JPH10270429A

JPH10270429A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH10270429A
Application number: JP9076030A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Taki; 正和滝; Hiroki Odera; 廣樹大寺; Kazuyasu Nishikawa; 和康西川; Kenji Shintani; 賢治新谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】大面積にわたって均一なプラズマが生成で
き、大口径の試料を均一に処理できるプラズマ処理装置
を提供する。【解決手段】被処理物２が載置されるステージ２６に
対向配置された第２の電極２５の大気側に周方向に同一
な極性を有するリング状の永久磁石１１を同心円上に複
数配置する。径方向に隣り合う磁石１１の極性が逆にな
るように配置する。さらに、プラズマ発生室２２に、塩
素ガスと六フッ化硫黄ガスとを供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、プラズマ処理装
置に関し、より特定的には、プラズマを利用して被処理
物の表面に薄膜を形成したり、被処理物の表面をエッチ
ングするプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、たとえば特開平２−９４５２号
公報に記載された従来のプラズマ処理装置を示す概略断
面構成図である。図において、真空容器１０１、被エッ
チング被処理物１０２が載置された第１の電極１０３、
およびこの第１の電極１０３に対向配置された第２の電
極１０４を備えている。

【０００３】真空容器１内には、ガス導入口１０５から
エッチングガスが導入され、排気口１０６から排気され
る。第１の電極１０３にはマッチング回路１０８を介在
して高周波電源１０７が接続されている。また、第２の
電極１０４の大気側には永久磁石１０９が配置されてい
る。さらに、図５において、第１の電極１０３には、冷
却機構１１０が連結されている。なお、図５中におい
て、Ｅは電界を示し、Ｂは磁石１０９により誘起される
磁界の第１の電極１０３に平行な成分である。

【０００４】次に、上記構成よりなるプラズマ処理装置
の動作について説明する。ガス導入口１０５から真空容
器１０１のプラズマ室内にエッチングガスが導入される
と、第１の電極１０３に印加された高周波電力により、
第１の電極１０３と第２の電極１０４との間にプラズマ
が生成される。

【０００５】この図５に示す装置は、マグネトロン放電
により低圧力でも高い電子密度を得ることを狙ったもの
で、第１の電極１０３表面の磁束密度が２００Ｇ程度に
なるように設定されている。

【０００６】このとき、シース領域（プラズマが第１の
電極１０３に接するところ）では、荷電粒子（電子とイ
オン）はシース電場と磁場の影響でサイクロイド運動を
しながらＥ×Ｂの方向にドリフトしていく。

【０００７】この結果、電子と中性粒子（原子、分子）
との衝突確率が増加し、電離が促進されるため低圧力で
も高密度のプラズマが生成され、高いエッチング速度が
得られる。また、この場合、永久磁石１０９による磁界
により、プラズマの損失が低減されるため、高密度プラ
ズマが維持され、被処理物１０２がエッチングされる。

【０００８】一方、近年の８インチ、１０インチサイズ
の大口径被処理物を処理するには、大面積に均一なプラ
ズマを生成する必要がある。しかし、上述したプラズマ
処理装置は、永久磁石単体の配置であるため、第２の電
極１０４表面での横（電極間に平行）方向の磁束密度
は、図６に示すように、中心が小さく外に向かって一様
に増大する不均一なものとなり、被処理物近傍に均一な
強度の磁界を形成することが難しい。

【０００９】そのため、プラズマの拡散による均一化作
用があるものの、均一なプラズマを生成することが困難
である。なお、図６は、直径２００ｍｍ、高さ５０ｍｍ
で、表面磁束密度が３ｋＧですべて一様な永久磁石を配
設した場合の、磁石から３５ｍｍ離れた第２の電極１０
４表面での横方向の磁場分布を示すグラフである。縦軸
は横方向の磁場強度：Ｂ⊥（Ｇ）、横軸は中心からの距
離：ｒ（ｍｍ）を表わしている。

【００１０】また、第１の電極１０３上に置かれた被処
理物表面の磁場分布も不均一となる。荷電粒子の運動は
磁場分布に大きく影響されるため、磁場分布の不均一を
反映して被処理物表面に入射する荷電粒子のフラックス
も不均一となる。この結果、被処理物表面の電荷密度の
分布が現れ、加工したデバイスに損傷を与えるという問
題点があった。

【００１１】複数の永久磁石を使用しても隣り合う磁石
の極性が同じになるように配置した場合は、磁場分布は
上記のような単一の磁石を配設した場合と同様に不均一
になるため、プラズマの拡散による均一化作用を参酌し
ても、プラズマの均一性は不十分であった。

【００１２】さらに、特開平２−９４５２号公報には、
図７の概略断面構成図に示すように、棒状の永久磁石を
複数個、隣り合う磁石の極性を逆にして配置することが
開示されている。磁性を交互に変化させた場合、第２の
電極１０４表面での横方向磁束密度Ｂ⊥の径方向分布は
図８に示すように波形になる。

【００１３】図８からわかるように、Ｂ⊥は径方向に均
一ではないが、ピークの位置は磁石間隔等を変更するこ
とによって制御できる。この磁場配位でプラズマを生成
すると、磁場の弱い部分へも拡散によってプラズマが広
がるため均一化することができ、磁石のない場合に比べ
て損失が低減できるため、高密度で均一なプラズマがで
きる。

【００１４】しかしながら、たとえば、図７に示すよう
に棒状の永久磁石を複数個平行配置した場合、Ｂ₁，Ｂ
₂の磁界が形成される。そのため、被処理物近傍の
（Ａ）の領域では、電界Ｅと磁界Ｂ₁によるＥ×Ｂドリ
フトにより紙面を貫く方向に、（Ｂ）の領域では電界Ｅ
と磁界Ｂ₂により逆の方向にプラズマがドリフトして偏
在することになる。

【００１５】また、第２の電極１０４表面のシース部で
の荷電粒子の動きを考えると、図９の説明図に示すよう
に、Ｅ×Ｂドリフトによって隣り合う磁石間ごとにドリ
フト方向（図中矢印で示す）が異なり、ドリフト方向に
プラズマ密度の高い部分ができるために、傾斜部で表わ
される場所が高密度となる。このように、平行配置では
プラズマ密度に不均一が生じやすく、したがってエッチ
ング速度の均一性も悪くなる。このことは平行配置の根
本的な問題である。

【００１６】一方、図１０は、たとえば特開昭５１−８
８１８２号公報に開示されたプラズマ発生室と処理室と
が別になった従来のプラズマ処理装置を示す概略構成図
である。図において、処理室１２１は、主バルブ１３１
を介在して拡散ポンプ１３２と補助の回転ポンプ１３３
により真空排気される。処理室１２１の上方にはプラズ
マ発生室１２２が設けられている。プラズマ発生室１２
２には対向電極１１８、１１９が接地されており、処理
室１２１との間は複数個の孔２０を有する対向電極１１
９を隔壁として分離されている。ガス導入管１１５には
原料ガスボンベ１３４が接続されている。

【００１７】次に、上記構造よりなるプラズマ処理装置
の動作について説明する。ガス導入管１１５からプラズ
マ発生室１２２にエッチングガスを導入すると、ガスは
プラズマ発生室１２２から処理室１２２を通って真空ポ
ンプにより排気される。このときプラズマ発生室１２２
と処理室１２１との間に設けられた孔２０のコンダクタ
ンスにより、プラズマ発生室１２２と処理室１２１とに
圧力差が生じる。

【００１８】従来例に示されている具体的数値によれ
ば、孔の直径０．１〜０．８ｍｍ、孔数７個、排気系の
実効排気速度１０００Ｌ／ｓｅｃ、原料ガス流量５０〜
１００ｃｃ／ｍｉｎの条件で、プラズマ発生室１２２の
圧力が１〜５×１０^-1Ｔｏｒｒで、処理室圧力が１×１
０^-3Ｔｏｒｒ以下に保たれる。

【００１９】次に、対向電極１１８、１１９に高周波電
源１１７より高周波電力を供給すると、プラズマ発生室
１２２内にプラズマが発生する。プラズマは孔１２０を
通過して処理室１２１内に設置されたテーブル１２６に
載置される被処理物１０２をエッチングする。

【００２０】このように構成されたプラズマ処理装置に
おいては、平行平板高周波放電によりプラズマ発生室１
２２で生成されるプラズマ密度は精々５×１０⁸（個／
ｃｍ ³）から５×１０⁹（個／ｃｍ³）であった。一
方、被処理物１０２の処理速度は被処理物１０２に入射
するプラズマ密度にある程度比例する。そのため、生成
されるプラズマ密度に限りがあると、高密度プラズマを
処理室１２１に導くことができず、高速で被処理物を処
理することが不可能であった。また、平行平板型の高周
波放電が維持される、プラズマ発生室１２２の圧力は、
０．１Ｔｏｒｒ程度であるので、より高真空の雰囲気で
被処理物の処理ができないという問題点があった。

【００２１】

【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おり、たとえば図５のよ
うに単一の磁石を配設した場合は磁束密度は中心から外
方に一様に増加し、均一な磁場分布を形成することがで
きないため、プラズマ密度に不均一が生じてしまう。

【００２２】また、図７のように、複数の磁石を極性を
交互に変化させ平行に配設した場合は、隣り合う磁石間
ごとにドリフト方向が異なり、ドリフト方向にプラズマ
密度の高い部分ができ、プラズマ密度に不均一が生じ
る。そのため、大面積の被処理物を均一にエッチングで
きないという問題があった。

【００２３】さらに、図１０に示すように構成されたプ
ラズマ発生室と処理室とが分離されたプラズマ処理装置
においては、プラズマ発生室で生成されるプラズマ密度
が低く、処理室に高密度プラズマを導くことができず、
高速で処理ができない。また、プラズマ密度を高めよう
とすると高真空の雰囲気で被処理物の処理ができないと
いう問題点がある。

【００２４】したがって、この発明は、上記問題点を解
決するためになされたもので、大面積にわたって均一な
プラズマを形成でき、大口径の被処理物を均一に処理で
きるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。ま
た、さらに他の目的は、プラズマ発生室で生成されるプ
ラズマ密度を高め、高真空雰囲気で高速処理ができるプ
ラズマ処理装置を提供することを目的とする。さらに、
第３の目的は、大面積にわたって均一で高密度なプラズ
マを生成し、高真空雰囲気で大口径被処理物の均一高速
処理ができるプラズマ処理装置を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明に基づいたプラ
ズマ処理装置の１つの局面においては、真空容器内にお
いて被処理物が載置される第１の電極が配置される処理
室と、上記真空容器内において、上記第１の電極に対向
配置される第２の電極を有するプラズマ発生室と、上記
処理室と上記プラズマ発生室との間に設けられ、上記プ
ラズマ発生室から上記処理室に連通する孔を有する隔壁
板とを備えるプラズマ処理装置であって、上記プラズマ
発生室に塩素ガスと六フッ化硫黄ガスとを供給すること
により、上記被処理物の表面処理が行なわれる。

【００２６】このように、隔壁板によって、真空容器内
がプラズマ発生室と処理室とに分かれているプラズマ処
理装置において、プラズマ発生室に塩素ガスと六フッ化
硫黄ガスとを供給すると、プラズマ発生室と処理室との
間に生じる圧力差によって、被処理物に向かう方向性の
高いプラズマが生じる。これにより、等方性の強い六フ
ッ化硫黄ガスに被処理物に向かう方向性を与えることが
可能となる。その結果、反応性の高い六フッ化硫黄ガス
を用いても被処理物の深さ方向に向かう異方性エッチン
グを実現させることが可能となる。

【００２７】また、好ましくは、上記塩素ガスを定常的
に供給し、上記六フッ化硫黄ガスをパルス的に供給す
る。このように、六フッ化硫黄ガスをパルス的に供給す
ることで、六フッ化硫黄ガスを供給したときに、一時的
にプラズマ発生室の圧力が上昇し、プラズマ発生室と処
理室との圧力差をさらに大きくすることが可能となる。
これにより、プラズマ発生室から処理室へ向かう方向性
がさらに強くなるため、反応性の高い六フッ化硫黄ガス
を添加した場合においても、より性能の高い異方性エッ
チングを実現させることが可能となる。

【００２８】次に、この発明に基づいたプラズマ処理装
置の他の局面においては、真空容器内において被処理物
が載置される第１の電極が配置される処理室と、上記真
空容器内において、上記第１の電極に対向配置される第
２の電極を有するプラズマ発生室と、上記処理室と上記
プラズマ発生室との間に設けられ、上記プラズマ発生室
から上記処理室に連通する孔を有する隔壁板とを備える
プラズマ処理装置であって、上記プラズマ発生室に塩素
ガスを供給し、上記処理室に六フッ化硫黄ガスを供給す
ることにより、上記被処理物の表面処理を行なってい
る。

【００２９】このように、プラズマ発生室に塩素ガスを
供給し処理室に六フッ化硫黄ガスを供給することによ
り、六フッ化硫黄ガスが負性ガスであるために、プラズ
マ発生室に六フッ化硫黄ガスを供給すると、プラズマの
放電が不安定になるが、プラズマ発生室には塩素ガスを
供給するため、プラズマの放電を安定した状態で行なう
ことが可能となり、安定した被処理物の表面処理を行な
うことが可能となる。

【００３０】また好ましくは、上記塩素ガスの供給およ
び上記六フッ化硫黄ガスの供給をパルス的に行なってい
る。このように、塩素ガスの供給および六フッ化硫黄ガ
スの供給をパルス的に行なうことにより、塩素ガスの供
給および六フッ化硫黄ガスの供給を行ったときに、一時
的にプラズマ発生室の圧力が上昇し、プラズマ発生室と
処理室との圧力差をさらに大きくすることが可能とな
る。これにより、プラズマ発生室から処理室へ向かう方
向性がさらに強くなるため、反応性の高い六フッ化硫黄
ガスを添加した場合においても、より性能の高い異方性
エッチングを実現させることが可能となる。

【００３１】次に、この発明に基づいたプラズマ処理装
置のさらに他の局面においては、真空容器内において被
処理物が載置される第１の電極が配置される処理室と、
上記真空容器内において、上記第１の電極に対向配置さ
れる第２の電極を有するプラズマ発生室と、上記処理室
と上記プラズマ発生室との間に設けられ、上記プラズマ
発生室から上記処理室に連通する孔を有する隔壁板とを
備えるプラズマ処理装置であって、上記プラズマ発生室
に六フッ化硫黄ガスを供給し、上記処理室に塩素ガスを
供給することにより上記被処理物の表面処理を行なって
いる。

【００３２】このように、プラズマ発生室に六フッ化硫
黄ガスを供給し、処理室に塩素ガスを供給することによ
り、従来、六フッ化硫黄ガスはプラズマ化するとＳの重
合物が生成されるため、この重合物が処理室の内壁に付
着し、この付着した重合物が被処理物のエッチング中あ
るいはエッチング後に、塵として付着するため、被処理
物の微細加工を行なう上で問題があったが、このような
問題が生じにくくなる。

【００３３】また、プラズマ発生室で六フッ化硫黄ガス
を放電すると、重合膜が形成されるが、プラズマ発生室
の圧力が処理室の圧力に比べて高いため、プラズマ発生
室の壁まで拡散することはない。その結果、処理室の壁
に重合膜が付着せず、塵として被処理物上に降り注ぐこ
とがないため、非常にクリーンな被処理物のエッチング
を実現することが可能となる。

【００３４】また好ましくは、上記塩素ガスを定常的
に、上記六フッ化硫黄ガスをパルス的に行なっている。
このように、六フッ化硫黄ガスをパルス的に供給するこ
とで、六フッ化硫黄ガスを供給したときに、一時的にプ
ラズマ発生室の圧力が上昇し、プラズマ発生室と処理室
との圧力差をさらに大きくすることが可能となる。これ
により、プラズマ発生室から処理室へ向かう方向性がさ
らに強くなるため、反応性の高い六フッ化硫黄ガスを添
加した場合においても、より性能の高い異方性エッチン
グを実現させることが可能となる。

【００３５】この発明に基づいたプラズマ処理装置のさ
らに他の局面においては、真空容器内において被処理物
が載置される第１の電極が配置される処理室と、上記真
空容器内において、上記第１の電極に対向配置される第
２の電極を有するプラズマ発生室と、上記処理室と上記
プラズマ発生室との間に設けられ、上記プラズマ発生室
から上記処理室に連通する孔を有する隔壁板とを備える
プラズマ処理装置であって、上記プラズマ発生室に塩素
ガスと酸素ガスとを供給することにより、上記被処理物
の表面処理が行なわれる。

【００３６】このように、プラズマ発生室に塩素ガスと
酸素ガスとが供給されることにより、プラズマ発生室と
処理室とを有する構造において、プラズマ発生室と処理
室との圧力差により、プラズマ発生室で発生したプラズ
マを処理室へ輸送するため、被処理物の微細パターンの
内部の底部にまでプラズマが到達しする。その結果、微
細パターンと微細パターン以外の領域とにおいて、エッ
チング特性が同一となり、これにより従来問題となって
いたマイクロローディング効果を小さくし、精度よく被
処理物のエッチングを行なうことが可能となる。

【００３７】この発明に基づいたプラズマ処理装置のさ
らに他の局面においては、真空容器内において被処理物
が載置される第１の電極が配置される処理室と、上記真
空容器内において、上記第１の電極に対向配置される第
２の電極を有するプラズマ発生室と、上記処理室と上記
プラズマ発生室との間に設けられ、上記プラズマ発生室
から上記処理室に連通する孔を有する隔壁板とを備える
プラズマ処理装置であって、上記プラズマ発生室に酸素
ガスが供給され、上記処理室に塩素ガスが供給される。
このように、プラズマ発生室に酸素ガスを供給すること
により、プロセスガスである塩素ガスが、プラズマの生
成を行なわないため、プラズマ発生室における塵の発生
や、コンタミネーションなどを防止し、精度の高い被処
理物のエッチング処理を行なうことが可能となる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、この発明のプラズマ処理装
置の実施の形態について、エッチング装置を例に図に基
づいて説明する。

【００３９】［実施の形態１］図１は、この発明の実施
の形態１におけるプラズマドライエッチング装置の概略
構成を示す断面構成図である。真空容器１内に、処理室
２１が設けられている。この処理室２１内には、被処理
物２を載置した第１の電極を構成するステージ２６が設
けられている。また、ステージ２６には、高周波電源２
８により高周波電力が供給されている。さらに、真空容
器１内には、処理室２１に対して隔壁板２４を介在して
プラズマ発生室２２が設けられている。隔壁板２４に
は、複数の孔２４ａが設けられている。

【００４０】エッチングガスは、ガス導入管１５からプ
ラズマ発生室２２に供給される。プラズマ発生室２２に
供給されたエッチングガスは、隔壁板２４に設けられた
孔２４ａを通過して処理室２１に導かれる。その後、排
気口１６から外部へ排出されることになる。このエッチ
ングガスの外部への排出には、図示しない真空ポンプに
より処理室２１から真空排気される。処理室２１はプラ
ズマ発生室２２より高真空に保たれている。

【００４１】プラズマ発生室２２には、隔壁板２４と対
向する位置に第２の電極２５が取付けられており、この
第２の電極２５には、高周波電源２７により高周波電力
が供給されている。また、第２の電極２５の大気側に
は、リング状の永久磁石１１が配設されている。

【００４２】次に、上記構成よりなるプラズマドライエ
ッチング装置において、プラズマ発生室２２に導入され
たエッチングガスは、隔壁板２４の孔２４ａから処理室
２１を経て、排気口１６より排気される。

【００４３】このとき、プラズマ発生室２２の第２の電
極２５に高周波電力が印加されると、第２の電極２５近
傍に配置した永久磁石１１が作る磁界と電界によるＥ×
Ｂドリフトにより電離が促進され高密度プラズマが生成
される。プラズマ発生室２２で生成されたプラズマは、
隔壁板２４の孔２４ａから処理室２１に輸送され、ステ
ージ２６に載置された被処理物２をエッチングする。

【００４４】以下、大口径の被処理物に対応したエッチ
ングを行なう場合について、その装置構成を具体的な数
値を用いて説明する。プラズマ発生室２２の第２の電極
２５の大気側には、リング状の永久磁石１１が３個同心
円上に配置されている。これにより、第２の電極２５近
傍では、電極２５近傍に形成される電界と磁場によるＥ
×Ｂドリフトが生じるが、プラズマの偏在は生じない。
これは、永久磁石をリング状に配設しているためであ
る。第２の電極２５近傍に形成される磁場のうち、第２
の電極２５の円周方向の磁場成分が０のためである。し
たがって、大面積に均一なプラズマ生成が可能となる。

【００４５】次に、リング状の永久磁石１１の表面磁場
強度を３０００ガウス、リング状の永久磁石１１の各々
の間隔を５０ｍｍ、リング状の永久磁石１１から第２の
電極２５までの距離４０ｍｍ、電極２５と隔壁板２４と
の間の距離を８０ｍｍに設定する。

【００４６】また、プラズマ発生室２２の体積は１０リ
ットル、処理室２１の体積は５０リットル、実効真空排
気速度は１００リットル／秒、隔壁板２４の孔２４ａの
総面積は約７．０ｃｍ²に構成する。エッチングガスと
してＣｌ₂ガスを用い、プラズマ発生室の圧力を５ｍＴ
ｏｒｒに設定すると、処理室２１の圧力は約１ｍＴｏｒ
ｒの雰囲気になる。この状態で放電を行なうとプラズマ
発生室２２のプラズマ密度は、５×１０⁹（個／ｃ
ｍ³）から５×１０¹⁰（個／ｃｍ³）程度と磁場がない
ものと比べ１桁程度高密度のものが得られる。また、処
理室２１は高真空に保たれており、微細パターンが形成
できる。

【００４７】以上のように構成したプラズマドライエッ
チング装置を用いて、半導体製造におけるゲート回路の
ポリシリコン材料のエッチングを行なったところ、６イ
ンチの大きさの被処理物２をエッチング速度１００ｎｍ
／ｍｉｎ、均一性５％で処理することができた。

【００４８】なお、図示していないが、リング状の永久
磁石１１の同心円の中心に円柱状の永久磁石を配置する
ことにより、さらにエッチング速度の均一性を向上させ
ることができる。この場合、円柱状の永久磁石の表面磁
場強度は、リング状の永久磁石の表面磁場強度３００ガ
ウスより高く、あるいは低く設定することにより磁場の
均一性を調整することができる。その結果、均一なプラ
ズマがプラズマ発生室で生成されるので均一なエッチン
グが行なわれる。

【００４９】また、上記の装置サイズとリング状の永久
磁石１１の表面磁場強度を用いると、プラズマ発生室２
２で１００ガウス以上、処理室２１のステージ２６近傍
で２０ガウス以下の磁場強度が形成される。その結果、
プラズマ発生室２２の電極２５付近では、高磁場により
プラズマの生成が促進され高密度プラズマが維持され
て、加えて被処理物２付近は低磁場になり、高速かつエ
ッチングダメージが少ない高品質の処理が可能となる。

【００５０】［実施の形態２］次に、実施の形態２にお
けるプラズマ処理装置について説明する。この実施の形
態２においては、図１で説明したプラズマドライエッチ
ング装置において、プラズマ発生室２２に塩素ガスと六
フッ化硫黄ガスとを供給しようとするものである。

【００５１】ここで、図５に示す従来のプラズマエッチ
ング処理装置においては、六フッ化硫黄ガスを用いてエ
ッチングを行なった場合または塩素ガスに六フッ化硫黄
ガスを添加した状態でエッチングした場合は、塩素ガス
のみでエッチングしたときよりエッチング速度が速くな
る。

【００５２】これは、塩素ガスに比べて六フッ化硫黄ガ
スはＳｉとの反応性が高いことに起因している。しか
し、このように、六フッ化硫黄ガスは反応性が高いた
め、等方的にエッチングが進み、微細パターンのマスク
パターン通りに垂直方向に異方的にエッチングすること
はできないという欠点があった。そのため、被処理物２
を−１００℃程度に冷却し、化学的エッチングを抑制し
て、ポリシリコンなどの垂直加工を実現させていた。

【００５３】しかし、上述したプラズマドライエッチン
グ装置においては、プラズマ発生室２２と処理室２１と
を有しているため、プラズマ発生室２２と処理室２１と
の圧力差により被処理物２に向かう方向性の高いプラズ
マを用いて被処理物２のエッチングが行なわれるため、
六フッ化硫黄ガスに対しても異方性を与えることが可能
となり、被処理物２に対して異方性エッチングを実現さ
せることが可能となる。

【００５４】ここで、図２を参照して、塩素ガスと六フ
ッ化硫黄ガスの総流量が７０ｓｃｃｍのときの六フッ化
硫黄ガスの割合を徐々に増加させた場合におけるポリシ
リコンおよびフォトレジスト膜のエッチング速さの関係
について説明する。なお、図２において、横軸は、総流
量に対する六フッ化硫黄ガスの割合を％で示したもので
あり、縦軸には、ポリシリコンのエッチング速度を示し
ている。図２からも明らかなように、六フッ化硫黄ガス
の割合を増加させていくと、徐々に、ポリシリコンに対
するエッチング速さを速くすることが可能になることが
わかる。このとき、エッチング形状は、異方性が得られ
た。

【００５５】［実施の形態３］次に、実施の形態３にお
けるプラズマ処理装置について説明する。この実施の形
態３においては、上述した実施の形態２におけるプラズ
マドライエッチング装置において、塩素ガスと六フッ化
硫黄ガスとのプラズマ発生室２２への供給をパルス的に
供給しようとしたものである。パルス的に供給する方法
としては、パルスバルブを用いることで実現される。

【００５６】ここで、図３に示すグラフは、パルス的に
導入されたエッチングガスによる、プラズマ発生室２２
と処理室２１との圧力変化を、理想気体・等エントロピ
ー・１次元流れの下で計算した結果を示している。

【００５７】ここでは、供給エッチングガスが塩素ガス
と六フッ化硫黄ガスとの混合ガスで、供給ガス温度は常
温、供給ガス圧力は１気圧、ガス導入管１５の径は０．
５ｍｍ、プラズマ発生室２２の体積は１０リットル、処
理室２１の体積は５０リットル、実効真空排気速度は１
０００リットル／秒、隔壁板２４の孔２４ａの面積は約
７．０ｃｍ²、パルスガスの導入条件は、ＯＮ時間２ｍ
ｓｅｃ、繰返し時間５００ｍｓｅｃとしている。

【００５８】図２に示すように、プラズマ発生室２２の
圧力は、１×１０^-3（Ｔｏｒｒ）以上の範囲に保たれて
いる。その一方で、処理室２１の圧力は１×１０^-4（Ｔ
ｏｒｒ）程度の高真空に維持されており、プラズマ発生
室２２と処理室２１との圧力差は一桁程度得られてい
る。

【００５９】なお、計算に用いた隔壁板２４の孔２４ａ
の面積７．０ｃｍ²は、直径２ｍｍの孔を約２００個設
けた総面積に相当する。つまり２ｍｍの孔を直径２０ｃ
ｍの範囲に適当な間隔で配置すれば、８インチサイズの
被処理物に、均一にプラズマを輸送することができる。
さらに、処理室２１の真空度を劣化させないで、被処理
物面に垂直な方向成分を有するプラズマによる、垂直な
エッチングと、マイクロローディング効果の少ない微細
加工が可能となる。したがって、大口径の被処理物を均
一にエッチングすることが可能となる。

【００６０】［実施の形態４］次に、実施の形態４にお
けるプラズマ処理装置について説明する。この実施の形
態４においては、図１で説明したプラズマドライエッチ
ング装置の構成に加え、処理室２１へエッチングガスを
導入するため、ガス供給管２３がさらに設けられてい
る。

【００６１】上記構成よりなるプラズマドライエッチン
グ装置を用いて、プラズマ発生室２２に塩素ガスを供給
し、処理室２１に六フッ化硫黄ガスを供給する。ここ
で、実施の形態２においては、プラズマ発生室２２に塩
素ガスと六フッ化硫黄ガスとを供給しようとしていた
が、プラズマ発生室２２内における六フッ化硫黄ガスの
添加割合が多くなると、プラズマ発生室２２内における
放電が不安定になる。

【００６２】これは、六フッ化硫黄ガスが負性ガスであ
るためである。そこで、本実施の形態に示すように、プ
ラズマ発生室２２にのみ塩素ガスを供給し、生成された
プラズマを処理室２１に輸送し、このプラズマを用いて
処理室２１に供給された六フッ化硫黄ガスをプラズマ化
する。これにより、プラズマ発生室２２においては、安
定した放電が行なわれ、安定した被処理物２のエッチン
グ処理を行なうことが可能となる。

【００６３】なお、本実施の形態において、実施の形態
３で説明したように、塩素ガスの供給および六フッ化硫
黄ガスの供給をパルス的に行なうことによっても、実施
の形態３で説明したのと同様の作用効果を得ることがで
きる。

【００６４】［実施の形態５］次に、実施の形態５にお
けるプラズマ処理装置について説明する。この実施の形
態５においては、図４で説明したプラズマドライエッチ
ング装置を用いて、プラズマ発生室２２に六フッ化硫黄
ガスを供給し、処理室２１に塩素ガスを供給しようとす
るものである。一般に、六フッ化硫黄ガスはプラズマ化
するとＳの重合物が生成される。そのため、処理室２２
の真空容器１の内壁にこの重合物が付着する。付着した
重合物はエッチング中あるいはエッチング後に被処理物
２上に塵として付着するため微細加工を行なう上で問題
があった。

【００６５】本実施の形態においては、プラズマ発生室
２２に六フッ化硫黄ガスを供給し、処理室２１に塩素ガ
スを供給してエッチングを行なうため、上記のような問
題が生じにくい。つまり、プラズマ発生室２２で六フッ
化硫黄ガスを放電すると重合物は生成されるが、プラズ
マ発生室２２の圧力が処理室２１に比べて一桁高いた
め、プラズマ発生室２２の壁まで重合物が拡散しない。
その結果、真空容器１の内壁に重合物が付着せず、塵と
して被処理物上に降り注ぐことがなく、クリーンなエッ
チングを行なうことが可能となる。

【００６６】なお、本実施の形態においても、実施の形
態３で説明したと同様にエッチングガスをパルス的に供
給することにより、実施の形態３と同様の作用効果を得
ることができる。

【００６７】［実施の形態６］次に、実施の形態６にお
けるプラズマ処理装置について説明する。この実施の形
態６においては、図１で説明したプラズマドライエッチ
ング装置において、プラズマ発生室２２に塩素ガスと酸
素ガスとを供給しようとするものである。このように、
プラズマ発生室２２と処理室２１とを有する２室構造に
おける圧力差を用いて、プラズマを被処理物２上に輸送
するため、微細パターン内部の底部までプラズマやラジ
カルが到達する。その結果、塩素ガスと酸素ガスとの混
合のエッチングガスを用いた場合の従来のマイクロロー
ディング効果が抑制され、微細パターンと微細パターン
以外の領域とで、エッチング特性を同一の条件とするこ
とが可能となり、その結果、高制度に微細パターンのエ
ッチング加工を行なうことが可能となる。

【００６８】［実施の形態７］次に、実施の形態７にお
けるプラズマ処理装置について説明する。この実施の形
態７においては、図４で説明したプラズマドライエッチ
ング装置を用いて、プラズマ発生室２２に酸素ガスを供
給し、処理室２１に塩素ガスを供給しようとするもので
ある。このように、プロセスガスである塩素ガスを用い
てプラズマの生成を行なわないため、プラズマ発生室２
２での塵の発生や、コンタミネーションを抑制すること
が可能となり、微細パターンにおいて、高精度のエッチ
ング処理を行なうことが可能となる。なお、上述した実
施の形態１〜７において、プラズマを生成する形式とし
て平行平板型プラズマ発生装置について述べたが、必ず
しもこの形式に限られることなく、たとえば誘導結合方
式、ＩＰＣ方式、ＥＣＲ方式、マグネトロン方式等のプ
ラズマ発生装置を用いても同様の作用効果を得ることが
できる。

【００６９】したがって、今回開示した実施の形態はす
べての点で例示であって、制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。

【００７０】

【発明の効果】この発明に基づいたプラズマ処理装置の
１つの局面によれば、隔壁板によって、真空容器内がプ
ラズマ発生室と処理室とに分かれているプラズマ処理装
置において、プラズマ発生室に塩素ガスと六フッ化硫黄
ガスとを供給すると、プラズマ発生室と処理室との間に
生じる圧力差によって、被処理物に向かう方向性の高い
プラズマが生じる。これにより、等方性の強い六フッ化
硫黄ガスに被処理物に向かう方向性を与えることが可能
となる。その結果、反応性の高い六フッ化硫黄ガスを用
いても被処理物の深さ方向に向かう異方性エッチングを
実現させることが可能となる。

【００７１】また、好ましくは、上記塩素ガスを定常的
に供給し、上記六フッ化硫黄ガスをパルス的に供給す
る。このように、六フッ化硫黄ガスをパルス的に供給す
ることで、六フッ化硫黄ガスを供給したときに、一時的
にプラズマ発生室の圧力が上昇し、プラズマ発生室と処
理室との圧力差をさらに大きくすることが可能となる。
これにより、プラズマ発生室から処理室へ向かう方向性
がさらに強くなるため、反応性の高い六フッ化硫黄ガス
を添加した場合においても、より性能の高い異方性エッ
チングを実現させることが可能となる。

【００７２】次に、この発明に基づいたプラズマ処理装
置の他の局面によれば、プラズマ発生室に塩素ガスを供
給し処理室に六フッ化硫黄ガスを供給することにより、
六フッ化硫黄ガスが負性ガスであるために、プラズマ発
生室に六フッ化硫黄ガスを供給すると、プラズマの放電
が不安定になるが、プラズマ発生室には塩素ガスを供給
するため、プラズマの放電を安定した状態で行なうこと
が可能となり、安定した被処理物の表面処理を行なうこ
とが可能となる。

【００７３】また好ましくは、上記塩素ガスの供給およ
び上記六フッ化硫黄ガスの供給をパルス的に行なってい
る。このように、塩素ガスの供給および六フッ化硫黄ガ
スの供給をパルス的に行なうことにより、塩素ガスの供
給および六フッ化硫黄ガスの供給を行ったときに、一時
的にプラズマ発生室の圧力が上昇し、プラズマ発生室と
処理室との圧力差をさらに大きくすることが可能とな
る。これにより、プラズマ発生室から処理室へ向かう方
向性がさらに強くなるため、反応性の高い六フッ化硫黄
ガスを添加した場合においても、より性能の高い異方性
エッチングを実現させることが可能となる。

【００７４】次に、この発明に基づいたプラズマ処理装
置のさらに他の局面によれば、プラズマ発生室に六フッ
化硫黄ガスを供給し、処理室に塩素ガスを供給すること
により、従来、六フッ化硫黄ガスはプラズマ化するとＳ
の重合物が生成されるため、この重合物が処理室の内壁
に付着し、この付着した重合物が被処理物のエッチング
中あるいはエッチング後に、塵として付着するため、被
処理物の微細加工を行なう上で問題があったが、このよ
うな問題が生じにくくなる。

【００７５】また、プラズマ発生室で六フッ化硫黄ガス
を放電すると、重合膜が形成されるが、プラズマ発生室
の圧力が処理室の圧力に比べて高いため、プラズマ発生
室の壁まで拡散することはない。その結果、処理室の壁
に重合膜が付着せず、塵として被処理物上に降り注ぐこ
とがないため、非常にクリーンな被処理物のエッチング
を実現することが可能となる。

【００７６】また好ましくは、上記塩素ガスを定常的
に、上記六フッ化硫黄ガスをパルス的に行なっている。
このように、六フッ化硫黄ガスをパルス的に供給するこ
とで、六フッ化硫黄ガスを供給したときに、一時的にプ
ラズマ発生室の圧力が上昇し、プラズマ発生室と処理室
との圧力差をさらに大きくすることが可能となる。これ
により、プラズマ発生室から処理室へ向かう方向性がさ
らに強くなるため、反応性の高い六フッ化硫黄ガスを添
加した場合においても、より性能の高い異方性エッチン
グを実現させることが可能となる。

【００７７】この発明に基づいたプラズマ処理装置のさ
らに他の局面によれば、プラズマ発生室に塩素ガスと酸
素ガスとが供給されることにより、プラズマ発生室と処
理室とを有する構造において、プラズマ発生室と処理室
との圧力差により、プラズマ発生室で発生したプラズマ
を処理室へ輸送するため、被処理物の微細パターンの内
部の底部にまでプラズマやラジカルが到達しする。その
結果、微細パターンと微細パターン以外の領域とにおい
て、エッチング特性が同一となり、これにより従来問題
となっていたマイクロローディング効果を小さくし、精
度よく被処理物のエッチングを行なうことが可能とな
る。

【００７８】この発明に基づいたプラズマ処理装置のさ
らに他の局面によれば、プラズマ発生室に酸素ガスを供
給することにより、プロセスガスである酸素ガスが、プ
ラズマの生成を行なわないため、プラズマ発生室におけ
る塵の発生や、コンタミネーションなどを防止し、精度
の高い被処理物のエッチング処理を行なうことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１および実施の形態６
において用いられるプラズマドライエッチング装置の概
略を示す断面構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１における効果を説明
するための図である。

【図３】この発明の実施の形態２、実施の形態４およ
び実施の形態６における効果を説明するための図であ
る。

【図４】この発明の実施の形態４、実施の形態５およ
び実施の形態７で用いられるプラズマドライエッチング
装置の概略を示す断面構成図である。

【図５】第１従来例のプラズマ処理装置を示す断面構
成図である。

【図６】図５に示すプラズマ処理装置のプラズマ密度
を示す図である。

【図７】従来例におけるプラズマのドリフト状態を示
す模式図である。

【図８】従来の技術におけるプラズマ処理装置の第２
の電極表面での横方向磁束密度Ｂ⊥の径方向分布を示す
図である。

【図９】他の従来例のプラズマ処理装置におけるプラ
ズマのドリフトを説明する説明図である。

【図１０】従来のプラズマ処理装置のドライエッチン
グ装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１真空容器、２被処理物、１１永久磁石、１５
ガス導入管、１６排気口、２１処理室、２２プラ
ズマ発生室、２４隔壁板、２４ａ孔、２５第２の電
極、２６ステージ、２７，２８高周波電源。

フロントページの続き (72)発明者新谷賢治東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内において被処理物が載置され
る第１の電極が配置される処理室と、前記真空容器内において、前記第１の電極に対向配置さ
れる第２の電極を有するプラズマ発生室と、前記処理室と前記プラズマ発生室との間に設けられ、前
記プラズマ発生室から前記処理室に連通する孔を有する
隔壁板と、を備える、プラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生室に塩素ガスと六フッ化硫黄ガスとを
供給することにより、前記被処理物の表面処理を行な
う、プラズマ処理装置。
【請求項２】前記塩素ガスを定常的に供給し、前記六
フッ化硫黄ガスをパルス的に供給する、請求項１に記載
のプラズマ処理装置。
【請求項３】真空容器内において被処理物が載置され
る第１の電極が配置される処理室と、前記真空容器内において、前記第１の電極に対向配置さ
れる第２の電極を有するプラズマ発生室と、前記処理室と前記プラズマ発生室との間に設けられ、前
記プラズマ発生室から前記処理室に連通する孔を有する
隔壁板と、を備える、プラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生室に塩素ガスを供給し、前記処理室に
六フッ化硫黄ガスを供給することにより、前記被処理物
の表面処理を行なうプラズマ処理装置。
【請求項４】前記塩素ガスの供給および前記六フッ化
硫黄ガスの供給をパルス的に行なう、請求項３に記載の
プラズマ処理装置。
【請求項５】真空容器内において被処理物が載置され
る第１の電極が配置される処理室と、前記真空容器内において、前記第１の電極に対向配置さ
れる第２の電極を有するプラズマ発生室と、前記処理室と前記プラズマ発生室との間に設けられ、前
記プラズマ発生室から前記処理室に連通する孔を有する
隔壁板と、を備える、プラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生室に六フッ化硫黄ガスを供給し、前記
処理室に塩素ガスを供給することにより、前記被処理物
の表面処理を行なうプラズマ処理装置。
【請求項６】前記六フッ化硫黄ガスの供給および前記
塩素ガスの供給をパルス的に行なう、請求項５に記載の
プラズマ処理装置。
【請求項７】真空容器内において被処理物が載置され
る第１の電極が配置される処理室と、前記真空容器内において、前記第１の電極に対向配置さ
れる第２の電極を有するプラズマ発生室と、前記処理室と前記プラズマ発生室との間に設けられ、前
記プラズマ発生室から前記処理室に連通する孔を有する
隔壁板と、を備えるプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生室に塩素ガスと酸素ガスとを供給する
ことにより、前記被処理物の表面処理を行なうプラズマ
処理装置。
【請求項８】真空容器内において被処理物が載置され
る第１の電極が配置される処理室と、前記真空容器内において、前記第１の電極に対向配置さ
れる第２の電極を有するプラズマ発生室と、前記処理室と前記プラズマ発生室との間に設けられ、前
記プラズマ発生室から前記処理室に連通する孔を有する
隔壁板と、を備えるプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生室に酸素ガスを供給し、前記処理室に
塩素ガスを供給することにより、前記被処理物の表面処
理を行なう、プラズマ処理装置。