JP3199306B2 - プラズマ処理装置および方法 - Google Patents
プラズマ処理装置および方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
および方法に関する。
および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程においては、マイクロ波
などを印加して得られる高周波電界により励起される反
応性プラズマを用いて、半導体ウェハやＬＣＤ用ガラス
基板など被処理体に対して、薄膜形成やエッチング加工
が行われている。これらのプラズマ処理工程では、反応
性プラズマ中のラジカルが重要な役割を果たしている。
そして、近年、要求される加工精度が高度に微細化する
につれ、反応性プラズマ中のラジカルをより高精度にか
つ高速に制御する技術が要求されている。
などを印加して得られる高周波電界により励起される反
応性プラズマを用いて、半導体ウェハやＬＣＤ用ガラス
基板など被処理体に対して、薄膜形成やエッチング加工
が行われている。これらのプラズマ処理工程では、反応
性プラズマ中のラジカルが重要な役割を果たしている。
そして、近年、要求される加工精度が高度に微細化する
につれ、反応性プラズマ中のラジカルをより高精度にか
つ高速に制御する技術が要求されている。
【０００３】この点、従来は、プラズマ源に印加される
電力、処理室内の圧力などの各種パラメータを制御する
ことにより、反応性プラズマ中のラジカルを間接的に制
御するように試みていた。しかし、これらのパラメータ
は相互に相対的に変化するため、ラジカルのみを高精度
に制御することは困難であった。また、間接的な制御方
法であるため、ラジカルの状態を高速に最適化すること
も困難であった。さらに、同一の処理条件であっても、
反応容器壁の汚れなどの原因によりプロセスの再現性は
難しく、かかる点からも、ラジカルの高精度な制御が困
難であった。
電力、処理室内の圧力などの各種パラメータを制御する
ことにより、反応性プラズマ中のラジカルを間接的に制
御するように試みていた。しかし、これらのパラメータ
は相互に相対的に変化するため、ラジカルのみを高精度
に制御することは困難であった。また、間接的な制御方
法であるため、ラジカルの状態を高速に最適化すること
も困難であった。さらに、同一の処理条件であっても、
反応容器壁の汚れなどの原因によりプロセスの再現性は
難しく、かかる点からも、ラジカルの高精度な制御が困
難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のプラ
ズマ処理装置および方法が有する上記のような問題点に
鑑みて成されたものであり、処理室内の反応性プラズマ
中、若しくはリモートプラズマ中の粒子を、高い再現性
をもって高速にかつ高精度に制御することが可能な新規
かつ改良されたプラズマ処理装置および方法を提供する
ことを目的としている。
ズマ処理装置および方法が有する上記のような問題点に
鑑みて成されたものであり、処理室内の反応性プラズマ
中、若しくはリモートプラズマ中の粒子を、高い再現性
をもって高速にかつ高精度に制御することが可能な新規
かつ改良されたプラズマ処理装置および方法を提供する
ことを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明の第１の観点によれば，プラズマ生成室にお
いてパルス変調可能な高周波電界により励起された反応
性プラズマをプラズマ処理室に導入して，プラズマ処理
室内に載置された被処理体をエッチング処理するプラズ
マ処理方法であって，プラズマ生成室及び／又はプラズ
マ処理室内に存在するプラズマ中の粒子密度及び／又は
組成を赤外吸収分光法により計測する工程と，計測され
た粒子密度及び／又は組成に応じて，高周波電界をパル
ス変調して，粒子密度及び／又は組成を所定値に制御す
る工程とを有し，パルス変調は，パルスの周期及び／又
は出力を変化させるものであると共に，前記プラズマ中
の粒子密度及び／又は組成の測定は，前記被処理体の直
上略５ｍｍから略１０ｍｍの位置で行われる，ことを特
徴とするものである。
に，本発明の第１の観点によれば，プラズマ生成室にお
いてパルス変調可能な高周波電界により励起された反応
性プラズマをプラズマ処理室に導入して，プラズマ処理
室内に載置された被処理体をエッチング処理するプラズ
マ処理方法であって，プラズマ生成室及び／又はプラズ
マ処理室内に存在するプラズマ中の粒子密度及び／又は
組成を赤外吸収分光法により計測する工程と，計測され
た粒子密度及び／又は組成に応じて，高周波電界をパル
ス変調して，粒子密度及び／又は組成を所定値に制御す
る工程とを有し，パルス変調は，パルスの周期及び／又
は出力を変化させるものであると共に，前記プラズマ中
の粒子密度及び／又は組成の測定は，前記被処理体の直
上略５ｍｍから略１０ｍｍの位置で行われる，ことを特
徴とするものである。
【０００６】上記プラズマ処理方法において，パルス変
調の制御をする際には，請求項２に記載のように，前記
パルス変調の制御は，プラズマ処理室及び／又はプラズ
マ生成室のプラズマ中のラジカルの組成が一定となるよ
うに，パルスの周期及び／又はデューティ比及び／又は
パワーを変化させることが好ましい。また，反応性プラ
ズマは，請求項３に記載のように，少なくともフルオロ
カーボンを含む反応性ガスをプラズマ化して得られるも
のであることが好ましく，さらに，特定すれば，請求項
４に記載のように，反応性プラズマは，少なくともＣ
Ｆ，ＣＦ２，ＣＦ３，ＦのラジカルとＣＦ＋イオンを含
み，ＣＦ／ＦとＣＦ＋及び／又はＣＦ２／ＦとＣＦ＋の
ラジカル及びイオンの組成が一定になるように前記パル
ス変調の制御を行うことが好ましい。
調の制御をする際には，請求項２に記載のように，前記
パルス変調の制御は，プラズマ処理室及び／又はプラズ
マ生成室のプラズマ中のラジカルの組成が一定となるよ
うに，パルスの周期及び／又はデューティ比及び／又は
パワーを変化させることが好ましい。また，反応性プラ
ズマは，請求項３に記載のように，少なくともフルオロ
カーボンを含む反応性ガスをプラズマ化して得られるも
のであることが好ましく，さらに，特定すれば，請求項
４に記載のように，反応性プラズマは，少なくともＣ
Ｆ，ＣＦ２，ＣＦ３，ＦのラジカルとＣＦ＋イオンを含
み，ＣＦ／ＦとＣＦ＋及び／又はＣＦ２／ＦとＣＦ＋の
ラジカル及びイオンの組成が一定になるように前記パル
ス変調の制御を行うことが好ましい。
【０００７】本発明の第２の観点によれば，パルス変調
可能な高周波電界により反応性プラズマを励起するプラ
ズマ生成室と，そのプラズマ生成室と連通した載置台に
パルス変調可能な高周波電界を印加する機構と，該載置
台に載置された被処理体を処理するプラズマ処理室とを
備えたプラズマ処理装置が提供される。そして，このプ
ラズマ処理装置は，請求項５に記載のように，プラズマ
生成室内の反応性プラズマ中及び／又はプラズマ処理室
の載置台の上部空間に存在するプラズマに所定波長の赤
外光を照射して，プラズマの粒子密度及び／又は組成を
測定する赤外吸収分光手段と，その赤外吸収分光手段に
より測定された粒子密度及び／又は組成に応じて，反応
性プラズマを励起する高周波電界及び載置台に印加する
高周波電界をパルス変調する制御器と，を有し，パルス
変調は，パルスの周期及び／又は出力を変化させるもの
であると共に，前記赤外吸収分光手段は，前記被処理体
の直上略５ｍｍから略１０ｍｍの位置にある前記プラズ
マ中の粒子密度及び／又は組成の測定を行うように設置
される，ことを特徴としている。
可能な高周波電界により反応性プラズマを励起するプラ
ズマ生成室と，そのプラズマ生成室と連通した載置台に
パルス変調可能な高周波電界を印加する機構と，該載置
台に載置された被処理体を処理するプラズマ処理室とを
備えたプラズマ処理装置が提供される。そして，このプ
ラズマ処理装置は，請求項５に記載のように，プラズマ
生成室内の反応性プラズマ中及び／又はプラズマ処理室
の載置台の上部空間に存在するプラズマに所定波長の赤
外光を照射して，プラズマの粒子密度及び／又は組成を
測定する赤外吸収分光手段と，その赤外吸収分光手段に
より測定された粒子密度及び／又は組成に応じて，反応
性プラズマを励起する高周波電界及び載置台に印加する
高周波電界をパルス変調する制御器と，を有し，パルス
変調は，パルスの周期及び／又は出力を変化させるもの
であると共に，前記赤外吸収分光手段は，前記被処理体
の直上略５ｍｍから略１０ｍｍの位置にある前記プラズ
マ中の粒子密度及び／又は組成の測定を行うように設置
される，ことを特徴としている。
【０００８】かかるプラズマ処理装置の制御器は，請求
項６に記載のように，プラズマ処理室及び／又はプラズ
マ生成室のプラズマ中のラジカルの組成が一定となるよ
うに，パルスの周期及び／又はデューティ比及び／又は
パワーを変化させるものであることが好ましい。また，
反応性プラズマは，請求項７に記載のように，少なくと
もＳｉＨ３ラジカル及び／又はＣＨ３ラジカル及び／又
はＣｌラジカルを含み，ＳｉＨ３ラジカル及び／又はＣ
Ｈ３ラジカル及び／又はＣｌラジカルの密度が一定にな
るよう前記パルス変調の制御が行われることが好まし
い。あるいは請求項８に記載のように，反応性プラズマ
は，少なくともＣＦ，ＣＦ２，ＣＦ３，Ｆのラジカルと
ＣＦ＋イオンを含み，ＣＦ／ＦとＣＦ＋及び／又はＣＦ
２／ＦとＣＦ＋のラジカル及びイオンの組成が一定にな
るように前記パルス変調の制御を行うことが好ましい。
項６に記載のように，プラズマ処理室及び／又はプラズ
マ生成室のプラズマ中のラジカルの組成が一定となるよ
うに，パルスの周期及び／又はデューティ比及び／又は
パワーを変化させるものであることが好ましい。また，
反応性プラズマは，請求項７に記載のように，少なくと
もＳｉＨ３ラジカル及び／又はＣＨ３ラジカル及び／又
はＣｌラジカルを含み，ＳｉＨ３ラジカル及び／又はＣ
Ｈ３ラジカル及び／又はＣｌラジカルの密度が一定にな
るよう前記パルス変調の制御が行われることが好まし
い。あるいは請求項８に記載のように，反応性プラズマ
は，少なくともＣＦ，ＣＦ２，ＣＦ３，Ｆのラジカルと
ＣＦ＋イオンを含み，ＣＦ／ＦとＣＦ＋及び／又はＣＦ
２／ＦとＣＦ＋のラジカル及びイオンの組成が一定にな
るように前記パルス変調の制御を行うことが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら、
本発明にかかるプラズマ処理装置および方法をマイクロ
波を利用したＥＣＲプラズマ処理装置に適用した実施の
一形態について詳細に説明する。
本発明にかかるプラズマ処理装置および方法をマイクロ
波を利用したＥＣＲプラズマ処理装置に適用した実施の
一形態について詳細に説明する。
【００１０】図１に本発明を適用したＥＣＲプラズマ処
理装置の構成の一例を示す。同図中、１は、処理室を形
成する真空容器であり、この真空容器１の上部には、Ｅ
ＣＲ放電を発生する放電室２が連結されている。放電室
２には、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入する
ための導波管３が石英などの誘電体から成る窓３ａを介
して接続されている。さらに、導波管３はマイクロ波電
源４に接続されている。マイクロ波電源４は、パルス発
生装置５に接続され、これによりその出力はパルス状波
形から連続波形まで任意に制御可能である。また、例え
ばＨｅ等の不活性ガスおよび三フッ化メタン（ＣＨＦ
３）等の反応性ガス（Ａ）を導入するための第１の導入
口６が放電室２に取り付けられている。７は放電室２の
外壁を水冷するために設けられた冷却機構であり、冷却
機構７の外側には、磁気コイル８が放電室２を取囲んで
取り付けられている。放電室２においてマイクロ波で放
電が生起し、その放電中で電子がサイクロトロン運動す
るように磁気コイル８により、例えば８７５ガウス程度
の磁界が与えられて高密度のプラズマが生成される。
理装置の構成の一例を示す。同図中、１は、処理室を形
成する真空容器であり、この真空容器１の上部には、Ｅ
ＣＲ放電を発生する放電室２が連結されている。放電室
２には、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入する
ための導波管３が石英などの誘電体から成る窓３ａを介
して接続されている。さらに、導波管３はマイクロ波電
源４に接続されている。マイクロ波電源４は、パルス発
生装置５に接続され、これによりその出力はパルス状波
形から連続波形まで任意に制御可能である。また、例え
ばＨｅ等の不活性ガスおよび三フッ化メタン（ＣＨＦ
３）等の反応性ガス（Ａ）を導入するための第１の導入
口６が放電室２に取り付けられている。７は放電室２の
外壁を水冷するために設けられた冷却機構であり、冷却
機構７の外側には、磁気コイル８が放電室２を取囲んで
取り付けられている。放電室２においてマイクロ波で放
電が生起し、その放電中で電子がサイクロトロン運動す
るように磁気コイル８により、例えば８７５ガウス程度
の磁界が与えられて高密度のプラズマが生成される。
【００１１】一方、真空容器１の内部には、電極として
の載置台９が設置され、この載置台９上に静電チャック
１０などの吸着手段を介して被処理体Ｗとしてのウェハ
等が載置されている。静電チャック１０はポリイミド樹
脂などの絶縁材料製の薄膜間に板状電極１０ａを介装し
たもので、この電極１０ａに電源１０ｂより直流の高圧
電流を印加することにより、被処理体Ｗをクーロン力に
より吸着できるものである。また、載置台９には、液体
窒素を循環させることが可能な冷却ジャケットなどの冷
却装置１１やヒータ１２などから成る温調手段が設けら
れており、被処理体Ｗを所望の温度に温調することがで
きる。１３は、伝熱ガス供給機構であり、静電チャック
１０に穿設された複数の孔からヘリウムなどのバックク
ーリングガスを被処理体Ｗの裏面に供給することによ
り、載置台９から被処理体Ｗに至る伝熱の効率を高める
ための機構である。
の載置台９が設置され、この載置台９上に静電チャック
１０などの吸着手段を介して被処理体Ｗとしてのウェハ
等が載置されている。静電チャック１０はポリイミド樹
脂などの絶縁材料製の薄膜間に板状電極１０ａを介装し
たもので、この電極１０ａに電源１０ｂより直流の高圧
電流を印加することにより、被処理体Ｗをクーロン力に
より吸着できるものである。また、載置台９には、液体
窒素を循環させることが可能な冷却ジャケットなどの冷
却装置１１やヒータ１２などから成る温調手段が設けら
れており、被処理体Ｗを所望の温度に温調することがで
きる。１３は、伝熱ガス供給機構であり、静電チャック
１０に穿設された複数の孔からヘリウムなどのバックク
ーリングガスを被処理体Ｗの裏面に供給することによ
り、載置台９から被処理体Ｗに至る伝熱の効率を高める
ための機構である。
【００１２】載置台９には、マッチング回路１４を介し
てバイアス用高周波電力印加用の高周波電源１５が接続
されている。高周波電源１５には、パルス発生装置１６
が接続され、これにより高周波電源１５の高周波出力は
パルス状波形から連続波形まで任意に制御可能である。
従って、この電極９には、上記高周波の印加によりマイ
ナス数１０〜マイナス３００Ｖ程度のバイアスが生じ
る。また、真空容器１には、例えばＨｅ等の不活性ガス
および三フッ化メタン（ＣＨＦ３）等の反応性ガス
（Ｂ）を導入するための第２の導入口１７が取り付けら
れるとともに、不図示の真空ポンプなどの真空排気装置
に通じる排気管１８が接続されている。各ガス導入口
６、１７から原料ガス、例えばフルオロカーボンを含む
反応ガスが一定量導入されるとともに、排気管１８を介
して排気を行うことにより、装置真空容器１および放電
室２内は、所定のガス圧力に保たれる。
てバイアス用高周波電力印加用の高周波電源１５が接続
されている。高周波電源１５には、パルス発生装置１６
が接続され、これにより高周波電源１５の高周波出力は
パルス状波形から連続波形まで任意に制御可能である。
従って、この電極９には、上記高周波の印加によりマイ
ナス数１０〜マイナス３００Ｖ程度のバイアスが生じ
る。また、真空容器１には、例えばＨｅ等の不活性ガス
および三フッ化メタン（ＣＨＦ３）等の反応性ガス
（Ｂ）を導入するための第２の導入口１７が取り付けら
れるとともに、不図示の真空ポンプなどの真空排気装置
に通じる排気管１８が接続されている。各ガス導入口
６、１７から原料ガス、例えばフルオロカーボンを含む
反応ガスが一定量導入されるとともに、排気管１８を介
して排気を行うことにより、装置真空容器１および放電
室２内は、所定のガス圧力に保たれる。
【００１３】さらに、処理容器１の側壁には、石英など
の光透過性材料から成る少なくとも２つの窓１９が相対
向する位置に設けられている。これらの窓を介して、所
定波長の赤外半導体レーザを出射するレーザ光源２０ａ
と、このレーザ光源２０ａから出射され真空処理容器１
内を（従って、反応性プラズマ中を）通過した赤外半導
体レーザを検出する検出装置２０ｂが設置されている。
このレーザ光源２０ａと検出装置２０ｂは、赤外半導体
レーザ吸収分光装置２０を成すもので、検出装置２０ｂ
により検出される赤外半導体レーザのスペクトルの変化
により、真空処理容器１内のプラズマ粒子、例えばラジ
カル、イオン、原子および分子などの密度や組成を計測
することが可能なものである。そして、検出装置２０ｂ
により計測された粒子の密度や組成に関する計測データ
は主制御器２１に送られ、後述するように、パルス発生
装置５またはパルス発生装置１６により、マイクロ波出
力またはバイアス用高周波出力をパルス変調するために
使用することができる。
の光透過性材料から成る少なくとも２つの窓１９が相対
向する位置に設けられている。これらの窓を介して、所
定波長の赤外半導体レーザを出射するレーザ光源２０ａ
と、このレーザ光源２０ａから出射され真空処理容器１
内を（従って、反応性プラズマ中を）通過した赤外半導
体レーザを検出する検出装置２０ｂが設置されている。
このレーザ光源２０ａと検出装置２０ｂは、赤外半導体
レーザ吸収分光装置２０を成すもので、検出装置２０ｂ
により検出される赤外半導体レーザのスペクトルの変化
により、真空処理容器１内のプラズマ粒子、例えばラジ
カル、イオン、原子および分子などの密度や組成を計測
することが可能なものである。そして、検出装置２０ｂ
により計測された粒子の密度や組成に関する計測データ
は主制御器２１に送られ、後述するように、パルス発生
装置５またはパルス発生装置１６により、マイクロ波出
力またはバイアス用高周波出力をパルス変調するために
使用することができる。
【００１４】さて、ガス導入口６を介して放電室２に導
入された三フッ化メタン（ＣＨＦ３）は、マイクロ波に
よる高周波電界により反応性プラズマＰになり、Ｆ、Ｃ
Ｆ、ＣＦ２、ＣＦ３等のラジカルおよびＣＦ＋等のイオ
ンが発生する。図示の例では、反応性プラズマＰは、放
電室２から真空容器１内に向けて展開している。反応性
プラズマＰに含まれるラジカルは、被処理体Ｗ上で重合
し、ポリマー薄膜が成長する。あるいは、被処理体Ｗに
高周波電源１５より高周波出力を印加すれば、この高周
波により被処理体Ｗ表面にセルフバイアス電圧が誘起さ
れ、このバイアス電圧によりプラズマからイオンが引き
出されて被処理基板Ｗが衝撃される。従って、このイオ
ン衝撃により被処理体Ｗのエッチングが生じる。また、
高周波電源１５の出力を適宜調整することにより、被処
理体Ｗ表面に高周波印加によるプラズマを発生させるこ
とも可能である。
入された三フッ化メタン（ＣＨＦ３）は、マイクロ波に
よる高周波電界により反応性プラズマＰになり、Ｆ、Ｃ
Ｆ、ＣＦ２、ＣＦ３等のラジカルおよびＣＦ＋等のイオ
ンが発生する。図示の例では、反応性プラズマＰは、放
電室２から真空容器１内に向けて展開している。反応性
プラズマＰに含まれるラジカルは、被処理体Ｗ上で重合
し、ポリマー薄膜が成長する。あるいは、被処理体Ｗに
高周波電源１５より高周波出力を印加すれば、この高周
波により被処理体Ｗ表面にセルフバイアス電圧が誘起さ
れ、このバイアス電圧によりプラズマからイオンが引き
出されて被処理基板Ｗが衝撃される。従って、このイオ
ン衝撃により被処理体Ｗのエッチングが生じる。また、
高周波電源１５の出力を適宜調整することにより、被処
理体Ｗ表面に高周波印加によるプラズマを発生させるこ
とも可能である。
【００１５】さて、かかる構成によるプラズマ処理装置
によれば、マイクロ波電源４から発生するマイクロ波出
力をパルス発生装置５にて変調し、あるいは、高周波電
源１５から発生する高周波出力をパルス発生装置１６に
より変調し、あるいはマイクロ波出力および高周波出力
の印加を時分割し、適宜組み合わせることにより、真空
容器１内におけるラジカルの密度および組成を制御する
ことが可能である。その際に、本発明によれば、赤外半
導体レーザ吸収分光装置２０により、反応性プラズマ中
の粒子、例えばラジカル、イオン、原子および分子の密
度や組成を計測し、その計測値を制御器２１を介して、
マイクロ波電源４用のパルス発生装置５や高周波電源１
５用のパルス発生装置１３にフィードバックしながら、
反応性プラズマ中の粒子、例えばラジカル、イオン、原
子および分子の密度や組成が所望の値になるように、マ
イクロ波出力あるいは高周波出力をパルス変調すること
ができる。すなわち、本実施の形態によれば、エッチン
グや薄膜形成に重要な影響を与えるラジカル組成をリア
ルタイムで計測し、計測値をパルス変調にフィードバッ
クしながらラジカルのみを高精度で制御できるため、再
現性に優れた高精度エッチングおよび薄膜形成が可能と
なる。
によれば、マイクロ波電源４から発生するマイクロ波出
力をパルス発生装置５にて変調し、あるいは、高周波電
源１５から発生する高周波出力をパルス発生装置１６に
より変調し、あるいはマイクロ波出力および高周波出力
の印加を時分割し、適宜組み合わせることにより、真空
容器１内におけるラジカルの密度および組成を制御する
ことが可能である。その際に、本発明によれば、赤外半
導体レーザ吸収分光装置２０により、反応性プラズマ中
の粒子、例えばラジカル、イオン、原子および分子の密
度や組成を計測し、その計測値を制御器２１を介して、
マイクロ波電源４用のパルス発生装置５や高周波電源１
５用のパルス発生装置１３にフィードバックしながら、
反応性プラズマ中の粒子、例えばラジカル、イオン、原
子および分子の密度や組成が所望の値になるように、マ
イクロ波出力あるいは高周波出力をパルス変調すること
ができる。すなわち、本実施の形態によれば、エッチン
グや薄膜形成に重要な影響を与えるラジカル組成をリア
ルタイムで計測し、計測値をパルス変調にフィードバッ
クしながらラジカルのみを高精度で制御できるため、再
現性に優れた高精度エッチングおよび薄膜形成が可能と
なる。
【００１６】なお、本発明にかかるフィードバック制御
の目標値である反応性プラズマ粒子の密度や組成は、被
処理体の種類、プロセスの種類、プロセス条件などによ
って大きく異なるため、プロセスに応じてその都度実験
等により設定することが好ましい。また、パルス変調の
方法としては、マイクロ波電源４のマイクロ波出力、あ
るいは高周波電源１５の高周波出力の周期やデューティ
比、さらにＯＮ／ＯＦＦのみではなく、パワーのＨｉ／
Ｌｏなどを変化させることが可能であり、プロセスに応
じて最適なパルス変調方式を採用することができる。ま
た、パルス波形は方形波に限らず三角波あるいはノコギ
リ波であってもよい。
の目標値である反応性プラズマ粒子の密度や組成は、被
処理体の種類、プロセスの種類、プロセス条件などによ
って大きく異なるため、プロセスに応じてその都度実験
等により設定することが好ましい。また、パルス変調の
方法としては、マイクロ波電源４のマイクロ波出力、あ
るいは高周波電源１５の高周波出力の周期やデューティ
比、さらにＯＮ／ＯＦＦのみではなく、パワーのＨｉ／
Ｌｏなどを変化させることが可能であり、プロセスに応
じて最適なパルス変調方式を採用することができる。ま
た、パルス波形は方形波に限らず三角波あるいはノコギ
リ波であってもよい。
【００１７】また、赤外半導体レーザ吸収分光装置２０
により、反応性プラズマ中の粒子、例えばラジカル、イ
オン、原子および分子の密度や組成を計測する位置とし
ては、被処理体Ｗの反応面の直上が好ましく、例えば、
被処理体Ｗの５ｍｍ〜１０ｍｍ上部の反応性プラズマ中
の粒子の密度および組成を計測することにより、プロセ
スに強い影響を与えるラジカルのより真値に近い値を計
測することが可能となり、より高精度のプロセス制御が
可能となる。
により、反応性プラズマ中の粒子、例えばラジカル、イ
オン、原子および分子の密度や組成を計測する位置とし
ては、被処理体Ｗの反応面の直上が好ましく、例えば、
被処理体Ｗの５ｍｍ〜１０ｍｍ上部の反応性プラズマ中
の粒子の密度および組成を計測することにより、プロセ
スに強い影響を与えるラジカルのより真値に近い値を計
測することが可能となり、より高精度のプロセス制御が
可能となる。
【００１８】なお、プラズマ放電室２と真空容器１内で
は、プラズマの有するエネルギー（電子温度）が異なっ
ている（すなわち、前者のプラズマエネルギーは後者の
ものよりも高い。）。そのため、図示の実施の形態で
は、ガス導入口６、１７から、エネルギーの異なるプラ
ズマに対して異なる種類のガスを導入することで、様々
なプラズマ条件を生じさせることができるように構成さ
れている。しかし、本発明はかかる例に限定されず、単
一の処理ガスを導入し、その処理ガスをプラズマ化する
ように構成することもできることは言うまでもない。
は、プラズマの有するエネルギー（電子温度）が異なっ
ている（すなわち、前者のプラズマエネルギーは後者の
ものよりも高い。）。そのため、図示の実施の形態で
は、ガス導入口６、１７から、エネルギーの異なるプラ
ズマに対して異なる種類のガスを導入することで、様々
なプラズマ条件を生じさせることができるように構成さ
れている。しかし、本発明はかかる例に限定されず、単
一の処理ガスを導入し、その処理ガスをプラズマ化する
ように構成することもできることは言うまでもない。
【００１９】次に、図１に示すＥＣＲプラズマ処理装置
を用いて、シリコンあるいはシリコン窒化膜にシリコン
酸化膜が形成された半導体ウェハなどの被処理体を、少
なくともフルオロカーボンを含む反応ガスをプラズマ化
することによりエッチング処理する一実施例について説
明する。
を用いて、シリコンあるいはシリコン窒化膜にシリコン
酸化膜が形成された半導体ウェハなどの被処理体を、少
なくともフルオロカーボンを含む反応ガスをプラズマ化
することによりエッチング処理する一実施例について説
明する。
【００２０】まず、放電室２に少なくともフルオロカー
ボンを含む反応ガスを導入し、圧力０．４Ｐａに保つ。
マイクロ波は、周期５０μｓｅｃとし、パルス発生装置
５によりマイクロ波電源出力を時分割し、マイクロ波パ
ワー１０００Ｗにて、デューティ比を１〜１００％（連
続）まで変化させ、マイクロ波パワーの変調を行った。
この場合、被処理体Ｗとして、ＳｉＯ２上に適当なエッ
チングパターンを形成したものを用いた。被処理体Ｗに
４００ＫＨｚの高周波を引加し、バイアス２５０Ｖの電
圧を被処理体Ｗの表面に引加した。また、真空容器１に
設置した赤外半導体レーザ吸収分光装置２０を用いて、
被処理体Ｗの１０ｍｍ上部におけるＣＦ、ＣＦ２、ＣＦ
３、Ｆのラジカル密度およびＣＦ＋イオン密度を測定し
た。
ボンを含む反応ガスを導入し、圧力０．４Ｐａに保つ。
マイクロ波は、周期５０μｓｅｃとし、パルス発生装置
５によりマイクロ波電源出力を時分割し、マイクロ波パ
ワー１０００Ｗにて、デューティ比を１〜１００％（連
続）まで変化させ、マイクロ波パワーの変調を行った。
この場合、被処理体Ｗとして、ＳｉＯ２上に適当なエッ
チングパターンを形成したものを用いた。被処理体Ｗに
４００ＫＨｚの高周波を引加し、バイアス２５０Ｖの電
圧を被処理体Ｗの表面に引加した。また、真空容器１に
設置した赤外半導体レーザ吸収分光装置２０を用いて、
被処理体Ｗの１０ｍｍ上部におけるＣＦ、ＣＦ２、ＣＦ
３、Ｆのラジカル密度およびＣＦ＋イオン密度を測定し
た。
【００２１】そして、赤外半導体レーザ吸収分光装置２
０の測定値に応じて、反応性プラズマ中のラジカルの組
成（ＣＦ／Ｆ、ＣＦ２／Ｆ）若しくはラジカルの組成と
イオンの組成が一定になるように、マイクロ波出力の周
期およびデューティ比を変化させた。その結果、本実施
例によれば、高精度にかつ高速に、反応性プラズマ中の
ラジカルの組成のみをフィードバック制御することがで
きた。
０の測定値に応じて、反応性プラズマ中のラジカルの組
成（ＣＦ／Ｆ、ＣＦ２／Ｆ）若しくはラジカルの組成と
イオンの組成が一定になるように、マイクロ波出力の周
期およびデューティ比を変化させた。その結果、本実施
例によれば、高精度にかつ高速に、反応性プラズマ中の
ラジカルの組成のみをフィードバック制御することがで
きた。
【００２２】このエッチング特性を評価しところ、シリ
コン酸化膜のエッチング速度６０００オングストローム
／ｓｅｃで、対シリコンエッチング選択比５０、対シリ
コン窒化膜選択比２５の高選択比エッチングが可能であ
った。シリコン酸化膜のエッチングパターン形状をＳＥ
Ｍにより観測したところ、０．３μｍまでの微細パター
ンに対してほぼ垂直であることが判った。
コン酸化膜のエッチング速度６０００オングストローム
／ｓｅｃで、対シリコンエッチング選択比５０、対シリ
コン窒化膜選択比２５の高選択比エッチングが可能であ
った。シリコン酸化膜のエッチングパターン形状をＳＥ
Ｍにより観測したところ、０．３μｍまでの微細パター
ンに対してほぼ垂直であることが判った。
【００２３】さらに、経時変化を調べるために、ウェハ
（５０００枚）について酸化膜／シリコンのエッチング
特性を評価したところ、ラジカル組成のフィードバック
を行わない場合は、１０００枚あたりからエッチング速
度、選択比のばらつきが生じ、エッチング再現性の低下
が観測された。一方、フィードバックを行った場合は、
５０００枚のウェハすべてにおいて良好なエッチング特
性が得られ、高い再現性が得られる。
（５０００枚）について酸化膜／シリコンのエッチング
特性を評価したところ、ラジカル組成のフィードバック
を行わない場合は、１０００枚あたりからエッチング速
度、選択比のばらつきが生じ、エッチング再現性の低下
が観測された。一方、フィードバックを行った場合は、
５０００枚のウェハすべてにおいて良好なエッチング特
性が得られ、高い再現性が得られる。
【００２４】以上、本発明をマイクロ波プラズマ処理装
置に適用した実施の一形態について説明したが、本発明
はかかる例に限定されない。本発明は、真空容器内の反
応性プラズマをパルス変調制御することが可能な各種プ
ラズマ処理装置、例えば、平行平板型プラズマ処理装
置、誘導結合プラズマ処理装置などにも適用できること
は言うまでもない。
置に適用した実施の一形態について説明したが、本発明
はかかる例に限定されない。本発明は、真空容器内の反
応性プラズマをパルス変調制御することが可能な各種プ
ラズマ処理装置、例えば、平行平板型プラズマ処理装
置、誘導結合プラズマ処理装置などにも適用できること
は言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、エッチングおよび薄膜
形成に重要な影響を与える反応性プラズマ中のラジカル
の密度や組成を赤外半導体レーザ吸収分光装置によりリ
アルタイムで計測し、その計測値をフィードバックしな
がらパルス変調制御し、ラジカルのみを高精度で制御で
きるため、再現性に優れた高精度のエッチングおよび薄
膜形成が可能となる。
形成に重要な影響を与える反応性プラズマ中のラジカル
の密度や組成を赤外半導体レーザ吸収分光装置によりリ
アルタイムで計測し、その計測値をフィードバックしな
がらパルス変調制御し、ラジカルのみを高精度で制御で
きるため、再現性に優れた高精度のエッチングおよび薄
膜形成が可能となる。
【図１】本発明をマイクロ波プラズマ処理装置に適用し
た実施の一形態を示し概略的な断面図である。
た実施の一形態を示し概略的な断面図である。
Ｗ 被処理体（半導体ウェハ） １ 真空容器（処理室） ２ プラズマ放電室 ３ マイクロ波導波管 ４ マイクロ波発生装置 ５ パルス発生装置 ６ ガス導入口 ８ 磁気コイル ９ 電極（載置台） １４ マッチング回路 １５ 高周波電源 １６ パルス発生装置 １７ ガス導入口 １８ 排気孔 １９ 透過窓 ２０ 赤外半導体レーザ吸収分光装置 ２０ａ レーザ源 ２０ｂ 検出装置 ２１ 主制御器 Ｐ 反応性プラズマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 輿水 地塩 東京都港区赤坂５丁目３番６号 東京エ レクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−149965（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−94130（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−122543（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−20484（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/52 C23F 4/00 G01N 21/35 H01L 21/205
Claims (8)
- 【請求項１】 プラズマ生成室においてパルス変調可能
な高周波電界により励起された反応性プラズマをプラズ
マ処理室に導入して，前記プラズマ処理室内に載置され
た被処理体をエッチング処理するプラズマ処理方法であ
って， 前記プラズマ生成室及び／又はプラズマ処理室内に存在
するプラズマ中の粒子密度及び／又は組成を赤外吸収分
光法により計測する工程と， 前記計測された粒子密度及び／又は組成に応じて，前記
高周波電界をパルス変調して，前記粒子密度及び／又は
組成を所定値に制御する工程とを有し， 前記パルス変調は，前記パルスの周期及び／又は出力を
変化させるものであると共に， 前記プラズマ中の粒子密度及び／又は組成の測定は，前
記被処理体の直上略５ｍｍから略１０ｍｍの位置で行わ
れる， ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項２】 前記パルス変調の制御は，前記プラズマ
処理室及び／又はプラズマ生成室のプラズマ中のラジカ
ルの組成が一定となるように，パルスの周期及び／又は
パワーを変化させるものであ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】 前記反応性プラズマは，少なくともフル
オロカーボンを含む反応性ガスをプラズマ化して得られ
るものであることを特徴とする，請求項１又は２に記載
のプラズマ処理方法。 - 【請求項４】 前記反応性プラズマは，少なくともＣ
Ｆ，ＣＦ２，ＣＦ３，ＦのラジカルとＣＦ＋イオンを含
み，ＣＦ／ＦとＣＦ＋及び／又はＣＦ２／ＦとＣＦ＋の
ラジカル及びイオンの組成が一定になるように前記パル
ス変調の制御が行われることを特徴とする，請求項２又
は３に記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項５】 パルス変調可能な高周波電界により反応
性プラズマを励起するプラズマ生成室と，前記プラズマ
生成室と連通した載置台にパルス変調可能な高周波電界
を印加する機構と，前記載置台に載置された被処理体を
処理するプラズマ処理室とを備えたプラズマ処理装置で
あって， 前記プラズマ生成室内の反応性プラズマ中及び／又は前
記プラズマ処理室の載置台の上部空間に存在するプラズ
マに所定波長の赤外光を照射して，前記プラズマの粒子
密度及び／又は組成を測定する赤外吸収分光手段と， 前記赤外吸収分光手段により測定された粒子密度及び／
又は組成に応じて，前記反応性プラズマを励起する高周
波電界及び前記載置台に印加する高周波電界をパルス変
調する制御器と，を有し， 前記パルス変調は，前記パルスの周期及び／又は出力を
変化させるものであると共に， 前記赤外吸収分光手段は，前記被処理体の直上略５ｍｍ
から略１０ｍｍの位置にある前記プラズマ中の粒子密度
及び／又は組成の測定を行うように設置される， ことを
特徴とする，プラズマ処理装置。 - 【請求項６】 前記制御器は，前記プラズマ処理室及び
／又はプラズマ生成室のプラズマ中のラジカルの組成が
一定となるように，パルスの周期及び／又はパワーを変
化させるものであることを特徴とする，請求項５に記載
のプラズマ処理装置。 - 【請求項７】 前記反応性プラズマは，少なくともＳｉ
Ｈ３ラジカル及び／又はＣＨ３ラジカル及び／又はＣｌ
ラジカルを含み，ＳｉＨ３ラジカル及び／又はＣＨ３ラ
ジカル及び／又はＣｌラジカルの密度が一定になるよう
前記パルス変調の制御が行われることを特徴とする，請
求項５又は６に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項８】 前記反応性プラズマは，少なくともＣ
Ｆ，ＣＦ２，ＣＦ３，ＦのラジカルとＣＦ＋イオンを含
み，ＣＦ／ＦとＣＦ＋及び／又はＣＦ２／ＦとＣＦ＋の
ラジカル及びイオンの組成が一定になるように前記パル
ス変調の制御が行われることを特徴とする，請求項５又
は６に記載のプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8761596A JP3199306B2 (ja) | 1995-11-17 | 1996-03-15 | プラズマ処理装置および方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-323834 | 1995-11-17 | ||
| JP32383495 | 1995-11-17 | ||
| JP8761596A JP3199306B2 (ja) | 1995-11-17 | 1996-03-15 | プラズマ処理装置および方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199485A JPH09199485A (ja) | 1997-07-31 |
| JP3199306B2 true JP3199306B2 (ja) | 2001-08-20 |
Family
ID=26428863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8761596A Expired - Fee Related JP3199306B2 (ja) | 1995-11-17 | 1996-03-15 | プラズマ処理装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3199306B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
| JP3854019B2 (ja) * | 1997-09-26 | 2006-12-06 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置の製造方法 |
| KR100276567B1 (ko) * | 1997-12-31 | 2000-12-15 | 김영환 | 반도체제조장비의파티클검출방법 |
| KR100528685B1 (ko) * | 1998-03-12 | 2005-11-15 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | 시료의 표면 가공방법 |
| JP3671222B2 (ja) * | 2002-05-29 | 2005-07-13 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ラジカル種の分析方法及び分析装置 |
| JP6298867B2 (ja) * | 2016-10-06 | 2018-03-20 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 |
| KR102587031B1 (ko) * | 2021-06-01 | 2023-10-12 | 충남대학교산학협력단 | 고종횡비 컨택홀 식각 공정에 적용 가능한 적응형 펄스 공정 장치 및 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램 |
-
1996
- 1996-03-15 JP JP8761596A patent/JP3199306B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09199485A (ja) | 1997-07-31 |
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