TWI469212B

TWI469212B - Plasma etching method

Info

Publication number: TWI469212B
Application number: TW98109964A
Authority: TW
Inventors: Masanobu Honda; Kenji Masuzawa; Hiroyuki Nakayama; Manabu Iwata; Manabu Sato; Kazuki Narishige
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2015-01-11
Also published as: US20090242515A1; JP2009239012A; US8303834B2; CN101546685A; TW201003772A; CN101546685B

Description

電漿蝕刻方法

本發明係關於對被處理基板施行電漿處理的技術，尤其係關於電容耦合型電漿處理裝置及使用該電漿處理裝置的電漿蝕刻方法。

在半導體元件或FPD(Flat Panel Display，平面顯示器)之製造製程中之蝕刻、沈積、氧化、濺鍍等處理中，為了使處理氣體以較為低溫進行良好的反應，大多利用電漿。以往在單片式的電漿處理裝置中，可輕易實現大口徑電漿的電容耦合型的電漿處理裝置成為主流。

一般而言，電容耦合型的電漿處理裝置係在作為真空腔室所構成的處理容器內平行配置上部電極與下部電極，在下部電極之上載置被處理基板(半導體晶圓、玻璃基板等)，在兩電極間施加高頻。如此一來，在兩電極之間藉由高頻電場所被加速的電子、由電極所釋放出的二次電子、或經加熱的電子會與處理氣體的分子發生電離衝撞，發生處理氣體的電漿，藉由電漿中的自由基或離子，對基板表面施行所希望的微細加工例如蝕刻加工。

在電漿蝕刻裝置中，係大多使用將適於電漿生成(高頻放電)之較高頻率(通常為40MHz以上)的第1高頻與適於對基板拉入離子(偏壓)之較低頻率(通常為13.56MHz以下)的第2高頻同時施加至下部電極的下部雙頻施加方式。

但是，在處理大口徑電漿的電容耦合型的電漿處理裝置中，係難以在基板上的各位置均一地進行電漿製程，由製品良率的觀點來看，解決該問題乃成為極大的課題。一般而言，在電漿處理裝置中，依製程參數(壓力、RF功率、氣體種類等)，腔室內的電漿密度分布易於變動，因此即使在某製程條件之下獲得均一性佳的製程結果，當配合加工特性的需求規格而變更製程條件時，均一性惡化的例子很多，對於廣範圍的製程條件，難以實現可經常保證製程均一性的腔室構造。尤其當將基板上的多層構造的膜以複數步驟連續進行蝕刻加工時，按各步驟或各被加工膜所使用的製程參數或蝕刻遮罩的材質會有所不同，因此難以通過所有步驟而獲得蝕刻特性良好的均一性。

關於這點，藉由電氣電路來控制作為用以使電漿密度分布為可變之調節鈕(adjusting knob)而在以往已為人所知的電極的阻抗的手法(專利文獻1)並非為積極的控制法，因此對於各式各樣的製程或製程條件的變更難以有彈性地對應，對於在今日之電漿製程中所被需求的均一性的水準而言並不足夠。

(專利文獻1)日本特開2004-96066號公報

本發明係鑑於該習知技術的問題點而研創者，目的在提供一種可輕易且自由地控制被處理基板上的電子密度或製程特性的分布特性的電容耦合型電漿處理裝置。

此外，本發明的目的在提供一種在各種蝕刻加工中使蝕刻特性的均一性提升的電漿蝕刻方法。

為了達成上述目的，本發明之電漿處理裝置係具有：可真空排氣的處理容器；在前述處理容器內載置被處理基板的下部電極；在前述處理容器內被配置在前述下部電極之正對面的內側上部電極；在前述處理容器內，與前述內側上部電極作電性絕緣，以環狀被配置在其半徑方向外側的外側上部電極；在前述內側及外側上部電極與前述下部電極之間的處理空間供給所希望的處理氣體的處理氣體供給部；將用以藉由高頻放電而生成前述處理氣體之電漿的第1高頻施加至前述下部電極或前述內側及外側上部電極的第1高頻供電部；對前述內側上部電極施加可變之第1直流電壓的第1直流供電部；及對前述外側上部電極施加可變之第2直流電壓的第2直流供電部。

在上述構成中，使由第1直流供電部施加至內側上部電極的第1直流電壓與由第2直流供電部施加至外側上部電極的第2直流電壓獨立地為可變，藉此可在被載置於下部電極之基板上控制電子密度分布或製程特性，藉由兩直流電壓的適當組合，可更加提升製程的均一性。

以本發明之一較適態樣而言，第1及第2直流供電部分別具有獨立的直流電源即可。以其他一較適態樣而言，亦可形成為以下構成：第1及第2直流供電部具有共通(單一)的直流電源，第1直流供電部具有被連接在該直流電源的輸出端子與內側上部電極之間的電壓降下用的可變電阻器。

此外，為了加強第2直流電壓的作用效果，亦以相較於內側上部電極，使外側上部電極朝下部電極側更為突出而配置之構成為佳。

本發明係可適用於任意電漿處理裝置，但是尤其可適用於具有將用以引入電漿中之離子的第2高頻施加至下部電極的第2高頻供電部之類型的電漿處理裝置。

本發明之第1觀點中的電漿蝕刻方法係使用本發明之上述電漿處理裝置，對含有Si的絕緣膜進行蝕刻加工的電漿蝕刻方法，其特徵為：前述第1及第2直流電壓之任一者為負極性或零，前述第2直流電壓的絕對值為前述第1直流電壓的絕對值以上。

在本發明之更為具體的態樣中，係在SiO₂ 膜形成接觸孔的蝕刻加工中，第1直流電壓被選定為-600V至-150V，第2直流電壓被選定為-1000V至-150V。第2高頻的頻率係被選定為2MHz至3.2MHz即可。藉由使第2直流電壓為可變，將基板中心部的蝕刻率幾乎或不太改變地可將基板邊緣部的蝕刻率有效地形成為可變，亦可提升蝕刻率的均一性。

在其他之態樣中，在SiOC膜形成通孔的蝕刻加工中，第1直流電壓被選定為-900V至-300V，第2直流電壓被選定為-1500V至-300V。第2高頻的頻率係被選定為10MHz至13.56MHz即可。此外，以處理氣體而言，可適於使用含有碳氟化合物氣體與惰性氣體與O₂ 氣體或N₂ 氣體的蝕刻氣體。同樣地，藉由使第2直流電壓為可變，將基板中心部的蝕刻特性幾乎或不太改變地可將基板邊緣部的蝕刻率有效地形成為可變，亦可提升蝕刻率的均一性。

在其他之一態樣中，在多層阻劑法中用以在中間層或最下層的SiN膜轉印遮罩圖案的蝕刻加工中，第1直流電壓被選定為-300V至0V，第2直流電壓被選定為-900V至-300V。第2高頻的頻率係被選定為10MHz至13.56MHz即可。此時，藉由使第2直流電壓為可變，不僅同樣地將基板中心部的蝕刻率幾乎或不太改變地可將基板邊緣部的蝕刻率有效地形成為可變，圖案的CD移位(shift)亦在基板邊緣部比基板中心部更可有效為可變，因此可提升CD均一性。

本發明之第2觀點中的電漿蝕刻方法係使用本發明之電漿處理裝置，對有機膜進行蝕刻加工的電漿蝕刻方法，其特徵為：第1及第2直流電壓之任一者為負極性或零，第2直流電壓的絕對值大於第1直流電壓的絕對值。最好第1直流電壓被選定為-100V至0V，第2直流電壓被選定為-900V至0V。第2高頻的頻率係被選定為10MHz至13.56MHz即可。此外，以處理氣體而言，可適當使用含有O₂ 氣體或N₂ 氣體的蝕刻氣體。此時，藉由使第2直流電壓為可變，將基板邊緣部的蝕刻率幾乎或不太改變地可將基板中心部的蝕刻率有效地形成為可變，亦可提升蝕刻率的均一性。

根據本發明之電漿處理裝置，藉由上述之構成及作用，可輕易地且自由地控制被處理基板上的電子密度或製程特性的分布特性。

此外，根據本發明之電漿蝕刻方法，藉由上述之構成及作用，在各種蝕刻加工中，可提升蝕刻特性的均一性。

以下參照所附圖示，說明本發明之較佳實施形態。

在第1圖顯示本發明之一實施形態之電漿蝕刻裝置的構成。該電漿處理裝置係構成為採用下部雙頻施加方式之陰極耦合(cathode couple)的電容耦合型電漿蝕刻裝置，具有由例如鋁或不銹鋼等所構成之金屬製圓筒型腔室(處理容器)10。腔室10係被安全接地。

在腔室10內係以水平配置有載置作為被處理基板之例如半導體晶圓W的圓盤狀基座12作為下部電極。該基座12係由例如鋁所構成，被由腔室10的底部朝垂直上方延伸的絕緣性筒狀支持部14所支持。在沿著該筒狀支持部14的外周由腔室10底部朝垂直上方延伸的導電性筒狀支持部(內壁部)16與腔室10的側壁之間形成有環狀的排氣路18，在該排氣路18的入口安裝有環狀的擋板(排氣環)20，在排氣路18的底部設有排氣口22。在排氣口22係隔著排氣管24連接有排氣裝置26。排氣裝置26係具有渦輪分子泵等真空泵，可將腔室10內的處理空間減壓至所希望的真空度。在腔室10的側壁係安裝有將半導體晶圓W的搬入出口作開閉的閘閥28。

第1及第2高頻電源30、32隔著匹配單元(matching unit)34及供電棒36與基座12作電性連接。在此，第1高頻電源30主要係輸出有助於生成電漿之頻率(通常為40MHz以上)的第1高頻。第2高頻電源32主要係輸出有助於對基座12上之半導體晶圓W引入離子之頻率(通常為13.56MHz以下)的第2高頻。在匹配單元34係收容有：用以在第1高頻電源30側的阻抗與負荷(主要為電極、電漿、腔室)側的阻抗之間取得整合的第1整合器；及用以在第2高頻電源32側的阻抗與負荷側的阻抗之間取得整合的第2整合器。

在基座12之上係載置有處理對象的半導體晶圓W，以包圍該半導體晶圓W的方式設有聚焦環(補正環)38。該聚焦環38係由對製程造成的不良影響較少的導電材例如Si、SiC等所構成，作為消耗零件，以可裝卸的方式被安裝在基座12的上面。

在基座12的上面設有晶圓吸附用的靜電吸盤40。該靜電吸盤40係將片狀或網目狀的導電體夾在膜狀或板狀介電質之中。在該導電體係透過導通．關斷切換開關44及供電線46而將被配置在腔室10之外的直流電源42作電性連接。藉由由直流電源42所被施加的直流電壓，可藉庫侖力(Coulomb force)將半導體晶圓W吸附保持在靜電吸盤40上。

在基座12的內部設有例如朝圓周方向延伸的環狀冷媒室48。在該冷媒室48由冷卻器單元(未圖示)透過配管50、52而被循環供給有預定溫度的冷媒，例如冷卻水。藉由冷媒的溫度，可控制靜電吸盤40上之半導體晶圓W的溫度。此外，為了更加提高晶圓溫度的精度，來自傳熱氣體供給部(未圖示)的傳熱氣體例如He氣體會透過氣體供給管54及基座12內部的氣體通路56而被供給至靜電吸盤40與半導體晶圓W之間。

在腔室10的頂棚，與基座12呈平行地相向而以同心狀設有圓盤狀的內側(或中心)上部電極60及環狀的外側(或周邊)上部電極62。內側上部電極60係具有與半導體晶圓W相同程度的口徑(直徑)，外側上部電極62係具有與聚焦環(補正環)38相同程度的口徑(內徑．外徑)。但是，內側上部電極60與外側上部電極62係彼此作電性(更正確而言係DC式)絕緣。在圖示之構成例中，係在兩電極60、62之間被插入有例如由陶瓷所構成的環狀絕緣體63。

內側上部電極60係具有：與基座12正對面相向的電極板64；及由其背後(上)以可裝卸的方式支持該電極板64的電極支持體66。電極板64的材質係以對製程的不良影響少，且可維持良好DC施加特性的Si或SiC等含矽導電材為佳。電極支持體66若以經耐酸鋁(alumite)處理的鋁所構成即可。

外側上部電極62亦具有：與基座12相向的電極板68；及由其背後(上)以可裝卸的方式支持該電極板68的電極支持體70。該等電極板68及電極支持體70亦可以與內側上部電極60的電極板64及電極支持體66分別為相同材質所構成。

在該實施形態中，為了將處理氣體供給至被設定在上部電極(60、62)與基座12之間的處理空間PS，使內側上部電極60兼用為淋洗頭。更詳而言之，在電極支持體66的內部設置氣體擴散室72，在電極支持體66及電極板64形成由該氣體擴散室72朝基座12側貫穿的多數氣體排出孔74。在氣體擴散室72上部所設置的氣體導入口72a係連接有來自處理氣體供給部76的氣體供給管78。其中，亦可形成不僅在內側上部電極60，連在外側上部電極62亦設置淋洗頭的構成。

在腔室10之外係配備有例如在-2000至+1000V的範圍內可分別輸出可變的直流電壓V_C 、V_E 的2個可變直流電源80、82。在本發明之電漿蝕刻方法中，如後所述，兩直流電壓V_C 、V_E 係一般以0V以下的值，亦即負極性(-)的值被使用，若將各自的絕對值設為|V_C |、|V_E |，即保持|V_C |≦|V_E |的關係而予以併用。

其中一方可變直流電源80的輸出端子係透過導通．關斷切換開關84及濾波器電路86而與內側上部電極60作電性連接。濾波器電路86係將由可變直流電源80所被輸出的第1直流電壓V_C 以貫穿施加至內側上部電極60，另一方面，以將由基座12通過處理空間PS及內側上部電極60而進入至直流供電線88的高頻流至接地線，並未流入至可變直流電源80側的方式所構成。

另一方可變直流電源82的輸出端子係透過導通．關斷切換開關90及濾波器電路92而與外側上部電極62作電性連接。濾波器電路92係將由可變直流電源82所被輸出的第2直流電壓V_E 以貫穿施加至外側上部電極62，另一方面，以將由基座12通過處理空間PS及外側上部電極62而進入至直流供電線94的高頻流至接地線，並未流至可變直流電源82側的方式所構成。

此外，在腔室10內，以面對處理空間PS的適當部位而言，例如在外側上部電極62的半徑方向外側安裝有例如由Si、SiC等導電性構件所構成的環狀DC接地零件(直流接地電極)96。該DC接地零件96係被安裝在例如由陶瓷所構成的環狀絕緣體98，並且亦被連接於腔室10的頂棚壁，透過腔室10而經時作接地。若在電漿處理中由可變直流電源80、82對上部電極(60、62)施加直流電壓(V_C 、V_E )時，則會透過電漿而在上部電極(60、62)與DC接地零件96之間流通直流的電子電流。

該電漿蝕刻裝置內的各部，例如排氣裝置26、高頻電源30、32、靜電吸盤用的導通/關斷切換開關44、處理氣體供給部76、DC施加用的導通．關斷切換開關84、90、冷卻器單元(未圖示)、傳熱氣體供給部(未圖示)等各個的動作及裝置全體的動作(順序)係藉由由例如微電腦所構成的控制部(未圖示)予以控制。

在該電漿蝕刻裝置中，為了進行蝕刻，首先將閘閥28形成為開狀態而將加工對象的半導體晶圓W搬入至腔室10內，且載置於靜電吸盤40之上。接著，由處理氣體供給部76將蝕刻氣體(一般而言為混合氣體)以預定流量導入至腔室10內，藉由排氣裝置26，將腔室10內的壓力調節為設定值。此外，將第1及第2高頻電源30、32形成為導通而使第1高頻(40MHz以上)及第2高頻(13.56MHz以下)分別以預定功率輸出，將該等高頻透過匹配單元34及供電棒36而施加至基座12。此外，將開關44形成為導通，藉由靜電吸附力，在靜電吸盤40與半導體晶圓W之間的接觸界面封入傳熱氣體(He氣體)。由淋洗頭60所被排出的蝕刻氣體係在兩電極12，(60、62)間藉由高頻的放電而電漿化，藉由藉該電漿所生成的自由基或離子，半導體晶圓W表面的被加工膜被蝕刻成所希望的圖案。

該電容耦合型電漿蝕刻裝置係藉由對基座12施加40MHz以上之適於生成電漿之較高頻率的第1高頻，將電漿在較佳的解離狀態下高密度化，即使在更為低壓的條件下，亦可形成高密度電漿。與其同時，對基座12施加13.56MHz以下之適於引入離子之較低頻率的第2高頻，藉此可對半導體晶圓W的被加工膜施予選擇性高的異方性蝕刻。但是，電漿生成用的第1高頻雖在任何電漿製程中必定均被使用，但會有離子引入用的第2高頻會依製程而不被使用的情形。

該電容耦合型電漿蝕刻裝置中的主要特徵在於：如上所述將上部電極在直徑方向二分為內側上部電極60與外側上部電極62，由2個可變直流電源80、82將第1及第2直流電壓V_C 、V_E 同時施加至兩上部電極60、62的構成。藉由適當選擇該等2個直流電壓V_C 、V_E 的組合，在各種應用中可使電漿製程或蝕刻特性的均一性提升。以下說明使用該電漿蝕刻裝置之蝕刻方法的實施例。

以含有Si的絕緣膜的蝕刻加工而言，在SiO₂ 膜或SiOC膜等形成細而深的接觸孔的HARC(High Aspect Ratio Contact)或形成較淺的通孔的BEOL(Back End Of Line)的應用已為人所知。

在第2圖中顯示使用實施形態的電漿蝕刻裝置，藉由將全覆式SiO₂ 膜進行全面蝕刻後的實驗所得之蝕刻率(E/R)的面內分布特性。主要的蝕刻條件係如下所示。

晶圓口徑：300mm

蝕刻氣體=C₄ F₈ /Ar/O₂ =45/200/30sccm

腔室內的壓力：15mTorr

高頻電力：40MHz/2MHz=1000/3000W

溫度：上部電極/腔室側壁/下部電極=60/60/20℃

直流電壓：V_C =-300V，V_E =-300V、-900V(2種)

此外，在第3圖中顯示將第2直流電壓V_E 由-300V變為-900V時之晶圓上之各位置的E/R變化率。

如第2圖所示，若為V_C /V_E =-300V/-300V，晶圓上的E/R係邊緣部比中心部較為大幅掉落，但是若形成為V_C /V_E =-300V/-900V，中心部與邊緣部的差會縮小而大幅改善面內均一性。在此重要的是如第3圖所示，中心部的E/R幾乎沒有改變，邊緣部的E/R則明顯改變。因此，將施加至內側上部電極60的第1直流電壓V_C 選定為適當的值(較佳為-600V至-150V)，使施加至外側上部電極62的第2直流電壓V_E 在適當的範圍(較佳為-1500V至-300V)內為可變，藉此可對E/R的面內分布特性控制自如，而亦可輕易提升面內均一性。

BEOL的蝕刻亦與全覆式SiO₂ 膜的蝕刻為相同的製程，因此可直接應用上述電漿蝕刻方法。其中，以Si含有絕緣膜之蝕刻所使用的蝕刻氣體的添加氣體而言，亦可使用N₂ 氣體來替代O₂ 氣體。

在第4圖中顯示使用實施形態的電漿蝕刻裝置，在SiO₂ 膜形成口徑0.25m的接觸孔的HARC蝕刻的實驗所得之蝕刻率(E/R)的面內分布特性。主要的蝕刻條件係與上述全覆式SiO₂ 膜的蝕刻相同，第2直流電壓V_E 係-300V與-900V之2種。在第5圖中顯示將第2直流電壓V_E 由-300V改變至-900V時之晶圓上之各位置的E/R變化率。

如第4圖及第5圖所示，以HARC亦可獲得與全覆式SiO₂ 膜的蝕刻相同的特性。亦即，若將施加至內側上部電極60的第1直流電壓V_C 選定為適當的值(例如-300V)，使施加至外側上部電極62的第2直流電壓V_E 在-900V至-300V的範圍內為可變時，可知中心部的E/R幾乎不會改變，而使邊緣部的E/R明顯改變，在晶圓上的E/R分布特性中，邊緣部比中心部為低的分布(profile)、中心部與邊緣部幾乎為平直(均一)的分布、及邊緣部比中心部為高的分布的任一者均可輕易實現。

在該實施形態之電漿蝕刻裝置中，亦可為在內側上部電極60與外側上部電極62之間以電極間隙方向設置段差的構成，可採用最好如第6圖所示相對於內側上部電極60，使外側上部電極62朝較為下方突出的構成。在第6圖中，內側上部電極60與基座12上之半導體晶圓W的電極間間隙Dc被設定為例如30cm，外側上部電極62與基座12上之聚焦環38的電極間間隙D_E 被設定為例如20至25cm亦可。

在第7圖中顯示使用第6圖之採用段差型電極間隙構造之實施形態的電漿蝕刻裝置，以與上述相同的蝕刻條件，在HARC應用本發明的實驗結果(E/R分布特性)。藉由該實驗結果，在V_C =-300V、V_E =-600V的條件下，可將E/R的面內均一性改善至±0.9%。

其中，在本發明應用在HARC時，在保持|V_C |≦|V_E |之關係的條件下，第1直流電壓V_C 係可在-600V至-150V的範圍內作選定，第2直流電壓V_E 係可在-1000V至-150V的範圍內作選定。此外，為了連接孔的蝕刻加工而將離子強力打入至被加工膜，被施加至基座12的第2高頻係以低頻率為佳，更好係在2MHz至3.2MHz作選擇即可。

在Si含有膜之蝕刻中，之所以如上所述藉由改變第2直流電壓V_E 的值，可控制半導體晶圓W上之E/R分布特性的分布，係因為藉由改變第2直流電壓V_E 的值，可控制半導體晶圓W上之電子密度(Ne)分布特性之故，且在Ne分布特性與E/R分布特性之間具有相關關係之故。

以一例而言，以上述HARC的蝕刻使第2直流電壓V_E 的值為可變時所得之Ne分布特性及Ne變化率分布特性分別顯示於第8圖及第9圖。如圖所示，確認出若將第2直流電壓V_E 的絕對值如0V→300V→600V→900V般加大，晶圓中心部的Ne僅稍微改變，但是晶圓周邊部的Ne大幅上升變化，與E/R分布特性具有相關性。

本發明之電漿蝕刻裝置及電漿蝕刻方法係可適用於以複數步驟對基板表面的多層膜進行連續性蝕刻加工的應用。以下針對第10圖所示之多層阻劑法之本發明的實施例加以說明。

在第10圖中，在加工對象之半導體晶圓W的主面，係在原本的被加工膜(例如閘極用的Si膜)100之上形成有SiN層102作為最下層(最終遮罩)，在其上形成有有機膜(例如碳)104作為中間層，在其上透過含有Si的反射防止膜(BARC)106形成有最上層的光阻108。在SiN層102、有機膜104及反射防止膜106的成膜係使用藉由CVD(化學真空蒸鍍法)或旋塗(spin-on)所得之塗布膜，在光阻108之圖案化係使用光微影。

首先，如第10圖(A)所示，以經圖案化後的光阻108為遮罩而對含有Si的反射防止膜106進行蝕刻。主要的蝕刻條件係如下所示。

晶圓口徑：300mm

蝕刻氣體=CF₄ /O₂ =250/13sccm

腔室內的壓力：30mTorr

高頻電力：40MHz/13MHz=400/0W

直流電壓：V_C =0V，V_E =0V、-300V、-600V(3種)

雖省略圖示，但在進行反射防止膜106之蝕刻時，藉由使第2直流電壓V_F 的絕對值改變，可改變蝕刻率的面內分布特性。

接著，如第10圖(B)所示以光阻108及反射防止膜106為遮罩而對有機膜104進行蝕刻加工。主要的蝕刻條件係如下所示。

晶圓口徑：300mm

蝕刻氣體：O₂ =750sccm

腔室內的壓力：20mTorr

溫度：上部電極/腔室側壁/下部電極=150/150/30℃

高頻電力：40MHz/13MHz=400/200W

直流電壓：V_C =0V，V_E =0V、-300V、-600V(3種)

在第11圖中顯示藉上述有機膜104的蝕刻加工所得之蝕刻率(E/R)的面內分布特性。在第12圖中顯示E/R之變化率的面內分布特性。

如第11圖所示，在有機膜蝕刻中，係將施加至內側上部電極60的第1直流電壓V_C 固定在一定值(0V)，若改變以負極性施加至外側上部電極62之第2直流電壓V_E 的絕對值，晶圓邊緣部的E/R係幾乎為一定，若為V_E =0V，會形成為在晶圓中心部大幅隆起的較高山形的分布，若為V_E =-300V，E/R形成為在晶圓中心部小幅隆起的較低山形的分布，若為V_E =-600V，則係形成為在晶圓中心部大幅掉落的鍋底形分布。因此，可輕易地推測在V_E =-600V至-300V的中間(-400V附近)可得大致上呈平坦的E/R分布。

如上所示，在本發明對於有機膜蝕刻的應用中，若改變第2直流電壓V_E 的絕對值，與Si含有絕緣膜的蝕刻不同，晶圓周邊部的E/R幾乎不會改變，而晶圓中心部的E/R會發生變化。該原理(作用)雖尚未明朗，但是可考慮相較於電子密度(Ne)的分布特性，電漿(氧電漿)與上部電極(60、62)的相互作用具有支配性的影響。

其中，在藉由本發明所進行之有機膜蝕刻中，第1直流電壓V_C 係在-100V至0V的範圍內作選定即可，第2直流電壓V_E 則係在-900V至0V的範圍內作選定即可。此外，在重視圖案加工形狀的精度的情形下，以降低離子引入能量的方式，將第2高頻的頻率選定為較高區域(較佳為10MHz至13.56MHz)即可。以蝕刻氣體而言，亦可在O₂ 氣體添加N₂ 氣體或CO、COS、H₂ 、NH₃ 來使用。以有機膜蝕刻中之氣體的組合而言，可列舉如下所示者。

O₂ 、O₂ /N₂ 、O₂ /CO、O₂ /SO₂ 、O₂ /COS、O₂ /NH₃ 、N₂ /H₂ 、NH₃ 、N₂ /H₂ /O₂ 在第13圖顯示以上述反射防止膜106及有機膜104之蝕刻加工所得之圖案的剖面圖(SEM照片)。如圖所示可知，若將第2直流電壓V_E 的絕對值如0V→400V→900V般提高，圖案上端部的反射防止膜106的變形(106’)會減少，圖案的垂直性會提升。該效果係在比稠密的圖案(左側)更為稀疏的圖案(右側)中較為明顯呈現。此外亦可知若改變第2直流電壓V_E 的值，在晶圓半徑方向(在中心部與邊緣部之間)圖案CD的精度及均一性會產生變化，若將V_E 如0V→400V→900V般提高，CD精度及均一性會提升。

再次在第10圖中，如第10圖之(C)、(D)所示，以經圖案化後的反射防止膜106及有機膜104為遮罩而對SiN膜102進行蝕刻。主要的蝕刻條件係如下所示。

晶圓口徑：300mm

蝕刻氣體=CHF₃ /CF₄ /Ar/O₂ =125/225/600/60sccm

腔室內的壓力：75mTorr

溫度：上部電極/腔室側壁/下部電極=150/150/30℃

高頻電力：40MHz/13MHz=0/1000W

直流電壓：V_C =-300V，V_E =0V、-300V、-900V(3種)

在第14圖中顯示以上述SiN膜102之蝕刻加工所得之蝕刻率(E/R)的面內分布特性。如圖所示，將第1直流電壓V_C 保持為一定值(-300V)，若將第2直流電壓V_E 的絕對值如0V→300V→900V般提升時，晶圓中心部的E/R並不會那樣產生變化而晶圓周邊部的E/R會大幅上升變化。這點係與上述HARC或BEOL的情形相同。

此外，如第15圖所示，若將第2直流電壓V_E 的絕對值如300V→900V般改變時，圖案的CD移位(shift)會在晶圓周邊(邊緣)部比在晶圓中心部更會大幅產生變化。因此，藉由適當選擇第2直流電壓V_E 的值，按各半導體晶圓使CD的均一性．精度提升，進而可提升多層阻劑法中的圖案轉印精度。

在本發明之SiN膜的蝕刻中，第1直流電壓V_C 係在-300V至0V的範圍內作選定即可，第2直流電壓V_E 係在-900V至-300V的範圍內作選定即可。此外，在SiN膜之蝕刻中，亦要求自由基基質的高精度圖案蝕刻，因此以使離子引入能量稍低為宜，將第2高頻的頻率選定在稍高的區域(較佳為10MHz至13.56MHz)即可。

以上係就本發明之較佳一實施形態加以說明，但是本發明並非限定於上述實施形態，可為各種變形。尤其在本發明之電漿蝕刻裝置中，針對內側上部電極60及外側上部電極62周圍的構成，可進行各種選擇．變形。

例如，亦可為對於內側上部電極60及外側上部電極62，使用單一或共通的可變直流電源，而分別施加獨立的第1及第2直流電壓V_C 、V_E 的構成。例如，在第16圖所示之構成例中，係將可變直流電源110的輸出端子，透過濾波器電路112及切換開關114而與外側上部電極62相連接，並且透過濾波器電路112、切換開關116及可變電阻器118而與內側上部電極60相連接。將由可變直流電源110所被輸出的直流電壓VA照原樣地作為第2直流電壓V_E 而施加至外側上部電極62，並且將由直流電壓VA扣掉可變電阻器118的電壓降下份所得者作為第1直流電壓V_C 而施加至內側上部電極60。各切換開關116、114係朝向各對應的上部電極60、62而在用以通過可變直流電源110之輸出電壓的貫穿位置、及用以將各對應的上部電極60、62與接地電位相連接(亦即施加0V)的接地位置之間作切換。

此外，在第16圖所示之構成例中，係在內側上部電極60及外側上部電極62之雙方設有淋洗頭。亦可對由各自之淋洗頭所排出之氣體的種類或流量獨立地進行選擇．控制。

此外，本發明並非限定於適用在如上述實施形態所示之下部雙頻施加方式，亦可適用在例如對上部電極(60、62)施加電漿生成用之第1高頻之方式的電漿蝕刻裝置。

此外，本發明並不限定於電漿蝕刻裝置，亦可適用於電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍等其他電漿處理裝置。此外，本發明中之被處理基板並非侷限於半導體晶圓，亦可為平面顯示器用的各種基板或、光罩、CD基板、印刷基板等。

10．．．腔室(處理容器)

12．．．基座(下部電極)

14．．．筒狀支持部

16．．．筒狀支持部(內壁部)

18．．．排氣路

20．．．排氣環(擋板)

22．．．排氣口

24．．．排氣管

26．．．排氣裝置

28．．．閘閥

30．．．第1高頻電源

32．．．第2高頻電源

34．．．匹配單元

36．．．供電棒

38．．．聚焦環(補正環)

40．．．靜電吸盤

42．．．直流電源

44．．．導通．關斷切換開關

46．．．供電線

48．．．冷媒室

50、52．．．配管

54、78．．．氣體供給管

56．．．氣體通路

60．．．內側上部電極(淋洗頭)

62．．．外側上部電極

63．．．環狀絕緣體

64．．．電極板

66、70．．．電極支持體

68．．．電極板

72．．．氣體擴散室

72a．．．氣體導入口

74．．．氣體排出孔

76．．．處理氣體供給部

80、82、110．．．可變直流電源

84．．．導通．關斷切換開關

86、92、112．．．濾波器電路

88、94．．．直流供電線

90．．．導通．關斷切換開關

96．．．DC接地零件

98．．．環狀絕緣體

100．．．被加工膜

102．．．SiN層

104．．．有機膜

106．．．反射防止膜(BARC)

108．．．光阻

114、116．．．切換開關

118．．．可變電阻器

PS．．．處理空間

VA、V_C 、V_E ．．．直流電壓

W．．．半導體晶圓

第1圖係顯示本發明之一實施形態中之電容耦合型電漿蝕刻裝置之構成的縱剖面圖。

第2圖係顯示實施形態中以SiO₂ 膜全面蝕刻之實驗所得之蝕刻率(E/R)的面內分布特性圖。

第3圖係顯示改變第2圖之蝕刻中施加至外側上部電極之第2直流電壓的值時之E/R變化率的面內分布特性圖。

第4圖係顯示實施形態中以在SiO₂ 膜形成接觸孔之HARC蝕刻之實驗所得之蝕刻率(E/R)的面內分布特性圖。

第5圖係顯示當改變在第4圖之蝕刻中施加至外側上部電極之第2直流電壓的值時之E/R變化率的面內分布特性圖。

第6圖係顯示在實施形態之電漿蝕刻裝置中在內側上部電極與外側上部電極之間在電極間隙方向設置段差之構成圖。

第7圖係顯示在使用第6圖之電極構造之HARC蝕刻的實驗中所獲得之蝕刻率(E/R)之面內分布特性圖。

第8圖係顯示在實施形態中之HARC蝕刻之實驗中所獲得之電子密度(Ne)之面內分布特性圖。

第9圖係顯示當改變在第8圖之蝕刻中施加至外側上部電極之第2直流電壓的值時之Ne變化率的面內分布特性圖。

第10圖係顯示實施形態中之多層阻劑法的工程順序圖。

第11圖係顯示以第10圖之多層阻劑所含有之有機膜之蝕刻所得之蝕刻率(E/R)的面內分布特性圖。

第12圖係顯示改變在第8圖之蝕刻中施加至外側上部電極之第2直流電壓的值時之E/R變化率的面內分布特性圖。

第13圖係顯示以第10圖之多層阻劑所含有之反射防止膜及有機膜之蝕刻所得之圖案形狀的剖面圖(SEM照片)。

第14圖係顯示以第10圖之多層阻劑所含有之SiN膜之蝕刻所得之蝕刻率(E/R)的面內分布特性圖。

第15圖係顯示改變在第8圖之蝕刻中施加至外側上部電極之第2直流電壓的值時之CD移位的面內分布特性圖。

第16圖係顯示實施形態中之電容耦合型電漿蝕刻裝置之一變形例之構成的縱剖面圖。

10．．．腔室(處理容器)

12．．．基座(下部電極)

14．．．筒狀支持部

16．．．筒狀支持部(內壁部)

18．．．排氣路

20．．．排氣環(擋板)

22．．．排氣口

24．．．排氣管

26．．．排氣裝置

28．．．閘閥

30．．．第1高頻電源

32．．．第2高頻電源

34．．．匹配單元

36．．．供電棒

38．．．聚焦環(補正環)

40．．．靜電吸盤

42．．．直流電源

44．．．導通．關斷切換開關

46．．．供電線

48．．．冷媒室

50、52．．．配管

54．．．氣體供給管

56．．．氣體通路

60．．．內側上部電極(淋洗頭)

62．．．外側上部電極

63．．．環狀絕緣體

64．．．電極板

66．．．電極支持體

68．．．電極板

70．．．電極支持體

72．．．氣體擴散室

72a．．．氣體導入口

74．．．氣體排出孔

76．．．處理氣體供給部

78．．．氣體供給管

80、82、110．．．可變直流電源

84．．．導通．關斷切換開關

86．．．濾波器電路

88．．．直流供電線

90．．．導通．關斷切換開關

92．．．濾波器電路

94．．．直流供電線

96．．．DC接地零件

98．．．環狀絕緣體

PS．．．處理空間

V_C 、V_E ．．．直流電壓

W．．．半導體晶圓

Claims

一種電漿蝕刻方法，係使用具有：可真空排氣的處理容器；在前述處理容器內載置被處理基板的下部電極；在前述處理容器內被配置在前述下部電極之正對面的內側上部電極；在前述處理容器內，與前述內側上部電極作電性絕緣，以環狀被配置在其半徑方向外側的外側上部電極；在前述內側及外側上部電極與前述下部電極之間的處理空間供給處理氣體的處理氣體供給部；將用以藉由高頻放電而生成前述處理氣體之電漿的第1高頻施加至前述下部電極或前述內側及外側上部電極的第1高頻供電部；將用以對前述被處理基板引入電漿中之離子的第2高頻施加至前述下部電極的第2高頻供電部；對前述內側上部電極施加可變之第1直流電壓的第1直流供電部；及對前述外側上部電極施加可變之第2直流電壓的第2直流供電部之電漿處理裝置，對含有Si的絕緣膜進行蝕刻加工的電漿蝕刻方法，其特徵為：前述第1及第2直流電壓之任一者為負極性或零，前述第2直流電壓的絕對值較前述第1直流電壓的絕對值更大；將前述第1直流電壓固定在一定值，藉由改變前述第2直流電壓，來使前述被處理基板周邊部的蝕刻率改變。
如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，前述絕緣膜為SiO₂ 膜，前述蝕刻加工為在前述SiO₂ 膜形成接觸孔的加工，前述第1直流電壓被選定為-600V至-150V，前述第2直流電壓被選定為-1000V至-150V。
如申請專利範圍第2項之電漿蝕刻方法，其中，前述第2高頻的頻率被選定為2MHz至3.2MHz。
如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，前述絕緣膜為SiOC膜，前述蝕刻加工為在前述SiOC膜形成通孔的加工，前述第1直流電壓被選定為-900V至-300V，前述第2直流電壓被選定為-1500V至-300V。
如申請專利範圍第4項之電漿蝕刻方法，其中，前述第2高頻的頻率被選定為10MHz至13.56MHz。
如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，前述處理氣體係含有碳氟化合物氣體與惰性氣體與O₂ 氣體或N₂ 氣體的蝕刻氣體。
如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，前述絕緣膜為多層阻劑之中間層或最下層所使用的SiN膜，前述蝕刻加工為形成供基底膜或基底基板之蝕刻之用的SiN遮罩的加工，前述第1直流電壓被選定為-300V至0V，前述第2直流電壓被選定為-900V至-300V。
如申請專利範圍第7項之電漿蝕刻方法，其中，前述第2高頻的頻率被選定為10MHz至13.56MHz。
一種電漿蝕刻方法，係使用具有：可真空排氣的處理容器；在前述處理容器內載置被處理基板的下部電極；在前述處理容器內被配置在前述下部電極之正對面的內側上部電極；在前述處理容器內，與前述內側上部電極作電性絕緣，以環狀被配置在其半徑方向外側的外側上部電極；在前述內側及外側上部電極與前述下部電極之間的處理空間供給處理氣體的處理氣體供給部；將用以藉由高頻放電而生成前述處理氣體之電漿的第1高頻施加至前述下部電極或前述內側及外側上部電極的第1高頻供電部；將用以對前述被處理基板引入電漿中之離子的第2高頻施加至前述下部電極的第2高頻供電部；對前述內側上部電極施加可變之第1直流電壓的第1直流供電部；及對前述外側上部電極施加可變之第2直流電壓的第2直流供電部之電漿處理裝置，對有機膜進行蝕刻加工的電漿蝕刻方法，其特徵為：前述第1及第2直流電壓之任一者為負極性或零，前述第2直流電壓的絕對值較前述第1直流電壓的絕對值更大；將前述第1直流電壓固定在一定值，藉由改變前述第2直流電壓，來使前述被處理基板中央部的蝕刻率改變。
如申請專利範圍第9項之電漿蝕刻方法，其中，前述第1直流電壓被選定為-100V至0V，前述第2直流電壓被選定為-900V至0V。
如申請專利範圍第10項之電漿蝕刻方法，其中，前述第2高頻的頻率被選定為10MHz至13.56MHz。
如申請專利範圍第9項之電漿蝕刻方法，其中，前述處理氣體為含有O₂ 氣體或N₂ 氣體的蝕刻氣體。