JPH06181179A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反応性イオンを試料室内に十分引き込んで拡
散し、反応性イオンを試料に対し均一に入射させること
が可能なプラズマ処理装置を得る。 【構成】 導入されたマイクロ波に磁界が印加されるこ
とにより電子サイクロトロン共鳴領域が形成されるプラ
ズマ生成室２３の側壁を超電導部材で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子サイクロトロン
共鳴を用いた試料の処理を行うプラズマ処理装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は例えば特開昭５５−１４１７２９
号公報に示された従来のプラズマ処理装置の構成を示す
断面図である。図において、１はプラズマ生成室、２は
このプラズマ生成室１に接続され、プラズマ生成室１の
径より大きな径からなる試料室、そして、これらプラズ
マ生成室１と試料室２との内壁は例えばアルマイト、ア
ルミナコート又は石英等にてコートされたアルミ等の部
材でなる。３はプラズマ生成室１の上部に設けられ、反
応性ガスをプラズマ生成室１内に導入するためのガス導
入口、４は試料室２の底部に設けられ、試料室２内のガ
スを排気するためのガス排気口、５はプラズマ生成室１
の外周を取り囲むように設けられた磁気コイルで、プラ
ズマ生成室１及び試料室２内に磁界を印加する。

【０００３】６はマイクロ波を発生するためのマイクロ
波電源、７はプラズマ生成室１の天井部に設けられ、マ
イクロ波電源６と導波管８を介して接続され、プラズマ
生成室１内にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導
入窓、９は試料室２内の底部に設けられ、試料１０を載
置するための試料台、１１は磁気コイル５により印加さ
れる磁界により発生する磁力線である。

【０００４】次に、上記のように構成された従来のプラ
ズマ処理装置の動作について説明する。まず、ガス導入
口３よりプラズマ生成室１内に例えばハロゲンガス等の
反応性ガスを導入するとともに、ガス排気口４より試料
室２内のガスを排気する。このようにして、プラズマ生
成室１及び試料室２の内部が所定の真空度に保持され
る。次に、この状態で磁気コイル５によりプラズマ生成
室１内に磁場を発生させ、同時にマイクロ波電源６から
マイクロ波を導波管８を通してマイクロ波導入窓７より
プラズマ生成室１内に供給する。

【０００５】そして、この時プラズマ生成室１内の磁界
及びマイクロ波周波数がそれぞれ磁束密度８７５Ｇ及び
マイクロ周波数２．４５ＧＨ_Zに達すると、電子サイク
ロトロン共鳴領域１２（以下ＥＣＲ領域と呼ぶ）が形成
される。このＥＣＲ領域１２内ではマイクロ波により電
子がエネルギーを吸収し、らせん運動を行い、この電子
が反応性ガスに衝突することにより反応性イオンが発生
し、高密度プラズマが形成される。そして、このプラズ
マ生成室１内に発生した高密度プラズマの反応性イオン
や電子は図に示すような磁力線１１に沿って拡散し、そ
の一部がプラズマ生成室１の側壁内面に輸送され消滅す
るため、この部分の電位は下がりプラズマ生成室１の側
壁内面に入射される電界１３が生じる。

【０００６】この電界１３の作用により、図６に示すよ
うにＥＣＲ領域１２にて発生した中央部の反応性イオン
１４及び周辺部の反応性イオン１５はそれぞれプラズマ
生成室１の側壁に向かった方向の速度成分を有すること
となり、図に示すように特に周辺部の反応性イオン１５
はこの速度成分が大きくなる。この速度成分は、中央部
の反応性イオン１４及び周辺部の反応性イオン１５が試
料室２の試料１０の近傍に達した時には、それぞれ試料
１０に対し平行な速度成分となる。

【０００７】上記のような状態で行われる例えばゲート
電極のエッチングを図７に基づいて説明する。図におい
て、試料１０はシリコン基板１６、シリコン酸化膜１
７、ゲート電極部材であるポリシリコン膜１８及びパタ
ーニングされたレジスト１９を順次堆積して形成されて
いる。２０はプラズマ領域、２１はプラズマ領域２０と
試料１０との間に形成されたシース電界である。まず、
図７（ａ）に示すように中央部の反応性イオン１４及び
周辺部の反応性イオン１５をシース電界２１により加速
し入射させると、図７（ｂ）に示すようにポリシリコン
膜１８はオーバエッチの状態となり、続けてエッチング
と進行させると、中央部の反応性イオン１４及び周辺部
の反応性イオン１５の試料１０に対し平行な速度成分に
より、シリコン酸化膜１７との選択性から、ポリシリコ
ン膜１８の側壁をアタックし、図７（ｃ）に示すような
ノッチング２２が入る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマ処理装
置は以上のように構成されているので、ＥＣＲ領域１２
で発生した反応性イオンや電子がプラズマ生成室１の側
壁内面で多く消滅するため、この部分の電位は大きく低
下し、プラズマ生成室１の側壁内面に入射される電界１
３が生じる。よって、この電界１３の作用により、反応
性イオンが試料室２内に十分引きこまれない状態で拡散
されるので、反応性イオンが試料１０に対し均一に入射
しないという問題点があった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、反応性イオンを試料室内に十分
引き込んで拡散し、反応性イオンを試料に対し均一に入
射させることが可能なプラズマ処理装置を得ることを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るプラズマ処理装置は、プラズマ生成室の側壁の少なく
とも一部が超電導部材で形成されたものである。

【００１１】この発明の請求項２に係るプラズマ処理装
置は、試料室の壁を形成する部材の透磁率を、プラズマ
生成室の壁を形成する部材の透磁率よりも大きくしたも
のである。

【００１２】

【作用】この発明の請求項１における側壁の少なくとも
一部が超電導部材で形成されるプラズマ生成室は、プラ
ズマ生成室内の磁力線をプラズマ生成室の側壁と平行に
する。

【００１３】この発明の請求項２における壁がプラズマ
生成室の壁と形成する部材の透磁率よりも大きい部材で
成る試料室は、試料室側に磁力線を引きよせる。

【００１４】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１はこの発明の実施例１におけるプラズマ処理装
置の構成を示す断面図である。図において従来装置と同
様の部分は同一符号を付して説明を省略する。２３は側
壁が超電導部材にて成るプラズマ生成室である。

【００１５】次に、上記のように構成された実施例１の
プラズマ処理装置の動作について説明する。まず、従来
の場合と同様にガス導入口３よりプラズマ生成室２３内
に例えばハロゲンガス等の反応性ガスを導入するととも
に、ガス排気口４より試料室２内のガスを排気する。こ
のようにして、プラズマ生成室２３及び試料室２の内部
が所定の真空度に保持される。次に、この状態で磁気コ
イル５によりプラズマ生成室２３内に磁場を発生させ、
同時にマイクロ波電源６からマイクロ波を導波管８を通
してマイクロ波導入窓７よりプラズマ生成室２３内に供
給する。そして、この時プラズマ生成室２３内の磁界及
びマイクロ波周波数がそれぞれ磁束密度８７５Ｇ及びマ
イクロ周波数２．４５ＧＨ_Zに達すると、電子サイクロ
トロン共鳴領域１２（以下ＥＣＲ領域と呼ぶ）が形成さ
れる。このＥＣＲ領域１２内ではマイクロ波により電子
がエネルギーを吸収し、らせん運動を行い、この電子が
反応性ガスに衝突することにより反応性イオンが発生
し、高密度プラズマが形成される。

【００１６】上記実施例１によれば、プラズマ生成室２
３の側壁が超電導部材で形成されているため、マイスナ
ー効果により磁力線１１はプラズマ生成室２３の側壁内
面への入射を阻止され、プラズマ生成室２３の側壁に対
し平行となる。このため、プラズマ生成室２３の側壁内
面に反応性イオン及び電子は入射しないので、プラズマ
生成室２３内には電界が発生せず、図２に示すように、
ＥＣＲ領域１２にて発生した中央部の反応性イオン２４
及び周辺部の反応性イオン２５は、それぞれ側壁に垂直
な方向の速度成分のみとなる。従って、中央部の反応性
イオン２４及び周辺部のガスイオン２５は試料室２の試
料１０に対し垂直に入射される。又、磁力線１１が試料
室２の側壁内面に多く入射することとなり、この部分の
電位は大きく下がるので試料室２内には大きな電界２６
が生じる。そして、プラズマの拡散はこの電界２６の大
きさとプラズマ生成室２３及び試料室２の体積比とで決
まるので、反応性イオンは試料室２内に十分引きこま
れ、広範囲に拡散され、試料１０に均一に入射される。

【００１７】ここで、図７に示した従来の場合と同様の
ゲート電極のエッチングを上記実施例１の装置で行う場
合を図３に基づいて説明する。図３（ａ）、（ｂ）まで
は従来と同様に処理され、続けてエッチングを進行させ
ると、従来とは異なり中央部の反応性イオン２４及び周
辺部の反応性イオン２５の方向性が良く、シリコン酸化
膜１７との選択性からも、ポリシリコン膜１８の側壁に
アタックすることなく、図３（ｃ）に示すような高異方
性のポリシリコン膜１８のエッチングがおこなわれた。

【００１８】実施例２．図４はこの発明の実施例２にお
けるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。図に
おいて従来装置と同様の部分は同一符号を付して説明を
省略する。２７は側壁の透磁率がプラズマ生成室１の側
壁の透磁率より大きい、例えば強磁性部材にて成る試料
室である。

【００１９】次に、上記のように構成された実施例２の
プラズマ処理装置の動作について説明する。まず、従来
の場合と同様に動作を行い、高密度プラズマが形成され
る。この時、試料室２７の側壁が強磁性体部材で形成さ
れているため、磁力線１１は試料室２７内に引きよせら
れ、発散する。よって、磁力線１１はプラズマ生成室１
の側壁内面にはあまり入射しないので、プラズマ生成室
１側では小さい電界２８が生じ、又、磁力線１１は試料
室２７の側壁内面には多く入射するので、試料室２７側
では大きい電界２９が生じる。そして、プラズマの拡散
は前述したように電界２９の大きさとプラズマ生成室１
及び試料室２７の体積比とで決まるので、反応性イオン
は試料室２７内と十分引きこまれ、広範囲に拡散され
て、試料１０に均一に入射されることとなり、実施例１
と同様の効果を奏する。

【００２０】実施例３．上記実施例１ではプラズマ生成
室２３の側壁を超電導部材で形成し、上記実施例２では
試料室２７の側壁を、その透磁率がプラズマ生成室１の
側壁の透磁率より大きい例えば強磁性部材で形成したけ
れども、本実施例ではプラズマ生成室の側壁を超電導部
材で形成し、試料室の側壁を強磁性体で形成するように
してもよく、この場合、上記各実施例より一層、反応性
イオンを試料室側に引きこみ、広範囲に拡散させること
ができるので、反応性イオンは試料に均一に入射され
る。

【００２１】実施例４．上記各実施例では、プラズマ生
成室の側壁を全て超電導部材とした例を示したけれど
も、これに限られることなく、プラズマ生成室の側壁の
少なくとも一部を超電導部材としてもよい。

【００２２】実施例５．上記各実施例では、試料室の側
壁を全てプラズマ生成室の壁の透磁率よりも大きい透磁
率の強磁性部材とした例を示したけれども、これに限ら
れることなく、試料室の壁の少なくとも一部をプラズマ
生成室の壁の透磁率より大きい透磁率の部材としてもよ
い。

【００２３】実施例６．上記各実施例では、エッチング
処理について説明したがこれに限られることなく、例え
ば化学気相堆積等に用いてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ばプラズマ生成室の側壁の少なくとも一部が超電導部材
で形成され、又、この発明の請求項２によれば試料室の
壁を形成する部材の透磁率が、プラズマ生成室の壁を形
成する部材の透磁率よりも大きいので、反応性イオンが
試料室内に十分引きこまれる状態で拡散されるので、反
応性イオンが試料に対し均一に入射させることが可能な
プラズマ処理装置を提供することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１におけるプラズマ処理装置
の構成を示す断面図である。

【図２】図１に示すプラズマ処理装置における反応性イ
オンの動きを説明するための図である。

【図３】図１に示すプラズマ処理装置によりゲート電極
のエッチング処理を行う過程を示す図である。

【図４】この発明の実施例２におけるプラズマ処理装置
の構成を示す断面図である。

【図５】従来のプラズマ処理装置の構成を示す断面図で
ある。

【図６】図５に示すプラズマ処理装置における反応性イ
オンの動きを説明するための図である。

【図７】図５に示すプラズマ処理装置によりゲート電極
のエッチング処理を行う過程を示す図である。

【符号の説明】

１、２３ プラズマ生成室 ２、２７ 試料室 ５ 磁気コイル ６ マイクロ波電源 １０ 試料 １１ 磁力線 １２ ＥＣＲ領域 １３、２６、２８、２９ 電界

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導入されたマイクロ波に磁界が印加され
   ることにより電子サイクロトロン共鳴領域が形成される
   プラズマ生成室、上記プラズマ生成室に接続され、底部
   に試料が載置された試料室を備えたプラズマ処理装置に
   おいて、上記プラズマ生成室の側壁の少なくとも一部が
   超電導部材で形成されたことを特徴とするプラズマ処理
   装置。
2. 【請求項２】 導入されたマイクロ波に磁界が印加され
   ることにより電子サイクロトロン共鳴領域が形成される
   プラズマ生成室、上記プラズマ生成室に接続され、底部
   に試料が載置された試料室を備えたプラズマ処理装置に
   おいて、上記試料室の壁を形成する部材の透磁率が、上
   記プラズマ生成室の壁を形成する部材の透磁率よりも大
   きいことを特徴とするプラズマ処理装置。