[发明专利]用于半导体晶片干燥蚀刻的等离子体加工装置

说明书

本发明涉及一种用于制造半导体设备的等离子体加工装置，特别是涉及一种采用含蚀刻物的等离子体的各向异性干燥蚀刻装置。

随着半导体装置的小型化及集成化密度的提高，等离子体加工设备正被越来越多地用于能够各向异性蚀刻晶片的干燥蚀刻设备。在用等离子体的干蚀设备中，半导体晶片的蚀刻是通过与在反应器(通常称为反应室)中形成的等离子体中产生的中性自由基和离子的相互作用来完成的。虽然等离子体中的离子在电场的作用下能直接撞击晶体，但它们中的许多会与中性气体分子相碰撞并分散开，改变了其运动方向，其结果是离子不能垂直撞击晶片，而导致侧蚀刻，并造成不同于蚀刻护罩限定尺寸规格的偏差。

因此，人们建议通过降低反应室中的压力来减少中性气体分子的数目，从而降低离子与中性气体分子之间的碰撞机会。然而，这一建议会因为等离子体密度本身随之降低而产生诸如底层上面的蚀刻速度和选择性降低等新问题。由于这个原因，另一种等离子体加工装置已经被提出，它通过应用高密度等离子体源，在低压力区内也能够产生具有足够密度的等离子体。

在日本未审查的专利申请公开案(KOKAI)，HEI6-232081中揭示了一种此类等离子体加工装置的例子。图8显示了一个传统等离子体加工装置示例的简略剖面图。正如图8所示的，这个等离子加工装置配备有一个受压力降低控制的真空容器21。这个真空容器21有一个将其内部与外部隔开的壁，且主要由导电壁材料制成；并配有一个固定有样品(工件)27的较低的电极，一个构成真空容器21器壁的一部分的、将电磁波导入真空容器21内部空间的一个电介质片22，及一个置于真空容器外面的、与电介质片22相邻并且当高频电流通过时会产生一个感应场的天线23。由天线23产生的感应场借助电介质片22被引入真空容器21的内部从而产生用于加工样品27的等离子体。

对于用如此感应耦合型等离子体的等离子体加工装置，天线23不仅用作产生感应场的来源，而且也用作一个电极，因此由于天线23和真空容器21中的等离子体的直接耦合，使在等离子体中存在有电容耦合部分。与仅由感应场产生的等离子体相比较，真空容器21中的电介质片22的表面的电势相对于等离子体电势必然变得更低。其结果是等离子体中的正离子被吸引到表面，这些阳离子在电介质片22靠真空容器21一侧的表面上溅蚀，引起电介质片22的分解，从而增加了杂质混入等离子体中的危险性。

为了解决这个难题，相关已有技术的等离子体加工装置提供了一个位于天线23和电介质片22之间的、能传导电磁波(感应场)的导电元件25。导电元件25与真空容器21电联接，以防止天线23和等离子体的直接耦合，由此减少等离子体中的电容耦合部分，从而防止由于电介质体表面的溅蚀而在等离子体中混入杂质。

对于上面描述的传统等离子体加工设备，在天线及一个电介质体之间提供了一个可通过电磁波的导电体，在导体与真空容器之间建立一个电联接以防止由于电介质质的溅蚀而造成的杂质污染。然而，即使用这种结构，从蚀刻产生的反应物可能做为沉积膜而沉积于电介质体的内表面之上，形成于电介质体之上的沉积膜有时会剥落而产生引起麻烦的微粒。

另外，蚀刻过程的连续延长可能会引起样品蚀刻尺寸的变化，其导致不稳定性问题。这是因为随着蚀刻过程的延长和加工晶片数目的增多，电介质体温度会上升，引起电介质体之上的蚀刻产品沉积物数量的降低，由此增加了被蚀刻样品工件之上的蚀刻产物沉积物的数量，因而改变了最终蚀刻的尺寸和形状。

因此，本发明的目的是提供一种等离子体加工设备，它可以防止蚀刻产物等沉积在电介质片之上，缓解产生粒子的问题，从而也增加了蚀刻条件的稳定性。

至此，本发明提供了一种等离子体加工装置，它包含：一个特别是在其顶部有电介质壁部分的、且容器的其它壁部分是电接地的真空反应容器，一个放置在真空反应容器外并靠近电介质部分顶部的扁平线圈，一个借助一主调谐机制往线圈输送高频电流的主高频电源，将多种加工气体导入真空反应容器内部的部件，控制加工气体压力的部件，一个放置在真空反应容器较低部位的、固定有样品的低电极，一个借助调谐机制向低电极提供高频电压的次高频电源，一个包含一埋于电介质片内、能通过电磁波、并能提高电介质部分温度的电磁波传导和加热元件，一个借助一截止电磁波的滤波器向电磁波传导与加热元件提供直流电的直流电源，一个用于测量电介质部分温度的温度测量部件，以及一个基于通过温度测量机制测量电介质部分温度来控制来自直流电源的电流的控制部件。