JP2007110019A

JP2007110019A - プラズマエッチング方法

Info

Publication number: JP2007110019A
Application number: JP2005301746A
Authority: JP
Inventors: Eiji Shimozaka; 英司下坂
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】従来は、エッチング途中の異常判定時には、高周波電力を電力ゼロまで一気に低下させプラズマの発生を停止させていた。このため、プラズマ中に浮遊する帯電した反応生成物が急激なプラズマの消滅により複雑な挙動を示し、静電吸着ステージの電界に勢いよく引きつけられ半導体ウェーハ５表面に強く固着し、再度、エッチング処理を継続しても、その強い固着物が原因で所謂、エッチング残り不良が発生した。
【解決手段】本発明のプラズマ停止方法は、エッチング中の高周波電力としての２１００Ｗから、第１段階として１４００Ｗまで低下させ、その高周波電力で０．３秒間維持する。その後さらに第２段階として７００Ｗまで低下させ、その高周波電力で０．３秒間維持する。そして最後に、第３段階として０Ｗまで低下させる。即ち、高周波電力２１００Ｗを３段階に等分して低下させる停止方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマエッチング装置の静電吸着ステージ上に被処理体を載置し、高周波電力を供給して上部電極と下部電極間にプラズマを発生させ、各種エッチング条件（温度，圧力，流量など）の異常の有無を監視しながら、被処理体に所定のエッチング処理を施す際に、異常判定した場合には、被処理体に異常な処理が成されないように、一旦、高周波電力の供給をストップしプラズマの発生を停止させるプラズマ停止工程を含むプラズマエッチング方法に関する。

先ず、プラズマエッチング装置の概略構成と動作を説明する。図２は、プラズマエッチング装置の縦断面図である。

図２に示すように、プラズマエッチング装置１は、主に、真空チャンバ２と、その内部に対向配置された下部電極３及び上部電極４と、下部電極３上に配置され被処理体としての半導体ウェーハ５を静電吸着保持する静電吸着ステージ６と、整合器（図示せず）とブロッキングコンデンサ（図示せず）を介して下部電極３に接続された高周波電源７とで構成されている。

また、真空チャンバ２には、反応性ガスを導入するガス導入口８と、不要ガスを排気するガス排気口９とが設けられており、上部電極４は接地され、下部電極３は高周波電源７に電気的接続され、下部電極３に高周波電圧を加えることにより下部電極３と上部電極４との間の空間にプラズマを励起するようになっている。

また、静電吸着ステージ６は、内部に平板電極（図示せず）を埋設した誘電率の高い絶縁物で成り、平板電極（図示せず）は直流電源１０に接続され、静電吸着力で半導体ウェーハ５を吸着保持可能となっている。

また、半導体ウェーハ５は加熱されるため、この冷却構造として、静電吸着ステージ６と半導体ウェーハ５の隙間に冷却ガス（例えば、ヘリウム）を流すための静電吸着ステージ６に設けられた複数の開口部（図示せず）と繋がった配管１１と、その配管１１の先に接続された冷却ガスの供給量を制御したりする冷却ガス制御部１２と、その冷却ガス制御部１２の末端にそれぞれ接続された排気ポンプ１３及び冷却ガス供給源１４とが配置されている。

また、冷却ガス制御部１２は、冷却ガス供給量を制御する他、冷却ガスの実測流量値を測定し、その実測流量値を予め設定した基準値と比較して異常の有無を判定し、もし万一、異常判定した場合には、半導体ウェーハ５に異常なエッチング処理が成されないように、一旦、高周波電力の供給をストップしプラズマの発生を停止させ、その後、異常に対する処置を施した後、再度、継続してエッチング処理を施すようになっている。

尚、上記では各種エッチング条件のうち、冷却ガス流量の異常の例について述べたが、これ以外にも正常なエッチング処理を施すための各種条件として、各部の温度や圧力などの項目についても同様に監視し、もし万一、異常判定した場合には、一旦、高周波電力の供給をストップしプラズマの発生を停止させるようになっている。

このようなプラズマエッチング装置１の使用方法は、半導体ウェーハ５を静電吸着ステージ６上に静電吸着保持し、真空チャンバ２内を真空にしてガス導入口８より反応性ガスを導入した後、高周波電源７をＯＮにして下部電極３と上部電極４間の空間にプラズマを励起させ、プラズマ中に発生するイオンや中性ラジカルで半導体ウェーハ５表面に所定のエッチング処理を施す。

その後、エッチング処理が終了したら、高周波電源７をＯＦＦにして不要ガスをガス排気口９から排気した後、半導体ウェーハ５を静電吸着ステージ６から離脱させる。

以上の動作を繰返し、順次、半導体ウェーハ５に対してプラズマエッチング処理を行う。

次に、従来のプラズマエッチング方法における高周波電力の時間経過に伴う変化の一例を図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。尚、図３（ａ）は、エッチング処理が正常に終了した場合の高周波電力の変化を示し、図３（ｂ）は、エッチング途中で異常判定した場合の高周波電力の変化を示す説明図である。

先ず、エッチング処理が正常に終了した場合の高周波電力の変化について説明する。図３（ａ）に示すように、高周波電力は、供給開始（タイミング；ｔ_０）の初期においては急激な電力供給による異常放電を避けるために一定の傾斜をつけて徐々に増加させる。そしてその後、プラズマを安定して発生させる高周波電力（例えば、２１００Ｗ）に達したら一定に維持しながら所定のエッチング処理を施す。その後、エッチング処理が終了（タイミング；ｔ_１）したら、急激な電力低下による異常放電を避けるために高周波電力（例えば、２１００Ｗ）を段階的（図中では３段階）に下げ、かつ、下げられた電力で数秒間維持し、その後、電力ゼロ（０Ｗ）まで低下させプラズマの発生を停止させる（タイミング；ｔ_２）。（例えば、特許文献１参照）
特開２００２−２１７１６８号公報図２

次に、エッチング途中で異常判定した場合の高周波電力の変化について説明する。図３（ｂ）に示すように、高周波電力は、供給開始（タイミング；ｔ_０）の初期においては急激な電力供給による異常放電を避けるために一定の傾斜をつけて徐々に増加させる。そしてその後、プラズマを安定して発生させる高周波電力（例えば、２１００Ｗ）に達したら一定に維持しながら所定のエッチング処理を施す。本来なら図中の一点鎖線の変化をするところであるが、エッチング途中（タイミング；ｔ_３）で異常判定したため、一旦、高周波電力（例えば、２１００Ｗ）を電力ゼロ（０Ｗ）まで一気に低下させプラズマの発生を停止させる。

このように高周波電力の供給開始初期および終了時には、異常放電防止のため急激な電力変化を避けるように工夫されたプラズマエッチング方法においても、エッチング途中の異常判定時の高周波電力の停止方法については特に考慮されておらず、高周波電力（例えば、２１００Ｗ）を電力ゼロ（０Ｗ）まで一気に低下させプラズマの発生を停止させていた。

しかしながら、発明者は、エッチング途中の異常の有無とその後の再エッチング処理での製品の出来映えとを慎重に観察して次のような知見を得た。

その知見とは、高周波電力（例えば、２１００Ｗ）を電力ゼロ（０Ｗ）まで一気に低下させた場合、プラズマ中に浮遊する帯電した反応生成物が急激なプラズマの消滅により複雑な挙動を示し、静電吸着ステージの電界に勢いよく引きつけられ半導体ウェーハ表面に強く固着するため再度、継続してエッチング処理を施しても、その強い固着物が原因で、所謂、エッチング残り不良が発生することであった。

従来は、エッチング途中の異常判定時には、高周波電力の停止方法については特に考慮されておらず高周波電力を電力ゼロまで一気に低下させプラズマの発生を停止させていた。このため、プラズマ中に浮遊する帯電した反応生成物が急激なプラズマの消滅により複雑な挙動を示し、静電吸着ステージの電界に勢いよく引きつけられ半導体ウェーハ５表面に強く固着し、再度、エッチング処理を継続しても、その強い固着物が原因で所謂、エッチング残り不良が発生した。

本発明のプラズマエッチング処理方法は、プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置された静電吸着ステージ上に被処理体を静電吸着保持し、チャンバ内に対向配置された上部電極と下部電極間に高周波電力を供給しプラズマを発生させ、各種エッチング条件の異常の有無を監視しながら、被処理体に所定のエッチング処理を施す際に、異常判定した場合には、一旦、高周波電力の供給をストップしプラズマの発生を停止させるプラズマ停止工程を含むプラズマエッチング方法において、プラズマ停止方法は、所定時間内に、高周波電力を複数段階に分けて低下させる方法あるいは連続的に徐々に低下させる方法のいずれかであることを特徴とするプラズマエッチング方法である。

本発明のプラズマエッチング方法によれば、エッチング途中に異常判定して、一旦、プラズマ発生を停止させる際に、プラズマ中に浮遊する帯電した反応生成物が被処理体表面に強く固着することを防止し、再度、継続してエッチング処理を施したとき、所謂、エッチング残り不良を発生させることがない。

本発明は、エッチング途中に異常判定して、一旦、プラズマ発生を停止させる際に、プラズマ中に浮遊する帯電した反応生成物が被処理体表面に強く固着することを防止するという目的を、プラズマ停止方法として、所定時間内に、高周波電力を複数段階に分けて低下させるかあるいは連続的に徐々に低下させるかのいずれかとすることで実現した。

本発明のプラズマエッチング方法における高周波電力の時間経過に伴う変化の一例を図１（ａ）,（ｂ）を用いて説明する。尚、図１（ａ）は、高周波電力を段階的に低下させる場合の高周波電力の変化を示し、図１（ｂ）は、高周波電力を連続的に徐々に低下させる場合の高周波電力の変化を示す。また、図３と同一部分には同一符号を用い、プラズマエッチング装置の概略構成および動作については、従来技術で説明した内容と同様であるため説明を省略する。

先ず、高周波電力を段階的に低下させる場合の高周波電力の変化について説明する。図１（ａ）に示すように、プラズマ停止方法は、例えば、エッチング中の高周波電力としての２１００Ｗから、第１段階として１４００Ｗまで低下させ、その高周波電力で０．３秒間維持する。その後さらに第２段階として７００Ｗまで低下させ、その高周波電力で０．３秒間維持する。そして最後に、第３段階として０Ｗまで低下させる。即ち、高周波電力２１００Ｗを３段階に等分して低下させる停止方法である。

ここで、高周波電力を一気に低下させずに３段階に等分して低下させることでプラズマ中の帯電した反応生成物が半導体ウェーハ表面に強く固着することを防止できる。また、段階数は３段階に限るわけではないが、３段階程度にすると高周波電源に対する負荷の点や制御の容易さの点で複雑にならず好適である。また、各段階での維持時間は０．３秒に限るわけではないが、トータル時間で０．５〜１秒とすると停止動作中に不要なエッチングの進行が無視できる程度となり好適である。

次に、高周波電力を連続的に徐々に低下させる場合の高周波電力の変化について説明する。図１（ｂ）に示すように、プラズマ停止方法は、例えば、エッチング中の高周波電力としての２１００Ｗから一定の傾斜を設けて１秒後に０Ｗに低下させる停止方法である。

ここで、高周波電力を一気に低下させずに一定の傾斜を設けて連続的に低下させることでプラズマ中の帯電した反応生成物が半導体ウェーハ表面に強く固着することを防止できる。また、傾斜は一定に限るわけではないが、一定の傾斜を設けて連続的に低下させると高周波電源に対する負荷の点や制御の容易さの点で複雑にならず好適である。また、低下の所要時間は１秒に限るわけではないが、０．５〜１秒とすると停止動作中に不要なエッチングの進行が無視できる程度となり好適である。

本発明は、各種エッチング条件の異常の有無を監視しながら、被処理体をエッチング処理する際に、異常判定して、一旦、プラズマ発生を停止させるプラズマ停止工程を含むプラズマエッチング方法に適用できる。

本発明のプラズマエッチング方法における高周波電力の時間経過に伴う変化の一例を示す説明図プラズマエッチング装置の縦断面図従来のプラズマエッチング方法における高周波電力の時間経過に伴う変化の一例を示す説明図

符号の説明

１プラズマエッチング装置
２真空チャンバ
３下部電極
４上部電極
５半導体ウェーハ
６静電吸着ステージ
７高周波電源
８ガス導入口
９ガス排気口
１０直流電源
１１配管
１２冷却ガス制御部
１３排気ポンプ
１４冷却ガス供給源
ｔ_０高周波電力の供給開始タイミング
ｔ_１エッチング処理の終了タイミング
ｔ_２高周波電力の完全停止タイミング
ｔ_３異常判定のタイミング

Claims

プラズマエッチング装置のチャンバ内に配置された静電吸着ステージ上に被処理体を静電吸着保持し、前記チャンバ内に対向配置された上部電極と下部電極間に高周波電力を供給しプラズマを発生させ、各種エッチング条件の異常の有無を監視しながら、前記被処理体に所定のエッチング処理を施す際に、異常判定した場合には、一旦、前記高周波電力の供給をストップしプラズマの発生を停止させるプラズマ停止工程を含むプラズマエッチング方法において、前記プラズマ停止方法は、所定時間内に、前記高周波電力を複数段階に分けて低下させる方法あるいは連続的に徐々に低下させる方法のいずれかであることを特徴とするプラズマエッチング方法。
前記高周波電力を複数段階に分けて低下させる方法は、３段階に等分して低下させ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方法。
前記所定時間は、０．５〜１秒であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマエッチング方法。