JPH01170025A - ドライエツチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板のドライエツチング装置に係り、
特にエツチング中の基板への入射イオンエネルギ制御に
好適な高周波電力印加機構に関する。

〔従来の技術〕

平行平板型ドライエツチング装置は、真空雰囲気中の処
理室にエツチングガスを導入すると共に。

各処理室内に相対向して配設された電極間に高周波電力
を印加してプラズマを形成し、このプラズマで生成され
るイオンとラジカルとにより半導体基板をエツチング処
理するものである。この平行平板型ドライエツチング装
置には、電極への基板の載置方法によってカソード結合
方式とアノード結合方式に大別される。カソード結合方
式では、高周波電力を印加する電極に被エツチング処理
基板が載置され、アノード結合方式では、接地電極に基
板が載置される。

カソード結合方式では、プラズマ−基板載置電極間に高
い高周波電圧が生じると共に基板載置電極がプラズマ中
の電子温度とイオン温度の差から負の電位に自己バイア
スされるので、プラズマ−基板間の電界が大きく、基板
に垂直に入射するイオンのエネルギが大きい。その為、
カソード結合方式はアノード結合方式に比べてエツチン
グ速度が高く、また化学反応により等方性エツチングに
寄与するラジカルに対して異方性エツチングに寄与する
イオンの効果が大きいので、マスクパターンに忠実な高
精度エツチングができるという長所がある。しかし、イ
オンのエネルギが大きいので、半導体基板に損傷を与え
易いという短所がある。

一方、アノード結合方式では基板載置電極はアースに接
地されるので、イオンの加速電圧は小さく、エツチング
はラジカルによる等方性エツチングが主体となる。した
がって、エツチング速度が低く微細加工性には劣るが、
半導体基板に与える損傷が小さいという長所がある。

半導体デバイスに損傷を与えず、高速で高精度なエツチ
ング処理を達成する為には、これら両方式の長短を相補
う性能を持ったドライエツチング装置が要求される。す
なわち、エツチングの状況に応じて、下地膜に損傷を与
えない範囲でイオンが出来るだけ高いエネルギを持つよ
うにプラズマ−基板間の電界強度を制御する必要がある
。

このような要求に対して１例えば特開昭６０−２１３０
２６号、特開昭５９−２０８７２７号では、電極に直流
電圧を印加する手段を設けている。

これらの従来例では、電極に印加する直流電圧を制御し
てプラズマ−基板載置電極間の電位差を変えることによ
りイオンのエネルギを制御しようとするものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術を使って基板をエツチング処理する場合、
その基板の被エツチング面が絶縁膜上に形成された膜で
あるときには、絶縁膜表面にたまった電荷がプラズマか
ら入射する電荷によってキャンセルされるため、基板載
置電極に直流電圧を印加しても、プラズマ−基板間の電
位差を制御することができない。また、アノードに直流
電圧を印加して基板を載置したカソードの自己バイアス
電位を変化して、プラズマ−基板間の電位差を制御しよ
うと試みても、直流電圧に同期してプラズマ電位と基板
電位が共に変化してプラズマ−基板間の相対的な電位差
は変化しないので、イオンのエネルギ制御が容易でない
という問題があった。

本発明の目的は、直流電源を用いることなく、エツチン
グの状況に応じて一台の高周波電源で基板に入射するイ
オンエネルギを容易に制御し、等方性エツチングと異方
性エツチングを使い分けることにより、基板への損傷の
少ない、高精度、高速エツチング性能を備えたドライエ
ッチ装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、高周波電源〜電極の放電系回路と並列に、
高周波電源〜各電極間の経路上にそれぞれ可変インピー
ダンスをアースとの間に設置し、両インピーダンスの増
減を互いに逆方向に連動して変化することのできる機構
を備えることにより達成できる。

〔作用〕

可変インピーダンスのインピーダンス変化が、一方の電
極側で増加すれば他方の電極側で同じ量だけ減少するよ
うに、互いに増減方向が逆方向に連動するような機構を
本発明の装置は備えているので、高周波電源のアースに
対するインピーダンスは一定であり１両インピーダンス
を変化しても放電系で消費される高周波電力は一定とな
る。また、電極のアースに対する電圧変動は１両インピ
ーダンスの比に比例して変化する。

高周波電圧変動の大きい側の電極では、プラズマルミ極
間の電圧変動が大きいので、電極に入射するイオンのエ
ネルギは大きくなる。逆に、高周波電圧変動の小さい側
の電極では、イオンのエネルギは小さくなる。すなわち
、電極に載置した半導体基板をエツチング処理する場合
、処理中に可変インピーダンスを変化させることにより
、基板に入射するイオンエネルギの大小を制御すること
ができる。したがって、放電開始直後には、基板載置電
極の電圧が大きくなるように制御し、高いイオンエネル
ギによって高速で高精度な異方性エツチングを行う、ま
た、エツチング終了間近には。

イオン衝撃によって下地膜に与える損傷を小さく抑える
為に、基板載置電極の電圧が小さくなるように可変イン
ピーダンスを制御し、等方性エッチング主体の処理を行
う、このような操作によって。

高速・高精度でしかも基板への損傷が少ないドライエツ
チング処理を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図は、本発明によるドライエツチング装置の一実施
例を示す構成図、第２図は第１図の実施例における連動
可変インピーダンスの一具体例を図示した本発明の一実
施例を示す構成図、第３図は第１図の実施例における連
動可変インピーダンスの他の具体例を図示した本発明の
他の実施例を示す構成図である。

第１図において、気密に保たれた処理室１内に平行平板
電極２及び３を相対向して配設し、エツチング処理基板
４を電極３上に載置している。また、電極２及び３はそ
れぞれ整合回路５及び６と介して高周波電源７に接続さ
れている。さらに、高周波電源７は、放電系回路とは並
列に可変インピーダンス１０−Ａ及び１０−Ｂ並びに可
変インピーダンス１０−Ａ及び１０−Ｂの両インピーダ
ンスの増減が互いに逆方向に連動するような機構で取り
付けられた連動機構９より成る連動可変インピーダンス
８に接続されている。連動機構９、整合回路５及び６に
は、インピーダンス変化量検出機能とインピーダンス調
整機能を備えた制御器１４が接続されている。

次に、上記構成のドライエツチング装置で半導体基板４
をエツチング処理する場合の動作について説明する。第
１図に示す真空雰囲気に保持された処理室ｌ内に、ガス
供給口（図示せず）からエツチングガスを導入し、高周
波電源７より高周波電力を印加すると、電極２及び３間
に放電を生じる。放電開始直後には、イオンの効果によ
るエツチングの高速性と高精度とを得るために、可変イ
ンピーダンス１０−Ｂのインピーダンスが大きくなる位
置に連動可変インピーダンス８を調整する。

この操作により、基板載置電極３の高周波電圧は大きく
なり、基板は高いイオンエネルギによって高速・高精度
でエツチング処理される。エッチン°グが進行し、被エ
ツチング膜が薄くなってくると、可変インピーダンス１
０−Ｂのインピーダンスが小さくなるように連動可変イ
ンピーダンス８を調整する。この操作により、基板載置
電極３の高周波電圧は次第に小さくなり、基板に入射す
るイオンのエネルギは小さく、エツチングは主にラジカ
ルの科学反応による等方性エツチングで進行する。

それ故、下地膜に与えるイオン衝撃による損傷を小さく
抑えることができる。このような操作の際。

連動可変インピーダンス８は整合回路の一部として作用
するので、基板４へのイオンエネルギを制御するために
連動可変インピーダンス８を調整することにより、放電
系のインピーダンス整合がずれてくる。これを防ぐため
に、制御器１４は、連動機構９の変位量から連動可変イ
ンピーダンス８のインピーダンス変化量を検出し、増減
したインピーダンスの変化量分だけ整合回路５及び６の
インピーダンスを逆に減増するようにインピーダンスの
補正制御を行う。

本実施例によれば、上述のようにエツチング処理中に基
板に入射するイオンのエネルギを制御することができる
ので、イオン衝撃による基板の下地膜への損傷を小さく
抑えながら、高速で高精度なエツチング処理を実現する
ことができる。また、制御器１４のインピーダンス補正
制御により、インピーダンス調整中であっても常に安定
した放電を維持することができる。

ただし、インピーダンス補正制御を司る制御器１４は、
前述の本発明の目的を達成するために必要不可欠な構成
要素ではなく、多少の入力高周波電力の変動を許容する
ならば、制御器１４のない構成でも本発明の目的を達成
することができる。

第２図は、第１図の実施例における連動可変インピーダ
ンス８の具体例を図示した本発明の一実施例を示す構成
図で、第１図の可変インピーダンス１０−Ａ、１０−Ｂ
をコイル１３−Ａ、１３−Ｂ、可変コンデンサ１２−Ａ
、１２−Ｂにより、また、連動機構９を駆動サーボモー
タ１５−Ａ。

１５−Ｂ及びモータ１６により構成するものである。そ
の他の構成は第１図の実施例と同一であり、第１図に示
す装置と同一機構要素には同一符号を付した。本実施例
の連動可変インピーダンス８は、モータ１６を回動する
ことにより、駆動サーボモータ１５−Ａ、１５−Ｂへ送
信する電圧信号の増減は互いに逆方向かつ同一増減幅と
なるので、可変インピーダンスの増減を互いに逆方向に
連動して変えることができる。その他の動作作用は第１
図の実施例の場合と同じであり、第１図の場合と同じ効
果を得ることができる。

第３図は、第１図の実施例における連動可変インピーダ
ンス８をコイル１１とモータ１６により構成したもので
あり、第１図に示す装置と同一構成要素には同一符号を
付した０本実施例においても、第１図の実施例において
説明したと同じような動作作用により、同じような効果
を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エツチング中に半導体基板に入射する
イオンのエネルギを制御することができるので、下地膜
への損傷を小さく抑えながらパターン寸法精度の高い、
高速エツチングを達成することができ、生産性向上、半
導体デバイスの品質向上に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるドライエツチング装置の一実施例
を示す構成図、第２図は第１図の実施例における連動可
変インピーダンスの一具体例を図示した構成図、第３図
は上記連動可変インピーダンスの他の具体例の構成図で
ある。 ｌ・・・処理室、２，３・・・電極、４・・・半導体基
板。 ５．６・・・整合回路、７・・・高周波電源、８・・・
連動可変インピーダンス、９・・・連動機構、１４・・
・制御器。 １５−Ａ、１５−Ｂ・・・駆動サーボモータ、１６・・
・モータ。 代理人弁理士　小　川　勝　Ｋ′　４ 品１目 晃２目 ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、真空処理室内に相対向して配設された一対の平行平
   板電極の一方に載置した被エッチング処理基板を、エッ
   チングガスを導入すると共に電極に高周波電力を印加し
   てプラズマを形成することによりエッチング処理するド
   ライエッチング装置において、放電系回路と並列に、高
   周波電源と各電極間の経路上でそれぞれ可変インピーダ
   ンスをアースとの間に設置し、両インピーダンスの増減
   を互いに逆方向に連動して変化することのできる機構を
   備えたことを特徴とするドライエッチング装置。