JP6267989B2 - プラズマ処理方法及び容量結合型プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
以下に、開示のプラズマ処理方法について、実施例を挙げて更に詳細に説明する。ただし、開示のプラズマ処理方法は、以下の実施例に限定されるものではない。
比較例1では、ガス供給工程と電力供給工程とエッチング工程とを順に行う一連のプラズマ処理工程を被処理体に対して行った。プラズマ処理工程は、以下の条件を用いて行った。被処理体は、以下の構造を有するものを用いた。
(被処理体)
処理対象膜:SiO2膜
マスク:ポリシリコン膜
(プラズマ処理工程)
処理ガス:HBr/NF3/O2=300/34/24sccm
第1の高周波電源からの高周波電力(プラズマ生成用電力):800W
プラズマ生成用電力の周波数:100MHz
第2の高周波電源からの高周波電力(バイアス用電力):600W
バイアス用電力の周波数:13.56MHz
バイアス用電力に対するパルス変調:実行せず
パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比:100%
パルス変調後のバイアス用電力の周波数:0kHz
温度(上部電極/処理容器の内壁/下部電極):80/70/60℃
実施例1では、プラズマ処理工程において、以下の条件を用いてバイアス用電力をパルス変調しながら、処理ガスのプラズマにより被処理体をエッチングした。その他の点については、比較例1と同様である。
バイアス用電力に対するパルス変調:実行
パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比:60%
パルス変調後のバイアス用電力の周波数:5kHz
実施例2では、プラズマ処理工程において、バイアス用電力として以下の条件を用いた。その他の点については、実施例1と同様である。
第2の高周波電源からの高周波電力(バイアス用電力):1000W
実施例3では、プラズマ処理工程において、バイアス用電力として以下の条件を用いるとともに、パルス変調後のバイアス用電力の周波数として以下の条件を用いた。その他の点については、実施例1と同様である。
第2の高周波電源からの高周波電力(バイアス用電力):1000W
パルス変調後のバイアス用電力の周波数:10kHz
図5Aは、比較例1及び実施例1〜3についての処理結果を示す図である。図5Aの図501〜図504は、それぞれ、比較例1及び実施例1〜3における被処理体のエッチングレートを示す図である。図501〜図504において、縦軸は、被処理体のSiO2膜をHBr/NF3/O2のプラズマによりエッチングした場合のエッチングレート[nm/min]を示している。また、図501〜図504において、横軸は、被処理体の径方向の位置を示している。すなわち、図501〜図504は、被処理体の中心位置を「0」として、被処理体の「−150(mm)」の周縁位置から「+150(mm)」の周縁位置までのエッチングレートを示すものである。
図5Bは、センタファースト分布に対してデューティ比及び周波数が与える影響の検証結果(その1)を示す図である。図5Bにおいて、横軸は、パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比(%)を示しており、縦軸は、パルス変調後のバイアス用電力の周波数(kHz)を示す。また、図5Bにおいて、「Point2 average」とは、被処理体の中心位置のエッチングレートと、被処理体の中心位置から径方向に±30(mm)だけシフトした位置のエッチングレートとの差を示す。また、図5Bでは、比較例1、実施例2及び実施例3それぞれに対応する測定点を併せて示した。
比較例2では、ガス供給工程と電力供給工程とエッチング工程とを順に行う一連のプラズマ処理工程を被処理体に対して行った。プラズマ処理工程は、以下の条件を用いて行った。被処理体は、以下の構造を有するものを用いた。
(被処理体)
処理対象膜:SiO2膜
マスク:ポリシリコン膜
(プラズマ処理工程)
処理ガス:CF4=100sccm
第1の高周波電源からの高周波電力(プラズマ生成用電力):600W
プラズマ生成用電力の周波数:100MHz
第2の高周波電源からの高周波電力(バイアス用電力):600W
バイアス用電力の周波数:13.56MHz
バイアス用電力に対するパルス変調:実行せず
パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比:100%
パルス変調後のバイアス用電力の周波数:0kHz
温度(上部電極/処理容器の内壁/下部電極):80/70/60℃
実施例4では、プラズマ処理工程において、以下の条件を用いてバイアス用電力をパルス変調しながら、処理ガスのプラズマにより被処理体をエッチングした。その他の点については、比較例2と同様である。
バイアス用電力に対するパルス変調:実行
パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比:60%
パルス変調後のバイアス用電力の周波数:10kHz
実施例5では、プラズマ処理工程において、バイアス用電力として以下の条件を用いた。その他の点については、実施例4と同様である。
第2の高周波電源からの高周波電力(バイアス用電力):1000W
図6は、比較例2及び実施例4,5についての処理結果を示す図である。図6の図601〜図603は、それぞれ、比較例2及び実施例4,5における処理結果のエッチングレートを示す図である。図601〜図603において、縦軸は、被処理体のSiO2膜をCF4のプラズマによりエッチングした場合のエッチングレート[nm/min]を示している。また、図601〜図603において、横軸は、被処理体の径方向の位置を示している。すなわち、図601〜図603は、被処理体の中心位置を「0」として、被処理体の「−150(mm)」の周縁位置から「+150(mm)」の周縁位置までのエッチングレートを示すものである。
比較例3では、ポリシリコン膜のエッチング工程を2つのステップで段階的に行うプラズマ処理工程を被処理体に対して行った。つまり、1ステップ目でポリシリコンを所定深さの途中までプラズマによりエッチングし、2ステップ目で所定深さまでプラズマによりエッチングする。プラズマ処理工程は、以下の条件を用いて2ステップで段階的にエッチングした。被処理体は、以下の構造を有するものを用いた。
(被処理体)
処理対象膜:ポリシリコン膜
マスク:SiO2膜
(プラズマ処理工程)
(1ステップ目)
処理ガス:HBr/NF3/O2=300/28/17sccm
第1の高周波電源からの高周波電力(プラズマ生成用電力):800W
プラズマ生成用電力の周波数:100MHz
第2の高周波電源からの高周波電力(バイアス用電力):1000W
バイアス用電力の周波数:13.56MHz
バイアス用電力に対するパルス変調:実行せず
パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比:100%
パルス変調後のバイアス用電力の周波数:0kHz
温度(上部電極/処理容器の内壁/下部電極):80/70/60℃
(2ステップ目)
処理ガス:HBr/NF3/O2=300/34/15sccm
第1の高周波電源からの高周波電力(プラズマ生成用電力):800W
プラズマ生成用電力の周波数:100MHz
第2の高周波電源からの高周波電力(バイアス用電力):1000W
バイアス用電力の周波数:13.56MHz
バイアス用電力に対するパルス変調:実行せず
パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比:100%
パルス変調後のバイアス用電力の周波数:0kHz
温度(上部電極/処理容器の内壁/下部電極):80/70/60℃
実施例6では、プラズマ処理工程の1ステップ目及び2ステップ目において、以下の条件を用いてバイアス用電力をパルス変調しながら、処理ガスのプラズマにより被処理体をエッチングした。その他の点については、比較例3と同様である。
バイアス用電力に対するパルス変調:実行
パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比:60%
パルス変調後のバイアス用電力の周波数:10kHz
図7A及び図7Bは、比較例3及び実施例6についての処理結果を示す図である。図7Aのトレース図701は、比較例3におけるプラズマ処理工程後の被処理体の中央部の断面を拡大して得られた写真のトレース図である。トレース図702は、比較例3におけるプラズマ処理工程後の被処理体の中央部と周縁部との中間に位置する中間部の断面を拡大して得られた写真のトレース図である。トレース図703は、比較例3におけるプラズマ処理工程後の被処理体の周縁部の断面を拡大して得られた写真のトレース図である。トレース図711は、実施例6におけるプラズマ処理工程後の被処理体の中央部の断面を拡大して得られた写真のトレース図である。トレース図712は、実施例6におけるプラズマ処理工程後の被処理体の中央部と周縁部との中間に位置する中間部の断面を拡大して得られた写真のトレース図である。トレース図713は、実施例6におけるプラズマ処理工程後の被処理体の周縁部の断面を拡大して得られた写真のトレース図である。
図8A及び図8Bは、センタファースト分布に対してデューティ比及び周波数が与える影響の検証結果(その2)を示す図である。図8A及び図8Bにおいて、縦軸は、Point2 average(nm/min)を示す。また、図8Aにおいて、横軸は、パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比(%)を示す。また、図8Bにおいて、横軸は、パルス変調後のバイアス用電力の周波数(Hz)を示す。また、図8Aでは、比較例1、比較例2、実施例1、実施例3及び実施例5それぞれに対応する測定点を併せて示した。また、図8Bでは、比較例1、比較例2及び実施例1〜実施例3それぞれに対応する測定点を併せて示した。なお、図8A及び図8Bにおいて、Point2 averageとは、被処理体の中心位置のエッチングレートと、被処理体の中心位置から径方向に±30(mm)だけシフトした位置のエッチングレートとの差を示す。
実施例7では、プラズマ生成用電力、バイアス用電力、パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比及びパルス変調後のバイアス用電力の周波数として以下の条件を用いた。その他の点については、実施例1と同様である。
第1の高周波電源からの高周波電力(プラズマ生成用電力):400W
第2の高周波電源からの高周波電力(バイアス用電力):1850W
パルス変調後のバイアス用電力のデューティ比:30%
パルス変調後のバイアス用電力の周波数:10kHz
(実施例8〜実施例10)
実施例8〜実施例10では、それぞれ、処理ガスとして以下の処理ガスを用いた。その他の点については、実施例7と同様である。
実施例8:HBr/NF3/O2/Ar=300/34/24/50sccm
実施例9:HBr/NF3/O2/Ar=300/34/24/100sccm
実施例10:HBr/NF3/O2/Ar=300/34/24/200sccm
図9A及び図9Bは、実施例7〜10における処理結果を示す図である。図9Aの図901〜図904は、それぞれ、実施例7〜実施例10における被処理体のエッチングレートを示す図である。図901〜図904において、縦軸は、被処理体のSiO2膜をHBr/NF3/O2のプラズマ又はHBr/NF3/O2/Arのプラズマによりエッチングした場合のエッチングレート[nm/min]を示している。また、図901〜図904において、横軸は、被処理体の径方向の位置を示している。すなわち、図901〜図904は、被処理体の中心位置を「0」として、被処理体の「−150(mm)」の周縁位置から「+150(mm)」の周縁位置までのエッチングレートを示すものである。
実施例11〜実施例14では、それぞれ、バイアス用電力として以下の条件を用いた。その他の点については、実施例7と同様である。
実施例11:640W
実施例12:1350W
実施例13:2350W
実施例14:2850W
図10A及び図10Bは、実施例11〜実施例14における処理結果を示す図である。図10Aの図1001及び図1002は、それぞれ、実施例12及び実施例13における被処理体のエッチングレートを示す図である。図1001及び図1002において、縦軸は、被処理体のSiO2膜をHBr/NF3/O2のプラズマ又はHBr/NF3/O2/Arのプラズマによりエッチングした場合のエッチングレート[nm/min]を示している。また、図1001及び図1002において、横軸は、被処理体の径方向の位置を示している。すなわち、図1001及び図1002は、被処理体の中心位置を「0」として、被処理体の「−150(mm)」の周縁位置から「+150(mm)」の周縁位置までのエッチングレートを示すものである。
3 載置台
21 処理容器
24 排気装置(排気部)
31 下部電極
32 誘電体層
45a 第1の高周波電源
45b 第2の高周波電源
55 処理ガス供給源(ガス供給部)
100 プロセスコントローラ(制御部)
101 ユーザインタフェース
102 記憶部
Claims (13)
- 処理容器と、前記処理容器内に設けられ、被処理体の載置台として機能する下部電極と、前記下部電極に対向するように設けられた上部電極とを備える容量結合型プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記処理容器の内部に処理ガスを供給するガス供給工程と、
前記処理容器の内部に供給された処理ガスのプラズマを生成するための電力であり、周波数が100MHz〜150MHzであるプラズマ生成用電力および、前記プラズマ生成用電力よりも周波数が低い電力であるバイアス用電力を前記下部電極に供給する電力供給工程と、
前記下部電極に供給される前記プラズマ生成用電力が一定に維持された状態で、デューティ比が10%〜70%となり、かつ、周波数が5kHz〜20kHzとなるように前記バイアス用電力をパルス変調しながら、前記処理ガスのプラズマにより被処理体をエッチングするエッチング工程と
を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記エッチング工程は、デューティ比が40%〜60%となり、かつ、周波数が5kHz〜10kHzとなるように前記バイアス用電力をパルス変調しながら、前記処理ガスのプラズマにより被処理体をエッチングすることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
- 前記バイアス用電力の周波数が400kHz〜13.56MHzであることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ処理方法。
- 前記被処理体は、ポリシリコン膜と、SiO2膜又は有機膜とを含み、
前記エッチング工程は、前記SiO2膜又は前記有機膜をマスクとして前記処理ガスのプラズマにより前記ポリシリコン膜をエッチングすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。 - 前記被処理体は、SiO2膜と、有機膜又はポリシリコン膜とを含み、
前記エッチング工程は、前記有機膜又は前記ポリシリコン膜をマスクとして前記処理ガスのプラズマにより前記SiO2膜をエッチングすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。 - 前記被処理体は、SiO2膜とポリシリコン膜との積層膜と、有機膜とを含み、
前記エッチング工程は、前記有機膜をマスクとして前記処理ガスのプラズマにより前記積層膜をエッチングすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。 - 前記積層膜は、少なくとも24層以上積層されることを特徴とする請求項6に記載のプラズマ処理方法。
- 前記処理ガスは、臭素又は塩素と、フッ素と、酸素とを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
- 前記処理ガスは、アルゴンをさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のプラズマ処理方法。
- 前記処理ガスは、CF系ガスを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
- 前記バイアス用電力は、500W〜3000Wであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチング工程によってエッチングされた前記被処理体の中心位置のエッチングレートと、当該被処理体の中心位置から径方向に沿って周縁側に所定距離だけシフトした位置のエッチングレートとの差は、−1.2(nm/min)〜1.2(nm/min)であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
- 処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、被処理体の載置台として機能する下部電極と、
前記下部電極に対向するように設けられた上部電極と、
前記処理容器の内部を減圧するための排気部と、
前記処理容器の内部に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記処理容器の内部に処理ガスを供給する工程と、前記処理容器の内部に供給された処理ガスのプラズマを生成するための電力であり、周波数が100MHz〜150MHzであるプラズマ生成用電力および、前記プラズマ生成用電力よりも周波数が低い電力であるバイアス用電力とを前記下部電極に供給する工程と、前記下部電極に供給される前記プラズマ生成用電力が一定に維持された状態で、デューティ比が10%〜70%となり、かつ、周波数が5kHz〜20kHzとなるように前記バイアス用電力をパルス変調しながら、前記処理ガスのプラズマにより被処理体をエッチングする工程とを実行する制御部と
を備えたことを特徴とする容量結合型プラズマ処理装置。
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