JP2003243359A - プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被エッチング膜の膜厚に応じて、エッチング
レートを変動してエッチングを行う。 【解決手段】 プラズマエッチング装置において、処理
室と、前記処理室内に配置され、基板を支持するための
支持台と、前記処理室にエッチング用のガスを供給する
ためのガス供給口と、前記処理室の外側に配置されたコ
イルと、前記コイルの位置を基板に対して垂直な方向に
変動させるコイル変動手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、プラズマエッチ
ング装置及びプラズマエッチング方法に関する。さらに
具体的には、半導体製造工程において用いられるプラズ
マエッチング装置及びこれを用いたプラズマエッチング
方法に関する。

【従来の技術】

【０００２】図４は、プラズマエッチングを行う際に用
いる誘電結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング装置を示
す概略図である。図４に示すように、プラズマエッチン
グ装置２００の処理室３０上部には、誘電板３４を介し
て、渦巻き状のコイル２が配置されている。コイル２
は、ソース用高周波電源４２に接続されている。また、
処理室３０の下部には、コイル２と対向する位置に、下
部電極３２が備えられ、下部電極３２の上には、ウェー
ハ５０が載置されている。

【０００３】ソース用高周波電源４２からコイル２に高
周波電圧を印加すると、処理室３０内に充填されたエッ
チング用のガスがプラズマ化する。エッチング用のガス
のプラズマ化により活性化されたエッチング用のガスの
ラジカルは、ウェーハ５０上の被エッチング膜に吸着
し、表面で化学反応を起こす。生成物は、膜表面から揮
発して、外部へと排気される。このようにして、プラズ
マエッチング装置２００によりエッチングが行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、半導
体ウェーハの大口径化が進んでおり、エッチング装置側
で、大口径化したウェーハに対応し、これを処理できる
ようにすることが必要とされる。上述したような、プラ
ズマエッチング装置２００の場合、処理室３０上部に備
えられたコイル２を、大口径化したウェーハに合わせて
大きくすれば、大口径化したウェーハにも用いることが
できる。従って、このような、プラズマエッチング装置
２００は、今後のウェーハの大口径化に比較的容易に対
応できる有効な装置である。

【０００５】一方、上述したようなエッチング装置２０
０においては、エッチングにより形成されるパターン形
状のばらつきを抑えるため、様々な方法で、エッチング
レートの均一化が図られている。しかし、ウェーハが大
口径化すると、ウェーハ表面に形成される被エッチング
膜の膜厚分布の変動も大きくなる。また、膜種によって
も、膜厚は異なる。この場合、エッチングレートを均一
化し、膜全体に対し、同じ速度で進むようなエッチング
条件で統一してエッチングを行うと、エッチングレート
を設定した基準の膜厚よりも、膜厚の厚い部分では、エ
ッチングが不完全になり、薄い部分では、エッチングが
進行しすぎてしまう。従って、単に、エッチングレート
を均一化しても、必ずしも、所望のエッチング形状が得
られないことが多い。

【０００６】図５は、被エッチング膜の膜厚と、エッチ
ングレート分布とを示すグラフである。図５において、
曲線（ａ）は、ウェーハ５０上に形成された被エッチン
グ膜の膜厚分布、線（ｂ）は、エッチングレート分布を
示す。曲線（ａ）に示す被エッチング膜の膜厚は、ウェ
ーハの中央部分において厚く、外周部分に行くにつれて
薄くなっている。また、線（ｂ）に示すエッチングレー
トは、ウェーハ上の被エッチング膜全体に対して均一で
ある。

【０００７】図６は、図５の曲線（ａ）に示すような膜
厚分布を示す被エッチング膜に対して、図５の線（ｂ）
に示すような、均一なエッチングレート分布を示す条件
下でエッチングを行った場合のエッチングの形状を示す
図である。図６では、特に、エッチングレートを決定し
た基準の膜厚よりも、膜厚の薄い部分におけるエッチン
グの形状を示している。

【０００８】基準の膜厚によって決定されたエッチング
レートで統一された条件下でエッチングを行った場合、
基準の膜厚より膜厚の薄い外周部分においては、図６に
示すように、オーバーエッチングになり、下層膜の削れ
量の増加や形状異常が生じてしまう。即ち、パターンが
密な部分では、側壁部方向にエッチングが進み、ノッチ
ング６４が生じてしまう。また、比較的疎な部分では、
被エッチング膜の下のゲート酸化膜、さらには、その下
部のＳｉ基板までエッチングされ削れてしまう。このよ
うな膜厚のばらつきによるエッチングの形状の変動は、
デバイス特性の劣化につながるため問題である。

【０００９】従ってこの発明は、このような膜厚の不均
一による、エッチング形状の変動の問題を解決するた
め、エッチングレートの調整を行うことができるように
したプラズマエッチング装置及びその使用方法を提案す
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明のプラズマエッ
チング装置は、処理室と、前記処理室内に配置され、基
板を支持するための支持台と、前記処理室にエッチング
用のガスを供給するためのガス供給口と、前記処理室の
外側に配置されたコイルと、前記コイルの位置を、前記
基板に対して垂直な方向に変動させるコイル変動手段
と、を備えるものである。

【００１１】また、この発明のプラズマエッチング装置
は、前記コイル変動手段が、基板に形成された被エッチ
ング膜の膜厚情報を取得する手段と、前記膜厚情報か
ら、エッチング条件を決定し、このエッチング条件に応
じて、前記コイルの位置を制御する制御手段と、を備え
るものである。

【００１２】また、この発明のプラズマエッチング装置
は、前記コイル変動手段が、前記コイルの位置を変動さ
せる駆動手段を備え、前記駆動手段は、前記制御手段か
ら送られる信号を受け、前記コイルの位置を変動させる
ものである。

【００１３】また、この発明のプラズマエッチング装置
は、前記コイル変動手段が、コイルの中心部の位置を変
動させる中心部コイル変動手段と、コイルの外周部の位
置を変動させる外周部コイル変動手段と、を備えるもの
である。

【００１４】次に、この発明のプラズマエッチング方法
は、処理室内にエッチング用のガスを導入する工程と、
前記処理室の外側に備えられた渦巻き状のコイルの位置
を、前記処理室内に載置された基板に対して垂直な方向
に変動させる工程と、前記コイルに電圧を印加してプラ
ズマを発生させる工程と、前記処理室内に載置された基
板にエッチングを施す工程と、を備えるものである。

【００１５】また、この発明のプラズマエッチング方法
は、前記コイルの位置は、前記コイルの中心部の位置
と、外周部の位置とを、それぞれ動かすことにより変動
させるものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、この発明の
実施の形態について説明する。なお、各図において、同
一または相当する部分には同一符号を付してその説明を
省略ないし簡略化する。

【００１７】実施の形態.図１は、この発明の実施の形
態に用いる誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング装
置１００を示す図である。プラズマエッチング装置１０
０には、処理室３０が備えられている。処理室３０に
は、下部電極３２が備えられ、下部電極３２には、下部
電極用高周波電源４０が接続されている。下部電極３２
には、ウェーハ５０が支持されている。また、下部電極
３２の上部には、フォーカスリング３６が備えられてい
る。フォーカスリング３６は、下部電極３２に載置され
るウェーハ５０の外周を取り囲むような位置に備えられ
ている。

【００１８】処理室３０には、ガスノズル３８が、処理
室３０の壁面を貫くように備えられ、処理室３０の外部
と内部とを繋いでいる。また、処理室３０の上部には、
誘電板３４が、設けられている。

【００１９】誘電板３４の上部には、渦巻き状のコイル
２が備えられている。また、コイル２には、ソース用高
周波電源４２が接続され、高周波電圧を印加できるよう
になっている。

【００２０】コイル２の中央部には、コイル位置可変部
品２２が備えられている。また、コイル２の外周部に
は、コイル支持棒４が接続され、コイル位置可変部品２
２には、コイル支持棒１４が接続されている。コイル支
持棒４及び１４には、支持棒固定部品６及び１６が備え
られ、これによって、コイル支持棒４及び１４は、支持
台２４に固定されている。

【００２１】コイル支持棒４及び１４の、コイル２とは
反対側の一端には、ステッピングモーター８及び１８が
備えられている。ステッピングモーター８及び１８は、
コイル２の位置を動かすための駆動手段である。ステッ
ピングモーター８及び１８は、共に、ステッピングモー
ター制御手段１２に接続され、ステッピングモーター制
御手段１２からのパルス信号を受信できるようになって
いる。

【００２２】なお、コイル支持棒４、支持棒固定部品
６、ステッピングモーター８、ステッピングモーター制
御手段１２を含んで、外周部コイル変動手段１０が構成
され、コイル支持棒１４、支持棒固定部品１６、ステッ
ピングモーター１８、ステッピングモーター制御手段１
２、コイル位置可変部品２２を含んで中心部コイル変動
手段２０が構成される。

【００２３】図１を参照して、下部電極３２は、ウェー
ハ５０を支持するための支持台である。下部電極３２
は、静電吸着により、ウェーハ５０を支持することがで
きる。また、下部電極３２に備えられたフォーカスリン
グ３６により、エッチングの均一化を図っている。さら
に、下部電極３２には、下部電極用高周波電源４０か
ら、高周波電圧が印加されている。

【００２４】処理室３０には、その壁面を貫通するよう
にして設けられたガスノズル３８から、エッチング用の
ガスを充填することができる。

【００２５】処理室３０上部の誘電板３４の上に配置さ
れたコイル２には、ソース用高周波電源４２から、高周
波電圧が印加される。処理室３０内に充填されるエッチ
ング用のガスは、コイル２に印加された高周波電圧と、
下部電極３２に印加された高周波電圧とにより、プラズ
マ化される。

【００２６】また、ステッピングモーター制御手段１２
は、コイル支持棒４あるいは１４を介して、コイル２を
ウェーハ５０に対して垂直な方向に、上下に動かし、コ
イル２の位置を変動させることができる。具体的には、
ステッピングモーター制御手段１２は、予め外部から入
力されたウェーハ５０の膜厚や、膜種などの情報に基づ
き、ウェーハ上の各部分毎にエッチングレート等を算出
して、エッチング条件を決定することができる。この決
定結果に基づいて、ステッピングモーター制御手段１２
から、ステッピングモーター８及び１８に、パルス信号
が送信される。このパルス信号を受け、ステッピングモ
ーター８及び１８は、それぞれ、コイル支持棒４及び１
４を介して、コイル２の外周部あるいは中心部の位置を
上下に動かすことができる。即ち、コイル２の外周部
と、中心部との高さは、それぞれに変動させることがで
き、外周部と中心部とでは、誘電板３４からの高さが異
なるようにもすることができる。

【００２７】図２は、この実施の形態において処理され
る、ウェーハ５０上の被エッチング膜の膜厚と、エッチ
ングレートの分布を示すグラフであり、曲線（ａ）は、
膜厚分布を、曲線（ｂ）は、エッチングレートの分布を
示す。また、図３は、この実施の形態におけるエッチン
グ方法を説明するためのフロー図である。以下、図１か
ら図３を用いて、このプラズマエッチング装置１００を
用いた、プラズマエッチング方法について説明する。

【００２８】まず、図３において、ステップＳ２に示す
ように、ウェーハ５０を、下部電極３２に載置する。ウ
ェーハ５０は、下部電極３２に静電吸着により、安定し
た状態で支持される。また、下部電極３２には、下部電
極用高周波電源４０から、高周波電圧が印加されてい
る。ウェーハ５０には、図２に、曲線（ａ）で示すよう
に、ウェーハ５０の中央部分に行くにつれて薄くなる膜
厚分布を示す被エッチング膜が形成されている。

【００２９】次に、図３のステップＳ４に示すように、
処理室内に、エッチング用のガスを導入する。ここで
は、処理室３０壁面を貫くように備えられたガスノズル
３８を介して、外部から、エッチング用のガスを導入
し、処理室３０内部をエッチング用のガスで充填する。

【００３０】次に、ステップＳ６に示すように、コイル
２の位置を変動させる。ここでは、まず、予め入力され
た被エッチング膜の膜厚情報により決定された値に応じ
て、ステッピングモーター制御手段１２から、パルス信
号が、ステッピングモーター１８に送られる。ステッピ
ングモーター１８は、受け取ったパルス信号に応じて、
コイル２の中心部に接続された支持棒１４を持ち上げ
る。このようにして、コイル２の中心部を上方に持ち上
げた状態で固定する。

【００３１】次に、ステップＳ８に示すように、処理室
３０内にプラズマを発生させる。ここでは、コイル２の
中央部を上方に持ち上げた状態のまま、コイル２に、ソ
ース用高周波電源４２から、高周波電圧を印加する。処
理室３０内に充填されたエッチング用のガスは、コイル
２に印加された高周波電圧と、下部電極３２に印加され
た高周波電圧とにより、プラズマ化する。

【００３２】この状態で、ステップＳ１０に示すよう
に、エッチングが行われる。ここでは、プラズマ化によ
り活性化したエッチング用のガスのラジカルは、処理室
３０に載置されたウェーハ５０の被エッチング膜に吸着
し、化学反応を起こし、生成物は、膜表面から揮発し
て、外部へと排気される。このようにして、プラズマエ
ッチング装置１００によるエッチングが行われる。

【００３３】ここで、コイルのインピーダンスは、Ｒ＋
ｊｗＬ＋１／ｊｗＣである。Ｒは抵抗、Ｌは、インダク
タンス、Ｃは容量である。また、インピーダンスは、大
きくなると、プラズマの密度が低くなる。例えば、コイ
ル２を上方に動かした場合、上部に動かされた部分にお
いて、誘電板３４と、コイル２との距離が大きくなるた
め、容量Ｃは、小さくなる。従って、コイル２のインピ
ーダンスは大きくなる。このようにして、中心付近での
プラズマ密度のみを選択的に低くすることができる。プ
ラズマ密度が低くなると、その部分でのエッチングレー
トが低くなる。

【００３４】上述したように、この実施の形態において
処理する被エッチング膜の膜厚は、図２において、曲線
（ａ）で示すように、ウェーハの中心部において、薄く
なっている。

【００３５】一方、この実施の形態では、中心部を持ち
上げた状態になっているため、図２の曲線（ｂ）に示す
ように、中心部付近でのエッチングレートが低くなって
いる。このようにすれば、図２の曲線（ａ）に示すよう
な、中央部分の被エッチング膜の膜厚が薄いウェーハに
対し、この特性に合わせて、中央付近でのエッチングレ
ートを低くしたエッチングを行うことができる。従っ
て、結果的に、ノッチングなどの問題を生じることな
く、所望のエッチング形状を得ることができる。

【００３６】なお、ここでは、中央部において薄くなっ
ている膜厚分布を有する被エッチング膜について処理し
た。従って、コイル２の中央部を上方に持ち上げる場合
について説明した。しかし、これに限るものではなく、
被エッチング膜の膜厚分布にあわせて、プラズマの密度
を調節するように、コイルの高さを決定すればよい。例
えば、中央部の厚い膜厚分布を有する被エッチング膜を
処理する場合には、外周部のコイルの位置を上方に上げ
て、エッチングを行えばよい。

【００３７】このようにすれば、各コイルの処理室で、
単に均一な条件下でのプラズマエッチングだけでなく、
ウェーハに形成された膜厚分布に合わせて、全体に必要
なエッチング条件でエッチングを行うことができる。

【００３８】なお、ここでは、中心部のコイル２をステ
ッピングモーター８、１８により動かした。しかし、こ
れに限るものではなく、ウェーハの膜厚の変動などに合
わせて適切なエッチングレートになるように、コイル２
の位置を変動できる物であれば良い。また、ここでは、
制御手段を、ステッピングモーター制御手段とし、ステ
ッピングモーター８、１８にパルス信号を送るようにし
た。しかし、制御手段はこれに限るものではなく、コイ
ルを変動させる駆動手段との組合せで、コイルの位置を
制御できるようなものであればよい。さらに、ここで
は、外周部と中心部の高さのみを変動できる場合につい
て説明した。しかし、これに限るものではなく、３以上
の区分に分けて、高さを変動できるようにしても良い。

【００３９】なお、この発明において、基板とは、例え
ば、この実施の形態におけるウェーハを示す。また、膜
厚情報を取得する手段としては、例えば、この実施の形
態において、ステッピングモーター制御手段に外部から
膜厚情報を入力した入力手段などが該当する。また、制
御手段とは、例えばこの実施の形態におけるステッピン
グモーター用制御手段を示し、駆動手段とは、例えばこ
の実施の形態におけるステッピングモーターを示す。ま
た、外周部コイル変動手段とは、例えばこの実施の形態
における、コイル支持棒４、支持棒固定部品６、ステッ
ピングモーター８、ステッピングモーター制御手段１２
を含んで構成される部分を示す。また、中心部コイル変
動手段とは、コイル支持棒１４、支持棒固定部品１６、
ステッピングモーター１８、ステッピングモーター制御
手段１２、コイル位置可変部品２２を含んで構成される
部分を示す。さらに、コイル変動手段とは、例えば、こ
の外周部コイル変動手段と中心部コイル変動手段とを含
む部分を示す。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、誘
電板の上に備えられたコイルの誘電板からの位置を変位
させることができる。従って、処理室内部に生じるプラ
ズマの密度を変動させることができ、これによって、エ
ッチングレートの調整を行うことができる。従って、単
に均一な条件下でのプラズマエッチングだけでなく、全
体にエッチングレートを、被エッチング膜の膜厚や膜種
に応じて、適切にばらつかせてエッチングを行うことが
できる。これによって、ノッチングの発生や、被エッチ
ング膜の下に形成された膜までエッチングしてしまうこ
となどを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態に用いる誘電結合型プ
ラズマ（ＩＣＰ）エッチング装置を示す概略図である。

【図２】 被エッチング膜の膜厚と、エッチングレート
分布とを示すグラフである。

【図３】 この発明の実施の形態におけるエッチング方
法を示すフロー図である。

【図４】 誘電結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング装
置を示す概略図である。

【図５】 被エッチング膜の膜厚と、エッチングレート
分布とを示すグラフである。

【図６】 被エッチング膜に対してエッチングをした場
合のエッチングの形状を示す概略図である。

【符号の説明】

１００、２００ プラズマエッチング装置 ２ コイル ４、１４ コイル支持棒 ６、１６ 支持棒固定部品 ８、１８ ステッピングモーター １０ 外周部コイル変動手段 ２０ 中心部コイル変動手段 １２ ステッピングモーター駆動手段 ２２ コイル位置可変部品 ２４ 支持台 ３０ 処理室 ３２ 下部電極 ３４ 誘電板 ３６ フォーカスリング ３８ ガスノズル ４０ 下部電極用高周波電源 ４２ ソース用高周波電源 ５０ ウェーハ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室と、 前記処理室内に配置され、基板を支持するための支持台
   と、 前記処理室にエッチング用のガスを供給するためのガス
   供給口と、 前記処理室の外側に配置されたコイルと、 前記コイルの位置を、前記基板に対して垂直な方向に変
   動させるコイル変動手段と、 を備えることを特徴とするプラズマエッチング装置。
2. 【請求項２】 前記コイル変動手段は、 基板に形成された被エッチング膜の膜厚情報を取得する
   手段と、 前記膜厚情報から、エッチング条件を決定し、このエッ
   チング条件に応じて、前記コイルの位置を制御する制御
   手段と、 を備えることを特徴とする請求項1に記載のプラズマエ
   ッチング装置。
3. 【請求項３】 前記コイル変動手段は、 前記コイルの位置を変動させる駆動手段を備え、 前記駆動手段は、前記制御手段から送られる信号を受
   け、前記コイルの位置を変動させることを特徴とする請
   求項２に記載のプラズマエッチング装置。
4. 【請求項４】 前記コイル変動手段は、 コイルの中心部の位置を変動させる中心部コイル変動手
   段と、 コイルの外周部の位置を変動させる外周部コイル変動手
   段と、 を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに
   記載のプラズマエッチング装置。
5. 【請求項５】 処理室内にエッチング用のガスを導入す
   る工程と、 前記処理室の外側に備えられた渦巻き状のコイルの位置
   を、前記処理室内に載置された基板に対して垂直な方向
   に変動させる工程と、 前記コイルに電圧を印加してプラズマを発生させる工程
   と、 前記処理室内に載置された基板にエッチングを施す工程
   と、 を備えることを特徴とするプラズマエッチング方法。
6. 【請求項６】 前記コイルの位置は、前記コイルの中心
   部の位置と、外周部の位置とを、それぞれ動かすことに
   より変動させることを特徴とする請求項５に記載のプラ
   ズマエッチング方法。