JPH02151021A - プラズマ加工堆積装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマを持続発生させて生ずる励起種を利
用することにより、試料の加工ある（・（ま堆積を行う
工程に利用される。例えば、半導体デバイスの製造プロ
セスにおけるエツチング、各種薄膜の堆積、あるいはプ
ラズマ酸化などの材料の表面処理などである。

〔従来の技術とその課題〕

プラズマ加工・堆積などの処理を行う際、従来では、プ
ラズマを持続発生させるための励起の強度（主として電
力）を徐々に増加させ、フ゛ラズマを点火させている。

プラズマ発生手段にも依るが、一般に、プラズマ点火の
時の励起強度は、プラズマを持続発生させるために必要
な励起強度よりも大きい。この様な場合であって、かつ
、小さな励起強度でプラズマ処理を行うことが目的の場
合、−旦大きな励起強度でもってプラズマを発生させ、
その直後に所定の小さな励起強度に戻さなければならな
い。この様なことは、特に半導体デバイス製造プロセス
のエツチング工程に用いられる電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）プラズマ発生装置のよ５に、プラズマ発生室
内部に電極がな（、低真空度でプラズマを発生させる装
置にありがちなことである。

しかしながら、プラズマ点火時に必要な過大な励起強度
は、次のような好ましくない結果を引き起こすために問
題となっている。

（Ｎ　絶縁耐圧の小さな絶縁膜（例えば超薄絶縁膜）を
含む多層構造の試料をプラズマでエッチ？グする場合、
その絶縁膜が、プラズマ点火時に絶縁破壊を起こし易い
。

［Ｂ）　　プラズマエツチングを行う場合で、エツチン
グの厚みを精密に制御するためにエツチング速度な小さ
（抑える場合、プラズマ点火時にエツチング速度が上昇
してしまうために、エツチングの厚みの制御が難しい。

ｔｅｌ　　プラズマで薄膜を堆積させる場合で、低密度
プラズマによって堆積速度を下げて良質な膜な堆積する
ことが目的の場合、プラズマ点火時に堆積速度が上昇し
てしまうために、膜質が低下し、不均一になる。

〔課題を解決するための手段〕

かかる問題点を解決するために、プラズマを持続発生さ
せて加工・堆積などの処理を行う装置において、プラズ
マの持続発生手段とは別に、プラズマの点火手段を附加
する。

プラズマ点火が起こりにくい原因は、外部から励起され
る自由電子がプラズマ発生空間に少ないためであるので
、これをなんらかの方式で添加したり、あるいは発生さ
せてやれば良い。具体的な方式として、次のようなもの
が挙げられる。

囚　プラズマ発生空間に連続した装置部分に、ヒータの
役目をするタングステン・フィラメントなどの導電体を
設け、これに通電して熱電子を発生させる方式。

（靭　プラズマ発生空間の隣室などで電子銃により発生
・加速された電子線をプラズマ発生空間あるいはプラズ
マ発生空間に連続した装置部分に照射する方式。

（Ｑ　プラズマ発生空間の外側から重水素ランプ光やエ
キシマレーザ−光などの紫外線をプラズマ発生空間ある
いはプラズマ発生空間に連続した装置部分に照射し、ガ
ス分子や装置壁面などから光電子を発生させる方式。

（Ｄ　プラズマ発生空間あるいはプラズマ発生空間に連
続した装置部分に、プラズマを持続発生させる手段より
もプラズマを点火し易い放電電極を設け、これで前もっ
てプラズマを発生させて、持続発生プラズマ点火のため
の「呼び水」とする方式。

プラズマ発生空間内にプラズマ維持用電極を有する装置
においては、熱電子放出用フィラメントのようなプラズ
マ点火手段を用いてプラズマ放電を促進することが知ら
れている（例えば特公昭５５−２７６２５参照）。

これに対して電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）あるい
は外部電極型の高周波励起（１１，Ｆ）などを利用した
プラズマ装置においては、プラズマ発生空間には特に内
部電極が存在しない。

このようなプラズマ装置において、熱電子放出用フィラ
メントのようなプラズマ点火手段を用いると、プラズマ
点火に必要な励起強度を著しく低減できることが見出さ
れた。本発明はこのような知見に基づいてなされたもの
である。

〔作用〕

本発明により、持続発生プラズマ点火が容易となり、前
記の好ましくない結果が起こるのを抑えることができる
。

〔実施例〕

まず始めに、内部電極によらずにプラズマを持続発生さ
せて加工・堆積などの処理を行う装置として、ＥＣＲプ
ラズマガス反応装置（以下、１’−ＥＣＲ装置」）を取
り上げ、これに本発明を適用した例を挙げる（第１図）
。

まず、ＥＣＲ装置について簡単に説明する。真空である
プラズマ発生空間５の上方から、プラズマによって励起
種を生成するようなガスがガス導入管２より導入される
。マイクロ波によって電場、マグネットコイル乙によっ
て磁場を適度に加え、電子にサイクロトロン共鳴な起こ
させ、ガスをプラズマ化する。このプラズマを下方に設
置した試料７に照射することによって、試料７に加工あ
るいは堆積を行う。例えば、試料７をエツチングする時
は、ガスに６弗化硫黄（ＳＦ６）を使い、堆積を行う時
は、水素（Ｈ２）とモノシラン（ｓｉＨ＋）を使う。

この様なＥＣＲ装置に本発明を附加した部分が、第１図
ではタングステン製などのフィラメント１０と直流電源
１１である。これらがそれぞれ請求項２に記載された導
電体と外部電源に相当する。

このプラズマ点火手段を利用してプラズマを発生させる
手順を述べる。あらかじめ試料７を導入し、前記のガス
を導入し、前記のマグネットコイル６で所定の磁場を発
生させてお（。次にフィラメント１０に通電して赤熱し
、フィラメント１０から熱電子を発生させる。この様な
状態でマイクロ波電力を零から徐々に増加していくと、
フィラメント１０を赤熱しない場合よりも低いマイクロ
波電力でプラズマが点火する。所定のマイクロ波電力に
調整した後、フィラメント１００通電を止め、プラズマ
点火時に閉じてあった回転式シャッタ６（もし装備して
いれば）を開け、エツチングまたは堆積を始める。尚、
１は導波管、４は真空容器、１２は絶縁材である。

第２図では、フィラメント１０がプラズマ発生空間５よ
りも離れた位置にあるが、前述の様なプラズマ点火の作
用がある。この様に離すのは、フィラメント１０がエツ
チングされたり、フィラメント１０に堆積したりするこ
とによって、試料７が汚染されるのを防ぐためである。

第３図は電子銃６０をＥＣＲ装置に取り付けたものであ
る。前述のフィラメント１０で発生させた熱電子の代わ
りに、電子銃６０で加速された電子をプラズマ点火機構
として用いる６電子銃６０が請求項３に記載された電子
線を照射する機構に相当する。

第４図はＥＣＲ装置に紫外線が透過できる紫外線透過窓
４１を設け、外部に重水素ランプ４０を設置したもので
ある。重水素ランプ４０から発せられる紫外線をプラズ
マ点火機構として用いる。

ガスに紫外線を照射して発生する光電子の個数が少なく
、効果が低い時、紫外線の光路に光電効果の高い光電子
発生板４２を置く。重水素ランプ４０が請求項４に記載
された紫外線を照射する機構に相当する。

第５図は、ＥＣＲ装置のプラズマ発生空間５に連続した
装置部分に、プラズマを持続発生させる手段よりもプラ
ズマを点火し易い放電電極５０（片方の電極に電界の集
中が起こるようになっている）と、これに接続された高
周波電源５１を取り付けたものである。これらはそれぞ
れ請求項５に記載された放電電極と放電用外部電源に相
当する。これらで前もってプラズマを発生させて、持続
発生プラズマの点火を促す。放電電極５０がプラズマ発
生空間５から離しであるのは、放電電極５０による試料
７の汚染を防ぐためである。尚、５２は絶縁材である。

さて次に、内部電極なしでプラズマを持続発生させて加
工・堆積などの処理を行う装置として、外部電極による
高周波放電装置を取り上げ、これに本発明を適用した例
を挙げる。（第６図）。

この装置は、石英などの誘電体で形成された導電体容器
６０の内側に試料７が設置され、ガスが導入されるよう
になっている。導電体容器６０の外側は放電用の電極６
２．６６でおおわれている。

第６図の場合は電極が容量性の場合で、ここに高周波を
印加すると、導電体容器６０の内側に持続発生プラズマ
が起こり、試料７にエツチングないしは堆積が施される
。尚、６１は高周波電源である。

この様な放電装置に本発明を附加した部分が、第６図中
のフィラメント１０と、これに通電するための直流電源
１１である。これらがそれぞれ請求項２に記載された導
電体と外部電源に相当する。

プラズマを発生させる平頭は、前述のＥＣＲ装置の場合
とほとんど同じで、まず、あらかじめ試料７とガスを導
入した後、フィラメント１０に通電して赤熱し、フィラ
メント１０から熱電子を発生させる。この状態で高周波
の強度を零から徐々に増加していくと、フィラメント１
０を赤熱しない場合よりも低い高周波電力でプラズマが
点火され、エツチングまたは堆積が始まる。

ＥＣＲ装置の場合と同様に、プラズマ点火手段として電
子銃、紫外線光源、点火用プラズマ発生電極などもフィ
ラメント１０と直流電源１１０代わりに用いることがで
きる。

〔発明の効果〕

第７図は、第２図の装置で本発明の効果を示す実験結果
である。フィラメントを赤熱しないでプラズマを点火し
た場合穴と、赤熱してプラズマを点火した場合（Ｂ）を
交互に行って一プラズマ点火時のマイクロ波電力を調べ
たものである。Ａの場合に比べてＢの場合の方が小さな
マイクロ波電力でプラズマが点火しており、本発明が効
果的に作用していることが示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はＥＣＲ装置に本発明の請求項２に記載された導
電体と外部電源を附加した装置の断面図、第２図もＥＣ
Ｒ装置に本発明の請求項２に記載された導電体と外部電
源を附加した装置の断面図であり、第３図はＥＣＲ装置
に本発明の請求項３に記載された電子線を照射する機構
を附加した装置の断面図、第４図はＥＣＲ装置に本発明
の請求項４に記載された紫外線を照射する機構を附加し
た装置の断面図、第５図はＥＣＲ装置に本発明の請求項
５に記載された放電電極と放電用外部電源を附加した装
置の断面図、第６図は外部電極による高周波放電装置に
本発明の請求項２に記載された導電体と外部電源を附加
した装置の断面図であり、第７図は本発明の効果を示す
実験結果のグラフである。 １・・・・・・導波管、 ２・・・・・・ガス導入管、 ６・・・・・・マグネットコイル、 ４・・・・・・真空容器、 ５・・・・・・プラズマ発生空間、 ６・・・・・・回転式シャッタ、 ７・・・・・・試料、 １０・・・・・・フィラメント、 １１・・・・・・直流電源、 １２・・・・・・絶縁材、 ３０・・・・・・電子銃、 ４０・・・・・・重水素ランプ、 ４１・・・・・・紫外線透過窓、 ４２・・・・・・光電子発生板、 ５０・・・・・・放電電極、 ５１・・・・・・高周波電源、 ５２・・・・・・絶縁材、 ６０・・・・・・誘電体容器、 ６１・・・・・・高周波電源、 ６２．６３・・・・・・放電用電極。 第１図 第２＠ １４．・皮管 第４図 １尊液冨 ノ 第３図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電子サイクロトロン共鳴あるいは外部電極型高周
   波励起を利用してプラズマ発生空間内にプラズマを持続
   発生させて試料の加工あるいは堆積を行う装置において
   、プラズマの持続発生手段とは別に、プラズマの点火手
   段を有することを特徴とするプラズマ加工堆積装置。 （２）プラズマ点火手段が、プラズマ発生空間に連続し
   た装置部分に設けられた導電体と、それに電流を流すた
   めに接続された外部電源であることを特徴とする請求項
   １記載のプラズマ加工堆積装置（３）プラズマ点火手段
   が、プラズマ発生空間あるいはプラズマ発生空間に連続
   した装置部分に電子線を照射する機構であることを特徴
   とする請求項１記載のプラズマ加工堆積装置。 （４）プラズマ点火手段が、プラズマ発生空間あるいは
   プラズマ発生空間に連続した装置部分に紫外線を照射す
   る機構であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ
   加工堆積装置。 （５）プラズマ点火手段が、請求項１のプラズマとは異
   なる別のプラズマを発生させる目的で、プラズマ発生空
   間に連続した装置部分に設けられた放電電極と、それに
   接続された放電用外部電源であることを特徴とする請求
   項１記載のプラズマ加工堆積装置。