JPH08330278A

JPH08330278A - 表面処理方法および表面処理装置

Info

Publication number: JPH08330278A
Application number: JP7155152A
Authority: JP
Inventors: Kojin Nakagawa; 行人中川
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマを用いて酸化シリコン薄膜等をエッ
チング等する場合にエッチング速度の選択性を長期間に
わたって再現性良くする。【構成】分子中に炭素原子、フッ素原子、水素原子の
うち少なくとも１種類を含むガスを主に用いて生成した
プラズマを利用して行う薄膜を処理するドライエッチン
グ等する方法で、プラズマ中のＣＦ₂分子からの発光強
度とＦ原子からの発光強度の比率が一定となるようにプ
ラズマの生成条件を調整する。表面処理装置は、プラズ
マからの光を分光してＣＦ₂分子とＦ原子の各発光強度
を測定する発光強度測定部23,24 と、各発光強度の比率
を計算する演算部25と、比率を一定に保つように高周波
電力とガス流量のいずれか一方または両方を制御する制
御部25を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して基
板の表面にドライエッチング等の処理を施す表面処理方
法および表面処理装置に関し、特に、炭素とフッ素から
なるガスを用いたプラズマを利用して高周波電力により
生じさせた気体放電によって酸化シリコン薄膜のエッチ
ング等を行う方法、および当該エッチング等に適した形
式の表面処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを利用して基板の表面の薄膜を
除去するプロセス、いわゆるドライエッチングプロセス
が、ＬＳＩ（大規模集積回路）やＬＣＤ（液晶ディスプ
レイ）等の製作において盛んに利用されている。ドライ
エッチングプロセスは、多くの場合、プラズマの物理的
または化学的作用を利用したものである。

【０００３】ドライエッチングのためのプラズマは各種
の反応性ガスを用いて生成されるが、特に酸化シリコン
薄膜のドライエッチングを行う場合には、フロンガスを
用いて高周波電力により生成したプラズマを使用する方
式が頻繁に採用されている。以下では代表的ドライエッ
チングプロセスである酸化シリコン薄膜のドライエッチ
ングプロセスの例に着目して説明する。

【０００４】酸化シリコン薄膜のドライエッチングに用
いるフロンガスとして頻繁に利用されるものは、Ｃ
Ｆ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ₃、ＣＨ
₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ等の炭素、フッ素、水素からなるガス
である。このうち、炭素とフッ素のみからなるガスが主
たるエッチング用ガスとして用いられると共に、水素を
含むガスは、酸化シリコン薄膜エッチングにおいて下地
シリコンとの間のエッチング速度に違いを持たせるため
に添加される場合が多い。添加ガスとして水素ガスを用
いる方法も一般的である。従来は、塩素を含むフロンガ
スも頻繁に用いられていたが、フロンガスの規制が強化
されるに従い、一般的なドライエッチングプロセスには
用いられなくなりつつある。

【０００５】フロンガスのプラズマ中には、電子衝撃に
よるフロンガスの解離により生じた原子状フッ素および
ＣＦ、ＣＦ₂、ＣＦ₃等の分子状解離種およびこれらの
イオン等の反応性の高い活性種が多量に存在する。基板
表面の酸化シリコン薄膜が、これらの活性種と反応して
揮発性の高い反応生成物を生成することにより、ドライ
エッチングプロセスが進行する。

【０００６】酸化シリコン薄膜のエッチングには、酸化
シリコン薄膜表面に対して１００eV程度以上のエネルギ
を持つイオンの衝撃が必要とされている。イオンにエネ
ルギを与えるために、通常は被処理基板を高周波電極上
に設置し、電極表面に生じる自己バイアス電圧によって
イオンを加速する、いわゆる反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）が一般的に用いられている。

【０００７】図５は、フロンガスプラズマを使用した従
来のＲＩＥ装置の構成例を示す。このＲＩＥ装置は、排
気装置１１を備えた真空容器１２と、真空容器１２内に
放電用ガスを導入する放電用ガス導入装置（ガス導入装
置）１３と、真空容器１２内の所定位置に配置された基
板ホルダ（電極体）１４と、この基板ホルダ１４に高周
波電力を供給して放電用ガスを放電させてプラズマを生
成する電力供給機構１５を備えている。電力供給機構１
５は、高周波を発生させる高周波電源１６と、高周波電
源１６が発生した高周波電力を真空容器１２内の基板ホ
ルダ１４に導く電力供給線１７と、電力供給線１７上に
配置された整合器１８等から構成される。基板１９は、
基板ホルダ１４上に保持される。また基板ホルダ１４に
は基板１９を固定する機構、基板１９の温度を制御する
機構等が設けられる。

【０００８】上記ＲＩＥ装置において、排気装置１１に
よって排気された真空容器１２内にガス導入装置１３に
よって放電用ガスとして例えばフロンガスを導入すると
共に、電力供給機構１５によって基板ホルダ１４に所定
の高周波電力を供給する。導入されたフロンガスは基板
ホルダ１４に供給された高周波の電界によって放電し、
プラズマを生成する。そして、生成されたプラズマの物
理的または化学的作用によって基板１９の表面に所定の
エッチング処理が施される。なお供給される高周波電力
は、ＨＦ帯に属する１３．５６ MHzの周波数のものが採
用されることが多い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなエッチン
グプロセスにおいては、１枚の基板から多くのデバイス
を製作する要請により、基板のサイズは大きくなる傾向
にある。このため、複数枚の基板を同時に処理するいわ
ゆるバッチ式ＲＩＥ装置は使用されなくなり、基板を１
枚ずつ処理するいわゆる枚様式ＲＩＥ装置が主流となっ
ている。枚様式ＲＩＥ装置では、バッチ式装置と同等以
上の生産性を確保するために高速エッチングを行う必要
がある。酸化シリコン薄膜の枚様式ＲＩＥ装置では、電
極間隔を従来よりも小さくし、電極の単位面積当たりの
高周波電力をバッチ式ＲＩＥ装置の１０倍程度供給する
と同時に、ガス圧力を１Torr前後に設定して生成した高
密度プラズマを利用して、高速エッチングが実用化され
ている。

【００１０】しかしながら、ＬＳＩのパターンが微細化
され、０．５μｍ程度のパターンのエッチングが必要と
されるに伴い、エッチング形状の垂直性が優れないこ
と、ＬＳＩのパターンの大きさによってエッチング速度
が異なること等の問題点が明らかになり、前述のＲＩＥ
装置の限界点となっている。

【００１１】従来のＲＩＥ装置の問題点を解決するた
め、ガス圧力を１０ mTorrあるいはそれ以下と従来より
も低くして、低圧力高密度プラズマ生成手段を用いてガ
スをプラズマ化するエッチング装置が開発されている。
このエッチング装置では、被処理基板に高周波バイアス
を加えてイオンを加速する手法を併用することにより、
高速エッチングが実現される。低圧力高密度プラズマ生
成手段としては、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プ
ラズマ源、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ源）、ヘリコン
波プラズマ源等が多く採用されている。

【００１２】しかし、この種のプラズマ生成手段を利用
したエッチング方法には、従来のＲＩＥエッチング方法
とは異なる特徴がある。本発明者の研究によると、上述
のような低圧力高密度プラズマ生成手段により生成され
たプラズマにおいては、フロンガスの解離が進行してフ
ッ素原子の相対的な量が従来のＲＩＥ装置におけるプラ
ズマと比較して非常に大きいことが判明した。このよう
なガスの解離現象は各種の低圧力高密度プラズマ生成手
段に共通するものであり、従来のＲＩＥと同様なフロン
ガスを用いた場合には、酸化シリコン薄膜と下地のシリ
コンとの間のエッチング速度の選択性を確保することが
困難であった。従って、低圧力高密度プラズマ生成手段
を利用したドライエッチング装置を用い、ＬＳＩ製造の
ための酸化シリコン薄膜のエッチングを行うには、水素
ガスまたは水素原子を含むフロンガスの添加量を調整
し、さらにプラズマ生成のための高周波電力を調整して
下地シリコンとの選択性を確保する、新しいエッチング
方法の開発が必須である。

【００１３】しかしながら、前述したエッチング速度の
選択性は、ガスの添加量および高周波電力の調整によっ
て一義的に定まる場合は少なく、装置の履歴、プラズマ
生成手段の壁の温度等の制御困難な量によっても変化す
るため、良好な選択性を常時維持することは非常に困難
であった。また選択性が経時変化する場合、ドライエッ
チング終了後のＬＳＩのパターンの形状が変化するた
め、一定の特性を持った電子デバイスを連続的に製造す
ることは困難であった。

【００１４】本発明の目的は、上記問題を解決するため
になされたものであり、例えば低圧力高密度プラズマ生
成手段を利用した表面処理装置を用いてＬＳＩ製造のた
めの酸化シリコン薄膜の例えばエッチング等の表面処理
を行う場合にあって、特にエッチング速度の選択性を長
期間にわたって再現性良くドライエッチング等を行うこ
とのできる表面処理方法および表面処理装置を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の本発明（請求項
１）に係る表面処理方法は、分子中に炭素原子、フッ素
原子、水素原子のうち少なくとも１種類を含むガスを主
として用いて生成したプラズマを利用して行う薄膜を処
理するドライエッチング等の表面処理方法において、プ
ラズマ中のＣＦ₂分子からの発光強度とＦ原子からの発
光強度の比率が一定となるようにプラズマの生成条件を
調整するようにした方法である。

【００１６】第２の本発明（請求項２）に係る表面処理
方法は、上記第１の発明において、炭素原子、フッ素原
子、水素原子のうち少なくとも１種類を含むガスとし
て、Ｈ₂、Ｆ₂、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ
₈、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ
Ｆ₅、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄、Ｃ₂Ｈ₃Ｆ₃、Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂、Ｃ
₂Ｈ₅Ｆのうちいずれか１つのガス、またはこれらのガ
スを任意に混合して作成される混合ガスが用られる。

【００１７】第３の本発明（請求項３）に係る表面処理
方法は、上記第１または第２の発明において、薄膜がシ
リコンと酸素を含む材料である。

【００１８】第４の本発明（請求項４）に係る表面処理
装置は、排気系を備えた真空容器と、真空容器内に処理
ガスを導入する放電用ガス導入系と、処理ガスを放電さ
せプラズマを発生させるためのプラズマ生成容器と、こ
のプラズマ生成容器内に高周波電力を供給して放電用ガ
スを放電させてプラズマを生成する電力供給機構と、真
空容器内の所定に位置に配置された基板ホルダとを備
え、生成したプラズマを利用して基板ホルダ上の基板の
表面の薄膜の処理する表面処理装置であり、プラズマか
ら発生する光を分光してＣＦ₂分子とＦ原子の各発光強
度を測定する発光強度測定部と、測定したＣＦ₂分子と
Ｆ原子の各発光強度の比率を計算する演算部と、比率を
一定に保つように高周波電力およびガス流量のいずれか
一方もしくは両方を制御する制御部を有するように構成
される。

【００１９】

【作用】本発明による表面処理方法では、プラズマ中の
ＣＦ₂分子からの発光強度とＦ原子からの発光強度の比
率がエッチング速度選択性の間に強い相関関係があると
いうことに基づいて、発光分光法によって測定されたＣ
Ｆ₂分子とＦ原子の発光強度の比率値を所望の一定値に
保つように、放電電力、放電圧力、エッチング用ガスの
混合比等を制御し、これによりエッチング速度の選択性
を常に一定に保持する。

【００２０】本発明による表面処理装置では、発光強度
測定部によってプラズマから発生する光を分光してＣＦ
₂分子とＦ原子の各発光強度を測定し、演算部でＣＦ₂
分子とＦ原子の各発光強度の比率を計算し、制御部で当
該比率が一定に保られるように高周波電力およびガス流
量のいずれか一方もしくは両方を制御し、もって上記の
表面処理方法を実施する。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００２２】下記の説明では表面処理装置の一例として
ＬＳＩを製作する際に必要な酸化シリコン薄膜のエッチ
ング方法を想定しているが、本発明の適用対象が、この
種の方法に限定されるものではないことは勿論である。

【００２３】図１および図２は、本発明に係る表面処理
方法の１つであるドライエッチング方法の特徴を説明す
るために用いるプラズマ発光分光スペクトラムを示す図
である。より具体的には、図１および図２は、低圧力高
密度プラズマ生成手段として例えばヘリコン波プラズマ
源を利用したドライエッチング装置に、ドライエッチン
グ用ガスとしてＣ₄Ｆ₈と水素の混合ガスを導入して生
成したプラズマの発光分光結果である。

【００２４】ヘリコン波プラズマ源を利用したエッチン
グ装置を用いて酸化シリコン薄膜のエッチングを行う場
合に、ヘリコン波プラズマ源に供給する高周波電力の大
きさによって、エッチング速度の選択性が異なること
が、本発明者の研究によって判明している。本発明者
は、ヘリコン波プラズマ源に対して供給する高周波電力
を比較的大きく（例えば２ＫＷ）して高密度プラズマ
（電子密度１０¹²ｃｍ^-3以上）を生成する大電力モード
と、ヘリコン波プラズマ源に対して供給する高周波電力
を比較的小さく（例えば５００Ｗ）してやや密度の低い
プラズマ（電子密度１０¹¹ｃｍ^-3程度）を生成し、基板
に供給するバイアス電力を調整してプラズマ密度の低下
に伴うエッチング速度の低下を抑制する小電力モードと
の２つの状態に分けて、ドライエッチング方法の最適化
を図ってきた。

【００２５】ドライエッチング方法の最適化を図るにあ
たって、本発明者は発光分光法を用いてプラズマ内の活
性種の状態と、エッチング結果との相関性の調査を行
い、本実施例に示す方法を用いることによって、エッチ
ング方法の最適化が可能であることを見出した。このこ
とを、以下に詳しく説明する。

【００２６】図１はヘリコン波プラズマ源に供給する高
周波電力を２ＫＷとした場合、すなわち大電力モードの
場合の発光分光結果である。これに対して、図２は同じ
く５００Ｗとした場合、すなわち小電力モードの場合の
発光分光結果である。図１と図２において、Ｆ原子の分
光特性部分を１０倍に拡大して示している。エッチング
用ガスの混合比および流量は図１、図２の場合いずれも
同一である。また、基板ホルダには高周波（例えば周波
数４００kHz ）のバイアス電力が供給されている。バイ
アス電力を調整することにより、いずれの条件において
も酸化シリコン薄膜のエッチング速度はほぼ同一であ
る。この２つのスペクトルの違いとして特徴的であるの
は、ＣＦ₂分子およびＦ原子の発光強度の比率が大きく
異なる点にある。

【００２７】また、この２つのエッチング条件で得られ
たエッチング結果において特徴的であるのは、酸化シリ
コン薄膜のエッチング速度がほぼ同一であるのにも拘ら
ず、下地シリコン（多結晶シリコン膜）のエッチング速
度が大きく異なること、すなわちエッチングの選択性が
異なる点にある。

【００２８】ＣＦ₂分子とＦ原子の発光強度の比率は、
エッチング用ガスの種類または混合比、エッチング時の
ガス圧力、高周波電力のいずれにも依存して変化する。

【００２９】本発明者は、エッチング圧力、低圧力高密
度プラズマ生成機構に供給する高周波電力、ガスの混合
比をパラメータとして、発光分光法により、発光強度の
比率とエッチング速度の選択性との関連を測定した結
果、発光強度比率とエッチング選択性の間に良好な関連
性のあることを見出した。

【００３０】図３に、発光強度比率（ＣＦ₂とＦの各発
光強度の比）とエッチング速度選択性（酸化シリコン薄
膜と多結晶シリコン薄膜の各エッチング速度の比）の関
連性を示す。図３に従えば、発光強度比率とエッチング
速度選択性の間に強い相関関係があり、この関係は放電
電力、放電圧力等を変化させた場合にも成立することが
判明した。

【００３１】以上の実施例から、例えばヘリコン波プラ
ズマ源のような低圧力高密度プラズマ生成機構を採用し
たドライエッチング装置により酸化シリコン薄膜のドラ
イエッチングを行う方法において、発光分光法によって
ＣＦ₂分子およびＦ原子の発光強度の比率を測定し、そ
の値を所望の一定値に保つように、放電電力、放電圧
力、エッチング用ガスの混合比等を適切に制御すること
により、エッチング速度の選択性を常に一定に保持する
ことができることがわかる。

【００３２】上記実施例によるエッチング方法によれ
ば、酸化シリコン薄膜のドライエッチングを再現性良く
行うことが可能となった。従来のエッチング方法で問題
となっていた、エッチング速度の選択性の変動は、ドラ
イエッチング用の真空容器におけるプラズマ接触面に堆
積物が付着することにより、プラズマ中の活性種の組成
が変動し、その結果エッチング速度の選択性に経時変化
が発生するものと考えられている。上記実施例によるエ
ッチング方法を適用することにより、プラズマ中の活性
種のうち、エッチング速度の選択性に関連の深いＣＦ₂
分子およびＦ原子の比率を一定に保つことが可能とな
り、長期間連続してドライエッチングを行った場合にも
エッチング結果の再現性を確保することができる。

【００３３】本実施例によるドライエッチング方法によ
れば、次のような利点も有する。この種のドライエッチ
ング装置では、装置の保守を行った直後には、プラズマ
中の活性種の発生割合が変わる現象がある。このため、
保守作業後ある程度ドライエッチングを行って真空容器
の内壁が堆積物によって十分に覆われるまでの間は、エ
ッチング特性が変化しやすい。また、真空容器の内壁が
堆積物によって十分に覆われた後でも、プラズマからの
輻射熱によって真空容器内壁の温度が変化することによ
り、ドライエッチング速度の選択性の再現性が損なわれ
る場合がある。このような現象に対しても、本実施例に
係るエッチング方法によれば、ドライエッチング特性の
再現性を従来よりも格段に向上させることができる。

【００３４】図４に、本発明に係るドライエッチング方
法を実施するためのドライエッチング装置の実施例を示
す。図４に示したドライエッチング装置において、基本
的な構成部分は、図５で説明したドライエッチング装置
と同じである。図４において、図５で示した要素と実質
的に同一の要素には同一の符号を付している。本実施例
によるドライエッチング装置は、排気装置１１を備えた
真空容器１２と、真空容器１２内に放電用ガスを導入す
る放電用ガス導入装置（ガス導入装置）１３と、真空容
器１２に接続して配置された低圧力高密度プラズマ生成
機構２０と、この低圧力高密度プラズマ生成機構２０に
高周波電力を供給して放電用ガスを放電させてプラズマ
を生成する電力供給機構１５を備える。電力供給機構１
５は、高周波を発生させる高周波電源１６と、高周波電
源１６が発生させた高周波電力を低圧力高密度プラズマ
生成機構２０に導く電力供給線１７と、電力供給線１７
上に配置された整合器１８等から構成される。また真空
容器１２内の所定の位置には、処理される基板１９が載
置される基板ホルダ１４が配置される。基板ホルダ１４
には基板１９を固定する機構、基板１９の温度を制御す
る機構等が設けられる。基板１９は例えば直径２００ｍ
ｍ程度の大きさのシリコンウェーハである。また基板ホ
ルダ１４には、図示しない基板バイアス用電力供給機構
により高周波電力を供給することが可能である。

【００３５】図４のドライエッチング装置において、排
気装置１１によって排気された真空容器１２内にガス導
入装置１３によって放電用ガスとして例えばフロンガス
等を導入すると共に、電力供給機構１５によって低圧力
高密度プラズマ生成機構２０に所定の高周波電力を供給
する。導入されたフロンガス等は低圧力高密度プラズマ
生成機構２０に供給された高周波の電界によって放電
し、プラズマを生成する。そして、生成されたプラズマ
の物理的または化学的作用によって、基板１９の表面に
所定のエッチング処理が施される。

【００３６】次に本実施例によるドライエッチング装置
の特徴的な構成を詳述する。

【００３７】放電用ガスを導入するガス導入装置１３
は、水素原子を含まないフロンガスのガス導入装置２１
と水素ガスを含むフロンガスのガス導入装置２２により
構成される。各ガス導入装置２１，２２によって各フロ
ンガスの流量に関し独立した流量の制御が可能である。
なお、３種類以上のガスを混合する必要のある場合に
は、その数に応じたガス導入装置を設置する。

【００３８】低圧力高密度プラズマ生成機構２０のプラ
ズマ生成領域に対応する箇所には、内部のプラズマから
の発光を観察するための窓２３が設置される。低圧力高
密度プラズマ生成機構２０にこのような窓２３を設置す
ることが困難な場合には、真空容器１２の壁に、プラズ
マを観測できる方向を向けて窓を設置しても良い。低圧
力高密度プラズマ生成機構２０の内壁に堆積物の生成が
著しく、窓２３の表面に汚れがつきやすい場合には、後
者の構成をとることが望ましい。また窓２３には石英ガ
ラスなどの、測定する光の波長領域において吸収のない
材料が用いられる。

【００３９】プラズマからの光は、窓２３を通して分光
器２４に導かれ、観測すべき波長の光の発光強度を測定
する。本実施例においては、ＣＦ₂分子の発光として２
４０ｎｍ、Ｆ原子の発光として７０４ｎｍの光の強度を
用いた。なお、この他の波長の光であっても、それらが
ＣＦ₂分子およびＦ原子の励起状態からの発光に対応す
るものであれば、同様の結果を得ることができる。

【００４０】分光器２４によって得られたそれぞれの波
長の発光強度の値（電流値として得られる）は、制御装
置２５に取り込まれる。すなわち、制御装置２５は分光
器２４から与えられたデータを解析し、ＣＦ₂分子とＦ
原子に関して励起状態からの発光強度の比を計算する。
発光強度の比率とエッチング速度選択性との間には、前
述した図３に示したように直線的な相関性がある。従っ
て、ＣＦ₂分子とＦ原子の発光強度の比率の値を一定に
保つように放電条件を制御することによって、エッチン
グ速度の選択性を常に一定に保つことができる。従っ
て、計算により得られた当該比率値が一定となるように
制御装置２５は、高周波電源１６の出力、およびガス導
入装置２１，２２のいずれか一方または両方を制御す
る。

【００４１】放電用ガスの具体的選択例としてガス導入
装置装置２１からはＣＦ₄、ガス導入装置２２からはＨ
₂を導入する場合、Ｈ₂の供給量が大きいほどＣＦ₂分
子とＦ原子の励起状態からの発光強度の比は大きくなる
ことを利用して、ガス導入装置２２のガス流量を制御す
ることにより発光強度の比率を一定に保つことができ
る。ドライエッチング装置では、一般的に処理枚数が多
くなるに従いＣＦ₂分子の励起状態からの発光が増大
し、エッチング速度の選択性が大きくなる傾向にある。
従って、プラズマ観測結果に基づいてガス導入装置２２
の流量を少なくするように制御すれば、ＣＦ₂分子とＦ
原子の励起状態からの発光強度の比、すなわちエッチン
グ速度の選択性を一定に保つことが可能となる。

【００４２】また高周波電源１６の出力により、ＣＦ₂
分子とＦ原子の励起状態からの発光強度の比を制御する
場合には、供給される高周波電力が大きくなると、ＣＦ
₂分子とＦ原子の励起状態からの発光強度の比が小さく
なるという現象を利用して、発光強度の比、すなわち上
記選択性を一定に保つことができる。

【００４３】ガス導入装置２１から導入するガスをＣＦ
₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈のうちいずれか１つ
のガスまたはこれらの混合ガスを導入し、ガス導入装置
２２から導入するガスをＨ₂、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、
ＣＨ₃Ｆ、ＣＨ₄、Ｃ₂ＨＦ₅、Ｃ₂Ｈ₂Ｆ₄、Ｃ₂Ｈ
₃Ｆ₃、Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂、Ｃ₂Ｈ₅Ｆのうちいずれか１つ
のガスまたはこれらの混合ガスを導入する場合にも、上
記と同様に、ガス導入装置２２のガス流量のみを制御す
ることにより、発光強度の比率を一定に保つことができ
る。

【００４４】以上の構成を有する本実施例のドライエッ
チング装置によれば、常にエッチング速度の選択性を一
定に保ったドライエッチングが可能である。「発明が解
決しようとする課題」の項ですでに説明したように、従
来のドライエッチング装置においては、真空室の温度の
制御、ガス圧力の制御等により、エッチング結果の再現
性の確保が試みられている。しかし、放電条件を同一と
した場合にも、プラズマの特性が変化する場合が多い。
本実施例によれば、プラズマの状態を常に観測し、その
結果を放電条件にフィードバックすることにより、従来
の方法では制御の困難であったわずかな変動を抑制する
ことができる。

【００４５】以上の実施例から明らかなように、ドライ
エッチングによりＬＳＩの大量生産を行う場合の生産性
の向上に大きく寄与し、従来は経験的なデータに頼って
いた再現性の確保を、観測データに基づくプラズマ特性
の自動的な制御により可能としたことを最大の特徴とす
る。

【００４６】上記実施例では高密度プラズマ源に関して
説明したが、本発明に係るドライエッチング方法やこの
方法を実施する装置はこれに限定されるものではない。
また本実施例では酸化シリコン薄膜のドライエッチング
に応用した例を示したが、本発明の目的は、すでに述べ
たように発光分光法を用いて、プラズマ中に存在する作
用の異なる活性種の相対的な比率を制御したプラズマを
発生させることにある。従って、例えば酸化シリコン薄
膜以外の材料のドライエッチング、プラズマＣＶＤ、プ
ラズマ重合等の、プラズマを利用するあらゆる表面処理
を目的とした表面処理方法に応用しても、実施例におい
て説明したと同様の効果を得ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、例えば酸化シリコン薄膜のドライエッチング方法
または装置等の表面処理において、発光分光法によって
プラズマからのＣＦ₂分子およびＦ原子の発光強度の比
率を測定し、さらにその比率値が常に一定となるように
放電条件を調整するように構成したため、ドライエッチ
ング特性等の表面処理の不安定性を改善することができ
る。特に、本発明は低圧力高密度プラズマ生成機構を採
用したドライエッチング装置に適用した場合にその効果
が顕著であり、大型シリコンウェーハを高速枚葉処理す
ることを目的としたドライエッチング方法およびドライ
エッチング装置の実用性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘリコン波プラズマ源に供給する高周波電力を
２ＫＷとした場合（大電力モード）の発光分光結果を示
す図である。

【図２】ヘリコン波プラズマ源に供給する高周波電力を
０．５ＫＷとした場合（小電力モード）の発光分光結果
を示す図である。

【図３】発光強度比率とエッチング速度選択性との関連
性を示す図である。

【図４】本発明に係る表面処理装置の実施例を示す構成
図である。

【図５】従来のＲＩＥ装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１１排気装置１２真空容器１３，２１，２２ガス導入装置１４基板ホルダ１５電力供給機構１６高周波電源１９基板２０低圧力高密度プラズマ生成機構２３窓２４分光器２５制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分子中に炭素原子とフッ素原子と水素原
子のうち少なくとも１種類を含むガスを主として用いて
生成したプラズマを利用して行う薄膜を処理する表面処
理方法において、プラズマ中のＣＦ₂分子からの発光強
度とＦ原子からの発光強度の比率が一定となるようにプ
ラズマの生成条件を調整することを特徴とする表面処理
方法。
【請求項２】前記の炭素原子とフッ素原子と水素原子
のうち少なくとも１種類を含むガスとして、Ｈ₂、
Ｆ₂、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ
₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、ＣＨ₄、Ｃ₂ＨＦ₅、Ｃ₂
Ｈ₂Ｆ₄、Ｃ₂Ｈ₃Ｆ₃、Ｃ₂Ｈ₄Ｆ₂、Ｃ₂Ｈ₅Ｆの
うちいずれか１つのガス、またはこれらのガスを混合し
て作られる混合ガスを用いたことを特徴とする請求項１
記載の表面処理方法。
【請求項３】前記薄膜はシリコンと酸素を含む材料で
あることを特徴とする請求項１または２記載の表面処理
方法。
【請求項４】排気系を備えた真空容器と、前記真空容
器内に処理ガスを導入する放電用ガス導入系と、前記処
理ガスを放電させプラズマを発生させるためのプラズマ
生成容器と、このプラズマ生成容器内に高周波電力を供
給して放電用ガスを放電させてプラズマを生成する電力
供給機構と、前記真空容器内の所定の位置に配置された
基板ホルダとを備え、前記プラズマを利用して前記基板
ホルダ上の基板の表面の薄膜を処理する表面処理装置に
おいて、前記プラズマから発生する光を分光してＣＦ₂分子とＦ
原子の各発光強度を測定する手段と、測定されたＣＦ₂
分子の前記発光強度とＦ原子の前記発光強度の比率を計
算する手段と、前記比率を一定に保つように高周波電力
およびガス流量のいずれかもしくは両方を制御する手段
とを有することを特徴とする表面処理装置。