JPH02166732A - 低圧プラズマのための方法および装置 - 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Ｗ） 本発明はプラズマグロー放電中で物品を処理することに
関するものであり、特に、低圧で磁気的に閉じ込めたプ
ラズマの中で半導体ウェーハを処理することに関する。

（従来の技術） 従来の技術では、半導体ウェーハを処理するのに多様な
プロセスが発達してきている。エッチ工程に対しては、
品質の目安として一様性およびエッチ速度がある。品質
を改舌しようとして、かつ一部では従来処理したものよ
り大きなウェーハを処理する結果、次第により大きなＲ
Ｆ？ＩＳ力をプラズマに供給するようになって来ている
。電力の増大に伴って、ウェーハ上に形成する装置の大
きさが小さくなることによる困難が生じている。装置が
一層繊細になり、供給電力に耐えることのできない装置
もある。

これに対する一つの解決法は、たとえば、マイクロ波放
射を使用し、プラズマを遠く離して発生することである
がそれ自身の困難がないように配置することはできない
。

他の方法はプラズマを磁気的に閉じ込めることである。

これにはイオンまたは電子を放電の内部に逆反射するこ
とにより室の導電壁をプラズマから７は気的に除去する
という効果がある。その結果少い電力でイオンが一層効
率良く発生される。

（発明が解決しようとする課題） 上記の解決法は不完全である。あるいは−層正確に言え
ば、それ自身の問題が入り込む。装置の損傷を最も少く
することはエツチングにを効でしかも最少可能なエネル
ギを持つイオンを発生することにかかっている。一般に
、この条件は従来−般的に使用しているより低い、比較
的低い圧力、たとえば、１ミリトール（０，１３Ｐａ）
で起る。このような圧力では、市場で手に入るマノメー
タは、高品質のものでも、不正確になる。たとえば、大
気圧にさらされるマノメータには典型的に数ミリトール
（Ｉ　Ｐａ）のオフセット誤差がある。したがって、１
ミリトール（０，１３Ｐａ）以下の測定圧力は最良でも
推定値にしかならない。

これまで述べて来たことにかんがみ、磁気的に閉じ込め
られたグロー放電中で６０ミリトール（８Ｐａ）以下の
範囲でガス圧力をＡｌｌ＋定または制御する改良された
手段を提供することが本発明の目的である。

本発明の池の特徴によれば、プラズマ・エッチサイクル
を最適化する手段を提供することが目的である。

（課題を解決するだめの手段） 前述の目的は、プラズマのピークピーク電圧を圧力の関
数としてプロットすれば装置の動作を最適化することが
できるる明確な曲線が得られるという発見に基づく本発
明により達成される。特に、この曲線には低圧力で損傷
を最小にする最適動作点を示す明６ｔな極小が存在する
。したがって、プラズマのピークピーク電圧を所定時間
監視し、室内の圧力を変化させてピークピーク電圧を最
小にし、ウェーハをピークピーク電圧に対応する圧力ま
たはその近くで処理すればウェーハに対する損傷は最小
になる。この方法は、圧力を最初マノメータを使用して
初期圧力測定値が得られるように小さくし、次にその処
理用最終値が得られるように圧力を調節しながらピーク
ピーク電圧を監視する閉ループ制御システムに容易に取
入れられる。

この調節はシステムの室と真空ポンプとの間に設置した
ゲートバルブにより容易に行われる。

（実施例） 第１図において、横座標は左から右に動くにつれて増大
する圧力を表わす。縦座標はピークピーク電圧を表わす
。曲線１２は典型的なエッチ工程に対するビークピーク
電圧をプロットしたものである。曲線１３は典型的なエ
ッチ工程に対してイオン密度をプロットしたものである
。曲線１２および１３は異なる工程から取った実際のデ
ータを表わしているため、互いにｍＶＲになっていない
が、曲線１２および１３は関連する逆パラメータを表わ
していることは明らかである。

これら各曲線はこれを作るために実際に使用されたちの
以外の情報を表わしていると解釈することができる。た
とえば、ピークピーク電圧、すなわち、連続波の包路線
、プラズマに加えられるＲＦ定電力はグロー放電が発生
する反応器のインピーダンス、または−層詳細にはその
間にグロー放電が発生する室内の平行極板のインピーダ
ンスをも表わしている。同様に、曲線１３は室（ｃｈａ
ｍｂｅｒ　）を通る電流を圧力の関数としてプロットし
たちのとして、すなわち、イオン化が増大するにつれて
電流が増加し、ピークピーク電圧が減少することを表わ
すものと解釈することができる。

グロー放電を発生しながら室内の圧力を下げる状況を考
えると、第１図に示すように、曲線１２の右側の部分と
同様の曲線が得られる。特に、室内が排気されるにつれ
て、圧力が減少すると対応して、曲線１３で示すように
、利用可能なイオンの数が減少する。イオンの数が減少
するので、室のインピーダンスおよびピークピーク７ヒ
圧が上昇する。

磁気閉じ込めが無い場合、圧力が更に減少するにつれて
この傾向は継続する。

バー１４で示す成る第１の圧力で、且つ磁気閉じ込めが
ある場合、プラズマに広いピークがあるのが特徴である
。圧力が更に減少するにつれて、イオン化は減少するよ
りもむしろ増大する。これは、プラズマを室の導電壁か
ら電気的に絶縁する磁気閉じ込めの効果によるものと信
じられている。また、低い圧力では、イオンの平均自由
行程が分子衝突の減少のため増大する。イオンはプラズ
マ自身の中に逆反射されるので、ガスのイオン化が増大
し、これによりプラズマのピークピーク電圧が下がる。

圧力１４の実際の値は使用する室およびガスの特性によ
って決まる。Ａ　ｒ　、　ＣＩ２４　ＨＢ　ｒ、Ｘｅの
ような、普通に使用されるガスについては、圧ソ月４は
３０〜６０ミリトール（４〜８　Ｐａ）に相当すること
がわかっている。ヘリウムだけは例外であることがわか
っている。ヘリウムでは、最小が約２０ミリトール（２
，７Ｐａ）であり、最大が約２００ミリトール（２Ｇ、
７Ｐａ）である。

圧力が更に減少するにつれて、圧力１５の最小になるま
でプラズマのイオン化が増大しピークピーク電圧が下る
。この点で、事実、室内のガスのイオン化に関し反応器
から最大の効率が得られている。圧力を更に減らしても
イオンの供給が個渇し、プラズマのピークピーク電圧が
増大するだけである。成る圧力でイオンの生成が有用な
エッチ速度を与えるのに充分ではなくなる点に達する。

本発明によれば、プラズマ反応器を圧力１９および１４
およびピークピーク電圧１７および１８で限られる区域
内で動作させれば最適エツチングが行われることがわか
っている。特に、最小ピークピーク電圧１８に対応すす
る圧ソ月５でエツチングを行えばウェーハに与える損傷
が最小になる。最小圧力１５は非常に狭い圧力範囲内で
、たとえば±５ミリトール（０，６Ｐａ）で得られれる
。このように圧力１９と１４との差を３０〜６０ミリト
ール（４〜８　Ｐａ）に対応させることができるが、本
発明の特別な利益は最小ピークピーク電圧に対応する圧
力近辺の比較的狭い範囲内で得られる。

第２図は本発明の好適実施例を示すもので、室２０には
グロー放電が入っており、混合室２１から一種類以上の
ガスが供給されている。混合室２１には質量流量制御器
２３により供給源２２からおよび質量流量制御器２５に
より供給源２４からガスが供給される。当業者には、ガ
スの種類数および混合は実行する特定の処理によって決
まる選択事項であることが理解される。室２０はゲート
バルブ２７および真空ポンプ２８により排気される。グ
ロー放１ヒは室２０の内部の少くとも一対の電極に接続
されているＲＦ発生器２６により発生する。室内の圧力
は好適には容量性マノメータから成る圧力センサ３１に
より監視されている。ピークピーク・センサ３３はＲＦ
発生器２６に接続されており、ピークピーク電圧を表わ
す出力を制御論理３２に供給する。

本発明によれば、第２図に示すシステムを人手で、また
は閉ループ制御システムにより動作させることができる
。人手により動作させたければ、単にピークピーク電圧
を監視して最小値を求め、室２０でウェーハを処理しな
がらシステムをその状態に維持する。

自動動作では、ゲートバルブ２７を操作して室２０の排
気を制御するのに制御論理３２を使用することができる
。当業者には既知のとおり、室２０の内部の圧力を制御
する一つの方法は真空ポンプの容量より少い割合でガス
を供給し、室の排気を調整して室内の圧力を制御するこ
とである。

先に示したように、最小ピークピーク電圧は比較的狭い
圧力範囲で発生する。それ放置を第１図に示す動作域ま
で排気しながら圧力の粗測定を行う従来の圧力測定法を
利用する閉ループ制御システムによるのが望ましい。こ
の区域内でピークピーク・センサ３３からの情報を利用
してゲートバルブ２７を制御することにより室内の圧力
に対し精シ！ｊ整を行う。これは、たとえば、センサ３
３はピークピーク電圧以外のところでは圧力を実際に測
定しないので、制御論理が曲線１２の高い方の圧力にあ
る負の傾斜を曲線１２の低い方の圧力にある負の傾斜と
誤って解釈することがないようにするのに役立つ。

センサ３３および制御論理３２の実際の実施は簡Ｃドで
あり、このような回路に習熟している当業者には容易で
ある。たとえば、制御論理３２は傾斜の検出およびピー
クピーク電圧の測定にアナログまたはディジタルの電子
装置からＮ、Ｓ成することができる。

第２図に示す装置は、走査電子顕微鏡で行われているよ
うに、エッチ結果、たとえば、選択性、を最適化するよ
うに動作させることができる。この場合、その理由は完
全には明らかでないが、最適動作は圧力１４の近辺で行
われるように思われる。

要するに、他のパラメータの改芒のため装置の損傷を妥
協させることができる。反応器を最小ピークピーク電圧
から離れた最適圧力で動作させると、曲線【２の非線形
的性格の他に圧力１４でのピークの幅のため制御を行う
ことが困難になることがある。

本発明の他の特徴によれば、圧力センサは圧力を減らし
ながらピークピーク電圧を監視することにより所定の処
理に対して校正される。最小ピークピーク電圧が見つか
ると、制御論理３２は以後、圧力１５を基章圧力と解釈
する。圧力は直線的に変るから、圧力１５と圧力１４と
の間の圧力を選択するには単にセンサ３１で圧力を監視
するだけてよい。

校正は、たとえば、毎日繰返すか、または処理条件が変
るとき、たとえば、混合ガスが変るかまたは印加電力が
かなり変るとき、行う。この結果、圧力センサ３１がそ
の範囲の限界でまたは限界を超えて動作してもウェーハ
同志の間の一様性が大きくなる。

本発明についてこのように説明して来たが当業者には本
発明の精神および範囲の中で各種の修正を行うことがで
きることが明らかであろう。たとえば、ダイオード反応
器に関連して説明したが、本発明はトライオード反応器
にも同様に適用されることがわかる。同様に、本発明は
、印加周波数を磁界に慎重に整合させて共鳴を発生させ
る電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）システムとして知
られているもののような、マイクロ波誘導放電を利用す
るものを含む如何なる磁気閉じ込めプラズマにも有用で
ある。ＥＣＲシステムでは、圧力は更に一層減らされ、
このようなシステムは典型的にはミリトール（０，０１
Ｐａ）の１１１０またはそれ以下で運転される。このよ
うな圧力では、通常のマノメータはもはや役に立たない
ので、室の正しい動作点を決定するのが更に一層必要に
なる。

（発明の効果） これまで述べて来たように本発明により低圧力で損傷を
最小にしまたは最適エッチを行うように磁気閉じ込めグ
ロー放電を動作させる方法および装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図はピークピーク電圧を圧力の関数としてプロット
したグラフである。 第２図は本発明の好適実施例を示すブロック図である。 １２・・・ピークピーク電圧曲線。 １３・・・イオン密度曲線。 ２０・・・室。　２６・・・Ｒ，Ｆ、発生器。 ２７・・・ゲートバルブ　３１・・・圧力センサ。 ３２・・・制御論理。　３３・・・ビークピーク・セン
サ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２００ミリトール（２６．７Ｐａ）より低い圧力で
   ＲＦ誘導、磁気閉じ込めグロー放電が行われる室内で半
   導体ウェーハを処理する方法において、前記室内のピー
   クピーク電圧を監視する段階；および 前記室内のガス圧を最小ピークピーク電圧にほぼ対応す
   る値に維持する段階； を具備する前記方法。 ２、最初の段階として更に、 前記室内の圧力を該室内の圧力を監視することにより初
   期値に調節する段階、 を含む請求項１に記載の方法。 ３、前記値が基準値として保持されており、更に、 前記室内の圧力を前記ウェーハを処理するその後の一層
   高い値に調節する段階、 を含む請求項１に記載の方法。 ４、室内に一種類以上のガスを供給する手段、前記室内
   からガスを排出する手段、前記室内にＲＦ電力を供給す
   る手段、およびグロー放電を磁気的に閉じ込める手段、
   を備えた室内でグロー放電により半導体ウェーハを処理
   する装置において、前記室内にＲＦ電力を供給する前記
   手段に結合して前記室内のピークピーク電圧を監視する
   手段；および 前記室内の圧力を最小ピークピーク電圧に対応する圧力
   またはその近くに維持する手段； を備えている前記装置。