JPH0831417B2 - プラズマ加工堆積装置 - Google Patents

プラズマ加工堆積装置

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JPH0831417B2
JPH0831417B2 JP63304187A JP30418788A JPH0831417B2 JP H0831417 B2 JPH0831417 B2 JP H0831417B2 JP 63304187 A JP63304187 A JP 63304187A JP 30418788 A JP30418788 A JP 30418788A JP H0831417 B2 JPH0831417 B2 JP H0831417B2
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plasma
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康司 近藤
豊 林
賢一 石井
英太 木下
正巳 佐々木
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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、試料の加工あるいは堆積を行う工
程に利用される。例えば、半導体デバイスの製造プロセ
スにおけるエッチング、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、プ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、一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
セスのエッ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うに、プラズマ発生
室内部に電極がなく、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。
(A)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ングする場合、
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)プラズマエッチングを行う場合で、エッチングの
厚みを精密に制御するためにエッチング速度を小さく抑
える場合、プラズマ点火時にエッチング速度が上昇して
しまうために、エッチングの厚みの制御が難しい。
(C)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を堆積すること
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、本発明は、プラズマ
発生空間内に内部電極を有しない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、プラズマ発
生空間内にプラズマを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。
(A)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。
(B)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。
(C)プラズマ発生空間の外側から重水素ランプ光やエ
キシマレーザー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(RF)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、「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3によ
って磁場を適度に加え、電子にサイクロトロン共鳴を起
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をエッチングする
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(SiH4)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3で所定の磁場を
発生させておく。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10の通電を止め、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、エッ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がエッチ
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30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30で加速された電子をプラズマ点火機構とし
て用いる。電子銃30が請求項3に記載れた電子線を照射
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4
1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から離してあるのは、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62、
63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にエッチングない
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手順
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10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、エッ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11の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。フィラメントと赤熱しないでプラズマを点火
した場合(A)と、赤熱してプラズマを点火した場合
(B)を交互に行って、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、3……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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 賢一 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 木下 英太 埼玉県所沢市大字下富字武野840 シチズ ン時計株式会社技術研究所内 (72)発明者 佐々木 正巳 東京都府中市四谷5丁目8番1号 日電ア ネルバ株式会社内 審査官 山本 一正 (56)参考文献 特開 昭49−75093(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマ発生空間内に内部電極を有しない
    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、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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
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