JPH05251390A

JPH05251390A - プラズマ装置

Info

Publication number: JPH05251390A
Application number: JP4979092A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Araki; 陽一荒木; Jiro Hata; 次郎畑
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1992-03-06
Filing date: 1992-03-06
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】被処理体の損傷が少なく、高密度プラズマを
発生することができる無磁場のプラズマ装置を提供す
る。【構成】プラズマ発生源としてスローウェーブ構造の
ヘリカル共振器１を用い、このヘリカル共振器により発
生したプラズマから１対の多孔性電極によって電子を加
速して引出し、被処理体Ｗが載置された反応室３に送
る。反応室には反応性ガスが供給されており、多孔性電
極６、６’によって引出された電子により反応性ガスの
高密度プラズマを発生させ被処理体Ｗを処理する。【効果】ヘリカル共振器は無磁場で、効率よく高密度
プラズマを発生することができるので、被処理体の損傷
が少なく異方性の強いプラズマ処理を行なうことができ
る。また、磁場を不要とするので、装置全体として小型
にすることができる。

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エッチング、
プラズマＣＶＤ等のプラズマ処理を行なうためのプラズ
マ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程において、プラズマエッ
チング、プラズマＣＶＤ等のプラズマ処理が行なわれて
いる。例えばドライエッチングは微細なパターンを形成
するために欠くことのできない技術であり、真空中で反
応ガスを用いてプラズマを生成し、プラズマ中のイオ
ン、中性ラジカル、原子、分子などを用いて対象物を除
去していく反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が最も一
般的方法である。

【０００３】しかし、このようなプラズマを利用したＲ
ＩＥでは、イオン衝撃に伴うデバイスの劣化、セルフバ
イヤスの問題や、電子ビームの通路、基板表面などの接
地から絶縁された領域に電荷が蓄積するチャージアップ
等の問題があった。一方、近年のパターンの微細化に伴
いこのようなエッチングプロセスにおいてもサブミクロ
ンの処理が求められ、このため高精度化、高速化、低損
傷化が要求されている。従来のＲＩＥの持つ欠点を解決
し、サブミクロン処理の要請に対応するために、ＥＣＲ
（電子サイクロトロン共鳴）装置が実用化されている。
このＥＣＲ装置は、一般に磁場中で円運動を行なう電子
のサイクロトロン周波数に共鳴するような周波数のマイ
クロ波を用いて共鳴吸収を起こさせて電子にエネルギを
与え、この電子により電離を起こしてプラズマを発生さ
せるもので、一般的な組合せとして８７５Gaussの磁場
と２．４５ＧＨｚのマイクロ波が用いられており、１０
^-5〜１０^-2の低ガス圧で放電効率を上げることを特徴と
している。

【０００４】図２はＥＣＲ反応性イオンビームエッチン
グ装置１００を示すもので、主としてプラズマ発生室１
０１と反応室１０２とから成り、プラズマ室１０１には
図示しない導波管を通して例えば２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波が印加される。プラズマ室１０１の外周には磁界
を印加するための磁気コイル１０３が設置されている。
処理すべきウェハ１０４は反応室１０２のチャック１０
５に保持され、均一性を得るためにプラズマ流の下流に
位置するようになっている。また、イオンの衝撃エネル
ギをコントロールするためにバイアスをかけている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなＥ
ＣＲプラズマエッチング装置はウェハダメージが少ない
という利点があるが、磁場を利用するために磁気コイル
１０３等の大きな装置が必要となり、装置全体として大
型化するという問題がある。また、ほとんどのＥＣＲは
高密度プラズマを発生するが、プラズマが発生源を越え
て反応室１０２まで到達するにつれて密度は減少する。
プラズマ室１０１が磁界印加のために長い拡散領域にな
っているＥＣＲでは、イオンの散乱がある程度生じる。
さらにマイクロ波を使っているため、人体に与える影響
が問題となる。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るためになされたもので、被処理体の損傷が少なく、高
密度プラズマを発生することができる無磁場のプラズマ
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明のプラズマ装置は、ヘリカル共振器と、該ヘリ
カル共振器により発生したプラズマから電子を引出すた
めの電子加速手段と、反応性ガスが供給されるとともに
前記電子加速手段によって加速された電子により反応性
ガスのプラズマを発生させ被処理体を処理するための反
応室とを備えたものである。

【０００８】

【作用】ヘリカル共振器はスローウェーブ構造を採用し
ていて、小さい容積で１／４或いは１／２波共鳴を無磁
場で実現することができるので、効率よく高密度プラズ
マを発生することができる。電子加速手段はこのような
高密度プラズマから効率よく電子を引出すとともに加速
し反応室において反応ガスの高密度プラズマを発生させ
る。これにより、高密度で被処理体の損傷が少なく異方
性の強いプラズマ処理を行なうことができる。また、磁
場を不要とするので、装置全体として小型にすることが
できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のプラズマ装置について図面を
参照して説明する。図１は本発明のプラズマ装置が適用
されるプラズマエッチング装置１０を示す図で、主とし
てプラズマを発生させるためのヘリカル共振器１と、ヘ
リカル共振器１によって発生したプラズマが拡散するプ
ラズマ室２と、被処理体であるウェハＷをエッチング処
理するための反応室３とから成る。エッチングは、被処
理体２例えばシリコンウェハのＳｉをＣｌ₂ガスのプラ
ズマによりＳｉＣｌ₄の形でエッチングするものであ
る。

【００１０】ヘリカル共振器１は石英等の誘電体材料か
ら成る円筒状の室でその上部にプラズマ発生のためのガ
ス、例えばアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを導入す
るための図示しないガス供給系に接続されたガス導入口
４が形成されている。さらにヘリカル共振器１は円筒状
の室を囲こむようにスローウェーブ構造（ラセン状）の
アンテナ５が設けら、高周波（ＲＦ）電力が印加され
る。ラセン状を解いたアンテナの長さはＲＦの周波数λ
の１／４λ或いは１／２λに設定されており、高周波電
力が印加されることによりヘリカル共振器１は小さい容
積の中で１／４或いは１／２波共鳴を実現することがで
きる。１／２λで共振させる場合はアンテナの両端が、
１／４λで共振させる場合はアンテナの片端が、接地さ
れた外部のシールド１１に接続されて電位が固定されて
いる。そのためアンテナ内において定常波が生じ、これ
によって共振を起こして電離効率を高めるものと思われ
る。なお、シールド１１としては銅などが用いられる。

【００１１】プラズマ室２と反応室３との間にはプラズ
マ室２で発生したプラズマ中の電子を反応室に引出し加
速するための加速手段として一対の多孔電極６、６’が
設置される。多孔電極６、６’には多数の穴が形成され
ており、プラズマ中の電子がこの穴を通って反応室３に
導入される。多孔電極６、６’はメッシュ状であっても
よい。また多孔電極６、６’には加速電源７によって所
定の電圧が印加されており、反応室３に向う電子を加速
する。多孔電極６、６’間の距離は互いに放電しない程
度の距離となるように構成されている。

【００１２】反応室３は排気管８を介して図示しない排
気系に接続されており、この排気系によってプラズマ室
２、反応室３全体が所定の真空度、例えば１０^-4〜１０
^-3Torr程度の真空度に維持される。また、反応室３には
Ｃｌ₂ガス等のプロセス用のガスを導入するためのガス
導入口１２が形成されており、図示しないガス供給系に
接続されている。更に反応室３はウェハＷを搬入、搬出
するための開口３ａを有しており、この開口３ａはロー
ドロック室等とゲートバルブＧを介して連結され、ウェ
ハ搬送系に接続される。開口３ａは搬入用、搬出用にそ
れぞれ別個に設けてもよいが、１つを両用にしてもよ
い。

【００１３】また、反応室３内には開口３ａから搬入さ
れたウェハＷを載置するためのウェハホルダー９が備え
られており、このウェハＷを確実に固定するために、例
えばクランバ等が設けられている。ウェハホルダー９は
ウェハの搬出入時に上下移動するピンを備え、ウェハの
搬送アームによる搬入時にはピンが上昇して一次的にウ
ェハを保持し、搬送アームが退出後ピンが下降すること
によりウェハホルダー９がウェハを載置し支持すること
になる。同様にウェハ搬出時にはピンが上昇してウェハ
をウェハホルダー９から持上げ、その状態で搬送アーム
がウェハを搬出することができる。

【００１４】また、ウェハホルダー９は反応室３に発生
したプラズマからイオンを引張り込むとともにウェハＷ
へのイオンの衝撃エネルギをコントロールするためにバ
イアスをかけている。次に以上のような構成におけるプ
ラズマエッチング装置の動作を説明する。まず、反応室
３の開口を開けてウェハＷを搬送し、ウェハホルダー９
に載置した後、開口を閉じ排気管８を介して真空チャン
バ３内を所定の真空度に真空引きした後、ガス導入口
４、１２からそれぞれアルゴンガス等の不活性ガス及び
反応ガスとしてＣｌガスを所定の流量で導入して所定の
ガス圧に維持する。これと同時にヘリカル共振器１のラ
セン状のアンテナ５に所定周波数例えば１３．５６ＭＨ
ｚ、所定電力値例えば数１００ｗの高周波電力を印加し
ながら、プラズマを発生させるとともに加速電源７によ
り多孔電極６、６’間に１００Ｖ程度の電圧を印加す
る。

【００１５】これによりヘリカル共振器１においては高
密度のプラズマが発生しカソードプラズマとして機能す
る。このプラズマ中の電子は多孔電極６、６’により引
出され、多孔電極６、６’の穴を通して加速されて反応
室３に導入される。反応室３内に導入された反応ガスは
これら加速電子によって電離してプラズマを発生し、そ
のプラズマ中において多種類の活性種を生成する。例え
ば以下のような反応によってウェハをエッチング処理す
る。

【００１６】Ｓｉ＋４Ｃｌ^-→ＳｉＣｌ₄ ＳｉＯ₂＋４Ｃｌ^-→ＳｉＣｌ₄＋Ｏ₂ ここで、プラズマ室２と反応室３との距離が比較的に短
いためプラズマ室２で発生したプラズマから引出された
電子は反応室２において効率よくプラズマを発生させる
ことができ、効率よくエッチング処理を行なうことがで
きる。

【００１７】また、イオンがウェハに対して垂直に入射
するために異方性エッチングが可能となる。従って、例
えばＳｉＯ₂を選択的にエッチングすることができる。
なお、以上の実施例では反応室３に排気系を接続した
が、プラズマ室２にも排気系を設けてもよい。この場合
にはプラズマ室２と反応室３との圧力を処理に最適な圧
力にそれぞれコントロールすることができる。またプラ
ズマ室２と反応室３とにそれぞれ異種のガスを導入する
構成としたが、ヘリカル共振器１のガス導入口４から両
方の室に同種の、例えばＣｌ₂ガスを導入するようにし
てもよい。

【００１８】本発明のプラズマ装置は上記実施例のプラ
ズマエッチング装置のみならず、プラズマＣＶＤ、プラ
ズマスパッタエッチング、レジスト除去のためのプラズ
マアッシャ等にも適用できるのはいうまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように本発明
のプラズマ装置によれば、電子源となるプラズマ発生源
としてヘリカル共振器を利用することにより、極めて効
率よく高密度プラズマを発生させることができるので、
このプラズマから電子を引出し加速することにより、磁
場を不要とししかも異方性の強いプラズマを発生させて
プラズマ処理を行なうことができる。また本発明のプラ
ズマ装置によれば、磁場をかける必要がないので、装置
全体を小型化することができ、電気系統、排気系統の簡
略化を図ることができ、プラズマカソードを利用するも
のであるので従来のようなカソードの腐食という問題が
ない。さらに本発明のプラズマ装置によれば、多孔電極
によって電子流のコントロールが容易であるので被処理
体の損傷が少なく、しかも効率のよい電子励起のプラズ
マ処理を行なうことができる。

【００２０】また本発明のプラズマ装置では、マイクロ
波を用いずにＲＦ電源を用いているので、ヘリカルコイ
ルに高周波電源を印加する際に用いる整合器を除いて
は、特殊な整合器やマイクロ波導波路を不要とし、しか
も人体への影響の問題がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ装置を適用したエッチング装
置の一実施例を示す図。

【図２】従来のプラズマエッチング装置を示す図。

【符号の説明】

１・・・・・・ヘリカル共振器２・・・・・・プラズマ室３・・・・・・反応室６、６’・・・・・・多孔電極（加速手段）Ｗ・・・・・・ウェハ（被処理体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヘリカル共振器と、該ヘリカル共振器によ
り発生したプラズマから電子を引出すための電子加速手
段と、反応性ガスが供給されるとともに前記電子加速手
段によって加速された電子により反応性ガスのプラズマ
を発生させ被処理体を処理するための反応室とを備えた
ことを特徴とするプラズマ装置。