JPH04326725A - プラズマ装置 - Google Patents

プラズマ装置

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JPH04326725A
JPH04326725A JP3122878A JP12287891A JPH04326725A JP H04326725 A JPH04326725 A JP H04326725A JP 3122878 A JP3122878 A JP 3122878A JP 12287891 A JP12287891 A JP 12287891A JP H04326725 A JPH04326725 A JP H04326725A
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plasma
electron
processing chamber
vacuum processing
introduction port
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JP3122878A
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Kazuya Nagaseki
一也 永関
Shuji Mochizuki
望月　修二
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Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32321—Discharge generated by other radiation
    • H01J37/3233—Discharge generated by other radiation using charged particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はプラズマ装置に関する
もので、例えば半導体ウエハ等の被処理体をエッチング
あるいは成膜処理等するプラズマ装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体製造工程において、真空処
理室内にプラズマ雰囲気を生成して、真空処理室内に収
容される被処理体をプラズマ処理するプラズマエッチン
グ装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ装置が使用さ
れている。この種のプラズマ装置は、真空処理室内に設
けられたプラズマ生成手段によって生成された反応性ガ
スプラズマを利用して半導体ウエハのエッチングや成膜
処理するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の半導
体デバイスの微細化に伴って半導体ウエハのプラズマ処
理においても微細加工が必要となっており、真空処理室
内の真空度をより低減させた状態で反応性ガスのプラズ
マ化をより効率的に行う必要性が高まっている。
【０００４】しかしながら、真空度の低下に伴って気体
分子と電子の衝突確率が減少するため、一般に使用され
ているプレーナプラズマ装置やＲＩＥプラズマ装置では
反応性ガスを有効にプラズマ化することは困難となり、
微細加工を十分に行うことができないという問題があっ
た。
【０００５】この問題を解決する手段として、例えば、
半導体ウエハと平行な磁界領域を形成する磁界発生手段
を設けて、半導体ウエハ表面に形成された直交電磁界に
よるマグネトロン放電を利用したマグネトロンプラズマ
装置や磁場により形成された発散磁界に沿ってプラズマ
流を発散させるＥＣＲ等を用いることが考えられる。
【０００６】しかし、前者すなわちマグネトロンプラズ
マ装置においては、ある程度の低真空度の下では反応性
ガスをプラズマ化することは可能であるが、より低真空
度の下では有効なプラズマ化は困難である。また、後者
すなわちＥＣＲにおいては、装置が大型となると共に、
設備が嵩み高価になるという問題がある。
【０００７】この発明は上記事情に鑑みなされたもので
、装置を大型にすることなく、低真空度の下においても
反応性ガスを有効にプラズマ化できるようにしたプラズ
マ装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のプラズマ装置は、真空処理室内にプラズ
マ雰囲気を生成して、真空処理室内に収容される被処理
体をプラズマ処理するプラズマ装置を前提とし、上記真
空処理室に電子導入口を介して電子供給室を連結すると
共に、電子供給室内に電子発生手段を設けたものである
。
【０００９】この発明において、上記真空処理室と電子
供給室とは電子導入口を介して連通されるものであれば
、電子導入口は開口状態のままでもよく、あるいは開閉
手段を設けて必要に応じて開閉手段を開閉させるように
してもよい。この場合、電子導入口付近に電子誘導用の
磁場を形成する磁場形成手段を配設する方が好ましく、
より好ましくは磁場形成手段を電子発生手段に対して反
対極性の放電対極とする方がよい。なおこの場合、電子
誘導用磁場形成手段として、例えばコイル磁石や永久磁
石等を使用することができる。更に、電子導入口及び電
子供給部は少なくとも１つ設けられていればよく、電子
の導入を更に均一に行うには複数の電子導入口及び電子
供給部を設ければよい。また、電子の導入を均一に行う
別の手段として電子導入口に静電偏向板を設けて電子の
誘導方向を調整させるようにしてもよい。
【００１０】また、上記電子発生手段は電子供給室に設
けられて電子を生成するものであれば任意のものでよく
、例えばフィラメントを用いた熱電子放電あるいはガス
放電部を用いたグロー放電等を使用することができる。
【００１１】
【作用】上記のように構成されるこの発明のプラズマ装
置によれば、真空処理室に電子導入口を介して電子供給
室を連結すると共に、電子供給室内に電子発生手段を設
けることにより、電子発生手段で生成された低エネルギ
ーの電子を電子導入口を介して低真空度下の真空処理室
内に導入でき、導入された電子を真空処理室内に供給さ
れる反応性ガスのプラズマによる活性化ないし分解に寄
与させることができる。したがって、低真空度の下にお
いても反応性ガスを効率よくプラズマ化することができ
ると共に、被処理体のプラズマ処理を効率よく行うこと
ができる。
【００１２】また、電子導入口付近に電子誘導用の磁場
を形成する磁場形成手段を配設することにより、電子供
給室内で生成された電子を磁場形成手段にて形成された
磁場に沿わせてスムーズに真空処理室内に案内導入させ
て、反応性ガスのプラズマ化を促進させることができる
。
【００１３】
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基いて詳細
に説明する。
【００１４】◎第一実施例 図１はこの発明のプラズマ装置をプラズマエッチング装
置に適用した場合の第一実施例の概略断面図、図２は図
１の要部の拡大構成図が示されている。
【００１５】この発明のプラズマ装置は、反応性ガスの
供給管１及び図示しない吸引手段と接続する排気管２を
有する真空処理室３内に被処理体である半導体ウエハ４
を保持する一対のサセプタ５，６を対峙させた状態で配
設してなり、これらサセプタ５，６のうちの下側のサセ
プタ６を高周波電源７に接続し、上側のサセプタ５をア
ース側に接地してある。なおこの場合、真空処理室３は
アース側に接地されており、また室内は例えば１×１０
−４〜５×１０−４Ｔｏｒｒに設定されている。このよ
うに構成される真空処理室３において、高周波電源７に
よってサセプタ５，６間にプラズマ放電を生じさせるこ
とにより、供給管１から供給される反応性ガスをプラズ
マ化して真空処理室３内にプラズマ雰囲気を生成するこ
とができるようになっている。
【００１６】また、真空処理室３の側壁には電子導入口
８が開設されており、この電子導入口８にゲートバルブ
９を介して電子供給室１０が連結されている。この場合
、電子供給室１０内には電子発生手段であるフィラメン
ト１１が電子導入口８側に向って突入され、電子供給室
１０の外部に配設された交流電源１２によってフィラメ
ント１１が加熱された熱電子が生成されるようになって
いる。この場合、フィラメント１１の加熱を直流電源で
行ってもよい。一方、電子供給室１０内の電子導入口８
付近には電子誘導用磁場形成手段であるコイル磁石１３
が配設されており、このコイル磁石１３とフィラメント
１１とに直流電源１４（２０〜３０Ｖ）が接続されてい
る。この場合、フィラメント１１は陰極側に接続され、
コイル磁石１３は陽極側に接続されている。なお、コイ
ル磁石１３と直流電源１４の陽極側との間はアース側に
接地されている。したがって、コイル磁石１３が励磁さ
れた状態で、フィラメント１１に交流電源１２からの電
圧が印加されると、フィラメント１１とコイル磁石１３
との間に放電が生じて、低エネルギーのマイナス電子が
形成され、このマイナス電子はコイル磁石１３側に移動
すると共に、コイル磁石１３によって形成される磁場Ａ
に沿って真空処理室３内に誘導案内される（図２参照）
。
【００１７】なお、電子供給室１０と真空処理室３との
間及び電子供給室１０とフィラメント取付板１５との間
にそれぞれ絶縁材１６が介在されている。また、電子供
給室１０には図示しない吸引手段と接続する排気口１７
が設けられて、電子供給室１０内が真空（１０〜１Ｔｏ
ｒｒ）に維持されている。
【００１８】上記のように構成されるプラズマエッチン
グ装置において、コイル磁石１３を励磁し、交流電源１
２によってフィラメント１１に電圧を印加すると、フィ
ラメント１１によって形成された低エネルギーのマイナ
ス電子がコイル磁石１３側に移動し、コイル磁石１３に
よって形成された磁場Ａに沿って真空処理室３内に導入
される。そして、真空処理室３内に導入された電子は、
供給管１から供給された反応性ガスを活性化し、高周波
電源７からサセプタ５，６間に印加する高周波電力によ
ってプラズマ放電を発生させ、この発生したプラズマ中
のイオン、電子及び中性の活性種によって半導体ウエハ
４のエッチング処理が行われる。この場合、マイナス電
子の導入はプラズマ処理中連続して行ってもよく、ある
いは始動時にマイナス電子を導入してプラズマ放電が行
われた後、ゲートバルブ９を閉じて電子の供給を停止さ
せるようにしてもよい。
【００１９】なお、上記実施例ではサセプタ５，６を上
下に対峙させた場合について説明したが、必ずしもこの
ような構造である必要はなく、下側のサセプタ６のみと
してもよく、あるいは、上下のサセプタ５，６の他に更
に側部にサセプタを配設した構造とすることもできる。 また、上記実施例では電子を真空処理室３内に導入する
場合について説明したが、必ずしも電子の導入に限定さ
れるものではなく、イオン（Ａｒ＋　等）を真空処理室
３内に導入してもよい。
【００２０】◎第二実施例 図３はこの発明のプラズマ装置をプラズマエッチング装
置に適用した場合の第二実施例の概略断面図が示されて
いる。
【００２１】第二実施例におけるプラズマエッチング装
置は、電子発生手段の別の実施例を示すものである。す
なわち、電子供給室１０内の電子導入口８と対向する部
位にガス放電部１８を取付けて電子発生手段を形成した
場合である。この場合、ガス放電部１８内には図示しな
いガス供給源より例えばアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（
Ｈｅ　）等の不活性ガスが導入されるが、好ましくはＡ
ｒ　ガスを導入したものである方がよい。また、ガス放
電部１８とコイル磁石１３との間に直流電源１４（４０
Ｖ）が上記第一実施例と同様な態様で接続されている。 なお、第二実施例において、その他の部分は上記第一実
施例と同じであるので、同一部分には同一符号を付して
、その説明は省略する。
【００２２】◎第三実施例 図４はこの発明のプラズマ装置をプラズマエッチング装
置に適用した場合の第三実施例の概略断面図が示されて
いる。
【００２３】第三実施例におけるプラズマエッチング装
置は、電子発生手段で形成された電子を真空処理室内に
均一に導入させるようにした場合である。すなわち、真
空処理室３の両側上部に電子導入口８，８を開設し、こ
れら電子導入口８，８を介してそれぞれ電子供給室１０
を連結すると共に、電子供給室１０内に電子発生手段で
あるフィラメント１１を配設した場合である。この場合
、真空処理室３内には下側のサセプタ６のみを配設して
あるが、想像線で示すように、サセプタ６の上側にサセ
プタ５を対峙させてもよい。なお、第三実施例において
、その他の部分は上記第一実施例及び第二実施例と同じ
であるので、同一部分には同一符号を付して、その説明
は省略する。
【００２４】上記のように構成することにより、２箇所
から真空処理室３内に電子が導入されるので、電子を均
一に真空処理室３内に導入することができ、プラズマ生
成の効率を向上させると共に、半導体ウエハ４のエッチ
ング処理を更に効率よく行うことができる。
【００２５】なお、第三実施例では真空処理室３の上部
２箇所に電子導入口８，８を開設して電子供給室１０，
１０を連結したが、必ずしもこのような構造である必要
はなく、真空処理室３の任意の箇所に電子導入口８を開
設して電子供給室１０を連結してもよく、あるいは３箇
所以上に同様に形成することもできる。また、第三実施
例では電子発生手段がフィラメント１１で形成される場
合について説明したが、勿論第二実施例で説明したガス
放電部１８で電子発生手段を形成してもよい。
【００２６】◎第四実施例 図５はこの発明のプラズマ装置をプラズマエッチング装
置に適用した場合の第四実施例が示されている。
【００２７】第四実施例におけるプラズマエッチング装
置は、マグネトロンエッチング装置における真空処理室
に電子供給源を付加した場合である。すなわち、真空処
理室３の上面に、半導体ウエハ４と平行な磁界領域を形
成する磁界発生手段１９を設けて、半導体ウエハ４表面
に形成された直交電磁界によるマグネトロン放電を利用
して高密度プラズマを生成するようにした構造において
、更に、真空処理室３の側壁に電子導入口８を開設し、
この電子導入口８を介して電子発生手段（フィラメント
１１）を具備する電子供給室１０を連結した場合である
。なおこの場合、サセプタ６の上方にはアース側に接地
する電極カバー２０が配設されている。このように構成
することにより、従来のマグネトロンエッチング装置よ
り更に低真空度下での高密度プラズマを生成することが
可能となり、更に微細なプラズマ処理を可能にすること
ができる。
【００２８】なお、第四実施例において、その他の部分
は上記第一実施例ないし第三実施例と同じであるので、
同一部分には同一符号を付して、その説明は省略する。 また、第四実施例において、上記第二実施例及び第三実
施例と同様な構造とすることも可能である。
【００２９】次に、この発明のプラズマ装置の真空度と
プラズマ放電との関係の実験について説明する。実験は
、図３に示した第二実施例のプラスマ装置において、下
側のサセプタ６のみを有する真空処理室３内の真空度を
４ｍＴｏｒｒ　、１ｍＴｏｒｒ　及び０．５ｍＴｏｒｒ
　に設定し、プラズマ放電実効パワー（Ｗ）を、０．２
Ｗ、０．５Ｗ、０．７Ｗ、３．５Ｗ、８Ｗ及び１０Ｗ印
加し、そして、ゲートバルブ９を開放、閉鎖させた場合
について行ったものである。なお、反応性ガスとして塩
素（Ｃｌ２）ガスを使用した。
【００３０】この実験を行ったところ、表１に示すよう
な結果が得られた。
【００３１】
【表１】 上記実験の結果、真空処理室３内に低エネルギーの電子
を導入することによって、真空処理室３内の真空度を極
端に低減させてもプラズマ雰囲気を生成することができ
ることが判明し、より微細な半導体ウエハ４のプラズマ
処理を可能とすることができる。なお、電子発生手段を
ガス放電部１８に変えてフィラメント１１を使用した場
合についても同様な実験を行ったところ、同様な結果が
得られた。
【００３２】なお、上側サセプタ５に高周波電源７を接
続して下側のサセプタ６を接地するように構成したプラ
ズマ装置にもこの発明の装置を利用できることは勿論で
ある。また、上記実施例ではこの発明のプラズマ装置を
プラズマエッチング装置に適用した場合について説明し
たが、勿論その他のプラズマ処理を必要とする装置、例
えばプラズマＣＶＤ装置等に使用することも可能である
。
【００３３】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明のプラ
ズマ装置によれば、上記のように構成されているので、
電子発生手段で生成された低エネルギーの電子を電子導
入口を介して真空処理室内に導入して真空処理室内に供
給される反応性ガスのプラズマによる活性化ないし分解
に寄与させることができ、低真空度の下においても反応
性ガスを効率よくプラズマ化することができると共に、
被処理体のプラズマ処理を効率よく行うことができる。
【００３４】また、電子導入口付近に電子誘導用の磁場
を形成する磁場形成手段を配設することにより、電子供
給室内で生成された電子を磁場形成手段にて形成された
磁場に沿わせてスムーズに真空処理室内に案内導入させ
て、反応性ガスのプラズマ化を促進させることができる
。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のプラズマ装置をプラズマエッチング
装置に適用した場合の第一実施例を示す概略断面図であ
る。
【図２】図１の要部の拡大構成図である。
【図３】この発明のプラズマ装置をプラズマエッチング
装置に適用した場合の第二実施例を示す概略断面図であ
る。
【図４】この発明のプラズマ装置をプラズマエッチング
装置に適用した場合の第三実施例を示す概略断面図であ
る。
【図５】この発明のプラズマ装置をプラズマエッチング
装置に適用した場合の第四実施例を示す概略断面図であ
る。
【符号の説明】
３　　真空処理室 ４　　半導体ウエハ（被処理体） ５，６　　サセプタ ７　　高周波電源 ８　　電子導入口 １０　　電子供給室 １１　　フィラメント（電子発生手段）１３　　コイル
磁石（電子誘導用磁場形成手段）１８　　ガス放電部（
電子発生手段） Ａ　　磁場

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　真空処理室内にプラズマ雰囲気を生成
    して、真空処理室内に収容される被処理体をプラズマ処
    理するプラズマ装置において、上記真空処理室に電子導
    入口を介して電子供給室を連結すると共に、電子供給室
    内に電子発生手段を設けたことを特徴とするプラズマ装
    置。
  2. 【請求項２】　　電子導入口付近に、電子誘導用の磁場
    を形成する磁場形成手段を配設してなることを特徴とす
    る請求項１記載のプラズマ装置。
JP3122878A 1991-04-26 1991-04-26 プラズマ装置 Withdrawn JPH04326725A (ja)

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