JP2001176856A - 半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】被処理物へのチャージングダメージを抑制しつ
つ、被処理物に面内均一なプラズマ処理を施す。 【解決手段】下部電極２および上部電極３に高周波電力
が供給されて、下部電極２および上部電極３間のプラズ
マによるエッチング処理が開始されてから第１次処理時
間が経過すると、上部高周波電源６から出力される高周
波電力の大きさがコントローラ７により制御されて、上
部高周波電源６から上部電極３に印加される高周波電力
の大きさが約２００Ｗから約３００Ｗに変更される。 【効果】エッチング処理の全期間を通じて、プラズマ中
の電子の分布を均一に保つことができ、半導体ウエハＷ
上のプラズマ密度をほぼ面内均一に保つことができる。
つ、被処理物に面内均一なプラズマ処理を施す。 【解決手段】下部電極２および上部電極３に高周波電力
が供給されて、下部電極２および上部電極３間のプラズ
マによるエッチング処理が開始されてから第１次処理時
間が経過すると、上部高周波電源６から出力される高周
波電力の大きさがコントローラ７により制御されて、上
部高周波電源６から上部電極３に印加される高周波電力
の大きさが約２００Ｗから約３００Ｗに変更される。 【効果】エッチング処理の全期間を通じて、プラズマ中
の電子の分布を均一に保つことができ、半導体ウエハＷ
上のプラズマ密度をほぼ面内均一に保つことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、プラズマ処理を
用いた半導体装置の製造方法、およびプラズマ処理装置
に関する。
用いた半導体装置の製造方法、およびプラズマ処理装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、ウエ
ハ表面に形成された絶縁膜などの薄膜を微細パターンに
加工するためのエッチング処理が行われる。このエッチ
ング処理のための技術の１つに、反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法がある。反応性
イオンエッチング装置は、たとえば、処理室内に対向配
置された一対の上部電極板および下部電極板を有してお
り、下部電極板上に半導体ウエハを載置できるようにな
っている。この半導体ウエハが載置される下部電極板に
は、高周波電力を印加するための高周波電力源が接続さ
れている。処理室内にエッチングガスが導入された後、
半導体ウエハが載置された下部電極板に高周波電力が印
加されると、一対の電極板間に電界が形成され、この電
界によりエッチングガスのプラズマが発生する。その結
果、半導体ウエハが載置されている下部電極板に負の自
己バイアス電圧が生じて、プラズマ中のイオンが半導体
ウエハに引き寄せられてウエハ表面に衝突し、これによ
り、ウエハ表面に形成されている薄膜がエッチングされ
ていく。
ハ表面に形成された絶縁膜などの薄膜を微細パターンに
加工するためのエッチング処理が行われる。このエッチ
ング処理のための技術の１つに、反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法がある。反応性
イオンエッチング装置は、たとえば、処理室内に対向配
置された一対の上部電極板および下部電極板を有してお
り、下部電極板上に半導体ウエハを載置できるようにな
っている。この半導体ウエハが載置される下部電極板に
は、高周波電力を印加するための高周波電力源が接続さ
れている。処理室内にエッチングガスが導入された後、
半導体ウエハが載置された下部電極板に高周波電力が印
加されると、一対の電極板間に電界が形成され、この電
界によりエッチングガスのプラズマが発生する。その結
果、半導体ウエハが載置されている下部電極板に負の自
己バイアス電圧が生じて、プラズマ中のイオンが半導体
ウエハに引き寄せられてウエハ表面に衝突し、これによ
り、ウエハ表面に形成されている薄膜がエッチングされ
ていく。
【０００３】イオンがウエハ表面（半導体ウエハ自身の
表面またはその上に形成されている薄膜の表面を指
す。）に衝突すると、ウエハ表面から２次電子が放出さ
れる。この放出された２次電子は、半導体ウエハに負の
自己バイアス電圧が生じているために、半導体ウエハか
ら離間する方向に加速されてプラズマ中を移動する。そ
して、プラズマ中を移動する過程において中性原子・分
子に衝突し、中性原子や中性分子のイオン化を引き起こ
す。したがって、プラズマ中における２次電子の移動距
離が長いほど、２次電子と中性原子・分子との衝突頻度
が高くなるので、プラズマの高密度化を図ることができ
る。
表面またはその上に形成されている薄膜の表面を指
す。）に衝突すると、ウエハ表面から２次電子が放出さ
れる。この放出された２次電子は、半導体ウエハに負の
自己バイアス電圧が生じているために、半導体ウエハか
ら離間する方向に加速されてプラズマ中を移動する。そ
して、プラズマ中を移動する過程において中性原子・分
子に衝突し、中性原子や中性分子のイオン化を引き起こ
す。したがって、プラズマ中における２次電子の移動距
離が長いほど、２次電子と中性原子・分子との衝突頻度
が高くなるので、プラズマの高密度化を図ることができ
る。
【０００４】そこで、反応性イオンエッチング装置の中
には、一対の電極板間に電界と直交する方向の磁界を形
成するためのマグネットを備えたものがある。このマグ
ネットを備えた反応性イオンエッチング装置（マグネト
ロンＲＩＥ装置）では、イオンのウエハ表面への衝突に
よって発生した２次電子が、電界および磁界によるロー
レンツ力を受け、この電界の方向および磁界の方向を含
む面に直交する方向（Ｅ×Ｂ方向）にサイクロイド運動
しながら移動（Ｅ×Ｂドリフト）する。これにより、プ
ラズマ中における２次電子の移動距離が長くなって、プ
ラズマの高密度化が達成される。
には、一対の電極板間に電界と直交する方向の磁界を形
成するためのマグネットを備えたものがある。このマグ
ネットを備えた反応性イオンエッチング装置（マグネト
ロンＲＩＥ装置）では、イオンのウエハ表面への衝突に
よって発生した２次電子が、電界および磁界によるロー
レンツ力を受け、この電界の方向および磁界の方向を含
む面に直交する方向（Ｅ×Ｂ方向）にサイクロイド運動
しながら移動（Ｅ×Ｂドリフト）する。これにより、プ
ラズマ中における２次電子の移動距離が長くなって、プ
ラズマの高密度化が達成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
マグネトロン方式のＲＩＥ装置では、２次電子がＥ×Ｂ
方向に移動するため、Ｅ×Ｂ方向の下流側ほどプラズマ
密度が高くなり、プラズマ密度の面内不均一を生じる。
プラズマ密度が面内で不均一になると、ウエハ表面に入
射するイオンの密度が面内で不均一になり、その結果、
ウエハ表面におけるエッチング速度が不均一になって、
ウエハ表面に対するエッチング処理にむらを生じる。ま
た、プラズマ密度の面内不均一は、半導体ウエハに生じ
る自己バイアス電圧の不均一を招き、この自己バイアス
電圧の不均一により半導体ウエハに電流が流れ、ゲート
酸化膜の破壊などのダメージ（チャージングダメージ）
を与えるおそれがある。
マグネトロン方式のＲＩＥ装置では、２次電子がＥ×Ｂ
方向に移動するため、Ｅ×Ｂ方向の下流側ほどプラズマ
密度が高くなり、プラズマ密度の面内不均一を生じる。
プラズマ密度が面内で不均一になると、ウエハ表面に入
射するイオンの密度が面内で不均一になり、その結果、
ウエハ表面におけるエッチング速度が不均一になって、
ウエハ表面に対するエッチング処理にむらを生じる。ま
た、プラズマ密度の面内不均一は、半導体ウエハに生じ
る自己バイアス電圧の不均一を招き、この自己バイアス
電圧の不均一により半導体ウエハに電流が流れ、ゲート
酸化膜の破壊などのダメージ（チャージングダメージ）
を与えるおそれがある。
【０００６】このような問題点を解決するために、Ｅ×
Ｂ方向の上流側ほど２次電子のＥ×Ｂドリフト量が少な
くなるように、一対の電極板間に形成される磁界強度の
面内分布を予め調整しておくことにより、プラズマ密度
の面内均一化を図る方法が提案されている。また、半導
体ウエハが載置される下部電極板に対向した上部電極板
にも一定の高周波電力を印加し、この上部電極板付近に
おいて、下部電極板付近における２次電子のＥ×Ｂドリ
フトの方向と逆方向に２次電子をＥ×Ｂドリフトさせる
ことにより、プラズマ密度の面内均一化を図る方法も提
案されている。
Ｂ方向の上流側ほど２次電子のＥ×Ｂドリフト量が少な
くなるように、一対の電極板間に形成される磁界強度の
面内分布を予め調整しておくことにより、プラズマ密度
の面内均一化を図る方法が提案されている。また、半導
体ウエハが載置される下部電極板に対向した上部電極板
にも一定の高周波電力を印加し、この上部電極板付近に
おいて、下部電極板付近における２次電子のＥ×Ｂドリ
フトの方向と逆方向に２次電子をＥ×Ｂドリフトさせる
ことにより、プラズマ密度の面内均一化を図る方法も提
案されている。
【０００７】しかしながら、１個のイオンの衝突によっ
て放出される２次電子の数（２次電子放出係数）は、イ
オンが衝突する面の材質によって異なるため、半導体ウ
エハ上の全面にエッチング対象の薄膜が存在している間
と、この薄膜がエッチング除去されて半導体層や金属配
線などが露出し始めた後とでは２次電子の放出量が変化
する。そのため、上記のいずれの方法であっても、半導
体ウエハ上のプラズマ密度を、エッチング処理の全期間
を通じて面内均一に保つことはできない。
て放出される２次電子の数（２次電子放出係数）は、イ
オンが衝突する面の材質によって異なるため、半導体ウ
エハ上の全面にエッチング対象の薄膜が存在している間
と、この薄膜がエッチング除去されて半導体層や金属配
線などが露出し始めた後とでは２次電子の放出量が変化
する。そのため、上記のいずれの方法であっても、半導
体ウエハ上のプラズマ密度を、エッチング処理の全期間
を通じて面内均一に保つことはできない。
【０００８】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、プラズマ密度の面内不均一による処理む
らを生じたり、半導体基板にチャージングダメージを与
えることなく半導体装置を製造するための方法を提供す
ることである。また、この発明の他の目的は、上記製造
方法の実施に適していて、処理の全期間においてプラズ
マ密度を面内均一に保つことができ、これにより、被処
理物に面内均一なプラズマ処理を施すことができ、か
つ、被処理物へのチャージングダメージを抑制できるプ
ラズマ処理装置を提供することである。
課題を解決し、プラズマ密度の面内不均一による処理む
らを生じたり、半導体基板にチャージングダメージを与
えることなく半導体装置を製造するための方法を提供す
ることである。また、この発明の他の目的は、上記製造
方法の実施に適していて、処理の全期間においてプラズ
マ密度を面内均一に保つことができ、これにより、被処
理物に面内均一なプラズマ処理を施すことができ、か
つ、被処理物へのチャージングダメージを抑制できるプ
ラズマ処理装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、半導体基
板の表面にプラズマによる処理を施して半導体装置を製
造する方法であって、第１電極の基板載置面上に半導体
基板を載置する基板載置工程と、前記第１電極および前
記第１電極の基板載置面に対向して配置された第２電極
のそれぞれに高周波電力を供給してプラズマを発生さ
せ、このプラズマによる処理を半導体基板の表面に施す
基板処理工程と、この基板処理工程において前記第２電
極に供給される高周波電力の大きさを変更する電力調整
工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法で
ある。
目的を達成するための請求項１記載の発明は、半導体基
板の表面にプラズマによる処理を施して半導体装置を製
造する方法であって、第１電極の基板載置面上に半導体
基板を載置する基板載置工程と、前記第１電極および前
記第１電極の基板載置面に対向して配置された第２電極
のそれぞれに高周波電力を供給してプラズマを発生さ
せ、このプラズマによる処理を半導体基板の表面に施す
基板処理工程と、この基板処理工程において前記第２電
極に供給される高周波電力の大きさを変更する電力調整
工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法で
ある。
【００１０】なお、前記第１電極および第２電極間に、
前記第１電極と前記第２電極とが対向する方向と直交す
る方向の磁界を形成する磁界形成工程をさらに含むこと
が好ましい。たとえば、プラズマ中のイオンを半導体基
板などの被処理物の表面に衝突させて行われるプラズマ
エッチング処理（イオンエッチング処理）では、プラズ
マ中のイオンと被処理物の表面との衝突の際に２次電子
が放出される。この２次電子の放出率（１個のイオンの
衝突によって放出される２次電子の個数＝２次電子放出
係数）は、被処理物の表面の材質によって異なる。その
ため、被処理物の表面上におけるプラズマ密度が均一と
なるように第１電極および第２電極への電力量を予め調
整していても、エッチング処理が進み、エッチング対象
物が除去されるなどして被処理物の表面の材質が変化す
ると、２次電子の放出量が変化する結果、プラズマ密度
が面内不均一になるおそれがある。
前記第１電極と前記第２電極とが対向する方向と直交す
る方向の磁界を形成する磁界形成工程をさらに含むこと
が好ましい。たとえば、プラズマ中のイオンを半導体基
板などの被処理物の表面に衝突させて行われるプラズマ
エッチング処理（イオンエッチング処理）では、プラズ
マ中のイオンと被処理物の表面との衝突の際に２次電子
が放出される。この２次電子の放出率（１個のイオンの
衝突によって放出される２次電子の個数＝２次電子放出
係数）は、被処理物の表面の材質によって異なる。その
ため、被処理物の表面上におけるプラズマ密度が均一と
なるように第１電極および第２電極への電力量を予め調
整していても、エッチング処理が進み、エッチング対象
物が除去されるなどして被処理物の表面の材質が変化す
ると、２次電子の放出量が変化する結果、プラズマ密度
が面内不均一になるおそれがある。
【００１１】そこで、請求項１に記載のように、半導体
基板にプラズマ処理を施している途中で、第２電極に供
給される高周波電力の大きさを調整（変更）することに
より、プラズマ処理の全期間を通じて、プラズマ中の電
子の分布をほぼ均一に保つことができる。これにより、
プラズマ処理の全期間を通じて、半導体基板上における
プラズマ密度をほぼ面内均一に保つことができ、半導体
基板の表面に均一なプラズマ処理を施すことができる。
基板にプラズマ処理を施している途中で、第２電極に供
給される高周波電力の大きさを調整（変更）することに
より、プラズマ処理の全期間を通じて、プラズマ中の電
子の分布をほぼ均一に保つことができる。これにより、
プラズマ処理の全期間を通じて、半導体基板上における
プラズマ密度をほぼ面内均一に保つことができ、半導体
基板の表面に均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００１２】また、半導体基板上におけるプラズマ密度
をほぼ面内均一に保つことができるので、半導体基板に
生じる自己バイアス電圧をほぼ均一に保つことができ、
自己バイアス電圧の不均一による半導体基板へのチャー
ジングダメージを抑制することができる。なお、請求項
２に記載のように、前記電力調整工程は、前記基板処理
工程を開始してから所定時間が経過したことに応答して
行われてもよい。
をほぼ面内均一に保つことができるので、半導体基板に
生じる自己バイアス電圧をほぼ均一に保つことができ、
自己バイアス電圧の不均一による半導体基板へのチャー
ジングダメージを抑制することができる。なお、請求項
２に記載のように、前記電力調整工程は、前記基板処理
工程を開始してから所定時間が経過したことに応答して
行われてもよい。
【００１３】また、請求項３に記載のように、前記基板
処理工程において半導体基板の表面の状態を監視する表
面状態監視工程をさらに含む場合には、前記電力調整工
程は、前記表面状態監視工程において被処理物の表面の
状態が変化したことに応答して行われてもよい。さら
に、請求項４に記載のように、前記電力調整工程におい
て、前記第２電極に供給される高周波電力の大きさは被
処理物の露出率に基づいて変更されることが好ましい。
処理工程において半導体基板の表面の状態を監視する表
面状態監視工程をさらに含む場合には、前記電力調整工
程は、前記表面状態監視工程において被処理物の表面の
状態が変化したことに応答して行われてもよい。さら
に、請求項４に記載のように、前記電力調整工程におい
て、前記第２電極に供給される高周波電力の大きさは被
処理物の露出率に基づいて変更されることが好ましい。
【００１４】請求項５記載の発明は、被処理物を載置す
ることができる載置面を有する第１電極と、この第１電
極の載置面に対向して配置された第２電極と、前記第１
電極に高周波電力を供給する第１電力供給手段と、前記
第２電極に高周波電力を供給する第２電力供給手段と、
前記第１電力供給手段および第２電力供給手段から前記
第１電極および第２電極にそれぞれ高周波電力が供給さ
れ、これにより発生したプラズマによる被処理物の処理
が開始された後に、前記第２電力供給手段から前記第２
電極に供給される高周波電力の大きさを変更する電力調
整手段とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置であ
る。
ることができる載置面を有する第１電極と、この第１電
極の載置面に対向して配置された第２電極と、前記第１
電極に高周波電力を供給する第１電力供給手段と、前記
第２電極に高周波電力を供給する第２電力供給手段と、
前記第１電力供給手段および第２電力供給手段から前記
第１電極および第２電極にそれぞれ高周波電力が供給さ
れ、これにより発生したプラズマによる被処理物の処理
が開始された後に、前記第２電力供給手段から前記第２
電極に供給される高周波電力の大きさを変更する電力調
整手段とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置であ
る。
【００１５】なお、前記第１電極および第２電極間に、
前記第１電極と前記第２電極とが対向する方向と直交す
る方向の磁界を形成する磁界形成手段をさらに含むこと
が好ましい。この構成によれば、請求項１に関連して述
べた効果と同様な効果を奏することができ、処理の全期
間においてプラズマ密度を面内均一に保つことができ、
これにより、被処理物に面内均一なプラズマ処理を施す
ことができ、かつ、被処理物へのチャージングダメージ
を抑制することができる。ゆえに、このプラズマ処理装
置を半導体装置の製造に用いた場合、プラズマ処理のむ
らやチャージングダメージの発生していない高品質な半
導体装置を製造することができる。
前記第１電極と前記第２電極とが対向する方向と直交す
る方向の磁界を形成する磁界形成手段をさらに含むこと
が好ましい。この構成によれば、請求項１に関連して述
べた効果と同様な効果を奏することができ、処理の全期
間においてプラズマ密度を面内均一に保つことができ、
これにより、被処理物に面内均一なプラズマ処理を施す
ことができ、かつ、被処理物へのチャージングダメージ
を抑制することができる。ゆえに、このプラズマ処理装
置を半導体装置の製造に用いた場合、プラズマ処理のむ
らやチャージングダメージの発生していない高品質な半
導体装置を製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）装置の構成を示す図解的な断面図である。この反応
性イオンエッチング装置は、マグネトロン方式の反応性
イオンエッチング装置であり、たとえば、被処理物とし
ての半導体ウエハＷの表面（半導体ウエハＷ上の露出
面。半導体ウエハＷ自身の表面またはその上に形成され
た薄膜の表面）にエッチング処理を施して、半導体ウエ
ハＷの表面に形成されている絶縁膜などの薄膜を微細パ
ターンに加工するために用いられる。
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）装置の構成を示す図解的な断面図である。この反応
性イオンエッチング装置は、マグネトロン方式の反応性
イオンエッチング装置であり、たとえば、被処理物とし
ての半導体ウエハＷの表面（半導体ウエハＷ上の露出
面。半導体ウエハＷ自身の表面またはその上に形成され
た薄膜の表面）にエッチング処理を施して、半導体ウエ
ハＷの表面に形成されている絶縁膜などの薄膜を微細パ
ターンに加工するために用いられる。
【００１７】この反応性イオンエッチング装置は、処理
チャンバ１と、この処理チャンバ１内で上下方向に対向
して配置された下部電極２および上部電極３と、処理チ
ャンバ１の外周面に沿って配置されたダイポールリング
マグネット（ＤＲＭ：DipoleRing Magnet）４とを有し
ている。下部電極２は、処理チャンバ１の底面を貫通し
て設けられた電極本体部２１と、この電極本体部２１の
上面に固定されたウエハ載置電極板２２とで構成されて
いる。電極本体部２１には、下部高周波電源５が接続さ
れており、この下部高周波電源５から所定周波数（たと
えば、１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力が印可されるよ
うになっている。また、ウエハ載置電極板２２の上面
は、被処理物としての半導体ウエハＷを載置するための
載置面となっている。
チャンバ１と、この処理チャンバ１内で上下方向に対向
して配置された下部電極２および上部電極３と、処理チ
ャンバ１の外周面に沿って配置されたダイポールリング
マグネット（ＤＲＭ：DipoleRing Magnet）４とを有し
ている。下部電極２は、処理チャンバ１の底面を貫通し
て設けられた電極本体部２１と、この電極本体部２１の
上面に固定されたウエハ載置電極板２２とで構成されて
いる。電極本体部２１には、下部高周波電源５が接続さ
れており、この下部高周波電源５から所定周波数（たと
えば、１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力が印可されるよ
うになっている。また、ウエハ載置電極板２２の上面
は、被処理物としての半導体ウエハＷを載置するための
載置面となっている。
【００１８】上部電極３は、下部電極２の上方に対向し
て配置されており、処理チャンバ１の天面を貫通して設
けられた電極中央部３１と、この電極中央部３１の周囲
に設けられたリング状の電極外周部３２とを含む。電極
外周部３２は、絶縁物３２１を介して処理チャンバ１の
天面に貫通して設けられている。電極中央部３１の下面
には、複数個のガス供給口３３が開口して形成されてい
る。電極中央部３１の内部には、ガス供給口３３と連通
したガス供給路３４が形成されており、このガス供給路
３４には、図示しないガス供給源から処理ガスとしての
エッチングガスが供給されるようになっている。エッチ
ングガスとしては、たとえば、Ａｒ／Ｃ 4Ｆ8／ＣＯやＯ
2などを用いることができる。
て配置されており、処理チャンバ１の天面を貫通して設
けられた電極中央部３１と、この電極中央部３１の周囲
に設けられたリング状の電極外周部３２とを含む。電極
外周部３２は、絶縁物３２１を介して処理チャンバ１の
天面に貫通して設けられている。電極中央部３１の下面
には、複数個のガス供給口３３が開口して形成されてい
る。電極中央部３１の内部には、ガス供給口３３と連通
したガス供給路３４が形成されており、このガス供給路
３４には、図示しないガス供給源から処理ガスとしての
エッチングガスが供給されるようになっている。エッチ
ングガスとしては、たとえば、Ａｒ／Ｃ 4Ｆ8／ＣＯやＯ
2などを用いることができる。
【００１９】電極中央部３１は、アース接続されてお
り、常にグランド電位に保たれている。一方、電極外周
部３２には、上部高周波電源６が接続されており、この
上部高周波電源６から所定周波数（たとえば、１００Ｍ
Ｈｚ）の高周波電力が印加されるようになっている。ま
た、この実施形態では、上部高周波電源６にコントロー
ラ７が接続されていて、このコントローラ７により、上
部高周波電源６から電極外周部３２に印加される高周波
電力の大きさが、エッチング処理を開始してからの経過
時間に応じて制御されるようになっている。
り、常にグランド電位に保たれている。一方、電極外周
部３２には、上部高周波電源６が接続されており、この
上部高周波電源６から所定周波数（たとえば、１００Ｍ
Ｈｚ）の高周波電力が印加されるようになっている。ま
た、この実施形態では、上部高周波電源６にコントロー
ラ７が接続されていて、このコントローラ７により、上
部高周波電源６から電極外周部３２に印加される高周波
電力の大きさが、エッチング処理を開始してからの経過
時間に応じて制御されるようになっている。
【００２０】ダイポールリングマグネット４は、下部電
極２と上部電極３との間に、下部電極２（ウエハ載置電
極板２２）の上面とほぼ平行な一方向の磁界Ｂを形成す
るためのものである。このダイポールリングマグネット
４は、たとえば、図２に示すように、処理チャンバ１の
中心を通る軸線Ｃを中心とする円周上に配置された３２
個のマグネットエレメント４１を備えている。これらの
マグネットエレメント４１は、一定の法則性をもって着
磁されている。すなわち、任意のマグネットエレメント
の中心と軸線Ｃとを結ぶ直線が磁界Ｂの方向に対してな
す角度をθとすると、そのマグネットエレメントが形成
する磁界の方向Ｂｅは、そのマグネットエレメントの中
心と軸線Ｃとを結ぶ直線に対して角度θをなすように着
磁されており、軸線Ｃに関して対称な位置にあるマグネ
ットエレメントは、互いに同じ方向の磁界を形成するよ
うになっている。
極２と上部電極３との間に、下部電極２（ウエハ載置電
極板２２）の上面とほぼ平行な一方向の磁界Ｂを形成す
るためのものである。このダイポールリングマグネット
４は、たとえば、図２に示すように、処理チャンバ１の
中心を通る軸線Ｃを中心とする円周上に配置された３２
個のマグネットエレメント４１を備えている。これらの
マグネットエレメント４１は、一定の法則性をもって着
磁されている。すなわち、任意のマグネットエレメント
の中心と軸線Ｃとを結ぶ直線が磁界Ｂの方向に対してな
す角度をθとすると、そのマグネットエレメントが形成
する磁界の方向Ｂｅは、そのマグネットエレメントの中
心と軸線Ｃとを結ぶ直線に対して角度θをなすように着
磁されており、軸線Ｃに関して対称な位置にあるマグネ
ットエレメントは、互いに同じ方向の磁界を形成するよ
うになっている。
【００２１】半導体ウエハＷの表面にエッチング処理を
施す際には、まず、半導体ウエハＷが、その表面を上方
に向けた状態で、下部電極２のウエハ載置電極板２２上
に載置される。次いで、図示しない排気機構によって処
理チャンバ１内の雰囲気が排気され、処理チャンバ１内
がほぼ真空状態にされた後、この処理チャンバ１内にガ
ス供給路３４およびガス供給口３３からエッチングガス
が導入される。その後、処理チャンバ１内に処理ガスが
充満した状態で、たとえば、下部高周波電源５から下部
電極２に約１５００Ｗの高周波電力が印加されるととも
に、上部高周波電源６から上部電極３に約２００Ｗの高
周波電力が印加される。これにより、処理チャンバ１内
にエッチングガスのプラズマが発生する。
施す際には、まず、半導体ウエハＷが、その表面を上方
に向けた状態で、下部電極２のウエハ載置電極板２２上
に載置される。次いで、図示しない排気機構によって処
理チャンバ１内の雰囲気が排気され、処理チャンバ１内
がほぼ真空状態にされた後、この処理チャンバ１内にガ
ス供給路３４およびガス供給口３３からエッチングガス
が導入される。その後、処理チャンバ１内に処理ガスが
充満した状態で、たとえば、下部高周波電源５から下部
電極２に約１５００Ｗの高周波電力が印加されるととも
に、上部高周波電源６から上部電極３に約２００Ｗの高
周波電力が印加される。これにより、処理チャンバ１内
にエッチングガスのプラズマが発生する。
【００２２】こうして発生したプラズマ中の電子は、下
部電極２および上部電極３に引き寄せられて、それぞれ
下部電極２上の半導体ウエハＷおよび上部電極３に入射
することにより、下部電極２上の半導体ウエハＷおよび
上部電極３に負の自己バイアス電圧を生じさせる。その
結果、半導体ウエハＷとプラズマとの間に電位差が生
じ、この電位差による電界（下部自己バイアス電界）Ｅ
１が半導体ウエハＷの表面付近に生じる。この下部自己
バイアス電界Ｅ１によって、プラズマ中のイオンが半導
体ウエハＷに向けて加速され、半導体ウエハＷの表面に
衝突することにより、半導体ウエハＷの表面に形成され
ている薄膜がエッチングされていく。
部電極２および上部電極３に引き寄せられて、それぞれ
下部電極２上の半導体ウエハＷおよび上部電極３に入射
することにより、下部電極２上の半導体ウエハＷおよび
上部電極３に負の自己バイアス電圧を生じさせる。その
結果、半導体ウエハＷとプラズマとの間に電位差が生
じ、この電位差による電界（下部自己バイアス電界）Ｅ
１が半導体ウエハＷの表面付近に生じる。この下部自己
バイアス電界Ｅ１によって、プラズマ中のイオンが半導
体ウエハＷに向けて加速され、半導体ウエハＷの表面に
衝突することにより、半導体ウエハＷの表面に形成され
ている薄膜がエッチングされていく。
【００２３】イオンが半導体ウエハＷの表面に衝突する
と、半導体ウエハＷの表面から２次電子が放出される。
この放出された２次電子は、下部自己バイアス電界Ｅ１
およびダイポールリングマグネット４によって形成され
ている磁界Ｂによるローレンツ力を受け、この下部自己
バイアス電界Ｅ１の方向および磁界Ｂの方向を含む面に
直交する方向（Ｅ１×Ｂ方向）にサイクロイド運動しな
がらドリフトする。これにより、２次電子をプラズマ中
で長い距離をドリフトさせることができるから、２次電
子と中性原子・分子との衝突頻度を高めることができ、
プラズマの高密度化を図ることができる。
と、半導体ウエハＷの表面から２次電子が放出される。
この放出された２次電子は、下部自己バイアス電界Ｅ１
およびダイポールリングマグネット４によって形成され
ている磁界Ｂによるローレンツ力を受け、この下部自己
バイアス電界Ｅ１の方向および磁界Ｂの方向を含む面に
直交する方向（Ｅ１×Ｂ方向）にサイクロイド運動しな
がらドリフトする。これにより、２次電子をプラズマ中
で長い距離をドリフトさせることができるから、２次電
子と中性原子・分子との衝突頻度を高めることができ、
プラズマの高密度化を図ることができる。
【００２４】一方、上部電極３に負の自己バイアス電圧
を生じることにより、上部電極３とプラズマとの間にも
電位差が生じ、この電位差による電界（上部自己バイア
ス電界）Ｅ２が上部電極３の下面付近に生じる。そのた
め、上部電極３の下面付近においては、プラズマ中の電
子が上部自己バイアス電界Ｅ２およびダイポールリング
マグネット４によって形成されている磁界Ｂによるロー
レンツ力を受け、この上部自己バイアス電界Ｅ２の方向
および磁界Ｂの方向を含む面に直交する方向（Ｅ２×Ｂ
方向）にサイクロイド運動しながらドリフトする。この
電子のドリフト方向（Ｅ２×Ｂ方向）は、半導体ウエハ
Ｗの表面付近における２次電子のドリフト方向（Ｅ１×
Ｂ方向）と逆方向となる。したがって、適当な強さの上
部自己バイアス電界Ｅ２が生じるように、上部電極３に
印加する高周波電力の大きさを設定しておけば、プラズ
マ中の電子をほぼ均一に分散させることができ、半導体
ウエハＷ上におけるプラズマの密度分布を面内均一にす
ることができる。
を生じることにより、上部電極３とプラズマとの間にも
電位差が生じ、この電位差による電界（上部自己バイア
ス電界）Ｅ２が上部電極３の下面付近に生じる。そのた
め、上部電極３の下面付近においては、プラズマ中の電
子が上部自己バイアス電界Ｅ２およびダイポールリング
マグネット４によって形成されている磁界Ｂによるロー
レンツ力を受け、この上部自己バイアス電界Ｅ２の方向
および磁界Ｂの方向を含む面に直交する方向（Ｅ２×Ｂ
方向）にサイクロイド運動しながらドリフトする。この
電子のドリフト方向（Ｅ２×Ｂ方向）は、半導体ウエハ
Ｗの表面付近における２次電子のドリフト方向（Ｅ１×
Ｂ方向）と逆方向となる。したがって、適当な強さの上
部自己バイアス電界Ｅ２が生じるように、上部電極３に
印加する高周波電力の大きさを設定しておけば、プラズ
マ中の電子をほぼ均一に分散させることができ、半導体
ウエハＷ上におけるプラズマの密度分布を面内均一にす
ることができる。
【００２５】こうして半導体ウエハＷの表面に形成され
ている薄膜のエッチングが進み、この薄膜により覆われ
ていた酸化膜（層間絶縁膜）や金属配線などの下層が露
出し始めると、半導体ウエハＷの表面からの２次電子の
放出量が変化する。すると、プラズマ中の電子の分布が
不均一になり、半導体ウエハＷ上におけるプラズマ密度
が面内不均一になる。そこで、この実施形態では、エッ
チング処理を開始してから上記下層が露出し始めるまで
に要する時間を実験などで調べて、第１次処理時間とし
てコントローラ７に記憶させている。そして、エッチン
グ処理の開始から第１次処理時間が経過すると、これ以
降もプラズマ中の電子の分布が均一になるように、コン
トローラ７によって上部高周波電源６が制御されて、上
部高周波電源６から上部電極３に印加される高周波電力
の大きさが約２００Ｗから約３００Ｗに変更される。こ
れにより、エッチング処理の全期間を通じて、半導体ウ
エハＷ上のプラズマ密度がほぼ面内均一に保たれる。
ている薄膜のエッチングが進み、この薄膜により覆われ
ていた酸化膜（層間絶縁膜）や金属配線などの下層が露
出し始めると、半導体ウエハＷの表面からの２次電子の
放出量が変化する。すると、プラズマ中の電子の分布が
不均一になり、半導体ウエハＷ上におけるプラズマ密度
が面内不均一になる。そこで、この実施形態では、エッ
チング処理を開始してから上記下層が露出し始めるまで
に要する時間を実験などで調べて、第１次処理時間とし
てコントローラ７に記憶させている。そして、エッチン
グ処理の開始から第１次処理時間が経過すると、これ以
降もプラズマ中の電子の分布が均一になるように、コン
トローラ７によって上部高周波電源６が制御されて、上
部高周波電源６から上部電極３に印加される高周波電力
の大きさが約２００Ｗから約３００Ｗに変更される。こ
れにより、エッチング処理の全期間を通じて、半導体ウ
エハＷ上のプラズマ密度がほぼ面内均一に保たれる。
【００２６】以上のようにこの実施形態によれば、エッ
チング処理の開始から第１次処理時間が経過した時点
で、上部高周波電源６から上部電極３に印加される高周
波電力の大きさを再調整することにより、エッチング処
理の全期間を通じて、プラズマ中の電子の分布がほぼ均
一になるようにしている。これにより、エッチング処理
の全期間を通じて、半導体ウエハＷ上におけるプラズマ
密度をほぼ面内均一に保つことができ、半導体ウエハＷ
の表面に均一なエッチング処理を、下層とのエッチング
選択比を面内で均一に保ちつつ施すことができる。
チング処理の開始から第１次処理時間が経過した時点
で、上部高周波電源６から上部電極３に印加される高周
波電力の大きさを再調整することにより、エッチング処
理の全期間を通じて、プラズマ中の電子の分布がほぼ均
一になるようにしている。これにより、エッチング処理
の全期間を通じて、半導体ウエハＷ上におけるプラズマ
密度をほぼ面内均一に保つことができ、半導体ウエハＷ
の表面に均一なエッチング処理を、下層とのエッチング
選択比を面内で均一に保ちつつ施すことができる。
【００２７】また、半導体ウエハＷ上におけるプラズマ
密度をほぼ面内均一に保つことができるので、半導体ウ
エハＷに生じる自己バイアス電圧Ｅ１をほぼ均一に保つ
ことができ、自己バイアス電圧Ｅ１の不均一による半導
体ウエハＷへのチャージングダメージを抑制することが
できる。なお、この実施形態では、エッチング処理の開
始から第１処理時間が経過した時点で、上部高周波電源
６から上部電極３に印加される高周波電力の大きさを再
調整するとしたが、たとえば、半導体ウエハＷの高周波
電圧・電流波形を監視しておき、これら波形の高調波成
分の振幅・位相差などが変化したことに基づいて終点検
出を行い、上部高周波電源６から上部電極３に印加され
る高周波電力の大きさを再調整するようにしてもよい。
すなわち、半導体ウエハＷの表面の薄膜がエッチング除
去されて下層が露出するなどして、半導体ウエハＷの表
面の状態が変化したことに基づき、上部高周波電源６か
ら上部電極３に印加される高周波電力の大きさを再調整
すればよい。
密度をほぼ面内均一に保つことができるので、半導体ウ
エハＷに生じる自己バイアス電圧Ｅ１をほぼ均一に保つ
ことができ、自己バイアス電圧Ｅ１の不均一による半導
体ウエハＷへのチャージングダメージを抑制することが
できる。なお、この実施形態では、エッチング処理の開
始から第１処理時間が経過した時点で、上部高周波電源
６から上部電極３に印加される高周波電力の大きさを再
調整するとしたが、たとえば、半導体ウエハＷの高周波
電圧・電流波形を監視しておき、これら波形の高調波成
分の振幅・位相差などが変化したことに基づいて終点検
出を行い、上部高周波電源６から上部電極３に印加され
る高周波電力の大きさを再調整するようにしてもよい。
すなわち、半導体ウエハＷの表面の薄膜がエッチング除
去されて下層が露出するなどして、半導体ウエハＷの表
面の状態が変化したことに基づき、上部高周波電源６か
ら上部電極３に印加される高周波電力の大きさを再調整
すればよい。
【００２８】また、半導体ウエハＷの表面の被エッチン
グ膜の露出率（レジストパターンの開口率）が異なる
と、２次電子放出係数の面積平均値が異なることに着目
し、被エッチング膜の露出率に応じて、上部高周波電源
６から上部電極３に印加される高周波電力の大きさを調
整することが好ましい。たとえば、シリコン酸化膜をエ
ッチングする場合、このシリコン酸化膜に比べてレジス
トパターンの２次電子放出係数は一般に小さいので、シ
リコン酸化膜の露出率が大きいほど、上部高周波電源６
から上部電極３に印加される高周波電力が大きく設定さ
れることが好ましい。
グ膜の露出率（レジストパターンの開口率）が異なる
と、２次電子放出係数の面積平均値が異なることに着目
し、被エッチング膜の露出率に応じて、上部高周波電源
６から上部電極３に印加される高周波電力の大きさを調
整することが好ましい。たとえば、シリコン酸化膜をエ
ッチングする場合、このシリコン酸化膜に比べてレジス
トパターンの２次電子放出係数は一般に小さいので、シ
リコン酸化膜の露出率が大きいほど、上部高周波電源６
から上部電極３に印加される高周波電力が大きく設定さ
れることが好ましい。
【００２９】さらに、この発明は他の形態で実施するこ
ともできる。たとえば、上述の実施形態では、反応性イ
オンエッチング装置を例にとって説明したが、この反応
性イオンエッチング装置に限定されず、たとえばプラズ
マアッシング装置やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor D
eposition）装置など、被処理物にプラズマによる処理
を施す装置に本発明を広く適用することができる。その
他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変
更を施すことが可能である。
ともできる。たとえば、上述の実施形態では、反応性イ
オンエッチング装置を例にとって説明したが、この反応
性イオンエッチング装置に限定されず、たとえばプラズ
マアッシング装置やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor D
eposition）装置など、被処理物にプラズマによる処理
を施す装置に本発明を広く適用することができる。その
他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変
更を施すことが可能である。
【図１】この発明の一実施形態に係る反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）装置の構成を示す図解的な断面図であ
る。
チング（ＲＩＥ）装置の構成を示す図解的な断面図であ
る。
【図２】ダイポールリングマグネットの構成を説明する
ための図解的な平面図である。
ための図解的な平面図である。
【符号の説明】 １ 処理チャンバ ２ 下部電極（第１電極） ３ 上部電極（第２電極） ４ ダイポールリングマグネット（磁界形成手段） ５ 下部高周波電源（第１電力供給手段） ６ 上部高周波電源（第２電力供給手段） ７ コントローラ（電力調整手段） Ｂ 磁界 Ｅ１ 下部自己バイアス電界 Ｅ２ 上部自己バイアス電界 Ｗ 半導体ウエハ（半導体基板、被処理物）
Claims (5)
- 【請求項１】半導体基板の表面にプラズマによる処理を
施して半導体装置を製造する方法であって、 第１電極の基板載置面上に半導体基板を載置する基板載
置工程と、 前記第１電極および前記第１電極の基板載置面に対向し
て配置された第２電極のそれぞれに高周波電力を供給し
てプラズマを発生させ、このプラズマによる処理を半導
体基板の表面に施す基板処理工程と、 この基板処理工程において前記第２電極に供給される高
周波電力の大きさを変更する電力調整工程とを含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】前記電力調整工程は、前記基板処理工程を
開始してから所定時間が経過したことに応答して行われ
ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３】前記基板処理工程において半導体基板の表
面の状態を監視する表面状態監視工程をさらに含み、 前記電力調整工程は、前記表面状態監視工程において被
処理物の表面の状態が変化したことに応答して行われる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項４】前記電力調整工程において、前記第２電極
に供給される高周波電力の大きさは被処理物の露出率に
基づいて変更されることを特徴とする請求項１ないし３
のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】被処理物を載置することができる載置面を
有する第１電極と、 この第１電極の載置面に対向して配置された第２電極
と、 前記第１電極に高周波電力を供給する第１電力供給手段
と、 前記第２電極に高周波電力を供給する第２電力供給手段
と、 前記第１電力供給手段および第２電力供給手段から前記
第１電極および第２電極にそれぞれ高周波電力が供給さ
れ、これにより発生したプラズマによる被処理物の処理
が開始された後に、前記第２電力供給手段から前記第２
電極に供給される高周波電力の大きさを変更する電力調
整手段とを含む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 |
|---|---|---|---|
| JP35933299A JP3686563B2 (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35933299A JP3686563B2 (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001176856A true JP2001176856A (ja) | 2001-06-29 |
| JP3686563B2 JP3686563B2 (ja) | 2005-08-24 |
Family
ID=18463979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35933299A Expired - Fee Related JP3686563B2 (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3686563B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05114585A (ja) * | 1991-10-23 | 1993-05-07 | Fujitsu Ltd | ドライエツチング方法 |
| JPH10335315A (ja) * | 1997-06-02 | 1998-12-18 | F O I:Kk | プラズマ発生装置 |
| JPH11111702A (ja) * | 1997-08-04 | 1999-04-23 | Toshiba Corp | 薄膜のドライエッチング方法および薄膜半導体装置の製造方法 |
| JPH11145118A (ja) * | 1997-11-06 | 1999-05-28 | Nec Corp | エッチング方法およびエッチング装置 |
-
1999
- 1999-12-17 JP JP35933299A patent/JP3686563B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05114585A (ja) * | 1991-10-23 | 1993-05-07 | Fujitsu Ltd | ドライエツチング方法 |
| JPH10335315A (ja) * | 1997-06-02 | 1998-12-18 | F O I:Kk | プラズマ発生装置 |
| JPH11111702A (ja) * | 1997-08-04 | 1999-04-23 | Toshiba Corp | 薄膜のドライエッチング方法および薄膜半導体装置の製造方法 |
| JPH11145118A (ja) * | 1997-11-06 | 1999-05-28 | Nec Corp | エッチング方法およびエッチング装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3686563B2 (ja) | 2005-08-24 |
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