JPS627131A - ドライエツチング装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はドライエツチング装置に係り、特に、゛半導体
基板の微細加工に好適なドライエツチング装置に関する
。

〔発明の背景〕

ドライエツチングでは、基板に入射するイオンのエネル
ギおよびイオンとラジカルの生成割合がエツチングｉ性
に大きな影響をおよぼす。

たとえばＡｔ膜のエツチングを例に説明すると。

Ａｔ膜のエツチング面には、表面に形成したレジストマ
スクによるガスやエツチングガスにより発生した重合膜
が付着している。イオンの衝撃によりこの重合膜が除去
されると、Ａｌは塩素ラジカルと反応して二′ツチング
が進行する。この時、塩素ラジカルの割合が多すぎると
炭素を核とした重合膜の形成が押えられ、エツチングパ
ターンの両サイドもラジカルによりエツチングされる。

そのため微細パターンの加工がＭＬくなる。逆にイオン
の割合が多すぎると、パターン側面に形成される重合膜
は除去されず゛、底面のイオン衝撃を受ける面のみ重合
膜が除去されてエツチングが進行するため、寸法精度の
高いエツチングができる。しかしイオン衝撃の割合が多
くなるため、下地もよくエツチングされて選択比が悪く
なる。このように寸法精度が高く、かつ良好な選択比で
エツチングするためには、イオンとラジカルの割合が重
要な要素となる。

従来の装置では、特開昭５７−９９７４３　号公報に記
載されているように、エツチング処理室の電極間に外部
磁界を加えることによシ、プラズマ密度を窩＜シて比較
的低圧力条件下で粒子の平均自由行程を長くし、イオン
衝撃によるエツチングの寄与率を高めそ高精度のエツチ
ングをねらったものがある。

また、２組の電極を持つドライエツチング装置では、ｆ
！＃開昭５９−８４５２８　　号公報に記載されている
ように、反応性イオンエツチングと誘導放電によるプラ
ズマエツチングとを選択的に使用することによシ、それ
ぞれの長所すなわち高精度、高選択比を生かしたエツチ
ングを行ったり。

米国特許４，４６４，２２３号公報に記載されているよ
うＫ、一方の電極がプラズマの発生を分担し、他の一組
の電極が基板に入射するイオンのエネルギを制御するよ
うにしている。特に後者の場合に′は、基板に入射５す
るイーオンエネルギとイオン量を各電極で個別に制御で
きるといった利点がある。

しかし、これらの装置では基板に入射するイオンとラジ
、カルの生成割合を制御す息という点てついては配慮さ
れていなかった。

したがって、プラズマ発生手段に印加する高周波電力を
増大してエツチング速度を上げると、基板に入射するイ
オンの割合が増え、ラジカルの生成割合が低下する九゛
め、選択比が低下するといった問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、イオンとラジカルの割合を制御し得る
ドライエツチング装置を提供することだある。

〔発明の概要〕

プラズマを発生させる電極に大電力が印加されるとプラ
ズマと電極間のシースにかかる電圧が高くなり、電子の
加速も大きくなるため、プラズマ中の電子温度が高くな
る。逆に、高周波電力を小さくすると電子温度は低くな
る。このように電子温度が異なると、プラズマ中で発生
するイオンとラジカルの発生割合が変化する。

たとえば、電子温度が高いとイオンが多く発生し、低い
とラジカルが多く発生する。

そこで本発明、では、ドライエツチング装置にプラズマ
の電子温度を制御する手段を設け、電子温度を制御して
プラズマ中で発生するイオンとラジカルの発生割合を制
御するようにした。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係るドライエツチング
装置の構成図である。第１図において、大気に対して気
密性の保たれた処理室１内に平行平板型電極２と３及び
半円筒型の電極４と５が対向して設置されており、−電
極２上には被処理物でおる半導体基板６が載置される。

電極２は、マツチングボックス７を介して高周波電源８
に接続されておシ、電極３はアースに接地されている。

また、半円筒型電極４と５は、マツチングボックス９を
介して高周波パワーアンプＩＯＫ接続されておシ、標準
信号発生器！】の信号は変調信号発生器１２からの信号
に従い、ＡＭ変調器１３でＡＭ変調されて高周波パワー
アンプ１０に供給され、電極４と５の間には第２図に示
すような、ＡＭ変調された高周波電力が印加される。電
極３にはエツチングガス１４の供給口１５が設けられて
おり、処理室１には排気口１６が設けられ、真空雰囲気
中の処理室１内に所定の　　　　゛圧力でエツチングガ
ス１４が供給される構造を有している。尚、１７は絶縁
体である。

前述のような構成において、半導体基板６をエツチング
する場合の作用について以下に説明する。

真空雰囲気中に設置された一対の電極間にエツチングガ
スを導入し、電極２に高周波電力を印加した時に形成さ
れるプラズマの電子温度が高いとイオンが多く生成され
、電子温度が低いとラジカルが多く生成される。一対の
電極に通常の高周波電力（正弦１波電圧）を印加する場
合は、電子温度は第３図の破線Ａで示すような単一の分
布を示す。エツチングの高速化を図って高周波電圧を増
加させると、電子温度分布Ａは電子温度の高い方へ移行
してイオンの生成割合が増大し、ラジカルの生成割合が
減少する。この雰囲気中で半導体基板６をエツチングす
れば。

イオン衝撃の割合が増大するため選択比が低下する。

次に、本実施例によるＡＭ変調をかけた高周波電圧を印
加する場合について説明する。

第２図において、変調された高周波電圧の振れ幅がｒ、
の時にはシースの電界強度が大きいので電極４，５から
プラズマへ供給される電子のエネルギが大きくなり、プ
ラズマ中の電子温度は全体的に高くなる。したがって、
この時のプラズマ中の電子温度分布は、第３図における
実線Ｂで示す分布のように電子温度の高い領域に現われ
る。また、第２図において、高周波電圧の振れ幅がＶ、
１０時には、逆圧電極４．５からプラズマへ供給される
一電子のエネルギが小さくなるので、プラズマ中の電子
温度分布は、第３図の実線Ｃで示すように電子温度の低
い領域に現われる。しかも、この電子温度分布の山Ｂと
Ｃは、高周波電圧の変調の周期を短か゛にすると。

あたかも同時に存在するかのような様相を呈する。その
ため、電極４．５に印加する高周波電圧を変調すること
により、イオンの生成に参与する電子温度分布Ｂとラジ
カルの生成に寄与する電子温度分布Ｃをほぼ同時に得る
ことができる。また、これら２つの分布の山ＢとＣは、
第２図におけるｒｌとｒ、の大きさによって分布の山の
ピークの位置を制御することができ、第２図におけるｔ
ｌとｔ、の比率によって分布の山のピークの大きさを制
御することができる。このように、ＡＭ変調の制御によ
って、プラズマ中の電子温度分布の２つの山のピニクの
位置と大きさを制御することができるので、この電子温
度分布の形状に対応して、プラズマ中６イオンとラジカ
ルの生成割合を制御することができる。

本発明の第１の実施例においては、半円筒型電極４と５
に印加する高周波電力にＡＭ変調をかけることにより、
プラズマ中のイオンの量とラジカルの量を制御しており
、イオンはさらに高周波電力の印加される平行平板電極
２．３のシース関電位差によって制御され、半導体基板
６上に垂直に加速入射される。したがって本実施例によ
れば高速エツチングにおいても、プラズマ中のイオンと
ラジカルの生成割合を、高周波電源８からの供給電力と
は独立に１エツチングに最適な割合に制御することがで
きるので、選択比とパターン寸法精度、エツチング速度
との両立を図ることができる。

第４図は、本発明による！２の実施例を示したもので、
プラズマ中のイオンとラジカルの生成割合を制御するた
めに１．！１図における半円筒型電極４と５に代わって
、処理室外周に同軸コイル１８を設置し、これに印加す
る高周波電力にＡＭ変調をかけたものである。本実施例
の場合にも、同軸コイル１８に印加する高周波電力を第
２図に示すようにＡＭ変調をかけてプラズマの電子温度
分布を制御するものであシ、前記第１の実施例と同じ効
果を達成することができる。

尚、第１．第２の実施例では、プラズマ発生手段を静電
容量型の電極で構成する場合と同軸コイルで構成する場
合について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
では危く、高周波電力やマイクロ波などによりプラズマ
を発生させる手段であればよく、その高周波電力やマイ
クロ波に変調をかけ′る構成であればよいことは明らか
である。また変調波形は第２図に示されるような形に限
定されるものではなく、プラズマ中の電子温度分布によ
シ、イオンとラジカルの生成割合を制御できるものであ
ればよい。

第５図は、本発明のｆｉｒ、５の実施例に係るエツチン
グ装置の構成図であシ、第１図に示す装置と同一装置に
は同一符号を付してその説明を省略し、・異なる部分に
ついてのみ説明する。。

本実施例では、処理室１の外周に同軸コイル１９が設置
され、直流電源加から第６図に示すような周期的に変化
′する直流電圧がコイル１９に印加されるようになって
いる。本実施例の作用について説明する前に、その原理
について述べる。

一対の平行平板電極間に生じたプラズマに電界と平行な
方向に磁界を形成すると、プラズマ内の荷電粒子は磁界
の回わりにサイクロトロン運動を行う。磁界強度が大き
くなるとサイクロトロン運動のラーモア半径は小さくな
〕、径方向の拡散損失が磁界に抑えられてプラズマ密度
が高くなる。したがりて、グツズＶのインピーダンスが
小さくなりてシース電界が減少するので、プラズマの電
子温度は低くなる。逆に、磁界強度が小さくなると、径
方向の拡散損失が大きくなりてプラズマのインピーダン
スが大きくなるので、シース電界が増大してプラズマの
電子温度は高くなる。

この電子温度分布の山ＢとＣは、第６図におけるｒ、と
ｒ、の大きさによって分布の山のピークの位置を変える
ことができ、第６図におけるＴＩとＴ、の比率によって
分布の山のピークの大きさを変えることができ−る。

このように、同軸コイル１９に印加する直流電圧のｒ、
とＶ！の大きさおよびＴ１とＴｔＯ比によって、プラズ
マの電子温度分布の２つの山のピークの位置とその大き
さを変えることができるので。

この電子温度分布の形状に対応して、プラズマ内のイオ
ンとラジカルの生成割合を制御することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プラズマ中のラジカルとイオンの生成
割合を最適な値に制御することができるので、選択比と
パターン寸法精度を両立させながら高速エツチングを達
成することができ、生産性向上、製品の品質向上に効果
がある。

【図面の簡単な説明】

１１１図は本発明の第１の実施例に係るドライエツチン
グ装置の構成図、第２図はＡＭ変調された高周波電力波
形図、第３図はプラズマの電子温度分布を示す図、第４
図は本発明の第２の実施例に係るドライエツチング装置
の構成図、ａＳ図は本発明の第５の実施例に係るドライ
エツチング装置の構成図、第６図は直流電圧波形図であ
る。 １、・、処理室　　　　　　２，３，４．５・・・電極
６・・・半導体基板 ７．９・・・マツチングボックス ８・・・高周波電源 １Ｇ・・・高周波パワーアンプ ｌト・・標準信号発生器’　　１２・・・変調信号発生
器１３・・・ＡＭ変調器　　　　１７・・・絶縁体１８
・・・同軸コイル　　　　１９・・・同軸コイル加・・
・直流電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空処理室内に被エッチング処理基板が載置され、
   高周波電力が印加される陰極と陽極とから成る平行平板
   型電極構造を備えたドライエッチング装置において、前
   記陽極と陰極との間に生じるプラズマの電子温度を制御
   する電子温度制御手段を設けたことを特徴とするドライ
   エッチング装置。 ２、前記電子温度制御手段は、前記高周波電力とは別の
   高周波電力を振幅変調してプラズマに供給することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のドライエッチング
   装置。 ３、前記電子温度制御手段は、前記プラズマ内の磁界強
   度の強弱を周期的に変化することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のドライエッチング装置。