CN106463393A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的等离子体处理装置具备：腔室，其内部能够进行减压，在所述内部能够对被处理体进行等离子体处理；平板状的第一电极，配设于所述腔室内，载置所述被处理体；第一高频电源，对所述第一电极施加第一频率的偏置电压；螺旋状的第二电极，配置于所述腔室外，以隔着形成所述腔室的上盖的石英板而与所述第一电极对置的方式配置；以及气体导入单元，将含有氟的工艺气体从在所述上盖或其附近配置的气体导入口导入到所述腔室内，针对所述第二电极，电连接有施加第二频率的交流电压的第二高频电源和施加比所述第二频率高的第三频率的交流电压的第三高频电源，同时施加两种交流电压。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及能够实现低频放电中的稳定化的等离子体处理装置。
本申请基于2015年1月16日于日本提出申请的特愿2015-006728号主张优先权，并在此引用其内容。
背景技术
近年来，为了通过干式蚀刻法在半导体基板上形成深槽的槽结构和纵横比(贯通孔的深度/贯通孔的开口直径)大的贯通孔等，经常使用具备由螺旋状的天线结构形成的对置电极的等离子体处理装置(例如，专利文献1)。
图5A和图5B是示出向对置电极施加不同频率的交流电压从而形成的非贯通孔的截面形状的SEM照片。图5A是示出频率为13.56MHz时的SEM照片，图5B是示出频率为2MHz时的SEM照片。图5A和图5B都是进行蚀刻处理以使孔的直径为10μm后得到的结果。可以看出与频率为13.56MHz时(图5A)相比，频率为2MHz时(图5B)能够进行更深的蚀刻，开口部附近的内径变动也较小，能够获得良好的孔形状。
图6是示出在向对置电极施加不同频率的交流电压时，对所产生的等离子体的发光进行光谱测定后得到的结果的图表，横轴是施加功率[W]，纵轴是F自由基的发光强度。在此，“F自由基”是在通过使用含氟(F)的工艺气体而产生的等离子体中观测到的粒子。根据图6的图表可以明确以下观点。图6是使用图7的等离子体处理装置而得到的结果。在图7中，示出了交流电源的频率为2MHz的结构例，但在使用频率为13.56MHz的交流电源的情况下，通过在相同位置替换交流电源，从而获得了图6的结果。
当频率为2MHz时(□标记)，伴随着施加功率的增大，放电区域从F自由基的发光强度低的区域(辉光放电区域)向F自由基的发光强度强的区域(感应放电区域)转移。此时，在两个区域之间，存在放电发生转换的模式跳变区域。由于存在该模式跳变区域，因此存在着在感应放电区域的放电达到稳定之前需要1分钟左右的手动调整时间的问题。
另一方面，当频率为13.56MHz时(○标记)，由于不存在频率为2MHz时所观测到的模式跳变区域，因此即使对施加功率进行增减，也能够保持放电稳定，从而能够进行稳定的蚀刻。然而，当频率为13.56MHz时，与频率为2MHz的感应放电区域相比，F自由基的发光强度为一半左右。因此，存在与频率为2MHz时相比蚀刻速度减半、处理时间翻倍的问题。
期待开发出兼具两者优点，即，能够进行利用观测到强“F自由基”的感应放电区域的蚀刻、也能够回避模式跳变区域的影响的等离子体处理装置。
专利文献1：日本专利公开2012-248578号公报。
发明内容
本发明是鉴于以往这种实际情况而设计出的，其目的在于，提供一种能够不受模式跳变区域的影响而稳定地利用感应放电区域中的优异的蚀刻特性的等离子体处理装置。
本发明的一方式所涉及的等离子体处理装置具备：腔室，其内部能够进行减压，在所述内部能够对被处理体进行等离子体处理；平板状的第一电极，配设于所述腔室内，载置所述被处理体；第一高频电源，对所述第一电极施加第一频率的偏置电压；螺旋状的第二电极，配置于所述腔室外，以隔着形成所述腔室的上盖的石英板而与所述第一电极对置的方式配置；以及气体导入单元，将含有氟的工艺气体从在所述上盖或其附近配置的气体导入口导入到所述腔室内，针对所述第二电极，电连接有施加第二频率的交流电压的第二高频电源和施加比所述第二频率高的第三频率的交流电压的第三高频电源，同时施加两种交流电压。
在上述一方式中，所述第二电极可以具有：第一部位，配置于螺旋状的中心端，从所述第二电源施加高频；第二部位，配置于螺旋状的外周端，与大地接地；以及第三部位，配置于螺旋状的位于所述中心端和所述外周端之间的中间区域，从所述第三电源施加高频。
在上述一方式中，所述第三部位可以配置于所述第二电极的所述中间区域之中形成螺旋状的最外周区域。
在上述一方式中，所述螺旋状的第二电极可以通过重复配置具有特定的半径的第一环绕部、具有比所述特定的半径大的半径的第二环绕部、以及将所述第一环绕部和所述第二环绕部连接的连接部，从而形成螺旋状。
在上述一方式中，可以是被连接于所述第二电极的、所述第二电源的所述第二频率为2MHz且所述第三电源的所述第三频率为13.56MHz。
在本发明的上述方式中，针对与载置被处理体的第一电极对置而配设的第二电极，施加频率λb的交流电压的高频电源B和施加比所述λb高的频率λc的交流电压的高频电源C被电连接于第二电极，能够同时施加两种交流电压。据此，第二电极一直为不同频率λb、λc的交流电压重叠后的状态。因此，即使一个频率λb是产生模式跳变区域的频率的交流电压，也可以选择不产生模式跳变区域的频率的交流电压来作为另一个频率λc，通过将两者组合，能够消除模式跳变区域的影响。
因此，本发明的上述方式会带来能够不受模式跳变区域的影响而稳定地利用感应放电区域中的优异的蚀刻特性的等离子体处理装置。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式所涉及的等离子体处理装置的一例的截面图。
图2是示出电源B和电源C针对第二电极的连接位置的一例的俯视图。
图3A是示出电源B和电源C针对第二电极的连接位置的另一例的俯视图。
图3B是示出电源B和电源C针对第二电极的连接位置的又一例的俯视图。
图4是通过图1的等离子体处理装置制造出的非贯通孔的截面SEM照片。
图5A是通过以往的等离子体处理装置制造出的非贯通孔的截面SEM照片。
图5B是通过以往的等离子体处理装置制造出的非贯通孔的截面SEM照片。
图6是示出施加于第二电极的功率与F自由基的发光强度之间的关系的图表。
图7是示出以往的等离子体处理装置的一例的截面图。
具体实施方式
在下文中，基于附图对本发明的一实施方式所涉及的等离子体处理装置进行说明。
图1的等离子体处理装置10是在例如通过排气单元TMP能够进行减压的腔室11内对被处理体S进行等离子体处理的装置。
本实施方式的等离子体处理装置10具备：腔室11、平板状的第一电极(支撑单元)12、高频电源A、上盖13、螺旋状的第二电极(天线)14、气体导入口(15a、15b、15c)、以及气体导入单元(未图示)。第一电极(支撑单元)12配设于腔室11内，载置被处理体S。高频电源(第一高频电源)A能够对第一电极12施加频率(第一频率)λa的偏置电压。螺旋状的第二电极(天线)14配设于腔室11外，以隔着形成腔室11的上盖13的石英板而与第一电极12对置的方式配置。气体导入单元将含有氟(F)的工艺气体G从配设于所述上盖13或其附近(腔室11的上部)的气体导入口15(15a、15b、15c)导入到腔室11内。
此外，在等离子体处理装置10中，针对第二电极14，电连接有施加频率(第二频率)λb(2MHz)的交流电压的高频电源(第二高频电源)B和施加比所述λb高的频率(第三频率)λc(13.56MHz)的交流电压的高频电源(第三高频电源)C。高频电源B向第二电极14施加频率λb(2MHz)的交流电压。高频电源C向第二电极14施加比所述频率λb高的频率λc(13.56MHz)的交流电压。也就是，本实施方式的等离子体处理装置10能够对第二电极14同时施加两种交流电压。而且，如图1所示，优选经过匹配器(M/B)和滤波器(Filter)之后对第二电极14施加各个交流电压的结构。
通过上述结构，第二电极14能够一直具有不同频率λb、λc的交流电压重叠后的状态。因此，即使一个频率λb是产生模式跳变区域的频率的交流电压，也能够选择不产生模式跳变区域的频率的交流电压来作为另一个频率λc。通过将两者组合，能够消除模式跳变区域的影响。因此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置10能够不受模式跳变区域的影响而稳定地利用感应放电区域中的优异的蚀刻特性。
作为本实施方式中的“被处理体S”，例如可列举出硅、二氧化硅。
作为本实施方式中的“含有氟(F)的工艺气体G”，例如可列举出SF6、C4F8、C3F8、CF4、CHF3、BF3、NF3、SiF4。
图2是示出电源B和电源C针对第二电极的连接位置的一例的俯视图。
如图2所示，在所述第二电极14中，在螺旋状的中心端配置有部位(第一部位)b，在螺旋状的外周端配置有部位(第二部位)e，在螺旋状的位于该中心端与该外周端之间的中间区域配置有部位(第三部位)c(c1～c7)。部位b从所述电源B向第二电极14施加高频的交流电压。部位e与大地接地。部位c从所述电源C向第二电极14施加高频的交流电压。
例如，通过在c1～c7中的任意一个的位置从电源C施加高频的交流电压，从而能够对第二电极14的不同频率λb、λc的交流电压重叠后的状态进行控制。例如，根据工艺气体的种类或流量、使等离子体产生的状态的压力等，来进行细微的调整，从而能够进行控制使得模式跳变区域的影响在长时间内被消除。这会带来稳定的量产工艺。
特别是，优选所述部位c配置于所述第二电极14的中间区域之中形成螺旋状的最外周区域(从c7至e的区域)的结构。根据该结构，能够在c7至c1(部位b)的第二电极14的大部分中进行基于确定蚀刻工艺特性的低频λb的工艺等离子体生成。据此，能够将基于在工艺中只是进行辅助的等离子体生成的高频λc的等离子体生成区域遏止在c7至e的第二电极14的外缘。同时，能够得到在第二电极14上容易确保“适合于基于低频λb的放电的高阻抗区域”和“适合于基于高频λc的放电的低阻抗区域”的结构。
所述螺旋状的第二电极14优选具有通过重复配置环绕部(第一环绕部)α、环绕部(第二环绕部)β以及连接部S从而形成螺旋状的结构。环绕部α具有特定的半径。环绕部β具有比该特定的半径大的半径。连接部S将该环绕部α和该环绕部β连接。根据该结构，能够抑制在内侧线路(环绕部α)中流过的电流集中于上述连接部S。因此，在具备作为如图2所示的高频天线来发挥功能的第二电极14的等离子体处理装置中，能够抑制因第二电极14局部发热而使该第二电极14的一部分产生损伤。此外，能够抑制在腔室11内形成的等离子体密度在上述连接部的下方的区域中高于其他区域。环绕部α、环绕部β、以及连接部S被重复配置的数量并未特别限制。
优选被连接于所述第二电极14的、所述电源B的频率λb为2[MHz]且所述电源C的频率λc为13.56[MHz]的结构。根据该结构，能够获得确保通过使用λc从而一直能够没有模式跳变而稳定放电的功能的结构。
图3A以及图3B是示出电源B和电源C针对第二电极的连接位置的另一例的俯视图。
如图3A所示，本实施方式中的第二电极也可以具有在所述螺旋状的第二电极14的中央部，不存在第二电极14的区域占有较大面积的结构。根据该结构，在进行蚀刻面内分布的优化时，对于不希望在中央部存在工艺等离子体生成的情况，能够特别地通过缩短第二电极的长度来实现RF损耗少的、更高效的ICP放电。
如图3B所示，本实施方式中的第二电极还可以具有在所述螺旋状的第二电极14的中央部，不存在第二电极14的区域占有较小面积的结构。根据该结构，在进行蚀刻面内分布的优化时，能够应对希望在中央部存在工艺等离子体生成的情况。
图4是通过图1的等离子体处理装置制造出的非贯通孔的截面SEM照片。
确认出通过使用本实施方式的等离子体处理装置，能够不受模式跳变区域的影响，而与以往的等离子体处理装置同样地制造出陡峭的深槽形状的非贯通孔。
因此，根据本实施方式的等离子体处理装置，能够不受模式跳变区域的影响而稳定地利用感应放电区域中的优异的蚀刻特性。因此，本实施方式有助于构建具有高量产性的生产线。
以上对本发明的等离子体处理装置进行了说明，但本发明并不限定于此，在不脱离发明宗旨的范围内，可以适当变更。
产业上的可利用性
本发明能够广泛应用于等离子体处理装置。
符号说明
A 高频电源(第一高频电源)
B 高频电源(第二高频电源)
C 高频电源(第三高频电源)
G 工艺气体
M/B 匹配器
S 被处理体
TMP 排气单元
λa 频率(第一频率)
λb 频率(第二频率)
λc 频率(第三频率)
10 等离子体处理装置
11 腔室
12 第一电极(支撑单元)
13 上盖
14 第二电极(天线)
15(15a、15b、15c) 气体导入口
b 部位(第一部位)
e 部位(第二部位)
c 部位(第三部位)
α 环绕部(第一环绕部)
β 环绕部(第二环绕部)
S 连接部

Claims (5)

1.一种等离子体处理装置，具备：
腔室，其内部能够进行减压，在所述内部能够对被处理体进行等离子体处理；
平板状的第一电极，配设于所述腔室内，载置所述被处理体；
第一高频电源，对所述第一电极施加第一频率的偏置电压；
螺旋状的第二电极，配置于所述腔室外，以隔着形成所述腔室的上盖的石英板而与所述第一电极对置的方式配置；以及
气体导入单元，将含有氟的工艺气体从在所述上盖或其附近配置的气体导入口导入到所述腔室内，
针对所述第二电极，电连接有施加第二频率的交流电压的第二高频电源和施加比所述第二频率高的第三频率的交流电压的第三高频电源，同时施加两种交流电压。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，
所述第二电极具有：第一部位，配置于螺旋状的中心端，从所述第二电源施加高频；第二部位，配置于螺旋状的外周端，与大地接地；以及第三部位，配置于螺旋状的位于所述中心端和所述外周端之间的中间区域，从所述第三电源施加高频。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，
所述第三部位配置于所述第二电极的所述中间区域之中形成螺旋状的最外周区域。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的等离子体处理装置，
所述螺旋状的第二电极通过重复配置具有特定的半径的第一环绕部、具有比所述特定的半径大的半径的第二环绕部、以及将所述第一环绕部和所述第二环绕部连接的连接部，从而形成螺旋状。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的等离子体处理装置，
被连接于所述第二电极的、所述第二电源的所述第二频率为2MHz且所述第三电源的所述第三频率为13.56MHz。
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