JPH0783015B2 - プラズマ発生装置 - Google Patents
プラズマ発生装置Info
- Publication number
- JPH0783015B2 JPH0783015B2 JP1013517A JP1351789A JPH0783015B2 JP H0783015 B2 JPH0783015 B2 JP H0783015B2 JP 1013517 A JP1013517 A JP 1013517A JP 1351789 A JP1351789 A JP 1351789A JP H0783015 B2 JPH0783015 B2 JP H0783015B2
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- Japan
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- cathode electrode
- cathode
- electrode
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体素子の製造工程の一つであるドライエ
ッチング及びCVD等に用いられるプラズマ発生装置に関
するものである。
ッチング及びCVD等に用いられるプラズマ発生装置に関
するものである。
［従来の技術］ 第３図に於いて従来のプラズマ発生装置について説明す
る。
る。
高周波電源１に直流遮断用のコンデンサ８を介して接続
された平板電極（カソード電極）２と、該平板電極２に
相対して接地電位にある対向電極（アノード電極）３が
設置されている。前記カソード電極２、アノード電極３
は真空容器４に収納され、カソード電極２は絶縁材５に
より真空容器４と絶縁されている。
された平板電極（カソード電極）２と、該平板電極２に
相対して接地電位にある対向電極（アノード電極）３が
設置されている。前記カソード電極２、アノード電極３
は真空容器４に収納され、カソード電極２は絶縁材５に
より真空容器４と絶縁されている。
該真空容器４には反応性ガスを導入する導入系６と真空
容器４内の圧力を一定に保つ為の排気系７が設けられて
いる。
容器４内の圧力を一定に保つ為の排気系７が設けられて
いる。
被処理物、例えばシリコンウェーハ９は、通常前記カソ
ード電極２上に載置される。
ード電極２上に載置される。
前記両電極2,3間に高周波電力、例えば13.56MHzを印加
して両電極間にプラズマを発生させるとプラズマ内の電
子と正イオンの移動速度の大きな違いにより、高周波電
力を印加した側（カソード電極２側）のカソードシース
に大きな陰極降下電圧（セルフバイアス）が発生する。
この陰極降下で反応性ガスイオンは加速されて被処理物
９に垂直に入射し、垂直方向のエッチングが進行する。
して両電極間にプラズマを発生させるとプラズマ内の電
子と正イオンの移動速度の大きな違いにより、高周波電
力を印加した側（カソード電極２側）のカソードシース
に大きな陰極降下電圧（セルフバイアス）が発生する。
この陰極降下で反応性ガスイオンは加速されて被処理物
９に垂直に入射し、垂直方向のエッチングが進行する。
［発明が解決しようとする課題］ 斯かる装置によりエッチング処理を行う場合、エッチン
グ速度を決定する主な要素として陰極降下電圧（イオン
エネルギ）と被処理物に入射するイオンの数（イオン密
度＝プラズマ密度）がある。
グ速度を決定する主な要素として陰極降下電圧（イオン
エネルギ）と被処理物に入射するイオンの数（イオン密
度＝プラズマ密度）がある。
エッチング速度を増大させる為には、前記イオンエネル
ギ、プラズマ密度のうち特にプラズマ密度を増大させな
ければならないが、プラズマ密度を増大させるには印加
した高周波電力を増加すればよい。
ギ、プラズマ密度のうち特にプラズマ密度を増大させな
ければならないが、プラズマ密度を増大させるには印加
した高周波電力を増加すればよい。
然し、この高周波電力を増加した場合、必然的に陰極降
下電圧（イオンエネルギ）も増加する。
下電圧（イオンエネルギ）も増加する。
従って、前記した被処理物が半導体素子製造の為のウェ
ーハである場合、従来のものではエッチング速度を増大
させるとイオンエネルギも増加し、更にイオンエネルギ
が必要以上に増加すると、ウェーハの表面に被膜したマ
スク、更には被エッチング層下の層、或は母材に損傷を
与えるという問題があった。
ーハである場合、従来のものではエッチング速度を増大
させるとイオンエネルギも増加し、更にイオンエネルギ
が必要以上に増加すると、ウェーハの表面に被膜したマ
スク、更には被エッチング層下の層、或は母材に損傷を
与えるという問題があった。
本発明は斯かる実情に鑑み、マスク、被エッチング層下
の損傷を防止しつつ且エッチング速度の高速化を実現す
る為のプラズマ発生装置を提供しようとするものであ
る。
の損傷を防止しつつ且エッチング速度の高速化を実現す
る為のプラズマ発生装置を提供しようとするものであ
る。
［課題を解決する為の手段］ 本発明は、アノード電極とカソード電極間に高周波電源
により高周波電力を印加してプラズマを発生させるプラ
ズマ発生装置に於いて、アノード電極とカソード電極と
の間の空間に臨むフィラメントと、該フィラメントに接
続された直流電源とから成る補助電子供給手段をカソー
ド電極の電力供給ラインに接続したことを特徴とするも
のであり、又はアノード電極とカソード電極間に高周波
電源により高周波電力を印加してプラズマを発生させる
プラズマ発生装置に於いて、アノード電極に多孔の高周
波カソード電極を対峙させ設け、該高周波カソード電極
に対峙させ前記アノード電極の反対側に直流カソード電
極を配設し、前記アノード電極と高周波カソード電極間
に高周波電力を印加すると共に高周波カソード電極と前
記直流カソード電極間に前記高周波カソード電極側が＋
側となる様直流電力を印加したことを特徴とするもので
ある。
により高周波電力を印加してプラズマを発生させるプラ
ズマ発生装置に於いて、アノード電極とカソード電極と
の間の空間に臨むフィラメントと、該フィラメントに接
続された直流電源とから成る補助電子供給手段をカソー
ド電極の電力供給ラインに接続したことを特徴とするも
のであり、又はアノード電極とカソード電極間に高周波
電源により高周波電力を印加してプラズマを発生させる
プラズマ発生装置に於いて、アノード電極に多孔の高周
波カソード電極を対峙させ設け、該高周波カソード電極
に対峙させ前記アノード電極の反対側に直流カソード電
極を配設し、前記アノード電極と高周波カソード電極間
に高周波電力を印加すると共に高周波カソード電極と前
記直流カソード電極間に前記高周波カソード電極側が＋
側となる様直流電力を印加したことを特徴とするもので
ある。
［作用］ 補助電子の供給により陰極降下領域のイオンが中和さ
れ、その結果陰極降下電圧が減少する。従って、高周波
電力を増大させプラズマ密度を高めても陰極降下電圧を
小さくすることができる。又、高周波電源、補助電子供
給手段の個別の制御により、プラズマ密度、陰極降下電
圧を独立して制御し得、それぞれ任意の状態に維持する
ことができる。
れ、その結果陰極降下電圧が減少する。従って、高周波
電力を増大させプラズマ密度を高めても陰極降下電圧を
小さくすることができる。又、高周波電源、補助電子供
給手段の個別の制御により、プラズマ密度、陰極降下電
圧を独立して制御し得、それぞれ任意の状態に維持する
ことができる。
［実施例］ 以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を説明する。
第１図は該実施例の基本構成図を示しており、図中第３
図中で示したものと同一のものには同符号を付してあ
る。
図中で示したものと同一のものには同符号を付してあ
る。
先ず本発明の原理について説明する。
前述した様にアノード電極とカソード電極間に高周波電
力を印加してプラズマを発生させた場合、プラズマ内の
電子及びイオンの移動速度に起因し、カソード電極側の
カソードシースに大きな、陰極降下電圧が生ずる。いい
かえれば、カソードシースはイオンの集合帯であり、イ
オンと電子のアンバランスな状態によって前記陰極降下
電圧が生じるといえ、カソードシースに電子を別途供給
しイオンを中和すれば、陰極降下電圧を減ぜられる。
力を印加してプラズマを発生させた場合、プラズマ内の
電子及びイオンの移動速度に起因し、カソード電極側の
カソードシースに大きな、陰極降下電圧が生ずる。いい
かえれば、カソードシースはイオンの集合帯であり、イ
オンと電子のアンバランスな状態によって前記陰極降下
電圧が生じるといえ、カソードシースに電子を別途供給
しイオンを中和すれば、陰極降下電圧を減ぜられる。
従って、印加する高周波電力を増大させても、充分な電
力をカソードシースに供給する様にすれば、陰極降下電
圧を増大させることなく、プラズマ密度を高めることが
できる。
力をカソードシースに供給する様にすれば、陰極降下電
圧を増大させることなく、プラズマ密度を高めることが
できる。
第１図に示す基本構成では、カソード電極２の電力供給
ラインにフィラメント11、直流電源12から成る電子供給
手段13を接続している。
ラインにフィラメント11、直流電源12から成る電子供給
手段13を接続している。
カソード電極２とプラズマ14との間にはカソードシース
10が形成されており、このカソードシース電圧（セルフ
バイアス）Vsの電位傾斜を模式的に曲線15で表わす。
10が形成されており、このカソードシース電圧（セルフ
バイアス）Vsの電位傾斜を模式的に曲線15で表わす。
斯かる系に於いて、補助電子電流（フィラメントからの
エミッション電流）Iemがない場合、カソードシース10
内に流込む電子電流Iepとイオン電流Iisとはシース電圧
Vsによってバランスしている。
エミッション電流）Iemがない場合、カソードシース10
内に流込む電子電流Iepとイオン電流Iisとはシース電圧
Vsによってバランスしている。
従って、次記式が成立する。
Iis＝（A/4）eniVi＝Iio Iep＝（A/4）eneVeexp［−（e/kTe）×（Vs＋Vpsinω
ｔ）］ ＝Ieoexp［−（e/kTe）×（Vs＋Vp′）］ Iis＝Iep、 Iio＝Ieoexp［−（e/kTe）×（Vs＋Vp′）］より、 Vsについて解くと Vs＝（kTe/e）ln［｛Ieoexp（−eVp′／kTe）｝Iio］ となる。これが外部より電子電流がない時のシース電圧
である。
ｔ）］ ＝Ieoexp［−（e/kTe）×（Vs＋Vp′）］ Iis＝Iep、 Iio＝Ieoexp［−（e/kTe）×（Vs＋Vp′）］より、 Vsについて解くと Vs＝（kTe/e）ln［｛Ieoexp（−eVp′／kTe）｝Iio］ となる。これが外部より電子電流がない時のシース電圧
である。
ここで、 Iep：カソードシースに流入する電子電流 Iis：カソードシースに流入するイオン電流 A :カソード電極の面積 e :電荷 ni :プラズマ内のイオン密度 ne :プラズマ内の電子密度 Vi :イオンの平均速度 Ve :電子の平均速度 k :ボルツマン定数 Te :電子温度 Vs :シース電圧 Vp :高周波電圧の振幅 ω :高周波電圧の角周波数 t:時間 Ieo：（A/4）eneVe Vp′：Vpsinωｔ 次に、前記した電子供給手段13によって、カソードシー
ス10内に電子電流Iemを供給すると、 Iep＝Iis＋Iemより、 Iio＝Iem ＝Ieoexp（−eVs／kTe）・exp（−eVp′／kTe） これによりVsについて解くと、 Vs＝（kTe/e）ln［｛Ieoexp（eVp′／kTe）／（Iio＋I
em）］ となる。これにより、 ［｛Ieoexp（−eVp′／kTe）／（Iio＋Iem）］＝１ となるまでIemを増すとVs＝０とすることができる。
ス10内に電子電流Iemを供給すると、 Iep＝Iis＋Iemより、 Iio＝Iem ＝Ieoexp（−eVs／kTe）・exp（−eVp′／kTe） これによりVsについて解くと、 Vs＝（kTe/e）ln［｛Ieoexp（eVp′／kTe）／（Iio＋I
em）］ となる。これにより、 ［｛Ieoexp（−eVp′／kTe）／（Iio＋Iem）］＝１ となるまでIemを増すとVs＝０とすることができる。
而して、カソードシース内に補助電子を供給することに
よってシース電圧を制御することができる。
よってシース電圧を制御することができる。
上記実施例では電子供給手段は、フィラメントからのエ
ミッション電流を用いたものであるが、直流放電によっ
て生ずる電子を供給する様にしてもよい。
ミッション電流を用いたものであるが、直流放電によっ
て生ずる電子を供給する様にしてもよい。
第２図は、直流放電により補助電子を供給する様にした
実施例の基本構成図である。
実施例の基本構成図である。
アノード電極16に対峙させ、スリット、孔を多数穿設し
た、或はメッシュ状の高周波カソード電極17を配設し、
該高周波カソード電極に対峙させアノード電極16の反対
側に直流カソード電極18を配設する。
た、或はメッシュ状の高周波カソード電極17を配設し、
該高周波カソード電極に対峙させアノード電極16の反対
側に直流カソード電極18を配設する。
前記アノード電極16は接地電極であり、又高周波カソー
ド電極17は直流阻止コンデンサ８を介して高周波電源１
に接続している。又、該高周波カソード電極17は補助直
流放電回路19のアノード電極を兼ねており、直流電源20
の＋側に接続されている。更に、前記直流カソード電極
18は抵抗21を介して直流電源20の一側に接続されてい
る。
ド電極17は直流阻止コンデンサ８を介して高周波電源１
に接続している。又、該高周波カソード電極17は補助直
流放電回路19のアノード電極を兼ねており、直流電源20
の＋側に接続されている。更に、前記直流カソード電極
18は抵抗21を介して直流電源20の一側に接続されてい
る。
而して、アノード電極16と高周波カソード電極17間、及
び高周波カソード電極17と直流カソード電極18間にそれ
ぞれ高周波電力及び直流電力を供給することにより、高
周波プラズマ22、直流プラズマ23が発生する。
び高周波カソード電極17と直流カソード電極18間にそれ
ぞれ高周波電力及び直流電力を供給することにより、高
周波プラズマ22、直流プラズマ23が発生する。
前記高周波カソード電極17の高周波プラズマ側に発生す
るカソードシース10には、この直流プラズマ23側から高
周波カソード電極17の孔を通って補助電子が供給され、
この補助電子の供給により前記シース電圧Vsが減少す
る。又、補助電子の供給量については直流電力を増減す
ることで制御することができる。
るカソードシース10には、この直流プラズマ23側から高
周波カソード電極17の孔を通って補助電子が供給され、
この補助電子の供給により前記シース電圧Vsが減少す
る。又、補助電子の供給量については直流電力を増減す
ることで制御することができる。
従って、直流電力の制御でシース電圧Vsが制御でき、プ
ラズマ密度については高周波電力によって制御すること
ができる。
ラズマ密度については高周波電力によって制御すること
ができる。
［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、別途設けた補助電子供
給手段によってカソードシース電圧を制御することがで
き、高周波電力の制御と合せ、カソードシース電圧を所
望の状態に維持して、プラズマ密度を自在に制御するこ
とができるという優れた効果を発揮する。
給手段によってカソードシース電圧を制御することがで
き、高周波電力の制御と合せ、カソードシース電圧を所
望の状態に維持して、プラズマ密度を自在に制御するこ
とができるという優れた効果を発揮する。
第１図は本発明の一実施例の原理を示す基本構成図、第
２図は他の実施例を示す基本構成図、第３図は従来例の
基本構成図である。 １は高周波電源、13は電子供給手段、16はアノード電
極、17は高周波カソード電極、18は直流カソード電極、
19は補助直流放電回路、20は直流電源を示す。
２図は他の実施例を示す基本構成図、第３図は従来例の
基本構成図である。 １は高周波電源、13は電子供給手段、16はアノード電
極、17は高周波カソード電極、18は直流カソード電極、
19は補助直流放電回路、20は直流電源を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】アノード電極とカソード電極間に高周波電
源により高周波電力を印加してプラズマを発生させるプ
ラズマ発生装置に於いて、アノード電極とカソード電極
との間の空間に臨むフィラメントと、該フィラメントに
接続された直流電源とから成る補助電子供給手段をカソ
ード電極の電力供給ラインに接続したことを特徴とする
プラズマ発生装置。 - 【請求項２】アノード電極とカソード電極間に高周波電
源により高周波電力を印加してプラズマを発生させるプ
ラズマ発生装置に於いて、アノード電極に多孔の高周波
カソード電極を対峙させ設け、該高周波カソード電極に
対峙させ前記アノード電極の反対側に直流カソード電極
を配設し、前記アノード電極と高周波カソード電極間に
高周波電力を印加すると共に高周波カソード電極と前記
直流カソード電極間に前記高周波カソード電極側が＋側
となる様直流電力を印加したことを特徴とするプラズマ
発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1013517A JPH0783015B2 (ja) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | プラズマ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1013517A JPH0783015B2 (ja) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | プラズマ発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02194525A JPH02194525A (ja) | 1990-08-01 |
| JPH0783015B2 true JPH0783015B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=11835345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1013517A Expired - Lifetime JPH0783015B2 (ja) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | プラズマ発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783015B2 (ja) |
-
1989
- 1989-01-23 JP JP1013517A patent/JPH0783015B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02194525A (ja) | 1990-08-01 |
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Legal Events
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