JP2004296953A

JP2004296953A - ドライエッチング装置および方法

Info

Publication number: JP2004296953A
Application number: JP2003089454A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Sekiguchi; 大好関口; Naoshi Yamaguchi; 直志山口; Teiichi Kimura; 悌一木村; Kiyohiko Takagi; 清彦高木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】ドライエッチング技術において、処理基板の大型化や被処理エッチング膜の複層化を行う場合のエッチングの面内均一性を向上させる。
【解決手段】真空処理室１内にガスを供給しつつ、真空処理室１内を排気してこの真空処理室１内を所定の真空度に制御しながら、高周波電源８から電極４に高周波電力を供給することで真空処理室１内にプラズマを発生させ、電極４に載置された被処理基板３上の被エッチング膜２をエッチングするエッチング装置である。電極４に接続されてこの電極４に高周波電力を供給するための複数の給電線５と、任意の給電線５を導通状態あるいは非導通状態に選択できる選択手段６とが設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライエッチング装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ドライエッチング処理は、半導体分野の集積回路装置、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置などを製造する上で必要不可欠な技術である。ドライエッチングの手法としては、従来からの平行平板型に加え、加工パターンの微細化と共に高真空下でも高く均一なプラズマ密度が得られる誘導結合型も広く用いられている。また基板温度の制御が可能な手段を組み合せたものなど、様々な応用展開がなされている。
【０００３】
従来のエッチング装置では、複数の給電線を接続した電極構造を用いている。すなわち、図６は、特許文献１に記載された従来のエッチング装置の断面図を示すものである。この装置においては、真空処理室内１にガスを供給しつつ、この真空処理室１内を排気し、真空処理室１内を所定の真空度に制御しながら、高周波電源８からインピーダンス整合器７と給電線５とを介して下部電極４に高周波電力を供給することで真空処理室１内にプラズマを発生させ、下部電極４に載置された被処理基板３上の被エッチング膜２をエッチングする。この図６の装置は、大型の基板３のエッチング面内均一性を確保するために、電極４面の高周波電圧のピークツーピーク（以下、「ＶＰＰ」と略する）分布を制御可能なように、高周波電力を供給する電極４の複数点に接続される複数の給電線５を設けて、その給電点を電極４の中心とそれに対称な位置とに配置している。
【０００４】
また、従来の他のエッチング装置として、下部電極を分割して用いたものがある（特許文献２参照）。図７は、この特許文献２に記載された従来の他のエッチング装置の断面図を示すものである。この装置においては、下部電極を分割構造として、中央部の第１の電極４と周辺部の複数の第２の電極１０とを有した構成としている。
【０００５】
詳細には、図６のものと同様に、真空処理室１内にガスを供給しつつ、この真空処理室１内を排気し、真空処理室１内を所定の真空度に制御しながら、処理を行う。そのとき、高周波電源８からインピーダンス整合器７と給電線５を介して第１の電極４に高周波電力を供給し、また分割電極用高周波電源１３から分割電極用インピーダンス整合器１２と分割電極用給電線１１を介して複数の第２の電極１０に高周波電力を供給することで、真空処理室１内にプラズマを発生させている。これにより、第１の電極４と複数の第２の電極１０とに載置された被処理基板３の被エッチング膜２をエッチングしている。このように下部電極４、１０を分割構造として、それぞれへの高周波電力を独立に制御することで、基板３面内のエッチング均一性を高めることをねらいとしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１１０６４９号
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−１９０４７２号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、薄膜プロセスの用途範囲は、新たなデバイスへの応用も含めて、加工精度の微細化と被処理基板の大型化による加工の面内均一性確保やデバイス構成材料の複層化への適用がより求められることが予想される。一つの被処理基板上に積層される被エッチング膜の種類が増えるほど、各被エッチング膜の成膜膜厚分布等に合わせた個別プロセス処理の条件確立や真空処理室内の装置状態の確立が必要となると同時に、ガス材、真空度、高周波電力等各条件の切り替えに要する時間も必要となる。
【０００９】
しかし、同一プロセス条件、同一装置状態で複数の積層膜を一括に処理するには、図６に示す従来の手法のように高周波電力を供給する給電線を複数設けて電極の複数点に給電線を接続しただけのドライエッチング方式や装置では対応が難しい。また、被エッチング基板や被エッチング膜の種類が変わったときに、ガス材、真空度、高周波電力等のプロセス条件の変更のみで対応が不可能な場合は、真空処理室１内の装置状態を変更するために、処理室１内を大気開放する必要が生じる場合さえある。加えて、図７に示すように電極を分割して配置し、複数の高周波電源から高周波電力を独立に制御し供給する場合は、電源やインピーダンス整合器の台数を増加する必要が生じてしまう。
【００１０】
そこで本発明は、ドライエッチング技術において、処理基板の大型化や被処理エッチング膜の複層化を行う場合のエッチングの面内均一性を向上させることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のエッチング装置は、電極に接続されてこの電極に高周波電力を供給するための複数の給電線と、任意の給電線を導通状態あるいは非導通状態に選択できる選択手段とを設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のエッチング装置は、高周波電源から第１の電極に高周波電力を供給することで真空処理室内にプラズマを発生させ、前記真空処理室内の第２の電極に載置された被処理基板上の被エッチング膜をエッチングするものにおいて、前記第１の電極に接続されてこの電極に前記高周波電力を供給するための複数の給電線と、任意の給電線を導通状態あるいは非導通状態に選択できる選択手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
本発明のエッチング方法は、高周波電源と電極との間を複数の給電線で接続し、任意の給電線に選択的に高周波電力を給電することにより、発生するプラズマ分布を変化させてエッチング処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
以上の本発明によれば、種々の被処理基板や被エッチング膜に求められるエッチングの分布やその均一性を確保できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のドライエッチング装置を図１、図２に示す。真空処理室１の内部には下部電極４と上部電極９とが設けられている。下部電極４には、被エッチング膜２を備えた被処理基板３が載置されている。８は高周波電源、７はインピーダンス整合器である。
【００１６】
インピーダンス整合器７から、真空処理室１の内部の下部基板４に向けて、複数の給電線５が接続されている。これらの給電線５は、たとえば図示のように下部電極４を平面視したときにＸ字形となる配列を構成するように、すなわち矩形板状の下部電極４の対角線上の複数の位置において、それぞれ下部電極４に接続されている。６は高周波給電経路選択装置で、スイッチ機能を有することなどによって、複数の給電線５を導通状態あるいは非導通状態に選択できるように構成されている。
【００１７】
このような構成において、ドライエッチング処理に際しては、真空処理室１内にガスを供給しつつ、この真空処理室１内を排気してその内部を所定の真空度に制御しながら、高周波電源８から給電線５を介して下部電極４に高周波電力を供給することで真空処理室１内にプラズマを発生させ、下部電極４に載置された被処理基板３上の被エッチング膜２をエッチングする。
【００１８】
このとき、一つの下部電極４に接続された複数の給電線５に対し、被処理基板３に求められるエッチングの基板面内の分布やその均一性を確保するために、図２に示すように、高周波給電経路選択装置６を作用させて、給電線５のうちの任意の給電線１４に選択的に高周波電力を給電する。これにより、被処理基板３上の被エッチング膜２に必要なエッチングの基板面内分布に応じて、ＶＰＰを変化させ、発生させるプラズマ分布を制御して、エッチング処理する。例えば図２の状態では、下部電極４の中央部に接続された複数の給電線１４にのみ高周波電力を給電している。
【００１９】
図３（イ）は、本発明にもとづき、６００×７００ｍｍの大きさの基板３上の被エッチング膜２としての窒化膜をエッチングした時の、基板３面内の１３点におけるエッチング量の分布を示す。この場合、図３（ロ）に示すように、被エッチング基板３を載置した下部電極４に接続される全部で９線ある高周波を印加する給電線５のうち、電極の中心に印加される点を含めた中央部の合計５線の給電線１４を選択した。
【００２０】
これに対し、図４（イ）は、エッチングガス材料、ガス流量、真空度、高周波電力等のプロセスレシピ条件、ガスノズル配置等の真空処理内の設備状態を図３（イ）と全く同一にしたうえで、図４（ロ）に示すように、被エッチング基板３を載置した下部電極４に接続される全部で９線ある高周波を印加する給電線５のうち、図３（ロ）で選択された５線の給電線のうちの基板中心の給電線を除いた周囲の４本の給電線１４を選択し、同じ窒化膜をエッチングした時のエッチング量の分布を示す。
【００２１】
図３での基板面内のエッチング量平均値は９４（ｎｍ）、１３点のエッチング量均一性は、±１２（％）であった。これに対し、図４でのエッチング量平均値は９８（ｎｍ）、均一性は±８（％）となり、加工速度はほぼ同等のまま分布を変えることができた。このように、高周波給電経路選択装置６によって給電線５の印加経路を任意に選択することで、エッチング量の面内分布を制御できる。
【００２２】
さらに、複数の積層膜をエッチングする場合等においては、給電線５の印加経路を任意に選択することで、各被エッチング膜それぞれの成膜時の基板面内膜厚分布等の状態に合わせ、エッチング量の面内分布を制御できる。
【００２３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のドライエッチング装置を図５に示す。ここでは真空処理室１内における下部電極４に被処理基板３を載置するとともに、真空処理室１内における一つの上部電極９に、高周波電源８からインピーダンス整合器７と複数の給電線５とを介して高周波電力を供給するように構成されている。そして、この上部電極９に接続された複数の給電線５に対して高周波給電経路選択装置６が設けられ、これによって複数の給電線５を導通状態あるいは非導通状態に選択できるように構成されている。
【００２４】
このようなものにおいても、第１の実施の形態の場合と同様に、種々の被処理基板や被エッチング膜に求められるエッチングの分布やその均一性を確保できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明のドライエッチング装置および方法によると、一つの電極に接続された複数の給電線のうちの任意の給電線を選択し高周波電力を給電してプラズマを発生させることで、電極面の高周波電圧のＶＰＰ分布を制御でき、このため一枚の被処理基板に積層された複数の被エッチング膜の処理に際して、給電経路の選択のみで、プロセス条件と真空処理室内の設備状態とを同一に維持しながら、基板面内の加工均一性を確保できる。さらに、この場合に、ガス材、真空度、高周波電力等の各条件の切り替えに要する時間も不要となる。また、被エッチング基板や被エッチング膜の種類が変わって、従来のようなガス材、真空度、高周波電力等のプロセス条件の変更のみでは対応が不可能な場合でも、真空処理室内の装置状態を変更するために処理室内を大気開放して処理室内をクリーニングする必要がないという利点がある。さらに、従来のように電極を分割状態で配置して複数の高周波電源から高周波電力を独立に制御して供給するものに比べて、電源の台数やインピーダンス整合器の台数も一台で済む。また、従来から用いられている基板温度制御機構や誘導結合型プラズマ源等を組み合せた各種のドライエッチング装置や、高周波プラズマを用いたＣＶＤ装置等にも適応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のドライエッチング装置を示し、（イ）はその断面図、（ロ）はその電極、被処理基板、給電線部の平面図
【図２】図１のドライエッチング装置の動作時の状態を示す図であって、（イ）はその断面図、（ロ）はその電極、被処理基板、給電線部の平面図
【図３】本発明のドライエッチング方法の実施結果の一例を示す図であって、（イ）はエッチング量の基板面内分布を示す図、（ロ）はそのときの任意選択した給電線の場所を示す図
【図４】本発明のドライエッチング方法の実施結果の他の例を示す図であって、（イ）はエッチング量の基板面内分布を示す図、（ロ）はそのときの任意選択した給電線の場所を示す図
【図５】本発明の実施の形態２のドライエッチング装置を示し、（イ）はその電極、給電線部の底面図、（ロ）はその断面図
【図６】従来のドライエッチング装置の断面図
【図７】従来の他のドライエッチング装置の断面図
【符号の説明】
１真空処理室
２被エッチング膜
３被処理基板
４下部電極
５給電線
６高周波給電経路選択装置
８高周波電源

Claims

真空処理室内にガスを供給しつつ、前記真空処理室内を排気してこの真空処理室内を所定の真空度に制御しながら、高周波電源から電極に高周波電力を供給することで前記真空処理室内にプラズマを発生させ、前記電極に載置された被処理基板上の被エッチング膜をエッチングするエッチング装置であって、前記電極に接続されてこの電極に前記高周波電力を供給するための複数の給電線と、任意の給電線を導通状態あるいは非導通状態に選択できる選択手段とを設けたことを特徴とするドライエッチング装置。
真空処理室内にガスを供給しつつ、前記真空処理室内を排気してこの真空処理室内を所定の真空度に制御しながら、高周波電源から第１の電極に高周波電力を供給することで前記真空処理室内にプラズマを発生させ、前記真空処理室内の第２の電極に載置された被処理基板上の被エッチング膜をエッチングするエッチング装置であって、前記第１の電極に接続されてこの電極に前記高周波電力を供給するための複数の給電線と、任意の給電線を導通状態あるいは非導通状態に選択できる選択手段とを設けたことを特徴とするドライエッチング装置。
真空処理室内にガスを供給しつつ、前記真空処理室内を排気してこの真空処理室内を所定の真空度に制御しながら、高周波電源から電極に高周波電力を供給することで前記真空処理室内にプラズマを発生させ、前記電極に載置された被処理基板上の被エッチング膜をエッチングするに際し、前記高周波電源と電極との間を複数の給電線で接続し、任意の給電線に選択的に高周波電力を給電することにより、発生するプラズマ分布を変化させてエッチング処理を行うことを特徴とするドライエッチング方法。