JPS63224232A - プラズマ処理方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ処理方法および装置に係り。

特に電界と磁界とを併用して高密度プラズマを発生させ
、試料を処理するのに好適なプラズマ処理方法および装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のプラズマ処理！装置は、プラズマを生成するとき
のパラメータとして電力、ｉ位、圧力、ガス種、電極間
隔等を適切に設定し、電極間のプラズマ密度、イオンシ
ース長、シースｗ界ｓをエツチング、ＣＶＤ、　　スパ
ッタ等の処理内容に合わせ。

その条件でプラズマ処理を行っていたが、より制御性を
向上させるために、特開昭６１−１５６８１６号、特開
昭６０−２５８９２７号、特開昭６０−９１６２９号等
のように、複数個の電源を用いて制御性の向上を図るよ
うにしたものがあり、バイアス電圧を変えて基板に到達
するイオンエネルギを制御したり、二つのプロセス（例
えばスパッタ成膜とエツチング）を同時に行わせるよう
にしたりしていた。

（発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術のうちバイアス電圧を制御する装置では多
目的の処理を行う点について配慮されておらず、バイア
ス電圧を変えて基板に到達するイオンエネルギを制御し
て処理の改善を図るようにしているのみであり、処理室
内に発生したプラズマの位置は電極間の距離方向におい
て変化せず、プラズマの位置を電極間の距離方向に移動
させ多目的の処理を行わせるようにはなっていない。

また、二つのプロセスを同時に行わせるようにした装置
ではプロセスの制御性の簡素化の点について配慮されて
おらず、処理室内のプラズマ中の密度分布を制御するた
めに複数個の電源を用いているので、プラズマ生成のメ
カニズムが複雑となりプロセスの条件出しに多くの実験
を必要とする等、プロセスの制御性が複雑になるという
問題があった。

本発明の目的は、ｔＩＬ極間のプラズマ密度分布を電極
の距離方向に簡単に制御できるブラズケ処理方法および
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、処理ガスが供給され所定圧力に減圧排気さ
れる処理室内に設けた一対の電極と、一対の電極の一方
の外側に設けられ、一方の電極から他方の電極に向けて
湾曲した磁界を発生する磁石要素と、一方の電極に接続
したに源と、一方の電極に生じるバイアス電圧を可変す
る手段とを具備し、他方の１１Ｌａｉに試料を配置し、
接地した装置とし、処理ガスが供給され所定圧力に減圧
排気さ几る処理室内に設けた一対の電極の一方に電力を
印加し１１Ｌ極間に放゛成を生じさせる工程と、電力を
印加した一方の電極側から試料を配置する他方の電極側
に向けて湾曲した磁界を生じさせる工程と、電力を印加
した一方の電極に生じるバイアス電圧を可変する工程と
を有することにより、対酸される。

〔作　　用〕

一対の電極の一方に接続した電源によって電極間に放電
を生じさせるとともに、磁石要素によって一対の電極の
一方から他方に向けて湾曲した磁界を発生させ、一対の
電極の一方に生じるバイアス電圧を可変させることによ
って、磁界の作用を受ける電子のエネルギを変えて、電
子が運動する方向および範囲を制御する。これにより、
電極間のプラズマ密度分布が電極の距離方向に簡単に制
御できる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第４図により説明
する。本−実施例は被処理物であるウェハに成膜プロセ
スとエツチングプロセスとを交互にさせるようにしたも
のである。

第１図に装置の構成を示す。この場合、処理室は側壁を
形成するチャンバｌと、底面を形成する絶縁材４ｂとア
ノード３と、上面を形成する絶縁材４ａとカソード２と
から成り、絶縁材４ａはカソード２とチャンバｌとの間
を絶縁し、絶縁材４ｂはアノード３とチャンバｌとの間
を絶縁する。

処理室内のカソード２の面にはターゲフト８が設けられ
、アノード３の面にはウェハ９が配置される。処理室内
は図示しないガス供給装置により処理ガスが供給され、
図示しない排気装置により所定圧力に減圧排気される。

カソード２の外側には磁石要素ｌＯがモータ１１により
回転可能に設けである。カソード２はバイアスを可変す
る手段である電界制御回路６およびマ、チングボックス
５を順次介して高周波電源７につながっている。電界制
御回路６は、この場合。

コンデンサ１２または直結のいずれかに切替え可能なス
イッチ１３が設けられて収る。アノード３は接地しであ
る。１４はウェハ９を加熱するためのヒータである。

磁石要素１０は第２図に示すたりに、この場合、表面が
全てＮ極を有する円形の磁石１５と、磁石１５の回りに
隣接して設けられ表面が全てＳ極を有する環状の磁石１
６と、磁石１５および１６と問答に取り付けたヨーク１
７と、ヨーク１７を偏心量Ｂでもって取り付は支持し偏
心量すでもって回転軸１９を中心に回転可能なサポート
１８とから成る。

このように構成された装置において、処理室内Ａｒ等の
処理ガスを供給して真空排気し一定の圧力に保っておき
、電界制御回路６を制御して高周波電源７によって高周
波電力を印加すると、第３図（ａ）あるいは第４図（ａ
）に示す高密度プラズマ（９）あるいは２１が得られる
。

電界制御回路６のスイッチ１３を第１図において上側、
すなわちコンテ゛ンサ丘側に接続した場合は、コンデン
サ化が働き、カソード２表面には第３図（ｂ）　＋こ示
すようにプラズマポテンシャル■ｐと比較すると大きな
セルフバイアス電圧ＶＤＣが働き、強イ電界が生じる。

このカソード２表面近傍の強い電界と、磁石１５と磁石
１６との間および磁石１６とヨーク１７との間の強い磁
界とが直交する部分において、電子のサイクロイド運動
が起こり処理ガスのイオン化率が高まって、高密度プラ
ズマ（以下、「マグネトロン放電」と呼ぶ。）２０が得
られる。

また、電界制御回路６のスイッチ１３を第１図において
下側、すなわち直結側に接続した場合は、コンテ′ンサ
１２が働かないので、カソード２表面の磁界は第４図（
ｂ）のごとくプラズマポテンシャルＶｐだけとなり、強
い電界が生じない。したがって、このカソード２表面近
傍の電界と強い磁界とが直交する部分においては、マグ
ネトロン放電を生じさせるだけの゛電子のサイクロイド
運動は起こらず、アノード３近傍において湾曲して拡が
る発散磁界に電子が巻き付きサイクロトロン運動を起こ
して。

磁界径こ沿った広い範囲でイオン化率が高まり、高密度
プラズマ（以下、「サイクロトロン放電」と呼ぶ。）　
２１が得られる。

このようにして得られる高密度プラズマを利用し、例え
ば、処理ガスとしてＡｒガスを供給し、まず第３図（ａ
）に示したマグネトロン放電（９）によってターゲット
８をスパッタし、第５図（ａ）ｌこ示したように段差部
に膜付けを行い、次に第４図（ａ）に示したサイクロト
ロン放電２１によって第５図（ｂ）に示したように局部
的に膜付は墓が多くなった部分をエツチングする。この
エツチングはＡｒガスのプラズマ中のイオンのスパッタ
効果によって行われる。この成膜とエツチングとを交互
に行うことによって第５図（Ｃ）に示すような段差部に
おけるカバレッジの良い成膜を行うことができる。

以上１本−実施例によればカソード２からアノード３に
向って湾曲する磁界を発生させ、カソード２に印加する
高周波電力をコンデンサ化を介した場合と介さない場合
とに切替えることによって、高密度プラズマの発生位置
をカソード２近傍またはアノード３近傍に変えることが
でき、ウェハの処理対象に応じたプラズマ状態を作るこ
とができるので、電極間のプラズマ密度分布を電極の距
離方向に簡単に制御できるという効果がある。

また、カソード２倶１にマグネトロン放電Ｉを発生させ
て行うスパッタ効果と、アノード３側にサイクロトロン
放電♂を発生させて行うエツチング処理とを交互に繰り
返えして行うことにより、段差部におけるカバレッジの
良い成膜を行うことができるという効果がある。

なお、本−実施例はコンデンサ化の切替えを行う電界制
御回路６を使用して述べたが、！８６図に示す電界制御
回路δを用いても良い。電界制御回路δはコンデンサが
と直流＠源ごとで構成され、直流電源ｎは一方がコンデ
ンサ３のカソード２側に接続され他方が接地されている
。直流電源ｎの電圧を変化させることによりカソード２
近傍の電界を制御することができる。

この電界制御回路５を用いた場合には、前記一実施例と
同様の効果が得られることはもとより、前記−実施ｆＡ
Ｉと異って任意の電界を設定することができるので、高
密度プラズマの電極間での分布をより自由に制御するこ
とができる。したがって、スパッタやＣＶＤ等の成膜や
エツチングのプロセスにおいて、被処理物であるウェハ
内の成膜速度またはエツチング速度を容易に制御するこ
とが可能である。

これら第１図および第６図に示したようなプラズマ処理
装置を用いる二とにより、表１に示すような多目的の処
理が可能となる。

表　　　　　　１ 処理ケース１の場合は、スパッタ用の処理ガスをマグネ
トロン放電させてターゲットをスパッタしウェハに成膜
した後、同ガスをサイクロトロン放電させてプラズマ中
のイオンのスパッタ効果を利用して不具合部をエツチン
グ除去するものであ処理ケース２の場合は、ＣＶＤ用の
処理ガスをマグネトロン放電し、電界の作用を受けない
ラジカルによってウェハに成膜を行い、その後、同ガス
をサイクロトロン放電させてプラズマ中のイオンのスパ
ッタ効果を利用して不具合部をエツチング除去するもの
である。このエツチングの場合はサイクロトロン放電中
のラジカルによって成膜も行われるので、好よしは、処
理ガスをエツチング用の処理ガスまたは不活性ガスに変
えるのが良い。

処理ケース３および４は、処理ケース１および２の操作
においてマグネトロン放電とサイクロトロン放電とを交
互に行わせて成膜処理するものである。

処理ケース５の場合は、エツチング用の処理ガスをサイ
クロトロン放電しウェハをエツチングした後に、クリー
ニング用のガスを供給しマグネトロン放電させて、イオ
ンによるスパッタ除去やラジカルによる反応除去を行っ
て、電極や処理室内のクリーニングを行うものである。

このクリーニングの場合にはサイクロトロン放電も併用
することによってさらに効果的になる。

処理ケース６の場合は、処理ケース５の場合のようにエ
ツチングを行った後、アッシング用のガスを供給しマグ
ネトロン放電させて、電界の作用を受けないラジカルＪ
こよって、エツチング後のレジストを反応除去するもの
である。

処理ケース７の場合は、まず処理ケース５の場合のよう
に、サイクロトロン放電中のラジカルおよびイオンによ
る反応除去とイオンのスパッタ除去とによるエツチング
を行った後、同ガスをマグネトロン放電させて電界の作
用を受けないラジカルによる反応除去によって低ダメー
ジのエツチングを行うものである。

さらに、本−実施例では高周波１Ｅ源７とコンデンサ稔
とを用いてバイアス電圧を生じさせるようにしているが
、直流電源を用いても良い。また、高周波電源の場合、
一般に周波数１３．５６ＭＨｚのものが良く使用される
が、エツチングの際にスパッタ効果をより効果的にした
いときは、４００ＫＨｚ等の低周波電源を使用すること
が望ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電極間のプラズマ密度分布を電極の距
離方向に簡単に制御できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示
す図、第２図は第１図の磁石要素の詳細を示す縦断面図
および平面図、第３図は第１図の装置においてコンデン
サを介して高周波電源を接続したときのプラズマ状態お
よび電位状態を示す図、第４図は第１図の装置において
高周波電源を理を行うときの膜付は例を示す図、第６図
は第１図の電界制御回路の他の実施例を示す図である。 ２・・・・・・カソード、３・・・・・・アノード、６
．２５・・・・・・電界制御回路、７・・・・・・高周
波電源、１０・・・・・・磁石要素＋１２．　２６・・
・・・・コンデンサ、１３・・・・・・スイッチ、２７
゜・・・・・・直流電源 ４７図 オ６図 ４２図 ４４目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理ガスが供給され所定圧力に減圧排気される処理
   室内に設けた一対の電極の一方に電力を印加し、該電極
   間に放電を生じさせる工程と、前記電力を印加した一方
   の電極側から試料を配置する他方の電極側に向けてわん
   曲した磁界を生じさせる工程と、 前記電力を印加した一方の電極に生じるバイアス電圧を
   可変する工程とを有することを特徴とするプラズマ処理
   方法。 ２、処理ガスが供給され所定圧力に減圧排気される処理
   室内に設けた一対の電極間にマグネトロン放電を生じさ
   せる工程と、 前記電極間でサイクロトロン放電を生じさせる工程とを
   有し、 前記両放電を交互に行わせることを特徴とするプラズマ
   処理方法。 ３、前記マグネトロン放電によりスパッタ成膜、ＣＶＤ
   成膜、クリーニング処理、アッシング処理またはラジカ
   ル主体のエッチングを行い、前記サイクロトロン放電に
   よりイオン効果を含むエッチングを行う特許請求の範囲
   第２項記載のプラズマ処理方法。 ４、処理ガスが供給され所定圧力に減圧排気される処理
   室内に設けた一対の電極と、 該一対の電極の一方の外側に設けられ、該一方の電極か
   ら他方の電極に向けて湾曲した磁界を発生する磁石要素
   と、 前記一方の電極に接続した電極と、 前記一方の電極に生じるバイアス電圧を可変する手段と
   を具備し、 前記他方の電極に試料を配置し、接地したことを特徴と
   するプラズマ処理装置。 ５、処理ガスが供給され所定圧力に減圧排気される処理
   室内に設けた一対の電極と、 該一対の電極の一方の外側に設けられ、該一方の電極か
   ら他方の電極に向けて湾曲した磁界を発生する磁石要素
   と、 前記一方の電極にコンデンサを介して接続した電源と、 前記コンデンサに掛かる電圧を可変可能な手段とを具備
   し、 前記他方の電極に試料を配置し、接地したことを特徴と
   するプラズマ処理装置。 ６、処理ガスが供給され所定圧力に減圧排気される処理
   室と、 該処理室内に設けた一対の電極と、 該電極間にマグネトロン放電を生じさせる手段と、 前記電極間にサイクロトロン放電を生じさせる手段と、 前記両放電を交互に行わせる手段とを具備したことを特
   徴とするプラズマ処理装置。 ７、前記マグネトロン放電によりスパッタ成膜またはＣ
   ＶＤ成膜を行い、前記サイクロトロン放電によりイオン
   主体のエッチングを行う特許請求の範囲第６項記載のプ
   ラズマ処理装置。 ８、処理ガスが供給され所定圧力に減圧排気される処理
   室と、 該処理室内に設けた一対の電極と、 該電極間にマグネトロン放電を生じさせる手段と、 前記電極間にサイクロトロン放電を生じさせる手段と、 前記マグネトロン放電から前記サイクロトロン放電に、
   または前記サイクロトロン放電から前記マグネトロン放
   電に移行させる手段とを具備したことを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。 ９、前記マグネトロン放電によりスパッタ成膜、ＣＶＤ
   成膜、クリーニング処理、アッシング処理またはラジカ
   ル主体のエッチングを行い、前記サイクロトロン放電に
   よりイオン功果を含むエッチングを行う特許請求の範囲
   第８項記載のプラズマ処理方法。 １０、処理ガスが供給され所定圧力に減圧排気される処
   理室内に設けた一対の電極と、 該一対の電極の一方の外側に設けられ、該一方の電極か
   ら他方の電極に向けて湾曲した磁界を発生する磁石要素
   と、 前記一方の電極に接続した電源と、 前記他方の電極を接地して、前記一対の電極に生ずる電
   界によって発生する電子を前記一対の電極間の磁界に沿
   ってサイクロトロン運動させる手段とを具備し、 前記他方の電極に試料を配置したことを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。