CN102439701A - 蚀刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用等离子体对被加工物进行蚀刻的蚀刻装置，其具有：台、等离子体产生单元、中央电极以及外周电极。台具有装载面。在装载面上装载被加工物。等离子体产生单元在台的上方，与装载面的中心轴上相比在该中心轴的周围的空间内产生更高浓度的等离子体。中央电极被设置在等离子体产生单元产生等离子体的空间的下侧，并被设置在所述中心轴穿过的位置上。中央电极被构成为，其电位能够被控制。外周电极被设置在台的上侧且中央电极的下侧，在沿着所述中心轴观察时，其沿着中央电极的周围而延伸。外周电极被构成为，其电位能够被控制。

Description

蚀刻装置
技术领域
本说明书所公开的技术涉及一种利用等离子体对被加工物进行蚀刻的蚀刻装置。
背景技术
在日本特许公开公报2004-241792(以下，称为专利文献1)中，公开了一种利用等离子体对被加工物进行蚀刻的蚀刻装置。该蚀刻装置具备：台、腔室、气体导入管、以及空心线圈。当通过该蚀刻装置而实施蚀刻时，被加工物被装载在台上。此外，从气体导入管向腔室内供给蚀刻气体。而且，向空心线圈施加高频电压，并向台施加高频电压。当向台施加高频电压时，在台的上方的腔室内的空间中将产生振动电场。此外，当向空心线圈施加高频电压时，在台的上方的腔室内的空间中将产生振动磁场。于是，通过电场与磁场的相互作用，从而在台的上方的空间中蚀刻气体将发生电离，进而产生等离子体。当产生等离子体时，台带负电。因此，当产生的等离子体向台上的被加工物附近移动时，等离子体中的离子将朝向台上的被加工物而被加速。由此，等离子体中的离子将被射入被加工物。此外，等离子体中的自由基会与被加工物发生反应。以这种方式，通过自由基和离子，从而使被加工物被蚀刻。
在专利文献1中的蚀刻装置中，与台的上方的空间的中央部处相比，在台的上方的空间的外周部处产生了更高浓度的等离子体。当等离子体在维持该浓度分布的状态下到达被加工物时，被加工物的外周部将通过高浓度的等离子体而以较高的速率被蚀刻，而被加工物的中央部将通过低浓度的等离子体而以较低的速率被蚀刻。即，在被加工物上的蚀刻速率是不均匀的。为了解决该问题，专利文献1中的蚀刻装置具备被设置在台的周围的聚焦环。聚焦环上被施加高频电压。当在聚焦环上施加高频电压时，存在于被加工物的外周部附近的等离子体中的离子将被吸入聚焦环中，从而促进了聚焦环与等离子体中的自由基之间的反应。通过这种方式，在专利文献1中的蚀刻装置中，因为存在于被加工物的外周部附近的等离子体被吸入聚焦环中，所以被加工物的外周部附近的等离子体的浓度将降低。由此，被加工物附近的等离子体的浓度被均匀化，从而能够均匀地对被加工物进行蚀刻。
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1中的蚀刻装置通过将外周部的等离子体吸入聚焦环中，从而降低外周部的等离子体的浓度。被吸入至聚焦环中的等离子体，对被加工物的蚀刻没有任何帮助。如此，在专利文献1中的蚀刻装置中，在外周部处产生的等离子体的多数对于蚀刻没有帮助。因此，存在能源的浪费较多，蚀刻的效率较差的问题。
因此，在本说明书中，提供一种能够均匀地对被加工物进行蚀刻、并能够有效地对被加工物进行蚀刻的蚀刻装置。
用于解决课题的方法
本说明书所公开的蚀刻装置，利用等离子体对被加工物进行蚀刻。该蚀刻装置具备台、等离子体产生单元、中央电极、外周电极。台具有装载面。在装载面上装载被加工物。等离子体产生单元在台的上方，与装载面的中心轴上相比在该中心轴的周围的空间内产生更高浓度的等离子体。中央电极被设置在等离子体产生单元产生等离子体的空间的下侧，并被设置在所述中心轴穿过的位置上。中央电极被构成为，其电位能够被控制。外周电极被设置在台的上侧、且中央电极的下侧，在沿着所述中心轴观察时，其沿着中央电极的周围而延伸。外周电极被构成为，其电位能够被控制。
另外，“在台的上方，与装载面的中心轴上相比在该中心轴的周围的空间内产生更高浓度的等离子体”的记载，包含在装载面的中心轴上的区域中产生低浓度的等离子体的含义、和在装载面的中心轴上的区域中完全不产生等离子体的含义。
在该蚀刻装置中，能够通过在蚀刻时对中央电极与外周电极的电位进行控制，从而对中央电极与台之间的空间(以下，称为台上空间)中的电场进行控制。通过将中央电极的电位在等离子体产生单元产生等离子体的空间的电位与台的电位之间进行控制，从而能够对从中央电极朝向台的电场进行控制。此外，通过将外周电极的电位在等离子体产生单元产生等离子体的空间的电位与台的电位之间进行控制，从而能够在台上空间内产生从外周部朝向中心部的电场。因此，通过对中央电极与外周电极的电位进行控制，从而能够在台上空间内，产生朝向台侧且朝向装载面的中心轴的电场。通过该电场，能够使在台的上方的外周部的空间内高浓度地产生的、等离子体中的离子，朝向装载面的中心侧移动。其结果为，在等离子体到达台上的被加工物之前的期间内，等离子体中的离子的浓度被均匀化。因此，能够将离子更加均匀地射入被加工物中。因此，通过该蚀刻装置，能够更加均匀地对被加工物进行蚀刻。此外，在该蚀刻装置中，所产生的等离子体中的离子的大部分将被射入被加工物中。即，所产生的等离子体中的离子的大部分都有助于进行蚀刻。因此，通过该蚀刻装置，能够有效地对被加工物进行蚀刻。
在上述的蚀刻装置中，优选为，外周电极沿着上下方向而延伸。
通过这样的结构，更容易产生朝向装载面的中心轴的所述电场。
上述的蚀刻装置优选为，还具有电位控制单元，所述电位控制单元将中央电极的电位以及外周电极的电位控制为，比等离子体产生单元产生等离子体的空间的电位低、且比台的电位高的电位。另外，电位控制单元既可以是将中央电极以及外周电极接地的配线，也可以是向这些电极施加预定电压的电源。此外，优选为，电位控制单元能够对中央电极的电位和外周电极的电位单独地进行变更。
如此，如果能够对中央电极与外周电极的电位单独地进行变更，则能够使台上空间内产生更适合于将离子的浓度均匀化的电场。
上述的蚀刻装置也可以采用如下的结构，即，中央电极和外周电极由将此二者相互连接了的一个电极构成。此时，优选为，在该电极上形成有将上表面和下表面连通的多个通气孔。
通过该结构，使等离子体产生单元产生的等离子体能够穿过电极的通气孔而向台上空间移动。移动至台上空间内的等离子体，通过由电极形成的电场从而均匀地分布。因此，能够均匀地且有效地对被加工物进行蚀刻。
附图说明
图1为第1实施例的蚀刻装置10的纵剖视图。
图2为表示沿着中心轴32a观察时的、腔室20内的部件的配置的俯视图。
图3为表示在空间44内的等电位线100的纵剖视图。
图4为表示利用第1实施例的蚀刻装置10而进行蚀刻时的、加工量的分布的图表。
图5为表示利用现有的蚀刻装置而进行蚀刻时的、加工量的分布的图表。
图6为改变例的蚀刻装置的纵剖视图。
图7为改变例的蚀刻装置的纵剖视图。
图8为第2实施例的蚀刻装置210的纵剖视图。
具体实施方式
(第1实施例)
下面对第1实施例所涉及的蚀刻装置进行说明。如图1所示，蚀刻装置10具备腔室20。在腔室20的上部连接有蚀刻气体供给管62。蚀刻气体供给管62向腔室20内供给蚀刻气体(在本实施例中为SF6)。此外，在腔室20的下部连接有排气管38。排气管38被连接于未图示的排气泵。如图1中的箭头标记80所示，排气管38将腔室20内的气体排出。在腔室20内，设置有喷淋板60、RF电极50、中央电极42、外周电极40、以及台30。
喷淋板60被设置在腔室20的最上部。在喷淋板60上，形成有多个通气孔。如图1中的箭头标记70所示，从蚀刻气体供给管62供给的蚀刻气体从喷淋板60的通气口被导入到腔室20内。喷淋板60为导体，并被接地。
RF电极50被设置在喷淋板60的下侧。图2图示了，在沿着腔室20的中心轴观察时的、腔室20内的部件的配置。另外，在图2中，考虑到便于理解附图，在各个部件上加上了剖面线。如图2所示，RF电极50沿着腔室20的内壁面而延伸为圆周状。RF电极50在图2中的左侧的位置处被断开。RF电极50的一端被连接在高频电源52上。而RF电极50的另一端被接地。当由高频电源52向RF电极50施加高频电压时，被图1中的RF电极50所包围的空间54内将产生在上下方向上振动的磁场。当在空间54内产生振动磁场时，如后文所述，在空间54内将产生等离子体。以下，将空间54称为等离子体产生空间54。
如图1所示，中央电极42被设置在等离子体产生空间54的下侧。中央电极42被设置在，后文叙述的台30的装载面32的中心轴32a穿过的位置上。如图2所示，中央电极42具有以中心轴32a为中心的圆盘形状。中央电极42的直径小于RF电极50的内径。中央电极42被接地。
如图1所示，外周电极40被设置在中央电极42的下侧。如图1、图2所示，外周电极40具有在腔室20内于上下方向上延伸的圆筒形状。外周电极40的中心轴与中心轴32a大致一致。外周电极40的内径大于中央电极42的直径。即，如图2所示，在沿着中心轴32a观察时，外周电极40以从中央电极42隔开距离的状态，而沿着中央电极42的外周延伸。外周电极40被接地。
台30被设置在腔室20的底部。在台30的上表面上形成有装载面32。装载面32为平面，其外形被形成为圆形。在装载面32上，能够装载作为被加工物的晶片34。装载面32的中心轴32a与腔室20的内壁面的中心轴大致一致。台30的直径小于外周电极40的内径。即，装载面32的直径小于外周电极40的内径。台30为导体。台30经由级间耦合电容器36而被接地。
下面，对晶片34进行蚀刻时的蚀刻装置10的动作进行说明。另外，在此，对在晶片34的表面上露出有硅层，且对该硅层进行蚀刻时的动作进行说明。
首先，在台30的装载面32上，装载晶片34。然后，使未图示的排气泵动作，从而从排气管38排出腔室20内的气体。由此，使腔室20内的气压降低。当腔室20内的气压充分降低后，在使排气泵继续动作的同时，通过蚀刻气体供给管62而供给蚀刻气体。蚀刻气体从喷淋板60的通气孔穿过而流入到腔室20内。然后，通过高频电源52而向RF电极50施加高频电压。当向RF电极50施加高频电压时，在等离子体产生空间54内将产生振动磁场。通过所产生的振动磁场，从而使等离子体产生空间54内的蚀刻气体电离。由此，在等离子体产生空间54内产生等离子体。具体而言，作为蚀刻气体的SF6被分解，从而产生自由基(F*，SF5 *，SF4 *)、离子(SF5 +，SF4 2+)、以及电子。电子一经产生瞬间即被吸入喷淋板60和台30内。因此，在等离子体产生空间54内，将产生由自由基和离子组成的等离子体。通过由高频电源52向RF电极50继续施加高频电压，从而使等离子体产生空间54内继续产生等离子体。
另外，在等离子体产生空间54内，与从RF电极50远离的中央侧的区域(即，中心轴32a附近的区域)相比，在接近于RF电极50的外周侧的区域中将产生更高强度的磁场。因此，在等离子体产生空间54的外周侧的区域内，将产生与等离子体产生空间54的中央侧的区域相比更高浓度的等离子体。
此外，当产生等离子体时，因为电子将被吸入台30中，所以台30带负电。而且，由于在等离子体产生空间54内，与自由基和离子相比电子变得极少，所以等离子体产生空间54的电位成为高电位。
在等离子体产生空间54内产生的等离子体，通过离子相互间的斥力与腔室20内的气体的流动而在腔室20内向下方流动。即，等离子体从等离子体产生空间54起，经过中央电极42与外周电极40之间的空间，从而流入台30上的空间44。如上所述，台30带有负电。即，在空间44的下方，存在有电位为负的台30。另一方面，由于中央电极42与外周电极40被接地，因而这些电极的电位为0V。即，空间44的上方及侧方被电位为0V的中央电极42与外周电极40包围。因此，在空间44内，电位以图3中的等电位线100所示的方式而分布。即，电位以等电位线100在接近于中心轴32a的位置上向上方突出的方式而分布。换句话说，在空间44内，产生从外周电极40侧朝向中心轴32a侧的电场。离子朝向相对于等电位线100大致正交的方向移动。因此，如图3中的箭头标记110所示，离子在向中心轴32a侧移动的同时朝向下方移动。如上所述，在等离子体产生空间54内，以越靠外周部浓度越高的形式而产生等离子体(即，离子)。由于在外周部处以高浓度而产生的离子在被中心轴32a吸近的同时在腔室20内朝向下方流动，因而越靠近晶片34，离子的浓度越被均匀化。
在等离子体到达晶片34的表面时，等离子体中的自由基将与晶片34(即，硅)发生反应。由此，在晶片34的表面上生成了SiF4。并且，到达了晶片34的表面上的等离子体中的离子，在该表面附近形成离子鞘层。此外，如上所述，台30带有负电。因此，在晶片34的表面附近，将产生朝向晶片34侧的极强的电场。通过该电场，使等离子体中的离子朝向晶片34而被加速，并被射入晶片34内。当离子与晶片34碰撞时，在晶片34的表面上所生成的SiF4将被弹出并成为气体。当SiF4被弹飞时，由此而露出的硅将与自由基发生反应而生成SiF4，并且所生成的SiF4将通过离子而被弹出。以这种方式，通过反复进行由自由基发生的反应与离子的碰撞，从而使晶片34被蚀刻。
如上所述，在薄片34的表面附近，离子的浓度分布较为均匀。因此，与晶片34的表面发生碰撞的离子的数量，在该表面内较为均匀。此外，自由基与晶片34之间的反应会通过离子与晶片34碰撞而被促进。因此，自由基与晶片34之间的反应在晶片34的表面内也被均匀化。因此，通过蚀刻装置10，能够对晶片34的表面均匀地进行蚀刻。
在图4中，图示了通过蚀刻装置10以固定时间对晶片进行蚀刻时的加工量。并且，在图5中，图示了通过不具备中央电极42与外周电极40的蚀刻装置，而以与图4中的蚀刻时间相同的时间对晶片进行蚀刻时的加工量。而且，在图4、图5中，为了准确地掌握离子的浓度分布，对SiO2膜实施了蚀刻。因为SiO2膜难以与自由基发生反应，所以图4、图5的加工量中，通过离子的碰撞而实现的加工量占主导地位。此外，图4、图5中的横轴表示晶片的径向上的位置。在图4中，晶片整体的平均加工量为大约67μm，相对于此，晶片的中央部与晶片的外周部的加工量之差dE1为大约2.5μm。差dE1相对于平均加工量的比率成为大约3.7％。相对于此，在图5中，晶片整体的平均加工量为大约54μm，而相对于此，晶片的中央部与晶片的外周部的加工量之差dE2为大约4.5μm。差dE2相对于平均加工量的比率成为大约8.3％。如此，通过蚀刻装置10，与现有的蚀刻装置相比能够实现均匀的蚀刻。
如以上说明中所述，根据该蚀刻装置10，通过中央电极42与外周电极40，从而能够使台30上的空间44中产生朝向装载面32的中心的电场。因此，蚀刻装置10能够均匀地对晶片34进行蚀刻。另外，还能够在不设置中央电极42的条件下，仅通过外周电极40而产生朝向装载面32的中心的电场。但是，在这种情况下，根据等离子体产生空间54内的不稳定电位，从而在台30上的空间44中的电位分布会发生变动。因此，如果中央电极42不存在，则均匀地蚀刻晶片30会比较困难。在本实施例的蚀刻装置10中，因为存在中央电极42，所以能够在几乎不受到等离子体产生空间54的电位的影响的条件下，对台30上的空间44的电位分布进行控制。因此，蚀刻装置10能够均匀地对晶片30进行蚀刻。
此外，该蚀刻装置10通过使在等离子体产生空间54的外周部产生的高浓度的离子向晶片34的中心轴32a侧移动，从而在晶片34表面上将离子的浓度分布均匀化。因此，所产生的离子的大部分有助于对晶片34的蚀刻。因此，该蚀刻装置10能够有效地实施蚀刻。
另外，在蚀刻装置10中，中央电极42与外周电极40被接地。因此，如图6所示，可以通过直流电源90、92而使中央电极42与外周电极40被控制在固定的电位。在这种情况下，能够通过将中央电极42与外周电极40的电位控制为，比等离子体产生空间54的电位低、且比台30的电位高的电位，从而实现晶片表面上的离子的浓度分布的均匀化。此外，直流电源90、92的施加电压优选设定为可变。在这种情况下，虽然可以采用直流电源90的施加电压联动于直流电源92的施加电压的方式，但是优选为，采用直流电源90的施加电压能够独立于直流电源92的施加电压而进行控制的结构。通过这种结构，能够更精细地对台30上的空间44中的电位分布进行控制。
此外，如图7所示，可以采用在等离子体产生空间54与台30之间设置单个的电极98的结构。在电极98上，形成有从其上表面连通到其下表面的多个通气孔。在等离子体产生空间54中产生的等离子体，穿过电极98的通气孔而向晶片34侧流动。电极98具有：中央部分98a，其位于中心轴32a上；外周部分98b，其位于中央部分98a的下侧且沿着中央部分98a的周围而延伸。中央部分98a以与上述的中央电极42同样的方式而发挥功能。并且，外周部分98b以与上述的外周电极40同样的方式而发挥功能。因此，通过电极98，也能够与图3同样地对空间44内的电位分布进行控制。由于电极98的中央部分98a与外周部分98b相连，所以能够形成更复杂的形状。因此，能够更恰当地对空间44内的电位分布进行控制。
(第2实施例)
接下来，对图8中所示的第2实施例的蚀刻装置210进行说明。第2实施例的蚀刻装置210的腔室220、台230、外周电极240、中央电极242等，以与第1实施例的蚀刻装置10同样的方式而构成。在蚀刻装置210中，于腔室220的上部设置有线圈270与线圈272。线圈270被配置在线圈272的内侧。线圈270、272以与台230的装载面232的中心轴232a呈同心状的方式而配置。线圈270的绕线两端与高频电源256连接。线圈272的绕线的两端与高频电源258连接。线圈270与线圈272以隔开距离的方式而配置，从而在线圈270与线圈272之间形成有等离子体产生空间254。在腔室220的上表面的、与等离子体产生空间254相连的位置上，连接有蚀刻气体供给管262。
在使蚀刻装置210动作时，在腔室220内被减压之后，从蚀刻气体供给管262向等离子体产生空间254内供给蚀刻气体。而且，向线圈270、272施加高频电压。由此，在等离子体产生空间254内将产生振动磁场，从而在等离子体产生空间254内会产生等离子体。另外，在线圈270的绕线的内侧区域(即，装载面232的中心轴232a穿过的区域)内，不产生等离子体。在等离子体产生空间254内产生的等离子体，以与第1实施例的蚀刻装置210同样的方式，对晶片234进行蚀刻。此时，通过由中央电极242与外周电极240而形成的电场，从而使晶片234表面上的离子的浓度分布被均匀化。因此，通过该蚀刻装置210，能够均匀地对晶片234进行蚀刻。
在本说明书或者附图中所说明的技术要点，是单独或者通过各种组合来发挥技术上的有用性的，其并不限定于申请时的权利要求书中所记载的组合。此外，在本说明书或者附图中所例示的技术为能够同时达成多个目的的技术，而达成其中一个目的本身也具有技术上的有用性。

Claims (5)

1.一种蚀刻装置，其利用等离子体对被加工物进行蚀刻，其特征在于，具备：
台，其具有装载面，并在装载面上装载被加工物；
等离子体产生单元，其在台的上方，与装载面的中心轴上相比在该中心轴的周围的空间内产生更高浓度的等离子体；
中央电极，其被设置在等离子体产生单元产生等离子体的空间的下侧，并被设置在所述中心轴穿过的位置上，且其电位能够被控制；
外周电极，其被设置在台的上侧且中央电极的下侧，在沿着所述中心轴观察时，其沿着中央电极的周围而延伸，且其电位能够被控制。
2.如权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于：
外周电极沿着上下方向而延伸。
3.如权利要求1或2所述的蚀刻装置，其特征在于：
还具有电位控制单元，所述电位控制单元将中央电极的电位以及外周电极的电位控制为，比等离子体产生单元产生等离子体的空间的电位低、且比台的电位高的电位。
4.如权利要求3所述的蚀刻装置，其特征在于：
电位控制单元能够对中央电极的电位和外周电极的电位单独地进行变更。
5.如权利要求1至3中的任意一项所述的蚀刻装置，其特征在于：
中央电极和外周电极由将此二者相互连接了的一个电极构成，
在该电极上形成有将上表面和下表面连通的多个通气孔。
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