JP2652547B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理方法

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JP2652547B2 JP63040451A JP4045188A JP2652547B2 JP 2652547 B2 JP2652547 B2 JP 2652547B2 JP 63040451 A JP63040451 A JP 63040451A JP 4045188 A JP4045188 A JP 4045188A JP 2652547 B2 JP2652547 B2 JP 2652547B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、放電によってプラズマを発生させ、このプ
ラズマを用いて被処理物表面に薄膜形成、エッチング、
スパッタリング等のプラズマ処理を行うプラズマ処理方
法に関する。
(従来の技術) 従来より、真空中のプラズマを用いて被処理物、例え
ば半導体ウエハ等の表面を処理する装置例えばプラズマ
エッチング装置等では、真空容器内に一対の対向電極を
配設するとともに、一方の電極に高周波電源を接続して
これを被処理物例えば半導体ウエハの載置台とし、他方
の電極に直流電源のマイナス側を接続し、そして載置台
と対向して配置した電極の背面に磁気コイルを配置した
構成のものが知られている。
このようなプラズマ処理装置では、磁気コイルにより
電極表面に磁界を形成し、この磁界と上記高周波電源に
よる電界の作用によりマグネトロン放電を発生させてプ
ラズマを生成して、被処理物のプラズマ処理が行われ
る。
(発明が解決しようとする課題) ところで、上述したように従来のプラズマ処理装置で
は、被処理物の載置台に高周波電力を印加することによ
りプラズマを発生するように構成しているため、載置台
に大きなセルフバイアスが発生し、このセルフバイアス
がプラズマ処理において悪影響を与えるという問題があ
った。
このセルフバイアスとは、プラズマ中のイオンと電子
の質量差により主に発生するもので、プラズマに高周波
を与えた場合、その質量差によりプラズマ中の電子の移
動度はイオンに対して約1000倍の移動度となり、この結
果、載置台側に電子が集り、例えばマイナス500ボルト
以上の大きなセルフバイアスが発生することになる。
このように大きなセルフバイアスが発生すると、プラ
スの電荷を持つイオンが載置台側に引寄せられるため、
この加速イオンにより被処理物例えば半導体ウエハ等が
格子欠陥等のダメージを受けたり、加速イオンが載置台
をスパッタして処理室内を汚染する等の問題を招き、安
定したプラズマ処理を阻害する原因となっていた。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
もので、プラズマ発生用の高周波電極を被処理物の載置
台と独立して設け、載置台に発生するセルフバイアスを
抑制するとともにプラズマ発生領域と被処理物とを離し
て配置することにより、被処理物にダメージを与えるこ
となく、また、処理環境を健全に保持しながら安定した
プラズマ処理が可能なプラズマ処理方法を提供すること
を目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、真空容器内に設けられ第1の高周波印加手
段と接続されたプラズマ発生用の高周波電極と、 この高周波電極と対向配置された被処理物の載置台
と、 この載置台に接続されたプラズマ処理中に電力供給を
変えられるようにしたセルフバイアス発生用の第2の高
周波印加手段と、 前記高周波電極と前記載置台との間であって前記真空
容器外の位置に設けられた磁気コイルからなり前記高周
波電極に印加された高周波電力により形成された電界に
対して直行する成分を持つ磁界を発生する手段と を具備したプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方
法であって、 前記被処理物上に自然酸化により形成された膜を、前
記第2の高周波印加手段により前記載置台に大きなセル
フバイアスを発生させ加速イオンによりエッチングする
第1の工程と、 前記第1の工程の後、前記第2の高周波印加手段によ
り前記載置台に発生させるセルフバイアスを前記第1の
工程より少なくした状態で、プラズマ処理する第2の工
程と を具備したことを特徴とする。
(作 用) プラズマ発生用の高周波電極を被処理物の載置台と独
立して設け、載置台に発生するセルフバイアスを抑制す
るとともにプラズマ発生領域と被処理物とを離すことが
でき、かつ、セルフバイアス発生用の第2の高周波印加
手段によって任意にセルフバイアスを制御できるので、
被処理物にダメージを与えることなく、また、処理環境
を健全に保持することができ、安定したプラズマ処理が
可能となる。
(実施例) 以下、本発明をプラズマエッチング装置に適用した一
実施例について説明する。まず、第1図〜第3図を参照
して、本発明を適用可能な参考例について説明する。
処理室となる真空容器1内には、高周波電極2および
被処理物載置台3からなる一対の電極が対向して配置さ
れている。
高周波電極2にはプラズマ発生用の高周波電源4が接
続されており、一方、載置台3は接地されており、被処
理物例えば半導体ウエハ3を真空吸着等により固定する
ようになっている。
真空容器1の外側面には、側面に沿ってリング状の磁
気コイル6が配設されており、この磁気コイル6によ
り、例えば100〜500ガウスの磁界Aを載置台3上方にド
ーナツ状に形成するように構成されている。
このような構成のプラズマエッチング装置の動作につ
いて以下に説明する。
まず、図示を省略した排気ポンプにより真空容器1内
を例えば10-6Torrの高真空にし、図示を省略したガス供
給部から処理ガスを導入する。
そして、磁気コイル6に交流電流を流して、例えば10
0〜500ガウスの交番磁界Aを載置台3上方にドーナツ状
に形成する。この状態で、高周波電極2に高周波電源4
から例えば13.56MHz、500Wの高周波電力を供給する。
こうして、高周波電極2による電界Bおよび磁気コイ
ル6による磁界Aの作用により、プラズマを発生させ、
被処理物のプラズマ処理を行う。
本例では、電界Bの強い場所では磁界Aを弱く、逆に
電界Bの弱い場所では磁界Aを強くするように磁気コイ
ル6および高周波電極2を配置しているので、載置台3
上に均一なプラズマ強度を得ることができる。
このようにプラズマ発生用の高周波電極2を載置台3
と独立して、なおかつ載置台3から離した場所に設ける
ことにより、載置台3にセルフバイアスが発生せず、セ
ルフバイアスが原因で生じていた加速イオンによる被処
理物へのダメージや処理室内の汚染等の問題を除去する
ことができ、安定したプラズマ処理を行うことができ
る。
また、高周波電極2の表面をアルマイト処理やセラミ
ックコーティング処理を施しておけば、加速イオンの電
極のスパッタによる悪影響を防止することができる。
ところで、本発明では上述した磁気コイルの構成に限
定されるものではなく、例えば第2図に示したように、
高周波電極2の背面に第2のリング状磁気コイル7を設
けたものにも適用できる。
このような構成とすることで、真空容器1中心部で電
界と磁界の直行成分を増やすことができ、プラズマ強度
の向上が図れる。このとき第1の磁気コイル6と第2の
磁気コイル7は夫々逆位相の電流を流す。
また、本発明を適用可能なさらに他の参考例を第3図
に示す。第3図に示したように、円柱状の高周波電極8
を真空容器1上方のほぼ中心部に配置し、真空容器1の
外側面のリング状磁気コイル6をこの高周波電極8とほ
ぼ同一面となるように配置することにより、強い電界と
磁界を直行させることができ、なおかつ被処理物3をプ
ラズマ発生領域から離すことができるので、安定したプ
ラズマ処理が可能となる。
ところで上述した参考例では、いずれの場合も、プラ
ズマ発生領域と被処理物の載置台を離すことで、載置台
に発生するセルフバイアスを抑制するように構成した
が、本発明では、以下に説明するように、セルフバイア
スを積極的に制御して処理を行う。
第4図は、このようなプラズマ発生部とセルフバイア
スの印加を独立して制御する本発明のプラズマ処理装置
を一実施例を示す図で、載置台3にも高周波電源9が接
続されている。
この場合、載置台3に接続された高周波電源9は、プ
ラズマ発生の目的に設けられたものではなく、載置台3
に所定のセルフバイアスを発生させるためのものであ
る。
この第2の高周波電源9により、処理内容に応じて所
望のセルフバイアスを載置台3に発生させることができ
る。例えばポリシリコン膜をエッチング処理するような
場合には、一般に、ポリシリコン膜上に自然酸化により
形成された酸化シリコン膜をまずエッチングしなければ
ならないが、このような場合には、高周波電源9によ
り、載置台3に大きなセルフバイアスを発生させ、加速
イオンにより酸化シリコン膜をエッチングした後、高周
波電源9からの電力供給を停止してセルフバイアスの少
ない状態でプラズマ処理を行えば短時間で処理が行え
る。
なお、本発明はプラズマエッチング装置に限定される
ものではなく、例えばプラズマCVD装置、アッシング装
置等の他のプラズマ処理装置にも適用可能である。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明のプラズマ処理方法によ
れば、プラズマ発生用の高周波電極を被処理物の載置台
と独立して設け、載置台に発生するセルフバイアスを抑
制するとともにプラズマ発生領域と被処理物とを離して
配置し、かつ、セルフバイアス発生用の第2の高周波印
加手段によって任意にセルフバイアスを制御できるよう
にすることで、被処理物にダメージを与えることなく、
また、処理環境を健全に保持しながら安定したプラズマ
処理が行える。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用可能なプラズマエッチング装置の
構成例を示す図、第2図は本発明を適用可能な他のプラ
ズマエッチング装置の構成例を示す図、第3図は本発明
を適用可能なさらに他のプラズマエッチング装置の構成
例を示す図、第4図は本発明の一実施例のプラズマエッ
チング装置の構成を示す図である。 1……真空容器 2……高周波電極 3……被処理物載置台 4……プラズマ発生用高周波電源 6……リング状磁気コイル 9……セルフバイアス発生用高周波電源
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−80226(JP,A) 特開 昭61−75526(JP,A) 特開 昭62−196827(JP,A) 特開 昭56−38819(JP,A) 特開 昭58−67870(JP,A) 特開 昭61−226925(JP,A) 特開 昭62−51222(JP,A) 実開 昭62−40829(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空容器内に設けられ第1の高周波印加手
    段と接続されたプラズマ発生用の高周波電極と、 この高周波電極と対向配置された被処理物の載置台と、 この載置台に接続されプラズマ処理中に電力供給を変え
    られるようにしたセルフバイアス発生用の第2の高周波
    印加手段と、 前記高周波電極と前記載置台との間であって前記真空容
    器外の位置に設けられた磁気コイルからなり前記高周波
    電極に印加された高周波電力により形成された電界に対
    して直行する成分を持つ磁界を発生する手段と を具備したプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法
    であって、 前記被処理物上に自然酸化により形成された膜を、前記
    第2の高周波印加手段により前記載置台に大きなセルフ
    バイアスを発生させ加速イオンによりエッチングする第
    1の工程と、 前記第1の工程の後、前記第2の高周波印加手段により
    前記載置台に発生させるセルフバイアスを前記第1の工
    程より少なくした状態で、プラズマ処理する第2の工程
    と を具備したことを特徴とするプラズマ処理方法。
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