JP2000164580A - プラズマ処理装置及びそれを用いた処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置及びそれを用いた処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、負イオンを連続的にかつ高密度に
生成するとともに、当該負イオンを被処理体に入射させ
ることによって、被処理体に対してアッシングエッチン
グやクリーニング等の不要物の除去を行うことが可能で
あり、その結果、高い処理速度や少ないチャージアップ
ダメージを実現できる、プラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 本発明に係るプラズマ処理装置は、真空
容器と、前記真空容器内に処理体を支持する為の支持手
段とを有するプラズマ処理装置において、プラズマ発生
空間に第一のガスを導入する手段と、前記プラズマ発生
空間内の前記第一のガスに電気エネルギーを供給してプ
ラズマを発生させる手段と、前記プラズマ発生空間に連
通する負イオン生成空間内に導入された前記プラズマ
に、第二のガスを混合して負イオンを生成する手段と、
前記負イオンを引き出して前記被処理体に供給する手段
と、を具備することを特徴とする。
生成するとともに、当該負イオンを被処理体に入射させ
ることによって、被処理体に対してアッシングエッチン
グやクリーニング等の不要物の除去を行うことが可能で
あり、その結果、高い処理速度や少ないチャージアップ
ダメージを実現できる、プラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 本発明に係るプラズマ処理装置は、真空
容器と、前記真空容器内に処理体を支持する為の支持手
段とを有するプラズマ処理装置において、プラズマ発生
空間に第一のガスを導入する手段と、前記プラズマ発生
空間内の前記第一のガスに電気エネルギーを供給してプ
ラズマを発生させる手段と、前記プラズマ発生空間に連
通する負イオン生成空間内に導入された前記プラズマ
に、第二のガスを混合して負イオンを生成する手段と、
前記負イオンを引き出して前記被処理体に供給する手段
と、を具備することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
及びそれを用いた処理方法に係る。より詳細には、負イ
オンを大量に発生させるとともに、当該負イオンを被処
理体に入射させることによって、被処理体に対してエッ
チングやクリーニング等の不要物の除去を行うことが可
能なプラズマ処理装置及びそれを用いた処理方法に関す
る。本発明に係るプラズマ装置は、半導体素子や光学素
子や磁気素子等の製造プロセスにおいて好適に用いられ
る。
及びそれを用いた処理方法に係る。より詳細には、負イ
オンを大量に発生させるとともに、当該負イオンを被処
理体に入射させることによって、被処理体に対してエッ
チングやクリーニング等の不要物の除去を行うことが可
能なプラズマ処理装置及びそれを用いた処理方法に関す
る。本発明に係るプラズマ装置は、半導体素子や光学素
子や磁気素子等の製造プロセスにおいて好適に用いられ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、プラズマ処理装置において負イ
オンを生成するには、プラズマ温度を下げることが重要
であると言われている。プラズマ温度と負イオン生成と
の関係については、例えば Basic Data of Plasma Phys
ics（Sanborn C.Brown 著、AIPPress, 1993）に記述さ
れている、電子エネルギーに対する粒子への電子の付着
確率を見れば明らかとなる。この文献から、例えば塩素
系のガス分子への電子付着解離の断面積は１ｅＶ付近で
ピークを持つことが分かる。一方、通常の半導体製造プ
ロセスに使われるプラズマでは、電子温度は２〜５ｅＶ
であることから、負イオンの効率的な生成のためには、
電子温度を適切な温度まで下げてやることが必要である
と考えられる。
オンを生成するには、プラズマ温度を下げることが重要
であると言われている。プラズマ温度と負イオン生成と
の関係については、例えば Basic Data of Plasma Phys
ics（Sanborn C.Brown 著、AIPPress, 1993）に記述さ
れている、電子エネルギーに対する粒子への電子の付着
確率を見れば明らかとなる。この文献から、例えば塩素
系のガス分子への電子付着解離の断面積は１ｅＶ付近で
ピークを持つことが分かる。一方、通常の半導体製造プ
ロセスに使われるプラズマでは、電子温度は２〜５ｅＶ
であることから、負イオンの効率的な生成のためには、
電子温度を適切な温度まで下げてやることが必要である
と考えられる。
【０００３】従来、負イオンを利用するプラズマ処理装
置の代表例としては、例えば以下に示す２つが挙げられ
る。 （１）プラズマの時間的アフターグローを用いる方法 本法を利用した装置の一例としては、特開平8-181125号
公報に開示された装置（図５（ａ））が挙げられる。図
５（ａ）において、５０１はマイクロ波電源、５０２は
磁場コイル、５０３は導波管、５１０は被処理体、５１
２は被処理体の支持台、５１４はプラズマ、５３１は真
空容器、５３２は高周波電源である。この方法では、マ
イクロ波電源５０１の発振を１０〜１００マイクロ秒の
周期でパルス変調することにより生成したプラズマ５１
４をオン／オフさせ、プラズマオフの期間にプラズマ温
度をさげて負イオンを生成する。また、図５（ｂ）に示
すように、プラズマ５１４のパルス変調と同期して被処
理体５１０の支持台５１２に高周波電源５３２から高周
波バイアスを印加することによって、正／負イオンを交
互に被処理体５１０に引き込み、被処理体５１０の処理
を行う。 （２）プラズマを空間的に下流に導く空間的アフターグ
ローを用いる方法 図面としては例示しないが、この方法は、プラズマ生成
領域から数十センチメートル下流に被処理体を設置し、
下流に拡散して徐々に冷却され生成した負イオンを利用
する方法である。
置の代表例としては、例えば以下に示す２つが挙げられ
る。 （１）プラズマの時間的アフターグローを用いる方法 本法を利用した装置の一例としては、特開平8-181125号
公報に開示された装置（図５（ａ））が挙げられる。図
５（ａ）において、５０１はマイクロ波電源、５０２は
磁場コイル、５０３は導波管、５１０は被処理体、５１
２は被処理体の支持台、５１４はプラズマ、５３１は真
空容器、５３２は高周波電源である。この方法では、マ
イクロ波電源５０１の発振を１０〜１００マイクロ秒の
周期でパルス変調することにより生成したプラズマ５１
４をオン／オフさせ、プラズマオフの期間にプラズマ温
度をさげて負イオンを生成する。また、図５（ｂ）に示
すように、プラズマ５１４のパルス変調と同期して被処
理体５１０の支持台５１２に高周波電源５３２から高周
波バイアスを印加することによって、正／負イオンを交
互に被処理体５１０に引き込み、被処理体５１０の処理
を行う。 （２）プラズマを空間的に下流に導く空間的アフターグ
ローを用いる方法 図面としては例示しないが、この方法は、プラズマ生成
領域から数十センチメートル下流に被処理体を設置し、
下流に拡散して徐々に冷却され生成した負イオンを利用
する方法である。
【０００４】しかしながら、上記２つの方法には、以下
に示す問題があった。
に示す問題があった。
【０００５】パルス変調プラズマを用いる方法におい
ては、プラズマがオンとなっている残り半周期では、正
イオンが生成されているため、正／負イオン交互照射の
エッチング装置としては高い効率をもつが、負イオンを
優先的に用いてエッチングを行う場合には、処理時間の
半分でしか負イオンを生成していないことから、高い効
率を得ることは困難である。
ては、プラズマがオンとなっている残り半周期では、正
イオンが生成されているため、正／負イオン交互照射の
エッチング装置としては高い効率をもつが、負イオンを
優先的に用いてエッチングを行う場合には、処理時間の
半分でしか負イオンを生成していないことから、高い効
率を得ることは困難である。
【０００６】プラズマを空間的に下流に導くことによ
り、プラズマの温度を下げて負イオンを生成させる方法
では、プラズマと真空容器壁との相互作用により、プラ
ズマ密度自体が急激に低下するため、高密度に生成した
プラズマを効率的に負イオンに転換することができな
い。
り、プラズマの温度を下げて負イオンを生成させる方法
では、プラズマと真空容器壁との相互作用により、プラ
ズマ密度自体が急激に低下するため、高密度に生成した
プラズマを効率的に負イオンに転換することができな
い。
【０００７】従って、従来の方法には、負イオンの大量
発生、及び効果的な処理という点で改善すべき余地があ
った。
発生、及び効果的な処理という点で改善すべき余地があ
った。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、負イオンを
連続的にかつ高密度に生成するとともに、当該負イオン
を被処理体に入射させることによって、被処理体に対し
てアッシング、エッチングやクリーニング等の不要物の
除去を行うことが可能であり、その結果、高い処理速度
や少ないチャージアップダメージを実現できる、プラズ
マ処理装置及びそれを用いた処理方法を提供することを
目的とする。
連続的にかつ高密度に生成するとともに、当該負イオン
を被処理体に入射させることによって、被処理体に対し
てアッシング、エッチングやクリーニング等の不要物の
除去を行うことが可能であり、その結果、高い処理速度
や少ないチャージアップダメージを実現できる、プラズ
マ処理装置及びそれを用いた処理方法を提供することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理装置は、真空容器と、前記真空容器内に処理体を支持
する為の支持手段とを有するプラズマ処理装置におい
て、プラズマ発生空間に第一のガスを導入する手段と、
前記プラズマ発生空間内の前記第一のガスに電気エネル
ギーを供給してプラズマを発生させる手段と、前記プラ
ズマ発生空間に連通する負イオン生成空間内に導入され
た前記プラズマに、第二のガスを混合して負イオンを生
成する手段と、前記負イオンを引き出して前記被処理体
に供給する手段と、を具備することを特徴とする。
理装置は、真空容器と、前記真空容器内に処理体を支持
する為の支持手段とを有するプラズマ処理装置におい
て、プラズマ発生空間に第一のガスを導入する手段と、
前記プラズマ発生空間内の前記第一のガスに電気エネル
ギーを供給してプラズマを発生させる手段と、前記プラ
ズマ発生空間に連通する負イオン生成空間内に導入され
た前記プラズマに、第二のガスを混合して負イオンを生
成する手段と、前記負イオンを引き出して前記被処理体
に供給する手段と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下では、本発明に係るプラズマ
処理装置の構成及びその作用について、図面を参照して
説明する。
処理装置の構成及びその作用について、図面を参照して
説明する。
【００１１】図１は、本発明に係るプラズマ処理装置の
一例を示す模式的な断面図である。図１において、１０
１は電気エネルギー供給源としてのマイクロ波電源、１
０２はプラズマ発生空間、１０３は必要に応じて設けら
れる磁場コイル、１０４は第一のガス導入口、１０５は
被処理体の処理室、１０６は第二のガス導入口、１０７
は必要に応じて設けられる第一の予備グリッド電極、１
０８は必要に応じて設けられる第二の予備グリッド電
極、１０９はグリッド電極、１１０は被処理体、１１１
は必要に応じて設けられる絶縁板、１１２は被処理体支
持台、１１３はプラズマ、１１４は負イオン生成空間で
ある。
一例を示す模式的な断面図である。図１において、１０
１は電気エネルギー供給源としてのマイクロ波電源、１
０２はプラズマ発生空間、１０３は必要に応じて設けら
れる磁場コイル、１０４は第一のガス導入口、１０５は
被処理体の処理室、１０６は第二のガス導入口、１０７
は必要に応じて設けられる第一の予備グリッド電極、１
０８は必要に応じて設けられる第二の予備グリッド電
極、１０９はグリッド電極、１１０は被処理体、１１１
は必要に応じて設けられる絶縁板、１１２は被処理体支
持台、１１３はプラズマ、１１４は負イオン生成空間で
ある。
【００１２】図１のプラズマ処理装置では、以下の手順
によって被処理体に対してプラズマ処理が行われる。
によって被処理体に対してプラズマ処理が行われる。
【００１３】まず、第一のガスを導入する手段としての
第一のガス導入口１０４よりプラズマ発生空間１０２の
中にフッ素、塩素、臭素、沃素等のハロゲン元素を含む
ガス及び／又は酸素を含むガスを導入するとともに、必
要に応じて磁場コイル１０３に電流を流してプラズマ発
生空間１０２に磁場を印加する。同時に、マイクロ波電
源１０１により電気エネルギーとしてのマイクロ波を供
給することによって、プラズマ発生空間１０２内に第一
のガスのプラズマを生成する。そして、プラズマ発生空
間１０２から見て下流側に位置する被処理体の処理室１
０５の負イオン生成空間１１４には生成されたプラズマ
が拡散する。ここで用いるプラズマの発生方法は、平行
平板型、ＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma）型、マ
グネトロン型、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonanc
e）型、ヘリコン波型、表面波型、平板マルチスロット
アンテナによる表面波干渉型、ＲＬＳＡ（Radial Line
SlotAntenna）の何れでも良いが、プラズマ発生空間１
０２から見て下流側に位置する処理室１０５の負イオン
生成空間１１４に生成したプラズマを拡散させる際に、
プラズマ密度が減少することを考えると、プラズマ密度
は可能な限り高い方法が好ましい。
第一のガス導入口１０４よりプラズマ発生空間１０２の
中にフッ素、塩素、臭素、沃素等のハロゲン元素を含む
ガス及び／又は酸素を含むガスを導入するとともに、必
要に応じて磁場コイル１０３に電流を流してプラズマ発
生空間１０２に磁場を印加する。同時に、マイクロ波電
源１０１により電気エネルギーとしてのマイクロ波を供
給することによって、プラズマ発生空間１０２内に第一
のガスのプラズマを生成する。そして、プラズマ発生空
間１０２から見て下流側に位置する被処理体の処理室１
０５の負イオン生成空間１１４には生成されたプラズマ
が拡散する。ここで用いるプラズマの発生方法は、平行
平板型、ＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma）型、マ
グネトロン型、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonanc
e）型、ヘリコン波型、表面波型、平板マルチスロット
アンテナによる表面波干渉型、ＲＬＳＡ（Radial Line
SlotAntenna）の何れでも良いが、プラズマ発生空間１
０２から見て下流側に位置する処理室１０５の負イオン
生成空間１１４に生成したプラズマを拡散させる際に、
プラズマ密度が減少することを考えると、プラズマ密度
は可能な限り高い方法が好ましい。
【００１４】次に、処理室１０５に、第二のガスとし
て、フッ素、塩素、臭素、沃素等のハロゲンガス、或い
はヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の不活性ガ
スから選択される少なくとも一種のガスを供給する。こ
こで供給する第二のガスは、プラズマ発生空間１０２か
ら処理室１０５内の負イオン生成空間の中に拡散された
第一のガスのプラズマより温度が低いガスであれば、分
子、中性活性原子、イオン、電子の何れが含まれていて
も構わない。
て、フッ素、塩素、臭素、沃素等のハロゲンガス、或い
はヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の不活性ガ
スから選択される少なくとも一種のガスを供給する。こ
こで供給する第二のガスは、プラズマ発生空間１０２か
ら処理室１０５内の負イオン生成空間の中に拡散された
第一のガスのプラズマより温度が低いガスであれば、分
子、中性活性原子、イオン、電子の何れが含まれていて
も構わない。
【００１５】負イオンが発生する過程は、以下の通りで
ある。
ある。
【００１６】前述した文献の Basic Data of plasma ph
ysics に記述されている、H.HealeyPhil. Mag.26, 940
(1938)の出典データを図６に示す。同図より、ハロゲン
系分子への電子付着解離断面積は、約２ｅＶにピークを
持つことが分かる。電子付着解離の反応式は以下の通り
である。
ysics に記述されている、H.HealeyPhil. Mag.26, 940
(1938)の出典データを図６に示す。同図より、ハロゲン
系分子への電子付着解離断面積は、約２ｅＶにピークを
持つことが分かる。電子付着解離の反応式は以下の通り
である。
【００１７】反応式：Ｘ2＋ｅ-→Ｘ+＋Ｘ-＋ｅ- ここで、Ｘはハロゲン元素を表す。
【００１８】以上の反応により、負イオンが生成され
る。
る。
【００１９】また、M.V.Kurepa and D.S.Belic J.Phys.
B:Molec. Phys. Vol.11, PP3719-3729(1978)には、更に
低いエネルギーでの付着解離断面積のデータが記述され
ている。このデータを図７に示す。同図より、０ｅＶに
近づくにつれ、２ｅＶでの付着解離断面積の１００倍に
も達する非常に大きな付着解離断面積が得られることが
分かる。以上の結果より、負イオンの効率的な生成のた
めには、電子温度をできる限り下げてやることが必要で
ある。
B:Molec. Phys. Vol.11, PP3719-3729(1978)には、更に
低いエネルギーでの付着解離断面積のデータが記述され
ている。このデータを図７に示す。同図より、０ｅＶに
近づくにつれ、２ｅＶでの付着解離断面積の１００倍に
も達する非常に大きな付着解離断面積が得られることが
分かる。以上の結果より、負イオンの効率的な生成のた
めには、電子温度をできる限り下げてやることが必要で
ある。
【００２０】上述したように、プラズマ発生空間１０２
では主に正イオンと電子からなるプラズマ１１３が生成
されている。そして、このプラズマ１１３を処理室１０
５の負イオン生成空間１１４に導き、このプラズマ１１
３の温度より温度の低いガスと混合することによって、
プラズマの温度を、例えば１ｅＶ程度に急激に低下させ
る。その結果、プラズマを構成している電子の中性原子
への付着確率が増加するため、中性原子と電子の結合や
中性分子への電子の付着解離による負イオンの生成が、
負イオン生成空間１１４で起こる。上記プラズマより温
度の低いガスとしては、電気陰性度の高い負性ガス、例
えばフッ素、塩素、臭素、沃素等のハロゲンガスが好ま
しく、このようなハロゲンガスのプラズマ中では、中性
原子や分子と電子の結合が起こりやすく、負イオンが多
量に生成され易い。従って、負イオン生成空間１１４の
中には、負イオンが多量に含まれているプラズマが存在
することになる。
では主に正イオンと電子からなるプラズマ１１３が生成
されている。そして、このプラズマ１１３を処理室１０
５の負イオン生成空間１１４に導き、このプラズマ１１
３の温度より温度の低いガスと混合することによって、
プラズマの温度を、例えば１ｅＶ程度に急激に低下させ
る。その結果、プラズマを構成している電子の中性原子
への付着確率が増加するため、中性原子と電子の結合や
中性分子への電子の付着解離による負イオンの生成が、
負イオン生成空間１１４で起こる。上記プラズマより温
度の低いガスとしては、電気陰性度の高い負性ガス、例
えばフッ素、塩素、臭素、沃素等のハロゲンガスが好ま
しく、このようなハロゲンガスのプラズマ中では、中性
原子や分子と電子の結合が起こりやすく、負イオンが多
量に生成され易い。従って、負イオン生成空間１１４の
中には、負イオンが多量に含まれているプラズマが存在
することになる。
【００２１】以上のようにして生成された、負イオンを
多量に含むプラズマより負イオンのみを優先的に取り出
すために、１つの例では、真空容器中にグリッド電極１
０９を設ける。そして、必要に応じて第一の予備グリッ
ド電極１０６及び第二の予備グリッド電極１０８を設置
する。又、グリッド電極を設けずに被処理体の支持台１
１２に正の電圧を印加してもよいし、グリッド電極１０
９のみとしてそれに正の電圧を印加してもよい。更に、
第一、第二の予備グリッド電極それぞれにＶ1、Ｖ2の正
の電位を印加し、その電圧はＶ2＞Ｖ1＞Ｖp＞０となる
ようにする。ここで、Ｖpはプラズマポテンシャルであ
り、通常は数Ｖの値を示す。このようなグリッド電極の
配置により、負イオンはＶ2−Ｖp（ｅＶ）というエネル
ギーで加速され、２枚のグリッドに対して垂直方向かつ
被処理体１１０の方向に引き出される。Ｖ1、Ｖ2の値を
調節することにより、負イオンのエネルギーを任意に調
整することが可能である。
多量に含むプラズマより負イオンのみを優先的に取り出
すために、１つの例では、真空容器中にグリッド電極１
０９を設ける。そして、必要に応じて第一の予備グリッ
ド電極１０６及び第二の予備グリッド電極１０８を設置
する。又、グリッド電極を設けずに被処理体の支持台１
１２に正の電圧を印加してもよいし、グリッド電極１０
９のみとしてそれに正の電圧を印加してもよい。更に、
第一、第二の予備グリッド電極それぞれにＶ1、Ｖ2の正
の電位を印加し、その電圧はＶ2＞Ｖ1＞Ｖp＞０となる
ようにする。ここで、Ｖpはプラズマポテンシャルであ
り、通常は数Ｖの値を示す。このようなグリッド電極の
配置により、負イオンはＶ2−Ｖp（ｅＶ）というエネル
ギーで加速され、２枚のグリッドに対して垂直方向かつ
被処理体１１０の方向に引き出される。Ｖ1、Ｖ2の値を
調節することにより、負イオンのエネルギーを任意に調
整することが可能である。
【００２２】このように負イオン引き出し用電極によっ
て引き出された負イオンの下流方向に、被処理体１１０
を載置した被処理体支持台１１２を設置する。
て引き出された負イオンの下流方向に、被処理体１１０
を載置した被処理体支持台１１２を設置する。
【００２３】さらに、図１の場合、支持台１１２の直前
に配されているグリッド電極１０９は２次電子捕獲の役
目も担う。支持台１１２とグリッド電極１０９のそれぞ
れに正の電圧Ｖs、Ｖ3を印加し、Ｖ3＞Ｖs＞０となるよ
うに電圧値を設定する。ここで、Ｖsの電圧は、正の電
圧であれば、定常的な直流電圧またはパルス状の直流電
圧の何れでも良い。
に配されているグリッド電極１０９は２次電子捕獲の役
目も担う。支持台１１２とグリッド電極１０９のそれぞ
れに正の電圧Ｖs、Ｖ3を印加し、Ｖ3＞Ｖs＞０となるよ
うに電圧値を設定する。ここで、Ｖsの電圧は、正の電
圧であれば、定常的な直流電圧またはパルス状の直流電
圧の何れでも良い。
【００２４】従って、プラズマ中より引き出された負イ
オンは、Ｖs−Ｖp（ｅＶ）のエネルギーを持って、被処
理体１１０に入射する。また、被処理体１１０の表面よ
り放出された二次電子は、Ｖ3−Ｖsの電位に加速されて
二次電子捕獲用グリッドに捕獲され、被処理体１１０の
表面に過剰の負の電荷がたまるのを防止することができ
る。ゆえに、本発明に係る装置では、Ｖ3、Ｖsの電位を
調整することにより、被処理体への負イオンの入射エネ
ルギーおよび基体表面からの二次電子放出量を任意に調
整することが可能である。また、支持台１１２の上に直
接被処理体１１０を設置すると、被処理体１１０の表面
に蓄積した負電荷が被処理体１１０上に形成されたゲー
ト酸化膜（不図示）を通して支持台１１２に流れ込み、
結果としてゲート酸化膜の破壊をもたらす。この防止効
果をより向上させるため、被処理体支持台１１２と被処
理体１１０との間に絶縁性の板１１１を設置する。絶縁
性の板１１１の材質としては、例えばアルミナ、窒化ア
ルミなどが考えられるが、絶縁性であり且つプラズマ耐
性が高い性質を有している材料は全て適用することが可
能である。
オンは、Ｖs−Ｖp（ｅＶ）のエネルギーを持って、被処
理体１１０に入射する。また、被処理体１１０の表面よ
り放出された二次電子は、Ｖ3−Ｖsの電位に加速されて
二次電子捕獲用グリッドに捕獲され、被処理体１１０の
表面に過剰の負の電荷がたまるのを防止することができ
る。ゆえに、本発明に係る装置では、Ｖ3、Ｖsの電位を
調整することにより、被処理体への負イオンの入射エネ
ルギーおよび基体表面からの二次電子放出量を任意に調
整することが可能である。また、支持台１１２の上に直
接被処理体１１０を設置すると、被処理体１１０の表面
に蓄積した負電荷が被処理体１１０上に形成されたゲー
ト酸化膜（不図示）を通して支持台１１２に流れ込み、
結果としてゲート酸化膜の破壊をもたらす。この防止効
果をより向上させるため、被処理体支持台１１２と被処
理体１１０との間に絶縁性の板１１１を設置する。絶縁
性の板１１１の材質としては、例えばアルミナ、窒化ア
ルミなどが考えられるが、絶縁性であり且つプラズマ耐
性が高い性質を有している材料は全て適用することが可
能である。
【００２５】本発明に係る装置を用い、被処理体を負イ
オンでプラズマ処理する利点は以下の通りである。
オンでプラズマ処理する利点は以下の通りである。
【００２６】負イオンが被処理体（例えば、必要に応
じて各種の被膜が形成された半導体基板）に入射して
も、入射エネルギーが１０ｅＶ以上あれば二次電子が放
出されるため、被処理体の負への帯電は防げる。また、
入射エネルギーが数十ｅＶ以上となり、一つの入射負イ
オンに対する二次電子の放出数が２個以上となった場合
でも、正に帯電した被処理体に電子が引き戻される作用
が働くため、帯電圧は数Ｖで飽和し、安定するという効
果が期待できる。
じて各種の被膜が形成された半導体基板）に入射して
も、入射エネルギーが１０ｅＶ以上あれば二次電子が放
出されるため、被処理体の負への帯電は防げる。また、
入射エネルギーが数十ｅＶ以上となり、一つの入射負イ
オンに対する二次電子の放出数が２個以上となった場合
でも、正に帯電した被処理体に電子が引き戻される作用
が働くため、帯電圧は数Ｖで飽和し、安定するという効
果が期待できる。
【００２７】また、負イオンが入射した被処理体の表
面の温度は、正イオンが入射した場合に比べて低いとい
う利点がある。これは、正イオンが中性原子に戻る反応
は１７ｅＶの発熱反応であるのに対し、負イオンが中性
原子に戻る反応は３ｅＶの吸熱反応であることに起因し
ている。その結果、負イオンが被処理体に入射しても、
イオン入射点近傍での局所的な被処理体の表面温度が正
イオン入射の時と比べて低くなるので、被処理体に対す
る熱的なダメージ（例えば結晶の乱れやフォトレジスト
マスクの変質など）を小さく抑えることができる。
面の温度は、正イオンが入射した場合に比べて低いとい
う利点がある。これは、正イオンが中性原子に戻る反応
は１７ｅＶの発熱反応であるのに対し、負イオンが中性
原子に戻る反応は３ｅＶの吸熱反応であることに起因し
ている。その結果、負イオンが被処理体に入射しても、
イオン入射点近傍での局所的な被処理体の表面温度が正
イオン入射の時と比べて低くなるので、被処理体に対す
る熱的なダメージ（例えば結晶の乱れやフォトレジスト
マスクの変質など）を小さく抑えることができる。
【００２８】上述したように、本発明に係るプラズマ処
理装置では、負イオンを用いることにより、被処理体の
表面の帯電がなく、ゲート酸化膜の静電破壊やイオンの
曲がりによるエッチング形状異常のない、また、被処理
体に対する熱的なダメージが少ない、良好なプラズマ処
理が実現できる。
理装置では、負イオンを用いることにより、被処理体の
表面の帯電がなく、ゲート酸化膜の静電破壊やイオンの
曲がりによるエッチング形状異常のない、また、被処理
体に対する熱的なダメージが少ない、良好なプラズマ処
理が実現できる。
【００２９】本発明に用いられるプラズマ化されるガ
ス、即ち負イオンの源となる第一のガスは、ハロゲン元
素を含むガス、酸素を含むガスである。
ス、即ち負イオンの源となる第一のガスは、ハロゲン元
素を含むガス、酸素を含むガスである。
【００３０】具体的には、Ｆ2，Ｃｌ2，Ｉ2，Ｂｒ2等の
ハロゲン元素単体のガス、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，Ｃ
Ｃｌ2Ｆ2，ＣＢｒＦ3，ＣＣｌ4，Ｃ2Ｃｌ2Ｆ4，ＢＣ
ｌ3，ＮＦ3等のハロゲン化合物ガス、Ｏ2，Ｏ3等の酸素
を含むガスである。
ハロゲン元素単体のガス、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6，Ｃ3Ｆ8，Ｃ
Ｃｌ2Ｆ2，ＣＢｒＦ3，ＣＣｌ4，Ｃ2Ｃｌ2Ｆ4，ＢＣ
ｌ3，ＮＦ3等のハロゲン化合物ガス、Ｏ2，Ｏ3等の酸素
を含むガスである。
【００３１】又、第二のガスは、プラズマ化されて電子
温度及びイオン温度が上昇している第一のガスのプラズ
マより温度が低ければよいのであるから、上記第一のガ
スと同じものや不活性ガス等が用いられる。そして、第
一のガスのプラズマを１ｅＶ程度に急冷できるものが好
ましい。
温度及びイオン温度が上昇している第一のガスのプラズ
マより温度が低ければよいのであるから、上記第一のガ
スと同じものや不活性ガス等が用いられる。そして、第
一のガスのプラズマを１ｅＶ程度に急冷できるものが好
ましい。
【００３２】本発明に用いられる支持台やグリッド電極
に与えられる電圧は、被処理体に負イオンを優先的に供
給し得るに十分な電圧である。具体的には、支持台に印
加される電圧は、好ましくは＋５０Ｖ〜＋２００Ｖ、よ
り好ましくは＋８０Ｖ〜＋２００Ｖである。
に与えられる電圧は、被処理体に負イオンを優先的に供
給し得るに十分な電圧である。具体的には、支持台に印
加される電圧は、好ましくは＋５０Ｖ〜＋２００Ｖ、よ
り好ましくは＋８０Ｖ〜＋２００Ｖである。
【００３３】グリッド電極に印加される電圧は、好まし
くは＋２０Ｖ〜＋２００Ｖ、より好ましくは＋８０Ｖ〜
＋２００Ｖである。
くは＋２０Ｖ〜＋２００Ｖ、より好ましくは＋８０Ｖ〜
＋２００Ｖである。
【００３４】グリッド電極を図１のように複数にした
り、支持台とグリッド電極の両方に負イオン供給の為の
電圧を印加する場合には、上述した相対関係を保つよう
にすることが、望ましい。
り、支持台とグリッド電極の両方に負イオン供給の為の
電圧を印加する場合には、上述した相対関係を保つよう
にすることが、望ましい。
【００３５】そして、本発明による処理としては、エッ
チング、アッシング、クリーニング等の不要物の除去処
理である。
チング、アッシング、クリーニング等の不要物の除去処
理である。
【００３６】具体的には、シリコン、酸化シリコン、窒
化シリコン等のシリコン及びシリコン化合物のエッチン
グ、金属（合金も含む）、シリサイド等のエッチング、
ホトレジストのアッシング、ホトレジストの変質硬化膜
のアッシングやクリーニング、半導体や絶縁体やシリサ
イドや金属からなる表面上の異物のクリーニング、自然
酸化膜の除去等である。
化シリコン等のシリコン及びシリコン化合物のエッチン
グ、金属（合金も含む）、シリサイド等のエッチング、
ホトレジストのアッシング、ホトレジストの変質硬化膜
のアッシングやクリーニング、半導体や絶縁体やシリサ
イドや金属からなる表面上の異物のクリーニング、自然
酸化膜の除去等である。
【００３７】図２は、ゲート電極形成のためのドライエ
ッチング工程の中のオーバーエッチングステップにおけ
る基板の断面構造を示す模式図である。図２において、
４２１は基板、４２３は絶縁膜、４２４は電極、４３１
はホトレジストマスク、４３２は正イオン、４３３は負
イオン、４３４は電子、４３５はノッチング、４３６は
二次電子である。ここで、オーバーエッチングステップ
とは、電極４２４のエッチングがほとんど終了した後、
ウエハ面内の均一性などの問題から、部分的に残留した
僅かなゲート電極膜を完全に除去するために行う過剰な
時間のエッチングのことである。
ッチング工程の中のオーバーエッチングステップにおけ
る基板の断面構造を示す模式図である。図２において、
４２１は基板、４２３は絶縁膜、４２４は電極、４３１
はホトレジストマスク、４３２は正イオン、４３３は負
イオン、４３４は電子、４３５はノッチング、４３６は
二次電子である。ここで、オーバーエッチングステップ
とは、電極４２４のエッチングがほとんど終了した後、
ウエハ面内の均一性などの問題から、部分的に残留した
僅かなゲート電極膜を完全に除去するために行う過剰な
時間のエッチングのことである。
【００３８】図２（ａ）は、正イオンを用いドライエッ
チングした場合を示す模式的な断面図である。交流電場
１周期の間で正イオン４３２と電子４３４が交互に半導
体基板４２１に入射することにより、基板４２１表面の
帯電量を一定に保っている。しかし、電子４３４は正イ
オン４３２に比べて質量が軽くその軌道を容易に曲がら
れるため、図２（ａ）に示すように、断面形状の縦横比
（アスペクト比）の大きい、即ち深い穴の底には電子４
３４よりも正イオン４３２の到達量が多くなり、正に帯
電してしまう。その結果、図２（ａ）に示すような密集
した並んだ配線の一番外の配線では、配線のない領域と
の間に電位差が発生し、その電界でイオンが曲げられる
ことにより、ノッチング４３５と呼ばれる形状異常が発
生する。
チングした場合を示す模式的な断面図である。交流電場
１周期の間で正イオン４３２と電子４３４が交互に半導
体基板４２１に入射することにより、基板４２１表面の
帯電量を一定に保っている。しかし、電子４３４は正イ
オン４３２に比べて質量が軽くその軌道を容易に曲がら
れるため、図２（ａ）に示すように、断面形状の縦横比
（アスペクト比）の大きい、即ち深い穴の底には電子４
３４よりも正イオン４３２の到達量が多くなり、正に帯
電してしまう。その結果、図２（ａ）に示すような密集
した並んだ配線の一番外の配線では、配線のない領域と
の間に電位差が発生し、その電界でイオンが曲げられる
ことにより、ノッチング４３５と呼ばれる形状異常が発
生する。
【００３９】一方、図２（ｂ）は上記工程に負イオンを
適用した場合である。図２（ｂ）に示すように、負イオ
ン４３３は質量が大きいため、アスペクト比に依存せず
均一に基板４２１表面に入射し、基板４２１表面は僅か
に負に帯電する。負イオン入射により発生する二次電子
４３６は、負に帯電した基板４２１表面に再付着するこ
とはなく、二次電子捕獲用グリッド（不図示）に捕獲さ
れ、基板４２１表面が大きく正または負に帯電すること
はない。このように、負イオンのみを用いた処理を行う
ことにより基板４２１表面が均一に負に帯電している状
況では、局所的な電界の発生によりイオンの軌道が曲げ
られることはなく、形状異常のないゲート電極の加工が
達成されると考えられる。
適用した場合である。図２（ｂ）に示すように、負イオ
ン４３３は質量が大きいため、アスペクト比に依存せず
均一に基板４２１表面に入射し、基板４２１表面は僅か
に負に帯電する。負イオン入射により発生する二次電子
４３６は、負に帯電した基板４２１表面に再付着するこ
とはなく、二次電子捕獲用グリッド（不図示）に捕獲さ
れ、基板４２１表面が大きく正または負に帯電すること
はない。このように、負イオンのみを用いた処理を行う
ことにより基板４２１表面が均一に負に帯電している状
況では、局所的な電界の発生によりイオンの軌道が曲げ
られることはなく、形状異常のないゲート電極の加工が
達成されると考えられる。
【００４０】図３は、別の実施の形態によるプラズマ処
理装置を示す。３０１は第一のマイクロ波電源、３０２
はプラズマ発生空間、３０３は磁場コイル、３０４は第
一のガス導入口、３０５は被処理体処理室、３０６は第
二のガス導入口、３０７は第一の予備グリッド電極、３
０８は第二の予備グリッド電極、３０９はグリッド電
極、３１０は被処理体、３１１は絶縁板、３１２は被処
理体支持台、３１３は第一のガスのプラズマ、３１４は
負イオン生成空間、３２１は第二のマイクロ波電源、３
２２は放電管、３２３は輸送管、３２４は第二の導波
管、３２５は第二のガスのプラズマである。
理装置を示す。３０１は第一のマイクロ波電源、３０２
はプラズマ発生空間、３０３は磁場コイル、３０４は第
一のガス導入口、３０５は被処理体処理室、３０６は第
二のガス導入口、３０７は第一の予備グリッド電極、３
０８は第二の予備グリッド電極、３０９はグリッド電
極、３１０は被処理体、３１１は絶縁板、３１２は被処
理体支持台、３１３は第一のガスのプラズマ、３１４は
負イオン生成空間、３２１は第二のマイクロ波電源、３
２２は放電管、３２３は輸送管、３２４は第二の導波
管、３２５は第二のガスのプラズマである。
【００４１】図３の装置は、図１に示した装置の第二の
ガス導入口の部分に、プラズマを生成するための放電管
３２２と、マイクロ波を供給するための第一のマイクロ
波電源３２１及び第二の導波管３２４と、発生したプラ
ズマ内のイオンを再結合させ、活性中性粒子のみを被処
理体処理室に輸送するための輸送管３２３と、を付加的
に設置した点が、図１の装置と異なる。
ガス導入口の部分に、プラズマを生成するための放電管
３２２と、マイクロ波を供給するための第一のマイクロ
波電源３２１及び第二の導波管３２４と、発生したプラ
ズマ内のイオンを再結合させ、活性中性粒子のみを被処
理体処理室に輸送するための輸送管３２３と、を付加的
に設置した点が、図１の装置と異なる。
【００４２】輸送管３２３の長さと太さは、プラズマ中
の高エネルギーイオンや電子が消滅するに十分なサイズ
とする。
の高エネルギーイオンや電子が消滅するに十分なサイズ
とする。
【００４３】
【実施例】以下に実施例をあげて本発明をより詳細に説
明するが、本発明がこれら実施例に限定されることはな
い。
明するが、本発明がこれら実施例に限定されることはな
い。
【００４４】（実施例１）本例では、図１に示す装置を
用い、被処理体処理室１０５に導入する第二のガスをオ
ン（供給）した時とオフ（供給遮断）した時のエッチン
グ速度の変化を調べた。その際、プラズマ生成方式とし
てはＥＣＲ型のプラズマ源を、被処理体１１０としては
シリコン酸化膜上にノンドープの多結晶シリコン膜を堆
積したウエハを用いた。
用い、被処理体処理室１０５に導入する第二のガスをオ
ン（供給）した時とオフ（供給遮断）した時のエッチン
グ速度の変化を調べた。その際、プラズマ生成方式とし
てはＥＣＲ型のプラズマ源を、被処理体１１０としては
シリコン酸化膜上にノンドープの多結晶シリコン膜を堆
積したウエハを用いた。
【００４５】まず、被処理体１１０を、図１に示した装
置の支持台１１２上に設置した。その後、排気系を介し
てプラズマ発生空間１０２及び処理室１０５を排気し、
その真空度が５×１０-6Ｔｏｒｒとなるまで減圧した。
その後、第一のガス導入口１０４よりプラズマ発生空間
１０２内にＣｌ2ガス１００ｓｃｃｍを供給し、排気系
に設置されたスロットルバルブ（不図示）を調整して圧
力を５ｍＴｏｒｒに設定した。
置の支持台１１２上に設置した。その後、排気系を介し
てプラズマ発生空間１０２及び処理室１０５を排気し、
その真空度が５×１０-6Ｔｏｒｒとなるまで減圧した。
その後、第一のガス導入口１０４よりプラズマ発生空間
１０２内にＣｌ2ガス１００ｓｃｃｍを供給し、排気系
に設置されたスロットルバルブ（不図示）を調整して圧
力を５ｍＴｏｒｒに設定した。
【００４６】次に、磁場コイル１０３に電流を流してプ
ラズマ発生空間１０２の磁場を８７５Ｇに設定し、マイ
クロ波電源１０１から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１
ｋＷの電力で供給することにより、プラズマ発生空間１
０２内にプラズマ１１３を発生させた。このようにして
生成したプラズマ１１３は、磁場コイル１０３の拡散磁
界に沿って、プラズマ発生空間１０２に連結されている
被処理体処理室１０５側へと拡散する。ここで、被処理
体処理室１０５に連結されている第二のガス導入口１０
６より、Ｃｌ2ガス１００ｓｃｃｍを供給し、拡散した
プラズマを冷却することによって、負イオン生成空間１
１４において負イオンを生成した。
ラズマ発生空間１０２の磁場を８７５Ｇに設定し、マイ
クロ波電源１０１から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１
ｋＷの電力で供給することにより、プラズマ発生空間１
０２内にプラズマ１１３を発生させた。このようにして
生成したプラズマ１１３は、磁場コイル１０３の拡散磁
界に沿って、プラズマ発生空間１０２に連結されている
被処理体処理室１０５側へと拡散する。ここで、被処理
体処理室１０５に連結されている第二のガス導入口１０
６より、Ｃｌ2ガス１００ｓｃｃｍを供給し、拡散した
プラズマを冷却することによって、負イオン生成空間１
１４において負イオンを生成した。
【００４７】また、負イオン生成空間１１４で生成した
負イオンを取り出すため、第１の予備グリッド電極１０
７に＋５０Ｖ、第２の予備グリッド電極１０８に＋７５
Ｖの直流電圧を印加した。更に、被処理体支持台１１２
には＋１００Ｖ、グリッド電極１０９には＋１０５Ｖの
直流電圧を印加した。負イオン生成空間１１４における
プラズマ電位は２〜６Ｖ程度であると考えられるため、
上記電圧を各グリッドに印加した場合、被処理体１１０
には１００ｅＶ近くのエネルギーで負イオンを入射させ
ていることになる。
負イオンを取り出すため、第１の予備グリッド電極１０
７に＋５０Ｖ、第２の予備グリッド電極１０８に＋７５
Ｖの直流電圧を印加した。更に、被処理体支持台１１２
には＋１００Ｖ、グリッド電極１０９には＋１０５Ｖの
直流電圧を印加した。負イオン生成空間１１４における
プラズマ電位は２〜６Ｖ程度であると考えられるため、
上記電圧を各グリッドに印加した場合、被処理体１１０
には１００ｅＶ近くのエネルギーで負イオンを入射させ
ていることになる。
【００４８】本実施例の効果を確認するため、第二のガ
スをオンした場合とオフした場合における、被処理体１
１０の表面に設けた多結晶シリコン膜のエッチング速度
を比較した。その結果、ガスをオフとした場合のエッチ
ング速度はおよそ毎分７０ｎｍであったのに対し、ガス
をオンとした場合のエッチング速度はおよそ毎分２９０
ｎｍであり、ガスをオンした場合には４倍以上のエッチ
ング速度が確認されたことから、大量の負イオンが生成
され作用したものと考えられる。ゆえに、本実施例の装
置は量産性の観点からも充分に満足できる装置であるこ
とが分かった。
スをオンした場合とオフした場合における、被処理体１
１０の表面に設けた多結晶シリコン膜のエッチング速度
を比較した。その結果、ガスをオフとした場合のエッチ
ング速度はおよそ毎分７０ｎｍであったのに対し、ガス
をオンとした場合のエッチング速度はおよそ毎分２９０
ｎｍであり、ガスをオンした場合には４倍以上のエッチ
ング速度が確認されたことから、大量の負イオンが生成
され作用したものと考えられる。ゆえに、本実施例の装
置は量産性の観点からも充分に満足できる装置であるこ
とが分かった。
【００４９】（実施例２）本例では、図１に示す装置
を、半導体製造プロセスにおける多層配線の、異なる配
線層間を接続するビアホール形成プロセスにおいて、上
層金属配線を成膜する前のクリーニングプロセスに適用
し、チャージアップダメージの有無を調べた。
を、半導体製造プロセスにおける多層配線の、異なる配
線層間を接続するビアホール形成プロセスにおいて、上
層金属配線を成膜する前のクリーニングプロセスに適用
し、チャージアップダメージの有無を調べた。
【００５０】シリコン基板表面のビアホール底には、自
然酸化膜またはエッチングの際のイオン衝撃により導入
される結晶欠陥が残留しているため、このまま第二層金
属配線を形成すると、自然酸化膜や結晶欠陥によりビア
ホールの抵抗値が上昇し、回路遅延や配線の導通不良を
もたらす。そこで、これらの残留物はクリーニング等に
より除去する必要があり、現在はプラズマを用いる方法
が広く一般的に使われている。ここで問題となるのがプ
ラズマによるチャージアップ現象である。このクリーニ
ングを従来の正イオン処理で行った場合、プラズマより
導入された正電荷は第一層金属配線を通ってゲート電極
に流れ、最終的には、シリコン基板とゲート電極の間に
存在するゲート酸化膜に電圧がかかる。その結果、この
電圧が破壊電圧に達するとゲート酸化膜は静電破壊に至
り、また破壊電圧以下でもゲート酸化膜に微少なトンネ
ル電流が流れることにより、その寿命を著しく劣化させ
るという問題があった。
然酸化膜またはエッチングの際のイオン衝撃により導入
される結晶欠陥が残留しているため、このまま第二層金
属配線を形成すると、自然酸化膜や結晶欠陥によりビア
ホールの抵抗値が上昇し、回路遅延や配線の導通不良を
もたらす。そこで、これらの残留物はクリーニング等に
より除去する必要があり、現在はプラズマを用いる方法
が広く一般的に使われている。ここで問題となるのがプ
ラズマによるチャージアップ現象である。このクリーニ
ングを従来の正イオン処理で行った場合、プラズマより
導入された正電荷は第一層金属配線を通ってゲート電極
に流れ、最終的には、シリコン基板とゲート電極の間に
存在するゲート酸化膜に電圧がかかる。その結果、この
電圧が破壊電圧に達するとゲート酸化膜は静電破壊に至
り、また破壊電圧以下でもゲート酸化膜に微少なトンネ
ル電流が流れることにより、その寿命を著しく劣化させ
るという問題があった。
【００５１】本例では、図４に示す断面構造を有する半
導体基板に対して、図１の装置を用いてクリーニング処
理を行った。
導体基板に対して、図１の装置を用いてクリーニング処
理を行った。
【００５２】図４において、２２１はシリコン基板、２
２２は素子分離絶縁膜、２２３はゲート酸化膜、２２４
はゲート電極、２２５は第一層間酸化膜、２２６は第一
層金属配線、２２７は第一層金属配線のバリアメタル、
２２８は第一層金属配線の反射防止膜、２２９は第二層
間酸化膜、２３０はドライエッチングにより形成したビ
アホール、２３１は反射防止膜表面の薄い酸化層、２４
１は第二層金属配線である。
２２は素子分離絶縁膜、２２３はゲート酸化膜、２２４
はゲート電極、２２５は第一層間酸化膜、２２６は第一
層金属配線、２２７は第一層金属配線のバリアメタル、
２２８は第一層金属配線の反射防止膜、２２９は第二層
間酸化膜、２３０はドライエッチングにより形成したビ
アホール、２３１は反射防止膜表面の薄い酸化層、２４
１は第二層金属配線である。
【００５３】上記構造を有する半導体基板２２１を、図
１に示した装置の支持台１１２上に設置した。その後、
排気系を介してプラズマ発生空間１０２及び被処理体処
理室１０５を排気し、その真空度が５×１０-6Ｔｏｒｒ
となるまで減圧した。その後、プラズマ発生空間１０２
内にＳＦ6ガス１５０ｓｃｃｍを供給し、排気系に設置
されたスロットルバルブを調整して圧力を１０ｍＴｏｒ
ｒに設定した。
１に示した装置の支持台１１２上に設置した。その後、
排気系を介してプラズマ発生空間１０２及び被処理体処
理室１０５を排気し、その真空度が５×１０-6Ｔｏｒｒ
となるまで減圧した。その後、プラズマ発生空間１０２
内にＳＦ6ガス１５０ｓｃｃｍを供給し、排気系に設置
されたスロットルバルブを調整して圧力を１０ｍＴｏｒ
ｒに設定した。
【００５４】次に、磁場コイル１０３に電流を流してプ
ラズマ発生空間１０２の磁場を８７５Ｇに設定し、マイ
クロ波電源１０１より２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１
ｋＷの電力で供給することにより、プラズマ発生空間１
０２内にプラズマ１１３を発生させた。このようにして
生成したプラズマ１１３は、磁場コイル１０３の拡散磁
界に沿って、プラズマ発生空間１０２に連結されている
被処理体処理室１０５側へと拡散する。ここで、被処理
体処理室１０５に連結されている第二のガス導入口１０
６より、ＳＦ6ガス１５０ｓｃｃｍを供給し、拡散した
プラズマを冷却することによって、負イオン生成空間１
１４においてフッ素負イオンを生成した。
ラズマ発生空間１０２の磁場を８７５Ｇに設定し、マイ
クロ波電源１０１より２．４５ＧＨｚのマイクロ波を１
ｋＷの電力で供給することにより、プラズマ発生空間１
０２内にプラズマ１１３を発生させた。このようにして
生成したプラズマ１１３は、磁場コイル１０３の拡散磁
界に沿って、プラズマ発生空間１０２に連結されている
被処理体処理室１０５側へと拡散する。ここで、被処理
体処理室１０５に連結されている第二のガス導入口１０
６より、ＳＦ6ガス１５０ｓｃｃｍを供給し、拡散した
プラズマを冷却することによって、負イオン生成空間１
１４においてフッ素負イオンを生成した。
【００５５】また、負イオン生成空間１１４で生成した
負イオンを取り出すため、第１の予備グリッド電極１０
７に＋５０Ｖ、第２の予備グリッド電極１０８に＋７５
Ｖの直流電圧を印加した。更に、半導体基板支持台１１
２には＋１００Ｖ、グリッド電極１０９には＋１０５Ｖ
の直流電圧を印加した。負イオン生成空間１１４でのプ
ラズマ電位は２〜６Ｖ程度であると考えられるため、上
記電圧を各グリッドに印加した場合、半導体基板１１０
には１００ｅＶ近くのエネルギーで負イオンを入射させ
ていることになる。
負イオンを取り出すため、第１の予備グリッド電極１０
７に＋５０Ｖ、第２の予備グリッド電極１０８に＋７５
Ｖの直流電圧を印加した。更に、半導体基板支持台１１
２には＋１００Ｖ、グリッド電極１０９には＋１０５Ｖ
の直流電圧を印加した。負イオン生成空間１１４でのプ
ラズマ電位は２〜６Ｖ程度であると考えられるため、上
記電圧を各グリッドに印加した場合、半導体基板１１０
には１００ｅＶ近くのエネルギーで負イオンを入射させ
ていることになる。
【００５６】上記方法で発生させたフッ素負イオンに
て、被処理体１１０に対してクリーニング処理を３０秒
間実施した後、被処理体１１０を真空に保持したまま金
属配線成膜室（不図示）へと移動させ、第二層金属配線
２４１の堆積を行った。更に、フォトレジストによるパ
ターニング及びドライエッチング等の工程を経て、第二
層金属配線２４１を形成し、半導体素子の特性を以下の
通り評価した。
て、被処理体１１０に対してクリーニング処理を３０秒
間実施した後、被処理体１１０を真空に保持したまま金
属配線成膜室（不図示）へと移動させ、第二層金属配線
２４１の堆積を行った。更に、フォトレジストによるパ
ターニング及びドライエッチング等の工程を経て、第二
層金属配線２４１を形成し、半導体素子の特性を以下の
通り評価した。
【００５７】半導体素子の特性評価は、８インチのシリ
コンウエハ上に作製された１００個の評価用トランジス
タを用い、そのトランジスタのゲート酸化膜が破壊に至
るまでの電荷量Ｑbdを測定することで行った。その結
果、従来の正イオンを用いたクリーニング処理ではＱbd
が１０クーロンを下回る不良を示す素子が１００個中２
個存在するのに対して、負イオンを用いた本発明の場合
は、ゲート酸化膜の性能劣化を起す素子は全くないこと
が確認された。
コンウエハ上に作製された１００個の評価用トランジス
タを用い、そのトランジスタのゲート酸化膜が破壊に至
るまでの電荷量Ｑbdを測定することで行った。その結
果、従来の正イオンを用いたクリーニング処理ではＱbd
が１０クーロンを下回る不良を示す素子が１００個中２
個存在するのに対して、負イオンを用いた本発明の場合
は、ゲート酸化膜の性能劣化を起す素子は全くないこと
が確認された。
【００５８】（実施例３）本例では、図２に示す装置を
用い、プラズマを冷却する第二のガスを中性活性粒子と
した場合について説明する。
用い、プラズマを冷却する第二のガスを中性活性粒子と
した場合について説明する。
【００５９】上記装置を用いて、実施例１と同様に多結
晶シリコン膜のエッチング速度測定を行った。その際、
被処理体３１０としては、シリコン酸化膜上にノンドー
プの多結晶シリコン膜を堆積したウエハを用いた。
晶シリコン膜のエッチング速度測定を行った。その際、
被処理体３１０としては、シリコン酸化膜上にノンドー
プの多結晶シリコン膜を堆積したウエハを用いた。
【００６０】まず、被処理体３１０を、図２に示した装
置の支持台３１２上に設置した。その後、排気系を介し
てプラズマ発生空間３０２及び処理室３０５を排気し、
その真空度が５×１０-6Ｔｏｒｒとなるまで減圧した。
その後、第一のガス導入口３０４よりプラズマ発生空間
３０２内にＣｌ2ガス１００ｓｃｃｍを供給し、排気系
に設置されたスロットルバルブ（不図示）を調整して圧
力を５ｍＴｏｒｒに設定した。
置の支持台３１２上に設置した。その後、排気系を介し
てプラズマ発生空間３０２及び処理室３０５を排気し、
その真空度が５×１０-6Ｔｏｒｒとなるまで減圧した。
その後、第一のガス導入口３０４よりプラズマ発生空間
３０２内にＣｌ2ガス１００ｓｃｃｍを供給し、排気系
に設置されたスロットルバルブ（不図示）を調整して圧
力を５ｍＴｏｒｒに設定した。
【００６１】次に、磁場コイル３０３に電流を流してプ
ラズマ発生空間３０２の磁場を８７５Ｇに設定し、第一
のマイクロ波電源３０１から２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を１ｋＷの電力で供給することにより、プラズマ発生
空間３０２内に第一のプラズマ３１３を発生させた。こ
のようにして生成した第一のプラズマ３１３は、磁場コ
イル３０３の拡散磁界に沿って、プラズマ発生空間３０
２に連結されている処理室３０５側へと拡散する。
ラズマ発生空間３０２の磁場を８７５Ｇに設定し、第一
のマイクロ波電源３０１から２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を１ｋＷの電力で供給することにより、プラズマ発生
空間３０２内に第一のプラズマ３１３を発生させた。こ
のようにして生成した第一のプラズマ３１３は、磁場コ
イル３０３の拡散磁界に沿って、プラズマ発生空間３０
２に連結されている処理室３０５側へと拡散する。
【００６２】一方、第二のガス導入口３０６より、放電
管３２２内にＣｌ2ガス１００ｓｃｃｍを供給し、更
に、第二のマイクロ波電源３２１より２５０Ｗのマイク
ロ波を供給して、放電管３２２内に第二のプラズマ３２
５を発生させた。発生した第二のプラズマ３２５のう
ち、イオンは壁や粒子間での衝突により急速に再結合し
て消滅し、寿命の長い中性活性粒子のみが輸送管３２３
を通って処理室３０５に到達し、上述したプラズマ発生
空間３０２から処理室３０５側へと拡散した第一のプラ
ズマ３１３を冷却することによって、負イオン生成空間
３１４において負イオンを生成した。
管３２２内にＣｌ2ガス１００ｓｃｃｍを供給し、更
に、第二のマイクロ波電源３２１より２５０Ｗのマイク
ロ波を供給して、放電管３２２内に第二のプラズマ３２
５を発生させた。発生した第二のプラズマ３２５のう
ち、イオンは壁や粒子間での衝突により急速に再結合し
て消滅し、寿命の長い中性活性粒子のみが輸送管３２３
を通って処理室３０５に到達し、上述したプラズマ発生
空間３０２から処理室３０５側へと拡散した第一のプラ
ズマ３１３を冷却することによって、負イオン生成空間
３１４において負イオンを生成した。
【００６３】また、負イオン生成空間３１４で生成した
負イオンを取り出すため、第１の予備グリッド電極３０
７に＋５０Ｖ、第２の予備グリッド電極３０８に＋７５
Ｖの直流電圧を印加した。更に、支持台３１２には＋１
００Ｖ、グリッド電極３０９には＋１０５Ｖの直流電圧
を印加した。負イオン生成空間３１４におけるプラズマ
電位は２〜６Ｖ程度であると考えられるため、上記電圧
を各グリッド電極に印加した場合、被処理体３１０には
１００ｅＶ近くのエネルギーで負イオンを入射させてい
ることになる。
負イオンを取り出すため、第１の予備グリッド電極３０
７に＋５０Ｖ、第２の予備グリッド電極３０８に＋７５
Ｖの直流電圧を印加した。更に、支持台３１２には＋１
００Ｖ、グリッド電極３０９には＋１０５Ｖの直流電圧
を印加した。負イオン生成空間３１４におけるプラズマ
電位は２〜６Ｖ程度であると考えられるため、上記電圧
を各グリッド電極に印加した場合、被処理体３１０には
１００ｅＶ近くのエネルギーで負イオンを入射させてい
ることになる。
【００６４】以上の手順で処理したウエハの、多結晶シ
リコン膜のエッチング速度を測定した結果、エッチング
速度がおよそ毎分３５０ｎｍであることが分かった。す
なわち、実施例１に示したガス分子を混合した場合（エ
ッチング速度がおよそ毎分２９０ｎｍ）より、更に高い
エッチング速度が図２の装置で得られることが明らかと
なった。
リコン膜のエッチング速度を測定した結果、エッチング
速度がおよそ毎分３５０ｎｍであることが分かった。す
なわち、実施例１に示したガス分子を混合した場合（エ
ッチング速度がおよそ毎分２９０ｎｍ）より、更に高い
エッチング速度が図２の装置で得られることが明らかと
なった。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負イオンを大量に発生させるとともに、当該負イオンを
被処理体に入射させることによって、被処理体に対して
エッチングやクリーニング等を行うことが可能な、プラ
ズマ処理装置を提供することができる。その際、本装置
では大量の負イオンを優先的に用いていることから、チ
ャージアップダメージの少ない、プラズマ処理が実現で
きる。また、本装置は、プラズマと当該プラズマより温
度の低いガスとを混合することにより、多量の負イオン
が生成され、負イオンによるエッチング速度も著しく改
善できる。
負イオンを大量に発生させるとともに、当該負イオンを
被処理体に入射させることによって、被処理体に対して
エッチングやクリーニング等を行うことが可能な、プラ
ズマ処理装置を提供することができる。その際、本装置
では大量の負イオンを優先的に用いていることから、チ
ャージアップダメージの少ない、プラズマ処理が実現で
きる。また、本装置は、プラズマと当該プラズマより温
度の低いガスとを混合することにより、多量の負イオン
が生成され、負イオンによるエッチング速度も著しく改
善できる。
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す模
式的な断面図である。
式的な断面図である。
【図２】半導体基板の帯電の様子を説明する為の模式図
である。
である。
【図３】本発明に係るプラズマ処理装置の他の一例を示
す模式的な断面図である。
す模式的な断面図である。
【図４】本発明に係るプラズマ処理装置において、チャ
ージアップダメージのないプラズマ処理が行われたこと
を確認するために用いた半導体素子からなる被処理体の
断面構造を示す模式的な断面図である。
ージアップダメージのないプラズマ処理が行われたこと
を確認するために用いた半導体素子からなる被処理体の
断面構造を示す模式的な断面図である。
【図５】従来のプラズマ処理装置の一例を示す模式的な
断面図である。
断面図である。
【図６】ハロゲン系断面積の電子エネルギー依存性を示
すグラフ。
すグラフ。
【図７】塩素分子への断面積の電子エネルギー依存性を
示すグラフ。
示すグラフ。
１０１ マイクロ波電源、 １０２ プラズマ発生空間、 １０３ 磁場コイル、 １０４ 第一のガス導入口、 １０５ 被処理体の処理室、 １０６ 第二のガス導入口、 １０７ 第一の予備グリッド電極、 １０８ 第二の予備グリッド電極、 １０９ グリッド電極、 １１０ 被処理体、 １１１ 絶縁板、 １１２ 支持台、 １１３ プラズマ、 １１４ 負イオン生成空間、 ２２１ シリコン基板、 ２２２ 素子分離絶縁膜、 ２２３ ゲート酸化膜、 ２２４ ゲート電極、 ２２５ 第一層間酸化膜、 ２２６ 第一層金属配線、 ２２７ 第一層金属配線のバリアメタル、 ２２８ 第一層金属配線の反射防止膜、 ２２９ 第二層間酸化膜、 ２３０ ドライエッチングにより形成したビアホール、 ２３１ 反射防止膜表面の薄い酸化層、 ２４１ 第二層金属配線、 ３０１ 第一のマイクロ波電源、 ３０２ プラズマ発生空間、 ３０３ 磁場コイル、 ３０４ 第一のガス導入口、 ３０５ 処理室、 ３０６ 第二のガス導入口、 ３０７ 第一の予備グリッド電極、 ３０８ 第二の予備グリッド電極、 ３０９ グリッド電極、 ３１０ 被処理体、 ３１１ 絶縁板、 ３１２ 支持台、 ３１３ 第一のプラズマ、 ３１４ 負イオン生成空間、 ３２１ 第二のマイクロ波電源、 ３２２ 放電管、 ３２３ 輸送管、 ３２４ 第二の導波管、 ３２５ 第二のプラズマ、 ５０１ マイクロ波電源、 ５０２ 磁場コイル、 ５０３ 導波管、 ５１０ 被処理体、 ５１２ 被処理体支持台、 ５１４ プラズマ、 ５３１ 真空容器、 ５３２ 高周波電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｆ Ｆターム(参考） 4K057 DA02 DB01 DD01 DD05 DD08 DE01 DE02 DE06 DE07 DE08 DE09 DE11 DE14 DG06 DG12 DM01 DM02 DM21 DM28 DM29 DN01 DN03 5C030 DD01 DD02 DE01 DE04 DE05 DG01 5C034 BB06 BB09 5F004 AA06 BA03 BA04 BA13 BA14 BA16 BA20 BB14 BB18 BB28 DA00 DA01 DA02 DA03 DA04 DA05 DA06 DA08 DA10 DA11 DA17 DA18 DA26 DA27 DB02 DB08 DB12 EB02
Claims (12)
- 【請求項１】 真空容器と、前記真空容器内に処理体を
支持する為の支持手段とを有するプラズマ処理装置にお
いて、 プラズマ発生空間に第一のガスを導入する手段と、 前記プラズマ発生空間内の前記第一のガスに電気エネル
ギーを供給してプラズマを発生させる手段と、 前記プラズマ発生空間に連通する負イオン生成空間内に
導入された前記プラズマに、第二のガスを混合して負イ
オンを生成する手段と、 前記負イオンを引き出して前記被処理体に供給する手段
と、 を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】 前記プラズマを発生させる手段は、平行
平板型、ＩＣＰ型、マグネトロン型、ＥＣＲ型、ヘリコ
ン波型、表面波型、平板マルチスロットアンテナによる
表面波干渉型、ＲＬＳＡ型から選択される電気エネルギ
ー供給源であ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。 - 【請求項３】 前記第一のガスは、塩素、フッ素、臭
素、沃素から選択される少なくとも一つの元素を含むこ
とを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項４】 前記第二のガスは、ハロゲン元素を含む
ガス及び不活性ガスのうち少なくともいずれか一種を含
むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装
置。 - 【請求項５】 前記第二のガスは、活性中性粒子、電子
及びイオンのうち少なくともいずれか一種を含むことを
特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項６】 前記負イオンを引き出して被処理体に供
給する手段は、正の電圧が印加されるグリッド電極及び
／又は正の電圧が印加される前記支持手段であることを
特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項７】 前記負イオン生成空間内に発生している
プラズマのポテンシャルＶpと、前記グリッド電極に印
加した正の電圧Ｖgとの関係が、Ｖg＞Ｖp＞０であるこ
とを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項８】 前記被処理体に対して、正の直流電圧又
はパルス状電圧を印加する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。 - 【請求項９】 前記支持手段と前記被処理体とを電気的
に絶縁する手段を有することを特徴とする請求項８に記
載のプラズマ処理装置。 - 【請求項１０】 前記被処理体から放出される二次電子
を捕獲する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。 - 【請求項１１】 前記支持手段に対して印加される正の
電圧Ｖsと、前記グリッド電極に印加する正の電圧Ｖgと
の関係が、Ｖg＞Ｖs＞０であることを特徴とする請求項
１０に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項１２】 請求項１に記載のプラズマ処理装置を
用いて被処理体を処理するプラズマ処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07493799A JP3647303B2 (ja) | 1998-09-22 | 1999-03-19 | プラズマ処理装置及びそれを用いた処理方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26878498 | 1998-09-22 | ||
| JP10-268784 | 1998-09-22 | ||
| JP07493799A JP3647303B2 (ja) | 1998-09-22 | 1999-03-19 | プラズマ処理装置及びそれを用いた処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000164580A true JP2000164580A (ja) | 2000-06-16 |
| JP3647303B2 JP3647303B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=26416101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07493799A Expired - Fee Related JP3647303B2 (ja) | 1998-09-22 | 1999-03-19 | プラズマ処理装置及びそれを用いた処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3647303B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001006534A1 (fr) * | 1999-07-14 | 2001-01-25 | Ebara Corporation | Source de faisceaux |
| WO2002070759A1 (en) * | 2001-02-28 | 2002-09-12 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Method and apparatus for the production of titanium |
| JP2010541167A (ja) * | 2007-09-27 | 2010-12-24 | 東京エレクトロン株式会社 | 負イオンプラズマを生成する処理システム |
| KR101058310B1 (ko) * | 2008-03-31 | 2011-08-22 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 장치 |
| RU2509228C2 (ru) * | 2012-04-02 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Модель стационарного плазменного двигателя |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7914692B2 (en) | 2006-08-29 | 2011-03-29 | Ngk Insulators, Ltd. | Methods of generating plasma, of etching an organic material film, of generating minus ions, of oxidation and nitriding |
-
1999
- 1999-03-19 JP JP07493799A patent/JP3647303B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001006534A1 (fr) * | 1999-07-14 | 2001-01-25 | Ebara Corporation | Source de faisceaux |
| US6949735B1 (en) | 1999-07-14 | 2005-09-27 | Ebara Corporation | Beam source |
| WO2002070759A1 (en) * | 2001-02-28 | 2002-09-12 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Method and apparatus for the production of titanium |
| JP2010541167A (ja) * | 2007-09-27 | 2010-12-24 | 東京エレクトロン株式会社 | 負イオンプラズマを生成する処理システム |
| KR101058310B1 (ko) * | 2008-03-31 | 2011-08-22 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 장치 |
| RU2509228C2 (ru) * | 2012-04-02 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Модель стационарного плазменного двигателя |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3647303B2 (ja) | 2005-05-11 |
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