JPH08111397A - プラズマ処理方法およびその装置 - Google Patents
プラズマ処理方法およびその装置Info
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- JPH08111397A JPH08111397A JP6243676A JP24367694A JPH08111397A JP H08111397 A JPH08111397 A JP H08111397A JP 6243676 A JP6243676 A JP 6243676A JP 24367694 A JP24367694 A JP 24367694A JP H08111397 A JPH08111397 A JP H08111397A
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- Japan
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- plasma
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- plasma processing
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Abstract
(57)【要約】
【目的】エッチングなどプラズマ処理の均一性を高め
る。 【構成】プラズマ処理中に試料表面から発生する二次電
子や負イオンを試料の上方で検出し、そのエネルギを解
析する機能を持つ検出器をプラズマ処理装置に具備す
る。さらに測定時のみこの検出器を試料上方の任意の位
置に設置する可動機構を有する。 【効果】二次電子や負イオンのエネルギを測定すること
でプラズマから加速されて試料表面に入射する正イオン
のエネルギを知り、これを制御情報として処理の面内分
布を均一化できる。
る。 【構成】プラズマ処理中に試料表面から発生する二次電
子や負イオンを試料の上方で検出し、そのエネルギを解
析する機能を持つ検出器をプラズマ処理装置に具備す
る。さらに測定時のみこの検出器を試料上方の任意の位
置に設置する可動機構を有する。 【効果】二次電子や負イオンのエネルギを測定すること
でプラズマから加速されて試料表面に入射する正イオン
のエネルギを知り、これを制御情報として処理の面内分
布を均一化できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路，液晶表
示素子等の電子部品の製造工程で用いられるプラズマエ
ッチング技術，プラズマ化学膜堆積技術等のプラズマ処
理技術に関する。
示素子等の電子部品の製造工程で用いられるプラズマエ
ッチング技術，プラズマ化学膜堆積技術等のプラズマ処
理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路等の製造工程にお
いて微細なパターンを加工するために、プラズマエッチ
ング技術が広く用いられている。この技術ではプラズマ
中で発生する化学反応性の高いラジカルを試料表面に供
給するとともにプラズマ中で発生する正イオンを数十ｅ
Ｖあるいはそれ以上のエネルギに加速して試料表面に照
射して表面物質のエッチング反応を進行させる。
いて微細なパターンを加工するために、プラズマエッチ
ング技術が広く用いられている。この技術ではプラズマ
中で発生する化学反応性の高いラジカルを試料表面に供
給するとともにプラズマ中で発生する正イオンを数十ｅ
Ｖあるいはそれ以上のエネルギに加速して試料表面に照
射して表面物質のエッチング反応を進行させる。
【０００３】正イオンの加速は試料をプラズマに曝すこ
とによって自然に発生するシース中の電界によって達成
されることもあるが、通常は試料台に数百ＫＨｚないし
数ＭＨｚの高周波バイアスを印加してシース両端の電位
差を大きくして正イオンを上記のエネルギに加速する方
法が用いられている。試料への入射イオンのエネルギは
エッチング反応の大小を支配するので、エッチング速
度，種々の材料間のエッチングの選択性，エッチングの
方向性などに影響する重要な因子である。したがってこ
のエネルギを適切な値に制御することはエッチングプロ
セスにおいて常に重要である。
とによって自然に発生するシース中の電界によって達成
されることもあるが、通常は試料台に数百ＫＨｚないし
数ＭＨｚの高周波バイアスを印加してシース両端の電位
差を大きくして正イオンを上記のエネルギに加速する方
法が用いられている。試料への入射イオンのエネルギは
エッチング反応の大小を支配するので、エッチング速
度，種々の材料間のエッチングの選択性，エッチングの
方向性などに影響する重要な因子である。したがってこ
のエネルギを適切な値に制御することはエッチングプロ
セスにおいて常に重要である。
【０００４】また、試料表面に薄膜を堆積するプラズマ
化学膜堆積技術においても、試料に高周波バイアスを印
加してイオンを加速して照射することが多い。この場合
も堆積膜の組成や構造などを制御するために入射イオン
エネルギの適切な制御が本質的に重要である。
化学膜堆積技術においても、試料に高周波バイアスを印
加してイオンを加速して照射することが多い。この場合
も堆積膜の組成や構造などを制御するために入射イオン
エネルギの適切な制御が本質的に重要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにプラズマ
を利用した表面処理技術において試料表面に入射するイ
オンのエネルギを適切な値に制御することは極めて重要
であるが、生産用のプラズマ処理装置で試料に入射する
イオンのエネルギを直接測定することは出来ておらず、
通常試料台の平均電位が接地電位に対してどれだけ負の
値になっているかを示す陰極降下電圧（Ｖｄｃ）と呼ば
れる電圧の測定値を目安としている。
を利用した表面処理技術において試料表面に入射するイ
オンのエネルギを適切な値に制御することは極めて重要
であるが、生産用のプラズマ処理装置で試料に入射する
イオンのエネルギを直接測定することは出来ておらず、
通常試料台の平均電位が接地電位に対してどれだけ負の
値になっているかを示す陰極降下電圧（Ｖｄｃ）と呼ば
れる電圧の測定値を目安としている。
【０００６】しかし、これには次のような問題がある。
まず、Ｖｄｃは試料台と接地との電位差であり、一方本
当に知りたいのは試料表面とプラズマとの電位差、すな
わち試料に入射するイオンを加速するシースの電位差で
あり、両者は必ずしも一致せず、プラズマの発生状態や
試料，試料台の構造，材質，配置に依存する。したがっ
てＶｄｃを測定してもこの値は入射イオンエネルギのお
およその目安にしかならない。さらに、Ｖｄｃは試料台
のある一点で測定されるが、大口径ウエハ表面での入射
イオンエネルギの分布を測定することは不可能である。
試料が大口径大面積になると、しばしば、この分布が問
題になるが、ウエハ全面で入射イオンエネルギを均一化
するためには、その分布を測定しながら試料台の構造の
設計やプラズマの発生状態を改善する必要がある。
まず、Ｖｄｃは試料台と接地との電位差であり、一方本
当に知りたいのは試料表面とプラズマとの電位差、すな
わち試料に入射するイオンを加速するシースの電位差で
あり、両者は必ずしも一致せず、プラズマの発生状態や
試料，試料台の構造，材質，配置に依存する。したがっ
てＶｄｃを測定してもこの値は入射イオンエネルギのお
およその目安にしかならない。さらに、Ｖｄｃは試料台
のある一点で測定されるが、大口径ウエハ表面での入射
イオンエネルギの分布を測定することは不可能である。
試料が大口径大面積になると、しばしば、この分布が問
題になるが、ウエハ全面で入射イオンエネルギを均一化
するためには、その分布を測定しながら試料台の構造の
設計やプラズマの発生状態を改善する必要がある。
【０００７】本発明の目的は、従来のＶｄｃ測定に代え
て、プラズマ処理中の入射イオンエネルギおよび分布を
より正確に測定する新しい方式を得ることにある。
て、プラズマ処理中の入射イオンエネルギおよび分布を
より正確に測定する新しい方式を得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明ではプラズマ処理中に試料表面から発生する
二次電子もしくは負の二次イオンのエネルギを測定す
る。
めに本発明ではプラズマ処理中に試料表面から発生する
二次電子もしくは負の二次イオンのエネルギを測定す
る。
【０００９】
【作用】プラズマ処理中の試料表面からは入射する正イ
オン，紫外線などの作用により二次電子が発生する。ま
た入射イオンのスパッタ作用や表面での化学反応により
表面から原子，分子が離脱するが、通常そのうち１％前
後の粒子は負イオンとして離脱する。これらの二次電子
や負イオンのエネルギは表面から離脱するときは高々数
ｅＶであるが、試料表面上に存在するシース電界で加速
されてプラズマ中を飛行する。たとえばプラズマエッチ
ングの場合はシースの電界は試料表面に垂直であり、そ
の電位差は通常数十〜数百Ｖであるので、これらの二次
電子や負イオンは数十〜数百ｅＶの運動エネルギで飛行
する。
オン，紫外線などの作用により二次電子が発生する。ま
た入射イオンのスパッタ作用や表面での化学反応により
表面から原子，分子が離脱するが、通常そのうち１％前
後の粒子は負イオンとして離脱する。これらの二次電子
や負イオンのエネルギは表面から離脱するときは高々数
ｅＶであるが、試料表面上に存在するシース電界で加速
されてプラズマ中を飛行する。たとえばプラズマエッチ
ングの場合はシースの電界は試料表面に垂直であり、そ
の電位差は通常数十〜数百Ｖであるので、これらの二次
電子や負イオンは数十〜数百ｅＶの運動エネルギで飛行
する。
【００１０】試料表面の上方にこれらの粒子のエネルギ
測定器を設置することによってシースの電位差を知るこ
とが出来る。プラズマから試料表面に入射する正イオン
は同じシース電界で加速されるので、この方式で測定し
たシースの電位差によって入射イオンのエネルギを知る
ことが出来る。このエネルギ測定器を試料表面の上方で
走査すれば所望の分布も測定出来る。
測定器を設置することによってシースの電位差を知るこ
とが出来る。プラズマから試料表面に入射する正イオン
は同じシース電界で加速されるので、この方式で測定し
たシースの電位差によって入射イオンのエネルギを知る
ことが出来る。このエネルギ測定器を試料表面の上方で
走査すれば所望の分布も測定出来る。
【００１１】シース中で加速される二次電子と負イオン
を分離して各々のエネルギや電流を測定したい場合もあ
る。例えば、負イオンは試料表面で発生するもののほか
にシース中で分子に低エネルギ電子が付着して発生する
ものも存在する。この場合は負イオンが発生した点から
プラズマ−シースの境界までの電位差で加速されるの
で、試料表面で発生した負イオンよりもエネルギが小さ
くなる。また、僅かながら２価の負イオンが発生するこ
ともあり、この場合は２倍のエネルギに加速される。し
たがって一般に二次電子と負イオンでは各々のエネルギ
分布が異なる。この２つを分離して測定するには数十ガ
ウス程度の弱い磁場を印加すれば質量の小さい電子は大
きな曲率で曲がるので一方のみを検出できる。
を分離して各々のエネルギや電流を測定したい場合もあ
る。例えば、負イオンは試料表面で発生するもののほか
にシース中で分子に低エネルギ電子が付着して発生する
ものも存在する。この場合は負イオンが発生した点から
プラズマ−シースの境界までの電位差で加速されるの
で、試料表面で発生した負イオンよりもエネルギが小さ
くなる。また、僅かながら２価の負イオンが発生するこ
ともあり、この場合は２倍のエネルギに加速される。し
たがって一般に二次電子と負イオンでは各々のエネルギ
分布が異なる。この２つを分離して測定するには数十ガ
ウス程度の弱い磁場を印加すれば質量の小さい電子は大
きな曲率で曲がるので一方のみを検出できる。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の一実施例になる試料表面から
発生する二次電子もしくは負イオンを検出する装置を備
えたプラズマエッチング装置である。このプラズマエッ
チング装置はプラズマ７の発生容器５，ウエハ９の冷却
機能を有する試料台８，プラズマ７を発生させるための
マイクロ波１を供給する電源１０および導波管２，磁界
を発生させる空心コイル４，エッチング用ガス供給系，
真空排気系などから成る。
発生する二次電子もしくは負イオンを検出する装置を備
えたプラズマエッチング装置である。このプラズマエッ
チング装置はプラズマ７の発生容器５，ウエハ９の冷却
機能を有する試料台８，プラズマ７を発生させるための
マイクロ波１を供給する電源１０および導波管２，磁界
を発生させる空心コイル４，エッチング用ガス供給系，
真空排気系などから成る。
【００１３】図２は二次電子もしくは負イオンを検出す
る装置を示す。この装置は口径１mmの開口２２を有する
小さな金属容器２１の中に一組の減速グリッド２３，２
４，２５と入射荷電粒子電流を測定するための金属板
（電流端子板２６）を収容したものである。
る装置を示す。この装置は口径１mmの開口２２を有する
小さな金属容器２１の中に一組の減速グリッド２３，２
４，２５と入射荷電粒子電流を測定するための金属板
（電流端子板２６）を収容したものである。
【００１４】このプラズマエッチング装置を用いてＣｌ
2 プラズマにより多結晶Ｓｉ膜をエッチングした例につ
いて述べる。プラズマ発生容器５にＣｌ2 ガスを２００
ｍｌ／min の流量で導入し、圧力を８ｍTorrに制御し、
８００Ｗのマイクロ波電力を供給してＣｌ2プラズマを
発生させた。試料台８には１.５ＭＨｚ，８０Ｗの高周
波電力を印加した。このとき二次電子もしくは負イオン
の検出装置を移動機構を（図示略）用いて試料の上方に
移動させた。この検出器内の一組の減速グリッドに適当
な正負のバイアスを印加してプラズマ中の低エネルギの
電子およびイオンを遮蔽して、試料上のシースで加速さ
れた二次電子と負イオンのみが電流端子板に到達するよ
うにした。
2 プラズマにより多結晶Ｓｉ膜をエッチングした例につ
いて述べる。プラズマ発生容器５にＣｌ2 ガスを２００
ｍｌ／min の流量で導入し、圧力を８ｍTorrに制御し、
８００Ｗのマイクロ波電力を供給してＣｌ2プラズマを
発生させた。試料台８には１.５ＭＨｚ，８０Ｗの高周
波電力を印加した。このとき二次電子もしくは負イオン
の検出装置を移動機構を（図示略）用いて試料の上方に
移動させた。この検出器内の一組の減速グリッドに適当
な正負のバイアスを印加してプラズマ中の低エネルギの
電子およびイオンを遮蔽して、試料上のシースで加速さ
れた二次電子と負イオンのみが電流端子板に到達するよ
うにした。
【００１５】図３にこの電流端子板の直前に設置してあ
るグリッド２５に印加する負バイアスを変化させてその
時の入射荷電粒子電流を測定した結果を示す。負バイア
スの絶対値を増大すると入射する負の荷電粒子電流は徐
々に減少し、負バイアスがほぼ−５０Ｖのとき急激に減
少して０となった。これは試料の表面で発生した二次電
子もしくは負イオンが上記のシースで約５０ｅＶに加速
されたことを示している。
るグリッド２５に印加する負バイアスを変化させてその
時の入射荷電粒子電流を測定した結果を示す。負バイア
スの絶対値を増大すると入射する負の荷電粒子電流は徐
々に減少し、負バイアスがほぼ−５０Ｖのとき急激に減
少して０となった。これは試料の表面で発生した二次電
子もしくは負イオンが上記のシースで約５０ｅＶに加速
されたことを示している。
【００１６】さらにこの検出器を直径約１５０mmの試料
の上方で試料面に並行に走査して各点で同様な測定を繰
り返した。検出器に入射する負の荷電粒子電流が０にな
る負バイアスの分布を図４に示した。
の上方で試料面に並行に走査して各点で同様な測定を繰
り返した。検出器に入射する負の荷電粒子電流が０にな
る負バイアスの分布を図４に示した。
【００１７】この例では、試料の中心付近で−５０Ｖ，
周辺付近で−６５Ｖになっている。周辺付近の方がシー
ス両端の電位差が大きく、したがってプラズマから試料
に入射している正イオンのエネルギが大きいことを示し
ている。これに対応して試料周辺のエッチング速度が中
心付近よりも大きく、またエッチングの選択比（多結晶
Ｓｉと下地ＳｉＯ2 膜のエッチング速度の比）は中心付
近よりも低かった。このようなエッチング特性の不均一
性は好ましくないので、この結果に基づき、試料台のイ
ンピーダンスの分布を改良することでシース電位差の均
一性を向上した。
周辺付近で−６５Ｖになっている。周辺付近の方がシー
ス両端の電位差が大きく、したがってプラズマから試料
に入射している正イオンのエネルギが大きいことを示し
ている。これに対応して試料周辺のエッチング速度が中
心付近よりも大きく、またエッチングの選択比（多結晶
Ｓｉと下地ＳｉＯ2 膜のエッチング速度の比）は中心付
近よりも低かった。このようなエッチング特性の不均一
性は好ましくないので、この結果に基づき、試料台のイ
ンピーダンスの分布を改良することでシース電位差の均
一性を向上した。
【００１８】図１と同様な装置を使って、プラズマＣＶ
Ｄ法によりＳｉ基板上にＳｉＯＮ膜を堆積した。用いた
原料ガスはＳｉＨ4とＮ2Ｏである。堆積膜を緻密にし、
かつ基板表面の段差を平坦化する目的で試料にＲＦバイ
アスを印加してプラズマ中のイオンが１００ｅＶ程度以
上に加速されて試料に入射するようにした。このとき実
施例１と同様に試料表面から発生する負の荷電粒子の検
出器を試料の上方に設置し、試料面上でのシース電位差
の分布を測定してこれに基づき均一化を図った。
Ｄ法によりＳｉ基板上にＳｉＯＮ膜を堆積した。用いた
原料ガスはＳｉＨ4とＮ2Ｏである。堆積膜を緻密にし、
かつ基板表面の段差を平坦化する目的で試料にＲＦバイ
アスを印加してプラズマ中のイオンが１００ｅＶ程度以
上に加速されて試料に入射するようにした。このとき実
施例１と同様に試料表面から発生する負の荷電粒子の検
出器を試料の上方に設置し、試料面上でのシース電位差
の分布を測定してこれに基づき均一化を図った。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ処理中にシー
スで加速されて試料表面に入射するイオンのエネルギを
ほぼ正確に測定できるので、プラズマの発生条件などプ
ラズマ処理のプロセスの開発において有効な手段とな
る。また、大口径の試料表面上での入射イオンエネルギ
の分布も測定出来るので、これを均一化するための試料
台その他の装置各部分の設計に重要なデータを容易に得
ることが出来る。
スで加速されて試料表面に入射するイオンのエネルギを
ほぼ正確に測定できるので、プラズマの発生条件などプ
ラズマ処理のプロセスの開発において有効な手段とな
る。また、大口径の試料表面上での入射イオンエネルギ
の分布も測定出来るので、これを均一化するための試料
台その他の装置各部分の設計に重要なデータを容易に得
ることが出来る。
【図１】試料から発生する負の荷電粒子を検出する機構
を有するプラズマエッチング装置のブロック図。
を有するプラズマエッチング装置のブロック図。
【図２】負の荷電粒子の電流およびエネルギを測定する
検出器の説明図。
検出器の説明図。
【図３】負の荷電粒子電流の負グリッドバイアス依存性
の特性図。
の特性図。
【図４】負の荷電粒子電流が０になる負グリッドバイア
スの分布図。
スの分布図。
１…マイクロ波、２…導波管、３…石英窓、４…空心コ
イル、５…プラズマ容器、６…シース、７…プラズマ、
８…冷却試料台、９…試料、１０…高周波電源、１１…
荷電粒子検出器。
イル、５…プラズマ容器、６…シース、７…プラズマ、
８…冷却試料台、９…試料、１０…高周波電源、１１…
荷電粒子検出器。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｚ 7735−4Ｍ Ｈ０５Ｈ 1/00 Ａ 9216−2Ｇ 1/46 Ａ 9216−2Ｇ (72)発明者 辻本 和典 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 小野 哲郎 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】試料表面をプラズマに接触させて表面処理
を行うプラズマ処理装置において、前記試料表面から発
生する負イオンもしくは二次電子のエネルギを測定する
手段を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記測定手段が試料表
面上方の複数の地点で負イオンもしくは二次電子のエネ
ルギを測定できるような移動機構を有するプラズマ処理
装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記測定手段
が試料表面で発生する負イオンと二次電子を分離して一
方のエネルギと電流を測定する機能を有するプラズマ処
理装置。 - 【請求項４】請求項１，２または３において、前記測定
手段を使用しないときにはプラズマ処理室内の一隅もし
くは別室内に収容され、使用するときには試料上方に移
動する機構を有するプラズマ処理装置。 - 【請求項５】プラズマ処理中に試料表面から発生する負
イオンもしくは二次電子のエネルギを測定するプロセス
を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6243676A JPH08111397A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | プラズマ処理方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6243676A JPH08111397A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | プラズマ処理方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08111397A true JPH08111397A (ja) | 1996-04-30 |
Family
ID=17107337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6243676A Pending JPH08111397A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | プラズマ処理方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08111397A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100327337B1 (ko) * | 1999-08-17 | 2002-03-06 | 윤종용 | 반도체 장치 제조에서 사용되는 플라즈마에 의해서 유기되는전하 대전 정도를 판별하는 방법 및 이에 이용되는 판별장치 |
| US20100159120A1 (en) * | 2008-12-22 | 2010-06-24 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Plasma ion process uniformity monitor |
| US20100155600A1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-06-24 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Method and apparatus for plasma dose measurement |
-
1994
- 1994-10-07 JP JP6243676A patent/JPH08111397A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100327337B1 (ko) * | 1999-08-17 | 2002-03-06 | 윤종용 | 반도체 장치 제조에서 사용되는 플라즈마에 의해서 유기되는전하 대전 정도를 판별하는 방법 및 이에 이용되는 판별장치 |
| US6657192B1 (en) | 1999-08-17 | 2003-12-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of determining degree of charge-up induced by plasma used for manufacturing semiconductor device and apparatus therefor |
| US7145140B2 (en) | 1999-08-17 | 2006-12-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of determining whether a conductive layer of a semiconductor device is exposed through a contact hold |
| US20100159120A1 (en) * | 2008-12-22 | 2010-06-24 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Plasma ion process uniformity monitor |
| US20100155600A1 (en) * | 2008-12-23 | 2010-06-24 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Method and apparatus for plasma dose measurement |
| CN102257606A (zh) * | 2008-12-23 | 2011-11-23 | 瓦里安半导体设备公司 | 等离子剂量测量的方法及其装置 |
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