JPS60126832A - ドライエツチング方法および装置 - Google Patents

ドライエツチング方法および装置

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JPS60126832A
JPS60126832A JP58234319A JP23431983A JPS60126832A JP S60126832 A JPS60126832 A JP S60126832A JP 58234319 A JP58234319 A JP 58234319A JP 23431983 A JP23431983 A JP 23431983A JP S60126832 A JPS60126832 A JP S60126832A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造に好適なドライエツチング
方法およびドライエツチング装置に関するものである。
〔発明の背景〕
まず、従来のドライエツチング方法および装置について
説明する。第１図は、従来のドライエツチング装置の一
例の構成図であって、平行平板電極方式のものに関する
ものである。
〜処理室４の中にはアノード電極２とカソード電極３と
が設けである。カソード電極３には高周波電源５が接続
されており、処理基板１が載せである。
処理室４を、排気系（図示省略）によって排気しながら
エツチングガスを導入し、１０〜０．０５（＋ｐｏｒｒ
）の一定圧力に保ち、高周波電圧をカソード電極３に印
加するとプラズマが発生する。このプラズマで発生した
イオンがプラズマ、カソード電極３間の電界で加速され
て方向性をもって処理基板１に当シ、微細なパターンの
エツチングを行うことができる。
このドライエツチングでは、微細なパターンをマスク通
りに早くエツチングすること、およびエツチング膜のエ
ツチング完了後に下地膜のエツチングが進壕ないように
することが重要である。
従来、これらのエツチング特性をコントロールする手段
としては、エツチングガス圧力および高周波電力があっ
た。しかし、ガス圧力を高くすると、下地膜はエツチン
グされないが、エツチングパターン寸法精度が悪くなる
。また、高周波電力を犬きくすると、エツチングレート
は高くなるが、下地膜がエツチングされる。このように
、すべての特性を満足することができなかった。
このドライエツチングのエツチング特性をコントロール
するものとして、他の従来例の構成図を第２図に示す（
詳細は特開昭５６−３３８３９号公報および特開昭５７
−１３−１３７４号公報参照）。
アノード電極２にはローパスフィルタ６Ｂを介して高周
波電源５Ｂが接続されており、カソード電極３にはバイ
パスフィルタ６Ａを介して高周波電源５Ａが接続されて
いる。ここで、高周波電源５Ｂはイオンが追従できない
周波数（たとえば１３．５６ＭＨｚ）のものとし、高周
波電源５Ａはイオンが追従できる周波数のものとしてい
る。高周波電源５Ｂからアノード電極２に高周波電圧を
印加するとプラズマが発生するが、カソード電極２は、
等測的にはアース電位に接続されるため、プラズマとカ
ソード電極２との間には大きな電位差が発生しない。こ
こで、高周波電源５Ａから４００ｋ　Ｊ（ｚ程度の高周
波電圧を印加すると、イオンは、この電界に追従して加
速され、処理基板１に当る。
しだがって、プラズマの密度は高周波電源５Ｂでコント
ロールされ、イオンのエネルギは高周波電源５Ａによっ
てコントロールされる。しかし、このようにエツチング
特性をコントロールする機構を設けても、エツチングレ
ートを早くシ、かつ下地膜のエツチングレートを低くす
るというようにエツチング特性をコントロールすること
はできないという問題があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、エ
ツチング膜のエツチングレートを速くし、かつ下地膜の
エツチングレートを遅くすることができるドライエツチ
ング方法および装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
まず、本発明に係るドライエツチング方法は、処理室内
の電極に被加工物を載せ、そこにエツチングガスを導入
し、まだプラズマを発生させ、所望のエツチング加工を
施すドライエツチング方法において、電極の表面電位を
計測し、その計測データに基づき、プラズマ・電極間の
電界強度が一定となるように、上記電極に所望の電圧波
形を印加するようにコントロールするものである。
また、本発明に係るドライエツチング装置は、処理室内
の電極に被加工物を載せ、そこにエツチングガスを導入
し、またプラズマを発生させ、所望のエツチング加工を
施すドライエツチング装置において、電極の表面電位を
計測する手段と、その計測データに基づいてプラズマ・
電極間の電界強度が一定となるようにコントロールして
上記電極に所望の電圧波形を印加する手段とを具備する
ようにしたものである。
なお、これらを補足して説明すると次のとおシである。
さきに従来装置について述べたように、エツチングレー
トと選択比（エツチング膜のレートと下地膜のレートの
比）との両立ができない原因は、従来装置では、イオン
エネルギの平均値のコントロールができても、イオンエ
ネルギの分布幅に関しては全くコントロールされていな
いことによる。
本発明は、このイオンエネルギの分布幅をコントロール
し、エツチング特性をさらに向上させようというもので
ある。
第３図に示す従来装置でのエツチング特性の説明図によ
り、イオンエネルギのコントロールと選択比との関係に
・ついて説明する。
５ｉＯｚ膜上のＳｉ膜をＣＣＺ、４ガスによってエツチ
ングする場合を例に説明すると、イオンエネルギは、５
ＩＯ２をエツチングするイオンエネルギＥ（Ｓｉ０２）
よりも低く、ＳｉをエツチングするイオンエネルギＥ（
Ｓｉ）よシも高くする必要がある。低いエツチングレー
トの場合、イオンエネルギ分布は、Ａに示す分布となり
、良い選択比を得ることができる。しかし、同じ平均イ
オンエネルギでプラズマ密度を上げ、エツチングレ−ト
を上げようとすると、イオンエネルギ分布は、Ｂのよう
にな９、Ｓ　＋　０２のエツチング速度が大幅に犬きく
なる。
そこで、イオンエネルギの平均値をＣに示すように小さ
くすると、結局、Ｓｌをエツチングするエネルギのイオ
ン数も減少し、エツチングレートを上げることができな
い。
したがって、エツチングレートと選択比との両立を図る
ためには、第４図の説明図に示すように、イオンエネル
ギの分布幅を小さくすることが不可欠である。
イオンはプラズマ、電極間に発生する電位差によって加
速される。しかるに、従来の装置では、この電位差が高
周波電源から供給される正弦波電圧となるため、イオン
が電界で加速され始める正弦波電圧の位相により、必然
的にイオンエネルギに差が生じ、イオンエネルギ分布を
持つことになる。
本発明は、このようなことに着目してなされたもので、
このプラズマ、電極間の電位差が変動しないようにし、
イオンエネルギ分布の幅を小さくしたものである。すな
わち、前記のイオンエネルギＥ　（Ｓｉ　）　、　Ｅ　
（ＳｉＯｚ）間に大部分のイオンを集中せしめるように
したものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明に係る方法・装置の実施例を図に基づいて
併せて説明する。
まず、第５図は、本発明に係るドライエツチング装置の
一実施例の構成図である。
ここで、１１は被加工物である処理基板、１２はカソー
ド電極、１３はアノード電極、１４は処理室、１５は高
周波電源、１６はマツチングボックス、１７はコントロ
ール電圧発生器、１８は広帯域パワーアンプ、１９はコ
ンデンサ、２０は電圧計、２ＯＡは電位測定部、２０Ｂ
は絶縁材、２０Ｃは石英板である。
処理室１４には、アノード電極１２とカソード電極１３
とが設けられている。アノード電極１２には、マツチン
グボックス１６を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電源
１５が接続されている。カソード電極１２は、コンデン
サ１９を介してアースに接続されるとともに、広帯域パ
ワーアンプ１８に接続されている。カソード電極１２上
には、石英板２０Ｃが置いてあり、その中央部に処理基
板１１が置かれている。また、カソード電極１２の一部
には絶縁材２０Ｂを介して電位測定部２ＯＡが設けてあ
り、電圧計２０でカソード電極１２０表百雷位の測定が
できるようになっている。電圧計２０の出力端子はコン
トロール電圧発生器１７に接続されている。
このドライエツチング装置の処理室１４を図示しない排
気装置で排気しながら、図示しないエツチングガス供給
ラインからエツチングガスを流し、１０〜０．０５〔Ｔ
Ｏｒ「〕の一定圧力に設定・保持する。
高周波電源１５からアノード電極１３に高周波電圧を印
加すると電極間にプラズマが発生する。
この時、プラズマ、カソード電極１２間には、プラズマ
、アノード電極１３間に比べ、わずかな電位差しか発生
しない。電位測定部２０Ａは、カソード電極１２とは絶
縁されているので、電圧計２０で電極表面の電位返羊］
明する。カソード電極１２に、コントロール電圧発生器
１７．広帯域パワーアンプ１８から、設定されたイオン
加速電圧を印加する。この電界で加速されたイオンが処
理基板１１の表面に流入するだめ、その表面電位は上昇
する。したがって、電極・ブ？ズマ間の電位差は、電極
に印加した電圧から上記の表面電位を差し引いた値とな
る。そこで、この表面電位を電位測定部２ＯＡで測定し
、その結果に基づいてコントロール電圧発生装置１７が
、その電圧分だけカソード電極に印加する電圧を下げる
ようにする。
以上の動作による印加電圧と表面電位変化との関係を示
したのが第６図である。処理基板１１の表面電位Ｖｓは
、第６図（ａ）に示すように、一定周期ごとに直線的に
上昇する。したがって、常に同じ加速電圧を得るために
は、この表面電位Ｖｓによって打ち消される電位３１を
差し引いても、一定の加速電位差ＶＡＣが残るように、
電極印加電圧Ｖｃを第６図（ｂ）に示すように表面電位
上昇分の逆電圧から加速電位差ＶＡＣを差し引いた電圧
にする。
しかし、このままでは電極に印加する電圧は単調に増加
゛してしまうため、一定電圧Ｖｃｏに達しだ所で図に示
すようにカソード電極１２の電位を正にし、処理基板１
１やカソード電極１２に電子を流入させ、その表面電位
を０［Ｖ’：Ｉｔで下げる。
電位測定部２ＯＡの電位が０〔■〕となった所でカソー
ド電極１２の電圧を設定されたイオン加速電圧にし、さ
きに述べた動作を繰り返す。
このようにして、イオンの加速電圧を常に一定にするこ
とができるので、イオンエネルギの分布を所望の範囲に
小さくすることができる。
次に、本発明は、単に平行平板電極方式のドライエツチ
ングに有効なだけで々く、ＥＣＲ（電子ザイクロトロン
共鳴）方式のドライエツチング装置にも適用しうろこと
は明らかである。
第７図に他の実施例の構成図を示し、これに基づいてＥ
ＣＲ，方式のドライエツチング装置に適用した実施例に
ついて説明する。
ここで、２１は処理基板、２２はカソード電極、２３は
コイル、２４は処理室、２５はマグネトロン、２６は導
波管、２７はコントロール電圧発生器、２８は広帯域パ
ワーアンプ、３０は電圧計、３０Ａは電位測定部である
。
導波管２６の一端にはマグネトロン２５が取り付けてあ
り、他端は処理室２４を覆っている。その周囲にはコイ
ル２３があり、処理室２４の下部には電位測定部３０Ａ
を設けたカソード電極２２がある。カソード電極２２は
、広帯域パワーアンプ２８に接続されており、これを介
してコントロール電圧発生器２７．電圧計３０によって
コントロールされる。
プラズマは、マグネトロン２５で発生したマイクロ波と
コイル２３の磁界による電子サイクロトロン共鳴によっ
て発生する。このプラズマからのイオン加速エネルギの
コントロールは前述の平行平板の場合と全く同様である
。
従来のＥＣＲ方式のドライエツチング装置は、発生した
プラズマからグリッド電極によってイオンを引きだして
いた。したがって、イオン加速エネルギのコントロール
が５００〔ｅｖ〕以下では困難であったが、本方式では
、そのような問題はない。また、金属のグリッド電極等
をプラズマにさらす必要が々く、これら金属でデバイス
が汚染される心配もないという利点がある。
以上で述べたように、本発明はプラズマ発生方式により
限定されるものではない。
址だ、本発明では、電界強度を一定にするだめコントロ
ール電圧発生器の出力を電位測定部からの信号でコント
ロールしているが、処理条件が決まれば、第６図に示す
電極への印加電圧波形を決め、それを印加するだけでも
よいことは明らかである。さらに、この電界強度を一定
にコントロールする印加電圧によってプラズマの発生が
可能な条件であれば、プラズマ発生手段と共通化するこ
とも可能である。
〔発明の効果〕
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ドライ
エツチングのエツチング特性を大幅に改善することがで
きるので、半導体ウェハ等の生産歩留シの向上を図るこ
とができるとともに、よシ微細なパターンのエツチング
に適用が可能となり、その効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来のドライエツチング装置の一例の構成図
、第２図は、同じく他の例の構成図、第３図は、そのエ
ツチング特性の説明図、第４図は、本発明におけるエツ
チング特性の説明図、第５図は、本発明に係るドライエ
ツチング装置の一実施例の構成図、第６図は、その動作
２機能の説明図、第７図は、同じく他の実施例の構成図
である。 １１．２１・・・処理基板、１２．．２２・・・アノー
ド電極、１３・・・カソード電極、２３・・・コイル、
１４゜２４・・・処理室、１５・・・高周波電源、２５
・・・マグネトロン、１６・・・マツチングボックス、
２６・・・導波管、１７，２７・・・コントロール電圧
発生器、１８゜２８・・・広帯域ハワーアンプ、１９・
・・コンデンサ、２０　、’　３０・・・電圧計、２０
Ａ、３０Ａ・・・電位測定茅１目 芽　２　固 基３固 Ｅ（Ｓｏ　Ｅ（ｓ、Ｏｚ）　イ才〉１ネル〜−第４固 Ｅ（５ｉ　）　Ｅ（５ｔθ、）　（Ｃエネンレさビー第
５　固 １四　乙　口 （久） （ｂ） 茅７　固 ６２５

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、処理室内の電極に被加工物を載せ、そこにエツチン
    グガスを導入し、まだプラズマを発生させ、所望のエツ
    チング加工釜施すドライエツチング方法において、電極
    の表面電位を計測し、その計測データに基づき、プラズ
    マ・電極間の電界強度が　、一定となるように、上記電
    極に所望の電圧波形を印加するようにコントロールする
    ことを特徴とするドライエツチング方法。 ２、処理室内の電極に被加工物を載せ、そこにエツチン
    グガスを導入し、またプラズマを発生させ、所望のエツ
    チング加工を施すドライエツチング装置において、電極
    の表面電位を計測する手段と、その計測データに基づい
    てプラズマ・電極間の電界強度が一定となるようにコン
    トロールして上記電極に所望の電圧波形を印加する手段
    とを具備するように構成したことを特徴とするドライエ
    ツチング装置。
JP58234319A 1983-12-14 1983-12-14 ドライエツチング方法および装置 Granted JPS60126832A (ja)

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