JP2629610B2 - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波プラズマ処
理装置に係り、特にプラズマ中のイオンによって固体表
面のエッチングを行うのに好適なプラズマ処理装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術には、特公昭５６−３７３１
１号に記載のように、マイクロ波と磁場とを用いたプラ
ズマ処理手段と、１００ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの交流電圧
を試料に印加する手段とを併用して試料をエッチング処
理するものがあった。しかし、交流電圧に１０ＭＨｚ以
上の高周波を用いる点については考慮されていなかっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、１０
ＭＨｚ以上の周波数の交流電圧を用いたものについては
考慮されておらず、実際には電波法および工業技術の制
約により、４００ＫＨｚまたは８００ＫＨｚの低周波域
の発振源しか用いることができず、さらにエッチング速
度を向上させる上で限界があるという問題があった。

【０００４】 本発明の目的は、エッチング速度を向上
させ、さらに優れた加工特性を得ることのできるマイク
ロ波プラズマ処理装置を提供することにある。

【０００５】 〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、マイクロ波を発振する手段と、該手段に連
結されマイクロ波を伝播する導波管と、該導波管に連結
され内部にプラズマ生成領域を有する放電部と、前記放
電部のプラズマ生成領域の外周に設置され磁場を発生す
る手段と、 前記放電部とは独立し、かつ該放電部に連
通し、試料台の方向に断面がテーパ状に拡大し、前記放
電部で生成されたプラズマを前記試料台に向けて輸送す
る輸送空間と、輸送されてきた前記プラズマの流れを横
切る位置に試料設置面が設けられた前記試料台と、前記
プラズマ生成領域に連通し前記試料台が設けられた空間
を減圧排気する手段と、前記放電部に処理ガスを供給す
る手段と、コンデンサを介して前記試料台に接続され該
試料台に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加す
るバイアス用電源手段とを具備したことにより達成され
る。

【０００６】 〔作用〕 従来技術の低周波放電を用いた場合、高真空圧力中でマ
イクロ波によって励起された、処理ガスの原子や分子の
イオンは、交流電圧の周期が長いため移動距離が長くな
り、トラップされることなく試料に到達する。このと
き、低周波放電の電気力線が試料に垂直に作用している
のであれば、イオンは試料に対し垂直に入射してくる確
率が高くなるが、電気力線が試料に垂直に作用していな
い場合は試料に対する方向性をもたせることが困難とあ
る。

【０００７】 本発明では、放電部とは独立し、マイク
ロ波によって励起されたプラズマを、プラズマ流として
試料近傍に輸送する輸送空間が設けられている。この輸
送空間の形状を、マイクロ波の進行方向に断面を拡大し
たテーパ状に構成することにより、プラズマ流を乱すこ
となく輸送できる。また、上記と同じ構成とすることに
よって、プラズマの無駄な拡大発散が抑制されデッドス
ペースを生じることがないので、プラズマを有効に働か
せエッチング速度が向上するという利点がある。また、
試料台に高周波電圧を印加することにより試料台にバイ
アス電位を生成させ、高周波電源の電力を制御すること
により該バイアス電位を制御し、生成したプラズマとは
無関係にプラズマ中のイオンエネルギーを制御できるの
で、優れた加工特性が得られるという利点もある。本発
明のように１３．５６ＭＨｚのような高周波放電を用い
ると、交流電圧の周期が短いためにイオンの移動距離が
短くなり、イオンがトラップされる。ここで、試料台と
高周波発振源との間にブロッキングコンデンサーを入
れ、試料台をアース電位から浮かせた形にすると、上述
のトラップ現象により、試料台に直流電位が定常的に存
在するようになる。この直流電位（アース電位に対し、
マイナス側に滞電する）とプラズマ電位（正電位）との
差によって、試料近傍にイオンシースが形成され、高周
波放電の電気力線に係わりなく、イオンが試料に対し垂
直に入射するようになる。また、この電位差により、イ
オンが運動エネルギーを得るため、試料の処理速度が低
周波放電を利用するのに比べ向上する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１と図２とによ
り説明する。

【０００９】 図１において、真空容器であるプラズマ
室１内には、試料３を配置する試料台２が設けてある。
試料台２には、コンデンサ４を介して交流電圧を印加す
るバイアス用電源手段としての高周波電源５が接続され
ている。

【００１０】 高周波電源５は、１３．５６ＭＨｚの高
周波を発振する。高周波電源５の他方は、アースされて
いる。試料台２の周辺には、アース電極６が設けられて
いる。アース電極６はアースされている。試料台２の試
料面に対向する側には、プラズマ室１の端部１ａを囲む
ように導波管７が設けてある。導波管７の端部にはマイ
クロ波発振源８が取り付けてある。すなわち導波管７は
マイクロ波発振源８に連結されマイクロ波を伝播する。
マイクロ波発振源８には、直流電源９が接続されてい
る。マイクロ波発振源８は、例えば２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を発振する手段である。プラズマ室１の端部１
ａ周辺には、導波管７を介して、後述する放電部のプラ
ズマ生成領域に設置され磁場を発生する手段としての磁
石１０が設けてある。ここで、放電部とは、内部にプラ
ズマ生成領域を有するプラズマ室１の一部分であり、導
波管７と磁石１０とに囲まれた端部１ａ周辺の内部、す
なわち端部１ａ内を指している。

【００１１】 プラズマ室１の端部１ａの反対側には、
プラズマ生成領域に連通し試料台２が設けられた空間を
減圧排気する手段としての図示してない排気装置に継な
がる、排気口が設けてある。また、プラズマ室１の端部
１ａ付近には、上記減圧排気された空間に処理ガスを供
給する手段としての図示してないガス供給装置からプラ
ズマ室１の端部１ａ内に処理ガスを導入する、ガス導入
口１２が設けてある。

【００１２】 上記構成により、プラズマ室１の端部１
ａ内に処理ガスを供給し、プラズマ室１を所定圧力に減
圧排気した状態で、マイクロ波発振源８からマイクロ波
を発振する。マイクロ波は導波管７に導かれ、前記放電
部と導波管７との間に設置されマイクロ波透過部材で形
成されたマイクロ波導入部としての端部１ａを透過して
端部１ａ内に入る。端部１ａ内の処理ガスは、マイクロ
波によって励起されプラズマとなる。この時、磁石１０
によって端部１ａ内に磁場を発生させ、より強いプラズ
マ１１を発生させるとともに、磁場の制御によってプラ
ズマ１１を試料３の近傍の方へマイクロ波の進行方向に
断面を拡大したテーパ状の輸送空間を経て輸送する。こ
のように、端部１ａ内（放電部）で生成されたプラズマ
１１を試料近傍に輸送する空間の形状を、マイクロ波の
進行方向に断面を拡大したテーパ状に構成することによ
り、プラズマ１１が該テーパ形状に沿ってプラズマ流を
乱すことなく整然と輸送される。また、上記と同じ構成
とすることによって、プラズマの無駄な拡大発散が抑制
されデッドスペースを生じることがない。従って、プラ
ズマを有効に働かせエッチング速度が向上する。試料台
２に高周波電圧を印加することによって、試料３の近傍
に輸送されてきたプラズマ１１に高周波放電を発生さ
せ、試料台２にバイアス電位を生成させる。試料台２の
バイアス電位により高周波放電によるプラズマ中のイオ
ンが試料３に垂直に入射して試料３がエッチングされ
る。

【００１３】 また、高周波電源５の電力を制御するこ
とによって、試料台２のバイアス電位を制御してマイク
ロ波および磁場の作用によって生成したプラズマ１１と
は無関係に、プラズマ中のイオンエネルギーを制御でき
る。これにより、優れた加工特性が得られる。

【００１４】図２に、処理ガスとしてＳＦ₆，ガス圧力
を５．２×１０~²Ｐａ，マイクロ波電力を２５０Ｗとし
た条件で、各周波数の交流電圧を試料台２に印加した場
合の全印加電圧Ｖｐｐと自己バイアス電圧Ｖｄｃとの関
係を示す。

【００１５】図２によれば、全印加電圧Ｖｐｐが大きく
なるに従い、自己バイアス電圧Ｖｄｃも大きくなってい
る。また、同一全印加電圧Ｖｐｐに対して、周波数が高
くなるにつれて自己バイアス電圧Ｖｄｃも大きくなって
いる。すなわち、低周波である８００ＫＨｚ〜１０ＭＨ
ｚに比べて高周波である１３．５６ＭＨｚの方が、同一
全印加電圧Ｖｐｐに対して自己バイアス電圧Ｖｄｃが大
きい。

【００１６】以上、本一実施例によれば、１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波を用いることにより、同一全印加電圧Ｖｐ
ｐに対し自己バイアス電圧Ｖｄｃを大きくすることがで
き、それだけ、イオンを加速するためのエネルギーが大
きくなり、エッチング速度を向上させることができる。
逆に、小さい入力電力でイオンの加速を制御できる。

【００１７】また、工業上は、８００ＫＨｚや１０ＭＨ
ｚ等の低周波発振器は一般に市販されておらず、高周波
発振器では１３．５６ＭＨｚのものが市販されており、
１３．５６ＭＨｚの高周波発振器の方が機器コストが安
い。したがって１３．５６ＭＨｚの高周波発振器を用い
れば、１０ＭＨｚ以下の低周波発振器に比べて、イオン
の制御性が向上し、かつ装置が安価にできる。

【００１８】なお、本一実施例は、プラズマ化手段に電
子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）放電を用いた装置につ
いて記載したが、プラズマ化手段にマイクロ波放電を用
いたものでも同様の効果がある。

【００１９】 〔発明の効果〕 本発明によれば、放電部とは独立しかつ放電部で生成さ
れたプラズマを試料近傍に輸送する輸送空間の形状を、
マイクロ波の進行方向に断面を拡大したテーパ状に構成
し、試料台に生成させたバイアス電位を制御することに
より、かつ、試料台に１３．５６ＭＨｚの高周波放電を
印加することにより、エッチング速度を向上させ、さら
に優れた加工特性を得ることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ処
理装置を示す縦断面図である。

【図２】全印加電圧と自己バイアス電圧の関係を示す図
である。

【符号の説明】

１……プラズマ室 ２……試料台 ４……コンデンサ ５……高周波電
源 ８……マイクロ波発振源 １０……磁石

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波を発振する手段と、該手段に
   連結されマイクロ波を伝播する導波管と、該導波管に連
   結され内部にプラズマ生成領域を有する放電部と、前記
   放電部のプラズマ生成領域の外周に設置され磁場を発生
   する手段と、 前記放電部とは独立し、かつ該放電部に
   連通し、試料台の方向に断面がテーパ状に拡大し、前記
   放電部で生成されたプラズマを前記試料台に向けて輸送
   する輸送空間と、輸送されてきた前記プラズマの流れを横切る位置に試料
   設置面が設けられた前記試料台と 、前記プラズマ生成領域に連通し前記試料台が設けられた
   空間を減圧排気する手段と、前記放電部に処理ガスを供
   給する手段と 、コンデンサを介して前記試料台に接続され該試料台に周
   波数１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加するバイアス
   用電源手段とを具備した ことを特徴とするマイクロ波プ
   ラズマ処理装置。