JP2008066701A - プラズマ生成装置及び生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体工程に用いられうるプラズマ生成装置及び方法を提供する。
【解決手段】 プラズマ生成空間を有するチャンバと、前記チャンバ内に位置する下部電極部と、前記下部電極部と対向してチャンバ内に位置して第１プラズマ生成ソース部を形成する上部電極部と、前記上部電極部の外周で上部電極部の下面よりも高い位置に形成される第２プラズマ生成ソース部と、前記第１及び第２プラズマ生成ソース部に電力を供給する電力供給部とを備える構成とした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体製造装置に係り、より詳細には、半導体工程に用いられるプラズマ生成装置に関する。

半導体製造工程の一タイプであるエッチング工程は、半導体基板上に形成された感光膜パターンの下部膜を選択的に除去する工程で、大きく、乾式エッチング方法と湿式エッチング方法とに大別される。最近では、半導体基板の高集積化に伴ってミクロン以下の微細な半導体パターンを形成するためにプラズマを用いる乾式エッチング方法が主として用いられてきている。

これは、気密チャンバ中に導入された反応ガス粒子をイオン化してプラズマ状態にし、該イオンの加速力と化学作用によって半導体基板上に形成されたパターンに沿ってエッチングを行う方法である。

このようなプラズマ生成装置のうち最も一般的に用いられるのが、チャンバ中に設けられた電極に高周波電力を加えるときに発生する高周波電界によって、チャンバ中に導入されたガスをプラズマ状態に変えるＲＦプラズマ生成装置である。

該ＲＦプラズマ生成装置は、対向する平板型の上、下部の両電極により形成されるキャパシタ特性を用いてプラズマを生成する方法である容量結合型プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）生成装置と、平板型の下部電極と対向する上部コイルによって形成されるインダクタの特性を用いてプラズマを生成する方法である誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）生成装置とに区分される。

容量結合型プラズマ生成装置は、感光膜に対するエッチング選択比が誘導結合型プラズマ生成装置のそれに比べて高いという長所があるが、所定圧力（略２０〜５０ｍＴｏｒｒ）以上のチャンバ圧力においてのみ放電が起きるため、エッチングプロファイルに不利な影響を及ぼし、微細なパターン形成が困難になるという欠点と、生成されるプラズマの密度が低いためエッチング率が落ちるという欠点がある。

一方、誘導結合型プラズマ生成装置は、低圧（１〜５ｍＴｏｒｒ）でもプラズマ生成が可能なため、容量結合型プラズマ生成装置に比べて微細なパターン形成が容易になるという利点と、形成されるプラズマの密度が高いためエッチング率が高いという利点があるが、発生する電子の温度が高いためエッチング選択比が低いという欠点がある。

そこで、近年、相反する両者の欠点を補完するために、容量結合型プラズマ生成装置と誘導結合型プラズマ生成装置とを組み合わせた形態の容量及び誘導結合型ＲＦプラズマ生成装置が開発された。該装置の詳細は、特許文献１に開示されている。

上記特許文献１に開示された従来の容量及び誘導結合型プラズマ生成装置は、容量結合型プラズマ生成装置における電極放電の欠点を補完すべく、円錘形の誘導電流コイルを、電極間に形成されたプラズマ生成空間を取り囲む形態に気密チャンバの外壁に設置し、該円錘形の誘導電流コイルに高周波電力を加える時に発生する電磁気場によって追加のプラズマをチャンバ内部に生成させ、これにより、低圧でも高密度化したプラズマが得られるようにしたものである。
米国特許第６，３０８，６５４号公報

しかしながら、上記容量及び誘導結合型プラズマ生成装置は、チャンバ中のプラズマ密度を上げてエッチング率を上昇させるという利点はあったが、誘導電流コイルによる放電がプラズマ生成領域で行われ、高い電子温度によってエッチング選択比が低下してしまうという欠点があった。

近来の半導体装置では、集積回路へのエッチングが、ビア（ｖｉａ）とコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）の縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）が５：１以上になるように狭い幅と深い深さを有するように形成されなければならず、上記のエッチング選択比の低下はエッチング効率を低下させる原因とされてしまう。

本発明は上記従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、半導体基板にパターンを形成するためのプラズマエッチング工程に用いられるプラズマ生成装置において、略０．３〜１０ｍＴｏｒｒの低い圧力で作動され、高いエッチング率とエッチング選択比を持つ高密度のプラズマを生成させることができるプラズマ生成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、プラズマ生成空間内で処理しようとする基板全体へ均一にプラズマを分布させることができるプラズマ生成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、プラズマ生成空間を有するチャンバを備えるプラズマ生成装置であって、前記チャンバ内に位置し、半導体基板の安置部が備えられた下部電極部と、前記下部電極部と対向してチャンバ内に位置し、第１プラズマ生成ソース部を形成する上部電極部と、前記上部電極部の外周で上部電極部の下面よりも高い位置に形成される第２プラズマ生成ソース部と、前記第１及び第２プラズマ生成ソース部に電力を供給する電力供給部と、を備えることを特徴とする。

また、前記第２プラズマ生成ソース部は、上部電極部の外周に連結されて上部電極部と共にチャンバの上部面を形成する平板型の誘電体板と、前記誘電体板の上面に安置されるコイル電極と、からなることを特徴とする。

また、前記コイル電極は、上部電極部の外周を取り囲む平面螺旋形であることを特徴とする。

また、前記第２プラズマ生成ソース部は、コイル電極を取り囲むように設けられた磁性体をさらに備えることを特徴とする。

また、前記電力供給部は、第１プラズマ生成ソース部に高周波電力を供給する第１高周波電力供給部と、第２プラズマ生成ソース部に高周波電力を供給する第２高周波電力供給部と、を備えることを特徴とする。

また、前記第１プラズマ生成ソース部に供給される高周波電力が、第２プラズマ生成ソース部に供給される高周波電力よりも高い周波数を有することを特徴とする。
また、前記上部電極部は、前記チャンバに反応ガスを導入するための複数の穴を有することを特徴とする。
また、前記チャンバは、円筒形であり、内部圧力が０．３〜１０ｍＴｏｒｒであることを特徴とする。
また、本発明は、プラズマ生成空間を有するチャンバを備えるプラズマ生成装置であって、前記チャンバ内に位置し、半導体基板の安置部が備えられた下部電極部と、前記下部電極部と対向してチャンバ内に位置して第１プラズマ生成ソース部を形成する上部電極部と、前記上部電極部の外周で上部電極部の下面よりも高い位置に形成され、上部電極部の外周に連結されて上部電極部と共にチャンバの上部面を形成するドーム形状の誘電体板と、前記誘電体板の上面に設けられるコイル電極とで構成される第２プラズマ生成ソース部と、前記第１及び２プラズマ生成ソース部に電力を供給する電力供給部と、を備えることを特徴とする。

また、前記コイル電極は、上部電極部の外周を取り囲むように設けられた円錘形を有し、その回転半径が増加するほど前記上部電極部の下面に対して高さが減少することを特徴とする。

また、前記コイル電極は、最も外側に位置したコイル電極と下部電極部の安置部との距離が、上部電極部と下部電極部の安置部との距離よりも大きいことを特徴とする。

また、前記第２プラズマ生成ソース部は、前記コイル電極によって生成された磁界を前記コイル電極の下部に集中させるように設けられた磁性体をさらに備えることを特徴とする。

前記電力供給部は、第１及び第２プラズマ生成ソース部にそれぞれ設けられて高周波電力を供給することを特徴とする。

また、前記第１プラズマ生成ソース部に供給される高周波電力が、第２プラズマ生成ソース部に供給される高周波電力よりも高い周波数を有することを特徴とする。

前記上部電極部は、前記チャンバに反応ガスを導入するための複数の穴を有することを特徴とする。
また、前記チャンバは、円筒形であり、内部圧力が０．３〜１０ｍＴｏｒｒであることを特徴とする。
また、本発明は、半導体基板を支持する安置部を有する下部電極部と、前記下部電極部と対向して位置し、前記下部電極部と共に第１プラズマ生成ソース部を形成する上部電極部とを内部に備える第１チャンバと、前記第１チャンバの上面に配置されて所定の高さを有し、前記上部電極部の外周を取り囲むように設けられた第２チャンバと、前記第１チャンバと第２チャンバとを連通させるように第１チャンバの上部面と第２チャンバ下部面に形成された開口部と、前記第２チャンバの上面に形成される第２プラズマ生成ソース部と、前記第１及び第２プラズマ生成ソース部に電力を供給する電力供給部と、を備えることを特徴とするプラズマ生成装置を提供する。

また、前記第２チャンバの内側及び外側壁面と上部面が誘電体から形成され、第２プラズマ生成ソース部は、前記２チャンバの上面に安置されるコイル電極を備えることを特徴とする。

また、前記第２プラズマ生成ソース部は、コイル電極を取り囲むように設けられた磁性体をさらに備えることを特徴とする。

また、前記第２プラズマ生成ソース部と下部電極部の安置部との距離が、上部電極部と下部電極部の安置部との距離よりも大きいことを特徴とする。

また、前記第２チャンバは、下部電極部の安置部に安置される半導体基板の縁部が前記第２チャンバの開口部と対向するように位置することを特徴とする。

また、前記第２チャンバは、希ガスを供給するための希ガス供給装置をさらに備えることを特徴とする。
また、前記第１プラズマ生成ソース部に供給される電力が第２プラズマ生成ソース部に供給される電力よりも高い周波数を有することを特徴とする。
また、前記上部電極部は、前記チャンバに反応ガスを導入するための複数の穴を有することを特徴とする。
また、前記チャンバは、円筒形であり、内部圧力が０．３〜１０ｍＴｏｒｒであることを特徴とする。

一方、本発明は、１次的に、第１プラズマ生成ソースの外周において第１プラズマ生成ソースよりも高い位置に形成される第２プラズマ生成ソースを通じてプラズマを生成し、２次的に、プラズマが１次的に生成されて所定時間が経過すると、第２プラズマ生成ソースを通じてプラズマを生成することを特徴とするプラズマ生成方法を提供する。

また、前記第１プラズマ生成ソースは、誘導結合型プラズマ生成ソースで構成し、前記第２プラズマ生成ソースは、容量結合型プラズマ生成ソースで構成し、プラズマ生成領域の内部圧力は０．３〜１０ｍＴｏｒｒとすることを特徴とする。

また、前記第２プラズマ生成ソースに供給される高周波電力の強度を調節することによってプラズマの密度を制御することを特徴とする。

また、本発明は、反応空間を形成する第１チャンバと、前記第１チャンバ内において相対向するように配置されて第１プラズマ生成領域を形成する上部及び下部電極を備える第１プラズマ生成ソースと、コイル電極を備え、前記上部電極の外周に配置され、前記第１プラズマ生成領域から所定距離離れて第２プラズマ生成領域を形成する第２プラズマ生成ソースと、前記第１及び第２プラズマ生成ソースに高周波電力を供給する複数の電力供給源と、を備えてなり、前記第２プラズマ生成領域で生成されたプラズマの電子は、低い電子温度を有する反応空間に所定距離拡散されることを特徴とするプラズマ生成装置を提供する。

また、前記第２プラズマ生成ソースは、前記第１チャンバの上面に配置される第２プラズマ生成領域を形成し、上面にコイル電極が配置される第２チャンバと、前記第１チャンバ及び第２チャンバを連通させて、前記第２プラズマ生成領域で生成されたプラズマを前記第１生成領域に拡散させる開口部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、内部に相対向するように配置され、第１高周波電力を供給することによって撒かれるガスからプラズマを生成する上部の第１電極及び下部の第２電極を内部に含むチャンバと、前記第１電極の外周を取り囲むように前記チャンバの外面に配置され、前記第１電極の下面よりも高い位置に設けられ、供給される前記第１高周波電力よりも低い周波数を有する第２高周波電力を供給することによってプラズマを生成する外側プラズマ生成ソースと、を備えることを特徴とするプラズマ生成装置を提供する。

また、前記外側プラズマ生成ソースは、コイル電極を備えることを特徴とする。
また、前記外側プラズマ生成ソースは、前記コイル電極が安置される誘電体板をさらに備えることを特徴とする。
また、前記外側プラズマ生成ソースは、前記コイル電極の上面及び側面を取り囲み、高い透磁性を有する磁性体をさらに備えることを特徴とする。
また、前記誘電体板は、ドーム形状に形成されることを特徴とする。

前記第１チャンバの外周を取り囲み、上部に配置される外側プラズマ生成ソースを有してプラズマを前記第２チャンバ内に生成させる第２チャンバをさらに備えることを特徴とする。

本発明のプラズマ生成装置によれば、容量結合型プラズマ生成ソースが形成する主プラズマ生成空間と所定距離離れて誘導結合型プラズマ生成ソースを設置したため、高温の電子が低温状態で当該主プラズマ生成空間に供給され、低圧状態で高密度のプラズマを形成すると同時に高いエッチング選択比を得ることが可能になる。

以下、本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施例によるプラズマ生成装置の構成を示す断面図である。
図１を参照すると、本実施例によるプラズマ生成装置は、プラズマ生成空間を形成するチャンバ１、チャンバ内部の下側に位置する下部電極３、下部電極３と対向して配置され、下部電極３と共に容量結合型プラズマ生成ソースを形成する上部電極２、上部電極２の外周で上部電極の縁部と連結されて上部電極２と共にチャンバ１の上部面を形成する誘導結合型プラズマ生成ソース部３０と、で構成される。

本実施例でチャンバは円筒形としたが、これに限定されず、それ以外の形状にしても良い。また、チャンバ１は、０．３〜１０ｍＴｏｒｒ以下の低い内部圧力で運転され、エッチング工程時に微細なパターン形成を容易にする特性を持つ。

上部電極２は、ガスダクト２３を介してガスバルブ２１及びガス供給源２２につながる複数のガス吹込み穴４を有し、これらのガス吹込み穴４はガスバルブ２１の動作によって供給される反応ガスをチャンバ１中に取り込む機能を担う。このエッチング工程にはＣ６Ｆ６またはＣ４Ｆ８の反応ガスが用いられる。

複数のガス吹込み穴４によって反応ガスが主プラズマ生成空間１０に均一に吹き込まれるため、チャンバ１中に生成されるプラズマの分布が均一になり、よって、エッチング工程で処理しようとする半導体基板５全体に対して均一なエッチングがなされることができる。

上部電極２は、高周波（以下、ＲＦ）電力案内システム１３と第１マッチングシステム１２を介して第１ＲＦ電力供給部１１につながり、ＲＦ電力が供給されると、下部電極３と共に形成するキャパシタ特性によって放電がなされてプラズマが形成される。上部電極２には、例えば、略１００〜２００ＭＨｚの略５００〜２０００ＷのＲＦ電力が供給されることができる。

一方、下部電極３は、サセプタ６（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）上に設置され、該サセプタ６は、上部電極２との間隔を調整する、または、半導体基板５を加熱、冷却及び固定する機能を果たすために様々なシステムを備える。

下部電極３の上面は、処理しようとする半導体基板５が安置される構造を有することができる。あるいは、下部電極３上には安置部（図示せず）を配置し、その上に安置される半導体基板５を支持するようにしても良い。下部電極３は、接地電位で維持されるか、または、第２マッチングシステム１５を介してバイアス電力供給部１４に接続されてバイアスされる。例えば、下部電極３は、略１３ＭＨｚの略２０００ＷのバイアスＲＦ電力が供給されることができる。

一方、誘導結合型プラズマ生成ソース部３０は、上部電極２の周縁に連結されてチャンバ１の上部面を形成する平板型の誘電体板８と、誘電体板８の上面に安置され、上部電極２の外周を取り囲む形態に巻かれたコイル電極７と、で構成される。

コイル電極７は、少なくとも１個の回転部を備え、最も内部にある回転部の回転直径が上部電極２の外周直径よりも大きく形成される。また、コイル電極７が安置される誘電体板８の上部面が、上部電極２の下部面よりも高く位置するようにし、コイル電極７と下部電極３との距離を、上部電極２と下部電極３との間隔よりも大きくする。

一方、コイル電極７の巻き方は、環状や螺旋状など公知方式のいずれかにすれば良い。

コイル電極７は、第３マッチングシステム１７を介して上部電極２とは別に第２ＲＦ電力供給部１６からＲＦ電力が供給されるが、通常、上部電極２に供給されるＲＦ電力よりも低い周波数の電力が供給され、例えば、略２ＭＨｚの略５００〜１０００ＷのＲＦ電力が供給される。また、コイル電極７に供給されるＲＦ電力を増減させることによってプラズマ密度を所望のレベルに維持することができる。

コイル電極７にＲＦ電力が供給されると、誘電体板８下部面の下のチャンバ１の領域に放電が起きてプラズマが生成される。

チャンバ１の内部は低圧で運転されるので、上部電極２による放電が初期には起きない。このため、コイル電極７の放電によって１次的なプラズマ生成及び点火（ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が起き、これにより、反応ガスが吹き込まれる主プラズマ生成空間１０にある程度の初期プラズマ密度が形成されたら、上部電極２の放電による２次的なプラズマ生成及び点火が誘導され、二つのプラズマ生成ソースによる高密度のプラズマが生成される。

この際、コイル電極７が上部電極２の外周において上部電極２よりも高い位置に形成され、上部電極２と下部電極３によって形成される主プラズマ生成空間１０からある程度離れているため、プラズマ中の電子の温度が低くなり、その結果、高いエッチング選択比が得られるようになる。

すなわち、コイル電極７の下部に近接するチャンバ１の領域で放電がおきると、放電の起きた位置と主プラズマ生成空間１０との距離が遠いため、電子が主プラズマ生成空間１０に拡散される過程で粒子間衝突を起こす確率が高まり、結果として電子がエネルギーを失うことになるわけである。

また、コイル電極７がチャンバ１の縁部に位置するため、プラズマ生成空間１０の中央に比べて縁部でプラズマの密度が減少する問題点を解消でき、その結果、処理しようとする半導体基板５全体に対して均一なプラズマ密度を得ることが可能になる。

一方、コイル電極７が上部電極２よりも高い位置に形成されるため、コイルをチャンバ１に巻く際における上部電極２と下部電極３間の間隔増加を防止できる。

したがって、チャンバ１の反応空間の滞積が減少し、反応ガスが初期に吹き付けられてから半導体基板５の処理領域を抜け出るまでにかかる滞留時間（ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ）が減少するため、より高いエッチング選択比を得ることができる。

本実施例で上部電極２と下部電極３間の間隔は、処理しようとする半導体基板５の直径よりもはるかに小さく、好ましくは略２０〜４０ｍｍに維持される。

図２は、本発明の他の実施例によるプラズマ生成装置の構成を示す断面図である。本実施例において、図１に示す実施例と重複する構成要素には同じ図面符号を付し、その説明は省略する。

本実施例によるプラズマ生成装置では、誘導結合型プラズマ生成ソース部１３０が、誘電体板１０８、コイル電極１０７、及びコイル電極１０７の上部及び両側部を取り囲み、かつ高透磁率を持つ磁性体１０９からなる点に特徴がある。

磁性体１０９は、コイル電極１０７によって発生する磁気フラックス（ｆｌｕｘ）がコイル電極１０９の真下の領域に集中するようにし、コイル電極１０７によるエネルギーがチャンバ１の側面のような不要な領域に損失されるのを防止でき、その結果、主プラズマ生成空間１０のように必要な領域で高密度のプラズマが得られる。

図３に、図２の実施例によるプラズマ生成装置において磁性体１０９による影響をシミュレーションした結果が、磁場強度によって相異なる陰影で示されている。ここで、領域１は、磁場強度が１番目に高い領域を指し、領域２は、磁場強度が２番目に高い領域を指し、領域３は、磁場強度が３番目に高い領域を指し、領域４は、磁場強度が４番目に高い領域を指す。図３に示すように、磁場の強度は順次減少し、コイル電極１０７に近接する領域で集中することは明らかである。

本実施例のプラズマ生成装置の作動方法は、図１に示す実施例と略同様である。

図４は、本発明のさらに他の実施例によるプラズマ生成装置の構成を示す断面図である。本実施例において、図１に示す実施例と重複する構成要素には同じ図面符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のプラズマ生成装置では、誘導結合型プラズマ生成ソース２３０が、ドーム形状の誘電体板２０８と、該の誘電体板２０８の上面に安置される３次元形状のコイル電極２０７とを備える。

コイル電極２０７は、上部電極２の下面に対して相異なる高さを有する３つの回転部を含み、上部電極２の外周を取り囲む形態に構成される。本実施例ではコイル電極２０７の回転部の個数を３つとしたが、これに限定されず、それ以外の個数の回転部にしても良い。同様に、図４の実施例ではドーム形状の誘電体板２０８が示されているが、これに限定されることはなく、誘電体板は、コイル電極２０７の回転部が上部電極２の下面に対して相異なる高さで配置されうるようないずれの形状にしても良い。

コイル電極２０７の回転部は、コイル電極２０７の回転直径が増加するほどその高さが減少するので、最外側の回転部と下部電極３との距離が最内側の回転部と下部電極３との距離よりも短く、かつ、最外側の回転部と下部電極３との距離が図１の実施例における下部電極３とコイル電極７との距離よりも短い。したがって、処理しようとする半導体基板５の縁部に対向する領域におけるプラズマ密度の減少をより效率的に解消可能になる。ドーム形状の誘電体板２０８に円錘形にコイル電極２０７を巻いても、これによって上部電極２と下部電極３間の間隔が増加してはならなく、また、コイル電極２０７と主プラズマ生成空間１０との距離が減少してはならない。

本実施例のプラズマ生成装置の作動方法は、図１に示す実施例と略同様である。

図５は、本発明のさらに他の実施例によるプラズマ生成装置の構成を示す断面図である。本実施例において、図１に示す実施例と重複する構成要素には同じ図面符号を付し、その説明は省略する。

本実施例によるプラズマ生成装置は、向かい合う上部電極２と下部電極３とからなる容量結合型プラズマ生成ソースを備える第１チャンバ３０１と、第１チャンバ３０１の上部外面に設けられて、所定高さを持ちながら上部電極２の外周を取り囲む第２チャンバ３０８とで構成され、第１チャンバ３０１と第２チャンバ３０８との間には両チャンバ３０１，３０８を連通させるように開口部３２６が形成される。

なお、第２チャンバ３０８は、その内部に第２プラズマ生成空間３００を限定する、誘電体板からなる内側壁３０８ａ、外側壁３０８ｂ及び上部面３０８ｃを有し、上部面３０８ｃにはコイル電極３０７が安置されて誘導結合型プラズマ生成ソース部３３０を形成し、コイル電極３０７に高周波電力が加えられると所定高さを持つ第２プラズマ生成空間３００に放電が発生する。第２チャンバ３０８は、上部電極２の外周に配置される環形の第２プラズマ生成空間３００によって限定されても良い。

放電の起きた第２チャンバ３０８の環形の内部のプラズマ生成空間３００は、第１チャンバ３０１内部の主プラズマ生成空間１０と離れて位置するため、第２チャンバ３０８中に生成された電子の温度が主プラズマ生成空間１０中に拡散される際に低くなり、その結果、高いエッチング選択比を得ることができる。

コイル電極３０７下部に近接する第２チャンバ３０８の領域で放電が起きると、イオンよりも重さの軽い電子がより迅速に開口部３２６を通って第１チャンバ３０１側へ移動し、その結果、放電の発生する領域では瞬間的に陽電圧が形成される。

すなわち、以降発生する電子は、上記陽電圧による電気的引力を克服しつつ移動する過程、及び第１チャンバ３０１の主プラズマ生成空間１０へ移動中に発生する粒子間衝突によってエネルギーを失う点とによって、低い温度の状態で主プラズマ生成空間１０に到達し、エッチング選択比が向上するわけである。

下部電極３の縁部には、第２チャンバの開口部３２６と対向する遮蔽リング３０９を設置して電子の損失を防ぎ、処理しようとする半導体基板５の縁部が第２チャンバ３０８の開口部３２６と対向して配置されるように、第２チャンバ３０８の内側壁面の内径は処理しようとする半導体基板５の直径よりも小さく設計し、半導体基板５の縁部におけるプラズマ密度減少を防止する。

本実施例においてエッチング選択比を向上させるための他の方法には、第２チャンバ３０８に別途にアルゴンのような希ガスを取り込む方法がある。この方法において、第２チャンバ３０８で放電された電子とアルゴンとの衝突状態によって形成されるアルゴンイオン、アルゴン粒子及び励起状態のアルゴン粒子などが第１チャンバ３０１に流入し、上部電極２のガス吹込み穴４から吹き付けられる反応ガスを希釈して反応空間内での滞留時間を減少させ、エッチング選択比を向上させるようになる。

図５には、第２チャンバ３０８の外側壁面に希ガス導入口が形成される場合が例示されている。希ガス導入口３２５は、希ガスバルブ３２３及び希ガス滞積部３２４とつながり、希ガスバルブ３２３の動作によって供給される希ガスを第２チャンバ３０８に取り込む。この希ガス導入口３２５は、第２チャンバ３０８の上部面３０８ｃまたは内側壁面３０８ａに形成されても良い。

本実施例のプラズマ生成装置の作動方法は、図１に示す実施例と略同様である。なお、図５の実施例では、第１及び第２チャンバの形状を円筒形及び環形にそれぞれ形成したが、これに限定されず、第１及び第２チャンバは他の構造にしても良い。

本発明の一実施例によるプラズマ生成装置の構成を示す断面図である。 本発明の他の実施例によるプラズマ生成装置の構成を示す断面図である。 図２の実施例によるプラズマ生成装置において磁性体の影響をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明のさらに他の実施例によるプラズマ生成装置の構成を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施例によるプラズマ生成装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ チャンバ
２ 上部電極
３ 下部電極
７，１０７，２０７，３０７ コイル電極
８，１０８，２０８ 誘電体板
１０ 主プラズマ生成空間

Claims (36)

1. プラズマ生成空間を有するチャンバを備えるプラズマ生成装置であって、
   前記チャンバ内に位置し、半導体基板の安置部が備えられた下部電極部と、
   前記下部電極部と対向してチャンバ内に位置し、第１プラズマ生成ソース部を形成する上部電極部と、
   前記上部電極部の外周で上部電極部の下面よりも高い位置に形成される第２プラズマ生成ソース部と、
   前記第１及び第２プラズマ生成ソース部に電力を供給する電力供給部と、を備える、プラズマ生成装置。
2. 前記第２プラズマ生成ソース部は、
   上部電極部の外周に連結されて上部電極部と共にチャンバの上部面を形成する平板型の誘電体板と、
   前記誘電体板の上面に安置されるコイル電極と、からなる、請求項１に記載のプラズマ生成装置。
3. 前記コイル電極は、上部電極部の外周を取り囲む平面螺旋形である、請求項２に記載のプラズマ生成装置。
4. 前記第２プラズマ生成ソース部は、コイル電極を取り囲むように設けられた磁性体をさらに備える、請求項２に記載のプラズマ生成装置。
5. 前記電力供給部は、
   第１プラズマ生成ソース部に高周波電力を供給する第１高周波電力供給部と、
   第２プラズマ生成ソース部に高周波電力を供給する第２高周波電力供給部と、を備える、請求項１に記載のプラズマ生成装置。
6. 前記第１プラズマ生成ソース部に供給される高周波電力が、第２プラズマ生成ソース部に供給される高周波電力よりも高い周波数を有する、請求項５に記載のプラズマ生成装置。
7. 前記上部電極部は、前記チャンバに反応ガスを導入するための複数の穴を有する、請求項１に記載のプラズマ生成装置。
8. 前記チャンバは、円筒形であり、内部圧力が０．３〜１０ｍＴｏｒｒである、請求項１に記載のプラズマ生成装置。
9. プラズマ生成空間を有するチャンバを備えるプラズマ生成装置であって、
   前記チャンバ内に位置し、半導体基板の安置部が備えられた下部電極部と、
   前記下部電極部と対向してチャンバ内に位置して第１プラズマ生成ソース部を形成する上部電極部と、
   前記上部電極部の外周で上部電極部の下面よりも高い位置に形成され、上部電極部の外周に連結されて上部電極部と共にチャンバの上部面を形成するドーム形状の誘電体板と、前記誘電体板の上面に設けられるコイル電極とで構成される第２プラズマ生成ソース部と、
   前記第１及び２プラズマ生成ソース部に電力を供給する電力供給部と、を備える、プラズマ生成装置。
10. 前記コイル電極は、上部電極部の外周を取り囲むように設けられた円錘形を有し、その回転半径が増加するほど前記上部電極部の下面に対して高さが減少する、請求項９に記載のプラズマ生成装置。
11. 前記コイル電極は、最も外側に位置したコイル電極と下部電極部の安置部との距離が、上部電極部と下部電極部の安置部との距離よりも大きい、請求項１０に記載のプラズマ生成装置。
12. 前記第２プラズマ生成ソース部は、前記コイル電極によって生成された磁界を前記コイル電極の下部に集中させるように設けられた磁性体をさらに備える、請求項９に記載のプラズマ生成装置。
13. 前記電力供給部は、第１及び第２プラズマ生成ソース部にそれぞれ設けられて高周波電力を供給する、請求項９に記載のプラズマ生成装置。
14. 前記第１プラズマ生成ソース部に供給される高周波電力が、第２プラズマ生成ソース部に供給される高周波電力よりも高い周波数を有する、請求項９に記載のプラズマ生成装置。
15. 前記上部電極部は、前記チャンバに反応ガスを導入するための複数の穴を有する、請求項９に記載のプラズマ生成装置。
16. 前記チャンバは、円筒形であり、内部圧力が０．３〜１０ｍＴｏｒｒである、請求項９に記載のプラズマ生成装置。
17. 半導体基板を支持する安置部を有する下部電極部と、前記下部電極部と対向して位置し、前記下部電極部と共に第１プラズマ生成ソース部を形成する上部電極部とを内部に備える第１チャンバと、
    前記第１チャンバの上面に配置されて所定の高さを有し、前記上部電極部の外周を取り囲むように設けられた第２チャンバと、
    前記第１チャンバと第２チャンバとを連通させるように第１チャンバの上部面と第２チャンバ下部面に形成された開口部と、
    前記第２チャンバの上面に形成される第２プラズマ生成ソース部と、
    前記第１及び第２プラズマ生成ソース部に電力を供給する電力供給部と、を備える、プラズマ生成装置。
18. 前記第２チャンバの内側及び外側壁面と上部面が誘電体から形成され、第２プラズマ生成ソース部は、前記２チャンバの上面に安置されるコイル電極を備える、請求項１７に記載のプラズマ生成装置。
19. 前記第２プラズマ生成ソース部は、コイル電極を取り囲むように設けられた磁性体をさらに備える、請求項１８に記載のプラズマ生成装置。
20. 前記第２プラズマ生成ソース部と下部電極部の安置部との距離が、上部電極部と下部電極部の安置部との距離よりも大きい、請求項１７に記載のプラズマ生成装置。
21. 前記第２チャンバは、下部電極部の安置部に安置される半導体基板の縁部が前記第２チャンバの開口部と対向するように位置する、請求項１７に記載のプラズマ生成装置。
22. 前記第２チャンバは、希ガスを供給するための希ガス供給装置をさらに備える、請求項１７に記載のプラズマ生成装置。
23. 前記第１プラズマ生成ソース部に供給される電力が第２プラズマ生成ソース部に供給される電力よりも高い周波数を有する、請求項１７に記載のプラズマ生成装置。
24. 前記上部電極部は、前記チャンバに反応ガスを導入するための複数の穴を有する、請求項１７に記載のプラズマ生成装置。
25. 前記チャンバは、円筒形であり、内部圧力が０．３〜１０ｍＴｏｒｒである、請求項１７に記載のプラズマ生成装置。
26. １次的に、第１プラズマ生成ソースの外周において第１プラズマ生成ソースよりも高い位置に形成される第２プラズマ生成ソースを通じてプラズマを生成し、
    ２次的に、プラズマが１次的に生成されて所定時間が経過すると、第２プラズマ生成ソースを通じてプラズマを生成する、プラズマ生成方法。
27. 前記第１プラズマ生成ソースは、誘導結合型プラズマ生成ソースで構成し、
    前記第２プラズマ生成ソースは、容量結合型プラズマ生成ソースで構成し、
    プラズマ生成領域の内部圧力は０．３〜１０ｍＴｏｒｒとする、請求項２６に記載のプラズマ生成方法。
28. 前記第２プラズマ生成ソースに供給される高周波電力の強度を調節することによってプラズマの密度を制御する、請求項２６に記載のプラズマ生成方法。
29. 反応空間を形成する第１チャンバと、
    前記第１チャンバ内において相対向するように配置されて第１プラズマ生成領域を形成する上部及び下部電極を備える第１プラズマ生成ソースと、
    コイル電極を備え、前記上部電極の外周に配置され、前記第１プラズマ生成領域から所定距離離れて第２プラズマ生成領域を形成する第２プラズマ生成ソースと、
    前記第１及び第２プラズマ生成ソースに高周波電力を供給する複数の電力供給源と、を備えてなり、
    前記第２プラズマ生成領域で生成されたプラズマの電子は、低い電子温度で前記反応空間に所定距離拡散される、プラズマ生成装置。
30. 前記第２プラズマ生成ソースは、
    前記第１チャンバの上面に配置される第２プラズマ生成領域を形成し、上面にコイル電極が配置される第２チャンバと、
    前記第１チャンバ及び第２チャンバを連通させて、前記第２プラズマ生成領域で生成されたプラズマを前記第１生成領域に拡散させる開口部と、を備える、請求項２９に記載のプラズマ生成装置。
31. 相対向するように配置され、第１高周波電力を供給することによって撒かれるガスからプラズマを生成する上部の第１電極及び下部の第２電極を内部に含むチャンバと、
    前記第１電極の外周を取り囲むように前記チャンバの外面に配置され、前記第１電極の下面よりも高い位置に設けられ、供給される前記第１高周波電力よりも低い周波数を有する第２高周波電力を供給することによってプラズマを生成する外側プラズマ生成ソースと、を備える、プラズマ生成装置。
32. 前記外側プラズマ生成ソースは、コイル電極を備える、請求項３１に記載の装置。
33. 前記外側プラズマ生成ソースは、前記コイル電極が安置される誘電体板をさらに備える、請求項３２に記載の装置。
34. 前記外側プラズマ生成ソースは、前記コイル電極の上面及び側面を取り囲み、高い透磁性を有する磁性体をさらに備える、請求項３３に記載の装置。
35. 前記誘電体板は、ドーム形状に形成される、請求項３３に記載の装置。
36. 前記第１チャンバの外周を取り囲み、上部に配置される外側プラズマ生成ソースが備えられてプラズマが内部に生成される第２チャンバをさらに備える、請求項３１に記載の装置。

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