JPH02210825A - プラズマエッチング方法及び装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマエツチング方法及び装置に係り、特
に半導体素子基板等の試料を２段エツチング処理するの
に好適なプラズマエツチング方法及び装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

試料である基板をプラズマを利用して２段エツチング処
理する技術としては、例えば、特開昭６２−３０８９１
号公報に記載のような、プラズマ閉込めによる高密度イ
オンと中性ラジカルのみとにより、主としてマイクロ波
を用いて基板を２段エツチング処理するようにしたもの
が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術のように、プラズマを利用して試料を２段
エツチング処理する場合、１段目のエツチング処理が終
了したのを確認して２段目のエツチング処理が実施され
る。このようなエツチング処理の終点判定は発光分光法
を用いた終点検出技術により通常、実施される。

つまり、プラズマを利用して試料を２段エツチング処理
する場合、１段目のエツチング処理の終点は、発光分光
法により判定され、その後、２段エツチング処理に対応
してプラズマの生成制御パラメータが変更され、該プラ
ズマ生成制御パラメータの変更により生成されるプラズ
マを利用して２段目のエツチング処理が実施される。

ところが、このような場合、プラズマ生成制御パラメー
タの変更によりプラズマ密度が変化、即ち、プラズマの
発光強度が変化するようになる。

このため、１段目のエツチング処理の終点判定Ｊこ誤動
作が生ｌＩなり、２段エツチング処理を良好に行えなく
なるとい９た問題が生しる。

このような間−は、試料の２段エツチング処理ならず、
試料のエツチング処理途中においてプラズマ生成制御パ
ラメータを変更させる必要がある試料のエツチング処理
においても陶様に生じる。

また、このような問題は、例えば、コンタクトホール等
のエツチング面積が狭いためにエツチング処理の終点を
判定するためのプラズマの発光強度の変化が小さいよう
な試料のエツチング処理において顕著に生しる。

なお、このような問題に対して、上記従来技術では、何
等、配慮されていない。

本発明の主な目的は、試料のエツチング処理途中におい
てプラズマ生成制御パラメータを変更させる必要がある
試料のエツチング処理を良好に行うことができるプラズ
マエツチング装置及び装置を提供することにある。

〔Ｉｌ！題を解決するための手段〕

上記主な目的は、プラズマエツチング方法を、試料のプ
ラズマエツチング処理途中で前記プラズマの生成制御パ
ラメータを変更して前記試料を更にエツチング処理する
工程と、前記パラメータの変更時の前記プラズマの発光
Ｉｌｉ！ｉＫの変化に対応したエツチング終点判定を行
う工程とを有する方法トシ、また、プラズマエツチング
装置を、減圧下でエッチングガスをプラズマ化する手段
と、前記プラズマを利用した試料のエツチング処理途中
で前記プラズマの生成制御パラメータを変更する手段と
、Ｍ記パラメータの変更時の前記プラズマの発光強度の
変化に対応したニーｙ９−ング終点判定を行う手段とを
具備したものとすることにより、達成される。

〔作　　用〕

２段エツチングは通常下地との選択性あるいは下地へ与
えるダメージの低下に関連して実施される。従りて、終
点判定手段において、２段目に入るパラメータ変更によ
るプラズマの変動時期と終点判定時期をずらすことによ
り問題点を解決することができる。

〔実　施　例〕

本発明の一実施例を第１図、第２図を用いて説明する。

第１図において、１は真空容器、２はカソード、３は１
ノードを構成し、かつ、エツチングガス供給装置と連結
されるアノードノズル、４は試料であるウェハ、５はカ
バー　６は真空容器１に設けられた窓であり、この窓を
通してプラズマの発光が発光検出器７に取り込まれる。

８はＲＦＭ信器であり、カソード２にＲＦ電圧を印加す
る。カソード２と真空容器ｌとは適切な絶縁材で絶縁さ
れている。９は真空排気系であり、カソードの周辺から
排気できるようになっている。１０は１ノード上方に設
置された磁石であり、ターンテーブル１３に取りつけて
あり、モータνにより回転できる。

１ｇ２図は第１図に示した有磁場反応性イオンエツチン
グ装置を用いてコンタクトホールの絶縁膜をエツチング
した際のエツチングガスと圧力との関係を示したもので
あり、（ａ）にコッチングされたコンタクトホールのテ
ーパ角および下地８１との選択比と圧力の関係を示し、
（ｂ）にはＲＦパワーｓｏｏｗ、ｓｏｏｗにおける発光
強度と圧力の関係を示している。

第２図（ａ）かられかるように１次工程におけるＭ配線
の成膜時のつきまわりを良くするためにエツチング形状
のテーパ角を太き曵するには圧力の高い所で処理するの
が望ましく、下地８ｉとの選択比を大きくするためには
圧力の低い所で処理するのが望ましい。従って、エツチ
ングを２ステツプで行い、オーバエツチングに入るまで
は高圧で、オーバエツチングでは低圧で処理すれば、大
きなテーパ角を有してしかも下地８ｉとの選択比が大き
く取り得る。

第２図（ｂ）に示すように、圧力を低下させるとプラズ
マ密度が低下し、これに伴って発光強度が低下する。圧
力を変化させる２段エツチング時には、この発光強度の
変化とエツチングが徐々に終了してい４時の発光強度の
変化が重うて終点検出で誤動作を生じろい。本実施例で
はこのような発光強度の変化をなくすようにパラメータ
を変化させている。すなわち、圧力の低下に伴ってＲＦ
パワーを増加させ（第２図（ｂ）のＡ点からＢ点まで）
発光強度をほぼ一定に保つことができる。

本実施例ではＲＦパワーを変化させたが、エツチングガ
スの流産を変化させても同様の効果が得られる場合が多
い。

第３図〜第５図に本発明の第２の実施例を示す。

本実施例は前述した有磁場反応性イオンエツチングｇｔ
！を用いて酸化膜を２段エツチングする際の圧力低下に
ともな５−５１光強度変化による終点判定誤差を角の方
法でなくした例である。

第３図はエツチング！ｋｉｔの制御系を示したもので圧
力調整機構１５．ガス供給＠　ｉｌ　１１　、放電系制
御回路１６を制御するマイクロコンピュータ１４に発光
検出器７の出力が入力されている。

マイクロコンピュータ１４内で第４図に示す制御を行な
う。まずニーｙ９−ングが２段目かどうか判定する。こ
の判定は既知のエツチング速度から必要な時間を設定し
、時間管理で行う。設定された時間を経過すると第５図
（ｂ）の状態からパラメータ（圧力）を低下させて２段
目のエツチングに入る。

続いて圧力が安定するまで待った後（第４図では安定時
間経過を判定して）、終点判定ソフトを働かす。終点判
定開始時のエツチング形状を第５図（Ｃ）に示し、終了
時のエツチング形状を第５図（ｄ）に示す。

本実施例によれば、終点判定を開始する際にはまだわず
かにエツチングすべき絶縁膜を残した状態にあり、２段
エツチングにより圧力を低下させたことによる発光強度
の変化に影響されずに通常のオーバーエツチングにおけ
る誤差のない終点判定が可能である。

本発明の第３の実施例を第６図を用いて説明する。第６
図はＲＦバイアス制御形有磁場マイクロ波プラズマエツ
チング装置を示している。真空容器４内にエッチングガ
スを導入し、マグネトロンＺで発生したマイクロ波電界
と磁場コイル冴で発生した磁界を作用させ、プラズマあ
を発生し、プラズマあ中のラジカルおよびイオンを利用
してウェハ謳をエツチングする。試料台ＩにはＲＦ３ｉ
振器コが接続され、試料台に負のバイアス電圧が゛発生
する。このため、ウェハ謳はイオンエネルギの作用によ
りエツチング形状が制御可能となっている。なお、真空
容器ガのガス圧力は真空排気系四により排気０園からガ
ス排気され、所定の値に保持される。

以下上記エツチング装置を用いてゲート材やＭ配線材を
２段エツチングする際の本発明の他の実施例を説明する
。

ゲート材やＭ配線をμ波プラズマでエツチングする場合
、高バイアスで高いエツチング速度と異方性が得られ低
バイアスで高選択性（下地８４０２との）や低ダメージ
性が得られることがわかっでいる。一方、バイアス電圧
を変化させた場合発光強度もやや低下する。従って、バ
イアス電圧を変化させた場合の発生強度の低下をμ波パ
ワーの上昇で補償してやれば発光強度の低下を抑制して
誤差のない終点判定ができる。

また、下地との選択比向上のためにガス流量を変化させ
る場合もある。この場合でも同様にμ波パワーを変化さ
せることにより発光強度の変化を補償することができる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば２段エツチングによるエツチング特性上
の利点を砿保し、かつ、２段エツチング時のプラズマ密
度の変化による終点判定の誤動作をなζすことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例のエツチング装
置の構成図およびエツチング特性図、第３図〜第５図は
本発明の第２の実施例を示すための制御回路、制御フロ
ーおよびエツチング形状を示す図、第６５Ａは本発明の
第３の実施例のエツチング装置の構成図である。 ７・・・・・・発光検出器、８，２８・・・・・・ＲＦ
３！振器、１１・・−・・ガス供給装置、１４・・・・
・・終点判定手段、巧・・・・・・圧力調整機構、１６
・・・・・・放電系制御回路、１７・・・・・・マスク
、詔・・・・・・酸化膜、１９・・・・・・ｓｋｉ盤、
２・・・・・・マグネトロン オ ！ 図 イ２ 閃 Ｆ〃 ｒカ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料のプラズマエッチング処理途中から前記プラズ
   マのパラメータを変更して前記試料を２段エッチング処
   理する工程と、前記パラメータの変更時の前記プラズマ
   の発光強度の変化に対応したエッチング終点判定を行う
   工程とを有することを特徴とするプラズマエッチング方
   法。 ２、前記パラメータの変更による前記プラズマの発光強
   度の変動時期と前記エッチング終点判定の実施時期とを
   ずらせる第１請求項に記載のプラズマエッチング方法。 ３、前記パラメータの変更による前記プラズマの発光強
   度が安定した後に前記エッチング終点判定を実施する第
   ２請求項に記載のプラズマエッチング方法。 ４、試料のプラズマエッチング処理途中から前記プラズ
   マのメインパラメータを変更して前記試料を２段エッチ
   ング処理する工程と、前記メインパラメータの変更時の
   前記プラズマの発光強度の変化を補償する工程と、該補
   償されたプラズマの発光強度の変化に基いてエッチング
   終点判定を行う工程とを有するプラズマエッチング方法
   。 ５、前記パラメータの変更時の前記プラズマの発光強度
   の変化を、前記パラメータとは異なる他のパラメータを
   変化させて補償する第４請求項に記載のプラズマエッチ
   ング方法。 ６、前記パラメータがエッチングガス圧力であり、前記
   他のパラメータが放電に要するパワー若しくはエッチン
   グガス流量である第５請求項に記載のプラズマエッチン
   グ方法。 ７、前記パラメータが前記試料に印加される高周波電力
   であり、前記他のパラメータがマイクロ波放電に要する
   マイクロ波電力である第５請求項に記載のプラズマエッ
   チング方法。 ８、前記パラメータがエッチングガス流量であり、前記
   他のパラメータがマイクロ波放電に要するマイクロ波電
   力である第５請求項に記載のプラズマエッチング方法。 ９、試料のプラズマエッチング処理途中から前記プラズ
   マのパラメータを変更して前記試料を２段エッチング処
   理する工程と、前記パラメータの変更による前記プラズ
   マの発光強度が安定した後にオーバエッチング処理する
   工程とを有することを特徴とするプラズマエッチング方
   法。 １０、プラズマを利用して酸化膜を２段エッチング処理
   する方法において、１段目をテーパ角が大きな形状とな
   る圧力で処理し、２段目を圧力を低下させ処理して下地
   シリコンとの選択比を向上させることを特徴とするプラ
   ズマエッチング方法。 １１、１段目を５ないし１０ｍＴｏｒｒの圧力で処理し
   、２段目を０．５ないし２ｍＴｏｒｒの圧力で処理する
   第１０請求項に記載のプラズマエッチング方法。 １２、減圧下でエッチングガスをプラズマ化する手段と
   、前記プラズマを利用した試料のエッチング処理途中で
   前記プラズマの生成制御パラメータを変更する手段と、
   前記パラメータの変更時の前記プラズマの発生強度の変
   化に対応したエッチング終点判定を行う手段とを具備し
   たことを特徴とするプラズマエッチング装置。 １３、前記エッチング終点判定手段を、前記パラメータ
   の変更による前記プラズマの発光強度が安定した後に前
   記エッチング終点判定を実施する手段とした第１２請求
   項に記載のプラズマエッチング装置。 １４、減圧下でエッチングガスをプラズマ化する手段と
   、前記プラズマを利用した試料のエッチング処理途中で
   前記プラズマの生成制御メインパラメータを変更する手
   段と、前記メインパラメータの変更時の前記プラズマの
   発光強度の変化を補償する手段と、該補償されたプラズ
   マの発光強度の変化に基いてエッチング終点判定を行う
   手段とを具備したことを特徴とするプラズマエッチング
   装置。 １５、前記プラズマ発光強度の変化補償手段と、前記メ
   インパラメータとは異なる他のパラメータを変化させて
   補償する手段とした第１４請求項に記載のプラズマエッ
   チング装置。