JPH01214122A - プラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ処理方法に関する。

（従来の技術） 従来、半導体ウェハ等の被処理物をプラズマ処理する方
法として、Ｅ　ＣＲ（ＥＣＲ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣ
ｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）プラズマ処理
方法が用いられている。

このＥＣＲプラズマ処理方法として、例えばＥＣＲエツ
チング方法では、磁界とマイクロ波の相互作用により、
電子を螺旋運動させ、かつ電子サイクロトロン共鳴の条
件下で電子を加速し、この加速した電子を処理ガスに衝
突させてプラズマを発生させ、このプラズマ中のイオン
を引出して被処理物のエツチングを行う方法である。

このようにＥＣＲエツチング方法では、イオン源の中で
加速した電子を螺旋運動させるため、イオン源の中で電
子衝撃による中性粒子の電離確率が高まり、比較的高い
真空度例えば１０’　Ｔｏｒｒ以上の真空度で高電離プ
ラズマが生成でき、高真空雰囲気でのエツチング処理が
行える。

ところで、近年の半導体素子の高集積化に伴い、微細パ
ターンの形成においては高精度課が要求されている。即
ち、マスクパターン転写工程で形成されたフォトレジス
トにするエツチングマスクパターンの寸法を忠実に再現
するには、第６図に示すように基板１上に形成されたポ
リシリコン等の被処理膜２およびエツチングマスク３の
エツチング加工断面が異方性形状となることが望ましい
。

ところが高い真空度でエツチングを行うと、第７図に示
すように被処理物への入射イオンａが反応生成物や他の
中性種すと衝突・散乱して入射方向が曲げられ、被処理
部の側壁に衝突し、この側壁をエツチングするいわゆる
アンダーカット現象か発生するという問題があった。

そこで従来のＥＣＲエツチングでは、真空容器内を例え
ば１０−’　Ｔｏｒｒ以下の低真空度雰囲気にして、入
射イオンの衝突確率を減少させることで上記アンダーカ
ットの問題を解決することが行われていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したように低真空度雰囲気下でＥＣ
Ｒエツチングを行うと、エツチングレートが低下すると
いう問題があり、これを解決するだめにエツチング時間
の長時間化を図ろうとすると、被処理物の温度が上昇し
てレジストが劣化するという問題が生じた。

また、従来のＥＣＲエツチングでは、マイクロ波の出力
は、第８図に示すように処理作業が終了するまで連続し
て加えており、このようにマイクロ波を連続出力する方
式では、マイクロ波エネルギーと処理ガスのプラズマ生
成エネルギーの変換効率を向上させるには限度があり、
余剰のマイクロ波エネルギーが、真空容器内のイオン発
生室で反射波となって現われる。

このような反射波が発生すると、プラズマの状態が不安
定となり、エツチングレートの低下やエツチングむらの
発生等を招き、安定した処理が行えないという問題があ
った。

この反射波の発生を防止するために、プラズマ発生領域
であるイオン発生室からのイオン取出し口を小さくする
ことも考えられているが、イオン流出量が小さくなるた
め、短時間で処理するには被処理物を近づけなげなけれ
ばならず、こうするとエツチングレートは向上するもの
のエツチングの均一性が低下し、また被処理物を遠ざけ
ると均一性は向上するが逆にエツチングレートが低下ス
るという問題が生じた。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
で、高真空度雰囲気での安定した処理を可能とするとと
もに、処理室内のマイクロ波の反射を低減して、安定し
たＥＣＲプラズマ処理が可能なプラズマ処理方法を提供
することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のプラズマ方法は、処理室となる真空容器内に処
理ガスを導入し、所定の強さの磁場とパルス状マイクロ
波との相互作用により前記導入した処理ガスをプラズマ
化し、この生成したプラズマにより被処理物を処理する
プラズマ処理方法において、前記マイクロ波の１パルス
周期が、１パルス周期当りのマイクロ波出力期間を１、
マイクロ波停止期間をＸとした場合に、 ３　≦　Ｘ　≦　１０ を満足するようなパルス状マイクロ波を加えて処理する
ことを特徴とするものである。

（作　用） プラズマ発生用のマイクロ波を所定の間隔を有するパル
ス状にして加えることで、高真空度雰囲気での安定した
処理が可能となり、さらに処理室内のマイクロ波の反射
が低減され、安定したプラズマ処理が可能となる。

（実施例） 以下、本発明方法をＥＣＲエツチングに適用した一実施
例について図を参照して説明する。

段付き円筒状の真空容器１は、その上部の小円筒部内が
処理ガスをイオン化するためのイオン発生室ｌａｘそし
て下部の大円筒部内が被処理物例えば半導体ウェハ２を
載置する載置台３等を配設した処理室１ｂで構成されて
いる。

真空容器１上面部には、所定の周期のパルス状マイクロ
波を出力するマイクロ波出力部４と接続したマイクロ波
導波管５が取付けられており、この導波管５によりパル
ス状のマイクロ波がイオン発生室１ａ内に導かれる。そ
して、真空容器１のイオン発生室１ａ外側面には、イオ
ン発生室１ａ内にドーナツ状の磁界を形成するための環
状磁気コイル６が配設されている。

このようなＥＣＲエツチング装置によるエツチング方法
について以下に説明する。

まず、真空容器１内を所定の真空度とし、図示を省略し
たガス導入部から処理ガスをイオン発生室１ａ内に導入
して、処理に必要な真空度例えば１０’　Ｔｏｒｒの真
空雰囲気にした後、環状磁気コイル６に電流を流して例
えば８７５ガウスの環状磁界を形成する。

しかる後、マイクロ波出力部４で出力された例えば２．
４５ＧＨｚのマイクロ波を、パルス的に例えば第２図に
示すように１６ｍ５間隔でイオン発生室１ａに導く。

こうして、上記磁界とマイク０波の相互作用により電子
を螺旋運動させるとともに、サイクロトロン共鳴により
加速し、イオン処理室１ａの下側開口部７近傍で高電離
プラズマを発生させ、この生成されたプラズマ中の加速
イオンにより、所定のエツチング処理を行う。

ところで、本例では、上述したようにマイクロ波をパル
ス状に出力する方法を用いており、このようにパルス状
マイクロ波を出力して、プラズマを間欠的に発生させる
ことにより、高真空度例えば１０’　Ｔｏｒｒの真空雰
囲気下でもエツチング時のアンダーカット発生が抑制で
き、異方性エツチングを行うことができた。このとき、
パルス周期をさらに長くすることにより、このアンダー
カットの発生はさらに減少するが、同時に、エツチング
レートの低下を招く恐れもあるため、この場合には、第
３図に示すように、１パルス当りのマイクロ波出力を大
きくすればエツチングレートの低下を招くことはなかっ
た。

さらに、パルス状マイクロ波を加えることで、マイクロ
波エネルギーからプラズマ生成エネルギーへのエネルギ
ー変換効率が高くなり、反射波の発生を低減することが
でき、この反射波が原因て生じていた諸問題を解決でき
た。

そこで、第４図に示すようにマイクロ波の１パルス周期
当りのパルス幅（アクティブ期間）とインアクティブ期
間Ｘとの比（デユーティ−ファクター）と、反射波の発
生割合の関係を求めたので、この結果を第５図に示す。

第５図は、真空容器１内のプラズマ発生部であるグリッ
ド部７に、８７５ガウスの磁界を加えた状態で、マイク
ロ波のパルスデューティを変化させた場合の反射波の発
生割合を示す図で、同図に示すように１パルス周期当り
におけ゛るインアクティブな期間Ｘがパルス幅の３倍〜
１０倍までのとき、従来の連続出力方式の反射波発生レ
ベルを下回ることが認められた。

これは、ｘ−３未満では、パルス間隔が短すぎるため、
プラズマが消滅しないうちに次のパルスが導波されるこ
とになり、結果的に従来の連続出力方式と同様に連続し
てプラズマが発生するためで、一方、ｘ−１０を超える
と、所定のエツチングレートを維持するためにはマイク
ロ波出力を非常に大きくする必要があり、このように大
きな出力のマイクロ波では、全てのエネルギーがプラズ
マに変換されなくなり、マイクロ波の余剰エネルギーが
反射波として現われてしまうためである。

さらにこの場合、エネルギー変換効率の低下によりエツ
チングレートが低下するという問題も生じる。

従って、マイクロ波のパルスデューティ−比は、パルス
幅を１とした場合、インアクティブ期間Ｘを３〜１０と
すればよいことが判明した。

このように、マイクロ波出力を所定のパルス周期で加え
ることにより、高真空度例えば１０’　Ｔｏｒｒの真空
雰囲気下でも、異方性エツチングが可能となり、さらに
は、マイクロ波エネルギー−プラズマ生成エネルギーの
エネルギー変換効率が向上することにより、真空室内の
マイクロ波の反射波が減少し、エツチングレートの向上
およびエツチングの均一性が向上し、安定した処理が行
える。

尚、マイクロ波のパルス出力方法としては、６０Ｈｚの
電源では、単相半波整流の電圧をマグネトロンに与えて
得てもよく、また電源効率を高めるために単相全波（８
ａ＋Ｓパルス）か、三相全波整流子平滑回路を用いても
よい。

また、本発明方法は、上述エツチング方法に限定される
ものではなく、例えばＥＣＲＣＶＤ装置等、プラズマ処
理方法用いたものであればいずれにも適用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のプラズマ処理方法によれ
ば、高真空度雰囲気での安定した処理を可能とするとと
もに、処理室内のマイクロ波の反射を低減して、安定し
たプラズマ処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用したＥＣＲエツチング装置の
構成を示す図、第２図および第３図は実施例におけるマ
イクロ波のパルス出力の状態を示す図、第４図は実施例
のマイクロ波の１パルス当りのパルス幅とインアクティ
ブ期間とを説明するための図、第５図は実施例における
マイクロ波のパルスデューティ−比と反射波の発生割合
の関係を示す図、第６図は異方性エツチングを示す半導
体ウェハの部分断面図、第７図はアンダーカットを生じ
たエツチングを示す半導体ウェハの部分断面図、第８図
は従来方法におけるマイクロ波の出力状態を示す図であ
る。 １・・・・・・真空容器、２・・・・・・半導体ウェハ
、４・・・・・・パルス状マイクロ波出力部、６・・・
・・・環状磁気コイル。 出願人　　　　　　チル・サームコ株式会社代理人　弁
理士　　須　山　佐　− 第１　図 ハ１ルス甜講１ 第２図 １マルス思人日 第３図 １：４ 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　処理室となる真空容器内に処理ガスを導入し、所定の
   強さの磁場とパルス状マイクロ波との相互作用により前
   記導入した処理ガスをプラズマ化し、この生成したプラ
   ズマにより被処理物を処理するプラズマ処理方法におい
   て、 前記マイクロ波の１パルス周期が、１パルス周期当りの
   マイクロ波出力期間を１、マイクロ波停止期間をｘとし
   た場合に、 ３≦ｘ≦１０ を満足するようなパルス状マイクロ波を加えて処理する
   ことを特徴とするプラズマ処理方法。