JPH10312899A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置Info
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- JPH10312899A JPH10312899A JP9125344A JP12534497A JPH10312899A JP H10312899 A JPH10312899 A JP H10312899A JP 9125344 A JP9125344 A JP 9125344A JP 12534497 A JP12534497 A JP 12534497A JP H10312899 A JPH10312899 A JP H10312899A
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- plasma
- frequency power
- plasma processing
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低圧力下で微細加工性にすぐれかつ再現性の
良好なプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 真空室であるチャンバー１中に反応性ガ
スを導入するとともにチャンバー１内にパルス高周波電
力によりプラズマを発生させ、チャンバー１内に設置さ
れた被エッチング試料５のドライエッチングを行う。こ
の時、連続的に高周波電力を供給してプラズマを発生さ
せる期間を設け、この期間内でインピーダンス整合を行
なう。そして望ましくは、パルス高周波電力によりプラ
ズマを発生させる際の実効投入電力と、連続的に高周波
電力を供給してプラズマを発生させる際の投入電力とを
ほぼ等しくする。
良好なプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 真空室であるチャンバー１中に反応性ガ
スを導入するとともにチャンバー１内にパルス高周波電
力によりプラズマを発生させ、チャンバー１内に設置さ
れた被エッチング試料５のドライエッチングを行う。こ
の時、連続的に高周波電力を供給してプラズマを発生さ
せる期間を設け、この期間内でインピーダンス整合を行
なう。そして望ましくは、パルス高周波電力によりプラ
ズマを発生させる際の実効投入電力と、連続的に高周波
電力を供給してプラズマを発生させる際の投入電力とを
ほぼ等しくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波放電を用い
たパルスプラズマ処理方法及びその装置に関するもので
ある。
たパルスプラズマ処理方法及びその装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】高周波放電を用いてプラズマを発生さ
せ、このプラズマを用いて、微細加工のためのドライエ
ッチング、薄膜形成のためのスパッタリングやプラズマ
ＣＶＤ、イオン注入等のさまざまな加工が行われてい
る。そして、加工寸法の微細化や膜質の高精度な制御の
ために、高真空中でのプラズマ生成が求められている。
せ、このプラズマを用いて、微細加工のためのドライエ
ッチング、薄膜形成のためのスパッタリングやプラズマ
ＣＶＤ、イオン注入等のさまざまな加工が行われてい
る。そして、加工寸法の微細化や膜質の高精度な制御の
ために、高真空中でのプラズマ生成が求められている。
【０００３】そこで以下では、プラズマを用いたプラズ
マ処理方法の一つの適用例として、微細加工の一種であ
るドライエッチングにプラズマ処理を用いた場合につい
て説明する。
マ処理方法の一つの適用例として、微細加工の一種であ
るドライエッチングにプラズマ処理を用いた場合につい
て説明する。
【０００４】現代の高密度半導体集積回路の進歩は産業
革命にも比較される変革をもたらしつつあり、半導体集
積回路の高密度化・高集積化は、素子寸法の微細化、デ
バイスの改良、チップサイズの大面積化等により実現さ
れてきた。そして現在素子寸法は、微細加工に用いる光
の波長程度にまで進んできており、リソグラフィーには
エキシマレーザーやＸ線の使用が有望となっている。こ
こで、微細パターンの形成の実現には、リソグラフィー
と並んでドライエッチングが重要な役割を果たしている
と言える。
革命にも比較される変革をもたらしつつあり、半導体集
積回路の高密度化・高集積化は、素子寸法の微細化、デ
バイスの改良、チップサイズの大面積化等により実現さ
れてきた。そして現在素子寸法は、微細加工に用いる光
の波長程度にまで進んできており、リソグラフィーには
エキシマレーザーやＸ線の使用が有望となっている。こ
こで、微細パターンの形成の実現には、リソグラフィー
と並んでドライエッチングが重要な役割を果たしている
と言える。
【０００５】ドライエッチングとは、プラズマ中に存在
するラジカル、イオン等による気相と加工を行う基体の
固相表面における化学的叉は物理的反応を利用し、薄膜
叉は基板の不要な部分を除去する加工技術である。この
ドライエッチング技術として最も広く用いられている反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、適当なガスの高周
波放電プラズマ中に試料を曝すことによりエッチング反
応を起こさせ、試料表面の不要部分を除去するものであ
る。必要な部分つまりドライエッチングにより除去しな
い部分は、通常マスクとして用いたホトレジストパター
ンにより保護されている。
するラジカル、イオン等による気相と加工を行う基体の
固相表面における化学的叉は物理的反応を利用し、薄膜
叉は基板の不要な部分を除去する加工技術である。この
ドライエッチング技術として最も広く用いられている反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、適当なガスの高周
波放電プラズマ中に試料を曝すことによりエッチング反
応を起こさせ、試料表面の不要部分を除去するものであ
る。必要な部分つまりドライエッチングにより除去しな
い部分は、通常マスクとして用いたホトレジストパター
ンにより保護されている。
【０００６】今後のさらなる加工の微細化のためにはド
ライエッチングの際のイオンの方向性を揃えることが必
要であるが、これを実現するためにはプラズマ中でのイ
オンの散乱を減らすことが不可欠である。イオンの方向
性を揃えるためには、プラズマ発生装置内の圧力を低く
し、イオンの平均自由行程を大きくすることが効果的で
あるが、プラズマ室の圧力を低くするとかえってラジカ
ル密度が低下しエッチ速度が低くなるという問題が発生
してしまう。
ライエッチングの際のイオンの方向性を揃えることが必
要であるが、これを実現するためにはプラズマ中でのイ
オンの散乱を減らすことが不可欠である。イオンの方向
性を揃えるためには、プラズマ発生装置内の圧力を低く
し、イオンの平均自由行程を大きくすることが効果的で
あるが、プラズマ室の圧力を低くするとかえってラジカ
ル密度が低下しエッチ速度が低くなるという問題が発生
してしまう。
【０００７】この対策として、誘導結合型プラズマ装置
やヘリコン型プラズマ装置等の高密度プラズマ装置が導
入されつつある。高密度プラズマ装置では上記の従来の
平行平板型ＲＩＥ装置に比べて１桁から２桁の高密度プ
ラズマを発生することができる。このため、圧力が１桁
から２桁低い数Ｐａ程度の低圧力下でもＲＩＥ装置と同
等以上のドライエッチング速度を達成することができ
る。
やヘリコン型プラズマ装置等の高密度プラズマ装置が導
入されつつある。高密度プラズマ装置では上記の従来の
平行平板型ＲＩＥ装置に比べて１桁から２桁の高密度プ
ラズマを発生することができる。このため、圧力が１桁
から２桁低い数Ｐａ程度の低圧力下でもＲＩＥ装置と同
等以上のドライエッチング速度を達成することができ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
誘導結合型プラズマ装置やヘリコン型プラズマ装置等の
高密度プラズマ装置を用いたドライエッチングでは、以
下のような問題が生じることが明らかになった。
誘導結合型プラズマ装置やヘリコン型プラズマ装置等の
高密度プラズマ装置を用いたドライエッチングでは、以
下のような問題が生じることが明らかになった。
【０００９】まず第１にチャージアップによる、エッチ
ング形状の異常発生、第２にマイクロローディング効
果、第３にゲート絶縁膜の劣化や破壊である。
ング形状の異常発生、第２にマイクロローディング効
果、第３にゲート絶縁膜の劣化や破壊である。
【００１０】チャージアップによる、エッチング形状の
異常発生の典型例として、多結晶シリコンエッチングに
おけるノッチがある。この現象は高密度プラズマにより
多結晶シリコンエッチングを行なった場合に、ラインア
ンドスペースのパターンの最も外側のラインパターンの
内側底面に楔状のノッチが形成されるというもので、被
エッチング試料表面への電子の供給量がパターンによっ
て異なることに依るものと考えられている（例えば、
Ｋ，Ｋ，Ｃｈｉほか、１９９５年ＤＲＹ ＰＲＯＣＥＳ
Ｓ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ予稿集，ｐ．７５，電気学
会）。
異常発生の典型例として、多結晶シリコンエッチングに
おけるノッチがある。この現象は高密度プラズマにより
多結晶シリコンエッチングを行なった場合に、ラインア
ンドスペースのパターンの最も外側のラインパターンの
内側底面に楔状のノッチが形成されるというもので、被
エッチング試料表面への電子の供給量がパターンによっ
て異なることに依るものと考えられている（例えば、
Ｋ，Ｋ，Ｃｈｉほか、１９９５年ＤＲＹ ＰＲＯＣＥＳ
Ｓ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ予稿集，ｐ．７５，電気学
会）。
【００１１】さらに、このような電荷の局在化と不均一
はエッチング速度そのものにも影響を及ぼす。例えばフ
ォトレジストマスクが注入される正イオンによりエッチ
ング中は正に帯電する場合には、マスク開口部が小さい
ほど正イオンに対する開口部への入射阻止機能が強く働
き、マスク開口幅が狭いほどエッチング速度が遅い、い
わゆるマイクロローディング効果を生じる場合がある。
はエッチング速度そのものにも影響を及ぼす。例えばフ
ォトレジストマスクが注入される正イオンによりエッチ
ング中は正に帯電する場合には、マスク開口部が小さい
ほど正イオンに対する開口部への入射阻止機能が強く働
き、マスク開口幅が狭いほどエッチング速度が遅い、い
わゆるマイクロローディング効果を生じる場合がある。
【００１２】また、このような電荷供給のアンバランス
があるとＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜の劣化や破
壊を引き起こす。例えば、ゲート絶縁膜が１０ｎｍ程度
以下の極薄膜になると、プラズマにさらされたＭＯＳト
ランジスタの相互コンダクタンスが劣化し、極端な場合
には絶縁破壊に至ることが知られている（例えばＥＲＩ
ＧＵＣＨＩほか、ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳ．ＥＬＥＣＴ
ＲＯＮ．，ＶＯＬ．Ｅ７８−Ｃ，ｐ．２６１，電子情報
通信学会）。微細化によりトランジスタサイズが１ミク
ロン以下になると、ＬＳＩは、配線の面積かトランジス
タ面積の３桁から５桁以上も大きい、いわゆるアンテナ
構造を有するトランジスタを含むようになる。アンテナ
構造は電荷の不均一を拡大するように機能するので、微
細化とともにプラズマによるゲート絶縁膜の劣化や破壊
はますます重要な課題になるものと考えられる。
があるとＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜の劣化や破
壊を引き起こす。例えば、ゲート絶縁膜が１０ｎｍ程度
以下の極薄膜になると、プラズマにさらされたＭＯＳト
ランジスタの相互コンダクタンスが劣化し、極端な場合
には絶縁破壊に至ることが知られている（例えばＥＲＩ
ＧＵＣＨＩほか、ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳ．ＥＬＥＣＴ
ＲＯＮ．，ＶＯＬ．Ｅ７８−Ｃ，ｐ．２６１，電子情報
通信学会）。微細化によりトランジスタサイズが１ミク
ロン以下になると、ＬＳＩは、配線の面積かトランジス
タ面積の３桁から５桁以上も大きい、いわゆるアンテナ
構造を有するトランジスタを含むようになる。アンテナ
構造は電荷の不均一を拡大するように機能するので、微
細化とともにプラズマによるゲート絶縁膜の劣化や破壊
はますます重要な課題になるものと考えられる。
【００１３】以上のような高密度プラズマプロセスの問
題を解決する方法として、パルスプラズマプロセスが提
案されている（例えば、Ｏｈｔａｋｅほか、１９９５年
ＤＲＹ ＰＲＯＣＥＳＳ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ予稿集，
ｐ．４５，電気学会）。パルスプラズマプロセスとは、
プラズマ発生用高周波電力をパルス状に供給し、オフ時
間を設けることで電荷の局所的な蓄積を緩和してこれら
の課題を解決しようとするものである。実際には、オフ
時間に電子の減少と負イオンの発生があり、この効果に
より、電荷分布の均一性が向上することも分かってき
た。
題を解決する方法として、パルスプラズマプロセスが提
案されている（例えば、Ｏｈｔａｋｅほか、１９９５年
ＤＲＹ ＰＲＯＣＥＳＳ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ予稿集，
ｐ．４５，電気学会）。パルスプラズマプロセスとは、
プラズマ発生用高周波電力をパルス状に供給し、オフ時
間を設けることで電荷の局所的な蓄積を緩和してこれら
の課題を解決しようとするものである。実際には、オフ
時間に電子の減少と負イオンの発生があり、この効果に
より、電荷分布の均一性が向上することも分かってき
た。
【００１４】しかしながら、実用化を考えると、従来の
パルスプラズマプロセスではその制御性や再現性が充分
ではなかった。これはパルス電力をプラズマに投入する
ため、インピーダンス整合を再現性のある一定の状態に
とる事ができないことが主たる原因の一つであることが
判ってきた。通常の連続の高周波電力を供給する高周波
電源とプラズマ処理室との間には、通常、特性インピー
ダンス５０Ωの高周波電源とのインピーダンス整合を取
るためにインピーダンス整合器が設置される。一般に、
インピーダンス整合器では、内蔵の方向性結合器を介し
て負荷からの反射電力を監視し、その値が最少値となる
よう自動的に可変容量や可変インダクタンスを変化させ
ることにより、自動的にインピーダンス整合を達成す
る。このようなインピーダンス整合器をパルスプラズマ
に適用すると、反射電力レベルがパルスオフ時に低下す
るため、正確にマッチングが取れず、実効的に感度が低
下したり、複数の整合ポイントが現われたりする。その
結果、常に同じ整合条件とならないため、プロセス結果
がその時々により異なり、再現性が悪くなるのである。
パルスプラズマプロセスではその制御性や再現性が充分
ではなかった。これはパルス電力をプラズマに投入する
ため、インピーダンス整合を再現性のある一定の状態に
とる事ができないことが主たる原因の一つであることが
判ってきた。通常の連続の高周波電力を供給する高周波
電源とプラズマ処理室との間には、通常、特性インピー
ダンス５０Ωの高周波電源とのインピーダンス整合を取
るためにインピーダンス整合器が設置される。一般に、
インピーダンス整合器では、内蔵の方向性結合器を介し
て負荷からの反射電力を監視し、その値が最少値となる
よう自動的に可変容量や可変インダクタンスを変化させ
ることにより、自動的にインピーダンス整合を達成す
る。このようなインピーダンス整合器をパルスプラズマ
に適用すると、反射電力レベルがパルスオフ時に低下す
るため、正確にマッチングが取れず、実効的に感度が低
下したり、複数の整合ポイントが現われたりする。その
結果、常に同じ整合条件とならないため、プロセス結果
がその時々により異なり、再現性が悪くなるのである。
【００１５】このため、従来は再現性を高めるためイン
ピーダンス整合器の自動制御機能を使用せず、インピー
ダンス整合器をマニュアルの状態で使用している場合が
多い。しかしながら、マニュアルの状態では最良のイン
ピーダンス整合になっているとは限らず、前述のように
再現性が不十分で工業的に満足に使用できる状況ではな
かった。
ピーダンス整合器の自動制御機能を使用せず、インピー
ダンス整合器をマニュアルの状態で使用している場合が
多い。しかしながら、マニュアルの状態では最良のイン
ピーダンス整合になっているとは限らず、前述のように
再現性が不十分で工業的に満足に使用できる状況ではな
かった。
【００１６】本発明はこのような課題に鑑み、低圧力下
で微細加工性にすぐれかつ再現性の良好なプラズマ発生
方法を提供することを目的とする。
で微細加工性にすぐれかつ再現性の良好なプラズマ発生
方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、真空室中に反応性ガスを導入するとともに
前記真空室中にパルス高周波電力によりプラズマを発生
させ、前記真空室内に設置された試料のプラズマ処理を
行うプラズマ処理方法であって、連続的に高周波電力を
供給してプラズマを発生させる期間を設け、前記期間内
でインピーダンス整合を行なうことを特徴とする構成と
なっている。
に本発明は、真空室中に反応性ガスを導入するとともに
前記真空室中にパルス高周波電力によりプラズマを発生
させ、前記真空室内に設置された試料のプラズマ処理を
行うプラズマ処理方法であって、連続的に高周波電力を
供給してプラズマを発生させる期間を設け、前記期間内
でインピーダンス整合を行なうことを特徴とする構成と
なっている。
【００１８】この時、プラズマ処理の最初に連続的に高
周波電力を供給してプラズマを発生させる期間を設ける
ことが望ましい。また、パルス高周波電力によりプラズ
マを発生させる際の実効投入電力と、連続的に高周波電
力を供給してプラズマを発生させる際の投入電力とがほ
ぼ等しいことが望ましい。
周波電力を供給してプラズマを発生させる期間を設ける
ことが望ましい。また、パルス高周波電力によりプラズ
マを発生させる際の実効投入電力と、連続的に高周波電
力を供給してプラズマを発生させる際の投入電力とがほ
ぼ等しいことが望ましい。
【００１９】さらに本発明は、真空室中に反応性ガスを
導入するとともに前記真空室中にパルス高周波電力によ
りプラズマを発生させ、前記真空室内に設置された試料
のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、パル
ス及び連続の高周波電力を供給する高周波電源と、イン
ピーダンス整合器とを具備し、前記高周波電源が連続の
高周波電力を供給している期間にインピーダンス整合を
行う構成となっている。
導入するとともに前記真空室中にパルス高周波電力によ
りプラズマを発生させ、前記真空室内に設置された試料
のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、パル
ス及び連続の高周波電力を供給する高周波電源と、イン
ピーダンス整合器とを具備し、前記高周波電源が連続の
高周波電力を供給している期間にインピーダンス整合を
行う構成となっている。
【００２０】なお、このようなパルス及び連続の高周波
電力供給可能な高周波電源は、プラズマ発生用であって
も、また試料台に接続されてバイアス印加用であっても
構わない。また、本発明のパルス及び連続の高周波電力
を供給可能な高周波電源は、連続の高周波発生時にゲー
ト信号を発する機能を具備している。
電力供給可能な高周波電源は、プラズマ発生用であって
も、また試料台に接続されてバイアス印加用であっても
構わない。また、本発明のパルス及び連続の高周波電力
を供給可能な高周波電源は、連続の高周波発生時にゲー
ト信号を発する機能を具備している。
【００２１】上記の構成により、インピーダンス整合の
再現性が向上するからプロセス再現性も大幅に向上し、
また電源やマッチャーでのインピーダンス不整合による
トラブルも大幅に減少する。また、我々の実験結果によ
ると、連続プラズマの高周波投入電力と、パルスプラズ
マにおけるその時間平均投入電力とを等しくすると、連
続プラズマで発生するプラズマ密度と、パルスプラズマ
期間におけるそれとがおおよそ等しくなることが分かっ
ている。このためパルスプラズマの期間におけるインピ
ーダンス整合の状態もより良好になる。
再現性が向上するからプロセス再現性も大幅に向上し、
また電源やマッチャーでのインピーダンス不整合による
トラブルも大幅に減少する。また、我々の実験結果によ
ると、連続プラズマの高周波投入電力と、パルスプラズ
マにおけるその時間平均投入電力とを等しくすると、連
続プラズマで発生するプラズマ密度と、パルスプラズマ
期間におけるそれとがおおよそ等しくなることが分かっ
ている。このためパルスプラズマの期間におけるインピ
ーダンス整合の状態もより良好になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態における
プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置について図面を
参照しながら説明する。なお、本実施の形態ではプラズ
マを用いた処理として微細加工の一種であるドライエッ
チングを行う際に適用したものを例にとって説明するこ
ととする。
プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置について図面を
参照しながら説明する。なお、本実施の形態ではプラズ
マを用いた処理として微細加工の一種であるドライエッ
チングを行う際に適用したものを例にとって説明するこ
ととする。
【００２３】図１は本発明の実施の形態におけるドライ
エッチング装置の構造を示す模式図である。図１におい
て、１は接地され内壁がセラミック、テフロンまたは石
英等の絶縁物で覆われたチャンバー、２はパルスの高周
波電力が印加される渦巻き状電極でインピーダンス整合
器３を介してパルス及び連続の高周波電力供給可能なプ
ラズマ発生用高周波パルス電源４に接続されている。ま
た、渦巻き状電極２はセラミック等でできた誘電体板５
を介して誘導電磁界によりチャンバー１中にプラズマを
発生させる。なお、チャンバー１は、石英等で構成され
たインナーチャンバーを有する様な二重構造であったと
してもかまわない。
エッチング装置の構造を示す模式図である。図１におい
て、１は接地され内壁がセラミック、テフロンまたは石
英等の絶縁物で覆われたチャンバー、２はパルスの高周
波電力が印加される渦巻き状電極でインピーダンス整合
器３を介してパルス及び連続の高周波電力供給可能なプ
ラズマ発生用高周波パルス電源４に接続されている。ま
た、渦巻き状電極２はセラミック等でできた誘電体板５
を介して誘導電磁界によりチャンバー１中にプラズマを
発生させる。なお、チャンバー１は、石英等で構成され
たインナーチャンバーを有する様な二重構造であったと
してもかまわない。
【００２４】７は金属製の試料台で表面は絶縁性材料で
コートされており、この試料台７上には被エッチング試
料６が載置されている。また試料台７は、結合コンデン
サ８を介してバイアス用ＲＦ電源９に接続されている。
コートされており、この試料台７上には被エッチング試
料６が載置されている。また試料台７は、結合コンデン
サ８を介してバイアス用ＲＦ電源９に接続されている。
【００２５】チャンバ１中には側面からプローブ１０が
挿入されており、リアルタイムのプラズマデータが採取
され、プラズマコントローラ１１に転送される。プロー
ブ１０はプラズマによる腐食や膜堆積による特性の劣化
を防ぐため、計測時にのみプラズマ中に挿入する機構と
しても構わない。また、プローブ１０の代わりにμ波を
用いた干渉計にすれば、上記のような劣化の心配はな
く、任意の時間のプラズマデータ取得が可能となる。プ
ラズマ発生用高周波パルス電源４からは連続高周波発生
時にゲート信号を発生する端子１２からインピーダンス
整合器３にゲート信号が送られ、ゲート信号がオンの時
のみインピーダンス自動整合機能が稼働するようにされ
ている。
挿入されており、リアルタイムのプラズマデータが採取
され、プラズマコントローラ１１に転送される。プロー
ブ１０はプラズマによる腐食や膜堆積による特性の劣化
を防ぐため、計測時にのみプラズマ中に挿入する機構と
しても構わない。また、プローブ１０の代わりにμ波を
用いた干渉計にすれば、上記のような劣化の心配はな
く、任意の時間のプラズマデータ取得が可能となる。プ
ラズマ発生用高周波パルス電源４からは連続高周波発生
時にゲート信号を発生する端子１２からインピーダンス
整合器３にゲート信号が送られ、ゲート信号がオンの時
のみインピーダンス自動整合機能が稼働するようにされ
ている。
【００２６】次に以下では、以上のように構成されたド
ライエッチング装置を用いたドライエッチング方法につ
いて図２を参照しながら説明する。
ライエッチング装置を用いたドライエッチング方法につ
いて図２を参照しながら説明する。
【００２７】図２は本発明の実施の形態のドライエッチ
ング装置における各種パラメータの時間変化を示したも
のである。まずプラズマ発生用高周波電源４から時間ｔ
＝０からＴｃｗまでの間、連続の高周波電力が供給され
る。Ｔｃｗは、インピーダンス整合器３がインピーダン
ス整合が取れる時間以上、通常数秒間必要で、本実施の
形態では５から１０秒とした。その間、プラズマ発生用
高周波電源４のゲート信号端子１２からインピーダンス
整合器３へゲート信号が送られ、自動でインピーダンス
整合とる用に指示された。
ング装置における各種パラメータの時間変化を示したも
のである。まずプラズマ発生用高周波電源４から時間ｔ
＝０からＴｃｗまでの間、連続の高周波電力が供給され
る。Ｔｃｗは、インピーダンス整合器３がインピーダン
ス整合が取れる時間以上、通常数秒間必要で、本実施の
形態では５から１０秒とした。その間、プラズマ発生用
高周波電源４のゲート信号端子１２からインピーダンス
整合器３へゲート信号が送られ、自動でインピーダンス
整合とる用に指示された。
【００２８】次にｔ＝Ｔｃｗ後はプラズマ発生用高周波
電源４から渦巻き状電極３にプラズマ発生用高周波パル
スを供給した（パルス高周波電力を供給した）。基本の
高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ，２７ＭＨｚ，
５４ＭＨｚとした。なお、上記したインピーダンス整合
を行う際の連続プラズマの高周波投入電力を２００Ｗと
し、パルスプラズマのパルス周波数が１００ｋＨｚ、デ
ューティ比が５０％で投入電力を４００Ｗと設定した。
これは、連続プラズマ発生のための高周波投入電力を、
パルスプラズマにおけるその時間平均投入電力とおおよ
そ等しくすることを目的とするものである。
電源４から渦巻き状電極３にプラズマ発生用高周波パル
スを供給した（パルス高周波電力を供給した）。基本の
高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ，２７ＭＨｚ，
５４ＭＨｚとした。なお、上記したインピーダンス整合
を行う際の連続プラズマの高周波投入電力を２００Ｗと
し、パルスプラズマのパルス周波数が１００ｋＨｚ、デ
ューティ比が５０％で投入電力を４００Ｗと設定した。
これは、連続プラズマ発生のための高周波投入電力を、
パルスプラズマにおけるその時間平均投入電力とおおよ
そ等しくすることを目的とするものである。
【００２９】その後、反応性ガスとして塩素ガスを５０
ｓｃｃｍ、ＨＢｒガスを２５ｓｃｃｍチャンバー１に導
入し、圧力を１から３Ｐａとした。電子密度はプラズマ
発生用高周波電源４をオフしてからの時間が２０μ秒で
ほぼ半分以下となり、アフターグロープラズマにおける
電子密度の急速な減少がみられた。これをリンドープし
た多結晶シリコンのエッチングに適用したところ、エッ
チング速度は３００〜８００ｎｍ／秒、対酸化膜選択比
は２０から１００と良好で、エッチング形状は異方性が
あった。また、チャージアップによるノッチや形状の異
常等は見られなかった。
ｓｃｃｍ、ＨＢｒガスを２５ｓｃｃｍチャンバー１に導
入し、圧力を１から３Ｐａとした。電子密度はプラズマ
発生用高周波電源４をオフしてからの時間が２０μ秒で
ほぼ半分以下となり、アフターグロープラズマにおける
電子密度の急速な減少がみられた。これをリンドープし
た多結晶シリコンのエッチングに適用したところ、エッ
チング速度は３００〜８００ｎｍ／秒、対酸化膜選択比
は２０から１００と良好で、エッチング形状は異方性が
あった。また、チャージアップによるノッチや形状の異
常等は見られなかった。
【００３０】本発明の方法でチャージアップが少なくな
る原因として、電子密度の少ないことに加え、負イオン
の性質の寄与も大きいと思われる。被エッチング試料に
高エネルギーの正，負のイオンが入射する場合、入射イ
オンの電荷が表面に蓄積されるのに加え、イオンの入射
に伴い表面から放出される二次電子の効果が無視できな
い。正イオンの入射では二次電子放出は正電荷の蓄積を
増加するように進むが、負イオンの入射では二次電子放
出は負電荷の蓄積を打ち消すように働く。このため、チ
ャージアップ現象が抑制されるのである。
る原因として、電子密度の少ないことに加え、負イオン
の性質の寄与も大きいと思われる。被エッチング試料に
高エネルギーの正，負のイオンが入射する場合、入射イ
オンの電荷が表面に蓄積されるのに加え、イオンの入射
に伴い表面から放出される二次電子の効果が無視できな
い。正イオンの入射では二次電子放出は正電荷の蓄積を
増加するように進むが、負イオンの入射では二次電子放
出は負電荷の蓄積を打ち消すように働く。このため、チ
ャージアップ現象が抑制されるのである。
【００３１】以上本発明について実施の形態とともに説
明を行い、実施の形態では連続のプラズマ発生はプラズ
マ点火時に行う場合を示したが、連続のプラズマ発生が
プロセス途中に挿入し、良好なインピーダンス整合が実
現される場合も構わない。また、本発明の実施の形態で
はエッチング装置の場合を示したが、プラズマＣＶＤや
スパッタ，イオン注入装置のイオン源等、高真空プラズ
マを用いた処理を行う装置への適用が可能なことは言う
までもない。
明を行い、実施の形態では連続のプラズマ発生はプラズ
マ点火時に行う場合を示したが、連続のプラズマ発生が
プロセス途中に挿入し、良好なインピーダンス整合が実
現される場合も構わない。また、本発明の実施の形態で
はエッチング装置の場合を示したが、プラズマＣＶＤや
スパッタ，イオン注入装置のイオン源等、高真空プラズ
マを用いた処理を行う装置への適用が可能なことは言う
までもない。
【００３２】
【発明の効果】以上のように本発明の方法では、連続プ
ラズマを発生し、その期間にインピーダンス整合を取
り、パルスプラズマ発生期間中にはインピーダンス整合
状態を固定とする。さらには連続プラズマ発生のための
高周波投入電力を、パルスプラズマにおけるその時間平
均投入電力とおおよそ等しくする。連続プラズマの高周
波投入電力と、パルスプラズマにおけるその時間平均投
入電力とを等しくし、連続プラズマで発生するプラズマ
密度と、パルスプラズマ期間におけるそれとがおおよそ
等しくし、インピーダンス整合の状態を良好にしてい
る。このようにインピーダンス整合の再現性が向上する
からプロセス再現性も大幅に向上し、また電源やマッチ
ャーでのインピーダンス不整合によるトラブルも大幅に
減少する。
ラズマを発生し、その期間にインピーダンス整合を取
り、パルスプラズマ発生期間中にはインピーダンス整合
状態を固定とする。さらには連続プラズマ発生のための
高周波投入電力を、パルスプラズマにおけるその時間平
均投入電力とおおよそ等しくする。連続プラズマの高周
波投入電力と、パルスプラズマにおけるその時間平均投
入電力とを等しくし、連続プラズマで発生するプラズマ
密度と、パルスプラズマ期間におけるそれとがおおよそ
等しくし、インピーダンス整合の状態を良好にしてい
る。このようにインピーダンス整合の再現性が向上する
からプロセス再現性も大幅に向上し、また電源やマッチ
ャーでのインピーダンス不整合によるトラブルも大幅に
減少する。
【００３３】本発明は高精度プラズマエッチングやＣＶ
Ｄに適用できる。本発明の装置により、微細加工性に優
れかつ量産性が高く、均一性の良い、ゲート酸化膜破壊
等のデバイスへの損傷も極めて少ないエッチングや膜堆
積が実現できる。
Ｄに適用できる。本発明の装置により、微細加工性に優
れかつ量産性が高く、均一性の良い、ゲート酸化膜破壊
等のデバイスへの損傷も極めて少ないエッチングや膜堆
積が実現できる。
【図１】本発明の実施の形態におけるドライエッチング
装置の構成を示す模式図
装置の構成を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態のドライエッチング方法に
おける各種パラメータの時間変化を示す図
おける各種パラメータの時間変化を示す図
１ チャンバー ２ 渦巻き状電極 ３ プラズマ発生用高周波パルス電源 ４ 誘電体板 ５ 被エッチング試料 ６ 金属製の試料台 ７ バイアス用ＤＣパルス電源 ８ プローブ ９ プラズマコントローラ １０ 容量性回路 １１ 電子密度検出器 １２ バイアス用バイポーラパルス電源 １３ パルスμ波電源 １４ モード変換器 １５ コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ａ
Claims (4)
- 【請求項１】真空室中に反応性ガスを導入するとともに
前記真空室中にパルス高周波電力によりプラズマを発生
させ、前記真空室内に設置された試料のプラズマ処理を
行うプラズマ処理方法であって、連続的に高周波電力を
供給してプラズマを発生させる期間を設け、前記期間内
でインピーダンス整合を行なうことを特徴とするプラズ
マ処理方法。 - 【請求項２】プラズマ処理の最初に連続的に高周波電力
を供給してプラズマを発生させる期間を設けることを特
徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項３】パルス高周波電力によりプラズマを発生さ
せる際の実効投入電力と、連続的に高周波電力を供給し
てプラズマを発生させる際の投入電力とがほぼ等しいこ
とを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項４】真空室中に反応性ガスを導入するとともに
前記真空室中にパルス高周波電力によりプラズマを発生
させ、前記真空室内に設置された試料のプラズマ処理を
行うプラズマ処理装置であって、パルス及び連続の高周
波電力を供給する高周波電源と、インピーダンス整合器
とを具備し、前記高周波電源が連続の高周波電力を供給
している期間にインピーダンス整合を行うことを特徴と
するプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9125344A JPH10312899A (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9125344A JPH10312899A (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10312899A true JPH10312899A (ja) | 1998-11-24 |
Family
ID=14907800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9125344A Pending JPH10312899A (ja) | 1997-05-15 | 1997-05-15 | プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10312899A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2349506B (en) * | 1999-04-23 | 2002-04-24 | Nec Corp | Plasma processing method for a semiconductor wafer |
| JP2002532899A (ja) * | 1998-12-17 | 2002-10-02 | ラム リサーチ コーポレイション | 損傷の少ないトランジスタデバイスを達成する高密度プラズマエッチング装置の稼働方法 |
| US6566272B2 (en) * | 1999-07-23 | 2003-05-20 | Applied Materials Inc. | Method for providing pulsed plasma during a portion of a semiconductor wafer process |
| JP2005130198A (ja) * | 2003-10-23 | 2005-05-19 | Ulvac Japan Ltd | 高周波装置 |
| JP2010532549A (ja) * | 2007-06-29 | 2010-10-07 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | 強化された電荷中和及びプロセス制御を具えたプラズマ処理 |
| JP2010258605A (ja) * | 2009-04-22 | 2010-11-11 | Japan Radio Co Ltd | パルスディテクタ |
| JP2013171840A (ja) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Lam Research Corporation | 多周波数ｒｆパルス出力のための、周波数改善インピーダンス依存電力制御 |
| JP2013179047A (ja) * | 2012-02-22 | 2013-09-09 | Lam Research Corporation | インピーダンスに基づいた電力および周波数の調整 |
| US9123509B2 (en) | 2007-06-29 | 2015-09-01 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for plasma processing a substrate |
| JP2016072260A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム |
-
1997
- 1997-05-15 JP JP9125344A patent/JPH10312899A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2002532899A (ja) * | 1998-12-17 | 2002-10-02 | ラム リサーチ コーポレイション | 損傷の少ないトランジスタデバイスを達成する高密度プラズマエッチング装置の稼働方法 |
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| KR100756737B1 (ko) * | 1999-07-23 | 2007-09-07 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 반도체 웨이퍼 프로세싱의 일부 동안 펄스형 플라즈마를 제공하는 방법 |
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| US8926850B2 (en) | 2007-06-29 | 2015-01-06 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Plasma processing with enhanced charge neutralization and process control |
| US9123509B2 (en) | 2007-06-29 | 2015-09-01 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for plasma processing a substrate |
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