JPH02244712A

JPH02244712A - プラズマ装置

Info

Publication number: JPH02244712A
Application number: JP6567089A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 淳一佐藤; Tetsuo Watanabe; 哲男渡辺; Yasushi Morita; 靖森田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1990-09-28

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】以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野Ｂ１発明の概要Ｃ４背景技術〔第４図１Ｂ０発明が解決しようとする問題点［第５図］Ｅ１問題
点を解決するための手段１８作用Ｇ、実施例［第１図乃至第３図］Ｈ１発明の効果（Ａ、産業上の利用分野）本発明はプラズマ装置、特に電子サイクロトロン共鳴を
利用してプラズマを発生させるプラズマ生成室のプラズ
マ引出窓に面して試料の支持部材を備える試料室を設け
たプラズマ装置に関する。

（Ｂ、発明の概要）本発明は、上記のプラズマ装置において、形成する膜の
膜厚の均一性あるいはエッチング深さの均一性を高める
ため、支持部材を自公転させるようにするか、あるいは支持部
材の回転軸をプラズマ流の中心軸に対して傾けるように
したものである。

（Ｃ，背景技術）［第４図］電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを発生させ
るプラズマ生成室のプラズマ引出窓に面して試料の支持
部材を備える試料室を設けたプラズマ装置は、低ガス圧
で活性度の高いプラズマを生成することができ、イオン
エネルギの広範囲な選択が可能であり、また大きなイオ
ン電流を得ることができるという利点を有している（特
開昭６２−２７６８２３号公報）、そして、かかるプラ
ズマ装置は絶縁膜等のＣＶＤに好適であるので半導体装
置の製造に用いる装置の一つとして注目されている。

第４図はプラズマ装置を示す模式的縦断面図である６図
面において、１はプラズマ生成室、２は冷却水の通流室
、３はプラズマ生成室１の上部な閉塞する石英ガラス板
、４はプラズマ生成室１の上側に設けられたマイクロ波
導波管、５はプラズマ生成室１の底部に形成されたプラ
ズマ引出窓で、図示しない引出用の電極を有している。

６はプラズマ生成室１の周囲に配置された励磁コイル、
７はプラズマ生成室ｌの下側に配置された試料室で、こ
の内部の上記プラズマ引出窓５の下側にあたる部分に試
料を支持する支持台８が配置され、該支持台８上に試料
例えば半導体ウェハ９が支持されている。

このプラズマ装置は、プラズマ生成室ｌ及び試料室７へ
原料ガスを供給し、励磁コイル６によって磁界を形成し
つつマイクロ波を導入することによりプラズマ生成室１
内にプラズマを生成し、生成されたプラズマイオンを上
記図示しない引出用の電極の作用と、励磁コイル６、が
作る発散磁界によって上記試料室７内の半導体ウェハ９
上に投射してプラズマ流１０とし、該試料室７内に供給
された原料ガスの気相反応によって半導体ウェハ９の表
面に成膜を行うようになっている。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）［第５図］ところで、プラズマ装置においては、励磁コイル６によ
って形成した発散磁界を利用してプラズマイオンを下側
へ投射するようにするので、プラズマ流１０は第４図に
示すように発散した流れとなる。その結果、試料例えば
半導体ウェハ９表面におけるプラズマ流１０の密度が不
均一になり、延いてはＣＶＤにより形成される膜の厚さ
が不均一になるという問題があった。具体的には、プラ
ズマ流１０の密度はプラズマ流の中心軸でもっとも高く
、周辺に行く稈薄（なるので膜成長速度もプラズマ流の
中心軸に当たる部分で速く１周辺に行く程遅くなる。従
って、ＣＶＤ膜の膜厚には゛ト導体ウェハ９の中央部で
厚く、周囲に行く程薄くなるという半導体ウニ八半径方
向における不均一性が生じる。

また、プラズマ装置をエツチングに用いた場合にはエツ
チング深さに半導体ウニ八半径方向における不均一性が
生じることになる。即ち、半導体ウェハ９の周辺に行く
程反応が緩慢になるのでエツチング深さが浅くなること
になる。

また、第５図に示すようにレジストマスクによるシャド
ウ効果によりエツチングパターンの寸法精度の低下が生
じる。即ち、半導体ウェハ９の周辺部ではプラズマ流１
０が半導体ウェハ９の表面に対して垂直ではなく斜めに
なり、エツチング後において膜ａはレジストｂでマスク
された部分の外側（周辺側）の方が袖を引いたように外
側に拡がった形状になる。従って、寸法精度が低下する
という問題もあった。

勿論、磁界が発散磁界にならないように試料室７の周辺
にも励磁コイルを設けることにより磁界のどこをとって
も磁気密度が一定になり、延いてはプラズマ流の密度が
半導体ウェハ９表面上において均一になるようにするこ
とも考えられなくはない。しかしながら、このようにす
ると装置の複雑化、大型化を招き、延いては高価格化を
招くので現実的ではない。

そこで、本発明は、形成する膜の膜厚の均一性あるいは
エツチング深さの均一性を高めることを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段）本発明プラズマ装置は上記問題点を解決するため、支持
部材を自公転させるようにするか、あるいは支持部材の
回転軸をプラズマ流の中心軸に対して傾けるようにした
ことを特徴とする。

（Ｆ、作用）本発明プラズマ装置によれば、支持部材を自公転させる
ようにした場合には試料上の各部分はプラズマ流の密度
の高いところに位置したり密度の低いところに位置した
りして表面におけるプラズマ流密度が常に変化するので
、処理時間内における平均プラズマ流密度分布は均一化
される。従って、形成する膜の膜厚の均一性あるいはエ
ツチング深さの均一性が高（なる。

また、支持部材の回転軸をプラズマ流の中心軸に対し傾
けた場合には、試料の回転軸から離れた各部分はあると
きは高くなり、あるときは低くなり、やはり処理時間内
における平均プラズマ流密度は平均化され、形成する膜
の膜厚の均一性あるいはエツチング深さの均一性が高く
なる。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第３図］以下、本発明プラズマ装置を図示実施例に従って詳細に
説明する。

第１図は本発明プラズマ装置の一つの実施例を示す模式
的縦断面図である。

本プラズマ装置は試料を自公転させる機構を備えている
という点で第４図に示すプラズマ装置と大きく異なって
いるが、それ以外の点で共通している。そして、共通し
ている点については既に説明済であるので第４図で使用
したのと同じ符号を付して図示するにとどめ、説明は省
略する。

１１はサセプタで、試料台８を自公転する遊星歯車機構
が内蔵されている。試料台８はその中心が回転軸１２を
介して遊星ギア１３に連結されている。１７は該遊星ギ
ア１３と歯合するサンギア１４で、その回転軸はプラズ
マ流１０の中心軸の略延長線上に位置せしめられている
。該サンギア１４の中心が回転軸１５を介してモータ１
６に連結され、該モータ１６によって回転させられるよ
うになっている。１７は内歯歯車で、サンギア１４の外
側に設けられており、上記遊星ギア１３と歯合されてい
る。１８は半導体ウェハ９を押さえるクランプで、冷却
の役割も果たす。

上記モータ１６を回転すると、遊星ギア１３はサンギア
１４の回りを自転しながら公転し、それに伴って、試料
台８に支持された半導体ウェハ９も自公転する。従って
、プラズマ流１０の密度自身は不均一であっても、半導
体ウェハ９の各部分から見たそれに注がれるプラズマ流
密度は常に変化しある程度以上の長さの時間で見た平均
プラズマ流密度は均一化する。即ち、平均プラズマ流密
度の半導体ウニ八半径方向における分布の均一性が高（
なる。従って、形成されるＣＶＤ膜の成長速度は均一化
し、膜厚の均一性が高くなる。また、半導体ウェハ９表
面上の各点はプラズマ流の中心軸からの位置が常に変化
し、本プラズマ装置をエツチングに用いた場合には第５
図に示すようなシャドウ効果が少なくなり、エツチング
パターンの寸法精度の低下が生じなくなる。

勿論、本プラズマ装置をエツチングに用いた場合にはエ
ツチング深さの均一性を高めることができることはいう
までもない。

第２図、第３図は本発明プラズマ装置の別の実施例を説
明するためのもので、第２図は要部の断面図、第３図は
支持部材の周辺部の一点の描く軌跡を示す斜視図である
。

本実施例は支持部材である試料台８の回転軸１８がプラ
ズマ流１０の中心軸１９に対して傾いている。そして、
試料台８の回転軸１８は自転しながら円錐面を描くよう
に傾動するようになっている。２０は試料台８の中心で
、この位置は変化せず、上記円錐の頂点にあたる。

このように試料台８を変化させれば、試料台８の中心２
０から離れた部分の高さは一定ではなく、中心２０より
も高くなったり低くなったりし、プラズマ流に対する向
きも常に変化する。

従って、試料台８の周辺部上におけるプラズマ流密度が
中心部上におけるプラズマ流密度よりも常に低くなると
いうことはない。あるときは、低くなるがあるときは高
くなるので、平均すると試料台８の周辺部上と中心部上
とでプラズマ流密度の大きな差が生じなくなりプラズマ
流密度のウニ八半径方向における分布の均一性が高くな
る。

しかも、試料台８０回転軸１８の向きを常に変化させる
ので、試料台８の周辺部は第３図に示すように頻繁に上
下するので、プラズマ流密度のムラがより一層生じにく
くなる。

従って、ＣＶＤ膜を形成する場合にはその膜厚の均一性
を高めることができ、エツチングする場合にはエツチン
グ深さを均一にすることができると共に前述したところ
の第５図に示すようなシャドウ効果によるエツチングパ
ターンの寸法精度の低下が生じない。

尚、試料台８による半導体ウェハ９の支持は第１の実施
例の場合のようにクランプで留めることにより行うよう
にしてもよいが、試料台８にフレキシブルバイブを通じ
て冷却ガスを供給し試料第８の表面から噴出させること
により支持するようにしても良い。即ち、試料台８の表
面部に冷却ガスを噴出する多数の細孔を形成し、更に試
料台８表面に適宜なガイドを設けておき、上記細孔から
冷却ガスを噴出させればガス圧により半導体ウェハ９を
非接触で支持したり、搬送したりすることができる。こ
れによれば、単に試料台８による半導体ウェハ９の支持
のみならず冷却も可能である。

尚、試料台８を加熱した方が膜質を良くするうえで好ま
しい場合もある。この場合は所定の温度になるように加
熱する必要があり、そこで、試料台８の上部に温度検出
手段を配置し、その温度検出手段により検知した温度に
応じて加熱したガスを試料台８の内部に供給して試料台
８を常に所定温度になるようにサーボ系により加熱して
温度コントロールするようにすると良い。また、試料台
８へ供給するガスの通路を２つ設け、そのうちの一方の
みを加熱し、温度検出値に応じてバルブをコントロール
することにより加熱したガスを供給したり加熱していな
いガスを供給したりするようにしても良い、このように
すると、急激な温度変化に追随する温度コントロールサ
ーボ系の応答性が非常に高（なる。

尚、熱風（ガス）をつくるのにヒーターを用いても良い
が、マイクロ波電源や導波管で発生する熱を利用してガ
スの加熱を行うようにしても良い、なぜならば、試料台
８の加熱がそのままマイクロ波電源や導波管の冷却にな
り、−石二鳥になるからである。

材を自公転した場合には、試料上の各部分はそれぞれプ
ラズマ流の密度の高いところに位置したり密度の低いと
ころに位置したりして表面におけるプラズマ流密度が常
に変化するので、処理時間内における平均プラズマ流密
度の分布は均一化される。従って、形成する膜の膜厚の
均一性あるいはエツチング深さの均一性が高くなる。

また、支持部材の回転軸をプラズマ流の中心軸に対し傾
けた場合には、試料の回転軸から離れた各部分はあると
きは高くなり、あるときは低くなり、やはり処理時間内
における平均プラズマ流密度の分布は均一化され、形成
する膜の膜厚の均一性あるいはエツチング深さの均一性
が高くなる。

（Ｈ，発明の効果）以上に述べたように、本発明プラズマ装置は、支持部材
を自公転させるようにするか、あるいは支持部材の回転
軸をプラズマ流の中心軸に対して傾けるようにしたこと
を特徴とするものである。

従って、本発明プラズマ装置によれば、支持部

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明プラズマ装置の一つの実施例を示す模式
的縦断面図、第２図及び第３図は本発明プラズマ装置の
別の実施例を説明するためのもので、第２図は要部を示
す断面図、第３図は支持部材のある一点の軌跡を示す斜
視図、第４図は背景技術を示す断面図、第５図は問題点
を示す断面図である。符号の説明１・・・プラズマ生成室、５・・・プラズマ引出窓、７・・・試料室、８・・・支
持部材、９・・・試料、１０・・・プラズマ流、１３〜１１・・・自公転機構、１８・・・支持部材の回転軸、１９・・・プラズマ流の中心軸。、（− 賓巴

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを発
生させるプラズマ生成室のプラズマ引出窓に面して試料
の支持部材を備える試料室を設けてたプラズマ装置にお
いて、上記支持部材を自公転させるようにしてなることを特徴
とするプラズマ装置
（２）電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを発
生させるプラズマ生成室のプラズマ引出窓に面して試料
の支持部材を備える試料室を設けたプラズマ装置におい
て、上記支持部材の回転軸をプラズマ流の中心軸に対して傾
けてなることを特徴とするプラズマ装置