[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

本发明涉及对半导体基板等的被处理基板实施等离子体处理的等离子体处理装置以及等离子体处理方法和存储介质。 

背景技术

例如，在半导体设备的制造工序中，为了在作为被处理基板的半导体晶片上所形成的规定的层上形成规定的图案，多使用以抗蚀剂作为掩模通过等离子体进行蚀刻的单片式的等离子体蚀刻处理。 

作为进行这种单片式的等离子体蚀刻的等离子体处理装置，使用各种装置，其中以电容耦合型平行平板等离子体处理装置为主流。 

在这种电容耦合型平行平板等离子体处理装置中，在腔室内配置有一对平行平板电极(上部以及下部电极)，在下部电极上载置被处理基板，将处理气体导入到真空状态的腔室内，并且向任一个电极施加高频电力，在电极间形成高频电场，通过该高频电场使电子加速，利用电子与处理气体的冲突电离形成等离子体，对半导体晶片的规定的层实施等离子体蚀刻。在这种电容耦合型平行平板等离子体处理装置中，向用于载置被处理基板的下部电极施加高频电力使其成为阴极的阴极耦合方式为，利用在下部电极产生的自偏压将等离子体中的离子引入到被处理基板，由此能够进行各向异性蚀刻。 

近阶段，在这种阴极耦合方式中，提出有下述的下部双频率重叠施加方式，即，在支撑被处理基板的下部电极重叠适于等离子体生成的较高频率(通常为27MHz以上)的第一高频和适于离子引入的较低频率(通常为13MHz以下)的第二高频。 

这种下部双频率重叠施加方式除具有能够利用第一高频以及第二高频分别独立地使等离子体的密度以及各向异性蚀刻的选择性最优化的优点之外，还具有能够使较低频率的第二高频在抑制附着于上部电极的聚合物等的堆积物(沉积)方面有效发挥作用的优点。 

然而，近年来，随着半导体等的制造工序中的设计规则的日益细微化，特别是在等离子体蚀刻中，要求更高的尺寸精度，要求更高的对蚀刻中的掩模、衬底的选择比以及面内均匀性。因此，被定位为腔室内的处理区域的低压力化、低离子能量化，为此，使用与40MHz以上的现有技术中的频率相比级别更高的频率的高频，以用于生成等离子体。 

但是，这样一来，若为了生成等离子体而使用高频率的高频电力，则该高频电流有向电极的中心部集中的倾向，中心一侧的等离子体电位变得比边缘部一侧的高，导致等离子体密度不均匀。在利用这种高频的高频电力生成的低压的低离子能量的等离子体中，会产生下述问题，即，随着等离子体电位的面内不均匀性引起的等离子体密度的不均匀，易于引起处理不均匀、发生加负荷(charge up(充电))损伤。 

作为解决上述问题的技术，在专利文献2中揭示有下述技术，即，将上部电极分割为内侧电极和外侧电极，独立地向它们施加直流电压，由此来控制等离子体的空间电位分布，提高蚀刻率等的等离子体处理参数的面内均匀性。 

然而，专利文献2中记载的技术仅仅适用于下部双频率重叠施加方式中，蚀刻率等的控制范围狭窄，此外，随着蚀刻率的提高还有可能产生堆积增加从而发生CD(化学沉积)不均匀的副作用。 

专利文献1：日本特开2000-156370号公报 

专利文献2：日本特开2006-286814号公报 

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法，在下部双频率重叠施加方式中，能够使等离子体处理的均匀性控制范围变广并且难以发生因堆积引起的CD不均匀等的副作用。 

为了解决上述问题，本发明得第一方面提供一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：收容被处理基板，能够进行真空排气的处理容器；配置在所述处理容器内，被分割为构成外侧部分的外侧电极和构成中央部分的内侧电极的第一电极；在所述处理容器内与所述第一电极相对配置，支撑被处理基板的第二电极；向所述第二电极施加相对频率高的第一高频电力的第一高频电力施加单元；向所述第二电极施加相对频率低的第二高频电力的第二高频电力施加单元；向所述外侧电极施加直流电压的第一直流电压施加电路；向所述内侧电极施加直流电压的第二直流电压施加电路；和向所述处理容器内供给处理气体的处理气体供给单元，所述第一电极与所述第二电极之间成为等离子体生成空间，对从所述外侧电极观察到的所述第一直流电压施加电路的频率-阻抗特性进行设定，使得从所述等离子体生成空间一侧观察所述第一电极时的所述外侧电极的频率-阻抗特性成为，随着施加给所述外侧电极的直流电压的增加，在所述第一高频电力的频率中阻抗减少，在所述第二高频电力的频率中阻抗增加的特性。