JP2941572B2 - プラズマエッチング装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
プラズマエッチング装置及び半導体装置の製造方法Info
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、プラズマエッチング
装置、特に、電子サイクロトロン共鳴を利用したドライ
エッチング装置（ＥＣＲエッチング装置）及びそれを利
用した半導体装置の製造方法に関するものである。
装置、特に、電子サイクロトロン共鳴を利用したドライ
エッチング装置（ＥＣＲエッチング装置）及びそれを利
用した半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１８は、従来のプラズマエッチング装
置を示す概略構成図である。図において、反応室１内に
は、試料例えば半導体ウエハ２を載置、保持するステー
ジ３が配置されている。反応室１の上部には、反応性ガ
スを反応室１内に導入するガス導入管４が設けられてい
る。また、反応室１の外部には、マイクロ波を発生させ
るマイクロ波発生手段例えばマイクロ波電源５が設けら
れており、このマイクロ波電源５で発生した所定周波数
のマイクロ波は、導波管６及び石英窓７を介して反応室
１内に導入される。さらに、反応室１に設けられた石英
窓７の外周には、磁場発生手段であるコイル８が設けら
れており、このコイル８によって、ステージ３上に載置
された半導体ウエハ２の表面に対して垂直方向に、所定
の磁束密度の磁場が印加される。なお、磁場発生手段
は、コイルでも永久磁石であっても良い。また、反応室
１の下方には、排気口９が設けられており、この排気口
９に接続された真空ポンプ等の排気手段（図示しない）
によって、反応室１内が真空排気されると共に所定の真
空度に維持される。
置を示す概略構成図である。図において、反応室１内に
は、試料例えば半導体ウエハ２を載置、保持するステー
ジ３が配置されている。反応室１の上部には、反応性ガ
スを反応室１内に導入するガス導入管４が設けられてい
る。また、反応室１の外部には、マイクロ波を発生させ
るマイクロ波発生手段例えばマイクロ波電源５が設けら
れており、このマイクロ波電源５で発生した所定周波数
のマイクロ波は、導波管６及び石英窓７を介して反応室
１内に導入される。さらに、反応室１に設けられた石英
窓７の外周には、磁場発生手段であるコイル８が設けら
れており、このコイル８によって、ステージ３上に載置
された半導体ウエハ２の表面に対して垂直方向に、所定
の磁束密度の磁場が印加される。なお、磁場発生手段
は、コイルでも永久磁石であっても良い。また、反応室
１の下方には、排気口９が設けられており、この排気口
９に接続された真空ポンプ等の排気手段（図示しない）
によって、反応室１内が真空排気されると共に所定の真
空度に維持される。
【０００３】従来のプラズマエッチング装置は上述した
ように構成され、半導体ウエハ２のエッチング処理を施
すには、まず、反応室１内を真空排気し、続いて、排気
を行いながら、ガス導入管４からハロゲンガス等の反応
性ガスを導入し、反応室１内を所定の圧力に維持する。
次に、マイクロ波電源５でマイクロ波を発生させ、発生
したマイクロ波を導波管６及び石英窓７を介して反応室
１内に導くと共に、コイル８によって反応室１内に磁場
を印加する。この磁場とマイクロ波との共鳴により、サ
イクロトロン運動している電子はエネルギーを吸収し、
この電子が反応性ガスに衝突することによって高密度プ
ラズマが発生する。発生したプラズマは、コイル８によ
り生じた磁力線に沿って半導体ウエハ２に向かって輸送
され、半導体ウエハ２がエッチングされる。
ように構成され、半導体ウエハ２のエッチング処理を施
すには、まず、反応室１内を真空排気し、続いて、排気
を行いながら、ガス導入管４からハロゲンガス等の反応
性ガスを導入し、反応室１内を所定の圧力に維持する。
次に、マイクロ波電源５でマイクロ波を発生させ、発生
したマイクロ波を導波管６及び石英窓７を介して反応室
１内に導くと共に、コイル８によって反応室１内に磁場
を印加する。この磁場とマイクロ波との共鳴により、サ
イクロトロン運動している電子はエネルギーを吸収し、
この電子が反応性ガスに衝突することによって高密度プ
ラズマが発生する。発生したプラズマは、コイル８によ
り生じた磁力線に沿って半導体ウエハ２に向かって輸送
され、半導体ウエハ２がエッチングされる。
【０００４】プラズマに照射された半導体ウエハ２の表
面には、プラズマ電位とフローティング電位との電位差
によって、半導体ウエハ２に垂直な方向にいわゆるイオ
ンシース電界が発生する。プラズマ中の正イオン（以
下、単にイオンとする）は、イオンシース電界により加
速されるため、半導体ウエハ２の表面に直進性良く入射
し、半導体ウエハ２の表面に微細なパターンを形成する
ことができる。このように、プラズマ中のイオンはイオ
ンシース電界により加速されるため、方向性が揃って半
導体ウエハ２に入射する。しかし、プラズマ中の電子
は、イオンシース電界により減速されるため、方向性を
持たずに半導体ウエハ２に入射する。
面には、プラズマ電位とフローティング電位との電位差
によって、半導体ウエハ２に垂直な方向にいわゆるイオ
ンシース電界が発生する。プラズマ中の正イオン（以
下、単にイオンとする）は、イオンシース電界により加
速されるため、半導体ウエハ２の表面に直進性良く入射
し、半導体ウエハ２の表面に微細なパターンを形成する
ことができる。このように、プラズマ中のイオンはイオ
ンシース電界により加速されるため、方向性が揃って半
導体ウエハ２に入射する。しかし、プラズマ中の電子
は、イオンシース電界により減速されるため、方向性を
持たずに半導体ウエハ２に入射する。
【０００５】この様子を図１９及び図２０に基づいてさ
らに詳細に説明する。図１９及び図２０は、半導体ウエ
ハ２の表面の拡大断面図であり、プラズマエッチング装
置により半導体ウエハ２の微細パターンエッチングを行
う際における、イオン及び電子の挙動を示している。ま
ず、図１９において、半導体ウエハ２の表面には、Ｓｉ
Ｏ2膜１０、Ｓｉ膜１１及びレジストパターン１２が順
次形成されており、レジストパターン１２をマスクとし
てエッチングが行われる。エッチングの進行に伴って、
レジストパターン１２の表面にはイオンも電子も共に入
射するため、電気的中性が保たれている。微細パターン
１３内においては、イオンは半導体ウエハ２の表面に対
して垂直に入射するため、微細パターン側壁１４には衝
突せず微細パターン底面１５にまで到達する。これに対
して、上述のように電子は方向性がないため、微細パタ
ーン側壁１４にも入射するため、微細パターン底面１５
には到達し難くなる。
らに詳細に説明する。図１９及び図２０は、半導体ウエ
ハ２の表面の拡大断面図であり、プラズマエッチング装
置により半導体ウエハ２の微細パターンエッチングを行
う際における、イオン及び電子の挙動を示している。ま
ず、図１９において、半導体ウエハ２の表面には、Ｓｉ
Ｏ2膜１０、Ｓｉ膜１１及びレジストパターン１２が順
次形成されており、レジストパターン１２をマスクとし
てエッチングが行われる。エッチングの進行に伴って、
レジストパターン１２の表面にはイオンも電子も共に入
射するため、電気的中性が保たれている。微細パターン
１３内においては、イオンは半導体ウエハ２の表面に対
して垂直に入射するため、微細パターン側壁１４には衝
突せず微細パターン底面１５にまで到達する。これに対
して、上述のように電子は方向性がないため、微細パタ
ーン側壁１４にも入射するため、微細パターン底面１５
には到達し難くなる。
【０００６】この場合、図１９に示すように、Ｓｉ膜１
１のように導電性の膜をエッチングする場合には、微細
パターン底面１５に入射したイオンと微細パターン側壁
１４に入射した電子とは膜中で再結合して中和するた
め、電気的中性が保たれる。ところが、図２０に示すよ
うに、エッチングが進行し、ＳｉＯ2膜１０のような絶
縁性の膜が露出すると、微細パターン底面１５に入射し
たイオンは微細パターン側壁１４に入射した電子と中和
されず、微細パターン底面１５は正にチャージアップし
てしまう。一方、微細パターン側壁１４は、入射した電
子によって負にチャージアップする。従って、微細パタ
ーン底面１５へ入射するイオンは、正にチャージアップ
した微細パターン底面１５における正電荷の反発と、負
にチャージアップした微細パターン側壁１４における引
力とにより軌道が曲げられるため、イオンはＳｉ膜１１
とＳｉＯ２膜１０との界面に局所的に入射し、切り欠き
形状のいわゆるノッチを生じることになる。
１のように導電性の膜をエッチングする場合には、微細
パターン底面１５に入射したイオンと微細パターン側壁
１４に入射した電子とは膜中で再結合して中和するた
め、電気的中性が保たれる。ところが、図２０に示すよ
うに、エッチングが進行し、ＳｉＯ2膜１０のような絶
縁性の膜が露出すると、微細パターン底面１５に入射し
たイオンは微細パターン側壁１４に入射した電子と中和
されず、微細パターン底面１５は正にチャージアップし
てしまう。一方、微細パターン側壁１４は、入射した電
子によって負にチャージアップする。従って、微細パタ
ーン底面１５へ入射するイオンは、正にチャージアップ
した微細パターン底面１５における正電荷の反発と、負
にチャージアップした微細パターン側壁１４における引
力とにより軌道が曲げられるため、イオンはＳｉ膜１１
とＳｉＯ２膜１０との界面に局所的に入射し、切り欠き
形状のいわゆるノッチを生じることになる。
【０００７】このようなノッチの発生を防止するため
に、従来、図２１に示すプラズマエッチング装置が用い
られている。図２１に示すプラズマエッチング装置で
は、ステージ３にインピーダンス整合器１６を介してＲ
Ｆ（高周波）電源１７が接続されている。このＲＦ電源
１７によって、半導体ウエハ２にＲＦバイアス電圧が印
加され、イオンを加速しエネルギーを高めて半導体ウエ
ハ２に入射させることが可能である。この装置によれ
ば、イオンエネルギーが高いので上述したチャージアッ
プによるイオンの軌道の曲がりは小さくなり、従って、
ノッチは発生し難くなる。ところが、イオンエネルギー
が高いために、下地膜であるＳｉＯ2膜１０までもエッ
チングしてしまい、エッチング選択比が下がってしまう
という問題点があった。
に、従来、図２１に示すプラズマエッチング装置が用い
られている。図２１に示すプラズマエッチング装置で
は、ステージ３にインピーダンス整合器１６を介してＲ
Ｆ（高周波）電源１７が接続されている。このＲＦ電源
１７によって、半導体ウエハ２にＲＦバイアス電圧が印
加され、イオンを加速しエネルギーを高めて半導体ウエ
ハ２に入射させることが可能である。この装置によれ
ば、イオンエネルギーが高いので上述したチャージアッ
プによるイオンの軌道の曲がりは小さくなり、従って、
ノッチは発生し難くなる。ところが、イオンエネルギー
が高いために、下地膜であるＳｉＯ2膜１０までもエッ
チングしてしまい、エッチング選択比が下がってしまう
という問題点があった。
【０００８】また、図１８に示すように、コイル８によ
って生ずる磁力線Ｂは、コイル８を中心として発散する
ため、半導体ウエハ２の表面の周囲では半導体ウエハ２
に垂直とはならない。イオンは、イオンシース電界によ
り加速されるので半導体ウエハ２に直進性良く入射する
が、イオンは電子と反応性ガスとの衝突により生じるた
め、電子に追従するように磁力線Ｂに沿って進行する傾
向もある。このため、半導体ウエハ２の周辺部において
は、イオンは半導体ウエハ２に垂直に入射せず、充分な
異方性エッチングを行えないという問題点もあった。さ
らに、磁力線Ｂの分布は、半導体ウエハ２の周辺部では
中央部に比べて疎となる。このため、半導体ウエハ２の
中央部と周辺部とでプラズマ密度に差が生じ、エッチン
グ速度に差が生じるため、エッチングの均一性が悪化す
るという問題点もあった。
って生ずる磁力線Ｂは、コイル８を中心として発散する
ため、半導体ウエハ２の表面の周囲では半導体ウエハ２
に垂直とはならない。イオンは、イオンシース電界によ
り加速されるので半導体ウエハ２に直進性良く入射する
が、イオンは電子と反応性ガスとの衝突により生じるた
め、電子に追従するように磁力線Ｂに沿って進行する傾
向もある。このため、半導体ウエハ２の周辺部において
は、イオンは半導体ウエハ２に垂直に入射せず、充分な
異方性エッチングを行えないという問題点もあった。さ
らに、磁力線Ｂの分布は、半導体ウエハ２の周辺部では
中央部に比べて疎となる。このため、半導体ウエハ２の
中央部と周辺部とでプラズマ密度に差が生じ、エッチン
グ速度に差が生じるため、エッチングの均一性が悪化す
るという問題点もあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなプラズ
マエッチング装置では、以上のように微細パターン内の
局所的なチャージアップによりノッチを生じ、エッチン
グの異方性が損なわれるという問題点があった。また、
イオンエネルギーを高めることによってエッチングの異
方性を維持しようとすると、選択比が下がってしまい、
異方性と選択比とを同時に向上させてエッチングを行う
ことが困難であるという問題点があった。さらに、コイ
ルによる磁力線はコイルを中心に発散するため、半導体
ウエハ２の周辺部において充分な異方性エッチングが行
えず、エッチングの均一性が低下するという問題点もあ
った。
マエッチング装置では、以上のように微細パターン内の
局所的なチャージアップによりノッチを生じ、エッチン
グの異方性が損なわれるという問題点があった。また、
イオンエネルギーを高めることによってエッチングの異
方性を維持しようとすると、選択比が下がってしまい、
異方性と選択比とを同時に向上させてエッチングを行う
ことが困難であるという問題点があった。さらに、コイ
ルによる磁力線はコイルを中心に発散するため、半導体
ウエハ２の周辺部において充分な異方性エッチングが行
えず、エッチングの均一性が低下するという問題点もあ
った。
【００１０】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、微細パターン内の局部的なチャ
ージアップを防止してノッチの発生を防ぎ、異方性と選
択比を共に向上させてエッチングを行うことができると
共に、半導体ウエハの周辺部においても充分な異方性エ
ッチングが行えるプラズマエッチング装置及び半導体装
置の製造方法を得ることを目的とする。
ためになされたもので、微細パターン内の局部的なチャ
ージアップを防止してノッチの発生を防ぎ、異方性と選
択比を共に向上させてエッチングを行うことができると
共に、半導体ウエハの周辺部においても充分な異方性エ
ッチングが行えるプラズマエッチング装置及び半導体装
置の製造方法を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るプ
ラズマエッチング装置は、パルス電圧オン時間とオフ時
間との和を一定の繰り返し周期とした一定電圧のパルス
バイアス電圧を試料に印加するパルス電源を設けたもの
である。請求項２の発明に係るプラズマエッチング装置
は、パルス電圧オフ時間／オン時間を０より大きく１０
００以下としたものである。
ラズマエッチング装置は、パルス電圧オン時間とオフ時
間との和を一定の繰り返し周期とした一定電圧のパルス
バイアス電圧を試料に印加するパルス電源を設けたもの
である。請求項２の発明に係るプラズマエッチング装置
は、パルス電圧オフ時間／オン時間を０より大きく１０
００以下としたものである。
【００１２】請求項３の発明に係るプラズマエッチング
装置は、マイクロ波発生手段として、マイクロ波オン時
間とオフ時間との和を一定の繰り返し周期としたパルス
発振マイクロ波電源を備え、マイクロ波オン時間／オフ
時間を０より大きく９．０以下としたものである。
装置は、マイクロ波発生手段として、マイクロ波オン時
間とオフ時間との和を一定の繰り返し周期としたパルス
発振マイクロ波電源を備え、マイクロ波オン時間／オフ
時間を０より大きく９．０以下としたものである。
【００１３】請求項４の発明に係るプラズマエッチング
装置は、２０００ガウス以上の磁場及び数ギガヘルツ〜
数千ギガヘルツのマイクロ波を印加するものである。
装置は、２０００ガウス以上の磁場及び数ギガヘルツ〜
数千ギガヘルツのマイクロ波を印加するものである。
【００１４】請求項５の発明に係るプラズマエッチング
装置は、ステージの側部に反磁性体フォーカスリングを
設けたものである。請求項６の発明に係る半導体装置の
製造方法は、半導体ウエハを反応室内に載置する工程
と、反応室内に反応ガスを導入し該反応室を所定の圧力
に保持する工程と、反応室内に導入されたマイクロ波と
半導体ウエハの表面に対して垂直方向に印加された磁界
との電子サイクロトロン共鳴により発生した反応ガスの
プラズマを用いて半導体ウエハをエッチングする工程と
を備え、プラズマを発生させながら、パルス電圧オン時
間とオフ時間との和を一定の繰り返し周期とした一定電
圧のパルスバイアス電圧を半導体ウエハに印加する工程
を含むものである。 請求項７の発明に係る半導体装置の
製造方法は、マイクロ波を、マイクロ波オン時間とオフ
時間との和を一定の繰り返し周期としたパルス発振マイ
クロ波とし、マイクロ波オン時間／オフ時間を０より大
きく９．０以下としたものである。
装置は、ステージの側部に反磁性体フォーカスリングを
設けたものである。請求項６の発明に係る半導体装置の
製造方法は、半導体ウエハを反応室内に載置する工程
と、反応室内に反応ガスを導入し該反応室を所定の圧力
に保持する工程と、反応室内に導入されたマイクロ波と
半導体ウエハの表面に対して垂直方向に印加された磁界
との電子サイクロトロン共鳴により発生した反応ガスの
プラズマを用いて半導体ウエハをエッチングする工程と
を備え、プラズマを発生させながら、パルス電圧オン時
間とオフ時間との和を一定の繰り返し周期とした一定電
圧のパルスバイアス電圧を半導体ウエハに印加する工程
を含むものである。 請求項７の発明に係る半導体装置の
製造方法は、マイクロ波を、マイクロ波オン時間とオフ
時間との和を一定の繰り返し周期としたパルス発振マイ
クロ波とし、マイクロ波オン時間／オフ時間を０より大
きく９．０以下としたものである。
【００１５】
【実施例】実施例１． 図１は、この発明の実施例１によるプラズマエッチング
装置を示す概略構成図である。なお、各図中、同一符号
は同一又は相当部分を示している。図において、半導体
ウエハ２を載置するステージ３に、パルス電源１８が接
続されている。
装置を示す概略構成図である。なお、各図中、同一符号
は同一又は相当部分を示している。図において、半導体
ウエハ２を載置するステージ３に、パルス電源１８が接
続されている。
【００１６】上述したように構成されたプラズマエッチ
ング装置においては、半導体ウエハ２のエッチング処理
を施すには、まず、反応室１内を真空排気し、続いて、
排気を行いながら、ガス導入管４から反応ガスを導入
し、反応室１内を所定の圧力に維持する。次に、マイク
ロ波電源５でマイクロ波を発生させ、発生したマイクロ
波を導波管６及び石英窓７を介して反応室１内に導くと
共に、コイル８によって反応室１内に磁界を印加するこ
とによって、ガスプラズマを発生させる。同時に、ステ
ージ３に接続されたパルス電源１８によりパルス電圧を
発生させ、ステージ３を介して半導体ウエハ２に正のパ
ルスバイアス電圧を印加する。反応室１で発生したガス
プラズマは、コイル８により生じた磁力線に沿って輸送
され、このガスプラズマにより半導体ウエハ２がエッチ
ングされる。
ング装置においては、半導体ウエハ２のエッチング処理
を施すには、まず、反応室１内を真空排気し、続いて、
排気を行いながら、ガス導入管４から反応ガスを導入
し、反応室１内を所定の圧力に維持する。次に、マイク
ロ波電源５でマイクロ波を発生させ、発生したマイクロ
波を導波管６及び石英窓７を介して反応室１内に導くと
共に、コイル８によって反応室１内に磁界を印加するこ
とによって、ガスプラズマを発生させる。同時に、ステ
ージ３に接続されたパルス電源１８によりパルス電圧を
発生させ、ステージ３を介して半導体ウエハ２に正のパ
ルスバイアス電圧を印加する。反応室１で発生したガス
プラズマは、コイル８により生じた磁力線に沿って輸送
され、このガスプラズマにより半導体ウエハ２がエッチ
ングされる。
【００１７】図２は、上述のようにして形成されたガス
プラズマ中に置かれた半導体ウエハ２の表面に形成され
るイオンシース電界を説明する線図である。すなわち、
パルス電圧が印加されていない時（ｔ2）、半導体ウエ
ハ２の電位（基板電位Ｖｓ）は、プラズマの状態によっ
て定まるフローティング電位（Ｖｆ）と等しくなる。こ
のフローティング電位とプラズマ電位（Ｖｐ）との電位
差により、イオンシース電界が形成される。なお、実施
例１におけるイオンシース電界は、２０Ｖであった。半
導体ウエハ２には、ステージ３を介してパルス電源１８
により２０Ｖ以上のパルス電圧が印加されているため、
パルス電圧が印加されている時間ｔ1の間は基板電位が
高まり、プラズマ電位と基板電位との電位差がなくなる
のでイオンシース電界は消失する。すると、時間ｔ1の
間は、プラズマ中の電子は半導体ウエハ２に自由に入射
することができるので、電子は微細パターン底面１５ま
で到達し、微細パターン底面１５の正電荷を中和するが
できる。
プラズマ中に置かれた半導体ウエハ２の表面に形成され
るイオンシース電界を説明する線図である。すなわち、
パルス電圧が印加されていない時（ｔ2）、半導体ウエ
ハ２の電位（基板電位Ｖｓ）は、プラズマの状態によっ
て定まるフローティング電位（Ｖｆ）と等しくなる。こ
のフローティング電位とプラズマ電位（Ｖｐ）との電位
差により、イオンシース電界が形成される。なお、実施
例１におけるイオンシース電界は、２０Ｖであった。半
導体ウエハ２には、ステージ３を介してパルス電源１８
により２０Ｖ以上のパルス電圧が印加されているため、
パルス電圧が印加されている時間ｔ1の間は基板電位が
高まり、プラズマ電位と基板電位との電位差がなくなる
のでイオンシース電界は消失する。すると、時間ｔ1の
間は、プラズマ中の電子は半導体ウエハ２に自由に入射
することができるので、電子は微細パターン底面１５ま
で到達し、微細パターン底面１５の正電荷を中和するが
できる。
【００１８】図３は、実施例１によるプラズマエッチン
グ装置を用いて図１９及び図２０に示したＳｉＯ2膜１
０上のＳｉ膜１１をエッチングした際に、これらの膜の
界面に発生するノッチ量（図２０中のＡ）に対するパル
ス電圧オン／オフ時間比（ｔ2／ｔ1）の依存性を示す線
図である。なお、パルス電圧を印加する際の繰り返し周
期（ｔ1＋ｔ2）は、０.１ミリ秒であった。この繰り返
し周期は、半導体ウエハの容量、シース電界の抵抗によ
って決定される時定数であり、チャージアップがリーク
する時間に一致させたものであるが、半導体ウエハの種
類、エッチング条件、チャージアップのリーク時間等に
より、適宜変更することができる。図３から判るよう
に、パルス電圧印加時間ｔ1を長くしてｔ2／ｔ1を小さ
くすることにより、ノッチ量は減少して行く。特に、ｔ
2／ｔ1＜１０００においてノッチは全く観察されなくな
る。これは、電子はイオンに比べて質量が小さく移動度
が大きいため、電子流入時間であるｔ1がｔ2の数百分の
１以上であれば電荷を完全に中和することができるから
である。
グ装置を用いて図１９及び図２０に示したＳｉＯ2膜１
０上のＳｉ膜１１をエッチングした際に、これらの膜の
界面に発生するノッチ量（図２０中のＡ）に対するパル
ス電圧オン／オフ時間比（ｔ2／ｔ1）の依存性を示す線
図である。なお、パルス電圧を印加する際の繰り返し周
期（ｔ1＋ｔ2）は、０.１ミリ秒であった。この繰り返
し周期は、半導体ウエハの容量、シース電界の抵抗によ
って決定される時定数であり、チャージアップがリーク
する時間に一致させたものであるが、半導体ウエハの種
類、エッチング条件、チャージアップのリーク時間等に
より、適宜変更することができる。図３から判るよう
に、パルス電圧印加時間ｔ1を長くしてｔ2／ｔ1を小さ
くすることにより、ノッチ量は減少して行く。特に、ｔ
2／ｔ1＜１０００においてノッチは全く観察されなくな
る。これは、電子はイオンに比べて質量が小さく移動度
が大きいため、電子流入時間であるｔ1がｔ2の数百分の
１以上であれば電荷を完全に中和することができるから
である。
【００１９】また、図３は、Ｓｉ膜１１と下地のＳｉＯ
2膜１０とのエッチング選択比も示している。図２１に
示したＲＦバイアス電圧の印加によりノッチ量を減少さ
せる従来のプラズマエッチング装置では、イオンエネル
ギーが高まるために、ノッチを無くすためには選択比が
２０以下になってしまった。しかし、この発明の実施例
１の装置では、正のパルスバイアスを加えるため、イオ
ンエネルギーが高まらず選択比は１００で一定であり、
無バイアスの時の選択比と同じであった。
2膜１０とのエッチング選択比も示している。図２１に
示したＲＦバイアス電圧の印加によりノッチ量を減少さ
せる従来のプラズマエッチング装置では、イオンエネル
ギーが高まるために、ノッチを無くすためには選択比が
２０以下になってしまった。しかし、この発明の実施例
１の装置では、正のパルスバイアスを加えるため、イオ
ンエネルギーが高まらず選択比は１００で一定であり、
無バイアスの時の選択比と同じであった。
【００２０】実施例２． 図４は、この発明の実施例２によるプラズマエッチング
装置を示す概略構成図である。この図４に示す装置は、
従来のプラズマエッチング装置におけるマイクロ波電源
５の代わりに、パルス発振マイクロ波電源１９を設けた
ものである。このパルス発振マイクロ波電源１９は、例
えば１０ｋＨｚの繰り返し周波数で間欠的にオン／オフ
してマイクロ波を供給し、プラズマエッチング処理を行
うものである。ガスプラズマ中に置かれた半導体ウエハ
２の表面に形成されるイオンシース電界は、図５に示す
ようになる。すなわち、半導体ウエハ２の電位（基板電
位Ｖｓ）は、プラズマの状態によって定まるフローティ
ング電位（Ｖｆ）と等しくなり、このフローティング電
位（Ｖｆ）とプラズマ電位（Ｖｐ）との電位差によりイ
オンシース電界が形成される。なお、実施例２における
イオンシース電界は、２０Ｖであった。
装置を示す概略構成図である。この図４に示す装置は、
従来のプラズマエッチング装置におけるマイクロ波電源
５の代わりに、パルス発振マイクロ波電源１９を設けた
ものである。このパルス発振マイクロ波電源１９は、例
えば１０ｋＨｚの繰り返し周波数で間欠的にオン／オフ
してマイクロ波を供給し、プラズマエッチング処理を行
うものである。ガスプラズマ中に置かれた半導体ウエハ
２の表面に形成されるイオンシース電界は、図５に示す
ようになる。すなわち、半導体ウエハ２の電位（基板電
位Ｖｓ）は、プラズマの状態によって定まるフローティ
ング電位（Ｖｆ）と等しくなり、このフローティング電
位（Ｖｆ）とプラズマ電位（Ｖｐ）との電位差によりイ
オンシース電界が形成される。なお、実施例２における
イオンシース電界は、２０Ｖであった。
【００２１】パルス発振マイクロ波電源１９は、間欠的
にマイクロ波を発振しているため、マイクロ波のオン時
間ｔ3中はプラズマ電位と基板電位との電位差によりイ
オンシース電界が形成されるが、そのオフ時間ｔ4にお
いてはプラズマが消滅するため、過渡的にプラズマ電位
と基板電位との電位差が小さくなり、イオンシース電界
が弱まる。従って、このオフ時間ｔ4の過渡応答中にプ
ラズマ中の電子は自由に基板に入射することができるの
で、電子は微細パターン底面１５まで到達し、微細パタ
ーン底面１５の正電荷を中和することができる。
にマイクロ波を発振しているため、マイクロ波のオン時
間ｔ3中はプラズマ電位と基板電位との電位差によりイ
オンシース電界が形成されるが、そのオフ時間ｔ4にお
いてはプラズマが消滅するため、過渡的にプラズマ電位
と基板電位との電位差が小さくなり、イオンシース電界
が弱まる。従って、このオフ時間ｔ4の過渡応答中にプ
ラズマ中の電子は自由に基板に入射することができるの
で、電子は微細パターン底面１５まで到達し、微細パタ
ーン底面１５の正電荷を中和することができる。
【００２２】図６は、実施例２によるプラズマエッチン
グ装置を用いて図１９及び図２０に示したＳｉＯ2膜１
０上のＳｉ膜１１をエッチングした際に、これらの膜の
界面に発生するノッチ量（図２０中のＡ）のマイクロ波
オフ時間依存性を示した線図である。図６から判るよう
に、マイクロ波オフ時間ｔ4を長くすることにより、ノ
ッチ量は減少し、オフ時間が０.０２ミリ秒以上ではノ
ッチは観察されなくなった。なお、この場合も実施例１
と同様に、マイクロ波オン時間及びマイクロ波オフ時間
の和である繰り返し周期（ｔ3＋ｔ4）は、０.１ミリ秒
であった。また、図２１に示したＲＦバイアスの印加に
よりノッチ量を減少させる従来のプラズマエッチング装
置では、ノッチを無くすために選択比が２０以下になっ
てしまった。しかし、実施例２の場合では、図６に示す
ように、マイクロ波のオフ時間におけるプラズマの減衰
を利用して間欠的にイオンシース電界を弱めてチャージ
アップを抑制しているため、イオンエネルギーが高まら
ず選択比は１００で一定であり、間欠的ではなく連続的
にマイクロ波を供給する場合と同じ選択比であった。即
ち、図６に示すように、マイクロ波のオン／オフ比が０
より大きく０．０９／０．０１＝９．０以下のときに、
エッチング時のノッチ抑制と選択比維持とを両立させる
ことができる。また、オン／オフ比が０．０８／０．０
２＝４．０以下では、ノッチの発生をより確実に抑制で
きる。
グ装置を用いて図１９及び図２０に示したＳｉＯ2膜１
０上のＳｉ膜１１をエッチングした際に、これらの膜の
界面に発生するノッチ量（図２０中のＡ）のマイクロ波
オフ時間依存性を示した線図である。図６から判るよう
に、マイクロ波オフ時間ｔ4を長くすることにより、ノ
ッチ量は減少し、オフ時間が０.０２ミリ秒以上ではノ
ッチは観察されなくなった。なお、この場合も実施例１
と同様に、マイクロ波オン時間及びマイクロ波オフ時間
の和である繰り返し周期（ｔ3＋ｔ4）は、０.１ミリ秒
であった。また、図２１に示したＲＦバイアスの印加に
よりノッチ量を減少させる従来のプラズマエッチング装
置では、ノッチを無くすために選択比が２０以下になっ
てしまった。しかし、実施例２の場合では、図６に示す
ように、マイクロ波のオフ時間におけるプラズマの減衰
を利用して間欠的にイオンシース電界を弱めてチャージ
アップを抑制しているため、イオンエネルギーが高まら
ず選択比は１００で一定であり、間欠的ではなく連続的
にマイクロ波を供給する場合と同じ選択比であった。即
ち、図６に示すように、マイクロ波のオン／オフ比が０
より大きく０．０９／０．０１＝９．０以下のときに、
エッチング時のノッチ抑制と選択比維持とを両立させる
ことができる。また、オン／オフ比が０．０８／０．０
２＝４．０以下では、ノッチの発生をより確実に抑制で
きる。
【００２３】実施例３． 図７は、この発明の実施例３によるプラズマエッチング
装置を示す概略構成図である。この図に示す装置は、従
来のプラズマエッチング装置におけるコイル８の代わり
に、２０００ガウス（０.２Ｔ）以上の磁場を発生でき
る強磁場コイル２０を設けたものである。また、図８
は、磁場中における電子の運動を模式的に示す模式図で
ある。図８に示すように、運動する電子２１は、ローレ
ンツ力を受けて磁力線Ｂに巻き付くように進行する。こ
の時の電子２１の軌跡の回転半径はラーマ半径（Larmor
radius）と呼ばれ、次の(１)式で表される。
装置を示す概略構成図である。この図に示す装置は、従
来のプラズマエッチング装置におけるコイル８の代わり
に、２０００ガウス（０.２Ｔ）以上の磁場を発生でき
る強磁場コイル２０を設けたものである。また、図８
は、磁場中における電子の運動を模式的に示す模式図で
ある。図８に示すように、運動する電子２１は、ローレ
ンツ力を受けて磁力線Ｂに巻き付くように進行する。こ
の時の電子２１の軌跡の回転半径はラーマ半径（Larmor
radius）と呼ばれ、次の(１)式で表される。
【００２４】 Ｒ＝ｍeｖv／ｑＢ ・・・・ (１)
【００２５】ここで、Ｒはラーマ半径、ｑは電子の電荷
量、ｍeは電子の質量、Ｂは磁束密度、ｖvは磁力線に垂
直な方向の電子の速度成分である。従って、ｖvが同じ
時には、磁束密度が大きくなる程ラーマ半径が小さくな
る。また、電子温度と熱運動平均速度との関係は、次の
(２)式で表される。
量、ｍeは電子の質量、Ｂは磁束密度、ｖvは磁力線に垂
直な方向の電子の速度成分である。従って、ｖvが同じ
時には、磁束密度が大きくなる程ラーマ半径が小さくな
る。また、電子温度と熱運動平均速度との関係は、次の
(２)式で表される。
【００２６】 ｖ＝（８ｋＴe／πｍe）1/2 ・・・・ (２)
【００２７】ここで、ｖは熱運動平均速度、ｋはボルツ
マン定数、Ｔeは電子温度である。例えば電子温度が５
ｅＶの時、熱運動平均速度は約１.５×１０-6ｍ／ｓと
なるので、共鳴位置でｖ＝ｖvとすると、磁束密度が１
０００ガウス（０.１Ｔ）では、ラーマ半径は８５μｍ
となり、磁束密度が１０万ガウス（１０Ｔ）では、ラー
マ半径は０.８５μｍとなる。ここで、もし図９に示す
ように、ラーマ半径がパターンの間隔に比べて小さい時
には、電子２１がマスク材の側壁へ衝突する確率は減少
し、パターンの疎密によるチャージアップの差は減少す
る。実際には、発散磁界中では、電子の運動量は磁力線
方向に変換され、ｖvは減少するため、ラーマ半径の縮
小の効果はパターンの間隔よりも大きい時にも現れる。
マン定数、Ｔeは電子温度である。例えば電子温度が５
ｅＶの時、熱運動平均速度は約１.５×１０-6ｍ／ｓと
なるので、共鳴位置でｖ＝ｖvとすると、磁束密度が１
０００ガウス（０.１Ｔ）では、ラーマ半径は８５μｍ
となり、磁束密度が１０万ガウス（１０Ｔ）では、ラー
マ半径は０.８５μｍとなる。ここで、もし図９に示す
ように、ラーマ半径がパターンの間隔に比べて小さい時
には、電子２１がマスク材の側壁へ衝突する確率は減少
し、パターンの疎密によるチャージアップの差は減少す
る。実際には、発散磁界中では、電子の運動量は磁力線
方向に変換され、ｖvは減少するため、ラーマ半径の縮
小の効果はパターンの間隔よりも大きい時にも現れる。
【００２８】図１０は、共鳴点でのノッチ量の磁場強度
依存性を示す線図である。この図から判るように、ノッ
チ量を低減する効果は、２０００ガウス程度以上から顕
著に現れる。なお、マイクロ波供給源としては、例えば
クライストロン又はジャイロトロンを用いることによっ
て、２０００ガウス以上の磁場と共鳴する数ＧＨｚ〜数
千ＧＨｚのマイクロ波を発生させることが可能である。
また、強磁場コイル２０としては、常電導マグネット又
は超電導マグネットを用い、数十Ｔまでの磁場を発生さ
せることが可能である。
依存性を示す線図である。この図から判るように、ノッ
チ量を低減する効果は、２０００ガウス程度以上から顕
著に現れる。なお、マイクロ波供給源としては、例えば
クライストロン又はジャイロトロンを用いることによっ
て、２０００ガウス以上の磁場と共鳴する数ＧＨｚ〜数
千ＧＨｚのマイクロ波を発生させることが可能である。
また、強磁場コイル２０としては、常電導マグネット又
は超電導マグネットを用い、数十Ｔまでの磁場を発生さ
せることが可能である。
【００２９】さらに、強磁場コイル２０によって、間欠
的に半導体ウエハ２上の磁場を１０Ｔ以上としても良
い。すなわち、例えば２.４５ＧＨｚのマイクロ波に対
し、電子サイクロトロン共鳴磁場である８７５ガウス
（０.０８７５Ｔ）の磁場を反応室１の内部に発生させ
ておく。この定常状態の磁場に、半導体ウエハ２上での
磁束密度が１０Ｔ（１０万ガウス）以上になるような強
力な磁場を間欠的に印加すると、電子軌道のラーマ半径
が小さくなり、微細パターン底部１５まで電子が到達す
る。これによって、微細パターン底面１５の正のチャー
ジアップを緩和し、異方性の高いエッチングを行うこと
ができる。
的に半導体ウエハ２上の磁場を１０Ｔ以上としても良
い。すなわち、例えば２.４５ＧＨｚのマイクロ波に対
し、電子サイクロトロン共鳴磁場である８７５ガウス
（０.０８７５Ｔ）の磁場を反応室１の内部に発生させ
ておく。この定常状態の磁場に、半導体ウエハ２上での
磁束密度が１０Ｔ（１０万ガウス）以上になるような強
力な磁場を間欠的に印加すると、電子軌道のラーマ半径
が小さくなり、微細パターン底部１５まで電子が到達す
る。これによって、微細パターン底面１５の正のチャー
ジアップを緩和し、異方性の高いエッチングを行うこと
ができる。
【００３０】参考例１． 図１１は、この発明の参考例１によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。この図に示す装置は、
ステージ３の周囲にリング形状の強磁性体部材２２を設
けたものである。この強磁性体部材２２は、例えばＳｍ
Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の強磁性体材料で造られており、強
磁性体部材２２に向けて急激な発散磁界を形成すること
ができる。従って、図１２に示すように、コイル８によ
り発生した磁力線Ｂは、強磁性体部材２２により半導体
ウエハ２の表面に形成されたイオンシース領域２３上で
半導体ウエハ２の中心から外側に曲げられる。従って、
質量が小さく移動度が大きい電子は磁力線Ｂに沿って運
動するので、半導体ウエハ２の表面に運ばれる電子の数
は、従来装置に比較して少なくなる。
グ装置を示す概略構成図である。この図に示す装置は、
ステージ３の周囲にリング形状の強磁性体部材２２を設
けたものである。この強磁性体部材２２は、例えばＳｍ
Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の強磁性体材料で造られており、強
磁性体部材２２に向けて急激な発散磁界を形成すること
ができる。従って、図１２に示すように、コイル８によ
り発生した磁力線Ｂは、強磁性体部材２２により半導体
ウエハ２の表面に形成されたイオンシース領域２３上で
半導体ウエハ２の中心から外側に曲げられる。従って、
質量が小さく移動度が大きい電子は磁力線Ｂに沿って運
動するので、半導体ウエハ２の表面に運ばれる電子の数
は、従来装置に比較して少なくなる。
【００３１】その結果、微細パターン側壁１４における
負のチャージアップは従来装置と比べて格段に減少し、
ノッチ形成の発生を防止でき、異方性の優れたパターン
形成を行うことができる。一方、正電荷を帯びた反応性
イオンは、電子に比べて質量が大きく移動度が小さいた
め、磁力線Ｂの急激な曲がりに対応できず、シース電界
により加速され、半導体ウエハ２に対して垂直に入射す
る。
負のチャージアップは従来装置と比べて格段に減少し、
ノッチ形成の発生を防止でき、異方性の優れたパターン
形成を行うことができる。一方、正電荷を帯びた反応性
イオンは、電子に比べて質量が大きく移動度が小さいた
め、磁力線Ｂの急激な曲がりに対応できず、シース電界
により加速され、半導体ウエハ２に対して垂直に入射す
る。
【００３２】参考例２． 図１３は、この発明の参考例２によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。この図に示す装置は、
ステージの少なくとも半導体ウエハ２を載置する面を、
ＮｂＳｎ等の超電導体で構成した超電導体ステージ２４
を備えたものである。この超電導体ステージ２４は、真
空二重配管等の保冷手段２５により極低温に維持され超
電導状態となる。例えば、超電導体ステージ２４がＮｂ
Ｓｎ製の場合、液体Ｈｅポット（図示しない）からＨｅ
蒸気を保冷手段２５内に送り、１８Ｋ以下の極低温を維
持して超電導体ステージ２４を超電導状態を保つことが
できる。この時、超電導体ステージ２４は超電導体特有
のマイスナー効果により完全反磁性体となる。
グ装置を示す概略構成図である。この図に示す装置は、
ステージの少なくとも半導体ウエハ２を載置する面を、
ＮｂＳｎ等の超電導体で構成した超電導体ステージ２４
を備えたものである。この超電導体ステージ２４は、真
空二重配管等の保冷手段２５により極低温に維持され超
電導状態となる。例えば、超電導体ステージ２４がＮｂ
Ｓｎ製の場合、液体Ｈｅポット（図示しない）からＨｅ
蒸気を保冷手段２５内に送り、１８Ｋ以下の極低温を維
持して超電導体ステージ２４を超電導状態を保つことが
できる。この時、超電導体ステージ２４は超電導体特有
のマイスナー効果により完全反磁性体となる。
【００３３】従って、図１４に示すように、コイル８で
生じる磁力線Ｂは、半導体ウエハ２の表面で非常に急激
に曲げられる。このため、上述した参考例１と同様に、
質量が小さく移動度が大きい電子は磁力線Ｂに沿って運
動し、半導体ウエハ２の表面に運ばれる電子の数は従来
装置に比較して少なくなる。その結果、微細パターン側
壁１４における負のチャージアップは従来装置と比べて
格段に減少し、ノッチ形成の発生を防止でき、異方性の
優れたパターン形成を行うことができる。一方、イオン
は、電子に比べて質量が大きく移動度が小さいため、磁
力線Ｂの急激な曲がりに対応できず、シース電界により
加速され、半導体ウエハ２に対して垂直に入射する。
生じる磁力線Ｂは、半導体ウエハ２の表面で非常に急激
に曲げられる。このため、上述した参考例１と同様に、
質量が小さく移動度が大きい電子は磁力線Ｂに沿って運
動し、半導体ウエハ２の表面に運ばれる電子の数は従来
装置に比較して少なくなる。その結果、微細パターン側
壁１４における負のチャージアップは従来装置と比べて
格段に減少し、ノッチ形成の発生を防止でき、異方性の
優れたパターン形成を行うことができる。一方、イオン
は、電子に比べて質量が大きく移動度が小さいため、磁
力線Ｂの急激な曲がりに対応できず、シース電界により
加速され、半導体ウエハ２に対して垂直に入射する。
【００３４】参考例３． 図１５は、この発明の参考例３によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。この図に示す装置は、
図１３に示した装置の保冷手段２５に、ブロッキングコ
ンデンサ２６及びＲＦ電源２７を設けたものであり、超
電導体ステージ２４にＲＦバイアス電圧が印加されるよ
うになっている。例えば、ＲＦ電源２７により、１３.
５６ＭＨｚ、３００Ｗ／ｍ2程度の下地膜をエッチング
せず、しかもシース電界を変化させないような弱い電力
で、かつ間欠的にＲＦバイアス電圧を印加する。これに
よって、半導体ウエハ２が負になった時に微細パターン
側壁１４に正の電荷が供給され、負のチャージアップを
電気的に中和することができる。これにより、ノッチの
発生をさらに防止し、異方性の良好なエッチングを行う
ことができる。
グ装置を示す概略構成図である。この図に示す装置は、
図１３に示した装置の保冷手段２５に、ブロッキングコ
ンデンサ２６及びＲＦ電源２７を設けたものであり、超
電導体ステージ２４にＲＦバイアス電圧が印加されるよ
うになっている。例えば、ＲＦ電源２７により、１３.
５６ＭＨｚ、３００Ｗ／ｍ2程度の下地膜をエッチング
せず、しかもシース電界を変化させないような弱い電力
で、かつ間欠的にＲＦバイアス電圧を印加する。これに
よって、半導体ウエハ２が負になった時に微細パターン
側壁１４に正の電荷が供給され、負のチャージアップを
電気的に中和することができる。これにより、ノッチの
発生をさらに防止し、異方性の良好なエッチングを行う
ことができる。
【００３５】実施例４． 図１６は、この発明の実施例４によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。この図に示す装置は、
ステージ３を囲む反応室１の壁部を、反磁性体部材２８
で構成したものである。この反磁性体部材２８は、ビス
マス又は超電導体等の反磁性体を含む部材である。コイ
ル８で発生した磁力線Ｂは、反応室１の側壁方向に発散
するが、反磁性体部材２８の磁力線を退ける作用（マイ
スナー効果）により半導体ウエハ２の表面で磁力線Ｂを
均一に、しかも半導体ウエハ２に対して垂直な方向に向
けることができる。このため、イオンの進行方向は、半
導体ウエハ２に入射する手前で垂直方向に修正されるの
で、充分な異方性エッチングを行うことができる。ま
た、磁力線の発散を抑制することにより、プラズマ密度
の均一性が向上するため、エッチングの均一性を向上さ
せることができる。
グ装置を示す概略構成図である。この図に示す装置は、
ステージ３を囲む反応室１の壁部を、反磁性体部材２８
で構成したものである。この反磁性体部材２８は、ビス
マス又は超電導体等の反磁性体を含む部材である。コイ
ル８で発生した磁力線Ｂは、反応室１の側壁方向に発散
するが、反磁性体部材２８の磁力線を退ける作用（マイ
スナー効果）により半導体ウエハ２の表面で磁力線Ｂを
均一に、しかも半導体ウエハ２に対して垂直な方向に向
けることができる。このため、イオンの進行方向は、半
導体ウエハ２に入射する手前で垂直方向に修正されるの
で、充分な異方性エッチングを行うことができる。ま
た、磁力線の発散を抑制することにより、プラズマ密度
の均一性が向上するため、エッチングの均一性を向上さ
せることができる。
【００３６】なお、図１７に示すように、図１６に示し
た反磁性体部材２８の代わりに反磁性体フォーカスリン
グ２９をステージ３上の半導体ウエハ２を囲むように設
けても良い。この場合、反磁性体フォーカスリング２９
を上下動できるようにしておけば、磁力線の方向の微調
整を行うことも可能で、異方性エッチングの最適化を図
ることができる。
た反磁性体部材２８の代わりに反磁性体フォーカスリン
グ２９をステージ３上の半導体ウエハ２を囲むように設
けても良い。この場合、反磁性体フォーカスリング２９
を上下動できるようにしておけば、磁力線の方向の微調
整を行うことも可能で、異方性エッチングの最適化を図
ることができる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したとおり、請求項１に係る発
明は、パルス電圧オン時間とオフ時間との和を一定の繰
り返し周期とした一定電圧のパルスバイアス電圧を試料
に印加するパルス電源を設けたので、微細パターン底面
における正のチャージアップを中和してノッチの発生を
防止すると共に、エッチングの選択比の向上を図ること
ができるという効果を奏する。請求項２に係る発明は、
パルス電圧オフ時間／オン時間を０より大きく１０００
以下としたので、ノッチの発生をより確実に防止するこ
とができる。
明は、パルス電圧オン時間とオフ時間との和を一定の繰
り返し周期とした一定電圧のパルスバイアス電圧を試料
に印加するパルス電源を設けたので、微細パターン底面
における正のチャージアップを中和してノッチの発生を
防止すると共に、エッチングの選択比の向上を図ること
ができるという効果を奏する。請求項２に係る発明は、
パルス電圧オフ時間／オン時間を０より大きく１０００
以下としたので、ノッチの発生をより確実に防止するこ
とができる。
【００３８】請求項３に係る発明は、マイクロ波発生手
段として、マイクロ波オン時間とオフ時間との和を一定
の繰り返し周期としたパルス発振マイクロ波電源を使用
し、マイクロ波オン時間／オフ時間を０より大きく９．
０以下としたので、間欠的にイオンシース電界を弱めて
微細パターン底面における正のチャージアップを抑制
し、ノッチの発生を防止し選択比の高いエッチングを行
うことができるという効果を奏する。
段として、マイクロ波オン時間とオフ時間との和を一定
の繰り返し周期としたパルス発振マイクロ波電源を使用
し、マイクロ波オン時間／オフ時間を０より大きく９．
０以下としたので、間欠的にイオンシース電界を弱めて
微細パターン底面における正のチャージアップを抑制
し、ノッチの発生を防止し選択比の高いエッチングを行
うことができるという効果を奏する。
【００３９】請求項４に係る発明は、磁場発生手段によ
り２０００ガウス以上の磁場を発生させ、かつマイクロ
波発生手段により数ギガヘルツ〜数千ギガヘルツのマイ
クロ波を発生させるので、微細パターン底面における正
のチャージアップを中和して、ノッチの発生を防止する
ことができるという効果を奏する。
り２０００ガウス以上の磁場を発生させ、かつマイクロ
波発生手段により数ギガヘルツ〜数千ギガヘルツのマイ
クロ波を発生させるので、微細パターン底面における正
のチャージアップを中和して、ノッチの発生を防止する
ことができるという効果を奏する。
【００４０】請求項５に係る発明は、ステージの側部
に、反磁性体フォーカスリングを設けたので、プラズマ
密度の均一性を向上でき、エッチングの均一性も向上さ
せることができるという効果を奏する。請求項６に係る
発明は、プラズマを発生させながら、パルス電圧オン時
間とオフ時間との和を一定の繰り返し周期とした一定電
圧のパルスバイアス電圧を半導体ウエハに印加する工程
を含むので、微細パターン底面における正のチャージア
ップを中和してノッチの発生を防止すると共に、エッチ
ングの選択比の向上を図ることができるという効果を奏
する。請求項７に係る発明は、マイクロ波を、マイクロ
波オン時間とオフ時間との和を一定の繰り返し周期とし
たパルス発振マイクロ波とし、マイクロ波オン時間／オ
フ時間を０より大きく９．０以下としたので、間欠的に
イオンシース電界を弱めて微細パターン底面における正
のチャージアップを抑制し、ノッチの発生を防止し選択
比の高いエッチングを行うことができるという効果を奏
する。
に、反磁性体フォーカスリングを設けたので、プラズマ
密度の均一性を向上でき、エッチングの均一性も向上さ
せることができるという効果を奏する。請求項６に係る
発明は、プラズマを発生させながら、パルス電圧オン時
間とオフ時間との和を一定の繰り返し周期とした一定電
圧のパルスバイアス電圧を半導体ウエハに印加する工程
を含むので、微細パターン底面における正のチャージア
ップを中和してノッチの発生を防止すると共に、エッチ
ングの選択比の向上を図ることができるという効果を奏
する。請求項７に係る発明は、マイクロ波を、マイクロ
波オン時間とオフ時間との和を一定の繰り返し周期とし
たパルス発振マイクロ波とし、マイクロ波オン時間／オ
フ時間を０より大きく９．０以下としたので、間欠的に
イオンシース電界を弱めて微細パターン底面における正
のチャージアップを抑制し、ノッチの発生を防止し選択
比の高いエッチングを行うことができるという効果を奏
する。
【図１】 この発明の実施例１によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。
グ装置を示す概略構成図である。
【図２】 半導体ウエハの表面に形成されるイオンシー
ス電界の電位を説明する線図である。
ス電界の電位を説明する線図である。
【図３】 ノッチ量のパルス電圧オン／オフ時間比に対
する依存性を示す線図である。
する依存性を示す線図である。
【図４】 この発明の実施例２によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。
グ装置を示す概略構成図である。
【図５】 半導体ウエハの表面に形成されるイオンシー
ス電界の電位を説明する線図である。
ス電界の電位を説明する線図である。
【図６】 ノッチ量のマイクロ波オフ時間に対する依存
性を示す線図である。
性を示す線図である。
【図７】 この発明の実施例３によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。
グ装置を示す概略構成図である。
【図８】 磁場中における電子の運動を示す模式図であ
る。
る。
【図９】 ラーマ半径の小さい電子が微細パターン中に
入射する状態を示す模式図である。
入射する状態を示す模式図である。
【図１０】 微細パターンにおけるノッチ量の磁場強度
依存性を表す線図である。
依存性を表す線図である。
【図１１】 この発明の参考例１によるプラズマエッチ
ング装置を示す概略構成図である。
ング装置を示す概略構成図である。
【図１２】 強磁性体部材により磁力線がイオンシース
領域上で曲げられる状態を示す模式図である。
領域上で曲げられる状態を示す模式図である。
【図１３】 この発明の参考例２によるプラズマエッチ
ング装置を示す概略構成図である。
ング装置を示す概略構成図である。
【図１４】 半導体ウエハ上で磁力線が急激に曲げられ
る状態を示す模式図である。
る状態を示す模式図である。
【図１５】 この発明の参考例３によるプラズマエッチ
ング装置を示す概略構成図である。
ング装置を示す概略構成図である。
【図１６】 この発明の実施例４によるプラズマエッチ
ング装置を示す概略構成図である。
ング装置を示す概略構成図である。
【図１７】 この発明の実施例４の他の例によるプラズ
マエッチング装置を示す概略構成図である。
マエッチング装置を示す概略構成図である。
【図１８】 従来のプラズマエッチング装置を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図１９】 半導体ウエハ表面の微細パターンを示す拡
大断面図である。
大断面図である。
【図２０】 半導体ウエハ表面の微細パターンを示す拡
大断面図である。
大断面図である。
【図２１】 従来の他のプラズマエッチング装置を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
１ 反応室、２ 半導体ウエハ、３ ステージ、４ ガ
ス導入管、５ マイクロ波電源、６ 導波管、７ 石英
窓、８ コイル、９ 排気口、１０ ＳｉＯ2膜、１１
Ｓｉ膜、１２ レジストパターン、１３ 微細パター
ン、１４ 微細パターン側壁、１５ 微細パターン底
面、１６ インピーダンス整合器、１７，２７ ＲＦ電
源、１８ パルス電源、１９ パルス発振マイクロ波電
源、２０強磁場コイル、２１ 電子、２８ 反磁性体部
材、２９ 反磁性体フォーカスリング。
ス導入管、５ マイクロ波電源、６ 導波管、７ 石英
窓、８ コイル、９ 排気口、１０ ＳｉＯ2膜、１１
Ｓｉ膜、１２ レジストパターン、１３ 微細パター
ン、１４ 微細パターン側壁、１５ 微細パターン底
面、１６ インピーダンス整合器、１７，２７ ＲＦ電
源、１８ パルス電源、１９ パルス発振マイクロ波電
源、２０強磁場コイル、２１ 電子、２８ 反磁性体部
材、２９ 反磁性体フォーカスリング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星子 高広 伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機株式 会社 エル・エス・アイ研究所内 (56)参考文献 特開 平１−100923（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3065
Claims (7)
- 【請求項１】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を連続的に発
生するマイクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段
で発生したマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上
記反応室内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応
室内に反応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室
内を排気する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共
鳴により上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラ
ズマにより上記試料をエッチング処理するプラズマエッ
チング装置であって、 上記試料に、パルス電圧オン時間とオフ時間との和を一
定の繰り返し周期とした一定電圧のパルスバイアス電圧
を印加するパルス電源を設けたことを特徴とするプラズ
マエッチング装置。 - 【請求項２】 パルス電圧オフ時間／オン時間が０より
大きく１０００以下であることを特徴とする請求項１記
載のプラズマエッチング装置。 - 【請求項３】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマ
イクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室
内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反
応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気
する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により
上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマによ
り上記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装
置であって、 上記マイクロ波発生手段は、マイクロ波オン時間とオフ
時間との和を一定の繰り返し周期としたパルス発振マイ
クロ波電源であって、上記マイクロ波オン時間／上記オ
フ時間が０より大きく９．０以下であることを特徴とす
るプラズマエッチング装置。 - 【請求項４】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマ
イクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室
内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反
応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気
する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により
上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマによ
り上記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装
置であって、 電子のラーマ半径を小さくし微細パターンの底面でのチ
ャージアップを中和するために、上記磁場発生手段は、
２０００ガウス以上の磁場を発生し、かつ上記マイクロ
波発生手段は、数ギガヘルツ〜数千ギガヘルツのマイク
ロ波を発生することを特徴とするプラズマエッチング装
置。 - 【請求項５】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマ
イクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室
内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反
応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気
する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により
上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマによ
り上記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装
置であって、 上記ステージの側部には、反磁性体フォーカスリングが
設けられていることを特徴とするプラズマエッチング装
置。 - 【請求項６】 半導体ウエハを反応室内に載置する工程
と、 上記反応室内に反応ガスを導入し該反応室を所定の圧力
に保持する工程と、 上記反応室内に導入されたマイクロ波と上記半導体ウエ
ハの表面に対して垂直方向に印加された磁界との電子サ
イクロトロン共鳴により発生した上記反応ガスのプラズ
マを用いて上記半導体ウエハをエッチングする工程とを
備えた半導体装置の製造方法であって、 上記プラズマを発生させながら、パルス電圧オン時間と
オフ時間との和を一定の繰り返し周期とした一定電圧の
パルスバイアス電圧を上記半導体ウエハに印加する工程
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 半導体ウエハを反応室内に載置する工程
と、 上記反応室内に反応ガスを導入し該反応室を所定の圧力
に保持する工程と、 上記反応室内に導入されたマイクロ波と上記半導体ウエ
ハの表面に対して垂直方向に印加された磁界との電子サ
イクロトロン共鳴により発生した上記反応ガスのプラズ
マを用いて上記半導体ウエハをエッチングする工程とを
備えた半導体装 置の製造方法であって、 上記マイクロ波は、マイクロ波オン時間とオフ時間との
和を一定の繰り返し周期としたパルス発振マイクロ波で
あって、上記マイクロ波オン時間／上記オフ時間が０よ
り大きく９．０以下であること特徴とする半導体装置の
製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4214257A JP2941572B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | プラズマエッチング装置及び半導体装置の製造方法 |
| DE4308203A DE4308203C2 (de) | 1992-08-11 | 1993-03-15 | Plasmaätzvorrichtung |
| US08/247,405 US5435886A (en) | 1992-08-11 | 1994-05-23 | Method of plasma etching |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4214257A JP2941572B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | プラズマエッチング装置及び半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661182A JPH0661182A (ja) | 1994-03-04 |
| JP2941572B2 true JP2941572B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=16652760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4214257A Expired - Fee Related JP2941572B2 (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | プラズマエッチング装置及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5435886A (ja) |
| JP (1) | JP2941572B2 (ja) |
| DE (1) | DE4308203C2 (ja) |
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| JP2783276B2 (ja) * | 1995-07-04 | 1998-08-06 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JPH09129612A (ja) * | 1995-10-26 | 1997-05-16 | Tokyo Electron Ltd | エッチングガス及びエッチング方法 |
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| KR102432857B1 (ko) | 2017-09-01 | 2022-08-16 | 삼성전자주식회사 | 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 |
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