等离子处理装置的制作方法

1.本发明涉及等离子处理装置。


背景技术：

2.在电子回旋共振(electron cyclotron resonance：ecr)方式的等离子蚀刻装置中，为了使向半导体元件入射的离子加速，而使用rf(radio frequency)高频功率。
3.近年，伴随半导体器件的集成度的提高，要求兼顾蚀刻中的形状控制性和晶片面内均匀性。作为实现高精度的等离子蚀刻的技术之一，专利文献1公开了一种等离子蚀刻方法，对供给至等离子形成单元的能量的大小进行调整，以便使等离子周期性地形成强等离子状态、弱等离子或者等离子消失状态。
4.此外，专利文献2公开了如下手法：对进行了时间调制的源电源(微波)施加同步的rf偏置功率，对进行了时间调制的微波施加将相位调制后而得的rf偏置功率。
5.进一步地，也有如下技术：使得等离子生成用源电源不仅能够分成脉冲启用(on)/截止(off)这两个状态，而且能分成脉冲高/脉冲低/截止这三个(或者这以上)的区间来进行脉冲施加。专利文献3公开了如下方法：通过在脉冲低区间施加rf偏置功率，来实现具有疏密差的图案垂直蚀刻。
6.进一步地，专利文献4公开了如下方法：通过将微波输出值设为脉冲启用区间中的二值以上的输出值，来实现能使蚀刻速度分布均匀且能抑制各向同性蚀刻的蚀刻。
7.这些全部现有技术中，使生成等离子的源电源脉冲化，来谋求低密度等离子、低离解蚀刻，考虑等离子种/等离子密度来施加rf偏置功率而以合适的离子量、离子能量吸引到晶片，来谋求蚀刻形状、选择比、晶片面内均匀性。
8.在先技术文献
9.专利文献
10.专利文献1：jp特开昭59-47733号公报
11.专利文献2：jp特开2015-115564号公报
12.专利文献3：jp特开2017-69542号公报
13.专利文献4：jp特开2020-17565号公报


技术实现要素：

14.发明想要解决的课题
15.但是，虽然通过施加脉冲化了的等离子生成用的源功率能够实现低离解下的蚀刻，但是在现有技术中存在各种课题。
16.例如，在即使仅将源功率脉冲化，rf偏置功率也为连续波的情况下，在等离子熄火时无法施加rf偏置功率。针对于此，若为了防止等离子的熄火，而将脉冲化了的源功率的截止期间限制得短而增大脉冲重复频率，则存在等离子密度不会变小这样的不良情况。
17.另一方面，在将微波功率和rf偏置功率脉冲化并使其同步的情况下，存在蚀刻速
率变小这样的问题。在这样的情况下，作为源功率的微波功率和rf偏置功率都是某些程度上存在截止的期间，由此蚀刻速率会降低。另外，根据源功率的脉冲启用时间、占空比，蚀刻速度变得非常慢。
18.此外，在与微波功率的脉冲振荡相同的定时施加rf偏置功率的情况下，有可能在与rf偏置功率的匹配不充分的状态下进行蚀刻。因此，由于异常放电、各电源的反射波异常，担心会引起蚀刻的面内均匀性的变差、再现性的降低。
19.针对于此，在将微波功率进行脉冲振荡后，从等待至等离子的稳定时间经过才施加rf偏置功率也是一种方案。由此，蚀刻速度分布变得均匀，面内均匀性得到提高。但是，根据这样的技术，由于存在rf偏置功率的零区间，因此侧蚀刻进展，因而不可完全避免蚀刻的形状不良。
20.进一步地，也能够将微波功率的脉冲振荡二值化为高/低，在微波的低区间施加rf偏置。但是，该技术的问题点在于，在微波的低区间，几乎没有等离子中的沉积成分而容易发生侧蚀刻，除此以外，还难以在施加微波功率直至能够阻止等离子熄火的极限的等离子下取得rf偏置功率的匹配。
21.根据以上，谋求即使在将微波功率进行脉冲振荡而以低等离子密度进行蚀刻的情况下也维持蚀刻的形状控制性、不降低蚀刻速率这样的技术。
22.本发明的目的在于提供一种等离子处理装置，使用能够振荡不同的微波功率的微波电源来高精度地控制蚀刻形状。
23.为了解决上述课题，代表性的本发明所涉及的等离子处理装置之一通过如下特征来达成，该等离子处理装置具备：对样品进行等离子处理的处理室；供给用于生成等离子的第一高频功率的第一高频电源；载置所述样品的样品台；以及对所述样品台供给第二高频功率的第二高频电源，该等离子处理装置进一步具备：控制装置，在通过具有第一期间和与所述第一期间相邻的第二期间的第一波形来调制所述第一高频功率、并且通过具有期间a和期间b的第二波形来调制所述第二高频功率的情况下，控制所述第二高频电源，以便在所述第一期间和所述第二期间供给所述期间a的各个所述第二高频功率，所述第二期间的振幅比所述第一期间的振幅小且比0大，所述期间a的振幅比所述期间b的振幅大。
24.发明效果
25.根据本发明，能够提供一种等离子处理装置，使用能够振荡不同的微波功率的微波电源来高精度地控制蚀刻形状。
26.上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而得以明确。
附图说明
27.图1是作为本发明的一实施方式的等离子处理装置的ecr等离子蚀刻装置的概略结构图。
28.图2是表示第1实施方式中的(a)微波功率、(b)等离子密度、(c)等离子阻抗、(d)rf偏置功率的时序图的图。
29.图3a是表示第1实施方式中的(a)微波功率、(b)气体种a的等离子密度、(c)气体种b的等离子密度的时序图的图。
30.图3b的(a)是图3a中的等离子密度的放大图，(b)是晶片的图案形状的放大截面
图，(c)是晶片的图案形状的放大截面图。
31.图4a是表示第1实施方式中的(a)微波功率、(b)气体种a的等离子密度、(c)气体种b的等离子密度的时序图的图。
32.图4b的(a)是图4a中的等离子密度的放大图，(b)是晶片的图案形状的放大截面图，(c)是晶片的图案形状的放大截面图。
33.图5是表示第3实施方式中的(a)脉冲化了的微波功率、(b)脉冲化了的rf偏置功率的时序图的示例的图。
34.图6是表示第4实施方式中的(a)微波功率、(b)等离子密度、(c)等离子阻抗、(d)rf偏置功率的时序图的图。
35.图7是表示第5实施方式中的(a)微波功率、(b)等离子密度、(c)等离子阻抗、(d)rf偏置功率的时序图的图。
36.图8a是表示比较例中的(a)微波功率、(b)等离子密度、(c)等离子阻抗、(d)rf偏置功率、(e)vpp的时序图的图。
37.图8b是表示比较例中的(a)微波功率、(b)等离子密度、(c)等离子阻抗、(d)rf偏置功率、(e)vpp的时序图的图。
38.图9是表示第6实施方式中的(a)微波功率、(b)等离子密度、(c)等离子阻抗、(d)rf偏置功率、(e)vpp的时序图的图。
39.图10是表示第7实施方式中的(a)微波功率、(b)等离子密度、(c)等离子阻抗、(d)rf偏置功率、(e)rf偏置反射波、(f)vpp的时序图的图。
40.图11a是第8实施方式中的ecr等离子蚀刻装置的概略结构图。
41.图11b是表示对图11a的ecr等离子蚀刻装置供给的微波功率的波形的图。
42.图11c是表示对图11a的ecr等离子蚀刻装置供给的rf偏置功率的波形的图。
43.图12是表示由ecr等离子蚀刻装置处理的晶片的蚀刻形状的放大截面图。
具体实施方式
44.[第1实施方式]
[0045]
图1是本发明的实施方式涉及的ecr方式的微波等离子蚀刻装置(以下，设为等离子处理装置1)的纵截面的概略结构图。等离子处理装置1中的处理室、样品台、样品等各部概略性地具有圆筒、圆柱、圆板等轴对称形状。
[0046]
在本说明书中，所谓“在跨过切换时施加功率”是指，从该切换时之前开始施加功率，并持续该功率的施加直至该切换后为止，例如是指，在第一高频功率的第一期间和第二期间供给期间a的各个第二高频功率等。
[0047]
(等离子处理装置的结构)
[0048]
在图1中，在等离子处理装置1的真空容器101内部的处理室122的下部连接有真空排气装置119。此外，在处理室122的内部上部配置有簇射板102以及石英顶板103。簇射板102具有多个孔。将从气体供给装置120供给的等离子蚀刻处理用的气体通过簇射板102的孔导入到处理室122内。在簇射板102之上配置石英顶板103，在与石英顶板103之间设置有气体供给用的间隙。石英顶板103使来自上方的电磁波透过，并将处理室122的上方气密密封。
[0049]
在石英项板103之上配置有空腔谐振部104。空腔谐振部104的上部开口，且连接有波导管105，该波导管105由兼具在垂直方向上延伸的垂直波导管和将电磁波的方向弯曲90度的折弯部的波导管变换器构成。波导管105等是传播电磁波的振荡波导管，在波导管105的端部经由调谐器107连接有等离子生成用的微波电源106。
[0050]
作为第一高频电源的微波电源106是等离子生成用的电源，基于来自控制部123的控制来振荡电磁波(第一高频功率)。本实施方式的微波电源106能振荡2.45ghz的微波。第一高频功率通过将高区间th(第一期间)和低区间tl(与第一期间相邻的第二期间)交替重复的第一波形来调制。
[0051]
从微波电源106振荡的微波在波导管105传播，并经由空腔谐振部104、石英顶板103、簇射板102传播到处理室122内。在处理室122的外周配置有磁场产生线圈109。磁场产生线圈109由多个线圈构成，在处理室122形成磁场。从微波电源106振荡的高频功率通过由磁场产生线圈109形成的磁场与ecr的相互作用，来在处理室122内生成高密度等离子121。
[0052]
在处理室122的下方，与石英顶板103对置地配置有样品台110。样品台110在载置作为样品的晶片111的状态下进行保持。
[0053]
样品台110包含铝、钛来作为材质。在样品台110上表面有电介质膜112。在样品台110的电介质膜112的上表面配置有铝陶瓷等的热喷涂膜。
[0054]
此外，在电介质膜112内部设置用于静电吸附晶片111的导电体膜(电极)113、114，通过施加直流电压(未图示)，能够静电吸附晶片111。进一步地，对样品台110的导电体膜113、114从作为第二高频电源的rf偏置电源117施加第二高频功率(以后，记述为rf偏置)。第二高频功率通过将启用区间bon(期间a)和截止区间bof(期间b)重复的第二波形来调制。
[0055]
在rf偏置电源117连接匹配盒(匹配器)115，由此可取得rf偏置的匹配。等离子密度通过微波的脉冲状的振荡来改变，匹配盒115发挥功能，使得即使等离子阻抗高速变动也可完成rf偏置的匹配。更具体来说，匹配盒115进行基于固态元件的高速匹配、将等离子负荷(等离子阻抗)急剧变化的期间没为无效且将这以外的期间没为匹配有效范围的匹配区间的设定、将等离子(负荷)的混乱设为无效的匹配的固定、基于等离子(负荷)的预测的匹配的合适化等，来达成数毫秒级别的匹配。
[0056]
rf偏置电源117产生离子吸引用的高频功率，并向样品台110供给。rf偏置电源117也基于来自rf偏置脉冲组件118的脉冲来产生进行了脉冲调制的rf偏置。
[0057]
另外，在本实施方式的rf偏置电源117中，rf偏置频率并没有特别限定，但频率例如能够使用400khz。
[0058]
为了监视高频rf偏置中的电压的最大值与最小值之差(v峰对峰：以下，简记为vpp)，而在rf偏置供电线上设置电压监视器(未图示)。
[0059]
在微波电源106连接有微波脉冲组件108。通过来自微波脉冲组件108的启用信号，微波电源106能够对微波以设定的重复频率进行脉冲调制。将从微波电源106输出的高频功率称为微波功率。
[0060]
另外，该微波电源106为了能够在50瓦～2000瓦的范围振荡，并且在确保进行脉冲振荡时的响应性的情况下精度良好地进行振荡，不使用磁控管方式的微波电源，而使用固体状态方式的微波电源。
[0061]
控制部123是等离子蚀刻装置的控制装置，与微波电源106、rf偏置电源117连接，
控制第一高频功率以及第二高频功率的输出。
[0062]
虽未图示，但除此以外，控制部123也与气体供给装置120、真空排气装置119、直流电源116等电连接，并控制它们。
[0063]
控制部123基于未图示的输入单元的输入设定(也称为组方)，来控制微波电源106的高功率、微波电源106的低功率、rf偏置电源117的高功率、rf偏置电源117的低功率、微波脉冲组件的脉冲启用/截止的定时、以及rf偏置电源117的启用/截止的重复频率、占空比、rf偏置电源117的延迟时间等、微波电源106、rf偏置电源117的参数。
[0064]
此外，除此以外，控制部123也控制用于实施蚀刻的气体的流量、处理压力、线圈电流、样品台温度、蚀刻时间等蚀刻参数。
[0065]
(等离子处理装置的动作)
[0066]
每当开始蚀刻处理时，向处理室122内运送晶片111。在将晶片111吸附于样品台110后，基于组方，使蚀刻气体从气体供给装置120经由质量流量控制器(图示省略)在石英顶板103与石英簇射板102之间通过，从石英簇射板102的气体孔导入到处理室122。进一步地，将真空容器101内设为给定的压力，通过微波电源106的振荡在处理室122内产生等离子121。此外，通过从rf偏置电源117输出rf偏置，从等离子121向晶片111吸引离子，从而使蚀刻(等离子处理)进展。蚀刻气体、因蚀刻产生的反应生成物从排气装置119排气。
[0067]
在本实施方式中，簇射板102、样品台110、磁场产生线圈109、真空排气装置119以及晶片111等相对于处理室122的中心轴配置成同轴。因此，蚀刻气体、等离子、饱和离子电流以及反应生成物分别具有同轴的分布，其结果，关于蚀刻速率，轴对称分布地使均匀性得到提高。
[0068]
在此，将微波脉冲的参数和rf偏置的参数如以下那样设定。
[0069]
微波电源106的高功率p1：600瓦(能够在50-2000瓦的范围变更)，
[0070]
微波电源106的低功率p2：150瓦(能够在20-1600瓦的范围变更)，
[0071]
微波功率的高/低频率f1：500赫兹，
[0072]
微波功率的高/低周期t1＝1/f1(秒)，
[0073]
微波功率的高/低占空比d1：40％，
[0074]
微波功率的高区间th：1毫秒，
[0075]
微波功率的低区间tl：1毫秒，
[0076]
微波功率的启用/截止频率f2：100赫兹，
[0077]
微波功率的启用/截止周期：t2＝1/f2(秒)，
[0078]
微波功率的启用/截止占空比d2：80％，
[0079]
微波功率的启用时间t3＝t2
·
d2，
[0080]
微波功率的启用频率f3(＝1/t3)：125赫兹，
[0081]
(其中，微波功率的高/低频率f1成为微波功率的启用频率f3的倍数。将微波功率的高区间th的开始时设为基准点pst)
[0082]
rf偏置的启用功率：100瓦(能够在10-500瓦的范围变更)，
[0083]
rf偏置的截止功率：0瓦
[0084]
rf偏置的高/低周期tb(＝t1)：2毫秒，
[0085]
rf偏置的频率fb1(＝1/tb)：500赫兹(能够在10-5000赫兹的范围变更)，
[0086]
rf偏置的启用区间bon：1毫秒，
[0087]
rf偏置的截止区间bof：1毫秒，
[0088]
rf偏置的占空比：30％(能够在1-100％的范围变更)，
[0089]
rf偏置的延迟时间td：0.6毫秒，
[0090]
rf偏置的延迟rd(＝td/t1)：30％，
[0091]
(其中，微波功率的启用时间以外不使用rf偏置。)
[0092]
图2示出在设定了以上的参数设定时，在跨过从微波功率的高区间th向微波功率的低区间tl的切换时的期间，施加rf偏置时的序列。
[0093]
在图2中，微波功率(a)的曲线图用201示出，等离子密度(b)的曲线图用202示出，等离子阻抗(c)的曲线图用204示出，rf偏置(d)的曲线图用205示出。
[0094]
在该示例中，为了在蚀刻中得到高的形状控制性，在脉冲时间范围、微波的功率范围、蚀刻中使用的气体种上有限制。
[0095]
针对蚀刻气体种，优选将两种以上的气体混合而得的混合气体，在这样的情况下，进一步使用沉积用的沉积性气体和成为蚀刻剂的气体的混合气体。在本实施方式中，使用作为蚀刻剂用的气体的氯气(流量100ml/秒)和作为沉积用的气体的chf3气体(流量10ml/秒)的混合气体。
[0096]
即使不使用上述那样的混合气体而是用单体的蚀刻剂气体进行蚀刻而得的反应生成物进行再附着这样的条件也没有问题。例如，在用cf4气体蚀刻硅的情况下，若将蚀刻剂用的气体设为cf4气体，将沉积用的气体视作硅蚀刻时的硅系的反应生成物，则可得到与使用两种混合气体的情况同样的效果。
[0097]
接着，针对微波的功率范围，微波的低功率p2(第二期间的振幅)比微波的高功率p1(第一期间的振幅)小且比0大。在此，要是微波的高功率p1与微波的低功率p2之差小，例如为20百分比以下，则等离子密度变化幅度小，几乎不存在等离子密度相对于微波功率变动的延迟，因此得不到蚀刻形状的效果。
[0098]
与此相反，在高功率p1是1600瓦且低功率p2是临近等离子熄火的50瓦以下的情况下生成微波的高功率p1与微波的低功率p2之差大例如以等离子密度的等离子密度来看超过7.5
×
10
16
(m-3
)的等离子时，很难正确进行rf偏置的匹配。或者，若高功率p1与低功率p2之差大，则由于不得不考虑从高区间向低区间转移的时间，因此会发生等离子密度不会如图2的曲线图202那样变化这样的问题。
[0099]
概略来说，在微波的高功率p1的范围是50瓦至2000瓦、微波的低功率p2的范围是20瓦至1600瓦时，优选确定高功率p1与低功率p2之差，使得低功率p2相对于高功率p1为20％以上。
[0100]
说明微波功率高/低频率f1以及微波功率高/低占空比d1。对于微波功率高区间th和微波功率低区间tl的微波功率的变化，等离子密度伴有一些延迟时间常数地进行追随。对于微波功率的变化而等离子密度饱和至固定的时间、或者在微波功率从启用成为截止时等离子密度追随其降低而熄火的所谓的余辉(afterglow)时间为约0.2至5毫秒程度。
[0101]
若进一步缩短微波功率高/低周期t1而增大微波功率高/低频率f1，则对于微波功率的高和低的高速重复，等离子密度不能进行追随，等离子不稳定，等离子密度不会饱和，重复发生等离子密度的增减。作为其结果，等离子密度会在中间值附近很小地重复增减。
[0102]
从在等离子密度的上升之时合适地施加rf偏置这样的观点来看，很难实现蚀刻形状的精度提高，此外，会导致脉冲rf偏置的波动，rf偏置匹配的难易度会增大，根据这一点，上述情况也是不现实的。
[0103]
与此相反，若延长微波功率高/低周期t1而减小微波功率高/低频率f1，则在微波功率的高区间th与微波功率的低区间tl的过渡区间，等离子密度发生变化的区间相对于微波功率高/低周期t1充分短。因此，无法期待蚀刻形状的精度提高。
[0104]
根据以上，优选将微波功率高/低频率f1大致设为200赫兹～5000赫兹，将微波功率高/低占空比d1设为10％至90％。此外，控制部123优选在从第一期间向第二期间转移后或者从第二期间向第一期间转移后，对匹配盒115进行控制，以便进行rf偏置功率的匹配，来抑制rf偏置功率的反射功率。
[0105]
接着，针对rf偏置频率fb1，设为与微波功率高/低频率f1相同是没有问题的。其中，rf偏置功率的期间a(启用区间bon)中的振幅比期间b(截止区间bof)中的振幅(优选为零)大。rf偏置的施加定时在图2的曲线图202下侧的阴影区域中从微波功率高区间th过渡至微波功率低区间tl，直至等离子密度下降的区间206为止都合适地(rf偏置的反射波为rf偏置功率的5％以下)施加rf偏置很重要。
[0106]
如图2的(d)所示那样，比微波功率高区间th结束时提早时间ta来进行rf偏置的施加。换言之，控制部123控制rf偏置电源117，以便在第一期间的一部分和第二期间的一部分供给期间a的各个第二高频功率。当设定该情况下的时间ta时，优选考虑rf偏置匹配动作中、rf偏置不处于斜坡中的情况，进一步优选考虑在该区间蚀刻发生进展的情况。
[0107]
在图2的例子中，将时间ta设为微波功率高区间th的40％，但实际上根据蚀刻形状的调整来确定。例如在增加蚀刻速率、想要推进高密度等离子下的蚀刻的情况下，能够与图的示例相比延长时间ta。相反，在想要在低密度等离子下推进蚀刻、使侧蚀刻得到充分抑制的情况下，能够延长rf偏置启用时间、rf偏置占空比，来在微波功率低区间tl施加rf偏置。
[0108]
图3a示出以上述的序列分别用种类不同的气体进行蚀刻时的等离子密度的变化。图3b将等离子密度的变化放大示出，并且示意性示出某时刻下的蚀刻形状。
[0109]
在上述蚀刻条件下，微波功率(a)如曲线图301那样将微波功率高区间th和微波功率低区间tl重复时的、蚀刻剂用的气体种a(氯)的等离子密度(b)在曲线图302示出，将沉积用的气体种b(chf3)的等离子密度(c)在曲线图303示出。
[0110]
若从微波功率高区间th切换成微波功率低区间tl，则等离子密度立即开始降低，但如图3b的(a)所示那样，有响应时间，且伴有一些时间常数的延迟地等离子密度降低。之后，在与等离子功率低区间tl的等离子低功率相当的等离子密度下，曲线图302、303渐近稳定。
[0111]
在将2种气体、特别是将沉积用的气体和蚀刻剂用的气体混合来使用的情况下，蚀刻剂用的气体种a(氯)的等离子密度如实线曲线图302那样变化，沉积用的气体种b(chf3)的等离子密度如点线曲线图303那样变化。在蚀刻剂用的气体和沉积用的气体各自的等离子密度时间常数中存在差异，大致与基于蚀刻剂用的气体的等离子307相比，基于沉积用的气体的等离子308的密度的情况下的时间常数更大(成为平衡状态为止花费时间)。
[0112]
因此，图3b的(a)所示的阴影区域的期间304(时刻305至时刻306的期间)中，相比基于蚀刻剂用的气体的等离子，基于沉积用的气体种b(chf3)的等离子按比率来说更多。这
种与仅在该短的期间较多供给沉积用的气体种b而成为沉积丰富的情况是同样的。
[0113]
因此，若在该期间304不施加rf偏置，则就会在图案的侧方形成必要以上的沉积，不仅是过度成为锥形形状，而且离子也不向图案底部入射，使得垂直方向的蚀刻不进展。另一方面，通过在该期间304施加合适的量的(例如50瓦的)rf偏置，能够在确保垂直方向的蚀刻的同时，完全抑制侧蚀刻，或者以合适的量来调整侧壁保护膜310，从而得到垂直的蚀刻形状。图3b的(b)示出时刻305时的等离子蚀刻状态，图3b的(b)示出时刻306时的等离子蚀刻状态。
[0114]
对于此，也可以说，即使在该期间304改变蚀刻剂用的气体和沉积用的气体的比率而使得沉积丰富来构建蚀刻，也具有相同的效果。但是，以毫秒级别的短期间来改变气体是不现实的，并且由于对选择比、均匀性等其他的蚀刻性能造成的影响非常大，因此很难调整。
[0115]
根据本实施方式，仅通过对现有的蚀刻的脉冲参数方式的、例如等待直至等离子稳定为止再施加rf偏置的方式、微波功率的高/低区间的切换后立即施加的方式追加跨过微波功率高区间th与微波功率低区间tl的切换时施加rf偏置这一手段，就能够抑制侧蚀刻而使形状垂直。因此，不会对其他的蚀刻性能造成大的影响。
[0116]
[第2实施方式]
[0117]
图4a与图3a的示例相反，表示跨过微波功率低区间tl向微波功率高区间th的切换时施加了rf偏置时的各气体的等离子密度的曲线图，图4b将等离子密度的变化放大示出，并概略性地表示蚀刻形状。
[0118]
在此，使用第1实施方式的等离子处理装置1，进一步地，将蚀刻气体、微波、rf偏置功率、微波脉冲参数等也设为共通。与第1实施方式不同的点在于，将rf偏置延迟时间td设为1.6毫秒，将rf偏置延迟rd设为80％。
[0119]
如图4a所示那样，若从微波功率低区间tl切换成微波功率高区间th，则等离子密度开始上升，不久就饱和。
[0120]
在本实施方式中，蚀刻剂用的气体种a(氯)的等离子密度如曲线图302那样变化，沉积用的气体种b(chf3)的等离子密度如曲线图303那样变化。在图4b的(a)的阴影区域的期间401(时刻402至时刻403的期间)，蚀刻剂用的气体种a(氯)的等离子相与积用的气体种b的等离子相比成为更高的密度。
[0121]
通过在该期间401进行rf偏置启用，大量的作为蚀刻剂的氯离子被rf偏置加速，氯离子入射到图案底部。其结果，垂直的蚀刻得到进展，形状图案403中的窄的区域中的穿过性能得到提高。但是，另一方面，也具有侧蚀刻有若干进展这样的特性。图4b的(b)示出时刻402时的等离子蚀刻状态，图4b的(b)示出时刻403时的等离子蚀刻状态。
[0122]
若在现有的等离子蚀刻中得到图12a所示那样的侧蚀刻形状，则通过跨过从微波功率高区间th向微波功率低区间tl的切换时施加rf偏置，可得到图12b所示的蚀刻形状。
[0123]
与此相反，若在现有的等离子蚀刻中得到图12c所示那样锥形的侧蚀刻形状，则期望采用跨过从微波功率低区间tl向微波功率高区间th的切换时来施加rf偏置的方式。
[0124]
(第3实施方式)
[0125]
图5是在能从微波电源以除了微波的高功率p1、微波的低功率p2以外还有微波功率的截止功率p0＝0这3个阶段进行脉冲振荡的情况下的序列中表示微波脉冲的参数以及
范围的图。微波功率(a)的变化在曲线图501示出，rf偏置的变化(b)在曲线图502示出。在该示例中，微波功率具有高区间th(第一期间)、低区间tl(第二期间)、振幅零的截止区间(t2-t3：第三期间)。
[0126]
微波脉冲的参数是微波的高功率p1、微波功率的低功率p2、微波功率高/低频率f1、微波功率高/低占空比d1(＝th/t1)、微波功率启用/截止频率f2、微波功率启用/截止占空比d2(＝t3/t2)这6个。
[0127]
由此，决定微波功率高/低周期(t1)、微波功率启用/截止周期(t2)，并决定微波功率启用时间(t3)和微波功率启用频率(f3)。
[0128]
曲线图501所示的微波功率在从截止的状态切换成启用的状态后，重复进行多次高功率(p1)和低功率(p2)的输出，之后返回到截止(p0)的状态。为了实施这样的输出，需要在将微波功率启用频率为f3、将n设为自然数时，设定为f1＞f3且设f1＝n
×
f3。
[0129]
另外，虽然在n为1的情况下，蚀刻也能够进行，但该情况下的微波功率是f1＝1
×
f3＝f3，因此成为微波功率的截止、高和低这3个阶段的单纯重复。但是，在该示例中，即使如第1实施方式那样跨过微波功率高区间th与微波功率低区间tl的切换时来施加rf偏置，也得不到充分的效果，从rf偏置的匹配的观点来看很难进行控制，因此优选将n设为2以上。
[0130]
在图5中，曲线图502表示与微波功率相应的rf偏置的脉冲参数。基本上与第1实施方式相同，不同的点在于，在微波功率启用时间t3以外(即第三期间)，遵循不施加rf偏置这样的原则，如曲线图502的点线所示那样不进行rf偏置的施加(将rf偏置的振幅设为零)。
[0131]
通过在微波功率启用时间t3以外中断rf偏置的施加，可得到蚀刻(速率)的面内均匀性的改善这样的效果。在上述实施方式中设定的为了形状控制性提高而设定的脉冲参数会对面内均匀性带来坏影响。为了兼顾形状控制性提高和面内均匀性，设为以图5所示的那样的3阶段来进行微波功率的施加的方式。
[0132]
在本实施方式的ecr方式等离子蚀刻装置中，依赖于被施加的微波功率的平均功率，从而会由于通过等离子蚀刻生成的反应生成物的面内分布的偏重、和等离子处理室内分布而在蚀刻速率的分布中产生凹凸。为了纠正这些，调整微波功率启用/截止占空比而将蚀刻速率分布、面内均匀性调整成最佳。
[0133]
(第4实施方式)
[0134]
以下，说明第4实施方式。图6是在除了将振荡的微波功率进行高功率p1和低功率p2的二值化以外还将所施加的rf偏置也二值化为高功率p3、低功率p4的状态下表示的与图2同样的图。在此，微波功率(a)的曲线图用601示出，等离子密度(b)的曲线图用602示出，等离子阻抗(c)的曲线图用604示出，rf偏置(d)的曲线图用605示出。
[0135]
rf偏置的参数是rf偏置的高功率p3、rf偏置高占空比rhd(＝bon/tb)、rf偏置高延迟hdl(从基准点pst至高功率p3的上升沿为止的时间)、rf偏置的低功率p4、rf偏置低占空比rld(＝bof/tb)、rf偏置低延迟ldl(从基准点pst至低功率p4的下降沿为止的时间)这6个。在本实施方式中，施加rf偏置的高功率p3的期间a(启用区间bon)比第一期间(高区间th)长，并且比第二期间(高区间tl)长。
[0136]
作为微波功率的参数，将微波的高功率p1设为600瓦，将微波的低功率p2设为150瓦，将rf偏置的启用功率设为100瓦，将微波功率高/低周期t1设为2毫秒，将微波功率高/低频率f1设为500赫兹，将微波功率高区间th设为1毫秒，将rf偏置高/低频率设为500赫兹，将
rf偏置高占空比rhd设为70％，将rf偏置低占空比rld设为30％，将rf偏置高延迟hdl设为50％，将rf偏置低延迟ldl设为20％，在这时所施加的rf偏置的变化成为曲线图604那样。
[0137]
rf偏置的参数没有特别限制。其中，在与微波功率的脉冲参数相同地，rf偏置也重复高区间和低区间的情况下，即，在rf偏置的1循环内没有rf偏置截止的情况下，“rf偏置高占空比rhd”与“rf偏置低占空比rld”之和必须成为100％，rf偏置各占空比和rf偏置各延迟必须成为合适的百分比。
[0138]
在图6所示的示例中，由于rf偏置高延迟hdl是50％，rf偏置高占空比rhd是70％，因此其和为120％，进一步地，rf偏置低延迟ldl是20％，若加上rf偏置低占空比rld的30％，就成为原始的rf高延迟。
[0139]
在此，若从微波功率高区间th向微波功率低区间tl进行切换，则从微波功率低区间tl向微波功率高区间th的切换都在rf偏置高功率的启用区间内进行。作为该效果之一是，使用上述实施方式能够取得侧方和锥形的蚀刻形状的平衡，再一个效果是，能够尽可能如图9所示那样抑制vpp的变动，其详细情况后述。
[0140]
(第5实施方式)
[0141]
说明第5实施方式。图7是与图6同样的图。在图7中，使用与第4实施方式相同的rf偏置的6个参数，在从微波功率高区间th向微波功率低区间tl的切换的定时施加rf偏置的高功率p3，同时，在从微波功率低区间tl向微波功率高区间th的切换定时施加rf偏置的低功率p4。此时供给的rf偏置的变化以曲线图704示出。在此，简化地，将rf偏置的高功率p3和rf偏置的低功率p4的大小设为相同。即，rf偏置在零与p3之间以脉冲状重复变化。
[0142]
在此，作为微波功率的参数，将微波的高功率p1设为600瓦，将微波的低功率p2设为150瓦，将rf偏置的启用功率p3设为100瓦，将微波功率高/低周期t1设为2毫秒，将微波功率高/低频率f1设为500赫兹，将微波功率高区间th设为1毫秒，将rf偏置高占空比rhd设为30％，将rf偏置低占空比rld设为35％，将rf偏置高延迟hdl设为35％，将rf偏置低延迟ldl设为90％。
[0143]
在该情况下，并不存在“rf偏置高占空比”与“rf偏置低占空比”之和为100％这样的限制。
[0144]
在本实施方式中，是仅选择等离子密度增加、减少的定时来施加rf偏置的方式。优选本实施方式在极端的蚀刻控制的情况下使用，例如在如下情况下使用：虽然想要在图案的侧壁完全形成沉积膜，但想可靠地推进图案的底部的蚀刻的情况；或者相比蚀刻面内分布的均匀性，更想要推进短时间重复进行沉积和蚀刻的循环蚀刻的情况等。
[0145]
(比较例)
[0146]
说明比较例。图8a、8b是与图7同样的图，但将vpp追加到(e)。与上述的实施方式同样地，是将微波功率高区间th和微波功率低区间tl以脉冲状交替重复地供给微波功率的方式，但在作为第1比较例示出的图8a中，如曲线图801所示那样，rf偏置是连续波(固定)。此时的样品台上的电压的vpp的变化用曲线图802示出。
[0147]
另一方面，在作为第2比较例示出的图8b中，如曲线图803所示那样，与微波功率高区间th的开始同时地施加rf偏置的高功率，与微波功率低区间tl的开始同时地施加rf偏置的低功率。此时的样品台上的电压的vpp的变化用曲线图804示出。
[0148]
若如曲线图801所示那样，施加连续波的rf偏置，则vpp与等离子阻抗的增减对应
地增减。在连续波的rf偏置中，由于rf偏置匹配也以任意定时(逐次地)进行，因此反射波也与等离子阻抗的增减相应地产生，因而vpp的变动可能比曲线图802发生更进一步大的变动。
[0149]
接着，如图8b所示那样，在与微波功率高区间th的开始同时地施加rf偏置的高功率、与微波功率低区间tl的开始同时地施加rf偏置的低功率的方式中，相对于等离子密度以及等离子阻抗的增减，rf偏置如曲线图803所示那样变化，因此微波功率高区间th的后半中的rf偏置的高区间的vpp和微波功率低区间tl的后半中的rf偏置的低区间的vpp大致相等。
[0150]
但是，在切换成微波功率低区间tl的瞬间使rf偏置的大小变化，这对于rf偏置的反射波和vpp的变动来说，会产生相当大的影响。影响之一是，由于rf偏置的变动与匹配动作的竞争，有时会找不到匹配点，或者成为与匹配相反的方向的动作，由此，相比通常的匹配完成时间，有时会花费多余的时间。其结果，有可能不会对样品台合适地施加rf偏置、vpp。因此，优选跨过微波功率的高/低切换地施加rf偏置。
[0151]
(第6实施方式)
[0152]
说明第6实施方式。图9是与图8b同样的图，是示出表示微波功率、rf偏置与vpp的关系的序列的图。微波功率(a)的曲线图用901示出，等离子密度(b)的曲线图用902示出，等离子阻抗(c)的曲线图用903示出，rf偏置(d)的曲线图用904示出，vpp(e)的曲线图用905示出。
[0153]
如曲线图904所示那样，rf偏置在从微波功率低区间tl切换成微波功率高区间th前从低功率变更成高功率，此外，在从微波功率高区间th切换成微波功率低区间tl后，从高功率变更成低功率。
[0154]
由于rf偏置的增加，vpp变大，但等离子密度已经稳定，几乎不会出现反射波。之后，若从微波功率低区间tl切换成微波功率高区间th，则等离子密度上升，相反，等离子阻抗减少。因而，vpp降低，等离子阻抗稳定，并且vpp也稳定。
[0155]
接着，若从微波功率高区间th切换成微波功率低区间tl，则伴随阻抗的上升，vpp也上升，但是由于在上升中途将rf偏置切换成低功率，因此vpp转成降低。虽然因rf偏置的匹配形式而有若干变化，但vpp的变动如曲线图905所示那样。具体来说，在微波功率高区间th/微波功率低区间tl的每次切换时，vpp虽然示出若干增加、减少的行为，但是vpp的变化的方向相同，vpp的变动幅度与图8a、图8b的方式相比非常小。
[0156]
若在vpp的变动幅度大的状态下推进蚀刻，则会发生以下那样的问题。问题之一与蚀刻处理的再现性、稳定性相关。具体来说，由于微波功率与rf偏置的施加定时之差，vpp发生很大变动，从而导致蚀刻性能差，进而成为设备差异的要因。
[0157]
再一个问题与蚀刻形状的平坦度、粗糙度相关。若在使rf偏置的vpp发生很大变动的同时推进蚀刻，则向图案侧壁、图案底面的离子入射有时会沿着时间轴而发生偏差、图案皲裂，根据情况有时会发生扇贝花样(折曲)那样的蚀刻形状不良，可能会使由进行了蚀刻处理的晶片形成的元件的电气性能变差。根据本实施方式，能够抑制这样的不良情况。
[0158]
(第7实施方式)
[0159]
说明第7实施方式。图10是与图2同样的图，(e)示出rf偏置反射波的变化，(f)示出vpp的变化。参照图10，说明在匹配盒115中进行的rf偏置的匹配方法。
[0160]
在本实施方式中，从微波功率高区间th转移到微波功率低区间tl前就已经施加了rf偏置。
[0161]
但是，刚刚开始rf偏置后的区间，在rf偏置的设定下不进入匹配有效期间，其结果，不进行rf偏置的匹配动作。虽然与微波功率的高功率施加相应地，等离子密度接近饱和(稳定)区域，但是如曲线图1004所示那样，多少会产生rf偏置的反射波。曲线图1005表示施加到样品台的400khz的rf偏置的实效的vpp的变化。由于刚刚开始rf偏置施加后的区间的等离子密度最高，因此如曲线图1001所示那样，等离子阻抗最低，rf偏置的vpp小。若考虑rf偏置的反射波和rf偏置功率的斜坡，则在vpp逐渐向上而恰好稳定的区域，微波功率高区间th结束。
[0162]
之后，虽然从微波功率高区间th切换成微波功率低区间tl，但维持rf偏置的施加。若在该切换之后紧接着，等离子密度降低且如曲线图1001所示那样等离子阻抗变大，则vpp伴随于此而上升。对于该上升中的阻抗，设定为取得rf偏置的匹配。
[0163]
由于如曲线图1001所示那样等离子阻抗突然上升，因此很难使反射波完全为零，尽管如此，在图10中阴影所示的匹配区域的中心区间(称为匹配点)，rf偏置的反射波变得最小，vpp变得最大。
[0164]
之后，如曲线图1001所示那样，等离子阻抗的上升速度缓和，即使rf偏置的匹配失去，反射波也变小到能忽视的程度，且vpp不降低。
[0165]
按微波功率高/低周期t1来周期性地重复进行以上的动作，但通过对上述得到的匹配点进行保持(不变动)，也可得到大致相同的匹配结果。
[0166]
进一步优选，还能够采用算出从微波功率高区间th向微波功率低区间tl刚刚切换后的平均等离子阻抗并对此取得匹配的方式。
[0167]
与上述实施方式同样地，优选，基本上，在先于微波功率高区间th、微波功率低区间tl的区间，设为已经施加了rf偏置的状态，将微波功率高区间th、微波功率低区间tl的刚刚切换后的等离子阻抗的平均值设为rf偏置的匹配点，寻找等离子密度变化的定时来施加rf偏置。
[0168]
(第8实施方式)
[0169]
说明第8实施方式。图11a是具有2套微波电源装置和2套rf偏置电源装置的等离子处理装置的概略截面图。图11b是表示本实施方式中使用的微波功率的变化的图，图11c是表示本实施方式中使用的rf偏置的变化的图。
[0170]
第1微波电源装置具有内周部微波电源1101、内周波导管1113、内周空腔谐振器1115，第2微波电源装置具有外周部微波电源1102、外周波导管1114、外周空腔谐振器1116。分别内周部微波脉冲组件1103控制内周部微波电源1101的输出，外周部微波脉冲组件1104控制外周部微波电源1102的输出。
[0171]
2个rf偏置电源装置是内周部rf偏置电源1105和外周部rf偏置电源1106，分别经由匹配盒与电极内周部导电性膜1117和电极外周部导电性膜1118连接。
[0172]
内周部rf偏置脉冲组件1107控制内周部rf偏置电源1105的输出，外周部rf偏置脉冲组件1108控制外周部rf偏置电源1106的输出。
[0173]
2个微波电源能够将微波功率以脉冲状(重复启用/截止地进行脉冲调制)进行振荡，或者以连续波(不进行脉冲调制地)进行振荡，2个rf偏置电源也能够以脉冲状(重复启
用/截止地进行脉冲调制)来施加rf偏置，或者以连续波(不进行脉冲调制地)来施加。
[0174]
如图11a的曲线图1109所示那样，从一个微波电源重复启用/截止地振荡微波功率，从另一个微波电源振荡连续波。由此，通过在处理室内施加的微波功率之和，如图11b的曲线图1111所示那样，能够实现成为微波功率的高/低/截止的3个阶段的振荡方式，能够实现图5(a)所示那样的微波功率。
[0175]
进一步地，对于2个rf偏置电源，若也如图11a的曲线图1110所示那样，与微波功率同样地，将一个rf偏置的施加二值化为rf偏置的启用功率/截止功率来施加，将另一个rf偏置作为连续波来施加，则施加到样品台的rf偏置的总量如图11c的曲线图1112所示那样变化，能够实现rf偏置的高功率/低功率/功率截止这样的3个阶段的施加方式。
[0176]
对于rf偏置的匹配，重要的是调整rf偏置的启用/截止的脉冲侧的匹配，优选仅将从微波电源的功率启用向功率截止刚刚切换后的区间设为匹配有效区间。
[0177]
进一步地，相对于以上，在各微波电源可以为微波功率的高/低/截止的3阶段的情况下，能够将其组合来振荡例如5阶段的微波功率。rf偏置电源也同样能够以多个rf偏置的高/低/截止的组合来施加5阶段的rf偏置。
[0178]
虽然担忧rf偏置的启用功率的施加定时复杂化，但基本上在微波功率截止区间，只要遵循不施加全部的rf偏置这样的原则，就能够将以上的实施方式进一步地高精度化，实现进一步的蚀刻形状控制性的提高。
[0179]
在本实施方式中，全部的rf偏置电源设为相同的振荡频率(400千赫)，但即使2个rf偏置电源的频率不同(作为示例是400千赫和2兆赫)，也具有同样的效果。能够通过具有多个rf偏置的不同的频率的偏置的施加，来期待面内均匀性的提高。
[0180]
各微波电源的振荡频率也可以不同(作为示例是2.45千兆赫兹和915兆赫)。在这样的情况下，能够抑制来自内周部微波电源的微波与来自外周部微波电源的微波的分离、干涉，与rf偏置同样地能够期待面内均匀性的控制性得到提高。
[0181]
以上的实施方式用ecr型的等离子蚀刻装置进行了说明，但在与电容耦合型等离子、电感耦合型等离子等的等离子的生成方式对应的等离子蚀刻装置等中也同样能够适用。也可以将以上的实施方式之一与其他实施方式组合。
[0182]
附图标记说明
[0183]
1...等离子处理装置，101...真空容器，102...簇射板，103...石英顶板，104...空腔谐振部，105...波导管，106...微波电源，107...调谐器，108...微波脉冲组件，109...磁场产生线圈，110...样品台，111...晶片，112...电介质膜，113，114...导电体膜，115...匹配盒，117...rf偏置电源，118...rf偏置脉冲组件，119...真空排气装置，120...气体供给装置，121...等离子，122...处理室，123...控制部，1101...内周部微波电源，1102...外周部微波电源，1103...内周部微波脉冲组件，1105...内周部rf偏置电源，1106...外周部rf偏置电源，1107...内周部rf偏置脉冲组件，1108...外周部rf偏置脉冲组件