JP2795643B2 - プラズマエツチング装置 - Google Patents

プラズマエツチング装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はプラズマエッチング装置に関する。 従来の技術 プラズマエッチング装置は無線周波電力を与えられる
一対の電極を有する反応チャンバを含んでいる。エッチ
ングすべきフィルムを載置したウエハがこれら電極の一
方の上に配置される。このチャンバに適当なガスが注入
されそしてプラズマがフィルムのエッチングを行うべく
形成される。エッチングされるフィルムの種類によりこ
のエッチングプロセス中に無線周波が使用される。 発明が解決しようとする課題 このような無線周波プラズマエッチングに固有の問題
は一つは電極から反応チャンバおよびこの方式内の他の
部分への迷走放電が大きいということである。ウエハが
接地された支持電極上にあって電圧が上側の対向電極に
加えられる場合には、対向電極とウエハの間の電圧は対
向電極と一般に接地されているこの方式内の壁部分間の
電圧より常に低くなっている。すなわちウエハ自体が支
持電極電位にならずウエハの背面の絶縁コーティングに
より支持電極から電気的に接続されているためである。
その結果いく分かの電流が対向電極から、エッチングプ
ロセスにおいて好ましいウエハにではなくこの方式内の
種々の接地された表面に流れることになる。 電源周波数が高くなればそれだけこの迷走放電の問題
が大きくなり、無線周波電流が接地面へと消散される。
この迷走放電はそれでも或る量の電力がウエハに達しな
ければならないから大きな問題である。迷走放電は突発
的であり且つ不安定となる傾向を有する。すなわちどの
程度の電力がウエハに供給されそしてどの程度が迷走放
電に費やされるかを常に予測することは困難である。 課題を解決するための手段 この課題は本発明により、ように構成して解決され
る。 発明の実施の形態 本発明の構成により、電源周波数が高くなればなるほ
ど迷走放電が大きくなってしまうという従来技術の問題
が解決され、対向電極と支持電極を反応チャンバの壁か
ら絶縁して、両電極からチャンバの壁に迷走放電が生じ
ないようにすることができ、反応チャンバを接地するこ
とによって、万が一チヤンバの壁に迷走放電がリークし
たとしても、迷走放電を接地に放電させることができ、
無線周波電力を供給される両電極とプラズマエッチング
装置の、この他の各部分との間の迷走放電を極めて小さ
くすることができ、所要高周波電力を極めて小さくする
ことができる。電極−接地無線周波電位に対する迷走放
電無線周波電流の依存性を示す第４図から分かるよう
に、シングルエンデッドエッチングの場合の無線周波電
圧29に対して、本発明により無線周波電源と対向電極お
よび支持電極とを分離すれば30で示すように、エッチン
グ速度は同じであるが、迷走放電電流はほぼ０の程度ま
で小さくすることができる。 本発明により、無線周波電力を受ける電極と他の部分
との間の迷走放電が最少となる。また電力要求自体も最
少となる。また、プロセスの一貫性および信頼性が向上
し、また空間エッチの均一性も改善される。 実施例 第１図に示す本発明の一実施例において、このプラズ
マエッチング装置はプラズマエッチングチャンバ10を有
する。このチャンバの壁は接地され、あるいは適当な基
準電位点に接続される。このチャンバにはガスが注入さ
れそして従来のごとくに冷却される。プラズマエッチン
グ装置内の真空ポンプ系および他の要素のような物に関
係する細部の多くは従来と同様であり本発明に直接係わ
るものではないからこの説明においては図示せずあるい
は詳述しない。 チャンバ10内の対向電極12と支持電極14はその壁から
絶縁されている。支持電極14にはウエハ16が配置されて
いる。このウエハ16は、絶縁膜を介して支持電極14に容
量結合される。この絶縁膜は通常、ウエハまたは支持電
極に設けられている。この容量結合はウエハ16の無線周
波電位を支持電極14のそれに近いものに維持する。 無線周波信号源18が整合変圧器20に接続されており、
対向電極12および支持電極14から電位的に分離されてい
る。この変圧器は１次巻線22と電極12と14間に接続する
２次巻線24を有する。同調用インダクタンス26が２次巻
線24に並列に接続して変圧器20のマッチングを改善しそ
してチャンバ10の容量と放電容量の効果を打ち消すよう
になっている。 電極12と14は接地されておらず電源18からの逆相の無
線周波信号により駆動される。そのため、夫々の電極の
電位は従来のインダクタンスにおける被駆動電極のそれ
の約半分となる。 ２つの電極12と14からのグランドへの容量性の迷走放
電電流が等しくなるように、高周波電位と任意の直流電
位の両電位に対して、変圧器20の２次回路全体を浮かせ
ることができる。上述のように全体としての無線周波電
圧は２個の電極間に等しく２分される。400KHzでのSiO2
のエッチングについてのエッチング特性は、勿論同じ無
線周波電圧が電極間に加えられるとすればシングルエン
ド方式と比較して基本的に影響を受けないことがわかっ
た。しかしながら第１図の例を用いた場合無線周波電力
要求は少なくなり他の利点が得られることがわかった。 殆んど放電が消滅したものと考えることの出来る400K
Hzでのこの迷走放電の減少は電極から接地点までの無線
周波電位に関しての迷走放電電力の非線形性によるもの
である。迷走電力は電極電圧Vcにおいて比較的鋭い遮断
特性を示すようにその電圧の少なくとも自乗をもって増
加することがわかった。それ故、ピーク電極電圧から接
地電圧までを半分にすることは極めて有効である。 第４図の曲線28は電極−接地無線周波電位に対する迷
走放電無線周波電流の依存性を示している。29で示す無
線周波電圧は代表的なシングルエンドエッチング条件に
対応し、そこではかなりの迷走放電電流が接地点へと流
れる。30で示す電圧は、両電極が本発明により無線周波
電源から分離されるときの各電極上の電圧を示してい
る。エッチングの速度は同じであるが迷走放電電流はほ
ぼ０である。ウエハ上の所定の電力密度より低いところ
では無線周波駆動を分離することにより迷走放電電流が
実質的に消滅する。 第２図に示す本発明の他の実施例においては第１図の
装置よりも高い周波数を用いる無線周波プラズマエッチ
ング装置が示されており、電極の疑似対称励起を達成す
る技術は放電負荷インピーダンスがほぼ容量性であると
きにもい適用出来る。 接地された反応チャンバ32は対向電極34と支持電極36
を含んでいる。エッチングすべきフィルムを有するウエ
ハ38は支持電極36上に配置される。 13.56MHzの周波数範囲で信号を発生する無線周波電源
40は電極34,36間にシングルエンド整合回路42とインダ
クタンス44を通じて接続される。インダクタンス44は電
極36と接地間にある。この実施例では電源40も接地され
あるいは他の基準電位点に接続される。周波数13.56MHz
で放電圧力0.3〜5Torrである図示の実施例では負荷イン
ピーダンスはほぼ容量性である。 電極34はシングルエンド形の可変整合回路を用いて従
来のごとくに駆動される。電極36は可変インダクタンス
44を介して接地される。 インダクタンス44の値は無線駆動周波数でプラズマ直
列容量に同期するように選らばれる。この容量は主とし
て電極34と36間の容量とプラズマシースの容量の和であ
る。インダクタンス44は電極34と36の無線周波電位を通
常のシングルエンド形励起圧電の半分よりいく分高い電
圧となるように実質的に等しくするように調整される。
第２図の例の動作を第３図のベクトル図に示す。 インダクタンス44を流れる無線周波直列電流では位相
基準として使用される。プラズマにまたがる電極（u
c）＝（ｕ）−（ｃ）であり、但しｕは対向電極
の電圧、ｃは支持電極の電圧である。 ｕはプラズマ放電の容量性によりｉよりほぼ90゜遅
れている。支持電極電圧ｃは逆にLiより90゜進んでお
り、（ｃ）＝jwLiである。 第４図から|Vu|＜|Vuc|であり、そしてＬ（インダク
タンス44）は|Vc|≒|Vu|≒0.5|Vuc|となるように調整出
来ることがわかる。 Ｌすなわちインダクタンス44がそのように調整される
と、整合回路42からみた有効負荷インピーダンスは（
ｕ）／（）であり、支持電極が接地される（Ｌ＝０）
場合より小さく且つ容量性も少なくなる。このように整
合回路についてのインピーダンス変換要求は少なくな
り、場合によってはこの回路を省略することも出来る。
また循環電流およびピーク電圧も減少する。除去はされ
ないが、迷走放電も、特に高密度プラズマ状態（＞2W/c
m2）で動作するとき著しく抑圧される。 発明の効果 基本的に本発明は、400KHzと13.56MHzの無線周波の両
方につきプラズマエッチング装置の迷走放電を著しく減
少させる回路を提供するものである。これは時間と品質
の両方においてエッチング動作そのものに影響を及ぼさ
ないように２個の電極間の電圧をシングルエンド形のエ
ッチング装置におけるとほぼ同じにしつつ電極での電圧
要求を通常のレベルのほぼ半分まで低下させることによ
り達成される。
【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は、本発明の実施例を示す図、第３
図および第４図は、それぞれ第１図および第２図の実施
例の動作を示す図である。 10……反応チャンバ 12,34……対向電極 14,36……支持電極 16,38……ウエハ 18,40……無線周波電源 42……シングルエンド整合回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−119175（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−181376（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−155384（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−167603（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−79726（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−174633（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．プラズマエッチング装置において、 エッチングを行うための接地した反応チャンバと、 エッチングすべきフィルムを載せたウエハを受けるため
    の対向電極および支持電極と、 前記対向電極と支持電極間に接続されており、エッチン
    グ動作を行わせるための無線周波電源とを有し、 前記対向電極および支持電極は前記反応チャンバの壁か
    ら絶縁されており、 さらに、前記無線周波電源により供給される電位を分離
    するための手段が前記対向電極と支持電極との間に設け
    られており、これにより当該電極から前記反応チャンバ
    への放電が最小となることを特徴とする、 プラズマエッチング装置。 ２．プラズマエッチング装置において、 エッチングを行なうための接地した反応チャンバと、 エッチングすべきフィルムを載せたウエハを受けるため
    の対向電極および支持電極と、 接地されていない無線周波電源とを有し、 前記対向電極および支持電極は前記反応チャンバの壁か
    ら絶縁されており、 前記無線周波電源は、前記対向電極と支持電極間に接続
    されており、前記両電極から前記反応チャンバへの放電
    を最小にしつつ、エッチング動作を行なわせるためのも
    のであり、 前記無線周波電源は、前記対向電極と支持電極との間に
    接続された２次巻線を備えた整合変圧器を有し、 前記２次巻線に並列にインダクタンスが接続されてお
    り、 前記インダクタンスによって前記チャンバに接続された
    素子の容量効果が減少させることを特徴とする、 プラズマエッチング装置。 ３．前記ウエハは、支持電極に容量結合されている、請
    求項２記載のプラズマエッチング装置。 ４．無線周波電源の周波数は、400kHzである、請求項２
    記載のプラズマエッチング装置。 ５．プラズマエッチング装置において、 エッチングを行なうための接地した反応チャンバと、 エッチングするべきフィルムを乗せたウエハを受けるた
    めの、前記反応チャンバの壁から絶縁された対向電極及
    び支持電極と、 無線周波電源と、 前記無線周波電源から電力を前記対向電極と支持電極と
    の間に与える手段と、 前記無線周波電源の一端及び前記対向電極との間に接続
    された整合回路と、 前記無線周波電源の他端と前記支持電極との間に接続さ
    れて、前記対向電極と支持電極に加えられる無線周波数
    電位を実質的に等しくするように可変である可変インダ
    クタンス（44）とを有しており、 前記可変インダクタンス（44）の値は、実質的に前記両
    電極間の容量とプラズマシースの容量とを有する無線駆
    動周波数でのプラズマ直列容量に同調するように選定さ
    れていることを特徴とする、 プラズマエッチング装置。
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