JP2001127045A

JP2001127045A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

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Publication number: JP2001127045A
Application number: JP30876599A
Authority: JP
Inventors: Eiji Hirose; 英二廣瀬
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-11
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: JP4408313B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ生成用高周波電力に重畳する高周波
電力とバイアス用高周波電力の位相，周波数，パワーを
容易に変更可能なプラズマ処理装置およびプラズマ処理
方法を提供する。【解決手段】エッチング装置１００の処理室１０２内
には，上部電極１０６と下部電極１０８とが対向配置さ
れる。上部電極１０６には，第１高周波電源１１４から
の６０ＭＨｚの第１高周波電力と，第３高周波電源１２
６からの２ＭＨｚの第３高周波電力との重畳電力が印加
される。下部電極１０８には，第２高周波電源１２２か
らの２ＭＨｚの第２高周波電力が印加される。位相制御
器１３２は，第２および第３高周波電力の位相を検出
し，第２および第３高周波電力が所定位相になるよう
に，第２および第３高周波電源１２２，１２６を制御す
る。かかる構成により，均一なプラズマが生成され，下
部電極１０８上のウェハＷに均一な処理が施される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，プラズマ処理装置
およびプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，半導体装置の製造工程において
は，各種プラズマ処理，例えばプラズマエッチング処理
が行われている。プラズマエッチング処理は，プラズマ
エッチング装置を用いて行われる。該装置としては，処
理室内に上部電極と下部電極とを対向配置した平行平板
型装置が広く使用されている。かかる装置では，上部電
極への第１高周波電力の印加により，処理室内に導入さ
れた処理ガスがプラズマ化される。さらに，下部電極に
第１高周波電力よりも低い周波数の第２高周波電力を印
加することにより，プラズマが被処理体に引き込まれ
る。このため，下部電極上に載置された被処理体，例え
ば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）に所定
のエッチング処理が施される。

【０００３】また，最近，半導体装置の超小型化および
超高集積化傾向に伴い，エッチング処理においても超微
細加工が要求されている。さらに，スループットの向上
を図るために，処理の迅速化が求められている。このた
め，かかる技術的要求を達成するべく，プラズマエッチ
ング装置の各種改良が試みられている。例えば，酸化膜
（ＳｉＯ_２膜）用のエッチング装置では，プラズマ生成
用の第１高周波電力の周波数を従来の１３．５６ＭＨｚ
程度の周波数よりも高い周波数，例えば６０ＭＨｚに高
めることにより，エッチングレートを向上させる技術が
提案されている。ただし，かかる周波数の第１高周波電
力を用いた場合には，プラズマの分布が不均一になり易
くなる。そこで，さらに上記第２高周波電力をパワース
プリッタにより電圧を分割し，分割された電力の一部を
下部電極に印加し，一部を第１高周波電力に重畳する技
術が提案されている。かかる重畳高周波電力によりプラ
ズマを生成すると，プラズマの分布が均一化される。こ
のため，高周波数の第１高周波電力を用いて処理を行っ
ても，エッチングレートを向上させながら均一な処理を
行うことが可能になる。さらに，ウェハの損傷も軽減さ
れる。このため，ウェハに超微細化処理を歩留り良く施
すことが可能になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】最近，生産性を向上さ
せる観点から，大口径のウェハに処理を施すことが求め
られている。このため，エッチング処理においては，容
積が大きい処理室内にプラズマを均一に生成し，かつ大
型のウェハ全面にプラズマを均一に導入する必要があ
る。その結果，ウェハの大口径化に伴い，より大パワー
（電力量）の高周波電力を上部電極および下部電極に印
加することが求められる。しかしながら，上記パワース
プリッタは，一種のトランスなので，第２高周波電力の
パワーが大きくなると構成部材である線材やコア材が大
型化する。また，パワースプリッタは，電力の供給効率
向上の観点から一般的に下部電極近傍に設けられる。そ
の結果，エッチング装置が大型化し，フットプリントの
削減が困難であるという問題点がある。

【０００５】また，コア材は，高周波電力のパワーや使
用する周波数などに応じて製造されている。さらに，コ
ア材は，適用される高周波電力のパワーが大きくなるほ
ど特殊な構成になり，汎用性が低下する。このため，大
パワー用のパワースプリッタを採用すると，装置の生産
コストが増加するという問題点がある。

【０００６】また，上記従来の技術では，パワースプリ
ッタにより第２高周波電力を分割している。パワースプ
リッタでは，上部電極および下部電極に印加する電圧を
所定の電圧比に設定することができる。しかし，処理時
には，生成されたプラズマの作用により，上部電極から
見たインピーダンスと下部電極から見たインピーダンス
との比が変化する。このため，パワースプリッタを用い
た場合には，上記インピーダンス比の変化により，上部
電極および下部電極に各々印加される分割された第２高
周波電力のパワーが変化する。その結果，上記分割され
た第２高周波電力のパワーの制御が困難になり，より一
層の処理の均一化を図ることができないという問題点が
ある。

【０００７】本発明は，従来の技術が有する上記問題点
に鑑みて成されたものである。そして，本発明の目的
は，上記問題点およびその他の問題点を解決することが
可能な，新規かつ改良されたプラズマ処理装置およびプ
ラズマ処理方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明の第１の観点によれば，請求項１に記載の発
明のように，処理室内に対向配置された第１電極と第２
電極との各々に高周波電力を印加して処理室内にプラズ
マを生成し，第２電極上に載置された被処理体にプラズ
マ処理を施すプラズマ処理装置において，第１電極に第
１高周波電力を印加する第１高周波電源と，第２電極に
第１高周波電力よりも低い周波数の第２高周波電力を印
加する第２高周波電源と，第１高周波電力の周波数より
も低く第２高周波電力の周波数以上の周波数の第３高周
波電力を出力し，第１高周波電力に第３高周波電力を重
畳する第３高周波電源と，第２高周波電源と第３高周波
電源に接続され，第２高周波電力の位相と第３高周波電
力の位相との位相差を調整する位相制御手段と，を備え
ることを特徴とする，プラズマ処理装置が提供される。

【０００９】かかる構成によれば，第１高周波電力に重
畳する第３高周波電力を，第２高周波電源とは個別独立
した第３高周波電源から出力する。かかる構成によれ
ば，パワースプリッタを設けずに，重畳高周波電力を第
１電極に印加できる。その結果，イニシャルコストの低
下および装置の小型化を図ることができる。また，第２
高周波電力と第３高周波電力の位相や周波数やパワー
を，それぞれプロセスに応じて容易に変更できる。その
結果，被処理体の膜質や大きさ等に応じたプラズマの制
御が可能になり，被処理体に均一な処理を施すことがで
きる。

【００１０】さらに，第３高周波電力の周波数を，例え
ば請求項２に記載の発明のように，第２高周波電力の周
波数と同一に設定することが好ましい。かかる構成によ
れば，第１高周波電力に第２高周波電力と同一周波数の
第３高周波電力を重畳できる。このため，各高周波電力
の相互作用により，プラズマをさらに均一に生成でき，
均一な処理を行うことができる。

【００１１】また，本発明の第２の観点によれば，請求
項３に記載の発明のように，処理室内に対向配置された
第１電極と第２電極とを備え，第１電極に第１高周波電
力を印加し，第２電極に第１高周波電力よりも低い周波
数の第２高周波電力を印加して処理室内にプラズマを生
成し，第２電極上に載置された被処理体にプラズマ処理
を施すプラズマ処理方法であって，第１電極に第１高周
波電力を印加する第１工程と，第１工程の後に，第１電
極に第１高周波電力の周波数よりも低く第２高周波電力
の周波数以上の周波数の第３高周波電力を印加し，第１
高周波電力と第３高周波電力とを重畳させる第２工程
と，第２工程の後に，第２電極に第２高周波電力を印加
する第３工程とを含み，さらに第２高周波電力の位相と
第３高周波電力の位相との位相差を調整する第４工程を
含むことを特徴とする，プラズマ処理方法が提供され
る。

【００１２】かかる構成によれば，第１電極に第１高周
波電力と第３高周波電力とを順次印加した後に，第２電
極に第２高周波電力が印加される。さらに，第２高周波
電力と第３高周波電力の位相差が調整される。このた
め，プラズマの着火，プラズマの安定生成，被処理体へ
のプラズマの均一な導入を容易かつ確実に行うことがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しながら
本発明にかかるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方
法を，プラズマエッチング装置およびプラズマエッチン
グ方法に適用した好適な実施の一形態について，詳細に
説明する。

【００１４】（１）エッチング装置の構成まず，図１を参照しながら，本発明を適用可能なエッチ
ング装置１００について概説する。エッチング装置１０
０の処理室１０２は，導電性の気密な処理容器１０４内
に形成されている。処理容器１０４は，保安接地されて
いる。また，処理室１０２内には，上部電極（第１電
極）１０６と下部電極（第２電極）１０８とが対向配置
されている。上部電極１０６と下部電極１０８は，それ
ぞれ導電性材料から形成されている。また，下部電極１
０８は，ウェハＷの載置台を兼ねている。また，上部電
極１０６と下部電極１０８には，それぞれ後述する電力
供給系が接続されている。また，処理室１０２内には，
処理ガスがガス供給経路１１０を介して導入される。ま
た，処理室１０２内のガスは，排気経路１１２を介して
排気される。

【００１５】（２）電力供給系の構成次に，上部電極１０６および下部電極１０８への基本的
な電力供給構成について説明する。上部電極１０６に
は，第１高周波電源１１４がローパス（低域通過）フィ
ルタ１１６，第１整合器１１８，キャパシタンス１２０
を介して接続されている。かかる構成により，上部電極
１０６には，所定周波数，例えば６０ＭＨｚで５ｋＷの
第１高周波電力を印加できる。ただし，キャパシタンス
１２０は，第１高周波電力を選択的に通過させるととも
に，後述する第３高周波電力の第１整合器１１８への進
入を防止する。また，下部電極１０８には，第２高周波
電源１２２が第２整合器１２４を介して接続されてい
る。かかる構成により，下部電極１０８には，第１高周
波電力の周波数よりも低い周波数，例えば２ＭＨｚで５
ｋＷの第２高周波電力を印加できる。なお，上記各構成
は，キャパシタンス１２０が設けられていることを除
き，従来の装置と同様である。

【００１６】次に，本発明の中核をなす電力供給系につ
いて説明する。上部電極１０６には，上述した第１高周
波電源１１４に加え，本実施の形態の特徴である第３高
周波電源１２６が第３整合器１２８，バンドパス（帯域
通過）フィルタ１３０を介して接続されている。かかる
構成により，上部電極１０６には，第１高周波電力の周
波数よりも低く第２高周波電力の周波数以上の周波数，
あるいは第２高周波電力の周波数と同一の周波数の第３
高周波電力と，上述した第１高周波電力との重畳高周波
電力を印加できる。なお，本実施の形態では，第３高周
波電力は，例えば第２高周波電力の周波数と同一の２Ｍ
Ｈｚで２ｋＷに設定されている。また，第３高周波電源
１２６は，上部電極１０６とキャパシタンス１２０との
間に接続されている。このため，上述したように，第３
高周波電力が第１整合器１１８に進入せず，第１整合器
１１８の整合動作に悪影響を及ぼすことがない。また，
バンドパスフィルタ１３０は，上記２ＭＨｚの第３高周
波電力を選択的に通過させるとともに，第１高周波電力
の第３整合器１２８への進入を防止するフィルタであ
る。このため，第１高周波電力が第３整合器１２８に進
入せず，第３整合器１１８の整合動作の動作不良が生じ
ることがない。

【００１７】また，第２高周波電源１２２と第３高周波
電源１２６には，位相制御器１３２が接続されている。
位相制御器１３２は，第２整合器１２４での第２高周波
電力の位相と，第３整合器１２８での第３高周波電力の
位相とを検出する。さらに，位相制御器１３２は，検出
された第２高周波電力の位相と第３高周波電力の位相と
に基づいて，第２高周波電源１２２と第３高周波電源１
２６を制御する。かかる制御により，第２高周波電力の
位相と第３高周波電力の位相に所定の位相差を生じさせ
ることができる。その結果，プラズマの状態やプロセス
に応じてプラズマを制御でき，ウェハＷに均一な処理を
施すことができる。

【００１８】（３）エッチング処理次に，上述したエッチング装置１００を用いたエッチン
グ処理について説明する。まず，下部電極１０８上にウ
ェハＷを載置する。ウェハＷの被処理面には，ＳｉＯ_２
膜が形成されている。次いで，処理室１０２内に処理ガ
ス，例えばフルオロカーボン系ガスを導入する。同時
に，処理室１０２内を真空引きし，所定の減圧雰囲気に
維持する。

【００１９】上記諸条件が整った後，まず第１高周波電
源１１４から出力される６０ＭＨｚの第１高周波電力を
上部電極１０６に印加する。かかる電力の印加により，
処理ガスがプラズマ化する。ただし，第１高周波電力の
印加だけでは，すでに説明したように，第１高周波電力
の周波数が高いために，生成されるプラズマの分布が不
均一になり易い。そこで，第１高周波電力の印加後，第
３高周波電源１２６から出力される２ＭＨｚの第３高周
波電力を上部電極１０６に印加する。かかる電力の印加
により，上部電極１０６には，第１高周波電力と第３高
周波電力とが重畳された高周波電力が印加される。その
結果，上記プラズマの分布が均一化される。さらに，第
３高周波電力の印加後，第２高周波電源１２２から出力
される２ＭＨｚの第２高周波電力を下部電極１０８に印
加する。かかる電力の印加により，プラズマがウェハＷ
に均一に導入される。その結果，ウェハＷのＳｉＯ_２膜
に，高エッチングレートで均一な処理を施すことがで
き，所定形状のコンタクトホールを形成できる。また，
ウェハＷにプラズマを均一に導入できるので，プラズマ
の偏りに伴うウェハＷの損傷を防止できる。

【００２０】また，上記構成によれば，第２高周波電源
１２２と第３高周波電源１２６とが個別独立に設けられ
ている。このため，パワースプリッタを使用せずに第２
高周波電力および第３高周波電力を供給できる。その結
果，装置構成を簡素化でき，かつイニシャルコストも減
少させることができる。また，第２高周波電力と第３高
周波電力とを独立して制御できる。その結果，高周波電
力の制御性が向上し，処理をより均一に行うことができ
る。さらに，プロセスマージンも拡大できる。

【００２１】以上，本発明の好適な実施の一形態につい
て，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかか
る構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記
載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，
各種の変更例および修正例に想到し得るものであり，そ
れら変更例および修正例についても本発明の技術的範囲
に属するものと了解される。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば，プラズマ生成用の第１
高周波電力に重畳する第３高周波電力とバイアス用の第
２高周波電力の位相，周波数，パワーを個別独立かつ容
易に変えることができる。その結果，プラズマの制御を
容易かつ的確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略
的な断面図である。

【符号の説明】

１００エッチング装置１０２処理室１０６上部電極１０８下部電極１１４第１高周波電源１２２第２高周波電源１２６第３高周波電源１３２位相制御器Ｗウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内に対向配置された第１電極と第
２電極との各々に高周波電力を印加して前記処理室内に
プラズマを生成し，前記第２電極上に載置された被処理
体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において：前
記第１電極に第１高周波電力を印加する第１高周波電源
と；前記第２電極に前記第１高周波電力よりも低い周波
数の第２高周波電力を印加する第２高周波電源と；前記
第１高周波電力の周波数よりも低く前記第２高周波電力
の周波数以上の周波数の第３高周波電力を出力し，前記
第１高周波電力に前記第３高周波電力を重畳する第３高
周波電源と；前記第２高周波電源と前記第３高周波電源
に接続され，前記第２高周波電力の位相と前記第３高周
波電力の位相との位相差を調整する位相制御手段と；を
備えることを特徴とする，プラズマ処理装置。
【請求項２】前記第３高周波電力の周波数は，前記第
２高周波電力の周波数と同一に設定されることを特徴と
する，請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】処理室内に対向配置された第１電極と第
２電極とを備え，第１電極に第１高周波電力を印加し，
前記第２電極に前記第１高周波電力よりも低い周波数の
第２高周波電力を印加して前記処理室内にプラズマを生
成し，前記第２電極上に載置された被処理体にプラズマ
処理を施すプラズマ処理方法であって：前記第１電極に
前記第１高周波電力を印加する第１工程と；前記第１工
程の後に，前記第１電極に前記第１高周波電力の周波数
よりも低く前記第２高周波電力の周波数以上の周波数の
第３高周波電力を印加し，前記第１高周波電力と前記第
３高周波電力とを重畳させる第２工程と；前記第２工程
の後に，前記第２電極に前記第２高周波電力を印加する
第３工程と；を含み，さらに，前記第２高周波電力の位
相と前記第３高周波電力の位相との位相差を調整する第
４工程を含むこと；を特徴とする，プラズマ処理方法。