WO2010055862A1 - プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置 - Google Patents
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- H01L21/76229—Concurrent filling of a plurality of trenches having a different trench shape or dimension, e.g. rectangular and V-shaped trenches, wide and narrow trenches, shallow and deep trenches
Definitions
- the present invention relates to a plasma etching method and a plasma etching apparatus, and more particularly to a plasma etching method and a plasma etching apparatus capable of performing plasma etching with the same depth and the same shape regardless of the etching pattern density.
- an STI Shallow Trench Isolation
- a groove is formed by anisotropic etching on the surface of a silicon substrate (semiconductor wafer), the trench is filled with an insulator such as silicon oxide, and the buried insulator is flattened. This is a method of separating the element with an insulating material.
- the STI process is advantageous in that the lateral width is small and further miniaturization is possible compared to LOCOS (Local Oxidation of Silicon) which is another element isolation technique.
- the groove forming step in the STI process will be described with reference to FIG.
- an insulating film such as a thin oxide film (SiO 2 ) or a nitride film (SiN) on a silicon substrate (semiconductor wafer) 211
- the insulating film is photolithography and etched as shown in FIG.
- an etching mask 212 used for etching the semiconductor wafer 211.
- the semiconductor wafer 211 is etched using the etching mask 212 to form shallow grooves.
- an etching gas is activated by plasma, and the semiconductor wafer 211 on which the etching mask 212 is formed is exposed to the activated etching gas, thereby etching the semiconductor wafer 211 to obtain a predetermined value. Form a pattern.
- a method for generating plasma there are an ECR (Electron Cyclotron Resonance) method, a parallel plate method, and the like, but even in a high vacuum state where the pressure is relatively low, such as about 0.1 mTorr (13.3 mPa) to several tens of mTorr (several Pa). Since a plasma can be stably generated, a microwave plasma apparatus using a microwave system that generates high-density plasma using a microwave is widely used. In particular, since the electron temperature is low and the plasma density is excellent even though the plasma density is high, it is possible to perform etching uniformly while reducing damage to the substrate to be processed. Antenna) A plasma etching apparatus of a microwave plasma system is used (for example, see Patent Document 1).
- the bottom surface of the groove does not become flat, the center rises from the end of the bottom surface of the groove (for example, Ts shown in FIG. 1B), and becomes a convex bottom surface (sub-trench shape).
- the main cause of this sub-trench shape is the adhesion of etching reaction products.
- the flow rate of the etching gas and the exhaust amount of the processing container have to be increased.
- the present invention has been made in view of the above points, and a plasma etching method and plasma capable of performing plasma etching that provides the same depth and the same shape regardless of the etching pattern density without increasing the flow rate of the etching gas and the exhaust amount of the processing container.
- An etching apparatus is provided.
- a processing container in which a ceiling part is opened and the inside thereof is evacuated, a mounting table on which an object to be processed provided in the processing container is placed, and an opening in the ceiling part
- a microwave transmission plate made of a dielectric material that is hermetically attached and transmits microwaves, a microwave generator for generating microwaves of a predetermined frequency, and the microwave generator matches a rectangular waveguide
- a mode converter connected through a circuit for converting the generated microwave into a predetermined vibration mode, a coaxial waveguide that propagates the microwave of the predetermined vibration mode, and an outer conductor of the coaxial waveguide;
- a microwave supply means comprising a dielectric plate with a gas supply means for supplying a processing gas into the processing vessel
- the supply and stop of alternating current bias power to the mounting table are alternately repeated, and the alternating bias power is supplied to the total period of the alternating bias power supply period and the alternating bias power stop period.
- the AC bias power is controlled by the bias power control means so that the ratio is 0.1 or more and 0.5 or less.
- a processing container in which a ceiling part is opened and the inside of the processing container can be evacuated, a mounting table on which an object to be processed provided in the processing container is placed, and an opening in the ceiling part.
- a microwave transmission plate made of a dielectric material that is hermetically attached and transmits microwaves, a microwave generator for generating microwaves of a predetermined frequency, and the microwave generator matches a rectangular waveguide
- a mode converter connected through a circuit for converting the generated microwave into a predetermined vibration mode, a coaxial waveguide that propagates the microwave of the predetermined vibration mode, and an outer conductor of the coaxial waveguide;
- a microwave supply means comprising a dielectric plate, a gas supply means for supplying a processing gas into the processing container, an exhaust means for maintaining the inside of the processing container at a predetermined pressure, and supplying an AC bias power to the mounting table
- a plasma etching apparatus comprising bias power supply means for controlling and bias power control means for controlling AC bias power.
- the bias power control unit alternately repeats supply and stop of AC bias power to the mounting table, and supplies AC bias power to a total period of a period for supplying AC bias power and a period for stopping AC bias power.
- the AC bias power is controlled so that the ratio is 0.1 or more and 0.5 or less.
- a processing container in which the ceiling portion is opened and the inside thereof is made evacuable, a mounting table on which an object to be processed provided in the processing container is placed, and an opening in the ceiling portion.
- a microwave transmission plate made of a dielectric material that is hermetically attached and transmits microwaves, a microwave generator for generating microwaves of a predetermined frequency, and the microwave generator matches a rectangular waveguide
- a mode converter connected through a circuit for converting the generated microwave into a predetermined vibration mode, a coaxial waveguide that propagates the microwave of the predetermined vibration mode, and an outer conductor of the coaxial waveguide;
- a microwave supply means comprising a dielectric plate, a gas supply means for supplying a processing gas into
- the AC bias power is supplied alternately with the first supply power and the AC bias power is supplied with the second supply power smaller than the first supply power.
- the ratio of the period in which the AC bias power is supplied with the first supply power to the total period of the period in which the AC supply power is supplied with the first supply power and the period in which the AC bias power is supplied with the second supply power is 0.1 or more
- the AC bias power is controlled by the bias power control means so as to be 0.5 or less.
- a processing vessel in which the ceiling portion is opened and the inside thereof can be evacuated, a mounting table on which an object to be processed provided in the processing vessel is placed, and an opening in the ceiling portion.
- a microwave transmitting plate made of a dielectric material that is hermetically mounted and transmits microwaves, a microwave generator for generating microwaves of a predetermined frequency, and the microwave generator matches a rectangular waveguide
- a mode converter connected through a circuit for converting the generated microwave into a predetermined vibration mode, a coaxial waveguide that propagates the microwave of the predetermined vibration mode, and an outer conductor of the coaxial waveguide;
- a microwave supply means comprising a dielectric plate, a gas supply means for supplying a processing gas into the
- the bias power control means alternately repeats a period in which the AC bias power is supplied with the first supply power and a period in which the AC bias power is supplied with the second supply power smaller than the first supply power.
- the ratio of the period in which the AC bias power is supplied with the first supply power to the total period of the period in which the AC supply power is supplied with the first supply power and the period in which the AC bias power is supplied with the second supply power is 0.1 or more
- the AC bias power is controlled so as to be 0.5 or less.
- FIG. It is a figure for demonstrating the plasma etching method which concerns on embodiment of this invention, and is a figure which shows typically the evaluation location in the wafer W.
- FIG. It is a figure for demonstrating the plasma etching method which concerns on embodiment of this invention, and is the photograph of the cross section of the wafer W after an etching process.
- the plasma etching method which concerns on embodiment of this invention, and is a graph (the 2) which shows the duty ratio dependence of the trench shape after an etching process.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the plasma etching apparatus according to the present embodiment.
- FIG. 3 is a plan view showing a slot plate used in the plasma etching apparatus according to the present embodiment.
- the plasma etching apparatus 100 introduces microwaves into a processing chamber using a slot plate having a plurality of slots, particularly RLSA (Radial Slot Antenna) as a planar antenna, and has a low electron temperature. It is configured as an RLSA microwave plasma etching apparatus capable of generating a high-density microwave plasma.
- RLSA Random Slot Antenna
- the plasma etching apparatus 100 includes a processing vessel 101, a mounting table 105, a microwave transmission plate 28, a microwave supply means, a gas supply means, an exhaust device 24, a bias power supply means, and a bias power control means 113d.
- the microwave supply means includes a microwave generator 39, a mode converter 40, a coaxial waveguide 37 a, a shield lid 34, a slot plate 31, and a slow wave material 33.
- the gas supply means includes a first gas supply means 116 and a second gas supply means 122.
- the bias power supply means includes an AC power supply 113b.
- the processing container 101 has a cylindrical shape in which, for example, the side wall and the bottom are hermetically formed of a conductive material such as aluminum.
- the processing container 101 itself is grounded.
- the shape of the processing container 101 may not be a cylindrical shape but may be a rectangular tube shape (square shape).
- a disk-shaped mounting table 105 on which, for example, a semiconductor wafer W (hereinafter referred to as a wafer W) as a processing object is mounted is provided on the upper surface.
- the mounting table 105 includes a pedestal having a convex disk shape with an upper center portion protruding, and an electrostatic chuck 111 provided on the pedestal and having substantially the same shape as the wafer W.
- the electrostatic chuck 111 has a configuration in which an electrode 112 is interposed between insulating materials, and electrostatically holds the wafer W by Coulomb force by supplying DC power to the electrode 112 from a DC power supply 113a. Can do.
- the mounting table 105 is connected to an AC power supply 113b as a bias power supply means via a capacitor 113c.
- the frequency of the AC bias power supplied by the AC power supply 113b is mainly 13.56 MHz, but may be, for example, 800 kHz or 2 MHz.
- a baffle plate 8 having a large number of exhaust holes 8a is provided in order to exhaust the inside of the processing vessel 101 uniformly.
- an exhaust space 19 is formed so as to surround the mounting table 105, and the exhaust space 19 communicates with the exhaust device 24 via the exhaust pipe 23. The inside is exhausted uniformly.
- a temperature control medium chamber (not shown) is provided inside the mounting table 105, and the temperature of the mounting table 105 can be adjusted to a desired temperature by introducing and circulating the temperature control medium in the temperature control medium chamber. It can.
- a heat transfer medium such as He gas
- He gas is supplied to the insulating plate 103, the mounting table 105, and the electrostatic chuck 111 at a predetermined pressure (back pressure) on the back surface of the wafer W that is the object to be processed.
- a gas passage 114 is formed, and heat is transferred between the susceptor 105 and the wafer W by the heat transfer medium, and the wafer W is maintained at a predetermined temperature.
- An annular focus ring 115 is disposed at the peripheral edge of the upper end of the mounting table 105 so as to surround the wafer W mounted on the electrostatic chuck 111.
- the focus ring 115 is made of an insulating material such as ceramics or quartz, and can improve etching uniformity.
- a resistance heater as a heating means is provided in the mounting table 105, and the wafer W is heated as necessary.
- An annular gas introduction member 15 is provided on the side wall of the processing vessel 101, and a first gas supply means 116 is connected to the gas introduction member 15.
- the gas introduction member 15 may have a shower shape instead of an annular shape.
- the first gas supply means 116 has a gas supply source for supplying an arbitrary gas corresponding to the process.
- the gas supply member 117 includes an Ar gas supply source 117 and an HBr gas supply source 118, and these gases are respectively supplied via the gas line 20.
- the gas is introduced from the gas introduction member 15 into the processing container 101.
- Each gas line 20 is provided with a mass flow controller 21 and front and rear opening / closing valves 22.
- An exhaust pipe 23 is connected to the exhaust space 19, and an exhaust device 24 including a high speed vacuum pump and a pressure adjusting valve (not shown) is connected to the exhaust pipe 23 as exhaust means and pressure control means. ing.
- an exhaust device 24 including a high speed vacuum pump and a pressure adjusting valve (not shown) is connected to the exhaust pipe 23 as exhaust means and pressure control means. ing.
- the gas supplied into the processing container 101 is uniformly discharged into the exhaust space 19 and exhausted through the exhaust pipe 23.
- the inside of the processing vessel 101 is depressurized at a high speed to a predetermined degree of vacuum, for example, 0.133 Pa, and the pressure is controlled by the pressure regulating valve.
- a loading / unloading port 25 for loading / unloading the wafer W and the dummy wafer Wd to / from a transfer chamber (not shown) adjacent to the plasma etching apparatus 100, and the loading / unloading port 25 are opened and closed.
- a gate valve 26 is provided on the side wall of the processing vessel 101.
- the processing container 101 has an opening that opens upward, and a ring-shaped support 27 is provided along the periphery of the opening.
- a microwave transmitting plate 28 made of a dielectric material such as quartz, Al 2 O 3 , AlN or the like and transmitting microwaves is airtightly attached to the support portion 27 via a seal member 29. Thereby, the inside of the processing container 101 is kept airtight.
- the support part 27 is formed, for example with Al alloy or stainless steel.
- a disk-shaped slot plate 31 is provided on the upper surface of the microwave transmission plate 28.
- the slot plate 31 may have a square plate shape (square shape).
- the slot plate 31 is attached to the processing container 101 with the peripheral edge of the slot plate 31 being supported by the upper edge of the peripheral edge of the processing container 101.
- the slot plate 31 is made of a copper plate, a Ni plate or an aluminum plate, and the surface thereof is plated with, for example, silver or gold.
- the slot plate 31 is formed with a large number of microwave radiation holes 32 and through holes 32 a that penetrate the slot plate 31.
- the microwave radiation hole 32 has a long groove (slot) shape, and typically two adjacent microwave radiation holes 32 are arranged in a “T” shape.
- the plurality of microwave radiation holes 32 are arranged concentrically.
- the microwave radiation holes 32 are not concentric, but may be arranged in a spiral shape or a radial shape, for example, and may be arranged in other shapes such as a circle or an arc.
- the through-hole 32a is formed substantially at the center of the slot plate 31 in order to form a gas passage 68 from a gas inlet 69 to be described later to an upper space of the wafer W in the processing chamber 101.
- the mode converter 40 is connected to a microwave generator 39 that generates a microwave having a predetermined frequency via the rectangular waveguide 37b and the matching circuit 38.
- the mode converter 40 converts the microwave vibration mode generated by the microwave generator 39 into a predetermined vibration mode.
- the coaxial waveguide 37a propagates microwaves having a predetermined vibration mode.
- the shield lid 34 as a housing is made of a conductor and is connected to the outer conductor 37c of the coaxial waveguide 37a. Further, the central conductor 41 of the coaxial waveguide 37 a is connected to the central portion of the slot plate 31.
- a slow wave material 33 as a dielectric plate having a dielectric constant larger than that of vacuum is provided.
- the slow wave material 33 has a function of shortening the wavelength of the microwave because the wavelength of the microwave becomes longer in vacuum.
- the slot plate 31 and the microwave transmission window 28 may be in close contact with each other, and the slow wave material 33 and the slot plate 31 may be in close contact with each other.
- a shield lid 34 made of a metal material such as aluminum or stainless steel is provided so as to cover the slot plate 31 and the slow wave material 33. That is, the slow wave material 33 is provided between the slot plate 31 and the shield cover 34.
- the upper surface of the processing container 101 and the shield lid 34 are sealed by a seal member 35.
- a plurality of cooling water flow paths 34 a are formed in the shield lid 34, and the slot plate 31, the microwave transmission plate 28, the slow wave material 33, and the shield lid 34 are cooled by flowing cooling water therethrough. be able to.
- the shield lid 34 is grounded.
- An opening 36 is formed at the center of the upper wall of the shield lid 34, and a waveguide 37 is connected to the opening 36.
- the microwave generator 39 is connected to the end of the waveguide 37 via the matching circuit 38.
- a microwave having a frequency of 2.45 GHz generated by the microwave generator 39 is propagated to the slot plate 31 via the waveguide 37.
- the frequency of the microwave generated by the microwave generator 39 may be 8.3 GHz, 1.98 GHz, or the like.
- the waveguide 37 includes a coaxial waveguide 37a having a circular cross section extending upward from the opening 36 of the shield lid 34, and a rectangular waveguide 37b connected to the upper end of the coaxial waveguide 37a. And have.
- the mode converter 40 between the rectangular waveguide 37b and the coaxial waveguide 37a has a function of converting a microwave TE mode propagating in the rectangular waveguide 37b into a TEM mode.
- a central conductor 41 extends in the center of the coaxial waveguide 37a, and the central conductor 41 is connected to the center of the slot plate 31 at the lower end thereof.
- the microwave reaches the slow wave material 33 through the space inside the coaxial waveguide 37 a and outside the central conductor 41, and the slow wave interposed between the shield lid 34 and the slot plate 31. It propagates radially in the material 33 and propagates toward the microwave transmitting plate 28 through the microwave radiation holes 32 provided in the slot plate 31.
- an outer conductor 37c extends outside the coaxial waveguide 37a, and the outer conductor 37c is connected and fixed to a shield lid 34, which is a conductor, at a lower portion thereof.
- the second gas supply means 122 which is another gas supply system, is provided in addition to the first gas supply means 116 connected to the gas introduction member 15, the second gas supply means 122, which is another gas supply system.
- the second gas supply means 122 is a gas passage formed so as to penetrate the central conductor 41, the slot plate 31, and the microwave transmission plate 28 of the coaxial waveguide 37a and communicate with the processing vessel 101. 68. That is, the gas passage 68 is defined in the shield cover 34 by the central conductor 41 of the coaxial waveguide 37 a that is inserted into the opening 36 of the shield cover 34 and connected to the slot plate 31. .
- the gas inlet 69 formed at the upper end portion of the center conductor 41 is connected to a second gas supply means 122 having an on-off valve 70, a mass flow controller 71, etc. interposed therebetween.
- a desired gas can be supplied while controlling the flow rate.
- Each component of the plasma etching apparatus 100 is connected to and controlled by the process controller 50.
- a user interface 51 including a keyboard for a command input by a process manager to manage the plasma etching apparatus 100, a display for displaying the operating status of the plasma etching apparatus 100, and the like. Yes.
- the process controller 50 stores a control program (software) for realizing various processes executed by the plasma etching apparatus 100 under the control of the process controller 50, and recipes to which processing condition data and the like are wired.
- a storage unit 52 is connected.
- recipes such as control programs and processing condition data may be stored in a computer-readable storage medium such as a CD-ROM, a hard disk, a flexible disk, a flash memory, etc., from the storage medium, or from another device, For example, it may be stored in the storage unit 52 via a dedicated line.
- FIG. 2 a plasma etching method using the plasma etching apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 2, FIG. 4A, FIG. 4B and FIG.
- the semiconductor wafer W is accommodated in the processing container 101 through the gate valve 26 by the transfer arm (not shown), and the wafer W is moved by moving the lifter pins (not shown) up and down.
- the wafer W is placed on the upper surface of 105 and electrostatically held by the electrostatic chuck 111.
- a patterned etching mask 12 has already been formed on the upper surface of the wafer W (substrate 11) as shown in FIG.
- the etching mask 12 is made of a SiO 2 or SiN film, and the width of the trench is set to 65 nm or less, for example.
- 5A and 5B, D1 and D2 mean regions having a high pattern density in the etching mask 12, and I1 and I2 denote regions having a low pattern density in the etching mask 12, respectively. means.
- the wafer W is thereby maintained at a predetermined process temperature.
- the inside of the processing vessel 101 is maintained at a predetermined process pressure, for example, a pressure in the range of 0.01 to several Pa, and the gas introduction member 15 of the first gas supply unit 116 and the gas passage 68 of the second gas supply unit 122 are set.
- An etching gas for example, HBr gas
- a plasma gas for example, Ar gas
- the inside of the processing vessel 101 is maintained at a predetermined process pressure by the exhaust device 24.
- a microwave of TE mode having a frequency of 2.45 GHz is generated by the microwave generator 39, propagates through the matching circuit 38 and the rectangular waveguide 37b, and reaches the mode converter 40, where TE mode is converted to TEM mode.
- the TEM mode microwave propagates through the coaxial waveguide 37 a and reaches the slow wave material 33 through the space between the center conductor 41 and the outer conductor 37 c.
- the wavelength of the microwave is shortened by the slow wave material 33 and the microwave is transmitted through the microwave transmission plate 28 from the microwave radiation hole 32 of the slot plate 31 while propagating radially through the slow wave material 33.
- a processing space (plasma space) SP below the slot plate 31.
- the bias power control unit 113 d supplies AC bias power to the mounting table 105 by the AC power source 113 b as bias power supply unit.
- the ratio of the time during which the AC power supply 113b supplies the AC bias power to the mounting table 105 with respect to the total time of the time and the time when the AC power supply 113b limits or stops the AC bias power to the mounting table 105 is 0.5 or less.
- the AC bias power of the AC power supply 113b is controlled.
- the time during which the AC power supply 113b supplies AC bias power is referred to as ON time
- the time during which the AC power supply 113b limits or stops AC bias power is referred to as OFF time.
- the bias power control unit 113d promotes the etching of the wafer W by supplying the AC bias power P1 to the mounting table 105 from the AC power source 113b as the bias power supply unit during the ON time T1 (FIG. 4A).
- the AC bias power P1 first supply power
- the AC bias power P2 second supply power
- the AC power supply 113b is controlled so that the process of preventing the etching of the wafer W is alternately repeated by supplying or stopping the supply of the AC bias power P1.
- Such control is performed such that the duty ratio, which is the ratio (T1 / (T1 + T2)) of the ON time T1 to the total time (T1 + T2) of the ON time T1 and the OFF time T2, is 0.5 or less. That is, as shown in FIG. 4A, T1 ⁇ T2 holds.
- the conventional STI process cannot be etched with the same depth and shape regardless of the pattern density, and a sub-trench shape is formed at the bottom of the trench.
- the main cause of the problem is that a reaction product generated by etching adheres to the silicon substrate (semiconductor wafer). Therefore, the main effect of the plasma etching method according to the present embodiment is achieved by sequentially exhausting the reaction products so that the reaction products generated by etching do not adhere to the silicon substrate (semiconductor wafer).
- the bias power control means 113d controls the AC power supply 113b to supply the AC bias power P1 to the mounting table 105 during the ON time T1 shown in FIG. 4A.
- the ON time T1 the etching process of the wafer W is promoted as shown in FIG. 4B (a). Further, the reaction product R generated by the reaction between the substrate and the etching gas increases between the plasma space SP and the wafer W.
- the bias power control means 113d supplies the AC bias power P1 supplied from the AC power supply 113b to the mounting table 105 to the AC bias power P2 smaller than P1 during the OFF time T2 shown in FIG. Does not supply bias power.
- the OFF time T2 as shown in FIG.
- the etching process is hindered. Further, the reaction product R is reduced because it is exhausted to the exhaust device by supplying the etching gas and the plasma gas and exhausting the exhaust device.
- CW bias continuous wave bias
- reaction products that are not exhausted but remain in the plasma space SP are dissociated by the plasma and become etching species (etchants) on the wafer W. , And adheres (deposits) on the wafer W.
- the reaction product R decreases during the OFF time T2
- the amount of the deposit can be reduced. Therefore, regardless of the pattern density of the etching mask, the etching can be performed while keeping the etching rate and the sub-trench ratio constant regardless of the central portion and the peripheral portion of the wafer W.
- the duty ratio (T1 / (T1 + T2)) since the reaction product R generated during the ON time T1 is reduced during the OFF time T2, the duty ratio (T1 / (T1 + T2)) must be controlled to be shorter than a predetermined value. . As a result of performing measurement and evaluation described later, it was found that the above-described effects are exhibited if the duty ratio (T1 / (T1 + T2)) is 0.5 or less.
- a method of increasing the supply amount of the etching gas and the plasma gas and increasing the exhaust amount for exhausting the inside of the processing vessel A method of preventing adhesion by adding an oxygen-based or fluorine-based gas to an etching gas such as HBr or Cl 2 as an etching gas is also conceivable.
- the method of increasing the gas supply amount of the etching gas and the plasma gas and increasing the exhaust amount for exhausting the inside of the processing vessel requires an increase in gas consumption, and makes the exhaust device large. There is a problem that the manufacturing cost of the semiconductor device is increased and the environmental load is increased because the power consumption of the exhaust device must be increased.
- the method of adding an oxygen-based or fluorine-based gas to an etching gas such as HBr or Cl 2 as an etching gas increases the type and amount of the gas used, thereby increasing the manufacturing cost of the semiconductor device and reducing the environmental load. There is a problem of increasing.
- the etching pattern density is not affected.
- Plasma etching can be performed with the same depth and the same shape. (Duty ratio dependency)
- the duty ratio dependence of the trench shape when using the plasma etching method according to the present embodiment is evaluated by actually forming the trench by performing the plasma etching method and measuring the shape of the trench. Therefore, the evaluation results will be described with reference to FIGS.
- Etching conditions other than the duty ratio are as follows.
- the plasma gas was Ar
- the etching gas was HBr
- the Ar / HBr flow ratio was 850/300 sccm.
- the pressure in the processing container was 100 mTorr.
- the AC bias power at the ON time T1 was 200 W
- the AC bias power at the OFF time T2 was 0 W.
- the substrate temperature was 60 ° C.
- the repetition frequency for alternately repeating the ON time T1 and the OFF time T2 was 10 Hz. That is, the total time T1 + T2 was set to 100 msec.
- FIG.7 (a) and FIG.7 (b) the cross section in the center part C of the wafer W after etching the wafer W in duty ratio 0.5, 0.7 is shown to Fig.7 (a) and FIG.7 (b), respectively.
- D2 corresponds to a region D2 having a high pattern density in the etching mask 12 shown in FIG. 5B
- I2 is an etching mask shown in FIG. 5B.
- 12 corresponds to the region I2 where the low pattern density is shaken. Further, as shown in FIG.
- the taper angle is an angle ⁇ t that a plane connecting the end portion of the bottom surface of the groove (trench) and the opening end of the top surface forms a horizontal plane.
- the sub-trench ratio Rst and the taper angle ⁇ t are defined, and the duty ratio is changed in the range of 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, and 1.0.
- the trench shape in this case is shown in FIGS. 8A and 8B.
- the duty ratio of 1.0 corresponds to continuous wave bias control (CW control) rather than pulse wave bias control (PW control).
- FIGS. 8A (a) and 8A (b) show the duty ratio dependence of the sub-trench ratio in a region where the pattern density is high and a region in the etching mask, respectively.
- FIGS. 8B (c) and 8B (d) show the duty ratio dependency of the taper angle in the regions where the pattern density is high and low in the etching mask.
- the duty ratio is 0.5 or less regardless of the pattern density in the etching mask and regardless of the central portion or the peripheral portion of the wafer W.
- the sub-trench ratio is 0.05 or less, that is, substantially zero.
- the duty ratio is 0.5 regardless of the pattern density in the etching mask and regardless of the central portion or the peripheral portion of the wafer W.
- the taper angle is 85 ° or more, and particularly in the range where the duty ratio is 0.3 or more and 0.5 or less, the taper angle is 86 ° or more, that is, approximately 90 °.
- the duty ratio is 0.5 or less, particularly preferably the duty ratio is 0.3 or more and 0.5. In the following range, the sub-trench ratio decreases and the taper angle increases.
- FIG. 9 shows etching rates when the duty ratio is changed to 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, and 1.0.
- FIG. 9A shows the ratio of the etching rate Rd in a region having a high pattern density in the etching mask to the etching rate Ri in a region having a low pattern density in the etching mask.
- FIG. 9B shows the ratio of the etching rate Rc at the center of the wafer W to the etching rate Re at the peripheral edge of the wafer W.
- the etching rates are equal.
- the duty ratio with respect to the total time T1 + T2 of the ON time T1 is controlled to 0.5 or less, so that the etching mask can be used in any part of the center and the peripheral portion of the wafer. Regardless of the pattern density, the etching rate can be kept substantially constant, and at the same time, the sub-trench ratio and the taper angle can be kept substantially constant. (Repetition frequency dependence) Next, the repetition frequency dependence of the trench shape when the plasma etching method according to the present embodiment is used will be described with reference to FIGS. 10A and 10B.
- Etching conditions other than the repetition frequency are as follows.
- the plasma gas was Ar
- the etching gas was HBr
- the Ar / HBr flow ratio was 850/300 sccm.
- the pressure in the processing container was 10 mTorr.
- the AC bias power at the ON time T1 was 1800 W
- the AC bias power at the OFF time T2 was 200 W.
- the substrate temperature was 60 ° C.
- the duty ratio (T1 / (T1 + T2)) between the ON time T1 and the OFF time T2 was set to 0.5.
- FIGS. 10A and 10B show the repetition frequency dependency of the trench shape when the repetition frequency is changed to 1 Hz, 10 Hz, 100 Hz, and 200 Hz.
- 10A (a) and 10A (b) show the repetition frequency dependence of the sub-trench ratio in a region having a high pattern density and a region having a low pattern density in the etching mask, respectively.
- FIGS. 10B (c) and 10B (d) show the repetition frequency dependence of the taper angle in a region having a high pattern density and a region having a low pattern density in the etching mask.
- the repetition frequency is in the range of 1 Hz or more and 200 Hz or less regardless of the pattern density and regardless of the central portion or the peripheral portion of the wafer W.
- the sub-trench ratio is 0.1 or less, particularly 0.05 or less, that is, approximately 0, in the range where the repetition frequency is in the vicinity of 10 Hz.
- the repetition frequency is in the range of 1 Hz to 200 Hz regardless of the pattern density and regardless of the central portion or the peripheral portion of the wafer W.
- the taper angle is 85 ° or more, and particularly in the range where the repetition frequency is around 10 Hz, the taper angle is 86 ° or more, that is, approximately 90 °.
- 10A (a) to 10B (d) have a duty ratio of 0.5 or more and CW (continuous wave bias control mode), and a repetition frequency of 1 Hz to 200 Hz, particularly preferably a repetition frequency of 10 Hz. In the vicinity range, the sub-trench ratio decreases and the taper angle increases.
- the repetition frequency of alternately repeating the ON time and the OFF time is set to 1 Hz or more and 200 Hz or less, more preferably in the vicinity of 10 Hz. Even in this place, the sub-trench ratio and the taper angle can be kept substantially constant regardless of the pattern density in the etching mask. (Pressure dependence) Next, the dependency of the trench shape on the pressure in the processing container when the plasma etching method according to the present embodiment is used will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
- Etching conditions other than the pressure in the processing container are as follows.
- the plasma gas was Ar
- the etching gas was HBr
- the Ar / HBr flow ratio was 850/300 sccm.
- the AC bias power at the ON time T1 was 200 W
- the AC bias power at the OFF time T2 was 0 W.
- the substrate temperature was 60 ° C.
- the duty ratio (T1 / (T1 + T2)) between the ON time T1 and the OFF time T2 was set to 0.5.
- the repetition frequency for alternately repeating the ON time T1 and the OFF time T2 was 10 Hz.
- FIG. 11 shows the pressure dependency of the trench shape when the pressure in the processing vessel is changed in the range of 25 mTorr to 100 mTorr.
- FIGS. 11A and 11B show the pressure dependence of the sub-trench ratio and the taper angle, respectively.
- FIG. 11A and FIG. 11B each show the pressure dependence in the case of CW (continuous wave) bias control for comparison.
- the sub-trench ratio is 0.25 in the pressure range of 25 mTorr or more and 100 mTorr or less regardless of the pattern density and regardless of the central portion or the peripheral portion of the wafer W.
- the sub-trench ratio is smaller than that of CW (continuous wave) bias control.
- the taper angle is 84 ° in the range of the pressure from 25 mTorr to 100 mTorr regardless of the pattern density and regardless of the central portion or the peripheral portion of the wafer W.
- the taper angle is larger than that of CW (continuous wave) bias control.
- FIG. 12A shows a cross-sectional view after trench formation for explaining the definition of the side etch width.
- FIG. 12B shows the pressure dependence of the normalized side etch width obtained by normalizing the side etching width B in FIG. 12A with the wall width A between the trenches.
- the standardized side etch width becomes 0.3 or more, which is also shown in FIG.
- the trench sidewalls are shown to be relatively large.
- the plasma-activated etching gas molecules (and / or radicals) are less likely to lose activity due to the long mean free path, and isotropic etching that etches the sidewalls of the trench also in the lateral direction. It seems that it has been promoted.
- the normalized side etch width is 0.1 or less, that is, substantially 0, when the pressure in the processing container is in the range of 40 mTorr to 130 mTorr.
- the side etch width is also considered as a criterion for determining the trench shape, a trench having a more suitable shape can be formed by setting the pressure to 40 mTorr or more and 130 mTorr or less.
- the pressure is set at a relatively high pressure of 70 mTorr or higher, the electron temperature on the wafer is sufficiently lowered, the active radical density is lowered, the reaction product can be prevented from re-dissociation, and the etching shape deteriorates during the OFF time. It is possible to prevent the reaction product from adhering.
- the sub-trench ratio and the taper angle show almost no pressure dependence and have almost the same value as the value at the pressure of 100 mTorr. This is considered to be because, in a pressure range higher than 100 mTorr, for example, plasma can exist stably even at several Torr.
- the etching width shows almost no pressure dependency and has almost the same value as the pressure at 130 mTorr. This is because the activated etch gas molecules are moderately lost in the higher pressure range due to the short mean free path, so that the side etch width is almost zero, while the plasma is even at a few Torr, for example.
- the pressure in the processing vessel may be 40 mTorr or more, preferably 70 mTorr, more preferably 70 mTorr or more and 130 mTorr or less.
- the etching is performed by supplying the microwave power radiated from the RLSA into the processing container supplied with the etching gas and the plasma gas.
- the RLSA microwave plasma method can generate plasma in a wider pressure range than other plasma excitation methods such as an ECR plasma method and a CCP (CapacitivelyitiveCoupled Plasma) plasma method. Therefore, according to the plasma etching method according to the present embodiment, processing can be performed more stably at a high pressure of 40 mTorr or more. Thereby, it is also possible to reduce the power consumption of the exhaust device 24 which is an exhaust means and a pressure control means.
- the pressure is set to 40 mTorr or more, preferably 70 mTorr, more preferably 70 mTorr to 130 mTorr. Regardless of the pattern density, the sub-trench ratio and the taper angle can be kept substantially constant, and at the same time, the side etch width can be made close to zero. (Depending on gas flow rate) Next, the gas flow dependency of the plasma gas and the etching gas in the trench shape when the plasma etching method according to the present embodiment is used will be described with reference to FIG.
- FIG. 13 is a diagram for explaining the plasma etching method according to the present embodiment, and is a graph showing the gas flow rate dependency of the trench shape after the etching process.
- Etching conditions other than the pressure in the processing container are as follows.
- the plasma gas was Ar and the etching gas was HBr.
- the pressure in the processing container was 100 mTorr.
- the AC bias power at the ON time T1 was 200 W, and the AC bias power at the OFF time T2 was 0 W.
- the substrate temperature was 60 ° C.
- the duty ratio (T1 / (T1 + T2)) between the ON time T1 and the OFF time T2 was set to 0.5.
- the repetition frequency for alternately repeating the ON time T1 and the OFF time T2 was 10 Hz.
- FIG. 13 shows the flow rate dependence of the trench shape when changed in the range of).
- FIGS. 13A and 13B show the pressure dependency of the sub-trench ratio and the taper angle, respectively.
- FIGS. 13A and 13B show the flow rate dependency in the case of CW (continuous wave) bias control for comparison.
- the sub-trench ratio is 0 in the range where the total flow rate is not less than 575 sccm and not more than 2300 sccm regardless of the etching pattern density and regardless of the central portion or the peripheral portion of the wafer W. .5 or less, especially in the vicinity of the total flow rate of 1150 sccm, the sub-trench ratio becomes 0.05 or less, and the sub-trench ratio becomes smaller than that of CW (continuous wave) bias control. Further, as shown in FIG.
- the taper angle is within a range where the total flow rate is 575 sccm or more and 2300 sccm or less regardless of the etching pattern density and regardless of the central portion or the peripheral portion of the wafer W.
- the taper angle is greater than or equal to 84 °, that is, approximately 90 °, particularly in the vicinity of the total flow rate of 1150 sccm, and the taper angle is larger than CW (continuous wave) bias control.
- the gas flow rate of plasma gas is 425 sccm or more and 1700 sccm or less
- the gas flow rate of etching gas (HBr gas) is 150 sccm or more and 600 sccm or less
- plasma gas ( Ar gas) gas flow rate is close to 850 sccm
- etching gas (HBr gas) gas flow rate is close to 300 sccm, so that the sub-trench can be obtained regardless of the etching pattern density at any of the central portion and the peripheral portion of the wafer.
- the ratio and the taper angle can be kept substantially constant.
- a microwave transmission plate formed of a dielectric material that transmits microwaves, a slot plate formed on the transmission plate and formed of a dielectric material having a plurality of through holes The object to be processed is mounted on a mounting table provided in a processing container capable of depressurization having a dielectric plate formed on the slot plate and formed of a dielectric. Supplying an etching gas into the processing vessel; Maintaining a predetermined pressure in the processing vessel; A microwave having a predetermined frequency is transmitted through the dielectric plate, the slot plate, and the microwave transmission plate in this order and introduced into the processing container, and plasma is generated in the processing container.
- the first period and the second period are repeated so that the ratio of the first period to the total period falls within the range of 0.1 to 0.5, and the AC is applied to the mounting table.
- a plasma etching method is provided that provides a bias.
- the first period and the second period may be repeated at a repetition frequency in a range from 1 Hz to 200 Hz.
- the second power may be zero in the step of supplying the AC bias.
- the predetermined pressure is preferably 40 mTorr or more, and more preferably 70 mTorr or more.
- the plasma etching method of any of the above aspects may further include a step of supplying a plasma gas.
- the supply amount of the plasma gas is preferably 1700 sccm or less.
- the supply amount of the etching gas is preferably 600 sccm or less.
- the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed.
- the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to an LCD substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, and the like.
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Abstract
処理容器と、載置台と、マイクロ波供給手段と、ガス供給手段と、排気装置と、載置台に交流バイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、交流バイアス電力を制御するバイアス電力制御手段とを備えるプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法であって、バイアス電力制御手段は、交流バイアス電力の載置台への供給と停止を交互に繰り返し、交流バイアス電力を供給する期間と、交流バイアス電力を停止する期間との合計期間に対する交流バイアス電力を供給する期間の比が０．１以上０．５以下になるように、交流バイアス電力を制御する。
Description
本発明は、プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に係り、特にエッチングパターン密度に因らず同じ深さと同じ形状でプラズマエッチングすることのできるプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。
近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化されている。チップ内に多数の半導体素子を形成する際、個々の半導体素子同士が互いに好ましくない影響を及ぼさないよう電気的に分離しなくてはならない。この半導体素子を分離する素子分離構造を形成するための素子分離技術として、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation：浅溝素子分離）プロセスが知られている。ＳＴＩプロセスとは、シリコン基板（半導体ウェハ）の表面に異方性エッチングによって溝（トレンチ）を形成し、トレンチを酸化シリコンなどの絶縁物で埋め込み、埋め込んだ絶縁物を平坦化し、このように形成した絶縁物で素子を分離する方法である。ＳＴＩプロセスは、他の素子分離技術であるＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon：選択酸化分離）に比べ、横幅が小さく、更なる微細化が可能という点で有利である。
図１を参照しつつ、ＳＴＩプロセスにおける溝形成ステップを説明する。まず、シリコン基板（半導体ウェハ）２１１に薄い酸化膜（ＳｉＯ２）又は窒化膜（ＳｉＮ）等の絶縁膜を形成した後、図１（ａ）に示すように、この絶縁膜をフォトリソグラフィ及びエッチングによってパターン化し、半導体ウェハ２１１のエッチングに使用されるエッチングマスク２１２を得る。次に、図１（ｂ）に示すように、エッチングマスク２１２を用いて半導体ウェハ２１１をエッチングし、浅い溝を形成する。
このエッチング処理においては、一般的に、エッチングガスをプラズマによって活性化し、エッチングマスク２１２の形成された半導体ウェハ２１１を、活性化されたエッチングガスに晒すことによって、半導体ウェハ２１１をエッチングして所定のパターンを形成する。
プラズマを発生する方式としては、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）方式、平行平板方式等があるが、０．１ｍＴｏｒｒ（１３．３ｍＰａ）～数１０ｍＴｏｒｒ（数Ｐａ）程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることから、マイクロ波を用いて高密度プラズマを発生するマイクロ波方式を用いたマイクロ波プラズマ装置が広く使用されている。特に、プラズマ密度が高いにもかかわらず電子温度が低く、かつプラズマ密度の均一性に優れているため、被処理基板に対するダメージを低減しつつ均一にエッチングすることができることから、ＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）マイクロ波プラズマ方式のプラズマエッチング装置が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
この際、必要に応じて半導体ウェハを載置する載置台に所定のＲＦ（Radio Frequency）周波数の高周波電力を交流バイアス電力として印加すれば、プラズマによって発生したイオンを半導体ウェハの表面へ引き込むことができるため、エッチングを効率的に行うことができる（例えば、特許文献２参照。）。
ところが、上記のプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を用いて、半導体ウェハに溝（トレンチ）を形成する場合、次のような問題があった。
半導体ウェハ上には、幅が狭い溝（トレンチ）が密集して形成されるべき「高密度」用域（例えば図１（ａ）に示すＤの部分）と、幅が広い溝（トレンチ）が形成される「低密度」領域（例えば図１（ａ）に示すＩの部分）がある。高密度領域でのエッチング形状と、低密度領域でのエッチング形状とが互いに異なる（パターン密度による形状差）という問題があった。
特に、溝（トレンチ）の底面が平坦にならず、溝の底面の端部（例えば図１（ｂ）に示すＴｓ）よりも中心が盛り上がり、凸状の底面（サブトレンチ形状）になってしまう傾向があるが、このような傾向は低いパターン密度を有する領域で顕著になるという問題があった。
このサブトレンチ形状の主な原因としては、エッチング反応生成物の付着が挙げられる。このような付着を防止するために、エッチングガスの流量及び処理容器の排気量を増やさなければならないという問題があった。
さらに、数１０ｍＴｏｒｒ以下の比較的低い圧力領域においては、溝（トレンチ）のトレンチ幅がトレンチの上端におけるトレンチ幅より広くなる、いわゆるサイドエッチが発生しやすく、形状制御性が悪いという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされ、エッチングガスの流量及び処理容器の排気量を増やすことなく、エッチングパターン密度に因らず同じ深さと同じ形状をもたらすプラズマエッチングが可能なプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提供する。
本発明の第１の態様は、天井部が開口されて内部が真空排気可能になされた処理容器と、処理容器内に設けられた被処理体を載置する載置台と、天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体で作製されるマイクロ波透過板と、所定の周波数のマイクロ波を発生するためのマイクロ波発生装置と、マイクロ波発生装置が矩形導波管とマッチング回路を介して接続され、発生したマイクロ波を所定の振動モードに変換するためのモード変換器と、所定の振動モードのマイクロ波を伝播する同軸導波管と、同軸導波管の外部導体と接続する導電体の筐体と、マイクロ波透過板の上面に設けられ、同軸導波管の中心導体がその中心部に接続される、複数の貫通孔を有する導電体からなるスロット板と、スロット板と筐体の間に設けられた誘電体板とからなるマイクロ波供給手段と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
処理容器内を所定の圧力に保持する排気手段と、載置台に交流バイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、交流バイアス電力を制御するバイアス電力制御手段とを備えるプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法を提供する。このプラズマエッチング方法では、交流バイアス電力の載置台への供給と停止を交互に繰り返し、交流バイアス電力を供給する期間と、交流バイアス電力を停止する期間との合計期間に対する交流バイアス電力を供給する期間の比が０．１以上０．５以下になるように、バイアス電力制御手段により交流バイアス電力が制御される。
処理容器内を所定の圧力に保持する排気手段と、載置台に交流バイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、交流バイアス電力を制御するバイアス電力制御手段とを備えるプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法を提供する。このプラズマエッチング方法では、交流バイアス電力の載置台への供給と停止を交互に繰り返し、交流バイアス電力を供給する期間と、交流バイアス電力を停止する期間との合計期間に対する交流バイアス電力を供給する期間の比が０．１以上０．５以下になるように、バイアス電力制御手段により交流バイアス電力が制御される。
本発明の第２の態様は、天井部が開口されて内部が真空排気可能になされた処理容器と、処理容器内に設けられた被処理体を載置する載置台と、天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体で作製されるマイクロ波透過板と、所定の周波数のマイクロ波を発生するためのマイクロ波発生装置と、マイクロ波発生装置が矩形導波管とマッチング回路を介して接続され、発生したマイクロ波を所定の振動モードに変換するためのモード変換器と、所定の振動モードのマイクロ波を伝播する同軸導波管と、同軸導波管の外部導体と接続する導電体の筐体と、マイクロ波透過板の上面に設けられ、同軸導波管の中心導体がその中心部に接続される、複数の貫通孔を有する導電体からなるスロット板と、スロット板と筐体の間に設けられた誘電体板とからなるマイクロ波供給手段と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理容器内を所定の圧力に保持する排気手段と、載置台に交流バイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、交流バイアス電力を制御するバイアス電力制御手段とを備えたプラズマエッチング装置を提供する。バイアス電力制御手段は、交流バイアス電力の載置台への供給と停止を交互に繰り返し、交流バイアス電力を供給する期間と交流バイアス電力を停止する期間との合計期間に対する交流バイアス電力を供給する期間の比が０．１以上０．５以下になるように、交流バイアス電力を制御する。
本発明の第３の態様は、天井部が開口されて内部が真空排気可能になされた処理容器と、処理容器内に設けられた被処理体を載置する載置台と、天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体で作製されるマイクロ波透過板と、所定の周波数のマイクロ波を発生するためのマイクロ波発生装置と、マイクロ波発生装置が矩形導波管とマッチング回路を介して接続され、発生したマイクロ波を所定の振動モードに変換するためのモード変換器と、所定の振動モードのマイクロ波を伝播する同軸導波管と、同軸導波管の外部導体と接続する導電体の筐体と、マイクロ波透過板の上面に設けられ、同軸導波管の中心導体がその中心部に接続される、複数の貫通孔を有する導電体からなるスロット板と、スロット板と筐体の間に設けられた誘電体板とからなるマイクロ波供給手段と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理容器内を所定の圧力に保持する排気手段と、載置台に交流バイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、交流バイアス電力を制御するバイアス電力制御手段とを備えるプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法を提供する。このプラズマエッチング方法では、交流バイアス電力を第一の供給電力で供給する期間と、交流バイアス電力を第一の供給電力より小さい第二の供給電力で供給する期間とを交互に繰り返し、交流バイアス電力を第一の供給電力で供給する期間と、交流バイアス電力を第二の供給電力で供給する期間との合計期間に対する交流バイアス電力を第一の供給電力で供給する期間の比が０．１以上０．５以下になるように、バイアス電力制御手段により交流バイアス電力が制御される。
本発明の第４の態様は、天井部が開口されて内部が真空排気可能になされた処理容器と、処理容器内に設けられた被処理体を載置する載置台と、天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体で構成されるマイクロ波透過板と、所定の周波数のマイクロ波を発生するためのマイクロ波発生装置と、マイクロ波発生装置が矩形導波管とマッチング回路を介して接続され、発生したマイクロ波を所定の振動モードに変換するためのモード変換器と、所定の振動モードのマイクロ波を伝播する同軸導波管と、同軸導波管の外部導体と接続する導電体の筐体と、マイクロ波透過板の上面に設けられ、同軸導波管の中心導体がその中心部に接続される、複数の貫通孔を有する導電体からなるスロット板と、スロット板と筐体の間に設けられた誘電体板とからなるマイクロ波供給手段と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理容器内を所定の圧力に保持する排気手段と、載置台に交流バイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、交流バイアス電力を制御するバイアス電力制御手段とを備えたプラズマエッチング装置を提供する。バイアス電力制御手段は、交流バイアス電力を第一の供給電力で供給する期間と、交流バイアス電力を第一の供給電力より小さい第二の供給電力で供給する期間とを交互に繰り返し、交流バイアス電力を第一の供給電力で供給する期間と、交流バイアス電力を第二の供給電力で供給する期間との合計期間に対する交流バイアス電力を第一の供給電力で供給する期間の比が０．１以上０．５以下になるように、交流バイアス電力を制御する。
本発明の実施形態によれば、エッチングガスの流量及び処理容器の排気量を増やすことなく、エッチングパターン密度に因らず同じ深さと同じ形状をもたらすプラズマエッチングが可能となる。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間、または、種々の層の厚さの間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な厚さや寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
図２は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置を模式的に示す断面図である。図３は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置で使用されるスロット板を示す平面図である。
本実施形態に係るプラズマエッチング装置１００は、複数のスロットを有するスロット板、特にＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna；ラジアルラインスロットアンテナ）を平面アンテナとして用いて処理室内にマイクロ波を導入し、低電子温度のマイクロ波プラズマを高密度に発生させ得るＲＬＳＡマイクロ波プラズマエッチング装置として構成されている。
プラズマエッチング装置１００は、処理容器１０１と、載置台１０５と、マイクロ波透過板２８と、マイクロ波供給手段と、ガス供給手段と、排気装置２４と、バイアス電力供給手段と、バイアス電力制御手段１１３ｄとを備える。マイクロ波供給手段は、マイクロ波発生装置３９、モード変換器４０、同軸導波管３７ａ、シールド蓋体３４、スロット板３１、および遅波材３３を含む。ガス供給手段は、第１のガス供給手段１１６、第２のガス供給手段１２２を含む。バイアス電力供給手段は、交流電源１１３ｂを含む。
処理容器１０１は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導電体材料により気密に構成され、筒体状の形状を有している。処理容器１０１自体は接地されている。なお、処理容器１０１の形状は円筒状でなく角筒状（四角状）でもよい。
この処理容器１０１内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウェハＷ（以下、ウェハＷ）が載置される円板状の載置台１０５が設けられている。載置台１０５は、上中央部が突出した凸状の円板状の形状を有する台座と、その台座上に設けられた、ウェハＷと略同形の静電チャック１１１とを有している。静電チャック１１１は、絶縁材の間に電極１１２が介在された構成を有し、電極１１２に対して直流電源１１３ａから直流電力を供給することにより、クーロン力によってウェハＷを静電保持することができる。また、載置台１０５にはコンデンサ１１３ｃを介してバイアス電力供給手段としての交流電源１１３ｂが接続されている。交流電源１１３ｂが供給する交流バイアス電力の周波数は、主に１３．５６ＭＨｚであるが、例えば、８００ｋＨｚ、または２ＭＨｚであってよい。
また、載置台１０５の周囲には、処理容器１０１内を均一に排気するため、多数の排気孔８ａを有するバッフルプレート８が設けられている。バッフルプレート８の下方には、載置台１０５を囲むように排気空間１９が形成されており、この排気空間１９は排気管２３を介して排気装置２４と連通しており、これにより、処理容器１０１内が均一に排気される。
また、載置台１０５の内部には、図示しない温度調節媒体室が設けられており、温度調節媒体室に温度調節媒体を導入、循環させることにより、載置台１０５を所望の温度に調節することができる。具体的には、絶縁板１０３、載置台１０５、および静電チャック１１１には、被処理体であるウェハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを所定圧力（バックプレッシャー）にて供給するためのガス通路１１４が形成されており、この伝熱媒体によりサセプタ１０５とウェハＷとの間で熱が伝達され、ウェハＷが所定の温度に維持される。
載置台１０５の上端周縁部には、静電チャック１１１上に載置されたウェハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１１５が配置されている。このフォーカスリング１１５はセラミックスあるいは石英などの絶縁性材料で形成され、エッチングの均一性を向上させることができる。
また載置台１０５内には、加熱手段としての抵抗加熱ヒータが設けられており、ウェハＷを必要に応じて加熱するようになっている。
処理容器１０１の側壁には環状をなすガス導入部材１５が設けられており、このガス導入部材１５には第１のガス供給手段１１６が接続されている。なお、ガス導入部材１５は環状でなくシャワー状の形状を有してもよい。この第１のガス供給手段１１６は、処理に応じた任意のガスを供給するためのガス供給源を有している。ガスの種類は特に限定されるものではないが、本実施形態ではＡｒガス供給源１１７、ＨＢｒガス供給源１１８を有しており、これらのガスが、それぞれガスライン２０を介してガス導入部材１５に至り、ガス導入部材１５から処理容器１０１内に導入される。なお、ガスライン２０の各々には、マスフローコントローラ２１およびその前後の開閉バルブ２２が設けられている。
排気空間１９には、排気管２３が接続されており、この排気管２３には高速真空ポンプおよび圧力調整弁（図示せず）を含む、排気手段および圧力制御手段としての排気装置２４が接続されている。この排気装置２４を作動させることにより処理容器１０１内へ供給されたガスは、排気空間１９内へ均一に排出され、排気管２３を介して排気される。これにより処理容器１０１の内部は所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧され、また圧力調整弁により圧力制御される。
処理容器１０１の側壁には、プラズマエッチング装置１００に隣接する搬送室（図示せず）との間でウェハＷや、ダミーウェハＷｄの搬入出を行うための搬入出口２５と、この搬入出口２５を開閉するゲートバルブ２６とが設けられている。
処理容器１０１は上方に開口する開口部を有しており、この開口部の周縁部に沿ってリング状の支持部２７が設けられている。この支持部２７に対して、誘電体、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等で作製されマイクロ波を透過するマイクロ波透過板２８がシール部材２９を介して気密に装着されている。これにより、処理容器１０１内は気密に保持される。また、支持部２７は、例えばＡｌ合金やステンレススチールにより形成されている。
マイクロ波透過板２８の上面には、円板状のスロット板３１が設けられている。なお、スロット板３１は角板状（四角状）であってもよい。スロット板３１は、スロット板３１の周縁部が処理容器１０１の周縁上端により支持されて、処理容器１０１に取り付けられている。スロット板３１は、銅板、Ｎｉ板またはアルミニウム板で作製され、その表面は例えば銀または金メッキされている。また、スロット板３１には、スロット板３１を貫通する多数のマイクロ波放射孔３２及び貫通孔３２ａが形成されている。このマイクロ波放射孔３２は、例えば図３に示すように、長溝（スロット）形状を有し、典型的には隣接する２つのマイクロ波放射孔３２が「Ｔ」字状に配置される。これら複数のマイクロ波放射孔３２は同心円状に配置されている。また、マイクロ波放射孔３２は、同心円状でなく、例えば、螺旋状、放射状に配置されてよく、さらに円形、円弧等の他の形状に配置されてもよい。一方、貫通孔３２ａは、後述するガス入口６９から処理容器１０１内におけるウェハＷの上方空間までのガス通路６８を構成するために、スロット板３１のほぼ中心に形成されている。
再び図２を参照すると、モード変換器４０は、矩形導波管３７ｂとマッチング回路３８を介して、所定の周波数を有するマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置３９と接続される。モード変換器４０は、マイクロ波発生装置３９により発生されたマイクロ波の振動モードを所定の振動モードに変換する。同軸導波管３７ａは、所定の振動モードを有するマイクロ波を伝播する。筐体としてのシールド蓋体３４は、導電体で作製され、同軸導波管３７ａの外部導体３７ｃと接続する。また、同軸導波管３７ａの中心導体４１は、スロット板３１の中心部に接続される。
スロット板３１の上面には、真空の誘電率よりも大きい誘電率を有する、誘電体板としての遅波材３３が設けられている。この遅波材３３は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くする機能を有している。なお、スロット板３１とマイクロ波透過窓２８とを密着させてもよく、また、遅波材３３とスロット板３１も密着させてもよい。処理容器１０１の上面には、これらスロット板３１および遅波材３３を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材の導電体で作製されたシールド蓋体３４が設けられている。すなわち、遅波材３３は、スロット板３１とシールド蓋体３４との間に設けられている。処理容器１０１の上面とシールド蓋体３４とはシール部材３５によりシールされている。シールド蓋体３４には、複数の冷却水流路３４ａが形成されており、そこに冷却水を流すことにより、スロット板３１、マイクロ波透過板２８、遅波材３３、シールド蓋体３４を冷却することができる。なお、シールド蓋体３４は接地されている。
シールド蓋体３４の上壁の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７が接続されている。前述したように、導波管３７の端部には、マッチング回路３８を介してマイクロ波発生装置３９が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置３９で発生した例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導波管３７を介してスロット板３１へ伝播される。なお、マイクロ波発生装置３９により発生されるマイクロ波の周波数は、８．３ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等であってもよい。
導波管３７は、上記シールド蓋体３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部に接続された矩形導波管３７ｂとを有している。矩形導波管３７ｂと同軸導波管３７ａとの間のモード変換器４０は、矩形導波管３７ｂ内を伝播するマイクロ波のＴＥモードをＴＥＭモードに変換する機能を有している。同軸導波管３７ａの中心には中心導体４１が延在しており、中心導体４１は、その下端部においてスロット板３１の中心に接続されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内側であって中心導体４１の外側の空間を通って遅波材３３に達し、シールド蓋体３４とスロット板３１との間に介在する遅波材３３内を放射状に伝播し、スロット板３１に設けられたマイクロ波放射孔３２を介してマイクロ波透過板２８へ向けて伝播する。一方、同軸導波管３７ａの外側には外部導体３７ｃが延在しており、外部導体３７ｃは、その下部において導電体であるシールド蓋体３４に接続固定される。
本実施形態に係るプラズマエッチング装置１００には、前述したガス導入部材１５に接続される第１のガス供給手段１１６に加え、別のガス供給系である第２のガス供給手段１２２が設けられる。具体的には、この第２のガス供給手段１２２は、同軸導波管３７ａの中心導体４１、スロット板３１及びマイクロ波透過板２８を貫通して処理容器１０１へ通じるように形成されたガス通路６８を有している。すなわち、このガス通路６８は、シールド蓋体３４においては、シールド蓋体３４の開口部３６に挿入されてスロット板３１に接続される、同軸導波管３７ａの中心導体４１により画成されている。
そして、中心導体４１の上端部に形成されたガス入口６９には、途中に開閉バルブ７０やマスフローコントローラ７１等が介設された第２のガス供給手段１２２が接続されており、必要に応じて所望のガスを流量制御しつつ供給できる。
プラズマエッチング装置１００の各構成部は、プロセスコントローラ５０に接続され、プロセスコントローラ５０により制御される。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１００の稼働状況を表示するディスプレイ等からなるユーザインタフェース５１が接続されている。
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマエッチング装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や、処理条件データ等が配線されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。
そして、必要に応じて、ユーザインタフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ－ＲＯＭ，ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納されてよく、記憶媒体から、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して記憶部５２に格納されてよい。
次に、図２、図４Ａ、図４Ｂ及び図５を参照し、本実施形態に係るプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法について説明する。
まず、図２に示すように、半導体ウェハＷを搬送アーム（図示せず）によりゲートバルブ２６を通して処理容器１０１内に収容し、リフタピン（図示せず）を上下動させることによりウェハＷを載置台１０５の上面に載置し、このウェハＷを静電チャック１１１により静電保持する。
このウェハＷ（基板１１）の上面には、図５（ａ）に示すように、パターン化されたエッチングマスク１２がすでに形成されている。エッチングマスク１２はＳｉＯ２又はＳｉＮ膜よりなり、溝（トレンチ）の幅は、例えば６５ｎｍ以下に設定されている。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）において、それぞれ、Ｄ１およびＤ２はエッチングマスク１２における高いパターン密度を有する領域を意味し、Ｉ１およびＩ２はエッチングマスク１２における低いパターン密度を有する領域を意味する。
また、載置台１０５に加熱手段を設けている場合には、これによりウェハＷは所定のプロセス温度に維持される。
処理容器１０１内を所定のプロセス圧力、例えば０．０１～数Ｐａの範囲の圧力に維持し、第１のガス供給手段１１６のガス導入部材１５や第２のガス供給手段１２２のガス通路６８を介してエッチングガス（例えばＨＢｒガス）及びプラズマガス（例えばＡｒガス）を所定の流量で供給する。また、排気装置２４により処理容器１０１の内部が所定のプロセス圧力に維持される。
また、マイクロ波発生装置３９にて例えば２．４５ＧＨｚの周波数を有するＴＥモードのマイクロ波が発生され、マッチング回路３８および矩形導波管３７ｂを伝播して、モード変換器４０に到達し、ここでＴＥモードがＴＥＭモードに変換される。ＴＥＭモードのマイクロ波は、同軸導波管３７ａを伝播し、中心導体４１と外部導体３７ｃとの間の空間を通って遅波材３３へ到達する。ここで、マイクロ波は、遅波材３３によりマイクロ波の波長が短くされるとともに、遅波材３３内を放射状に伝播する間に、スロット板３１のマイクロ波放射孔３２からマイクロ波透過板２８を介してスロット板３１の下方の処理空間（プラズマ空間）ＳＰ内に導入される。これにより処理空間（プラズマ空間）ＳＰにおいて、エッチングガス及びプラズマガスがプラズマにより活性化され、活性化されたエッチングガスによりプラズマエッチングが行われる。
本実施形態に係るプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法において、バイアス電力制御手段１１３ｄは、図４Ａに示すように、バイアス電力供給手段である交流電源１１３ｂが載置台１０５に交流バイアス電力を供給する時間と交流電源１１３ｂが載置台１０５に交流バイアス電力を制限するか又は停止する時間との合計時間に対する交流電源１１３ｂが載置台１０５に交流バイアス電力を供給する時間の比が０．５以下になるように、交流電源１１３ｂの交流バイアス電力を制御する。以下の説明においては、交流電源１１３ｂが交流バイアス電力を供給する時間はＯＮ時間と、交流電源１１３ｂが交流バイアス電力を制限するか又は停止する時間はＯＦＦ時間と言及される。
すなわち、バイアス電力制御手段１１３ｄは、ＯＮ時間Ｔ１（図４Ａ）の間、バイアス電力供給手段である交流電源１１３ｂから交流バイアス電力Ｐ１を載置台１０５に供給することによって、ウェハＷのエッチングを促進する工程と、ＯＦＦ時間Ｔ２（図４Ａ）の間、交流電源１１３ｂから交流バイアス電力Ｐ１（第一の供給電力）の供給をＰ１より小さい交流バイアス電力Ｐ２（第二の供給電力）を載置台１０５に供給するか、又は交流バイアス電力Ｐ１の供給を停止することによって、ウェハＷのエッチングを妨げる工程とが、交互に繰返されるように交流電源１１３ｂを制御する。このような制御は、ＯＮ時間Ｔ１とＯＦＦ時間Ｔ２との合計時間（Ｔ１＋Ｔ２）に対するＯＮ時間Ｔ１の比（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））であるデューティ比が、０．５以下になるように行われる。すなわち、図４Ａに示すように、Ｔ１≦Ｔ２が成り立つ。
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法の効果を説明する。
発明者らの見解によれば、従来のＳＴＩの工程において、パターン密度に因らず同じ深さと形状でエッチングすることができないという問題、及び溝（トレンチ）の底面にサブトレンチ形状が形成されるという問題を引き起こす主な原因は、エッチングによって生成する反応生成物がシリコン基板（半導体ウェハ）に付着することにある。従って、本実施形態によるプラズマエッチング方法の主な効果は、エッチングによって生成する反応生成物がシリコン基板（半導体ウェハ）に付着しないように、反応生成物を逐次排気してしまうことにより奏される。
具体的には、バイアス電力制御手段１１３ｄは、図４Ａに示すＯＮ時間Ｔ１の間、交流電源１１３ｂが載置台１０５に交流バイアス電力Ｐ１を供給するように制御する。このＯＮ時間Ｔ１の間は、図４Ｂ（ａ）に示すように、ウェハＷのエッチング処理が促進される。また、基板とエッチングガスが反応して生成される反応生成物Ｒがプラズマ空間ＳＰとウェハＷとの間に増加する。次に、バイアス電力制御手段１１３ｄは、図４Ａに示すＯＦＦ時間Ｔ２の間、交流電源１１３ｂが載置台１０５に供給する交流バイアス電力Ｐ１を、Ｐ１より小さい交流バイアス電力Ｐ２に供給するか、又は交流バイアス電力を供給しない。このＯＦＦ時間Ｔ２の間は、図４Ｂ（ｂ）に示すように、エッチング処理が妨げられる。また、反応生成物Ｒは、エッチングガス及びプラズマガスの供給及び排気装置の排気によって排気装置へと排気されるため、減少する。図１に示す従来の連続波バイアス（ＣＷバイアス）の工程においては、排気されずにプラズマ空間ＳＰ中に残留する反応生成物が、プラズマにより解離され、エッチング種（エッチャント）となってウェハＷ上に到達し、ウェハＷに付着（堆積）するが、本実施形態によれば、ＯＦＦ時間Ｔ２の間に反応生成物Ｒが減少するため、付着物の量を低減することができる。従って、エッチングマスクのパターン密度に関わらず、ウェハＷの中心部及び周縁部に関わらず、エッチングレート及びサブトレンチ比を一定に保ったままエッチングを行うことができる。
すなわち、ＯＮ時間Ｔ１の間に生成する反応生成物Ｒが、ＯＦＦ時間Ｔ２の間に減少させるため、デューティ比（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））は所定の値以下に短くなるように制御されなければならない。後述する測定及び評価を行った結果、デューティ比（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））が０．５以下であれば、上述の効果が奏されること分かった。
一方、反応生成物Ｒがシリコン基板（半導体ウェハ）に付着しないようにするのであれば、エッチングガス及びプラズマガスのガス供給の供給量を大きくし、処理容器内を排気する排気量を大きくする方法、エッチングガスとしてＨＢｒ又はＣｌ２等のエッチングガスに酸素系やフッ素系のガスを添加することによって付着を防止する方法等も考えられる。
しかしながら、エッチングガス及びプラズマガスのガス供給の供給量を大きくし、処理容器内を排気する排気量を大きくする方法は、ガスの消費量が増大しなければならない点、排気装置を大型なものにしなければならない点、排気装置の消費電力が増大してしまう点で、半導体装置の製造コストを増大させ、環境負荷を増大させてしまうという問題がある。また、エッチングガスとしてＨＢｒ又はＣｌ２等のエッチングガスに酸素系やフッ素系のガスを添加する方法は、使用するガスの種類及び量を増大させるため、半導体装置の製造コストを増大させ、環境負荷を増大させてしまうという問題がある。
従って、本実施形態に係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置によれば、エッチングガスの流量及び処理容器の排気量を増やしたり、使用ガスの種類及び量を増やすことなく、エッチングパターン密度に因らず同じ深さと同じ形状でプラズマエッチングすることができる。
（デューティ比依存性）
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を用いた場合の、トレンチ形状のデューティ比依存性について、実際にプラズマエッチング方法を行ってトレンチを形成し、そのトレンチの形状を測定して評価を行ったので、図６乃至図９を参照し、その評価結果について説明する。
（デューティ比依存性）
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を用いた場合の、トレンチ形状のデューティ比依存性について、実際にプラズマエッチング方法を行ってトレンチを形成し、そのトレンチの形状を測定して評価を行ったので、図６乃至図９を参照し、その評価結果について説明する。
デューティ比以外のエッチング条件は、以下の通りである。プラズマガスをＡｒとし、エッチングガスをＨＢｒとし、Ａｒ／ＨＢｒの流量比を８５０／３００ｓｃｃｍとした。処理容器内の圧力を１００ｍＴｏｒｒとした。ＯＮ時間Ｔ１の交流バイアス電力を２００Ｗとし、ＯＦＦ時間Ｔ２の交流バイアス電力を０Ｗとした。基板温度を６０℃とした。ＯＮ時間Ｔ１とＯＦＦ時間Ｔ２を交互に繰返す繰返し周波数を１０Ｈｚとした。すなわち、合計時間Ｔ１＋Ｔ２は、１００ｍｓｅｃとした。
ここで、ウェハＷのトレンチ形状の評価は、図６の点線で囲まれた２つの部分である中心部Ｃ及び周縁部Ｅについて行った。また、デューティ比０．５、０．７においてウェハＷをエッチングした後のウェハＷの中央部Ｃにおける断面をそれぞれ図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）において、Ｄ２は、図５（ｂ）に示すエッチングマスク１２における高いパターン密度を有する領域Ｄ２に相当し、Ｉ２は、図５（ｂ）に示すエッチングマスク１２における低いパターン密度を揺する領域Ｉ２に相当する。また、図７（ｂ）に示すように、サブトレンチ比Ｒｓｔは、溝（トレンチ）の底面の端部での深さをＨ０、溝（トレンチ）の底面における凸状に盛り上がった中心部の高さと端部の高さとの差をＨ１とすると、Ｒｓｔ＝Ｈ１／Ｈ０と定義される。また、テーパ角は、図７（ｂ）に示すように、溝（トレンチ）の底面の端部と、上面の開口端とを結ぶ平面が水平面となす角度θｔである。
以上のようにサブトレンチ比Ｒｓｔとテーパ角θｔを定義した上で、デューティ比を０．１、０．３、０．５、０．７、０．９、１．０の範囲で変化させた場合のトレンチ形状を図８Ａ及び図８Ｂに示す。ここで、デューティ比１．０とは、パルス波バイアス制御（ＰＷ制御）でなく連続波バイアス制御（ＣＷ制御）に相当する。図８Ａ（ａ）及び図８Ａ（ｂ）はそれぞれ、エッチングマスクにおけるパターン密度が高い領域および低い領域でのサブトレンチ比のデューティ比依存性を示す。図８Ｂ（ｃ）及び図８Ｂ（ｄ）は、エッチングマスクにおけるパターン密度が高い領域および低い領域でのテーパ角のデューティ比依存性を示す。
図８Ａ（ａ）及び図８Ａ（ｂ）に示すように、エッチングマスクにおけるパターン密度に関わらず、且つ、ウェハＷの中心部及び周縁部の何れかに関わらず、デューティ比が０．５以下の範囲で、サブトレンチ比が０．０５以下、すなわち略０になる。また、図８Ｂ（ｃ）及び図８Ｂ（ｄ）に示すように、エッチングマスクにおけるパターン密度に関わらず、且つ、ウェハＷの中心部及び周縁部の何れかに関わらず、デューティ比が０．５以下の範囲で、テーパ角が８５°以上となり、特にデューティ比が０．３以上０．５以下の範囲で、テーパ角が８６°以上、すなわち略９０°になる。
また、図８Ａ（ａ）乃至図８Ｂ（ｄ）に示すＣＷ（連続波バイアス制御モード）と比較しても、デューティ比が０．５以下、特に好ましくはデューティ比が０．３以上０．５以下の範囲において、サブトレンチ比は低減し、テーパ角が増大している。
さらに、デューティ比を０．１、０．３、０．５、０．７、０．９、１．０と変化させた場合のエッチングレートを図９に示す。図９（ａ）は、エッチングマスクにおける高いパターン密度を有する領域でのエッチングレートＲｄの、エッチングマスクにおける低いパターン密度を有する領域でのエッチングレートＲｉに対する比を示す。図９（ｂ）は、ウェハＷの中心部でのエッチングレートＲｃの、ウェハＷの周縁部でのエッチングレートＲｅに対する比を示す。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、デューティ比が０．５以下の領域において、エッチングマスクにおけるパターン密度に関わらず、且つ、ウェハＷの中心部及び周縁部の何れかに関わらず、エッチングレートが等しくなる。
以上より、本実施形態に係るプラズマエッチング方法において、ＯＮ時間Ｔ１の合計時間Ｔ１＋Ｔ２に対するデューティ比を０．５以下に制御することにより、ウェハの中心及び周縁部の何れの箇所においても、エッチングマスクにおけるパターン密度に関わらず、エッチングレートを略一定に保つと同時に、サブトレンチ比、テーパ角を略一定に保つことができる。
（繰返し周波数依存性）
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を用いた場合の、トレンチ形状の繰返し周波数依存性について、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して説明する。
（繰返し周波数依存性）
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を用いた場合の、トレンチ形状の繰返し周波数依存性について、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して説明する。
繰返し周波数以外のエッチング条件は、以下の通りである。プラズマガスをＡｒとし、エッチングガスをＨＢｒとし、Ａｒ／ＨＢｒの流量比を８５０／３００ｓｃｃｍとした。処理容器内の圧力を１０ｍＴｏｒｒとした。ＯＮ時間Ｔ１の交流バイアス電力を１８００Ｗとし、ＯＦＦ時間Ｔ２の交流バイアス電力を２００Ｗとした。基板温度を６０℃とした。ＯＮ時間Ｔ１とＯＦＦ時間Ｔ２とのデューティ比（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））を０．５とした。
ここで、繰返し周波数を１Ｈｚ、１０Ｈｚ、１００Ｈｚ、２００Ｈｚと変化させた場合のトレンチ形状の繰返し周波数依存性を図１０Ａ及び図１０Ｂに示す。図１０Ａ（ａ）及び図１０Ａ（ｂ）はそれぞれ、エッチングマスクにおける高いパターン密度を有する領域および低いパターン密度を有する領域でのサブトレンチ比の繰返し周波数依存性を示す。図１０Ｂ（ｃ）及び図１０Ｂ（ｄ）は、エッチングマスクにおける高いパターン密度を有する領域および低いパターン密度を有する領域でのテーパ角の繰返し周波数依存性を示す。
図１０Ａ（ａ）及び図１０Ａ（ｂ）に示すように、パターン密度に関わらず、且つ、ウェハＷの中心部及び周縁部の何れかに関わらず、繰返し周波数が１Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の範囲で、サブトレンチ比が０．１以下となり、特に繰返し周波数が１０Ｈｚの近傍の範囲で、０．０５以下、すなわち略０になる。また、図１０Ｂ（ｃ）及び図１０Ｂ（ｄ）に示すように、パターン密度に関わらず、且つ、ウェハＷの中心部及び周縁部の何れかに関わらず、繰返し周波数が１Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の範囲で、テーパ角が８５°以上となり、特に繰返し周波数が１０Ｈｚ近傍の範囲で、テーパ角が８６°以上、すなわち略９０°となる。
また、図１０Ａ（ａ）乃至図１０Ｂ（ｄ）に示すデューティ比が０．５以上及びＣＷ（連続波バイアス制御モード）と比較すると、繰返し周波数が１Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下、特に好ましくは繰返し周波数が１０Ｈｚ近傍の範囲において、サブトレンチ比は低減し、テーパ角が増大している。
以上より、本実施形態に係るプラズマエッチング方法において、ＯＮ時間とＯＦＦ時間とを交互に繰返す繰返し周波数を１Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下、より好ましくは１０Ｈｚの近傍にすることにより、ウェハの中心及び周縁部の何れの箇所においても、エッチングマスクにおけるパターン密度に関わらず、サブトレンチ比、テーパ角を略一定に保つことができる。
（圧力依存性）
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を用いた場合の、トレンチ形状の、処理容器内の圧力依存性について、図１１及び図１２を参照して説明する。
（圧力依存性）
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を用いた場合の、トレンチ形状の、処理容器内の圧力依存性について、図１１及び図１２を参照して説明する。
処理容器内の圧力以外のエッチング条件は、以下の通りである。プラズマガスをＡｒとし、エッチングガスをＨＢｒとし、Ａｒ／ＨＢｒの流量比を８５０／３００ｓｃｃｍとした。ＯＮ時間Ｔ１の交流バイアス電力を２００Ｗとし、ＯＦＦ時間Ｔ２の交流バイアス電力を０Ｗとした。基板温度を６０℃とした。ＯＮ時間Ｔ１とＯＦＦ時間Ｔ２とのデューティ比（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））を０．５とした。ＯＮ時間Ｔ１とＯＦＦ時間Ｔ２とを交互に繰返す繰返し周波数を１０Ｈｚとした。
ここで、処理容器内の圧力を２５ｍＴｏｒｒ以上１００ｍＴｏｒｒ以下の範囲で変化させた場合のトレンチ形状の圧力依存性を図１１に示す。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はそれぞれ、サブトレンチ比及びテーパ角の圧力依存性を示す。なお、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はそれぞれ、比較のために、ＣＷ（連続波）バイアス制御の場合の圧力依存性を示す。
図１１（ａ）に示すように、パターン密度に関わらず、且つ、ウェハＷの中心部及び周縁部の何れかに関わらず、圧力が２５ｍＴｏｒｒ以上１００ｍＴｏｒｒ以下の範囲で、サブトレンチ比が０．２５以下となり、且つ、ＣＷ（連続波）バイアス制御よりサブトレンチ比が小さくなる。また、図１１（ｂ）に示すように、パターン密度に関わらず、且つ、ウェハＷの中心部及び周縁部の何れかに関わらず、圧力が２５ｍＴｏｒｒ以上１００ｍＴｏｒｒ以下の範囲で、テーパ角が８４°以上となり、且つ、ＣＷ（連続波）バイアス制御よりテーパ角が大きくなる。
さらに、圧力を１０ｍＴｏｒｒ以上１３０ｍＴｏｒｒ以下の範囲で変化させた場合の規格化されたサイドエッチ幅を調べるために行った実験について説明する。図１２（ａ）は、サイドエッチ幅の定義を説明するためのトレンチ形成後の断面図を示す。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）におけるサイドエッチング幅Ｂをトレンチ間の壁の幅Ａで規格化した規格化されたサイドエッチ幅の圧力依存性を示す。
図１２（ｂ）に示すように、処理容器内の圧力が１０ｍＴｏｒｒ以上２０ｍＴｏｒｒ以下の範囲では、規格化されたサイドエッチ幅は０．３以上となり、これは、図１２（ａ）にも示すように、トレンチの側壁が比較的大きく窪むこと示している。圧力が低い範囲では、プラズマにより活性化されたエッチングガス分子（かつ／またはラジカル）は、長い平均自由行程のために活性を失いにくく、トレンチの側壁を横方向にもエッチングする等方性エッチングが促進されるようになったと考えられる。
一方、図１２（ｂ）に示すように、処理容器内の圧力が４０ｍＴｏｒｒ以上１３０ｍＴｏｒｒ以下の範囲では、規格化されたサイドエッチ幅は０．１以下、すなわち略０になる。これは、圧力が高い範囲では、プラズマにより活性化されたエッチングガス分子（かつ／またはラジカル）は、短い平均自由行程のために活性を適度に失い、トレンチの側壁を横方向にエッチングすることなく異方性エッチングが行われるようになるからであると考えられる。従って、トレンチ形状の判断基準としてサイドエッチ幅も考慮する場合、圧力を４０ｍＴｏｒｒ以上１３０ｍＴｏｒｒ以下にすることで、より好適な形状を有するトレンチを形成することができる。
また、７０ｍＴｏｒｒ以上の比較的高圧力に設定すると、ウェハ上の電子温度が十分に下がるため、活性なラジカル密度が下がり、反応生成物の再解離も防止でき、ＯＦＦ時間中にエッチング形状が悪化したり反応生成物が付着することを防止できる。
なお、図示を省略するが、１００ｍＴｏｒｒより高い圧力範囲においては、サブトレンチ比及びテーパ角は、圧力依存性を殆ど示さず、１００ｍＴｏｒｒの圧力における値とほぼ同一の値を有している。これは、１００ｍＴｏｒｒより高い圧力範囲では、例えば数Ｔｏｒｒでもプラズマが安定して存在し得るためと考えられる。また、処理容器内圧力が１３０ｍＴｏｒｒより高い範囲においては、エッチング幅は、圧力依存性を殆ど示さず、１３０ｍＴｏｒｒの圧力における値とほぼ同一の値を有している。これは、活性化されたエッチングガス分子は、より高い圧力範囲において、短い平均自由行程のために適度に活性を失っているため、サイドエッチ幅はほぼゼロになる一方で、例えば数Ｔｏｒｒでもプラズマが安定して存在し得るためと考えられる。従って、本発明において、処理容器内の圧力は、４０ｍＴｏｒｒ以上であればよく、好ましくは７０ｍＴｏｒｒであればよく、より好ましくは７０ｍＴｏｒｒ以上１３０ｍＴｏｒｒ以下であればよい。
また、本実施形態に係るプラズマエッチング方法では、エッチングガス及びプラズマガスが供給された処理容器内に、ＲＬＳＡから放射されたマイクロ波電力を供給してエッチングを行う。ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ方式は、ＥＣＲプラズマ方式、ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma）プラズマ方式等の他のプラズマ励起方式と比較して、より広い圧力範囲でプラズマを発生することができる。従って、本実施形態に係るプラズマエッチング方法によれば、４０ｍＴｏｒｒ以上の高い圧力で更に安定して処理を行うことができる。これにより、排気手段及び圧力制御手段である排気装置２４の消費電力を低減することも可能となる。
以上より、本実施形態に係るプラズマエッチング方法において、圧力を４０ｍＴｏｒｒ以上、好ましくは７０ｍＴｏｒｒ、より好ましくは７０ｍＴｏｒｒ以上１３０ｍＴｏｒｒ以下にすることにより、ウェハの中心及び周縁部の何れの箇所においても、エッチングマスクにおけるパターン密度に関わらず、サブトレンチ比、テーパ角を略一定に保つと同時に、サイドエッチ幅を０に近づけることができる。
（ガス流量依存性）
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を用いた場合の、トレンチ形状の、プラズマガス及びエッチングガスのガス流量依存性について、図１３を参照して説明する。
（ガス流量依存性）
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を用いた場合の、トレンチ形状の、プラズマガス及びエッチングガスのガス流量依存性について、図１３を参照して説明する。
図１３は、本実施形態に係るプラズマエッチング方法を説明するための図であり、エッチング処理後のトレンチ形状のガス流量依存性を示すグラフである。
処理容器内の圧力以外のエッチング条件は、以下の通りである。プラズマガスをＡｒとし、エッチングガスをＨＢｒとした。処理容器内の圧力を１００ｍＴｏｒｒとした。ＯＮ時間Ｔ１の交流バイアス電力を２００Ｗとし、ＯＦＦ時間Ｔ２の交流バイアス電力を０Ｗとした。基板温度を６０℃とした。ＯＮ時間Ｔ１とＯＦＦ時間Ｔ２とのデューティ比（Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））を０．５とした。ＯＮ時間Ｔ１とＯＦＦ時間Ｔ２とを交互に繰返す繰返し周波数を１０Ｈｚとした。
ここで、Ａｒ／ＨＢｒの流量比を一定に保ったまま、合計流量を５７５ｓｃｃｍ（Ａｒ／ＨＢｒ＝４２５／１５０ｓｃｃｍ）、１１５０ｓｃｃｍ（Ａｒ／ＨＢｒ＝８５０／３００ｓｃｃｍ）、２３００ｓｃｃｍ（Ａｒ／ＨＢｒ＝１７００／６００ｓｃｃｍ）の範囲で変化させた場合のトレンチ形状の流量依存性を図１３に示す。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）はそれぞれ、サブトレンチ比及びテーパ角の圧力依存性を示す。なお、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）はそれぞれ、比較のために、ＣＷ（連続波）バイアス制御の場合の流量依存性を示す。
図１３（ａ）に示すように、エッチングパターン密度に関わらず、且つ、ウェハＷの中心部及び周縁部の何れかに関わらず、合計流量が５７５ｓｃｃｍ以上２３００ｓｃｃｍ以下の範囲で、サブトレンチ比が０．５以下となり、特に合計流量が１１５０ｓｃｃｍの近傍で、サブトレンチ比が０．０５以下となり、且つ、ＣＷ（連続波）バイアス制御よりサブトレンチ比が小さくなる。また、図１３（ｂ）に示すように、エッチングパターン密度に関わらず、且つ、ウェハＷの中心部及び周縁部の何れかに関わらず、合計流量が５７５ｓｃｃｍ以上２３００ｓｃｃｍ以下の範囲で、テーパ角が８０°以上となり、特に合計流量が１１５０ｓｃｃｍの近傍で、テーパ角が８４°以上、すなわち略９０°になり、且つ、ＣＷ（連続波）バイアス制御よりテーパ角が大きくなる。
以上より、本実施形態に係るプラズマエッチング方法において、プラズマガス（Ａｒガス）のガス流量を４２５ｓｃｃｍ以上１７００ｓｃｃｍ以下、エッチングガス（ＨＢｒガス）のガス流量を１５０ｓｃｃｍ以上６００ｓｃｃｍ以下とし、より好ましくはプラズマガス（Ａｒガス）のガス流量を８５０ｓｃｃｍ近傍、エッチングガス（ＨＢｒガス）のガス流量を３００ｓｃｃｍ近傍にすることにより、ウェハの中心部及び周縁部の何れの箇所においても、エッチングパターン密度に関わらず、サブトレンチ比、テーパ角を略一定に保つことができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
また、本発明は以下のように記述することも可能である。
すなわち、本発明の一態様は、マイクロ波を透過させる誘電体で形成されたマイクロ波透過板と、前記透過板上に設けられ複数の貫通孔を有する誘電体で形成されたスロット板と、前記スロット板上に設けられ誘電体で形成された誘電体板とを有する減圧可能な処理容器内に設けられた載置台に被処理体を載置し、
前記処理容器内にエッチングガスを供給し、
前記処理容器内を所定の圧力に維持し、
所定の周波数を有するマイクロ波を、前記誘電体板と、前記スロット板と、前記マイクロ波透過板とをこの順に透過させて前記処理容器内に導入し、前記処理容器内にプラズマを発生させ、
前記載置台に対して交流バイアスを第１の電力で供給する第１の期間と、前記載置台に対して前記交流バイアスを前記第１の電力より小さい第２の電力で供給する第２の期間との合計期間に対する前記第１の期間の比が０．１から０．５までの範囲に収まるように前記第１の期間と前記第２の期間とを繰り返し、前記載置台に対して前記交流バイアスを供給する、プラズマエッチング方法を提供する。
すなわち、本発明の一態様は、マイクロ波を透過させる誘電体で形成されたマイクロ波透過板と、前記透過板上に設けられ複数の貫通孔を有する誘電体で形成されたスロット板と、前記スロット板上に設けられ誘電体で形成された誘電体板とを有する減圧可能な処理容器内に設けられた載置台に被処理体を載置し、
前記処理容器内にエッチングガスを供給し、
前記処理容器内を所定の圧力に維持し、
所定の周波数を有するマイクロ波を、前記誘電体板と、前記スロット板と、前記マイクロ波透過板とをこの順に透過させて前記処理容器内に導入し、前記処理容器内にプラズマを発生させ、
前記載置台に対して交流バイアスを第１の電力で供給する第１の期間と、前記載置台に対して前記交流バイアスを前記第１の電力より小さい第２の電力で供給する第２の期間との合計期間に対する前記第１の期間の比が０．１から０．５までの範囲に収まるように前記第１の期間と前記第２の期間とを繰り返し、前記載置台に対して前記交流バイアスを供給する、プラズマエッチング方法を提供する。
また、上記の態様のプラズマエッチング方法において、交流バイアスを供給するステップでは、第１の期間と第２の期間が１Ｈｚから２００Ｈｚまでの範囲の繰り返し周波数で繰り返されてよい。
また、上記のいずれの態様のプラズマエッチング方法においても、交流バイアスを供給するステップでは、第２の電力はゼロであってもよい。
さらに、上記のいずれの態様のプラズマエッチング方法においても、上記の所定の圧力は、４０ｍＴｏｒｒ以上であると好ましく、７０ｍＴｏｒｒ以上であると尚好ましい。
さらにまた、上記のいずれの態様のプラズマエッチング方法においても、プラズマガスを供給するステップを更に含んでよい。この場合、プラズマガスの供給量は、１７００ｓｃｃｍ以下であると好ましい。また、エッチングガスの供給量は、６００ｓｃｃｍ以下であると好ましい。
また、上記実施形態では、被処理体として半導体ウェハを例にとって説明したが、これに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
本国際出願は２００８年１１月１３日に出願された日本国特許出願２００８－２９１３７０号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容をここに援用する。
Claims (20)
- 天井部が開口されて内部が真空排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられた被処理体を載置する載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体で作製されるマイクロ波透過板と、
所定の周波数のマイクロ波を発生するためのマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波発生装置が矩形導波管とマッチング回路を介して接続され、前記発生したマイクロ波を所定の振動モードに変換するためのモード変換器と、前記所定の振動モードのマイクロ波を伝播する同軸導波管と、前記同軸導波管の外部導体と接続する導電体の筐体と、前記マイクロ波透過板の上面に設けられ、前記同軸導波管の中心導体がその中心部に接続される、複数の貫通孔を有する導電体からなるスロット板と、前記スロット板と前記筐体の間に設けられた誘電体板とからなるマイクロ波供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内を所定の圧力に保持する排気手段と、
前記載置台に交流バイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、
前記交流バイアス電力を制御するバイアス電力制御手段と
を備えるプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法であって、
前記交流バイアス電力の前記載置台への供給と停止を交互に繰り返し、前記交流バイアス電力を供給する期間と、前記交流バイアス電力を停止する期間との合計期間に対する前記交流バイアス電力を供給する期間の比が０．１以上０．５以下になるように、前記バイアス電力制御手段により前記交流バイアス電力を制御するプラズマエッチング方法。 - 前記バイアス電力制御手段が、前記交流バイアス電力の供給と停止を交互に繰り返す繰返し周波数は、１Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下である、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記処理容器内の圧力が４０ｍＴｏｒｒ以上である、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記処理容器内の圧力が７０ｍＴｏｒｒ以上である、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記処理ガスがエッチングガス及びプラズマガスを含み、前記エッチングガスを前記処理容器内に供給する流量は、６００ｓｃｃｍ以下であり、前記プラズマガスを前記処理容器内に供給する流量は、１７００ｓｃｃｍ以下である、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
- 天井部が開口されて内部が真空排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられた被処理体を載置する載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体で作製されるマイクロ波透過板と、
所定の周波数のマイクロ波を発生するためのマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波発生装置が矩形導波管とマッチング回路を介して接続され、前記発生したマイクロ波を所定の振動モードに変換するためのモード変換器と、前記所定の振動モードのマイクロ波を伝播する同軸導波管と、前記同軸導波管の外部導体と接続する導電体の筐体と、前記マイクロ波透過板の上面に設けられ、前記同軸導波管の中心導体がその中心部に接続される、複数の貫通孔を有する導電体からなるスロット板と、前記スロット板と前記筐体の間に設けられた誘電体板とからなるマイクロ波供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内を所定の圧力に保持する排気手段と、
前記載置台に交流バイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、
前記交流バイアス電力を制御するバイアス電力制御手段と
を備えたプラズマエッチング装置であって、
前記バイアス電力制御手段は、前記交流バイアス電力の前記載置台への供給と停止を交互に繰り返し、前記交流バイアス電力を供給する期間と前記交流バイアス電力を停止する期間との合計期間に対する前記交流バイアス電力を供給する期間の比が０．１以上０．５以下になるように、前記交流バイアス電力を制御するプラズマエッチング装置。 - 前記バイアス電力制御手段が前記交流バイアス電力の供給と停止を交互に繰り返す繰返し周波数は、１Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下である、請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
- 前記処理容器内の圧力が４０ｍＴｏｒｒ以上である、請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
- 前記処理容器内の圧力が７０ｍＴｏｒｒ以上である、請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
- 前記交流バイアス電力の周波数が１３．５６ＭＨｚである、請求項６に記載のプラズマエッチング装置。
- 天井部が開口されて内部が真空排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられた被処理体を載置する載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体で作製されるマイクロ波透過板と、
所定の周波数のマイクロ波を発生するためのマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波発生装置が矩形導波管とマッチング回路を介して接続され、前記発生したマイクロ波を所定の振動モードに変換するためのモード変換器と、前記所定の振動モードのマイクロ波を伝播する同軸導波管と、前記同軸導波管の外部導体と接続する導電体の筐体と、前記マイクロ波透過板の上面に設けられ、前記同軸導波管の中心導体がその中心部に接続される、複数の貫通孔を有する導電体からなるスロット板と、前記スロット板と前記筐体の間に設けられた誘電体板とからなるマイクロ波供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内を所定の圧力に保持する排気手段と、
前記載置台に交流バイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、
前記交流バイアス電力を制御するバイアス電力制御手段と
を備えるプラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチング方法であって、
前記交流バイアス電力を第一の供給電力で供給する期間と、前記交流バイアス電力を前記第一の供給電力より小さい第二の供給電力で供給する期間とを交互に繰り返し、前記交流バイアス電力を前記第一の供給電力で供給する期間と、前記交流バイアス電力を前記第二の供給電力で供給する期間との合計期間に対する前記交流バイアス電力を前記第一の供給電力で供給する期間の比が０．１以上０．５以下になるように、前記バイアス電力制御手段により前記交流バイアス電力を制御するプラズマエッチング方法。 - 前記バイアス電力制御手段が、前記交流バイアス電力を前記第一の供給電力で供給する期間と、前記交流バイアス電力を前記第二の供給電力で供給する期間とを交互に繰り返す繰返し周波数は、１Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下である、請求項１１に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記処理容器内の圧力が４０ｍＴｏｒｒ以上である、請求項１１に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記処理容器内の圧力が７０ｍＴｏｒｒ以上である、請求項１１に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記処理ガスはエッチングガス及びプラズマガスを含み、前記エッチングガスを前記処理容器内に供給する流量は、６００ｓｃｃｍ以下であり、前記プラズマガスを前記処理容器内に供給する流量は、１７００ｓｃｃｍ以下である、請求項１１に記載のプラズマエッチング方法。
- 天井部が開口されて内部が真空排気可能になされた処理容器と、
前記処理容器内に設けられた被処理体を載置する載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体で構成されるマイクロ波透過板と、
所定の周波数のマイクロ波を発生するためのマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波発生装置が矩形導波管とマッチング回路を介して接続され、前記発生したマイクロ波を所定の振動モードに変換するためのモード変換器と、前記所定の振動モードのマイクロ波を伝播する同軸導波管と、前記同軸導波管の外部導体と接続する導電体の筐体と、前記マイクロ波透過板の上面に設けられ、前記同軸導波管の中心導体がその中心部に接続される、複数の貫通孔を有する導電体からなるスロット板と、前記スロット板と前記筐体の間に設けられた誘電体板とからなるマイクロ波供給手段と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理容器内を所定の圧力に保持する排気手段と、
前記載置台に交流バイアス電力を供給するバイアス電力供給手段と、
前記交流バイアス電力を制御するバイアス電力制御手段と
を備えたプラズマエッチング装置であって、
前記バイアス電力制御手段は、前記交流バイアス電力を第一の供給電力で供給する期間と、前記交流バイアス電力を前記第一の供給電力より小さい第二の供給電力で供給する期間とを交互に繰り返し、前記交流バイアス電力を前記第一の供給電力で供給する期間と、前記交流バイアス電力を前記第二の供給電力で供給する期間との合計期間に対する前記交流バイアス電力を前記第一の供給電力で供給する期間の比が０．１以上０．５以下になるように、前記交流バイアス電力を制御するプラズマエッチング装置。 - 前記バイアス電力制御手段が、前記交流バイアス電力を前記第一の供給電力で供給する期間と、前記交流バイアス電力を前記第二の供給電力で供給する期間とを交互に繰り返す繰返し周波数は、１Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下である、請求項１６に記載のプラズマエッチング装置。
- 前記処理容器内の圧力が４０ｍＴｏｒｒ以上である、請求項１６に記載のプラズマエッチング装置。
- 前記処理容器内の圧力が７０ｍＴｏｒｒ以上である、請求項１６に記載のプラズマエッチング装置。
- 前記交流バイアス電力の周波数が１３．５６ＭＨｚである、請求項１６に記載のプラズマエッチング装置。
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