JP6316735B2 - プラズマエッチング方法 - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマエッチング方法に関する。
例えば積層膜をエッチングする際、プラズマを維持させながら一のエッチング工程から他のエッチング工程にプロセスを切り替えるエッチング方法（以下、「コンティニュアスプラズマを使用したエッチング方法」ともいう。）が知られている。
コンティニュアスプラズマを使用したエッチング方法では、二つのエッチング工程の切替工程時、ガスが変わるだけでなくチャンバ内のコンディションが変わる。そのため、プラズマの放電条件が変化し、高周波の反射波が発生しやすくなる。高周波の反射波の発生が多くなるとプラズマが不安定になり、目的とするプラズマ処理を行うことが困難になる。このため、ガスを切り替える際に高周波電源の周波数をチューニングしてＲＦの反射波を抑える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、プラズマを安定させ、かつ高周波の反射波を抑えることができる。
しかしながら、コンティニュアスプラズマを使用するエッチング方法であって、二つのエッチング工程で異なるガスが使用される場合、それらの異なるガスがチャンバ内で混在する時間帯が生じる。ガスが混在している間にエッチングが促進されるとプロセス条件に合致したガスによるエッチングではないため、切替工程において意図しないエッチングが行われてしまう場合がある。よって、切替工程では、高周波の反射波を抑えることでエッチングの均一性を図り、かつ、低電力の高周波を供給することでエッチングが促進されることを抑制することが望まれる。
上記課題に対して、一側面では、本発明は、プラズマを維持させながらプロセス条件を切り替えて所望のエッチングを行う際、高周波の反射波を抑えてプラズマを安定させることを目的とする。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、高周波電力を供給し、プラズマを維持させながらプロセス条件を切り替えて所望のエッチングを行うプラズマエッチング方法であって、第１のプロセス条件に基づき、第１の実効電力を有する第１の高周波電力を供給しながら第１のプラズマエッチングを行う第１のエッチング工程と、第１のプロセス条件と異なる第２のプロセス条件に基づき、第２の実効電力を有する第２の高周波電力を供給しながら第２のプラズマエッチングを行う第２のエッチング工程と、前記第１及び第２のエッチング工程の間において、第３の実効電力を有する第３の高周波電力を間欠的に供給する切替工程と、を有し、前記切替工程の開始前に、ガスのプロセス条件を前記第１のプロセス条件から前記第２のプロセス条件に切り替え、前記切替工程における第３の高周波の実効電力は、前記第１のエッチング工程における前記第１の高周波電力の前記第１の実効電力及び前記第２のエッチング工程における前記第２の高周波電力の前記第２の実効電力以下であり、前記第３の高周波電力は、前記第３の高周波電力を間欠的に供給している間、一定のデューティー比を有するプラズマエッチング方法が提供される。
他の態様によれば、高周波電力を供給し、プラズマを維持させながらプロセス条件を切り替えて所望のエッチングを行うプラズマエッチング方法であって、第１のプロセス条件に基づき、連続波である第１の高周波電力を供給しながら第１のプラズマエッチングを行う第１のエッチング工程と、第１のプロセス条件と異なる第２のプロセス条件に基づき、第２の実効電力を有する第２の高周波電力を供給しながら第２のプラズマエッチングを行う第２のエッチング工程と、前記第１及び第２のエッチング工程の間において、第３の実効電力を有する第３の高周波電力を間欠的に供給する切替工程と、を有し、前記切替工程の開始前に、ガスのプロセス条件を前記第１のプロセス条件から前記第２のプロセス条件に切り替え、前記切替工程における第３の高周波の実効電力は、前記第２のエッチング工程における前記第２の高周波電力の前記第２の実効電力以下であり、前記第３の高周波電力は、前記第３の高周波電力を間欠的に供給している間、一定のデューティー比を有するプラズマエッチング方法が提供される。
他の態様によれば、高周波電力を供給し、プラズマを維持させながらプロセス条件を切り替えて所望のエッチングを行うプラズマエッチング方法であって、第１のプロセス条件に基づき、連続波である第１の高周波電力を供給しながら第１のプラズマエッチングを行う第１のエッチング工程と、第１のプロセス条件と異なる第２のプロセス条件に基づき、第２の実効電力を有する第２の高周波電力を供給しながら第２のプラズマエッチングを行う第２のエッチング工程と、前記第１及び第２のエッチング工程の間において、第３の実効電力を有する第３の高周波電力を間欠的に供給する切替工程と、を有し、前記切替工程の開始前に、ガスのプロセス条件を前記第１のプロセス条件から前記第２のプロセス条件に切り替え、前記切替工程における第３の高周波の実効電力は、前記第２のエッチング工程における前記第２の高周波電力の前記第２の実効電力以下であり、前記第３の高周波電力は、前記第３の高周波電力を間欠的に供給している間、一定のデューティー比を有するプラズマエッチング方法が提供される。
一の側面によれば、プラズマを維持させながらプロセス条件を切り替えて所望のエッチングを行う際、高周波の反射波を抑えてプラズマを安定させることができる。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
［プラズマ処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１の全体構成を示す。
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置１の全体構成を示す。
プラズマ処理装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバＣを有している。チャンバＣは、接地されている。
チャンバＣの内部には載置台２１が設けられている。載置台２１は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の材質からなり、半導体ウェハ（以下、「ウェハＷ」ともいう。）を載置する。
ガスは、ガス供給源１０から出力され、チャンバＣの天井部からチャンバＣの内部に導入される。チャンバＣの底部には、排気口を形成する排気管が設けられ、排気管は排気装置４０に接続されている。排気装置４０は、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の真空ポンプから構成され、チャンバＣ内の処理空間を所定の真空度まで減圧するとともに、チャンバＣ内のガスを排気路及び排気口に導き、排気する。
高周波電源３１は、整合器３０を介して載置台２１に接続されている。高周波電源３１は、例えば数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚの高周波電力を供給し、載置台２１に印加する。このようにして、載置台２１は下部電極としても機能する。なお、高周波電源３１の他に、プラズマ生成用の高周波電源が設けられてもよい。
制御装置５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２（Read Only Memory）、ＲＡＭ５３（Random Access Memory）及びＨＤＤ５４（Hard Disk Drive）を有する。ＲＡＭ５３やＨＤＤ５４に記憶されたレシピに設定されたガス種や高周波電力や圧力等のプロセス条件及び手順に従い、プラズマ処理装置１を制御して所定のプラズマエッチング処理を実行させる。なお、制御装置５０の機能は、ソフトウエアを用いて実現されてもよく、ハードウエアを用いて実現されてもよい。
かかる構成のプラズマ処理装置１においてプラズマエッチング処理を行う際には、まず、ウェハＷが、搬送アーム上に保持された状態でゲートバルブからチャンバＣ内に搬入される。ウェハＷは、載置台２１の上方でプッシャーピンにより保持され、プッシャーピンが降下することにより載置台２１上に載置される。ゲートバルブは、ウェハＷを搬入後に閉じられる。チャンバＣの内部は、排気装置４０により所定の圧力値まで減圧され、保持される。ガスが、ガス供給源１０から出力され、チャンバＣの内部に導入される。所定の高周波電力が、高周波電源３１から出力され、載置台２１に印加される。
導入されたガスが高周波電力により電離等することで、プラズマが生成される。生成されたプラズマの作用によりウェハＷにエッチング加工が施される。エッチング加工が終わると、ウェハＷは、搬送アーム上に保持され、チャンバＣの外部に搬出される。これにより、ウェハＷのプラズマエッチング処理が完了する。
（整合器）
図１に示した整合器３０は、整合器（インピーダンス回路）の具体的な構成の一例である。整合器３０は、直列に接続された可変コンデンサＣ１とインダクタＬとを有す。更に、整合器３０は、インダクタＬに並列に接続された可変コンデンサＣ２を有する。
（整合器）
図１に示した整合器３０は、整合器（インピーダンス回路）の具体的な構成の一例である。整合器３０は、直列に接続された可変コンデンサＣ１とインダクタＬとを有す。更に、整合器３０は、インダクタＬに並列に接続された可変コンデンサＣ２を有する。
整合器３０は、可変コンデンサＣ１及び可変コンデンサＣ２のそれぞれのトリマの位置を変えることで、可変コンデンサＣ１及び可変コンデンサＣ２のそれぞれのキャパシタンスを変化させることができる。このようにして整合器３０のインピーダンス値を変化させることで、整合器３０は高周波電源３１の出力インピーダンスと、チャンバＣの内部のプラズマの負荷インピーダンスとを一致させるように機能する。この結果、高周波の反射波の発生を低下させ、プラズマの安定性を保持することでプラズマが消化したり、目的とするプラズマエッチング処理が実行されなかったりすることを防ぐことができる。なお、以下では、高周波電源３１の出力インピーダンスと、チャンバＣの内部のプラズマの負荷インピーダンスとを一致させることを、「インピーダンス整合」ともいう。
（コンティニュアスプラズマ）
本実施形態にかかるプラズマエッチング方法では、プラズマを維持させながら一のエッチング工程（以下、「第１のエッチング工程」ともいう。）から他のエッチング工程（以下、「第２のエッチング工程」ともいう。）にプロセスを切り替える。
（コンティニュアスプラズマ）
本実施形態にかかるプラズマエッチング方法では、プラズマを維持させながら一のエッチング工程（以下、「第１のエッチング工程」ともいう。）から他のエッチング工程（以下、「第２のエッチング工程」ともいう。）にプロセスを切り替える。
このようなコンティニュアスプラズマを使用したエッチング方法では、二つのエッチング工程を切り替える際、ガスが変わるだけでなくチャンバＣの内部のコンディションが変わるため、プラズマの放電条件が変化し、高周波の反射波が発生しやすくなる。
具体的には、チャンバＣの内部においてプラズマの放電条件が変化したことに応じて、整合器３０が、高周波電源３１の出力インピーダンスとプラズマ側の負荷インピーダンスとを一致させるように機能する。しかしながら、出力インピーダンスと負荷インピーダンスとを一致させるための可変コンデンサＣ１及び可変コンデンサＣ２のトリマの位置の変動量が大きい場合、新たなプラズマの放電条件に応じた整合位置までトリマの位置を移動させるのに時間がかかる。これにより、出力インピーダンスと負荷インピーダンスとが一致しない時間が長くなり、高周波の反射波が発生すると考えられる。つまり、出力インピーダンスと負荷インピーダンスとのインピーダンス整合に、可変コンデンサＣ１及び可変コンデンサＣ２が早急に追従しきれないため、高周波の反射波が発生し、プラズマが不安定になると考えられる。
高周波の反射量が多くなってプラズマが不安定になると、プラズマエッチング処理を均一に行うことが困難になる。そこで、本実施形態にかかるプラズマエッチング方法は、第１のエッチング工程から第２のエッチング工程にプロセスを切り替える際に切替工程を設け、切替工程において高周波の反射波を抑制する。
本実施形態にかかるコンティニュアスプラズマを使用したエッチング方法では、第１のエッチング工程は第１のプロセス条件に基づきプラズマエッチングを行う。第２のエッチング工程は、第１のプロセス条件と異なる第２のプロセス条件に基づきプラズマエッチングを行う。
プロセス条件は、切替工程の開始に応じて第１のプロセス条件から第２のプロセス条件に切り替えられる。ただし、切替工程における高周波電力の制御は、第１及び第２のエッチング工程における高周波電力の制御とは異なる。また、ガスは、切替工程の開始前に、第１のプロセス条件から第２のプロセス条件に切り替えられることが好ましい。
ガスが、第１のプロセス条件のガスから第２のプロセス条件のガスに入れ替わるまでには時間がかかる。このため、切替工程の間、チャンバＣの内部は第１及び第２のプロセス条件に設定されていないガスが混在した状態となる。よって、切替工程において意図しないエッチングが行われてしまう場合がある。よって、切替工程では、極力エッチングが抑制されることが好ましい。
そこで、本実施形態にかかるプラズマエッチング方法は、例えば１００Ｗ〜２００Ｗの低電力の高周波を載置台２１に印加することで、切替工程におけるエッチングを抑制する。ところが、このような低電力の高周波では、プラズマの制御が難しくなる。さらに、前述したように、コンティニュアスプラズマを使用したエッチング方法では、切替時に高周波の反射波が発生しやすくなる。
以上の課題に鑑みて、本実施形態にかかるプラズマエッチング方法は、プラズマを維持させながらプロセス条件を切り替えて所望のエッチングを行う際、切替工程において低電力の高周波を間欠的に供給（パルス制御）する。これにより、切替工程においてエッチングを抑制しつつ、高周波の反射波を抑えてプラズマを安定させることができる。
高周波電力の制御は、制御装置５０により行われる。「高周波電力が間欠的に印加される」とは、図１に示すように高周波電力が載置台２１に印加されている時間をＴｏｎとし、印加されていない時間をＴｏｆｆとして、１／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）の周波数のパルス波の高周波が載置台２１に印加される状態をいう。デューティー（Ｄｕｔｙ）比は、時間Ｔｏｎ及び時間Ｔｏｆｆの総時間に対する印加されている時間Ｔｏｎの比率、すなわち、Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）で示される。
［プラズマエッチング方法］
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。本実施形態に係るプラズマエッチング方法によりエッチングされる対象膜の一例を図２に示す。本実施形態では、エッチング対象膜は、下地膜１００上にシリコン含有反射防止膜１１０（Ｓｉａｒｃ）、カーボンハードマスク１２０（ＣＨＭ：Carbon Hard Mask）が積層された構成を有する。ただし、本実施形態に係るプラズマエッチング方法が適用されるエッチング対象膜に限定はなく、有機膜、酸化膜、窒化膜等のいずれの膜であってもよい。
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。本実施形態に係るプラズマエッチング方法によりエッチングされる対象膜の一例を図２に示す。本実施形態では、エッチング対象膜は、下地膜１００上にシリコン含有反射防止膜１１０（Ｓｉａｒｃ）、カーボンハードマスク１２０（ＣＨＭ：Carbon Hard Mask）が積層された構成を有する。ただし、本実施形態に係るプラズマエッチング方法が適用されるエッチング対象膜に限定はなく、有機膜、酸化膜、窒化膜等のいずれの膜であってもよい。
また、第１のエッチング工程が行われる第１のプロセス条件及び第２のエッチング工程が行われる第２のプロセス条件の一例を以下に示す。ただし、本実施形態に係るプラズマエッチング方法が適用される第１及び第２のプロセス条件のガス種に限定はなく、いずれの種類のガスであってもよい。また、本実施形態に係るプラズマエッチング方法が適用される第１及び第２のプロセス条件の高周波電力に限定はなく、連続波であってもよいし、パルス波であってもよい。なお、切替工程において供給される高周波電力はパルス波に限定される。
（第１のエッチング工程（ＣＨＭエッチング）における第１のプロセス条件）
ガス種 Ｎ２／Ｈ２
高周波電力 連続波 ５００Ｗ
（第２のエッチング工程（Ｓｉａｒｃエッチング）における第２のプロセス条件）
ガス種 ＣＦ４
高周波電力 パルス波 ５００Ｗ（１０ｋＨｚ） デューティー比 ３０％
（切替工程における高周波電力）
高周波電力 パルス波 ２００Ｗ（１０ｋＨｚ） デューティー比 ５０％
（コンティニュアスプラズマを使用したエッチング）
以上のプロセス条件に基づき、図３に示したコンティニュアスプラズマを使用したプラズマエッチング方法が開始されると、制御装置５０は、レシピに従い第１のプロセス条件に基づき第１のエッチング工程を実行する（ステップＳ１０：第１のエッチング工程）。これにより、第１のエッチング工程にてカーボンハードマスク１２０がプラズマエッチングされる。
（第１のエッチング工程（ＣＨＭエッチング）における第１のプロセス条件）
ガス種 Ｎ２／Ｈ２
高周波電力 連続波 ５００Ｗ
（第２のエッチング工程（Ｓｉａｒｃエッチング）における第２のプロセス条件）
ガス種 ＣＦ４
高周波電力 パルス波 ５００Ｗ（１０ｋＨｚ） デューティー比 ３０％
（切替工程における高周波電力）
高周波電力 パルス波 ２００Ｗ（１０ｋＨｚ） デューティー比 ５０％
（コンティニュアスプラズマを使用したエッチング）
以上のプロセス条件に基づき、図３に示したコンティニュアスプラズマを使用したプラズマエッチング方法が開始されると、制御装置５０は、レシピに従い第１のプロセス条件に基づき第１のエッチング工程を実行する（ステップＳ１０：第１のエッチング工程）。これにより、第１のエッチング工程にてカーボンハードマスク１２０がプラズマエッチングされる。
次に、制御装置５０は、レシピに従い、第１のプロセス条件のガスから第２のプロセス条件のガスに切り替える（ステップＳ１２：ガスの切り替え）。これにより、チャンバＣに供給されるガスが、Ｎ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスからＣＦ４ガスに切り替えられる。
次に、制御装置５０は、プロセスの切り替えを実行する（ステップＳ１４：切替工程）。切替工程では、ガスを除くプロセス条件が、第１のプロセス条件から第２のプロセス条件へ切り替えられる。また、切替工程では、高周波電力が間欠的、すなわちパルス状に印加される。その際、制御装置５０は、切替工程における実効電力を第２のエッチング工程における実効電力よりも低く制御する。
実効電力は、高周波電力とデューティー比との乗算により算出される。よって、本実施形態では、切替工程における実効電力は、１００Ｗ（＝２００Ｗ×０．５）となり、第２のエッチング工程時の実効電力１５０Ｗ（＝５００Ｗ×０．３）よりも低く制御されている。
次に、制御装置５０は、レシピに従い第２のプロセス条件に基づき第２のエッチング工程を実行する（ステップＳ１６：第２のエッチング工程）。これにより、第２のエッチング工程にてシリコン含有反射防止膜１１０がプラズマエッチングされる。
上記に説明した本実施形態にかかるプラズマエッチング処理を実行した結果の一例を図４に示す。図４の左側に示す比較例では、コンティニュアスプラズマを使用したエッチングにおいて、第１のエッチング工程では連続波の高周波→切替工程では連続波の高周波→第２のエッチング工程ではパルス波の高周波が印加されている。
これに対して、図４の右側に示す本実施形態の一例では、コンティニュアスプラズマを使用したエッチングにおいて、第１のエッチング工程では連続波の高周波→切替工程ではパルス波の高周波→第２のエッチング工程ではパルス波の高周波が印加されている。また、比較例及び本実施形態ともに、切替工程における実効電力は１００Ｗである。
図４の結果によれば、比較例の場合、切替工程から第２のエッチング工程に遷移する際の高周波の反射量（ＲＦ Ｒｅｆｌｅｃｔ）は３０Ｗである。これに対して、本実施形態の場合、切替工程から第２のエッチング工程に遷移する際の高周波の反射量は１５Ｗと半減している。
図４の比較例の可変コンデンサＣ１、Ｃ２を見ると、プラズマの放電条件が変化したことに応じて高周波電源３１の出力インピーダンスとプラズマ側の負荷インピーダンスとを一致させるための可変コンデンサＣ１、Ｃ２の整合位置の変動量が大きい。これに対して、図４の本実施形態の可変コンデンサＣ１、Ｃ２を見ると、可変コンデンサＣ１、Ｃ２の整合位置の変動量が比較例の場合よりも小さい。このため、本実施形態の場合、可変コンデンサＣ１、Ｃ２のトリマの位置を整合位置に合わせるまでの時間が比較例の場合よりも短くなる。この結果、本実施形態では、高周波の反射量が比較例の場合よりも小さくなると考えられる。
以上の結果から、パルス波の高周波電力を印加する場合、実効電力が同じ連続波の高周波電力を印加する場合よりも可変コンデンサＣ１、Ｃ１の移動量が減ることがわかる。その理由の一つとしては、整合器３０では、パルスがオンのときの高周波電力に基づき上記のインピーダンス整合が行われるため、パルスがオンのときの高周波電力を上げる程可変コンデンサＣ１、Ｃ１の移動量は減る。この結果、可変コンデンサＣ１、Ｃ２のトリマの位置を整合位置に合わせるまでの時間が短くなり、高周波の反射量が減少すると考えられる。高周波の反射量が減少すると、プラズマの安定性が向上し、ウェハＷのプラズマエッチング処理を均一に行うことができる。この結果、ウェハＷの加工精度が向上し、歩留まりを高めることができる。
高周波の反射波を低減するために、切替工程において、例えば１００Ｗ程度の低い高周波電力の連続波を印加することも考えられる。しかし、このような低電力の高周波を使用して切替工程を行うと、プラズマがチャンバＣの内部に拡散され難い。この結果、低い電力の連続波の高周波を印加した場合には、エッチングの均一性が悪くなる。
これに対して、本実施形態にかかるプラズマエッチング方法では、切替工程にて高周波電力のパルス波を使う。これにより、連続波の高周波と同じ実効電力であっても、パルスがオンしているときのパワーを高くできるため、プラズマがチャンバＣ内に広がり、ウェハＷに均一にエッチング処理を行うことが可能となり、その結果、ウェハＷの加工精度が向上する。
例えば、電力が２００Ｗの連続波の高周波と、周波数が１０ｋＨｚ、電力が４００Ｗ、デューティー比が５０％のパルス波の高周波とは、２００Ｗの同一実効電力を有する。しかしながら、パルス波の高周波を用いた方が反射波は抑えられる結果となる。
以上、切替工程においてパルス波の高周波電力を印加することで、切替工程から第２のエッチング工程に遷移する際に発生する高周波の反射量を小さくできることの説明を行った。これに加えて、本実施形態の効果としては、第１のエッチング工程から切替工程に遷移する際に発生する高周波の反射量も小さくできる。
また、図４の高周波の電圧振幅Ｖｐｐを参照すると、本実施形態の場合、比較例の場合に比べて実効電力が同じであっても電圧振幅Ｖｐｐは高く維持されている。電圧振幅Ｖｐｐが高い方がプラズマ維持に対して安定していること示すから、これによっても、切替工程においてパルス波の高周波電力を印加すると、プラズマの安定性が向上していることがわかる。
［プラズマエッチング方法（他の例）］
次に、上記第１及び第２のプロセスとは異なるプロセス条件において、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を行った場合について、図５を参照しながら説明する。図５は、上記異なるプロセス条件において本実施形態に係るプラズマエッチング方法を行った場合の結果の一例を示す。
次に、上記第１及び第２のプロセスとは異なるプロセス条件において、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を行った場合について、図５を参照しながら説明する。図５は、上記異なるプロセス条件において本実施形態に係るプラズマエッチング方法を行った場合の結果の一例を示す。
この例では、第１のエッチング工程が行われる第１のプロセス条件、第２のエッチング工程が行われる第２のプロセス条件及び切替工程における高周波電力の条件は以下である。切替工程における高周波電力以外のプロセス条件は、切替工程の開始時に第１のプロセスから第２のプロセスに切り替えられる。
（第１のプロセス条件：ＣＨＭエッチング）
ガス種 Ｎ２／Ｏ２
高周波電力 連続波 １０００Ｗ
（第２のプロセス条件：Ｓｉａｒｃエッチング）
ガス種 ＮＦ３／Ｎ２
高周波電力 連続波 ４００Ｗ
（切替工程における高周波電力）
（ａ）連続波 １００Ｗ
（ｂ）連続波 ３００Ｗ
（ｃ）連続波 ４００Ｗ
（ｄ）パルス波 ４００Ｗ（１０ｋＨｚ） デューティー比 ５０％
上記のプロセス条件にてコンティニュアスプラズマを使用したエッチング処理を実行したところ、（ａ）及び（ｂ）では高周波の反射量が大きく、（ｃ）及び（ｄ）では高周波の反射量が小さい結果となっている。（ｃ）の切替工程のように第２のエッチング工程と同じ４００Ｗの連続波の高周波電力を使うと高周波の反射が少ないことがわかる。
（第１のプロセス条件：ＣＨＭエッチング）
ガス種 Ｎ２／Ｏ２
高周波電力 連続波 １０００Ｗ
（第２のプロセス条件：Ｓｉａｒｃエッチング）
ガス種 ＮＦ３／Ｎ２
高周波電力 連続波 ４００Ｗ
（切替工程における高周波電力）
（ａ）連続波 １００Ｗ
（ｂ）連続波 ３００Ｗ
（ｃ）連続波 ４００Ｗ
（ｄ）パルス波 ４００Ｗ（１０ｋＨｚ） デューティー比 ５０％
上記のプロセス条件にてコンティニュアスプラズマを使用したエッチング処理を実行したところ、（ａ）及び（ｂ）では高周波の反射量が大きく、（ｃ）及び（ｄ）では高周波の反射量が小さい結果となっている。（ｃ）の切替工程のように第２のエッチング工程と同じ４００Ｗの連続波の高周波電力を使うと高周波の反射が少ないことがわかる。
しかし、４００Ｗの連続波の高周波電力を使うと、切替工程においてエッチングが促進される。この結果、第１のエッチング工程のガスの影響を受けて想定外のエッチング処理が進行し、ウェハＷの加工にバラツキが発生し易くなり、エッチングの均一性が低下する。
そこで、切替工程においてエッチングを抑制するために、（ｂ）の切替工程では高周波の電力値を３００Ｗに下げ、（ａ）の切替工程では高周波の電力値を１００Ｗに下げる。この結果、（ｂ）の切替工程では５１Ｗの高周波の反射が検知され、（ａ）の切替工程では３８Ｗ〜６５Ｗの高周波の反射が検知され、いずれの場合にもプラズマが不安定になっている。
一方、（ｄ）の切替工程では、デューティー比が５０％のパルス波の高周波が供給される。この結果、（ｄ）の切替工程では１９Ｗの高周波の反射が検知され、プラズマが安定することがわかる。加えて、（ｄ）の切替工程では実効電力が２００Ｗであるため、（ｂ）〜（ｃ）の切替工程よりも切替工程におけるエッチングが抑制されることがわかる。
具体的には、（ｄ）の切替工程では実効電力が２００Ｗであり、（ｂ）の高周波の実効電力（３００Ｗ）よりも小さいにもかかわらず高周波の反射量は低減されている。これは、パルス波の高周波を印加すると、実効電力が同一又は近似する連続波の高周波を印加するよりも、整合器３０の可変コンデンサＣ１，Ｃ２の整合位置の移動量を小さくできることを示している。
［デューティー比の依存性］
次に、切替工程で印加するパルス波の高周波のデューティー比の依存性について実験した結果について、図６および図７を参照しながら説明する。ここでは、図６の上段、中断、下段及び図７の上段、中断、下段に示されるすべての結果において、切替工程でパルス波の高周波が印加されることが条件とされる。また、印加される高周波の周波数は、左から０．５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚである。その他の各プロセス条件は次の通りである。
・図６の上段
Ｓｉａｒｃのエッチング
ガス種 ＣＦ４
高周波 パルス波 ６００Ｗ
・図６の中段
Ｓｉａｒｃのエッチング
ガス種 ＣＦ４／Ｏ２
高周波 パルス波 ８００Ｗ
・図６の下段
ＣＨＭのエッチング
ガス種 Ｎ２／Ｏ２
高周波 パルス波 ５００Ｗ
・図７の上段
Ｃ（カーボン）を除くＨＭ（ハードマスク）のエッチング
ガス種 ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２
高周波 パルス波 ８００Ｗ
・図７の中段
Ｏｘ（酸化膜）のエッチング
ガス種 Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２
高周波 パルス波 １０００Ｗ
・図７の下段
ＳｉＮ（窒化膜）におけるエッチング
ガス種 ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２／ＣＦ４
高周波 パルス波 ８００Ｗ
これによれば、０．５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚのいずれの周波数の場合にも、デューティー比を最大で１０％〜９０％に変化させても、可変コンデンサＣ１、Ｃ２の位置は、ほぼ一致し、変化していないことがわかる。
次に、切替工程で印加するパルス波の高周波のデューティー比の依存性について実験した結果について、図６および図７を参照しながら説明する。ここでは、図６の上段、中断、下段及び図７の上段、中断、下段に示されるすべての結果において、切替工程でパルス波の高周波が印加されることが条件とされる。また、印加される高周波の周波数は、左から０．５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚである。その他の各プロセス条件は次の通りである。
・図６の上段
Ｓｉａｒｃのエッチング
ガス種 ＣＦ４
高周波 パルス波 ６００Ｗ
・図６の中段
Ｓｉａｒｃのエッチング
ガス種 ＣＦ４／Ｏ２
高周波 パルス波 ８００Ｗ
・図６の下段
ＣＨＭのエッチング
ガス種 Ｎ２／Ｏ２
高周波 パルス波 ５００Ｗ
・図７の上段
Ｃ（カーボン）を除くＨＭ（ハードマスク）のエッチング
ガス種 ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２
高周波 パルス波 ８００Ｗ
・図７の中段
Ｏｘ（酸化膜）のエッチング
ガス種 Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２
高周波 パルス波 １０００Ｗ
・図７の下段
ＳｉＮ（窒化膜）におけるエッチング
ガス種 ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２／ＣＦ４
高周波 パルス波 ８００Ｗ
これによれば、０．５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚのいずれの周波数の場合にも、デューティー比を最大で１０％〜９０％に変化させても、可変コンデンサＣ１、Ｃ２の位置は、ほぼ一致し、変化していないことがわかる。
例えば、パルス波の高周波の電力が４００Ｗの場合であってデューティー比が１０％の場合、実効電力は４０Ｗであり、デューティー比が９０％の場合、実効電力は３６０Ｗである。このように、実効電力に９倍の差があっても、可変コンデンサＣ１、Ｃ２の位置はほぼ一致している。これにより、本実施形態にかかるプラズマエッチング方法によれば、切替工程における高周波の実効電力を第２のエッチング工程における高周波の実効電力以下にすることで、高周波の反射を下げ、かつ切替工程におけるエッチングを抑制することができる。その際、本実施形態にかかるプラズマエッチング方法は、印加するパルス波の高周波のデューティー比に依存性しないことがわかる。
また、図６の上段、中断、下段及び図７の上段、中断、下段の結果を得るために使用したガス種はすべて異なっている。よって、本実施形態にかかるプラズマエッチング方法は、ガス種に依存性しないことがわかる。
［周波数の依存性］
最後に、周波数の依存性について実験した結果について、図８を参照しながら説明する。図８の上段、中断、下段に示されるすべての結果において、切替工程ではパルス波の高周波が印加される。また、デューティー比は、左から１０％、５０％、９０％である。各プロセス条件は次の通りである。
・図８の上段
Ｓｉａｒｃのエッチング
ガス種 ＣＦ４
高周波 パルス波 ６００Ｗ
・図８の中段
Ｓｉａｒｃのエッチング
ガス種 ＣＦ４／Ｏ２
高周波 パルス波 ８００Ｗ
・図８の下段
ＣＨＭのエッチング
ガス種 Ｎ２／Ｏ２
高周波 パルス波 ５００Ｗ
これによれば、０．５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚのいずれの周波数の場合にも、デューティー比を１０％〜９０％に変化させても、可変コンデンサＣ１、Ｃ２の位置は、ほぼ一致し、変化していないことが示されている。以上から、本実施形態にかかるプラズマエッチング方法は、パルス波の高周波の周波数に依存性しないことがわかる。
最後に、周波数の依存性について実験した結果について、図８を参照しながら説明する。図８の上段、中断、下段に示されるすべての結果において、切替工程ではパルス波の高周波が印加される。また、デューティー比は、左から１０％、５０％、９０％である。各プロセス条件は次の通りである。
・図８の上段
Ｓｉａｒｃのエッチング
ガス種 ＣＦ４
高周波 パルス波 ６００Ｗ
・図８の中段
Ｓｉａｒｃのエッチング
ガス種 ＣＦ４／Ｏ２
高周波 パルス波 ８００Ｗ
・図８の下段
ＣＨＭのエッチング
ガス種 Ｎ２／Ｏ２
高周波 パルス波 ５００Ｗ
これによれば、０．５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚのいずれの周波数の場合にも、デューティー比を１０％〜９０％に変化させても、可変コンデンサＣ１、Ｃ２の位置は、ほぼ一致し、変化していないことが示されている。以上から、本実施形態にかかるプラズマエッチング方法は、パルス波の高周波の周波数に依存性しないことがわかる。
以上に説明したように、本実施形態にかかるプラズマエッチング方法によれば、切替工程におけるパルス波の高周波の実効電力を第２のエッチング工程における実効電力以下にすることで高周波の反射波を低減することができ、プラズマを安定させることができる。また、切替工程においてエッチングを抑制させることができる。
以上、プラズマエッチング方法を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるプラズマエッチング方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
例えば、本発明に係るプラズマエッチング方法は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等において使用可能である。
また、本発明にかかるプラズマ処理装置により処理される基板は、ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
１：プラズマ処理装置
１０：ガス供給源
２１：載置台
３０：整合器
４０：排気装置
５０：制御装置
Ｃ：チャンバ
Ｃ１，Ｃ２：可変コンデンサ
Ｌ：インダクタ
１０：ガス供給源
２１：載置台
３０：整合器
４０：排気装置
５０：制御装置
Ｃ：チャンバ
Ｃ１，Ｃ２：可変コンデンサ
Ｌ：インダクタ
Claims (3)
- 高周波電力を供給し、プラズマを維持させながらプロセス条件を切り替えて所望のエッチングを行うプラズマエッチング方法であって、
第１のプロセス条件に基づき、第１の実効電力を有する第１の高周波電力を供給しながら第１のプラズマエッチングを行う第１のエッチング工程と、
第１のプロセス条件と異なる第２のプロセス条件に基づき、第２の実効電力を有する第２の高周波電力を供給しながら第２のプラズマエッチングを行う第２のエッチング工程と、
前記第１及び第２のエッチング工程の間において、第３の実効電力を有する第３の高周波電力を間欠的に供給する切替工程と、を有し、
前記切替工程の開始前に、ガスのプロセス条件を前記第１のプロセス条件から前記第２のプロセス条件に切り替え、
前記切替工程における第３の高周波の実効電力は、前記第１のエッチング工程における前記第１の高周波電力の前記第１の実効電力及び前記第２のエッチング工程における前記第２の高周波電力の前記第２の実効電力以下であり、前記第３の高周波電力は、前記第３の高周波電力を間欠的に供給している間、一定のデューティー比を有するプラズマエッチング方法。 - 前記切替工程の開始に応じて、前記第３の高周波電力以外のプロセス条件を前記第１のプロセス条件から前記第２のプロセス条件に切り替える、
請求項１に記載のプラズマエッチング方法。 - 高周波電力を供給し、プラズマを維持させながらプロセス条件を切り替えて所望のエッチングを行うプラズマエッチング方法であって、
第１のプロセス条件に基づき、連続波である第１の高周波電力を供給しながら第１のプラズマエッチングを行う第１のエッチング工程と、
第１のプロセス条件と異なる第２のプロセス条件に基づき、第２の実効電力を有する第２の高周波電力を供給しながら第２のプラズマエッチングを行う第２のエッチング工程と、
前記第１及び第２のエッチング工程の間において、第３の実効電力を有する第３の高周波電力を間欠的に供給する切替工程と、を有し、
前記切替工程の開始前に、ガスのプロセス条件を前記第１のプロセス条件から前記第２のプロセス条件に切り替え、
前記切替工程における第３の高周波の実効電力は、前記第２のエッチング工程における前記第２の高周波電力の前記第２の実効電力以下であり、前記第３の高周波電力は、前記第３の高周波電力を間欠的に供給している間、一定のデューティー比を有するプラズマエッチング方法。
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