JPH02195631A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体素子の製造工程の一つであるドライエ
ツチング及びＣＶＤ等に用いられるプラズマ発生装置に
関するものである。

［従来の技術］ 第７図に於いて従来のプラズマ発生装置について説明す
る。

高周波電源１に直流遮断用のコンデンサ８を介して接続
された平板電極（カソード電極）２と、該平板電極２に
相対して接地電位にある対向電極（アノード電極）３が
設置されている。

前記カソード電極２、アノード電ｆ！３は真空容器４に
収納され、カソード電極２は絶縁材５により真空容器４
と絶縁されている。

該真空容器４には反応性ガスを導入する導入系６と真空
容器４内の圧力を一定に保つ為の排気系７が設けられて
いる。

被処理物、例えばシリコンウェーハ９は、通常前記カソ
ード電極２上に載置される。

前記画電極２，３間に高周波電力、例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚを印加して両電極間にプラズマを発生させるとプラ
ズマ内の電子と正イオンの移動速度の大きな違いにより
、高周波電力を印加した側（カソード電ｉ２側）に陰極
降下（セルフバイアス）が発生する。この陰極降下で反
応性ガスイオンは加速されて被処理物９に垂直に入射し
、垂直方向のエツチングが進行する。

［発明が解決しようとする課題］ 斯かる装置によりエツチング処理を行う場合、エツチン
グ速度を決定する主な要素として陰極降下電圧（イオン
エネルギ）と被処理物に入射するイオンの数（イオン密
度＝プラズマ密度）がある。

エツチング速度を増大させる為には、前記イオンエネル
ギ、プラズマ密度のうち特にプラズマ密度を増大させな
ければならないが、プラズマ密度を増大させるには印加
した高周波電力を増加すればよい。

然し、この高周波電力を増加した場合、必然的に陰極降
下電圧（イオンエネルギ）も増加する。

従って、前記した被処理物が半導体素子製造の為のウェ
ーハである場合、従来のものではエツチング速度を増大
させるとイオンエネルギも増加し、更にイオンエネルギ
が必要以上に増加すると、ウェーハの表面に被膜したマ
スク、更には被エツチング層下の層、或は丹材に損傷を
与えるという問題があった。

本発明は斯かる実情に鑑み、マスク、被エツチング層下
の損傷を防止しつつ且エツチング速度の高速化を実現す
る為のプラズマ発生装置を提供しようとするものである
。

［課題を解決する為の手段］ 本発明は、高周波カソード電極に対向させてアノード電
極を設け、該アノード電極に対向させて直流カソード電
極を設け、前記アノード電極の少なくとも直流カソード
電極と対峙する部分に所要数の孔を設け、前記高周波カ
ソード電極とアノード電極間に高周波電力を印加して放
電させ、前記直流カソード電極とアノード電極間に直流
電力を印加して放電させる様構成したことを特徴とする
ものである。

［作　　用］ 高周波カソード電極とアノード電極との間には高周波プ
ラズマが発生し、直流カソード電極とアノード電極との
間には直流プラズマが発生する。この両プラズマを多数
の孔を設けた接地電位にあるアノード電極で分離するこ
とで高周波プラズマは直流プラズマに対し正の電位を有
しており、直流プラズマの電子はアノード電極の孔を通
って高周波プラズマ内に取込まれ、高周波プラズマの密
度を高める。又、高周波カソード電極の陰極降下電圧は
主に高周波電力によって決定され、直流プラズマからの
電子の取込によって陰極降下電圧即ちイオンエネルギに
は大きく影響を及ぼさない。

［実　施　例］ 以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を説明する。

第１図は該実施例の基本構成図であり、第２図は第１図
に対応した電極位置とその間に発生するプラズマの電位
分布を示したものである。

高周波カソード電極１１と直流カソード電＆１２を対峙
させ配置し、両電ｉｌｌ、１２の間にアノード電極１３
を配設する。該アノード電極１３は、多数の孔を穿設し
た多孔板、或はメツシュ状の板である。

前記高周波カソード電極１１を直流遮断用コンデンサ８
を介して高周波電源１に接続し、前記直流カソード電！
１２は抵抗１４を介して直流電源１５の一側に接続する
。該直流電源１５の＋側及び前記アノード電極１３は接
地電位とする。

上記構成に於いて、高周波カソード電極１１とアノード
電極１３との間、直流カソード電極１２とアノード電極
１３との間にそれぞれ高周波電力、直流電力を印加する
ことにより、それぞれの電極間に高周波プラズマ１６、
直流プラズマ１７が発生する。

而して、前記した電極間のプラズマ電位分布は、第２図
の如くなる。即ち、アノード電極１３は接地電位となり
、直流カソード電極１２の近傍及び高周波カソード電極
１１の近傍にはそれぞれＶｌ、Ｖ２の陰極降下が生ずる
。又、直流プラズマ１７の電極近傍を除く空間には−Ｖ
ＰＩのプラズマ電位が、高周波プラズマ１６の電極近傍
を除く空間には＋■Ｐ２のプラズマ電位が生ずる。

従って、第２図の様な電位分布が形成されたプラズマ空
間では、直流プラズマ１７内の電子は常にＶ　Ｐ　Ｉ　
＋Ｖ　Ｐ　２なる加速電界によって加速され、アノード
電極１３を通って高周波プラズマ１６内に供給される。

この供給された電子により、高周波プラズマ１６のプラ
ズマ密度は高周波電力のみによるプラズマ密度より高密
度を達成できる。

又、高周波側の陰極降下電圧Ｖ２は高周波電力が支配的
であり、プラズマ密度が上昇しても略一定である。而し
て、プラズマ密度は直流電源１５によって印加する直流
電力を制御することにより制御でき、イオンエネルギは
高周波電力によって支配される陰極降下（セルフバイア
ス）によって決定されるので高周波電力を制御すること
によりでき、結局、プラズマ密度、イオンエネルギは個
々に独立して制御することができる。尚、アノード電極
１３の孔の分布状態を変化させることによりプラズマ密
度の空間分布を調整することができる。

第３図は、本発明の他の実施例を示すものであり、上記
実施鋼中直流カソード電極１２を所謂ホロー電極１８と
し、効率よくプラズマが発生する様にしたものである。

該ホロー電極１８には多数の穴１９を掘設し、原人１９
の部分でホロー陰極放電を発生させるものである。

前記穴１９の形状としては、グロー放電の＃に極降下の
厚みの２倍が、原人１９の直径より温かに小さい程度が
最適であり、穴の深さについては、直径の２倍程度かそ
れ以上とするのが好ましい。

更に、ホロー電極１８とした場合、掘設した穴１９の分
布を変えることによりプラズマ密度の分布を変えること
が可能である。穴１９の均一分布では、周辺のプラズマ
密度が高く、ウェーハ９のエツチング速度は周辺に於い
て大きいが（曲線Ａ）、穴分布を中心を密にすることで
均一化（曲線Ｂ）することができる。

尚、第５図は前記ホロー電［ｉ１８を用い、高周波電力
を一定とした場合の直流放電電流に対するエツチング速
度の関係を示すもので、直流放電電流を変えることでエ
ツチング速度を制御することができることが分る。

尚、前記ホロー電極１８の形状は、穴１９に代え涌とし
もよいことは勿論である。

第６図は第３の実施例を示すものである。アノード電極
２０を一端面のみ開口する筒形状とし、その円筒壁２１
の同一円周上に多数の孔２２（又はスリット）を穿設し
、これら孔２２に対峙させリング状の直流カソード２３
を配設したものであり、該リング状の直流カソード２３
は内周面に穴１９を穿設し、ホロー電極としである。

高周波カソードを極２４はアノード電極２０の開口部に
底面と対峙して配設しである。

アノード電極２０と高周波カンード電極２４との間に高
周波電力を印加することにより、アノード電極２０の内
部に高周波プラズマが発生し、更にアノード電ｆ！２０
と直流カソードを極２３との間に直流電力を印加するこ
とにより、アノード電ｉ＃１２０と直流カソード電極２
３との間に直流プラズマが発生し、直流プラズマ内の電
子は孔２２を通って高周波プラズマ内に供給される。

尚、第３の実施例に於いて、孔２２を複数列、鎖孔２２
に対向させて直流カソード電極２４を複数設けてもよく
、この場合に於いて、各直流カソード電ｆ！２４の放電
電流を変えることで供給する電子の数、高周波プラズマ
内のプラズマ密度の空間分布をそれぞれ制御することか
可能となる。

又、前記直流カソード２３の凹部は連続した講であって
もよい。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、プラズマドライエツチ
ングに於けるエツチング速度を決定する要因であるイオ
ンエネルギ、プラズマ密度を個別に制御し得るので、イ
オンエネルギを最適な値に保ちつつ、プラズマ密度を増
大させることができ、被処理物の非エツチング部に損傷
を与えることなくエツチング速度を増加させ得るという
優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す基本構成図、第２
図は該実施例でのプラズマ電位分布を示す線図、第３図
は第２の実施例の基本構成図、第４図はエツチング速度
分布を示す線図、第５図は直流放電電流とエツチング速
度を示す線図、第６図は第３の実施例を示す基本構成図
、第７図は従来例を示す基本構成図である゛。 １１．２４は高周波カソード電極、１２２３は直流カン
ード電極、１３．２０はアノード電極、１８はホロー電
極、１９は穴、２２は孔を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高周波カソード電極に対向させてアノード電極を設
   け、該アノード電極に対向させて直流カソード電極を設
   け、前記アノード電極の少なくとも直流カソード電極と
   対峙する部分に所要数の孔を設け、前記高周波カソード
   電極とアノード電極間に高周波電力を印加して放電させ
   、前記直流カソード電極とアノード電極間に直流電力を
   印加して放電させる様構成したことを特徴とするプラズ
   マ発生装置。 ２）前記直流カソード電極に凹部を設けてホロー電極と
   した請求項第１項記載のプラズマ発生装置。 ３）直流カソード電極に設けた凹部の分布状態を変化さ
   せプラズマ密度の空間分布を変化させた請求項第２項記
   載のプラズマ発生装置。 ４）アノード電極の孔分布状態を変化させプラズマ密度
   の空間分布を変化させた請求項第１項記載のプラズマ発
   生装置。 ５）高周波カソード電極とアノード電極間に印加する高
   周波電力及び直流カソード電極とアノード電極間に印加
   する直流電力の少なくとも一方を独立して制御する様に
   した請求項第１項記載のプラズマ発生装置。