JP3199957B2 - マイクロ波プラズマ処理方法 - Google Patents

マイクロ波プラズマ処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波プラズマ処理
方法に係り、特にＥＣＲ放電を用いた処理に好適なマイ
クロ波プラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のマイクロ波プラズマ処理方法は、
例えば、特開昭６０ー１５４６２０号公報に記載のよう
に、放電管内にソレノイドコイルによる磁場を発生させ
るとともにマイクロ波を導入し、これらの相互作用を用
いて放電管内にプラズマを発生させて試料を処理する際
に、ソレノイドコイルに供給する電流の振幅を変動さ
せ、磁束密度を変化させて、プラズマ密度分布の最大域
を試料の被処理面の中心部と周辺部との間でオッシレー
トさせ、プラズマ分布密度を実質的に均一にし、処理の
均一性を向上させるものが知られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、被処
理物のマスク材または下地材との選択比，エッチング残
渣およびメタル配線膜の信頼性向上のための積層膜等に
ついて配慮されていなかった。すなわち、上記従来技術
によるプラズマは、その密度分布が磁場勾配によって被
処理面の中心部または周辺部に移動するというもので、
被処理材が変わる場合のプラズマの最適化に対して配慮
されておらず、被処理物の微細化，積層化に対応して処
理を行うえで、マスク材または下地材との選択比向上お
よびエッチング残渣なし等の処理条件の条件出しが困難
であった。
【０００４】本発明の目的は、被処理物の微細化，積層
化に対応して、エッチング処理時の残渣を防止しなが
ら、積層膜のエッチングに対してマスク材および下地材
との選択比を大きくすることのできるマイクロ波プラズ
マ処理方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、マイクロ波
による電界とソレノイドコイルによる磁場との作用によ
って処理ガスをプラズマ化し、プラズマを用いて試料を
処理するマイクロ波プラズマ処理方法において、ソレノ
イドコイルにより形成する磁場を制御して、試料の処理
時に被処理材の膜の種類によって試料の被処理面に対す
る平面状の共鳴領域の平行間隔距離を変え、マイクロ波
による電界とソレノイドコイルによる磁場との作用によ
って発生させるプラスマ位置を変化させることにより、
達成される。
【０００６】
【作用】ソレノイドコイルにより形成する磁場を制御し
てマイクロ波の電界との共鳴領域を生成して、試料の処
理時に被処理材の膜の種類によって試料の被処理面に対
する平面状の共鳴領域の平行間隔距離を変え、マイクロ
波による電界とソレノイドコイルによる磁場との作用に
よって発生させるプラズマ位置を膜種毎に変化させるこ
とにより、被処理材料とマスク材との選択比を大きくす
ることができる。また、試料のエッチング処理の際は試
料の被処理面に対してプラスマ位置を遠ざけ、試料のエ
ッチング処理時に発生しやすい残渣を防止するととも
に、試料のオーバーエッチングの際は試料の被処理面に
対してプラスマ位置を近付け、試料のオーバーエッチン
グ時に下地材のエッチング速度を抑えた被処理面のエッ
チングを可能にすることができる。
【０００７】
【実施例】本発明の一実施例を図１および図２により説
明する。図１は本発明を実施するための装置の一例を示
すマイクロ波プラズマ処理装置であり、例えば、エッチ
ング装置である。本装置は、プラズマ処理室１、プラズ
マ処理室１の上部の開口部に設けた石英製のマイクロ波
導入窓２、マイクロ波発振器（図示省略）より発振され
たマイクロ波をプラズマ処理室１へ導く導波管３、プラ
ズマ処理室１内に磁場を発生させるソレノイドコイル４
ａ，４ｂ、上面に試料を配置可能な試料台５、プラズマ
処理室１内を真空排気する真空ポンプ６、試料台５にバ
イアス電圧を印加する高周波電源７、及びプラズマ処理
室１へエッチングガスを導入するガス供給管８から構成
される。
【０００８】この場合、プラズマ処理室１は、マイクロ
波導入窓２部から試料台５方向にテーパ状に拡大された
放電空間が形成されている。また、ソレノイドコイル４
ａはプラズマ処理室１より上部に配置し、ソレノイドコ
イル４ｂはプラズマ処理室１の放電空間に対応させて配
置してある。ソレノイドコイル４ａはソレノイドコイル
４ｂに較べ、外形を同じにし内側に延びた大きなコイル
形状としてあり、強い磁場が発生可能にしてある。この
ソレノイドコイル４ａとソレノイドコイル４ｂとの組合
せにより、放電空間内に発生させる磁場のＥＣＲ条件と
なる共鳴磁場分布を平面状にすることができる。ソレノ
イドコイル４ａ，４ｂは供給される電流がそれぞれに電
力制御装置１１によって制御され、この場合、２０００
〜１２００ガウスの間で制御可能にしてある。なお、プ
ラズマ処理室１の外壁には電熱ヒータ９が周方向に巻き
付けられ、電熱ヒータ９に流す電流は電力調整器１０に
よって調整可能となっており、電熱ヒータ９の発熱によ
ってプラズマ処理室１の壁面が加熱される。
【０００９】上記のように構成された装置によって、マ
イクロ波発振器から発振された、この場合、周波数２．
４５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管３およびマイクロ波
導入窓２を介してプラズマ処理室１内へ供給され、ソレ
ノイドコイル４ａ，４ｂによって発生させた強磁場の磁
界との相互作用によって、プラズマ処理室１に導入され
たエッチングガスがＥＣＲ面を中心に高密度にプラズマ
化される。試料台５に接続された高周波電源７によっ
て、試料台５に配置された試料へのプラズマ中のイオン
の入射エネルギーは、プラズマの生成とは独立に制御さ
れる。電力制御装置１１によってソレノイドコイル４
ａ，４ｂに流れる電流値を制御し、磁場勾配強度を変化
させることによってプラズマ処理室１内の試料載置面か
らのプラズマ位置を移動させることができる。
【００１０】図２に、ソレノイドコイル４ａ，４ｂに流
れる電流値を制御して、試料載置面からのプラズマの位
置を変化させたときのマスク材，下地材のエッチング速
度及びＶｐｐ値（ＲＦ電圧のピーク・ツー・ピーク電
圧）の変化の関係を示す。本実験は、酸化膜を下地材と
し、被処理材がＡｌ合金であり、ホトレジストをマスク
材として、エッチングガスとしてＢＣｌ3＋Ｃｌ2を１５
０ｓｃｃｍ供給し、処理圧力を１２ｍＴｏｒｒに保持し
て、マイクロ波電力を約１０００Ｗとし、高周波電力を
８５Ｗとして実施した。本実験によると、プラズマの位
置が試料から離れるにしたがい、試料の被処理材料のエ
ッチング速度はあまり変化しないまま、マスク材および
下地材のエッチング速度が速くなっている。また、試料
台に生じるＶｐｐ値は、プラズマの位置が試料から離れ
るにしたがい大きくなる、すなわち、バイアス電圧が大
きくなりプラズマ中のイオンの入射エネルギが大きくな
って、エッチング中の残渣が減少する傾向となる。
【００１１】被処理材がＡｌ合金の場合は、Ａｌ合金の
エッチング時は、残渣の発生しないプラズマの高さ位置
に設定、すなわち、試料載置面からプラズマの位置を遠
ざけ、オーバエッチング時は、対下地材の選択比の高い
プラズマの高さ位置に設定、すなわち、試料載置面から
プラズマの位置を近付けることで、これらを達成するこ
とができる。
【００１２】なお、上述は被処理材がＡｌ合金である場
合について説明したが、被処理材がＡｌ合金以外の場合
においても処理を行なう被処理材の各材料に対するエッ
チング特性を把握、すなわち、図２に示したような特性
を把握することにより、有効なエッチング条件を見出す
ことができる。
【００１３】また、被処理材が酸化膜(ＳｉＯ2）を下地
材とし、被処理材がＴｉＮ膜またはＴｉＷ膜の上にＡｌ
合金膜を積層した積層膜とし、ホトレジストをマスク材
とした試料の場合、例えば、エッチングガスとしてＢＣ
ｌ3＋Ｃｌ2を用い、Ａｌ合金膜のエッチング中はプラズ
マの位置を遠ざけて残渣のないエッチングを行ない、Ｔ
ｉＮ膜またはＴｉＷ膜のエッチング中はプラズマの位置
を近付けてマスク材および下地材との選択比を大きくし
たエッチングを行なう。なお、ここではＡｌ合金膜のエ
ッチング中はプラズマの位置を遠ざけ、ＴｉＮ膜または
ＴｉＷ膜のエッチング中はプラズマの位置を近付けるよ
うにしているが、エッチングガスの混合比および圧力等
によってもプラズマ位置の条件が異なるので、このケー
スに限られるものではない。
【００１４】以上、本実施例によれば、ソレノイドコイ
ル４により形成する磁場を制御してマイクロ波の電界と
の共鳴領域を、試料の膜の種類によって試料の被処理面
に対する平面状の共鳴領域の平行間隔距離を変え、マイ
クロ波による電界とソレノイドコイル４ａ，４ｂによる
磁場との作用によって発生させるプラスマ位置を変化さ
せ、試料のエッチング処理の際は試料の膜種毎にプラス
マ位置を変化させ、試料のエッチング処理時に発生しや
すい残渣を防止するとともに、試料のオーバーエッチン
グの際にも被処理面に対してプラスマ位置を変化させ、
試料のオーバーエッチング時に下地材のエッチング速度
を抑えた被処理面のエッチングを可能にすることができ
る。
【００１５】
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、被処理物の微細化，積
層化に対応して、各膜種毎にエッチング処理時の残渣を
防止しながら、オーバーエッチング時の下地材との選択
比を大きくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための装置の一実施例である
マイクロ波プラズマエッチング装置を示す縦断面図であ
る。
【図２】図１の装置を用いて試料載置面からのプラズマ
の高さを変化させたときのエツチング速度と試料台に生
じるＶｐｐ値との関係を示した図である。
【符号の説明】
１…プラズマ処理室、２…マイクロ波導入窓、３…導波
管、４ａ，４ｂ…ソレノイドコイル、５…試料台、６…
真空ポンプ、７…高周波電源、８…ガス供給管、９…電
熱ヒータ、１０…電力調整器、１１…電力制御装置。
フロントページの続き (72)発明者 井口 英里 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株式会社 日立製作所 半導体事業部内 (56)参考文献 特開 平５−347275（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−148534（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−298034（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−222326（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 14/40 C23F 4/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＥＣＲプラズマが生成されるプラズマ処理
    室内に積層膜が形成された試料を配置し、該試料が配置
    される試料台にバイアス電圧を印加し、前記積層膜の膜
    種に応じてソレノイドコイルによって磁場勾配強度を制
    御し前記プラズマ処理室内で前記ＥＣＲプラズマの位置
    を変え、前記ＥＣＲプラズマと前記試料との距離を変え
    て前記試料を処理することを特徴とするプラズマ処理方
    法。
JP13689594A 1994-06-20 1994-06-20 マイクロ波プラズマ処理方法 Expired - Lifetime JP3199957B2 (ja)

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