JPH06248459A

JPH06248459A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH06248459A
Application number: JP5037640A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Tsukada; 勉塚田; Tatsuo Shiyouji; 多津男庄司
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1994-09-06

Abstract

(57)【要約】【目的】円筒状の誘電体材料から成る容器１１と、こ
の容器の周方向の外周に設けられ第１のループ状アンテ
ナ１３ａ及び第２のループ状アンテナ１３ｂで構成され
たアンテナ１３と、容器１１の軸方向ａに磁場を形成す
る磁場発生手段１９とを有するヘリコン波イオン源を具
える、ヘリコン波を利用したプラズマ処理装置であっ
て、従来に比べ飽和イオン電流密度分布の均一性の向上
が図れる装置を提供すること。【構成】容器１１の周方向に沿う外壁とアンテナ１３
との間の領域に、複数個の導電体１００ａでそれぞれは
容器の軸方向ａに延在しておりかつ接地電位とされ然も
容器の周方向に沿って間隙１００ｂをもって配置された
複数個の導電体で構成したシールド体１００を、設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば半導体装置の
製造の際に行われる例えばエッチングや成膜に用いられ
るプラズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を製造する際には、半導体基
板若しくは薄膜のエッチングまたは薄膜の形成のため
に、プラズマ処理装置が多用される。このようなプラズ
マ処理装置には、平行平板電極を用いたもの、電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用したもの、ヘリコン波
を利用したものなど種々のものがある。特に、ＥＣＲを
利用したもの及びヘリコン波を利用したものは、いずれ
も、平行平板電極を用いたものに比べ、下地の損傷を軽
減でき、かつ、より高精度のエッチングができることか
ら、近年注目されている。それは、これらのプラズマ処
理装置が、平行平板電極を用いたものと比べ、低圧力で
も非常に密度の高いプラズマを発生させることができ、
さらに、このようなプラズマを被プラズマ処理物が置か
れた位置から離れた位置（例えば別の室）で発生できこ
れを被プラスマ処理物近傍に拡散させ使用できるからで
あった。

【０００３】ヘリコン波を利用してプラズマを発生させ
るための従来装置としては、例えば特公平２−２１２９
６号に開示されたもの、或いは、特開平３−６８７７３
号公報に開示されたものがある。図５は後者のプラズマ
処理装置の構成を概略的に示した図、また、図６はこの
装置に備わるヘリコン波イオン源の基本構成を説明する
ための図である。

【０００４】この特開平３−６８７７３号公報に開示の
プラズマ処理装置は、ヘリコン波イオン源１０（詳細は
後述する）と、このヘリコン波イオン源１０の下流に設
けられヘリコン波イオン源１０で生成されたプラズマに
より被プラズマ処理物２０に対しプラズマ処理をするた
めのプラズマ処理室３０と、プラズマ処理室３０内にカ
スプ磁界を形成するための磁場発生手段４０と、プラズ
マ処理室３０内で被プラズマ処理物２０を保持するため
の保持部５０と、被プラズマ処理物２０にバイアスを印
加するための高周波電源６０と、排気系及びガス供給系
（いずれも図示せず）とを具えている。また、ヘリコン
波イオン源１０は、所定ガスが導入される中空部１１ａ
を有し誘電体材料で構成された円筒状の容器１１と、こ
の容器１１のその周方向（図６中ｒで示す方向）に沿う
外壁にその周方向に沿って設けられた第１のループ状ア
ンテナ１３ａ及び該第１のループ状アンテナ１３ａから
容器１１の軸方向（図６中ａで示す方向）に所定距離だ
け離れた位置に第１のループ状アンテナ１３ａ同様に設
けられた第２のループ状アンテナ１３ｂから成るアンテ
ナ１３と、これら第１及び第２のループ状アンテナ１３
ａ，１３ｂ各々に高周波電力を印加するための高周波電
源１５と、これらループ状アンテナ１３ａ，１３ｂ及び
高周波電源１５を接続するためのフィーダ部１７と、容
器１１内に所定方向（この場合容器１１の軸方向ａ）の
磁場を形成するための磁場発生手段１９とを具えてい
た。ただし、第１及び第２のループ状アンテナ１３ａ，
１３ｂと高周波電源１５は、第１及び第２のループ状ア
ンテナ１３ａ，１３ｂの一方において高周波電流が容器
１１の周囲を時計方向でもって通過し他方においては反
時計方向でもって通過するように、接続されている。

【０００５】このヘリコン波イオン源１０は、容器１１
が大型のものであっても容器１１の中空部１１ａに均
一、かつ、高密度にプラズマを発生させることができる
ものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のヘリコン波イオン源の構造では、容器１１内の、
第１のループ状アンテナ１３ａの高周波電力の給電点Ｐ
₁，Ｐ₂の近傍領域ｘ（図６参照）及び第２のループ状
アンテナ１３ｂの高周波電力の給電点Ｑ₁，Ｑ₂の近傍
領域ｙ（図６参照）におけるプラズマ密度が、該容器１
１内の他の領域よりも高くなってしまう現象が、この出
願に係る発明者の詳細な研究によりわかった。具体的に
は、ヘリコン波イオン源１０の容器１１内の飽和イオン
電流密度を容器１１の径方向に沿って公知のラングミュ
アプローブを用いて測定して飽和イオン電流密度分布の
径方向依存性を調べたところ、後述の図４に比較例の特
性II（一点破線のもの）として示すように、容器１１内
の、ループ状アンテナ１３ａの高周波電力の給電点近傍
領域（図６のｘとかｙの領域）でのイオン電流密度が他
の部分より大きくなることが観測されたのである。この
ようにイオン電流密度のばらつき（すなわちプラズマ密
度のばらつき）が生じる原因は、第１のループ状アンテ
ナ１３ａ及び第２のループ状アンテナ１３ｂ各々が完全
な閉ループとはなっていないため、各ループ状アンテナ
１３ａ，１３ｂの閉じていない部分Ｐ，Ｑ（図６参照）
各々の給電点Ｐ₁及びＰ₂間や給電点Ｑ₁及びＱ₂間で
電位差がそれぞれ発生し、この電位差によりプラズマ発
生室（容器）１１内の給電点Ｐ₁〜Ｑ₂の近傍領域ｘ，
ｙにおいて電子が加速されるためと考えられる。

【０００７】また、このように局所的にプラズマ密度が
違うプラズマ中に被処理物例えばシリコン基板を入れこ
れにＭＯＳダイオードを形成するための処理を行ってウ
エハを得、このウエハ上の各ＭＯＳダイオードのフラッ
トバンド電圧をそれぞれ測定したところ、ウエハの上記
給電点（Ｐ₁〜Ｑ₂）側と対向する部分に形成されたＭ
ＯＳダイオードのフラットバンド電圧のシフト量は他の
領域に形成されたもののそれより大きいことがこの出願
に係る発明者により観測された。

【０００８】これらのことから、図５及び図６を用いて
説明した従来のプラズマ処理装置の構造（特にヘリコン
波イオン源１０の構造）は微細なデバイスの作製装置と
してさらに改善が望まれるといえる。

【０００９】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり従ってこの発明の目的は、ヘリコン波イオン源
に備わるアンテナの給電点間で発生する電位差の影響が
このヘリコン波イオン源に備わるプラズマ生成用の容器
内に及ばないか軽減できる構造を有するプラズマ処理装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、所定ガスが導入される中空部を
有し誘電体材料で構成されている容器と、該容器の周囲
に設けられ該容器の中空部に所定方向に向かう磁場を形
成するための磁場発生手段と、前述の容器の周囲に設け
られ前述の容器の中空部に高周波電界を形成するための
アンテナとを有するヘリコン波イオン源を具えるプラズ
マ処理装置において、容器の外周に、アンテナの高周波
電力給電点間に生じる電位差に起因する局所的な電位分
布が前述の容器側に及ぶのを防止または軽減するための
シールド体を具えたことを特徴とする。

【００１１】ここで、シールド体の設置位置及び形状
は、使用するアンテナの形状に応じ決定することができ
る。

【００１２】例えば、使用するアンテナが、前述の容器
の軸方向を前述の所定方向に平行な方向としたときの該
容器のその周方向に当たる外壁に該周方向に沿って設け
た第１のループ状アンテナと、該第１のループ状アンテ
ナから前述の軸方向に所定距離離れた位置に該第１のル
ープ状アンテナ同様に設けた第２のループ状アンテナと
から成るアンテナ（具体例を挙げれば図６を用いて説明
したアンテナ１３のようなもの）の場合は、前述のシー
ルド体を、前述の容器の少なくとも前述の周方向に沿う
外壁と前述のアンテナとの間の領域に設けられた複数個
の導電体であって、それぞれは前述の軸方向に延在して
おりかつ接地電位とされ然も前述の周方向に沿って間隙
をもって配置された複数個の導電体で構成するのが好適
である。

【００１３】なお、ここでいう導電体とは例えば導電性
の板や棒で構成したものは勿論、網状のものも含み得
る。そして、この導電体は非磁性材料で構成するのが好
ましい。また、上記複数個の導電体はそれぞれを独自に
接地電位としても勿論良いが、複数個の導電体のそれぞ
れ１個所例えば一端を、容器の周方向を囲むリング状若
しくは帯状の接続部材によって接続するようにしても勿
論良い（例えば図３（Ｂ）、（Ｃ）参照）。このように
接続部材を用いると、複数個の導電体を接地電位にする
ことを容易にでき、かつ、複数個の導電体を容器外壁周
囲に設置することを容易にできるので好適である。

【００１４】

【作用】この発明の構成によれば、所定のシールド体を
設けたのでアンテナの給電点間に生じる電位差に起因す
る局所的な電位分布がヘリコン波イオン源に備わる容器
内に影響することを防止または従来より軽減できる。

【００１５】

【実施例】以下、図５を用いて説明したプラズマ処理装
置にこの発明を適用した例により実施例を説明する。こ
の説明をいくつかの図面を参照して行う。しかしなが
ら、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に、
各構成成分の寸法、形状、および配置関係を概略的に示
してあるにすぎない。したがって、排気系、ガス供給
系、ロードロック室などの図示は省略してある。また、
各図において同様な構成成分については同一の符号を付
して示す。さらに、各図において従来の構成成分と同様
な構成成分については同一の符号を付して示しその説明
を一部省略する。

【００１６】１．装置構成の説明図１〜図３は実施例のプラズマ処理装置の構成説明に供
する図である。特に、図１は全体構成を示した側面図、
図２は容器１１とアンテナ１３とシールド体１００との
位置関係を説明するために容器１１周辺部分について示
した断面図、図３（Ａ）及び（Ｂ）はシールド体１００
の具体例をそれぞれ示した斜視図である。

【００１７】この実施例のプラズマ処理装置は、この発
明に係るシールド体１００を具える新規なヘリコン波イ
オン源１１０（詳細は後述する）と、従来と同様な構成
の、プラズマ処理室３０、磁場発生手段４０、被プラズ
マ処理物２０を保持するための保持部５０及び被プラズ
マ処理物２０にバイアスを印加するための高周波電源６
０とを具えている。

【００１８】このヘリコン波イオン源１１０は、所定ガ
スが導入される中空部１１ａを有し誘電体材料（例えば
石英）で構成された円筒状の容器１１と、第１のループ
状アンテナ１３ａ及び第２のループ状アンテナ１３ｂで
構成されたアンテナ１３と、このアンテナ１３に高周波
電力を印加するための高周波電源１５と、これらアンテ
ナ１３及び高周波電源１５を接続するためのフィーダ部
１７と、容器１１内に容器１１の軸方向（図１中にａで
示した方向）の磁場を形成するための磁場発生手段（例
えば励磁コイル）１９とを具えると共に、容器１１の外
周に、アンテナ１３の高周波電力給電点間に生じる電位
差に起因する局所的な電位分布が容器１１側に及ぶのを
防止または軽減するためのシールド体１００を具えてい
る。

【００１９】そして、この実施例の場合のシールド体１
００は、図２及び図３に詳細を示したように、容器１１
の少なくともその周方向（図２中ｒで示す方向）に沿う
外壁とアンテナ１３との間の領域に設けられた複数個の
導電体１００ａであって、それぞれは容器１１の軸方向
（図２中ａで示す方向）に延在しておりかつ接地電位と
され然も周方向ｒに沿って間隙１００ｂをもって配置さ
れた複数個の導電体１００ａで構成してある。さらに、
この実施例の場合は、複数個の導電体１００ａの一端同
士を、容器１１の周方向ｒを囲うリング状若しくは帯状
の導電性接続部材１００ｃによって、接続した構成とし
てある。具体的に説明すると、図３（Ａ）に示したシー
ルド体１００は、複数個の導電体１００ａとしてのアル
ミニウム製の棒８本を、接続部材１００ｃとしてのアル
ミニウム製のリング上に等間隔に立てこれらを接続して
構成したものである。また、図３（Ｂ）に示したシール
ド体１００は、金属薄板（例えば銅薄板）に櫛状に加工
して複数個の導電体１００ａ，間隙１００ｂ及び接続部
材１００ｃを有する構造体を得、この構造体を導電体１
００ａが並ぶ方向に丸めて構成したものである。

【００２０】なお、各導電体１００ａの容器の軸方向の
長さは、第１のループ状アンテナ１３ａと第２のループ
状アンテナ１３ｂとの間隔と同じ程度かそれより長くす
るのが良い。この実施例の場合はその長さは第１のルー
プ状アンテナ１３ａと第２のループ状アンテナ１３ｂと
の間隔より長くしてある。こうすると、少なくともアン
テナ１３と容器外壁との間の領域にシールド体１００を
介在させることができるからである。また、シールド体
１００における、導電体１００ａ及び間隙１００ｂのお
のおのの数、それらの幅は設計に応じ好適な値に変更で
きる。

【００２１】また、プラズマ処理室３０はこの場合アル
ミニウム製としてあり、磁気発生手段４０はこの場合プ
ラズマ処理室３０の大気側の外周に２４本の永久磁石を
等しい間隔に、かつ、相隣り合う磁石は磁極が逆向きに
なるように配置し構成してある。

【００２２】２．動作及びシールド体の効果の説明次に、この発明の理解を深めるために実施例のプラズマ
処理装置の動作と、シールド体１００を設けた効果とに
ついて併せて説明する。

【００２３】実施例のプラズマ処理装置の動作は、基本
的には、ヘリコン波を利用した従来のプラズマ処理装置
と同様な手順で行なえる。具体的には、先ず、プラズマ
処理室３０の内部が所定真空度になるまでこのプラズマ
処理室３０内を図示しない排気系を用い排気し、次に、
図示しないロードロックを経由してプラズマ処理室３０
内の支持部５０に被プラズマ処理物例えば半導体基板２
０を搬送する。

【００２４】次に、プラズマ処理室３０と図示しないロ
ードロック室との間の図示しないゲートバルブを閉じ、
その後、所定ガス即ちプロセスガス例えば塩素ガスをプ
ラズマ処理室３０に図示しないガス供給系より導入す
る。プロセスガスが導入されているプラズマ処理室の内
部圧力を、プラズマ処理室３０と排気系（図示せず）と
の間に設けられたスロットルバルブの開閉具合を調整し
てプロセスガスの排気速度を制御することにより、一定
に保つ。この実施例では、プラズマ処理室３０の内部圧
力を２ｍＴｏｒｒに保っている。

【００２５】次に、ヘリコン波イオン源１１０の高周波
電源１５をオン状態にしアンテナ１３に高周波電力を供
給する。すると、アンテナ１３により誘起される高周波
電界により容器１１の軸方向ａに高周波磁界が生じる。
この高周波磁界は、シールド体１００によっては全く影
響を受けず容器１１の中空部１１ａに侵入するため、こ
の中空部１１ａにはこの高周波磁界を打ち消すように高
周波電界が生じるのでこの高周波電界により中空部１１
ａにヘリコン波プラズマが生成される。ただし、このプ
ラズマ生成の際、この発明のプラズマ処理装置では、容
器１１の外壁とアンテナ１３との間に所定のシールド体
１００を設けてあるので、第１及び第２のループ状アン
テナ１３ａ，１３ｂの給電点間（図６を用いて説明した
Ｐ₁及びＰ₂間、Ｑ₁及びＱ₂間）に生じる電位差に起
因する局所的な電位分布（局在化された電界）はシール
ド体１００によって遮蔽されるので、中空部１１ａ内に
生じている高周波電界にこの局所的な電位分布（局在化
された電界）が影響することを防止または軽減できる。
このため、容器１１の中空部１１ａ内には、シールド体
１００を設けない場合に比べ、容器１１の径方向に対し
ても軸方向に対しても均一なプラズマが生成できる。図
４は、シールド体１００を設けた場合（即ち実施例）、
設けない場合（即ち比較例）各々での、容器１１内の飽
和イオン電流密度を容器１１の径方向に沿って公知のラ
ングミュアプローブを用いて測定して飽和イオン電流密
度分布の径方向依存性を調べた結果を示した特性図であ
る。ただし、縦軸にイオン電流密度をとり、横軸に容器
１１の径方向位置をとって示してある。この図４におい
て、Ｉで示した特性（実線）が実施例の場合の飽和イオ
ン電流密度分布であり、IIで示した特性（一点破線）が
比較例の場合の飽和イオン電流密度分布である。シール
ド体１００を設けない比較例の場合では飽和イオン電流
はアンテナ１３の給電点側において上昇する傾向を示す
のに対し、シールド体１００を設けた実施例の場合では
この傾向はなくなり飽和イオン電流密度分布が比較例よ
り均一になることが判る。具体的な数値例で説明する
と、実施例及び比較例それぞれの容器中央での飽和イオ
ン電流密度Ｊ₀（図４参照）が２０ｍＡ／ｃｍ²となる
系において、シールド体１００を設けない場合のアンテ
ナ給電点側の容器部分での飽和イオン電流密度Ｊ₂が２
２ｍＡ／ｃｍ²であったのに対し、シールド体１００を
設けると同飽和イオン電流密度Ｊ₁は２０．２ｍＡ／ｃ
ｍ²にまで減少した。

【００２６】ヘリコン波イオン源１１０の容器１１内に
上述のように生成されたプラズマはプラズマ処理室３０
に拡散しさらに被プラズマ処理物２０表面に到達する。
この際、プラズマ処理室３０内には磁場発生手段４０に
よってカスプ磁界が従来同様形成されているので、プラ
ズマはその消失が少ない状態で被プラズマ処理物２０表
面に到達する。また、バイアス用高周波電源６０により
被プラズマ処理物２０にセルフバイアス電圧が従来同様
誘起されるので、イオンは被プラズマ処理物２０に向か
って加速される。このため、例えばプラズマエッチング
を行う場合であれば異方性の高いエッチングを行なうこ
とが可能になる。

【００２７】上述においてはこの発明のプラズマ処理装
置の実施例について説明したがこの発明は上述の実施例
に限られない。

【００２８】例えば、上述においては図５を用いて説明
した従来のプラズマ処理装置にこの発明を適用した例を
説明したが、この発明を適用できるプラズマ処理装置は
図５を用いて説明したものには限られないことは明らか
である。したがって、例えば、容器、アンテナ、シール
ド体のそれぞれの形状、プラズマ処理室、各磁場発生手
段のそれぞれの構成、ヘリコン波イオン源とプラズマ処
理室との配置関係などは、設計に応じそれぞれ変更でき
る。さらに、ヘリコン波イオン源１１０の容器１１自体
がプラズマ処理室を兼ねるよう構成の場合もこの発明に
含み得る。

【００２９】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のプラズマ処理装置によれば、ヘリコン波イオン
源に備わるプラズマ生成用容器の外周に所定のシールド
体を設けたのでヘリコン波励起用のアンテナの給電点間
に生じる電位差に起因する局所的な電位分布が前記容器
内に影響することを防止または従来より軽減できる。こ
のため、容器内の一部で電子が不要に加速されるという
現象を防止または従来より軽減できるので被プラズマ処
理物表面の各所でのイオン電流の均一化が従来より図れ
る。したがって、従来より均一なプラズマ処理が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のプラズマ処理装置の説明に供する図で
あり、該装置の全体構成を示した側面図である。

【図２】実施例のプラズマ処理装置の説明に供する図で
あり、該装置のヘリコン波イオン源の容器とアンテナと
シールド体との位置関係の説明図である。

【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例のプラズマ処理装
置の説明に供する図であり、シールド体の具体例の説明
に供する図である。

【図４】実施例のプラスマ処理装置の説明に供する図で
あり、シールド体の効果の説明に供する図である。

【図５】従来技術の説明に供する図であり、従来のヘリ
コン波を利用したプラズマ処理装置の構成を示した図で
ある。

【図６】従来及びこの発明の説明に供する図であり、ヘ
リコン波イオン源の主に容器、アンテナ、高周波電源の
関係を示した図である。

【符号の説明】

１１：中空部を有し誘電体材料で構成されている容器１１ａ：中空部１３：アンテナ１３ａ：第１のループ状アンテナ１３ｂ：第２のループ状アンテナ１５：高周波電源（アンテナ用）１７：フィーダ部１９：磁場発生手段（例えば励磁コイル）２０：被プラズマ処理物３０：プラズマ処理室４０：磁場発生手段（カスプ磁界発生用）５０：被プラズマ処理物用保持部６０：バイアス用高周波電源１００：シールド体１００ａ：導電体１００ｂ：間隙１００ｃ：接続部材１１０：ヘリコン波イオン源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定ガスが導入される中空部を有し誘電
体材料で構成されている容器と、該容器の周囲に設けら
れ該容器の中空部に所定方向に向かう磁場を形成するた
めの磁場発生手段と、前記容器の周囲に設けられ前記容
器の中空部に高周波電界を形成するためのアンテナとを
有するヘリコン波イオン源を具えるプラズマ処理装置に
おいて、容器の外周に、アンテナの高周波電力給電点間に生じる
電位差に起因する局所的な電位分布が前記容器側に及ぶ
のを防止または軽減するためのシールド体を具えたこと
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】請求項１に記載のプラズマ処理装置にお
いて、前記アンテナが、前記容器の軸方向を前記所定方向に平
行な方向としたときの該容器のその周方向に沿う外壁に
該周方向に沿って設けられた第１のループ状アンテナ
と、該第１のループ状アンテナから前記軸方向に所定距
離離れた位置に該第１のループ状アンテナ同様に設けら
れた第２のループ状アンテナとから成るアンテナの場
合、前記シールド体を、前記容器の少なくとも前記周方向に
沿う外壁と前記アンテナとの間の領域に設けられた複数
個の導電体であって、それぞれは前記軸方向に延在して
おりかつ接地電位とされ然も前記周方向に沿って間隙を
もって配置された複数個の導電体で構成したことを特徴
とするプラズマ処理装置。