JPH07249614A - プラズマエッチング方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プラズマエッチング装置の構成を変えることな
く、エッチング特性の変更を図る。 【構成】プラズマ発生用コイル１１に高周波電力を印加
してプラズマ１５を発生させ、プラズマを利用してエッ
チングを行うプラズマエッチングに於いて、前記プラズ
マ発生用コイルに印加する高周波電力を周期的に変調さ
せることで、放電電流が時間的に変化し、電子温度が時
間的に変化するのでプラズマの励起種の割合が変化し、
エッチング特性が変わる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置の１つで
あり、プラズマを利用してウェーハ、ガラス基板等被処
理物のエッチングを行うプラズマ処理装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラズマ処理装置を図６、図７に
より説明する。

【０００３】導電材料で且気密構造の真空容器１の上部
に、該真空容器１と同心に石英、セラミックス等の絶縁
材料から成る円筒２が気密に連設され、該円筒２の上端
は導電材料の蓋３で気密に閉塞され、前記真空容器１、
円筒２、蓋３で囲繞される空間は気密な真空室１４を形
成している。

【０００４】前記蓋３には前記真空室１４に反応ガスを
導入するガス導入管４が連通され、前記真空容器１の底
面には排気管５が連通し、該排気管５には真空ポンプ６
が接続され、又、前記真空容器１の内部底部には絶縁材
７を介して平板電極８が設けられている。該平板電極８
はウェーハ、ガラス基板等の被処理基板１６の載置台を
兼ねており、前記平板電極８には整合器９を介して電極
用高周波電源１０が接続されている。

【０００５】前記円筒２の周囲に、プラズマ発生用コイ
ル１１が巻設され、該プラズマ発生用コイル１１の一端
に整合器１２を介してコイル用高周波電源１３を接続
し、前記プラズマ発生用コイル１１の他端は前記コイル
用高周波電源１３のリターン側に接続されている。而し
て、該コイル用高周波電源１３により前記プラズマ発生
用コイル１１に高周波電力を印加可能となっている。

【０００６】上記従来のプラズマ処理装置に於いて、前
記被処理基板１６を前記平板電極８に載置し、前記真空
室１４を前記真空ポンプ６で排気し、図示しない圧力制
御装置で所定の圧力に維持しつつ、前記真空室１４に前
記ガス導入管４から反応性ガスを導入する。

【０００７】前記コイル用高周波電源１３は図５に示さ
れる様な定常サインカーブ波形を有する高周波電力を出
力する。前記プラズマ発生用コイル１１にコイル用高周
波電源１３が出力する高周波電力を前記整合器１２を介
して印加すると、前記プラズマ発生用コイル１１が形成
する高周波交番電界、磁界の作用により前記反応性ガス
が電離して前記真空室１４にプラズマ１５が生成され
る。

【０００８】同時に前記平板電極８に電極用高周波電源
１０が出力する高周波電力を前記整合器９を介して供給
し、前記平板電極８とプラズマ１５との間に直流バイア
ス電圧を生成したり、或はプラズマ１５内のイオンを振
動させたり等して、前記被処理基板１６に入射するイオ
ンのエネルギを制御する。

【０００９】前記コイル用高周波電源１３、電極用高周
波電源１０の周波数は処理する被処理基板１６のエッチ
ング対象膜の種類、処理の仕様により適宜選択され、通
常コイル用高周波電源１３の周波数は１ＭＨz から２０
０ＭＨz の範囲に於いて選択され、前記電極用高周波電
源１０の周波数は１００ＫＨz から４０ＭＨz の範囲に
於いて選択される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のプラズ
マエッチング装置では、図５に示される様に、一定周波
数で且つ一定レベルの高周波電力を連続的にプラズマ発
生用コイル１１に印加してプラズマを発生させている。
この為プラズマの電子温度はある範囲に於ける高周波電
力の大小に拘らず略一定となり、プラズマ中の励起種の
割合も殆ど一定となる。プラズマ中の励起種の割合が殆
ど一定となる為、エッチング速度等の性能を落とさずに
プロセスに適した励起種の割合を得るには、処理圧力や
反応室の構造等を変えることが必要となる。処理圧力、
反応室の構造の変更は、大掛かりな変更を伴い、コス
ト、時間を要するという問題があった。

【００１１】本発明は斯かる実情に鑑み、プラズマ発生
用コイルに高周波電力を周期的に変調して印加し、プラ
ズマの電子温度を変えることにより励起種の割合を制御
して、所要のエッチング特性が得られるようにしたもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ発生
用コイルに高周波電力を印加してプラズマを発生させ、
プラズマを利用してエッチングを行うプラズマエッチン
グに於いて、前記プラズマ発生用コイルに印加する高周
波電力を周期的に変調することを特徴とするものであ
る。

【００１３】

【作用】高周波電力が周期的に変調されていることか
ら、放電電流が時間的に変化し、電子温度が時間的に変
化するので、プラズマの励起種の割合が変化し、エッチ
ング特性が変わる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を
説明する。

【００１５】図１に於いて図６中で示したものと同一の
ものには同符号を付してある。

【００１６】導電材料で且気密構造の真空容器１の上部
に、該真空容器１と同心に石英、セラミックス等の絶縁
材料から成る円筒２が気密に連設され、該円筒２の上端
は導電材料の蓋３で気密に閉塞され、前記真空容器１、
円筒２、蓋３で囲繞される空間は気密な真空室１４を形
成している。

【００１７】前記蓋３には前記真空室１４に反応ガスを
導入するガス導入管４が連通され、前記真空容器１の底
面には排気管５が連通し、該排気管５には真空ポンプ６
が接続され、又、前記真空容器１の内部底部には絶縁材
（図示せず）を介して平板電極（図示せず）が設けられ
ている。該平板電極はウェーハ、ガラス基板等の被処理
基板の載置台を兼ねており、前記平板電極には整合器
（図示せず）を介して電極用高周波電源（図示せず）が
接続されている。

【００１８】前記円筒２の周囲に、プラズマ発生用コイ
ル１１が巻設され、該プラズマ発生用コイル１１の一端
に整合器１９を介してコイル用高周波電源２０を接続
し、前記プラズマ発生用コイル１１の他端は前記コイル
用高周波電源２０のリターン側に接続されている。該コ
イル用高周波電源２０は後述する様に変調された高周波
電力を出力できる様な発振部を具備している。

【００１９】図２はコイル用高周波電源２０の発振部の
一例を示しており、該コイル用高周波電源２０の発振部
は、主に基本波発生器２１、該基本波発生器２１に接続
された信号合成器２２、該信号合成器２２に接続された
増幅器２３、前記信号合成器２２に接続された変調波発
生器２４から構成されている。

【００２０】前記基本波発生器２１から出力される定常
サインカーブ波形が前記信号合成器２２に入力されると
共に前記変調波発生器２４から変調信号が入力され、前
記信号合成器２２からは基本波が周期Ｔs 毎に変調され
た形で出力される。更に該信号合成器２２からの高周波
出力は前記増幅器２３により所定の電力値（波高値）に
増幅されて出力される。

【００２１】前記信号合成器２２からの変調波形の一例
として、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）を示す。又、前記増幅
器２３からの出力波形は図４（ａ）（ｂ）（ｃ）を増幅
した波形となる。尚、図４は出力波形の包絡線が台形状
（図４（ａ））、３角波状（図４（ｂ））、矩形波状
（図４（ｃ））を示したが、前記変調波発生器２４から
の信号を操作することで、サインカーブ状、階段状の変
化を繰返すもの等、種々変更されることは言う迄もな
い。

【００２２】以下、作動を説明する。

【００２３】前記被処理基板１６を前記平板電極８に載
置し、前記真空室１４を前記真空ポンプ６で排気し、図
示しない圧力制御装置で所定の圧力に維持しつつ、前記
真空室１４に前記ガス導入管４から反応性ガスを導入す
る。

【００２４】前記プラズマ発生用コイル１１にコイル用
高周波電源２０が出力する高周波電力を前記整合器１９
を介して印加すると、前記プラズマ発生用コイル１１が
形成する高周波交番電界、磁界の作用により前記反応性
ガスが電離して前記真空室１４にプラズマ１５が生成さ
れる。

【００２５】上記した様に、プラズマ生成の為の高周波
電力は周期的に変調されている為、放電電流は時間的に
変化する。放電電流の増加期間では電子温度は上昇し、
放電電流の減少期間では電子温度は低下する。これはプ
ラズマの電子温度の変化の時定数がプラズマ密度の変化
の時定数よりも小さい為である。

【００２６】電子温度の変化期間に電子温度以外のプラ
ズマパラメータが変化するが、この時励起種の割合も変
化する。結果としてウェーハ表面での化学反応も変わる
為、エッチング特性も変わる。

【００２７】而して、増幅器２３の高周波電力の出力波
形は、変調信号発生器２４の出力波形を図４の（ａ）〜
（ｃ）の例で示す様に変更して自在に変えることがで
き、所要のエッチング特性が得られる様に適宜変えて最
適化する。

【００２８】同時に前記平板電極８に電極用高周波電源
１０が出力する高周波電力を前記整合器９を介して供給
し、前記平板電極８とプラズマ１５との間に直流バイア
ス電圧を生成したり、或はプラズマ１５内のイオンを振
動させたり等して、前記被処理基板１６に入射するイオ
ンのエネルギを制御する。

【００２９】前記プラズマ発生用コイル１１に印加する
周期的に変調した高周波電力の基本波の周波数は、前記
被処理物１６の種類、処理の仕様により適宜選択され、
通常は１ＭＨz 〜２００ＭＨz の範囲に於いて適切な値
が選択される。又、変調方法は対象とする被処理物、要
求されるプロセスの処理仕様に応じて、プラズマの電子
温度を制御して活性種の割合を適正にする為、適宜変更
して最適化する。

【００３０】而して、変調の仕方を、圧力や反応性ガス
の流量と同様にプラズマエッチングに於ける処理条件の
１つとして設定する。変調信号の周期は１０μｓ以上に
おいて任意に設定するが、通常は１００μｓ程度であ
る。

【００３１】又、前記平板電極に印加する高周波電力の
周波数も、前記被処理物の処理の仕様に応じて適切な値
が選択設定される。

【００３２】図３は高周波電源の別の例を示したもの
で、任意信号発生器２５が出力する周期的に変調された
信号が高周波電力増幅器２６に入力される。高周波電力
増幅器２６は入力した変調信号を所定の増幅率で増幅し
て出力する。任意信号発生器２５は必要な波形を任意に
設定できるので、１周期内に於いて、高周波の波高値の
みならず、周波数や波形も任意に変更できるので、変調
方法の範囲が広がる。

【００３３】而して、該コイル用高周波電源２０により
周期的に変調した高周波電力が前記プラズマ発生用コイ
ル１１に印加可能となっている。

【００３４】前記任意信号発生器２５により直接変調波
を発生させる場合も、要求されるプロセスの処理仕様に
応じて変調波を最適化する。

【００３５】尚、前記プラズマ発生用コイル１１の巻数
は１巻以上任意の巻数を選択することが可能である。
又、前記プラズマ発生用コイル１１は円筒２に巻付けた
状態で設けた例を示したが、本発明の高周波電力印加方
法は、コイルを前記蓋３に平行に設けた場合、或は反応
室１の側面に設けた場合や反応室１の内部に設けた場合
等、あらゆるコイル及びその設置方法に対して適用可能
である。

【００３６】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、プラズ
マエッチングのプロセスに於いて、高周波電力の電力波
形に変調を加えることによりプラズマの電子温度を変え
ることで活性種の割合を制御することができ、プラズマ
エッチングプロセスの適用範囲を広げることが可能とな
る等の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】該実施例に於ける発振部の一例を示すブロック
図である。

【図３】本実施例に於ける高周波電源の例を示す図であ
る。

【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は印加電力波形の例を示す
線図である。

【図５】従来例に於ける印加電力波形を示す線図であ
る。

【図６】従来例を示す斜視図である。

【図７】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 円筒 ３ 蓋 ４ ガス導入管 ５ 排気管 ６ 真空ポンプ １１ プラズマ発生用コイル １９ 整合器 ２０ コイル用高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 貞之 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ発生用コイルに高周波電力を印
   加してプラズマを発生させ、プラズマを利用してエッチ
   ングを行うプラズマエッチング方法に於いて、前記プラ
   ズマ発生用コイルに印加する高周波電力を周期的に変調
   することを特徴とするプラズマエッチング方法。
2. 【請求項２】 １周期内に於ける高周波電力の波高値の
   変化の態様を変更して、プラズマの電子温度制御を行う
   請求項１のプラズマエッチング方法。
3. 【請求項３】 １周期内に於ける高周波電力の周波数を
   変化させてプラズマの電子温度制御を行う請求項１のプ
   ラズマエッチング方法。
4. 【請求項４】 高周波電力の波形の一方の包絡線が台形
   状である請求項２のプラズマエッチング方法。
5. 【請求項５】 高周波電力の波形の一方の包絡線が矩形
   波状である請求項２のプラズマエッチング方法。
6. 【請求項６】 高周波電力の波形の一方の包絡線が３角
   波状である請求項２のプラズマエッチング方法。
7. 【請求項７】 高周波電力の波形の一方の包絡線がサイ
   ンカーブ状である請求項２のプラズマエッチング方法。
8. 【請求項８】 真空室と、真空室に設けらた被処理基板
   載置台と、プラズマ発生用コイルと、該プラズマ発生用
   コイルに接続されたコイル用高周波電源を具備し、前記
   真空室に反応性ガスを導入可能とすると共に真空室を排
   気可能としたプラズマエッチング装置に於いて、前記コ
   イル用高周波電源が高周波電力を周期的に変調する発振
   部を具備したことを特徴とするプラズマエッチング装
   置。
9. 【請求項９】 発振部が基本波発生器、信号合成器、増
   幅器、変調波発生器を具備した請求項８のプラズマエッ
   チング装置。
10. 【請求項１０】 発振部が任意信号発生器、高周波電力
    増幅器を具備した請求項８のプラズマエッチング装置。