JPH05136089A - マイクロ波プラズマエツチング装置及びエツチング方法 - Google Patents

マイクロ波プラズマエツチング装置及びエツチング方法

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JPH05136089A
JPH05136089A JP3046331A JP4633191A JPH05136089A JP H05136089 A JPH05136089 A JP H05136089A JP 3046331 A JP3046331 A JP 3046331A JP 4633191 A JP4633191 A JP 4633191A JP H05136089 A JPH05136089 A JP H05136089A
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JP
Japan
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etching
plasma
microwave
sample
magnetic field
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Pending
Application number
JP3046331A
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English (en)
Inventor
Kazunori Tsujimoto
和典 辻本
Shinichi Taji
新一 田地
Makoto Arai
眞 新井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】放電管内の広い範囲に高密度プラズマを発生さ
せ、これを用いてエッチングする方法又はエッチングの
時間的変化に対応した磁場分布の最適制御を行うエッチ
ング方法及びこれを行う装置を提供すること。 【構成】ガスにマイクロ波を印加してガスプラズマを生
成させ、さらにガスプラズマ内に磁場を発生させ、印加
したマイクロ波と発生させた磁場によって電子サイクロ
トロン共鳴が生ずる位置と試料との距離を変化させ、ガ
スプラズマを試料に照射し、試料をエッチングする方法
及びこの方法を行う装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス放電により発生し
たプラズマを用いて、半導体基板等の表面をエッチング
するプラズマ処理装置並びにこのようなプラズマを用い
るエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のマイクロ波プラズマエッチング装
置は、マグネトロンで励起されたマイクロ波が導波管を
通って放電室に導入され、プラズマが励起される。ま
た、いわゆる有磁場型又は電子サイクロトロン共鳴(El
ectron Cyclotron Resonance;ECR)型とよばれる装
置は、例えば、特開平2−137223に記載されてい
るように、該放電室の外側に、環状のソレノイドコイル
が配置され、これによって放電室内に磁場が形成され
る。このソレノイドコイルは一般的には、多段コイルが
配置され、各コイルにより発生する磁場を変えて磁場分
布を制御する。典型的には、放電管の上部からウェハに
向かって、次第に小さくなるような磁界を分布を作り、
すなわち、上部コイルの磁場を強くし、下部コイルの磁
場を弱くして、イオンが放電管上部からウェハに向かう
流れを形成する。また、マイクロ波には、通常2.45
GHzが用いられ、これとECRを起こす875ガウス
の磁場(ECR条件)が放電管の中に形成されるような
磁場分布を作る。ECR条件を満たすプラズマ中では、
電子が高速に加速され、螺旋運動しながら移動するた
め、放電管内に高密度のプラズマが発生する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ソレ
ノイドコイルに直流電圧が印加され、電圧が時間的に変
化しないので、放電中は分布の変化しない静磁場がプラ
ズマ内に形成され、上記ECR条件を満たす領域は極め
て限られた範囲にしか存在せず、高密度プラズマの得ら
れる範囲も限られているという問題があった。
【0004】また、エッチング特性は、磁場分布に大き
く影響を受けるが、上記従来技術はエッチングの時間的
変化に対応した磁場分布の最適制御を行うことが出来な
いという問題があった。
【0005】本発明の第1の目的は、放電管内の広い範
囲に高密度プラズマが得られるマイクロ波プラズマエッ
チング装置を提供することにある。本発明の第2の目的
は、エッチングの時間的変化に対応した磁場分布の最適
制御を行うことが出来るエッチング方法を提供すること
にある。本発明の第3の目的は、放電管内の広い範囲に
高密度プラズマを発生させてエッチングを行うエッチン
グ方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的は、
(1)真空処理室と、該真空処理室内にエッチングガス
を導入するためのガス導入手段と、該真空処理室内にガ
スプラズマを発生させるためにマイクロ波を導入する手
段と、該ガスプラズマ内に磁場を発生させるための磁場
発生手段と、該真空処理室内に試料を設置するための試
料台とを有するマイクロ波プラズマエッチング装置にお
いて、該ガスプラズマ内の磁場分布を時間的に変化させ
るための制御手段を有することを特徴とするマイクロ波
プラズマエッチング装置、(2)上記1記載のマイクロ
波プラズマエッチング装置において、上記磁場発生手段
は多段ソレノイドコイルであり、上記制御手段は該多段
ソレノイドコイルに供給する電流値を変化させる手段で
あることを特徴とするマイクロ波プラズマエッチング装
置、(3)上記1又は2記載のマイクロ波プラズマエッ
チング装置において、上記マイクロ波は、その周波数が
2.45GHzであることを特徴とするマイクロ波プラ
ズマエッチング装置、(4)上記1、2又は3記載のマ
イクロ波プラズマエッチング装置において、上記制御手
段は、上記印加したマイクロ波と上記発生させた磁場に
よって電子サイクロトロン共鳴が生ずる位置と試料との
距離が時間的に変化するように制御する手段であること
を特徴とするマイクロ波プラズマエッチング装置によっ
て達成される。
【0007】上記第2の目的は、(5)エッチングガス
にマイクロ波を印加してガスプラズマを生成させ、さら
にガスプラズマ内に磁場を発生させ、ガスプラズマを試
料に照射し、試料をエッチングするエッチング方法にお
いて、ガスプラズマによるイオン性エッチングとラジカ
ル性エッチングとの比率を照射中の所望の時間に変化さ
せて試料をエッチングすることを特徴とするエッチング
方法、(6)上記5記載のエッチング方法において、上
記イオン性エッチングとラジカル性エッチングとの比率
の変化は、上記印加したマイクロ波と上記発生させた磁
場によって電子サイクロトロン共鳴が生ずる位置と上記
試料との距離を変えることにより生ずることを特徴とす
るエッチング方法によって達成される。
【0008】上記第3の目的は、(7)エッチングガス
にマイクロ波を印加してガスプラズマを生成させ、さら
にガスプラズマ内に磁場を発生させ、ガスプラズマを試
料に照射し、試料をエッチングするエッチング方法にお
いて、印加したマイクロ波と発生させた磁場によって電
子サイクロトロン共鳴が生ずる位置と試料との距離を変
化させ、ガスプラズマの密度を高くして試料をエッチン
グすることを特徴とするエッチング方法によって達成さ
れる。
【0009】
【作用】本発明を用いれば、ソレノイドコイルによりプ
ラズマ内に形成する磁場強度及び分布をプラズマ放電中
に時間的に変化できるので、ECR条件を満たすプラズ
マ密度の最も高い領域を、放電管の内部で移動させるこ
とができる。すなわち、プラズマ内全域にECR条件を
満たす位置をスキャンさせることができ、ECR条件を
満たす位置を固定した場合よりも、プラズマ密度を高く
できる。
【0010】また、ECR条件を満たす位置とウェハと
の距離によって、エッチング特性が変化することが分か
っている。ECR条件を満たす位置がウェハに近い場合
には、イオン性の強いエッチング特性になる。ECR条
件を満たす位置がウェハから遠い場合には、イオン性が
弱く、ラジカル性の強いエッチングになる。このような
効果を利用して、エッチング最中に、磁場制御のみによ
りエッチング特性を変化させることができる。
【0011】
【実施例】〈実施例1〉以下、本発明の一実施例を添付
図面に基づいて説明する。図1は、本発明の有磁場マイ
クロ波プラズマエッチング装置の概略図である。マグネ
トロン4で励起された2.45GHzのマイクロ波は、
導波管5を通って、石英放電管16に至る。ガス開閉制
御系6から導入されたエッチングガスが放電管内で、マ
イクロ波により励起され、プラズマ1になる。そのプラ
ズマに、試料台7上に設置されたウェハ8を晒し、プラ
ズマ処理を行った。ウェハ8が低温に冷却できるよう
に、液体窒素容器11から液体窒素10を試料台7に供
給できるようにしてある。また、試料台7にはヒータ9
が備えられてある。ウェハは、試料交換室2からゲート
バルブ3を通して、処理室17に入れた。放電管の外側
に、いずれも環状のソレノイドコイルである上段コイル
12、中段コイル13、下段コイル14が設置されてい
る。コイルへ印加する電圧は、電源15から供給し、電
圧の時間変化は制御回路18により制御する。
【0012】この有磁場マイクロ波プラズマエッチング
装置を用いて、次に示すような方法によりウェハをエッ
チングした。エッチングガスとして塩素ガスを20sccm
流し、放電管内のガス圧力を1Paに調節し、2.45
GHzのマイクロ波で放電管内にガスプラズマを励起し
た。試料は、シリコンウェハ上に酸化膜を形成し、その
上にn型ポリシリコンを堆積してレジストでパターニン
グしたものである。
【0013】この試料を−50℃に冷却した試料台の上
に設置して、塩素ガスプラズマに晒して、エッチングし
た。マイクロ波電力は300W、試料台にはRFバイア
ス用に2MHzの高周波電力で10W印加した。三段の
ソレノイドコイルからなる磁場コイルには、独立に電力
を印加し、磁場分布の一例として図2のような分布を得
た。このとき、ECR条件を満たす位置に当たる、87
5ガウスの磁場領域は、ウェハから上方に50mm付近
にあった。このときの、ポリシリコンのエッチ速度は3
00nm/minであった。
【0014】次に、三段のソレノイドコイルに印加する
電流をそれぞれ独立に時間変化させた。図3は、コイル
印加電流の時間変化の一例である。このように変化させ
ることで、図2に示すECR条件を満たす位置が放電管
の内部で移動し、放電管内部の全域で高密度のプラズマ
を発生した。プラズマ中で寿命の長い励起粒子は、ウェ
ハ表面まで十分に到達し、エッチング反応の促進に寄与
した。その結果、エッチング速度は、磁場を時間変化さ
せる前に比べて、2倍以上に増加した。
【0015】〈実施例2〉実施例1と同様の放電条件
で、コイル電流の制御法を次のように変えてウェハをエ
ッチングした。すなわち、ポリシリコンのエッチングが
ちょうど終了するまでは、ECR条件を満たす位置が、
ウェハの上方に20mmの位置に在り、ポリシリコンの
下の酸化膜が露出した後のオーバーエッチングの時間に
は、ECR条件を満たす位置がウェハ上方の150mm
の位置になるように変化させた。このとき、ガス圧力は
0.1Paとし、それ以外は実施例1と同様のエッチン
グ条件にした。
【0016】その結果、ポリシリコンエッチング中は、
イオン性の強いエッチングでポリシリコンをアンダーカ
ット無く、垂直に加工を行い、一方、オーバーエッチン
グ中は、イオン性の弱い、すなわち、ラジカル性のエッ
チングでポリシリコンと酸化膜のエッチング選択比を1
00以上に高くしたエッチングを行うことができた。
【0017】なお、以上の実施例では、ソレノイドコイ
ルに供給する電力は直流を用い、これを時間的に変化さ
せたが、交流電源を用いても同様の効果がある。このと
きは、制御すべきプラズマの特性に合わせて、交流の周
波数を決めなければならない。
【0018】
【発明の効果】以上のように、本発明のマイクロ波プラ
ズマエッチング装置は、プラズマ放電中に、磁場分布を
変化させることができるので、放電管内の広い範囲に高
密度プラズマを発生させることができた。このような装
置を用いてエッチングすることにより、エッチング速度
の向上を計ることができた。
【0019】また、従来は、放電中に時間的に変化しな
い一定の磁場分布のみを用いてエッチング開始から終了
まで一定のエッチング特性を保ちながらエッチングを行
ったのに対し、磁場制御可能としたことにより、エッチ
ング中に微妙に変化させるべきエッチング特性に対応さ
せて、プラズマの特性を変化させることができるように
なり、従来以上に高精度の微細加工が達成できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の有磁場マイクロ波プラズマ
装置の概略図である。
【図2】図1に示した装置の磁場分布の一例を示す図で
ある。
【図3】コイル電流の時間的変化の一例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 プラズマ 2 試料交換室 3 ゲートバルブ 4 マグネトロン 5 導波管 6 ガス開閉制御系 7 試料台 8 ウェハ 9 ヒータ 10 液体窒素 11 液体窒素容器 12 上段コイル 13 中段コイル 14 下段コイル 15 電源 16 放電管 17 処理室 18 制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01R 33/64 H05H 1/46 9014−2G // H01L 21/31 C 8518−4M

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空処理室と、該真空処理室内にエッチン
    グガスを導入するためのガス導入手段と、該真空処理室
    内にガスプラズマを発生させるためにマイクロ波を導入
    する手段と、該ガスプラズマ内に磁場を発生させるため
    の磁場発生手段と、該真空処理室内に試料を設置するた
    めの試料台とを有するマイクロ波プラズマエッチング装
    置において、該ガスプラズマ内の磁場分布を時間的に変
    化させるための制御手段を有することを特徴とするマイ
    クロ波プラズマエッチング装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のマイクロ波プラズマエッチ
    ング装置において、上記磁場発生手段は多段ソレノイド
    コイルであり、上記制御手段は該多段ソレノイドコイル
    に供給する電流値を変化させる手段であることを特徴と
    するマイクロ波プラズマエッチング装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載のマイクロ波プラズマ
    エッチング装置において、上記マイクロ波は、その周波
    数が2.45GHzであることを特徴とするマイクロ波
    プラズマエッチング装置。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3記載のマイクロ波プラ
    ズマエッチング装置において、上記制御手段は、上記印
    加したマイクロ波と上記発生させた磁場によって電子サ
    イクロトロン共鳴が生ずる位置と試料との距離が時間的
    に変化するように制御する手段であることを特徴とする
    マイクロ波プラズマエッチング装置。
  5. 【請求項5】エッチングガスにマイクロ波を印加してガ
    スプラズマを生成させ、さらにガスプラズマ内に磁場を
    発生させ、ガスプラズマを試料に照射し、試料をエッチ
    ングするエッチング方法において、ガスプラズマによる
    イオン性エッチングとラジカル性エッチングとの比率を
    照射中の所望の時間に変化させて試料をエッチングする
    ことを特徴とするエッチング方法。
  6. 【請求項6】請求項5記載のエッチング方法において、
    上記イオン性エッチングとラジカル性エッチングとの比
    率の変化は、上記印加したマイクロ波と上記発生させた
    磁場によって電子サイクロトロン共鳴が生ずる位置と上
    記試料との距離を変えることにより生ずることを特徴と
    するエッチング方法。
  7. 【請求項7】エッチングガスにマイクロ波を印加してガ
    スプラズマを生成させ、さらにガスプラズマ内に磁場を
    発生させ、ガスプラズマを試料に照射し、試料をエッチ
    ングするエッチング方法において、印加したマイクロ波
    と発生させた磁場によって電子サイクロトロン共鳴が生
    ずる位置と試料との距離を変化させ、ガスプラズマの密
    度を高くして試料をエッチングすることを特徴とするエ
    ッチング方法。
JP3046331A 1991-03-12 1991-03-12 マイクロ波プラズマエツチング装置及びエツチング方法 Pending JPH05136089A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190032983A (ko) * 2017-09-20 2019-03-28 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 플라즈마 처리 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190032983A (ko) * 2017-09-20 2019-03-28 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 플라즈마 처리 장치
JP2019057375A (ja) * 2017-09-20 2019-04-11 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置

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