JPH0645094A - Method for generating plasma and device therefor - Google Patents
Method for generating plasma and device thereforInfo
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- JPH0645094A JPH0645094A JP5072653A JP7265393A JPH0645094A JP H0645094 A JPH0645094 A JP H0645094A JP 5072653 A JP5072653 A JP 5072653A JP 7265393 A JP7265393 A JP 7265393A JP H0645094 A JPH0645094 A JP H0645094A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はプラズマを発生させるプ
ラズマ発生方法及びその装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generating method and apparatus for generating plasma.
【０００２】[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装置、薄膜形成
のためのスパッタリング装置やプラズマＣＶＤ装置、及
び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。2. Description of the Related Art A plasma generating method using a high frequency discharge is used in various fields such as a dry etching apparatus for fine processing, a sputtering apparatus for forming a thin film, a plasma CVD apparatus, an ion implantation apparatus and the like. , For the miniaturization of processing dimensions and high-precision control of film quality,
Plasma generation in high vacuum is required.
【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方法について説明す
る。Hereinafter, as an application example of the plasma generation method,
A dry etching method suitable for fine processing will be described.
【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、リソグラフィにはエキシマレーザや軟エックス線の
使用が検討されている。微細パターンの実現には、リソ
グラフィ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。The progress of modern high-density semiconductor integrated circuits is bringing about a change comparable to the industrial revolution, and the higher density of semiconductor integrated circuits means miniaturization of device dimensions, improvement of devices, and large area of chip size. Have been realized by
The miniaturization of device dimensions has advanced to about the wavelength of light, and the use of excimer lasers and soft X-rays is being considered for lithography. It can be said that dry etching plays an important role along with lithography for the realization of fine patterns.
【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−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トレジ
ストパターンにより保護されている。Dry etching is a processing technique for removing an unnecessary portion of a thin film or a substrate by utilizing a chemical or physical reaction on a gas-solid phase surface due to radicals, ions, etc. existing in plasma. Reactive ion etching (RIE), which is most widely used as a dry etching technique, causes an etching reaction by exposing a sample to a high-frequency discharge plasma of an appropriate gas to remove an unnecessary portion of the sample surface. . The required portion, that is, the portion that is not removed is usually protected by the photoresist pattern used as a mask.
【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難
くなるという問題がある。For the miniaturization, it is necessary to make the directionality of ions uniform, but for this purpose, it is essential to reduce the scattering of ions in plasma. In order to make the directionality of the ions uniform, it is effective to increase the vacuum degree of the plasma generator to increase the mean free path of the ions, but if the vacuum degree of the plasma chamber is increased, it is difficult for high frequency discharge to occur. There's a problem.
【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を容易にする方法、例えばマグ
ネトロン反応性イオンエッチング技術或いはＥＣＲ（電
子サイクロトロン共鳴）エッチング技術等が開発されて
きた。Therefore, as a countermeasure, a method for applying a magnetic field to the plasma chamber to facilitate discharge, such as a magnetron reactive ion etching technique or an ECR (electron cyclotron resonance) etching technique, has been generally developed.
【０００８】図２１は、従来のマグネトロン放電を用い
た反応性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８１内にはガスコントローラ８２を介
して反応性ガスが導入され、チャンバー８１内は排気系
８３によって適切な圧力に制御されている。チャンバー
８１の上部にはアノード（陽極）８４が設けられ、下部
にはカソード（陰極）となる試料台８５が設けられてい
る。試料台８５にはインピーダンス整合回路８６を介し
てＲＦ電源８７が接続されており、試料台８５とアノー
ド８４との間で高周波放電を起こすことができるように
なっている。チャンバー８１の各側部には、対向する一
対の交流電磁石８８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８８により
チャンバー８１内に回転磁界が印加され、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のである。FIG. 21 is a schematic view showing a conventional reactive ion etching apparatus using magnetron discharge. A reactive gas is introduced into the metallic chamber 81 via a gas controller 82, and the inside of the chamber 81 is controlled to have an appropriate pressure by an exhaust system 83. An anode (anode) 84 is provided above the chamber 81, and a sample table 85 serving as a cathode (cathode) is provided below the chamber 81. An RF power source 87 is connected to the sample stage 85 via an impedance matching circuit 86 so that high frequency discharge can be generated between the sample stage 85 and the anode 84. On each side of the chamber 81, two pairs of facing AC electromagnets 88 are provided with their phases differing from each other by 90 degrees, and a rotating magnetic field is applied to the inside of the chamber 81 by the two pairs of AC electromagnets 88. , Facilitates discharge in high vacuum. By doing so, the electrons make a cycloidal motion due to the rotating magnetic field, so that the motion path of the electrons becomes long and the ionization efficiency becomes high.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようなマグネトロン放電やＥＣＲ放電によると、プラズ
マ密度が不均一なために微細なエッチング加工が困難で
あると共に加工の対象となる試料に損傷が生じるという
問題があった。However, according to the above-mentioned magnetron discharge or ECR discharge, it is difficult to perform fine etching processing due to the non-uniform plasma density and the sample to be processed is damaged. There was a problem.
【００１０】例えば、従来のマグネトロン反応性イオン
エッチング装置においては、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することにより均等
にしているが、瞬時におけるプラズマ密度が均一ではな
いために局所的な電位差が発生する。このため、従来の
マグネトロン反応性イオンエッチング装置をＭＯＳＬＳ
Ｉプロセスに適用すると、ゲート酸化膜に破壊が生じる
ことがある。For example, in the conventional magnetron reactive ion etching apparatus, the local bias of the plasma is made uniform by temporally averaging it by the rotating magnetic field, but the instantaneous plasma density is not uniform. A local potential difference occurs. Therefore, the conventional magnetron reactive ion etching system is
When applied to the I process, breakdown may occur in the gate oxide film.
【００１１】同様にＥＣＲエッチング装置においては、
磁場がチャンバーの径方向に分布するため、プラズマ密
度の局所的な粗密が生じ、これにより、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。
このプラズマの不均一に起因してエッチングの均一性が
悪くなり、ＬＳＩを歩留まり良く作成することが困難に
なる。そして、このプラズマの不均一性は、いっそう薄
いゲート酸化膜が使用される超微細パターンＬＳＩや大
口径ウエハーに対してドライエッチングを行なう際にお
ける正確なエッチングが困難であることを意味する。Similarly, in the ECR etching apparatus,
Since the magnetic field is distributed in the radial direction of the chamber, the plasma density is locally dense and dense, which causes nonuniform etching species and a local potential difference.
Due to this nonuniformity of plasma, the uniformity of etching deteriorates, which makes it difficult to produce LSIs with high yield. The non-uniformity of the plasma means that it is difficult to perform accurate etching when performing dry etching on an ultrafine pattern LSI or a large-diameter wafer in which an even thinner gate oxide film is used.
【００１２】また、従来の１３．５６ＭＨｚ励起の平行
平板型マグネトロンエッチング装置に１００〜２００Ｍ
Ｈｚの高周波電力を重畳させることによってプラズマを
高密度化させ、これによりセルフバイアス電圧を低減
し、高エネルギーイオンによる試料への損傷を低減させ
る方法も試みられている。In addition, the conventional parallel plate type magnetron etching apparatus of 13.56 MHz excitation is 100 to 200M.
A method has also been attempted in which plasma is densified by superimposing a high frequency power of Hz to reduce the self-bias voltage and damage to a sample due to high-energy ions.
【００１３】ところが、この方法によると、プラズマの
高密度化は達成できるが、プラズマの均一性の向上は困
難であるので、プラズマの不均一性に起因する前述の問
題の解決には十分とは言えない。However, according to this method, although the density of plasma can be increased, it is difficult to improve the uniformity of plasma. Therefore, it is not sufficient to solve the above-mentioned problems caused by the nonuniformity of plasma. I can not say.
【００１４】本発明は、前記問題点に鑑み、高真空の下
で高密度で均一性に優れ、これにより微細加工性が向上
すると共にデバイスへの損傷が少ないプラズマ発生方法
及びその装置を提供することを目的とする。In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a plasma generating method and an apparatus therefor, which have high density and excellent uniformity under high vacuum, which improves microfabrication and causes less damage to devices. The purpose is to
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、プラズマ発生領域内に高周波回転電場を
励起して該プラズマ発生領域を並進する電子に振動又は
回転運動をさせると共に、プラズマ発生領域に高周波回
転電場の作用面に対してほぼ垂直な方向の磁場を印加し
て振動又は回転運動を行ないながら並進する電子の並進
運動をプラズマ発生部内を旋回する旋回運動に変換させ
ることによって、プラズマ発生領域内の電子をその領域
内に閉じ込めておくものである。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention excites a high-frequency rotating electric field in a plasma generation region to cause an electron translating in the plasma generation region to vibrate or rotate. By applying a magnetic field in a direction almost perpendicular to the action surface of the high-frequency rotating electric field to the plasma generation region and converting the translational motion of electrons that translates while oscillating or rotating into a swirling motion that swirls in the plasma generating part. The electrons in the plasma generation region are confined in that region.
【００１６】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、プラズマ発生方法を、真空室のプラズマ発生部の側
方に複数の側方電極を配置する電極配置工程と、前記側
方電極に周波数が同じで位相が異なる高周波電力を印加
することにより前記プラズマ発生部に該プラズマ発生部
内を並進する電子に振動又は回転運動をさせる高周波回
転電場を励起する電場励起工程と、前記プラズマ発生部
内の電子の並進する振動又は回転運動を前記プラズマ発
生部内を旋回する振動又は回転運動に変換させるような
前記高周波回転電場の作用面に対してほぼ垂直な磁場を
前記プラズマ発生部に印加する磁場印加工程とによっ
て、前記プラズマ発生部内の電子を該プラズマ発生部内
に閉じ込めておく構成とするものである。[0016] Specifically, the solution means taken by the invention of claim 1 is a plasma generating method, which is an electrode arranging step of arranging a plurality of side electrodes on a side of a plasma generating portion of a vacuum chamber, and the side electrodes. An electric field excitation step of exciting a high-frequency rotating electric field that causes the electrons that translate in the plasma generating portion to vibrate or rotate by applying high-frequency power having the same frequency but different phases to each other, and in the plasma generating portion Application of a magnetic field, which is substantially perpendicular to the working surface of the high-frequency rotating electric field, for converting the translational vibration or rotational motion of the electrons of the above into the vibration or rotational motion swirling in the plasma generating unit. According to the steps, the electrons in the plasma generating part are confined in the plasma generating part.
【００１７】請求項２の発明は、請求項１の構成に、前
記磁場印加工程は、前記磁場印加工程は、前記プラズマ
発生部に前記高周波回転電場の作用面に対してほぼ垂直
な方向の磁場を印加することにより前記プラズマ発生部
内で振動又は回転運動を行ないながら並進する電子の並
進運動成分を前記プラズマ発生部内を前記高周波回転電
場の回転方向と同方向又は逆方向に旋回する旋回運動成
分に変換させる工程であるという構成を付加するもので
ある。According to a second aspect of the present invention, in the magnetic field applying step according to the first aspect, the magnetic field applying step includes a magnetic field in a direction substantially perpendicular to an action surface of the high frequency rotating electric field in the plasma generating portion. The translational motion component of the electrons that translates while oscillating or rotating in the plasma generation unit by applying a to a rotational motion component that swirls in the plasma generation unit in the same direction or the opposite direction to the rotation direction of the high-frequency rotating electric field. This is to add a configuration that is a converting step.
【００１８】請求項３の発明は、請求項１又は２の構成
に、前記磁場印加工程において印加される磁場は時間的
に定常な静磁場であるという構成を付加するものであ
り、請求項４の発明は、請求項１又は２の構成に、前記
磁場印加工程において印加される磁場は時間的に非定常
な磁場であるという構成を付加するものである。According to a third aspect of the present invention, the magnetic field applied in the magnetic field applying step is a static magnetic field that is stationary in time, in addition to the configuration of the first or second aspect. The invention of (1) adds a configuration in which the magnetic field applied in the magnetic field applying step is a temporally non-stationary magnetic field to the configuration of claim 1 or 2.
【００１９】請求項５の発明は、請求項１又は２の構成
に、前記電場励起工程において印加される高周波電力は
１ＭＨｚよりも大きい高周波電力であり、前記磁場印加
工程において印加される磁場は磁場強度の絶対値が２Ｇ
よりも大きい磁場であるという構成を付加するものであ
る。According to a fifth aspect of the present invention, in the structure of the first or second aspect, the high frequency power applied in the electric field exciting step is a high frequency power larger than 1 MHz, and the magnetic field applied in the magnetic field applying step is a magnetic field. Absolute intensity is 2G
The magnetic field has a larger magnetic field than that.
【００２０】請求項６の発明は、請求項１又は２の構成
に、前記電場励起工程において印加される高周波電力の
周波数：ｆ（ＭＨｚ）と、該高周波電力により励起され
る回転電場の電場強度：Ｅ（Ｖ／ｃｍ）と、前記磁場印
加工程において印加される磁場の磁場強度の絶対値：Ｂ
（Ｇ）との間に１＜Ｅ／Ｂｆ＜５０の関係があるという
構成を付加するものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the structure of the first or second aspect, the frequency of the high frequency power applied in the electric field excitation step: f (MHz) and the electric field strength of the rotating electric field excited by the high frequency power. : E (V / cm) and the absolute value of the magnetic field strength of the magnetic field applied in the magnetic field applying step: B
A configuration in which there is a relationship of 1 <E / Bf <50 with (G) is added.
【００２１】請求項７の発明は、請求項１又は２の構成
に、前記磁場印加工程において印加される磁場は、前記
プラズマ発生部内における中心部の磁場強度よりも周辺
部の磁場強度の方が強いという構成を付加するものであ
る。According to a seventh aspect of the present invention, in the structure according to the first or second aspect, the magnetic field applied in the magnetic field applying step has a magnetic field strength in the peripheral portion of the plasma generating portion is higher than that in the central portion. It adds a strong structure.
【００２２】請求項８の発明は、請求項１又は２の構成
に前記真空室の壁は非磁性材料により形成されていると
いう構成を、請求項９の発明は、請求項１又は２の構成
に前記真空室の壁には磁気シールドが施されているとい
う構成をそれぞれ付加するものである。The invention of claim 8 is the structure of claim 1 or 2, wherein the wall of the vacuum chamber is made of a non-magnetic material, and the invention of claim 9 is the structure of claim 1 or 2. In addition, a structure in which a magnetic shield is applied to the wall of the vacuum chamber is added.
【００２３】請求項１０の発明は、請求項１の発明と同
じ解決原理であって、真空室内のプラズマ発生部の側方
に配置された複数の側方電極と、前記プラズマ発生部に
該プラズマ発生部内を並進する電子に振動又は回転運動
をさせる高周波回転電場を励起する周波数が同じで位相
が異なる高周波電力を前記側方電極に印加する高周波電
力印加手段と、前記プラズマ発生部内の電子の並進する
振動又は回転運動を前記プラズマ発生部内を旋回する振
動又は回転運動に変換させて前記プラズマ発生部内の電
子を該プラズマ発生部内に閉じ込めておく前記高周波回
転電場の作用面に対してほぼ垂直な方向の磁場を印加す
る磁場印加手段とを備えている構成とするものである。According to a tenth aspect of the present invention, which is the same solution principle as that of the first aspect of the present invention, a plurality of side electrodes are disposed on a side of the plasma generating section in the vacuum chamber, and the plasma is generated in the plasma generating section. High-frequency power applying means for applying high-frequency power having the same frequency but different phases for exciting a high-frequency rotating electric field that causes an electron oscillating or rotating in translation in the generating part to oscillate or rotate, and translation of electrons in the plasma generating part. Direction that is substantially perpendicular to the action surface of the high-frequency rotating electric field for converting electrons in the plasma generating unit into vibrations or rotating motion that swirls in the plasma generating unit to confine the electrons in the plasma generating unit in the plasma generating unit. And a magnetic field applying means for applying the magnetic field.
【００２４】請求項１１の発明は、請求項１０の構成
に、前記真空室の内部における前記プラズマ発生部の下
部に設けられた試料台と、前記真空室の内部における前
記プラズマ発生部の上部に設けられた対向電極とを備え
ている構成を付加するものである。According to a tenth aspect of the present invention, in the structure of the tenth aspect, a sample stage provided in the vacuum chamber below the plasma generating section and an upper portion of the plasma generating section in the vacuum chamber are provided. The configuration including the provided counter electrode is added.
【００２５】請求項１２の発明は、請求項１１の構成
に、前記試料台には該試料台に載置された試料にプラズ
マを照射するためのバイアス電圧が印加されているとい
う構成を付加するものであり、請求項１３の発明は、請
求項１１の構成に、前記試料台に載置される試料にプラ
ズマが照射されるように該試料台の温度を制御する温度
制御手段を備えている構成を付加するものである。The invention of claim 12 adds to the structure of claim 11 a bias voltage for irradiating the sample mounted on the sample table with plasma to the sample table. According to a thirteenth aspect of the present invention, the structure of the eleventh aspect is provided with a temperature control means for controlling the temperature of the sample stage so that the sample placed on the sample stage is irradiated with plasma. The configuration is added.
【００２６】請求項１４の発明は、請求項１０又は１１
の構成に、前記磁場印加手段は、上下に互いに対向して
配置されたコイル対と、該コイル対のそれぞれに電流を
印加する電源を有している構成を付加するものである。The invention of claim 14 is the invention of claim 10 or 11.
In addition to the above configuration, the magnetic field applying means has a configuration in which a coil pair arranged vertically facing each other and a power source for applying a current to each of the coil pair are added.
【００２７】請求項１５の発明は、請求項１４の構成
に、前記電源は前記コイル対に時間的に定常な電流を印
加する手段を有している構成を付加し、請求項１６の発
明は、請求項１４の構成に、前記電源は前記コイル対に
時間的に非定常な電流を印加する手段を有している構成
を付加するものである。A fifteenth aspect of the present invention is the configuration of the fourteenth aspect, in which the power source has a means for applying a temporally steady current to the coil pair. In addition to the structure of claim 14, a structure in which the power source has means for applying a non-steady time current to the coil pair is added.
【００２８】請求項１７の発明は、請求項１０又は１１
の構成に、前記複数の側方電極及び前記磁場印加手段は
前記真空室の外部に設けられている構成を付加するもの
である。The invention of claim 17 is the invention of claim 10 or 11.
In addition to the above configuration, the plurality of side electrodes and the magnetic field applying means are provided outside the vacuum chamber.
【００２９】請求項１８の発明は、請求項１０又は１１
の構成に、前記プラズマ発生部と前記側方電極のそれぞ
れとの間及び前記プラズマ発生部と前記磁場印加手段と
の間には、石英又はセラミックからなる部材が配置され
ている構成を付加するものである。The invention of claim 18 is the invention of claim 10 or 11.
In addition to the above configuration, a configuration in which a member made of quartz or ceramic is arranged between the plasma generating section and each of the side electrodes and between the plasma generating section and the magnetic field applying means is added. Is.
【００３０】請求項１９の発明は、請求項１０又は１１
の構成に、前記高周波電力印加手段は、前記側方電極の
それぞれに印加される高周波電力の位相差を一定にする
フェーズロック手段を有している構成を付加するもので
ある。The invention of claim 19 is the invention of claim 10 or 11.
In addition to the above configuration, the high frequency power applying means has a configuration in which the high frequency power applying means has a phase lock means for making the phase difference of the high frequency power applied to each of the side electrodes constant.
【００３１】請求項２０の発明は、請求項１０又は１１
の構成に、前記高周波電力印加手段は、同一の電源から
供給された位相が異なる複数の高周波電力を前記側方電
極のそれぞれに印加する手段を有している構成を付加す
るものである。The invention of claim 20 is the invention of claim 10 or 11.
In addition to the above configuration, the high frequency power applying means has a configuration in which the high frequency power applying means has means for applying a plurality of high frequency powers supplied from the same power source and having different phases to each of the side electrodes.
【００３２】請求項２１の発明は、請求項１０又は１１
の構成に、前記真空室の壁は非磁性材料により形成され
ている構成を、請求項２２の発明は、請求項１０又は１
１の構成に、前記真空室の壁には磁気シールドが施され
ている構成をそれぞれ付加するものである。The invention of claim 21 is the invention of claim 10 or 11.
In the above configuration, the wall of the vacuum chamber is made of a non-magnetic material. The invention of claim 22 provides the configuration of claim 10 or 1.
In addition to the first configuration, a configuration in which a magnetic shield is applied to the wall of the vacuum chamber is added.
【００３３】[0033]
【作用】本発明に係るプラズマ発生方法およびその装置
の構成により、複数の側方電極に周波数が同じで位相が
異なる高周波電力を印加することによりプラズマ発生部
に前述の高周波回転電場を励起すると、プラズマ発生部
内を並進する電子は振動又は回転運動をさせられるの
で、該電子は振動又は回転運動の中心が並進する並進型
サイクロイド運動（リサージュ図形を描くような運動）
をする。According to the plasma generating method and the apparatus thereof according to the present invention, when the high frequency rotating electric field is excited in the plasma generating section by applying high frequency power having the same frequency but different phases to the plurality of side electrodes, Since the electrons that translate in the plasma generating portion are caused to oscillate or rotate, the translation-type cycloid movement (the movement that draws a Lissajous figure) in which the center of the oscillation or rotation moves
do.
【００３４】また、プラズマ発生部に高周波回転電場の
作用面に対してほぼ垂直な方向の磁場を印加すると、プ
ラズマ発生部内で並進型サイクロイド運動をする電子の
並進運動成分はプラズマ発生部内を旋回する旋回運動成
分に変換させられる。すなわち、プラズマ発生部内の電
子は、上述の電場によってもたらされる振動又は回転運
動の中心が、磁場によってもたらされる旋回運動の軌跡
の上を進行するような運動をするため、該電子は、プラ
ズマ発生部から脱出することなく振動又は回転運動を伴
ったサイクロイド運動をする。Further, when a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the surface of action of the high-frequency rotating electric field is applied to the plasma generating part, the translational motion component of the electrons that undergo translational cycloidal motion in the plasma generating part swirl in the plasma generating part. It can be converted into a rotational motion component. That is, since the electrons in the plasma generating section move such that the center of the vibration or the rotational movement caused by the electric field proceeds on the locus of the swirling movement caused by the magnetic field, the electrons are generated in the plasma generating section. It makes a cycloidal motion accompanied by vibration or rotation without escaping from it.
【００３５】このため、プラズマ発生部内の電子は該プ
ラズマ発生部内に閉じ込められたままであるので、プラ
ズマ発生部内に導入されるガス分子とプラズマ発生部内
に閉じ込められたままの電子とが衝突する確率が実効的
に増加し、イオン化効率が増加する。Therefore, since the electrons in the plasma generating portion remain confined in the plasma generating portion, there is a probability that the gas molecules introduced into the plasma generating portion collide with the electrons still confined in the plasma generating portion. Effectively increases, increasing the ionization efficiency.
【００３６】プラズマ発生装置が、真空室の内部におけ
るプラズマ発生部の下部に設けられた試料台と、真空室
の内部におけるプラズマ発生部の上部に設けられた対向
電極とを備えていると、該プラズマ発生装置はエッチン
グに適する。When the plasma generator is provided with a sample table provided inside the vacuum chamber below the plasma generator, and with a counter electrode provided above the plasma generator inside the vacuum chamber, The plasma generator is suitable for etching.
【００３７】[0037]
【実施例】以下、本発明の第１実施例であるプラズマ発
生方法が適用されたドライエッチング装置について説明
する。EXAMPLE A dry etching apparatus to which the plasma generating method according to the first example of the present invention is applied will be described below.
【００３８】図１は、このドライエッチング装置の構造
を示す模式図である。図１において、１は直方体状のチ
ャンバー、２はチャンバー１の下部に設けられており１
３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加される試料台、３は
試料台２上に載置された半導体ウエハーよりなる被エッ
チング試料、４はチャンバー１の上部に設けられている
試料台２の対向電極である。５、６、７及び８はそれぞ
れチャンバー１の側部に設けられおり１０ＭＨｚの高周
波電力が印加される側方電極であって、これら側方電極
５、６、７、８に印加される電力の位相はその符号に対
して昇順又は降順におよそ９０度ずつ進んでいる。試料
台２、対向電極４及び側方電極５、６、７、８により囲
まれた空間がプラズマ発生領域であり、このプラズマ発
生領域に３．３Ｖ／ｃｍの電場強度を有する回転電場を
形成する高周波電力が高周波電源１９から各側方電極
５、６、７、８に供給される。FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of this dry etching apparatus. In FIG. 1, reference numeral 1 is a rectangular parallelepiped chamber, and 2 is a lower portion of the chamber 1.
A sample table to which a high-frequency power of 3.56 MHz is applied, 3 is a sample to be etched made of a semiconductor wafer placed on the sample table 2, and 4 is a counter electrode of the sample table 2 provided above the chamber 1. is there. Reference numerals 5, 6, 7, and 8 denote side electrodes provided on the side portions of the chamber 1 and to which high-frequency power of 10 MHz is applied. The phase advances about 90 degrees in ascending or descending order with respect to the code. A space surrounded by the sample stage 2, the counter electrode 4, and the side electrodes 5, 6, 7, 8 is a plasma generation region, and a rotating electric field having an electric field strength of 3.3 V / cm is formed in the plasma generation region. High frequency power is supplied from the high frequency power supply 19 to each of the side electrodes 5, 6, 7, and 8.
【００３９】図１において、１０１及び１０２はチャン
バー１の上方と下方にそれぞれ設けられ、被エッチング
試料３に対してほぼ垂直な方向の磁場を発生させる上側
円形コイル及び下側円形コイル、１０３及び１０４は上
側円形コイル１０１及び下側円形コイル１０２にそれぞ
れ電流を印加するための直流電源である。磁場の強度：
Ｂ（Ｇ）は、５Ｇ〜１０Ｇの範囲内又は−２０Ｇ〜−１
０Ｇの範囲内に設定されている。In FIG. 1, 101 and 102 are provided above and below the chamber 1, respectively, and an upper circular coil and a lower circular coil for generating a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the sample 3 to be etched, 103 and 104. Is a DC power supply for applying a current to each of the upper circular coil 101 and the lower circular coil 102. Magnetic field strength:
B (G) is in the range of 5G to 10G or -20G to -1.
It is set within the range of 0G.
【００４０】チャンバー１にはエッチングガスがマスフ
ローコントローラ（図示せず）を介して導入口（図示せ
ず）から導かれ、チャンバー１内の圧力はターボポンプ
（図示せず）により０．１Ｐａ〜１０Ｐａ程度に制御さ
れている。An etching gas is introduced into the chamber 1 from an inlet (not shown) through a mass flow controller (not shown), and the pressure in the chamber 1 is 0.1 Pa to 10 Pa by a turbo pump (not shown). It is controlled to a certain degree.
【００４１】高周波電源１９から供給された高周波電力
は、増幅器９、１０、１１、１２及び整合回路１３、１
４、１５、１６を介して側方電極５、６、７、８に供給
される。高周波電源１９から各側方電極５、６、７、８
に供給される高周波電力はフェーズロック手段１８によ
り一定の位相差（９０度）が実現されるように制御され
ている。この場合、各側方電極５、６、７、８に供給さ
れる高周波電力の周波数を等しくするため、一つの高周
波電源１９から供給された交流電力を増幅器９、１０、
１１、１２により増幅している。The high frequency power supplied from the high frequency power supply 19 is supplied to the amplifiers 9, 10, 11, 12 and the matching circuits 13, 1, respectively.
It is supplied to the lateral electrodes 5, 6, 7, 8 via 4, 15, 16. Each side electrode 5, 6, 7, 8 from the high-frequency power source 19
The high-frequency power supplied to is controlled by the phase lock means 18 so that a constant phase difference (90 degrees) is realized. In this case, in order to equalize the frequency of the high frequency power supplied to each of the side electrodes 5, 6, 7, 8, the AC power supplied from one high frequency power supply 19 is fed to the amplifiers 9, 10,
It is amplified by 11 and 12.
【００４２】試料台２には、１３．５６ＭＨｚの高周波
電力が増幅器２０で増幅された後、整合回路１７を介し
て供給されている。High frequency power of 13.56 MHz is amplified by the amplifier 20 and then supplied to the sample table 2 through the matching circuit 17.
【００４３】以下、前記のドライエッチング装置の作用
を説明する。The operation of the dry etching apparatus will be described below.
【００４４】図２は、プラズマ発生部２１を介して対向
する一対の平行平板電極よりなる側方電極５、７に高周
波電力を印加した場合の電子ｅの軌跡を模式的に示した
図である。電子ｅは、側方電極５、７間に印加された高
周波電場により振幅運動をさせられながら、自身の有す
る運動エネルギーの方向に並進運動をする。FIG. 2 is a diagram schematically showing the locus of electrons e when high frequency power is applied to the side electrodes 5 and 7 composed of a pair of parallel plate electrodes facing each other via the plasma generating part 21. . The electron e makes a translational motion in the direction of its own kinetic energy while being caused to perform an amplitude motion by the high frequency electric field applied between the side electrodes 5 and 7.
【００４５】図５は、高周波電力の１周期中に電子ｅが
進む距離を周波数の関数として示すグラフである。ここ
では、２０ｅＶの電子を想定している。Ｘ方向に２０ｅ
Ｖのエネルギーで進行する電子ｅは、５０ＭＨｚの高周
波電力の１周期に当たる２０ナノ秒の間に約６ｃｍ移動
する。側方電極間の間隔が３０ｃｍであるとすると、そ
の距離を走行する間に電子ｅは約５回の振動をすること
になる。電子ｅのエネルギーが大きいときには、走行速
度が大きいので側方電極間を走行する間の振動数は減少
する。FIG. 5 is a graph showing the distance traveled by the electron e during one cycle of high frequency power as a function of frequency. Here, 20 eV electrons are assumed. 20e in X direction
The electron e traveling with the energy of V moves by about 6 cm in 20 nanoseconds, which corresponds to one cycle of high-frequency power of 50 MHz. If the distance between the side electrodes is 30 cm, the electrons e vibrate about 5 times while traveling the distance. When the energy of the electron e is large, the traveling speed is large, and thus the frequency of vibration while traveling between the side electrodes decreases.
【００４６】ガス種により異なるが、一般にガスを電離
するためには、約１５ｅＶ以上の電子エネルギーが必要
である。電離は電子ｅとガス分子との衝突により生じる
ので、電子ｅの走行距離が長いほど衝突する確率が増加
し、イオン化効率が高くなる。側方電極間の距離は通常
数１０ｃｍ程度であるから、電子ｅを高周波電力により
振幅させることによってイオン化効率を向上させるため
には、およそ５０ＭＨｚ以上の高周波電力が必要とな
る。Although it depends on the gas species, generally, electron energy of about 15 eV or more is required to ionize the gas. Since the ionization is caused by the collision between the electron e and the gas molecule, the longer the traveling distance of the electron e, the more the probability of collision and the higher the ionization efficiency. Since the distance between the side electrodes is usually about several tens of cm, a high frequency power of about 50 MHz or higher is required to improve the ionization efficiency by oscillating the electrons e with the high frequency power.
【００４７】このような高周波電力は、大出力の安定し
た電力源が得難いこと、インピーダンス整合が難しいこ
と、輻射の抑制が難しいこと等の理由により、従来にお
いてはプラズマ発生にはほとんど使用されていなかっ
た。ＧＨｚ帯の高周波電力は、マグネトロンを用いたマ
イクロ波電源が入手できる場合にマイクロ波放電として
適用されている程度である。Such high-frequency power is rarely used for plasma generation in the related art because it is difficult to obtain a stable power source with a large output, impedance matching is difficult, and radiation is difficult to suppress. It was The high frequency power in the GHz band is only applied as a microwave discharge when a microwave power source using a magnetron is available.
【００４８】図３は、プラズマ発生部２１を取り囲む４
つの側方電極５、６、７、８に同一周波数の高周波電力
をその位相が昇順又は降順に９０度ずつ進むように印加
することによりプラズマ発生部２１に回転電場を発生さ
せた場合における電子ｅの軌跡を模式的に示した図であ
る。このような側方電極５、６、７、８の配置及び位相
を順次変えた高周波電力により、プラズマ発生部２１に
は時間的及び空間的に一様な回転電場が励起される。こ
の回転電場により、電子ｅは回転運動とチャンバー１を
横切る並進運動とが重畳したサイクロイド運動をする。
この場合、回転運動の回転周波数は印加される高周波電
力により形成される電場の周波数に支配され、回転運動
の回転半径は印加される高周波電力により形成される電
場の強度に支配される。FIG. 3 shows a portion 4 surrounding the plasma generating portion 21.
Electrons e generated when a rotating electric field is generated in the plasma generator 21 by applying high-frequency power of the same frequency to the one side electrode 5, 6, 7, 8 so that the phase thereof advances in ascending or descending order by 90 degrees. It is the figure which showed typically the locus of. By the high frequency power in which the arrangement and the phase of the side electrodes 5, 6, 7, 8 are sequentially changed, a rotating electric field that is uniform in time and space is excited in the plasma generator 21. Due to this rotating electric field, the electrons e have a cycloidal motion in which the rotational motion and the translational motion across the chamber 1 are superimposed.
In this case, the rotation frequency of the rotary motion is controlled by the frequency of the electric field formed by the applied high frequency power, and the radius of rotation of the rotary motion is controlled by the strength of the electric field formed by the applied high frequency power.
【００４９】図４は、前述した上側及び下側の円形コイ
ル１０１、１０２に直流電流を供給することにより、図
３に示す回転電場に、試料台２に対してほぼ垂直な方向
の磁場を印加した場合の電子ｅの運動経路を示してい
る。これにより、図３の状態のときに電子ｅがチャンバ
ー１の側壁に向かって進む並進運動はプラズマ発生部２
１を旋回する方向の運動に変換される。この旋回運動の
大きさは、印加されている電場の大きさと印加されてい
る磁場の大きさとの積に比例し、この旋回運動の方向
は、印加されている電場及び磁場の両者に対して垂直な
方向である。この結果、電子ｅは高周波電力による回転
電場によってもたらされる回転運動に、磁場によるサイ
クロトロン旋回運動が重畳された運動を行なう。In FIG. 4, by supplying a direct current to the above-mentioned upper and lower circular coils 101 and 102, a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the sample stage 2 is applied to the rotating electric field shown in FIG. The motion path of the electron e in the case of doing is shown. As a result, in the state shown in FIG. 3, the translational movement of the electrons e toward the side wall of the chamber 1 causes the plasma generation unit 2 to move.
1 is converted into a motion in the direction of turning. The magnitude of this swirl is proportional to the product of the magnitude of the applied electric field and the magnitude of the applied magnetic field, and the direction of this swirl is perpendicular to both the applied electric and magnetic fields. It is in the right direction. As a result, the electron e performs a motion in which the cyclotron swirl motion due to the magnetic field is superimposed on the rotary motion caused by the rotary electric field due to the high frequency power.
【００５０】図６は、回転運動にサイクロトロン旋回運
動が重畳された運動の模式図である。電子ｅは、印加さ
れている磁場の強度：Ｂによって概略決まる、回転周波
数：ＷB ＝ｑＢ／ｍ及びサイクロトロン半径：ｒc ＝ｍ
ｖ／ｑＢ（ここで、ｍは電子の質量、ｑは電子の持つ電
荷、ｖは電子の磁力線に垂直な方向の速度である。）を
持って旋回運動をする。また、電子ｅは、印加されてい
る回転電場の大きさ及び高周波電力の周波数によりその
半径が概略定まる円形軌道１２０の上を旋回する。FIG. 6 is a schematic diagram of a motion in which the cyclotron swivel motion is superimposed on the rotary motion. The electron e has a rotation frequency: W B = qB / m and a cyclotron radius: r c = m, which is roughly determined by the strength of the applied magnetic field: B.
A swirling motion is carried out with v / qB (where m is the mass of the electron, q is the charge of the electron, and v is the velocity in the direction perpendicular to the magnetic line of force of the electron). Further, the electron e orbits on a circular orbit 120 whose radius is roughly determined by the magnitude of the applied rotating electric field and the frequency of the high frequency power.
【００５１】一般に、印加される磁場の強度の絶対値が
小さくなればなる程、印加される回転電場の強度が強く
なればなる程、印加される高周波電力の周波数が低くな
ればなる程、電子ｅがプラズマ発生部２１内において移
動する領域は広くなる。Generally, the smaller the absolute value of the strength of the applied magnetic field, the stronger the strength of the applied rotating electric field, and the lower the frequency of the applied high frequency power, the more The region in which e moves within the plasma generation unit 21 becomes wider.
【００５２】また、サイクロトロン運動の旋回方向が、
高周波電力によってもたらされる回転電場により回転運
動をする電子ｅの回転方向と同じ方向（以後、この方向
を正方向という。）になるように磁場の印加方向を設定
する方が、逆方向になるように磁場の印加方向を設定す
る場合よりも、電子ｅがプラズマ発生部２１内において
移動する領域は狭くなる。The turning direction of the cyclotron motion is
The direction in which the magnetic field is applied so that it is in the same direction as the direction of rotation of the electrons e that rotate due to the rotating electric field generated by the high-frequency power (hereinafter, this direction is referred to as the positive direction) is the opposite direction. The area in which the electrons e move within the plasma generation unit 21 becomes narrower than when the magnetic field application direction is set to.
【００５３】図７及び図８は、高周波電力の周波数が１
０ＭＨｚの場合において、印加する磁場の大きさ及び方
向を変化させたときの電子ｅの運動経路を示している。
磁場が−５Ｇの場合には、高周波電力によりもたらされ
る回転電場による回転運動の回転周波数がサイクロトロ
ン旋回運動の旋回周波数とほぼ等しく且つその回転（旋
回）方向が互いに逆向きになる。すなわち、回転運動と
旋回運動との間に回転の巻戻しが生じる。この場合には
電子ｅは短時間のうちにプラズマ発生部２１の外へ出て
いく。In FIGS. 7 and 8, the frequency of the high frequency power is 1
The movement path of the electron e when the magnitude and direction of the applied magnetic field is changed at 0 MHz is shown.
When the magnetic field is −5 G, the rotational frequency of the rotational motion due to the rotational electric field generated by the high frequency power is substantially equal to the rotational frequency of the cyclotron orbital motion, and the rotation (orbiting) directions thereof are opposite to each other. That is, rewinding of rotation occurs between the rotational movement and the turning movement. In this case, the electrons e go out of the plasma generation unit 21 within a short time.
【００５４】図９は、高周波電力の周波数が１０ＭＨｚ
の場合において、印加する電場の大きさを変化させたと
きの電子ｅの運動経路を示している。図１０は、印加す
る磁場の強度が１０Ｇで且つ印加する回転電場の強度が
３．３Ｖ／ｃｍの場合において、高周波電力の周波数を
変化させたときの電子ｅの運動経路を示している。FIG. 9 shows that the frequency of the high frequency power is 10 MHz.
In the case of, the movement path of the electron e when the magnitude of the applied electric field is changed is shown. FIG. 10 shows the movement path of the electron e when the frequency of the high frequency power is changed when the strength of the applied magnetic field is 10 G and the strength of the applied rotating electric field is 3.3 V / cm.
【００５５】本実施例においては、プラズマ発生部２１
に電場及び磁場を印加し、プラズマ発生部２１の電子ｅ
に振動又は回転運動を伴った旋回運動をさせることによ
って、プラズマ発生部２１内の大部分の電子ｅをプラズ
マ発生部２１内に閉じこめ、電子ｅの走行距離を長くす
ることができる。これにより、プラズマ発生部２１内の
電子ｅの密度が高まるので、イオン化効率が高まる。In the present embodiment, the plasma generator 21
An electric field and a magnetic field are applied to the
By causing the orbiting motion involving vibration or rotation, most of the electrons e in the plasma generation unit 21 can be confined in the plasma generation unit 21, and the traveling distance of the electrons e can be lengthened. As a result, the density of the electrons e in the plasma generator 21 is increased, and the ionization efficiency is increased.
【００５６】プラズマ発生部２１に電場を印加し、電子
ｅに振動又は回転運動をさせることによって、電子とガ
ス分子との衝突断面積を実質的に大きくしたと見ること
もできる。また、図６に示すように、電子ｅの回転運動
の軌跡を空間的にほぼ均一にすることができるので、プ
ラズマのより高い均一性を実現できる。It can also be considered that the collision cross section of electrons and gas molecules is substantially increased by applying an electric field to the plasma generating portion 21 and causing the electrons e to vibrate or rotate. Further, as shown in FIG. 6, since the locus of the rotational movement of the electrons e can be spatially made substantially uniform, higher uniformity of plasma can be realized.
【００５７】このように本発明のプラズマ発生方法によ
ると、イオン化効率が向上し且つ高い均一性のプラズマ
を得ることができるので、該プラズマ発生方法をエッチ
ング装置に適用することにより、微細加工性が向上する
と共にデバイスへの損傷が少ないエッチング装置を実現
することができる。As described above, according to the plasma generation method of the present invention, it is possible to improve the ionization efficiency and obtain highly uniform plasma. Therefore, by applying the plasma generation method to the etching apparatus, the fine processing property is improved. It is possible to realize an etching apparatus that is improved and has less damage to the device.
【００５８】従来の回転磁場を用いたマグネトロンエッ
チング装置によると、ある瞬時における試料台２直上の
磁束分布２２は図１１（ａ）のように不均一である。こ
のため、チャンバー１中の電子ｅ（図１１（ｂ）におけ
る黒丸）は、磁場強度に逆比例する軌道半径で回転する
ため、磁場強度が弱いチャンバー１内の上部及び下部並
びにプラズマ発生領域の外周部においては、電子ｅの軌
道半径は大きくなるので、電子ｅはチャンバー１の壁部
に衝突して消滅してしまう。According to the conventional magnetron etching apparatus using the rotating magnetic field, the magnetic flux distribution 22 immediately above the sample table 2 at a certain moment is nonuniform as shown in FIG. 11 (a). Therefore, the electrons e in the chamber 1 (black circles in FIG. 11B) rotate with an orbital radius that is inversely proportional to the magnetic field strength, so that the upper and lower parts of the chamber 1 where the magnetic field strength is weak and the outer periphery of the plasma generation region. In the area, the orbital radius of the electron e becomes large, so the electron e collides with the wall of the chamber 1 and disappears.
【００５９】また、プラズマ発生部２１の中央部におけ
る左側から右側へ横切る方向（Ｘ方向）を考えたとき、
磁場強度が弱い中心部においては電子ｅの密度が減少す
るのでプラズマ密度も低くなり、磁場強度が強い外周部
においては電子ｅの密度が増加するのでプラズマ密度も
高くなる。従来のドライエッチング装置においては、こ
のようにしてプラズマ密度に不均一が生じ、エッチング
の不均一や加工物への損傷が生じていたのである。When considering the direction (X direction) that crosses from the left side to the right side in the central portion of the plasma generating portion 21,
In the central portion where the magnetic field strength is weak, the density of the electrons e decreases, so that the plasma density becomes low, and in the outer peripheral portion where the magnetic field strength is strong, the density of the electrons e increases, so that the plasma density also becomes high. In the conventional dry etching apparatus, thus, the plasma density becomes non-uniform, resulting in non-uniform etching and damage to the workpiece.
【００６０】これに対して、本発明のプラズマ発生方法
が適用されたドライエッチング装置によると、側方電極
５、６、７、８により囲まれたプラズマ発生部２１にお
ける電場及び磁場はほぼ均一であるため、図１２に示す
ように、電子ｅの回転運動を伴ったサイクロイド運動の
軌跡が各所でほぼ等しくなるので、プラズマ発生部２１
の全域においてプラズマ密度がほぼ均一になる。このた
め、このドライエッチング装置によると、プラズマ発生
部２１においてエッチング用反応性ガスから生じるイオ
ンやラジカルは被エッチング試料３の全面に対してほぼ
均一に照射される。従って、プラズマ発生部２１に面し
ている被エッチング試料３の全領域においてエッチング
が均一に行われると共にチャージアップによる損傷も極
めて少なくなる上に、プラズマ密度が高いためにエッチ
ングレートは大きくなる。On the other hand, according to the dry etching apparatus to which the plasma generating method of the present invention is applied, the electric field and magnetic field in the plasma generating portion 21 surrounded by the side electrodes 5, 6, 7, 8 are substantially uniform. Therefore, as shown in FIG. 12, the loci of the cycloidal motion accompanied by the rotational motion of the electron e are almost equal at various places, so that the plasma generation unit 21
, The plasma density becomes almost uniform. Therefore, according to this dry etching apparatus, the entire surface of the sample 3 to be etched is irradiated with the ions and radicals generated from the reactive gas for etching in the plasma generating part 21 almost uniformly. Therefore, etching is uniformly performed in the entire region of the sample 3 to be etched facing the plasma generating portion 21, damage due to charge-up is extremely reduced, and the etching rate is increased due to the high plasma density.
【００６１】図１３（ａ）は、従来の回転磁場を用いた
マグネトロン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模式的に示している。図１３（ａ）
において、３０はＳｉ基板、３１はボロンリンガラス、
３２はフォトレジストパターンである。図１３（ｂ）に
示すように、Ｓｉ基板３０の直上つまり試料台の真上に
おけるある瞬時の磁場強度分布が試料台の中央部で最小
値を持つ場合には、Ｓｉ基板３０の表面に入射してくる
イオンのフラックスＩは、磁場強度分布に対応するプラ
ズマ密度分布に比例し、図１３（ａ）に示すように中央
で疎となる。図１３（ｃ）に示すように、酸化膜（ボロ
ンリンガラス３１）のエッチング速度もイオンフラック
スＩにほぼ従ったものとなり不均一になる。また、プラ
ズマ密度の不均一は電荷の偏在による損傷を引き起こ
す。FIG. 13A schematically shows an example in which boron phosphorus glass is etched by a conventional magnetron etching apparatus using a rotating magnetic field. FIG. 13 (a)
In the above, 30 is a Si substrate, 31 is boron phosphorus glass,
32 is a photoresist pattern. As shown in FIG. 13B, when the instantaneous magnetic field intensity distribution immediately above the Si substrate 30, that is, immediately above the sample stage has a minimum value in the central portion of the sample stage, it is incident on the surface of the Si substrate 30. The flux I of incoming ions is proportional to the plasma density distribution corresponding to the magnetic field strength distribution, and becomes sparse in the center as shown in FIG. As shown in FIG. 13C, the etching rate of the oxide film (boron phosphorus glass 31) substantially follows the ion flux I and becomes nonuniform. In addition, the nonuniform plasma density causes damage due to uneven distribution of electric charges.
【００６２】図１４（ａ）は、本発明のプラズマ発生方
法が適用された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模式的に示している。この
ドライエッチング装置によれば、前述したように、ほぼ
均一なプラズマが発生するため、図１４（ａ）に示すよ
うにＳｉ基板３０表面に入射するエッチング用反応性粒
子であるイオンフラックスIIも均一になり、エッチング
速度も図１４（ｂ）に示すように、均一性の高いものと
なる。また、プラズマが均一なので、チャージの偏在は
小さく、チャージによる損傷は極めて小さい。この場
合、チャンバー１内に導入するガスとしてはＣＨＦ3 ＋
Ｏ2 、ＣＦ4 ＋ＣＨ2 Ｆ2 等のようにフロンガスをベー
スにしたガスを用い、ガスの圧力は０．１〜１０Ｐａに
した。このときのエッチングレートは１００〜３５０ｎ
ｍ／ｍｉｎであった。FIG. 14 (a) schematically shows an example in which boron phosphorus glass is etched by a dry etching apparatus to which the plasma generating method of the present invention is applied. According to this dry etching apparatus, since substantially uniform plasma is generated as described above, the ion flux II which is the reactive particles for etching incident on the surface of the Si substrate 30 is also uniform as shown in FIG. Therefore, the etching rate also becomes highly uniform as shown in FIG. Further, since the plasma is uniform, the uneven distribution of charges is small, and the damage caused by the charges is extremely small. In this case, CHF 3 + is used as the gas introduced into the chamber 1.
A gas based on Freon gas such as O 2 or CF 4 + CH 2 F 2 was used, and the gas pressure was 0.1 to 10 Pa. The etching rate at this time is 100 to 350 n.
It was m / min.
【００６３】このドライエッチング装置は、特にサブミ
クロンパターンのエッチング及び６インチや８インチ等
の大口径半導体ウエハーのエッチングに好適である。そ
の理由は、チャンバー１内の圧力が低いためイオン散乱
が少ないので、フォトレジストパターンの線幅からエッ
チング後の試料の線幅を引いた値である寸法シフト（い
わゆるＣＤロス）やエッチングレートのパターン寸法に
対する依存性が小さいためであり、また、プラズマの均
一性が高いのでチャンバー１の大型化が容易になるため
である。This dry etching apparatus is particularly suitable for etching a submicron pattern and a large-diameter semiconductor wafer of 6 inches or 8 inches. The reason is that since the pressure inside the chamber 1 is low, the amount of ion scattering is small, so that the dimension shift (so-called CD loss) or the etching rate pattern, which is the value obtained by subtracting the line width of the sample after etching from the line width of the photoresist pattern. This is because the dependence on dimensions is small, and because the uniformity of plasma is high, it is easy to increase the size of the chamber 1.
【００６４】このドライエッチング装置においては、印
加した磁場の空間分布の歪みを防ぐために、非磁性材料
により形成したチャンバー系を用いることが望ましいと
共に、外部からの磁場の影響を防ぐために、磁気シール
ドを施したチャンバー系を用いることが望ましい。In this dry etching apparatus, it is desirable to use a chamber system formed of a non-magnetic material in order to prevent distortion of the spatial distribution of the applied magnetic field, and to prevent the influence of a magnetic field from the outside, a magnetic shield is used. It is desirable to use an applied chamber system.
【００６５】このドライエッチング装置による他の実験
では、ＳＦ6 に微量の酸素を混合したガスを用い、被エ
ッチング材料としてはリンドープした多結晶Ｓｉを用い
た。エッチングガスとしては、ＳＦ6 、酸素、塩素、よ
う素等のエレクトロネガティブ（負性）ガスを用いた場
合に本発明の効果の大きいことが実験結果から判った。
エレクトロネガティブ（負性）ガスの高周波プラズマ中
では、電子密度が少なく抵抗が高いため、プラズマ中の
電位傾度がエレクトロポジティブ（正性）ガスに比べて
大きいので前述した効果が大きいと考えられる。この場
合にも平行平板電極間の内部における電界は均一である
から、均一性に優れたプラズマが得られ、エッチングの
均一性も良好であった。プラズマの局所的な偏りがほと
んどないので、ＭＯＳＬＳＩのゲート酸化膜の破壊等の
デバイスへの損傷も極めて少なかった。エッチングレー
トとしては２００〜４００ｎｍ／ｍｉｎの値であった。In another experiment using this dry etching apparatus, a gas obtained by mixing a small amount of oxygen with SF 6 was used, and phosphorus-doped polycrystalline Si was used as the material to be etched. From the experimental results, it was found that the effect of the present invention is great when an electronegative (negative) gas such as SF 6 , oxygen, chlorine or iodine is used as the etching gas.
Since the electron density is low and the resistance is high in the high-frequency plasma of the electronegative (negative) gas, the potential gradient in the plasma is larger than that of the electropositive (positive) gas, so that the above-mentioned effect is considered to be large. Also in this case, since the electric field inside the parallel plate electrodes was uniform, plasma with excellent uniformity was obtained, and the uniformity of etching was also good. Since there is almost no local bias in the plasma, damage to the device such as destruction of the gate oxide film of MOSLSI was extremely small. The etching rate was 200 to 400 nm / min.
【００６６】前記の実施例では、酸化膜及び多結晶シリ
コンに対するエッチングであったが、Ｓｉ化合物、Ａｌ
等のメタル及び多層レジストに対するエッチングに前記
のドライエッチング装置を用いても高い効果が得られ
る。この場合、塩素、ＳＦ6 、Ｏ2 等のエレクトネガテ
ィブガスを使用すると効果がいっそう大きくなる。In the above-mentioned embodiment, the etching was performed on the oxide film and the polycrystalline silicon, but the Si compound, Al
Even if the above-mentioned dry etching apparatus is used for etching such as metal and multilayer resist, high effects can be obtained. In this case, the effect is further enhanced by using an elect negative gas such as chlorine, SF 6 , O 2 or the like.
【００６７】図１５は、従来のドライエッチング方法と
本実施例のドライエッチング方法との比較を示してお
り、従来の方法に比べて本実施例のドライエッチング方
法が優れていることが理解できる。FIG. 15 shows a comparison between the conventional dry etching method and the dry etching method of this embodiment, and it can be understood that the dry etching method of this embodiment is superior to the conventional method.
【００６８】以上のように、本実施例によれば、プラズ
マ発生領域を取り囲む４つの側方電極５、６、７、８に
同一の周波数の高周波電力を印加し、その電力の位相を
電極番号の昇順又は降順に９０度ずつ進ませることによ
りプラズマ発生領域に回転電場ができるように調整する
と共に、対向する上側及び下側円形コイル１０１、１０
２に同方向の直流電流を流して被エッチング試料３の表
面に対してほぼ垂直な方向の磁場を印加することにより
回転電場によって生じる並進運動をプラズマ発生部内を
旋回する運動に変換させることができる。このため、プ
ラズマ発生部の大部分の電子をチャンバー１内に閉じこ
めた状態で旋回運動をさせることができるので、高真空
にも拘らず高密度で且つ均一性の良いプラズマを発生さ
せることができる。As described above, according to this embodiment, the high frequency power of the same frequency is applied to the four side electrodes 5, 6, 7, 8 surrounding the plasma generation region, and the phase of the power is determined by the electrode number. By advancing by 90 degrees in ascending or descending order so that a rotating electric field can be generated in the plasma generation region, and the upper and lower circular coils 101, 10 facing each other are provided.
By applying a direct current in the same direction to 2 and applying a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the surface of the sample 3 to be etched, the translational motion generated by the rotating electric field can be converted into the motion swirling in the plasma generating part. . Therefore, since most of the electrons in the plasma generating portion can be swung while being confined in the chamber 1, it is possible to generate a high-density and highly uniform plasma despite the high vacuum. .
【００６９】また、本実施例においては、試料台２と対
向電極４との間に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加
制御することにより、エッチングの際の下地との選択比
もコントロールすることができた。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
て少なくすることができた。Further, in this embodiment, by controlling the application of the high frequency power of 13.56 MHz between the sample stage 2 and the counter electrode 4, it is possible to control the selection ratio with respect to the base during etching. It was Further, since there is almost no local bias of the plasma, damage to the work piece can be extremely reduced.
【００７０】尚、本実施例においては、プラズマ発生中
における側方電極５、６、７、８に印加する高周波電力
の周波数：ｆが１０ＭＨｚであり、上側及び下側の円形
コイル１０１、１０２が作る磁場の強度：Ｂが５Ｇ＜Ｂ
＜１０Ｇ又は−２０Ｇ＜Ｂ＜−１０Ｇとなるように上側
及び下側の円形コイル１０１、１０２コイルに電流を印
加した場合の例を示したが、高周波電力の周波数及び磁
場の強度はこれらに限られるものではない。プラズマ発
生中の側方電極５、６、７、８に印加する高周波電力の
周波数：ｆが１ＭＨｚよりも大きく、上側及び下側の円
形コイル１０１、１０２が作る磁場の強度：Ｂが２Ｇよ
りも大きいか又は−２Ｇよりも小さい場合には、本発明
の効果が十分に得られる。In the present embodiment, the frequency f of the high frequency power applied to the side electrodes 5, 6, 7, 8 during plasma generation is 10 MHz, and the upper and lower circular coils 101, 102 are Magnetic field strength: B is 5G <B
An example of applying current to the upper and lower circular coils 101 and 102 so that <10G or −20G <B <−10G is shown, but the frequency of the high frequency power and the strength of the magnetic field are limited to these. It is not something that can be done. The frequency f of the high-frequency power applied to the side electrodes 5, 6, 7, and 8 during plasma generation is larger than 1 MHz, and the magnetic field strength B produced by the upper and lower circular coils 101 and 102: B is larger than 2 G. When it is larger or smaller than -2G, the effect of the present invention is sufficiently obtained.
【００７１】また、６インチ又は８インチのウエハーに
対するエッチングをする場合に対応して、プラズマ発生
領域の１辺の長さ又は直径を３０ｃｍとしたときに、電
子ｅの軌道がプラズマ発生領域から外へなるべく逃げな
いようにするためには、電場強度：Ｅ（Ｖ／ｃｍ）、高
周波電力の周波数：ｆ（ＭＨｚ）、一対の円形コイルが
作る磁場強度：Ｂ（Ｇ）の間に次式の関係があるように
することが好ましい。すなわち１（Ｖ／ｃｍ）／（Ｇ×
ＭＨｚ）＜Ｅ／｜Ｂ×ｆ｜＜５０（Ｖ／ｃｍ）／（Ｇ×
ＭＨｚ）。Corresponding to the case of etching a 6-inch or 8-inch wafer, when the length or diameter of one side of the plasma generation region is set to 30 cm, the orbit of the electron e is outside the plasma generation region. In order to prevent escape as much as possible, between the electric field strength: E (V / cm), the frequency of high frequency power: f (MHz), and the magnetic field strength made by a pair of circular coils: B (G) It is preferable to have a relationship. That is, 1 (V / cm) / (G ×
MHz) <E / | B × f | <50 (V / cm) / (G ×
MHz).
【００７２】また、本実施例においては、定常的な磁場
を印加する場合について示したが、高周波磁場を印加す
ることにより電子ｅの運動軌道をプラズマ発生領域でラ
ンダムにすることによってプラズマを均一化することも
有効である。図１６は高周波磁場：Ｂ（Ｇ）＝１０＋１
０ｃｏｓ（ωE ｔ）が形成されるように円形コイル１０
１及び１０２に高周波電力を印加した場合、図１７は高
周波磁場：Ｂ（Ｇ）＝−１０＋１０ｃｏｓ（ωE ｔ）が
形成されるように円形コイル１０１及び１０２に高周波
電力を印加した場合の例を示している。ここで、ωE ＝
２πｆであり、ｆ＝１０ＭＨｚであり、ｔは時間であ
る。Further, in the present embodiment, the case where a stationary magnetic field is applied has been described, but by applying a high frequency magnetic field, the trajectory of the electrons e is made random in the plasma generation region to uniformize the plasma. It is also effective to do. FIG. 16 shows a high frequency magnetic field: B (G) = 10 + 1
Circular coil 10 as 0cos (ω E t) is formed
When applying a high frequency power to 1 and 102, FIG. 17 is a high-frequency magnetic field: B (G) = - an example of a case of applying a high frequency power to the circular coil 101 and 102 as 10 + 10cos (ω E t) is formed Shows. Where ω E =
2πf, f = 10 MHz, and t is time.
【００７３】また、本実施例においては、隣接する電極
に印加される高周波電力の位相差を９０度にした場合を
示したが、これはプラズマ発生領域を取り囲む電極の数
が４つであるためであり、ｎ枚の電極で取り囲む場合に
は、高周波電力の位相差を３６０／ｎ度にすればよい。
また、電極の枚数を多くすればする程、プラズマ発生領
域における電界の分布はいっそう一様になるので好まし
い。Further, in the present embodiment, the case where the phase difference of the high frequency power applied to the adjacent electrodes is 90 degrees is shown, but this is because the number of electrodes surrounding the plasma generation region is four. Therefore, when surrounded by n electrodes, the phase difference of the high frequency power may be 360 / n degrees.
In addition, the larger the number of electrodes, the more uniform the electric field distribution in the plasma generation region, which is preferable.
【００７４】また、本実施例においては、被エッチング
試料３に対してほぼ垂直な方向の磁場を印加する手段と
して、上側円形コイル１０１と下側円形コイル１０２と
に同方向の直流電流を流す方法を用いたが、この方法を
用いた理由は、磁場の強さ及び方向の制御が行ない易
く、簡単な機構でプラズマの均一性を得ることができる
ためである。一対の円形コイル１０１、１０２の代わり
に、電磁石或いは永久磁石を用いて所定の磁場を印加さ
せてもよい。Further, in this embodiment, as a means for applying a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the sample to be etched 3, a method in which a direct current in the same direction is passed through the upper circular coil 101 and the lower circular coil 102 is used. The reason for using this method is that the strength and direction of the magnetic field can be easily controlled, and the uniformity of plasma can be obtained by a simple mechanism. Instead of the pair of circular coils 101 and 102, an electromagnet or a permanent magnet may be used to apply a predetermined magnetic field.
【００７５】以下、本発明の第２実施例に係るプラズマ
発生方法が適用されたドライエッチング装置を図１８に
基づいて説明する。A dry etching apparatus to which the plasma generating method according to the second embodiment of the present invention is applied will be described below with reference to FIG.
【００７６】図１８において、５１、５２、５３、５
４、５５及び５６はプラズマ発生領域６０を取り囲む６
つの側方電極である。各側方電極５１〜５６には、同一
の周波数つまり２０ＭＨｚの高周波電力が高周波電源６
１、６２、６３、６４、６５、６６から印加されてお
り、隣合う側方電極５１〜５６に印加されている高周波
電力の位相差が６０度で且つその符号の昇順又は降順に
位相が進行するように設定されている。また、図１８に
おいて、１０１、１０２は第１実施例と同様に同一方向
の電流が印加される上側及び下側の円形コイル、１１１
は上側円形コイル１０１と同心で且つ上側円形コイル１
０１よりも直径が小さい上側小径円形コイル、１１２は
下側円形コイル１０２と同心で且つ下側円形コイル１０
２よりも直径が小さい下側小径円形コイルである。上側
及び下側の小径円形コイル１１１、１１２には、上側及
び下側の円形コイル１０１、１０２と逆方向で且つ上側
及び下側の円形コイル１０１、１０２よりも小さい電流
が印加される。チャンバー１内の圧力は、ターボポンプ
（図示せず）により０．１〜１０Ｐａ程度に制御されて
いる。In FIG. 18, 51, 52, 53, 5
4, 55 and 56 surround the plasma generation region 60 6
There are two lateral electrodes. High frequency power of the same frequency, that is, 20 MHz, is applied to each of the side electrodes 51 to 56.
1, 62, 63, 64, 65, 66 are applied, and the phase difference of the high frequency power applied to the adjacent side electrodes 51 to 56 is 60 degrees and the phases progress in ascending or descending order of the sign. Is set to. Further, in FIG. 18, reference numerals 101 and 102 denote upper and lower circular coils 111 to which currents in the same direction are applied, as in the first embodiment, and 111.
Is concentric with the upper circular coil 101 and the upper circular coil 1
An upper small diameter circular coil having a diameter smaller than 01, 112 is concentric with the lower circular coil 102 and the lower circular coil 10
It is a lower small-diameter circular coil having a diameter smaller than 2. A current smaller than that of the upper and lower circular coils 101, 102 is applied to the upper and lower small-diameter circular coils 111, 112 in the opposite direction to the upper and lower circular coils 101, 102. The pressure inside the chamber 1 is controlled to about 0.1 to 10 Pa by a turbo pump (not shown).
【００７７】第２実施例が第１実施例と異なるのは、側
方電極の枚数を６枚とし隣合う側方電極に印加する高周
波電力の位相差を６０度ずつとしている点と、上側及び
下側の円形コイル１０１、１０２に加え、小径且つ同心
であって逆方向の弱い直流電流が印加される上側及び下
側の小径円形コイル１１１、１１２を設けることにより
プラズマ発生領域６０における周辺部分の磁場の強さを
中心部分の磁場の強さよりも若干強めている点の２つで
ある。The second embodiment is different from the first embodiment in that the number of side electrodes is six and the phase difference of the high frequency power applied to the adjacent side electrodes is 60 degrees, and the upper side and In addition to the lower circular coils 101 and 102, by providing upper and lower small-diameter circular coils 111 and 112 that are small in diameter, concentric, and to which weak direct currents in opposite directions are applied, the peripheral portion of the plasma generation region 60 There are two points in which the strength of the magnetic field is made slightly stronger than the strength of the magnetic field in the central portion.
【００７８】第１点目の電極の枚数を増やしたことによ
りプラズマ発生領域６０の電場の空間的な均一性が改善
され、２点目の２種類の円形コイル対を用いることによ
りプラズマ発生領域６０の周辺部分の電子のサイクロイ
ド運動の軌跡の範囲が小さくなる。このため、電子のプ
ラズマ発生領域６０からの損失がいっそう少なくなって
いる。従って、第２実施例においては第１実施例よりも
プラズマの均一性がいっそう向上している。The spatial uniformity of the electric field in the plasma generation region 60 is improved by increasing the number of electrodes at the first point, and the plasma generation region 60 is improved by using the two types of circular coil pairs at the second point. The range of the trajectory of the cycloidal motion of electrons in the peripheral part of is small. Therefore, the loss of electrons from the plasma generation region 60 is further reduced. Therefore, in the second embodiment, the uniformity of plasma is further improved as compared with the first embodiment.
【００７９】この第２実施例に係るドライエッチング装
置をアルミニウムエッチングに適用し、ＢＣｌ3 ＋Ｃｌ
2 、ＳｉＣｌ4 ＋Ｃｌ2 ＋ＣＨＣｌ3 等の塩素をベース
にしたガスを用い、圧力は０．１〜２０Ｐａとした場
合、エッチングレートとしては４００〜９００ｎｍ／ｍ
ｉｎが得られた。By applying the dry etching apparatus according to the second embodiment to aluminum etching, BCl 3 + Cl
2 , a chlorine-based gas such as SiCl 4 + Cl 2 + CHCl 3 is used, and the pressure is 0.1 to 20 Pa, the etching rate is 400 to 900 nm / m.
in was obtained.
【００８０】以上のように本第２実施例によれば、６つ
の側方電極に同じ周波数で位相が６０度ずつ異なる高周
波電力を印加する機構と、２種類の円形コイル対を組み
合わせる機構とを設けたため、いっそう均一性の良いプ
ラズマが得られ、エッチングの均一性をいっそう向上さ
せることができる。また、プラズマの局所的な偏りがほ
とんどないので、ゲート酸化膜の破壊等のデバイスへの
損傷を極めて少なくすることができる。As described above, according to the second embodiment, a mechanism for applying high frequency power having the same frequency and a phase difference of 60 degrees to the six side electrodes and a mechanism for combining two types of circular coil pairs are provided. Since the plasma is provided, more uniform plasma can be obtained, and the uniformity of etching can be further improved. Further, since there is almost no local bias of plasma, damage to the device such as destruction of the gate oxide film can be extremely reduced.
【００８１】尚、本第２実施例においては、プラズマ発
生領域６０の周辺部分の磁場強度を中心部分より若干強
めるために、２種類の円形コイル対を用いる場合を示し
たが、互いに同心ではなく又は互いに同一平面上にない
複数種類の任意形状のコイルを組み合わせてもよく、円
形コイルと電磁石又は永久磁石とを組み合わせてもよ
い。In the second embodiment, two types of circular coil pairs are used in order to slightly increase the magnetic field strength in the peripheral portion of the plasma generation region 60 from the central portion, but they are not concentric with each other. Alternatively, a plurality of types of coils having arbitrary shapes which are not on the same plane may be combined, and a circular coil and an electromagnet or a permanent magnet may be combined.
【００８２】以下、本発明の第３実施例であるプラズマ
発生方法が適用されたＣＶＤ装置を図１９に基づいて説
明する。A CVD apparatus to which the plasma generating method according to the third embodiment of the present invention is applied will be described below with reference to FIG.
【００８３】第３実施例が適用されたＣＶＤ装置が、第
１実施例が適用された図１に示すドライエッチング装置
と異なるのは、試料台２に高周波電力を供給する手段、
例えば図１に示す高周波電源、増幅器２０、整合回路１
７及び対向電極４が設けられていない点と、堆積膜の膜
厚を制御するためのヒーター１０５が試料台２に設けら
れている点である。その他の点については、図１に示す
ドライエッチング装置と同様であるので、同一の符号を
付すことにより詳細な説明は省略する。The CVD apparatus to which the third embodiment is applied is different from the dry etching apparatus shown in FIG. 1 to which the first embodiment is applied, except that a means for supplying high-frequency power to the sample stage 2 is used.
For example, the high frequency power supply, the amplifier 20, the matching circuit 1 shown in FIG.
7 and the counter electrode 4 are not provided, and a heater 105 for controlling the thickness of the deposited film is provided on the sample table 2. Since the other points are the same as those of the dry etching apparatus shown in FIG. 1, the same reference numerals are given and detailed description thereof is omitted.
【００８４】このＣＶＤ装置においては、チャンバー１
にＮ2 ガス１５ｓｃｃｍとＳｉＨ4ガス１５ｓｃｃｍと
を導入し、これらのガスの圧力は０．０７Ｐａに設定
し、試料台２の温度は４００℃に設定することが好まし
い。In this CVD apparatus, the chamber 1
It is preferable that N 2 gas of 15 sccm and SiH 4 gas of 15 sccm are introduced into the chamber, the pressure of these gases is set to 0.07 Pa, and the temperature of the sample stage 2 is set to 400 ° C.
【００８５】図２０は、前記ＣＶＤ装置により作成した
半導体チップの断面を示している。Ｓｉ基板１１０の上
には熱酸化膜１１１が形成されている。スパッタリング
法により０．８μｍの膜厚に堆積されたアルミニウム１
１２は、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによ
って０．８μｍの幅の配線に加工されている。アルミニ
ウム１１２の上には、前記のＣＶＤ装置によってＳｉＮ
膜１１３が堆積されている。FIG. 20 shows a cross section of a semiconductor chip formed by the CVD apparatus. A thermal oxide film 111 is formed on the Si substrate 110. Aluminum deposited by sputtering to a thickness of 0.8 μm 1
Reference numeral 12 is processed into a wiring having a width of 0.8 μm by photolithography and dry etching. On the aluminum 112, SiN is formed by the above CVD apparatus.
A film 113 has been deposited.
【００８６】このＣＶＤ装置は、６インチ又は８インチ
等の大口径半導体ウエハーに対するＣＶＤ方法に好適で
ある。その理由は、ドライエッチング装置のときに説明
したように、このＣＶＤ装置はプラズマの空間的な均一
性を高くすることができるため、堆積膜をウエハー全体
に亘って均一に実現することができるからである。This CVD apparatus is suitable for a CVD method for a large-diameter semiconductor wafer of 6 inches or 8 inches. The reason for this is that, as explained in the case of the dry etching apparatus, this CVD apparatus can increase the spatial uniformity of plasma, so that the deposited film can be realized uniformly over the entire wafer. Is.
【００８７】[0087]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るプラ
ズマ発生方法及びその装置によると、複数の側方電極に
周波数が同じで位相が異なる高周波電力を印加してプラ
ズマ発生部に高周波回転電場を励起することによりプラ
ズマ発生部内を並進する電子に振動又は回転運動をさせ
て並進型サイクロイド運動をさせると共に、プラズマ発
生部に高周波回転電場の作用面に対してほぼ垂直な方向
の磁場を印加することにより並進型サイクロイド運動を
する電子の並進運動成分をプラズマ発生部内を旋回する
旋回運動成分に変換させるため、プラズマ発生部内の電
子は、振動又は回転運動を伴ったサイクロイド運動を行
ない、プラズマ発生部内に閉じ込められたままであるの
で、プラズマ発生部内に導入されるガス分子とプラズマ
発生部内に閉じ込められたままの電子とが衝突する確率
が実効的に増加し、これによりイオン化効率が増加す
る。従って、放電が可能な高周波電力の周波数の下限を
従来に比べて低く設定することができる。As described above, according to the plasma generating method and the apparatus thereof according to the present invention, the high frequency rotating electric field is applied to the plasma generating unit by applying the high frequency power having the same frequency but different phases to the plurality of side electrodes. Electrons oscillating or rotating in the plasma generating part to excite the electrons to cause a translational cycloidal motion, and apply a magnetic field in a direction almost perpendicular to the action surface of the high-frequency rotating electric field to the plasma generating part. In order to convert the translational motion component of the electrons that perform translational cycloidal motion into the swirl motion component that swirls in the plasma generation unit, the electrons in the plasma generation unit perform cycloid motion accompanied by vibration or rotation motion, and Remains trapped in the plasma generation part and is trapped inside the plasma generation part. The probability that the remains of electrons are collide is effectively increased, thereby increasing the ionization efficiency. Therefore, it is possible to set the lower limit of the frequency of the high frequency power that can be discharged to be lower than that of the conventional one.
【００８８】また、プラズマ発生部内を運動する各電子
の軌跡を、プラズマ発生部内の中心部から周辺部へと広
い範囲に亘って描かせることができるため、プラズマの
空間的な均一性が良くなると共に、この軌跡上の電子の
持つ振動的なエネルギー変化の最大値が十分に大きくな
るのでイオン化効率を増加させることができる。Further, since the trajectory of each electron moving in the plasma generating part can be drawn over a wide range from the central part to the peripheral part in the plasma generating part, the spatial uniformity of plasma is improved. At the same time, the maximum value of the vibrational energy change of the electrons on this locus becomes sufficiently large, so that the ionization efficiency can be increased.
【００８９】また、真空室内に励起される電場および磁
場も空間的に均一であるため、プラズマの均一性がいっ
そう良くなるため、装置の大型化も容易である。Since the electric field and magnetic field excited in the vacuum chamber are also spatially uniform, the uniformity of plasma is further improved, and the size of the apparatus can be easily increased.
【００９０】また、磁場を発生させるための機構が単純
であると共に、低消費電力の弱磁場で電子の軌道を容易
に制御することができる。Further, the mechanism for generating the magnetic field is simple, and the trajectory of the electrons can be easily controlled by the weak magnetic field of low power consumption.
【００９１】本発明に係るプラズマ発生装置に、真空室
の内部におけるプラズマ発生部の下部に設けられた試料
台と、真空室の内部におけるプラズマ発生部の上部に設
けられた対向電極とを設けると、ドライエッチングに適
した装置となり、従来のプラズマ発生装置例えば平行平
板型ドライエッチング装置と比べると、高真空中におい
ても高いイオン化効率が得られると共に放電も容易であ
る。このため、高いプラズマ密度が得られ、ガス分子に
よるイオン散乱が少なく、異方性の高いエッチングが可
能である。When the plasma generator according to the present invention is provided with the sample stage provided inside the vacuum chamber below the plasma generator and the counter electrode provided above the plasma generator inside the vacuum chamber. The apparatus is suitable for dry etching, and compared with a conventional plasma generator such as a parallel plate type dry etching apparatus, high ionization efficiency is obtained even in a high vacuum and discharge is easy. Therefore, a high plasma density can be obtained, ion scattering due to gas molecules is small, and highly anisotropic etching is possible.
【００９２】従って、従来の磁場支援を用いたマグネト
ロン放電やＥＣＲ放電に比べて、プラズマ発生部内にお
けるプラズマの時間的及び空間的な一様性が良いため、
プラズマの局所的な偏りがほとんどないので、ゲート酸
化膜の破壊等のデバイスへの損傷は極めて小さくなる。Therefore, as compared with the conventional magnetron discharge or ECR discharge using magnetic field assistance, the temporal and spatial uniformity of plasma in the plasma generating portion is good,
Since there is almost no local bias in the plasma, damage to the device such as destruction of the gate oxide film is extremely small.
【図１】本発明の第１の実施例に係るプラズマ発生方法
が適用されたドライエッチング装置の構造を示す模式図
である。FIG. 1 is a schematic view showing a structure of a dry etching apparatus to which a plasma generating method according to a first embodiment of the present invention is applied.
【図２】前記ドライエッチング装置のチャンバー内の電
子の運動経路の軌跡を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a trajectory of a movement path of electrons in a chamber of the dry etching apparatus.
【図３】前記ドライエッチング装置のチャンバー内の電
子の運動経路の軌跡を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a trajectory of a movement path of electrons in a chamber of the dry etching apparatus.
【図４】前記ドライエッチング装置のチャンバー内の電
子の運動経路の軌跡を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing a trajectory of a movement path of electrons in a chamber of the dry etching apparatus.
【図５】前記ドライエッチング装置における側方電極に
印加される高周波電力の周波数と、該高周波電力の一周
期中に電子の進む距離との関係を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the frequency of the high frequency power applied to the side electrodes in the dry etching apparatus and the distance traveled by the electrons during one cycle of the high frequency power.
【図６】前記ドライエッチング装置のチャンバー内の電
子のサイクロイド運動の軌跡を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a locus of cycloidal motion of electrons in a chamber of the dry etching apparatus.
【図７】前記ドライエッチング装置のチャンバー内の電
子のサイクロイド運動に対する印加磁場の強さ及び方向
の依存性を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the dependence of the strength and direction of the applied magnetic field on the cycloidal motion of electrons in the chamber of the dry etching apparatus.
【図８】前記ドライエッチング装置のチャンバー内の電
子のサイクロイド運動に対する印加磁場の強さ及び方向
の依存性を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing the dependence of the strength and direction of the applied magnetic field on the cycloidal motion of electrons in the chamber of the dry etching apparatus.
【図９】前記ドライエッチング装置のチャンバー内の電
子のサイクロイド運動に対する印加電場の強さの依存性
を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing the dependence of the strength of an applied electric field on the cycloidal motion of electrons in the chamber of the dry etching apparatus.
【図１０】前記ドライエッチング装置のチャンバー内の
電子のサイクロイド運動に対する印加周波数の依存性を
示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the dependence of the applied frequency on the cycloidal motion of electrons in the chamber of the dry etching apparatus.
【図１１】従来のマグネトロンエッチング装置における
磁束分布と電子の回転運動を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a magnetic flux distribution and a rotational movement of electrons in a conventional magnetron etching apparatus.
【図１２】前記ドライエッチング装置における電子のサ
イクロイド運動の空間分布を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing the spatial distribution of cycloidal motion of electrons in the dry etching apparatus.
【図１３】従来のマグネトロンエッチング装置における
ボロンリンガラスのエッチングを説明する図であって、
（ａ）はエッチング状態を示す断面図、（ｂ）は磁場強
度の分布を示す図、（ｃ）はエッチング速度を示す図で
ある。FIG. 13 is a view for explaining etching of boron phosphorus glass in a conventional magnetron etching apparatus,
(A) is a sectional view showing an etching state, (b) is a diagram showing a distribution of magnetic field strength, and (c) is a diagram showing an etching rate.
【図１４】前記ドライエッチング装置におけるボロンリ
ンガラスのエッチングを説明する図であって、（ａ）は
エッチング状態を示す断面図、（ｂ）はエッチング速度
を示す図である。14A and 14B are diagrams illustrating etching of boron phosphorus glass in the dry etching apparatus, FIG. 14A is a cross-sectional view showing an etching state, and FIG. 14B is a view showing an etching rate.
【図１５】前記のドライエッチング装置と従来のドライ
エッチング装置とを比較した表である。FIG. 15 is a table comparing the dry etching apparatus with a conventional dry etching apparatus.
【図１６】前記ドライエッチング装置において高周波磁
場を印加した場合の電子のサイクロイド運動を示す模式
図である。FIG. 16 is a schematic view showing cycloidal motion of electrons when a high frequency magnetic field is applied in the dry etching apparatus.
【図１７】前記ドライエッチング装置において高周波磁
場を印加した場合の電子のサイクロイド運動を示す模式
図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing cycloidal motion of electrons when a high frequency magnetic field is applied in the dry etching apparatus.
【図１８】本発明の第２の実施例に係るプラズマ発生装
置が適用されたドライエッチング装置の構造を示す模式
図である。FIG. 18 is a schematic view showing the structure of a dry etching apparatus to which the plasma generator according to the second embodiment of the present invention is applied.
【図１９】本発明の第３実施例に係るプラズマ発生方法
が適用されたＣＶＤ装置の構造を示す模式図である。FIG. 19 is a schematic diagram showing the structure of a CVD apparatus to which the plasma generation method according to the third embodiment of the present invention is applied.
【図２０】前記ＣＶＤ装置により作成した半導体チップ
の断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view of a semiconductor chip created by the CVD apparatus.
【図２１】従来のマグネトロン放電を用いた反応性イオ
ンエッチング装置を示す模式図である。FIG. 21 is a schematic view showing a reactive ion etching apparatus using a conventional magnetron discharge.
１ チャンバー ２ 試料台 ３ 被エッチング試料 ４ 対向電極 ５、６、７、８ 側方電極 ９、１０、１１、１２ 増幅器 １３、１４、１５、１６ 整合回路 １８ フェーズロック機構 １９ 高周波電源 ２０ アンプ ２１ プラズマ発生部 ２２ 磁力線 ５１、５２、５３、５４、５５、５６ 側方電極 ６１、６２、６３、６４、６５、６６ 高周波電源 １０１ 上側円形コイル １０２ 下側円形コイル １０３ 上側円形コイル用直流電源 １０４ 下側円形コイル用直流電源 １１１ 上側小径円形コイル １１２ 下側小径円形コイル １２０ 回転高周波電場による円形回転運動の軌跡 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 chamber 2 sample stage 3 sample to be etched 4 counter electrode 5, 6, 7, 8 side electrode 9, 10, 11, 12 amplifier 13, 14, 15, 16 matching circuit 18 phase lock mechanism 19 high frequency power supply 20 amplifier 21 plasma Generator 22 Magnetic field lines 51, 52, 53, 54, 55, 56 Side electrodes 61, 62, 63, 64, 65, 66 High frequency power supply 101 Upper circular coil 102 Lower circular coil 103 Upper circular coil DC power supply 104 Lower DC power supply for circular coil 111 Upper small-diameter circular coil 112 Lower small-diameter circular coil 120 Locus of circular rotary motion by rotating high-frequency electric field
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/302 Ｂ 9277−4Ｍ (72)発明者 久保田 正文 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 野村 登 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H01L 21/302 B 9277-4M (72) Inventor Masafumi Kubota 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Noboru Nomura No. 1006, Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (22)
側方電極を配置する電極配置工程と、前記側方電極に周
波数が同じで位相が異なる高周波電力を印加することに
より前記プラズマ発生部に該プラズマ発生部内を並進す
る電子に振動又は回転運動をさせる高周波回転電場を励
起する電場励起工程と、前記プラズマ発生部内の電子の
並進する振動又は回転運動を前記プラズマ発生部内を旋
回する振動又は回転運動に変換させるような前記高周波
回転電場の作用面に対してほぼ垂直な磁場を前記プラズ
マ発生部に印加する磁場印加工程とによって、前記プラ
ズマ発生部内の電子を該プラズマ発生部内に閉じ込めて
おくことを特徴とするプラズマ発生方法。1. An electrode placement step of placing a plurality of side electrodes on a side of a plasma generation portion of a vacuum chamber, and applying the high frequency power having the same frequency but different phases to the side electrodes to generate the plasma. Field excitation step of exciting a high frequency rotating electric field that causes an electron translating in the plasma generating section to vibrate or rotate in the plasma generating section, and a vibrating translational or rotational movement of the electron in the plasma generating section that swirls in the plasma generating section Or a magnetic field applying step of applying a magnetic field substantially perpendicular to the working surface of the high-frequency rotating electric field to the plasma generating section to convert it into rotational motion, thereby confining the electrons in the plasma generating section within the plasma generating section. A method for generating plasma, which comprises:
部に前記高周波回転電場の作用面に対してほぼ垂直な方
向の磁場を印加することにより前記プラズマ発生部内で
振動又は回転運動を行ないながら並進する電子の並進運
動成分を前記プラズマ発生部内を前記高周波回転電場の
回転方向と同方向又は逆方向に旋回する旋回運動成分に
変換させる工程であることを特徴とする請求項１に記載
のプラズマ発生方法。2. The magnetic field applying step comprises translating while oscillating or rotating in the plasma generating section by applying a magnetic field to the plasma generating section in a direction substantially perpendicular to a working surface of the high-frequency rotating electric field. 2. The plasma generation according to claim 1, which is a step of converting a translational motion component of electrons to a swirl motion component that swirls in the plasma generation unit in the same direction as or a direction opposite to the rotation direction of the high-frequency rotating electric field. Method.
場は、時間的に定常な静磁場であることを特徴とする請
求項１又は２に記載のプラズマ発生方法。3. The plasma generating method according to claim 1, wherein the magnetic field applied in the magnetic field applying step is a static magnetic field that is temporally stationary.
場は、時間的に非定常な磁場であることを特徴とする請
求項１又は２に記載のプラズマ発生方法。4. The plasma generating method according to claim 1, wherein the magnetic field applied in the magnetic field applying step is a temporally non-stationary magnetic field.
周波電力は１ＭＨｚよりも大きい高周波電力であり、前
記磁場印加工程において印加される磁場は磁場強度の絶
対値が２Ｇよりも大きい磁場であることを特徴とする請
求項１又は２に記載のプラズマ発生方法。5. The high frequency power applied in the electric field excitation step is a high frequency power greater than 1 MHz, and the magnetic field applied in the magnetic field application step is a magnetic field whose absolute value of magnetic field strength is greater than 2 G. The plasma generation method according to claim 1 or 2, which is characterized in that.
周波電力の周波数：ｆ（ＭＨｚ）と、該高周波電力によ
り励起される回転電場の電場強度：Ｅ（Ｖ／ｃｍ）と、
前記磁場印加工程において印加される磁場の磁場強度の
絶対値：Ｂ（Ｇ）との間に１＜Ｅ／Ｂｆ＜５０の関係が
あることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ
発生方法。6. The frequency of the high frequency power applied in the electric field excitation step: f (MHz), and the electric field strength of the rotating electric field excited by the high frequency power: E (V / cm),
3. The plasma generation according to claim 1, wherein there is a relationship of 1 <E / Bf <50 between the absolute value of the magnetic field strength of the magnetic field applied in the magnetic field applying step: B (G). Method.
場は、前記プラズマ発生部内における中心部の磁場強度
よりも周辺部の磁場強度の方が強いことを特徴とする請
求項１又は２に記載のプラズマ発生方法。7. The magnetic field applied in the magnetic field applying step has a stronger magnetic field strength in a peripheral part than in a central part in the plasma generating part. Plasma generation method.
されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプ
ラズマ発生方法。8. The plasma generating method according to claim 1, wherein the wall of the vacuum chamber is made of a nonmagnetic material.
れていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラ
ズマ発生方法。9. The plasma generation method according to claim 1, wherein a magnetic shield is provided on a wall of the vacuum chamber.
置された複数の側方電極と、前記プラズマ発生部に該プ
ラズマ発生部内を並進する電子に振動又は回転運動をさ
せる高周波回転電場を励起する周波数が同じで位相が異
なる高周波電力を前記側方電極に印加する高周波電力印
加手段と、前記プラズマ発生部内の電子の並進する振動
又は回転運動を前記プラズマ発生部内を旋回する振動又
は回転運動に変換させて前記プラズマ発生部内の電子を
該プラズマ発生部内に閉じ込めておく前記高周波回転電
場の作用面に対してほぼ垂直な方向の磁場を印加する磁
場印加手段とを備えていることを特徴とするプラズマ発
生装置。10. A plurality of side electrodes arranged laterally of a plasma generating section in a vacuum chamber, and a high frequency rotating electric field for causing the plasma generating section to vibrate or rotationally move electrons translating inside the plasma generating section. High-frequency power applying means for applying high-frequency power having the same frequency but different phases to the side electrodes, and a translational vibration or rotational movement of electrons in the plasma generation section into a vibration or rotational movement swirling in the plasma generation section. Magnetic field applying means for applying a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the working surface of the high-frequency rotating electric field for converting and confining the electrons in the plasma generating section in the plasma generating section. Plasma generator.
マ発生部の下部に設けられた試料台と、前記真空室の内
部における前記プラズマ発生部の上部に設けられた対向
電極とを備えていることを特徴とする請求項１０に記載
のプラズマ発生装置。11. A sample stage provided inside the vacuum chamber below the plasma generating section, and a counter electrode provided above the plasma generating section inside the vacuum chamber. The plasma generator according to claim 10, wherein the plasma generator is a plasma generator.
試料にプラズマを照射するためのバイアス電圧が印加さ
れていることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ
発生装置。12. The plasma generator according to claim 11, wherein a bias voltage for irradiating the sample mounted on the sample table with plasma is applied to the sample table.
マが照射されるように該試料台の温度を制御する温度制
御手段を備えていることを特徴とする請求項１１に記載
のプラズマ発生装置。13. The plasma generation according to claim 11, further comprising temperature control means for controlling the temperature of the sample stage so that the sample placed on the sample stage is irradiated with plasma. apparatus.
向して配置されたコイル対と、該コイル対のそれぞれに
電流を印加する電源を有していることを特徴とする請求
項１０又は１１に記載のプラズマ発生装置。14. The magnetic field applying means includes a coil pair arranged vertically opposite to each other, and a power source for applying a current to each of the coil pair. The plasma generator described in 1.
常な電流を印加する手段を有していることを特徴とする
請求項１４に記載のプラズマ発生装置。15. The plasma generator according to claim 14, wherein the power source has means for applying a temporally steady current to the coil pair.
定常な電流を印加する手段を有していることを特徴とす
る請求項１４に記載のプラズマ発生装置。16. The plasma generator according to claim 14, wherein the power source has a means for applying a temporally unsteady current to the coil pair.
手段は、前記真空室の外部に設けられていることを特徴
とする請求項１０又は１１に記載のプラズマ発生装置。17. The plasma generator according to claim 10, wherein the plurality of side electrodes and the magnetic field applying unit are provided outside the vacuum chamber.
それぞれとの間及び前記プラズマ発生部と前記磁場印加
手段との間には、石英又はセラミックからなる部材が配
置されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記
載のプラズマ発生装置。18. A member made of quartz or ceramic is arranged between the plasma generating portion and each of the side electrodes and between the plasma generating portion and the magnetic field applying means. The plasma generator according to claim 10 or 11.
電極のそれぞれに印加される高周波電力の位相差を一定
にするフェーズロック手段を有していることを特徴とす
る請求項１０又は１１に記載のプラズマ発生装置。19. The high frequency power applying means has a phase lock means for making a phase difference of high frequency power applied to each of the side electrodes constant. The plasma generator described.
源から供給された位相が異なる複数の高周波電力を前記
側方電極のそれぞれに印加する手段を有していることを
特徴とする請求項１０又は１１に記載のプラズマ発生装
置。20. The high frequency power applying means includes means for applying a plurality of high frequency powers supplied from the same power source and having different phases to each of the side electrodes. Or the plasma generator according to item 11.
成されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記
載のプラズマ発生装置。21. The plasma generator according to claim 10, wherein the wall of the vacuum chamber is made of a non-magnetic material.
されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載
のプラズマ発生装置。22. The plasma generator according to claim 10, wherein a magnetic shield is applied to a wall of the vacuum chamber.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5072653A JPH0645094A (en) | 1992-03-31 | 1993-03-31 | Method for generating plasma and device therefor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7778592 | 1992-03-31 | ||
| JP4-77785 | 1992-03-31 | ||
| JP5072653A JPH0645094A (en) | 1992-03-31 | 1993-03-31 | Method for generating plasma and device therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645094A true JPH0645094A (en) | 1994-02-18 |
Family
ID=26413792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5072653A Pending JPH0645094A (en) | 1992-03-31 | 1993-03-31 | Method for generating plasma and device therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0645094A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100335382B1 (en) * | 2000-05-23 | 2002-05-06 | 최규술 | rotating electrode plasma apparatus and synthesis method of carbon nano material using the same |
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| JP2010166011A (en) * | 2009-01-15 | 2010-07-29 | Hitachi High-Technologies Corp | Plasma treatment apparatus and plasma generating apparatus |
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| JPS6380534A (en) * | 1986-09-24 | 1988-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Plasma processing apparatus |
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1993
- 1993-03-31 JP JP5072653A patent/JPH0645094A/en active Pending
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|---|---|---|---|
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