TWI584699B - Plasma processing device and plasma processing method - Google Patents

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Chishio Koshimizu
Yohei Yamazawa
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Tokyo Electron Ltd
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Description

電漿處理裝置及電漿處理方法
本發明是有關對被處理基板實施電漿處理的技術，特別是有關在保持基板的電極安裝聚焦環的電漿處理裝置及使用彼之電漿處理方法。
一般，單片式的電漿處理裝置，為了提升在真空腔室內使作用於基座(通常是下部電極)上的基板的被處理面之電漿密度的面內均一性(特別是基板的半徑方向的均一性)，而將基座及對向電極(上部電極)構成比基板更大上一圈的直徑大小。此情況，一旦突出至基板的半徑方向外側之基座上面的周邊部分直接暴露於電漿，則會從電漿受到離子的攻擊而損傷劣化。特別是在電漿蝕刻裝置中，因為利用發生於基座的自我偏壓電壓來使離子加速而引入，所以離子濺射效果大。於是，可裝卸地安裝環狀的罩構件所謂的聚焦環，而使能夠覆蓋突出至基板的半徑方向外側之基座上面的周邊部分，得以自電漿保護基座(例如參照專利文獻1)。
聚焦環的材質，較理想是在基座與電漿之間容易通過高頻，且即是以離子濺射，也不會對基板上的製程造成實質的影響者，例如在電漿蝕刻裝置可使用Si，SiC，C(碳)、SiO2、Al2O3等。
另一方面，在電漿處理裝置中，基板的溫度不僅對基板表面反應甚至蝕刻特性或膜特性等造成大的影響，因此經由載置基板的基座來控制基板的溫度。通常最好是壓制來自電漿的入熱所造成基板的溫度上昇，特別是在電漿蝕刻，若降低基板的溫度，則自由基(radical)反應會被抑制，可容易取得高的選擇比與垂直加工形狀。基板溫度控制手段是由冷卻裝置來將被調溫的冷媒予以循環供給至基座內部的冷媒室，使基座冷卻至所定溫度，且將He氣體等的傳熱氣體供給至基座與基板的接觸界面，而間接地冷卻基板的方式常被使用。此冷卻方式需要用以反抗傳熱氣體的供給壓力來將基板固定於基座上的保持機構，大多是使用靜電吸盤來作為如此的保持機構。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2000-36490
在以往的電漿處理裝置中，雖是像上述那樣控制基板的溫度，但並未針對聚焦環來特別地進行個別的溫度控制。因此，在RF功率弱的製程是離子流量(ion flux)弱，聚焦環的溫度是形成接近載置於共通的基座上之基板的溫度。
然而，一旦聚焦環的溫度和基板溫度同等低，則電漿製程的特性反而會有惡化的情形。例如，就今日的光微影(Photolithography)工程而言，為了提高光阻圖案(resist pattern)的微細化，解像度，大多使用多層光阻法。在多層光阻製程中，進行BARC(反射防止膜)或中間遮罩層的蝕刻(遮罩處理)時，上層光阻圖案的轉印精度亦即形狀維持(損傷‧變形的防止)要比選擇性或垂直形狀加工性更被重視，因此使用於電漿生成之高頻的功率是被設定成低些。並且，為了控制從電漿往基板之離子的引入而使用比較低頻率的高頻之裝置是在進行遮罩處理的期間，如此的離子引入用高頻的功率會被設定成低些(極端是0瓦)。因此，從電漿往基板的入熱少，基板的溫度不會形成那麼高，聚焦環的溫度也和基板溫度同等低。然而，在如此的條件下的蝕刻製程，蝕刻速率在基板邊緣部要比基板中心部相對地變高，基板上的蝕刻特性容易形成不均一。
針對上述的問題，若將聚焦環的溫度形成比基板溫度更加高，則基板邊緣部的蝕刻速率會被相對性地抑制，實驗證明蝕刻特性的均一性會被改善。
然而，在量產裝置中，將聚焦環專用的加熱器裝入基座是無論機構上或者成本上都非常困難。並且，不是只要經常加熱聚焦環就能解決，依製程也會有藉冷卻來降低溫度的情形。例如，在上述那樣的多層光阻製程，在遮罩處理之後接著進行多層光阻的底層膜亦即原本的被加工膜的蝕刻時，為了取得高選擇性及良好的垂直形狀加工性，最好降低聚焦環的溫度。
如此，在量產型的電漿處理裝置中，最好是可任意且簡便地控制(特別是昇溫)聚焦環的溫度之溫度控制機構。
本發明是有鑑於上述那樣以往技術的情事及問題點而研發者，其目的是在於提供一種可自基座溫度獨立而任意‧簡便且有效率地加熱以能夠覆蓋被處理基板的周圍之方式安裝於基座(通常是下部電極)的聚焦環，且可自如地控制聚焦環的溫度之電漿處理裝置。
又，本發明的目的是在於提供一種在多層光阻製程中自如地控制聚焦環的溫度，而於各工程階段謀求蝕刻特性的均一性之電漿處理方法。
為了達成上述的目的，本發明的第1觀點的電漿處理裝置，其特徵係具有：處理容器，其係可真空排氣；下部電極，其係於前述處理容器內載置被處理基板；聚焦環，其係以能夠覆蓋前述下部電極之突出至前述基板的半徑方向外側的周邊部分之方式，安裝於前述下部電極；上部電極，其係於前述處理容器內與前述下部電極平行相向；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而對前述上部電極與前述下部電極之間的處理空間供給所望的處理氣體；第1高頻電源，其係輸出適於氣體的高頻放電的頻率的第1高頻；電漿生成用高頻給電部，其係於阻抗整合狀態下，對於用以在前述處理空間藉由高頻放電來生成前述處理氣體的電漿之第1負荷，供給來自前述第1高頻電源的前述第1高頻；及聚焦環加熱用高頻給電部，其係於阻抗整合狀態下，對於用以使前述聚焦環發熱至所望的溫度之第2負荷，供給來自前述第1高頻電源的前述第1高頻。
在上述第1觀點的電漿處理裝置中，由第1高頻電源輸出的第1高頻並非只是為了產生處理氣體的電漿而被使用，也被使用於為了使聚焦環發熱。亦即，來自處理氣體供給部的處理氣體被供給至兩電極間的處理空間時，由第1高頻電源來看，從下部電極穿過至處理空間側的高頻傳播路徑會構成電漿生成用的第1負荷，經由電漿生成用高頻給電部來供給第1高頻至此第1負荷。但，在處理空間未被供給處理氣體時，即使第1高頻電源輸出第1高頻，也不會發生高頻放電乃至電漿，第1負荷是實質上不存在。此情況，置換第1負荷，聚焦環加熱用的第2負荷對第1高頻電源成為實質上的負荷，經由聚焦環加熱用高頻給電部來對第2負荷流動第1高頻的電流，聚焦環會發熱而被加熱。在此，藉由使第1高頻電源的輸出功率可變，可增減或控制聚焦環的發熱量。
在本發明的較佳的一形態中，聚焦環係於下部電極的半徑方向外側的周圍，經由電介體來結合於被電性接地的導電性構件。而且，第2負荷係包含從下部電極經由聚焦環及電介體來到接地電位的高頻傳播路。此情況，可適合採用具有：對於第1高頻電源，用以可變調整第2負荷的阻抗之阻抗調整部的構成。阻抗調整部較佳的一形態是具有：設於電介體之中的空洞、及以容積可變來收容於該空洞內之流動性的電介體物質。藉由使空洞內的電介體物質的容積可變，可改變電介體周圍的電容，進而可改變第2負荷的阻抗。藉由可變調整第2負荷的阻抗，可安定確實地進行與第1負荷的切換，且也能可變控制聚焦環的發熱量。
別的較佳一形態，是在下部電極的半徑方向外側的周圍，設有與聚焦環電性地電容耦合的接地端子，且在接地端子與接地電位之間設有電性的第1開關。此第1開關係將第1高頻使用於聚焦環的加熱時成為開啓狀態，將接地端子電性接地，且將第1高頻使用於電漿的生成時成為關閉狀態，使接地端子形成電性浮動狀態。在此，第2負荷係包含從下部電極經由聚焦環、接地端子及第1開關來到接地電位的導電性構件之高頻傳播路。藉由該構成也可效率佳安定確實地進行與第1負荷的切換。
在本發明的別的較佳一形態中，電漿生成用高頻給電部包含在第1高頻電源與下部電極之間被電性連接的第1整合器。另一方面，聚焦環加熱用高頻給電部係包含第1整合器，及具有一定的阻抗的阻抗附加電路，以及第2開關。第2開關係將第1高頻使用於聚焦環的加熱時成為開啓狀態，將阻抗附加電路串聯或並聯至第1整合器，且將第1高頻使用於電漿的生成時成為關閉狀態，使阻抗附加電路自第1整合器電性切離。
在該構成中，一旦阻抗附加電路被連接至第1整合器，則使第2負荷整合於第1高頻電源時在第1整合器所取得的匹配點會按照阻抗附加電路的阻抗而變化。本發明的較佳一形態，是設定阻抗附加電路的阻抗，而使將第1高頻使用於聚焦環的加熱時在第1整合器所取得的匹配點能夠接近將第1高頻使用於電漿的生成時在第1整合器所取得的匹配點。
本發明的第2觀點的電漿處理裝置，其特徵係具有：處理容器，其係可真空排氣；下部電極，其係於前述處理容器內載置被處理基板；聚焦環，其係以能夠覆蓋前述下部電極之突出至前述基板的半徑方向外側的周邊部分的至少一部之方式，安裝於前述下部電極；上部電極，其係於前述處理容器內與前述下部電極平行相向；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而對前述上部電極與前述下部電極之間的處理空間供給所望的處理氣體；第1高頻電源，其係輸出適於氣體的高頻放電的頻率的第1高頻；電漿生成用高頻給電部，其係於阻抗整合狀態下，對於用以在前述處理空間藉由高頻放電來生成前述處理氣體的電漿之第1負荷，供給來自前述第1高頻電源的前述第1高頻；第2高頻電源，其係輸出適於離子的引入的頻率之第2高頻；離子引入用高頻給電部，其係於阻抗整合狀態下，對於用以控制從前述電漿往前述基板的離子引入之第2負荷，供給來自前述第2高頻電源的前述第2高頻；及聚焦環加熱用高頻給電部，其係於阻抗整合狀態下，對於用以使前述聚焦環發熱至所望的溫度之第3負荷，供給來自前述第2高頻電源的前述第2高頻。
在上述第2觀點的電漿處理裝置中，由第1高頻電源輸出的第1高頻是專門為了產生處理氣體的電漿而被使用，另一方面，由第2高頻電源輸出的第1高頻並非只被使用於從電漿往基板之離子引入的控制，也被使用於使聚焦環發熱。亦即，在兩電極間的處理空間產生電漿時，由第2高頻電源來看，從下部電極穿過至處理空間側的高頻傳播路徑會構成離子引入的第2負荷，經由離子引入用高頻給電部來供給第2高頻至此第2負荷。但，在處理空間未被供給處理氣體時，亦即電漿未被生成時，即使第2高頻電源輸出第2高頻，也不會產生離子引入的作用，第2負荷是實質上不存在。此情況，置換第2負荷，聚焦環加熱用的第3負荷對第2高頻電源成為實質上的負荷，經由聚焦環加熱用高頻給電部來對第3負荷流動第2高頻的電流，聚焦環會發熱而被加熱。在此，藉由使第2高頻電源的輸出功率可變，可增減或控制聚焦環的發熱量。
在本發明的較佳一形態中，聚焦環係於下部電極的半徑方向外側的周圍，經由電介體來結合於被電性接地的導電性構件。而且，第3負荷係包含從下部電極經由聚焦環及電介體來到接地電位的高頻傳播路。此情況，可適合採用具有：對於第2高頻電源，用以可變調整第3負荷的阻抗之阻抗調整部的構成。阻抗調整部較佳的一形態係具有：設於電介體之中的空洞、及以容積可變來收容於該空洞內之流動性的電介體物質。藉由使空洞內的電介體物質的容積可變，可改變電介體周圍的電容，進而可改變第2負荷的阻抗。藉由可變調整第3負荷的阻抗，可安定確實地進行與第2負荷的切換，且可變控制聚焦環的發熱量。
別的較佳一形態，是在下部電極的半徑方向外側的周圍，設有與聚焦環電性地電容耦合的接地端子，且在此接地端子與接地電位的導電性構件之間設有電性的第1開關。此第1開關係將第2高頻使用於聚焦環的加熱時形成開啓狀態，將接地端子電性接地，且將第2高頻使用於離子的引入時成為關閉狀態，使接地端子形成電性浮動狀態。在此，第3負荷係包含從下部電極經由聚焦環、接地端子及第1開關來到接地電位的導電性構件之高頻傳播路。藉由該構成也可效率佳安定確實地進行與第2負荷的切換。
在本發明的別的較佳一形態中，離子引入用高頻給電部係包含在第2高頻電源與下部電極之間被電性連接的第2整合器。另一方面，聚焦環加熱用高頻給電部係包含第2整合器，及具有一定的阻抗的阻抗附加電路，以及第2開關。第2開關係將第2高頻使用於聚焦環的加熱時成為開啓狀態，將阻抗附加電路串聯或並聯於第2整合器，且將第2高頻使用於離子的引入時成為關閉狀態，使阻抗附加電路自第2整合器電性切離。
在該構成中，一旦阻抗附加電路被連接至第2整合器，則使第3負荷整合於第2高頻電源時在第2整合器所取得的匹配點會按照阻抗附加電路的阻抗而變化。本發明的較佳一形態，是設定阻抗附加電路的阻抗，而使將第2高頻使用於聚焦環的加熱時在第2整合器所取得的匹配點能夠接近將第2高頻使用於離子的引入時在第2整合器所取得的匹配點。
在本發明的較佳一形態中，可具備：溫度感測器，其係用以檢測出聚焦環的溫度；及溫度控制部，其係為了控制聚焦環的溫度，而反饋溫度感測器的輸出訊號，控制使用於聚焦環的加熱之高頻的功率。
又，較理想的構成係具有：冷卻部，其係用以冷卻下部電極；及熱的結合控制部，其係對於下部電極使聚焦環只在所望的時候或期間熱性結合。
此熱的結合控制部，較理想的構成係具有：靜電吸盤，其係為了以靜電力來吸附聚焦環，而設於下部電極的上面；及傳熱氣體供給部，其係經由分別形成於下部電極及靜電吸盤的通孔來對靜電吸盤與聚焦環的界面供給傳熱氣體。
藉由如此倂用聚焦環之加熱的機構及冷卻的機構，可自由自在地可變控制聚焦環的溫度。
別的較佳一形態，是亦可構成具有：溫度感測器，其係用以檢測出聚焦環的溫度；及溫度控制部，其係為了控制聚焦環的溫度，而反餽溫度感測器的輸出訊號，控制使用於聚焦環的加熱之高頻的功率及下部電極的溫度的至少一方。
本發明的第3電漿處理裝置，其特徵係具有：處理容器，其係可真空排氣；電極，其係於前述處理容器內載置被處理基板；聚焦環，其係以能夠覆蓋前述電極之突出至前述基板的半徑方向外側的周邊部分的至少一部之方式，安裝於電極；電漿生成部，其係為了對基板實施所望的電漿處理，而在前述處理容器內的前述電極上所被設定的處理空間生成所望的處理氣體的電漿；及聚焦環加熱部，其係為了將聚焦環發熱至所望的溫度，而對聚焦環供給高頻或交流的電流。
因為上述第3觀點的電漿處理裝置具備聚焦環加熱專用的聚焦環加熱部，所以無關處理空間的電漿有無，可自電極溫度獨立地提高聚焦環的溫度。
本發明的較佳一形態，聚焦環加熱部係具有：電源，其係以所望的電力來輸出高頻或交流；第1端子，其係被電性連接至此電源的輸出端子，在第1位置與聚焦環電性連接；第2端子，其係可電性接地，在周圍方向與第1位置相異的第2位置和聚焦環電性連接；整合器，其係對於上述電源，用以使包含從第1端子經由聚焦環來到第2端子的高頻傳播路之聚焦環加熱用的負荷阻抗整合。
此情況，較理想是第1端子及第2端子的至少一方可與聚焦環電性地電容耦合。
別的較佳一形態，是聚焦環加熱部具有：高頻電源，其係以所望的電力來輸出高頻；線圈電極，其係被電性連接至該高頻電源的輸出端子，可感應耦合地配置於聚焦環的附近；及整合器，其係對於高頻電源，用以使包含線圈電極及聚焦環的聚焦環加熱用的負荷阻抗整合。
並且，在別的較佳一形態中，聚焦環係電性地以電容耦合來連接至載置基板的電極，且在電極的半徑方向外側的周圍，經由電介體來結合至被電性接地的導電性構件。
而且，聚焦環加熱部係具有：電源，其係以所望的電力來輸出高頻或交流；整合器，其係對於此電源，用以使包含從電極經由聚焦環及電介體來到導電性構件的高頻傳播路之聚焦環加熱用的負荷阻抗整合。
又，別的較佳一形態，是聚焦環加熱部具有用以可變調整聚焦環加熱用負荷的阻抗之阻抗調整部，在加熱聚焦環時相對性地縮小聚焦環加熱用負荷的阻抗。此阻抗調整部，較佳的一形態是具有：設於電介體之中的空洞、及以容積可變來收容於此空洞內之流動性的電介體物質。
本發明的電漿處理方法，係使用本發明的電漿處理裝置，對被處理基板實施多層遮罩(光阻)製程的蝕刻之電漿處理方法，其特徵為：在開始前述多層遮罩(光阻)製程的蝕刻之前或實行的期間，對前述聚焦環流動高頻或交流的電流，使前述聚焦環發熱至所望的第1溫度。
更理想的一形態是接續於多層遮罩(光阻)製程的蝕刻，蝕刻多層遮罩(光阻)的底層膜的期間係將聚焦環冷卻至所望的第2溫度。
若根據本發明，則因為可任意地上升下降聚焦環的溫度，所以可在多層遮罩製程的各蝕刻工程最適地控制聚焦環的溫度，使蝕刻特性的均一性提升。
若根據本發明的電漿處理裝置，則藉由與上述那樣的構成作用，可自基板獨立而任意‧簡便且有效率地加熱以能夠覆蓋被處理基板的周圍之方式安裝於基座的聚焦環，且可自如地控制聚焦環的溫度。
又，若根據本發明的電漿處理方法，則藉由與上述那樣的構成作用，可在多層遮罩製程中自如地控制聚焦環的溫度，而於各工程階段的蝕刻工程謀求蝕刻特性的均一性。
以下，參照附圖來說明本發明的較佳實施形態。
圖1是表示本發明之一實施形態的電漿處理裝置的構成。在圖2顯示此電漿處理裝置的要部構成。
此電漿處理裝置是被構成為下部RF雙頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置，具有例如鋁或不鏽鋼等的金屬製的圓筒型腔室(處理容器)10。腔室10是被安全接地。
在腔室10內，載置被處理基板例如半導體晶圓W的圓板狀的基座12會作為下部電極水平配置。此基座12是例如由鋁所構成，被絕緣體例如陶瓷的筒狀支撐部14所支撐，該筒狀支撐部14是從腔室10的底延伸至垂直上方。在沿著此筒狀支撐部14的外周來從腔室10的底延伸至垂直上方的導體亦即鋁的筒狀支撐部16與腔室10的內壁之間形成有環狀的排氣路18，在此排氣路18的底設有排氣口20。
排氣口20是經由排氣管22來連接排氣裝置24。排氣裝置24是具有渦輪分子泵等的真空泵，可將腔室10內的處理空間減壓至所望的真空度。在腔室10的側壁安裝有開閉半導體晶圓W的搬出入口的閘閥26。
在基座12是第1及第2高頻電源28，30會經由匹配單元32及給電棒34來電性連接。在此，第1高頻電源28主要是輸出有助於電漿的生成之所定頻率(通常27MHz以上)的第1高頻HF。另一方面，第2高頻電源30主要輸出有助於對基座12上的半導體晶圓W的離子引入之所定頻率(通常13.56MHz以下)的第2高頻LF。在匹配單元32收容有：用以在第1高頻電源28側的阻抗與電漿生成用負荷(主要是下部電極、電漿、上部電極、腔室)側的阻抗之間取得整合的第1整合器32A、及用以在第2高頻電源30側的阻抗與離子引入用負荷(主要是下部電極、電漿、上部電極、腔室)側的阻抗之間取得整合的第2整合器32B。
基座12是具有比半導體晶圓W更大上一圈的直徑或口徑。基座12的上面是被區劃成：與晶圓W大致同形狀(圓形)且大致同尺寸的中心區域亦即晶圓載置部、及延伸至此晶圓載置部的外側的環狀周邊部。在晶圓載置部的上面載置有處理對象的半導體晶圓W。在環狀周邊部的上面安裝有比半導體晶圓W的口徑更大的內徑之環狀的板材所謂的聚焦環36。
聚焦環36的材質，較理想是在基座12與電漿之間容易通過高頻HF，LF，即是在離子的入射下被濺射，也不會對基板上的製程造成實質的影響，且具有藉由高頻加熱來發熱的適度電阻量的材質，例如可適合使用Si，SiC，C等。又，亦可使用在SiO2，Al2O3等的電介體中混合導電性物質者。
在基座12的上述晶圓載置部設有晶圓吸附用的主靜電吸盤38。此主靜電吸盤38是在圓形的膜狀或板狀電介體38a之中封入板狀或網狀的DC電極38b者，在基座12一體形成或一體黏著。DC電極38b是經由高壓配線及開關42來電性連接至配置在腔室10外的直流電源40。藉由來自直流電源40的高壓的直流電壓施加於DC電極38b，可以庫倫力來將半導體晶圓W吸附於靜電吸盤38上。
在基座12的半徑方向外側的周圍設有聚焦環36的下面的靠外部分(從半徑方向的中心部到外側邊緣的部分)及介於外周面與兩筒狀支撐部14，16的上面之間的環狀周邊電介體44。此周邊電介體44的材質是例如石英。
一實施例，如圖2所示，亦可將用以檢測出聚焦環36的溫度的溫度感測器43設於周邊電介體44之中或近傍。此溫度感測器43可使用例如螢光溫度計(商品名：Luxtron)或焦電型紅外線感測器等。使用焦電型紅外線感測器時，可將聚焦環36下面的被檢測點附近以黑等來著色。溫度感測器43的輸出訊號是作為控制聚焦環36的溫度時的反餽訊號，經由訊號線45來送至控制部66。
聚焦環36的下面的靠內部分(從內側邊緣到半徑方向的中心部的部分)是載於設在基座12上面的環狀周邊部的周邊靜電吸盤46的上面。此周邊靜電吸盤46是在環形狀的膜狀或板狀電介體46a之中封入DC電極46b。DC電極46b亦經由開關42來電性連接至直流電源40，藉由來自直流電源40的直流電壓施加於DC電極46b，可以庫倫力來將聚焦環36吸附於周邊靜電吸盤46上。
此實施形態是經由同一開關42來連接主靜電吸盤38與周邊靜電吸盤46至同一直流電源40，可在兩靜電吸盤38，46使吸附力同時發生。但，亦可為使用個別的開關或個別的直流電源來選擇性或個別地激發兩靜電吸盤38，46之構成。
在基座12的內部設有例如沿著圓周方向的環狀冷媒室48。在此冷媒室48中是藉由冷卻單元(未圖示)經由冷媒供給管50，52來循環供給所定溫度的冷媒例如冷卻水。可藉由冷媒的溫度來將基座12的溫度控制於下降的方向。而且，為了使半導體晶圓W及聚焦環36分別熱性地結合於基座12，來自傳熱氣體供給部53的傳熱氣體例如He氣體會經由個別的氣體供給管54，56及基座12內部的氣體通路58，60來供給至主靜電吸盤38與半導體晶圓W的接觸界面及周邊靜電吸盤46與聚焦環36的接觸界面。
此實施形態，如圖2所示，在氣體供給管54，56的途中設有開閉閥62，64，可藉由來自控制部66的控制訊號Sc，Sp獨立地開啓‧關閉開閉閥62，64。
在腔室10的頂部設有淋浴頭68，其係與基座12平行相向，兼具接地電位的上部電極。此淋浴頭68具有：與基座12相向的電極板70、及可裝卸地由其背後(上)來支撐此電極板70的電極支撐體72，且在電極支撐體72的內部設置氣體室74，將從此氣體室74貫通至基座12側的多數個氣體吐出孔76形成於電極支撐體72及電極板70。電極板70與基座12之間的空間會形成電漿生成乃至處理空間。在設於氣體室74上部的氣體導入口74a連接來自處理氣體供給部78的氣體供給管80。另外，電極板70是例如由Si或SiC所構成，電極支撐體72是例如由被防蝕鋁處理的鋁所構成。
此實施形態，為了控制聚焦環36的溫度，而於匹配單元32內，如圖2所示，可經由開關82來串聯或並聯至第1整合器32A或第2整合器32B的其中任一個的阻抗附加電路84會作為匹配點調節用的附加電路設置。
其一例，可經由開關82來將阻抗附加電路84連接至電漿生成用的第1整合器32A。此情況，控制部66是在加熱聚焦環36時開啓開關82，而將阻抗附加電路84連接至第1整合器32A，除此以外時，特別是對基座12上的半導體晶圓W進行乾蝕刻加工時，關閉開關82，而電性切離阻抗附加電路84。阻抗附加電路84的作用會在往後說明。
控制部66是控制此電漿蝕刻裝置內的各部例如排氣裝置24、第1及第2高頻電源28，30、第1及第2整合器32A，32B、靜電吸盤用的開關42、冷卻單元(未圖示)、傳熱氣體供給用的開閉閥62，64、處理氣體供給部78、匹配點調節用的開關82等，包含微電腦，與主電腦(未圖示)等的外部裝置一起處理控制訊號或資料。特別是此實施形態的控制部66是配備自基座12的溫度獨立藉由高頻加熱來提高聚焦環36的溫度的聚焦環發熱動作，甚至用以使聚焦環36的發熱與來自基座12側的冷卻平衡而最適控制聚焦環36的溫度之軟體。
此電漿蝕刻裝置的單片式乾蝕刻的基本動作是如其次般進行。首先，開啓閘閥26，將加工對象的半導體晶圓W搬入腔室10內，載置於中心靜電吸盤38的上面。然後，使腔室10形成密閉狀態，藉由處理氣體供給部78以所定的流量及流量比來將蝕刻氣體(一般是混合氣體)導入至腔室10內，藉由排氣裝置24來使腔室10內的壓力成為設定值。而且，開啓第1及第2高頻電源28，30，而使第1高頻HF及第2高頻LF分別以所定的功率輸出，將該等的高頻HF，LF經由匹配單元32及給電棒34來施加於基座12。並且，開啓傳熱氣體供給系的開閉閥62，對主靜電吸盤38與半導體晶圓W之間的接觸界面供給傳熱氣體(He氣體)，同時開啓靜電吸盤用的開關42，而藉由靜電吸附力來將傳熱氣體關在上述接觸界面。從淋浴頭68吐出的蝕刻氣體是在兩電極12，68間藉由高頻的放電來電漿化，藉由在此電漿所生成的自由基或離子來將半導體晶圓W表面的被加工膜蝕刻成所望的圖案。
此電漿蝕刻裝置是對基座12施加適於電漿生成之比較高的頻率(27MHz以上)的第1高頻HF，藉此使電漿在較理想的解離狀態下高密度化，藉此即使在更低壓的條件下還是可形成高密度電漿。同時，對基座12施加適於離子引入之比較低的頻率(13.56MHz以下)的第2高頻LF，藉此可對基座12上的半導體晶圓W實施選擇性高的異方性的蝕刻。不過，電漿生成用的第1高頻HF是怎樣的蝕刻製程皆必須使用，但離子引入控制用的第2高頻LF是依製程的種類有時未被使用。
並且，此電漿蝕刻裝置是在基座12的上面設置用以分別吸附半導體晶圓W及聚焦環36的主靜電吸盤38及周邊靜電吸盤46。而且，在主靜電吸盤38與半導體晶圓W的接觸界面是經由開閉閥62，在周邊靜電吸盤46與聚焦環36的接觸界面是經由開閉閥64，分別個別地供給來自傳熱氣體供給部53的傳熱氣體。在此，主靜電吸盤38側的開閉閥62是怎樣的製程皆於蝕刻中為了半導體晶圓W的溫度控制(冷卻)而切換成開啓狀態，但周邊靜電吸盤46側的開閉閥64有時依製程的種類而於蝕刻中也被保持於關閉狀態。
其次，詳細說明此實施形態的電漿蝕刻裝置的聚焦環加熱機構的構成及作用。
在此電漿蝕刻裝置中，來自處理氣體供給部78的蝕刻氣體被供給至兩電極12，68間的處理空間時，由第1高頻電源28及第1整流器32A來看，從基座(下部電極)12經由處理空間(蝕刻氣體空間)來至接地電位的淋浴頭(上部電極)68及腔室10側壁的高頻HF的傳播路徑是構成電漿生成用的負荷90。
圖3是表示電漿生成用負荷90的等效電路。此電漿生成用負荷90是顯示形成於基座(下部電極)12與電漿之間(更正確是半導體晶圓W及聚焦環36與電漿之間)的陰極側離子鞘層的阻抗電路ZL、及形成於接地電位的淋浴頭(上部電極)68及腔室10側壁與電漿之間的陽極側離子鞘層的阻抗電路ZU會被串聯者。
在此，陰極側離子鞘層的阻抗電路ZL是顯示並聯電阻RL1、電容器CL及二極體‧電阻串聯電路(DL、RL2)的電路。又，陽極側離子鞘層的阻抗電路ZU是顯示並聯電阻RU1、電容器CU及二極體‧電阻串聯電路(DU、RU2)的電路。
另一方面，由第1高頻電源28及第1整合器32A來看，從基座12經由聚焦環36及電介體44至接地電位的筒狀支撐構件16的周邊路徑亦可成為第1高頻HF的傳播路徑。另外，只要此筒狀支撐構件16是RF性地以低阻抗或大的靜電電容來連接至接地電位，則亦可不被直接接地。此實施形態是利用此周邊高頻傳播路徑作為聚焦環加熱用的負荷92。
此聚焦環加熱用負荷92的等效電路，如圖3所示，典型的是以電容器C1，C2，C3，C4，電阻R1所構成。在此，電容器C1是基座12與聚焦環36之間的電容(主要是周邊靜電吸盤46的電容)。電容器C2與電容器‧電阻串聯電路(C3、R1)的並列電路是顯示聚焦環36的阻抗。電容器C4是聚焦環36與接地電位的筒狀支撐構件16之間的電容(主要是周邊電介體44的電容)。
不過，在此聚焦環加熱用負荷92中，電介體44賦予的電容器C4的電容在裝置內的高頻傳播路之中相對性非常小(亦即電抗非常大)。因此，只要電漿生成用負荷90存在(亦即在電漿蝕刻中)，由第1高頻電源28及第1整合器32A來看，聚焦環加熱用負荷92的阻抗相較於電漿生成用負荷90的阻抗，實質上看作無限大的程度非常大，因此來自第1高頻電源28的第1高頻HF的電流i HF是其全部或大部分會通過第1整合器32A來流至電漿生成用負荷90側。此時，在聚焦環加熱用負荷92是高頻電流iHF幾乎不流動，在聚焦環36的電阻R1所發生的焦耳熱是可無視的程度少。
第1整合器32A雖圖示省略，但實際是例如具備含2個可變電容器CA，CB的整合電路、RF感測器、控制器、步進馬達等，以來自負荷側的反射波可形成最小化的方式來自動地調節兩可變電容器CA，CB的電容位置，且具有按照負荷的變動來自動地補正其匹配位置的自動匹配機能。
在此電漿蝕刻裝置中，即使開始第1高頻電源28來使第1整合器32A作動，只要在腔室10內的處理空間不供給蝕刻氣體，便不會產生高頻放電，亦即電漿不會被生成，因此離子鞘層不會被形成，電漿生成用負荷90是實質上不存在。此情況，置換電漿生成用負荷90，聚焦環加熱用負荷92對第1高頻電源28成為實質上的負荷，第1整合器32A是對於第1高頻電源28以使聚焦環加熱用負荷92能夠阻抗整合的方式動作。因而，如圖4所示，來自第1高頻電源28的高頻電流iHF的全部或大部分會通過第1整合器32A來流至聚焦環加熱用負荷92。此時，聚焦環36是藉由在電阻R1所發生的焦耳熱來發熱。此發熱量可藉由使第1高頻電源28的輸出功率可變來增減。因而，藉由利用來自第1高頻電源28的第1高頻HF的高頻加熱，可使聚焦環36的溫度自基座溫度獨立來任意地上升。
在此實施形態，如上述般，將來自第1高頻電源28的第1高頻HF使用於聚焦環36的加熱時，是開啓開關82，以串聯或並聯來將阻抗附加電路84附加於第1整合器32A的整合電路。
此阻抗附加電路84是具有1個或複數個的電容器及/或電感器，藉由連接至第1整合器32A內的整合電路來構成整合電路網的一部分。然後，設定阻抗附加電路84的阻抗ZM，而使將第1高頻HF使用於聚焦環36的加熱時在連接阻抗附加電路84的第1整合器32A所取得的匹配點能夠接近將第1高頻HF使用於電漿的生成時在切離阻抗附加電路84的第1整合器32A所取得的匹配點。藉此，第1整合器32A是即使對於第1高頻電源28之實質上的負荷從電漿生成用負荷90切換成聚焦環加熱用負荷92，或從聚焦環加熱用負荷92切換成電漿生成用負荷90，也可幾乎不動或只少許移動匹配點來瞬間且安定地取得整合。
在此實施形態中是可適合採用能使聚焦環加熱用負荷92的阻抗可變之構成，特別是將第1高頻HF使用於聚焦環36的加熱時更加降低聚焦環加熱用負荷92的阻抗之構成。具體而言，可構成在聚焦環加熱用負荷92之中將周邊電介體44周圍的電容器C4設為可變電容器。
例如圖5A及圖5B所示，可採用在周邊電介體44之中形成環狀延伸的空洞94，在此空洞94內容積可變地收容例如Galden或Fluorinert等具有高介電常數的介電性液體Q之構成。若根據此實施例，則越擴大收容於空洞94內的介電性液體Q的容積，電容器C4的電容越會變大，相反的越縮小介電性液體Q的收容容積，電容器C4的電容越會變小。另外，為了存取空洞94內的介電性液體Q，可用彎管等的配管95來連接配置於腔室10外的槽(未圖示)與空洞94之間。
若根據圖示的實施例，則將第1高頻HF使用於聚焦環36的加熱時，是在空洞94內充填介電性液體Q而擴大電容器C4的電容，藉此更加降低聚焦環加熱用負荷92的阻抗，可形成高頻電流iHF容易流動的高頻傳播路。藉由使空洞94內的介電性液體Q的容積可變，可改變聚焦環加熱用負荷92的阻抗，也可改變聚焦環36的發熱量。
並且，將第1高頻HF使用於電漿的生成時，是從空洞94透過介電性液體Q來縮小電容器C4的電容，藉此可更加提高聚焦環加熱用負荷92的阻抗，而使高頻電流iHF幾乎不會流動。
圖6是表示將聚焦環加熱用負荷92的電容器C4構成為可變電容器的別的實施例。此實施例較理想是在周邊電介體44之中使接近聚焦環36來埋入環狀延伸的接地電極96，且在此接地電極96與接地電位的導電構件(例如腔室10)之間設置開關98。控制部66是在將第1高頻HF使用於電漿的生成時關閉開關98，將第1高頻HF使用於聚焦環36的加熱時開啓開關98。
當開關98處於關閉狀態時，接地電極96會形成電性浮動狀態，電容器C4的電容是形成與在周邊電介體44之中未埋入接地電極96時相同。當開關98處於開啓狀態時，藉由接地電極96被接地，電容器C4的電極間距離明顯窄，該部分電容器C4的電容明顯增大。
另外，如圖7所示，亦可將用以減少第1整合器32A的匹配點變動之阻抗附加電路84連接至接地電極96與接地電位構件之間。此情況，可使開關98兼作阻抗附加電路84用的開關82。
其次，根據圖8及圖9來說明使用此實施形態的電漿蝕刻裝置的應用一實施例。
圖8是表示HARC(High Aspect Ratio Contact)製程中所含的多層光阻製程的工程次序。圖中，從上，第1層的膜100是通常的光阻，藉由光微影來圖案化。第2層的膜102是BARC(反射防止膜)，第3層的膜104是使用於中間遮罩的SiN膜，第4層的膜106是原本(最終)的被加工膜的絕緣膜的SiO2層。108是底層基板。
在多層光阻製程中，最初遮罩處理，是以光阻圖案100作為蝕刻遮罩，依序蝕刻BARC102及SiN膜104(圖8的(a)→(b))。此遮罩處理的BARC蝕刻及SiN蝕刻，因為重視上層光阻圖案100的轉印精度亦即形狀維持(損傷‧變形的防止)，所以電漿生成用的第1高頻HF的功率被設定成低(例如1000W以下)，離子引入控制用的第2高頻LF的功率被設定成更低(例如100W以下)。
在上述那樣的遮罩處理之後，藉由灰化來除去光阻圖案100及BARC102的殘膜(圖8的(c))。其次，以SiN膜104作為蝕刻遮罩來異方性蝕刻SiO2層，形成接觸孔109(圖8的(d))。
若根據此實施例，則在上述那樣的多層光阻製程中，可例如以圖9所示那樣的特性來個別地控制聚焦環36的溫度。
更詳細是若將遮罩處理的開始時間點設為t1，則在其之前的所定時間(t0~t1)的期間，藉由使用上述那樣的第1高頻HF的高頻加熱來使聚焦環36發熱，使聚焦環36的溫度上昇至所定溫度Ta。此聚焦環加熱期間中，不僅像上述那樣使處理氣體供給部78停止，且關閉靜電吸盤用的開關42及傳熱氣體供給系的開閉閥62，64，使對聚焦環36的冷卻機構停止。為了正確地進行聚焦環36的溫度控制，可由溫度感測器43來將聚焦環36的溫度反餽至控制部66。另外，在聚焦環加熱期間中，半導體晶圓W可在任意的場所，例如亦可在搬入腔室10的中途。
在時間點t1，遮罩處理開始後，可停止聚焦環36的加熱，將來自第1高頻電源28的第1高頻HF使用於乾蝕刻用，亦即電漿生成用。而且，進行遮罩處理的BARC蝕刻及SiN蝕刻的期間是開啓靜電吸盤用的開關42及傳熱氣體供給系的一方的開閉閥62，對於主靜電吸盤38上的半導體晶圓W是使利用與基座12的熱結合的冷卻機構作動，另一方面，將傳熱氣體供給系的另一方的開閉閥64保持於關閉狀態，停止往聚焦環36的傳熱氣體供給。藉此，因為聚焦環36是不與基座12熱結合，所以在減壓下可將來自即將遮罩處理之前的初期溫度Ta的溫度降低止於最小限度。
另一方面，遮罩處理中，基座12上的半導體晶圓W的溫度是被控制於來自電漿的入熱與來自基座12側的冷卻的平衡中。在此實施例是可進行經過遮罩處理時間(t1~t2)，聚焦環36的溫度(Ta~Tb)會被維持於比半導體晶圓W的溫度更加或適度高的溫度那樣的溫度控制。藉此，可在半導體晶圓W上，相對性地抑制邊緣部的蝕刻速率，而使蝕刻特性的面內均一性提升。
遮罩處理後，經由灰化及SiO2蝕刻(主蝕刻)的處理時間(t2~t3)，可將靜電吸盤用的開關42及傳熱氣體供給系的兩開閉閥62，64保持於開啓狀態，對於聚焦環36也可使利用與基座12的熱結合的冷卻機構作用。藉此，在SiO2蝕刻，在充分降低聚焦環36的溫度下，可使選擇性、垂直形狀加工性、接觸孔底的均一性提升。
其次，根據圖10~圖14來說明在此實施形態的電漿蝕刻裝置中具備用以加熱聚焦環36的專用加熱機構的實施例。
圖10所示的實施例是為了加熱聚焦環36，而使用專用的第3高頻電源110及第3整合器112。第3整合器112的輸出端子是經由下部給電棒34來連接至基座12。
由第3高頻電源110輸出的高頻RF可被設定成聚焦環加熱用負荷92的阻抗會形成最小或極小那樣的頻率。例如，聚焦環加熱用負荷92如圖3及圖4所示以電容器C1~C4及電阻R1所構成時，可將電容器C1~C4的電抗設定成儘可能低那樣的高頻(例如200MHz以上)。或，當聚焦環加熱用負荷92具有電感成分時，可設定成其串聯共振頻率或接近的頻率。
圖11是表示上述實施例(圖10)的一變形例。此變形例是使用頻率可變型的高頻電源作為第3高頻電源110。使第3高頻電源110的頻率可變，而使能夠配合流動於聚焦環加熱用負荷92的高頻電流iRF的電流值形成最大或極大的頻率。
圖12及圖13是表示別的實施例的聚焦環加熱機構。此聚焦環加熱機構並非是使來自第3高頻電源110的高頻電流iRF通過基座12來橫貫聚焦環36於半徑方向，而是不使通過基座12來橫貫聚焦環36於周圍方向。更詳細是如圖12所示，使接近聚焦環36在周圍方向的不同位置，例如圖13A所示般以180°間隔，或如圖13B所示般以90°間隔，在周邊電介體44之中埋入第1及第2端子114，116。而且，然後，將第1端子114經由開關115來連接至第3整合器112的輸出端子，將第2端子116經由開關117來連接至接地電位的導電性構件(例如腔室10)。
在上述的構成中，第1及第2端子114，116是在各個的設置位置電容耦合至聚焦環36。若使兩開關115，117開啓，由第3高頻電源110來使高頻RF輸出，則高頻電流iRF會以第3高頻電源110→第3整合器112→開關115→第1端子114→聚焦環36→第2端子116→接地電位構件的路徑流動。第3整合器112是動作成可使從第1端子114經由聚焦環36到第2端子116的高頻傳播路亦即聚焦環加熱用的負荷阻抗整合於第3高頻電源110。
另外，其一變形例，可將第1及第2端子114，116直接連接至聚焦環36，且亦可取代第3高頻電源110，而使用商用交流(AC)的電源。
圖14是表示利用電磁感應的別的實施例。此方式是在聚焦環36的附近例如周邊電介體44之中埋入沿著聚焦環36一周的環狀線圈電極120，將線圈電極120的一端經由開關122來連接至第3高頻電源110的輸出端子，將線圈電極120的另一端經由開關124來連接至接地電位構件(例如腔室10)。開啓開關122，124，將來自第3高頻電源110的高頻電流iRF流至線圈電極120，藉此利用電磁感應或感應耦合來使渦電流或介電損失發生於聚焦環36，可使聚焦環36自內部發熱。第3整合器112是動作成可使包含線圈電極120及聚焦環36的聚焦環加熱用的負荷阻抗整合於第3高頻電源110。
上述那樣的聚焦環加熱專用的高頻電源110及整合器112是可自電漿生成用的第1高頻電源28及第1整合器32A或離子引入用的第2高頻電源30及第2整合器32B獨立動作。因此，在腔室10內不進行電漿製程的期間是當然的事，在進行電漿製程的期間也可加熱聚焦環36。另外，具備聚焦環加熱專用的高頻電源110及整合器112時，當然也可使用用以在反餽方式下控制聚焦環36的溫度之溫度感測器43及溫度控制部(控制部66的一機能)。
以上，說明有關本發明的較佳一實施形態，但本發明並非限於上述實施形態，亦可實施各種的變形。
例如，上述實施形態是有關下部RF雙頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置，但其他方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置亦可適用本發明。
例如，雖圖示省略，但實際在將電漿生成用的第1高頻HF施加於下部電極12，未使用離子引入用的第2高頻LF之下部RF單頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置中，與上述實施形態同樣，可將第1高頻HF使用於聚焦環36的高頻加熱。
又，如圖15所示，在將電漿生成用的第1高頻HF施加於上部電極68，將離子引入用的第2高頻LF施加於下部電極12之上下部雙頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置中，與上述實施形態同樣，可將第2高頻LF使用於聚焦環36的高頻加熱。
又，如圖16所示，在將電漿生成用的第1高頻HF施加於上部電極68，未使用離子引入用的第2高頻LF之上部RF單頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置中，與上述實施形態同樣，可將聚焦環加熱專用的第3高頻RF使用於聚焦環36的高頻加熱。
另外，在圖15及圖16中，陽極耦合的上部電極68是隔著絕緣體126自腔室10電性絕緣的狀態下安裝。
並且，在對下部電極施加包含電漿生成用的高頻、離子引入用的高頻之3個高頻的下部RF三頻施加方式的電容耦合型電漿蝕刻裝置中，亦與上述實施形態同樣，可高頻加熱聚焦環36。
又，本發明並非限於電容耦合型電漿蝕刻裝置，在腔室的上面或周圍配置天線，而於介電磁場之下產生電漿的感應耦合型電漿處理裝置、或利用微波的功率來產生電漿的微波電漿處理裝置等亦可適用，更可適用於電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺射等其他的電漿處理裝置。又，本發明的被處理基板並非限於半導體晶圓，亦可為平板顯示器用的各種基板、或光罩、CD基板、印刷基板等。
又，使用於本發明的電漿處理裝置的各構件，特別是聚焦環及周邊電介體的形狀‧構造‧材質亦可為各種的變形‧選擇。例如圖17A及圖17B所示般，亦可為在半徑方向分割成內側及外側的同心狀的複數個(例如2個)的聚焦環36A，36B安裝於基座12的構成。
在此分割式的聚焦環構造中，內側聚焦環36A是經由傳熱板128來熱結合於基座12的上面，藉由基座12側的冷卻機構來接受溫度控制。另一方面，外側聚焦環36B與基座12是只被電性地電容耦合，與基座12的熱結合性因為腔室10內被維持於真空所以低。
若根據別的想法，則外側聚焦環36B是形成聚焦環加熱用負荷92(圖3，圖4)的高頻傳播路，相對的，內側聚焦環36A是實質上從聚焦環加熱用負荷92的高頻傳播路脫離。亦即，外側聚焦環36B是被裝入聚焦環加熱用負荷92，相對的，內側聚焦環36A則是自聚焦環加熱用負荷92獨立。
在該分割式聚焦環構造中，可分別獨立控制內側聚焦環36A及外側聚焦環36B的溫度，藉此在電漿製程的特性(例如蝕刻速率或堆積速率等的徑方向分布或面內均一性)中可使聚焦環(36A，36B)對基座12上的半導體晶圓W帶來的作用的可變性或控制性提升。
為了使如此的內側及外側聚焦環36A，36B的獨立性充分地發揮，可適合採用取代圖17A及圖17B的傳熱板128，如圖18所示在內側聚焦環36A與基座12之間設置內側周邊靜電吸盤46A的構成。此情況，用以將內側周邊靜電吸盤46A吸附勵磁的高壓直流電源40A及開關42A是從主靜電吸盤38用者(40，42)獨立為理想。
圖18的構成例是可在內側周邊靜電吸盤46A與內側聚焦環36A的界面，經由來自傳熱氣體供給部53(圖2)之獨立的氣體供給管56A供給傳熱氣體。但，在內側聚焦環36A與基座12之間可經由內側周邊靜電吸盤46A來取得充分大的熱結合時，亦可省略上述傳熱氣體供給系(氣體供給管56A、開閉閥64A)。
又，圖18的構成例是使外側聚焦環36B的下部內周面對向於基座12的上部外周面，擴大聚焦環加熱用負荷92之兩者(36B，12)間的電性結合度。
在圖19A顯示分割式聚焦環構造的聚焦環溫度控制方法之一例。圖示的例子是例如假想上述多層光阻製程(圖8)那樣的多步驟方式的電漿製程，最初的期間[t0~t1]是製程開始前的穩定性處理，在其次的期間[t1~t2]第1步驟的製程會以所定的條件進行，更在其次的期間[t2~t3]第2步驟的製程會以所定的條件進行。
此情況，在穩定性處理期間[t0~t1]，若使聚焦環加熱用負荷92開啓(通電)，則如圖19A所示，外側聚焦環36B會產生焦耳熱，其溫度會上昇，但內側聚焦環36A幾乎不產生焦耳熱，所以溫度的上昇幾乎無。
一旦製程開始，則在第1步驟[t1~t2]，內側聚焦環36A的溫度會藉由來自電漿的入熱而開始上昇，例如在時間tc藉由使內側周邊靜電吸盤46A形成開啓，可將內側聚焦環36A保持於所定的溫度。另一方面，外側聚焦環36B是在穩定性處理期間中積蓄的熱的放出與來自電漿的入熱的平衡之中保持比內側聚焦環36A更高的溫度。
在其次的第2步驟[t2~t3]中，此例是使賦予電漿的RF功率更增加。因此，可使賦予內側聚焦環36A的傳熱氣體的流量更加增大，將內側聚焦環36A的溫度降低至更低的所定值。另一方面，外側聚焦環36B是來自電漿的入熱會比放熱更大，溫度會上昇。
別的溫度控制方法，如圖19B所示，亦可在穩定性處理期間[t0~t1]將聚焦環加熱用負荷92保持於關閉(無通電)。此情況，一旦製程開始，則藉由來自電漿的入熱，內側及外側聚焦環36A，36B皆會溫度上昇。但，例如在時間tc藉由開啓內側周邊靜電吸盤46A，可將內側聚焦環36A保持於所定的溫度。另一方面，外側聚焦環36B會藉由來自電漿的入熱而溫度持續上昇。此例的第2步驟[t2~t3]是比第1步驟[t0~t1]時更可使賦予內側聚焦環36A的傳熱氣體的流量多少減少，而將內側聚焦環36A的溫度多少提高至所定值。
圖20所示的構成例是使內側及外側聚焦環36A，36B經由分別獨立的內側及外側周邊靜電吸盤46A，46B來安裝於基座12。此情況，外側聚焦環36B是被裝入聚焦環加熱用負荷92，相對的，內側聚焦環36A則是自聚焦環加熱用負荷92獨立。
藉由如此在外側聚焦環36B與基座12之間設置獨立的外側周邊靜電吸盤46B及電壓施加部(直流電源40B，開關42B)，更理想是藉由具備獨立的傳熱氣體供給系(氣體供給管56B、開閉閥64B)，可擴大對外側聚焦環36B之溫度控制的自由度。例如，在圖19A及圖19B的例子中假想線(一點畫線)K那樣的溫度控制也可能。
並且，在上述那樣的分割式聚焦環構造(圖17A~圖20)中，最好未被裝入聚焦環加熱用負荷92的內側聚焦環36A的電阻率低，最好被裝入聚焦環加熱用負荷92的外側聚焦環36B的電阻率高。
亦即，因為若例如外側聚焦環36B的電阻率低，則即使流動同電流也難以加熱。這藉由P(功率)=I(電流)2×R(電阻)的式子可明瞭。
另外，內側聚焦環36A的電阻率是例如2Ωcm以下，外側聚焦環36B的電阻率是例如50Ωcm以上為理想。藉此，可更選擇性地加熱外側聚焦環36B。
10．．．腔室
12．．．基座(下部電極)
16．．．接地電位的導電性支撐構件
24．．．排氣裝置
28．．．第1高頻電源
30．．．第2高頻電源
32A．．．第1整合器
32B．．．第2整合器
36．．．聚焦環
38．．．主靜電吸盤
40．．．直流電源
43．．．溫度感測器
44．．．周邊電介體
46．．．周邊靜電吸盤
53．．．傳熱氣體供給部
66．．．控制部
68．．．淋浴頭(上部電極)
82．．．開關
84．．．阻抗附加電路
94．．．空洞
96．．．接地電極
110．．．第3高頻電源
112．．．第3整合器
114．．．第1端子
116．．．第2端子
120．．．線圈電極
圖1是表示本發明的一實施形態的電容耦合型電漿處理裝置的構成的縱剖面圖。
圖2是表示圖1的電漿處理裝置的要部構成的圖。
圖3是表示實施形態的電漿生成用負荷的等效電路的圖。
圖4是表示實施形態的聚焦環加熱用負荷的等效電路的圖。
圖5A是表示在實施形態中在聚焦環加熱用負荷設置可變電容器的一實施例的圖。
圖5B是表示在圖5A的實施例中擴大上述可變電容器的電容的狀態的圖。
圖6是表示在實施形態中在聚焦環加熱用負荷設置可變電容器的別的實施例的圖。
圖7是表示圖6的實施例的一變形例的圖。
圖8是用以說明使用於HARC製程的多層光阻製程的工程次序的剖面圖。
圖9是表示在多層光阻製程中個別地控制聚焦環的溫度時的溫度特性的一例圖。
圖10是表示一實施例的聚焦環專用加熱機構的構成的圖。
圖11是表示圖10的實施例的一變形例的圖。
圖12是表示別的實施例的聚焦環專用加熱機構的構成的圖。
圖13A是表示圖12的聚焦環專用加熱機構的高頻電流傳播路徑的一例的圖。
圖13B是表示圖12的聚焦環專用加熱機構的高頻電流傳播路徑的別的例的圖。
圖14是表示別的實施例的聚焦環專用加熱機構的構成的圖。
圖15是表示適用本發明的上下部雙頻施加方式的電容耦合型電漿處理裝置的要部構成的一部分縱剖面圖。
圖16是表示使用本發明的上部單頻施加方式的電容耦合型電漿處理裝置的要部構成的一部分縱剖面圖。
圖17A是表示在具備分割型的聚焦環的電漿處理裝置適用本發明的一實施例的構成的要部的一部分縱剖面圖。
圖17B是表示圖17A的實施例的一變形例的一部分縱剖面圖。
圖18是表示有關本發明的分割式聚焦環構造的別的實施例的一部分縱剖面圖。
圖19A是表示本發明的分割式聚焦環構造的聚焦環溫度控制方法之一例圖。
圖19B是表示本發明的分割式聚焦環構造的聚焦環溫度控制方法的別的例圖。
圖20是表示有關本發明的分割式聚焦環構造的別的實施例的一部分縱剖面圖。
10．．．腔室
12．．．基座(下部電極)
14．．．筒狀支撐部
16．．．接地電位的導電性支撐構件
18．．．排氣路
20．．．排氣口
22．．．排氣管
24．．．排氣裝置
26．．．閘閥
28．．．第1高頻電源
30．．．第2高頻電源
32．．．匹配單元
34．．．電棒
36．．．聚焦環
38．．．主靜電吸盤
38a．．．板狀電介體
38b．．．DC電極
40．．．直流電源
42．．．開關
44．．．周邊電介體
46．．．周邊靜電吸盤
48．．．冷媒室
50，52．．．冷媒供給管
54，56．．．氣體供給管
58，60．．．氣體通路
66．．．控制部
68．．．淋浴頭(上部電極)
70．．．電極板
72．．．電極支撐體
74．．．氣體室
74a．．．氣體導入口
76．．．氣體吐出孔
78．．．氣體供給部
80．．．氣體供給管
HF．．．第1高頻
LF．．．第2高頻
W．．．半導體晶圓

Claims (19)

  1. 一種電漿處理裝置，其特徵係具有：處理容器，其係可真空排氣；下部電極，其係於前述處理容器內載置被處理基板；聚焦環，其係以能夠覆蓋前述下部電極之突出至前述基板的半徑方向外側的周邊部分的至少一部之方式，安裝於前述下部電極；上部電極，其係於前述處理容器內與前述下部電極平行相向；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而對前述上部電極與前述下部電極之間的處理空間供給所望的處理氣體；第1高頻電源，其係輸出適於氣體的高頻放電的頻率的第1高頻；電漿生成用高頻給電部，其係下部電極與電漿之間的陰極側離子鞘層的阻抗電路、及形成於接地電位的上部電極及腔室側壁與電漿之間的陽極側離子鞘層的阻抗電路串聯者，於阻抗整合狀態下，對於用以在前述處理空間藉由高頻放電來生成前述處理氣體的電漿之第1負荷，供給來自前述第1高頻電源的前述第1高頻；及聚焦環加熱用高頻給電部，其係從下部電極經由聚焦環及電介體至接地電位的筒狀支撐構件的周邊路徑成為第1高頻的傳播路徑者，於阻抗整合狀態下，對於用以使前述聚焦環發熱至所望的溫度之第2負荷，供給來自前述第1 高頻電源的前述第1高頻，上述第1負荷及第2負荷不同時存在。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述聚焦環係於前述下部電極的半徑方向外側的周圍，經由電介體來結合於被電性接地的導電性構件，前述第2負荷係包含從前述下部電極經由前述聚焦環及前述電介體來到前述接地電位的導電性構件之高頻傳播路，在筒狀支撐構件與導電性構件的內壁之間形成有環狀的排氣路，在此排氣路的底設有排氣口。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中，具有：對於前述第1高頻電源，用以可變調整前述第2負荷的阻抗之阻抗調整部。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中，前述阻抗調整部係具有：設於前述電介體之中的空洞、及以容積可變來收容於前述空洞內之流動性的電介體物質。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，在前述下部電極的半徑方向外側的周圍，設有與前述聚焦環電性地電容耦合的接地端子，在前述接地端子與接地電位之間設有電性的第1開關，前述第1開關係將前述第1高頻使用於前述聚焦環的加熱時成為開啟狀態，將前述接地端子電性接地，且將前述第1高頻使用於前述電漿的生成時成為關閉狀態，使前述 接地端子形成電性浮動狀態，前述第2負荷係包含從前述下部電極經由前述聚焦環、前述接地端子及前述第1開關來到前述接地電位之高頻的傳播路。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述電漿生成用高頻給電部係包含在前述第1高頻電源與前述下部電極之間被電性連接的第1整合器，前述聚焦環加熱用高頻給電部係包含前述第1整合器，及具有一定的阻抗的阻抗附加電路，以及第2開關，前述第2開關係將前述第1高頻使用於前述聚焦環的加熱時成為開啟狀態，將前述阻抗附加電路串聯或並聯至前述第1整合器，且將前述第1高頻使用於前述電漿的生成時成為關閉狀態，使前述阻抗附加電路自前述第1整合器電性切離。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中，設定前述阻抗附加電路的阻抗，而使將前述第1高頻使用於前述聚焦環的加熱時在前述第1整合器所取得的匹配點能夠接近將前述第1高頻使用於前述電漿的生成時在前述第1整合器所取得的匹配點。
  8. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述聚焦環係由Si、SiC或C所構成。
  9. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，具有：溫度感測器，其係用以檢測出前述聚焦環的溫度；及 溫度控制部，其係為了控制前述聚焦環的溫度，而反饋前述溫度感測器的輸出訊號，控制使用於前述聚焦環的加熱之高頻的功率。
  10. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，具有：冷卻部，其係用以冷卻前述下部電極；及熱的結合控制部，其係對於前述下部電極使前述聚焦環只在所望的時候或期間熱性結合。
  11. 如申請專利範圍第10項之電漿處理裝置，其中，前述熱的結合控制部係具有：靜電吸盤，其係為了以靜電力來吸附前述聚焦環，而設於前述下部電極的上面；及傳熱氣體供給部，其係經由分別形成於前述下部電極及前述靜電吸盤的通孔來對前述靜電吸盤與前述聚焦環的界面供給傳熱氣體。
  12. 如申請專利範圍第10項之電漿處理裝置，其中，具有：溫度感測器，其係用以檢測出前述聚焦環的溫度；及溫度控制部，其係為了控制前述聚焦環的溫度，而反餽前述溫度感測器的輸出訊號，控制使用於前述聚焦環的加熱之高頻的功率及前述下部電極的溫度的至少一方。
  13. 一種電漿處理裝置，其特徵係具有：處理容器，其係可真空排氣；下部電極，其係於前述處理容器內載置被處理基板； 聚焦環，其係以能夠覆蓋前述下部電極之突出至前述基板的半徑方向外側的周邊部分的至少一部之方式，安裝於前述下部電極；上部電極，其係於前述處理容器內與前述下部電極平行相向；處理氣體供給部，其係為了對前述基板實施所望的電漿處理，而對前述上部電極與前述下部電極之間的處理空間供給所望的處理氣體；第1高頻電源，其係輸出適於氣體的高頻放電的頻率的第1高頻；電漿生成用高頻給電部，其係下部電極與電漿之間的陰極側離子鞘層的阻抗電路、及形成於接地電位的上部電極及腔室側壁與電漿之間的陽極側離子鞘層的阻抗電路串聯者，於阻抗整合狀態下，對於用以在前述處理空間藉由高頻放電來生成前述處理氣體的電漿之第1負荷，供給來自前述第1高頻電源的前述第1高頻；第2高頻電源，其係輸出適於離子的引入的頻率之第2高頻；離子引入用高頻給電部，其係於阻抗整合狀態下，對於用以控制從前述電漿往前述基板的離子引入之第2負荷，供給來自前述第2高頻電源的前述第2高頻；及聚焦環加熱用高頻給電部，其係從下部電極經由聚焦環及電介體至接地電位的筒狀支撐構件的周邊路徑成為第2高頻的傳播路徑者，於阻抗整合狀態下，對於用以使前 述聚焦環發熱至所望的溫度之第3負荷，供給來自前述第2高頻電源的前述第2高頻，前述第2負荷及第3負荷不同時存在。
  14. 如申請專利範圍第13項之電漿處理裝置，其中，前述聚焦環係於前述下部電極的半徑方向外側的周圍，經由電介體來結合於被電性接地的導電性構件，前述第3負荷係包含從前述下部電極經由前述聚焦環及前述電介體來到前述接地電位的導電性構件之高頻的傳播路，在筒狀支撐構件與導電性構件的內壁之間形成有環狀的排氣路，在此排氣路的底設有排氣口。
  15. 如申請專利範圍第14項之電漿處理裝置，其中，具有：對於前述第2高頻電源，用以可變調整前述第3負荷的阻抗之阻抗調整部。
  16. 如申請專利範圍第15項之電漿處理裝置，其中，前述阻抗調整部係具有：設於前述電介體之中的空洞、及以容積可變來收容於前述空洞內之流動性的電介體物質。
  17. 如申請專利範圍第13項之電漿處理裝置，其中，在前述下部電極的半徑方向外側的周圍，設有與前述聚焦環電性地電容耦合的接地端子，在前述接地端子與接地電位之間設有電性的第1開關，前述第1開關係將前述第2高頻使用於前述聚焦環的加熱時形成開啟狀態，將前述接地端子電性接地，且將前述 第2高頻使用於離子的引入時成為關閉狀態，使前述接地端子形成電性浮動狀態，前述第3負荷係包含從前述下部電極經由前述聚焦環、前述接地端子及前述第1開關來到前述接地電位之高頻的傳播路。
  18. 如申請專利範圍第13項之電漿處理裝置，其中，前述電漿生成用高頻給電部係包含在前述第1高頻電源與前述上部電極或前述下部電極之間被電性連接的第1整合器，前述離子引入用高頻給電部係包含在前述第2高頻電源與前述下部電極之間被電性連接的第2整合器，前述聚焦環加熱用高頻給電部係包含前述第2整合器，及具有一定的阻抗的阻抗附加電路，以及第2開關，前述第2開關係將前述第2高頻使用於前述聚焦環的加熱時成為開啟狀態，將前述阻抗附加電路串聯或並聯於前述第2整合器，且將前述第2高頻使用於離子的引入時成為關閉狀態，使前述阻抗附加電路自前述第2整合器電性切離。
  19. 如申請專利範圍第18項之電漿處理裝置，其中，設定前述阻抗附加電路的阻抗，而使將前述第2高頻使用於前述聚焦環的加熱時在前述第2整合器所取得的匹配點能夠接近將前述第2高頻使用於離子的引入時在前述第2整合器所取得的匹配點。
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