JPH0250424A - プラズマ処理装置 - 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〕 本発明はマイクロ波を利用したプラズマ処理技術に係り
、特にプラズマエツチングの加工形状の制御に適用して
有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

フィクロ波を利用したプラズマエツチング技術について
は、たとえば、株式会社工業調査会、昭和６１年３月１
日発行、「電子材料」昭和６１年３月号、Ｐ１０３〜Ｐ
１０９、および産業図書株式会社、昭和５５年７月１０
日発行、「半導体プラズマプロセス技術Ｊ　Ｐ１３８〜
１５３に記載があるように、試料に高周波バイアス電圧
を印加する枚葉式プラズマエツチング装置がある。

その橿要は、マイクロ波に磁界を加えることによって高
密度のプラズマを発生させる一方、試料が載置される試
料載置台に高周波バイアス電圧を印加することによって
、試料に照射されるイオンの衝撃エネルギーを独立に制
御するものである。

そこで、従来の枚葉式プラズマエツチング装置において
は、高周波印加電橋を兼ねる試料載置台に固定された周
波数の高周波電源が接続させている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記枚葉式プラズマエツチング装置における
シリコン酸化膜のスルーホール加工において、試料に照
射されるイオンの衝撃エネルギーの制御を行う高周波電
源の周波数を１３．５６Ｍ＆から４００Ｋ）ｔｚに変え
ることにより、加工形状が変化することを本発明者は見
出した。

そこで、本発明の目的は、マイクロ波を利用したプラズ
マ処理を行う枚葉式プラズマエツチング装置において、
エツチングの加工形状を制御できるプラズマ処理装置を
提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、試料に照射さ
れるイオンのｉｓエネルギーをプラズマの発生と独立に
制御できる高周波電源を試料載置台に接続したプラズマ
処理装置であって、前記高周波電源の周波数が可変でき
るものである。

〔作用〕

そこで、本発明のプラズマ処理装置によれば、試料に照
射されるイオンの衝撃エネルギーをプラズマの発生と独
立に制御できる高周波電源の周波数が可変できることに
よって、プラズマエツチングにおける試料の加工形状を
制御することができる。

たとえば、試料載置台にＩＭＨｚ未満の高周波電源が接
続された場合は、マイクロ波放電により解離されて生じ
たイオンを加速する作用のみを行うのに対し、ＩＭＨｚ
以上の高周波電源が接続された場合には、マイクロ波放
電に加え、さらに高周波放電を生じ、この高周波放電に
よりさらに解離されて生じたイオンの加速を促進する作
用を行うことにより、エツチングの加工形状が変化する
からである。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例であるプラズマエツチング装
置の要部を示す断面図、第２図は本実施例の高周波電源
にＩＭＨｚ未満、たとえば４００に翫の高周波電源を用
いた場合の放電状態とスルーホール加工を示す拡大断面
図、第３図は本実施例の高周波電源にＩＭＨｚ以上、た
とえば１３．５６　Ｍ七の高周波電源を用いた場合の放
電状態とスルーホール加工を示す拡大断面図、第４図は
本実施例の高周波電源に４００ＫＨｚの高周波電源と１
３．５６Ｍ＆の高周波電源とを用いた場合のスルーホー
ル加工を示す拡大断面図である。

本実施例のプラズマ処理装置は、たとえば、エツチング
レジストパターンが形成された半導体ウェハ（以下、ウ
ェハという）をエツチングするマイクロ波プラズマエツ
チング装置であり、その要部は下記のように構成されて
いる。

第１図に示すように、このプラズマエツチング装置１の
チャンバ２の中央部には、図示しないエレベータ機構な
どによって上下動可能なウェハ（試料）載置台３が設け
られ、チャンバ２の側壁に設けられたシャッタ４から挿
入されたウェハ（試料）　５がその上面中央に水平に載
置されるようになっている。

ウェハ載置台３には、容量６ａを介して高周波電源７ａ
と、容量６ｂを介して高周波電源７ｂとが接続され、こ
れらの高周波電源？ａ、７ｂは切換スイッチ８で切り換
えられ、さらに、高周波印加電極を兼ねるウェハ載置台
３の近傍に接地電極９が配設され、ウェハ載置台３と接
地電極９との間に所定の高周波バイアス電圧が印加され
るようになっている。

チャンバ２の側壁には排気口１０およびガス供給口１１
が設けられ、チャンバ２の内部が所定の真空度に維持さ
れるとともに、反応ガスＧが供給されるようになってい
る。

チャンバ２は、ウェハ載置台３の上方部分が石英からな
るベルジャ１２によって構成され、ベルジャ１２の外周
には発散磁場形成用コイルＣ１が、その上方には電子を
サイクロイド運動させるＥＣＲ（ε１ｅｃｔｒｏｒｒ　
Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）用コイルＣ
２がそれぞれ配設され、これらによってウェハ載置台３
の上方に所定の磁束密度からなる磁場が形成されるよう
になっている。

チャンバ２の上方には横り字状をなす導波管１３が設け
られ、その奥端に取り付けられたマグネトロン１４から
発生される周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波がチャン
バ２の内部に導入されるようになっている。

次に、本実施例の作用を説明する。

まず、チャンバ２の側壁のシャッタ４から挿入されたウ
ェハ５が下降位置にあるウェハ載置台３に載置されると
、エレベータ機構によりウェハ載置台３が上昇して、所
定の位置で停止する。

すると、排気口１０から大気が吸引されてチャンバ２の
内部が所定の真空度（約１０−’〜１Ｏ−４Ｔｏ　ｒ　
ｒ）に維持され、反応ガスＧがガス供給口１１から供給
される。

次いで、ＥＣＲ用コイルＣ２によって磁束密度８７５ガ
ウス以上の磁場が、また、発散磁場形成用コイルＣ１に
よって上記磁束密度よりは幾分弱い発散磁場がウェハ載
置台３の上方に形成され、４００に＆の高周波電源７ａ
、または１３．５６　Ｍ七の高周波電源７ｂからウェハ
載置台３に高周波バイアス電圧が印加されると同時に、
マグネトロン１４からマイクロ波が発生される。

この時発生されたマイクロ波は、導波管１３内を伝わり
、チャンバ２の内部へ導入され、磁場とマイクロ波との
相互作用によって、チャンバ２の内部にラジカルＲや＋
イオン■などを含む高密度のプラズマが発生され、高周
波バイアス電圧によって衝撃エネルギーの制御された＋
イオンＩおよびラジカルＲによるウェハ５のエツチング
処理が開始される。

ここで、４００に七の高周波電源７ａと１３゜５６ＭＨ
ｚの高周波電源７ｂとを用いた場合の違いについて、第
２図および第３図に基づいて説明する。

まず、第２図（ａ）は４００ＫＨｚの高周波電源７ａに
より高周波バイアス電圧を印加した場合の放電状態を示
す拡大断面図、第２図（ｂ）はその時のスルーホール加
工を示す拡大断面図である。

切換スイッチ８が４００ＫＨｚの高周波電源７ａ側に切
り換えられると、ウェハ載置台３に４０ＯＫ七の高周波
電源７ａにより高周波バイアス電圧が印加されたウェハ
５付近の放電状態は、第２図（ａ）のように、マイクロ
波放電Ｐ直　　により生じた＋イオン！とラジカルＩ’
ｌのうち、＋イオンＩが高周波電源７ａによって形成さ
れた電界Ｈにより加速される。

さらに、加速された＋イオン■がウェハ５に対して垂直
に入射されるため、第２図（５）のように、基板１５上
の絶縁膜１６のスルーホールＴは垂直形状となる。

一方、第３図（ａ）は１３．５６ＭＨｚの高周波型ＩＰ
、　１ｂにより高周波バイアス電圧を印加した場合の放
電状態を示す拡大断面図、第３図ら）はその時のスルー
ホール加工を示す拡大断面図である。

同様に、切換スイッチ８が１３．５６ＭＨｚの高周波電
源７ｂ側に切り換えられると、ウェハ載置台３に１３．
５６ＭＨｚの高周波電源７ｂにより高周波バイアス電圧
が印加されたウェハ５付近の放電状態は、放電効率が大
きいために、第３図（ａ）のようにマイクロ波放電Ｐ１
　に加えて、ウェハ載置台３と接地電極９との間にさら
に高周波放電Ｐ、を生じ、従って、反応ガスＧはマイク
ロ波放電Ｐ１　　に加え、高周波放電Ｐ、によってさら
に解離される。

さらに、これらのマイクロ波放電Ｐ、および高周波放電
Ｐ、により生じた＋イオンＩは、１３．５６ＭＨｚの高
周波電源７ｂによって形成されたイオンシースＳにより
加速され、また、過剰に形成されたラジカルＲは、ウェ
ハ５上に等方的なポリマを堆積する。

従って、ラジカルＲにより形成されたポリマと垂直に入
射される＋イオン■との作用により、第３図（ハ）のよ
うに、基板１５上の絶縁膜１６のスルーホールＴはテー
パ形状となる。

このように、ウェハ載置台３に４００ＫＨｚの高周波バ
イアス電圧を印加した場合と、１３．５６　Ｍ七の高周
波バイアス電圧を印加した場合とでは、基板１５上の絶
縁膜１６のスルーホールＴの加工形状は異なる。

また、第１図において、これらの高周波電Ｒ７ａ、７ｂ
を切り換えた場合、たとえば、エツチングの前半に４０
０ＫＨｚの高周波電源７ａ、エツチングの後半に１３．
５６ＭＨｚの高周波電源７ｂを用いた場合には、第４図
のように、基板１５上の絶縁膜１６のスルーホールＴは
下部が垂直形状、上部がテーパ形状の加工形状が形成さ
れる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば、本実施例では、ＩＭＨｚ未満として４００に
七、ＩＭ七以上として１３．５６　Ｍ七の２つの高周波
電源をそれぞれ単独に、あるいはそれらを組み合わせて
用いた場合について説明したが、本発明は前記実施例に
限定されず、数１００ＫＨｚから数１０ＭＨｚまでの高
周波電源をそれぞれ単独に、あるいは複数の高周波電源
を組み合わせて用いることによって、より一層の加工形
状の制御が可能となる。

また、本実施例では、基板上の絶縁膜を加工するスルー
ホール加工について説明したが、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌ
ｙ　Ｄｏｐｅｄ　Ｄｒａｉｎ）構造のスペーサ形状の加
工制御などにも適用可能である。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である半導体ウェハのプラズマ処理装置
に適用した場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、光デイスク用基板の微細加工など他のプ
ラズマ処理に適用することも可能である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

試料に照射されるイオンの衝撃エネルギーをプラズマの
発生と独立に制御できる高周波電源の周波数が可変でき
ることによって、マイクロ波放電および高周波放電を発
生させ、イオンの衝撃エネルギーを可変することができ
る。

従って、エツチングの加工形状が変化し、プラズマエツ
チングにおける試料の加工形状を制御することができる
。

さらに、エツチングレジストパターンの微細化に伴う加
工の高精度化が可能となり、新規デバイス構造、たとえ
ば、多層配線実現のための多層構造基板などに対応する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるプラズマエツチング装
置の要部を示す断面図、 第２省翁燥実施例の高周波電源に４００ＫＨｚの高周波
電源を用いた場合の放電状態とスルーホーの高周波電源
を用いた場合の放電状態とスルーホール加工を示す拡大
断面図、 第４図は本実施例の高周波電源に４００ＫＨｚの高周波
電源と１３．５６ＭＨｚの高周波電源とを用いた場合の
スルーホール加工を示す拡大断面図である。 ャンバ、３・・・半導体ウェハ（試料）載置台、４・・
・シャッタ、５・・・半導体ウェハ（試料）、（ｉａ、
１３ｂ−−・容量、７ａ・・・４００に七（ＩＭＨｚ未
満）の高周波電源、７ｂ・・・１３゜５６Ｍ七（ＩＭＨ
ｚ以上）の高周波電源、８・・・切換スイッチ、９・・
・接地電極、ｌＯ・・・排気口、１１・・・ガス供給口
、１２・・・ベルジャ、１３・・・導波管、１４・・・
マグネトロン、１５・・・基板、１６・・・絶縁膜、Ｃ
１・・・発散磁場形成用コイル、Ｃ２・・・ＥＣＲ用コ
イル、Ｇ・・・反応ガス、Ｐｌ　　・・・マイクロ波放
電、Ｐ２　　・・・高周波放電、■・・・＋イオン、Ｒ
・・・ラジカル、Ｈ・・・電界、Ｓ・・・イオンシース
、Ｔ優・・スルーホール。 １・・・プラズマエツチング装置、２・・・チ第 図 第 図 （ａ） （ｂ） （ａ） 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料に照射されるイオンの衝撃エネルギーをプラズ
   マの発生と独立に制御できる高周波電源を試料載置台に
   接続したプラズマ処理装置であって、前記高周波電源の
   周波数が可変であることを特徴とするプラズマ処理装置
   。 ２、チャンバ内にマイクロ波と磁場との相互作用による
   プラズマを発生させて所定のプラズマ処理を行うことを
   特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。 ３、チャンバの周囲にＥＣＲ用コイルと発散磁場形成用
   コイルとを配設したことを特徴とする請求項１記載のプ
   ラズマ処理装置。