JPH0922796A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンバー内にプラズマ生成の増加を図ると
ともに生成したプラズマを有効に利用し、各種材料によ
るドライプロセスを高速に行う。 【解決手段】 チャンバー１内にプラズマを生成するプ
ラズマ生成領域１ａの上部側および下部側には、それぞ
れ上部電子遮蔽電極１０および中央部に開口部を有する
下部電子遮蔽電極１１が対向配置されている。また、こ
れらの上部電子遮蔽電極１０および下部電子遮蔽電極１
１には、プラズマ電位に対してそれぞれ負のバイアス電
圧を印加するための第１の直流電源１２および第２の直
流電源１３が接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波誘導型プラ
ズマ源を用いたドライプロセスに適用されるドライエッ
チング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は、典型的な高周波誘導型プラズマ
源を用いた従来のドライエッチング装置の構成を示す断
面図である。図２において、１は例えば石英などの誘電
体からなりかつ内部にプラズマ生成領域１ａを有するプ
ラズマ生成用チャンバー、２はチャンバー１の外周に巻
設された高周波コイル、３は高周波コイル２に高周波電
流を印加しチャンバー１内に高周波電界を発生させるた
めの高周波電源、４はプロセスガスの導入口、５は真空
排気口、６ａ，６ｂは真空チャンバー１内を排気する真
空ポンプ、７はチャンバー１から分離した下部側に配設
された基板ステージ、８は基板ステージ７上に配置され
た基板、９は基板ステージ７に高周波電圧を印加するた
めの高周波電源である。

【０００３】次にこのように構成されるドライエッチン
グ装置によるドライエッチング方法について説明する。
まず、真空ポンプ６を用いてチャンバー１内を１０^-4〜
１０^-5Ｐａ程度まで排気した後、プロセスガス導入口４
から所望のプロセスガスをチャンバー１内に導入し、１
０^-1〜１０^-2Ｐａ程度に保持する。次にこの状態に保持
した後、高周波電源３を用いて高周波コイル２に高周波
電流を印加すると、チャンバー１内のプラズマ生成領域
１ａにプラズマが生成される。

【０００４】次にチャンバー１から分離された基板ステ
ージ７に高周波電源９を用いて高周波電圧を印加する
と、チャンバー１内のプラズマ生成領域１ａに生成され
たプラズマ中のイオンおよび電子は、基板ステージ７上
に形成された電界によって基板ステージ７の方向に輸送
され、結果的に基板ステージ７上に配置された基板８を
衝撃する。このようにしてチャンバー１内に導入するガ
スが、不活性ガスの場合には物理的なスパッタエッチン
グが進行し、また、反応性ガスの場合には反応性エッチ
ングが進行する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成されたドライエッチング装置によるエッチング
において、高周波誘導電場により、チャンバー１内のプ
ラズマ生成領域１ａに生成されたイオンおよび電子は、
チャンバー１内の空間を拡散し、その一部分は基板ステ
ージ７の方向に輸送されてエッチングなどのプロセッシ
ングに活用されるが、その大部分はチャンバー１内の壁
面方向に向かって四方八方に拡散し、最終的にはチャン
バー１の内壁面と衝突して再結合を呈し、消滅してしま
う。このようにチャンバー１内において、折角生成した
プラズマ中のイオンおよび電子を導入ガスのイオン化に
有効に利用されていないという問題があった。

【０００６】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、チ
ャンバー内にプラズマ生成の増加を図るとともに生成し
たプラズマを有効に利用し、各種材料によるドライプロ
セスを高速に行うことができるドライエッチング装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、チャンバー内のプラズマ生成領域の
両端部に対向する電子遮蔽電極を配設したものである。
すなわち、高周波誘導電界によりプラズマ生成領域内に
生成されたプラズマ内においては、電子はイオンに比べ
て質量が遥かに小さいため、その電子温度は極めて高
く、このため、粒子間の衝突頻度も少ない。したがっ
て、電子は、イオンに比べてチャンバーの内壁面に向か
って到達し易く、これを避けるためにチャンバーの内壁
面に飛来する電子をプラズマ生成領域内へ押し返す電子
遮蔽電極を設けるものである。

【０００８】なお、プラズマ内においては、イオン−中
性原子衝突によりイオン化も生じるが、電子−中性原子
衝突に比べると、イオン化効率が良くないため、プラズ
マ中の電子を有効に用いることが最も得策である。した
がって、本発明では、このような考えに基づいてプラズ
マ中の電子の挙動に着目して電子をプラズマ生成領域内
に押し返す電子遮蔽電極を設けたものである。

【０００９】本発明においては、プラズマ生成用チャン
バー内において、高周波コイルに高周波電流を印加する
と、プラズマ中の電子は、この高周波電界によりエネル
ギーを得て導入ガスをイオン化し、放電電流を流すに至
る。このようにして高周波誘導放電電流がプラズマに流
れ続ける間、プラズマは生成されては溢れ出し、周囲に
拡散することになる。この場合、イオンに比べて電子温
度が高く、かつ質量が小さい電子は、粒子間の衝突頻度
が低いため、あらゆる方向に向かって拡散する拡散率が
高い。

【００１０】本発明では、プラズマ生成用チャンバー内
のプラズマ生成領域の上部および下部に対向して電子遮
蔽電極を配設し、これらの電子遮蔽電極に接地電位また
は所望の直流電位を印加することにより、チャンバー内
の上部および下部方向に飛来する電子を電子遮蔽電極間
に滞留させ、導入ガスとの衝突頻度を増やし、結果的に
チャンバー内のプラズマ生成が増加する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を詳細に説明する。図１は、本発明によるドライエ
ッチング装置の一実施形態による構成を示す断面図であ
り、前述した図１と同一部分には同一符号を付してあ
る。図１において、図２と異なる点は、チャンバー１の
内側上面には上部電子遮蔽電極１０が配設され、さらに
このチャンバー１の内側で高周波コイル２の下端部に対
応する部分には開口部を有する下部電子遮蔽電極１１が
配設されている。

【００１２】つまり、上部電子遮蔽電極１０および下部
電子遮蔽電極１１は、チャンバー１内にプラズマを生成
するプラズマ生成領域１ａを上下方向から挟むように上
部側および下部側にそれぞれ対向して配設される構造と
なっている。また、これらの上部電子遮蔽電極１０およ
び下部電子遮蔽電極１１には、プラズマ電位に対してそ
れぞれ負のバイアス電圧を印加するための第１の直流電
源１２および第２の直流電源１３が接続されている。

【００１３】このように構成されたドライエッチング装
置は、チャンバー１内を前述した導入ガス雰囲気状態に
設定した後、高周波電源３から高周波コイル２に高周波
電流が印加されると、チャンバー１内のプラズマ生成領
域１ａにおいて、電子とイオンとからなるプラズマが生
成され、このプラズマ中に高周波プラズマが流れ続ける
間、プラズマ（イオン，電子）は生成されてはチャンバ
ー１内の周囲に向かって拡散されて行く。

【００１４】また、上部電子遮蔽電極１０および下部電
子遮蔽電極１１には、第１の直流電源１２および第２の
直流電源１３からプラズマ電位−Ｖ^P （ｅＶ）をもって
プラズマ空間を運動する電子に対して負のバイアスとな
るバイアス電位−Ｖ^B （ｅＶ）（−Ｖ^P＞−Ｖ^B）が印加
されているので、これらの電子は、上部電子遮蔽電極１
０および下部電子遮蔽電極１１の近傍において跳ね返さ
れ、再びプラズマ生成領域に向かって輸送される。そし
て、輸送されたこれらの電子は、このプラズマ生成領域
１ａに形成された高周波電界の作用により、エネルギー
を得て、導入ガスのイオン化を促進させ、チャンバー１
内のプラズマ密度を益々増加させることになる。

【００１５】このような状態において、チャンバー１か
ら分離された基板ステージ７に高周波電源９から高周波
電流が印加されると、プラズマ生成領域内１ａに輸送さ
れたプラズマ中のイオンおよび電子は、基板ステージ７
上に形成された高周波電界によって基板ステージ７の方
向に輸送され、結果的に基板ステージ７上に配置された
基板８を衝撃し、エッチング反応が進行する。

【００１６】このような構成によれば、プラズマ生成用
チャンバー１内の上部位置および下部位置に上部電子遮
蔽電極１０と下部電子遮蔽電極１１とを対向配置し、こ
れらの上部電子遮蔽電極１０および下部電子遮蔽電極１
１にプラズマ電位−Ｖ^P （ｅＶ）によるプラズマ空間を
運動する電子に対して負のバイアス電位−Ｖ^B （ｅＶ）
（−Ｖ^P ＞−Ｖ^B ）を印加することにより、プラズマ中
の電子を対向配置した電子遮蔽電極１０と電子遮蔽電極
１１との間のプラズマ生成領域１ａ内に滞留させること
ができる。

【００１７】これらの電子の中で再びプラズマ生成領域
１ａ内に到達した電子は、このプラズマ生成領域１ａに
形成された高周波電界の作用によりエネルギーを得て一
層のイオン化促進を増長させ、チャンバー１内のプラズ
マ密度を増加させることできる。このようにプラズマ中
の電子の消滅を極力防ぐことによって導入ガスのイオン
化を一層効率良く行うことができる。

【００１８】また、プラズマ生成領域１ａに生成された
高密度のプラズマは、チャンバー１の真下に配設された
基板ステージ７上に形成される高周波電界によって基板
ステージ７の方向に向かって高密度なプラズマが輸送さ
れるので、この基板ステージ７上に配置した基板８が高
速度でエッチングされることになり、エッチング速度が
大幅に増大されることになる。

【００１９】なお、上部電子遮蔽電極１０および下部電
子遮蔽電極１１に印加する負バイアス電位（−Ｖ_B ）
は、プラズマ電位（−Ｖ_P ）対して電位が小さい範囲で
あれば、それぞれ同電位でも良く、また、異なった電位
でも良い。要するにプラズマ電位とプラズマ電位とが−
Ｖ_P ＞−Ｖ_B の関係を保持させれば、プラズマ生成領域
１ａ内に高密度のプラズマを滞留させることができるこ
とになる。

【００２０】なお、前述した実施形態においては、基板
ステージ７上に配置された基板８をエッチングするドラ
イエッチング法について説明したが、チャンバー１内に
導入するガスを選ぶことによって基板８上に直接薄膜を
形成することもできる。また、基板８が配置された基板
ステージ７上に各種材料からなるターゲットを配置する
ことにより、スパッタリングによる薄膜形成も可能とな
る。このように本実施例による装置を用いれば、全ての
材料によるドライエッチング，薄膜形成などのドライプ
ロセスを行うことができる。

【００２１】また、前述した実施形態においては、第２
の電子遮蔽電極１１をチャンバー１内における高周波コ
イル１の下端部側に配設した場合について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、高周波コイル
２の下端部側と基板８を配設する基板ステージ７との間
に配設しても前述と同様の効果が得られることは勿論で
ある。

【００２２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
チャンバー内のプラズマ生成領域に高密度なプラズマを
形成でき、ターゲット上に高密度なプラズマを輸送する
ことができるので、各種材料によるドライエッチング，
薄膜形成などのドライプロセスにおいて加工速度を大幅
に増大させることができるという極めて優れた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるドライエッチング装置の一実施
形態による構成を示す断面図である。

【図２】 従来のドライエッチング装置の構成を示す断
面図である。

【符号の説明】

１…プラズマ生成用チャンバー、１ａ…プラズマ生成領
域、２…高周波コイル、３…高周波電源、４…ガス導入
口、５…真空排気口、６ａ…真空ポンプ、６ｂ…真空ポ
ンプ、７…基板ステージ、８…基板、９…高周波電源、
１０…上部電子遮蔽電極、１１…下部電子遮蔽電極、１
２…第１の直流電源、１３…第２の直流電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体からなりかつ内部にプラズマ生成
   領域が形成される空間を有するプラズマ生成用チャンバ
   ーと、 前記チャンバーの外周に設けられかつ前記プラズマ生成
   領域に放電プラズマを形成させる高周波電界発生用コイ
   ルと、 前記チャンバー内のプラズマ生成領域から分離した下部
   に配設された基板と、 前記基板上に電界を発生させる高周波電源と、を備えた
   ドライエッチング装置において、 前記プラズマ生成領域の上端部に配設された第１の電子
   遮蔽電極と、 前記プラズマ生成領域の下端部に配設された第２の電子
   遮蔽電極と、を設けたことを特徴とするドライエッチン
   グ装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１の電子遮蔽
   電極および第２の電子遮蔽電極は、プラズマ電位に対し
   て負バイアスとなる電位を印加するそれぞれ第１の直流
   電源および第２の直流電源を有することを特徴とするド
   ライエッチング装置。