JPH03242928A - ドライエッチング装置 - 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］ この発明は、ドライエツチング装置、特に、プラズマを
利用した半導体装置用のドライエツチング装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 第４図は従来のドライエツチング装置を示す概略構成図
であり、図において、真空気密状態に保たれた半球−円
筒状で透明な石英製の反応室（１）内には、半導体ウェ
ハ（２〉を載置、保持するステージ電極（３〉が配置さ
れている。このステージ電極（３）には、高周波電源（
４）が接続されている。

反応室（１）に隣接して排気室（５）が設けられており
、排気室（５）の底面に設けられた排気路（６）を介し
て真空ポンプ（図示しない）により反応室（１〉内を真
空排気する。また、反応室（１）にはプラズマ生成用の
ガスを導入するガス導入路（７）が設けられている。反
応室（１）の上部にはマイクロ波発生装置（８）が設け
られており、このマイクロ波発生装置（８）で発生した
マイクロ波は、導波管（９）を介して反応室（１〉内へ
マイクロ波が印加される。導波管（９）の周囲にはコイ
ル（１０〉が配置されており、ステージ電１（３）に載
置された半導体ウェハ（２〉面に垂直方向に磁界が印加
される。

ステージ電極（３〉の外周には円筒状のアース電極（１
１〉が設けられており、これはステージ電極（３）と電
気的に絶縁され排気室（５）の上面に固定され、かつ接
地されている。

従来のドライエツチング装置は上述したように構成され
、反応室（１〉を真空排気した後、ガス導入路より所定
流量のガスを導入し、マイクロ波発生装置（８）で発生
したマイクロ波及びコイル（１０）による磁場を反応室
（１）内に印加してプラズマを発生させる。さらに、プ
ラズマ発生と共に、高周波電源（４）により高周波電力
を印加すると、ステージ電極（３）とアース電極〈１１
）との間に直流バイアスが発生し、これによりプラズマ
内のイオンが加速され、異方性のエツチングが促進され
る。この直流バイアスはイオンの易動度によって生じ、
加える高周波電力、反応室（１）内のプラズマ雰囲気に
対して露出したアース電極（１１）の露出面積等により
その値が変わる。直流バイアスはエツチング処理には重
要であり、この直流バイアスによりイオンは加速されウ
ェハを衝撃する□。すなわち、直流バイアスを変えるこ
とによって、エツチング形状、半導体ウェハ（２）に及
ぼされるダメージ（損傷）、選択比等のエツチング性能
に重要な値が変化する。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したようなドライエツチング装置では、高周波電力
を変えることによって直流バイアスを制御していた。こ
の場合、高周波電力の・増減によりプラズマの状態も大
きく変わり、エツチング速度の変動に影響を及ぼしてい
た。すなわち、選択比及び半導体ウェハ（２）のダメー
ジは直流バイアスによって決定され、エツチング速度は
直流バイアス及びプラズマ状態により決められる。しか
し、高周波電力を変えた場合、直流バイアスだけでなく
プラズマ状態すなわちプラズマ密度や電離度も同時に変
わるため、エツチング速度は直流バイアスの変化分以上
に変動してしまうという問題点があった。

また、例えばエツチングの開始時や被エツチング膜の下
地が露出した時等には、エツチング性件特に直流バイア
ス値を変えることによって、形状制御、ダメージ制御等
を行うステップエツチング例えば２段エツチング処理が
行われている。この場合、高周波電力で直流バイアスを
変化させると、上述のようなプラズマ状態が変化するた
め直流バイアスのみを制御できず、従って、エツチング
性能にとって重要なダメージ、選択比、エツチング速度
がすべて連動して変化するので、エツチング処理に悪影
響を与えるという問題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、高周波電力によらず直流バイアスだけを制御
できるドライエツチング装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るドライエツチング装置は、アース電極を
移動させ、アース電極のプラズマに対する露出面積を変
化させることによって、直流バイアスを所望の値に制御
するものである。

また、この発明の別の発明に係るドライエツチング装置
は、直流バイアスの値をモニタリングし、その値の変化
に対応してアース電極の位置を制御し、設定した所定の
直流バイアス値が変化しないように維持するものである
。

［作　用］ この発明においては、アース電極を移動させてアース電
極のプラズマへの露出面積を変化させるので、直流バイ
アスのみの制御を行うことができる。

また、この発明の別の発明においては、直流バイアスの
値が所定の値に維持されるため、プラズマ状態の乱れを
解消することができ、常時、所定の条件によるエツチン
グ処理を行うことができるので、被エツチング対象物で
ある半導体ウェハに悪影響を与えることがない。

［実施例〕 第１図はこの発明の一実施例によるドライエツチング装
置を示す概略構成図であり、（１）〜（１０）は上述し
た従来のドライエツチング装置におけるものと全く同一
である。ステージ電極（３）の外周には、円筒状のアー
ス電極（１２）が設けられており、これには伝達棒（１
３）を介してアース電極駆動手段（１４）例えばモータ
が連結されている。アース電極（１２）及び伝達棒（１
３）は接地されており、ステージ電極（３）とは電気的
に絶縁されている。

上述したように構成されたドライエツチング装置におい
ては、アース電極（１２）を上下に移動させることによ
り、プラズマに対するアース電極（１２）の露出面積を
変化させることができる。

直流バイアス電圧は、ステージ電極（３）より上側の反
応室（１）内に存在するプラズマ領域に露出するステー
ジ電極（３〉（カソード電極）とアース電極（１２）（
アノード電極〉とのそれぞれの面積により決まることが
一般に知られている。すなわち、カソード電極、アノー
ド電極の露出面積をそれぞれＳｌ、Ｓ２とし、カソード
電極及びアノード電極に発生する直流バイアス電圧をそ
れぞれ■３、■２とすると、Ｖ１＝Ｖ２（Ｓ２／Ｓｌ）
’の関係が成り立つ。従って、アース電極（１２）を移
動させ、そのプラズマ領域への露出面積（上述の８２）
を変えることにより、ステージ電極（３）の直流バイア
ス電圧（上述の■ｌ）のみを制御することができる。こ
のとき、高周波電源（４）の電力は変えないので、プラ
ズマの状態を大きく変えることなく、エツチングの形状
、被エツチング膜の下地へのダメージ等の制御を行うこ
とができる。

また、プラズマ状態及びエツチング速度を変える高周波
電力を一定としてアース電極（１２）を動かすことによ
り、エツチング速度をほぼ一定に保ったままでダメージ
及び選択比を変えることができる。逆に、高周波電力を
変化させ、アース電極（１２）を移動させることによっ
て、ダメージ及び選択比が一定の状態でエツチング速度
を変えることができる。このように、この発明では、従
来は独立に制御することができなかったダメージ及び選
択比とエツチング速度とを独立に制御することが可、能
である。

また、直流バイアスが大きい場合には、ダメージは大き
くなるがエツチングの異方性は大きく良好となる。また
、直流バイアスが小さい場合には、選択比は低下して望
ましいがエツチングの異方性は低下し等方性となる。こ
の後者のような条件下では、第２図に示すように、ステ
ージ電極駆動手段（１５）によりステージ電極（３）を
下方に移動させることによって、異方性を増大させるこ
とができる。これは、イオン化エネルギーは直流バイア
スとプラズマポテンシャルを加えたものにほぼ等しいが
、ステージ電極（３）を移動させることによって、この
プラズマポテンシャルが変動するため、異方性が変化す
ることに起因ものである。例えばステージ電極（３）を
下げるとプラズマポテンシャルは増大し、異方性は高く
なる。このように、ステージ電極（３〉を上下方向に移
動することにより、エツチングの異方性を制御すること
が可能である。

なお、上述した実施例では、アース電極（１２〉として
円筒状の電極を使用したが、第２図に示すように、同心
円状に２枚又は複数枚の円筒状アースミ極（１６）を用
いてもよい。この場合、アース電極（１６）の表面積を
増大させることができるので、プラズマに対する露出面
積を増大させることができる。また、アース電極（１２
〉、（１６）の材質は、導電性ものであれば特に限定な
く使用できる。

第３図は、この発明の他の実施例によるドライエツチン
グ装置を示す概略構成図であり、第１図における符号と
同じ符号は、同−又は相当部分を示す。ステージ電極（
３）には、このステージ電極（３〉に発生する直流バイ
アスを測定する直流バイアス検出手段（１７）が接続さ
れている。この直流バイアス検出手段（１７）からの出
力によって、出力制御手段（１８）によりアース電極駆
動手段（１４）への出力を制御し、常時直流バイアスを
所定の値に維持する。この操作をさらに詳細に説明する
と、エツチング処理中、ステージ電極（３〉に発生する
直流バイアスを直流バイアス検出手段（１７）例えば高
圧プローブにより測定し、シンクロスコープ等でモニタ
ーしておく。外乱などによリプラズマ状態が乱れ、直流
バイアスが変化した場合には、この変化を直流バイアス
検出手段（１７）で検出し、比較回路等（図示しない）
によりバイアス電圧が所定の値となるように、出力制御
手段（１８）によってアース電極駆動手段（１４）例え
ばモータ等を作動させ、アース電極（１２〉を移動させ
る。これによって、直流バイアスを常時所定の値に維持
することができる。

なお、この実施例においても、上述と同様にアース電極
（１２）を複数個同心円状に設けてもよく、また、ステ
ージ電極（３）を駆動手段により動かしてもよい。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したとおり、マイクロ波を発生さ
せるマイクロ発生装置と、このマイクロ波発生装置に連
結され、上記マイクロ波を誘導する導波管と、この導波
管の外周に配設され、導波管内に磁場を印加する磁場発
生装置と、上記導波管内に配設された反応室と、この反
応室に接続され、上記マイクロ波及び上記磁場によりプ
ラズマ１ 化されるガスを導入するガス導入手段と、上記反応室内
に配設され、半導体基板を載置したステージ電極と、こ
のステージ電極の外周に隣接して設けられ、かつ上記反
応室内のプラズマへの露出面積を変化させるように移動
可能なアース電極と、このアース電極に接続され、アー
ス電極を駆動する駆動手段と、上記ステージ電極に接続
された高周波電源とを備えたので、直流バイアスのみを
制御することができ、プラズマの状態を変えることなく
エツチングの形状、被エツチング膜下地へのダメージ等
の制御を行うことができるという効果を奏する。

また、この発明の別の発明は、マイクロ波を発生させる
マイクロ発生装置と、このマイクロ波発生装置に連結さ
れ、上記マイクロ波を誘導する導波管と、この導波管の
外周に配設され、導波管内に磁場を印加する磁場発生装
置と、上記導波管内に配設された反応室と、この反応室
に接続され、上記マイクロ波及び上記磁場によりプラズ
マ化されるガスを導入するガス導入手段と、上記反応室
２ 内に配設され、半導体基板を載置したステージ電極と、
このステージ電極の外周に隣接して設けられ、かつ上記
反応室内のプラズマへの露出面積を変化させるように移
動可能なアース電極と、このアース電極に接続され、ア
ース電極を駆動する駆動手段と、上記ステージ電極に接
続された高周波電源と、上記ステージ電極に発生するバ
イアス電圧を検出する検出手段と、この検出手段からの
出力と予め設定された値とを比較し上記アース電極を移
動させ、上記バイアス電圧を所定の値となるように制御
する出力制御手段とを備えたので、常時、所定の直流バ
イアスによるエツチング処理を維持することができ、被
エツチング対象物である半導体ウェハに悪影響を与えず
、エツチング処理精度を十分に向上させることができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるドライエツチング装
置を示す概略構成図、第２図はこの発明の他の実施例に
よるドライエツチング装置の概略構成図、第３図はこの
発明のさらに他の実施例によるドライエツチング装置の
概略構成図、第４図は従来のドライエツチング装置を示
す概略構成図である。 図において、（１）は反応室、（２）は半導体ウェハ、
（３）はステージ電極、（４）は高周波電源、（５）は
排気室、（６）は排気路、（７）はガス導入路、（８）
はマイクロ波発生装置、（９）は導波管、（１０）はコ
イル、（１２）、　（１６）はアース電極、（１３〉は
伝達棒、（１４）はアース電極駆動手段、（１５）はス
テージ電極駆動手段、（１７）は直流バイアス検出手段
、（１８）は出力制御手段である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波を発生させるマイクロ発生装置と、こ
   のマイクロ波発生装置に連結され、上記マイクロ波を誘
   導する導波管と、この導波管の外周に配設され、導波管
   内に磁場を印加する磁場発生装置と、上記導波管内に配
   設された反応室と、この反応室に接続され、上記マイク
   ロ波及び上記磁場によりプラズマ化されるガスを導入す
   るガス導入手段と、上記反応室内に配設され、半導体基
   板を載置したステージ電極と、このステージ電極の外周
   に隣接して設けられ、かつ上記反応室内のプラズマへの
   露出面積を変化させるように移動可能なアース電極と、
   このアース電極に接続され、アース電極を駆動する駆動
   手段と、上記ステージ電極に接続された高周波電源とを
   備えたことを特徴とするドライエッチング装置。
2. （２）マイクロ波を発生させるマイクロ発生装置と、こ
   のマイクロ波発生装置に連結され、上記マイクロ波を誘
   導する導波管と、この導波管の外周に配設され、導波管
   内に磁場を印加する磁場発生装置と、上記導波管内に配
   設された反応室と、この反応室に接続され、上記マイク
   ロ波及び上記磁場によりプラズマ化されるガスを導入す
   るガス導入手段と、上記反応室内に配設され、半導体基
   板を載置したステージ電極と、このステージ電極の外周
   に隣接して設けられ、かつ上記反応室内のプラズマへの
   露出面積を変化させるように移動可能なアース電極と、
   このアース電極に接続され、アース電極を駆動する駆動
   手段と、上記ステージ電極に接続された高周波電源と、
   上記ステージ電極に発生するバイアス電圧を検出する検
   出手段と、この検出手段からの出力と予め設定された値
   とを比較して上記アース電極を移動させ、上記バイアス
   電圧を所定の値となるように制御する出力制御手段とを
   備えたことを特徴とするドライエッチング装置。