JPH06232055A - ヘリコン波プラズマ処理装置 - Google Patents

ヘリコン波プラズマ処理装置

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JPH06232055A
JPH06232055A JP2006393A JP2006393A JPH06232055A JP H06232055 A JPH06232055 A JP H06232055A JP 2006393 A JP2006393 A JP 2006393A JP 2006393 A JP2006393 A JP 2006393A JP H06232055 A JPH06232055 A JP H06232055A
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靖浩 堀池
Tatsuo Shiyouji
多津男 庄司
Satoru Narai
哲 奈良井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘリコン波プラズマ処理装置において，高周
波電力を印加するＲＦアンテナに生じる高周波電位の影
響により反応室内に不純物を発生させないアンテナ構成
を備えたヘリコン波プラズマ処理装置を提供する。 【構成】 反応室２内に磁気コイル４から磁場を印加す
ると共にＲＦアンテナ９から高周波電力を印加してガス
導入ポート５から導入された処理ガスをプラズマ化し，
反応室２に連通するプロセス室３内の所定位置に配置し
た被処理物８をプラズマ処理する。ＲＦアンテナ９は高
密度なプラズマが生成される磁気コイル４配設位置から
離れた位置に配設され，高周波電力をプラズマ生成領域
に印加するので，ＲＦアンテナ９に高周波的な電位が生
じても，ＲＦアンテナ９配設位置のプラズマイオンは少
なく，反応室２を形成する石英等をスパッタして不純物
を発生させることが減少し，不純物混入による処理不良
の発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，半導体プロセス等にお
ける成膜，あるいはエッチング等の用に供されるプラズ
マ処理装置に係り，特に，ヘリコン波プラズマを発生さ
せて該プラズマによるプラズマ粒子によりプラズマ処理
を行うヘリコン波プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば，半導体基板上に集積回路を形成
する場合に，プラズマ処理によって成膜，エッチング，
スパッタリング等の基板加工がなされる。このプラズマ
処理装置として，従来からＲＩＥプラズマ処理装置，Ｅ
ＣＲプラズマ処理装置等が知られているが，本願の対象
とするヘリコン波プラズマ処理装置は，より高い密度の
プラズマを発生させることを目的とするプラズマ処理装
置で，半導体プロセスに有効な装置として注目されてい
る。ヘリコン波プラズマ装置は，電磁誘導作用による電
界励起により初期プラズマを発生させ，印加される磁場
によってプラズマ中に発生する波動（ヘリコン波）が励
起され，波動のランダウ減衰により電界のエネルギーを
プラズマ中の電子に有効に与えることができ，低磁場下
でも高密度のプラズマが生成できる特徴を有している。
このヘリコン波プラズマを用いたプラズマ処理装置は，
前記のように低磁場下で高密度プラズマを得ることがで
きるので，制御が容易で，且つプラズマ処理の口径を大
きくすることができる利点を有している。以下，上記ヘ
リコン波プラズマ処理装置の従来構成について説明す
る。図３は，プラズマエッチング装置として構成された
従来例ヘリコン波プラズマ処理装置３０の基本構成を示
す模式図である。図３において，石英ガラス等の誘電体
材料により円筒形に形成された反応室３１の外周位置
に，該反応室３１内に高周波電源３６からの高周波電力
を印加するＲＦアンテナ３２が配置されると共に，同じ
く反応室３１内の軸方向に磁場を印加する磁気コイル３
３，３４が配置されている。前記反応室３１の上部には
ガス導入ポート３５が設けられ，下部はプロセス室３７
内に連通している。この反応室３１とプロセス室３７と
は，排気ポート４０から排気がなされる真空容器を形成
している。前記プロセス室３７内に配置された載置台３
８上に，被処理物である基板３９が載置される。上記構
成において，反応室３１に印加された高周波電力が磁場
中にヘリコン波を発生させ，波動のランダウ減衰によ
り，ガス導入ポート３５から反応室３１内に導入された
処理ガスをヘリコン波プラズマ化して，高密度プラズマ
を発生させる。該プラズマにより生成されたイオン等の
プラズマ粒子は，磁場方向に沿って反応室３１からプロ
セス室３７に輸送され，基板３９に対して効率よくエッ
チングの作用が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のヘリコン波プラ
ズマ処理装置では，上記のように磁気コイルが配設さ
れ，磁場強度の大きい位置にＲＦアンテナが配設されて
おり，高周波電力を印加して磁場中にヘリコン波プラズ
マが生成される。ヘリコン波プラズマ装置では，磁場強
度の大きい位置でプラズマ密度も高くなり，その位置に
ＲＦアンテナが配設されているとき，次のような問題点
が生じる。アンテナは通常インダクタンスをコンデンサ
が含むため，高周波的に高い電位がＲＦアンテナに生じ
る。従来例構成では，ＲＦアンテナが配設された位置は
高密度のプラズマが発生している位置であるため，応答
速度の大きい電子が加速され，アンテナ下のガラスに帯
電するために負の直流的な電圧が発生する。この直流的
な電位とプラズマとの電位差により，プラズマ中のイオ
ンがＲＦアンテナ方向に加速される結果，該イオンによ
り反応室壁がスパッタされる。反応室が石英で形成され
ている場合，珪素（Ｓｉ），酸素（Ｏ）などのプラズマ
処理を行う上での不純物が反応室内に放出される。例え
ば，上記プラズマ処理装置によってアルミニウム（Ａ
ｌ）のエッチングを行った場合には，前記不純物により
アルミニウム表面にアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜が形成さ
れ，強固なアルミナ膜によりエッチング処理が停止して
しまう。従来，このようなアルミナ膜等の形成を抑える
ため、処理ガス中にアルミナ形成を抑制するガスを混入
することで対処されていた。本発明は上記問題点に鑑み
て創案されたもので，処理ガス中に別成分のガスを混入
させることなく，ＲＦアンテナに生じる直流的電位の影
響により反応室内に不純物を発生させないアンテナ構成
を備えたヘリコン波プラズマ処理装置を提供することを
目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用する手段は，前記真空容器内にＲＦアン
テナから高周波電力を印加すると共に磁気コイルから磁
場を印加して，該真空容器内に導入された処理ガスをプ
ラズマ化し，該プラズマにより前記真空容器内の所定位
置に配置した被処理物をプラズマ処理するヘリコン波プ
ラズマ処理装置において，前記ＲＦアンテナが，前記真
空容器内のプラズマ生成領域外であって，該プラズマ生
成領域に高周波電力を印加できる位置に配設されてなる
ことを特徴とするヘリコン波プラズマ処理装置として構
成される。
【０００５】
【作用】本発明によれば，高密度なプラズマが生成され
る磁気コイル配設位置からＲＦアンテナを離し，このプ
ラズマ生成領域外から電磁誘導により高周波電力をプラ
ズマ生成領域に印加する。従って，ＲＦアンテナに高周
波の電位が生じても，ＲＦアンテナは高密度プラズマが
発生しているプラズマ生成領域から離れているため，Ｒ
Ｆアンテナ配設位置のプラズマイオンは少なく，真空容
器（反応室）を形成する石英等をスパッタして不純物を
発生させることが減少する。
【０００６】
【実施例】以下，添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発明
の技術的範囲を限定するものではない。ここに，図１は
本発明の第１実施例に係るヘリコン波プラズマ処理装置
の構成を示す模式図，図２は本発明の第２実施例に係る
ヘリコン波プラズマ処理装置の構成を示す模式図であ
る。図１において，本実施例に係るヘリコン波プラズマ
処理装置１は，石英ガラス管によって形成された反応室
２とプロセス室３とからなる真空容器と，反応室２内の
軸方向に磁場を印加する磁気コイル４と，反応室２内に
高周波電力を印加するＲＦアンテナ９と，プロセス室３
内に配置された載置台７とを備えて構成されている。前
記真空容器内は，プロセス室３に設けられた排気ポート
６から排気を行うことにより，所定の真空状態を得るこ
とができ，ガス導入ポート５から処理ガスが真空容器内
に導入される。また，磁気コイル４には図示しない直流
電源から励磁電流が供給され，ＲＦアンテナ９には高周
波電源１０からの所定周波数の高周波がマッチング回路
１１を介して供給される。上記構成により，真空容器
（反応室２，プロセス室３）内に導入された処理ガス
は，ＲＦアンテナ９からの電磁誘導作用による電界励起
によりプラズマ化された後，磁気コイル４から印加され
る磁場が加わることにより，プラズマ中にヘリコン波
（ホイッスラー波）を励起させる。プラズマ中にヘリコ
ン波を励起させることにより，ランダウ減衰の作用によ
ってプラズマ中の電子は電界のエネルギーを得てより高
いエネルギーを得るため，高密度のプラズマが生成され
る。反応室２内でプラズマによって生成されたプラズマ
粒子は，磁場方向に沿ってプロセス室３に輸送され，載
置台７上に載置された基板（被処理物）８に対してエッ
チング，成膜等のプラズマ処理を行うことができる。本
実施例構成になるヘリコン波プラズマ処理装置１におい
ては，図示するようにＲＦアンテナ９を磁気コイル４か
ら離れた位置に配設して，高密度プラズマが発生するプ
ラズマ生成領域１２外から高周波電力を該プラズマ生成
領域１２に印加する。従って，ＲＦアンテナ９に高周波
の電位が発生することによる高密度プラズマ中のイオン
の反応室２への衝突が減少し，反応室２壁がスパッタさ
れて該反応室２内に不純物が放出され，不純物の混入に
よるプラズマ処理の不良が防止される。
【０００７】このプラズマ処理不良の防止効果を，具体
的な構成により比較した測定データを以下に説明する。
反応室２を直径６０mm，長さ１０００mmの石英管で形成
し，磁気コイル４として空芯コイルを配して，該磁気コ
イル４の中心部分の磁場強度を１００Ｇaussに設定し
た。また，ＲＦアンテナ９からｍ＝０モードの１３．５
６ＭHz，１．２ｋＷの高周波電力を印加した。更に，ガ
ス導入ポート5 から処理ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガ
スを３ｍＴorr 導入したときに生成されるプラズマの発
光分光を磁気コイル４の中心部分の反応室２の管壁近傍
で観測した。酸素イオンの発光強度（波長：４４１４
Å）とアルゴンイオンの発光強度（波長：４３４８Å）
との相対強度比（Ｏ／Ａｒ）を，ＲＦアンテナ９が磁気
コイル４内にあるとき（従来構成に相当する）と，磁気
コイル４の端面から２００mm離したとき（実施例構成：
図１）とを比較した結果，ＲＦアンテナ９が磁気コイル
４内にあるときは，Ｏ／Ａｒ＝０．４２０であった。こ
れに対して，ＲＦアンテナ９を磁気コイル４から離した
実施例構成の場合は，Ｏ／Ａｒ＝０．１２０に減少し
た。これは，プラズマにより発生したアルゴンイオンが
ＲＦアンテナ９に生じた直流電位によって吸引加速さ
れ，反応室２の石英管をスパッタして不純物（酸素原
子）を反応室２内に放出させることが減少される効果を
示している。上記発光分光の結果に基づき，ヘリコン波
プラズマ処理装置１をエッチング装置として動作させた
結果を次に示す。処理ガスとして塩素ガス１００％，１
ｍＴorr 導入して，アルミニウム板をエッチングする。
このとき，ＲＦアンテナ９を磁気コイル４内に配置した
場合では，酸素原子の混入のためアルミニウム板表面に
アルミナ膜が形成され，エッチングが不可能となった。
一方，ＲＦアンテナ９を磁気コイル４から離した場合に
は，エッチング速度８００ｎｍ／ｍｉｎでエッチングを
実施することができた。次に，別実施態様を第２実施例
として示す。図２は本発明の第２実施例構成に係るヘリ
コン波プラズマ処理装置１３を模式図として示し，先の
第１実施例と同一の要素には同一の符号を付して，その
説明は省略する。図２において，ＲＦアンテナ９は，反
応室２ａから離れた位置に配設されている。反応室２ａ
は磁気コイル４の配設幅と近似に形成されているので，
ＲＦアンテナ９は反応室２ａの端部から該反応室２ａ内
に高周波電力を印加する。その他の構成は，第１実施例
の構成と同一である。この構成によれば，先の第１実施
例構成より更にプラズマ中のイオンの反応室２ａ壁への
衝突が減少するので，反応室２ａ内の不純物の発生をよ
り少なくすることができる。
【０００８】
【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば，高密
度なプラズマが生成される磁気コイル配設位置からＲＦ
アンテナを離し，このプラズマ生成領域外から高周波電
力をプラズマ生成領域に印加する。従って，ＲＦアンテ
ナに直流的な電位が生じても，ＲＦアンテナ配設位置の
プラズマイオンは少なく，真空容器（反応室）を形成す
る石英等をスパッタして不純物を発生させることが減少
する。従って，低磁場環境下で高密度のプラズマを生成
することができるヘリコン波プラズマ処理装置の特徴を
充分に発揮させ得る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係るヘリコン波プラズ
マ処理装置の構成を示す模式図。
【図２】 本発明の第２実施例に係るヘリコン波プラズ
マ処理装置の構成を示す模式図。
【図３】 従来例に係るヘリコン波プラズマ処理装置の
構成を示す模式図。
【符号の説明】
１，１３…ヘリコン波プラズマ処理装置 ２，２ａ…反応室（真空容器） ３…プロセス室（真空容器） ４…磁気コイル ５…ガス導入ポート ６…排気ポート ７…載置台 ８…基板（被処理物） ９…ＲＦアンテナ １０…高周波電源 １２…プラズマ生成領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀池 靖浩 広島県広島市南区松川町２−22−703 グ ローバル松川 (72)発明者 庄司 多津男 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字西作田12 (72)発明者 奈良井 哲 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空容器内にＲＦアンテナから高周波電
    力を印加すると共に磁気コイルから磁場を印加して，該
    真空容器内に導入された処理ガスをプラズマ化し，該プ
    ラズマにより前記真空容器内の所定位置に配置した被処
    理物をプラズマ処理するヘリコン波プラズマ処理装置に
    おいて，前記ＲＦアンテナが，前記真空容器内のプラズ
    マ生成領域外であって，該プラズマ生成領域に高周波電
    力を印加できる位置に配設されてなることを特徴とする
    ヘリコン波プラズマ処理装置。
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