JPS6214937B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6214937B2 JPS6214937B2 JP53127050A JP12705078A JPS6214937B2 JP S6214937 B2 JPS6214937 B2 JP S6214937B2 JP 53127050 A JP53127050 A JP 53127050A JP 12705078 A JP12705078 A JP 12705078A JP S6214937 B2 JPS6214937 B2 JP S6214937B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- ions
- etching
- gas
- cyclotron resonance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
この発明はプラズマ反応に寄与するイオンの寿
命、濃度をイオンサイクロトロン共鳴により選択
的に増大させるようにしたプラズマ反応装置に関
するものである。 従来のプラズマ反応装置、例えばプラズマエツ
チング装置においては数メガヘルツから十数メガ
ヘルツの周波数領域で数百ワツトの高周波グロー
放電によつていろいろの分子状ガス（例えば
CF4、C2F6、C3F8、Col4、O2等）のプラズマを
発生させ、ガスプラズマ中の元素イオン（例えば
Ｆイオン）、励起元素（例えばＦラジカルＦ*）、
分子イオン（例えばCxFyイオン）、励起分子
（CxFyラジカル等）と被エツチング物質（例え
ばシリコン、酸化シリコン等）との反応を利用し
てきた。エツチング反応としては上記励起元素あ
るいは励起分子、つまりラジカルの活性を利用し
た純化学反応を利用したものが広く使われてい
る。この場合の典型的な例は、Si＋4F*→SiF4
の化学反応によるシリコンのプラズマエツチング
である。一方、ＦイオンやCxFy型分子イオンは
イオン状態においても反応性にとんでいることが
知られており、この反応性にとんだイオンを利用
したエツチング反応は反応性イオンエツチングと
して知られている。両者の反応モードにおいてラ
ジカルやイオンの数や寿命は反応率、例えばエツ
チング率の大小に影響を与えると共に、各被エツ
チング物質間のエツチング率の比にも関係する。
従来、ラジカル反応を利用したプラズマエツチン
グは外部電極を用いた円筒型プラズマ反応装置が
広く使用され、反応性イオンエツチングは円部電
極型平行平板電極プラズマ反応装置が用いられて
きた。前者のプラズマ反応装置では反応性イオン
エツチ反応が生じにくいうえに、CxFy型分子イ
オンやラジカルのエツチング反応を利用した選択
性エツチング、例えば酸化シリコンの方がシリコ
ンより早くエツチングされるといつたエツチング
反応が生じない。これは反応に寄与するCxFy型
分子イオンやラジカルの寿命が短く、濃度も低い
ためである。他方、平行平板型プラズマ反応装置
は金属電極表面近傍のプラズマ状態を利用してい
るために反応特性の再現性、安定性が悪く、電極
金属物質からの汚染も生じやすい。さらに、両方
のプラズマ反応装置共に、反応に直接、間接に寄
与する元素や分子イオンの濃度や寿命を広い範囲
で制御することは困難である。 この発明の目的は高周波グロー放電によつて発
生したガスプラズマにイオンサイクロトロン共鳴
を印加し、反応性イオンを選択的に加熱し寿命を
長くし、同時にその濃度をも増大させて、上記の
従来のプラズマ反応装置の欠点を除去しようとす
るものである。 この発明の一実施例を図に従つて説明する。図
に示すプラズマ反応装置は高周波グロー放電によ
るガスプラズマ発生領域１とイオンサイクロトロ
ン共鳴加熱領域２から成り立つている。 プラズマ保持用ガラス管３内の空気を排気ポン
プ４によつて十分排気した後、ガス導入口５から
所定のガス６例えばCF4ガスをプラズマ保持用ガ
ラス管３内に導入し、管３内のガス圧を所定の圧
力に保つ。次に、プラズマ保持用ガラス管３の外
側に配置されたプラズマ発生用高周波印加電極７
に高周波電力、例えば13メガサイクル、300ワツ
トの高周波電力を印加して、例えばCF4ガスプラ
ズマを発生させる。このプラズマ発生用高周波に
印加電極７は、２分割された円筒状の電極で、プ
ラズマ保持用ガラス管３の長さ方向における長さ
は約150mmである。なお、プラズマ保持用ガラス
管３の径は800〜400mmφである。イオンサイクロ
トロン共鳴加熱領域２にはプラズマ保持用ガラス
管３の外側に別の高周波電力印加用電極８が設置
され、例えば60Wの高周波電力を印加する。そし
て、この高周波用電力印加用電極８も２分割され
た円筒状の電極で、プラズマ保持用ガラス管３の
長さ方向における長さは約80mmである。同時にイ
オンサイクロトロン共鳴作用に必要な静磁場Ｂを
作り出すための円筒型磁石９が設置されている。
今、加熱したいイオンの質量をＭ、高周波電極８
に印加される高周波の周波数をｆサイクルとする
と、イオンサイクロトロン共鳴に必要な静磁場Ｂ
の値は、ｆ＝eB／２πＭなる関係を満たす。従
つて、ｆとＢの適当なくみあわせによつて、所定
の質量Ｍのイオンを選択的にイオンサイクロトロ
ン共鳴法により加熱できる。プラズマ発生領域１
で発生したガスプラズマ、例えばCF4プラズマは
圧力差により領域１から領域２に流れ込む。今、
この領域２内あるいは、その近傍におかれた被エ
ツチング材料、例えば100mmφのウエハ１０をＦ
イオンを利用した反応性イオンエツチング反応に
よつてエツチングしたい場合には上記の式に従つ
て、磁石９による静磁場Ｂと周波数ｆを適当にく
み合わせてＦイオンを選択的に加熱し、反応率を
大きくすることができる。又、酸化シリコン膜と
選択的にエツチング反応を生じる例えばCF3イオ
ンを選択的に加熱する場合には、高周波電極８の
印加高周波の周波数ｆが固定し、静磁場Ｂのみを
変えて、ｆ＝eB／２πＭの関係式を満すように
する。 ここで、具体的にイオンサイクトロン共鳴加熱
を用いてポリシリコン及び酸化シリコンをエツチ
ングする場合を説明する。 ガスとしてCF4を用い、そのガス流量を
20SCCM（１分間に20cm3流す）、ガス圧力を15pa
（113pa〔パルカス〕＝1Torr）とする。 また、イオンサイクトロン共鳴条件（ｆ＝
eB／２πＭ）を満足する場合として、 (i) Ｆイオンの加熱を行なう場合としてｆ＝
100KHZ、Ｂ＝1200ガウスに設定する。
…………（条件） (ii) CF3イオンの加熱を行なう場合としてｆ＝
100KHZ、Ｂ＝4500ガウスに設定する。
…………（条件） につき、実験データを以下に示す。
命、濃度をイオンサイクロトロン共鳴により選択
的に増大させるようにしたプラズマ反応装置に関
するものである。 従来のプラズマ反応装置、例えばプラズマエツ
チング装置においては数メガヘルツから十数メガ
ヘルツの周波数領域で数百ワツトの高周波グロー
放電によつていろいろの分子状ガス（例えば
CF4、C2F6、C3F8、Col4、O2等）のプラズマを
発生させ、ガスプラズマ中の元素イオン（例えば
Ｆイオン）、励起元素（例えばＦラジカルＦ*）、
分子イオン（例えばCxFyイオン）、励起分子
（CxFyラジカル等）と被エツチング物質（例え
ばシリコン、酸化シリコン等）との反応を利用し
てきた。エツチング反応としては上記励起元素あ
るいは励起分子、つまりラジカルの活性を利用し
た純化学反応を利用したものが広く使われてい
る。この場合の典型的な例は、Si＋4F*→SiF4
の化学反応によるシリコンのプラズマエツチング
である。一方、ＦイオンやCxFy型分子イオンは
イオン状態においても反応性にとんでいることが
知られており、この反応性にとんだイオンを利用
したエツチング反応は反応性イオンエツチングと
して知られている。両者の反応モードにおいてラ
ジカルやイオンの数や寿命は反応率、例えばエツ
チング率の大小に影響を与えると共に、各被エツ
チング物質間のエツチング率の比にも関係する。
従来、ラジカル反応を利用したプラズマエツチン
グは外部電極を用いた円筒型プラズマ反応装置が
広く使用され、反応性イオンエツチングは円部電
極型平行平板電極プラズマ反応装置が用いられて
きた。前者のプラズマ反応装置では反応性イオン
エツチ反応が生じにくいうえに、CxFy型分子イ
オンやラジカルのエツチング反応を利用した選択
性エツチング、例えば酸化シリコンの方がシリコ
ンより早くエツチングされるといつたエツチング
反応が生じない。これは反応に寄与するCxFy型
分子イオンやラジカルの寿命が短く、濃度も低い
ためである。他方、平行平板型プラズマ反応装置
は金属電極表面近傍のプラズマ状態を利用してい
るために反応特性の再現性、安定性が悪く、電極
金属物質からの汚染も生じやすい。さらに、両方
のプラズマ反応装置共に、反応に直接、間接に寄
与する元素や分子イオンの濃度や寿命を広い範囲
で制御することは困難である。 この発明の目的は高周波グロー放電によつて発
生したガスプラズマにイオンサイクロトロン共鳴
を印加し、反応性イオンを選択的に加熱し寿命を
長くし、同時にその濃度をも増大させて、上記の
従来のプラズマ反応装置の欠点を除去しようとす
るものである。 この発明の一実施例を図に従つて説明する。図
に示すプラズマ反応装置は高周波グロー放電によ
るガスプラズマ発生領域１とイオンサイクロトロ
ン共鳴加熱領域２から成り立つている。 プラズマ保持用ガラス管３内の空気を排気ポン
プ４によつて十分排気した後、ガス導入口５から
所定のガス６例えばCF4ガスをプラズマ保持用ガ
ラス管３内に導入し、管３内のガス圧を所定の圧
力に保つ。次に、プラズマ保持用ガラス管３の外
側に配置されたプラズマ発生用高周波印加電極７
に高周波電力、例えば13メガサイクル、300ワツ
トの高周波電力を印加して、例えばCF4ガスプラ
ズマを発生させる。このプラズマ発生用高周波に
印加電極７は、２分割された円筒状の電極で、プ
ラズマ保持用ガラス管３の長さ方向における長さ
は約150mmである。なお、プラズマ保持用ガラス
管３の径は800〜400mmφである。イオンサイクロ
トロン共鳴加熱領域２にはプラズマ保持用ガラス
管３の外側に別の高周波電力印加用電極８が設置
され、例えば60Wの高周波電力を印加する。そし
て、この高周波用電力印加用電極８も２分割され
た円筒状の電極で、プラズマ保持用ガラス管３の
長さ方向における長さは約80mmである。同時にイ
オンサイクロトロン共鳴作用に必要な静磁場Ｂを
作り出すための円筒型磁石９が設置されている。
今、加熱したいイオンの質量をＭ、高周波電極８
に印加される高周波の周波数をｆサイクルとする
と、イオンサイクロトロン共鳴に必要な静磁場Ｂ
の値は、ｆ＝eB／２πＭなる関係を満たす。従
つて、ｆとＢの適当なくみあわせによつて、所定
の質量Ｍのイオンを選択的にイオンサイクロトロ
ン共鳴法により加熱できる。プラズマ発生領域１
で発生したガスプラズマ、例えばCF4プラズマは
圧力差により領域１から領域２に流れ込む。今、
この領域２内あるいは、その近傍におかれた被エ
ツチング材料、例えば100mmφのウエハ１０をＦ
イオンを利用した反応性イオンエツチング反応に
よつてエツチングしたい場合には上記の式に従つ
て、磁石９による静磁場Ｂと周波数ｆを適当にく
み合わせてＦイオンを選択的に加熱し、反応率を
大きくすることができる。又、酸化シリコン膜と
選択的にエツチング反応を生じる例えばCF3イオ
ンを選択的に加熱する場合には、高周波電極８の
印加高周波の周波数ｆが固定し、静磁場Ｂのみを
変えて、ｆ＝eB／２πＭの関係式を満すように
する。 ここで、具体的にイオンサイクトロン共鳴加熱
を用いてポリシリコン及び酸化シリコンをエツチ
ングする場合を説明する。 ガスとしてCF4を用い、そのガス流量を
20SCCM（１分間に20cm3流す）、ガス圧力を15pa
（113pa〔パルカス〕＝1Torr）とする。 また、イオンサイクトロン共鳴条件（ｆ＝
eB／２πＭ）を満足する場合として、 (i) Ｆイオンの加熱を行なう場合としてｆ＝
100KHZ、Ｂ＝1200ガウスに設定する。
…………（条件） (ii) CF3イオンの加熱を行なう場合としてｆ＝
100KHZ、Ｂ＝4500ガウスに設定する。
…………（条件） につき、実験データを以下に示す。
【表】
これに対し、上記イオンサイクトロン共鳴加熱
を用いない従来のプラズマエツチングの場合に
は、例えばガスとしてCF4を用い、そのガス流量
を20SCCM、ガス圧力を15paとすると、ポリシ
リコンの場合のエツチング速度は1100（Å／
min）、また酸化シリコンの場合は420（Å／
min）となる。 したがつて、イオンサイクトロン共鳴加熱を用
い、条件でポリシリコンをエツチングすると従
来の通常のプラズマエツチング速度よりも大きく
なり、また条件で酸化シリコンをエツチングす
ると、通常のプラズマエツチング速度よりもそれ
ぞれ大きくなる。 このイオンの選択的共鳴加熱により、イオンの
寿命が長くなると共にイオン濃度も大きくなる。
従つて、反応性イオンエツチングの反応率の増大
のみならず、いわゆる選択エツチングに寄与する
イオンを直接より活性にし、しかも濃度をあげる
ことができるために、円筒型プラズマ反応装置に
おいても選択エツチングが可能となる。また従来
の平行平板型プラズマエツチング装置に適用する
ことにより選択エツチングに寄与するCxFy型イ
オンやラジカルの濃度の増大、活性度の増大が可
能となり、しかもこれらを安全に保持できるため
選択エツチングを安全に行なうことも出来る。 以上のようにこの発明によればガスプラズマ中
のイオンを選択的共鳴加熱によりイオンの寿命を
長くし、イオン濃度を大きくすることができ、そ
の効果は大きい。
を用いない従来のプラズマエツチングの場合に
は、例えばガスとしてCF4を用い、そのガス流量
を20SCCM、ガス圧力を15paとすると、ポリシ
リコンの場合のエツチング速度は1100（Å／
min）、また酸化シリコンの場合は420（Å／
min）となる。 したがつて、イオンサイクトロン共鳴加熱を用
い、条件でポリシリコンをエツチングすると従
来の通常のプラズマエツチング速度よりも大きく
なり、また条件で酸化シリコンをエツチングす
ると、通常のプラズマエツチング速度よりもそれ
ぞれ大きくなる。 このイオンの選択的共鳴加熱により、イオンの
寿命が長くなると共にイオン濃度も大きくなる。
従つて、反応性イオンエツチングの反応率の増大
のみならず、いわゆる選択エツチングに寄与する
イオンを直接より活性にし、しかも濃度をあげる
ことができるために、円筒型プラズマ反応装置に
おいても選択エツチングが可能となる。また従来
の平行平板型プラズマエツチング装置に適用する
ことにより選択エツチングに寄与するCxFy型イ
オンやラジカルの濃度の増大、活性度の増大が可
能となり、しかもこれらを安全に保持できるため
選択エツチングを安全に行なうことも出来る。 以上のようにこの発明によればガスプラズマ中
のイオンを選択的共鳴加熱によりイオンの寿命を
長くし、イオン濃度を大きくすることができ、そ
の効果は大きい。
図はこの発明の一実施例を説明するための概念
図である。図において１はガスプラズマ発生領
域、２はイオンサイクロトロン共鳴加熱領域、３
は管、４は排気ポンプ、５はガス導入口、６はガ
ス、７はプラズマ発生用高周波印加電極、８は高
周波電力印加用電極、９は磁石である。
図である。図において１はガスプラズマ発生領
域、２はイオンサイクロトロン共鳴加熱領域、３
は管、４は排気ポンプ、５はガス導入口、６はガ
ス、７はプラズマ発生用高周波印加電極、８は高
周波電力印加用電極、９は磁石である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 高周波グロー放電によつて発生したガスプラ
ズマ中のイオンをイオンサイクロトロン共鳴によ
り選択的に加熱して被エツチング材料をエツチン
グするようにしたことを特徴とするプラズマエツ
チング装置。 ２ 高周波グロー放電によるガスプラズマ発生領
域とイオンサイクロトロン共鳴加熱領域を備えた
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプ
ラズマエツチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12705078A JPS5553422A (en) | 1978-10-16 | 1978-10-16 | Plasma reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12705078A JPS5553422A (en) | 1978-10-16 | 1978-10-16 | Plasma reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5553422A JPS5553422A (en) | 1980-04-18 |
| JPS6214937B2 true JPS6214937B2 (ja) | 1987-04-04 |
Family
ID=14950356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12705078A Granted JPS5553422A (en) | 1978-10-16 | 1978-10-16 | Plasma reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5553422A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2808586B2 (ja) * | 1987-03-27 | 1998-10-08 | 日本電気株式会社 | プラズマ生成反応装置 |
| US5279669A (en) * | 1991-12-13 | 1994-01-18 | International Business Machines Corporation | Plasma reactor for processing substrates comprising means for inducing electron cyclotron resonance (ECR) and ion cyclotron resonance (ICR) conditions |
| JPH06241854A (ja) * | 1993-02-22 | 1994-09-02 | Mitsubishi Electric Corp | 渦流量計 |
| EP1182685A1 (en) * | 2000-08-09 | 2002-02-27 | Toyo Technologies, Inc. | Plasma polisher with grazing angle ion collision(GAPP) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5344795B2 (ja) * | 1974-12-18 | 1978-12-01 | ||
| JPS5467377A (en) * | 1977-11-09 | 1979-05-30 | Hitachi Ltd | Plasma processing apparatus |
| JPS5483376A (en) * | 1977-12-16 | 1979-07-03 | Fujitsu Ltd | Plasma treatment equipment |
-
1978
- 1978-10-16 JP JP12705078A patent/JPS5553422A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5553422A (en) | 1980-04-18 |
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