JPH0794130A - ラジカルの制御方法および装置 - Google Patents
ラジカルの制御方法および装置Info
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- JPH0794130A JPH0794130A JP5241487A JP24148793A JPH0794130A JP H0794130 A JPH0794130 A JP H0794130A JP 5241487 A JP5241487 A JP 5241487A JP 24148793 A JP24148793 A JP 24148793A JP H0794130 A JPH0794130 A JP H0794130A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、ラジカルの密度および組成を高精
度に制御する方法および制御装置に関するものであり、
薄膜電子デバイスの製造および新素材の創製、開発プロ
セスに用いられる方法および装置を提供するにある。本
発明を利用できる分野は、プラズマを用いたＣＶＤ、ド
ライエッチング装置およびラジカルビーム、ラジカルＣ
ＶＤ・エッチング装置等である。 【構成】 高周波、直流又はマイクロ波あるいは電子ビ
ームを印加して形成されるプラズマにおいて、上記高周
波、直流又はマイクロ波あるいは電子ビーム電力を一定
の周期にて、パルス変調し、該パルス変調のデュティー
比を変化させることにより反応性ガスを分解し、反応性
ガスの分解から生じるラジカルの密度および組成を制御
することを特徴とするラジカルの制御方法および装置。
度に制御する方法および制御装置に関するものであり、
薄膜電子デバイスの製造および新素材の創製、開発プロ
セスに用いられる方法および装置を提供するにある。本
発明を利用できる分野は、プラズマを用いたＣＶＤ、ド
ライエッチング装置およびラジカルビーム、ラジカルＣ
ＶＤ・エッチング装置等である。 【構成】 高周波、直流又はマイクロ波あるいは電子ビ
ームを印加して形成されるプラズマにおいて、上記高周
波、直流又はマイクロ波あるいは電子ビーム電力を一定
の周期にて、パルス変調し、該パルス変調のデュティー
比を変化させることにより反応性ガスを分解し、反応性
ガスの分解から生じるラジカルの密度および組成を制御
することを特徴とするラジカルの制御方法および装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ラジカルの密度および
組成を高精度に制御する方法および制御装置に関するも
のであり、薄膜電子デバイスの製造および新素材の創
製、開発プロセスに用いられる方法および装置を提供す
るにある。本発明を利用できる分野は、プラズマを用い
たＣＶＤ、ドライエッチング装置およびラジカルビー
ム、ラジカルＣＶＤ・エッチング装置等である。
組成を高精度に制御する方法および制御装置に関するも
のであり、薄膜電子デバイスの製造および新素材の創
製、開発プロセスに用いられる方法および装置を提供す
るにある。本発明を利用できる分野は、プラズマを用い
たＣＶＤ、ドライエッチング装置およびラジカルビー
ム、ラジカルＣＶＤ・エッチング装置等である。
【０００２】
【従来の技術】プラズマを用いた薄膜形成および材料加
工プロセスは、ＬＳＩをはじめとする薄膜電子デバイス
の製造および新素材の創製などに必要不可欠の技術であ
る。これらのプロセスでは、ラジカルが重要な役割を果
たしている。
工プロセスは、ＬＳＩをはじめとする薄膜電子デバイス
の製造および新素材の創製などに必要不可欠の技術であ
る。これらのプロセスでは、ラジカルが重要な役割を果
たしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラズ
マを用いた薄膜形成および材料加工プロセスにおいて、
ラジカルは極めて重要な役割を果たしているが、ラジカ
ルの密度や組成を高精度で制御することは不可能であっ
た。したがって、所望する材料薄膜の形成や加工を実現
することは困難であった。
マを用いた薄膜形成および材料加工プロセスにおいて、
ラジカルは極めて重要な役割を果たしているが、ラジカ
ルの密度や組成を高精度で制御することは不可能であっ
た。したがって、所望する材料薄膜の形成や加工を実現
することは困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述のプラズ
マを用いた薄膜形成および材料加工プロセスプラズマ中
のラジカルの密度および組成を高精度で制御する方法お
よび装置を提供するものである。
マを用いた薄膜形成および材料加工プロセスプラズマ中
のラジカルの密度および組成を高精度で制御する方法お
よび装置を提供するものである。
【０００５】本発明の特徴とする所は次の点にある。 第１発明 高周波、直流又はマイクロ波あるいは電子ビームを印加
して形成されるプラズマにおいて、上記高周波、直流又
はマイクロ波あるいは電子ビーム電力を一定の周期に
て、パルス変調し、該パルス変調のデュティー比を変化
させることにより反応性ガスを分解し、反応性ガスの分
解から生じるラジカルの密度および組成を制御すること
を特徴とするラジカルの制御方法。
して形成されるプラズマにおいて、上記高周波、直流又
はマイクロ波あるいは電子ビーム電力を一定の周期に
て、パルス変調し、該パルス変調のデュティー比を変化
させることにより反応性ガスを分解し、反応性ガスの分
解から生じるラジカルの密度および組成を制御すること
を特徴とするラジカルの制御方法。
【０００６】第２発明 パルス発生装置をもったマイクロ波発生電源に導波管に
より接続されたプラズマ放電室と、これに接続された真
空容器と、この真空容器の他方に接続された真空排気装
置と、前記プラズマ放電室より放出されたるプラズマに
対向して設けられた被処理基板と、この被処理基板を支
持する第１電極と、この基板を支持する第１電極にパル
ス発生装置をもち高周波マッチング回路を介して接続さ
れた高周波又は直流又はマイクロ波あるいは電子ビーム
電源と、前記第１電極を水冷するための水冷管系と、前
記プラズマ放電室を取巻いて設けた磁気コイルおよび水
冷却機構と、前記放電室に設けられた第１反応性ガス導
入口とを具備して成り、前記プラズマ放電室に供給され
る反応性ガスにマイクロ波を印加して、プラズマを形成
し、前記高周波、直流、マイクロ波あるいは電子ビーム
電力を一定周期でパルス変調させ、該パルス変調のデュ
ーティ比を変化させることにより反応性ガスを分解し、
反応性ガスの分解から生ずるラジカルの密度および組成
を制御するよう構成したことを特徴とするラジカルの制
御装置。
より接続されたプラズマ放電室と、これに接続された真
空容器と、この真空容器の他方に接続された真空排気装
置と、前記プラズマ放電室より放出されたるプラズマに
対向して設けられた被処理基板と、この被処理基板を支
持する第１電極と、この基板を支持する第１電極にパル
ス発生装置をもち高周波マッチング回路を介して接続さ
れた高周波又は直流又はマイクロ波あるいは電子ビーム
電源と、前記第１電極を水冷するための水冷管系と、前
記プラズマ放電室を取巻いて設けた磁気コイルおよび水
冷却機構と、前記放電室に設けられた第１反応性ガス導
入口とを具備して成り、前記プラズマ放電室に供給され
る反応性ガスにマイクロ波を印加して、プラズマを形成
し、前記高周波、直流、マイクロ波あるいは電子ビーム
電力を一定周期でパルス変調させ、該パルス変調のデュ
ーティ比を変化させることにより反応性ガスを分解し、
反応性ガスの分解から生ずるラジカルの密度および組成
を制御するよう構成したことを特徴とするラジカルの制
御装置。
【０００７】本発明の実施に当たっては、反応性ガス
は、フルオロカーボンガスあるいは少くともシリコン原
子および水素原子を含有する水素化シリコンガスあるい
は少くとも炭素原子および水素原子を含有する水素化炭
素ガスあるいはハロゲンガスを使用するものである。
は、フルオロカーボンガスあるいは少くともシリコン原
子および水素原子を含有する水素化シリコンガスあるい
は少くとも炭素原子および水素原子を含有する水素化炭
素ガスあるいはハロゲンガスを使用するものである。
【０００８】〔構成〕図１に本発明を適用したＥＣＲプ
ラズマ処理装置の構成の一例を示す。同図中、１は、反
応室を形成する真空容器であり、真空容器１の上部に
は、ＥＣＲ放電を発生する放電室２が連結されている。
放電室２には、例えば2.45ＧＨｚのマイクロ波を導入す
るための導波管３が設けられ、これによりマイクロ波電
源４に接続されている。マイクロ波電源４は、パルス発
生装置５に接続され、これによりその出力はパルス状波
形から連続波形まで任意に制御可能である。また、例え
ばＨｅ等の不活性ガスおよび三フッ化メタン（ＣＨ
Ｆ3 ）等の反応性ガス（Ａ）を導入するための第１の導
入口６が放電室２に取り付けられている。７は放電室２
の外壁を水冷するために設けられた冷却機構であり、冷
却機構７の外側には、磁気コイル８が放電室２を取囲ん
で取り付けられている。放電室２においてマイクロ波で
放電が生起し、その放電中で電子がサイクロトロン運動
するように磁気コイル８により、例えば875 ガウス程度
の磁界が与えられて高密度のプラズマが生成される。
ラズマ処理装置の構成の一例を示す。同図中、１は、反
応室を形成する真空容器であり、真空容器１の上部に
は、ＥＣＲ放電を発生する放電室２が連結されている。
放電室２には、例えば2.45ＧＨｚのマイクロ波を導入す
るための導波管３が設けられ、これによりマイクロ波電
源４に接続されている。マイクロ波電源４は、パルス発
生装置５に接続され、これによりその出力はパルス状波
形から連続波形まで任意に制御可能である。また、例え
ばＨｅ等の不活性ガスおよび三フッ化メタン（ＣＨ
Ｆ3 ）等の反応性ガス（Ａ）を導入するための第１の導
入口６が放電室２に取り付けられている。７は放電室２
の外壁を水冷するために設けられた冷却機構であり、冷
却機構７の外側には、磁気コイル８が放電室２を取囲ん
で取り付けられている。放電室２においてマイクロ波で
放電が生起し、その放電中で電子がサイクロトロン運動
するように磁気コイル８により、例えば875 ガウス程度
の磁界が与えられて高密度のプラズマが生成される。
【０００９】一方、真空容器１の内部には、試料ホルダ
ーとしての電極９が設置され、この電極９上に被処理基
板10としてのウエハー等が載置されている。電極９に
は、マッチング回路11を介してバイアス用高周波電力印
加用の高周波電源12が接続されている。高周波電源12
は、パルス発生装置13が接続され、これにより出力はパ
ルス状波形から連続波形まで任意に制御可能であるよう
構成する。従って、この電極９には、上記高周波の印加
によりマイナス数10〜マイナス300 Ｖ程度のバイアスが
生じる。14は、電極９内部を通じて設けられ被処理基板
10を冷却するための冷却水冷管である。また、真空容器
１には、例えばＨｅ等の不活性ガスおよび三フッ化メタ
ン（ＣＨＦ3 ）等の反応性ガス（Ｂ）を導入するための
第２の導入口15が取り付けられるとともに、真空排気装
置17に通じる排気管16が接続されている。各導入口６，
15から原料ガスが一定量導入されるとともに、真空排気
装置17で排気されて装置真空容器１および放電室２内
は、所定のガス圧力に保たれる。
ーとしての電極９が設置され、この電極９上に被処理基
板10としてのウエハー等が載置されている。電極９に
は、マッチング回路11を介してバイアス用高周波電力印
加用の高周波電源12が接続されている。高周波電源12
は、パルス発生装置13が接続され、これにより出力はパ
ルス状波形から連続波形まで任意に制御可能であるよう
構成する。従って、この電極９には、上記高周波の印加
によりマイナス数10〜マイナス300 Ｖ程度のバイアスが
生じる。14は、電極９内部を通じて設けられ被処理基板
10を冷却するための冷却水冷管である。また、真空容器
１には、例えばＨｅ等の不活性ガスおよび三フッ化メタ
ン（ＣＨＦ3 ）等の反応性ガス（Ｂ）を導入するための
第２の導入口15が取り付けられるとともに、真空排気装
置17に通じる排気管16が接続されている。各導入口６，
15から原料ガスが一定量導入されるとともに、真空排気
装置17で排気されて装置真空容器１および放電室２内
は、所定のガス圧力に保たれる。
【００１０】放電室２に導入された三フッ化メタン（Ｃ
ＨＦ3 ）は、プラズマＰになり、Ｆ，ＣＦ，ＣＦ2 ，Ｃ
Ｆ3 等のラジカルＲが発生する。このプラズマＰは、放
電室２から真空容器１内に延びている。プラズマＰから
発生したラジカルＲは、被処理基板10上で重合し、ポリ
マー薄膜が成長する。一方、被処理基板10に高周波電源
12より高周波出力を印加するとこの高周波により被処理
基板10表面には、セルフバイアス電圧が誘起され、この
バイアス電圧によりプラズマからイオンが引き出されて
被処理基板10が衝撃される。イオン衝撃により被処理基
板10のエッチングが生じる。また、高周波電源12の出力
を適宜調整することにより、被処理基板10表面に高周波
引加によるプラズマの発生も可能である。
ＨＦ3 ）は、プラズマＰになり、Ｆ，ＣＦ，ＣＦ2 ，Ｃ
Ｆ3 等のラジカルＲが発生する。このプラズマＰは、放
電室２から真空容器１内に延びている。プラズマＰから
発生したラジカルＲは、被処理基板10上で重合し、ポリ
マー薄膜が成長する。一方、被処理基板10に高周波電源
12より高周波出力を印加するとこの高周波により被処理
基板10表面には、セルフバイアス電圧が誘起され、この
バイアス電圧によりプラズマからイオンが引き出されて
被処理基板10が衝撃される。イオン衝撃により被処理基
板10のエッチングが生じる。また、高周波電源12の出力
を適宜調整することにより、被処理基板10表面に高周波
引加によるプラズマの発生も可能である。
【００１１】マイクロ波電源４から発生するマイクロ波
出力をパルス発生装置５にて変調し、あるいは、高周波
電源12から発生する高周波出力をパルス発生装置13によ
り変調し、あるいはマイクロ波出力および高周波出力の
引加を時間分割し、適宜組み合わせることにより、真空
容器１内におけるラジカルＲの密度および組成を制御す
ることが可能である。
出力をパルス発生装置５にて変調し、あるいは、高周波
電源12から発生する高周波出力をパルス発生装置13によ
り変調し、あるいはマイクロ波出力および高周波出力の
引加を時間分割し、適宜組み合わせることにより、真空
容器１内におけるラジカルＲの密度および組成を制御す
ることが可能である。
【００１２】なお、第２反応性ガス導入口を設ける理由
は、例えば、図１において第１の反応性ガスＡは、その
ガス導入口６より放電室２に直接導入される。放電室２
においては、マイクロ波で放電が生起し高密度のプラズ
マが生ずる。プラズマは磁場により電極９の方向に拡散
する。プラズマの密度および電子温度も、放電室２から
電極９に向って次第に減衰する。
は、例えば、図１において第１の反応性ガスＡは、その
ガス導入口６より放電室２に直接導入される。放電室２
においては、マイクロ波で放電が生起し高密度のプラズ
マが生ずる。プラズマは磁場により電極９の方向に拡散
する。プラズマの密度および電子温度も、放電室２から
電極９に向って次第に減衰する。
【００１３】従って、第１反応性ガスＡは、まず、高密
度のプラズマの放電室２に導入されるため、ガスの分解
率も高く、ガスは低次の原子に至るまで分解が生ずる。
度のプラズマの放電室２に導入されるため、ガスの分解
率も高く、ガスは低次の原子に至るまで分解が生ずる。
【００１４】一方、第２のガス導入口15に供給される第
２の反応性ガスＢは、第２反応性ガス導入口15より放電
室２の下部から真空容器１に導入される。上述の如く第
２の反応性ガス導入口15は、高密度プラズマから拡散し
たプラズマに接触する。この領域のプラズマは放電室２
におけるプラズマに比べ電子温度が低く（即ち低エネル
ギー）なっていることが特徴である。
２の反応性ガスＢは、第２反応性ガス導入口15より放電
室２の下部から真空容器１に導入される。上述の如く第
２の反応性ガス導入口15は、高密度プラズマから拡散し
たプラズマに接触する。この領域のプラズマは放電室２
におけるプラズマに比べ電子温度が低く（即ち低エネル
ギー）なっていることが特徴である。
【００１５】従って、第２の反応性ガス導入口15から第
２の反応性ガスを導入した場合、第２の反応性ガスの分
解は、第１の反応性ガスの分解に比べ若干低いマイルド
なものとなる。
２の反応性ガスを導入した場合、第２の反応性ガスの分
解は、第１の反応性ガスの分解に比べ若干低いマイルド
なものとなる。
【００１６】このようにエネルギーの異なるプラズマ
（電子温度が異なるプラズマ）に対してガスを選択し、
適宜第１の反応性ガス導入口６又は第２の反応性ガス導
入口15からガスをそれぞれ導入することにより、種々の
反応を選択的に生じさせるのが可能となる。
（電子温度が異なるプラズマ）に対してガスを選択し、
適宜第１の反応性ガス導入口６又は第２の反応性ガス導
入口15からガスをそれぞれ導入することにより、種々の
反応を選択的に生じさせるのが可能となる。
【００１７】本発明において、第２反応性ガスとしてど
のようなガスを真空容器１に導入し、どのような反応を
させることを意図しているのかについては、実施例１〜
３において、第１の反応性ガスとしてＣＨＦ3 およびＣ
ＨＦ3 ／Ｈｅ等不活性ガスを導入する。本質的には実施
例１および実施例２においては、第１のガス導入口６の
かわりに第２のガス導入口15よりＣＨＦ3 およびＣＨＦ
3 とＨｅとの混合物等を導入しても大体同様の効果が期
待される。又、第２のガス導入口15からガス導入した方
が分解解離が抑制されるので、ガスの選択によってはラ
ジカルの組成が第１のガス導入口６から導入した場合と
異なってくる。
のようなガスを真空容器１に導入し、どのような反応を
させることを意図しているのかについては、実施例１〜
３において、第１の反応性ガスとしてＣＨＦ3 およびＣ
ＨＦ3 ／Ｈｅ等不活性ガスを導入する。本質的には実施
例１および実施例２においては、第１のガス導入口６の
かわりに第２のガス導入口15よりＣＨＦ3 およびＣＨＦ
3 とＨｅとの混合物等を導入しても大体同様の効果が期
待される。又、第２のガス導入口15からガス導入した方
が分解解離が抑制されるので、ガスの選択によってはラ
ジカルの組成が第１のガス導入口６から導入した場合と
異なってくる。
【００１８】次に下記のプロセスでは第１のガス導入口
６と第２のガス導入口15とで種々の変化が生ずる。第１
のガス導入口６からは、例えば不活性ガス（Ｈｅ，Ｎ
ｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒ）あるいはＨ2 を導入し、第２の
導入口15からＣＨＦ3 等の反応性ガスを導入することも
可能である。
６と第２のガス導入口15とで種々の変化が生ずる。第１
のガス導入口６からは、例えば不活性ガス（Ｈｅ，Ｎ
ｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒ）あるいはＨ2 を導入し、第２の
導入口15からＣＨＦ3 等の反応性ガスを導入することも
可能である。
【００１９】まず、第１のガス導入口６からＣＨＦ3 を
導入するとガスの高い分解より、図１に示すようにマイ
クロ波導入口（図中矢印で示されるマイクロ波の直下）
に設置してあるマイクロ波導入窓19がＣＨＦ3 の分解よ
り生じたラジカル等により、堆積膜が付着し汚損する。
この汚損が大きくなると、マイクロ波導入の効率が低下
し、放電が不安定となる。
導入するとガスの高い分解より、図１に示すようにマイ
クロ波導入口（図中矢印で示されるマイクロ波の直下）
に設置してあるマイクロ波導入窓19がＣＨＦ3 の分解よ
り生じたラジカル等により、堆積膜が付着し汚損する。
この汚損が大きくなると、マイクロ波導入の効率が低下
し、放電が不安定となる。
【００２０】一方、第１の導入口６より不活性ガスある
いはＨ2 を導入するとこれらのガス（Ａ）の流下によ
り、第２のガス導入口15より導入したＣＨＦ3 （ガス
Ｂ）が放電室２へ導入されないため、窓19の汚染は生じ
ない。
いはＨ2 を導入するとこれらのガス（Ａ）の流下によ
り、第２のガス導入口15より導入したＣＨＦ3 （ガス
Ｂ）が放電室２へ導入されないため、窓19の汚染は生じ
ない。
【００２１】又、第１のガス導入口６より導入された不
活性ガスあるいはＨ2 が電子温度の高いプラズマにより
分解されＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，ＫｒのイオンやＨｅ
* ，Ａｒ* ，Ｎｅ* ，Ｘｅ* ，Ｋｒ* の準安定原子が生
ずる。又Ｈ2 よりはＨ原子が生ずる。
活性ガスあるいはＨ2 が電子温度の高いプラズマにより
分解されＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，ＫｒのイオンやＨｅ
* ，Ａｒ* ，Ｎｅ* ，Ｘｅ* ，Ｋｒ* の準安定原子が生
ずる。又Ｈ2 よりはＨ原子が生ずる。
【００２２】したがって、第２のガス導入口15より導入
されたＣＨＦ3 （ガス（Ｂ））は、比較的電子温度の低
いプラズマによりマイルドに分解されるとともに寿命の
長い準安定原子（Ｈｅ* ，Ｎｅ* ，Ａｒ* ，Ｋｒ* ，Ｘ
ｅ* ）あるいはＨ原子とＣＨＦ3 との反応が支配的にな
る。後者のような他の原子との衝突反応の割合が大きく
なって来るとプラズマにより分解されるものとは反応が
大きく変化し、生じるラジカルの密度、組成も変化する
ことになる。
されたＣＨＦ3 （ガス（Ｂ））は、比較的電子温度の低
いプラズマによりマイルドに分解されるとともに寿命の
長い準安定原子（Ｈｅ* ，Ｎｅ* ，Ａｒ* ，Ｋｒ* ，Ｘ
ｅ* ）あるいはＨ原子とＣＨＦ3 との反応が支配的にな
る。後者のような他の原子との衝突反応の割合が大きく
なって来るとプラズマにより分解されるものとは反応が
大きく変化し、生じるラジカルの密度、組成も変化する
ことになる。
【００２３】さらに、実施例３のように、メッシュ等に
より形成された第２の電極18を挿入し、第１のガス導入
口６より不活性ガス、第２のガス導入口15より反応性ガ
ス（ＣＨＦ3 ）を導入すると、電極18にてプラズマおよ
びイオンが除去されるので真空容器１の電極９へは、不
活性ガスの分解により生じたＨｅ* ，Ｎｅ* ，Ａｒ*，
Ｋｒ* ，Ｘｅ* の寿命の長い準安定原子およびこの準安
定原子とＣＨＦ3 ガスとの反応により生成したラジカル
が電極９に導入される。このときＣＨＦ3 は、プラズマ
により分解されたのではなく、準安定原子との衝突によ
り分解が生じているため、生成されるラジカル特性も変
化する。
より形成された第２の電極18を挿入し、第１のガス導入
口６より不活性ガス、第２のガス導入口15より反応性ガ
ス（ＣＨＦ3 ）を導入すると、電極18にてプラズマおよ
びイオンが除去されるので真空容器１の電極９へは、不
活性ガスの分解により生じたＨｅ* ，Ｎｅ* ，Ａｒ*，
Ｋｒ* ，Ｘｅ* の寿命の長い準安定原子およびこの準安
定原子とＣＨＦ3 ガスとの反応により生成したラジカル
が電極９に導入される。このときＣＨＦ3 は、プラズマ
により分解されたのではなく、準安定原子との衝突によ
り分解が生じているため、生成されるラジカル特性も変
化する。
【００２４】この場合も、プラズマのオン・オフデュー
ティ比を変化させることにより準安定原子の時間的密度
が変化するのでＣＨＦ3 が分解し、生じたラジカルの組
成も変化し、上述のような制御が可能となる。
ティ比を変化させることにより準安定原子の時間的密度
が変化するのでＣＨＦ3 が分解し、生じたラジカルの組
成も変化し、上述のような制御が可能となる。
【００２５】最後にＨ2 は容易に分解が生ぜず高いエネ
ルギー（高い電子温度）が必要となる。したがって、Ｈ
2 をガス導入口６より導入することにより効率的にＨ原
子を形成させ、Ｈ原子とガス導入口６又はガス導入口15
より導入したＣＨＦ3 ガスとの反応によりラジカルの組
成等を制御することも可能となる。
ルギー（高い電子温度）が必要となる。したがって、Ｈ
2 をガス導入口６より導入することにより効率的にＨ原
子を形成させ、Ｈ原子とガス導入口６又はガス導入口15
より導入したＣＨＦ3 ガスとの反応によりラジカルの組
成等を制御することも可能となる。
【００２６】以上により、ガス導入口６又はガス導入口
15にどのようなガスを導入するかは、プロセスに応じ適
宜選択することが可能である。
15にどのようなガスを導入するかは、プロセスに応じ適
宜選択することが可能である。
【００２７】
〔実施例１〕次に、第１の実施例として図１に示すＥＣ
Ｒプラズマ処理装置を用いたフルオロカーボン薄膜の堆
積方法に係わるラジカル制御方法を説明する。まず、図
１に示す装置の放電室２に三フッ化メタン（ＣＨＦ3 ）
を導入し、ＣＨＦ3 の圧力を0.4 Ｐａに保つ。マイクロ
波は、マイクロ波入力電力300 Ｗ、流量5.0 ｓｃｃｍ、
周期100 ｍｓｅｃとし、パルス発生装置５によりマイク
ロ波電源の出力のデューテイー比を15〜100 ％（連続）
まで変化させプラズマのオン・オフ変調を行った。この
場合、被処理基板10にＳｉ基板を使用し、高周波の引加
は行わなかった。ＯＮ期間とＯＦＦ期間の和は100 ｍｓ
で一定とした。
Ｒプラズマ処理装置を用いたフルオロカーボン薄膜の堆
積方法に係わるラジカル制御方法を説明する。まず、図
１に示す装置の放電室２に三フッ化メタン（ＣＨＦ3 ）
を導入し、ＣＨＦ3 の圧力を0.4 Ｐａに保つ。マイクロ
波は、マイクロ波入力電力300 Ｗ、流量5.0 ｓｃｃｍ、
周期100 ｍｓｅｃとし、パルス発生装置５によりマイク
ロ波電源の出力のデューテイー比を15〜100 ％（連続）
まで変化させプラズマのオン・オフ変調を行った。この
場合、被処理基板10にＳｉ基板を使用し、高周波の引加
は行わなかった。ＯＮ期間とＯＦＦ期間の和は100 ｍｓ
で一定とした。
【００２８】真空容器１に設置した赤外半導体レーザ吸
収分光装置（図示省略）を用いて、被処理基板10の２cm
上部におけるＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 のそれぞれのラジカ
ル密度を測定した。
収分光装置（図示省略）を用いて、被処理基板10の２cm
上部におけるＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 のそれぞれのラジカ
ル密度を測定した。
【００２９】図２および図３に本発明を適用して得られ
た結果の例を示す。図２よりＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ラジ
カル密度は連続放電よりもオン・オフ放電をさせること
により増加することが分かる。ＣＦ3 ラジカルは、オン
期間の増加とともに僅かに増加するがオン期間70ｍｓｅ
ｃ以上では次第に減少する。すなわち、ＯＮ−ＯＦＦ期
間の変化に対して密度の変化は小さく、連続放電では密
度がわずかに小さくなる傾向が観測された。一方、ＣＦ
2 ，ＣＦラジカルはＯＮ期間が15ｍｓの時の密度は連続
放電の時に比べそれぞれ３倍、４倍大きいことが分かっ
た。オン期間の増加とともに急速に減少し、オン期間50
ｍｓｅｃ以上で飽和する。これより、デューティ比を変
化させることによりＥＣＲプラズマ中のラジカル密度お
よび組成を制御することが可能であることが分かった。
た結果の例を示す。図２よりＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ラジ
カル密度は連続放電よりもオン・オフ放電をさせること
により増加することが分かる。ＣＦ3 ラジカルは、オン
期間の増加とともに僅かに増加するがオン期間70ｍｓｅ
ｃ以上では次第に減少する。すなわち、ＯＮ−ＯＦＦ期
間の変化に対して密度の変化は小さく、連続放電では密
度がわずかに小さくなる傾向が観測された。一方、ＣＦ
2 ，ＣＦラジカルはＯＮ期間が15ｍｓの時の密度は連続
放電の時に比べそれぞれ３倍、４倍大きいことが分かっ
た。オン期間の増加とともに急速に減少し、オン期間50
ｍｓｅｃ以上で飽和する。これより、デューティ比を変
化させることによりＥＣＲプラズマ中のラジカル密度お
よび組成を制御することが可能であることが分かった。
【００３０】図３は、ＳｉおよびＳｉＯ2 上に堆積した
フルオロカーボン膜のオン・オフ変調デューティ比依存
性を示している。プラズマ処理時間は、120 分である。
ＳｉおよびＳｉＯ2 の基板の相違において、堆積膜厚の
変化は、観測されなかった。堆積したフルオロカーボン
膜厚は、デューティ比とともにに増加する。一方、堆積
速度（堆積したフルオロカーボンの膜厚／（放電時間12
0 分×デューティ比））は、デューティ比とともに減少
することが分かった。堆積速度とＣＦ2 ，ＣＦラジカル
密度の間には、相関関係があり、デューティ比を変化さ
せることにより、プラズマ中のラジカルと堆積速度の膜
厚制御が可能となる。
フルオロカーボン膜のオン・オフ変調デューティ比依存
性を示している。プラズマ処理時間は、120 分である。
ＳｉおよびＳｉＯ2 の基板の相違において、堆積膜厚の
変化は、観測されなかった。堆積したフルオロカーボン
膜厚は、デューティ比とともにに増加する。一方、堆積
速度（堆積したフルオロカーボンの膜厚／（放電時間12
0 分×デューティ比））は、デューティ比とともに減少
することが分かった。堆積速度とＣＦ2 ，ＣＦラジカル
密度の間には、相関関係があり、デューティ比を変化さ
せることにより、プラズマ中のラジカルと堆積速度の膜
厚制御が可能となる。
【００３１】〔実施例２〕次に、第２の実施例として上
述のＥＣＲプラズマ処理装置を用いたエッチング方法に
係わるラジカル制御方法を説明する。まず、放電室２に
三フッ化メタン（ＣＨＦ3 ）を導入し、圧力0.4 Ｐａに
保つ。マイクロ波は、周期100 ｓｅｃとし、パルス発生
装置５によりマイクロ波電源出力を時間分割し、マイク
ロ波パワー400 Ｗと100 Ｗにて、デューティ比を１〜10
0 ％（連続）まで変化させ、マイクロ波パワーの変調を
行った。この場合、被処理基板10として、ＳｉＯ2 上に
適当なエッチングパターンを形成したものを用いた。被
処理基板10に13.56 ＭＨｚの高調波を引加し、バイアス
100 Ｖの電圧を被処理基板10の表面に引加した。この場
合、実施例１と同様、真空容器１に設置した赤外半導体
レーザ吸収分光装置（図示省略）を用いて、被処理基板
10の２cm上部におけるＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ラジカル密
度を測定した。ＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ラジカルは、実施
例１において、図２に示したものと良く似た挙動をする
ことが分かった。
述のＥＣＲプラズマ処理装置を用いたエッチング方法に
係わるラジカル制御方法を説明する。まず、放電室２に
三フッ化メタン（ＣＨＦ3 ）を導入し、圧力0.4 Ｐａに
保つ。マイクロ波は、周期100 ｓｅｃとし、パルス発生
装置５によりマイクロ波電源出力を時間分割し、マイク
ロ波パワー400 Ｗと100 Ｗにて、デューティ比を１〜10
0 ％（連続）まで変化させ、マイクロ波パワーの変調を
行った。この場合、被処理基板10として、ＳｉＯ2 上に
適当なエッチングパターンを形成したものを用いた。被
処理基板10に13.56 ＭＨｚの高調波を引加し、バイアス
100 Ｖの電圧を被処理基板10の表面に引加した。この場
合、実施例１と同様、真空容器１に設置した赤外半導体
レーザ吸収分光装置（図示省略）を用いて、被処理基板
10の２cm上部におけるＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ラジカル密
度を測定した。ＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 ラジカルは、実施
例１において、図２に示したものと良く似た挙動をする
ことが分かった。
【００３２】図４に本発明を適用して得られたエッチン
グ結果の例を示す。すなわち、図４は、ＳｉＯ2 のエッ
チング速度と加工形状の関係を示している。この場合の
プラズマ処理時間は５分である。エッチング速度は、デ
ューティ比とともに増加する。一方、加工形状は、デュ
ーティ比とともに垂直形状となることが分かる。これよ
り、デューティ比を変化させることにより、プラズマ中
のラジカルとエッチング形状の制御が可能となる。
グ結果の例を示す。すなわち、図４は、ＳｉＯ2 のエッ
チング速度と加工形状の関係を示している。この場合の
プラズマ処理時間は５分である。エッチング速度は、デ
ューティ比とともに増加する。一方、加工形状は、デュ
ーティ比とともに垂直形状となることが分かる。これよ
り、デューティ比を変化させることにより、プラズマ中
のラジカルとエッチング形状の制御が可能となる。
【００３３】〔実施例３〕次に、実施例３としてラジカ
ルビーム装置を用いたエッチング方法に係わるラジカル
制御方法を説明する。図５は実施例３に用いたラジカル
ビーム装置である。図５において、図１に示したものと
同一部分は同一符号を付しその説明を省略する。図５に
示したＥＣＲプラズマ処理装置において、真空容器１と
真空容器２の間にメッシュにより形成された第２の電極
18を挿入した。第２の電極18は、適当な正および負のバ
イアスを引加することにより、放電室２においてプラズ
マから発生したイオンや電子等の荷電粒子を除去し、真
空容器１へ、ラジカルのみを導くことが可能である。
ルビーム装置を用いたエッチング方法に係わるラジカル
制御方法を説明する。図５は実施例３に用いたラジカル
ビーム装置である。図５において、図１に示したものと
同一部分は同一符号を付しその説明を省略する。図５に
示したＥＣＲプラズマ処理装置において、真空容器１と
真空容器２の間にメッシュにより形成された第２の電極
18を挿入した。第２の電極18は、適当な正および負のバ
イアスを引加することにより、放電室２においてプラズ
マから発生したイオンや電子等の荷電粒子を除去し、真
空容器１へ、ラジカルのみを導くことが可能である。
【００３４】まず、本例においては、実施例２と同様
に、放電室２に三フッ化メタン（ＣＨＦ3 ）を導入し、
圧力0.4 Ｐａに保つ。マイクロ波は、周期100 ｍｓｅｃ
とし、マイクロ波パワーを時間分割し400 Ｗと100 Ｗを
交互に導入した。パルス発生装置５によりマイクロ波電
源出力をデューティ比を15〜100 ％（連続）まで変化さ
せ、プラズマのパワー変調を行った。この場合、被処理
基板10として、ＳｉＯ2を用いた。被処理基板10に13.56
ＭＨｚの高周波を引加し、高周波電力500 Ｗにて高調
波放電を形成し、プラズマを生成した。これにより、バ
イアス200 Ｖの電圧が被処理基板10の表面に引加され
る。また、高周波の引加は、パルス発生装置13によるパ
ルスの変調を行わないで連続とした。
に、放電室２に三フッ化メタン（ＣＨＦ3 ）を導入し、
圧力0.4 Ｐａに保つ。マイクロ波は、周期100 ｍｓｅｃ
とし、マイクロ波パワーを時間分割し400 Ｗと100 Ｗを
交互に導入した。パルス発生装置５によりマイクロ波電
源出力をデューティ比を15〜100 ％（連続）まで変化さ
せ、プラズマのパワー変調を行った。この場合、被処理
基板10として、ＳｉＯ2を用いた。被処理基板10に13.56
ＭＨｚの高周波を引加し、高周波電力500 Ｗにて高調
波放電を形成し、プラズマを生成した。これにより、バ
イアス200 Ｖの電圧が被処理基板10の表面に引加され
る。また、高周波の引加は、パルス発生装置13によるパ
ルスの変調を行わないで連続とした。
【００３５】本例においては、実施例１と同様、真空容
器１に設置した赤外半導体レーザ吸収分光装置（図示省
略）を用いて、被処理基板10の２cm上部におけるＣＦ，
ＣＦ2 ，ＣＦ3 ラジカル密度を測定した。ＣＦ，ＣＦ
2 ，ＣＦ3 ラジカルのデューティ比依存性は、図２に示
す実施例１の結果と同様であった。これより、ラジカル
組成を任意に可変可能なラジカルビームの形成が可能で
あることが分かる。
器１に設置した赤外半導体レーザ吸収分光装置（図示省
略）を用いて、被処理基板10の２cm上部におけるＣＦ，
ＣＦ2 ，ＣＦ3 ラジカル密度を測定した。ＣＦ，ＣＦ
2 ，ＣＦ3 ラジカルのデューティ比依存性は、図２に示
す実施例１の結果と同様であった。これより、ラジカル
組成を任意に可変可能なラジカルビームの形成が可能で
あることが分かる。
【００３６】すなわち、図６に本発明を適用して得られ
たエッチング結果の例を示す。すなわち、図６は、Ｓｉ
Ｏ2 のエッチング速度と加工形状の関係を示している。
プラズマ処理時間は５分である。エッチング速度は、デ
ューティ比とともに増加する。一方、加工形状は、デュ
ーティ比とともに垂直形状となることが分かる。これよ
り、デューティ比を変化させることにより、プラズマ中
のラジカルとエッチング形状の制御が可能となることが
判った。
たエッチング結果の例を示す。すなわち、図６は、Ｓｉ
Ｏ2 のエッチング速度と加工形状の関係を示している。
プラズマ処理時間は５分である。エッチング速度は、デ
ューティ比とともに増加する。一方、加工形状は、デュ
ーティ比とともに垂直形状となることが分かる。これよ
り、デューティ比を変化させることにより、プラズマ中
のラジカルとエッチング形状の制御が可能となることが
判った。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマから生じるラ
ジカルの密度および組成が高精度に制御可能となるの
で、プラズマＣＶＤ、プラズマエッチングプロセスにお
いて、ラジカルを制御した高品質薄膜材料や高精度の微
細加工薄膜の生成が可能となる。例えば、プラズマＣＶ
Ｄによる非晶質シリコンおよび微結晶シリコン薄膜、ダ
イヤモンド薄膜、シリコン化合物の形成プロセスや、フ
ルオロカーボンガス等のハロゲンガスわ容量結合あるい
は、誘導結合型で高周波わ印加して得られるプラズマエ
ッチング装置あるいはマイクロ波によりプラズマを生成
したプラズマエッチング装置を用いるドライエッチング
プロセスへの適用が可能である。
ジカルの密度および組成が高精度に制御可能となるの
で、プラズマＣＶＤ、プラズマエッチングプロセスにお
いて、ラジカルを制御した高品質薄膜材料や高精度の微
細加工薄膜の生成が可能となる。例えば、プラズマＣＶ
Ｄによる非晶質シリコンおよび微結晶シリコン薄膜、ダ
イヤモンド薄膜、シリコン化合物の形成プロセスや、フ
ルオロカーボンガス等のハロゲンガスわ容量結合あるい
は、誘導結合型で高周波わ印加して得られるプラズマエ
ッチング装置あるいはマイクロ波によりプラズマを生成
したプラズマエッチング装置を用いるドライエッチング
プロセスへの適用が可能である。
【００３８】また、ラジカルを制御したプラズマＣＶＤ
装置およびプラズマエッチング装置を提供することが可
能になる。さらに、ラジカル組成を任意に可変可能なラ
ジカルビーム装置の提供等が可能になる工業上大なる効
果がある。
装置およびプラズマエッチング装置を提供することが可
能になる。さらに、ラジカル組成を任意に可変可能なラ
ジカルビーム装置の提供等が可能になる工業上大なる効
果がある。
【図１】図１は本発明の装置の実施の一例を示す装置の
構成を示す略図である。
構成を示す略図である。
【図２】図２は本発明装置を用いて実施例１で測定した
ラジカル密度とオン−オフ周期との関係を示す特性図で
ある。
ラジカル密度とオン−オフ周期との関係を示す特性図で
ある。
【図３】図３は本発明装置を用い実施例１で測定したポ
リマー厚さとオン−オフ周期との関係を示す特性図であ
る。
リマー厚さとオン−オフ周期との関係を示す特性図であ
る。
【図４】図４（Ａ）は本発明装置を用い実施例２で測定
したエッチング率と、周期およびテーパー角との関係を
示す特性図であり、図４（Ｂ）は本発明装置を用い実施
例２で測定したエッチング率と、周期およびテーパー角
との関係を示す特性図である。
したエッチング率と、周期およびテーパー角との関係を
示す特性図であり、図４（Ｂ）は本発明装置を用い実施
例２で測定したエッチング率と、周期およびテーパー角
との関係を示す特性図である。
【図５】図５は本発明装置の実施の他の一例を示す装置
の構成を示す略図である。
の構成を示す略図である。
【図６】図６は本発明装置を使用し実施例３で測定した
エッチング率と周期との関係を示す特性図である。
エッチング率と周期との関係を示す特性図である。
１ 真空容器 ２ 放電室 ３ 導波管 ４ マイクロ波電源 ５ パルス発生装置 ６ 第１反応性ガス導入口 ７ 水冷却機構 ８ 磁気コイル ９ 第１電極 １０ 被処理基板 １１ 高周波マッチング回路 １２ 高周波電源 １３ パルス発生装置 １４ 冷却水冷管 １５ 第２反応性ガス導入口 １６ 排気管 １７ 真空排気装置 １８ メッシュ状第２電極 １９ 窓 Ｐ プラズマ Ｒ ラジカル
Claims (4)
- 【請求項１】 高周波、直流又はマイクロ波あるいは電
子ビームを印加して形成されるプラズマにおいて、上記
高周波、直流又はマイクロ波あるいは電子ビーム電力を
一定の周期にて、パルス変調し、該パルス変調のデュテ
ィー比を変化させることにより反応性ガスを分解し、反
応性ガスの分解から生じるラジカルの密度および組成を
制御することを特徴とするラジカルの制御方法。 - 【請求項２】 前記反応性ガスは、フルオロカーボンガ
スあるいは少くともシリコン原子および水素原子を含有
する水素化シリコンガスあるいは少くとも炭素原子およ
び水素原子を含有する水素化炭素ガスあるいはハロゲン
よりなる請求項１記載のラジカルの制御方法。 - 【請求項３】 パルス発生装置をもったマイクロ波発生
電源に導波管により接続されたプラズマ放電室と、これ
に接続された真空容器と、この真空容器の他方に接続さ
れた真空排気装置と、前記プラズマ放電室より放出され
たるプラズマに対向して設けられた被処理基板と、この
被処理基板を支持する第１電極と、この基板を支持する
第１電極にパルス発生装置をもち高周波マッチング回路
を介して接続された高周波又は直流又はマイクロ波ある
いは電子ビーム電源と、前記第１電極を水冷するための
水冷管系と、前記プラズマ放電室を取巻いて設けた磁気
コイルおよび水冷却機構と、前記放電室に設けられた第
１反応性ガス導入口とを具備して成り、前記プラズマ放
電室に供給される反応性ガスにマイクロ波を印加して、
プラズマを形成し、前記高周波、直流、マイクロ波ある
いは電子ビーム電力を一定周期でパルス変調させ、該パ
ルス変調のデューティ比を変化させることにより反応性
ガスを分解し、反応性ガスの分解から生ずるラジカルの
密度および組成を制御するよう構成したことを特徴とす
るラジカルの制御装置。 - 【請求項４】 パルス発生装置をもったマイクロ波発生
電源に導波管により接続されたプラズマ放電室と、これ
に接続された真空容器と、この真空容器の他方に接続さ
れた真空排気装置と、前記プラズマ放電室より放出され
たるプラズマに対向して設けられた被処理基板と、この
被処理基板を支持する第１電極と、この基板を支持する
第１電極にパルス発生装置をもち高周波マッチング回路
を介して接続された高周波又は直流、又はマイクロ波あ
るいは電子ビーム電源と、前記第１電極を水冷するため
の水冷管系と、前記プラズマ放電室を取巻いて設けた磁
気コイルおよび水冷却機構と、前記放電室に設けられた
第１反応性ガス導入口とを具備して成るものにおいて、
前記プラズマ放電室と真空容器との間にメッシュ状第２
電極を設けると共に前記容器の側壁に第２反応性ガス導
入口を設け、前記プラズマ放電室においてプラズマから
発生したイオンおよび電子等の荷電粒子を除去しラジカ
ルのみを導くことができるよう構成したことを特徴とす
るラジカルの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5241487A JP2764524B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | ラジカルの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5241487A JP2764524B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | ラジカルの制御装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8205690A Division JP2764575B2 (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | ラジカルの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794130A true JPH0794130A (ja) | 1995-04-07 |
| JP2764524B2 JP2764524B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=17075053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5241487A Expired - Lifetime JP2764524B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | ラジカルの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2764524B2 (ja) |
Cited By (12)
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| JPH10116826A (ja) * | 1996-07-15 | 1998-05-06 | Applied Materials Inc | 誘導結合型ｈｄｐ−ｃｖｄリアクター |
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-
1993
- 1993-09-28 JP JP5241487A patent/JP2764524B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| KR20150010946A (ko) * | 2012-05-09 | 2015-01-29 | 아르켐 에이비 | 전자 빔을 발생시키기 위한 방법 및 장치 |
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