JPH04116926A - プラズマ処理方法 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ処理方法に関する。

（従来の技術及び 発明が解決しようとする課題） プラズマ処理例えばプラズマエツチングでは、真空チャ
ンバー内に平行平板電極を配置し、エツチングガスが導
入される前記電極間に高周波（ＲＦともいう）電圧を印
加してプラズマを生成し、一方の前記電極上に載置され
た被処理体をエツチングする平行平板電極型のエツチン
グ装置は公知である。

この種のエツチング装置では、真空チャンバー内圧力を
比較的低くした低圧エツチングが試みられている。この
際、低圧条件ではガス密度が低いので、平行平板電極間
に高周波電圧を印加したのみではプラズマか立ち難く、
プラズマが安定するまでのマツチング時間が長くなった
り、また、その再現性が悪化するという問題が生じてい
た。この傾向は、高周波電力を低くする程顕著であり、
低圧、低ＲＦパワーの条件で、かつ、平行平板電極間距
離が短いプラズマ処理装置にて、プラズマ発生を容易に
行なう要求があった。

従来、上記各条件下でプラズマ処理を行なうためには、
ＥＣＲ方式あるいはマグネトロンプラズマエツチング方
式などが採用されているが、本発明者等はこのような方
式を採用せずに、平行平板電極型プラズマ処理装置にて
、安定したプラズマ発生を行なえる方法につき開発を試
みた。

本発明の目的とするところは、低圧、低ＲＦパワーで平
行平板電極間距離が短いプラズマ処理条件にて、安定し
たプラズマを迅速に発生することができるプラズマ処理
方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、真空チャンバー内に平行平板電極を配置し、
プロセスガスが導入される前記電極間に高周波電圧を印
加してプラズマを生成し、一方の前記電極上に載置され
た被処理体を処理する方法において、 プラズマ励起トリガとして前記真空チャンバー内に４３
８ｎｗ以下の波長のスペクトル線を持つ光を照射した後
に上記高周波電圧を印加することを特徴とする。

（作用） 本発明者等の実験によれば、例えばチャンバー内圧力が
Ｉ　Ｔｏｒｒ以下で、高周波電力を４００Ｗ以下とした
場合等には、電極間距離を１■以下としても、プラズマ
か生成し難く、プラズマ励起アシストとして螢光灯を照
射しても、上記各条件ではプラズマが立たない場合かあ
り、プラズマか立つ場合でもマツチング時間が長くかか
ることが判明した。

そこで、４３６ｎｍ以下の波長のスペクトル線を持つ例
えば低圧水銀ランプ等を用いて光照射した後にＲＦ電圧
を印加してみたところ、プラズマ発生の再現性が良く、
かつ、ＲＦ電圧印加後プラズマが安定に至るまでのマツ
チング時間を短縮できた。

（実施例） 以下、本発明をプラズマエツチング方法に適用した一実
施例について図面を参照して具体的に説明する。

まず、本実施例方法を実施するプラズマエツチング装置
について第１図、第２図を参照して説明すると、下部電
極１０上には半導体ウェハ１２が載置され、クランパ１
４により所定クランプ圧で固定される。なお、クランプ
１４に代えて静電チャック等を用いても良い。また、下
部電極１０を介して半導体ウェハ１２を所定温度に冷却
しており、この際の熱伝達を良好とするため、下部電極
１０とウェハ１２間にガス例えばＨｅガスを充填するこ
ともできる。この下部電極１０と対向配置される上部電
極として、Ｇａｐ距離Ｐ　（１ｃｍ以下）を隔てて平行
に設けられたチャンバー壁１６を有する。この両者で平
行平板電極を構成している。

そして、本実施例では上部電極であるチャンバー壁１６
にＲＦ電源１８を接続し、下部電極１０を接地すること
で、アノードカップリング（Ｐ　Ｅ）方式としている。

なお、これとは逆のカソードカップリング（ＲＩ　Ｅ）
方式を採用することもできる。

前記チャンバー壁１６にて気密なプロセスチャンバー２
０を構成しており、このプロセスチャンバー２０は所定
真空度に真空引きが可能であると共に、前記平行平板電
極間にエツチングガスが導入可能となっている。そして
、エツチングガスを導入した状態にて平行平板電極間に
ＲＦ電圧を印加すると、平行平板電極間にプラズマが生
成され、半導体ウェハ１２のエツチングが可能となって
いる。

前記プロセスチャンバー２０の相対向する両側面には、
それぞれ真空引きが可能な搬入、搬出用ロードロックチ
ャンバー２２．２４が、開閉可能なゲートを介して連結
されている。また、プロセスチャンバー２０の他の側面
には、透明な窓部２０ａが設けられ、この窓部２０ａに
臨んでプラズマアシストとして例えば低圧水銀ランプ３
０と、プラズマのエンド・ポイント・ディテクタ（ＥＰ
Ｄと略記する）３２とが設けられている。

前記低圧水銀ランプ３０とは、真空のガラス管内に水銀
上記を封入した放電光源で、かつ、内部蒸気圧が数■Ｔ
ｏｒｒ前後となっている。本実施例で用いられる低圧水
銀ランプ３０は、スペクトル線が紫外線から可視まで数
十本確認されるが、このうち２５４ｒｖが最も強く全放
射の９２％以上を占め、次に４３６ｎｍがこれに続いて
いる。

次に、上記実施例装置でのプラズマエッチング方法につ
いて、第３図のタイミングチャートを参照して説明する
。

処理される半導体ウェハ１２は図示しないセンダより一
枚取り出され、搬入側ロードロックチャンバー２２にて
大気との接触を断たれた後、プロセスチャンバー２０内
に搬入される。そして、クランパ１４にてウェハ１２は
所定クランプ圧にて下部電極１０上に固定される。その
後、エツチングガスがプロセスチャンバー２０内に導入
され、チャンバー内圧力がＩ　Ｔｏｒｒ以下とされる。

本実施例では、次に実施されるＲＦ電圧（ＲＦパワーが
４００Ｗ以下）の印加前に、低圧水銀ランプ３０をＯＮ
させ、平行平板電極間のエツチングガスに光照射してい
る。このような光照射の後にＲＦ電圧を印加すると、た
とえ低圧、低ＲＦパワーのプロセス条件でも、ＲＦ印加
時ｔ１よりプラズマが安定となる時ｔ２までのマツチン
グ時間Ｔを比較的短くでき、しかも再現性良くプラズマ
を発生することができた。なお、第３図では低圧水銀ラ
ンプ３０のＯＮ駆動をプラズマ安定後も続行しているか
、プラズマ安定後のｔ、のタイミングでＯＦＦするもの
でも良い。このような現象は、低圧水銀ランプ３０の光
照射がプラズマ励起アシストとして作用するからであり
、このことは、下記の実験結果より明らかとなる。

実験例■ 下記表１のＡ、Ｂ、Ｃのプロセス条件下で、螢光灯の照
射、消灯時と、低圧水銀ランプ３０の光照射、消灯時と
の、マツチング時間Ｔを測定した。

表１ プロセス条件 Ｈｅ圧：　３Ｔｏｒｒ　、上部／下部電極温度：　４０
／６０℃マツチングの取り易さは、Ａ＞Ｂ＞Ｃである。

実験結果 螢光灯の照射、消灯時のマツチング時間は下記の表２の
通りであった。なお、下記の表において、は２０秒間プ
ラズマが発行しないマツチング不良である。

表２ 表３ 一方、より条件の悪いＢ、Ｃ条件下で低圧水銀ランプ３
０の照射、消灯した時のマツチング時間は下記の表３の
通りであった。

（以下、余白） ことにより、消灯時よりも効果は認められるが、よりプ
ロセス条件が悪化するほどマツチング時間が長くなり、
Ｃ条件ではマツチング不良が発生している。一方、低圧
水銀ランプ３ｏを照射すると、Ｂ、Ｃ条件共に比較的短
い時間でマツチングが取れ、計１０回の実験において再
現性良くプラズマを発生することができた。

実験例■ 低圧水銀ランプ３０として、浜松ホトニクス社製の下記
の３種のＵＶランプを使用して実験を行った。各ランプ
の放射出力強度は、光源より１ｍ離れた位置での波長２
５４ｎ―の光強度として測定したものである。

ランプの種類　　　　　放射出力強度 Ｕ　Ｖ　−０１２μＷ　／　ｃｄ Ｕ　Ｖ　−０２４ｕ　Ｗ　／　（Ｊ Ｕ　Ｖ　−０３５ｕ　Ｗ　／　ｃｄ この３種のランプを用い、クランプ圧等は上記実験例■
と同一に設定し、チャンバー内圧力、ＲＦパワー、電極
間Ｇａｐをそれぞれ異なる条件に設定して、マツチング
時間Ｔを測定した。

（以下、余白） （ａ）電極間ＱＢｐ　−［１，５５Ｃ１ｌ。

プロセスガス：　Ｈｃｌ　／　ＨＢｒ　−２００／　３
０ｓｃｃｖでのプロセス条件では下記の表４の結果か得
られた。

いて、　−は、１０秒を越えてプラズマ発光のないもの
を示す。

（以下、 余白） （ｂ）電極間Ｇａｐ　ｍｏ、’ｙ　ｃｆｆｌ。

プロセスガス：　Ｈａｔ　／ＨＢｒ　−２００／　３０
ｓｅｃｍでのプロセス条件では下記の表５の結果が得ら
れた。

表５ 単位 ［ｓｅｃ ］ （ｃ）電極間Ｇａｐ　−０，５５ｃｍ。

プロセスガス：　）！ｃｌ　／　ＨＢｒ　−２００／　
１００　ｓｅｃ會でのプロセス条件では下記の表６の結
果が得られた。

表６　　　　単位［ｓｅｃ］ （以下、 余白） （以下、 余白） （ｄ）電極間Ｇａｐ　＝０．７　ｃｍ。

プロセスガス：　Ｈｅ！　／ＨＢｒ　−２００／１００
　ｓｅｃｍでのプロセス条件では下記の表７の結果が得
られた。

（ｅ）電極間Ｇａｐ　−０，５５ｃｓａ。

プロセスガス：　Ｈｃｌ　／　ＨＢｒ　−２００／　２
００５ｅｃｓでのプロセス条件では下記の表８の結果力
（得られた。

表８　　　　単位［５ｅｃｌ （以下、余白） （以下、余白） （ｅ）電極間Ｇａｐ　＝　０．７　ａｍ。

プロセスガス：　Ｈｃｌ　／ＨＢｒ　−２００／２００
　ｓｅｃｍでのプロセス条件では下記の表９の結果が得
られた。

（以下、余白） 実験例■ 上記各実験例では、プロセスガスとして主にＨｃｌ　と
ＨＢｒとの組み合わせとしたが、これは近年ｃｃ１．が
フロン規制対象ガスとして使用できなくなる傾向にあり
、これに代えてＨＢｒの需要が高まるからであり、その
最適プロセス条件の把握が急務となっているからである
。

この実験例■では、ＨＢｒを用いた各種プロセスについ
て実験した。

＜　Ｐｏ１ｙ−８ｉ高選択比異方性プロセス〉エツチン
グ条件 圧カニ　５ＱＱｗＴｏｒｒ、　ＧＡＰ　：　０．５（至
）。

ＲＦバ’７−７２００Ｗ。

ガス：　Ｈｃｌ　／　ＨＢｒ　＝　２００／３０８ＣＣ
）４クランプ圧：５ｋｇ／ｃ！ Ｈｅ流量：　５ＳＣＣＭ、　　Ｈｅ圧カニ３Ｔｏｒｒ。

上部／下部電極温度−４０／８０℃ エツチング特性 上記条件にて下記の特性が得られた。

エツチングレート：　３０００人／麿１ｎ±５％０ＸＩ
ＤＥに対する選択比：３０以上 Ｐ、Ｈに対する選択比：　７以上 ＜Ｈｅｌ流量依存性〉 上記のプロセス条件下で、Ｈｃｌの流量のみを種々一定
し、５１０２．　Ｐｏ１ｙ　Ｓｔ及びＰ、Ｒの各エツチ
ングレートを測定した結果を第４図に示す。

同図に示すように、ＨＢｒを３０ＳＣＣＭと固定した場
合には、Ｈｅｌを２００ＳＣＣＭ付近でＰｏ１ｉ　Ｓｔ
のエツチングレートが最大となる。そして、他の層のエ
ツチングレートとの関係から、高い異方性エツチングを
行う場合には、Ｈｃｌに対するＨＢｒ流量を、体積比で
５０％以下とするものが好ましい。

く総流量依存性〉 ＨＢｒ　：　Ｈｃｌ　＝　１　：　１．８７の流量比に
固定し、その総流量を変化させ、他のプロセス条件は上
記と同一に設定して、同様にエツチングレートを測定し
た結果を第５図に示す。

Ｐｏ１ｙ　５ｉ０２に対するエツチングレートは総流量
が１８０ｓｃｃＭ付近で最大となるが、高い異方性エツ
チングの確保のためには、総流量を３００９ＣＣＭ以下
とするものが好ましい。

＜ＲＦパワー依存性〉 ＨＢｒ／Ｈｃｌ−３０／２００３ｃｃｍとし、ＲＦパワ
ーのみ上記プロセス条件と一致させた際の、エツチング
レートを測定した結果を第６図に示す。

高い異方性エツチングの確保のためには、ＲＦパワーを
１００〜４００Ｗとするものが好ましい。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、本発明方法は上述したプラズマエツチングに適
用されるものに限らず、プラズマＣＶＤ等プラズマを生
成して処理する他のプロセスにも同様に適用可能である
。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明方法によれば波長が４３６
ｎｍ以下のスペクトル線を持つ光を照射することで、プ
ラズマ励起アシスト作用を実現でき、プラズマ発生が困
難な条件である低圧力、低ＲＦパワーのプロセス条件で
も、ＲＦ印加後プラズマが安定するまでのマツチング時
間を短縮でき、再現性好くプラズマを発生することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施する一実施例装置としての
プラズマエツチング装置の概略説明図、第２図は、第１
図の装置を構成するプロセスチャンバー及び低圧水銀ラ
ンプ等の配置例を説明するための概略説明図、 第３図は、第１図の装置においてプラズマ発生のための
動作のタイミングチャート、 第４図は、エツチングレートのＨｅｌ流量依存性を示す
特性図、 ！５図は、エツチングレートのＨｅｌ及びＨＢｒの総流
量依存性を示す特性図、 第６図は、エツチングレートのＲＦパワー依存性を示す
特性図である。 １０．１６・・・平行平板電極、１２・・・被処理体、
１８・・・ＲＦ電源、２０・・・プロセスチャンバー３
０・・・低圧水銀ランプ。 代理人　弁理士　井　上　　−（他１名）第１図 第２図 ２０フ″ζ１乞スノ”ｖｙノ＼− 第 図 第 図 ＋００ ０ＴＡＬ ＬＯＷ （ＳＣＣＭ） 第 図 １ｏ。 ＋５０ ＨＣＬ　ＦＬＯＷＲＡＴＥ　（ＳＣＣＭ）第 図 ＲＦ−ＰＯＷＥＲ（Ｗ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空チャンバー内に平行平板電極を配置し、プロ
   セスガスが導入される前記電極間に高周波電圧を印加し
   てプラズマを生成し、一方の前記電極上に載置された被
   処理体を処理する方法において、プラズマ励起アシスト
   として前記真空チャンバー内に４３６ｎｍ以下の波長の
   スペクトル線を持つ光を照射した後に上記高周波電圧を
   印加することを特徴とするプラズマ処理方法。