JPH065519A - Ｅｃｒ形イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 膜状物が付着することがあったとしてもウェ
ハ反応室内におけるイオン電流密度の低下を防止するこ
とができ、半導体ウェハに対する加工処理を支障なく長
期間にわたって続行することが可能な構成とされたＥＣ
Ｒ形イオン源を提供する。 【構成】 本発明にかかるＥＣＲ形イオン源は、マイク
ロ波電源１に接続されたプラズマ発生室４と、イオン加
速・引出用グリッド８を介してプラズマ発生室４に連結
されたウェハ反応室５とを備える一方、ウェハ反応室５
内に配置されてイオン電流密度をモニターするイオン電
流センサ１２と、このイオン電流センサ１２からの出力
に基づいてイオン電流密度の変動度合を判定し、その度
合に対応してマイクロ波電源１のマイクロ波出力を変化
させてイオン電流密度を一定に制御する制御手段１３と
を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＥＣＲ（Ｅlectron Ｃ
ycrotron Ｒesonance：電子サイクロトロン共鳴）形イ
オン源に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造プロセス中のエッチン
グ工程や成膜工程においてはＥＣＲ形イオン源といわれ
る装置が使用されており、このＥＣＲ形イオン源は、プ
ラズマと半導体ウェハとを分離しておき、プラズマから
イオンだけを取り出したうえで半導体ウェハに対する所
要の加工処理を行う構成となっている。すなわち、この
ＥＣＲ形イオン源は、図４で簡略化して示すように、マ
イクロ波電源１と、マイクロ波導入用の導波管２及びア
ルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを導入するためのガス
導入管３がそれぞれ接続されたプラズマ発生室４と、こ
れに連結されて加工処理すべき半導体ウェハＷを収納す
るウェハ反応室５と、プラズマ発生室４の外周を取り囲
んで配置された磁気コイル６とを備えている。

【０００３】そして、このＥＣＲ形イオン源を構成する
導波管２とプラズマ発生室４との間には石英からなるマ
イクロ波導入窓７が取り付けられる一方、プラズマ発生
室４とウェハ反応室５との間にはモリブデン（Ｍｏ）な
どの高融点金属からなるメッシュ状のイオン加速・引出
用グリッド（以下、グリッドという）８が装着されてい
る。なお、図中の符号９はウェハ反応室５に対して直接
に接続された補助ガス導入用のガス導入管、１０は半導
体ウェハＷが載置される支持台であり、１１はウェハ反
応室５と真空排気装置（図示していない）とを接続する
排気管である。

【０００４】すなわち、このＥＣＲ形イオン源において
は、マイクロ波電源１から出力された２．４５ＧＨｚの
マイクロ波を減圧状態下にあるプラズマ発生室４内に導
入することによってプラズマを発生させ、このプラズマ
発生室４内に供給された不活性ガスの分子、例えば、Ａ
ｒをイオン化したうえで磁気コイル６によって８７５Ｇ
の磁界を加えてプラズマ密度（イオン電流密度）を大幅
に高めた後、高密度化されたＡｒイオンからなるイオン
ビームＢをグリッド８を通じてウェハ反応室５内に導入
することによって半導体ウェハに対するエッチングや成
膜などの加工処理が行われるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来構
成とされたＥＣＲ形イオン源においては、つぎのような
不都合が生じることになっていた。すなわち、プラズマ
発生室４内で発生したイオンビームＢをウェハ反応室５
内に導入した際には、このイオンビームＢがまずもって
グリッド８に衝突することになり、このグリッド８自身
がＡｒイオンなどによってスパッタリングされることに
なる。そこで、このグリッド８からはこれ自身を構成す
る高融点金属であるＭｏなどの金属分子がたたき出され
ることになり、たたき出された金属はプラズマ発生室４
内に飛散して不要な膜状物（図示していない）となった
状態でマイクロ波導入窓７を含むプラズマ発生室４の内
表面上に付着してしまう。

【０００６】そして、このような金属を主成分とする膜
状物がマイクロ波導入窓７の内表面上に付着している
と、マイクロ波が膜状物によって反射されることにな
り、プラズマ発生室４内へのマイクロ波の導入効率が低
下する結果、マイクロ波電源１のマイクロ波出力を一定
に保っているにも拘わらず、ウェハ反応室５内における
イオン電流密度が低下することになってしまう。その結
果、半導体ウェハＷに対するエッチング速度が徐々に遅
くなり、そのまま放置していると、やがては全く加工処
理が行えない事態の発生を招いてしまう。

【０００７】本発明は、このような不都合に鑑みて創案
されたものであって、膜状物が付着することがあったと
してもウェハ反応室内におけるイオン電流密度の低下を
防止することができ、半導体ウェハに対する加工処理を
何らの支障なく長期間にわたって続行することが可能な
構成とされたＥＣＲ形イオン源の提供を目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるＥＣＲ形
イオン源は、マイクロ波電源に接続されたプラズマ発生
室と、イオン加速・引出用グリッドを介してプラズマ発
生室に連結されたウェハ反応室とを備える一方、ウェハ
反応室内に配置されてイオン電流密度をモニターするイ
オン電流センサと、このイオン電流センサからの出力に
基づいてイオン電流密度の変動度合を判定し、その度合
に対応してマイクロ波電源のマイクロ波出力を変化させ
てイオン電流密度を一定に制御する制御手段とを具備し
ている。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、ウェハ反応室内におけるイ
オン電流密度の低下が起こると、このイオン電流密度を
モニターしているイオン電流センサによってイオン電流
密度の低下が検出されることになり、このイオン電流セ
ンサからの出力に基づいてイオン電流密度の低下度合が
制御手段によって判定されることになる。そして、この
制御手段はイオン電流密度の低下度合に応じてマイクロ
波電源のマイクロ波出力を増大させることになり、マイ
クロ波出力の増大に伴ってウェハ反応室内に導入される
イオンビームのイオン電流密度は上昇することになる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例にかかるＥＣＲ形イオン源の構成
は従来例と基本的に異ならないので、図１において図２
と互いに同一もしくは相当する部品、部分には同一符号
を付すこととし、ここでの詳しい説明は省略する。

【００１１】このＥＣＲ形イオン源は、図１で示すよう
に、マイクロ波を出力するマイクロ波電源１と、磁気コ
イル６によって取り囲まれたプラズマ発生室４と、これ
に連結されて加工処理すべき半導体ウェハＷを収納する
ウェハ反応室５とを備えており、プラズマ発生室４には
マイクロ波導入用の導波管２及び不活性ガス導入用のガ
ス導入管３がそれぞれ接続されている。そして、導波管
２とプラズマ発生室４との間にはマイクロ波導入窓７が
取り付けられる一方、プラズマ発生室４とウェハ反応室
５との間にはイオンを引き出して加速するためのグリッ
ド８が装着されている。

【００１２】また、このウェハ反応室５内にはファラデ
ーカップなどのイオン電流センサ１２が配置されてお
り、このイオン電流センサ１２によってはプラズマ発生
室４内で発生してウェハ反応室５内に導入されたイオン
ビームＢにおけるイオン電流密度が常にモニターされて
いる。さらに、このイオン電流センサ１２とマイクロ波
電源１との間にはマイクロ・コンピュータを用いて構成
された制御手段１３が設けられており、この制御手段１
３はイオン電流センサ１２から出力されたイオン電流密
度の検出信号に基づいてイオン電流密度の低下度合を判
定したうえ、その低下度合に対応してマイクロ波電源１
のマイクロ波出力を増大させる機能を有している。

【００１３】すなわち、ここでは、ウェハ反応室５内に
おけるイオン電流密度の低下がイオン電流センサ１２に
よって検出されることになり、このイオン電流センサ１
２からの出力に基づいてイオン電流密度の低下度合を判
定した制御手段１３によってマイクロ波電源１のマイク
ロ波出力が増大させられる結果、図２で示すように、マ
イクロ波出力の増大に伴ってウェハ反応室５内に導入さ
れるイオンビームＢにおけるイオン電流密度が上昇させ
られることになる。

【００１４】ところで、以上説明した構成のＥＣＲ形イ
オン源においても、従来例で説明したと同様の手順に従
って半導体ウェハＷに対するエッチングや成膜などの加
工処理が行われることになる。そこで、本実施例にかか
るＥＣＲ形イオン源と従来例にかかるＥＣＲ形イオン源
とを比較すべく、表１で示すような同一のエッチング条
件下における性能試験を行ってみたところ、図３で示す
ような試験結果が得られた。なお、この図３は稼働時間
の経過に伴うイオン電流密度の低下状態を示す説明図で
あり、その縦軸はイオン電流密度を示す一方、その横軸
は経過時間を示している。さらに、この図３中の黒丸印
は本実施例による場合、また、白丸印は従来例による場
合の試験結果をそれぞれ示している。

【００１５】

【表１】

【００１６】そして、この図３によれば、従来例にかか
るＥＣＲ形イオン源においては稼働時間の経過に従って
イオン電流密度が比例的に低下していくのに対し、本実
施例にかかるＥＣＲ形イオン源では稼働時間の経過にも
拘わらずイオン電流密度のさほど大きな低下がみられな
いことが明らかとなる。すなわち、本実施例において
も、マイクロ波導入窓７を含むプラズマ発生室４の内表
面上に不要な膜状物（図示していない）が付着すること
は従来例と変わりないのであるが、このＥＣＲ形イオン
源では、膜状物の付着に伴ってイオン電流密度が低下し
た分だけマイクロ波電源１のマイクロ波出力が増大させ
られてイオンビームＢのグリッド８通過量が増える結
果、ウェハ反応室５内におけるイオン電流密度が一定に
保たれることになる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるＥ
ＣＲ形イオン源においては、ウェハ反応室内におけるイ
オン電流密度の低下がイオン電流センサによって検出さ
れることになり、かつ、このイオン電流センサからの出
力に基づいてイオン電流密度が低下したとの判定が制御
手段によってなされると、この制御手段によってマイク
ロ波電源のマイクロ波出力が増大させられる結果、ウェ
ハ反応室内に導入されるイオン電流密度が一定に制御さ
れることになる。したがって、ウェハ反応室の内表面上
への膜状物の付着などに起因するイオン電流密度の低下
が生じたとしても、このイオン電流密度の速やかな回復
を図ることが可能となり、半導体ウェハに対する加工処
理を何らの支障なく長期間にわたって続行することがで
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例にかかるＥＣＲ形イオン源の構造を簡
略化して示す断面図である。

【図２】イオン電流密度とマイクロ波出力との相関関係
を示す説明図である。

【図３】稼働時間の経過に伴うイオン電流密度の低下状
態を示す説明図である。

【図４】従来例にかかるＥＣＲ形イオン源の構造を簡略
化して示す断面図である。

【符号の説明】

１ マイクロ波電源 ４ プラズマ発生室 ８ イオン加速・引出用グリッド １２ イオン電流センサ １３ 制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波電源（１）に接続されたプラズ
   マ発生室（４）と、イオン加速・引出用グリッド（８）
   を介してプラズマ発生室（４）に連結されたウェハ反応
   室（５）とを備える一方、 ウェハ反応室（５）内に配置されてイオン電流密度をモ
   ニターするイオン電流センサ（１２）と、このイオン電
   流センサ（１２）からの出力に基づいてイオン電流密度
   の変動度合を判定し、その度合に対応してマイクロ波電
   源（１）のマイクロ波出力を変化させてイオン電流密度
   を一定に制御する制御手段（１３）とを具備しているこ
   とを特徴とするＥＣＲ形イオン源。