JP2001093890A - プラズマエッチング装置及びエッチング方法 - Google Patents
プラズマエッチング装置及びエッチング方法Info
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- JP2001093890A JP2001093890A JP27275599A JP27275599A JP2001093890A JP 2001093890 A JP2001093890 A JP 2001093890A JP 27275599 A JP27275599 A JP 27275599A JP 27275599 A JP27275599 A JP 27275599A JP 2001093890 A JP2001093890 A JP 2001093890A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電極に印加されるバイアス電圧の変動によりエ
ッチレートがばらつく。 【解決手段】上部電極１０Ａまたは、下部電極１０Ｂに
印加されるバイアス電圧をバイアス検出器により検出
し、比較演算回路８に記憶された標準バイアス電圧と比
較し、その差の値をバイアス電圧と位相との関係曲線か
ら位相差として位相調整器４に送り、上部及び下部電極
に印加される高周波の位相差を補正する。
ッチレートがばらつく。 【解決手段】上部電極１０Ａまたは、下部電極１０Ｂに
印加されるバイアス電圧をバイアス検出器により検出
し、比較演算回路８に記憶された標準バイアス電圧と比
較し、その差の値をバイアス電圧と位相との関係曲線か
ら位相差として位相調整器４に送り、上部及び下部電極
に印加される高周波の位相差を補正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマエッチング
装置及びエッチング方法に関する。
装置及びエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマエッチング装置は、特定の物質
をプラズマ励起して活性の強いラジカルとイオンとの反
応ガスを発生させ、このラジカルとイオンとを被処理体
に照射し被処理体をエッチングするものである。
をプラズマ励起して活性の強いラジカルとイオンとの反
応ガスを発生させ、このラジカルとイオンとを被処理体
に照射し被処理体をエッチングするものである。
【０００３】一般にエッチング室に配置された平行平板
型の電極に高周波電源を接続し、下部電極上に載置され
た半導体基板上の被エッチング膜をドライエッチングす
る方法が行なわれている。
型の電極に高周波電源を接続し、下部電極上に載置され
た半導体基板上の被エッチング膜をドライエッチングす
る方法が行なわれている。
【０００４】以下従来の技術として平行平板の電極に高
周波電源を接続し、高周波でプラズマ励起した反応ガス
を用いる場合について図３を用いて説明する。
周波電源を接続し、高周波でプラズマ励起した反応ガス
を用いる場合について図３を用いて説明する。
【０００５】図３に示すように、エッチング室５内に下
部電極１０Ｂが設けられ、この下部電極１０Ｂ上に被処
理体である半導体基板１１が載置される。そして下部電
極１０Ｂ上に対向電極としての上部電極１０Ａが設けら
れている。そしてプラズマ励起される反応ガスとしてハ
ロゲン系ガス等が導入される。
部電極１０Ｂが設けられ、この下部電極１０Ｂ上に被処
理体である半導体基板１１が載置される。そして下部電
極１０Ｂ上に対向電極としての上部電極１０Ａが設けら
れている。そしてプラズマ励起される反応ガスとしてハ
ロゲン系ガス等が導入される。
【０００６】この反応ガスをプラズマ励起し、バイアス
電圧を発生しやすくするための高周波は、上部高周波電
源１Ａ及び下部高周波電源１ＢからＲＦケーブル２，３
により上部整合器６Ａ及び下部整合器６Ｂを介してエッ
チング室５内の上下電極に印加される。
電圧を発生しやすくするための高周波は、上部高周波電
源１Ａ及び下部高周波電源１ＢからＲＦケーブル２，３
により上部整合器６Ａ及び下部整合器６Ｂを介してエッ
チング室５内の上下電極に印加される。
【０００７】高周波電源間には位相調整器４が接続さ
れ、高周波の位相が異なりＲＦパワーの異なる高周波が
上部電極１０Ａと下部電極１０Ｂとに独立に印加されて
被エッチング膜のエッチングがなされる。印加される高
周波としては１３．５６ＭＨｚ、パワーとしては上部電
力値５００〜６００Ｗ、下部電力値３００〜５００Ｗが
一般に用いられ、また位相差としてはプラズマの密度を
向上させ、半導体基板面内のエッチングの均一性を高め
るために１８０度程度のものが用いられる。
れ、高周波の位相が異なりＲＦパワーの異なる高周波が
上部電極１０Ａと下部電極１０Ｂとに独立に印加されて
被エッチング膜のエッチングがなされる。印加される高
周波としては１３．５６ＭＨｚ、パワーとしては上部電
力値５００〜６００Ｗ、下部電力値３００〜５００Ｗが
一般に用いられ、また位相差としてはプラズマの密度を
向上させ、半導体基板面内のエッチングの均一性を高め
るために１８０度程度のものが用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のプラズ
マエッチング装置は、同一周波数の高周波が一定の位相
差になるように位相調整器４で制御を行なっていた。
マエッチング装置は、同一周波数の高周波が一定の位相
差になるように位相調整器４で制御を行なっていた。
【０００９】しかしながらエッチング室５内の部品の組
付け，劣化，生成物の付着等の雰囲気の影響により、電
極に印加されるバイアス電圧が変化し、図４に示すよう
に処理日によりエッチレートに変動が生じるため、清掃
回数が多くなり生産性が低下するという欠点があった。
なお図４においてエッチレートが回復している箇所はエ
ッチング室の清掃を行ない、生成物を除去した場合を示
している。
付け，劣化，生成物の付着等の雰囲気の影響により、電
極に印加されるバイアス電圧が変化し、図４に示すよう
に処理日によりエッチレートに変動が生じるため、清掃
回数が多くなり生産性が低下するという欠点があった。
なお図４においてエッチレートが回復している箇所はエ
ッチング室の清掃を行ない、生成物を除去した場合を示
している。
【００１０】本発明の目的はエッチレートの変動の少な
いプラズマエッチング装置及びエッチング方法を提供す
ることにある。
いプラズマエッチング装置及びエッチング方法を提供す
ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明のプラズマエ
ッチング装置は、エッチング室に設けられ試料を載置す
る平行平板型の下部電極と、この下部電極上に設けられ
た上部電極と、前記上部電極及び下部電極に整合器を介
してそれぞれ接続され同一周波数を発生する上部高周波
電源と下部高周波電源と、前記上部及び下部高周波電源
間に接続された位相調整器と、前記上部電極または下部
電極のバイアス電圧を検出し、標準バイアス電圧との差
が所定の値になるように前記上部及び下部電極に印加さ
れる高周波の位相差を補正する位相補正手段とを含むこ
とを特徴とするものである。
ッチング装置は、エッチング室に設けられ試料を載置す
る平行平板型の下部電極と、この下部電極上に設けられ
た上部電極と、前記上部電極及び下部電極に整合器を介
してそれぞれ接続され同一周波数を発生する上部高周波
電源と下部高周波電源と、前記上部及び下部高周波電源
間に接続された位相調整器と、前記上部電極または下部
電極のバイアス電圧を検出し、標準バイアス電圧との差
が所定の値になるように前記上部及び下部電極に印加さ
れる高周波の位相差を補正する位相補正手段とを含むこ
とを特徴とするものである。
【００１２】第２の発明のエッチング方法は、上記プラ
ズマエッチング装置を用いて半導体基板上の被エッチン
グ膜をエッチングするものである。
ズマエッチング装置を用いて半導体基板上の被エッチン
グ膜をエッチングするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の実施の形態を説明する為の
プラズマエッチング装置のブロック図である。
て説明する。図１は本発明の実施の形態を説明する為の
プラズマエッチング装置のブロック図である。
【００１４】図１を参照するとプラズマエッチング装置
は、エッチング室５に設けられ試料としての半導体基板
１１を載置する平行平板型の下部電極１０Ｂと、この下
部電極上に対向して設けられた上部電極１０Ａと、この
上部電極及び下部電極に上部整合器６Ａ及び下部整合器
６Ｂを介してそれぞれ接続され、同一波数を発生する上
部高周波電源１Ａと下部高周波電源１Ｂと、この上部及
び下部高周波電源間に接続された位相調整器４と、前記
上部電極１０Ａと下部電極１０Ｂにそれぞれ接続された
第１バイアス検出器７Ａと第２バイアス検出器７Ｂと、
第１バイアス検出器７Ａまたは第２バイアス検出器７Ｂ
からのバイアス電圧信号を受け、あらかじめ記憶された
標準バイアス電圧との差を検出し、この値をバイアス電
圧と位相との関係曲線から位相差として位相調整器４に
送信する比較演算回路８とから主に構成されている。以
下その動作について説明する。
は、エッチング室５に設けられ試料としての半導体基板
１１を載置する平行平板型の下部電極１０Ｂと、この下
部電極上に対向して設けられた上部電極１０Ａと、この
上部電極及び下部電極に上部整合器６Ａ及び下部整合器
６Ｂを介してそれぞれ接続され、同一波数を発生する上
部高周波電源１Ａと下部高周波電源１Ｂと、この上部及
び下部高周波電源間に接続された位相調整器４と、前記
上部電極１０Ａと下部電極１０Ｂにそれぞれ接続された
第１バイアス検出器７Ａと第２バイアス検出器７Ｂと、
第１バイアス検出器７Ａまたは第２バイアス検出器７Ｂ
からのバイアス電圧信号を受け、あらかじめ記憶された
標準バイアス電圧との差を検出し、この値をバイアス電
圧と位相との関係曲線から位相差として位相調整器４に
送信する比較演算回路８とから主に構成されている。以
下その動作について説明する。
【００１５】上部高周波電源１ＡからＲＦケーブル２を
経由して上部整合器６Ａからエッチング室５の上部電極
１０Ａに１３．５６ＭＨｚの高周波が導入される。同様
に下部高周波電源１ＢからＲＦケーブル３を経由して、
下部整合器６Ｂから下部電極１０Ｂに同一周波数の高周
波が導入される。
経由して上部整合器６Ａからエッチング室５の上部電極
１０Ａに１３．５６ＭＨｚの高周波が導入される。同様
に下部高周波電源１ＢからＲＦケーブル３を経由して、
下部整合器６Ｂから下部電極１０Ｂに同一周波数の高周
波が導入される。
【００１６】エッチング室５でプラズマが形成され上部
整合器６Ａに接続された第１バイアス検出器７Ａからの
バイアス電圧信号、または下部整合器６Ｂに接続された
第２バイアス検出器７Ｂからのバイアス電圧信号が検出
され比較演算回路８に送られる。
整合器６Ａに接続された第１バイアス検出器７Ａからの
バイアス電圧信号、または下部整合器６Ｂに接続された
第２バイアス検出器７Ｂからのバイアス電圧信号が検出
され比較演算回路８に送られる。
【００１７】比較演算回路８には上部電極と下部電極に
関する標準バイアス電圧と、バイアス電圧と位相との関
係曲線のデータを記憶させておく。この比較演算回路８
では上部電極または下部電極の標準バイアス電圧と第１
または第２バイアス検出器からのバイアス電圧とを比較
し、標準バイアス電圧との差を補正するように位相差の
信号を位相調整器４へ送信する。位相調整器４は上部高
周波電源１Ａと下部高周波電源１Ｂへ調整されたこの位
相差信号を送り制御を行なう。
関する標準バイアス電圧と、バイアス電圧と位相との関
係曲線のデータを記憶させておく。この比較演算回路８
では上部電極または下部電極の標準バイアス電圧と第１
または第２バイアス検出器からのバイアス電圧とを比較
し、標準バイアス電圧との差を補正するように位相差の
信号を位相調整器４へ送信する。位相調整器４は上部高
周波電源１Ａと下部高周波電源１Ｂへ調整されたこの位
相差信号を送り制御を行なう。
【００１８】このバイアス電圧と位相との関係は、例え
ば図２に示すように、バイアス電圧の大きさに比例して
位相が変化する。従ってバイアス電圧の変化を位相信号
９として上部及び下部高周波電源１Ａ，１Ｂに送り制御
することにより、標準バイアス電圧に近い所定のバイア
ス電圧を得ることができる。以下この比較演算回路８に
記憶する標準バイアス電圧と、バイアス電圧と位相との
関係について説明する。
ば図２に示すように、バイアス電圧の大きさに比例して
位相が変化する。従ってバイアス電圧の変化を位相信号
９として上部及び下部高周波電源１Ａ，１Ｂに送り制御
することにより、標準バイアス電圧に近い所定のバイア
ス電圧を得ることができる。以下この比較演算回路８に
記憶する標準バイアス電圧と、バイアス電圧と位相との
関係について説明する。
【００１９】上部高周波電源１Ａ及び下部高周波電源１
Ｂの高周波を１３．５６ＭＨｚ、パワーとして上部電極
の電力値６００Ｗ、下部電極の電力値３００Ｗ、位相差
を１８０度として、エッチング室５内に載置した半導体
基板１１の被エッチング膜をエッチングする場合の最も
適した下部電極のバイアス電圧を標準バイアス電圧（例
えば５５０Ｖ）となるように下部電極のパワーを調整す
る。次いで位相差を変えた時のバイアス電圧を測定する
（バイアス電圧を変えて位相差を測定してもよい）。そ
の結果図２に示す関係曲線が得られた。
Ｂの高周波を１３．５６ＭＨｚ、パワーとして上部電極
の電力値６００Ｗ、下部電極の電力値３００Ｗ、位相差
を１８０度として、エッチング室５内に載置した半導体
基板１１の被エッチング膜をエッチングする場合の最も
適した下部電極のバイアス電圧を標準バイアス電圧（例
えば５５０Ｖ）となるように下部電極のパワーを調整す
る。次いで位相差を変えた時のバイアス電圧を測定する
（バイアス電圧を変えて位相差を測定してもよい）。そ
の結果図２に示す関係曲線が得られた。
【００２０】図２よりバイアス電圧が標準値（５５０
Ｖ）より変化した場合、位相差の位相をずらすことによ
りバイアス電圧を標準の値にもどすことが可能であるこ
とが分かる。例えばバイアス電圧が５５０Ｖから４５０
Ｖに低下した場合、位相差を１５度ふやし１９５度とす
ることによりバイアス電圧を標準値にもどすことができ
る。なお上部電極の場合についても同様の操作を行なう
ことにより、上部電極のバイアス電圧と位相との関係曲
線が得られる。
Ｖ）より変化した場合、位相差の位相をずらすことによ
りバイアス電圧を標準の値にもどすことが可能であるこ
とが分かる。例えばバイアス電圧が５５０Ｖから４５０
Ｖに低下した場合、位相差を１５度ふやし１９５度とす
ることによりバイアス電圧を標準値にもどすことができ
る。なお上部電極の場合についても同様の操作を行なう
ことにより、上部電極のバイアス電圧と位相との関係曲
線が得られる。
【００２１】次に図１に示したプラズマエッチング装置
を用いて半導体基板上の被エッチング膜をエッチングす
る場合について説明する。
を用いて半導体基板上の被エッチング膜をエッチングす
る場合について説明する。
【００２２】まず図５に示すように、半導体基板１１上
にゲート絶縁膜１２，ポリシリコン膜１３，金属シリサ
イド膜１４及びレジストマスク１５が形成された試料を
下部電極１０Ｂ上に載置し、比較演算回路８にこの試料
のエッチングに適した下部電極の標準バイアス電圧（例
えば５５０Ｖ）と、図２に示したと同様のバイアス電圧
と位相との関係を記憶させておく。
にゲート絶縁膜１２，ポリシリコン膜１３，金属シリサ
イド膜１４及びレジストマスク１５が形成された試料を
下部電極１０Ｂ上に載置し、比較演算回路８にこの試料
のエッチングに適した下部電極の標準バイアス電圧（例
えば５５０Ｖ）と、図２に示したと同様のバイアス電圧
と位相との関係を記憶させておく。
【００２３】次いで上部電極１０Ａ及び下部電極１０Ｂ
に印加される高周波を１３．５６ＭＨｚ、上部電極に印
加されるパワーを５００Ｗ、下部電極に印加されるパワ
ーを３００Ｗ、上部高周波電源１Ａと下部高周波電源１
Ｂ間の位相差を１８０度とし、エッチング室５に反応ガ
スとして、例えばＣｌ2 とＯ2 を導入して金属シリサイ
ド膜１４を、次でＣｌ2 とＨＢｒを導入してポリシリコ
ン膜１３をエッチングする。この時第２バイアス検出器
７Ｂより下部電極のバイアス電圧信号を検出し、比較演
算回路８に送り、そのバイアス電圧が標準バイアス電圧
（５５０Ｖ）より異なっている場合は、バイアス電圧は
標準バイアス電圧になるように位相調整器４を介して補
正された位相信号９を上部及び下部高周波電源１Ａ，１
Ｂに送り位相差を補正する。
に印加される高周波を１３．５６ＭＨｚ、上部電極に印
加されるパワーを５００Ｗ、下部電極に印加されるパワ
ーを３００Ｗ、上部高周波電源１Ａと下部高周波電源１
Ｂ間の位相差を１８０度とし、エッチング室５に反応ガ
スとして、例えばＣｌ2 とＯ2 を導入して金属シリサイ
ド膜１４を、次でＣｌ2 とＨＢｒを導入してポリシリコ
ン膜１３をエッチングする。この時第２バイアス検出器
７Ｂより下部電極のバイアス電圧信号を検出し、比較演
算回路８に送り、そのバイアス電圧が標準バイアス電圧
（５５０Ｖ）より異なっている場合は、バイアス電圧は
標準バイアス電圧になるように位相調整器４を介して補
正された位相信号９を上部及び下部高周波電源１Ａ，１
Ｂに送り位相差を補正する。
【００２４】位相差を１８０度から余り離れた値にする
と、エッチングの面内均一性が低下するため、位相差は
１８０±２０度の範囲に保つことが望ましい。また位相
差の補正によりバイアス電圧を標準バイアス電圧±２％
程度に補正することが望ましく、この補正により図４に
示された従来のエッチレートのばらつきを約２０％にま
で抑制することが可能となった。このためエッチング室
５の清掃回数を大幅に低減することができた。
と、エッチングの面内均一性が低下するため、位相差は
１８０±２０度の範囲に保つことが望ましい。また位相
差の補正によりバイアス電圧を標準バイアス電圧±２％
程度に補正することが望ましく、この補正により図４に
示された従来のエッチレートのばらつきを約２０％にま
で抑制することが可能となった。このためエッチング室
５の清掃回数を大幅に低減することができた。
【００２５】下部電極１０Ｂのバイアス電圧を補正する
ことによりエッチレートのばらつきを大幅に抑制できる
が、上部電極１０Ａのバイアス電圧の変動を補正するこ
とによってもエッチレートのばらつきを改善することが
できる。特に上部電極１０Ａと下部電極１０Ｂのバイア
ス電圧のばらつきを補正するための位相差がほぼ等しく
なる場合は、下部電極のバイアス電圧を補正する場合に
比べ、エッチレートのばらつきをより改善することが可
能である。
ことによりエッチレートのばらつきを大幅に抑制できる
が、上部電極１０Ａのバイアス電圧の変動を補正するこ
とによってもエッチレートのばらつきを改善することが
できる。特に上部電極１０Ａと下部電極１０Ｂのバイア
ス電圧のばらつきを補正するための位相差がほぼ等しく
なる場合は、下部電極のバイアス電圧を補正する場合に
比べ、エッチレートのばらつきをより改善することが可
能である。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、エッチン
グ室内の下部電極または上部電極に印加されるバイアス
電圧を位相差を補正して標準バイアス電圧に近づけるこ
とにより、被エッチング膜のエッチレートの変動を大幅
に低減できるという効果がある。
グ室内の下部電極または上部電極に印加されるバイアス
電圧を位相差を補正して標準バイアス電圧に近づけるこ
とにより、被エッチング膜のエッチレートの変動を大幅
に低減できるという効果がある。
【図１】本発明の実施の形態を説明するためのプラズマ
エッチング装置のブロック図。
エッチング装置のブロック図。
【図２】バイアス電圧と位相との関係を示す図。
【図３】従来のプラズマエッチング装置のブロック図。
【図４】エッチレートのばらつきを示す図。
【図５】プラズマエッチング装置によるエッチング方法
を説明するための半導体基板の断面図。
を説明するための半導体基板の断面図。
１Ａ 上部高周波電源 １Ｂ 下部高周波電源 ２，３ ＲＦケーブル ４ 位相調整器 ５ エッチング室 ６Ａ 上部整合器 ６Ｂ 下部整合器 ７Ａ 第１バイアス検出器 ７Ｂ 第２バイアス検出器 ８ 比較演算回路 ９ 位相信号 １１ 半導体基板 １２ ゲート絶縁膜 １３ ポリシリコン膜 １４ 金属シリサイド膜 １５ レジストマスク
Claims (6)
- 【請求項１】 エッチング室に設けられ試料を載置する
平行平板型の下部電極と、この下部電極上に設けられた
上部電極と、前記上部電極及び下部電極に整合器を介し
てそれぞれ接続され同一周波数を発生する上部高周波電
源と下部高周波電源と、前記上部及び下部高周波電源間
に接続された位相調整器と、前記上部電極または下部電
極のバイアス電圧を検出し、標準バイアス電圧との差が
所定の値になるように前記上部及び下部電極に印加され
る高周波の位相差を補正する位相補正手段とを含むこと
を特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項２】 前記上部電極に印加される高周波の位相
は、前記下部電極に印加される高周波の位相より１６０
〜２００度となる範囲で進むように設定されている請求
項１記載のプラズマエッチング装置。 - 【請求項３】 前記位相補正手段は、上部電極と下部電
極にそれぞれ接続された第１バイアス検出器と第２バイ
アス検出器と、前記第１バイアス検出器または第２バイ
アス検出器からのバイアス電圧信号を受け、あらかじめ
記憶された標準バイアス電圧との差を検出し、この値を
バイアス電圧と位相との関係曲線から位相差として位相
調整器に送信する比較演算回路とから構成されている請
求項１記載のプラズマエッチング装置。 - 【請求項４】 請求項１、２、または３記載のプラズマ
エッチング装置を用いて半導体基板上の被エッチング膜
をエッチングすることを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項５】 下部電極のバイアス電圧を検出し標準バ
イアス電圧との差が所定の値になるように上部電極及び
下部電極に印加される高周波の位相差を補正して被エッ
チング膜をエッチングする請求項４記載のエッチング方
法。 - 【請求項６】 上部電極に印加される高周波の位相を、
下部電極に印加される高周波の位相より１６０〜２００
度となる範囲で進めて被エッチング膜をエッチングする
請求項４または請求項５記載のエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27275599A JP2001093890A (ja) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | プラズマエッチング装置及びエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27275599A JP2001093890A (ja) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | プラズマエッチング装置及びエッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001093890A true JP2001093890A (ja) | 2001-04-06 |
Family
ID=17518310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27275599A Pending JP2001093890A (ja) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | プラズマエッチング装置及びエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001093890A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004030931A (ja) * | 2002-06-21 | 2004-01-29 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ生成装置用高周波電源装置 |
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1999
- 1999-09-27 JP JP27275599A patent/JP2001093890A/ja active Pending
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