JPH0795544B2 - 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
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- JPH0795544B2 JPH0795544B2 JP61082440A JP8244086A JPH0795544B2 JP H0795544 B2 JPH0795544 B2 JP H0795544B2 JP 61082440 A JP61082440 A JP 61082440A JP 8244086 A JP8244086 A JP 8244086A JP H0795544 B2 JPH0795544 B2 JP H0795544B2
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- JP
- Japan
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- radio frequency
- frequency signal
- signal source
- source
- plasma etching
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
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- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
- H01J37/32155—Frequency modulation
- H01J37/32165—Plural frequencies
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
- H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
- H01J2237/334—Etching
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はプラズマエッチング装置に関する。
（従来技術） 低周波数プラズマエッチング装置は周知である。この装
置では、プレーナー反応器が設けられ、そこに混合気
体、例えばアルゴン、が低圧で射出される。反応器内で
は、一対の電極が反応器外部の低周波数源から給電さ
れ、前記気体をイオン化してプラズマを形成する。一方
の電極には例えば二酸化シリコン膜を有するシリコンの
ような半導体ウェーハが配置される。酸化シリコン膜
は、電極への印加電圧と反応器内に形成されたプラズマ
とによって、フォトレジスト材の存在していない領域で
エッチングされる。
置では、プレーナー反応器が設けられ、そこに混合気
体、例えばアルゴン、が低圧で射出される。反応器内で
は、一対の電極が反応器外部の低周波数源から給電さ
れ、前記気体をイオン化してプラズマを形成する。一方
の電極には例えば二酸化シリコン膜を有するシリコンの
ような半導体ウェーハが配置される。酸化シリコン膜
は、電極への印加電圧と反応器内に形成されたプラズマ
とによって、フォトレジスト材の存在していない領域で
エッチングされる。
多くの低周波プラズマエッチング装置における問題点の
一つは、ウェーハのある領域でのエッチング速度が他の
領域よりも速いということによって生じる非均一性の問
題が多数存在することである。それら非均一性の問題の
うちのあるものはウェーハの大きな領域に広がる極めて
緩やかな非均一性に関連し、他は極めて局部的な非均一
性に関連する。この局部的なパターンは、極めて迅速に
エッチングしやすい小スポットを含む。他の場合には、
ウェーハの全周にある半径の小さくて狭いリングが形成
され、そこではウェーハの他の部分よりも10〜20％速く
エッチングが行なわれる。非均一性は、ウェーハが部分
的にエッチングされた後で反応器から取出されたときに
肉眼で観察することができる。
一つは、ウェーハのある領域でのエッチング速度が他の
領域よりも速いということによって生じる非均一性の問
題が多数存在することである。それら非均一性の問題の
うちのあるものはウェーハの大きな領域に広がる極めて
緩やかな非均一性に関連し、他は極めて局部的な非均一
性に関連する。この局部的なパターンは、極めて迅速に
エッチングしやすい小スポットを含む。他の場合には、
ウェーハの全周にある半径の小さくて狭いリングが形成
され、そこではウェーハの他の部分よりも10〜20％速く
エッチングが行なわれる。非均一性は、ウェーハが部分
的にエッチングされた後で反応器から取出されたときに
肉眼で観察することができる。
可視的非均一性は、二酸化シリコン膜を有するウェーハ
上で色つき干渉パターンとして現われる。ウェーハの表
面が部分的に不良となり、ウェーハが最終的に細分化さ
れるとき不良製品となってしまう。半導体装置の製造に
おいて、エッチング速度の最も遅い領域においてもウェ
ーハの膜が完全にエッチングされることを確実にするた
めには、十分な過エッチング時間が必要となる。このこ
とは、速いエッチング速度の領域内では、エッチングさ
れた膜の下の基板がプラズマにさらされ、それによって
破損される危険性があることを意味する。
上で色つき干渉パターンとして現われる。ウェーハの表
面が部分的に不良となり、ウェーハが最終的に細分化さ
れるとき不良製品となってしまう。半導体装置の製造に
おいて、エッチング速度の最も遅い領域においてもウェ
ーハの膜が完全にエッチングされることを確実にするた
めには、十分な過エッチング時間が必要となる。このこ
とは、速いエッチング速度の領域内では、エッチングさ
れた膜の下の基板がプラズマにさらされ、それによって
破損される危険性があることを意味する。
（本発明が解決すべき問題点） 本発明が解決すべき問題点は、プラズマエッチング装置
における上記問題点である。
における上記問題点である。
それゆえに本発明の目的は上記問題点を除くように改良
された低周波数エッチング装置を提供することである。
された低周波数エッチング装置を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、速いエッチング速度のリン
グやスポット等、高い空間周波数の非均一性を減少させ
るよう改良した低周波数エッチング装置を提供すること
である。
グやスポット等、高い空間周波数の非均一性を減少させ
るよう改良した低周波数エッチング装置を提供すること
である。
（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は、プラズマガス
を発生するためのプレーナー反応器と、一対の電極とを
有し、該電極の一方にエッチングすべきウェーハを受け
取るように配置されているプラズマエッチング装置にお
いて、一対の電極間に接続された電源が、（ａ）ウェー
ハをエッチングするための主エネルギ源を構成するため
に所定の出力を有する比較的低い無線周波数の信号源
と；（ｂ）前記比較的低い無線周波数信号源よりも実質
的に低い所定の出力を有する比較的高い無線周波数の信
号源と；（ｃ）結合回路と；（ｄ）前記低い無線周波数
信号と前記高い無線周波数信号とを前記結合回路に印加
する手段と；（ｅ）結合された前記低い無線周波数信号
と高い無線周波数信号を前記結合回路から前記一対の電
極間に印加する手段と；を具備しており、前記結合回路
が、前記高い無線周波数信号源と前記低い無線周波数信
号源とを互いに絶縁するための手段を含んでおり、前記
結合回路は、前記高い無線周波数信号源からの高い無線
周波数信号が、前記低い無線周波数信号源に帰還される
ことを阻止するために前記高い無線周波数信号の周波数
に同調された無線周波数トラップを含み、前記結合回路
は、前記低い無線周波数信号が、前記無線周波数トラッ
プを通過して、前記高い無線周波数信号源に到達するこ
とを阻止するための容量性手段を含むことを提案するも
のである。
を発生するためのプレーナー反応器と、一対の電極とを
有し、該電極の一方にエッチングすべきウェーハを受け
取るように配置されているプラズマエッチング装置にお
いて、一対の電極間に接続された電源が、（ａ）ウェー
ハをエッチングするための主エネルギ源を構成するため
に所定の出力を有する比較的低い無線周波数の信号源
と；（ｂ）前記比較的低い無線周波数信号源よりも実質
的に低い所定の出力を有する比較的高い無線周波数の信
号源と；（ｃ）結合回路と；（ｄ）前記低い無線周波数
信号と前記高い無線周波数信号とを前記結合回路に印加
する手段と；（ｅ）結合された前記低い無線周波数信号
と高い無線周波数信号を前記結合回路から前記一対の電
極間に印加する手段と；を具備しており、前記結合回路
が、前記高い無線周波数信号源と前記低い無線周波数信
号源とを互いに絶縁するための手段を含んでおり、前記
結合回路は、前記高い無線周波数信号源からの高い無線
周波数信号が、前記低い無線周波数信号源に帰還される
ことを阻止するために前記高い無線周波数信号の周波数
に同調された無線周波数トラップを含み、前記結合回路
は、前記低い無線周波数信号が、前記無線周波数トラッ
プを通過して、前記高い無線周波数信号源に到達するこ
とを阻止するための容量性手段を含むことを提案するも
のである。
本発明の他の目的と利点とは、添付した図面を参照しな
がら以下の記載および特許請求の範囲の記載を読むこと
によって、当業者には明らかとなろう。
がら以下の記載および特許請求の範囲の記載を読むこと
によって、当業者には明らかとなろう。
（実施例） 第１図を参照すると、低周波数プラズマエッチング装置
10は低周波数信号源12を含んでいる。この明細書中「低
周波数」という言葉は、「低い無線周波数（RF）」を意
味し、「高周波数」という言葉は、「高い無線周波数
（RF）」を意味するものとする。低周波数信号源12から
の出力信号は低周波数の整合回路網14を介して印加され
る。従来用いられた低周波数プラズマエッチング装置に
おいては、低周波数信号源からの出力信号が一対の電極
16、18間に印加され、プレーナー反応器20内の気体をイ
オン化してプラズマを形成した。適当なフォトレジスト
材を備えたウェーハ20がエッチング用電極18上に配置さ
れる。
10は低周波数信号源12を含んでいる。この明細書中「低
周波数」という言葉は、「低い無線周波数（RF）」を意
味し、「高周波数」という言葉は、「高い無線周波数
（RF）」を意味するものとする。低周波数信号源12から
の出力信号は低周波数の整合回路網14を介して印加され
る。従来用いられた低周波数プラズマエッチング装置に
おいては、低周波数信号源からの出力信号が一対の電極
16、18間に印加され、プレーナー反応器20内の気体をイ
オン化してプラズマを形成した。適当なフォトレジスト
材を備えたウェーハ20がエッチング用電極18上に配置さ
れる。
本発明は従来の低周波数エッチング装置の改良に関連す
る。この改良は高周波数信号源を使用し、高周波数信号
と信号源12からの低周波数信号とを結合させることに関
連する。図解した実施例においては、整合回路網14から
の低周波数信号と信号源24からの高周波数信号とが高周
波数整合・結合回路26に印加される。
る。この改良は高周波数信号源を使用し、高周波数信号
と信号源12からの低周波数信号とを結合させることに関
連する。図解した実施例においては、整合回路網14から
の低周波数信号と信号源24からの高周波数信号とが高周
波数整合・結合回路26に印加される。
本発明の実施にあたっては、部分的エッチングされる膜
によって測定したときに所望する滑らかさのエッチング
均一性が得られるまでの信号源24からの高周波数信号の
電力が増加される。信号源24からの高周波数信号の電力
は、信号源12からの低周波数信号の電力の５％〜10％の
間であってよいことが見出された。100mmと125mmのシリ
コンウェーハ上のSiO2膜や種々のガラスの膜の高選択性
エッチングは、高周波数信号源から印加される電力が上
記範囲内にあるときに成功する。比較的低いレベルの高
周波数信号を比較的高いレベルの低周波数信号と混合す
ることは、装置において生じるプロセスに重要な影響を
与えず、しかもエッチングの均一性を改善するというこ
とも見出された。
によって測定したときに所望する滑らかさのエッチング
均一性が得られるまでの信号源24からの高周波数信号の
電力が増加される。信号源24からの高周波数信号の電力
は、信号源12からの低周波数信号の電力の５％〜10％の
間であってよいことが見出された。100mmと125mmのシリ
コンウェーハ上のSiO2膜や種々のガラスの膜の高選択性
エッチングは、高周波数信号源から印加される電力が上
記範囲内にあるときに成功する。比較的低いレベルの高
周波数信号を比較的高いレベルの低周波数信号と混合す
ることは、装置において生じるプロセスに重要な影響を
与えず、しかもエッチングの均一性を改善するというこ
とも見出された。
第１図に示した実施例において、125mmのウェーハのSiO
2膜をエッチングするのに必要な仕様は、低周波数信号
源12からの出力が400KHzで450ワット、高周波数信号源2
4からの出力が27.13MHzで30ワット、プレーナー反応器2
0のチャンバ23内での処理圧力が2.0トル（Torr）であ
る。電極16と18の材料はそれぞれグラファイトとアルミ
ニウムである。ウェーハ22と電極16との間の間隔は約6.
35mm（0.25インチ）であり、気体流体はアルゴンが約20
0sccm、CF4が約40sccm、CHF3が約40sccmである。
2膜をエッチングするのに必要な仕様は、低周波数信号
源12からの出力が400KHzで450ワット、高周波数信号源2
4からの出力が27.13MHzで30ワット、プレーナー反応器2
0のチャンバ23内での処理圧力が2.0トル（Torr）であ
る。電極16と18の材料はそれぞれグラファイトとアルミ
ニウムである。ウェーハ22と電極16との間の間隔は約6.
35mm（0.25インチ）であり、気体流体はアルゴンが約20
0sccm、CF4が約40sccm、CHF3が約40sccmである。
高周波整合・結合回路26は種々異なる形に構成すること
ができる。その一つの構成が第２図に示されている。こ
の回路26の目的は高低の周波数信号源12と24とを互いに
絶縁することである。
ができる。その一つの構成が第２図に示されている。こ
の回路26の目的は高低の周波数信号源12と24とを互いに
絶縁することである。
第２図を参照すると、高周波数トラップ28が高周波数信
号源24の周波数、例えば27.13MHzに同調されていて、並
列接続されたコンデンサ30とインダクタ32とを含んでい
る。トラップ28は、信号源24からの信号が信号源12に帰
還されることを阻止するとともに、信号源12からの低周
波数信号は減衰させることなく該トラップ28を通過させ
る。
号源24の周波数、例えば27.13MHzに同調されていて、並
列接続されたコンデンサ30とインダクタ32とを含んでい
る。トラップ28は、信号源24からの信号が信号源12に帰
還されることを阻止するとともに、信号源12からの低周
波数信号は減衰させることなく該トラップ28を通過させ
る。
コンデンサ34は、トラップ28を通過する低周波数の信号
から高周波数信号源24を効果的に絶縁する。
から高周波数信号源24を効果的に絶縁する。
コンデンサ35と、インダクタ36と、コンデンサ34とから
なる整合回路網は高周波数信号源24のライン38における
インピーダンスを負荷に整合させる。一実施例において
は、高周波数信号源24のインピーダンスは50Ωである
が、負荷のインピーダンスは約300−400Ωの抵抗と100
−200pFの容量が並列になっている。
なる整合回路網は高周波数信号源24のライン38における
インピーダンスを負荷に整合させる。一実施例において
は、高周波数信号源24のインピーダンスは50Ωである
が、負荷のインピーダンスは約300−400Ωの抵抗と100
−200pFの容量が並列になっている。
コンデンサ35と34とは、プラズマが信号源12からの低周
波数信号で励起されている間に信号源24へ反射し戻され
る高周波数信号の電力を最小にするよう調節可能であ
る。低周波数放電がない時には、負荷のインピーダンス
は大きく変化し、信号源24からの高周波数信号は負荷と
はよく整合しない。
波数信号で励起されている間に信号源24へ反射し戻され
る高周波数信号の電力を最小にするよう調節可能であ
る。低周波数放電がない時には、負荷のインピーダンス
は大きく変化し、信号源24からの高周波数信号は負荷と
はよく整合しない。
比較的小さいレベルの高周波数信号を付加すると、何故
低周波数エッチング装置が改善されるのかその理由は詳
かではない。しかし高周波数放電の付加がプラズマをい
つでも維持するという仮説は成立する。400KHzの低周波
数のみに関連するエッチング処理においては、プラズマ
は交番する半サイクル毎に消滅することが知られてい
る。このことは、ほぼ検出可能なゼロ交差毎に消滅する
プラズマからの光を光電子増倍器でみることによって実
証可能である。
低周波数エッチング装置が改善されるのかその理由は詳
かではない。しかし高周波数放電の付加がプラズマをい
つでも維持するという仮説は成立する。400KHzの低周波
数のみに関連するエッチング処理においては、プラズマ
は交番する半サイクル毎に消滅することが知られてい
る。このことは、ほぼ検出可能なゼロ交差毎に消滅する
プラズマからの光を光電子増倍器でみることによって実
証可能である。
27MHzの信号が付加されると、プラズマチャンバ内で低
周波数信号なしでも安定した放電を維持するに足る電力
が存在する。それは弱い電力ではあるが、そこに存在す
る。プラズマチャンバ内のイオンは終始光放出を維持す
る。プラズマの連続的オン・オフの結果としてエッチン
グしたウェーハ内に不安定な非均一性が生じる恐れがあ
るが、全ウエファ上で一種の均一イオン化を終始維持す
ることによってエッチングはより一層均一になる。
周波数信号なしでも安定した放電を維持するに足る電力
が存在する。それは弱い電力ではあるが、そこに存在す
る。プラズマチャンバ内のイオンは終始光放出を維持す
る。プラズマの連続的オン・オフの結果としてエッチン
グしたウェーハ内に不安定な非均一性が生じる恐れがあ
るが、全ウエファ上で一種の均一イオン化を終始維持す
ることによってエッチングはより一層均一になる。
第１図は本発明によって改良された低周波数プラズマエ
ッチング装置の概略図、第２図は第１図の装置に使用す
ることができる結合回路の概略図である。 （符号の説明） 10……プラズマエッチング装置、12……低周波数信号
源、14……低周波数整合回路網、16・18……電極、20…
…プレーナー反応器、22……ウェーハ、24……高周波数
信号源、26……整合・結合回路。
ッチング装置の概略図、第２図は第１図の装置に使用す
ることができる結合回路の概略図である。 （符号の説明） 10……プラズマエッチング装置、12……低周波数信号
源、14……低周波数整合回路網、16・18……電極、20…
…プレーナー反応器、22……ウェーハ、24……高周波数
信号源、26……整合・結合回路。
Claims (5)
- 【請求項１】プラズマガスを発生するためのプレーナー
反応器と、一対の電極とを有し、該電極の一方にエッチ
ングすべきウェーハを受け取るように配置されているプ
ラズマエッチング装置において、 一対の電極間に接続された電源が、 （ａ） ウェーハをエッチングするための主エネルギ源
を構成するために所定の出力を有する比較的低い無線周
波数の信号源と； （ｂ） 前記比較的低い無線周波数信号源よりも実質的
に低い所定の出力を有する比較的高い無線周波数の信号
源と； （ｃ） 結合回路と； （ｄ） 前記低い無線周波数信号と前記高い無線周波数
信号とを前記結合回路に印加する手段と； （ｅ） 結合された前記低い無線周波数信号と高い無線
周波数信号を前記結合回路から前記一対の電極間に印加
する手段と； を具備しており、 前記結合回路が、前記高い無線周波数信号源と前記低い
無線周波数信号源とを互いに絶縁するための手段を含ん
でおり、 前記結合回路は、前記高い無線周波数信号源からの高い
無線周波数信号が、前記低い無線周波数信号源に帰還さ
れることを阻止するために前記高い無線周波数信号の周
波数に同調された無線周波数トラップを含み、 前記結合回路は、前記低い無線周波数信号が、前記無線
周波数トラップを通過して、前記高い無線周波数信号源
に到達することを阻止するための容量性手段を含むこと
を特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項２】前記結合回路は、前記低い無線周波数信号
源によって前記プレーナー反応器内にプラズマが発生さ
れている間、前記高い無線周波数信号源へ反射して戻さ
れる高い無線周波数のパワーを最小にするインピーダン
ス変換を形成する整合回路網を含む特許請求の範囲第１
項記載のプラズマエッチング装置。 - 【請求項３】前記整合回路網は、前記プレーナー反応器
にプラズマが発生されておらず、また、前記高い無線周
波数信号源が前記プレーナー反応器を含む負荷に整合し
ていない時に変化するインピーダンスを含む特許請求の
範囲第２項記載のプラズマエッチング装置。 - 【請求項４】前記低い無線周波数信号の周波数は、ほぼ
400kHzである特許請求の範囲第３項記載のプラズマエッ
チング装置。 - 【請求項５】前記高い無線周波数信号の周波数は、ほぼ
27kHzである特許請求の範囲第４項記載のプラズマエッ
チング装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/722,623 US4617079A (en) | 1985-04-12 | 1985-04-12 | Plasma etching system |
| US722623 | 2003-11-26 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10228225A Division JPH11251302A (ja) | 1985-04-12 | 1998-08-12 | プラズマエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61239627A JPS61239627A (ja) | 1986-10-24 |
| JPH0795544B2 true JPH0795544B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=24902645
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61082440A Expired - Lifetime JPH0795544B2 (ja) | 1985-04-12 | 1986-04-11 | プラズマエツチング装置 |
| JP10228225A Pending JPH11251302A (ja) | 1985-04-12 | 1998-08-12 | プラズマエッチング方法 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10228225A Pending JPH11251302A (ja) | 1985-04-12 | 1998-08-12 | プラズマエッチング方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4617079A (ja) |
| JP (2) | JPH0795544B2 (ja) |
| KR (1) | KR950009936B1 (ja) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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