干式蚀刻装置及干式蚀刻方法 |
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| 申请号 | CN200880015720.8 | 申请日 | 2008-05-08 | 公开(公告)号 | CN101681830B | 公开(公告)日 | 2014-03-12 |
| 申请人 | 爱发科股份有限公司; | 发明人 | 森川泰宏; 邹红红; 林俊雄; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种面内均匀性好且蚀刻速度高的干式蚀刻装置及干式蚀刻方法。该干式蚀刻装置，具备由上部的 等离子体 发生室及下部的 基板 处理室 构成的 真空 室、设置在所述等离子体发生室的 侧壁 的外侧的 磁场 线圈、配置在该磁场线圈和侧壁的外侧之间且与高频电源连接的天线线圈和设置在等离子体发生室上部的蚀刻气体导入机构，所述侧壁由比 介电常数 为4以上的材料构成。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种干式蚀刻装置，在具备由上部的等离子体发生室及下部的基板处理室构成的真空室、设置在上述等离子体发生室的侧壁的外侧的磁场线圈、配置在该磁场线圈和侧壁的外侧之间且与高频电源连接的天线线圈和设置在等离子体发生室上部的蚀刻气体导入机构的蚀刻装置中，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 干式蚀刻装置及干式蚀刻方法技术领域[0001] 本发明涉及干式蚀刻装置和干式蚀刻方法。 背景技术[0002] 以往，在对用抗蚀剂掩模覆盖的SiO2等层间绝缘膜进行蚀刻的情况下，使用如下的感应耦合型干式蚀刻法，即通过高频感应磁场产生的感应电场使电子加速，在由此生成的等离子体气氛下进行蚀刻，对布线用的通孔、槽进行微细加工。 [0005] 可是，在上述的干式蚀刻装置中，面内均匀性为10％以上，另外还存在蚀刻速度不足的问题。 发明内容[0006] 本发明的课题正是为了解决上述现有技术的问题而提供一种面内均匀性好且蚀刻速度高的干式蚀刻装置。 [0007] 本发明的干式蚀刻装置，在具备由上部的等离子体发生室及下部的基板处理室构成的真空室、设置在上述等离子体发生室的侧壁的外侧的磁场线圈、配置在该磁场线圈和侧壁的外侧之间且与高频电源连接的天线线圈和设置在等离子体发生室的上部的蚀刻气体导入机构的蚀刻装置中，其特征在于，所述侧壁由比介电常数为4以上的材料构成。通过将侧壁的材料使用比通常在干式蚀刻装置中所使用的石英的比介电常数3.6高的比介电常数为4以上的材料，可以使交变电场有效地透过侧壁，使等离子体高密度化，因而改善了面内均匀性，进一步提高蚀刻速度。 [0008] 优选上述材料的介电损耗为1×10-4～10×10-4，如果大于10×10-4，则已输入的交变电场的一部分会对陶瓷进行加热，由于该陶瓷的温度上升容易导致蚀刻工艺变得不稳-4定。另一方面，如果小于1×10 ，则可以无法实现足够的面内均匀性的改善、蚀刻速度的提高。 [0009] 作为上述材料优选为透光性陶瓷。在这里，透光性陶瓷是指透过可见光及红外线区域即波长约为360nm～800μm的光线的陶瓷。由于透光性陶瓷的比介电常数高，另外介电损耗小，所以通过用透光性陶瓷制作侧壁141，可使交变电场容易地通过侧壁，可以生成高密度的等离子体。因此，面内均匀性好，且可以提高蚀刻速度。 [0012] 本发明的干式蚀刻方法，其特征在于，使用上述的干式蚀刻装置，向真空室内导入蚀刻气体，且通过磁场线圈形成磁中性线，使交变电场从天线线圈透过侧壁，沿着磁中性线施加交变电位而发生放电等离子体，并且对被处理基板进行蚀刻而实施微细加工。 [0013] 发明效果 [0015] 图1是表示在本发明的干式蚀刻装置的结构的示意图。 [0016] 图中符号说明：1-蚀刻装置，2-基板载置部，3-蚀刻气体导入机构，4-等离子体发生机构，11-真空室，12-真空排气机构，13-基板处理室，14-等离子体发生室，15-顶板，21-基板电极，22-级间耦合电容器，23-高频电源，31-气体导入路径，32-气体流量控制机构，33-稀有气体用气源，34-氟碳气体用气源，41-磁场线圈，42-天线线圈，42-高频天线线圈，43-高频电源，141-侧壁，S-被处理基板。 具体实施方式[0018] 真空室11由下部的基板处理室13和其上部的等离子体发生室14构成。在下部的基板处理室13内的底部中央设置有基板载置部2。在基板载置部2上设置基板电极21，基板电极21经由级间耦合电容器22与第一高频电源23连接，在电位上成为浮置电极而成为负的偏置电位。 [0019] 与该基板载置部2对置地设置在等离子体发生室14的上部的顶板15，被固定在等离子体发生室14的侧壁。在顶板15上连接有气体导入机构3的气体导入路径31，该气体导入机构3用于向真空室11内导入蚀刻气体。该气体导入路径31形成分支，分别经由气体流量控制机构32与稀有气体用气源33及氟碳气体用气源34连接。 [0021] 等离子体发生室14具备圆筒形的侧壁141，侧壁141优选由电介质体构成，比介电常数为4以上。通过使用比介电常数高于通常的石英的比介电常数(3.6)的材料制作等离子体发生室14的侧壁，可以更有效地透过RF电力，可以使工艺的均匀性、蚀刻速度及工艺-4 -4稳定性提高。此时，优选比介电常数为4以上的材料的介电损耗为1×10 ～10×10 。作为具有这样特性的材料，例如有透光性陶瓷，其中，高纯度透光性氧化铝陶瓷或高纯度透光性氧化钇陶瓷的比介电常数高，为10以上，因此优选。高纯度透光性AIN陶瓷也由于比介电常数高所以优选。 [0022] 不过，在用高纯度透光性陶瓷制作侧壁141的情况下，如果侧壁材料与蚀刻对象为同一材料，则侧壁内部有时也会被蚀刻。此时，优选在侧壁141的内部喷镀氧化钇。这是因为，通过实施氧化钇喷镀，可以防止侧壁部的蚀刻。 [0023] 在侧壁141的外侧设置有作为磁场发生机构4的磁场线圈41，此时，通过磁场线圈41在等离子体发生室14内形成环状磁中性线(未图示)。 [0024] 在磁场线圈41和等离子体发生室14的侧壁141的外侧之间，配置有等离子体发生用的高频天线线圈42。该高频天线线圈42构成为并联天线结构，并从第二高频电源43施加电压。此外，在通过磁场线圈41形成磁中性线时，沿着已形成的磁中性线施加交变电场，在该磁中性线发生放电等离子体。 [0025] 需要说明的是，也可以设置使对天线线圈施加的电压值成为规定值的装置。 [0026] 如上所述构成的蚀刻装置，结构简单，也没有所谓施加的高频电场相互干扰的问题，可以形成高效率的等离子体。 [0027] 用于实施本发明的干式蚀刻方法的蚀刻装置，也可以在高频天线线圈42的内侧设置未图示的法拉第屏蔽(或静电场屏蔽)用浮置电极。该法拉第屏蔽是已知的法拉第屏蔽，例如是平行设置多个狭缝且在该狭缝的长度方向的中间与狭缝正交地设置有天线线圈的金属板。在狭缝的长度方向的两端设置有使矩形形状金属板的电位相同的金属框。天线线圈42的静电场被金属板屏蔽，但感应磁场未被屏蔽。该感应磁场进入到等离子体中，形成感应电场。狭缝的宽度可以根据目的适当地设计，为0.5～10mm、优选1～2mm的狭缝。如果该狭缝的宽度过大，则会发生静电场的渗入，因此不优选。狭缝的厚度为～2mm左右即可。 [0028] 接着，对使用该蚀刻装置1蚀刻被处理基板S的方法进行说明。 [0029] 作为使用上述蚀刻装置1进行蚀刻的蚀刻对象，可以举出在Si基板上形成了SiO2膜、含有SiO2的化合物膜及由在光学元件中所使用的材料构成的膜而得到的基板。 [0030] 作为含有SiO2的化合物，例如有TEOS-SiO2、磷酸硅酸盐玻璃、添加了硼酸的磷酸硅酸盐玻璃、掺杂有稀土的玻璃、低膨胀结晶玻璃。作为在光学元件中使用的材料，例如有铌酸锂、钽酸锂、氧化钛、氧化钽、氧化铋。 [0031] 另外，还可以是形成了如下膜的基板，即像HSQ、MSQ那样通过旋涂形成的SiOCH系材料膜、通过CVD形成的SiOC系材料且比介电常数为2.0～3.2的Low-k材料膜、多孔材料膜。 [0032] 作为SiOCH系材料，例如有商品名LKD5109r5/JSR公司制、商品名HSG-7000/日立化成公司制、商品名HOSP/Honeywell Electric Materials公司制、商品名Nanoglass/Honeywell Electric Materials公司制、商品名OCD T-12/东京应化公司制、商品名OCD T-32/东京应化公司制、商品名IPS2.4/触媒化工工业公司制、商品名IPS2.2/触媒化工工业公司制、商品名ALCAP-S5100/旭化成公司制、商品名ISM/ULVAC公司制。 [0033] 作为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公司制、商品名Coral/Novellus公司制、商品名Black Diamond/AMAT公司制、商品名NCS/富士通公司制。另外，还有商品名SiLK/Dow Chemical公司制、商品名Porous-SiLK/Dow Chemical公司制、商品名FLARE/Honeywell Electric Materials公司制、商品名PorousFLARE/Honeywell Electric Materials公司制、商品名GX-3P/HoneywellElectric Materials公司制等。 [0034] 关于作为该蚀刻对象的被处理基板的掩模材料，例如可以举出KrF抗蚀材料、ArF抗蚀材料等有机系材料，Ni等公知的金属材料。 [0035] 将已形成掩模的被处理基板S载置于基板载置台2上。接着，从蚀刻气体导入机构4导入蚀刻气体，从第二高频电源43施加RF功率，在等离子体发生室14内发生等离子体，对被处理基板S进行蚀刻。 [0036] 作为蚀刻气体，可以使用在氟碳气体中添加了从Ar、Xe、Kr等稀有气体中选择的至少一种气体而得到的气体。作为氟碳气体，例如可以使用CF4、C2F6、C4F8或C3F8，特别优选C4F8或C3F8。此时，稀有气体被气体流量控制机构32控制成以蚀刻气体总流量基准计为80～95％并被导入。将该蚀刻气体在等离子体气氛中以1Pa以下的工作压力导入到100～ 300sccm真空室11内进行蚀刻。 [0037] 通过使用了这样的蚀刻装置1的干式蚀刻方法，与以往的干式蚀刻装置相比，面内均匀性良好，且可以提高蚀刻速度。 [0038] 实施例1 [0039] 在本实施例中，使用图1所示的蚀刻装置1进行蚀刻。侧壁141作为透光性氧化-4铝陶瓷使用商品名SAPPHAL/东京陶瓷公司制(比介电常数：10，介电损耗：1×10 )的来制作。 [0040] 首先，在等离子体发生室14的侧壁141为由高纯度透光性氧化铝构成的蚀刻装置1的基板载置台2上，载置以1μm形成SiO2膜的且由Si构成的被处理基板S，通过第二高频电源43发生等离子体，同时导入由C3F8气体8sccm和Ar气体152sccm构成的蚀刻气体，进行被处理基板S的蚀刻。蚀刻条件为第一高频电源(基板侧)400W、第二高频电源(天线侧)1200W、基板设定温度：-20℃、压力：0.6Pa。 [0041] 在导入气体1分钟并对被处理基板S进行了蚀刻之后，将被处理基板S从蚀刻装置1中取出，研究面内均匀性，结果为正负4.79％。另外，蚀刻速度为134nm/min。 [0042] (比较例1) [0043] 与实施例1的不同点在于，作为蚀刻装置，使用等离子体发生室14的侧壁141由-3石英(比介电常数：3.6，介电损耗：3×10 )构成的蚀刻装置，除此之外在相同条件下进行蚀刻。将被处理基板S从蚀刻装置中取出，研究面内均匀性，结果为正负10.28％。另外，蚀刻速度为94.1nm/min。 [0044] 实施例2 [0045] 在本实施例中，与实施例1的不同点在于，作为抗蚀剂层，以2μm的厚度形成了G线抗蚀剂层，除此之外在完全相同的条件下进行蚀刻。将被处理基板S从蚀刻装置1中取出，研究面内均匀性，结果为正负9.58％。另外，蚀刻速度为79.5nm/min。 [0046] (比较例2) [0047] 与实施例2的不同点在于，作为蚀刻装置，使用等离子体发生室14的侧壁141由-3石英(比介电常数：3.6，介电损耗：3×10 )构成的蚀刻装置，除此之外在相同条件下进行蚀刻。将被处理基板S从蚀刻装置中取出，研究面内均匀性，结果为正负36.14％。另外，蚀刻速度为66.7nm/min。 [0048] 综上可知，如果由透光性陶瓷形成等离子体发生室的侧壁，则蚀刻的面内均匀性及蚀刻速度会得到改善。另外，面内均匀性及蚀刻速度与抗蚀剂材料无关，均得到大致相同的结果，所以工艺的稳定性也被改善。 [0049] 实施例3 [0050] 在本实施例中，与实施例1的不同点在于，使Si基板为蓝宝石基板，除此之外在完全相同的条件下进行蚀刻。将被处理基板S从蚀刻装置1中取出，研究面内均匀性，结果为正负5％。另外，蚀刻速度为350nm/min。 [0051] 实施例4 [0052] 在本实施例中，与实施例1的不同点在于，对在实施例1中使用的蚀刻装置1的侧壁141的内面实施氧化钇喷镀(厚250μm)，以及使基板为蓝宝石基板，除此之外在完全相同的条件下进行蚀刻。将被处理基板S从蚀刻装置1中取出，研究面内均匀性，结果为正负5％。另外，蚀刻速度为350nm/min。 [0053] 在实施例3的情况下，由于蚀刻对象和侧壁材料相同，所以如果进行长时间蚀刻，侧壁141会被蚀刻，但在实施例4中，即便蚀刻对象与侧壁材料相同，但侧壁141仍未被蚀刻。由此可知，即便在蚀刻对象与侧壁材料相同的情况下，只要对等离子体发生室的侧壁141的内部实施氧化钇喷镀，就能够在保持高面内均匀性及蚀刻速度的同时进行蚀刻。 [0054] (实施例5) [0055] 在本实施例中，与实施例1的不同点在于，用高纯度透光性氧化钇陶瓷(比介电常-4数：11.3，介电损耗：5.5×10 )形成侧壁141，除此之外在完全相同的条件下进行蚀刻。将被处理基板S从蚀刻装置中1取出，研究面内均匀性，结果为正负8％。另外，蚀刻速度为 300nm/min。 [0056] (实施例6) [0057] 在本实施例中，与实施例1的不同点在于，用高纯度透光性AIN陶瓷(比介电常-4数：9.1，介电损耗：2.5×10 )形成侧壁141，除此之外在完全相同的条件下进行蚀刻。将被处理基板S从蚀刻装置中1取出，研究面内均匀性，结果为正负7％。另外，蚀刻速度为 330nm/min。 [0058] 工业上的可利用性 |
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