JP2000124190A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化膜エッチングには、適度なＣＦ３、ＣＦ
２、ＣＦ、Ｆの比のプラズマが必要であるとともに、エ
ッチング室の温度変動によりエッチング特性が変動する
という課題がある。 【解決手段】 電子温度が低いＵＨＦ型ＥＣＲプラズマ
エッチング装置を用いて適度な解離を得、側壁の温度調
節範囲を１０℃から１２０℃にすることで安定なエッチ
ング特性を得る。低電子温度高密度プラズマを用いた酸
化膜エッチングができるので、優れた特性のエッチング
結果が得られるとともに、側壁温度調節範囲が低いの
で、装置構造や耐熱性対策が容易になる。
２、ＣＦ、Ｆの比のプラズマが必要であるとともに、エ
ッチング室の温度変動によりエッチング特性が変動する
という課題がある。 【解決手段】 電子温度が低いＵＨＦ型ＥＣＲプラズマ
エッチング装置を用いて適度な解離を得、側壁の温度調
節範囲を１０℃から１２０℃にすることで安定なエッチ
ング特性を得る。低電子温度高密度プラズマを用いた酸
化膜エッチングができるので、優れた特性のエッチング
結果が得られるとともに、側壁温度調節範囲が低いの
で、装置構造や耐熱性対策が容易になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に関し、特にシリコン酸化膜などの絶縁膜をプラズマに
よりエッチングする装置に関し、エッチングパターンの
微細化に対応できるプラズマ発生源を有し、しかも長期
にわたって安定なエッチング特性を維持することが可能
なプラズマエッチング装置に関する。
に関し、特にシリコン酸化膜などの絶縁膜をプラズマに
よりエッチングする装置に関し、エッチングパターンの
微細化に対応できるプラズマ発生源を有し、しかも長期
にわたって安定なエッチング特性を維持することが可能
なプラズマエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のプラズマ処理装置の中で、酸化膜
エッチング装置を例にとり、その技術と課題を示す。従
来の酸化膜用のプラズマエッチング装置として最も広く
使用されている型式は、１対の対向する電極からなる狭
電極型の高周波プラズマ生成装置である。１３．５６Ｍ
Ｈｚから数１０ＭＨｚ程度の高周波を片方の電極に印加
し、他方にはウエハを載置して周波数が１ＭＨｚ前後の
ウエハへの高周波バイアスを別に印加する方式や、１対
の電極に高周波を印加する方式が知られている。この方
式のエッチング装置は、電極間の距離が２０から３０ｍ
ｍ程度と狭いため、狭電極型プラズマ源や平行平板型プ
ラズマ源と呼ばれている。なお、狭電極型のプラズマ源
は圧力が低い領域でのプラズマ生成が困難であるが、磁
場印加などの機能を付加することで、放電圧力の低下を
図った装置も使用されている。
エッチング装置を例にとり、その技術と課題を示す。従
来の酸化膜用のプラズマエッチング装置として最も広く
使用されている型式は、１対の対向する電極からなる狭
電極型の高周波プラズマ生成装置である。１３．５６Ｍ
Ｈｚから数１０ＭＨｚ程度の高周波を片方の電極に印加
し、他方にはウエハを載置して周波数が１ＭＨｚ前後の
ウエハへの高周波バイアスを別に印加する方式や、１対
の電極に高周波を印加する方式が知られている。この方
式のエッチング装置は、電極間の距離が２０から３０ｍ
ｍ程度と狭いため、狭電極型プラズマ源や平行平板型プ
ラズマ源と呼ばれている。なお、狭電極型のプラズマ源
は圧力が低い領域でのプラズマ生成が困難であるが、磁
場印加などの機能を付加することで、放電圧力の低下を
図った装置も使用されている。
【０００３】また、これとは別に誘導コイルを使用した
誘導型プラズマ源や、マイクロ波を導入するマイクロ波
プラズマエッチング装置などが知られている。これらの
プラズマ源は低圧力でもプラズマの発生と維持が可能で
あり、しかもプラズマ密度が高いことから、低圧力高密
度プラズマ源と呼ばれている。
誘導型プラズマ源や、マイクロ波を導入するマイクロ波
プラズマエッチング装置などが知られている。これらの
プラズマ源は低圧力でもプラズマの発生と維持が可能で
あり、しかもプラズマ密度が高いことから、低圧力高密
度プラズマ源と呼ばれている。
【０００４】これらのプラズマ源を用いたシリコン酸化
膜エッチングでは、エッチングガスとしてアルゴンＡｒ
にＣ４Ｆ８などの炭素Ｃ、フッ素Ｆを含むガスや、ＣＨ
Ｆ３などの水素Ｈを含むガスなどを混合したり、さらに
酸素Ｏ２や一酸化炭素ＣＯ、水素Ｈ２等が添加された混
合ガスが使用されている。
膜エッチングでは、エッチングガスとしてアルゴンＡｒ
にＣ４Ｆ８などの炭素Ｃ、フッ素Ｆを含むガスや、ＣＨ
Ｆ３などの水素Ｈを含むガスなどを混合したり、さらに
酸素Ｏ２や一酸化炭素ＣＯ、水素Ｈ２等が添加された混
合ガスが使用されている。
【０００５】これらのガスは、プラズマにより解離し、
ＣＦ３，ＣＦ２，ＣＦ，Ｆに分解される。このガス分子
種の量や比率がシリコン酸化膜（以下、単に酸化膜と称
する）のエッチング特性に大きく影響を及ぼす。
ＣＦ３，ＣＦ２，ＣＦ，Ｆに分解される。このガス分子
種の量や比率がシリコン酸化膜（以下、単に酸化膜と称
する）のエッチング特性に大きく影響を及ぼす。
【０００６】特に、高密度プラズマ源の場合はプラズマ
中の電子温度が高いためにプラズマ解離が進行し、フッ
素ガス分子種Ｆが多いプラズマとなる。さらに、イオン
化も進み中性ガス分子種（ラジカル）の比率が低いとい
う特徴がある。このため、高電子温度高密度プラズマに
よる酸化膜エッチングでは、酸化膜の下地であるシリコ
ン表面に付着するＣｆｘ（ＣＦ３、ＣＦ２、ＣＦ）の量
が低下するため、シリコンＳｉのエッチング速度が大き
く、選択比が小さいという問題がある。これを解決する
ための手段として、エッチング室壁面の温度を２００℃
程度に上げ、壁面に付着した堆積物を放出させたり、壁
面への堆積物の付着を抑制するなどして、プラズマ中の
Ｃｆｘラジカル量を増加させる方法が知られている。そ
のため、高密度プラズマを使用する装置では、選択比を
得るために壁面の高温化が必須となっている。
中の電子温度が高いためにプラズマ解離が進行し、フッ
素ガス分子種Ｆが多いプラズマとなる。さらに、イオン
化も進み中性ガス分子種（ラジカル）の比率が低いとい
う特徴がある。このため、高電子温度高密度プラズマに
よる酸化膜エッチングでは、酸化膜の下地であるシリコ
ン表面に付着するＣｆｘ（ＣＦ３、ＣＦ２、ＣＦ）の量
が低下するため、シリコンＳｉのエッチング速度が大き
く、選択比が小さいという問題がある。これを解決する
ための手段として、エッチング室壁面の温度を２００℃
程度に上げ、壁面に付着した堆積物を放出させたり、壁
面への堆積物の付着を抑制するなどして、プラズマ中の
Ｃｆｘラジカル量を増加させる方法が知られている。そ
のため、高密度プラズマを使用する装置では、選択比を
得るために壁面の高温化が必須となっている。
【０００７】公開特許公報特開平７−１８３２８３号に
記載の酸化膜エッチング装置も壁面を高温化した例であ
る。
記載の酸化膜エッチング装置も壁面を高温化した例であ
る。
【０００８】そのほかの高選択比を得る対策として、プ
ラズマ中の電子温度を低下させプラズマ解離を抑制する
方法がある。具体的には、プラズマ印加を間欠的に行う
もので、パルスプラズマと呼ばれている方法である。
ラズマ中の電子温度を低下させプラズマ解離を抑制する
方法がある。具体的には、プラズマ印加を間欠的に行う
もので、パルスプラズマと呼ばれている方法である。
【０００９】もう一つの高選択比を得る例としては、エ
ッチング室内にＦを消費する材料を予め設置しておく方
法である。公開特許公報特開平９−２８３４９４号は、
この例であり、エッチング室側壁をＳｉで構成し、側壁
の加熱手段やバイアス印加手段を備え、プラズマ中のＦ
を消費させている。
ッチング室内にＦを消費する材料を予め設置しておく方
法である。公開特許公報特開平９−２８３４９４号は、
この例であり、エッチング室側壁をＳｉで構成し、側壁
の加熱手段やバイアス印加手段を備え、プラズマ中のＦ
を消費させている。
【００１０】狭電極型のプラズマを使用する酸化膜エッ
チングでは、デバイスパターンが０．２５μｍ以下へと
微細化するのに対応して、被エッチング部へのイオン入
射角度のズレを極力小さくする必要がある。イオン入射
角度のズレが、エッチング形状の異常を引き起こした
り、深い穴の底まで到達するイオン量が減少することで
エッチング速度の低下やエッチングの停止を引き起こす
などの問題があるためである。イオン入射角度のズレ
は、プラズマ中のラジカルにイオンが衝突するなどで入
射角度分布に広がりを持つことが原因である。これの解
決には、イオンとラジカルの衝突を減少するのが有効で
あり、具体的には圧力を低下させる必要がある。そのた
め、低圧力でのプラズマ放電が難しい狭電極型の装置で
は、低圧力でもプラズマ生成が可能なように、プラズマ
発生源の周波数を高周波化したり、磁場印加したりなど
の工夫が図られている。
チングでは、デバイスパターンが０．２５μｍ以下へと
微細化するのに対応して、被エッチング部へのイオン入
射角度のズレを極力小さくする必要がある。イオン入射
角度のズレが、エッチング形状の異常を引き起こした
り、深い穴の底まで到達するイオン量が減少することで
エッチング速度の低下やエッチングの停止を引き起こす
などの問題があるためである。イオン入射角度のズレ
は、プラズマ中のラジカルにイオンが衝突するなどで入
射角度分布に広がりを持つことが原因である。これの解
決には、イオンとラジカルの衝突を減少するのが有効で
あり、具体的には圧力を低下させる必要がある。そのた
め、低圧力でのプラズマ放電が難しい狭電極型の装置で
は、低圧力でもプラズマ生成が可能なように、プラズマ
発生源の周波数を高周波化したり、磁場印加したりなど
の工夫が図られている。
【００１１】なお、電極間の距離が狭い狭電極型のプラ
ズマ源において低圧力化を図ると、ガス分子の平均自由
行程が長くなるためにガス分子同士の衝突頻度が減少
し、代わりにガス分子と電極との衝突が支配的となる。
これはプラズマ中でのガス分子衝突によってプラズマを
維持したり反応を制御する必要のあるエッチング装置と
しては好ましい状態ではなく、低圧力化に対応するには
電極間隔を大きくしなければならない。電極間隔が広く
なると、エッチング室内表面積に占める側壁面積の割合
が大きくなる。これまで狭電極型のプラズマ源では、プ
ラズマやウエハから見て側壁面積が狭かったため、側壁
での堆積とガス放出がほとんどエッチング特性に影響し
なかったが、低圧力化を図った狭電極型プラズマ装置で
は、新たな対策が必要になる。また、ウエハの大口径化
に対応し、ウエハ面内のガス圧力分布や反応生成物分布
を均一にしなければならないが、そのためにも電極間隔
を広くする必要があり、側壁の重要性は益々高くなる。
ズマ源において低圧力化を図ると、ガス分子の平均自由
行程が長くなるためにガス分子同士の衝突頻度が減少
し、代わりにガス分子と電極との衝突が支配的となる。
これはプラズマ中でのガス分子衝突によってプラズマを
維持したり反応を制御する必要のあるエッチング装置と
しては好ましい状態ではなく、低圧力化に対応するには
電極間隔を大きくしなければならない。電極間隔が広く
なると、エッチング室内表面積に占める側壁面積の割合
が大きくなる。これまで狭電極型のプラズマ源では、プ
ラズマやウエハから見て側壁面積が狭かったため、側壁
での堆積とガス放出がほとんどエッチング特性に影響し
なかったが、低圧力化を図った狭電極型プラズマ装置で
は、新たな対策が必要になる。また、ウエハの大口径化
に対応し、ウエハ面内のガス圧力分布や反応生成物分布
を均一にしなければならないが、そのためにも電極間隔
を広くする必要があり、側壁の重要性は益々高くなる。
【００１２】側壁に付着した反応生成物がエッチング特
性に影響を及ぼすことを示したが、エッチングを長期に
わたって継続する場合には、その影響度合の変化が問題
になる。たとえば、エッチングを綴り返し実施すること
で側壁の温度が次第に上昇する。側壁の温度が上昇する
と側壁への反応生成物の付着や脱離の挙動が変化し、エ
ッチング特性が変動することになる。
性に影響を及ぼすことを示したが、エッチングを長期に
わたって継続する場合には、その影響度合の変化が問題
になる。たとえば、エッチングを綴り返し実施すること
で側壁の温度が次第に上昇する。側壁の温度が上昇する
と側壁への反応生成物の付着や脱離の挙動が変化し、エ
ッチング特性が変動することになる。
【００１３】また、エッチングとともに側壁への付着物
の量が次第に増加する場合には、付着物の量に依存して
側壁表面での反応生成物の吸着脱離挙動が変化すること
もありうる。このような経時的な変化で、エッチング特
性が影響を受ける現象は、特に酸化膜エッチングの場合
に知られている。したがって、側壁の温度調節は酸化膜
エッチング装置にとって重要な課題である。
の量が次第に増加する場合には、付着物の量に依存して
側壁表面での反応生成物の吸着脱離挙動が変化すること
もありうる。このような経時的な変化で、エッチング特
性が影響を受ける現象は、特に酸化膜エッチングの場合
に知られている。したがって、側壁の温度調節は酸化膜
エッチング装置にとって重要な課題である。
【００１４】特に、高電子温度高密度プラズマ源では、
側壁温度を高く設定せざるを得ない。このような高い側
壁温度においては、わずかに側壁温度が変動しても付着
物の吸着脱離挙動が大きく変化する。そのため、側壁温
度変動を小さい範囲に抑えなければならず、２００℃±
２℃などといった高精度の温度調節も行われている。
側壁温度を高く設定せざるを得ない。このような高い側
壁温度においては、わずかに側壁温度が変動しても付着
物の吸着脱離挙動が大きく変化する。そのため、側壁温
度変動を小さい範囲に抑えなければならず、２００℃±
２℃などといった高精度の温度調節も行われている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、いずれ
のプラズマ源においても、酸化膜エッチングの要求を満
たすために解決すべき課題が残されている。
のプラズマ源においても、酸化膜エッチングの要求を満
たすために解決すべき課題が残されている。
【００１６】酸化膜エッチング装置の重要な課題は、プ
ラズマによるガス分子の解離を酸化膜のエッチングに最
適な状態にすることである。これに対応し、低電子温度
で高密度プラズマの新しいプラズマ発生源が提案されて
いる。たとえば、公開特許公報特願平８−３０００３９
号に記載のように、プラズマ励起周波数を３００Ｍｈｚ
から１ＧｈｚのＵＨＦ帯にしたＵＨＦ型ＥＣＲ装置であ
る。この範囲の周波数帯で励起されたプラズマの電子温
度は０．２５ｅＶから１ｅＶと低く、Ｃ４Ｆ８のプラズ
マ解離が酸化膜エッチングに適したレベルになってい
る。また、ＥＣＲ方式であるため、低圧力でも高密度の
プラズマを生成することが可能となっている。
ラズマによるガス分子の解離を酸化膜のエッチングに最
適な状態にすることである。これに対応し、低電子温度
で高密度プラズマの新しいプラズマ発生源が提案されて
いる。たとえば、公開特許公報特願平８−３０００３９
号に記載のように、プラズマ励起周波数を３００Ｍｈｚ
から１ＧｈｚのＵＨＦ帯にしたＵＨＦ型ＥＣＲ装置であ
る。この範囲の周波数帯で励起されたプラズマの電子温
度は０．２５ｅＶから１ｅＶと低く、Ｃ４Ｆ８のプラズ
マ解離が酸化膜エッチングに適したレベルになってい
る。また、ＥＣＲ方式であるため、低圧力でも高密度の
プラズマを生成することが可能となっている。
【００１７】この様に、微細化とウエハ大口径化に対応
するには、電子温度を低くしてエッチングガスの過剰解
離を抑制するとともにプラズマ密度を高くし、プラズマ
密度やガス圧力、反応生成物分布をウエハ上で均一化
し、かつ酸化膜エッチング特性が長期にわたって変化し
ない装置を提供する必要がある。
するには、電子温度を低くしてエッチングガスの過剰解
離を抑制するとともにプラズマ密度を高くし、プラズマ
密度やガス圧力、反応生成物分布をウエハ上で均一化
し、かつ酸化膜エッチング特性が長期にわたって変化し
ない装置を提供する必要がある。
【００１８】本発明の目的は、酸化膜エッチングに必要
な低電子温度で高密度プラズマの発生が可能なＵＨＦ型
ＥＣＲプラズマエッチング装置等を用い、長期に渡りエ
ッチング特性の変動を小さく抑え、かつエッチングの停
止などを発生することなく、安定稼動が可能なプラズマ
処理装置及び処理方法を提供することにある。
な低電子温度で高密度プラズマの発生が可能なＵＨＦ型
ＥＣＲプラズマエッチング装置等を用い、長期に渡りエ
ッチング特性の変動を小さく抑え、かつエッチングの停
止などを発生することなく、安定稼動が可能なプラズマ
処理装置及び処理方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、真空処
理室と、該真空処理室内で処理される試料を載置するた
めの試料台と、プラズマ生成手段とを有するプラズマ処
理装置であって、少なくとも炭素とフッ素を含むガスを
導入してプラズマを生成し、プラズマ解離によって炭素
とフッ素を含むガス種を発生させてプラズマ処理を行う
にあたり、該プラズマ生成手段は、プラズマ解離の度合
いが中程度で炭素とフッ素からなるガス種が十分プラズ
マ中に生成しているプラズマ生成手段であって、 該真
空処理室の真空壁を形成している領域の温度を、１０℃
から１２０℃の範囲に制御したプラズマ処理装置におよ
びプラズマ処理方法にある。
理室と、該真空処理室内で処理される試料を載置するた
めの試料台と、プラズマ生成手段とを有するプラズマ処
理装置であって、少なくとも炭素とフッ素を含むガスを
導入してプラズマを生成し、プラズマ解離によって炭素
とフッ素を含むガス種を発生させてプラズマ処理を行う
にあたり、該プラズマ生成手段は、プラズマ解離の度合
いが中程度で炭素とフッ素からなるガス種が十分プラズ
マ中に生成しているプラズマ生成手段であって、 該真
空処理室の真空壁を形成している領域の温度を、１０℃
から１２０℃の範囲に制御したプラズマ処理装置におよ
びプラズマ処理方法にある。
【００２０】ＵＨＦ型ＥＣＲプラズマエッチング装置
は、ウエハと対向した位置にＵＨＦ帯のマイクロ波放射
アンテナを有し、かつアンテナ部に設けたガス供給部か
らエッチングガスを供給する構造である。ＵＨＦ帯マイ
クロ波は、アンテナから直接プラズマに放射されるとと
もに、アンテナの周囲に設けられた誘電体を通してプラ
ズマ中に放射される。また、ウエハ載置電極はエッチン
グ位置とウエハ受け渡し位置が別の位置であり、電極上
下機能も有している。ウエハ載置電極とアンテナあるい
はガス供給板の間の距離（電極間距離と称する）は、反
応生成物の再解離などを考慮して５０ｍｍから１００ｍ
ｍの範囲に設定されている。
は、ウエハと対向した位置にＵＨＦ帯のマイクロ波放射
アンテナを有し、かつアンテナ部に設けたガス供給部か
らエッチングガスを供給する構造である。ＵＨＦ帯マイ
クロ波は、アンテナから直接プラズマに放射されるとと
もに、アンテナの周囲に設けられた誘電体を通してプラ
ズマ中に放射される。また、ウエハ載置電極はエッチン
グ位置とウエハ受け渡し位置が別の位置であり、電極上
下機能も有している。ウエハ載置電極とアンテナあるい
はガス供給板の間の距離（電極間距離と称する）は、反
応生成物の再解離などを考慮して５０ｍｍから１００ｍ
ｍの範囲に設定されている。
【００２１】電極周りの側壁温度は、本発明の装置で
は、１０℃から１２０℃の範囲、好ましくは３０℃から
５０℃に温度調節されている。側壁温度が変動すると、
側壁の堆積物からガス種が放出され、エッチング特性に
影響を及ぼす。本発明では、この影響を抑制するため、
側壁の温度を±５℃に制御している。温度が低いため
に、側壁の温度が５℃程度変動しても、側壁から放出さ
れる放出ガス量の変動が少ないため、エッチング特性へ
の影響は無視できる。
は、１０℃から１２０℃の範囲、好ましくは３０℃から
５０℃に温度調節されている。側壁温度が変動すると、
側壁の堆積物からガス種が放出され、エッチング特性に
影響を及ぼす。本発明では、この影響を抑制するため、
側壁の温度を±５℃に制御している。温度が低いため
に、側壁の温度が５℃程度変動しても、側壁から放出さ
れる放出ガス量の変動が少ないため、エッチング特性へ
の影響は無視できる。
【００２２】また、本発明のプラズマ源はＵＨＦ型ＥＣ
Ｒ方式であるため、プラズマ解離が中程度でＣｆｘ種が
酸化膜エッチングに必要なレベルまで十分に存在する。
そのため、高密度プラズマ源で問題となるＣｆｘ種の不
足と過剰Ｆは解決されていて、選択比を高くするために
側壁温度を高くする必要はない。また、側壁温度が低温
度に制御されているので、温度制御精度が±５℃でも長
期にわたってエッチング特性の変動を抑えるのに十分で
ある。
Ｒ方式であるため、プラズマ解離が中程度でＣｆｘ種が
酸化膜エッチングに必要なレベルまで十分に存在する。
そのため、高密度プラズマ源で問題となるＣｆｘ種の不
足と過剰Ｆは解決されていて、選択比を高くするために
側壁温度を高くする必要はない。また、側壁温度が低温
度に制御されているので、温度制御精度が±５℃でも長
期にわたってエッチング特性の変動を抑えるのに十分で
ある。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て述べる。図１はＵＨＦ型ＥＣＲプラズマエッチング装
置の一例である。真空容器であるエッチング室１の周囲
に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）用磁場を発生する
ためにコイル２が設置されている。エッチング用ガス
は、ガス供給管３を通して供給され、直径が０．４ない
し０．５ｍｍ程度の微細な穴が数１００個程度設けられ
たシリコンあるいはガラス状炭素からなるガス供給板４
からエッチング室１に導入される。ガス供給板４の上方
にはＵＨＦ帯のマイクロ波を放射する円盤状のアンテナ
５が設けられ、アンテナ５へのマイクロ波は電源６から
導入軸７を通して給電される。
て述べる。図１はＵＨＦ型ＥＣＲプラズマエッチング装
置の一例である。真空容器であるエッチング室１の周囲
に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）用磁場を発生する
ためにコイル２が設置されている。エッチング用ガス
は、ガス供給管３を通して供給され、直径が０．４ない
し０．５ｍｍ程度の微細な穴が数１００個程度設けられ
たシリコンあるいはガラス状炭素からなるガス供給板４
からエッチング室１に導入される。ガス供給板４の上方
にはＵＨＦ帯のマイクロ波を放射する円盤状のアンテナ
５が設けられ、アンテナ５へのマイクロ波は電源６から
導入軸７を通して給電される。
【００２４】マイクロ波は、アンテナ５の周囲から放射
されるのと、アンテナ５の上方の空間での共振電界が誘
電体８を通ってエッチング室内に導入される。また、ア
ンテナ５と電極９との間で容量結合的な電界も発生し、
効率的なプラズマ発生源になっている。マイクロ波の周
波数は、プラズマの電子温度を０．２５ｅＶから１ｅＶ
の低温度にできる帯域が選定されていて、３００ＭＨｚ
から１ＧＨｚの範囲である。本実施例では４５０ＭＨｚ
付近の周波数帯を使用した。また、誘電体８としては、
石英やアルミナが使用できるし、ポリイミドなどの耐熱
性ポリマーで誘電損失が小さいものが使用できる。
されるのと、アンテナ５の上方の空間での共振電界が誘
電体８を通ってエッチング室内に導入される。また、ア
ンテナ５と電極９との間で容量結合的な電界も発生し、
効率的なプラズマ発生源になっている。マイクロ波の周
波数は、プラズマの電子温度を０．２５ｅＶから１ｅＶ
の低温度にできる帯域が選定されていて、３００ＭＨｚ
から１ＧＨｚの範囲である。本実施例では４５０ＭＨｚ
付近の周波数帯を使用した。また、誘電体８としては、
石英やアルミナが使用できるし、ポリイミドなどの耐熱
性ポリマーで誘電損失が小さいものが使用できる。
【００２５】ガス供給板４の下方にはウエハ載置電極９
が設けられ、ウエハ１０が静電吸着により支持されてい
る。ウエハ１０にプラズマ中のイオンを引き込むため、
ウエハ載置電極９に高周波バイアスが高周波電源１１か
ら印加される。
が設けられ、ウエハ１０が静電吸着により支持されてい
る。ウエハ１０にプラズマ中のイオンを引き込むため、
ウエハ載置電極９に高周波バイアスが高周波電源１１か
ら印加される。
【００２６】また、本発明の特徴であるエッチング室内
壁の温度制御は、温調側壁１２においてなされる。温調
側壁１２には、図には示していないが、温度調節された
冷媒が導入され、一定の温度に保持されている。本実施
例では３０℃に設定した。
壁の温度制御は、温調側壁１２においてなされる。温調
側壁１２には、図には示していないが、温度調節された
冷媒が導入され、一定の温度に保持されている。本実施
例では３０℃に設定した。
【００２７】エッチングガスや反応生成物がエッチング
室１の内壁に堆積するが、ウエハ載置電極９の周囲や下
流域にも堆積し、異物の発生源となる。そのため、定期
的に清掃する必要があるが、強固に付着した堆積物を除
去するのは、必ずしも容易ではない。そこで、堆積物の
洗浄は改めて専用の洗浄装置で実施することにした。大
気開放したエッチング室１は速やかに真空排気に移行す
るのが、装置の不稼働時間を短縮し生産性を向上する上
で重要である。そのため、堆積物は部品交換が容易に実
施できない部分には付着させないようにし、堆積物の付
着した部品は別に準備した洗浄品と交換することが、望
ましい。このようにすることで、エッチング室１の大気
開放時間が短縮され、その後の真空排気時間の短縮が図
れる。
室１の内壁に堆積するが、ウエハ載置電極９の周囲や下
流域にも堆積し、異物の発生源となる。そのため、定期
的に清掃する必要があるが、強固に付着した堆積物を除
去するのは、必ずしも容易ではない。そこで、堆積物の
洗浄は改めて専用の洗浄装置で実施することにした。大
気開放したエッチング室１は速やかに真空排気に移行す
るのが、装置の不稼働時間を短縮し生産性を向上する上
で重要である。そのため、堆積物は部品交換が容易に実
施できない部分には付着させないようにし、堆積物の付
着した部品は別に準備した洗浄品と交換することが、望
ましい。このようにすることで、エッチング室１の大気
開放時間が短縮され、その後の真空排気時間の短縮が図
れる。
【００２８】本発明では、エッチング室１の下流域に堆
積物を付着させないため、堆積物付着用のカバー１３を
温調側壁１２の下流域に設置した。カバー１３には、真
空排気やウエハ受け渡し用の開口部を設けた。カバー１
３で堆積物が回収されるので、下流域における堆積物の
付着が低減される。
積物を付着させないため、堆積物付着用のカバー１３を
温調側壁１２の下流域に設置した。カバー１３には、真
空排気やウエハ受け渡し用の開口部を設けた。カバー１
３で堆積物が回収されるので、下流域における堆積物の
付着が低減される。
【００２９】エッチング室１に直結接続された真空室１
５には、排気速度が２０００から３０００Ｌ／ｓ程度の
ターボ分子ポンプ１４が設置されている。また、図には
示していないが、ターボ分子ポンプの開口部には排気速
度調整用のコンダクタンスバルブが設置され、エッチン
グに適した流量と圧力を達成するために、排気速度を調
節する。バルブ１６は、大気開放時などにターボ分子ポ
ンプ１４を隔離するために使用される。
５には、排気速度が２０００から３０００Ｌ／ｓ程度の
ターボ分子ポンプ１４が設置されている。また、図には
示していないが、ターボ分子ポンプの開口部には排気速
度調整用のコンダクタンスバルブが設置され、エッチン
グに適した流量と圧力を達成するために、排気速度を調
節する。バルブ１６は、大気開放時などにターボ分子ポ
ンプ１４を隔離するために使用される。
【００３０】次に、本発明のプラズマエッチング装置を
用いた酸化膜エッチングの実施例について説明する。
用いた酸化膜エッチングの実施例について説明する。
【００３１】高真空に排気された状態のエッチング室１
に、図には示していないが、搬送室から搬送アームによ
ってウエハが搬入され、ウエハ載置電極９の上に受け渡
される。搬送アームが後退してエッチング室１と搬送室
間のバルブが閉じられた後、ウエハ載置電極９が上昇し
て、エッチングに適した位置で停止する。本実施例の場
合は、ウエハ１０とガス導入板４との距離（電極間距
離）を５０ｍｍから１００ｍｍとした。
に、図には示していないが、搬送室から搬送アームによ
ってウエハが搬入され、ウエハ載置電極９の上に受け渡
される。搬送アームが後退してエッチング室１と搬送室
間のバルブが閉じられた後、ウエハ載置電極９が上昇し
て、エッチングに適した位置で停止する。本実施例の場
合は、ウエハ１０とガス導入板４との距離（電極間距
離）を５０ｍｍから１００ｍｍとした。
【００３２】エッチングガスとして、ＡｒとＣ４Ｆ８、
Ｏ２の混合ガスを使用し、それぞれの流量５００、１
０、５ｓｃｃｍを導入した。圧力は２Ｐａである。ＵＨ
Ｆマイクロ波電源の出力を１ｋＷとし、ウエハへのバイ
アス電源１１の出力を６００Ｗとした。コイル２に電流
を印加し、ＵＨＦマイクロ波４５０ＭＨｚの共鳴磁場
０．０１６Ｔをガス供給板４とウエハ載置電極９（すな
わちウエハ１０）の間に発生させた。次にマイクロ波電
源６を動作させた。電子サイクロトロン共鳴により、磁
場強度０．０１６ＴのＥＣＲ領域に強いプラズマが発生
する。
Ｏ２の混合ガスを使用し、それぞれの流量５００、１
０、５ｓｃｃｍを導入した。圧力は２Ｐａである。ＵＨ
Ｆマイクロ波電源の出力を１ｋＷとし、ウエハへのバイ
アス電源１１の出力を６００Ｗとした。コイル２に電流
を印加し、ＵＨＦマイクロ波４５０ＭＨｚの共鳴磁場
０．０１６Ｔをガス供給板４とウエハ載置電極９（すな
わちウエハ１０）の間に発生させた。次にマイクロ波電
源６を動作させた。電子サイクロトロン共鳴により、磁
場強度０．０１６ＴのＥＣＲ領域に強いプラズマが発生
する。
【００３３】エッチング特性の均一化を図る上で、ウエ
ハ１０の表面における入射イオン密度を均一にする必要
があるが、ＥＣＲ位置を上記のようにし、ＥＣＲ領域の
形状をウエハ１０側に凸の状態とすることで、イオン電
流密度の均一化が図れる。
ハ１０の表面における入射イオン密度を均一にする必要
があるが、ＥＣＲ位置を上記のようにし、ＥＣＲ領域の
形状をウエハ１０側に凸の状態とすることで、イオン電
流密度の均一化が図れる。
【００３４】プラズマが着火した後に、図には示してい
ないが、高周波電源１１に並列に接続された直流電源か
ら高電圧がウエハ載置電極９に印加され、ウエハ１０は
ウエハ載置電極９に静電吸着される。静電吸着されたウ
エハ１０の裏面にヘリウムガスが導入され、冷媒により
温度調節されたウエハ載置電極９のウエハ載置面とウエ
ハ間でヘリウムガスを介してウエハの温度調節が行われ
る。
ないが、高周波電源１１に並列に接続された直流電源か
ら高電圧がウエハ載置電極９に印加され、ウエハ１０は
ウエハ載置電極９に静電吸着される。静電吸着されたウ
エハ１０の裏面にヘリウムガスが導入され、冷媒により
温度調節されたウエハ載置電極９のウエハ載置面とウエ
ハ間でヘリウムガスを介してウエハの温度調節が行われ
る。
【００３５】次に、高周波電源１１を動作させ、ウエハ
載置電極９に高周波バイアスを印加する。これにより、
ウエハ１０にプラズマ中からイオンが垂直に入射する。
酸化膜エッチングでは高エネルギーイオン入射が不可欠
であり、本実施例でも高周波バイアス電圧Ｖｐｐ（最大
ピークと最小ピーク間の電圧）は１０００Ｖから２００
０Ｖの値とした。このような高エネルギーイオンによる
衝撃で、ウエハ１０の温度が上昇する。酸化膜エッチン
グでは、ウエハ温度は、高めの方が選択比は高くなるな
どエッチング特性に優れているため、数１０℃の値に調
節される。しかし、高エネルギーイオンの入射を必要と
することから、ウエハ１０への入熱量が大きく、ウエハ
載置電極９の冷媒温度は、−２０℃付近に設定した。
載置電極９に高周波バイアスを印加する。これにより、
ウエハ１０にプラズマ中からイオンが垂直に入射する。
酸化膜エッチングでは高エネルギーイオン入射が不可欠
であり、本実施例でも高周波バイアス電圧Ｖｐｐ（最大
ピークと最小ピーク間の電圧）は１０００Ｖから２００
０Ｖの値とした。このような高エネルギーイオンによる
衝撃で、ウエハ１０の温度が上昇する。酸化膜エッチン
グでは、ウエハ温度は、高めの方が選択比は高くなるな
どエッチング特性に優れているため、数１０℃の値に調
節される。しかし、高エネルギーイオンの入射を必要と
することから、ウエハ１０への入熱量が大きく、ウエハ
載置電極９の冷媒温度は、−２０℃付近に設定した。
【００３６】バイアス電圧がウエハ１０に印加されると
同時に、エッチングが開始される。所定のエッチング時
間でエッチングを終了する。あるいは、図示していない
が、反応生成物のプラズマ発光強度変化をモニターし、
エッチング終点を判定してエッチング終了時間を求め、
適切なオーバーエッチングを実施した後、エッチングを
終了する。エッチングの終了は、高周波バイアス電圧の
印加を停止したときである。これと同時に、エッチング
ガスの供給も停止する。
同時に、エッチングが開始される。所定のエッチング時
間でエッチングを終了する。あるいは、図示していない
が、反応生成物のプラズマ発光強度変化をモニターし、
エッチング終点を判定してエッチング終了時間を求め、
適切なオーバーエッチングを実施した後、エッチングを
終了する。エッチングの終了は、高周波バイアス電圧の
印加を停止したときである。これと同時に、エッチング
ガスの供給も停止する。
【００３７】ただし、静電吸着したウエハ１０をウエハ
載置電極９から脱着する工程が必要であり、除電ガスと
してアルゴンなどが供給される。静電吸着電圧の供給を
停止して給電ラインをアースに接続した後、マイクロ波
の放電を維持しながら１０秒間程度の除電時間を設け
る。これにより、ウエハ１０上の電荷がプラズマを介し
てアースに除去され、ウエハ１０が容易に脱着できるよ
うになる。除電工程が終了すると、除電ガスの供給停止
とともにマイクロ波の供給も停止される。さらには、コ
イル２への電流供給も停止する。また、ウエハ載置電極
９の高さを、ウエハ受け渡し位置まで下降させる。
載置電極９から脱着する工程が必要であり、除電ガスと
してアルゴンなどが供給される。静電吸着電圧の供給を
停止して給電ラインをアースに接続した後、マイクロ波
の放電を維持しながら１０秒間程度の除電時間を設け
る。これにより、ウエハ１０上の電荷がプラズマを介し
てアースに除去され、ウエハ１０が容易に脱着できるよ
うになる。除電工程が終了すると、除電ガスの供給停止
とともにマイクロ波の供給も停止される。さらには、コ
イル２への電流供給も停止する。また、ウエハ載置電極
９の高さを、ウエハ受け渡し位置まで下降させる。
【００３８】この後しばらくの間、エッチング室１を高
真空まで排気する。高真空排気が完了した時点で、搬送
室間のバルブを開け、搬送アームを挿入してウエハ１０
を受け取り、搬出する。次のエッチングがある場合は、
新しいウエハを搬入し、再び上述の手順に従ってエッチ
ングが実施される。
真空まで排気する。高真空排気が完了した時点で、搬送
室間のバルブを開け、搬送アームを挿入してウエハ１０
を受け取り、搬出する。次のエッチングがある場合は、
新しいウエハを搬入し、再び上述の手順に従ってエッチ
ングが実施される。
【００３９】以上で、エッチング工程の代表的な流れを
説明した。
説明した。
【００４０】ＵＨＦ帯マイクロ波ＥＣＲプラズマの電子
温度は、０．２５ｅＶから１ｅＶであり、エッチングガ
スであるＣ４Ｆ８の解離はそれほど進まない。Ｃ４Ｆ８
の解離は複雑であるが、エッチングに寄与するガス種
は、ＣＦ３からＣＦ２に解離し、次にＣＦが生成され、
最後にＦが生成される。したがって、電子温度が高いほ
どＦが豊富なプラズマとなる。従来技術の項でも述べた
ように、酸化膜エッチングで選択比を確保するには、下
地シリコンの上に堆積物を付着させて高エネルギー入射
によるエッチングを抑制しなければならない。すなわ
ち、高エネルギーのイオンが入射するため、堆積膜がな
いと物理的なスパッタによってエッチングが進行する可
能性もあるためである。したがって、エッチングを進行
させるためには、高エネルギーのイオンを穴底まで供給
しなければならないが、選択比を確保するためには、堆
積膜を形成するラジカルの供給も必要である。この堆積
膜を形成するラジカルは、ＣＦ３やＣＦ２であるとされ
ている。逆にＦラジカルは、ＳｉＦ４などを形成して下
地シリコンをエッチングしてしまう。したがって、高選
択比エッチングのためにはＣＦ２／Ｆ比を大きくするこ
とが必要である。ＵＨＦ帯マイクロ波ＥＣＲプラズマの
場合は、電子温度が低いために、Ｆの生成量が少なく、
ＣＦ３、ＣＦ２、ＣＦが多いプラズマが形成されてい
る。したがって、高電子温度高密度プラズマの場合のよ
うに、プラズマプラズマ解離が過剰に進行したために不
足したＣＦ２やＣＦ３を供給するため、エッチング室内
壁を２００℃以上に加熱する必要もない。
温度は、０．２５ｅＶから１ｅＶであり、エッチングガ
スであるＣ４Ｆ８の解離はそれほど進まない。Ｃ４Ｆ８
の解離は複雑であるが、エッチングに寄与するガス種
は、ＣＦ３からＣＦ２に解離し、次にＣＦが生成され、
最後にＦが生成される。したがって、電子温度が高いほ
どＦが豊富なプラズマとなる。従来技術の項でも述べた
ように、酸化膜エッチングで選択比を確保するには、下
地シリコンの上に堆積物を付着させて高エネルギー入射
によるエッチングを抑制しなければならない。すなわ
ち、高エネルギーのイオンが入射するため、堆積膜がな
いと物理的なスパッタによってエッチングが進行する可
能性もあるためである。したがって、エッチングを進行
させるためには、高エネルギーのイオンを穴底まで供給
しなければならないが、選択比を確保するためには、堆
積膜を形成するラジカルの供給も必要である。この堆積
膜を形成するラジカルは、ＣＦ３やＣＦ２であるとされ
ている。逆にＦラジカルは、ＳｉＦ４などを形成して下
地シリコンをエッチングしてしまう。したがって、高選
択比エッチングのためにはＣＦ２／Ｆ比を大きくするこ
とが必要である。ＵＨＦ帯マイクロ波ＥＣＲプラズマの
場合は、電子温度が低いために、Ｆの生成量が少なく、
ＣＦ３、ＣＦ２、ＣＦが多いプラズマが形成されてい
る。したがって、高電子温度高密度プラズマの場合のよ
うに、プラズマプラズマ解離が過剰に進行したために不
足したＣＦ２やＣＦ３を供給するため、エッチング室内
壁を２００℃以上に加熱する必要もない。
【００４１】微細化対応エッチングに必要な点は、
（１）低電子温度でプラズマ解離を適度に抑制してＣＦ
２／Ｆ比の大きいプラズマを発生させること、（２）イ
オン入射角の９０度からのズレを小さく抑え、エッチン
グ形状のテーパ化を防ぐこと、（３）エッチングを多数
回繰り返してもエッチング特性の変動が小さいこと、が
挙げられる。その他、エッチング特性に関連した項目も
重要な開発課題であるが、ここでは触れない。
（１）低電子温度でプラズマ解離を適度に抑制してＣＦ
２／Ｆ比の大きいプラズマを発生させること、（２）イ
オン入射角の９０度からのズレを小さく抑え、エッチン
グ形状のテーパ化を防ぐこと、（３）エッチングを多数
回繰り返してもエッチング特性の変動が小さいこと、が
挙げられる。その他、エッチング特性に関連した項目も
重要な開発課題であるが、ここでは触れない。
【００４２】第１項目は、本発明のＵＨＦ帯マイクロ波
プラズマエッチング装置を使用することで解決される。
第２項目は、イオンと気相中のガス分子との衝突で軌道
がずれることが主原因であり、分子間衝突を少なくする
よう圧力を下げることが有効な対策である。本発明のＵ
ＨＦ型ＥＣＲ装置は電子サイクロトロン共鳴を利用して
いるため低圧力でのプラズマ発生が可能である。第３項
目は、エッチング回数を数１００枚のオーダーで繰り返
してもエッチング特性が変動しないことであり、いわゆ
る経時変化の抑制である。経時変化の主原因は、エッチ
ング室１の内壁や部品に付着している堆積物から放出さ
れるガス種の時間変動である。具体的には、側壁など対
象部材の温度変動が大きな原因となっている。
プラズマエッチング装置を使用することで解決される。
第２項目は、イオンと気相中のガス分子との衝突で軌道
がずれることが主原因であり、分子間衝突を少なくする
よう圧力を下げることが有効な対策である。本発明のＵ
ＨＦ型ＥＣＲ装置は電子サイクロトロン共鳴を利用して
いるため低圧力でのプラズマ発生が可能である。第３項
目は、エッチング回数を数１００枚のオーダーで繰り返
してもエッチング特性が変動しないことであり、いわゆ
る経時変化の抑制である。経時変化の主原因は、エッチ
ング室１の内壁や部品に付着している堆積物から放出さ
れるガス種の時間変動である。具体的には、側壁など対
象部材の温度変動が大きな原因となっている。
【００４３】経時変化抑制の対策としては、温度制御に
より壁面の堆積物の吸着脱離現象が変動しないようにす
ることを基本としているが、プラズマの発生方式によ
り、装置として必要な壁面の面積が異なる。その関係を
図２に示した。狭電極型プラズマ装置はエッチング室の
高さも小さく側壁面積も狭い。これに対し、高密度プラ
ズマ型装置はエッチング室高さが高く側壁面積も広い。
本発明のＵＨＦ型ＥＣＲ装置は、エッチング室の高さ
（電極間距離）と側壁面積が中間に位置していて、酸化
膜エッチングに適した領域を占めている。
より壁面の堆積物の吸着脱離現象が変動しないようにす
ることを基本としているが、プラズマの発生方式によ
り、装置として必要な壁面の面積が異なる。その関係を
図２に示した。狭電極型プラズマ装置はエッチング室の
高さも小さく側壁面積も狭い。これに対し、高密度プラ
ズマ型装置はエッチング室高さが高く側壁面積も広い。
本発明のＵＨＦ型ＥＣＲ装置は、エッチング室の高さ
（電極間距離）と側壁面積が中間に位置していて、酸化
膜エッチングに適した領域を占めている。
【００４４】エッチング室の高さ、すなわち電極間距離
が５０ｍｍから１００ｍｍという中間の距離にあるの
は、エッチングによって生成した反応生成物が再解離し
たりウエハに再入射したりすることで、酸化膜のエッチ
ング特性が影響を受けるが、その度合を最適化できる距
離にしているためである。すなわち、本実施例での圧力
２Ｐａ付近での平均自由行程との相関から決められた電
極間距離となっている。この程度の電極間距離にするこ
とができたため、ウエハ面上での圧力分布が一様になっ
た。ウエハ径が２００ｍｍから３００ｍｍに大口径化さ
れても、圧力差を十分小さくできる。さらに、電極間距
離に依存するコンダクタンスも大きいため、真空排気速
度も十分大きくとれ、エッチングガスや反応生成物の滞
在時間を短くすることが容易にできる。
が５０ｍｍから１００ｍｍという中間の距離にあるの
は、エッチングによって生成した反応生成物が再解離し
たりウエハに再入射したりすることで、酸化膜のエッチ
ング特性が影響を受けるが、その度合を最適化できる距
離にしているためである。すなわち、本実施例での圧力
２Ｐａ付近での平均自由行程との相関から決められた電
極間距離となっている。この程度の電極間距離にするこ
とができたため、ウエハ面上での圧力分布が一様になっ
た。ウエハ径が２００ｍｍから３００ｍｍに大口径化さ
れても、圧力差を十分小さくできる。さらに、電極間距
離に依存するコンダクタンスも大きいため、真空排気速
度も十分大きくとれ、エッチングガスや反応生成物の滞
在時間を短くすることが容易にできる。
【００４５】側壁の面積が広ければ、それだけ堆積膜の
付着量が多くなる可能性を秘めており、エッチング特性
への影響度も大きくなる。高密度プラズマを維持する装
置では、プラズマ発生方法などの要請で、エッチング室
の高さを１００ｍｍから２００ｍｍの範囲にする必要が
ある。そのため、側壁がエッチング室全体の面積に占め
る割合が高く、側壁でのエッチングガスや反応生成物の
堆積などが変動した際の影響が大きい。この影響を抑制
する方法は、側壁の温度変動を小さくするか、堆積物が
付着しないように側壁を高温に加熱するかである。ま
た、先にも述べたように、高密度プラズマ源を用いた装
置では、電子温度が高いためＦが多いプラズマが生成さ
れているので、選択比を確保するために側壁に堆積する
ガス種を低減したり堆積物からのガス放出を促進する必
要があり、側壁を高温度にせざるを得ない。以上のよう
な理由により、高電子温度高密度プラズマエッチング装
置では、側壁を２００℃程度に加熱し±２℃の範囲に温
度調節している。しかし、２００℃以上の高温度に側壁
を加熱し、温度変動を±２℃のように高精度に抑えるの
は技術的に困難であり、装置の複雑さや信頼性の問題、
価格の高騰などにつながる。なお、側壁とはエッチング
室内壁と同じ意味であり、天井や他のプラズマに接する
部分も含む。また、堆積物が付着する部分であれば、プ
ラズマに直接接していなくてもエッチング特性に影響す
る可能性があるので、装置によって十分な注意が必要で
ある。なお、本発明の装置では、側壁は５０ｍｍから１
００ｍｍ程度であり、下流域において堆積物が付着して
いる領域は、ほとんど認められない。
付着量が多くなる可能性を秘めており、エッチング特性
への影響度も大きくなる。高密度プラズマを維持する装
置では、プラズマ発生方法などの要請で、エッチング室
の高さを１００ｍｍから２００ｍｍの範囲にする必要が
ある。そのため、側壁がエッチング室全体の面積に占め
る割合が高く、側壁でのエッチングガスや反応生成物の
堆積などが変動した際の影響が大きい。この影響を抑制
する方法は、側壁の温度変動を小さくするか、堆積物が
付着しないように側壁を高温に加熱するかである。ま
た、先にも述べたように、高密度プラズマ源を用いた装
置では、電子温度が高いためＦが多いプラズマが生成さ
れているので、選択比を確保するために側壁に堆積する
ガス種を低減したり堆積物からのガス放出を促進する必
要があり、側壁を高温度にせざるを得ない。以上のよう
な理由により、高電子温度高密度プラズマエッチング装
置では、側壁を２００℃程度に加熱し±２℃の範囲に温
度調節している。しかし、２００℃以上の高温度に側壁
を加熱し、温度変動を±２℃のように高精度に抑えるの
は技術的に困難であり、装置の複雑さや信頼性の問題、
価格の高騰などにつながる。なお、側壁とはエッチング
室内壁と同じ意味であり、天井や他のプラズマに接する
部分も含む。また、堆積物が付着する部分であれば、プ
ラズマに直接接していなくてもエッチング特性に影響す
る可能性があるので、装置によって十分な注意が必要で
ある。なお、本発明の装置では、側壁は５０ｍｍから１
００ｍｍ程度であり、下流域において堆積物が付着して
いる領域は、ほとんど認められない。
【００４６】したがって、酸化膜プラズマエッチング装
置としては、側壁温度の温度調節精度をゆるめてもエッ
チング特性の変動が生じないような装置が望ましい。本
発明のＵＨＦ型ＥＣＲプラズマ装置では、選択比を向上
するために側壁温度を高くする必要がない。経時変化抑
制の観点で側壁温度を設定できるという利点がある。
置としては、側壁温度の温度調節精度をゆるめてもエッ
チング特性の変動が生じないような装置が望ましい。本
発明のＵＨＦ型ＥＣＲプラズマ装置では、選択比を向上
するために側壁温度を高くする必要がない。経時変化抑
制の観点で側壁温度を設定できるという利点がある。
【００４７】図３に、堆積膜の温度が１℃変化した場合
の堆積膜からのガス放出量を測定した結果を示した。堆
積膜の温度が高ければ、１℃の温度変動によって放出さ
れるガス量も多いことが分かった。エッチングガスの流
量に換算して０．０１ｓｃｃｍの流量に相当するガスが
堆積膜から放出されると、エッチング特性に影響を及ぼ
す可能性があると仮定し、その時の側壁温度の温度調節
範囲を図３の右側に示した。２００℃の場合は、±２℃
に側壁を制御しないとガス放出量の変動が０．０１ｓｃ
ｃｍ以上になってしまう。これに対し、側壁温度を１２
０℃以下にすると、側壁温度が変化してもガス放出量の
変化は小さい。すなわち、側壁温度の制御精度を±５℃
や±１０℃にしても、エッチング特性に影響を及ぼすほ
どのガス放出は生じないことが分かる。
の堆積膜からのガス放出量を測定した結果を示した。堆
積膜の温度が高ければ、１℃の温度変動によって放出さ
れるガス量も多いことが分かった。エッチングガスの流
量に換算して０．０１ｓｃｃｍの流量に相当するガスが
堆積膜から放出されると、エッチング特性に影響を及ぼ
す可能性があると仮定し、その時の側壁温度の温度調節
範囲を図３の右側に示した。２００℃の場合は、±２℃
に側壁を制御しないとガス放出量の変動が０．０１ｓｃ
ｃｍ以上になってしまう。これに対し、側壁温度を１２
０℃以下にすると、側壁温度が変化してもガス放出量の
変化は小さい。すなわち、側壁温度の制御精度を±５℃
や±１０℃にしても、エッチング特性に影響を及ぼすほ
どのガス放出は生じないことが分かる。
【００４８】本発明のエッチング装置では、側壁温度を
１０℃から１２０℃の範囲に設定した。好ましくは、室
温２０℃から５０℃程度に制御するのが良い。この温度
範囲は、エッチング室を高温度に加熱しないので装置の
寸法変化が少なく真空シールや熱膨張係数の異なる材料
を自由に使用できるメリットがあるし、温度制御も容易
であるといった特徴がある。本発明では、温度調節器に
接続された冷媒を側壁に導入する方式を採用した。この
方式の採用で、温度制御性を±５℃以下にすることが出
来た。
１０℃から１２０℃の範囲に設定した。好ましくは、室
温２０℃から５０℃程度に制御するのが良い。この温度
範囲は、エッチング室を高温度に加熱しないので装置の
寸法変化が少なく真空シールや熱膨張係数の異なる材料
を自由に使用できるメリットがあるし、温度制御も容易
であるといった特徴がある。本発明では、温度調節器に
接続された冷媒を側壁に導入する方式を採用した。この
方式の採用で、温度制御性を±５℃以下にすることが出
来た。
【００４９】なお、図３は堆積物からのガス放出量を調
べた結果である。側壁温度が２００℃以上の高温度にな
ると、堆積物の付着量そのものが少なくなるので、堆積
物が付着しないような高温度制御の装置では図３の例よ
り実質的なガス放出量は少なくなる。堆積物の付着量を
考慮したガス放出量の安定性、変動量の大小を図４に示
した。
べた結果である。側壁温度が２００℃以上の高温度にな
ると、堆積物の付着量そのものが少なくなるので、堆積
物が付着しないような高温度制御の装置では図３の例よ
り実質的なガス放出量は少なくなる。堆積物の付着量を
考慮したガス放出量の安定性、変動量の大小を図４に示
した。
【００５０】図４の横軸はエッチング室の側壁温度であ
り、縦軸は相対的な大小の度合を示している。堆積膜か
らのガス放出量は２００℃を越える付近から急激に増加
する。これに対し、側壁への堆積物の付着量（堆積速
度）は温度が高くなるにつれて次第に減少し、２００℃
付近から急激に減少する。これは、温度が２００℃を越
え３００℃以上になると側壁に堆積膜が付着しなくなる
ためである。
り、縦軸は相対的な大小の度合を示している。堆積膜か
らのガス放出量は２００℃を越える付近から急激に増加
する。これに対し、側壁への堆積物の付着量（堆積速
度）は温度が高くなるにつれて次第に減少し、２００℃
付近から急激に減少する。これは、温度が２００℃を越
え３００℃以上になると側壁に堆積膜が付着しなくなる
ためである。
【００５１】したがって、領域１の温度範囲では、温度
が低いために堆積膜は多いが堆積膜からのガス放出量は
少なく、結果として側壁の堆積膜がエッチング特性に及
ぼす影響は小さい。また、領域３においては、温度が高
いために単位堆積物からのガス放出量は多いが、堆積膜
がほとんど付着していないので、結果としてガス放出量
は小さく、エッチング特性への影響も小さい。ところ
が、両者の中間の温度範囲である領域２においては、堆
積膜も比較的多くガス放出量も多いため、結果的に側壁
の温度変動がエッチング特性に大きく影響する。以上の
点を考慮すると、経時変化を抑制するためには、側壁温
度を領域１にするか領域３にすれば良い。領域１の温度
範囲は１２０℃以下であり、領域３は２００℃以上、領
域２は１２０℃から２００℃の範囲である。本発明にお
いては、領域１の温度範囲に側壁を設定した。なお、原
理的には、側壁温度は低くても良いが、温度設定が容易
な温度であることや冷媒流路が結露しないことなどを考
慮し、下限温度を１０℃とした。
が低いために堆積膜は多いが堆積膜からのガス放出量は
少なく、結果として側壁の堆積膜がエッチング特性に及
ぼす影響は小さい。また、領域３においては、温度が高
いために単位堆積物からのガス放出量は多いが、堆積膜
がほとんど付着していないので、結果としてガス放出量
は小さく、エッチング特性への影響も小さい。ところ
が、両者の中間の温度範囲である領域２においては、堆
積膜も比較的多くガス放出量も多いため、結果的に側壁
の温度変動がエッチング特性に大きく影響する。以上の
点を考慮すると、経時変化を抑制するためには、側壁温
度を領域１にするか領域３にすれば良い。領域１の温度
範囲は１２０℃以下であり、領域３は２００℃以上、領
域２は１２０℃から２００℃の範囲である。本発明にお
いては、領域１の温度範囲に側壁を設定した。なお、原
理的には、側壁温度は低くても良いが、温度設定が容易
な温度であることや冷媒流路が結露しないことなどを考
慮し、下限温度を１０℃とした。
【００５２】図５は、本発明のＵＨＦ型ＥＣＲプラズマ
エッチング装置において、ＡｒとＣ４Ｆ８の混合ガスを
用いて連続エッチングした場合のエッチング速度変動を
示したものである。この時、側壁の温度調節は行ってい
ないので、プラズマの放電時間とともに上昇し、室温か
ら６０℃程度まで上昇した。温度変動として±２０℃程
度あったことになる。エッチング開始当初の窒化シリコ
ンのエッチング速度が高くなっていて、エッチング特性
の変動が認められる。
エッチング装置において、ＡｒとＣ４Ｆ８の混合ガスを
用いて連続エッチングした場合のエッチング速度変動を
示したものである。この時、側壁の温度調節は行ってい
ないので、プラズマの放電時間とともに上昇し、室温か
ら６０℃程度まで上昇した。温度変動として±２０℃程
度あったことになる。エッチング開始当初の窒化シリコ
ンのエッチング速度が高くなっていて、エッチング特性
の変動が認められる。
【００５３】これに対し、図６に示したのは、側壁の温
度調節を実施した場合のエッチング特性である。エッチ
ング室を大気に開放して真空排気した後、エッチング室
内を堆積膜で被って定常状態にする処理などは一切実施
せず、直ちにエッチングを開始したにもかかわらず、エ
ッチング開始当初からエッチング特性は安定で、その後
の変動もほとんど認められない。なお、この時の側壁温
度変動は±５℃以内であった。
度調節を実施した場合のエッチング特性である。エッチ
ング室を大気に開放して真空排気した後、エッチング室
内を堆積膜で被って定常状態にする処理などは一切実施
せず、直ちにエッチングを開始したにもかかわらず、エ
ッチング開始当初からエッチング特性は安定で、その後
の変動もほとんど認められない。なお、この時の側壁温
度変動は±５℃以内であった。
【００５４】以上の結果からもわかるように、ＵＨＦ型
ＥＣＲプラズマエッチング装置において、側壁の温度調
節を実施することにより、極めて安定なエッチング特性
が得られる。
ＥＣＲプラズマエッチング装置において、側壁の温度調
節を実施することにより、極めて安定なエッチング特性
が得られる。
【００５５】なお、本実施例では、ＵＨＦ型ＥＣＲプラ
ズマエッチング装置を用いた場合を前提に説明したが、
酸化膜のエッチングにとって適したプラズマ源であれば
ＵＨＦ型ＥＣＲプラズマエッチング装置に限定されるも
のではない。すなわち、プラズマ中の電子温度が１ｅＶ
以下の低電子温度であり、しかも高密度プラズマであれ
ば良いので、たとえば、マイクロ波の印加を間欠的に実
施するパルスプラズマ源を用いた装置でも良い。さらに
は、マイクロ波以外の誘導型プラズマをパルス駆動した
プラズマ源を用いた装置でも良い。これらのプラズマ源
を用いた装置のエッチング室側壁を１０℃から１２０℃
の範囲に設定することで、酸化膜エッチング特性に優
れ、しかも長期にわたって安定な特性を示すことが可能
になる。
ズマエッチング装置を用いた場合を前提に説明したが、
酸化膜のエッチングにとって適したプラズマ源であれば
ＵＨＦ型ＥＣＲプラズマエッチング装置に限定されるも
のではない。すなわち、プラズマ中の電子温度が１ｅＶ
以下の低電子温度であり、しかも高密度プラズマであれ
ば良いので、たとえば、マイクロ波の印加を間欠的に実
施するパルスプラズマ源を用いた装置でも良い。さらに
は、マイクロ波以外の誘導型プラズマをパルス駆動した
プラズマ源を用いた装置でも良い。これらのプラズマ源
を用いた装置のエッチング室側壁を１０℃から１２０℃
の範囲に設定することで、酸化膜エッチング特性に優
れ、しかも長期にわたって安定な特性を示すことが可能
になる。
【００５６】また、側壁の温度調節は、冷媒を用いた例
を示したが、これに限定されるものではなく、水冷や気
体による強制冷却、あるいはヒーターの使用、赤外線を
使用するランプ加熱など、どれを採用しても良い。要
は、温度範囲を１０℃から１２０℃の範囲とすることで
ある。この温度範囲に設定することで、側壁の温度調節
範囲は±５℃程度でも十分安定なエッチング特性を得る
ことができる。エッチング条件によっては、±１０℃程
度でも安定なエッチング特性が得られ、温度調節が極め
て容易になる。
を示したが、これに限定されるものではなく、水冷や気
体による強制冷却、あるいはヒーターの使用、赤外線を
使用するランプ加熱など、どれを採用しても良い。要
は、温度範囲を１０℃から１２０℃の範囲とすることで
ある。この温度範囲に設定することで、側壁の温度調節
範囲は±５℃程度でも十分安定なエッチング特性を得る
ことができる。エッチング条件によっては、±１０℃程
度でも安定なエッチング特性が得られ、温度調節が極め
て容易になる。
【００５７】
【発明の効果】本発明によれば、酸化膜エッチング特性
に優れ、しかも長期にわたって安定なエッチング特性を
得ることができるので、歩留まりが向上し、スループッ
トも向上するという利点が期待できる。また、側壁の温
度調節は１０℃から１２０℃と低い温度に設定されてい
るので、エッチング室の寸法が熱膨張により大きくなる
ことによる弊害が回避できる。
に優れ、しかも長期にわたって安定なエッチング特性を
得ることができるので、歩留まりが向上し、スループッ
トも向上するという利点が期待できる。また、側壁の温
度調節は１０℃から１２０℃と低い温度に設定されてい
るので、エッチング室の寸法が熱膨張により大きくなる
ことによる弊害が回避できる。
【００５８】たとえば、エッチング室に多用されている
アルミニウム合金の線膨張係数は２４×１０−６Ｋ−１
であるが、アルミナや石英では、それぞれ５．６×１０
−６Ｋ−１、０．４１×１０−６Ｋ−１である。これだ
け線膨張係数が異なると、プラズマ放電によりエッチン
グ室が加熱されたり、強制的に高温度に温度制御したり
する場合、材料間の寸法差が大きくなり、構造的に熱膨
張を回避する工夫が必要になる。また、真空シール部の
寸法変化はシール特性に影響するし、シール材であるエ
ラストマーの耐熱性も問題になる。１５０℃を越えるレ
ベルまで温度が高くなると、シール材の寿命も短くなる
可能性が高くなる。この様に、温度が高いことによる弊
害、構造的に耐熱性を付加しなければならない点、その
ためのコスト増加、など種々の問題が生じてくる。
アルミニウム合金の線膨張係数は２４×１０−６Ｋ−１
であるが、アルミナや石英では、それぞれ５．６×１０
−６Ｋ−１、０．４１×１０−６Ｋ−１である。これだ
け線膨張係数が異なると、プラズマ放電によりエッチン
グ室が加熱されたり、強制的に高温度に温度制御したり
する場合、材料間の寸法差が大きくなり、構造的に熱膨
張を回避する工夫が必要になる。また、真空シール部の
寸法変化はシール特性に影響するし、シール材であるエ
ラストマーの耐熱性も問題になる。１５０℃を越えるレ
ベルまで温度が高くなると、シール材の寿命も短くなる
可能性が高くなる。この様に、温度が高いことによる弊
害、構造的に耐熱性を付加しなければならない点、その
ためのコスト増加、など種々の問題が生じてくる。
【００５９】この点、本発明によれば、側壁温度を１２
０℃以下の低温度に設定できるので、上述した問題点が
解消されるといった利点がある。
０℃以下の低温度に設定できるので、上述した問題点が
解消されるといった利点がある。
【図１】本発明のエッチング装置の一例を示す図。
【図２】各種プラズマ源の寸法関係を示す図。
【図３】堆積膜からのガス放出の特性を示す図。
【図４】経時変化に及ぼす側壁温度の影響を示す図。
【図５】側壁の温度調節をしない場合のエッチング速度
変化を示す図。
変化を示す図。
【図６】側壁を温度調節した場合のエッチング速度変化
を示す図。
を示す図。
１…エッチング室、２…コイル、３… ガス供給管、４
…ガス供給板、５…アンテナ、６…電源、７…導入軸、
８…誘電体、９…ウエハ載置電極、１０…ウエハ、１１
…高周波電源、１２…温調側壁、１３…カバー、１４…
ターボ分子ポンプ、１５…真空室、１６…バルブ
…ガス供給板、５…アンテナ、６…電源、７…導入軸、
８…誘電体、９…ウエハ載置電極、１０…ウエハ、１１
…高周波電源、１２…温調側壁、１３…カバー、１４…
ターボ分子ポンプ、１５…真空室、１６…バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加治 哲徳 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 横川 賢悦 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 4K057 DA11 DA16 DB20 DD05 DD08 DE06 DE14 DE20 DG14 DG16 DG18 DM02 DM05 DM18 DM20 DM35 DM37 DN01 5F004 AA16 BA04 BA08 BA09 BA14 BB11 BB13 BB18 BB22 CA09 DA00 DA16 DA23 DA24 DA26 DB00 DB03
Claims (10)
- 【請求項１】真空処理室と、該真空処理室内で処理され
る試料を載置するための試料台と、プラズマ生成手段と
を有するプラズマ処理装置であって、少なくとも炭素と
フッ素を含むガスを導入してプラズマを生成し、プラズ
マ解離によって炭素とフッ素を含むガス種を発生させて
プラズマ処理を行うにあたり、該プラズマ生成手段は、
プラズマ解離の度合いが中程度で炭素とフッ素からなる
ガス種が十分プラズマ中に生成しているプラズマ生成手
段であって、 該真空処理室の真空壁を形成している領
域の温度を、１０℃から１２０℃の範囲に制御したこと
を特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】請求項１に記載のプラズマ処理装置におい
て、プラズマ生成手段を電子温度が０．２５ｅＶから１
ｅＶの範囲であるプラズマ源としたことを特徴とするプ
ラズマ処理装置。 - 【請求項３】請求項１に記載のプラズマ処理装置におい
て、プラズマ生成手段を、周波数が３００ＭＨｚから１
ＧＨｚの範囲のマイクロ波を用いた電子サイクロトロン
共鳴方式としたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項４】請求項１に記載のプラズマ処理装置におい
て、プラズマ生成手段を、プラズマ励起電源の駆動を間
欠的にしたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項５】請求項１から請求項４のいすずれかに記載
のプラズマ処理装置において、真空壁の温度を調節する
手段として、温度調節された冷媒を用いたことを特徴と
するプラズマ処理装置。 - 【請求項６】真空処理室と、該真空処理室内で処理され
る試料を載置するための試料台と、プラズマ生成手段と
を有するプラズマ処理装置により、少なくとも炭素とフ
ッ素を含むガスを導入してプラズマを生成し、プラズマ
解離によって炭素とフッ素を含むガス種を発生させてプ
ラズマ処理を行うにあたり、該プラズマ生成手段は、プ
ラズマ解離の度合いが中程度で炭素とフッ素からなるガ
ス種が十分プラズマ中に生成しているプラズマ生成手段
であって、 該真空処理室の真空壁を形成している領域
の温度を、１０℃から１２０℃の範囲に制御したことを
特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項７】請求項６に記載のプラズマ処理方法におい
て、プラズマ生成手段を電子温度が０．２５ｅＶから１
ｅＶの範囲であるプラズマ源としたことを特徴とするプ
ラズマ処理方法。 - 【請求項８】請求項６に記載のプラズマ処理方法におい
て、プラズマ生成手段を、周波数が３００ＭＨｚから１
ＧＨｚの範囲のマイクロ波を用いた電子サイクロトロン
共鳴方式としたことを特徴とするプラズマ処理装置およ
びプラズマ処理方法。 - 【請求項９】請求項６に記載のプラズマ処理装置におい
て、プラズマ生成手段を、プラズマ励起電源の駆動を間
欠的にしたことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項１０】請求項６から請求項９のいずれかに記載
のプラズマ処理方法において、真空壁の温度を調節する
手段として、温度調節された冷媒を用いたことを特徴と
するプラズマ処理方法。
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