JPH05144774A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオンエネルギ−の分布幅を狭くできて、か
つイオンエネルギ−の制御を容易にする。 【構成】 ＥＣＲエッチング装置において、プラズマ発
生室２２と処理室２４をそれぞれ導体で形成し、独立の
直流電源２６、２８によって電位を印加する。プラズマ
発生室２２と処理室２４の間には絶縁スペ−サ３０、３
２と導体スペ−サ３４を配置する。導体スペ−サ３４に
は金属メッシュ３６を張ってあり、直流電源４０によっ
て電位を印加できる。石英窓５０を通してマイクロ波５
２をプラズマ発生室２２内に供給し、ＥＣＲプラズマを
発生させる。プラズマ発生室２２と処理室２４と金属メ
ッシュ３６の電位を制御することにより、処理室２４に
向かうイオンの流れを誘起する。また、電子シャワ−装
置６２によって電子シャワ−を処理室２４の内部に向け
て放出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電で生じたイオンや
中性活性種を用いて、エッチング、アッシング、ＣＶＤ
などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、この種のプラズマ処理装置の一
例の正面断面図である。この装置は、マイクロ波プラズ
マエッチング装置であって、ＥＣＲ（電子サイクロトロ
ン共鳴）によってプラズマを発生し、プラズマ中のイオ
ンを基板１６に衝突させて基板１６のエッチングを行う
ものである。イオンの加速エネルギ−は、基板ホルダ−
１８のＤＣバイアスに依存するが、この装置では、基板
ホルダ−１８に印加する高周波電力を制御することによ
って、ＤＣバイアスを制御している。高周波を利用する
理由は、基板上に絶縁物が堆積していても基板表面にＤ
Ｃバイアスを誘起できるからである。装置構成として
は、マイクロ波４を発生するマグネトロン２、導波管
６、石英ベルジャ８、磁場発生コイル１０、エッチング
ガス導入口１２、排気口１４、基板ホルダ−１８、高周
波電源２０などを備えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のエッチ
ング装置は、基板ホルダ−に高周波を印加することによ
ってイオンエネルギ−を制御しているので、イオンエネ
ルギ−の分布幅が広がるという欠点があった。図８は、
閉じ込められた高周波放電中の基板付近のイオンエネル
ギ−の分布状態の一例を示すグラフである。高周波の周
波数は１３．５６ＭＨｚである。イオンエネルギ−はサ
ドル状に広がっている。

【０００４】イオンエネルギ−の分布幅が広がっている
と、基板は、高エネルギ−のイオンによって必要以上の
激しい衝撃を受けることになる。その結果、格子欠陥が
生じたり、エッチング活性種や不純物の基板への打ち込
みが生じたりして、基板がダメ−ジを受けやすい。

【０００５】本発明の目的は、イオンエネルギ−の分布
幅が狭くて、かつイオンエネルギ−の制御が容易なプラ
ズマ処理装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、導体から
なるプラズマ発生室と、導体からなる処理室とを設け、
プラズマ発生室と処理室とを電気的に絶縁して異なる電
位にするとともに、プラズマ発生室の内部空間と処理室
の内部空間とを連通させたことを特徴としている。

【０００７】第２の発明は、第１の発明において、プラ
ズマ発生室に電位を印加する第１電源と、処理室に電位
を印加する第２電源とを設けたことを特徴としている。

【０００８】第３の発明は、第１の発明において、プラ
ズマ発生室の内部空間と処理室の内部空間との間に、導
体からなる仕切り板を配置し、この仕切り板に複数の貫
通孔を設けるとともに、この仕切り板をプラズマ発生室
および処理室から電気的に絶縁したことを特徴としてい
る。

【０００９】第４の発明は、第３の発明において、仕切
り板に電位を印加する第３電源を設けたことを特徴とす
る請求項３記載のプラズマ処理装置。

【００１０】第５の発明は、第１の発明において、プラ
ズマ発生室および処理室の内壁面を覆うように、複数の
貫通孔を有する複数のシ−ルドプレ−トを互いに間隔を
隔てて重ねて設け、任意のシ−ルドプレ−トの貫通孔と
他のシ−ルドプレ−トの貫通孔とが互いに重ならないよ
うにしたことを特徴としている。

【００１１】第６の発明は、第１の発明において、処理
室に配置した基板の表面に対して垂直な磁場を発生する
磁場発生装置を設けたことを特徴としている。

【００１２】第７の発明は、第１の発明において、処理
室に電子シャワ−発生装置を設けたことを特徴としてい
る。

【００１３】

【作用】プラズマ発生室と処理室とを電気的に絶縁して
異なる電位にすることにより、プラズマ発生室の内部の
プラズマの電位と、処理室の内部のプラズマの電位とを
異ならせることができる。さらに、プラズマ発生室と処
理室とに別個の電源から電位を印加することにより、二
つのプラズマの電位を制御することが可能になる。そし
て、プラズマ電位の差によってイオンを加速できる。イ
オンは、ＤＣ的に加速されるので、イオンエネルギ−分
布の広がりは生じない。

【００１４】プラズマ発生室と処理室の間に、金属メッ
シュなどの仕切り板を配置して、この仕切り板をプラズ
マ発生室および処理室と電気的に絶縁すると、プラズマ
発生用電磁波がプラズマ発生室から処理室に侵入するの
を防ぐことができる。これにより、処理室の内部空間は
電場フリ−（ベクトルＥ＝０）の状態にすることができ
る。仕切り板にＤＣバイアスを印加すると、プラズマ発
生室から処理室に向かう電子およびイオンの流れを制御
することができる。

【００１５】プラズマ発生室および処理室の内壁面を覆
うようにシ−ルドプレ−トを設けると、イオンの逆スパ
ッタリングにより壁面物質がプラズマ空間に戻る現象を
防ぐことができる。このシ−ルドプレ−トは、重金属を
発生しないあるいは発生の可能性の少ない物質で作るの
が好ましい。また、シ−ルドプレ−トに多数の貫通孔を
開けることによって、プラズマの電位がチャンバ−内壁
面の電位と連動するようにしている。ただし、貫通孔を
通ったイオンがプラズマ発生室および処理室の内壁面を
直接衝撃しないように、シ−ルドプレ−トを複数枚重ね
て、貫通孔が重なり合わないようにしている。

【００１６】イオンは磁場の影響を受けてサイクロトロ
ン運動をするので、基板表面に対して垂直な磁場を発生
させることによって、基板に対してイオンを垂直に入射
させることができる。この特徴と、エネルギ−分布の広
がりの少ないイオン流とを組み合わせることによって、
制御性の良好な異方性エッチングを実現できる。

【００１７】プラズマ発生室から処理室には正のイオン
が選択的に導入されるので、基板は正に帯電するが、こ
れを中和するのに電子シャワ−を用いることができる。
電子シャワ−の働きによって、正のイオンの一部は中性
粒子となって基板を衝撃するが、こうすると、荷電粒子
の影響を避けたい場合には都合がよい。また、中性粒子
になってもエッチング能力にはほとんど影響しない。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例を示す正面断
面図である。この装置は、ＥＣＲ型エッチング装置に本
発明を適用したものである。プラズマ発生室２２と処理
室２４は、それぞれ導体からなり、独立の直流電源２
６、２８によって電位を印加できる。プラズマ発生室２
２と処理室２４の間には、二つの絶縁スペ−サ３０、３
２と、導体スペ−サ３４が配置されている。これによ
り、プラズマ発生室２２と処理室２４と導体スペ−サ３
４は互いに電気的に絶縁される。導体スペ−サ３４には
金属メッシュ３６が張られていて、この金属メッシュ３
６は、プラズマ発生室２２の内部空間と処理室２４の内
部空間とを仕切っている。金属メッシュ３６には多数の
貫通孔が開いている。導体スペ−サ３４はスイッチ３８
を介して直流電源４０に接続されており、スイッチ３８
を開くと金属メッシュ３６を電気的浮遊状態にでき、ス
イッチ４０を閉じると金属メッシュ３６に電位を印加す
ることができる。

【００１９】プラズマ発生室２２および処理室２４の内
壁面の近傍には、２枚のシ−ルドプレ−ト４２、４４が
互いに所定間隔を隔てて配置されている。シ−ルドプレ
−ト４２、４４には、図２に示すように、多数の貫通孔
４６が形成されていて、二つのシ−ルドプレ−ト４２、
４４の貫通孔は重なり合わないように互い違いに配置さ
れている。このシ−ルドプレ−トは、セラミックや水晶
などの、重金属汚染の恐れのない材料で作られている。
シ−ルドプレ−トは３枚以上重ねてもよい。

【００２０】プラズマ発生室２２の周囲には磁場発生装
置４８が配置され、プラズマ発生室２２の上部には石英
窓５０を通してマイクロ波５２の供給装置が配置されて
いる。また、プラズマ発生室２２にはガス導入口５４が
接続されている。これらの構成により、プラズマ発生室
２２の内部にＥＣＲプラズマを発生することができる。

【００２１】処理室２４の内部には基板５６を保持する
基板ホルダ−５８がある。処理室２４の周囲には磁場発
生装置５９があり、基板５６の表面に垂直な磁場６０を
発生することができる。また、処理室２４には電子シャ
ワ−発生装置６２が接続されている。この電子シャワ−
発生装置６２は、小型のＥＣＲプラズマ発生装置であっ
て、マイクロ波６４の供給装置とガス導入口６６と磁場
発生装置６８を備えている。電子シャワ−発生装置６２
と処理室２４の間には二つの絶縁スペ−サ７０、７２と
導体スペ−サ７４が配置され、互いに絶縁されている。
導体スペ−サ７４には金属メッシュ７６が張られ、直流
電源７８によって電位を印加できるようになっている。

【００２２】次に、このＥＣＲエッチング装置の動作を
説明する。排気系によりプラズマ発生室２２と処理室２
４を排気し、磁場発生装置４８によりＥＣＲ磁場４９
を、磁場発生装置５９により基板５６に垂直な磁場６０
を形成する。また、図示しないマスフロ−コントロ−ラ
によって流量制御されたプロセスガスをガス導入口５４
を通してプラズマ発生室２２内に供給する。その後、マ
イクロ波５２を石英窓５０を通してプラズマ発生室２２
内に供給し、電子サイクロトロン共鳴現象によりプラズ
マを発生させる。

【００２３】プラズマ発生室２２と処理室２４には、そ
れぞれ直流電源２６、２８から所定の電位を印加して、
プラズマ電位を制御する。これにより、プラズマ発生室
２２から処理室２４に向かう、正に帯電したイオンの流
れを誘起する。

【００２４】電子シャワ−発生装置６２には、不活性ガ
スまたはプロセスガスと同一のガスを導入してから、マ
イクロ波を印加する。この電子シャワ−発生装置６２の
壁面には直流電源８０から負の電位を印加し、金属メッ
シュ７６には正の電位を印加する。これにより、処理室
２４の内部に向けて電子シャワ−を放出する。

【００２５】プラズマ発生室２２と処理室２４に印加し
た電位は、その内部のプラズマ電位を制御する働きがあ
る。すなわち、電気的に浮遊した状態のプラズマにおい
ては、図３に示すように、壁面から離れた箇所（例えば
図１のＡ点）のプラズマ電位Ｖｐが壁面の電位に対して
＋１０〜２０Ｖの電位にあることが知られている。した
がって、プラズマ発生室２２と処理室２４の壁面の電位
を独立に制御することによって、その内部にあるプラズ
マの電位を独立に制御することができる。プラズマ発生
室２２に正の電位を与え、電源２８によって処理室２４
に負の電位を与えると、プラズマ発生室２２から処理室
２４へ向かって正のイオンの流れが生じ、このイオン
は、二つのプラズマの電位差に対応した分だけ均一に加
速される。特に、プラズマ源としてＥＣＲプラズマを採
用した場合は、イオンのエネルギ−の広がりが元来小さ
いので、基板上の磁束密度をプラズマ発生位置での磁束
密度と同一にすることにより、基板上においてエネルギ
−の広がりの極めて小さい（すなわち均一に加速され
た）イオン流を得ることができる。得られるイオン流の
エネルギ−の広がり幅は２０ｅＶ程度である。したがっ
て、イオンのエネルギ−を、エッチングが可能でかつ基
板にダメ−ジを与えないようなエネルギ−範囲に制御す
ることができる。

【００２６】金属メッシュ３６は、処理室２４にマイク
ロ波が侵入するのを防ぐ働きがある。また、この金属メ
ッシュ３６にＤＣバイアスを印加することにより、処理
室２４へのイオン侵入量と電子侵入量を制御することが
できる。すなわち、金属メッシュ３６を浮遊状態にした
ときは、この金属メッシュ３６はマイナス数十Ｖに帯電
し、多くの電子はそこで追い返される。このとき、イオ
ンは影響は受けない。これに対して、金属メッシュ３６
に直流電源４０から電位を印加して正に帯電させると、
電子は通りやすくなる。金属メッシュ３６に、プラズマ
発生室２２よりも大きな正のＤＣバイアスを印加する
と、正イオンは部分的に追い返されて、イオン流量を制
御できる。後者のような制御は、エッチング速度が低く
ても高い制御性が要求される分野に有用である。

【００２７】シ−ルドプレ−ト４２、４４は、プラズマ
中のイオンが壁面を直接衝撃するのを防ぐ働きがある。
また、シ−ルドプレ−トの貫通孔は、そこにプラズマが
満たされることによって、壁面の電位をプラズマ発生室
および処理室の内部中央のプロセスプラズマに伝える働
きがある。

【００２８】基板５６の表面に対して垂直な磁場６０
は、イオンを基板に対して垂直に入射させる働きがあ
る。というのは、イオン８２は回転運動をしながら磁場
に沿って動くからである。これにより、基板の異方性エ
ッチングが可能になる。

【００２９】処理室２４にはプラズマ発生室２２から正
のイオンが選択的に導入されるので、基板５６は正に帯
電する。電子シャワ−発生装置６２は、これを中和し
て、所定のバイアスを基板にもたらす。この電子シャワ
−は、プラズマ発生室２２から流入した正のイオンの一
部を中和することになるが、イオンが中和されても、エ
ッチング特性にはほとんど影響しない。というのは、イ
オンはすでに所定のエネルギ−で加速されているので、
そのエネルギ−のまま基板に垂直に衝突するからであ
る。エッチング特性は、エッチング粒子の加速エネルギ
−に大きく依存しているが、その荷電状態にはほとんど
影響しない。

【００３０】図４は本発明の第２の実施例の正面断面図
である。図１に対応する部分には同じ符号を付けてあ
る。図１の実施例と異なるところは、プラズマ発生機構
がアノ−ドカップル型であることである。その他の装置
構成は図１の実施例とほとんど同じである。この実施例
は、基板に入射するイオンエネルギ−の分布幅にあまり
厳しい要求がない場合に適しており、装置が安価に構成
できる利点がある。

【００３１】図５は本発明の第３の実施例の斜視図であ
る。この実施例は、プラズマ発生室をマグネトロンタイ
プとしている。プラズマ発生室８４の周囲には回転磁界
発生装置８６が配置されている。磁場を利用することに
より、よりイオン密度の高いプラズマを利用できる利点
がある。図６は、図５の装置の回転磁界発生装置８６の
平面断面図である。ポ−ルピ−ス９２の内部にコイル８
８が配置され、電源９０に接続されている。プラズマ発
生室８４の内部には図に示すような磁界９４が発生す
る。図５のプラズマ発生室８４の下流側には、第１実施
例と同様に、電気的に絶縁されたメッシュを介して、電
気的に絶縁された処理室が配置されている。そして、こ
の処理室は図示しない直流電源により主に負電位にバイ
アスされる。

【００３２】本発明は、エッチング装置のほかに、アッ
シング装置、ＣＶＤ装置などプラズマを利用して基板を
処理するその他の形式のプラズマ処理装置にも適用でき
るものである

【００３３】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ
発生室と処理室とを別個の電位にすることによって、基
板に入射するイオンのエネルギ−分布幅を狭くすること
ができ、かつ、そのイオンエネルギ−を高精度に制御す
ることができる。また、イオン流の利用に伴って生じる
であろう重金属汚染や基板のチャ−ジアップの問題を回
避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す正面断面図であ
る。

【図２】シ−ルドプレ−トの一部分を示す正面図であ
る。

【図３】プラズマ電位を示すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施例を示す正面断面図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施例を示す斜視図である。

【図６】図５に示す装置の回転磁界発生装置の平面断面
図である。

【図７】従来の装置の正面断面図である。

【図８】高周波放電中のイオンのエネルギ−分布のグラ
フである。

【符号の説明】

２２ プラズマ発生室 ２４ 処理室 ２６ 直流電源 ２８ 直流電源 ３０、３２ 絶縁スペ−サ ３６ 金属メッシュ ４０ 直流電源 ４２、４４ シ−ルドプレ−ト ４６ 貫通孔 ５６ 基板 ５９ 磁場発生装置 ６２ 電子シャワ−発生装置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体からなるプラズマ発生室と、導体か
   らなる処理室とを設け、プラズマ発生室と処理室とを電
   気的に絶縁して異なる電位にするとともに、プラズマ発
   生室の内部空間と処理室の内部空間とを連通させたこと
   を特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 プラズマ発生室に電位を印加する第１電
   源と、処理室に電位を印加する第２電源とを設けたこと
   を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 プラズマ発生室の内部空間と処理室の内
   部空間との間に、導体からなる仕切り板を配置し、この
   仕切り板に複数の貫通孔を設けるとともに、この仕切り
   板をプラズマ発生室および処理室から電気的に絶縁した
   ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 仕切り板に電位を印加する第３電源を設
   けたことを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装
   置。
5. 【請求項５】 プラズマ発生室および処理室の内壁面を
   覆うように、複数の貫通孔を有する複数のシ−ルドプレ
   −トを互いに間隔を隔てて重ねて設け、任意のシ−ルド
   プレ−トの貫通孔と他のシ−ルドプレ−トの貫通孔とが
   互いに重ならないようにしたことを特徴とする請求項１
   記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 処理室に配置した基板の表面に対して垂
   直な磁場を発生する磁場発生装置を設けたことを特徴と
   する請求項１記載のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 処理室に電子シャワ−発生装置を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。