CN1534737A - 干式蚀刻装置及干式蚀刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能进行与要形成的图案无关，能够控制尺寸偏移且获得所需腐蚀形状的干式蚀刻装置及方法。在反应室(101)内的下部电极(102)上，配置聚焦环(107)，使其包围被处理基板(150)。聚焦环(107)，由从预先准备的具有不同半径的多个环中选择的环(第1～第3环(107a～107c))组合而成。从而使聚焦环(107)具有与腐蚀对象物的图案开口率对应的表面积。
Description
技术领域
本分明涉及一种干式蚀刻装置及干式蚀刻方法。
背景技术
图12示出现有技术对氧化膜等进行腐蚀时使用的干式蚀刻装置的简要结构。
正如图12所示，被处理基板20放置在设置于反应室11底部的下部电极12上。在反应室11的天花板部，隔着产生等离子体的空间，设置着与下部电极12相对的上部电极13。在反应室11的外侧，设置着向下部电极12施加13.56MHz的电力的高频电源14。另外，在反应室11的侧部，设置着气体导入口15和气体排放口16，前者旨在将工艺用气体导入反应室11内，后者则旨在将工艺用气体从反应室11中排出。进一步，在下部电极12上，还设置着由硅构成的聚焦环(Si聚焦环)17，聚焦环17包围着被处理基板20。
此外，虽然图中没有示出，但在被处理基板20上，通过硅氮化膜等，形成了腐蚀对象物的硅氧化膜。
图13示出图12所示的Si聚焦环17、即现有技术的聚焦环的平面结构。正如图13所示，Si聚焦环17是单一的环，其中心具有与被处理基板20即晶片的口径对应的开口部。
使用图12所示的现有技术的干式蚀刻装置，对氧化膜进行干式蚀刻的方法的具体内容如下：
首先，作为反应性气体，从气体导入口15将C4F8、C5F8或CF4等氟代烃气体，供送到反应室11内，产生由该气体形成的等离子体。在该等离子中，发生诸如
或
这时，由于在被处理基板20上的氧化膜(SiO2膜)与例如氟原子团之间，出现用下述反应式等表示的反应：
所以对氧化膜进行腐蚀(氧化膜腐蚀)，能进行氧化膜的加工。
可是，由上述等离子体产生的氟代烃(CxFy)原子团，在腐蚀对象物的氧化膜上，产生由碳和氟构成的聚合物(氟代烃聚合物)。不过，由于在通过(式1)所示的反应后产生的O*(氧原子团)和氟代烃聚合物之间，发生用下述反应式等表现的反应：
所以能够去掉氧化膜上的氟代烃聚合物。
另一方面，氧化膜腐蚀结束后，氧化膜下面的硅基板或硅氮化膜一露出来，就不能产生(式1)所示的那种O*，所以也不能产生(式2)所示的由氧原子团进行的除去氟代烃聚合物的反应。就是说，在硅基板上或硅氮化膜上，在氟代烃原子团的作用下，堆积了氟代烃聚合物。其结果，由于硅及硅氮化膜的腐蚀速度受到抑制，所以就能确保氧化膜及其基底的硅或硅氮化膜之间的选择比。这样，SiO2/Si选择比(或SiO2/SiN选择比)，通常依赖于等离子体中的氟代烃原子团与氟原子团之比(以下称作“CxFy/F比”)。具体地说，CxFy/F比增大后，硅的腐蚀速度就下降，所以SiO2/Si选择比就变大。反之，CxFy/F比减小后，硅的腐蚀速度就上升，所以SiO2/Si选择比就变小。像这样，在氧化膜的腐蚀中，CxFy/F比的控制非常重要。
在图12所示的干式蚀刻装置中，由于在反应室11中配置着由硅构成的部件，具体地说，由于在下部电极12的周边配置着Si聚焦环17，所以可以提高SiO2/Si选择比。其理由如下：由于在反应室11内，构成Si聚焦环17的硅与氟原子团反应，所以氟原子团被清除，其密度下降。于是，CxFy/F比增大，硅的腐蚀速度下降，SiO2/Si选择比就要因此变大。就是说，聚焦环具有通过与等离子体中的原子团或离子进行反应，从而控制该原子团或离子的密度的作用，(参阅专利第3333177号说明书(第11～12页)、特开平7-245292号公报(第2页)、特开平8-186096号公报(第2页)、特开2002-9048号公报(图4)、特开2002-164323号公报(第3页)、特开2002-190466号公报(第2页))。
氧化膜腐蚀，历来主要在氧化膜上形成接触孔时使用。但近年来，伴随着ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductor)路线图所显示出来的细微化的进展，抗蚀剂膜也越来越薄。其结果，即使在历来将抗蚀剂图案作为掩膜使用的腐蚀工序中，也采用了由氧化膜等构成的硬掩膜。作为其代表示例，可以举出旨在形成由多晶硅构成的栅电极的腐蚀工序中利用氧化膜硬掩膜的例子。
然而，使用图12所示的现有技术的干式蚀刻装置，对上述氧化膜硬掩膜进行布图时，却存在着下述问题。
图14(a)及(b)是为了讲述使用现有技术的干式蚀刻装置进行氧化膜腐蚀时存在的问题而绘制的图形。
正如图14(a)所示，在腐蚀对象物的氧化膜21上，形成例如具有栅电极图案的抗蚀剂图案22。在这里，设抗蚀剂图案22的宽度(图刻蚀术后的尺寸)为L0。其后，如图14(b)所示，将抗蚀剂图案22作为掩膜，对氧化膜21进行腐蚀，使氧化膜21图案化。在这里，设图案化的氧化膜21A的宽度(干式蚀刻后的尺寸)为L1。
但是，使用现有技术的干式蚀刻装置时，如图14(b)所示，会出现下述问题：氧化膜21的腐蚀形状(图案化后的氧化膜21A的剖面形状)成为锥状，而不能成为需要的垂直形状。另外，还会出现尺寸偏移量(干式蚀刻后的尺寸L1-图刻蚀术后的尺寸L0)增大的问题。
发明内容
有鉴于比，本发明的目的是要实现与将要形成的图案无关，能够控制尺寸偏移量，而且能获得需要的腐蚀形状的干式蚀刻，更具体地说，目的是要与将要形成的图案无关地在氧化膜腐蚀中能够控制尺寸偏移量，并获得需要的腐蚀形状。
为了达到上述目的，本申请发明人对使用现有技术的干式蚀刻装置，在对栅电极形成用的氧化膜硬掩膜进行布图时引起尺寸偏移量增大、腐蚀形状控制性不良的原因进行研究，结果有了如下发现。
即：在利用现有技术的干式蚀刻装置能够顺利形成接触孔等的氧化膜腐蚀中，腐蚀对象物的氧化膜的图案开口率顶多只有百分之几。在这里，所谓图案开口率，是指通过腐蚀要去掉的氧化膜的面积，与腐蚀前氧化膜的总面积之比。换言之，所谓图案开口率，是每个芯片的氧化膜的开口面积与该芯片的面积之比。
然而，在采用现有技术的干式蚀刻装置而出现问题的、形成具有栅电极图案硬掩膜等的氧化膜腐蚀中，氧化膜的图案开口率达到20～80％，与以前形成接触孔时的图案开口率比起来，相差悬殊。
本申请发明人使用现有技术的以形成接触孔为前提、利用Si聚焦环提高反应室内CxFy/F比的干式蚀刻装置，进行图案开口率较大的氧化膜腐蚀时，发现存在上述各种问题。就是说，这时，一方面与应当腐蚀的氧化膜的面积相比，氟原子团即腐蚀物(腐蚀种)不足；另一方面，导致聚合物堆积的氟代烃原子团即堆积物(堆积种＝deposit种)却过剩。其结果，本申请发明人发现：因为在反应室中不能得到适当的CxFy/F比，所以产生了尺寸偏移量增大、腐蚀形状的控制性(以下称作“形状控制性”)劣化等问题。
本申请发明人进而根据上述发现，产生了如下想法：按照腐蚀对象物的图案开口率，调节干式蚀刻装置的聚焦环的表面积，从而解决上述问题。具体地说，就是在进行氧化膜腐蚀时，按照氧化膜的图案开口率，变更清除等离子体中的氟原子团的Si聚焦环的表面积，将氧化膜上的CxFy/F比调整成最佳状态，从而防止尺寸偏移量增大或形状控制性劣化的构思。
另外，本申请发明人还产生了如下想法：使用与等离子体中的氟原子团反应的Si，和与氟原子团的反应性低的材料(例如SiC、SiO2、Al2O3、Y2O3等)形成聚焦环，从而控制聚焦环上各点中的氟原子团的清除量，提高晶片面内的CxFy3/F比的均匀性。
本发明就是根据上述见识产生的。具体地说，本发明涉及的第1干式蚀刻装置，以具有配置在反应室内的电极上的包围着腐蚀对象物的聚焦环的干式蚀刻装置为前提。聚焦环的表面积与腐蚀对象物的图案开口率对应。
采用第1干式蚀刻装置后，由于聚焦环具有与腐蚀对象物的图案开口率对应的表面积，所以能按照腐蚀对象物的图案开口率，控制等离子体中的腐蚀物的清除量。具体地说，随着腐蚀对象物的图案开口率(即腐蚀对象面积)的增大，使用表面积较小的聚焦环，从而降低腐蚀物的清除量。反之，随着腐蚀对象物的图案开口率的减小，使用表面积较大的聚焦环，从而增大腐蚀物的清除量。这样就能进行与要形成的图案无关、准确控制尺寸偏移量、而且能获得所需要的腐蚀形状的干式蚀刻。
本发明涉及的第2干式蚀刻装置，以具有聚焦环的干式蚀刻装置为前提，该聚焦环配置在反应室内的电极上并包围着腐蚀对象物。聚焦环由从预先准备的具有不同半径的多个环中选择的一个环或2个以上的环组合而成，从而使聚焦环的表面积与腐蚀对象物的图案开口率对应。
采用第2干式蚀刻装置后，聚焦环由从具有不同半径的多个环中选择的一个环或2个以上的环组合而成，从而使聚焦环的表面积与腐蚀对象物的图案开口率对应。就是说，在第2干式蚀刻装置中，也和第1干式蚀刻装置一样，使聚焦环的表面积与腐蚀对象物的图案开口率对应，所以能获得同样的效果。另外，还可以轻而易举地调节聚焦环的表面积。
此外，在本说明书中，所谓环的半径，除非特别说明，指的是具有一定宽度的环的最外周部的半径(外径)。另外，在第1或第2干式蚀刻装置中，以将聚焦环设置在电极上，使聚焦环的内侧面和形成腐蚀对象物(例如氧化膜等)的基板(晶片)的端部相接为前提。换言之，本发明的聚焦环，在其中心部，具有与晶片的口径对应的开口部。所以，在本说明书，所谓聚焦环的表面积，除非特别说明，指的就是聚焦环在反应室内的等离子体中露出部分的面积，它相当于包围腐蚀对象物的聚焦环的上面及外侧面的面积。
另外，在第2干式蚀刻装置中，构成聚焦环的多个环，应当毫无间隙地互相组合。具体地说，2个以上的环互相组合时，具有小半径的环的外侧面，应当与具有大半径的环的内侧面相接。
在第2干式蚀刻装置中，多个环的每一个，最好以硅为主要成分。
这样，在对氧化膜进行腐蚀时(即在腐蚀对象物是氧化膜时)，就能够按照腐蚀对象物——氧化膜的图案开口率，调节以硅为主要成分的聚焦环的表面积。因此，能控制清除氧化膜的腐蚀物(例如等离子体中的氟原子团)的量，所以能将氧化膜上的堆积物(例如等离子体中的CxFy原子团)的量和腐蚀物量之比(例如CxFy/F)最佳化。从而能与要形成的图案无关，精确控制氧化膜腐蚀中的尺寸偏移量，实现所需的腐蚀形状。
在第2干式蚀刻装置中，多个环最好至少含有2个将互不相同的材料作为主成分的环。
这样，这样就能使聚焦环由一个(多个也行)以对腐蚀物的清除能力高的材料为主要成分的环和一个(多个也行)以对腐蚀物的清除能力低的材料为主要成分的环构成。这样由于能控制聚焦环上(即晶片周边部上)的腐蚀物量的急剧变化，所以能够对于腐蚀对象物的腐蚀速度、腐蚀对象物与其基底之间的选择比或腐蚀形状等，提高晶片面内的均匀性。
此外，在本说明书中，所谓“以某种材料为主要成分，”还含有“仅由某种材料构成”的意思。
在第2干式蚀刻装置中，多个环最好含有以硅为主要成分的第1环，和以硅之外的其它材料为主要成分的第2环。
这样，就能在对氧化膜进行腐蚀时(即在腐蚀对象物是氧化膜时)，使聚焦环由以对腐蚀物(例如氟原子团)的清除能力高的硅为主要成分的第1环(多个也行)和以对腐蚀物的清除能力低的其它材料为主要成分的第2环(多个也行)构成。这样，就能控制聚焦环上(即晶片周边部上)的腐蚀物量以及堆积物(例如CxFy原子团)的量和腐蚀物量之比(例如CxFy/F)的急剧变化。所以能够对于氧化膜的腐蚀速度、氧化膜与其基底之间的选择比或腐蚀形状等，提高晶片面内的均匀性。另外，硅以外的其它材料，如果至少含石英(SiO2)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)及氧化铱(Y2O3)中的一个后，就能可靠地获得对于所述的腐蚀速度等的晶片面内的均匀性的提高效果。
在第2干式蚀刻装置中，多个环最好至少含有1个以和腐蚀对象物相同的材料为主要成分的环。
这样，就能例如在对氧化膜(SiO2膜)进行腐蚀时，通过使用包含由SiO2构成的环的聚焦环，使腐蚀对象面积(SiO2面积)即图案开口率实质上增大。换句话说，通过使用以和腐蚀对象物相同材料为主要成分的环构成聚焦环，从而能使腐蚀对象面积实质上增大。这样，就能将供给图案开口率例如为百分之几的腐蚀对象物中的被腐蚀部分(抗蚀剂掩膜的开口部的下侧)的腐蚀物量，调整成与供给图案开口率例如为百分之几十的腐蚀对象物中的被腐蚀部分(抗蚀剂掩膜的开口部的下侧)的腐蚀物量大致相等。就是说，只要调整聚焦环的构成，就能使用相同的干式蚀刻装置，对具有各种图案开口率的多个腐蚀对象物的每一个，进行高精度的腐蚀。
本发明涉及的干式蚀刻方法，以具有在反应室内的电极上被配置成包围腐蚀对象物的聚焦环的干式蚀刻装置为前提，包括：将腐蚀对象物安放到电极上的工序；将气体导入反应室，产生由该气体组成的等离子体，使用该等离子体进行干式蚀刻的工序；还包括：在进行干式蚀刻的工序前，按照腐蚀对象物的图案开口率，调节聚焦环的表面积的工序。
采用本发明的干式蚀刻的方法后，由于在实施干式蚀刻之际，按照腐蚀对象物的图案开口率，调节聚焦环的表面积，所以能控制等离子体中的腐蚀物的清除量。具体地说，随着腐蚀对象物的图案开口率(即腐蚀对象面积)的增大，将聚焦环的表面积调小，从而降低腐蚀物的清除量。反之，随着腐蚀对象物的图案开口率的减小，将聚焦环的表面积调大，从而增大腐蚀物的清除量。这样，就能进行与要形成的图案无关、准确控制尺寸偏移量、而且能获得所需要的腐蚀形状的干式蚀刻。
在本发明的干式蚀刻方法中，调节聚焦环的表面积的工序，最好包括从预先准备的具有不同半径的多个环中选择一个环或2个以上的环的组合，由选择的环构成聚焦环的的工序。
这样，就能轻而易举地调节聚焦环的表面积。
另外，这时，多个环最好至少含有2个将互不相同的材料作为主成分的环。
这样，就能使聚焦环由一个(多个也行)以对腐蚀物的清除能力高的材料为主要成分的环和一个(多个也行)以对腐蚀物的清除能力低的材料为主要成分的环构成。这样由于能控制聚焦环上(即晶片周边部上)的腐蚀物量的急剧变化，所以能够对于腐蚀对象物的腐蚀速度、腐蚀对象物与其基底之间的选择比或腐蚀形状等，提高晶片面内的均匀性。
在本发明的干式蚀刻方法中，所述气体最好至少含有CF4、CHF3、C4F8、C5F8、C4F6及C2F6中的一种气体。
这样，就能在对氧化膜进行腐蚀时(即在腐蚀对象物是氧化膜时)，只要在使用以硅为主要成分的聚焦环的同时，按照氧化膜的图案开口率，调节该聚焦环的表面积，就能控制清除氧化膜腐蚀物(例如等离子体中的氟原子团)的量。因此，就能使氧化膜上的堆积物(例如等离子体中的CxFy原子团)的量和腐蚀物量之比(例如CxFy/F比)最佳化，从而能进行与要形成的图案无关、准确控制尺寸偏移量、而且能获得所需要的腐蚀形状的干式蚀刻。
采用本发明后，由于聚焦环是通过从具有不同半径的多个环中选择的环的组合而成，所以能够按照腐蚀对象物的图案开口率，调节聚焦环的表面积。即：在图案开口率较大时，减小聚焦环的表面积，可以使腐蚀物的清除量减少；在图案开口率较小时，加大聚焦环的表面积，可以使腐蚀物的清除量增大。这样就可以进行与要形成的图案无关、控制尺寸偏移量、并获得需要的腐蚀形状的干式蚀刻。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式涉及的干式蚀刻装置的简要结构的图形。
图2是表示本发明的第1实施方式涉及的干式蚀刻装置的聚焦环的平面结构的图形。
图3是表示专利发明人在和本发明的第1实施方式涉及的干式蚀刻方法相同条件下，使聚焦环的半径变化时，对变化情况进行调查的结果的图形。
图4(a)是表示被腐蚀物——氧化膜被图案化成倒锥形的情况的图形，(b)是表示被腐蚀物——氧化膜被图案化成垂直形状的情况的图形，(c)是表示被腐蚀物——氧化膜被图案化成正锥形的情况的图形。
图5是表示专利发明人在和本发明的第1实施方式涉及的干式蚀刻方法相同条件下，对氧化膜的图案开口率和能将氧化膜图案化成垂直形状的Si聚焦环半径之间关系进行调查的结果的图形。
图6(a)～(c)是表示使用本发明的第1实施方式涉及的干式蚀刻装置及干式蚀刻方法，形成沟道的各工序的剖面图。
图7(a)～(c)是表示比较示例涉及的形成沟道方法的各工序的剖面图。
图8是表示比较示例涉及的形成沟道方法的一工序的剖面图。
图9是表示本发明的第2实施方式涉及的干式蚀刻装置的简要结构的图形。
图10是表示本发明的第2实施方式涉及的干式蚀刻装置的聚焦环的平面结构的图形。
图11(a)是表示专利发明人对在和本发明的第2实施方式涉及的干式蚀刻方法相同的腐蚀条件下，使用Si聚焦环时，CxFy/F比沿晶片半径方向的分布情况进行调查的结果的图形；(b)是表示专利发明人对在和本发明的第2实施方式涉及的干式蚀刻方法相同的腐蚀条件下，使用由SiC环和Si环构成的聚焦环时，CxFy/F比沿晶片半径方向的分布情况进行调查的结果的图形。
图12是表示现有技术的干式蚀刻装置的简要结构的图形。
图13是表示现有技术的干式蚀刻装置的聚焦环的平面结构的图形。
图14(a)及(b)是为了讲述使用现有技术的干式蚀刻装置对氧化膜进行腐蚀时存在的问题而绘制的图形。
图中：；101-反应室；102-下部电极；103-上部电极；104-高频电源；105-气体导入口；106-气体排出口；107-聚焦环；107a-第1环；107b-第2环；107c-第3环；108-聚焦环；108a-第1环；108b-第2环；108c-第3环；150-被处理基板；151-氧化膜；152-抗蚀剂图案；160-基板；161-基底膜；162氧化膜；163-抗蚀剂图案；164-沟道；165-布线。
具体实施方式
(第1实施方式)
下面，参阅附图，以氧化膜腐蚀为例，讲述本发明的第1实施方式涉及的干式蚀刻装置及干式蚀刻方法。
图1示出第1实施方式涉及的干式蚀刻装置的简要结构。
正如图1所示，被处理基板150放置在设置于反应室101底部的下部电极102上。在反应室101的天花板部，隔着产生等离子体的空间，设置着与下部电极102相对的上部电极103。在反应室101的外侧，设置着向下部电极102施加例如13.56MHz的电力的高频电源104。另外，在反应室101的侧部，设置着气体导入口105和气体排放口106，前者旨在将工艺用气体导入反应室101内，后者则旨在将工艺用气体从反应室101中排出。进一步，在下部电极102上，还设置着由硅构成的聚焦环(Si聚焦环)107，聚焦环17包围着被处理基板150。
此外，虽然图中没有示出，但在被处理基板150上，通过硅氮化膜等，形成了腐蚀对象物的硅氧化膜。
图2示出图1所示的聚焦环107、即本实施方式的聚焦环的平面结构。
正如图2所示，本实施方式的聚焦环107的特点是，将多个具有不同半径的环，组合成同心圆状后构成。具体地说，图2示出将宽2cm、外径12cm的第1环107a和宽2cm、外径14cm的第2环107b、宽2cm、外径16cm的第3环107c毫无间隙地组合起来，从而构成聚焦环107的情形。这时，成为聚焦环107的内侧面的第1环107a的内侧面，与成为被处理基板150的半径为10cm的晶片的端部相接。另外，在本实施方式中，各环107a、107b、107c都以硅为主要成分。
如图2所示，通过将3个环107a～107c组合起来，构成宽6cm、半径(外径)为16cm的聚焦环107。可是，在本实施方式中，通过改变各环的组合方法，可以任意改变聚焦环107的宽度及半径即聚焦环的表面积。例如：将第1环的107a及第2环的107b的2个环组合起来，就能构成宽4cm、半径为14cm的聚焦环107。
此外，在本实施方式中，所谓聚焦环107的表面积，是聚焦环107在反应室101内的等离子体中露出来的部分的面积，它相当于围住被处理基板(晶片)150的聚焦环107的上面及外侧面的面积。
使用图1所示的本实施方式的干式蚀刻装置，对氧化膜进行干式蚀刻的方法的具体内容如下：
首先，从气体导入口105将C4F8、C5F8或CF4等氟代烃气体(反应性气体)、Ar气及氧气，供送到反应室101内，产生由这些气体形成的等离子体。使用该等离子体，对被处理基板105上的氧化膜进行腐蚀加工。这时的具体的腐蚀条件是，例如：C4F8流量为10ml/min(标准状态)、O2流量为5ml/min(标准状态)、Ar流量为400ml/min(标准状态)、腔内压力为7Pa、等离子体发生用RF电力为1500W、基板温度为20℃。
在所述等离子体中，导入反应室内的气体被分解，产生成为堆积物的CxFy原子团(氟代烃原子团)和成为腐蚀物的F原子团(氟原子团)。该氟原子团与聚焦环107中所含的硅反应后被清除，所以等离子体中的氟原子团实质上减少。在这里，由于氟原子团的减少取决于聚焦环107和氟原子团的反应，所以，氟原子团的减少量与聚焦环107的表面积成正比。这样，堆积物量和腐蚀物量之比(CxFy/F比)也与聚焦环107的表面积成正比。
另一方面，在本实施方式中，如前所述，通过改变多个环的组合方式，改变聚焦环107的半径(外径)，从而能使聚焦环107的表面积变化，因此也能使等离子体中的CxFy/F比变化。
图3示出对在和本实施方式相同的腐蚀条件下，改变Si聚焦环的半径时CxFy/F比的变化情况进行调查后的结果。在图3中，横轴表示聚焦环的半径(外径)，纵轴表示CxFy/F比。另外，图3所示的CxFy/F比，是在腐蚀对象物——氧化膜的图案开口率为80％时，在被处理基板——半径10cm的晶片的中心部上得到的值。此外，被处理基板是半径为10cm的晶片时，聚焦环的半径通常比10cm大。
正如图3所示，随着Si聚焦环的半径的增大，氟原子团的清除量也增大，所以CxFy/F比变大。在这里，半径为12cm的Si聚焦环，例如可以只用本实施方式的第1环107a构成。另外，半径为14cm的Si聚焦环，例如可以由本实施方式的第1环107a和第2环107b组合而成。进而，半径为16cm的Si聚焦环，例如可以由本实施方式的第1环107a、第2环107b和第3环107c组合而成。
另外，图3还示出图案开口率为80％的那样，将氧化膜图案化成线状时，Si聚焦环的半径和氧化膜腐蚀形状的关系。正如图3所示，随着聚焦环半径的增大，由氧化膜构成的线状图案的腐蚀形状，由倒锥形状，经过垂直形状，变化成正锥形状。这是随着聚焦环半径的增大，充当氧化膜的腐蚀物的氟原子团逐渐减少而出现的现象。就是说，氧化膜的腐蚀形状，随着Si聚焦环的半径而变，在与本实施方式相同的腐蚀条件下，如图3所示，Si聚焦环的半径从12cm到14cm时，可以获得良好的腐蚀形状——垂直形状。
此外，图4(a)示出将抗蚀剂图案152作为掩膜，对被处理基板150上的氧化膜151进行干式蚀刻时，氧化膜151被图案化成倒锥形状的样子；图4(b)示出在相同的情况下，氧化膜151被图案化成垂直形状的样子；图4(c)示出在相同的情况下，氧化膜151被图案化成正锥形状的样子。
图5示出对腐蚀对象物——氧化膜的图案开口率和能使氧化膜的腐蚀形状成为垂直形状的Si聚焦环半径之间的关系进行研究的结果。在图5中，横轴表示图案开口率，纵轴表示聚焦环半径(外径)。另外，图5所示的结果，是在与本实施方式相同的腐蚀条件下获得的。
正如图5所示，为了使氧化膜的腐蚀形状成为垂直形状，需要随着图案开口率的增大，减小聚焦环的半径。其理由如下：在图案开口率增大后，即在氧化膜中的腐蚀对象面积增大后，腐蚀时就需要更多的腐蚀物(氟原子团)，所以为了抑制氟原子团的清除量，就必须减小Si聚焦环的半径。反之，在图案开口率减小后，即在氧化膜中的腐蚀对象面积减小后，腐蚀时需要的氟原子团就要变少，所以为了增大氟原子团的清除量，就必须增加聚焦环的半径。
如前所述，在本实施方式中，可以通过多个环的组合，将聚焦环107的半径(外径)设定成适当的值。例如聚焦环107只由具有最小半径的第1环107a构成时，由于聚焦环107的表面积变小，所以氟原子团的清除量(减小量)变小，CxFy/F比变小，因而构成适应于高图案开口率的结构。另一方面，聚焦环107由3个环107a～107c组合而成时，由于聚焦环107的表面积变大，所以氟原子团的清除量(减小量)变多，CxFy/F比变大，因而构成适应于低图案开口率的结构。
综上所述，采用第1实施方式后，可以通过从具有不同半径的多个环中选择的环组合成聚焦环107，使组合而成的聚焦环107具有与腐蚀对象物的图案开口率对应的表面积。因此，能够按照腐蚀对象物的图案开口率，轻而易举地调节聚焦环107的半径及表面积。具体地说，只要按照腐蚀对象物——氧化膜的图案开口率，通过改变以硅为主要成分的环的组合方法，调节聚焦环107的表面积，就能控制清除氧化膜的腐蚀物——氟原子团的量。所以能将氧化膜上的堆积物(氢代烃原子团)量和腐蚀量之比(即CxFy/F比)调整成最佳状态，所以能够与要形成的图案无关，一面控制氧化膜腐蚀中的尺寸偏移量，一面实现所需的腐蚀形状。
另外，采用第1实施方式后，在氧化膜的开口率超过80％时，也能减小聚焦环107的半径，抑制氟原子团的清除量，降低CxFy/F比，从而能实现需要的形状——垂直形状。例如，从图3及图5所示的结果可知：在氧化膜的图案开口率是80％时，使用与本实施方式相同的条件，从图2所示的聚焦环107中拆去第3环107c后，就能获得良好的腐蚀形状。换言之，通过使用由第1及第2环107a及107b组合而成的半径为14cm的聚焦环107，就能获得良好的腐蚀形状。
此外，在第1实施方式中，通过改变半径为12cm、14cm、16cm等3种环的组合方法，调节聚焦环107的表面积。可是，在第1实施方式中，调节聚焦环107的表面积使用的环的个数及各环的半径没有特别的限定。但是，构成聚焦环107的各环，在互相毫无间隙地组合的同时，这样构成的聚焦环107，在其中心部还应当具有与晶片(被处理基板150)的口径对应的开口部。换言之，在各环相互组合，使具有小半径的环的外侧面和具有大半径的环的内侧面相接的同时，还要将聚焦环107安装在下部电极上，使聚焦环107的内侧面与被处理基板150的端部相接。另外，在第1实施方式中，聚焦环107也可以由与氧化膜的图案开口率对应的、具有最适当的半径的单一的环构成。
另外，在第1实施方式中，为了控制在氧化膜腐蚀中的等离子体中的腐蚀物(氟原子团)的清除量，作为构成聚焦环107的各环的主要成分，使用了硅。但毫无疑问，腐蚀对象物是氧化膜以外的物质时，作为构成聚焦环的各环的主要成分，使用能控制该腐蚀对象物的腐蚀物的清除量的适当的材料，也能获得和本实施方式相同的效果。
另外，在第1实施方式中，作为氧化膜腐蚀物的反应性气体(产生等离子体的气体)，使用了C4F8。但在第1实施方式中，产生等离子体的气体的种类，并没有特别限定，作为产生等离子体的气体，只要是至少包含例如CF4、CHF3、C4F8、C5F8、C4F6及C2F6中的一个就行。
另外，在第1实施方式中，将聚焦环107设置在具有下部电极102和上部电极103的干式蚀刻装置中的下部电极102上，包围着被处理基板150。但成为本发明的应用对象的干式蚀刻装置的型式，并没有特别限定。具体地说，将本发明的聚焦环设置在ECR(electron cyclptron resonance)及ICP(inductvely coupled plasma)型的不具有上部电极(取而代之的是天线及线圈)的干式蚀刻装置的反应室中的电极上，包围着腐蚀对象物，也能获得和本实施方式相同的效果。另外，毫无疑问，无论在哪种型式的干式蚀刻装置中，只要通过支架等支撑部，将晶片等腐蚀对象物设置在电极上就行。
另外，对第1实施方式涉及的干式蚀刻装置及干式蚀刻方法的应用对象，并没有特别限定。例如，在以形成硬掩膜及布线槽等沟道为目的的氧化膜腐蚀中应用时，就特别有效。
图6(a)～(c)是表示利用第1实施方式涉及的干式蚀刻装置及干式蚀刻方法，形成沟道(布线槽)的各工序的剖面图。
首先，如图6(a)所示，在例如由硅构成的基板160上，依次形成例如由SiC膜或SiN膜构成的基底膜161，及例如由SiO2膜构成的氧化膜162。然后，采用众所周知的图刻蚀术，在氧化膜162上形成在沟道形成区域具有开口部的抗蚀剂图案163。在这里，腐蚀对象物——氧化膜的图案开口率是30～70％左右。
其次，如图6(b)所示，将抗蚀刻图案163作为掩膜，对氧化膜162进行干式蚀刻，从而形成沟道164。这时，在使用图1所示的本实施方式的干式蚀刻装置的同时，还按照氧化膜162的图案开口率，调节聚焦环107(参阅图2)的表面积。具体地说，通过改变多个环的组合方式，改变聚焦环107的半径(外径)。从而能按照氧化膜162的图案开口率，控制干式蚀刻装置的反应室101内发生的等离子体中的腐蚀物的清除量，所以能将氧化膜图案化成垂直形状。就是说，能形成没有尺寸偏移的所需形状的沟道。
再其次，如图6(c)所示，去掉抗蚀剂图案163后，采用例如电镀法及CMP(chemical mechanical polishing)法等，将沟道164由阻挡膜及铜膜填埋，形成布线165。这时，由于沟道164具有没有尺寸偏移的所需形状，所以能形成具有所需的电气特性的优良的布线165。
(比较示例)
下面，作为比较示例，参阅附图，对采用现有技术的干式蚀刻装置及干式蚀刻方法形成沟道的过程作一叙述。
图7(a)～(c)是表示比较示例涉及的形成沟道(布线槽)的各工序的剖面图。
首先，如图7(a)所示，在由硅构成的基板170上，依次形成例如由SiC膜或SiN膜构成的基底膜171，及例如由SiO2膜构成的氧化膜172。然后，采用众所周知的图刻蚀术，在氧化膜172上形成在沟道形成区域具有开口部的抗蚀剂图案173。在这里，腐蚀对象物——氧化膜的图案开口率是30～70％左右。
其次，如图7(b)所示，将抗蚀刻图案173作为掩膜，对氧化膜172进行干式蚀刻，从而形成沟道174。可是，由于这时使用例如图12所示的现有技术的干式蚀刻装置即具有以形成腐蚀对象物的氧化膜的图案开口率是百分之几左右的接触孔为前提的聚焦环17(参阅图13)的干式蚀刻装置，所以氧化膜172的腐蚀形状不能成为所需的垂直形状，而是成为倒锥形。具体地说，形成宽度越靠近底部越窄的沟道174。
再其次，如图7(c)所示，去掉抗蚀剂图案173后，采用例如电镀法及CMP法等，将沟道174由阻挡膜及铜膜填埋，形成布线175。可是，由于沟道174的形状不良，所以布线175的形状也不能成为所需的形状，所以布线175的电气特性劣化，例如布线175的电阻增大。
此外，在图7(b)所示的腐蚀工序中，采用使导入反应室内的工艺气体(例如C4F8或CHF3等的反应性气体和Ar气体和O2气体的混合气体)中的O2气体流量增大，或将反应室内真空化，或增加等离子体产生用RF电力(即腐蚀物的离子化能量)等方法，可以使氧化膜172图案化成垂直形状。但这时，氧化膜172和基底膜171(由SiC膜或SiN膜等构成的腐蚀限制器)之间的选择比下降，产生如图8所示的被腐蚀到基底膜及基板的表面部的另一个问题。为了解决这个问题而将基底膜171厚膜化时，由于基底膜171的介电常数是5～7左右，所以又要产生使绝缘膜整体的实效介电常数增大这一新问题。这个问题在使用介电常数在3以下的低介电常数膜取代氧化膜172时，尤其显著。
(第2实施方式)
下面，参阅附图，以氧化膜腐蚀为例，对本发明的第2实施方式涉及的干式蚀刻装置及干式蚀刻方法做一叙述。
图9示出第2实施方式涉及的干式蚀刻装置的简要结构。此外，在图9中，对与第1实施方式涉及的干式蚀刻装置相同的部件，赋予相同的符号，并不再赘述。
第2实施方式与第1实施方式的不同之处是：配置在下部电极上、包围着被处理基板150的聚焦环108的结构。
此外，虽然图中未示出，在本实施方式中，也通过例如硅氮化膜等，在被处理基板150上形成腐蚀对象物——硅氧化膜。
图10示出图9所示的聚焦环108即本实施方式的聚焦环的平面结构。
正如图10所示，本实施方式的聚焦环108，和第1实施方式一样，由具有不同半径的多个环组成同心圆状后构成。具体地说，图10示出将宽2cm、外径12cm的第1环108a和宽2cm、外径14cm的第2环108b、宽2cm、外径16cm的第3环108c毫无间隙地组合起来，从而构成聚焦环108的情形。这时，成为聚焦环108的内侧面的第1环108a的内侧面，与成为被处理基板150的半径为10cm的晶片的端部相接。
在这里，第1及第3环108a及108c和第1实施方式一样，以硅为主要成分，而第2环107b和第1实施方式不同，以碳化硅(SiC)为主要成分。
如图10所示，通过将3个环108a～108c组合起来，构成宽6cm、半径(外径)为16cm的聚焦环108。可是，在本实施方式中，通过改变各环的组合方法，可以任意改变聚焦环108的宽度及半径即聚焦环108的表面积。例如：将第1环的108a及第2环的108b的2个环组合起来，就能构成宽4cm、半径为14cm的聚焦环108。
此外，在本实施方式中，所谓聚焦环108的表面积，是聚焦环108在反应室101内的等离子体中露出来的部分的面积，它相当于围住被处理基板(晶片)150的聚焦环108的上面及外侧面的面积。
使用图9所示的本实施方式的干式蚀刻装置，对氧化膜进行干式蚀刻的方法的具体内容如下：
首先，从气体导入口105将C4F8、C5F8或CF4等氟代烃气体(反应性气体)、Ar气及氧气，供送到反应室101内，产生由这些气体形成的等离子体。使用该等离子体，对被处理基板150上的氧化膜进行腐蚀加工。这时的具体的腐蚀条件是，例如：C4F8流量为10ml/min(标准状态)、O2流量为5ml/min(标准状态)、Ar流量为400ml/min(标准状态)、腔内压力为7Pa、等离子体发生用RF电力为1500W、基板温度为20℃。
在所述等离子体中，导入反应室101内的气体被离解，产生成为堆积物的CxFy原子团(氟代烃原子团)和成为腐蚀物的F原子团(氟原子团)。该氟原子团与聚焦环108中所含的硅反应后被清除，所以等离子体中的氟原子团实质上减少。在这里，由于氟原子团的减少取决于聚焦环108和氟原子团的反应，所以，氟原子团的减少量与聚焦环108的表面积成正比。这样，堆积物量和腐蚀物量之比(CxFy/F比)也与聚焦环108的表面积成正比地增大。但是，关于氟原子团与各环108a～108C的反应性，以硅为主要成分的第1及第3环108a及108C，比以SiC为主要成分的第2环108b大。
另一方面，在本实施方式中，如前所述，通过改变多个环的组合方式，改变聚焦环108的半径(外径)，从而能使聚焦环108的表面积变化，因此也能使等离子体中的CxFy/F比变化。
即：采用第2实施方式后，可以通过从具有不同半径的多个环中选择的环组合成聚焦环108，使组合而成的聚焦环108具有与腐蚀对象物的图案开口率对应的表面积。因此，能够按照腐蚀对象物的图案开口率，轻而易举地调节聚焦环108的半径及表面积。具体地说，只要按照腐蚀对象物——氧化膜的图案开口率，通过改变以硅为主要成分的环的组合方法，调节聚焦环108的表面积，就能控制清除氧化膜的腐蚀物——氟原子团的量。所以能将氧化膜上的堆积物(氢代烃原子团)量和腐蚀量之比(即CxFy/F比)调整成最佳状态，所以能够与要形成的图案无关，一面控制氧化膜腐蚀中的尺寸偏移量，一面实现所需的腐蚀形状。
另外，采用第2实施方式后，聚焦环108以不同材料为主要成分的多个环组合而成。具体地说，聚焦环108至少具有以对氟原子团的清除能力高的硅为主要成分的第1环108a和以对氟原子团的清除能力低的SiC为主要成分的第1环108b。因此，能够抑制聚焦环108上(即成为被处理基板150的晶片的周边部位上)的氟原子团量的急剧变化，所以可以提高氧化膜的腐蚀速度、氧化膜及其基底之间的选择比或腐蚀形状等在晶片面内的均匀性。下面，对该效果加以详述。
图11(a)表示出对作为比较示例，在本实施方式的腐蚀条件下，使用宽10cm、半径(外径)为20cm的Si聚焦环时，CxFy/F比沿晶片方向的分布状况进行调查的结果。另外，图11(b)表示出在本实施方式的腐蚀条件下，使用由宽5cm、半径(外径)为15cm的SiC环和宽5cm、半径(外径)为20cm的Si环构成聚焦环(本实施方式的聚焦环的变形示例)时，CxFy/F比沿晶片方向的分布状况进行调查的结果。此外，图11(a)及(b)所示的CxFy/F比，都是在距晶片(半导体基板)表面3cm的上侧的点测量的数据。
正如图11(a)所示，使用Si聚焦环时，由于在Si聚焦环的整个面上产生氟原子团的清除，所以CxFy/F比在晶片周边部急剧增大。为此，在晶片周边部，氧化膜的腐蚀速度、氧化膜和其基底之间的选择比或腐蚀形状等，都出现急剧变动。
与此不同，使用由SiC环和Si环构成的本实施方式的聚焦环的变形示例时，SiC环和氟原子团的反应性，比Si环和氟原子团的反应性小。因此，图11(b)所示的CxFy/F比沿晶片半径方向的分布中，看不到图11(a)所示在晶片周边部的急剧增大。换言之，图11(b)所示的CxFy/F比沿晶片半径方向的分布，即使在周边部位上也基本上成为均匀分布。就是说，CxFy/F比沿晶片半径方向的分布，成为这种平坦性的分布，从而提高了氧化膜的腐蚀速度、氧化膜和其基底之间的选择比或腐蚀形状等在晶片面内的均匀性。此外，图11(b)所示的CxFy/F比沿晶片半径方向的分布，之所以即使在SiC环上也没有急剧降下来，而是成为平坦性的分布，是因为受到氟原子团扩散的影响。
此外，在第2实施方式中，通过改变半径为12cm、14cm、16cm等3种环108a～108c的组合方法，调节聚焦环108的表面积。可是，在第2实施方式中，聚焦环108以至少由2个互不相同的材料为主要成分的环组合而成为前提，调节聚焦环108的表面积使用的环的个数及各环的半径没有特别的限定。但是，构成聚焦环108的各环，在互相毫无间隙地组合的同时，这样构成的聚焦环108，在其中心部还应当具有与晶片(被处理基板150)的口径对应的开口部。换言之，在各环相互组合，使具有小半径的环的外侧面和具有大半径的环的内侧面相接的同时，还要将聚焦环108安装在下部电极102上，使聚焦环108的内侧面与被处理基板150的端部相接。
另外，在第2实施方式中，作为第2环108b的主要成分，即对氟原子团的清除能力较低的材料，使用了SiC，但使用石英(SiO2)、钒土(氧化铝：Al2O3)或氧化铱(Y2O3)等，也能获得同样的效果。
另外，在第2实施方式中，以氧化膜腐蚀为前提，使用至少具有以对氟原子团清除能力高的硅为主要成分的第1环108a，和以对氟原子团清除能力低的SiC为主要成分的第2环108b的聚焦环108。可是，毫无疑问，在腐蚀对象物为氧化膜以外的物质时，使用至少具有以对该腐蚀对象物的腐蚀物的清除能力高的材料为主要成分的一个环，和以对该腐蚀对象物的腐蚀物的清除能力低的材料为主要成分的其它环的聚焦环，也能获得和本
实施方式相同的效果。
另外，在第2实施方式中，构成聚焦环108的多个环中，最好至少有一个环以和腐蚀对象物相同的材料为主要成分。这样，例如在腐蚀氧化膜(SiO2膜)时，通过使用含有由SiO2构成的环的聚焦环，实质性的腐蚀对象面积(SiO2面积)，就成为氧化膜中被腐蚀部分(抗蚀剂掩膜的开口部的下侧)的面积和SiO2环的表面积之和。换句话说，使用与腐蚀对象物相同的材料为主要成分的环构成聚焦环后，就可以使图案开口率较小的腐蚀对象物中的实质上的腐蚀对象面积增大。因此，与腐蚀对象物的图案开口率的大小无关，可以使供给腐蚀对象物中的被腐蚀部位的腐蚀物量均匀。所以可以使用同一个干式蚀刻装置，对具有形形色色的图案开口率的多个腐蚀对象物的每一个，进行能获得所需形状的干式蚀刻。
另外，在第2实施方式中，作为氧化膜腐蚀物的反应性气体(产生等离子体的气体)，使用了C4F8。但在第2实施方式中，产生等离子体的气体的种类，并没有特别限定，作为产生等离子体的气体，只要是至少包含例如CF4、CHF3、C4F8、C5F8、C4F6及C2F6中的一个就行。
另外，在第2实施方式中，将聚焦环108设置在具有下部电极102和上部电极103的干式蚀刻装置中的下部电极102上，包围着被处理基板150。但成为本发明的应用对象的干式蚀刻装置的型式，并没有特别限定。具体地说，将本发明的聚焦环设置在ECR及ICP型等不具有上部电极(取而代之的是具有天线及线圈)的干式蚀刻装置的反应室中的电极上，使其包围着腐蚀对象物，也能获得和本实施方式相同的效果。另外，毫无疑问，无论在哪种型式的干式蚀刻装置中，只要通过支架等支撑部，将晶片等腐蚀对象物设置在电极上就行。
另外，对第2实施方式涉及的干式蚀刻装置及干式蚀刻方法的应用对象，并没有特别限定。例如，在以形成硬掩膜及布线槽等沟道为目的的氧化膜腐蚀中应用时，就特别有效。
本发明涉及一种干式蚀刻装置及干式蚀刻装置方法，将它在以形成硬掩膜及沟道为目的的氧化膜腐蚀时。特别有效。
Claims (11)
1、一种干式蚀刻装置，是具有在反应室内的电极上被配置成包围腐蚀对象物的聚焦环的干式蚀刻装置，其特征在于：
所述聚焦环，具有与所述腐蚀对象物的图案开口率对应的表面积。
2、一种干式蚀刻装置，是具有在反应室内的电极上被配置成包围腐蚀对象物的聚焦环的干式蚀刻装置，其特征在于：
所述聚焦环由从预先准备的具有不同半径的多个环中选择的一个环或2个以上的环组合而成，从而使所述聚焦环具有与所述腐蚀对象物的图案开口率对应的表面积。
3、如权利要求2所述干式蚀刻装置，其特征在于：所述多个环的每一个，以硅为主要成分。
4、如权利要求2所述干式蚀刻装置，其特征在于：所述多个环至少含有2个将互不相同的材料作为主成分的环。
5、如权利要求2所述干式蚀刻装置，其特征在于：所述多个环含有以硅为主要成分的第1环，和以硅之外的其它材料为主要成分的第2环。
6、如权利要求5所述干式蚀刻装置，其特征在于：所述其它材料，至少含石英(SiO2)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)及氧化铱(Y2O3)中的一个。
7、如权利要求2所述干式蚀刻装置，其特征在于：所述多个环至少含有1个以和腐蚀对象物相同的材料为主要成分的环。
8、一种干式蚀刻方法，是使用具有在反应室内的电极上被配置成包围腐蚀对象物的聚焦环的干式蚀刻装置的干式蚀刻方法，其特征在于：包括：
将腐蚀对象物安放到电极上的工序；和
将气体导入反应室，产生由该气体组成的等离子体，使用该等离子体对所述腐蚀对象物进行干式蚀刻的工序，
还包括：在进行所述干式蚀刻的工序前，按照所述腐蚀对象物的图案开口率，调节所述聚焦环的表面积的工序。
9、如权利要求8所述干式蚀刻方法，其特征在于：调节所述聚焦环的表面积的工序，包括从预先准备的具有不同半径的多个环中选择一个环或2个以上的环的组合，并由所选择的环构成所述聚焦环的的工序。
10、如权利要求9所述干式蚀刻方法，其特征在于：所述多个环至少含有2个将互不相同的材料作为主成分的环。
11、如权利要求8所述干式蚀刻装置方法，其特征在于：所述气体至少含有CF4、CHF3、C4F8、C5F8、C4F6及C2F6中的一种气体。
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