TWI770331B - 反應性離子蝕刻裝置 - Google Patents

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Abstract

提供可以在被處理基板之面內全體使蝕刻率略均勻之低成本且簡單構造的反應性離子蝕刻裝置。
在平台(4)設置具有一對電極(42b、42c)之靜電夾具(42)，於被處理基板(W)之蝕刻時，藉由對該些一對電極施加直流電壓，使被處理基板靜電吸附於靜電夾具之本發明之反應性離子蝕刻裝置(EM)，係經由第1輸出線(L1)連接於平台而對被處理基板施加偏壓電位的高頻電源(E2)，被構成經由第2輸出線(L2)連接於一對電極而與直流電壓重疊地施加高頻電位，在第1及第2兩輸出線分別安插第1電容器(C1)和第2電容器(C2)，第1電容器對第2電容器之靜電電容比被設定在0.25~25之範圍內。

Description

反應性離子蝕刻裝置
本發明係關於反應性離子蝕刻裝置。
在例如半導體裝置之製造工程中，為了選擇性地除去被形成在矽晶圓等之基板表面的金屬膜或絕緣物膜，自以往使用利用真空氛圍之反應性離子蝕刻裝置。如此之裝置一般具備在真空腔室內配置被處理基板之平台；和將蝕刻氣體導入至真空氛圍中之真空腔室內的氣體導入手段；和使真空腔室內產生將該被導入之蝕刻氣體予以電離的電漿之電漿產生手段；和經由輸出線被連接於平台而對被處理基板施加偏壓電位的高頻電源。
在此，近年來，被處理基板大面積化，即使對如此之被處理基板，也要求能取得在其面內全體略均勻之蝕刻率。以往，例如在專利文獻1，已知使用兩台高頻電源，對在彼此絕緣之狀態下被設置的第1電極(內側電極)和第2電極(外側電極)分別輸入頻率不同的高頻電力。在如此之裝置中，使被施加於第1電極和第2電極之電力比變化，藉由調整對被處理基板施加的偏壓電位之分布，使在被處理基板全體能取得略均勻之蝕刻率。
然而，由於上述以往例之裝置利用兩台高頻電源(及分配器)，故有如裝置成本高，並且裝置構成也複雜之問題。況且，使用上述反應性離子蝕刻裝置而對被處理基板施予蝕刻處理之情況，有將被處理基板控制成特定溫度之情形。在如此之情況，一般係在平台組裝加熱手段或冷卻手段，並且設置所謂靜電夾具。由於靜電夾具通常為了靜電吸附被處理基板，具備一對電極，故若能利用此，可以降低裝置成本，裝置構成也變得簡單。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-228436號公報
本發明係鑒於上述問題點，其課題在於提供可以取得在被處理基板之面內全體略均勻之蝕刻率的低成本，並且簡單構造之反應性離子蝕刻裝置。
為了解決上述課題，本發明之反應性離子蝕刻裝置具備在真空腔室內配置被處理基板之平台；和將蝕刻氣體導入至真空氛圍中之真空腔室內的氣體導入手段；和使真空腔室內產生將該被導入之蝕刻氣體予以電離的電 漿之電漿產生手段；和經由第1輸出線被連接於平台而對被處理基板施加偏壓電位的高頻電源，在平台設置具有一對電極之靜電夾具，於被處理基板之蝕刻時，對該些一對電極施加直流電壓，使被處理基板靜電吸附於靜電夾具，該反應性離子蝕刻裝置之特徵在於，高頻電源被構成經由第2輸出線被連接於一對電極而與直流電壓重疊地施加高頻電位，在第1及第2兩輸出線分別安插第1電容器和第2電容器，第1電容器對第2電容器之靜電電容比被設定在0.25~25之範圍內。
若藉由本發明時，於被處理基板之蝕刻時，與為了利用靜電夾具之一對電極將被處理基板予以靜電吸附而被施加之直流電力重疊地施加高頻電位，此時，由於將第1電容器對第2電容器之靜電電容比設定在0.25~25之範圍內，故調整對被處理基板施加的偏壓電位之分布，能取得在被處理基板全面略均勻的蝕刻率。如此一來，在本發明中，具有能取得在被處理基板全面略均勻之蝕刻率的機能，並且由於利用靜電夾具之一對電極而以單一之高頻電源施加偏壓電位，故比起如上述以往例般使用兩台高頻電源之情況，可以使裝置構成變得簡單，並可以降低裝置成本。
在本發明中，以上述第1電容器和上述第2電容器之至少一方的靜電電容為可變之可變電容器，以使可以因應蝕刻對象(金屬膜或絕緣膜等)而適當調整偏壓電位之分布為佳。
C1:可變電容電容器(第1電容器)
C2:固定電容器(第2電容器)
E2:高頻電源
E1:高頻電源(電漿產生手段)
EM:反應性離子蝕刻裝置
L1:第1輸出線
L2:第2輸出線
1:真空腔室
2:氣體管(氣體導入手段)
21:質量流量控制器(氣體導入手段)
3:線圈(電漿產生手段)
4:平台
42:靜電夾具
42b、42c:一對電極
圖1為示意性地說明本發明之實施型態之蝕刻裝置之構成的剖面圖。
以下，參照圖面，針對本發明之反應性離子蝕刻裝置之實施型態予以說明。在以下中，表示方向之用語以圖1為基準。
參照圖1，EM為反應性離子蝕刻裝置，反應性離子蝕刻裝置EM具備藉由真空泵P被真空排氣而能形成真空氛圍之真空腔室1。在真空腔室1之上部開口，經由O型環等之真空密封11，安裝石英等之介電質製之頂板12。在真空腔室1之側壁，連接通往省略圖示之氣體源的氣體管2，在氣體管2安插質量流量控制器21，使成為可以將蝕刻氣體以特定流量導入至真空腔室1內。蝕刻氣體因應蝕刻對象而被適當選擇，例如在蝕刻鋁或鎢等之金屬膜之情況，主要使用Cl2、BCl3、CCl4等，因應所需添加作為稀釋氣體之稀有氣體等。該些氣體管2及質量流量控制器21可以構成本發明之「氣體導入手段」。
在頂板12之上方，設置複數段(在本實施型態中為2段)之迴路狀天線線圈3，在該天線線圈3，連接來自高頻電源E1之輸出，成為可以供應電漿產生用之高頻電力。該些天線線圈3及高頻電源E1可以構成本發明之「電 漿產生手段」。而且，在真空腔室1內之底部設置平台4。
平台4具備：基台41，其係隔著絕緣體I被配置在真空腔室1內之底部，由金屬製之筒狀構構件構成；和靜電夾具42，其係被設置在基台41之上面。在基台41雖然無特別圖示說明，但是組裝具有加熱器等之加熱手段，和具有冷媒循環路之冷卻手段，於蝕刻時，可以將被處理基板W加熱或冷卻至特定溫度。基台41又經由第1輸出線L1連接高頻電源E2，於蝕刻時，藉由高頻電源E2供應特定頻率之高頻電力，依此成為對被處理基板W施加偏壓電位。
靜電夾具42具備：被密接於基台41之上面，由介電質組成的挾持板42a；一對電極42b、42c，其係被埋設在挾持板42a，在兩電極42b、42c從直流電源E3分別連接輸出纜線。而且，藉由對一對電極42b、42c間施加特定直流電壓，使可以在挾持板42a之上面靜電吸附被處理基板W。雖然無特別圖示說明，但是兩電極42b、42c例如分別由被成形梳齒狀之金屬狀的金屬板構成，在其齒部互相咬合之姿勢配置，使存在於挾持板42a之相同平面內之略全區域。另外，各電極42b、42c之形狀或配置等並不限定於此。
在此，當欲對被處理基板W取得，在其面內全體取得略均勻之蝕刻率時，由高頻電源E2供應特定頻率之高頻電力之時，必須使對被處理基板W施加的偏壓電位之分布成為略均等。在本實施型態中，高頻電源E2經由第 2輸出線L2也被連接於一對電極42b、42c，使可以重疊於上述直流電壓而對該些一對電極42b、42c施加高頻電位。在此情況，在第1及第2輸出線L1、L2分別安插第1電容器C1和第2電容器C2。在本實施型態中，使用可變電容器作為第1電容器C1，使用固定電容器作為第2電容器C2。可變電容器C1可以例示例如靜電電容在12.5~5000pF之間可變者，固定電容器C2可以例示例如持有例如50~200pF之間之特定之靜電電容者。另外，固定電容器C2之種類可以從電解電容器、陶磁電容器、薄膜電容器、電性雙層電容器等之中適當選擇。
於蝕刻時，考慮例如蝕刻對象(金屬膜或絕緣膜)或蝕刻條件(蝕刻氣體種或蝕刻時之壓力)及電極42b、42c之形狀等，使第1電容器C1之靜電電容適當變化，將第1電容器C1對第2電容器C2之靜電電容比設定成0.25~25之範圍。另外，在靜電電容比超出0.25~25之範圍之情況，有產生無法取得期待之蝕刻率之面內均勻性般的缺陷之虞。
雖然無特別圖示，但是上述反應性離子蝕刻裝置EM具有具備有微電腦或序列器之眾知的控制手段，藉由控制手段，除統籌管理上述各電源E1、E2、E3之運轉、質量流量控制器21之運轉或真空泵P之運轉等外，藉由調整可變電容器C1之靜電電容，調整可變電容器C1對固定電容器C2之靜電電容比。以下，將被處理基板W設為在矽基板之表面形成鋁膜者，使用上述反應性離子蝕刻裝 置EM而蝕刻鋁膜之情況為例，針對蝕刻方法進行說明。
首先，使真空泵P作動而將真空腔室1內抽真空至期待的真空度(例如，0.5Pa)之狀態，使用圖外之搬運機器人搬運被處理基板W而載置於平台4之挾持板42a上。接著，從直流電源E3對靜電夾具42之一對電極42b、42c施加直流電壓，在挾持板42a之上面電吸附被處理基板W。而且，控制質量流量控制器21對真空腔室1內以20~200sccm之流量導入氟系氣體，並且從高頻頻率E1供應100W~1000W的例如13.56MHz之高頻電力至天線線圈3，使在真空腔室1內產生電漿。隨此，從高頻電源E2對平台4供應20~600W的例如12.5MHz之高頻電力而對被處理基板W施加偏壓電位。依此，在電漿中電離的離子被引入至被處理基板W表面，使得鋁膜被乾蝕刻。
然而，近年來，即使對大面積化的被處理基板W，在其面內全體也要求略均勻的蝕刻率。為了滿足該要求，在上述以往例中，雖然使用兩台高頻電源，分別對被設置在平台之兩個電極供應頻率不同之高頻電力而調整偏壓電位之分布，但是在此裝置中，裝置成本高並且裝置構成也複雜。
於是，在本實施型態中，於被處理基板W之蝕刻時，從高頻電源E2對一對電極42b、42c與上述直流電壓重疊地施加高頻電位。此時，藉由將第1電容器C1對第2電容器C2之靜電電容比設為0.25~25之範圍，可以調整對被處理基板W施加的偏壓電位之分布，取得在被處理基板 W全面略均勻的蝕刻率。若藉由後述實驗時，確認可以將鋁膜之蝕刻率之面內均勻性增加±3.5%以下，更佳為±2.0%以下。另外，藉由配置成以金屬製板狀構件分別構成一對電極42b、42c，且在被處理基板W之吸附面之略全面存在各電極42b、42c，可以有效果地調整偏壓電位之分布。如此一來，在本實施型態中，具有能取得在被處理基板W全面略均勻之蝕刻率的機能，並且由於利用靜電夾具42之一對電極42b、42c而以單一之高頻電源E2施加偏壓電位，故比起如上述以往例般使用兩台高頻電源(及分配器)之情況，可以使裝置構成變得簡單，並可以降低裝置成本。
然而，當蝕刻對象(金屬膜或絕緣膜等)或蝕刻條件(蝕刻氣體種類或蝕刻時之壓力)不同時，有能取得在被處理基板W全面略均勻之蝕刻率的偏壓電位之分布變化之情況。在此情況，若以可變電容器構成第1電容器C1和第2電容器C2之至少一方時，可以因應蝕刻對象或蝕刻條件而適當調整偏壓電位之分布，較為有利。
接著，為了確認上述效果，使用上述反應性離子蝕刻裝置EM進行接著的實驗。在本實驗中，藉由濺鍍法在矽基板上以約300nm之厚度形成鋁膜，作為基板W，藉由以下之條件蝕刻該鋁膜。即是，將氟系氣體(例如，Cl2,BCl3)之流量設為50sccm、50sccm(此時，真空腔室1內之壓力為0.5Pa)，將供應於平台4之偏壓電力設為12.5MHz、150W，將朝天線線圈3的供應電力設為13.56MHz、300W，將施加於靜電夾具42之直流電壓設定 成1.0kV。在此，使用靜電電容為可變之可變電容器作為第1電容器C1，使用靜電電容為固定(200pF)之固定電容器作為第2電容器C2，將可變電容器C1之靜電電容調整成2500pF(此時之第1電容器C1對第2電容器C2之靜電電容比為12.5，以下稱為「發明實驗1」)。在各個的被處理基板W之徑向之7點測定發明實驗1之蝕刻前後之鋁膜之膜厚，從其測定值求出的蝕刻率之平均值為350nm/min，面內均勻性±1.8%。
除使可變電容器C1之電容變化成50pF、500pF、1500pF、3000pF、4000pF、5000pF之點(以下，稱為「發明實驗2」、「發明實驗3」、「發明實驗4」、「發明實驗5」、「發明實驗6」、「發明實驗7」)外，其他與上述發明實驗1相同，進行蝕刻，求出蝕刻率之平均值及面內均勻性。在發明實驗2中(靜電電容比=0.25)中，為350nm/min±3.5%，在發明實驗3(靜電電容比=2.5)中，為360nm/min±2.8%，在發明實驗4(靜電電容比=7.5)中，為353nm/min±2.0%，在發明實驗5(靜電電容比=15)中，為345nm/min±2.0%，在發明實驗6(靜電電容比=20)中，為343nm/min±2.5%，在發明實驗7(靜電電容比=25)中，為339nm/min±3.4%。
為了對上述發明實驗1~7進行比較，除了將可變電容器C1之電容變化成40pF、6000pF(此時之靜電電容比=0.2、30)之點(以下，稱為「比較實驗1」、「比較實驗2」)外，其他與上述發明實驗1相同進行蝕刻，求出蝕 刻率之平均值及面內均勻性之結果，在比較實驗1(靜電電容比=0.2)中，為347nm/min±3.7%，在比較實驗2(靜電電容比=30)中，為332nm/min±4.7%。在表1中總結該些發明實驗1~7及比較實驗1~3之結果而予以表示。
Figure 107145403-A0305-02-0012-1
若藉由上述實驗時，藉由將第1電容器C1對第2電容器C2之靜電電容比設為0.25~25之範圍，可以將面內均勻性設定在±3.5%以內，可以確認出能取得在被處理基板W全面略均勻的蝕刻率。再者，藉由將靜電電容比設為7.5~15之範圍內，可以將面內均勻性設為±2.0%以內，確認出能取得更均勻的蝕刻率。依此，判明可以有效果地調整對被處理基板W施加的偏壓電位之分布。
以上，雖然針對本發明之實施型態予以說 明，但是本發明不限定於上述。在上述實施型態中，雖然以將第1電容器C1設為可變電容器、將第2電容器C2設定固定電容器之情況為例進行說明，但是以第1電容器C1和第2電容器C2之至少一方為可變電容器為佳，例如即使將第1電容器C1設為固定電容器，將第2電容器C2設為可變電容器亦可。在此情況也可以因應蝕刻對象或蝕刻條件而適當調整偏壓電位之分布。
在上述實施型態中，雖然以蝕刻對象為金屬膜(鋁膜)之情況為例進行說明，但是即使在蝕刻對象為絕緣膜之情況亦可以適用本發明。
C1:可變電容電容器(第1電容器)
C2:固定電容器(第2電容器)
E1:高頻電源(電漿產生手段)
E2:高頻電源
E3:直流電源
EM:反應性離子蝕刻裝置
L1:第1輸出線
L2:第2輸出線
1:真空腔室
11:真空密封
12:頂板
2:氣體管(氣體導入手段)
21:質量流量控制器(氣體導入手段)
3:線圈(電漿產生手段)
4:平台
41:基台
42:靜電夾具
42a:挾持板
42b、42c:一對電極
W:被處理基板
I:絕緣體

Claims (2)

  1. 一種反應性離子蝕刻裝置，具備：在真空腔室內配置被處理基板之平台；和將蝕刻氣體導入至真空氛圍中之真空腔室內的氣體導入手段；和使真空腔室內產生將該被導入之蝕刻氣體予以電離的電漿之電漿產生手段；和經由第1輸出線被連接於平台而對被處理基板施加偏壓電位的高頻電源，在平台設置具有一對電極之靜電夾具，於被處理基板之蝕刻時，對該些一對電極施加直流電壓，使被處理基板靜電吸附於靜電夾具，該反應性離子蝕刻裝置之特徵在於，高頻電源被構成經由第2輸出線被連接於一對電極而與直流電壓重疊地施加高頻電位，在第1及第2兩輸出線分別安插第1電容器和第2電容器，第1電容器對第2電容器之靜電電容比被設定在2.5~25之範圍內。
  2. 如請求項1所記載之反應性離子蝕刻裝置，其中上述第1電容器和上述第2電容器之至少一方之靜電電容為可變的可變電容器。
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