JPH08274074A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JPH08274074A JPH08274074A JP7075105A JP7510595A JPH08274074A JP H08274074 A JPH08274074 A JP H08274074A JP 7075105 A JP7075105 A JP 7075105A JP 7510595 A JP7510595 A JP 7510595A JP H08274074 A JPH08274074 A JP H08274074A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
-
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- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
-
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32532—Electrodes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低圧力領域のプラズマ処理において問題とな
るプラズマの不均一化、不安定下及び密度の低下を防
ぎ、プラズマを効率よく封じ込める事により、均一でか
つ高密度なプラズマを被処理体上で実現する。 【構成】真空容器1の内に、シース長2倍以下の直径の
孔8を複数個有する側壁まで含む電極32と被処理体を
設置する台を兼ねた電極31及びこれらの二つの電極を
電気的に分離する絶縁物7、以上少なくとも3つの部分
から構成される第2真空容器11を有し、これにより、
プラズマが一定領域内に封じ込められプラズマの安定性
と密度の向上を図る。
るプラズマの不均一化、不安定下及び密度の低下を防
ぎ、プラズマを効率よく封じ込める事により、均一でか
つ高密度なプラズマを被処理体上で実現する。 【構成】真空容器1の内に、シース長2倍以下の直径の
孔8を複数個有する側壁まで含む電極32と被処理体を
設置する台を兼ねた電極31及びこれらの二つの電極を
電気的に分離する絶縁物7、以上少なくとも3つの部分
から構成される第2真空容器11を有し、これにより、
プラズマが一定領域内に封じ込められプラズマの安定性
と密度の向上を図る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、放電プラズマを用いて
LSI等の半導体素子や各種薄膜素子の微細加工を行う
プラズマ処理装置に関する。
LSI等の半導体素子や各種薄膜素子の微細加工を行う
プラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のプラズマ処理装置としては、2枚
の対向する電極間で高周波放電を発生させる平行平板型
装置がある。図4にその装置構成を示す。真空容器1の
内に2枚の対向する電極31,32、ガス導入管4、ガ
ス排気管5が設けられており、2枚の電極のうち一方は
アース電極(32)、もう一方の電極31には高周波電
源6を印加し、ガス導入と排気速度とを調整することで
所定の圧力に設定し、プラズマを発生させてプラズマ処
理を行う装置である。
の対向する電極間で高周波放電を発生させる平行平板型
装置がある。図4にその装置構成を示す。真空容器1の
内に2枚の対向する電極31,32、ガス導入管4、ガ
ス排気管5が設けられており、2枚の電極のうち一方は
アース電極(32)、もう一方の電極31には高周波電
源6を印加し、ガス導入と排気速度とを調整することで
所定の圧力に設定し、プラズマを発生させてプラズマ処
理を行う装置である。
【0003】例えば、被エッチング物である基板2を真
空室1中の高周波電極31側に設置し、他方の電極32
側からはガス導入管4を経てエッチングガス41を供給
するエッチング装置がある。排気孔5からの排気により
真空室1内の圧力を0.3〜1.0Torrの真空度下
に保ち、高周波電源6より高周波電力を供給し、プラズ
マを生成する。高周波の印加された電極側では、負の自
己バイアス電圧が生じ負のバイアスで加速されたイオン
が被エッチング物に入射することで異方性エッチングを
実現する。
空室1中の高周波電極31側に設置し、他方の電極32
側からはガス導入管4を経てエッチングガス41を供給
するエッチング装置がある。排気孔5からの排気により
真空室1内の圧力を0.3〜1.0Torrの真空度下
に保ち、高周波電源6より高周波電力を供給し、プラズ
マを生成する。高周波の印加された電極側では、負の自
己バイアス電圧が生じ負のバイアスで加速されたイオン
が被エッチング物に入射することで異方性エッチングを
実現する。
【0004】この装置は、電極が平行平板構造のため、
被処理体に対し均一なVdcが得られ、これにより被処
理体表面へ入射するイオンエネルギーの均一化が図られ
ることにより均一なプラズマ処理が実現される。
被処理体に対し均一なVdcが得られ、これにより被処
理体表面へ入射するイオンエネルギーの均一化が図られ
ることにより均一なプラズマ処理が実現される。
【0005】さらに平行平板プラズマ処理装置として
は、図5に示すような複数のガス吹き出し孔を有した電
極32を被処理体設置電極31の対向電極として用いて
いる。これにより、被処理体2に供給されるガスの流れ
が均一となり、被処理体2のプラズマ処理が均一に可能
となる。また、これら図4,5からも分かるとおり、こ
れらは装置構造も簡単なため、現在広く使われている。
は、図5に示すような複数のガス吹き出し孔を有した電
極32を被処理体設置電極31の対向電極として用いて
いる。これにより、被処理体2に供給されるガスの流れ
が均一となり、被処理体2のプラズマ処理が均一に可能
となる。また、これら図4,5からも分かるとおり、こ
れらは装置構造も簡単なため、現在広く使われている。
【0006】しかし、これらの装置はラジカルとイオン
の衝突でイオンの入射が曲げられてイオンの入射方向に
分布を持つことにより、サブミクロン以下の微細パター
ンの加工が、困難になってきている。このイオンの斜め
入射による寸法変換差の問題を解決するためには放電圧
力の低圧力化を図り、イオンの入射方向を揃えることが
不可欠とされている。これは低圧力にすることでイオン
の平均自由工程が増大するため、ラジカルとイオンとの
衝突確立が小さくなりイオンの入射方向が揃い、イオン
が垂直に入射されるためである。しかし、低圧力領域で
はプラズマがチャンバー内に広がり易く、放電が不安定
となりプラズマの封じ込めが困難なため、プラズマ密度
が低くなることで十分な処理速度が得られないという問
題が生じている。
の衝突でイオンの入射が曲げられてイオンの入射方向に
分布を持つことにより、サブミクロン以下の微細パター
ンの加工が、困難になってきている。このイオンの斜め
入射による寸法変換差の問題を解決するためには放電圧
力の低圧力化を図り、イオンの入射方向を揃えることが
不可欠とされている。これは低圧力にすることでイオン
の平均自由工程が増大するため、ラジカルとイオンとの
衝突確立が小さくなりイオンの入射方向が揃い、イオン
が垂直に入射されるためである。しかし、低圧力領域で
はプラズマがチャンバー内に広がり易く、放電が不安定
となりプラズマの封じ込めが困難なため、プラズマ密度
が低くなることで十分な処理速度が得られないという問
題が生じている。
【0007】また、最近では、平行平板電極の間隔を狭
くすることで、電極間にプラズマを封じ込め、プラズマ
密度を被処理体上で向上させることによりプラズマ処理
速度を速める、狭電極の平行平板プラズマ処理装置も用
いられている。
くすることで、電極間にプラズマを封じ込め、プラズマ
密度を被処理体上で向上させることによりプラズマ処理
速度を速める、狭電極の平行平板プラズマ処理装置も用
いられている。
【0008】さらに、低圧力領域でも、密度の高いプラ
ズマを得る方法として、中空電極を用いた方法(特開平
3−68136)が提案されている。この装置の構成図
を図6に示す。この装置は、真空容器1内の一方の電極
32上に被エッチング物が設置される一対の平行平板電
極32,33と、これら両電極に絶縁され、両電極間の
空間に向けて開口し、真空容器1の壁を貫通するガス導
入管4に連動する中空電極7と対抗電極の間に中空電極
を負とする直流電圧がそれぞれ印加することにより、エ
ッチングガスが導入される中空電極7内の局所的領域に
放電が起こって封じ込められ、しかも高密度プラズマが
発生し、そのプラズマが平行平板電極間に導き、平行平
板電極で形成されたプラズマと重ねることにより、高い
密度のプラズマを得ようとする、三極電極(トライオー
ド)型の方法である。
ズマを得る方法として、中空電極を用いた方法(特開平
3−68136)が提案されている。この装置の構成図
を図6に示す。この装置は、真空容器1内の一方の電極
32上に被エッチング物が設置される一対の平行平板電
極32,33と、これら両電極に絶縁され、両電極間の
空間に向けて開口し、真空容器1の壁を貫通するガス導
入管4に連動する中空電極7と対抗電極の間に中空電極
を負とする直流電圧がそれぞれ印加することにより、エ
ッチングガスが導入される中空電極7内の局所的領域に
放電が起こって封じ込められ、しかも高密度プラズマが
発生し、そのプラズマが平行平板電極間に導き、平行平
板電極で形成されたプラズマと重ねることにより、高い
密度のプラズマを得ようとする、三極電極(トライオー
ド)型の方法である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】これら処理装置のう
ち、電極間隔を狭くしてプラズマ処理を行うものでは、
プラズマ密度は高くなりエッチング処理速度は高まる。
しかし、エッチングガスと反応生成物は、周辺に排気さ
れるため、被処理体の中心部と周辺部での濃度が異なる
上、狭い電極のため2つの電極の平行度が電界の均一性
に影響するため、被処理体上で均一なプラズマを得るの
が困難である。
ち、電極間隔を狭くしてプラズマ処理を行うものでは、
プラズマ密度は高くなりエッチング処理速度は高まる。
しかし、エッチングガスと反応生成物は、周辺に排気さ
れるため、被処理体の中心部と周辺部での濃度が異なる
上、狭い電極のため2つの電極の平行度が電界の均一性
に影響するため、被処理体上で均一なプラズマを得るの
が困難である。
【0010】また、高い密度のプラズマを得るために提
案された上述の三極電極(トライオード)型RIE等の
方法でも、局所的放電により、局所的に高い密度のプラ
ズマは得られるものの、被処理体表面には拡散により輸
送されるため、被処理体表面上でのプラズマの実質的密
度が十分ではない。
案された上述の三極電極(トライオード)型RIE等の
方法でも、局所的放電により、局所的に高い密度のプラ
ズマは得られるものの、被処理体表面には拡散により輸
送されるため、被処理体表面上でのプラズマの実質的密
度が十分ではない。
【0011】本発明の目的は、低圧力化に伴って不均
一、不安定になるプラズマを高密度にかつ均一的、安定
的に発生させ、さらにガスの流れの影響を受けないプラ
ズマ処理装置を提供する事にある。
一、不安定になるプラズマを高密度にかつ均一的、安定
的に発生させ、さらにガスの流れの影響を受けないプラ
ズマ処理装置を提供する事にある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、真空容
器内にプロセスガスを導入し、高周波励起により発生し
たプラズマにより被処理体を処理するプラズマ処理装置
において、前記真空容器内にこの真空容器側に通気性を
もつ第2の真空容器を形成し、この第2の真空容器内に
前記被処理体が設置され処理が行われるようにしたこと
を特徴とする。
器内にプロセスガスを導入し、高周波励起により発生し
たプラズマにより被処理体を処理するプラズマ処理装置
において、前記真空容器内にこの真空容器側に通気性を
もつ第2の真空容器を形成し、この第2の真空容器内に
前記被処理体が設置され処理が行われるようにしたこと
を特徴とする。
【0013】
【作用】本発明では、平行平板プラズマ処理装置におけ
るシース長の2倍以下の直径の孔を複数有する電極によ
ってウェハー保持電極の全面を覆うことにより、プラズ
マが封じ込められ、プラズマの安定性、均一性とプラズ
マ密度の向上を図り、高エッチレート、高選択性、高均
一性のエッチングが可能となる。
るシース長の2倍以下の直径の孔を複数有する電極によ
ってウェハー保持電極の全面を覆うことにより、プラズ
マが封じ込められ、プラズマの安定性、均一性とプラズ
マ密度の向上を図り、高エッチレート、高選択性、高均
一性のエッチングが可能となる。
【0014】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例を示す模式的断
面図である。図に於いて、真空容器1内に、被処理体2
を設置する台を兼ねた電極31と、これに対抗した部分
と側壁部分を合わせた電極32と、これら二つの電極を
電気的に分離する絶縁物7から構成される第2真空容器
11が存在する。高周波電源6は電極31に接続されて
おり、電極32は設置されている。
面図である。図に於いて、真空容器1内に、被処理体2
を設置する台を兼ねた電極31と、これに対抗した部分
と側壁部分を合わせた電極32と、これら二つの電極を
電気的に分離する絶縁物7から構成される第2真空容器
11が存在する。高周波電源6は電極31に接続されて
おり、電極32は設置されている。
【0015】この第2真空容器11は、この真空容器1
1の側壁にまで電極として覆われているため、従来電極
の外まで広がっていたプラズマを一定領域内に抑える効
果を持ち、プラズマ密度を高くすることと、プラズマを
均一にすることが可能となる。そのためエッチング速
度、選択比、エッチング均一性の向上が可能となる。
1の側壁にまで電極として覆われているため、従来電極
の外まで広がっていたプラズマを一定領域内に抑える効
果を持ち、プラズマ密度を高くすることと、プラズマを
均一にすることが可能となる。そのためエッチング速
度、選択比、エッチング均一性の向上が可能となる。
【0016】また、排気管5は絶縁物7の直下に設けら
れ、エッチングガスを供給するガス導入管4は、真空容
器1の壁に複数本設けられ、エッチングガスの供給を行
う。本実施例は、エッチングガスの供給を真空室1内に
実施する例を示しているが、第2真空容器11内に直接
供給する事も可能である。
れ、エッチングガスを供給するガス導入管4は、真空容
器1の壁に複数本設けられ、エッチングガスの供給を行
う。本実施例は、エッチングガスの供給を真空室1内に
実施する例を示しているが、第2真空容器11内に直接
供給する事も可能である。
【0017】このエッチングガスの供給、排気を第2真
空容器11内で行うために、電極31を除く部分には生
成するプラズマのシース長2倍以下の大きさの孔8を複
数個形成している。この孔8により真空容器11内へエ
ッチングガスの供給、排気が可能となる。
空容器11内で行うために、電極31を除く部分には生
成するプラズマのシース長2倍以下の大きさの孔8を複
数個形成している。この孔8により真空容器11内へエ
ッチングガスの供給、排気が可能となる。
【0018】従来の平行平板式エッチング装置では、上
部電極に設けられたガス吹き出し孔からガスを供給し、
試料台の周辺から排気を行っていたが、本実施例では、
真空容器1内にガスを供給し、複数の孔から第2の真空
容器11内に供給するために被処理体2へより均一なエ
ッチングガスの供給が実現される。また、この孔8の直
径の決定要因は陰極電極表面近傍で生じるシース幅の2
倍以下にすることで電極32や絶縁物7に多数の孔を開
けても、真空容器11からプラズマが漏れるのを防ぎ、
プラズマ密度の低下及びプラズマの不均一化を防いでい
る。
部電極に設けられたガス吹き出し孔からガスを供給し、
試料台の周辺から排気を行っていたが、本実施例では、
真空容器1内にガスを供給し、複数の孔から第2の真空
容器11内に供給するために被処理体2へより均一なエ
ッチングガスの供給が実現される。また、この孔8の直
径の決定要因は陰極電極表面近傍で生じるシース幅の2
倍以下にすることで電極32や絶縁物7に多数の孔を開
けても、真空容器11からプラズマが漏れるのを防ぎ、
プラズマ密度の低下及びプラズマの不均一化を防いでい
る。
【0019】図2は、本発明の第2の実施例の模式的断
面図であり、三極電極(トライオード)型RIEに応用
した例である。図において、真空室1内に被エッチング
基板2の支持体を兼ねる接地電極32と、これに対抗し
た部分と側壁部分を合わせた内側の面が孔開きからなる
高周波電極31が、これら二つの電極を電気的に分離す
る絶縁物7から構成される、第2真空容器11が存在す
る。高周波電極31は中央に開口部33を有し、この開
口部33に向けて中空電極9が開口している。中空電極
9は、それを囲む円筒上電極8と絶縁体71によって絶
縁されている。中空電極9は真空室上壁を絶縁体71に
よって絶縁されて貫通するガス導入管4と結合され、直
流電源61の負極に接続されている。従って、中空電極
9は陰極、設置された円筒上電極8は陽極となり、この
陰極、陽極の間には、直流電圧により放電が発生する。
面図であり、三極電極(トライオード)型RIEに応用
した例である。図において、真空室1内に被エッチング
基板2の支持体を兼ねる接地電極32と、これに対抗し
た部分と側壁部分を合わせた内側の面が孔開きからなる
高周波電極31が、これら二つの電極を電気的に分離す
る絶縁物7から構成される、第2真空容器11が存在す
る。高周波電極31は中央に開口部33を有し、この開
口部33に向けて中空電極9が開口している。中空電極
9は、それを囲む円筒上電極8と絶縁体71によって絶
縁されている。中空電極9は真空室上壁を絶縁体71に
よって絶縁されて貫通するガス導入管4と結合され、直
流電源61の負極に接続されている。従って、中空電極
9は陰極、設置された円筒上電極8は陽極となり、この
陰極、陽極の間には、直流電圧により放電が発生する。
【0020】中空電極9の先端部付近で発生した放電
は、中空電極9に電源61より印加される直流電圧及び
電源を制御することで行われ、高周波電極31と接地電
極32との間に発生する放電とは独立である。この方法
で発生した二つの放電は、拡散により被処理体2に輸送
され、プラズマ処理が行われる。
は、中空電極9に電源61より印加される直流電圧及び
電源を制御することで行われ、高周波電極31と接地電
極32との間に発生する放電とは独立である。この方法
で発生した二つの放電は、拡散により被処理体2に輸送
され、プラズマ処理が行われる。
【0021】本実施例は三極電極(トライオード)に適
用させたことにより、真空室1に広がっていたプラズマ
を高周波電極31と接地電極32の間に封じ込めること
が可能となり、プラズマの広がりのためのプラズマ密度
の低下およびプラズマの不均一化を防ぐ事が可能とな
る。
用させたことにより、真空室1に広がっていたプラズマ
を高周波電極31と接地電極32の間に封じ込めること
が可能となり、プラズマの広がりのためのプラズマ密度
の低下およびプラズマの不均一化を防ぐ事が可能とな
る。
【0022】図3は、本発明の第3の実施例の模式的断
面図であり、電極間隔の調整機能を加えたものである。
本実施例では、被処理体の接地を兼ねる高周波電極31
と絶縁物7及び排気管5を垂直方向に可動にする事で、
電極間隔の調整が可能となる。なおこの際、電極32側
壁部分は、絶縁物7によって遮蔽している。
面図であり、電極間隔の調整機能を加えたものである。
本実施例では、被処理体の接地を兼ねる高周波電極31
と絶縁物7及び排気管5を垂直方向に可動にする事で、
電極間隔の調整が可能となる。なおこの際、電極32側
壁部分は、絶縁物7によって遮蔽している。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、平
行平板型装置の電極構造を変更する事により、低圧下で
均一的かつ安定的に密度の高いプラズマを発生させ、高
エッチレート、高選択性、高均一でイオンによる損傷の
少ない異方性のプラズマ処理が可能となるという効果が
ある。
行平板型装置の電極構造を変更する事により、低圧下で
均一的かつ安定的に密度の高いプラズマを発生させ、高
エッチレート、高選択性、高均一でイオンによる損傷の
少ない異方性のプラズマ処理が可能となるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の断面図。
【図2】本発明の第2の実施例の断面図。
【図3】本発明の第3の実施例の断面図。
【図4】従来例の平行平板型装置の断面図。
【図5】他の従来例の平行平板型プラズマ処理装置の断
面図。
面図。
【図6】従来例の三極電極型装置の断面図。
1 真空容器 2 被処理体 4,4a,4b,4c,4d,4e ガス導入管 5 排気管 6 高周波電源 7 絶縁物 8 陽極 9 中空電極(陽極) 11 第2真空容器 12 スイッチ 31 高周波電極 32 接地電極 33 開口部 41 エッチングガス 61 直流電源 71 絶縁物 72 絶縁物
Claims (4)
- 【請求項1】 真空容器内にプロセスガスを導入し、高
周波励起により発生したプラズマにより被処理体を処理
するプラズマ処理装置において、前記真空容器内にこの
真空容器側に通気性をもつ第2の真空容器を形成し、こ
の第2の真空容器内に前記被処理体が設置され処理が行
われるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項2】 第2の真空容器は、被処理体を設置する
台を兼ねた第一電極と、この第一電極に対向した部分と
側壁とを合わせもつ第二電極と、これら二つの電極を電
気的に分離する絶縁体の少なくとも三つの部分がら構成
される請求項1記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項3】 第2の真空容器のうち、被処理体を設置
する第一電極を除く二つの部分には、生成するプラズマ
のシース長の2倍以下の直径の孔が複数個形成されたも
のである請求項2記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項4】 第一、第二電極のうちの一方には高周波
電源が接続され、もう一方には接地されたものである請
求項2または請求項3記載のプラズマ処理装置。
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