JPH07130497A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH07130497A
JPH07130497A JP5294657A JP29465793A JPH07130497A JP H07130497 A JPH07130497 A JP H07130497A JP 5294657 A JP5294657 A JP 5294657A JP 29465793 A JP29465793 A JP 29465793A JP H07130497 A JPH07130497 A JP H07130497A
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    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便な磁界制御手段で、均一な高密度プラズ
マを生成し、均一なエッチングレートを実現し、さらに
チャージアップダメージを低減するプラズマ処理装置を
提供すること。 【構成】 プラズマ処理装置を、反応容器内に対向配置
された一対の電極を有しかつその電極間に高周波電界を
発生させる高周波電界発生機構と、前記容器の外側でか
つ前記高周波電界発生機構により発生される高周波電界
と空間的に重ならないような磁界を発生させるように配
置された磁界発生用コイルからなる磁界発生機構とで構
成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に使
用するプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来技術】従来、電界と磁界の相互作用を利用した半
導体装置の製造に使用するプラズマ処理装置としては、
特開平2−51228号公報に記載されるものがあっ
た。以下その構成を図3を用いて説明する。
【0003】図3は前記文献に記載された従来のプラズ
マ処理装置の一構成例を示す断面図である。このプラズ
マ処理装置はドライエッチング装置として用いるもので
あり、反応容器1内に高周波電界発生機構と磁界発生機
構を有している。また、反応容器1は、エッチングガス
を導入するための図示しない導入口と排出用の排気口1
aを有している。
【0004】前記高周波電界発生機構は対向配置されて
いる上部電極2と下部電極3とから成る一対の電極と、
この電極に高周波電力を供給するための高周波電源4を
有している。また磁界発生機構は前記一対の電極2およ
び電極3を取り囲むようにして配置されている複数の磁
界発生用コイル5から構成されている。前記磁界発生用
コイル5は例えばソレノイドコイル5a〜5fから成る
もので、それぞれはパルス電圧発生器6のパルス電源6
a〜6fに接続されている。
【0005】以上のように構成されたプラズマ処理装置
によるドライエッチングは次のようにして行われる。
【0006】まず、下部電極3上の所定位置に被エッチ
ング材としてのウエハ7を載置し、エッチングガスを反
応容器1内に供給する。これと同時にエッチングガスを
排気口1aから排出して、反応容器1内が所定のガス圧
力となるように制御する。
【0007】この状態において、高周波電源4から下部
電極3に高周波電力を供給すれば、電極2および電極3
の間に矢印E方向の高周波電界が形成され、プラズマ8
が生じる。その際、磁界発生用コイル5の各ソレノイド
コイル5a〜5fにパルス電圧発生器6からの周期的な
パルス電圧を与えると、前記高周波電界に直交する矢印
F方向に周期的な磁界が発生する。これによりプラズマ
8中の電子は、互いに直交する電界と磁界との作用を受
けてサイクロイド運動を行い、エッチングガスの解離が
有効になされ、解離効率が高められる。このようにして
ウエハ7に対するドライエッチングが施される。
【0008】この従来技術では、磁界発生機構として磁
界発生用コイル5にパルス電圧発生器6から周期的にパ
ルス電圧を印加し、この電圧の比率等を制御することに
よって、磁界強度やその分布の均一性を制御している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の半導
体デバイスの高集積化に伴い、高精度パターニング技術
が重要となってきている。そのため低圧力でしかも高エ
ッチングレートが得られダメージのないドライエッチン
グ技術が必要不可欠なものとなっている。
【0010】しかし、上述した構成のプラズマ処理装置
では、磁界制御が複雑である点、また荷電粒子の電荷の
偏りによるウエハのゲート酸化膜の劣化やゲート酸化膜
の絶縁破壊等の問題(チャージアップダメージ)があっ
た。
【0011】すなわち、上述のプラズマ処理装置では、
磁界発生機構として、一対の電極2および3を取り囲む
ように配置された複数の磁界発生コイル5とパルス電圧
発生器6を用いている。このため、ウエハ7表面での磁
界を均一にするため、複数のパルス電源6a〜6fを制
御する必要があり、その結果磁界制御が複雑となる。ま
た、前記磁界発生コイル5による磁界はウエハ7表面と
平行であるため、荷電粒子は、電界と磁界との相互作用
により運動し、したがってウエハ7の表面上で電荷の偏
りが生じる。この電荷の偏りによりチャージアップダメ
ージが生じる可能性がある。
【0012】本発明はこのような問題点にかんがみてな
されたものであり、その目的とするところは、簡便な磁
界制御手段で、均一な高密度プラズマを生成し、均一な
エッチングレートを実現し、さらにチャージアップダメ
ージを低減するプラズマ処理装置を提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、プラズマ処理装置を、反応容器内に対向配
置された一対の電極を有しかつその電極間に高周波電界
を発生させる高周波電界発生機構と、前記容器の外側で
かつ前記高周波電界発生機構により発生される高周波電
界と空間的に重ならないような磁界を発生させるように
配置された磁界発生機構とで構成した。
【0014】
【作用】反応容器内に反応ガスを供給し磁界発生用コイ
ルに高周波電力を供給すると、形成された磁界によりプ
ラズマが生成されるが、磁界と高周波電界発生機構によ
り発生される高周波電界とは空間的に重ならないので、
ウエハにドライエッチングを行う際、プラズマ密度とイ
オンエネルギーとを別々に制御することができ、またウ
エハに対する磁場の影響を避けることができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明による実施例を図面を参照して
説明する。
【0016】図1は本発明の実施例を示すプラズマ処理
装置を示す図であり、(a)はコイルの形状の平面図、
(b)はプラズマ処理装置の断面図である。
【0017】反応容器9内には、上部電極10と下部電
極12からなる一対の電極が対向して配置されている。
上部電極10は、絶縁シールド14に埋め込まれて設置
され、下部電極12にはマッチングボックス18を介し
て高周波電源13が接続されている。反応容器9の上部
には図1(a)に鎖線で示すように、平面的に見たとき
に上部電極10と重ならないようにうず巻き状コイル1
5が配置されている。この実施例では、コイル15は、
絶縁シールド14上に配置されている。うず巻き状コイ
ル15にはマッチングボックス17を介して高周波電源
11が接続されている。さらに図1には示されていない
が、反応ガス導入機構と排気機構が設けられている。
【0018】上述のように構成されたプラズマ処理装置
によるドライエッチングは次のように行われる。
【0019】まず、下部電極12上の所定の位置に被エ
ッチング材としてのウエハ16を載置し、反応容器9内
に反応ガスを供給し、同時に排気し、反応容器9内が所
定の圧力となるように制御する。この状態で、高周波電
源17からうず巻き状コイル15に高周波電力を供給す
ればプラズマが生成される。このプラズマ生成過程は以
下のように説明される。
【0020】供給された高周波電力によりうず巻き状コ
イル15から絶縁シールド14を貫通する磁場が誘導形
成される。この磁場はソレノイド状であり、絶縁シール
ド14の直下では、絶縁シールド14面に対しほぼ垂直
である。この磁場により、電子はらせん状に回転運動を
行い、回転運動する電子はガス分子と衝突を繰り返し、
その結果平面状の高密度プラズマが生成される。
【0021】うず巻き状コイル15によって形成される
磁場の強さは、うず巻き状コイル15からの距離に対し
指数関数的に減少する。また、うず巻き状コイル15に
よって形成される磁場はソレノイド状である。そのた
め、生成されたプラズマ中ではほぼ無磁場であるため、
ウエハ16近傍での磁場の強さは非常に小さい。このた
め、ウエハ近傍に存在する磁場に起因する問題、具体的
にはチャージアップダメージなどの問題を避けることが
できる。
【0022】高度な異方性エッチングを行う場合には均
一なエネルギーを有し、方向の制御されたイオンを得る
ことが必要であるが、これは反応容器9内に配置された
一対の電極10、12間に高周波電源13から高周波電
力を印加することで実現される。対向電極10、12間
に高周波電源13から高周波電力を印加すると、ウエハ
16に対し垂直方向の電界が生じる。上部電極10の面
積を変えることで、ウエハ16上での電界の大きさ、方
向を均一にできる。したがって、均一なエッチングレー
トを実現できる。うず巻き状コイル15に印加する高周
波電源11と下部電極に印加する高周波電源13は、共
振などの問題を避けるために異なった周波数でも動作し
得るようになっている。
【0023】このように本発明ではうず巻き状コイル1
5に高周波電力を印加することでプラズマ密度を、また
対向電極10、12間に高周波電力を印加することでイ
オンエネルギーをそれぞれ別々に制御できる特徴を有し
ている。
【0024】接地された上部電極10とうず巻き状コイ
ル15とが平面的に見たときに重なるように配置される
と上部電極10とうず巻き状コイル15との相互作用に
よりプラズマが生成されにくいなどの問題が生じる可能
性がある。このため、本発明では、うず巻き状コイル1
5と上部電極10とが重ならないように配置することが
重要である。また、このように構成することにより、高
周波電源13から高周波電力を印加することによって対
向電極10、12間に発生する高周波電界と、高周波電
源11から高周波電力を印加することによって形成され
る磁界が空間的に重ならないようになる。
【0025】なお、本発明は図1に示した実施例に限定
されず、種々の変形が可能であり、例えば、つぎのよう
な変形が挙げられる。 (1)図1においては、うず巻き状コイルの形状、巻き
数は図示のものに限定されることなく、用途等に応じて
自由に変形することができる。 (2)図2に示す第2の実施例のように、上部電極1
0、下部電極12の両方の電極に高周波電力を印加する
ことも可能である。以下にこの第2の実施例について説
明する。
【0026】図2に示す第2の実施例によるプラズマ処
理装置は、上部電極10と下部電極12の両方の電極に
高周波電力を印加する機構を有し、上部電極10と高周
波電源19との間に移送調整機構20を有する構成とな
っている。他の部分については第1の実施例と共通して
いるので同じ参照数字を用いて示し特に説明は行わな
い。
【0027】上述の構成で上部電極10と下部電極12
には同一周波数、例えば13.56MHz の高周波電力
を印加する。この時、位相調整機構20により、上部電
極10に印加される高周波電力の位相を、下部電極12
に印加される高周波電力に対して変えることができる。
このように上部電極10と下部電極12に印加する高周
波電力の位相を変えることにより、プラズマ状態を変化
させることなく、イオンエネルギーを自由に変えること
ができる。例えば、位相を180°変化させると、ウエ
ハ16上において、下部電極12だけに高周波電力を1
00W印加した場合に得られるのと同等のイオンエネル
ギーを、上部電極10と下部電極12とにそれぞれ高周
波電力を50W印加することで得ることができる。それ
により、下部電極12だけに高周波電力を印加した場合
よりも、反応容器9の内壁との作用を小さくできるた
め、プラズマの安定性にも有効である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、プラズマ処理装置の反応容器上部にプラズマ生成用
のうず巻き状コイルを配置し、そのコイルと平面的にみ
て重ならないように上部電極を配置することによって、
プラズマ密度とイオンエネルギーとを別々に制御するこ
とができるので、均一な高密度プラズマを生成すること
ができ、また均一なエネルギーを有し方向の制御された
イオンを得ることができる。これにより、ウエハに対す
る均一なエッチングレートを実現できる。
【0029】また、うず巻き状コイルによる磁場はコイ
ルからの距離に対し指数関数的に減少し、また、ソレノ
イド状であるため、ウエハ表面上での磁場の強さはほぼ
0である。このため、磁場の存在に起因するチャージア
ップダメージなどの問題は生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプラズマ処理装置の第1の実施例
を示す図であり、(a)はコイルの形状の平面図、
(b)はプラズマ処理装置の断面図である。
【図2】本発明によるプラズマ処理装置の第2の実施例
の断面図である。
【図3】従来のプラズマ処理装置の一構成例を示す断面
図である。
【符号の説明】
9 反応容器 10 上部電極 11、13 高周波電源 12 下部電極 14 絶縁シールド 15 うず巻き状コイル 16 ウエハ 17、18 マッチングボックス 19 高周波電源 20 位相調整機構

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器内に対向配置された一対の電極
    を有し、該電極間に高周波電界を発生させる高周波電界
    発生機構と、前記反応容器の外側でかつ前記高周波電界
    発生機構により発生される高周波電界と空間的に重なら
    ないような磁界を発生させるように配置磁界発生機構と
    を備えたプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 前記磁界発生機構が磁界発生用のうず巻
    状コイルからなる請求項1に記載のプラズマ処理装置。
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