JPH06283468A - プラズマ発生装置 - Google Patents

プラズマ発生装置

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JPH06283468A
JPH06283468A JP5067837A JP6783793A JPH06283468A JP H06283468 A JPH06283468 A JP H06283468A JP 5067837 A JP5067837 A JP 5067837A JP 6783793 A JP6783793 A JP 6783793A JP H06283468 A JPH06283468 A JP H06283468A
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JP
Japan
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plasma
vacuum chamber
density
plasma generator
electrodes
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Pending
Application number
JP5067837A
Other languages
English (en)
Inventor
Masabumi Kubota
正文 久保田
Mitsuhiro Okuni
充弘 大國
Norihiko Tamaoki
徳彦 玉置
Noboru Nomura
登 野村
Kouji Eriguchi
浩二 江利口
Ichiro Nakayama
一郎 中山
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高真空のもとで高密度プラズマを
発生し、均一性が良く、大型化の容易な、加工物への損
傷の少ないプラズマ発生装置を提供する。 【構成】 プラズマ発生する真空室1と、前記真空室1
側壁にほぼ回転対称に設置されたアスペクト比0.5以上
の溝7を備え、プラズマ密度を増加せしめたプラズマ発
生装置である。この溝7部分で高密度のプラズマが発生
する。これは実験的に得られた結果であるが、いわゆる
ホローカソード放電と同様の原理すなわちプラズマの局
所的な閉じ込め作用によるものと考えられる。局所的な
プラズマ密度はこのような作用の無い場合に比べ2倍以
上になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波放電を用いたプ
ラズマ発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高周波放電を用いたプラズマ発生方法
は、微細加工のためのドライエッチング、薄膜形成のた
めのスパッタリングやプラズマCVD、イオン注入装置
等さまざまな分野で用いられており、加工寸法の微細化
や膜質の高精度な制御のために、高真空中でのプラズマ
生成が求められている。
【0003】以下、プラズマ発生方法の適用例として、
微細加工に適するドライエッチングについて説明する。
現代の高密度半導体集積回路の進歩は産業革命にも比較
される変革をもたらしつつあり、半導体集積回路の高密
度化は、素子寸法の微細化、デバイスの改良、チップサ
イズの大面積化等により実現されてきた。素子寸法の微
細化は光の波長程度にまで進んできており、リソグラフ
ィーにはエキシマレーザーやX線の使用が有望である。
微細パターンの実現には、リソグラフィーと並んでドラ
イエッチングが重要な役割を果たしていると言える。
【0004】ドライエッチングとは、プラズマ中に存在
するラジカル、イオン等による気相と固相表面における
化学的叉は物理的反応を利用し、薄膜叉は基板の不要な
部分を除去する加工技術である。ドライエッチング技術
として最も広く用いられている反応性イオンエッチング
(RIE)は、適当なガスの高周波放電プラズマ中に試
料を曝すことによりエッチング反応を起こさせ、試料表
面の不要部分を除去するものである。必要な部分つまり
除去しない部分は、通常マスクとして用いたホトレジス
トパターンにより保護されている。
【0005】微細化のためにはイオンの方向性を揃える
ことが必要であるが、このためにはプラズマ中でのイオ
ンの散乱を減らすことが不可欠である。イオンの方向性
を揃えるためには、プラズマ発生装置の真空度を高めて
イオンの平均自由行程を大きくすることが効果的であ
り、0.25μm程度の寸法加工には1Pa程度の高真空が必
要である。一方、プラズマ室の真空度を高めると高周波
放電が生じにくいという問題がある。
【0006】そこでその対策として一般に、プラズマ室
に磁場を印加して放電の発生を容易にする方法、例えば
マグネトロンRIE或はECRドライエッチング技術が
開発されてきた。図3は、従来のマグネトロン放電を用
いたイオンエッチング装置を示す模式図である。金属性
のチャンバー81内にはガスコントローラー82を介し
て反応性ガスが導入され、チャンバー81内は排気系8
3によって適切な圧力に制御されている。チャンバー8
1の上部にはアノード84が設けられ、下部にはカソー
ドとなる試料台85が設けられている。試料台85には
インピーダンス整合回路86を介してRF電源87が接
続されており、試料台85とアノード84との間で高周
波放電を起こすことができる。チャンバー81の各側部
には、対向する一対の交流電磁石88が互いに位相が9
0度異なった状態で2組設けられており、該2組の交流
電磁石88によりチャンバー81内に回転磁場が印加さ
れ、高真空中での放電を容易にしている。このようにす
ると、電子が回転磁場によりサイクロイド運動をするた
め電子の運動経路が長くなり、イオン化効率が高くなる
というものである。しかしながらこのようにしても高真
空化にともないプラズマが発生しにくくなり、実際には
デバイスへのダメージの生じない数10ガウスの磁場下
では1Pa程度以上の圧力下でしかプラズマ発生できなか
った。
【0007】こうした問題の解決のため、本発明は高真
空の下で高密度で均一性に優れたプラズマ発生を実現
し、微細加工性にすぐれかつデバイスへの損傷の少ない
プラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のプラズマ発生装置では、プラズマ発生す
る真空室と、前記真空室側壁にほぼ回転対称に設置され
たアスペクト比0.5以上の孔または溝を備え、プラズマ
密度を増加せしめている。
【0009】また本発明の装置では、真空室周辺部にほ
ぼ軸対称に設置されたN個の電極と、およそ等分割され
位相が配置順にそれぞれおよそ360/N°異なる第1
周波数の高周波電力を前記N個の電極に供給する機構
と、前記N個の電極により形成される電界により誘起さ
れる電子の運動によりプラズマ密度を増加せしめること
を特徴とするリサジューエレクトロンプラズマ発生装置
に真空室側壁にほぼ回転対称に設置されたアスペクト比
0.5以上の孔または溝を備えている。
【0010】また本発明の装置では、真空室側壁にほぼ
回転対称に設置されたアスペクト比0.5以上の孔または
溝を備えるとともに、真空室が高周波的に接地電位され
ている。
【0011】また本発明の装置では、真空室側壁にほぼ
回転対称に設置されたアスペクト比0.5以上の孔または
溝を備えるとともに、真空室内の電極以外の側壁がおお
むね絶縁材料で覆われている。
【0012】また本発明の装置では、真空室側壁にほぼ
回転対称に設置されたアスペクト比0.5以上の孔または
溝を備えるとともに、真空室内の真空度が0.1から1
0Paに制御する機能を有している。
【0013】
【作用】本発明の装置では真空室側壁にほぼ回転対称に
アスペクト比0.5以上の孔または溝を備えた構成によっ
て、この孔または溝部分で高密度のプラズマが発生す
る。これは実験的に得られた結果であるが、いわゆるホ
ローカソード放電と同様の原理すなわちプラズマの局所
的な閉じ込め作用によるものと考えられる。局所的なプ
ラズマ密度はこのような作用の無い場合に比べ2倍以上
になる。真空室側壁にほぼ回転対称に設置することによ
り、均一な分布も得られる。
【0014】さらに真空室周辺部にほぼ軸対称に設置さ
れた円弧状のN個の電極と、およそ等分割され位相が配
置順にそれぞれおおよそ360/N°異なる第1周波数
の高周波電力を前記N個の電極に供給する機構と、前記
N個の電極により形成される電界により誘起される電子
の運動によりプラズマ密度を増加せしめることを特徴と
するリサジューエレクトロンプラズマ発生装置に、上記
の現象を組み合わせることにより均一かつ高密度のプラ
ズマが得られている。
【0015】この場合、真空室側壁が高周波的に接地電
位にされることによりプラズマ密度が高められ、真空室
内の電極以外の側壁をおおむね絶縁材料で覆うことによ
り、側壁をプラズマ電位よりも負に帯電させ、プラズマ
の損失を極力少なくし、高真空下で効率の良いプラズマ
発生を実現している。
【0016】また実験の結果、真空室内の真空度が10
Pa以下である場合に高均一プラズマ状態が実現できる
ことがわかった。
【0017】
【実施例】以下本発明の一実施例であるドライエッチン
グ装置について、図面を参照しながら説明する。
【0018】図1(a)はN=3の場合の本発明のプラズ
マ発生装置の一実施例であるリサジューエレクトロンプ
ラズマを用いたドライエッチング装置の構造を示す模式
図である。図1(a) において、1は接地され内壁がセラ
ミック、テフロンまたは石英等の絶縁物で覆われたチャ
ンバー、2、3、4は高周波電力が印加される側方電極
である。側方電極2、3、4は円周上に均等間隔に設置
されており、それぞれの電極に印加される放電電力は同
一であるが、電力の位相はおよそ120゜ずつ異ならせ
ている。すなわち電極2に対して電極3は位相が120
゜進んでおり電極4は120゜遅れるように構成してい
る。電極5は高周波電力が印加される試料台であり第4
番目の電極であり、6は電極5に対する接地電極で電極
5を取り囲んでいる。溝7は図1(b)に示すように幅1
0mmでアスペクト比1であり、プラズマの高密度化に
役だっている。この場合の溝は、直角の側壁と平坦な底
からなっているが、メンテナンスを容易にするため側壁
をテーパにしたり底を半円筒状にしても良い。チャンバ
ー1にはエッチングガスがマスフローコントローラ(図
示せず)を介して導入口(図示せず)から導かれ、チャ
ンバー内圧力はターボポンプ(図示せず)により0.1
Paから10Pa程度に制御されている。電極2、3、
4には高周波アンプ10、11、12及び整合回路1
3、14、15を介して50MHzの高周波電力が供給
され、フェーズシフタ9により120゜の位相差が実現
されている。電極5には高周波アンプ17及び整合回路
16を介して13.56MHzの高周波電力が供給さ
れ、試料台に印加するRFバイアスとしている。
【0019】本装置の電極2、3、4に各50Wを供給
し、Arガス圧力1Paの場合、プラズマ密度は5x1
10/cm3であった。溝7が無い場合は3x1010/cm3
であり溝7により約2倍の高密度になっていることがわ
かる。この理由は、いわゆるホローカソード放電と同様
の原理すなわちプラズマの局所的な閉じ込め作用による
ものと考えれる。溝7によるプラズマ密度の増加は実験
の結果、0.1から10Pa程度の真空度では効果があ
るが、その範囲外では効果は小さかった。また実施例で
は溝の場合を示したが図1(c)のような孔を数個から十
個程度側壁に軸対称に設けても同様の効果が得られる。
溝または孔のアスペクト比は実験からおよそ0.5以上
あればプラズマの高密度化に効果があった。
【0020】本実施例の場合、チャンバー内壁はセラミ
ック、テフロンまたは石英等の絶縁物で覆われていると
したが、金属表面の場合も検討した。金属表面の場合は
放電が安定せず、またプラズマ密度も絶縁物で覆われた
場合の半分以下であった。金属表面の場合、プラズマの
チャンバー側壁への拡散による損失が大きいことによる
ものと考えられる。
【0021】本実施例の場合、側方電極2、3、4の表
面はアルミナ被覆している。これはそれらが金属電極の
場合に比べて10から30%プラズマ密度を高くできる
ことが実験的に得られている。また、電極のスパッタに
よるチャンバー内の金属汚染を防止するのにも役だって
いる。
【0022】この装置を用いて、図2(a)の膜構成で
Poly−Siエッチングを行った。図2(a)におい
て、31はレジスト、32はn+Poly−Si、33
は熱SiO2、34はSi基板である。エッチング条件
は、Cl2流量100sccm、真空度1Pa、第4番
目の電極5には周波数13.56MHzで電力30Wを
印加し、3個の側方電極2、3、4に周波数50MHz
を印加しその電力を変化させてドライエッチングを行な
った。エッチング形状を図2(b)に示す。全ての条件
下でこのような良好な垂直形状が得られた。エッチング
レートはパワーの増加に比例して増大し、エッチングレ
ートが400nm/minの条件下で選択比(対熱酸化
膜)70が得られた。なおエッチングレートの均一性
は、ほぼ3%程度であった。またエッチング時のゲート
酸化膜(6nm)の損傷は殆どなく、リサジューエレク
トロンプラズマプロセスの低ダメージ特性を引き継いで
いることがわかった。従来のドライエッチングの方式に
比べて低パワーでデポジション性のガス(例えばHB
r)を用いずに、しかも磁場印加なしに良好なn+Po
ly−Siのエッチング特性が得られることがわかっ
た。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明の装置では、高密度
のプラズマが発生する。これは、いわゆるホローカソー
ド放電と同様の原理すなわちプラズマの局所的な閉じ込
め作用によるものと考えれる。本発明は1Pa程度の高
真空プロセスを必要とする高精度プラズマエッチングや
CVDに適用できる。本発明の装置により、微細加工性
に優れかつ量産性が高く、均一性の良い、ゲート酸化膜
破壊等のデバイスへの損傷も極めて少ないエッチングや
膜堆積が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ発生装置を適用した一実施例
におけるドライエッチング装置の構造を示す模式図
【図2】同実施例のドライエッチング装置におけるn+
Poly−Siのエッチングを説明するための断面図
【図3】従来のマグネトロンRIE装置の説明図
【符号の説明】
1 チャンバー 2、3、4 側方電極 5 試料台 6 アース電極 7 溝 8 信号源 9 フェーズシフタ 10、11、12、17 高周波アンプ 13、14、15、16 整合回路 20 孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 登 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 江利口 浩二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 中山 一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマ発生する真空室と、前記真空室側
    壁にほぼ回転対称に設置されたアスペクト比0.5以上の
    孔または溝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記載において、更に真空室周辺部
    にほぼ軸対称に設置されたN個の電極と、およそ等分割
    され位相が配置順にそれぞれおよそ(360/N)°異
    なる周波数の高周波電力を前記N個の電極に供給する機
    構を有し、前記N個の電極により形成される電界により
    誘起される電子の運動によりプラズマ密度を増加せしめ
    る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記載の真空室が高周波的に接地電
    位であることを特徴とするプラズマ発生装置。
  4. 【請求項4】請求項1記載の真空室内の電極以外の側壁
    がおおむね絶縁材料で覆われているを特徴とするプラズ
    マ発生装置。
  5. 【請求項5】請求項1記載の真空室内の真空度を0.1
    から10Paに制御できる機能を有することを特徴とす
    るプラズマ発生装置。
JP5067837A 1993-03-26 1993-03-26 プラズマ発生装置 Pending JPH06283468A (ja)

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JP5067837A JPH06283468A (ja) 1993-03-26 1993-03-26 プラズマ発生装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010109157A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Shibaura Mechatronics Corp 半導体製造装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010109157A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Shibaura Mechatronics Corp 半導体製造装置

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