JPH06111996A

JPH06111996A - プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH06111996A
Application number: JP5178842A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Okuni; 充弘大國; Masabumi Kubota; 正文久保田; Noboru Nomura; 登野村; Ichiro Nakayama; 一郎中山; Norihiko Tamaoki; 徳彦玉置
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-08-13
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1994-04-22
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2761172B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高真空の下で高密度且つ均一性に優れたプラ
ズマを発生することができるプラズマ発生装置を提供す
る。【構成】チャンバー１の壁面１ａの内側には、第１の
電極としての３個の側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃが等間隔
に円周状に設けられている。側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ
には位相がおよそ１２０°づつ異なった５０ＭＨｚの高
周波電力が印加されている。チャンバー１の底部には第
２の電極としての試料台４が設けられ、該試料台４の外
側にはリング状のアース電極５が設けられている。試料
台４には１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されてい
る。３個の側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃとアース電極５と
の間隔は、試料台４とアース電極５との間隔よりも大き
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波放電を用いたプ
ラズマ発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高周波放電を用いたプラズマ発生方法
は、微細加工のためのドライエッチング、薄膜形成のた
めのスパッタリングやプラズマＣＶＤ、イオン注入装置
等のさまざまな分野で用いられており、加工寸法の微細
化や膜質の高精度な制御のために、高真空中でのプラズ
マ生成が求められている。

【０００３】以下、プラズマ発生方法の適用例として、
微細加工に適するドライエッチングについて説明する。

【０００４】現代の高密度半導体集積回路の進歩は産業
革命にも比較される変革をもたらしつつあり、半導体集
積回路の高密度化は、素子寸法の微細化、デバイスの改
良、チップサイズの大面積化等により実現されてきた。
素子寸法の微細化は光の波長程度にまで進んできてお
り、リソグラフィーにはエキシマレーザーやＸ線の使用
が有望である。微細パターンの実現には、リソグラフィ
ーと並んでドライエッチングが重要な役割を果たしてい
ると言える。

【０００５】ドライエッチングとは、プラズマ中に存在
するラジカル、イオン等による気相と固相表面における
化学的又は物理的反応を利用し、薄膜又は基板の不要な
部分を除去する加工技術である。ドライエッチング技術
として最も広く用いられている反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）は、適当なガスの高周波放電プラズマ中に試
料を曝すことによりエッチング反応を起こさせ、試料表
面の不要部分を除去するものである。必要な部分つまり
除去しない部分は、通常マスクとして用いたホストレジ
ストパターンにより保護されている。

【０００６】微細化のためにはイオンの方向性を揃える
ことが必要であるが、このためにはプラズマ中でのイオ
ンの散乱を減らすことが不可欠である。イオンの方向性
を揃えるためには、プラズマ発生装置の真空度を高めて
イオンの平均自由行程を大きくすることが効果的である
が、プラズマ室の真空度を高めると高周波放電が生じに
くいという問題がある。

【０００７】そこで、その対策として一般に、プラズマ
室に磁場を印加して放電の発生を容易にする方法、例え
ばマグネトロンＲＩＥ又はＥＣＲドライエッチング技術
が開発されてきた。

【０００８】図１３は、従来のマグネトロン放電を用い
たイオンエッチング装置を示す模式図である。金属性の
チャンバー５１内にはガスコントローラー５２を介して
反応性ガスが導入され、チャンバー５１内は排気系５３
によって適切な圧力に制御されている。チャンバー５１
の上部にはアノード５４が設けられ、下部にはカソード
となる試料台５５が設けられている。試料台５５にはイ
ンピーダンス整合回路５６を介してＲＦ電源５７が接続
されており、試料台５５とアノード５４との間で高周波
放電を起こすことができる。チャンバー５１の各側部に
は、対向する一対の交流電磁石５８が互いに位相が９０
度異なった状態で２組設けられており、該２組の交流電
磁石５８によりチャンバー５１内に回転磁場が印加さ
れ、高真空中での放電を容易にしている。このようにす
ると、電子が回転磁場によりサイクロイド運動をするた
め電子の運動経路が長くなり、イオン化効率が高くなる
というものである。

【０００９】図１４（ａ）は、従来のマグネトロンＲＩ
ＥやＥＣＲドライエッチング装置により、ボロンリンガ
ラスをエッチングした例を示しており、同図において６
０はＳｉ基板、６１はボロンリンガラス、６２はフォト
レジストパターンである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の装置では、以下に説明するようにデバイス
素子に損傷を与えてしまうと言う問題があった。従来の
マグネトロンＲＩＥ装置では、プラズマの局所的な偏り
を回転磁場によって時間的に平均化することでプラズマ
の偏りを均等にしているが、図１４（ｂ）に示すよう
に、瞬時の磁場がチャンバーの径方向に分布を持つた
め、プラズマ密度の局所的な粗密によりエッチング種の
不均一が生じたり、局所的な電位差が発生したりする。
このため、従来のマグネトロンＲＩＥ装置をＭＯＳＬＳ
Ｉプロセスに適用すると、ゲート酸化膜に破壊を生じる
という問題があった。

【００１１】同様にＥＣＲ装置においても、一般に磁場
がチャンバーの径方向に分布を持つため、プラズマ密度
の局所的な粗密があり、エッチング種の不均一が生じた
り、局所的な電位差が発生したりする問題があった。

【００１２】そこで、特願平２−４０２３１９におい
て、真空室と、該真空室内に略等間隔に設けられたＮ個
の第１の電極と位相がおよそ（３６０／Ｎ）度づつずれ
た第１周波数の高周波電力を上記第１の電極にその配置
順に印加する第１の高周波電力供給源とからなり上記第
１の電極により形成される回転電界によって上記第１の
電極に囲まれたプラズマ発生部に高密度のプラズマを発
生させるプラズマ発生手段と、上記真空室内に設けられ
た第２の電極およびアース電極と上記第２の電極に第２
周波数の高周波電力を印加する第２の高周波電源供給源
とからなり上記プラズマ発生部に発生したプラズマ中か
らイオンを引き出すイオン引出し手段とを備えたプラズ
マ発生装置が提案されている。

【００１３】このプラズマ発生装置によると、高真空の
下で高密度且つ均一性に優れたプラズマを発生すること
ができるが、本発明は、よりいっそう均一性に優れたプ
ラズマを発生することができ、これにより、微細加工性
にすぐれ且つデバイスへの損傷の極めて少ないプラズマ
発生装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、プラズマ引出し手段の第２の電
極およびアース電極により形成される電界が、プラズマ
発生手段の第１の電極により形成された回転電界と干渉
するのを防止するものであって、具体的には、真空室
と、該真空室内に略等間隔に設けられたＮ個（Ｎは２以
上の整数）の第１の電極と位相がおよそ（３６０／Ｎ）
度づつずれた第１周波数の高周波電力を上記第１の電極
にその配置順に印加する第１の高周波電力供給源とから
なり上記第１の電極により形成される回転電界によって
上記第１の電極に囲まれたプラズマ発生部に高密度のプ
ラズマを発生させるプラズマ発生手段と、上記真空室内
に設けられた第２の電極およびアース電極と上記第２の
電極に第２周波数の高周波電力を印加する第２の高周波
電源供給源とからなり上記プラズマ発生部に発生したプ
ラズマ中からイオンを引き出すイオン引出し手段とを備
えたプラズマ発生装置を前提とし、上記アース電極は、
該アース電極と上記第２の電極とにより形成される電界
が上記第１の電極により形成される回転電界と干渉しな
い位置に設けられている構成とするものである。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１の構成に、上
記第１の電極は上記真空室の側方にそれぞれ設けられて
おり、上記第２の電極およびアース電極は上記真空室の
底部にそれぞれ設けられているという構成を付加するも
のである。

【００１６】請求項３の発明は、請求項２の構成に、上
記アース電極はリング状に形成され且つ上記第２の電極
の周囲に設けられているという構成を付加するものであ
る。

【００１７】請求項４の発明は、請求項１〜３の構成
に、上記第１の電極と上記アース電極との間の距離は上
記第２の電極と上記アース電極との間の距離よりも大き
く設定されているという構成を付加するものである。

【００１８】請求項５の発明は、請求項１〜４の構成
に、上記第１の電極に印加される高周波電力の第１周波
数は、上記第２の電極に印加される高周波電力の第２周
波数よりも高く設定されているという構成を付加するも
のである。

【００１９】請求項６の発明は、請求項１〜５の構成
に、上記真空室の壁面は絶縁されているという構成を付
加するものである。

【００２０】請求項７の発明は、請求項１〜６の構成
に、上記第１の電極の表面は、該第１の電極にスパッタ
が付着するのを阻止する保護膜により覆われているとい
う構成を付加するものである。

【００２１】請求項８の発明は、請求項１〜７の構成
に、上記真空室の真空度は１０Ｐａ以下に設定されてい
るという構成を付加するものである。

【００２２】

【作用】請求項１の構成により、プラズマ発生手段の第
１の電極により形成される回転電界により誘起される電
子の回転又はサイクロイド等のリサージュ図形を描く運
動により、高真空中にも拘らず高いイオン化効率が得ら
れ、プラズマ発生部には高密度のプラズマが発生する。
従来の磁場によるマグネトロン放電やＥＣＲ放電に比べ
て、電界が均一であるため均一性に優れたプラズマが得
られると共に装置の大型化も容易である。またプラズマ
の局所的な偏りがほとんどないので、加工物への損傷も
極めて小さくなる。

【００２３】さらに、イオン引出し手段のアース電極
は、該アース電極と第２の電極とにより形成される電界
が第１の電極により形成される回転電界と干渉しない位
置に設けられているため、第２の電極とアース電極とに
より形成される電界が、第１の電極により形成される回
転電場によって発生させられる高密度のプラズマを乱す
現象は抑制される。

【００２４】請求項２の構成により、第１の電極は真空
室の側方に設けられ且つ第２の電極およびアース電極は
真空室の底部に設けられているため、第２の電極とアー
ス電極とにより形成される電界が、第１の電極により形
成される回転電場によって発生させられる高密度のプラ
ズマを乱す現象を確実に抑制することができる。

【００２５】請求項３の構成により、アース電極はリン
グ状に形成されており且つ第２の電極の周囲に設けられ
ているため、第２の電極とアース電極とにより形成され
る電界が、第１の電極により形成される回転電場によっ
て発生させられる高密度のプラズマを乱す現象をいっそ
う確実に抑制することができる。

【００２６】請求項４の構成により、第１の電極とアー
ス電極との間の距離は第２の電極とアース電極との間の
距離よりも大きく設定されているため、第２の電極とア
ース電極とにより形成される電界が第１の電極により形
成される回転電界と干渉しない位置に設けられているこ
とと相俟って、第１の電極とアース電極との間にはプラ
ズマが発生せず、第２の電極とアース電極との間にのみ
プラズマが発生するので、第２の電極とアース電極との
間に発生するプラズマが第１の電極とアース電極との間
に発生するプラズマによって乱されることがなくなる。

【００２７】請求項５の構成により、第１の電極に印加
される高周波電力の第１周波数は第２の電極に印加され
る高周波電力の第２周波数よりも高く設定されており、
第１の電界に印加される第１高周波の方が高いので、プ
ラズマ内の電子の回転半径が小さくなり、第１の電極に
より形成される回転電界によっていっそう高密度なプラ
ズマが発生する。また、第１周波数は第２周波数よりも
高いので、第２の電極とアース電極とにより形成される
電界にイオンのみならず電子も追従しイオンに追従する
電子によってイオンの方向性が乱されるという現象が避
けられる。

【００２８】請求項６の構成により、真空室の壁面は絶
縁されているため、真空室の壁面がプラズマ電位よりも
負に帯電するので、プラズマの損失が低減する。

【００２９】請求項７の構成により、第１の電極の表面
は保護膜により覆われているため該第１の電極にスパッ
タが付着せず、また保護膜が絶縁性であるので第１の電
極からの２次電子放出の効率が向上する。

【００３０】請求項８の構成により、真空室の真空度は
１０Ｐａ以下に設定されているため、電子の自由行程距
離が短いので、プラズマの密度が大きくなる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００３２】図１は、本発明の第１実施例であり、Ｎ＝
３の場合のプラズマ発生装置としてのドライエッチング
装置の構造を示している。図２は上記ドライエッチング
装置の縱断面構造を示し、図３は上記ドライエッチング
装置の横断面構造を示している。同図において、１は接
地されており、壁面がセラミック、テフロン又は石英等
の絶縁物で覆われたチャンバーであって、該チャンバー
１の内部は真空室を構成している。尚、チャンバー１の
壁面１ａを絶縁物で覆う代わりに、チャンバー１の内部
に、石英等からなるインナーチャンバーのようなチャン
バー１とは別体のものを設けてもよい。

【００３３】チャンバー１の壁面１ａの内側には、第１
の電極としての３個の側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃが略等
間隔につまり１２０°づつの角度位置に円周状に設けら
れている。各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃには、第１の高
周波電力供給源３Ａ，３Ｂ，３Ｃから、放電電力は同一
であるが電力の位相がおよそ１２０°づつ異なった第１
周波数の高周波電力が印加されている。すなわち側方電
極２Ｂの位相は側方電極２Ａの位相に対して１２０°進
んでおり、側方電極２Ｃの位相は側方電極２Ａの位相に
対して１２０°遅れている。各側方電極２Ａ，２Ｂ，２
Ｃには整合回路（図示せず）を介して１５ＭＨｚから３
００ＭＨｚの高周波電力が印加されるようになっている
が、本実施例においては、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ
には５０ＭＨｚの周波数の高周波電力が印加されてい
る。また、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃに供給される高
周波電力同士の間には、フェーズシフタ（図示せず）に
より１２０°の位相差が実現されている。

【００３４】上述した３個の側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ
および第１の高周波電力供給源３Ａ，３Ｂ，３Ｃによっ
てプラズマ発生手段が構成されており、各側方電極２
Ａ，２Ｂ，２Ｃに印加される高周波電力によって形成さ
れる回転電場によって、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃの
内側のプラズマ発生部には高密度のプラズマが発生す
る。この場合、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃにはアース
は不要である。その理由は、位相が順次異なる高周波電
力が印加される３個の側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃが互い
にその役割を担っているからである。

【００３５】チャンバー１の底部には第２の電極として
の試料台４が設けられ、該試料台４の外側にはリング状
のアース電極５が設けられている。試料台４には第２の
高周波電力供給源６から第２周波数例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力が印加されている。

【００３６】第１実施例においては、チャンバー１の形
状は円筒状であり、チャンバー１の直径は４００ｍｍ、
チャンバー１の高さは４００ｍｍ、側方電極２Ａ，２
Ｂ，２Ｃの高さは５０ｍｍ、試料台４の直径は２００ｍ
ｍである。そして、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃとアー
ス電極５との間の距離：Ｌ₁は２００ｍｍであり、試料
台４とアース電極４との間の距離：Ｌ₂は３０ｍｍであ
る。

【００３７】また、チャンバー１の内部には、エッチン
グガスがアスフローコントローラ（図示せず）を介して
導入口１ｂから導入され、導入されたエッチングガスは
排出口１ｃから外部に排出される。チャンバー１の内部
の圧力はターボポンプ（図示せず）により０．１Ｐａか
ら１０Ｐａ程度に制御されている。

【００３８】図４は、上記のエッチング装置においてラ
ングミュアープローブ法により電子密度を測定した結果
を示している。測定領域は３個の側方電極２Ａ，２Ｂ，
２Ｃで囲まれたプラズマ発生部の下方であり、エッチン
グガスとしてはＡｒガスを用い、チャンバー１の内部の
圧力は１Ｐａである。そして各側方電極２Ａ，２Ｂ，２
Ｃには位相が１２０°づつずれており周波数が５０ＭＨ
ｚである３０Ｗの高周波電力をそれぞれ印加し、試料４
ａが載置された試料台４には周波数が１３．５６ＭＨｚ
である３０Ｗの高周波電力を印加した。そして、チャン
バー１の内部における各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃと試
料台４との間の高さ位置に図２に示すプローブ７を挿入
し、試料台４の中心から水平方向へ−１００ｍｍから＋
１００ｍｍまでの位置で電子密度を測定した。

【００３９】図４に示すように、回転電界と電子の閉じ
こめ作用により、１Ｐａの高真空下において磁場を用い
ることなく高均一なプラズマが発生している。尚、プラ
ズマの均一性には真空度が大きく影響する。１０Ｐａ以
上の真空度ではプラズマは側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃの
近傍に局在するので、プラズマの均一性は若干低下す
る。

【００４０】図５は、アース電極５の位置を変えて、試
料台４の中心から水平方向へ−１００ｍｍから＋１００
ｍｍまでの位置における電子密度を測定した結果を示し
ている。図５（ａ）はアース電極５をチャンバー１の上
部に設置した場合、図５（ｂ）はアース電極５を各側方
電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃと試料台４との略中間においた場
合、図５（ｃ）は本実施例の場合つまり各側方電極２
Ａ，２Ｂ，２Ｃとアース電極５との間の距離：Ｌ₁を２
００ｍｍとし、試料台４とアース電極５との間の距離：
Ｌ₂を３０ｍｍに設定した場合をそれぞれ示している。

【００４１】図５（ａ）の場合には、試料台４とアース
電極５とにより形成される電界が各側方電極２Ａ，２
Ｂ，２Ｃにより形成される回転電界と干渉するため、各
側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃにより生成されるプラズマが
乱れ、プラズマ密度が均一にはならない。これは、各側
方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃとアース電極５との間に強い放
電が起こってプラズマが生成されるためと、試料台４と
アース電極５との間の放電が弱くなるためであると考え
られる。図５（ｂ）の場合には、図５（ａ）の場合に比
べてプラズマ密度は均一化されているが、試料台４の周
縁部においてプラズマ密度が均一にならない。これは、
各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃとアース電極５との間およ
び試料台４とアース電極５との間の両方に同程度の放電
が起こり両方にプラズマが生成されるためと考えられ
る。これに対して、図５（ｃ）の場合には、試料台４の
周縁部においてもプラズマ密度が均一化されている。こ
れは、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃとアース電極５との
間には放電が起こらずプラズマが生成されないためであ
ると考えられる。

【００４２】以下、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃに印加
される高周波電力の第１周波数ｆ₁と、試料台４に印加
される高周波電力の第２周波数ｆ₂との関係について考
察する。

【００４３】第１実施例の場合、各側方電極２Ａ，２
Ｂ，２Ｃには５０ＭＨｚの周波数の高周波電力が印加さ
れ、試料台４には１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電
力が印加されている。他のパラメータを変更することな
く試料台４に印加する高周波電力の周波数を５０ＭＨｚ
に変更するとプラズマの均一性が悪くなった。また試料
台４に印加する高周波電力の周波数を７０ＭＨｚに変更
するとプラズマ密度の試料台４への電力依存性が強くな
り、イオンエネルギーとプラズマ密度の独立制御が難し
い状態になる。

【００４４】第１周波数ｆ₁を第２周波数ｆ₂よりも高
くすることにより、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃにより
形成される回転電界をプラズマ生成に当て、試料台４と
アース電極５とにより形成される電界をプラズマ発生部
に生成されたプラズマ中からのイオンの引き出しに当て
ることができる。高周波電界中において電荷が得るエネ
ルギーはおよそその質量に反比例する。イオンの質量は
電子の質量に比べて数千倍以上であるから、およそ１０
ＭＨｚ以上の高周波電界にはイオンは追従できず、電子
のみが追従する。第１周波数ｆ₁をおよそ１０ＭＨｚ以
上とし、第２周波数ｆ₂よりも高くすることにより、各
側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃによる回転電界には電子だけ
が追従することとなり、第１周波数ｆ₁をもっぱらプラ
ズマ生成に当てることができる。また、第２周波数ｆ₂
を第１周波数ｆ₁よりも小さくし望ましくは１０ＭＨｚ
以下にすれば、試料台４に入射するイオンエネルギーは
第２周波数ｆ₂の高周波電力により制御できる。

【００４５】図６（ａ）は第１周波数ｆ₁が第２周波数
ｆ₂よりも大きい場合の状態を示し、図６（ｂ）は第１
周波数ｆ₁が第２周波数ｆ₂よりも小さい場合の状態を
示している。図６（ａ）の場合には、試料台４とアース
電極５とにより形成される電界にプラズマ発生部の電子
が追従しないので、電子によってイオンの方向性が乱さ
れることはないが、図６（ｂ）の場合には、試料台４と
アース電極５とにより形成される電界にプラズマ発生部
のイオンのみならず電子も追従し、イオンに追従する電
子によってイオンの方向性が乱される。このため、図６
（ａ）の場合にはプラズマ発生部に発生させるプラズマ
と該プラズマ中から引き出すイオンとを独立に制御する
ことが可能であるが、図６（ｂ）の場合にはプラズマ発
生部に発生させるプラズマと該プラズマ中から引き出す
イオンとを独立に制御することが困難になる。

【００４６】以下、チャンバー１の壁面１ａの絶縁性に
ついて考察する。

【００４７】本第１実施例においては、チャンバー１の
壁面１ａはセラミック、テフロン又は石英等の絶縁物で
覆われていたが、チャンバー４の壁面１ａが金属が露出
した状態の場合も検討した。金属が露出した場合には、
各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃとチャンバー１の壁面１ａ
との間に放電が起こり、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ同
士の間の放電が安定しないので、プラズマ密度は壁面１
ａが絶縁物により覆われた場合の半分以下であった。

【００４８】第１実施例の場合、各側方電極２Ａ，２
Ｂ，２Ｃおよび試料台４の表面はアルミナからなる保護
膜により覆われている。これはアルミナ被覆すると、金
属が露出した場合に比べてプラズマ密度を１０〜３０％
高くできることが実験的に得られているからである。ま
た、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃが絶縁性の保護膜によ
り覆われていると、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃへのス
パッタリングが起こらず、スパッタリングによるチャン
バー１内の金属汚染を防止することができる。

【００４９】以下、第１実施例に係るドライエッチング
装置を用いてドライエッチングを行なった結果について
説明する。

【００５０】まず、図７に基づきポリシリコン膜に対す
るエッチングについて説明する。膜の構成は図７（ａ）
に示すとおりであって、シリコン基板１１の上に熱Ｓｉ
Ｏ₂１２が形成され、熱ＳｉＯ₂１２の上にｎ⁺Ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ膜１３が形成され、ｎ⁺Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１３
の上にレジスト１４が形成されている。エッチング条件
は、エッチングガスＣｌ₂の流量を８０ｓｃｃｍとし、
真空度は１Ｐａとし、試料台４に印加する高周波電力の
周波数は１３．５６ＭＨｚとし、その電力を３０Ｗをと
し、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃには周波数５０ＭＨｚ
の高周波電力を印加しその電力をそれぞれ３０Ｗ，４０
Ｗ，５０Ｗ，６０Ｗ，７０Ｗに変化させてドライエッチ
ングを行なった。その結果、図７（ｂ）に示すように、
エッチング形状については全ての条件下において良好な
垂直形状が得られた。

【００５１】図８は、ｎ⁺Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１３のエッ
チング特性の各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃに対するパワ
ー依存性を示している。エッチングレートは電力の増加
に比例して増大するが、エッチングレートの均一性は、
全ての条件下において１〜５％の範囲内に収まってい
る。そして６００ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートの下
において選択比（対熱酸化膜）２５０が得られ、良好で
あった。

【００５２】この結果から、従来のドライエッチング装
置に比べて、低電力で且つデポジション性のガス（例え
ばＨＢｒ）を用いることなく、しかも磁場を印加するこ
となく、ｎ⁺Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１３に対して良好なエッ
チング特性（均一なエッチング、高いエッチングレー
ト、高い選択比および垂直形状）を得られることが分か
った。

【００５３】次に、図９に基づきアルミニウムシリコン
膜に対するエッチングについて説明する。膜の構成は図
９（ａ）に示すとおりであって、シリコン基板１１の上
にＢＰＳＧ膜１５が形成され、ＢＰＳＧ膜１５の上にＡ
ｌ−Ｓｉ（１％）−Ｃｕ（０．５％）膜１６が形成さ
れ、Ａｌ−Ｓｉ（１％）−Ｃｕ（０．５％）膜１６の上
にレジスト１４が形成されている。エッチング条件は、
エッチングガスをＢＣｌ₃／Ｃｌ₂＝５０／６０ｓｃｃ
ｍとし、真空度を０．５Ｐａとし、各側方電極２Ａ，２
Ｂ，２Ｃに印加する高周波電力の周波数を２００ＭＨｚ
とし、その電力をそれぞれ１００Ｗとし、試料台４に印
加する高周波電力の周波数を２ＭＨｚとし、その電力は
５０Ｗとした。その結果、図９（ｂ）に示すように、エ
ッチング形状については最適化された条件下において良
好な垂直形状が得られた。

【００５４】図１０は、Ａｌ−Ｓｉ（１％）−Ｃｕ
（０．５％）膜１６のエッチング特性のＮ₂ガス流量に
対する依存性を示している。同図に示すように、Ａｌ−
Ｓｉ（１％）−Ｃｕ（０．５％）膜１６の形状が順テー
パーになる条件下においてエッチングレートが６００ｎ
ｍ／ｍｉｎのときに選択比（対レジスト）５が得られ、
良好であった。また、エッチングレートの均一性につい
ては、全ての条件下において１〜５％の範囲内に収まっ
ている。

【００５５】この結果から、従来のドライエッチング装
置に比べて、低電力で且つデポジション性のガス（例え
ばＣＨＣｌ３やＨＢｒ）を用いることなく、しかも磁場
を印加することなく、Ａｌ−Ｓｉ（１％）−Ｃｕ（０．
５％）膜１６に対して良好なエッチング特性を得られる
ことが分かった。

【００５６】次に、図１１に基づきＢＰＳＧ膜（ホウ素
およびリンを含むシリコン酸化膜）１６に対するエッチ
ングについて説明する。膜の構成は図１１（ａ）に示す
通りであって、シリコン基板１１の上にＢＰＳＧ膜１５
が形成され、ＢＰＳＧ膜１５の上にレジスト１４が形成
されている。エッチング条件は、エッチングガスＣＦ₄
の流量を５０ｓｃｃｍとし、エッチングガスＣＨ₂Ｆ₂
の流量を２０〜３０ｓｃｃｍとし、真空度を０．７Ｐａ
とし、試料台４に印加する高周波電力の周波数を６００
ｋＨｚとし、その電力としては３０〜１００Ｗを印加
し、各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃに印加する高周波電力
の周波数を３０ＭＨｚとし、その電力を変化させてドラ
イエッチングを行なった。その結果、図１１（ｂ）に示
すように、エッチング形状については良好な垂直形状が
得られた。エッチングレートは高周波電力の増加に伴っ
て増大する。そして、４００ｎｍ／ｍｉｎのエッチング
レートの下で選択比（対シリコン）９０が得られ、良好
であった。また、エッチングレートの均一性について
は、全ての条件下において１〜５％の範囲内に収まって
いる。また、エッチングレートがアスペクト比の増大に
伴って減少する現象、いわゆるマイクロローディング効
果は、アスペクト比が５以下のときには検出されなかっ
た。さらに、ＭＯＳ構造ＴＥＧを用いたチャージアップ
ダメージ評価を行なったが、１０ｎｍ厚のゲート酸化膜
に対してもダメージは検出されなかった。これはプラズ
マの均一性が良好なことによるものと考えられる。

【００５７】この結果から、ＢＰＳＧ膜１５に対し、従
来のドライエッチング装置に比べて、マイクロローディ
ング効果がなくダメージのない良好なエッチング特性を
得られることが分かった。

【００５８】図１２は、本発明の第２実施例であり、Ｎ
＝４の場合のプラズマ発生装置としてのドライエッチン
グ装置の構造を示している。

【００５９】尚、第１実施例と同様の部材については第
１実施例と同じ符号を付すことにより詳細な説明は省略
する。チャンバー１の壁面１ａの内側には、第１の電極
としての４個の側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが略等
間隔につまり９０°づつの角度位置に円周状に設けられ
ている。各側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄには、第１
の高周波電力供給源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄから、放電
電力は同一であるが電力の位相がおよそ９０°づつ異な
った第１周波数の高周波電力が印加されている。すなわ
ち側方電極２Ｂは側方電極２Ａに対して位相が９０°進
んでおり、側方電極２Ｃは側方電極２Ａに対して位相が
１８０°進んでおり、側方電極２Ｄは側方電極２Ａに対
して２７０°進んでいる。各側方電極２Ａ，２Ｂ，２
Ｃ，２Ｄには整合回路（図示せず）を介して３０ＭＨｚ
の高周波電力が印加されており、各高周波電力同士はフ
ェーズシフタ（図示せず）によりそれぞれ９０°の位相
差が実現されている。尚、側方電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，
２Ｄとチャンバー１との高さ関係は、第１実施例と同様
である。

【００６０】試料台４は第５番目の電極であり、アース
電極５は第１実施例と同様、試料台４の周囲に試料台４
とおよそ３０ｍｍの間隔をおいて設けられている。

【００６１】また、第１実施例と同様に、チャンバー１
の内部には、エッチングガスがアスフローコントローラ
（図示せず）を介して導入され、チャンバー１の内部の
圧力はターボポンプ（図示せず）により０．１Ｐａから
１０Ｐａ程度に制御されている。

【００６２】尚、第１実施例においてはＮ＝３であり、
第２実施例においてはＮ＝４であったが、Ｎは２以上の
整数の中から適宜選択可能である。

【００６３】また、第１実施例および第２実施例におい
ては、プラズマ発生装置としてエッチング装置を示した
が、本発明のプラズマ発生装置は、プラズマＣＶＤ装置
やスパッタイオン注入装置等のイオン源等、高真空下に
おける高密度のプラズマを必要とする装置への適用が可
能なことは言うまでもない。

【００６４】さらに、第１実施例および第２実施例にお
いては、高周波電力の位相差をそれぞれ１２０°又は９
０°と一定にした場合を示したが、高周波電力の位相差
を時間の関数のように変化させてもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
係るプラズマ発生装置によると、イオン引出し手段のア
ース電極は、該アース電極と第２の電極とにより形成さ
れる電界が第１の電極により形成される回転電界と干渉
しない位置に設けられているため、第２の電極およびア
ース電極により形成される電界が第１の電極により形成
される回転電場によって発生させられる高密度のプラズ
マを散乱させる現象は抑制されるので、プラズマ発生部
のプラズマは高密度で且つ均一になる。このため、請求
項１の発明に係るプラズマ発生装置によると微細加工性
に優れ且つデバイスへの損傷が低減する。

【００６６】請求項２の発明に係るプラズマ発生装置に
よると、第１の電極は真空室の側方に設けられ且つ第２
の電極およびアース電極は真空室の底部に設けられてい
るため、第２の電極とアース電極とにより形成される電
界が第１の電極により形成される回転電場によって発生
させられる高密度のプラズマを乱す現象を確実に抑制す
ることができる。

【００６７】請求項３の発明に係るプラズマ発生装置に
よると、アース電極はリング状に形成されており且つ第
２の電極の周囲に設けられているため、第２の電極とア
ース電極とにより形成される電界が第１の電極により形
成される回転電場によって発生させられる高密度のプラ
ズマを乱す現象をいっそう確実に抑制することができ
る。

【００６８】請求項４の発明に係るプラズマ発生装置に
よると、第１の電極とアース電極との間の距離は第２の
電極とアース電極との間の距離よりも大きく設定されて
いるため、第２の電極とアース電極とにより形成される
電界が第１の電極により形成される回転電界と干渉しな
い位置に設けられていることと相俟って第１の電極とア
ース電極との間にはプラズマが発生しないので、第２の
電極とアース電極との間に発生するプラズマが第１の電
極とアース電極との間に発生するプラズマによって乱さ
れる現象がなくなり、これにより、プラズマ発生部のプ
ラズマはいっそう均一になる。

【００６９】請求項５の発明に係るプラズマ発生装置に
よると、第１の電極に印加される高周波電力の第１周波
数は、第２の電極に印加される高周波電力の第２周波数
よりも高く設定されており、第１の電界に印加される第
１高周波が高いため、第１の電極により形成される回転
電界によっていっそう高密度なプラズマが発生すると共
に、第１周波数が第２周波数よりも高いため、第２電極
とアース電極とにより形成される電界に引き出されるイ
オンに電子が追従せず、イオンの方向性が乱されること
がないので、異方性エッチングを確実に行なうことがで
きる。

【００７０】請求項６の発明に係るプラズマ発生装置に
よると、真空室の壁面は絶縁されており、プラズマ電位
よりも負に帯電するため、プラズマの損失が低減するの
で、高真空下において効率の良いプラズマの発生を実現
することができる。

【００７１】請求項７の発明に係るプラズマ発生装置に
よると、第１の電極の表面は保護膜により覆われている
おり、該第１の電極にスパッタが付着しないので、プラ
ズマ発生中に第１の電極がスパッタリングにより劣化す
る現象、および真空室が汚染され処理中のデバイスが不
純物汚染される現象を防止できると共に、保護膜が絶縁
性を有しているため第１の電極からの２次電子放出の効
率が大きくなり、プラズマの高密度化が向上する。

【００７２】請求項８の発明に係るプラズマ発生装置に
よると、真空室の真空度は１０Ｐａ以下に設定されてい
るため、電子の自由行程距離が短くなり、プラズマ密度
が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ発生装置の第１実施例と
してのドライエッチング装置を示す模式図である。

【図２】上記第１実施例のドライエッチング装置の縱断
面図である。

【図３】上記第１実施例のドライエッチング装置の横断
面図である。

【図４】上記第１実施例のドライエッチング装置におい
てラングミュアープローブ法により電子密度を測定した
結果を示す図である。

【図５】上記第１実施例のドライエッチング装置におい
てアース電極の位置を変えて電子密度を測定した結果を
示しており、（ａ）はアース電極をチャンバーの上部に
設置した場合、（ｂ）はアース電極を側方電極と試料台
との略中間においた場合、（ｃ）は側方電極とアース電
極との間隔を試料台とアース電極との間隔よりも大きく
した場合をそれぞれ示している。

【図６】上記第１実施例のドライエッチング装置におけ
る第１周波数と第２周波数との大小関係とプラズマ発生
状態との関係を示しており、（ａ）は第１周波数が第２
周波数よりも大きい場合であり、（ｂ）は第１周波数が
第２周波数よりも小さい場合である。

【図７】上記第１実施例に係るドライエッチング装置を
用いてポリシリコン膜に対してドライエッチングを行な
った状態を示し、（ａ）はドライエッチング前の状態で
あり、（ｂ）はドライエッチング後の状態である。

【図８】上記第１実施例に係るドライエッチング装置を
用いてポリシリコン膜に対するドライエッチングを行な
った場合において、エッチング特性の側方電極に対する
パワー依存性を示す図である。

【図９】上記第１実施例に係るドライエッチング装置を
用いてアルミニウムシリコン膜に対してドライエッチン
グを行なった状態を示し、（ａ）はドライエッチング前
の状態であり、（ｂ）はドライエッチング後の状態であ
る。

【図１０】上記第１実施例に係るドライエッチング装置
を用いてアルミニウムシリコン膜に対するドライエッチ
ングを行なった場合において、エッチング特性のＮ₂ガ
ス流量に対する依存性を示す図である。

【図１１】上記第１実施例に係るドライエッチング装置
を用いてＢＰＳＧ膜に対してドライエッチングを行なっ
た状態を示し、（ａ）はドライエッチング前の状態であ
り、（ｂ）はドライエッチング後の状態である。

【図１２】本発明に係るプラズマ発生装置の第２実施例
としてのドライエッチング装置を示す模式図である。

【図１３】従来のプラズマ発生装置としてのドライエッ
チング装置を示す模式図である。

【図１４】（ａ）は従来のドライエッチング装置により
ボロンリンガラスをエッチングした状態を示し、（ｂ）
は上記ドライエッチングを行なった際の試料台上方にお
ける磁場の分布を示している。

【符号の説明】

１チャンバー１ａ壁面１ｂ導入口１ｃ排出口２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ側方電極（第１の電極）３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ第１の高周波電力供給源４試料台（第２の電極）５アース電極６第２の高周波電力供給源７プローブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/205 21/302 Ｂ 9277−4Ｍ (72)発明者中山一郎大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者玉置徳彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空室と、該真空室内に略等間隔に設け
られたＮ個（Ｎは２以上の整数）の第１の電極と位相が
およそ（３６０／Ｎ）度づつずれた第１周波数の高周波
電力を上記第１の電極にその配置順に印加する第１の高
周波電力供給源とからなり上記第１の電極により形成さ
れる回転電界によって上記第１の電極に囲まれたプラズ
マ発生部に高密度のプラズマを発生させるプラズマ発生
手段と、上記真空室内に設けられた第２の電極およびア
ース電極と上記第２の電極に第２周波数の高周波電力を
印加する第２の高周波電源供給源とからなり上記プラズ
マ発生部に発生したプラズマ中からイオンを引き出すイ
オン引出し手段とを備えたプラズマ発生装置において、
上記アース電極は、該アース電極と上記第２の電極とに
より形成される電界が上記第１の電極により形成される
回転電界と干渉しないような位置に設けられていること
を特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】上記第１の電極は上記真空室の側方にそ
れぞれ設けられており、上記第２の電極およびアース電
極は上記真空室の底部にそれぞれ設けられていることを
特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】上記アース電極はリング状に形成され且
つ上記第２の電極の周囲に設けられていることを特徴と
する請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】上記第１の電極と上記アース電極との間
の距離は、上記第２の電極と上記アース電極との間の距
離よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】上記第１の電極に印加される高周波電力
の第１周波数は、上記第２の電極に印加される高周波電
力の第２周波数よりも高く設定されていることを特徴と
する請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ発生
装置。
【請求項６】上記真空室の壁面は絶縁されていること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラ
ズマ発生装置。
【請求項７】上記第１の電極の表面は、該第１の電極
にスパッタが付着するのを阻止する絶縁性の保護膜によ
り覆われていることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】上記真空室の真空度は１０Ｐａ以下に設
定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
１項に記載のプラズマ発生装置。