JPH01236629A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH01236629A
JPH01236629A JP27578688A JP27578688A JPH01236629A JP H01236629 A JPH01236629 A JP H01236629A JP 27578688 A JP27578688 A JP 27578688A JP 27578688 A JP27578688 A JP 27578688A JP H01236629 A JPH01236629 A JP H01236629A
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大岩 潔
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造などに使用される、マイ
クロ波プラズマを利用したドライエツチングおよびCV
 D  (Chemical Vapor Depos
iLion)による薄j漠形成が可能なマイクロ波プラ
ズマ処理装置に関し、特に、RFバイアスを処理基板に
印加するものに関する。
〔従来の技術〕
この種のマイクロ波プラズマ処理装置として、E CR
(Electron CycroLron Re5on
ance)プラズマを用いたプロセス技術が注目されて
いる。ECRプラズマとは、磁場とマイクロ波との共鳴
効果を用いて電子を加速し、この電子の運動エネルギー
を用いてガスを電離してプラズマ、を発生させる原理に
基づくものである。マイクロ波に励振された電子は磁力
線の周りを円運動し、その際、遠心力とローレンツ力と
がバランスする条件を、ECR条件と呼んでいる。遠心
力をsrω8.ローレンツ力を−qrωBで表わすと、
これらがバランスする条件は、ω/B=q/mである。
ここでωはマイクロ波の角周波数、Bは磁束密度、q/
mは電子の比電荷である。マイクロ波周波数は工業的に
認められている(2)45GIlzが一般に用いられ、
その場合の共鳴磁束密度は875ガウスである。
ECR型のプラズマエツチング、CVD装置においては
、プラズマの高密度化をはかり、効率のよいエツチング
もしくは薄膜形成を行うためには、プラズマを発生させ
るためにプラズマ生成室に導入するマイクロ波を、ピー
ク電力の大きいパルス状にして加える必要がある。さら
に、エツチングにおいて、異方性の高い加工を行うため
には被加工基板とプラズマとの間にRFバイアスを印加
することが行われる1、なおRFとはRadio Fr
equencyのことであり、この分野では高周波とも
呼ばれ、はぼ100K)Izないし数十旧1zの範囲の
周波数である。
また薄膜形成においてもエツチングと同様にRFバイア
スを印加することにより、基板表面の溝。
穴などをち密な膜で均一に埋めることができ、また基板
表面に段差がある場合にも段差をな(し平坦な表面にす
ることが可能となる。その理由は公知のように、RFバ
イアスを印加した場合、基板に対して垂直方向の電界だ
けでなく横方向にも電界が生じ、これが膜形成に効果的
に作用すること、また電界の集中により基板表面のとが
った部分が削れ易くなるなどのためである。
上記のようなECRプラズマエツチング、CVD装置と
して、例えば第5図に示すものが知られている・この装
置の構成および動作の概要を以下に説明する。まず、プ
ラズマ生成室3.処理室9を図示しない排気手段により
真空排気しておき、ガス供給手段4から例えばN、ガス
をプラズマ生成室3に流したところへ、マイクロ波発生
器17で発生したパルス状のマイクロ波を、その伝達手
段である導波管1を介してプラズマ生成室3へ導入する
。前記導波管1とプラズマ生成室3との間には、大気圧
下にある導波管1側と真空排気されたプラズマ生成室3
とを気密に隔離するための真空窓2を設けである。プラ
ズマ生成室3の下部には中心に大口径の開ロアを有する
金属板が取り付けられており、この金属板とプラズマ生
成室3とで半開放のマイクロ波共振器を構成している。
この共振器の外部には励磁用ソレノイド6が配置され、
共i器内にECR条件を満たす磁場を生じせしめて、共
振器内にプラズマを発生する。このプラズマが磁力線に
沿って処理室9内に押し出され、基板台10に向う空間
内にガス供給手段12から例えばモノシランガス(Si
l+4)を供給して、このガスを前記プラズマにより活
性化すると、活性種が、RF発生器20によりRFバイ
アスを印加された被加工試料である基板11と反応して
基板表面にfllll!が形成される。なお基1i11
にRFバイアスを印加するための配線は接地電位のシー
ルドで覆われており、基板11の周面ば接地電位のシー
ルドで囲まれている。
なおガス供給手段4からN、ガスの代りにエツチング用
ガスを供給することにより、この装置は基板のエツチン
グ加工用にも使用可能となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のこの種のECRプラズマエツチング、CVD装置
における問題点は次のとおりである。すなわち、プラズ
マが発生するのはマイクロ波がプラズマ生成室に導入さ
れている時のみである。従ってマイクロ波のパルス周期
のうちマイクロ波が発生していない時はプラズマも発生
しない、RFバイアスを印加する際、プラズマが発生し
ている時はプラズマが負荷となるのでインピーダンスの
整合がとれ、基板上に適切な電圧を印加することが可能
である。しかしながらマイクロ波が発生しておらずプラ
ズマも発生していない時は無負荷状態となり、整合もと
れない、一方プラズマが発生している時に整合がとれる
ようにRF /<イアスを調整しておくとプラズマの発
生して0なし1時番よ必然的に不整合となり、基板上に
高電圧が印加される。この高電圧は約IKVになる場合
もあり、基板表面で放電が起き、基板表面にクレータ−
が生じ破損する問題があった。
この発明の目的は、前記従来の問題点を除去し、エツチ
ングあるいは薄膜形成において最適のRFバイアスを基
板に印加してエツチングあるいは薄膜の加工が可能とな
るプラズマ処理装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために、この発明によれば、パル
ス状のマイクロ波発生手段であるマイクロ波発生器と、
該マイクロ波の伝達手段である導波管と、該導波管と結
合されて前記マイクロ波が導入されるとともに、ガス供
給手段を介して供給されたガスを前記マイクロ波との共
鳴効果によりプラズマ化して活性な原子1分子またはイ
オンを生ぜしめるための磁力線を発生する励磁用ヅレノ
イドを備え、かつ軸線が該ソレノイドが生じる磁力線束
の中心軸と一敗する開口を前記マイクロ波を伝達する導
波管と対向する側に有するプラズマ生成室と、該プラズ
マ生成室と前記開口を介して結合され該開口から前記磁
力線に沿って流出する前記活性な原子9分子またはイオ
ンにより表面にエツチングが施されまたは薄膜形成され
る基板が配される処理室と、該基板にRFバイアスを印
加するためのRF発生手段であるRF発生器と、前記プ
ラズマ生成室と処理室の排気を行う真空排気系とを備え
たプラズマ処理装置において、前記パルス状のマイクロ
波とRF波の発生時期を同期させるための、同期パルス
発生回路あるいはRFバイアス変調回路などから成るR
F発生同期手段を備えることとする。
〔作用〕
このように、マイクロ波がプラズマ生成室に導入されて
いてプラズマが発生している時のみRFバイアスを印加
することにより、常に整合がとれ、基板表面に高電圧が
発生しないようにすることが可能となる。すなわち、マ
イクロ波のXルスON時と同期するようRF発生器にパ
ルス変調をかけ、マイクロ波がON時、すなわちプラズ
マが発生している時のみRFバイアスが基板に印加され
、マイクロ波のOFF時にはRFバイアスが基板に印加
されないようにする。これにより、RFバイアスは常に
プラズマを負荷としてほぼ一定のインピーダンスに対し
印加されることになり不整合も生じない、これ数基板表
面に高電圧が発生して放電が起きることもなくなり、基
板表面を破損することなく常に最適のRFバイアスを印
加して、基板・のプラズマ処理を行うことが可能となる
〔実施例〕
本発明に基づいて構成されるプラズマ処理装置であるE
CR型プラズマエツチング、cVD装置の一実施例を第
1図に示す、ここで従来の構成例7あ、第s+’晶よ同
一。部材、は同一。線番を付。
て説明を省略する0図において、パルス状のマイクロ波
とRF波の発生時期を同期させるためのRF発生同期手
段41は、同期パルス発生回路22とパルス信号伝達手
段31とから成っている。第2図に同期パルス発生回路
22のブロック図を示す0発振回路221で10011
z程度の周波数で交流を発生させ、これをパルス化回路
222で矩形波にする。この矩形波を、電流増幅機能を
有しオペアンプやICからなる出力バッファ223を通
してパルス信号伝達手段31によりマイクロ波発生器1
7とRF発生器20とに伝達してパルス変調をかけ、マ
イクロ波とFFバイアスとを同時に出力させる。これに
より、マイクロ波のON、OFFとRFのON、OFF
の同期がとれ、プラズマ発生に同期してRFバイアスを
印加することが可能となる。
第3図に本発明の他の実施例を示す、この例では、RF
バイアスを印加した時、マイクロ波OFF時に負荷のイ
ンピーダンスが増加することにより負荷の電位が上昇す
ることを利用し、マイクロ波OFF時に基板上の電位が
あらかじめ設定したしきい値電圧を超えた時にRFをO
FFするようRFバイアス変調回路23を設け、パルス
変調をかける。すなわち、この場合パルス状のマイクロ
波とRF波の発生時期を同期させるためのRF発発生同
年手段41、基板電位検出手段32とRFバイアス変調
回路23とRFON/OFFF達手段33とから成って
いる。第4図にRFバイアス変調回路23のブロック図
を示す、基板上に発生する電圧を、基板電位検出手段3
2により検出し、検波回路231で直流信号にした後、
比較回路232で基準値設定回路233であらかじめ設
定した値と比較する。ピーク値が基準値より小さい場合
、比較回路232からON信号が出力され、出カバソフ
ァ235により電流増幅されてR’F変調信号が出力さ
れる。一方ピーク値が基準値より大きい場合、比較回路
232からOFF信号が出力されるが、チャタリングを
防ぐために、ホールド回路234により、マイクロ波の
パルスの周期より短いある一定の時間RFF調信号を出
力しないよう、比較回路232からの出力信号はOFF
のまま保持される。よって、あらかじめ設定した値より
基板上の電圧が低い場合だけRFF調信号がRFバイア
ス変調回路23より出力され、RFON/OFFF達手
段33を介し゛てRFF生器20に入力され、RFバイ
アスが出力される。これによりプラズマが発生している
時およびプラズマが消滅した直後のRFバイアスによる
電圧がしきい値以下の時のみRFバイアスが印加さるた
め、基板表面での放電は起きず、マイクロ波発生器17
に何ら信号を与えることなく任意のRFバイアスを印加
して基板のプラズマ処理を行うことができる。
〔発明の効果〕
以上に述べたように、本発明によれば、エツチングもし
くは薄膜形成において基板にRFバイアスを印加するの
は、マイクロ波がプラズマ生成室に導入されていてプラ
ズマが発生している時のみとしたので、パルス状のマイ
クロ波を用いて基板のプラズマ処理を行う場合、基板を
破損することな(最適のRFバイアスを印加してエツチ
ングもしくは薄膜形成を行うことが可能となり、エツチ
ングにおいては異方性の高いエツチングが、gjPA形
成においても溝、穴などをち密な膜で均一に埋めること
、また基板表面の段差の平坦化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例になる同期パルス発生回路等
により成るRFF生同期手段を備えたプラズマ処理装置
の構成図、第2図は同期パルス発生回路の構成を示すブ
ロック図、第3図は本発明の異なる実施例になるRFバ
イアス変調回路等により成るRFF生同期手段を備えた
プラズマ処理装置の構成図、第4図はRFバイアス変調
回路の構成を示すブロック図、第5図は従来のRFバイ
アス印加型プラズマ処理装置の構成図である。 3:プラズマ生成室、9:処理室、11:基板、17:
マイクロ波発生器、20:RFF生器、22:同期パル
ス発生回路、23:RFバイアス変調回路、31:パル
ス信号伝達手段、32:基板電位検出手段、33:RF
ON/OFFF達手段、41:RF発生同窩Z喝 り一一一で−         J ノ3  RFバイアス−1容r旧猜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)パルス状のマイクロ波発生手段と、該マイクロ波
    の伝達手段と、該マイクロ波伝達手段と結合されて前記
    マイクロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を介し
    て供給されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果により
    プラズマ化して活性な原子、分子またはイオンを生ぜし
    めるための磁力線を発生する励磁用ソレノイドを備え、
    かつ軸線が該ソレノイドが生じる磁力線束の中心軸と一
    致する開口を前記マイクロ波伝達手段と対向する側に有
    するプラズマ生成室と、該プラズマ生成室と前記開口を
    介して結合され該開口から前記磁力線に沿って流出する
    前記活性な原子、分子またはイオンにより表面にエッチ
    ングが施されまたは薄膜が形成される基板が配される処
    理室と、該基板にRFバイアスを印加するためのRF発
    生手段と、前記プラズマ生成室と処理室の排気を行う真
    空排気手段とを備えたプラズマ処理装置において、前記
    パルス状のマイクロ波とRF波の発生時期を同期させる
    ための、RF発生同期手段を備えることを特徴とするプ
    ラズマ処理装置。
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処理装置に
    おいて、前記RF発生同期手段は、同期パルス発生回路
    と、パルス信号伝達手段とから成ることを特徴とするプ
    ラズマ処理装置。
  3. (3)特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処理装置に
    おいて、前記RF発生同期手段は、RFバイアス変調回
    路と、基板電位検出手段と、RFON/OFF伝達手段
    とから成ることを特徴とするプラズマ処理装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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