JP3665027B2 - プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法に関する。さらに具体的には、半導体製造工程において用いられるプラズマエッチング装置及びこれを用いたプラズマエッチング方法に関する。
【従来の技術】
【0002】
図4は、プラズマエッチングを行う際に用いる誘電結合型プラズマ(ICP)エッチング装置を示す概略図である。
図4に示すように、プラズマエッチング装置200の処理室30上部には、誘電板34を介して、渦巻き状のコイル2が配置されている。コイル2は、ソース用高周波電源42に接続されている。また、処理室30の下部には、コイル2と対向する位置に、下部電極32が備えられ、下部電極32の上には、ウェーハ50が載置されている。
【0003】
ソース用高周波電源42からコイル2に高周波電圧を印加すると、処理室30内に充填されたエッチング用のガスがプラズマ化する。エッチング用のガスのプラズマ化により活性化されたエッチング用のガスのラジカルは、ウェーハ50上の被エッチング膜に吸着し、表面で化学反応を起こす。生成物は、膜表面から揮発して、外部へと排気される。このようにして、プラズマエッチング装置200によりエッチングが行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、半導体ウェーハの大口径化が進んでおり、エッチング装置側で、大口径化したウェーハに対応し、これを処理できるようにすることが必要とされる。上述したような、プラズマエッチング装置200の場合、処理室30上部に備えられたコイル2を、大口径化したウェーハに合わせて大きくすれば、大口径化したウェーハにも用いることができる。従って、このような、プラズマエッチング装置200は、今後のウェーハの大口径化に比較的容易に対応できる有効な装置である。
【0005】
一方、上述したようなエッチング装置200においては、エッチングにより形成されるパターン形状のばらつきを抑えるため、様々な方法で、エッチングレートの均一化が図られている。
しかし、ウェーハが大口径化すると、ウェーハ表面に形成される被エッチング膜の膜厚分布の変動も大きくなる。また、膜種によっても、膜厚は異なる。この場合、エッチングレートを均一化し、膜全体に対し、同じ速度で進むようなエッチング条件で統一してエッチングを行うと、エッチングレートを設定した基準の膜厚よりも、膜厚の厚い部分では、エッチングが不完全になり、薄い部分では、エッチングが進行しすぎてしまう。従って、単に、エッチングレートを均一化しても、必ずしも、所望のエッチング形状が得られないことが多い。
【0006】
図5は、被エッチング膜の膜厚と、エッチングレート分布とを示すグラフである。図5において、曲線(a)は、ウェーハ50上に形成された被エッチング膜の膜厚分布、線(b)は、エッチングレート分布を示す。
曲線(a)に示す被エッチング膜の膜厚は、ウェーハの中央部分において厚く、外周部分に行くにつれて薄くなっている。また、線(b)に示すエッチングレートは、ウェーハ上の被エッチング膜全体に対して均一である。
【0007】
図6は、図5の曲線(a)に示すような膜厚分布を示す被エッチング膜に対して、図5の線(b)に示すような、均一なエッチングレート分布を示す条件下でエッチングを行った場合のエッチングの形状を示す図である。図6では、特に、エッチングレートを決定した基準の膜厚よりも、膜厚の薄い部分におけるエッチングの形状を示している。
【0008】
基準の膜厚によって決定されたエッチングレートで統一された条件下でエッチングを行った場合、基準の膜厚より膜厚の薄い外周部分においては、図6に示すように、オーバーエッチングになり、下層膜の削れ量の増加や形状異常が生じてしまう。即ち、パターンが密な部分では、側壁部方向にエッチングが進み、ノッチング64が生じてしまう。また、比較的疎な部分では、被エッチング膜の下のゲート酸化膜、さらには、その下部のSi基板までエッチングされ削れてしまう。このような膜厚のばらつきによるエッチングの形状の変動は、デバイス特性の劣化につながるため問題である。
【0009】
従ってこの発明は、このような膜厚の不均一による、エッチング形状の変動の問題を解決するため、エッチングレートの調整を行うことができるようにしたプラズマエッチング装置及びその使用方法を提案するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明のプラズマエッチング装置は、
基板に形成された被エッチング膜をエッチングするプラズマエッチング装置であって、
処理室と、
前記処理室内に配置され、基板を支持するための支持台と、
前記処理室にエッチング用のガスを供給するためのガス供給口と、
前記処理室の外側に配置されたコイルと、
前記コイルの位置を、前記基板に対して垂直な方向に変動させるコイル変動手段と、
を備え、
前記コイル変動手段は、
エッチング前の前記被エッチング膜の膜厚情報を取得する手段と、
前記膜厚情報から、エッチング条件を決定し、このエッチング条件に応じて、前記コイルの位置を制御する制御手段と、
を備えるものである。
【0011】
また、この発明のプラズマエッチング装置は、前記制御手段が、
前記膜厚情報から、前記被エッチング膜の膜厚の薄い薄膜部分と前記コイルの前記薄膜部分の上部に位置する部分との距離が、前記被エッチング膜の膜厚の厚い厚膜部分と前記コイルの前記厚膜部分の上部に位置する部分との距離よりも、大きくなるように前記コイルの位置を制御するものである。
【0012】
また、この発明のプラズマエッチング装置は、前記コイル変動手段が、
前記コイルの位置を変動させる駆動手段を備え、
前記駆動手段は、前記制御手段から送られる信号を受け、前記コイルの位置を変動させるものである。
【0013】
また、この発明のプラズマエッチング装置は、前記コイル変動手段が、
コイルの中心部の位置を変動させる中心部コイル変動手段と、
コイルの外周部の位置を変動させる外周部コイル変動手段と、
を備えるものである。
【0014】
次に、この発明のプラズマエッチング方法は、基板に形成された被エッチング膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
処理室内にエッチング用のガスを導入する工程と、
エッチング前の前記被エッチング膜の膜厚情報を入手し、前記被エッチング膜の膜厚に応じて、前記処理室の外側に備えられた渦巻き状のコイルの位置を、前記処理室内に載置された基板に対して垂直な方向に変動させる工程と、
前記コイルに電圧を印加してプラズマを発生させる工程と、
前記処理室内に載置された前記基板の前記被エッチング膜にエッチングを施す工程と、
を備えるものである。
【0015】
また、この発明のプラズマエッチング方法は、前記コイルの位置は、前記コイルの中心部の位置と、外周部の位置とを、それぞれ動かすことにより変動させるものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【0017】
実施の形態.
図1は、この発明の実施の形態に用いる誘導結合型プラズマ(ICP)エッチング装置100を示す図である。
プラズマエッチング装置100には、処理室30が備えられている。処理室30には、下部電極32が備えられ、下部電極32には、下部電極用高周波電源40が接続されている。下部電極32には、ウェーハ50が支持されている。また、下部電極32の上部には、フォーカスリング36が備えられている。フォーカスリング36は、下部電極32に載置されるウェーハ50の外周を取り囲むような位置に備えられている。
【0018】
処理室30には、ガスノズル38が、処理室30の壁面を貫くように備えられ、処理室30の外部と内部とを繋いでいる。
また、処理室30の上部には、誘電板34が、設けられている。
【0019】
誘電板34の上部には、渦巻き状のコイル2が備えられている。また、コイル2には、ソース用高周波電源42が接続され、高周波電圧を印加できるようになっている。
【0020】
コイル2の中央部には、コイル位置可変部品22が備えられている。また、コイル2の外周部には、コイル支持棒4が接続され、コイル位置可変部品22には、コイル支持棒14が接続されている。コイル支持棒4及び14には、支持棒固定部品6及び16が備えられ、これによって、コイル支持棒4及び14は、支持台24に固定されている。
【0021】
コイル支持棒4及び14の、コイル2とは反対側の一端には、ステッピングモーター8及び18が備えられている。ステッピングモーター8及び18は、コイル2の位置を動かすための駆動手段である。ステッピングモーター8及び18は、共に、ステッピングモーター制御手段12に接続され、ステッピングモーター制御手段12からのパルス信号を受信できるようになっている。
【0022】
なお、コイル支持棒4、支持棒固定部品6、ステッピングモーター8、ステッピングモーター制御手段12を含んで、外周部コイル変動手段10が構成され、コイル支持棒14、支持棒固定部品16、ステッピングモーター18、ステッピングモーター制御手段12、コイル位置可変部品22を含んで中心部コイル変動手段20が構成される。
【0023】
図1を参照して、下部電極32は、ウェーハ50を支持するための支持台である。下部電極32は、静電吸着により、ウェーハ50を支持することができる。また、下部電極32に備えられたフォーカスリング36により、エッチングの均一化を図っている。さらに、下部電極32には、下部電極用高周波電源40から、高周波電圧が印加されている。
【0024】
処理室30には、その壁面を貫通するようにして設けられたガスノズル38から、エッチング用のガスを充填することができる。
【0025】
処理室30上部の誘電板34の上に配置されたコイル2には、ソース用高周波電源42から、高周波電圧が印加される。処理室30内に充填されるエッチング用のガスは、コイル2に印加された高周波電圧と、下部電極32に印加された高周波電圧とにより、プラズマ化される。
【0026】
また、ステッピングモーター制御手段12は、コイル支持棒4あるいは14を介して、コイル2をウェーハ50に対して垂直な方向に、上下に動かし、コイル2の位置を変動させることができる。具体的には、ステッピングモーター制御手段12は、予め外部から入力されたウェーハ50の膜厚や、膜種などの情報に基づき、ウェーハ上の各部分毎にエッチングレート等を算出して、エッチング条件を決定することができる。この決定結果に基づいて、ステッピングモーター制御手段12から、ステッピングモーター8及び18に、パルス信号が送信される。このパルス信号を受け、ステッピングモーター8及び18は、それぞれ、コイル支持棒4及び14を介して、コイル2の外周部あるいは中心部の位置を上下に動かすことができる。即ち、コイル2の外周部と、中心部との高さは、それぞれに変動させることができ、外周部と中心部とでは、誘電板34からの高さが異なるようにもすることができる。
【0027】
図2は、この実施の形態において処理される、ウェーハ50上の被エッチング膜の膜厚と、エッチングレートの分布を示すグラフであり、曲線(a)は、膜厚分布を、曲線(b)は、エッチングレートの分布を示す。また、図3は、この実施の形態におけるエッチング方法を説明するためのフロー図である。
以下、図1から図3を用いて、このプラズマエッチング装置100を用いた、プラズマエッチング方法について説明する。
【0028】
まず、図3において、ステップS2に示すように、ウェーハ50を、下部電極32に載置する。ウェーハ50は、下部電極32に静電吸着により、安定した状態で支持される。また、下部電極32には、下部電極用高周波電源40から、高周波電圧が印加されている。ウェーハ50には、図2に、曲線(a)で示すように、ウェーハ50の中央部分に行くにつれて薄くなる膜厚分布を示す被エッチング膜が形成されている。
【0029】
次に、図3のステップS4に示すように、処理室内に、エッチング用のガスを導入する。
ここでは、処理室30壁面を貫くように備えられたガスノズル38を介して、外部から、エッチング用のガスを導入し、処理室30内部をエッチング用のガスで充填する。
【0030】
次に、ステップS6に示すように、コイル2の位置を変動させる。
ここでは、まず、予め入力された被エッチング膜の膜厚情報により決定された値に応じて、ステッピングモーター制御手段12から、パルス信号が、ステッピングモーター18に送られる。ステッピングモーター18は、受け取ったパルス信号に応じて、コイル2の中心部に接続された支持棒14を持ち上げる。このようにして、コイル2の中心部を上方に持ち上げた状態で固定する。
【0031】
次に、ステップS8に示すように、処理室30内にプラズマを発生させる。
ここでは、コイル2の中央部を上方に持ち上げた状態のまま、コイル2に、ソース用高周波電源42から、高周波電圧を印加する。処理室30内に充填されたエッチング用のガスは、コイル2に印加された高周波電圧と、下部電極32に印加された高周波電圧とにより、プラズマ化する。
【0032】
この状態で、ステップS10に示すように、エッチングが行われる。
ここでは、プラズマ化により活性化したエッチング用のガスのラジカルは、処理室30に載置されたウェーハ50の被エッチング膜に吸着し、化学反応を起こし、生成物は、膜表面から揮発して、外部へと排気される。このようにして、プラズマエッチング装置100によるエッチングが行われる。
【0033】
ここで、コイルのインピーダンスは、R+jwL+1/jwCである。Rは抵抗、Lは、インダクタンス、Cは容量である。また、インピーダンスは、大きくなると、プラズマの密度が低くなる。例えば、コイル2を上方に動かした場合、上部に動かされた部分において、誘電板34と、コイル2との距離が大きくなるため、容量Cは、小さくなる。従って、コイル2のインピーダンスは大きくなる。このようにして、中心付近でのプラズマ密度のみを選択的に低くすることができる。プラズマ密度が低くなると、その部分でのエッチングレートが低くなる。
【0034】
上述したように、この実施の形態において処理する被エッチング膜の膜厚は、図2において、曲線(a)で示すように、ウェーハの中心部において、薄くなっている。
【0035】
一方、この実施の形態では、中心部を持ち上げた状態になっているため、図2の曲線(b)に示すように、中心部付近でのエッチングレートが低くなっている。このようにすれば、図2の曲線(a)に示すような、中央部分の被エッチング膜の膜厚が薄いウェーハに対し、この特性に合わせて、中央付近でのエッチングレートを低くしたエッチングを行うことができる。従って、結果的に、ノッチングなどの問題を生じることなく、所望のエッチング形状を得ることができる。
【0036】
なお、ここでは、中央部において薄くなっている膜厚分布を有する被エッチング膜について処理した。従って、コイル2の中央部を上方に持ち上げる場合について説明した。しかし、これに限るものではなく、被エッチング膜の膜厚分布にあわせて、プラズマの密度を調節するように、コイルの高さを決定すればよい。例えば、中央部の厚い膜厚分布を有する被エッチング膜を処理する場合には、外周部のコイルの位置を上方に上げて、エッチングを行えばよい。
【0037】
このようにすれば、各コイルの処理室で、単に均一な条件下でのプラズマエッチングだけでなく、ウェーハに形成された膜厚分布に合わせて、全体に必要なエッチング条件でエッチングを行うことができる。
【0038】
なお、ここでは、中心部のコイル2をステッピングモーター8、18により動かした。しかし、これに限るものではなく、ウェーハの膜厚の変動などに合わせて適切なエッチングレートになるように、コイル2の位置を変動できる物であれば良い。
また、ここでは、制御手段を、ステッピングモーター制御手段とし、ステッピングモーター8、18にパルス信号を送るようにした。しかし、制御手段はこれに限るものではなく、コイルを変動させる駆動手段との組合せで、コイルの位置を制御できるようなものであればよい。
さらに、ここでは、外周部と中心部の高さのみを変動できる場合について説明した。しかし、これに限るものではなく、3以上の区分に分けて、高さを変動できるようにしても良い。
【0039】
なお、この発明において、基板とは、例えば、この実施の形態におけるウェーハを示す。また、膜厚情報を取得する手段としては、例えば、この実施の形態において、ステッピングモーター制御手段に外部から膜厚情報を入力した入力手段などが該当する。また、制御手段とは、例えばこの実施の形態におけるステッピングモーター用制御手段を示し、駆動手段とは、例えばこの実施の形態におけるステッピングモーターを示す。また、外周部コイル変動手段とは、例えばこの実施の形態における、コイル支持棒4、支持棒固定部品6、ステッピングモーター8、ステッピングモーター制御手段12を含んで構成される部分を示す。また、中心部コイル変動手段とは、コイル支持棒14、支持棒固定部品16、ステッピングモーター18、ステッピングモーター制御手段12、コイル位置可変部品22を含んで構成される部分を示す。さらに、コイル変動手段とは、例えば、この外周部コイル変動手段と中心部コイル変動手段とを含む部分を示す。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、誘電板の上に備えられたコイルの誘電板からの位置を変位させることができる。従って、処理室内部に生じるプラズマの密度を変動させることができ、これによって、エッチングレートの調整を行うことができる。従って、単に均一な条件下でのプラズマエッチングだけでなく、全体にエッチングレートを、被エッチング膜の膜厚や膜種に応じて、適切にばらつかせてエッチングを行うことができる。これによって、ノッチングの発生や、被エッチング膜の下に形成された膜までエッチングしてしまうことなどを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態に用いる誘電結合型プラズマ(ICP)エッチング装置を示す概略図である。
【図2】 被エッチング膜の膜厚と、エッチングレート分布とを示すグラフである。
【図3】 この発明の実施の形態におけるエッチング方法を示すフロー図である。
【図4】 誘電結合型プラズマ(ICP)エッチング装置を示す概略図である。
【図5】 被エッチング膜の膜厚と、エッチングレート分布とを示すグラフである。
【図6】 被エッチング膜に対してエッチングをした場合のエッチングの形状を示す概略図である。
【符号の説明】
100、200 プラズマエッチング装置
2 コイル
4、14 コイル支持棒
6、16 支持棒固定部品
8、18 ステッピングモーター
10 外周部コイル変動手段
20 中心部コイル変動手段
12 ステッピングモーター駆動手段
22 コイル位置可変部品
24 支持台
30 処理室
32 下部電極
34 誘電板
36 フォーカスリング
38 ガスノズル
40 下部電極用高周波電源
42 ソース用高周波電源
50 ウェーハ
Claims (6)
- 基板に形成された被エッチング膜をエッチングするプラズマエッチング装置であって、
処理室と、
前記処理室内に配置され、前記基板を支持するための支持台と、
前記処理室にエッチング用のガスを供給するためのガス供給口と、
前記処理室の外側に配置されたコイルと、
前記コイルの位置を、前記基板に対して垂直な方向に変動させるコイル変動手段と、
を備え
前記コイル変動手段は、
エッチング前の前記被エッチング膜の膜厚情報を取得する手段と、
前記膜厚情報から、エッチング条件を決定し、このエッチング条件に応じて、前記コイルの位置を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 前記制御手段は、
前記膜厚情報から、前記被エッチング膜の膜厚の薄い薄膜部分と前記コイルの前記薄膜部分の上部に位置する部分との距離が、前記被エッチング膜の膜厚の厚い厚膜部分と前記コイルの前記厚膜部分の上部に位置する部分との距離よりも、大きくなるように前記コイルの位置を制御することを特徴とする請求項1に記載のプラズマエッチング装置。 - 前記コイル変動手段は、
前記コイルの位置を変動させる駆動手段を備え、
前記駆動手段は、前記制御手段から送られる信号を受け、前記コイルの位置を変動させることを特徴とする請求項2に記載のプラズマエッチング装置。 - 前記コイル変動手段は、
コイルの中心部の位置を変動させる中心部コイル変動手段と、
コイルの外周部の位置を変動させる外周部コイル変動手段と、
を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のプラズマエッチング装置。 - 基板に形成された被エッチング膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
処理室内にエッチング用のガスを導入する工程と、
エッチング前の前記被エッチング膜の膜厚情報を入手し、前記被エッチング膜の膜厚に応じて、前記処理室の外側に備えられた渦巻き状のコイルの位置を、前記処理室内に載置された基板に対して垂直な方向に変動させる工程と、
前記コイルに電圧を印加してプラズマを発生させる工程と、
前記処理室内に載置された前記基板の前記被エッチング膜にエッチングを施す工程と、
を備えることを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 前記コイルの位置は、前記コイルの中心部の位置と、外周部の位置とを、それぞれ動かすことにより変動させることを特徴とする請求項5に記載のプラズマエッチング方法。
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