JPS6285431A - ドライエツチング装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、エツチング中に半導体基板に入射。

するイオンのエネルギ制御に好適なドライエラ。

チング装置に関するものである。

〔発明の背景〕１゜ 平行平板形成極構造を有するドライエラチン。

グ装置を用いた反応性イオンエツチング＆家、プラズマ
から半導体基板に入射するイオンの衝撃効果が関係する
エツチング方法であり、上目己イオンのエネルギが太き
（なると、半導体デノくイ。。

スに損傷を与えるという問題が生じる。この損・傷は半
導体デバイスの膜の結晶に格子欠陥を引・起し、表面リ
ーク、ライフタイムの低下、メモ。

りの誤動作の原因となり、半導体デバイスの表・面粗れ
は、その後の不純物拡散の不均一性やり５ソグラフイに
悪影響を与えることになる。

半導体基板に入射するイオンは、電極表面の・シース領
域で加速されてエネルギを得る。プラ・ダマ中でエツチ
ングガスが電離し生成された電・子とイオンとは、変動
する電界に応じて運動Ｌ　１０例えば矛３図に示すよう
に、電極が全振幅Ｖｐｐ。

の電圧変動をして正側のピークにあるとき、プ。

ラズマ中の電子が陰極に入射し、逆に負側にあ。

るときにイオンが入射するが、電子とイオンの。

易動度の大きな違いによりプラズマは正の電位□５Ｖｐ
となり、陰極は電位が負側に−Ｖｄｃだけ自己バイアス
され、図示のような電圧変動をする〇したがって陰・極
表面には高周波電力の角周波数ヲω、時間’＆　ｔ　ト
ーｔルト、Ｖｐ　＋　Ｖｄｃ　＋（Ｖｐｐ／２）・ｓｉ
ｎωｔ　で示される陰極降下電圧のシースが形成される
。

特開昭５５−１１８６５７ではエツチング中・のＶｄｃ
を検出して上記Ｖｄｃがある特定の値にな・るように高
周波電力を制御しており、エラチン・グの再現性の確保
を図ったものであるが、結果５的にはイオンエネルギを
も制御していることに・なる。イオンが加速されるシー
ス間電位差は、。

エツチング開始時から終了時に至る間でも変動。

し、特に終了間際にはＶｄｃは太き（なる。また。

放電によって生成された重合物が処理室内面に、。

付着することにより、処理室内部のｄ気的特性。

が経時変化し、シース間電位差は同じエラチン。

グ条件下でも変化する。したがってＶｄｃを常に。

一定に保つように制御することは、イオンエネ。

ルギが増大しないように制御するうえで極めて、。

有効である。しかしながら、半導体デバイスに。

損傷を与えるのは最大イオンエネルギである。。

また、イオンはＶｄｃの重圧だげで加速されるのではな
（、Ｖｄｃにｖｐｐが重畳した電位差で加速される。し
かもＶｐｐばＶｄｃの２〜数倍の値をも、。

つており、最大イオンエネルギを決定する重要・な要素
である。しかし１５．５６ＭＨｚの周波数・をもつｖｐ
ｐに対するイオンの運動の追従性など・の点から、Ｖｐ
ｐとイオンエネルギとの関係が不・明確であり、最大イ
オンエネルギを制御するこ５とが要求されていながらも
、定量的に最大イオ・ンエネルギを制御するまでに至っ
ていなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、エツチング中にプラズマから当導・体基板に
入射するイオンの最大エネルギを、イ、。

オンプロセスで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。

〔発明の概要〕

プラズマから半導体基板に入射するイオンの。

エネルギは、シース領域の降下電圧によって決、１５ まる。矛４図は平行平板形電極構造を有する処理室にエ
ツチングガスな導入し、ガス圧力がＰ、ＩＰｔおよびＰ
、の３条件について、高周波電力を１　ｏｏｗ、１　ｓ
ｏｗ、２００Ｗと変化させた場合における陰極のＶｄｃ
　、　Ｖｐｐの値と、陰極に入・　３　・ 射するイオンの最大エネルギ値との関係−を調べた実験
結果を示すものである。上記、？４図より、・最大イオ
ンエネルギは高周波電力やガス圧力に・関係なく、Ｖｄ
ｃ　＋（Ｖｐｐ　／　２　）と線形関係にあ・ることか
判った。したがって本発明では、半導５体デバイスに損
傷を与えない許容エネルギ値を、。

放電中の最大イオンエネルギが越えないように。

制御するため、陰極電圧のＶｄｃとＶｌ）ｐの検出装。

置を設けて、あらかじめ各種エツチングガスの。

場合につきＶｄｃ　＋（Ｖｐｐ／　２　）から最大イオ
ン１゜エネルギ値を算出する較正曲線をドライエッチ。

ング装置のメモリに保持しており、時々刻々算。

出される最大イオンエネルギ値が許容値を越え。

ないように、高周波電力を制御する構成としｔう。

すなわち本発明によるドライエツチング装置は、平行平
板形電極構造を有するドライエツチング装置において、
電極電圧検出装置と、該電極電圧検出装置の検出電圧か
ら半導体基板に入射する最大イオンエネルギを算出して
、高周波電源の出力を制御する制御装置とを備えたもの
であ、　４　。

る。

〔発明の実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す・る。矛１
図は本発明によるドライエツチング装。

置の一実施例を示す構成図、矛２図は上記実施５例・に
おける電極電圧検出装置の構成図である。。

矛１図において、気密に保たれた処理室１内に。

平行平板形の陰極２と陽極３とを相対向して配。

設し、エツチングする半導体基板４を陰極２上。

に載蓋している。陰極２にはマツチングポック□。

ス５を介−て高周波電源６を接続し、上記陽極。

３は接地している。またマツチングボックス５と陰極２
との間には、牙２図に構成を示す電極。

電圧検出装置７を接続している。上記電極電圧検出装置
７は電極電圧を高インピーダンスの減表器１０を経て取
込み、ピークホールド回路１１で最大電圧値を検出し、
同時に電圧の正負反転増幅器１２およびピークホールド
回路１３で最小電圧値を検出して、上記最大電圧値と最
小電圧値とから一方は加算回路１４、ゲインが１／！の
正負非反転増幅器１５を経てＶｄｃを検出し、・また一
方は減算器１６を経てｖｐｐを検出するも・のである。

上記電極電圧検出装置７はＡ／Ｄ変・換器８を経て制御
装置９に接続し、さらに高層・波電源６に接続されてい
る。　　　　　　　　５上記構成のドライエツチング装
置で半導体基。

板４をエツチングする場合の動作を説明する。。

矛１図に示す真空雰囲気に保持された処理室１゜内に、
ガス供給口（図示せず）から活性ガスを。

導入し、高周波電源６により高周波電力な印加１゜する
と、電極２および３の間に放電を生じる。。

放電中の電極電圧は電極電圧検出装置７によつ。

てＶｄｃとＶＴ）ｐと分けて検出され、Ａ／Ｄ変換器８
を経て制御装置９に送信される。制御装置９ではＶｄｃ
とｖｐｐとの値から、イオンエネルギ算出係数αにより
、（Ｖｄｃ＋　（Ｖｐｐ／２　）　）αの値を計算して
最大イオンエネルギ値を算出し、この値が設定された許
容値をこえないように高周波電源６の出力を制御する。

上記実施例では、プラズマから半導体基板４に入射する
イオンの最大エネルギを許容値以下・にインプロセスで
制御できるので、イオン衝撃・による半導体デバイスに
与えるダメージを低減・することができる。またエツチ
ング中に変動ず・るＶｄｃにも、重合膜付着に起因する
処理室内部５の電気的特性の経時変化にも影響を受ける
こと・がな（、最大イオンエネルギを制御することが・
できるので、エツチングの再現性にも効果かあ。

る。

〔発明の効果）　　　　　　　　　　　　　　　１０上
記のように本発明によるドライエツチング。

装置は、平行平板形電極構造を有するドライエ。

ツチング装置において、電極電圧ｆ炙出装置と、。

該電極電圧検出装置の検出電圧から半導体基板。

に入射する最大イオンエネルギを算出して、高１５周波
電源の出力を制御する制御装置とを備えたことにより、
エツチング中に半導体基板に入射するイオンの最大エネ
ルギを、イオンプロセスで一定値以下に制御することが
できるので、上記半導体基板に損傷を与えることな（エ
ッチく、　７　。

グでき、半導体デバイスの品質向上ならびに歩・留り向
上に効果がある。さらに処理室内面への・重合膜付着に
起因する処理室内の電気的特性の。

経時変化、またエツチング中のＶｄｃの変動にも。

影響を受けないでイオンエネルギを制御するこ５とがで
きるので、エツチングの再現性を維持す。

るのに効果がある。

【図面の簡単な説明】

矛１図は本発明によるドライエツチング装置。 の一実施例を示す構成図、矛２図は上記実施例、。 における電極電圧検出装置の構成図、１６図は。 陰極の電圧変動を示す図、才４図は陰極のＶｄｃ。 ｖｐｐと最大イオンエネルギとの関係の実験結果を示す
図である。 ２・・・陰極、３・・・陽極、４・・・半導体基板、６
・・・１５高周波電源、７・・・成極電圧検出装置、９
・・・制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平行平板形電極構造を有するドライエッチング装置にお
   いて、電極電圧検出装置と、該電極電圧検出装置の検出
   電圧から半導体基板に入射する最大イオンエネルギを算
   出して、高周波電源の出力を制御する制御装置とを備え
   たことを特徴とするドライエッチング装置。