JPH0645096A

JPH0645096A - プラズマ発生方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0645096A
Application number: JP5072669A
Authority: JP
Inventors: Noboru Nomura; 登野村; Kenji Fukuto; 憲司服藤; Norihiko Tamaoki; 徳彦玉置; Mitsuhiro Okuni; 充弘大國; Masabumi Kubota; 正文久保田; Ichiro Nakayama; 一郎中山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】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の少
ないプラズマ発生装置を提供する。【構成】ドライエッチング装置等のプラズマ発生装置
Ｐ１におけるプラズマ発生室を介して互いに対向する試
料台及び対向電極（図示は省略している）には第１の周
波数の高周波電力を印加する。前記プラズマ発生室の側
方に位置する３つの電極４、５、６に、３相マグネトロ
ンＭ１で発振した位相がおよそ１２０度づつ異なり前記
第１の周波数と異なる第２の周波数の高周波交流電力
を、端子ａ，ｂ，ｃを介して印加して、プラズマ発生室
内の電子にリサージュ運動をさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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
びイオン注入装置などの分野で用いられている。このプ
ラズマ発生方法においては、加工寸法の微細化又は膜質
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、
微細加工を行なうドライエッチング方法について説明す
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る。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い
る。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。

【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（Ｒ
ＩＥ）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
不要な部分を除去するものである。試料表面の必要な部
分つまり除去しない部分は、通常、マスクとして用いら
れたホトレジストパターンにより保護される。

【０００６】微細化のためにはイオンの方向を揃えるこ
とが必要であるが、このためにはプラズマ中におけるイ
オンの散乱を減らすことが重要である。イオンの方向を
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。

【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及び電子サイクロ
トロン共鳴エッチング技術（ＥＣＲ）等が開発されてき
た。

【０００８】図１７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５１内にはガスコントローラ５２を介
して反応性ガスが導入される。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（陽極）５４が設けられ、チ
ャンバー５１の下部にはカソード（陰極）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
ことができるようになっている。

【０００９】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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１８（ａ）は、従来
のマグネトロン反応性イオンエッチング装置やＥＣＲ
（電子サイクロトロン共鳴）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いる。図１８
（ａ）において、６０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。

【００１１】従来の装置では、以下に説明するように、
デバイスに損傷が導入されてしまうという問題があっ
た。

【００１２】従来のマグネトロン反応性イオンエッチン
グ装置では、プラズマの局所的な偏りを回転磁場によっ
て時間的に平均することによりプラズマの偏りを均等に
しているが、瞬時におけるプラズマ密度が均一ではない
ため局所的な電位差を発生する。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ＭＯＳＬＳＩプ
ロセスに適用すると、ゲート酸化膜に破壊を生じること
がある。

【００１３】同様に従来のＥＣＲエッチング装置による
と、図１８（ｂ）に示すように、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。

【００１４】本発明は、前記の問題点に鑑み、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させるこ
とができるようにすることを目的とする。

【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、プラズマ発生部の周辺に配置された複数
の電極に、多相高周波交流電力源から位相が異なる同一
周波数の高周波電力を印加して、プラズマ発生部内の電
子にリサージュ運動をさせるものである。

【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、真空室内のプラズマ発生部の
側方に複数の電極を配置し、高周波交流電力源から周波
数が同じで位相が異なる高周波電力を前記複数の電極の
それぞれに供給して前記プラズマ発生部の電子にリサー
ジュ図形を描くような運動をさせることにより前記プラ
ズマ発生部に高密度で均一なプラズマを発生させる構成
とするものである。

【００１７】具体的に請求項２の発明が講じた解決手段
は、プラズマ発生方法を、真空室内のプラズマ発生部の
側方に３つの電極を配置し、三相高周波交流電力源から
周波数が同じで位相が１２０度づつ異なる高周波電力を
前記３つの電極のそれぞれに供給して前記プラズマ発生
部内の電子にリサージュ図形を描くような運動をさせる
ことにより、前記プラズマ発生部内に高密度で均一のプ
ラズマを発生させる構成とするものである。

【００１８】具体的に請求項３の発明が講じた解決手段
は、プラズマ発生方法を、真空室内のプラズマ発生部の
側方に４以上の電極を配置し、高周波交流供給源から周
波数が同じで位相が順次異なる高周波電力を前記４以上
の電極のそれぞれに供給して前記プラズマ発生部に回転
するポテンシャルポケットを生成する回転電場を印加
し、前記プラズマ発生部の電子を前記ポテンシャルポケ
ット内に閉じ込めた状態で回転させることにより、前記
プラズマ発生部に高密度で均一なプラズマを発生させる
構成とするものである。

【００１９】具体的に請求項４の発明が講じた解決手段
は、プラズマ発生装置を、プラズマ発生部を有する真空
室と、前記プラズマ発生部の側方に設けられた複数の電
極と、該複数の電極に周波数が同じで位相が異なる高周
波電力を供給することにより前記プラズマ発生部内の電
子にリサージュ図形を描くような運動をさせる高周波交
流供給手段とを備えている構成とするものである。

【００２０】請求項５の発明は、請求項４の構成に、前
記プラズマ発生部の下部に設けられた試料台と、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。

【００２１】請求項６の発明は、請求項４又は５の構成
に、前記高周波交流供給手段は、各出力端子が前記複数
の電極のそれぞれに接続されており交流を発生するマグ
ネトロンであるという構成を付加するものである。

【００２２】請求項７の発明は、請求項４又は５の構成
に、前記高周波交流供給手段は、周波数が同じで位相が
異なる高周波電力を出力する高周波交流電力源と、該高
周波交流電力源から出力された高周波電力を増幅して前
記複数の電極に供給する高周波交流増幅装置とを有して
いる構成を付加するものである。

【００２３】請求項８の発明は、請求項７の構成に、前
記高周波交流電力源は交流を発生するマグネトロンであ
り、前記高周波交流増幅装置は、各入力端子が前記マグ
ネトロンの各出力端子に接続され各出力端子が前記複数
の電極のそれぞれに接続されているアンプリトロンであ
るという構成を付加するものである。

【００２４】具体的に請求項９の発明が講じた解決手段
は、プラズマ発生装置を、プラズマ発生部を有する真空
室と、前記プラズマ発生部の側方に設けられた３つの電
極と、該３つの電極に周波数が同じで位相が１２０度づ
つ異なる高周波電力をそれぞれ供給することにより前記
プラズマ発生部の電子にリサージュ図形を描くような運
動をさせる三相高周波交流供給手段とを備えている構成
とするものである。

【００２５】請求項１０の発明は、請求項９の構成に、
前記プラズマ発生部の下部に設けられた試料台と、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。

【００２６】請求項１１の発明は、請求項９又は１０の
構成に、前記高周波交流供給手段は、各出力端子が前記
３つの電極のそれぞれに接続されている三相マグネトロ
ンであるという構成を付加するものである。

【００２７】請求項１２の発明は、請求項９又は１０の
構成に、前記高周波交流供給手段は、周波数が同じで位
相が１２０度づつ異なる高周波電力を出力する高周波交
流電力源と、前記高周波交流電力源から出力された高周
波電力を増幅して前記３つの電極にそれぞれ供給する高
周波交流増幅装置とを有しているという構成を付加する
ものである。

【００２８】請求項１３の発明は、請求項１２の構成
に、前記高周波交流電力源は三相マグネトロンであり、
前記高周波交流増幅装置は各入力端子が前記三相マグネ
トロンの各出力端子に接続され各出力端子が前記３つの
電極のそれぞれに接続されている三相アンプリトロンで
あるという構成を付加するものである。

【００２９】具体的に請求項１４の発明が講じた解決手
段は、プラズマ発生部を有する真空室と、前記プラズマ
発生部の側方に設けられた４以上の電極と、該４以上の
電極に周波数が同じで位相が順次異なる高周波電力を供
給して前記プラズマ発生部に該プラズマ発生部内の電子
を内部に閉じ込めた状態で回転するポテンシャルポケッ
トを生成する回転電場を印加する電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。

【００３０】請求項１５の発明は、請求項１４の構成
に、前記プラズマ発生部の下部に設けられた試料台と、
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
えているという構成を付加するものである。

【００３１】請求項１６の発明は、請求項１４又は１５
の構成に、前記４以上の電極の数は偶数であり、前記電
場印加手段は各出力端子が前記４以上の電極のそれぞれ
に接続されている単相マグネトロンであるという構成を
付加するものである。

【００３２】請求項１７の発明は、請求項１４又は１５
の構成に、前記電場印加手段は、周波数が同じで位相が
順次異なる高周波電力を出力する高周波交流電力源と、
該高周波交流電力源から出力された高周波電力を増幅し
て前記４以上の電極にそれぞれ供給する高周波交流増幅
装置とを有する構成を付加するものである。

【００３３】請求項１８の発明は、前記４以上の電極の
数は偶数であり、前記高周波交流電力源は単相マグネト
ロンであり、前記高周波交流増幅装置は各入力端子が前
記単相マグネトロンの各出力端子に接続され各出力端子
が前記４以上の電極のそれぞれに接続された単相アンプ
リトロンであるという構成を付加するものである。

【００３４】

【作用】前記の構成により、複数の電極に周波数が同じ
で位相が異なる高周波電力が供給されるので、プラズマ
発生部内を自身の有する運動エネルギーにより並進する
電子は振幅運動又は回転運動をさせられる。これによ
り、プラズマ発生部内の電子は振幅運動又は回転運動の
中心が並進する並進型サイクロイド運動すなわちリサー
ジュ図形を描くような運動をする。

【００３５】特に、プラズマ発生部の側方に４以上の電
極を配置し、該４以上の電極に周波数が同じで位相が順
次異なる高周波電力を供給すると、プラズマ発生部の電
子は該プラズマ発生部に形成されるポテンシャルのポケ
ットに閉じ込められた状態で回転する。

【００３６】このため、高真空中にも拘らず高いイオン
化効率が得られ、放電が容易であるので、従来の磁場に
よるマグネトロン反応性エッチング技術に比べて、電場
が均一になり、高密度で均一性に優れたプラズマを得る
ことができる。

【００３７】従って、前記のプラズマ発生方法又は装置
をエッチング技術に適用すると、エッチングの均一性が
良好になると共にプラズマの局所的な偏りがほとんどな
くなるので、ゲート酸化膜の破壊等のデバイスへの損傷
が極めて小さくなる。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の第１実施例であるプラズマ発
生装置について説明する。該プラズマ発生装置はドライ
エッチングを行なう装置である。

【００３９】図１は、このプラズマ発生装置Ｐ１の構造
を示す模式図である。図１において、１は円筒状のチャ
ンバー、２はチャンバー１の下部に設けられており、ド
ライエッチングを行なうためのイオンを加速する１３．
５６ＭＨｚの高周波電力が印加される試料台、３はチャ
ンバー１の上部に設けられており、対向電極となるアー
ス電極、４、５、６はチャンバー１の側部に設けられて
おり、イオンを供給するためのプラズマ発生に用いる３
００ＭＨｚの高周波電力が印加されるカソード電極、７
は試料台２の上に載置されたドライエッチングの対象と
なるウエハーである。

【００４０】カソード電極４、５、６に印加される高周
波電力の位相はおよそ１２０度づつ異なっている。カソ
ード電極４、５、６に印加される高周波電力は、端子
ａ、ｂ、ｃを経由して供給され、端子ａ、ｂ、ｃには後
述する３相マグネトロンＭ１（図２を参照）が接続され
ている。尚、図１において、８は試料台２に整合回路９
を介して高周波電力を供給するアンプである。また、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。

【００４１】図２は、３相マグネトロンＭ１の断面模式
図である。同図に示すように、円筒状の陽極筒１１には
等間隔に陽極１２が設けられていると共に、陽極筒１１
の中心部には陰極１３が設けられている。陰極１３から
射出された電子群は、陰極１３と陽極１２との間の空間
を回転する。尚、図２において、Ｂは電子を閉じ込める
磁場であって、該磁場を印加する理由については図１２
に基づき後述する。

【００４２】陽極１２と陽極筒１１内の空洞とは、ちょ
うどフィルター型遅延回路と同じ作用を行ない、遅延回
路内に発生する電磁波によって電子群は集群される。図
２に示すように、陰極１３から放出された電子群によっ
て、陰極１３から陽極１２に向かって延びる電子極１４
が形成される。電子極１４を構成する電子群はエンドレ
スに回転すると共に、電子極１４は陰極１３の周りを回
転し、これにより３相マグネトロンＭ１は電力を発振す
る。発振した電力は均圧環１５により電圧を平均化され
た後、取出し端子ａ、ｂ、ｃから取り出される。

【００４３】図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、取出し端子
ａ、ｂ、ｃから取り出された電圧の波形であって、取出
し端子ａから取り出された電圧の波形（ａ）と、取出し
端子ｂから取り出された電圧の波形（ｂ）と、取出し端
子ｃから取り出された電圧の波形（ｃ）とは、位相が１
２０度づつずれている。陽極１２の分割数をＮとし、各
空洞の励振位相がθづつずれているとすると、Ｎθ＝２
ｎπでなければならない。このような３相発振では、Ｎ
＝２ｎの場合、θ＝２π／３モードとなり、空洞は２つ
おきに励振される。

【００４４】図４は、３相マグネトロンＭ１と３つの電
極を有するプラズマ発生装置Ｐ１との結線図である。３
相マグネトロンＭ１で発振した３相交流電力は端子ａ、
ｂ、ｃで仲介され、３つの電極を有するプラズマ発生装
置Ｐ１に導入される。このように、３相マグネトロンＭ
１で発生した高周波交流を直接プラズマ発生装置Ｐ１に
入力すると、周波数が同じで位相が順次異なる高周波電
力を容易に得ることができる。

【００４５】以下、前記のように構成されたプラズマ発
生装置の動作を図１及び図５に基づいて説明する。

【００４６】図５は、プラズマ発生装置のチャンバー１
中の電子の軌跡を水平面に投影した場合の一例を模式的
に示すものであって、オッシロスコープのＸ，Ｙに同一
周波数で位相が９０度づつ異なる信号を入力した場合に
見られる、いわゆるリサージュ図形と呼ばれるものと同
様のものである。すなわち、図１におけるカソード電極
４、５、６に印加された３相交流電力により電子ｅが回
転運動し、高真空中にも拘らず高いイオン化効率が得ら
れ、高いプラズマ密度が得られている。イオン化に寄与
するエネルギーを持つ電子ｅをチャンバー１の寸法より
も十分に小さい回転半径で回転させるには、少なくとも
５０ＭＨｚ以上の高周波を印加する必要がある。

【００４７】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ガ
ス又は酸素、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
が実験結果から得られている。これは、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
少なく抵抗が高いので、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ためである
と考えられる。

【００４８】電極内に形成される電場は均一であるから
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も
極めて少なくなった。エッチングレートとしては２００
〜４００ｎｍ／ｍｉｎの値を得ている。

【００４９】以上のように、３つのカソード電極５、
６、７に位相がおよそ１２０度づつ異なる第１の周波数
の高周波電力を印加すると共に、被エッチング試料を載
せる試料台２が一方の電極を構成している１対の電極つ
まり試料台２及びアース電極３に第２の周波数の高周波
電力を印加する機構を設けると、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になる。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も極めて少なくすること
ができる。

【００５０】なお、第１実施例ではエッチングされる試
料は、カソード電極に置く場合を示したが、アノード電
極に置いても本発明の効果が得られることは容易に考察
される。また、３つのカソード電極５、６、７に印加さ
れる高周波電力の位相差は一定値にした場合を示した
が、時間の関数の様に変化させてもよい。

【００５１】以下、本発明の第２実施例であるプラズマ
発生装置について説明する。該プラズマ発生装置はドラ
イエッチングを行なう装置である。

【００５２】図６は、第２実施例に係るプラズマ発生装
置Ｐ２の構造を示す模式図である。図６において、２１
は円筒状のチャンバー、２２はチャンバー２１の下部に
設けられており１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加さ
れる試料台、２３は試料台２２の対向電極となるアース
電極、２４、２６はそれぞれ周波数が５０ＭＨｚで同位
相の高周波電力が印加されるカソード電極、２５、２７
はカソード電極２４，２６の対向電極である。カソード
電極２４、２６及び対向電極２６，２７に印加される高
周波電力はそれぞれ入力端子ｄ、ｅ、ｆ、ｇを経由して
供給され、これらの入力端子ｄ、ｅ、ｆ、ｇは後述する
単相マグネトロンＭ２（図７を参照）の出力端子ｈ，ｉ
に接続される。尚、試料台２２の上にはドライエッチン
グすべきウエハー２８が載置されている。

【００５３】チャンバー２１は、上下一対のコイル２９
Ａ，２９Ｂにより印加されるカスプ磁場によってプラズ
マの閉じ込めを行なっている。チャンバー１内の圧力は
ターボポンプ（図示せず）により０．１Ｐａ〜１０Ｐａ
程度に制御されている。

【００５４】第２実施例が、図１に示す第１実施例と異
なるのは、電極２４、２６にそれぞれ同相の５０ＭＨｚ
の高周波電力が印加されている点と、上下一対のコイル
２９Ａ，２９Ｂによりカスプ磁場を形成しプラズマの閉
じ込めを行なっている点である。

【００５５】図７は単相マグネトロンＭ２の断面模式図
である。図７に示すように、円筒状の陽極筒３１には等
間隔に陽極３２が設けられていると共に、陽極筒３１の
中心部には陰極３３が設けられており、陰極３３から射
出された電子群は、陰極３３と陽極３２との間の空間を
回転する。尚、図２において、Ｂは電子を閉じ込める磁
場であって、該磁場を印加する理由については図１２に
基づき後述する。

【００５６】陽極３２と陽極筒３１内の空洞とは、ちょ
うどフィルター型遅延回路と同じ作用を行なう。遅延回
路内に発生する電磁波によって電子群は集群され、図７
に示すように、陰極３３から陽極３２に向かって延びる
電子極３４が生じる。電子極３４を構成する電子群はエ
ンドレスに回転すると共に電子極３４は陰極３３の周り
を回転し、これによりマグネトロンは電力を発振する。
発振された電力は均圧環３５により電圧を平均化された
後、出力端子ｈ、ｉから取り出される。

【００５７】図８は、出力端子ｈ、ｉから取り出された
電圧波形である。出力端子ｈから取り出された電圧と出
力端子ｉから取り出された波形ｈとｉとは位相が１８０
度ずれている。陽極分割数をＮとし、各空洞の励振位相
がθづつずれているとすると、Ｎθ＝２ｎπでなければ
ならない。単相発振では、Ｎ＝２ｎの場合、θ＝πモー
ドとなり、空洞は１つおきに励振される。

【００５８】図９は、単相マグネトロンＭ２と４つの電
極を有する４相電極構造のプラズマ発生装置Ｐ２とを結
線したときの図である。単相マグネトロンＭ２で発振し
た交流は、その出力端子ｈ、ｉ及びプラズマ発生装置Ｐ
２のｄ，ｅ，ｆ，ｇを介して４相電極構造のプラズマ発
生装置Ｐ２に導入される。

【００５９】図１０は、単相マグネトロンＭ２と４相電
極構造のプラズマ発生装置Ｐ２との間にアンプリトロン
Ａを接続したときの図である。

【００６０】図１１に示すように、アンプリトロンＡ
は、マグネトロンの原理を用いた増幅器であって、円筒
状の陽極筒４１に等間隔をおいて陽極４２が設けられて
いると共に、陽極筒４１の中心部には陰極４３が設けら
れており、陰極４３から射出された電子群は、陰極４３
と陽極４２との間の空間を回転する。尚、同図において
４６は冷却管である。

【００６１】陽極４２と陽極筒４１内の空洞とは、ちょ
うどフィルター型遅延回路と同じ作用を行ない、遅延回
路内に発生する電磁波によって電子群は集群され、図１
１に示すように、陰極４３から陽極４２に向かって延び
る電子極４４が生じる。電子極４４を構成する電子群は
エンドレスに回転すると共に電子極４４は陰極４３の周
りを回転する。発振する電力は入力信号によって制御さ
れている。アンプリトロンＡは入力信号と同相で電力を
発振し、発振された電力は出力として取り出される。こ
の場合には、単相マグネトロンＭ２で発生した高周波電
力はアンプリトロンＡに入力され、アンプリトロンＡに
より増幅された同相の高周波電力が出力される。このよ
うな構成にすると、高周波電力を容易に増幅でき且つ高
周波電力の位相を保つことができる。アンプリトロンＡ
は、第１実施例のような３相の多相交流に用いるとさら
に効果が大きい。

【００６２】図１２は、単相マグネトロンＭ２と４つの
電極を有する４相電極構造のプラズマ発生装置Ｐ２とを
結線したときの該プラズマ発生装置Ｐ２内のポテンシャ
ルポケットを示す図である。ポテンシャルポケットＰ_p
は電場と共に回転するので、ポテンシャルポケットＰ_p
にある電子はこのポテンシャルポケットＰ_pと共に回転
し、高密度のプラズマを発生させる。この場合、電子は
ポテンシャルの谷に沿って外周方向へ移動し、プラズマ
の損失の原因になるので、電子を閉じ込めるために磁場
を印加してもよい。しかしながら、実用上は磁場の印加
なしでも、半導体プロセスに使用可能な程度の高密度の
プラズマを発生することができる。

【００６３】図１３（ａ）は、単相マグネトロンＭ２と
６相電極構造のプラズマ発生装置Ｐ３とを結線したとき
の該プラズマ発生装置Ｐ３内のポテンシャルポケットを
示す図である。該プラズマ発生装置Ｐ３内には３つのポ
テンシャルポケットＰ_p1、Ｐ_p2、Ｐ_p3が形成されてい
る。図１３（ｂ）はプラズマ発生装置Ｐ３内の瞬間のポ
テンシャル分布を示している。

【００６４】図１４（ａ）は、単相マグネトロンＭ２と
８相電極構造を有するプラズマ発生装置Ｐ４とを結線し
たときの該プラズマ発生装置Ｐ４内のポテンシャルポケ
ットを示す図である。該プラズマ発生装置Ｐ４内には４
つのポテンシャルポケットＰ_p1、Ｐ_p2、Ｐ_p3、Ｐ_P4が形
成されている。図１４（ｂ）はプラズマ発生装置Ｐ４内
の瞬間のポテンシャル分布を示している。

【００６５】このように、ポテンシャルポケットの数を
増やすことにより回転磁場のエネルギーを効率良くプラ
ズマに移転することが可能になり、プラズマの均一性が
いっそう向上する。

【００６６】以下、本発明の第３実施例であるプラズマ
発生装置について説明する。該プラズマ発生装置はＣＶ
Ｄを行なう装置である。

【００６７】図１５は、第３実施例に係るプラズマ発生
装置Ｐ５の構造を示す模式図である。第３実施例に係
るプラズマ発生装置Ｐ５が第２実施例に係る図６に示す
プラズマ発生装置Ｐ２と異なるのは、試料台２に高周波
電力を供給する手段及び対向電極２３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２２ａ
が試料台２２に設けられている点である。その他の点に
ついては、図６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。

【００６８】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。

【００６９】図１６は、上記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３６の上に
は熱酸化膜３７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３８
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
３８の上には、上記のＣＶＤ装置によってＳｉＮ膜３９
が堆積されている。

【００７０】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。

【００７１】

【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、複数の電極に周波
数が同じで位相が異なる高周波電力が供給されるので、
プラズマ発生部内の電子は、振幅運動又は回転運動の中
心が並進するリサージュ図形を描くような運動をし、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
られた状態であるので、高真空中にも拘らず高いイオン
化効率が得られ、放電が容易になり、高密度で均一性に
優れたプラズマを得ることができる。

【００７２】特に、プラズマ発生部の側方に４以上の電
極を配置し、該４以上の電極に周波数が同じで位相が順
次異なる高周波電力を供給すると、プラズマ発生部の電
子は該プラズマ発生部に形成されるポテンシャルのポケ
ットに閉じ込められた状態で回転するので、いっそう高
密度で均一性に優れたプラズマが得られる。

【００７３】従って、本発明のプラズマ発生方法又は装
置をエッチング技術に適用すると、エッチングの均一性
が良好になると共にプラズマの局所的な偏りがほとんど
なくなるので、ゲート酸化膜の破壊等のデバイスへの損
傷が極めて小さくなる。

【００７４】プラズマ発生装置が、プラズマ発生部の下
部に設けられた試料台と、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、エッチングに適した
装置になる。

【００７５】また、交流を発生するマグネトロンにより
高周波電力を供給すると、周波数が同じで位相が順次異
なる高周波電力の供給が容易且つ確実になる。

【００７６】さらに、マグネトロンから供給された高周
波電力をアンプリトロンにより増幅すると、周波数が同
じで位相が順次異なる高周波電力の供給がいっそう容易
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るプラズマ発生装置と
しての３つの電極を有するドライエッチング装置の構造
を示す模式図である。

【図２】３相マグネトロンの断面模式図である。

【図３】前記３相マグネトロンの取出し端子ａ、ｂ、ｃ
から取り出された電圧の波形である。

【図４】前記３相マグネトロンと第１実施例に係るドラ
イエッチング装置とを結線したときの構造を示す図であ
る。

【図５】第１実施例に係るドライエッチング装置のチャ
ンバー中の電子の軌跡を水平面に投影した場合の一例を
模式的に示す図である。

【図６】本発明の第２実施例に係るプラズマ発生装置と
しての４つの電極を有するドライエッチング装置の構造
を示す模式図である。

【図７】単相マグネトロンの断面模式図である。

【図８】前記単相マグネトロンの取出し端子ｈ、ｉから
取り出された電圧の波形である。

【図９】前記単相マグネトロンと第２実施例に係るドラ
イエッチング装置とを結線したときの構造を示す図であ
る。

【図１０】前記単相マグネトロンと第２実施例に係るド
ライエッチング装置との間にアンプリトロンを接続した
ときの構成を示す図である。

【図１１】前記のアンプリトロンの構成を示す図であ
る。

【図１２】前記単相マグネトロンと第２実施例に係るド
ライエッチング装置とを結線したときの該ドライエッチ
ング装置内のポテンシャルポケットを示す図である。

【図１３】（ａ）は前記単相マグネトロンと第２実施例
の第１変形例に係る６つの電極を有するドライエッチン
グ装置とを結線したときの構造を示す図であり、（ｂ）
は前記単相マグネトロンと前記６つの電極を有するドラ
イエッチング装置とを結線したときの該ドライエッチン
グ装置内のポテンシャルポケットを示す図である。

【図１４】（ａ）は、前記単相マグネトロンと第２実施
例の第２変形例に係る８つの電極を有するドライエッチ
ング装置とを結線したときの構造を示す図であり、
（ｂ）は前記単相マグネトロンと前記８つの電極を有す
るドライエッチング装置とを結線したときの該ドライエ
ッチング装置内のポテンシャルポケットを示す図であ
る。

【図１５】本発明の第３実施例に係るプラズマ発生装置
としての４つの電極を有するＣＶＤ装置の構造を示す模
式図である。

【図１６】前記第３実施例に係るＣＶＤ装置により作成
した半導体チップの断面図である。

【図１７】従来のマグネトロン反応性イオンエッチング
装置を示す模式図である。

【図１８】（ａ）は、従来のマグネトロン反応性イオン
エッチング装置やＥＣＲ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す断面図であり、
（ｂ）は、マグネトロン反応性イオンエッチングやＥＣ
Ｒエッチングにおけるエッチングの不均一性を説明する
図である。

【符号の説明】

１、２１チャンバー２、２２試料台２２ａヒーター３、２３アース電極４、５、６、２４、２６カソード電極２５、２７対向電極７ウエハー８増幅器９インピーダンス整合回路１１、３１、４１陽極筒１２、３２、４２陽極１３、３３、４３陰極１４、３４、４４電子極１５、３５均圧環２９Ａ、２９Ｂコイル３６Ｓｉ基板３７熱酸化膜３８アルミニウム３９ＳｉＮ膜４６冷却管５１チャンバー５２ガスコントローラ５３排気系５４アノード（陽極）５５カソード（陰極）５６インピーダンス整合回路５７ＲＦ電源５８交流電磁石ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ端子ＡアンプリトロンＭ１三相マグネトロンＭ２単相マグネトロンＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５プラズマ発生装置Ｐ_P、Ｐ_P1、Ｐ_P2、Ｐ_P3、Ｐ_P4 ポテンシャルポケット

フロントページの続き (72)発明者大國充弘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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空室内のプラズマ発生部の側方に複数
の電極を配置し、高周波交流電力源から周波数が同じで
位相が異なる高周波電力を前記複数の電極のそれぞれに
供給して前記プラズマ発生部内の電子にリサージュ図形
を描くような運動をさせることにより、前記プラズマ発
生部に高密度で均一なプラズマを発生させることを特徴
とするプラズマ発生方法。
【請求項２】真空室内のプラズマ発生部の側方に３つ
の電極を配置し、三相高周波交流電力源から周波数が同
じで位相が１２０度づつ異なる高周波電力を前記３つの
電極のそれぞれに供給して前記プラズマ発生部内の電子
にリサージュ図形を描くような運動をさせることによ
り、前記プラズマ発生部に高密度で均一なプラズマを発
生させることを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項３】真空室内のプラズマ発生部の側方に４以
上の電極を配置し、高周波交流供給源から周波数が同じ
で位相が順次異なる高周波電力を前記４以上の電極のそ
れぞれに供給して前記プラズマ発生部に回転するポテン
シャルポケットを生成する回転電場を印加し、前記プラ
ズマ発生部内の電子を前記ポテンシャルポケット内に閉
じ込めた状態で回転させることにより、前記プラズマ発
生部に高密度で均一なプラズマを発生させることを特徴
とするプラズマ発生方法。
【請求項４】プラズマ発生部を有する真空室と、前記
プラズマ発生部の側方に設けられた複数の電極と、該複
数の電極に周波数が同じで位相が異なる高周波電力を供
給することにより前記プラズマ発生部内の電子にリサー
ジュ図形を描くような運動をさせる高周波交流供給手段
とを備えていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項５】前記プラズマ発生部の下部に設けられた
試料台と、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４に記載の
プラズマ発生装置。
【請求項６】前記高周波交流供給手段は、各出力端子
が前記複数の電極のそれぞれに接続されており交流を発
生するマグネトロンであることを特徴とする請求項４又
は５に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】前記高周波交流供給手段は、周波数が同
じで位相が異なる高周波電力を出力する高周波交流電力
源と、該高周波交流電力源から出力された高周波電力を
増幅して前記複数の電極に供給する高周波交流増幅装置
とを有していることを特徴とする請求項４又は５に記載
のプラズマ発生装置。
【請求項８】前記高周波交流電力源は交流を発生する
マグネトロンであり、前記高周波交流増幅装置は、各入
力端子が前記マグネトロンの各出力端子に接続され各出
力端子が前記複数の電極のそれぞれに接続されているア
ンプリトロンであることを特徴とする請求項７に記載の
プラズマ発生装置。
【請求項９】プラズマ発生部を有する真空室と、前記
プラズマ発生部の側方に設けられた３つの電極と、該３
つの電極に周波数が同じで位相が１２０度づつ異なる高
周波電力をそれぞれ供給することにより前記プラズマ発
生部の電子にリサージュ図形を描くような運動をさせる
三相高周波交流供給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。
【請求項１０】前記プラズマ発生部の下部に設けられ
た試料台と、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９に記載
のプラズマ発生装置。
【請求項１１】前記高周波交流供給手段は、各出力端
子が前記３つの電極のそれぞれに接続されている三相マ
グネトロンであることを特徴とする請求項９又は１０に
記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】前記高周波交流供給手段は、周波数が
同じで位相が１２０度づつ異なる高周波電力を出力する
高周波交流電力源と、前記高周波交流電力源から出力さ
れた高周波電力を増幅して前記３つの電極にそれぞれ供
給する高周波交流増幅装置とを有していることを特徴と
する請求項９又は１０に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】前記高周波交流電力源は三相マグネト
ロンであり、前記高周波交流増幅装置は各入力端子が前
記三相マグネトロンの各出力端子に接続され各出力端子
が前記３つの電極のそれぞれに接続されている三相アン
プリトロンであることを特徴とする請求項１２に記載の
プラズマ発生装置。
【請求項１４】プラズマ発生部を有する真空室と、前
記プラズマ発生部の側方に設けられた４以上の電極と、
該４以上の電極に周波数が同じで位相が順次異なる高周
波電力を供給して前記プラズマ発生部に該プラズマ発生
部内の電子を内部に閉じ込めた状態で回転するポテンシ
ャルポケットを生成する回転電場を印加する電場印加手
段とを備えていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項１５】前記プラズマ発生部の下部に設けられ
た試料台と、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１４に記
載のプラズマ発生装置。
【請求項１６】前記４以上の電極の数は偶数であり、
前記電場印加手段は各出力端子が前記４以上の電極のそ
れぞれに接続されている単相マグネトロンであることを
特徴とする請求項１４又は１５に記載のプラズマ発生装
置。
【請求項１７】前記電場印加手段は、周波数が同じで
位相が順次異なる高周波電力を出力する高周波交流電力
源と、該高周波交流電力源から出力された高周波電力を
増幅して前記４以上の電極にそれぞれ供給する高周波交
流増幅装置とを有していることを特徴とする請求項１４
又は１５に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１８】前記４以上の電極の数は偶数であり、
前記高周波交流電力源は単相マグネトロンであり、前記
高周波交流増幅装置は各入力端子が前記単相マグネトロ
ンの各出力端子に接続され各出力端子が前記４以上の電
極のそれぞれに接続されている単相アンプリトロンであ
ることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマ発生装
置。