JPH02112232A - プラズマ装置の操業方法及びプラズマ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波を用いた電子サイクロトロン共＋ｊ
Ｑ（ｌｉｌｅｃＬｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５
ｏｎａｎｃｅ、　ＥＣＲ）励起により発生させたプラズ
マを利用する高集積半導体素子等の製造装置、例えばＣ
ＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒｌｌｅｐｏｓｉ　
Ｌｉｏｎ）装置、上ソチング装置等として用いられるプ
ラズマ装置斤の操業方法及びその装置に関する。

〔従来技術］ 電子サイク１−１１・Ｉ：Ｊン共嶋励起によりプラズマ
を発生さゼる方法は低ガス圧で活（４１−度の高いジ−
フスマを生成でき、イオンエネルギの広範囲なｉｊ！、
択が可能であり、また大きなイオン電流がとれ、イ」電
流の指向性、均一・性乙こ傍れるなとの利点があり、高
集積半導体素子等の製造に欠か−ｌない４）のとしてそ
の研究、開発が進められている。

第９図はエツチング装置として楢成したｉＪＬ東におけ
るマイクロ波を用いた電子り・イク１１１・１：１ン、
、１１鳴励起を利用するプラズマ装置の縦断■１図であ
り、図中３１はプラズマ４１．成室を示しζいる。

プラズマ生成室３１はｒ、＝、＋囲壁を２重横ｉ青にし
く冷却水の通流室３１ａをｈ：ｉＩえ、また−１部壁中
火に（」イｊ英ガラス板３１．ｂにζ］、・１止したマ
イク１ｊ波勇人ＩＪ　３　＋　（を、更に下部壁中央に
は前記マイク＋−＋’ｍ’ｊｊ人ＩＮ（１ｃと対向する
位置にプラズマ引出窓３１ｒｌを人々ＩＱえている。前
記゛フィクロ波４１人ＩＩ　３１　（：には他端を図示
しないマイク１コ波発振器に接続した導波管３２（１）
端が接続され、４：たプラズマ引出窓３１ｄに臨よ−υ
て試１′＝１仝３３を配設し、更に周囲にはプラズマ生
成室３１及びこれに接続し人二貞−波管３２Ｑ）−・端
部にわたってこれらを囲繞する態様でこれらと同心状に
励Ｇｌ二Ｉイル３．１を配設し、である。

ｉｉＡ　１”ｌ　’后３３内には前記プラズマ引出窓３
１．ｄ　と対向゛づる信置に試Ｆ１台３７が配設され、
その上、に１：１つｌｒ等の試ギーＩＳかそのｌｒ、ま
、又は静電吸着等の手段にて着脱ｉＪ能に載置され、ま
た試料室３３のト部壁には図示しない排気装：ｉ５：に
連なる排気１”、−，１３３ｔ＋が１ｉ！４　ｌ’Ｚｉ
されζいる。

３１ｇはプラズマ生成室３１に連なるガス供給系、３］
１＋、３］ｉ　１よ冷ノＪＩ水の供給系、排水系である
。

而してごのようなエツチング装置にあっては、プラズマ
イ］二成室３１、試す１室３３内を所要の真空度に設定
した後、プラズマ生成室３１内にガス供給系３１．ｇを
通してｏ、、ｃ　ｐ　、、ｓｐ６等のガスを供給し、励
磁二ｌイル３４にて磁界を形成しつつマイク（：Ｉ波涛
人口３１（。

を通してプラズマ生成室３１内にマイク１コ波を導入し
、プラズマ生成室３１を空洞共振器としてガスを共鳴励
起し、プラズマを牛成さｌる。〕１成し７にプラズマを
励磁、：ｌイル３４に゛（形成される試１：’ｌ　’；
・：＋：＋側に向かうに従い磁束密度が低トする発１１
シｉ３ｉ盾「６ご上って試料室３３内の試料Ｓ周辺に投
射」Ｊし７め、１：Ｊい′１室３３内の試料Ｓ表面をエ
ツチングづる３１、うに７．Ｙ。

ている（特開昭５７−１３３６３６　’；）。

ところで上述した如き征東の装Ｋｊにあ−１−（はプラ
ズマ生成室３１内にガス供給系３１ｇを通し−（ノノズ
を吹出し供給しているため、プラ１マイ１．成室；（Ｉ
内におけるガス分布が均一性を欠き、発生したプラズマ
の分布にもばらつきが／」！シ、この影響に、１、−３
て試料Ｓに対するエツチング速度が不均一点なり、また
ＣＶＤ装置として用いたときは膜厚かばらつき膜質低下
の重大な要因となる等の問題があった。

この対策として、エツチング用カスを試１”ｌ仝３３側
からプラズマ生成室３Ｉ内に勇人する３（、うにしたプ
ラズマ装置について、本出願人は既に出願を行っている
（特願昭６２−２０５６１７）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような従来装置にあっては、エツチング
装置として用いたときエツチング速度の不均一（よ改１
ηされるものの、エツチング速度が小さく、しかもアン
ダー力、］・を解消することが鍾しく、またＣＶＩＩ装
置として用いたときも成膜速度が１分でないという問題
かあった。

本発明者等は、エツチング装置として用いたときはコー
ノチング形状にイρれ、しかもエツチング速度の大きい
エツチングを行うごとが出来、またＣＶＤ装置としては
大きな成膜速度が得られる条（’Ｉについて実験研究を
行った結果、次のような事実を知見した。

Ｊ！ＩＩ　”５ ■エツチング形状、工、チング速度は、プラズマ生成室
３１．試料室３３の圧力と密接な関係がある。

■またエツチング形状はプラズマ生成室３Ｉの圧力によ
って決まり、プラズマ生成室のガス圧力が低いと王、ア
ンダ形状が良く、またガス圧力が高いとコーノチング形
状が悪くなる。

■エツチング速度はエツチング室３３のガス圧力るこよ
って決まり、ガス圧力が高いとエツチング速度は大きく
、またガス圧力が低いとエツチング速度が小さくなる。

■成膜速度は、試料室または試料近傍の圧力が高いと速
くなる。

従ってエツチング形状を良好にし、またエツチング速度
を大きく、更に成１１ジ速度の向」−を図るにはプラズ
マ生成室３１のガス圧力を（ｊ丸く、エツチング室のガ
ス圧力を高くするのが望ましいといえる。

第７図（イ）、（ロ）はプラズマ生成室と、試料室との
圧力がエツチング形状に％、える影響に“りいて示す説
明図であり、第７図（イ）はプラズマ生成室の圧力（７
Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ）を試料室の圧力（２刈０４Ｔｏ
ｒｒ）よりも低くし、第７図（１））はプラズマ生成室
圧力（５Ｘ　１．０−’Ｔｏｒｒ）を試料室の圧力（１
，６ＸｔＯ″Ｔｏｒｒ）より高くして、夫々シリア１ン
ウ、−ハ１に形成したレジスト膜をマスクにして５ｉ０
２膜をエツチングしたとき断面形状を示している。これ
から明らかなようにプラズマ生成室の圧力を低くするこ
とによってアンダーカッＩ・のない：エツチング形状が
得られているご点が解る。

第８図は試料室内圧力がエツチング速度に及ばず影響に
ついて示すグラフであり、横軸に試料室内圧力（Ｘ　１
０−’Ｔｏｒｒ）を、また縦軸にエツチング速度（μｍ
　／　Ｕ’、いをとって示している。

なおプラズマ生成室内圧力は一定（１，，４Ｘ　１０−
’Ｔｏｒｒ）とした。

このグラフから明らかな如くエツチング速度は試料室内
圧力か高くなるに従って上昇していることが解る。

らなのに第９図に示す従来装置におけるプラズマ生成室
、試シ′４室の圧力を示すと第１０図の如くである。

第１０図は第９図に示す従来装置を用いてプラズマ生成
室３１．試ｉ４室３３のガン、圧力とプラズマ引出窓の
開１−１＋（引出窓の開「」面積／プラズマ生成室横断
面面積ｘ１．００）との関係を示すグラフであり、横軸
にしガス流星（ＳＣＣＭ）、縦軸にガス圧力（Ｔｏｒｒ
）をとって示しである。

このグラフから明らかなようにプラズマ生成室３１のガ
ス圧力は試ｆ」室３３のガス圧力よりも高くなっている
ことが解る。

本発明はかかる事情に尾みなされたものであって、その
目的とするとごろ１３ｔ、エツチング形状及びエツチン
グ速度及び成膜速度の向１−を図れるようにしたプラズ
マ装置の操業方法及びプラス−２装置を提供するにある
。

〔発明を解決するだめの手段〕

本発明に係るプラズマ装置の操業方法は、電子サイクｏ
　ｌ−１：１ン共鳴励起によりプラズマを発生させるプ
ラズマ生成室と、発生させたプラズマをろり大して試料
にエツチング、成膜等の処理を施す試料室を備えたプラ
ズマ装置の操業過程で、プラズマ生成室の圧力を、試ネ
′−１室と同ｈｌ、又はそれ以下に保持することを要旨
としている。

また−Ｆ記操業に用いる本発明のプラズマ装置は、プラ
ズマ生成室と試料室との間のプラズマ引出窓の面積を、
プラズマ生成室の横断面面積の５０％以ドとし７、且つ
試料室にガス導入孔及びＩＪＩ気孔が開孔していること
、及びト、記装置においてプラノ、マ生我家に排気孔を
備えること、更に、ご才１らの装置においてプラズマ生
成室と試料室との間にあってプラズマ生成室及び試Ｆ’
）室の夫々に通じる排気孔をｆｉｉｉｉえた排気室を有
すること、及びこの装置Ｇこおいて、ＪＪ＋気室にガス
勇−人孔が開孔レーＣいるごと並ＩＪ”＝Ｌ　、ｔ＋！
料室、または試Ａ′１室とプラズマ４Ｉ：我家に排気孔
を備えることを特徴としている。

〔作用〕

本発明にあっては前記手段によって、プラズマ生成室内
のガス圧力を低く維持出来て、プラズマに含まれるイ」
ンとラジカルとの間におＩ：ｌるイオン割合を相対的に
増加することが出来、高エネルギイオンも増加する。ま
た試料室の圧力が高いので、試料表面に吸着されるガス
圧力そのイ・］近に浮遊−するガス量が増加する結果、
イオン化又はラジカル化されてエツチング、成膜に寄与
する粒子の散が増加し、エツチング速度、成膜速度が増
加する。

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

〔実施例１〕 第１図は本発明に係るプラズマ装置く以下木発明装置と
いう）の縦断面図であり、図中１はプラズマ生成室、２
は導波管、３は」−ソアング、成いは成膜を施ず試＃４
ｓを配置する試ｆ１室、４は励Ｃ？多コイルを示してい
る。

プラズマ生成室ｌは周囲壁を２重構造とし−Ｃ７貨却水
の通流室１ａを備える中空円り形をなし、マイクロ波に
対して空洞共振器を構成するよう形成されている。上部
壁中央には石英ガラス板１ｂで閉鎖されたマイクロ波導
入し月Ｃを備え、また上部壁中央には前記マイクロ波導
入１’１１　（：と対向する位置にプラズマの引出窓１
ｄを倫えている。

前記マイク１１波勇人日１ｃには導波管２の−・端部が
接続され、またプラズマ引出窓１ｄにはこれに１１；ま
せて試料室３が配設され、更に周囲に６４１プラズマ生
成室１及びこれに連結された導波管２の一端部にわたっ
て励磁コイル４が周設上しめられている。

導波管２の他端部は図示しないマイク１１波発振器に接
続され、発生したマイク１１波をプラズマ生成室１に導
入するようにしである。また励磁：：＋　、イル４は図
示しない直流電源に接続されており、直流電流の通流に
よって磁界を形成さセ、プラズマ生成室Ｉ内にマイク１
：１波を導入することによりプラズマを生成さ・ける。

更に−」二部励磁コイルによって、試料室３側に向けて
磁束密度が低くなる発散磁界を形成させ、この発散磁界
によって、プラズマ生成室１内に生成されたプラズマを
試料室３内に投射せしめるようになっている。

試１室３には、プラズマ引出窓１ｄと対向する底壁には
図示しないＩＩ気装置に連なる排気口３ａを開口し°ζ
あり、また内部にはｎｉｊ記プラズマ引出窓１ｄの直下
にこれと対向させて試料台７が配設され、この試料台７
」二に前記プラズマ引出窓１ｄと対向さ・ｌて試料Ｓが
配設されている。

その他１１ｉ、１ｉ　は夫々冷却水の給水系１排水系、
３ｇは試料室３に連なるガス供給系を示している。

そして本発明装置においては、プラズマ引出窓１ｄの開
口面積を、プラズマ生成室１の横断面面積の５０％（開
【］率：引出窓１ｄの開口面積／プラズマ生成室の横断
面面積Ｘ１００）以下としである。

なお、第１図には図示していないが、プラズマ生成室に
ガス導入孔を設りてもよい。試料室へのガス導入量およ
び排気能力とのバランスからプラズマ生成室の圧力を試
料室より低くＣきる条イ′１であれば、プラズマ生成室
にガスを導入して４）本発明の目的は満足できる。

第２図は開口率（χ）とアンダーカッ］・尾との関係を
示すグラフであり、横軸に開Ｌｉ率（χ）を、また縦軸
にアンダーカッｌ−量ｂ／ａ（第７図（１」）参照）を
とって示しである。

このグラフから明らかなように開口率が大きくなるに従
ってアンダーカッＬｉｔが大きくなってＪヌリ、エツチ
ング形状を良好とするためには５０％以下の開口率とす
るのがよいことが解る。

第３図はプラズマ引出窓１ｄの開Ｌｉ率とプうズマ生我
家、試料室の圧力との関係を示すグラフであり、横軸に
プラズマ引出窓１ｄのｌ；旧」率を、また縦軸に圧力を
とって示しである。グラフ中白丸は試料室の、また黒丸
はプラズマ生成室の圧力を示している。

ごのグラフから明らかなように、開口率が５０％以下で
プラズマ生成室の方が試料室に比べて低い圧力になるこ
とが解る。

而してこのような本発明装置にあっては試料室３内の試
ｆ゛１台７上に試料Ｓを載置し、プラズマ生成室１３試
訓室３内を所要の真空度に設定した後、ガス供給系３ｇ
、を通して材料ガスを試料室３内に供給し、プラズマ生
成室１の圧力を、試料室３の圧力と同等か、またはそれ
以下に保持するようにする。そしてこのような状態で励
磁コイル４に直流２ｉｉ流を通流すると共に、導波管２
．マイクロ波導入口１ｃを通してマイクロ波をプラズマ
生成室１内に勇人する。プラズマ生成室１内のガスは電
離されプラズマが生成される。発生したプラズマは励磁
二１イル４にて形成される発散磁界によって試料室３内
に導入され、試料室３内のガスを活性化し、試料Ｓ表面
へのエツチング、或いは成膜が行われることとなる。

〔実施例２〕 第４図は本発明の他の実施例を示す縦断面図であり、こ
の実施例にあってはプラズマ生成室１に対する材料ガス
の供給系１ｇを設けると共に、プラズマ生成室１の上部
壁の周縁部寄りの位置にＩＩ気口Ｉｆを開ｌ」せしめで
ある。

他の構成は１１；１記第１図に示す実施例と同様であり
、対応する部分には同し番号を４＝Ｊし７説明を前略す
る。

第４図に示す如きプラズマ装置を用いてブフスマ引出窓
１ｄの開口率を夫々変え、レジストパターンを形成した
試料に、酸素ガスを用いたエツチングを施した。エツチ
ング条件は次のとおりである。

なお排気は試料室、又は試料室とプラズマ生成室との双
方から行った。

プラズマ生成室の」法＝直径２００ｍｍ、高さ２００ｍ
ｍ試　料　室　寸　法：直径５００ｍｍ、高さ５００ｍ
ｍマイクロ波出カニ１ＫＷ 結果は表１に示すとおりである。

表１から明らかなように、開口率が５０％以下のときは
３０００人／分以上のコーノアング速度が得られ、しか
もアンダーカットのないエツチングを行い得る。これに
対して開Ｌ１率５０％を越えるときは３０００人／分以
上のエツチング速度が得られるものの、いずれもアンダ
ーカッ１〜が発生しておりエツチング形状は悪いことが
解る。

〔実施例３〕 第５図は本発明の更に他の実施例を示す縦断面図であり
、プラスマ生我家ｌ、試料室３にはいずれも直接）ＩＪ
Ｉ気Ｌ１を設けないで、プラズマ生成室Ｉと試料室３と
の間に、プラズマ生成室］、試料室３と人々プラズマ引
出窓１ｄ、３ｄを介して連通ずる排気室８を設り、この
排気室８の側壁に、図示しない０１気装置に連なる１Ｊ
ｌｌ気１」８ａを開「１セしめである。

プラズマ生成室１．試料室３の各プラズマ引出窓１ｄ、
３ｄはいずれも同心状に開に１部を位置ゼしめられてい
る。

他の構成し、１第１，２図に示す実施例と実質的に同し
であり、対応する部分には同し番−号を？＝ｉ　して説
明を省略する。

第５図に示すプラズマ装置を〔７シ１〕装置とし“（利
用し、プラズマ生成室の圧力を試料室の圧力よりも低く
維持した状態で開口率（χ）と成膜速度との関係を調査
した。

結果は第６図に示す如くである。なお参照のため第７図
に示すプラズマ装置をＣＶＤ装置とし７て通用した場合
の結果も合わせて示す。

第６図は開口率（χ）と成膜速度（人／分）との関係を
示すグラフであり、横軸に］；旧」率（χ）を、また縦
軸に成膜速度をとって示しである。グラフ中白丸は本発
明装置を、また黒丸は第９図に示す従来装置を夫々Ｃ１
１Ｄ装置として用いたときの結果である。

このグラフから明らかなように本発明力ｑ去及び装置を
用いると成膜速度も大幅に向１−することが解る。

〔効果〕

以上の如く本発明方法及び装置にあって１，１、エツチ
ング装置として用いたときはエツチング形状に優れ、し
かもエツチング速度を大きくすることが出来、またＣＶ
Ｄ１ｊ５ｉ７７として用いたときは大きな成膜速度が得
られる等本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する本発明装置の縦断面図、
第２図はプラズマ引出窓の開口率とアンダーカット量と
の関係を示すグラフ、第３図はプラズマ引出窓の開Ｉ」
率とプラズマ生成室、試料室の圧力との関係を示すグラ
フ、第４図は本発明の他の実施例を示す縦断面図、第５
図は本発明の更に他の実施例を示す縦断面図、第６図は
開口率と成膜速度との関係を示すグラフ、第７図（イ）
（［Ｊ）はプラズマ生成室圧力及び試料室圧力とエツチ
ング形状との関係を示す説明図、第８図は試料室圧力と
エツチング速度との関係を示すグラフ、第９図は従来装
置の縦断面図、第１０図は従来装置におけるプラズマ生
成室、試料室の圧力を示すグラフである。 １・・・プラズマ生成室 給糸　２・・・導波管 給糸４・・・励磁コイル 特　許　出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを発生
   させるプラズマ生成室と、発生させたプラズマを導入し
   て試料にエッチング、成膜等の処理を施す試料室を備え
   たプラズマ装置の操業過程で、 プラズマ生成室の圧力を、試料室と同等、 又はそれ以下に保持することを特徴とするプラズマ装置
   の操業方法。 ２、電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを発生
   させるプラズマ生成室と、発生させたプラズマを導入し
   て試料にエッチング、成膜等の処理を施す試料室を備え
   たプラズマ装置において、 プラズマ生成室と試料室との間のプラズマ 引出窓の面積を、プラズマ生成室の横断面面積の５０％
   以下とし、且つ試料室にガス導入孔および排気孔が開孔
   しているプラズマ装置。 ３、プラズマ生成室に排気孔を備える請求項２記載のプ
   ラズマ装置。 ４、プラズマ生成室と試料室との間にあってプラズマ生
   成室及び試料室の夫々に通じる排気孔を備えた排気室を
   有する請求項２記載のプラズマ装置。 ５、排気室にガス導入孔が開孔している請求項４記載の
   プラズマ装置。 ６、試料室、または試料室とプラズマ生成室に排気孔を
   備える請求項４または請求項５記載のプラズマ装置。