JP3220528B2 - Vacuum processing equipment - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して半
導体デバイスのエッチングや成膜を行なう真空処理装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum processing apparatus for performing etching and film formation of a semiconductor device using plasma.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、プラズマを利用して、半導体デバ
イス製造のためにエッチングや成膜を行なう工程では、
平行平板電極を用いた真空処理装置が一般に用いられて
いた。しかし、エッチングの微細加工やダメ−ジの少な
い真空処理などの要求から、近年、電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）やヘリコン波を利用した真空処理装置が
多く用いられるようになってきた。これらの真空処理装
置では、被処理基板を載置した基板載置台から離れたプ
ラズマ発生源において、低圧力でも非常に密度の高いプ
ラズマを発生させ、このプラズマを被処理基板近傍に拡
散させてプラズマ処理を行なっている。この場合、基板
載置台に、プラズマ発生源とは独立した高周波ないしは
直流電圧を印加して基板にバイアス電圧を与えることに
よって、基板に入射するイオンのエネルギ−を制御する
ことが可能であるため、ダメ−ジの少ないエッチング等
が可能となった。特に超ＬＳＩデバイス製造に用いるエ
ッチング装置では、被処理基板表面が絶縁物で被覆され
ている場合が多いため、イオンのエネルギ−の制御には
高周波を用いる場合が多かった。2. Description of the Related Art Conventionally, in the process of performing etching and film formation for manufacturing a semiconductor device by using plasma,
A vacuum processing apparatus using parallel plate electrodes has been generally used. However, in recent years, vacuum processing apparatuses utilizing electron cyclotron resonance (ECR) and helicon waves have been widely used due to demands for fine processing of etching and vacuum processing with little damage. In these vacuum processing apparatuses, a very high-density plasma is generated even at a low pressure in a plasma generation source remote from a substrate mounting table on which a substrate to be processed is mounted, and the plasma is diffused to the vicinity of the substrate to be processed. Processing is in progress. In this case, it is possible to control the energy of ions incident on the substrate by applying a bias voltage to the substrate by applying a high frequency or DC voltage independent of the plasma generation source to the substrate mounting table. Etching with little damage has become possible. Particularly, in an etching apparatus used for the manufacture of an VLSI device, the surface of the substrate to be processed is often covered with an insulator, so that a high frequency is often used for controlling the ion energy.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、電子サイク
ロトロン共鳴（ＥＣＲ）やヘリコン波を利用したプラズ
マ発生源は、いずれもプラズマにさらされる部分に電極
がない、いわゆる無電極放電によりプラズマが生成され
るために、プラズマの空間電位が定まらない恐れがあっ
た。このため、基板載置台にバイアス電圧を誘起したと
きに、プラズマの空間電位がこのバイアス電圧の影響を
受けてしまう恐れがあった。その結果、せっかく基板載
置台にバイアス電圧を誘起してイオンの入射エネルギ−
をコントロ−ルしようとしても、うまくコントロ−ルで
きない場合があるとともに、極めて再現性の悪い結果し
か得られなかった。However, in any plasma generating source utilizing electron cyclotron resonance (ECR) or helicon waves, there is no electrode in a portion exposed to the plasma, that is, plasma is generated by so-called electrodeless discharge. Therefore, there is a fear that the space potential of the plasma cannot be determined. For this reason, when a bias voltage is induced in the substrate mounting table, there is a possibility that the space potential of the plasma is affected by the bias voltage. As a result, a bias voltage is induced on the substrate mounting table and the incident energy of ions is reduced.
In some cases, the control could not be carried out well, and only extremely reproducible results were obtained.
【０００４】本発明は、上記のような従来の問題点を解
決するためになされたもので、本発明の目的は、基板載
置台とは独立にプラズマ発生源を備えた真空処理装置に
おいて、基板載置台にバイアス電圧を誘起しても、プラ
ズマ発生源で生じたプラズマの空間電位に影響を与えず
に、再現性良く基板入射イオンエネルギ−の制御を可能
とするとともに、プラズマの空間電位を独立に制御する
ことが可能な真空処理装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a vacuum processing apparatus provided with a plasma source independently of a substrate mounting table. Even if a bias voltage is induced on the mounting table, the substrate incident ion energy can be controlled with good reproducibility without affecting the space potential of the plasma generated by the plasma source, and the space potential of the plasma is independent. Another object of the present invention is to provide a vacuum processing apparatus which can be controlled in a vacuum.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】第１の発明は、真空に排
気できる容器内に設置した基板載置台で被処理基板を保
持し、基板載置台から離れた位置に設置されたプラズマ
発生源で、導入ガスのプラズマを発生させ、このプラズ
マを用いて基板を処理する真空処理装置において、プラ
ズマ発生源と基板載置台の間に、電位を制御可能な導電
体を設けたものである。本発明は、真空容器内でプラズ
マを用いて基板を処理する装置に適用できるものであ
り、例えば、プラズマを利用したエッチング装置や、プ
ラズマを利用した成膜装置に適している。According to a first aspect of the present invention, a substrate to be processed is held by a substrate mounting table installed in a container that can be evacuated to a vacuum, and a plasma generating source installed at a position distant from the substrate mounting table. In a vacuum processing apparatus that generates plasma of an introduced gas and processes a substrate using the plasma, a conductive body whose potential can be controlled is provided between a plasma generation source and a substrate mounting table. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an apparatus for processing a substrate using plasma in a vacuum vessel, and is suitable for, for example, an etching apparatus using plasma or a film forming apparatus using plasma.
【０００６】第２の発明は、第１の発明におけるプラズ
マ発生源を、無電極放電によってプラズマを発生する形
式にしたものである。According to a second aspect of the invention, the plasma generation source according to the first aspect of the invention is configured to generate plasma by electrodeless discharge.
【０００７】第３の発明は、第２の発明におけるプラズ
マ発生源をＥＣＲイオン源にしたものである。In a third aspect of the present invention, the plasma generating source in the second aspect is an ECR ion source.
【０００８】第４の発明は、第２の発明におけるプラズ
マ発生源をヘリコン波イオン源にしたものである。According to a fourth aspect of the present invention, the plasma generating source in the second aspect is a helicon wave ion source.
【０００９】第５の発明は、第１の発明における導電体
を、両端が開放している中空体の形状にして、この中空
体の内部を通ってプラズマが拡散するようにしたもので
ある。中空体の形状としては、中空円筒、中空円板、頂
部が開口した中空の半球などが考えられる。According to a fifth aspect of the present invention, the conductor according to the first aspect of the present invention is formed in a hollow body shape having both ends open, so that plasma is diffused through the inside of the hollow body. Examples of the shape of the hollow body include a hollow cylinder, a hollow disk, and a hollow hemisphere having an open top.
【００１０】第６の発明は、第１の発明における導電体
の少なくともプラズマにさらされる部分の材質を、グラ
ファイト、熱分解カ−ボン、ガラス状カ−ボン、導電性
炭化珪素、導電化したシリコンからなる群から選ばれた
いずれか一つにしたものである。導電化したシリコンと
は、純粋なシリコンに不純物をドープして導電性を高め
たものである。In a sixth aspect of the present invention, at least a portion of the conductor of the first aspect of the present invention which is exposed to plasma is made of graphite, pyrolytic carbon, glassy carbon, conductive silicon carbide, or conductive silicon. Any one selected from the group consisting of The conductive silicon is obtained by doping impurities into pure silicon to increase conductivity.
【００１１】第７の発明は、第１の発明における導電体
を接地したものである。In a seventh aspect, the conductor according to the first aspect is grounded.
【００１２】第８の発明は、第１の発明における導電体
を直流電源または高周波電源に接続したものである。In an eighth aspect, the conductor according to the first aspect is connected to a DC power supply or a high-frequency power supply.
【００１３】[0013]
【作用】本発明によれば、プラズマ発生源と基板載置台
の間に、電位を制御可能な導電体を設けているので、こ
の導電体にプラズマが接することにより、プラズマ発生
源で発生したプラズマの空間電位は、この導電体の電位
に依存するようになり、導電体の電位に応じたある一定
の値に定まる。基板入射イオンエネルギーは、プラズマ
の電位と基板電位との電位差に依存するので、本発明を
用いてプラズマ電位を制御できるようになれば、基板入
射イオンエネルギーの制御性及び再現性を高めることが
でき、高精度の基板処理が可能になる。According to the present invention, since a conductor whose potential can be controlled is provided between the plasma generation source and the substrate mounting table, the plasma is generated by the plasma generation source when the plasma comes into contact with the conductor. Is dependent on the potential of the conductor, and is determined to be a certain value according to the potential of the conductor. Since the substrate incident ion energy depends on the potential difference between the plasma potential and the substrate potential, if the plasma potential can be controlled using the present invention, the controllability and reproducibility of the substrate incident ion energy can be improved. Thus, high-precision substrate processing becomes possible.
【００１４】また、プラズマ発生源として、ＥＣＲイオ
ン源やヘリコン波イオン源などの、無電極放電でプラズ
マを発生させる形式を用いると、導電体を利用してプラ
ズマの浮遊電位を制御することが容易になる。When a plasma generating source such as an ECR ion source or a helicon wave ion source is used to generate plasma by electrodeless discharge, it is easy to control the floating potential of the plasma using a conductor. become.
【００１５】また、導電体の少なくともプラズマにさら
される部分の材質を、グラファイト、熱分解カ−ボン、
ガラス状カ−ボン、導電性炭化珪素、導電化されたシリ
コンのいずれか一つにすると次の利点がある。これらの
材質は、エッチング装置などで使用されるハロゲン系ガ
スのプラズマに対して、プラズマによって当該材質がエ
ッチングされる性質の方が、プラズマによって当該材質
上に膜が堆積する性質よりも優位となるので、当該材質
で形成した導電体上に膜が堆積することがない。もし、
導電体上に膜が堆積してしまうと、その膜は一般に導電
性とは限らないので、プラズマの電位を制御することが
できなくなる恐れがある。一般に、金属製の導電体を用
いると、その上への膜の堆積の方が優位になるので、こ
の観点からは、金属製の導電体を用いるのは好ましくな
い。金属製の導電体上に膜が堆積しない場合でも、金属
がスパッタされ、基板に取り込まれて、膜のタメージの
原因となる。さらに、グラファイト、熱分解カ−ボン、
ガラス状カ−ボンなどの炭素系材料を導電体として用い
ると、これらがエッチングされても、ＣＯ2やＣＨ4など
の形で排気できる可能性がある。また、導電化したシリ
コンを導電体として用いると、基板としてＳｉウェーハ
を使う場合は、導電体がエッチングされても基板に対す
る不純物とならない利点もある。The material of at least the portion of the conductor exposed to the plasma may be graphite, pyrolytic carbon,
The use of any one of glassy carbon, conductive silicon carbide, and conductive silicon has the following advantages. For these materials, the property that the material is etched by the plasma is superior to the property that the film is deposited on the material by the plasma with respect to the plasma of the halogen-based gas used in the etching apparatus or the like. Therefore, no film is deposited on the conductor formed of the material. if,
When a film is deposited on a conductor, the film is generally not necessarily conductive, so that the potential of the plasma may not be controlled. In general, when a metal conductor is used, the deposition of a film thereon becomes superior, and from this viewpoint, it is not preferable to use a metal conductor. Even when a film is not deposited on a metal conductor, the metal is sputtered and taken into the substrate, causing damage to the film. In addition, graphite, pyrolytic carbon,
If a carbon-based material such as glassy carbon is used as the conductor, there is a possibility that even if these are etched, they can be exhausted in the form of CO 2 or CH 4 . Further, when silicon which has been made conductive is used as a conductor, there is also an advantage that when a Si wafer is used as a substrate, even if the conductor is etched, it does not become an impurity to the substrate.
【００１６】[0016]
【実施例】図１は本発明の一実施例の正面断面図であ
る。この真空処理装置は、ヘリコン波イオン源をプラズ
マ発生源として用いたドライエッチング装置である。円
筒状で石英製のヘリコン波イオン源１０が拡散チャンバ
１２の上方に取り付けられている。ヘリコン波イオン源
１０の周囲にはアンテナ１４が設置されており、ソ−ス
プラズマ用高周波電源１６から高周波が印加される。さ
らに、ヘリコン波イオン源１０の周囲には磁場発生用の
励磁コイル１８が設置されており、ヘリコン波イオン源
１０の軸方向に磁界を発生する。拡散チャンバ１２はア
ルミニウム製であり、拡散チャンバ１２の大気側外周部
には永久磁石装置２０を配置してある。拡散チャンバ１
２の内部には基板載置台２２が設置されており、バイア
ス用高周波電源２４に接続されている。基板載置台２２
上にはウェーハ２３が載置されている。さらに、基板載
置台２２の上方のヘリコン波イオン源１０に近い部分に
は、ガラス状カ−ボンで作られた、中空円筒状の導電体
２６が設置されている。この導電体２６には、プラズマ
電位コントロ−ル用電源２８が接続されている。FIG. 1 is a front sectional view of an embodiment of the present invention. This vacuum processing apparatus is a dry etching apparatus using a helicon wave ion source as a plasma generation source. A cylindrical helicon wave ion source 10 made of quartz is mounted above the diffusion chamber 12. An antenna 14 is provided around the helicon wave ion source 10, and a high frequency is applied from a high frequency power source 16 for source plasma. Further, an excitation coil 18 for generating a magnetic field is provided around the helicon wave ion source 10, and generates a magnetic field in the axial direction of the helicon wave ion source 10. The diffusion chamber 12 is made of aluminum, and a permanent magnet device 20 is arranged on an outer peripheral portion of the diffusion chamber 12 on the atmosphere side. Diffusion chamber 1
A substrate mounting table 22 is installed inside 2 and is connected to a high frequency power supply 24 for bias. Substrate mounting table 22
A wafer 23 is placed on top. Further, a conductor 26 in the form of a hollow cylinder made of glassy carbon is provided above the substrate mounting table 22 near the helicon wave ion source 10. The conductor 26 is connected to a power source 28 for plasma potential control.
【００１７】図２は永久磁石装置２０の配置図であり、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢示図であ
る。この永久磁石装置２０は、その平面図で見ると、円
周状等配に２４本の永久磁石ユニット２１が、相隣り合
う磁極が互いに逆極性になるように並べてある。また、
各永久磁石ユニット２１は、（Ｂ）に示すように、複数
の永久磁石片２５を垂直方向に重ねてある。この永久磁
石装置２０によって拡散チャンバ１２内にカスプ磁界を
形成している。FIG. 2 is a layout view of the permanent magnet device 20.
(A) is a plan view, and (B) is a view indicated by arrows BB in (A). In the permanent magnet device 20, when viewed in a plan view, twenty-four permanent magnet units 21 are arranged circumferentially equally so that adjacent magnetic poles have opposite polarities. Also,
As shown in (B), each permanent magnet unit 21 has a plurality of permanent magnet pieces 25 stacked vertically. A cusp magnetic field is formed in the diffusion chamber 12 by the permanent magnet device 20.
【００１８】次に、図１のエッチング装置の動作を説明
する。まず拡散チャンバ１２を真空に排気し、ロ−ドロ
ック室（図示せず）を経由して、被エッチング基板であ
るウェーハ２３を基板載置台２２に搬送する。ウェーハ
２３の表面には、あらかじめポリＳｉの膜が成膜されて
おり、さらに、フォトレジストでパタ−ニングされてい
る。次に、ロ−ドロック室と拡散チャンバ１２との間に
あるゲ−トバルブ（図示せず）を閉じて、反応性ガスで
ある塩素ガスをガス導入管２９から導入し、拡散チャン
バ１２に接続されたプロセスガス排気ポンプ（図示せ
ず）で排気する。拡散チャンバ１２とプロセスガス排気
ポンプの中間にはコンダクタンスを制御するためのスロ
ットルバルブ（図示せず）が接続されており、この開度
を制御することにより、拡散チャンバ１２内の圧力を一
定に保つ。本実施例では圧力を２ｍＴｏｒｒに設定し
た。Next, the operation of the etching apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the diffusion chamber 12 is evacuated to a vacuum, and the wafer 23 to be etched is transferred to the substrate mounting table 22 via a load lock chamber (not shown). A poly-Si film is formed on the surface of the wafer 23 in advance, and is further patterned with a photoresist. Next, a gate valve (not shown) between the load lock chamber and the diffusion chamber 12 is closed, and a chlorine gas, which is a reactive gas, is introduced from a gas introduction pipe 29 and connected to the diffusion chamber 12. The exhaust gas is exhausted by a process gas exhaust pump (not shown). A throttle valve (not shown) for controlling the conductance is connected between the diffusion chamber 12 and the process gas exhaust pump. By controlling the opening degree, the pressure in the diffusion chamber 12 is kept constant. . In this embodiment, the pressure was set to 2 mTorr.
【００１９】次に、バイアス用高周波電源２４をオンに
し、同時に、ソ−スプラズマ用高周波電源１６とプラズ
マ電位コントロ−ル用電源２８もオンにし、塩素ガスの
反応性プラズマを発生させる。プラズマは、ヘリコン波
イオン源１０の周囲に巻かれたアンテナ１４に誘起され
た高周波電界によりヘリコンモ−ドで発生する。このプ
ラズマは、拡散チャンバ１２内に拡散してウェーハ２３
の表面に到達する。プラズマが拡散する途中において、
拡散チャンバ１２の内壁に電子が衝突して電子が消失す
る事態を防ぐため、拡散チャンバ１２の外周部に配置し
た永久磁石装置２０によってカスプ磁界を発生させてい
る。このカスプ磁界により、電子は拡散チャンバ１２の
内部に戻され、その結果、プラズマの消失が少ない状態
でプラズマがウェーハ２３に輸送される。ウェーハ２３
にはバイアス用高周波電源２４によってセルフバイアス
電圧が誘起されているため、プラズマ中のイオンはウェ
ーハ２３に向かって加速され、ウェーハ２３の表面のポ
リＳｉを異方性度を高めてエッチングすることが可能で
ある。Next, the bias high-frequency power supply 24 is turned on, and at the same time, the source plasma high-frequency power supply 16 and the plasma potential control power supply 28 are also turned on to generate a reactive plasma of chlorine gas. Plasma is generated in a helicon mode by a high-frequency electric field induced by an antenna 14 wound around the helicon wave ion source 10. This plasma diffuses into the diffusion chamber 12 and
To reach the surface. During the plasma diffusion,
In order to prevent a situation where electrons collide with the inner wall of the diffusion chamber 12 and disappear, the cusp magnetic field is generated by the permanent magnet device 20 arranged on the outer peripheral portion of the diffusion chamber 12. Due to the cusp magnetic field, the electrons are returned to the inside of the diffusion chamber 12, and as a result, the plasma is transported to the wafer 23 in a state where the plasma disappears little. Wafer 23
Since the self-bias voltage is induced by the high frequency power supply for bias 24, ions in the plasma are accelerated toward the wafer 23, and the poly-Si on the surface of the wafer 23 can be etched by increasing the anisotropy. It is possible.
【００２０】イオンの基板入射エネルギ−は、（１）異
方性度と、（２）基板に与えるダメ−ジの程度と、
（３）基板とフォトレジストとの間ないしは基板と下地
との間でのエッチング速度の比（選択比）、をコントロ
−ルする重要な因子であり、この基板入射エネルギーを
コントロールすることが微細エッチングプロセスでは重
要である。そして、イオンの基板入射エネルギ−は、プ
ラズマの空間電位とウェーハ２３の表面に誘起されたセ
ルフバイアス電圧との差によって決まる。本実施例で
は、拡散チャンバ１２内に拡散されたプラズマは導電体
２６に接触するため、導電体２６の電位によりプラズマ
の空間電位が決定される。したがって、プラズマ電位コ
ントロ−ル用電源２８により導電体２６の電位をコント
ロ−ルすることで、ウェーハ２３に入射するイオンのエ
ネルギ−を制御でき、制御性に優れたエッチングが可能
となる。The ion incident energy on the substrate includes (1) the degree of anisotropy, (2) the degree of damage given to the substrate,
(3) It is an important factor for controlling the ratio (selectivity) of the etching rate between the substrate and the photoresist or between the substrate and the base, and controlling the incident energy of the substrate is fine etching. Important in the process. The ion incident energy on the substrate is determined by the difference between the space potential of the plasma and the self-bias voltage induced on the surface of the wafer 23. In this embodiment, since the plasma diffused in the diffusion chamber 12 comes into contact with the conductor 26, the space potential of the plasma is determined by the potential of the conductor 26. Therefore, by controlling the potential of the conductor 26 by the plasma potential control power supply 28, the energy of ions incident on the wafer 23 can be controlled, and etching with excellent controllability can be performed.
【００２１】プラズマの空間電位とウェーハ２３の表面
に誘起されたセルフバイアス電圧との差をどれぐらいの
値に設定するかは、プロセス条件によって異なる。例え
ば、ポリシリコンを塩素ガスのプラズマでエッチングす
る場合には、ウェーハ２３の電位よりもプラズマの電位
を５０〜１００Ｖだけ高くする。The value of the difference between the space potential of the plasma and the self-bias voltage induced on the surface of the wafer 23 depends on the process conditions. For example, when etching polysilicon with plasma of chlorine gas, the potential of the plasma is set to be higher than the potential of the wafer 23 by 50 to 100 V.
【００２２】導電体２６の全部またはプラズマに接する
内面部分は、導電性材料であるガラス状カ−ボンで作ら
れているため、プラズマの電位は、導電体２６の電位に
よって定まるある値となる。プラズマの電位は、通常、
導電体２６の電位より１０〜３０Ｖだけ高い値となり、
ウェーハ２３に誘起されるバイアス電圧の影響をほとん
ど受けない。このため、ウェーハ２３に入射するイオン
のエネルギ−を極めて正確にコントロ−ルしながら、ほ
とんどダメ−ジが生じないエッチングが可能である。さ
らには、導電体２６の材料であるガラス状カーボンの上
にはプラズマによって堆積物が形成されることがないの
で、その導電性は常に保たれる。また、ガラス状カ−ボ
ンは、ほとんど金属不純物を含まない材質であるため、
その表面がプラズマでエッチングされても、ウェーハ２
３を汚染することもない。Since the entirety of the conductor 26 or the inner surface portion in contact with the plasma is made of glassy carbon which is a conductive material, the potential of the plasma has a certain value determined by the potential of the conductor 26. The plasma potential is usually
A value higher by 10 to 30 V than the potential of the conductor 26,
It is hardly affected by the bias voltage induced on the wafer 23. Therefore, it is possible to control the energy of ions incident on the wafer 23 very accurately and to perform etching with almost no damage. Further, since no deposit is formed on the glassy carbon, which is the material of the conductor 26, by plasma, the conductivity is always maintained. In addition, since glassy carbon is a material containing almost no metal impurities,
Even if the surface is etched by plasma, the wafer 2
No contamination of 3
【００２３】プラズマ電位はプラズマ電位コントロ−ル
用電源２８を用いてコントロ−ルすることが可能である
が、この電源２８を用いずに、単に導電体２６を接地し
ておくだけでもよい。このようにしても、プラズマの空
間電位は、ウェーハ２３に生じるセルフバイアス電圧の
影響を受けることがなく、極めて再現性の良いエッチン
グが可能となる。導電体２６を接地するとプラズマ電位
は１０〜３０Ｖになるので、基板入射イオンのエネルギ
ーを所望の値にするには、ウェーハ２３のバイアス電圧
を制御する。例えば、プラズマ電位よりもウェーハ２３
のバイアス電圧を５０〜１００Ｖだけマイナス側にす
る。その結果、ウェーハ２３のバイアス電圧は接地電位
よりも数十Ｖだけマイナス側になる。もし、ウェーハ２
３のバイアス電圧を接地電位付近にしたいときには、や
はり、プラズマ電位コントロール用電源２８を必要とす
ることになる。The plasma potential can be controlled using a plasma potential control power supply 28, but the conductor 26 may be simply grounded without using the power supply 28. Even in this case, the spatial potential of the plasma is not affected by the self-bias voltage generated on the wafer 23, and etching with extremely high reproducibility can be performed. Since the plasma potential becomes 10 to 30 V when the conductor 26 is grounded, the bias voltage of the wafer 23 is controlled to make the energy of the substrate incident ions a desired value. For example, the wafer 23
Is set to the negative side by 50 to 100 V. As a result, the bias voltage of the wafer 23 is on the minus side by several tens of volts from the ground potential. If wafer 2
When it is desired to set the bias voltage of No. 3 near the ground potential, the plasma potential control power supply 28 is also required.
【００２４】図３は導電体２６の形状の各種の例を示し
た斜視図である。（Ａ）は中空円筒であり、図１の実施
例で使用したものである。（Ｂ）は中空円板であり、
（Ｃ）は頂部が開口した中空半球である。いずれの導電
体においても中空の内部をプラズマが通過することにな
る。FIG. 3 is a perspective view showing various examples of the shape of the conductor 26. As shown in FIG. (A) is a hollow cylinder used in the embodiment of FIG. (B) is a hollow disk,
(C) is a hollow hemisphere with an open top. In any conductor, the plasma passes through the hollow interior.
【００２５】図４は本発明の別の実施例の正面断面図で
ある。この装置は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）
イオン源３０をプラズマ発生源として用いたドライエッ
チング装置である。ＥＣＲイオン源３０が拡散チャンバ
１２の上方に取り付けられている点と、導電体２６がポ
リＳｉ製であって接地されている点とが、図１の実施例
と大きく異なり、その他の点は図１の実施例とほぼ同じ
である。図１の装置と同等の部分には同じ符号を付けて
ある。FIG. 4 is a front sectional view of another embodiment of the present invention. This device uses electron cyclotron resonance (ECR)
This is a dry etching apparatus using the ion source 30 as a plasma generation source. The point that the ECR ion source 30 is mounted above the diffusion chamber 12 and the point that the conductor 26 is made of poly-Si and grounded are significantly different from the embodiment of FIG. This is almost the same as the first embodiment. Parts that are the same as in the apparatus of FIG. 1 are given the same reference numerals.
【００２６】図４の装置の動作を説明する。まず、ＥＣ
Ｒイオン源３０の周囲に巻かれた励磁コイル３２を励磁
して、ＥＣＲイオン源３０の内部の下方にＥＣＲ共鳴に
必要な磁場（この場合には８７５ガウス）を発生させ
る。次に、マグネトロン３４により２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を発生させ、これを導波管３６を通してＥＣＲ
イオン源３０に供給する。このとき、ＥＣＲ共鳴条件の
満たされた領域を中心に濃いプラズマが発生する。ＥＣ
Ｒイオン源３０の内壁は、重金属がスパッタリングされ
てウェーハ２３に付着するのを防ぐために、その全面を
石英ガラス３８で覆っている。このため、プラズマの空
間電位は非常に不安定になり易いが、本実施例のよう
に、導電体２６を拡散チャンバ１２内に設置してあるこ
とにより、プラズマの空間電位を、接地電位より１０数
Ｖだけ高い値に安定に維持することが可能であった。そ
の結果、シリコン酸化膜に対して６０以上の選択比を得
ながら、異方性度の高いポリＳｉのエッチングが、極め
て再現性良く行なうことができた。The operation of the apparatus shown in FIG. 4 will be described. First, EC
The exciting coil 32 wound around the R ion source 30 is excited to generate a magnetic field (875 gauss in this case) required for ECR resonance below the inside of the ECR ion source 30. Next, a microwave of 2.45 GHz is generated by the magnetron 34, and this is transmitted through the waveguide 36 to the ECR.
It is supplied to the ion source 30. At this time, a dense plasma is generated around a region where the ECR resonance condition is satisfied. EC
The entire inner wall of the R ion source 30 is covered with quartz glass 38 in order to prevent heavy metals from being sputtered and adhering to the wafer 23. For this reason, the spatial potential of the plasma tends to be very unstable. However, since the conductor 26 is installed in the diffusion chamber 12 as in the present embodiment, the spatial potential of the plasma is set to be lower than the ground potential by 10%. It was possible to stably maintain a high value by several volts. As a result, it was possible to perform highly reproducible etching of poly-Si with high anisotropy while obtaining a selectivity of 60 or more with respect to the silicon oxide film.
【００２７】上述の二つの実施例では、イオン源として
ヘリコン波イオン源とＥＣＲイオン源とを用いたが、他
のイオン源を用いてもよい。また、導電体の形状は、図
３に示す形状以外のものでもよい。導電体の材質は、導
電性物質であって、かつ、重金属汚染が少ない物質であ
ればよく、例えば、グラファイトであっても、熱分解カ
−ボンであっても、炭化珪素であってもよい。また、導
電体の取付位置は、拡散チャンバ内、あるいはイオン源
内の、プラズマにさられている位置であればどこでもよ
い。また、導電体に印加する電圧は高周波であってもよ
く、その周波数は、任意に選択することが可能である。In the above two embodiments, the helicon wave ion source and the ECR ion source are used as the ion source, but other ion sources may be used. Further, the shape of the conductor may be other than the shape shown in FIG. The material of the conductor may be a conductive substance and a substance with little heavy metal contamination, and may be, for example, graphite, pyrolytic carbon, or silicon carbide. . The conductor may be mounted at any position in the diffusion chamber or ion source as long as it is exposed to the plasma. Further, the voltage applied to the conductor may be a high frequency, and the frequency can be arbitrarily selected.
【００２８】上述の二つの実施例はエッチング装置に関
するものであるが、アモルファスシリコンやシリコン窒
化膜の成膜等に用いるプラズマＣＶＤ装置にも本発明を
応用できる。Although the above two embodiments relate to an etching apparatus, the present invention can also be applied to a plasma CVD apparatus used for forming an amorphous silicon or silicon nitride film.
【００２９】[0029]
【発明の効果】本発明では、プラズマ発生源と基板載置
台の間に、電位を制御可能な導電体を設けることによっ
て、プラズマの空間電位を安定させることができる。こ
れによって、基板入射イオンエネルギーを再現性良くコ
ントロ−ルすることが可能となる。本発明をエッチング
装置に適用すれば、高異方性と高選択比とを満足する条
件で、極めて再現性良く基板をエッチングすることが可
能である。According to the present invention, the space potential of the plasma can be stabilized by providing a conductor whose potential can be controlled between the plasma source and the substrate mounting table. This makes it possible to control the substrate incident ion energy with good reproducibility. When the present invention is applied to an etching apparatus, it is possible to etch a substrate with extremely high reproducibility under conditions satisfying high anisotropy and high selectivity.
【図１】本発明の一実施例の正面断面図である。FIG. 1 is a front sectional view of one embodiment of the present invention.
【図２】（Ａ）は永久磁石装置の平面図、（Ｂ）は
（Ａ）のＢ−Ｂ線矢示図である。FIG. 2A is a plan view of a permanent magnet device, and FIG. 2B is a view taken along line BB of FIG.
【図３】導電体の各種の形状を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing various shapes of a conductor.
【図４】本発明の別の実施例の正面断面図である。FIG. 4 is a front sectional view of another embodiment of the present invention.
１０…ヘリコン波イオン源 １２…拡散チャンバ ２２…基板載置台 ２３…ウェーハ ２４…バイアス用高周波電源 ２６…導電体 ２８…プラズマ電位コントロール用電源 ３０…ＥＣＲイオン源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Helicon wave ion source 12 ... Diffusion chamber 22 ... Substrate mounting table 23 ... Wafer 24 ... High frequency power supply for bias 26 ... Conductor 28 ... Power supply for plasma potential control 30 ... ECR ion source
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23F 4/00 C23C 16/50 H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23F 4/00 C23C 16/50 H01L 21/3065
Claims (8)
載置台で被処理基板を保持し、基板載置台から離れた位
置に設置されたプラズマ発生源で、導入ガスのプラズマ
を発生させ、このプラズマを用いて基板を処理する真空
処理装置において、プラズマ発生源と基板載置台の間
に、電位を制御可能な導電体を設けたことを特徴とする
真空処理装置。1. A substrate to be processed is held by a substrate mounting table installed in a container that can be evacuated to a vacuum, and plasma of an introduced gas is generated by a plasma generation source installed at a position distant from the substrate mounting table. What is claimed is: 1. A vacuum processing apparatus for processing a substrate by using plasma, wherein a conductive body whose potential can be controlled is provided between a plasma generation source and a substrate mounting table.
てプラズマを発生する形式であることを特徴とする請求
項１記載の真空処理装置。2. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein said plasma generation source is of a type that generates plasma by electrodeless discharge.
あることを特徴とする請求項２記載の真空処理装置。3. The vacuum processing apparatus according to claim 2, wherein said plasma generation source is an ECR ion source.
源であることを特徴とする請求項２記載の真空処理装
置。4. The vacuum processing apparatus according to claim 2, wherein said plasma generation source is a helicon wave ion source.
の形状をしており、この中空体の内部を通ってプラズマ
が拡散することを特徴とする請求項１記載の真空処理装
置。5. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein the conductor has a shape of a hollow body whose both ends are open, and plasma is diffused through the inside of the hollow body.
される部分の材質が、グラファイト、熱分解カ−ボン、
ガラス状カ−ボン、導電性炭化珪素、導電化したシリコ
ンからなる群から選ばれたいずれか一つであることを特
徴とする請求項１記載の真空処理装置。6. The material of at least a portion of the conductor exposed to plasma is graphite, pyrolytic carbon,
2. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein the apparatus is any one selected from the group consisting of glassy carbon, conductive silicon carbide, and conductive silicon.
とする請求項１記載の真空処理装置。7. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein the conductor is grounded.
に接続されていることを特徴とする請求項１記載の真空
処理装置。8. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein the conductor is connected to a DC power supply or a high-frequency power supply.
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