JPH0222486A

JPH0222486A - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH0222486A
Application number: JP17318988A
Authority: JP
Inventors: Sumio Mori; 澄雄森; Masami Sasaki; 佐々木　正巳; Katsuzo Ukai; 鵜飼　勝三; Seiji Sagawa; 誠二寒川
Original assignee: NEC Corp; Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp; NEC Corp
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1990-01-25

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、電子サイクロトボン共鳴現象を利用して生成
したプラズマを用いて基板表面のエツチング、基板への
薄膜形成等の表面処理を行う製造プロセスに使用される
マイクロ波プラズマ処理装置に関する。

（従来の技術）従来この種の装置として、例えば、第５図に示す特開昭
５８−１５５５３５号公報所載の発明が知られている。

ここに示されたマイクロ波プラズマ処理技術は、所定の
強さの磁場が印加されたプラズマ発生室１内に、マイク
ロ波を導入して電子サイクロトロン共鳴運動を起こし、
これにより発生したエネルギーでプラズマ発生室１内の
ガスをプラズマ化し、プラズマ流を発散磁界によって基
板処理室２内に引出し、そのイオンの衝撃効果によって
基板ホルダ１２上に載置した基板１１をエツチングする
ものである。

第４図は、ガス導入系７を通じてＣ１２ガスとＳＦ、の
混合ガスをプラズマ発生室内に導入し、処理圧力をｌＸ
ｌ０−’Ｐａとしたときのエツチング速度の基板面内分
布を示したものである。曲線Ｅは、マイクロ波パワー６
００Ｗを加えたとき、曲ｖＡＦは、マイクロ波パワー２
００Ｗを加えたときのデータであり、これによると、基
板中心付近におけるエツチング速度が大きく、基板周辺
に向かうにつれてエツチング速度は小さくなっているこ
とが明らかになった。この傾向は、大口径の基板表面上
に成膜を行う場合や、マイクロ波パワーを大きくした場
合に顕著である。これは次のような理由からである。

すなわち、マイクロ波パワーが小さい領域（０〜ＩＫｗ
）においては、プラズマはプラズマ発生室１内全体で均
一に生成され、発散磁界によってそのプラズマは基板１
１方向に均一に引き出される。しかし、マイクロ波パワ
ーが大きくなると、プラズマはプラズマ発生室１内の中
心に集まり、そのままの状態で発散磁界により基板１１
に到達するため、基板中心でプラズマが強くなる。エツ
チング速度はプラズマの強さ（密度）で決定されるため
、基板中心付近で大きくなり均一なレートが得られない
。

以上のことから従来の方式では均一なエツチングを行う
ことが出来ないという問題があった。

そこで、かかる問題を解決する手段として、特願昭６３
−８００９７号にかかる発明が出願されている。即ち、
第６図に示すように、プラズマ発生室１の周囲に補助マ
グネット８を設置することにより、上記プラズマ発生室
１の内壁近傍に部分的に中心部のプラズマ密度と同程度
の高密度プラズマを発生させ、プラズマ発生室１内全体
に渡って均一かつ高密度にプラズマ化される。そして、
このプラズマは、発散磁界によりプラズマ引出し板９の
中央開口部のプラズマ引出し口１０から基板処理室２の
方向に引き出され、基板ホルダ１２上に載置された基板
１１に到達し、基板１１はこのプラズマによりエツチン
グ等の処理が行われる。

第３図は、ガス導入系７を通じてＣ１２ガス（９５ＣＣ
Ｍ）とＳ　Ｆ、　（Ｉ　ＳＣＣＭ）の混合ガスをプラズ
マ発生室内に導入し、処理圧力をｌＸｌ０−２Ｐａとし
たときのエツチング速度の基板面内分布を示したもので
ある。曲線Ｃは、マイクロ波パワー６００Ｗを加えたと
き、曲線りは、マイクロ波パワー２００Ｗを加えたとき
のデータであり、これによると、エツチング速度は、基
板表面上でほぼ均一な値を得ることができた。

いくことが明らかとなった。この傾向は、大口径の基板
をエツチングする場合に顕著に表れてくるである。その
理由は次の通りである。

即ち、プラズマ発生室１内で生成されたプラズマは、発
散磁界により基板１１方向に引き出されるが、エツチン
グ形状は、イオンの入射角度に大きく依存すると考えら
れ、エツチングに寄与するイオンは基板１１の周辺部で
は斜めに入射するため、基板中心付近では傾斜した形状
分布を示す。

以上のことから従来の方式では、基板表面の全領域に渡
って均一なエツチング形状分布が得られないという問題
があった。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、基板上のエツチング形状を観察すると、
第７図に示すように、　（ａ）は基板中心、（ｂ）は基
板周辺１００φ、　（ｃ）は基板周辺１５０φの付近を
示すものであって、基板中心付近（ａ）におけるエツチ
ング形状は垂直になるが、基板周辺部に向かうにつれて
傾斜が大きくなって（本発明の目的）本発明の目的は、大口径の基板の表面処理を行う場合や
、マイクロ波パワーを大きくした場合等においても、さ
らに均一なエツチング速度の向上を達成しながら、特に
、基板の全表面に渡って異方性のあるエツチング形状を
達成することができるようにするマイクロ波プラズマ処
理装置を提供することにある。

（問題点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次のように構成さ
れている。すなわち、プラズマ発生室内でマイクロ波に
より発生する電場と該電場に直交する磁場とによって起
こる電子サイクロトロン共鳴現象を利用して処理ガスを
プラズマ化し、プラズマ発生室と基板処理室との境界近
傍に設けたプラズマ引出し手段によって上記プラズマを
基板処理室内に引出し、基板処理室内に設置された基板
に照射して基板を処理するマイクロ波プラズマ処理装置
において、上記引き出されたプラズマが基板へ垂直に入
射するように入射角度を補正する磁場形成手段を上記基
板処理室の周囲もしくは内部に設置したことを特徴とし
ている。

また、基板の全表面が処理されるためには、プラズマ発
生室と基板処理室間に設けられたプラズマ引出し口の径
を、基板の径に一致させるようにすることが好ましい。

さらに、均一なエツチング速度を得て基板の全表面を均
一に処理するためには、プラズマ発生室内で生成したプ
ラズマを均一化する補助マグネットを上記プラズマ発生
室の周辺に設置することが好ましい。

（作用）引き出されたプラズマが基板へ垂直に入射するように入
射角度を補正する磁場形成手段を上記基板処理室の周囲
もしくは内部に設置したことによって、発散磁界によっ
てプラズマ引出し板の中央開口部のプラズマ引出し口か
ら基板処理室の方向に引き出される。このとき、基板処
理室の周囲もしくは内部に設置したマグネットコイルに
通電して磁場を形成し、この磁場の作用により、特にプ
ラズマの基板周辺部でのプラズマの入射角度が垂直にな
るように補正することができる。

（実施例）第１図は本発明の実施例である。なお、従来技術と同一
の構成部材については同一の符号を使用する。

本装置は、電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを
生成するプラズマ発生室１と、基板処理するための基板
処理室２とが互いに隣接するように構成されている。

そしてプラズマ発生室１の外周には、空芯ソレノイドコ
イル３が周設されている。さらに、プラズマ発生室１と
空芯ソレノイドコイル３との間には複数の補助マグネッ
ト８を周設している。また、プラズマ発生室１には、プ
ラズマを生成するためのガスを導入するガス導入系７を
備えるとともに、石英ガラス、セラミックス等の絶縁物
からなる導入芯４が設けられている。そして該導入窓４
を介してマイクロ波電源６から導波管５を通じて送られ
てきたマイクロ波がプラズマ発生室１内に導入されるよ
うにしている。

また、上記プラズマ発生室ｌには、基板処理室２との境
界部分にプラズマ引出し板９を設置している。そして、
プラズマ発生室１で生成されたプラズマは、上記プラズ
マ引出し板９の中央部に形成したプラズマ引出し口１０
を通って基板処理室２に導かれる。当該プラズマ引出し
口１０の径はエツチング処理される基板の径にほぼ対応
するようにしている。したがって処理される基板の形が
変われば、それに応じて当該プラズマ引出し口１０の径
も変更される。

一方、基板処理室２の周囲には、本発明の特徴でもある
、発散磁界によって引き出されるプラズマ流の方向を補
正するマグネットコイル１４を設置している。このマグ
ネットコイル１４によって形成される磁場強度は、上記
プラズマ発生室１の外側に周設した空芯ソレノイドコイ
ル３や補助マグネット８によって形成される磁場強度よ
りも小さくしている。

更に、当該基板処理室内には、プラズマ引出し口１０に
対向するように基板ホルダ１２が設置されている。そし
て、処理されるべき基板１１は、図示すていない搬送機
構により外部から基板処理室２内に搬入され、基板ホル
ダ１２上に、被処理面をプラズマ引出し口１０に向けて
載置される。

また、上記基板処理室２には真空排気装置１３を接続し
ている。当該真空排気装置１３は、例えば油拡散ポンプ
及び油回転ポンプによって構成できる。

以下には、本装置の動作を説明する。

先ず、真空排気装置１３を動作させて基板処理室２内を
所定の圧力に到達するまで減圧排気した後、カス導入系
７からプラズマ発生室１内に所定のガスを導入して処理
圧力に調整し維持する。そして、２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波がマイクロ波発生電源６から導波管５を通り、導
入窓４を介してプラズマ発生室１に導入される。

一方、空芯ソレノイドコイル３に電流を供給して８７５
Ｇの磁場を発生させる。これによフてプラズマ発生室１
内において電子サイクロトロン共鳴が引き起こされる。

この際のエネルギーでプラズマ発生室１内に導入された
ガスは高密度にプラズマ化される。

但し、マイクロ波パワーを大きくするにしたがつて、高
密度プラズマが中心付近に集中する反面、プラズマ発生
室１の内壁近傍では、プラズマ密度が低くなる。そこで
、プラズマ発生室１０周辺に補助マグネット８を設置す
ることによって上記内壁近傍に部分的に高密度のプラズ
マを発生させる。

その結果、ガス導入間７を介して導入されたガスは、プ
ラズマ発生室内全体に渡って均一かつ高密度にプラズマ
化される。

このように、プラズマ発生室１の周囲に複数の補助マグ
ネット８を設置することにより、基板１１の中心付近と
周辺付近の処理を均一化できるのは、プラズマ密度の低
い周辺部に補助マグネット８によって強磁場を設け、中
心部のプラズマ密度と同程度に強めることができたため
と考えられる。

なお、上記補助マグネット８は、ソレノイドコイルまた
は永久磁石のいずれでも良く、ソレノイドコイルの場合
は、個々に磁場強度を変化させることができる。さらに
、補助マグネット８の大きさ、取り付は位置、個数は、
エツチング条件または成膜条件に応じて変えることがで
きる。

そして、このプラズマは、発散磁界によりプラズマ引出
し板９の中央開口部のプラズマ引出し口１０から基板処
理室２の方向に引き出される。このとき、基板処理室２
の周囲に設置したマグネットコイルに通電して磁場を形
成し、この磁場の作用により、プラズマの基板周辺部で
のプラズマの入射角度が垂直になるように補正している
。

このマグネットコイルの配置については、基板処理室内
でも良く、基板周辺あるいは基板の後方に設置しても良
いし、それらの複合形でも良い。

また、プラズマ引出し口の径が基板の径よりも小さい場
合には、そのプラズマ引出し口に対応する基板面しかエ
ツチング出来ないことになるので、基板の全表面に渡っ
て処理する場合には、両者の径が一致するように対応さ
せることが望ましい。

第２図は、本発明によるエツチング形状を示したもので
あり、　（ａ）は基板中心、（ｂ）は基板周辺１００φ
、　（Ｃ）は基板周辺１５０φの付近のものである。こ
れらを見ると、何れもプラズマ引出し口１０から基板中
心及び基板周辺部に向かってプラズマが垂直に入射した
結果、基板全面上で垂直形状の良好な異方性エツチング
を達成することができたことが解る。。

また、第３図は、本実施例に従ってガス導入系７を通じ
てＣ１２ガス（９ＳＣＣＭ）、Ｓ　Ｆ６（、Ｉ　ＳＣＣ
Ｍ）をプラズマ発生室、１内に導入し、処理圧力を１×
１Ｏ−２Ｐａとして実験したときのエツチング速度の基
板面内分布を示したものである。

曲線Ａは、マイクロ波パワー６００Ｗを加えたとき、曲
線Ｂは、マイクロ波パワー２００Ｗを加えたときのデー
タであり、これによると、エツチング速度は、マイクロ
波基板表面上でほぼ均一な値（１６０ｍｍの基板で±２
％のエツチング速度）を得ることができただけでなく、
従来に較べてエツチング速度が向上している。

なお、上記実施例において、発散磁界を利用したイオン
流方式のエツチングについて説明したが、グリッドを利
用した加速式であっても良い。また、グリリドには直流
あるいは交流電界のいずれも印加できる。また、基板処
理室２内に反応性ガスを導入することによって、成膜に
も適用できる。また、成膜又はエツチング、いずれの場
合にも基板ホルダ１１には直流、交流電界を印加できる
。

（発明の効果）請求項（１）（２）によれば、基板の全表面に渡って異
方性のあるエツチング形状を得ることがきる。

請求項（３）によれば、均一性あるエツチング速度を従
来よりもさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示したマイクロ波プラズマ処
理装置の概略図、第２図は、本発明の装置で基板をエツ
チングしたときのエツチング形状示した部分図、第３図
は、エツチング速度の基板面内分布を示したグラフ、第
４図は、従来の装置で基板をエツチング１１たときのエ
ツチング速度を示したグラフ、第５図及び第６図は従来
のマイクロ波プラズマ処理装置、第７図は従来の装置で
基板をエツチングしたときのエツチング形状示した部分
図ある。１・・・プラズマ発生室、２・・・基板処理室、３・・
・空芯ソレノイドコイル、６・・・マイクロ波電源、８
・・・補助マグネット、９・・・プラズマ引出し板、１
０・・・プラズマ引出し口、１１・・・基板、１４・・
・マグネットコイル。特許出願人　日電アネルバ株式会社　（ばか１名）代理
人　　　弁理士　村上　健次ヤ　１　図（α）才２図（ｂ）ＣＧ）第５図オフ図（す（ｂ）（す獄中１じや゛うの≦１食（−リ１（ｐ社中・＋す々゛うの頂杷鵠褒（鶏鳥）オ６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラズマ発生室内でマイクロ波により発生する電
場と該電場に直交する磁場とによつて起こる電子サイク
ロトロン共鳴現象を利用して処理ガスをプラズマ化し、
プラズマ発生室と基板処理室との境界近傍に設けたプラ
ズマ引出し手段によつて上記プラズマを基板処理室内に
引出し、基板処理室内に設置された基板に照射して基板
を処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、上記
引き出されたプラズマが基板へ垂直に入射するように入
射角度を補正する磁場形成手段を上記基板処理室の周囲
もしくは内部に設置したことを特徴とするマイクロ波プ
ラズマ処理装置。
（２）プラズマ発生室と基板処理室間に設けられたプラ
ズマ引出し口の径を、基板の径に一致させるようにした
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波プラズマ処
理装置。
（３）プラズマ発生室内で生成したプラズマを均一化す
る補助マグネットを上記プラズマ発生室の周辺に設置し
たことを特徴とする請求項１もしくは２記載のマイクロ
波プラズマ処理装置。