JP2000058292A

JP2000058292A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: JP2000058292A
Application number: JP10220537A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Kubota; 正文久保田; Shigenori Hayashi; 重徳林; Michinari Yamanaka; 通成山中
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】パルスプラズマプロセスにおいて、放電が不
安定になることを防ぎつつ、プラズマ発生用の高周波パ
ルス電力がオフである時間を長くできるようにする。【解決手段】チャンバー１０の上には誘電体板１１を
介して渦巻き状電極１２が設けられており、該渦巻き状
電極１２には高周波パルス電源１３からプラズマ発生用
の高周波パルス電力が供給される。チャンバー１０の底
部には試料台１４が設けられ、該試料台１４の上には被
エッチング試料１５が載置されている。試料台１４の下
側にはバイアス用のＤＣパルス電源１７が設けられてお
り、試料台１４とＤＣパルス電源１７とはストリップ線
路１６を介して接続されている。チャンバー１０の側面
には真空紫外光源１９及びシリンドリカルレンズ２０が
設けられており、プラズマ発生用の高周波電力がオフで
あるときに、シリンドリカルレンズ２０を介して真空紫
外光源１９からプラズマ発生領域１８に真空紫外光が照
射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波放電を用い
たプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】高周波放電を用いたプラズマ処理方法
は、プラズマ中のイオンやラジカル等によって、微細加
工のためのドライエッチングを行ったり、窒化膜や酸化
膜等の薄膜を形成したり、あるいはアモルファス等の多
種多様な新材料を創製するのに用いられ、半導体工業を
はじめとするエレクトロニクス分野で技術革新をもたら
している。

【０００３】以下、プラズマ処理方法の適用例として、
微細加工に適するドライエッチングについて説明する。
ドライエッチング技術として最も広く用いられている反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、適当な反応性ガス
からなる高周波放電プラズマ中に被エッチング試料を曝
すことによってエッチング反応を起こさせ、被エッチン
グ試料の表面の不要部分を除去するものである。被エッ
チング試料の表面の必要な部分つまり除去しない部分
は、フォトマスクとして用いるレジストパターンにより
保護されている。

【０００４】微細加工のためにはイオンの方向性を揃え
ることが必要であるが、そのためにはプラズマ中でのイ
オンの散乱を減らすことが不可欠である。イオンの散乱
を減らすためには、プラズマ発生室内の圧力を低くし、
イオンの平均自由行程を大きくすることが効果的である
が、プラズマ発生室の圧力を低くするとラジカル密度が
低下してエッチングレートが低くなるという問題が発生
する。

【０００５】その対策として、誘導結合型のプラズマ装
置又はヘリコン型のプラズマ装置等の高密度プラズマ装
置が導入されつつある。高密度プラズマ装置は従来の平
行平板型ＲＩＥ装置に比べて１桁から２桁程度高密度な
プラズマを発生させることができる。このため、プラズ
マ発生室の圧力が１桁から２桁程度低い条件下でもＲＩ
Ｅ装置と同等以上のエッチングレートが得られている。

【０００６】しかしながら、前記のような高密度プラズ
マ装置においては、プラズマ処理中に被処理基板上に電
子又は正イオンである電荷が蓄積するため、チャージア
ップに起因するエッチング形状の異常、マイクロローデ
ィング効果、又はチャージングによるゲート絶縁膜の劣
化ないしは破壊等が生じるという新たな問題が発生す
る。

【０００７】そこで、高密度プラズマプロセスが有する
前述の問題を解決する方法として、パルスプラズマプロ
セスが提案されている（例えば、Ohtakeほか、1995年DR
Y PROCESS SYMPOSIUM 予稿集, p.45, 電気学会）。パル
スプラズマプロセスは、プラズマ発生用の高周波電力を
パルス状に供給するものであり、プラズマ発生用の高周
波電力がオフ又は低レベルであるときに電子の減少及び
負イオンの発生がもたらされることによって、被処理基
板上における電荷の蓄積が緩和するため、チャージアッ
プに起因するエッチング形状の異常、マイクロローディ
ング効果、又はチャージングによるゲート絶縁膜の劣化
ないしは破壊等を防止することができる。

【０００８】以下、パルスプラズマプロセスを行うエッ
チング装置について図４を参照しながら説明する。

【０００９】内部が真空に保持されるチャンバー１０の
上には誘電体板１１を介して渦巻き状電極１２が設けら
れており、該渦巻き状電極１２の一端はプラズマ発生用
の高周波パルス電力を供給する高周波パルス電源１３に
接続されていると共に該渦巻き状電極１２の他端は接地
されている。渦巻き状電極１２に高周波パルス電力が印
加されると、誘電体板１１を介して誘導電磁界が発生す
るため、チャンバー１０の内部に高密度のプラズマが発
生する。チャンバー１０内の底部には試料台１４が設け
られ、該試料台１４の上には被エッチング試料１５が載
置されている。試料台１４にはバイアス用の高周波電力
供給源２１がストリップ線路１６を介して接続されてい
る。バイアス用の高周波電力供給源２１はプラズマ発生
領域１８中の正イオン又は負イオンを被エッチング試料
１５の方向に加速する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のパル
スプラズマプロセスにおいては、被処理基板上における
電荷の蓄積を十分に緩和するためにプラズマ発生用の高
周波パルス電力がオフ又は低レベルである時間を長くす
ると、以下に説明するような新たな問題が発生する。す
なわち、プラズマ発生用の高周波パルス電力がオフ又は
低レベルである時間が長くなるに従い、チャンバー内の
電子が負イオンの発生及びチャンバーの壁との衝突によ
って減少を続けるため、プラズマ発生用の高周波パルス
電力がオフ又は低レベルの時間が所定時間よりも長くな
ると、次にプラズマ発生用の高周波パルス電力がオン又
は高レベルになったときに電子の数が少なすぎてプラズ
マ発生が容易に生じず放電が不安定になるという問題で
ある。

【００１１】放電が不安定になると、放電のちらつきが
観測されたり、プロセスの再現性が悪くなったり、場合
によってはチャージングによるゲート絶縁膜の破壊等が
起きたりするという問題が生じてくる。

【００１２】前記に鑑み、本発明は、パルスプラズマプ
ロセスにおいて、プラズマ発生用の高周波パルス電力が
オン又は高レベルになったときに、放電が不安定になる
ことを防ぎつつ、プラズマ発生用の高周波パルス電力が
オフ又は低レベルである時間を長くできるようにするこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、プラズマ発生用の高周波パルス電力がオ
フ又は低レベルであるときに、エネルギービームを反応
性ガスに照射することにより反応性ガスをイオン化して
電子を発生させ、もってチャンバー内の電子の数を所定
レベル以上に保つものである。

【００１４】本発明に係るプラズマ処理装置は、被処理
基板を保持する試料台が設けられていると共に反応性ガ
スを導入するガス導入手段を有する真空チャンバーと、
真空チャンバーに、所定レベルの高周波電力を間欠的に
繰り返し供給するか又は高レベル及び低レベルの高周波
電力を交互に繰り返し供給することにより、真空チャン
バーに反応性ガスからなるプラズマを発生させる高周波
電力供給手段と、高周波電力供給手段から所定レベルの
高周波電力が供給されていない期間又は低レベルの高周
波電力が供給されている期間に、反応性ガスにエネルギ
ービームを照射するエネルギービーム照射手段と、試料
台にバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給手段とを
備えている。

【００１５】本発明のプラズマ処理装置によると、プラ
ズマ発生用の高周波電力がオフ又は低レベルであるとき
に、反応性ガスにエネルギービームを照射するエネルギ
ービーム照射手段を備えているため、プラズマ発生用の
高周波電力がオフ又は低レベルであるときに、反応性ガ
スにエネルギービームを照射することにより、反応性ガ
スをイオン化して電子を発生させることができる。

【００１６】本発明のプラズマ処理装置において、エネ
ルギービーム照射手段は、真空紫外光を出射する手段を
有していることが好ましい。

【００１７】本発明のプラズマ処理装置において、エネ
ルギービーム照射手段は、エネルギービームを反応性ガ
スに試料台に対してほぼ平行に照射することが好まし
い。

【００１８】本発明のプラズマ処理装置において、エネ
ルギービーム照射手段は、重水素ランプから出射された
真空紫外光をシリンドリカルレンズを介して反応性ガス
に照射することが好ましい。

【００１９】本発明のプラズマ処理装置において、バイ
アス電圧供給手段は、ＤＣパルス電源であることが好ま
しい。

【００２０】本発明のプラズマ処理装置において、バイ
アス電圧供給手段は、高周波電力供給源であることが好
ましい。

【００２１】本発明に係るプラズマ処理方法は、被処理
基板を保持する試料台が内部に設けられた真空チャンバ
ーに反応性ガスを供給すると共に、真空チャンバーに、
所定レベルの高周波電力を間欠的に繰り返し供給するか
又は高レベル及び低レベルの高周波電力を交互に繰り返
し供給することにより、真空チャンバーに反応性ガスか
らなるプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、試料
台にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加工程とを
備え、プラズマ発生工程は、所定レベルの高周波電力が
供給されていない期間又は低レベルの高周波電力が供給
されている期間に、反応性ガスにエネルギービームを照
射するエネルギービーム照射工程を有している。

【００２２】本発明のプラズマ処理方法によると、プラ
ズマ発生用の高周波電力がオフ又は低レベルであるとき
に、反応性ガスにエネルギービームを照射することによ
り反応性ガスをイオン化して電子を発生させることがで
きるため、真空チャンバー内の電子の数をプラズマ発生
が容易に生じるのに必要な所定レベル以上に保つことが
できるので、次にプラズマ発生用の高周波電力がオン又
は高レベルになるときに、放電が不安定になることを防
ぐことができる。

【００２３】また、本発明のプラズマ処理方法による
と、放電が不安定になることを防ぎつつ、プラズマ発生
用の高周波電力がオフ又は低レベルである時間を長くす
ることができるため、被処理基板上における電子や正イ
オンである電荷の蓄積を緩和することができる。

【００２４】本発明のプラズマ処理方法において、エネ
ルギービームは真空紫外光であることが好ましい。

【００２５】本発明のプラズマ処理方法において、エネ
ルギービーム照射工程は、エネルギービームを反応性ガ
スに試料台に対してほぼ平行に照射する工程を含むこと
が好ましい。

【００２６】本発明のプラズマ処理方法は、プラズマ発
生工程において所定レベルの高周波電力又は高レベルの
高周波電力の供給を開始するよりも前に、エネルギービ
ームを反応性ガスに照射する工程をさらに備えているこ
とが好ましい。

【００２７】本発明のプラズマ処理方法において、バイ
アス電圧印加工程は、プラズマ発生用の高周波電力がオ
フ又は低レベルである期間の少なくとも一部の期間に、
試料台に正のバイアス電圧を印加する工程を含むことこ
とが好ましい。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係るドライエッチング装置及びドラ
イエッチング方法について、図１及び図２を参照しなが
ら説明する。

【００２９】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実
施形態に係るドライエッチング装置の構造を示す概略図
であって、図１（ａ）は側方から見た断面図であり、図
１（ｂ）は上方から見た断面図である。図１（ａ）、
（ｂ）において、１０は接地されており、内壁がセラミ
ック、テフロンまたは石英等の絶縁物で覆われていると
共に内部が真空に保持されるチャンバーである。尚、チ
ャンバー１０は、内壁が絶縁物で覆われた構造に代え
て、石英等からなるインナーチャンバーを有する二重構
造であってもよい。また、チャンバー１０には、該チャ
ンバー１０内に反応性ガスを導入する周知のガス導入手
段が設けられているが、図示は省略している。

【００３０】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、チャン
バー１０の上にはセラミック等からなる誘電体板１１を
介して渦巻き状電極１２が設けられており、渦巻き状電
極１２の一端は高周波パルス電源１３に接続されている
と共に渦巻き状電極１２の他端は接地されている。渦巻
き状電極１２に高周波パルス電力が印加されると、誘電
体板１１を介して誘導電磁界が発生するため、チャンバ
ー１０の内部に高密度のプラズマが発生する。また、チ
ャンバー１０内の底部には、表面が絶縁性材料でコーテ
ィングされた金属製の試料台１４が設けられており、該
試料台１４の上には被処理基板としての被エッチング試
料１５が載置されている。試料台１４の下方の近傍には
バイアス用のＤＣパルス電源１７が設けられており、試
料台１４とバイアス用のＤＣパルス電源１７とは約３０
ｃｍの長さを有するストリップ線路１６により接続され
ている。ストリップ線路１６は幅２ｃｍ、厚さ０．５ｍ
ｍの銅よりなる帯板状であって、２〜３ｃｍの間隙をお
いて金属製の角筒により覆われており、寄生容量の発生
が抑制されている。バイアス用のＤＣパルス電源１７は
プラズマ発生領域１８中の正イオン又は負イオンを被エ
ッチング試料１５の方向に加速する。試料台１４とＤＣ
パルス電源１７とがストリップ線路１６を介して接続さ
れているため、試料台１４とＤＣパルス電源１７との間
における寄生容量の増加又はインダクタンスの増加を抑
制することができる。

【００３１】第１の実施形態の特徴として、図１
（ａ）、（ｂ）に示すように、チャンバー１０の側面に
は真空紫外光源１９及びシリンドリカルレンズ２０が設
けられており、真空紫外光源１９から出射される真空紫
外光は矢印で示すように、シリンドリカルレンズ２０を
介してチャンバー１０内のプラズマ発生領域１８に照射
される。真空紫外光源１９としては、真空紫外光を出射
する光源を広く用いることができるが、ここでは１．２
ＫＷのマイクロ波によって励起される重水素ランプを用
いている。

【００３２】以下、第１の実施形態に係るドライエッチ
ング装置を用いて行う第１の実施形態に係るドライエッ
チング方法について図１（ａ）、（ｂ）及び図２を参照
しながら説明する。図２は第１の実施形態に係るドライ
エッチング方法におけるプラズマ発生用高周波電力パル
ス、バイアス用ＤＣ電圧パルス、及びチャンバー１０内
のプラズマパラメータ（電子密度、負イオン密度及び正
イオン密度）の時間変化を実線で示している。図２にお
いて、Ｔｄは高周波パルス電源１３をオフしてからＤＣ
パルス電源１７をオンするまでの遅延時間を示してい
る。また、本実施形態に係るドライエッチング方法との
比較のため、図２において、真空紫外光の照射を行わな
いドライエッチング方法におけるプラズマパラメータ
（電子密度、負イオン密度及び正イオン密度）の時間変
化を破線で示している。

【００３３】まず、反応性ガスとして２５ｓｃｃｍのＨ
Ｂｒガスと２５ｓｃｃｍのＣｌ₂ガスとをチャンバー１
０内に導入して、チャンバー１０内の圧力を１〜３Ｐａ
とする。

【００３４】次に、真空紫外光源１９である１．２ＫＷ
のマイクロ波によって励起される重水素ランプを用いて
真空紫外光をプラズマ発生領域１８に照射する。真空紫
外光の照射は、高周波パルス電源１３から高周波電力パ
ルスを供給する前に開始すると共に、真空紫外光の照射
は高周波パルス電源１３のオン・オフに関係なく連続し
て行う。真空紫外光源１９である重水素ランプからシリ
ンドリカルレンズ２０までの光路に窒素ガスを充填する
ことによって、真空紫外光の吸収による光エネルギーの
減衰及びオゾンの発生を防止する。

【００３５】その後、プラズマ発生用の高周波パルス電
源１３から、周波数が１３．５６ＭＨｚで、パルス幅が
３０〜１００μ秒、時間平均電力が２００〜１０００Ｗ
の高周波電力を渦巻き状電極１２に印加する。また、バ
イアス用のＤＣパルス電源１７からは、高周波パルス電
源１３がオンしてから５μ秒後に、−５０Ｖの負のバイ
アス電圧を試料台１４に印加すると共に、高周波パルス
電源１３がオフしてから所定の遅延時間Ｔｄの後に、７
０Ｖの正のバイアス電圧を５〜２０μ秒のパルス幅で試
料台１４に印加する。パルスの繰り返し周波数は５ＫＨ
ｚに、遅延時間Ｔｄは１０〜５０μ秒に設定する。

【００３６】図２に示すように、プラズマ発生用の高周
波パルス電源１３がオンすると、反応性ガスの分子が高
エネルギー電子との衝突によりイオン化されるため、時
間の経過とともに電子密度及び正イオン密度は増加す
る。次に、プラズマ発生用の高周波パルス電源１３がオ
フしてアフターグロープラズマの状態になると、電子の
加速源が無いため電子温度が低下して電子付着解離が生
じ易くなると共に、エッチングに使用される反応性ガス
例えばハロゲンガスは電子負性ガスであるため電子付着
解離が生じるので、電子密度が急速に低下する。一方、
電子密度の低下とは反対に、電子付着解離の発生により
負イオンが急激に増加する。

【００３７】第１の実施形態に係るドライエッチング方
法によると、図２において実線で示すように、アフター
グロープラズマの状態において、プラズマ発生用の高周
波パルス電源１３がオフになった当初は電子密度の低下
が急速に生じるが、真空紫外光源１９から出射される真
空紫外光がシリンドリカルレンズ２０を介してチャンバ
ー１０内のプラズマ発生領域１８に照射されるため、プ
ラズマ発生用の高周波パルス電源１３がオフであるとき
にも反応性ガスの分子がイオン化されて電子が発生する
ので、電子密度は高周波パルス電源１３がオンしたとき
に容易に放電を開始するために必要とされる１０⁸／ｃ
ｍ³以下にならない。この結果、次にプラズマ発生用の
高周波パルス電源１３がオンしたときに、プラズマ発生
に必要な電子が十分に供給されるため放電が安定に生じ
るので、放電のちらつき、プロセスの再現性の悪化及び
チャージングによるゲート絶縁膜の破壊等を防止でき
る。また、放電が不安定になることを防ぎつつプラズマ
発生用の高周波パルス電源１３がオフである時間を長く
することができるため、被エッチング試料１５上におけ
る電荷の蓄積を緩和できるので、チャージアップに起因
するエッチング形状の異常等を防止できる。

【００３８】一方、真空紫外光の照射を行わない比較例
のドライエッチング方法によると、図２において破線で
示すように、アフターグロープラズマの状態において、
電子密度の低下が急速に生じて、反応性ガスの種類によ
り異なるがプラズマ発生用の高周波パルス電源１３がオ
フになってから１μ秒から数十μ秒までの間に電子密度
が１０⁸／ｃｍ³以下になる。この結果、真空紫外光の照
射を行わない比較例のドライエッチング方法において、
プラズマ発生用の高周波パルス電源１３がオンしたとき
に放電が不安定になることを防ぐためには、高周波パル
ス電源１３がオフである時間を１μ秒以下に設定する必
要がある。その場合には、被エッチング試料１５上にお
ける電荷の蓄積を十分に緩和できないので、チャージア
ップに起因するエッチング形状の異常等が発生する恐れ
がある。

【００３９】また、第１の実施形態に係るドライエッチ
ング方法によると、放電が不安定になることを防ぎつつ
プラズマ発生用の高周波パルス電源１３がオフである時
間を長くすることができるため、電子付着解離により増
加した負イオンをパルスプラズマプロセスに積極的に利
用することが可能になる。すなわち、プラズマ発生用の
高周波パルス電源１３がオフである時間を数μ秒以上に
設定できるため、正のバイアス電圧を試料台１４に印加
することにより負イオンを被エッチング試料１５の表面
に引き込んでエッチングに利用することができる。

【００４０】具体的には、図２において実線で示すよう
に、プラズマ発生用の高周波パルス電源１３から印加さ
れる高周波パルス電力がオフになってから所定の遅延時
間Ｔｄの後に、バイアス用のＤＣパルス電源１７をオン
して、該ＤＣパルス電源１７から試料台１４に正のバイ
アス電圧を印加する。通常、遅延時間Ｔｄは、電子密度
がピーク値に対する所定割合以下、例えばピーク値の１
／１０程度に減少するような時間に設定することが好ま
しい。プラズマ中の電子密度がピーク値に対する所定割
合以下になってからバイアス用のＤＣパルス電源１７を
オンするように遅延時間Ｔｄを設定すると遅延時間Ｔｄ
の経過後、つまりＤＣパルス電源１７が正のバイアス電
圧を試料台１４に印加するときには、電子密度が充分に
低く且つ負イオン密度が大きいため、試料台１４に流入
する電子電流を充分に小さくして負イオン電流を効果的
に引き出すことができると共に、負イオンを被エッチン
グ試料１５に効果的に照射することができる。その結
果、試料台１４に流入する電子電流を充分に小さくして
負イオン電流を効果的に引き出すことによって、被エッ
チング試料１５の正イオンによる帯電を解消することが
できるため、チャージアップに起因するエッチング形状
の異常等を一層防止することができると共に、高周波パ
ルス電源１３がオフであるときにも、負イオンを被エッ
チング試料１５に効果的に照射することによって負イオ
ンによるエッチングが行われるため、エッチングレート
が向上する。

【００４１】尚、第１の実施形態に係るドライエッチン
グ方法において、チャージアップが低減する原因とし
て、次のような負イオンの寄与が考えられる。被エッチ
ング試料１５に高エネルギーの正イオン又は負イオンが
入射する場合、入射イオンの持つ電荷が被エッチング試
料１５の表面に蓄積される影響に加えて、イオンの入射
に伴って被エッチング試料１５の表面から放出される二
次電子の影響も無視できない程度に大きい。正イオンが
入射するときには、二次電子の放出は正電荷の蓄積を増
加するように働くが、負イオンが入射するときには、二
次電子の放出は負電荷の蓄積を打ち消すように働くた
め、チャージアップが一層低減する。

【００４２】第１の実施形態に係るドライエッチング方
法により発生したプラズマを用いて、シリコン酸化膜の
上に堆積されたリンドープの多結晶シリコン膜に対して
エッチングを行ったところ、エッチングレートは２００
〜８００ｎｍ／秒であり、シリコン酸化膜に対する選択
比は３０以上と良好であると共に、異方性エッチングで
あった。

【００４３】また、プラズマ処理中に放電のちらつき等
の放電の不安定性は生じず、チャージアップに起因する
エッチング形状の異常又はゲート絶縁膜の破壊等の発生
もなく、良好なエッチング特性が得られた。

【００４４】尚、プラズマ発生用の高周波パルス電源１
３がオフであるときに、バイアス用のＤＣパルス電源１
７から正のバイアス電圧を試料台１４に印加したことに
よって、エッチングレートがおよそ２０％以上増加し
た。

【００４５】第１の実施形態において、真空紫外光源１
９として重水素ランプを用いたが、これに代えて、Ａ
ｒ、Ｋｒ若しくはＸｅ等の希ガス共鳴線ランプ又はアー
ク放電ランプ等を用いてもよい。また、プラズマ発生領
域１８に照射するエネルギービームは必ずしも真空紫外
光である必要はなく、真空紫外光に代えて、短波長のエ
キシマレーザ光、Ｘ線、β線又はγ線等を用いてもよ
い。

【００４６】また、第１の実施形態において、高周波パ
ルス電源１３から高周波電力を間欠的に繰り返し供給し
たが、高周波パルス電源１３から高周波電力を間欠的に
繰り返し供給する代わりに、高周波パルス電源１３から
高レベル及び低レベルの高周波電力を交互に繰り返し供
給してもよい。

【００４７】さらに、第１の実施形態において、真空紫
外光の照射は高周波パルス電源１３のオン・オフに関係
なく連続して行ったが、真空紫外光の照射は高周波パル
ス電源１３がオフであるときに行うことが好ましい。そ
の場合、真空紫外光源１９を高周波パルス電源１３の高
周波電力パルスに同期させてパルス駆動にしてもよい。

【００４８】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係るドライエッチング装置及びドライエッチ
ング方法について、図３を参照しながら説明する。

【００４９】図３は、本発明の第２の実施形態に係るド
ライエッチング装置を側方から見た断面図である。第２
の実施形態においては、図１に示した第１の実施形態と
同一の部材には同一の符号を付すことにより、説明を省
略する。

【００５０】第２の実施形態に係るドライエッチング装
置が第１の実施形態と異なるのは、バイアス用のＤＣパ
ルス電源１７に代えて、高周波電力を試料台１４に印加
するバイアス用の高周波電力供給源２１を備えているこ
とである。高周波電力供給源２１は、試料台１４の下方
の近傍に設けられており、試料台１４とバイアス用の高
周波電力供給源２１とは約３０ｃｍの長さを有するスト
リップ線路１６により接続されている。バイアス用の高
周波電力供給源２１はプラズマ発生領域１８中の正イオ
ン又は負イオンを被エッチング試料１５の方向に加速す
る。

【００５１】以下、第２の実施形態に係るドライエッチ
ング装置を用いて行う第２の実施形態に係るドライエッ
チング方法について図３を参照しながら説明する。

【００５２】まず、反応性ガスとして２５ｓｃｃｍのＨ
Ｂｒガスと２５ｓｃｃｍのＣｌ₂ガスとをチャンバー１
０内に導入して、チャンバー１０内の圧力を１〜３Ｐａ
とする。

【００５３】次に、真空紫外光源１９として１．２ＫＷ
のマイクロ波によって励起される重水素ランプを用いて
真空紫外光をプラズマ発生領域１８に照射する。

【００５４】その後、プラズマ発生用の高周波パルス電
源１３から、周波数が１３．５６ＭＨｚで、パルス幅が
３０〜１００μ秒、パルスの繰り返し周波数が５ＫＨ
ｚ、時間平均電力が２００〜１０００Ｗの高周波電力を
渦巻き状電極１２に印加する。また、バイアス用の高周
波電力供給源２１から、周波数１００ＫＨｚでＶｐｐ
（ピーク・ツー・ピーク電圧）が１００Ｖのバイアス電
圧を試料台１４に印加する。

【００５５】第２の実施形態に係るドライエッチング方
法によると、放電が安定に生じるため、放電のちらつ
き、プロセスの再現性の悪化及びチャージングによるゲ
ート絶縁膜の破壊等を防止できる。

【００５６】第２の実施形態に係るドライエッチング方
法により発生したプラズマを用いて、シリコン酸化膜の
上に堆積されたリンドープの多結晶シリコン膜に対して
エッチングを行ったところ、エッチングレートは１５０
〜３００ｎｍ／秒であり、シリコン酸化膜に対する選択
比は３０以上と良好であると共に、異方性エッチングで
あった。

【００５７】また、プラズマ処理中に放電のちらつき等
の放電の不安定性は生じず、チャージアップに起因する
エッチング形状の異常又はゲート絶縁膜の破壊等の発生
もなく、良好なエッチング特性が得られた。

【００５８】尚、バイアス用の高周波電力供給源２１か
らバイアス電圧を試料台１４に印加したことによって、
バイアス電圧の印加が簡易に行えた。

【００５９】第１及び第２の実施形態においては、高密
度プラズマを用いるエッチング装置に本発明のプラズマ
処理方法を適用した場合を示したが、これに代えて、プ
ラズマＣＶＤ装置、スパッタリング装置又はイオン注入
装置のイオン源等の高密度プラズマを用いる他の装置に
本発明のプラズマ処理方法を適用しても同様の効果が得
られる。

【００６０】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置によると、プ
ラズマ発生用の高周波電力がオフ又は低レベルであると
きに、反応性ガスにエネルギービームを照射することに
より反応性ガスをイオン化して電子を発生させることが
できるため、真空チャンバー内の電子の数をプラズマ発
生が容易に生じるのに必要な所定レベル以上に保つこと
ができるので、次にプラズマ発生用の高周波電力がオン
又は高レベルになるときに、放電が不安定になることを
防ぐことができる。

【００６１】また、本発明のプラズマ処理装置による
と、放電が不安定になることを防ぎつつ、プラズマ発生
用の高周波電力がオフ又は低レベルである時間を長くす
ることができるため、被処理基板上における電子や正イ
オンである電荷の蓄積を緩和することができる。

【００６２】本発明のプラズマ処理装置において、エネ
ルギービーム照射手段が真空紫外光を出射する手段を有
していると、真空紫外光のエネルギーが大きいため、反
応性ガスに真空紫外光を照射することにより反応性ガス
のイオン化効率を向上できると共に、他のエネルギービ
ーム例えばＸ線、β線又はγ線等を出射するよりも簡易
に出射できる。

【００６３】本発明のプラズマ処理装置において、エネ
ルギービーム照射手段がエネルギービームを反応性ガス
に試料台に対してほぼ平行に照射すると、被処理基板に
エネルギービームが直接に照射されることを防止できる
ため、デバイス特性の劣化を防止できる。

【００６４】本発明のプラズマ処理装置において、エネ
ルギービーム照射手段が重水素ランプから出射された真
空紫外光をシリンドリカルレンズを介して反応性ガスに
照射すると、重水素ランプによって真空紫外光を確実に
出射できると共に、シリンドリカルレンズによって真空
紫外光の拡散を防止できるため、被処理基板に真空紫外
光が直接に照射されることを防止できる。

【００６５】本発明のプラズマ処理装置において、バイ
アス電圧供給手段がＤＣパルス電源であると、正のバイ
アス電圧又は負のバイアス電圧を試料台に確実に印加す
ることができる。

【００６６】本発明のプラズマ処理装置において、バイ
アス電圧供給手段が高周波電力供給源であると、バイア
ス電圧を試料台に簡易に印加することができる。

【００６７】本発明のプラズマ処理方法によると、プラ
ズマ発生用の高周波電力がオン又は高レベルになるとき
に、放電が不安定になることを防止できるため、放電の
ちらつき、プロセスの再現性の悪化及び被処理基板上に
おけるチャージングによるゲート絶縁膜の破壊等を防止
できる。

【００６８】また、本発明のプラズマ処理方法による
と、放電が不安定になることを防ぎつつプラズマ発生用
の高周波電力がオフ又は低レベルである時間を長くする
ことができるため、被処理基板上における電子や正イオ
ンである電荷の蓄積を緩和してチャージアップ現象等を
低減することができると共に、プラズマ発生用の高周波
電力がオフ又は低レベルである時間を数μ秒以上に延長
することによって、負イオンをプラズマ処理に利用する
ことが可能になる。従って、本発明のプラズマ処理方法
がエッチング方法に用いられる場合には、チャージアッ
プに起因するエッチング形状の異常、マイクロローディ
ング効果、又はチャージングによるゲート絶縁膜の劣化
ないしは破壊等を防止できる。

【００６９】本発明のプラズマ処理方法において、エネ
ルギービームが真空紫外光であると、真空紫外光のエネ
ルギーが大きいため、反応性ガスに真空紫外光を照射す
ることにより反応性ガスのイオン化効率を向上できると
共に、他のエネルギービーム例えばＸ線、β線又はγ線
等を出射するよりも容易に出射できる。

【００７０】本発明のプラズマ処理方法において、エネ
ルギービーム照射工程が、エネルギービームを反応性ガ
スに試料台に対してほぼ平行に照射する工程を含むと、
被処理基板にエネルギービームが直接に照射されること
を防止できるため、デバイス特性の劣化を防止できる。

【００７１】本発明のプラズマ処理方法が、プラズマ発
生工程において所定レベルの高周波電力又は高レベルの
高周波電力の供給を開始するよりも前に、エネルギービ
ームを反応性ガスに照射する工程をさらに備えている
と、反応性ガスをイオン化して電子を発生させた後、プ
ラズマ発生用の所定レベルの高周波電力又は高レベルの
高周波電力の供給が開始されるため、プラズマの発生が
容易になり短時間で放電が安定する。

【００７２】本発明のプラズマ処理方法において、バイ
アス電圧印加工程が、プラズマ発生用の高周波電力がオ
フ又は低レベルである期間の少なくとも一部の期間に、
試料台に正のバイアス電圧を印加する工程を含むと、被
処理基板上の被処理膜に付着している電子を被処理基板
に引き込むことができると共に、プラズマ中の負イオン
を被処理基板上の被処理膜に引き込むことによって被処
理基板上の被処理膜の正イオンによる帯電を解消するこ
とができるため、チャージアップ現象を一層低減するこ
とができる。従って、本発明のプラズマ処理方法がエッ
チング方法に適用される場合には、チャージアップに起
因するエッチング形状の異常、マイクロローディング効
果、又はチャージングによるゲート絶縁膜の劣化ないし
は破壊等を一層防止することができると共に、プラズマ
発生用の高周波電力がオフ又は低レベルであるときにも
負イオンによるエッチングが行われるため、エッチング
レートが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るドラ
イエッチング装置を側方から見た断面図であり、（ｂ）
は、本発明の第１の実施形態に係るドライエッチング装
置を上方から見た断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係るドライエッチン
グ方法における各種パラメータの時間変化を示した図で
ある。

【図３】本発明の第２の実施形態に係るドライエッチン
グ装置を側方から見た断面図である。

【図４】従来のドライエッチング装置を側方から見た断
面図である。

【符号の説明】

１０チャンバー１１誘電体板１２渦巻き状電極１３高周波パルス電源１４試料台１５被エッチング試料１６ストリップ線路１７ＤＣバイアス電源１８プラズマ発生領域１９真空紫外光源２０シリンドリカルレンズ２１高周波電力供給源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山中通成大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内Ｆターム(参考） 4K057 DA12 DA16 DB06 DD01 DE01 DE11 DG15 DM04 DM20 DN01 5F004 AA02 AA03 BA04 BA09 BB02 BB05 BD04 DA00 DA04 DB01 DB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理基板を保持する試料台が設けられ
ていると共に反応性ガスを導入するガス導入手段を有す
る真空チャンバーと、前記真空チャンバーに、所定レベルの高周波電力を間欠
的に繰り返し供給するか又は高レベル及び低レベルの高
周波電力を交互に繰り返し供給することにより、前記真
空チャンバーに前記反応性ガスからなるプラズマを発生
させる高周波電力供給手段と、前記高周波電力供給手段から前記所定レベルの高周波電
力が供給されていない期間又は前記低レベルの高周波電
力が供給されている期間に、前記反応性ガスにエネルギ
ービームを照射するエネルギービーム照射手段と、前記試料台にバイアス電圧を印加するバイアス電圧供給
手段とを備えていることを特徴とするプラズマ処理装
置。
【請求項２】前記エネルギービーム照射手段は、真空
紫外光を出射する手段を有していることを特徴とする請
求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記エネルギービーム照射手段は、前記
エネルギービームを前記反応性ガスに前記試料台に対し
てほぼ平行に照射することを特徴とする請求項１に記載
のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記エネルギービーム照射手段は、重水
素ランプから出射された真空紫外光をシリンドリカルレ
ンズを介して前記反応性ガスに照射することを特徴とす
る請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記バイアス電圧供給手段は、ＤＣパル
ス電源であることを特徴とする請求項１に記載のプラズ
マ処理装置。
【請求項６】前記バイアス電圧供給手段は、高周波電
力供給源であることを特徴とする請求項１に記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項７】被処理基板を保持する試料台が内部に設
けられた真空チャンバーに反応性ガスを供給すると共
に、前記真空チャンバーに、所定レベルの高周波電力を
間欠的に繰り返し供給するか又は高レベル及び低レベル
の高周波電力を交互に繰り返し供給することにより、前
記真空チャンバーに前記反応性ガスからなるプラズマを
発生させるプラズマ発生工程と、前記試料台にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加
工程とを備え、前記プラズマ発生工程は、前記所定レベルの高周波電力
が供給されていない期間又は前記低レベルの高周波電力
が供給されている期間に、前記反応性ガスにエネルギー
ビームを照射するエネルギービーム照射工程を有してい
ることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】前記エネルギービームは真空紫外光であ
ることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理方
法。
【請求項９】前記エネルギービーム照射工程は、前記
エネルギービームを前記反応性ガスに前記試料台に対し
てほぼ平行に照射する工程を含むことを特徴とする請求
項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】前記プラズマ発生工程において前記所
定レベルの高周波電力又は前記高レベルの高周波電力の
供給を開始するよりも前に、エネルギービームを前記反
応性ガスに照射する工程をさらに備えていることを特徴
とする請求項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】前記バイアス電圧印加工程は、前記プ
ラズマ発生工程において、前記所定レベルの高周波電力
が供給されていない期間又は前記低レベルの高周波電力
が供給されている期間の少なくとも一部の期間に、前記
試料台に正のバイアス電圧を印加する工程を含むことを
特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理方法。