JP4782585B2 - プラズマエッチング装置及び方法 - Google Patents
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Description
連続放電の多くは、ステップ間に中間ステップを設け、その間を反応性の少ない希ガス等で希釈することによってガス切替え中のエッチングを抑制する方法を用いている。しかしながら、この方法を用いても、ガスの切替え時間は短縮されないため、スループットの低下は避けられない。
また、本発明のプラズマエッチング方法は、処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給ユニットと、前記処理ガスからプラズマを生成する電力を供給する内側のアンテナコイルと外側のアンテナコイルと、エッチング処理中の試料の残膜厚をモニタする膜厚モニタ部とを備えたプラズマエッチング装置を用いて、前記処理ガスを放電させ、複数のステップを用いて試料のエッチング処理を行うプラズマエッチング方法であって、前記ガス供給ユニットは、複数のガス供給ライン毎にガス排気ラインを具備し、前記膜厚モニタ部によりモニタしたデータに基づいて前記ステップ切換えのタイミングを予測し、次のステップに使用する処理ガスのガス流量が安定するのに要する時間だけ前記予測されたタイミングの前から前記次のステップに使用する処理ガスを前記ガス排気ラインに流しながら、所望のガス流量に安定させ、前記ステップ切換え直後には、前記外側のアンテナコイルのみから電力を供給することを特徴とする。
図3から図5に、図1に記載された内側のアンテナコイル13と外側のアンテナコイル12の電力比率を1:1、1:0、および0:1にした場合の放電安定領域と放電不安定領域を調べた結果を示す。
内側のアンテナコイル13と外側のアンテナコイル12の電力比率が1:1および1:0の場合には、圧力が0.3Pa(パスカル)以下の低圧条件では放電が不安定になり、また、圧力変化率が0.5Pa/s(パスカル/秒)以上の条件で、放電が不安定になることがわかった(図3と図4に対応)。
一方、内側のアンテナコイル13と外側のアンテナコイル12の電力比率が0:1の場合、圧力が0.3Pa以下の領域で反射電力が大きくなりプラズマが消滅していることがわかる(図5に対応)。また、この場合には、圧力が0.3Paよりも大きいときには圧力変化率が変化しても放電安定状態となっている。
以上の実験結果から、いずれの場合においても圧力が所定の圧力値(0.3Pa)以下になると放電不安定領域になり、連続放電を行う場合、ステップ間で条件が変化した場合に安定放電を維持するためには、ステップ切換え直後のガス圧力が所定の圧力値にならないように、ガス流量とガス圧力を制御することが必要である。また、ステップ切換え直後の圧力の変動に対応するには、外側のアンテナコイル12から電力を供給することが適している。
図7は1枚目のウエーハ処理中の総ガス流量の時間変化を示し、図8は2枚目の総ガス流量の時間変化を示す。図7に示す1枚目のウエーハ処理では、2番目のガス111の流れ始めの3秒間と3番目のガス121の流れ始めの3秒間にガス流量が大きく変動し不安定になっている。これに対して図8に示す2枚目のウエーハ処理では、ガス111の流れ始めやガス121の流れ始めに、このようなガス流量の不安定は見られない。このため1枚目と2枚目のウエーハの仕上がり寸法が異なったものと考えられる。
ガス101のステップでは、ガス101のガスラインに取り付けられたMFC102の流量が所望の値に設定されており、MFC102と減圧処理室との間をつなぐ処理ガスライン105に設置されたバルブ103および100が開いている状態である。また、それ以外のバルブは全て閉止されており、他のMFCの流量は0sccmに設定されている。条件切換えの信号が入力されたと同時に、MFC102の流量を0sccmにして、バルブ103を閉じる。同時に、バルブ114を開き、ガス111のMFC112の流量を所望の値に設定する。MFC112の流量が安定したところで、処理ガスラインのバルブ113を開くと同時に、バルブ114を閉止する。また、ガス流量の変更のみの場合は、従来方法と同じシーケンスをとるものとする。
次に、このウエーハの製品欠陥を詳細に調べてみると、実施例2の方式を用いて連続放電を行った場合のパーティクル起因の製品欠陥率は、放電中断の場合と同程度の70%に達する場合があった。
上記の問題点を改善するために、図10の場合について、反射電力の時間変化を調べた結果を図12に示す。図12においてStep1からStep2に移行し、ガス101からガス111に切替えた直後と、Step2からStep3に移行し、ガス111からガス121に切替えた直後に、反射電力が瞬間的に増大しており、これは、ガス切換え直後にプラズマが一瞬消滅する場合があることを示している。プラズマが消滅した瞬間には、パーティクルがウエーハに付着するため、このプラズマの消滅により製品欠陥合が発生していると思われる。
放電中断処理では、各ステップの始め5s間に、マイクロ波電力を投入しない時間帯を設けることによって、圧力の安定な時間帯のみにエッチング処理を行っている。
この時の圧力の変化を図39に示す。3Paの圧力に達するために要する時間は0.5s(秒)に短縮され、ガス流量を4倍の値から標準値に戻す際の圧力変動も極めて小さく抑えることができた。この方法を用いて、図29の試料をエッチングした結果、シリコン酸化膜の残膜厚や加工形状が、図40のように放電中断処理の場合とほぼ同じになった。
2 バルブ
3 MFC
4 ガス供給源
5 排気ポンプ
6 処理室
7 排気ポンプ
8 処理ガスライン
9 排気ガスライン
12 アンテナコイル
13 アンテナコイル
14 RF電源
15 電力分配器
16 ガス供給ユニット
17 プラズマ
18 ウエーハステージ
19 ガスノズル
20 減圧処理室
21 ウエーハ
22 ターボ分子ポンプ
23 圧力制御用可変バルブ
24 キャパンシタンスマノメータ
25 コンピュータ
26 誘電体窓
27 光ファイバ
28 分光システム
29 RF電源
30 石英窓
31 石英窓
32 分光器システム
33 光源
34 光ファイバ
35 光ファイバ
37 圧力制御専用のマイコン
50 石英製の誘電体窓
51 ガス溜り
53 マグネトロン
54 導波管
55 空洞共振部
56 コイル
60 レジストパターンのマスク
61 ポリシリコン
62 シリコン酸化膜
63 ポリシリコン
64 シリコン酸化膜
65 基板シリコン
100 バルブ
101 ガス
102 MFC
103 バルブ
104 バルブ
105 処理ガスライン
106 排気ガスライン
107 排気ポンプ
111 ガス
112 ガス
112 MFC
113 バルブ
121 ガス
122 MFC
123 バルブ
124 バルブ
Claims (2)
- 処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給ユニットを備え、前記処理ガスを放電させ、複数のステップを用いて試料のエッチング処理を行うプラズマエッチング装置において、
前記処理ガスからプラズマを生成する電力を供給する内側のアンテナコイルと外側のアンテナコイルと、
エッチング処理中の試料の残膜厚をモニタする膜厚モニタ部と、
前記複数のステップの条件切換えのタイミングを判定する判定部と、前記判定部によって判定されたタイミングに基づいて前記ガス供給ユニットを動作させ、前記ガス供給ユニットから前記導入される処理ガスが、ステップ切換え直後に所定の圧力以下とならないように、前記処理ガスの流量及び圧力を制御する制御部とを備え、
前記ガス供給ユニットは、複数のガス供給ライン毎にガス排気ラインを具備し、
前記制御部は、さらに、前記膜厚モニタ部によりモニタしたデータに基づいて前記ステップ切換えのタイミングを予測し、次のステップに使用する処理ガスのガス流量が安定するのに要する時間だけ前記予測されたタイミングの前から前記次のステップに使用する処理ガスを前記ガス排気ラインに流しながら、所望のガス流量に安定させ、前記ステップ切換え直後には、前記外側のアンテナコイルのみから電力を供給することを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 処理室と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給ユニットと、前記処理ガスからプラズマを生成する電力を供給する内側のアンテナコイルと外側のアンテナコイルと、エッチング処理中の試料の残膜厚をモニタする膜厚モニタ部とを備えたプラズマエッチング装置を用いて、前記処理ガスを放電させ、複数のステップを用いて試料のエッチング処理を行うプラズマエッチング方法において、
前記ガス供給ユニットは、複数のガス供給ライン毎にガス排気ラインを具備し、
前記膜厚モニタ部によりモニタしたデータに基づいて前記ステップ切換えのタイミングを予測し、
次のステップに使用する処理ガスのガス流量が安定するのに要する時間だけ前記予測されたタイミングの前から前記次のステップに使用する処理ガスを前記ガス排気ラインに流しながら、所望のガス流量に安定させ、前記ステップ切換え直後には、前記外側のアンテナコイルのみから電力を供給することを特徴とするプラズマエッチング方法。
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