JPH0480368A - プラズマ処理方法 - 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、主として半導体基板等の被処理物をプラズマ
により、エツチングまたはデポジション処理するための
プラズマ処理方法に関するものである。

〈従来の技術〉 低温プラズマを用いた装置を大別すれば、真空中で対向
電極方式、例えば平行平板の電極の一方に１０ＫＩＩｚ
〜３０　Ｍｌｌｚ程度の高周波電圧を印加して、プラズ
マを発生させる技術を用いるものと、２゜４５ＧＨｚの
マイクロ波を真空室へ導入してプラズマを発生させる技
術を用いるものがある。従来、これらの内で平行平板電
極による技術が主として用いられてきた。

一方、半導体素子の微細化に伴い、プラズマ処理時に発
生するイオンの衝撃により素子特性が影響を受けること
が問題になってきた。さらに、処理能力の向上のために
、処理速度を上げることが要請されている。

処理速度を高める場合、単にプラズマの密度またはラジ
カル（イオン化直前の活性粒子）濃度を高めるだけでは
不十分である。プラズマ処理によるドライエツチング及
びプラズマＣＶＤでは、イオンのエネルギーが重要な役
割を果たしている。

ドライエツチングの場合、イオンのエネルギーが大きす
ぎると、下地の膜が削られたり結晶構造に影響を与え、
素子特性が劣化する。また、小さすぎるとエツチング面
に形成されるポリマーの除去が十分行われず、エツチン
グ速度が低下する。または、逆にポリマーによる保護膜
が形成されず、パターンの側面がエツチングされ、パタ
ーンの寸法精度が悪くなるといった問題を発生する。

プラズマＣＶＤでもイオンのエネルギーが弱いと膜組成
が粗となり、エネルギーが強いと密になるというように
イオンエネルギーが成膜に影響する。

したがって、イオンエネルギーを適正に制御することが
、今後のプラズマ処理に不可欠である。

第２図は、従来の高周波放電によるエツチング用プラズ
マ処理装置の・概略図であって、処理室１には対向電極
方式、例えば平行平板のアノード電極２とカソード電極
３どが対向配置されている。

カソード電極３には、Ｃ，Ｌ回路網のマツチングボック
ス４を介して、１３．　５６ＭＨｚのプラズマ発生用電
源である出力可変の高周波電源５か接続されており、ま
た処理基板６が載置されている。

処理室１を排気しながらエツチングガスを導入し、高周
波電源５により高周波電圧をカソード電極３に印加する
と、アノード電極２との間にプラズマ７か発生する。こ
のプラズマ中のイオンがプラズマ７とカソード電極３間
の電界で加速されて方向性をもって処理基板６に入射し
、微細なパターンのエツチングを行うことができる。

このイオンの入射エネルギーは、高周波を印加すると、
第３図に示すような直流電圧分ＶＤＣ重畳した正弦波電
圧がカソード電極３に生じ、このときの直流電圧分ＶＤ
Ｃに大きく依存していることが知られている。したがっ
て、イオンエネルギーの制御は、この直流電圧分ＶＤＣ
が検出されるマツチングボックス４の出力電圧を測定し
、この測定信号を入力とする制御装置８により高周波電
源５を制御することによって、所望のイオンエネルギー
を発生させることができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、真のイオンエネルギーを制御する場合、
プラズマ７とカソード電極３間の電界を発生させる直流
電位差を測定しなければならないのに対して、従来は、
前述したように、カソード電極３に生じる直流電圧分Ｖ
ＤＣを測定しており、これは通常アース電位にしている
処理室１とカソード電極３間の直流電位差を測定してい
ることになる。したがって、エツチング特性等に大きな
影響を与える被処理物に対するプラズマ中のイオンエネ
ルギーが正確に制御されていないという重要な問題があ
った。

く問題点を解決するための手段〉 上記の問題点を解決するために、本発明においテハ、処
理室内に高周波電力またはマイクロ波電力を利用した電
子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ、被処
理物にエツチングまたはデポジション処理を行うプラズ
マ処理方法において、プラズマと被処理物を載置するカ
ソード電極との直流電位差を直接測定する手段として、
好ましくはエミッシブブローブまたはラングミュアプロ
ーブを用い、その測定信号に基づいて予め定めたイオン
エネルギーが発生するように、カソード電極へのバイア
ス電圧印加用電源、プラズマ発生用電源及び電子サイク
ロトロン共鳴を引起こすための磁界発生用電源の少なく
とも一つを制御することを特徴としている。

く作　用〉 プラズマと被処理物を載置するカソード電極との直流電
位差を測定するために、プラズマの電位測定方法が用い
られており、この測定手段の具体例としてエミッシブブ
ローブをプラズマに挿入することにより、プラズマの電
位が直接測定できるので、エツチング特性等に大きな影
響を与える被処理物に対するプラズマ中のイオンエネル
ギーが正確に制御できる。

〈実施例〉 第１図は、本発明の方法をＥＣＲ（電子サイクロトロン
共鳴）方式のエツチング用プラズマ処理装置に適用した
一実施例の概略図である。図において、２１は処理室、
２３はカソード電極、２４はバイアス電圧印加用電源、
２５はプラズマ発生用のマイクロ波電源、２６は処理基
板、２７はプラズマ、２８は制御装置、２９は導波管、
３０はコイル、３１は磁界発生用直流電源である。３２
はプラズマの電位が直接測定できるエミッシブプローブ
であって、フィラメント３２ａと電流源３２ｂとから構
成されており、フィラメント３２ａがプラズマ２８に挿
入された状態で、エミツシブブローブが全ての電極から
絶縁されて配置される。

導波管２９の一端には、出力可変のマイクロ波電源２５
が取付けてあり、他端は処理室２１を覆っている。その
周囲にはコイル３０があり、処理室２１中の下部には処
理基板２６を載置するカソード電極２３が設けられてお
り、この電極２３には出力可変の直流または高周波電圧
を発生するバイアス電圧印加用電源２４が接続されてい
る。

また、処理室２１には、エミッシブブローブ３２のフィ
ラメント３２ａがプラズマとカソード電極２３間に生じ
るイオンシース内に入らないように取付けられている。

プラズマ２７は、マイクロ波電源２５で発生したマイク
ロ波とコイル３０の磁界による電子サイクロトロン共鳴
によって発生する。このプラズマのイオンエネルギーの
制御は、プラズマに挿入されたプローブ３２の加熱電流
を増加すると、フィラメント３２ａからの熱電子の放出
量が増加し、見かけのイオン飽和電流が増加する。この
結果、プローブ電流がゼロになる浮動電位は、プラズマ
の電位に等しくなる。したがって、電流源３２ｂの一端
とカソード電極２３間の電位差を測定することにより、
プラズマ２７とカソード電極２３間の直流電位差が直接
測定できる。この測定信号を入力とする制御装置２８に
より、バイアス電圧印加用電源２４、プラズマ発生用の
マイクロ波電源２５及び磁界発生用直流電源３１の少な
くとも一つを単独または同時に制御することによって、
所望の被処理物に対するプラズマ中のイオンエネルギー
を発生させることができる。

なお、本発明の方法の他の適用例として、平行平板電極
方式のカソード電極にバイアス電圧印加用電源を設けた
プラズマ処理装置があり、またＥＣＲ方式でバイアス電
圧印加用電源のないプラズマ処理装置がある。

また、プローブの種類として、ＥＣＲ方式では磁場の影
響を受けないエミッシブブローブが好適であり、平行平
板電極方式ではラングミュアプローブで十分である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、プラズマと被処理物を
載置するカソード電極との直流電位差を直接測定するこ
とにより、被処理物に対するプラズマ中のイオンエネル
ギーが正確に制御できるので、良好なエツチング特性ま
たはデポジション特性を有するプラズマ処理方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施するための装置の一実施
例を示す概略図である。 第２図は、従来の高周波放電によるプラズマ処理装置の
概略図である。 第３図は、被処理物を載置するカソード電極に生しる電
圧波形図である。 代理人　弁理士　　中　井　　宏

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．処理室内に高周波電力またはマイクロ波電力を利用
   した電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させ
   、被処理物にエッチングまたはデポジション処理を行う
   プラズマ処理方法において、プラズマと被処理物を載置
   するカソード電極との直流電位差を直接測定し、その測
   定信号に基づいて予め定めたイオンエネルギーが発生す
   るように、前記電極へのバイアス電圧印加用電源、プラ
   ズマ発生用電源及び前記電子サイクロトロン共鳴を引起
   こすための磁界発生用電源の少なくとも一つを制御する
   プラズマ処理方法。
2. ２．直流電位差の測定を、エミッシブプローブとする請
   求項１記載のプラズマ処理方法。３．直流電位差の測定
   を、ラングミュアプローブとする請求項１記載のプラズ
   マ処理方法。