JPH065549A - Ｅｃｒプラズマイオン発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマイオン化された処理ガスの被照射物
への照射方向や照射速度等の照射条件を向上させ，被照
射物の良好な処理状態を得ることのできるＥＣＲプラズ
マイオン発生装置。 【構成】 このＥＣＲプラズマイオン発生装置Ａ′は，
被照射物の１種である試料基板３を内蔵した真空容器４
に処理ガスを導入する処理ガス導入口５を設け，真空容
器４の周囲に並設された１対の磁気コイル６，６に電流
を流すことにより発生させる磁場とこの磁場内にマイク
ロ波を導入して発生させる電場との相互作用により生じ
る電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）現象を用いて処理
ガス導入口５から導入された処理ガスをプラズマイオン
化するに際し，処理ガス導入口５により導入される処理
ガスの導入方向を試料基板３に向けるように構成されて
いる。上記構成によりプラズマイオン化された処理ガス
の被照射物への照射方向や照射速度等の照射条件を向上
させ，被照射物の良好な処理状態を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＥＣＲプラズマイオン発
生装置に係り，詳しくはＬＳＩ等の製造に用いられるＥ
ＣＲプラズマイオン発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年，ＬＳＩ等の製造ではプラズマ反応
によるリソグラフィや薄膜成形技術であるＥＣＲエッチ
ング，ＥＣＲスパッタリング，ＥＣＲプラズマＣＶＤ等
の各種処理（以下エッチング処理等と略す）方法が広く
用いられている。エッチング処理等を行うＥＣＲプラズ
マイオン発生装置は，磁場とマイクロ波により発生する
電場との相互作用によって生じる電子サイクロトロン共
鳴( Electron Cyclotron Resonance, ECR)現象を用いて
処理ガスをプラズマイオン化し，試料基板やターゲット
等の被照射物に照射するものである。図３は従来のＥＣ
Ｒプラズマイオン発生装置Ａの一例における概略構成を
示す模式図，図４はＥＣＲプラズマイオン発生装置Ａに
おける磁場プロフィール等を示す説明図である。図３に
示す如く従来の装置Ａでは，マイクロ波は図示しないマ
イクロ波発振器から発振され，導波管１を介して石英ガ
ラス板よりなるマイクロ波導入窓２から試料基板３等の
入った真空容器４内へ導入される。処理ガスは処理ガス
導入口５から真空容器４内へ導入される。真空容器４の
周りにこれを取り囲むように配置された磁気コイル６，
６により真空容器４内に磁場が印加される。マイクロ波
としては，一般的には工業周波数である２．４５ＧＨｚ
のものが利用される。したがって，ＥＣＲ条件を満たす
磁場強度（磁束密度）は８７５Ｇ（ガウス）となり，こ
の８７５Ｇの面が最大のプラズマ密度が得られるＥＣＲ
面となる。通常，この種のＥＣＲプラズマイオン発生装
置Ａでは，図４に示すように高磁場側からマイクロ波が
導入される。すなわち，磁場強度が８７５Ｇより大きい
方からマイクロ波は伝搬してきて，８７５Ｇとなったと
ころでプラズマ吸収される。そこで発生した電子
（ｅ^- ）は，磁場に垂直に右周りに回転して磁力線の方
向に運動する。図４に示すような発散磁界を用いた場合
は，電子（ｅ^- ）が磁力線にまとわりついて斜め方向に
運動し，イオン（＋）は初期速度の方向に運動してい
く。このため，プラズマ発生場所（ＥＣＲ面）から離れ
るにしたがって電子（ｅ−）とイオン（＋）とが離れて
いく荷電分離により電界が発生し，Ｅ×Ｂドリフトによ
ってプラズマが拡散する。従って，プラズマ中の荷電粒
子（イオン（＋）や電子（ｅ^- ））はＥＣＲ面から少し
離して配置された試料基板３等の方向に除々に磁場強度
が弱くなる上記発散磁界により拡散されつつ，試料基板
３等へ照射される。この照射により試料基板３のエッチ
ング処理等が行われる。この場合，電荷粒子は発散磁界
により拡散されるため，試料基板３等に入射するイオン
エネルギやイオン密度が小さくなり，高い処理速度が得
られない。このため，試料基板３が載置される試料台に
高周波を印加してＤＣバイアスを与えることにより処理
速度を高める技術が公知である（特開昭６０−１３４４
２３）。また最近では，ＥＣＲ面を試料台近傍に形成
し，試料台には高周波を印加することなく処理を行うよ
うにしたものも開発されている（特開平３−２５９５１
７）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
ＥＣＲプラズマイオン発生装置Ａでは，処理ガスの導入
はマイクロ波導入窓２の近くから行っており，ガス圧力
の低下は既に真空容器４に入る前の図示しないガス流量
コントローラでおきている。このため真空容器４内への
吹き出し速度はおそく，またガス導入口５から試料基板
３等までの距離が処理ガスの平均自由行程に比べて長い
ので，試料基板３等に到達する処理ガスのほどんどがラ
ンダムな方向に運動している。従って，この処理ガスを
用いて発生させたプラズマも原子や分子がランダムな方
向に運動している状態のものとなる。装置Ａはこのよう
なプラズマ中で発生したイオン（＋）等を電界のみを用
いて運動方向の制御を行おうとしているため，イオン
（＋）等を試料基板３やターゲット等の被照射物に効率
よく照射することができず，例えばエッチング処理の場
合，以下のような問題が生じることがある。 イオン（＋）等が試料基板３面全体にわたって垂直に
入射せず，試料基板３周辺部においてエッチングされた
側壁が傾斜する場合がある。即ち，電子（ｅ^-）とイオ
ン（＋）との運動方向が異なるため，荷電分離によって
乱れた電場が発生し，これによってイオン（＋）の運動
方向が乱されてエッチング形状が逆テーパ（エッチング
されたパターンの上部より底部の方が細くなる現象）と
なる場合がある（図５参照）。 発散磁界を用いることによるエッチング速度の低下を
補うため，試料台に高周波を印加してエッチング速度を
高めるようにしているものでは，ポリシリコンなどのエ
ッチング対象物とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などの下
地との選択比が小さくなる傾向がある。このため，エッ
チング対象物を選択的に処理することが困難である。 ＥＣＲ面を試料基板３近傍に形成するようにしたも
のでは，高エッチング速度，高選択比が得られるもの
の，ＥＣＲ面がプラズマ中の電子（ｅ^- ）の運動により
高磁場側あるいは低磁場側にシフトする場合がある。従
って，試料基板３のわずかな位置のずれによるエッチン
グ速度の変化が大きく，再現性の問題を生じやすい。ま
た，マイクロ波が試料基板３まで到達して試料基板３が
マイクロ波加熱され，試料基板３の加熱や試料基板３上
のデバイスがダメージを受けるなど試料基板３にダメー
ジを与えるおそれがあった。また，スパッタリングやＣ
ＶＤ処理の場合についても，同様の理由により処理速度
の低下等の問題を生じることがある。本発明は，このよ
うな従来の技術における課題を解決するために，ＥＣＲ
プラズマイオン発生装置を改良し，プラズマイオン化さ
れた処理ガスの被照射物への照射方向や照射速度等の照
射条件を向上させて被照射物の良好な処理状態を得るこ
とのできるＥＣＲプラズマイオン発生装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は，被照射物を内蔵した真空容器に処理ガスを
導入するガス導入手段と，上記真空容器の周囲に並設さ
れた少なくとも１対の磁気コイル群に電流を流すことに
より該真空容器内に磁場を発生させる磁場発生手段と，
上記磁場発生手段により発生させる磁場内にマイクロ波
を導入して電場を発生させる電場発生手段とを備え，上
記磁場発生手段により発生させる磁場と上記電場発生手
段により発生させる電場との相互作用によって生じる電
子サイクロトロン共鳴現象を用いて上記ガス導入手段に
より導入された処理ガスをプラズマイオン化し，上記被
照射物に照射するＥＣＲプラズマイオン発生装置におい
て，上記ガス導入手段により導入される処理ガスの導入
方向を上記被照射物に向けるようにしたことを特徴とす
るＥＣＲプラズマイオン発生装置として構成されてい
る。

【０００５】

【作用】本発明によれば，被照射物を内蔵した真空容器
にガス導入手段により処理ガスを導入し，上記真空容器
の周囲に並設された少なくとも１対の磁気コイル群に電
流を流すことにより該真空容器内に磁場を発生させ，上
記磁場内にマイクロ波を導入して電場を発生させ，上記
磁場と上記電場との相互作用によって生じる電子サイク
ロトロン共鳴現象を用いて上記ガス導入手段により導入
された処理ガスをプラズマイオン化し，上記被照射物に
照射するに際し，上記ガス導入手段により導入される処
理ガスの導入方向が上記被照射物に向けられる。このよ
うにして処理ガスに運動エネルギを与え，この運動エネ
ルギを用いてプラズマイオン化された処理ガスの電界に
よる運動方向の制御を支援する。その結果，プラズマイ
オン化された処理ガスの被照射物への照射方向や照射速
度等の照射条件を向上させ，被照射物の良好な処理状態
を得ることができる。

【０００６】

【実施例】以下，添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は本発明の一実施例に係るＥＣＲプラズマイオ
ン発生装置Ａ′の概略構成を示す模式図，図２はＥＣＲ
プラズマイオン発生装置Ａ′による試料基板のエッチン
グ形状を示す断面拡大図を示す。また，前記図３に示し
た従来のＥＣＲプラズマイオン発生装置Ａの一例におけ
る概略構成を示す模式図と共通する要素には同一の符号
を使用する。図１に示す如く，本実施例に係るＥＣＲプ
ラズマイオン発生装置Ａ′は，電場発生手段に相当する
マイクロ波発振器（不図示），導波管１及びマイクロ波
導入窓２と，被照射物の１種である試料基板３等を入れ
た真空容器４と，ガス導入手段に相当する処理ガス導入
口５と，磁場発生手段に相当する磁気コイル６，６とを
備えている点は従来例と同様である。しかし，本実施例
では処理ガス導入口５により導入される処理ガスの導入
方向を試料基板３等に向けるようにした点で従来例と異
なる。本実施例では主として従来例と異なる部分につい
て説明し，従来例と同様の部分については既述の通りで
あるのでその詳細な説明は省略する。以下，本実施例に
係るＥＣＲプラズマイオン発生装置Ａ′を用いてエッチ
ング処理を行う場合について略述する。この場合は，ま
ず図１に示すように処理ガスを導入するための処理ガス
導入口５をマイクロ波導入窓２内部に形成する。次に，
処理ガス導入口５から導入される処理ガスが真空容器４
内に略音速で吹き出すように処理ガス導入口５から真空
容器４へのガス吹き出しノズル孔７を形成する。

【０００７】ガス吹き出しノズル孔７の大きさ及び分布
は，処理ガスが所定の密度で試料基板３の範囲に到達す
るようにする。換言すれば，吹き出した処理ガスがジェ
ット流のまま試料基板３に到達する距離の範囲に試料基
板３を配置する。このジェット流により処理ガスに運動
エネルギが与えられ，この運動エネルギにより試料基板
３に対して垂直方向に運動方向がそろった分子が運ばれ
る。これらの分子は磁気コイル６，６による磁場とマイ
クロ波による電場との相互作用により発生するＥＣＲ現
象によってプラズマイオン化され，その運動方向をほぼ
保ったまま試料基板３に入射する。このため，試料基板
３に対して垂直方向の運動成分をもったイオン（＋）を
多量に発生させることができる。このイオン（＋）の発
生する率はもともと試料基板３の中心部が周辺部に比べ
て高いため，ノズル孔７の大きさ及び／又は分布を変え
て各ノズル孔から吹き出す処理ガスの量を調整すること
によりイオン（＋）の発生率を試料基板３面全体に互っ
て均一化させることができる。このように均一化された
多量のイオン（＋）を試料基板３に垂直方向から照射す
るため，試料基板３がＥＣＲ面より遠ざけて配置された
状態においても高エッチング速度にてエッチング対象物
（ポリシリコンなど）のエッチング処理を行うことがで
きる。また，対下地（シリコン酸化膜など）選択比とし
ては，試料台に高周波を印加しなくても高エッチング速
度が得られることから，高選択比が得られる。また，試
料基板３周辺部においてエッチング側壁が傾斜すること
なく試料基板３全体にわたって図２に示すような垂直エ
ッチングを行うことができる。更に，試料基板３をＥＣ
Ｒ面から離しているため，マイクロ波加熱による試料基
板３に対するダメージを低減できる。以上のように，本
実施例では処理ガスを試料基板３等の被照射物に向けて
導入することにより処理ガスに運動エネルギを与え，こ
の運動エネルギを用いてプラズマイオン化された処理ガ
スの電界による運動方向の制御を支援する。その結果，
プラズマイオン化された処理ガスの被照射物への照射方
向や照射速度等の照射条件を向上させ，被照射物の良好
な処理状態を得ることができる。例えばエッチング処理
の場合，上述のように高エッチング速度，高選択比とい
ったエッチング性能を維持しつつ，エッチング形状を試
料基板３に対して垂直にし，かつ試料基板３に対するダ
メージを低減することができる。又，スパッタリング，
ＣＶＤ処理の場合についても上記エッチング処理と同
様，処理速度の向上等を図ることができる。尚，上記実
施例では処理ガスのノズル吹き出し速度を略音速値とし
たが，実使用に際しては，さらに高速化しても良く，又
高速になる程より顕著な効果が得られる。

【０００８】

【発明の効果】本発明に係るＥＣＲプラズマイオン発生
装置は，上記したように構成されているため，処理ガス
に運動エネルギを与え，この運動エネルギを用いてプラ
ズマイオン化された，処理ガスの電界による運動方向の
制御を支援することができる。その結果，プラズマイオ
ン化された処理ガスの被照射物への照射方向や照射速度
等の照射条件を向上させ，被照射物の良好な処理状態を
得ることができる。例えばエッチング処理の場合，高エ
ッチング速度，高選択比といったエッチング性能を維持
しつつ，エッチング形状を試料基板に対して垂直にし，
かつ試料基板に対するダメージを低減することができ
る。又，スパッタリング，ＣＶＤ処理の場合についても
上記エッチング処理と同様，処理速度の向上等を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るＥＣＲプラズマイオ
ン発生装置Ａ′の概略構成を示す模式図。

【図２】 ＥＣＲプラズマイオン発生装置Ａ′による試
料基板のエッチング形状を示す断面拡大図。

【図３】 従来のＥＣＲプラズマイオン発生装置Ａの一
例における概略構成を示す模式図。

【図４】 ＥＣＲプラズマイオン発生装置Ａにおける磁
場プロフィール等を示す説明図。

【図５】 ＥＣＲプラズマイオン発生装置Ａによる試料
基板のエッチング形状を示す断面拡大図。

【符号の説明】

Ａ′…ＥＣＲプラズマイオン発生装置 ３…試料基板（被照射物の１種） ４…真空容器 ５…処理ガス導入口（ガス導入手段に相当） ６…磁気コイル（磁場発生手段に相当）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被照射物を内蔵した真空容器に処理ガス
   を導入するガス導入手段と，上記真空容器の周囲に並設
   された少なくとも１対の磁気コイル群に電流を流すこと
   により該真空容器内に磁場を発生させる磁場発生手段
   と，上記磁場発生手段により発生させる磁場内にマイク
   ロ波を導入して電場を発生させる電場発生手段とを備
   え，上記磁場発生手段により発生させる磁場と上記電場
   発生手段により発生させる電場との相互作用によって生
   じる電子サイクロトロン共鳴現象を用いて上記ガス導入
   手段により導入された処理ガスをプラズマイオン化し，
   上記被照射物に照射するＥＣＲプラズマイオン発生装置
   において， 上記ガス導入手段により導入される処理ガスの導入方向
   を上記被照射物に向けるようにしたことを特徴とするＥ
   ＣＲプラズマイオン発生装置。