有磁場プラズマ処理装置
【目的】 最も濃い密度のプラズマが発生する部分を被処理試料面より離し、かつプラズマ発生部分においては被処理試料面に対してプラズマをできるだけ均一にし、また装置は大型化することがなく、しかも、電極構成や磁界構成に対し、マージンがあり、調整が容易な有磁場プラズマ処理装置を提供する。
【構成】 有磁場プラズマ処理装置において、平行に配置される対をなす磁界発生用コイル３，４と、この対をなす磁界発生用コイル３と４間に位置し、かつ磁界発生用コイル３，４と平行に配置される高周波印加電極７と、磁界発生用コイル３，４の外側に位置し、かつ高周波印加電極７と平行に配置される接地電極９，１０を設け、高密度プラズマを発生する高密度プラズマ発生部１Ｂを具備する。
【構成】 有磁場プラズマ処理装置において、平行に配置される対をなす磁界発生用コイル３，４と、この対をなす磁界発生用コイル３と４間に位置し、かつ磁界発生用コイル３，４と平行に配置される高周波印加電極７と、磁界発生用コイル３，４の外側に位置し、かつ高周波印加電極７と平行に配置される接地電極９，１０を設け、高密度プラズマを発生する高密度プラズマ発生部１Ｂを具備する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置に係り、特にプラズマを用いたプラズマ処理装置における磁界と電界相互作用を用いた有磁場プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の有磁場プラズマ処理装置としては、「日経マイクロデバイス１０月号（１９９１） Ｐ８９〜９５」に開示されるように、マグネトロン方式、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｕｃｅ）方式、ヘリコン波方式等がある。プラズマ処理装置の進歩、改良は著しいものがあり、特に、近年は高周波電界に磁界を作用させた有磁場ドライエッチング装置が、その高密度プラズマ発生の有効性から広く利用されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多数の改良型が提案されており、それなりの高密度プラズマが得られているが、エッチング装置として見た場合には、いずれの型式においても未だ欠点があると言わざるを得ない。まず、マグネトロン型の場合、従来例にも記載されているように、電子のドリフトによって偏りが生じるという点が最大の問題である。電子に偏りが生じるということは、プラズマそのものが不均一であるということに他ならず、この偏りにより処理試料への入射粒子にも偏りが生じ、チャージバランスが崩れることによるゲート破壊が起こることは、多々報告されており周知のことである。
【０００４】ＥＣＲ型の場合、被処理試料を均一に処理しようとすると装置が大型化してしまうという問題がある。上記文献に開示されているように、種々の対策、改良がなされているが、エッチング特性を満足して小型化されているとは言い難い。ヘリコン型については、未だ不明な点が多く、実用されてはいない。原理的には非常に弱い磁場で高密度プラズマを得ることができるが、その反面、アンテナ形状に依存しやすく、装置間機差が起き易いと言える。また、高密度発生部近傍の石英チャンバが高温になり、劣化し易い欠点もある。
【０００５】本発明は、以上述べた、従来使用されている有磁場プラズマ処理装置の欠点であるプラズマの偏り、装置の大型化、電極構成や磁界構成への強い依存による調整の困難性を除去し、最も濃い密度のプラズマが発生する部分を被処理試料面より離し、かつプラズマ発生部分においては、被処理試料面に対してプラズマをできるだけ均一にし、また装置は大型化することがなく、しかも、電極構成や磁界構成に対し、マージンがあり、調整が容易な有磁場プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、有磁場プラズマ処理装置において、〔Ａ〕平行に配置される対をなす磁界発生用コイルと、該対の磁界発生用コイル間に位置し、かつ該磁界発生用コイルと平行に配置される電界発生用第１電極と、前記磁界発生用コイルの外側に位置し、かつ前記電界発生用第１電極と平行に配置される電界発生用第２電極を設け、高密度プラズマを発生するプラズマ発生部を具備する。
【０００７】〔Ｂ〕前記プラズマ発生部において、発生する磁場分布が被処理面においては、略均一な磁界となるように試料載置ステージを設置する。
〔Ｃ〕前記試料載置ステージに独立した高周波電界を印加可能な構成とする。
〔Ｄ〕前記対をなす磁界発生用コイルを複数組み配置し、かつ高周波電界発生電極を複数対配置する。
【０００８】〔Ｅ〕前記プラズマ発生部において前記高周波電界発生電極に印加する高周波の位相及び周波数を各々独立に制御可能にする。
〔Ｆ〕前記プラズマ発生部を複数個設ける。
〔Ｇ〕前記対をなす磁界発生用コイルに流す電流の向きを互いに逆方向にするようにしたものである。
【０００９】
【作用】本発明によれば、上記したように、有磁場プラズマ処理装置において少なくとも対の磁界発生用コイルを持ち、その磁界発生用コイルは平行に配置され、対の磁界発生用コイルに対し、高周波電界発生用電極が配置されるが、その電極構成は一対の磁界発生用コイルの中間に電極の一方の極を、そしてその電極からみて各コイルの反対側にもう一方の電極をそれぞれ平行に配置し、プラズマ発生部を形成する。
【００１０】また、被処理試料は、プラズマ発生部より、距離を持った位置に配置される。その位置は被処理試料面において、磁界分布が略均一になるような位置に配置されるようにしたものである。更に、被処理試料を載置するステージは、高周波を印加することも可能である。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。この図に示すように、石英減圧容器１は、処理部１Ａと高密度プラズマ発生部１Ｂからなり、この高密度プラズマ発生部１Ｂに、磁界発生用コイル３及び４、高周波印加電極７と接地電極９及び１０を配置し、磁界発生用コイル３には電源５、磁界発生用コイル４には電源６がそれぞれ接続され、コイルに電流が供給される。
【００１２】また、高周波印加電極７には高周波電源８が接続され、高周波印加電極７に高周波が印加される。更に、接地電極９，１０は接地されている。一方、石英減圧容器１の内底には、被処理試料載置ステージ１２が配置され、その上に被処理試料１１が載置され、被処理試料載置ステージ１２には高周波を印加するための高周波電源１３が接続されている。
【００１３】また、石英減圧容器１には、排気口１４とガス導入口１５とが設けられている。なお、本発明に直接関係のない部分、例えば冷却水経路等は省略されている。そこで、まず、石英減圧容器１をバックグラウンド圧力まで排気した後、ガス導入口１５より、プロセスガスを導入し、所定圧１０-3〜１０-4ｔｏｒｒに制御する。
【００１４】次に、高周波電源８より高周波印加電極７に数百ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数の電界を印加する。これにより、高周波印加電極７と、接地電極９，１０との間で高密度プラズマ発生部１Ｂで放電が起こる。それとほぼ同時に、電源５，６により磁界発生用コイル３及び４に電流１〜２０Ａを流す。なお、電流の向きは２つのコイルに同一方向でも逆方向でも可能な構成としておくが、この実施例では同一方向の場合について述べる。
【００１５】これにより、２つのコイルの間にミラー磁場が形成される（ミラー磁場については、「現代プラズマ理工学」 関口 忠編著 オーム社刊 Ｐ３３に詳しく説明されている。）このように構成すると、荷電粒子はミラー磁場中にトラップされた状態となり、高周波電界との相互作用で高密度プラズマが発生する。このトラップ率はコイル電流により調整可能である。また、磁界発生用コイル４は被処理試料載置ステージ１２より１５〜３０ｃｍ離して配置することにより、磁界は弱く、また試料面に対してほぼ均一になっている。また、高密度プラズマ発生部１Ｂにおいても、試料面と平行方向では比較的均一なプラズマとなっている。
【００１６】更に、高周波電源１３より被処理試料載置ステージ１２に、数百ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの高周波を印加することにより、流れてくるプラズマを再励起して、被処理試料１１面に入射する荷電粒子を制御することが可能である。この際、印加する電力は５〜１００Ｗ程度である。これにより、均一な処理ができ、被処理試料としての素子に影響を与えるようなチャージアップもない処理が可能となる。装置もＥＣＲ型のように大型化することはない。また、ヘリコン波型のような難しい調整もする必要がない。 次に、本発明の第２実施例について説明する。
【００１７】この種の有磁場プラズマ処理装置をレジスト除去のアッシングに使用することも可能であり、かつ非常に有効である。以下、アッシング装置に応用する場合の例について述べると、導入ガスとしてＯ2 を用い、圧力は１０-1〜１ｔｏｒｒ程度に調整する。高周波電界及び磁界発生は前例と同様である。ただし、試料載置ステージには高周波は印加しない。
【００１８】このように構成すると、前例でも述べたように荷電粒子の多くはミラー磁場にトラップされる。これはコイル電流の調整により、トラップ率を可変にできる。したがって、被処理試料面では中性ラジカル密度が濃い状態となり、素子劣化の心配のない高速アッシングが可能となる。これは従来のように、荷電粒子トラップのための中間電極を必要としなくてもよいし、また、アッシング速度の低下もないために、非常に有効なアッシング装置となる。
【００１９】次に、第１実施例の変形モードについて説明する。前記した第１実施例の高周波印加電極７と接地電極３，４を入れ替える例である。すなわち、図２（磁界発生用コイル配置と電界発生用電極配置のみを図示）に示すように、一対の磁界発生用コイル３，４の中間に配置する電極を接地電極１６とし、各々の磁界発生用コイル３，４を挟んで対向する高周波印加電極１７，１８に高周波電源８を接続して、高周波を印加するようにしたものである。
【００２０】このように構成すると、処理室側に流れ出すイオンの量は多くなる。これはラジカルの影響を少なくし、できるだけイオンによるエッチングを行いたい場合にはこのモードで使用する。また、第１実施例では一対の磁界発生用コイルの電流の向きを同一方向とし、ミラー磁場を形成したが、これを逆方向にした磁場を形成することも可能である。
【００２１】このように構成すると、磁力線が一対の磁界発生用コイルの中間面で対称となり、これによっても高密度プラズマを得ることができる。また、第１実施例においては、磁界発生用コイルと電界発生用電極が重ならないように図示されているが、側面からみて、磁界発生用コイルと電界発生用電極が若干重なりあうように設置することも可能である。
【００２２】図３に本発明の第２実施例を示す磁界発生用コイルと電界発生用電極の配置についてのみ概略図を示す。図３（ａ）は磁界発生用コイルと電界発生用電極を側面から見た図であり、９Ａ，１０Ａは接地電極、７Ａは高周波印加電極、３Ａ，４Ａは磁界発生用コイルである。図３（ｂ）は磁界発生用コイルと電界発生用電極を上面から見た図であり、１９は電界発生用電極、２０は磁界発生用コイルを示している。
【００２３】次に、本発明の第３実施例について説明する。図４は本発明の第３実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。この実施例は第１実施例に対して高密度プラズマ発生部を大きくとり、複数のセットの磁界発生用コイル対及び電界発生用電極対を配置し、より高密度のプラズマを生成しようとするものである。
【００２４】この図に示すように、石英減圧容器２１は、処理部２１Ａと高密度プラズマ発生部２１Ｂからなり、この高密度プラズマ発生部２１Ｂに磁界発生用コイル２３，２４，２５及び２６、高周波印加電極３１及び３２と、接地電極３４，３５及び３６を配置し、磁界発生用コイル２３には電源２７、磁界発生用コイル２４には電源２８、磁界発生用コイル２５には電源２９、磁界発生用コイル２６には電源３０がそれぞれ接続され、コイルに電流が供給される。
【００２５】また、高周波印加電極３１及び３２には高周波電源３３が接続され、高周波印加電極３１，３２に高周波が印加される。更に、接地電極３４，３５，３６は接地されている。一方、石英減圧容器２１の内底には、被処理試料載置ステージ３８が配置され、その上に被処理試料３７が載置され、被処理試料載置ステージ３８には高周波を印加するための高周波電源３９が接続されている。
【００２６】また、石英減圧容器２１には、排気口４０とガス導入口４１とが設けられている。なお、本発明に直接関係のない部分、例えば冷却水経路等は省略されている。この装置の使用方法は第１実施例に準じる。また、磁界発生用コイル２３，２４，２５及び２６に流す電流の向きや、高周波印加電極３１及び３２と接地電極３４，３５及び３６との交換についても第１実施例で述べた変形モードと同様に変えることができる。
【００２７】次に、本発明の第４実施例について説明する。図５は本発明の第４実施例を示す磁界発生用コイル配置と電界発生用電極配置図である。ここでは、図は簡略化して磁界発生用コイル配置と電界発生用電極配置についてのみ示し、他の構成部は省略されている。磁界発生用コイル５１，５２，５３，５４はそれぞれ電源５５，５６，５７，５８に接続され、各々の電源で各々独立に制御することができる。高周波印加電極５９には高周波電源６１、高周波印加電極６０には、高周波電源６２がそれぞれ接続され、各々独立に制御することができる。接地電極６３，６４，６５は接地されている。
【００２８】第３実施例との違いは、高周波印加電極５９，６０の印加高周波が、各々独立に制御可能になっていることである。独立に制御するようにしたのは、次のような使い方をするためである。その１つは同じ周波数の高周波を印加する場合において、位相をずらす（例えば、９０°，１８０°，２７０°）ためである。
【００２９】また、もう１つは異なる周波数の高周波を印加する場合である。例えば、高周波印加電極５９には１３．５６ＭＨｚを印加し、高周波印加電極６０には４００ＫＨｚを印加するというような使い方である。これにより、第３実施例とは異なるプラズマ状態を得ることができ、被処理試料によっては、より良好なプラズマを得ることが可能となる。例えば、１３．５６ＭＨｚと４００ＫＨｚの周波数を使うと、１３．５６ＭＨｚでは電子は周波数に追隋するが、イオンは追隋することが難しい。ところが４００ＫＨｚでは、イオンも周波数も追隋することが可能な領域となる。これにより、どちらか一方の周波数のみを使った場合とは異なるプラズマ状態を得ることが可能となる。
【００３０】プラズマ処理においては、処理する試料及びその試料の要求する処理特性により、異なるプラズマ特性が要求されるが、本実施例は、そのプラズマ特性マージンをより広くしようとするものである。次に、本発明の第５実施例について説明する。図６は本発明の第５実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。
【００３１】この実施例については、高密度プラズマ発生部７１Ｂを曲げて、横向きに設置したものであり、第１実施例で高さ方向で制約があるような場合に用いて好適である。図６に示すように、石英減圧容器７１は、処理部７１Ａとこれより横向きに曲げられた高密度プラズマ発生部７１Ｂからなり、この高密度プラズマ発生部７１Ｂに磁界発生用コイル７３及び７４、高周波印加電極７７と接地電極７９及び８０を配置し、磁界発生用コイル７３には電源７５、磁界発生用コイル７４には電源７６がそれぞれ接続され、コイルに電流が供給される。
【００３２】また、高周波印加電極７７には高周波電源７８が接続され、この高周波印加電極７７に高周波が印加される。更に、接地電極７９，８０は接地されている。一方、石英減圧容器７１の内底には、被処理試料載置ステージ８２が配置され、その上に被処理試料８１が載置され、被処理試料載置ステージ８２には高周波を印加するための高周波電源８３が接続されている。
【００３３】また、石英減圧容器７１には、排気口８４とガス導入口８５とが設けられている。なお、本発明に直接関係のない部分、例えば冷却水経路等は省略されている。このように配置した場合においても試料の処理においては、高周波電源８３から被処理試料載置ステージ８２に印加される高周波電界により、試料に入射する荷電粒子は制御されるため、特性上はまったく問題ない。
【００３４】次に、本発明の第６実施例について説明する。図７は本発明の第６実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。この実施例では、高密度プラズマ発生部を横向きにして、それをさらに対向側にもう一つ配置した場合であり、２ヵ所にプラズマ発生部を有するために第１実施例や第５実施例に比較して処理減圧容器内において、より高密度なプラズマを得ることができるため、処理の高速化が可能となる利点がある。
【００３５】図７に示すように、石英減圧容器９１は、処理部９１Ａとこれより両側に横向きに曲げられた第１の高密度プラズマ発生部９１Ｂと第２の高密度プラズマ発生部９１Ｃからなり、第１の高密度プラズマ発生部９１Ｂには、磁界発生用コイル９３及び９４、高周波印加電極９７と接地電極９９及び１００を配置し、磁界発生用コイル９３には電源９５、磁界発生用コイル９４には電源９６がそれぞれ接続され、コイルに電流が供給される。
【００３６】また、高周波印加電極９７には高周波電源９８が接続され、高周波印加電極９７に高周波が印加される。更に、接地電極９９，１００は接地されている。同様に、第２の高密度プラズマ発生部９１Ｃには、磁界発生用コイル１０６及び１０７、高周波印加電極１１０と接地電極１１２及び１１３を配置し、磁界発生用コイル１０６には電源１０８、磁界発生用コイル１０７には電源１０９がそれぞれ接続され、コイルに電流が供給される。
【００３７】また、高周波印加電極１１０には高周波電源１１１が接続され、高周波印加電極１１０に高周波が印加される。更に、接地電極１１２，１１３は接地されている。一方、石英減圧容器９１の中央の内底には、被処理試料載置ステージ１０２が配置され、その上に被処理試料１０１が載置され、被処理試料載置ステージ１０２には高周波を印加するための高周波電源１０３が接続されている。
【００３８】また、石英減圧容器９１には、排気口１０４とガス導入口１０５と１１４とが設けられている。なお、本発明に直接関係のない部分、例えば冷却水経路等は省略されている。なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３９】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）対であり平行に配置した磁界発生用コイルに対し、高周波電界発生のための電極の一方をその対の磁界発生用コイルの中間に設置し、もう一つの電極を各磁界発生用コイルの対向側に設置したことにより、高密度プラズマを発生することができる。
【００４０】（２）被処理試料はプラズマ発生源より離して配置して、かつ試料載置ステージに別の高周波電界を印加可能とし、試料への荷電粒子の入射を独立に制御する構成とすることにより、処理特性の向上を図ることができる。
（３）磁界発生用コイル配置及びこの磁界発生用コイルに流す電流の向き及び電流値を可変とし、また、プラズマ発生部に印加する高周波電界の電極構成を変えることも可能であり、試料面へ流れるプラズマ特性を広範囲に変化させることも可能となるために、処理特性の向上を図ることができる。
【００４１】（４）プラズマ発生部の印加高周波電源を複数にし、各々独立に制御することが可能な構成になっており、それにより、異なる位相または周波数の高周波が印加可能であり、それを制御することにより、プラズマ特性マージンを広範囲にとることが可能となり、処理特性の向上を図ることができる。
（５）複数のプラズマ発生部を設置することができるので、処理室のプラズマ密度をより高密度にすることが可能となり、処理速度の向上を図ることができる。
【００４２】（６）各種の構造のプラズマ発生部を有する有磁場プラズマ処理装置を提供できるので、設置スペースに応じた、有磁場プラズマ処理装置を選択することにより、スペースファクターのよい有磁場プラズマ処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例の変形例を示す磁界発生用コイル配置と電界発生用電極配置図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す磁界発生用コイルと電界発生用電極の配置の概略図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。
【図５】本発明の第４実施例を示す磁界発生用コイル配置と電界発生用電極配置図である。
【図６】本発明の第５実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。
【図７】本発明の第６実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１，２１，７１，９１ 石英減圧容器
１Ａ，２１Ａ，７１Ａ，９１Ａ 処理部
１Ｂ，２１Ｂ，７１Ｂ 高密度プラズマ発生部
３，３Ａ，４，４Ａ，２０，２３，２４，２５，２６，５１，５２，５３，５４，７３，７４，９３，９４，１０６，１０７ 磁界発生用コイル
５，６，２７，２８，２９，３０，５５，５６，５７，５８，７５，７６，９５，９６，１０８，１０９ 電源
７，７Ａ，１７，１８，３１，３２，５９，６０，７７，９７，１１０ 高周波印加電極
８，１３，３３，３９，６１，６２，７８，８３，９８，１０３，１１１高周波電源
９，９Ａ，１０，１０Ａ，１６，３４，３５，３６，６３，６４，６５，７９，８０，９９，１００，１１２，１１３ 接地電極
１１，３７，８１，１０１ 被処理試料
１２，３８，８２，１０２ 被処理試料載置ステージ
１４，４０，８４，１０４ 排気口
１５，４１，８５，１０５，１１４ ガス導入口
１９ 電界発生用電極
９１Ｂ 第１の高密度プラズマ発生部
９１Ｃ 第２の高密度プラズマ発生部
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置に係り、特にプラズマを用いたプラズマ処理装置における磁界と電界相互作用を用いた有磁場プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の有磁場プラズマ処理装置としては、「日経マイクロデバイス１０月号（１９９１） Ｐ８９〜９５」に開示されるように、マグネトロン方式、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｕｃｅ）方式、ヘリコン波方式等がある。プラズマ処理装置の進歩、改良は著しいものがあり、特に、近年は高周波電界に磁界を作用させた有磁場ドライエッチング装置が、その高密度プラズマ発生の有効性から広く利用されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多数の改良型が提案されており、それなりの高密度プラズマが得られているが、エッチング装置として見た場合には、いずれの型式においても未だ欠点があると言わざるを得ない。まず、マグネトロン型の場合、従来例にも記載されているように、電子のドリフトによって偏りが生じるという点が最大の問題である。電子に偏りが生じるということは、プラズマそのものが不均一であるということに他ならず、この偏りにより処理試料への入射粒子にも偏りが生じ、チャージバランスが崩れることによるゲート破壊が起こることは、多々報告されており周知のことである。
【０００４】ＥＣＲ型の場合、被処理試料を均一に処理しようとすると装置が大型化してしまうという問題がある。上記文献に開示されているように、種々の対策、改良がなされているが、エッチング特性を満足して小型化されているとは言い難い。ヘリコン型については、未だ不明な点が多く、実用されてはいない。原理的には非常に弱い磁場で高密度プラズマを得ることができるが、その反面、アンテナ形状に依存しやすく、装置間機差が起き易いと言える。また、高密度発生部近傍の石英チャンバが高温になり、劣化し易い欠点もある。
【０００５】本発明は、以上述べた、従来使用されている有磁場プラズマ処理装置の欠点であるプラズマの偏り、装置の大型化、電極構成や磁界構成への強い依存による調整の困難性を除去し、最も濃い密度のプラズマが発生する部分を被処理試料面より離し、かつプラズマ発生部分においては、被処理試料面に対してプラズマをできるだけ均一にし、また装置は大型化することがなく、しかも、電極構成や磁界構成に対し、マージンがあり、調整が容易な有磁場プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、有磁場プラズマ処理装置において、〔Ａ〕平行に配置される対をなす磁界発生用コイルと、該対の磁界発生用コイル間に位置し、かつ該磁界発生用コイルと平行に配置される電界発生用第１電極と、前記磁界発生用コイルの外側に位置し、かつ前記電界発生用第１電極と平行に配置される電界発生用第２電極を設け、高密度プラズマを発生するプラズマ発生部を具備する。
【０００７】〔Ｂ〕前記プラズマ発生部において、発生する磁場分布が被処理面においては、略均一な磁界となるように試料載置ステージを設置する。
〔Ｃ〕前記試料載置ステージに独立した高周波電界を印加可能な構成とする。
〔Ｄ〕前記対をなす磁界発生用コイルを複数組み配置し、かつ高周波電界発生電極を複数対配置する。
【０００８】〔Ｅ〕前記プラズマ発生部において前記高周波電界発生電極に印加する高周波の位相及び周波数を各々独立に制御可能にする。
〔Ｆ〕前記プラズマ発生部を複数個設ける。
〔Ｇ〕前記対をなす磁界発生用コイルに流す電流の向きを互いに逆方向にするようにしたものである。
【０００９】
【作用】本発明によれば、上記したように、有磁場プラズマ処理装置において少なくとも対の磁界発生用コイルを持ち、その磁界発生用コイルは平行に配置され、対の磁界発生用コイルに対し、高周波電界発生用電極が配置されるが、その電極構成は一対の磁界発生用コイルの中間に電極の一方の極を、そしてその電極からみて各コイルの反対側にもう一方の電極をそれぞれ平行に配置し、プラズマ発生部を形成する。
【００１０】また、被処理試料は、プラズマ発生部より、距離を持った位置に配置される。その位置は被処理試料面において、磁界分布が略均一になるような位置に配置されるようにしたものである。更に、被処理試料を載置するステージは、高周波を印加することも可能である。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。この図に示すように、石英減圧容器１は、処理部１Ａと高密度プラズマ発生部１Ｂからなり、この高密度プラズマ発生部１Ｂに、磁界発生用コイル３及び４、高周波印加電極７と接地電極９及び１０を配置し、磁界発生用コイル３には電源５、磁界発生用コイル４には電源６がそれぞれ接続され、コイルに電流が供給される。
【００１２】また、高周波印加電極７には高周波電源８が接続され、高周波印加電極７に高周波が印加される。更に、接地電極９，１０は接地されている。一方、石英減圧容器１の内底には、被処理試料載置ステージ１２が配置され、その上に被処理試料１１が載置され、被処理試料載置ステージ１２には高周波を印加するための高周波電源１３が接続されている。
【００１３】また、石英減圧容器１には、排気口１４とガス導入口１５とが設けられている。なお、本発明に直接関係のない部分、例えば冷却水経路等は省略されている。そこで、まず、石英減圧容器１をバックグラウンド圧力まで排気した後、ガス導入口１５より、プロセスガスを導入し、所定圧１０-3〜１０-4ｔｏｒｒに制御する。
【００１４】次に、高周波電源８より高周波印加電極７に数百ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数の電界を印加する。これにより、高周波印加電極７と、接地電極９，１０との間で高密度プラズマ発生部１Ｂで放電が起こる。それとほぼ同時に、電源５，６により磁界発生用コイル３及び４に電流１〜２０Ａを流す。なお、電流の向きは２つのコイルに同一方向でも逆方向でも可能な構成としておくが、この実施例では同一方向の場合について述べる。
【００１５】これにより、２つのコイルの間にミラー磁場が形成される（ミラー磁場については、「現代プラズマ理工学」 関口 忠編著 オーム社刊 Ｐ３３に詳しく説明されている。）このように構成すると、荷電粒子はミラー磁場中にトラップされた状態となり、高周波電界との相互作用で高密度プラズマが発生する。このトラップ率はコイル電流により調整可能である。また、磁界発生用コイル４は被処理試料載置ステージ１２より１５〜３０ｃｍ離して配置することにより、磁界は弱く、また試料面に対してほぼ均一になっている。また、高密度プラズマ発生部１Ｂにおいても、試料面と平行方向では比較的均一なプラズマとなっている。
【００１６】更に、高周波電源１３より被処理試料載置ステージ１２に、数百ＫＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの高周波を印加することにより、流れてくるプラズマを再励起して、被処理試料１１面に入射する荷電粒子を制御することが可能である。この際、印加する電力は５〜１００Ｗ程度である。これにより、均一な処理ができ、被処理試料としての素子に影響を与えるようなチャージアップもない処理が可能となる。装置もＥＣＲ型のように大型化することはない。また、ヘリコン波型のような難しい調整もする必要がない。 次に、本発明の第２実施例について説明する。
【００１７】この種の有磁場プラズマ処理装置をレジスト除去のアッシングに使用することも可能であり、かつ非常に有効である。以下、アッシング装置に応用する場合の例について述べると、導入ガスとしてＯ2 を用い、圧力は１０-1〜１ｔｏｒｒ程度に調整する。高周波電界及び磁界発生は前例と同様である。ただし、試料載置ステージには高周波は印加しない。
【００１８】このように構成すると、前例でも述べたように荷電粒子の多くはミラー磁場にトラップされる。これはコイル電流の調整により、トラップ率を可変にできる。したがって、被処理試料面では中性ラジカル密度が濃い状態となり、素子劣化の心配のない高速アッシングが可能となる。これは従来のように、荷電粒子トラップのための中間電極を必要としなくてもよいし、また、アッシング速度の低下もないために、非常に有効なアッシング装置となる。
【００１９】次に、第１実施例の変形モードについて説明する。前記した第１実施例の高周波印加電極７と接地電極３，４を入れ替える例である。すなわち、図２（磁界発生用コイル配置と電界発生用電極配置のみを図示）に示すように、一対の磁界発生用コイル３，４の中間に配置する電極を接地電極１６とし、各々の磁界発生用コイル３，４を挟んで対向する高周波印加電極１７，１８に高周波電源８を接続して、高周波を印加するようにしたものである。
【００２０】このように構成すると、処理室側に流れ出すイオンの量は多くなる。これはラジカルの影響を少なくし、できるだけイオンによるエッチングを行いたい場合にはこのモードで使用する。また、第１実施例では一対の磁界発生用コイルの電流の向きを同一方向とし、ミラー磁場を形成したが、これを逆方向にした磁場を形成することも可能である。
【００２１】このように構成すると、磁力線が一対の磁界発生用コイルの中間面で対称となり、これによっても高密度プラズマを得ることができる。また、第１実施例においては、磁界発生用コイルと電界発生用電極が重ならないように図示されているが、側面からみて、磁界発生用コイルと電界発生用電極が若干重なりあうように設置することも可能である。
【００２２】図３に本発明の第２実施例を示す磁界発生用コイルと電界発生用電極の配置についてのみ概略図を示す。図３（ａ）は磁界発生用コイルと電界発生用電極を側面から見た図であり、９Ａ，１０Ａは接地電極、７Ａは高周波印加電極、３Ａ，４Ａは磁界発生用コイルである。図３（ｂ）は磁界発生用コイルと電界発生用電極を上面から見た図であり、１９は電界発生用電極、２０は磁界発生用コイルを示している。
【００２３】次に、本発明の第３実施例について説明する。図４は本発明の第３実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。この実施例は第１実施例に対して高密度プラズマ発生部を大きくとり、複数のセットの磁界発生用コイル対及び電界発生用電極対を配置し、より高密度のプラズマを生成しようとするものである。
【００２４】この図に示すように、石英減圧容器２１は、処理部２１Ａと高密度プラズマ発生部２１Ｂからなり、この高密度プラズマ発生部２１Ｂに磁界発生用コイル２３，２４，２５及び２６、高周波印加電極３１及び３２と、接地電極３４，３５及び３６を配置し、磁界発生用コイル２３には電源２７、磁界発生用コイル２４には電源２８、磁界発生用コイル２５には電源２９、磁界発生用コイル２６には電源３０がそれぞれ接続され、コイルに電流が供給される。
【００２５】また、高周波印加電極３１及び３２には高周波電源３３が接続され、高周波印加電極３１，３２に高周波が印加される。更に、接地電極３４，３５，３６は接地されている。一方、石英減圧容器２１の内底には、被処理試料載置ステージ３８が配置され、その上に被処理試料３７が載置され、被処理試料載置ステージ３８には高周波を印加するための高周波電源３９が接続されている。
【００２６】また、石英減圧容器２１には、排気口４０とガス導入口４１とが設けられている。なお、本発明に直接関係のない部分、例えば冷却水経路等は省略されている。この装置の使用方法は第１実施例に準じる。また、磁界発生用コイル２３，２４，２５及び２６に流す電流の向きや、高周波印加電極３１及び３２と接地電極３４，３５及び３６との交換についても第１実施例で述べた変形モードと同様に変えることができる。
【００２７】次に、本発明の第４実施例について説明する。図５は本発明の第４実施例を示す磁界発生用コイル配置と電界発生用電極配置図である。ここでは、図は簡略化して磁界発生用コイル配置と電界発生用電極配置についてのみ示し、他の構成部は省略されている。磁界発生用コイル５１，５２，５３，５４はそれぞれ電源５５，５６，５７，５８に接続され、各々の電源で各々独立に制御することができる。高周波印加電極５９には高周波電源６１、高周波印加電極６０には、高周波電源６２がそれぞれ接続され、各々独立に制御することができる。接地電極６３，６４，６５は接地されている。
【００２８】第３実施例との違いは、高周波印加電極５９，６０の印加高周波が、各々独立に制御可能になっていることである。独立に制御するようにしたのは、次のような使い方をするためである。その１つは同じ周波数の高周波を印加する場合において、位相をずらす（例えば、９０°，１８０°，２７０°）ためである。
【００２９】また、もう１つは異なる周波数の高周波を印加する場合である。例えば、高周波印加電極５９には１３．５６ＭＨｚを印加し、高周波印加電極６０には４００ＫＨｚを印加するというような使い方である。これにより、第３実施例とは異なるプラズマ状態を得ることができ、被処理試料によっては、より良好なプラズマを得ることが可能となる。例えば、１３．５６ＭＨｚと４００ＫＨｚの周波数を使うと、１３．５６ＭＨｚでは電子は周波数に追隋するが、イオンは追隋することが難しい。ところが４００ＫＨｚでは、イオンも周波数も追隋することが可能な領域となる。これにより、どちらか一方の周波数のみを使った場合とは異なるプラズマ状態を得ることが可能となる。
【００３０】プラズマ処理においては、処理する試料及びその試料の要求する処理特性により、異なるプラズマ特性が要求されるが、本実施例は、そのプラズマ特性マージンをより広くしようとするものである。次に、本発明の第５実施例について説明する。図６は本発明の第５実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。
【００３１】この実施例については、高密度プラズマ発生部７１Ｂを曲げて、横向きに設置したものであり、第１実施例で高さ方向で制約があるような場合に用いて好適である。図６に示すように、石英減圧容器７１は、処理部７１Ａとこれより横向きに曲げられた高密度プラズマ発生部７１Ｂからなり、この高密度プラズマ発生部７１Ｂに磁界発生用コイル７３及び７４、高周波印加電極７７と接地電極７９及び８０を配置し、磁界発生用コイル７３には電源７５、磁界発生用コイル７４には電源７６がそれぞれ接続され、コイルに電流が供給される。
【００３２】また、高周波印加電極７７には高周波電源７８が接続され、この高周波印加電極７７に高周波が印加される。更に、接地電極７９，８０は接地されている。一方、石英減圧容器７１の内底には、被処理試料載置ステージ８２が配置され、その上に被処理試料８１が載置され、被処理試料載置ステージ８２には高周波を印加するための高周波電源８３が接続されている。
【００３３】また、石英減圧容器７１には、排気口８４とガス導入口８５とが設けられている。なお、本発明に直接関係のない部分、例えば冷却水経路等は省略されている。このように配置した場合においても試料の処理においては、高周波電源８３から被処理試料載置ステージ８２に印加される高周波電界により、試料に入射する荷電粒子は制御されるため、特性上はまったく問題ない。
【００３４】次に、本発明の第６実施例について説明する。図７は本発明の第６実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。この実施例では、高密度プラズマ発生部を横向きにして、それをさらに対向側にもう一つ配置した場合であり、２ヵ所にプラズマ発生部を有するために第１実施例や第５実施例に比較して処理減圧容器内において、より高密度なプラズマを得ることができるため、処理の高速化が可能となる利点がある。
【００３５】図７に示すように、石英減圧容器９１は、処理部９１Ａとこれより両側に横向きに曲げられた第１の高密度プラズマ発生部９１Ｂと第２の高密度プラズマ発生部９１Ｃからなり、第１の高密度プラズマ発生部９１Ｂには、磁界発生用コイル９３及び９４、高周波印加電極９７と接地電極９９及び１００を配置し、磁界発生用コイル９３には電源９５、磁界発生用コイル９４には電源９６がそれぞれ接続され、コイルに電流が供給される。
【００３６】また、高周波印加電極９７には高周波電源９８が接続され、高周波印加電極９７に高周波が印加される。更に、接地電極９９，１００は接地されている。同様に、第２の高密度プラズマ発生部９１Ｃには、磁界発生用コイル１０６及び１０７、高周波印加電極１１０と接地電極１１２及び１１３を配置し、磁界発生用コイル１０６には電源１０８、磁界発生用コイル１０７には電源１０９がそれぞれ接続され、コイルに電流が供給される。
【００３７】また、高周波印加電極１１０には高周波電源１１１が接続され、高周波印加電極１１０に高周波が印加される。更に、接地電極１１２，１１３は接地されている。一方、石英減圧容器９１の中央の内底には、被処理試料載置ステージ１０２が配置され、その上に被処理試料１０１が載置され、被処理試料載置ステージ１０２には高周波を印加するための高周波電源１０３が接続されている。
【００３８】また、石英減圧容器９１には、排気口１０４とガス導入口１０５と１１４とが設けられている。なお、本発明に直接関係のない部分、例えば冷却水経路等は省略されている。なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３９】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）対であり平行に配置した磁界発生用コイルに対し、高周波電界発生のための電極の一方をその対の磁界発生用コイルの中間に設置し、もう一つの電極を各磁界発生用コイルの対向側に設置したことにより、高密度プラズマを発生することができる。
【００４０】（２）被処理試料はプラズマ発生源より離して配置して、かつ試料載置ステージに別の高周波電界を印加可能とし、試料への荷電粒子の入射を独立に制御する構成とすることにより、処理特性の向上を図ることができる。
（３）磁界発生用コイル配置及びこの磁界発生用コイルに流す電流の向き及び電流値を可変とし、また、プラズマ発生部に印加する高周波電界の電極構成を変えることも可能であり、試料面へ流れるプラズマ特性を広範囲に変化させることも可能となるために、処理特性の向上を図ることができる。
【００４１】（４）プラズマ発生部の印加高周波電源を複数にし、各々独立に制御することが可能な構成になっており、それにより、異なる位相または周波数の高周波が印加可能であり、それを制御することにより、プラズマ特性マージンを広範囲にとることが可能となり、処理特性の向上を図ることができる。
（５）複数のプラズマ発生部を設置することができるので、処理室のプラズマ密度をより高密度にすることが可能となり、処理速度の向上を図ることができる。
【００４２】（６）各種の構造のプラズマ発生部を有する有磁場プラズマ処理装置を提供できるので、設置スペースに応じた、有磁場プラズマ処理装置を選択することにより、スペースファクターのよい有磁場プラズマ処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例の変形例を示す磁界発生用コイル配置と電界発生用電極配置図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す磁界発生用コイルと電界発生用電極の配置の概略図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。
【図５】本発明の第４実施例を示す磁界発生用コイル配置と電界発生用電極配置図である。
【図６】本発明の第５実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。
【図７】本発明の第６実施例を示す有磁場プラズマ処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１，２１，７１，９１ 石英減圧容器
１Ａ，２１Ａ，７１Ａ，９１Ａ 処理部
１Ｂ，２１Ｂ，７１Ｂ 高密度プラズマ発生部
３，３Ａ，４，４Ａ，２０，２３，２４，２５，２６，５１，５２，５３，５４，７３，７４，９３，９４，１０６，１０７ 磁界発生用コイル
５，６，２７，２８，２９，３０，５５，５６，５７，５８，７５，７６，９５，９６，１０８，１０９ 電源
７，７Ａ，１７，１８，３１，３２，５９，６０，７７，９７，１１０ 高周波印加電極
８，１３，３３，３９，６１，６２，７８，８３，９８，１０３，１１１高周波電源
９，９Ａ，１０，１０Ａ，１６，３４，３５，３６，６３，６４，６５，７９，８０，９９，１００，１１２，１１３ 接地電極
１１，３７，８１，１０１ 被処理試料
１２，３８，８２，１０２ 被処理試料載置ステージ
１４，４０，８４，１０４ 排気口
１５，４１，８５，１０５，１１４ ガス導入口
１９ 電界発生用電極
９１Ｂ 第１の高密度プラズマ発生部
９１Ｃ 第２の高密度プラズマ発生部
【特許請求の範囲】
【請求項１】（ａ）平行に配置される対をなす磁界発生用コイルと、（ｂ）該対の磁界発生用コイル間に位置し、かつ該磁界発生用コイルと平行に配置される電界発生用第１電極と、（ｃ）前記磁界発生用コイルの外側に位置し、かつ前記電界発生用第１電極と平行に配置される電界発生用第２電極を設け、（ｄ）高密度プラズマを発生するプラズマ発生部を具備することを特徴とする有磁場プラズマ処理装置。
【請求項２】 前記プラズマ発生部において、発生する磁場分布が被処理面においては、略均一な磁界となるように試料載置ステージを設置することを特徴とする請求項１記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項３】 前記試料載置ステージに独立した高周波電界を印加可能な構成とすることを特徴とする請求項２記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項４】 前記対をなす磁界発生用コイルを複数組み配置し、かつ高周波電界発生電極を複数対配置することを特徴とする請求項１記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項５】 前記プラズマ発生部において前記高周波電界発生電極に印加する高周波の位相及び周波数を各々独立に制御可能にすることを特徴とする請求項４記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項６】 前記プラズマ発生部を複数個設けることを特徴とする請求項１記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項７】 前記対をなす磁界発生用コイルに流す電流の向きを互いに逆方向にするようにした請求項１記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項１】（ａ）平行に配置される対をなす磁界発生用コイルと、（ｂ）該対の磁界発生用コイル間に位置し、かつ該磁界発生用コイルと平行に配置される電界発生用第１電極と、（ｃ）前記磁界発生用コイルの外側に位置し、かつ前記電界発生用第１電極と平行に配置される電界発生用第２電極を設け、（ｄ）高密度プラズマを発生するプラズマ発生部を具備することを特徴とする有磁場プラズマ処理装置。
【請求項２】 前記プラズマ発生部において、発生する磁場分布が被処理面においては、略均一な磁界となるように試料載置ステージを設置することを特徴とする請求項１記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項３】 前記試料載置ステージに独立した高周波電界を印加可能な構成とすることを特徴とする請求項２記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項４】 前記対をなす磁界発生用コイルを複数組み配置し、かつ高周波電界発生電極を複数対配置することを特徴とする請求項１記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項５】 前記プラズマ発生部において前記高周波電界発生電極に印加する高周波の位相及び周波数を各々独立に制御可能にすることを特徴とする請求項４記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項６】 前記プラズマ発生部を複数個設けることを特徴とする請求項１記載の有磁場プラズマ処理装置。
【請求項７】 前記対をなす磁界発生用コイルに流す電流の向きを互いに逆方向にするようにした請求項１記載の有磁場プラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開平６−１９６２９５
【公開日】平成６年（１９９４）７月１５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−３４２６９７
【出願日】平成４年（１９９２）１２月２２日
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【公開日】平成６年（１９９４）７月１５日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）１２月２２日
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
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