CN101853763A - 等离子处理装置和等离子处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子处理装置和等离子处理方法，与以往相比，能够谋求等离子体的稳定化，能够进行稳定的等离子处理，并且能够谋求延长构成匹配器的可变电容器的寿命。该等离子处理装置具有功率调制部件和匹配器，该功率调制部件进行以恒定的周期将来自高频电源的高频电力以脉冲状切换为第1功率和高于该第1功率的第2功率的功率调制，该匹配器用于对来自高频电源的高频电力进行阻抗匹配并施加该高频电力，该匹配器在由功率调制部件进行功率调制时、以及在施加第1功率时和自施加第2功率开始规定期间内，能停止匹配动作。

Description

等离子处理装置和等离子处理方法
技术领域
本发明涉及用于对基板实施蚀刻处理等的等离子处理的等离子处理装置和等离子处理方法。
背景技术
以往以来，例如在半导体装置的制造领域等中，使用用于对半导体晶圆、液晶显示装置的玻璃基板等实施蚀刻处理、成膜处理等规定等离子处理的等离子处理装置。
作为上述等离子处理装置之一，公知有如下的电容耦合型的等离子处理装置，在该处理装置中，在处理室内设有平行平板型的对置电极，对上述对置电极之间施加高频电力而产生处理气体的等离子体。此外，在上述的等离子处理装置中，公知有如下的等离子处理装置，即，进行以恒定的周期将高频电力切换为第1功率和功率高于第1功率的第2功率的功率调制的等离子处理装置(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2009-33080号公报
在上述的进行功率调制的以往的等离子处理装置中，仅在施加更高功率的第2功率时，利用匹配器进行匹配动作，而在施加较低功率的第1功率时，不利用匹配器进行匹配动作。可是，在这样的等离子处理装置中，在通过功率调制以脉冲状等方式施加高频电力时，高频电力的脉冲上升时，会产生瞬态的等离子体状态的变动，在等离子体稳定之前需要一段时间。此时，发明人了解到会产生如下的问题，即，因为匹配器随着等离子体状态的变动欲进行匹配动作，所以构成匹配器的可变电容器(variable condenser)产生反复微动的动作，这些会阻碍等离子体的稳定化从而使等离子处理的状态变得不稳定，并且会缩短可变电容器的寿命。
发明内容
本发明是为了应对上述以往的情况而做出的，提供一种等离子处理装置和等离子处理方法，与以往相比，能够谋求等离子体的稳定化，能够进行稳定的等离子处理，并且能够谋求构成匹配器的可变电容器的寿命的长期化。
技术方案1的等离子处理装置的特征在于，包括：处理室，其用于收容基板并对基板实施等离子处理；处理气体供给机构，其用于对上述处理室内供给规定的处理气体；平行平板型的一对电极，其设于上述处理室内，由兼用作载置上述基板的载置台的下部电极和配设在上述下部电极的上方的上部电极构成；高频电源，其用于对上述一对电极中的至少一方施加高频电力；匹配器，其用于对来自上述高频电源的高频电力进行阻抗匹配，并对上述一方电极施加阻抗匹配后的高频电力；控制部件，进行以恒定的周期将来自上述高频电源的高频电力切换为第1功率和功率高于第1功率的第2功率的功率调制，并且，进行在施加上述第1功率时和自施加上述第2功率开始的规定期间内停止上述匹配器的匹配动作的掩蔽(mask)控制。
技术方案2的等离子处理装置是根据技术方案1所述的等离子处理装置，其特征在于，上述高频电源是与上述下部电极相连接、用于输出牵引离子用的高频电力的牵引离子用的高频电源，上述控制部件对上述牵引离子用的高频电力进行上述功率调制，并且，进行上述匹配器的上述掩蔽控制。
技术方案3的等离子处理装置是根据技术方案2所述的等离子处理装置，其特征在于，该等离子处理装置具有用于对上述上部电极施加等离子生成用的高频电力的等离子生成用的高频电源。
技术方案4的等离子处理装置是根据技术方案2所述的等离子处理装置，其特征在于，该等离子处理装置还具有用于对上述下部电极施加等离子生成用的高频电力的等离子生成用的高频电源。
技术方案5的等离子处理装置是根据技术方案3或4所述的等离子处理装置，其特征在于，该等离子处理装置具有用于对上述等离子生成用的高频电力进行阻抗匹配的等离子生成电源用匹配器，上述控制部件根据上述匹配器的上述掩蔽控制来停止上述等离子生成电源用匹配器的匹配动作。
技术方案6的等离子处理装置是根据技术方案3或4所述的等离子处理装置，其特征在于，该等离子处理装置具有用于对上述等离子生成用的高频电力进行阻抗匹配的等离子生成电源用匹配器，上述控制部件与上述功率调制同步地将上述等离子生成用的高频电力切换为第3功率和功率高于第3功率的第4功率，并且，根据上述掩蔽控制停止上述等离子生成电源用匹配器的匹配动作。
技术方案7的等离子处理装置是根据技术方案1所述的等离子处理装置，其特征在于，上述高频电源是输出等离子生成用的高频电力的等离子生成用的高频电源，上述控制部件对上述等离子生成用的高频电力进行上述功率调制，并且，进行上述匹配器的上述掩蔽控制。
技术方案8的等离子处理装置是根据技术方案7所述的等离子处理装置，其特征在于，上述等离子生成用的高频电源与上述上部电极相连接。
技术方案9的等离子处理装置是根据技术方案7所述的等离子处理装置，其特征在于，上述等离子生成用的高频电源与上述下部电极相连接。
技术方案10的等离子处理装置是根据技术方案8或9所述的等离子处理装置，其特征在于，该等离子处理装置具有牵引离子用的高频电源和牵引离子电源用匹配器，该牵引离子用的高频电源用于对上述下部电极施加牵引离子用的高频电力；该牵引离子电源用匹配器用于对来自上述牵引离子用的高频电源的牵引离子用的高频电力进行阻抗匹配，上述控制部件根据上述匹配器的上述掩蔽控制来停止上述牵引离子电源用匹配器的匹配动作。
技术方案11的等离子处理装置是根据技术方案1～10中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于，该等离子处理装置是对上述基板实施等离子蚀刻处理的装置。
技术方案12的等离子处理装置是根据技术方案1所述的等离子处理装置，其特征在于，上述控制部件进行控制，使得在由上述高频电源施加恒定功率的高频电力并对上述基板进行了规定时间的等离子处理后进行上述功率调制。
技术方案13的等离子处理方法是使用了包括处理室、处理气体供给机构、平行平板型的一对电极、高频电源、匹配器的等离子处理装置的等离子处理方法，该处理室用于收容基板并对基板实施等离子处理；该处理气体供给机构用于对上述处理室内供给规定的处理气体；该平行平板型的一对电极设于上述处理室内；该高频电源用于对上述一对电极中的至少一方施加高频电力；该匹配器用于对来自上述高频电源的高频电力进行阻抗匹配，并对上述一方电极施加该阻抗匹配后的高频电力，其特征在于，进行以恒定的周期将来自上述高频电源的高频电力切换为第1功率和功率高于第1功率的第2功率的功率调制，并且，进行在施加上述第1功率时和自施加上述第2功率开始的规定期间停止上述匹配器的匹配动作的掩蔽控制。
技术方案14的等离子处理方法是根据技术方案13的等离子处理方法，其特征在于，该等离子处理方法是对上述基板实施等离子蚀刻处理的方法。
技术方案15的等离子处理方法是根据技术方案14的等离子处理方法，其特征在于，在由上述高频电源施加恒定功率的高频电力并对上述基板进行了规定时间的等离子处理后进行上述功率调制。
采用本发明，能够提供一种等离子处理装置和等离子处理方法，与以往相比，能够谋求等离子体的稳定化，能够进行稳定的等离子处理，并且能够谋求构成匹配器的可变电容器的寿命的长期化。
附图说明
图1是用于表示本发明的一实施方式的等离子蚀刻装置的构成的纵剖视图。
图2是表示图1的等离子蚀刻装置的第1匹配器的构成的图。
图3是用于说明图1的等离子蚀刻装置的功率调制的例子的图。
图4是用于说明图1的等离子蚀刻装置的功率调制的例子的图。
图5是表示图1的等离子蚀刻装置的第2匹配器的构成的图。
图6是用于说明图1的等离子蚀刻装置的第2匹配器的动作的图。
图7是用于说明实施方式的效果的图。
图8是表示第2实施方式的等离子蚀刻装置的构成的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明将本发明应用于等离子蚀刻装置中的一实施方式。
图1是表示本发明的一实施方式的等离子蚀刻装置的构成的图。该等离子蚀刻装置构成为电容耦合型平行平板等离子蚀刻装置。如图1所示，该等离子蚀刻装置具有例如表面由经过阳极氧化处理了的铝构成的大致圆筒状的处理室10，该处理室10为保证安全而接地。
在处理室10的底部隔着由陶瓷等构成的绝缘板12配置有圆柱状的基座支承台14，在该基座支承台14上设有例如由铝构成的基座16。基座16构成下部电极，在该基座16上载置有作为被处理基板的半导体晶圆W。
在基座16的上表面设有利用静电力吸附保持半导体晶圆W的静电吸盘18。该静电吸盘18具有以一对绝缘层或绝缘片夹着由导电膜构成的电极20的构造，直流电源22与电极20电连接。而且，在由来自直流电源22的直流电压所产生的库仑(coulomb)力等的静电力作用下，半导体晶圆W被静电吸盘18吸附保持。
在基座16的上表面且静电吸盘18(半导体晶圆W)的周围配置有例如由硅等形成为环状的聚流环24。在基座16和基座支承台14的侧面设有例如由石英构成的圆筒状的内壁构件26。
在基座支承台14的内部设有制冷剂室28。从设于外部的未图示的冷却装置经由配管30a、30b向制冷剂室28循环供给规定温度的制冷剂、例如冷却水，能够通过调整制冷剂的温度控制基座16上的半导体晶圆W的温度。
而且，来自未图示的导热气体供给机构的导热气体例如He气体经由气体供给线32被供给到静电吸盘18的上表面与半导体晶圆W的背面之间。
在作为下部电极的基座16的上方，与基座16相对且平行地设置有上部电极34，上部电极34与基座16(下部电极)之间的空间形成等离子体生成空间。上部电极34形成有与作为下部电极的基座16上的半导体晶圆W相对、并与等离子体生成空间相接触的面，即形成有相对面。
上述上部电极34借助绝缘性遮蔽构件42支承于处理室10的上部，上述上部电极34由电极板36和电极支承体38构成，电极板36构成为与基座16的相对面，并且具有多个喷出孔37，该电极支承体38将该电极板36支承为装卸自由的状态，具有由导电性材料、例如表面经过阳极氧化处理了的铝构成的水冷构造。电极板36优选由产生焦耳热较少的低电阻的导电体或半导体构成。此外，从强化抗蚀剂的方面来考虑，电极板36的材料优选含有硅的物质。从这样的方面来考虑，电极板36优选由硅、SiC构成。在电极支承体38的内部设有气体扩散室40，与喷出孔37连通的多个气体流通孔41自该气体扩散室40延伸到下方。
在电极支承体38上形成有用于将处理气体导向气体扩散室40的气体导入口62，在该气体导入口62上连接有气体供给管64，在气体供给管64上连接有处理气体供给源66。在气体供给管64上自上游侧起依次设有质量流量控制器(MFC)68和开闭阀70。而且，由处理气体供给源66供给作为用于蚀刻的处理气体、例如像C4F8气体那样的氟烃气体(CxFy)，该处理气体经由气体供给管64到达气体扩散室40，然后自气体扩散室40经由气体流通孔41和气体喷出孔37簇射状地将处理气体喷出到等离子生成空间。即，上部电极34作为用于供给处理气体的簇射头而发挥作用。
在上述电极34上经由第1匹配器46和供电棒44电连接有第1高频电源48。第1高频电源48输出比较高的频率、例如27～100MHZ的频率(在本实施方式中是60MHz)的高频电力。第1匹配器46适用于使负载阻抗与第1高频电源48的输出阻抗匹配的构件，发挥如下的功能，在处理室10内生成有等离子体时，使第1高频电源48的输出阻抗与负载阻抗看起来一致。第1匹配器46的输出端子与供电棒44的上端连接。
另一方面，在上述上部电极34上除了第1高频电源48之外还电连接有可变直流电源50。可变直流电源50也可以是双向(bipolar)电源。具体来说，该可变直流电源50经由上述第1匹配器46和供电棒44与上部电极34连接，能够通过开启-关闭开关52进行供电的开启、关闭。可变直流电源50的极性和电流、电压以及开启-关闭开关52的开启、关闭由控制器51进行控制。
如图2所示，第1匹配器46具有第1可变电容器(variablecondenser)54和第2可变电容器(variable condenser)56，该第1可变电容器54被设置为自第1高频电源48的供电线49分支出；该第2可变电容器56被设置在供电线49的该分支点的下游侧。第1可变电容器54由步进电动机54a驱动，第2可变电容器56由步进电动机56a驱动，从而实行上述的匹配动作。此外，步进电动机54a和步进电动机56a的驱动由匹配器控制部46a控制，在该匹配器控制部46a中，如下文所说明的那样输入有来自RF控制器95的信号。
此外，在第1匹配器46中设有滤波器58，该滤波器58能够对上部电极34有效地供给直流电压电流(以下，仅称为直流电压)，并且阻隔(trap)来自第1高频电源48的高频电力(例如60MHz)和后述的来自第2高频电源的高频电力(例如13.56MHz)。即，来自可变直流电源50的直流电流经由滤波器58流到供电线49。该滤波器58由线圈59和电容器60构成，由此，来自第1高频电源48的高频电力和后述的来自第2高频电源的高频电力被阻隔。
如图1所示，自处理室10的侧壁起以延伸到上部电极34的高度位置的上方的方式设有圆筒状的接地导体10a，该圆筒状的接地导体10a的顶壁部分利用筒状的绝缘构件44a与上部供电棒44电绝缘。
在作为下部电极的基座16上经由第2匹配器88电连接有第2高频电源90。由该第2高频电源90对作为下部电极的基座16供给高频电力，由此，对半导体晶圆W施加偏压、将离子牵引至半导体晶圆W。第2高频电源90输出低于第1高频电源48的频率的高频电力，例如输出400kHz～13.56MHz的范围内的频率(在本实施方式中是13.56MHz)的高频电力。
在上述第2高频电源90上连接有用于控制第2高频电源90的RF控制器95。该RF控制器95能够进行功率控制，以规定周期在第1功率和高于第1功率的第2功率之间对来自第2高频电源90的高频电力进行功率调制，该RF控制器95能够在通常的连续模式和功率控制模式之间进行切换。
作为功率调制的典型例，能够列举出如图3所示的脉冲波形，但并不限定于此。另外，在图3所示例中，脉冲的占空比为50％，此外，此时的输出电压波形如图4所示。一个周期中的最大电压值和最小电压值之差为VPP。另外，图4中的Pset表示设定电压。
另外，该RF控制器95也与第2匹配器88连接，也控制第2匹配器88。此外，RF控制器95也与第1高频电源48和第1匹配器46连接，也能够控制第1高频电源48和第1匹配器46。
第2匹配器88用于使负载阻抗与第2高频电源90的输出阻抗相匹配，在处理室10内生成等离子体时，第2匹配器88发挥使第2高频电源90的输出阻抗与处理室10内的包括等离子体在内的负载阻抗看起来一致的作用。如图5所示，该第2匹配器88具有：第1可变电容器97，其被设置为自第2高频电源90的供电线96分支出的形式；第2可变电容器98，其被设置在供电线96的分支点的第2高频电源90一侧；线圈99，设于供电线96的分支点与第2高频电源90的相反一侧。第1可变电容器97由步进电动机97a驱动，第2可变电容器98由步进电动机98a驱动，从而实行上述的匹配动作。此外，步进电动机97a和步进电动机98a的驱动由匹配器控制部88a控制，在该匹配器控制部88a中，输入有来自上述RF控制器95的信号。
在本实施方式的情况下，与通常的等离子蚀刻不同，第2高频电源90是以功率调制模式进行动作的，该功率调制模式是指以规定周期对高频电力进行功率调制，因此，在该功率调制模式时，RF控制器95控制第2匹配器88的匹配动作将其切换为与功率调制同步。来自该RF控制器95的控制信号如图5所示那样地输入到第2匹配器88的匹配器控制部88a。
在这种情况下，在RF控制器95以功率调制模式使第2高频电力供给单元90动作时，该RF控制器95进行如下控制，在第1功率时不进行第2匹配器88的动作，在第2功率时在自第2功率施加开始后在规定期间内不进行第2匹配器88的动作(掩蔽控制)。然后，在经过规定期间后，RF控制器95再控制第2匹配器88进行匹配动作，使第2高频电源90的输出阻抗与处理室10内的包括等离子体在内的负载阻抗一致。
如图6所示，具体来说，仅在功率相对较大的第2功率时，且仅自开始施加第2功率起(图6所示的脉冲上升沿)经过规定期间(图6所示的T1)后，才独立地控制第1可变电容器97的电容C1和第2可变电容器98的电容C2。而且，在第1功率时，以及自开始施加第2功率起(图6所示的脉冲上升沿)的经过规定期间(图6所示的T1)内使电容C1、C2各自固定。
在图6所示的功率调制模式中，以脉冲状进行功率调制，脉冲的占空比为50％。而且，该脉冲的频率为15Hz、周期约为66毫秒，施加第2功率的1个脉冲宽度(图6所示的T2)约为33毫秒。而且，可进行如下设定，在施加第2功率的1个脉冲宽度(33毫秒)中的、自开始施加第2功率(图6所示的脉冲上升沿)起脉冲宽度的0～98.5％的范围内停止第2匹配器88的匹配动作。另外，将自开始施加第2功率起到停止(掩蔽)第2匹配器88的匹配动作的期间(脉冲宽度的0～98.5％)设定在RF控制器95中，RF控制器95根据该设定值来控制第2匹配器88的动作。
图6的下部所示的是处理室10的包括等离子体在内的负载阻抗的变化。该负载阻抗根据因开始施加功率相对较大的第2功率而产生的等离子体状态的变化而变动，逐渐收敛。此外，如果这样在负载阻抗变动的期间内进行第2匹配器88的匹配动作，则如图7的(a)所示，会产生反复进行第1可变电容器97(C1)和第2可变电容器98(C2)的微动操作的动作。另外，在图7的(a)、(b)中，纵轴表示驱动第1可变电容器97的步进电动机97a的步数以及驱动第2可变电容器98的步进电动机98a的步数，横轴表示时间。
在第2匹配器88中产生如上述的图7的(a)所示那样的动作时，会产生阻碍等离子体的稳定化、缩短第1可变电容器97和第2可变电容器98的寿命的问题。对此，在本实施方式中，因为仅自在开始施加第2功率起经过规定期间(图6所示的T1)后，独立地控制第1可变电容器97的电容C1和第2可变电容器98的电容C2，所以如图7的(b)所示那样，第1可变电容器97和第2可变电容器98不会反复进行微动，能顺畅地进行该控制，能够谋求在等离子体的稳定化的同时，不会缩短第1可变电容器97和第2可变电容器98的寿命。
另外，在图6中，虚线所围成的部分是表示使第2匹配器88的匹配动作停止的期间，即、表示进行掩蔽控制的期间。施加第2功率时的使第2匹配器88的匹配动作停止的期间(图6所示的T1)根据功率调制的第1功率和第2功率之差、功率调制的频率以及占空比等的不同而不同，其优选为施加第2功率的期间(脉冲的宽度)的约50％以上。另外，图7所示的数据是在将来自第2高频电源90的高频电力(13.56MHz)功率调制成2000W和150W，将来自第1高频电源48的高频电力(60MHz)固定在150W的情况下所获得的数据。
此外，在本实施方式中，对输出施加于下部电极16的高频电力的第2高频电源90进行功率调制，相反不对输出施加于上部电极34的高频电力的第1高频电源48进行功率调制，为对上部电极34施加恒定的功率的连续模式。优选对该连续模式的来自第1高频电源48的高频电力与对来自第2高频电源90的高频电力相同地进行上述的掩蔽控制。
虽然第1高频电源48输出连续模式的高频电力，但第1匹配器46是将如图6的下部所示那样的进行变动的负载阻抗与第1高频电源48的输出阻抗相匹配。这是因为处理室10内的包括等离子体在内的负载阻抗无论从第1匹配器46来看还是从第2匹配器88来看都是共同的。因而，优选以与停止第2匹配器88的匹配动作的期间完全相同的期间、时刻来停止第1匹配器46的匹配动作。由此，能够谋求等离子体的稳定化，并且谋求构成第1匹配器46的第1可变电容器54和第2可变电容器56的寿命的延长。
如上所述，在进行功率调制的情况下，因为在仅如通常的匹配器那样地顺向的功率Pf的控制中会产生波动(panting)，所以作为第2匹配器88优选使用带有增加了反射功率Pr的加载功率PL(＝Pf-Pr)控制的构件。具体来说，控制第2高频电源90，使得第2高频电源90输出的功率值Pf与被处理室10内的包括等离子体在内的负载阻抗所反射的功率值Pr的差值、即供给到作为下部电极的基座16的功率值PL始终恒定。因为受到来自第2高频电源的高频电力被功率调制的影响，所以优选第1高频电源48也同样地使用带有加载功率控制的构件、进行同样的控制。
在上部电极34上电连接有低通滤波器(LPF)92，该低通滤波器(LPF)92用于使来自第2高频电源90的高频电力(13.56MHz)接地而不使来自第1高频电源48的高频电力(60MHz)接地。该低通滤波器(LPF)92优选以LR滤波器或LC滤波器构成，但是即使仅通过一根导线也就能够对来自第1高频电源48的高频电力(60MHz)给与充分大的电抗，所以仅通过一根导线就可以构成低通滤波器92。另一方面，在作为下部电极的基座16上电连接有高通滤波器(HPF)94，该高通滤波器(HPF)94用于使来自第1高频电源48的高频电力(60MHz)接地。
在处理室10的底部设有排气口80。该排气口80经由排气管82连接有排气装置84。排气装置84具有涡轮分子泵等的真空泵，能够将处理室10内减压至所希望的真空度。此外，在处理室10的侧壁设有半导体晶圆W的搬入搬出口85，该搬入搬出口85能够由闸门86开闭。
此外，沿着处理室10的内壁设有装卸自由的附着防护件11，该附着防护件11用于防止蚀刻副生成物(沉积物)附着于处理室10内。即，附着防护件11构成处理室壁。此外，附着防护件11还设于内壁构件26的外周。在处理室10的底部的处理室壁上的附着防护件11与内壁构件26上的附着防护件11之间设有排气板83。作为附着防护件11和排气板83，采用对铝材包覆Y2O3等陶瓷而成的构件较佳。
在附着防护件11的构成处理室内壁的部分的与晶圆W大致处于相同高度的部分上设有以DC方式接地的导电性构件(GND构件)91，由此发挥如后述那样的防止异常放电效果。另外，该导电性构件91只要是设于等离子体生成区域，则其位置不限定于图1所示的位置，例如其既可以设于基座16的周围等设于基座16一侧，也可以环状地设于上部电极34的外侧等的上部电极34附近。
等离子蚀刻装置的各构成部分例如电源系统、气体供给系统、驱动系统、以及RF控制器95等与控制部(整个控制装置)100相连接而被控制部100控制。此外，在控制部100上连接有由键盘和显示器等构成的用户接口101，该键盘用于工程管理者管理等离子蚀刻装置而进行命令的输入操作，该显示器用于可视化显示等离子蚀刻装置的工作状况。
而且，在控制部100中连接有存储部102，该存储部102存储有用于通过控制部100的控制来实现将等离子蚀刻装置所进行的各种处理的控制程序、用于根据处理条件使等离子蚀刻装置的各构成部分进行处理的程序即制程程序。制程程序存储在存储部102中的存储介质中。存储介质既可以是硬盘、半导体存储器，也可以是CDROM、DVD、闪存等可移动性的构件。此外，还可以自其它的装置例如经由专用电线适当地传送制程程序。
而且，根据需要，根据来自用户接口101的指示等从存储部102读取出任意的制程程序而由控制部100执行这些制程程序，从而在控制部100的控制下，由等离子蚀刻装置进行所希望的处理。另外，本发明的实施方式所述的等离子蚀刻装置包括该控制部100。
在这样构成的等离子蚀刻装置中进行蚀刻处理时，首先，使闸门86为打开状态，经由搬入搬出口85将作为蚀刻对象的半导体晶圆W搬入处理室10内，载置于基座16上。然后，将来自处理气体供给源66的用于蚀刻的处理气体以规定流量供给到气体扩散室40，并经由气体流通孔41和气体喷出孔37供给到处理室10内，并且利用排气装置84对处理室10内进行排气，该处理室10中的压力设定为例如0.1～150Pa的范围内。
作为上述处理气体，能够采用以往所使用的各种气体，能够优选使用例如以如C4F8气体那样的氟烃气体(CxFy)为代表的含有卤族元素的气体。而且，也可以含有Ar气体、O2气体等其它气体。
这样在将蚀刻气体导入到处理室10内的状态下，由第1高频电源48对上部电极34施加等离子体生成用的高频电力，并且由第2高频电源90对作为下部电极的基座16施加牵引离子用的高频电力。而且，由可变直流电源50对上部电极34施加规定的直流电压。而且，由用于静电吸盘18的直流电源22对静电吸盘18的电极20施加直流电压，将半导体晶圆W固定于静电吸盘18。
使自形成于上部电极34的电极板36的气体喷出孔37喷出的处理气体在上部电极34与作为下部电极的基座16之间的由高频电力产生的辉光放电中等离子化，利用由该等离子体生成的自由基和离子，蚀刻半导体晶圆W的被处理面。
在本实施方式中，在这样地形成等离子体时，对上部电极34供给27MHz以上的高的频率范围的高频电力，因此，能够以优选的状态将等离子体高密度化，即使在更低压的条件下也能够形成高密度等离子体。
此外，在这样地形成等离子体时，通过控制器51控制由可变直流电源50对上部电极34施加的直流电压的极性和大小，从而能够相对于作为施加电极的上部电极34的表面即电极板36的表面以获得规定的(适当的)溅射效果的程度地加深该表面的自偏压电压Vdc，即增大上部电极34表面的自偏压电压Vdc的绝对值。
在由第1高频电源48施加的高频电力的功率较低的情况下，在上部电极34上附着有聚合物，但通过由可变直流电源50施加适当的直流电压，能够对附着在上部电极34上的聚合物进行溅射，使上部电极34的表面清洁化，且能够对半导体晶圆W供给最佳量的聚合物。由此，能够解决光致抗蚀膜的表面粗糙，且能够提高与基底膜之间的蚀刻选择比。另外，也可以替代控制来自可变直流电源50的施加电压而控制施加电流或施加电力。
这样，通过对上部电极34施加直流电压，能获得各种效果，特别是利用对作为被处理基板的半导体晶圆W适当地供给聚合物的效果，能够提高被蚀刻膜与基底的蚀刻阻止膜的选择比，但在将作为低介电常数防护膜的SiC膜用作基底蚀刻阻止膜而蚀刻作为上层的被蚀刻膜的SiOC系Low-k膜的情况下，由于两者的组成非常接近，因此，即使像上述那样地施加直流电压，能够满足确保充分的蚀刻选择比这一条件的范围(margin)也非常小。
在处理室10内生成等离子体后，自上部电极34对半导体晶圆W供给聚合物，若不施加偏压，则在半导体晶圆W上会产生沉积物(附着物)，但如果通过提高自偏压电压Vdc的绝对值就可以进行蚀刻。此时，为了以高精度蚀刻SiOC系Low-k膜，求得使SiOC系Low-k膜被蚀刻且基底的SiC膜不被蚀刻的自偏压电压Vdc。可是，因为SiOC系Low-k膜和SiC膜的组成接近，因此，蚀刻作业相似，在通常的蚀刻中，能够进行高选择比的蚀刻的范围非常小，无法提高蚀刻率。
蚀刻是通过对蚀刻对象膜施加偏压而牵引离子来进行的，但因为如上所述那样对蚀刻对象膜供给聚合物而产生有堆积，所以为了使蚀刻进行，需要以使离子进入深度大于聚合物的厚度的方式选择自偏压电压Vdc(入射到晶圆的离子能量)。另一方面，蚀刻对象膜被蚀刻后，若堆积在基底膜上的聚合物的厚度大于离子进入深度，则停止基底膜的蚀刻，实现选择性高的蚀刻。可是，在蚀刻动作在被蚀刻膜与基底膜接近的情况下，在以高蚀刻率蚀刻了被蚀刻膜后，若连续地过度蚀刻，则在被蚀刻膜脱落时，基底膜上的聚合物厚度小于离子进入深度，基底膜会被蚀刻。
因此，在本实施方式中，在被蚀刻膜上堆积聚合物的第1功率与蚀刻被处理基板的被蚀刻膜的第2功率之间以规定周期进行功率调制，使得在被蚀刻膜脱落时、即在被蚀刻膜被蚀刻而到达过度蚀刻时，聚合物厚度大于离子进入深度。此时，根据控制部100的指令，RF控制器95将第2高频电源90自通常模式切换为功率调制模式。由此，以第1功率堆积聚合物，以第2功率进行蚀刻，在过度蚀刻开始时形成厚度大于离子进入深度的聚合物层，从而能够使蚀刻阻止膜不受到大的侵蚀地使蚀刻停止。
在本实施方式中，作为对来自第2高频电源90的高频电力进行功率调制时的波形的典型例，能够列举如上所述的脉冲状。但是，不限与此，只要以第1功率和第2功率进行调制，也可以是正弦曲线等的其它波形。
在功率调制时，优选功率较低的第1功率大于0。与将功率保持0的情况相比，保持在大于0的某种程度的功率能够有效地供给聚合物的沉积。第1功率和第2功率可根据其它的蚀刻条件、膜的条件等适当设定，但第1功率优选10～500W的范围，第2功率优选100～5000W的范围。而且，第2功率更优选100～1000W的范围。
此外，功率调制的频率优选0.25～100Hz。在该范围内聚合物层的生成为适当的范围内。即，功率调制(脉冲)的占空比为50％的情况下，在频率超过100Hz时，在一个周期，用于产生聚合物沉积的第1功率的持续时间小于10毫秒，有可能难以形成充分的沉积，在频率小于0.25Hz时，每一个周期的第1功率的持续时间大于2秒，聚合物有可能变得过厚。
功率调制(脉冲)的占空比(第2功率的持续时间/整个一个周期的时间)，作为典型例能够列举出为50％，但能够根据蚀刻的条件、被蚀刻膜和基底膜的条件等在1～99％之间进行适当的调整。
在蚀刻时，首先，通过不调制偏压功率的通常模式以高蚀刻率蚀刻被蚀刻膜，在被蚀刻膜的蚀刻完成前，将偏压功率切换为上述那样的功率调制模式，但该切换需要在被蚀刻膜被蚀刻而在看得到基底膜时形成适量的聚合物层那样的时刻进行。若在即将进入过度蚀刻之前切换到功率调制模式，则过度蚀刻时聚合物层的厚度变得不充分，相反，在过早切换的情况下，会降低蚀刻率。因而，为了能够确保看得到基底膜时形成适量的聚合物层的时间，优选以尽可能地接近进入过度蚀刻时的时机来进行切换，也可以根据蚀刻条件等，但优选在被蚀刻膜的残膜为20～30nm的时刻进行切换。
在以这样的功率调制模式进行蚀刻时，通过由可变直流电源50对上部电极34施加直流电压，获得上述那样的聚合物供给的效果，因此，从确保聚合物层的方面来说是有利的。此外，在不施加直流电压时，通过调制偏压功率，使由第1高频电源48对上部电极34施加的等离子体生成用的高频电力的反射波增大，这样有可能使等离子体变得不稳定。因此，通过由可变直流电源50对上部电极34施加直流电压，使形成于上部电极34一侧的等离子鞘层的厚度被固定，所以使对上部电极34施加的等离子体生成用的高频电力的反射波减少，能够使等离子体稳定。由此，能够提高工艺的稳定性、延长第1高频电源48的寿命，从这一点来考虑施加直流电压也是有利的。
对上部电极34所施加的直流电压可以根据蚀刻条件适当地设定，但在通常的连续模式和功率调制模式的情况下该直流电压均优选-300～-2kV的范围。
接着，将第1高频电源48与第2高频电源90一起设为功率调制模式为例进行说明。也可以从等离子体的稳定性等的方面来考虑，优选在将第2高频电源90设为功率调制模式时，与之相对应地也将第1高频电源48设为功率调制模式。此时，由RF控制器95进行控制，对第2高频电源90和第1高频电源48都进行功率调制。
具体来说，进行如下控制，使第1高频电源48与第2高频电源90的功率调制模式同步，在第3功率与大于该第3功率的第4功率之间进行功率调制。在该情况下，既可以在第1高频电源48与第2高频电源90中，较高的功率和较低的功率为相同的时刻，也可以在第1高频电源48与第2高频电源90中，较高的功率和较低的功率为相反的时刻。此外，不管在哪种情况下，优选与来自第2高频电源90的高频电力的功率调制模式的情况相同，在施加第3功率时和自施加较高功率的第4功率开始的规定期间内，停止第1匹配器46对第1高频电源48的匹配动作。
此外，也可以将第2高频电源90设为通常的连续模式，将第1高频电源48设为功率调制模式，但在该情况下，优选对来自第1高频电源48的高频电力应用上述的掩蔽控制。即，在由第1高频电源48施加第3功率时和自施加较高功率的第4功率开始的规定期间内，停止第1匹配器46的匹配动作。
而且，对于来自该连续模式的第2高频电源90的高频电力，与对来自第1高频电源48的高频电力的控制方式相同，优选进行上述的掩蔽控制。即，以与停止第1匹配器46的匹配动作的期间完全相同的期间、时刻停止第2匹配器88的匹配动作。
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。图8是表示本发明的第2实施方式的等离子蚀刻装置的截面构成的图。
该等离子蚀刻装置在将来自第1高频电源48的等离子体生成用的高频电力施加于作为下部电极的基座16这一点上与图1所示的实施方式的等离子蚀刻装置不同，但其它的构成基本上与图1的等离子蚀刻装置相同，所以在图8中，在与图1相对应的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。
在本实施方式中，在作为下部电极的基座16上连接有用于生成等离子体的第1高频电源48和用于施加偏压而牵引离子的第2高频电源90。第1高频电源48经由第1匹配器89与基座16相连接，第1匹配器89具有与第2匹配器88相同的构成，能够发挥在处理室10内生成等离子体时使第1高频电源48的输出阻抗与负载阻抗看起来一致的作用。与图1所示的实施方式的情况相同，第1高频电源48的频率优选为27～100MHz的范围。
第2高频电源90在来自RF控制器95的控制的作用下能够如上所述地利用功率调制模式施加高频电力。此外，就本实施方式的装置而言，在该功率调制模式中进行控制，在第1功率时不进行第2匹配器88的动作，在第2功率时，自施加第2功率开始起的规定期间内不进行第2匹配器88的动作，经过规定期间后，进行第2匹配器88的匹配动作，在这一点上与上述的实施方式相同。此外，第1高频电源48也在RF控制器95的控制的作用下，能够如上所述地利用功率调制模式施加高频电力。在该功率调制模式中，在对第1匹配器89进行与第2匹配器88相同的控制这一点上也与上述的实施方式相同。
此外，对于来自连续模式的第1高频电源48的高频电力，与对来自功率调制模式的第2高频电源90的高频电力的控制方式相同，优选进行上述的掩蔽控制，这也与上述的实施方式相同，以与停止第2匹配器88的匹配动作的期间完全相同的期间、时刻停止第1匹配器89的匹配动作。
另一方面，上部电极34不与高频电源相连接，可变直流电源50经由低通滤波器(LPF)46a与上部电极34相连接。低通滤波器(LPF)46a是阻隔来自第1和第2高频电源的高频电力的构件，优选由LR滤波器或LC滤波器构成。
在本实施方式中，表示了对作为下部电极的基座16施加等离子体形成用的第1高频(RF)电力和牵引离子用的第2高频(RF)电力的下部RF双频施加型等离子蚀刻装置，作为与其它的电容耦合型等离子蚀刻装置相比的优点，能够列举出以下几点。
首先，如本实施方式那样，通过对作为下部电极的基座16施加等离子体形成用的高频电力，能够在更接近半导体晶圆W处形成等离子体，此外，能够使等离子体不扩散到广泛的区域地抑制处理气体的离解，所以即使在处理室10内的压力增高，等离子体密度降低这样的条件下，也能够提高对半导体晶圆W的蚀刻率。此外，即使在等离子体形成用的高频电力频率较高的情况下，因为能够确保较大的离子能量，所以效率高。
此外，与对下部电极仅施加单频的高频电力的类型的装置不同，本发明的装置在等离子蚀刻中，能够独立地控制必要的等离子体形成的功能和牵引离子的功能。因此，能够满足要求高精细加工性的蚀刻条件。
在本实施方式中，以具有这样功能的双频施加型等离子蚀刻装置为基础，能通过对上部电极施加直流电压，发挥上述那样的功能，所以与应用于近年来的蚀刻精细加工相比，能够进行高性能的蚀刻，并且，通过进行偏压用的高频的功率调制，即使在例如组合SiOC系Low-k膜和SiC膜那样的被蚀刻膜和基底膜的组成接近的情况下，也能够以高选择比和高蚀刻率蚀刻被蚀刻膜。
此外，也可以将第2高频电源90设为连续模式，将第1高频电源48设为功率调制模式，但在该情况下，与上述的实施方式是相同的，优选对来自第1高频电源48的高频电力应用上述的掩蔽控制。即，在由第1高频电源48施加第3功率时和自施加较高功率的第4功率开始的规定期间内，停止第1匹配器46的匹配动作。
而且，对于来自该连续模式的第2高频电源90的高频电力，与对来自第1高频电源48的高频电力的控制方式相同，优选进行上述的掩蔽控制，这也与上述的实施方式相同。即，以与停止第1匹配器89的匹配动作的期间完全相同的期间、时刻，停止第2匹配器88的匹配动作。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，表示了对上部电极施加直流电压的例子，但施加直流电压不是必须的。

Claims (15)

1.一种等离子处理装置，其特征在于，包括：
处理室，其用于收容基板并对基板实施等离子处理；
处理气体供给机构，其用于对上述处理室内供给规定的处理气体；
平行平板型的一对电极，其设于上述处理室内，由兼用作载置上述基板的载置台的下部电极和配设在上述下部电极的上方的上部电极构成；
高频电源，其用于对上述一对电极中的至少一方施加高频电力；
匹配器，其用于对来自上述高频电源的高频电力进行阻抗匹配，并对上述一方电极施加该经阻抗匹配后的高频电力；
控制部件，其进行以恒定的周期将来自上述高频电源的高频电力切换为第1功率和功率高于该第1功率的第2功率的功率调制，并且，进行在施加上述第1功率时和自施加上述第2功率开始的规定期间内停止上述匹配器的匹配动作的掩蔽控制。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
上述高频电源是与上述下部电极相连接、用于输出牵引离子用的高频电力的牵引离子用的高频电源，
上述控制部件对上述牵引离子用的高频电力进行上述功率调制，并且，进行上述匹配器的上述掩蔽控制。
3.根据权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于，
该等离子处理装置具有用于对上述上部电极施加等离子生成用的高频电力的等离子生成用的高频电源。
4.根据权利要求2所述的等离子处理装置，其特征在于，
该等离子处理装置还具有用于对上述下部电极施加等离子生成用的高频电力的等离子生成用的高频电源。
5.根据权利要求3或4所述的等离子处理装置，其特征在于，
该等离子处理装置具有用于对上述等离子生成用的高频电力进行阻抗匹配的等离子生成电源用匹配器，
上述控制部件根据上述匹配器的上述掩蔽控制来停止上述等离子生成电源用匹配器的匹配动作。
6.根据权利要求3或4所述的等离子处理装置，其特征在于，
该等离子处理装置具有用于对上述等离子生成用的高频电力进行阻抗匹配的等离子生成电源用匹配器，
上述控制部件与上述功率调制同步地将上述等离子生成用的高频电力，切换为第3功率和功率高于第3功率的第4功率，并且，根据上述掩蔽控制来停止上述等离子生成电源用匹配器的匹配动作。
7.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
上述高频电源是输出等离子生成用的高频电力的等离子生成用的高频电源，
上述控制部件对上述等离子生成用的高频电力进行上述功率调制，并且，进行上述匹配器的上述掩蔽控制。
8.根据权利要求7所述的等离子处理装置，其特征在于，
上述等离子生成用的高频电源与上述上部电极相连接。
9.根据权利要求7所述的等离子处理装置，其特征在于，
上述等离子生成用的高频电源与上述下部电极相连接。
10.根据权利要求8或9所述的等离子处理装置，其特征在于，
该等离子处理装置具有牵引离子用的高频电源和牵引离子电源用匹配器，该牵引离子用的高频电源用于对上述下部电极施加牵引离子用的高频电力；该牵引离子电源用匹配器用于对来自上述牵引离子用的高频电源的牵引离子用的高频电力进行阻抗匹配，
上述控制部件根据上述匹配器的上述掩蔽控制来停止上述牵引离子电源用匹配器的匹配动作。
11.根据权利要求1～4及7～9中任一项所述的等离子处理装置，其特征在于，
该等离子处理装置是对上述基板实施等离子蚀刻处理的装置。
12.根据权利要求1所述的等离子处理装置，其特征在于，
上述控制部件进行控制，使得在由上述高频电源施加恒定功率的高频电力并对上述基板进行了规定时间的等离子处理后进行上述功率调制。
13.一种等离子处理方法，其使用了包括处理室、处理气体供给机构、平行平板型的一对电极、高频电源、匹配器的等离子处理装置，该处理室用于收容基板并对基板实施等离子处理；该处理气体供给机构用于对上述处理室内供给规定的处理气体；该平行平板型的一对电极设于上述处理室内；该高频电源用于对上述一对电极中的至少一方施加高频电力；该匹配器用于对来自上述高频电源的高频电力进行阻抗匹配，并对上述一方电极施加该经阻抗匹配后的高频电力，其特征在于，
进行以恒定的周期将来自上述高频电源的高频电力切换为第1功率和高于第1功率的第2功率的功率调制，并且，进行在施加上述第1功率时和自施加上述第2功率开始的规定期间内停止上述匹配器的匹配动作的掩蔽控制。
14.根据权利要求13的等离子处理方法，其特征在于，
等离子处理方法是对上述基板实施等离子蚀刻处理的方法。
15.根据权利要求14的等离子处理方法，其特征在于，
在由上述高频电源施加恒定功率的高频电力并对上述基板进行了规定时间的等离子处理后进行上述功率调制。
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