JPH02144913A - マイクロ波プラズマ処理装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波プラズマ処理技術に関し、特に、
半導体集積回路装置の製造プロセスにおけるエツチング
工程などに適用して効果のある技術に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体集積回路装置の製造プロセスに右ける
エツチング工程では、マイクロ波と磁場との相互作用に
よってエツチングガスのプラズマ中の荷電粒子を効果的
に励起し、比較的低いエツチングガス圧で高密度のプラ
ズマを形成することにより、半導体基板の汚染を抑制し
つつ、比較的大きなエツチング速度を得ることができる
ようにしたマイクロ波プラズマエツチング装置が使用さ
れるに至っている。

従来、このようなマイクロ波プラズマエツチング装置と
しては、たとえば、特開昭６０−１５４６２０号公報に
開示される技術が知られている。

その概要は、半導体基板が載置される試料台が収容され
た試料室を取り囲むようにソレノイドコイルを複数段に
配置するとともに、このソレノイドコイルに同軸にされ
た導波管を介して試料室内にマイクロ波を導入し、ソレ
ノイドコイルによる磁場とマイクロ波の電界との相互作
用などによって、試料室の内部に供給されているエツチ
ングガスをプラズマ化して励起することにより、半導体
基板に対するエツチングが行われるようにしたものであ
る。

そして、軸方向に多段に設けられた個々のソレノイドコ
イルに対する通電量を独立に制御することにより、試料
室内におけるプラズマ密度の分布を半導体基板の径方向
に経時的に変化させ、当該半導体基板の各部におけるエ
ツチングを均一化しようとするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の従来技術においては、導波管の長さが
固定的に設定されているため、たとえば導波管の内部に
形成されるマイクロ波の定圧波の腹と節の位置が固定さ
れることとなり、個々の装置毎に発生するマイクロ波の
電界とソレノイドコイルによる磁場との相互作用によっ
て形成される当該装置に固有なプラズマ分布のばらつき
を調整できないという問題がある。

また、ソレノイドコイルを単に導波管の軸方向に多段に
配置しただけでは、いかに個々のソレノイドコイルの通
電量を変化させても、磁束の最大位置は、常に半導体基
板の中心部から変化せず、個々の装置毎に固有な前述の
ようなプラズマの分布の偏りなどを効果的に調整できな
いという問題もある。

そこで、本発明の目的は、マイクロ波と磁場との相互作
用が行われる領域の分布状態を容易に調整することが可
能なマイクロ波プラズマ処理技術を提供することにある
。

本発明の他の目的は、均一な処理結果を得ることが可能
なマイクロ波プラズマ処理技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、請求項１記載の本発明になるマイクロ波プラ
ズマ処理装置は、被処理物が収容される処理室と、この
処理室の内部に磁場を形成する磁場形成手段と、マイク
ロ波発振器と、このマイクロ波発振器から放射されるマ
イクロ波を処理室に導（導波管と、処理室の内部に処理
ガスを供給するガス供給手段と、処理室の内部を所定の
真空導波管に排気する排気手段とを備え、磁場とマイク
ロ波との相互作用によるエネルギによって処理室の内部
に供給される処理ガスをプラズマ化して励起することに
より、被処理物に対して所定の処理を施すマイクロ波プ
ラズマ処理装置であって、導波管の長さを可変にしたも
のである。

また、請求項２記載の本発明のマイクロ波プラズマ処理
装置は、被処理物が収容される処理室と、この処理室の
内部に磁場を形成する磁場形成手段と、マイクロ波発振
器と、このマイクロ波発振器から放射されるマイクロ波
を処理室に導く導波管と、処理室の内部に処理ガスを供
給するガス供給手段と、処理室の内部を所定の真空導波
管に排気する排気手段とを備え、磁場とマイクロ波との
相互作用によるエネルギによって処理室の内部に供給さ
れる処理ガスをプラズマ化して励起することにより、被
処理物に対して所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処
理装置であって、磁場形成手段が導波管の周方向に複数
個に分割され、個々の磁場形成手段によって形成される
磁場の強さを独立に制御可能にしたものである。

〔作用〕

上記した請求項１記載の本発明のマイクロ波プラズマ処
理装置によれば、必要に応じて導波管の長さを変化させ
ることにより、たとえば当該導波管の内部に形成されて
処理室に導かれるマイクロ波の定在波の腹と節の位置を
任意に調整することが可能となり、このマイクロ波の定
在波と磁場との相互作用が行われる領域の分布を容易に
調整することができる。

この結果、マイクロ波の定在波と磁場との相互作用が行
われる領域に形成されるプラズマの分布を調整すること
で、当該プラズマによる被処理物に対する所定の処理を
均一に行わせることができる。

また、上記した請求項２記載の本発明のマイクロ波プラ
ズマ処理装置によれば、導波管の周方向に複数に分割さ
れた磁場形成手段の各々から処理室の内部に形成される
磁場の強さの分布を任意に調整することができ、この磁
場とマイクロ波との相互作用が行われる領域の分布を容
易に調整することができる。

この結果、マイクロ波の定在波と磁場との相互作用が行
われる領域に形成されるプラズマの分布を調整すること
で、当該プラズマによる被処理物に対する所定の処理を
均一に行わせることができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ
処理装置の構成の一例を示す側面図であり、第２図は、
前記第１図において線■−■で示される部分の断面図で
ある。

なお、本実施例では、マイクロ波プラズマエツチング装
置の場合について説明する。

たとえば、石英などからなり、上部が半球形状を呈する
処理室１の内部には、水平な試料台２が上下動自在に設
けられ、この試料台２の上には、たとえば、表面に所定
のパターンにフォトレジストが被着された半導体基板な
どからなる被処理物３が載置されている。

処理室１の側面部には、図示しないガス源に接続される
ガス供給管４と、図示しない排気機構などに接続される
排気管５とが接続されており、随時、当該処理室１の内
部を所望の真空度に排気することが可能にされていると
ともに、所定の組成および流量のエツチングガス６が流
入される構造となっている。

また、処理室１の内部において、試料台２を取り囲む位
置には、接地電極７が配置されており、当該試料台２と
の間に高周波数発振器８から所定の高周波電力が印加さ
れるように構成されている。

さらに、処理室１の下部側面には、シャッタ機構９およ
びシャッタ機構１０が設けられており、試料台２を当該
シャッタ機構９および１０の高さに降下させた状態で、
当該試料台２と外部との間における被処理物３の装着お
よび取り出し作業が行われる。

処理室１の半球状の上部は、導波管１１の一端の内部に
収容されており、当該導波管１１の他端部に接続されて
いるマイクロ波発振器１２から放射されるマイクロ波１
３が処理室１の内部に導入可能にされている。

この場合、導波管１１の途中には、軸方向に伸縮自在な
異径のスライド部１１ａが設けられており、マイクロ波
発振器１２から処理室１に至る導波管１１の経路長を所
望の長さにすることが可能にされている。

また、導波管１１において、処理室１の直上部に対応す
る部位には、観察窓１１ｂが開設されており、作業者が
、処理室１の内部の試料台２に載置されている被処理物
３の様子を目視などによって観察することが可能にされ
ている。

さらに、この場合、処理室１の上部に接続される導波管
１１の端部を取り囲む位置には、当該導波管１１の周方
向に複数に分割された独立な電磁コイル１４ａ、１４ｂ
、１４ｃ、１’４ｄが配置されており、これらの各々に
対する通電量を個別に制御することにより、処理室１の
内部に形成される磁場の分布を所望の状態に調整するこ
とが可能にされている。

以下、本実施例の作用について説明する。

まず、試料台２の上には、たとえば、全面に多結晶シリ
コンなどの薄膜が形成されたダミーの半導体基板などか
らなる被処理物３が載置される。

そして、処理室１の内部を排気管５を介して所定の真空
度に排気するとともに、ガス供給管４を介して、たとえ
ば、ＳＦ、およびＣ２ＣβＦ、などの混合ガスからなる
エツチングガス６を所定の流ｌて処理室１の内部に導入
する。

同時に、複数の電磁コイル１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１
４ｄに通電して、処理室１の磁場を形成する。そして、
マイクロ波発振器１２を起動して、たとえば２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波１３を導波管１１を介して処理室１の
内部に作用させる。さらに、試料台２と接地電極７との
間に高周波発振器８から所定の高周波電力を印加する。

そして、この磁場とマイクロ波１３の電場との相互作用
により、エツチングガス６を励起し、荷電粒子をサイク
ロトロン運動させ、そのエネルギによりエツチングガス
６をプラズマ化して、プラズマ中の励起されたエツチン
グ種と、被処理物３の表面との間のエツチング反応や、
プラズマから被処理物３の表面へ入射するイオンの衝撃
などによって、被処理物３の表面に被着されている薄膜
のエツチングが行われる。

ここで、導波管１１を介してマイクロ波発振器１２から
処理室１の内部に導入されるマイクロ波１３は、導波管
１１の経路長に応じた定在波となるため、処理室ｌの内
部における磁束密度の分布や導波管１１の長さを一定に
した場合には、この定在波の復および節の位置は固定的
となり、マイクロ波１３と磁場との相互作用の顕著な領
域の位置も一定となる。

このため、被処理物３におけるエツチングの進行状況に
ばらつきを生じる場合がある。

そこで、本実施例の場合には、たとえば、作業者がエツ
チングが進行しつつある被処理物３の表面を観察し、表
面の薄膜の膜厚の変化などを干渉縞などを観察すること
によってこのエツチングのばらつきを判断し、導波管１
１におけるスライド部１１ａを伸縮させることによって
、当該導波管１１におけるマイクロ波１３の経路長を適
宜調整するとともに、複数の電磁コイル１４ａ〜１４ｄ
に流れる電流値を独立に適宜調整することで、処理室１
の内部における磁場の分布状態を適宜変化させ、磁場と
マイクロ波１３の電界とによる相互作用が顕著な領域が
被処理物３に対して均一な分布を持つようにする。

これにより、処理室１の内部に形成されるエツチングガ
ス６のプラズマの分布を均一化し、当該マイクロ波プラ
ズマエツチング装置における均一なエツチングが実現さ
れる条件を見出す。

その後、表面に被着された薄膜の上にさらにフォトレジ
ストなどによるマスクパターンが装着された実際の半導
体基板などの被処理物３を試料台２に装着し、前述の一
連の作業によって見出された導波管１１におけるマイク
ロ２＋１！１３の経路長および複数の電磁コイル１４ａ
〜１４ｄの通電量などの条件の下で通常のエツチング作
業に移る。

また、この通常のエツチング作業においても、個々の被
処理物３が入れ代わる毎などに、随時、導波管１１のス
ライド部１１ａにおける伸縮量の制御および複数の電磁
コイル１４ａ〜１４ｄの各々に対する通電量を適宜変更
して、処理室１の内部に形成されるプラズマの分布状態
などを均一に保持する操作を行う。

このように、本実施例によれば、装置の稼働時の初期調
整や稼働中などに、随時、導波管１１の長さの調整や、
複数の電磁コイル１４ａ〜１４ｄに対する通電量などを
独立に制御することができるので、導波管１１の内部に
定在波をなすマイクロ波１３の電界と、当該複数の電磁
コイル１４ａ〜１４ｄによって形成される磁場との相互
作用によるエネルギによって処理室１の内部に形成され
るエツチングガス６のプラズマの分布状態を容易に均一
化することが可能となり、半導体基板などの被処理物３
における−様なエツチング結果を得ることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、上記の実施例では処理の一例としてエツチン
グを行う場合について説明したが、これに限らず、化学
気相成長による薄膜の形成処理などを行ってもよい。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりで
ある。

すなわち、請求項１記載の本発明になるマイクロ波プラ
ズマ処理装置によれば、被処理物が収容される処理室と
、この処理室の内部に磁場を形成する磁場形成手段と、
マイクロ波発振器と、このマイクロ波発振器から放射さ
れるマイクロ波を前記処理室に導く導波管と、前記処理
室の内部に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処
理室の内部を所定の真空導波管に排気する排気手段とを
備え、前記磁場と前記マイクロ波との相互作用によるエ
ネルギによって前記処理室の内部に供給される前記処理
ガスをプラズマ化して励起することにより、前記被処理
物に対して所定の処理を施すマイクロ波プラズマ処理装
置であって、前記導波管の長さが可変な構造であるため
、必要に応じて導波管の長さを変化させることにより、
たとえば当該導波管の内部に形成されて処理室に導かれ
るマイクロ波の定在波の腹と節の位置を任意に調整する
ことが可能となり、このマイクロ波の定在波と磁場との
相互作用が行われる領域の分布状態を容易に調整するこ
とができる。

これにより、マイクロ波の定在波と磁場との相互作用が
行われる領域に形成されるプラズマの分布を調整するこ
とで、当該プラズマによる被処理物に対する所定の処理
を均一に行わせることができる。

また、請求項２記載の本発明になるマイクロ波プラズマ
処理装置によれば、導波管の周方向に複数に分割された
磁場形成手段の各々から処理室の内部に形成される磁場
の強さの分布を任意に調整することができ、この磁場と
マイクロ波との相互作用が行われる領域の分布を容易に
調整することができる。

これにより、マイクロ波の定在波と磁場との相互作用が
行われる領域に形成されるプラズマの分布を調整するこ
とで、当該プラズマによる被処理物に対する所定の処理
を均一に行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ処
理装置の構成の一例を示す側面図、第２図は第１図にお
いて線■−■で示される部分の断面図である。 １・・・処理室、２・・・試料台、３・・・被処理物、
４・・・ガス供給管、５・・・排気管、６・・・エツチ
ングガス、７・・・接地電極、８・・・高周波発振器、
９．１０・・・シャック機構、１１・・・導波管、ｌｌ
ａ・・・スライド部、１１ｂ・・・観察窓、１２・・・
マイクロ波発振器、１３・・・マイクロ波、１４ａ、１
４ｂ、１４ｃ、１４ｄ・・・電磁コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理物が収容される処理室と、この処理室の内部
   に磁場を形成する磁場形成手段と、マイクロ波発振器と
   、このマイクロ波発振器から放射されるマイクロ波を前
   記処理室に導く導波管と、前記処理室の内部に処理ガス
   を供給するガス供給手段と、前記処理室の内部を所定の
   真空導波管に排気する排気手段とを備え、前記磁場と前
   記マイクロ波との相互作用によるエネルギによって前記
   処理室の内部に供給される前記処理ガスをプラズマ化し
   て励起することにより、前記被処理物に対して所定の処
   理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記導
   波管の長さを可変にしたことを特徴とするマイクロ波プ
   ラズマ処理装置。 ２、被処理物が収容される処理室と、この処理室の内部
   に磁場を形成する磁場形成手段と、マイクロ波発振器と
   、このマイクロ波発振器から放射されるマイクロ波を前
   記処理室に導く導波管と、前記処理室の内部に処理ガス
   を供給するガス供給手段と、前記処理室の内部を所定の
   真空導波管に排気する排気手段とを備え、前記磁場と前
   記マイクロ波との相互作用によるエネルギによって前記
   処理室の内部に供給される前記処理ガスをプラズマ化し
   て励起することにより、前記被処理物に対して所定の処
   理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記磁
   場形成手段が前記導波管の周方向に複数個に分割され、
   個々の前記磁場形成手段によって形成される前記磁場の
   強さを独立に制御可能にしたことを特徴とするマイクロ
   波プラズマ処理装置。 ３、請求項１と請求項２とを組み合わせてなるマイクロ
   波プラズマ処理装置。