[发明专利]等离子体处理装置和等离子体处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及对被处理基板实施等离子体处理的技术，尤其涉及双 频重叠施加方式的电容结合型的等离子体处理装置和等离子体处理方 法。

背景技术

在半导体装置和FPD(Flat Panel Display：平板显示器)的制造工 艺中的蚀刻、沉积、氧化和溅射等的处理中，为了对处理气体进行比 较低的温度的反应而经常利用等离子体。在现有技术中，在单片式的 等离子体处理装置、尤其是等离子体蚀刻装置中，电容结合型的等离 子体处理装置已成为主流。

一般来说，电容结合型的等离子体处理装置在作为真空腔室而构 成的处理容器内平行地配置有上部电极和下部电极，在下部电极之上 载置被处理基板(半导体晶片、玻璃基板等)，对两电极的任一方施加 高频电压。利用由该高频电压在两电极之间形成的电场使电子加速， 由电子与处理气体的冲突电离产生等离子体，由等离子体中的自由基 和离子在基板表面上实施期望的微细加工(例如蚀刻加工)。这里，由 于施加了高频的一侧的电极通过匹配器内的阻隔电容器连接到高频电 源上，作为阴极(cathode)工作。在支承基板的下部电极上施加高频 而将其作为阴极的阴极耦合方式，通过利用在下部电极上产生的自身 偏置电压而将等离子体中的离子大致垂直地引入到基板上，可进行各 向异性蚀刻。

下部双频重叠施加方式是在上述那样的电容结合型等离子体处理 装置中，重叠并施加在支承基板的下部电极上适合于等离子体生成的 比较高频(一般是27MHz以上)的第一高频和适合于离子引入的比较 低的频率(一般是13.56MHz以下)的第二高频(例如参照专利文献1)。

下部双频重叠施加方式除了具有能够利用第一高频和第二高频分 别个别地使等离子体的密度及各向异性蚀刻的选择性最佳化的优点以 外，还具有在上部电极上容易附着沉积物(deposition，以下简称“沉 积”)的工艺加工中，第二高频对沉积附着的防止和抑制具有有效的作 用这样的优点。即，如果在阳极的上部电极上入射离子，则在电极上 附着的沉积膜(附着氧化膜也是这样)被离子冲击而溅射。与该溅射 相关的离子的数量由第一高频控制，由第二高频的比较低的频率生成 对该离子进行加速的电场

[专利文献1]日本专利特开2000-156370

发明内容

使用上述那样的下部双频重叠施加方式的现有技术的电容结合型 等离子体处理装置总的来说，将不施加高频的阳极一侧的上部电极直 流地接地。通常，由于处理容器由铝或不锈钢等金属构成，安全地接 地，所以可以通过处理容器使上部电极成为接地电位，由此采用了直 接在处理容器的顶部一体化地组装上部电极的结构或将处理容器的顶 部原封不动地作为上部电极而利用的结构。

然而，随着近年来的半导体制造工艺中的设计规则的微细化，要 求低压下高密度的等离子体。在下部双频重叠施加方式的电容结合型 等离子体处理装置中，对等离子体生成有主要贡献的高频即第一高频 的频率逐渐变高，最近，使用了标准的40MHz以上的频率。然而，若 第一高频的频率变高，则由于其高频电流在电极的中心部聚集，在两 电极之间的处理空间中生成的等离子体的密度在电极中心部一侧也比 在电极边缘部一侧高，工艺的面内均匀性低下的问题变得显著。另一 方面，由于对离子引入有主要贡献的高频即第二高频的频率比较低， 不在电极中心部集中。即，在将上部电极直接附加在处理容器中或一 体化形成，从而直流地接地的现有技术的装置中，对第二高频的作用， 即涉及向基板的离子引入或上部电极的沉积附着的抑制的作用的没有 发现问题点。

本发明鉴于上述现有问题而开发，其目的是提供等离子体处理装 置和等离子体处理方法，在向支承被处理基板的电极重叠并施加两种 高频的双频重叠施加方式的电容结合型中，在另外一方的相对电极上 充分地防止或抑制不期望的膜的形成，并任意地控制等离子体密度的 空间分布特性，从而提高工艺加工的面内均匀性。