CN103003924A - 等离子体处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供等离子体处理装置及方法。利用分流器（44）将自共用气体源（41）供给的共用气体分支成两个系统，将分支成两个系统的共用气体导入至设于处理容器（2）的电介质窗（16）的中央的中央导入口58（55）和在基板（W）的上方沿周向排列的多个周边导入口（62）。将添加气体添加至分支成两个系统的共用气体之中的任一系统的共用气体。自基板（W）的下方的排气口（11a）对被导入至处理容器（2）内的共用气体和添加气体进行排气，将处理容器（2）内减压至规定的压力。使用具有多个缝隙（21）的缝隙天线（20）将微波导入至处理容器（2）内，多个周边导入口（62）所设置的区域的电子温度比中央导入口（58、55）所设置的区域的电子温度低。

Description

等离子体处理装置及方法
技术领域
本发明涉及使导入到处理容器内的处理气体等离子化而对基板进行等离子体处理的等离子体处理装置及方法。
背景技术
以往以来，在半导体器件的制造领域中，经常采用利用等离子体对基板进行等离子体处理的技术。等离子体处理大致分为等离子体蚀刻和等离子体CVD（Chemical VaporDeposition：化学气相沉积）。等离子体蚀刻在形成半导体器件的微细图案这方面来说与光刻（lithography）同样是重要的基础技术。在今后的LSI（Large Scale Integration：大规模集成电路）器件中，膜的多样化与微细化同时进步，对于等离子体蚀刻，需要微细加工性能以及能够在例如300mm以上的大口径晶圆之上均匀地控制该等离子体蚀刻的技术。
至今为止，作为等离子体蚀刻的等离子体源，开发了平行平板、ECR（Electron Cyclotron Resonance：电子回旋共振）、ICP（Inductive Coupled Plasma：电感偶合等离子体）等。专利文件1中，公开了作为等离子体源而使用平行平板的等离子体蚀刻装置。在该平行平板型的等离子体蚀刻装置中，在处理容器内设置一对平行的上部电极和下部电极，对下部电极施加高频电，并且在该下部电极之上放置基板而进行蚀刻。为了提高蚀刻在基板的面内的均匀性，上部电极划分为向基板的中央供给处理气体的中央区域和向基板的周边供给处理气体的周边区域。而且，自上部电极的中央区域和周边区域向基板供给共用的处理气体，在周边区域除了共用气体还添加有添加气体。通过附加添加气体，改善了因基板的中央区域比周边区域难以排气而导致的蚀刻的面内不均匀性。
近年来，作为等离子体源的一种，开发了使用径向线缝隙天线（Radial Line Slot Antenna）的等离子体蚀刻装置（参照专利文件2）。在使用径向线缝隙天线的等离子体蚀刻装置中，在处理容器的电介质窗之上设置具有多个缝隙的缝隙天线。自缝隙天线的多个缝隙放射的微波通过由电介质构成的电介质窗而被导入到处理容器的处理空间内。处理气体借助微波的能量而等离子化。
由径向线缝隙天线生成的微波等离子体的特征在于，在电介质窗正下（称为等离子体激发区域）生成的电子温度相对较高的数eV的等离子体扩散，在距电介质窗100mm以上的下方的基板正上（称为扩散等离子体区域）成为约1eV～2eV左右的较低的电子温度。即，特征在于等离子体的电子温度的分布生成为距电介质窗的距离的函数。
在径向线缝隙天线型的等离子体蚀刻装置中，向低电子温度区域供给蚀刻气体，进行蚀刻气体的离解控制（等离子体中的蚀刻种子的生成量的控制），由此控制蚀刻反应（利用蚀刻种子进行的基板的表面化学反应），因此谋求蚀刻的高精度化，并且大幅降低对基板的损伤。例如，隔离墙（spacer）形成工序中的蚀刻等能够按照设计尺寸制作器件，并且能够抑制在基板中产生凹部等损伤。
先行技术文献
专利文献
专利文件1：日本特开2008－47687号公报
专利文件2：日本特开2010－118549号公报
近年来，伴随半导体器件的微细加工性能的提高、膜的多样化，要求兼顾蚀刻气体的多样的离解控制和基板的面内均匀性的控制。
但是，专利文件1中记载的平行平板型的等离子体蚀刻装置存在如下这样的课题：利用在相隔40mm以内的短距离的上部电极与下部电极之间生成的等离子体，等离子体的电子温度自上部电极至下部电极为止维持为较高的温度不变，而且共用气体和添加气体均被导入至上部电极，因此，不能对共用气体和添加气体的离解进行多样控制。
在专利文件2中记载的使用径向线缝隙天线的蚀刻装置中，难以在基板的面内使蚀刻率、蚀刻形状等恒定，在基板的面内均匀地进行蚀刻处理成为课题。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种能够对处理气体的离解状态进行多样控制、并且也能够对基板处理的面内均匀性进行控制的等离子体处理装置及方法。
为了解决上述课题，本发明的一技术方案提供等离子体处理装置，其包括：处理容器，其在顶部具有供微波穿过的电介质窗，并且能够将内部保持为气密；载置台，其设于上述处理容器的内部，用于载置基板；缝隙天线，其设于上述处理容器的上述电介质窗的上表面，用于借助多个缝隙将微波导入至上述处理容器的处理空间；微波产生器，其用于产生规定的频率的微波；微波导入通路，其用于将上述微波产生器所产生的微波引导至上述缝隙天线；处理气体导入部件，其用于将自处理气体源供给的处理气体导入至上述处理容器内；排气部件，其自比载置于上述载置台的基板的上表面靠下方的排气口对被导入至上述处理容器内的处理气体进行排气，该等离子体处理装置的特征在于，上述处理气体源具有用于供给共用气体的共用气体源和用于供给添加气体的添加气体源，上述处理气体导入部件具有：共用气体管线，其与上述共用气体源连接；分流器，其设于上述共用气体管线的中途，用于将上述共用气体管线分支成两个系统，并且能够对分支成两个系统的上述共用气体的流量的比率进行调节；中央导入部，其与分支成两个系统的分支共用气体管线之中的一个分支共用气体管线连接，且具有用于将上述共用气体供给至被载置于上述载置台的基板的中央部的中央导入口；周边导入部，其与分支成两个系统的上述分支共用气体管线之中的另一个分支共用气体管线连接，且具有用于将上述共用气体供给至被载置于上述载置台的基板的周边部的、沿基板上方的周向排列的多个周边导入口；添加气体管线，其与上述添加气体源连接，用于将上述添加气体添加至分支成两个系统的上述分支共用气体管线之中的至少一个分支共用气体管线；流量调节部，其设于上述添加气体管线，用于调节上述添加气体的流量，上述中央导入口配置在上述处理容器的上述电介质窗的中央部，上述多个周边导入口配置在比上述处理容器的上述电介质窗靠下方且比载置于上述载置台的基板靠上方的位置，上述多个周边导入口所配置的区域的等离子体的电子温度比上述中央导入口所配置的区域的等离子体的电子温度低。
本发明的另一技术方案提供等离子体处理方法，将处理气体导入至在顶部具有供用于生成等离子体的微波穿过的电介质窗、并且能够将内部保持为气密的处理容器内，自比载置于载置台的基板的上表面靠下方的排气口对被导入至上述处理容器内的处理气体进行排气，借助设于上述处理容器的上述电介质窗的上表面的缝隙天线的多个缝隙向上述处理容器的处理空间导入等离子体，该等离子体处理方法的特征在于，该等离子体处理方法包括如下工序：利用分流器将自共用气体源供给的共用气体分支成两个系统；将分支成两个系统的上述共用气体导入至中央导入部和周边导入部，该中央导入部具有用于将上述共用气体供给至被载置于上述载置台的基板的中央部的中央导入口，该周边导入部具有用于将上述共用气体供给至被载置于上述载置台的基板的周边部的、沿基板上方的周向排列的多个周边导入口；将自添加气体源供给的添加气体添加至被分支成两个系统的上述共用气体之中的至少一个系统的上述共用气体，上述中央导入口配置在上述处理容器的上述电介质窗的中央部，上述多个周边导入口配置在比上述处理容器的上述电介质窗靠下方且比载置于上述载置台的基板靠上方的位置，上述多个周边导入口所配置的区域的等离子体的电子温度比上述中央导入口所配置的区域的等离子体的电子温度低。
采用本发明，将分支成两个系统的共用气体导入至用于向基板的中央部供给处理气体的中央导入口和用于向基板的周边部供给处理气体的多个周边导入口，且将添加气体添加至分支成两个系统的共用气体之中的至少一个系统的共用气体，因此，能够控制基板处理的面内均匀性。而且，中央导入口配置在等离子体的电子温度较高的区域中，多个周边导入口配置在等离子体的电子温度较低的区域中，因此能够对处理气体的离解进行多样控制。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的等离子体处理装置的纵剖视图。
图2是图1的X－X剖视图。
图3是表示距电介质窗的距离Z和等离子体的电子温度之间的关系的曲线图。
图4是在实施例中使用的等离子体处理装置的纵剖视图。
图5是在比较例1和实施例1中比较晶圆的X轴方向的蚀刻率的曲线图。
图6是评价比较例1、实施例1及实施例2中的均匀性的曲线图。
图7是在比较例1和实施例3中比较晶圆的X轴方向的蚀刻率的曲线图。
图8是表示形成在硅基板上的图案的截面照片的图。
具体实施方式
（等离子体处理装置的结构）
以下，基于附图，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。在本说明书和附图中对实质相同的结构要素标注相同的附图标记。
如图1所示，等离子体处理装置1包括圆筒形状的处理容器2。处理容器2的顶部被由电介质构成的电介质窗（顶板）16封堵。处理容器2由例如铝构成，且电气接地。处理容器2的内壁面被氧化铝等绝缘性的保护膜2f覆盖。
在处理容器2的底部的中央设有用于载置作为基板的半导体晶圆（以下称作晶圆）W的载置台3。晶圆W被保持于载置台3的上表面。载置台3由例如氧化铝、氮化铝等陶瓷材料构成。在载置台3的内部埋设有加热器5，从而能够将晶圆W加热至规定温度。加热器5经由配置在支柱内的配线与加热器电源4连接。
在载置台3的上表面上设有用于对被载置在载置台3上的晶圆W进行静电吸附的静电吸盘CK。在静电吸盘CK上经由匹配器MG连接有用于施加偏压用的高频电的偏压用高频电源HFQ。
在处理容器2的底部设有排气管11，该排气管11用于自比载置于载置台3的晶圆W的表面靠下方的排气口11a对处理气体进行排气。在排气管11上连接有压力控制阀PCV、真空泵10。利用压力控制阀PCV和真空泵10将处理容器2内的压力调节为规定的压力。上述排气管11、压力控制阀PCV及真空泵（排气装置）10构成排气部件。即，排气装置10经由压力控制阀PCV与处理容器2的内部连通。
在处理容器2的顶部夹着用于确保气密性的O形环等密封件15设有电介质窗16。电介质窗16由例如石英、氧化铝（Al2O3）或氮化铝（AlN）等的电介质构成，具有供微波穿透的穿透性。
在电介质窗16的上表面上设有圆板形状的缝隙天线20。缝隙天线20由具有导电性的材料、例如镀有、包覆有Ag、Au等的铜构成。在缝隙天线20上例如呈同心圆状排列有多个T字形状的缝隙21。
在缝隙天线20的上表面上配置有用于压缩微波的波长的电介质板25。电介质板25由例如石英（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、或者氮化铝（AlN）等电介质构成。电介质板25被导电性的盖26覆盖。在盖26上设有圆环状的热介质流路27。利用在该热介质流路27中流动的热介质将盖26和电介质板25调节至规定的温度。以2.45GHz的频率的微波为例，其在真空中的波长为约12cm，在氧化铝制的电介质窗16中的波长变为约3cm～4cm。
在盖26的中央连接有用于传播微波的同轴波导管30。同轴波导管30由内侧导体31和外侧导体32构成。内侧导体31贯穿电介质板25的中央而连接于缝隙天线20的中央。
在同轴波导管30上经由模式转换器37和矩形波导管36连接有微波产生器35。除了使用2.45GHz的微波之外，还能够使用860MHz、915MHz、8.35GHz等的微波。
微波产生器35所产生的微波在作为微波导入通路的矩形波导管36、模式转换器37、同轴波导管30及电介质板25中传播。传播至电介质板25的微波自缝隙天线20的多个缝隙21经由电介质窗16被供给至处理容器2内。利用微波在电介质窗16的下方形成电场，从而使处理容器2内的处理气体等离子化。
内侧导体31的与缝隙天线20连接的下端形成为截头圆锥形状。由此，微波自同轴波导管30高效且无损失地传播至电介质板25和缝隙天线20。
由径向线缝隙天线生成的微波等离子体的特征在于，在电介质窗16正下（称为等离子体激发区域）生成的电子温度相对较高的数eV的等离子体扩散，在晶圆W正上（扩散等离子体区域）成为约1eV～2eV左右的电子温度较低的等离子体。即，特征在于，与由平行平板等生成的等离子体不同，由径向线缝隙天线生成的等离子体的电子温度的分布明确地产生为距电介质窗16的距离的函数。更详细而言，如图3所示，作为距电介质窗16正下的距离Z的函数，在电介质窗16正下的数eV～约10eV的电子温度在晶圆W之上衰减至约1eV～2eV左右。由于在等离子体的电子温度较低的区域（扩散等离子体区域）进行晶圆W的处理，因此不会对晶圆W造成凹部等较大的损伤。向等离子体的电子温度较高的区域（等离子体激发区域）供给处理气体时，处理气体容易被激发、离解。另一方面，向等离子体的电子温度较低的区域（等离子体扩散区域）供给处理气体时，与向等离子体激发区域附近供给处理气体的情况相比，离解的程度被抑制。
在处理容器2的顶部的电介质窗16中央设有用于向晶圆W的中心部导入处理气体的中央导入部55。在同轴波导管30的内侧导体31中形成有处理气体的供给路径52。中央导入部55连接于供给路径52。
中央导入部55由圆柱形状的块状件57和积气部60构成，该块状件57嵌入在被设于电介质窗16的中央的圆筒形状的空间部59中，该积气部60是在同轴波导管30的内侧导体31的下表面和块状件57的上表面之间以适当的间隔空出而成的。块状件57由例如铝等导电性材料构成，其电气接地。在块状件57上形成有在上下方向上贯通该块状件57的多个中央导入口58（参照图2）。考虑必要的电导率等，中央导入口58的俯视形状而形成为正圆或长孔。铝制的块状件57被阳极氧化覆膜氧化铝（Al2O3）、氧化钇（Y2O3）等包覆。
自贯通内侧导体31的供给路径52供给至积气部60的处理气体在积气部60内扩散后，自块状件57的多个中央导入口58向下方且向晶圆W的中心部喷射。
在处理容器2的内部以包围晶圆W的上方的周边的方式设有圆环形状的周边导入部61，该周边导入部61用于将处理气体供给至晶圆W的周边部。周边导入部61配置在比被配置于顶部的中央导入口58靠下方且比被载置于载置台的晶圆W靠上方的位置。周边导入部61是通过将中空的管件形成为环状而成的，在其内周侧沿周向隔开恒定的间隔开设有多个周边导入口62。周边导入口62朝向周边导入部61的中心喷射处理气体。周边导入部61由例如石英构成。在处理容器2的侧面贯通有不锈钢制的供给路径53。供给路径53连接于周边导入部61。自供给路径53供给至周边导入部61的内部的处理气体在周边导入部61的内部的空间中扩散后，自多个周边导入口62朝向周边导入部61的内侧喷射。自多个周边导入口62喷射的处理气体被供给至晶圆W的周边上部。另外，也可以替代设置环形状的周边导入部61而在处理容器2的内侧面上形成多个周边导入口62。
用于向处理容器2内供给处理气体的处理气体源由共用气体源41和添加气体源42构成。共用气体源41和添加气体源42供给与等离子体蚀刻处理、等离子体CVD处理相应的处理气体。例如对Poly－Si等硅类的膜进行蚀刻时，供给Ar气体、HBr气体（或Cl2气体）、O2气体，对SiO2等氧化膜进行蚀刻时，供给Ar气体、CHF类气体、CF类气体、O2气体，对SiN等氮化膜进行蚀刻时，供给Ar气体、CF类气体、CHF类气体、O2气体。
另外，作为CHF类气体，能够列举出CH3（CH2）3CH2F、CH3（CH2）4CH2F、CH3（CH2）7CH2F、CHCH3F2、CHF3、CH3F及CH2F2等。
作为CF类气体，能够列举出C（CF3）4、C（C2F5）4、C4F8、C2F2及C5F8等。
可以由共用气体源41和添加气体源42供给同种类的气体，也可以由共用气体源41和添加气体源42供给不同种类的气体。如后所述那样为了抑制蚀刻气体的离解，也可以自共用气体源41供给等离子体激发用气体，并自添加气体源42供给蚀刻气体。例如，对硅类的膜进行蚀刻时，自共用气体源41仅供给Ar气体来作为等离子体激发用气体，自添加气体源42仅供给HBr气体、O2气体等来作为蚀刻气体。
共用气体源41还供给O2、SF6等清扫气体、其他的共用气体。共用气体源41所供给的共用气体被后述分流器44分为两个系统。通过设置共用气体源41，不再需要在添加气体源42上设置共用气体源，能够简化气体管线。
在共用气体源41上设有用于控制各气体的流量的流量控制阀41a、41b、41c。并且，用于控制流量的控制装置49与流量控制阀41a、41b、41c、分流器44及流量控制阀42a、42b、42c连接。多个流量控制阀41a、41b、41c与多根共用气体管线45连接。为了使气体混合，多根共用气体管线45合成一根并与分流器44的上游侧连接。多个流量控制阀41a、41b、41c由控制装置49控制。控制装置49调节各气体的流量，确定供给至分流器44的共用气体的每种气体的流量、分压。
自共用气体源供给的共用气体被混合后，被导入到设于共用气体管线的中途的分流器44。分流器44将共用气体分为两个系统。在分流器44的下游侧设有两个系统的分支共用气体管线46、47。两个系统的分支共用气体管线中的一个分支共用气体管线46连接于处理容器2的顶部的中央导入口58，另一个分支共用气体管线47连接于处理容器2的内部的周边导入部61。
分流器44用于调节分成两个系统的共用气体的分支比率、即一个分支共用气体管线46的流量和另一个分支共用气体管线47的流量之比。分流器44被控制装置49控制，控制装置49确定共用气体的分支比率。
这里，将如下技术称作RDC（Radial DistributionControl：径向分布控制）：以均匀地生成等离子体、面内均匀地处理晶圆W为目的，利用分流器44对共用气体的分支比率进行调节，从而调节来自中央导入口58和周边导入部61的气体导入量。RDC以来自中央导入口58的气体导入量和来自周边导入部61的气体导入量之比来表示。在导入至中央导入部55和周边导入部61的气体种类通用的情况下，是一般的RDC。最优的RDC值是根据蚀刻对象的膜种类、各种条件由实验确定的。
在蚀刻处理中，随着蚀刻而生成副生成物（蚀刻下来的渣、沉积物）。因此，为了改善处理容器2内的气体流动、促进副生成物向处理容器外排出，研究了交替地自中央导入部55导入气体和自周边导入部61导入气体的方法。这种方法能够通过按照时间切换RDC值来实现。例如，通过以规定周期重复向晶圆W的中心部分导入较多的气体的步骤和向晶圆W的周边部导入较多的气体的步骤，并调节气流，将副生成物自处理容器2扫出，从而达成均匀的蚀刻率。
在添加气体源42上设有用于控制各气体的流量的流量控制阀42a、42b、42c。多个流量控制阀42a、42b、42c连接于多根添加气体管线48。为了使气体混合，多根添加气体管线48合成一根。并且，添加气体管线48连接于分流器44的下游侧的、另一个分支共用气体管线47。控制装置49用于控制添加气体源42的各气体的流量，其控制向另一个分支共用气体管线47添加的添加气体的每种气体的分压。
另外，在该实施方式中，添加气体管线与连接于周边导入部61的另一个分支共用气体管线47连接，但也可以与此相反而连接于一个分支共用气体管线46。
采用本实施方式的等离子体处理装置1，在自分流器分支成两个系统的分支共用气体管线中的另一个分支共用气体管线47上连接添加气体管线，并向该另一个分支共用气体管线47中添加添加气体，因此能够在两个系统的分支共用气体管线46、47之间使每种气体的分压、气体种类自身任意变化。由于能够在晶圆W的中心部分和周边部分使所导入的处理气体的每种气体的分压、气体种类自身变化，因此能够使等离子体处理的特性多样地变化。
（使用等离子体处理装置1进行的蚀刻的一例）
作为使用以上那样构成的等离子体处理装置1进行的等离子体处理的一例，对使用包含HBr的处理气体对晶圆W的上表面的Poly－Si（多晶硅）膜进行蚀刻的例子进行说明。
如图1所示，首先将晶圆W输入到处理容器2内，将晶圆W载置到载置台3之上并使晶圆W吸附于静电吸盘DK之上。对静电吸盘CK施加直流电流及/或自高频电源HFQ经由匹配器MG对静电吸盘CK施加高频电压。利用控制器CONT控制压力控制阀PCV，自排气管11进行排气而对处理容器2内进行减压。控制器CONT除了控制压力控制阀PCV之外，还控制流量的控制装置49、高频电源HFQ、加热器电源4及微波产生器35等要素。另外，控制器CONT向控制装置49输出流量的控制指示。
接下来，自共用气体源41向分流器44供给由Ar气体构成的共用气体。由控制装置49确定向分流器44供给的Ar气体的压力。与此同时，自添加气体源42向另一个分支共用气体管线47供给包含HBr气体、O2气体的添加气体。由控制装置49控制向另一个分支共用气体管线47添加的HBr气体和O2气体的分压。
分流器44将由Ar气体构成的共用气体分成两个系统。由控制装置49确定分流器44的分支比率。
将被分流器44分成两个系统的共用气体中的一个系统的共用气体经由一个分支共用气体管线46导入至处理容器2的顶部的中央导入口58。然后，自中央导入口58导入至处理容器1内。
将被分成两个系统的共用气体中的另一个系统的共用气体经由另一个分支共用气体管线47导入至处理容器2的内部的周边导入部61。在另一个分支共用气体管线47中添加有包含HBr气体、O2气体的添加气体。因此，向周边导入部61供给作为共用气体和添加气体的混合气体的Ar气体、HBr气体、O2气体。自周边导入部61向处理容器2内供给混合气体。
使微波产生器35工作时，首先，利用微波激发Ar气体，生成Ar等离子体。接下来，利用Ar等离子体激发HBr气体、O2气体，利用所生成的自由基、离子对Poly－Si膜进行蚀刻。进行规定时间的蚀刻处理后，停止微波产生器35的工作并停止向处理容器2内供给处理气体。
之后，将晶圆W自处理容器2输出，结束一系列的等离子体蚀刻。在以批量为单位结束晶圆W的等离子体蚀刻时，自共用气体源41向处理容器2内供给O2气体等清扫气体，清扫处理容器2的内部。
（为了实现蚀刻气体的最优的离解状态的对策）
对于微细图案的蚀刻，需要在保护（沉积）被蚀刻膜的侧壁的同时，利用蚀刻种子进行蚀刻。特别是在需要选择比的蚀刻中，通过沉积来保护蚀刻掩模和以保持蚀刻的平衡的方式进行蚀刻是重要的。需要抑制蚀刻气体的过度离解，并需要通过控制蚀刻气体的离解来制造出蚀刻所需的离子种子、自由基种子。在本发明的等离子体处理装置1中，特征在于，等离子体处理空间宽广，等离子体的电子温度由于距电介质窗16的距离而衰减，因此能够通过导入蚀刻气体的位置来改变蚀刻气体的离解状态。将蚀刻气体导入至电介质窗16正下，由于等离子体的电子温度较高，因此蚀刻气体的离解易于进行。而将蚀刻气体导入至距电介质窗16相对较远的位置时，由于等离子体的电子温度较低，因此蚀刻气体的离解被抑制为低程度。由此，在想要获得所期望的蚀刻气体的离解状态时，通过对供给至电介质窗16正下的气体的量和供给至距电介质窗16较远的位置的气体的量进行调节，能够容易地控制离解状态。如上所述，若利用径向线缝隙天线产生微波等离子体，则能够在处理晶圆W的区域内均匀地生成低电子温度且高密度的等离子体（1012cm-3左右）。即，虽然电介质窗16的正下的产生区域中的等离子体为高密度且电子温度也相对较高，但等离子体扩散至下方的进行晶圆W的处理的区域，电子温度也降低。由于产生区域的等离子体为高密度，因此该等离子体在扩散区域中也充分地维持为高密度。
通过上述的对策，具体而言，为了生成被抑制了过度离解的蚀刻种子、自由基，只要向微波等离子体的扩散区域较多地供给蚀刻气体即可。在本实施方式中，由于在等离子体的扩散区域中配置有周边导入部61，因此只要向周边导入部61供给蚀刻气体就能够抑制离解。也就是说，只要在等离子体处理中自共用气体源41供给作为等离子体激发用气体的Ar气体并自添加气体源42供给作为蚀刻气体的HBr气体和O2气体，就能够抑制蚀刻气体离解。
而且，通过形成为在配置于电介质窗16的中央导入口58朝向晶圆W喷射的处理气体的气流的周围配置多个周边导入口62、并且多个周边导入口62朝向由中央导入口58喷射的处理气体的气流喷射处理气体的结构，能够独立地在晶圆W的中央部对到达晶圆W的表面的等离子体和蚀刻气体进行控制并在晶圆W的周边部对到达晶圆W的表面的等离子体和蚀刻气体进行控制，因此对蚀刻率的面内均匀性控制带来优异的效果。
而且，根据蚀刻气体的选择、晶圆W之上的对象器件、对象膜（例如多晶硅膜、氧化膜、氮化膜等）的组合来组合决定自电介质窗16附近的中央导入口58供给的气体和自晶圆W附近的周边导入部61供给的气体的供给量、比率，从而能够进行最优的均匀性控制。微波等离子体在作为生成场所的电介质窗16附近电子温度较高，但若离开生成场所则急速扩散而电子温度变低。因此，在晶圆W的被处理表面，能够进行不损伤晶圆W的蚀刻。
环状的周边导入部61的中央部作为供等离子体向下方方向扩散的通路而较大地开口，等离子体朝向晶圆W的被处理表面下降。多个周边导入口62沿着与等离子体扩散的通路正交的方向设于周边导入部61，并喷射HBr、O2等作为蚀刻气体。由于等离子体的电子温度较低，因此自多个周边导入口62供给的蚀刻气体保持较低的离解状态不变地到达晶圆W表面。例如对于多晶硅膜，虽然离子能量较小，但对于促进蚀刻的化学反应来说作为适宜的离子而起作用，例如在维持多晶硅膜的蚀刻形状的侧壁的直角的状态下引起形成孔的反应。
而且，通过也自与晶圆W的中央部相对的中央导入口58追加供给蚀刻气体并自与晶圆W的周边部相对的多个周边导入口62供给蚀刻气体而选择两者的供给量和比率，能够以可期望晶圆W的面内的蚀刻率（蚀刻速度）的均匀性的方式进行控制。
通过自周边导入部61供给蚀刻气体，还具有以下的装置方面的优点。即，HBr等蚀刻气体为腐蚀性气体，其腐蚀铝。由于中央导入口58的块状件57为铝制，因此即使表面包覆有阳极氧化膜，也可能被腐蚀。周边导入部61由石英等非腐蚀性材料构成，因此即使在周边导入部61中流动蚀刻气体，也不担心周边导入部61被腐蚀。
并且，在对硅氧化膜等进行蚀刻的情况下，作为蚀刻气体使用CF类或CHF类的气体（例如，沉积性的CH2F2）。自以贯通电介质窗16的方式设置的中央导入口58导入CF类的气体时，由较高电子温度的等离子体生成的自由基、电子在中央导入口58内逆向流动，在气体被导入至处理室内之前使CF类的气体离解，使反应生成物沉积于中央导入口58，由此，中央导入口58可能堵塞。通过将CF类的气体自等离子体的电子温度较低的位置的周边导入部61导入至处理室内，能够抑制由电子温度较高的等离子体生成的自由基等导致气体离解，能够防止反应生成物附着于中央导入口58。
另外，以上示出了本发明的优选的一实施方式，但本发明不限于上述实施方式，在不改变本发明的主旨的范围内能够进行各种改变。
例如，使用本发明的蚀刻装置处理的基板可以是半导体晶圆W、有机EL基板、FDP（平板显示器）用的基板中的任一者。
只要能够将微波自处理容器2的电介质窗16导入并在处理容器内生成微波激励等离子体，则等离子体源不限于径向线缝隙天线。
（实施例）
如图4所示，能够自添加气体源42供给作为添加气体的HBr气体、CH2F2气体或CHF3气体、Ar气体及O2气体。另外，在该图4中为了使说明明确化，省略了图1所示静电吸盘等的详细的结构的记载。在气体箱中设有用于控制各气体的流量的作为流量调节部的流量控制阀42a～42d，各自的气体的流量由各自的流量控制阀42a～42d控制。各流量控制阀42a～42d由图1所示控制装置49控制。
另外，在共用气体源41上也设有能够分别控制多个不同种类的气体种类的流量的作为流量调节部的多个流量控制阀41a、41b、41c、···41x，上述多个流量控制阀41a、41b、41c、···41x也由图1所示的控制装置49控制。能够自共用气体源41供给作为共用气体的HBr气体、CH2F2气体或CHF3气体、Ar气体、O2气体、清扫气体及其他的共用气体。根据作为蚀刻对象的膜种类来选择气体种类。例如，在对Poly－Si进行蚀刻时，选择Ar气体、HBr气体、O2气体，在对SiO2膜进行蚀刻时，选择Ar气体、CHF类气体、O2气体。利用分流器44将共用气体分成两个系统，能够将一个系统的处理气体自处理容器2的顶部的中央导入口58导入至处理容器2的内部，能够将余下的一个系统的处理气体自处理容器2的周边导入部61导入。
（Poly－Si的蚀刻的实施例1）
使用Ar作为共用气体，使用HBr/O2作为添加气体，对晶圆W上的Poly－Si进行了蚀刻。在共用气体管线45中仅流动了Ar气体。利用分流器44将Ar气体分成两个系统，将Ar气体自中央导入口58和周边导入部61导入至处理容器2内。Ar气体的导入量比（以下，称为RDC）如以下的表1。
这里，以来自中央导入口58的气体导入量和来自周边导入部61的气体导入量之比表示RDC。在该实施例1中，使RDC变化为（1）7：93、（2）50：50、（3）80：20这三个模式。按照各个RDC的模式中的每一个模式向分支共用气体管线中添加HBr和O2。这里，所谓的MW表示微波的功率，所谓的RF表示施加于晶圆的偏压的功率、所谓的压力表示处理容器2内的压力。
[表1]
Figure BDA00002666237700181
（Poly－Si的蚀刻的比较例1）
进行了不自添加气体源42添加处理气体的比较例。不自添加气体源42添加HBr和O2，仅自共用气体源41供给Ar/HBr/O2。在该比较例1中，使RDC改变为（1）7：93、（2）50：50这两个模式。表2表示比较例1的处理条件。
[表2]
Figure BDA00002666237700182
Figure BDA00002666237700191
图5是在实施例1和比较例2中比较晶圆W的X轴方向的蚀刻率的曲线图。纵轴表示蚀刻率（Poly E/R（nm/min）），横轴表示距晶圆W的中心部的距离X（mm）。曲线图中的线越接近平坦的直线，则蚀刻的面内均匀性越高。
在比较例1中，在RDC50时（也就是自中央导入口（中心部）导入的气体导入量为50％，且自周边导入部（边缘）导入的气体导入量为50％的情况），晶圆W的周边部的蚀刻率比中心部的蚀刻率低，难以确保均匀性。并且，在将RDC设定为7：93时（使导入至晶圆W的中心部的气体导入量为7％时），晶圆W的中心部的蚀刻率降低。
而在实施例1中，通过使RDC变化，能够使蚀刻率的均匀性的分布多样地从中央凹陷变化至中央鼓起。推测其原因在于：通过向晶圆W的周边部供给HBr和O2，能够使晶圆W的周边部被蚀刻的倾向比中心部被蚀刻的倾向强。例如，在设定RDC为7：93时，能够使晶圆W的中心部的蚀刻率降低。在设定RDC为50：50时，能够使蚀刻率的分布平坦。特别是利用RDC7曲线将实施例1与比较例相比时，实施例1能够使中心部的蚀刻率更大地变化。
图6是评价比较例1、实施例1及实施例2中的均匀性的曲线图。横轴是RDC之比的最初的值（导入至晶圆W的中心部的气体导入量的比率），纵轴是不均匀性（non uniformity）。纵轴的正值越大，则表示晶圆W的中心部的蚀刻率为变大的倾向，纵轴的负值越小（绝对值越大），则表示晶圆W的周边部的蚀刻率为变大的倾向。
在比较例1中，在RDC为12～13为时，不均匀性（纵轴）为0（换言之，最均匀）。但是，在RDC超过12～13时，不均匀性成为正值（也就是与晶圆W的周边部相比，中心部的蚀刻率变大）。而在实施例1中，自边缘以3sccm导入溴化氢（HBr）和氧，在RDC为35～36时，纵轴的不均匀性成为0（换言之，最均匀）。不均匀性成为0时的RDC的值变大，在接近50时，不均匀性变大。并且，当使所导入的氧量增加为6sccm时（作为实施例2），均匀性变好的RDC的值为约55。根据以上所述，与将氩、氧（3sccm）和溴化氢（HBr580sccm）全部混合、且使RDC值变化的情况相比，通过将溴化氢（HBr）和氧气作为添加气体自边缘另行添加而导入，能够使能够获得均匀性的RDC值大幅移动。特别是在使氧量增加时，均匀性变为最优的RDC值向曲线图的右方移动，因此得知氧的流量比对处理产生较大的影响。并且，由于不均匀性的值相对于RDC的变化均衡地分布于正和负，因此得知与比较例1相比能够使晶圆W的周边部被蚀刻的倾向变强。
图6中的实施例2表示使O2的添加量为实施例1的两倍时的数据。在使O2的添加量为两倍时，能够使不均匀性成为0时的RDC进一步提高。但是，需要注意的是不均匀性的变化相对于RDC的变化的比率变得急剧。即，将在实施例1中添加了3sccm的氧的情况和如实施例2那样添加了6sccm的氧的情况相比，不均匀性（％）相对于RDC的变化量的变化量（也就是斜率）发生变化。得知加入6sccm的氧时更加敏感地影响不均匀性。换言之，在加入6sccm的氧时，能够保证均匀性的RDC值的幅度处于非常小的氛围内。另一方面，在加入了3sccm的氧的情况下，能够保证均匀性的RDC值的幅度与其说宽不如说稳定（robust）。能够想到：即使在导入至处理容器内的蚀刻气体的总流量相等的情况下RDC值也这样产生变化的原因在于，向处理装置内供给的气体的离解状态的不同。
在对多个晶圆连续进行蚀刻处理时，由于蚀刻沉积物沉积在处理容器2内的情况等，处理容器内的状态时效变化，蚀刻处理在晶圆之间产生偏差。本发明也能够有效地用于抑制因时效变化导致的晶圆的处理的不均匀。具体而言，每隔规定张数对晶圆的蚀刻的均匀性进行检查，能够容易地使蚀刻气体的组成变化、或者将RDC值反馈而调整为最优值。使用光学的手法例如每隔25张对蚀刻处理后的晶圆的蚀刻形状（蚀刻深度等）进行检查，计算出面内的蚀刻均匀性，判定该值是否为基准（范围内）。在该值不是基准值（范围内）时，对RDC的值进行微调整。具体而言，能够如下这样进行调整：在不均匀性（％）为正的情况下，使RDC值下降，在为不均匀性（％）负的情况下，使RDC值上升。在图6中，能够得出以下结论：与比较例1所示情况相比，在实施例的构成中，能够使RDC值变化的幅度较大，即所谓“调整余量”较大，控制性较高。
并且，通过预先将图6所示那样的数据的各自的氧量存储在包含储存装置的控制器CONT内，并对在各流量控制阀中流动的流量进行调整，也能够以如上述那样控制RDC值的方式自动地进行反馈控制。
如图6所示，通过使来自用于在更靠近晶圆W的位置且与晶圆W的周边部相对地供给气体的周边导入口62的气体供给量相对于自与晶圆W的中央部相对的中央导入口58供给的气体增加，与以相同的比例使两者的气体的供给量的比率变化时相比，能够使晶圆W的整个表面的蚀刻率的均匀性获得更大的蚀刻率的变化。
（Ploy－Si的蚀刻的实施例3）
如图4所示，在上述实施例1中，向与周边导入部61连接的分支共用气体管线47中添加了HBr和O2。而在实施例3中，在与中央导入口58连接的分支共用气体管线46中添加了添加气体。即，替代图4中的添加气体管线48，将其作为添加气体管线48’（用虚线示出），并将添加气体管线48’与分支共用气体管线46连接。
作为在共用气体管线45内流动的共用气体，使用Ar/HBr/O2，作为在添加气体管线48’内流动的添加气体，使用O2。表3表示处理条件。
[表3]
Figure BDA00002666237700221
图7是将添加O2的实施例3中的晶圆W的X轴方向的蚀刻率与将RDC设定为7：93的比较例1中的蚀刻率一同示出的曲线图，纵轴表示蚀刻率（Poly E/R（nm/min）），横轴表示距晶圆W的中心部的距离X（mm）。如实施例3那样，得知：在将O2气体添加至中央导入口58时，与将O2气体添加至周边导入部61的情况相比，晶圆W的中心部的蚀刻率局部减少。在想要在较大范围内均匀地控制蚀刻率的分布的情况下，认为如实施例1那样向周边导入部61添加蚀刻气体是有效的。将比较实施例3和实施例1相比，蚀刻率显示出了同样的举动。
另外，作为装置结构，也能够采用使用双方的添加气体管线48、48’的结构。
（STI（Shallow Trench Isolation：浅沟道隔离）形成用的蚀刻的实施例4）
在实施例4中，是与实施例1相同装置结构，气体流量比等条件设为以下的表4所示的条件，蚀刻对象物设为硅基板，进行了STI形成用的硅蚀刻。对分别在晶圆W的中心部和周边部具有图案密集地集中的部分（Dense）和图案稀疏的部分（Isolated）的样品进行了蚀刻。
[表4]
Figure BDA00002666237700231
图8是表示形成在硅基板上的图案的截面照片的图，将上述密集地集中的部分示为Dense，稀疏的部分示为Iso。对图案的宽度、锥角、沟道的深度进行了测定，结果，在晶圆W的中心部处的图案的宽度、锥角、沟道的深度和在周边部处的图案的宽度、锥角、沟道的深度之差控制在所要求的值的范围内，并且在图案的密集处的图案的宽度、锥角、沟道的深度和在图案的稀疏处的图案的宽度、锥角、沟道的深度也控制在所要求的值的范围内。
另外，能够考虑被蚀刻膜和其基底膜之间的蚀刻选择比而适当调节RDC值。例如，在基底膜为氧化膜、并使用含氧的等离子体进行蚀刻时，由于被蚀刻膜与基底膜之间的蚀刻选择性较高而能够进行形状控制性较好的蚀刻，因此能够将均匀性较高的蚀刻所需的RDC值的幅度设得更宽。
如以上说明的那样，上述等离子体处理装置包括：处理容器2；电介质窗16，其设于处理容器2的上部，用于划分出处理空间；载置台，其设于处理容器2的内部；缝隙天线20，其设于电介质窗16的上表面；微波导入通路36、37、30，其用于将微波产生器35和缝隙天线20连接起来；排气装置10，其与处理容器2的内部连通；共用气体管线45，其连接于含有稀有气体等等离子体激发用气体的共用气体源41；分流器44，其设于共用气体管线45的中途，用于将共用气体管线45分支成第一分支共用气体管线46和第二分支共用气体管线47，并且能够调节在第一分支共用气体管线46和第二分支共用气体管线47中流动的气体的流量的比率；中央导入部55，其与第一分支共用气体管线46连接，且具有位于被载置于载置台3的基板W的中央部的上方的中央导入口58；周边导入部61，其与第二分支共用气体管线47连接，且具有沿基板W的上方的空间的周向排列的、位于比电介质窗16靠下方的位置的多个周边导入口62；添加气体管线，其将含有蚀刻气体等的添加气体源42和第一分支共用气体管线46、第二分支共用气体管线47之中的至少一个分支共用气体管线连接起来。采用该装置，能够将处理气体的离解状态控制为多样，并且也能够控制基板处理的面内均匀性。
附图标记说明
W、晶圆（基板）；1、处理容器；3、载置台；11a、排气口；16、电介质窗；20、缝隙天线；21、缝隙；35、微波产生器；41、共用气体源；42、添加气体源；42a、42b、42c、流量控制阀（流量调节部）；44、分流器；45、共用气体管线；46、一个分支共用气体管线；47、另一个分支共用气体管线；48、添加气体管线；49、控制装置；55、中央导入部；58、中央导入口；61、周边导入部；62、周边导入口。

Claims (6)

1.一种等离子体处理装置，其包括：
处理容器，其在顶部具有供微波穿过的电介质窗，并且能够将内部保持为气密；
载置台，其设于上述处理容器的内部，用于载置基板；
缝隙天线，其设于上述处理容器的上述电介质窗的上表面，用于借助多个缝隙将微波导入至上述处理容器的处理空间；
微波产生器，其用于产生规定的频率的微波；
微波导入通路，其用于将上述微波产生器所产生的微波引导至上述缝隙天线；
处理气体导入部件，其用于将自处理气体源供给的处理气体导入至上述处理容器内；
排气部件，其自比载置于上述载置台的基板的上表面靠下方的排气口对被导入至上述处理容器内的处理气体进行排气，该等离子体处理装置的特征在于，
上述处理气体源具有用于供给共用气体的共用气体源和用于供给添加气体的添加气体源，
上述处理气体导入部件具有：
共用气体管线，其与上述共用气体源连接；
分流器，其设于上述共用气体管线的中途，用于将上述共用气体管线分支成两个系统，并且能够对分支成两个系统的上述共用气体的流量的比率进行调节；
中央导入部，其与分支成两个系统的分支共用气体管线之中的一个分支共用气体管线连接，且具有用于将上述共用气体供给至被载置于上述载置台的基板的中央部的中央导入口；
周边导入部，其与分支成两个系统的上述分支共用气体管线之中的另一个分支共用气体管线连接，且具有用于将上述共用气体供给至被载置于上述载置台的基板的周边部的、沿基板上方的周向排列的多个周边导入口；
添加气体管线，其与上述添加气体源连接，用于将上述添加气体添加至分支成两个系统的上述分支共用气体管线之中的至少一个分支共用气体管线；
流量调节部，其设于上述添加气体管线，用于调节上述添加气体的流量，
上述中央导入口配置在上述处理容器的上述电介质窗的中央部，
上述多个周边导入口配置在比上述处理容器的上述电介质窗靠下方且比载置于上述载置台的基板靠上方的位置，
上述多个周边导入口所配置的区域的等离子体的电子温度比上述中央导入口所配置的区域的等离子体的电子温度低。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述等离子体处理装置还包括控制装置，该控制装置用于对由上述分流器分支成两个系统的上述共用气体的流量的比率及由上述流量调节部调节的上述添加气体的流量进行控制。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述多个周边导入口配置在自配置于上述电介质窗的上述中央导入口朝向基板喷射的处理气体的气流的周围，并且朝向由上述中央导入口所喷射的处理气体的气流喷射处理气体。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述共用气体源包含等离子体激发用气体作为上述共用气体，
上述添加气体源包含用于对基板进行蚀刻的蚀刻用气体作为上述添加气体，
上述添加气体管线向分支成上述两个系统的分支共用气体管线之中的、用于将上述共用气体供给至上述多个周边导入口的分支共用气体管线添加上述添加气体。
5.一种等离子体处理方法，将处理气体导入至在顶部具有供用于生成等离子体的微波穿过的电介质窗、并且能够将内部保持为气密的处理容器内，自比载置于载置台的基板的上表面靠下方的排气口对被导入至上述处理容器内的处理气体进行排气，借助设于上述处理容器的上述电介质窗的上表面的缝隙天线的多个缝隙向上述处理容器的处理空间导入等离子体，该等离子体处理方法的特征在于，
该等离子体处理方法包括如下工序：
利用分流器将自共用气体源供给的共用气体分支成两个系统；
将分支成两个系统的上述共用气体导入至中央导入部和周边导入部，该中央导入部具有用于将上述共用气体供给至被载置于上述载置台的基板的中央部的中央导入口，该周边导入部具有用于将上述共用气体供给至被载置于上述载置台的基板的周边部的、沿基板上方的周向排列的多个周边导入口；
将自添加气体源供给的添加气体添加至被分支成两个系统的上述共用气体之中的至少一个系统的上述共用气体，
上述中央导入口配置在上述处理容器的上述电介质窗的中央部，
上述多个周边导入口配置在比上述处理容器的上述电介质窗靠下方且比载置于上述载置台的基板靠上方的位置，
上述多个周边导入口所配置的区域的等离子体的电子温度比上述中央导入口所配置的区域的等离子体的电子温度低。
6.一种等离子体处理装置，其特征在于，
该等离子体处理装置包括：
处理容器；
电介质窗，其设于上述处理容器的上部，用于划分出处理空间；
载置台，其设于上述处理容器的内部；
缝隙天线，其设于上述电介质窗的上表面；
微波导入通路，其将微波产生器和上述缝隙天线连接起来；
排气装置，其与上述处理容器的内部连通；
共用气体管线，其连接于共用气体源；
分流器，其设于上述共用气体管线的中途，用于将上述共用气体管线分支成第一分支共用气体管线和第二分支共用气体管线，并且能够对在上述第一分支共用气体管线和第二分支共用气体管线中流动的气体的流量的比率进行调节；
中央导入部，其与第一分支共用气体管线连接，具有位于被载置于上述载置台的基板的中央部的上方的中央导入口；
周边导入部，其与上述第二分支共用气体管线连接，且具有沿上述基板的上方的空间的周向排列的、位于比上述电介质窗靠下方的位置的多个周边导入口；
添加气体管线，其将第一分支共用气体管线及第二分支共用气体管线之中的至少一个分支共用气体管线与添加气体源连接起来。
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