JP2002217168A - プラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理方法

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JP2002217168A
JP2002217168A JP2001006238A JP2001006238A JP2002217168A JP 2002217168 A JP2002217168 A JP 2002217168A JP 2001006238 A JP2001006238 A JP 2001006238A JP 2001006238 A JP2001006238 A JP 2001006238A JP 2002217168 A JP2002217168 A JP 2002217168A
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JP
Japan
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plasma processing
substrate
frequency power
processing method
anode
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JP2001006238A
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Natsuko Ito
奈津子 伊藤
Takeshi Moriya
剛 守屋
Fumihiko Uesugi
文彦 上杉
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマ処理において、異常放電を起こすこと
なくプラズマ処理できるようにする。 【解決手段】ステップ1で処理に適合する高周波電力を
印加し、プロセス終了後に高周波電力を所定電力に下
げ、数秒間維持し、ステップ2で、さらに下げ、ステッ
プ3で印加する高周波電力を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被処理用の基板を
エッチングしたりあるいは薄膜を形成させたりするプラ
ズマを用いたプラズマ処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造においては、基板上に薄膜を
形成する気相成長装置やスパッタ装置および不要な薄膜
を除くエッチング装置ならびに不純物をド−ピングする
イオン注入装置など真空容器内でプラズマを用いて基板
を処理する工程が非常に多い。
【0003】しかし、これら工程に共通して異常放電の
問題がある。この異常放電が起きた場合、放電を起こし
た部材の一部が溶融飛散し処理基板を汚染させ基板上の
パタ−ンに欠陥を生じさせる。また、異常放電が起こっ
た部材が損傷を受け、プラズマリ−クなど生じプロセス
条件が変化する可能性もある。さらに、基板上で異常放
電が起こると、回路の断線、絶縁不良が発生し歩留まり
が低下する。
【0004】この異常放電を防止する方法として、異常
放電の起きにくいプロセス条件を選択する方法、不要な
部分へのプラズマの回り込みを防止する方法および微小
部分のチャ−ジアップや鋭利な部品による電界集中を防
止する方法などがある。
【0005】特に、異常放電の起きにくいプロセス条件
を選択する方法として、例えば、特開平2000−10
0782号公報に開示されている。この方法は、ドライ
エッチング条件として、高周波印加電圧を300から4
00の範囲で、処理圧力を15から23mTorrの範
囲、ト−タルガス流量を10から15sccmの範囲に
することが述べられている。
【0006】また、特開平11−233293号公報に
開示されている方法は、プラズマ処理室内の圧力、電極
間の距離および印加高周波電力により異常放電領域と放
電安定領域の境界条件を定め、設定した処理条件や処理
中のプラズマ処理条件が前記異常放電領域である場合
に、警報信号を発するプラズマ処理方法およびプラズマ
CVD装置として述べられている。
【0007】さらに、特開平4−199816号公報に
開示されている方法は、CVD開始時に、高周波電力を
徐徐にアップさせることにより、プラズマ放電を安定さ
せて異常放電を防止するプラズマCVD装置として述べ
られている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図6および図7は異な
るエッチング条件でプラズマエッチングしたときの時間
に対する各条件の変化を示す図である。ここで、従来技
術の方法が妥当か否かを確認するために、後述する平行
平板型プラズマエッチング装置を使用して実験を行って
みた。
【0009】まず、図6に示すように、高周波電力を急
激に零にした瞬間異常放電が認められた。また、図7に
示すように、途中高周波電力が大きく変化する場合、零
になるタイミングではなく、大きく変化するタイミン
グ、すなわちt時間のとき、異常放電が観測されやすか
った。つまり、火花を伴う異常放電は高周波電力の投入
時より、むしろ、高周波電力を大きく低下させる時に発
生するという知見を得た。
【0010】加工される基板は真空中にあってかつ絶縁
ステ−ジに固定されているので、基板の電荷が基板外へ
の移動が少ない。そのため、印加された高周波電圧が±
Xボルトで振動しているとき、プラズマに晒されている
基板は、約−Xボルトの自己バイアス電位が生じること
が知られている。その結果、高周波電圧が大きく下がっ
た時には、基板の急激な電位変化に追随しきれず、余分
な電荷を異常放電という形で放出すると考えられる。す
なわち、このような異常放電のメカニズムで、高周波電
力が大きく下がった時に異常放電が発生すると考えられ
る。
【0011】上述した従来技術では、高周波電力投入時
に着目した異常放電の対策がなされているものの、高周
波電力を下げた時に発生する異常放電を十分に防止する
ことができなかった。
【0012】従って、本発明の目的は、異常放電を発生
させることなく基板のプラズマ処理ができるプラズマ処
理方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
プロセスガスを噴出する陽極と、被処理用の基板を固定
する静電吸着機構を具備する陰極とを備え、前記基板を
プラズマ処理するプラズマ処理方法において、前記基板
のプラズマ処理終了後、前記陽極と陰極との間に印加さ
れる高周波電力を段階的に下げかつ下げられた前記電力
で数秒間維持し前記高周波電力の印加を停止するプラズ
マ処理方法である。また、前記高周波電力の下げ幅は、
徐徐に大きくすることが望ましい。
【0014】本発明の第2の特徴は、プロセスガスを噴
出する陽極と、被処理用の基板を固定する静電吸着機構
を具備する陰極とを備え、前記基板をプラズマ処理する
プラズマ処理方法において、前記基板のプラズマ処理終
了後、高周波電極に印加する電力を連続的に下げるプラ
ズマ処理方法である。また、前記高周波電力の下げ率
は、前記高周波電力が低くなるにつれて下げ率を大きく
することが望ましい。
【0015】前記第1の特徴のプラズマ処理方法および
前記第2の特徴のプラズマ処理方法において、前記基板
のプラズマ処理終了後、プロセスガスから窒素ガスに切
り換えることが望ましい。
【0016】本発明の第3の特徴は、プロセスガスを噴
出する陽極と、被処理用の基板を固定する静電吸着機構
を具備する陰極とを備え、前記基板をプラズマ処理する
プラズマ処理方法において、前記基板を固定する前記静
電吸着機構に印加する電圧値と、前記基板に誘起される
自己バイアス電圧との差が一定となるように前記静電吸
着機構に印加する該電圧値を調整するプラズマ処理方法
である。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。
【0018】図1は本発明の一実施の形態におけるプラ
ズマ処理方法の実験に用いた平行平板型のプラズマエッ
チング装置の概略を示す図である。このプラズマエッチ
ング装置は、図1に示すように、ウェハである基板2を
静電吸着する陰極である静電ステ−ジ11と、静電ステ
−ジ11に対向して配置される陽極12と、これら電極
を収納する反応室1と、プロセスガス、例えば、六フッ
化硫黄や酸素あるいは塩素などを予め設定した流量でガ
ス導入板を兼ねた陽極12を通じ反応室1に導入するガ
ス導入管15と、陽極12と陰極を兼ねる静電ステ−ジ
11との間に高周波電力を印加する高周波電源3と、静
電ステ−ジ11に直流電圧を印加する直流電源4と、反
応室の真空排気制御と高周波電源3の制御および直流電
源の制御など行うコントロ−ラ5とを備えている。
【0019】また、接地された反応室1にプロセスガス
を導入するガス導入管15には切換えバルブ14が設け
られており、安価なガスを導入する導入管13が接続さ
れている。
【0020】図2は本発明の第1の実施の形態における
プラズマ処理方法を説明するための時間の経過に伴って
変化するプロセス条件を示す図である。まず、ステップ
1で、高周波電力を、例えば、600W印加しウェハで
ある基板をエッチング処理する。そして、エッチング終
了後、ステップ2で、高周波電力を400Wに下げる。
このとき保持時間5秒間にする。続いてステップ3で高
周波電力を200Wに下げ5秒間維持し、ステップ4で
印加した高周波電力を停止する。
【0021】なお、ステップ2とステップ3の維持時間
を10秒くらい伸ばしても良い。また、余分な加工を防
止し、高価なプロセスガスを無駄にしないために、ステ
ップ2とステップ3のプラズマ放電には、図1の切換え
バルブ14を切換え、不活性ガス、例えば、安価な窒
素、アルゴンなど導入することが望ましい。また、ステ
ップ間の高周波電力の差は同じである必要はなく、むし
ろパワ−の絶対値が大きい間は下げ幅が小さい方が好ま
しい。すなわち、高周波電力の下げ幅を徐徐に大きくす
ることである。
【0022】図3は本発明の第2の実施の形態における
プラズマ処理方法を説明するための時間の経過に伴って
変化するプロセス条件を示す図である。このプラズマ処
理方法はまず、図3のステップ1で、エッチングに適し
た高周波電力を、例えば600Wを電極間に印加し基板
をエッチング処理する。エッチング終了後、ステップ2
で、高周波電力を連続的に、例えば、600Wから10
秒かけて0Wに下げ高周波電力の印加を停止する。
【0023】この方法でも、余分な加工をしないよう
に、また、高価なプロセスガスを無駄にしないように、
ステップ2のプラズマ放電には、窒素やアルゴンなど不
活性ガスを使用することが望ましい。また、高周波電力
の下げ率は一定である必要はなく、むしろ、高周波電力
の高い内は低く、低くなるにつれて下げ率を大きくする
ことが望ましい。
【0024】図4は本発明の第3の実施の形態における
プラズマ処理方法を説明するための時間の経過に伴って
変化するプロセス条件を示す図、図5は本発明の第3の
実施の形態の変形例におけるプラズマ処理方法を説明す
るための時間の経過に伴って変化するプロセス条件を示
す図である。このプラズマ処理方法は、まず、図4のス
テップ1で、エッチングに適した高周波電力、例えば、
450Wを両極間に印加し基板をエッチングする。この
ときの自己バイアス電圧が−200Vであった。そし
て、基板を固定する静電ステ−ジ11に印加する直流電
圧を、例えば+350Vとすると、自己バイアスとの電
位は550Vである。
【0025】次に、エッチング加工終了後、ステップ2
で、高周波電力を、例えば、300Wまで下げると、自
己バイアス電位は−150Vになる。そこで、静電ステ
−ジに印加する電圧を400Vに変更して、自己バイア
スとの電位差を550Vに保つ。次に、ステップ3で、
高周波電力を停止し、静電ステ−ジ11への直流電圧を
0にする。図4では、静電ステ−ジへの印加電圧を急激
に0にしたが、急激な電位変化を防止するために、図5
に示すように、なだらかに低下させても良い。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、プロセス
終了後、高周波電力を段階的にあるいは連続的に下げる
ことによって、誘発する異常放電を起こすことなくプラ
ズマ処理ができる。また、被加工基板に生ずる自己バイ
アス電位の急激な変化を抑制することによって、異常放
電を起こすことなくプラズマ処理でき、製品の歩留まり
を向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理方
法の実験に用いた平行平板型のプラズマエッチング装置
の概略を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態におけるプラズマ処
理方法を説明するための時間の経過に伴って変化するプ
ロセス条件を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態におけるプラズマ処
理方法を説明するための時間の経過に伴って変化するプ
ロセス条件を示す図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態におけるプラズマ処
理方法を説明するための時間の経過に伴って変化するプ
ロセス条件を示す図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態の変形例におけるプ
ラズマ処理方法を説明するための時間の経過に伴って変
化するプロセス条件を示す図である。
【図6】異なるエッチング条件でプラズマエッチングし
たときの時間に対する各条件の変化を示す図である。
【図7】異なるエッチング条件でプラズマエッチングし
たときの時間に対する各条件の変化を示す図である。
【符号の説明】
1 反応室 2 基板 3 高周波電源 4 直流電源 5 コントロ−ラ 11 静電ステ−ジ 12 陽極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上杉 文彦 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 4G075 AA24 BA05 BC02 BC04 BC06 BC07 BD14 CA47 FC13 4K030 CA04 CA12 FA03 GA01 HA16 JA11 KA17 KA20 KA30 5F004 AA16 BA04 BA09 BB13 BB18 BB22 CA03 CA06 CA09 DA04 DA18 DA26 5F045 AA08 BB08 EB17 EE14 EH05 EH14 EH19 EM05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プロセスガスを噴出する陽極と、被処理
    用の基板を固定する静電吸着機構を具備する陰極とを備
    え、前記基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法にお
    いて、前記基板のプラズマ処理終了後、前記陽極と陰極
    との間に印加される高周波電力を段階的に下げかつ下げ
    られた前記電力で数秒間維持し前記高周波電力の印加を
    停止することを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 【請求項2】 前記高周波電力の下げ幅は、徐徐に大き
    くすることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理方
    法。
  3. 【請求項3】 プロセスガスを噴出する陽極と、被処理
    用の基板を固定する静電吸着機構を具備する陰極とを備
    え、前記基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法にお
    いて、前記基板のプラズマ処理終了後、高周波電極に印
    加する電力を連続的に下げることを特徴とするプラズマ
    処理方法。
  4. 【請求項4】 前記高周波電力の下げ率は、前記高周波
    電力が低くなるにつれて下げ率を大きくすることを特徴
    とする請求項3記載のプラズマ処理方法。
  5. 【請求項5】 前記基板のプラズマ処理終了後、プロセ
    スガスから不活性ガスに切り換えることを特徴とする請
    求項1、請求項2、請求項3または請求項4記載のプラ
    ズマ処理方法。
  6. 【請求項6】 プロセスガスを噴出する陽極と、被処理
    用の基板を固定する静電吸着機構を具備する陰極とを備
    え、前記基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法にお
    いて、前記基板を固定する前記静電吸着機構に印加する
    電圧値と、前記基板に誘起される自己バイアス電圧との
    差が一定となるように前記静電吸着機構に印加する該電
    圧値を調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
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