(57)【要約】      （修正有）【課題】加工形状の制御性に優れたプラズマエッチング方法およびプラズマエッチング装置を提供する。【解決手段】エッチングモードを間歇的にデポモードに切り替える間歇エッチング方式のプラズマエッチング法において、基板に印加するバイアス電圧のレベルの切替えタイミングを、真空チャンバ内の雰囲気ガスの組成が切り替わるのに必要とする時間ｔｄだけ、真空チャンバに導入する雰囲気ガスの切替えタイミングから遅らせる。プラズマエッチング装置としては、バイアス電圧のレベルの切替えタイミングを雰囲気ガスの切替えタイミングに合わせて調節する手段を備える。【選択図】図１
2005072074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に発生させたプラズマを用いたエッチング主体の工程とデポジション主体の工程とを交互に繰り返すことによって基板をエッチング加工するプラズマエッチング方法であって、
エッチング主体の工程およびデポジション主体の工程の切替えを、真空チャンバに導入する雰囲気ガスの組成および基板に印加するバイアス電圧のレベルを切り替えることによって実行し、
両工程の切替え時には、基板に印加するバイアス電圧のレベルの切替えのタイミングを、真空チャンバ内の雰囲気ガスの組成が切り替わるのに必要とする時間分だけ、真空チャンバに導入する雰囲気ガスの組成の切替えのタイミングから遅らせている、
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
真空チャンバ内に発生させたプラズマを用いたエッチング主体の工程とデポジション主体の工程とを交互に繰り返すことによって基板をエッチング加工するプラズマエッチング装置であって、
エッチング主体の工程での雰囲気ガスであるエッチングガスおよびデポジション主体の工程での雰囲気ガスであるデポガスの導入手段と、
エッチング主体の工程で基板に印加するバイアス電圧のレベルであるエッチング用バイアスおよびデポジション主体の工程で基板に印加するバイアス電圧のレベルであるデポ用バイアスの発生手段と、
エッチングガスとデポガスとを切り替えるガス切替え手段と、
エッチング用バイアスとデポ用バイアスとを切り替えるバイアス切替え手段と、
ガス切替え手段の切替えタイミングに対するバイアス切替え手段の切替えタイミングを調節するタイミング調節手段と、
を備えている、
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマを用いたエッチング主体の工程とデポジション主体の工程とを交互に繰り返すことによって基板をエッチング加工するプラズマエッチング方法およびプラズマエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン等の半導体基板に垂直に近い溝等や高いアスペクト比の溝等を加工する方法の一つとして、ガス組成、ガス圧力、プラズマを発生させる高周波電力等を切り替えることによって、エッチングモードを間歇的にデポジション（以下では「デポ」と略称する）モードに切り替えて溝や穴の側壁に優先的に堆積層を形成し、横方向へのエッチングを抑制して深さ方向を優先的にエッチングする間歇エッチング方式のプラズマエッチング法がある。その一例として、エッチングガスとデポガスをそれぞれの所定の時間間隔（例えば、エッチングガスは８秒、デポガスは２秒）で交互に流し、且つ効果的にエッチングを進行させるために半導体基板にはバイアス電圧を印加するという間歇エッチング方式のプラズマエッチング法がある。この方式のプラズマエッチング法においては、多くの場合に、エッチングガスを流すエッチング時のバイアス電圧のレベル（以下ではエッチング用バイアスという）とデポガスを流すデポ時のバイアス電圧のレベル（以下ではデポ用バイアスという）とは異なるので、ガスの切替えに同期させてバイアス電圧も切り替えられる。図３は、このような状況を示したタイムチャートである。エッチングからデポに切り替える際には、エッチングガスをＯＦＦにしデポガスをＯＮにするのに同期させて、バイアス電圧のレベルをエッチング用バイアスからデポ用バイアスに切り替えており、デポからエッチングに切り替える際には、逆の切替えをする。
【０００３】
このようなプラズマエッチング技術を開示している文献としては、特許文献１が挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３０６８８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法では、エッチングからデポに切り替える際には、エッチングガスをＯＦＦにしデポガスをＯＮにするのに同期させて、バイアス電圧のレベルをエッチング用バイアスからデポ用バイアスに切り替えており、デポからエッチングに切り替える際には、逆の切替えをしている。しかし、エッチング面積が大きいサンプルの場合、例えばエッチング面積の割合が６０％を越えるような場合には、デポガスを流す時間を極端に短く、例えば０．５秒以下にすることが必要となる。一方、プラズマエッチング装置は、全体が真空チャンバになっており、図２は、その一例の概念構造を示す概念図である。このプラズマエッチング装置では、真空チャンバの上方に取り付けられたガス導入口１から導入されたデポガスまたはエッチングガスは、所定の圧力に制御され、反応室２および拡散室３を通って、エッチング対象の基板、図２の場合はシリコン基板６、と反応し、下方へ排気される。反応室２内では、例えばプラズマ形成用アンテナによって導入された電力によってプラズマ５が生成される。このプラズマ５内で生成されてシリコン基板６の表面までドリフトや拡散で到達したイオンやラジカルによって、シリコン基板６がエッチングされ、あるいは、形成された溝の側壁へエッチングを抑制するデポ層が形成される。このように、プラズマエッチング装置は反応室２および拡散室３という比較的大きな容積を有する空間をもっているので、その容積や導入されるガスの流量、真空チャンバのガス圧力等に関連して、装置に送り込まれるガスが切り替えられてから真空チャンバの雰囲気がそのガス組成に近い雰囲気に切り替わるまでには、幾らかの時間が必要である。このため、エッチング面積割合が大きいサンプルをエッチングする場合等の、デポガスを流す時間を極端に短くしなければならない場合には、従来の同時切替え方式では、デポガスの雰囲気に効果的にデポ用バイアスを印加することができなくなって、デポ量を制御することが困難となり、その結果として、所望の加工形状（側壁形状）を得ることが難しくなるという問題点をもっている。
【０００６】
この発明の課題は、前記の問題点を解消して、加工形状の制御性に優れたプラズマエッチング方法およびプラズマエッチング装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、真空チャンバ内に発生させたプラズマを用いたエッチング主体の工程とデポ主体の工程とを交互に繰り返すことによって基板をエッチング加工するプラズマエッチング方法であって、エッチング主体の工程およびデポ主体の工程の切替えを、真空チャンバに導入する雰囲気ガスの組成および基板に印加するバイアス電圧のレベルを切り替えることによって実行し、両工程の切替え時には、基板に印加するバイアス電圧のレベルの切替えのタイミングを、真空チャンバ内の雰囲気ガスの組成が切り替わるのに必要とする時間分だけ、真空チャンバに導入する雰囲気ガスの組成の切替えのタイミングから遅らせている。
基板に印加するバイアス電圧のレベルの切替えのタイミングを、真空チャンバ内の雰囲気ガスの組成が切り替わるのに必要とする時間分だけ、真空チャンバに導入する雰囲気ガスの組成の切替えのタイミングから遅らせているので、基板の周囲の雰囲気がデポガスの雰囲気になった時点でデポ用バイアスに切り替わり、エッチングガスの雰囲気になった時点でエッチング用バイアスに切り替わる。
【０００８】
請求項２の発明は、真空チャンバ内に発生させたプラズマを用いたエッチング主体の工程とデポ主体の工程とを交互に繰り返すことによって基板をエッチング加工するプラズマエッチング装置であって、エッチング主体の工程での雰囲気ガスであるエッチングガスおよびデポ主体の工程での雰囲気ガスであるデポガスの導入手段と、エッチング主体の工程で基板に印加するバイアス電圧のレベルであるエッチング用バイアスおよびデポ主体の工程で基板に印加するバイアス電圧のレベルであるデポ用バイアスの発生手段と、エッチングガスとデポガスとを切り替えるガス切替え手段と、エッチング用バイアスとデポ用バイアスとを切り替えるバイアス切替え手段と、ガス切替え手段の切替えタイミングに対するバイアス切替え手段の切替えタイミングを調節するタイミング調節手段と、を備えている。
【０００９】
エッチングガスおよびデポガスの導入手段およびガス切替え手段と、エッチング用バイアスおよびデポ用バイアスの発生手段およびバイアス切替え手段と、ガス切替え手段の切替えタイミングに対するバイアス電圧の切替えタイミングを調節するタイミング調節手段と、を備えているので、基板の周囲の雰囲気がデポガスの雰囲気になった時点でデポ用バイアスに切り替えることが可能となり、且つ基板の周囲の雰囲気がエッチングガスの雰囲気になった時点でエッチング用バイアスに切り替えることが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明によるプラズマエッチング方法の特徴は、エッチングモードを間歇的にデポモードに切り替える間歇エッチング方式のプラズマエッチング法において、バイアス電圧のレベルの切替えのタイミングを、真空チャンバ内の雰囲気ガスの組成が切り替わるのに必要とする時間分だけ、真空チャンバに導入する雰囲気ガスの切替えタイミングから遅らせていることであり、この発明によるプラズマエッチング装置の特徴は、バイアス電圧のレベルの切替えのタイミングを雰囲気ガスの切替えタイミングに合わせて調節する手段を備えていることである。
以下に、この発明の実施の形態について実施例を用いて説明する。
図１は、この発明によるプラズマエッチング方法の実施例のガス切替えおよびバイアス切替えのタイムチャートである。
【００１１】
この実施例においては、雰囲気ガスの切替えに同期させてバイアス電圧のレベルを切り替えるのではなく、バイアス電圧のレベルの切替えのタイミングを、真空チャンバ内の雰囲気ガスの組成が切り替わるのに必要とする時間（図１では遅れ時間ｔｄ）分だけ、雰囲気ガスの切替えタイミングから遅らせている。
遅れ時間ｔｄは、真空チャンバの容積や導入される雰囲気ガスの流量、真空チャンバ内のガス圧力等によって決まる。例えば、真空チャンバの容積が８０Ｌ、雰囲気ガスの流量が０．３ＮＬ／ｍｉｎ、真空チャンバ内のガス圧力が４Ｐａとし、導入されたガスが均一に混ざり合った状態で排気されるものとすると、真空チャンバ内のガスの組成が切り替えられた雰囲気ガスを２分の１以上含む組成となるまでに要する時間は、約０．２秒となり、より高い置換割合になるまでにはより長い時間を必要とする。遅れ時間ｔｄは、エッチングガスのプラズマの色とデポガスのプラズマの色とが異なる場合には、ガスの切替えからプラズマの色の変化までの時間としても把握することができる。
【００１２】
このように、バイアス電圧のレベルの切替えのタイミングを遅れ時間ｔｄだけ遅らせることによって、エッチングモードの時には、エッチングガスの雰囲気でエッチング用バイアスが印加された状態でエッチングされ、デポモードの時にはデポガスの雰囲気でデポ用バイアスが印加された状態でデポされる。その結果、加工形状の制御性が良くなり、優れた再現性で所望のエッチング形状を得ることができるようになった。
なお、エッチングガスおよびデポガスの導入手段としては電磁弁を使用し、いずれかをＯＮにする時には他方をＯＦＦにすることでガス切替え手段とした。エッチング用バイアスおよびデポ用バイアスの発生手段としては、２出力の出力調整可能な定電圧電源を使用し、この２出力を切替えスイッチで切り替えてバイアス切替え手段とした。タイミング調節手段としてはシーケンサを使用した。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、基板に印加するバイアス電圧のレベルの切替えのタイミングを、真空チャンバ内の雰囲気ガスの組成が切り替わるのに必要とする時間分だけ、真空チャンバに導入する雰囲気ガスの組成の切替えのタイミングから遅らせているので、基板の周囲の雰囲気がデポガスの雰囲気になった時点でデポ用バイアスに切り替わり、エッチングガスの雰囲気になった時点でエッチング用バイアスに切り替わる。したがって、この発明によれば、デポガスの雰囲気に効果的にデポ用バイアスを印加することができて、デポ量を制御することができるので、加工形状の制御性に優れたプラズマエッチング方法を提供することができる。
【００１４】
請求項２の発明においては、エッチングガスおよびデポガスの導入手段およびガス切替え手段と、エッチング用バイアスおよびデポ用バイアスの発生手段およびバイアス切替え手段と、ガス切替え手段の切替えタイミングに対するバイアス電圧の切替えタイミングを調節するタイミング調節手段と、を備えているので、基板の周囲の雰囲気がデポガスの雰囲気になった時点でデポ用バイアスに切り替えることが可能となり、且つ基板の周囲の雰囲気がエッチングガスの雰囲気になった時点でエッチング用バイアスに切り替えることが可能となる。したがって、この発明によれば、デポガスの雰囲気に効果的にデポ用バイアスを印加することができて、デポ量を制御することができるので、加工形状の制御性に優れたプラズマエッチング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるプラズマエッチング方法の実施例のガス切替えおよびバイアス切替えのタイムチャート
【図２】プラズマエッチング装置の構造を示す概念図
【図３】従来技術によるプラズマエッチング方法のガス切替えおよびバイアス切替えのタイムチャート
【符号の説明】
１  ガス導入口
２  反応室
３  拡散室
４  プラズマ形成用アンテナ
５  プラズマ
６  シリコン基板
【図１】
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【図２】
2005072074.tif 000004
【図３】
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