JPH03155620A - 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］ 本発明はエツチングや気相成長法等において効率的な処
理を可能とするプラズマ処理装置に関する。

［従来の技術］ プラズマ処理装置のうち、マイクロ波と電子サイクロト
ロン共鳴によりガスプラズマを発生せしめ、処理基板に
交流バイアスを印加してイオンを加速し、エツチング等
を行う電子サイクロトロン共鳴プラズマ処理装置が知ら
れており（例えば特公昭５６−３７３１１号公報）、そ
の−例を第４図に示す。

図において、真空排気口１１より排気されて一定の真空
度に維持された真空室１内には試料台２上に処理基板Ｐ
が設けてあり、この試料台２には外部の交流電源６より
交流バイアス電圧が印加されている。このバイアス電圧
はプラズマイオンを処理基板Ｐに向けて加速するもので
、交流とすることにより、チャージアップの発生を防止
して処理の高速化が図られる。

上記処理基板Ｐに対向する室壁には、マイクロ波供給装
置５より至る導波管５１が接続されたマイクロ波導入口
１２が設けてあり、また、真空室１の周囲には磁界形成
用の電磁コイル３が配設しである。真空室１には、例え
ば処理基板Ｐ上にシリコン酸化膜を平坦化成膜する場合
には、二本のガス導入管４Ａ、４Ｂが接続されて、それ
ぞれシラン（ＳｉＨａ）ガス、および０２とＡｒのミッ
クスガスを供給する。

かかる装置で、表面に凹凸を有する処理基板Ｐ上にシリ
コン酸化膜を平坦化成膜する場合について以下に説明す
る。

真空室１は、ガス導入管４Ａ、４Ｂからガスを流した状
態で約１０−３Ｔ　ｏ　ｒ　ｒに保たれている。

ガス導入管４Ｂから導入された、膜堆積用ガスとしての
０２ガスと堆積された膜をスパッタエツチングするなめ
ののＡｒガスは、マイクロ波導入口１２から導入された
マイクロ波と電磁コイル３による軸方向の磁界（８７５
ガウス）によって電子サイクロトロン共鳴が満足された
とき放電する。

このプラズマ放電でできた電子、イオンおよびラジカル
は磁界の作用および拡散によって、試料台２上の処理基
板Ｐに到達する。またガス導入管４Ａから導入された５
ｉＨａガスは上記の電子によって解離、電離され、生成
した電子、イオンおよびラジカルは同様に処理基板Ｐに
到達する。

処理基板Ｐ上には、酸化シリコン膜が形成されると同時
に、凸部上に形成された酸化シリコン膜は上記のＡｒ正
正寸オンよって選択的にスパッタエツチングされ平坦化
が進行する。この際、試料台２に交流電源６により交流
バイアスを印加することにより、処理基板２表面には自
己バイアス効果によって負電位が発生し上記Ａｒ正正寸
オン加速されスパッタエツチングが助成される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような電子サイクロトロン共鳴プラズマ処理装置
においては、処理速度の向上を図るためマイクロ波の導
入を断続的に行う方式が知られている。

マイクロ波の断続投入により処理速度が向上する理由は
次の２つが考えられる。ひとつは、平均出力が同じでも
連続投入に比べて最大電力が大きいなめプラズマ化しや
すいため。ふたっめは、プラズマ発生部の共振が頻繁に
起きて一気にプラズマが発生するなめである。真空室の
内、プラズマ発生部はマイクロ波の共振室として設計し
であるが、真空中の使用を前提にして設計しであるため
プラズマが発生すると共振しにくくなる。パルス状のマ
イクロ波が断続的に投入されればパルスの立ち上りごと
に共振させることができる。

このようにマイクロ波を断続的に投入すれば、プラズマ
の発生も断続的になる。これは、交流バイアス用交流電
源にとっては負荷インピーダンスが周期的に変動するこ
とを意味する。したがって、交流バイアス電力を効率的
に負荷に投入するために必要な回路の整合条件が変動す
ることとなり、整合の取り方としては平均的に最も電力
反射率が小さくなるように取る必要がある。したがって
肝心のプラズマが発生している状態で回路の整合が取れ
ているか否か不明であり、むしろマイクロ波断続投入の
Ｄｕｔｙ比によっては、プラズマが発生していない状態
で整合がほぼ取れていて、プラズマが発生している状態
では全く整合が取れていないということも起こり得る。

整合が取れていないと電力反射率が大きくなり、試料台
に投入される実効電力は小さくなる。つまり、平均的に
は相当の電力をつぎこんでいるにもがかわらず、肝心の
プラズマが発生している状態では投入されている実効電
力が小さく十分な自己バイアス電位が得られないため、
Ａｒイオンの加速効果が弱く平坦化の進行が遅れるとい
う現象につながるのである。

かかる現象は、マイクロ波の投入電力が大きい時はど顕
著になる。その理由は、マイクロ波の投入電力を大きく
するとプラズマ密度が向上し、プラズマが発生している
時といない時の負荷インピーダンスの差が大きくなるか
らである。

以上の理由で、従来のプラズマ処理装置では、交流バイ
アス印加とマイクロ波の断続投入を併用すると、却って
処理速度が低下してしまうという問題を生じていた。

本発明はかかる課題を解決するもので、マイクロ波の断
続投入と交流バイアスの印加を併用しても処理速度の低
下を生じず、むしろ処理速度の大幅向上を実現できるプ
ラズマ処理装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の詳細な説明すると、プラズマ処理装置は、処理
基板Ｐ（第１図）を支持する試料台２を内部に設けた真
空室１と、該真空室１内に磁界を発生せしめる磁界発生
手段３と、真空室１内にプラズマ原料ガスを供給するガ
ス供給手段４Ａ、４Ｂと、上記真空室１内にマイクロ波
を断続的に供給して上記原料ガスをプラズマ化するマイ
クロ波供給手段５と、上記試料台２に交流バイアス電圧
を印加する交流電源６と、上記マイクロ波供給手段５に
よるマイクロ波の供給タイミングに同期して上記交流電
源６を作動せしめる同期制御手段７とを具備している。

［作用］ 本発明は上記した構成によって、マイクロ波供給手段５
によりマイクロ波が断続的に投入され、マイクロ波が投
入されている間は磁界との作用によってプラズマが発生
する。この時、マイクロ波の投入信号に応じて同期制御
手段７がら交流電源へ作動信号が発せられ交流電源の出
力がなされ、試料台２に交流バイアスが印加される。一
方、マイクロ波が投入されずプラズマが発生しない時間
には交流バイアスは印加されない。

上記のように本発明では、プラズマが発生している時間
のみ交流バイアスが印加される。つまり交流バイアスが
印加される時の負荷インピーダンスはほぼ一定である。

したがって断続的なプラズマの発生に対しても十分に整
合を取ることができ、交流バイアスを有効に作用させる
ことができる。

しかして、装置の処理速度は大幅に向上する。

［実施例］ 以下本発明の一実施例の電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ処理装置について、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例における電子サイクロトロン共
鳴プラズマ処理装置の断面図である。図において、真空
室１にはガス導入管４Ａ、４Ｂが接続され、またマイク
ロ波導入口１５を有している。真空室１のまわりには軸
方向に磁界を得るための電磁コイル３が設置されている
。５はマイクロ波供給装置であり、５１はマイクロ波を
導入するための導波管、１２はマイクロ波導入口である
。

２は処理基板Ｐを載置するための試料台である。

６は試料台２に交流バイアスを印加するための交流電源
、７は交流電源６の作動信号を発する同期制御回路、１
１は真空排気口である。

以上の装置において、凹凸を有する基板１表面上へ酸化
シリコン膜を平坦化成膜する場合について説明する。真
空室１はガス導入管４Ｂから１１０８ＣＣの０２ガスと
３０ＳＣＣＭのＡｒガスを流し、ガス導入管４ＡからＩ
Ｏ３ＣＣＭの５ｆＨ４ガスを流した状態で約ｌＸｌ０−
３Ｔｏｒｒの真空に維持される。０２ガスとＡｒガスは
、マイクロ波導入口１２から導入されたマイクロ波と電
磁コイル３による軸方向磁界（８７５ガウス）によって
電子サイクロトロン共鳴が満足された時放電する。この
プラズマ放電で生成された電子、イオンおよびラジカル
は基板Ｐに向かって輸送される。

ガス導入管４Ａから導入されなＳ　ｉ　Ｈａガスは上記
電子によって解離・電離され、生成された電子、イオン
およびラジカルは同様に基板Ｐに到達する。

マイクロ波供給装置５は１２０Ｈｚの周波数で断続的に
パルス状のマイクロ波を供給する。したがってプラズマ
の発生も同様に断続的となる。同期制御回路７はマイク
ロ波供給装置５から供給される投入電力信号に応じて、
交流電源６の出力電圧を制御している。第２図にはこの
同期制御回路の構成を示す。端子７３にはマイクロ波投
入信号としてマイクロ波電源５の陽極電流波形を入力す
る。

この入力波形はバッファ回路７１を経て反転増幅回路７
２に入力し、交流電源への作動信号として適当な形に成
形されて端子７４より出力される。

交流電源出力値の制御は可変抵抗７２１により端子７４
からの作動信号の波高を調整することによって行なう。

したがって、試料台２へ印加される交流バイアス電力の
波形は、マイクロ波の投入電力つまりプラズマ強度の波
形と一致している。すなわち、上記作動信号がパルス状
に出力されている間、交流電源より交流バイアス電圧（
電力）が出力され、その電圧値は作動信号の波高値に比
例する。

第３図には、交流バイアス用電力の投入効率向上の指標
としてその電力反射率を示す。交流バイアスを連続的に
印加する従来例（図中線ｘ−１ｙ゛）では電力反射率が
７〜１０％前後あるのに比べ、交流バイアスをマイクロ
波の投入に同期して断続的に印加する本発明（図中線ｘ
、ｙ）では電力反射率は１％以下と小さく整合が十分に
取れていることを示している。特にマイクロ波の投入電
力を増加（４００Ｗ＞させた場合に本発明の優位性は顕
著であり、本発明によればマイクロ波の投入電力を大き
くしても交流バイアス用電力の投入効率が悪化すること
は無く、マイクロ波投入電力の増加による処理速度の向
上が実現される。

以上のように本発明によれば整合が十分に取れるため、
従来法では起こり得たプラズマが発生している時の実効
交流バイアス電力の低下は無い。

さらに本発明では交流バイアス電力の平均値が従来法と
同じ場合にもその電力はプラズマが発生している時に集
中している。これらの理由によりプラズマが発生してい
る時にも十分な自己バイアス電位が得られ、平坦化速度
も向上する。

別表中には、線幅、線間隔がともに１．５μｍで、厚さ
１μｍの配線パターン上に酸化シリコン膜を平坦化成膜
する際の完全平坦化に要する時間を比較して示す。交流
バイアス用電力はいずれも８０Ｗである。

マイクロ波投入電力が２００Ｗの場合、本発明では従来
法に比較して処理速度が約４倍に向上した。さらに本発
明によれば、マイクロ波投入電力を増加（４’０ＯＷ）
することにより一層の処理速度の向上が得られた。これ
に対して従来法では、マイクロ波投入電力を４００Ｗに
すると交流バイアスの電力反射率の増加が起き、有効に
作用しないため平坦化はほとんど進行しなかった。

口５口 ［効果］ 以上の如く、本発明のプラズマ処理装置においては、断
続的に供給されるマイクロ波に対して、これに同期せし
めて断続的に交流バイアス電圧を印加することにより、
両者の効果が相俟って極めて効率的な処理が実現される
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示し第１図は
装置の全体概略断面図、第２図は同期制御回路の回路図
、第３図は本発明の効果を示すグラフ、第４図は従来装
置の全体概略断面図である。 １・・・真空室 １２・・・マイクロ波導入口 ２・・・試料台 ３・・・電磁コイル（磁界発生手段） ４Ａ、４Ｂ・・・ガス導入管（ガス供給手段）５・・・
マイクロ波電源（マイクロ波供給手段）６・・・交流電
源 ７・・・同期制御回路（同期制御手段）Ｐ・・・処理基
板 第２図 交流バイアス電力 ＜Ｗ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 処理基板を支持する試料台を内部に設けた真空室と、該
   真空室内に磁界を発生せしめる磁界発生手段と、真空室
   内にプラズマ原料ガスを供給するガス供給手段と、上記
   真空室内にマイクロ波を断続的に供給して上記原料ガス
   をプラズマ化するマイクロ波供給手段と、上記試料台に
   交流バイアス電圧を印加する交流電源と、上記マイクロ
   波供給手段によるマイクロ波の供給タイミングに同期し
   て上記交流電源を作動せしめる同期制御手段とを具備す
   るプラズマ処理装置。