JPH01106432A

JPH01106432A - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH01106432A
Application number: JP26411087A
Authority: JP
Inventors: Moritaka Nakamura; 守孝中村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1989-04-24
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPH0812857B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕本発明は半導体製造装置とその起動方法、特に、半導体
、金属及び絶縁物などをエツチングするプラズマエツチ
ング装置と、そのプラズマを発生させる起動方法に関し
、低周波電源と高周波電源との間の相互干渉と、高周波電
力は定常値に引き上げるためのインビー　゛ダンス整合
時間の遅延と防止して、始動からプラズマの安定状態に
達するまでの立ち上がり時間を短縮することを目的とし
、その製造装置をプラズマを発生させるため対向電極、ガ
ス導入口及び排気口を有するプラズマ発生容器と、プラ
ズマを励起する高周波電源と、イオンを加速する低周波
電源と、高周波出力インピーダンスを自動的に整合する
自動整合器と、該二つの電源を保護する保護回路を具備
し、プラズマエツチングする半導体製造装置において、
プラズマの起動を制御する起動制御手段を含み構成し、その第１の起動方法を、対向電極に先に低周波電源を印
加し、後に対向電極に自動整合器を介して高周波電源を
印加し、プラズマを発生させるこを含み構成し、その第
２の起動方法を対向電極に印加する低周波電源の立ち上
がり時間に比べて、対向電極に印加する高周波電源の立
ち上がり時間を立ち上がり設定回路を介して長くするこ
とを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体製造装置とその起動方法に関するもので
あり、更に詳しく言えば半導体、金属及び絶縁物などを
エツチングするプラズマエツチング装置と、プラズマの
発生させる起動方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は従来例に係る説明図である。

同図（ａ）は、本発明者らが以前特許出願（特公昭５６
−２２３６７）したトライオード型のプラズマエツチン
グ装置の構成図である。

図において、１は半導体ウェハであり、不図示のシリコ
ン基板上の酸化膜等がプラズマエツチングされる。２は
プラズマ発生容器であり、プラズマ励起用の高周波電圧
を印加する対向電極５ａ。

５ｂと、イオン加速用の低周波電圧を印加する対向電極
６ａ、６ｂと、ガス導入口３と、排気口４により構成し
ている。なお、プラズマエツチングされる半導体ウェハ
１は、対向電極２ｄにセットされる。

５は高周波電源（周波数１３．５６ＭＨ２，出力ｓｏｏ
ｗ程度）であり、高周波電力を対向電極５ａ、５ｂに供
給し、ガス導入口３により導入される不活性ガス等を励
起してプラズマを発生させる電源である。

６は低周波電力を対向電極６ａ、６ｂに供給する低周波
電源（周波数１００ＫＨｚ、出力２５０Ｗ程度）であり
、直流電源による場合もある。

なお、７は高周波電力等によって変化するプラズマイン
ピータンスの反射現象を防止するために自動的に出力イ
ンピーダンスを整合する自動整合器であり、高周波電力
を対向電極２ａ、２ｂに徐々に供給するためのインダク
タンスＬと静電容量Ｃとを組み合わせた０例えばπ型の
整合器である。

また、８ａ、８ｂは保護回路であり、高周波電源５と低
周波電源６との相互干渉から各電源を保護したり、高周
波電力の急激なパワーアップに伴う反射現象による出力
真空管やトランジスタの損傷を保護する機能を有してい
る。

これ等によりトライオード型プラズマエツチンーグ装置
を構成する。

同図（ｂ）はプラズマの起動方法に係る説明図であり、
図において、縦軸は、高周波電源５や低周波電源６の出
力Ｐ＠　　（Ｗ）を示し、横軸は安定なプラズマを持続
するために要する立ち上がり時間（ランピングタイム）
Ｔ（秒〕を示している。

なお、Ｔ、はプラズマ不安定期間であり、その期間はプ
ラズマ発生容器内を中途半端な励起状態にし、容器内を
汚染したり、半導体ウェハｌ上をエツチングしたり、成
長したりする共存状態である。

また、１０はプラズマを励起する過程の高周波電源の起
動特性を示し、９は同様に、低周波電源の起動特性を示
している。

従来の構成ではＴ、を８秒程度必要とし、それ以上短か
くすると低周波の立上がりによる見かけのインピーダン
スの変化に高周波の自動整合器が追従できず、整合がと
れな（なり反射が大きくなるので保護回路が働き、正常
に動作することができなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで従来例のトライオード型プラズマエツチング装
置によれば、高周波電源５と、低周波電源６とを共に、
半導体ウェハ１を設置した対向電極６ｂに印加するため
、該二つの電源の相互干渉びプラズマ状態の発生に要す
る高周波の整合という問題がある。このため同図（ｂ）
に示すように反射現象から電源を保護するための立ち上
がり時間Ｔを長くとり、序々に出力Ｐ、を供給する必要
がある０例えば、高周波電源の出力をｓｏｏｗ。

低周波電源の出力を２５０Ｗで安定なプラズマを持続す
る装置に要する立ち上がり時間は、該二つの電源を同様
にＯＮしてから８〔秒〕程度を要し、それ以下による電
源制御では保護回路８が作動し、プラズマを発生するこ
とができない。

これにより、起動時のプラズマ不安定期間Ｔ。

が長くなり、プラズマ容器内の汚染と、半導体ウェハ上
のエツチング、デポジションというプロセス上の問題が
ある。

本発明は、かかる従来例の問題に鑑み創作されたもので
あり、低周波電源と高周波電源との間の相互干渉と、高
周波電力を定常値に引き上げるためのインピーダンス整
合時間の遅延とを防止して、始動からプラズマの安定状
態に達するまでの立ち上がり時間を短縮することを可能
とする半導体製造装置とその起動方法の提供を目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の半導体製造装置とその起動方法は、その一実施
例を第１．２図に示すように、その製造装置をプラズマ
を発生させるため対向電極、ガス導入口及び排気口を有
するプラズマ発生容器と、プラズマを励起きする高周波
電源と、イオンを加速する低周波電源と、高周波出力イ
ンピーダンスを自動的に整合する自動整合器と、該二つ
の電源を保護する保護回路を具備し、プラズマエツチン
グする半導体製造装置において、プラズマの起動を制御する起動制御手段を設けているこ
とを特徴とし、その第１の起動方法を、対向電極に先に低周波電源を印
加し、後に対向電極に自動整合器を介して高周波電源を
印加し、プラズマを発生させることを特徴とし、 −その第２の起動方法を対向電極に印加する低周波電源
の立ち上がり時間に比べて、対向電極に印加する高周波
電源の立ち上がり時間を立ち上がり設定回路を介して長
くすることを特徴と一１上記目的を達成する。

〔作用〕本発明によれば、印加電圧制御回路や電源投入遅延回路
等からなる起動制御手段を設けている。

これによりプラズマ発生容器内の初期の状態を低周波電
源による交番電界の雰囲気にしている。

このため先にプラズマ発生容器内の低周波による見かけ
上のインピーダンスを固定化しているので、その後に高
周波電源による交番電界を重量してもその高周波による
見かけ上のインピーダンスの合成により生ずるプラズマ
のインピーダンスの変動を抑制することが可能となる。

従って、該二つの電源の相互干渉を防止することができ
、また、低周波による見かけ上のインピーダンスが固定
しているので、高周波による見かけ上のインピーダンス
のみ整合をとって高周波のパワーアップをすることが可
能となる。

〔実施例〕

次に図を参照しながら本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の実施例に係る半導体製造装置の構成図
であり、同図（ａ）はトライオード型プラズマエツチン
グ装置を示している。

図において、１１はプラズマエツチングされる半導体ウ
ェハであり、被エツチング対象には半導体、金属及び絶
縁物等も可能である。１２はプラズマ発生容器であり、
排気口１４から不図示の真空ポンプ等により排気され、
真空状態を維持する。

１３はプラズマ化されるガス等のガス導入口であり、そ
のガスはＣＩｇ　、　Ｂ　ｒｘ　、　ＣＦ４　、　ＣＴ
ＣＩＦｓ、ＢＣＩｓ、５ＩＣ１４，ＣＢｒＦ３等を用い
る。

また、１５ａ、’１５ｂはプラズマ励起用の高周波電圧
を印加する対向電極、１６ａ、１６ｂはイオン加速用の
低周波電圧を印加する対向電極である。なお、対向電極
１５ａ、１６ｂは、円板形状であり、対向電極１５ｂ、
１６ａはプラズマ発生容器１２の壁面部分を共通（アー
ス）にしている。

また、対向電極は平行平板型の改良型として、円筒状や
コイルを用いたものもある。なお、被エツチング対象で
ある半導体ウェハ１１等は対向電極１６ｂ上にセットさ
れる。

１５は高周波電源（周波数１３．５６Ｍ七、出力ｓｏｏ
ｗ程度）であり、高周波電力を対向電極１５ａ、１５ｂ
に供給し、ガス導入口１３より導入されるガスを励起し
て、プラズマを発生させるための電源である。

１６は、低周波電源（周波数１００ＫＨｚ、出力２５０
Ｗ程度）であり、低周波電力を対向電極１６ａ、１６ｂ
に供給し、プラズマ化したガス中のイオンを加速する電
源である。なお低周波電源１６は直流電源を使用する場
合もある。また、プラズマエツチング装置に用いる電源
の周波数は、１ＭＨｚを境にして、低周波、高周波の区
別をしている。

１７は自動整合器であり、プラズマ励起と共に変化する
プラズマ発生容器内のプラズマインピーダンスと電源イ
ンピーダンスとの整合をとりながら最大電力を供給する
ための整合器である。なお、その整合器はインダクタン
スしゃ静電容量Ｃによるπ形整合器等により構成する。

１８ａ、１８ｂは保護回路であり、プラズマの安定な励
起に無効となる高周波電源１５と低周波電源１６との相
互干渉から各電源を保護したり、高周波電力の急激なパ
ワーアップに伴う対向電極１５ａと高周波電源１５との
間に生ずる反射現象から出力真空管やトランジスタの損
傷を保護する機能を有している。

ここまでは従来例によるトライオード型プラズマエツチ
ング装置と同様であるが、さらに本発明では、プラズマ
の起動を制御する起動制御手段１９を設けている。

同図（ｂ）は起動制御手段１９の構成図である。

図において、９１は低周波電源１６又は高周波電源１５
の出力電圧を制御し、対向電極１５ａ。

１５ｂ、１６ａ、１６ｂに印加する電圧を制御する印加
電圧制御回路であり、９２は高周波電源１５の投入する
タイミングを遅らせる電源投入遅延回路である。なお９
３は該二つの電源の出力の立ち上がり時間を設定する立
ち上がり時間設定回路である。９４は立ち上がり時間と
電源投入のタイミングにより、自動整合器１７と印加電
圧制御回路９１と、保護回路１８ａ、１８ｂとを制御す
る制御回路である。

これ等によりトライオード型プラズマエツチング装置を
構成する。

第２図は、本発明の実施例の半導体製造装置の起動方法
に係る起動特性図であり、同図（ａ）はその第１の起動
方法を説明する図である。

図において、横軸は立ち上がり時間Ｔ〔秒〕を示し、始
動（電源ＯＮ）からプラズマが安定するまでの時間を示
している。また縦軸は高周波電源１５や低周波電源１６
の出力Ｐ、（Ｗ）を示している。なお、２０は高周波電
源１５の起動特性を示し、２１は低周波電源１６の起動
特性を示している。Ｔｔはスイッチ投入時間差を示して
いる。

すなわち、第１の起動方法は第１図を参照しながら説明
すると、まず対向電極１６ａ、１６ｂに先に低周波電源
１６と印加電圧制御回路９１とを介して低周波電圧を印
加して、低周波電力を供給し、次に電源投入遅延回路９
２を介してスイッチ投入時間差Ｔ、〔秒］後に高周波電
源１５の高周波電圧を印加し、高周波電力を自動整合器
１７を介して対向電極１５ａ、１５ｂに供給し、プラズ
マを発生させる。

例えば、高周波電源（１３，５６ＭＨｚ、定格出力８０
０Ｗ）１５、低周波電源（１００Ｋ翫、定格出力２５０
Ｗ）１６と、直径２４０ｍφの対向電極１５ａと、直径
１８０−φの対向電極　１６ｂと定在比（ＳＷＲ）を４
にセットした保護回路１８とを設けたトライオード型プ
ラズマエッチング装置に、使用ガスとしてＣＢ　ｒ　Ｆ
ｓを５Ｓｃｃｍ、圧力０．３Ｔｏｒｒを用いて半導体ウ
ェハ１１のエツチングを行ったところ、Ｔｇ””０．９
秒とすると同図（ａ）に示すように、両者共に立ち上が
り時間２〔秒〕で安定したプラズマ状態が得られ、プラ
ズマ不安定期間’ｒｔ　−２，９秒で両電源共に定格出
力状態となった。なお半導体ウェハ１１のプラズマエツ
チングには、２０秒〜５分程度の処理時間を要する。

同図（ｂ）は本発明の実施例の半導体製造装置の第２の
起動方法に係る起動特性図である０図において、第１の
起動方法に係る起動特性図と同様に横軸に立ち上がり時
間を示し、縦軸に出力Ｐ０を示している。なお第１の起
動方法による起動特性に比べ、第２の起動方法による起
動特性では高周波電源１５と低周波電源１６とは同時に
電源を投入している。

すなわち第２の起動方法は、対向電極１’６ａ。

１６ｂに印加する低周波電源の立ち上がり時間を立ち上
がり時間設定回路９３により高周波電源の立ち上がり時
間よりも短く設定して、印加電圧制御回路９１を介して
低周波電源１６を制御し、その立ち上がり時間よりも長
く高周波電源１５を自動整合器１７を介して、対向電極
１５ａ、１５ｂに供給する高周波電力を制御し、プラズ
マを発生させる。

なお、第１の起動方法と同様のトライオード型のプラズ
マエツチング装置において、低周波電源１６の立ち上が
り時間を０．３〔秒〕に設定し、高周波電源１５の立ち
上がり時間を２〔秒〕に設定して自動整合器１７を介し
て対向電極１５ａ。

１５ｂに高周波電力を同時に供給したところプラズマ不
安定期間Ｔ１−２秒で安定したプラズマを得ることがで
きた。

このようにして、印加電圧制御回路９１、電源投入遅延
回路９２、立ち上がり時間設定回路９３及び制御回路９
４等よりなる起動制御手段１９を設けることにより、プ
ラズマ発生容器１２内の初期の状態を低周波電源１６に
よる交番電界の雰囲気にしている。このため、先にプラ
ズマ発生容器１２内の低周波による見かけ上のインピー
ダンスを固定化しているので、その後に高周波電源１５
による交番電界を重量してもその高周波による見かけ上
のインピーダンスの合成により生ずるプラズマのインピ
ーダンスの変動を抑制することが可能となる。

従って、該二つの電源１５．１６の相互干渉を防止する
ことができ、また、自動整合器１７に係るインピーダン
ス整合時間等の応答速度を早くすることが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、先に印加される低
周波電源によりプラズマ発生容器内の初期状態を固定す
るので高周波電源の重量に係るインピーダンス整合時間
を短縮することができる。

このため、従来のような長い立ち上がり時間を不要とす
ることが可能となる。

これにより、プラズマの不安定期間Ｔ、を短くできるの
でプラズマ容器内の汚染や、半導体ウェハ上のエツチン
グ、デポジションというプロセスの問題を無くし、良好
なエツチングをすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る半導体製造装置の説明図
、第２図は本発明の実施例の起動方法に係る説明図、第３図は従来例に係る説明図である。（符号の説明）１．１１・・・半導体ウェハ、２．１２・・・プラズマ発生容器、３．１３・・・ガス導入口、４．１４・・・排気口、５．１５・・・高周波電源、５ａ、５ｂ、５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１
６ｂ　・・・対向電極、６．１６・・・低周波電源、７．１７・・・自動整合器、８ａ、８ｂ、１８ａ、１８ｂ・−・保護回路、９．２１
．２３・・・低周波電源の起動特性、１０．２０．２２
・・高周波電源の起動特性、１９・・・・・起動制御手
段、９１・・・・・印加電圧制御回路、９２・・・・・電源投入遅延回路、９３・・・・・立ち上がり時間設定回路、９４・・・・
・制御回路、Ｔ、　　・・・・・プラズマ不安定期間、Ｔ、・・・・
・スイッチ投入時間差、Ｔ・・・・・・立ち上がり時間、Ｐ、・・・・、・出力。撰歌　Ｑ？ｌ＜−−−　羽≦　♂　ざ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラズマを発生させるため対向電極（１５ａ、１
５ｂ、１６ａ、１６ｂ）、ガス導入口（１３）及び排気
口を有するプラズマ発生容器（１２）と、プラズマを励
起する高周波電源（１５）と、イオンを加速する低周波
電源（１６）と、高周波出力インピーダンスを自動的に
整合する自動整合器（１７）と、該二つの電源それぞれ
を保護する保護回路（１８ａ、１８ｂ）を具備し、プラ
ズマエッチングする半導体製造装置において、プラズマ
の起動を制御する起動制御手段（１９）を設けているこ
とを特徴とする半導体製造装置。
（２）前記起動制御手段（１９）が、印加電圧制御回路
（９１）、電源投入遅延回路（９２）、立ち上がり時間
設定回路（９３）、及び制御回路（９４）から構成されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載する半導体製造装置。
（３）対向電極（１６ａ、１６ｂ）に先に低周波電源（
１６）を印加し、後に対向電極（１５ａ、１５ｂ）に自
動整合器（１７）を介して高周波電源（１５）を印加し
、プラズマを発生させることを特徴とする半導体製造装
置の起動方法。
（４）対向電極（１６ａ、１６ｂ）に印加する低周波電
源（１６）の立ち上がり時間に比べて、対向電極（１５
ａ、１５ｂ）に印加する高周波電源（１５）の立ち上が
り時間を立ち上がり設定回路（９３）を介して長くする
ことを特徴とする半導体製造装置の起動方法。