JPH10102251A - 炭素原子による成膜及びエッチング処理方法及びその装置 - Google Patents
炭素原子による成膜及びエッチング処理方法及びその装置Info
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- JPH10102251A JPH10102251A JP25761796A JP25761796A JPH10102251A JP H10102251 A JPH10102251 A JP H10102251A JP 25761796 A JP25761796 A JP 25761796A JP 25761796 A JP25761796 A JP 25761796A JP H10102251 A JPH10102251 A JP H10102251A
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Abstract
中等の炭素ラジカルを高い再現性をもって直接、かつ高
精度に測定して処理プロセスを制御することができる炭
素原子による成膜及びエッチング処理方法及びその装置
の提供。 【解決手段】少なくとも炭素原子を含有した原料ガスを
プラズマ化する。プラズマ化した原料ガスの炭素原子を
被処理体上に堆積させて成膜したり、炭素原子を被処理
体に衝突させてエッチングする際に、発光線発生手段か
ら出射される炭素原子発光線をプラズマに照射し、炭素
原子発光線の出射量とプラズマの透過量に基づいてプラ
ズマ中の炭素原子密度を計測する。測定された炭素原子
密度に基づいてプラズマ処理する。
Description
若しくは電磁波等を照射して発生するプロセス中の炭素
ラジカルにより被処理体をエッチング処理したり、ダイ
ヤモンド薄膜、硬質炭素薄膜或いは炭化珪素薄膜を成膜
する炭素原子による成膜及びエッチング処理方法及びそ
の装置に関する。
ては、高周波電界或いは直流電界により炭素原子含有ガ
スを反応性プラズマ化して炭素ラジカルを生じさせ、半
導体ウェハーやLCD用ガラス基板等の被処理体をエッ
チング処理したり、該被処理体上にダイヤモンド薄膜等
の各種の炭素薄膜を成膜している。又、炭素材料にレー
ザを照射して薄膜を形成するレーザアブレーション法や
イオンを照射して薄膜を形成するイオンスパッタリング
法により各種の炭素薄膜を成膜する方法が知られている
が、何れの場合においても、エッチング処理や成膜の加
工精度が微細化しているため、この状況下で夫々の処理
を高速、高選択比、高精度に行なうには、反応プラズマ
中の炭素ラジカルを高精度で、かつ高速に制御する必要
が生じてきている。
ラズマ源に印加される電力、真空容器内の圧力等の各種
パラメータを制御したり、炭素原子含有ガスの種類及び
添加量を変化させることにより行ない得るが、前者にあ
っては夫々のパラメータが相対的に変化するため、高精
度に制御できなかった。
してそのエッチング特性(形状、エッチング速度等)や
成膜された薄膜特性(膜質、膜厚等)を検査し、その検
査結果に基づいて次にエッチング処理或いは成膜処理す
る際の炭素ラジカルを制御する方法にあっては、検査に
多くの手間がかかると共に直接製造プロセスに反映でき
ず、プロセスとしての信頼性が低かった。
F2 、CF3 )の原子密度を赤外半導体レーザー分光法
により測定する方法が提案されているが、炭素ラジカル
にあっては赤外領域に光線を吸収しないため、その密度
を測定できなかった。又、プラズマ中における、例えば
C2 * の発光種を分光器により観察して炭素ラジカルの
原子密度等を測定する方法も提案されているが、プラズ
マの状態によって発光強度と炭素原子密度の関係が変化
し、両者の間において一定の関係が常に成立しないた
め、該方法によっては炭素ラジカルの原子密度を測定で
きなかった。
マ中における炭素ラジカルの原子密度を測定する方法が
なかった。このことは、プラズマを用いない、例えばレ
ーザアブレーション法により炭素ラジカルを生成させる
場合においても同様であり、原子密度を測定する方法が
なかった。
ために発明されたものであり、その課題とするところ
は、反応性プラズマ中或いはレーザアブレーション中等
の炭素ラジカルを高い再現性をもって直接、かつ高精度
に測定して処理プロセスを制御することができる炭素原
子による成膜及びエッチング処理方法及びその装置を提
供することにある。
なくとも炭素原子を含有した原料ガスをプラズマ化し、
被処理体上に炭素含有薄膜を成膜したり、被処理体をエ
ッチング処理する際に、プラズマ化した原料ガスに対し
て発光線発生手段から出射される炭素原子発光線を照射
し、炭素原子発光線の出射量とプラズマの透過量とに基
づいてプラズマ中の炭素原子密度を計測し、該炭素原子
密度に基づいてプラズマ処理することを特徴としてい
る。
た原料ガスをプラズマ化し、被処理体上に炭素含有薄膜
を成膜したり、被処理体をエッチング処理するプラズマ
処理装置において、発光線発生手段から出射される炭素
原子発光線をプラズマ処理装置内のプラズマに照射し、
該プラズマを通過した炭素原子発光線を発光線検出手段
により検出してプラズマ中の炭素原子密度を測定し、測
定された炭素原子密度に基づいてプラズマ強度を制御す
る制御手段を備えたことを特徴としている。
た材料にプラズマ或いは電磁波又は粒子を照射し、該材
料から発生する炭素原子を用いて被処理体上に炭素含有
薄膜を成膜したり、被処理体をエッチング処理するプロ
セスにおいて、該プロセス中に発生する炭素原子に対し
て発光線発生手段から出射される炭素原子発光線を照射
し、炭素原子発光線の出射量と透過量とに基づいて炭素
原子密度を計測し、該炭素原子密度に基づいて成膜及び
エッチング処理することを特徴としている。
た材料にプラズマ或いは電磁波又は粒子を照射し、該材
料から発生する炭素原子を用いて被処理体上に炭素含有
薄膜を成膜したり、被処理体をエッチング処理するプロ
セスにおいて、該プロセス中に発生する炭素原子に対し
て発光線発生手段から出射される炭素原子発光線を照射
し、炭素原子発光線の出射量と透過量とに基づいて炭素
原子密度を計測し、該炭素原子密度に基づいて前記プラ
ズマ或いは電磁波又は粒子の照射強度を制御する制御手
段を備えたことを特徴としている。
理方法及びその装置を高周波を使用した誘導結合型プラ
ズマ処理装置に実施した実施の一形態に基づいて説明す
る。
す概略断面図である。
略断面図である。
ンガス含有量と発光強度の関係を示すグラフである。
説明図である。
ラズマ処理装置1の処理室を構成する真空容器3の上部
には石英管からなる放電室5が一体に設けられ、該放電
室5の周囲には高周波電源7に接続された高周波アンテ
ナ9が螺旋状に取巻かれている。この高周波アンテナ9
は高周波電源7から印加される高周波電力により放電室
5及び真空容器3内にプラズマを生成させる。放電室5
と高周波アンテナ9との間には周方向に多数のスリット
が形成され、かつ接地された銅板等の静電シールド部材
11が取付けられている。そして放電室5は流水中に浸
漬され、該放電室5がエッチングされるのを防いでい
る。
3.56MHz)、VHF帯域(100MHz)或いは
UHF帯域(500MHz)の何れであってもよく、
又、本発明はマイクロ波(2.45GHz)或いは直流
電力によりプラズマを生成してもよい。
3の上部にはヘリウムガス、アルゴンガス等の反応性ガ
スと共にエッチング処理の場合にはフルオロカーボンガ
ス(Cx Fx )、又カーボン薄膜を成膜する場合には一
酸化炭素ガス等の炭素原子を含有した原料ガスを所定の
流量で真空容器3内に導入するための導入口13が取付
けられている。又、真空容器3内には電極としての載置
台15が設けられ、該載置台15上には半導体ウェハー
やLCD用ガラス基板等の被処理体17が、必要に応じ
て静電チャック19等の保持部材を介して載置される。
該静電チャック19は絶縁性薄膜間に電極19aを設
け、該電極19aに直流電流を印加して被処理体17を
静電吸着させて保持する。
環させて冷却する冷却手段(図示せず)及び加熱するヒ
ーター(図示せず)が必要に応じて設けられ、被処理体
17を所望の温度に調節することができる。
れ、該バイアス電源21は任意のパルス幅のバイアス電
圧を載置台15に印加してマイナスのバイアスを生じさ
せている。又、載置台15には真空排気装置(図示せ
ず)に接続された排気管23が連通され、導入口13か
ら原料ガスを導入しながら排気管23から排気して真空
容器3及び放電室5内を所定のガス圧に保っている。
光線が紫外領域の場合にはSiO2等からなる窓25a
・25bが相対するように設けられ、一方の窓25aの
外側には発光線発生装置27が、又他方の窓25bの外
側には発光線発生装置27から出射されて真空容器3内
のプラズマ中を通過した炭素原子発光線を検出する発光
線検出装置29が夫々設けられている。これら窓25a
・25bの材質としては、炭素原子発光線が真空紫外領
域の場合にはフッ化リチウム(LiF)或いはフッ化マ
グネシウム(MgF2 )であればよく、又、作動排気す
る場合には窓を設けなくてもよい。
発生装置44、発光線検出装置29は発光線発生装置2
7から出射される炭素原子発光線の強度とプラズマ中を
通過して発光線検出装置29に受光される炭素原子発光
線の強度とに基づいてプラズマ中における炭素原子密度
(濃度)を測定するものであり、発光線検出装置29に
より計測されたプラズマ中の炭素原子密度に関する測定
データを制御手段31へ転送し、制御手段31はこの測
定データに基づいて高周波アンテナ9に印加される高周
波電力、載置台15に印加されるバイアス電圧を夫々制
御したり、更には経時使用に伴って炭素が真空容器3内
面に付着した際には真空容器3をクリーニングさせるた
めのアラーム信号を出力したり、アラーム信号出力後に
クリーニングガスを真空容器3内に導入し、上記プラズ
マ処理装置1を作動して付着物を自動的に除去させるよ
うに制御する。
置29の配置位置は炭素原子発光線が被処理体17の反
応面の直上、例えば10mm上方を通過する位置が好まし
い。
テンレス等の金属製で、その先端開口には、例えば光が
透過可能なSiO2 等からなる窓35が取付けられてい
る。該窓35の材質については上記した窓25a・25
bと同様で他の材質であってもよい。又、円筒ケース3
3内のガラス管37内には電源(図示せず)に接続され
たカーボン電極39が取付けられ、窓35に相対するカ
ーボン電極39の先端面には凹部39aが形成されてい
る。更に、円筒ケース33の側壁にはガス導入口41及
び真空排気装置(図示せず)に接続された排気口43が
相対して設けられ、ガス導入口41を介してアルゴンガ
ス(Ar)と炭素原子及び酸素原子を含む、例えばCO
ガスの混合ガスを所定の流量で円筒ケース33内へ導入
しながら排気口43から排気して円筒ケース33内にお
ける混合ガス圧をほぼ一定に保っている。
加電圧400V、電流30mA)を印加すると、カーボ
ン電極39における先端面の凹部39aと窓35との間
にプラズマを発生させて炭素原子を296.7nmの波
長で発光させることにより炭素原子発光線を得ている。
この炭素原子発光線は窓35を透過した後に該窓35と
一方の窓25aとの間に配置されたレンズ36により平
行光線にされた後、真空容器3内を通過して他方の窓2
5bに向うように出射される。
発光線の波長を296.7nmとすることにより炭素原
子発光線を効率的に発光させることができるが、窓35
の材質等に応じて炭素原子発光線の波長を紫外領域或い
は真空紫外領域(例えば165.6nm、156.1n
m)の波長に適宜選択すればよく、上記波長に限定され
るものではない。真空紫外領域の光としては、例えば波
長が165.6nm或いは156.1nmの炭素原子発
光線であればよい。又、図3に示すように混合ガスに所
定量のアルゴンガスを含有させることにより炭素原子発
光線を効率的に発光させることができる。更に、発光線
発生装置27の経時発光に伴って導入された混合ガス中
の炭素原子が窓35に付着して炭素原子発光線の発光強
度を低下させるおそれがあるが、導入される混合ガス中
に酸素原子を含有させておくことにより窓35にコーテ
ィングされた炭素原子に酸素原子を結合させてガス化す
ることにより除去し、窓35から出射される炭素原子発
光線の発光強度が低下するのを防止している。
する手段としては、窓35が取付けられる円筒ケース3
3の上部に内蔵されたヒーターや、窓35に向って照射
される例えばハロゲン光により窓35を所要の温度加熱
し、炭素原子と酸素原子の反応性を良好にして窓35に
付着した炭素原子の効率的除去を可能にしたり、窓35
の下面(内面)に応じた円筒ケース33の上部に供給口
及び排気口を相対して設け、該供給口から酸素ガス或い
はオゾンガスのクリーニングガスを、窓35下面におけ
る光透過箇所に当るように供給して排気口から排出して
窓35に付着する炭素原子を、供給される酸素或いはオ
ゾンと積極的に反応させて除去するようにしてもよい。
この場合にあっては、上記のように酸素ガス或いはオゾ
ンガスを使用せず、高速流に制御された上記した混合ガ
スを供給口から排気口へ流通させて窓35に炭素原子を
付着し難くすると共に付着した炭素原子にあっては含有
された酸素と反応させて除去するようにしてもよい。
5のクリーニング方法としては、発光線発生装置27の
駆動時に、常に窓35を加熱したり、クリーニングガス
を供給して窓35に付着した炭素原子を除去してもよい
が、発光線発生装置27から出射される炭素原子発光線
の強度をモニターし、該強度が所要の値まで減衰したと
き、上記したように窓35を加熱したり、クリーニング
ガスを供給しながら発光線発生装置27を駆動して窓3
5に付着した炭素原子を除去するようにしてもよい。こ
の場合にあっては、発光線発生装置27に導入される混
合ガスをクリーニングガスに切換えて発光線発生装置2
7を駆動して炭素原子を除去するようにしてもよい。
半透鏡40及びチョッパー42を夫々設け、半透鏡40
により発光線発生装置27から出射された炭素原子発光
線の光路を発光線検出装置29と基準発光線検出装置4
4とに分けると共にチョッパー42により発光線検出装
置29に向う炭素原子発光線をON−OFFさせる。
又、他方の窓25bと発光線検出装置29との間にレン
ズ38を設け、他方の窓25bを透過した平行光線をス
ポット光に収束して発光線検出装置29に受光させるよ
うにすればよい。更に、発光線発生装置27としては上
記のように混合ガスを導入しながら排気して所定のガス
圧に保ちながら常に酸素原子を供給して窓35の流れを
除去する構成としたが、円筒ケース33内に酸素ガスの
溜めを設けた状態で上記混合ガスを封入し、経時使用に
伴って混合ガス中の酸素原子が炭素原子と結合して少な
くなったとき、即ち、窓35の内面により炭素原子が付
着して炭素原子発光線の透過率が低下したとき、酸素ガ
スの放出が可能な封止構造のものであってもよい。
理装置1による処理方法を説明する。
には導入口13からCOガス等の原料ガスを導入させる
と共に高周波アンテナ9に高周波電力を印加させると、
原料ガスは高周波電界により反応性プラズマ化し、該反
応性プラズマに含まれる炭素原子を被処理体17上に堆
積させてダイヤモンド薄膜、硬質炭素薄膜或いは炭化珪
素薄膜等を合成させる。又、被処理体17をエッチング
処理するには、導入口13からフルオロカーボンガス等
の原料ガスを導入させて上記と同様に反応性プラズマ化
させた状態でバイアス電源21から載置台15にバイア
ス電圧を印加すると、反応性プラズマ中から陽イオン化
したFイオン、CFxイオン、炭素イオンを引き出して
被処理体17に衝突させることにより被処理体17をエ
ッチング処理する。
或いはエッチング処理中においては、高周波アンテナ9
に印加される高周波電力を制御したり、載置台15に印
加されるバイアス電圧を制御することにより反応性プラ
ズマ中における炭素原子密度を制御し、成膜される薄膜
の厚さを調整したり、エッチングの選択比、加工精度を
調整することができる。
置27から出射される炭素原子発光線を真空容器3内の
プラズマを透過して発光線検出装置29に入射させ、プ
ラズマ中における炭素ラジカルによる炭素原子発光線の
吸収量に基づいて炭素ラジカル密度を測定し、制御手段
31は測定された炭素ラジカル密度に基づいて高周波ア
ンテナ9に印加される高周波電力、載置台15に印加さ
れるバイアス電圧をリアルタイムに夫々制御してプラズ
マ中における炭素原子密度がほぼ所望の値になるように
制御させる。
下のように測定する。
力が印加されていない、従ってプラズマが発生していな
い状態において発光線発生装置27から出射された炭素
原子発光線を半透鏡40により2つに分けて発光線検出
装置29及び基準発光線検出装置44に夫々入射させて
強度を測定し、その強度比I00/Ir0=aを求めてお
く。次に、高周波アンテナ9に高周波電力を印加してプ
ラズマを発生させた状態で、先ず、チョッパー42を閉
じた状態で該プラズマ中の炭素原子から発光する炭素原
子発光線の強度I1 を発光線検出装置29により測定す
る。次に、チョッパー42を開いた状態でプラズマ中の
炭素原子が発光する強度I1 と発光線発生装置27から
出射され、プラズマ中で一部が吸収された炭素原子発光
線の強度I0'との和である強度I2 を測定する。そして
強度I1 及びI2 を測定する間中、常に基準発光線検出
装置44により発光線発生装置27から出射される炭素
現発光線の強度Ir を測定し、該強度Ir と上記の式I
00/Ir0で求められた強度比aとにより発光線発生装置
27から出射され、プラズマ中の炭素原子で吸収されな
い場合に発光線検出装置29に入射される強度I0 、従
ってI0 =a・Ir を求め、この強度I0 をプラズマ中
の炭素原子による吸収量を測定する基準強度とする。そ
して上記の各強度から、式(I2 −I1 )/I0 、従っ
て式I0'/I0からプラズマ中における炭素ラジカルに
よる炭素原子発光線の吸収量を計測して炭素ラジカル密
度を測定する。
電力や載置台15に印加されるバイアス電圧をフィード
バック制御するための炭素ラジカル密度に関する基準値
は、被処理体の種類、プロセスの種類、プロセス条件等
によって大きく異なるため、これらの条件に応じてその
都度、実験等により設定することが好ましい。
度をリアルタイムで計測し、その密度がほぼ一定となる
ように高周波電力或いはバイアス電圧を制御することに
より成膜される薄膜の厚さをほぼ均一にさせることがで
きると共に被処理体17に衝突する炭素原子の量をほぼ
一定にしてエッチング処理における選択比、加工精度を
良好にすることができ、プロセスの信頼性を向上させる
ことができる。
ングや薄膜形成に重要な反応性プラズマ中の炭素ラジカ
ル密度を炭素原子発光線に基づいてリアルタイムに計測
し、その測定に基づいて高周波アンテナ9に印加される
高周波電力や載置台15に印加されるバイアス電圧をフ
ィードバック制御することによりプラズマ中の炭素ラジ
カルを高精度に制御できるため、再現性に優れた高精度
エッチング及び薄膜形成を可能にしている。
す概略断面図である。
用せず、真空容器3内にて生成されるプラズマ中におけ
る炭素原子から発光する炭素原子発光線をそのまま利用
してプラズマ中の炭素原子密度を計測するものであり、
実施の形態1と同一の構成については、同一の符号を付
してその詳細な説明を省略する。
3の側壁には、例えば光が透過可能なSiO2 等からな
る窓51が設けられ、該窓51の外側には第1の反射鏡
53が、又窓25aの外側には第2の反射鏡55が夫々
配置され、真空容器3内に導入された原料ガスを反応プ
ラズマ化した際に原料ガス中の炭素原子から発光する炭
素原子発光線を窓51を介して真空容器3の外部へ取出
した後、第1及び第2の反射鏡53・55により窓25
aを介して再び真空容器3内のプラズマに向けて出射す
るように反射させて発光線検出装置29に入射させてそ
の入射強度I1を計測する。
鏡55の間にチョッパー57を設け、先ずチョッパー5
7を閉じて両者間の光路を遮断した状態で被検出体17
の上方に生成しているプラズマ中における炭素原子の発
光強度を発光線検出装置29により計測して基準発光強
度Iref.とし、次にチョッパー57を開いてプラズマ中
から取出された炭素原子発光線を第1及び第2反射鏡5
3・55を介してプラズマ中に照射して発光線検出装置
29に入射させて入射強度I1 を計測する。そしてこれ
ら入射強度Iref.とI1 とによりプラズマ中における炭
素ラジカルによる炭素原子発光線の吸収率{(I1 −I
ref.)/Iref.×100}を演算して炭素ラジカル密度
を測定する。
測定されたプラズマ中の炭素ラジカル密度に基づいて高
周波アンテナ9に印加される高周波電力や、載置台15
に印加されるバイアス電圧を夫々フィードバック制御す
ることにより反応性プラズマ中における炭素原子密度を
制御して成膜される薄膜の厚さを調整したり、エッチン
グの選択比、加工精度を調整することができる。
のように発光線発生装置27を設けることなく、真空容
器3内にて発光する炭素原子発光線を利用してプラズマ
中の炭素ラジカル密度を測定することができ、装置を簡
素化することができる。
す概略断面図であり、実施の形態1と同一の部材につい
ては同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
パッタ処理装置71の真空容器73内には上部電極75
及び下部電極77が所要の間隔をおいて相対配置され、
上部電極75に材料としての無定形炭素79を、又下部
電極77にシリコン基板等の被処理体17を夫々設け
る。下部電極77にはヒーター(図示せず)が内蔵さ
れ、室温から約600℃の範囲で温度制御可能になって
いる。本実施の形態では下部電極77の温度を室温に設
定した。
ガスを所定の流量で導入しながら排気管23から排気し
て真空容器73内を所要のガス圧に保ちながら上部電極
75に、例えば13.56MHzの高周波を印加して下
部電極77との間にアルゴンと水素の混合ガスのプラズ
マを生成させると、上部電極75に生じる直流電圧によ
りイオンを加速して無定形炭素79に衝突させ、該無定
形炭素79から炭素原子を飛び出させて被処理体17上
に堆積し、硬質炭素薄膜を成膜させる。
定方法と同様に真空容器73の一方に配置された発光線
発生装置27から出射される炭素原子発光線を、真空容
器73内のプラズマを通過させて相対して配置された発
光線検出装置29に入射させ、プラズマ中における炭素
原子による炭素原子発光線の吸収量に基づいて炭素原子
密度を測定し、この測定結果に基づいて上部電極75に
印加される高周波電力をフィードバック制御することに
よりプラズマ中の炭素原子密度をほぼ一定にさせたり、
増減させたりして膜厚或いは成膜速度を制御することが
できた。尚、炭素原子密度が高い場合には成膜される膜
厚が厚く、又短時間に成膜できた。又、上記炭素原子密
度を計測しながら圧力、高周波電力等の条件を適宜選択
してシリコン基板上に成膜された薄膜をラマン分析法に
より分析したところ、高品質の硬質炭素膜が形成されて
いた。
置の概略を示す概略断面図であり、実施の形態1と同一
の部材については同一の符号を付してその詳細な説明を
省略する。
ーザアブレーション処理装置81における真空容器83
内の上部には材料としての無定形炭素85が、又下部に
はシリコン基板等の被処理体17を載置する載置台87
が所要の間隔をおいて配置されている。又、真空容器8
3の外部には窓89を介して無定形炭素85にレーザ光
を照射するレーザ発生装置91が設けられている。載置
台87にはヒーター(図示せず)が内蔵され、室温から
約600℃の範囲で温度制御可能になっている。本実施
の形態では載置台87の温度を室温に設定した。
を導入しながら排気管23から排気して真空容器83内
を、例えば10Paの所定のガス圧に保ちながらレーザ
発生装置91から、例えば30nsのパルス幅でレンズ
により10J/cm2 のエネルギ密度に制御されたレー
ザ光を無定形炭素85に照射させると、該レーザ光のエ
ネルギーにより無定形炭素85を蒸発、アブレートして
炭素のクラスター粒子或いは炭素原子を放出させて発光
柱(プルーム)92を形成し、被処理体17上に堆積す
る炭素のクラスター粒子により硬質炭素薄膜を成膜させ
る。尚、上記条件での堆積速度は1オングストローム/
パルスであった。
定方法と同様に真空容器83の一方に配置された発光線
発生装置27から出射される炭素原子発光線を、真空容
器83内に発生している発光柱92或いは被処理体17
の上方を通過させた後に発光線検出装置29に入射させ
て発光柱92中或いは被処理体17上方における炭素の
クラスター粒子による炭素原子発光線の吸収量に基づい
てクラスター及び炭素原子の密度を測定し、この測定結
果に基づいてレーザ発生装置91から照射されるレーザ
光のパルス幅及びエネルギー密度をフィードバック制御
することにより、発光柱92中或いは被処理体17上方
における炭素のクラスター粒子及び炭素原子の密度をほ
ぼ一定にさせたり、増減させたりして膜厚或いは成膜速
度を制御することができた。
計測する方法としては、高周波アンテナ9に印加される
高周波電力或いはレーザ発生装置91によるレーザ光の
出力を所望のデューティにパルス変調し、該パルスがL
OW(オフ)のとき、従って非プラズマ状態或いは非発
光柱状態のとき、発光線発生装置27から出射されて発
光線検出装置29に入射される炭素原子発光線の強度を
計測し、又該パルスがHIGH(オン)のとき、従って
プラズマ状態或いは発光柱状態のとき、発光線検出装置
29に入射される炭素原子発光線の強度に計測してプラ
ズマ中或いは発光柱92中の炭素ラジカルによる炭素原
子発光線の吸収量を演算する処理を繰返して測定すれば
よい。これにより発光線発生装置27から出射される炭
素原子発光線の出射強度が不安定であっても、炭素ラジ
カルによる炭素原子発光線の吸収量を高精度で、かつ安
定して測定することができる。又、そのオン、オフは例
えば周期100m票においてオン50m秒、オフ50m
秒程度でパルス偏重放電を行っている。この場合におい
ても、発光線発生装置27の前段にチョッパーを設け、
チョッパー出力をトリガーにして信号を演算してもよ
い。更に、発光線発生装置27から出射される炭素原子
発光線の発生直後の光をチョッパーによりオン・オフ変
調し、この変調した光を出射してプラズマ或いは発光柱
92を透過した光をチョッパーの周期に同期させて位相
検波或いはこれをトリガとして演算してもよい。
光線発生装置27は、プラズマ中の炭素原子から炭素ラ
ジカルに吸収可能な波長の光に発光させる構成とした
が、本発明においては、例えば炭素原子に吸収可能な波
長の光をアーク放電等により発光させるものであっても
よい。
発光線の吸収率と高周波アンテナ9に印加される高周波
電力との関係を示し、高周波電力を多くすることにより
プラズマ中における炭素ラジカルを高密度化することが
できる。
された半導体ウェハ等の被処理体を、フルオロカーボン
をプラズマ化してエッチング処理する実施例を以下に説
明する。
ロオクタフルオロブタン(C4 F8)を含む反応ガスを
真空容器3内に導入して圧力を0.4Paに保つと共に
高周波アンテナ9に高周波電力(電力1.2KW、周波
数13.56MHz)を印加して真空容器3内にプラズ
マを生成し、更に載置台15にバイアス電圧(−300
V)を印加した。又、被処理体17としてはSiO2 上
に適当なエッチングパターンを形成したものを使用し
た。
27から出射され、発光線検出装置29に入射される炭
素原子発光線により被処理体17の上方に発生している
プラズマ中における炭素ラジカルの密度を測定し、その
測定値に基づいて該炭素ラジカルの密度がほぼ一定とな
るように高周波電力及びバイアス電圧をフィードバック
制御し、被処理体17をエッチング処理した。
リコン酸化膜のエッチング速度8000オングストロー
ム/min.で、対シリコンエッチング選択比50、対シリ
コン窒化膜選択比15の高選択比エッチングであった。
シリコン酸化膜のシリコンパターン形状をSEMにより
観測したところ、線幅0.2μmまでの微細パターンに
対してほぼ垂直であった。
ハー、5000枚について酸化膜/シリコンのエッチン
グ特性を評価したところ、炭素原子発光線に基づいて炭
素ラジカルの密度に基づいてフィードバック制御しない
場合には約1000枚あたりからエッチング速度、選択
比にばらつきが生じ、エッチング再現性が低下した。一
方、フィードバック制御した場合には、全ての半導体ウ
ェハーにおいて良好なエッチング特性が得られ、高い再
現性が得られた。
ラズマ化してダイヤモンド薄膜を成膜する実施例を以下
に説明する。
反応ガスを真空容器3内に導入して圧力を13Paに保
つと共に高周波アンテナ9に高周波電力(電力500
W、周波数13.56MHz)を印加して真空容器3内
にプラズマを生成した。又載置台15のヒーターにより
被処理体17を600Kに加熱した。
27から出射され、発光線検出装置29に入射される炭
素原子発光線により被処理体17の上方に発生している
プラズマ中における炭素ラジカル密度を測定し、その測
定値に基づいて該炭素ラジカル密度がほぼ一定となるよ
うに高周波電力をフィードバック制御し、被処理体17
にダイヤモンド薄膜を成膜処理した。このダイヤモンド
薄膜を評価したところ、成膜速度が1,500オングス
トローム/min.で、直径50mmの被処理体17としての
シリコン基板に対してほぼ均一であった。図9に炭素原
子発光線の吸収量と成膜された膜厚との関係を示す。
シリコン基板についてダイヤモンド薄膜の成膜特性を評
価したところ、炭素ラジカル密度に基づいてフィードバ
ック制御しない場合には約100枚あたりから膜厚にば
らつきが生じ、成膜の再現性が低下した。一方、フィー
ドバック制御した場合には、形成した薄膜をラマン分光
により計測したところ、全てのシリコン基板にほぼ均一
な膜厚のダイヤモンド薄膜を成膜できており、高い再現
性が得られた。
いはレーザアブレーション中等の炭素ラジカルを高い再
現性をもって直接、かつ高精度に測定して処理プロセス
を制御することができる。
示す概略断面図である。
ある。
量と発光強度の関係を示すグラフである。
る。
示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
装置の概略を示す概略断面図である。
を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
理装置、17:被処理体、27:発光線発生手段として
の発光線発生装置、29:発光線検出手段としての発光
線検出装置、71:成膜及びエッチング処理装置を構成
するスパッタ処理装置、81:成膜及びエッチング処理
装置を構成するレーザアブレーション処理装置
Claims (10)
- 【請求項1】少なくとも炭素原子を含有した原料ガスを
プラズマ化し、被処理体上に炭素含有薄膜を成膜した
り、被処理体をエッチング処理するプラズマ処理方法に
おいて、プラズマ化した原料ガスに対して発光線発生手
段から出射される炭素原子発光線を照射し、炭素原子発
光線の出射量とプラズマの透過量とに基づいてプラズマ
中の炭素原子密度を計測し、該炭素原子密度に基づいて
プラズマ処理する炭素原子による成膜及びエッチング処
理方法。 - 【請求項2】少なくとも炭素原子を含有した原料ガスを
プラズマ化し、被処理体上に炭素含有薄膜を成膜した
り、被処理体をエッチング処理する成膜及びエッチング
処理装置において、発光線発生手段から出射される炭素
原子発光線をプラズマ処理装置内のプラズマに照射し、
該プラズマを通過した炭素原子発光線を発光線検出手段
により検出してプラズマ中の炭素原子密度を測定し、測
定された炭素原子密度に基づいてプラズマ強度を制御す
る制御手段を備えた炭素原子による成膜及びエッチング
処理装置。 - 【請求項3】少なくとも炭素原子を含有した材料にプラ
ズマ或いは電磁波又は粒子を照射し、該材料から発生す
る炭素原子を用いて被処理体上に炭素含有薄膜を成膜し
たり、被処理体をエッチング処理するプロセスにおい
て、該プロセス中に発生する炭素原子に対して発光線発
生手段から出射される炭素原子発光線を照射し、炭素原
子発光線の出射量と透過量とに基づいて炭素原子密度を
計測し、該炭素原子密度に基づいて成膜及びエッチング
処理を行う炭素原子による成膜及びエッチング処理方
法。 - 【請求項4】少なくとも炭素原子を含有した材料にプラ
ズマ或いは電磁波又は粒子を照射し、該材料から発生す
る炭素原子を用いて被処理体上に炭素含有薄膜を成膜し
たり、被処理体をエッチング処理するプロセスにおい
て、該プロセス中に発生する炭素原子に対して発光線発
生手段から出射される炭素原子発光線を照射し、炭素原
子発光線の出射量と透過量とに基づいて炭素原子密度を
計測し、該炭素原子密度に基づいて前記プラズマ或いは
電磁波又は粒子の照射強度を制御する制御手段を備えた
炭素原子による成膜及びエッチング処理装置。 - 【請求項5】請求項1〜4において、発光線発生手段は
少なくとも炭素原子及び酸素原子を含んだ混合ガスをプ
ラズマ分解して炭素原子発光線を発光可能にした炭素原
子による成膜及びエッチング処理方法及びその装置。 - 【請求項6】請求項1〜4において、発光線発生手段は
アルゴンガスと少なくとも炭素原子及び酸素原子を含む
ガスとの混合ガスに電界を印加して生成されるプラズマ
を炭素材料に照射して炭素原子発光線を発生させる炭素
原子による成膜及びエッチング処理方法及びその装置。 - 【請求項7】請求項1〜4において、発光線発生手段は
プロセス中において発光する炭素原子発光線を該プロセ
スに照射可能にして炭素原子密度を測定可能にした炭素
原子による成膜及びエッチング処理方法及びその装置。 - 【請求項8】請求項5又は6において、混合ガスは少な
くとも炭素原子及び酸素原子を含有するガスを一酸化炭
素ガスとした炭素原子による成膜及びエッチング処理方
法及びその装置。 - 【請求項9】請求項5、6又は7において、発光線発生
手段から出射される炭素原子発光線は紫外若しくは真空
紫外領域の波長からなる炭素原子による成膜及びエッチ
ング処理方法及びその装置。 - 【請求項10】請求項1又は2において、炭素原子を含
有する原料ガスはフルオロカーボンガス、炭化水素ガス
或いは一酸化炭素ガスのいずれかからなる炭素原子によ
る成膜及びエッチング処理方法及びその装置。
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- 1996-09-06 JP JP25761796A patent/JP3897380B2/ja not_active Expired - Fee Related
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