JPH1030195A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

プラズマエッチング装置

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JPH1030195A
JPH1030195A JP9096838A JP9683897A JPH1030195A JP H1030195 A JPH1030195 A JP H1030195A JP 9096838 A JP9096838 A JP 9096838A JP 9683897 A JP9683897 A JP 9683897A JP H1030195 A JPH1030195 A JP H1030195A
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electrode
counter electrode
power supply
frequency power
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David H Tracy
エイチ トレイシー デビッド
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    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマエッチング装置において迷走放電を
低減する。 【解決手段】 エッチングを行なうための接地した反応
チャンバと、エッチングすべきフィルムを載せたウエハ
を受けるための対向電極および支持電極と、接地されて
いない無線周波電源とを有し、前記対向電極および支持
電極は前記反応チャンバの壁から絶縁されており、前記
無線周波電源は、前記対向電極と支持電極間に接続され
ており、前記両電極から前記反応チャンバへの放電を最
小にしつつ、エッチング動作を行なわせるためのもので
あり、前記無線周波電源は、前記対向電極と支持電極と
の間に接続された２次巻線を備えた整合変圧器を有し、
前記２次巻線に並列にインダクタンスが接続されてお
り、該インダクタンスによって前記チャンバに接続され
た素子の容量効果が減少させるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマエッチング
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマエッチング装置は無線周波電力
を与えられる一対の電極を有する反応チャンバを含んで
いる。エッチングすべきフィルムを載置したウエハがこ
れら電極の一方の上に配置される。このチャンバに適当
なガスが注入されそしてプラズマがフィルムのエッチン
グを行うべく形成される。エッチングされるフィルムの
種類によりこのエッチングプロセス中に無線周波が使用
される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような無線周波プ
ラズマエッチングに固有の問題の一つは電極から反応チ
ャンバおよびこの方式内の他の部分への迷走放電が大き
いということである。ウエハが接地された支持電極上に
あって電圧が上側の対向電極に加えられる場合には、対
向電極とウエハの間の電圧は対向電極と一般に接地され
ているこの方式内の壁部分間の電圧より常に低くなって
いる。すなわちウエハ自体が支持電極電位にならずウエ
ハの背面の絶縁コーティングにより支持電極から電気的
に絶縁されているためである。その結果いく分かの電流
が対向電極から、エッチングプロセスにおいて好ましい
ウエハにではなくこの方式内の種々の接地された表面に
流れることになる。
【０００４】電源周波数が高くなればそれだけこの迷走
放電の問題が大きくなり、無線周波電流が接地面へと消
散される。この迷走放電はそれでも或る量の電力がウエ
ハに達しなければならないから大きな問題である。迷走
放電は突発的であり且つ不安定となる傾向を有する。す
なわちどの程度の電力がウエハに供給されそしてどの程
度が迷走放電に費やされるかを常に予測することは困難
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、エッチングを行なうための接地した反応チャンバ
と、エッチングすべきフィルムを載せたウエハを受ける
ための対向電極および支持電極と、接地されていない無
線周波電源とを有し、前記対向電極および支持電極は前
記反応チャンバの壁から絶縁されており、前記無線周波
電源は、前記対向電極と支持電極間に接続されており、
前記両電極から前記反応チャンバへの放電を最小にしつ
つ、エッチング動作を行なわせるためのものであり、前
記無線周波電源は、前記対向電極と支持電極との間に接
続された２次巻線を備えた整合変圧器を有し、前記２次
巻線に並列にインダクタンスが接続されており、該イン
ダクタンスによって前記チャンバに接続された素子の容
量効果が減少させるように構成して解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の構成により、電源周波数
が高くなればなるほど迷走放電が大きくなってしまうと
いう従来技術の問題が解決され、対向電極と支持電極を
反応チャンバの壁から絶縁して、両電極からチャンバの
壁に迷走放電が生じないようにすることができ、反応チ
ャンバを接地することによって、万が一チヤンバの壁に
迷走放電がリークしたとしても、迷走放電を接地に放電
させることができ、無線周波電力を供給される両電極と
プラズマエッチング装置の、この他の各部分との間の迷
走放電を極めて小さくすることができ、所要高周波電力
を極めて小さくすることができる。電極−接地無線周波
電位に対する迷走放電無線周波電流の依存性を示す第４
図から分かるように、シングルエンデッドエッチングの
場合の無線周波電圧２９に対して、本発明の場合、３０
で示すように、エッチング速度は同じであるが、迷走放
電電流は、ほぼ０の程度まで小さくすることができる。
【０００７】本発明により、無線周波電力を受ける電極
と他の部分との間の迷走放電が最少となる。また電力要
求自体も最少となる。また、プロセスの一貫性および信
頼性が向上し、また空間エッチの均一性も改善される。
【０００８】
【実施例】第１図に示す本発明の一実施例において、こ
のプラズマエッチング装置はプラズマエッチングチャン
バ１０を有する。このチャンバの壁は接地され、あるい
は適当な基準電位点に接続される。このチャンバにはガ
スが注入されそして従来のごとくに冷却される。プラズ
マエッチング装置内の真空ポンプ系および他の要素のよ
うな物に関係する細部の多くは従来と同様であり本発明
に直接係わるものではないからこの説明においては図示
せずあるいは詳述しない。
【０００９】チャンバ１０内の対向電極１２と支持電極
１４はその壁から絶縁されている。支持電極１４にはウ
エハ１６が配置されている。このウエハ１６は、絶縁膜
を介して支持電極１４に容量結合される。この絶縁膜は
通常、ウエハまたは支持電極に設けられている。この容
量結合はウエハ１６の無線周波電位を支持電極１４のそ
れに近いものに維持する。
【００１０】無線周波電源１８が整合変圧器２０に接続
されている。この変圧器は１次巻線２２と電極１２と１
４間に接続する２次巻線２４を有する。同調用インダク
タンス２６が２次巻線２４に並列に接続されており、変
圧器２０のマッチングを改善し、チャンバ１０の容量と
放電容量の効果を打ち消すようになっている。
【００１１】電極１２と１４は接地されておらず電源１
８からの逆相の無線周波信号により駆動される。そのた
め、夫々の電極の電位は従来のインダクタンスにおける
被駆動電極のそれの約半分となる。
【００１２】２つの電極１２と１４からのグランドへの
容量性の迷走放電電流が等しくなるように、高周波電位
と任意の直流電位の両電位に対して、変圧器２０の２次
回路全体を浮かせることができる。上述のように全体と
しての無線周波電圧は２個の電極間に等しく２分され
る。４００ＫＨｚでのＳｉＯ２のエッチングについての
エッチング特性は、勿論同じ無線周波電圧が電極間に加
えられるとすればシングルエンド方式と比較して基本的
に影響を受けないことがわかった。しかしながら第１図
の例を用いた場合無線周波電力要求は少なくなり他の利
点が得られることがわかった。
【００１３】殆んど放電が消滅したものと考えることの
出来る４００ＫＨｚでのこの迷走放電の減少は電極から
接地点までの無線周波電位に関しての迷走放電電力の非
線形性によるものである。迷走電力は電極電圧Ｖｃにお
いて比較的鋭い遮断特性を示すようにその電圧の少なく
とも自乗をもって増加することがわかった。それ故、ピ
ーク電極電圧から接地電圧までを半分にすることは極め
て有効である。
【００１４】第４図の曲線２８は電極−接地無線周波電
位に対する迷走放電無線周波電流の依存性を示してい
る。２９で示す無線周波電圧は代表的なシングルエンド
エッチング条件に対応し、そこではかなりの迷走放電電
流が接地点へと流れる。３０で示す電圧は、両電極が本
発明により分離されるときの各電極上の電圧を示してい
る。エッチングの速度は同じであるが迷走放電電流はほ
ぼ０である。ウエハ上の所定の電力密度より低いところ
では、無線周波駆動を分離することにより迷走放電電流
が本質的に消滅する。
【００１５】第２図に示す本発明の他の実施例において
は第１図の装置よりも高い周波数を用いる無線周波プラ
ズマエッチング装置が示されており、電極の擬似対称励
起を達成する技術は放電負荷インピーダンスがほぼ容量
性であるときにのみ適用出来る。
【００１６】接地された反応チャンバ３２は対向電極３
４と支持電極３６を含んでいる。エッチングされるべき
フィルムを有するウエハ３８は支持電極３６上に配置さ
れる。
【００１７】１３.５６ＭＨｚの周波数範囲で信号を発
生する無線周波電源４０は電極３４，３６間にシングル
エンド整合回路４２とインダクタンス４４を通じて接続
される。インダクタンス４４は電極３６と接地間にあ
る。この実施例では電源４０も接地されあるいは他の基
準電位点に接続される。周波数１３.５６ＭＨzで放電圧
力０.３〜５Torr である図示の実施例では負荷インピー
ダンスはほぼ容量性である。
【００１８】電極３４はシングルエンド形の可変整合回
路を用いて従来のごとくに駆動される。電極３６は可変
インダクタンス４４を介して接地される。
【００１９】インダクタンス４４の値は無線駆動周波数
でプラズマ直列容量に同調するように選らばれる。この
容量は主として電極３４と３６間の容量とプラズマシー
スの容量の和である。インダクタンス４４は電極３４と
３６の無線周波電位を通常のシングルエンド形励起圧電
の半分よりいく分高い電圧となるように実質的に等しく
するように調整される。第２図の例の動作を第３図のベ
クトル図に示す。
【００２０】インダクタンス４４を流れる無線周波直列
電流では位相基準として使用される。プラズマにまたが
る電圧（Ｖｕｃ→）＝（Ｖｕ→）−（Ｖｃ→）であり、
但しＶｕ→は対向電極の電圧、Ｖｃ→は支持電極の電圧
である。
【００２１】Ｖｕ→はプラズマ放電の容量性によりｉよ
りほぼ９０°遅れている。支持電極電圧Ｖｃ→は逆にＬ
ｉより９０°進んでおり、（Ｖｃ→）＝ｊｗＬｉであ
る。
【００２２】第４図から｜Ｖｕ｜＜｜Ｖｕｃ｜であり、
そしてＬ（インダクタンス４４）は｜Ｖｃ｜≒｜Ｖｕ｜
≒０.５｜Ｖｕｃ｜となるように調整出来ることがわか
る。
【００２３】Ｌすなわちインダクタンス４４がそのよう
に調整されると、整合回路４２からみた有効負荷インピ
ーダンスは（Ｖｕ→）／（ｉ→）であり、支持電極が接
地される（Ｌ＝０）場合より小さく且つ容量性も少なく
なる。このように整合回路についてのインピーダンス変
換要求は少なくなり、場合によってはこの回路を省略す
ることも出来る。また循環電流およびピーク電圧も減少
する。除去はされないが、迷走放電も、特に高密度プラ
ズマ状態（＞２Ｗ／ｃｍ２）で動作するとき著しく抑圧
される。
【００２４】
【発明の効果】基本的に本発明は４００ＫＨｚと１３.
５６ＭＨｚの無線周波の両方につきプラズマエッチング
装置の迷走放電を著しく減少させる回路を提供するもの
である。これは時間と品質の両方においてエッチング動
作そのものに影響を及ぼさないように２個の電極間の電
圧をシングルエンド形のエッチング装置におけるとほぼ
同じにしつつ電極での電圧要求を通常のレベルのほぼ半
分まで低下させることにより達成される。
【００２５】なお、本明細書中の→はベクトルを表すも
のであり、例えばＶｕ→は
【００２６】
【数１】
【００２７】を表すものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図。
【図２】本発明の実施例を示す図。
【図３】実施例の動作を示す線図。
【図４】実施例の動作を示す線図。
【符号の説明】
１０ 反応チャンバ １２，３４ 対向電極 １４，３６ 支持電極 １６，３８ ウエハ １８,４０ 無線周波電源 ４２ シングルエンド整合回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマエッチング装置において、 エッチングを行なうための接地した反応チャンバと、 エッチングすべきフィルムを載せたウエハを受けるため
    の対向電極および支持電極と、 接地されていない無線周波電源とを有し、 前記対向電極および支持電極は前記反応チャンバの壁か
    ら絶縁されており、 前記無線周波電源は、前記対向電極と支持電極間に接続
    されており、前記両電極から前記反応チャンバへの放電
    を最小にしつつ、エッチング動作を行なわせるためのも
    のであり、 前記無線周波電源は、前記対向電極と支持電極との間に
    接続された２次巻線を備えた整合変圧器を有し、 前記２次巻線に並列にインダクタンスが接続されてお
    り、 該インダクタンスによって前記チャンバに接続された素
    子の容量効果が減少させることを特徴とする、プラズマ
    エッチング装置。
  2. 【請求項２】 前記ウエハは、支持電極に容量結合され
    ている、請求項１記載のプラズマエッチング装置。
  3. 【請求項３】 無線周波電源の周波数は、４００ｋＨｚ
    である、請求項１記載のプラズマエッチング装置。
  4. 【請求項４】 プラズマエッチング装置において、 エッチングを行なうための接地した反応チャンバと、 エッチングするべきフィルムを載せたウエハを受けるた
    めの、前記反応チャンバの壁から絶縁された対向電極及
    び支持電極と、 無線周波電源と、 前記無線周波電源から電力を前記対向電極と支持電極と
    の間に与える手段と、 前記無線周波電源の一端及び前記対向電極との間に接続
    された整合回路と、 前記無線周波電源の他端と前記支持電極との間に接続さ
    れて、前記対向電極と支持電極に加えられる無線周波数
    電位を実質的に等しくするように可変である可変インダ
    クタンス（４４）とを有しており、 前記可変インダクタンス（４４）の値は、実質的に前記
    両電極間の容量とプラズマシースの容量とを有する無線
    駆動周波数でのプラズマ直列容量に同調するように選定
    されていることを特徴とする、プラズマエッチング装
    置。
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