JPH0536496A - プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 投入電力が小さくとも、高密度のプラズマを
発生させることを可能とする。 【構成】 真空容器１０内のホルダ１８に半導体ウエハ
Ｗを載置し、該真空容器１０内を真空排気装置１４によ
り真空排気すると共に、ガス供給口１２から反応性ガス
を導入し、該真空容器１０内を所定の減圧状態にする。
次いで、電子増倍作用を有する多数の直線状の貫通孔が
形成された多孔板１６の上下両面に付設されている表面
電極２２Ａ、２２Ｂ間に所定の交流電圧を印加する。多
孔板１６の貫通孔内では、電子増倍作用により容易にプ
ラズマを発生させることができる。その結果、小さい投
入電力でも、半導体ウエハＷを高精度にエッチングする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ発生装置、特
に小さい供給電力で高密度のプラズマを発生させること
ができるプラズマ発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハを微細加工する技術の１つ
にドライエッチング方法がある。この方法は、主とし
て、反応性ガス中でグロー放電を行わせてプラズマを発
生させ、その中に生成するラジカル及びイオンといった
化学的に活性な粒子でウエハを処理することにより、該
ウエハに微細加工を行うものである。

【０００３】上記ドライエッチング方法には、活性粒子
のうち、特に電荷粒子であるイオンを加速して基板（ウ
エハ）に照射することにより、物理的にエッチングを行
う方法もある。

【０００４】上記のように活性な粒子を生成させ、ウエ
ハをエッチングする技術としては、例えば特開昭５９−
２２５５２５に示されている反応性イオンビームエッチ
ング装置等が知られている。

【０００５】従来のエッチング装置では、イオン、ラジ
カル等の活性粒子を生成させるために、反応性ガスを、
マイクロ波や、例えば周波数１３．５６ＭＨzの高周波
でプラズマ化する方法が採用されている。

【０００６】又、通常、活性粒子を発生させる際に、プ
ラズマ室の周りに配置した磁石により電子やイオンがプ
ラズマ室の内壁に到達することを防ぎ、反応ガスの劣化
や不純なガス及び粒子の発生を防止すると共に、プラズ
マ密度を増大させることも行われている。

【０００７】又、電子がサイクロトロン運動するような
磁場を発生させる磁石を配置し、活性粒子を、いわゆる
ＥＣＲプラズマによって発生させる方法もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマ発生方法では、活性粒子の密度を上げるために
はプラズマに投入する電力を増大させるしかなく、その
電力にもプラズマを安定して発生させるためには限界が
あった。又、このように高電力を投入すると、ウエハと
プラズマの間に高電界がかかり、荷電粒子が加速される
ことになるため、物理的スパッタリングの効果が大きく
なってエッチング面が荒れ、微細な加工ができないとい
う不都合が生じていた。更に、ＥＣＲプラズマでは一様
な磁場を得るために大きな磁石が必要であり、それ故、
装置が大がかりとなり、且つ高価になるという問題があ
った。

【０００９】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、投入電力が小さくとも、高密度のプ
ラズマを容易に発生させることがきる、例えば半導体ウ
エハ等に対するエッチング等のプラズマ処理を高精度で
行う場合に適用して好適な、微細加工が可能なプラズマ
発生装置を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ発生
装置において、プラズマ発生手段として、電子増倍機能
を有する多数の直線状貫通孔が形成された多孔板を備え
たことにより、前記課題を達成したものである。

【００１１】本発明は、又、前記直線状貫通孔内で生成
したプラズマから得られるイオンの運動エネルギとその
方向を制御する機構を備えたことにより、一層確実に前
記課題を達成したものである。

【００１２】本発明は、更に、前記直線状貫通孔内で生
成したプラズマ中から得られるイオンを中性化する機構
を備えたことにより、更に確実に前記課題を達成したも
のである。

【００１３】

【作用】本発明においては、プラズマ発生手段として電
子増倍機能を有する多数の直線状貫通孔が形成された多
孔板を用いるので、該多孔板の両面に付設されている２
つの表面電極の間に所定の電圧を印加することにより、
上記貫通孔内に電子増倍作用を発現させることができ
る。従って、低圧の反応性ガスの存在下で上記電子増倍
作用を発現させると、貫通孔内に導入された反応性ガス
を容易に密度の高いプラズマにすることができる。

【００１４】このように、上記両表面電極間に電子増倍
作用を発現させる電圧を印加することにより、高密度の
プラズマを発生させることができるので、投入電力は小
さくて済み、又、数ミリ以下の厚さの多孔板内に上記プ
ラズマを発生させることができるため、プラズマ発生装
置自体を極めて小型にすることができる。

【００１５】又、直線状貫通孔内で生成したプラズマか
ら得られるイオンの運動エネルギとその方向を制御する
機構を備える場合には、適切なエネルギのイオンを被処
理体表面に垂直に照射することが可能となるため、信頼
性の高い微細な加工を高精度で行うことが可能となる。

【００１６】更に、直線状貫通孔内で生成したプラズマ
から得られるイオンを中性化する機構を備える場合に
は、ラジカルを中心とした中性粒子を選択的に取出し、
該中性粒子で被処理体を処理することができるので、絶
縁膜の静電破壊を防止でき、更に中性粒子の照射方向に
偏向が生じることを防止できる。その結果、信頼性が高
く、且つ精度の高い微細加工が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る第１実施例のエッチ
ング装置を示す概略断面図である。

【００１９】本実施例のエッチング装置（プラズマ発生
装置）は、真空容器１０と、該真空容器１０に反応性ガ
スを供給するためのガス供給口１２と、該真空容器１０
内の所定の真空度に設定するための真空排気装置１４と
を備えている。又、上記真空容器１０内には、プラズマ
発生手段としての多孔板１６と、被加工物を載置するホ
ルダ１８と、該ホルダ１８を移動させるホルダ移動装置
２０とを備えている。

【００２０】又、上記多孔板１６の上下両面には、アル
ミニュウム等の金属を蒸着等により被着形成した表面電
極２２Ａ、２２Ｂが付設されており、且つ、該両表面電
極２２Ａ、２２Ｂには交流電源２４が接続され、これら
両電極２２Ａ、２２Ｂ間に所望の交流電圧を印加可能に
なっている。

【００２１】上記多孔板１６は、図２にその一部を破断
した状態を拡大して示すように、その厚さ方向に延びる
直線状の貫通孔１６Ａが多数形成されており、これら貫
通孔１６Ａの１つ１つが両表面電極２２Ａ、２２Ｂ間に
所定の電圧を印加することにより、電子増倍作用を呈す
る機能を備えている。即ち、上記貫通孔１６Ａの内壁は
抵抗体で形成され、２次電子を放出する性質を有してい
る。

【００２２】上記多孔板としては、例えば、マイクロチ
ャネルプレート（以下、ＭＣＰと略記する）がある。こ
のＭＣＰは、上記図２に示す構造を有し、非常に細いガ
ラスパイプ（内径が、例えば数μm 〜１００μm ）を多
数束ね、その束ねたものを輪切にした形状のガラスパイ
プの集合体からなる薄板で、その厚さは、例えば数mm程
度とすることができる。

【００２３】このＭＣＰを多孔板１６として使用する場
合、表面電極２０Ａ、２０Ｂに印加する電圧等によって
も変化するが、電子増倍作用の利得は通常百〜一万程度
である。又、印加電圧は、使用する反応性ガス等によっ
ても異なるが、例えば１ kＶ程度とすることができる。

【００２４】次に、本実施例の作用を説明する。

【００２５】多孔板１６としてＭＣＰを使用する場合に
ついて説明する。先ず、ホルダ１８に被処理物として半
導体ウエハＷを載置した後、真空排気装置１４で真空容
器１０内を真空排気すると共に、ガス供給口１２により
塩素（Ｃl ₂ ）等の反応性ガスを導入し、該真空容器１
０内を所定の圧力に設定する。なお、図１における矢印
は、反応性ガス、プラズマ等の流れる方法を示してい
る。

【００２６】次いで、交流電源２４により所定の周波数
と電圧からなる交流電圧を表面電極２２Ａ、２２Ｂ間に
印加し、多孔板１６の貫通孔１６Ａ内で放電を起させ、
電子増倍作用によりプラズマを発生させる。

【００２７】上記貫通孔１６Ａ内でプラズマが発生する
と、プラズマ中のイオン、ラジカル等の活性粒子は、真
空排気装置１４により排気されるこにより生じる流れに
よって半導体ウエハＷ上に導かれる。従って、上記活性
粒子は方向性をもってウエハＷに照射されることにな
り、該ウエハＷには異方性の高いエッチングを行うこと
が可能になる。

【００２８】本実施例では、電子増倍作用によってＭＣ
Ｐ（多孔板）の細孔（貫通孔）内でプラズマを発生させ
ることができるため、従来のプラズマ発生方法に比べ
て、非常に高密度のラジカルやイオンの活性粒子からな
るプラズマを発生させることができる。

【００２９】又、発生させるプラズマの密度を印加電圧
を調整することによって制御することができるため、エ
ッチング速度を広い範囲に亘って所望の値に設定するこ
ともできる。

【００３０】更に、半導体ウエハＷがプラズマに直接触
れることがないので、ウエハＷの温度上昇は殆ど無く、
それ故に加工の再現性が極めて高い。

【００３１】図３は、本発明に係る第２実施例のエッチ
ング装置を示す概略断面図である。

【００３２】本実施例のエッチング装置は、図１におけ
る交流電源２４を直流電源２６に代えた以外は、前記第
１実施例のエッチング装置と実質的に同一である。

【００３３】本実施例によれば、前記第１実施例の場合
と同様に、少ない投入電力により、ウエハＷに対して異
方性の高いエッチングを行うことができる。その際、多
孔板１６の貫通孔１６Ａ内で発生したプラズマ中のイオ
ンのうち、一方、例えば＋イオンのみを活性粒子として
利用することが可能となる。

【００３４】図４は、本発明に係る第３実施例のエッチ
ング装置を示す概略断面図である。

【００３５】本実施例のエッチング装置は、多孔板１６
とホルダ１８の間に、イオンの運動エネルギとその方向
を制御するためのグリッド電極２８を設置し、該グリッ
ド電極２８に所望の電位を印加するための直流可変電源
３０を設置した以外は、前記第１実施例のエッチング装
置と実質的に同一である。

【００３６】本実施例によれば、上記グリッド電極２８
を設けたので、多孔板１６の貫通孔１６Ａ内で発生した
プラズマからウエハＷ上に導かれる活性粒子のうち、荷
電粒子であるイオンのエネルギーを正確に制御すること
ができる。

【００３７】例えば、上記グリッド電極２８に負電位を
与えると、貫通孔１６Ａ内で発生した荷電粒子のうち正
イオンのみを引出し、ウエハＷ上へ導くことができる。
このとき、上記グリッド電極２８に印加する電位を調整
することにより、正イオンのエネルギを制御することが
できる。又、正イオンの運動方向はグリッド電極２８と
ウエハＷとの間の電界の方向に一致するため、本実施例
では、正イオンを適切な運動エネルギに制御すると共
に、該正イオンをウエハＷ上へ垂直に入射させることが
可能となる。

【００３８】なお、正イオンがグリッド電極２８とウエ
ハＷとの間を移動する間に他の粒子と衝突し、散乱する
ことにより、その運動方向が変化することを防止するた
めに、ウエハＷが収容されている空間を低圧、例えば１
０^-3Ｔorr にすることが望ましい。

【００３９】一方、グリッド電極２８に正電位を与える
と、荷電粒子のうち電子と負イオンのみを引出すことが
できる。この場合、プラズマ処理に有効な粒子は負イオ
ンであり、そのエネルギと運動方向の制御は、電界方向
を逆にするだけで前記正イオンの場合と同様に行うこと
ができる。

【００４０】以上の如く、本実施例によれば、イオンを
ウエハＷに垂直に照射することができるため、前記第１
実施例に比べ一段と精度の高いエッチングを行うことが
できる。

【００４１】図５は、本発明に係る第４実施例のエッチ
ング装置を示す概略断面図である。

【００４２】本実施例のエッチング装置は、グリッド電
極２８とウエハＷの間に、更にイオンを中性化するため
の電子増倍機能を有する多孔板３２を設けた以外は、前
記第３実施例と実質的に同一である。

【００４３】上記多孔板３２には、前記多孔板１６の場
合と同様に、表面電極３４Ａ、３４Ｂが付設されてお
り、又、これら両表面電極３４Ａ、３４Ｂに所望の電圧
を印加し、電子増倍作用を生じさせるための直流可変電
極３６が接続されている。

【００４４】本実施例において、上記グリッド電極２８
により正イオンが引出される場合は、引出された正イオ
ンが多孔板３２を通過する際にその一部が該多孔板３２
に形成されている貫通孔の壁面に衝突し、該壁面から二
次電子が多量に放出されるため、その二次電子が貫通孔
を通過する正イオンに付着することになる。その結果、
正イオンは中性化され、中性のビームとなってウエハＷ
へ到達する。

【００４５】本実施例によれば、ラジカルを中心とした
中性粒子によりエッチングすることが可能となるため、
酸化膜のような絶縁膜をエッチングする場合には帯電に
より膜が損傷することを防止でき、且つウエハＷに照射
される中性粒子からなるビームが該ウエハＷの表面電位
により偏向することがないため、イオンが含まれるビー
ムで処理する場合に比べ一段と精度の高いエッチングを
行うことが可能となる。

【００４６】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に示したものに限られるもの
でなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であ
る。

【００４７】例えば、多孔板としては、ガラス製のＭＣ
Ｐに限らず、電子増倍機能を有するものであれば任意の
ものを使用できる。

【００４８】又、本発明のプラズマ発生装置は、エッチ
ング装置に限られるものでなく、プラズマを利用する任
意の用途に適用可能であり、例えば、成膜装置にも適用
可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、投
入電力が小さくても、高密度のプラズマを発生させるこ
とができる。従って、本発明のプラズマ発生装置を、半
導体ウエハ等に対するエッチング等のプラズマ処理に適
用する場合には、小さい電力でも高精度に処理すること
ができると共に、処理装置を小形にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る第１実施例のエッチング
装置を示す概略断面図である。

【図２】図２は、上記エッチング装置の要部を示す拡大
斜視図である。

【図３】図３は、本発明に係る第２実施例のエッチング
装置を示す概略断面図である。

【図４】図４は、本発明に係る第３実施例のエッチング
装置を示す概略断面図である。

【図５】図５は、本発明に係る第４実施例のエッチング
装置を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１０…真空容器、 １２…ガス供給口、 １４…真空排気装置、 １６、３２…多孔板、 １６Ａ…貫通孔、 ２２Ａ、２２Ｂ、３４Ａ、３４Ｂ…表面電極。

フロントページの続き (72)発明者 村川 惠美 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 木下 修 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ発生手段として、電子増倍機能を
   有する多数の直線状貫通孔が形成された多孔板を備えた
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記直線状貫通孔内で
   生成したプラズマから得られるイオンの運動エネルギと
   その方向を制御する機構を備えたことを特徴とするプラ
   ズマ発生装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記直線状貫通孔内で
   生成したプラズマ中から得られるイオンを中性化する機
   構を備えたことを特徴とするプラズマ発生装置。