JPS60263434A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＋ａ＋　産業上の利用分野 本発明はエツチング或いはデポジットに用いられるプラ
ズマ処理装置に係り、特にマイクロ波を用いるプラズマ
処理装置の改良に関する。

予てより半導体装置の製造工程において、プラズマを用
いる処理は多く行われている。

プラズマはその中に電子、イオン、ラジカル（活性化さ
れた中性粒子）、安定中性分子を多く含んでおり、大部
分のプラズマ処理はその中のイオン及びラジカルを主と
して用いることにより処理がなされている。

特にイオンは電荷を持っているので、静電的に加速でき
、且つ方向性や加速エネルギーを制御し易く利用範囲も
広い。

一方ラジカルは電気的に中性なので静電的に操作が出来
ず、方向性等の制御が出来ない。

従って微細パターンの形成に適する異方性エツチングを
行う際には、電場によりイオンを加速して行うのが一般
的である。

Ｔｂｌ　従来の技術 上記異方性エツチング処理において従来がら最も多く使
われるのは、第２図に模式的に示すリアクティブ・イオ
ンエツチング（ＲＩ　Ｅ）処理である。

該ＲＩＢ処理は被加工物１の搭載されたエツチング電極
２と対向電極３の間に高周波電圧ＲＰをかけてエツチン
グするもので、この時イオン４はプラズマ５とエツチン
グ電極２（被加工物の表面）との間に形成されるイオン
のシース（イオン鞘）６によって静電的に加速されて被
加工物の表面に入射する。この時の加速エネルギーは通
常１００ｅＶ程度と言われており、この加速エネルギー
によって加速されたイオンの働きによってエツチング電
極面に対して垂直方向の加工ができることが、該ＲＩＢ
処理の一つの大きな特徴である。（図中、７はサセプタ
、８ばシールド、９は絶縁体、Ｉｎはガス導入管、Ｅｘ
ば排気管、ＲＦは高周波発振器、ＧＮＤは接地部） 更にイオンの方向性を利用する試みとしてリアクティブ
・イオン・ビーム・エツチング（ＲＩＢＥ）処理がある
。これはプラズマにより静電的にイオンを取り出し被加
工物にそのビームを照射して行うもので、松尾氏等のイ
オンシャワー装置はその代表的なものである（特開昭５
５−１４１７２９）。このＲＩ　Ｂ　Ｅ処理でのイオン
の加速エネルギーは５００〜１０００ｅν程度が一般的
である。

以上のようにイオンを主とした加工は種々なさ瞭　れで
いるが、その一方イオンの加速エネルギーが大きいこと
による欠点も数多く指摘されており、例えばデバイスの
ダメージやレジストのダメージが問題にされている。こ
こでデバイスのダメージとはイオン衝撃によって生ずる
欠陥によりデバイスの特性が損なわれ現象であり、レジ
ストのダメージとはイオン衝撃によってレジスト面が炭
化して該レジストの除去が困難になる現象である。

かかるプラズマからのイオンや電子によるダメージを避
けるための試みも多くなされており、その代表的なもの
が堀池氏等によるケミカル・ドライエツチング（ＣＤＥ
）法（特公昭５３−１４４７２）である。これはイオン
よりもプラズマで生成された活性粒子を取り出してエツ
チングする方法であるために、加工の方向性を制御でき
ず等方的なエツチングしか出来ないという欠点を持って
いる。

そこでダメージが少なく異方性の加工ができる方法が検
討されており、その一つがイオンの加速エネルギーを下
げる方法であり、他の一つが中性活性粒子を差圧で吹き
つける方法であるイオンの加速エネルギーを下げる方法
として代表的なものが１１．Ｒ，Ｋａｕｆｍａｎ等によ
る低エネルギーイオンビーム法（Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍ、Ｓｏｃ　Ｖｏｌ　１２Ｂ　Ｎｏ。

５　Ｍａｙ　１９８１“１．ｏＨ［ｉｎｅｒｇｙ　ｉｏ
ｎ　Ｂｅａｍ　Ｅｔｃｈｉｎｇ　″）であり、他の一つ
は鈴木氏等のマイクロ波プラズマエツチング（Ｊ、旧ｅ
ｃｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓｏｃ　Ｖｏｌ　１２６　Ｎｏ　６
Ｊｕｎｅ　１９７９　Ｔｈｅ　Ｒｏｌｅｓ　ｏｆ　Ｉｏ
ｎｓ　ａｎｄ　Ｎｅｕｔｒａｌ　Ａｃｔｉｖｅ　５ｐｅ
ｃｉｅｓ　ｉｎ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｐｌａｓｕｍａ
　Ｅｔｃｈｉｎｇ　ｌ＋）である。

両者は基本的にはプラズマの浮遊電位を利用し被加工物
を異方性エツチングするものであり、この時のイオンの
加速エネルギーは２０ｅＶ程度でダメイ　−ジは非常に
少ない。然し前者においてはエツチングをイオンのみに
顛るためにエツチングレートが極端に遅いという欠点が
あり、後者においてはプラズマ中に被加工物があるため
電子も入射して温度が上昇すること及び中性粒子が多く
なると異方性のエツチングができなくなる等の欠点があ
った。

中性粒子を差圧で吹きつける方法は、秋谷氏が試みてい
る（第３回ドライプロセス・シンポジウム０ｃｔｏｂｅ
ｒ　２６−２７．１９８１　Ｔｏｋｙｏ″Ｄｉｒｅｃｔ
ｉｏｎａｌ　ｄｒｙ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｏｆ　５ｉｌｉ
ｃｏｎ　ｂｙ　ａ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｎｏｚｚｌ−ｊ
ｅｔ”）。

この方法は０．１〜Ｉ　Ｔｏｒｒの圧力下で作ったプラ
ズマをノズルから１Ｏ−４−１０−５Ｔｏｒｒのチャン
バーへ噴出させるもので、中性活性粒子により異方性エ
ツチングが実現できる。然しこの方法においては差圧を
設けるためにノズル径が小さく　（０，５〜１ｎφ）な
り、そのた゛め広い面積を均一にエツチングすることが
出来ず且つエツチングレートも遅くなるという欠点があ
った。

ｆｃｌ　発明が解決しようとする問題点本発明は上記従
来の異方性プラズマ処理方法における、処理レートを速
めた際には被加工物の受けるダメージが大きく、該ダメ
ージを減少せしめた際には処理レートが極端に遅くなる
という問題点、及び処理中に被加工物の温度が上昇する
という問題点を解決しようとするものである。

ｆｄｌ　問題点を解決するための手段 上記問題点は、マイクロ波入射手段とガス導入手段を備
えたプラズマ処理室と、該プラズマ処理室内の該マイク
ロ波の照射領域にプラズマを閉じ込めるための磁場を形
成する磁場形成手段と、該磁場の外側に該磁場から活性
粒子の平均自由行程以下の距離を隔てて被加工物を保持
する被加工物支持手段とを含んでなる本発明によるプラ
ズマ処理装置によって解決される。

（ｅｌ　作用 即ち本発明の装置を用いるプラズマ処理においては、反
応ガス例えば工・７チング・ガスのガス圧ヲ１０−’Ｔ
ｏｒｒ程度の極めて低いガス圧にし、マイクロ波と磁場
の作用による電子サイクロトロン共鳴によって電子密度
を高め且つ該電子を高速に加速し、これによってエツチ
ングガスをプラズマ加熱して該エツチングガス中に多量
のイオン及び中性活性粒子を生成せしめる。

このようにすることによって、電子は磁場の磁気ボトル
内に閉じ込めらるが、質量の大きい中性活性粒子やイオ
ン等の粒子は磁場に閉し込められ１　ずその熱運動エネ
ルギーのみによって磁場の外に飛び出してくる。この際
前記のように低いガス圧にしているので、これら粒子の
平均自由行程は５０ｃ［１１程度に拡大され作業性を向
上さ−ゆる。

そして磁場から上記粒子の平均自由行程以下の距離離れ
た位置に被加工物例えば被加工基板を配置する。従って
該被加工面には上記プラズマによって生成した一次粒子
のみが入射し、上記−成粒子がガス分子に衝突して生成
する二次粒子が入射することはない。

そこで」−記の位置即ち磁場からこれらの粒子の平均自
由行程以下の距離の所に所望の厚さのマスク膜を被着し
た被加工基板を置くことによって、該被加工基板の表面
に、該マスク膜の開孔を介して被加工基板の表面に対し
てほぼ垂直な方向に飛んで来る静電的に加速されず熱運
動エネルギーのみによって加速された粒子のみを選択的
にあてることが出来る。

かくて被加工基板面やレジスト・マスクに従来のような
ダメージを与えないで、該被加工基板面に対して垂直方
向の異方性エツチングがなされ、且つ該基板面に被着し
た中性粒子もイオンに叩かれて活性化し、エツチングに
寄与するので、高いエツチング・レートが得られる。

（「）実施例 以下本発明を第１図に示す実施例により、具体的に説明
する。

第１図は本発明のプラズマ処理装置における一実施例を
示す模式断面図である。

本発明のプラズマ処理装置は例えば同図に示すように、
上部にマイクロ波（μ波）透過窓１１を介して導波管１
２が接続されてなるμ波導入手段１３を有し、側部に導
入管よりなる反応ガス導入手段１４を有し、且つ下部に
真空装置に接続された真空配管よりなる排気手段１５を
有するプラズマ処理室１６と、該処理室１６内のμ被照
射領域にプラズマ（電子）ｅを閉じ込めるためのミラー
磁場１７を形成するために該処理室１６の周囲に配設さ
れたマグネット・コイルよりなる磁場形成手段１８と、
該処理室１６内に形成される磁場１７の外側に該磁場１
７から該プラズマ加熱によって生成した粒子の平均自由
行程以下の距離ｄを隔てて被加工基板１９を保持するス
テージよりなる被加工物支持手段２ｏ含んでなっている
。

そして本発明の装置によって例えば二酸化シリコン等の
絶縁膜上に多結晶シリコン層が形成されてなる被処理基
板における多結晶シリコン層のパターンニングを行う際
には、該多結晶シリコン層上に厚さ２μｍ程度のレジス
トよりなる所定のマスク・パターン（図示せず）を形成
した後、該被加工基板を上記被加工物支持手段２０上に
搭載し、例えば上記プラズマ処理室内に弗素ガス（Ｐ２
）を５ｃｃ／ｌｌｌ１ｎの流量で流入し、真空装置によ
り所定の排気を行って該プラズマ処理室１６内を例えば
１×１０−’Ｔａｒｔ程度の弗素ガス圧にする。

次いでμ波導入手段１３により例えば２．４５　Ｇ１１
ｚ。

５０ｃ１程度のμ波を導入し、該磁場形成手段１８によ
って例えば８００〜９００　Ｇ程度の磁場を形成し、前
記電子サイクロトロン共鳴によって該磁場内にプラズマ
を発生させる。この際前述したように電子は磁場内に閉
じ込められ、該プラズマによる加熱によって生成した弗
素イオン、弗素ラジカル等の粒子は該磁場内に閉じ込め
られず熱運動エネルギーにより飛び出してくる。なお上
記ガス圧においてその平均自由行程は５０ｃｍ程度であ
るので、被加工基板１９面と磁場１７の距離は予めそれ
以下に調整される。

かくすることによって該被加工基板面には、該磁場から
直接熱運動によって飛び出して来る弗素イオン及び弗素
ラジカルのみが照射され、該基板面に対して極端に傾い
た角度から照射される弗素イオン及び弗素ラジカル等の
二次粒子は存在しないので、レジスト・マスクの開孔を
介してレジスト・マスクの下部が横方向に大きくエツチ
ングされることがない。

そして更にエツチングの進行に伴って、レジスト・マス
クの開孔の深さに多結晶シリコン層に形成される凹部の
深さが加わることによって該基板面に対してより垂直な
方向性を有する弗素イオン及び弗素ラジカルのみの選択
がなされて、基板面１　に対してほぼ垂直な異方性を有
するエツチングが進行する。

かくて該多結晶シリコン層は、該基板面に対してほぼ垂
直にパターンニングされる。

又上記条件において、充分実用になり得る値である５０
０人／ｍｉｎ程度の、比較的大きなエツチング・レート
が得られ、且つ弗素イオン及び弗素ラジカルは静電的に
加速されずその熱運動のエネルギーのみで加速されて被
加工基板面に衝突するので、被加工基板及びレジスト・
マスクの受けるダメージは従来に比べ大幅に減少する。

更に又電子は磁気ボトル内に閉じ込められ被加工基板面
に照射されないので、被加工基板の温度上昇は防止され
る。

なおプラズマを閉じ込めるのに、上記実施例に示した磁
気ミラーの代わりにトーラス磁場を用いても勿論支障は
ない。

なお又本発明のプラズマ処理装置は上記エツチング処理
に限らず、半導体層、絶縁層等のデポジット処理にも適
用される。

（ｇ）　発明の効果 １ 以上説明したように本発明のプラズマ処理装置を用いれ
ば、被加工物に与えるダメージを極度に減少し且つ高処
理レートで被加工面に対して垂直な異方性を有するプラ
ズマ処理を行うことが出来、更に被加工物の温度上昇も
防止される。

従って本発明は、半導体装置の製造工程等に極めて有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマ処理装置における一実施例を
示す模式断面図、 第２図はりアクティブ・イオンエツチング装置の模式断
面図である。 図において、１１はマイクロ波透過窓、１２は導波管、
１３はマイクロ波導入手段、１４は反応ガス導入手段、
１５は排気手段、１６はプラズマ処理室、１７はミラー
磁場、１８は磁場形成手段、１９は被加工基板、２０は
被加工物支持手段、ｄは粒子の平均自由行程以下の距離
、ｅはプラズマ（電子）を示す。 ２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マイクロ波入射手段とガス導入手段を備えたプラズマ処
   理室と、該プラズマ処理室内の該マイクロ波の照射領域
   にプラズマを閉じ込めるための磁場を形成する磁場形成
   手段と、該磁場の外側に該磁場から活性粒子の平均自由
   行程以下の距離を隔てて被加工物を保持する被加工物支
   持手段とを含んでなることを特徴とするプラズマ処理装
   置。