JPH0448727A - プラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理方法

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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］ （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ処理装置に関する。
（従来の技術） プラズマ処理装置例えばプラズマエツチング装置では、
近年半導体素子の微細化と共に、マスク寸法が小さく被
エッング膜が厚い構造となってる。このような高アスペ
クト構造では、反応済みガス（反応生成物）がその穴も
しくは溝より逃げ難く、この結果衣の供給ガスが入り難
いために、エツチングレートが下ったり、反応生成物の
再付着がエツチングを妨げることが指摘されている。。
反応生成物を逃げ品＜シ、エツチングレートを上げるた
めには、チャンバー内の雰囲気ガス圧力を下げ、トレン
チ内の反応生成物を逃げ易くすることが必要である。
このように、チャンバー内の雰囲気ガス圧力を下げた場
合には、下記のような問題が指摘されている。例えば接
地された真空容器内に配置した上部電極にＲＦ電源を接
続し、下部電極を接地した場合には、雰囲気ガス圧力の
低下と共に、プラズマ中の電子が下部電極ばかりでなく
チャンバー内壁にも飛びやすくなり、すなわち異常放電
がしやすくなっている。このような異常放電が生ずると
、安定したプラズマの生成が阻害され、半導体ウェハの
処理の均一性が確保できないという問題がある。
このような問題を解決するための技術として米国特許節
４８７１．４２１号に開示された技術がある。
この技術によれば、電気的に接続された一次側コイル及
び二次側コイルで構成されるトランスを有し、一次側コ
イルはＲＦ電源に接続され、二次側コイルの両端が上部
電極、下部電極にそれぞれ接続されている。そして、二
次側コイルの中間タップを接地している。この結果、第
６図に示すように破線で示す高周波ａが５０　：　５０
に分配された高周波す、ｃを生じ、この高周波す、ｃが
上部電極、下部電極に供給されることになる。さらに、
この各高周波す、ｃは、その位相が１８０”ずれた状態
で給電されることになる。
このような給電方式によれば、上部電極、下部電極間の
電位差を、各電極とチャンバー側壁との間の電位差より
も大きく確保でき、たとえ雰囲気ガス圧力を低下させた
としても、プラズマ中の電子がチャンバー側壁に向かっ
て飛ぶことを低減でき、異常放電を防止して安定したプ
ラズマ状態を形成することが可能となる。
（発明が解決しようとする課題） ところが、ＲＦパワーを上部電極、下部電極に５０　：
　５０で分配した場合には、下部電極側がかなりの低電
位となるため、この下部電極上に載置される半導体ウェ
ハへのイオンダメージが増大してしまうことになる。ま
た、本発明者らの研究によればチャンバー内圧力状態に
応じ、上部電極。
下部電極へのＲＦパワーの分配比率に最適値が存在する
ことが確認された。
そこで、本発明の目的とするところは、チャンバー内の
雰囲気ガス圧力状態に応じて、プラズマを安定して形成
できるように、対向電極へのＲＦパワーの分配比率を可
変することができるプラズマ処理装置を提供することに
ある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、真空容器内に配置した対向電極間にＲＦパワ
ーを給電してプラズマを生成し、被処理体を処理するプ
ラズマ処理装置において、一次側コイルが上記ＲＦ電源
に接続され、この一次側コイルと絶縁された二次側コイ
ルの両端が上記対向電極にそれぞれ接続され、１８０°
位相の異なるＲＦパワーを上記対向電極に給電するトラ
ンスと、 上記トランスの二次側コイルのタップを切り換えて、上
記対向電極へそれぞれ給電されるＲＦパワーの分配比率
を可変するパワースプリッタと、を有することを特徴と
する。
（作　用） トランスの一次側コイルにＲＦ電源からのＲＦパワーが
給電されると、二次側コイルに起電力が生じ、それぞれ
の対向電極に印加されることになる。各対向電極に印加
される電圧は、接地端であるタップに対する電位差とな
るので、１８０゜位相の異なった高周波とすることがで
きる。また、この際接地端となるタップを切り替えるこ
とで、対向電極へそれぞれ給電されるＲＦパワーの分配
比率が可変されることになる。本発明者らの実験によれ
ば、真空容器内の雰囲気ガス圧力が０．２〜０．５　Ｔ
ｏｒｒ程度の低圧状態では、上部電極、下部電極への給
電パワーの分配比率を、１０：０から８・２程度に可変
することで、各圧力状態に応した最適値を設定でき、こ
の結果プラズマ安定領域を確保することが可能となる。
［実施例］ 以下、本発明をプラズマエツチング装置に適用した一実
施例について、図面を参照して具体的に説明する。
プラズマエツチング装置は、第２図に示すように、真空
容器を構成する円筒状チャンバー１０を有し、このチャ
ンバー１０は金属例えばアルミニウムからなり、内壁面
上にアルミナ膜が形成されている。このチャンバー１０
は例えば接地され、このチャンバー１０内部には、例え
ば円板状上部電極１２と円板状下部電極１４とが対向し
て配置され、その両者で対向電極を構成している。そし
て、下部電極１４上に被処理基板であるウェハ１６が載
置支持（例えば吸着または静電チャック）される。プロ
セスに際しウェハ１６が搬入された後、チャンバー１０
内部は所定真空度まで真空引きされる。その後、プロセ
スガスが導入され、さらに、上部電極１２．下部電極１
４間に周波数３６０　ＫＨｚ　、　ＬＬ７５　ＭＨｚ等
適宜選択されたＲＦ（高周波）パワーを給電することで
プラズマを生成し、ウェハ１６に対してプラズマエツチ
ング処理を行うことになる。
次に、上部電極１２．下部電極１４へのＲＦパワーの給
電装置について、第１図を参照して説明する。同図にお
いて、ＲＦ電源２０は出力端の一端は接地され、他端は
マツチング回路２２を介して、給電分配手段３０の入力
端子３２と接続されている。前記マツチング回路２２は
、出力インピーダンスを前記上部電極１２および下部電
極１４への入力インピーダンスとマツチングさせるもの
である。前記給電分配手段３０として例えば、トランス
３４が設置されている。このトランス３４は、一次側コ
イル３６と、これと絶縁して設けられた二次側コイル３
８とから構成されている。
次側コイル３６の一端は、前記入力端子３２と接続され
、その他端は接地されている。二次側コイル３８の両端
４０ｍ、４０に間には複数個の中間端子が設けられ、両
端４０ａ、４０にはそれぞれコンデンサＣＩ、Ｃ２を介
して、前記上部電極１２、下部電極１４に接続された出
力端子４２．４４と接続されている。さらに、上部電極
１２．下部電極１４へそれぞれ給電されるＲＦパワーの
分配比率を可変するためのパワースプリッタ５０が設け
られている。すなわち、二次側コイル３８は、両端４０
ｍ、４０にの間でその総ターン数を例えば等分割例えば
１０分割する中間タップ端子４０ｂ〜４０ｊを有し、一
端が接地された可動端子５２は、前記二次側コイル３８
の両端４０ｍ、４０におよびその中間部のタップ端子４
０ｂ〜４０ｊのいずれか１つと接触できるように構成さ
れている。二次側コイル３８は中間タップとせず、複数
個のコイルにより構成してもよい。
次に、作用について説明する。
真空容器１０内部にウェハ１６を搬入した後、真空容器
ｌＯ内部を所定真空度まで真空引きし、かつ、プロセス
ガスを導入する。その後、ＲＦｌｉ源２０がＯＮ駆動さ
れる。ＲＦ電源２０がＯＮ駆動されると、マツチング回
路２２．入力端子３２を介して一次側コイル３６に通電
される。そうすると、二次側コイル３８に起電力が誘導
され、その両端４０ｇ、４０ｂの電圧が、それぞれ上部
電極１２．下部電極１４に給電されることになる。
ここで、二次側コイル３８に誘導される高周波を、第３
図の破線ａで示すと、上・線電極１２に印加される高周
波は同図の実線すとなり、一方、下部電極１４に印加さ
れる高周波は同図の実線Ｃとなる。すなわち、２つの高
周波す、ｃは、それぞれ位相が１８０°ずれた状態とな
っている。これは、可動端子５２がいずれかのタップ端
子と接続されることになるので、この零電位である選択
されたタップ端子との電位差が、上部電極１２．下部電
極１４に印加されることになるからである。
そして、さらに本実施例では可動端子５２と接続される
タップ端子を選択できるようになっている。可動端子５
２と接続される相手端子と、この際の上部電極１２への
ＲＦパワー／下部電極１４へのＲＦパワーの分配比率と
の関係は、下記の表１のとおりである。
表　　１ このように、上部電極１２．下部電極１４へのＲＦパワ
ーの分配比率を可変している理由は、真空容器１０内部
の雰囲気ガスの圧力状態等により、プラズマの安定状態
を形成するための分配比率に最適値があることが判明し
たからである。すなわち第４図に示すように、真空容器
１０内部の雰囲気ガスの圧力が比較的高い場合には、可
動端子５２を二次側コイル３８の一端４０ｋに接続し、
上部電極１２にＲＦパワーを１００％印加する。ことで
、プラズマ安定状態を形成することが可能である。これ
よりも圧力が低い場合には、上記分配比率を９０／１０
あるいは８０／２０のように可変することで、プラズマ
安定状態を形成することができることが確認できた。
第５図は、下記のプロセス条件の場合の安定したプラズ
マを形成するためのＲＦパワーの分配比率を説明するた
めのデータである。
プロセス条件 Ｇａ　　ｐ　　：　　１．Ｏａｎ　　　　　　　　Ｐｏ
ｗｅｒ　　　　：　　８００ＷＡ　　ｒ　　　：　　１
０００　　ＳＣＣＭ　　　　　ＣＨＦ３　　：　　２０
ＳＣＣＭＣＦ　４　　：　　２０ＳＣＣＭ　　　　　Ｃ
ｌａ■ｐ：　　３ｋｇ／ｃｄＢ、Ｐ、　　　：　　９．
ＯＴｏｒｒ　　　　　Ｈｅ　　　　　：　　１　０ＳＣ
ＣＭ温度　：　Ｔｏｐ　　　　２０℃ ＢＯＴＴＯＭ　　　−１０℃ Ｗａｌｌ　　　　４０℃ 第５図からも明らかなように、真空容器１０内部の雰囲
気ガスの圧力が０．２〜０．５　Ｔｏｒｒの場合には、
上記分配比率を９０／１０あるいは８０／２０とするこ
とで、異常放電を防止して安定したプラズマを形成でき
ることが確認された。
また、本実施例では、トランス３４として、一次側コイ
ル３６．二次側コイル３８を絶縁して配置しているので
、対向電極に印加される高周波電圧により、ＲＦ電源２
０が破壊されることを防止できる。また、ＲＦパワーの
分配比率を最適値に設定して異常放電を防止しているの
で、上部電極１２、下部電極１４間のギャップを比較的
大きくしても、安定したプラズマを形成できることが確
認できた。
また、このように真空容器１０の側壁への異常放電を防
止して低圧プロセスが実現できるので、近年のトし・ン
チエッチングについても、エツチングレートを高めた状
態にて処理することが可能となる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、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、本発明は必ずしもプラズマエツチング装置に限
定されるものではなく、対向電極間にプラズマを形成し
てプラズマ処理を行う他の種々のプラズマ処理装置にも
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によれば、プラズマを形成す
るための対向電極へのＲＦパワーの分配比率を可変する
ことで、低圧プロセスにおいても容器内壁との間の異常
放電を防止し１安定したプラズマを形成することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を適用したプラズマエツチング装置に
おけるＲＦ給電回路を説明するための回路図、 第２図は、実施例にかかわるプラズマエツチング装置の
断面図、 第３図は、対向電極に印加される高周波を説明するため
の特性図、 第４図および第５図は、ガス圧力およびＲＦパワーの分
配比率とプラズマ安定領域との関係を示すための特性図
、 第６図は、ＲＦパワーの分配比率を５０　：　５０とし
た従来例を説明するたための概略説明図である。 １０・・・真空容器、　　１２・・・上部電極、１４・
・・下部電極、　　　１６・・・被処理体、２０・・・
ＲＦ電源、　　　３４・・・トランス、３６・・・一次
側コイル、３８・・・二次側コイル、４０ａ　〜４０ｋ
・・−タップ、 ５０・・・パワースプリッタ・ 代理人　弁理士　井　　上　　　−（他１名）第 図 第 図 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）真空容器内に配置した対向電極間にＲＦパワーを
    給電してプラズマを生成し、被処理体を処理するプラズ
    マ処理装置において、 一次側コイルが上記ＲＦ電源に接続され、この一次側コ
    イルと絶縁された二次側コイルの両端が上記対向電極に
    それぞれ接続され、１８０゜位相の異なるＲＦパワーを
    上記対向電極に給電するトランスと、 上記トランスの二次側コイルのタップを切り換えて、上
    記対向電極へそれぞれ給電されるＲＦパワーの分配比率
    を可変するパワースプリッタと、を有することを特徴と
    するプラズマ処理装置。
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