JP2972707B1 - プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法 - Google Patents
プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法Info
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Abstract
グ膜に対してエッチングを行なう場合におけるエッチン
グレートの面内均一性を向上させる。 【解決手段】 チャンバー1の下部には、半導体基板3
を保持すると共に高周波電力が印加される試料台2が設
けられていると共に、チャンバー1には、チャンバー1
内にエッチングガスを導入するためのガス導入部8及び
チャンバー1内のガスを排出するガス排出部5が設けら
れている。チャンバー1の外部の上側には誘導結合型の
シングルスパイラルコイル4が配置されており、該シン
グルスパイラルコイル4の一端部は高周波電力供給源6
に接続されていると共に、シングルスパイラルコイル4
の他端部は接地されている。シングルスパイラルコイル
4の高電圧領域と試料台2の排気側領域とは、チャンバ
ー1の中心軸に対してほぼ同じ側に位置している。
Description
グ装置及びプラズマエッチング方法に関し、特に、チャ
ンバー内の試料台と対向するように設けられたスパイラ
ルコイルに発生する高周波誘導電界により発生したプラ
ズマによって被エッチング膜をエッチングするプラズマ
エッチング装置及びプラズマエッチング方法に関する。
って、リソグラフィー工程における露光光は短波長化し
ており、現在では、光源としてKrFエキシマレーザ
(波長248nm)又はArFエキシマレーザ(波長1
93nm)が用いられている。
するほど、レジスト膜に対して露光を行なう際の露光光
の基板反射率が増加するため、露光光が基板で反射され
てなる反射光に起因するレジストパターンの寸法変動が
起きやすい。
の入射を抑制するために、レジスト膜の下に有機系反射
防止膜(Organic Bottom Anti-Reflective Coating:
以下、ARCと称する。)を形成するプロセスが用いら
れている。このARCプロセスは、主として、ゲート幅
が0.25μm以下のルールを持つ高性能デバイスにお
ける半導体素子の製造工程において用いられる技術であ
る。
来のリソグラフィー技術によってレジストパターンを形
成した後にARCをエッチングする必要がある。そこ
で、ARCをエッチングする際には、各種のプラズマエ
ッチング装置が用いられており、その中でも、スパイラ
ルコイルを有する誘導結合型プラズマ(Inductively Co
upled Plasma:ICP)エッチング装置がよく用いられ
ている。
ズマエッチング装置としては、コイル形状が平面型であ
る誘導結合型プラズマエッチング装置(USP.4948458 )
及びコイル形状がドーム型である誘導結合型プラズマエ
ッチング装置(USP.5614055)等が知られている。
を有する従来の誘導結合型プラズマエッチング装置につ
いて図10を参照しながら説明する。
内壁面がセラミック、アルミナ又は石英等の絶縁物で覆
われたチャンバー1の下部には、高周波電力が印加され
る下部電極としての試料台2が設けられており、該試料
台2の上には被エッチング試料としての半導体基板3が
載置されている。チャンバー1には、エッチングガスを
マスフローコントローラを介してチャンバー1内に導入
するためのガス導入部(図示は省略している。)が設け
られていると共に、チャンバー1内の圧力を0.1Pa
〜10Pa程度に制御するターボポンプに接続されたガ
ス排出部5が設けられている。
と対向するように誘導結合型のシングルスパイラルコイ
ル4が配置されており、該シングルスパイラルコイル4
の一端部は図示しない整合回路を介して高周波電力供給
源に接続されていると共に、シングルスパイラルコイル
4の他端部はチャンバー1の壁部に接続されることによ
り接地されており、これらによって、シングルスパイラ
ルコイル4には高周波誘導電界が発生し、発生した高周
波誘導電界によって、チャンバー1内に導入されたエッ
チングガスはプラズマ化される。プラズマ化されたエッ
チングガスは、試料台2に印加される高周波電力によっ
て試料台2に保持された半導体基板3の被エッチング膜
に導かれて、該被エッチング膜をエッチングする。
が、前記の平面型のシングルスパイラルコイル4を有す
る複数の誘導結合型プラズマエッチング装置を用いて、
被エッチング膜としてのARCに対してエッチング処理
を行なったところ、同一の機種であってもプラズマエッ
チング装置が異なると、エッチングレートの面内均一性
にばらつきが発生するという問題が起こった。
ッチング膜の面内におけるエッチングレートのばらつき
の程度を意味し、3σ/μ×100(%)で定義する。
ここで、σはデータ値の標準偏差、μはデータ値の平均
値であって、3σは、データ値のばらつきが正規分布を
示すときは、図17に示すように、データ値の99.7
4%が含まれる偏差を意味する。尚、3σ及びμは具体
的には[数1]に示すとおりである。
てエッチングレートの面内均一性を求めたときのプラズ
マエッチング処理の処理条件は[表1]に示すとおりで
ある。[表1]において、ICPとはシングルスパイラ
ルコイル4に印加される高周波電力を示し、RFとは試
料台2に印加される高周波電力を示している。
の装置名とエッチングレートの面内均一性との関係は
[表2]に示すとおりである。尚、被エッチング膜とし
ては、図18(a)に示すように、半導体基板10の上
に形成されたARC11に対して行なった。
対するエッチングレートの面内均一性は、A機で±4.
5%、B機で±2.1%機、C機で±5.6%、D機で
±5.1%、E機で±3.3%、F機で±6.8%、G
機で±2.6%であって、一定ではない。
うことは、被エッチング膜の面内における実際のエッチ
ング量のばらつきを招く。被エッチング膜の面内におい
て実際のエッチング量がばらつくと、例えば、エッチン
グによりFETのゲート電極を形成する場合には、FE
Tの特性がばらつく等の悪影響が発生する。
グ装置を用いて被エッチング膜に対してエッチングを行
なう場合におけるエッチングレートの面内均一性を向上
させると共に、同一機種のプラズマエッチング装置間の
エッチングレートの面内均一性のばらつきを低減するこ
とを目的とする。
機〜G機の各装置について種々の検討を行なった結果、
シングルスパイラルコイル4とガス排出部5との位置関
係が装置毎に異なることを見出した。
ス排出部5との位置関係がエッチングレートの均一性に
影響を及ぼすのではないかと考え、その理由について検
討を加えた結果、シングルスパイラルコイル4とガス排
出部5との位置関係のばらつきに起因して、チャンバー
1内のプラズマ発生領域における反応性ラジカルの分布
が不均一になることを見出した。以下、この点について
説明する。
イラルコイル4を、高周波誘導電界に直接に寄与するコ
イル部分4aと、コイル部分4aと高周波電源6との間
に位置する電源側引き出し部4bと、コイル部分4aと
接地源7との間に位置する接地側引き出し部4cとの3
つの部分に分けると共に、コイル部分4aを、コイル部
分4aと電源側引き出し部4bとの接続点である電源接
続点Aとコイル部分4aの中心点Bとを結ぶ第1の直線
L1で2つの領域に分離して考える。そして、コイル部
分4aにおける第1の直線L1で分離された2つの領域
のうち、電源接続点Aに直接に接続される部分が含まれ
る領域を高電圧領域(高周波電圧が相対的に高い領域)
と定義すると共に、電源接続点Aに直接に接続される部
分が含まれない領域を低電圧領域(高周波電圧が相対的
に低い領域)と定義する。
試料台2の中心部Cとガス排出部5の中心部Dとを結ぶ
直線に対して垂直な直線である第2の直線L2で2つの
領域に分離して考え、分離された2つの領域のうち、ガ
ス排出部5に近い方の領域を排気側領域と定義すると共
に、ガス排出部5から遠い方の領域を反排気側領域と定
義する。
L1が第2の直線L2に対して、排気側領域と低電圧側
領域とが重なるように(つまり反排気側領域と高電圧領
域とが重なるように)一致する状態から時計回りに回転
している角度を回転角度θと定義する。
角度θは[表3]に示すとおりである。
マエッチング装置においては、第1の直線L1が第2の
直線L2に対して時計回りに回転している回転角度θは
バラバラである。また、[表2]と[表3]との対比か
ら、回転角度θとエッチングレートの面内均一性との間
には相関関係があると共に回転角度θが大きいほどエッ
チングレートの面内均一性は向上することが分かった。
うに、チャンバー1のプラズマ発生領域における試料台
2の反排気側領域と対応する領域は、試料台2の排気側
領域と対応する領域に比べて、反応性ラジカルの分布量
が多いこと、及び、図14(b)に示すように、チャン
バー1のプラズマ発生領域におけるシングルスパイラル
コイル4の高電圧領域と対応する領域は、シングルスパ
イラルコイル4の低電圧領域と対応する領域に比べて、
プラズマ密度が高いため反応性ラジカルの分布量が多い
ことが考えられる。
台2の排気側領域とシングルスパイラルコイル4の高電
圧領域とを同じ側に位置させると共に、試料台2の反排
気側領域とシングルスパイラルコイル4の低電圧領域と
を同じ側に位置させると、チャンバー1のプラズマ発生
領域における反応性ラジカルの分布量が均一になる。こ
れに対して、図15(b)に示すように、試料台2の排
気側領域とシングルスパイラルコイル4の低電圧領域と
を同じ側に位置させると共に、試料台2の反排気側領域
とシングルスパイラルコイル4の高電圧領域とを同じ側
に位置させると、チャンバー1のプラズマ発生領域にお
ける反応性ラジカルの分布量は不均一になって、前者の
領域は後者の領域に比べて反応性ラジカルの分布量は少
なくなる。
のであって、スパイラルコイルの高電圧領域と試料台の
排気側領域とをチャンバーの中心軸に対してほぼ同じ側
に位置させることによって、チャンバー1のプラズマ発
生領域における反応性ラジカルの分布量を均一化するも
のである。従来のプラズマエッチング装置は、試料台2
の上に載置される半導体基板3に印加されるイオン電流
の密度を均一にすることのみを重視していたのに対し
て、本発明は、試料台2の上に載置される半導体基板3
に照射される反応性ラジカルを均一にすることを重視す
るものである。
ング装置は、チャンバーと、チャンバーに設けられチャ
ンバー内にエッチングガスを導入するガス導入部と、チ
ャンバーの側部に設けられチャンバー内のガスを排出す
るガス排出部と、チャンバーの内部に設けられた試料台
と、チャンバーの外部に試料台と対向するように設けら
れ高周波誘導電界によりエッチングガスからなるプラズ
マを発生させるスパイラルコイルとを備えたプラズマエ
ッチング装置を前提とし、スパイラルコイルの高電圧領
域と試料台の排気側領域とはチャンバーの中心軸に対し
てほぼ同じ側に位置している。
試料台の排気側領域とがチャンバーの中心軸に対してほ
ぼ同じ側に位置するとは、図16(a)に示すように、
第1の直線L1が第2の直線L2に対して時計回りに回
転する回転角度θが、+135度〜+180度の間であ
る状態、つまりオーバーラップ角度が135度〜180
度である状態、又は、図16(b)に示すように、第1
の直線L1が第2の直線L2に対して時計回りに回転す
る回転角度θが−135度〜−180度の間である状
態、つまりオーバーラップ角度が135度〜180度で
ある状態を意味する。
と、スパイラルコイルの高電圧領域と試料台の排気側領
域とがチャンバーの中心軸に対してほぼ同じ側に位置し
ているため、スパイラルコイルの低電圧領域と試料台の
反排気側領域とは必然的にチャンバーの中心軸に対して
ほぼ同じ側に位置している。チャンバーのプラズマ発生
領域におけるスパイラルコイルの低電圧領域と対応する
領域は反応性ラジカルの分布量が相対的に少なく且つ試
料台の反排気側領域と対応する領域は反応性ラジカルの
分布量が相対的に多いので、チャンバーのプラズマ発生
領域における低電圧領域及び反排気側領域と対応する領
域においては、反応性ラジカルの分布量は平均的にな
る。また、チャンバーのプラズマ発生領域におけるスパ
イラルコイルの高電圧領域と対応する領域は反応性ラジ
カルの分布量が相対的に多く且つ試料台の排気側領域と
対応する領域は反応性ラジカルの分布量が相対的に少な
いので、チャンバーのプラズマ発生領域における高電圧
領域及び排気側領域と対応する領域においても、反応性
ラジカルの分布量は平均的になる。
おける高電圧領域及び排気側領域と対応する領域及びチ
ャンバーのプラズマ発生領域における低電圧領域及び反
排気側領域と対応する領域のいずれにおいても、反応性
ラジカルの分布量は平均化されるため、チャンバーのプ
ラズマ発生領域における反応性ラジカルの分布量は均一
になる。
て、スパイラルコイルは、平面形状又はドーム形状を有
するシングルスパイラルコイルであることが好ましい。
て、スパイラルコイルは、互いに並列に配置された複数
のスパイラルコイルのうち最大の長さを有するスパイラ
ルコイルであることが好ましい。
て、スパイラルコイルに印加される高周波電力は試料台
に印加される高周波電力よりも大きいことが好ましい。
チャンバー内に導入されたエッチングガスを、チャンバ
ー内の試料台と対向するように設けられたスパイラルコ
イルに発生する高周波誘導電界によってプラズマ化する
プラズマ発生工程と、プラズマ化したエッチングガスを
試料台に保持された基板の被エッチング膜に導いて該被
エッチング膜をエッチングするエッチング工程と、チャ
ンバー内のガスをチャンバーの側壁に設けられたガス排
出部から排出するガス排出工程とを備えたプラズマエッ
チング方法を前提とし、エッチング工程は、スパイラル
コイルの高電圧領域と試料台の排気側領域とをチャンバ
ーの中心軸に対してほぼ同じ側に位置させた状態で、プ
ラズマ化したエッチングガスを被エッチング膜に導いて
該被エッチング膜をエッチングする工程を含む。
と、チャンバーのプラズマ発生領域における高電圧領域
及び排気側領域と対応する領域及びチャンバーのプラズ
マ発生領域における低電圧領域及び反排気側領域と対応
する領域のいずれにおいても、反応性ラジカルの分布量
が平均化されるため、チャンバーのプラズマ発生領域に
おける反応性ラジカルの分布量は均一になる。
て、スパイラルコイルに印加される高周波電力は試料台
に印加される高周波電力よりも大きいことが好ましい。
おいて、被エッチング膜は有機膜であることが好まし
い。
おいて、被エッチング膜は有機系反射防止膜又はレジス
ト膜であることが好ましい。
の第1の実施形態に係るプラズマエッチング装置及びプ
ラズマエッチング方法について図1(a)、(b)及び
図2を参照しながら説明する。
m、高さが例えば300mmの円筒状であって、チャン
バー1の内壁面はセラミック、アルミナ又は石英等の絶
縁物で覆われている。チャンバー1の内部には高周波電
力が印加される下部電極としての試料台2が設けられて
おり、試料台2の上には被エッチング試料としての半導
体基板3が載置されている。チャンバー1の内部におけ
る試料台2の周囲には、エッチングガスをマスフローコ
ントローラを介してチャンバー1内に導入するためのガ
ス導入部8が分散して設けられていると共に、チャンバ
ー1の側部には、チャンバー1内の圧力を0.1Pa〜
10Pa程度に制御するターボポンプに接続されたガス
排出部5が設けられている。
例えば20mmの石英板1aの上には、試料台2と対向
するように誘導結合型のシングルスパイラルコイル4が
配置されており、シングルスパイラルコイル4は、高周
波誘導電界に直接に寄与するコイル部分4aと、コイル
部分4aと高周波電源6との間に位置する電源側引き出
し部4bと、コイル部分4aと接地源7との間に位置す
る接地側引き出し部4cとの3つの部分から構成されて
いる。シングルスパイラルコイル4の電源側引き出し部
4bは図示しない整合回路を介して第1の高周波電力を
供給する高周波電力供給源6に接続されていると共に、
シングルスパイラルコイル4の接地側引き出し部4cは
チャンバー1の壁部に接続されることにより接地されて
おり、これらによって、シングルスパイラルコイル4に
は高周波誘導電界が発生し、発生した高周波誘導電界に
より、チャンバー1内に導入されたエッチングガスはプ
ラズマ化される。プラズマ化されたエッチングガスは、
試料台2に印加される第2の高周波電力によって試料台
2に保持された半導体基板3の被エッチング膜に導かれ
て、該被エッチング膜をエッチングする。
パイラルコイル4の相対的に電圧が高い領域である高電
圧領域と試料台2のガス排出部5側の領域である排気側
領域とは、チャンバー1の中心軸に対して同じ側(図1
における左側)に位置していると共に、シングルスパイ
ラルコイル4の相対的に電圧が低い領域である低電圧領
域と試料台2のガス排出部5と反対側の領域である反排
気側領域とは、チャンバー1の中心軸に対して同じ側
(図1における右側)に位置している。すなわち、第1
の直線L1が第2の直線L2に対して時計回りに回転す
る回転角度θ(図11〜図13を参照)は180度にな
っている。
におけるシングルスパイラルコイル4の高電圧領域と対
応すると共に試料台2の排気側領域と対応する領域、及
びチャンバー1のプラズマ発生領域におけるシングルス
パイラルコイル4の低電圧領域と対応すると共に試料台
2の反排気側領域と対応する領域のいずれにおいても、
反応性ラジカルの分布量は平均化されるため、チャンバ
ー1のプラズマ発生領域における反応性ラジカルの分布
量が均一になるので、試料台2に保持された半導体基板
3の被エッチング膜に対するエッチングレートは均一に
なる。
ARC11に対して、[表1]に示すエッチング条件で
プラズマエッチングを行なったところ、エッチングレー
トの均一性は±1.0%であって、エッチングレートの
プラズマエッチング装置毎のばらつきはなかった。
して時計回りに回転する回転角度θは180度でなくて
もよく、図16(a)に示すように回転角度θが+13
5度〜+180度の間又は図16(b)に示すように回
転角度θが−135度〜−180度の間、つまりオーバ
ーラップ角度が135度〜180度であれば、エッチン
グレートの均一性を向上させる効果が実験により認めら
れ、回転角度θが+170度〜+180度の間又は−1
70度〜−180度の間、つまりオーバーラップ角度が
170度〜180度であれば、エッチングレートの均一
性を向上させる効果は極めて大きいことが実験により認
められた。
ッチング装置におけるシングルスパイラルコイル4の第
1の具体例を示しており、シングルスパイラルコイル4
は内径3/8インチ(約0.95cm)の銅の角パイプ
よりなり、a:1.2 cm、b:1.3 cm、c:2.5 c
m、d:5.1 cm、e:8.8 cm、f:12.5cm、g:
15.0cmである。尚、シングルスパイラルコイル4は銅
以外の導電体により形成してもよいし、角パイプに代え
て丸パイプでもよい。
イル4のコイル部分4aにおいては、高電圧領域を構成
するA1部分、A2部分及びA3部分の接地電圧に対す
る各平均電位差は、低電圧領域を構成するB1部分、B
2部分及びB3部分の接地電圧に対する各平均電位差に
比べてそれぞれ大きいので、コイル部分4aの高電圧領
域により発生する容量結合プラズマ成分によって石英板
1aに掛かるDCバイアス成分及び高周波誘導電界は、
コイル部分4aの低電圧領域により発生する容量結合プ
ラズマ成分によって石英板1aに掛かるDCバイアス成
分及び高周波誘導電界よりも大きい。
ッチング装置におけるシングルスパイラルコイル4の第
2の具体例を示しており、第2の具体例に係るシングル
スパイラルコイル4は第1の具体例のスパイラルコイル
4と平面構造が若干異なっている。すなわち、シングル
スパイラルコイル4は十文字状の絶縁性のコイル保持板
9に保持されており、シングルスパイラルコイル4のコ
イル部分4aがコイル保持板9の上に絶縁体を介して載
置されていると共に、シングルスパイラルコイル4の電
源側引き出し部4bは、コイル部分4aの外周端から屈
折して内側へ延びた後、コイル保持板9を下側から上側
に貫通し、その後、120度程度周回した後、コイル保
持板9の中央部で高周波電力供給源6に接続されてい
る。
実施形態に係るプラズマエッチング装置及びプラズマエ
ッチング方法について図5(a)、(b)を参照しなが
ら説明する。尚、第2の実施形態においては、チャンバ
ー1の平面形状、試料台2、ガス導入部8及びガス排出
部5については、第1の実施形態と同様であるので説明
を省略する。
1の天井部にはドーム状の石英板1aが設けられてお
り、該ドーム状の石英板1aの上には、試料台2と対向
するように、複数のスパイラルコイル、例えば、第1の
スパイラルコイル4A、第2のスパイラルコイル4B及
び第3のスパイラルコイル4Cが配置されている。第1
〜第3のスパイラルコイル4A〜4Cは、互いに120
度づつ円周方向にずれて並列に配置されていると共に約
1.25周分の長さをそれぞれ有している。
ルコイルが並列に配置された構造を有する場合には、最
大のコイル長を有する最外周の第1のスパイラルコイル
4Aの高電圧領域と試料台2の排気側領域とがチャンバ
ー1の中心軸に対して同じ側に位置していると共に、第
1のスパイラルコイル4Aの低電圧領域と試料台2の反
排気側領域がチャンバー1の中心軸に対して同じ側に位
置しているときに、チャンバー1のプラズマ発生領域に
おける反応性ラジカルの分布量が均一になって、試料台
2に保持された半導体基板3の被エッチング膜に対する
エッチングレートは均一になる。
に係るプラズマエッチング方法における、エッチングレ
ートの均一性の高電圧領域と排気側領域とのオーバーラ
ップ角度に対する依存性について図6を参照しながら説
明する。
ッチング方法(平板状シングルスパイラルコイル型IC
P)及び第2の実施形態に係るプラズマエッチング方法
(ドーム状3分割スパイラルコイル型ICP)におけ
る、エッチングレートの均一性とオーバーラップ角度と
の関係を示しており、プラズマエッチング処理の処理条
件は[表4]に示すとおりである。[表4]において、
ICPとはシングルスパイラルコイル4又は第1〜第3
のスパイラルコイル4A〜4Cに印加される高周波電力
を示し、RFとは試料台2に印加される高周波電力を示
している。
180度に近づくにつれて、エッチングレートの均一性
が向上することが分かる。
つれてエッチングレートの均一性が向上する理由は、前
述したように、チャンバー1のプラズマ発生領域におけ
るシングルスパイラルコイル4又は第1〜第3のスパイ
ラルコイル4A〜4Cの高電圧領域(又は低電圧領域)
と試料台2の排気側領域(又は反排気側領域)とが一致
しているため、チャンバー1のプラズマ発生領域におけ
る反応性ラジカルの分布量が均一になるので、試料台2
に保持された半導体基板3の被エッチング膜に対するエ
ッチングレートが均一になるためである。
実施形態に係るプラズマエッチング装置及びプラズマエ
ッチング方法について、図1(a)、(b)、図7及び
図18(b)を参照しながら説明する。
プラズマエッチング装置を用いて、図18(b)に示す
ような、半導体基板10の上にシリコン酸化膜12を介
して堆積されたポリシリコン膜13に対してドライエッ
チングを行なう場合における、エッチングレートの均一
性の高電圧領域と排気側領域とのオーバーラップ角度
(回転角度θ)に対する依存性についての考察である。
ドライエッチングのプロセス条件は[表5]に示すとお
りであって、[表5]において、ICPとはシングルス
パイラルコイル4に印加される高周波電力(以下、IC
P電力と称する。)を示し、RFとは試料台2に印加さ
れる高周波電力(以下、RF電力と称する。)を示し、
xはICP電力の大きさを示している。
た状態でICP電力(x)を100、250、400
(W)と変化させた場合における、エッチングレートの
均一性の高電圧領域と排気側領域とのオーバーラップ角
度に対する依存性を示している。図7から分かるよう
に、高電圧領域と排気側領域とのオーバーラップ角度が
180度に近くなるほど、エッチングレートの均一性が
小さくなると共に、ICP電力が大きいほど、つまりR
F電力に対するICP電力の割合が大きいほど、エッチ
ングレート均一性のオーバーラップ角度に対する依存性
が大きくなる。この理由は、RF電力に対するICP電
力の割合が大きいほど、チャンバー1のプラズマ発生領
域に存在するプラズマの量が多くなり、これに伴って、
プラズマ中のラジカルの分布状態がエッチングレートの
均一性に及ぼす影響が大きくなるためである。
実施形態に係るプラズマエッチング装置及びプラズマエ
ッチング方法について、図1(a)、(b)、図8及び
図18(c)を参照しながら説明する。
プラズマエッチング装置を用いて、図18(c)に示す
ような、半導体基板10の上にシリコン酸化膜12を介
して堆積されたタングステンシリコン膜14に対してド
ライエッチングを行なう場合における、エッチングレー
トの均一性の高電圧領域と排気側領域とのオーバーラッ
プ角度(回転角度θ)に対する依存性についての考察で
ある。ドライエッチングのプロセス条件は[表6]に示
すとおりであって、[表6]において、ICP及びRF
の意味は[表5]と同じであり、yはチャンバー1内の
圧力である。
領域と反排気側領域との境界近傍)の圧力を5、10、
30(mTorr)と変化させた場合における、エッチ
ングレートの均一性の高電圧領域と排気側領域とのオー
バーラップ角度に対する依存性を示している。図8から
分かるように、高電圧領域と排気側領域とのオーバーラ
ップ角度が180度に近くなるほど、エッチングレート
の均一性が小さくなると共に、チャンバー1内の圧力が
小さいほど、エッチングレート均一性のオーバーラップ
角度に対する依存性が大きくなる。この理由は、チャン
バー1内の圧力が小さいほど、つまりチャンバー1のプ
ラズマ発生領域に存在するプラズマの量が少ないほど、
プラズマ中のラジカルの平均自由行程が長くなるので、
プラズマ中のラジカルの分布状態がエッチングレートの
均一性に及ぼす影響が大きくなるためである。
実施形態に係るプラズマエッチング装置及びプラズマエ
ッチング方法について図9(a)、(b)を参照しなが
ら説明するが、第1の実施形態と同一の部材については
同一の符号を付すことにより説明を省略する。
パイラルコイル4の相対的に電圧が低い領域である低電
圧領域と試料台2のガス排出部5側の領域である排気側
領域とは、チャンバー1の中心軸に対して同じ側(図9
における左側)に位置していると共に、シングルスパイ
ラルコイル4の相対的に電圧が高い領域である高電圧領
域と試料台2のガス排出部5と反対側の領域である反排
気側領域とは、チャンバー1の中心軸に対して同じ側
(図9における右側)に位置している。すなわち、第1
の直線L1が第2の直線L2に対して時計回りに回転す
る回転角度θ(図11〜図13を参照)は0度になって
いる。
におけるシングルスパイラルコイル4の低電圧領域と対
応すると共に試料台2の排気側領域と対応する領域は反
応性ラジカルの分布量が少ない一方、チャンバー1のプ
ラズマ発生領域におけるシングルスパイラルコイル4の
高電圧領域と対応すると共に試料台2の反排気側領域と
対応する領域は反応性ラジカルの分布量は多くなる。従
って、チャンバー1のプラズマ発生領域における反応性
ラジカルの分布量は均一にならないので、試料台2に保
持された半導体基板3の被エッチング膜に対するエッチ
ングレートも均一にはならず、チャンバー1のプラズマ
発生領域におけるシングルスパイラルコイル4の低電圧
領域及び試料台2の排気側領域と対応する領域はエッチ
ングレートは小さい一方、チャンバー1のプラズマ発生
領域におけるシングルスパイラルコイル4の高電圧領域
及び試料台2の反排気側領域と対応する領域はエッチン
グレートは大きい。すなわち、試料台2に保持された半
導体基板3の被エッチング膜に対するエッチングレート
は均一にはならないが、エッチングレートのプラズマエ
ッチング装置毎のばらつきは低減する。
示したARC11に対して、[表1]に示すエッチング
条件でプラズマエッチングを行なったところ、エッチン
グレートの均一性は±7.8%であったが、エッチング
レートのプラズマエッチング装置毎のばらつきはなかっ
た。
ング膜の種類は特に問題にならず、ARC、レジスト
膜、シリコン系膜、窒化膜、メタル合金膜又は強誘電体
膜等のいずれの膜であっても同様の効果が得られること
は言うまでもない。
ラズマエッチング方法によると、チャンバーのプラズマ
発生領域におけるスパイラルコイルの高電圧領域と対応
すると共に試料台の排気側領域と対応する領域、及びチ
ャンバーのプラズマ発生領域におけるスパイラルコイル
の低電圧領域と対応すると共に試料台の反排気側領域と
対応する領域のいずれにおいても、反応性ラジカルの分
布量は平均化されるため、チャンバーのプラズマ発生領
域における反応性ラジカルの分布量が均一になるので、
試料台に保持される基板の被エッチング膜に対するエッ
チングレートは、被エッチング膜の面内において均一に
なると共にプラズマエッチング装置間におけるエッチン
グレートの面内均一性はばらつかない。
るプラズマエッチング装置を示し、(a)はシングルス
パイラルコイルの概略平面図であって、(b)はプラズ
マエッチング装置の概略断面図である。
ング装置のチャンバーの概略平面図である。
チング装置のシングルスパイラルコイルの第1の具体例
を示す平面図である。
チング装置のシングルスパイラルコイルの第2の具体例
を示す平面図である。
係るプラズマエッチング装置のスパイラルコイルを示
し、(a)は平面図であって、(b)は断面図である。
に係るプラズマエッチング方法における、エッチングレ
ートの均一性とオーバーラップ角度との関係を示す図で
ある。
チング方法における、エッチングレートの均一性とオー
バーラップ角度との関係を示す図である。
チング方法における、エッチングレートの均一性とオー
バーラップ角度との関係を示す図である。
るプラズマエッチング装置を示し、(a)はシングルス
パイラルコイルの概略平面図であって、(b)はプラズ
マエッチング装置の概略断面図である。
である。
グルスパイラルコイルの低電圧領域及び高電圧領域を説
明する平面図である。
台の排気側領域及び反排気側領域を説明する平面図であ
る。
て、シングルスパイラルコイルの低電圧領域と高電圧領
域とを分ける第1の直線が試料台の排気側領域と反排気
側領域とを分ける第2の直線に対して回転する回転角度
を説明する図である。
装置における試料台の排気側領域及び反排気側領域の反
応性ラジカルの分布を説明する図であり、(b)は、本
発明に係るプラズマエッチング装置におけるシングルス
パイラルコイルの低電圧領域及び高電圧領域の反応性ラ
ジカルの分布を説明する図である。
装置における排気側領域且つ高電圧領域及び反排気側領
域且つ低電圧領域の反応性ラジカルの分布を説明する図
であり、(b)は、本発明に係るプラズマエッチング装
置における排気側領域且つ低電圧領域及び反排気側領域
且つ高電圧領域の反応性ラジカルの分布を説明する図で
ある。
おいて、スパイラルコイルの高電圧領域と試料台の排気
側領域とがチャンバーの中心軸に対してほぼ同じ側に位
置する条件を示す図である。
を用いてプラズマエッチングを行なう場合のエッチング
レートの均一性の定義を説明する図である。
マエッチング方法の対象となる被エッチング膜を説明す
る断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 チャンバーと、前記チャンバーに設けら
れ前記チャンバー内にエッチングガスを導入するガス導
入部と、前記チャンバーの側部に設けられ前記チャンバ
ー内のガスを排出するガス排出部と、前記チャンバーの
内部に設けられた試料台と、前記チャンバーの外部に前
記試料台と対向するように設けられ高周波誘導電界によ
りプラズマを発生させるスパイラルコイルとを備えたプ
ラズマエッチング装置において、 前記スパイラルコイルの高電圧領域と前記試料台の排気
側領域とは前記チャンバーの中心軸に対して同じ側に位
置し、オーバーラップ角度は、135〜180度である
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項2】 前記スパイラルコイルは、平面形状又は
ドーム形状を有するシングルスパイラルコイルであるこ
とを特徴とする請求項1に記載のプラズマエッチング装
置。 - 【請求項3】 前記スパイラルコイルは、互いに並列に
配置された複数のスパイラルコイルのうち最大の長さを
有するスパイラルコイルであ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装置。 - 【請求項4】 前記スパイラルコイルに印加される高周
波電力は前記試料台に印加される高周波電力よりも大き
いことを特徴とする請求項1に記載のプラズマエッチン
グ装置。 - 【請求項5】 チャンバー内に導入されたエッチングガ
スを、前記チャンバー内の試料台と対向するように設け
られたスパイラルコイルに発生する高周波誘導電界によ
ってプラズマ化するプラズマ発生工程と、プラズマ化し
た前記エッチングガスを前記試料台に保持された基板の
被エッチング膜に導いて該被エッチング膜をエッチング
するエッチング工程と、前記チャンバー内のガスを前記
チャンバーの側壁に設けられたガス排出部から排出する
ガス排出工程とを備えたプラズマエッチング方法におい
て、 前記エッチング工程は、前記スパイラルコイルの高電圧
領域と前記試料台の排気側領域とを前記チャンバーの中
心軸に対して同じ側であり、オーバーラップ角度が13
5〜180度になるように位置させた状態で、プラズマ
化した前記エッチングガスを前記被エッチング膜に導い
て該被エッチング膜をエッチングする工程を含むことを
特徴とするプラズマエッチング方法。 - 【請求項6】 前記スパイラルコイルに印加される高周
波電力は前記試料台に印加される高周波電力よりも大き
いことを特徴とする請求項5に記載のプラズマエッチン
グ方法。 - 【請求項7】 前記被エッチング膜は有機膜であること
を特徴とする請求項5に記載のプラズマエッチング方
法。 - 【請求項8】 前記被エッチング膜は有機系反射防止膜
又はレジスト膜であることを特徴とする請求項5に記載
のプラズマエッチング方法。
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