TW200822215A - Dry etching method - Google Patents

Description

200822215 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種乾蝕刻方法，尤其係關於一種使用 設有特定之電極按壓構件的電極所進行的乾触刻方法。 【先前技術】 在乾蝕刻製程中，爲了在蝕刻中防護電極周邊部分受 到餽刻，在該周邊部分設置如外周環（ring )之類的電極 按壓構件。可是’由於在蝕刻中高頻（RF )亦施加至該 電極按壓構件，因此該構件亦受到蝕刻，而使蝕刻產生物 在真空腔室內飛散。結果會對作爲鈾刻對象物之基板的面 內均勻性造成很大的影響。 例如，當鈾刻製程係使用含氟原子之氣體基材的蝕刻 氣體所進行時，若利用石英或矽等製作作爲電極按壓構件 之上述外周環，在鈾刻製程中，不僅基板，連該外周環均 受到蝕刻，而逐漸消耗。因此，會有來自外周環的蝕刻產 生物由基板的外周附近大量釋出，而引起該產生物再入射 至基板而支援或抑制蝕刻速度的現象的問題。或者，會有 因阻礙自電漿源入射至基板的離子或自由基的入射，而引 起抑制蝕刻速度的現象的問題。如上所示的現象亦會帶來 真空腔室，甚至鈾刻裝置的維修頻度增加等缺點。 其中，已知關於在基板台的周邊部設置將基板邊緣朝 向基板支持用基板台按壓的基板按壓件的技術（例如參照 專利文獻1 )。但是，此時，關於藉由設置基板按壓件來 -4- 200822215 防護基板台周邊部受到蝕刻而且關於基板按壓件的材質均 未有任何揭示。 (專利文獻1 )日本專利特開平7-76774號公報（申 請專利範圍） 【發明內容】 (發明所欲解決之課題） 本發明的課題在解決上述之習知技術的問題點，提供 一種藉由以特定材料構成作爲外周環的電極按壓構件，使 蝕刻製程中的蝕刻產生物減低，以達成對於作爲蝕刻對象 物之基板的面內均勻性之提升的乾鈾刻方法。 (解決課題之手段） 本發明之乾蝕刻方法係將基板載置於設在真空腔室內 的電極上，而對該基板進行乾蝕刻的方法，其特徵爲：在 該電極之上表面的周邊部分，使用設有至少具有由含釔氧 化物構成之表面層的電極按壓構件的電極來進行蝕刻。藉 由設置如上所示的電極按壓構件，可控制來自電極周邊部 分的蝕刻產生物，而實施基板面內均勻性佳的乾蝕刻製程 〇 前述電極按壓構件係由含釔氧化物所構成者，或者由 含釔氧化物膜覆蓋該構件之整個表面者。 前述電極按壓構件最好係由石英、Al2〇3或A1N所構 成，而且由含釔氧化物膜覆蓋該構件之整個表面者。 -5- 200822215 前述電極按壓構件最好係利用熔射法、CVD 鍍法將含釔氧化物成膜在電極按壓構件的整個表g 前述電極按壓構件最好係由含釔氧化物的燒糸 成。 前述含釔氧化物最好爲釔氧化物，其純度爲 99.9%。 前述含釔氧化物最好爲透明Y203等釔氧化物 (發明之效果） 根據本發明，在乾蝕刻製程中，使來自電極 的蝕刻產生物減低，以獲得達成對於作爲蝕刻對_ 板的面內均勻性之提升的效果。 【實施方式】 根據本發明之乾鈾刻方法的一實施形態，係使 電漿源的鈾刻劑，以控制蝕刻產生物的方式來鈾亥! 在真空腔室內之電極之上表面的周邊部分且藉由靑 f (chuck)手段或箝夾（clamp)手段等載置於具備 極之周邊部分不會產生蝕刻產生物之用的電極按壓 電極上的基板。 根據本發明，取代僅利用選自由石英、ai2o3 所成群組的介質所構成的習知的電極按壓構件，而 在以含有透明Y2〇3之氧化釔（yttria)等含釔氧化 體所構成的電極按壓構件，或者使用在以選自由 法或濺 〇 ί體所構 99.5 至 邊部分 物之基 用來自 覆蓋設 電夾持 供由電 構件的 或 Α1Ν 係使用 物燒結 石英、 -6- 200822215

Al2〇3及A1N等所成群組的介質所構成的電極按壓構件的 整個表面形成有氧化釔膜等含釔氧化物膜的電極按壓構件 ，藉此可減少由該電極及習知之電極按壓構件所產生的蝕 刻產生物。此時，亦可在由氧化釔燒結體所構成的電極按 壓構件的表面另外形成氧化釔膜。此外，亦可爲含釔氧化 物，例如3 Y203 · 5Al2〇3等複氧化物來取代氧化釔。 則述氧化$乙燒結體係可利用周知的方法，例如日本專 利特開平1 1 - 1 894 1 3號公報記載的方法等製作，並未特別 有所限制。例如，亦可爲在含釔鹽溶液中添加鹼劑而產生 氫氧化釔凝聚粒子，且在其中添加含硫酸離子化合物之後 ，模塑將該凝聚粒子進行煅燒而形成的易燒結性粉末，且 在預定環境下燒成所製成的燒結體。 前述氧化釔膜係必須充分密接在電極按壓構件表面而 形成，可利用熔射法、C V D法或濺鍍法形成在例如電極 按壓構件的整個表面。該氧化釔膜的膜厚以1〇〇至3〇0 # m 左右爲佳。若膜厚在該範圍內，亦不會在濺鍍中產生膜剝 離。 藉由上述熔射法所得之氧化釔膜係可利用周知的方法 ，例如日本專利特開2 0 0 3 - 1 6 6 0 4 3號公報記載的方法等予 以形成，但並非特別有所限制。例如，可按照周知的減壓 電漿熔射法等電漿熔射法’在預定的溫度下以預定膜厚形 成密接性佳且細密的氧化釔熔射膜。 此外’藉由上述CVD法或濺鍍法所得之氧化釔膜係 可利用周知的製程條件予以形成。 200822215 若爲濺鍍法，在將基板載置於基板保持具之後，藉由 真空泵進行排氣至高真空狀態爲止，由氣體導入孔將氬氣 導入至6.7x1 0_2Pa的壓力爲止，之後，起動RF電源而使 高頻電壓發生，將l.〇kW的RF濺鍍電力投入氧化釔膜形 成用靶材，藉由磁性電路一面在基板表面形成平行磁場一 面進行射頻磁控濺鍍（RF magnetron sputter )，而可在 基板整個表面以預定膜厚形成密接性佳且細密的氧化釔膜 。在磁控濺鍍中最好係使用基板加熱用加熱器，且將基板 溫度保持在270°C左右。 若爲CVD法，例如使用YCCmH^O^作爲前驅體材 料，使用氮氣（lOsccm)作爲載氣（carrier gas)，使用 〇2 ( 500至lOOOsccm)作爲稀釋氣體，且在基板溫度400 至5 00 °C、腔室壓力1至l〇Torr的條件下，可在基板整個 表面以預定膜厚形成密接性佳且細密的氧化釔膜。 用以實施本發明之乾蝕刻方法的蝕刻裝置若爲具有真 空腔室的周知乾鈾刻裝置，即無特別限制，將設置在該真 空腔室內部的電極與設在其上表面的電極按壓構件的關係 顯示於第1圖。如第1圖所示，在電極1之上表面的周邊 部分設有如上所述之電極按壓構件2。該電極按壓構件2 可爲以氧化釔塊材（bulk )所製成的燒結體（第1圖（a ))，而且亦可爲利用熔射法、CVD法或濺鍍法將氧化 釔膜形成在由介質所構成之電極按壓構件2的整個表面者 (第1圖（b ))。藉由靜電夾持手段4將作爲蝕刻對象 物的基板3‘充分密接且載置於電極1的上方’對該基板進 -8- 200822215 行周知的乾蝕刻處理。 以用以載置具備上述電極按壓構件之電極的乾蝕刻裝 置而言，可爲周知的乾飩刻裝置（日本專利特開2002-3 4 3 7 7 5號公報等記載的裝置），可列舉如第2圖所示的 裝置。 在第2圖所示的蝕刻裝置中，20係真空腔室，具備 上部的電漿發生部20a與下部的基板電極部20b。在基板 電極部20b設有排氣口 20c，且與適當的排氣系統相連接 。電漿發生部20a係具備圓筒形的介質側壁201，在介質 側壁20 1的外側設有構成用以在真空腔室20內形成磁性 中性線之磁場發生手段的三個磁場線圈202、203、204， 該等磁場線圈係在真空腔室20之上部的電漿發生部20a 內形成磁性中性線2 0 5。在真空腔室2 0的下部係隔介絕 緣體構件207而設置基板電極206，該基板電極206係隔 介阻隔電容器（blocking condenser) 208而與施加RF偏 壓的高頻電源209相連接。 在中間的磁場線圈2 03與介質側壁20 1之外側之間配 置2個電漿發生用的高頻線圈2 1 0，該等高頻線圏2 1 0係 隔介可變電容器211而與高頻電源212相連接，藉由上述 三個磁場線圈而沿著形成在真空腔室2 0之上部之電漿發 生部20a內的磁性中性線205施加交流電場，而在該磁性 中性線發生放電電漿。 真空腔室20之上部之電漿發生部20a之天板213係 透過絕緣體2 1 4而密封固接在介質側壁2 0 1的上部凸緣， -9 - 200822215 且構成爲對向電極。此外，該天板2 1 3係使用碳材作爲內 壁材料所構成。接著，對於具有作爲對向電極之功能的天 板213，係自由電漿發生用高頻電源212透過可變電容器 2 1 1至高天線線圈2 1 0爲止之供電路徑的中途分歧而透過 電容器215施加高頻電力，且在該對向電極發生自偏壓而 構成。 此外，在真空腔室20之上部的電漿發生部20a設有 將蝕刻氣體導入真空腔室20內的氣體導入口 216，該氣 體導入口 2 1 6雖未圖示，其係透過用以控制氣體供給通路 及蝕刻氣體流量的氣體流量控制裝置而與蝕刻氣體供給源 相連接。 (實施例1 ) 在真空腔室內使用設有具備第1圖（a)所示之電極 按壓構件（由氧化釔塊材構成的構件）2的電極1的第2 圖所示的蝕刻裝置，藉由靜電夾持手段將石英基板3密接 載置於電極1上，在含氟原子之氣體基材的飩刻製程條件 下，進行如下所示的蝕刻。 在電漿發生用高頻電源（13.56MHz )的電力爲 1 5 00W (天線功率）、基板偏壓高頻電源（12.5 6MHz)的 電力爲5 00W (偏壓功率）的條件下，導入蝕刻氣體（ C4F8/CHF3 = 10/116 (seem))，在 0.67Pa 的壓力下， 以基板設定溫度0°C放電預定時間，而進行基板的触刻。 此外，爲供比較，以含氧原子之氣體基材的蝕刻製程 -10- 200822215 條件進行如下所示的飩刻。在電漿發生用高頻電源（ 13.5 6MHz )的電力爲 1 200W (天線功率）、基板偏壓高 頻電源（12·56ΜΗζ )的電力爲600W (偏壓功率）的條件 下，導入鈾刻氣體（〇2/CF4=95/5 (seem))，在 0.67Pa的壓力下，以基板設定溫度-l〇°C放電預定時間， 而進行基板的蝕刻。 此外，爲供比較，關於使用由合成石英所構成的電極 按壓構件的情形，以上述之含氟原子之氣體基材及含氧原 子之氣體基材的餓刻製程條件同樣地進行餓刻。 關於使用由氧化釔塊材構成的電極按壓構件及由合成 石英構成的電極按壓構件的情形，分別使用含氟原子之氣 體基材及含氧原子之氣體基材的蝕刻氣體進行飩刻，結果 顯示於第3圖。在第3圖中，縱軸係表示鈾刻速度（A/ min)。 由第3圖可知，當使用由氧化釔塊材構成的電極按壓 構件時，即使爲任何氣體基材的蝕刻，與使用由合成石英 構成的電極按壓構件的情形相比較，幾乎不會受到触刻， 而可減低乾蝕刻製程中的蝕刻產生物。 在第4圖顯示使用含氟原子之氣體基材的蝕刻氣體時 之基板的面內均勻性。第4圖（a )係顯示關於使用由氧 化釔塊材構成的電極按壓構件時的面內均勻性，而第4圖 (b )係顯示關於使用由合成石英構成的電極按壓構件時 的面內均勻性。此外，在第5圖顯示使用含氧原子之氣體 基材的鈾刻氣體時之基板的面內均勻性。第5圖（a )係 -11 - 200822215 顯示關於使用由氧化釔塊材構成的電極按壓構件時的面內 均勻性，而第5圖（b )係顯示關於使用由合成石英構成 的電極按壓構件時的面內均勻性。 由第4圖（a)及第5圖（a)可知，使用由氧化釔塊 材構成的電極按壓構件時，使用含氟原子之氣體基材的蝕 刻氣體時的面內均勻性爲± 0 · 9 6 %，使用含氧原子之氣體基 材的蝕刻氣體時的面內均勻性爲±1.47%。此外，由第4圖 (b)及第5圖（b)可知，使用由合成石英構成的電極按 壓構件時，使用含氟原子之氣體基材的蝕刻氣體時的面內 均勻性爲±4.99%，使用含氧原子之氣體基材的蝕刻氣體時 的面內均勻性爲±2.3 1 %。由此可知，若使用由氧化釔塊材 構成的電極按壓構件，可達成優異的基板面內均勻性。 若比較第4圖及第5圖可知，使用由合成石英構成的 電極按壓構件時，會有基板周邊部分的蝕刻速度較慢的傾 向。此係基於因基板周邊部分的石英而使由電漿源所產生 的蝕刻劑消耗，而引起在周邊部分的蝕刻劑量不足，結果 使周邊部分的蝕刻速度變慢。另一方面，使用由氧化釔塊 材構成的電極按壓構件時，並不會引起在基板之周邊部分 的蝕刻速度降低，可實現面內均句性爲± 1 %前後之極低且 均勻的蝕刻。 (實施例2 ) 以電極按壓構件而言，使用藉由周知的減壓電漿熔射 法，在由合成石英構成的電極按壓構件的雙面（亦包含與 -12- 200822215 電極相接的面的所有表面）及單面（僅未與電極相接的表 面）的各面形成有100 # m之氧化釔膜的電極按壓構件， 且使用實施例1記載的含氟原子之氣體基材的蝕刻氣體， 在相同條件下反覆進行蝕刻製程。 將蝕刻製程結束後的電極按壓構件表面的S E Μ照片 顯不於第6圖。第6圖（a-Ι)及（a-2)係顯示在單面形 成有氧化釔熔射膜時之電極按壓構件的上表面部分（第1 圖（b )中的A部分）的SEM照片，第6圖（b-Ι )及（ b-2 )係顯示在整個表面形成有氧化釔熔射膜時之電極按 壓構件的上表面部分（第1圖（b)中的A部分）的SEM 照片。由第 6 圖（a-1) 、 （a-2) 、 （b-1)及（b-2)可 知，當在單面形成熔射膜時雖會發生裂縫，但在整個表面 形成有熔射膜時則未發生裂縫。 (產業上利用可能性） 根據本發明，由於使乾鈾刻製程中的蝕刻產生物減低 ，以達成對於触刻對象物之面內均勻性之提升，因此本發 明係可在半導體技術領域等之乾鈾刻技術領域中加以利用 【圖式簡單說明】 第1圖係以模式顯示設置在真空腔室內的電極與設在 其上表面周邊部分的電極按壓構件的關係的剖面圖，（a )係具有由氧化釔構成的電極按壓構件的情形，（b )係 -13- 200822215 具有在表面具有氧化釔膜之電極按壓構件的情形。 第2圖係以模式顯示可在本發明之乾鈾刻方法使用之 蝕刻裝置之一例的構成圖。 第3圖係顯示因電極按壓構件的材質不同以致蝕刻速 度不同的曲線圖。 第4圖係顯示使用含氟原子之氣體基材的蝕刻氣體時 之基板的面內均勻性的示意圖，（a )係使用由氧化釔塊 材構成的電極按壓構件的情形，（b )係使用由合成石英 構成的電極按壓構件的情形。 第5圖係顯示使用含氧原子之氣體基材的蝕刻氣體時 之基板的面內均勻性的示意圖，（a )係使用由氧化釔塊 材構成的電極按壓構件的情形，（b )係使用由合成石英 構成的電極按壓構件的情形。 第6圖係實施例2中在鈾刻製程結束後之電極按壓構 件表面的SEM照片，（a-l )及（a-2 )係分別爲在單面形 成有氧化釔熔射膜的情形，（b-Ι )及（b-2 )係分別爲在 整個表面形成有氧化釔熔射膜的情形° 【主要元件符號說明】 1 :電極 2 :氧化銘電極按壓構件 3 :基板 4 :靜電夾持手段 5:介質電極按壓構件 -14- 200822215 6 :氧化釔膜 20 :真空腔室 20a :電漿發生部 2 0 b :基板電極部 2 0 c :排氣口 201 :介質側壁 202、 203、 204 ：磁場線圏 205 :磁性中性線 2 0 6 :基板電極 207 :絕緣體構件 208 :阻隔電容器 2 0 9 :高頻電源 2 1 0 :高頻線圏 2 1 1 :可變電容器 2 1 2 :高頻電源 2 1 3 :天板 2 1 4 :絕緣體 21 5 :電容器 216 :氣體導入口 -15-

Claims (1)

1. 200822215 十、申請專利範圍 1 · 一種乾蝕刻方法，係將基板載置於設在真空腔室內 的電極上，而對該基板進行乾蝕刻的方法，其特徵爲··在 前述電極之上表面的周邊部分，使用設有至少具有由含釔 氧化物構成之表面層的電極按壓構件的電極來進行蝕刻。 2.如申請專利範圍第1項之乾蝕刻方法，其中，前述 電極按壓構件係由含釔氧化物所構成者，或者由含釔氧化 物膜覆蓋該構件之整個表面者。 3 .如申請專利範圍第1項之乾蝕刻方法，其中，前述 電極按壓構件係由石英、Al2〇3或A1N所構成，而且由含 釔氧化物膜覆蓋該構件之整個表面者。 4·如申請專利範圍第1項之乾蝕刻方法，其中，前述 電極按壓構件係利用熔射法、CVD法或濺鍍法將含釔氧 化物成膜在電極按壓構件的整個表面。 5 ·如申請專利範圍第1項之乾鈾刻方法，其中，前述 電極按壓構件係由含釔氧化物的燒結體所構成。 6 ·如申請專利範圍第1項之乾蝕刻方法，其中，前述 含釔氧化物爲釔氧化物，其純度爲99.5至99.9%。 7 ·如申請專利範圍第1項之乾鈾刻方法，其中，前述 含釔氧化物爲透明Y2〇3。 •16-