JPH07142199A - プラズマ処理装置およびその制御方法 - Google Patents
プラズマ処理装置およびその制御方法Info
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- JPH07142199A JPH07142199A JP5312683A JP31268393A JPH07142199A JP H07142199 A JPH07142199 A JP H07142199A JP 5312683 A JP5312683 A JP 5312683A JP 31268393 A JP31268393 A JP 31268393A JP H07142199 A JPH07142199 A JP H07142199A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エッチング形状の制御を行うことが可能な処
理装置を提供する。 【構成】 本発明によれば、高周波発振器２４から発振
される２つの高周波出力の位相差を処理室２内の処理状
況に応じて変更することにより、異方性エッチングと等
方性エッチングを切り換えることが可能であり、特に超
微細加工を行う場合に、位相差を任意に制御することに
よりエッチング形状を精密に制御することが可能であ
る。
理装置を提供する。 【構成】 本発明によれば、高周波発振器２４から発振
される２つの高周波出力の位相差を処理室２内の処理状
況に応じて変更することにより、異方性エッチングと等
方性エッチングを切り換えることが可能であり、特に超
微細加工を行う場合に、位相差を任意に制御することに
よりエッチング形状を精密に制御することが可能であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】従来より半導体製造工程において、被処
理体、たとえば半導体ウェハ表面に微細加工を施すため
に、処理室内に導入された反応性ガスの高周波グロー放
電を利用したプラズマエッチング装置が広く使用されて
いる。
理体、たとえば半導体ウェハ表面に微細加工を施すため
に、処理室内に導入された反応性ガスの高周波グロー放
電を利用したプラズマエッチング装置が広く使用されて
いる。
【０００３】図４には、かかるグロー放電を利用したプ
ラズマエッチング装置、いわゆる平行平板型プラズマエ
ッチング装置の典型例が示されている。図示のように、
処理装置１００は、処理室１０１内に被処理体Ｗを載置
可能な下部電極１０２と、その下部電極１０２に対向す
る位置に配置された上部電極１０３とを備えており、こ
の上部電極１０３に対して高周波電源１０４より整合器
１０５を介してたとえば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧
を上部電極１０３に印加することにより、接地された下
部電極１０２との間にグロー放電を生じさせ、反応性ガ
スをプラズマ化し、両電極間に生じる電位差により、プ
ラズマ中のイオンを下部電極１０２上に載置された被処
理体の処理面に衝突させ、所望のエッチングを行うこと
が可能なように構成されている。
ラズマエッチング装置、いわゆる平行平板型プラズマエ
ッチング装置の典型例が示されている。図示のように、
処理装置１００は、処理室１０１内に被処理体Ｗを載置
可能な下部電極１０２と、その下部電極１０２に対向す
る位置に配置された上部電極１０３とを備えており、こ
の上部電極１０３に対して高周波電源１０４より整合器
１０５を介してたとえば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧
を上部電極１０３に印加することにより、接地された下
部電極１０２との間にグロー放電を生じさせ、反応性ガ
スをプラズマ化し、両電極間に生じる電位差により、プ
ラズマ中のイオンを下部電極１０２上に載置された被処
理体の処理面に衝突させ、所望のエッチングを行うこと
が可能なように構成されている。
【０００４】しかしながら、図４に示すような装置構成
では、上部電極１０３にのみ高周波電力を印加するの
で、両電極間に生じるプラズマ電位を制御することがで
きず、したがって発生するプラズマの密度も固定されて
しまうため、近年要求されているようなハーフミクロン
単位、さらにはサブハーフミクロン単位の超微細加工を
被処理体に施すことができない。
では、上部電極１０３にのみ高周波電力を印加するの
で、両電極間に生じるプラズマ電位を制御することがで
きず、したがって発生するプラズマの密度も固定されて
しまうため、近年要求されているようなハーフミクロン
単位、さらにはサブハーフミクロン単位の超微細加工を
被処理体に施すことができない。
【０００５】そこで、図５に示すように、上部電極１０
３に対しては第１の高周波電源１０６より第１の整合器
１０７を介して第１の高周波電圧を印加するとともに、
下部電極１０２には第２の高周波電源１０８を介して第
２の高周波電圧を印加することにより、処理室１０１内
に発生するプラズマの密度を制御する試みがなされてい
るが、２つの高周波発振器１０６、１０８から発生され
る高周波電圧同士の干渉や波形の歪みのために制御が困
難であり、さらに干渉や歪みを回避するために、それぞ
れ第１および第２のフィルタ１１０、１１１を各回路に
介挿する必要があり、装置構成が複雑なものとなってい
た。
３に対しては第１の高周波電源１０６より第１の整合器
１０７を介して第１の高周波電圧を印加するとともに、
下部電極１０２には第２の高周波電源１０８を介して第
２の高周波電圧を印加することにより、処理室１０１内
に発生するプラズマの密度を制御する試みがなされてい
るが、２つの高周波発振器１０６、１０８から発生され
る高周波電圧同士の干渉や波形の歪みのために制御が困
難であり、さらに干渉や歪みを回避するために、それぞ
れ第１および第２のフィルタ１１０、１１１を各回路に
介挿する必要があり、装置構成が複雑なものとなってい
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のプラ
ズマ処理装置およびその制御方法が抱える上記のような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、一台の装置で異方性エッチングおよび等方性エ
ッチングの双方を実現することが可能であり、したがっ
てエッチングレートを落とすことなく優れた形状の高ア
スペクト比のエッチングを実施することが可能な新規か
つ改良されたプラズマ処理装置およびその制御方法を提
供することである。
ズマ処理装置およびその制御方法が抱える上記のような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、一台の装置で異方性エッチングおよび等方性エ
ッチングの双方を実現することが可能であり、したがっ
てエッチングレートを落とすことなく優れた形状の高ア
スペクト比のエッチングを実施することが可能な新規か
つ改良されたプラズマ処理装置およびその制御方法を提
供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の、処理室内に配置され被処理体が
載置される下部電極と、前記処理室内において前記下部
電極に対向する位置に配置される上部電極とを備えたプ
ラズマ処理装置は、第１および第２の高周波出力を有す
る高周波発振器と、第１および第２の高周波出力をそれ
ぞれ位相制御するための位相制御器と、その位相制御器
により位相制御された第１の高周波出力を第１の増幅手
段により増幅して前記上部電極に印加するための第１の
回路手段と、前記位相手段により位相制御された第２の
高周波出力を第２の増幅手段により増幅して前記下部電
極に印加するための第２の回路手段と、前記処理室内の
反応生成物を検出しその検出信号を位相制御器に送信す
る検出器とから成ることを特徴としている。
に、請求項１に記載の、処理室内に配置され被処理体が
載置される下部電極と、前記処理室内において前記下部
電極に対向する位置に配置される上部電極とを備えたプ
ラズマ処理装置は、第１および第２の高周波出力を有す
る高周波発振器と、第１および第２の高周波出力をそれ
ぞれ位相制御するための位相制御器と、その位相制御器
により位相制御された第１の高周波出力を第１の増幅手
段により増幅して前記上部電極に印加するための第１の
回路手段と、前記位相手段により位相制御された第２の
高周波出力を第２の増幅手段により増幅して前記下部電
極に印加するための第２の回路手段と、前記処理室内の
反応生成物を検出しその検出信号を位相制御器に送信す
る検出器とから成ることを特徴としている。
【０００８】また請求項２によれば、処理室内に配置さ
れ被処理体が載置される下部電極と、前記処理室内にお
いて前記下部電極に対向する位置に配置される上部電極
と、第１および第２の高周波出力を有する高周波発振器
と、第１および第２の高周波出力をそれぞれ位相制御す
るための位相制御器と、その位相制御器により位相制御
された第１の高周波出力を第１の増幅手段により増幅し
て前記上部電極に印加するための第１の回路手段と、前
記位相手段により位相制御された第２の高周波出力を第
２の増幅手段により増幅して前記下部電極に印加するた
めの第２の回路手段と、前記処理室内の反応生成物を検
出しその検出信号を位相制御器に送信する検出器とを備
えたプラズマ処理装置によりエッチング処理を行うにあ
たり、エッチング開始時には、異方性エッチング傾向を
有する位相差の第１および第２の高周波出力を前記上部
電極および前記下部電極に印加し、前記処理室内の反応
生成物の変化を監視し、その変化が所定のしきい値に到
達した場合に、等方性エッチング傾向を有する位相差の
第１および第２の高周波出力を前記上部電極および前記
下部電極に印加し、所定時間経過後または前記処理室内
の反応生成物の変化に応じて第１および第２の高周波出
力の印加を停止する、各工程から成ることを特徴とす
る、プラズマ処理装置の制御方法が提供される。
れ被処理体が載置される下部電極と、前記処理室内にお
いて前記下部電極に対向する位置に配置される上部電極
と、第１および第２の高周波出力を有する高周波発振器
と、第１および第２の高周波出力をそれぞれ位相制御す
るための位相制御器と、その位相制御器により位相制御
された第１の高周波出力を第１の増幅手段により増幅し
て前記上部電極に印加するための第１の回路手段と、前
記位相手段により位相制御された第２の高周波出力を第
２の増幅手段により増幅して前記下部電極に印加するた
めの第２の回路手段と、前記処理室内の反応生成物を検
出しその検出信号を位相制御器に送信する検出器とを備
えたプラズマ処理装置によりエッチング処理を行うにあ
たり、エッチング開始時には、異方性エッチング傾向を
有する位相差の第１および第２の高周波出力を前記上部
電極および前記下部電極に印加し、前記処理室内の反応
生成物の変化を監視し、その変化が所定のしきい値に到
達した場合に、等方性エッチング傾向を有する位相差の
第１および第２の高周波出力を前記上部電極および前記
下部電極に印加し、所定時間経過後または前記処理室内
の反応生成物の変化に応じて第１および第２の高周波出
力の印加を停止する、各工程から成ることを特徴とす
る、プラズマ処理装置の制御方法が提供される。
【０００９】
【作用】請求項１に記載のプラズマ処理装置では、上部
電極および下部電極に印加する高周波電力の位相差を制
御して、一台の装置で等方性エッチングと異方性エッチ
ングとを行うことが可能である。その際に、処理室内の
反応生成物の変化の様子を示す検出信号に応じて、位相
差を制御することにより、エッチング形状を制御するこ
とができるので、形状特性に優れた高アスペクト比のエ
ッチングを実施することが可能である。
電極および下部電極に印加する高周波電力の位相差を制
御して、一台の装置で等方性エッチングと異方性エッチ
ングとを行うことが可能である。その際に、処理室内の
反応生成物の変化の様子を示す検出信号に応じて、位相
差を制御することにより、エッチング形状を制御するこ
とができるので、形状特性に優れた高アスペクト比のエ
ッチングを実施することが可能である。
【００１０】また請求項２に記載のプラズマ処理装置の
制御方法によれば、エッチング開始時、たとえば図３の
Ａ部分をエッチングする際には、異方性エッチング傾向
の高い位相差、たとえば１８０゜の位相差の高周波電力
を両電極間に印加することにより、エッチングレートの
高いエッチングを行い、エッチングの終了部分、たとえ
ば図３のＢ部分をエッチングする際には、等方性エッチ
ング傾向の高い位相差、たとえば９０゜の位相差の高周
波電力を両電極間に印加することにより、選択比の高い
エッチングを行い、たとえばエッチングホールの形状を
整えることが可能である。なお、異方性エッチングから
等方性エッチングへの切り換えは、処理室内の反応生成
物の変化を監視することにより行うことができる。
制御方法によれば、エッチング開始時、たとえば図３の
Ａ部分をエッチングする際には、異方性エッチング傾向
の高い位相差、たとえば１８０゜の位相差の高周波電力
を両電極間に印加することにより、エッチングレートの
高いエッチングを行い、エッチングの終了部分、たとえ
ば図３のＢ部分をエッチングする際には、等方性エッチ
ング傾向の高い位相差、たとえば９０゜の位相差の高周
波電力を両電極間に印加することにより、選択比の高い
エッチングを行い、たとえばエッチングホールの形状を
整えることが可能である。なお、異方性エッチングから
等方性エッチングへの切り換えは、処理室内の反応生成
物の変化を監視することにより行うことができる。
【００１１】
【実施例】以下に添付図面を参照しながら本発明に基づ
いて構成されたプラズマ処理装置をプラズマエッチング
装置に適用した好適な実施例について詳細に説明する。
いて構成されたプラズマ処理装置をプラズマエッチング
装置に適用した好適な実施例について詳細に説明する。
【００１２】図１に示す本発明の第１の実施例を適用し
たエッチング装置１は、導電性材料、例えばアルミニウ
ムなどからなる円筒あるいは矩形状に成形された処理容
器２を有しており、この処理容器２の底部にはセラミッ
クなどの絶縁板３を介して、被処理体、例えば半導体ウ
ェハＷを載置するための略円柱状の載置台４が収容され
ている。この載置台４は、アルミニウムなどより形成さ
れた複数の部材をボルトなどにより組み付けることによ
り構成される。具体的には、この載置台４は、アルミニ
ウムなどにより円柱状に成形されたサセプタ支持台５
と、この上にボルト６により着脱自在に設けられたアル
ミニウムなどよりなるサセプタ７とにより主に構成され
ている。
たエッチング装置１は、導電性材料、例えばアルミニウ
ムなどからなる円筒あるいは矩形状に成形された処理容
器２を有しており、この処理容器２の底部にはセラミッ
クなどの絶縁板３を介して、被処理体、例えば半導体ウ
ェハＷを載置するための略円柱状の載置台４が収容され
ている。この載置台４は、アルミニウムなどより形成さ
れた複数の部材をボルトなどにより組み付けることによ
り構成される。具体的には、この載置台４は、アルミニ
ウムなどにより円柱状に成形されたサセプタ支持台５
と、この上にボルト６により着脱自在に設けられたアル
ミニウムなどよりなるサセプタ７とにより主に構成され
ている。
【００１３】上記サセプタ支持台５には、冷却手段、例
えば冷却ジャケット８が設けられており、この冷却ジャ
ケット８には例えば液体窒素などの冷媒が冷媒導入管９
を介して導入可能であり、導入された液体窒素は同冷却
ジャケット８内を循環し、その間に核沸騰により冷熱を
生じる。かかる構成により、たとえば−１９６℃の液体
窒素の冷熱が冷却ジャケット８からサセプタ７を介して
半導体ウェハＷに対して伝熱し、半導体ウェハＷの処理
面を所望する温度まで冷却することが可能である。な
お、液体窒素の核沸騰により生じた窒素ガスは冷媒排出
管１０より容器外へ排出される。
えば冷却ジャケット８が設けられており、この冷却ジャ
ケット８には例えば液体窒素などの冷媒が冷媒導入管９
を介して導入可能であり、導入された液体窒素は同冷却
ジャケット８内を循環し、その間に核沸騰により冷熱を
生じる。かかる構成により、たとえば−１９６℃の液体
窒素の冷熱が冷却ジャケット８からサセプタ７を介して
半導体ウェハＷに対して伝熱し、半導体ウェハＷの処理
面を所望する温度まで冷却することが可能である。な
お、液体窒素の核沸騰により生じた窒素ガスは冷媒排出
管１０より容器外へ排出される。
【００１４】上記サセプタ７は、上端中央部が突状の円
板状に成形され、その中央のウェハ載置部には静電チャ
ック１１がウェハ面積と略同面積で形成されている。こ
の静電チャック１１は、たとえば２枚の高分子ポリイミ
ドフィルム間に銅箔などの導電膜１２を絶縁状態で挟み
込むことにより形成され、この導電膜１２はリード線に
より可変直流高圧電源１３に接続されている。したがっ
て、この導電膜１２に直流高電圧を印加することによっ
て、上記静電チャック１１の上面に半導体ウェハＷをク
ーロン力により吸着保持することが可能である。
板状に成形され、その中央のウェハ載置部には静電チャ
ック１１がウェハ面積と略同面積で形成されている。こ
の静電チャック１１は、たとえば２枚の高分子ポリイミ
ドフィルム間に銅箔などの導電膜１２を絶縁状態で挟み
込むことにより形成され、この導電膜１２はリード線に
より可変直流高圧電源１３に接続されている。したがっ
て、この導電膜１２に直流高電圧を印加することによっ
て、上記静電チャック１１の上面に半導体ウェハＷをク
ーロン力により吸着保持することが可能である。
【００１５】上記サセプタ支持台５およびサセプタ７に
は、これらを貫通してＨｅなどの熱伝達ガスを半導体ウ
ェハＷの裏面、これらの接合部、サセプタ７を構成する
部材間の接合部などに供給するためのガス通路１４が形
成されている。また上記サセプタ７の上端周縁部には、
半導体ウェハＷを囲むように環状のフォーカスリング１
５が配置されている。このフォーカスリング１５は反応
性イオンを引き寄せない絶縁性の材質からなり、反応性
イオンを内側の半導体ウェハＷにだけ効果的に入射せし
めるように作用する。
は、これらを貫通してＨｅなどの熱伝達ガスを半導体ウ
ェハＷの裏面、これらの接合部、サセプタ７を構成する
部材間の接合部などに供給するためのガス通路１４が形
成されている。また上記サセプタ７の上端周縁部には、
半導体ウェハＷを囲むように環状のフォーカスリング１
５が配置されている。このフォーカスリング１５は反応
性イオンを引き寄せない絶縁性の材質からなり、反応性
イオンを内側の半導体ウェハＷにだけ効果的に入射せし
めるように作用する。
【００１６】さらに、上記静電チャック１１と冷却ジャ
ケット８との間のサセプタ下部にはヒータ固定台１６に
収容された温調用ヒータ１７が設けられており、この温
調用ヒータ１７へ電力源１８より供給される電力を調整
することにより、上記冷却ジャケット８からの冷熱の伝
導を制御して、半導体ウェハＷの被処理面の温度調節を
行うことができるように構成されている。
ケット８との間のサセプタ下部にはヒータ固定台１６に
収容された温調用ヒータ１７が設けられており、この温
調用ヒータ１７へ電力源１８より供給される電力を調整
することにより、上記冷却ジャケット８からの冷熱の伝
導を制御して、半導体ウェハＷの被処理面の温度調節を
行うことができるように構成されている。
【００１７】さらに上記サセプタ７の上方には、これよ
り約１５〜２０ｍｍ程度離間させて上部電極１８が配設
されており、この上部電極１８にはガス供給管１９を介
して所定の処理ガス、たとえばＣＦ4などのエッチング
ガスが供給され、上部電極１８の電極表面に形成された
多数の小孔２０よりエッチングガスを下方の処理空間に
均一に吹き出すことが可能なように構成されている。
り約１５〜２０ｍｍ程度離間させて上部電極１８が配設
されており、この上部電極１８にはガス供給管１９を介
して所定の処理ガス、たとえばＣＦ4などのエッチング
ガスが供給され、上部電極１８の電極表面に形成された
多数の小孔２０よりエッチングガスを下方の処理空間に
均一に吹き出すことが可能なように構成されている。
【００１８】また、上記処理容器２の下部側壁には排気
管２１が接続されて、この処理容器２内の雰囲気を図示
しない排気ポンプにより排出し得るように構成されると
ともに、中央部側壁には図示しないゲートバルブが設け
られており、このゲートバルブを介して半導体ウェハＷ
の搬入搬出を行うように構成されている。
管２１が接続されて、この処理容器２内の雰囲気を図示
しない排気ポンプにより排出し得るように構成されると
ともに、中央部側壁には図示しないゲートバルブが設け
られており、このゲートバルブを介して半導体ウェハＷ
の搬入搬出を行うように構成されている。
【００１９】さらに上記処理容器２の一方の側壁には、
処理室内の反応生成物の存在量の変化を測定するための
質量分析器２２が設置されている。この質量分析器２２
は、上記処理容器２内に設置された図示しないプローブ
を介して処理室内のエネルギーを分析し、各分子成分の
イオンスペクトルあるいはエネルギースペクトルを検出
する装置である。
処理室内の反応生成物の存在量の変化を測定するための
質量分析器２２が設置されている。この質量分析器２２
は、上記処理容器２内に設置された図示しないプローブ
を介して処理室内のエネルギーを分析し、各分子成分の
イオンスペクトルあるいはエネルギースペクトルを検出
する装置である。
【００２０】なお図１に示す実施例においては質量分析
器２２により、処理容器２内の反応生成物の存在量の変
化を検出する構成を採用しているが、本発明はかかる構
成に限定されない。この他にも、たとえば処理室内に発
生する発光スペクトルを検出し、その発光スペクトルの
変化に応じて処理容器２内の反応生成物の存在量の変化
を検出する採用する構成とすることも可能である。
器２２により、処理容器２内の反応生成物の存在量の変
化を検出する構成を採用しているが、本発明はかかる構
成に限定されない。この他にも、たとえば処理室内に発
生する発光スペクトルを検出し、その発光スペクトルの
変化に応じて処理容器２内の反応生成物の存在量の変化
を検出する採用する構成とすることも可能である。
【００２１】このように検出された処理容器２内の反応
生成物の存在量の変化に関する信号は位相制御器２３に
送られ、高周波発振器２４から出力されて上部電極１８
および下部電極７に印加される第１および第２の高周波
電力の位相をフィードバック制御するために用いられ
る。この位相制御器２３により位相制御された第１およ
び第２の高周波電力は、それぞれ、第１および第２の高
周波増幅器２５、２６により所定の電力にまで増幅され
た後、第１および第２の整合器２７、２８を介して、上
部電極１８および下部電極７にそれぞれ印加されるよう
に構成されている。また第１および第２の整合器２７、
２８には高周波電力の電圧位相を検出するための回路が
内蔵されており、この出力を位相制御器２３にフィード
バックすることにより、第１および第２の高周波電力の
位相を一定に保持することができる。
生成物の存在量の変化に関する信号は位相制御器２３に
送られ、高周波発振器２４から出力されて上部電極１８
および下部電極７に印加される第１および第２の高周波
電力の位相をフィードバック制御するために用いられ
る。この位相制御器２３により位相制御された第１およ
び第２の高周波電力は、それぞれ、第１および第２の高
周波増幅器２５、２６により所定の電力にまで増幅され
た後、第１および第２の整合器２７、２８を介して、上
部電極１８および下部電極７にそれぞれ印加されるよう
に構成されている。また第１および第２の整合器２７、
２８には高周波電力の電圧位相を検出するための回路が
内蔵されており、この出力を位相制御器２３にフィード
バックすることにより、第１および第２の高周波電力の
位相を一定に保持することができる。
【００２２】次に図２および図３を参照しながら、本発
明に基づいて構成されたプラズマ処理装置によりエッチ
ング処理を行う場合の制御方法について説明する。
明に基づいて構成されたプラズマ処理装置によりエッチ
ング処理を行う場合の制御方法について説明する。
【００２３】図３に示すように、エッチング開始時に
は、たとえば酸化シリコン膜のＡ部分をエッチングする
に際して、異方性エッチングによりＡ部分を高いエッチ
ングレートで削っていくことが好ましい。そのために、
図２のＳ１に示すように、処理開始時にはたとえば、位
相差１８０゜の異方性エッチング傾向の高い高周波電力
を両電極簡間に印加することにより、高いエッチングレ
ートで処理が進められる。
は、たとえば酸化シリコン膜のＡ部分をエッチングする
に際して、異方性エッチングによりＡ部分を高いエッチ
ングレートで削っていくことが好ましい。そのために、
図２のＳ１に示すように、処理開始時にはたとえば、位
相差１８０゜の異方性エッチング傾向の高い高周波電力
を両電極簡間に印加することにより、高いエッチングレ
ートで処理が進められる。
【００２４】エッチングが進展し、図２のＳ２に示すよ
うに、検出器２２による反応生成物の変化からエンドポ
イントが検出された場合には、選択比を向上させ、エッ
チング形状を整えることが好ましい。そこで、検出信号
に基づいて位相制御器２３により位相をずらし、図２の
Ｓ３に示すように、たとえば位相差９０゜の等方性エッ
チング傾向の高い高周波電力を両電極間に印加すること
により、図３のＢ部分については、選択比を重視したエ
ッチングが行われる。所定時間経過後、あるいは検出器
２２からの反応生成物の変化がこれ以上のエッチングを
要しないことを示した場合に、高周波電力の印加が停止
され、エッチング処理を停止する。
うに、検出器２２による反応生成物の変化からエンドポ
イントが検出された場合には、選択比を向上させ、エッ
チング形状を整えることが好ましい。そこで、検出信号
に基づいて位相制御器２３により位相をずらし、図２の
Ｓ３に示すように、たとえば位相差９０゜の等方性エッ
チング傾向の高い高周波電力を両電極間に印加すること
により、図３のＢ部分については、選択比を重視したエ
ッチングが行われる。所定時間経過後、あるいは検出器
２２からの反応生成物の変化がこれ以上のエッチングを
要しないことを示した場合に、高周波電力の印加が停止
され、エッチング処理を停止する。
【００２５】本発明者らの知見によれば、たとえば位相
差が１８０゜の高周波電力を両電極間に印加した場合に
は、両高周波の合成波形が大きく、したがってプラズマ
のイオンエネルギーも大きいため、被処理体に対する物
理的エッチング、すなわちスパッタ効果が十分に発揮さ
れ、高いエッチングレートで異方性エッチング傾向の強
いエッチングを実施することが可能である。これに対し
て、位相をずらして行き、たとえば位相差が９０゜の高
周波電力を両電極間に印加した場合には、両高周波の合
成波形が小さくなり、したがってプラズマのイオンエネ
ルギーも小さいため、被処理体に対する物理的エッチン
グ、すなわちスパッタ効果が抑えられ、処理面において
は化学的エッチングが主に進展するため、選択比が向上
し、良好なエッチング形状を得ることが可能である。な
お、位相を変化した場合であっても、プラズマ密度は変
化せず、選択比のみが向上するので、スループットが低
下することはない。
差が１８０゜の高周波電力を両電極間に印加した場合に
は、両高周波の合成波形が大きく、したがってプラズマ
のイオンエネルギーも大きいため、被処理体に対する物
理的エッチング、すなわちスパッタ効果が十分に発揮さ
れ、高いエッチングレートで異方性エッチング傾向の強
いエッチングを実施することが可能である。これに対し
て、位相をずらして行き、たとえば位相差が９０゜の高
周波電力を両電極間に印加した場合には、両高周波の合
成波形が小さくなり、したがってプラズマのイオンエネ
ルギーも小さいため、被処理体に対する物理的エッチン
グ、すなわちスパッタ効果が抑えられ、処理面において
は化学的エッチングが主に進展するため、選択比が向上
し、良好なエッチング形状を得ることが可能である。な
お、位相を変化した場合であっても、プラズマ密度は変
化せず、選択比のみが向上するので、スループットが低
下することはない。
【００２６】このように、本発明構成によれば、反応室
に設置された対向電極に印加される高周波電力の位相差
を制御することにより、一台の装置で異方性エッチング
と等方性エッチングとの双方を実現することが可能なの
で、エッチング形状を最適に制御することができ、近年
要求される、ハーフミクロン単位、さらにはサブハーフ
ミクロン単位の超微細加工に最適なプラズマ処理装置お
よびその制御方法を提供することができる。
に設置された対向電極に印加される高周波電力の位相差
を制御することにより、一台の装置で異方性エッチング
と等方性エッチングとの双方を実現することが可能なの
で、エッチング形状を最適に制御することができ、近年
要求される、ハーフミクロン単位、さらにはサブハーフ
ミクロン単位の超微細加工に最適なプラズマ処理装置お
よびその制御方法を提供することができる。
【００２７】次に、図１に示すプラズマエッチング処理
装置１の全体的な動作について説明する。
装置１の全体的な動作について説明する。
【００２８】まず、図示しないカセット室よりロードロ
ック室を介して、適当な搬送アームにより、所定の圧
力、例えば１×１０-4〜数Ｔｏｒｒ程度に減圧された処
理容器２内のサセプタ７の上部に被処理体である半導体
ウェハＷを載置される。ついで、直流電源１３がオンさ
れ、半導体ウェハＷが静電チャック１１によりサセプタ
７上に吸着保持される。
ック室を介して、適当な搬送アームにより、所定の圧
力、例えば１×１０-4〜数Ｔｏｒｒ程度に減圧された処
理容器２内のサセプタ７の上部に被処理体である半導体
ウェハＷを載置される。ついで、直流電源１３がオンさ
れ、半導体ウェハＷが静電チャック１１によりサセプタ
７上に吸着保持される。
【００２９】ついで、上部電極１８の電極面の小孔２０
から処理ガス、たとえばＨＦ4が処理室内に導入される
とともに、高周波発振器２４から上部電極および下部電
極に高周波電力を印加することにより処理容器２内にプ
ラズマを発生させ、半導体ウェハＷに対するエッチング
を開始する。その際に、本発明によれば、高周波発振器
２４から両電極に印加される高周波電力の位相差を制御
することにより、エッチング開始時にはエッチングレー
トの高い異方性エッチングが行われ、所定のエンドポイ
ントに到達すると、選択比の高い等方性エッチングが行
われるので、所望のエッチング形状を得ることができ
る。
から処理ガス、たとえばＨＦ4が処理室内に導入される
とともに、高周波発振器２４から上部電極および下部電
極に高周波電力を印加することにより処理容器２内にプ
ラズマを発生させ、半導体ウェハＷに対するエッチング
を開始する。その際に、本発明によれば、高周波発振器
２４から両電極に印加される高周波電力の位相差を制御
することにより、エッチング開始時にはエッチングレー
トの高い異方性エッチングが行われ、所定のエンドポイ
ントに到達すると、選択比の高い等方性エッチングが行
われるので、所望のエッチング形状を得ることができ
る。
【００３０】なお処理時にはプラズマによる熱で、半導
体ウェハＷが所定の設定温度よりも過熱されるので、こ
れを冷却するためにサセプタ支持台５の冷却ジャケット
８に冷媒、例えば液体窒素を流通させてこの部分を例え
ば−１９６℃に維持し、これからの冷熱をサセプタ７を
介して半導体ウェハＷに伝熱し、所望の低温状態に処理
面を保持することできる。また、冷熱の伝熱は温調用ヒ
ータ２３の発熱量を調整することにより制御することが
可能である。
体ウェハＷが所定の設定温度よりも過熱されるので、こ
れを冷却するためにサセプタ支持台５の冷却ジャケット
８に冷媒、例えば液体窒素を流通させてこの部分を例え
ば−１９６℃に維持し、これからの冷熱をサセプタ７を
介して半導体ウェハＷに伝熱し、所望の低温状態に処理
面を保持することできる。また、冷熱の伝熱は温調用ヒ
ータ２３の発熱量を調整することにより制御することが
可能である。
【００３１】このようにして所定のエッチング処理が終
了した後には、排気管２１を介して処理室２内の残留ガ
スが排気されるとともに、半導体ウェハを適当な温度に
まで昇温し、図示しないゲートバルブを介して隣接する
ロードロック室に搬出され、一連の処理が終了する。
了した後には、排気管２１を介して処理室２内の残留ガ
スが排気されるとともに、半導体ウェハを適当な温度に
まで昇温し、図示しないゲートバルブを介して隣接する
ロードロック室に搬出され、一連の処理が終了する。
【００３２】以上本発明の好適な実施例についてプラズ
マエッチング装置を例に挙げて説明をしたが、本発明は
かかる構成に限定されない。本発明はこの他にも処理室
内に反応ガスプラズマを生成して処理を行う各種装置、
たとえばプラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置、アッシン
グ装置などにも適用することが可能である。さらにまた
上記実施例においては、低温処理装置を例に挙げて説明
をしたが、本発明はかかる構成に限定されず常温処理装
置に対しても適用可能であることは言うまでもない。
マエッチング装置を例に挙げて説明をしたが、本発明は
かかる構成に限定されない。本発明はこの他にも処理室
内に反応ガスプラズマを生成して処理を行う各種装置、
たとえばプラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置、アッシン
グ装置などにも適用することが可能である。さらにまた
上記実施例においては、低温処理装置を例に挙げて説明
をしたが、本発明はかかる構成に限定されず常温処理装
置に対しても適用可能であることは言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上部電極および下部電極に印加する高周波電力の位相差
を制御して、一台の装置で等方性エッチングと異方性エ
ッチングとを行うことが可能である。その際に、処理室
内の反応生成物の変化の様子を示す検出信号に応じて、
位相差を制御することにより、エッチング形状を制御す
ることができるので、形状特性に優れた高アスペクト比
のエッチングを実施することが可能である。
上部電極および下部電極に印加する高周波電力の位相差
を制御して、一台の装置で等方性エッチングと異方性エ
ッチングとを行うことが可能である。その際に、処理室
内の反応生成物の変化の様子を示す検出信号に応じて、
位相差を制御することにより、エッチング形状を制御す
ることができるので、形状特性に優れた高アスペクト比
のエッチングを実施することが可能である。
【図１】本発明に基づいて構成されたプラズマエッチン
グ装置の一実施例の概略的な断面図である。
グ装置の一実施例の概略的な断面図である。
【図２】本発明に基づいて構成されたプラズマエッチン
グ装置の制御方法を示す流れ図である。
グ装置の制御方法を示す流れ図である。
【図３】本発明に基づいて行われるエッチング部分の説
明図である。
明図である。
【図４】従来の平行平板型プラズマエッチング装置の概
略を示す説明図である。
略を示す説明図である。
【図５】従来の他の平行平板型プラズマエッチング装置
の概略を示す説明図である。
の概略を示す説明図である。
１ プラズマエッチング装置 ２ 処理室 ７ サセプタ（下部電極） １８ 上部電極 ２２ 質量分析器 ２３ 位相制御器 ２４ 高周波発振器 ２５、２６ 高周波増幅器 ２７、２８ 整合器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 16/52 Ｃ２３Ｆ 4/00 Ａ 8417−4Ｋ Ｈ０１Ｌ 21/3065
Claims (2)
- 【請求項１】 処理室内に配置され被処理体が載置され
る下部電極と、前記処理室内において前記下部電極に対
向する位置に配置される上部電極とを備えたプラズマ処
理装置において、 第１および第２の高周波出力を有する高周波発振器と、
第１および第２の高周波出力をそれぞれ位相制御するた
めの位相制御器と、その位相制御器により位相制御され
た第１の高周波出力を第１の増幅手段により増幅して前
記上部電極に印加するための第１の回路手段と、前記位
相手段により位相制御された第２の高周波出力を第２の
増幅手段により増幅して前記下部電極に印加するための
第２の回路手段と、前記処理室内の反応生成物を検出し
その検出信号を位相制御器に送信する検出器とから成る
ことを特徴とする、プラズマ処理装置。 - 【請求項２】 処理室内に配置され被処理体が載置され
る下部電極と、前記処理室内において前記下部電極に対
向する位置に配置される上部電極と、第１および第２の
高周波出力を有する高周波発振器と、第１および第２の
高周波出力をそれぞれ位相制御するための位相制御器
と、その位相制御器により位相制御された第１の高周波
出力を第１の増幅手段により増幅して前記上部電極に印
加するための第１の回路手段と、前記位相手段により位
相制御された第２の高周波出力を第２の増幅手段により
増幅して前記下部電極に印加するための第２の回路手段
と、前記処理室内の反応生成物を検出しその検出信号を
位相制御器に送信する検出器とを備えたプラズマ処理装
置によりエッチング処理を行うにあたり、 エッチング開始時には、異方性エッチング傾向を有する
位相差の第１および第２の高周波出力を前記上部電極お
よび前記下部電極に印加し、 前記処理室内の反応生成物の変化を監視し、その変化が
所定のしきい値に到達した場合に、等方性エッチング傾
向を有する位相差の第１および第２の高周波出力を前記
上部電極および前記下部電極に印加し、 所定時間経過後または前記処理室内の反応生成物の変化
に応じて第１および第２の高周波出力の印加を停止す
る、各工程から成ることを特徴とする、プラズマ処理装
置の制御方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31268393A JP3144969B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | プラズマエッチング方法 |
| KR1019940028969A KR100302167B1 (ko) | 1993-11-05 | 1994-11-05 | 플라즈마처리장치및플라즈마처리방법 |
| TW083110383A TW269048B (ja) | 1993-11-05 | 1994-11-09 | |
| US08/533,383 US5698062A (en) | 1993-11-05 | 1995-09-25 | Plasma treatment apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31268393A JP3144969B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | プラズマエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07142199A true JPH07142199A (ja) | 1995-06-02 |
| JP3144969B2 JP3144969B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=18032172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31268393A Expired - Lifetime JP3144969B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-17 | プラズマエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3144969B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2321765A (en) * | 1997-01-30 | 1998-08-05 | Nec Corp | Plasma etching |
| JP2004030931A (ja) * | 2002-06-21 | 2004-01-29 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ生成装置用高周波電源装置 |
| JP2004111432A (ja) * | 2002-09-13 | 2004-04-08 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| JP2006156530A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の制御方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3351163B2 (ja) | 1994-07-27 | 2002-11-25 | 株式会社日立製作所 | 情報記録再生装置及び信号処理回路 |
| JP4077993B2 (ja) | 1999-07-30 | 2008-04-23 | 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ | 性能評価方法及び性能評価装置並びにこれらを用いた記録再生装置 |
-
1993
- 1993-11-17 JP JP31268393A patent/JP3144969B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2321765A (en) * | 1997-01-30 | 1998-08-05 | Nec Corp | Plasma etching |
| GB2321765B (en) * | 1997-01-30 | 1999-07-28 | Nec Corp | Method of plasma etching |
| JP2004030931A (ja) * | 2002-06-21 | 2004-01-29 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ生成装置用高周波電源装置 |
| JP2004111432A (ja) * | 2002-09-13 | 2004-04-08 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| JP2006156530A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の制御方法 |
| US8906196B2 (en) | 2004-11-26 | 2014-12-09 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing apparatus and method for controlling the same |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3144969B2 (ja) | 2001-03-12 |
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