JPH02230728A - プラズマ処理方法及び装置 - 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、プラズマ処理方法及び装置に係り、特に半導
体素子基板等の試料を少な《ともマイクロ波電界の作用
によるプラズマを利用してエブチング，成膜処理するプ
ラズマ処理方法及び装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子基板等の試料を少なくともマイクロ波電界の
作用によるプラズマを利用して処理する技術としては、
例えば、特公昭５８−１３６２７号公報に記載のような
ものが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

例えば、シリコン酸化膜等の絶縁物のエッチング処理で
は、プラズマ中のラジカル等の活性中性粒子よりも高エ
ネルギ粒子であるイオンの寄与度合いが大きい。しかし
、イオンエネルギがＡｎざると試料にイオン損傷を与え
好ましくない。従って、プラズマは、処理ガスをイオン
化する程度のエネルギが好ましく、処理速度を向上させ
るためには、イオン化率の向上、つまり、プラズマ密度
向上が必要となる。また、試料の被処理面上でプラズマ
密度を均一にしないと、試料の処理の均一性を確保でき
ない。

上記従来技術においては、試料の被処理面上でのプラズ
マ密度を均一にするとの認識を有しておらず、このため
、試料の処理の均一性を確保する上で未だ解決すべき課
題を有している。

本允明の目的は、少な《ともマイクロ波電界の作用によ
るプラズマを利用して処理される試料の処理均一性を確
保できるプラズマ処理方法及び装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、プラズマ処理方法を、少なくともマイクロ
波電界の作用により処理ガスをプラズマ化する工程と、
前記マイクロ波電界の不均一および反射の允生を抑制す
る工程と、前記プラズマを利用して試料を処理する工程
とを有する方法とし、プラズマ処理装置を、放電空間を
形成する手段と、該放電空間を減圧排気する手段と、前
記放電空間に処理ガスを導入する手段と、マイクロ波を
発振する手段と、前記マイクロ波を前記放電空間に伝播
させる手段と、前記マイクロ波による電界の分布並びに
イノピーダンスを調整する手段と、少な《とも前記マイ
クロ波電界の作用により前記放電空間で生成されたプラ
ズマを利用して処理される試料を保持する手段とを具備
したものとすることにより、達成される。

〔作　　　用〕

放電空間形成手段の放電空間は、減圧排気手段により減
圧排党され、また、該放電空間には、処理ガス導入手段
により所定の処理ガスが導入される。一方、マイクロ波
発振手段からマイクロ波が允振される。該発振されたマ
イクロ波は、マイクロ波伝播手段を介して放電空間に伝
播される。また、マイクロ波による電界の分布並びにイ
／ピーダンスは、その調整手段により調整される。つま
Ｉハマイクロ波電界の不均一および反射の父生が抑制さ
れる。少なくともこのようなマイクロ波電界の作用によ
り放電空間にある処理ガスはプラズマ化される。試料保
持手段に保持された試料は、該プラズマを利用して処理
される。

例えば、マイクロ波は、導波管を介して放電空間に伝播
される。この場合、導波管の曲がり部や導波管と放電空
間形成手段との連結部等でマイクロ波電界が乱されたり
、また、不整合による反射が発生する。このような不均
一なマイクロ波電界や反射が允生ずるとプラズマ密度も
不均一となる。

しかし、本発明では、マイクロ波電界の不均一および反
射の発生が抑制されるので、試料の被処理面上でのプラ
ズマ密度が均一となり試料の処理均一性を確保できる。

〔実　施　例〕 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明す
る。

第１図で、放電空間を形成する手段は、この場合、放電
管１０でるる。放電管１０の形状は、この場合、一端が
半球状閉鎖端で、他端が略円形開口の？放端である形状
である。放電管ｌＯは、この場合、絶縁物、例えば、石
英で形成されている。マイクロ波発振手段は、この場合
、マグネトロン加である。マイクロ波伝播手段は、この
場合、導波管（９），３ｌである。なお、磁界生成手段
である空芯コイル荀の内径は、空芯コイル４１の内径よ
りも小さくなっている。試料保持手段は、この場合、表
面に試料設置面を有する試料台父である。

第１図で、容器印は、その頂壁が開放させられている。

容器印は、例えば、ステンレス鋼で形成されている。放
電管１０は、その閉鎖端を上部とし、また、その開放端
を容器ωの開放部に合致させて容器ωに気密に設けられ
ている。放電管１０の外側には、該放電管１０を内部に
含み導波管（９）が配設されている。放電管１０の軸心
と導波管（９）の軸心とは、略一致させられている。マ
グネトロン■■■と導波管（資）とは、導波管３ｌで連
結されている。導波管３１は、その軸心が導波管凹の軸
心を横切って、この場合、略直交して導波管加に連結さ
れている。空芯コイル４０．４１は、導波管（資）の外
側で放電管１０と略対応して環装されている。この場合
、空芯コイルωが上段の位摺、空芯フィル４１が下段の
位置に配置されている。空芯コイル和，４１は、電源（
図示省略）櫓 にそれぞれ一統されている。従って、導波管加の形状は
、空芯コイル４１に略対応する部分（下部分）が略円筒
形，空，芯コイル荀に略対応する部分（中間部分）が上
方に向って絞られたテーバ管形、そして、上部分が略円
筒形である。試料台軸５１は、上部を放電管１０と容器
ωとで形成された空間７０に突出させ、また、下部を容
器ω外に突出させて容器印の底壁に気密に設けられてい
る。試料台父は、空間７０に試料設置面を略水平面とし
て試料台軸５１の頂部に設けられている。試料台父は、
試料設置面を放電管１０頂部に対応させられている。こ
の場合、試料台父は、試料台軸５１を介してバイアス電
源、この場合、高周波電源閏に電気的に接続されている
。高周波電源関は、接地されている。この場合、試料台
父は、冷媒供給装置匍から供給される冷媒の寒冷により
冷却可能となっている。試料台父を冷却した冷媒は、こ
の場合、冷媒供給装置（資）に戻される。真空排気装ｌ
ｉＦ　１００は、排気管１０１を介して容器印に連結さ
れている。処理ガス導入管１１０は、空間７０に開口さ
せられている。処理ガス導入管１１０は、処理ガス供給
装！ｉ（図示省略）に連結されている。

第１図，第２図で、電界調整手段は、この場合導体棒１
２０ａ〜１２０ｃ　を備えている。導体棒ｌ２０１〜１
２０Ｃは、この場合、導波管園の上部分に３段（第１図
）、かつ、円周略等角度（９０度）配置されて導波管加
に挿設されている。この場合、１段目の導体棒１２０ａ
の円周配置位置と２段目の導体棒１２０のそれおよび３
段目の導体棒１２０ｃのそれとは略一致させられている
。導体棒１２０　ａ　−　１２０　ｃの導波管（資）内
への挿入長さは、それぞれ調節可能となっている。マイ
クロ波伝播方向は、矢印入方向である。

第１図，第２図で、空間７０は、真空排気装ｆｌｌ００
により減圧排気される。減圧排気された空間７０には、
処理ガス供給装置から所定の処理ガス、例えば、エッチ
ングガスが所定流量で導入される。空間７０に導入され
たエッチングガスの一部は、真空排気装！１　１００に
より排気され、これにより、空間７０の圧力は、所定の
エッチング処理圧力に調節される。一方、空間７０には
、試料１３０が、この場合、１個搬入され被処理面上向
姿勢で試料台父の試料設置面に設置される。試料台父は
、冷媒の寒冷により冷却され、試料１３０は、冷却され
た試料台父を介して冷却され、所定温度に制御される。

つまり、試料１３０は、第３図に示すように、水の蒸気
圧（ＰＷ）に対応する温度近傍（温度範囲Ｔ）まで冷却
される。また、一方、マグネトロン頷が作動開始され、
これにより、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発
振させられる。該発振されたマイクロ波は、導波管３１
．３０により放電管１０に向って伝藻 播させられる。この場合、例えば、導〆管の曲がり部で
ある導波管関，３１の連結部や放電管１０と導波管加と
の連結部等でマイクロ波電界が乱されたり、また、不整
合による反射が発生する。このようなマイクロ波電界の
乱れ、つまり、不均一および反射の発生は、導波管（９
）内への導体棒１２０　ａ〜１２０Ｃ　それぞれの挿入
長さを調節することで抑制される。また、一方、空芯コ
イル和，４１により磁界が生成される。この場合、該磁
界は、マイクロ波の伝播方向から徐々に弱くなる勾配を
有し、その強度は、電子サイクロトロン共鳴条件以上に
設定されている。なお、このような強磁場においては、
マイクロ波電界がより不均一になり易い。また、このよ
うな強磁場中ではマイクロ波は伝播し易くなり、マイク
ロ波伝播方向に弱くなる磁場勾配中では、マイクロ波が
伝播すると共に磁場勾配に沿ってプラズマによりエネル
ギ減衰が生じる。

逆に、プラズマは、磁場勾配に沿ってマイクロ波よりエ
ネルギを得、それにより、プラズマ密度を高めることが
でき放電管ｌｏ内にあるエッチングガスのイオン密度が
上昇する。このように高密度プラズマは、プラズマの流
れ方向に徐々に弱くなる磁場勾配を有し、磁場強度を寛
子サイクロトロンイ＋ 共鳴条績よりも強め、プラズマ内に高出力のマイクロ波
を導入することにより得られる（プラズマ中では、磁場
ｇｉ度が弱いとマイクロ波は伝播しにくく、また、電子
サイクロトロン共鳴条件ではマイクロ波は反射されてし
まう。）。以上のようなマイクロ波電界と磁界との相乗
作用により、放電管１０内にあるエッチングガスは、プ
ラズマ化される。該プラズマは、試料台父に設置されて
いる試料１３０の被処理向上で均一，高密度に保たれる
。

試料１３０の被処理面は、該プラズマを利用して均一性
良くエプチング処理される。このようを、試料１３０の
エッチング処理時に、高周波電源関から試料台父に高周
波バイアス電圧が印加される。この場合、得られた＾密
度イオンは、高周波バイアス電圧の負の周期に試料１３
０へ吸引されてその被処理面に入射させられる。ここで
、試料１３０は、第３図に示すように冷却されているの
で、イオンの滞留時間が長くなると同時に、氷分子の触
媒作用によりエッチング反応が促進されて高速エッチン
グ処理を実現できる。また、例えば、炭化水素ガスをエ
ッチングガスに用いエッチング処理する場合、試料１３
０が上記のように冷却されているため、生成されたボリ
マーは、エッチングの側璧保護膜な容易に形成し、常温
でのエプチング処理に比べて炭化水素系ガスの消費量が
少なくて済むようになる。更に、放電管等は、上記のよ
うに高密度プラズマに露呈され発熱させられるので、ポ
リマー付看が生じに４い状態となる。以上のことより、
放電管内面等への反応生成物の付着，堆積を抑制でき、
従って、発塵、それによる歩留り低下を防止することが
できる。

なお、電界調整手段としては、上記一実施例以外のもの
であっても良い。つまり、プラズマ化域に伝播されるマ
イクロ波電界の分布並びにインピーダンスを調整してマ
イクロ波電界の不均−および反射の発生を抑制するもの
であれば、いずれも採用し得る。また、上記一実施例の
ように、導体棒な備え，３段、かつ、円周等角度配置さ
れたものにあっては、導゛体棒の挿入長さ調節手段は、
永続的に必要なものではない。例えば、マイクロ波電界
の不均一および反射の発生を抑制するだめの導体棒の挿
入長さの調節が一度の操作で済むようなものが、これに
該当する。

上記一実施例では、プラズマ処理装置としてエッチング
装置を例にとり説明したが、その他に、例えば、ＣＶＤ
装置や加熱装置においても同様に適用できる。更に、上
記一実施例のように、いわゆる有磁場型のマイクロ波プ
ラズマ処理装置の他に、いわゆる無磁場型のマイクロ波
プラズマ処理装置においても同様に適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、少なくともマイクロ波電界の作用によ
るプラズマを利用して処理される試料の被処理面でのプ
ラズマ密度を均一化できるので、上記試料の処理均一性
を確保できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本允明の一実施例のプラズマ処理装置の構成
図、第２図は、第１因の導体棒挿設部分の半断面図、Ｎ
３図は、試料の冷却温度範囲図である。 １０・・・・・・放電管、加・・・・・・マグネトロン
、萄・・・・・・導波管、３ｌ・・・・・・辱波管、４
０．４１・・・・・・空，６コイル、父・・・・・・試
料台、１００・・・・・・具空排気！＆置、１１０・・
・・・・・一処理ガス導入管、 １２０ａないし１２０ｃ・・・・・・ 導体棒、 試料

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくともマイクロ波電界の作用により処理ガスを
   プラズマ化する工程と、前記マイクロ波電界の不均一お
   よび反射の発生を抑制する工程と、前記プラズマを利用
   して試料を処理する工程とを有することを特徴とするプ
   ラズマ処理方法。 ２、前記プラズマ化域に伝播される前記マイクロ波電界
   の分布並びにインピーダンスを調整して前記マイクロ波
   電界の不均一および反射の発生を抑制する第１請求項に
   記載のプラズマ処理方法。 ３、放電空間を形成する手段と、該放電空間を減圧排気
   する手段と、前記放電空間に処理ガスを導入する手段と
   、マイクロ波を発振する手段と、前記マイクロ波を前記
   放電空間に伝播させる手段と、前記マイクロ波による電
   界の分布並びにインピーダンスを調整する手段と、少な
   くとも前記マイクロ波電界の作用により前記放電空間で
   生成されたプラズマを利用して処理される試料を保持す
   る手段とを具備したことを特徴とするプラズマ処理装置
   。 ４、前記マイクロ波電界調整手段を前記マイクロ波伝播
   手段に設けた第３請求項に記載のプラズマ処理装置。 ５、少なくともマイクロ波電界の作用により放電管内で
   処理ガスをプラズマ化し、該プラズマを利用して試料を
   処理する装置において、前記マイクロ波を前記放電管に
   伝播する導波管に前記マイクロ波伝播方向に沿って複数
   段、かつ、前記マイクロ波伝播方向を横切って導体棒を
   挿設したことを特徴とするプラズマ処理装置。 ６、前記導体棒を、前記放電管と略同軸心をなす前記導
   波管の長手方向に多数段、かつ、円周配置して該導波管
   に挿設した第５請求項に記載のプラズマ処理装置。 ７、前記導体棒を、前記導波管の長手方向に３段、かつ
   、円周略等角度配置して該導波管に挿設した第６請求項
   に記載のプラズマ処理装置。