等離子體處理裝置及等離子體處理方法
【專利說明】等離子體處理裝置及等離子體處理方法
[0001]本申請以2014年7月22日申請的日本國專利申請第2014-149241號作為主張優先權的基礎，本說明書中通過引用包含其全部內容。
技術領域
[0002]本發明涉及等離子體處理裝置及等離子體處理方法。
【背景技術】
[0003]等離子體處理裝置，通過產生等離子體、使該等離子體中的離子入射基板(例如，半導體晶片)，由此處理基板。半導體設備制造過程中，通過入射離子蝕刻基板，形成溝道(trench)、通孔、突出部等。
[0004]在這里，半導體設備制造過程中，為了確保半導體設備的電氣性能，加工形狀的精密控制，特別是溝道側壁的垂直加工很重要。
[0005]但是，加工形狀的精密控制并不容易，例如，溝道的側壁不垂直、有斜度是慣例。
【附圖說明】
[0006]圖1是第I實施方式涉及的等離子體處理裝置10的概略構成圖。
[0007]圖2?圖4是顯示基板電極構成一例的立體圖。
[0008]圖5是顯示施加到電極元件的電壓波形一例的圖。
[0009]圖6是顯示入射晶片的離子一例的模式圖。
[0010]圖7是比較例涉及的等離子體處理裝置1x的概略構成圖。
[0011]圖8是顯示等離子體處理裝置處理前的晶片的部分放大截面圖。
[0012]圖9?圖11是顯示晶片蝕刻后狀態的放大截面圖。
[0013]圖12是變形例I涉及的等離子體處理裝置1a的概略構成圖。
[0014]圖13是變形例2涉及的等離子體處理裝置1b的概略構成圖。
[0015]圖14是顯示感應線圈27的模式圖。
[0016]圖15是第2實施方式涉及的等離子體處理裝置1c的概略構成圖。
[0017]圖16是顯示施加到電極元件的電壓波形一例的圖。
[0018]圖17是變形例3涉及的等離子體處理裝置1d的概略構成圖。
[0019]圖18是第3實施方式涉及的等離子體處理裝置1e的概略構成圖。
[0020]圖19是顯示溝道側壁加工狀態的圖。
[0021]圖20是顯示通孔側壁加工狀態的圖。
[0022]圖21A?圖21D是顯示一邊旋轉晶片一邊處理狀態的模式圖。
[0023]圖22A?圖22D是顯示一邊旋轉晶片一邊處理狀態的模式圖。
[0024]圖23A?圖23C是顯示一邊旋轉晶片一邊處理狀態的模式圖。
[0025]圖24A?圖24D是顯示一邊旋轉晶片一邊處理狀態的模式圖。
[0026]圖25是變形例4涉及的等離子體處理裝置1f的部分構成圖。
[0027]圖26是變形例5涉及的等離子體處理裝置1g的部分構成圖。
[0028]圖27是變形例6涉及的等離子體處理裝置1h的部分構成圖。
[0029]圖28、圖29是顯示靜電卡盤42內部電極一例的平面圖。
[0030]圖30是第4實施方式涉及的等離子體處理裝置1i的概略構成圖。
[0031]圖31是顯示基板電極15c的構成一例的立體圖。
[0032]圖32是第5實施方式涉及的等離子體處理裝置1j的概略構成圖。
[0033]圖33是顯示從上方觀察到的基板電極15d狀態的平面圖。
[0034]圖34A?圖34D是顯示電極元件Exy分組(選擇)狀態的模式圖。
[0035]圖35是第6實施方式涉及的等離子體處理裝置1k的部分構成圖。
[0036]圖36是顯示具有顯示裝置的等離子體處理裝置的工作順序一例的處理過程圖。
[0037]圖37A、圖37B是畫面顯示一例的圖。
[0038]圖38A?圖38C是顯示入射晶片Wf的離子II的角度分布的等離子體模擬結果的圖表。
[0039]圖39A?圖39C是顯示入射晶片Wf的離子II的角度分布的等離子體模擬結果的圖表。
[0040]圖40是顯示計算區域整體電位分布的圖。
[0041]圖41是顯示對于電極元件E的評價點Pl?P5的圖。
[0042]圖42A?圖42C是顯示入射晶片Wf的離子II的角度分布的等離子體模擬結果的圖表。
[0043]圖43是顯示對于電介質構件DM的評價點Ql?Q5的圖。
[0044]圖44是顯示電極寬度W與峰角關系的圖表。
[0045]圖45是顯示電極間隔D與峰角關系的圖表。
【具體實施方式】
[0046]實施方式的等離子體處理裝置具備有:腔室、導入部、基板電極、高頻電源、低頻電源和切換機構。導入部向腔室內導入處理氣體。基板電極配置在腔室內，直接或間接載置有基板，具有交互配置的第1、第2電極元件群。高頻電源輸出40MHz以上的高頻電壓，用于使處理氣體離子化，產生等離子體。低頻電源輸出20MHz以下的低頻電壓，用于從等離子體中引入離子。切換機構向所述第1、第2電極元件群交互施加所述低頻電壓。
[0047]以下參照附圖詳細說明實施方式。
(第I實施方式)
[0048]圖1是第I實施方式涉及的等離子體處理裝置10的概略構成圖。該等離子體處理裝置10是平行平板型的RIE(Reactive 1n Etching)裝置。
[0049]等離子體處理裝置10，通過將等離子體PL中的離子II入射晶片(Wafer)胃6蝕刻晶片Wf，形成溝道(trench)、通孔、突出部等。晶片Wf是基板，例如，是半導體(S1、GaAs等)的基板。
[0050]等離子體處理裝置10，在向晶片Wf入射離子II的方面，與注入離子的離子注入裝置共通，但在以下方面是不同的。等離子體處理，較之于離子注入，入射的離子的能量較低(離子注入:10k?500keV左右，等離子體處理:0?2000eV左右)。等離子體處理，較之于離子注入，沒有特別的加速裝置，通過施加到基板電極15的偏壓引入來自等離子體PL的離子II。因此，等離子體處理裝置10，較之于離子注入，等離子體PL與基板電極15接近(離子注入:約1cm左右以上，等離子體處理:數cm左右以下)。
[0051]等離子體處理裝置10具有:腔室11、排氣口 12、處理氣體導入管13、基座14、基板電極15、對置電極16、RF高頻電源21a、RF低頻電源21b、匹配器22a、22b、濾波器23a、23b、切換機構24。
[0052]腔室11保持晶片Wf處理所必需的環境。
[0053]排氣口 12與未圖示的壓力調節閥、排氣栗連接。腔室11內的氣體從排氣口 12排出，腔室11內保持高真空。此外，從處理氣體導入管13導入處理氣體時，從處理氣體導入管13流入的氣體流量與從排氣口 12流出的氣體流量平衡，腔室11的壓力保持一定。
[0054]處理氣體導入管13是將晶片Wf處理所必需的處理氣體導入腔室11內的導入部。該處理氣體用于形成等離子體PL。通過放電，處理氣體離子化后成為等離子體PL，等離子體PL中的離子II用于晶片Wf的蝕刻。
[0055]作為處理氣體，除了 Ar、Kr、Xe、N2、02、C0、H2等氣體外，也可適當使用SF6或CF4、C2F6、C4F8、C5F8、C4F6、C12、HBr、SiH4、SiF4 等。
[0056]在這里，處理氣體可分為淀積(deposit1n)系、非淀積(deposit1nless)系。非淀積系氣體，是在晶片Wf處理時僅具有蝕刻作用的氣體。另一方面，淀積系氣體，在晶片Wf處理時，除了蝕刻作用，還具有被膜(保護膜)形成作用。
[0057]作為處理氣體，通過使用淀積系氣體，可以提升蝕刻掩模與蝕刻對象(晶片Wf等)間的蝕刻選擇比。即，淀積系氣體的情況下，在蝕刻掩模上形成被膜的同時，進行蝕刻。其結果是，可以降低蝕刻掩模的蝕刻速率，提升選擇比。
[0058]淀積系、非淀積系的區分并非絕對。稀有氣體(Ar、Kr、Xe)幾乎沒有被膜形成作用，可認為是純粹的非淀積系，但其他氣體多多少少具有被膜形成作用。此外，根據蝕刻掩模、蝕刻對象的材質.形狀、過程壓力等的關系，蝕刻作用與被膜形成作用的大小關系會變化。
[0059]—般，作為非淀積系氣體，可舉出Ar、Kr、Xe、H2等。此外，作為淀積系氣體，可舉出 C2F6、C4F6, C4F8, C5F8或 SF 6、Cl2, HBr0 作為它們的中間氣體，可舉出 N2、02、CO、CF4。
[0060]基座14是支撐晶片Wf的支撐部，具有用于支撐晶片Wf的卡盤。作為卡盤，可以利用力學支撐晶片Wf的機械卡盤，或者通過靜電支撐晶片Wf的靜電卡盤。另外，靜電卡盤的詳細情況在后面的變形例6中說明。
[0061]基板電極15配置于基座14，是具有與晶片Wf的下表面接近或接觸的上表面的近平板狀的電極。即，在基板電極15上間接(接近)或直接(接觸)載置有晶片Wf (基板)。
[0062]圖2是顯示基板電極15的構成一例的立體圖。如圖2所示，基板電極15是被分割為多個的分割電極，被交互配置，由2組電極元件E1、E2(第1、第2電極元件群)構成。
[0063]在這里，2組電極元件El、E2具有沿著軸方向A的中心軸、以及寬度(電極元件E1、E2的寬度，此處為直徑)W的近圓柱形狀，以間隔D(電極元件E1、E2間的空間距離)近平行配置。另外，電極元件E1、E2的形狀不限于近圓柱形狀，也可以是近棱柱形狀(例如，近四棱柱形狀)。
[0064]此時，優選電極間隔D、電極寬度(此處為直徑)W在一定程度上較小(例如，電極間隔D在5mm以下)。如后述實施例所示，離子II的入射量存在位置依賴性。離子II的入射量會反映電極元件E1、E2的周期性配置，以間隔D、電極寬度W所對應的周期進行變動。因此，通過使間隔D、電極寬度W在一定程度上較小，等離子體處理的均勻性提升(離子II入射量變動的空間周期變短)。
[0065]圖3是顯示基板電極結構的其他例的立體圖。基板電極15a具有電極元件E1、E2、電介質構件DM。
[0066]電介質構件DM配置在電極元件E1、E2之間。通過電介質構件DM，電極元件E1、E2之間以及基板電極15與晶片Wf之間的電壓下降會變小。其結果是，橫向的電位差可有效傳達至晶片Wf，可確保電場的斜向成分。在抑制電壓下降方面，優選電介質構件DM的介電常數較高。例如，可以使介電常數在7.0以上(氧化鋁7.7)。
[0067]圖4是顯示基板電極結構的其他例的立體圖。基板電極15b具有電介質構件DM1、導體層EL。導體層EL配置在平板形狀的電介質構件DMl上。例如，可由印刷基板制作基板電極15b。
[0068]導體層EL具有線條圖案L1、L2和連接部Cl、C2。線條圖案L1、L2分別作為電極元件E1、E2發揮功能。連接部Cl、C2分別電氣連接線條圖案LI間或L2間。
[0069]此時，導體層EL的厚度在例如Imm左右以下即可。即使線條圖案L1、L2較薄，也可與棒狀的電極元件E1、E2相同，生成橫向的電場，即電場的斜向成分。這是因為，有助于橫向電場的，不是線條圖案L1、L2厚度方向的電位，而是鄰接的線條圖案L1、L2間的電位差產生的電場。
[0070]對置電極16在腔室