JP2687867B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造装置に
関し、詳しくはプラズマを用いたドライエッチング装置
等において低圧領域で均一な高密度プラズマを生成可能
な半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴い、ウェ
ーハに対して異方性エッチングを行うことのできるドラ
イエッチング装置が広く使用されている。例えば、プラ
ズマを用いたドライエッチング装置にあっては、反応容
器内のプラズマ中で生成される中性ラジカルとイオンと
の複合的な作用により、エッチングを行っている。プラ
ズマ中のイオンは、反応容器内の電界の作用によりウェ
ーハに対して鉛直に入射する。ところが、イオンは中性
ガス分子との衝突により散乱し、飛散方向が変わってし
まう。そこで、反応容器内の圧力を下げることにより中
性分子数を減少させ、イオンと中性ガスとの衝突を低減
している。

【０００３】一方、中性ラジカルの運動方向を制御する
手段がないため、中性ラジカルはウェーハに対して種々
の方向から入射し、サイドエッチングを引き起こす。し
たがって、サイドエッチングを防止するためには、中性
ラジカルの数を低減しなければならない。しかしなが
ら、低出力領域においてプラズマ生成を安定に行うこと
は、中性ガス分子密度の低下、生成された電子の拡散等
の理由により極めて困難である。このため、高密度プラ
ズマ源を用いて、低出力領域において十分な密度のプラ
ズマを生成することのできる半導体製造装置が案出され
ている。

【０００４】かかる半導体製造装置の一例として、特開
平３−１０９７２６号公報に記載されたマイクロ波エッ
チング装置がある。このエッチング装置は、図３に示す
ように処理室２１、マイクロ波を導く導波管１８、マイ
クロ波を共振させる空洞共振器１９、マイクロ波を放射
するスロットアンテナ２０、磁気双極子を発生させる導
線２５を備えている。このような構成を有するエッチン
グ装置にあっては、導線２５に電流を流すことにより磁
気双極子を生じさせ、処理室２１壁面においてプラズマ
が消滅するのを防止している。すなわち、プラズマを磁
気双極子により閉じこめることにより、低出力領域にお
いて高密度プラズマを発生させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
製造装置にあっては、プラズマ生成のためにマイクロ波
を発生させ、さらに電子の拡散防止のために磁気双極子
を発生させている。すなわち、プラズマの生成およびプ
ラズマの消失を別個の手段により行う必要があるため、
装置構成が極めて複雑なものとなっていた。

【０００６】

【発明の目的】そこで、本発明は、簡便な装置構成によ
り、低圧領域において高密度プラズマを発生可能な半導
体製造装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
反応気体で満たされる反応室を画成する反応容器と、上
記反応容器内の下部に配設され、試料が載置された下部
電極と、上記下部電極に高周波電圧を印加する第１のＲ
Ｆ電源と、上記反応容器の外側にあって、上記反応容器
に巻回された渦巻状コイルと、上記渦巻状コイルに高周
波電流を流す第２のＲＦ電源とを有する半導体製造装置
において、上記反応容器は接地された側壁部と絶縁物で
形成された上壁部とを有し、上記渦巻状コイルは上記上
壁部から上記側壁部の上部にかけて巻回しており、誘導
電磁場は上記反応室の上部にのみ発生することである。

【０００８】請求項２記載の発明は、上記渦巻状コイル
は、反応容器の上部および側部において２つに分割さ
れ、上記第２のＲＦ電源は、分割された渦巻状コイルの
それぞれの部分に独立に高周波電圧を印加可能であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置である。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明において、第２のＲＦ電源
から渦巻状コイルに高周波電流を流すと、反応容器の上
部における渦巻状コイルの部分による磁場によって、反
応容器内の反応気体はプラズマ化する。このプラズマ中
のイオンおよびラジカルにより、第１のＲＦ電源から高
周波電圧が印加された試料に対してエッチング処理がな
される。一方、プラズマ中の電子は、電気的に接地され
た反応容器内壁面に向かって飛散する。ところが、反応
容器の側部における渦巻状コイルの部分による磁場によ
って、反応容器内壁面に向かって飛散した電子は壁面か
ら押し戻されてしまう。したがって、高密度プラズマ中
の電子は反応容器内壁面において消滅することがないた
め、低圧領域においても高密度のプラズマを生成するこ
とが可能となる。

【００１０】本発明によれば、渦巻状コイルにより、プ
ラズマの生成およびプラズマの消失防止の両機能を実現
しているため、装置構成を簡略化することができる。さ
らに、渦巻状コイルにより発生する磁場は、いわゆるソ
レノイドによるものであり、また、渦巻状コイルはウェ
ーハから離れた反応容器上部に位置している。このた
め、ウェーハに不所望の磁場を与えることもなく、磁場
によるチャージアップダメージを回避することが可能で
ある。

【００１１】請求項２記載の発明にあっては、上記渦巻
状コイルは、反応容器の上部および側部において２つに
分割されている。反応容器の上部における渦巻状コイル
の部分による磁場によってプラズマを生成でき、反応容
器の側部における渦巻状コイルの部分による磁場によっ
てプラズマの消滅を防止している。本発明によれば、プ
ラズマの生成およびプラズマの消失を独立して制御でき
るため、所望の密度のプラズマを自由に制御することが
可能である。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の一実施例に係る半導体製造
装置を図面を参照しながら説明する。

【００１３】図１は、本発明の第１実施例に係る半導体
製造装置の構成図である。この図において、反応容器１
は中空の円筒状をなし、図示されていない真空排気手段
により反応容器１内の空気は排出される。さらに、反応
容器１には図示されていない反応ガス導入手段が配設さ
れ、反応容器１内は所定圧力のガス雰囲気により満たさ
れている。反応容器１内の下部には、ウェーハ６が載置
される下部電極７が設けられ、下部電極７にはマッチン
グ回路８およびＲＦ電源９が接続されている。

【００１４】反応容器１の上部には絶縁プレート２が設
けられ、この絶縁プレート２から反応容器１側面の上部
にかけて渦巻コイル３が配設されている。渦巻コイル３
はスパイラル状をなし、マッチング回路４を介してＲＦ
電源５からＲＦ電圧が印加される構成となっている。

【００１５】このように構成された半導体製造装置にお
いて、渦巻状コイル３にＲＦ電源を印加すると、反応容
器１上部の渦巻状コイル３の部分により反応容器１内部
において誘導電磁場が生じ、この誘導電磁場により反応
ガスがプラズマ化する。この高密度プラズマ中のイオン
およびラジカルにより、下部電極７上に載置されたウェ
ーハ６に対してエッチング処理がなさえる。また、下部
電極７に印加する電圧を制御することにより、エッチン
グ処理に寄与するイオンのエネルギの制御が可能とな
る。

【００１６】一方、高密度プラズマ中の電子は、グラン
ドに接地された反応容器１内壁面に向かって飛散する
（矢印１０）。ところが、渦巻状コイル３のうちの反応
容器１の側部の部分による磁場（矢印１１）により、反
応容器１内壁面に向かって飛散した電子は壁面から押し
戻されてしまう。したがって、高密度プラズマ中の電子
は反応容器１内壁面において消滅することがないため、
低圧領域においても高密度のプラズマを生成することが
可能となる。例えば、反応圧力が１ｍＴｏｒｒ以下の低
圧であったとしても、安定に高密度のプラズマを生成す
ることができる。また、渦巻状コイル３によって生じる
磁場１１は、渦巻状コイル３からの距離とともに指数関
数的に減少し、ウェーハ６近傍においてはほぼ零であ
る。このため、磁場に起因して不所望の電荷蓄積（チャ
ージアップ）が生ずることもないため、いわゆるチャー
ジアップダメージの問題を回避することができる。

【００１７】続いて、本発明の第２実施例に係る半導体
製造装置を図２を参照しながら説明する。本実施例に係
る半導体製造装置は、渦巻状コイルが分割されている点
において第１実施例に係る半導体製造装置と異なってい
る。なお、他の構成については同様である。図２におい
て、渦巻状コイル１２は高密度プラズマ生成のためのも
のであり、渦巻状コイル１５はプラズマ消失防止のため
のものである。渦巻状コイル１２にはマッチング回路１
３およびＲＦ電源１４が接続され、渦巻状コイル１５に
はマッチング回路１６およびＲＦ電源１７が接続されて
いる。

【００１８】このように構成された半導体製造装置にお
いて、高密度プラズマ生成用の渦巻状コイル１２にＲＦ
電流を流すことにより高密度プラズマを生成することが
でき、プラズマ消失用の渦巻状コイル１５にＲＦ電流を
流すことによりプラズマの消失を防止することができ
る。したがって、渦巻状コイルを分割して構成すること
により、低圧領域においてプラズマを生成する場合にの
み、渦巻状コイル１５にＲＦ電流を流せば足りる。ま
た、渦巻状コイル１２、１５のそれぞれに流す電流を調
整することにより、プラズマの密度を自由に制御するこ
とが可能となる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、反応容器の側部に渦巻状コイルを配設しプラズマの
消失を防止することにより、低圧領域において高密度の
プラズマを生成することが可能となる。また、本発明に
あっては、プラズマの生成およびプラズマの消失防止の
両機能を一つの渦巻状コイルにより実現しているため、
装置構成を簡略化することができる。さらに、渦巻状コ
イルにより発生する磁場は、いわゆるソレノイドによる
ものであり、また、渦巻状コイルはウェーハから離れた
反応容器上部に位置するため、ウェーハに不所望の磁場
を与えることもない。よって、磁場によるチャージアッ
プダメージの問題を回避することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る半導体製造装置の構
成図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る半導体製造装置の構
成図である。

【図３】従来の半導体製造装置の構成図である。

【符号の説明】

１ 反応容器 ３ 渦巻状コイル ４ マッチング回路（第２のＲＦ電源） ５ ＲＦ電源（第２のＲＦ電源） ６ ウェーハ（試料） ７ 下部電極 ８ マッチング回路（第１のＲＦ電源） ９ ＲＦ電源（第１のＲＦ電源） １２ 渦巻状コイル １５ 渦巻状コイル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応気体で満たされる反応室を画成する
   反応容器と、上記 反応容器内の下部に配設され、試料が載置された下
   部電極と、上記 下部電極に高周波電圧を印加する第１のＲＦ電源
   と、上記 反応容器の外側にあって、上記反応容器に巻回され
   た渦巻状コイルと、上記 渦巻状コイルに高周波電流を流す第２のＲＦ電源と
   を有する半導体製造装置において、 上記反応容器は接地された側壁部と絶縁物で形成された
   上壁部とを有し、上記渦巻状コイルは上記上壁部から上
   記側壁部の上部にかけて巻回しており、誘導電磁場は上
   記反応室の上部にのみ発生する ことを特徴とする半導体
   製造装置。
2. 【請求項２】 上記渦巻状コイルは、反応容器の上部お
   よび側部において２つに分割され、上記第２のＲＦ電源
   は、分割された渦巻状コイルのそれぞれの部分に独立に
   高周波電圧を印加可能であることを特徴とする請求項１
   記載の半導体製造装置。