JP2003045849A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JP2003045849A JP2003045849A JP2001228051A JP2001228051A JP2003045849A JP 2003045849 A JP2003045849 A JP 2003045849A JP 2001228051 A JP2001228051 A JP 2001228051A JP 2001228051 A JP2001228051 A JP 2001228051A JP 2003045849 A JP2003045849 A JP 2003045849A
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- Japan
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- plasma
- power
- plasma processing
- etching
- processing apparatus
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来、エッチングレートの向上をねらって、
プラズマ処理装置の入力電力を高くすると、シース電圧
も大きくなり、材料表面に衝突するイオンのエネルギー
が大きくなり、ウェハ表面の予期せぬエッチングを引き
起こし、ウェハ表面のダメージが増えるので、結果的に
エッチングレートが低くなってしまう問題があった。 【解決手段】 プラズマ処理装置の外部に、ブロッキン
グコンデンサの電子を消費するような分岐回路を設け
る。これにより入力電力を増加させても、ブロッキング
コンデンサの電子の容量が小さくできるので、自己バイ
アス電圧を独立して制御できることになり、他のプラズ
マパラメータを変化させることなくシース電圧をコント
ロールでき、高スループット性を実現することが可能と
なる。
プラズマ処理装置の入力電力を高くすると、シース電圧
も大きくなり、材料表面に衝突するイオンのエネルギー
が大きくなり、ウェハ表面の予期せぬエッチングを引き
起こし、ウェハ表面のダメージが増えるので、結果的に
エッチングレートが低くなってしまう問題があった。 【解決手段】 プラズマ処理装置の外部に、ブロッキン
グコンデンサの電子を消費するような分岐回路を設け
る。これにより入力電力を増加させても、ブロッキング
コンデンサの電子の容量が小さくできるので、自己バイ
アス電圧を独立して制御できることになり、他のプラズ
マパラメータを変化させることなくシース電圧をコント
ロールでき、高スループット性を実現することが可能と
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、特に外部に所定の分岐回路を設けることによ
り、既存のプラズマ処理装置の高性能化および延命化を
実現するプラズマ処理装置に関する。
に関し、特に外部に所定の分岐回路を設けることによ
り、既存のプラズマ処理装置の高性能化および延命化を
実現するプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、低いガス圧でも高密度のプラズマ
を生成することができるプラズマ処理装置として、容量
結合プラズマ（ＣＣＰ）、誘導結合プラズマ（ＩＣ
Ｐ）、ＥＣＲプラズマ等をイオン源とした、エッチング
装置や成膜装置がある。これらのうち平行平板型の電極
を有する容量結合型高周波電源タイプのドライエッチン
グ装置は、構造がシンプルで安価なため最も汎用的に使
用されている。
を生成することができるプラズマ処理装置として、容量
結合プラズマ（ＣＣＰ）、誘導結合プラズマ（ＩＣ
Ｐ）、ＥＣＲプラズマ等をイオン源とした、エッチング
装置や成膜装置がある。これらのうち平行平板型の電極
を有する容量結合型高周波電源タイプのドライエッチン
グ装置は、構造がシンプルで安価なため最も汎用的に使
用されている。
【０００３】図３に従来のプラズマエッチング装置を示
す。真空容器となる反応室１内にアース電極２およびパ
ワー電極３を設け、パワー電極３上にはウェハ４を設置
する。必要なエッチングガスを導入し、パワー電極３に
高周波電力を印加すると、反応室１内のガスがプラズマ
化される。プラズマ５中では弱電離プラズマが生成さ
れ、ウェハ４とプラズマ５間には、不均一な電位分布と
密度分布を有する境界層であるシース領域６が形成され
る。プラズマ中のイオンは、シース領域６の電位である
シース電圧（負電位）により与えられるイオンエネルギ
ーにより加速され、エッチングが進行する。
す。真空容器となる反応室１内にアース電極２およびパ
ワー電極３を設け、パワー電極３上にはウェハ４を設置
する。必要なエッチングガスを導入し、パワー電極３に
高周波電力を印加すると、反応室１内のガスがプラズマ
化される。プラズマ５中では弱電離プラズマが生成さ
れ、ウェハ４とプラズマ５間には、不均一な電位分布と
密度分布を有する境界層であるシース領域６が形成され
る。プラズマ中のイオンは、シース領域６の電位である
シース電圧（負電位）により与えられるイオンエネルギ
ーにより加速され、エッチングが進行する。
【０００４】即ち、上記のエッチング装置の場合、ウェ
ハ４上に導かれたイオンの物理的衝撃力によりエッチン
グを行っている。
ハ４上に導かれたイオンの物理的衝撃力によりエッチン
グを行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ドライエッチングで
は、レジストパターンの通りの高精度微細加工を行うた
めに、被エッチング材とレジスト材とのエッチング速度
の比（選択比）を大きく取り、結晶欠陥の発生、不純物
汚染、ウェハ表面の帯電などのエッチングダメージに注
意が必要である。また、パターンの粗密によりエッチン
グ速度が同一チップ内で異なる問題もある。
は、レジストパターンの通りの高精度微細加工を行うた
めに、被エッチング材とレジスト材とのエッチング速度
の比（選択比）を大きく取り、結晶欠陥の発生、不純物
汚染、ウェハ表面の帯電などのエッチングダメージに注
意が必要である。また、パターンの粗密によりエッチン
グ速度が同一チップ内で異なる問題もある。
【０００６】上記したタイプのドライエッチング装置に
おいて、ウェハ４をパワー電極３上に設置したとき、ウ
ェハ４とプラズマ５間には、不均一な電位分布と密度分
布を有する境界層であるシース領域６が形成される。こ
のシース領域６間の電圧であるシース電圧は、装置の整
合回路７であるコンデンサにかかる自己バイアス電圧と
プラズマ電位の和であるため、シース電圧は入力電圧や
ガス圧力によって、一義的に決定される。この時、例え
ば入力電力を増加させエッチングレートを上昇させる
と、シース電圧も増大してしまうため、材料表面に衝突
するイオンのエネルギーも大きくなる。よって、余分な
イオンエネルギーによって、ウェハ４表面の予期せぬエ
ッチングやスパッタリングを引き起こし、ダメージを与
えてしまうため、結果としてエッチングレートも低くな
り、ウェハ４表面を損傷しやすかった。
おいて、ウェハ４をパワー電極３上に設置したとき、ウ
ェハ４とプラズマ５間には、不均一な電位分布と密度分
布を有する境界層であるシース領域６が形成される。こ
のシース領域６間の電圧であるシース電圧は、装置の整
合回路７であるコンデンサにかかる自己バイアス電圧と
プラズマ電位の和であるため、シース電圧は入力電圧や
ガス圧力によって、一義的に決定される。この時、例え
ば入力電力を増加させエッチングレートを上昇させる
と、シース電圧も増大してしまうため、材料表面に衝突
するイオンのエネルギーも大きくなる。よって、余分な
イオンエネルギーによって、ウェハ４表面の予期せぬエ
ッチングやスパッタリングを引き起こし、ダメージを与
えてしまうため、結果としてエッチングレートも低くな
り、ウェハ４表面を損傷しやすかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題に
鑑みてなされ、反応室内に設けたアース電極と反応室内
でアース電極に対向して設けられ高周波の電力が印加さ
れるパワー電極と反応室外に設けられ入力電源に接続す
る整合回路とを有するプラズマ処理装置において、パワ
ー電極およびアース電極間に並列に分岐回路を接続する
ことを特徴とするものである。エッチングレートを高く
するために入力電力を上昇させた場合、外部の分岐回路
により自己バイアス電圧を独立してコントロールでき
る。つまりエッチングレートを高くするために、高い入
力電力を印加してもシース電圧は低くすることが可能と
なり、ウェハに衝突するイオンエネルギーを小さくし、
エッチング時のダメージを低減するものである。
鑑みてなされ、反応室内に設けたアース電極と反応室内
でアース電極に対向して設けられ高周波の電力が印加さ
れるパワー電極と反応室外に設けられ入力電源に接続す
る整合回路とを有するプラズマ処理装置において、パワ
ー電極およびアース電極間に並列に分岐回路を接続する
ことを特徴とするものである。エッチングレートを高く
するために入力電力を上昇させた場合、外部の分岐回路
により自己バイアス電圧を独立してコントロールでき
る。つまりエッチングレートを高くするために、高い入
力電力を印加してもシース電圧は低くすることが可能と
なり、ウェハに衝突するイオンエネルギーを小さくし、
エッチング時のダメージを低減するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１に本発明の実施の形態である
プラズマ処理装置をエッチング装置を例に詳細に示す。
プラズマ処理装置をエッチング装置を例に詳細に示す。
【０００９】プラズマ処理装置は、アース電極２と、パ
ワー電極３と、整合回路７と、分岐回路８とから構成さ
れる。
ワー電極３と、整合回路７と、分岐回路８とから構成さ
れる。
【００１０】反応室１内にアース電極２を設け、アース
電極２と対向してパワー電極３を設ける。パワー電極３
上にはウェハ４が設置され、反応室１内には所望のエッ
チングガスが供給される。
電極２と対向してパワー電極３を設ける。パワー電極３
上にはウェハ４が設置され、反応室１内には所望のエッ
チングガスが供給される。
【００１１】プラズマ処理装置の外部にはブロッキング
コンデンサからなる整合回路７を設ける。これは効率よ
く電力を供給するために、自己バイアス電圧をかけるた
めのコンデンサである。
コンデンサからなる整合回路７を設ける。これは効率よ
く電力を供給するために、自己バイアス電圧をかけるた
めのコンデンサである。
【００１２】真空にした反応室１内にウェハ４を入れ、
必要なエッチングガスを導入する。アース電極２と平行
に置かれたパワー電極３にはウェハ４が設置され、そこ
に高周波電力を印加すると、ガスはプラズマ化される。
プラズマ５中で弱電離プラズマが生成され、ウェハ４と
プラズマ５間には、不均一な電位分布と密度分布を有す
る境界層であるシース領域６が形成される。このシース
領域６の電位（シース電圧）によってプラズマ５中のイ
オンはエネルギーを付与され、パワー電極３に向かって
加速されることによって、ウェハ４表面に衝突し、エッ
チングが進行する。即ち、エッチング装置の場合、ウエ
ハ４上に導かれたイオンの物理的衝撃力によりエッチン
グを行っている。
必要なエッチングガスを導入する。アース電極２と平行
に置かれたパワー電極３にはウェハ４が設置され、そこ
に高周波電力を印加すると、ガスはプラズマ化される。
プラズマ５中で弱電離プラズマが生成され、ウェハ４と
プラズマ５間には、不均一な電位分布と密度分布を有す
る境界層であるシース領域６が形成される。このシース
領域６の電位（シース電圧）によってプラズマ５中のイ
オンはエネルギーを付与され、パワー電極３に向かって
加速されることによって、ウェハ４表面に衝突し、エッ
チングが進行する。即ち、エッチング装置の場合、ウエ
ハ４上に導かれたイオンの物理的衝撃力によりエッチン
グを行っている。
【００１３】本発明の特徴は、図１に示す如く、プラズ
マ処理装置の外部に設けた分岐回路８にある。これは、
静電誘導型サイリスタ（ＳＩＴｈ）８ａに代表される繰
り返しスイッチング可能な電力用スイッチング素子と電
荷を消費する負荷８ｂを用いた分岐回路である。パワー
電極とアース電極に並列に接続することにより自己バイ
アス電圧を検出（８ｃ）し、ブロッキングコンデンサ７
に充電された電荷を分岐回路８を通して負荷８ｂに消費
させるものである。従来は、自己バイアス電圧は入力電
力やガス圧でしかコントロールできなかったが、この分
岐回路８により、ブロッキングコンデンサ７に蓄積され
た電荷をコントロールできるので、自己バイアス電圧を
独立して制御することが可能となる。
マ処理装置の外部に設けた分岐回路８にある。これは、
静電誘導型サイリスタ（ＳＩＴｈ）８ａに代表される繰
り返しスイッチング可能な電力用スイッチング素子と電
荷を消費する負荷８ｂを用いた分岐回路である。パワー
電極とアース電極に並列に接続することにより自己バイ
アス電圧を検出（８ｃ）し、ブロッキングコンデンサ７
に充電された電荷を分岐回路８を通して負荷８ｂに消費
させるものである。従来は、自己バイアス電圧は入力電
力やガス圧でしかコントロールできなかったが、この分
岐回路８により、ブロッキングコンデンサ７に蓄積され
た電荷をコントロールできるので、自己バイアス電圧を
独立して制御することが可能となる。
【００１４】図２には、高周波プラズマにおける放電電
極間の電位分布図を示す。図２（Ａ）の如く、従来のプ
ラズマ処理装置において、エッチングレートを増加させ
るために、入力電力を増加させると、プラズマと電極の
間のシース電圧ＶSPは、ブロッキングコンデンサにかか
る自己バイアス電圧ＶDCとプラズマ電位ＶSの和である
ため、シース電圧ＶSPも増大してしまう。しかし、本発
明の構造によれば、図２（Ｂ）に示す如く、入力電力を
上昇させても、ブロッキングコンデンサに蓄積される電
子を負荷回路により消費させることができる。つまり、
大きな入力電力を印加しても、ブロッキングコンデンサ
の電子を消費できるため、自己バイアス電圧ＶDCおよび
シース電圧ＶSPが低くできる。
極間の電位分布図を示す。図２（Ａ）の如く、従来のプ
ラズマ処理装置において、エッチングレートを増加させ
るために、入力電力を増加させると、プラズマと電極の
間のシース電圧ＶSPは、ブロッキングコンデンサにかか
る自己バイアス電圧ＶDCとプラズマ電位ＶSの和である
ため、シース電圧ＶSPも増大してしまう。しかし、本発
明の構造によれば、図２（Ｂ）に示す如く、入力電力を
上昇させても、ブロッキングコンデンサに蓄積される電
子を負荷回路により消費させることができる。つまり、
大きな入力電力を印加しても、ブロッキングコンデンサ
の電子を消費できるため、自己バイアス電圧ＶDCおよび
シース電圧ＶSPが低くできる。
【００１５】つまり、他のプラズマパラメータは変化さ
せることなく自己バイアス電圧を独立してコントロール
することにより、シース電圧を容易にコントロールでき
る。これによりエッチングレートは高くしても、シース
電圧を低くすることにより材料表面に衝突するイオンエ
ネルギーを低減できるので、予期せぬエッチングの低減
に大きく寄与でき、高スループットのプラズマ処理装置
が実現できる。
せることなく自己バイアス電圧を独立してコントロール
することにより、シース電圧を容易にコントロールでき
る。これによりエッチングレートは高くしても、シース
電圧を低くすることにより材料表面に衝突するイオンエ
ネルギーを低減できるので、予期せぬエッチングの低減
に大きく寄与でき、高スループットのプラズマ処理装置
が実現できる。
【００１６】なお、上記の実施例では、本発明をエッチ
ング装置に適用しているが、例えば、一般的な高周波プ
ラズマタイプ（１３．５６ＭＨｚ等）のプラズマＣＶＤ
等の成膜装置に適用することも可能である。
ング装置に適用しているが、例えば、一般的な高周波プ
ラズマタイプ（１３．５６ＭＨｚ等）のプラズマＣＶＤ
等の成膜装置に適用することも可能である。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、本発明のプラズマ処理装
置においては、他のプラズマパラメータを変化させるこ
となくシース電圧（自己バイアス電圧）を独立して制御
することが可能となる。
置においては、他のプラズマパラメータを変化させるこ
となくシース電圧（自己バイアス電圧）を独立して制御
することが可能となる。
【００１８】これにより第１に、入力電力を上昇させて
エッチングレートを高くしても、材料表面に衝突する余
分なイオンエネルギーを低減できるので、ウェハ表面の
ダメージを最小限に抑制することにより高スループット
を実現できる。
エッチングレートを高くしても、材料表面に衝突する余
分なイオンエネルギーを低減できるので、ウェハ表面の
ダメージを最小限に抑制することにより高スループット
を実現できる。
【００１９】第２に、ウェハ表面のダメージを最小限に
抑制できるので、精密なプラズマ制御が可能である。
抑制できるので、精密なプラズマ制御が可能である。
【００２０】第３に、シンプルな分岐回路であるので、
既存の装置に比較的容易に付加することができ、装置の
高性能化および延命化が容易に実現する利点を有する。
既存の装置に比較的容易に付加することができ、装置の
高性能化および延命化が容易に実現する利点を有する。
【図１】本発明の半導体装置を説明するため構造図であ
る
る
【図２】従来および本発明の半導体装置を説明するため
の概念図である
の概念図である
【図３】従来の半導体装置を説明するための構造図であ
る。
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ
Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA61 BC06 CA14
CA65 DA01 EB42 EC21 EC30
4K030 FA01 KA30
5F004 AA01 AA05 AA06 AA16 BA09
BB13 BB18 BC08 CA06
5F045 AA08 BB16 DP02 DQ10 EH13
EH20 GB04
Claims (4)
- 【請求項１】反応室内に設けたアース電極と前記反応室
内で前記アース電極に対向して設けられ高周波の電力が
印加されるパワー電極と前記反応室外に設けられ入力電
源に接続する整合回路とを有するプラズマ処理装置にお
いて、 前記パワー電極および前記アース電極間に並列に分岐回
路を接続することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】前記分岐回路は、繰り返しスイッチングす
ることが可能な電力用スイッチング素子および負荷回路
を有し、前記整合回路に充電される電荷を消費すること
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】前記電力用スイッチング素子は静電誘導型
サイリスタであることを特徴とする請求項２に記載のプ
ラズマ処理装置。 - 【請求項４】前記分岐回路により整合回路の自己バイア
ス電圧が独立して制御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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001228051A JP2003045849A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001228051A JP2003045849A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003045849A true JP2003045849A (ja) | 2003-02-14 |
Family
ID=19060615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001228051A Pending JP2003045849A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003045849A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006270097A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Asm Japan Kk | 膜質の安定な低誘電率膜の形成方法 |
| CN100437901C (zh) * | 2003-10-08 | 2008-11-26 | 东京毅力科创株式会社 | 防止微粒附着装置和等离子体处理装置 |
| CN102612864A (zh) * | 2009-11-19 | 2012-07-25 | 朗姆研究公司 | 用于控制等离子体处理系统的方法和装置 |
| US8608422B2 (en) | 2003-10-08 | 2013-12-17 | Tokyo Electron Limited | Particle sticking prevention apparatus and plasma processing apparatus |
-
2001
- 2001-07-27 JP JP2001228051A patent/JP2003045849A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100437901C (zh) * | 2003-10-08 | 2008-11-26 | 东京毅力科创株式会社 | 防止微粒附着装置和等离子体处理装置 |
| US8608422B2 (en) | 2003-10-08 | 2013-12-17 | Tokyo Electron Limited | Particle sticking prevention apparatus and plasma processing apparatus |
| JP2006270097A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Asm Japan Kk | 膜質の安定な低誘電率膜の形成方法 |
| US7560144B2 (en) | 2005-03-22 | 2009-07-14 | Asm Japan K.K. | Method of stabilizing film quality of low-dielectric constant film |
| JP4545107B2 (ja) * | 2005-03-22 | 2010-09-15 | 日本エー・エス・エム株式会社 | 膜質の安定な低誘電率膜の形成方法 |
| CN102612864A (zh) * | 2009-11-19 | 2012-07-25 | 朗姆研究公司 | 用于控制等离子体处理系统的方法和装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20051226 |