JPH10284297A - プラズマ処理方法及びその装置 - Google Patents

プラズマ処理方法及びその装置

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JPH10284297A
JPH10284297A JP10088491A JP8849198A JPH10284297A JP H10284297 A JPH10284297 A JP H10284297A JP 10088491 A JP10088491 A JP 10088491A JP 8849198 A JP8849198 A JP 8849198A JP H10284297 A JPH10284297 A JP H10284297A
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JP
Japan
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plasma
substrate
electric field
processing method
pulse
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Pending
Application number
JP10088491A
Other languages
English (en)
Inventor
Seiji Sagawa
誠二 寒川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面への電荷蓄積によるデバイスへのダ
メージを抑制し、かつ高速・異方性エッチングを両立し
て行うプラズマ処理方法を提供する。 【解決手段】 放電用の高周波電界を10〜100μ秒
でパルス変調してプラズマを生成し、プラズマ中の基板
電極へ600kHz以下のRF電界を印加する。通常の
連続プラズマ放電中では正イオンの10%未満程度の負
イオンが生成され、負イオンはアフターグロープラズマ
中では正イオンと同程度まで上昇する。この時600k
Hz以下のRF電界を印加すると質量の重いイオンも十
分追従して加速され、基板表面に正イオン・負イオンが
半周期ずつ入射する。従って電荷蓄積が抑制され、正イ
オンだけでなく負イオンもエッチングに寄与でき、エッ
チング速度が高められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面処理に関し、
特に高周波電界を利用して生成したプラズマを用いて基
板表面の処理を行うプラズマ処理装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のマイクロ波プラズマエッ
チング装置として、図7(A)に示すものがある。例え
ば特開昭56−155535号公報、特開昭60−13
4423号公報参照。この装置はマイクロ波608によ
る電子サイクロトロン共鳴放電中にエッチング試料61
4をセットし、該試料に800kHz〜13.56MH
zの基板バイアスを印加してエッチング処理を行うもの
である。図7(B)はこのときのRF電圧と電子および
イオン入射領域を示す図である。特開平4−10378
3号公報には、高速・異方性エッチングを行いかつエッ
チング速度を均一にするために基板の処理をECR共鳴
光で行いかつ基板バイアス電圧に100〜600kHz
の高周波を印加してエッチングするためのESRプラズ
マエッチング装置が記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の技術においては基板表面への電荷蓄積が生じ、高速性
・異方性とダメージの抑制の両立が難しいという問題点
がある。
【0004】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたものである。パルス変調プラズマを
用いることでプラズマ中の負イオン密度を増加させ、か
つイオンが追従できる低周波数バイアスを印加すること
で、基板に交互に正イオンと負イオンを入射させること
で電荷蓄積を抑制すると共により一層の高速・異方性エ
ッチングを両立できることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ生成
用高周波をパルス停止時間を10〜100μ秒の範囲と
してプラズマ生成用高周波をパルス変調し、かつ該プラ
ズマ中に設置した基板に600kHz以下のバイアスを
印加することを特徴とするプラズマ処理方法とその装置
である。
【0006】(作用)本発明では、パルス停止時間を1
0〜100μ秒に設定してプラズマをパルス変調するこ
とにより、プラズマ中の負イオンを連続放電に比べ圧倒
的に増加させることができる。これは、負イオンがアフ
ターグロー中で効率よく生成され、その生成時間が10
〜100μ秒程度であることによる。この時、600k
Hz以下のRF電界を該プラズマに印加すると図1
(B)に示すように質量の重い正・負イオンがRF電界
に追従して基板に加速され半周期ずつ交互に入射するこ
とになる。これにより、基板表面での電荷蓄積は抑制さ
れ、また、正イオンばかりでなく加速されて入射した負
イオンによってもエッチングが進むので、エッチング速
度の上昇が期待できる。また、磁場を用いたプラズマで
顕著に表れる電子とイオンの運動の違いから生じるダメ
ージや異常エッチングを抑制することができる。
【0007】このようにして表面での電荷蓄積によるデ
バイスへのダメージを抑制できるとともに、高速かつ異
方性エッチングを両立して行うことができる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1(A)は本発明を説明するた
めの装置の第一の実施例である。本装置は、マイクロ波
電界とコイル6による磁界によりプラズマ7を生成する
プラズマ生成室1と基板搬送室とが互いに隣接するよう
に構成されている。このプラズマ生成室にはプラズマを
生成するためのガスを導入するガス系が接続されるとと
もに、2.45GHz程度のマイクロ波を導入する導波
管2が設置されている。マイクロ波電源3からの導入マ
イクロ波はパルス回路4とファンクションジェネレータ
5により10〜50μ秒にパルス変調され、プラズマ生
成室に設置された基板ホルダ部8の基板9には400k
Hzのバイアスが印加されている。図1(B)はRF電
圧とイオン及び電子の入射の関係を示す図である。
【0009】図2は酸素プラズマにおけるアフターグロ
ープラズマ中の負イオン生成量の時間変位を示す。RF
パワー0.90kW、酸素圧0.47Paの条件で負イ
オンはパワーOFF(T=15.0msecの時点)後
数μ秒程度から生成し、30μ秒程度で最大値をもつ。
このことから、10〜50μ秒のパルス変調プラズマに
より負イオン生成が効率よくなされることがわかる。
【0010】図3は窒素プラズマ中に設置された基板に
印加する高周波周波数と基板上に生成されるバイアス電
圧(基板シース電圧)の関係を示す。600kHz以下
の周波数になると基板上にバイアス電圧が生じなくなる
ことがわかる。これは、正イオンがバイアス周波数に追
従しイオンと電子が基板に交互に入射するためである。
すなわち、イオンが周波数に追従できるのは600kH
z以下の周波数であることがわかる。
【0011】この実施例から10〜50μ秒のパルス変
調プラズマにより正・負イオンを効率よく生成し、その
正負イオンを600kHz以下の低周波バイアスにより
基板に効率よく交互に入射させることが可能となる。
【0012】また、本発明は放電周波数に依存すること
なく適用でき、さらに、基板バイアスもパルス変調する
ことで基板に入射するバイアス電圧を時間制御でき、よ
り高精度なエッチングが実現できる。
【0013】第二の実施例について説明する。図4に塩
素プラズマ中のアフターグロー中に発生する負イオンの
時間変位を示す。パルスOFF時間が100μ秒程度ま
で負イオンが生成していることがわかる。
【0014】この時、600kHzのRFバイアスを基
板に印加した場合のポリシリコンエッチング速度及び均
一性を図5に示す。放電停止時間が100μ秒程度まで
長くなるにつれてエッチング速度が上昇し、エッチング
均一性が改善されることがわかる。これは、放電停止時
に発生する負イオンによってプラズマポテンシャルが均
一化され、かつ、負イオンが基板に入射してエッチング
に寄与するためである。このことから、100μ秒程度
の放電停止時間が有効であることがわかった。
【0015】図6はマイクロ波、イオン密度、基板バイ
アスを示す図であり、この図6に示す実施例は、パルス
放電における放電停止時間を90%以上とし、多量の負
イオンと正イオンが存在する放電停止中のみに600k
Hzの低周波RFバイアスを印加することで正負イオン
のみでエッチングを行う例である。例えば、ECRプラ
ズマ等では10μ秒程度の放電時間中に十分な密度の正
イオンが生成されるため、その後100μ秒の放電停止
を行うことで多量の正負イオンが生成される。この時、
600kHzのRF電界を放電OFF時のみに印加する
ようにすれば、基板には移動度の同じ正負イオンのみ入
射し、従来の電子及びイオンの移動度の違いによって発
生する電荷蓄積(チャージング)を抑制することが可能
である。この実施例から放電用高周波電界は10〜10
0μ秒の範囲のパルス変調がよいことがわかる。
【0016】
【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、電荷蓄積の無い高速・高選択・異方
性エッチングが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための図。
【図2】アフターグロープラズマ中の負イオンの生成の
時間変位を示す図。
【図3】基板バイアス周波数と基板シース電圧(セルフ
バイアス電圧)の関係を示す図。
【図4】本発明を説明するための図。
【図5】本発明を説明するための図。
【図6】本発明を説明するための図。
【図7】従来例によるプラズマエッチング装置を説明す
るための図。
【符号の説明】
1 プラズマチャンバ(生成管) 2 導波管 3 マイクロ波電源 4 パルス回路 5 ファンクションジェネレータ 6 コイル 7 プラズマ 8 基板電極 9 基板 601 プラズマ生成室 602 反応室 603 ソレノイドコイル 604 プラズマ引き出し窓 605 導波管 607 ガス導入口 608 マイクロ波 609 プラズマ 610 基板ホルダ 614 エッチング材料(基板)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマ生成室内で高周波によって発生す
    る電場を利用して処理ガスをプラズマ化し、該プラズマ
    を基板に照射して基板処理を行うプラズマ処理方法にお
    いて、パルス停止時間を10〜100μ秒の範囲として
    放電用高周波電界をパルス変調するとともに、該プラズ
    マ中に設置された基板電極へ600kHz以下のRF電
    界を印加することを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 【請求項2】プラズマ生成室内で高周波によって発生す
    る電場を利用して処理ガスをプラズマ化し、該プラズマ
    を基板に照射して基板処理を行うプラズマ処理方法にお
    いて、パルス停止時間を10〜100μ秒の範囲として
    放電用高周波電界をパルス変調することにより該パルス
    停止時間中のプラズマのアフターグローにおいて負イオ
    ンを生成し、かつ該プラズマ中に設置された基板電極へ
    600kHz以下のRF電界を印加することによりプラ
    ズマ中の正及び負のイオンを該RF電界の半周期ずつ交
    互に基板に入射させることを特徴とするプラズマ処理方
    法。
  3. 【請求項3】前記正及び負のイオンを基板に入射させる
    ことにより、基板への電荷蓄積を防止しつつ基板処理を
    おこなう請求項2記載のプラズマ処理方法。
  4. 【請求項4】放電用高周波電界のパルス変調デューティ
    比を10%以下とす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処理方法。
  5. 【請求項5】前記処理ガスとして塩素を用い、ポリシリ
    コンのエッチングをおこなう請求項1から4のいずれか
    に記載のプラズマ処理方法。
  6. 【請求項6】プラズマ生成室内に高周波を発生するため
    の電源と、磁場をかける手段と、前記高周波を10〜1
    00μ秒の範囲にパルス停止時間を設定してパルス変調
    するためのパルス回路と、プラズマ生成室内の基板電極
    に600kHz以下のRF電界を印加するRF電源を有
    することを特徴とするプラズマ処理装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020021689A (ko) * 2000-09-16 2002-03-22 박종섭 금속 배선 형성 방법
KR20040001867A (ko) * 2002-06-29 2004-01-07 주식회사 하이닉스반도체 플라즈마 어택을 방지할 수 있는 반도체소자 제조방법
WO2004051710A3 (en) * 2002-11-29 2005-05-19 Tokyo Electron Ltd Method and apparatus for reducing substrate charging damage
CN100378245C (zh) * 2003-07-16 2008-04-02 松下电器产业株式会社 溅射成膜装置

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Effective date: 20010807