CN104871297B - 等离子蚀刻装置 - Google Patents

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Abstract

本发明有关一种基板蚀刻装置，其可提高所生成等离子平面内密度的均匀性，并对基板表面整体均匀地进行蚀刻。该基板蚀刻装置具备有腔室2，其设定有等离子生成空间3及处理空间4；线圈30，其配设于上腔体部6外侧；基台40，其配设于处理空间4，用以载置基板K；蚀刻气体供应机构25，其将蚀刻气体供应至等离子生成空间3；线圈电力供应机构35，其将高频率电力供应至线圈30；及基台电力供应机构45，其将高频率电力供应至基台40。再者，锥状的等离子密度调整构件20固设于等离子生成空间3与基台40间的腔室2的内壁上，而且于腔室20的上部，朝向下方地延设有圆筒状的芯构件10，该芯构件10形成有朝向下端部直径变小的锥形部。

Description

等离子蚀刻装置
技术领域
本发明涉及一种将蚀刻气体等离子化，并对基板表面进行蚀刻的等离子蚀刻装置，尤其，涉及一种将所生成的等离子的平面内密度均匀化，而可均匀地对基板表面进行蚀刻的等离子蚀刻装置。
背景技术
所述等离子蚀刻装置中，一种进行感应耦合型有效离子蚀刻等离子的等离子蚀刻装置，通常具备有：在内部设定有等离子生成空间的圆筒状腔室、配设在对应于等离子生成空间的腔室的外侧的线圈；将蚀刻气体供应至等离子生成空间的机构；及将腔室内的气体排出的机构等；并在对线圈施加高频率电力而产生感应磁场后，将蚀刻气体供应至等离子生成空间，通过感应磁场将该蚀刻气体等离子化，而利用所生成的等离子对基板表面进行蚀刻的装置。
然而，近年来，作为处理对象的基板大型化，在欲使用所述现有的等离子蚀刻装置对如此大型的基板进行处理的情形时，存在有配合基板的尺寸使腔室变大，而使等离子生成空间变大的必要。
然而，在等离子生成空间中，相对于靠近线圈的部分感应磁场较容易作用而等离子较容易生成，脱机圈较远的部分(中央部分)感应磁场较难作用而等离子较难生成。因此，通过使等离子生成空间变大，所生成等离子的平面内密度会成为靠近线圈的部分较高，而脱机圈远的部分较小的中间凹陷状的密度分布。
如此，若等离子的平面内密度的密度分布呈中间凹陷状，而以此状态直接作用于基板，就会使基板外周部的蚀刻进度较基板的内周部快，而产生基板表面无法均匀地进行蚀刻的问题，或产生蚀刻形状相对于基板的表面发生与垂直方向倾斜的问题。
因此，作为用以解决上述问题的等离子蚀刻装置，本案申请人已提出日本专利特开2010-238847号公报的等离子蚀刻装置(以下称为“现有装置”)。
此现有装置，具备有：在上部设定有等离子生成空间、在下部设定有处理空间的圆筒状腔室；配设于设定有等离子生成空间的部分的腔室外侧的线圈；配设于处理空间的基台；将蚀刻气体供应至等离子生成空间的机构；将腔室内的气体排出的机构；分别对线圈及基台施加高频率电力的机构；及由上部与下部开口的圆筒状构件所构成，并在等离子生成空间与基台间的腔室内壁，固设有其上部的等离子密度调整构件等；等离子密度调整空间，其下端部的内径形成为直径较其上端部的内径与形成等离子生成空间的腔室内径小的漏斗状。而且，在封闭腔室上部的顶板的中央部，设有从该处向下方垂下的圆筒状的芯构件，并通过该芯构件使等离子生成空间形成为甜甜圈状。
根据此现有装置，首先，对线圈施加高频率电力而在等离子生成空间产生感应磁场。然后，在该状态下，将蚀刻气体供应至等离子生成空间，并利用感应磁场将所供应的蚀刻气体等离子化。如此所形成的等离子通过朝下方流下，而流通漏斗状的等离子密度调整构件内，使得生成于靠近线圈部分的等离子被导引至腔室的中央部分，在使该平面内密度从极端的中间凹陷状被平等化后，抵达载置于基台上的基板上。
如此，在现有装置中，由于可使平面化密度被均匀化的等离子作用于基板，而可对基板表面整体进行均匀的蚀刻。
[背景技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2010-238847号公报。
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，前述现有装置虽然通过使等离子流通于等离子密度调整构件内，而从谋求等离子的平面内密度的均匀化的观点来看，可获得相应的效果，但近年来被要求以高均匀性对基板表面整体进行蚀刻，故对应于此，被要求用以进一步提高等离子的平面内密度的均匀性的改良。
也即，在前述现有装置中，虽然可通过使等离子流通于等离子密度调整构件内，使等离子的平面内密度大致平等化，但光是如此仍存在被导引至腔室中央部分的等离子的量不充足的情形，而使得等离子的平面内密度多少仍有成为中央部分凹陷的M字状的密度分布的倾向。
因此，虽然现有装置相较于比其更早的装置，可对基板表面整体均匀地进行蚀刻，但作为以更高均匀性来对基板表面整体金型蚀刻的装置，仍存在不够充分的情形。
尤其，兼具有高耐压性与低导通电阻性且具有超接面(SUPER-JUNCTION)构造的电力控制用半导体装置，在其制造步骤中，例如在通过对n导电型外延层进行等离子蚀刻而形成纵横比较大的凹槽后，必须将p导电型层埋入该凹槽内，而将p导电型层埋入凹槽内的状态会根据凹槽的侧壁角度等而变化。因此，为了将p导电型层均匀地埋入形成于基板的各凹槽内，必须比从前更严密地抑制歪斜的发生，而使凹槽的侧壁角度均匀。因此，就制造前述半导体装置时的等离子蚀刻而言，等离子的平面内密度被要求比现有更高的均匀性
而且，前述半导体装置，有时会在硅基板上形成纵横比较大的凹槽后，将离子注入凹槽的侧壁以形成p导电型层与n导电型层来制造，在该情形时，注入侧壁的离子量，取决于凹槽的侧壁角度。因此，即便于该情形时，为了提升凹槽的侧壁角度的均匀性而必须尽量抑制倾斜的发生，因此在进行等离子蚀刻时等离子的平面内密度被要求较高的均匀性。
再者，陀螺仪或加速度传感器等的微机电(MEMS)传感器，根据实施有微细加工的结构体振动时所产生静电容量的变化等的特性，来检测出角速度与加速度，而对于检测性能而言，结构体的质量扮演着很重要的角色。然而，由于结构体的质量会因有无倾斜而有很大的变动，因此为了制造检测性能没有问题的传感器，就要尽量抑制倾斜的发生，从而减小结构体的质量变动。因此，在MEMS传感器的制造中，在比以往的等离子的平面内密度有更高的均匀性的状态下，有必要以等离子刻蚀对结构体进行微细加工。
本发明有鉴于前述实情所完成者，其目的在于提供一种可谋求等离子的平面内密度更佳的均匀性，且即便是大型基板也能对其表面整体均匀地进行蚀刻，并且抑制倾斜的发生的等离子蚀刻装置。
[解决问题的技术手段]
为了解决前述课题的本发明涉及一种将处理气体等离子化，而对基板表面进行蚀刻的等离子蚀刻装置。
此等离子蚀刻装置具备有：
腔室，由筒状的腔体部、封闭此腔体部上部的顶板、及封闭腔体部底部的底板所构成，并具有设定于所述腔体部内的上部区域的等离子生成空间、及设定于该些离子生成空间下方的处理空间；
环状的线圈，配设于所述腔室的对应于所述等离子生成空间的部分的外侧；
基台，配设于所述腔室内的处理空间，用以载置处理对象的基板；
处理气体供应机构，将处理气体供应至所述腔室内的等离子生成空间；
排气机构，用以至少排放所述腔室的处理空间内的气体；
线圈电力供应机构，用以将高频率电力供应至所述线圈；
基台电力供应机构，用以将高频率电力供应至所述基台；
等离子密度调整构件，其上端部与下端部有开口的环状构件，且由直径朝向下端部缩小的形状的构件所构成，所述上端部固设于所述等离子生成空间与所述基台间的所述腔室内壁上，用以调整生成于所述等离子生成空间的等离子的平面内密度，并将其导引至所述基台上的基板；及
圆筒状的芯构件，以至少使其下端位于垂直方向的较所述线圈的上端更下方的方式，从所述顶板中心部朝向下方延设；且
形成所述等离子生成空间的腔体部内径，形成为比所述基板的外径更大，
所述等离子生成空间凭借所述芯构件而形成为甜甜圈状；
如此的等离子蚀刻装置，
所述芯构件的下端部具有直径朝向下端面缩小的锥形状。
再者，在前述等离子蚀刻装置中，优选为所述等离子密度调整构件具有上端面直径较下端面直径大的锥形状，且所述芯构件的下端部具有朝向下端面直径变小的锥形状。
根据如此的等离子蚀刻装置，首先，通过线圈电力供应机构对线圈供应高频率电力，在腔室内的等离子生成空间产生感应磁场。其次，在此状态下，通过处理气体供应机构将处理气体供应至等离子生成空间。如此，使所供应的处理气体经由感应磁场而等离子化。
如此所生成的等离子，由于等离子生成空间为甜甜圈状，使感应磁场容易作用而生成于接近线圈的部分，因此其密度成为相对较高。
然后，此高密度的等离子从芯构件与等离子密度调整构件之间，沿着该芯构件表面与等离子密度调整构件内面流下，从等离子密度调整构件上端部侧的开口流通至下端部侧的开口，而抵达载置于其下方的基台上的基板上，对其表面进行蚀刻。
如此，在本发明所涉及的等离子蚀刻装置中，使等离子流通上端部直径较下端部直径大而呈锥状的等离子密度调整构件内，如此使等离子被导引至腔室的中央部分，并且进一步，在芯构件的下端部形成有直径朝向下端面变小的锥形部，如此使所生成的等离子，沿着此芯构件的锥形部扩散至腔室的中央部分。也即，在本发明所涉及的等离子蚀刻装置中，等离子密度调整构件的作用与具有锥形状的芯构件的作用相互发生作用，使朝向腔室中央部分的等离子的扩散性，相较于现有装置大幅度地提升，而可使等离子的平面内密度成为更均匀者，从而可抑制因等离子平面内密度些微的不均匀性所导致蚀刻形状的歪斜(产生倾斜)，并且可以较高的均匀性对基板表面整体进行蚀刻。
再者，由水平面与所述等离子密度调整构件锥形部的母线所成的角度，优选为52°至81°。这是因为若使所述角度小于52°的情形时，等离子会过度集中在腔室的中央部分，使腔室外周围部分的等离子平面内密度下降，而若使所述角度大于81°的情形时，会使得将等离子导引至腔室中央部分的效果，即朝向中央部分的扩散性下降，而使腔室中央部分的等离子的平面内密度变低，因此这两种情形都难以使等离子的平面内密度整体成为均匀。如此，通过将由水平面与所述等离子密度调整构件锥形部的母线所成的角度，以及由水平面与所述芯构件锥形部的母线所成的角度设定在前述数值范围内，可使等离子密度调整构件的作用与芯构件的作用相互发生作用，而使等离子顺利地扩散至腔室的中央部分，从而提升等离子的平面内密度的均匀性。
而且，优选为所述等离子密度调整构件锥形部的角度，与所述芯构件锥形部的角度为相同的角度。如此一来，可使等离子更顺利地扩散至腔室的中央部分，而使等离子的平面内密度更为均匀。
而且，在前述等离子蚀刻装置中，优选为使所述芯构件的下端面，位于较包含所述等离子密度调整构件的上端面的平面更上方处。如此一来，可使等离子更顺利地扩散至腔室的中央部分，而使等离子的平面内密度更为均匀。
然而，在前述等离子蚀刻装置中，虽然通过使等离子生成空间变大，也即，通过增加等离子生成空间内等离子的圆周方向的截面积，可使被等离子吸收的高频率电力的电能(power)变大，而进行大口径、大面积的等离子生成，但由于使等离子的圆周方向的截面积增加，每单位面积及每单位体积的等离子密度就会下降。而且，即便使等离子的圆周方向的截面积增加，对于超过高频率的影响所及距离(表皮深度)以上的距离，高频率电力的电能将无法有效输入。而且，根据本案发明人的知识与见解，在供应大约10MHz～100MHz的不同频率的高频率电力时，等离子表面深度约为10mm～50mm。
有鉴于此，在前述等离子蚀刻装置中，优选构成为使所述腔室的内径A减去所述芯构件下端部的最顶端的直径B所得到的数值大于50mm，并使所述腔室的内径A大于所述基板的直径N。
而且，优选为设置加热所述芯构件的加热机构。如此一来，在使用氟碳系气体作为保护膜形成气体对基板进行蚀刻时，可抑制会影响蚀刻速度安定性的氟碳系堆积物的附着。
再者，在所述等离子中虽然包含自由基与离子，但关于离子的平面内密度，存在有腔室外周侧稍微高于中心侧的倾向。因此，前述等离子蚀刻装置，优选为所述等离子密度调整构件由接地的导电性材料所构成。如此一来，等离子在通过等离子密度调整构件时，由于通过使所述外周侧的离子与等离子密度调整构件接触，可除电而被中和，因此可使等离子中离子的平面内密度成为更均匀。如此，可以较高的均匀性对基板表面整体进行蚀刻。
再者，本发明所指“直径的缩小(缩径)”的概念，不仅包含直径如锥形状般呈直线缩小的情形，也包含直径呈曲线缩小的情形。
而且，本发明所指“甜甜圈状”指圆环形状，也指中空圆筒状或环状的一部分或全部包含有锥形部或圆弧部。
[发明的效果]
如以上所述，根据本发明所涉及的等离子蚀刻装置，由于通过等离子密度调整构件级芯构件，使等离子扩散而导引至腔室的中央部分，因此通过其等的共乘效应，可较现有装置大幅度地提升等离子的平面内密度的均匀性，可抑制因等离子平面内密度些微的不均匀所导致蚀刻形状的倾斜，并且可更进一步均匀地对基板表面整体进行蚀刻。
附图说明
图1是表示本发明一具体实施方式所涉及等离子蚀刻装置的前剖视图；
图2是用以说明本具体实施方式所涉及的等离子蚀刻装置的等离子扩散过程的说明图；
图3是用以说明本具体实施方式所涉及的等离子蚀刻装置的等离子扩散过程的说明图；
图4是用以说明实施装置1的尺寸的说明图；
图5是关于使用实施装置1将SF6气体等离子化时的等离子的平面内密度的图表；
图6是关于使用比较装置1将SF6气体等离子化时的等离子的平面内密度的图表；
图7是关于使用实施装置1对硅基板上的氧化膜进行蚀刻时的蚀刻速度的图表；
图8是关于使用比较装置1对硅基板上的氧化膜进行蚀刻时的蚀刻速度的图表；
图9是关于使用实施装置1对硅基板进行蚀刻后的倾斜状态的图表；
图10是表示使用实施装置1对硅基板进行蚀刻后的剖面的照片，(a)～(d)分别是从基板中心位置起半径距离为0mm、40mm、80mm、97mm的照片；
图11是用以说明实施装置2的尺寸的说明图；
图12是用以说明实施装置3的尺寸的说明图；
图13是关于使用实施装置2将SF6气体等离子化时的等离子的平面内密度的图表；
图14是关于使用实施装置3将SF6气体等离子化时的等离子的平面内密度的图表；
图15表示本发明另一具体实施方式所涉及等离子蚀刻装置的前剖视图。
具体实施方式
以下根据附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的等离子蚀刻装置1具备有：于内部空间的上方设定有等离子生成空间3，并且在此等离子生成空间3的下方设定有处理空间4的圆筒状腔室2；对所述等离子生成空间3供应蚀刻气体的蚀刻气体供应机构25；配设于腔室2的设定有等离子生成空间3部分的外侧的线圈30；对此线圈30供应高频率电力的线圈电力供应机构35；配设于所述处理空间4，用以载置基板K的基台40；对此基台40供应高频率电力的基台电力供应机构45；及将腔室2内的气体进行排气的排气装置50。
所述腔室20由下腔体部5、上腔体部6、底板7、中间板8及顶板9所构成，在下腔体部5的下端部固设有底板7，并且在上端部固设有中间板8，而由该些下腔体部5、底板7及中间板8形成所述处理空间4。而且，上腔体部6使其下端部固设于中间板8上，并且于上端部固设有顶板9，并进一步，在顶板9的中心部，设有从该处向下方垂下的圆筒状芯构件10，而由该些上腔体部6、中间板8、顶板9及芯构件10形成有甜甜圈状的等离子生成空间3。再者，上腔体部6的内径成为直径大于基板K的外径。
于所述下腔体部5，形成有用以将基板K送进送出的开口部5a、以及用以将处理空间4内的气体进行排气的排气口5b，开口部5a通过开闭机构15进行开闭，而排气口5b连接有所述排气装置50，并通过该排气装置将腔室2内的气体进行排气。
而且，在所述中间板8所成有开口部8a，在其下表面固设有由上端部及下端部有开口的环状构件，且形成为上端部直径大于下端部直径的锥形状的构件所构成的等离子密度调整构件20，并成为经由该开口部8a及等离子密度调整构件20而与所述等离子生成空间3与处理空间4相连通的状态。再者，就可抑制因等离子生成空间3与基台40的距离太远所导致等离子密度的低下，且不过于接近等离子生成空间而可不易受到等离子伤害的观点而言，优选为水平面与等离子密度调整构件20的锥形部的母线所成的角度，具体而言，水平面与等离子密度调整构件20的锥形部内周面所成的角度θ1设定为52°～81°。
所述等离子密度调整构件20位于等离子生成空间3与基台40之间，由具有导电性的材料(例如铝)所构成，并适当地进行接地。而且，该些离子密度调整构件20下端部的内径小于所述上腔体部6的内径。
而且，所述芯构件延设至与包含所述等离子密度调整构件20上端面的平面成为相同平面的位置为止，而该芯构件的下端部朝向下端面形成有小径的锥形部。再者，就将等离子良好地扩散至腔室2的中央部分，而进一步提升等离子的平面内密度的均匀性的观点而言，优选为水平面与芯构件10的锥形部的母线所成的角度，具体而言，水平面与芯构件10的锥形部内周面所成的角度θ2设定为80°以上且未满90°。
再者，在本实施例的等离子蚀刻装置中，将所述角度θ1与角度θ2设定为相同数值。如此，通过设为相同角度，可实现使等离子较顺利地扩散至腔室2的中央部分，而使腔室2内的等离子成为其平面内密度均匀且安定。
所述蚀刻气体供应机构25由储存有蚀刻气体的蚀刻气体供应源26及供应管27所构成，该供应管27一端连接于蚀刻气体供应源26，而另一端连接于环状地设于顶板9的复数个吐出口。而且，通过该蚀刻气体供应机构25，从蚀刻气体供应源26经由供应管27，使蚀刻气体从复数个吐出口朝向垂直下方均匀地吐出，而将蚀刻气体供应至等离子生成空间3内。
所述线圈30以包卷所述上腔体部6的方式配设于其外侧，并通过后述的线圈电力供应机构35供应高频率电力。
而且，所述线圈电力供应机构35由连接于所述线圈的匹配单元36、及连接于该匹配单元36的高频电源37所构成，并如以上所述般，将高频率电力供应至线圈30的机构。
所述基台40配设于所述处理空间4内，在通过支撑台41朝垂直方向进退自如地被支撑的状态下，由适当的升降机构(未图示)进行升降。再者，基台40的外周部由波纹管42所覆盖。
所述基台电力供应机构45由连接于所述基台40的匹配单元46、及连接于该匹配单元46的高频电源47所构成，将高频率电力供应至所述基台40的机构。
接着，针对使用具备有以上构成的等离子蚀刻装置1，对基板K(硅基板)实施蚀刻处理的过程进行说明。
首先，经由所述开口部5a，将基板K(例如硅基板)载置于位在下降位置的基台40上，然后，在通过升降机构将基台40上升至处理位置后，通过排气装置50将腔室2内(等离子生成空间3及处理空间4)的气体进行排气而使该腔室2内成为负压，并且从高频电源47将高频率电力供应至基台40。
而且，在此同时，从高频电源37将高频率电力供应至所述线圈30，而在等离子生成空间3内产生感应磁场。然后，在此状态下，通过从所述蚀刻气体供应源26将蚀刻气体(例如SF6气体)供应至等离子生成空间3内，而利用感应磁场将蚀刻气体等离子化。
此时，如以上所述，所述等离子生成空间3，由于通过芯构件10而形成为甜甜圈状，因此相较于未设有芯构件10的情形，其容积较小，而且，由于仅接近线圈30的部分成为等离子生成空间3，因此相较于未设有芯构件10的情形，可使施加于线圈30的电力即便为较小的电力，也能生成密度较高的等离子。
然后，如此所生成的高密度的等离子，通过所述芯构件10与等离子密度调整构件20之间，沿着该芯构件10的表面及等离子密度调整构件20的内表面流下，而流通于等离子密度调整构件20内，抵达其下方的基板K上，从而对该基板K的表面进行蚀刻。
此处，在本实施例的等离子蚀刻装置1中，由于在所述芯构件10的下端部形成有锥形部，因此在等离子生成空间3内所生成的等离子(图2及图3中的组件符号P)沿着芯构件10的锥形部慢慢地扩散至腔室2的中央部分，且进一步，通过使等离子流通于锥形状的等离子密度调整构件20内，可使该些离子慢慢地集中于腔室2的中央部分(参照图2及图3)。如此，所生成的等离子，其平面内密度慢慢地平等化，而使密度分布被调整为非常平缓的中间凹陷或M字的状态，或者为平坦的均匀状态。然后，通过如此密度状态的等离子作用于基板K的表面，可抑制因等离子的平面内密度不均匀所导致蚀刻形状的倾斜，从而使基板K的表面整个区域均匀地被蚀刻。
再者，本实施例对基台40施加高频电力而对基板K施加偏压电位。因此，等离子中的离子朝向基板K照射，而进行所谓的离子辅助蚀刻。
而且，在本实施例的等离子蚀刻装置1中，通过由接地的导电性材料构成等离子密度调整构件20，使得在等离子通过等离子密度调整构件20内时，使位于等离子外周部的离子与等离子密度调整构件20相接触，被除电、中和而消灭。虽然在等离子中含有离子及自由基，但关于离子的平面内密度，存在有腔室2的外周侧稍微高于中心侧的倾向。因此，通过对该外周侧的离子进行除电、中和而消灭，可使离子的平面内密度更为均匀。然后，通过如此使离子的平面内密度成为更为均匀者，可以较高的均匀性对基板K的表面整体进行蚀刻。
另外，在本实施例的等离子蚀刻装置1(实施装置1)中，采用SF6气体作为蚀刻气体，并将供应至等离子生成空间3的SF6气体的供应流量设为200sccm，将施加于线圈30的高频率电力设为1200W，并如图4所示，将上腔体部6的内径A设为270mm，将芯构件10的直径B设为170mm，将芯构件10下端面的直径C设为130mm，将芯构件10的锥形部垂直方向的长度D设为95mm，将芯构件10的所述角度θ2设为80.75°，测量将SF6气体等离子化时的等离子的平面内密度。将其结果表示于图5。
而且，为进行比较，替换掉设有所述锥形部的芯构件10，而在具备未设有锥形部的芯构件的等离子蚀刻装置(比较装置1)中，将供应至等离子生成空间的SF6气体的供应流量设为200sccm，将施加于线圈的高频率电力设为2000W，测量将SF6气体等离子化时的等离子的平面内密度。将其结果表示于图6。
若比较实施装置1与比较装置1的测量结果，可知实施装置1的等离子比较扩散至腔室的中央部分(参照图5及图6)。而且，在计算出直径200mm的晶圆内的均匀性后，相对于实施装置1为19.3％，比较装置1则为27.5％。由此，可知通过在芯构件设置锥形部，可大幅地提升等离子朝向腔室中央部分的扩散性，结果可使等离子的平面内密度的均匀性变得非常高。
而且，使用所述实施装置1，并使用SF6气体作为蚀刻气体，将供应至等离子生成空间3的SF6气体的供应流量设为400sccm，将施加于线圈30的高频率电力设为2000W，将施加于基台40的高频率电力设为50W，而对8英寸硅基板上的氧化膜进行蚀刻。将其结果表示于图7。
而且，为进行比较，使用所述比较装置1，并使用SF6气体作为蚀刻气体，将供应至等离子生成空间的SF6气体的供应流量设为400sccm，将施加于线圈的高频率电力设为2000W，将施加于基台的高频率电力设为50W，而同样地对8英寸硅基板进行蚀刻。将其结果表示于图8。
于实施装置1中，蚀刻速度遍及基板整个面大致固定(参照图7)，基板整个面的蚀刻速度为/min±0.9％。会发现相对于此，在比较装置1中，遍及基板整个面的蚀刻速度散乱(参照图8)，基板整个面的蚀刻速度为/min±2.7％。由此，可知通过在芯构件设置锥形部，可促进等离子朝向腔室中央部分的扩散，大幅地提升等离子的平面内密度的均匀性，而由于成为平面内密度更均匀的等离子作用于基板表面整体，因此可更均匀地对该基板表面进行蚀刻。
此外，使用实施装置1，并使用SF6气体作为蚀刻气体，使用C4F8气体作为保护膜形成气体，将SF6气体的供应流量设为500sccm，将C4F8气体的供应流量设为100sccm，将该些气体交互地供应至等离子生成空间，而通过所谓的波西(Boschprocess)法对8英寸硅基板进行蚀刻，并针对请协的有无进行检讨。再者，对线圈30施加1700W的高频率电力，并对基台40施加160W的高频率电力来进行蚀刻。将其结果表示于图9及图10。此外，图10按照(a)～(d)的顺序，表示从基板中心位置的半径方向上，距离为0mm、40mm、80mm、97mm的位置的基板剖面的照片。
如图9及图10所示，若使用实施装置1对硅基板进行蚀刻，遍及基板整个表面就不会发生倾斜，即便为从基板中心位置的距离为97mm的位置，倾斜量也不到0.1度。由此，可知通过在芯构件设置锥形部，可提升等离子的平面内密度的均匀性，而通过使该平面内密度均匀性高的等离子作用于基板，可抑制倾斜的发生。
如此，本具体实施方式所涉及的等离子蚀刻装置，由于在芯构件设有锥形部，并且设有锥形状的等离子密度调整构件，因此通过该些芯构件及等离子密度调整构件的相乘效果，可使等离子的平面内密度较现有更为均匀，而可对该些离子所作用的基板表面整体均匀地进行蚀刻。
而且，由于可以平面内密度的均匀性较现有更高的等离子来对基板表面整体进行蚀刻，而可较现有更加大幅地抑制倾斜的发生，因此可应用于具备有超结(superjunction)结构的半导体装置或MEMS(微机电系统)传感器等的制造。
以上，虽然已针对本发明一具体实施方式进行说明，但本发明所可采用的具体态样，并非限定于此。
例如，在本实施例的等离子蚀刻装置1中，虽然将角度θ1与角度θ2设为相同数值，只要能使所生成的等离子顺利地扩散，则也可各自设定为不同的数值。
而且，在等离子蚀刻装置1中，虽然将上腔体部6的内径A(腔室的内径A)设为270mm，而将芯构件10的直径B设为170mm，但并不限定于此，优选为根据等离子的表皮深度进行适当的设定。
另外，本案发明人将气体分子的半径设为2×10-12m，将压力设为5Pa，将电子温度设为3eV，将等离子密度设为1×1012cm-2，而计算出在供应13.56MHz～100MHz的不同频率的高频率电力时的等离子的表皮深度后，所算出的表皮深度为23.9mm～8.8mm。然后，在此基础上，为了形成圆周方向的长度合计为50mm以上的等离子生成空间，优选为使上腔体部6的内径A减去芯构件10的直径B的数值大于50mm。
而且，也可设置队所述芯构件10进行加热的加热机构。如此一来，在使用C4F8气体等的氟碳系气体作为保护膜形成气体而对基板K进行蚀刻的情形时，可抑制氟碳系堆积物的附着，而确保蚀刻速度的安定性。
而且，本实施例的等离子蚀刻装置1，虽然等离子密度调整构件20及芯构件10的下端部构成为锥形状，但并不限定于此。例如，等离子密度调整构件20，也可从上端部朝向下端部，使一部分或全部成为直径呈曲线变小的形状，或者，芯构件10的下端部，也可为朝向下端面使一部分或全部为直径呈曲线变小的形状。即便如此，也可得到相对应的效果。
此外，在本实施例的等离子蚀刻装置1中，作为最佳的态样，虽然使芯构件10的下端面位于与包含等离子密度调整构件20的上端面的平面相同的平面上，但并不限定于此，即便使芯构件10的下端面位于包含等离子密度调整构件20的上端面的平面与包含线圈30的上端的平面之间(图4中的R所示区域内)，也可得到相对应的效果。
而且，也可使芯构件10的下端面，位于较包含等离子密度调整构件20的上端面的平面更下方。即便如此，也可得到相对应的效果。
另外，在具备与本实施例的等离子蚀刻装置1的芯构件10形状不同的芯构件10a、10b的实施装置2及实施装置3中，采用SF6气体作为蚀刻气体，并将供应至等离子生成空间3的SF6气体的供应流量设为200sccm，将施加于线圈30的高频率电力设为1200W，测量将SF6气体等离子化时的等离子的平面内密度。将其结果表示于图13及图14。再者，实施装置2如图11所示，将芯构件10a的下端面设为半径260mm的球面，将芯构件10a从下端部到锥形部最顶端为止的垂直方向的长度E设为106mm，又，实施装置3如图12所示，将芯构件10b的下端面的直径F设为93mm，将芯构件10b的锥形部的垂直方向的长度G设为106mm。再者，在实施装置及实施装置3中，上腔体部6的内径A、芯构件10a、10b的直径B及芯构件10a、10b的锥形部的角度θ2，均设为与等离子蚀刻装置1相同的尺寸。
若对实施装置1、实施装置2、实施装置3及比较装置1的测量结果进行比较，可得知虽然实施装置2及实施装置3，等离子朝向腔室中央部分的扩散相较于实施装置1进度有些微较慢，但相较于比较装置1则快相当多(参照图5、图6、图13及图14)。而且，直径200mm的晶圆内的均匀性，如以上所述，相对于实施装置19.3％，以及比较装置1的27.5％，实施装置2则为22.4％，而实施装置3则为24.3％，虽然稍低于实施装置1，但较比较状置1则高出许多。
如此，芯构件的下端面，虽然优选为位于较包含等离子密度调整构件的上端面的平面更上方，但即便位于较包含等离子密度调整构件的上端面的平面更下方，也可提升等离子朝向中央部分的扩散性，而可提高等离子的平面内密度的均匀性。
此外，本实施例的等离子蚀刻装置1，虽然构成为在上腔体部6的外侧，以包卷该上腔体部6的方式配设线圈30，但并不限定于此，例如，也可如图9所示等离子蚀刻装置1般，构成为于对应等离子生成空间3的部分的外侧的顶板9的上方，配设环状的线圈30。再者，在图9中，针对与等离子蚀刻装置1相同的构成标示相同的组件符号。于此等离子蚀刻装置1中，等离子密度调整构件20也为锥形状，在芯构件20的下端部形成有锥形部，且下端面位于较线圈30的上端更下方。因此，在等离子生成空间3内所生成的等离子(图9中的P)，与等离子蚀刻装置1的情形相同地，沿着芯构件10的锥形步慢慢地朝腔室2的中央部分扩散，并进一步，通过使等离子流通于锥形状的等离子密度调整构件20内，可使该些离子慢慢地集中于腔室2的中央部分。如此，所生成的等离子，其平面内密度慢慢地平等化，密度分布被调整成非常平缓的中间凹陷或M字形的状态，或者为平坦且均匀的状态，而使如此密度分布的等离子作用于基板K的表面。因此，即便如此的构成，也可得到与等离子蚀刻装置1相同的效果。
[符号说明]
1：等离子蚀刻装置；2：腔室；3：等离子生成空间；4：处理空间；5：下腔体部；6：上腔体部；7：底板；8：中间板；9：顶板；10：芯构件；20：等离子密度调整构件；25：蚀刻气体供应机构；30：线圈；35：线圈电力供应机构；40基台；45基台电力供应机构。

Claims (6)

1.一种等离子蚀刻装置，其具备有：
腔室，由筒状的腔体部、封闭此腔体部上部的顶板、及封闭腔体部底部的底板所构成，并具有设定于所述腔体部内的上部区域的等离子生成空间、及设定于该些离子生成空间下方的处理空间；
环状的线圈，配设于所述腔室的对应于所述等离子生成空间的部分的外侧；
基台，配设于所述腔室内的处理空间，用以载置处理对象的基板；
处理气体供应机构，将处理气体供应至所述腔室内的等离子生成空间；
排气机构，用以至少排放所述腔室的处理空间内的气体；
线圈电力供应机构，用以将高频率电力供应至所述线圈；
基台电力供应机构，用以将高频率电力供应至所述基台；
等离子密度调整构件，其上端部与下端部有开口的环状构件，且由直径朝向下端部缩小的形状的构件所构成，所述上端部固设于所述等离子生成空间与所述基台间的所述腔室内壁上，用以调整生成于所述等离子生成空间的等离子的平面内密度，并将其导引至所述基台上的基板；及
圆筒状的芯构件，以至少使其下端位于垂直方向的较所述线圈的上端更下方的方式，从所述顶板中心部朝向下方延设；
且，形成所述等离子生成空间的腔体部内径，形成为比所述基板的外径更大；
所述等离子生成空间凭借所述芯构件而形成为甜甜圈状；
所述等离子蚀刻装置的特征在于：
所述芯构件的下端部具有直径朝向下端面缩小的锥形状，
所述等离子密度调整构件具有上端部直径比下端部直径大的锥形状，
所述芯构件的下端部具有朝向下端面直径变小的锥形状，
由水平面与所述等离子密度调整构件的锥形部的母线所成的角度为52°至81°，
由水平面与所述芯构件的锥形部的母线所成的角度为80°以上且未满90°。
2.根据权利要求1所述的等离子蚀刻装置，其特征在于，所述等离子密度调整构件的锥形部的角度与所述芯构件的锥形部的角度为相同角度。
3.根据权利要求1所述的等离子蚀刻装置，其特征在于，
所述芯构件的下端面位于较包含所述等离子密度调整构件的上端面的平面更上方。
4.根据权利要求1所述的等离子蚀刻装置，其特征在于，所述等离子密度调整构件由接地的导电性材料所构成。
5.根据权利要求1所述的等离子蚀刻装置，其特征在于，从所述腔室的内径A减去所述芯构件下端部的最顶端的直径B所得到的数值大于50mm，且所述腔室的内径A大于所述基板的直径N。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的等离子蚀刻装置，其特征在于，设有对所述芯构件加热的加热机构。
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