JP2000306887A - 基板処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高アスペクト比の溝や穴をエッチングする時
間変調エッチングを行うエッチング装置等で、真空容器
内に供給されるガスの種類を切り替える遷移時期におい
ても、真空容器内に供給されるガス流量を容易に一定に
保つようにする。 【解決手段】 エッチングガスとデポジションガスをそ
れぞれのマスフローコントローラ１３ａ、１３ｂで流量
制御した後、それらのガスを合流させた配管に取り付け
られたマスフローコントローラ１７で総合流量を制御
し、真空容器１内に供給する。エッチングガスとデポジ
ションガスの切り替え時においても、ガス流量が一定と
なるので真空容器１内の圧力変動がなくなり、プラズマ
が不安定とならず、エッチング側壁に荒れが生じず、滑
らかな側壁を有する高アスペクト比の溝や穴を形成する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを用いた
エッチング主体の工程とデポジション主体の工程とを繰
り返し行う時間変調エッチング等の基板処理方法と、時
間変調エッチングにより被処理基板のエッチングを行う
エッチング装置等の基板処理装置とに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程あるいはそれに関連した
製造工程におけるドライエッチング技術では、高アスペ
クト比の開口、例えばアスペクト比が１０を超えるよう
な深い溝や穴の加工を行う際に用いられる方法の一つと
して、エッチングガス組成、ガス圧力、エッチングガス
のプラズマを発生させる高周波電力などの制御パラメー
タをエッチング中に複数回変化させる時間変調エッチン
グが用いられている。

【０００３】この時間変調エッチングは、上記のような
制御パラメータを、ある時間帯では被エッチング物を積
極的にエッチングできるようなエッチングモードの条件
とし、また別の時間帯では被エッチング物特にエッチン
グ途中の溝や穴の側壁に、被エッチング物を構成する材
料やエッチングガス成分の一部を成分とする物質を堆積
させるようなデポジションモードの条件とし、このよう
なエッチングモードの条件とデポジションモードの条件
とを交互に行うものである。デポジションモードでは、
溝や穴の底面にも若干被膜が堆積するが側壁に優先的に
物質を堆積させる。そして次にエッチングモードに移る
と、側壁の堆積物によって横方向にはほとんどエッチン
グされず、縦方向だけエッチングされることになる。こ
のような過程を繰り返すことにより、側壁が底面と垂直
に近い形状でエッチングされた高アスペクト比の開口
（溝や穴）を形成することができる。

【０００４】次に図３に、従来の基板処理装置の例で、
時間変調エッチングを行うエッチング装置の構成を示
す。図３に示すように、真空容器１の上部に誘電板５を
介して誘導結合コイル４が設置されており、真空容器１
内の電極７上に被処理物としての基板６を載置し、ガス
導入口１４から真空容器１内にエッチングガスを導入し
つつ、排気手段としてのターボ分子ポンプ１１にて排気
するとともに圧力コントローラ１０で所定の圧力に制御
し、真空容器１内にプラズマを発生させる。これによ
り、電極７上に載置された基板６、または基板６上の膜
がエッチングされる。プラズマ発生には、プラズマ発生
用高周波電源２にて高周波ケーブル１５を通して誘導結
合コイル４に高周波電力を印加するとともに、マッチン
グコントローラ３によって誘導結合コイル４のインピー
ダンスを高周波ケーブル１５の特性インピーダンスに整
合させる。また、電極７には、電極印加用高周波電源９
にてバイアス用高周波ケーブル１６およびマッチングコ
ントローラ８を介して高周波電力を印加できるように構
成され、エッチングモードのときもデポジションモード
のときも常に高周波電力が印加される。

【０００５】真空容器１には、エッチングモード処理に
使用するエッチングガス（エッチング性を有するガス）
がエッチングガスボンベ１２ａからガス流量調節器であ
るマスフローコントローラ１３ａを介して導入され、ま
たデポジションモード処理に使用するデポジションガス
（デポジション性を有するガス）がデポジションガスボ
ンベ１２ｂからマスフローコントローラ１３ｂを介して
導入され、全体のエッチング処理がなされる。なお、２
１〜２６はバルブであり、このエッチング装置の使用時
には全てのバルブ２１〜２６は開かれた状態である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが図３に示す装
置を使用する従来の時間変調エッチングにおいては、エ
ッチングが主体のエッチングガスとデポジションが主体
のデポジションガスとの切り換えの際に、一般にマスフ
ローコントローラ１３ａ、１３ｂの応答は、圧力コント
ローラ１０の応答に比べて十分速いために、真空容器１
内のガス圧力が大きく変動する。このことが原因でプラ
ズマのインピーダンスが急激に変化し、誘導結合コイル
４のインピーダンスを高周波ケーブル１５の特性インピ
ーダンスに整合させるためのマッチングコントローラ３
が追従できず、プラズマが一旦消滅した後にマッチング
が取れ、再びプラズマを発生させることになり、例えば
図４の溝の断面図で示すように、側壁エッチング形状に
荒れが生じてしまうという問題点を有していた。この荒
れは、プラズマの消滅・発生を繰り返す過程でガスイオ
ンの散乱が周期的に起こり、ある時間帯で側壁が等方的
にエッチングされるために生ずると考えられる。なお、
図４は、基板上の膜をエッチングして溝を形成する際の
断面図である。

【０００７】ここで、時間変調エッチングにおける真空
容器１内のガス圧力変動をさらに詳しく説明する。エッ
チング処理中に、マスフローコントローラ１３ａ、１３
ｂを通じてエッチング主体の工程からデポジション主体
の工程に切り換える際に、真空容器１内に供給するガス
がエッチングガスとデポジションガスをともに含む遷移
時期を経由するとともに、反対にデポジションガス主体
の工程からエッチング主体の工程に切り換える際に、エ
ッチングガスとデポジションガスをともに含む遷移時期
を経由する。この遷移時期を経由する時間変調エッチン
グのタイムチャートを図５に示す。図５において、ガス
Ａはエッチングガス、ガスＢはデポジションガスであ
り、ステップ番号（Ｎｏ）が奇数のときはエッチング主
体の工程（Ｅ）で、ステップ番号（Ｎｏ）が偶数のとき
はデポジション主体の工程（Ｄ）である。Ｔはガス切り
替え時の遷移時間である。

【０００８】この方法では、エッチングガスラインとデ
ポジションガスラインにそれぞれ独立したマスフローコ
ントローラ１３ａ、１３ｂが接続されているため、遷移
時期には各々独立したマスフローコントローラ１３ａ、
１３ｂの合計流量が自動的に真空容器１に供給されてし
まう。上記合計流量によってガス圧力があまり左右され
ない遷移時間Ｔは仕様書などに０．５〜２秒間という基
準が示されているものの、その算出方法は明記されてお
らず、実験的手法によって遷移時間Ｔを導き出す必要が
ある。すなわち、遷移時間Ｔの間、エッチングガス流量
とデポジションガス流量との合計流量がほぼ一定となる
ようにＴを精密に決める必要がある。

【０００９】遷移時間Ｔが最適でない場合のタイムチャ
ートを図６に示す。図６も図５と同様に、ガスＡはエッ
チングガス、ガスＢはデポジションガスであり、ガスＡ
＋ガスＢの流量が真空容器１に供給される流量である。
この図６に示すように、遷移時間Ｔが最適でない場合
は、真空容器１内に流入するガス流量が変動し、真空容
器１内の圧力変動が大きくなる。このような場合、真空
容器１内の圧力を一定にする方法として、ある遷移時期
の真空容器１内の圧力変動を監視し、それを次の遷移時
期の遷移時間にフィードバックする方法が従来考えられ
ているが、エッチングモード処理とデポジションモード
処理の切り替えは数秒ごとに行われるので、この時間内
に高速で精密な遷移時間Ｔの制御フィードバックコント
ロールが必要となる。しかし、これは真空容器１内の圧
力をコントロールする応答速度の遅い圧力コントローラ
１０のコントロール時間を含んでいるので、きわめて困
難な方法である。

【００１０】本発明は、時間変調エッチングを行うエッ
チング装置等で、真空容器内に供給されるガスの種類を
切り替える遷移時期においても、真空容器内に供給され
るガス流量を容易に一定に保つことのできる基板処理方
法および装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の基板処理
方法は、内部に基板を設置した真空容器に、複数の異な
るガスをそれぞれの流量を独立してかつ時間に依存して
制御しながら供給し、真空容器の内部でガスプラズマを
発生させて基板に所定の処理を行う基板処理方法であっ
て、真空容器内に供給される複数の異なるガスの総流量
を一定値に制御することを特徴とする。

【００１２】この方法によれば、真空容器内に供給され
るガスの総流量を一定値に制御することにより、真空容
器内に供給されるガスの種類を切り替える遷移時期にお
いても真空容器内に供給されるガス流量を容易に一定に
保つことができ、真空容器内のガス圧力の変動を抑えら
れるため、ガス圧力の変動によるガスプラズマの消滅を
防止できる。

【００１３】請求項２記載の基板処理方法は、内部に基
板を設置した真空容器に、エッチング性を有するガスと
デポジション性を有するガスとをそれぞれの流量を制御
することにより時間的に交互にエッチングとデポジショ
ンが起こる条件となるように供給し、真空容器の内部で
ガスプラズマを発生させて基板にエッチング処理を行う
基板処理方法であって、真空容器内に供給されるエッチ
ング性を有するガスとデポジション性を有するガスとの
総流量を一定値に制御することを特徴とする。

【００１４】この方法によれば、真空容器内に供給され
るガスの総流量を一定値に制御することにより、真空容
器内に供給されるガスの種類を切り替える遷移時期にお
いても真空容器内に供給されるガス流量を容易に一定に
保つことができ、真空容器内のガス圧力の変動を抑えら
れるため、ガス圧力の変動によるガスプラズマの消滅を
防止できる。したがって、プラズマの消滅・発生の繰り
返しがなくなり、エッチング側壁に荒れが生じず、滑ら
かな側壁を有する高アスペクト比の溝や穴を形成するこ
とができる。

【００１５】請求項３記載の基板処理装置は、内部に基
板を設置する真空容器と、真空容器に供給される複数の
異なるガスのそれぞれの流量を独立してかつ時間に依存
して制御する複数の第１のマスフローコントローラと、
基板に所定の処理を行うために真空容器の内部でガスプ
ラズマを発生させる手段とを備えた基板処理装置であっ
て、複数の第１のマスフローコントローラで流量制御さ
れた後、真空容器に供給される前に複数の異なるガスの
総流量を一定値に制御する少なくとも１つの第２のマス
フローコントローラを設けたことを特徴とする。

【００１６】この構成によれば、第２のマスフローコン
トローラにより真空容器内に供給されるガスの総流量を
一定値に制御することにより、真空容器内に供給される
ガスの種類を切り替える遷移時期においても真空容器内
に供給されるガス流量を容易に一定に保つことができ、
真空容器内のガス圧力の変動を抑えられるため、ガス圧
力の変動によるガスプラズマの消滅を防止できる。

【００１７】請求項４記載の基板処理装置は、内部に基
板を設置する真空容器と、真空容器に供給されるエッチ
ング性を有するガスとデポジション性を有するガスとを
それぞれの流量を時間的に交互にエッチングとデポジシ
ョンが起こる条件となるように制御する複数の第１のマ
スフローコントローラと、基板にエッチング処理を行う
ために真空容器の内部でガスプラズマを発生させる手段
とを備えた基板処理装置であって、複数の第１のマスフ
ローコントローラで流量制御された後、真空容器に供給
される前にエッチング性を有するガスとデポジション性
を有するガスとの総流量を一定値に制御する少なくとも
１つの第２のマスフローコントローラを設けたことを特
徴とする。

【００１８】この構成によれば、第２のマスフローコン
トローラにより真空容器内に供給されるガスの総流量を
一定値に制御することにより、真空容器内に供給される
ガスの種類を切り替える遷移時期においても真空容器内
に供給されるガス流量を容易に一定に保つことができ、
真空容器内のガス圧力の変動を抑えられるため、ガス圧
力の変動によるガスプラズマの消滅を防止できる。した
がって、プラズマの消滅・発生の繰り返しがなくなり、
エッチング側壁に荒れが生じず、滑らかな側壁を有する
高アスペクト比の溝や穴を形成することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の
形態の基板処理装置の構成を示す図であり、ここでは、
時間変調エッチングに用いるエッチング装置を例に示し
ている。図１において、１７はガス流量を制御するマス
フローコントローラ、２７はバルブであり、その他の図
３と同一構成要素には同一符号を付し、説明を省略す
る。なお、このエッチング装置の使用時には全てのバル
ブ２１〜２７は開かれた状態である。

【００２０】本実施の形態では、図３と比較して明らか
なように、従来の構成に、マスフローコントローラ１７
がマスフローコントローラ１３ａ、１３ｂから出た配管
が合流した後に追加されていることが主な特徴である。
マスフローコントローラ１７により、真空容器１内に供
給されるガスの総流量が一定値に制御される。その他の
構成は、従来のエッチング装置と同様である。

【００２１】図２に本実施の形態における時間変調エッ
チングによる各ガスの流量と真空容器１内に流入するガ
ス流量と真空容器１内圧力とのタイムチャートを示す。
まずステップ１では、エッチングを主体とするエッチン
グモード工程として、真空容器１内にマスフローコント
ローラ１３ａ、マスフローコントローラ１７を制御し
て、ガスＡ（エッチングガス）を供給する。この時、マ
スフローコントローラ１３ｂは閉じておき、ガスＢ（デ
ポジションガス）は真空容器１内に供給しない。

【００２２】次に、エッチングモード工程が終了する遷
移時期の工程として、マスフローコントローラ１３ａを
完全に閉じる０．５〜１秒前から、マスフローコントロ
ーラ１３ａを制御して閉じ始める。それとほぼ同時にマ
スフローコントローラ１３ｂを制御してガスＢを供給し
はじめるが、この時、ガスＡとガスＢの混合ガスは同時
にマスフローコントローラ１７を流れ、ここで合計流量
が制御される。ガスを切り替える遷移時期においては、
ガスＡとガスＢの混合ガスの合計流量はマスフローコン
トローラ１７の手前ではマスフローコントローラ１７の
設定流量よりも大きくなるように設定されており、真空
容器１内に供給される混合ガスの合計流量はマスフロー
コントローラ１７で制御されて一定となる。

【００２３】遷移時期におけるマスフローコントローラ
１７の手前での合計ガス流量を、マスフローコントロー
ラ１７の設定流量よりも大きく設定する作業は、本実施
の形態でも必要ではあるが、これはマスフローコントロ
ーラ１３ａ、１３ｂを閉じ始めるタイミング（ガスの供
給を停止し始めるタイミング）および開き始めるタイミ
ング（ガスを供給し始めるタイミング）を真空容器１の
圧力を監視しながら適当に調整していけば容易に達成で
きる。それはガスＡとガスＢとの合計流量がマスフロー
コントローラ１７の設定流量よりも大きくなる領域に入
りさえすれば後は最終的に流量がマスフローコントロー
ラ１７で一定に制御されることになるからである。

【００２４】次に、遷移後のステップ２のデポジション
モード工程として、マスフローコントローラ１３ａを閉
じてガスＡの流量を０とし、エッチングガスを流入しな
いようにする。この時、ガスＢの流量はマスフローコン
トローラ１３ｂ、マスフローコントローラ１７で制御さ
れる。このデポジションモード工程終了時の遷移時期も
すでに述べたエッチングモード終了時の遷移時期と同様
に、マスフローコントローラ１３ｂを完全に閉じる０．
５〜１秒前にマスフローコントローラ１３ａを制御して
ガスＡを供給しはじめ、ガスＡとガスＢの混合ガスを同
時に流してマスフローコントローラ１７で合計流量を制
御する。以上の工程を繰り返して時間変調エッチングが
行われる。

【００２５】この方法によれば、真空容器１内に供給さ
れるガスの総流量を一定値に制御することにより、真空
容器１内に供給されるガスの種類を切り替える遷移時期
においても真空容器１内に供給されるガス流量を容易に
一定に保つことができ、真空容器１内のガス圧力の変動
を抑えられるため、ガス圧力の変動によるガスプラズマ
の消滅を防止できる。したがって、プラズマの消滅・発
生の繰り返しがなくなり、エッチング側壁に荒れが生じ
ていない高アスペクト比の溝や穴を形成することができ
る。

【００２６】以上のように本実施の形態によれば、マス
フローコントローラ１７によって真空容器１内に供給さ
れるガス流量を正確に制御することができるから、ガス
の遷移時期においても真空容器１に供給されるガス流量
の変化はなく容易に一定に保つことができ、真空容器１
内のガス圧力も常時一定にすることができる。したがっ
て、ガスプラズマは消滅することがないのでプラズマの
消滅・発生の繰り返しがなくなり、エッチング側壁に荒
れが生じず、滑らかな側壁を有する高アスペクト比の溝
や穴を形成することができる。

【００２７】なお、本実施の形態では、エッチングモー
ド工程のとき、ガスＢの流量を０としたが、ガスＢの流
量を完全に０にしなくてもエッチングが起こる条件にな
ればよく、また、デポジションモード工程のときガスＡ
の流量を０としたが、ガスＡの流量を完全に０にしなく
てもデポジションが起こる条件になればよい。

【００２８】また、本発明は、エッチング装置以外に
も、真空容器の内部でガスプラズマを発生させて基板に
所定の処理を行う装置（例えばスパッタ装置やＣＶＤ装
置）であれば用いることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、真空容器
内に供給されるガスの総流量を一定値に制御することに
より、真空容器内に供給されるガスの種類を切り替える
遷移時期においても真空容器内に供給されるガス流量を
容易に一定に保つことができ、真空容器内のガス圧力の
変動を抑えられるため、ガス圧力の変動によるガスプラ
ズマの消滅を防止できる。したがって、プラズマの消滅
・発生の繰り返しがなくなり、エッチング側壁に荒れが
生じず、滑らかな側壁を有する高アスペクト比の溝や穴
を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の基板処理装置である時間
変調エッチングを行うエッチング装置の概略構成図。

【図２】本発明の実施の形態における時間変調エッチン
グによる各ガスの流量と真空容器内に流入するガス流量
と真空容器内圧力とのタイムチャート。

【図３】従来の基板処理装置である時間変調エッチング
を行うエッチング装置の概略構成図。

【図４】従来例によるエッチング形状の断面図。

【図５】時間変調エッチングによる各ガスの流量のタイ
ムチャート。

【図６】従来のエッチング装置を用いた遷移時間が最適
でない場合における時間変調エッチングによる各ガスの
流量と真空容器内に流入するガス流量と真空容器内圧力
とのタイムチャート。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ プラズマ発生用高周波電源 ３ マッチングコントローラ ４ 誘導結合コイル ５ 誘電板 ６ 基板 ７ 電極 ８ マッチングコントローラ ９ 電極印加用高周波電源 １０ 圧力コントローラ １１ ターボ分子ポンプ １２ａ エッチングガスボンベ １２ｂ デポジションガスボンベ １３ａ マスフローコントローラ １３ｂ マスフローコントローラ １４ ガス導入口 １５ 高周波ケーブル １６ バイアス用高周波ケーブル １７ マスフローコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K057 DA04 DD09 DG07 DM40 5F004 AA02 BA20 BC03 BD04 CA02 DA00 EB01 FA08 5F045 DP03 EE04 EE13 EE19 EH11 HA03 HA13

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に基板を設置した真空容器に、複数
   の異なるガスをそれぞれの流量を独立してかつ時間に依
   存して制御しながら供給し、前記真空容器の内部でガス
   プラズマを発生させて前記基板に所定の処理を行う基板
   処理方法であって、 前記真空容器内に供給される前記複数の異なるガスの総
   流量を一定値に制御することを特徴とする基板処理方
   法。
2. 【請求項２】 内部に基板を設置した真空容器に、エッ
   チング性を有するガスとデポジション性を有するガスと
   をそれぞれの流量を制御することにより時間的に交互に
   エッチングとデポジションが起こる条件となるように供
   給し、前記真空容器の内部でガスプラズマを発生させて
   前記基板にエッチング処理を行う基板処理方法であっ
   て、 前記真空容器内に供給される前記エッチング性を有する
   ガスと前記デポジション性を有するガスとの総流量を一
   定値に制御することを特徴とする基板処理方法。
3. 【請求項３】 内部に基板を設置する真空容器と、前記
   真空容器に供給される複数の異なるガスのそれぞれの流
   量を独立してかつ時間に依存して制御する複数の第１の
   マスフローコントローラと、前記基板に所定の処理を行
   うために前記真空容器の内部でガスプラズマを発生させ
   る手段とを備えた基板処理装置であって、 前記複数の第１のマスフローコントローラで流量制御さ
   れた後、前記真空容器に供給される前に前記複数の異な
   るガスの総流量を一定値に制御する少なくとも１つの第
   ２のマスフローコントローラを設けたことを特徴とする
   基板処置装置。
4. 【請求項４】 内部に基板を設置する真空容器と、前記
   真空容器に供給されるエッチング性を有するガスとデポ
   ジション性を有するガスとをそれぞれの流量を時間的に
   交互にエッチングとデポジションが起こる条件となるよ
   うに制御する複数の第１のマスフローコントローラと、
   前記基板にエッチング処理を行うために前記真空容器の
   内部でガスプラズマを発生させる手段とを備えた基板処
   理装置であって、 前記複数の第１のマスフローコントローラで流量制御さ
   れた後、前記真空容器に供給される前に前記エッチング
   性を有するガスと前記デポジション性を有するガスとの
   総流量を一定値に制御する少なくとも１つの第２のマス
   フローコントローラを設けたことを特徴とする基板処置
   装置。