乾式蝕刻裝置及乾式蝕刻方法
2023-09-17 06:38:20
專利名稱：乾式蝕刻裝置及乾式蝕刻方法
技術領域：
本發明涉及乾式蝕刻裝置和乾式蝕刻方法。
背景技術：
以往，在對用抗蝕劑掩才莫覆蓋的Si02等層間絕緣膜進行蝕刻的情況 下，4吏用如下的感應耦合型乾式蝕刻法，即通過高頻感應磁場產生的感應 電場使電子加速，在由此生成的等離子體氣氛下進行蝕刻，對布線用的通 孔、槽進行微細加工。
作為用於實施這樣的乾式蝕刻方法的裝置，已知有感應耦合型乾式蝕 刻裝置(例如參照專利文獻1 )。
專利文獻1:日本特開2001 - 23961號公報(權利要求1及圖1)
可是，在上述的乾式蝕刻裝置中，面內均勻性為10%以上，另外還存 在蝕刻速度不足的問題。
發明內容
本發明的課題正是為了解決上述現有技術的問題而提供一種面內均勻 性好且蝕刻速度高的乾式蝕刻裝置。
本發明的乾式蝕刻裝置，在具備由上部的等離子體發生室及下部的基 板處理室構成的真空室、設置在上述等離子體發生室的側壁的外側的磁場 線圏、配置在該磁場線圏和側壁的外側之間且與高頻電源連接的天線線圏 和i殳置在等離子體發生室的上部的蝕刻氣體導入機構的蝕刻裝置中，其特 徵在於，所述側壁由比介電常數為4以上的材料構成。通過將側壁的材料 使用比通常在乾式蝕刻裝置中所使用的石英的比介電常數3.6高的比介電 常數為4以上的材料，可以使交變電場有效地透過側壁，使等離子體高密 度化，因而改善了面內均勻性，進一步提高蝕刻速度。
優選上述材料的介電損耗為1 x 10—4 ~ 10 x 10—4，如果大於10 x 10—4，則 已輸入的交變電場的一部分會對陶瓷進行加熱，由於該陶瓷的溫度上升容易導致蝕刻工藝變得不穩定。另一方面，如果小於lxl(T4，則可以無法實 現足夠的面內均勻性的改善、蝕刻速度的提高。
作為上述材料優選為透光性陶瓷。在這裡，透光性陶瓷是指透過可見 光及^:外線區域即波長約為360nm~800 ju m的光線的陶資。由於透光性陶 乾的比介電常數高，另外介電損耗小，所以通過用透光性陶瓷製作側壁 141，可使交變電場容易地通過側壁，可以生成高密度的等離子體。因此， 面內均勻性好，且可以提高蝕刻速度。
作為透光性陶瓷，優選為高純度透光性氧化鋁陶瓷、高純度透光性氧 化釔陶瓷及高純度透光性AIN陶瓷中的任一種。在這裡，高純度是指純度 為99.5 %以上。
優選在上述側壁的內面噴鍍有氧化釔。由此，可以防止側壁內面的蝕 刻，防止發生顆粒。
本發明的乾式蝕刻方法，其特徵在於，使用上述的乾式蝕刻裝置，向 真空室內導入蝕刻氣體，且通逸磁場線圏形成磁中性線，使交變電場從天 線線圏透過側壁，沿著磁中性線施加交變電位而發生放電等離子體，並且 對被處理Jjtl進行蝕刻而實施微細加工。
發明效果
根據本發明的乾式蝕刻裝置，可以進行面內均勻性良好且蝕刻速度高 的蝕刻。
圖l是表示在本發明的乾式蝕刻裝置的結構的示意圖。
圖中符號說明1 -蝕刻裝置，2 -基敗載置部，3 -蝕刻氣體導入機構， 4-等離子體發生機構，11-真空室，12-真空排氣機構，13-基板處理室， 14-等離子體發生室，15-頂板，21-M電極，22-級間耦合電容器， 23 —高頻電源，31 —氣體導入路徑，32 —氣體流量控制^M勾，33 —稀有氣 體用氣源，34-氟碳氣體用氣源，41-磁場線圏，42-天線線圈，42-高 頻天線線圏，43-高頻電源，141-側壁，S-被處理基板。
具體實施例方式
圖1表示在本發明的層間絕緣膜的乾式蝕刻方法中使用的蝕刻裝置1 。 蝕刻裝置1具有真空室11。該真空室11具備渦輪分子泵等真空排氣,12。
真空室11由下部的J4l處理室13和其上部的等離子體發生室14構 成。在下部的基fel處理室13內的底部中央設置有基板載置部2。在基板載 置部2上設置基&電極21， ！41電極21經由級間耦合電容器22與第一高 頻電源23連接，在電位上成為浮置電極而成為負的偏置電位。
與該基板載置部2對置地設置在等離子體發生室14的上部的頂板15， 被固定在等離子體發生室14的側壁。在頂板15上連接有氣體導入^J 3 的氣體導入路徑31，該氣體導入^J 3用於向真空室11內導入蝕刻氣體。 該氣體導入路徑31形成分支，分別經由氣體流量控制機構32與稀有氣體 用氣源33及氟碳氣體用氣源34連接。
另外，在該頂板15上，為了使氣體均勻地擴散，可以設置與氣體導入 機構3連接的噴淋板。進而，為了提高蝕刻速度，頂板15可以由珪形成， 或設置有g。
等離子體發生室14具備圓筒形的側壁141，側壁141優選由電介質體 構成，比介電常數為4以上。通過使用比介電常數高於通常的石英的比介 電常數(3.6)的材料製作等離子體發生室14的側壁，可以更有效地透過 RF電力，可以使工藝的均勻性、蝕刻速度及工藝穩定性提高。此時，優 選比介電常數為4以上的材料的介電損耗為1 x 10" ~ 10 x l(T4。作為具有 這樣特性的材料，例如有透光性陶瓷，其中，高純度透光性氧化鋁陶瓷或 高純度透光性氧化釔陶瓷的比介電常數高，為10以上，因此優選。高純度 透光性AIN陶瓷也由於比介電常數高所以優選。
不過，在用高純度透光性陶瓷製作側壁141的情況下，如果側壁材料 與蝕刻對象為同一材料，則側壁內部有時也會被蝕刻。此時，優選在側壁 141的內部噴鍍氧化釔。這是因為，通過實施氧化釔噴鍍，可以防止側壁 部的蝕刻。
在側壁141的外側設置有作為磁場發生機構4的磁場線圏41，此時， 通it/磁場線圏41在等離子體發生室14內形成環狀磁中性線(未圖示)。在磁場線圏41和等離子體發生室14的側壁141的外側之間，配置有 等離子體發生用的高頻天線線圏42。該高頻天線線圏42構成為並聯天線 結構，並從第二高頻電源43施加電壓。此外，在通逸磁場線圏41形成磁 中性線時，沿著已形成的磁中性線施加交變電場，在該磁中性線發生放電 等離子體。'
需要說明的是，也可以設置使對天線線圏施加的電壓值成為規定值的 裝置。
如上所述構成的蝕刻裝置，結構筒單，也沒有所謂施加的高頻電場相 互幹擾的問題，可以形成高效率的等離子體。
用於實施本發明的乾式蝕刻方法的蝕刻裝置，也可以在高頻天線線圈 42的內側設置未圖示的法拉第屏蔽(或靜電場屏蔽)用浮置電極。該法拉 第屏蔽是已知的法拉第屏蔽，例如是平行設置多個狹縫且在該狹縫的長度 方向的中間與狹縫正交地設置有天線線圏的金屬板。在狹縫的長度方向的 兩端設置有使矩形形狀金屬板的電位相同的金屬框。天線線圏42的靜電場 被金屬板屏蔽，但感應磁場未被屏蔽。該感應磁場進入到等離子體中，形 成感應電場。狹縫的寬度可以根據目的適當地設計，為0.5 10mm、優選 l-2mm的狹縫。如果該狹縫的寬度過大，則會發生靜電場的滲入,因此 不優選。狹縫的厚度為 2mm左右即可。
接著，對使用該蝕刻裝置1蝕刻被處理M S的方法進行說明。
作為使用上述蝕刻裝置1進行蝕刻的蝕刻對象，可以舉出在Si基仗上
形成了 SK)2膜、含有Si02的化合物膜及由在光學元件中所使用的材料構
成的膜而得到的基tl。
作為含有Si02的化合物，例如有TEOS-Si02、磷酸矽酸鹽玻璃、添 加了硼酸的磷酸矽酸鹽玻璃、摻雜有稀土的玻璃、低膨脹結晶玻璃。作為 在光學元件中使用的材料，例如有鈮酸鋰、鉭酸鋰、氧化鈦、氧化鉭、氧 化鉍。
另外，還可以是形成了如下膜的基板，即像HSQ、 MSQ那樣通過旋 塗形成的SiOCH系材料膜、通過CVD形成的SiOC系材料且比介電常數 為2.0 3,2的Low-k材料膜、多孔材料膜。作為SiOCH系材料，例如有商品名LKD5109r5/JSR公司制、商品名 HSG - 7000/日立化成 >司制、商品名HOSP/Honeywell Electric Materials 7>司制、商品名Nanoglass/Honeywell Electric Materials公司制、商品名 OCDT-12/東京應化公司制、商品名OCDT-32/東京應化公司制、商品 名IPS2.4/觸媒化工工業公司制、商品名IPS2，2/觸媒化工工業公司制、商 品名ALCAP - S5100/旭化成^〉司制、商品名ISM/ULVAC 乂>司制。
作為SiOC系材料，例如有商品名Aurola2.7/日本ASM公司制、商品 名Aurola2.4/日本ASM公司制、商品名Orion2.2/Fastgate TRIKON 乂> 司制、商品名Coral/Novellus公司制、商品名BlackDiamond/AMAT7>司 制、商品名NCS/富士通公司制。另外，還有商品名SiLK/Dow Chemical 公司制、商品名Porous - SiLK/Dow Chemical z>司制、商品名 FLARE/Honeywell Electric Materials 乂>司制、商品名 Porous FLARE/Honeywell Electric Materials 乂>司制、商品名GX — 3P/Honeywell Electric Materials公司制等。
關於作為該蝕刻對象的被處理基仗的掩模材料，例如可以舉出KrF抗 蝕材料、ArF抗蝕材料等有機系材料，Ni等公知的金屬材料。
將已形成掩模的被處理基板S載置於基板載置臺2上。接著，從蝕刻 氣體導入機構4導入蝕刻氣體，從第二高頻電源43施加RF功率，在等離 子體發生室14內發生等離子體，對被處理基板S進行蝕刻。
作為蝕刻氣體，可以使用在氟碳氣體中添加了從Ar、 Xe、 Kr等稀有 氣體中選擇的至少一種氣體而得到的氣體。作為氟碳氣體，例如可以使用
CF4、 C2F6、 C4Fs或C3Fs，特別優選0^8或C3F8。此時，稀有氣體淨皮氣 體流量控制機構32控制成以蝕刻氣體總流量基準計為80 ~ 95 %並被導入。 將該蝕刻氣體在等離子體氣氛中以1Pa以下的工作壓力導入到100 ~ 300sccm真空室11內進行蝕刻。
通過使用了這樣的蝕刻裝置1的乾式蝕刻方法，與乾式蝕刻裝置相比， 面內均勻性良好，且可以提高蝕刻速度。
實施例1
在本實施例中，使用圖1所示的蝕刻裝置1進行蝕刻。側壁141作為 透光性氧化鋁陶瓷使用商品名SAPPHAL/東京陶瓷公司制(比介電常數10，介電損耗lx 10-4)的來製作。
首先，在等離子體發生室14的側壁141為由高純度透光性氧化鋁構成 的蝕刻裝置l的141載置臺2上，載置以lpm形成Si02膜的且由Si構成 的被處理141 S，通過第二高頻電源43發生等離子體，同時導入由C3F8 氣體8sccm和Ar氣體152sccm構成的蝕刻氣體，進行陂處理基板S的蝕 刻。蝕刻條件為第一高頻電源(^側)400W、第二高頻電源(天線側) 1200W、 ^4li免定溫度-20t:、壓力0.6Pa。
在導入氣體i分鐘並對被處理a S進行了蝕刻之後，將淨皮處理a
S從蝕刻裝置l中取出，研究面內均勻性，結果為正負4.79%。另外，蝕 刻速度為i34nm/min。
(比較例1)
與實施例1的不同點在於，作為蝕刻裝置，使用等離子體發生室14 的側壁141由石英(比介電常數3.6,介電損耗3 x 10"構成的蝕刻裝
置，除此之外在相同a下進行蝕刻。將被處理a S從蝕刻裝置中取出，
研究面內均勻性，結果為正負10.28%。另外，蝕刻速度為94.1nm/min。 實施例2
在本實施例中，與實施例1的不同點在於，作為抗蝕劑層，以2pm 的厚度形成了 G線抗蝕劑層，除此之外在完全相同的條件下進行蝕刻。將 被處理141S從蝕刻裝置1中取出，研究面內均勻性，結果為正負9.58%。 另外，蝕刻速度為79.5nm/min。
(比較例2 )
與實施例2的不同點在於，作為蝕刻裝置，使用等離子體發生室14 的側壁141由石英(比介電常數3.6，介電損耗3 x 10_3)構成的蝕刻裝 置，除此之外在相同M下進行蝕刻。將被處理141S從蝕刻裝置中取出， 研究面內均勻性，結果為正負36.14%。另外，蝕刻速度為66.7nm/min。
綜上可知，如果由透光性陶瓷形成等離子體發生室的側壁，則蝕刻的 面內均勻性及蝕刻速度會得到改善。另外，面內均勻性及蝕刻速度與抗蝕 劑材料無關，均得到大致相同的結果，所以工藝的穩定性也被改善。實施例3
在本實施例中，與實施例i的不同點在於，使si基&為藍寶石141，
除此之外在完全相同的條件下進行蝕刻。將被處理基敗S從蝕刻裝置1中 取出，，研究面內均勻性，結果為正負5%。另外，蝕刻iUL為350nm/min。
實施例4
在本實施例中，與實施例1的不同點在於，對在實施例1中使用的蝕 刻裝置1的側壁141的內面實施氧化釔噴鍍(厚250 M m )，以及^J41為 藍寶石基板，除此之外在完全相同的條件下進行蝕刻。將被處理基t!S從 蝕刻裝置l中取出，研究面內均勻性，結果為正負5%。另外，蝕刻i!JL 為350nm/min。
在實施例3的情況下，由於蝕刻對象和側壁材料相同，所以如果進行 長時間蝕刻，側壁141會,皮蝕刻，但在實施例4中，即l更蝕刻對象與側壁 材料相同，但側壁141仍未被蝕刻。由此可知，即便在蝕刻對象與側壁材 料相同的情況下，只要對等離子體發生室的側壁141的內部實施氧化釔噴 鍍，就能夠在保持高面內均勻性及蝕刻速度的同時進行蝕刻。
(實施例5 )
在本實施例中，與實施例l的不同點在於，用高純度透光性氧化釔陶 瓷(比介電常數11.3，介電損耗5.5x10")形成側壁141,除此之外在 完全相同的M下進行蝕刻。將被處理MS從蝕刻裝置中l取出，研究 面內均勻性，結果為正負8%。另外，蝕刻速度為300nm/min。
(實施例6)
在本實施例中，與實施例1的不同點在於，用高純度透光性AIN陶瓷 (比介電常數:9.1,介電損耗2.5X10-4)形成側壁141，除此之外在完 全相同的M下進行蝕刻。將被處理^S從蝕刻裝置中l取出，研究面 內均勻性，結果為正負7%。另外，蝕刻速度為330nm/min。
工業上的可利用性
才艮據本發明的乾式蝕刻裝置，可以進行面內均勻性良好、蝕刻速度也 高的蝕刻。因此，本發明可以被用於半導體技術領域。
權利要求
1.一種乾式蝕刻裝置，在具備由上部的等離子體發生室及下部的基板處理室構成的真空室、設置在上述等離子體發生室的側壁的外側的磁場線圈、配置在該磁場線圈和側壁的外側之間且與高頻電源連接的天線線圈和設置在等離子體發生室上部的蝕刻氣體導入機構的蝕刻裝置中，其特徵在於，所述側壁由比介電常數為4以上的材料構成。
2. 根據權利要求l所述的乾式蝕刻裝置，其特徵在於， 所述材料的介電損耗為1 x l(T4 ~ 10 x 104。
3. 根據權利要求1或者2所述的乾式蝕刻裝置，其特徵在於， 所述材料為透光性陶瓷。
4. 根據權利要求3所述的乾式蝕刻裝置，其特徵在於， 所述透光性陶瓷為高純度透光性氧化鋁陶瓷、高純度透光性氧化釔陶瓷及高純度透光性AIN陶瓷中的任一種。
5. 根據權利要求1~4中任意一項所述的乾式蝕刻裝置，其特徵在於， 在所述側壁的內面噴^^有氧化釔。
6. —種乾式蝕刻方法，其特徵在於，使用權利要求1 ~5中任意一項所述的乾式蝕刻裝置，向真空室內導入 蝕刻氣體，通過磁場線圏形成磁中性線，使交變電場從天線線圏透過側壁， 沿著磁中性線施加交變電位而產生放電等離子體，並且對被處理141進行 蝕刻而實施微細加工。
全文摘要
本發明提供一種面內均勻性好且蝕刻速度高的乾式蝕刻裝置及乾式蝕刻方法。該乾式蝕刻裝置，具備由上部的等離子體發生室及下部的基板處理室構成的真空室、設置在所述等離子體發生室的側壁的外側的磁場線圈、配置在該磁場線圈和側壁的外側之間且與高頻電源連接的天線線圈和設置在等離子體發生室上部的蝕刻氣體導入機構，所述側壁由比介電常數為4以上的材料構成。
文檔編號H01L21/3065GK101681830SQ200880015720
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月8日 優先權日2007年5月11日
發明者林俊雄, 森川泰宏, 鄒紅紅 申請人:愛發科股份有限公司