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

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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