JPH0766918B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0766918B2
JPH0766918B2 JP27578688A JP27578688A JPH0766918B2 JP H0766918 B2 JPH0766918 B2 JP H0766918B2 JP 27578688 A JP27578688 A JP 27578688A JP 27578688 A JP27578688 A JP 27578688A JP H0766918 B2 JPH0766918 B2 JP H0766918B2
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bias
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潔 大岩
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Fujitsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造などに使用される、マイ
クロ波プラズマを利用したドライエッチングおよびCVD
(Chemical Vapor Doron Resonance)プラズマを用いた
プロセス技術が注目されている。ECRプラズマとは、磁
場とマイクロ波との共鳴効果を用いて電子を加速し、こ
の電子の運動エネルギーを用いてガスを電離してプラズ
マを発生させる原理に基づくものである。マイクロ波に
励振された電子は磁力線の周りを円運動し、その際、遠
心力とローレンツ力とがバランスする条件を、ECR条件
と呼んでいる。遠心力をmrω2,ローレンツ力を−qrωB
で表わすと、これらがバランスする条件は、ω/B=q/m
である。ここでωはマイクロ波の角周波数、Bは磁束密
度、q/mは電子の比電荷である。マイクロ波周波数は工
業的に認められている2.45GHzが一般に用いられ、その
場合の共成磁束密度は875ガウスである。
ECR型のプラズマエッチング,CVD装置においては、プラ
ズマの高密度化をはかり、効率のよいエッチングもしく
は薄膜形成を行うためには、プラズマを発生させるため
にプラズマ生成室に導入するマイクロ波を、ピーク電力
の大きいパルス状にして加える必要がある。さらに、エ
ッチングにおいて、異方性の高い加工を行うためには被
加工基板とプラズマとの間にRFバイアスを印加すること
が行われる。なおRFとはRadio Frequencyのことであ
り、この分野では高周波とも呼ばれ、ほぼ50KHzないし
数十MHzの範囲の周波数である。また薄膜形成において
もエッチングと同様にRFバイアスを印加することによ
り、基板表面の溝,穴などをち密な膜で均一に生めるこ
とができ、また基板表面に段差がある場合にも段差をな
くし平坦な表面にすることが可能となる。その理由は公
知のように、RFバイアスを印加した場合、基板に対して
垂直方向の電界だけでなく横方向にも電界が生じ、これ
が膜形成に効果的に作用すること、また電界の集中によ
り基板表面のとがった部分が削れ易くなるなどのためで
ある。
上記のようなECRプラズマエッチング,CVD装置として、
例えば第5図に示すものが知られている。この装置の構
成および動作の概要を以下に説明する。まず、プラズマ
生成室3,処理室9を図示しない排気手段により真空排気
しておき、ガス供給手段4から例えばN2ガスをプラズマ
生成室3に流したところへ、マイクロ波発生器17で発生
したパルス状のマイクロ波を、その伝達手段である導波
管1を介してプラズマ生成室3へ導入する。前記導波管
1とプラズマ生成室3との間には、大気圧下にある導波
管1側と真空排気されたプラズマ生成室3とを機密に隔
離するための真空窓2を設けてある。プラズマ生成室3
の下部には中心に大口径の開口7を有する金属板が取り
付けられており、この金属板とプラズマ生成室3とで半
開放のマイクロ波共振器を構成している。この共振器の
外部には励磁用ソレノイド6が配置され、共振器内にEC
R条件を満たす磁場を生じせしめて、共振器内にプラズ
マを発生する。このプラズマが磁力線に沿って処理室9
内に押し出され、基板台10に向う空間内にガス供給手段
12から例えばモノシランガス(SiH4)を供給して、この
ガスを前記プラズマにより活性化すると、活性種が、RF
発生器20によりRFバイアスを印加された被加工試料であ
る基板11と反応して基板表面に薄膜が形成される。なお
基板11にRFバイアスを印加するための配線は設置電位の
シールドで覆われており、基板11の周面は設置電位のシ
ールドで囲まれている。
なおガス供給手段4からN2ガスの代りにエッチング用ガ
スを供給することにより、この装置は基板のエッチング
加工用にも使用可能となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のこの種のECRプラズマエッチング,CVD装置におけ
る問題点は次のとおりである。すなわち、プラズマが発
生するのはマイクロ波がプラズマ生成室に導入されてい
る時のみである。従ってマイクロ波のパルス周期のうち
マイクロ波が発生していない時はプラズマも発生しな
い。RFバイアス印加する際、プラズマが発生している時
はプラズマが負荷となるのでインピーダンスの整合がと
れ、基板上に適切な電圧を印加することが可能である。
しかしながらマイクロ波が発生しておらずプラズマも発
生していない時は無負荷状態となり、整合もとれない。
一方プラズマが発生している時に整合がとれるようにRF
バイアスを調整しておくとプラズマの発生していない時
は必然的に不整合となり、基板上に高電圧が印加され
る。この高電圧は約1KVになる場合もあり、基板表面で
放電が置き、基板表面にクレーターが生じ破損する問題
があった。
この発明の目的は、前記従来の問題点を除去し、エッチ
ングあるいは薄膜形成において最適のRFバイアスを基板
に印加してエッチングあるいは薄膜の加工が可能となる
プラズマ処理装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために、この発明によれば、パル
ス状のマイクロ波発生手段であるマイクロ波発生器と、
該マイクロ波の伝達手段である導波管と、該導波管と結
合されて前記マイクロ波が導入されるとともに、ガス供
給手段を介して供給されたガスを前記マイクロ波との共
鳴効果によりプラズマ化して活性な原子,分子またはイ
オンを生ぜしめるための磁力線を発生する励磁用ソレノ
イドを備え、かつ軸線が該ソレノイドが生じる磁力線束
の中心線と一致する開口を前記マイクロ波を伝達する導
波管と対向する側に有するプラズマ生成室と、該プラズ
マ生成室と前記開口を介して結合され該開口から前記磁
力線に沿って流出する前記活性な原子,分子またはイオ
ンにより表面にエッチングが施されまたは薄膜形成され
る基板が配される処理室と、該基板にRFバイアスを印加
するためのRF発生手段であるRF発生器と、前記プラズマ
生成室と処理室の排気を行う真空排気系とを備えたプラ
ズマ処理装置において、前記パルス状のマイクロ波とRF
波の発生時期を同期させるための、同期パルス発生回路
あるいはRFバイアス変調回路などから成るRF発生同期手
段を備えることとする。
〔作用〕
このように、マイクロ波がプラズマ生成室に導入されて
いてプラズマが発生している時のみRFバイアスを印加す
ることにより、常に整合がとれ、基板表面に高電圧が発
生しないようにすることが可能となる。すなわち、マイ
クロ波のパルスON時と同期するようRF発生器にパルス変
調をかけ、マイクロ波がON時、すなわちプラズマが発生
している時のみRFバイアスが基板に印加され、マイクロ
波のOFF時にはRFバイアスが基板に印加されないように
する。これにより、RFバイアスは常にプラズマを負荷と
してほぼ一定のインピーダンスに対し印加されることに
なり不整合も生じない。これ故基板表面に高電圧が発生
して放電が起きることもなくなり、基板表面を破損する
ことなく常に最適のRFバイアスを印加して、基板のプラ
ズマ処理を行うことが可能となる。
〔実施例〕
本発明に基づいて構成されるプラズマ処理装置であるEC
R型プラズマエッチング,CVD装置の一実施例を第1図に
示す。ここで従来の構成例である第5図と同一の部材に
は同一の部番を付して説明を省略する。図において、パ
ルス状のマイクロ波とR波の発生時期を同期させるため
のRF発生同期手段41は、同期パルス発生回路22とパルス
信号伝達手段31とから成っている。第2図に同期パルス
発生回路22のブロック図で示す。発振回路221で100Hz程
度の周波数で交流を発生させ、これをパルス化回路222
で矩形波にする。この矩形波を、電流増幅機能を有しオ
ペアンプやICからなる出力バッファ223を通してパルス
信号伝達手段31によりマイクロ波発生器17とRF発生器20
とに伝達してパルス変調をかけ、マイクロ波とRFバイア
スとを同時に出力させる。これにより、マイクロ波のO
N,OFFとRFのON,OFFが同期がとれ、プラズマ発生に同期
してRFバイアスを印加することが可能となる。
第3図に本発明の他の実施例を示す。この例では、RFバ
イアスを印加した時、マイクロ波OFF時に負荷のインピ
ーダンスが増加することにより負荷の電位が上昇するこ
とを利用し、マイクロ波OFF時に基板上の電位があらか
じめ設定したしきい値電圧を超えた時にRFをOFFするよ
うRFバイアス変調回路23を設け、パルス変調をかける。
すなわち、この場合パルス状のマイクロ波とRF波の発生
時期を同期させるためのRF発生同期手段41は、基板電位
検出手段32とRFバイアス変調回路23とRFON/OFF伝達手段
33とから成っている。第4図にRFバイアス変調回路23の
ブロック図を示す。基板上に発生する電圧を、基板電位
検出手段32により検出し、検波回路231で直流信号にし
た後、比較回路232で基準値設定回路233であらかじめ設
定した値と比較する。ピーク値が基準値より小さい場
合、比較回路232からON信号が出力され、出力バッファ2
35により電流増幅されてRF変調信号が出力される。一方
ピーク値が基準値より大きい場合、比較回路232からOFF
信号が出力されるが、チャタリングを防ぐために、ホー
ルド回路234により、マイクロ波のパルスの周期より短
いある一定の時間RF変調信号を出力しないよう、比較回
路232からの出力信号はOFFのまま保持される。よって、
あらかじめ設定した値より基板上の電圧が低い場合だけ
RF変調信号がRFバイアス変調回路23より出力され、RFON
/OFF伝達手段33を介してRF発生器20に入力され、RFバイ
アスが出力される。これによりプラズマが発生している
時およびプラズマが消滅した直後のRFバイアスによる電
圧がしきい値以下の時のみRFバイアスが印加されるた
め、基板表面での放電は起きず、マイクロ波発生器17に
何ら信号を与えることなく任意のRFバイアスを印加して
基板のプラズマ処理を行うことができる。
〔発明の効果〕
以上に述べたように、本発明によれば、エッチングもし
くは薄膜形成において基板にRFバイアスを印加するの
は、マイクロ波がプラズマ生成室に導入されていてプラ
ズマが発生している時のみとしたので、パルス状のマイ
クロ波を用いて基板のプラズマ処理を行う場合、基板を
破損することなく最適のRFバイアスを印加してエッチン
グもしくは薄膜形成を行うことが可能となり、エッチン
グにおいては異方性の高いエッチングが、薄膜形成にお
いても溝,穴などをち密な膜で均一に埋めること、また
基板表面の段差の平坦化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例になる同期パルス発生回路等
により成るRF発生同期手段を備えたプラズマ処理装置の
構成図、第2図は同期パルス発生回路の構成を示すブロ
ック図、第3図は本発明の異なる実施例になるRFバイア
ス変調回路等により成るRF発生同期手段を備えたプラズ
マ処理装置の構成図、第4図はRFバイアス変調回路の構
成を示すブロック図、第5図は従来のRFバイアス印加型
プラズマ処理装置の構成図である。 3:プラズマ生成室、9:処理室、11:基板、17:マイクロ波
発生器、20:RF発生器、22:同期パルス発生回路、23:RF
バイアス変調回路、31:パルス信号伝達手段、32:基板電
位検出手段、33:RFON/OFF伝達手段、41:RF発生同期手
段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−289934(JP,A) 特開 昭62−14429(JP,A) 特開 昭60−103619(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パルス状のマイクロ波発生手段と、該マイ
    クロ波の伝達手段と、該マイクロ波伝達手段と結合させ
    て前記マイクロ波が導入されるとともに、ガス供給手段
    を介して供給されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果
    によりプラズマ化して活性な原子、分子またはイオンを
    生ぜしめるための磁力線を発生する励磁用ソレノイドを
    備え、かつ軸線が該ソレノイドが生じる磁力線束の中心
    軸と一致する開口を前記マイクロ波伝達手段と対向する
    側に有するプラズマ生成室と、該プラズマ生成室と前記
    開口を介して結合され該開口から前記磁力線に沿って流
    出する前記活性な原子,分子またはイオンにより表面に
    エッチングが施されまたは薄膜が形成される基板が配さ
    れる処理室と、該基板にRFバイアスを印加するためのRF
    発生手段と、前記プラズマ生成室と処理室の排気を行う
    真空排気手段とを備えたプラズマ処理装置において、前
    記パルス状のマイクロ波とRF波の発生時期を同期させる
    ための、RF発生同期手段を備えることを特徴とするプラ
    ズマ処理装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処理
    装置において、前記RF発生同期手段は、同期パルス発生
    回路と、パルス信号伝達手段とから成ることを特徴とす
    るプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処理
    装置において、前記RF発生同期手段は、RFバイアス変調
    回路と、基板電位検出手段と、RFON/OFF伝達手段とから
    成ることを特徴とするプラズマ処理装置。
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JP2972227B2 (ja) * 1989-05-29 1999-11-08 株式会社日立製作所 プラズマ処理方法及び装置
JP2581255B2 (ja) * 1990-04-02 1997-02-12 富士電機株式会社 プラズマ処理方法
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