JPH05144773A - プラズマエツチング装置 - Google Patents

プラズマエツチング装置

Info

Publication number
JPH05144773A
JPH05144773A JP3331269A JP33126991A JPH05144773A JP H05144773 A JPH05144773 A JP H05144773A JP 3331269 A JP3331269 A JP 3331269A JP 33126991 A JP33126991 A JP 33126991A JP H05144773 A JPH05144773 A JP H05144773A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
plasma
electric field
etching
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3331269A
Other languages
English (en)
Inventor
Kyoichi Komachi
恭一 小町
Hirotsugu Mabuchi
博嗣 馬渕
Yoshiyasu Maehane
良保 前羽
Katsuyuki Ono
勝之 小野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP3331269A priority Critical patent/JPH05144773A/ja
Publication of JPH05144773A publication Critical patent/JPH05144773A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理面積の大きなエッチング装置として、低
損傷なエッチングが可能な装置を、コンパクトな形状で
安価に提供する。 【構成】 誘電体線路4を利用したプラズマ装置であっ
て、反応器1内の試料保持装置2に高周波電界又は直流
電界を印可するための電源が接続されたプラズマエッチ
ング装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して半
導体素子基板等の試料をエッチング処理をするのに適し
たプラズマエッチング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】反応ガスに外部からエネルギーを与えた
際に発生するプラズマはLSI 製造プロセスにおいて、エ
ッチングに広く用いられている。特にプラズマを用いた
ドライエッチング技術は不可欠の基本技術となってい
る。従来のドライエッチング工程では、試料基板側の電
極に高周波電界(f=13.56MHzを印加し、対向電極を接
地する方式の平行平板型ドライエッチング装置が広く使
用されている。この装置の模式図を図3に示す。この装
置は、反応室31内に平行に2つの電極が設けられてお
り、試料基板側の電極33に高周波電界34が接続され、対
向電極32が接地され、この2つの電極間でプラズマを発
生させ、試料Sをエッチングするものである。
【0003】この装置は異方性エッチングが可能である
という特徴を持っている。即ち、高周波電界の印加され
る試料基板側の電極においては、イオンに比較して電子
の移動度が著しく大きいために、多量の電子が先ず流れ
込み、高周波電界の1周期で電極表面に流れ込む電荷量
が0となるように、電極表面はプラズマに対し、負の電
位(バイアス電位)にシフトする。通常用いられるエッ
チング条件において、この電圧は100 V以上になる。そ
のため、イオンは基板に対して垂直方向にエネルギーを
得て基板に垂直に入射し、異方性エッチングが可能とな
る。しかし、このような大きな入射エネルギーを持った
イオンは試料基板にさまざまな損傷を与える。したがっ
て、イオンの入射エネルギーを小さくする必要がある。
しかしながら、この平行平板型の装置は、高周波電力が
プラズマ生成と試料基板でのバイアス電位の両方に関係
するため、プラズマの状態を示すプラズマ密度等のプラ
ズマパラメータとイオンの基板への入射エネルギーを個
別に制御できず、そのために、イオンの入射エネルギー
のみを小さくしてエッチング条件の最適化を図ることが
できないという問題点を持っている。
【0004】また、プラズマを発生させるための励起手
段として高周波以外にマイクロ波も用いられている。特
にECR(電子サイクロトロン共鳴)を利用したプラズマ処
理装置(ECRプラズマ装置) は、低ガス圧力領域において
高活性なプラズマを発生できるため、エッチング装置、
CVD装置として広く利用されている。ECR プラズマ装置
の模式図を図4に示す。マイクロ波が、導波管45よりマ
イクロ波導入窓44を介してプラズマ生成室43に導入さ
れ、磁場発生用コイル46により発生された磁場によりEC
R 共鳴を起こしプラズマを生成する。生成したプラズマ
は磁場発生用コイル46による発散磁界により、反応室41
内に置かれた試料保持装置42上の試料S上に引き出さ
れ、エッチング或いはCVD を行うものである。
【0005】しかしECR プラズマ装置は、シリコンウエ
ハーの大口径化等による処理面積の大面積化に対応する
ために、プラズマ生成室を大きくすると、その外側にあ
るECR 磁場発生用のコイルの大きさは、コイルのターン
数も増加するため、コイルの内径が大きくなる以上に大
きくなる。したがって、ECR プラズマ装置は、現在にお
いても全体としての外形が大きく、装置の価格が高いと
いう問題点があるものが、処理面積を大面積化すること
によって、さらに外形が大きく、さらに装置の価格が高
くなることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】LSI の高集積化、微細
化にともなって、半導体製造プロセスにおいて高精度の
加工性とともに試料基板の低損傷加工性が要求されてい
る。更に試料基板の大口径化に伴い、大口径での均一加
工性も要求されている。しかしながら、大面積で低損傷
なエッチングが可能であり、しかもコンパクトかつ安価
なエッチング装置は無かった。
【0007】
【課題を解決するための手段】処理面積の大きなマイク
ロ波プラズマ処理装置として、本出願人は特開昭62-560
0 号、特開昭62-99481号公報において、誘電体線路を利
用する方式を提案したが、この誘電体線路を利用したプ
ラズマ処理装置は、試料基板に入射するイオンのエネル
ギーがエッチングには不十分な場合が多くまたイオンの
指向性もないために、イオンの効果が重要であり、かつ
異方性が必要なエッチングには適用できずにいた。
【0008】本発明者は、このように異方性エッチング
には不向きであると考えられてきた誘電体線路を用いた
プラズマ処理装置に、高周波電界又は直流電界を試料保
持部に供給する手段を付加することによって、試料基板
に入射するエネルギーを目的とするエッチングに最適な
イオンエネルギーとし、低損傷かつ高速のエッチングを
可能とすることに成功するとともに、コンパクトであり
ながら大面積処理が可能である装置を提供することがで
きたのである。
【0009】即ち、本発明はマイクロ波発振器と、マイ
クロ波を伝送する導波管と、導波管に接続された誘電体
線路と、誘電体線路に対向配置されるマイクロ波導入窓
を有する反応器とを備えたプラズマエッチング装置であ
って、反応器内に処理すべき試料基板を載置するために
設けられた試料台に高周波電界又は直流電界を加える手
段を備えたことを特徴とするプラズマエッチング装置に
関するものである。
【0010】
【作用】一般に、電気的に絶縁された状態で試料基板が
プラズマ中に置かれると、電子とイオンの質量差による
移動度の差に起因して試料基板はプラズマに対して負の
電位を持つ。この負の電位はプラズマと試料基板表面と
の境界にイオンシースを形成する。イオンはこの負の電
位により試料基板表面に入射する際、試料基板に垂直な
方向に加速される。この負の電位は通常のプラズマにお
いては、プラズマの電位に対して−20V程度である。こ
の電位にある試料基板に入射するイオンはエネルギーが
低いので、試料基板に与える損傷は小さい。
【0011】しかし、エッチングする材料の違いやエッ
チングの高速化や微細加工性能の向上(異方性)を満足
するためには、イオンのエネルギーをもっと大きくす
る、或いはある値に制御する必要がある。このイオンの
エネルギー制御するために、試料台に直流電界を加え
る。また、直流電界にかえて、試料台に高周波電力を印
加した場合も同様の効果が得られる。即ち、試料台に高
周波電力を印加した場合、イオンに比較して電子の移動
度が著しく大きいために、イオンに比較して電子が試料
基板に流れ込み易く、高周波電力の1周期でこの試料基
板表面に流れ込む電荷量が0となるように、試料基板表
面は負の電位(バイアス電位)にシフトする。このバイ
アス電位によりイオンは試料基板に向かって加速される
のである。
【0012】即ち、本発明においては、試料基板に印加
する高周波電界又は直流電界の制御により、マイクロ波
電界で主に決定されるプラズマ密度等のプラズマパラメ
ータとは独立に、しかも広い範囲にわたり、イオンの試
料基板への入射エネルギーを制御することが可能とな
る。
【0013】
【実施例】図1は、本発明に係るプラズマ発生装置の構
成を示す模式的断面図であり、図中1は中空直方体形の
反応器であって上部のマイクロ波導入窓5を除く全体が
金属製であり、特に周囲壁は二重構造であって内部に冷
却水の通路となる空洞10を備えている。反応器1の上部
のマイクロ波導入窓5は、マイクロ波の透過が可能であ
り、誘電損失の小さな材料、例えば石英ガラス又はAl2
3 等の耐熱性板にて気密状態に封止できるようになっ
ている。
【0014】反応器1の上方にはマイクロ波導入窓5と
対向し所定の距離を隔ててマイクロ波導入窓を覆い得る
大きさの誘電体線路4が置かれている。この誘電体線路
4はAl等の金属板4bの下の面に誘電損失の小さいふっ素
樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン等の誘電体層4aを配
置して形成されている。誘電体線路4には、マイクロ波
発振器7より導波管6を介して、マイクロ波が導入さ
れ、反応器1内にプラズマの発生に必要な電力を供給す
る。
【0015】反応器1にはプラズマガス供給のためのガ
ス供給管8、及び反応器1を真空に排気するためのポン
プにつながる排気管9が夫々設けられている。反応器1
の内部には処理対象であるウエハーSを置くための試料
保持装置2が設けられており、更に、この試料保持装置
には、ウエハー表面にバイアス電圧を発生させるため
に、高周波電源3が接続されている。
【0016】続いて、試料保持装置について説明する。
図2はこの試料保持装置を模式的に示した断面図であ
り、図中11は第1の基台、図中12は第2の基台であり、
この上に試料台13が配設されており、試料台13は空洞部
14に冷却液が導入管15a により供給、導出管15b により
排出されることにより、冷却されるようになっている。
試料台13上には、セラミック等の絶縁材料で形成された
試料保持部16が配設され、その下部周縁には外向きに段
部16a が形成されている。この試料保持部16内の表面近
傍にはAl、W等からなる金属板電極17が埋設されてお
り、この金属板電極17は電極棒18により高周波電源21に
接続されている。
【0017】次に、動作について説明する (図1) 。反
応器1が真空に排気され、ガス供給管8によりプロセス
に必要なガスが供給される。そして、マイクロ波発振器
7より発振されたマイクロ波は、導波管6を介して誘電
体線路4に導入され、マイクロ波導入窓5を透過して反
応器1に導入され、プラズマを発生する。処理対象であ
る試料Sを置いた試料保持装置2には高周波電力を印加
し、試料表面にバイアス電圧を発生させる。このバイア
ス電圧により、イオンを試料に対して垂直に入射させる
と共に、試料に入射するイオンのエネルギーを制御し、
条件の最適化を行うのである。 (実施例)本発明の装置を用いて、シリコン酸化膜(Si
2 膜)のエッチングを行った。用いた試料はシリコン
ウエハー上にSiO2膜を1μm 積んだものを用いた。
【0018】フローガスとしてCF4 ,CHF3 ,Arを
夫々80sccm, 20sccm, 200sccm 流し、圧力は30mTorr で
行った。マイクロ波は周波数2.45GHzを用い、電力1kW
でプラズマを発生させた。また試料台には周波数13.56M
Hzの高周波電力を 500W供給する場合と供給しない場合
でエッチングレートと8″φ均一性を測定した。
【0019】その結果、 500W供給した場合、エッチン
グレートとして6000Å/min、8″φ均一性±5%を得
た。また、供給しなかった場合、エッチングレートは 2
00Å/minとほとんどエッチングが進まなかった。また、
表1に示すように、ECR 装置と本発明装置の反応器周辺
のサイズを比較すると、本発明の装置は、反応器周辺の
堆積比も約1/4 と非常にコンパクトであり、更にECR 装
置に比べると、コイルやコイルのための電源が不要であ
るため、装置全体を小さくでき、しかも低コストで作る
ことが可能である。
【0020】
【0021】
【発明の効果】本発明装置は広い面積にわたって均一で
高密度のプラズマが得られる誘電体線路を有するプラズ
マ処理装置に試料台に高周波電界又は直流電界を印可す
る手段を加えることにより、エッチング装置としての使
用が可能となり、また従来の平行平板型装置に比べて、
目的とするエッチングに最適なイオンエネルギーを広範
囲に選択できることによりエッチング条件を最適化で
き、低損傷かつ高速のエッチングが可能となる。しかも
処理面積の大型化による装置外形の大型化も抑えること
ができ、コンパクトでかつ安価な装置を提供することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラズマ発生装置の構成を示す模
式的断面図である。
【図2】本発明の試料保持装置を模式的に示した断面図
である。
【図3】従来の平行平板型ドライエッチング装置の模式
的断面図である。
【図4】従来のECR プラズマ装置の模式的断面図であ
る。
【符号の説明】
1 反応器 2 試料保持装置 3 高周波電源 4 誘電体線路 4a 誘電体 4b 金属板 5 マイクロ波導入窓 6 導波管 7 マイクロ波発振器 8 ガス供給管 9 排気管 10 冷却水通路となる空洞 11 第1の基台 12 第2の基台 13 試料台 14 冷却液用空洞 15a 冷却液の導入管 15b 冷却液の導出管 16 試料保持部 16a 試料保持部段部 17 金属板電極 18 電極棒 19 絶縁筒 20 ターゲット部 20a ターゲット部段部 21 高周波電源 31 反応室 32 対向電極 33 試料基板側電極 34 高周波電源 41 反応室 42 試料保持装置 43 プラズマ生成室 44 マイクロ波導入窓 45 導波管 46 磁場発生用コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 勝之 東京都千代田区大手町一丁目1番3号 住 友金属工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波発振器と、マイクロ波を伝送
    する導波管と、導波管に接続された誘電体線路と、誘電
    体線路に対向配置されるマイクロ波導入窓を有する反応
    器とを備えたプラズマエッチング装置であって、反応器
    内に処理すべき試料基板を載置するために設けられた試
    料台に高周波電界又は直流電界を加える手段を備えたこ
    とを特徴とするプラズマエッチング装置。
JP3331269A 1991-11-19 1991-11-19 プラズマエツチング装置 Pending JPH05144773A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3331269A JPH05144773A (ja) 1991-11-19 1991-11-19 プラズマエツチング装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3331269A JPH05144773A (ja) 1991-11-19 1991-11-19 プラズマエツチング装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05144773A true JPH05144773A (ja) 1993-06-11

Family

ID=18241804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3331269A Pending JPH05144773A (ja) 1991-11-19 1991-11-19 プラズマエツチング装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05144773A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0688037A1 (en) 1994-06-14 1995-12-20 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Microwave plasma processing system
US5639309A (en) * 1995-03-17 1997-06-17 Nec Corporation Plasma processing apparatus adjusted for a batch-processing of a plurality of wafers with plasma gases
US6092486A (en) * 1996-05-27 2000-07-25 Sumimoto Metal Indsutries, Ltd. Plasma processing apparatus and plasma processing method
US7565879B2 (en) * 1995-03-16 2009-07-28 Hitachi, Ltd Plasma processing apparatus

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58100431A (ja) * 1981-12-10 1983-06-15 Fujitsu Ltd プラズマ・エツチング方法及びその装置
JPH0319332A (ja) * 1989-06-16 1991-01-28 Hitachi Ltd マイクロ波プラズマ処理装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58100431A (ja) * 1981-12-10 1983-06-15 Fujitsu Ltd プラズマ・エツチング方法及びその装置
JPH0319332A (ja) * 1989-06-16 1991-01-28 Hitachi Ltd マイクロ波プラズマ処理装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0688037A1 (en) 1994-06-14 1995-12-20 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Microwave plasma processing system
US7565879B2 (en) * 1995-03-16 2009-07-28 Hitachi, Ltd Plasma processing apparatus
US5639309A (en) * 1995-03-17 1997-06-17 Nec Corporation Plasma processing apparatus adjusted for a batch-processing of a plurality of wafers with plasma gases
US6092486A (en) * 1996-05-27 2000-07-25 Sumimoto Metal Indsutries, Ltd. Plasma processing apparatus and plasma processing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5816078A (ja) プラズマエツチング装置
WO2002071462A1 (fr) Procédé et appareil de traitement au plasma
JPH03218627A (ja) プラズマエッチング方法及び装置
US5916820A (en) Thin film forming method and apparatus
US5983829A (en) Microwave plasma etching apparatus
JPH05102093A (ja) ペロブスカイト型酸化物膜のドライエツチング方法
JPH05144773A (ja) プラズマエツチング装置
JP3042208B2 (ja) マイクロ波プラズマ処理装置
TW201842532A (zh) 有機材料的自我限制蝕刻之實行程序
JP3172340B2 (ja) プラズマ処理装置
JP3192352B2 (ja) プラズマ処理装置
JPS60120525A (ja) 反応性イオンエツチング方法
JP2750430B2 (ja) プラズマ制御方法
JP2917993B1 (ja) ドライエッチング方法
JP4605940B2 (ja) プラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法および半導体装置の製造方法
JP3516741B2 (ja) プラズマ処理方法
Samukawa et al. Low radio frequency biased electron cyclotron resonance plasma etching
US6432730B2 (en) Plasma processing method and apparatus
JP2000252099A (ja) 整合器、プラズマ処理方法及び装置
JP3368743B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JPH0473288B2 (ja)
JP2990838B2 (ja) ドライエッチング装置
JP2000299306A (ja) 誘導結合型プラズマエッチング装置
JPH1098021A (ja) 半導体装置の製造方法
JPH06120140A (ja) 半導体製造方法および装置