JP5119622B2 - ドライエッチング方法及びドライエッチング装置 - Google Patents
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本発明は、真空容器内における反応室に設置された被加工物に対して溝部を形成するドライエッチング方法の技術に関する。
この種のドライエッチング方法において、例えば特許文献１に開示されるように、ケイ素（Ｓｉ）の異方性エッチング法が知られており、当該エッチング法では、エッチングガスを導入するステップ（以下、「エッチングステップ」という）と、デポジションガスを導入するステップ（以下、「デポステップ」という）とを交互に繰り返し（切り替え）ながら、これらのガスを例えば高周波等により励起してプラズマを発生させ、当該プラズマにより、上記反応室に設置された例えばシリコンウェハに対して垂直に溝部（切欠部）を形成するようになっている。
このようなケイ素の異方性エッチング法において、現在主流となっているボッシュ法では、上記エッチングガスとしてＳＦ６ガスをメインのプロセスガスとし、デポジションガスとしてＣ４Ｆ８ガスをメインのプロセスガスとし、エッチングステップとデポステップとを繰り返すことにより、高アスペクトでかつ垂直なＳｉ加工を実現している。
特表平７−５０３８１５号公報
しかしながら、上述したようなエッチング法においては、エッチングステップとデポステップとを、夫々、例えば１０秒以下という短い時間で繰り返す必要があるため、上記反応室内における圧力の調整制御を各ステップごとに行う（例えば、電磁バルブ等の圧力調整手段の開度調整により行う）ことは困難である。そして、ケイ素のエッチングは、エッチングステップで行われるため、圧力等のパラメータを含んだプラズマ生成の設計は、当該エッチングステップを基に構築される。そのため、デポステップ時の圧力不安定、及びデポジションガスによるデポジション（堆積）の面内分布劣化という問題がある。
そこで、本発明は、このような問題等に鑑みてなされたものであり、例えば電磁バルブ等の圧力調整手段の開度調整を行うことなく、上記反応室内における圧力の調整を行うことが可能なドライエッチング方法及びドライエッチング装置を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するため、エッチングガスを導入するエッチングステップと、デポジションガスを導入するデポジションステップとを交互に繰り返しながら、これらのガスを励起してプラズマを発生させ、当該プラズマにより、反応室に設置された被加工物に対して溝部を形成するドライエッチング方法において、前記エッチングガスの流量は、前記デポジションガスの流量よりも大きく、前記デポジションステップにおいて、前記反応室内における圧力を調整するための調整用ガスを導入し、前記調整用ガスは、前記エッチングステップから前記デポジションステップに切り替わる時点よりも前から導入され、かつ、前記デポジションステップから前記エッチングステップに切り替わる時点で導入が止められるようにしたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、エッチングガスを導入するエッチングステップと、デポジションガスを導入するデポジションステップとを交互に繰り返しながら、これらのガスを励起してプラズマを発生させ、当該プラズマにより、反応室に設置された被加工物に対して溝部を形成するドライエッチング装置において、前記反応室内から外部に前記デポジションガスを排出するための排気管であって、前記反応室内における圧力を調整するための調整用ガスを導入する調整用ガス導入口が形成された排気管と、前記エッチングガスの流量は、前記デポジションガスの流量よりも大きく、前記デポジションステップにおいて、前記調整用ガス導入口から前記調整用ガスを導入し、前記調整用ガスは、前記エッチングステップから前記デポジションステップに切り替わる時点よりも前から導入され、かつ、前記デポジションステップから前記エッチングステップに切り替わる時点で導入が止とめられるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、電磁バルブの開度調整を行うことなく反応室内における圧力の調整を行うことが可能となり、被加工物に対して溝部が形成される過程において反応室内の圧力を一定に保つことができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。以下に説明する実施の形態は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型ドライエッチング装置に本発明を適用したものである。なお、プラズマ源としては前記ＩＣＰ型の他に、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ型：Capacitively-Coupled Plasma）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＰ型:Electron-Coupled Plasma）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）などを用いても同様の効果を得ることができる。
図１は、本実施形態に係るＩＣＰ型ドライエッチング装置の概要構成例を示す図であり、図２は、被加工物に対して溝部を形成する際のエッチングステップとデポステップのタイムチャートを示す図であり、図３は、被加工物に形成された溝部の構造例を示す図である。
本実施形態に係るＩＣＰ型ドライエッチング装置Ｓは、図１に示すように、真空容器（チャンバー）を有して構成される反応室２を備えている。反応室２の内部には、底部に被加工物（試料）４としての例えばシリコンウェハ４を設置する試料台６が設けられている。当該試料台（ウェハステージ）６は、下部電極として機能し、反応室２の外側に設けられている印加バイアス電源８と接続されている。この試料台６には、印加バイアス電源８により所定の電圧が印加されるようになっている。なお、シリコンウェハ４の形態として、フォトレジストでパターニングされたシリコンウェハ、酸化シリコン膜でパターニングされたシリコンウェハ、ＳＯＩウェハ（Silicon On Insulator）等が挙げられる。
また、反応室２の内部上方には、試料台６と対向するように上部電極として機能する誘導コイル１０が設けられている。この誘導コイル１０は、反応室２の外側に設けられているコイル電源１２と接続されており、当該誘導コイル１０には、コイル電源１２により所定の電圧が印加される。これにより、当該誘導コイル１０から高周波（例えば、数ＧＨｚ）が発生されるようになっている。
試料台６と誘導コイル１０とは、プラズマを発生させるために必要な空間分だけ離間して設けられている。
また、反応室２の上端部には、反応室２の内部にプロセスガスを導入するための導入口２ａが形成されており、当該プロセスガスは、導入口２ａを介して誘導コイル１０内に供給される。当該導入口２ａは、反応室２の外側に設けられているガス管などを含むガス供給ライン１５と接続されるようになっている。
ガス供給ライン１５は、ガス流量コントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）１６、及び所定の弁体１７を介して、所定の種類のガスを収容している収容室１８〜１８ｃと連絡している。当該弁体１７は、開閉により所定のガスをガス流量コントローラ１６に供給する機能を有し、ガス流量コントローラ１６は、各収容室１８〜１８ｃから弁体１７を介して供給されるガスを所定の流量だけ反応室２の内部に供給するように調整する機能を有している。これらの弁体１７は、図示しない制御部によって開閉制御される。
ここで、収容室１８〜１８ｃに収容される所定のガスとは、例えば、エッチングガス（フッ素供給ガス）の一例としてのＳＦ６ガス、デポジションガス（保護膜形成用デポガス）の一例としてのＣ４Ｆ８ガス、必要に応じて反応室に供給される酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）ガスなどである。これらのガスは一例であり、公知のその他のガス(ＣＦｘガス（Ｘは２，３等）)を適用しても構わない。
一方、反応室２の下端部には、排気するための排気口２ｂが形成されている。当該排気口２ｂは、反応室２の外側に設けられているガス管などを含む排気管としての排気ライン２０と接続されるようになっている。
排気ライン２０には、圧力調整コントローラ（圧力調整手段）である電磁バルブ２１を介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecule Pomp）２２及び図示しないドライポンプ（若しくはロータリーポンプ）を含む排気系が接続され、かかる排気系により反応室２内が真空（例えば、５パスカル）にひかれることになる。また、この電磁バルブ２１の開度調整により、反応室２内の圧力を調整することが可能になっている。
なお、上記排気系の構成は、プロセス中に反応室をたとえば０．１〜１０Ｐａの範囲の真空度に保てるものであれば、ターボ分子ポンプ２２とドライポンプの組合せに限られない。
なお、上記排気系の構成は、プロセス中に反応室をたとえば０．１〜１０Ｐａの範囲の真空度に保てるものであれば、ターボ分子ポンプ２２とドライポンプの組合せに限られない。
そして、排気ライン２０には、反応室２内における圧力を調整するための調整用ガスを導入する調整用ガス導入口２０ａが形成されており、当該調整用ガス導入口２０ａは、調整用ガス供給ライン２３と接続されるようになっている。この調整用ガス供給ライン２３は、弁体２４を介して調整用ガスを収容している収容室２５と連絡している。この調整用ガスは、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、酸素（Ｏ２）、又は窒素（Ｎ２）等の不活性ガスである。
また、制御手段としての制御部２６は、予め設定されたタイミングで弁体２４の開閉制御を行うようになっており、これにより、収容室２５における調整用ガスが調整用ガス導入口２０ａから排気ライン２０を通じて反応室２内に導入され、反応室２内の圧力が調整されることになる。
以上のように構成されたＩＣＰ型ドライエッチング装置Ｓにおいて、図示しない制御部によって弁体１７が開閉制御されることにより、図２に示すように、エッチングステップと、デポステップとが交互に繰り返されながら、これらのガスが誘導コイル１０から発生した高周波により励起されてプラズマが発生し、当該プラズマにより、試料台６上に設置されたシリコンウェハ４に対して、図３に示すように、垂直に溝部２７が形成（上記エッチングステップにおいてシリコンウェハ４がエッチングされ、デポステップにおいて溝部２７の側壁に保護膜が形成され、これが交互に繰り返される）ようになっている。
エッチングステップの１回の継続時間Ｔ１は例えば約２〜１０秒程度に、デポステップの１回の継続時間Ｔ２は例えば約１〜３秒程度に夫々設定され、エッチングステップの１回の継続時間Ｔ１は、デポステップの１回の継続時間Ｔ２よりも長く設定される。また、エッチングステップではエッチングガスをメインとするプロセスガスが導入され、デポステップでデポジションガスをメインとするプロセスガスが導入される。
このようにシリコンウェハ４に対して溝部２７が形成される過程においては、反応室２内の圧力が一定（例えば、５パスカル）に保たれる必要があるが、エッチングステップからデポステップに切り替わった時、圧力が変化（例えば圧力が低下）してしまう。かかる圧力の変化を無くすべく、電磁バルブ２１の開度調整により当該圧力を調整することは、デポステップの１回の継続時間Ｔ２が約１〜３秒程度と短いため困難である。
そこで、本実施形態においては、制御部２６が、上記デポステップにおいて、反応室２内における圧力を調整するための調整用ガスが調整用ガス導入口２０ａから導入（排気ライン２０を通じて反応室２内に導入）されるように弁体２４の開閉制御を行う。これにより、電磁バルブ２１の開度調整を行うことなく、反応室２内における圧力の調整（圧力を少々上げる）を行うことが可能となる。なお、このような調整用ガスは、排気ライン２０を通じて、反応室２の下端部（つまり、シリコンウェハ４の直下）から当該反応室２内に導入されることが最も効果的である。
図４は、エッチングステップとデポステップにおける夫々のガスの流量と導入タイミングの好適な例を示す図である。
図４に示す例では、エッチングステップの１回の継続時間Ｔ１は７秒となっており、かかるエッチングステップにおいてエッチングガスが６００ｓｃｃｍ(standard cc/min)導入され、一方、デポステップの１回の継続時間Ｔ２は２秒となっており、かかるデポステップにおいてデポジションガスが２００ｓｃｃｍ、且つ調整用ガス（例えば、アルゴンガス）が７５０ｓｃｃｍ夫々導入されるようになっている。
そして更に、図４に示す例では、調整用ガスが、エッチングステップからデポステップに切り替わる時点ｔ１よりも一定時間Ｔ３（ここでは、０．２秒であり、エッチングステップの１回の継続時間Ｔ１の１／１００以上且つ１／１０以下の時間が望ましい）前から導入されるようになっている。このように、エッチングステップからデポステップに切り替わる時点（圧力が不安定な時点）の少し前から調整用ガスを導入し始めることで、より圧力を安定させることができる。
以上説明したように、上記実施形態によれば、上記デポステップにおいて、反応室２内における圧力を調整するための調整用ガスを導入するようにしたので、電磁バルブ２１の開度調整を行うことなく反応室２内における圧力の調整を行うことが可能（ステップごとに圧力の制御が可能）となり、デポステップ時における最適条件（エッチングステップに対して、小流量のプロセスガスで同等の圧力）を実現することができ、ひいては、シリコンウェハ４に対して溝部２７が形成される過程において反応室２内の圧力を一定に保つことができる。また、これにより、デポステップ時の圧力が安定となり、且つデポジション（堆積）の面内分布劣化を防止することができる。
なお、上記実施形態におけるエッチングステップにおいて、調整用ガスを全く導入しないようにしても良いが、特に上記効果を有することができるのであれば、エッチングステップにおいても上記調整用ガス導入口２０ａから小流量（例えば、１回のエッチングステップにおいて２００ｓｃｃｍ未満）の調整用ガスを導入するようにしても良い。
２ 反応室
４ シリコンウェハ
６ 試料台
８ 印加バイアス電源
１０ 誘導コイル
１２ コイル電源
１５ ガス供給ライン
１６ ガス流量コントローラ
１７ 弁体
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｃ 収容室
２０ 排気ライン
２０ａ 調整用ガス導入口
２１ 電磁バルブ
２２ ターボ分子ポンプ
２３ 調整用ガス供給ライン
２４ 弁体
２５ 収容室
２６ 制御部
Ｓ ＩＣＰ型ドライエッチング装置
４ シリコンウェハ
６ 試料台
８ 印加バイアス電源
１０ 誘導コイル
１２ コイル電源
１５ ガス供給ライン
１６ ガス流量コントローラ
１７ 弁体
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｃ 収容室
２０ 排気ライン
２０ａ 調整用ガス導入口
２１ 電磁バルブ
２２ ターボ分子ポンプ
２３ 調整用ガス供給ライン
２４ 弁体
２５ 収容室
２６ 制御部
Ｓ ＩＣＰ型ドライエッチング装置
Claims (2)
- エッチングガスを導入するエッチングステップと、デポジションガスを導入するデポジションステップとを交互に繰り返しながら、これらのガスを励起してプラズマを発生させ、当該プラズマにより、反応室に設置された被加工物に対して溝部を形成するドライエッチング方法において、
前記エッチングガスの流量は、前記デポジションガスの流量よりも大きく、
前記デポジションステップにおいて、前記反応室内における圧力を調整するための調整用ガスを導入し、
前記調整用ガスは、前記エッチングステップから前記デポジションステップに切り替わる時点よりも前から導入され、かつ、前記デポジションステップから前記エッチングステップに切り替わる時点で導入が止められるようにしたことを特徴とするドライエッチング方法。 - エッチングガスを導入するエッチングステップと、デポジションガスを導入するデポジションステップとを交互に繰り返しながら、これらのガスを励起してプラズマを発生させ、当該プラズマにより、反応室に設置された被加工物に対して溝部を形成するドライエッチング装置において、
前記反応室内から外部に前記デポジションガスを排出するための排気管であって、前記反応室内における圧力を調整するための調整用ガスを導入する調整用ガス導入口が形成された排気管と、
前記エッチングガスの流量は、前記デポジションガスの流量よりも大きく、前記デポジションステップにおいて、前記調整用ガス導入口から前記調整用ガスを導入し、前記調整用ガスは、前記エッチングステップから前記デポジションステップに切り替わる時点よりも前から導入され、かつ、前記デポジションステップから前記エッチングステップに切り替わる時点で導入が止められるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするドライエッチング装置。
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| JP2006210479A JP5119622B2 (ja) | 2006-08-02 | 2006-08-02 | ドライエッチング方法及びドライエッチング装置 |
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