JPH01272769A - プラズマ発生装置 - Google Patents

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】 イ、産業上の利用分野 本発明はプラズマ発生装置、例えばプラズマによるリア
クティブイオンエツチング、プラズマエツチング、プラ
ズマデポジション装置等に関するものである。

口、従来技術 従来、リアクティブイオンエツチング（ＲＩＥ）即ち、
このエツチャー（エツチング装置）１は、アルミニウム
合金で構成されるチャンバー２と、このチャンバー内の
上部に配され、接地されている上部電極６と、チャンバ
ー２に上部電極６を通してプロセスガスを供給するガス
供給部８と、チャンバー２内に配され、高周波電力を供
給される下部電極３と、下部電極３に電力を供給する高
周波発振器５と、この発振器のインピーダンスを整合し
、プラズマ放電のマツチングをとるマツチングネットワ
ーク４とから成る。ここで、マツチングネットワーク４
は、チャンバー内の電極６−３間に加えられるエネルギ
ーを反射電力と放電インピーダンスのコントロールを行
うことにより制御するものである。

プラズマ放電はガス供給部８から供給されたガス、例え
ばフッ化イオウ又はフン化炭素等のガスをチャンバー内
に流し、上部電極６と下部電極３との間に電圧を加える
事により起こされるのである。このプラズマ放電により
プロセスガスが電離され、各種ラジカル及びイオンから
成るプラズマ７が発生する。そして、プラズマ７ば下部
電極３上にセントされ、予め所定のパターンにレジスト
が設けられている半導体ウェハ９に作用し、レジストの
無い部分の半導体を選択的にエツチングする。

こうしたＲ（Ｅエツチングは、エツチングをプラズマを
用いて行うために、高精度にして微細パターンの高速エ
ツチングが可能になる。

ところが、本発明者が検討したところ、第１５図に記載
した装置は次のような欠点を有することが判明した。

即ち、プラズマ７を発生させるプラズマ発生器（即ち３
．４．５．６．８からなる発生器）が１個しかな（、こ
の中でウェハ９を処理しているために、エツチングパラ
メータである供給電力、ガス流量、圧力、温度等の相互
間が影響し合い、これによってプロセス実行上の自由度
が乏しくなる。

また、例えば工、チング速度を上げようとして、ラジカ
ル、イオン等の発生量を増加させるための１つのパラメ
ータである供給電力を増大させると、他のプロセスパラ
メータであるレジストの材料選択を行わねばならず、レ
ジストの選択範囲が狭くなってしまうという問題が生じ
る。

更に、レジストと被エツチング膜との選択比が減少する
という問題も生じる。即ち、電界が高くなることにより
、レジストのエツチングレートが増大するためである。

ハ０発明の目的 本発明の目的は、プラズマ発生に関するプロセス制御を
大きな自由度で行うことのできる装置を提供することに
ある。

本発明の第二の目的は、プラズマ発生に関し、エツチン
グやデポジションの効率を高める装置を提供することに
ある。

二９発明の構成 即ち、本発明は、プラズマの発生を独立に制御できる第
一、第二のプラズマ発生器と、前記第二のプラズマ発生
器に生じたプラズマを前記第一のプラズマ発生器に生じ
たプラズマに混合するための導入手段とを存するプラズ
マ発生装置に係るものである。ここで、上記の「導入手
段」とは、後述の真空ポンプによる吸引下でガスを通過
させる後述の連通管部や連通空間等を意味する。

ホ、実施例 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図〜第９図は、本発明をプラズマエツチングに適用
した最良の実施例を示すものである。

本実施例によれば、プラズマ発生器を２つ用い、一方を
主チヤンバ−２（第一のプラズマ発生室）に設け、この
主チヤンバ−２に対し新たに従チャンバー１２（第二の
プラズマ発生室）を連通管部１０を介して連通せしめ、
この従チャンバーに第二のプラズマ発生器を設ける。こ
こで、主チャンバー２自体は第１５図に記載したものと
基本的に同様に構成されている。

第二のプラズマ発生室１２ば、第２図及び第３図に示す
ように、独立にコントロールすることができるガス供給
部１ａを持ち、かつマツチングネットワーク１４を介し
、一対の対向電極１３と１６との間に高周波発振器１５
により発生させられた電力を印加し、チャンバー１２内
にプラズマを発生させるプラズマ発生器（１３，１４，
１５，１６，１８からなる発生器）を有している。チャ
ンバー１２はクォーツのペルジャーから成っている。

ここで更に具体的に説明を行う。

第一のプラズマ発生器の高周波発振器５は、ヘンリー社
の１００ＯＷ、　１３．５６　ＭＨｚのものが使われ、
マツチングネットワーク４には、テキサス・インスツル
メンツ社製のものが使われている。

第一のプラズマ発生室２のチャンバーは、アルミニウム
合金等で作られる。プラズマ放電を起こすためにＣｚ　
Ｆ　ｈ％　Ｃｌ　ｘ　、Ｓ　Ｆ　ｂ　、ＨＢ　ｒガス等
がガス５．４．３．２としてガス供給部８から上部電極
６を通り、チャンバー２内に供給される。

上部電極６の構造は第４図に示されている。この上部電
極ａを構成する偏平な筒状部２０の中央には、第４Ａ図
のように１３ｔｍφの穴２１が開けられ、この電極には
第４Ｂ図に示すように、全域からむらなくガスが出てい
くように、網の目のように穴２３が１３ｎφの穴６０の
周りに開けられているプレート２４が取り付けられてい
る。この取り付けは、筒状部２０の外周の雄ねじ部２５
にプレート２４の内周の雌ねじ２Ｇをねじ込むことによ
り行われる（第２図参照）。

下部電極３は、第５図、第６図に示されるように、支持
リング３１で支持される。この電極３上にウェハ９が乗
せられ、エツチングが行われる。

又、電極３−６間距離は１１０ｍである。下部電極３は
、ペルジャー底部に固定されたボックス２７（第２図で
は仮想線で示した。）内に収容されている。下部電極３
はチャック３２によって吸引されて固定される。このチ
ャック３２にはチャッキング用のＨｅがガス１として供
給される（第１図参照）。

チャンバー２内のガス２８は、エドヮーズ社製ＥＨ５０
０ブースターポンプ２９とＥ２Ｍ８０ロータリーポンプ
３０とにより排気される（第１図参照）。

次に、第二のプラズマ発生室１２について説明を行う。

第二のプラズマ発生器は第１〜第３図に示されるように
構成されている。罪ち、高周波発振器１５はプラズマサ
ーモ社の５００Ｗ、　１３．５６　Ｍ−のものが用いら
れ、マツチングネットワーク１４には、同じくプラズマ
サーモ社のものが用いられている。

電極１３．１６はこの例では、円筒形のペルジャー１２
の外部にこれを取り巻くようにして取り付けられ（第３
図参照）、これらの電極の一方がマツチングネットワー
ク１４に接続し、もう一方はアースに接続する。各電極
は幅が８０ｍで、２つのｔｉ間距離は最も短い部分で２
０寵である。なお、実際には電極１３．１６は第３図の
ようにテフロンワイヤ５８でペルジャーに固定されてい
る。

第７図に示すように、ペルジャー１２は円筒型のクォー
ツ製で、一端がＳＦ、等のガスを導入するガス供給部１
８に第９図に示す接続部品４４．４５．４６を用いて接
続され、もう一端が第８図に示す接続部品３７を用いる
ことにより、第一のプラズマ発生室２に接続される。こ
の接続部分の内径は１６ｗ１１である。ペルジャー１２
の上部フランジ４８には第２図に示したように、その上
に載置したワッシャ４４を介して接続管部４５を配し、
これらの４５．４４．４８を挟着金具４６で挟着し、更
にねじ孔５３にボルト５４をねじ込み、完全に固定する
。ワッシャ４５に設けた凹部４９には０リング５０を収
容する。図中の５１．５２は夫々ガス通過孔である。

具体的な第一のプラズマ発生室２と第二のプラズマ発生
室１２との間の接続は、第２図に示されている。

即ち、主チャンバー壁３３に溝３４を掘り、０リング３
５を溝３４の中にいれ、更に従チャンバー１２の下部フ
ランジ３６を支えるために、第７図に示すフランジ３６
のねじ孔４７を通して主チャンバー壁３３にねじをねじ
込み、更にサポート金具３７を用いて固定している。但
し、ねじ孔４７を用いたねし固定は必ずしも必要でない
。サポート金具３７は第８図に示すように一対用い、こ
れらをスプリング３９付きボルト３８で主チャし ンバー壁３３に動かないようにしっかり固定ｉｔでいる
。即ち、金具３７の円弧状切欠き４１に従チャンバー１
２の連通管部１０を挿入し、フランジ３６を押さえなが
ら金具３７の孔４０にボルト３８を通し、更にチャンバ
ー壁３３のねし孔４２にねじ込む。金具３７とチャンバ
ー壁３３との間のスプリング４３もスプリング３９と同
様に、ボルト３８による固定を調整するためのものであ
る。

このように、プラズマエツチング装置を本来の主チヤン
バ−２と従チャンバー１２とに分け、従チャンバー１２
でもプラズマを発生させ、連通管部１ｏ、更には穴２１
を通して主チヤンバ−２のプラズマと混合させるように
しているので、プロセスの自由度を大きくすることがで
きる。例えば、ラジカルの発生量を増加させる際、主チ
ヤンバ−２のエツチングパラメータを変更しなくても、
従チャンバー１２の同パラメータを変更し、従チャンバ
ー１２への供給電力を増大する事により行える。つまり
、第一のプラズマ発生器と第二のプラズマ発生器とは、
独立してエツチングパラメータを、目的とする条件に設
定できることになるから、その分自由度を大きくするこ
とができるのである。

しかも、第一のプラズマ発生器と第二のプラズマ発生器
とは独立して制御できるので、例えば主チヤンバ−２で
は、従来、供給電力を増大することにより発生するレジ
ストの損傷（レジストバーン等）が防止されることにな
り、これによりレジスト選択の幅も拡がることになる。

次に、実験データによって、本発明に基づ（装置の優位
性を説明する。即ち、例えば、資料として半導体ウェハ
上にＷ（タングステン）を設けたものを使用し、これを
次の条件でエツチングした。

主チヤンバ−２：エツチングレートＦ。

流量２００　　ＳＣＣＭ 圧力１４０ｍＴｏｒｒ 従チャンバー１２＝エツチングガスＳＦ。

流量１００　　ＳＣＣＭ 圧力１４０ｍＴｏｒｒ この結果、第１０図に示す表１のデータが得られた。こ
の結果から、第一プラズマ発生器のみを使用の場合に比
べ、第一プラズマ発生器と第二プラズマ発生器の双方を
用いることによって、エンチングの目標値からのずれ、
エンチング均一性が良くなるのが分る。但し、エツチン
グ均一性は従チャンバーの電力５０Ｗで最も良く、１０
０Ｗに電力が上がると比較的悪くなっている。これは、
本実施例の場合、主チャンバーの中央部に従チャンバー
のプラズマを導入する構造になっているので、プラズマ
を導入し過ぎると、中央部のプラズマの密度が高くなり
、エツチング均一性が悪（なるのではないかと考えられ
る。

また、第一プラズマ発生器のエツチング条件を変えない
で、第二プラズマ発生器の電力（パワー）をコントロー
ルすることにより、エツチングレートを変えることがで
きる。

第１１図の表２に、第二プラズマ発生器の電力を変えた
ときのタングステンのエツチングレートの変化を示す。

主チャンバーのエンチング条件はＨｅ　＝　１００ＳＣ
ＩＪ、電力＝５０Ｗ、圧力＝９Ｑ＋ｕＴｏｒｒですべて
同じであり、実際に反応性エツチングを行うＳＦ、は導
入していない。

なお、主チャンバーのエツチング条件をかえ、主チャン
バ、−だけでＨｅ　＝　１１００５ＣＣ，Ｓ　Ｆ　ｈ　
−５０３ＣＣＭ、　を力＝ＳＯＷ、圧力＝９０ｍＴｏｒ
ｒのエツチング条件でタングステンの工・ノチングを行
ったときのエツチングレートは、６９８人／ｗｉｎにな
った。即ち、第一、第二プラズマ発生器の両方を用い、
第一プラズマ発生器だけにＳ　Ｆ　ｈ　＝５０ＳＣＣＭ
を導入した場合と比較すると、第二プラズマ発生器と第
一プラズマ発生器の両方を用いたほうが、エツチングレ
ートとして約３０％以上も大きいことが分かった。この
結果は、プラズマを混合することによりプラズマのエネ
ルギー準位が上り、効率良くラジカル等を発生させるこ
とができることを示す。つまり、単に両者のプラズマを
混合しただけでなく、工、チング効率をも高めているこ
とが示された。

更に、ＷｆｃＳＦ、のガスを用いてエツチングすると、
Ｃｌ１ｔ　−ＨＢｒ、ＣＨ４等のガスを加えることによ
り、エツチングレートが低下する問題がある。これを防
止するには、パワーを増加するしかないが、パワーを上
げるとレジストバーン等の別の問題が発生する。この問
題も、第二プラズマ発生器を用いることにより、第一プ
ラズマ発生器のパワーを上げることなくエツチングレー
トを上げることにより解決できる。

第１２図の表３に、第二プラズマ発生器を用いたときと
用いないときのエツチングレートの変化を示す。この例
ではエツチングレートが４５１人／＋ｉｎから８７３人
／ｓｉｎへと約９０％も増加した。

次に、本発明の第２の実施例について説明を行う。この
例は従チャンバーが主チャンバーの側壁についている点
が特徴である。

第１３図に第２の実施例の全体図を示す。主、従チャン
バー自体の構成は、第１の実施例と同じである。従チャ
ンバー１２の取り付は位置とガス排出口５５の位置のみ
が異なる。つまり、従チャンバー１２の中の第二プラズ
マ発生器から発生したプラズマを主チヤンバ−２のプラ
ズマと混合させるために、第二プラズマ発生器から発生
したプラズマがポンプで引かれる方向上に、主チャンバ
ーの中の第一プラズマ発生器から発生したプラズマが存
在することが必要である。ガス排気口５５は、第一プラ
ズマ発生器で発生したプラズマと第二プラズマ発生器で
発生したプラズマとを結ぶ線の延長上にあるのが望まし
い。

なお、上記の各側に使用するプラズマ発生器は、平行平
板方式だけでなく、ＥＣＲ、マイクロ波等のプラズマを
発生する別の装置を用いても良い。

第１４図に本発明の第３の実施例を示す。チャンバー５
６は１つのみであり、内部に互いに独立に制御できる第
一プラズマ発生器（図面右側）と第二プラズマ発生器（
図面左側）を備えている。

第二プラズマ発生器でのプラズマは第一プラズマ発生器
のプラズマと混合される。第一プラズマ発生器と第二プ
ラズマ発生器の構造は、第１の実施例の第一プラズマ発
生器と同じであるが、これらの再発生器間は連通空間５
７を介して連通している。そして、第二プラズマ発生器
には上述の従チャンバーと同様のマツチングネットワー
ク１４と発振器１５が接続され、かつガス供給部１８か
ら所定のガスが供給される。

また、ポンプの取り付は位置は、第２の実施例と同じで
ある。ガス導入口は第一、第二プラズマ発生器の上部電
極に各々取り付けられている。

以上、本発明を例示したが、上述の例は本発明の技術的
思想に基づいて更に変形が可能である。

例えば、上述の両チャンバーの操作条件や方法、構造等
は種々変更してよい。使用するプロセスガスは公知の種
々のものが選択可能である。また、上述の例ではプラズ
マ発生器を２個連結したが、３個以上連結し、前位のプ
ラズマ発生器で発生したプラズマを次のプラズマ発生器
へと次々に導入し、最後位のプラズマ発生器で本来のエ
ツチングを行えるようにし、途中のプラズマ発生器の操
作条件を各々適切に調整しても良い。

更に、ウェハのエツチング、デポジションだけではなく
、ＣＤ（コンパクトディスク）、ガラス等に薄膜をつけ
る、フィルム上に蒸着を行う、及びエツチングを行う装
置にも応用しても良い。

へ０発明の作用効果 プラズマの発生を独立に制御できる第一、第二のプラズ
マ発生器を設け、前記第二のプラズマ発生器に生じたプ
ラズマを前記第一のプラズマ発生器に生じたプラズマに
混合するように構成したので、前者の操作条件の同パラ
メータを変更しなくても後者のパラメータを変更するこ
とによって目的とする条件設定が可能になり、プロセス
の自由度が大きくなる。更に、エツチング効率をも高め
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１４図は本発明の実施例を示すものであって
、 第１図は本発明の第１の実施例によるプラズマエツチン
グ装置の概略図、 第２図は同プラズマエツチング装置の要部断面図、 平面図、 第５図は下部電極部の断面図（第６図のＶ−Ｖ線断面図
）、 第６図は下部電極部の平面図、 第７図（Ａ）は従チャンバーの断面図、第７図（日）は
同従チャンバーの底面図、第８図（Ａ）はサポート金具
の平面図、第８図（Ｂ）は同金具による固定部の断面図
、第９図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は従チャンバーの上部
の各接続部品の、断面図又は正面若しくは平面図、 第１０図、第１１図、第１２図は本発明の第１の実施例
の実験結果を示す各表、 第１３図は本発明の第２の実施例を示す概略図、第１４
図は本発明の第３の実施例を示す概略図である。 第１５図は従来例を示す概略図である。 なお、図面に示す符号において、 ２　　　　・・・・主チヤンバ− ３，１３・・−・電極 ４．１４・・・・マツチングネットワーク５．１５・・
・・高周波発振器 ６．１６・・・・電極 ７．１７・・・−プラズマ ８．１８・・・・ガス供給部 ９　　　・・・・半導体ウェハ １０　　・・・・連通管部 １２　　・・・・従チャンバー ２１．２２．２３ ０００°八 ２９．３０・・・ポンプ ５５　　・・・・排気孔 である。 代理人　　弁理士　　逢　坂　　　宏 第２図 第５図 ｊＬτヒｉでシフ入　　　　　　　　　　　　　　１目
ど汀でンフ−ヘ第６図 第７図 第８図 （Ｂ） ６３（王チγシバ−４＋） 第９図 ４→ 第１０図 第１２図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プラズマの発生を独立に制御できる第一、第二のプ
   ラズマ発生器と、前記第二のプラズマ発生器に生じたプ
   ラズマを前記第一のプラズマ発生器に生じたプラズマに
   混合するための導入手段とを有するプラズマ発生装置。