上部電極34沒有附著先前第2步驟所產生之堆積膜的狀態下，才開始第3步驟之處理，故不會受到第2步驟之處理的影響。
在第3步驟中做為蝕刻氣體來使用的C4F8/Ar/N2混合氣體，有選擇比較基底膜(氮化矽)62更高的特長，雖然會產生全氟化碳系之聚合物，但其量較少，而且此第3步驟之後沒有接續之處理。亦即此第3步驟中即使於上部電極34附著有堆積膜，也可以不必考慮因為該堆積膜而使下個處理受到上個處理之影響的效果(記憶效果)。另外，附著於上部電極34或處理室10之側壁的堆積膜，例如可由電漿清潔等來另外去除。
有鑒於這點，在第3步驟中，係將上部電極34之接地電容做為如第6圖所示的低電容接地(高電阻)模式。藉此，流動於承受器16與上部電極34之間的電子電流會相對減少，同時流動於承受器16與處理室10側壁之間的電子電流會相對增加，使處理空間PS中所產生之電漿密度可以往半徑方向外側擴張。
此時，可以將半導體晶圓W上之蝕刻率作空間性(尤其在半徑方向)的平均化，但是使邊緣部蝕刻率比中心部相對較高者為佳。亦即先前之第1步驟及第2步驟中，係如上述般重視記憶效果防止而將上部電極34的接地電容設定為較高，故電漿密度相對的有中心部較高而週邊部較低之傾向；因此貫通孔形成之蝕刻率也容易成為中心部相對較高而週邊部較低。結果在第2步驟結束之時間點上，孔116a之底部深度會有空間性(尤其在半徑方向)的不一致，中心部相對較深，邊緣部相對較淺。
因此在最後之第3步驟，反而使電漿密度在中心部相對較低，而在週邊部相對較高，使得半導體晶圓W上之蝕刻率在中心部相對較低而在週邊部相對較高，就可在某種程度上抵銷之前蝕刻深度的不一致。藉此，可提高整個第1~第3步驟整體之蝕刻率的面內平均性。
如上所述，若依此實施方式，則是將上部電極34之接地電容構成為可變動，然後配合處理條件，在例如連續處理中，當前一個處理是堆積膜容易附著於上部電極34之處理時，則在該處理中將上部電極34之接地電容切換為高電容接地(低電阻)模式，使堆積膜難以附著於上部電極34，而可防止乃至於降低對下個處理造成的影響或記憶效果。又，是堆積膜難以附著於上部電極34之處理時，則在該處理中將上部電極34之接地電容切換為低電容接地(高電阻)模式，使處理空間PS內所產生之電漿的密度往半徑方向外側擴散，藉此可謀求處理平均性的提高 。
上述實施例中有機系low-k膜之貫通孔蝕刻只是一個例子，本發明可適用於任意的多重步驟處理，當然也可適用於單步驟處理。又，也可以對上部電極34電氣連接直流電源(未圖示)，作為對上部電極34施加任意直流電壓的構造或方式。此時，上部電極34係從處理室10之電位亦即接地電位成為電氣懸浮之狀態，達到直流的作用。
又，做為其他實施方式，也可以配合晶圓之處理片數，來改變靜電電容值。一般來說，隨著處理室內部之零件溫度因為電漿而上升，會有晶圓邊緣部之蝕刻率降低的傾向。因此尤其在蝕刻初期，係增加晶圓中心之蝕刻率來配合晶圓邊緣部之蝕刻率上升，以保持平均性；而隨著處理片數增加，若晶圓邊緣部之蝕刻率降低，則減少靜電電容可變部之電電容值，來減少晶圓邊緣部之蝕刻率降低。
上述實施方式中所使用之高頻頻率只是一個例子，可配合處理來使用任意頻率。又，裝置內之各部分構造也可作各種變形。尤其上述實施方式中靜電電容可變部86之構造只是一個例子，也可採用使上部電極34周圍之靜電電容或接地電容，在期望範圍內可以改變的任意電容構造。上述實施方式係有關電漿蝕刻裝置及電漿蝕刻方法者，但本發明也可適用於電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍等其他電漿處理裝置及處理方法。又，本發明中之被處理基板並不限於半導體晶圓，也可以是平面顯示器用之各種基板，或光罩、CD基板、印刷基板等。
10‧‧‧處理室(處理容器)
16‧‧‧承受器(下部電極)
30‧‧‧高頻電源
34‧‧‧上部電極
35‧‧‧環狀絕緣體
36‧‧‧電極板
36a‧‧‧氣體噴出孔
38‧‧‧電極支撐體
40‧‧‧氣體緩衝室
42‧‧‧氣體供給管
44‧‧‧處理氣體供給部
50‧‧‧空間
52‧‧‧絕緣體
64‧‧‧高頻電源
70、72‧‧‧電容
85‧‧‧靜電電容控制部
86‧‧‧可變電容器(靜電電容可變部)
〔第1圖〕表示本發明一種實施方式中電漿蝕刻裝置之構造的縱剖面圖
〔第2圖〕實施方式之電漿蝕刻裝置中，表示可變電容器之一種構造例的圖
〔第3圖〕實施方式之電漿蝕刻裝置中，表示可變電容器之其他構造例的圖
〔第4圖〕實施方式之一種變形例中，表示電漿蝕刻裝置之構造的縱剖面圖
〔第5圖〕實施方式之一種變形例中，表示電漿蝕刻裝置之構造的縱剖面圖
〔第6圖〕將實施方式之電漿蝕刻裝置切換到高電容(低電阻)接地模式之情況下，示意表示處理室內之高頻放電情形的圖
〔第7圖〕將實施方式之電漿蝕刻裝置切換到低電容(高電阻)接地模式之情況下，示意表示處理室內之高頻放電情形的圖
〔第8圖〕表示實施例之蝕刻方法中所使用之電漿蝕刻裝置其構造的縱剖面圖
〔第9圖〕實施例之蝕刻方法中，表示多重步驟之各階段下狀態的略剖面圖
10‧‧‧處理室(處理容器)
12‧‧‧絕緣板
14‧‧‧承受器支撐台
16‧‧‧承受器(下部電極)
18‧‧‧靜電吸盤
20‧‧‧電極
22‧‧‧直流電源
24‧‧‧聚焦環
25‧‧‧內壁構件
26‧‧‧冷媒室
27a‧‧‧配管
27b‧‧‧配管
28‧‧‧氣體供給線路
30‧‧‧高頻電源
32‧‧‧匹配器
33‧‧‧供電棒
34‧‧‧上部電極
35‧‧‧環狀絕緣體
36‧‧‧電極板
36a‧‧‧氣體噴出孔
38‧‧‧電極支撐體
38a‧‧‧氣體通氣孔
40‧‧‧氣體緩衝室
42‧‧‧氣體供給管
44‧‧‧處理氣體供給部
50‧‧‧空間
52‧‧‧絕緣體
54‧‧‧排氣口
56‧‧‧排氣管
58‧‧‧排氣裝置
60‧‧‧搬入搬出口
62‧‧‧閘閥
85‧‧‧靜電電容控制部
86‧‧‧可變電容器(靜電電容可變部)
96‧‧‧控制器

Claims (16)

  1. 一種電漿處理方法，係在可做真空且被接地之處理容器內，隔開特定間隔來平行配置第1電極和第2電極，將被處理基板以第2電極支撐為與上述第1電極相對，然後將上述處理容器內真空排氣為特定壓力，在上述第1電極與上述第2電極和上述處理容器之側壁之間的處理空間中供給期望之處理氣體，同時僅對上述第1電極與上述第2電極之中的上述第2電極施加高頻，而在上述處理空間中產生之電漿下，對上述基板施加期望的電漿處理；其特徵係將上述第1電極經由絕緣體或空間安裝於上述處理容器，同時經由靜電電容之靜電電容可變部來電氣連接於接地電位，然後對上述第2電極施加第1高頻，配合施加於上述基板之電漿處理的處理條件，在堆積膜容易附著於上述第1電極之處理時，將上述靜電電容可變部之靜電電容切換為較高；在堆積膜難以附著於上述第1電極之處理時，將上述靜電電容可變部之靜電電容切換為較低。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理方法，其中，在多步驟之處理中，於最後步驟以外之各步驟的處理時，將上述靜電電容可變部之靜電電容切換為較高；於最後步驟的處理時，將上述靜電電容可變部之靜電電容切換為較低。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理方法，其中，於上述靜電電容可變部係使用可變電容器。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之電漿處理方法，其中，對上述第2電極施加有頻率比上述第1高頻更低的第2高頻。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項之任一項所記載之電漿處理方法，其中，對上述第1電極施加有期望之直流電壓。
  6. 一種電漿處理裝置，其特徵係具有可做真空排氣且被接地的處理容器；和經由絕緣體或空間安裝於上述處理容器的第1電極；和電氣連接於上述第1電極與接地電位之間之靜電電容可變的靜電電容可變部；和在上述處理容器內與上述第1電極隔開特定間隔來平行配置，然後與上述第1電極相對而支撐被處理基板的第2電極；和在上述第1電極與上述第2電極與上述處理容器側壁之間之處理空間內，供給期望之處理氣體的處理氣體供給部；和為了在上述處理空間內產生上述處理氣體之電漿，而僅對上述第1電極與上述第2電極之中的上述第2電極施加第1高頻的第1高頻供電部；和配合對上述基板施加之電漿處理之處理條件，藉由上述靜電電容可變部而切換上述第1電極之接地電容的靜電電容控制部。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之電漿處理裝置，其中，上述靜電電容控制部，係在堆積膜容易附著於上述第1電極之處理時，將上述靜電電容可變部之靜電電容切換為較高；在堆積膜難以附著於上述第1電極之處理時，將上述靜電電容可變部之靜電電容切換為較低。
  8. 申請專利範圍第6項所記載之電漿處理裝置，其中，上述靜電電容控制部，在多步驟之處理中，係於最後步驟以外之各步驟的處理時，將上述靜電電容可變部之靜電電容切換為較高；於最後步驟的處理時，將上述靜電電容可變部之靜電電容切換為較低。
  9. 如申請專利範圍第6項所記載之電漿處理裝置，其中，上述靜電電容可變部係具有可變電容器。
  10. 如申請專利範圍第6項所記載之電漿處理裝置，其中，進而具有對上述第2電極施加頻率比上述第1高頻更低之第2高頻的第2高頻供電部。
  11. 如申請專利範圍第6項至第10項之任一項所記載之電漿處理裝置，其中，進而具有對上述第1電極施加期望之直流電壓的直流電源。
  12. 一種電漿處理方法，係在可做真空且被接地之處理容器內，隔開特定間隔來平行配置第1電極和第2電極，將被處理基板以第2電極支撐為與上述第1電極相對，然後將上述處理容器內真空排氣為特定壓力，在上述第1電極與上述第2電極和上述處理容器之側壁之間的處理空間中供給期望之處理氣體，同時對上述第2電極施加第1 高頻，而在上述處理空間中產生之電漿下，對上述基板施加期望的電漿處理；其特徵係將上述第1電極經由絕緣體或空間安裝於上述處理容器，同時經由靜電電容之靜電電容可變部來電氣連接於接地電位，然後配合要施加電漿處理之上述基板的處理片數，來切換上述靜電電容可變部之靜電電容。
  13. 如申請專利範圍第12項所記載之電漿處理方法，其中，預先將靜電電容可變部之靜電電容值調大，然後隨著處理片數增加，來減少上述靜電電容值。
  14. 一種電漿處理裝置，其特徵係具有可做真空排氣且被接地的處理容器；和經由絕緣物或空間安裝於上述處理容器的第1電極；和電氣連接於上述第1電極與接地電位之間之靜電電容可變的靜電電容可變部；和在上述處理容器內與上述第1電極隔開特定間隔來平行配置，然後與上述第1電極相對而支撐被處理基板的第2電極；和在上述第1電極與上述第2電極與上述處理容器側壁之間之處理空間內，供給期望之處理氣體的處理氣體供給部；和為了在上述處理空間內產生上述處理氣體之電漿，而對上述第2電極施加第1高頻的第1高頻供電部；和配合要施加電漿處理之上述基板之處理片數，來切 換上述靜電電容可變部之靜電電容的靜電電容控制部。
  15. 如申請專利範圍第14項所記載之電漿處理裝置，其中，上述靜電電容控制部，係預先將靜電電容可變部之靜電電容值調大，然後隨著處理片數增加，來減少上述靜電電容值。
  16. 一種電漿處理裝置，其特徵係具有可做真空排氣且被接地的處理容器；經由絕緣體或空間安裝於上述處理容器的第1電極；電氣連接於上述第1電極與接地電位之間，在被設於上述第1電極與上述處理容器的側壁之間的環狀絕緣體之中形成環狀的液體收容室，透過配管從上述處理容器之外對上述液體收容室加入具有特定的介電率的液體，或者是從上述液體收容室往上述處理容器之外導出具有特定介電率之液體而使靜電電容可變的靜電電容可變部；在上述處理容器內與上述第1電極隔開特定間隔來平行配置，然後與上述第1電極相對而支撐被處理基板的第2電極；在上述第1電極與上述第2電極與上述處理容器側壁之間之處理空間內，供給期望之處理氣體的處理氣體供給部；為了在上述處理空間內產生上述處理氣體之電漿，而對上述第2電極施加第1高頻的第1高頻供電部；以及根據被實施電漿處理的上述基板的電漿處理的處理條件或者上述基板的處理片數，切換上述靜電電容可變部的 靜電電容的靜電電容控制部。
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