JPH09330913A - プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置 - Google Patents

プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置

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JPH09330913A
JPH09330913A JP15062596A JP15062596A JPH09330913A JP H09330913 A JPH09330913 A JP H09330913A JP 15062596 A JP15062596 A JP 15062596A JP 15062596 A JP15062596 A JP 15062596A JP H09330913 A JPH09330913 A JP H09330913A
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JP
Japan
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radical
plasma
substrate
gas
locations
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Application number
JP15062596A
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English (en)
Inventor
Mitsuhiro Okuni
充弘 大國
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps

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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハーの大口径化に伴い、プラズマ処理反
応室が大きくなり、結果としてプラズマ処理における反
応生成物ラジカルのウエハー面内の不均一性が発生す
る。 【解決手段】 本発明のプラズマ発生方法は、プラズマ
処理中に任意の箇所の任意のラジカルをラジカル導入制
御器18により計測し、不足しているラジカル成分を追
加制御しながら不要な解離を防ぎプラズマを発生するこ
とにより、被エッチング基板11面内でラジカルの過不
足をなくし、プラズマを均一に保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波放電を用い
たプラズマ発生方法に関するものであり、特にプラズマ
中のラジカル量を独自に制御することにより均一なプラ
ズマを発生させるものである。
【0002】
【従来の技術】高周波放電を用いたプラズマ発生方法
は、半導体デバイスにおける微細加工のためのドライエ
ッチング、薄膜形成のためのプラズマCVD等さまざま
な分野で用いられており、加工寸法の微細化や膜質の高
精度な制御のために、高真空高均一プラズマ生成が求め
られている。
【0003】昨今のウエハーの大口径化時代において、
12インチ(300mm)ウエハーでの半導体デバイス
での各種検討が盛んになりつつある。上記したウエハー
の大口径化時代では、主にプラズマエッチングにおける
反応生成物ラジカルのウエハー面内の不均一性が、大き
な問題となってきている。それは、以下の理由によるも
のである。
【0004】まず第1に、ウエハー周辺付近では、排気
口に近いため反応生成物ラジカルが排気され易いため、
ウエハー周辺部におけるラジカル成分がウエハーの中心
部と比較して少なくなる。
【0005】第2に、ウエハー中心付近では、反応生成
物ラジカルがウエハー周辺付近を経由して排気されるた
め、ウエハー中心付近で滞留し易くなり、結果としてそ
の成分はウエハー周辺付近に較べて多くなる。
【0006】以上より、プラズマエッチング中に不均一
が発生し、形状制御性及び寸法精度が著しく悪化するも
のである。
【0007】上記の問題点に対する改善方法として、被
エッチング基板の存在する方向から排気する方法と、被
エッチング基板の存在する方向と対向する方向から排気
する方法の両方を兼ね備えている装置及び方法が提案さ
れ、反応生成物ラジカルの均一排気が実現できるとされ
ている。しかし、上記の方法では排気口が複数存在する
ため反応室内での反応生成物ラジカルの気流が乱れ、局
所的な不均一箇所が発生する。それが12インチ系と大
きくなれば、反応生成物ラジカルの不均一が顕著とな
り、排気方法を工夫するというものでは対処できず、ラ
ジカルそのものを制御しなければならないという問題が
ある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って上記のような排
気の仕方に依存する構成では、反応室が大きくなるにつ
れて、プラズマ内のラジカルを均一に維持するのは困難
である。そこで本発明は上記問題点に鑑み、ラジカルガ
スを直接反応室内に導入することにより、排気の均一化
によらず、面内で均一なラジカル状態を有するプラズマ
を、安定に提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、高周波放電を用いたプラズマ処理におい
て、被処理基板に対向して複数個のラジカル測定器とラ
ジカルガス導入器を設置し、プラズマ処理中に任意のラ
ジカルをレーザ誘起蛍光分光(LIF)法や四重極質量
分析(Q−mass)法もしくは発光分光法等により計
測し、そのラジカル成分を制御しながらプラズマを発生
する構成となっている。また、任意のラジカルが不足し
ている場所に、そのガスを追加供給することができる構
成となっている。またパルス変調プラズマにおいては、
高周波電力が印加されない時間にラジカルガスの追加供
給を行なう構成となっている。
【0010】本発明は上記した構成によるプラズマ発生
において、排気口に近い等の理由で反応生成物ラジカル
量が局所的に少なくなる領域へ直接ラジカルを追加供給
し制御することによりプラズマを常に均一に保つという
ものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)以下では本発明実施の形態1における
プラズマ発生方法について図面を参照しながら説明す
る。図1は本実施の形態におけるプラズマ発生装置の概
略図を示したものである。
【0012】図1において、11は被エッチング基板、
12は反応ガス導入口、13は1.8MHzの下部高周
波電源、14は2.0MHzの上部高周波電源、15は
反応室、16はうず巻コイル、17は反応ガス排気口、
18はラジカル導入制御器一式を示している。
【0013】上記のように、被エッチング基板11の存
在する方向と対向する場所に、複数個(ここでは5個)
のラジカル導入制御器18を搭載してウエハー面内にお
ける複数箇所のラジカル量を検出し、各々のデータを基
にしてラジカルの導入量を決定することにより、高精度
で高均一なプラズマを得るものである。
【0014】そこで以下では上記のような系においてプ
ラズマを制御する方法について詳細に説明する。
【0015】まず下記の表に本実施の形態におけるプラ
ズマ発生方法のプラズマ発生条件を示す。
【0016】
【表1】
【0017】ポリシリコン膜300nmが堆積された被
エッチング基板に対して、Cl2プラズマを放電させ
る。放電が安定した後、SiCl4ラジカル量をラジカ
ル導入制御器18にて検出する。ここで、ラジカル導入
制御器18の概略図を図2に示す。
【0018】図2に示すように、まずラジカル検出セン
サ21及びその検出器を通してSiCl4ラジカル量を
把握する。なおここではラジカル検出に四重極質量分析
器(Q−mass)を採用している。そこでそれを計5
ポイント各々で実施する。そこで得られたラジカル密度
は、a点及びb点では5x1011cm-3、c点では5x
1012cm-3、d点では1x1012cm-3、e点では2
x1012cm-3となった。この情報をラジカル制御器に
とりこみ比較して少ない箇所には、その割合に応じてラ
ジカルガスを流量計を介して導入する。a点及びb点で
は2sccm、d点では0.5sccm、e点では1s
ccmの量を導入する。c点は供給過多領域であるので
ラジカルガスを導入しない。上記のように、本実施の形
態では、ウエハー面内のラジカルガスの供給を局所的に
制御する。
【0019】上記の一連の工程を図3に示すように繰り
返し行なうことにより常に均一なラジカル状態が存在す
るプラズマを得ることが可能となる。
【0020】なお、上記の例ではラジカル計測に、四重
極質量分析器(Q−mass)法を用いたが、レーザ誘
起蛍光分光(LIF)法や発光分光法を用いても同様の
効果が得られるのは言うまでもない。
【0021】(実施の形態2)次に本発明実施の形態2
におけるプラズマ発生方法について図面を参照しながら
説明する。なお、本実施の形態に使用した装置系は上記
した実施の形態1における図1の構成と同様である。
【0022】上記のような系においてプラズマを制御す
る方法を以下に詳細に説明する。まず下記の表に本実施
の形態におけるプラズマ発生方法のプラズマ発生条件を
示す。
【0023】
【表2】
【0024】酸化膜800nmが堆積された被エッチン
グ基板に対して、C48/Heプラズマにより放電させ
る。放電が安定した後、C24ラジカル量をラジカル導
入制御器18にて検出する。まずラジカル検出センサ2
1及びその検出器を通してC 24ラジカル量を把握す
る。なおラジカル検出にはレーザ誘起蛍光分光(LI
F)法の原理を採用している。そこでそれを計5ポイン
ト各々で実施する。そこで得られたラジカル密度は、a
点及びb点では7x1011cm-3、c点では5x1012
cm-3、d点では3x1012cm-3、e点では4x10
12cm-3となった。この情報をラジカル制御器にとりこ
み比較して少ない箇所には、その割合に応じてラジカル
ガスを流量計を介して導入する。
【0025】この時、ラジカルガスを導入するタイミン
グとしては2通りが考えられる。一つは、図4に示すパ
ルス変調における時刻(A)のタイミングであり、この
時は高周波電源がONしており、もう一つは時刻(B)
のタイミングであり、この時は高周波電源がOFFして
いる。
【0026】時刻(A)において、C24ラジカルガス
を導入すると、高周波がONしているためさらに解離が
進みやすくなり、CF4やCF3等が生成され易く望み通
りのラジカル制御ができない。一方時刻(B)におい
て、C24ラジカルガスを導入すると、高周波がOFF
しているため解離が進むことはなくCF4やCF3等もほ
とんど発生せず、導入したラジカルそのものを望み通り
に制御することができる。
【0027】従って、パルス変調プラズマにおいては、
時刻(B)でラジカルガスを導入することとする。具体
的には、a点及びb点では8sccm、d点では1sc
cm、e点では0.5sccmの量を導入する。c点は
供給過多領域であるのでラジカルガスを導入しない。こ
の作業を図3に示す様に繰り返し行なう事により常に均
一なラジカル状態が存在するプラズマを得ようというも
のである。
【0028】なお、図4における時刻(A)においてラ
ジカルガスを導入しても安定に均一化されるまでには時
間を要するものの、同様の効果が得られることは言うま
でもない。
【0029】また、本実施の形態ではラジカル計測に、
レーザ誘起蛍光分光(LIF)法を用いたが、四重極質
量分析器(Q−mass)法や発光分光法等を用いても
同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【0030】
【発明の効果】以上のように、本発明のプラズマ発生方
法は、被処理基板に対向して複数個のラジカル測定器と
ラジカルガス導入器を設置し、プラズマ処理中に任意の
ラジカルを計測し、そのラジカル成分を制御しながらプ
ラズマを発生することにより、ウエハー面内でラジカル
の過不足をなくすことによりプラズマを均一に保つとこ
とができる。そして、本発明は今後の12インチ化に向
けた大口径化においても大変有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるプラズマ発生装置
の概略図
【図2】本発明の実施の形態におけるプラズマ発生装置
のラジカル導入制御器の概略図
【図3】本発明の実施の形態におけるプラズマ発生方法
のラジカル制御のフローチャート
【図4】パルス変調プラズマにおけるラジカルガス導入
のタイミングを示す図
【符号の説明】
11 被エッチング基板 12 反応ガス導入口 13 下部高周波電源 14 上部高周波電源 15 反応室 16 うず巻コイル 17 ガス排気口 18 ラジカルガス導入制御器 21 ラジカル検出センサー 22 ラジカルガス導入口

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高周波放電を用いたプラズマ発生方法であ
    って、被処理基板面内の複数箇所のラジカルを測定する
    工程と、前記測定の結果に基づいてラジカルガスの供給
    を局所的に制御する工程とを有するプラズマ発生方法。
  2. 【請求項2】ラジカルガスの供給を局所的に制御する工
    程において、ラジカルが不足している場所に、ラジカル
    ガスを追加供給することを特徴とする請求項1記載のプ
    ラズマ発生方法。
  3. 【請求項3】高周波放電をパルス変調により行い、ラジ
    カルガスの供給を局所的に制御する工程において、高周
    波電力が印加されていない時間にラジカルガスの追加供
    給をすることを特徴とする請求項1記載のプラズマ発生
    方法。
  4. 【請求項4】高周波放電を用いたプラズマ発生手段と、
    被処理基板に対向して設置された複数個のラジカル測定
    手段と、前記ラジカル測定手段による測定結果に基づい
    てラジカルガスを局所的に制御して供給する手段とを有
    するプラズマ発生装置。
JP15062596A 1996-06-12 1996-06-12 プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置 Pending JPH09330913A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012026241A1 (ja) * 2010-08-26 2012-03-01 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、及び基板処理装置
US8337713B2 (en) 2003-05-06 2012-12-25 Lam Research Corporation Methods for RF pulsing of a narrow gap capacitively coupled reactor
JP2014112697A (ja) * 2014-01-15 2014-06-19 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理方法

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