JPH06232079A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JPH06232079A JPH06232079A JP5013830A JP1383093A JPH06232079A JP H06232079 A JPH06232079 A JP H06232079A JP 5013830 A JP5013830 A JP 5013830A JP 1383093 A JP1383093 A JP 1383093A JP H06232079 A JPH06232079 A JP H06232079A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32192—Microwave generated discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3266—Magnetic control means
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラズマ処理の制御性、均一性の向上をはか
る。 【構成】 プラズマ処理装置の容器２１の壁面２１ａの
近傍にバイアス電界を発生させる高周波または低周波電
源２２を具備するバイアス電界発生手段２３と、壁面２
１ａにほぼ平行な磁界Ｈを印加する磁界印加手段２４
と、高密度プラズマを発生させるマイクロ波または高周
波印加手段２５とを有してなる。
る。 【構成】 プラズマ処理装置の容器２１の壁面２１ａの
近傍にバイアス電界を発生させる高周波または低周波電
源２２を具備するバイアス電界発生手段２３と、壁面２
１ａにほぼ平行な磁界Ｈを印加する磁界印加手段２４
と、高密度プラズマを発生させるマイクロ波または高周
波印加手段２５とを有してなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば各種半導体製造
工程で用いられるプラズマエッチング装置、プラズマＣ
ＶＤ（化学的気相成長）装置、プラズマアッシング装置
等に適用して好適なプラズマ処理装置に係わる。
工程で用いられるプラズマエッチング装置、プラズマＣ
ＶＤ（化学的気相成長）装置、プラズマアッシング装置
等に適用して好適なプラズマ処理装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】例えば図４Ａに断面図を示すように、半
導体集積回路装置を製造する場合において、その半導体
基体１に形成された半導体領域、あるいはこの基体１上
に形成された例えば下層配線２に、電極ないしは上層配
線（以下単に上層配線という）を電気的にコンタクトさ
せる場合等においては、層間絶縁層３にコンタクト用の
透孔４を穿設することが行われる。
導体集積回路装置を製造する場合において、その半導体
基体１に形成された半導体領域、あるいはこの基体１上
に形成された例えば下層配線２に、電極ないしは上層配
線（以下単に上層配線という）を電気的にコンタクトさ
せる場合等においては、層間絶縁層３にコンタクト用の
透孔４を穿設することが行われる。
【０００３】この場合、コンタクト用の透孔４内にコン
タクト抵抗を増加させるような空洞等を生じさせること
なくカバレージ良く上層配線を充填形成できるようにす
るには、図４Ｂに示されるように、透孔４が内部でくび
れた断面樽型となることは好ましくない。
タクト抵抗を増加させるような空洞等を生じさせること
なくカバレージ良く上層配線を充填形成できるようにす
るには、図４Ｂに示されるように、透孔４が内部でくび
れた断面樽型となることは好ましくない。
【０００４】したがってこのようなコンタクト用透孔４
を形成するには、層間絶縁層３上に形成したフォトレジ
ストによるエッチングマスク５の開口５ａを通じて異方
性にすぐれたエッチングを行う必要がある。
を形成するには、層間絶縁層３上に形成したフォトレジ
ストによるエッチングマスク５の開口５ａを通じて異方
性にすぐれたエッチングを行う必要がある。
【０００５】異方性エッチングを行う方法として、荷電
粒子（イオン）を生成してバイアス印加によって方向性
を付与する反応性イオンエッチング（以下ＲＩＥとい
う）がある。
粒子（イオン）を生成してバイアス印加によって方向性
を付与する反応性イオンエッチング（以下ＲＩＥとい
う）がある。
【０００６】このＲＩＥを行う平行平板方式ＲＩＥは、
プロセス圧力が、１０〜１００Ｐａという比較的高い圧
力下、すなわち低い真空度下で行われることからその残
留ガスのガス種との衝突による散乱が大となり、図４Ａ
に矢印をもって模式的に示すように、このイオンの散乱
によってエッチングの異方性が阻害される。
プロセス圧力が、１０〜１００Ｐａという比較的高い圧
力下、すなわち低い真空度下で行われることからその残
留ガスのガス種との衝突による散乱が大となり、図４Ａ
に矢印をもって模式的に示すように、このイオンの散乱
によってエッチングの異方性が阻害される。
【０００７】このイオンの方向性、すなわち異方性を高
めるためには、低圧（高真空度）にするか、より大きな
エネルギー例えば約５００ｅＶでイオンを基体面と直交
する方向に加速させる必要がある。
めるためには、低圧（高真空度）にするか、より大きな
エネルギー例えば約５００ｅＶでイオンを基体面と直交
する方向に加速させる必要がある。
【０００８】しかし、或る程度エッチング速度を高める
上では、高濃度プラズマが必要となり、低圧化に制約が
あり、イオン加速を高エネルギー化するときは、イオン
照射面でのダメージが問題となってくる。
上では、高濃度プラズマが必要となり、低圧化に制約が
あり、イオン加速を高エネルギー化するときは、イオン
照射面でのダメージが問題となってくる。
【０００９】これに対し、図５に示すように、磁場中で
高周波放電を行うマグネトロンＲＩＥは、高周波放電に
よってプラズマ９が形成され、その高周波電源７からの
高周波電力が印加される陰極１０上にエッチング処理を
行うべき被エッチング体１１配置され、これの上に生じ
たイオンシース領域１３の電界によって加速されたイオ
ン８が被エッチング体１１に衝突すると、イオン種はエ
ネルギーを失い、２次電子を放出する。この２次電子
は、負の電荷を持つため、イオンとは逆の方向に加速さ
れる。この２次電子は、磁場の影響をうけて電界Ｅ×磁
束密度Ｂドリフト運動することから図５中矢印ａをもっ
て模式的に示すように、サイクロイド運動を起こしてこ
れが被エッチング体１１の表面を全面的に走査し、これ
によって電子とガス種の衝突確率が増し、より低圧で、
より高密度なプラズマが発生するようになされている。
高周波放電を行うマグネトロンＲＩＥは、高周波放電に
よってプラズマ９が形成され、その高周波電源７からの
高周波電力が印加される陰極１０上にエッチング処理を
行うべき被エッチング体１１配置され、これの上に生じ
たイオンシース領域１３の電界によって加速されたイオ
ン８が被エッチング体１１に衝突すると、イオン種はエ
ネルギーを失い、２次電子を放出する。この２次電子
は、負の電荷を持つため、イオンとは逆の方向に加速さ
れる。この２次電子は、磁場の影響をうけて電界Ｅ×磁
束密度Ｂドリフト運動することから図５中矢印ａをもっ
て模式的に示すように、サイクロイド運動を起こしてこ
れが被エッチング体１１の表面を全面的に走査し、これ
によって電子とガス種の衝突確率が増し、より低圧で、
より高密度なプラズマが発生するようになされている。
【００１０】しかしながら、この場合陰極面積が有限で
あるので、この電子のドリフトは、電界の小さい電極１
Ｄの端面で終了し、此処に電子の溜まりが生じ此処に高
密度プラズマ部分１４が生じプラズマの不均一性をもた
らす。
あるので、この電子のドリフトは、電界の小さい電極１
Ｄの端面で終了し、此処に電子の溜まりが生じ此処に高
密度プラズマ部分１４が生じプラズマの不均一性をもた
らす。
【００１１】このプラズマの不均一性は、チャージアッ
プの問題、エッチングの不均一性をもたらすなどエッチ
ング特性を悪化させている。また、イオンシースの電圧
は、プロセスの密度、圧力、電力などによって間接的に
決定されるものであって直接的に制御できないことか
ら、エッチングの正確な制御を行いにくいという問題が
ある。
プの問題、エッチングの不均一性をもたらすなどエッチ
ング特性を悪化させている。また、イオンシースの電圧
は、プロセスの密度、圧力、電力などによって間接的に
決定されるものであって直接的に制御できないことか
ら、エッチングの正確な制御を行いにくいという問題が
ある。
【００１２】また、従来のプラズマエッチング装置とし
て、図６に示す電子サイクロトロン共鳴（以下ＥＣＲと
いう）方式によるエッチング装置がある。
て、図６に示す電子サイクロトロン共鳴（以下ＥＣＲと
いう）方式によるエッチング装置がある。
【００１３】このＥＣＲエッチング装置は、低周波電源
１７から低周波１００ｋＨｚの電力供給がなされる陰極
１８上に被エッチング体１１が配置される。
１７から低周波１００ｋＨｚの電力供給がなされる陰極
１８上に被エッチング体１１が配置される。
【００１４】そして、磁気コイル１５による磁場（８７
５Ｇ（ガウス））と導波管（図示せず）から供給される
マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）との相互作用により、図
７に示すように、電子ｅが磁気コイル１５によって発生
させた磁界（磁束Ｂ）に巻きつくように螺旋運動するＥ
ＣＲ領域１６を形成する。すなわちこの電子ｅが１周す
る周期と、マイクロ波のー周期を一致させることによ
り、ＥＣＲが起こり、マイクロ波が効率的にプラズマに
吸収され、電子衝撃による電離確率が高められるもので
ある。
５Ｇ（ガウス））と導波管（図示せず）から供給される
マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）との相互作用により、図
７に示すように、電子ｅが磁気コイル１５によって発生
させた磁界（磁束Ｂ）に巻きつくように螺旋運動するＥ
ＣＲ領域１６を形成する。すなわちこの電子ｅが１周す
る周期と、マイクロ波のー周期を一致させることによ
り、ＥＣＲが起こり、マイクロ波が効率的にプラズマに
吸収され、電子衝撃による電離確率が高められるもので
ある。
【００１５】そして、このようにして発生したイオンは
陰極１８上の被エッチング体１１へと引き出される。
陰極１８上の被エッチング体１１へと引き出される。
【００１６】このＥＣＲエッチング装置の例としては、
Keizo Suzuki等によるJ.Vac.Sci.Technol.B3（4) P1025
(1985)で提案さているものがある。このエッチング装置
は、低いガス圧（０．０４〜０．４Ｐａ）及び高いプラ
ズマ密度（１×１０11〜１×１０12電子数／ｃｍ3 ）が
達成された。
Keizo Suzuki等によるJ.Vac.Sci.Technol.B3（4) P1025
(1985)で提案さているものがある。このエッチング装置
は、低いガス圧（０．０４〜０．４Ｐａ）及び高いプラ
ズマ密度（１×１０11〜１×１０12電子数／ｃｍ3 ）が
達成された。
【００１７】しかしながら、このＥＣＲエッチング装置
においては、そのＥＣＲが２．４５ＧＨｚのマイクロ波
及び８７５Ｇの磁場で発生するため高磁束密度を発生さ
せる磁石が必要となる。このため、装置が大型となり、
またコスト高を招来する。
においては、そのＥＣＲが２．４５ＧＨｚのマイクロ波
及び８７５Ｇの磁場で発生するため高磁束密度を発生さ
せる磁石が必要となる。このため、装置が大型となり、
またコスト高を招来する。
【００１８】また、このＥＣＲエッチング装置では、電
子が壁面に衝突して消滅するため、この壁面近傍のプラ
ズマ密度と、これより離れたＥＣＲ領域１６の中心部の
プラズマ密度とが相違し、プラズマの不均一が生じると
いう問題がある。
子が壁面に衝突して消滅するため、この壁面近傍のプラ
ズマ密度と、これより離れたＥＣＲ領域１６の中心部の
プラズマ密度とが相違し、プラズマの不均一が生じると
いう問題がある。
【００１９】また、この装置では、図６に磁束の発生状
態を矢印Ｂをもって示すように、被エッチング体１１の
配置部近傍で磁界が湾曲することから、エッチング加工
形状の悪化、エッチングの均一性の悪化をもたらす。
態を矢印Ｂをもって示すように、被エッチング体１１の
配置部近傍で磁界が湾曲することから、エッチング加工
形状の悪化、エッチングの均一性の悪化をもたらす。
【００２０】また、ヘリコン方式によるプラズマ処理装
置は、特開平３−６８７７３号に示されているように、
ＥＣＲ方式より、低圧力（１０-2〜１０-1Ｐａ）高密度
（１０12から１０13電子数／ｃｍ2 ）のプラズマの発生
が可能である。このプラズマはプラズマ中のドリフト波
の位相速度Ｖ0 とプラズマを励起する周波数が一致した
時電子にエネルギーが効率的に伝えられる（ランダウ減
衰）を利用する。
置は、特開平３−６８７７３号に示されているように、
ＥＣＲ方式より、低圧力（１０-2〜１０-1Ｐａ）高密度
（１０12から１０13電子数／ｃｍ2 ）のプラズマの発生
が可能である。このプラズマはプラズマ中のドリフト波
の位相速度Ｖ0 とプラズマを励起する周波数が一致した
時電子にエネルギーが効率的に伝えられる（ランダウ減
衰）を利用する。
【００２１】このドリフト波の位相速度は、
【００２２】
【数１】 であらわされる。ここでｋはボルツマン係数、ｎｅはプ
ラズマ密度、Ｔｅは電子温度、Ｂは磁束密度、ｄｈ／ｄ
ｘはプラズマ密度勾配を示す。
ラズマ密度、Ｔｅは電子温度、Ｂは磁束密度、ｄｈ／ｄ
ｘはプラズマ密度勾配を示す。
【００２３】しかしながら、この高密度プラズマが発生
する条件は、プラズマ密度、電子温度などの制御が困難
なパラメータに依存し、制御性が非常に悪い。また、こ
の方式の場合も、プラズマ密度は径方向に完全に均一に
はならない、という問題がある。
する条件は、プラズマ密度、電子温度などの制御が困難
なパラメータに依存し、制御性が非常に悪い。また、こ
の方式の場合も、プラズマ密度は径方向に完全に均一に
はならない、という問題がある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、プラズマエ
ッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマアッシン
グ装置等のプラズマ処理装置において、制御性、各処理
による加工の形状性、均一性の向上をはかるものであ
る。
ッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマアッシン
グ装置等のプラズマ処理装置において、制御性、各処理
による加工の形状性、均一性の向上をはかるものであ
る。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明は、図１にその一
例の概略構成の断面図を示すように、プラズマ処理装置
の容器２１の壁面２１ａの近傍にバイアス電界を形成す
る高周波または低周波電源２２を具備するバイアス電界
形成手段２３と、壁面２１ａにほぼ平行な磁界Ｈを印加
する磁界印加手段２４と、高密度プラズマを発生させる
マイクロ波または高周波印加手段２５とを有してなる。
例の概略構成の断面図を示すように、プラズマ処理装置
の容器２１の壁面２１ａの近傍にバイアス電界を形成す
る高周波または低周波電源２２を具備するバイアス電界
形成手段２３と、壁面２１ａにほぼ平行な磁界Ｈを印加
する磁界印加手段２４と、高密度プラズマを発生させる
マイクロ波または高周波印加手段２５とを有してなる。
【００２６】また、本発明は、この構成において、容器
２１内の、プラズマ処理がなされる被プラズマ処理体２
０の配置部にバイアス印加を行う高周波または低周波印
加手段２６を設ける。
２１内の、プラズマ処理がなされる被プラズマ処理体２
０の配置部にバイアス印加を行う高周波または低周波印
加手段２６を設ける。
【００２７】
【作用】本発明装置においては、上述した磁界印加手段
２４による壁面２１ａと平行な磁界Ｈと、バイアス電界
形成手段２３によるバイアス電界との相互作用によるマ
グネトロン放電によってプラズマ２８を発生させ、この
とき、図２にこの部分の断面における電子の運動を模式
的に示すように、壁面２１ａ近傍に発生するダークプラ
ズマシースすなわちイオンシース領域２９においてマグ
ネトロン放電が維持され、電子がサイクロイド運動する
とともに、壁面２１ａに沿って永久に回転する。
２４による壁面２１ａと平行な磁界Ｈと、バイアス電界
形成手段２３によるバイアス電界との相互作用によるマ
グネトロン放電によってプラズマ２８を発生させ、この
とき、図２にこの部分の断面における電子の運動を模式
的に示すように、壁面２１ａ近傍に発生するダークプラ
ズマシースすなわちイオンシース領域２９においてマグ
ネトロン放電が維持され、電子がサイクロイド運動する
とともに、壁面２１ａに沿って永久に回転する。
【００２８】このとき、マイクロ波または高周波印加手
段２５からは、この壁面１２ａに沿う回転と同期するよ
うなマイクロ波または高周波を導入する。
段２５からは、この壁面１２ａに沿う回転と同期するよ
うなマイクロ波または高周波を導入する。
【００２９】そして、被プラズマ処理体２０の配置部に
印加されたバイアスによってこの被プラズマ処理体２０
上に形成されるイオンシース領域２７でイオンが加速さ
れ被プラズマ処理体２０のプラズマ処理例えばプラズマ
エッチングがなされる。
印加されたバイアスによってこの被プラズマ処理体２０
上に形成されるイオンシース領域２７でイオンが加速さ
れ被プラズマ処理体２０のプラズマ処理例えばプラズマ
エッチングがなされる。
【００３０】本発明装置によれば、図２で説明したよう
に、電子がサイクロイド運動をしつつ、壁面２１ａに沿
って永久に運動するので、電子の溜まりが生じることの
ない均一なプラズマを発生させることができる。
に、電子がサイクロイド運動をしつつ、壁面２１ａに沿
って永久に運動するので、電子の溜まりが生じることの
ない均一なプラズマを発生させることができる。
【００３１】また、マイクロ波または高周波印加手段２
５から導入するマイクロ波または高周波は、サイクロイ
ド運動しながら壁面２１ａに沿って回転するすなわち比
較的遅い回転に同期させるものであることから、その周
波数は、通常のＥＣＲプラズマ装置におけるそれより低
くすることができる。
５から導入するマイクロ波または高周波は、サイクロイ
ド運動しながら壁面２１ａに沿って回転するすなわち比
較的遅い回転に同期させるものであることから、その周
波数は、通常のＥＣＲプラズマ装置におけるそれより低
くすることができる。
【００３２】そして、後に詳述するところから明らかな
ように、印加する磁界の低減化をはかることができるこ
とから被プラズマ処理体２０の配置部近傍へのこの磁界
の影響を小さくでき、この磁界によるプラズマ処理の不
均一性等を有効に回避できる。
ように、印加する磁界の低減化をはかることができるこ
とから被プラズマ処理体２０の配置部近傍へのこの磁界
の影響を小さくでき、この磁界によるプラズマ処理の不
均一性等を有効に回避できる。
【００３３】また、この本発明装置においては、プラズ
マ発生エネルギーはマイクロ波または高周波印加手段２
５による制御と、これと独立に被プラズマ処理試料２０
に対するバイアスによる制御とができるので制御性にす
ぐれたプラズマ処理を行うことができる。
マ発生エネルギーはマイクロ波または高周波印加手段２
５による制御と、これと独立に被プラズマ処理試料２０
に対するバイアスによる制御とができるので制御性にす
ぐれたプラズマ処理を行うことができる。
【００３４】
【実施例】図１を参照して更に本発明を詳細に説明す
る。所要の真空度に保持できる円筒状のプラズマ処理装
置の容器２１を設け、この容器２１内に、高密度プラズ
マ発生部分Ｓ1 と、被プラズマ処理体２０の配置部を有
しバイアス印加によりプラズマ処理がなされるプラズマ
処理部分Ｓ2 とが構成される。
る。所要の真空度に保持できる円筒状のプラズマ処理装
置の容器２１を設け、この容器２１内に、高密度プラズ
マ発生部分Ｓ1 と、被プラズマ処理体２０の配置部を有
しバイアス印加によりプラズマ処理がなされるプラズマ
処理部分Ｓ2 とが構成される。
【００３５】そして、高密度プラズマ発生部分Ｓ1 にお
いて、容器２１の壁面２１ａの近傍にバイアス電界を発
生させる高周波または低周波電源２２を具備するバイア
ス電界形成手段２３と、壁面２１ａにほぼ平行な磁界Ｈ
を印加する磁界印加手段２４と、高密度プラズマを発生
させるマイクロ波または高周波印加手段２５とを設け
る。
いて、容器２１の壁面２１ａの近傍にバイアス電界を発
生させる高周波または低周波電源２２を具備するバイア
ス電界形成手段２３と、壁面２１ａにほぼ平行な磁界Ｈ
を印加する磁界印加手段２４と、高密度プラズマを発生
させるマイクロ波または高周波印加手段２５とを設け
る。
【００３６】容器２１は、例えばＡｌより成り、部分Ｓ
1 にバイアス電界形成手段２３を設ける。このバイアス
電界形成手段２３は、例えば容器２１の部分Ａの構成部
においてその内周部にスパッタされにくく、２次電子放
出係数の高い例えば石英等の絶縁体３０によって挟み込
まれた円筒状のマグネトロン電極が、容器２１と同心的
に配置されて成り、これに低周波または高周波電源２２
による例えば１３．５６ＭＨｚあるいは４００ｋＨｚの
電力が印加される。
1 にバイアス電界形成手段２３を設ける。このバイアス
電界形成手段２３は、例えば容器２１の部分Ａの構成部
においてその内周部にスパッタされにくく、２次電子放
出係数の高い例えば石英等の絶縁体３０によって挟み込
まれた円筒状のマグネトロン電極が、容器２１と同心的
に配置されて成り、これに低周波または高周波電源２２
による例えば１３．５６ＭＨｚあるいは４００ｋＨｚの
電力が印加される。
【００３７】磁界印加手段２４は、例えば容器２１の外
周に巻回するように配置されたコイルより成る電磁石に
よって構成し得る。
周に巻回するように配置されたコイルより成る電磁石に
よって構成し得る。
【００３８】そしてこの容器２１内の高密度プラズマ発
生部分Ｓ1 にマイクロ波または高周波印加手段２５によ
ってマイクロ波または高周波を導入する。例えば容器２
１の部分Ｓ1 の構成部の上端に石英より成る窓３１を形
成し、この窓３１を介してマイクロ波または高周波をそ
の導波管３２から導入する。３３は、その中心導体を示
す。
生部分Ｓ1 にマイクロ波または高周波印加手段２５によ
ってマイクロ波または高周波を導入する。例えば容器２
１の部分Ｓ1 の構成部の上端に石英より成る窓３１を形
成し、この窓３１を介してマイクロ波または高周波をそ
の導波管３２から導入する。３３は、その中心導体を示
す。
【００３９】また、容器２１の部分Ｓ1 の構成部に、プ
ロセスガスを供給するプロセスガス供給口３４を設け
る。
ロセスガスを供給するプロセスガス供給口３４を設け
る。
【００４０】そしてこのプロセスガス供給口３４と、高
密度プラズマ発生部分Ｓ1 との間には、例えば多数の透
孔が形成されてプロセスガスを分散する石英板等より成
るガス分散板３５が配置される。
密度プラズマ発生部分Ｓ1 との間には、例えば多数の透
孔が形成されてプロセスガスを分散する石英板等より成
るガス分散板３５が配置される。
【００４１】また、容器２１内の、プラズマ処理がなさ
れる被プラズマ処理体２０の配置部にバイアス印加を行
う高周波または低周波印加手段２６を設ける。
れる被プラズマ処理体２０の配置部にバイアス印加を行
う高周波または低周波印加手段２６を設ける。
【００４２】この高周波または低周波印加手段２６は、
被プラズマ処理体２０の載置台に、陰極３９が設けられ
る。この陰極３９は、セラミック等の絶縁体３７を介し
てその外側に配置された導体３８によってシールドされ
る。そして、この陰極３９に、低周波または高周波電源
３６より低周波または高周波が供給される。
被プラズマ処理体２０の載置台に、陰極３９が設けられ
る。この陰極３９は、セラミック等の絶縁体３７を介し
てその外側に配置された導体３８によってシールドされ
る。そして、この陰極３９に、低周波または高周波電源
３６より低周波または高周波が供給される。
【００４３】容器２１内は、例えばターボ分子ポンプ４
０と、ドライポンプ４１とによって排気がなされて所要
の真空度に保持される。
０と、ドライポンプ４１とによって排気がなされて所要
の真空度に保持される。
【００４４】この本発明装置によってプラズマエッチン
グを行う場合の各数値例を表１に示す。この場合被エッ
チング体、すなわち被プラズマ処理体２０としてＳｉＯ
2 下地層上に多結晶Ｓｉが形成され、この多結晶Ｓｉに
対してエッチングを行う場合を例示する。
グを行う場合の各数値例を表１に示す。この場合被エッ
チング体、すなわち被プラズマ処理体２０としてＳｉＯ
2 下地層上に多結晶Ｓｉが形成され、この多結晶Ｓｉに
対してエッチングを行う場合を例示する。
【００４５】
【表１】
【００４６】この構成で磁界印加手段２４の電磁石によ
る磁界Ｈと、電源２２による電力供給によるバイアス電
界形成手段２３、すなわちマグネトロン電極による電界
の相互作用によってマグネトロン放電によって、プラズ
マ２８が発生する。そして、その外周に生じるイオンシ
ース領域２９において、マグネトロン放電が維持され、
図２に示すように、電子がサイクロイド運動するこのサ
イクロイド運動する電子が壁２１ａに沿って永久に回転
する。
る磁界Ｈと、電源２２による電力供給によるバイアス電
界形成手段２３、すなわちマグネトロン電極による電界
の相互作用によってマグネトロン放電によって、プラズ
マ２８が発生する。そして、その外周に生じるイオンシ
ース領域２９において、マグネトロン放電が維持され、
図２に示すように、電子がサイクロイド運動するこのサ
イクロイド運動する電子が壁２１ａに沿って永久に回転
する。
【００４７】このとき電子の回転と同期するような、高
周波あるいはマイクロ波が、マイクロ波導波管３２か
ら、窓３１を介して導入される。
周波あるいはマイクロ波が、マイクロ波導波管３２か
ら、窓３１を介して導入される。
【００４８】一方、プロセスガス（Ｃｌ2 ，ＨＢｒ等）
が、プロセスガス供給口３４から、容器２１内のプラズ
マ発生部分Ｓ1 に導入される。
が、プロセスガス供給口３４から、容器２１内のプラズ
マ発生部分Ｓ1 に導入される。
【００４９】このガスは、ガス分散板３５によって均一
にプラズマ発生部分Ｓ1 に導入される。
にプラズマ発生部分Ｓ1 に導入される。
【００５０】一方陰極３９には、電源３６から高周波又
は低周波を印加し、被プラズマ処理体２０へのイオンの
加速エネルギーを制御する。そして、イオンシース領域
２７でイオンが加速され、処理体２０でエッチングが行
なわれる。
は低周波を印加し、被プラズマ処理体２０へのイオンの
加速エネルギーを制御する。そして、イオンシース領域
２７でイオンが加速され、処理体２０でエッチングが行
なわれる。
【００５１】ここで、プラズマ２８の均一性について
は、磁界印加手段２４による磁場の強さと、低周波また
は高周波電源２２の電力によって制御できる。
は、磁界印加手段２４による磁場の強さと、低周波また
は高周波電源２２の電力によって制御できる。
【００５２】一方、プラズマ密度を最大にする為のプラ
ズマ共鳴の条件は、磁界印加手段２４と電源２２とマイ
クロ波導波管３２から導入される高周波又はマイクロ波
によって制御できる。
ズマ共鳴の条件は、磁界印加手段２４と電源２２とマイ
クロ波導波管３２から導入される高周波又はマイクロ波
によって制御できる。
【００５３】すなわち、この装置の特徴は、プラズマ密
度の分布を直接制御でき、低周波または高周波電源２２
の電力を制御することで、高密度なプラズマを達成でき
るということである。
度の分布を直接制御でき、低周波または高周波電源２２
の電力を制御することで、高密度なプラズマを達成でき
るということである。
【００５４】図３は、飽和イオン電流密度の被プラズマ
処理体２０の面内分布（プラズマ密度の分布に相当す
る）を示したもので、低周波または高周波電源２２の電
力によって決定されるマグネトロン電極（バイアス電界
発生手段２３）のバイアス電圧Ｖｍを変化させた時の分
布を示す。このように、Ｖｍを制御することで、例えば
Ｖｍ＝１００Ｖの場合の曲線４３ａで示すように、均一
なプラズマが達成される。同図中、曲線４３ｂ及び４３
ｃは、それぞれＶｍ＝５０Ｖ，Ｖｍ＝１５０Ｖとした場
合である。
処理体２０の面内分布（プラズマ密度の分布に相当す
る）を示したもので、低周波または高周波電源２２の電
力によって決定されるマグネトロン電極（バイアス電界
発生手段２３）のバイアス電圧Ｖｍを変化させた時の分
布を示す。このように、Ｖｍを制御することで、例えば
Ｖｍ＝１００Ｖの場合の曲線４３ａで示すように、均一
なプラズマが達成される。同図中、曲線４３ｂ及び４３
ｃは、それぞれＶｍ＝５０Ｖ，Ｖｍ＝１５０Ｖとした場
合である。
【００５５】上述したところから明らかなように、本発
明装置は、マグネトロン放電の原理と、これに更にマイ
クロ波を共鳴させることによって高密度プラズマを発生
させる装置であり、更にこの共鳴の原理を説明する。
明装置は、マグネトロン放電の原理と、これに更にマイ
クロ波を共鳴させることによって高密度プラズマを発生
させる装置であり、更にこの共鳴の原理を説明する。
【００５６】今、図２に示すようなバイアス電界形成手
段２３、すなわち円筒状のマグネトロン電極において、
この電極に対し平行な磁場Ｈ（磁束密度Ｂ）を印加し、
更にこの円筒状の電極に高周波を印加するとマグネトロ
ン放電が発生する。このマグネトロン放電では、バイア
スＶｍが与えられたイオンシース領域において加速され
た電子が磁場との相互作用によって曲げられ同図３に示
すようなサイクロイド運動（Ｅ×Ｂドリフト運動）をす
る。
段２３、すなわち円筒状のマグネトロン電極において、
この電極に対し平行な磁場Ｈ（磁束密度Ｂ）を印加し、
更にこの円筒状の電極に高周波を印加するとマグネトロ
ン放電が発生する。このマグネトロン放電では、バイア
スＶｍが与えられたイオンシース領域において加速され
た電子が磁場との相互作用によって曲げられ同図３に示
すようなサイクロイド運動（Ｅ×Ｂドリフト運動）をす
る。
【００５７】このＥ×Ｂドリフトする電子の速度は、下
記（数２）で表わされる。
記（数２）で表わされる。
【数２】
【００５８】ここでＥは電界、Ｂは磁界密度。
【００５９】この電子が、直径２Ｒの円筒を一周する時
間Ｔは、（数３）で表わされる。
間Ｔは、（数３）で表わされる。
【００６０】
【数３】
【００６１】この電子が円周を一周する周期と印加され
るマイクロ波または高周波の周期とが一致した時、共鳴
が起こる。
るマイクロ波または高周波の周期とが一致した時、共鳴
が起こる。
【００６２】マイクロ波の周波数をｆr とすると（数
４）となる。
４）となる。
【００６３】
【数４】
【００６４】ここで、Ｅ＝１０6 〔Ｖ／ｍ〕，Ｂ＝１０
０〔Ｇ〕＝１０-2〔Ｔ〕，Ｒ＝０．１５〔ｍ〕と仮定す
ると（数４）からｆr ＝３．３×１０6 〔Ｈｚ〕＝３３
０〔ＭＨｚ〕になる。
０〔Ｇ〕＝１０-2〔Ｔ〕，Ｒ＝０．１５〔ｍ〕と仮定す
ると（数４）からｆr ＝３．３×１０6 〔Ｈｚ〕＝３３
０〔ＭＨｚ〕になる。
【００６５】この場合、共鳴の起こる周波数は高周波領
域になる。この共鳴によりマイクロ波または高周波発生
手段２５によるマイクロ波または高周波電力は効率的に
プラズマに吸収される。
域になる。この共鳴によりマイクロ波または高周波発生
手段２５によるマイクロ波または高周波電力は効率的に
プラズマに吸収される。
【００６６】そしてこの共鳴により、低圧力領域におい
て（１０-2×１０-1Ｐａ）高プラズマ密度（１０12〜１
０13／ｃｍ-3）が達成された。
て（１０-2×１０-1Ｐａ）高プラズマ密度（１０12〜１
０13／ｃｍ-3）が達成された。
【００６７】一方、この電子がサイクロイド運転する時
のラーモア半径ＲEXB は、 ＲEXB ＝３．３７×１０-6 Ｖｍ1/2 ／Ｂ で表わされる。
のラーモア半径ＲEXB は、 ＲEXB ＝３．３７×１０-6 Ｖｍ1/2 ／Ｂ で表わされる。
【００６８】Ｖｍ＝１００〔Ｖ〕 Ｂ＝１００〔Ｇ〕＝
１０-2〔Ｔ〕とすると、ＲEXB ＝３．３７×１０
-3〔ｍ〕となる。つまり、バイアスＶｍを制御すること
で、電子の運動の軌道を制御でき、プラズマ密度の分布
を制御することができる。
１０-2〔Ｔ〕とすると、ＲEXB ＝３．３７×１０
-3〔ｍ〕となる。つまり、バイアスＶｍを制御すること
で、電子の運動の軌道を制御でき、プラズマ密度の分布
を制御することができる。
【００６９】尚、上述した例では、エッチング処理に適
用した場合であるが、本発明はプラズマＣＶＤ装置、プ
ラズマアッシング装置等の各種プラズマ処理装置に適用
することができる。
用した場合であるが、本発明はプラズマＣＶＤ装置、プ
ラズマアッシング装置等の各種プラズマ処理装置に適用
することができる。
【００７０】
【発明の効果】本発明によれば、１０-2〜１０-1Ｐａ程
度の低圧（低プロセス圧）で例えば１０12〜１０13電子
数／ｃｍ2 の高密度プラズマを発生でき、また図２で説
明したように電子はサイクロイド運動しながら永久に回
転していることから電子溜りの発生がなく、均一なプラ
ズマの発生、これによる均一なプラズマ処理を行うこと
ができる。
度の低圧（低プロセス圧）で例えば１０12〜１０13電子
数／ｃｍ2 の高密度プラズマを発生でき、また図２で説
明したように電子はサイクロイド運動しながら永久に回
転していることから電子溜りの発生がなく、均一なプラ
ズマの発生、これによる均一なプラズマ処理を行うこと
ができる。
【００７１】また、本発明ではプラズマエネルギーは、
マイクロ波または高周波印加手段２５によるマイクロ波
または高周波電力制御と、バイアス電界形成手段２３の
低周波または高周波電源２２の電力制御によって制御で
き、また、被プラズマ処理体２０のバイアスは低周波ま
たは高周波電源３６による電力でそれぞれ独立に制御で
きるので、制御性にすぐれたプラズマ処理を行うことが
できる。
マイクロ波または高周波印加手段２５によるマイクロ波
または高周波電力制御と、バイアス電界形成手段２３の
低周波または高周波電源２２の電力制御によって制御で
き、また、被プラズマ処理体２０のバイアスは低周波ま
たは高周波電源３６による電力でそれぞれ独立に制御で
きるので、制御性にすぐれたプラズマ処理を行うことが
できる。
【００７２】また、プラズマ発生のための印加磁界が、
例えば１００Ｇ程度に低くなされることから、被プラズ
マ処理体２０の配置部への磁界の影響を小さくでき、こ
の磁界の湾曲によるプラズマ処理の不均一化を回避でき
る。
例えば１００Ｇ程度に低くなされることから、被プラズ
マ処理体２０の配置部への磁界の影響を小さくでき、こ
の磁界の湾曲によるプラズマ処理の不均一化を回避でき
る。
【００７３】更に、プラズマ発生の低電力化、低磁界化
によって装置の大型化を回避できる。
によって装置の大型化を回避できる。
【図１】本発明装置の一例の略線的断面図である。
【図２】マグネトロン共鳴の説明図である。
【図３】プラズマ均一化の制御性の説明のための飽和イ
オン電流密度の位置依存性を示す図である。
オン電流密度の位置依存性を示す図である。
【図４】プラズマエッチングの説明図である。
【図５】従来装置の構成図である。
【図６】従来装置の構成図である。
【図７】ＥＣＲ原理の説明図である。
２１ 容器 ２１ａ 壁面 ２０ 被プラズマ処理体 ２３ バイアス電界形成手段 ２４ 磁界印加手段 ２５ マイクロ波または高周波印加手段 ２２ 低周波または高周波電源 ３６ 低周波または高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/205
Claims (2)
- 【請求項１】 プラズマ処理装置の容器の壁面近傍にバ
イアス電界を形成する高周波または低周波電源を具備す
るバイアス電界形成手段と、 上記壁面にほぼ平行な磁界を印加する磁界印加手段と、 高密度プラズマを発生させるマイクロ波または高周波印
加手段とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】 上記容器内の、プラズマ処理がなされる
被プラズマ処理体の配置部にバイアス印加を行う高周波
または低周波印加手段を有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。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01383093A JP3252507B2 (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | プラズマ処理装置 |
| KR1019940001415A KR100325404B1 (ko) | 1993-01-29 | 1994-01-27 | 플라스마 처리 장치 |
| US08/877,979 US5858162A (en) | 1993-01-29 | 1997-06-18 | Plasma processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01383093A JP3252507B2 (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06232079A true JPH06232079A (ja) | 1994-08-19 |
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Family
ID=11844197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01383093A Expired - Fee Related JP3252507B2 (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | プラズマ処理装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3252507B2 (ja) |
| KR (1) | KR100325404B1 (ja) |
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| JPH1041280A (ja) * | 1996-07-22 | 1998-02-13 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置 |
| JP2002093779A (ja) * | 2000-09-11 | 2002-03-29 | Yac Co Ltd | プラズマ処理方法ならびにプラズマ処理装置 |
| JP2012224886A (ja) * | 2011-04-15 | 2012-11-15 | Shimizu Densetsu Kogyo Kk | プラズマ・電子ビーム発生装置、薄膜製造装置及び薄膜の製造方法 |
| CN107012448A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-04 | 郑州新世纪材料基因组工程研究院有限公司 | 一种射频等离子体增强化学气相沉积方法及装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3368159B2 (ja) * | 1996-11-20 | 2003-01-20 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
| TW516113B (en) * | 1999-04-14 | 2003-01-01 | Hitachi Ltd | Plasma processing device and plasma processing method |
| US7758718B1 (en) * | 2006-12-29 | 2010-07-20 | Lam Research Corporation | Reduced electric field arrangement for managing plasma confinement |
| KR20220099004A (ko) * | 2021-01-05 | 2022-07-12 | 삼성전자주식회사 | 웨이퍼 처리 장치 |
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|---|---|---|---|---|
| KR890004881B1 (ko) * | 1983-10-19 | 1989-11-30 | 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼 | 플라즈마 처리 방법 및 그 장치 |
| EP0310347B1 (en) * | 1987-09-30 | 1992-11-25 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Thin film forming apparatus |
| JP2696892B2 (ja) * | 1988-03-11 | 1998-01-14 | 住友金属工業株式会社 | プラズマプロセス装置 |
| US4999320A (en) * | 1988-03-31 | 1991-03-12 | Texas Instruments Incorporated | Method for suppressing ionization avalanches in a helium wafer cooling assembly |
| JP2623827B2 (ja) * | 1989-05-11 | 1997-06-25 | 日本電気株式会社 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
| JPH03211725A (ja) * | 1990-01-16 | 1991-09-17 | Hitachi Ltd | プラズマ処理方法及び装置 |
| KR930004713B1 (ko) * | 1990-06-18 | 1993-06-03 | 삼성전자 주식회사 | 변조방식을 이용한 플라즈마 발생장치 및 방법 |
| US5221403A (en) * | 1990-07-20 | 1993-06-22 | Tokyo Electron Limited | Support table for plate-like body and processing apparatus using the table |
| US5279669A (en) * | 1991-12-13 | 1994-01-18 | International Business Machines Corporation | Plasma reactor for processing substrates comprising means for inducing electron cyclotron resonance (ECR) and ion cyclotron resonance (ICR) conditions |
| US5292370A (en) * | 1992-08-14 | 1994-03-08 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Coupled microwave ECR and radio-frequency plasma source for plasma processing |
-
1993
- 1993-01-29 JP JP01383093A patent/JP3252507B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-01-27 KR KR1019940001415A patent/KR100325404B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-06-18 US US08/877,979 patent/US5858162A/en not_active Expired - Fee Related
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| CN107012448A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-04 | 郑州新世纪材料基因组工程研究院有限公司 | 一种射频等离子体增强化学气相沉积方法及装置 |
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| Publication number | Publication date |
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