JPH10261621A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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Abstract
つまり処理室内のラジカルの状態を制御する手段と、処
理室の側壁部の壁面の状態を制御する手段を提供する。 【解決手段】アンテナ11により電極2が生成するのと
は異なる電子温度を持つプラズマと異なる成分比のラジ
カルを生成することにより処理室9内部のラジカルの成
分を制御する。また、アンテナ11により側壁部6の近
傍にプラズマを生成することにより側壁部の壁面の状態
を制御する。 【効果】処理室内のラジカルの成分を制御することによ
り半導体デバイスなどの処理対象物の加工レートや加工
形状といった微細加工の性能を上げることが出来る。ま
た、処理室の側壁部の近傍に生成したプラズマにより壁
面状態を制御することにより微細加工の性能を上げるこ
とが出来る。
Description
を備えた半導体製造装置に係り、特に半導体素子の微細
加工に好適な半導体製造装置に関する。
るプラズマ処理装置には、例えば特開昭57-131374号公
報に開示されているような平行平板電極方式のものがあ
る。この平行平板電極方式のプラズマ処理装置の従来例
を図11に示す。
縁部5と円盤状の電極2によって囲まれている処理室9
が図示しないガス排気手段により真空状態に保たれてお
り、ガス供給手段7がガス導入路の機能を兼ね備えた電
極2を通して処理ガスを処理室に供給する。通常、側壁
部6はアースされており、電極2とは絶縁部5により絶
縁されている。電極2と支持台3は平行平板電極を構成
しており、電源1がこの平行平板電極の間に電力を加え
ることにより処理室9内部の処理ガスがプラズマ化す
る。なお、通常は電極2は導体壁8によって覆われてお
り、電極2が発生する電磁波が外部に漏れないようにな
っている。
持台3の上に設置されており、処理室9内に発生したプ
ラズマとプラズマにより活性化した処理ガス中の化学種
(ラジカル)により微細加工が行われる。この時、電源
1が加える入力電力や処理室9内の圧力や電極2と支持
台3の間の間隙の幅等によってプラズマの密度とプラズ
マ中の電子の温度が変わり、同時に処理ガスの分解の状
態が変わる。
が変わり、微細加工の性能を左右する。さらに、支持台
3には電源10によりバイアス電圧が掛けられており、
プラズマ中のイオンを引き込んでウエハ上での反応を促
進する。電源10の代わりにコンデンサ等による電位差
を利用し支持台にバイアスを加える装置もある。特に、
特開昭57-131374では電源1と電源10に異なる周波数
のRF電源を用いてエッチング等の微細加工の精度を上
げる工夫をしている。処理済みの処理ガスや微細加工の
際に放出された反応生成物は、通常側壁部6と支持台3
の間を通って図示しない排気手段により排気される。
分比は、プラズマ中の電子温度によってきまるが、例え
ば図11で示したような、平行平板電極型のプラズマ処
理装置では電子温度が入力電力や処理室内圧力や間隙の
幅等により決まる。しかし、処理対象物が大きくなり、
処理室の大きさも大きくなってくると処理ガスの流れの
圧力損失が大きくなる等の問題から処理室内圧力や間隙
の幅を自由に調節することができなくなり、電子温度を
適切に設定してラジカル成分比を調節することが困難に
なってくる。
間隙の間で高くなり、側壁部の近傍ではプラズマ密度が
低くなるため、側壁部の壁面に処理ガスや反応生成物に
より様々な化学成分が付着するなどして微細加工の性能
に悪影響を与えることがある。しかし、図11に示すよ
うな従来の平行平板電極型プラズマ処理装置では、この
側壁部の壁面の状態を制御する手段が無かった。
し、プラズマの状態を調節し、微細加工ができるプラズ
マ処理装置を提供することにある。
る。このアンテナは平行平板電極の一部になっているこ
ともある。このアンテナが処理ガスに電力を投入してプ
ラズマを生成するようにする。アンテナのプラズマ生成
領域が平行平板電極のプラズマ生成領域に重なるように
設置し、二つのタイプのプラズマの混合により電子密度
を制御し、混合プラズマが制止するラジカル成分比を調
節する手段とする。または、アンテナが発生させるプラ
ズマが生成するラジカルと、平行平板電極が発生させる
プラズマが生成するラジカルとを混合して、ラジカル成
分比を調整することもできる。
テナを設ける。このアンテナは平行平板電極の一部とな
っていることもある。このアンテナが処理ガスに電力を
投入してプラズマを生成する場所を側壁部の近傍に設定
することにより、側壁部近傍のプラズマの密度を調整す
る手段とし、微細加工の性能の調節が出来るようにな
る。
し説明する。
支持する支持台3が設置されており、前記支持台3の上
に処理対象物4が置かれる。処理対象物4は例えば半導
体デバイス用のウエハである。処理室の壁の一部は電極
2となっており、電極の機能も兼ね備えた支持台3との
間で平行平板電極を形成する。支持台3と処理対象物4
は通常平板状であるが、電極2は平板状であっても良い
し、図2(イ)のように階段状の段差を持っていても良
いし、図2(ロ)のように曲面部分を持っていても良
い。電極2が図1、図2(イ)、図2(ロ)のどの場合
であっても、以下では電極2と支持台3の組を平行平板
電極と呼ぶ。通常、電極2は処理室9に接しているが、
電極2と処理室9の間には絶縁体などで構成されたカバ
ーがあっても良い。処理室9にはガス供給手段7により
処理ガスが導入されており、例えば図1のように電極2
が処理ガス導入路の機能を兼ね備えていることがある。
より排気され、低圧状態に保たれている。処理室9は、
例えば円筒状でアースされた側壁部6で囲まれており、
電極2と側壁部6は絶縁部5により電気的に絶縁されて
いる。電源1は例えば交流電源と整合回路の組み合わせ
である。電源1が平行平板電極に加えた電力により、処
理室9内部の処理ガスがプラズマ化し、プラズマが処理
ガスを活性化して様々な種類のラジカルを生成する。さ
らにアンテナ11が絶縁体5の近傍に設置されており、
絶縁体5はアンテナ11が発生する電磁波を処理室9に
導入する窓の機能を持つ。アンテナ11は一つまたは複
数の電力の入力端と出力端を持ち、ひと巻きまたはそれ
以上に巻かれたループアンテナであっても良いし、ひと
巻きを複数に分割した分割ループアンテナであっても良
いし、その他の形状であっても電磁波を放射するアンテ
ナであればよい。アンテナ11には電源12が電力を供
給しているが、電源1が電極2とアンテナ12に電力を
加えても良い。
する場合には、例えば図3に示すように電極2に誘導電
流を阻害するようなスリットなどの絶縁領域を設ける
と、アンテナの電力が処理室内に導入し易くなって良
い。アンテナ11は例えば図1に示すような電場14を
処理室内に誘起しプラズマを生成する。このアンテナが
プラズマを側壁部6の近傍で生成するため、電源12に
よる電力を調節することにより側壁部6の壁面の状態を
制御できる。
するラジカルは拡散して平行平板電極の間隙にも浸透し
て行くが、平行平板電極によるプラズマが励起するラジ
カルとは組成が異なるため、アンテナに投入する電力の
調整により処理室内部のラジカル組成の制御が可能であ
る。
より処理室内に磁場を加えることが出来る。例えば、円
筒状のソレノイドコイルを用いて磁力線15で示すよう
な分布の磁場を発生できる。アンテナが発生する振動電
界14と磁力線15がおおむね垂直であるときに、電子
サイクロトロン共鳴を起こすように電界14の振動数と
磁場15の強度をあわせると、特に効率的にプラズマが
生成できる。例えば振動電場の周波数が68Mhzの時には
磁場強度24ガウス付近で電子サイクロトロン共鳴が起
こる。
範囲で磁場強度を調節すればラジカルの成分比の調整が
でき、微細加工の性能を最適化することができる。
場よりも強い場所では電磁波が磁場に沿ってプラズマ中
を伝播できる。従って、図1のようにアンテナを通る磁
力線が処理室内のプラズマを生成したい場所を通過する
ようにアンテナと磁場の分布を設定することによりプラ
ズマ生成の効率化を図っている。
する。
置とほとんど同じであるが、図1では処理室9の上面に
設置されていたアンテナ11が処理室の側面に設置され
ている点が異なる。図4ではアンテナ11の電磁波が外
部に漏れないように導体壁8’で囲まれているが、導体
壁8と導体壁8’は一体のものであっても良い。図4の
装置のもう一つの特徴は、ソレノイドコイルなどの磁場
発生手段13の設置位置を下方に設定し、処理室側面に
設置されたアンテナ11を通過する磁力線15が処理室
内を通過するように配置してある点にある。これによ
り、図1の実施例でも述べたように、電子サイクロトロ
ン共鳴磁場よりも強い磁場を加えた場合にアンテナが放
射する電磁波が処理室内のプラズマ中に入りやすくな
り、プラズマの生成効率を上げている。
する。
なっているが、アンテナ11が処理室内部に設置されて
いる点が異なる。アンテナを処理室内のプラズマに直接
晒すとアンテナ自体が削れて微細加工に悪影響を及ぼす
ときには、アンテナの表面にプラズマにより削れにくい
材料をコーティングしたり、アンテナに絶縁体で出来た
カバーをかぶせても良い。図5の実施例のようにアンテ
ナを処理室内部に設置することにより、処理室上面や処
理室側面にアンテナを設置するスペースが取れないとき
にもアンテナを設けることが出来る。
する。
るが、図6の装置ではアンテナ11が電極2の上部に設
置されている点が特徴となっている。図6の装置の場合
には電極2は図3に示したようなスリット等の絶縁部を
持ち、アンテナ11の誘起する電磁場の少なくとも一部
が電極2を通過して処理室9に伝播し、プラズマを生成
するかプラズマにエネルギーを与えることが出来るよう
になっている。この場合には、電極2と支持台3の間隙
に平行平板電極とアンテナによりプラズマを生成するた
め、処理対象物直上のプラズマの電子エネルギをアンテ
ナ投入電力により調整し、微細加工の性能を高めること
が可能になる。
し説明する。
図1のアンテナ11と電極2が一体化したアンテナ電極
16を用いている点である。
電極は一つまたは複数の電極部18とそこに接続された
一つまたは複数のアンテナ部19と入力端20と出力端
21で構成される。アンテナ電極の一例を図9(イ)、
図9(ロ)、図9(ハ)、図9(ニ)に示す。特に図9
(ハ)では、アンテナ部19の放射する電磁波が電極部
18に引き起こす誘導電流を阻害するようにスリット状
の絶縁領域を設け、アンテナ部の電磁波の放射効率を上
げている。
ナ部はほぼ同一平面上にあるが、電極部とアンテナ部が
立体的な構成となっていても良い。例えばアンテナ部が
電極部の真上に設置されるようなアンテナ電極もある。
電源1により入力端20に加えられた電力の一部は電極
部18と支持台3の形成する平行平板電極によりプラズ
マ生成に用いられ、残りはアンテナ部19から電磁波と
して放射され処理室内にプラズマを生成する。出力端は
アースしても良いし、アンテナ電極の電極部の電圧を維
持するためにコンデンサなどにより構成された電圧維持
手段を介した後にアースしても良い。
ても良い。このアンテナ電極を使うと電極とアンテナに
一つずつあった電源が一つで済むようになる。図7では
アンテナ電極の電極部は処理室に露出しており、アンテ
ナ部は処理室外部にあるが、電極部には絶縁体などで構
成されたカバーをつけていても良い。
室内部に設置してもよいし、アンテナ部に絶縁体などの
カバーをしてもよい。図7や図8の装置は図1の装置と
ほぼ同じ効果を持ち、処理対象物の微細加工の性能を上
げることができる。
示し説明する。
にプラズマを生成するために外周電極23と側壁部6の
間に電力を加える電源12を設けている。外周電極23
の生成するプラズマは、側壁部近傍にあるため、側壁部
壁面の状態の制御ができ、微細加工の性能を上げること
が出来る。また、電源1と電源12の周波数を異なるも
のとすれば電子温度の異なるプラズマを生成し、図1の
装置と同様にラジカルの成分比の調節により微細加工の
性能を最適化できる。さらに、外周電極23の発生する
電場14’の方向が磁力線15とほぼ直行するように磁
場発生手段13を設置し、磁場強度が外周電極近傍で電
子サイクロトロン共鳴磁場強度になるように設定すれば
外周電極によるプラズマ生成の効率を上げることが出来
る。
プラズマ処理装置において、ラジカルの成分を制御する
ことができるようになり、半導体デバイスなどの微細加
工の性能を上げることが出来る。また本発明によれば、
側壁部に接するプラズマの状態を容易に調節できるよう
になるため、側壁部の状態を制御し微細加工の性能をあ
げることができる。
例の側面図である。
アンテナ電極の一実施例の上面図である。
面図である。
2’’’…電極、3…支持台、4…処理対象物、5…絶
縁部、6…側壁部、7…ガス供給手段、8…導体壁、
8’…導体壁、9…処理室、10…電源、11…アンテ
ナ、12…電源、13…磁場発生手段、14…アンテナ
が生成する電場、14’…外周電極が生成する電場、1
5…磁力線、16…アンテナ電極、17…絶縁体カバ
ー、18…電極部、19…アンテナ部、20…電力入力
端、21…電力出力端、22…絶縁部、23…外周電
極。
Claims (12)
- 【請求項1】処理チャンバと、該処理チャンバに処理ガ
スを供給する手段と、前記処理チャンバを真空に保つ排
気手段と、前記処理チャンバ中に処理対象物を固定する
支持台と、前記処理チャンバ中にプラズマを発生するた
めに電気エネルギを加える電極とを有し、前記処理チャ
ンバ内部に前記電極と前記支持台とで間隙を形成してい
るプラズマ処理装置において、 前記処理チャンバ中に電気エネルギを発生するアンテナ
を設け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のプラズマ処理装置において、前
記電極が前記アンテナの役割を兼ね備えていることを特
徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項3】請求項1または請求項2のプラズマ処理装
置において、前記アンテナが前記電極に誘起する電流を
阻害するように前記電極に一つまたは複数の絶縁領域を
設けることを特徴とするプラズマ生成装置。 - 【請求項4】請求項1のプラズマ処理装置において、前
記処理チャンバに絶縁体を用いた導入窓を設け、前記ア
ンテナを前記処理チャンバの外に設置することを特徴と
するプラズマ処理装置。 - 【請求項5】請求項1のプラズマ処理装置において、前
記電極にほぼ垂直な方向に磁場を加える手段を有するこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項6】請求項1のプラズマ処理装置において、前
記電極とほぼ水平な方向に磁場を加える手段を有するこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項7】請求項1のプラズマ処理装置において、前
記処理チャンバ内に磁場を加える手段を有し、かつ前記
アンテナを通過する磁力線が前記処理チャンバ内を通過
することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項8】請求項1のプラズマ処理装置において、前
記電極と前記支持台の形成する前記間隙が10mmから100m
mの間の一定の間隔であることを特徴とするプラズマ処
理装置。 - 【請求項9】請求項1のプラズマ処理装置において、前
記電極と前記支持台の形成する前記間隙の幅が場所によ
り異なっていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項10】請求項1のプラズマ処理装置において、
前記アンテナの代わりに前記電極とは異なるもう一つの
電極を設けることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項11】請求項2において、円盤状の電極から一
つまたは複数のアンテナが突出している電極兼アンテナ
を特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項12】請求項2において、前記電極兼アンテナ
の電位を維持するために、前記電極兼アンテナを電圧維
持機構を通してアースに接続することを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
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