JP4763236B2

JP4763236B2 - プラズマを用いてエッチングボディにパターンをエッチングする方法

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Publication number: JP4763236B2
Application number: JP2003531510A
Authority: JP
Inventors: レルマーフランツ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2005504439A; KR100910931B1; KR20040031082A; WO2003028081A3; DE10145297A1; WO2003028081A2; EP1430521A2

Description

【０００１】
本発明は主請求項に記載の、プラズマを用いてエッチングボディにパターンをエッチングする方法たとえば横方向に精確に規定された切り欠きをシリコンボディにエッチングする方法に関する。
【０００２】
従来の技術
たとえば DE 42 41 045 C1 などの形式に従って横方向に精確に規定された切り欠きをシリコンボディにエッチングするプラズマエッチングプロセスにおいては、ポケット安定性（Taschenstabilitaet）が不十分であるという問題点がたびたび発生し、つまり要求されたエッチングプロファイルの偏差が発生し、殊にエッチングボディと誘電体界面との間の境界面たとえばシリコンとその下に位置するシリコン酸化物との間の境界面においてエッチングプロファイルの偏差が生じる。
【０００３】
そのため DE 199 57 169 A1 にはいわゆるダブルパルス技術についてすでに記載されており、これによれば誘導結合プラズマ装置におけるエッチングチャンバ内の基板電極に高いパルスピーク出力の高周波変調された搬送波信号を低周波パルス化して加えることにより、このような望ましくないポケット形成（Taschenbildung）が抑圧され、これと同時にプラズマエッチングプロセスに対する広いプロセス窓が得られるようになる。たとえばこのようにすることで、５：１〜１０：１というエッチングパターンのアスペクト比において十分なポケット安定性が達成され、オーバーエッチングに対する所定の許容度が得られるようになる。とはいうものの形成されるトレンチのアスペクト比がさらに高いと、もしくはオーバーエッチング時間がさらに高いと、このプロセスにおいてもポケット形成を完全に抑圧することはできない。
【０００４】
DE 199 33 842 A1 によれば誘導結合プラズマ源のパルス化も提案されており、これによってプラズマ放電休止中に増加して発生する負イオンが、高いアスペクト比をもつパターンにおける誘電性のエッチングベースないしはレジストの正の帯電を放電させるのに寄与することになる。ＩＣＰプラズマ源（ICP = "inductively coupled plasma"）をこのようにパルス化するときの著しい問題点は、対応する高周波発生器において高い反射パワーが発生することである。その理由は、プラズマ放電の点弧中はプラズマにおいてはっきりしない条件が生じるからであり、それらの条件によって遷移期間中、入力結合された高周波パワーをプラズマインピーダンスに整合させるのが非常に難しくなってしまう。そのためプラズマ放電の点弧は、電気的に容量結合されたモードから誘導結合されたモードへの移行状態を成しており、これによってインピーダンスの誤整合が引き起こされ、ひいては反射パワーが生じてしまう。
【０００５】
この問題を克服するため DE 199 27 806 A1 によれば、周波数決定素子としてプラズマ源を備えフィードバック路に増幅器として高周波発生器をもつマイスナー発振器の形式のフィードバック回路を介して遷移時相中、励起電圧の周波数を自由にすることが提案されている。しかしながらこの方法の欠点は、産業施設に対して許可されている周波数範囲外の周波数が発生するおそれがあることであり、これによって遮蔽が必要とされる。
【０００６】
さらに未公開の出願 DE 100 51 831.1 には、誘導結合プラズマを用いて基板をエッチングする装置および方法がすでに提案されている。これによれば基板とＩＣＰ源との間にスタティックなまたは時間とともに変化する磁界がおかれ、この磁界は少なくとも２つの上下に配置されたマグネットコイルを用い、これらのコイルに対し互いに逆方向に電流を流すことにより生成される。
【０００７】
本発明の課題は、パターンをエッチングしてエッチングボディを形成する方法において、殊にエッチングされるパターンのアスペクト比が高くかつオーバエッチング時間が長いときでも、ポケット安定性を改善することにある。
【０００８】
発明の利点
従来技術とは異なり本発明による方法によれば、たとえばシリコンなどのエッチングにあたり、ＳｉＯ_２層のような埋め込まれた誘電性エッチストップ層に達したときなどに殊にポケット安定性が格段に高まり、しかもオーバエッチングに対し許容度が高まる。
【０００９】
従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
【００１０】
「放電休止」中プラズマ放電がかろうじて消弧せず誘導結合モードに維持されるようプラズマ強度を変調もしくはパルス化すると格別有利であり、つまりこの期間中はかろうじて最小放電を維持するのに必要とされる程度の高周波電力がプラズマ源もしくは誘導結合プラズマに供給される。これらの放電休止中もしくはパルス休止中プラズマは完全には消弧されないことから、次にプラズマを最大強度まで高める際にそのつど高い反射電力が発生するのが回避される。その理由は、電気的に容量結合されるプラズマ放電の始動時相が十分に回避されるからであり、プラズマ放電の誘導結合時相においてただちに始められるからである。
【００１１】
この場合にさらに有利であるのは、DE 199 57 169 A1 に記載されているダブルパルス技術に従って行われる基板電極に入力結合される高周波電力をパルス強度の変調と時間について相関させるまたは同期合わせすることである。
【００１２】
この関連でさらに有利であるのは放電休止中、事前に正で帯電したイオンと電子が支配的であるプラズマが、正と負で帯電したイオンから成るいわゆる「両極性」のプラズマへ遷移することであり、つまりいわゆる「アフターグロー after-glow」時相中、正で帯電したイオンとの再結合または中性粒子による捕獲によって自由電子が取り込まれる。電子を包囲する中性粒子が数的に平衡を失うことで、電子捕獲による負イオンの生成はこの場合には支配的な反応である。このため「正常な」プラズマにおいてはプロトンの質量の数倍の質量に相応する質量をもつ負の電荷キャリアの個数は、プロトンの質量の数倍の質量に相応する質量をもつ正の電荷キャリアの個数よりも３〜４のオーダだけ小さいのに対し、この時相中はこれら負と正の電荷キャリアの個数はほぼ等しい。イオンよりも自由電子の割合が少なくなってプラズマ中でも不平衡な電荷キャリア質量と電荷キャリア移動度の因果関係が消滅するので、プラズマ電位は数１０Ｖの領域にある事前の正の値から０Ｖ付近の値に近づき、したがって正の電位も負の電位も処理すべきエッチングボディたとえばシリコンウェハに同じように到達することができ、そのことでアスペクト比が高くても最適な電荷の平衡調整が実現される。
【００１３】
誘導結合プラズマは完全に電子なしでは維持できないが、電子密度が小さくなるにつれて正と負の電荷キャリアがいっそう等価になっていき、妨害を及ぼす帯電の中性化にいっそう良好に作用するようになる。殊に本発明による方法においてとりわけ有利であるのは、電子密度をできるかぎり小さくすることであり、もしくは本発明による方法の実行にあたり電子密度をできるかぎり小さく維持できるようにすることである。
【００１４】
さらに時間の関数としてのプラズマ強度の変調を、有利には適切なコイル発電機からプラズマへ入力結合される高周波電力をたとえば周期的に時間とともに変化させることによって行うことができるほか、これに対する代案としてまたはこれに加えて、たとえば DE 100 51 831.1 の形式による装置の磁界などプラズマに作用を及ぼす磁界の磁界強度を周期的に変化させることによって行うこともできる。
【００１５】
図面
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【００１６】
図１は、本発明による方法を実施するためのプラズマエッチング装置の基本構成図である。図２はプラズマ強度の時間的変調に関する第１の実施例を説明する図であり、この変調は基板電極に入力結合される高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力と同期合わせされている。図３は、高周波パルス化され低周波で変調された図２による高周波電力の構造を説明する図である。図４は、プラズマ強度の変調および基板電極に入力結合される高周波電力との同期合わせに関する第２の実施例を説明する図である。図５は、やはり低周波でクロック制御されるパルス休止中の第３の実施例を説明する図である。図６は、やはり低周波でクロック制御される第２の実施例を説明する図である。
【００１７】
実施例
図１には DE 100 51 831.1 により公知のプラズマエッチング装置５が示されており、この装置によってたとえば DE 42 41 045 C1 の形式によるトレンチを製造するためにシリコンにおいて異方性プラズマエッチングプロセスが実行される。さらに詳しく説明すると、エッチングチャンバ１０、基板電極１８およびその上に配置された基板１９たとえばシリコンウェハが設けられている。さらに基板電極１８は、インピーダンス整合用の第２のマッチボックス２１および基板電力発生器２２と電気的に接続されている。
【００１８】
エッチングチャンバ１０の上方領域にはエッチングチャンバ１０を取り囲むコイル１１が設けられており、これらのコイルはインピーダンス整合用の第１のマッチボックス１２を介してコイル発電機１３と接続されている。上述のコイル発電機１３と第１のマッチボックス１２を介しコイル１１によって、高周波電力１１がエッチングチャンバ１０に入力結合され、それによりそこにおいて誘導結プラズマ１５が形成される。さらに図１によれば、プロセスガスを供給または排気するために、たとえばエッチングガスと不活性ガスを交互に供給または排気するために、エッチングチャンバ１０はその上方領域にガス供給管１４を、その下方領域にガス排気管２０を有している。
【００１９】
さらにエッチングチャンバ１０は誘導結合プラズマ１５と基板電極１８との間で２つの磁界コイル１６に取り囲まれており、そのため２つの適切なスペーサ１７がエッチングチャンバ１０の側壁に組み込まれており、これらのスペーサはコイル１６を収容している。プラズマエッチング装置５の詳細構造については DE 100 51 831.1 を参照されたい。
【００２０】
コイル発電機１３と第１のマッチボックス１２を用いてプラズマ１５の強度を時間の関数として変調するため、DE 199 27 806 A1 または有利には DE 199 33 842 A1 から公知の装置が設けられており、この装置はたとえばそこに記載されているように第１のマッチボックス１２またはコイル発電機１３に統合されている。
【００２１】
さらに基板電力発生器２２と第２のマッチボックス２１と基板電極１８とによって、高周波パルス化され低周波で変調された高周波が基板１９に入力結合される。これについては DE 199 57 169 A1 に記載されている。
【００２２】
図３には高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力が示されている。この場合、周期的に交互に低周波でクロック制御されたパルスパケット３０とクロック制御されたパルス休止３１が基板電極１８に入力結合され、これはたとえば１Ｈｚ〜５００Ｈｚの周波数をもち、有利には１０Ｈｚ〜２５０Ｈｚの周波数たとえば１００Ｈｚの周波数をもち、２０％〜８０％のデューティサイクル有利には５０％のデューティサイクルであって、平均電力は有利には５Ｗ〜２０Ｗたとえば１０Ｗである。その際、図３に示されている低周波クロック制御されたパルスパケット３０は、高周波クロック制御されたパルス３２と高周波クロック制御されたパルス休止３３による周期的に交番する列から成り、この周期の周波数は有利には１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚたとえば１００ｋＨｚであり、デューティサイクルは有利には２％〜２０％たとえば５％である。この場合、基板電極１８に入力結合されている平均電力は時間平均でたとえば５Ｗ〜４０Ｗ付近にあり、たとえば高周波クロック制御された休止３２の間では２０Ｗである。
【００２３】
さらに図３に示されているように高周波クロック制御された個々のパルス３２は高周波搬送波信号から成り、この信号はたとえば１３．５６ＭＨｚの周波数をもち、有利には１００Ｗ〜１ｋＷの高周波電力たとえば４００Ｗの高周波電力を有している。図３についてのその他の詳細な点は、特許出願 DE 199 57 169 A1 を参照されたい。
【００２４】
図３による基板電極１８における信号形状について殊に留意しておきたいのは、低周波クロック制御により発生する十分に長いパルス休止３１が遵守されることであり、エッチングされるトレンチ内の誘電性境界層の領域においてこの１つの休止期間中に放電を行えることである。このようなゆっくりとしたパルス化であるとプロセス安定性自体は低減され、それによって狭いプロセス窓が生じてしまうのであるが、できるかぎり低いパルス対休止の比（デューティサイクル）たとえば１：１０または１：２０の比をもつ高周波搬送信号３４の付加的な高周波変調によって、基板電極１８に対し非常に高い基板電極電圧が同時に低い電流で加えられるので、著しく幅が広く許容度の高いプロセス窓が生じる。この場合、デューティサイクルにより電流電圧関係が制御され、ひいては基板電極１８からみたプラズマ１５の見かけ上の抵抗値が制御される。
【００２５】
図２には本発明による方法の第１の実施例が示されており、この場合、高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力が基板電極１８においてプラズマ強度の変調と同期合わせられ、これにより最小電力のプラズマ励起（プラズマはほぼなし）すなわち第１のプラズマ強度最小値４１がそれぞれ低周波クロック制御されたパルス休止３１と重なるようになる。その結果、形成されるトレンチにおいて低周波クロック制御されたパルス休止３１中は放電が強まることになる。その理由はトレンチの自己放電が生じるだけでなく、パターンベースへ負イオンも増大して引き寄せられ、そこに存在する正の電荷と結合して中性化されるからである。
【００２６】
なお、図２に書き込まれている１：１のオン／オフ比すなわち第１のプラズマ強度最大値４０の期間と第１のプラズマ強度最小値４１の期間との比は例示にすぎない。むしろプラズマ励起効率の理由から好適であるのは、プラズマ１５をできるかぎり長く励起しかつできるかぎり短い時間だけ消すことであり、つまり励起ないしはプラズマ強度のオン／オフ比を１：１よりも著しく小さい比に設定するのが有利である。その目的は、プラズマ１５に入力結合される高周波電力において必要とされるパルスピーク電力が莫大に大きくなってしまうのを避けることである。たとえば３ｋＷ〜５ｋＷというコイル１１の平均電力のためには１：１のオン／オフ比のとき、望ましい時間平均値を得るために６ｋＷ〜１０ｋＷものパルスピーク電力が必要とされる。
【００２７】
図２にさらに示されているように、第１のプラズマ強度最大値４０とそれに続く第１のプラズマ強度最小値４１の期間は、低周波クロック制御されたパルスパケット３０とそれに続く低周波クロック制御されたパルス休止３１の期間と等しい。しかも第１のプラズマ強度最小値４１中のプラズマ１５の強度は、プラズマ１５がこのプラズマ強度最小値中かろうじて消弧しない程度に低く選定されている。
【００２８】
図４には、プラズマ強度の変調と高周波パルス化され低周波で変調された基板電極１８における高周波電力との同期合わせに関する第２の実施例が示されている。この場合、できるかぎり高いオン／オフ比を維持する目的でたとえば、図示されているように基板電極１８におけるそれぞれ２つまたはそれよりも多くの個数の高周波クロック制御されたパルス３２が第２のプラズマ強度最大値４０′によって囲まれており、プラズマ１５はそれに続く高周波クロック制御されたパルス休止３３中は"Low"モードに切り替えられ、つまりプラズマ強度は第２のプラズマ強度最小値４１′に到達する。このプラズマ強度最小値４１′は、プラズマ１５がこの期間中かろうじて消弧しない程度に低く選定されている。このように常に２つまたはそれよりも多くの高周波クロック制御されたパルス３２が第２のプラズマ強度最大値４０′の中に入り、その後ふたたび、高周波クロック制御されたパルス休止３３が第２のプラズマ強度最小値４１′と重なり合う。
【００２９】
図２に示した実施例とは異なり図４に示した実施例の利点は、図４の場合にはプラズマ強度の比較的低周波の変調において比較的長いオン時間中、形成されるトレンチ内にいっそう僅かな電荷しか蓄積させないことである。このことによって、たとえば最大でも２０という比較的僅かな高周波クロック制御されたパルス３２だけが第２のプラズマ強度最大値４０′と重なり合うたびに、この期間中に比較的僅かな電荷しかトレンチ内に蓄積せず、その後、後続の第２のパルス最小値４１の間に再び放電が発生するようになる。
【００３０】
しかもプラズマ１５中の最大負イオン密度は、第２のプラズマ強度最大値４０′が消滅したときまたはその直後の短期間中にしか発生せず、つまり最大放電作用は第２のプラズマ強度最小値４１′への移行中および移行後、短期間だけ達成される。その後、プラズマ１５において著しく低減された負イオン密度だけが得られ、このことは利用にあたりできるかぎり短いプラズマ強度最小値４１′と相応に高い放電効率が得られることを意味する。しかも図４による実施例の場合にも、プラズマ励起時ないしはプラズマ１５へ高周波電力が入力結合されるときに１：１よりも著しく小さいオン／オフ比にすることは得策ではない。それというのも、さもないとプラズマ生成に必要とされるパルスピーク電力が不経済に高くなってしまうからである。
【００３１】
具体的には、誘導結合プラズマ１５に入力結合される高周波電力はこんどは３ｋＷ〜５ｋＷとなり、高周波クロック制御されたパルス３２と後続の高周波クロック制御されたパルス休止３３の周波数はたとえば５％のデューティサイクルのときに１００ｋＨｚ付近にあり、さらに基板電極１８に入力結合された平均高周波電力は低周波クロック制御されたパルスパケット３０中はたとえば２０Ｗ付近にある。なお、図４には、図２に示した低周波クロック制御されたただ１つのパルスパケット３０中のプラズマ強度の変調しか描かれていない。低周波クロック制御されたこのパルスパケット３０に続いて次にくるのは低周波クロック制御されたパルス休止３１であり、この期間中には同時にプラズマ１５の強度も図２に示した第１のプラズマ強度最小値４１まで低減し、低周波クロック制御されたパルス休止３１の期間中はそこにとどまり続ける。このことは図６に完全なかたちで描かれている。
【００３２】
図５には、プラズマ１５の強度を高周波パルス化され低周波で変調され基板電極１８に入力結合される高周波電力と時間的に同期合わせするための第３の実施例が示されている。この場合には図６とは異なり、低周波クロック制御されたパルス休止３１中も図４に示されているようなプラズマ１５の強度の時間変調が維持される。
【００３３】
このため比較的長い低周波クロック制御されたパルス休止３１中、プラズマ１５は繰り返し高くなったり低くなったりするするので、プラズマ消滅フェーズがそれに付随して負イオン密度が高まりながらたえず繰り返されるようになる。ここで「比較的長い」という表現は、プラズマ消滅後もしくは第２のプラズマ強度最小値４１′へのプラズマ強度の移行後のプラズマ１５中の負イオン密度の減衰期間に対して比較的長いということである。したがって、パルス休止３１の開始にあたりプラズマ消滅が負イオン密度の上昇とともに一度だけしか発生せず、その後、低周波クロック制御されたパルス休止３１の期間と比べれば急速にそれがふたたび減衰するだけでなく、エッチングボディ内に形成されるトレンチを放電させるためにこの種のフェーズが繰り返し与えられることで、低周波クロック制御されたパルス休止３１がいっそう効率的に利用されることになる。このようにして低周波クロック制御されたパルス休止３１はトレンチの自己放電のためだけでなく、低周波クロック制御されたパルス休止３１の間に付加的に周期的に「負イオン密度ピーク」が与えられるようになり、これによって放電プロセスが加速される。これに加えてこのことにより、プラズマ生成のためには「デューティサイクル」が低すぎるという問題も緩和される。その理由は、プラズマ生成と基板電極１８における高周波電力の低周波変調との分離により１：１よりもよい「デューティサイクル」も簡単に実現できるからである。
【００３４】
プラズマ１５の強度をプラズマ１５の消弧に近い強度最小値４１，４１′に設定しかつ安定化する目的で、プラズマ１５が消弧しそうなときつまり誘導モードから電気的に容量結合したモードへ遷移しそうなときにコイル発電機１３に反射する電力が跳躍的に高まることを利用する。コイル発電機１３の順方向電力をただちに調整して高めることによってこの状態がくい止められ、誘導結合動作モードの限界に保持されるので、このようにしてコイル発電機１３の電力が高められることでプラズマ１５内の電子密度が再び安定動作状態の値まで高められる。
【００３５】
ここでコイル発電機１３の順方向電力Ｐ_{Ｆｏｒｗａｒｄ} はプラズマ最小値４１，４１′において次式に従いコイル発電機１３に反射される電力Ｐ_{Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ} と結合される：
Ｐ_{Ｆｏｒｗａｒｄ} ＝Ｐ_Ｓｏｌｌ＋Ｖ・Ｐ_{Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ}
ここでＶは調整回路の増幅係数であり、有利にはＶ＞＞１が適用される。Ｖ＝１の事例は最新の高周波発電機において一般的な"Load"制御に相当し、つまり順方向電力は反射電力が発生したとき、順方向電力と逆方向電力の差すなわちプラズマ１５に実際に入力結合される高周波電力が所定の目標値と一致して一定に保持されるよう制御される。このような慣用の"Load"制御の状況は、クリティカルなモード境界におけるプラズマ１５の安定化のためにはしばしば不十分である。それというのもプラズマ１５に入力結合される実効高周波電力は、消弧するプラズマ１５をくい止めるのに必要とされるようには高まらないからである。したがってここでは反射係数Ｖを１よりも大きい値に設定するのが有利であり、たとえば５〜１０の値に設定するとよい。しかもこの場合、設定目標値（Ｐ_Ｓｏｌｌ）として、プラズマ１５の限界動作すなわちプラズマ１５の消弧よりも僅かに高い強度のために必要とされる値にできるかぎり近い値あるいはそれどころからその値よりも小さい値が設定される。
【００３６】
なお、これまで説明してきたパルスストラテジすなわちプラズマ強度と基板電極１８に入力結合された高周波電力を時間の関数として変調することは DE 42 41 045 C1 の形式のプロセスにおいて、デポジットサイクル経過中にも使用されるしエッチングサイクル中にも使用される。とはいえ通常はエッチングサイクルに限定すれば十分であって、その理由はエッチングサイクル中しかポケット形成の危険が存在しないからである。しかもこの場合、デポジットサイクル中は発電機出力全体を利用できる。また、デポジションサイクル中、高周波電力から基板電極１９への入力結合を完全に遮断するのが有利である。
【００３７】
プラズマ１５の強度のきわめて簡単な変調は磁気コイル装置を備えた誘導結合プラズマ源を使用することにより行うことができ、これは DE 100 51 831.1 に記載されており図１に描かれている。この場合、ＩＣＰ源すなわち誘導結合プラズマ１５と基板１９との間に少なくとも２つの磁界コイル１６が配置されており、上方の磁界コイル１６はＩＣＰ源と向き合っており、下方の磁界コイルは基板１９に向き合っており、これらの磁界コイルには互いに逆極性の一般には異なる大きさの電流が流され、その結果、互いに逆方向の通常は異なる強さの磁界が発生する。
【００３８】
詳しくはこの場合、ＩＣＰ源に向き合った上方の磁界コイル１６は最適なプラズマ生成に必要とされる磁界強度に設定される一方、基板１９に向き合った下方の磁界コイル１６はそれとは逆方向の磁界を発生し、この磁界の強さはエッチングの最適な均質性に必要な強さすなわち基板表面上へ加わるエネルギーを最適に分散させるのに必要とされる強さに設定される。
【００３９】
磁界コイル１６の使用によってまず第１に、かろうじて消弧していないプラズマの限界状況においてとりわけ、このコイルがないときよりも低い励起密度と電子密度でプラズマ１５を保持できるようになる。これはプラズマ源領域における変換損失が低減されることで生成された磁界によってプラズマ１５中に存在する電子の「寿命」が延びることによるものであって、その結果、きわめて良好に所望の両極性プラズマを最小の自由電子密度でプラズマ強度最小値４１，４１′中に維持できるからである。
【００４０】
さてここでプラズマ１５の強度の変調を実現するために、図１に示したプラズマ装置５においてコイル発電機１３からコイル１１を介してプラズマ１５に入力結合される高周波電力だけでなくこれに加えて、あるいは択一的に、磁界コイル１６により生成される磁界もチャンバ１０内で利用することができる。したがって第１のプラズマ強度４０を設定するためにたとえばまず第１に磁界コイル１６におけるコイル電流が使用され、この電流は DE 100 51 831.1 によるプロセスの目標電流値に相応し、つまりたとえば上方の磁界コイル１６に対しては１０Ａが設定され、これとは逆極性の下方の磁界コイル１６に対しては７Ａが設定される。
【００４１】
その後、プラズマ強度最小値４１，４１′に切り替えるためこれらの電流が低減され、たとえばこれは磁界コイル１６にける両方の電流がゼロまで戻されるかタイミング制御されるようにして行われる。とはいえこれに対する代案として中間値に設定してもよく、たとえば上方の磁界コイル１６に対しては３Ａ、下方の磁界コイル１６に対しては２Ａを設定することができる。
【００４２】
したがって最も簡単な実施形態では両方のコイル電流はそれぞれ同時に上方の極値と下方の極値との間をいったりきたりして切り替えられ、これによりコイル発電機１３の電力を戻すのと同じ効果が得られ、つまり磁界コイル電流が弱められるとプラズマ密度がなくなってプラズマ強度最小値４１，４１′に到達し、その際に短期間、電子と中性ガス粒子との再結合により高い負イオン密度が発生する。しかしここで留意しなければならないのは、磁界コイル電流はプラズマ１５に入力結合される高周波電力のように急速には変調できないことである。殊に磁界コイル１６のインダクタンスに起因して、１０ｋＨｚよりも小さいクロック周波数しか可能でない。他方、直流電流の変更は、コイル発電機１３を用いた高周波交流電圧の変更よりも著しく簡単であるし問題がない。
【００４３】
反射電力を防止するために殊に好適であるのは、磁界コイル１６における電流の変更を即座に行うのではなく、有限の変更速度をもつようにすることであり、このことは当然ながらコイル発電機１３の高周波電力の変更についてもあてはまり、この場合、第１のマッチボックス１２を用いたインピーダンス整合をできるかぎりゆっくりと電力変更することにより概していっそう簡単に行うことができる。
【００４４】
このような有限の変更速度はマグネットコイル電流の変調によってきわめて簡単に行うことができる。その理由は、この場合には直流電圧または直流電流だけを有限の側縁急峻度をもつ変調電圧と重畳すればよいからである。
【００４５】
したがって既述の実施例においてたとえば式
Ｕ_１（ｔ）＝Ｕ_０１・ｓｉｎ（ωｔ）Ｕ_２（ｔ）＝−Ｕ_０２・ｓｉｎ（ωｔ）
に従い変化する交流電圧もしくは交流電流が両方の磁界コイル１６において使用される。この場合、両方の磁界コイル１６における交流電圧もしくは交流電流はいかなる時点でも逆相であり、Ｕ_０１とＵ_０２は両方の磁界コイル１６のそれぞれ一方における電圧振幅もしくは電流振幅を表す。
【００４６】
択一的に、整流された交流電圧もしくは交流電流を用いた動作も可能であり、この場合には項ｓｉｎ（ωｔ）がそれぞれ絶対値ａｂｓ（ｓｉｎ（ωｔ））によって置き換えられる。
【００４７】
さらに既述のように、マグネットコイル電流をゼロまで戻さないのもしばしば有利である。両方の磁界コイル１６を流れるコイル電圧もしくはコイル電流はたとえば次式のとおりである：
Ｕ_１（ｔ）＝Ｕ_{ｏｆｆｓｅｔ，１}＋Ｕ_０１・ａｂｓ（ｓｉｎ（ωｔ））
Ｕ_２（ｔ）＝−Ｕ_{ｏｆｆｓｅｔ，２}−Ｕ_０２・ａｂｓ（ｓｉｎ（ωｔ））
この場合、オフセット電流もしくはオフセット電圧Ｕ_{ｏｆｆｓｅｔ，１}もしくはＵ_{ｏｆｆｓｅｔ，２}はそれぞれ、いわゆる「ビーク作用 beaking effect」が基板１９の周縁領域においてなお有効に抑圧され、ひいては基板表面全体にわたり均質なエッチング結果がなお得られるように選定される。
【００４８】
さらに上述の式による周波数ωが比較的小さく、つまりたとえば１０Ｈｚ〜５０Ｈｚであり、インピーダンス整合に使用される第１のマッチボックス１２の速度がプラズマ強度のこのような変調に追従するのに十分な速さがあれば、このようにしてコイル発電機１３に反射電力が入るのを完全に回避することができ、それにもかかわらず不所望なポケット形成を著しく抑えることができる。ここで重要なのは、プラズマ１５の密度が変調されること、この変調により有利には周期的に負イオン密度の高まった時相を利用できること、そしてこの時相によって高いアスペクト比をもつトレンチの放電が得られることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実施するためのプラズマエッチング装置の基本構成図である。
【図２】プラズマ強度の時間的変調に関する第１の実施例を説明する図である。
【図３】高周波パルス化され低周波で変調された図２による高周波電力の構造を説明する図である。
【図４】プラズマ強度の変調および基板電極に入力結合される高周波電力との同期合わせに関する第２の実施例を説明する図である。
【図５】やはり低周波でクロック制御されるパルス休止中の第３の実施例を説明する図である。
【図６】やはり低周波でクロック制御される第２の実施例を説明する図である。

Claims

プラズマを用いてエッチングボディにパターンをエッチングする方法において、
高周波交流電圧を用いて前記エッチングボディに少なくとも時相的に高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力を基板バイアスとして入力結合し、
プラズマ（１５）の強度を時間の関数として上記高周波電力と同期して変調し、プラズマ（１５）の強度を少なくとも時相的に、第１の期間にわたり保持される最大値（４０，４０′）と第２の期間にわたり保持される最小値（４１，４１′）の間で変調し、該最小値（４１，４１′）と該第２の期間とを前記第２の期間中プラズマ（１５）が消弧しないようにかつ負と正の電荷キャリアの個数がほぼ等しくなるように選定することを特徴とする、
エッチングボディにパターンをエッチングする方法。
前記選定された最小値よりもプラズマ（１５）の強度が小さい値の場合にプラズマ（１５）が消弧する、請求項１記載の方法。
プラズマ（１５）の強度を持続して周期的に、第１の期間にわたり保持される最大値（４０，４０′）と第２の期間にわたり保持される最小値（４１，４１′）との間で矩形パルス化して変調し、前記最小値（４１，４１）を第２の期間中プラズマが消弧しないよう選定する、請求項１又は２記載の方法。
第１の時間区分中、プラズマ（１５）の強度を持続して周期的に、第１の期間にわたり保持される最大値（４０，４０′）と第２の期間にわたり保持される最小値（４１，４１′）との間で矩形パルス化して変調し、前記最小値（４１，４１′）を第２の期間中プラズマ（１５）が消弧しないよう選定し、
第２の時間区分中、プラズマ（１５）の強度を第３の期間にわたりゼロまでまたは最大値（４０，４０′）よりも低い強度（４１）であるプラズマ（１５）が消弧しない強度まで低減する、
請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
第１の時間区間と第２の時間区間を周期的に交互に続けて繰り返す、請求項４記載の方法。
高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力と変調されたプラズマ強度を互いに相関させて、低周波でクロック制御されたパルスパケット（３０）がエッチングボディ（１９）に入力結合される時点でプラズマ（１５）の強度最大値（４０）を発生させる、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力と変調されたプラズマ強度を互いに相関させて、低周波でクロック制御されたパルス休止（３１）がエッチングボディ（１９）に現れる時点でプラズマ（１５）の強度最小値を発生させる、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
低周波でクロック制御されたパルスパケット（３０）は、高周波でクロック制御された複数の交番するパルス（３２）とパルス休止（３３）を有しており、該パルス（３２）の期間と該パルス休止（３３）の期間とにより第１のパルス対休止比が規定され、プラズマ（１５）の強度が最大値（４０′）をとる第１の期間とプラズマ（１５）の強度が最小値（４１′）をとる第２の期間とにより第２のパルス対休止比が規定され、該第２のパルス対休止比は第１のパルス対休止比よりも大きい、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
高周波電力の高周波クロック制御されたパルス（３２）と高周波クロック制御されたパルス休止（３３）の繰り返し周波数は、プラズマ（１５）の最大値（４０，４０′）と最小値（４１，４１′）の繰り返し周波数よりも大きい、請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
低周波クロック制御されたパルスパケット（３０）と低周波クロック制御されたパルス休止（３１）の繰り返し周波数は、前記の第１の期間と第２の期間の繰り返し周波数と等しい、請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
低周波クロック制御されたパルスパケット（３０）と低周波クロック制御されたパルス休止（３１）の繰り返し周波数は、前記の第１の期間と第２の期間の繰り返し周波数と等しいかまたはそれよりも小さい、請求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
プラズマ（１５）の強度の変調を、該プラズマ（１５）に入力結合される周期的に時間とともに変化する高周波電力および／または周期的に時間とともに変化する磁界強度によって行う、請求項１から１１のいずれか１項記載の方法。
エッチングボディ（１９）を基板電極（１８）と接続し、該基板電極に前記高周波電力を供給する、請求項１記載の方法。