JPH07335570A - プラズマ処理における基板温度制御方法 - Google Patents
プラズマ処理における基板温度制御方法Info
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- JPH07335570A JPH07335570A JP14573694A JP14573694A JPH07335570A JP H07335570 A JPH07335570 A JP H07335570A JP 14573694 A JP14573694 A JP 14573694A JP 14573694 A JP14573694 A JP 14573694A JP H07335570 A JPH07335570 A JP H07335570A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 静電チャックの動作電圧を変更して基板温度
を変化させるようにして、プラズマ処理中の基板温度を
短時間に変更する。 【構成】 対向電極２６からＣＨＦ3とＣＦ4の混合ガス
を５０ＳＣＣＭの流量でエッチング室２０に導入し、７
０Ｐａの圧力とした。冷却板４０は冷却水４４によって
一定温度に保つ。基板支持電極２４に７００Ｗの高周波
電力を印加すると、プラズマ４６が発生し、基板２２に
はセルフバイアス電圧が誘起される。−５００Ｖの直流
電圧を基板支持電極２４に印加し、静電チャックを機能
させると、基板温度は１２０℃になる。この状態でＳｉ
酸化膜を９５％の厚さだけエッチングしてから直流電圧
を−８００Ｖに変更する。すると、基板２２の静電吸着
力が増加し、２〜３秒後には、基板温度は７０℃に低下
する。この状態で、残りのエッチングを実施し、下地の
Ｓｉが現れたらエッチングを終了する。
を変化させるようにして、プラズマ処理中の基板温度を
短時間に変更する。 【構成】 対向電極２６からＣＨＦ3とＣＦ4の混合ガス
を５０ＳＣＣＭの流量でエッチング室２０に導入し、７
０Ｐａの圧力とした。冷却板４０は冷却水４４によって
一定温度に保つ。基板支持電極２４に７００Ｗの高周波
電力を印加すると、プラズマ４６が発生し、基板２２に
はセルフバイアス電圧が誘起される。−５００Ｖの直流
電圧を基板支持電極２４に印加し、静電チャックを機能
させると、基板温度は１２０℃になる。この状態でＳｉ
酸化膜を９５％の厚さだけエッチングしてから直流電圧
を−８００Ｖに変更する。すると、基板２２の静電吸着
力が増加し、２〜３秒後には、基板温度は７０℃に低下
する。この状態で、残りのエッチングを実施し、下地の
Ｓｉが現れたらエッチングを終了する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はプラズマ処理における
基板温度制御方法に関し、特に、静電チャック機構を用
いた基板温度制御方法に関する。この発明は、ドライエ
ッチング法によるエッチング処理や、スパッタリング法
やプラズマＣＶＤ法による成膜処理に適用できる。
基板温度制御方法に関し、特に、静電チャック機構を用
いた基板温度制御方法に関する。この発明は、ドライエ
ッチング法によるエッチング処理や、スパッタリング法
やプラズマＣＶＤ法による成膜処理に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】プラズマを利用して半導体ウェーハ等の
基板を処理する技術として、反応性イオンエッチング法
が知られている。この反応性イオンエッチング法におい
ては、高異方性と高選択性が共に要求される場合がある
が、両者を同時に満足するようなエッチング条件を見つ
けることは難しい場合が多い。したがって、条件の異な
るエッチング処理を順次行う、いわゆるステップエッチ
ング処理を実施する場合がある。例えば、第１ステップ
では高異方性が得られるようなエッチング条件を用い
て、被エッチング膜を下地が現れる寸前までエッチング
し、その後、第２ステップにおいて高選択性が得られる
ようなエッチング条件で残りの厚さ部分をエッチングす
る。これにより、高異方性と高選択性を同時に実現でき
る。
基板を処理する技術として、反応性イオンエッチング法
が知られている。この反応性イオンエッチング法におい
ては、高異方性と高選択性が共に要求される場合がある
が、両者を同時に満足するようなエッチング条件を見つ
けることは難しい場合が多い。したがって、条件の異な
るエッチング処理を順次行う、いわゆるステップエッチ
ング処理を実施する場合がある。例えば、第１ステップ
では高異方性が得られるようなエッチング条件を用い
て、被エッチング膜を下地が現れる寸前までエッチング
し、その後、第２ステップにおいて高選択性が得られる
ようなエッチング条件で残りの厚さ部分をエッチングす
る。これにより、高異方性と高選択性を同時に実現でき
る。
【０００３】通常、高異方性エッチングを達成するに
は、エッチング形状を左右するパターン側壁保護膜の形
成過程を制御する必要がある。この側壁保護膜の形成度
合いは、エッチングと、反応生成物のデポジションとの
競合反応のバランスに強く影響されることが知られてい
る。すなわち、エッチング処理中に何らかの要因でデポ
ジションが減少して、競合反応においてエッチングが支
配的になると、側壁保護膜が十分に形成されなくなる。
すると、パターン側壁はエッチャントのアタックを受け
ることになり、いわゆるサイドエッチングが進行して、
等方性エッチングとなる。逆に、デポジションが増加す
ると、パターン側壁には保護膜が形成されるので、パタ
ーン側壁のエッチングが抑制され、異方性形状が得られ
るようになる。デポジションがもっと支配的になると、
パターン側壁に分厚い保護膜が形成され、エッチング形
状は、垂直形状から、開口部に向かって広がるテーパー
形状へと移行し、最終的にはエッチングの進行が完全に
停止する。
は、エッチング形状を左右するパターン側壁保護膜の形
成過程を制御する必要がある。この側壁保護膜の形成度
合いは、エッチングと、反応生成物のデポジションとの
競合反応のバランスに強く影響されることが知られてい
る。すなわち、エッチング処理中に何らかの要因でデポ
ジションが減少して、競合反応においてエッチングが支
配的になると、側壁保護膜が十分に形成されなくなる。
すると、パターン側壁はエッチャントのアタックを受け
ることになり、いわゆるサイドエッチングが進行して、
等方性エッチングとなる。逆に、デポジションが増加す
ると、パターン側壁には保護膜が形成されるので、パタ
ーン側壁のエッチングが抑制され、異方性形状が得られ
るようになる。デポジションがもっと支配的になると、
パターン側壁に分厚い保護膜が形成され、エッチング形
状は、垂直形状から、開口部に向かって広がるテーパー
形状へと移行し、最終的にはエッチングの進行が完全に
停止する。
【０００４】前記したエッチングとデポジションの競合
反応において、そのバランスには処理中の基板温度が大
きく関与していることが近年、明らかになっており、基
板温度を変更することによってエッチング形状を変えら
れることが分かってきた。例えば、T. Ohiwa, et al.,
Proc. of 12th Symp. on Dry Process, p.105, Tokyo,
(1990)に示されるように、処理中の基板温度を制御する
ことによって基板表面に対するデポジション量を変更で
きるようにし、これによって、パターン側壁に適当な厚
みの保護膜を形成し、もって、サイドエッチングの抑制
を図って、垂直からテーパーに至る任意の異方性形状を
得ることが可能になる。この場合、基板温度を下げると
下地基板へのデポジション量も増加するので、異方性の
みならず高選択性も同時に得られている。ただし、必要
以上に基板温度を下げるとデポジションが支配的にな
り、ほとんどエッチングされない状況になる。したがっ
て、基板温度とエッチング形状との密接な関係を把握し
ておくことが肝要である。
反応において、そのバランスには処理中の基板温度が大
きく関与していることが近年、明らかになっており、基
板温度を変更することによってエッチング形状を変えら
れることが分かってきた。例えば、T. Ohiwa, et al.,
Proc. of 12th Symp. on Dry Process, p.105, Tokyo,
(1990)に示されるように、処理中の基板温度を制御する
ことによって基板表面に対するデポジション量を変更で
きるようにし、これによって、パターン側壁に適当な厚
みの保護膜を形成し、もって、サイドエッチングの抑制
を図って、垂直からテーパーに至る任意の異方性形状を
得ることが可能になる。この場合、基板温度を下げると
下地基板へのデポジション量も増加するので、異方性の
みならず高選択性も同時に得られている。ただし、必要
以上に基板温度を下げるとデポジションが支配的にな
り、ほとんどエッチングされない状況になる。したがっ
て、基板温度とエッチング形状との密接な関係を把握し
ておくことが肝要である。
【０００５】図４は、従来の反応性イオンエッチング装
置の正面断面図であり、この装置を用いてステップエッ
チングを実施する場合の従来の基板温度変更方法を説明
する。
置の正面断面図であり、この装置を用いてステップエッ
チングを実施する場合の従来の基板温度変更方法を説明
する。
【０００６】基板支持電極１４は誘電体１５で覆われて
いて、その上に基板１０が置かれている。基板支持電極
１４の下側には、冷却水１９によって一定温度に保たれ
た冷却板１８があり、基板支持電極１４は間接的に冷却
装置１２によって冷却される。そして、基板１０と基板
支持電極１４の間に直流電圧を印加することにより、基
板１０は基板支持電極１４に静電吸着され、基板１０は
所定温度に冷却される。ステップエッチング処理のため
に基板温度を変更するには、いったんエッチング処理を
中止して、冷却装置１２の設定温度を変更する必要があ
る。この場合、冷却水１９の温度が新しい設定温度に達
するまでに長い待ち時間を要する。この待ち時間を短縮
するには、実開昭６４−４７０３３号公報に示されてい
るように、複数台の冷却装置を準備する方法が考えられ
る。すなわち、冷却装置１２のほかに、冷却装置１３を
準備して、冷却装置１３の温度を冷却装置１２の温度と
は異ならせておき、基板温度を変更したいときに、バル
ブ１６を閉じてバルブ１７を開くことにより、冷却水１
９の温度を短時間に切り替えることができる。
いて、その上に基板１０が置かれている。基板支持電極
１４の下側には、冷却水１９によって一定温度に保たれ
た冷却板１８があり、基板支持電極１４は間接的に冷却
装置１２によって冷却される。そして、基板１０と基板
支持電極１４の間に直流電圧を印加することにより、基
板１０は基板支持電極１４に静電吸着され、基板１０は
所定温度に冷却される。ステップエッチング処理のため
に基板温度を変更するには、いったんエッチング処理を
中止して、冷却装置１２の設定温度を変更する必要があ
る。この場合、冷却水１９の温度が新しい設定温度に達
するまでに長い待ち時間を要する。この待ち時間を短縮
するには、実開昭６４−４７０３３号公報に示されてい
るように、複数台の冷却装置を準備する方法が考えられ
る。すなわち、冷却装置１２のほかに、冷却装置１３を
準備して、冷却装置１３の温度を冷却装置１２の温度と
は異ならせておき、基板温度を変更したいときに、バル
ブ１６を閉じてバルブ１７を開くことにより、冷却水１
９の温度を短時間に切り替えることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理における
上述した従来の基板温度制御方法は、エッチング特性自
体は良好であるが、基板温度変更に伴う時間が増大する
ので、量産性の観点からは好ましくない。また、冷却装
置を複数台使用すれば、基板温度変更に伴う待ち時間は
短くできるが、装置の設置面積や設備費用が、基板温度
を変更する回数分だけ増加し、実用性に欠ける。
上述した従来の基板温度制御方法は、エッチング特性自
体は良好であるが、基板温度変更に伴う時間が増大する
ので、量産性の観点からは好ましくない。また、冷却装
置を複数台使用すれば、基板温度変更に伴う待ち時間は
短くできるが、装置の設置面積や設備費用が、基板温度
を変更する回数分だけ増加し、実用性に欠ける。
【０００８】この発明の目的は、プラズマ処理中の基板
温度をきわめて短時間に変更できるような基板温度制御
方法を提供することにある。
温度をきわめて短時間に変更できるような基板温度制御
方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、静電チャッ
クを動作させるための直流電圧を変更することによっ
て、基板と基板支持電極との間に働く静電吸着力を変化
させ、もって基板温度を変化させるようにしたものであ
る。すなわち、この発明は、基板支持電極と基板の間に
誘電体層を配置して基板と基板支持電極の間に直流電圧
を印加することによって基板を基板支持電極に静電吸着
させるようにした静電チャック機構を用いて、基板のプ
ラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、前記直流
電圧を変更することによって基板と基板支持面との間に
働く静電吸着力を変化させ、これにより基板温度を変化
させることを特徴としている。
クを動作させるための直流電圧を変更することによっ
て、基板と基板支持電極との間に働く静電吸着力を変化
させ、もって基板温度を変化させるようにしたものであ
る。すなわち、この発明は、基板支持電極と基板の間に
誘電体層を配置して基板と基板支持電極の間に直流電圧
を印加することによって基板を基板支持電極に静電吸着
させるようにした静電チャック機構を用いて、基板のプ
ラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、前記直流
電圧を変更することによって基板と基板支持面との間に
働く静電吸着力を変化させ、これにより基板温度を変化
させることを特徴としている。
【００１０】静電チャック機構は、誘電体層を介在させ
た状態で基板と基板支持電極との間に直流電圧を印加し
たときに機能するものである。この場合、基板と基板支
持電極の両方を電気回路につないで両者の間に直流電圧
を印加してもよいのはもちろんであるが、基板を浮遊電
位状態にして、この基板に発生するセルフバイアス電圧
を利用してもよい。例えば、反応性イオンエッチング装
置においては、基板支持電極に高周波電力を印加してプ
ラズマを発生させているが、このプラズマを発生させる
と、誘電体層の上の基板にはセルフバイアス電圧（接地
電位のエッチング室に対してマイナス１００Ｖ程度の電
位）が発生する。したがって、基板支持電極と接地電位
の間に直流電源を接続すれば、基板と基板支持電極との
間には、直流電源による基板支持電極の電位と、セルフ
バイアス電圧による基板の電位との差分の直流電圧が印
加されることになる。
た状態で基板と基板支持電極との間に直流電圧を印加し
たときに機能するものである。この場合、基板と基板支
持電極の両方を電気回路につないで両者の間に直流電圧
を印加してもよいのはもちろんであるが、基板を浮遊電
位状態にして、この基板に発生するセルフバイアス電圧
を利用してもよい。例えば、反応性イオンエッチング装
置においては、基板支持電極に高周波電力を印加してプ
ラズマを発生させているが、このプラズマを発生させる
と、誘電体層の上の基板にはセルフバイアス電圧（接地
電位のエッチング室に対してマイナス１００Ｖ程度の電
位）が発生する。したがって、基板支持電極と接地電位
の間に直流電源を接続すれば、基板と基板支持電極との
間には、直流電源による基板支持電極の電位と、セルフ
バイアス電圧による基板の電位との差分の直流電圧が印
加されることになる。
【００１１】この発明は特に反応性イオンエッチング法
においてステップエッチングを実施する場合に効果的で
ある。すなわち、基板上の被エッチング膜を反応性イオ
ンエッチング法によってエッチングする場合に、被エッ
チング膜の厚さの途中までをエッチングする第１段階に
おいては基板と基板支持電極の間に第１の直流電圧を印
加し、残りの厚さをエッチングする第２段階においては
前記第１の直流電圧とは異なる第２の直流電圧を基板と
基板支持電極の間に印加する。これにより、第１段階で
の基板温度と第２段階での基板温度を異ならせてエッチ
ングすることができる。この場合、基板温度の変更時間
は非常に短くて済むので、プラズマ処理を中断すること
なく第１段階と第２段階を連続して実施することが可能
である。
においてステップエッチングを実施する場合に効果的で
ある。すなわち、基板上の被エッチング膜を反応性イオ
ンエッチング法によってエッチングする場合に、被エッ
チング膜の厚さの途中までをエッチングする第１段階に
おいては基板と基板支持電極の間に第１の直流電圧を印
加し、残りの厚さをエッチングする第２段階においては
前記第１の直流電圧とは異なる第２の直流電圧を基板と
基板支持電極の間に印加する。これにより、第１段階で
の基板温度と第２段階での基板温度を異ならせてエッチ
ングすることができる。この場合、基板温度の変更時間
は非常に短くて済むので、プラズマ処理を中断すること
なく第１段階と第２段階を連続して実施することが可能
である。
【００１２】この発明を、Ｓｉ基板上のＳｉ酸化膜を反
応性イオンエッチング法でエッチングする場合に適用す
るには、前記第２の直流電圧の絶対値を前記第１の直流
電圧の絶対値よりも大きくして、第２段階での基板温度
を第１段階よりも低くするのが効果的である。これによ
り、第１段階では高異方性エッチングとなり、第２段階
では高選択性エッチングとなる。
応性イオンエッチング法でエッチングする場合に適用す
るには、前記第２の直流電圧の絶対値を前記第１の直流
電圧の絶対値よりも大きくして、第２段階での基板温度
を第１段階よりも低くするのが効果的である。これによ
り、第１段階では高異方性エッチングとなり、第２段階
では高選択性エッチングとなる。
【００１３】
【作用】基板と基板支持電極との間に印加する直流電圧
を変更すると、基板と基板支持電極との間に働く静電吸
着力が変化する。これによって、基板裏面と誘電体層表
面との密着性が変化し、両者の間の熱伝達特性が変化す
る。プラズマ処理においては、プラズマからの熱放射に
よる基板の温度上昇を抑えるために、基板支持電極を冷
却装置で冷却して基板支持電極と基板との間の熱伝達に
よって基板を冷却するのが一般的である。この場合、基
板支持電極の冷却装置の動作条件を同じにしておいて
も、静電チャックの直流電圧を変更させるだけで、上述
の熱伝達特性が変化して基板温度が変化する。印加直流
電圧を大きくして静電吸着力を増加させれば、基板と基
板支持電極との間の熱伝達特性が良好になり、基板温度
は低くなる。逆に、印加直流電圧を小さくして静電吸着
力を減少させれば、基板と基板支持電極との間の熱伝達
特性が悪くなって、基板温度は高くなる。
を変更すると、基板と基板支持電極との間に働く静電吸
着力が変化する。これによって、基板裏面と誘電体層表
面との密着性が変化し、両者の間の熱伝達特性が変化す
る。プラズマ処理においては、プラズマからの熱放射に
よる基板の温度上昇を抑えるために、基板支持電極を冷
却装置で冷却して基板支持電極と基板との間の熱伝達に
よって基板を冷却するのが一般的である。この場合、基
板支持電極の冷却装置の動作条件を同じにしておいて
も、静電チャックの直流電圧を変更させるだけで、上述
の熱伝達特性が変化して基板温度が変化する。印加直流
電圧を大きくして静電吸着力を増加させれば、基板と基
板支持電極との間の熱伝達特性が良好になり、基板温度
は低くなる。逆に、印加直流電圧を小さくして静電吸着
力を減少させれば、基板と基板支持電極との間の熱伝達
特性が悪くなって、基板温度は高くなる。
【００１４】Ｓｉウェーハのように、薄くて熱容量の小
さい基板では、印加する直流電圧を変更してから基板の
温度が別の温度に変化するまでの時間は非常に短い。変
更温度差や静電チャック機構の仕様にもよるが、温度変
更に要する時間は典型的には２〜３秒程度である。した
がって、反応性イオンエッチング法においてステップエ
ッチングを行う場合に、エッチング処理を継続したまま
で、基板温度を変更して第１段階から第２段階に移行す
ることが可能である。
さい基板では、印加する直流電圧を変更してから基板の
温度が別の温度に変化するまでの時間は非常に短い。変
更温度差や静電チャック機構の仕様にもよるが、温度変
更に要する時間は典型的には２〜３秒程度である。した
がって、反応性イオンエッチング法においてステップエ
ッチングを行う場合に、エッチング処理を継続したまま
で、基板温度を変更して第１段階から第２段階に移行す
ることが可能である。
【００１５】
【実施例】図１は、この発明の基板温度制御方法を実施
する装置の一例の正面断面図であり、この装置は反応性
イオンエッチング装置である。エッチング室２０内に
は、基板２２を支持する平板状の基板支持電極２４と、
その上方に対向電極２６とが設置されている。基板支持
電極２４の周囲は誘電体２８で覆われており、基板支持
電極２４の上面は薄い誘電体層で覆われている。この誘
電体層の上に基板２２が置かれる。誘電体２８の材質と
しては、酸化チタンを含有したアルミナや、ポリイミド
を使用できる。基板支持電極２４と基板２２との間の誘
電体層の厚さは、アルミナ膜の場合で約３００μｍ、ポ
リイミド膜の場合は５０〜７０μｍが適当である。基板
支持電極２４の下側には誘電体２８を介して冷却板４０
があり、この冷却板４０は冷却装置４２からの冷却水４
４によって冷却されて、一定温度に保たれる。対向電極
２６の内部はガス導入通路となっていて、エッチングガ
ス３２は、対向電極２６の下面に形成された多数の孔か
ら吹き出すようになっており、このガスは最終的に矢印
３３の方向に排気される。
する装置の一例の正面断面図であり、この装置は反応性
イオンエッチング装置である。エッチング室２０内に
は、基板２２を支持する平板状の基板支持電極２４と、
その上方に対向電極２６とが設置されている。基板支持
電極２４の周囲は誘電体２８で覆われており、基板支持
電極２４の上面は薄い誘電体層で覆われている。この誘
電体層の上に基板２２が置かれる。誘電体２８の材質と
しては、酸化チタンを含有したアルミナや、ポリイミド
を使用できる。基板支持電極２４と基板２２との間の誘
電体層の厚さは、アルミナ膜の場合で約３００μｍ、ポ
リイミド膜の場合は５０〜７０μｍが適当である。基板
支持電極２４の下側には誘電体２８を介して冷却板４０
があり、この冷却板４０は冷却装置４２からの冷却水４
４によって冷却されて、一定温度に保たれる。対向電極
２６の内部はガス導入通路となっていて、エッチングガ
ス３２は、対向電極２６の下面に形成された多数の孔か
ら吹き出すようになっており、このガスは最終的に矢印
３３の方向に排気される。
【００１６】基板支持電極２４には、高周波電源３４
と、高周波フィルター３６を介して可変直流電源３８と
が接続されている。エッチング室２０と対向電極２６は
接地されている。
と、高周波フィルター３６を介して可変直流電源３８と
が接続されている。エッチング室２０と対向電極２６は
接地されている。
【００１７】次に、この反応性イオンエッチング装置を
用いて、基板（Ｓｉウェーハ）上のＳｉ酸化膜をエッチ
ングする手順を説明する。
用いて、基板（Ｓｉウェーハ）上のＳｉ酸化膜をエッチ
ングする手順を説明する。
【００１８】対向電極２６から、ＣＨＦ3とＣＦ4の混合
ガスを合計で５０ＳＣＣＭの流量でエッチング室２０に
導入し、排気装置を調整して、エッチング室２０内の圧
力を７０Ｐａとした。冷却板４０は冷却水４４によって
１０℃に保たれている。基板支持電極２４に高周波電源
３４から７００Ｗの高周波電力を印加すると、プラズマ
４６が発生する。プラズマ４６が発生すると、基板２２
にはセルフバイアス電圧が誘起され、基板２２の電位は
マイナス約１００Ｖになる。一方、可変直流電源３８に
より−５００Ｖの直流電圧を基板支持電極２４に印加す
る。したがって、基板２２と基板支持電極２４との間に
は約４００Ｖの電位差が発生し、静電チャックが機能し
て、基板２２は基板支持電極２４に静電吸着される。直
流電圧をこのように−５００Ｖにした場合、プラズマ発
生中の基板２２の温度は１２０℃となった。この状態で
基板上のＳｉ酸化膜をエッチングし、エッチングが下地
に到達する寸前のところで、直流電圧を−８００Ｖに変
更する。この直流電圧の変更の手前までが第１段階のエ
ッチングであり、引き続いて第２段階のエッチングが始
まる。第１段階から第２段階に移行するときも高周波電
力は印加したままであり、プラズマも維持されたままで
ある。直流電圧を−８００Ｖに変更すると、基板２２と
基板支持電極２４の電位差は約７００Ｖに増加し、基板
２２の吸着力が増加する。その結果、基板２２と基板支
持電極２４との間の熱伝達特性が良好になり、２〜３秒
後には、基板２２の温度は７０℃に低下する。この状態
で、第２段階のエッチングを実施し、下地のＳｉが現れ
たらエッチングを終了する。
ガスを合計で５０ＳＣＣＭの流量でエッチング室２０に
導入し、排気装置を調整して、エッチング室２０内の圧
力を７０Ｐａとした。冷却板４０は冷却水４４によって
１０℃に保たれている。基板支持電極２４に高周波電源
３４から７００Ｗの高周波電力を印加すると、プラズマ
４６が発生する。プラズマ４６が発生すると、基板２２
にはセルフバイアス電圧が誘起され、基板２２の電位は
マイナス約１００Ｖになる。一方、可変直流電源３８に
より−５００Ｖの直流電圧を基板支持電極２４に印加す
る。したがって、基板２２と基板支持電極２４との間に
は約４００Ｖの電位差が発生し、静電チャックが機能し
て、基板２２は基板支持電極２４に静電吸着される。直
流電圧をこのように−５００Ｖにした場合、プラズマ発
生中の基板２２の温度は１２０℃となった。この状態で
基板上のＳｉ酸化膜をエッチングし、エッチングが下地
に到達する寸前のところで、直流電圧を−８００Ｖに変
更する。この直流電圧の変更の手前までが第１段階のエ
ッチングであり、引き続いて第２段階のエッチングが始
まる。第１段階から第２段階に移行するときも高周波電
力は印加したままであり、プラズマも維持されたままで
ある。直流電圧を−８００Ｖに変更すると、基板２２と
基板支持電極２４の電位差は約７００Ｖに増加し、基板
２２の吸着力が増加する。その結果、基板２２と基板支
持電極２４との間の熱伝達特性が良好になり、２〜３秒
後には、基板２２の温度は７０℃に低下する。この状態
で、第２段階のエッチングを実施し、下地のＳｉが現れ
たらエッチングを終了する。
【００１９】ところで、基板と基板支持電極との間に電
位差を与えるには、基板に対して基板支持電極をマイナ
ス側にする場合と、プラス側にする場合とが考えられる
が、この実施例では、基板支持電極をマイナス側にして
いる。このようにすると、特開平１−３１２０８７号公
報に記載されているように、高周波印加電極（基板支持
電極）に大きな電子電流が流れることがなく、誘電体層
の絶縁破壊の心配がないからである。
位差を与えるには、基板に対して基板支持電極をマイナ
ス側にする場合と、プラス側にする場合とが考えられる
が、この実施例では、基板支持電極をマイナス側にして
いる。このようにすると、特開平１−３１２０８７号公
報に記載されているように、高周波印加電極（基板支持
電極）に大きな電子電流が流れることがなく、誘電体層
の絶縁破壊の心配がないからである。
【００２０】図２は、エッチング処理中の基板温度と、
基板支持電極の電位との関係を示すグラフである。基板
支持電極の電位の絶対値が増加するにつれて、基板温度
が減少するのが分かる。基板支持電極の電位が−５００
Ｖから−８００Ｖまで変化すると、基板温度は１２０℃
から７０℃まで、ほぼ直線的に低下する。これを数値例
で示すと次の表１のようになる。
基板支持電極の電位との関係を示すグラフである。基板
支持電極の電位の絶対値が増加するにつれて、基板温度
が減少するのが分かる。基板支持電極の電位が−５００
Ｖから−８００Ｖまで変化すると、基板温度は１２０℃
から７０℃まで、ほぼ直線的に低下する。これを数値例
で示すと次の表１のようになる。
【００２１】
【表１】 基板支持電極の電位（Ｖ） 基板温度（℃） −５００ １２０ −６００ １００ −７００ ８０ −８００ ７０
【００２２】次に、上述のようなステップエッチング手
順を用いてＳｉ基板上のＳｉ酸化膜にコンタクトホール
をあける場合のエッチング断面形状を説明する。
順を用いてＳｉ基板上のＳｉ酸化膜にコンタクトホール
をあける場合のエッチング断面形状を説明する。
【００２３】図３の（Ａ）はエッチング処理前の基板の
切断端面図である。Ｓｉ基板５０上には厚さ１．５μｍ
のＳｉ酸化膜５２が成膜されている。さらに、このＳｉ
酸化膜５２上には、厚さ１μｍのフォトレジスト５４が
形成されている。このフォトレジスト５４には、１６Ｍ
ＤＲＡＭ等の半導体デバイス設計ルールに準じて、直径
０．５μｍのコンタクトホールパターン５６が形成され
ている。１６ＭＤＲＡＭの半導体デバイス設計ルールに
よると、エッチング工程では、垂直な加工形状が得られ
ていることと、Ｓｉ酸化膜の下地Ｓｉ基板に対する選択
比が３０以上であることが要望されている。
切断端面図である。Ｓｉ基板５０上には厚さ１．５μｍ
のＳｉ酸化膜５２が成膜されている。さらに、このＳｉ
酸化膜５２上には、厚さ１μｍのフォトレジスト５４が
形成されている。このフォトレジスト５４には、１６Ｍ
ＤＲＡＭ等の半導体デバイス設計ルールに準じて、直径
０．５μｍのコンタクトホールパターン５６が形成され
ている。１６ＭＤＲＡＭの半導体デバイス設計ルールに
よると、エッチング工程では、垂直な加工形状が得られ
ていることと、Ｓｉ酸化膜の下地Ｓｉ基板に対する選択
比が３０以上であることが要望されている。
【００２４】図３の（Ｂ）は、第１段階のエッチング条
件で、Ｓｉ酸化膜５２を、下地のＳｉ基板５０に達する
直前（Ｓｉ酸化膜５２の厚さの９５％）までエッチング
した状態を示す切断端面図である。この第１段階では、
基板支持電極の電位は−５００Ｖであり、基板温度は１
２０℃である。この条件では、エッチング形状は、図に
示すように、ほぼ垂直の側壁となり、高異方性エッチン
グ形状となった。この側壁には、わずかではあるが、デ
ポジション膜５８が存在している。
件で、Ｓｉ酸化膜５２を、下地のＳｉ基板５０に達する
直前（Ｓｉ酸化膜５２の厚さの９５％）までエッチング
した状態を示す切断端面図である。この第１段階では、
基板支持電極の電位は−５００Ｖであり、基板温度は１
２０℃である。この条件では、エッチング形状は、図に
示すように、ほぼ垂直の側壁となり、高異方性エッチン
グ形状となった。この側壁には、わずかではあるが、デ
ポジション膜５８が存在している。
【００２５】図３の（Ｃ）は、第２段階のエッチング条
件を用いて、残りのＳｉ酸化膜５２をエッチングした状
態を示す切断端面図である。この第２段階では、基板支
持電極の電位は−８００Ｖであり、基板温度は７０℃で
ある。この第２段階のエッチングは、オーバーエッチン
グが始まった状態（下地のＳｉがエッチングされ始めた
状態）で終了させた。この第２段階においては、側壁に
デポジション膜５８が堆積して側壁を保護しており、ま
た、下地Ｓｉ基板５０上にもデポジション膜６０が堆積
して下地を保護している。これにより、第２段階のエッ
チングでは、サイドエッチングが抑制されて、第１段階
のエッチングで得られた垂直なエッチング形状が変形す
ることがなく、また、高選択性のエッチングも実現でき
た。
件を用いて、残りのＳｉ酸化膜５２をエッチングした状
態を示す切断端面図である。この第２段階では、基板支
持電極の電位は−８００Ｖであり、基板温度は７０℃で
ある。この第２段階のエッチングは、オーバーエッチン
グが始まった状態（下地のＳｉがエッチングされ始めた
状態）で終了させた。この第２段階においては、側壁に
デポジション膜５８が堆積して側壁を保護しており、ま
た、下地Ｓｉ基板５０上にもデポジション膜６０が堆積
して下地を保護している。これにより、第２段階のエッ
チングでは、サイドエッチングが抑制されて、第１段階
のエッチングで得られた垂直なエッチング形状が変形す
ることがなく、また、高選択性のエッチングも実現でき
た。
【００２６】図３の（Ｄ）と（Ｅ）は、Ｓｉ酸化膜のエ
ッチング形状と基板温度との関係を模式的に示すもので
ある。（Ｄ）は基板温度が１２０℃の場合であり、エッ
チング形状の側壁６２のテーパ角θは約９０度であり、
高異方性エッチング形状となる。ただし、Ｓｉ酸化膜５
２の下地Ｓｉ基板５０に対する選択比は約１０と小さ
い。（Ｅ）は基板温度が７０℃の場合であり、エッチン
グ形状の側壁６４のテーパ角θは約８０度であるが、選
択比は約３０と大きい。すなわち、基板温度が１２０℃
のときは選択比はあまり大きくないが高異方性エッチン
グとなり、下地が現れる手前までのエッチング条件とし
ては優れている。一方、基板温度が７０℃のときは高異
方性エッチングとはならないが、選択比が大きく、最終
段階でのエッチング条件としては優れている。このよう
な２種類のエッチング条件を使い分けるステップエッチ
ングにおいて、本発明のような基板温度制御方法を利用
すると、基板温度の変更が短時間で済み、エッチング処
理を中断することなくステップエッチングが可能にな
る。
ッチング形状と基板温度との関係を模式的に示すもので
ある。（Ｄ）は基板温度が１２０℃の場合であり、エッ
チング形状の側壁６２のテーパ角θは約９０度であり、
高異方性エッチング形状となる。ただし、Ｓｉ酸化膜５
２の下地Ｓｉ基板５０に対する選択比は約１０と小さ
い。（Ｅ）は基板温度が７０℃の場合であり、エッチン
グ形状の側壁６４のテーパ角θは約８０度であるが、選
択比は約３０と大きい。すなわち、基板温度が１２０℃
のときは選択比はあまり大きくないが高異方性エッチン
グとなり、下地が現れる手前までのエッチング条件とし
ては優れている。一方、基板温度が７０℃のときは高異
方性エッチングとはならないが、選択比が大きく、最終
段階でのエッチング条件としては優れている。このよう
な２種類のエッチング条件を使い分けるステップエッチ
ングにおいて、本発明のような基板温度制御方法を利用
すると、基板温度の変更が短時間で済み、エッチング処
理を中断することなくステップエッチングが可能にな
る。
【００２７】
【発明の効果】この発明の基板温度制御方法は、静電チ
ャックの電圧を変更することによって基板温度を変化さ
せているので、プラズマ処理中に短時間で基板温度を変
更できる利点がある。したがって、基板温度を変更する
ための待ち時間がほとんどなくなるし、基板冷却装置を
複数台使用する必要もなくなる。特に、反応性イオンエ
ッチングにおいて、基板温度を変更してステップエッチ
ングを行う場合に、エッチング処理中に基板温度を短時
間で変更できる利点がある。
ャックの電圧を変更することによって基板温度を変化さ
せているので、プラズマ処理中に短時間で基板温度を変
更できる利点がある。したがって、基板温度を変更する
ための待ち時間がほとんどなくなるし、基板冷却装置を
複数台使用する必要もなくなる。特に、反応性イオンエ
ッチングにおいて、基板温度を変更してステップエッチ
ングを行う場合に、エッチング処理中に基板温度を短時
間で変更できる利点がある。
【図１】この発明の基板温度制御方法を実施する装置の
一例の正面断面図である。
一例の正面断面図である。
【図２】エッチング処理中の基板温度と基板支持電極の
電位との関係を示すグラフである。
電位との関係を示すグラフである。
【図３】エッチング処理の各段階での基板の切断端面図
である。
である。
【図４】従来の反応性イオンエッチング装置の正面断面
図である。
図である。
２０ エッチング室 ２２ 基板 ２４ 基板支持電極 ２６ 対向電極 ２８ 誘電体 ３２ エッチングガス ３４ 高周波電源 ３６ 高周波フィルター ３８ 可変直流電源 ４０ 冷却板 ４４ 冷却水 ４６ プラズマ
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 Ｈ０１Ｌ 21/3065 21/68 Ｒ
Claims (4)
- 【請求項１】 基板支持電極と基板の間に誘電体層を配
置して基板と基板支持電極の間に直流電圧を印加するこ
とによって基板を基板支持電極に静電吸着させるように
した静電チャック機構を用いて、基板のプラズマ処理を
行うプラズマ処理方法において、 前記直流電圧を変更することによって基板と基板支持面
との間に働く静電吸着力を変化させ、これにより基板温
度を変化させることを特徴とする基板温度制御方法。 - 【請求項２】 基板上の被エッチング膜を反応性イオン
エッチング法によってエッチングする場合に、前記被エ
ッチング膜の厚さの途中までをエッチングする第１段階
においては基板と基板支持電極の間に第１の直流電圧を
印加し、残りの厚さをエッチングする第２段階において
は前記第１の直流電圧とは異なる第２の直流電圧を基板
と基板支持電極の間に印加することを特徴とする請求項
１記載の基板温度制御方法。 - 【請求項３】 エッチング処理を中断することなく前記
第１段階と前記第２段階を連続して実施することを特徴
とする請求項２記載の基板温度制御方法。 - 【請求項４】 Ｓｉ基板上のＳｉ酸化膜を反応性イオン
エッチング法でエッチングする場合に、前記第２の直流
電圧の絶対値を前記第１の直流電圧の絶対値よりも大き
くすることを特徴とする請求項２または３に記載の基板
温度制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14573694A JPH07335570A (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | プラズマ処理における基板温度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14573694A JPH07335570A (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | プラズマ処理における基板温度制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335570A true JPH07335570A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=15391959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14573694A Pending JPH07335570A (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | プラズマ処理における基板温度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07335570A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09260474A (ja) * | 1996-03-22 | 1997-10-03 | Sony Corp | 静電チャックおよびウエハステージ |
| JPH10189553A (ja) * | 1996-10-30 | 1998-07-21 | Agency Of Ind Science & Technol | ドライエッチング方法 |
| WO1998044543A1 (en) * | 1997-03-31 | 1998-10-08 | Lam Research Corporation | Method for microwave plasma substrate heating |
| KR100400390B1 (ko) * | 1996-07-02 | 2003-12-24 | 엘지전자 주식회사 | 플라즈마표시장치의시스템보호회로 |
| KR100490894B1 (ko) * | 1998-02-04 | 2005-08-31 | 삼성전자주식회사 | 웨이퍼고정용정전척 |
| KR100798813B1 (ko) * | 2006-07-25 | 2008-01-28 | 삼성전자주식회사 | 정전척 어셈블리 및 정전척 온도 제어방법 |
| JP2010183074A (ja) * | 2003-04-24 | 2010-08-19 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置、フォーカスリング及び被処理体の載置装置 |
| KR101011858B1 (ko) * | 2007-06-05 | 2011-01-31 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 장치, 전극 온도 조정 장치, 전극 온도 조정방법 |
| US8338272B2 (en) | 2008-08-29 | 2012-12-25 | Renesas Electronics Corporation | Method for manufacturing a semiconductor device |
| US9194045B2 (en) | 2012-04-03 | 2015-11-24 | Novellus Systems, Inc. | Continuous plasma and RF bias to regulate damage in a substrate processing system |
| US9738972B2 (en) | 2013-10-22 | 2017-08-22 | Lam Research Corporation | Tandem source activation for CVD of films |
-
1994
- 1994-06-06 JP JP14573694A patent/JPH07335570A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09260474A (ja) * | 1996-03-22 | 1997-10-03 | Sony Corp | 静電チャックおよびウエハステージ |
| KR100400390B1 (ko) * | 1996-07-02 | 2003-12-24 | 엘지전자 주식회사 | 플라즈마표시장치의시스템보호회로 |
| JPH10189553A (ja) * | 1996-10-30 | 1998-07-21 | Agency Of Ind Science & Technol | ドライエッチング方法 |
| WO1998044543A1 (en) * | 1997-03-31 | 1998-10-08 | Lam Research Corporation | Method for microwave plasma substrate heating |
| US6030666A (en) * | 1997-03-31 | 2000-02-29 | Lam Research Corporation | Method for microwave plasma substrate heating |
| KR100490894B1 (ko) * | 1998-02-04 | 2005-08-31 | 삼성전자주식회사 | 웨이퍼고정용정전척 |
| JP2010183074A (ja) * | 2003-04-24 | 2010-08-19 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置、フォーカスリング及び被処理体の載置装置 |
| KR100798813B1 (ko) * | 2006-07-25 | 2008-01-28 | 삼성전자주식회사 | 정전척 어셈블리 및 정전척 온도 제어방법 |
| KR101011858B1 (ko) * | 2007-06-05 | 2011-01-31 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 장치, 전극 온도 조정 장치, 전극 온도 조정방법 |
| US8338272B2 (en) | 2008-08-29 | 2012-12-25 | Renesas Electronics Corporation | Method for manufacturing a semiconductor device |
| US9194045B2 (en) | 2012-04-03 | 2015-11-24 | Novellus Systems, Inc. | Continuous plasma and RF bias to regulate damage in a substrate processing system |
| US9738972B2 (en) | 2013-10-22 | 2017-08-22 | Lam Research Corporation | Tandem source activation for CVD of films |
| US10577688B2 (en) | 2013-10-22 | 2020-03-03 | Lam Research Corporation | Tandem source activation for CVD of films |
| US11434567B2 (en) | 2013-10-22 | 2022-09-06 | Lam Research Corporation | Substrate processing system with tandem source activation for CVD |
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