JP2002528891A - 励起され又はイオン化された粒子をプラズマ内で発生する装置 - Google Patents
励起され又はイオン化された粒子をプラズマ内で発生する装置Info
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Abstract
Description
るものである。
造されている。これらの回路の製造コストはその工程の複雑性と物理的な処理時
間の支配を受ける。複雑さの度合いが高い素子はその製品が処理を受けるに際し
、数百の個々の工程と多くの日数をしばしば必要とする。
は除去に向けられている、この目的に使用されるエッチング技術又は蒸着技術は
リソグラフィーと浸漬法に加えて高集積回路の製造をなす一連の工程段階で繰り
返し使用される基本的な方法である。(一般的には、「テクノロジー・ホキイン
テグレータ・シャルツンゲン」(高集積回路の技術)D・ワイドマン、H・メー
ダー、H・フリードリッヒ、シュプリンガー出版、1988年、特に第3.1.
1節及び第5.2.2−4節参照の事)
る化学的気相蒸着法である。この方法においては、所望の層を蒸着すべき加熱さ
れた半導体基材上に選択された処理ガスが供給される。その結果、高温の基材表
面上で処理ガスの反応が生じるため反応生成物として最初に所望の層が作成され
、次に、他の反応ガスが発生され、このガスが反応器から排気される。ここで多
くの理由からこの半導体基材を化学反応の完了のため要求される高温度迄過熱す
ることは望ましいものではない。従って、今日では解離した反応性の高い成分を
作り出すために初期の反応ガスの励起を実施すること、及び元来半導体基材の温
度増加に拠るのではなく、むしろプラズマに拠るか若しくは高エネルギー放射に
より蒸着反応を開始することがしばしば標準的な方法となっている。
材のみに適用することは不十分である。所望の構造を作り出すにはこれらの層の
各部は再度特別に除去しなければならない。この場合、多数の方法を採用するこ
とが出来、その中でドライ・ケミカル・エッチング及びドライ化学物理エッチン
グが最も頻繁に使用される方法である。今日ドライ・ケミカル・エッチングにお
いてはガスの粒子とそのエッチングすべき表面の原子の間に化学的反応が生じる
。ドライ化学物理エッチングにおいては、イオン、電子又は光子に対するエッチ
ング表面の付加的露呈によりガス粒子とそのエッチングすべき表面の原子の間に
化学反応が生じる。又は、多くの理由から、半導体基材を化学反応の完成に必要
とされる高温迄加熱されることは望ましくない、従って、ドライ・ケミカル・エ
ッチング又はドライ化学物理エッチングにおいては反応ガスを励起して解離した
高い反応成分にすることとプラズマによるエッチング反応の開始を行うことが標
準的な方法である。
高エネルギーを発生させ、そのため特にラジカル等、反応性の高い中性粒子を発
生することが重要である。この問題に対する技術的解決策は処理基材上での電場
と荷電粒子の影響を防止すること及びエッチング処理と蒸着処理に対する最も広
い可能性の高い動作圧力範囲に対する付加的要件を満たすという同時的必要性に
ますます結合されている。
この種のシステムは例えば、図4に示されており、その説明は米国のTYLAN
/TOKUDAによる1986年4月1日、第2版、仕様書番号84008の「
型式CDE−VIII,マイクロウエーブ・ダウンストリーム・エッチング・シ
ステム」という販売用パンフレットになされている。この文書はマイクロ励起に
よる公知の商業上のダウンストリーム・エッチング・システムを模式的に表して
いる。
発生装置1を提供している。同調ユニット4に依ることと中空導波管システム2
の寸法付けが原因で定常波が形成され、この定常波を通じてマイクロ波エネルギ
ーが中空導波管システム2の或る定められた箇所に集中される。同調されない反
射する変換されていないエネルギーは中空導波管システム内におけるいずれかの
場所例えばT型部片3又は中空導波管2の端部箇所で吸収されなければなならい
。これは通常、水負荷により行われる。マイクロ波エネルギーによってラジカル
を発生するため、方向的には定常波の電場と整合しているプラズマ放電管5を中
空導波管システム2に貫通させる。適切な処理ガスがプラズマ放電管5の入力部
6に送られてプラズマが励起されると他の粒子と併せて励起された中性粒子が発
生される。これらの中性粒子は次に長さが約1mの供給管7に依りエッチング反
応/反応室8に送られる。
面へ移動し、そこでこの粒子は所望のエッチング反応を励起する。反応室8はポ
ンプ9に依り排気され、揮発性の反応生成物が真空除去される。 装置の円滑な作動のため、このプラズマ放電管はマイクロ波を吸収することが
無くプラズマ内に発生された化学的に活性的なラジカルに対して抵抗性のある材
料で製造しなければならない。この点に関して一般に金属酸化物又は水晶が使用
される。しかしながら、これらの材料はプラズマ領域内で水素といった還元ガス
に依り著しく攻撃を受けるので、これらの材料の表面に導電性アイランドを作成
することが出来、これが逆にマイクロ波エネルギーの吸収を高めることになる。
にある。定常波はプラズマ放電に対して正確に1つの最大電圧値が得られるよう
同調されねばならない。僅かでも同調に欠陥があれば結果的に処理パラメーター
に著しい変化をもたらし、これが逆に結果的にはマイクロ波発生器のオーバーロ
ードになり得る。マイクロ波発生器のこのオーバーロードは勿論複雑でコストの
高い手段で防止することが出来る。しかしながら、これらの諸作動は効率を低減
化させると共に結果的にはその全体の装置の寸法を明らかに増加させることにな
る。この装置の寸法が原因でこれらのシステムは半導体生産設備内に組み込むこ
とが極めて困難である。磨耗した部品例えばマイクロ波発生器又はプラズマ放電
管の如き部品を交換する必要がある場合は装置全体を再び同調させねばならない
。
ルギーに変換されず、むしろ反射され、そのため例えばマグネトロンといったマ
イクロ波発生器を損傷させない意味から通常、水負荷といった中空導波管内に吸
収させねばならない。利用可能なマイクロ波エネルギーのこの部分変換は、正確
には約1.3を下回る低い圧力範囲、特に1.3Paを下回る圧力範囲が半導体
エンジニアリングにとって重要であり、又、有利であることから、広い作動圧力
範囲に対して先に既に述べた要件に特に鑑みて面倒であることがわかる。例えば
、低圧力は望ましくない層状化特性での蒸着を回避する意味から表面制御型CV
D法にとって重要である。又、エッチング法においては高いエッチング速度と微
細負荷効果の防止即ち環境に依存する局部的なエッチング速度はしばしば極めて
低い圧力にてのみ得ることが出来る。しかしながら、励起密度、従って又発生効
率も著しく低下するので13Paを下回る圧力範囲内でも励起上の難点がプラズ
マ放電において発生する。
る本発明の装置に類似している装置がDE3905303A1に説明されている
。この文献に開示された装置は電磁波を発生する発生器、電磁波が導かれる同軸
導体、励起された及び/又はイオン化された粒子が電磁波で形成されるような少
なくとも1つのプラズマ帯域が特徴となっている。DE3905303A1によ
る装置内でのプラズマ帯域は隔離された放電管内に設置され、この放電管は少な
くとも部分的には同軸導波管の内側導体内に位置付けてある。この点に関して、
外側導体に対して短くされた内側導体と外側導体をシールしている端板間の領域
内の放電管外側で電気的マイクロ波場が発生される。
いてDE3915477A1, DE4004560A1及びDE4028525
A1に開示してある。又、これも同軸導波管の内側導体内に位置付けてある放電
管を使用して当該文書に説明してある装置内でプラズマが発生される。 高能率のマイクロ波プラズマを発生する装置もDE19608949A1公知
である。この場合、共鳴器は又は、内側導体と外側導体を有する同軸共鳴器とし
て形成されている。プラズマは内側導体で包囲されるか又は外側導体を包囲する
プラズマ室内で発生される。
るプラズマ放電に依り励起された中性粒子を発生する方法と装置が知られている
。本例の場合、直径が定常波の波長の1/4に対応しているプラズマ放電管が中
空導波管システムに直角に位置付けてある。中空導波管システム内の関連ある発
生器により横方向の電気的マイクロ波モードが励起される。
イクロトロン周波数が共鳴している磁場内にプラズマを包囲することに依りプラ
ズマを安定化する方法が知られている(ECR法)。しかしながら、この種の方
法でも、励起された中性粒子は十分な個数と密度で得ることが出来ないであろう
。このことは、マイクロ波エネルギーの約30%のみがその改善されたECR法
においても放電状態に変換されるという事実を考察すれば驚くに値しない。
する装置を提供することにある。特に、本発明の目的は約13Paを下回る圧力
範囲内でも十分高い効率を提供し、又、励起され/イオン化された粒子の十分な
量を提供する装置を明記することにある。 この問題点は、請求の範囲第1項に依る装置で解決される。本発明の付加的な
好適な設計上のフォーマット、構成及び諸局面が明細書のサブ・クレーム及び関
連ある諸図面に示されている。
起され及び/又はイオン化された粒子が電磁波に依り形成される少なくとも1つ
のプラズマ帯域に依り、処理ガスから励起され及び/又はイオン化された粒子を
プラズマ内で発生する装置が説明される。本発明に依る装置は同軸導体の内部室
内にいたる処理ガスの入口が外側導体を内側導体の間に位置付けられること及び
内部室がプラズマ帯域で形成することを特徴としている。
波をプラズマ発生に対して利用可能とする必要がないことから本発明での装置は
本質的には同調を必要としない。プラズマ帯域は通常誘電体が同軸導体内に見出
せるような同軸導体の片側に位置付けてある。従ってプラズマ帯域内でのプラズ
マは或る抵抗率を有する置換回路図に記載された「高損失誘電体」を表している
。 従って、電磁波のエネルギーは直接高効率にて高密度プラズマに変換される。
抵抗負荷が原因でこの電磁波は高い減衰を受け、そのため本装置の同調は余分な
ものとなる。
れを広い帯域のもととする。 従って、本発明装置においては、複雑な同調ユニット及び付加的な水負荷を省
略することが出来る。従って、本発明装置では現存する生産設備又は実験設備に
容易に組み込むことが出来る極めて小型でコンパクトな設計を可能とする。その
上、本発明装置のメンテナンスは著しく簡略化されるので、そのメンテナンス・
コストが低減化されよう。
は内側導体の外径、外側導体の内径及び内側導体と外側導体両者間の媒体の誘電
定数で定められるので、本装置の調整が極めて容易である。 好適には、電磁波を発生する発生器はマグネトロンであり、従って、マイクロ
波励起を使用することが出来る。 本発明に依る装置には外側導体及び/又は内側導体が金属、好適にはアルミニ
ウムで製造されるという利点がある。プラズマ帯域内に金属を使用することによ
り簡単な手段に依り水素といった還元ガスを使用することが可能となる。
水晶又は金属化された酸化物又は水晶管を使用することが好適である。 その上、本発明装置は同軸導体の内側及び/外側導体が冷却されるという利点
を特徴としている。特に、同軸導体の内側導体及び/又は外側導体を水冷によっ
て冷却することが好適である。冷却が原因でプラズマに依り接触する壁は制御さ
れた低い温度を保つことが出来る。従って、最初に、構成成分の材料磨耗及び汚
染並びにこれから結果的に生じる粒子負荷が著しく低減化される。第2に、プラ
ズマに依り接触する壁における還元ガスの還元効果が著しく低減化される。
である。従って、電磁波の発生器はそれ自体同軸導体に対して調整される必要は
ないことから発生器の高い選択を得ることが出来る。インピーダンス変換器は例
えば中空導波管及びインピーダンス変換器コーンとすることが出来る。 その上、全体的に本発明装置のために磁気システムを設けることが好ましい。
磁気システムの使用が原因で、1Pa以下の処理圧力が可能である。好適には、
磁気システムは外側導体の外側において1個以上の磁場コイルと磁気リングで構
成されている。従って、磁気リングは磁極シュー・リングとも置換できる。その
上、内側導体においては局部的な場増幅と場プロフィールの修正に対して使用出
来る棒極シュー又は棒磁石が好適である。
帯域を設けることが出来る。その遷移帯域においては電磁波が本質的に損失無し
で遷移される。遷移帯域の使用が原因で本発明装置の作動中に作動の付加的自由
が得られる。プラズマ帯域と電磁波の発生器は直接相互に隣接する形態で位置付
ける必要はなく、むしろ一般的には相互に分離した状態で設置出来る。本例の場
合、遷移帯域を同軸導体として設計することが好適である。
ることが好適である。例えばプラズマの励起においてエラーが生じる場合、この
エラーはセンサー・システムで見つけることが出来、発生器を遮断することが出
来る。反射された波により与えられる発生器の損傷をこうして防止することが出
来る。
1は電磁波を発生する発生器を表している。この設計フォーマットにおいて、発
生器11はマイクロ波を発生するマグネトロンである。このマイクロ波は信号放
出ピン13によって中空導波管12内に放出される。信号放出ピン13に対向し
て位置付けられた中空導波管12の端部付近にはマイクロ波を同軸導管30内に
案内する目的に使用されるインピーダンス変換器コーン15が存在している。従
って中空導波管12とインピーダンス変換器コーン15はインピーダンス変換器
として作用し、そのためマイクロ波は同軸導体30内に反射が殆ど無い状態で案
内可能である。
両導体の間でプラズマ帯域20は同軸導体30の内側室31に形成してある。入
口17に依り、処理ガスは同軸導体30の内側室31内に供給される。処理ガス
が中空導波管12内に流入するのを防止するため中空導波管12を内側室31か
ら分離させるシール16が設けられている。プラズマ帯域20の長さとプラズマ
密度は内側導体19の長さに依り決定される。
とするため内側導体19は変位可能である。同軸導体30のインピーダンスは内
側導体19の外径、外側導体18の内径及び内側導体と外側導体両導体の間の媒
体の誘電定数に依り統制される。同軸導体30のインピーダンスは内側導体19
の長さに依存していないのでプラズマ帯域20の長さは、同軸導体30のインピ
ーダンスを変えずに変更することが出来る。
電が生じるので励起され及び/又はイオン化された粒子が生産される。プラズマ
帯域20を去った後、この励起され及び/又はイオン化された粒子はこの励起さ
れ及び/又はイオン化された粒子が付加的反応のため使用される(非図示の)反
応室に出口32を通じて案内される。
た粒子のみ及びイオン化されていない粒子がプラズマ帯域20を離れる。これは
励起された粒子がエッチング過程と蒸着過程に対して使用される際特に重要であ
る。従って、イオン化された粒子に対する処理される基材の露呈を回避すること
が出来る。 外側導体18と内側導体19は金属、好適にはアルミニウムで製造できる。プ
ラズマ帯域内での金属の使用に依り簡単な手段で水素といった還元ガスを使用す
ることが可能となる。
化された酸化物又は水晶管で被履された金属を使用することが好適である。本発
明装置は同軸導体30を水で冷却出来るという利点を備えている。本例の場合、
内側導体19に対する水入口4がインピーダンス変換器コーン15内に位置付け
てある。外側導体18も水冷される。水がプラズマ帯域20と平行に流れる場合
でもその水がマイクロ波エネルギーに露呈されることはないので、水冷は本発明
装置と併用可能である。水冷が原因で、プラズマ25と接触する壁は低い制御さ
れた温度に保つことが出来る。従って、まず第一に構成部品の材料磨耗及び結果
的に生じる汚染と粒子負荷が著しく低減化される。第二に、プラズマと接触して
いる壁上での還元ガスの還元効果を著しく低減化させる。同じに、励起され及び
/又はイオン化された粒子の発生が改善される。
成要素は図1における同じ参照記号で表してある。 本発明装置の適用例を拡大するため図2に示された設計フォーマットに磁石シ
ステム40が設けられている。この磁石システム40はプラズマ帯域20のレベ
ルにある外側導体18の外側における磁場コイル42及び磁石リング43で構成
されている。本例の場合磁石リング43は磁極シュー・リングで置換できる。更
に、内側導体19には棒極シュー、あるいは棒磁石44が存在しており、これは
局部的な磁場増幅及び磁場プロフィールの修正の目的に使用可能である。
石の組み合わせは磁石システムのエネルギー要求を低減化すると同時に効率を高
める。 図3は本発明装置の第3設計フォーマットを模式的に示す。本例の場合も又、
同じ構成要素は図1におけるのと同じ参照記号を有している。
域20の間に付加的遷移帯域50が存在しており、その遷移帯域はマイクロ波を
中空導波管12からプラズマ帯域20へ案内することを特徴としている。遷移帯
域50も同軸導体として設計されている。
可能にする。電磁波の発生器11とプラズマ帯域20は現時点では特定の適用例
の特定条件が原因で有利であれば相互に空間的に分離した状態でセットアップ可
能である。マイクロ波は実際に損失の無い状態で同軸導体に沿って案内出来るの
で本発明装置の効率は、この因子に依っては変更されない。
ン化された粒子を提供出来る。1つのサンプル的な適用例として本出願人は励起
されたフッ素原子によりシリコン表面をエッチングすることを考察出来る。10
0Paの圧力においてNF3分子で200シームの流れのものを本発明装置内に
向ける。プラズマ帯域20内でのプラズマ放電が原因でシリコン表面に案内され
る励起されたフッ素原子F*が発生される。シリコン表面にはシリコン原子とそ
の励起されたフッ素原子の反応が生じ、そこで揮発性SiF4が発生される。本
発明装置の使用が原因で約5mm/分のエッチング速度を達成出来る。このエッ
チング速度からNF3分子内に存在するフッ素原子は自由な励起されたフッ素原
子の発生において80%以上が使用されるとの結論を出すことが出来る。
Claims (15)
- 【請求項1】 電磁波を発生する発生器(11)、電磁波が案内される同軸
導体(30)、並びに励起された及び/又はイオン化された粒子が電磁波で形成
されるような少なくとも1つのプラズマ帯域(20)により、処理ガスから、励
起された及び/又はイオン化された粒子をプラズマ内で発生する装置であって、
外側導体(18)と内側導体(19)の間の同軸導体(30)の内部屋(31)
内にいたる処理ガスの入口として入口(17)が利用可能であること及び内側室
がプラズマ帯域(20)を形成することを特徴とする装置。 - 【請求項2】 発生器(11)が電磁波を発生するマグネトロンであること
を特徴とする請求の範囲第1項記載の装置。 - 【請求項3】 同軸導体(30)の内側導体(19)が金属、酸化物又は水
晶で被履された金属、あるいは金属化された酸化物又は水晶で製造されることを
特徴とする請求の範囲第1項又は第2項記載の装置。 - 【請求項4】 同軸導体(30)の外側導体(18)が金属、酸化物又は水
晶で被履された金属、あるいは金属化された酸化物又は水晶で製造されることを
特徴とする請求の範囲第1項又は第3項記載の装置。 - 【請求項5】 同軸導体(30)の内側導体(19)及び/又は外側導体(
18)が特に水冷に依る冷却手段で冷却されることを特徴とする請求の範囲第1
項乃至第4項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項6】 電磁波がインピーダンス変換器(12, 15)により同軸導
体(30)内に案内されることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第5項のいず
れかに記載の装置。 - 【請求項7】 インピーダンス変換器(12, 15)が中空導波管(12)
及びインピーダンス変換器コーン(15)で構成されることを特徴とする請求の
範囲第6項記載の装置。 - 【請求項8】 電磁波の発生器(11)又はインピーダンス変換器(12,
15)とプラズマ帯域(20)の間に遷移領域(50)が存在し、この領域で電
磁波が本質的に損失無しで遷移されることを特徴とする請求の範囲第6項又は第
7項記載の装置。 - 【請求項9】 遷移領域(50)が同軸導体として形成されることを特徴と
する請求範囲第8項記載の装置。 - 【請求項10】 プラズマ帯域(20)の長さが可変できることを特徴とす
る請求の範囲第1項乃至第9項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項11】 磁気システム(40)が提供されることを特徴とする請求
の範囲第1項乃至第10項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項12】 磁気システム(40)が外側導体(18)の外側にある少
なくとも1つの磁場コイル(42)で構成されていることを特徴とする請求の範
囲第11項記載の装置。 - 【請求項13】 磁気システム(40)が磁気リング(43)及び/又は外
側導体(18)の外側にある磁極シュー・リングで構成されていることを特徴と
する請求の範囲第11項又は第12項記載の装置。 - 【請求項14】 磁気システム(40)が内側導体(19)内の棒極シュー
又は棒磁石(44)で構成されていることを特徴とする請求の範囲第11項乃至
第13項のいずれかに記載の装置。 - 【請求項15】 プラズマ帯域(20)内のプラズマ(25)をモニターす
るためセンサー・システムが設けられていることを特徴とする請求の範囲第1項
乃至第14項のいずれかに記載の装置。
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