JP6449674B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
まず、本発明の一実施形態にかかるプラズマ処理装置10の全体構成について、図1を参照しながら説明する。プラズマ処理装置10は、アルミニウム等からなり内部を密閉可能な筒状の処理容器11を有している。処理容器11は、接地電位に接続されている。処理容器11の内部には、導電性材料、例えばアルミニウム等から構成された載置台12が設けられている。載置台12は、ウェハWを載置する円柱状の台であり、下部電極を兼ねている。
プラズマ処理中、載置台12にはプラズマ励起用の高周波電力HFとバイアス用の高周波電力LFとが印加される。これらの高周波電力は重畳され、各高周波電力の高調波成分によって定在波が発生する。その結果、例えば、図2の(a)のシリコン酸化膜(SiO2)のエッチング結果に示すように、ウェハWのセンタ部のERがミドル部やエッジ部のERよりも高くなる。このようにしてエッチング分布が不均一になると、センタ部とセンタ部以外においてCD(Critical Dimension)の加工寸法やエッチングの深さにバラツキが生じ、ウェハWに対して均一なプラズマ処理を行うことが困難になる。
本実施形態に係るプラズマ処理方法では、プラズマ励起用の高周波電力HF及びバイアス用の高周波電力LFにパルス波を使用する。本実施形態に係るプラズマ処理方法を説明する前に、高周波電力のパルス波の定義について簡単に説明する。
図4に示すように、(1)のリファレンスでは、プラズマ励起用の高周波電力HFはパルス波ではなく連続波である。バイアス用の高周波電力LFは、Duty比が30%のパルス波である。
位相シフトシンクロパルス波の高周波電力HF及び高周波電力LFを載置台12に印加した実験結果1を図5に示す。図5の(3)及び(4)には、本実施形態に係る位相シフトシンクロパルスによるERの結果とともに(1)リファレンス及び(2)標準シンクロパルスによるERの結果が比較例として挙げられている。
(1)リファレンス
HF 300W(連続波)
LF 3000W(周波数1kHz)
Duty比(LF) 30%
(2)標準シンクロパルス
HF 1000W(周波数1kHz)
LF 3000W(周波数1kHz)
Duty比(HF/LF) 30%
位相シフト 0%
(3)位相シフトシンクロパルス
HF 1000W(周波数1kHz)
LF 3000W(周波数1kHz)
Duty比(HF/LF) 30%
位相シフト 50%
(4)位相シフトシンクロパルス
HF 1000W(周波数1kHz)
LF 3000W(周波数1kHz)
Duty比(HF/LF) 30%
位相シフト 100%
(1)〜(4)のいずれも場合も、臭化水素ガス(HBr)、三フッ化窒素ガス(NF3)及び酸素(O2)ガスを含む混合ガスによりエッチングを実行した。ERの分布からホットスポットレシオを算出したところ、(1)のリファレンスでは「2.4」、(2)の標準シンクロパルスでは「6.8」、(3)の位相シフトシンクロパルスでは「1.7」、(4)の位相シフトシンクロパルスでは「−4.2」となった。
次に、位相シフトシンクロパルス波の高周波電力HF及び高周波電力LFを、位相シフト量を変化させてエッチングした結果について、図6を参照しながら説明する。
(3−1)〜(3−5)位相シフトシンクロパルス
HF 1000W(周波数1kHz)
LF 3000W(周波数1kHz)
Duty比 30%
位相シフト 可変(55%〜75%)
上記条件下、HBrガス、NF3ガス及びO2ガスを含む混合ガスによりエッチングを実行した。その際のERの分布及びホットスポットレシオを図6に示す。これによれば、(3−2)の位相シフトが60%の場合及び(3−3)の位相シフトが65%の場合においてホットスポットレシオが最も改善され、ERの分布が均一になった。以上から、位相シフトシンクロパルスの位相シフト量を制御することで、ウェハWのセンタ部のホットスポットレシオを制御できることがわかった。
次に、位相シフトシンクロパルス波の高周波電力HF及び高周波電力LFを、Duty比を変化させてエッチングした結果について、図7を参照しながら説明する。図7は、(4−1)及び(4−2)の本実施形態に係る位相シフトシンクロパルスによるERの結果とともに(1)リファレンスによるERの結果が比較例として挙げられている。
(1)リファレンス
HF 300W(連続波)
LF 3000W(周波数1kHz)
Duty比 30%
(4−1)位相シフトシンクロパルス
HF 1000W(周波数1kHz)
LF 3000W(周波数1kHz)
Duty比 30%
位相シフト 100%
(4−2)位相シフトシンクロパルス
HF 1000W(周波数1kHz)
LF 3000W(周波数1kHz)
Duty比 LF 30%、HF 70%
位相シフト 100%
(1)、(4−1)、(4−2)のいずれも場合も、HBrガス、NF3ガス及びO2ガスを含む混合ガスによりエッチングを実行した。その際のERの分布及びホットスポットレシオを図7に示す。
最後に、本実施形態にかかる実験結果のエッチング形状の一例について、図8〜図10を参照しながら説明する。図8は、本実施形態に係るエッチング対象の積層膜の一例を示す。図9は、本実施形態に係るプラズマ処理方法によるパーシャルエッチング後のエッチング形状の一例を示す。図10は、本実施形態に係るプラズマ処理方法によるフルエッチング後のエッチング形状の一例を示す。
(1)リファレンス
HF 300W(連続波)
LF 3000W(周波数1kHz)
Duty比(LF) 30%
(4)位相シフトシンクロパルス
HF 1000W(周波数1kHz)
LF 3000W(周波数1kHz)
Duty比(HF/LF) 30%
位相シフト 100%
(1)及び(4)のいずれも場合も、HBrガス、NF3ガス及びO2ガスを含む混合ガスによりエッチングを実行した。図9のERの結果に示すように、(4)の位相シフトシンクロパルスでは、ウェハWのセンタ部におけるERの分布が下に凸の分布となり、高周波電力HF,LFの位相シフト量でウェハWのセンタ部を制御できることがわかる。その結果、図9のエッチング深さ(Etch Depth)のグラフ及びエッチング形状の断面に示されるように、(4)の位相シフトシンクロパルスでは、ポリシリコン膜104のミドル部のエッチング深さが(1)のリファレンスよりも深くなっている。つまり、(4)の位相シフトシンクロパルスでは(1)のリファレンスよりもウェハWのミドル部を制御できることがわかる。
10:プラズマ処理装置
11:処理容器
12:載置台(下部電極)
14:排気プレート
17:反応室
18:排気室
19:第1の高周波電源
21:静電電極板
22:静電チャック
24:フォーカスリング
29:シャワーヘッド(上部電極)
30:第2の高周波電源
50:制御部
Claims (6)
- 処理容器と、該処理容器内に配置される載置台と、該載置台に対向して配置される電極とを備えるプラズマ処理装置を用いて該載置台の上の基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
前記載置台にプラズマ生成用の高周波電力のパルス波を印加し、該載置台に前記プラズマ生成用の高周波電力よりも周波数が低いバイアス用の高周波電力のパルス波を印加する工程と、
前記プラズマ生成用の高周波電力のパルス波及び前記バイアス用の高周波電力のパルス波が所定の位相差を有するように制御し、該プラズマ生成用の高周波電力のデューティ比を該バイアス用の高周波電力のデューティ比以上であって、基板のミドル部のエッチングレートを選択的に高めるように制御する工程と、
を含む、プラズマ処理方法。 - 前記プラズマ生成用の高周波電力のパルス波と前記バイアス用の高周波電力のパルス波との位相をずらすことで、前記パルス波の重畳により発生する高調波の定在波の発生を防止する、
請求項1に記載のプラズマ処理方法。 - 臭化水素(HBr)ガスと三フッ化窒素(NF3)ガスと酸素(O2)ガスとを含むガス、又は臭化水素ガスとCF系ガスと酸素ガスとを含むガスを前記処理容器内に供給し、
基板上に形成されたポリシリコン膜の上のシリコン酸化膜をマスクとして、該ポリシリコン膜をエッチングする工程を含む、
請求項1又は2に記載のプラズマ処理方法。 - 前記プラズマ生成用の高周波電力の周波数は、100MHz〜150MHzの範囲のいずれかの周波数であり、前記バイアス用の高周波電力の周波数は、400kHz〜13.56MHzの範囲のいずれかの周波数である、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。 - 前記プラズマ生成用の高周波電力のデューティ比は、前記バイアス用の高周波電力のデューティ比の2倍よりも大きい、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。 - 処理容器と、該処理容器内に配置された載置台と、該載置台に対向して配置された電極と、制御部とを備えるプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、
前記載置台にプラズマ生成用の高周波電力のパルス波を印加し、該載置台に前記プラズマ生成用の高周波電力よりも周波数が低いバイアス用の高周波電力のパルス波を印加し、
前記プラズマ生成用の高周波電力のパルス波及び前記バイアス用の高周波電力のパルス波が所定の位相差を有するように制御し、該プラズマ生成用の高周波電力のデューティ比を該バイアス用の高周波電力のデューティ比以上であって、基板のミドル部のエッチングレートを選択的に高めるように制御する、
プラズマ処理装置。
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