JP2007095905A

JP2007095905A - ドライエッチング装置

Info

Publication number: JP2007095905A
Application number: JP2005281767A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Maeda; 知哉前田; Kenichiro Hori; 健一郎堀; Shinji Hirata; 信治平田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】プラズマを発生させてドライエッチング加工を行なう際、被エッチング体の面内全域において加工断面形状が両側対称に加工できるドライエッチング装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】第一のプラズマ源１９と前記プラズマ生成領域とは異なる領域に第二のプラズマ源２１を有し、第一のプラズマ源１９により生成した第一のプラズマのプラズマ指向性と第二のプラズマ源２１により生成した第二のプラズマのプラズマ指向性とが異なるような２種類のプラズマ源を備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）デバイスや半導体集積回路等を製造する際に使用するプラズマドライエッチング装置に関するものである。

従来、この種のドライエッチング装置としては、図７に示すような構成を有していた。

図７において、処理室１７にはエッチング処理に用いるガスを供給するガス供給装置１８と、プラズマを発生させるため、第一のアンテナ６に高周波電力を印加するための高周波電源８がマッチング回路７を介して接続された構成となっている。また、反応室１６、処理室１７の内部を所定の圧力に排気するための真空ポンプ２４、２５と、ガスを供給したときに所定のガス圧に保つためのオリフィスバルブ２３と、被エッチング体１を吸着載置させるための載置電極２とを備え、載置電極２にバイアス電力を印加するバイアス電源１３がマッチング回路１２を介して接続されている構造となっている。

次に、この装置を使用したドライエッチング方法について説明する。

まず、被エッチング体１を処理室１７内にある載置電極２の上に載置し、吸着させる。次に、オリフィスバルブ２３を全開にして、反応室１６、処理室１７を高真空（例えば１０^-3Ｐａ以下）に排気した後、オリフィスバルブ２３を絞り、プラズマ室１６にエッチングガスとしてガス供給装置１８からＳＦ₆ガスを導入する。図７では、ガス供給装置は一台しか図示していないが、混合ガスを用いる場合はもちろん複数台となる。このとき、プラズマ室１６、処理室１７のガス圧を０．５Ｐａとなるように、オリフィスバルブ２３をコントロールする。次に、バイアス電源１３でバイアス電力を印加する。一方、第一のアンテナ６には、高周波電源８を用いて１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、反応室１６内にプラズマ１９を生成させる。このプラズマ１９は処理室１７に拡散するが、プラズマ指向２０に示すような指向性をもっている。この指向性は、ガス圧、ガス流量、高周波電力、バイアス電力等により多少変動はするが、反応室１６、処理室１７の大きさ、形状等の装置固有の指向性となる。このために、エッチング加工をした断面は、図３に示すように、中央部では垂直に加工されるが、端部では外周側のテーパ角度より内側のテーパ角度の方が大きい形状となる。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１−１０７６１０号公報

しかしながら、エッチング深さが浅い場合、例えば数μｍ程度エッチングを行う場合には、この加工断面形状の違いでデバイス特性に大きな影響を与えるわけではないが、ＭＥＭＳデバイスのようにエッチング深さが深くなり、例えば１００μｍ以上の深さでは、加工断面形状の対称性が損なわれデバイス特性が悪化するという問題を有していた。

本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、被エッチング体の面内において加工断面形状が対称に加工できるドライエッチング装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、アンテナに高周波電力を印加し、真空チャンバー内に導入された処理ガスをプラズマ化して、被エッチング体に対して処理を施すプラズマドライエッチング装置において、プラズマ生成領域を画定する反応室の外側に高周波電力を印加することのできる第一のアンテナを設け、前記第一のアンテナによって生成される第一のプラズマ源と、前記プラズマ生成領域とは異なる領域にプラズマ生成領域を画定する反応室外側に高周波電力を印加することのできる第二のアンテナを設け、前記第二のアンテナによって生成される第二のプラズマ源を有し、第一のプラズマ源のプラズマ指向性と第二のプラズマ源のプラズマ指向性が異なるプラズマ源を２種類備えているという構成を有しており、このプラズマ指向性の異なる複数のプラズマ源を組み合わせることにより、被エッチング体の面内全域において加工断面形状の両側面が対称的に加工できるという作用効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、前記第一のプラズマ源による加工と前記第二のプラズマ源による加工とを２段階、または多段階で交互に加工処理できる多段階手段を備えているという構成を有しており、これにより、それぞれ固有のプラズマ指向性をキャンセルしあうため、被エッチング体の面内全域において加工断面形状の両側面が対称的に加工できるという作用効果を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、前記第一のプラズマ源と前記第二のプラズマ源を同時に生成する同時生成手段を備えた構成を有しており、これにより、それぞれ固有のプラズマ指向性をキャンセルしあうため、被エッチング体の面内全域において加工断面形状の両側面が対称的に加工できるという作用効果を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、前記第一のアンテナの高周波電源と前記第二のアンテナの高周波電源とが１ｋＨｚ以上の周波数差をもっているという構成を有しており、これにより、第一のプラズマの高周波電力と第二のプラズマの高周波電力が同時に印加されても互いに干渉しあうことがなく、安定したエッチング加工ができるという作用効果を有する。

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、前記第一のアンテナの高周波電源と前記第二のアンテナの高周波電源との周波数差が１ｋＨｚ以下であり、両電源の位相を固定する位相固定手段を備えているという構成を有しており、これにより、第一のプラズマの高周波電力と第二のプラズマの高周波電力が同時に印加されても互いに干渉しあうことがなく、安定したエッチング加工ができるという作用効果を有する。

本発明のドライエッチング装置は、プラズマ生成領域を画定する反応室の外側に高周波電力を印加することのできる第一のアンテナを設け、この第一のアンテナによって生成される第一のプラズマ源と、前記プラズマ領域とは異なる領域に画定する反応室外側に高周波電力を印加することのできる第二のアンテナを設け、この第二のアンテナによって生成される第二のプラズマ源のプラズマ指向性とが異なるプラズマ源であるという構成であり、被エッチング体の面内において、加工断面形状を両側面対称に加工できるという効果を有する。

（実施の形態１）
以下、本発明の特に請求項１〜２に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

なお、背景の技術において説明したものと同じ構成部材などについては、同じ符号を付与し詳細な説明は省略する。

図１は本発明の実施の形態におけるドライエッチング装置の概要図である。

図１において、反応室１６の外側に第一のプラズマを発生させる第一のアンテナ６を配置し、マッチング回路７を介して高周波電源８に接続され、第一のアンテナ６に高周波電力を印加することにより第一のプラズマ源１９が生成される構成となっている。一方、処理室１７の外側に第二のプラズマを発生させる第二のアンテナ９を配置し、マッチング回路１０を介して高周波電源１１に接続され、第二のアンテナ９に高周波電力を印加することにより第二のプラズマ源２１が生成される構成となっている。

その他の構成は、背景の技術で説明したものと同じなので省略する。

次に、プラズマエッチング処理の進行に伴う被エッチング体のエッチング断面形成過程について、図２、図３、図４、図５、図６（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

図２は理想形の場合のエッチング断面図を示す。図３は第一のプラズマ源と第二のプラズマ源を切り替えてエッチングしたときのエッチング断面図であり、図４は第一のプラズマ源のみでエッチングした時の断面図であり、図５は第二のプラズマ源のみでエッチングしたときの断面図である。また、図６は、図４、図５において破線円（ａ）、（ｂ）で囲んだ部分の拡大図の説明図である。

まず、従来の装置におけるエッチング形成過程について説明する。

第一のプラズマ源で生成したプラズマでエッチングする場合、第一のプラズマ源１９は処理室１７で拡散する方向に広がる。一方、被エッチング体１はバイアス電源１３により載置電極２にバイアス電圧を印加しているため、プラズマイオンを加速させる。従って、プラズマイオンはプラズマ指向２０で示した方向に加速され、被エッチング体１に衝突してエッチングが進行する。このため、断面形状としては、図４に示すようにウェハー両側のエッチング断面がハの字状の断面となる。

次に、第二のプラズマ源で生成したプラズマでエッチングする場合、第二のプラズマ源２１は処理室１７ですでに広がった状態で生成されている。一方、被エッチング体１は前記載置電極２にバイアス電圧を印加しているため、広がっているイオンが収束する方向つまりプラズマ指向２２で示した方向に加速され、被エッチング体１に衝突してエッチングが進行する。このため断面形状としては図５に示すようなウェハー両側のエッチング断面が逆ハの字状の断面となる。

次に、本実施の形態におけるエッチング形成過程について説明する。

まず、第一のプラズマ源１９を用いて、所定の時間、エッチングを行う。この時の断面形状は、従来の方法で第一のプラズマ源１９を用いた場合の断面形状を所定時間エッチングしたものと同様である。次に、第一のプラズマ源１９を停止させ、第二のプラズマ源２１を用いて所定の時間エッチングを行う。この時の断面形状は、図５に示すような傾向でエッチングされる。この時の状態を示したものが図６である。つまり、エッチング断面の理想形は、図２に示すように完全に対称で垂直な側面を有した断面形状であるが、本実施の形態の方法でエッチングを行うと、対称性のずれが補正されることになり近似的に対称形状のものが形成される。デバイスにより、より高精度な加工形状を要求される場合はこれを多段階繰り返して、一回の補正量を小さくすることにより、より精度を高くすることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の請求項３〜５について説明する。

前記実施の形態で、第一のプラズマ源１９でのエッチングと第二のプラズマ源２１でのエッチングを多段階繰り返して補正量を小さくするとしたが、本実施の形態ではこれを同時にプラズマ生成させてエッチングを進行させるものである。ただし、第一のプラズマ源１９でのエッチング速度と第二のプラズマ源２１でのエッチング速度は異なるため、エッチング後の加工断面を図２に示すような理想形に近づけるために、高周波電源８の出力と高周波電源１１の出力とを所定の比率で調整しておく必要がある。また、第一のアンテナ６に付加されている高周波と第二のアンテナ９に付加されている高周波とが干渉して第一のプラズマ源１９及び第二のプラズマ源２１が不安定にならないように、高周波電源８の周波数と高周波電源１１の周波数の差を１ｋＨｚ以上とするか、または１ｋＨｚ以内であれば位相を固定するいわゆるフェイズシフター等を用いて干渉を防ぐ必要がある。

以上のように、第一のプラズマ源１９とプラズマ源２１でのエッチングを同時にプラズマ生成させてエッチングすることにより、図２に示すような理想的な断面形状に近い形でエッチング加工ができる。

本発明にかかるドライエッチング装置は、第一のプラズマ源とこのプラズマ生成領域とは異なる領域に第二のプラズマ源を有し、第一のプラズマ源により生成した第一のプラズマのプラズマ指向性と第二のプラズマ源により生成した第二のプラズマのプラズマ指向性とが異なるような２種類のプラズマ源を備えた構成であり、被エッチング体の面内において加工断面形状が対称に加工できるという効果を有し、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）デバイスあるいは半導体集積回路の製造時に使用するプラズマエッチング装置などの用途として有用である。

本発明の実施の形態におけるドライエッチング装置の概要図同ドライエッチング装置での理想形状のエッチング断面図同ドライエッチング装置でのエッチング断面図第一のプラズマ源のみによるエッチング断面図第二のプラズマ源のみによるエッチング断面図図４、図５に示す破線円（ａ）、（ｂ）で囲った部分の拡大図従来のドライエッチング装置の概要図

符号の説明

１被エッチング体
２載置電極
３静電チャック
４ガイドリング
５絶縁体
６第一のアンテナ
７マッチング回路
８高周波電源
９第二のアンテナ
１０マッチング回路
１１高周波電源
１２マッチング回路
１３バイアス電源
１４冷媒
１５Ｈｅガス
１６反応室
１７処理室
１８ガス供給装置
１９第一のプラズマ源
２０プラズマ指向
２１第二のプラズマ源
２２プラズマ指向
２３オリフィスバルブ
２４真空ポンプ
２５真空ポンプ

Claims

アンテナに高周波電力を印加し、真空チャンバー内に導入された処理ガスをプラズマ化して、被エッチング体に対して処理を施すプラズマドライエッチング装置において、プラズマ生成領域を画定する反応室の外側に高周波電力を印加することのできる第一のアンテナを備え、前記第一のアンテナによって生成される第一のプラズマ源と、前記プラズマ生成領域とは異なる領域にプラズマ生成領域を画定する反応室の外側に高周波電力を印加することのできる第二のアンテナを備え、前記第二のアンテナによって生成される第二のプラズマ源とを有し、第一のプラズマ源のプラズマ指向性と第二のプラズマ源のプラズマ指向性とが異なる２種類のプラズマ源を備えていることを特徴とするドライエッチング装置。
第一のプラズマ源による加工と第二のプラズマ源による加工とを２段階、または多段階で交互に加工処理できる多段階手段を備えた請求項１に記載のドライエッチング装置。
第一のプラズマ源と第二のプラズマ源を同時に生成する同時生成手段を備えた請求項１に記載のドライエッチング装置。
第一のアンテナの高周波電源と第二のアンテナの高周波電源とが１ｋＨｚ以上の周波数差を有している請求項３に記載のドライエッチング装置。
第一のアンテナの高周波電源と第二のアンテナの高周波電源との周波数差が１ｋＨｚ以下であり、両電源の位相を固定する位相固定手段を備えている請求項３に記載のドライエッチング装置。