JPS60211942A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、プラズマ処理技術に関し、特にプラズマを利
用したエツチングや薄膜形成に利用して有効な技術に関
するものである。

〔背景技術〕

従来の個別処理式プラズマエツチング装置としては、第
１図に示すようなものがある（％願昭５８−１７３５８
）。図においてＬは、反応容器であシ、開閉可能で、気
密性が良い構造になっている。２゜３は、それぞれ平板
形状の下部電極、上部電極で、相方の電極が平行状態に
配置されている。下部電極２上には、ウェーハ５を載荷
できる試料台４が配設されている。そして、下部電極２
は、高周波電源６に接続され、高周波電源６の他方はア
ースしている。一方上部電極もアースしている。７は磁
石で、半円環状に形成した一対の磁石を同極同志で対向
させ、鉄材等の高透磁性材料を夫々の極間に介在させた
上で、これらを溶接等の手段により一体に接続し、全体
を円環状に形成したものである。前記磁石７の磁界は、
電界と直交する方向に形成されるようになっている。８
は、反応容器１内に反応ガスを供給するためのガス導入
管であり、９は、ポンプ等（図示せず）によって反応容
器１内の反応ガスを排気するためのガス排気口である。

また、図中符号Ｐで表示するものは、プラズマを示す。

例えば、ウェーハ５のシリコン酸化膜を上述した装置を
用いてエツチングする際、反応ガスは、三フフ化メタン
（ＣＨＦ　ｓ）等が用いられ、ガス導入管８から導入さ
れる。そして、ガス排気口９からの排出によって反応容
器１内は、プラズマが発生し易い圧力に保たれる。そこ
で、高周波電源６によって、十数ＭＨ２等の高周波電力
が両電極２．３間に印加される。すると電子は、磁石７
の電界と直交する磁界の作用を受けて反応ガスを励起し
、その結果高濃度のプラズマＰが発注して、ウェーハ５
のシリコン酸化膜のエツチングすべき個所、つまりエツ
チングマスクとし、ての有機感光性樹脂膜（ホトレジス
ト膜）によシマスフされていない部分にあるシリコン酸
化膜がエツチングされる。

本発明者が、上述した装置を用いて半導体集積回路の微
細パターン形成を行なったところ、シリコン酸化膜等の
エツチングのバラツキが大きいことを見い出した。

一方、前述した装置を薄膜形成技術に利用した場合にも
、均一な膜厚の薄膜形成が難しい等の問題点があること
が、本発明者によって明らかにされた。

そこで本発明者は、上記種々の問題の要因が、プラズマ
処理における電子の動きにあることに着目すると共に、
プラズマ処理速度の高速化を計るため、鋭意検討を重ね
た結果、本発明にいたった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、プラズマ処理によるエツチング、薄膜
形成等のプラズマ処理を均一に行なうことができ得る技
術を提供するものである。

本発明の他の目的は、プラズマ処理速度を早くすること
ができ得る技術を提供するものである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、相対向する電極間に＄３の電極を設け、この
電極のまわりに高濃度のプラズマを形成することによシ
プラズマ処理を均一に行なうことができるものである。

〔実施例１〕 第２図は、本発明の一実施例であるプラズマエツチング
装置を説明するための概略図である。

図において、ｌＯは、反応容器であり、開閉可能で気密
性が良い構造になっている。１１．１２は、それぞれ平
板形状の下部電極、上部電極で、相方の電極が平行状態
に配置されている。前記下部電極１１は、試料としての
ウェーハ１４を載荷できる試料台１３を配設しており、
回転可能な構造になっている。下部電極１１は、前記上
部電極１２と、この下部を極１１のインピーダンスを等
しくするための整合回路１５を介して高周波電源１６に
接続されている。１７は、磁石で、前記下部電極１１と
上部電極１２の近傍に設置され、磁界は電界と直交する
方向で、試料よりも広範囲に形成されるようになってい
る。

一方、１８は、平板形状の電極で、前記下部電極１１と
上部電極１２の間にそれらと平行状態となるように、か
つ磁界中に、複数の絶縁性支持体１９を介して前記上部
電極１２により支持されている。

なお、この電極１８は、外部にある直流バイアス印加回
路２０に接続される。また、前記上部電極１２には、直
流バイアス印加回路２１が接続されている。２２は、反
応容器１０内に反応ガスを供給するためのガス導入管で
ある。２３は、ポンプ等（図示せず）によってガスを排
気するためのガス排気口である。また、図中符号Ｐは、
プラズマを示す。

第３図は、上記の構成のプラズマエツチング装置におけ
る磁石と電極を説明するための平面図である。図におい
て磁石１７はその構成要素の一部として、半円環状に形
成した磁石２４．２５を有する。前記磁石２４．２５は
、同極同志で対向させており、また鉄材等の高透磁性材
料２６　、２７が、磁石２４．２５の夫々の極間に介在
されており、これらが溶接等の手段によシ一体に接続さ
れ、磁石１７全体が円環状に形成されたものとなってい
る。磁石１７の内部空間は、被処理体である試料全体を
均一にプラズマ処理するために、試料よりも大きいこと
が好ましく、図中Ｂで示される磁石１７により形成され
る磁界は、前述した電極１１と電極１２によ層形成され
る電界と直交する方向へ試料よりも大きく形成されるよ
うになっている。

電極１８は、平面が略楕円形状で、その長手方向は、磁
界Ｂと同方向となっている。電極１８の長手方向寸法は
、被処理体である試料全体を均一にプラズマ処理するた
めに試料よυも大きいことが好ましい。

第４図は、上記の構成のプラズマエツチング装置におけ
る電子の動きを説明するための図である。

図中１８は電極を示し、符号Ｃは電子の運動状態を概略
的に示すものである。

次に、上述した装置の動作を説明する。

ＰＮ接合を有する半導体素子が形成されているウェーハ
１４表面のシリコン酸化膜を選択的に、ＣＨＦ５’Ｉの
反応ガスを用いてエツチングする具体例を用いて説明す
る。ガス排気口２３を介して反応容器１０内は、粗引き
された状態とする。次にガス導入管２２から反応ガスが
導入され、１０−ａトル（Ｔｏｒｒ）程度の低ガス圧力
状態に保たれる。

そこで、高周波電源１６によって下部電極１１゜上部電
極１２間に高周波電力が印加されると共に、直流バイア
ス印加回路２０によって電極１８に負の直流バイアスが
印加される。するとＰで示されるプラズマが発生する。

このとき電子は、磁石１７による電界と直交する方向の
磁界、電極１８に印加された負のバイアスの影響を受け
る。すなわち、電子は、第４図で示されるように、磁界
、を界と直交する方向で、図中Ｃで示される方向に、電
極１８外周に沿ってサイクロイド運動を行なう。その結
果、反応ガス分子の解離や電離が高められる。

それによって、低圧力下においても高濃度で均一なプラ
ズマが電極１８周辺に得られる。そして、下部電極１１
が回転しながらウェーハ１４のシリコン酸化膜がエツチ
ングされる。このとき、ウェーハ１４よりも大きく形成
された高濃度のプラズマによってエツチング速度が早め
られると共に、下部電極１１が回転しながらエツチング
が行なわれるため、エツチングの均一化が計られる。ま
た、電子が電極１８外周に沿ってサイクロイド運動を行
なうため、放電効率が高められ、プラズマのインピーダ
ンスが低められるので、イオンの空乏層つまりイオンシ
ース（ｉｏｎ　５ｈｅａｔｈ）が薄くなυ、下部電極１
１側の直流バイアスを低くすることができる。それによ
って入射エネルギーが弱められる一方、直流電界によっ
て方向づけされたイオンは、シリコン酸化膜下の基板に
形成しである半導体素子の電気的特性の劣下を引き起こ
すことがない。しかもエツチング用マスクであるホトレ
ジスト膜の変形、損傷等を引き起こすことがない。それ
ゆえ正確に素早くエツチングできる。

〔実施例２〕 第５図は、本発明の他の実施例を示す概略図である。図
において、２８は、反応容器であり、開閉可能で気密性
が良い構造になっている。２９゜３０は、それぞれ平板
形状の下部電極、上部電極で、相方の電極が平行状態に
配置されている。前記下部電極２９は、試料としてのウ
ェーッ・３２を載荷できる試料台３１を配設しておシ、
回転可能な構造になっている。下部電極２９は、前記上
部電極３０と、この下部電極２９のインピーダンスを等
しくするための整合回路３３を介して高周波電源３４に
接続されている。３５は、磁石で、前記下部電極２９と
上部電極３ｏの近傍に設置され、磁界は電界と直交する
方向で、試料よりも太きく形成されるようになっている
。

一方、３６は、平板形状の電極で、前記下部電極２９と
上部電極３０の間にそれらと平行状態となるように、か
つ磁界中に、複数の絶縁性支持体３７を介して前記上部
電極３ｏにより支持されて込る。電極３６は、外部にあ
る直流バイアス印加回路３８に接続される。また、上部
電極３０には、直流バイアス印加回路３９が接続されて
いる。４０は、第６図に示すようにメッシジ状の電極で
、前記下部電極２９と電極３６の間に、それらと平行し
て設けられており、外部にある電位制御回路を有する電
源４１に接続されている。４２は、反応容器２８内に反
応ガスを供給するためのカス導入管である。４３は、ポ
ンプ等（図示せず）によってガスを排気するためのガス
排気口である。また、図中符号Ｐは、プラズマを示す。

上述した装置を、エツチングに用いた場合、実施例１と
類似の作用を示す。さらに、メツシー状電極４０に加え
られる電位によってエツチング速度を変えることができ
ると共に、メツシュ間を通過してウェーハに到達する電
子の数を低減することができる。つまシ、高濃度のプラ
ズマによってエツチング速度が早められると共に、さら
に下部電極側の直流バイアスを低くすることができる。

、それによって入射エネルギーが弱められる一方、直流
電界によって方向づけされたイオンは、シリコｙ酸化腰
下の基板に形成しである半導体素子の電気的特性の劣下
管引き起こすことがない。しかもエツチング用マスクで
あるホトレジスト膜の変形、損傷等を引き起こすことが
ない。それゆえ正確に素早くエツチングできる。

なお、実施例１，２において、磁石１７．３５は反応容
器の開閉部に取り付けても良く、反応容器の固定部に取
り付けても良い。装置操作の簡便性を考慮すると、後者
のほうが好ましい。１ｆ′ｃ、反応ガスにフッ化物を用
いる場合、磁石を高純度のアルミニウム、石英、あるい
はテフロン等で被覆することによって、反応ガスと磁石
の反応による試料汚染を防ぐことができる。さらに、磁
石と被覆材との間に冷却媒体を流し、反応容器外に設け
られる温度制御装置によって磁石の温度上昇を防ぐＬう
にすれば、磁石の寿命を長くできる。さらに、磁石は、
永久磁石であっても電磁石であっても良い。前者はコン
パクトにでき、後者は印加電力により磁力の強弱を任意
に設定できるメリットがある。

また、電極１８．３６は、メツシュ状の電極でも良く、
メソシュ状にすることにより軽ｌ化が計れる。さらに、
電極１８．３６は、反応容器の開閉部、固定部でも支持
できる他、下部電極で支持することもできる。装置操作
性の面からは、上部電極で支持するか、反応容器の開閉
部で支持することが好ましい。

なお、電極１８．３６は、それぞれ磁石１７゜３５と連
結し一体化した構造にすることもでき、その場合には、
絶縁性支持体１９．３７が不用になり、構造が簡単にな
るので、メンテナンス性が良くなる。

本実施例では、試料を載荷する下部電極を回転させるよ
うにしているが、下部電極を固定とし、上部電極を回転
させても良い。

本発明は、バッチ処理式プラズマエツチング装置にも適
用できると共に、反応ガス、反応条件を変更することに
より、試料上にシリコン、シリコン酸化膜、シリコン窒
化膜、モリブデン等、種々の材料の薄膜を形成する場合
にもオ０用できる。

〔効果〕

１、対向する第１と第２の電極間に、これとは別の第３
の電極を設けたことにより、電子が第３の電極周辺に閉
じ込められるという効果が得られる。

２、対向する第１と第２の電極間に、これとは別の第３
の一５極を設けたことによシ、電子が磁界と直交する方
向で、電極に沿ってサイクロイド運動するという効果が
得られる。

３、対向する第１と第２の電極間に、これとは別の第３
の電極を設けたことにより、電子が第３の電極周辺に閉
じ込められるため、試料上に形成されるイオンシースが
薄くなり、試料を載荷する電極側の直流バイアスを低く
ず、ることかできるという効果が得られる。

４、対向する第１と第２の電極間に、これとは別の第３
の電、極を設けたことにより、電子が第３の電極周辺に
閉じ込められ、磁界と直交する方向で、電極に沿ってサ
イクロイド運動を行なう。そのため、反応ガス分子の解
離性、を熱性が高められるという効果が得られる。

５、対向する第１と第２の電極間に、これとは別の第３
の電極を設けたことにより、電子が第３の電極周辺に閉
じ込められるので、試料上に形成されるイオンシースが
薄くなり、試料を載荷する電極側の直流バイアスを低く
することができる。そのため、イオンの入射エネルギー
が小さくなり、試料に種々のダメージを与えることなく
エツチングできるという効果が得られる。

６、対向する第１と第２の電極間に、これとは別の第３
の電極を設けたことにより、電子が第３の電極周辺に閉
じ込められるので、試料上に形成されるイオンシースが
薄くなり、試料を載荷する電極側の直流バイアスを低く
することができる。そのため、薄膜形成のための反応種
の付着エネルギーが小さくなり、試料に種々のダメージ
を与えることなく薄膜形成ができるという効果が得られ
る。

７、対向する第１と第２の電極間に、これとは別の第３
の電極を設けたことにより、電子が第３の電極周辺に閉
じ込められ、磁界と直交する方向で、電極に沿ってサイ
クロイド運動を行女う。そのため、反応ガス分子の解離
性、電離性が高められ、低ガス圧力下でも高濃度のプラ
ズマが得られるという効果が得られる。

８、対向する第１と第２の電極間に、これとは別の第３
の電極を設けたことにより、電子が第３の電極周辺に閉
じ込められるので、試料上に形成されるイオンシースが
薄くなり、試料を載荷する電極側の直流バイアスを低く
することができる。そのため、イオンの入射エネルギー
が小さくなり、試料に種々のダメージを与えることなく
高周波電力密度を大きくし、エツチング速度を早くする
ことができるという効果が得られる。

９、対向する第１と第２の電極間に、これとは別に第３
の電極を設けたことにより、電子が第３の電極周辺に閉
じ込められるので、−試料上に形成されるイオンシース
が薄くなり、試料を載荷する電極側の直流バイアスを低
くすることができる。そのため、薄膜形成のための反応
種の付着エネルギーが小さくなり、試料に種々のダメー
ジを与えることなく高周波電力密度を大きくし、薄膜形
成速度を早くすることができるという効果が得られる。

１０、対向する第１と第２の電極間に、これとは別の第
３の電極を設けたことにょシ、電子が第３の電極周辺に
閉じ込められ、磁界と直交する方向で、電極に沿ってサ
イクロイド運動を行なう。そのため、反応ガス分子の解
離性、電離性が高められ、低ガス圧力下でも高濃度のプ
ラズマによって、エツチング、薄膜形成等のプラズマ処
理速度を早くすることができるという効果が得られる。

１１、直流電界の作用によって、イオンの入射角。

薄膜形成のための固体種の付着方向が、試料載荷面に対
して垂直となるように方向づけられる。しかも、試料を
載荷する電極、あるいは試料を載荷する電極と対向する
電極が回転しながらエツチング、薄膜形成等のプラズマ
処理を行なうことができる。それゆえ精密な加工精度に
おいてプラズマ処理できるという効果が得られる。

１２、対向する第１の電極と第２の電極との間に、複数
個の第３の電極を設け、しかも第３の電極の１つとして
メツシュ状の電極を用いたことにより、プラズマを試料
に直接さらさない状態になるので、プラズマ中の電子や
イオン等による悪影響が、さらに少なくなるという効果
が得られる。また、前記第１項〜第１１項までに述べた
効果も得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であるということはいうまでもない。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置の製造技
術に適用した場合について説明したが、それに限定され
るものではなく、たとえば、プラズマを用いて製造でき
る電子部品あるいは、それ以外の物体表面を処理する技
術などに適用できる。　。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の個別処理式プラズマエツチング装置を
説明するための概略図、 第２図は、本発明の一実施例であるプラズマエツチング
装置を説明するための概略図、第３図は、本発明の一実
施例であるプラズマエツチング装置における、磁石と電
極を示す平面図、第４図は、電子の動きを説明するため
の概略図、第５図は、本発明の他の実施例であるプラズ
マ下部電極、３，１２．３０・・・上部電極、４，１３
゜３１・・・試料台、５，１４．３２・・・ウェーッ・
、６゜１６．３４・・・高周波電源、７．１７，２４，
２５゜３５・・・磁石、８，２２．４２・・・ガス導入
管、９゜２３．４３・・・ガス排気口、１５．３３・・
・整合回路、１８．３６・・・電極、１９．３７・・・
絶縁性支持体、２０．２１，３８．３９・・・直流バイ
アス印加回路、２６．２７・・・高透磁性材料、４０・
・・メツシュ電極、４１・・・電位制御回路を有する電
源。 第　１　図 第　２　図 第　３　図 第　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応容器内に、相対向して設けられた第１の電極と
   、試料を載荷可能な第２の電極を有し、前記電極間に電
   界と直交する磁界を形成させうる磁石を配設したプラズ
   マ処理装置において、第１の電極と第２０電極との間に
   、前記電極とは別個の第３の電極を設け、第３電極に負
   のバイアスを印加して、第３電極のまわυに閉じたプラ
   ズマループを形成することを特徴とするプラズマ処理装
   置。 ２、第１の電極と第２の！極のうち、少なくとも一方を
   回転させることができる回転駆動機構が前記電極に連結
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のプラズマ処理装置。 ３、第３の電極は、複数個の電極からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。